DE102018119548A1

DE102018119548A1 - Anzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE102018119548A1
Application number: DE102018119548.6A
Authority: DE
Inventors: Hubert Halbritter
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2018-08-10
Filing date: 2018-08-10
Publication date: 2020-02-13
Also published as: US20210265323A1; WO2020030716A1

Abstract

In einer Ausführungsform umfasst die Anzeigevorrichtung (1) eine Vielzahl von Bildpunkten (2), die in einem regelmäßigen Hauptraster (3) angeordnet sind. Mehrere optoelektronische Zusatzchips (4) dienen zur Strahlungserzeugung. Die Bildpunkte (2) sind durch einzeln ansteuerbare lichtemittierende Bereiche (22, 23) gebildet. Die Zusatzchips (4) sind in einem Nebenraster (5) angeordnet. Das Nebenraster (5) ist gegenüber dem Hauptraster (3) versetzt, sodass die Zusatzchips (4) abseits von Gitterpunkten des Hauptrasters (3) positioniert sind.

Description

Es wird eine Anzeigevorrichtung angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe liegt darin, eine Anzeigevorrichtung anzugeben, bei der Zusatzfunktionen effizient innerhalb einer Anzeigefläche integriert sind.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch eine Anzeigevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der übrigen Ansprüche.
Insbesondere wird eine Anzeigevorrichtung angegeben, die viele Bildpunkte aufweist, zwischen denen verteilt Beleuchtungsquellen etwa für Infrarot angeordnet sind. Über die zusätzlichen Beleuchtungsquellen ist platzsparend eine Strahlungsquelle etwa für eine Gesichtserkennung realisierbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Anzeigevorrichtung eine Vielzahl von Bildpunkten. Die Bildpunkte sind in einem regelmäßigen Hauptraster angeordnet. Bevorzugt wird von den Bildpunkten mit einer einstellbaren Intensität jeweils rotes, blaues und grünes Licht emittiert. Das heißt, die Bildpunkte können sogenannte RGB-Bildpunkte sein. Über die Bildpunkte ist es dann möglich, dass mit der Anzeigevorrichtung farbige Bilder und/oder Filme dargestellt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Anzeigevorrichtung mehrere optoelektronische Zusatzchips. Die Zusatzchips können alle baugleich sein oder es sind mehrere Arten verschiedener Zusatzchips verbaut. Die Zusatzchips sind zur Strahlungserzeugung eingerichtet, insbesondere zur Erzeugung von nahinfraroter Strahlung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Bildpunkte durch einzeln ansteuerbare lichtemittierende Bereiche gebildet. Das heißt, die Bildpunkte sind dann nicht durch eine Hintergrundbeleuchtung zusammen mit einer Flüssigkristallmaske realisiert, sondern durch einzelne, selbst lichtemittierende Bereich. Eine nachgeschaltete Filtermaske wie eine Flüssigkristallmaske ist somit nicht erforderlich. Die lichtemittierenden Bereiche und damit die Bildpunkte werden beispielsweise mit einer Aktivmatrix-Schaltung oder mit einer Passivmatrix-Schaltung angesteuert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform basieren die lichtemittierenden Bereiche auf einem organischen und/oder auf einem anorganischen Halbleitermaterial. Anorganische Halbleitermaterialien sind bevorzugt, da mit anorganischen Halbleitermaterialien pro Flächeneinheit Licht höherer Intensität erzeugt werden kann als mit organischen Halbleitermaterialien. Damit können auf einem anorganischen Halbleitermaterial basierende Bildpunkte kleiner sein und es sind größere Zwischenräume zwischen benachbarten Bildpunkten möglich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Zusatzchips in mindestens einem Nebenraster angeordnet. Das Nebenraster kann regelmäßig oder auch unregelmäßig sein. Es ist möglich, dass mehrere regelmäßige Nebenraster miteinander kombiniert werden und die Zusatzchips auf Rasterpunkten der mehreren Nebenraster verteilt vorliegen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das mindestens eine Nebenraster gegenüber dem Hauptraster versetzt. Das heißt, einige oder alle Gitterpunkte des Nebenrasters fallen bevorzugt nicht mit Gitterpunkten des Hauptrasters zusammen. Damit ist erreichbar, dass die Zusatzchips abseits von den Gitterpunkten des Hauptrasters positioniert sind. Mit anderen Worten stellen die Zusatzchips keine Substitution von Bildpunkten dar, sondern bilden bevorzugt eigenständige, zusätzlich zu den Bildpunkten vorhandene Komponenten. Insbesondere ist eine Anordnung, speziell eine regelmäßige Anordnung, der Bildpunkte durch die Zusatzchips nicht oder nicht signifikant beeinträchtigt oder gestört.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst die Anzeigevorrichtung eine Vielzahl von Bildpunkten, die in einem regelmäßigen Hauptraster angeordnet sind. Mehrere optoelektronische Zusatzchips dienen zur Strahlungserzeugung. Die Bildpunkte sind durch einzeln ansteuerbare lichtemittierende Bereiche gebildet. Die lichtemittierenden Bereiche basieren auf einem organischen und/oder auf einem anorganischen Halbleitermaterial. Die Zusatzchips sind in einem Nebenraster angeordnet. Das Nebenraster ist gegenüber dem Hauptraster versetzt, sodass die Zusatzchips abseits von Gitterpunkten des Hauptrasters positioniert sind.
