Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrischen
Adressieren von Fluoreszenz-Anzeigeelementen und ein
Anzeigeelement bzw. einen Lichtmodulator zur Anwendung in
Display-Technologien wie OLED-Anzeigen gemäß den Ansprüchen
1 und 3.
Displaytechnologien wie LCD (Liquid Crystal Display), FED
(Field Emission Display) und VFD (Vacuum Fluorescence
Display) bilden ebenso wie OLED (organische Leuchtdioden
Display) den allgemeinen Stand der Technik und sind
bereits angewendet.
Aus der Funktionsweise dieser Technologien ergeben sich
einige spezielle Nachteile.
Bei den LCD befindet sich im Ruhezustand eine ausgerichtete
Monodomäne eines Flüssigkristalls zwischen Polarisatoren.
Die Ausrichtung dieser Domäne kann durch ein angelegtes
elektrisches Feld verändert werden. Dadurch wird die
Lichtabsorption der Kombination aus Flüssigkristall und
Polarisatoren verändert.
LCD-Displays dominieren den Markt für Flachdisplays und
Monitore. Sie benötigen wenig Energie, wenn Umgebungslicht
vorhanden ist. Wenn dies jedoch nicht der Fall ist, dann
benötigen sie eine energiezehrende Zusatzbeleuchtung.
Nachteilig ist weiterhin, daß nur ein geringer möglicher
Betrachtungswinkel gegeben ist und daß die geringe Schalt
geschwindigkeit der Flüssigkristalle bei schnellbewegten
Bildern zu Verzerrungen führen kann.
Bei den VFD werden aus einer geheizten Gitterkathode im
Vakuum Elektronen emittiert. Diese werden durch ein
elektrisches Feld beschleunigt und treffen auf einen
Phosphor, der Licht emittiert. Die Funktionsweise ähnelt
der einer Bildröhre.
Bei den FED emittiert ein Array von Kaltkathoden im Vakuum
unter einem starken elektrischen Feld Elektronen, die
wiederum auf eine Phosphorschicht treffen und zur
Lichtemission führen.
VFD und FED sind als Anzeigeelemente unbefriedigend dick,
die Betriebsspannung ist in beiden Fällen relativ hoch, die
Leistungsaufnahme ist, insbesondere bei VFD zum Beheizen
der Kathode, groß, es fehlt die Option für flexible
Displays.
OLED erfordern eine Ladungsträger-Injektion zur Ladungs
trägerrekombination und Bildung eines angeregten Zustandes.
Unter Lichtemission zerfällt der angeregte Zustand (EP 0423 283,
US 005 69 350, EP 029 40 61). OLED-Displays besitzen
einen großen Betrachtungswinkel und eine sehr kurze
Schaltzeit. Gegenüber den LCD-Anzeigen mit Zusatzbeleuch
tung haben sie im Falle des Betriebs ohne ausreichendes Um
gebungslicht einen günstigeren Energieverbrauch. Bei star
kem Umgebungslicht dagegen werden diese Vorteile
aufgehoben.
Neben diesen allgemein bekannten emissiven Funktionsweisen
wurde des weiteren der Effekt des Fluoreszenzquenchings
durch ein elektrisches Feld in einer Dissertation von
Martin Deußen, Universität Marburg, 1995, beschrieben.
Dieser Effekt erfordert eine ähnliche oder identische
Anzeigeelemente-Struktur wie ein OLED-Anzeigeelement.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemässes
Verfahren und ein Anzeigeelement/Lichtmodulator zu
entwickeln, mit denen die beschriebenen Nachteile des
Standes der Technik vermieden werden und mit denen die
jeweils positiven Eigenschaften von LCD- und OLED-Anzeigen
in einer Anzeige erreicht werden.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren gemäß
den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Anzeigeelement gemäß
den Merkmalen des Anspruchs 3 gelöst.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in Abhängigkeit
von der Stärke des Umgebungslichts eine Betriebsart
"OLED-Modus" bei Dunkelheit/schwaches Umgebungslicht in
eine Betriebsart "FQPED-Modus" bei sehr hellem Umgebungs
licht wie helles Sonnenlicht umgeschaltet, indem die
Vorwärtsspannung für helle Pixel in Abhängigkeit von der
Stärke des Umgebungslichts reduziert und die
Rückwärtsspannung der umgebenden dunklen Pixel erhöht wird.
