-
Die
Erfindung betrifft ein Display mit einer Darstellungsebene aus einzelnen
Pixelelementen, die pixelweise über
ein Array aus Steuerelementen ansteuerbar sind.
-
Derartige
Displays, häufig
auch Flachbildschirme genannt, dienen der Darstellung von Bildern oder
sonstigen Informationen und kommen in unterschiedlichsten Ausgestaltungen
zum Einsatz. Bekannt sind kleinere Displays in Mobiltelefonen oder PDA's oder sonstigen
transportablen Datenträgern, oder
Bildschirme von PC's
oder Laptops etc. Ein solches Display oder ein solcher Bildschirm
ist beispielsweise als Flüssigkristallanzeige, üblicherweise
LCD (= Liquid Crystal Display) genannt, ausgeführt. Vom Funktionsprinzip her
ist eine Beleuchtungseinrichtung zur Erzeugung eines Hintergrundlichts
vorgesehen, die Licht von der Rückseite
her auf eine Darstellungsebene eingekoppelt, an deren Vorderseite, üblicherweise
abgedeckt durch eine transparente Scheibe, die darzustellenden Bilder
oder Informationen visualisiert werden können. Diese Darstellungsebene ist
als Pixelmatrix aus einer Vielzahl einzelner Flüssigkristall-Zellen aufgebaut.
Zwischen zwei Substratplatten mit entsprechenden Elektrodenanordnungen befindet
sich eine Flüssigkristallmolekühlschicht,
ferner weisen die Substratplatten Polarisationsfilter auf, um das
eingekoppelte Licht zu drehen. Abhängig von der an die einzelnen
Pixelelektroden angelegten elektrischen Spannung bildet sich ein
elektrisches Feld aus, das eine Drehung der Flüssigkristallmolekühle bewirkt,
so dass die Polarisation des Lichts variiert wird. Zur Ansteuerung
der einzelnen Pixel respektive zur Beeinflussung der angelegten
elektrischen Spannung kommt ein Array aus Steuerelementen zum Einsatz, üblicherweise
ein Array aus Dünnfilmtransistoren
(TFT = thin film transistor). In diesem Beispiel spricht man von
Aktiv-Matrix-Displays,
die Steuerelemente bilden aktive Bauelemente. Bei solchen Aktiv-Matrix-Displays
wird bei Adressierung und Ansteuerung über die Transistormatrix zum
Zeitpunkt der Adressierung eine Ladung auf das Bildelement aufgebracht,
dem üblicherweise
noch ein Speicherkondensator parallel geschaltet ist. Die aufgebrachte
Ladung entspricht der Höhe
der Dateninformation. Nach dem Aufbringen der Ladung wird das aktive
Bauelement, hier also der Transistor, wieder in den hochohmigen
Zustand geschaltet, wodurch die Ladung und somit die Ansteuerung
während
einer Bildperiode im Wesentlichen erhalten bleibt. Dies führt dazu,
dass eine höhere
effektive Spannung über
das Pixel gegeben ist, worüber
eine höhere
Aussteuerung des Flüssigkristalls
des Pixels und damit ein verbesserter Kontrast und eine reduzierte
Abhängigkeit
des Kontrasts von der Betrachtungsrichtung gegeben ist. Der grundsätzliche
Aufbau und die Funktionsweise eines solchen LCD-Displays sind hinreichend bekannt und
müssen
nicht näher
erläutert
werden.
-
Alternativ
zur Verwendung von LCD-Displays sind beispielsweise auch OLED-Displays (OLED
= organic light emitting diode). Hier kommen als bildgebende, pixelbildende
Elemente Dioden aus organischen halbleitenden Materialien zum Einsatz. Die
OLED's sind aus
mehreren organischen Schichten aufgebaut. In die organische halbleitende
Materialschicht werden über
die Kathode Elektronen injiziert, die Anode stellt die Löcher bereit.
Es kommt innerhalb der Schicht zu Rekombinationen, aus welchen Rekombinationsvorgängen Photonen
resultieren bzw. ausgesendet werden, wobei die Farbe des ausgesendeten
Lichts vom Energiezustand zwischen angeregtem Zustand und Grundzustand
abhängt. Eine
Hintergrundbeleuchtung ist bei einem OLED-Display nicht erforderlich.
