DE69208154T2

DE69208154T2 - Display system for electronic devices

Info

Publication number: DE69208154T2
Application number: DE1992608154
Authority: DE
Inventors: James E Jaskie
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1991-06-10
Filing date: 1992-06-09
Publication date: 1996-08-29
Anticipated expiration: 2012-06-10
Also published as: JP3275185B2; EP0518612B1; EP0518612A1; DE69208154D1; JPH05343015A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Anzeige für elektronische Vorrichtungen und insbesondere auf eine integrale Bildquelle, die Feldemissionsvorrichtungen einsetzt.The present invention relates generally to a display for electronic devices and, more particularly, to an integral image source employing field emission devices.

Background of the invention

In portablen, elektronischen Vorrichtungen mit relativ großen Anzeigen, wie beispielsweise Computern, ist es üblich, hintergrundbeleuchtete Flüssigkristallanzeigen (LCD's) fur die Anzeige zu verwenden. In portablen, elektronischen Vorrichtungen mit kleineren Anzeigen, wie beispielsweise in Rufeinrichtungen bzw. Pagern und anderen Kommunikationsvorrichtungen, ist es üblich, lichtemittierende Dioden (LED's) oder LDC's zu verwenden.In portable electronic devices with relatively large displays, such as computers, it is common to use backlit liquid crystal displays (LCDs) for the display. In portable electronic devices with smaller displays, such as pagers and other communication devices, it is common to use light emitting diodes (LEDs) or LDCs.

Ursprünglich waren Computer auf standardmäßige Kathodenstrahlröhrenanzeigen beschränkt, die die Vorrichtung groß und unhandlich gestalteten. Schließlich wurden Laptop-Computer entworfen, die eine LCD-, Plasma- oder elektroluminiszente Anzeige verwenden. Die Anzeige dieser Computer war schlecht in vielen hell beleuchteten Bereichen zu sehen und die Computer waren nicht populär. Auch war dieser Typ einer Anzeige relativ teuer.Originally, computers were limited to standard cathode ray tube displays, which made the device large and unwieldy. Eventually, laptop computers were designed that used an LCD, plasma, or electroluminescent display. The display of these computers was difficult to see in many brightly lit areas and the computers were not popular. Also, this type of display was relatively expensive.

Eine hintergrundbeleuchtete LCD-Anzeige wurde dann entwickelt, die die Anzeige wesentlich verbesserte. Allerdings leidet noch die Auflösung in diesen Anzeigen. Eine ausreichende Auflösung kann durch Erhöhen der Größe der Anzeige erhalten werden, allerdings folgt, wenn die Anzeigegröße erhöht wird, so folgt dies auch fur die Größe der Vorrichtung. Demzufolge stehen die Portabilität und die Auflösung umgekehrt in Beziehung zueinander. Eine Anzeige, die zu klein oder zu dunkel ist, um sie leicht zu lesen, führt zu einer Nutzlosigkeit oder zuletzt zu einem nicht populären Produkt. Allerdings fuhrt auch ein portables Produkt, das zu groß ist, um es bequem zu tragen oder mit sich herumzutragen, auch zu einem nicht populären Produkt.A backlit LCD display was then developed which improved the display significantly. However, resolution still suffers in these displays. Adequate resolution can be obtained by increasing the size of the display, however, as the display size increases, so does the size of the device. Consequently, portability and resolution are inversely related. A display that is too small or too dark to be easily read, leads to uselessness or ultimately an unpopular product. However, a portable product that is too big to be carried or carried around comfortably also leads to an unpopular product.

Die W088/01098 und die EP-A-0 234 989 beschreiben Anzeigen, die Feldemissionsvorrichtungen verwenden, und der Art, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben ist.WO88/01098 and EP-A-0 234 989 describe displays using field emission devices of the type specified in the preamble of claim 1.

Summary of the invention

Es ist ein Zweck der vorliegenden Erfindung, eine neue und verbesserte Anzeige für elektronische Vorrichtungen zu schaffen.It is a purpose of the present invention to provide a new and improved display for electronic devices.

Gemäß einem ersten Gedanken der vorliegenden Erfindung wird eine Anzeige fur elektronische Vorrichtungen, die ein elektrisches Ausgangssignal zum Steuern der Anzeige besitzt, geschaffen, die aufweist: ein Substrat, das eine Vielzahl von Kalt-Kathoden-Feldemissionsvorrichtungen besitzt, die in einem bevorzugten Muster gebildet sind und einen elektrischen Eingangsanschluß besitzen; Steuerlektroniken, die einen Eingangsanschluß zum Aufnehmen des Ausgangssignals von der elektronischen Vorrichtung haben und weiterhin so verbunden sind, um Betriebsspannungen und Steuersignale zu dem elektrischen Eingangsanschluß des Substrats zuzuführen; und eine Schirmplatte, die über der Vielzahl der Kalt-Kathoden-Feldemissionsvorrichtungen auf dem Substrat und in einem dichten Eingriff mit einem beträchtlichen Vakuum, das zwischen dem Substrat und der Schirmplatte gebildet ist, befestigt ist; wobei die Schirmplatte weiterhin eine Schicht aus einem fluoreszenten Material umfaßt, das Licht abstrahlt, wenn es durch Emissionen von den Kalt-Kathoden-Feldemissionsvorrichtungen getroffen wird, und wobei die Anzeige gekennzeichnet ist durch:According to a first aspect of the present invention, there is provided a display for electronic devices having an electrical output signal for controlling the display, comprising: a substrate having a plurality of cold cathode field emission devices formed in a preferred pattern and having an electrical input terminal; control electronics having an input terminal for receiving the output signal from the electronic device and further connected to supply operating voltages and control signals to the electrical input terminal of the substrate; and a faceplate mounted over the plurality of cold cathode field emission devices on the substrate and in sealing engagement with a substantial vacuum formed between the substrate and the faceplate; wherein the faceplate further comprises a layer of a fluorescent material that emits light when struck by emissions from the cold cathode field emission devices, and wherein the display is characterized by:

