DE8717791U1 - Farbbildschirm - Google Patents

Description

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Helmut Binder BIN 1/87

7000 Stuttgart 61

Farbbildschirm

Die Erfindung bezieht sich auf einen Farbbildschirm nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie er beispielsweise für Fernseh- oder Comuterbildschirme Verwendung findet.

Die bislang als Bildschirm verwendete Katodenstrahlröhre weist große Nachteile auf, wie Implosionsgefahr, hohes Gewicht, großes Volumen, großer Bauaufwand, hoher Energieverbrauch, sowie große Bautiefe. Daher sind praktisch alle Hersteller von Furbbildschirmen darum bemüht, die Katodenstrahlröhre durch neuartige Bildschirme zu ersetzen, welche diese Nachteile nicht aufweisen, jedoch deren Vorteile, wie guter Farbkontrast, hohes Auflösungsvermögen, hohe Ansteuerungsgeschwindigkeiten und kleine Pixel (Rastersegmente), besitzen. Diese Entwicklungsbestrebungen führten zu relativ flachen Bildschirmen, den sog. flat panels. Die derzeit in einem Entwicklungsstadium am weitesten fortgeschrittenen flat panels sind beispielsweise Flüssigkristallbildschirme, Elektroluminis?enzbildschirme und Plasmabildschirme.

Die Flüssigkristallbildschirme (LCD-Bildschirme) weisen den Nachteil auf, daß sie große Pixels aufweisen, mit geringer Ansteuerungsgeschwindigkeit, wodurch ein relativ schlechter Kontrast und ein schlechtes Auflösungsvermögen gegeben ist. Farb-LCD-Bildochirme sind zudem nur mit sehr hohem Bauaufwand, komplizierter Herstellung und somit hohen Kosten, rea-1 isierbar.

Die bekannten Luminiszenzbildschirme (siehe IBM EF 17; IEEE

SPECTRUH January 1985, S. 52 ff., 65; Fig. 2) weisen Rastersegmente (Pixel) auf, bei welchen jeweils eine aktive, z. B. manganhaltige, luminiszierende Schicht zwischen zwei Elektroden angeordnet ist. Wenn eine Spannung angelegt wird, dann werden die Manganatome erregt und strahlen Licht aus, welches durch die äußere transpartente Elektrode hindurchdringt. Die an die aktive Schicht anzulegende Spannung ist jedoch relativ hoch, wodurch Isolationsprobleme entstehen. Zudem werden nur kleine Ansteuerungsgeschwindigkelten erreicht. &Agr;&igr;;.&eegr; ist die Herstellung komplizieit.

Die bekannten Plasmabildschirme schließlich erlauben keine Farbbilder. Sie erfordern hohe Herstellungskosten, einen hohem Energieverbrauch, weisen ein großes Gewicht auf und sind nicht geeignet für die Luft- und Raumfahrt.

Im Allgemeinen werden folgende Forderungen an den "idealen Bildschirm" gestellt:

- Kontrast besser als 20/1 und Zeilendichte größer als 125 Zeilen/inch,

- Möglichkeit sowohl von alphanumerischen, als auch graphischen Darstellungen,

- Darstellbarkeit verschiedener Grauschattierungen,

- klare Sichtbarkeit unter verschiedenen Betrachtungswinkeln,

- gesättigte Farbdarstellung, Langlebigkeit, geringer Energieverbrauch, geringe Spannungen,

- geringe Bautiefe (flat panel), und

- geringes Gewicht,

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Farbbildschirm bereitzustellen, welcher möglichst viele dieser Forderungen erfüllt, insbesondere eine bessere Bilddarstellung, sowie eine flachere Bauweise, bei wirtschaftlicher und sichersr Herstellmöglichkeit.

Diese Aufgabe wird durch einen Farbbildschirm mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung macht sich ein an sich bekanntes physikalisches Phänomen zunutze und zwar die Tatsache, daß an annähernd parallelen, zumindest leicht spiegelnden Grenzflächen einer dünnen, transparenten Schicht bei Einfall von weiGem Licht Mischfarben aus der Schicht austreten. Um Rasterbilder herzustellen, wird erfindungsgemäO diese Schicht in eine Vielzahl kleiner Segmente unterteilt, die ihre Dicke unabhängig voneinander verändern können. Dadurch können verschiedene Mischfarben erzeugt werden, so daß die einzelnen Segmente sich zu einem Farbbild zusammensetzen.