Üblicherweise benötigen Displays in mobilen Geräten wie Smartphones eine Aussparung etwa für eine Infrarot-Beleuchtungsquelle und/oder für eine Kamera. Dies ist zunehmend unerwünscht, da eine solche Aussparung die effektive Bildgröße limitiert und einen optischen Gesamteindruck schmälert.
Insbesondere durch die Verwendung von Leuchtdiodenchips, auch als LEDs bezeichnet, als Lichtquelle für die einzelnen Bildpunkte ergibt sich je nach einem Rastermaß der Bildpunkte ein vergleichsweise großer Freiraum zwischen den einzelnen Bildpunkten und/oder den LEDs für die Bildpunkte. Dies gilt insbesondere, wenn sogenannte µLEDs verwendet werden. Solche µLEDs weisen typischerweise Kantenabmessungen im Bereich um 10 µm auf.
Der Zwischenraum zwischen den Bildpunkten wird bevorzugt mit Lasern wie µVCSELs oder IREDs aufgefüllt. Diese dienen als verteilte Lichtquelle und brauchen nicht mehr als diskrete Komponente neben dem Display ausgeführt zu werden. Zudem kann jeder einzelne Zusatzchip, insbesondere in Form der µVCSELs und/oder der µIREDs, sehr schnell angesteuert und/oder moduliert werden, da je nur wenige µA zur Bestromung benötigt werden. Außerdem können über den gleichen Ansteuerchip, insbesondere ein µIC, der die RGB-Bildpunkte ansteuert, auch die Zusatzchips angesteuert werden.
Werden die einzelnen Zusatzchips mit einer Optik versehen, so kann die Strahlung jedes Zusatzchips entsprechend abgebildet werden. Damit lassen sich sowohl homogene Beleuchtungsszenarien als auch eine strukturierte Abbildung, auch als structured light bezeichnet, realisieren.
Durch die Anordnung der Zusatzchips zwischen den Bildpunkten ist somit kein zusätzlicher Bauraum für eine weitere Leuchtquelle nötig. Dadurch, dass insbesondere die µVCSELs verteilt angeordnet sind, bestehen keine Probleme hinsichtlich der Augensicherheit. Da etwa die µVCSELs nur wenig µA an Betriebsstrom benötigen, ergibt sich zudem eine schnelle Modulierbarkeit, anders als bei großen, diskreten Chips, die einige Ampere an Strom benötigen und dadurch hinsichtlich ihrer Schaltzeiten induktivitätsbegrenzt sind. Weiterhin sind maßgeschneiderte Optiken wie Meteroptiken, diffraktive Optiken oder refraktive Optiken für die Zusatzchips möglich, die ein angepasstes Beleuchtungsszenario aus der Fläche heraus erlauben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Anzeigevorrichtung mindestens 0,3 Millionen Bildpunkte oder 1 Million Bildpunkte oder 3,5 Millionen Bildpunkte. Somit lassen sich mit der Anzeigevorrichtung Bilder oder Filme mit hoher Auflösung darstellen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind höchstens 100000 oder 10000 oder 1000 der Zusatzchips vorhanden. Das heißt, eine vergleichsweise geringe Anzahl der Zusatzchips ist ausreichend, um die Zusatzfunktion wie eine Infrarot-Beleuchtung zu erzielen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind um mindestens einen Faktor 100 oder 500 oder 1000 mehr Bildpunkte als Zusatzchips vorhanden. Im Vergleich zu den Bildpunkten liegen damit nur sehr wenige der Zusatzchips vor. Entsprechend kann das Nebenraster, in dem die Zusatzchips angeordnet sind, ein erheblich größeres Rastermaß aufweisen als das Hauptraster, in dem die Bildpunkte angeordnet sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt das Rastermaß des Hauptrasters bei mindestens 30 µm oder 50 µm. Alternativ oder zusätzlich liegt das Rastermaß des Hauptrasters bei höchstens 200 µm oder 150 µm oder 100 µm. Eine Größe der Bildpunkte liegt bevorzugt bei höchstens 90 % oder 80 % oder 50 % des Rastermaßes des Hauptrasters. Das heißt, die Bildpunkte können im Vergleich zum Rastermaß des Hauptrasters relativ klein gestaltet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Zusatzchips in Draufsicht gesehen eine mittlere Kantenlänge von höchstens 50 µm oder 20 µm oder 10 µm auf. Alternativ oder zusätzlich liegt die mittlere Kantenlänge der Zusatzchips bei mindestens 1 µm oder 2 µm oder 5 µm oder 10 µm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Zusatzchips beabstandet von den Bildpunkten angeordnet. Das heißt, die Zusatzchips und die lichtemittierenden Bereiche der Bildpunkte und/oder Halbleiterchips der Bildpunkte berühren sich nicht. Ein Abstand zwischen den Zusatzchips und den Bildpunkten und/oder deren lichtemittierender Bereiche liegt beispielsweise bei mindestens 5 % oder 10 % oder 20 % des Rastermaßes des Hauptrasters.