DE69932232T2

DE69932232T2 - Kontraststeigerung fur elektronische anzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE69932232T2
Application number: DE69932232T
Authority: DE
Inventors: L. Dennis Princeton MATTHIES; Zilan Shen; G. Roger Neshanic Station STEWART; H. James Ringoes ATHERTON
Original assignee: Transpacific IP Ltd
Current assignee: TRANSPACIFIC INFINITY, LLC, WILMINGTON, DEL., US
Priority date: 1998-02-17
Filing date: 1999-02-17
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2019-02-18
Also published as: KR20010041002A; KR100608445B1; US20020050958A1; CN1155097C; AU748146B2; AU2769099A; EP1057219A1; CN1291354A; DE69932232D1; EP1057219B1; JP2004513380A; US6476783B2; JP4512269B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Elektronikdisplayeinrichtungen und insbesondere Elektronikdisplayeinrichtungen mit Merkmalen, die den Kontrast von auf den Einrichtungen angezeigten Bildern verstärken.
Elektronikdisplays sind Einrichtungen, die als Reaktion auf elektrische Signale Lichtmuster erzeugen. Flachdisplays werden in der Regel mit einem oberen und unteren Substrat hergestellt, die die Displaymaterialien enthalten. Displayeinrichtungen, bei denen die Displaymaterialien Licht erzeugen, sind als emittierende Displays bekannt. Eine Art von Displaymaterialien, die in Elektronikdisplays verwendet werden, sind OLED-Materialien (organic light emitting diode – organische Leuchtdiode). Zu anderen Arten von emittierenden Displays zählen Plasmadisplays, feldemittierende Displays und Elektrolumineszenzdisplays.
Bei emittierenden Displays ist es wichtig, daß die Displays hell sind und dennoch einen starken Kontrast aufweisen. Kontrast ist einer der wichtigsten Leistungsparameter eines Displays. Er ist ein wichtiger Faktor bei der Fähigkeit, Informationen zu verwenden, die angezeigt werden, und er spielt bei der Käuferpräferenz eine starke Rolle. Die einfache Definition lautet, daß der Kontrast eines emittierenden Displays das Verhältnis des von dem Display emittierten Nutzlichts (zum Beispiel des Signals) zu dem von dem Display kommenden unerwünschten Licht (zum Beispiel dem Rauschen) ist. In allen praktischen Umgebungen wird das unerwünschte Licht von reflektiertem Licht aus der Umgebung dominiert.
Reflektiertes Licht kann entweder spiegelnd oder diffus sein. Die spiegelnde Reflexion ist besonders störend, weil der Betrachter ein reflektiertes Bild der Quelle des Umgebungslichts dem Bild überlagert sieht, und weil es bei dem spiegelnden Reflexionswinkel konzentriert ist, verschlechtert es den Bildkontrast bei diesem spezifischen Winkel. Diffus reflektiertes Licht überlagert dem angezeigten Bild einen Schleier, der den Kontrast reduziert, den Bereich der sichtbaren Grauskala begrenzt und folglich den von dem Betrachter detektierbaren Informationsgehalt begrenzt.
Es ist wünschenswert, das reflektierte Licht von einer Displayoberfläche auf ein Minimum zu reduzieren, um die Leistung der Displayeinrichtung zu maximieren. Es ist außerdem wünschenswert, eine beliebige reflektierende Komponente zu haben, die mehr diffundierend als spiegelnd wirkt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wird in einer emittierenden Displayeinrichtung mit Merkmalen verkörpert, die den Kontrast angezeigter Bilder verstärken.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Displayeinrichtung mit mehreren Bildelementen (Pixeln) vorgeschlagen, umfassend:
eine Pixelstruktur für jedes der mehreren Pixel, wobei die Pixelstruktur einen Pixelbereich definiert, der einen aktiven Pixelbereich, der ein emittierendes Displaymaterial enthält, und einen inaktiven Pixelbereich, wobei nur der aktive Pixelbereich Licht emittiert, und wobei das Verhältnis des aktiven Pixelbereichs zu dem Pixelbereich weniger als 50 Prozent beträgt;
eine oder mehrere transparente Deckplatten mit einer äußeren Oberfläche und einer inneren Oberfläche, wobei die innere Oberfläche der einen oder mehreren Platten in unmittelbarer Nähe zu den Pixelbereichen liegt und wobei ein Teil des emittierten Lichts von jedem aktiven Pixelbereich durch die eine transparente Deckplatte oder jeweils durch eine der transparenten Deckplatten hindurchtritt und ein anderer Teil intern von der äußeren Oberfläche der einen transparenten Deckplatte oder einer der transparenten Deckplatten reflektiert wird; und
eine schwarze Matrix, die über der äußeren Oberfläche der transparenten Deckplatte oder -platten positioniert ist, wobei die schwarze Matrix Öffnungen definiert, die von einem Material dunkler Farbe umgeben sind, wobei die Öffnungen derart auf die aktiven Pixelbereiche ausgerichtet sind, daß von dem aktiven Pixelbereich emittiertes Licht durch die Öffnungen hindurchtritt;
wobei jeder Pixelbereich eine Breite P einschließlich eines aktiven Pixelbereichs mit einer Breite d_p aufweist und die eine oder die mehreren transparenten Deckplatten einen Brechungsindex n_glass, der einen Grenzwinkel Θc definiert, und eine Dicke t_glass aufweist/aufweisen, und wobei die schwarze Matrix aus Streifen dunkler Farbe mit einer Breite W_m ausgebildet ist, die definiert wird durch die Ungleichung Wm ≤ P – 2 (tglasstan (ΘC)) – dp.
Aus US 5,703,934 ist eine beispielhafte Displayeinrichtung bekannt. Dieses Dokument offenbart jedoch nicht die eine oder mehreren transparenten Deckplatten oder die schwarze Matrix wie oben gemäß der vorliegenden Erfindung spezifiziert, noch legt es diese nahe.
Wahlweise bevorzugte Merkmale der vorliegenden Erfindung werden in den hieran angehängten Ansprüchen 2 bis 16 spezifiziert und beinhalten allgemein ausgedrückt folgendes:
Die im Vorangehenden spezifizierte schwarze Matrix kann auf der oder den transparenten Deckplatten ausgebildet sein; oder die schwarze Matrix kann auf einer optischen Integratorplatte ausgebildet sein, auf der die individuellen Kacheln (mit jeweils einer transparenten Deckplatte) einer gekachelten Displayeinrichtung befestigt sind; oder die schwarze Matrix kann an die äußere Oberfläche einer Linsenstruktur gekoppelt sein, die an die äußere Oberfläche der einen oder mehreren transparenten Deckplatten gekoppelt ist. Die Displayeinrichtung kann eine Elektroniksektion und eine Displaysektion enthalten, die durch einen Kleber verbunden sind. Eine Leiterplatte der Elektroniksektion oder der Kleber können dunkel gefärbt sein, um das Umgebungslicht zu absorbieren, das durch die Displaysektion übertragen wird. Die Displayeinrichtung kann einen Filter umfassen, der über den Pixeln positioniert ist, um von den Pixelbereichen reflektiertes Umgebungslicht zu dämpfen. Der aktive Bereich jeder Pixelstruktur kann mehrere beabstandete Unterpixelelemente umfassen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
1 ist eine Explosionsdarstellung einer beispielhaften Displaystruktur, die Kontrastverstärkungen gemäß der vorliegenden Erfindung verwenden kann.
2 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung, die eine alternative Displaystruktur darstellt, die Kontrastverstärkungen gemäß der vorliegenden Erfindung verwenden kann.
3 ist eine Rückseitenansicht einer Kachel mit der in 1 gezeigten Struktur.
4 ist eine Rückseitenansicht einer Kachel mit der in 2 gezeigten Struktur.
5 ist eine Vorderseitenansicht von 4 Kacheln eines gekachelten Displays, wobei jede Kachel die in 1 gezeigte Struktur aufweist.
6 ist eine Vorderseitenansicht von 4 Kacheln eines gekachelten Displays, wobei jede Kachel die in 2 gezeigte Struktur aufweist.
7 ist eine Vorderseitenteilansicht eines einfarbigen Pixelformats für eine Displayeinrichtung mit der in 2 gezeigten Struktur.
8 ist eine Vorderseitenteilansicht eines alternativen einfarbigen Pixelformats für eine Displayeinrichtung mit der in 2 gezeigten Struktur.
9 ist eine Vorderseitenansicht einer Kachel mit der in 2 gezeigten Struktur, die ein beispielhaftes Verfahren illustriert, über das elektrische Verbindungen zu den Zeilen- und Spaltenelektroden der Kachel hergestellt werden können.
10 ist eine geschnittene Ansicht der in 9 gezeigten Kachel entlang der Linie F10, die eine beispielhafte Kontaktstruktur für eine Spaltenelektrode darstellt.
11 ist eine geschnittene Ansicht der in 9 gezeigten Kachel entlang der Linie F11, die eine beispielhafte Kontaktstruktur für eine Zeilenelektrode darstellt.
12 ist eine teilweise perspektivische Explosionsdarstellung einer gekachelten Displayeinrichtung mit der in 1 oder 2 gezeigten Struktur, die sich eignet zum Beschreiben eines beispielhaften Befestigungsverfahrens und einer beispielhaften Implementierung einer schwarzen Matrix für die Displayeinrichtung.
12A ist eine detaillierte Ansicht eines Abschnitts der in 12 gezeigten teilweise perspektivische Explosionsdarstellung.
13 ist eine geschnittene Seitenansicht eines Abschnitts der Glasplatten von zwei benachbarten Kacheln, die zeigt, wie die Kacheln durch ein Verbindungsprofil, wie etwa das in 14 gezeigte, verbunden werden können.
14 ist eine Perspektivansicht eines Verbindungsprofils, das sich eignet, um Kacheln zu verbinden, um ein gekacheltes Display mit Kontrastverstärkungsmerkmalen gemäß der vorliegenden Erfindung auszubilden.
15 ist eine geschnittene Seitenansicht der Glasplatte eines Pixels für eine Displayeinrichtung mit der in 1 oder 2 gezeigten Struktur, die sich eignet für das Beschreiben eines Verfahrens zum Ausbilden einer schwarzen Matrix für die Displayeinrichtung.
16 ist eine geschnittene Seitenansicht der Glasplatte von zwei Pixeln benachbarter Kacheln mit der in 1 oder 2 gezeigten Struktur, die sich eignet für das Beschreiben eines Verfahrens zum Ausbilden einer schwarzen Matrix über Kachelgrenzen hinweg.
17 ist eine geschnittene Seitenansicht von benachbarten Pixeln einer Displayeinrichtung wie etwa der in 1 oder 2 gezeigten, die sich eignet für das Beschreiben eines Verfahrens zum Ausbilden einer schwarzen Matrix für die Displayeinrichtung.
18 ist eine graphische Darstellung der Glasdicke als Funktion der Linienbreite der schwarzen Matrix, die sich eignet zum Beschreiben eines Kontrastverstärkungsmerkmals gemäß der vorliegenden Erfindung.
19 ist eine geschnittene Seitenansicht einer beispielhaften Displaystruktur, die eine Linsenstruktur verwendet, um von dem aktiven Pixelbereich bereitgestelltes Licht in eine relativ kleine Apertur zu konzentrieren.
20 ist eine geschnittene Seitenansicht einer beispielhaften zweiteiligen Displaystruktur,
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Bei den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die Zeichnungsfiguren nicht maßstabsgetreu. Stattdessen sind Merkmale der Zeichnungsfiguren übertrieben worden, um die Beschreibung der Erfindung zu erleichtern.
