DE3633708A1

DE3633708A1 - Passive oder aktive displays mit peripherischer, teilintegrierter und vollintegrierter ansteuerung

Info

Publication number: DE3633708A1
Application number: DE19863633708
Authority: DE
Inventors: Bernd Haastert
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-10-03
Filing date: 1986-10-03
Publication date: 1988-04-14

Description

Die Neuerungen beziehen sich auf:

eine Flüssigkeitskristallmatrixanzeige gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1,

eine LED-Anzeige gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5,

eine festkristalline Anzeige gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9,

ein Flachdisplay mit Microtips gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11.

Die bekannten Flüssigkeitskristallmatrixanzeigen als integrative Bestandteile von Computern oder als Peripheriegeräte weisen besonders, wenn sie großformatig ausgelegt sind (z. B. 640*400 Pixel) eine Reihe von Nachteilen auf. Da sich mit zunehmender Größe des Displays auch die Anzahl der zu adressierenden Pixel erhöht, die mit einer x, y-Matrix angesprochen werden, besitzt ein 640*400 Pixel-Display 1440 oder gar 1840 An schlußpunkte, die mit der Ansteuerungselektronik zu verbinden sind. Dies geschieht entweder durch flexible Kunststoffstränge, in denen leitende Schichten eingelagert sind oder durch Folien, auf denen ein Klebstoff die zu verbindenden Bahnen zusammenzieht, die darüber hinaus auch noch verlötet werden können. Beide Methoden haben ihre Vor- und Nachteile, jedoch ist es bisher nicht möglich großformatige LC-Anzeigen mit dieser Erschließungstechnik zu erhalten, da die Zeilen bzw. die Spalten jeweils nur mit kurzen Impulsen angesteuert werden, woraus sich für jeden Bildpunkt ein nur sehr kleines Signal-Tastverhältnis ergibt. Dies gilt für Ansteuerungen mit horizontalen Zeilenelektroden und vertikalen Spaltenelektroden.

Bedingt durch die Notwendigkeit, die Kontaktierung zwischen den Glasplatten und der Ansteuerungselektronik an den Kanten des Displays herzustellen, ist es auch nicht möglich, LC-Displays modul artig zu größeren Einheiten zusammenzufassen. Was technisch hier machbar wäre befriedigt einfach nicht die ästhetischen Anforderungen eines Benutzers, der sich zwar ein großes Display wünscht aber nicht in der Realisation, daß die Modulartigkeit der Anzeige optisch wahrnehmbar wäre. Dies gilt insbesonders für die Darstellung von Graphik und von bewegten Bildern, wobei hier besonders der Einsatz eines LC-Displays als Flach-TV Schirm zu nennen ist. Eine Aktivmatrix-Adressierung, die jedem Bildelement einen eigenen Dünnschichttransistor zuordnet, erlaubt zwar mittlere Formate für die Bewegtbilddarstellung, jedoch sind Großbildformate zur Zeit aus Gründen der Verfahrenstechnik nicht machbar.

Weitere bisher ungelöste Nachteile von großformatigen LC-Anzeigen ist das Verlaufen des flüssigkristallinen Materials, was sich optisch in zumeist blauen, violetten oder rot getönten Flecken äußert oder in unvollständiger Anzeigung von Zeichen. Verursacht werden diese Effekte sekundär durch Biegemomente innerhalb der Trägerplatten, die durch eine falsche Einfassung des Displays und durch Druck- und Temperaturschwankungen der Atmosphäre hervorgerufen werden. Besonders der vollständige Abschluß der flüssigkristallinen Schicht innerhalb des Displays verhindert einen notwendigen Druckausgleich, was zu Pumpbewegungen der Platten zueinander führt. Betroffen ist hauptsächlich die Mitte des Displays, wo die Biegemomente am größten ist.

Da sich bei der Berechnung der Biegemomente max M aus (ql²)/8 ergibt, geht bei der Verdoppelung des Formats eines LC-Displays die Verdoppelung zum Quadrat ein, was erklärt, daß oben genannte Effekte bei kleinen Displaytypen gar nicht bemerkbar sind, da hier die Steifigkeit der Glasplatten und die kugel- oder faserartigen Abstandshalter die auftretenden Biegemomente kompensieren. Bei größeren Formaten sollte nun eine Lösung gefunden werden, mit der sich solche Effekte kompensieren lassen, bzw. sollte durch geeignete Maßnahmen sichergestellt werden, daß solche Biegemomente erst gar nicht auftreten.

Flüssigkeitskristallanzeigen bieten gegenüber anderen Displaytypen eine ganze Reihe von Vorteilen, wie eine geringe Versorgungsspann ung, Flimmerfreiheit, geringes Gewicht, eine kurze Einbautiefe und keinerlei Strahlenbelastung. Eine großformatige LC-Anzeige wäre vielfältig einzusetzen. Viele CRT-Geräte wären durch eine LC-Anzeige ersetzbar, wenn die oben genannten Probleme gelöst wären. Dazu sollte ebenfalls ein hinreichend schneller Bildaufbau gewährleistet sein, was bei groß formatigen und hochauflösenden Displays bisher noch nicht gelungen ist. Hier zeigen einfach die bekannten Ansteuerungstechniken ihre Leistungsgrenzen.