ein Linsensystem, das an der Schirmplatte zum Richten von Licht von dem fluoreszenten Material auf eine Oberfläche entfernt von der elektronischen Vorrichtung befestigt ist.a lens system attached to the faceplate for directing light from the fluorescent material to a surface remote from the electronic device.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Erzeugen einer Anzeige von einer elektronischen Vorrichtung geschaffen, die eine Vielzahl von Kalt-Kathoden-Feldemissionsvorrichtungen besitzt, die auf einem Substrat gebildet sind, wobei die Vielzahl der Kalt-Kathoden-Feldemissionsvorrichtungen durch eine mit luminiszentem Material abgedeckte Schirmplatte eingekapselt ist, wobei ein Volumen zwischen dem Substrat und der Schirmplatte im wesentlichen evakuiert ist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:According to a second aspect of the present invention there is provided a method of producing a display from an electronic device having a plurality of cold cathode field emission devices formed on a substrate, the plurality of cold cathode field emission devices encapsulated by a faceplate covered with luminescent material, a volume between the substrate and the faceplate being substantially evacuated, the method comprising the steps of:

a) Selektives Beaufschlagen eines Felds zwischen mindestens einer der Vielzahl der Kalt-Kathoden-Feldemissionsvorrichtungen und der Schirmplatte, wobei Emissionen von der mindestens einen Kalt-Kathoden-Feldemissionsvorrichtung auf das luminiszente Material der Schirmplatte auftreffen, wodurch darin bewirkt wird, daß das luminiszente Material luminisziert und eine Abbildung bildet; und gekennzeichnet ist durch folgenden Schritt:a) selectively applying a field between at least one of the plurality of cold cathode field emission devices and the face plate, whereby emissions from the at least one cold cathode field emission device impinge on the luminescent material of the face plate, thereby causing the luminescent material to luminesce and form an image; and characterized by the following step:

b) Projizieren und Fokussieren des Bilds von der Schirmplatte auf eine entfernte Oberfläche unabhängig der elektronischen Vorrichtung.b) Projecting and focusing the image from the faceplate onto a remote surface independently of the electronic device.

Es wird ersichtlich werden, daß eine Erfindung, die so aufgebaut und beschrieben ist, die innerhalb einer Anzeige einer elektronischen Vorrichtung ausgeführt wird, neuartige Vorteile einer Anzeige mit einer wesentlich verbesserten Helligkeit und Auflösung liefert. Weiterhin besitzt die Erfindung, wenn sie in einer solchen Vorrichtung eingesetzt wird, den wünschenswerten Vorteil eines im wesentlichen Eliminierens der Größenabhängigkeit der Vorrichtung von derjenigen der Anzeige, die dazu zugeordnet ist.It will be seen that an invention so constructed and described, embodied within a display of an electronic device, provides novel advantages of a display having substantially improved brightness and resolution. Furthermore, the invention, when employed in such a device, has the desirable advantage of substantially eliminating the size dependence of the device on that of the display associated therewith.

Die vorstehend erwähnten Vorteile werden in einer Anzeige für eine elektronische Vorrichtung realisiert, in der die Steuerelektroniken im wesentlichen auf dem Substrat vorhanden sind. Weiterhin sind die Kalt-Kathoden-Feldemissionsvorrichtungen in einer Vielzahl von Reihen und Spalten angeordnet, wobei die Emitterelektroden jeder der Kalt-Kathoden-Feldemissionsvorrichtungen jeder Reihe miteinander verbunden sind, Kollektorelektroden jeder Kalt-Kathoden-Feldemissionsvorrichtung in jeder Reihe miteinander verbunden sind und Gatterelektroden jeder Kalt-Kathoden-Feldemissionsvorrichtung in jeder Spalte miteinander verbunden sind. Steuerelektroniken liefern sequentiell Betriebsspannungen zu Emittern/Kollektoren einer Reihe der Kalt-Kathoden-Feldemissionsvorrichtungen zu einem Zeitpunkt und ein separates Steuersignal zu jedem Gatter einer Spalte der Kalt-Kathoden-Feldemissionsvorrichtungen, die Betriebsspannungen besitzen, die an dem Emitter/Kollektor davon angelegt sind.The above-mentioned advantages are realized in a display for an electronic device in which the control electronics are substantially present on the substrate. Furthermore, the cold cathode field emission devices are arranged in a plurality of rows and columns, wherein the emitter electrodes of each of the cold cathode field emission devices of each row are connected together, collector electrodes of each cold cathode field emission device in each row are connected together, and gate electrodes of each cold cathode field emission device in each column are connected together. Control electronics sequentially supply operating voltages to emitters/collectors of a row of the cold cathode field emission devices at a time and a separate control signal to each gate of a column of the cold cathode field emission devices having operating voltages applied to the emitter/collector thereof.

Eine beispielhafte Ausführungsform wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.An exemplary embodiment will now be described with reference to the accompanying drawings.