Die Kontrastverstärkung hängt zumindest zu einem gewissen Grad von der Art einer Displayeinrichtung ab. Die vorliegende Erfindung wird im Hinblick auf eine emittierende Displayeinrichtung beschrieben, die OLEDs für das aktive Pixelelement verwendet. Es wird jedoch in Betracht gezogen, daß die hier offenbarten Kontrastverstärkungstechniken mit anderen Arten von emittierenden Displays verwendet werden können, beispielsweise Elektrolumineszenz-, Kathodolumineszenz- und Plasmadisplays. Es hilft, die Struktur der Displayeinrichtung zu verstehen, um zu verstehen, wie Kontrastverstärkungsmerkmale gemäß der vorliegenden Erfindung mit der Displayeinrichtung verwendet werden können.
1 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung, die eine beispielhafte Struktur einer OLED-Displayeinrichtung 100 darstellt. Die in 1 gezeigte Einrichtung kann als eine separate Elektroniksektion und Displaysektion ausgebildet werden oder sie kann als eine einzelne Einheit ausgebildet werden. Wie unten beschrieben werden Verbindungen zu den Zeilen- und Spaltenelektroden der Displayeinrichtung entlang zweier senkrechter Ränder der Einrichtung hergestellt.
Falls die in 1 gezeigte Displayeinrichtung als eine einzelne Einheit ausgebildet wird, wird sie auf einer Leiterplatte 110 aufgebaut. Die Leiterplatte kann beispielsweise ein nichtgezeigtes Elektronikmodul enthalten, das die Zeilen- und Spaltenansteuersignale für die Displayeinrichtung bereitstellt. Das Elektro nikmodul ist durch Spaltendurchkontaktierungslöcher 112 und Zeilendurchkontaktierungslöcher 114 an die Zeilen- und Spaltenelektroden der Displayeinrichtung gekoppelt. In 1 ist nur ein Zeilendurchkontaktierungsloch 114 gezeigt. Die Zeilendurchkontaktierungslöcher 114 verbinden zwei Zeilenelektroden 116, die auf der oberen Oberfläche der Leiterplatte 110 aufgemalt oder aufgedruckt sein können. Das Displaymaterial 118 wird auf den Zeilenelektroden 116 abgeschieden. In 1 ist das Displaymaterial 118 als eine massive Folie dargestellt. Bei diesem Material kann es sich jedoch um individuelle OLED-Zellen handeln, die ein Elektroneninjektionsmaterial wie etwa Calcium, eine lichtemittierende Polymerschicht und eine Lochtransportpolymerschicht enthalten. Alternativ können Zellen aus anderem emittierenden Material auf den Zeilenelektroden 116 abgeschieden werden. Die Zeilenelektroden 116 können aus einem Metall wie etwa Aluminium, Magnesium oder Calcium oder aus Polysilizium ausgebildet sein.
Spaltenelektroden 122 sind auf dem Displaymaterial 118 ausgebildet. Die Spaltenelektroden 122 sind mit der Leiterplatte durch die Durchkontaktierungslöcher 112 verbunden, die durch jede Ebene der Displaykachel von Ebene 110 durch Ebene 118 hindurch verlaufen. Jede Spaltenelektrode 122 ist elektrisch an jeweils ein anderes Durchkontaktierungsloch 112 gekoppelt. Die Spaltenelektroden 122 sind in der Regel aus einem transparenten leitenden Material wie etwa Indium-Zinnoxid (ITO) ausgebildet. Bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann Ebene 121, über den Spaltenelektroden 122 ausgebildet, ein optischer Filter wie etwa ein Neutralgraufilter, ein strukturierter Farbfilter oder ein Polarisationsfilter sein.
Die Ebene 121 kann ein Neutralgrau- oder strukturierter Farbfilter sein und sie kann dahingehend wirken, den Kontrast des Displays zu verstärken, weil Umgebungslicht, das durch den Filter hindurchläuft und von dem Displaymaterial reflektiert wird, den Filter zweimal durchläuft, während von den aktiven Pixelelementen geliefertes Licht den Filter nur einmal durchläuft. Der strukturierte Farbfilter ist mit individuellen Filtersektionen ausgebildet, die entsprechende Pixelfarben abdecken (z.B. Rotfilter über roten Pixeln). Diese Filter weisen insofern einen weiteren Vorteil auf, als der größte Teil des Umgebungslichts absorbiert wird, während von dem von dem aktiven Pixelelement gelieferten Licht nur sehr wenig absorbiert wird.
Die letzte Schicht der in 1 gezeigten Displaykachel ist eine transparente Deckplatte 120, die aus Floatglas oder einem anderen transparenten Material ausgebildet sein kann.
Falls die in 1 gezeigte Kachel als getrennte Elektronik- und Displaysektionen ausgebildet ist, dann kann die Displaysektion durch Abscheiden der fakultativen Schicht 121 auf der hinteren Oberfläche der transparenten Abdeckung 120 ausgebildet werden. Als nächstes werden die transparenten Spaltenelektroden 122 abgeschieden, dann werden die OLED-Materialien 118 auf den Spaltenelektroden 122 ausgebildet, und die Zeilenelektroden 114 werden ausgebildet, um einen Kontakt mit den OLED-Materialien herzustellen.
Die Elektroniksektion wird ausgebildet durch Ausbilden von Durchkontaktierungslöchern in der Leiterplatte 110 und nichtgezeigten Leiterbahnen auf der Rückseite der Leiterplatte 110, um das nichtgezeigte Elektronikmodul mit den Durchkontaktierungslöchern zu verbinden. Die beispielhaften, in 1 gezeigten separaten Elektronik- und Displaysektionen können verbunden werden, indem die Zeilen- und Spaltendurchkontaktierungslöcher entlang ihrer Ränder durch Kontakthöcker gebondet werden oder indem leitende Elemente, beispielsweise Drähte, so in die Zeilen- und Spaltendurchkontaktierungslöcher an einer der Sektionen eingesetzt werden, daß die leitenden Elemente aus den Durchkontaktierungslöchern vorstehen. Die leitenden Elemente würden dann mit den entsprechenden Durchkontaktierungslöchern an der anderen Sektion zusammengesteckt werden, wenn die Sektionen verbunden werden. Wie unten beschrieben kann der Kontrast einer Displayeinrichtung, wie etwa der in 1 gezeigten, verstärkt werden, indem die Leiterplatte 110 aus einem dunklen Material hergestellt wird, die vordere (obere) Oberfläche der Leiterplatte 110 mit einer dunklen Farbe angemalt wird oder indem ein dunkelgefärbter Kleber verwendet wird, um die Elektroniksektion mit der Displaysektion zu verbinden, falls die Displayeinrichtung in zwei Sektionen ausgebildet ist. Mit Ausnahme der Zeilenelektroden 116 und der OLED-Materialien sind alle die Schichten über der Leiterplattenschicht transparent. Der dunkelgefärbte Träger bildet somit eine schwarze Matrix, in der die Pixelmaterialien plaziert werden. Um einen effektiveren Schwarze-Matrix-Effekt zu erzielen, können die Zeilenelektroden aus einem transparenten Leiter wie etwa ITO oder aus einem Metall wie etwa Calcium, Magnesium oder Aluminium ausgebildet werden, in dem die Bereiche der Metallelektroden, die für einen Betrachter sichtbar wären, mit einem dunkelgefärbten (z.B. schwarzen) Material beschichtet werden, wenn die Displaysektion hergestellt wird. Bei dieser alternativen Struktur ist nur das nicht-transparente Material das emittierende OLED-Material.
2 ist ein auseinandergezogenes perspektivisches Diagramm, das eine alternative beispielhafte Displaystruktur zeigt. Die in 2 gezeigte Displaystruktur ist in zwei Teilen ausgebildet: eine Displaysektion 102 und eine Elektroniksektion 104.
Die Displaysektion 102 enthält eine transparente Frontplatte 120, die beispielsweise aus Floatglas hergestellt sein kann. Transparente Spaltenelektroden 122 sind auf der Frontplatte 120 aus einem transparenten Leiter wie etwa ITO ausgebildet. Diese Bänder können hergestellt werden, indem eine ITO-Schicht abgeschieden und dann geätzt wird oder indem individuelle Bänder aus ITO selektiv abgeschieden werden. Die roten, grünen und blauen OLED-Materialien oder andere Displaymaterialien 124 und 126 werden auf den Spaltenelektroden abgeschieden, um den aktiven Bereich der Pixel zu definieren. Die OLED-Materialien enthalten in der Regel eine nichtgezeigte Lochtransportpolymerschicht, die auf den Spaltenelektroden 122 abgeschieden ist, und eine nichtgezeigte lichtemittierende Polymerschicht, die auf der nichtgezeigten Lochtransportpolymerschicht abgeschieden ist. Wie unten unter Bezugnahme auf die 5 und 6 beschrieben, ist es wünschenswert, daß die Displaymaterialien 124 und 126 nur einen Abschnitt der Pixelfläche belegen (z.B. unter 50 Prozent und bevorzugt etwa 25 Prozent). Eine nicht separat gezeigte elektronenemittierende Schicht, die beispielsweise aus Calcium gebildet sein kann, wird auf den OLED-Materialien 124 und 12b abgeschieden. Die Zeilenelektroden 128 werden auf den Displaymaterialien 124 und 126 ausgebildet, Eine fakultative Isolationsschicht 130 wird auf den Zeilenelektroden ausgebildet. Die beispielhafte Isolationsschicht 130 kann aus einem beliebigen einer Reihe von isolierenden Materialien ausgebildet sein. Zum Schützen der Displaymaterialien wird die Isolationsschicht 130 wünschenswerterweise unter Verwendung von Tieftemperaturprozessen ausgebildet. Zu beispielhaften Materialien zählen Polyimid und andere anorganische Tieftemperaturmaterialien. Wie unten dargelegt kann es vorteilhaft sein, daß das Isolationsmaterial 130 transparent oder zumindest durchscheinend ist. Die Isolationsschicht 130 kann unter Verwendung von Dickfilm- oder Dünnfilmabscheidungstechniken aufgebracht werden. Die Isolationsschicht 130 enthält mehrere auf die Zeilenelektroden 128 und Spaltenelektroden 122 ausgerichtete Öffnungen 131.
Auf der Isolationsschicht sind mehrere optionale Verbindungsplatten 132 abgeschieden. Die Platten 132 können ausgebildet werden beispielsweise unter Verwendung von aufgedampftem Aluminium oder einer metallischen Tinte oder Paste, wie etwa mit einem Lösungsmittel kombiniertes Silber, die unter Verwendung von Dickfilmprozessen abgeschieden wird. Wie im Folgenden unter Bezugnahme auf die 9-11 beschrieben, sind die Verbindungsplatten 132 an die Spaltenelektroden 122 und Zeilenelektroden 128 durch Durchkontaktierungslöcher gekoppelt, die durch die Öffnungen in den isolierenden Materialien hindurch verlaufen. Jede der beispielhaften Verbindungsplatten stellt einen elektrischen Kontakt mit nur einer Zeilenelektrode oder einer Spaltenelektrode her. Um die Herstellung einer guten Verbindung sicherzustellen, kann jedoch jede Verbindungsplatte 132 an mehreren Stellen mit ihrer entsprechenden Zeilen- oder Spaltenelektrode verbunden sein.
Die Isolationsschicht 130 und die Verbindungsplatten 132 sind optional. Wenn diese Schichten nicht verwendet werden, können nichtgezeigte leitende Höcker ausgebildet werden, die direkt mit den Zeilenelektroden 128 und den Spaltenelektroden 122 verbinden. Wie im Folgenden beschrieben können diese leitenden Höcker so positioniert sein, daß sie mit entsprechenden leitenden Höckern auf der Displaysektion oder mit den Zeilen- und Spaltenelektroden direkt zusammenpassen. Um die Herstellung eines guten elektrischen Kontakts sicherzustellen, können mehrere leitende Höcker ausgebildet sein, um einen elektrischen Kontakt mit jeder Zeilenelektrode 128 und jeder Spaltenelektrode 122 herzustellen.
