DE2708654C3 - Anzeigevorrichtung für die Darstellung von Zeichen, Mustern oder Bildern in einer Ebene - Google Patents

Anzeigevorrichtung für die Darstellung von Zeichen, Mustern oder Bildern in einer Ebene

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DE2708654C3 DE2708654A DE2708654A DE2708654C3 DE 2708654 C3 DE2708654 C3 DE 2708654C3 DE 2708654 A DE2708654 A DE 2708654A DE 2708654 A DE2708654 A DE 2708654A DE 2708654 C3 DE2708654 C3 DE 2708654C3
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Description

Die Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung für die Darstellung von Zeichen, Mustern oder Bildern gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige Anzeigevorrichtungen sind aus der DE-AS 10 091 und der DEOS 23 28 849 bekannt, wobei in der DE-OS auch die Anordnung der einzelnen Anzeigeelemente in einer Matrix in Zeilen und Spalten beschrieben ist.
Bei den bekannten Anzeigevorrichtungen, ist die Steuerung nicht einfach. Es sind ferner speichernde Halbleiter-Bauelemente im Entladungsgefäß einer Anteigevorrichtung gem. DE-OS 24 12 869 bekannt.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Anzeigevorrichtung für die Darstellung von Zeichen, Mustern oder Bildern in einer Ebene der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art derart auszubilden, daß sie mit einer geringen Betriebsspannung, einer hohen Schaltgeschwindigkeit, einem niedrigen Energiever krauch und einer leichten Helligkeitssteuerung betrie fcen werden kann, ohne daß externe Treibertransistoren erforderlich sind und eine komplizierte Verdrahtung und ein komplexer Aufbau nötig sind.
Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Nachfolgend ist die F.rfindung an Ausführungsbei spielen anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt
4" F i g. I einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform einer Anzeigevorrichtung,
F i g. 2 ein Schaltbild zur Funktionserläuterung eines Anzeigeelementes, das in einer Anzeigevorrichtung gemäß F i g. I verwendet wird,
■f> Fig. 3 eine graphische Darstellung für die Strom-Spannungs-Charakteristik eines bei dem Anzeigeelement gemäß F i g. 2 verwendeten Schaltelementes.
F i g. 4 einen vergrößerten Schnitt durch eine weitere Ausführungsform eir-es Anzeigeelements, r>o F i g. 5 eine Draufsicht auf die Anodenstruktur der mit Anzeigeelementen gemäß Fig.4 versehenen Anzeigevorrichtung,
Fig.6 eine graphische Darstellung der Drainspannung-Drainstrom-Charakteristik des Anzeigeelements « gemäß F ig. 4,
Fig 7,1 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Anzeigeelements,
F i g. 7b ein Schaltdiagramm für eine Anzeigevorrichtung mit Anzeigeelementen gemäß F i g. 7a, Fig.8a einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Anzeigeelement*, und
F i g. 8b ein Schaltdiagramm für eine mögliche Anzeigevorrichtung, bei welcher die Anzeigeelemente gemäß F i g. 8 verwendet werden.
μ Das Anzeigeelement gemäß Fig. I umfaßt eine Kathode, wie 7 B. eine heiße oder eine kalte Kathode 1, eine Steuerelektrode 2 zur Steuerung oder gleichmäßigen Verteilung der von der Kathode 1 emittierten
Elektroden, ein integriertes Halbleiterschaltelement 3, das aus einer Kombination eines Halbleitermaterials mit einem Isolatormaterial oder einem dielektrischen Material, oder einer Kombination aus Metall, einem dielektrischen Material und einem Isolatormaterial > gebildet ist und eine Strom-Spannungs-Charakteristik gemäß F i g. 3 aufweist Eine Vieizahl solcher Halbleiterschaltelemente 3 sind in einer Matrix angeordnet um ein Bildelement zu formen (z.B. eine »Figur« — 8 —). Weiterhin ist das Anzeigeelement mit einer lumineszie- w> renden Schicht 4 versehen, welche auf dem aktiven Halbleiterschaltelement 1 aufgeschichtet ist. An ein aus Metall, Keramik oder Halbleiter hergestelltes Substrat 5 ist eine z. B. aus Glai hergestellte transparente Frontplatte 6 vakuumdicht angeschweißt. Der Zwi- r> schenraum 7 innerhalb der Umhüllung aus der Frontplatte 6 und dem Substrat 5 ist evakuiert oder mit chemisch trägem Gas gefüllt
Die Kathode 1 wird in dem Hohlraum 7 durch geeignete Stützvorrichtungen (nicht dargestellt) gegen- in über der lurnineszierenden Schicht 4 abgestützt und die zwischen der Kathode 1 und der lumineszereriden Schicht 4 angeordnete Steuerelektrode 2 wird ebenfalls durch nicht dargestellte Stützvorrichtungen gehaltert.