Short description of the drawings

In den Zeichnungen:In the drawings:

Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht eines Bereichs einer Anzeige für elektronische Vorrichtungen, die die vorliegende Erfindung verkörpert;Fig. 1 is a sectional view of a portion of a display for electronic devices embodying the present invention;

Fig. 2 zeigt ein schematisches Diagramm eines Bereichs der Anzeige, die in Fig. 1 dargestellt ist;Fig. 2 is a schematic diagram of a portion of the display shown in Fig. 1;

Fig. 3 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Bereichs, der Anzeige, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist;Fig. 3 shows a simplified block diagram of a portion of the display as shown in Fig. 2;

Fig. 4 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm der Anzeige, die in Fig. 1 dargestellt ist; undFig. 4 shows a simplified block diagram of the display shown in Fig. 1; and

Fig. 5 zeigt eine Ansicht in einer Perspektive der Anzeige, die in Fig. 1 dargestellt ist, die betriebsmäßig an einer portablen, elektronischen Vorrichtung befestigt ist.Fig. 5 shows a perspective view of the display shown in Fig. 1 operatively attached to a portable electronic device.

Detailed description of a preferred embodiment

Unter Bezugnahme insbesondere auf Fig. 1 wird ein Bereich einer Anzeige 10 für elektronische Vorrichtungen, die die vorliegende Erfindung verkörpert, dargestellt. Die Anzeige 10 umfaßt ein Substrat 12, das eine Vielzahl von Kalt-Kathoden-Feldemissionsvorrichtungen (FED's), die darauf gebildet sind, besitzt. Jede der FED's umfaßt einen Emitter 14, der auf dem Substrat 12 gebildet ist, und zwar unter Verwendung irgendeines herkömmlichen Halbleiterherstellverfahrens, mit elektrischen Verbindungen 16 daran. Eine isolierende Schicht 18 ist über den Emittern 14 und eine erste Leitschicht 20 gebildet, die über eine isolierende Schicht 18 gebildet ist, wobei die Leitschicht als ein Steuergatter für die FED's arbeitet. Eine zweite isolierende Schicht 22 ist über der Leitschicht 20 gebildet, und eine zweite Leitschicht 24 ist über der zweiten isolierenden Schicht 22 gebildet. Die Leitschicht 24 wird als eine Fokussierelektrode verwendet und ist, in Abhängigkeit von der Anwendung der Anzeige, optional.Referring particularly to Fig. 1, a portion of an electronic device display 10 embodying the present invention is shown. The display 10 includes a substrate 12 having a plurality of cold cathode field emission devices (FEDs) formed thereon. Each of the FEDs includes an emitter 14 formed on the substrate 12 using any conventional semiconductor fabrication process with electrical connections 16 thereto. An insulating layer 18 is formed over the emitters 14 and a first conductive layer 20 formed over an insulating layer 18, the conductive layer acting as a control gate for the FEDs. A second insulating layer 22 is formed over the conductive layer 20, and a second conductive layer 24 is formed over the second insulating layer 22. The conductive layer 24 is used as a focusing electrode and is optional depending on the display application.

Ein Hohlraum ist durch Schichten 18, 20, 22 und 24 um jeden Emitter 14 gebildet. Eine Schirmplatte 25 ist an dem Substrat 12 in einem sich darüberlegenden Eingriff über den FED's befestigt. Die Schirmplatte 25 ist im wesentlichen ähnlich einer umgekehrten Tasse geformt und ist an dem Substrat 12 entlang der unteren Kante der Schirmplatte 25 befestigt, so daß die innere Oberfläche der Schirmplatte 25 von der Leitschicht 24 um einen vorbestimmten Abstand beabstandet ist. Das Volumen unter der Schirmplatte 25 ist evakuiert und steht mit dem Hohlraum um jeden Emitter 14 in Verbindung. Da irgendwelche elektronischen Teilchen, die von den Emittern 14 emittiert werden, durch ein Vakuum laufen, um die Schirmplatte 25 zu erreichen, ist ein sehr kleiner Hiderstand vorhanden und demzufolge können die Teilchen sehr schnell laufen und fordern einen minimalen Betrag an zugeführter Energie.A cavity is formed by layers 18, 20, 22 and 24 around each emitter 14. A faceplate 25 is attached to the substrate 12 in an overlying engagement over the FEDs. The faceplate 25 is shaped substantially like an inverted cup and is attached to the substrate 12 along the lower edge of the faceplate 25 so that the inner surface of the faceplate 25 is spaced from the conductive layer 24 by a predetermined distance. The volume under the faceplate 25 is evacuated and communicates with the cavity around each emitter 14. Since any electronic particles emitted from the emitters 14 pass through a vacuum to reach the faceplate 25, very little resistance is present and, consequently, the particles can travel very quickly and require a minimal amount of input energy.

