DE3223986C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrostatische Anzeigevorrichtung in Miniaturform nach Anspruch 1, die insbesondere in tragbaren Geräten verwendet werden kann, die durch eine Batterie versorgt werden, wie etwa Uhren und elektronische Rechner.

Die auf eine ältere Anmeldung zurückgehende DE 31 08 240 C2 offenbart eine Miniatur- Anzeigeanordnung mit einem Träger, relativ zu dem zentralsymmetrisch aufgehangene Klappen über jeweils einer Ausnehmung durch Anlegen eines elektrischen Feldes an auf der Klappe bzw. am Boden der Ausnehmung vorgesehene Elektroden verschwenkbar sind.

Aus der US-PS 42 29 732 ist ferner eine Anzeigevorrichtung in Miniaturform und Halbleiter-Herstellungstechnologie bekannt, die aus einzelnen matrixförmig angeordneten Anzeigeelementen aufgebaut ist. Jedes Anzeigeelement besteht aus einer Ausnehmung mit einer bodenseitig an ein Potential anschaltbaren Halbleiterschicht. Jede dieser Ausnehmungen weist weiterhin eine an einem Eckpunkt befestigte und elektrostatisch auslenkbare Klappe auf, die über eine entsprechende Ansteuerschaltung (FET) ausgelenkt wird.

Aufgrund des relativ geringen Auslenkwinkels der Klappen ergibt sich nur ein mäßiger Kontrast.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anzeigevorrichtung in Miniaturform zu schaffen, die einen sehr guten Kontrast aufweist sowie bei einer niedrigen Versorgungsspannung und mit geringem Energieverbrauch arbeitet.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen. Als Vorteil ist zu sehen, daß die erfindungsgemäße Bauart sich für die Herstellung mittels der in der Halbleiterindustrie eingeführten Techniken eignet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ausschnittsweise schematisch eine Anzeigevorrichtung.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel einer Anzeige mit matrixförmig angeordneten Anzeigeelementen.

Fig. 3 zeigt ein Diagramm bezüglich der Steuer- und Haltespannungen zum Realisieren der Anzeige von Fig. 2.

Fig. 4a und 4b zeigen ein Ausführungsbeispiel für Klappen der Anzeigevorrichtung.

Fig. 5 zeigt ausschnittweise einen Schnitt durch die Anzeigevorrichtung.

Fig. 6 zeigt im Schnitt eine weitere Ausführungsform der Anzeigevorrichtung.

Fig. 1 zeigt ausschnittweise und schematisch eine Anzeigevorrichtung mit einem isolierenden Träger 1, der eine Vielzahl von Ausnehmungen 2 aufweist, die eine allgemein rechteckige Form aufweisen. Die Ausnehmungen 2 sind durch Klappen V, ebenfalls von rechteckiger Form, abdeckbar, die am Träger 1 durch zwei elastische Halterungen 3 befestigt sind, die sich auf beiden Seiten der Klappen V befinden. Die Klappen V sind paarweise gruppiert, derart, daß die elastischen Halterungen 3 der Klappen V des gleichen Paars die Verlängerung ihrer benachbarten Kanten sind. Die Klappen V und ihre Halterungen 3 bestehen, wenigstens teilweise, aus einem leitenden Material, wobei für eine gleiche Reihe von Klappen V eine Klappe V jedes Paars mit einer ersten Elektrodes a1 oder a2 verbunden, ist, während die andere Klappe V jedes Paars mit einer zweiten Elektrode b1 oder b2 verbunden ist. Jeder Spalte von Klappenpaaren ist eine dritte Elektrode (Gegenelektrode oder Steuerelektrode) c1 bis c4 zugeordnet, die in Bezug auf jedes Klappenpaar am Boden der Ausnehmung 2 angeordnet ist.