Bei der vorgeschlagenen Konstruktionsweise wird bei großformatig en Flüssigkeitskristallanzeigen ein Teil der oben angesprochenen Problematiken dadurch vermieden, daß die Ansteuerungselektronik bereits in einer der beiden Trägerplatten integriert ist. Die Prozessoren werden in einer transparenten Dünnfilmtechnologie hergestellt, so daß sie optisch nicht sichtbar sind. Hier kann je nach Größe und Verwendungsart sowohl mit mono- als auch polykristallinen Silizium gearbeitet werden oder mit Kunststoffen, die geeignete Eigenschaften haben. Die ganze Fläche des Displays kann benutzt werden, um diesen transparenten Prozessor unterzubringen.

Der transparente Prozessor sollte so gehalten werden, daß seine Ab wärme in Grenzen gehalten wird, damit notwendige Kühlmaßnahmen bzw. eine Ausbildung der Trägerplatte als Kühlplatte nicht erforderlich sind.

Ebenfalls in einer transparenten Dünnfilmtechnologie hergestellt verfügt der Prozessor noch über eine Photodiode, über die ihm die zu verarbeitenden Daten vermittelt werden. Die Photodiode wird durch ein LED oder durch ein Glasfaserkabel angesprochen. Die LED bzw. das Ende des Glasfaserkabels sind in der rückwärtigen Beleuchtung integriert, so daß sie als solche bei eingeschalteter Beleuchtung nicht wahrnehmbar sind. Dem Glasfaserkabel sollte hier aus Gründen der Betriebssicherheit der Vorzug gegeben werden, da ein LED außerhalb des Beleuchtungskörpers leichter ausgewechselt werden kann als innerhalb. Vorzugsweise sollte die LED im Infrarotbereich arbeiten, damit sie im Anzeigefeld nicht sichtbar ist.

Um den Prozessor mit einer geeigneten Stromversorgung in Betrieb zu setzen, kann ebenfalls versucht werden, eine transparente Solarzelle, die vornehmlich im Infrarotbereich anspricht, miteinzubringen. Gespeist wird diese Infrarotsolarzelle hauptsäch lich durch die rückwärtige Beleuchtung, gegen die sie hier auch als Wärmeschutzschild dient, um die Flüssigkeitskristallschicht vor Wärme zu schützen und damit das Display vor Fehlanzeigen zu bewahren. Wird auf eine konventionelle Art die Stromversorgung sichergestellt, so wird dann eine Schutzschicht als Infrarotfilter aufgebracht. Eine solche LC-Anzeige arbeitet als autonome Einheit und benötigt keinerlei Anschlüsse, was sich in einer hohen Betriebssicherheit aber auch in einer vereinfachten Montage äußert. Der Dünnfilm prozessor verarbeitet die ihm von der Photodiode übermittelten Daten derart, daß neben einer x, y-Adressierung der Elektroden, wie sie derzeit realisiert ist, auch eine direkte Adressierung der Elektroden möglich ist, da man dem Prozessor dieselben räumlichen Ausdehnungen wie dem Anzeigebereich zuordnen kann. Interessant wären solche transparente Prozessoren und auch Speichereinheiten nicht nur für die Bildaufbereitung, sondern auch als Schnittstelle innerhalb optischer Computer.

Mit dieser Ansteuerungstechnik können die Elektroden jetzt ohne eine umständliche x, y-Adressierung über die Seiten des Displays angesprochen werden. Besonders für die Bewegtbildanzeige, wo ein guter aber auch ein abgestufter Kontrast bei hohen Bildwechselgeschwindigkeiten gefragt ist wird diese Ansteuerungstechnik von Vorteil sein. Ein solches Display kann modulartig zu größeren Formaten zusammen gesetzt werden, ohne daß sich Schwierigkeiten in der Ansteuerungs elektronik oder im Verhalten der flüssigkristallinen Schicht ergeben.

Bevor die Module auf die Trägerplatte aufgebracht werden, werden sie auf ihre Funktionsfähigkeit hin überprüft. Sie können beidseitig bestückt sein, wenn das Modul über Durchbrüche verfügt, die mit transparenten Leitern aufgefüllt werden. Wird mit transparenten Dioden und Solarzellen gearbeitet, braucht das Modul nicht weiter zur Trägerplatte kontaktiert werden, wenn nicht, verfügt die Trägerplatte ihrerseits über Anschlüsse, die nachdem die Module aufgebracht worden sind, mit denselbigen kontaktiert werden.