Die Elektroniksektion 104 enthält Bildverarbeitungs- und Displayansteuerschaltungen (in 2 nicht gezeigt), eine Leiterplatte 110, die beispielsweise eine dünne Folie aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) sein kann, abgeschiedene elektrische Leiter 140, optionale Verbindungspads 142 und Durchkontaktierungslöcher 144, die die Leiter 140 elektrisch mit den Verbindungspads 142 durch die Leiterplatte 110 verbinden. Die Leiter 140, die Durchkontaktierungslöcher 144 und die Verbindungspads 142 können alle unter Verwendung von Dickfilmabscheidungsprozessen ausgebildet werden, um eine metallische Tinte oder Paste aufzutragen. Die Verbindungspads 142 können ebenfalls aus aufgedampftem Aluminium ausgebildet werden. Es besteht eine Eins-zu-Eins-Beziehung zwischen den Verbindungspads 142 der Elektroniksektion und den Verbindungsplatten 132 der Displaysektion. Bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die Verbindungspads 142 und die Verbindungsplatten 132 elektrisch verbunden durch Auftragen eines anisotrop leitenden Klebers zwischen der Displaysektion und der Elektroniksektion.
Es wird jedoch in Betracht gezogen, daß zum elektrischen Verbinden der Verbindungspads mit ihren jeweiligen Verbindungsplatten andere Verfahren verwendet werden können. Beispielsweise können die Verbindungsplatten 132 und die Verbindungspads 142 aus einem verformbaren Material hergestellt und so strukturiert werden, daß sie einen Abschnitt enthalten, der sich über die Ebene des Pads oder der Platte erstreckt. Wenn die Elektroniksektion mit der Displaysektion gekoppelt wird, kommen die strukturierten Materialien an den Verbindungsplatten 132 und den Verbindungspads 142 in Kontakt und verformen sich, wodurch man zwischen den jeweiligen Verbindungspads und -platten eine elektrische Verbindung erhält. Die Pads 142 und Platten 132 können auch über Kontakthöckerbondtechniken oder unter Verwendung von Drähten verbunden werden, die in eines der Pads 142 oder die Platten 132 implantiert sind und die die Platte 132 oder das Pad 142 in Eingriff nehmen, wenn die Elektroniksektion 104 mit ihrer entsprechenden Displaysektion 102 gekoppelt wird.
Alternativ können die Verbindungsplatten 132, die Verbindungspads 142 und die Isolationsschicht 130 entfallen und eine Verbindung zwischen den Durchkontaktierungslöchern 144 und den Zeilen- und Spaltenelektroden kann hergestellt werden durch Bereitstellen nichtgezeigter erhabener leitender Höcker auf jedem der Durchkontaktierungslöcher 144, die so positioniert sind, daß sie mit nichtgezeigten entsprechenden erhabenen leitenden Höckern auf den Zeilen- und Spaltenelektroden der Displaysektion 102 zusammenpassen.
Bei einer beliebigen dieser Konfigurationen kann die Displaysektion unter Verwendung eines nichtleitenden Klebers mit der Elektroniksektion verbunden werden, wenn die jeweiligen Höcker in direkten Kontakt kommen, oder über einen anisotrop leitenden Kleber. Der beispielhafte anisotrop leitende Kleber kann beispielsweise ausgebildet werden durch Suspendieren von Teilchen aus einem leitenden Material in einem Kleber derart, daß sich die Teilchen berühren und leitende Wege bilden, wenn Druck auf den Kleber ausgeübt wird. Alternativ können die Teilchen aus einem ferromagnetischen Material ausgebildet werden und können in einer gewünschten leitenden Richtung (z.B. vertikal) ausgerichtet werden, wobei ein extern angelegtes Magnetfeld verwendet wird. Weitere Einzelheiten dieses Abdicht- und Verbindungsverfahrens werden im Folgenden unter Bezugnahme auf 20 beschrieben.
Wie im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf 1 beschrieben, kann der Kontrast der Displayeinrichtung in 2 verstärkt werden, indem dem Kleber, der die Elektroniksektion 104 mit der Displaysektion 102 verbindet, ein dunkles Pigment zugesetzt wird oder indem ein klarer oder durchscheinender Kleber verwendet und die Leiterplatte 144 aus einem dunklen Material hergestellt wird, um einen dunklen Hintergrund für die emittierenden Materialien 124 und 126 bereitzustellen. Um die stärkste Kontrastverstärkung zu erhalten, ist es wünschenswert, daß die Kontaktpads 142, die Kontaktplatten 132 und die Isolationsschicht 130 entfallen oder, falls sie vorliegen, transparent oder durchscheinend sind. Transparente Pads 142 und Platten 132 können erzielt werden, indem diese Schichten unter Verwendung von Dünnfilmtechniken abgeschieden werden.
Außerdem ist es, wie oben unter Bezugnahme auf 1 dargelegt, wünschenswert, daß die Zeilenelektroden durch ein dunkelgefärbtes Material der Sicht entzogen sind oder aus einem transparenten Material ausgebildet sind.
Die in 1 und 2 gezeigten Displaystrukturen können in einer Displayeinrichtung voller Größe oder in einer kleineren Kachel verwendet werden. Viele der kleineren Kacheln können miteinander verbunden werden, um eine sehr große Displayeinrichtung zu bilden. 3 ist eine Bodenansicht einer Displaykachel mit der in 1 gezeigten Struktur. Wie in 3 gezeigt, enthält die Leiterplatte 110 eine Elektronikschaltung 134, die durch die Durchkontaktierungslöcher 114 bzw. 112 mit den Zeilen und Spalten des Displays verbunden ist. Bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann. die Leiterplatte 120 aus ungebranntem Keramikband ausgebildet sein, das gestanzt oder gebohrt worden ist, um Löcher für die Durchkontaktierungslöcher 112 und 114 zu bilden. Die Leiter 140, die die Schaltung 134 mit den Durchkontaktierungslöchern 112 und 114 verbinden, können auf das ungebrannte Band gedruckt oder aufgemalt sein, und die Durchkontaktierungslöcher können vor dem Brennen gefüllt werden. Die Leiterbahnen 140 sind entlang dem Rand der Schaltung 134 an die Durchkontaktierungslöcher 112 und 114 gekoppelt. Die Schaltung 134 ist so gekoppelt, daß sie einen Arbeitsstrom über Leiter 310 empfängt und die Datensignale und Zeitsteuerinformationen über Leiter 312 und einen Verbinder 314 empfängt,
4 ist eine Bodenansicht einer Displaykachel mit der in 2 gezeigten Struktur. Diese Kachel enthält auch eine Elektronikschaltung 134, Leiterbahnen 140, Arbeitsstromleiter 310, Daten- und Zeitsteuersignal leiter 312 und einen Verbinder 314. Die Leiterbahnen 140 sind bei dieser Ausführungsform der Erfindung jedoch nicht auf die Ränder der Kachel begrenzt, sondern sind durch innere Pixelpositionen der Kachel mit den Zeilen- und Spaltenelektroden der Displayeinrichtung verbunden.
5 ist ein Pixeldiagramm, das einen beispielhaften Pixelabstand illustriert, der bei der Kachel mit der in 1 gezeigten Struktur verwendet werden kann. Durch das Verlegen der Durchkontaktierungslöcher 112 und 114 entlang der Ränder der Kacheln können mehrere Kacheln auf eine Weise aneinanderstoßen, durch die die Verbindungsstelle zwischen den Kacheln so gut wie unsichtbar wird. Der in 5 gezeigte Pixelabstand gestattet die Anordnung der leitenden Durchkontaktierungslöcher entlang des Randes der Kachel, ohne daß die Kontinuität des Pixelabstands in dem montierten gekachelten Display unterbrochen wird. 5 veranschaulicht Abschnitte von vier Kacheln, 530, 540, 550 und 560. Die gestrichelten Linien 524 und 522 zeigen Pixelgrenzen. Diese Linien sind nur als ein Anhaltspunkt beim Verständnis des Pixellayouts vorgesehen. Der aktive Abschnitt 526 der Pixel belegt nur etwa ¼ der Gesamtpixelfläche. Dies definiert eine Pixelöffnung von etwa 25%. Die Öffnung ist das Verhältnis der aktiven Pixelfläche zu der Gesamtpixelfläche, Bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das aktive Gebiet nicht in den Pixelbereich zentriert, sondern wie in 5 gezeigt nach links und oben versetzt.
Wie in 5 gezeigt läßt dieser Abstand der Pixel Platz entlang der Ränder des Displays, damit die Durchkontaktierungslöcher 114 und 112 mit den Zeilen- und Spaltenelektroden des Pixels verbunden werden können, ohne den regelmäßigen Abstand der Pixel über Kachelgrenzen hinweg zu stören. Bei dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt die Entfernung de, die die Entfernung von dem aktiven Gebiet 526 zum Rand der Kachel ist, etwa das Doppelte der Entfernung d_i, die die innere Entfernung vom Rand des aktiven Bereichs des Pixels 526 zur Pixelgrenze 112 oder 114 ist.
Obwohl bei dem in 5 gezeigten Pixeldiagramm das aktive Gebiet des Pixels sowohl horizontal als auch vertikal versetzt ist, wird in Betracht gezogen, daß der aktive Bereich möglicherweise nur vertikal versetzt ist. Bei dieser Konfiguration befinden sich die Kontakte zu den Zeilenelektroden unter dem aktiven Pixelmaterial und brauchen deshalb das aktive Gebiet des Pixels nicht zu versetzen.
6 zeigt ein alternatives Pixellayout, das sich zur Verwendung für eine Kachel wie etwa die in 2 gezeigte eignet. Bei dem in 6 gezeigten Layout sind die aktiven Abschnitte 526 der Pixel in ihren jeweiligen Pixelgebieten zentriert, und die Durchkontaktierungslöcher 144, die die Zeilen- und Spaltenelektroden des Displays mit der Elektronik verbinden, sind zwischen jeweiligen Pixelelementen ausgebildet. Die Entfernung zwischen dem Rand eines aktiven Gebiets 526 und dem Rand 612 des Displays ist auf allen Seiten der Kachel gleich, und die Entfernung von der Mitte des aktiven Pixelgebiets zum Rand beträgt ½ der Pixelteilung. Wie im Folgenden unter Bezugnahme auf 12 und 12A beschrieben, kann jedoch die Entfernung zwischen der Mitte eines Randpixels und dem Rand der Kachel geringfügig unter ½ der Pixelteilung liegen, damit ein Verbindungsprofil eingesetzt werden und benachbarte Kacheln verbinden kann. Wie unten beschrieben, werden Verbindungsprofile in der Regel dazu verwendet, sowohl Kacheln auf der Displayeinrichtung zu verbinden als auch die Ränder zu verstecken, an denen sich die Kacheln treffen.