In F i g. 2 ist die elektrische Schaltung eines .' i An/eigeelements nach Fig. 1 dargestellt. Mit 8 und 9 sind die Spannungsquellen für das Gitter und das Schaltelement 3 bezeichnet
Die Funktion des Anzeigeelementes wird anhand der F i g. 2 und 3 nachfolgend beschrieben. Eine Wechsel- m stromquelle 20 wird zur Heizung der Kathode I verwendet und die durch die Kathode 1 emittierten Glühelektronen werden gleichmäßig zerstreut oder durch die Gitterelektrode 2 gesteuert zum Aufprall auf die lumineszierende Schicht 4 veranlaßt, wodurch die r> Bildelemente der lumineszierenden Schicht 4 zum Leuchten angeregt werden. Zu diesem Zeitpunkt werden die Elektronen in das eine Strom-Span.iungs-Charakteristik gemäß Fig. 3 aufweisende Schaltelement 3 injizir-t. *< >
Vorteilhafterweise kann die Spannung der Quelle 8 in einen Bereich von 20 bis 30 Volt variiert werden und ebenso vorteilhafterweise kann die Spannung der Quelle 9 in einem Bereich von 5 bis 10 Volt verändert werden, so daß der Strom ungefähr bei 10 mA gehalten ίί werden kann
Die Anzeigevorrichtung kann durch eine matrixför mige Anordnung aus einer Vielzahl von in Zeilen und Spalten angeordneten Anzeigeelementen gemäß F i g. 2 in der bekannten integrie/'en Schaltkreisiechnik aufge- v> baut werden. In diesem Falle wird jedes Schaltelement mit einem Anschlußpaar versehen, wobei ein Anschluß mit dem die Zeilen ansteuernden Zuleitungsdraht der Matrix und der andere Anschluß mit einer die Spalten ansteuernden Zuleitung verbunden wird. Wenn eine μ Vorspannung von Vi an einen ausgewählten Zeilenzuleitungsdraht angelegt wird und die Summe aus der Vorspannung und einer Spannung, die an einen ausgewählten Spaltenzuleitungsdraht angelegt ist, den Spannungswert V2 übersteigt, dann beginnt das ausgewählte Anzeigeelement zu leuchten. Sogar wenn die Spannung momentan an dem Spaltenzuleitungsdraht anliegt, leuchtet das Anzeigeelement so lange weiter, bis die Vorspannung an dem Zeilenzuleitungsdraht abgeschaltet wird. Auf diese Weise kann durch die Steuerung hr> der Schaltelemente jedes Zeichen, Ziffer oder Muster dargestellt werden.
Obwohl die Schaltelemente die dargestellte Speicher
funktion aufweisen, ist es auch möglich, derartige aktive Elemente als Kontaktelemente ohne Spciehcrfunktion zu verwenden.
