-
Die
vorliegende Erfindung betrifft Pixel-Bauelemente mit mindestens
einem Pixel und Displays mit Pixel-Bauelementen.
-
Bei
nahezu allen Display-Anwendungen ist die Kontaktierung eines einzelnen
Pixels zur Übertragung des jeweils gewünschten
Bildinhaltes eines der zu lösenden Probleme. Dies gilt
unabhängig von dem verwendeten physikalischen Anzeigeprinzip.
-
Es
ist bekannt, entweder direkt angesteuerte Elektroden, verteilte
Zeilen- und Spaltenelektroden, als sogenannte Passiv-Matrix aufgebaut,
oder eine über Zeilen und Spalten ansteuerbare TFT-Matrix einzusetzen,
bei der an jedem Bildpunkt ein Transistor die Bildinformation in
das Pixel einbringt. Die steuernde Elektronik befindet sich dazu
zumeist an den Außenrändern des Displays und steuert
die Spalten- und Zeilensignale. Damit kann eine Displayeinheit immer
nur in der späteren Endgröße gefertigt
werden, da bei jeder Segmentierung einzelner Teilflächen
die Treiber-ICs einen Bauraum verbrauchen, der störende
Streifen erzeugt.
-
Die
Elektroden sind durch transparente Schichten innerhalb des Bildfeldes
realisiert. Bei der TFT-Matrix befinden sich zudem an den Kreuzungspunkten
von Zeilen- und Spaltenleitungen kleine Transistoren, die in Dünnschichtverfahren
dort erzeugt worden sind und die die Weitergabe der jeweiligen Pixelinformation
an die zugehörige Steuerelektrode regeln.
-
Speziell
bei größeren Formaten stößt
diese Vorgehensweise jedoch an ihre physikalischen und ökonomischen
Grenzen. Ein Schwachpunkt ist, dass innerhalb des Bildfeldes jeder
einzelne TFT-Transistor funktionieren muss, da ein Defekt sofort
ein ausgefallenes Pixel bedeutet. Mit zunehmender Displaygröße
sinkt dabei die Ausbeute signifikant.
-
In
der bisherigen Technik wird das Videosignal über speziell
codierte Verfahren von der Signalquelle auf die Anzeige über
wenige Signalleitungen übertragen. Dann werden die Signale
teils über mehrere Stufen in die Signale für die
einzelnen Spalten- und Zeilenelektroden übernommen. Bei
einer Auflösung von zum Beispiel 1920·1080 sind
für die Vollfarbdarstellung 4000 Leitungen anzusteuern,
die an ihren Kreuzungsstellen die 2.138.400 TFT-Transistoren steuern.
-
Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Pixel-Bauelement
zur Verfügung zu stellen, das die oben geschilderten Nachteile überwindet,
so dass Displays aufgebaut werden können, bei denen deutlich
weniger Steuerleitungen, als im Stand der Technik erforderlich sind,
gebraucht werden.
-
Diese
Aufgabe wird von einem Pixel-Bauelement nach Anspruch 1. Display-Anwendungen
sind in den Ansprüchen 3 und 4 angegeben.
-
Erfindungsgemäß ist
vorgesehen, dass jedem Pixel ein Treiberchip zugewiesen ist, welcher
ein für das Pixel bestimmtes codiertes Videosignal decodiert
und das Pixel mit dem decodierten Signal steuert. Die Intelligenz
eines Bussystems wird somit in das erfindungsgemäße
Pixel-Bauelement integriert. Damit braucht der einzelne Pixel keine
eigene Zuleitung mehr.
-
Nach
einer vorteilhaften Ausgestaltung kann auch vorgesehen sein, dass
der Treiberchip eine Gruppe aus vier aneinander grenzenden Pixel
steuert, wobei der Treiberchip mittig in der Gruppe der Pixel angeordnet
ist.
-
Die
Erfindung nutzt aus, dass elektronische Schaltungen heute bereits
auf sehr kleinem Raum realisiert werden können. In dem
Essay
"eGrain – Elektronischer Staub" von Professor
Dr.-Ing. Dr. E. h. Herbert Reichl, veröffentlicht im Fraunhofer
Magazin 4.2001, Seite 22f. wird ein neues Konzept der Systemintegration
beschrieben, welches auf "electronic grains" oder "eGrains" basiert.
Dies sind kleinste, eigenständige funktionale Einheiten,
die sich sowohl durch die Fähigkeit zur Kommunikation untereinander
als auch durch freie Programmierbarkeit und ein gewisses Maß an
Modularität auszeichnen. Wenn solche eGrains für
den Treiberchip eingesetzt werden, kann die erforderliche Funktionalität
auf kleinstem Raum zur Verfügung gestellt werden.