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Bildpunkte jeweils einen lichtemittierenden Bereich für rotes, grünes und blaues Licht auf. Die lichtemittierenden Bereiche des jeweiligen Bildpunkts sind bevorzugt elektrisch unabhängig voneinander ansteuerbar. Das heißt, die Bildpunkte können als RGB-Bildpunkte eingerichtet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Bildpunkte jeweils durch einen oder durch mehrere Leuchtdiodenchips gebildet. Beispielsweise ist ein LED-Chip zur Erzeugung von rotem Licht, ein LED-Chip zur Erzeugung von grünem Licht und ein LED-Chip zur Erzeugung von blauem Licht vorhanden. Das jeweilige Licht kann unmittelbar in einer Halbleiterschichtenfolge der zugehörigen LED-Chips erzeugt werden oder erst durch Wellenlängenkonversion mit Hilfe mindestens einem Leuchtstoffs. Wird zumindest ein Leuchtstoff verwendet, so emittieren die Leuchtdiodenchips der Bildpunkte bevorzugt nahultraviolette Strahlung oder blaues Licht und können damit alle baugleich sein.
Die Halbleiterschichtenfolge basiert bevorzugt auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial. Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mN oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mP oder auch um ein Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mAs oder wie Al_nGa_mIn_1-n-mAs_kP_1-k, wobei jeweils 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1 sowie 0 ≤ k < 1 ist. Bevorzugt gilt dabei für zumindest eine Schicht oder für alle Schichten der Halbleiterschichtenfolge 0 < n ≤ 0,8, 0,4 ≤ m < 1 und n + m ≤ 0,95 sowie 0 < k ≤ 0,5. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also Al, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können. Bevorzugt basiert die Halbleiterschichtenfolge auf AlInGaN.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Bildpunkte jeweils durch lichtemittierende organische Bereiche gebildet. Für jede Emissionsfarbe ist pro Bildpunkt bevorzugt ein separat ansteuerbarer lichtemittierender Bereich vorhanden.
Das heißt, die Anzeigevorrichtung kann ein sogenanntes OLED-Display sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ein Teil oder sind alle der Zusatzchips durch Laser gebildet. Insbesondere handelt es sich bei den Lasern oder bei zumindest einem Teil der Laser um solche mit einem vertikalen Resonator. Derartige Laser werden auch als VCSEL bezeichnet, wobei VCSEL für Vertical Cavity Surface Emitting Laser steht. Aufgrund der bevorzugt kleinen Abmessungen der Zusatzchips im µm-Bereich mit Kantenlängen von insbesondere höchstens 20 µm oder 10 µm können solche Laser auch als µVCSEL bezeichnet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ein Teil oder sind alle der Zusatzchips durch LED-Chips und/oder durch IRED-Chips gebildet. IRED steht für InfraRed Emitting Diode. Wiederum weisen die Zusatzchips in diesem Fall bevorzugt kleine Abmessungen auf, sodass die Zusatzchips durch µLEDs oder µIREDs gebildet sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ein Teil der Zusatzchips durch Fotodetektor-Chips und/oder durch Berührungssensor-Chips gebildet oder es sind entsprechende Detektorchips zusätzlich zu den Zusatzchips vorhanden. Somit kann auch ein Sensor wie ein Berührungssensor oder eine Kamera oder ein Fotodetektor verteilt über die Anzeigevorrichtung im Bereich zwischen den Bildpunkten angebracht sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Anzeigevorrichtung mehrere Ansteuerchips. Die Ansteuerchips sind bevorzugt zur Ansteuerung der Zusatzchips und/oder der zusätzlichen Detektorchips und/oder der Bildpunkte eingerichtet. Es ist möglich, dass die Ansteuerchips sowohl zumindest einen Teil der Bildpunkte als auch die Zusatzchips ansteuern.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Ansteuerchips in dem gleichen Nebenraster oder in einem der Nebenraster angeordnet wie die Zusatzchips und/oder die Detektorchips. Alternativ befinden sich die Ansteuerchips in Zwischenbereichen zwischen dem Hauptraster und dem Nebenraster. Das heißt, die Ansteuerchips sind dann weder in dem Hauptraster noch in dem zumindest einen Nebenraster angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist zumindest ein Teil der Zusatzchips zur Emission von nahinfraroter Strahlung eingerichtet. Eine Wellenlänge maximaler Intensität dieser Zusatzchips liegt bevorzugt bei mindestens 800 nm und/oder bei höchstens 1000 nm, insbesondere um 850 nm oder um 940 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Zusatzchips zusammengenommen für eine optische Strahlungsleistung von mindestens 1 W oder 2 W oder 3 W und/oder von höchstens 5 W vorgesehen. Einzelne Zusatzchips sind bevorzugt für eine Strahlungsleistung von mindestens 0,3 mW oder 1 mW oder 3 mW und/oder von höchstens 50 mW oder 15 mW vorgesehen. Dabei emittieren die Zusatzchips bevorzugt die Strahlung nicht kontinuierlich, sondern gepulst für nur kurze Zeitbereiche. Somit ist eine Leistungsaufnahme der Zusatzchips im zeitlichen Mittel bevorzugt deutlich geringer als eine Leistungsaufnahme der Bildpunkte.