DE4140824A1 - Anzeigevorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Derzeit erhältliche Anzeigevorrichtungen weisen verschiedene Grundformen auf. An­ zeigevorrichtungen, die aus einer Kathodenstrahlröhre bestehen, weisen eine Elektro­ nenquelle auf, bei denen die erzeugten Elektronen durch eine im Vakuum angelegte Spannung in Richtung des Phosphorschirms beschleunigt werden. Der Elektronen­ strahl wird hierbei zur Erzeugung der gewünschten Anzeigedarstellung magnetisch oder elektrostatisch abgelenkt. Bildschirmröhren weisen eine Reihe von Nachteilen auf. Sie benötigen eine relativ hohe Treiberspannung, sind relativ voluminös und nicht sehr robust.

Alternative Anzeigevorrichtungen bestehen aus einer Matrixanordnung von licht­ emittierenden oder lichtreflektierenden Bauteilen, wie beispielsweise lichtemittieren­ den Dioden oder Flüssigkristallelementen. Hierbei ist es möglich, relativ kompakte und robuste Anzeigevorrichtungen zu schaffen, die jedoch ebenfalls eine Reihe von Nachteilen aufweisen, wie beispielsweise eine relativ langsame Ansprechzeit, geringe Auflösung, verminderte Sichtbarkeit oder begrenzten Blickwinkel.

Es besteht die Aufgabe, eine robuste, flache Anzeigevorrichtung mit geringer An­ sprechzeit zu schaffen.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Ein Ausführungsbeispiel einer Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung wird nach­ folgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der Anzeigevorrichtung;

Fig. 2 einen Schnitt durch die Anzeigevorrichtung und

Fig. 3 eine Modifikation der Anzeigevorrichtung.

Die Anzeigevorrichtung weist die Form einer mehrschichtigen, flachen Platte 1 auf, welche über die Leitungen 3 und 4 mit einer Treiberschaltung 2 verbunden ist.

Die Platte 1 umfaßt eine obere Schicht 10, die zum Betrachter der Anzeigevor­ richtung weist, wobei diese obere Schicht 10 aus einer Platte aus einem optisch transparenten Material, wie beispielsweise aus Glas, besteht. Die Schicht 10 kann eingefärbt sein, um die Sichtbarkeit zu verbessern oder um die Farbe der Anzei­ gevorrichtung, falls gewünscht, zu modifizieren. Die äußere obere Oberfläche 11 der Glasplatte kann mit einer nicht dargestellten Antireflektionsbeschichtung verse­ hen sein. Auf der unteren Oberfläche der Glasplatte 10 ist eine erste, obere, elek­ trisch leitende Elektrodenschicht 12 aufgebracht, die die Form von eng benachbarten, parallelen Metalleiterbahnen 13 aufweist, welche sich zwischen gegenüberliegenden Kanten über die gesamte Breite der Platte 1 sich erstrecken. An einer Kante sind die Leiterbahnen 13 mit jeweils einer Leitung 3 verbunden. Die Metalleiterbahnen 13 sind an ihrer Unterseite durch eine Isolierschicht 14 isoliert.

Durch die Metalleiterbahnen 13 und die Isolierschicht 14 sind in regelmäßigen Abständen längs der gesamten Länge Öffnungen 15 vorgesehen. Die Größe die­ ser Öffnungen 15 ist geringfügig kleiner als die Breite jeder Leiterbahn, so daß jede Leiterbahn über ihre gesamte Länge hinweg leitend ist. In die Öffnungen ist je­ weils ein fluoreszierendes Material 16, wie beispielsweise Phosphor, eingesetzt, so daß innerhalb der Schicht 12 diskrete Phosphorbereiche entstehen. Die Öffnungen 15 können rechteckig, quadratisch, kreisförmig, hexagonal oder von anderer Form sein. Von oben betrachtet ergeben die Phosphorbereiche 16 eine eng gepackte or­ thogonale Anordnung von Punkten oder kurzen Streifen.

Die Glasplatte 10 kann mit Vertiefungen oder mit anderen Oberflächenformationen versehen sein, welche mit den Phosphorbereichen fluchten, um die Lichtübertragung oder das Erscheinungsbild der Anzeigevorrichtung zu verbessern.