In konkreter erfindungsgemäßer Ausfüi rungs form bestehen die einzelnen Segmente der aktiven Schicht aus einer lichtdurchlässigen, dünnen Schicht mit spiegelnden, halbdurchlässigen, elektrisch aufladbaren, planparallelen Oberflächen. Diese Schicht ist aus einem Material (z. B. piezoelektrische Kristalle, verformbare Makromoleküle o. ä. Materiale mit diesen Eigenschaften) hergestellt, welches sich beim Einwirken einer äußeren Kraft, welche mechanisch, hydraulisch oder durch gegensätzliche Polung der Oberflächen (Anlegen eines elektrischen Feldes) entsteht, in ihrer Dicke verändert. Hierdurch werden Wellen anderer Wellenlängen zum Interferieren gebracht, wodurch neue Mischfarben entstehen.

Der erfindungsgemäße Farbbildschirm kann, bedingt durch seine Bauweise, die meisten der weiter oben aufgeführten Forderungen an Bildschirme besser erfüllen, als die bisher bekannten flachen Bildschirmsysteme. So ist die Herstellung einfacher als bei den bekannten flat panels, da der erfindungsgemäße "Interferenz"-Farbbildschirm nur aus im wesentlichen vier Hauptschichten besteht, nämlich Leuchtstoff (Lichtquel-

Ie), Trägerglas, dickenveränderliche aktive Schicht, Schutzglas (oder aus drei Schichten bei direkter Beschichtung des Schutzglases) .

Die notwendigen Herstellungstechniken wie Ätzen, Lithographieren, Ablagern, Bedampfen usw. sind bereits seit Jahren in anderen Technologiebereichen ausreichend eingeführt. Die piuziäe A &eegr; ä t 6 ü &thgr; f ü &Pgr; y u 8 &Ggr; 6 i &Ggr;&igr; Z &bgr; &khgr; &Ggr;&igr; 6 &Ggr;&igr; S c Q &pgr;&igr; &thgr; &Ggr;&igr; &igr;. 6 i 5 &igr;. 6&ugr;6&Ggr;&igr;&Ggr;&udiagr;&khgr;&khgr;5 Stand der Technik und kann zur Bildqualitätsverbesserung auch als Rückkopplungsschaltung ausgeführt werden. Durch den einfachen Aufbau des erfindungsgemäGen Bildschirms kann die GröGe der Segmente und ihrer Zwischenräume sehr klein gehalten werden. Dadurch wird eine hohe Zeilendichte und ein guter Bild- und Farbkontrast erreicht.

Der erfindungsgemäße Interferenzfarbbildschirm verbraucht nur geringe Energiemengen, da Energie lediglich zur Veränderung der dünnen Schicht und zu ihrer Durchleuchtung benötigt wird. Er arbeitet mit nur geringen Spannungen. Die Segmente reagieren dabei sehr schnell, da Dickenveränderungen lediglich nanometergroG (nm) sind. Die Segmente bleiben so lange in ihrer Position, bis sie ein neuer Befehl erreicht.

Es besteht auch die Möglichkeit, den Interferenz farbbildschirm so auszuführen, daß er vorhandenes Licht, z. B. Tageslicht, moduliert, wenn ausreichend davon vorhanden ist oder/ und selber Licht ausstrahlt, wo l*ein Licht oder nicht ausreichend Licht vorhanden ist.

In einer anderen Weiterbildung des Erfindungsgedankens sind die einzelnen Segmente aus jeweils zwei auf der gleichen Längsachse befindlichen, beweglichen, relativ kurzen Glasfaserstücken aufgebaut. Die Enden dieser Glasfaserstücke stehen planparallel zueinander in geringem Abstand. Sie können durch mechanische; hydraulische oder elektrische Kräfte gegeneinan-

der bewegt werden. Der Abstand zwischen den Stirnflächen der Glasfasern bildet die aktive Segmentschicht, die als Luftspalt oder als transparenter, dazwischengeschobener Kunststoff ausgebildet sein kann.

Durch die Änderung der Dicke des Luftspaltes oder durch elastisches Zusammenpressen des Kunststoffes zwischen den Giasfaserenden entstehen neue Mi suit Farben.

