NL7904282A

NL7904282A - Weergeefinrichting.

Info

Publication number: NL7904282A
Application number: NL7904282A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1979-05-31
Filing date: 1979-05-31
Publication date: 1980-12-02
Also published as: EP0019976A1; EP0019976B1; CA1159167A; DE3061259D1; JPS565594A

Description

Ή,Υ. Philips1 Gloeilampenfabrieken te Eindhoven PHN 9470 1

Veergeefinrichting

De uitvinding heeft betrekking· op een weergeef inrichting bevattende een weergeefmedium tussen twee steunplaten, waarvan de ene steunplaat is voorzien van een matrix van beeldelementen, een matrix van op de ® kruispunten van elkaar geïsoleerde stripvormige rij-electroden en stripvormige kolomelectroden, welke rij-electroden en kolomelectroden zijn gelegen tussen de rijen en kolommen van de matrix van beeldelementen, een matrix van dunne film transistorschakelingen, waarbij ^ elke schakeling wordt gevormd door een eerste transistor, een tweede transistor en een condensator, van welke eerste transistor de gate met een stripvormige rij-electrode, de drain met een stripvormige kolomelectrode en de source met de gate van de tweede transistor is . verbonden, van welke tweede transistor de drain m'et een beelddement, de gate met een pool van de condensator en de source met de andere pool van de condensator is verbonden, welke source van de tweede transistor verder is verbonden met een energietoevoerelectrode, en waarvan de andere steunplaat is voorzien van een voor alle beeldelementen gemeenschappelijke tegendectrode.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een inrichting voor het aansturen van een dergelijke we ergeef inri chting.

790 4282 3»' ΡΗΝ 9^70 2 /f- ΙΛ

Een dergelijke weergeefinrichting is bekend uit het Amerikaanse octrooischrift 4,042,854. Hierin is een electroluminescerende beeldweergeefinrichting beschreven waarin een dunne film transistor matrix (in bet vervolg 5 afgekort tot TFT-matrix = Thin Film Transistor-matrix) is geïntegreerd in de weergeefinrichting. Elk element van de TFT-matrix bevat twee transistoren en een condensator.

Bij een dergelijke electroluminescerende weergeefinrichting worden de rijen van de matrix van beeldelementen achter-10 eenvolgens aangestuurd, waarbij alle elementen van een aangestuurde rij tegelijkertijd van informatie worden voorzien. De transistoren van de TFT-matrix vormen de schakelelementen, die nodig zijn voor het adresseren en van informatie voorzien van de rijen van een matrix van 15 beeldelementen. Een electroluminescerende fosforlaag vertoont geen geheugenwerking, zodat de informatie, die tijdens het aansturen mn een~rij wordt aangeboden, gedurende de tijd die nodig is voor het aansturen van de overige rijen, de zogenaamde frametijd, moet worden be-20 waard. Voor het opslaan van de informatie dienen de condensatoren van de TFT-matrix. Het inschrijven van de beeldelementen geschiedt door het aanleggen van een spanning over evenwijdig aan de kolommen van beeldelementen verlopende stripvormige energietoevoerelec-25 troden en een voor dé beeldelementen gemeenschappelijke tegenelectrode. Een gevolg van het niet hebben van geheugenwerking van de electroluminescerende fosforlaag is dat de beeldelementen continu bekrachtigd moeten worden. Een dergelijke weergeefinrichting is echter nie t geschikt .30 om toegepast te worden met een electrochroom weergeef-· medium in plaats van een electroluminescent weergeef-medium, vanwege een aantal essentiële verschillen tussen deze twee weergeefmedia. Bij een electrochrome weergeef-inrichting treedt het weergeefeffect op ten gevolge van 35 een stroomdoorgang door het electrochrome materiaal, . waarbij het contrast bepaald wordt door de tijdsduur en de grootte van de stroomdoorgang. Hierdoor is het 790 4 2 82 PHN" 9^70 3 -¾ niet mogelijk aangestuurde beeldelementen gedurende een frametijd te bekrachtigen, daar dit contrastverscMllen zou veroorzaken. Een electrochroom materiaal vertoont echter geheugenwerking, zodat het in principe mogelijk is g lijn voor lijn aan te sturen, van informatie te voorzien en in te schrijven. In dit geval kunnen de condensatoren en één transistor van elke TFT-schakeling behorend bij elk beeldelement worden weggelaten. Het inschrijven van afzonderlijke lijnen heeft echter nadelen, doordat de 10 stripvormige electroden voor de energietoevoer een vrij hoge weerstand hebben. De voor het electrochrome weer-geefeffect benodigde hoge stroomdichtheden veroorzaken namelijk een aanzienlijke spanningsval over de stripvormige energietoevoerelectroden, hetgeen aanleiding geeft tot 15 contrastverschillen. Bovendien heeft het lijn voor lijn bekrachtigen tot gevolg dat de totale tijd, benodigd voor het aansturen en bekrachtigen van alle lijnen, groot wordt, daar voor het inschrijven gedurende een bepaalde tijd een stroom door het weergeefmedium gestuurd moet worden.