-
Allerdings
ist der elektronische Schaltkreis selbst bisher nicht transparent
gestaltbar. Demnach wird der Treiberchip also einen Teil des Displays
abschalten. Sei angenommen, dass sich eine elektronische Steuerfunktion
mittels eines eGrains auf einer Fläche von etwa 0.5 0.5
mm2 realisieren läßt,
bedeutet dies, dass sich bereits mit Pixelgrößen
von 2·2 mm3 nur eine Flächenbedeckung
von 1/16, d. h. 6.25%, realisieren lassen sollte. Auch bei bisher
bekannten Bildschirmtypen liegt das Verhältnis von offener
zu geschlossener Fläche deutlich unterhalb von 100%, so
dass eine Abschattung in der Größenordnung von
6.25% keine Einschränkung darstellt. Andererseits zeigt
dies, dass das vorgeschlagene erfinderische Konzept bei kleinen
Bildschirmen mit hoher Pixelanzahl, wie sie zum Beispiel bei einem
Notebook-Monitor zu finden sind, nicht zu guten Ergebnissen führen
wird.
-
Bei
einer Pixelgröße von 2·2 mm2 werden
pro Quadratmeter Displayfläche 250.000 Pixel nötig.
Bei Verwendung erfindungsgemäßer Pixel-Bauelemente sind
damit auch eine entsprechende Anzahl von Treiberchips erforderlich.
Um hier den Aufwand zu reduzieren, wird nach einer vorteilhaften
Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, vier Pixel einem Treiberchip
zuzuordnen. Bei einer solchen Zuordnung ist es möglich,
ohne komplizierte Leitungsbahn-Kreuzungspunkte auszukommen. Dazu
muss der Treiberchip in der Mitte einer solchen Vierergruppe angeordnet
werden. Der Aufwand für die Treiberchips wird damit auf ¼ gesenkt.
-
Ein
weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass jeder einzelne Pixel vorgeprüft
werden kann, bevor die Endmontage zum System erfolgt. Bei geeigneter Systemauslegung
wären sogar Pixelreparaturen möglich. Durch die
Art der Aneinanderreihung sind zudem alle störenden Kanteneffekte
zu vermeiden.
-
Ein
Verfahren zum Ansteuern von Pixeln in einem Pixel-Bauelement weist
jedem Pixel einen Treiberchip zu, erzeugt für jedes Pixel
ein Datenpaket, das zumindest die Adresse des Pixels und einem Videosignal
entsprechende codierte Information enthält, überträgt
die Datenpakete über eine gemeinsame Zuleitung seriell
zu den Treiberchips, decodiert jedes Datenpaket in dem zu seinem
adressierten Pixel gehörenden Treiberchip, wobei der Treiberchip das
Pixel mit der decodierten Information steuert.
-
Dabei
kann die gemeinsame Zuleitung eine über den Pixeln angeordnete
unstrukturierte Deckelektrode sein.
-
Ein
Nachteil einer derartigen Busansteuerung besteht darin, dass die
Pixel nur seriell nacheinander mit ihrem jeweiligen Bildinhalt angesprochen werden
können. Damit ist die Geschwindigkeit, mit der ein Bild
auf einem Display aufgebaut werden kann, von der Taktrate der beteiligten
Prozessoren und der Komplexität des Busprotokolls abhängig. Standardmäßig
sind heute serielle Bussysteme von 100 Mbit/sec verfügbar,
bis zu 1 Gbit/sec sind möglich. Konservativ könnte
ein Bussystem mit 10 Mbit/sec betrachtet werden. Dies bedeutet etwa
1.2 MByte/sec und bei einer Farbtiefe von 2 Byte (64.000 Farben)
etwa 600.000 Pixeln/sec. Für ein Display mit 1920·1020
wäre eine Verarbeitungsgeschwindigkeit von 3 sec anzusetzen.
Diese Verarbeitungsgeschwindigkeit reicht zwar für Videofähigkeit
nicht aus, allerdings gibt es eine große Zahl von Anwendungen, beispielsweise
Reklametafeln und dergleichen, bei denen ein langsames Umschalten
akzeptiert werden kann. Andererseits wird der aufgezeigte Ansatz
von jeder weiteren Optimierung der elektronischen Technologie hinsichtlich
höherer Geschwindigkeit profitieren.
-
Daher
wird bei einer Ausgestaltung des beschriebenen Verfahrens, bei dem
die Pixel matrixartig angeordnet sind, jede Zeile aus Pixeln getrennt angesteuert.
Damit lassen sich die Zeilen parallel mit Daten versorgen. Eine
Videofähigkeit ist dann sicher gegeben.
-
Die
erfindungsgemäßen Pixel können nach einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung einfach auf die Displayunterlagen
aufgeschüttet werden. Ein Verfahren zum Erzeugen sich selbst
anordnender Mikrostrukturen ist in der
US-A-5 545 291 beschrieben.
Dabei sind die Mikrostrukturen geformte Blöcke, die sich
in Ausnehmungen auf einem Substrat selbst ausrichten und dabei mit
Substrat integriert werden.
-
Mit
den Pixel-Bauelementen gemäß der vorliegenden
Erfindung kann ein Display aufgebaut werden, indem man die Pixel-Bauelemente
matrixartig zwischen einer Bodenelektrode und einer Deckelektrode
anordnet. Vorteilhaft arbeitet ein solches System nach Art eines
Auflichtbildschirms. Da sich insbesondere die Leitungsführung
und die Behandlung der Außenkante eines Displays oder Displaysegments
als eine der schwierigeren Aufgaben herausgestellt hat, kann diese
Problematik mit Pixel-Bauelementen nach der Erfindung einfach gelöst
werden.