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind mehrere verschiedene Arten von Zusatzchips vorhanden. Die verschiedenen Arten von Zusatzchips sind bevorzugt zur Emission von Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen maximaler Intensität eingerichtet. Beispielsweise ist eine oder sind mehrere Arten von Zusatzchips vorhanden, die im nahen ultravioletten oder im blauen Spektralbereich emittieren. Weiterhin können Zusatzchips vorhanden sein, die im sichtbaren Spektralbereich bei Wellenlängen emittieren, die von den Bildpunkten selbst nicht abgedeckt sind. Außerdem können die Zusatzchips in unterschiedlichen Bereichen des nahinfraroten Spektralbereichs emittieren.
Durch Zusatzchips, die bei unterschiedlichen Wellenlängen emittieren, lassen sich beispielsweise spektroskopische Anwendungen realisieren, etwa um die Frische von Lebensmitteln festzustellen oder um einen Farbabgleich von Kosmetika zu vereinfachen. Sind Zusatzchips mit unterschiedlichen Emissionswellenlängen vorhanden, so werden die verschiedenen Emissionswellenlängen bevorzugt zeitlich nacheinander emittiert, um eine Wellenlängenauflösung zu erzielen. Alternativ können die Zusatzchips mit den unterschiedlichen Emissionswellenlängen auch zeitgleich betrieben werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Zusatzchips ungleichmäßig über die Anzeigevorrichtung verteilt. Somit ist es möglich, dass die Anzeigevorrichtung bereichsweise frei von den Zusatzchips ist. Somit können Bereiche mit einer bestimmten Dichte der Zusatzchips vorhanden sind, wobei diese Dichte in dem betreffenden Bereich nicht variiert, und bereichsweise ist die Anzeigevorrichtung gänzlich frei von den Zusatzchips. Alternativ sind die Zusatzchips mit einem kontinuierlichen Gradienten verteilt, sodass bereichsweise die Anzeigevorrichtung eine hohe Dichte an Zusatzchips und bereichsweise eine niedrige Dichte an Zusatzchips aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Anzeigevorrichtung eine oder mehrere Optiken. Die mindestens eine Optik ist für die Zusatzchips vorgesehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die mindestens eine Optik beabstandet von dem mindestens einen zugeordneten Zusatzchip angebracht. Ein Abstand zwischen der Optik und dem Zusatzchip liegt beispielsweise bei mindestens 50 µm oder 100 µm. Das heißt, der Abstand der Optik von dem Zusatzchip kann signifikant größer sein als laterale Abmessungen des Zusatzchips.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich die Optik direkt an und/oder auf dem zugeordneten Zusatzchip. Hierdurch lässt sich eine geringe Bauhöhe der Anzeigevorrichtung erzielen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die jeweiligen Optiken für die Zusatzchips in einer Deckplatte der Anzeigevorrichtung integriert. Die Deckplatte, die zum Beispiel aus einem Glas oder einem Kunststoff ist, überdeckt bevorzugt die Bildpunkte und die Zusatzchips gemeinsam. Somit kann eine separate Optikkomponente für die Zusatzchips entfallen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist mindestens ein Teil der Zusatzchips zur Erzeugung von Strahlungsimpulsen mit einer Dauer von höchstens 20 ns oder 10 ns oder 2 ns eingerichtet. Dies ist insbesondere durch die Verwendung von VCSELs möglich. Durch Zusatzchips, die Strahlungsimpulse einer kurzen Dauer aussenden, lässt sich beispielsweise eine Abstandsmessung oder eine Laufzeitmessung realisieren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ein Teil oder sind alle der Zusatzchips für eine biometrische Messung eingerichtet. Beispielsweise dienen die Zusatzchips als Lichtquelle für eine Gesichtserkennung und/oder für eine Fingerabdruckbestimmung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Anzeigevorrichtung ein Display eines Smartphones. Alternativ handelt es sich bei der Anzeigevorrichtung um ein Display für einen tragbaren Rechner wie ein Tablet oder ein Notebook. Ferner kann die Anzeigevorrichtung ein Display eines Armbandgeräts wie einer Uhr oder eines Körperfunktionenmessgeräts sein. Die Verwendung der Anzeigevorrichtung in anderen mobilen Geräten ist ebenso möglich.