Die innere Oberfläche der Schirmplatte 25, gegenüberliegend und in direkter Ausrichtung zu den Emittern 14, ist mit einem fluoreszenten Material 27 beschichtet, das Licht emittieren wird, wenn es durch Emissionen von den Emittern 14 getroffen wird. Allgemein wird das fluoreszente Material 27 ein Phosphor oder dergleichen enthalten. Da das bekannte, fluoreszente Material relativ leicht entfernt wird, wenn es durch Hochgeschwindigkeitsteilchen von den Emittern 14 getroffen wird, kann der Betrieb und die Langlebigkeit der Schirmplatte 25 stark durch Aufbringung einer dünnen Beschichtung eines elektrisch leitenden Materials, wie beispielsweise eine Aluminiumbeschichtung 29 darüber, verstärkt bzw. erhöht werden. Eine Aluminiumbeschichtung 29 kann über die gesamte innere Oberfläche der Schirmplatte 25 aufgebracht und elektrisch in dem Schaltkreis verbunden sein, um angesammelte Ladung von der luminiszenten Schicht 27 zu entfernen. Die Aluminiumbeschichtung 29 verhindert, daß Teilchen der luminiszenten Schicht 27 herausbrechen, wenn sie durch Emissionen von den Emittern 14 getroffen werden, wodurch im wesentlichen die Lebenszeit erhöht wird. Zusätzlich verbessert die Aluminiumbeschichtung 29 die Beleuchtungseffektivität um ungefährt 50%. Unter ausreichend hohen Spannungen, wobei in der vorliegenden Ausführungsform 10KV zwischen der Aluminiumbeschichtung 29 und der leitenden Schicht 24 angelegt werden, ist die Aluminiumbeschichtung 29 für Emissionen von den Emittern 14 unsichtbar.The inner surface of the shield plate 25, opposite and in direct alignment with the emitters 14, is coated with a fluorescent material 27 which will emit light when exposed to emissions struck by the emitters 14. Generally, the fluorescent material 27 will comprise a phosphor or the like. Since the known fluorescent material is relatively easily removed when struck by high velocity particles from the emitters 14, the operation and longevity of the faceplate 25 can be greatly enhanced by applying a thin coating of an electrically conductive material, such as an aluminum coating 29, thereover. An aluminum coating 29 can be applied over the entire inner surface of the faceplate 25 and electrically connected in the circuit to remove accumulated charge from the luminescent layer 27. The aluminum coating 29 prevents particles of the luminescent layer 27 from breaking off when struck by emissions from the emitters 14, thereby substantially increasing the lifetime. In addition, the aluminum coating 29 improves the illumination effectiveness by approximately 50%. Under sufficiently high voltages, 10KV being applied between the aluminum coating 29 and the conductive layer 24 in the present embodiment, the aluminum coating 29 is invisible to emissions from the emitters 14.

Allgemein werden die FED's in Pixeln zur Redundanz gruppiert und jedes Pixel enthält von einer bis zu irgendeiner passenden Zahl FED's, die alle parallel verbunden sind. In der vorliegenden Ausführungsform zum Beispiel ist ein Pixel durch fünfundzwanzig FED's gebildet, die parallel als eine einzelne FED arbeiten, wie dies schematisch in Fig. 2 dargestellt ist. Die Pixel werden auf dem Substrat 12 in einem regelmäßigen Muster, wie zum Beispiel in Reihen und Spalten, gebildet, wie dies in einer vereinfachten Blockform in Fig. 3 dargestellt ist. Die gesamte Anzeige umfaßt 1280 Pixel mal 720 Pixel, wobei diese Zahlen für die hohe Bildauflösung ausgewählt sind. Falls eine niedrigere Bildauflösung erforderlich ist, kann eine kleinere Anzahl an Pixeln mit der konsequenten Reduktion der Größe und Leistung verwendet werden.Generally, the FEDs are grouped into pixels for redundancy, and each pixel contains from one to any convenient number of FEDs, all connected in parallel. In the present embodiment, for example, a pixel is formed by twenty-five FEDs operating in parallel as a single FED, as shown schematically in Figure 2. The pixels are formed on the substrate 12 in a regular pattern, such as rows and columns, as shown in simplified block form in Figure 3. The entire display is 1280 pixels by 720 pixels, these numbers being chosen for high image resolution. If lower image resolution is required, a smaller number of pixels can be used with the consequent reduction in size and power.

Es sollte verständlich werden, daß eine Vielzahl von FED's in jedem Pixel zur Redundanz verwendet wird, um einen geeigneten Betrieb gerade dann sicherzustellen, wenn ein paar FED's nicht betriebsfähig sind, und da diese Anzahl die Helligkeit einzelner FED's durch Reduzieren des Stroms, der durch jede FED fließt, reduzieren kann.It should be understood that a large number of FEDs are used in each pixel for redundancy to ensure proper operation just when when a few FEDs are inoperative, and since this number can reduce the brightness of individual FEDs by reducing the current flowing through each FED.

Bei der Television werden fluoreszente Bildpunkte ähnlich der Pixel in Reihen auf einem Bildschirm geordnet und ein Elektronenstrahl tastet den Bildschirm horizontal, einen Bildpunkt zu jedem Zeitpunkt, ab. Der Bildschirm fluoresziert für eine kurze Zeit, nachdem ein Bildpunkt durch den Strahl kontaktiert ist, und die Abtastung tritt unter einer solchen hohen Rate auf, daß sie dem menschlichen Beobachter als ein kontinuierliches Bild erscheint. Demzufolge kann bei der Television niemals mehr als ein Bildpunkt zu einem Zeitpunkt durch den Elektronenstrahl angeregt werden. Dieses Abtastverfahren führt zu einer relativ geringen Helligkeit. Weiterhin ist es, da der Elektronenstrahl relativ große Distanzen zu dem Bildschirm läuft, schwierig, eine gute Auflösung zu erhalten.In television, fluorescent pixel-like image points are arranged in rows on a screen and an electron beam scans the screen horizontally, one pixel at a time. The screen fluoresces for a short time after a pixel is contacted by the beam, and the scanning occurs at such a high rate that it appears to the human observer as a continuous image. Consequently, in television, more than one pixel can never be excited by the electron beam at a time. This scanning method results in relatively low brightness. Furthermore, since the electron beam travels relatively long distances to the screen, it is difficult to obtain good resolution.