ErfindungsgemäO sind beide, an der dickenveränderlichen Schicht applizierten Elektrodenschichten transparent, so daß das Licht durch Elektroden und Schicht hindurchtreten kann. Die weiße Lichtquelle ist hinter der aktiven Schicht der Bildpunkte angeordnet. Die aktive Schicht selber, mit aufgebrachten Elektrodenschichten, kann dabei auf der Außenseite einer transparenten Trägerplatte appliziert sein, beispielsweise auf einer Glasplatte. Die vor dieser Schicht befindliche transparente Schutzplatte, beispielsweise eine Glasplatte, sollte dabei so beabstandet sein, daß zwischen der äußeren Oberfläche der aktiven Schicht und der Innenfläche der Schutzplatte ein größerer lichter Abstand vorhanden ijt, welcher beispielsweise einige Male größer ist als die Dicke der aktiven Schicht, um zusätzliche, unerwünschte Interferenzen und damit Farbfälschungen zu vermeinden.

Um zusätzlich zu verhindern, daß sich die aktiven Schichten der ganz nah aneinanderliegenden Rastersegmente direkt seitlich beeinflussen, können die aktiven Schichtsegmente in an sich bekannte Wabenkkörper hineinreichend angeordnet sein. Das heißt, der Zwischenraum zwischen den beiden transparenten Glasplatten, nämlich der Trägerplatte und der Schutzplatte ist durch einen Wabenkörper ausgefüllt. In jede Wabe des Wabenkörpers ragt ein aktives Segment hinein.

In einer anderen Weiterbildung vies Erfindungsgedankens kann

die aktive, dickenveränderliche Schicht direkt auf der Innenfläche der äußeren Schutzplatte aufgebracht sein. Hierdurch entfällt die innere Trägerplatte. Auch muß kein zusätzlicher Abstand zwischen der aktiven Schicht und Schutzplatte eingeholten werden, um zusätzliche Interferenzen zu vermeiden, wodurch insgesamt einn maximal vereinfachte und gleichzeitig flache Bauweise erzielt wird.

Es wird nochmals auf die großen Vorteile des erfindungsgemäßen "Interferenz"-Farbbildschirms hingewiesen werden, nämlich auf die besonders flache, platzsparende Bauweise und die Möglichkeit, Farbbilder mit gutem Bild- und Farbkontrast herzustellen. Auch das Auflösungsvermögen sehr großflächiger Bildschirme IjQt sich durch Größe und Zahl der Segmente der aktiven Schicht in hervorragender Qualität herstellen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung durch einen " Inter ferenz"-Farbbildschi r ir.,

Fig. 2 eine noch zusätzlich vergrößerte Schnittdarstellung durch ein jey.nent der dickenveränderlichen Schicht, in der Ausführung mit beispielsweise einem Piezokristall als Schichtelement,

Fig. 3 einen schematisch dargestellten Schnitt durch ein Schichtelement, in welchem die dickenveränderl>ehe Schicht durch den Abstand zwischen zwei kua .j.alen Glasfasern bestimmt wird, und

Fig. U eine schematische Darstellung eines Querschnittes

durch einen "Interferenz"-Farbbildschirm nach der Erfindung in zweiter Ausführung, mit direkt auf der Schutzschicht aufgebrachter aktiver Schicht.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, weist der erfindungsgemäße "Interferenz"-Farbildschirm (flat panel) eine hinter einer Schuczglasplatte 1 in Abstand angeordnete, transparente Trägerglasplatte 2 auf. Auf dieser Trägerglasplatte 2 ist auf der zu der Schutzglasplatte 1 und damit nach außen in Richtung des Betrachters hin weisenden Oberfläche eine dickenveränderliche, aktive Schicht 3 angeordnet, welche aus vielen kleinen, separat dickenveränderlichen Rastersegmenten 10 besteht. Diese Segmente 10 reichen ihrerseits jeweils in ein Wabenelement eines an sich bekannten Wabenkörpers 7 hinein, welcher den Abstand zwischen den beiden Glasplatten ausfüllt.

Hinter der Trägerglasplatte 2 ist eine weiQe Lichtquelle 8 vorgesehen, welche z. B. aus Leuchtstoffröhren einer Leuchtstoffplatte o. ä. bekannten Elementen zusammengesetzt ist, die eine gleichmäßige Ausleuchtung der Schicht und damit des gesamten Bildschirms sicherstellen. Um das Licht der Lichtquelle 8 zu intensivieren, kann die Lichtquelle 8 nach hinten hin durch einen Spiegel 9 begrenzt werden.