20 Het is dan ook het doel van de uitvinding een weergeefinrichting aan te geven, welke geschikt is voor een electrochroom weergeefmedium, waarbij nagenoeg geen contrast verschillen optreden en waarbij een relatief korte tijd nodig is voor het inschrijven van de matrix 25 van beeldelementen.

Een weergeefinrichting van de in de aanhef genoemde soort wordt volgens de uitvinding gekenmerkt, doordat de energietoevoerelectrode wordt gevormd door een op de ene steunplaat aangebrachte, van een isolerende 30 laag voorziene geleidende laag, welke door openingen in de isolerende laag verbonden is met de source van de tweede transistor van elke dunne film transistor schakeling.Door één geleidende laag als energietoevoerelectrode te gebruiken is ten gevolge van de steak verminderde 35 weerstand de spanningsval over deze electrode aanzienlijk . lager dan de spanningsval over een stripvormige energie- electrode. Bovendien kan, omdat geen afzonderlijke 790 4 2 82 & PHN 9470 4 \ strippen meer geëtst behoeven te worden, de gemeenschappelijke energietoevoerelectrode dikker gemaakt worden. Dit heeft tot gevolg dat er nagenoeg geen contrast-verschillen meer optreden tussen ingeschreven beeldele-5 menten. De dikte van de geleidende laag is bij voorkeur gelegen tussen ongeveer 0.1ƒurn en 4yum. In een uitvoeringsvorm van een weergeefinrichting volgens de uitvinding is de geleidende laag van goud en de isolerende laag van aluminiumoxide.

10 Een weergeefinrichting volgens de uitvinding is bij voorkeur geschikt om toegepast te worden met een electrochroom materiaal als weergeefmedium' en in het bijzonder een oplossing van een viologeenzout. Het weergeven met behulp van een viologeenzout als weergeefmedium 15 is gebaseerd op een chemische reactie, waarbij gekleurde contrastrijlce beelden ontstaan.