Auch die Funktionsweise und der Aufbau eines solchen OLED-Displays sind
bekannt und müssen
nicht näher
erläutert
werden.
-
Grundsätzlich erfasst
die Erfindung alle Arten von Flachbildschirmen, unabhängig von
den oben beschriebenen Beispielen in Form von LCD-Displays oder
OLED-Displays.
-
Die
Funktion solcher Displays ist ausschließlich die, über ihre Darstellungs- oder
Sichtfläche
Informationen, die von einem Informationsmedium wie beispielsweise
einem Speicher eines Mobiltelefons oder einem Computer oder einer
beliebigen anderen Quelle gegeben werden, darzustellen.
-
Der
Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, die Funktionalität eines
Displays zu verbessern.
-
Zur
Lösung
dieses Problems ist bei einem Display der eingangs genannten Art
erfindungsgemäß vorgesehen,
dass eine Sensorebene aus einzelnen Photodioden, die zeilenweise über eine
Ausleseschaltung auslesbar sind, vorgesehen ist, die zum Scannen
der Oberfläche
eines dem Display benachbarten flächigen Gegenstandes dient.
-
Das
erfindungsgemäße Display
zeichnet sich durch eine zusätzliche
Sensorebene aus, die, worauf nachfolgend noch eingegangen wird,
auf unterschiedliche Weise integriert sein kann. Diese Sensorebene
besteht aus einem Array von Photodioden, bevorzugt a-Si-Photodioden.
Anders als beispielsweise die LCD-Zellen oder die OLED-Zellen, die
jeweils bei entsprechender elektrischer Ansteuerung Licht emittieren,
wandelt eine Photodiode einfallendes Licht in ein elektrisches Signal
um. Wird nun auf das erfindungsgemäße Display bzw. seine Darstellungsfläche ein
flächiger
Gegenstand, beispielsweise je nach Größe des Displays eine Visitenkarte
oder ein Blatt Papier gelegt, so ist es möglich, über das Display selbst zum
einen den aufgelegten Gegenstand zu beleuchten, zum anderen kann über die Photodioden-Sensorebene
das vom Gegenstand reflektierte Reflexionslicht empfangen und in
elektrische Ladung respektive Signale in den einzelnen Photodioden
umgewandelt werden. Dieses Photodiodenarray ist nach erfolgtem Scanvorgang
zeilenweise auslesbar, d. h., dass die darin befindlichen Ladungen
respektive Signale über
die Ausleseschaltung ausgelesen werden und in einer nachgeschalteten
Steuerungseinrichtung oder dergleichen als Bilddaten abgelegt werden
können.
Die Information des Gegenstands ist somit elektronisch eingescant.
Sie kann ohne Weiteres am Display selbst wiedergegeben oder auf
einen Datenträger
gespeichert werden oder an einen anderen übertragen werden etc., wie dies
mit derartigen Daten bekanntlich möglich ist.
-
Das
erfindungsgemäße Display
ist damit multifunktional, es kann zum einen als reines Display zur
Wiedergabe von Informationen genutzt werden, zum anderen kann es
aber auch als Scanner eingesetzt werden, eben durch die vorteilhafte
erfindungsgemäße Integration
der Sensorebene nebst entsprechender Ausleseschaltung. Die Sensorebene
ist dabei natürlich
derart zu integrieren, dass zum einen die Darstellungsebene respektive
deren Pixel über
die integrierte Sensorebene nicht oder nur unwesentlich in ihrer
Abbildungsleistung beeinflusst wird, zum anderen ist die Sensorebene
trotz allem so zu integrieren, dass noch eine hinreichend gute Auslösung des Scanergebnisses
erreicht werden kann.
-
Nach
einer ersten Erfindungsalternative kann hierzu die Sensorebene auf
die Darstellungsebene aufgesetzt sein und für von der Darstellungsebene
emittiertes Licht zumindest teilweise transparent sein. Es kommt
hier also quasi ein sandwichartiger Aufbau zum Einsatz, in dem die
Sensorebene mit der Photodiodenmatrix auf die Darstellungsebene, also
die LCD-Zellenebene aufgesetzt wird. Die Sensorebene ist dabei selbstverständlich derart
zu gestalten respektive die einzelnen Dioden derart auszulegen und
in ein entsprechendes Trägermaterial
einzubinden, dass die Sensorebene hochgradig transparent für von der
LCD- oder OLED-Ebene emittiertes Licht ist, so dass es zu keinen
größeren Abschattungseffekten
kommt und die über
die Darstellungsebene abzubildende Information immer noch gut aufgelöst visualisiert
werden kann. Zur Fixierung der Sensorebene kann beispielsweise eine
Klebeschicht dienen, über
die die Sensorebene auf die Darstellungsebene aufgeklebt ist.