In der Anzeige 10 werden Signale auf die Pixel einer Reihe zu einem Zeitpunkt beaufschlagt, im Gegensatz zu einem Pixel zu einem Zeitpunkt, wie in der Television, so daß die gesamteIn the display 10, signals are applied to the pixels of a row at a time, as opposed to one pixel at a time, as in television, so that the entire

Reihe gleichzeitig aktiviert wird und die Helligkeit viel größer als die Helligkeit ist, die in der Television erreicht wird. Es sollte festgestellt werden, daß keine Beschränkung in der Anzeige 10 auf die Anzahl der Pixel vorhanden ist, die gleichzeitig betrieben werden können. In der anderen Ausführungsform werden alle Pixel in der Anzeige gleichzeitig betrieben. In der Ausführungsform, in der alle Pixel gleichzeitig betrieben werden, ist der Betrag der Helligkeit allgemein viel höher als dies erforderlich ist, und der Strom, der in jeder FED fließt, kann bis zu 0,05 Mikroampère herab reduziert werden.row is activated simultaneously and the brightness is much greater than the brightness achieved in the television. It should be noted that there is no limitation in the display 10 on the number of pixels that can be operated simultaneously. In the other embodiment, all of the pixels in the display are operated simultaneously. In the embodiment where all of the pixels are operated simultaneously, the amount of brightness is generally much higher than is required and the current flowing in each FED can be reduced as low as 0.05 microamps.

Wie insbesondere die Fig. 4 zeigt, ist dort ein vereinfachtes Blockdiagramm der Anzeige 10 dargestellt. Die Anzeige 10 umfaßt eine Matrix 30 aus Pixeln, die in Reihen und Spalten auf dem Substrat 12 organisiert sind, wie dies vorstehend erläutert ist. Ein Dateneingangsanschluß 35 erscheint als eine elektrische Verbindung zu dem Substrat 12 und ist dazu geeignet, digitale Datensignale in einem seriellen Modus von einer portablen, elektronischen Vorrichtung aufzunehmen. Es wird natürlich verständlich werden, daß die Daten parallel zugeführt werden können, und zwar zum Beispiel eine Reihe zu einem Zeitpunkt, oder in irgendeiner anderen erwünschten Form.Referring particularly to Fig. 4, there is shown a simplified block diagram of the display 10. The display 10 comprises a matrix 30 of pixels organized in rows and columns on the substrate 12 as previously explained. A data input terminal 35 appears as an electrical connection to the substrate 12 and is adapted to to receive digital data signals in a serial mode from a portable electronic device. It will of course be understood that the data may be supplied in parallel, for example one row at a time, or in any other desired form.

Die Daten, die an dem Anschluß 35 empfangen sind, werden als ein Synchronisationssignal zu einem Taktgeber 37 und zu einem Dateneingang einer Datenzuordnungseinrichtung 39 zugeführt. Daten, die zu der Datenzuordnungseinrichtung 39 zugeführt sind, werden gespeichert, bis eine vollständige Reihe von Daten verfügbar ist, wobei zu diesem Zeitpunkt der Taktgeber 37 ein Taktsignal zu einem Freigabeschaltkreis 40 und der Datenzuordnungseinrichtung 39 zuführt. Das Taktsignal versetzt den Freigabeschaltkreis in die Lage, eine Spannungsversorgung zu dem Steuergatter jeder FED jedes Pixels in der richtigen Reihe in Folge zu verbinden. Gleichzeitig verwendet die Datenzuordnungseinrichtung 39 die Reihen der Daten, die in dem Speicher gespeichert sind, um eine Vielzahl von Konstantstromquellen 41 zu steuern, und zwar eine für jedes Pixel in einer Reihe von Pixeln. Jede Konstantstromquelle 41 schaltet das zugeordnete Pixel durch Zuführung eines geeigneten Stroms zu den Emittern der FED's in dem Pixel ein. Die Größe des Pixels, das eingeschaltet wird, oder die Größe des Stroms, der zugeführt wird, bestimmt den Graupegel für dieses Pixel. Eine Hochspannungsversorgung 42 wird mit dem Kollektor/der Schirmplatte verbunden, um den Betrieb der Anzeige 10 zu verstärken, allerdings wird verständlich werden, daß dies ein optionales Merkmal ist. Demzufolge werden alle erforderlichen Betriebsspannungen zu einer gesamten Reihe von Pixeln gleichzeitig zu jedem Zeitpunkt zugeführt, zu dem ein Taktimpuls durch den Synchrontaktgeber 37 erzeugt wird.The data received at terminal 35 is supplied as a synchronization signal to a clock 37 and to a data input of a data mapper 39. Data supplied to the data mapper 39 is stored until a complete row of data is available, at which time the clock 37 supplies a clock signal to an enable circuit 40 and the data mapper 39. The clock signal enables the enable circuit to connect a voltage supply to the control gate of each FED of each pixel in the correct row in sequence. At the same time, the data mapper 39 uses the rows of data stored in memory to control a plurality of constant current sources 41, one for each pixel in a row of pixels. Each constant current source 41 turns on the associated pixel by supplying an appropriate current to the emitters of the FEDs in the pixel. The size of the pixel that is turned on or the size of the current supplied determines the gray level for that pixel. A high voltage supply 42 is connected to the collector/faceplate to amplify the operation of the display 10, although it will be understood that this is an optional feature. Thus, all the required operating voltages are supplied to an entire bank of pixels simultaneously at any time a clock pulse is generated by the synchronous clock 37.