Nachfolgend wird eine hier beschriebene Anzeigevorrichtung unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:

1 eine schematische Draufsicht auf ein Display eines Smartphones mit einer Abwandlung einer Anzeigevorrichtung,
2 bis 7 schematische Schnittdarstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Anzeigevorrichtungen, und
8 bis 11 schematische Draufsichten auf Smartphones mit Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Anzeigevorrichtungen.

In 1 ist ein Smartphone 10 mit einer Abwandlung 1' einer Anzeigevorrichtung dargestellt. An einem oberen Ende weist die Abwandlung 1' einen relativ großen Ausschnitt 11 auf. In dem Ausschnitt 11 befindet sich beispielsweise ein Punktprojektor für strukturiertes Licht, ein Infrarot-Blitz zur Beleuchtung etwa für Gesichtserkennung und/oder eine Infrarotkamera. Durch den Ausschnitt 11 wird eine nutzbare Fläche für die Abwandlung 1' der Anzeigevorrichtung reduziert. Mit den unten beschriebenen Anzeigevorrichtungen 1 lässt sich der Ausschnitt 11 in seiner Größe signifikant reduzieren oder es ist möglich, dass der Ausschnitt 11 komplett entfällt.
In 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Anzeigevorrichtung 1 illustriert. Auf einem Träger 8 wie einer Leiterplatte ist eine Vielzahl von Bildpunkten 2 angebracht. Die Bildpunkte 2 sind beispielsweise jeweils durch einen rot emittierenden Leuchtdiodenchip 22R, durch einen grün emittierenden Leuchtdiodenchip 22G sowie durch einen blau emittierenden Leuchtdiodenchip 22B gebildet. Die Leuchtdiodenchips 22R, 22G, 22B sind elektrisch unabhängig voneinander ansteuerbar. Bei den Leuchtdiodenchips 22R, 22G, 22B handelt es sich bevorzugt um sogenannte µLEDs, die nur kleine laterale Abmessungen aufweisen.
Ein Rastermaß T einer Anordnung der Bildpunkte 2 liegt beispielsweise bei ungefähr 85 µm. Da die Leuchtdiodenchips 22R, 22G, 22B vergleichsweise klein sind, liegt zwischen benachbarten Bildpunkten 2 eine vergleichsweise große freie Fläche an dem Träger 8 vor. In dieser freien Fläche ist mindestens ein Zusatzchip 4 untergebracht. Bei dem Zusatzchip 4 handelt es sich bevorzugt um eine Quelle für nahinfrarote Strahlung. Beispielsweise ist der Zusatzchip 4 durch eine µIRED oder durch einen µVCSEL gebildet. Das heißt, von dem Zusatzchip 4 kann optional Laserstrahlung erzeugt werden.
Der Zusatzchip 4 befindet sich bevorzugt in einer gemeinsamen Ebene mit den Leuchtdiodenchips 22R, 22G, 22B. Insbesondere ist der Zusatzchip 4 mittig zwischen benachbarten Bildpunkten 2 angebracht. Abweichend von der Darstellung der 2 kann auch eine ausmittige Anordnung des Zusatzchips 4 zwischen den Bildpunkten 2 vorliegen.
Optional ist dem Zusatzchip 4 eine Optik 7 zugeordnet. Bei der Optik 7 handelt es sich beispielsweise um eine refraktive Optik wie eine Linse oder auch um eine Metaoptik aus einem optischen Metamaterial. Weiterhin kann die Optik 7 durch ein diffraktives optisches Element, auch als DOE bezeichnet, gebildet sein.
Laterale Abmessungen der Optik 7 sind bevorzugt größer als laterale Abmessungen des Zusatzchips 4. Beispielsweise liegt eine Breite W der Optik 7 bei mindestens 10 µm und/oder bei höchstens 50 µm. Entsprechendes gilt bevorzugt auch in allen anderen Ausführungsbeispielen.
Handelt es sich bei dem Zusatzchip 4 um einen VCSEL, so kann der Zusatzchip 4 eine einzige Apertur und/oder eine einzige Lasereinheit aufweisen oder ebenso mehrere Aperturen und/oder mehrere Lasereinheiten umfassen. Eine einzelne Apertur und/oder Lasereinheit weist beispielsweise laterale Abmessungen im Bereich um 2 µm auf. Damit kann der Zusatzchip 4 beispielsweise eine 3 x 3-Anordnung oder eine 5 x 5-Anordnung von VCSEL-Einheiten umfassen.