-
Eine
Alternative zum Aufsetzen der Sensorebene sieht vor, die Sensorebene
in die das Array aus Steuerelementen enthaltende Ebene zu integrieren, wobei
die Darstellungsebene für
von dem Gegenstand reflektiertes Licht zumindest teilweise transparent
ist. Bei dieser Erfindungsalternative befindet sich also die Darstellungsebene
vor der Sensorebene, die in die Ebene der Steuerelemente integriert
ist. Um sicherzustellen, dass während
des Scanvorgangs hinreichend viel reflektiertes Licht vom Gegenstand
zur Sensorebene gelangt, muss in diesem Fall die LCD- oder OLED-Zellenebene
ausreichend transparent für das
reflektierte Licht sein. Während
bei der zuvor beschriebenen Ausgestaltung eine separate Ausleseschaltung
vorgesehen werden muss, nachdem die Sensorebene und die Steuerelementebene
getrennt sind, kann bei dieser Erfindungsausgestaltung, wo die Sensorebene
in die Steuerelementebene integriert ist, die Steuerelementebene
gleichzeitig als Ausleseschaltung dienen oder einen Teil dieser
bilden. D. h., dass bei dieser Integration zur Realisierung der
Ausleseschaltung auf die bereits vorhandene Steuerschaltung des
LCD- oder des OLED-Displays (oder einer anderen Steuerschaltung,
wenn eine andere Displaygattung zum Einsatz kommt) aufgesetzt wird.
-
Wie
bereits beschrieben, kann es sich bei dem Display um ein LCD-Display
handeln, das von Haus aus eine Beleuchtungseinrichtung zur Erzeugung
eines Hintergrundlichts umfasst. Das Hintergrundlicht ist im Funktionsprinzip
eines LCD-Displays erforderlich, da es von der Rückseite in die LCD-Ebene eingekoppelt
und über
die einzelnen LCD-Pixel „verarbeitet” wird,
also entsprechend polarisiert respektive gedreht wird, worüber die
einzelnen pixelweisen Farbdarstellungen erfolgen. Dieses Hintergrundlicht
wird gleichzeitig als Scanlicht genutzt. Soll also beispielsweise
gescant werden, so wird in einen entsprechenden Scanmodus des Displays
umgeschaltet, woraufhin lediglich die Lichtquelle des LCD-Displays
betrieben wird. Die LCD-Darstellungsebene arbeitet in diesem Fall
derart, dass das gesamte Display nur weißes Licht abstrahlt, über das der
auf die Displayoberfläche
aufgelegte Gegenstand beleuchtet wird. Das vom Gegenstand zurückreflektierte
Licht wird sodann über
die Sensorebene, gleich wo diese ist (aufgesetzt oder in der Steuerelementebene
integriert) aufgenommen und als elektrische Ladung in den einzelnen
Dioden gespeichert, woraufhin es zeilenweise ausgelesen wird.
-
Im
Falle einer Ausgestaltung eines Displays als OLED-Display, bei dem
keine Hintergrundbeleuchtung erforderlich ist, wird die Gegenstandsbeleuchtung über die
OLED-Ebene selbst vorgenommen, d. h., die einzelnen OLED-Pixel werden
entsprechend angesteuert, damit über
die Displayfläche der
aufgelegte Gegenstand homogen beleuchtet wird. Das aufgesetzte Sensorarray
empfängt
auch hier das zurückreflektierte
Licht und speichert dieses als Ladung ab, die sodann zeilenweise
ausgelesen werden kann.
-
Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der
Zeichnungen. Dabei zeigen:
-
1 eine
Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Displays in Form einer
Teilansicht nach einer ersten Ausführungsform,
-
2 eine
Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Displays in Form einer
Teilansicht nach einer zweiten Ausführungsform, und
-
3 eine
Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Displays in Form einer
Teilansicht nach einer dritten Ausführungsform.