Unterhalb der Isolierschicht 14 ist eine Zwischenschicht 17 eines Halbleitermateri­ als, wie beispielsweise Silizium, angeordnet. Die Halbleiterschicht 17 ist unterbro­ chen durch eine Anordnung von Feldeffekt- oder ballistischen Transistoren 18 oder anderen aktiven Komponenten, die in der Lage sind, energiereiche Elektronen zu erzeugen. Ballistische Transistoren sind eine Ausführungsform von Feldeffekttransi­ storen. Deren Aufbau ist bekannt und beispielsweise beschrieben in "Comparison of vacuum and semiconductor field effect transistor performance limits" von Lester F. Eastman, Vacuum Microelectronics 89, R.E. Turner (ed), Institute of Physics, 1989, Seiten 189-194. Diese Transistoren bestehen aus mehreren Schichten und können aus Silizium- oder bevorzugt aus Galliumarsenid bestehen. Die Transistoren 18 sind in Reihen und Zeilen in der Flucht und im Kontakt mit den Phosphorbereichen 16 angeordnet.

An der unteren Oberfläche der Platte 1 ist eine zweite, untere, elektrisch leitende Schicht 19 in Form von eng benachbarten parallelen Metalleiterbahnen 20 angeord­ net. Diese unteren Leiterbahnen 20 verlaufen rechtwinklig zu den oberen Leiterbah­ nen 13 und erstrecken sich zwischen gegenüberliegenden Kanten über die gesamte Höhe der Platte 1. Sie fluchten mit jeweils einer Reihe der Transistoren 18. An einer Kante sind die Leiterbahnen 20 verbunden mit jeweils einem Leiter 4.

Die Treiberschaltung 2 kann konventionell aufgebaut sein, wie dies zum Betrieb einer konventionellen Matrixanzeige üblich ist, beispielsweise unter Verwendung ei­ nes Multiplexbetriebs. Alternativ dazu können Prozessoren verwendet werden, wie beispielsweise in der GB-A 22 06 270 beschrieben.

Eine Anzeigedarstellung wird erhalten durch Anlegen einer geeigneten Spannung an die einzelnen ballistischen Transistoren 18. Die einzelnen ballistischen Transistoren 18 werden also aktiviert durch Anlegen einer Spannung zwischen einem der Leiter 3, wodurch die gewünschte Reihe oder Leiterbahn 13 ausgewählt wird, und einem der Leiter 4, wodurch die gewünschte Spalte oder Leiterbahn 20 ausgewählt wird. Die an die Leiter 3 und somit an die oberen Elektrodenschicht 12 angelegte Spannung ist positiver als die an die Leiter 4 und somit an die untere Elektrodenschicht 19 angelegte Spannung.

Wenn auf diese Weise ein Transistor 18 adressiert ist, emittiert dieser Elektro­ nen hoher Energie, welche nach oben in Richtung der oberen Elektrodenschicht 12 fließen. Ein Teil dieser so erzeugten Elektronen fließt in den Phosphorbereich 16 mit ausreichend hoher Energie, um ein Fluoreszieren und damit das Aussenden optischer Strahlung zu bewirken. Die optische Strahlung, die von den Phosphor­ bereichen 16 emittiert wird, erscheint für den Betrachter als heller Punkt. Durch Verändern der zwischen den Leiterbahnen 13, 20 anliegenden Spannung und damit durch Verändern der über den ballistischen Transistoren 18 anliegenden Spannung, kann die Elektronenenergie verändert werden, womit die Helligkeit der Phosphor­ bereiche 16 veränderbar ist. Jeder Transistor 18 ist bevorzugt durch die Tiefe der Halbleiterschicht 17 kegelstumpfförmig ausgebildet, so daß die Querschnittsfläche in der Ebene der Halbleiterschicht im Bereich des Phosphormaterials 16 größer ist als im gegenüberliegenden Bereich bei der anderen Elektrodenschicht 19. Auf diese Weise kann für einen gegebenen Abstand zwischen den ballistischen Transistoren 18 der Abstand zwischen benachbarten Phosphorbereichen 16 minimiert werden. Es kann erforderlich sein, für jedes Pixel mehr als einen Transistor vorzusehen, um die Helligkeit der Anzeigevorrichtung zu erhöhen. Bei einer solchen Anordnung fluchten benachbarte Transistoren mit jeweils einem einzelnen Phosphorbereich, so daß die von den Transistoren ausgehenden Elektronen in den gleichen Phosphorbe­ reich fließen.