Die im Vorhergehenden beschriebenen Displays sind im allgemeinen monochrome Displays. Die Pixel weisen einen einzelnen emittierenden Bereich auf, der von einem einzelnen Zeilen- und Spaltenelektrodenpaar gesteuert wird. Farbpixel können wie in 7 und 8 gezeigt implementiert werden. 7 zeigt ein einzelnes Pixel mit einem getrennten roten (R) 720, grünen (G) 722 und blauen (B) 724 Unterpixel. Die drei Unterpixel 720, 722 und 724 weisen jeweils eine nichtgezeigte Spaltenelektrode auf, die über die Durchkontaktierungslöcher 710, 712 bzw. 714 mit der Elektroniksektion verbunden ist. Eine nichtgezeigte einzelne Zeilenelektrode wird von allen dreien der Unterpixel verwendet. Diese Zeilenelektrode ist an die Elektroniksektion über das Durchkontaktierungsloch 716 gekoppelt, wie in Umrissen gezeigt. Das Durchkontaktierungsloch 716 ist in Umrissen gezeigt, da es sich unter der Zeilenelektrode befindet und somit nicht sichtbar wäre. Die Geometrie der dreifachen Unterpixelstruktur wird durch d_SH, die Höhe des Unterpixels, d_SW, die Breite des Unterpixels, und de, die Entfernung von den aktiven Unterpixelbereichen zum Rand des Pixelbereichs definiert. Für ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sind diese Abmessungen in Tabelle 1 im Hinblick auf die Pixelteilung P angegeben. Tabelle 1

d_SH 0,5P

d_SW 0,16P

d_e 0,25P
8 veranschaulicht eine alternative Farbpixelstruktur. Diese Struktur enthält vier Unterpixelelemente 830, 832, 834 und 836. Zwei dieser Unterpixelelemente, 830 und 836, emittieren grünes Licht bei Stimulierung, während die anderen beiden Pixelelemente, 832 und 834, rotes bzw. blaues Licht emittieren. Diese Struktur ist als eine Vierer-Unterpixelstruktur bekannt. Die Struktur verwendet zwei grüne Unterpixel, weil sich mehr der Luminanzinformationen in einem Farbdisplay in den grünen Pixeln befinden als entweder in den roten oder blauen Pixeln. Wenn eine bestimmte Displaytechnologie Licht nicht in einem Farbband mit der gleichen Intensität wie Licht in einem anderen Farbband erzeugen kann, kann das Duplikatpixel alternativ von der niedrig emittierenden Farbe sein. Für ein OLED-Display beispielsweise kann es vorteilhaft sein, daß die zwei duplizierten Pixel rote Pixel anstelle von grünen sind. Für ein Elektrolumineszenzdisplay kann es vorteilhaft sein, wenn das Duplikatpixel blau ist. Somit gestattet die Verwendung von zwei Unterpixeln der gleichen Farbe ein helleres Display in einer Vielfalt von Displaytechnologien. Außerdem wirkt der Abstand der Unterpixel des Viererpixels dahingehend, die Sichtbarkeit der Pixelstruktur zu verbessern und die wahrgenommene räumliche Auflösung der Displayeinrichtung zu verbessern, obwohl die in 8 gezeigte beispielhafte Pixelstruktur eine Apertur von etwa 25% aufweist. Außerdem gestattet der Abstand der Unterpixel das Verlegen von Durchkontaktierungslöchern zwischen den Unterpixelbereichen.
Die in 8 gezeigte Pixelstruktur verwendet nichtgezeigte Zeilenelektroden und zwei nichtgezeigte Spaltenelektroden. Die Zeilenelektroden sind über die in Umrissen gezeigten Durchkontaktierungslöcher 816 und 818 mit der Elektroniksektion gekoppelt, während die Spaltenelektroden über die Durchkontaktierungslöcher 810 und 812 mit der Elektroniksektion gekoppelt sind. Die Geometrie der Vierer-Unterpixelstruktur ist definiert durch die Abmessungen d_SH, die Höhe des Unterpixels, d_SW, die Breite des Unterpixels, de, die Entfernung von den aktiven Unterpixelbereichen zum Rand des Pixelbereichs, und d_S1, die Entfernung zwischen benachbarten Unterpixeln. Diese Werte sind in Tabelle 2 für das Ausführungsbeispiel der Erfindung definiert. Tabelle 2

d_SH 0,25P

d_SW 0,25P

d_e 0,125P

d_S1 0,25P
Während die 7 und 8 zeigen, daß die Entfernungen d_e und d_S1 in der horizontalen und vertikalen Richtung gleich sind, wird in Betracht gezogen, daß diese Werte verschieden sein können. Die in 7 und 8 gezeigten beispielhaften Pixelstrukturen weisen beide aktive Pixelbereiche auf, die etwa ein Viertel des Pixelbereichs bedecken, um eine Pixelöffnung von etwa 25% zu erzeugen. Dieser Wert ist lediglich beispielhaft. Die Erfindung zieht sowohl größere als auch kleinere Pixelaperturen in Betracht.
Die relativ kleine Apertur der Pixel in dem Ausführungsbeispiel der Erfindung sorgt jedoch für ein Niveau an Kontrastverstärkung. Die Kombination aus der geringen Apertur und den Räumen zwischen den Vierer-Unterpixeln erzeugt wie in 8 gezeigt einen weiteren Vorteil, indem sie dahingehend wirkt, die Pixelstruktur zu verbergen, wenn ein Bild angezeigt wird.
Eine weitere Kontrastverstärkung besteht darin, die Reflexion von Umgebungslicht von der Oberfläche der Displayeinrichtung zu reduzieren. Eine Möglichkeit, wie Umgebungsreflexion von einer Displayoberfläche reduziert werden kann, besteht darin, an einer beliebigen Stelle auf der Displayoberfläche, die das von dem Pixel emittierte Licht nicht blockiert oder absorbiert, eine absorbierende schwarze Matrix hinzuzufügen. Die schwarze Matrix wird zwischen den emittierenden Bereichen der Pixel plaziert. Wenn die schwarze Matrix ordnungsgemäß auf der Pixelstruktur ausgerichtet ist, wird wenig emittiertes oder durchgelassenes Licht blockiert. Auf die schwarze Matrix fallendes Umgebungslicht wird jedoch absorbiert und stört nicht Licht, das von den Pixelstrukturen der Displayeinrichtung emittiert, reflektiert oder durchgelassen wird. Das Aufbringen der schwarzen Matrix kann durch einen beliebigen Druck- oder Lithographieprozeß erfolgen. Die Gestalt der schwarzen Matrix kann eindimensional (z.B. Linien) oder zweidimensional (z.B. ein Array von Aperturen) sein. Die Materialien der schwarzen Matrix können ein beliebiger Absorber sein (z.B. Tinte, Farbe, Farbstoffe ...). Ein guter Absorber wird einem schwächeren (z.B. mit einem größeren Restreflexionsvermögen) Absorber bevorzugt, und ein "matter schwarzer" (z.B. Restreflexionsvermögen ist diffuser als reflektierend) stellt eine Verbesserung über einen "glänzend schwarzen" (z.B. Restreflexionsvermögen ist spiegelnder als diffus) dar.
Wie im Folgenden unter Bezugnahme auf 12 beschrieben kann die schwarze Matrix auf der Betrachterseite der transparenten Deckplatten einer gekachelten Einrichtung angebracht werden. Bei allen Strukturen gibt es eine spiegelnd-reflektierende Komponente von einer beliebigen betrachterseitigen Oberfläche des Frontdeckglases, die nicht von einer schwarzen Matrix bedeckt ist (z.B. der Bereich, durch den das emittierte Licht austritt, und der ganze Bereich bei Strukturen, wo die schwarze Matrix nicht auf der Betrachterseite des Frontdeckglases aufgebracht ist). Eine Kontrastverbesserung kann erzielt werden durch Beschichten eines beliebigen dieser Bereiche mit einer Antireflexbeschichtung. Die Antireflexbeschichtung reduziert die normale spiegelnde Komponente, die in der Regel etwa 5% beträgt, auf einen geringeren Prozentsatz. Kombinationen aus diesen Stellen mit der schwarzen Matrix und Kombinationen mit Antireflexbeschichtungen mit der schwarzen Matrix reduzieren unerwünschte Reflexionen weiter.
Wie im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf 2 beschrieben kann die Elektroniksektion der montierten Displayeinrichtung Verbindungsplatten 132 enthalten, die elektrische Verbindungen zu individuellen Zeilen- oder Spaltenelektroden über den Bereich des Displays hinweg bilden. Die 9, 10 und 11 veranschaulichen eine beispielhafte Weise, wie diese Verbindungen hergestellt werden können. 9 ist eine Vorderseitenansicht einer beispielhaften Displayeinrichtung, wobei die Verbindungsplatten 132 als Kästen aus gestrichelten Linien gezeigt sind. Der Übersichtlichkeit halber ist die Isolationsschicht 130 entfernt worden. 9 enthält außerdem zwei Zeilenelektroden 128A und 128B und zwei Spaltenelektroden 122A und 122B. Die Spaltenelektrode 122A ist als durch die Durchkontaktierungslöcher 914 mit der Verbindungsplatte 132A verbunden gezeigt. Die Spaltenelektrode 122B ist als durch die Durchkontaktierungslöcher 916 mit der Verbindungsplatte 132D verbunden gezeigt. Die Zeilenelektroden 128A und 128B sind durch die Durchkontaktierungslöcher 910 bzw. 912 mit den jeweiligen Verbindungsplatten 132B und 132C gekoppelt.
10 und 11 zeigen aufgeschnittene Darstellungen eines Abschnitts der Elektroniksektion, in 9 entlang der Linien F10 bzw. F11 gezeigt. Die 10 und 11 enthalten die Isolationsschicht 130, die in 9 weggelassen worden war. Wie in 9 gezeigt sind die Verbindungen 916 zu den Spaltenelektroden 122B auf einem Gebiet der Displayeinrichtung hergestellt, das sich zwischen aktiven Pixelelementen befindet. Somit zeigt 10 nur das Floatglassubstrat 120, die Spaltenelektroden 122, die Isolationsschicht 130 und die Verbindungsplatten 132D und 132E. Das Durchkontaktierungsloch 916 zwischen der Verbindungsplatte 132D und der Spaltenelektrode 122B ist durch die Öffnung 131 in der Isolationsschicht 130 hindurch hergestellt. Diese Verbindung kann beispielsweise hergestellt werden, wenn die Verbindungsplatte auf die Elektroniksektion gedruckt wird, indem man die bei dem Druckprozeß verwendete Silberpaste oder -tinte durch die Öffnung 131 fließen und in Kontakt mit der Spaltenelektrode 122B kommen lässt.
11 stellt ein beispielhaftes Verfahren dar zum Herstellen von Verbindungen zu den Zeilenelektroden. Wie in 9 gezeigt, werden die Verbindungen zu den Zeilenelektroden auf einem Abschnitt des Displays hergestellt, der die aktiven Pixelelemente 124 enthält. Das in 11 gezeigte Segment des Displays enthält das Glassubstrat 120, transparente Spaltenelektroden 122, Displaymaterial 124 und eine Zeilenelektrode 128B. Wie in 9 gezeigt stellt die Verbindungsplatte 132B unter Verwendung der Durchkontaktierungslöcher 910 eine Verbindung mit der Zeilenelektrode 128B her. Diese Verbindung wird durch die Öffnungen 131 in dem Isolator 130 hergestellt. Wie in 11 gezeigt gibt es mehrere Öffnungen derart, daß die Verbindung zwischen der Verbindungsplatte 132B und der Zeilenelektrode 128B an mehreren Stellen hergestellt werden kann. Diese mehreren Öffnungen sorgen für Redundanz, was die Ausbeute an fertiggestellten Displayeinrichtungen erhöht. Wenn auch in 10 nicht gezeigt, werden die Verbindungen zu den Spaltenelektroden 122 an mehreren Stellen entlang der Verbindungsplatten hergestellt. Unter Bezugnahme auf 9 beispielsweise gibt es drei Durchkontaktierungslöcher 916, die Verbindungen zwischen der Verbindungsplatte 132D und der Spaltenelektrode 122B darstellen.
Da ITO kein so guter Leiter wie Aluminium oder Silber ist, kann es entlang der Spaltenelektroden von den Stellen, an denen das Elektronikmodul 134 mit der Spaltenelektrode verbunden ist, zu Widerstandsspannungsabfällen kommen. Um die Größe dieser Widerstandsspannungsabfälle zu reduzieren, kann es wünschenswert sein, das Elektronikmodul an mehreren beabstandeten Punkten entlang der Spaltenelektrode mit dem Elektronikmodul zu verbinden. Da diese Punkte wünschenswerterweise nicht benachbart sind, kann es wünschenswert sein, zwei oder sogar drei Verbindungsplatten 132 jeder Spaltenelektrode 122 zuzuweisen. Somit kann die Anzahl der Verbindungsplatten 132 und Verbindungspads 134 größer sein als die Summe der Anzahl von Zeilenelektroden und Spaltenelektroden. Alternativ kann es wünschenswert sein, eine metallische Leiterbahn auszubilden, die entlang der Länge der Displayeinrichtung mit der ITO-Elektrode in Kontakt steht. Die Leiterbahn ist wünschenswerterweise vor dem Blick durch ein dunkelgefärbtes Material verborgen oder ist wünschenswerterweise dünn, um zu verhindern, daß spiegelnde Reflexionen von diesen Bahnen das angezeigte Bild stören.