Es wird natürlich verständlich werden, daß die Emitter 14 der FED's zusammen in Reihen von Pixeln verbunden werden können und die gesamte Aluminiumbeschichtung 29 ein einstückiger Kollektor sein kann, und zwar gemeinsam verbunden. Alternativ können die Emitter als FED's miteinander über das Substrat 12 verbunden sein und die Aluminiumschicht 29 kann in Reihen, im Gegensatz zu einer kontinuierlichen Beschichtung, gebildet sein. Weiterhin wird, da 720 Reihenverbindungen, um den Schaltkreis 40 und 1280 parallele Steuergatterverbindungen über die Konstantstromquellen 41 zu der Datenzuordnungseinrichtung 39, oder insgesamt 2000 Verbindungen zu der Matrix 30 vorhanden sind, die Steuerelektronik für die Matrix 30 durch normale Halbleiterherstelltechniken in dem Substrat 12 gebildet. Die Bildung der Matrix 30 und der Steuerelektronik in demselben Substrat reduziert nicht nur das Verbindungsverfahren auf eine relativ gut bekannte und einfache Herstelltechnik, sondern reduziert stark die Zwischenschaltkreis-Leistungs- bzw. Energieerfordernisse. Allgemein ist eine Hochspannungsversorgung 42 außerhalb des Substrats 12 gebildet, allerdings sind der synchrone Taktgeber 37, die Datenzuordnungseinrichtung 39 und der Freigabeschaltkreis 40 alle intern zu dem oder als ein Teil des Substrats 12 gebildet. Tatsächlich kann die Steuerelektronik in dem Substrat 12 unterhalb der Matrix 30 gebildet werden, um Chip-Größe einzusparen.It will of course be understood that the emitters 14 of the FEDs may be connected together in rows of pixels and the entire aluminum coating 29 may be a one-piece collector connected together. Alternatively, the emitters as FEDs may be connected together via the substrate 12 and the aluminum layer 29 may be formed in rows as opposed to a continuous coating. Furthermore Since there are 720 series connections to the circuit 40 and 1280 parallel control gate connections through the constant current sources 41 to the data mapper 39, or a total of 2000 connections to the matrix 30, the control electronics for the matrix 30 are formed in the substrate 12 by normal semiconductor manufacturing techniques. The formation of the matrix 30 and the control electronics in the same substrate not only reduces the interconnection process to a relatively well known and simple manufacturing technique, but greatly reduces the inter-circuit power requirements. Generally, a high voltage supply 42 is formed externally of the substrate 12, however, the synchronous clock 37, the data mapper 39 and the enable circuit 40 are all formed internally to or as part of the substrate 12. In fact, the control electronics can be formed in the substrate 12 beneath the matrix 30 to save chip size.

In der vorliegenden Ausführungsform leitet jede FED ungefähr 0,5 Mikroampère Strom, so daß jedes Pixel in der beschriebenen Ausführungsform 12,5 Mikroampère Strom zieht, wenn es aktiviert wird. Da die Anzeige mit einer Reihe zu einem Zeitpunkt betrieben wird, falls die Reihen so aufgebaut sind, daß 1280 Pixel pro Reihe vorhanden sind, wird die Matrix 30 einen maximalen Strom von sechzehn Milliampère ziehen. Wenn die Reihen so aufgebaut sind, daß 720 Pixel pro Reihe vorhanden sind, wird die Matrix 30 einen maximalen Strom von neun Milliampère ziehen. Wie vorstehend erläutert ist, hängt der maximale Strom, der gezogen wird, von der Helligkeit ab, die für eine bestimmte Anwendung gefordert wird, und der Anzahl der Pixel (Anzahl der Reihen der gesamten Anzeige), die gleichzeitig betrieben werden sollen. Demzufolge kann gesehen werden, daß die beschriebene Anzeige einen großen Betrag einer Flexibilität bei der Herstellung davon bietet, und die Leistungsmenge, die erforderlich ist, kann in großem Umfang in spezifischen Anwendungen, wo Leistung ein Problem darstellt, reduziert werden.In the present embodiment, each FED conducts approximately 0.5 microamps of current, so that each pixel in the described embodiment draws 12.5 microamps of current when activated. Since the display is operated one row at a time, if the rows are constructed so that there are 1280 pixels per row, the matrix 30 will draw a maximum current of sixteen milliamps. If the rows are constructed so that there are 720 pixels per row, the matrix 30 will draw a maximum current of nine milliamps. As explained above, the maximum current drawn depends on the brightness required for a particular application and the number of pixels (number of rows of the entire display) that are to be operated simultaneously. Thus, it can be seen that the described display offers a great deal of flexibility in its manufacture, and the amount of power required can be greatly reduced in specific applications where power is an issue.

Da es beabsichtigt ist, daß die Anzeige 10 Bilder auf eine entfernt liegende, flache Oberfläche projiziert, von der angenommen wird, daß sie allgemein relativ hell in der Farbe ist, ist die Anzeige 10 dahingehend beschrieben worden, daß die Pixel normal aus sind und nur aktiviert werden, um das erwünschte Bild zu produzieren. Es wird allerdings verständlich werden, daß die Anzeige 10 in einem entgegengesetzten Modus betrieben werden könnte.Since the display is intended to project 10 images onto a distant flat surface, which is assumed to be is generally relatively bright in color, the display 10 has been described as having the pixels normally off and only activated to produce the desired image. It will be understood, however, that the display 10 could be operated in an opposite mode.

Wie insbesondere die Fig. 5 zeigt, ist dort eine Anzeige 10 in Verbindung mit einer portablen, elektronischen Vorrichtung 50 dargestellt. Die portable, elektronische Vorrichtung 50 ist ein portabler Computer, der, da die Anzeige 10 im wesentlichen die Abhängigkeit von der Größe der Anzeige eliminiert hat, im wesentlichen nur ein Tastenfeld mit verschiedenen Halbleiter-Chips ist, die darin befestigt sind. Die Anzeige 10 ist in einer Vorderkante des Computers befestigt und projiziert ein visuelles, leicht betrachtbares Bild direkt auf eine entfernt liegende Oberfläche vor dem Computer. Zum Beispiel wird in Fig. 5 die visuelle Anzeige auf die rückwärtige Oberfläche 54 eines Flugzeugsitzes 55 projiziert.Referring particularly to Figure 5, there is shown a display 10 in conjunction with a portable electronic device 50. The portable electronic device 50 is a portable computer which, since the display 10 has essentially eliminated dependence on the size of the display, is essentially just a keypad with various semiconductor chips mounted therein. The display 10 is mounted in a front edge of the computer and projects a visual, easily viewed image directly onto a remote surface in front of the computer. For example, in Figure 5, the visual display is projected onto the rear surface 54 of an airplane seat 55.