Die Zahl der Anschlüsse richtet sich dabei nach der Intelligenz des Moduls. Ist es autonom, sind, wie bereits erwähnt, keinerlei An schlüsse von Nöten. Verzichtet man auf die transparente Diode und die transparente Solarzelle, sind diese durch entsprechende Kontakte zu ersetzen. Handelt es sich um ein "dummes" Modul, das lediglich über eine Aktivmatrix-Adressierung verfügt, so ist die Anzahl der Anschlüsse entsprechend hoch. Durch schichtenweise Abisolierung mit transparenten Materialien sind einzelne Module oder ganze Modulreihen zu den Kanten des Displays verbunden, um mit der Ansteuerungselektronik kontaktiert zu werden. Diese schichten weise Abisolierung kann auch auf der Rückseite der Trägerplatte vorgenommen werden, nachdem diese mit Durchbrüchen und diese mit transparenten Leitern versehen ist oder auf der Innenseite der Trägerplatte. Verfahrenstechnisch bedingt wird die Reihenfolge der Produktions schritte so gewählt, daß sensible und kritischere Schritte zuletzt gemacht werden. Bei einer Horizontal- und Vertikaladressie rung ist mit dieser Verbindungstechnik auch die Frontplatte zu versehen. Dieser Nachteil wird dadurch wieder wettgemacht, daß eine solche Adressierung eine direkte Aufbringung der Elektroden auf die Trägerplatte ermöglicht, wobei dann auf extra Trägermodule wie bei der Aktivmatrixadressierung verzichtet werden kann. Verfahrens technisch handelt es sich hierbei um die einfachste Version, um modulartig ein LC-Display zu erstellen. Ob nun die Elektroden auf den Innenseiten des Displays schichtenweise abisoliert werden und dann sofort zu den Displaykanten geführt werden oder dies erst geschieht, nachdem die x, y-Anschlüsse eines Moduls durch die Trägerplatte gebracht werden, um dann schichtenweise zu den Seiten geführt zu werden, hängt davon ab, welcher Produktionsschritt für einen Hersteller leichter zu handhaben ist. Die schichtenweise Abisolierung auf den Innenseiten des Displays erfordert eine genaue Höhennivellierung (Ausgleichsschichten), um alle Elektroden auf eine gleiche Höhe zu justieren. Wird mit Durchbrüchen gearbeitet, handelt es sich um einen leichteren aber intensiveren Arbeitsprozess. Nicht nur größere Displayformate können damit hergestellt werden, sondern auch kleinere Formate, die hochauflösend sind und z. B. für die Projektion benutzt werden.

Beide Methoden können aber auch gleichzeitig benutzt werden und sowohl bei einer aktiven als auch einer passiven Matrixansteuerung eingesetzt werden. Sinnvollerweise sollten die Bausteine der Ansteuerungselektronik direkt auf die peripherischen Anschlußkontakte des Displays ge klebt werden. Dazu sind die Anschlußkontakte des Bausteins zur Trägerplatte hin streifenförmig ausgebildet, wobei der leitende Klebstoff bereits auf den Streifen aufgebracht ist und/oder ebenfalls auf den Anschlußkontakten des Displays vorhanden ist.

Attraktiv bleibt diese konventionelle Ansteuerungsart auch noch für die Bewegtbilddarstellung, wenn die Größe des anzusteuernden Moduls nicht 100*100 Bildpunkte übersteigt. Bei einer Aktivmatrixadressierung mit extra Trägermodulen kann der rückwärtige Polarisator, je nach Beschaffenheit und Größe des Displays, auf den Modulen aufgebracht werden oder auf der Trägerplatte, wobei im ersten Fall keinerlei Farbeffekte zwischen den einzelnen Modulen sichtbar sind, im zweiten ist dies durch eine richtige Vorwahl der Höhe der Modulplatte zu erreichen. Zwischen den einzelnen Modulen ist nun ein Abstand gegeben, der wichtige statische Funktionen erfüllt. Er wirkt als gelenkige Verbindung innerhalb der Gesamtplatte, die eine gewisse Durchbiegung der Platte erlaubt, ohne daß die einzelnen Module selbst stark auf Biegung beansprucht werden. Solche Durchbiegungen sind bei großen Formaten möglich, wenn plötzliche Druckänderungen auftreten wie ein Überschallknall, Donner oder eine heftig zugeschlagene Türe.

Bei einer problemloseren Herstellung der Dünnfilmtransistoren können die einzelnen Module auch ohne eigene Grundplatte auf eine Trägerplatte aufgebracht werden, indem die Trägerplatte unter dem Bereich, indem die Aufbringung vorgenommen wird präzise und jeweils um eine Modulbreite weitertransportiert wird. Bei größeren Formaten sind aber dann Vorkehrungen zu treffen, um die Platte gegen Durchbiegungen zu schützen.

Lediglich wird es notwendig sein, die einzelnen Module untereinander zu synchronisieren, was aber keinerlei technische Schwierigkeiten bereiten dürfte. Eine zweite Photodiode, die dem transparenten Prozessor ein Synchronisationssignal übermittelt, wäre hier angebracht, um die erste Photodiode allein für die Daten, die der Bildaufbereitung dienen, zu reservieren. Bei einer konventionellen Ansteuerung wäre auch dieses Problem lösbar.

Um bei großen Formaten einen gleichbleibenden Abstand zwischen den Trägerplatten zu gewährleisten, sollte auf einen hermetischen Abschluß des Displays verzichtet werden. Ein offenes System kann viel leichter einen Druckausgleich herbeiführen als ein geschlos senes. Änderungen des Innendruckes, verursacht durch Änderungen des atmosphärischen Druckes oder durch Temperaturänderungen, die evt. auch durch die Wärme der Hintergrundbeleuchtung oder der Microprozessoren ausgelöst werden, können sich bei einen offenen System nach außen hin ausgleichen, so daß Biegemomente innerhalb der Platten nicht auftreten. Da nur kleine Öffnungen von Nöten sind, können diese oberhalb des Anzeigefeldes gefertigt werden. Zwischen dem eigentlichen Anzeigenfeld und den Öffnungen ist eine Kompensationszone von Nöten, in der sich die flüssigkeits kristalline Schicht ausdehnen bzw. zusammenziehen kann. Geeignete Membranen oder Filter, die nur den Gasdruck passieren lassen, aber nicht die Flüssigkeit selbst, sollten verhindern, daß Flüssigkeit austritt. Der Abstand zwischen dem Anzeigefeld und dem Rand des Displays sollte etwas größer als üblich gewählt werden, um eine Kompensationszone zu schaffen, in der sich der Flüssigkeitspegel je nach den Umwelteinflüssen einspielen kann. Wichtig ist diese Art der Konstruktion besonders bei Displays, die mittels eines Projektionsgerätes durchleuchtet werden, um ein vergrößertes Abbild zu erzeugen. Zusätzlich sollte dabei ein UV- Filter die flüssigkristalline Schicht vor Zersetzungsprozessen schützen.