-
1 zeigt
in Form einer Prinzipdarstellung ein erfindungsgemäßes Display 1 nach
einer ersten Ausführungsform.
Bei diesem sind lediglich die zentralen Displayteile aus Übersichtlichkeitsgründen dargestellt.
-
Bei
dem gezeigten Display 1 handelt es sich um ein LCD-Display
mit einer Darstellungsebene 2 bestehend aus einer Vielzahl
einzelner LCD-Zellen 3, die jeweils einzelne Pixel bilden.
Der Aufbau einer solchen LCD-Darstellungsebene ist dem Fachmann hinlänglich bekannt,
hierauf muss nicht näher
eingegangen werden.
-
Der
Darstellungsebene 2 zugeordnet ist eine weitere Ebene 4 umfassend
eine Vielzahl einzelner Steuerelemente 5, bei denen es
sich um Dünnfilmtransistoren
handelt, die in Form eines Arrays angeordnet sind, wobei jeweils
ein Dünnfilmtransistor
einen LCD-Pixel bedient. Es handelt sich hier also um ein Activ-Matrix-Display,
wobei dessen Funktion ebenfalls bekannt ist. Die einzelnen Transistoren werden
selbstverständlich über eine
entsprechende, hier nicht näher
gezeigte Schaltungsanordnung angesteuert, was ebenfalls hinlänglich bekannt
ist.
-
Vorgesehen
ist schließlich
eine Lichtquelle 6, die Licht in eine Reflexionsebene 7 einkoppelt,
in bzw. über
welche das von der Seite her eingekoppelte Licht umgelenkt wird,
so dass es als Hintergrundlicht durch die Steuerelementebene 4 hindurch
zur Darstellungsebene 2 tritt, wo es in den einzelnen Pixeln
je nach Ausrichtung der pixelweisen Flüssigkristalle mehr oder weniger
stark polarisiert wird, so dass es zu den einzelnen unterschiedlichen
pixelweisen Farbdarstellungen kommt. Auch dieser Aufbau ist hinlänglich bekannt.
-
Auf
den bekannten LCD-Aufbau ist nun bei dem Display 1 gemäß dieser
Erfindungsausgestaltung eine zusätzliche
Sensorebene 8 umfassend eine Vielzahl von in Form eines
Arrays angeordneten einzelnen Photodioden 9, die in einer
geeigneten Masse oder einem geeigneten Substrat 10 aufgenommen
sind, über
eine Klebeschicht 11 aufgesetzt. Diese Sensorebene 8 respektive
die einzelnen Photodioden 9, üblicherweise a-Si-Dioden, werden über eine
eigene Ausleseschaltung 12 zeilenweise ausgelesen, um die
darin gespeicherten Ladungsinformationen zu erfassen. Die Sensorebene 8 dient
dazu, Informationen von einem auf die Displayoberfläche 13, die
nun von der Oberfläche
der Sensorebene 8 (oder einer Abdeckplatte) gebildet wird,
aufgelegten flächigen
Gegenstandes einzuscannen. Hierzu wird nach Umschalten in einen
Scan-Modus die Lichtquelle 8 betrieben, die LCD-Darstellungsebene 2 wird über die
Steuerelemente 5 so angesteuert, dass weißes Licht über die
gesamte Ebene emittiert wird. Dieses läuft durch die Sensorebene 8 und
beleuchtet den hier dargestellten Gegenstand 14 von unten.
Das von dem Gegenstand 14 zurückreflektierte Licht wird von den
Photodioden 9 aufgenommen, in elektrische Ladung umgewandelt
und dort abgelegt. Nach Beendigung des Scanvorgangs werden die Photodioden 9 zeilenweise
ausgelesen, um die gescannte Information zu erfassen, die anschließend weiterverarbeitet oder
abgespeichert oder sonst wie bearbeitet werden kann.