Im Ausführungsbeispiel der 3 ist illustriert, dass die Optik 7 direkt oder sehr nah an dem Zusatzchip 4 angebracht ist. In lateraler Richtung, also parallel zum Träger 8, kann die Optik 7 bündig oder näherungsweise bündig mit dem Zusatzchip 4 abschließen. Beispielsweise befindet sich zwischen der Optik 7 und dem Zusatzchip 4 lediglich ein Verbindungsmittel wie ein Kleber, nicht gezeichnet. Die Optik 7 kann monolithisch oder auch hybrid integriert sein.
Beim Ausführungsbeispiel der 4 sind außerdem zwischen den benachbarten Bildpunkten 2 Ansteuerchips 6 vorhanden. Beispielsweise ist jedem der Zusatzchips 4 einer der Ansteuerchips 6 zugeordnet. Es können auch mehrere Zusatzchips 4 jeweils einem Ansteuerchip 6 zugeordnet sein. Der Ansteuerchip 6 ist zum Beispiel ein IC.
Der mindestens eine Ansteuerchip 6 befindet sich beispielsweise auf einem weiteren Raster. Das heißt, die Bildpunkte 2 sowie die Zusatzchips 4 befinden sich auf einem Hauptraster 3 und auf einem Nebenraster 5, wobei der zumindest eine Ansteuerchip 6 nicht auf diesen Rastern liegt. Es ist möglich, dass ein eigenes Raster für die Ansteuerchips 6 vorhanden ist, das beispielsweise ein eigenes Rastermaß aufweist, das von einem Rastermaß für die Bildpunkte 2 sowie für die Zusatzchips 4 abweichen kann oder auch einem Rastermaß für die Zusatzchips 4 entsprechen kann.
Weiterhin ist in 4 illustriert, dass die Optik 7 für den dargestellten Zusatzchip 4 in einer Deckplatte 69 integriert sein kann. Somit braucht es sich bei der Optik 7 für den Zusatzchip 4 nicht um ein separates optisches Element zu handeln, sondern die Optik 7 kann in die Deckplatte 69 über den Bildpunkten 2 integriert sein.
Im Ausführungsbeispiel der 5 ist illustriert, dass alternativ oder zusätzlich zum Ansteuerchips 6 mehrere Dünnfilmtransistoren 61 vorhanden sein können. Über den mindestens einen Dünnfilmtransistor 61 ist eine Verschaltung und/oder Verdrahtung der Bildpunkte 2 und/oder der Zusatzchips 4 realisierbar.
Hinsichtlich einer Anordnung der Dünnfilmtransistoren 61 gelten die Ausführungen zu den Ansteuerchips 6 in 4 entsprechend.
Im Ausführungsbeispiel der 6 sind zusätzlich zu den Zusatzchips 4 mehrere Fotodetektor-Chips 62 vorhanden. Die Fotodetektor-Chips 62 können in einem weiteren, bevorzugt regelmäßigen Rastermaß angeordnet sein. Ein Sensorabstand S zwischen benachbarten Fotodetektor-Chips 62 liegt beispielsweise um 100 µm. hierdurch lässt sich ein Fingerabdruckscanner mittels der Fotodetektor-Chips 62 realisieren.
Der Sensorabstand S, der einem Rastermaß der Anordnung der Fotodetektor-Chips 62 entsprechen kann, ist bevorzugt gleich dem Rastermaß T der Bildpunkte 2 oder einem Rastermaß des Nebenrasters für die Zusatzchips 4. Die Fotodetektor-Chips 62 können über die gesamte Anzeigevorrichtung 1 verteilt vorliegen oder nur bereichsweise in der Anzeigevorrichtung 1 untergebracht sein.
Es ist möglich, dass den Fotodetektor-Chips 62 jeweils eine eigene Optik 7b zugeordnet ist. Damit können unterschiedliche Arten von Optiken 7a für die Zusatzchips 4 sowie Optiken 7b für die Fotodetektor-Chips 62 vorhanden sein. Die Optiken 7a, 7b können entsprechend 4 in einer in 6 nicht gezeichneten Deckplatte integriert sein.
Anstelle von Fotodetektor-Chips 62 können auch anders gestaltete Detektorchips verwendet werden, beispielsweise für eine Berührsensitivität. Entsprechende Detektorchips arbeiten beispielsweise kapazitiv.
Beim Ausführungsbeispiel der 7 weisen die Bildpunkte 2 jeweils lichtemittierende organische Bereiche 23R, 23G, 23B zur voneinander unabhängigen Erzeugung von rotem, grünem und blauem Licht auf. Zur Ansteuerung der Bereiche 23R, 23G, 23B ist eine Verdrahtung 9 vorhanden. Ferner erfolgt eine Ansteuerung beispielsweise über Dünnfilmtransistoren 61, die zwischen benachbarten Bildpunkten 2 angebracht sein können.