Da der Innendruck nun gleich dem Außendruck entsprechen sollte, lassen sich die Kohäsionskräfte der nematischen Flüssigkeit auch besser nutzen, wobei auf die kugelförmigen oder faserartigen Abstandshalter verzichtet werden kann. Besser ist es, den notwendigen Abstand zwischen den Platten dadurch herzustellen, daß man den Abstand zwischen den einzelnen Pixeln nutzt. Dieser Abstand hat keinerlei mechanische Bedeutung, er ist lediglich notwendig, um einen Kurzschluß zwischen den einzelnen Pixeln zu verhindern.

Auf diese Abstände kann nun ein isolierendes Material aufgebracht werden, und zwar mit der Schichtdicke, die exakt dem einzuhaltenden Abstand zwischen den beiden Platten sicherstellt. Diese Abstandhalter sind ledigleich in einer Richtung erforderlich, hauptsächlich in der Richtung, die sich zu den Entlüftungslöchern orientiert, um einen Einschluß der flüssig kristallinen Schicht zu verhindern. Auch hier kann der Abstandhalter teilweise unterbrochen werden, um einen Austausch der flüssigkristallinen Schicht zu ermöglichen. In einem offenen System ist ein Sich-Abheben der Platten nicht zu erwarten, da die Moleküle der flüssigkeitskrist. Schicht im Kontakt zu den Trägerplatten eine ins Innere gerichtete Resultierende aufweisen, die summiert die Trägerplatten zusammenziehen. Sowohl die Ad- als auch die Kohäsionskräfte der flüssigkristallinen Schicht sollten durch ge eignete Additive erhöht werden, wenn vorhandene LC-Flüssigkeiten diese gewünschten Eigenschaften nicht genügend aufweisen.

Um eine großformatige Platte gegen auftretende Biegemomente zu schützen, ist es von Nöten, die Platte nicht aufzulagern, sondern aufzuhängen oder bei einem viereckigen Format horizontal und/oder vertikal auf Zug einzuspannen. Hängt man die Platte einfach ab, wirkt die Schwerkraft quasi als Zugkraft, wobei der Platte durch entsprechende bewegliche Lagerung der Aufhängung die Gelegenheit gegeben werden muß, sich einzuloten. Spannt man die Platte ringsherum ein, sollten die wirksamen Zugkräfte größer sein als das Eigengewicht der Platte, die auch eine Kunststoffolie sein kann. Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnungen in einer beispielsweisen Ausführungsform bzw. einer alternativen erläutert.

Wenn im folgenden von einer passiven Matrixadressierung gesprochen wird, so ist damit auch eine Anordnung der Elektroden gemeint, die konventionell gestaltet ist also nicht wie eine aktive über einen extra Transistor oder Diode verfügt.

Die Zeichnungen selbst sind nicht maßstabgetreu, die Dimensionen der einzelnen Komponenten sind so gewählt, daß ihre Anordnung und ihre Beziehungen zueinander deutlich werden.

Es zeigen:

Fig. 1 Passives und modulartig aufgebautes Flüssigkeitskristall-Display mit Kontaktdurchbrüchen in den Trägerplatten und peripherischer Ansteuerung

Verwendbar ist diese Art der Konstruktion sowohl für eine aktive als auch für eine passive Matrixansteuerung.

Es bedeuten hier:

1 obere Elektroden Feld G 2 obere Elektroden Feld E 3 obere Elektroden Feld I 4 untere Elektroden Feld G 5 untere Elektroden Feld E 6 untere Elektroden Feld I a Abstandhalter b Polarisationsfilter c Durchbruch untere Trägerplatte d Durchbruch obere Trägerplatte

Fig. 1a Passive Flüssigkeitskristallmatrixanzeige mit aufgeklebter Ansteuerungselektronik

Es bedeuten hier:
AUntersicht eines Ansteuerungsbausteins BTrägerplatte bzw. Anzeigefeld eines LCDs

Fig. 2 Passives und modulartig aufgebaute Flüssigkeitskristallanzeige mit mehrschichtigem Aufbau der Elektroden

Es bedeuten hier:

A Orientierungsschicht Modul A B Orientierungsschicht Modul B C Orientierungsschicht Modul C D Trägerplatte E Modulreihe gespiegelt 1 Ausgleichsschicht Modul A 2 Erschließungskontakt Modul A 3 Ausgleichsschicht Modul B 4 Erschließungskontakt Modul B 5 Isolationsschicht zwischen Modul A und B 6 Isolationsschicht zwischen Modul B und C a, b, c peripherische Anschlüsse der Module ABC

Fig. 3 Passive Flüssigkeitskristallanzeige mit vollintegrierter Ansteuerung

Es zeigen hier:

1 Fotodiode 2 Abstandhalter 3 Pol-Filter 4 Infrarot-Solarzelle 5 Prozessor 6 Adressierungsebene 7 Elektroden 8 flüssigkristalline Schicht 9 gemeinsame Gegenelektrode 10 Trägerplatte 11 Verbindung zwischen 5 und 9

Anmerkung:
1, 4, 5 und 6 können auf einer Trägerplatte sitzen, 11 kann außerhalb der Anzeige liegen.