Da die Anzeige 10 ein Bild vielfach heller als ein Fernsehempfänger produziert, ist die Projektion sehr hell und leicht betrachtbar. Weiterhin umfaßt die Anzeige 10 ein zusätzlich einstellbares Linsensystem 52, das eine oder mehrere Linsen besitzt, die relativ zueinander einstellbar sind, um die Fokuslänge des Linsensystems 52 zu verändern, was dazu verwendet werden kann, das projizierte Bild auf irgendeine geeignete Oberfläche unter im wesentlichen jedem praktikablen Abstand von dem Betrachter zu projizieren. Auch ist, aufgrund der Anzahl der FED's, die verwendet werden, und der Auflösung, die in jeder FED möglich ist, die Auflösung des projizierten Bilds im wesentlichen besser als die projizierten Bilder eines Fernsehers und dergleichen.Since the display 10 produces an image many times brighter than a television receiver, the projection is very bright and easy to view. Furthermore, the display 10 includes an additional adjustable lens system 52 having one or more lenses that are adjustable relative to one another to vary the focal length of the lens system 52, which can be used to project the projected image onto any suitable surface at substantially any practical distance from the viewer. Also, due to the number of FEDs used and the resolution possible in each FED, the resolution of the projected image is substantially better than the projected images of a television and the like.

Demzufolge ist eine neue und verbesserte Anzeige für portable, elektronische Vorrichtungen offenbart worden. Die verbesserte Anzeige eliminiert im wesentlichen die Abhängigkeit der Größe der portablen, elektronischen Vorrichtung von der zugeordneten Anzeige. Weiterhin besitzt die neue Anzeige eine verbesserte Auflösung und Helligkeit. Auch kann die Größe der Anzeige leicht mit einer einfachen Bewegung der Position der portablen Vorrichtung relativ zu einer entfernt liegenden Oberfläche und/oder zu der Einstellung des Linsensystems eingestellt werden. Demzufolge verbessert die Kombination einer variablen Größe, einer besseren Auflösung und hellerer Bilder stark die Verwendbarkeit der elektronischen Vorrichtung und ermöglicht deren Verwendung für sehr viel mehr Anwendungen.Accordingly, a new and improved display for portable electronic devices has been disclosed. The improved display substantially eliminates the dependence of the size of the portable electronic device on the associated display. Furthermore, the new display has improved resolution and brightness. Also, the size of the Display can be easily adjusted with a simple movement of the position of the portable device relative to a remote surface and/or the adjustment of the lens system. Consequently, the combination of variable size, better resolution and brighter images greatly improves the usability of the electronic device and enables its use in many more applications.

Zusätzlich kann die vorliegende Anzeige bei einer großen Vielfalt portabler, elektronischer Vorrichtungen, beispielsweise Computern, Rufanlagen bzw. Pager, Telefonen, insbesondere für Hörbehinderte usw., verwendet werden. Während die beschriebene Anzeige hauptsächlich auf portable, elektronische Vorrichtungen gerichtet worden ist, und zwar aufgrund der geringen Größe und Bequemlichkeit, wird dem Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet ersichtlich werden, daß die Anzeige geeignet mit Computern, Telefonen und dergleichen verbunden werden kann, die bewegbar sind, aber normalerweise nicht portabel verkauft werden. Auch sollte verständlich werden, daß portable, elektronische Vorrichtungen mit Projektionsanzeigen mit manuellen Steuerungen als das einzige, die Größe begrenzende Merkmal aufgebaut werden können. Dies ist ein großer Vorteil gegenüber normalen, portablen, elektronischen Vorrichtungen, da die normalen Vorrichtungen eine direkt betrachtetete Anzeige als Teil der Vorrichtung umfassen müssen. Während die beschriebene Anzeige eine Kalt-Kathoden-Feldemissionsvorrichtung für diesen Zweck aufgrund deren Helligkeit und ausgezeichneter Auflösung bevorzugt ist, wird verständlich werden, daß andere Typen von Projektionssystemen in Verbindung mit portablen, elektronischen Vorrichtungen verwendet werden könnten, um im wesentlichen deren Größe zu reduzieren und deren Nutzbarkeit zu verbessern.In addition, the present display can be used with a wide variety of portable electronic devices, such as computers, pagers, telephones, particularly for the hearing impaired, etc. While the described display has been directed primarily to portable electronic devices due to its small size and convenience, it will be apparent to those skilled in the art that the display can be suitably connected to computers, telephones and the like which are portable but not normally sold as portable. It should also be understood that portable electronic devices can be constructed with projection displays with manual controls as the only size-limiting feature. This is a great advantage over normal portable electronic devices since normal devices must include a directly viewed display as part of the device. While the described display is a cold cathode field emission device preferred for this purpose due to its brightness and excellent resolution, it will be understood that other types of projection systems could be used in conjunction with portable electronic devices to substantially reduce their size and improve their usability.