Eine weitere Ausführungsform eines Anzeigeelementes ist in F i g. 4 dargestellt Es weist eine Kathode 1, eine Gitterelektrode 2 und ein P-Typ Silizium-Substrat 40 auf, das im allgemeinen aus einem Monokristallsubstrat hergestellt ist und N+ -Bereiche 41 und 42 besitzt, welche durch Diffusion von Verunreinigungen in das P-Typ Silizium-Substrat 40 gebildet sind. Ferner überdecken Siliziumoxyd-Schichten 43 und 44 das Substrat 40 sowie die N+ -Gebiete 41 und 42 teilweise. Eine Soruceelektrode 45a ist auf dem N + -Geibiet 41 und eine Drainelektrode 46 auf dem N+ -Gebiet 42 sowie eine Gateelektrode 47 auf der Siliziumoxydschicht 43 ausgebildet Eine Isolationsschicht 48 überlagert die Siliziumoxydschicht 44 und eine lumineszierende Schicht 49, die die Sourceelektrode 45 überdeckt. Wenn die Elektronen von der Kathode 1 auf der lumineszierenden Schicht 49 ?uftreffen, dann beginnt dieses zu leuchten. Ein Kanal 401 ist zwischen dem N+ -Gebieten 41 und 42 vorgesehen. Natürlich ist auch bei dieser Ausführungsform die durchsichtige Frontplatte mit dem Substrat 40 in gleicher Weis.3 wie bei der Ausführungsform gemäß F i g. 1 verschweißt.
In F i g. 5 ist eine Draufsicht auf eine Anzeigevorrichtung dargestellt, bei welcher eine Vielzahl von Anzeigeelenienten g:mäß Fig.4 in einer Matrix angeordnet sind, welche z. B. sieben Zeilen und fünf Spalten aufweist. Die Matrix umfaßt Zeilenzuleitungsdrähte 514a bis 514#. welche mit den zugehörigen Gateelektroden 47 der Anzeigenelemente Av bis A\·» /421 bis 425, ... /471 bis /475, von denen jedes eine in F i g. 4 dargestellte lumineszierende Schicht 49 aufweist, verbunden sind. Spaltenzulcitungsdrähte 515a bis 515e sind mit den zugehörigen Drainelektroden 46 Jer Anzeigenelemen'.e An bis/47i,/4i2biS/4,72... .Mis bis Ai=, verbunden. D12 entsprechenden Anzeigeelememe sind räumlich voneinander getrennt, mit einer Überzugschicht 48 versehen und in einem integrierten Schiitkreis zusammengefaßt.
Das in F i g. 4 dargestellte Element weist beispielsweise einen MOS-Aufbau auf, so daß es in gleicher Weise wie ein bekannter Flächenfeldef fekt-Transistc r arbeitet und dazu ist dessen Charakteristik in F i j. 6 dargestellt. Obwohl die oben beschriebene Ausführung mit einem N-Kanalfeldeffekt-Transistor dargestellt ist. ist auch die Ausführung mit einem P-Katralfeldeffekt-Transistor möglich.
Die Anzeigevorrichtung gemäß F i g. 5 arbeitet in der folgenden Art und Weise.
Wenn eine vorbestimmte Spannung von ungefäh: 20 Volt zwischen der Katnode 1 und der Sourceelektrodt 45 angelegt wird, dann werden die durch die Kathode 1 emittierten Elektronen gleichmäßig durch die Gitterelektrode 2 gestreut, welche an einer "Spannung von ungefähr 20 Volt liegt und dann gelangen die Elektronen in Richtung auf die lumineszierende Schicht 49 der fünfunddip'Qig Anzeigeelemente A1, bis A?·,. Unter diesen Bedingungen wird eine positive Spannung Vo an einen ausgewählten ZeilenzuleitUngsdfäht wie z. B. 514a angelegt und eine positive Spannung Vp wird an einen ausgewählten Spaltenzuleitungsdraht wie z. B. 515a angelegt. In der Folge davon wird nur das Anzeigeelement Aw ausgewählt. Unter diesen Bedingungen werden die gewünschten Spannungen an der Gateelektrode 47 bzw. an der Drainelektrode 46 angelegt. Demgemäß wird das Anzeigeelement Aw
eingeschaltet und die Majoritätsträger, d. ti. die Elektroncn, fließen zu der Drainelektrode 46 durch den Kanal 401. Zu dieser Zeit werden die durch die Kathodcnelck-(rode I emittierten Elektronen in die Sourceelektrode 45 durch die Gitterelektrode 42 und die lumincs/iercnde Schicht 49 injiziert. Da die Elektronen durch das an der Gilterelektrode 42 und an der Drainelcktrode 46 angelegte Potential beschleunigt werden, wird die lumineszierende Schicht 49 erregt und zur Lumineszenz angeregt. Demgemäß beginnt das Element Aw zu luinineszieren und dessen Helligkeit kann durch die an der Gateelektrode 47 und der Drainelcktrode 46 angelegten Spannungen gesteuert werden.