Fig. 4 Passive Flüssigkeitskristallanzeige aus zusammengesetzten Modulen mit vollintegrierter Ansteuerung

Es zeigen hier:

1 Trägerplatten 2 Verklebung zwischen 1 und 3, 4, 5 und 6 3 Fotodiode 4 Infrarot-Solarzelle 5 Prozessor 6 Adressierungsebene 7 Elektroden 8 gemeinsame Gegenelektrode A 1. Modul B 2. Modul C 3. Modul

Eine mögliche Alternative zu den im vorhinein erläuterten Betrachtungen wäre ein LC-Display, das mit einer aktiven Matrixadressierung arbeiten würde, aber lediglich rein reflektiv ausgelegt wäre, also mit dem einfallenden Umlicht arbeitet. Eine Durchkontaktierung der Elektrodenanschlüsse auf der rückwärtigen Trägerplatte wurde eine Fülle von neuen Erschließungsmöglichkeiten eröffnen, mit den auch großformatige und hochauflösende Displays machbar wären. Hierzu sind lediglich die Anschlüsse für die rückseitigen Elektroden als reflektierend auszubilden. Auf eine Erschließung von den Kanten des Displays kann nun verzichtet werden. Bauteile der Ansteuerungselektronik können hinter der Verspiegelung angebracht werden, da sie dort nicht sichtbar sind. Auf dem rückwärtigen Polarisator kann auch verzichtet werden. Bei dieser Version ist aber die Drehung des Flüssigkeitskristalls entsprechend zu wählen. Modulartige Großformate sind hiermit zu realisieren. Wenn auf eine eigene Beleuchtung durchaus nicht verzichtet werden will, kann eine Lichtquelle nun auch von den Kanten des Displays eingespeist werden, da an jenen nun keinerlei Anschlußpunkte für die Ansteuerungselektronik mehr liegen.

Fig. 5 Passive Flüssigkeitskristallanzeige mit teilintegrierter Ansteuerung und rückseitig angeordnetem Prozessor

Es zeigen:

1 rückseitige Verspiegelung 2 Prozessor 3 Durchbrüche zu den Elektroden

Anmerkung:
Der Prozessor kann auch als transparentes Bauteil ausgebildet sein, so daß damit eine Alternative zu Fig. 4 gegeben ist. Eine Beleuchtung von hinten wird damit möglich.

Vor diesen Betrachtungen erhebt sich nun der Wunsch schon vorhandene Displaytypen zu verwenden, um sie modulartig zu größeren Formaten und dies auch hochauflösend zusammenzusetzen.

In Betracht kämen Module, die sich aus LEDs zusammensetzen oder mit sogenannten Microtips arbeiten (vgl.: Electronics/Juni, 1986). Während LEDs von der Ansteuerung her bereits chipkompatibel sind, ist dies bei Microtips noch nicht realisiert. Beide Systeme eignen sich aber, um mit einer Multiplexansteuerung angesprochen zu werden. Da beide Systeme ohne Polarisation arbeiten drängt sich eine Durchkontaktierung nach hinten auf und nicht eine Erschließung zu den Kanten des Displays. Bei der Fertigung des LED-Moduls ist eine Kostensenkung des Moduls dadurch zu erreichen, daß das Modul nicht aus einzelnen LEDs zusammengesetzt wird, sondern alle LEDs eines Moduls, das beispielsweise 100*100 Bildpunkte hat, aus streifenförmigen Chips zusammengesetzt ist. Ein Chip hätte dann 100 Punkte, der aus einer Waferplatte herausgeschnitten ist. Die streifenförmigen Chips werden auf eine Trägerplatte montiert, die ihre genaue Positionierung sicherstellt und auch gleichzeitig ihre Kontaktierung nach hinten ermöglicht. Die gemeinsame Kathode der LEDs sollte nicht allzu fest mit der Trägerplatte verbunden werden, um eine Reparatur zu ermöglichen. Wird eine gemeinsame Anode benutzt, so können die rückwärtigen Kathoden in SMT zur Trägerplatte kontaktiert werden. Dabei sollte die Trägerplatte transparent gehalten werden, um die LEDs von der Rückseite der Trägerplatte mittels eines Lasers kontaktieren zu können.