Es wird natürlich verständlich werden, daß die vorstehende Beschreibung nur beispielhaft vorgenommen wurde und daß Modifikationen im Detail, wie beispielsweise die sequentielle Erregung alternativer Konfigurationen von Pixeln und insbesondere die Verbindung miteinander der Kollektor-, Emitter- und Gatterelektroden, die darin enthalten sind, z.B. die Steuerung der Pixelbeleuchtung in Einheiten konzentrischer Konfigurationen oder Blöcke im Gegensatz in Einheiten einer Steuerung Reihe für Reihe, innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung vorgenommen werden können. Weiterhin wird für den Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet ersichtlich werden, daß Emissionen von Kalt-Kathoden-Feldemissionsvorrichtungen durch die Kombination eines konstanten und unzureichenden Felds, das zwischen einem Emitter und einem Kollektor davon angelegt wird, und der periodischen Anlegung eines Gatterpotentials, das ausreichend ist, um Emissionen davon zu reduzieren, induziert werden können.It will of course be understood that the foregoing description has been given by way of example only and that modifications in detail, such as the sequential excitation of alternative configurations of pixels and in particular the interconnection of the collector, emitter and gate electrodes contained therein, e.g. the control of pixel illumination in units of concentric configurations or blocks, as opposed to in units of row-by-row control, may be made within the scope of the invention. Furthermore, it will be apparent to those skilled in the art that emissions from cold cathode field emission devices may be induced by the combination of a constant and insufficient field applied between an emitter and a collector thereof and the periodic application of a gate potential sufficient to reduce emissions therefrom.

Claims

1. Display (10) for electronic devices having an electrical output signal for controlling the display, comprising:

a substrate (12) having a plurality of cold cathode field emission devices (30) formed in a preferred pattern and having an electrical input terminal;

Control electronics (37, 39, 40, 41) having an input terminal (35) for receiving the output signal from the electronic device and further connected to supply operating voltages and control signals to the electrical input terminal of the substrate (12); and

a faceplate (25) mounted over the plurality of cold cathode field emission devices (30) on the substrate (12) and in sealing engagement with a substantial vacuum formed between the substrate (12) and the faceplate (25);

wherein the faceplate (25) further comprises a layer of a fluorescent material (27) which emits light when struck by emissions from the cold cathode field emission devices (30), and wherein the display is characterized by: a lens system (52) attached to the faceplate (25) for directing light from the fluorescent material (27) to a surface remote from the electronic device.

2. The electronic device display (10) of claim 1, wherein the lens system (52) is further characterized by at least two lenses mounted together for relative movement therebetween to provide a variable focal length of the lens system.

3. The electronic device display (10) of claim 1 or 2, wherein the preferred pattern of cold cathode field emission devices (30) is further characterized by a plurality of rows and columns of cold cathode field emission devices, each cold cathode field emission device having an emitter electrode (14), a collector electrode (25) and a gate electrode (20); wherein:

the emitter electrodes (14) of each cold cathode field emission device in each row are connected together, the collector electrodes (25) of each cold cathode field emission device in each row are connected together, and the gate electrodes (20) of each cold cathode field emission device in each column are connected together; and

the control electronics (37, 39, 40, 41) lead sequentially to:

i) supplying operating voltages to the emitter/collectors (14, 25) of a series of cold cathode field emission devices (30) at a time; and

ii) a separate control signal (40) to each of the gate electrodes (20) of each column of the cold cathode field emission devices (30) having operating voltages applied to the emitter/collectors (14, 25) thereof.

4. A display (10) for electronic devices according to any one of the preceding claims, wherein the control electronics (37, 39, 40, 41) are further characterized by a storage and switching circuit (39, 40, 41) formed on the substrate (12) and connected to the cold cathode field emission devices (30) via conductors formed in the substrate.

5. The electronic device display (10) of claim 4, wherein the preferred pattern of cold cathode field emission devices (30) is characterized by a plurality of cold cathode field emission devices connected to one another, the cold cathode field emission devices in each plurality operating simultaneously as a pixel.

6. An electronic device display according to claim 5, wherein the control electronics (37, 39, 40, 41) are further characterized by a circuit (39, 40, 41) for simultaneously supplying operating voltages to the emitter/collector electrodes (14, 25) and control signals to the gate electrodes (20) of each of the pixels in a row.

7. Display (10) for electronic devices according to claim 6, wherein

the memory (39) stores data relating to a row of pixels, and the memory is connected to receive the data from the input terminal (35); and

the switching circuit (40, 41) is coupled to both the memory and the input terminal.

8. Display (10) for electronic devices according to one of the preceding claims, wherein the electronic device is a portable electronic device (50).

9. A display (10) for electronic devices according to any one of the preceding claims, wherein the electronic device is a computer, a pager or a telephone.

10. A method of producing a display from an electronic device having a plurality of cold cathode field emission devices (30) formed on a substrate (12), the plurality of cold cathode field emission devices (30) being encapsulated by a faceplate (25) covered with luminescent material, a volume between the substrate and the faceplate being substantially evacuated, the method comprising the steps of:

a) selectively applying a field between at least one of the plurality of cold cathode field emission devices (30) and the face plate (25), whereby emissions from the at least one cold cathode field emission device impinge on the luminescent material of the face plate, thereby causing the luminescent material to luminesce and form an image; and characterized by the following step:

b) projecting and focusing the image from the faceplate (25) onto a remote surface independently of the electronic device.

11. The method of claim 10, wherein the plurality of cold cathode field emission devices (30) are arranged in a plurality of pixels such that each pixel has at least one cold cathode field emission device; and the plurality of pixels are arranged in a plurality of sections such that each section has more than one pixel, the emissions from a specific pixel within a section, as determined by emissions from each cold cathode field emission device contained therein, being independently controllable from any other pixel in the section; wherein the step of applying a field sequentially applies the field to each of the plurality of sections.