Wie im Vorhergehenden dargelegt ist eine Struktur, die üblicherweise sowohl in gekachelten als auch nicht-gekachelten Displays angetroffen wird, eine schwarze Matrix. Eine schwarze Matrix kann aus schwarzen Linien hergestellt sein. Die schwarze Matrix ist in der Regel zwischen den aktiven Abschnitten der Pixel positioniert, um Umgebungslicht in diesen Bereichen zu absorbieren, damit der Displaykontrast erhöht wird. Schwarze Matrixlinien findet man beispielsweise zwischen den Leuchtstoffen auf dem vorderen Schirm einer CRT oder zwischen den für ein Flüssigkristalldisplay definierten Pixelpositionen. Bei gekachelten Displays sind die schwarzen Matrixlinien in der Regel kleiner als Verbindungsprofile und sind in der Regel in der Ebene der Pixel plaziert. Da die schwarzen Matrixlinien periodisch sind und zwischen den Pixeln plaziert sind, unterbrechen sie im Allgemeinen nicht die Kontinuität des Bildes, Die vorliegende Erfindung verwendet eine optische Struktur, die in ein gekacheltes Display integriert werden kann, damit sich die physischen Lücken zwischen den Kacheln von der schwarzen Matrix nicht unterscheiden und somit für den Betrachter unsichtbar sind. Die integrierende Struktur kann auch für ein nicht-gekacheltes Display verwendet werden, um einer Displayeinrichtung, die keine schwarze Matrix in der Ebene der emittierenden Pixelmaterialien aufweist, eine schwarze Matrix hinzuzufügen.
Eine Darstellung dieser Struktur ist in den 12 und 12A gezeigt. 12 ist eine geschnittene Perspektivzeichnung einer teilweise montierten gekachelten Displayeinrichtung. 12A zeigt Einzelheiten eines Abschnitts der in 12 gezeigten Displayeinrichtung. Die Hauptkomponenten der Displayeinrichtung sind ein Rahmen 1214, eine transparente Folie 1220 beispielsweise aus Glas oder Kunststoff, mehrere schwarze Linien 1210, die eine schwarze Matrix bilden, und die Kacheln 100, die das Display bilden. Das Hauptmerkmal der optischen Integratorstruktur ist ein Muster aus schwarzen Linien 1210, die insofern wie schwarze Matrixlinien sind, als sie gleiche Breiten und einen Abstand gleich der Pixelteilung aufweisen. Diese schwarzen Linien 1210 können so ausgerichtet sein, daß sie zwischen allen Pixeln in dem Display liegen, einschließlich jener Pixel auf beiden Seiten der Lücken 1212 zwischen den Kacheln 100. Das optische Integratormuster aus schwarzen Linien dient auch als Verbindungsprofile, weil einige der schwarzen Linien in der optischen Integratorstruktur auf den Lücken 1212 zwischen den Displaykacheln 100 liegen und die Sichtbarkeit der Lücken blockieren. Nach Montage sind die Glassubstrate 120 der Kacheln 100 neben den schwarzen Linien 1210 auf der hinteren Oberfläche der transparenten Folie 1220 positioniert, die die integrierende Struktur bildet.
Im Gegensatz zu einer herkömmlichen schwarzen Matrix ist die offenbarte optische Struktur für das Integrieren von Displaykacheln über der Ebene plaziert, die die Pixel enthält (wie Verbindungsprofilstrukturen), auf der Betrachterseite der Kacheln 100, wobei das Muster aus schwarzen Linien mit den Displaykacheln in Kontakt steht. Im Gegensatz zu Verbindungsprofilen sind die schwarzen Linien auf der optischen Integratorstruktur 1220 relativ schmal, so daß die schwarzen Linien, die die Verbindungsstellen zwischen Kacheln bedecken, im Wesentlichen die gleiche Breite wie die schwarzen Linien aufweisen, die die schwarze Matrix bilden. Somit stellt die offenbarte Struktur gleichzeitig die Funktionen der schwarzen Matrix und der Verbindungsprofile bereit, doch sind die Verbindungsprofillinien als solche für den Betrachter nicht sichtbar, da alle Linien in dem Muster auf der optischen Integratorstruktur 1220 im Wesentlichen die gleichen sind und so gut wie nicht unterschieden werden können. Dementsprechend sieht der Betrachter lediglich ein gleichförmiges Muster schwarzer Linien. Ein Hauptmerkmal dieses Aspekts der vorliegenden Erfindung ist die präzise Spezifikation des Musters aus schwarzen Linien und Verbindungsprofilen auf der offenbarten optischen Integratorstruktur, so daß die physischen Lücken zwischen den Kacheln dem Betrachter verborgen sind, und gleichzeitig so, daß wenig oder kein emittiertes Licht am Austritt aus dem Display gehindert wird. Außerdem stören die schwarze Matrix und die Verbindungsprofile selbst über die Lücken zwischen Kacheln hinweg nicht die Kontinuität des größeren Bildes.
Wie im Vorhergehenden dargelegt, kann die Frontglasplatte 1220 mit den schwarzen Matrixlinien 1210 mit einem Display voller Größe verwendet werden, um zu der Displayeinrichtung eine schwarze Matrix hinzuzufügen. Wenn die Displayeinrichtung wie oben beschrieben ausgebildet ist, wobei die aktiven Pixelelemente einen dunkelgefärbten Hintergrund aufweisen, kann eine Frontglasplatte 1220 den Kontrast des Displays weiter verstärken, indem die Displayeinrichtung eine verstärkende schwarze Matrix erhält. Durch die Verwendung einer schwarzen Matrix auf einem derartigen Display kann es auch unnötig sein, die reflektierenden Zeilen- und/oder Spaltenelektroden mit einem dunklen Material zu maskieren, da diese Bereiche von der schwarzen Matrix bedeckt sein werden.
Zur leichteren Beschreibung der in 12 gezeigten optischen Integratorstruktur wird zuerst ein Verfahren zum Verbinden von Kacheln unter Verwendung diskreter Verbindungsprofile beschrieben. 13 ist ein Querschnitt durch Abschnitte von zwei Kacheln 100 gemäß der vorliegenden Erfindung, die durch ein Verbindungsprofil 1310 verbunden sind. Jede der Kacheln enthält ein Glassubstrat 120; der Rest der Kachelstruktur ist in 13 nicht gezeigt, Die beispielhaften Kacheln enthalten ein nichtgezeigtes aktives Displaymaterial, das sich in der Nähe der unteren Oberfläche des Glassubstrats 120 befindet. Die beispielhaften Kacheln enthalten auch schwarze Linien 1313, die einen Abschnitt der schwarzen Matrix bilden.
14 ist eine Perspektivzeichnung eines beispielhaften Verbindungsprofils 1310, das sich zur Verwendung mit einer Displayeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eignet. Das Verbindungsprofil 1310 enthält eine obere Oberfläche 1410, die aus einem schwarzen Material ausgebildet oder schwarz gedruckt oder angemalt sein kann. Um sicherzustellen, daß das Verbindungsprofil auf der Displayeinrichtung keine Artifakte erzeugt, ist es wünschenswert, daß die obere Oberfläche des Verbindungsprofils den schwarzen Streifen 1310 hinsichtlich Größe, Farbe und Glanz gut entspricht. Das Verbindungsprofil 1310 enthält außerdem eine untere Rippe mit seitlichen Oberflächen 1412, die wünschenswerterweise aus einem hellgefärbten Material (z.B. weiß) ausgebildet sind. Alternativ kann die untere Rippe des Verbindungsprofils transparent sein und einen Brechungsindex in der Nähe dessen des transparenten Substrats 120 aufweisen. Es ist wünschenswert, daß die untere Rippe des Verbindungsprofils eine helle Farbe aufweist oder transparent ist, so daß etwaiges in der Nähe des Verbindungsprofils gestreutes Licht die gleichen Eigenschaften wie Licht aufweist, das unter Pixeln im Inneren einer Kachel gestreut wird. Wenn Licht am Rand einer Kachel anders gestreut wird als in der Nähe der Mitte, dann kann der Rand beispielsweise als ein Band reduzierter Helligkeit in dem angezeigten Bild sichtbar sein. Zwei oder mehr der seitlichen Oberflächen 1412 und der Unterseite 1414 des oberen Balkens des Verbindungsprofils können mit Kleber beschichtet sein, um das Verbindungsprofil 1310 an den beiden Kacheln anzubringen, die es verbindet. Wenn alle diese Oberflächen mit Kleber beschichtet sind, dann können die Verbindungsprofile dazu verwendet werden, die Kacheln zu einer Displayeinrichtung zu verbinden, ohne daß die integrierende Struktur 1220 verwendet wird. In diesem Fall wird eine schwarze Matrix gemäß der vorliegenden Erfindung auf der Betrachteroberfläche der transparenten Substrate 120 der individuellen Kacheln ausgebildet.
Zur Bestimmung der optimalen Plazierung für einen schwarzen Streifen oder ein Verbindungsprofil auf der vorderen Oberfläche des Glassubstrats eines emittierenden Displays ist es hilfreich, die Eigenschaften von von dem Display emittiertem Licht zu verstehen. 15 zeigt einen Querschnitt durch ein beispielhaftes Glassubstrat 120, das eine untere Oberfläche 1510 und eine obere Oberfläche 1512 umfasst, Eine Reihe repräsentativer optischer Strahlen 1514, 1516 und 1518 sind von einem Punkt an der unteren Oberfläche 1510 ausgehend gezeigt. Einige Strahlen 1514 treten aus dem Glas aus, und einige Strahlen 1518 werden von der oberen Oberfläche 1512 total reflektiert und in der Glasfolie gefangen. An dem Übergang zwischen diesen beiden Arten von Strahlen befinden sich Strahlen 1516, die bis zu einem Winkel parallel zur oberen Oberfläche 1512 des Substrats 120 gebrochen werden.
Der Einfallswinkel der Strahlen 1516, die sich an dem Übergang befinden, wird als der Grenzwinkel (Θc) bezeichnet. Licht, das die Oberfläche 1512 unter Winkeln kleiner als der Grenzwinkel erreicht, tritt aus dem Glas aus, und Licht, das die Oberfläche 1512 unter Winkeln größer als der Grenzwinkel erreicht, wird total reflektiert. Der Grenzwinkel hängt von dem Brechnungsindex n_glass des Glassubstrats 120 ab, wie in Gleichung (1) gezeigt: Θc = Sin–1 (1/nglass) (1)
Bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist n_glass = 1,55 und Θc = 40°.
Ein gekacheltes Display besteht aus Kacheln, die so in einem Array plaziert sind, daß der Abstand zwischen Pixeln über die Lücke zwischen Kacheln hinweg im Wesentlichen gleich der Teilung zwischen Pixeln innerhalb der Displaykacheln ist, Somit liegt der Displaykachelrand die halbe Teilungsentfernung (oder geringfügig weniger) von der Mitte des letzten Pixels weg. Wegen des Grenzwinkels kann sich von einem Punkt innerhalb einer Glasfolie emittiertes Licht höchstens um eine seitliche Entfernung von d_c = t_glass Tan(Θc) ausbreiten, wobei t_glass die Dicke des Glases ist. Deshalb kann Licht von einem beliebigen Teil eines Lückengebiets blockiert werden, indem über das Lückengebiet ein schwarzer Streifen der Breite W_m ≥ 2d_c gelegt wird. Ein solcher schwarzer Streifen ist in 16 als die Oberseite des Verbindungsprofils 1310 gezeigt. Wegen der Symmetrie der Optik blockiert der gleiche schwarze Streifen, daß etwaige externe Strahlen das Lückengebiet sichtbar machen. Somit macht dieser schwarze Streifen das Lückengebiet für einen Beobachter unsichtbar. In der Praxis braucht der schwarze Streifen oder der obere Balken des Verbindungsprofils möglicherweise nur geringfügig breiter als 2d_c zu sein, um eine beliebige finite Breite der Lücke zu berücksichtigen.