Da für die Farben Rot, Grün und Blau zur Zeit noch verschiedene Kristalle benötigt werden, läßt sich ein vollintegriertes Modul heute noch nicht herstellen. Dennoch ist es möglich auf einem Umweg zu einem solchen Modul zu kommen, indem die fertigen und unterschiedlichen RGB-Wafer sandwichartig zusammengeklebt werden. Bevor die Wafer zusammengeklebt werden, werden die einzelnen LEDs eines Wafers mit transparenten Leitern in der Horizontalen verbunden. Der Konstruktionskleber selbst wird transparent gehalten und hat nicht nur die Funktion die Wafer fest miteinander zu verbinden, sondern er bildet zusätzlich einen optischen Körper aus. Ein solches Sandwich wird nun erneut in Scheiben geschnitten, wobei die Schnittführung durch alle Wafer hindurchgeht und mit dem Abstand, der einem LED entspricht. Das mit dieser Methode gewonnene Modul zeigt nun plan betrachtet eine streifenförmige RGB-Anordnung wobei die einzelnen Leuchtpunkte des Streifens ihr Licht nicht nach vorne abgeben sondern zur Seite in den optischen Körper, der die Aufgabe hat, das Licht nach vorne auszurichten. Zusätzlich kann sowohl bei dieser Konstruktion als auch bei der vorher genannten noch eine Maske auf die Leuchtfläche aufgebracht werden, um die einzelnen Leuchtpunkte zu fokussieren. Bei der Maskierung der ursprünglichen Waferscheibe ist natürlich zu berücksichtigen, daß durch das Sägen des fertigen Blockes in Scheiben und deren Polierung genügende Abstände zwischen den einzelnen LEDs zu halten sind. Vorteilhaft ist diese Konstruktion dadurch, daß sowohl Anschlüsse der Anode als auch der Kathode fertig ausgebildet sind und so auf der Rückseite kontaktiert werden können. Eine Erschließung durch eine Multiplexansteuerung bereitet nun keinerlei Schwierigkeiten, wobei die Größe des zu erschließenden x, y-Feldes frei wählbar ist. Erwähnt sei an dieser Stelle, daß eine entsprechend gestaltete Multiplexansteuerung den Stromverbrauch drastisch reduziert, wobei vorzugsweise Niedrigstrom LEDs benutzt werden sollten. Ein so produziertes Modul ist auch größer herstellbar, indem die Waferplatten nicht deckungsgleich aufeinander gelegt werden, sondern um die Hälfte versetzt, so daß eine Waferplatte einer Farbe jeweils zwei Hälften einer anderen überdeckt. Aus so großen Blöcken ließe sich, wenn die Schneidetechnik entsprechend gehalten ist, kleinere Bildschirmformate mit einem Schnitt gewinnen, ohne daß kleinere Module noch zusammen gesetzt werden müßten.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnungen in einer beispielsweisen Ausführungsform näher erläutert.

Aktive LED-Anzeige aus stabförmigen Elementen mit peripherischer Ansteuerung Fig. 6

Es zeigen:

A Trägerplatte B LED Stab C Maske 1 transparenter Isolator 2 Kathode 3 Zuleitung Anode 4 Kontaktbügel Anode

Aktive LED-Anzeige aus sandwichartig zusammengesetzten Waferplatten Fig. 7

Es zeigen:

A Block aus zusammengesetzten Waferplatten B Kathode C Anode D Schnittführung 1 LED Rot 2 LED Grün 3 LED Blau a optischer Körper

Anmerkung:
Oben rechts handelt es sich um eine Ansicht, unten um einen Schnitt der fertigen Platte.

Eine modulartige Ansteuerung empfiehlt sich auch bei einem farbtauglichen Display, das mit Microtips arbeitet (kalte Kathodenstrahler). Ein solches Display weist ähnlich wie die oben genannten eine Multiplexansteuerung auf, die sich aber mit zunehmender Größe des Displays erschöpft. Eine Unterteilung in einzelnen Module bietet sich auch hier an, wobei die Gesamt x, y-Adressierung in kleinere Felder aufgeteilt werden. Diese werden nun getrennt von einander angesteuert, wodurch sich ein umproblematischerer Bildaufbau ergibt. Dazu werden die x, y-Kontakte der Elektroden eines jeden Feldes durch die rückwärtige Glasplatte gesteckt und dort eingegossen. Die einzelnen Felder können nun mit der Ansteuerungselektronik verbunden werden. Die Felder können auch in Analogie zu der LC-Technik durch Elektroden erschlossen werden, die durch Isolatoren voneinander getrennt sind. Beide Systeme eignen sich grundsätzlich für die meisten Arten von Flachbildschirmen.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung in einer beispielhaften Ausführungsform näher erläutert.

Aktives Display mit Kaltkathodenstrahler und modulartiger peripherischer Ansteuerung Fig. 8

Es zeigen:

1 Mircotip 2 Isolationsschicht 3 Anschluß Modul a 4 Anschluß Modul b 5 Elektrode Modul b 6 rückwäriger Glasträger

Folgende Betrachtung sollen zu einem großformatigen farbtauglichen Display führen, das die bei den anderen genannten Vorteile in sich vereinigt aber nicht deren Probleme.

Gefordert wird ein selbstleuchtendes Display, das von rückwärtig erschließbar ist, damit eine modulartige Ansteuerung möglich ist und so große Formate realisiert werden können. Wünschenswert wäre auch eine Vermeidung des Farbtripels, so daß ein Pixel jeden erwünschten Farbeffekt produzieren könnte. Weiterhin sollten kritische verfahrestechnische Produktionsschritte vermieden werden, das Display sollte unempfindlich gegenüber Umwelteinflüssen sein, eine hohe Lichtausbeute haben und zudem preiswert realisierbar sein.