Die Anzeigevorrichtung von Fig. 1 arbeitet folgendermaßen:
Wenn eine Steuerspannung - Gleich- oder Wechselspannung - zwischen den Klappen V und der diesen zugeordneten Steuerelektrode c1 bis c4 angelegt wird, verlassen die Klappen V ihre Ruheposition und drehen sich unter der Wirkung des elektrischen Feldes E, das durch die Steuerspannung erzeugt wird, um ihre elastischen Halterungen 3, um eine Stellung im wesentlichen senkrecht zur Ebene des Trägers 1 anzunehmen. Der Winkel, um den sich die Klappen V drehen, hängt einerseits von der Stärke des erzeugten elektrischen Feldes E und andererseits von dem Rückstellmoment ab, das durch die elastischen Halterungen 3 der Klappen V ausgeübt wird, wenn diese ihre Ruheposition Nichtanzeigezustand verlassen haben. Wenn ein Paar von Klappen V angesteuert ist, befinden sich die Klappen V dieses Paars sehr nahe beieinander (Anzeigezustand) und es genügt daher, zwischen diesen Klappen V entweder zwischen den Elektroden a1 und b1 oder den Elektroden a2 und b2 eine Haltespannung anzulegen, damit sich die Klappen V gegenseitig anziehen, so daß die Steuerspannung abgeschaltet werden kann. Die Klappen V kehren in ihre Ruheposition, d. h. in die Position parallel zur Ebene des Trägers 1, aufgrund des Rückstellmomentes zurück, das durch die elastischen Halterungen 3 ausgeübt wird, wenn die Steuer- und Haltespannungen nicht mehr anliegen.

Das beschriebene Steuern und Halten der Klappen V bietet den Vorteil, daß eine Multiplexsteuerung ermöglicht wird, wie nachstehend ausgeführt wird.

Ein Beispiel einer Multiplexsteuerung wird im einzelnen unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 beschrieben. Fig. 2 zeigt schematisch eine Matrixanordnung von neun Anzeigeelementen E11 bis E33, verteilt auf drei Reihen und drei Spalten. Jedes Anzeigeelement E11 bis E33 umfaßt wenigstens ein Klappenpaar, von denen eine Klappe mit einer ersten Reihenelektrode a1, a2 oder a3 und die zweite Klappe mit einer zweiten Reihenelektrode b1, b2 oder b3 verbunden ist. Die Anzeigeelemente E11 bis E33 einer Spalte werden durch jeweils eine Steuerelektrode (Spaltenelektrode) c1, c2 oder c3 gesteuert. Das Diagramm von Fig. 3 zeigt ein Beispiel von Signalen, die an die Reihen- und Spaltenelektroden a1, a2, a3, b1, b2, b3 bzw. c1, c2, c3 angelegt werden, um die Ansteuerung der Anzeigeelemente E12, E21, E23 und E32 gemäß Fig. 2 zu ermöglichen. Bis zum Zeitpunkt t0 sind alle Anzeigeelemente E11 bis E33 auf null gesetzt; vom Zeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t3 werden die drei Reihen in zeitlicher Folge aktiviert. Dabei werden Spannungen VS und VS-VM an die Reihenelektroden a1 bzw. b1 zwischen den Zeitpunkten t0 und t1, an die Reihenelektroden a2 bzw. b2 zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 und an die Reihenelektroden a3 bzw. b3 zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 angelegt. Die Ansteuerung eines oder mehrerer Anzeigeelemente E11 bis E33 einer vorgegebenen Reihe erfolgt, indem an die entsprechende Steuerelektrode (oder Steuerelektroden) c1, c2, c3 eine Spannung -VS gleichzeitig mit der Aktivierung dieser Reihe angelegt wird. Das Aufrechterhalten der Anzeige durch die Anzeigeelemente E11 bis E33 der gleichen Reihe außerhalb der Zeitintervalle, in welchen diese Reihe aktiviert ist, wird aufgrund der Haltespannung VM erhalten, die zwischen den Reihenelektroden a1, a2, a3, b1, b2, b3 angelegt ist. Bei dem gewählten Beispiel bleibt die Haltespannung VM solange angelegt, bis ein Nullsetzen der Anzeige erfolgt; für eine vorgegebene Reihe ist sie daher nur außerhalb der Aktivierungsperioden dieser Reihe notwendig und nur dann, wenn die Anzeigeelemente E11 bis E33 dieser Reihe anzeigen sollen. Die Steuerspannung VS wird in der Weise gewählt, daß sie nicht ausreicht, um die Klappen V vollständig zu schwenken und daß das Doppelte ihres Wertes, d. h. zwei VS, sie vollständig schwenken läßt (es wird angenommen, daß sich die Klappen V vollständig drehen, wenn sie durch die Haltespannung VM im aktivierten Zustand erhalten werden können).