Een geschikte inrichting voor het aansturen van een weergeefinrichting volgens de uitvinding, welke inrichting is voorzien van eerste middelen voor het aan-20 sturen van een rij van beeldelementen, tweede middelen om een aangestuurde rij van beeldelementen van informatie te voorzien, derde middelen om de informatie in te schrijven en 3tuurmiddelen voor het bekrachtigen van de eerste, tweede en derde middelen, wordt gekenmerkt, door-25 dat de stuurmiddelen achtereenvolgens voor alle rijen van beeldelementen de eerste en tweede middelen bekrachtigen en vervolgens voor alle rijen gemeenschappelijk de derde middelen bekrachtigen. In het geval de bekende weergeef-inrichting met een electrochroom materiaal en stripvormige · t. 9 30 rij- in plaats van kolomenergietoevoerelectroden is uitgevoerd en de rijen van beeldelementen achtereenvolgens per rij worden aangestuurd, van informatie voorzien en ingeschreven, dan bedraagt de totale tijd benodigd voor het aansturen en inschrijven van de rijen nxt^ + nxt^» Waarbij n het aantal rijen beeldelementen, t^ de tijd voor het aansturen van een rij en t^ de tijd voor het inschrijven van een rij is. Doordat de weergeefinrichting 790 4 2 82 PHN 9470 5 > volgens de uitvinding uitgevoerd is met één gemeenschappelijke energietoevoerelectrode is liet rij voor rij inschrijven niet meer mogelijk, daar anders contrast-verschillen optreden. De rijen van beeldelementen worden 5 nu eerst achtereenvolgens aangestuurd en van informatie voorzien, waarna alle rijen gelijktijdig worden ingeschreven. De totale tijd voor het aansturen en inschrijven bedraagt in dit geval n x t^ + t^· Hierdoor wordt, vooral voor grote matrices van beeldelementen, een aanzienlijke 10 verkorting van de inschrijftijd bewerkstelligd ten opzichte van de gebruikelijke wijze van aansturen. Bovendien komt het gelijktijdig inschrijven van alle rijen het contrast ten goede omdat alle beeldelementen gelijktijdig en even lang worden ingeschreven.

15 De uitvinding wordt. toegelicht aan de hand van bijgaande tekening, waarin figuur 1 een schematische doorsnede van een weergeefin- richting volgens de uitvinding toont, . figuur 2 schematisch de opbouw van de TFT-circuits toont, 20 figuur 3 een deel van de weergeefinrichting van figuur 1 in detail toont, figuur 4 een blokschema van een inrichting voor het aansturen van een weergeefinrichting volgens de uitvinding toont.

25

Figuur 1 toont schematisch e'en doorsnede van een weergeefinrichting volgens de uitvinding. De weergeefinrichting 1 bevat twee evenwijdige glazen-steunplaten 2 en 3» welke op afstand van elkaar gehouden worden door af sluitmiddelen 4 in de vorm van een raam waarmee de 30 inrichting 1 tevens wordt afgedicht. Op de steunplaat 2 zijn achtereenvolgens aangebracht een gemeenschappelijke energietoevoerelectrode 6 van goud, een isolerende laag 7 van aluminiumoxide en een schematisch met 9 aangegeven laag met TFT-circuits en beeldelementen. De laag 9 is via 35 openingen 8 in de isolerende laag 7 verbonden met de energietoevoerelectrode 6. Op steunplaat 3 is een door- 7904282 ΡΗΝ 9^70 6 τ **· zichtige tegenelectrode 10 van tin-oxide aangebracht. De weergeefinrichting 1 is gevuld met een diheptylviologe endibromide , dat behoort tot de groep 4,4’-dipyridinium verbindingen (viologenen). Viologenen kunnen in het 5 algemeen door de volgende chemische formule worden weergegeven: ,—^ ^ R - *N y 0 Jn+ - R, 2X~

Bij een diheptylviologeenbromide is R = en X = Br .

Het weergeef effect is gebaseerd op e-en reductie-oxidatie-^ reactie, waarvan het reactieprodukt een gekleurde onoplosbare film is. In beginsel verloopt de chemische reactie als volgt: oxidatie Br + e Br , , . . 2 + ,_ . +0

reductie A + es^A

15 A+ + Br~7^ ABr

Het neerslag van ABr heeft een paarse kleur. Opgemerkt wordt, dat viologenen op zich bekend zijn uit het boek "Nonemissive Electrooptic Displays" pagina 201-211.

De werking van de beeldweergeefinrichting zal nader worden 20 verduidelijkt aan de hand van figuur 2, waarin schematisch de opbouw van de laag met TFT-schakelingen is weergegeven. De laag bevat een matrix van stripvormige rijelectroden 20 en stripvormige kolomelectroden 21, welke op de kruispunten van elkaar zijn geïsoleerd.· De stripvormige 25 ' rijelectroden 20 vormen de adresseerelectroden en de stripvormige kolomelectroden 21 vormen de informatie-electroden van de inrichting. In elke opening van de matrix van rij— electroden 20 en kolomelectroden 21 is een TFT-schakeling 23 en een beeldelement 24 aangebracht. De TFT-schake1ingen 30 23, de rijelectroden 20 en de kolomelectroden 21 zijn bedekt met een isolerende laag, zodat alleen de eigenlijke beeldelementen 24 in direct contact staan met het electrochrome materiaal 25» Alle beeldelementen 24 hebben een gemeenschappelijke energietoevoerelectrode en een 35 · gemeenschappelijke tegenelectrode, welke schematisch met de punten 26, respectievelijk 27 zijn aangegeven.