Als Ausgangspunkt steht die Idee, daß neben einem passiven flüssigen Kristall auch ein aktiver fester Kristall verwendbar wäre, wenn die Möglichkeit gegeben wäre, diesen Kristall zum Leuchten zu bringen und dies auch mehrfarbig. Wenn ein Elektron beschleunigt wird oder seine Richtung ändert, sendet es eine elektromagnetische Strahlung aus. Ein Kristall, dessen innere Struktur dem Elektron eine Richtungsänderung aufzwingt, sollte geeignet sein, diese Aufgabe zu erfüllen. Kristalline Salze haben hier günstige Eigenschaften. Sie haben positive geladene Natrium- und negativ geladene Chloridionen, die untereinander abwechselnd mit einem Abstand von 0,28 Nanometern im Gitter plaziert sind. Ein Elektrodenstrahl, der im Vakuum über einer solchen Fläche fahren würde, bekommt durch den Wechsel der Ladungen Richtungsänderungen aufgezwungen, die je nach Vorwahl der angelegten Spannung und des Gitterabstandes sichtbares Licht erzeugen. Auch Emissionen im UV-Bereich oder im Infrarot wären realisierbar. Besser wäre es dem Elektron statt verschiedenen Ladungen kristalline Strukturen anzubieten, bei denen sich die Richtungs änderungen nicht durch verschiedene Ladungen ergeben, sondern durch die Strukturen selber. Als Beispiel für eine solche Struktur sei hier der Zeolith genannt. Von ihm sind in der Natur 40 verschiedene Typen bekannt, synthetisch gestellt wurden bereits etwa 100 Zeolythtypen. Verwendet werden Zeolythe hauptsächlich als Molekularsiebe und als Ionentauscher, aber auch als Ersatz für Phosphate in Wasch- und Reinigungsmitteln für die Wasserenthärtung. Interessant als mögliches Ausgangsmaterial für selbstleuchtende Anzeigen sind Zeolithe aus zwei Eigenschaften: Zeolithe haben eine relativ hohe elektrische Leitfähigkeit. Sie wird durch das Wandern der Kationen innerhalb des Zeolithgerüstes hervorgerufen und ist von der Kationengröße, von der Porengröße des Molekularsiebs und vom Wassergehalt abhängig. Beim Typ des Faujasit (Zeolith x bzw. y) sind die Kubooktaeder über hexagonale Prismen (mit den sechseckigen Flächen) miteinander verbunden. Die inneren Hohlräume sind nun nicht geradlinig miteinander verbunden, sondern verlaufen gebogen, wobei eine Biegung ungefähr eine Wellenlänge von 2 nm hat. Legt man nun Elektroden an ein solches Kristall an und plaziert es in einem transparenten Behälter, aus dem die Luft bis zu einem hohen Vakuum ausgepumpt worden ist, kann man den Kristall durch entsprechende Anlegung einer Spannung zum Leuchten bringen. Die notwendige Spannung berechnet sich aus dem Gitterabstand, der gewünschten Wellenlänge des Lichtes und geht in die Formel

Ee = 1/2 mv²

ein. Je nach der Größenordnung der angelegten Spannung sind alle Farben des sichtbaren Spektrums erzeugbar, aber auch im IR- und UV- Bereich sind Emissionen realisierbar. Für den Gebrauch als farbige Segment- oder Matrixanzeigen sind sicherlich Gitterabstände nötig, die kleiner sind als 2 nm, um im chipkompatiblen Berich zu bleiben. Innerhalb eines Anzeigefeldes ist es notwendig den Kristall, der von Natur her transparent ist, auf der einen Seite mit einer reflektierenden Elektrode zu versehen und auf der anderen mit einer transparenten. Viele Erfahrungen, die in der LC-Technik gesammelt wurden, sind sicher hier übertragbar. Die Anwendungen, die sich insbesonders durch die Manipulationsfähig- und Möglichkeiten der modernen Kristallzüchtung ergeben, sind vielfältig, und es sollte gelingen, ein solch geartetes Kristall für den Displaybereich maßzuschneidern. Besonders bei Darstellungsaufgaben, bei denen die Farbe eine wichtige Rolle hat, kann hier ohne Masken, Leuchtstoffe oder Filter hantiert werden. Einsatzmöglichkeiten wären im Haushalt, in der Industrie und in der Unterhaltungselektronik gegeben. Eventuell könnten festkristalline transparente Leuchtkörper als Signalgeber auch in optischen Computern benutzt werden, wobei ihre Fähigkeit, Licht mit verschiedenen Wellenlängen zu produzieren, zu neuen Konstruktionen des optischen Computers führen kann.

Claims

1. Passive oder aktive Displays mit peripherischer, teilintegr ierter oder vollintegrierter Ansteuerung insbesondere Flüssigkeitskristallmatrixanzeigen, enthaltend eine Anzeigenzelle mit zwei zueinander parallelen, in Betrachtungsrichtung hintereinander liegenden Trägerplatten (Vorderplatte, Rückplatte), die jeweils eine rechteckige Grundfläche haben und auf ihren einander zugewandten Flächen Elektroden aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Ansteuerungselektronik bereits in einer der beiden oder auch in beiden Trägerplatten integriert ist wobei die räum lichen Ausdehnungen der Ansteuerungselektronik hauptsächlich dem Anzeigefeld entsprechen und daß
b) die Ansteuerungselektronik über Fotodioden verfügt über die mittels Glasfaser oder LED eine Datenübertragung statt findet, wobei die Fotodioden transparent gehalten sind und
c) die Ansteuerungselektronik über eine Solarzelle versorgt wird, die transparent ausgeführt ist und vornehmlich im Infrarotbereich arbeitet, und daß
d) die unter a) aufgeführte transparente Ansteuerungselektronik als transparenter Prozessor ausgeführt als Schnittstelle in optischen Computern benutzt werden kann.