Für ein Anzeigeelement E11 bis E33, das nicht anzeigen soll, werden an seine Reihenelektroden a1, a2, a3, b1, b2, b3, mit denen die Klappen V dieses Anzeigeelementes E11 bis E33 verbunden sind, entweder eine VS oder VS-VM angelegt, während seine Steuerelektrode c1, c2, c3 auf einem Potential null gehalten wird.

Die Klappen V müssen Leiter sein. Vorteilhafterweise werden die Klappen V aus Aluminium auf einem isolierenden Träger wie Silicium hergestellt. Jedoch muß dafür gesorgt sein, daß die Klappen V eines gleichen Paars nie miteinander in elektrischen Kontakt treten können. Eine dieser Möglichkeiten wird nachstehend im Zusammenhang mit den Fig. 4a und 4b beschrieben.

Fig. 4a zeigt eine Klappe V, die mit Rippen 31 versehen ist, mit ihren elastischen Halterungen 3, während Fig. 4b einen Schnitt längs der Linie A-A von Fig. 4a zeigt. Aus Fig. 4b ist ersichtlich, daß die Klappe V teilweise aus einem leitenden Material (beispielsweise Aluminium) und teilweise aus isolierendem Material (beispielsweise Magnesiumfluorid) besteht. Der leitende Teil bedeckt die gesamte Oberseite der Klappe V, während der isolierende Teil nur auf der Unterseite der Klappe V im Bereich der Rippen 31 besteht. Die Rippen 31 sind so angeordnet, daß dann, wenn zwei Klappen V des gleichen Paars aktiviert werden, ihre isolierten Bereiche, die den Abstand zwischen den leitenden Bereichen der Klappen V bestimmen, sich einander gegenüber befinden. Die Anwendung der Rippen 31 ermöglicht es daher, die Klappen V eines Paars gegeneinander zu isolieren und bietet den Vorteil der Versteifung der Klappen und der Verbesserung ihres ästhetischen Aussehens.

Ein weiteres Mittel zum Vermeiden des elektrischen Kontaktes zwischen den Klappen V eines gleichen Paars besteht darin, einen Anschlag auf dem Boden der Ausnehmung 2 vorzusehen. Dieser Anschlag kann durch einen Vorsprung 4 (Fig. 5 und 6) am Boden der Ausnehmung 2 realisiert sein, der sich unterhalb der Drehachsen der Klappen V erstreckt und dessen Breite etwa gleich dem Abstand ist, der die beiden Klappen V des gleichen Paars trennt.

Fig. 5 zeigt einen Teilschnitt der Anzeigevorrichtung. Die Anzeigeelemente sind identisch zu denjenigen von Fig. 1. Der isolierende Träger 1 ist mit Ausnehmungen 2 versehen. Klappen V1 und V2 sind dargestellt, die Klappe V1 in aktivierter Position und die V2 in Ruheposition. Der Träger 1 ruht auf einer transparenten Platte (Wandung) 7, die auf ihrer Innenfläche die Steuerelektroden C, die selbst transparent sind, trägt. Die transparente Platte 7 ist auf ihrer Außenseite mit einer Schicht 8 aus Licht absorbierendem Material bedeckt. Die Oberseite der Anzeigevorrichtung wird durch eine zweite transparente Platte (Wandung) 6 geschützt, die in einem geeigneten Abstand durch Abstandshalter 9 gehalten wird. Die transparenten Platten 6 und 7 und die Abstandshalter 9 bilden für die Anzeigevorrichtung ein Schutzgehäuse, das dicht ausgeführt sein kann. Beispielsweise können die transparenten Platten 6 und 7 aus Glas sein, während die Abstandshalter 9 aus Plastikmaterial bestehen können. Fig. 5 zeigt weiterhin Aussparungen 5 in dem Träger 1 unter den elastischen Halterungen 3. Die Aussparungen 5 besitzen eine Abstützfunktion für die elastischen Halterungen 3 und begrenzen das Verschieben der Klappen V nach unten in der Weise, daß diese nie den Boden der Ausnehmungen 2 berühren können. Des weiteren ist eine Anschlageinrichtung, wie sie vorstehend erwähnt wurde, dargestellt. Diese besteht aus einem Vorsprung 4 am Boden der Ausnehmung 2 und verhindert, daß die Klappen V eines gleichen Paars miteinander in aktivierter Position in Kontakt gelangen. Fig. 5 zeigt außerdem, wie die einfallenden Strahlen Li durch die Klappen, etwa V2, in Ruhestellung reflektiert oder durch die Schicht 8 aus Licht absorbierendem Material absorbiert werden, wenn die Klappen, etwa V1, sich in aktivierter Position befinden.