790 4 2 82 »

Pffii 947 o 7

Elke TFT-schakeling· -wordt gevormd door twee transistoren T.., T„ en een condensator Ce * De gate 28 ld o en de source 29 van T^ zijn respectievelijk verbonden met een rijelectrode 20 en een kolomelectrode 21. De 5 drain 30 van T^ is verbonden met de gate 31 van Tg en met de condensator Cg. De source 32 van Tg en de condensator C- zijn verbonden met de voor alle beeldelementen > ·

D

24 gemeenschappelijke energie-toevoerelectrode 26, welke geaard is. De drain 33 van Tg is verbonden met een 10 beeldelement 24.

De werking van de weergeefinrichting is als volgt. Indien een rijelectrode 20 is aangestuurd, met een positieve spanningspuls, dan worden de transistoren T^, die met de aangestuurde rijelectrode 20 zijn verbonden, 15 geleidend. Dit heeft tot gevolg, dat de pulsvormige informatie, die op de kolomelectrodem21 wordt aangeboden

Cg in de condensatoren/wordt opgeslagen. Op deze wijze worden achtereenvolgens alle rijelectroden 20 aangestuurd, waarbij alle elementen van één rij tegelijkertijd via 20 de kolomelectroden 21 van informatie worden voorzien. Afhankelijk van het wel of niet aanwezig zijn van een spanning over de condensatoren Cg en dus een spanning op de gate van Tg, worden de transistoren Tg geleidend.

Hierdoor komt een geleidende verbinding tot stand tussen 25 de energietoevoerelectrode 26 en een beeldelement 24. .

Het inschrijven van de informatie geschiedt door een ten opzichte van de gemeenschappelijke energietoevoerelectrode 24 negatieve spanningspuls op de gemeenschappelijke tegenelectrode 27. Door de geleidende verbinding tussen de 30 gemeenschappelijke energie toevoerelectrode 26 en de aangestuurde beeldelementen 24 komt deze spanning over ^ deze beeldelementen 24 en de gemeenschappelijke tegen electrode 27 te staan, waardoor ter plaatse van een aangestuurd beeldelement 24 een stroom door het electro-35 chrome materiaal 25 gaat lopen en op de gemeenschappelijke tegenelectrode een gekleurde film neerslaat. Het wissen van de ingeschreven beeldelementen geschiedt, na door 79042 82 PHN 9^70 8

It een positieve spanningspuls op de stripvormige rij- en kolomelectroden de transistroren geleidend te hebben gemaakt, door middel van een positieve spanningspuls op de gemeenschappelijke tegenelectrode 27.

5 Figuur 3 toont schematisch de verbinding van de TFT-circuits met de gemeenschappelijke energietoevoerelec-trode/41 aangebracht. De laag 41 is vervaardigd van goud en heeft een dikte van 2.5yuin. Op de laag 41 is een isolerende laag 42 van aluminiumoxide met een dikte van 10 1.0ƒUm aangebracht. De laag 41 is voorzien van een aantal openingen 43. Met behulp van dunne film technieken worden in deze openingen 43 de sources 44 van elke transistor (zie fig. 2 ) aangebracht. Door het aanbrengen van één gemeenschappelijke electrode 41 wordt de •15 weerstand van deze electrode aanzienlijk verlaagd ten opzichte van afzonderlijke stripvormige energietoevoer-electroden. Een stripvormige electrode van bijvoorbeeld 1 mm breedte en 10 cm lengte heeft bij een weerstand van ongeveer 10 q een totale weerstand van 1 kil . Bij de 20 voor het electrochrome weergeefeffect benodigde hoge stroomdichtheden van bijvoorbeeld j = 10 mA/crn2 bedraagt de spanningsval over een stripvormige electrode 5 V. Door het toepassen van één gemeenschappelijke electrode 41, die bovendien dik gemaakt kan worden omdat’geen afzonderlijke 25 stripvormige electroden mee geëtst behoeven te worden, wordt de weerstand globaal met een factor 8 verlaagd. De spanningsval over bijvoorbeeld een cirkelvormige goud- electrode met een dikte van 2,5 /urn, een straal van 10 cm - 6 c\ en een soortelijke weerstand van 2,4 x 10~ XIcm bedraagt 30 bij een stroomdichtheid van j = 10 mA/cm2 ongeveer 2-3 mV. Hierdoor wordt een belangrijke verbetering van de homogeniteit van het contrast verkregen,