Wenn eine dynamische Betriebsfunktion fiir die An/eigcclemente Aw bis Ai=, erwünscht ist, dann kann die isolierende Schicht aus einer Schicht aus einem halbisolierenden, vielkristallinen Silizium hergestellt werden. Wenn ein Silizium- oder Borkristall für die Herstellung des P-Typ Siliziumsubstrats verwendet wird, dann können die Kosten vermindert werden.
Eine weitere Ausfiihrungsform eines Anzeigeelementes ist in F i g. 7a dargestellt, bei welcher eine Sili/itimnitrit-(Si]N4) Schicht 702 auf der Oberfläche eines Glassubtrats 701 durch Dampfablagcrung ausgebildet wird. Eine Aluminiumschicht wird <iuf der Oberfläche der Siliziumnitritschicht 702 z. B. durch Dampfablagerung ausgebildet und dann wird die Aluminiumschicht fotogeätzt, um Verdrahtungsschichten 703 und 704 zu bilden, zwischen welchen eine Cadmiumselenmetallschicht durch eine Dampfablagcrungs- oder Zersteubungstechnik ausgebildet wird. Die Cadmiumselenmetallschicht wird fotogeätzt, um eine Fotoleiterschicht 705 zu bilden, deren einander gegenüberliegende Enden mit den Verdrahtungsschichten 703 und 704 verbunden sind. Eine Siliziumnitritschicht wird auf dem Glassubstrat 70t mit verschiedenen Schichten wie oben beschrieben ausgebildet, indem eine Dampfablagerungs-Technik verwendet wird und anschließend wird die Siliziumnitritschicht fotogeätzt, um eine isolierende Schicht 706 zu bilden. Die isolierende Schicht 706 überdeckt die Schicht 704 nicht vollständig. Eine lumineszierende Schicht 707 besteht aus ZnO.
L/J/ll WIlU 7.11 JuT UCM TlCIMCgCIIUIIl Teil UCI .StIlIV-TIl 70-i
aufgedruckt.
Auf der isolierenden Schicht 706 wird zwischen den Verdrahtungsschichten 703 und 704 eine Gateelektrode 708 ausgebildet. Auf diese Weise wird ein MIS (metallisolierte Struktur) — Typtransistor 709 und cmc lumineszierende Schicht 707 auf dem Glassubstrat 70t gebildet und die Verdrahtungselektroden 703 und 704 wirken wie eine Sourceelektrode und eine Drainclektrode. die mit der lumineszierenden Schicht 707 verbunden sind.
Eine aus Siliziumnitrit hergestellte Passivierungsschicht 711 wird zur Oberdeckung der Oberfläche, mit Ausnahme im Bereich der lumineszierenden Schicht 707 verwendet.
Gemäß Fig. 7b werden eine Vielzahl von Anzeigeelementen. wie oben beschrieben, auf einem Glassubstrat in der Form einer Matrix aufgebracht.
Genauer gesagt in der selben Spalte gemeinsam mit den Zuleitungsdrähten G1, G2... Gs und die Sourceelektroden der zugehörigen MlS-Typ-Transistoren in der selben Zeile werden gemeinsam mit den Zuleitungsdrähten Si. 5b ... & verbunden. Die Zuleitungsdrähte erstrecken sich zur Außenseite des Glassubstrats. Die Drainelektrode 704 eines jeden M IS-Typ-Transistors ist mit der lumineszierenden Schicht 707 verbunden.