Fig. 6 zeigt einen Teilschnitt einer weiteren Ausführungsform, bei der jede Steuerelektrode durch zwei Halbelektroden c′1, c″1 gebildet wird. Die Halbelektroden c′1 und c″1 bilden die Steuerelektroden für die erste Spalte von Klappen wie V′1 und V″1, die Halbelektroden c′2 und c″2 bilden die Steuerelektroden für die zweite Spalte von Klappen wie V′2 und V″2, usw. Die Halbelektrode c′1 ist der Klappe V′1 und die Halbelektrode c″1 der Klappe V″1 zugeordnet. Das Paar von Klappen V′1 und V″1 wird aktiviert, indem beispielsweise die Klappe V′1 einer Spannung

die Halbelektrode c′1 einer Spannung

die Klappe V″1 einer Spannung

und die Halbelektrode c″1 einer Spannung

unterworfen wird. Gemäß dieser Ausführungsform existiert die gleiche Spannungsdifferenz 2VS zwischen einer Klappe und ihrer Steuerelektrode, was bei der vorhergehenden Ausführungsform nicht der Fall war. Die Steuerspannungen VS können von einem Paar zum folgenden alterniert werden, um zu vermeiden, daß die Haltespannung VM zwischen zwei benachbarten Klappen von zwei verschiedenen Paaren auftritt. Bei den vorstehend angegebenen Spannungen für das Paar von Klappen V′1 und V″1 werden die Klappen V′2 und V″2 auf dem Potential

gehalten solange die Halbelektroden c′2 und c″2 auf dem Potential

bzw.

gehalten werden.

Eine weitere, ebenfalls vorteilhafte Art der Realisierung der Steuerung der Anzeigevorrichtung von Fig. 6 besteht darin, eine Steuerspannung +VS an die Klappe V′1 und an die Halbelektrode c″1 sowie eine Steuerspannung -VS an die Klappe V″1 und an die Steuerelektrode c′1 anzulegen. Die Klappen werden dann mit Hilfe einer Spannung gleich 2VS aktiviert und ihr Halten selbst dann sichergestellt, wenn die Steuerelektroden auf Spannung null zurückgebracht sind.

Fig. 6 zeigt außerdem, daß die Anzeigevorrichtung auch in Durchsicht verwendet werden kann, wenn sie keine Schicht aus absorbierendem Material aufweist. Die Klappen V′1, V″1, V′2, V″2 wirken in diesem Fall als optische Ventile, die das einfallende Licht Li durchlassen, wenn die Klappen sich in aktivierender Position befinden, und das einfallende Licht Li reflektieren, wenn sie sich in Ruhestellung befinden.

Die Anzeigevorrichtung kann vorteilhafterweise unter Verwendung von elektronischen integrierten Schaltkreisen hergestellt werden. Der Träger ist in diesem Falle eine Siliciumplatte. Die Klappen, ihre elastischen Halterungen und die Linienelektroden werden durch Beschichten und Ätzen einer Aluminiumschicht einer von etwa 50 bis 200 nm auf einer ersten Stirnfläche der Platte hergestellt. Wenn die Klappen Rippen tragen, wird die erste Stirnfläche durch Ätzen, MgF₂-Beschichtung und Formätzen dieser isolierenden Schicht vor dem Aufbringen des Aluminiums vorbereitet. Die Ausnehmungen werden ausgebildet, indem das Silicium von der zweiten Stirnseite der Platte her weggeätzt wird. Wenn die Ätzung die Innenfläche der Klappen erreicht, wird sie beendet und die Klappen werden freigelegt. Der Boden der Ausnehmungen wird durch eine Glasplatte gebildet, auf der die transparenten Steuerelektroden in aus der Herstellung von Flüssigkristallen bekannter Weise aufgebracht werden.