Die Anzeigevorrichtung hat den Vorteil, ein Festkörpergebilde ohne irgendeine Va­ kuumkammer zu sein, ist also kompakt und robust. Die ballistischen Transistoren 18 arbeiten schnell, verglichen beispielsweise mit Flüssigkristallelementen, so daß die Anzeigevorrichtung insbesondere dort geeignet ist, wo rasch wechselnde Bilder an­ gezeigt werden sollen. Der Blickwinkel der Anzeigevorrichtung kann der gleiche sein wie bei einer Bildschirmröhre. Die verschiedenen Schichten der Platte 1 können im konventionellen Siebdruck aufgebracht und durch photolithographische Verfah­ ren bearbeitet werden, wie sie bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen bekannt sind.

Obwohl die Anzeigevorrichtung, wie sie zuvor beschrieben wurde, nur ein monochro­ mes Bild liefert, können Farbbilder ebenfalls erzeugt werden, sei es durch Verwen­ dung von drei unterschiedlichen Phosphorarten, welche Strahlung in Rot, Grün und Blau emittieren oder durch Verwendung von Rot-, Grün- und Blaufiltern zwischen der oberen Oberfläche der Phosphorbereiche 16 und der Glasplatte 10.

Das Phosphor kann Materialien enthalten, welche die elektrische Leit- oder Halbleitfähigkeit beeinflussen, so daß die zwischen den Leiterbahnen 13 und 20 an­ gelegte Spannung einen direkten Elektronenfluß in die Phosphorbereiche bewirkt.

Verschiedene Anordnungen der Phosphorbereiche und der ballistischen Transistoren sind möglich, wie beispielsweise in Fig. 3 gezeigt, wo die Phosphorbereiche 16′ eine hexagonale Form aufweisen und eng gepackt bienenwabenförmig angeordnet sind.

Wo die Anzeigevorrichtung benötigt wird, um lediglich ein Symbol oder eine Legende anzuzeigen oder wo lediglich eine begrenzte Anzahl von Symbolen anzuzeigen ist, reicht es aus, wenn die Phosphorbereiche lediglich in den Bereichen angeordnet sind, welche mit dem Symbol oder der Legende übereinstimmen. In solchen Fällen kann eine vereinfachte Treiberschaltung verwendet werden.

Claims (10)

1. Anzeigevorrichtung, welche eine erste fluoreszierendes Material enthaltende Schicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine regelmäßige Matrix von elektronenemittierenden aktiven Komponenten (18) in Kontakt mit der ersten Schicht (12) vorgesehen ist, bei deren Aktivierung Elektronen in diese erste Schicht wandern und dabei das fluoreszierende Material zur Erzeugung optischer Strahlung anregen.

2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die er­ ste Schicht (12) aus einer regelmäßigen Matrix diskreter Bereiche (16) besteht, welche mit den aktiven Komponenten (18) fluchten.

3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ver­ schiedene der diskreten Bereiche (16) unterschiedliches fluoreszierendes Mate­ rial enthalten, welche optische Strahlung unterschiedlicher Farbe erzeugen.

4. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder diskrete Bereich (16) mit mehreren benachbarten aktiven Kompo­ nenten (18) fluchtet, die Elektronen in den gleichen Bereich (16) emittieren.

5. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die erste Schicht (12) aus einer Vielzahl paralleler elektrisch leitender Leiterbahnen (13) besteht, jede Leiterbahn (13) längs ihrer Länge eine Vielzahl von Stellen aufweist, die jeweils aus diskreten Bereichen (16) von fluoreszierendem Material bestehen und daß jeder Bereich (16) des fluoreszie­ renden Materials mit einer elektronenemittierenden aktiven Komponente (18) fluchtet.

6. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie eine Zwischenschicht (17) eines Halbleitermaterials aufweist und die aktiven Komponenten (18) innerhalb dieser Zwischenschicht (17) ge­ bildet werden.

7. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Querschnittsfläche der aktiven Komponenten (18) im Be­ reich der ersten Schicht (12) am größten ist und weg von dieser Schicht (12) abnimmt.

8. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die aktiven Komponenten (18) Feldeffekttransistoren sind.

9. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die aktiven Komponenten (18) ballistische Transistoren sind.

10. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das fluoreszierende Material Phosphor ist, das elektrisch lei­ tende oder halbleitende Materialien enthält.