Obwohl nicht dargestellt, sind die als Kathoden wirkenden fünf Drähte auf dem Glassubstrat 701 ausgebildet und eine Glasumhülliing ist iiber der gesamten Anordnung vorgesehen.
Wenn die Heltiebsspannungcn an den ausgewählten Zeilen- b/w. Spalten/uleitungsdrählen angelegt werden, dann beginnt die ausgewählte lumines/ierende Schicht zu lummcvicren. um ein Zeichen oder dergleichen darzustellen. Wenn z. B. auf den Zuleitungsdraht .Vi eine Spannung angelegt wird, die gegenüber der Kathode positiv ist und ein Gatcsignalimpuls auf den Zulcilungsdraht (i\ gelangt, dann wird ein Anzeigeelement mit der limines/iercnden Schicht Pw eingeschaltet, wodurch die Spannung an dem Zulcilungsdraht ΛΊ auf dessen IJrainelcktrode gelangt. Demzufolge prallen die durch die Kathode emittierten Elektronen auf die lumincs/icrende Schicht Pw auf und veranlassen diese /ur Lumineszenz.
Da hri dieser Anordnung der Treiber-Tr.insiMor innerhalb der Anzeigevorrichtung ausgebildet ist. ist es nicht notwendig, cimn Treiber-Transistor außerhalb der Anzeigevorrichtung vorzusehen, wie bei bekannten Anordnungen. Da auch die Kathode sehr nahe an der lumineszierenden Schicht angeordnet ι·~< (ein Spalt /wischen der Kathode und der lunii lcs/ierenden Schicht beträgt ungefähr 2 mm), ist es möglich, die Anzeigeanordnung mit einer niedrigen Spannung /u betreiben.
Bei den Ausführungsformen gemäß l'ig. 7a und 7b haben die MlS-Typ-Transistoren keine Speiiherwir kung. wohingegen die Ausführungsformen gemäß I i g. 8a und 8b MIS-Transistoren m'f Speicher«irkung verwenden. Die den F i g. 7a und 7b entsprechenden Elemente sind in den F i g. 8a und 8b mit denselben Bezugszeichen versehen. In F i g. 8a sind /wischen der Halbleiterschicht 705 und der Gatceleklrode 708 eine SiOi Isolationsschicht 800 und eine freie Gateschicht 801 aus Aluminium oder polykristallinen! Silizium /wischcngelagert.
Bei diesem Aufbau ist es möglich, eine Spcicherwir kung der Anzeigeanordnung vorzusehen. Wenn demgemäß Impulse nacheinander auf die Zulciiungsdrähtc kommen, ist es möglich, ciic iuiiiinL^/icrcnucM Sciiiciiicn nacheinander zum Leuchten anzuregen. Da die luminc·- /ierenden Schichten eine Speicherwirkung haben, ist es möglich, die Treiber-Impulse mit einer niedrigen Geschwindigkeit anzulegen.
Obwohl bei dieser Ausführungsform die lumines/ierendc Schicht 705 über den Verdrahtungsschichten 703 und 704 liegt, können die Verdrahtungsschichten 703 und 704 auf der lumineszierenden Schicht 705 ausgebildet werden.
Verständhcherweise können die MlS-Typ-Transistoren 709 und die lumineszierende Schicht 707 aus einem anderen als oben beschriebenen Material hergestellt werden. So kann beispielsweise eine Siliziumnitritschicht oder eine Oxidschicht auf dem Glassubstrat ausgebildet werden und die lumineszierende Schicht 707 kann aus Kadmiumsulfid (CdS) hergestellt werden. Die Gateschicht 706 kann aus Siliziumoxid oder Aluminiumoxid hergestellt werden und die freie Gateschicht kann aus polxkristallinem Silizium hergestellt werden.