Das Anzeigeelement ist erfindungsgemäß auf der Basis
polymerer und/oder niedermolekularer organischer
Materialien, deren Funktionsprinzip auf dem Effekt der
Fluoreszenzlöschung durch ein elektrisches Feld beruht,
gebildet, wobei in Abhängigkeit von der Stärke des
Umgebungslichts die Betriebsart "OLED-Modus" bei
Dunkelheit/schwaches Umgebungslicht in die Betriebsart
"FQPED-Modus" bei sehr hellem Umgebungslicht wie helles
Sonnenlicht umschaltbar gestaltet ist.
Mit dem Anzeigeelement nach der Erfindung kann unerwünschte
Lichtemission in einem organischen Leuchtdioden-Display
(OLED), die durch Fremdlicht hervorgerufen wird, unter
drückt werden. Dadurch wird eine Kontrasterhöhung, zum
Beispiel unter starkem Sonnenlicht, des OLED-Displays
erreicht.
Zweckmässige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen beschrieben.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines konkreten
Ausführungsbeispiels eines Anzeigeelementes näher
dargestellt. Die zugehörige Zeichnung zeigt:
Fig. 1 die schematische Darstellung des
Funktionsprinzips von OLED und
Fig. 2 die schematische Darstellung des
Funktionsprinzips von FQPED.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Funktionsprinzipien
zeigen die Eigenschaften von OLED und von FQPED (Field
Quenching Photoluminescence Emission Device) im Vergleich
und die daraus folgenden positiven Eigenschaften für Anzei
geelemente bei unterschiedlichen Umgebungslichtbedingungen.
Entsprechend der Darstellung nach Fig. 1 besteht ein Anzei
geelement 4 nach dem OLED-Funktionsprinzip aus einer Span
nungsquelle 5, einem transparenten Kontakt 6, z. B. aus ITO,
einem Metallkontakt 7, z. B. aus Aluminium. Beim OLED-Funk
tionsprinzip werden in einem Schritt 1 Ladungsträger inji
ziert, die eine Ladungsträgerrekombination und die Bildung
eines angeregten Zustandes in einem Schritt 2 bewirken. Der
Zerfall des angeregten Zustandes erfolgt unter Licht
emission 9 in einem Schritt 3.
Ein Anzeigeelement 8 nach dem FQPED-Funktionsprinzip
besteht entsprechend der Darstellung nach Fig. 2 aus den
gleichen Elementen 5, 6, 7. Die für eine Emission nötige
Lichtenergie kommt hier von einer externen Lichtquelle 10,
wie zum Beispiel Tageslicht oder einer anderen passenden
Lichtquelle wie einer anorganischen Leuchtdiode. In dem
Schritt 1 wird durch das Umgebungslicht 10 der angeregte
Zustand gebildet, der in einem Schritt 2 entweder, ohne
elektrisches Feld, strahlend zerfällt unter Aussendung von
Fotolumineszenzlicht 11 oder, mit elektrischem Feld, zur
Dissoziation zu Ladungsträgern führt. Im Schritt 3 werden
die Ladungsträger durch die Kontakte 6, 7 entfernt.
Um einen niedrigen Energieverbrauch zu erreichen ist es
vorteilhaft, die Ladungsinjektion in Rückwärtsrichtung zu
minimieren. Dies kann durch geeignete Wahl der Kontakt
materialien geschehen, insbesondere des Kathodenmaterials.
Materialien mit geringer Elektronen-Austrittsarbeit sind
vorteilhaft, z. B. Barium.