2. Flüssigkeitskristallanzeige nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
oben beschriebene Anzeige modulartig zu einer größeren Anzeige zusammengefaßt werden kann, wobei die Module selbst auf eigenen Trägerplatten zwischen zwei Hauptträgerplatten (Vorderseite, Rückseite) eingefügt werden oder
die Modulartigkeit dadurch erreicht wird, daß die Hauptträger platten über Durchbrüche verfügen, die mit transparenten elektrischen Leitern aufgefüllt sind. Die Trägerplatten der einzelnen Module entfallen, wenn das Modul nicht vollintegr iert ist. Auf einer der Trägerplatten werden lediglich die Elektroden und die zugehörigen transparenten Dünnfilmtransist oren aufgebracht und die Module durch Weitertransportieren der Trägerplatte nebeneinander erstellt. Auf der Rückseite der Trägerplatte werden nun die x, y-Anschlüsse der Module zu den Seiten der Trägerplatte geführt oder
mit einer transparenten Ansteuerungselektronik verbunden, die direkt hinter dem Anzeigefeld positioniert ist oder,
mit einer nichttransparenten Ansteuerungselektronik verbunden, die direkt hinter einem verspiegelten Anzeigefeld positioniert ist.

3. Passive oder aktive Displays mit peripherischer, teilintegr ierter oder vollintegrierter Ansteuerung, insbesondere Flüssigkeitskristallmatrixanzeigen, nach einem der Ansprüche 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Elektroden einzelner Module schichtenweise voneinander durch Isolatoren getrennt sind und Ausgleichsschichten vor handen sind, die sicherstellen, daß die Orientierungsschichten verschiedener Module auf gleicher Höhe liegen und daß
die Ansteuerungsbausteine direkt auf den Anschlußkontakten des Displays positioniert sind, wobei ein leitender Klebstoff Display und Baustein verbindet.

4. Passive oder aktive Displays mit peripherischer, teilintegr ierter oder vollintegrierter Ansteuerung, insbesondere Flüssigkeitskristallmatrixanzeigen nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatten nicht hermetisch verschlossen sind, so daß ein Druck- oder/und Temperaturausgleich erfolgen kann und ein Auslaufen oder Verdunsten der flüssigkristallinen Schicht durch Membranen, Ventile oder Siphone verhindert wird, und daß
eine Verformung oder Duchbiegung der Trägerplatten durch Auf hängung derselbigen oder durch Einspannen in horizontaler und/oder vertikaler Richtung verhindert wird und eine Aufbringung eines nichtleitenden Substrates zwischen den Elektroden den nötigen Abstand zwischen den Trägerplatten sicherstellt. Durch Zugabe eines geeigneten Additives zu der flüssigkristallinen Schicht wird erreicht, daß die Trägerplatten sich vermehrt anziehen.

5. Passive oder aktive Displays mit peripherischer, teilintegr ierter oder vollintegrierter Ansteuerung, insbesondere LED Anzeigen, dadurch gekennzeichnet, daß
die Trägerplatte transparent ausgeführt ist, so daß die LEDs mit einem Laser durch die transparente Platte hindurch mit derselben kontaktiert werden können und daß
der eingesetzte LED-Streifen in der Waagerechten stets eine LED beinhaltet und in der Senkrechten ein Vielfaches.

6. Passive oder aktive Displays mit peripherischer, teilintegr ierter oder vollintegrierter Ansteuerung, insbesondere LED Anzeigen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte vorderseitig über Profile verfügt, die eine genaue Positionierung der LED-Streifen sicherstellt.

7. Passive oder aktive Displays mit peripherischer, teilintegr ierter oder vollintegrierter Ansteuerung, insbesondere LED Anzeigen, dadurch gekennzeichnet, daß
die verschiedenen Waferscheiben für die RGB Farben mit trans parenten Konstruktionsklebern verbunden werden, wobei diese Klebeschicht als optischer Körper ausgebildet ist, der das seitlich einfallende Licht zur Betrachtungsrichtung aus spiegelt, und daß
ein so entstandener Block erneut in Scheiben zersägt wird, wobei die Schnittrichtung um 90 Grad zur Lage der Wafer platten gedreht, geführt wird.

8. Passive oder aktive Displays mit peripherischer, teilintegr ierter oder vollintegrierter Ansteuerung, insbesondere LED Anzeigen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch Addition und Versatz größere Blöcke hergestellt werden können.

9. Passive oder aktive Displays mit peripherischer, teilintegr ierter oder vollintegrierter Ansteuerung, insbesondere festkristalline Anzeigen, dadurch gekennzeichnet, daß künstliche Festkristalle mit Kristallgitterknotenpunkten, die gegeneinander versetzt sind dazu benutzt werden, um selbstleuchtende Segment- oder Matrix anzeigen zu realisieren.

10. Passive oder aktive Displays mit peripherischer, teilintegr ierter oder vollintegrierter Ansteuerung, insbesondere festkristalline Anzeigen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in Anspruch 9 erwähnte Segment- oder Matrixanzeigen von rück wärtigen Elektroden angesprochen werden, die reflektierend ausgelegt sind oder transparent und dabei reflektierend hinterlegt sind und vorderseitig zur Betrachtung hin trans parent ausgeführt sind und in einem Vakuum eingeschlossen sind.

11. Passive oder aktive Displays mit peripherischer, teilintegr ierter oder vollintegrierter Ansteuerung, insbesondere festkristalline Anzeigen, die mit Kaltkathoden strahlern (Microtips) arbeiten, dadurch gekennzeichnet, daß durch die rückwärtige Platte Anschlußkontakte geführt werden, die eine Aufteilung der Gesamtmatrix in einzelne Module ermöglicht.