-
Die
Ausgestaltung der Sensorebene 8 ist zweckmäßigerweise
derart, dass sie möglichst
dünn und
hochgradig transparent ist, so dass es zu einer möglichst
geringen Abschattung der darunterliegenden LCD-Displayebene kommt,
damit die hierüber
im üblichen
Display-Betrieb dargestellte Information ohne Weiteres erfasst werden
kann. D. h., dass die Photodioden 9 selbst möglichst
klein ausgeführt
sind, so dass sie sich optisch nicht nachteilig auswirken, wie natürlich auch
die Masse oder das Substrat 10 transparent ist.
-
2 zeigt
eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung
eines Displays 1, wobei soweit möglich gleiche Bezugszeichen
für gleiche
Bauteile verwendet werden. Auch hier kommt eine Darstellungsebene 2 in
Form einer aus LCD-Zellen aufgebauten Pixelmatrix zum Einsatz, wie
hier auch die Steuerelementebene 4 mit den einzelnen Dünnfilmtransistoren 5 vorgesehen
ist. Gleichermaßen
sind die Lichtquelle 6 und die Reflexionsebene 7 vorgesehen.
-
Anders
als bei der Ausgestaltung nach 1 ist hier
jedoch die Sensorebene 8 in die Steuerelementebene 4 integriert,
d. h., dass die einzelnen Photodioden 9 in der Steuerelementebene 4 verteilt
angeordnet sind, wobei wie dargestellt jedem Dünnfilmtransistor 5 eine
Photodiode 9 zugeordnet ist. Hier ist also die Sensorelementebene 8 innerhalb
des üblichen
LCD-Displayaufbaus
integriert, sie befindet sich unterhalb der eigentlichen LCD-Darstellungsebene. Dies
hat den Vorteil, dass zum zeilenweisen Auslesen der Photodiodenmatrix
die gleiche Auslese-respektive Steuerschaltung verwendet werden
kann, d. h., dass die Dünnfilmtransistoren 5 Teil
dieser Ausleseschaltung sind respektive diese bilden. Es ist hier also
keine separate Ausleseschaltung wie bei dem Ausführungsbeispiel nach 1 vorzusehen,
vielmehr wird bei dieser Integrationsart die ohnehin vorhandene
Steuerschaltung der LCD-Matrix
verwendet.
-
Bei
dieser Erfindungsausgestaltung ist darauf zu achten, dass die Dicke
der obersten Schicht, über
die die LCD-Darstellungsfläche
nach außen
begrenzt ist möglichst
dünn ist,
sie sollte kleiner 100 μm sein,
um noch die hinreichende Transparenz sicherzustellen, damit das
von dem hier nicht näher
gezeigten aufgelegten Gegenstand zurückreflektierte Licht zu den
Photodioden 9 gelangt und eine hinreichend hohe Auflösung erreicht
wird. Hier ist also sicherzustellen, dass die einzelnen LCD-Pixel 3 nur
unwesentlich abschatten. Umgekehrt ist darauf zu achten, dass auch
die Photodioden 9 möglichst
klein sind, damit sie nicht zu viel über die Lichtquelle 6 eingestrahltes
und zur LCD-Darstellungsebene 2 reflektiertes Licht abschatten.
-
3 zeigt
schließlich
ein erfindungsgemäßes Display 1,
bei dem die Darstellungsebene 2 aus einer Matrix aus einzelnen
OLED-Zellen 14 besteht, wobei die die einzelnen Pixel bildenden
OLED-Zellen 15 auch hier wiederum über ein einzelnes Steuerelement
in Form von Dünnfilmtransistoren 5 einer
Steuerelementebene 4 angesteuert werden. Bei dieser Ausgestaltung
sind wiederum die einzelnen Photodioden 9 der Sensorebene 8 in
die Steuerelementebene 4 integriert, d. h., dass jedem
Dünnfilmtransistor 5 eine
Photodiode 9 zugeordnet ist. Auch hier wird also zum zeilenweisen
Auslesen der Photodiodenmatrix die Steuerelementebene respektive
deren Transistoren genutzt. Zum Scannen wird auch hier die Darstellungsebene
bzw. werden die einzelnen OLED-Zellen 15 so angesteuert,
dass weißes
Licht emittiert wird und ein nicht näher gezeigter flächiger Gegenstand, der
auf die Oberseite aufgelegt ist, beleuchtet wird. Das Reflexionslicht
wird wiederum von der Photodiode 9 aufgenommen und nachfolgend
ausgelesen.