In figuur 5 is een blokschema voor het aansturen van de weergeefinrichting volgens de uitvinding weerge-35 geven. Met referentienummer 50 is de TFT-matrix met M

rij- en N-kolomelectroden weergegeven. De M rijelectroden van de matrix 50 zijn verbonden met een rijaftaster 51> welke gestuurd wordt door het stuurorgaan 52. Een rij 7 90 4 2 8/2. Op de glazen steunplaat 40 is een voor alle beeldelementen gemeenschappelijke energietoevoerelectrode .........

Claims

1. Neergeef inrichting bevattende een weergeefmedium 25 tussen twee steunplaten, waarvan de ene steunplaat is voorzien van een matrix van beeldelementen, een matrix van op de kruispunten van elkaar geïsoleerde stripvormige rijelectroden en stripvormige kolomelectroden, welke rijelectroden en kolomelectroden zijn gelegen tussen de 30 rijen en kolommen van de matrix van beeldelementen, een matrix van dunne film transistor schakelingen, waarbij elke schakeling wordt gevormd door een eerste transistor, een tweede transistor en een condensator, van welke eerste transistor de gate met een stripvormige rijelectrode, de 35 drain met een stripvormige kolomelectrode en de source met de gate van de tweede transistor is verbonden, van welke tweede transistor de drain met een beeldelement, de gate met een pool van de condensator en de source met de 790 42 82 PHN 9470 10 Λ* -v* •et andere pool van de condensator is vertoonden, welke source van de tweede transistor verder is verbonden met een energietoevoerelectrode, en waarvan de andere steunplaat is voorzien van een voor alle beeldelementen 5 gemeenschappen jke tegenelectrode, met liet kenmerk, dat de energietoevoerelectrode wordt gevormd door een op de ene steunplaat aangebrachte, van een isolerende laag voorziene geleidende laag, welke door openingen in de isolerende laag verbonden is met de source van de tweede 10 transistor van elke dunne film transistor schakeling.

2. Weergeefinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de dikte van de geleidende laag is gelegen tussen ongeveer 0.1^um en 4yum.

3. Weergeefinrichting volgens conclusie 1 of 2, met 15 het kenmerk, dat de geleidende laag van Au en de isolerende laag van Al^O^ is.

4. Weergeefinrichting volgens conclusie 1,.2 of 3, met het kenmerk, dat het weergeefmedium een electrochroom ‘materiaal, in het bijzonder een oplossing van een viologeen-20 zout is.

5. Inrichting voor het aansturen van een weergeef-inrichting volgens één der voorgaande conclusies, welke inrichting is voorzien van eerste middelen voor het aansturen van een rij van beeldelementen, tweede middelen om 25 een aangestuurde rij van beeldelementen van informatie te , voorzien, derde middelen om de informatie in te schrijven en stuurmiddelen voor het bekrachtigen van de eerste, tweede en derde middelen, met het kenmerk, dat de stuurmiddelen voor alle rijen van beeldelementen de eerste en 30 tweede middelen bekrachtigen en vervolgens voor alle rijen gemeenschappelijk de derde middelen bekrachtigen, 780 4 2 82 35