Obwohl bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 7a. 7b und F i g. 8a. 8b MlS-Typ-Transistoren 709 auf dem Glassubstrat 701 ausgebildet sind, ist es auch möglich. Dünnschicht-Transistoren auf dem Glassubstrat in der gleichen Weise wie oben beschrieben auszubilden. In diesem Falle weisen die Anzeigeelemente auf dem
Substrat ausgebildete Dünnschicht-Transistoren. auf den Drainelektroden der Dünnschicht-Transistorcn ausgebildete lumines/ierendc Schichten und eine über diesen angeordnete Kathode auf. Wenn in diesem Falle eine Gatespannung an die Galeelekinnle eines ausgewählten Dünnschicht-Transistors angelegt wird, dann wird diese eingeschaltet und bewirkt, daß die lumines-
zicrcmlc Schicht zum Leuchten angeregt wird.
Da die Anzeigevorrichtungen gemäß dieser Erfindung Bilder darstellen können, sind diese Vorrichtungen für die Verwendung als an einer Wand hängenden Fernsehwiedergabeschirme oder als Wiedergabeschirme für ein Faksimileausrüstung anwendbar.
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:
1. Anzeigevorrichtung für die Darstellung von Zeichen, Mustern oder Bildern in einer Ebene mit ί mindestens einem Anzeigeelement bestehend aus einer Iumineszierenden Schicht, einer Kathode und einer Anode, sowie einer zwischen der Kathode und der Iumineszierenden Schicht angeordneten Gitterelektrode in einer gasdichten, zumindest teilweise in lichtdurchlässigen Umhüllung, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung aus einem lichtdurchlässigen Teil (6) und einem ebenen Substrat (5) besteht und daß auf dem Substrat (5) mindestens ein Halbleiter-Schaltelement (3) ausge- is bildet ist, das auf seiner der Kathode (1) zugewandten, durch Schalten in seinem Potential bezogen auf die Kathode veränderbaren Oberfläche die lumineszierende Schicht (4) trägt.
2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiter-Schaltelement (3) Speichereigenschaft besitzt
3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiter-Schaltelement (3) ein Feldeffekttransistor ist und daß die _> > lumineszierende Schicht (49) auf der Surceelektrode (45) des Feldeffekttransistors ausgebildet ist.
4. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiter-Schaltelement (3) ein M IS-Typ-Transistor (709) ist, auf «> dessen Drainelektrode (704) die lumineszierende Schicht (707) ausgebildet ist.
5. Anzeigevorrichtung nacl Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiter-Schaltelement (3) ein Dünnschichttran utor ist, auf dessen r> Drehelektrode die lumineszierende Schicht ausgebildet ist.
6. Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die einzelnen Anzeigeelemente in Form einer Matrix in Zeilen und Spalten angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, oaß eine Vielzahl von über zwei Elektroden ansteuerbaren Halbleiter-Schaltelementen (3; 709) auf dem Substrat (40) angeordnet ist, und daß je eine Elektrode jedes der jeweils in einer gemeinsamen Zeile liegenden Halbleiter-Schaltelemente mit einem zur Ansteuerung dieser Zeile zugeordneten Zuleitungsdraht (5t4a—514g) und die zeite der Ansteuerung dienende Elektrode der jeweils in einer gemeinsamen Spalte liegenden Halbleiter-Schaltelemente mit einem zur Ansteuerung dieser Spalte zugeordneten Zuleitungsdraht (515a-515e;verbunden isL
7. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem einzigen Substrat (5; 701) die Vielzahl der Schaltelemente fertig verschaltet in Form einer integrierten Schaltung angeordnet und ausgebildet sind.
8. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 6 oder 7. dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiter-Schaltelement ein FET-Transistor ist und die lumineszierende Schicht auf dessen Sourceelektrode ausgebildet ist, sowie die Gateelektrode (47) mit einem der die Zeilen ansteuernden Zuleitungsdrähte (514a— 514g) und die Drainelektrode (46) mit einem der die Spalten ansteuernden Zuleitungsdrähte (515a-515e^der Matrix verbunden sind.
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