Nach der Erfindung werden die Eigenschaften beider
Funktionsprinzipien in einem neuen Anzeigeelement so
kombiniert, dass ein Optimum erreicht wird. Ausgehend von
der ähnlichen oder identischen Anzeigeelemente-Struktur für
ein FQPED-Anzeigeelement und einem OLED-Anzeigeelement ist
es möglich, die gewünschten positiven Effekte in einem
Anzeigeelement zu nutzen, indem je nach Stärke des
Umgebungslichtes die Betriebsart umgeschaltet wird.
Bei Dunkelheit bzw. schwachem Umgebungslicht wird der OLED-
Modus gewählt. Zur Kontrasterhöhung kann hierbei bereits
der FQPED-Effekt für dunkle Pixel verwendet werden. Bei
hellem Sonnenlicht wird auf den FQPED-Modus umgeschaltet.
Dies wird in der Praxis dadurch realisiert, dass die
Vorwärtsspannung für helle Pixel in Abhängigkeit von der
Stärke des Umgebungslichtes reduziert wird. Dadurch sinkt
der Anteil des abgestrahlten Lichtes, der durch von außen
injizierte Ladungsträgern hervorgerufen wird. Dagegen wird
durch einfallendes blaues/ultraviolettes Umgebungslicht
zusätzliche Energie eingestrahlt, die zum Teil als
Fluoreszenzlicht wieder abgestrahlt wird. Gleichzeitig wird
die Rückwärtsspannung der umgebenden dunklen Pixel erhöht,
um hier die Emission von Fluoreszenzlicht zu vermindern.
Bei sehr starker Einstrahlung kann dann ganz auf den
Vorwärtsbetrieb heller Pixel verzichtet werden. Unter
dieser Bedingung erfolgt der Betrieb dann nur im FQPED-
Modus.
Der Umschaltvorgang kann über eine geeignete Treiber
schaltung automatisch erfolgen.
Auch ein Betrieb ausschließlich im FQPED-Modus, d. h.
unabhängig vom Umgebungslicht, ist möglich. Es werden damit
eine geringere Leistungsaufnahme verglichen mit dem OLED-
Betrieb unter starkem Umgebungslicht erreicht und, falls
benötigt, können als Zusatzlichtquellen hocheffiziente
anorganische Leuchtdioden eingesetzt werden.
In einem Ausführungsbeispiel wird ein Matrixdisplay durch
Aufschleudern einer Schicht des hochleitenden Polymers
PEDOT (Poly(Ethylendioxydthiophen)) in einer Dicke von zum
Beispiel 30 nm auf ein vorstrukturiertes Glassubstrat mit
Indium-Zinnoxid (ITO) als transparenter Elektrode
hergestellt. Die Schicht wird getrocknet und nachfolgend
wird ein gelb emittierendes Emitter-Polymer auf der Basis
der Phenylenvinylene in einer Dicke von zum Beispiel 50 nm
aufgeschleudert. Danach werden Kathodenbahnen aus zum
Beispiel Barium mit Aluminiumabdeckung aufgedampft. Das so
gebildete Display wird dann verkapselt.
Das Display kann mit zum Beispiel einer blauen Leuchtdiode
auf der Basis anorganischer Halbleiter beleuchtet werden.
Das Polymer leuchtet unter diesen Bedingungen mit gelber
Farbe. Durch Anlegen einer Rückwärtsspannung von 16 V
können einzelne Pixel auf dem Display durch den
beschriebenen FQPED-Effekt deutlich dunkler abgebildet
werden.
Die Verringerung der Lichtemission durch das elektrische
Feld kann dann zu Displayzwecken genutzt werden.
Bezugszeichenliste
1
Schritt
2
Schritt
3
Schritt
4
Anzeigeelement
5
Spannungsquelle
6
transparenter Kontakt
7
Metallkontakt
8
Anzeigeelement
9
emittiertes Licht
10
Umgebungslicht
11
Fotoluminesenzlicht