Wieder unter Bezugnahme auf die in 12 und 12A gezeigte Struktur brauchen die individuellen Kacheln nicht durch diskrete Verbindungsprofile verbunden zu sein. Stattdessen können die Kacheln direkt auf der hinteren Oberfläche der optischen integrierenden Struktur 1220 so montiert werden, daß die Lücken direkt über schwarzen Streifen mit einer Breite Wm positioniert sind. Wie in 12 und 12A gezeigt, ist die beispielhafte optische integrierende Struktur 1220 auf dem Array von Kacheln positioniert, wobei die schwarzen Linien auf der Oberfläche der Struktur mit den Glassubstraten 120 von Kacheln in Kontakt stehen. Die Mitten der schwarzen Linien sind auf die Lücken zwischen den Kacheln ausgerichtet, so daß die Lückengebiete von einem Beobachter nicht gesehen werden können. Obwohl diese Ausführungsform der Erfindung keine diskreten Verbindungsprofile benötigt, kann die integrierende Struktur 1220, wenn die Kacheln durch Verbindungsprofile 1310 verbunden sind, schwarze Linien enthalten, die die oberen Oberflächen 1410 der Verbindungsprofile bedecken. In diesem Fall wäre es wünschenswert, wenn der obere Balken des Verbindungsprofils so dünn wie möglich ist, um eine etwaige Lücke zwischen der oberen Oberfläche der Kachel 100 und der hinteren Oberfläche der integrierenden Struktur 1220 zu minimieren. Alternativ können die Verbindungsprofile 1310 auf der integrierenden Struktur 1220 mit den schwarzen Matrixlinien montiert werden. In dieser Konfiguration bilden die Verbindungsprofile Taschen, in die Kacheln 100 eingesetzt werden, um das Verbunddisplay auszubilden. Diese Struktur kann ausgebildet werden, indem die Verbindungsprofile unter Verwendung eines Klebers direkt an der integrierenden Struktur 1220 angebracht und dann ein Kleber auf die Unterseiten 1414 der Querbalken 1410 und auf den Seiten 1412 der Rippen aufgetragen wird, bevor eine Kachel in das Display eingesetzt wird.
Die schwarzen Linien auf der optischen integrierenden Struktur 1220, die die Verbindungsprofile bilden, mit denen die Lücke zwischen den Kacheln abgedeckt wird, sind im allgemeinen breiter als die typischen schwarzen Matrixlinien und blockieren möglicherweise ganz oder teilweise das von den Pixeln in der Nähe des Rands der Kachel emittierte Licht. Damit die maximale Lichtmenge hindurchtreten kann und dennoch eine etwaige Artefaktverzerrung in der montierten Displayeinrichtung vermieden wird, sind die Displaykacheln und die schwarzen Streifen auf der integrierenden Struktur 1220 wünschenswerterweise spezifisch so ausgelegt, daß sie bestimmte Beziehungen aufweisen.
17 zeigt einen Querschnitt durch ein Pixel, das zwei Pixelgebiete enthält. Die emittierenden Gebiete 1710 am Boden des Glassubstrats 120 weisen eine Breite d_p auf. Die Lichtstrahlen, die aus der Glassektion austreten können und sich für das Betrachten eignen, treten aus der Oberseite des Glases 120 in einen Bereich mit einer Breite w = 2d_e + d_p aus. Eine Displayeinrichtung weist ein Array von Pixeln auf, die in einer als P, der Pixelteilung, bekannten Entfernung gleichmäßig beabstandet sind. Damit etwaiges sichtbares Licht nicht blockiert wird, ist es deshalb wünschenswert, daß die schwarze Matrix eine Breite Wm < P – d_p – 2d_e aufweist. Die in 17 dargestellten Abmessungen zeigen den Fall, bei dem der schwarze Matrixstreifen kein emittiertes Licht blockiert.
Wenn die Dicke des Glassubstrats 120 und die Breite des schwarzen Streifens den oben beschriebenen Kriterien genügen, wird kein Licht, das auf einen Betrachter direkt vor dem Display gerichtet wird (zum Beispiel bei Betrachtung unter einem senkrechten Winkel) blockiert, doch einiges Licht aus größeren Betrachtungswinkeln kann blockiert werden. Das Erfüllen dieser Kriterien führt jedoch zu einem verbesserten Kontrast, da der Anteil des von der schwarzen Matrix belegten Displays größer ist. Mit anderen Worten kann eine gewisse Abschirmung von Licht aus breiteren Betrachtungswinkeln als akzeptabel angesehen werden, da es für einen höheren Kontrast bei normalen Betrachtungswinkeln vorteilhaft ist.
Wie im Vorhergehenden beschrieben, weisen die Pixel bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung auf der beispielhaften Displayeinrichtung eine Apertur von etwa 25% auf, um Raum innerhalb des Pixels zu schaffen, damit ein Durchkontaktierungsloch einen elektrischen Kontakt mit einer Spaltenelektrode herstellt. Bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung beträgt somit d_p etwa P/2. Diese relativ kleine Apertur weist auch dadurch Vorteile auf, daß sie es erleichtert, die Lücke zwischen Kacheln zu verbergen und eine relativ große Streifengröße für die schwarze Matrix zu gestatten, um den Kontrast des Displays zu verbessern.
Es gibt zwei Kriterien für die Breite der schwarzen Streifen: W_m≥ 2d_c (benötigt, um die Lücke zu verbergen), und W_m ≤ P – d_p – 2d_c (benötigt, um das Abschirmen von Licht von den Pixeln zu vermeiden). Diese Kriterien sind für ein Beispiel (d.h. P = 2w_p) in 18 aufgetragen. Die Designbedingungen, die gleichzeitig die Lücke unsichtbar machen und etwaiges sichtbares Licht nicht abschirmen, sind in 18 als bevorzugte 1810 für die Glasdicke und die Breite des schwarzen Streifens gezeigt. Die wünschenswerteste Lösung ist der Designpunkt 1812 mit der größten Glasdicke an der Oberseite des akzeptablen Bereichs. Bei diesem Punkt beträgt die Dicke des Glases 0,15 P und die Breite des schwarzen Streifens beträgt 0,25 P. Wenn das Displaymodul und die schwarzen Matrixstreifen so ausgelegt werden, daß sie diese Bedingung erfüllen, dann führt dies zur Herstellung eines großflächigen Displays durch Integrieren individueller Module hinter der integrierenden Struktur 1220 mit dem Ergebnis, daß die individuellen Module durch die Lücken zwischen ihnen nicht detektiert werden können.
Bei dem Designpunkt 1812 wird Licht unter keinem Betrachtungswinkel abgeschirmt. Die Designbedingung 1814 in 18 ist besser als der Designpunkt 1812, weil sie den maximalen Kontrast und die maximale Glasdicke bereitstellt, aber mit einem signifikanten Verlust bei der Helligkeit der Displayeinrichtung für außeraxiale Betrachtung. In dem Dreieck 181b wird einiges Licht außeraxial abgeschirmt, doch ist der Kontrast durch Reduzieren der Umgebungsreflexion verbessert.
Es wird in Betracht gezogen, daß der Kontrast weiter verbessert werden kann, indem die Betrachterseite der integrierenden Struktur 1220 mit einer Antireflexbeschichtung beschichtet wird und/oder indem ein Umgebungslichtabsorber oder Farbfilter wie etwa der Filter 121 hinzugefügt wird, der im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf 1 beschrieben ist, und zwar auf jener Oberfläche oder in dem Volumen des Materials (zum Beispiel Glas oder Kunststoff), aus dem die optische integrierende Struktur 1220 konstruiert ist.
Es wird auch in Betracht gezogen, daß die integrierende Struktur 1220 auf der Oberfläche der Betrachterseite eine Diffusorbeschichtung enthalten kann. Dieser Diffusor vergrößert die offensichtliche Größe der Pixel, wodurch die Sichtbarkeit der individuellen Pixel und der schwarzen Matrixstruktur reduziert wird. Somit kann ein Diffusor dahingehend wirken, die Körnigkeit des angezeigten Bilds zu reduzieren. Der Diffusor wirkt auch dahingehend, spiegelnde Reflexionen zu reduzieren. Dementsprechend verstärkt der Diffusor bei Betrachtungswinkeln, die spiegelnde Reflexionen beinhalten, den Bildkontrast. Dies kann insbesondere für Displayeinrichtungen mit relativ großen Pixeln signifikant sein oder für solche, die kleinere Pixel aufweisen, aber dafür ausgelegt sind, in geringem Abstand von der Displayeinrichtung betrachtet zu werden.
Ein weiteres Verfahren zum Reduzieren der Sichtbarkeit der Pixelstruktur besteht in der Verwendung einer Vierer-Pixelstruktur mit getrennten Unterpixeln, wie im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf 8 beschrieben. Diese Pixelstruktur liefert relativ hohe Helligkeitsniveaus selbst bei Displaytechnologien, die keinen hellen Leuchtstoff für eine Farbe aufweisen. Die getrennten Unterpixel dieser Vierer-Unterpixelstruktur liefern ebenfalls einen guten Kontrast und eine offensichtliche Vergrößerung der räumlichen Auflösung.
Die integrierende Struktur 1220 stellt einen relativ einfachen und doch genauen Weg bereit, um die individuellen Kacheln einer gekachelten Displayeinrichtung auszurichten und zu befestigen. Insbesondere können die Muster auf der integrierenden Struktur 1220 präzise auf die Pixel ausgerichtet werden, wobei beispielsweise Moire-Muster verwendet werden, um eine Kachel zu positionieren, und dann kann die Kachel mit einem optisch klaren Kleber, beispielsweise einem ultraviolett-härtbaren Epoxidharz, an der Struktur 1220 befestigt werden.
Die vorliegende Erfindung zieht andere Verfahren als die integrierende Struktur in Betracht, um eine schwarze Matrix auf einer Displayeinrichtung bereitzustellen. Ein Verfahren besteht darin, die schwarze Matrix aus einem lichtabsorbierenden Material auf der Betrachteroberfläche des Glassubstrats 120 auszubilden. Ein weiteres besteht darin, ein lichtabsorbierendes Material nahe der Ebene des Pixels, beispielsweise als das in 1 gezeigte Element 121, aufzunehmen. Wenn ein absorbierendes Material außerhalb der aktiven Pixelbereiche einer Displayeinrichtung verwendet wird, dann ist es wünschenswert, die Größe des emittierenden Bereichs zu minimieren und den Bereich des Absorbers zu maximieren, während ein Mindesthelligkeitspegel aufrechterhalten wird. Ein Display mit der gewünschten Struktur weist eine relativ kleine Apertur auf. Im Hinblick auf den Bildkontrast weist ein Display mit einer kleinen Apertur und inaktiven Pixelbereichen, von einem absorbierenden Material bedeckt, eine bessere Kontrastleistung als eines mit größeren Aperturen auf. Displays mit kleiner Apertur funktionieren jedoch am besten, wenn das Displaymaterial ausreichend Licht erzeugt, um die Helligkeitsanforderungen der Displayeinrichtung zu erfüllen, oder wenn das Deckglas im Vergleich zur Aperturöffnung dünn ist.