Die Anzeigevorrichtung kann auch unter Verwendung anderer Materialien als Silicium hergestellt werden.

Der Träger kann auch ein Isolator, wie z. B. Saphir oder ein Plastikmaterial sein.

Die Anzeigevorrichtung kann auch in Form einer Punktmatrix realisiert werden, wobei jeder Punkt durch eines oder mehrere Klappenpaare gebildet wird, oder in Form von Segmenten, die selbst durch mehrere Klappenpaare gebildet werden. Die Verwendung einer Platte aus Halbleitermaterial ermöglicht es daneben, die Anzeige und ihre Steuerkreise auf dem gleichen Träger zu realisieren.

Claims (14)

1. Elektrostatische Anzeigevorrichtung in Miniaturform mit einem Träger, der mit Ausnehmungen und Klappen versehen ist, die am Träger über elastische Halterungen gehalten sind, wobei die Klappen die Ausnehmungen im Nichtanzeigezustand abdecken und zum Herbeiführen des Anzeigezustands unter der Wirkung eines mit Hilfe von Steuerelektroden erzeugten elektrischen Feldes verschwenkbar sind, welche Anzeigevorrichtung umfaßt:

• - pro Ausnehmung (2) wenigstens ein Paar von Klappen (V), wobei jede Klappe (V) eines Paars an dem Träger (1) durch zwei elastische Halterungen (3) gehalten ist, die an gegenüberliegenden Seiten der Klappe (1) und in Verlängerung einer Kante benachbart zu der anderen Klappe (V) des Paars angeordnet sind,
• - erste Elektroden (a, b), die auf den Klappen (V) zueinander parallel angeordnet sind,
• - zweite Elektroden (c), die den Boden der Ausnehmungen (2) überdecken,
• - Schaltkreise zum Anlegen einer Steuerspannung zwischen den ersten und zweiten Elektroden (a, c; b, c) zum Verschwenken des wenigstens einen Paars, und
• - Schaltkreise zum Anlegen einer Haltespannung zwischen den ersten Elektroden (a, b) der Klappen (V) jeweils eines Paars von Klappen (V) zum Halten derselben im verschwenkten Zustand bei fehlender Steuerspannung.

2. Elektrostatische Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Anschläge zum Verhindern eines elektrischen Kontakts zwischen den ersten Elektroden (a, b) eines verschwenkten Klappenpaars vorgesehen sind.

3. Elektrostatische Anzeigevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge durch Vorsprünge (4) auf dem Boden der Ausnehmungen (2) gebildet sind (Fig. 5, 6).

4. Elektrostatische Anzeigevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge durch eine isolierende Schicht gebildet sind, die wenigstens teilweise die untere Fläche der Klappen (V) bedeckt (Fig. 4a, 4b).

5. Elektrostatische Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Träger (1) unter den elastischen Halterungen (3) Aussparungen (5) angebracht sind.

6. Elektrostatische Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem geschlossenen Raum mit einer ersten und einer zweiten Wandung (6, 7) im wesentlichen parallel zur Ebene des Trägers (1) angeordnet ist und daß zumindest die erste Wandung (6) transparent ist.

7. Elektrostatische Anzeigevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (1) fest mit der zweiten Wandung (7) verbunden ist, die zugleich den Boden der Ausnehmungen (2) bildet.

8. Elektrostatische Anzeigevorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Wandung (7) wenigstens teilweise aus einem Licht absorbierenden Material gebildet ist.

9. Elektrostatische Anzeigevorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Wandung (7) und die zweiten Elektroden (c) transparent sind.

10. Elektrostatische Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Paare von Klappen (V) in Reihen und Spalten angeordnet sind und daß die ersten Elektroden (a oder b) einer Reihe jeweils miteinander verbunden sind, während die zweiten Elektroden (c) jeweils einer Spalte miteinander verbunden sind.

11. Elektrostatische Anzeigevorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihen zeitmultiplex gesteuert sind.

12. Elektrostatische Anzeigevorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Elektroden (c) jeweils aus zwei Halbelektroden (c′, c″) gebildet sind.

13. Elektrostatische Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (1) aus Silicium besteht.

14. Elektrostatische Anzeigevorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappen (V) und ihre elastischen Halterungen (3) aus Aluminium bestehen.