-
Die
Zuleitung für die Pixel-Bauelemente kann über
die Unterseite und die Oberseite des Displays erfolgen, indem man
die Treiberchips zwischen zwei mit transparenten leitfähigen
Schichten versehene Glasplatten bringt. Heute ist es problemlos möglich,
sowohl eine Versorgungsspannung als auch Dateninformation über
eine Leitung zu versenden, so dass prinzipiell diese Leitungen zur
Versorgung der Treiberchips innerhalb der erfindungsgemäßen
Pixel-Bauelemente ausreichen.
-
Im
folgenden soll die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung
näher erläutert werden. Es zeigt:
-
1 eine
Schnittansicht, stark vereinfacht, einer Displayanordnung, bei der
Pixel-Bauelemente gemäß der vorliegenden Erfindung
eingesetzt werden;
-
2 eine
Ausführungsform einer Anordnung von Pixeln gemäß der
vorliegenden Erfindung;
-
3 eine
Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform einer Anordnung
von Pixeln gemäß der vorliegenden Erfindung, die
einen teilweise parallelen Betrieb erlaubt; und
-
4 eine
Beispiel einer Kontaktierung eines Treiberchips.
-
1 zeigt
eine Schnittansicht durch ein Display, bei dem Pixel-Bauelemente
gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Das Display besteht aus zwei im wesentlichen parallelen Glasplatten 10, 20,
die auf den einander zugewandten Seiten 12, 22 mit
einer unstrukturierten, transparenten leitfähigen Schicht
versehen sind. Im Scheibenzwischenraum befindet sich eine Vielzahl
Treiberchips, z. B. 30, die zu ihren nächsten
Nachbarn im wesentlichen gleich beabstandet sind und eine Matrix
bilden. Die Pixel sind in dieser Zeichnung nicht gezeigt.
-
2 zeigt
eine Draufsicht auf eine Anordnung, bei der jeder Treiberchip 30 mit
vier Pixeln 31, 32, 33, 34 verbunden
ist. Dabei ist der Treiberchip 30 in der Mitte einer solchen
Vierergruppe positioniert. Während bei einer Einzelzuweisung
pro Quadratmeter 250.000 Pixel erforderlich wären, werden
jetzt nur noch 62.500 Chips/m2 benötigt.
Bei heutiger Produktion haben Wafer einen Durchmesser von etwa 12 Zoll,
was 300 mm entspricht. Auf der Waferfläche von etwa 70.000
mm2 können damit etwa 210.000 Bauteile
gefertigt werden. Dies führt zu absolut konkurrenzfähigen
Quadratmeterpreisen eines Displays, das gemäß der
Erfindung aufgebaut ist.
-
3 ist
eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines
Displays mit einer Anordnung von Pixel-Bauelementen gemäß der
vorliegenden Erfindung. Wieder sind jedem Treiberchip 30 vier Pixel 31, 32, 33, 34 zugeordnet,
allerdings ist hier die Deckelektrode strukturiert, so dass die
Pixelanordnung zeilenweise mit Datensignalen versorgt werden kann.
Es kann nämlich durchaus vorteilhaft sein, die einfache
flächige Strukturierung der Boden- und Deckelektrode aufzugeben
und einzelne Steuerleitungen 35, 36 zuzulassen, über
die dann für jeweils eine einzelne Zeile die Pixeldaten über
ein Bussystem eingespeist werden können. Die einzelnen
Treiberchips 30 würden dann in einer Zeile die
Daten übernehmen und nach Art eines Schieberegisters bis
zum letzten Pixel in der Zeile durchreichen. Ein Vorteil liegt in dem
deutlich einfacheren Aufbau des Treiberchips 30, da der
Protokollaufwand merklich sinkt. Zudem lassen sich dann jeweils
die Zeilen parallel mit Daten versorgen, so dass eine Videofähigkeit
gegeben ist. Zwar ist nachteilig, dass wieder eine Strukturierung der
Glasoberflächen notwendig ist und zudem die Treiberchips 30 auch
genau positioniert werden müssen. Der Strukturierungsaufwand
gegenüber der heutigen TFT-Platte ist allerdings weiterhin
drastisch reduziert.
-
4 zeigt
ein Beispiel einer Kontaktierung eines Treiberchips 30.
Die Kontaktpunkte 41, 42, 34, 44 in
den Ecken des im wesentlichen rechtwinkligen Breitbandchips 30 dienen
zur Kontaktierung mit den Pixeln 32, 33, die im
wesentlichen mittig zwischen den Kontaktpunkten 41 42, 43, 44 angeordneten Kontaktpunkte 45, 46, 47, 48 dienen
zur Kontaktierung mit Steuerleitungen.
-
Die
in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den
Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können
sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die
Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - "eGrain – Elektronischer
Staub" von Professor Dr.-Ing. Dr. E. h. Herbert Reichl, veröffentlicht
im Fraunhofer Magazin 4.2001, Seite 22f. [0011]