Diese Ziele können auch mit einer Struktur erreicht werden, bei der die Apertur klein ist, aber der aktive Bereich des Pixels relativ groß ist (zum Beispiel etwa 50%). Bei gekachelten Displays ist es wünschenswert, daß der aktive Pixelbereich klein genug ist, damit Durchkontaktierungslöcher in dem inaktiven Bereichen des Displays ausgebildet werden können. Ein Verfahren zum Erreichen dieser Ziele ist mit einer Pixelstruktur, die eine Linsenstruktur enthält, die Licht reflektiert oder bricht, das von dem relativ großen aktiven Pixelbereich geliefert wird, und es durch eine relativ kleine Apertur kanalisiert. Wie im Vorhergehenden dargelegt, ist es wünschenswert, daß die Apertur des Displays mit den Linsen kleiner oder gleich 25 Prozent ist. Die reflektierenden Strukturen des Pixels können eine Beugungsoptik, beugende interne Reflexion, Lichtleitung oder mit einem reflektierenden Material beschichtete Oberflächen aufweisen. Bei einer optimalen Konfiguration wird das von dem aktiven Bereich des Pixels gelieferte Licht mit einer minimalen Häufigkeit reflektiert, aber möglicherweise mehrmals, bis es durch die Austrittsapertur hindurchtritt. Wie im Vorhergehenden dargelegt ist ein negativer Artefakt der Apertur reduzierter Größe die erhöhte Sichtbarkeit individueller Pixel. Die größere Trennung zwischen benachbarten Pixeln und der größere Kontrast bei der Displayeinrichtung machen die individuellen Pixel sichtbarer. Ein Weg zum Verbergen der Pixelstruktur besteht darin, eine schwach reflektierende diffundierende oder eine beugende Oberfläche (zum Beispiel einen räumlichen beugenden Filter) vor der Betrachterseite des Frontdeckglases zu plazieren. Dies bewirkt, daß die aktiven Pixelbereiche dem Betrachter größer erscheinen.
Ein Verfahren, über das das von einem relativ großen aktiven Pixelbereich gelieferte Licht reduziert werden kann, um durch eine relativ kleine Apertur hindurchzutreten, ist in 19 dargestellt. Bei dieser Struktur sind Linsen 1910 auf der Betrachterseite des Frontdeckglases 120 ausgebildet und auf die emittierenden Abschnitte 1912 der Pixel ausgerichtet. Wie in 19 gezeigt, ist der von den aktiven Bereichen 1912 der Pixel belegte Bereich größer als die Öffnung in der Linse 1910, durch die das Licht emittiert wird. Alternativ können für größere Pixel oder für in einer Viererstruktur, wie sie in 8 gezeigt ist, angeordnete Pixel mehr als eine Linse für jedes Pixel ausgebildet werden und als ein Array oder als eine Zufallsgruppierung vor jedem Pixel plaziert werden. Diese Linse weist wünschenswerterweise eine klare Apertur auf, von der von dem aktiven Abschnitt des Pixels geliefertes Licht zu dem Betrachterbereich emittiert wird. Wie oben beschrieben ist es für einen größten Kontrast wünschenswert, daß die Größe dieser Apertur so klein ist, wie die Optik dies gestattet. Die obere Oberfläche 1914 dieser Apertur ist wünschenswerterweise nicht planar, so daß spiegelndreflektierende Komponenten minimiert werden. Diese Oberfläche kann konvex oder konkav sein oder jede gewünschte Gestalt aufweisen. Die Seiten der Linsenstrukturen sind wünschenswerter Weise reflektierend.
Die Wände der Linsenstruktur 1910 können dadurch reflektierend ausgebildet werden, daß entweder ein Material für die Linse mit einem Brechungsindex ausgewählt wird, der zu einer Totalreflexion führt, oder indem eine reflektierende Beschichtung auf den Seiten der Linse aufgebracht wird. Die untere Oberfläche der Linse (in der Nähe des aktiven Bereichs 1912 des Pixels) ist wünschenswerterweise so breit wie möglich, so daß so viel Licht wie möglich in die Struktur eintritt (zum Beispiel sollte die Fläche des Bodens der Linse die Größe und Gestalt des aktiven Bereichs des Pixels approximieren und in unmittelbarer Nähe zum aktiven Bereich positioniert sein). Der Bereich 1916 zwischen den Linsen auf der Betrachterseite ist wünschenswerterweise mit einem lichtabsorbierenden Material gefüllt, um um die Aperturen in den Linsen 1910 herum eine schwarze Matrix auszubilden. Diese schwarze Matrix kann die Räume füllen oder die Oberflächen zwischen den Seiten benachbarter Linsenstrukturen beschichten, um die Seiten zwischen den Linsen anzupassen. In dieser Konfiguration gibt es keine flachen Bereiche zwischen den Linsen, die zu einer spiegelnden Reflexion führen können. Die Füllung aus schwarzer Matrix, die der Seite der Linse entspricht, ist in 19 in Umrissen als 1917 gezeigt. Der Brechungsindex des schwarzen Materials ist ein wichtiger Faktor, Wenn der Brechungsindex dieses Materials kleiner ist als der der Linse, wird das von dem aktiven Pixelelement gelieferte Licht möglicherweise nicht total reflektiert und kann somit von dem schwarzen Material absorbiert werden. Dies kann verhindert werden, indem ein schwarzes Material gewählt wird, das einen niedrigeren Brechungsindex aufweist, oder indem der Bereich der schwarzen Matrix im Voraus mit einem Material mit einem niedrigen Brechungsindex beschichtet wird, bevor das schwarze Material aufgetragen wird.
Es ist erwünscht, daß jede spiegelnde Komponente des auf der schwarzen Matrix auf den Seiten der Linse landenden Umgebungslichts unter einem derartigen Winkel reflektiert wird, daß es auf die schwarze Matrix auf einer benachbarten Linse auftrifft. Somit bildet die Struktur 1917 eine Lichtfalle für Umgebungslicht. Je steiler die Winkel auf den Seiten der Linsen sind, umso besser ist der Lichteinfang. Die starke Lichtunterdrückung, die von der schwarzen Matrixstruktur 1917 erzielt wird, resultiert aus dem Einfangen des Lichts. Diese Struktur ist effektiver als der Einsatz von Materialien, die das Licht absorbieren, und die Abwesenheit irgendeiner planaren Komponente der Oberfläche reduziert jede spiegelnde Komponente für von der Oberfläche der Displayeinrichtung reflektiertes Licht stark. Wegen des Lichteinfangs kommt es tatsächlich zu einer signifikanten Kontrastverstärkung in einer Linsenstruktur wie etwa der in 19 gezeigten, sogar ohne das schwarze Material in den Bereichen 1916 zwischen den Linsen.
Es gibt einen bestimmten Anteil des emittierten Lichts, der von der Linsenstruktur zurück in das Pixel reflektiert wird, anstatt emittiert zu werden. Dieser Verlust kann jedoch minimiert werden, indem man ein so gut wie möglich reflektierendes Pixel hat, wodurch dieses Licht wieder reflektiert wird und eine weitere Gelegenheit hat, emittiert zu werden. Etwas Umgebungslicht kann möglicherweise auf die Apertur treffen und das von der Linsenstruktur emittierte Licht stören. Dazu kann es beispielsweise kommen, wenn Umgebungslicht in die Linse eintritt und nach mehreren Reflexionen innerhalb der Linsenstruktur zum Betrachterraum reflektiert wird. Dieser Effekt kann reduziert werden, indem die Linsenstruktur 1910 mit einem Material (wie etwa einem Farbfilter) beschichtet wird, das das emittierte Licht durchläßt, aber alle anderen Wellenlängen oder Polarisationen absorbiert. Eine weitere Verbesserung kann darin bestehen, die Betrachterseite der Linsenapertur mit einer Antireflexbeschichtung zu beschichten, um die kleine Komponente zu unterdrücken, die ansonsten von dem kleinen Aperturbereich reflektiert werden würde.
Die Linsen 1910 können auf der Betrachteroberfläche der Deckplatte 120 während der Konstruktion der Displayeinrichtung unter Verwendung einer beliebigen Ausformtechnik ausgebildet werden, die mit der Displaytechnologie kompatibel ist. Alternativ können sie in einer separaten Operation ausgebildet und dann auf die Displayoberfläche ausgerichtet und mit einem optischen Kleber darauf laminiert werden. Die Gestalt der Linse in der Ebene der Displayoberfläche kann sowohl eindimensionale (lineare linsenförmige Linsen) als auch zweidimensionale (diskrete Linsenarrays) enthalten. Zweidimensionale Arrays liefern die größte Kontrastverbesserung. Die Seiten der Linsen können gerade oder gekrümmt sein (konvex, konkav oder beides). Die Apertur an der Oberseite der Linsen (Betrachterseite) kann gerade oder gekrümmt (konvex, konkav oder Kombinationen von beiden) sein, aber gerade und parallel zur Ebene des Displays ist nicht die bevorzugte Ausführungsform, weil sie zu spiegelnder Reflexion beiträgt.
Die kombinierten Ausführungsformen der Seiten der Linsen 1910 und der Aperturen der Linsen zusammen mit den Eigenschaften des von dem aktiven Emissionsgebiet des Pixels emittierten Lichts bestimmen die Verteilung des Lichts, das vom Display emittiert wird. Wie wohl bekannt ist, ist die Emission von Licht von den Linsenaperturen bis zu Winkeln von plus 90° und minus 90° horizontal und vertikal möglich, indem das Linsenmaterial auf der Basis seines Brechungsindexes gewählt wird und indem die reflektierenden Strukturen auf den Seiten der Linsen geeignet ausgelegt werden. Es kann wünschenswert sein, die Linsenstrukturen 1910 so auszulegen, daß diese Verteilung auf eine Weise zugeschnitten wird, die das angezeigte Licht in den wahrscheinlichen Betrachterrichtungen konzentriert. Dadurch erhält man eine gewisse Verstärkung bei der beobachteten Helligkeit relativ zu der Displayoberfläche ohne die Optik. Dieses Zuschneiden der Lichtverteilung kann auch den wahrgenommenen Kontrast der Displayeinrichtung für diese bevorzugten Richtungen verbessern.
Die rechte Seite von 19 und 20 zeigt Beispiele von bodenemittierenden OLED-Displays. Jedes dieser Beispiele besteht aus zwei Strukturen, einer Elektroniksektion 102 und einer Displaysektion 104, die jeweils aus mehreren Schichten bestehen. Die Displaysektion besteht aus einem Glassubstrat 120, auf dem aktive Displaymaterialien 1912' einschließlich transparenter Lochinjektionselektroden (zum Beispiel ITO), eines oder mehrerer OLED-Materialien, Elektroneninjektionselektroden (zum Beispiel Calcium) und einer oder mehrerer Kontaktschichten 1922 abgeschieden sind. Licht wird von dem oder den OLED-Materialien emittiert und tritt durch die transparente Elektrode und das Glassubstrat aus dem Display aus (dies wird als eine Bodenemitterstruktur bezeichnet, weil das Licht durch das Substrat für das OLED-Material austritt). Die Elektroniksektion 102 besteht aus einem isolierenden Substrat 110 mit einer oder mehreren Kontaktschichten 1920, die den Kontaktschichten 1922 auf den Displayschichten entsprechen, elektrischen Durchkontaktierungslöchern 112, die diese Kontakte mit Leitern auf der anderen Oberfläche verbinden, und einem oder mehreren ICs 134. Die Elektroniksektion 102 fungiert gleichzeitig als eine Barrierenschicht zum Abdichten des Displays, ein Rücksubstrat für das Display und als eine elektrische Leiterplatte. Diese beiden Strukturen bilden ein Display, indem sie mit einem Material 1924 verbunden werden, das gleichzeitig eine elektrische Verbindung zwischen den entsprechenden Kontakten auf dem Display und Leiterplattenstrukturen herstellt, das OLED-Materialien kapselt (sie gegenüber Sauerstoff und Wasserdampf abdichtet) und das diese beiden Strukturen miteinander verklebt.