Im Vergleich zu den Ausführungsbeispielen der 2 bis 6 nehmen die lichtemittierenden organischen Bereiche 23R, 23G, 23B einen vergleichsweise großen Anteil einer Oberseite des Trägers 8 ein. Das heißt, zwischen benachbarten Bildpunkten 2 liegt nur ein vergleichsweise kleiner Zwischenbereich vor. Die Zusatzchips 4 sind in diesem Zwischenbereich angebracht. Dazu können die Zusatzchips 4 oberhalb etwa der Dünnfilmtransistoren 61 und oberhalb der Verdrahtung 9 angebracht sein. Hierdurch ist eine platzsparende Anordnung der Zusatzchips 4 realisierbar.
In 8 ist eine Draufsicht auf ein Smartphone 10 gezeigt, dass ein Ausführungsbeispiel der Anzeigevorrichtung 1 umfasst. Die Anzeigevorrichtung 1 ist beispielsweise gestaltet, wie in Verbindung mit den 2 bis 7 beschrieben.
Die Bildpunkte 2 sind in großer Anzahl in einem Hauptraster 3 angeordnet. Eine Anordnung der Zusatzchips 4 erfolgt in einem Nebenraster 5. Beide Raster 3, 5 können durch regelmäßige quadratische oder rechteckige Raster mit unterschiedlichen Rastermaßen gebildet sein.
Eine Dichte der Zusatzchips 4 ist wesentlich kleiner als eine Dichte der Bildpunkte 2. Das heißt, es sind deutlich mehr Bildpunkte 2 als Zusatzchips 4 vorhanden.
Die Zusatzchips 4 befinden sich beispielsweise ungefähr auf Diagonalen zwischen den Bildpunkten 2. Damit können die Zusatzchips 4 abseits von Rasterlinien des Hauptrasters 3 liegen.
In 9 ist illustriert, dass die Zusatzchips 4 auf den Verbindungslinien des Hauptrasters 3 liegen. In Links-Rechts-Richtung der 9 gesehen liegen die Zusatzchips 4 damit jeweils zwischen benachbarten Bildpunkten 2.
Die Anzeigevorrichtung 1 weist beispielsweise ungefähr 4 Millionen der Bildpunkte 2 auf, insbesondere für eine Auflösung von 1200 x 1900 Bildpunkten. Hingegen liegen bevorzugt weniger als 1000 der Zusatzchips 4 vor, die insbesondere durch µVCSELs realisiert sind. Durch die vergleichsweise großflächige Verteilung der Zusatzchips 4 etwa über das gesamte Smartphone 10 hinweg lässt sich die Augensicherheit erreichen, da eine Intensität der Strahlung lokal jeweils nur relativ gering ist.
In 10 ist veranschaulicht, dass die Zusatzchips 4 nicht über die gesamte Anzeigevorrichtung 1 verteilt vorliegen, sondern beispielsweise in einem mittleren Bereich konzentriert sind. Ein unterer Bereich und optional auch ein oberer Bereich der Anzeigevorrichtung 1 können frei von den Zusatzchips 4 sein, sodass sich beispielsweise in den oberen und unteren Bereichen nur die Bildpunkte 2 befinden.
In 11 ist veranschaulicht, dass in einem oberen Bereich der Anzeigevorrichtung 1 die Bildpunkte 2 sowie die Zusatzchips 4 vorhanden sind. Durch eine solche Anordnung lässt sich beispielsweise eine effiziente Beleuchtung für eine Gesichtserkennung erzielen.
Alternativ oder zusätzlich liegen in einem unteren Bereich der Anzeigevorrichtung 1 die Zusatzchips 4, die Bildpunkte 2 sowie die Fotodetektor-Chips 62 vor. Hierdurch lässt sich im unteren Bereich beispielsweise effizient eine Fingerabdruckerkennung realisieren.
In den Ausführungsbeispielen der 8 bis 11 kann jeweils eine nicht gezeichnete Frontseitenkamera vorhanden sein. Gegenüber der Abwandlung in 1 nimmt eine solche Kamera jedoch nur einen vergleichsweise geringen Platz an der Frontseite ein, da keine separate Lichtquelle neben der Anzeigevorrichtung untergebracht werden muss.
Sind die Fotodetektor-Chips 62 über die gesamte Frontseite hinweg verteilt, anders als in 11 dargestellt, ist es zudem möglich, dass eine dezidierte Frontseitenkamera entfallen kann. Ein Bild etwa für eine Gesichtserkennung ist dann beispielsweise rechnerisch aus den Einzelsignalen der über die Anzeigevorrichtung 1 verteilten Fotodetektor-Chips 62 ermittelbar.
Die in den Figuren gezeigten Komponenten folgen, sofern nicht anders kenntlich gemacht, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge insbesondere jeweils unmittelbar aufeinander. Sich in den Figuren nicht berührende Schichten sind bevorzugt voneinander beabstandet. Soweit Linien parallel zueinander gezeichnet sind, sind die entsprechenden Flächen bevorzugt ebenso parallel zueinander ausgerichtet. Ebenfalls, soweit nicht anders kenntlich gemacht, sind die relativen Positionen der gezeichneten Komponenten zueinander in den Figuren korrekt wiedergegeben.
Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste

1: Anzeigevorrichtung
1': Abwandlung der Anzeigevorrichtung
2: Bildpunkt
22: Leuchtdiodenchip
23: lichtemittierender organischer Bereich
3: Hauptraster
4: Zusatzchip
5: Nebenraster
6: Ansteuerchip
61: Dünnfilmtransistor
62: Fotodetektor-Chip
69: Deckplatte
7: Optik
8: Träger
9: Verdrahtung
10: Smartphone
11: Ausschnitt
P: Rastermaß der Bildpunkte
S: Sensorabstand
W: Breite der Optik

Claims

Anzeigevorrichtung (1) mit - einer Vielzahl von Bildpunkten (2), die in einem regelmäßigen Hauptraster (3) angeordnet sind, und - mehreren optoelektronischen Zusatzchips (4) zur Strahlungserzeugung, wobei - die Bildpunkte (2) durch einzeln ansteuerbare lichtemittierende Bereiche (22, 23) gebildet sind, - die lichtemittierenden Bereiche (22, 23) auf einem organischen und/oder auf einem anorganischen Halbleitermaterial basieren, - die Zusatzchips (4) in einem Nebenraster (5) angeordnet sind, und - das Nebenraster (3) gegenüber dem Hauptraster (3) versetzt ist, sodass die Zusatzchips (4) abseits von Gitterpunkten des Hauptrasters (3) positioniert sind.
Anzeigevorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, die mindestens 0,3 Millionen Bildpunkte (3) umfasst, wobei höchstens 10 000 der Zusatzchips (4) vorhanden sind.
Anzeigevorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei um mindestens einen Faktor 500 mehr Bildpunkte (2) als Zusatzchips (4) vorhanden sind.
Anzeigevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Rastermaß des Hauptrasters (3) zwischen einschließlich 30 µm und 150 µm liegt, wobei die Zusatzchips (4) in Draufsicht gesehen eine mittlere Kantenlänge von höchstens 20 µm aufweisen, und wobei die Zusatzchips (4) beabstandet von den Bildpunkten (2) angeordnet sind, und wobei die Bildpunkte (2) jeweils zur voneinander unabhängigen Abstrahlung von rotem, grünem und blauem Licht eingerichtet sind.
Anzeigevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bildpunkte (2) jeweils durch mindestens einen Leuchtdiodenchip (22) gebildet sind.
Anzeigevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Bildpunkte (2) jeweils durch lichtemittierende organische Bereiche (23) gebildet sind, sodass die Anzeigevorrichtung (1) eine OLED-Display ist.
Anzeigevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Teil der Zusatzchips (4) durch Laser mit einem vertikalen Resonator gebildet ist.
Anzeigevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Teil der Zusatzchips (4) durch LED-Chips und/oder durch IRED-Chips gebildet ist.
Anzeigevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend mehrere Detektorchips, die durch Fotodetektor-Chips (62) und/oder durch Berührungssenor-Chips gebildet sind.
Anzeigevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend mehrere Ansteuerchips (6), wobei die Ansteuerchips (6) entweder in dem Nebenraster (5) oder in Zwischenbereichen zwischen dem Hauptraster (3) und dem Nebenraster (5) angebracht sind.
Anzeigevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Teil der Zusatzchips (4) zur Emission von nahinfraroter Strahlung mit einer Wellenlänge maximaler Intensität zwischen einschließlich 800 nm und 1 µm eingerichtet ist, wobei diese Zusatzchips (4) zusammengenommen für eine optische Strahlungsleistung von mindestens 1 W eingerichtet sind.
Anzeigevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mehrere verschiedene Arten von Zusatzchips (4) vorhanden sind, die zur Emission von Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen maximaler Intensität eingerichtet sind.
Anzeigevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zusatzchips (4) ungleichmäßig verteilt sind, sodass die Anzeigevorrichtung (1) bereichsweise frei von den Zusatzchips (4) ist.
Anzeigevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend mindestens eine Optik (7) für die Zusatzchips (4), wobei die Optik (7) beabstandet von dem mindestens einem zugeordneten Zusatzchip (4) angebracht ist.
Anzeigevorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Optik (7) in einer Deckplatte (69) der Anzeigevorrichtung (1) integriert ist.
Anzeigevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Teil der Zusatzchips (4) zur Erzeugung von Strahlungsimpulsen mit einer Dauer von höchstens 10 ns eingerichtet ist, sodass mittels dieser Zusatzchips (4) eine Abstandsmessung ermöglicht ist.
Anzeigevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Teil der Zusatzchips (4) für eine biometrische Messung, insbesondere für eine Gesichtserkennung und/oder für eine Fingerabdruckbestimmung, eingerichtet sind.
Anzeigevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ein Display eines Smartphones (10) ist.