Das Material, das dazu verwendet wird, um das Display und die Leiterplattenschichten zu verbinden, ist in der Regel mit Epoxidharzen hergestellt, anderen zweiteiligen wärme- oder lichthärtbaren Klebern, feuchtigkeitskatalysierten Klebern und duroplastischen oder thermoplastischen Polymeren, die mit leitenden Additiven beladen sind, wie etwa leitenden Teilchen, Teilchen mit einer leitenden Beschichtung, leitenden Fäden, leitenden Flocken und leitenden Fäden und Flocken, die magnetisch sind. Diese Materialien sind typischer Weise schwarz.
Dieses Material kann durch Zusetzen eines schwarzen Pigments oder Farbstoffs schwarz gefärbt werden. Ruß ist ein Beispiel für ein geeignetes schwarzes Pigment. Wenn Ruß in einer zu hohen Konzentration zugesetzt wird, macht es das Abdichtmaterial zu leitend und stört die Herstellung von Kontakten. Konzentrationen von 0,1% bis 10% (auf Gewichtsbasis) absorbieren Licht effektiv, machen aber das Abdichtmaterial nicht zu leitend, Schwarze organische Farbstoffe fügen keine Leitfähigkeit hinzu, Diese können in Konzentrationen zugesetzt werden, die das Abdichtmaterial zu einem guten Lichtabsorber machen.
Diese schwarzen Abdichtmaterialien können als ein Fluid oder eine Paste aufgebracht werden, können aber auch als eine vorgeformte Folie oder als ein Puder geliefert werden. Zu Beispielen für Prozesse zum Aufbringen der Abdicht-/Kontaktmaterialien können zählen: Drucken (Siebdruck, Tintenstrahl, Kontakt, Walzen und andere); Ausgeben aus einer Spritze oder aus einem ähnlichen Dispenser oder Rakelbeschichtung. Das eigentliche mechanische Bonden ergibt sich aus der klebrigen Natur der Abdichtmaterialien. Zu Beispielen für Prozesse zum Aktivieren der Haftung zählen Katalysatoren, Hitze oder elektromagnetische Energie, oder alternativ können physikalische Prozesse wie etwa Ultraschallschweißen und Druck verwendet werden. Die asymmetrischen elektrischen Eigenschaften werden diesen Abdicht-/Leitermaterialien verliehen durch Ausführen eines asymmetrischen Einheitsprozesses. Beispiele für asymmetrische Prozesse zum Erzielen einer asymmetrischen Leitfähigkeit sind Anwenden von Druck, Materialfluß, Ausrichtung im elektrischen Feld oder Magnetfeld und Elektromigration.
Wie im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben können diese Elektroneninjektionselektroden, weil sie sich zwischen dem Betrachter und dem schwarzen Abdichtmaterial befinden, zu spiegelnden Reflexionen beitragen, die den Kontrast des Displays lokal reduzieren. Reflexionen von diesen Elektroden können minimiert werden, indem ihre Fläche minimiert wird oder indem die Betrachterseite dieser Elektroden schwarz beschichtet wird. Das Minimieren ihrer Fläche maximiert gleichzeitig die Fläche des schwarzen Materials, die zum Absorbieren von Umgebungslicht zu Verfügung steht. Die Betrachterseite der Elektroneninjektionselektrode schwarz zu beschichten, kann erreicht werden, indem zuerst eine schwarze Beschichtung in allen Bereichen abgeschieden wird, wo später Metallelektroden abgeschieden werden.
Obgleich die Erfindung im Hinblick auf Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, wird in Betracht gezogen, daß sie wie im Vorhergehenden allgemein beschrieben innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche ausgeführt werden kann.

Claims

Displayvorrichtung (100) mit einer Menge Bildelementen (Pixeln) umfassend: – eine Pixelstruktur für jedes Pixel aus der Menge von Pixeln, wobei die Pixelstruktur einen Pixelbereich definiert, der einen aktiven Pixelbereich (526) mit einem emittierenden Displaymaterial (1710) enthält und der einen inaktiven Pixelbereich (520) enthält, wobei nur der aktive Pixelbereich Licht emittiert und wobei das Verhältnis des aktiven Pixelbereichs zu dem Pixelbereich weniger als 50 Prozent beträgt; – eine oder mehrere transparente Deckplatten (120) mit einer äußeren Oberfläche (1512) und einer inneren Oberfläche (1510), wobei die innere Oberfläche (1510) der einen oder mehreren Platten in unmittelbarer Nähe zu den Pixelbereichen liegt und wobei ein Teil des emittierten Lichts von jedem aktiven Pixelbereich durch die eine bzw. mehreren transparenten Deckplatten hindurchtritt und wobei ein anderer Teil intern von der äußeren Oberfläche (1512) der einen bzw. mehreren transparenten Deckplatten reflektiert wird; und – eine schwarze Matrix (1313, 1210, 1916), die über der äußeren Oberfläche der transparenten Deckplatte oder -platten (120) positioniert ist, wobei die schwarze Matrix Öffnungen definiert, die von einem Material dunkler Farbe umgeben sind, wobei die Öffnungen derart auf die aktiven Pixelbereiche ausgerichtet sind, daß von dem aktiven Pixelbereich emittiertes Licht durch die Öffnungen hindurchtritt; wobei jeder Pixelbereich eine Breite P einschließlich eines aktiven Pixelbereichs mit einer Breite d_p aufweist und wobei die eine oder mehreren transparenten Deckplatten einen Brechungsindex n_glass, der einen Grenzwinkel Θc definiert, und eine Dicke t_glass aufweisen, und wobei die schwarze Matrix aus Streifen dunkler Farbe mit einer Breite W_m ausgebildet ist, die definiert wird durch die Ungleichung Wm ≤ P – 2 (tglasstan (Θc)) – dp.
Displayeinrichtung nach Anspruch 1, bei der die schwarze Matrix (1313) auf der äußeren Oberfläche (1512) der einen oder mehreren transparenten Deckplatten (120) ausgebildet ist.
Display nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Breite W_m der schwarzen Matrixstreifen weiterhin durch die Ungleichung W_m ≥ 2d_c definiert ist, wobei d_c die seitliche Entfernung. ist, die von emittiertem Pixellicht innerhalb der transparenten Deckplatte oder jeweils einer der transparenten Deckplatten bei dem Grenzwinkel Θc zurückgelegt wird.
Displayeinrichtung nach Anspruch 2, bei der die eine oder die mehreren transparenten Deckplatten einen Brechungsindex n_glass, der einen Grenzwinkel von Θc definiert, und eine Dicke t_glass aufweisen und wobei die schwarze Matrix aus dunkel gefärbten Streifen mit einer durch die Ungleichung W_m ≥ 2d_c definierten Breite W_m ausgebildet ist, wobei d_c die seitliche Entfernung ist, die von emittiertem Pixellicht innerhalb der transparenten Deckplatte oder jeweils einer der transparenten Deckplatten bei dem Grenzwinkel Θc zurückgelegt wird.
Displayeinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei der die Displayeinrichtung eine gekachelte Displayeinrichtung ist, wobei jede Kachel die transparente Deckplatte aufweist, wobei die Einrichtung eine optische Integratorplatte (1220) enthält und wobei eine weitere schwarze Matrix (1210) auf der inneren (Nicht-Betrachter) Oberfläche der optischen Integratorplatte (1220) ausgebildet ist, auf der die einzelnen Kacheln befestigt sind, wobei die weitere schwarze Matrix (1210) auch die Öffnungen definiert, die auf aktiven Pixelbereiche ausgerichtet sind.
Displayeinrichtung nach Anspruch 1, bei der die Displayeinrichtung eine gekachelte Displayeinrichtung ist, wobei jede Kachel die transparente Deckplatte aufweist, wobei die Einrichtung eine optische Integratorplatte (1220) enthält und wobei die schwarze Matrix (1210) auf der inneren (Nicht-Betrachter) Oberfläche der optischen Integratorplatte (1220) ausgebildet ist, auf der die einzelnen Kacheln befestigt sind.
Displayeinrichtung nach Anspruch 1 weiterhin umfassend: eine Linsenstruktur (1910) mit einer inneren Oberfläche und mit einer äußeren Oberfläche, wobei die innere Oberfläche der Linsenstruktur an die äußere Oberfläche (1512) der einen oder mehreren transparenten Deckplatten (120) gekoppelt ist, wobei die Linsenstruktur (1910) mehrere Linsen definiert, wobei jede Linse bezüglich einer Apertur eines aktiven Pixelbereichs positioniert ist, um von der Apertur des aktiven Pixelbereichs emittiertes Licht in die Apertur der Linse zu kondensieren, wobei die Apertur der Linse eine Fläche aufweist, die kleiner ist als die Apertur des aktiven Pixelbereichs.
Displayeinrichtung nach Anspruch 7, bei der die schwarze Matrix (1916) an die äußere Oberfläche der Linsenstruktur (1910) gekoppelt ist, wobei die schwarze Matrix (1916) Bereiche der Linsenstruktur bedeckt, die kein Licht zu einem Betrachter durchlassen.
Displayeinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, wobei die individuellen Linsen aus der transparenten Deckplatte (120) vorragen und relativ steil gewinkelte Seiten aufweisen, wobei die Winkel der Seiten der Linsen ausreichen, um eine Lichtfalle derart zu bilden, daß Umgebungslicht, das in die Linsenstruktur (1910) eintritt, im allgemeinen intern in der Linsenstruktur und nicht zu einem Betrachter reflektiert wird.
Displayeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 weiterhin umfassend: – eine Displaysektion (102), die die Menge der Pixel enthält, wobei jedes Pixel die Pixelstruktur aufweist, wobei die Pixelstruktur eine Zeilenelektrode (116) und eine Spaltenelektrode (122) zum Ansteuern der Pixelstruktur enthält; – eine Elektroniksektion (104), die an die Displaysektion (102) gekoppelt ist, wobei die Elektroniksektion (104) eine Leiterplatte (110) enthält, die elektrische Signale an die Zeilenelektroden (116) und die Spaltenelektroden (122) liefert; und – einen Kleber (1924), der die Elektroniksektion (104) mit der Displaysektion (102) verbindet.
Displayeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei jede Pixelstruktur eine Zeilenelektrode (116) und eine Spaltenelektrode (122) zum Ansteuern der Pixelstruktur enthält, wobei die Displayeinrichtung eine Elektroniksektion (104) enthält, die an die innere Oberfläche (1510) der transparenten Deckplatte (120) gekoppelt ist, wobei die Elektroniksektion (104) eine Leiterplatte (110) enthält.
Displayeinrichtung nach Anspruch 11, bei der die Leiterplatte (110) aus einem dunkel gefärbten Material hergestellt ist, um einen lichtabsorbierenden Hintergrund für die aktiven Pixelbereiche bereitzustellen.
Displayeinrichtung nach Anspruch 11, bei der die Leiterplatte (110) durch einen Kleber (1924) mit der inneren Oberfläche (1510) der einen oder mehreren transparenten Deckplatten (120) verbunden. ist und der Kleber dunkel gefärbtes Material enthält, wobei die zusammengebaute Displayeinrichtung einen lichtabsorbierenden Hintergrund für die aktiven Pixelbereiche bereitstellt.
Displayeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche weiterhin umfassend einen über den mehreren Pixeln positionierten Filter (121), um von den aktiven Pixelbereichen geliefertes Licht durchzulassen und um reflektiertes Umgebungslicht zu dämpfen, das durch die eine oder mehreren transparenten Deckplatten (120) und den Filter (121) hindurchtritt und das von den Pixelbereichen der Displayeinrichtung reflektiert wird.
Displayeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der der aktive Bereich der Pixelstruktur mehrere beabstandete Unterpixelelemente (720, 722, 724; 830, 832, 834, 836) definiert, die durch Abschnitte des inaktiven Pixelbereichs getrennt sind, wobei die Unterpixelelemente zusammen eine Apertur von weniger als 50 Prozent definieren.
Displayeinrichtung nach Anspruch 15, bei der die Unterpixelelemente zusammen eine Apertur von etwa 25 Prozent definieren.