Aus Fig. 2 wird der konkrete Aufbau eines Rastersegments 10, welches hier als dickenveränderliches Element, beispielsweise ein piezoelektrisches Kristall besitzt, gut sichtbar. Das auf der T rägercjlasplatte 2 aufgebrachte Element 10 ist an seinen beiden Flachseiten mit transparenten Elektrodenechlchten (z. B. SnO2) 4, bzw. 5 versehen und mit der einen Elektrodenschicht direkt an der Trägerschicht 2 aufgebracht bzw. angeklebt. Die beiden Elektrodenschichten 4, 5 sind jeweils mit einer Stromquelle 6 verbunden. Jedes Segment 10 reicht in eine der senkrecht zu der Glasplattenerstreckung sich ausdehnenden Wabe der Wabenschicht 7 hinein. Der Abstand zwi-

schen der äußeren Oberfläche des Segments IO und der inneren Fläche der Schutzplatte 1 kann als Dehnungsabstand "1" bezeichnet werden und ist um ein Vielfaches größer als die Dicke "d" des dickenveränderlichen Segments 10.

Die Strahlen der weißen Lichtquelle 8 treten relativ parallel aus und durch die transparente Trägerplatte 2 hindurch, ¹Jm bei Auftreffen auf die beiden äußeren planparallelen Oberflächen des Segements 10 in an sich bekannter Weise gebrochen zu werden und zu Interferenzerscheinungen zu führen, so daß die durch die Waben und das Glas 1 hindurchtretenden Lichtstrahlen bzw. Wellen, eine farbige Zusammensetzung aufweisen.

In dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Schicht zwischen den beiden Glasplatten 1 und 2 eine Menge kurzer Glasfasern 11 auf, welche jeweils aus zwei koaxialen (ilasfaserstümpfen bestehen, deren planparallele Stirnflächen sich auf sehr kurzem Abstand gegenüberstehen. Zwischen den Stirnflächen, die mit einer transparenten Elektrodenbeschichtung 12 versehen sind, ist die dickenveränderliche Schicht 3 angeordnet, die in diesem Ausführungsbeispiel als elastische Kunststoffschicht 13 ausgebildet ist. Sie kann jedoch auch eine einfache Luftschicht sein, wobei dann jedoch der Abstand zwischen den Stirnflächen durch unterschiedliche, hier nicht weiter zu behandelnde Mittel, in veränderlicher Weise gewaht werden muß. Durch die Elektrodenbeschichtung 12, dit mit unterschiedlichen Spannungen beaufschlagt werden kann, können Anzugskräfte zwischen den beiden Stirnflächen der Glasfaser-Leile erzeugt werden, die die Dicke "d" der Interferenzschicht im Verhältnis zum angelegten Potential verändern. Auch hier kann jeweils ein Glasfaserpaar 11 mit zwischengeordneter aktiver Schicht 3 bzw. 13 jeweils in einer Wabe einer Wabenschicht 7 eingebettet sein.

In Fiy. A ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsge-

mäßen Farbbildschirms dargestellt. Hier ist die aktive Schicht 3 mit ihren dickenveränderlichen Segmenten (10) direkt auf der Innenfläche der Schutzglasplatte 1 aufgebracht. Das Licht der flächigen Lichtquelle 8 trifft direkt auf die Innenflächen der Segmente (10) auf und tritt dann durch diese und anschließend durch die Glasplatte direkt hindurch. Hierdurch muß kein großer Zwischenraum zwischen der Schicht 3 und der Platte 1, zur Vermeidung von zusätzlichen Interferenzen gewahrt werden. Auch wird durch Weglassen der zusätzlichen, inneren Trägerglasplatte eine noch kompaktere und dünnere bzw. ein noch kompakterer und dünnerer Bildschirm erhalten.

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Helmut Binder BIN 1/87

Stuttgart 61

Bezugszeichenliste Fa rbbildschi rm

1. Schutzglasplatte

2. Trägerglasplatte 3 . aktive Schicht

U. Elektrodenschicht

5. Elektrodenschicht

6. StromquelIe

7. Wabenkörper

8. weiße Lirhtquelle

9. Spiegel

10. Rastersegment

11. Glasfaser

12. Elektrodenbeschichtung

13. Kunststoffschicht

Claims (1)

1. Helmut Binder BIN 1/87

   7000 Stuttqart 61

   Farbbildschi rm

   •P—a—fc—e—&eegr;—t-a nsprüche

   1. Farbbildschirm, dessen jeweils vor einer Schutzplatte angeordnetes Rastersegment (Pixel) je eine zwischen zwei Elektrodenschichten angeordnete aktive Schicht aufweist, wobei die äuGere E loktrodenschicht transparent ist,

   dadurch gekennzeichnet,

   - daß die aktive Schicht (3) eine transparente, dickenveränderliche Rastersegmentschicht (10) ist, mit lichtdurchlässigen und gleichzeitig teilweise spiegelnden planparallelen Flächen, und

   - daß beide Elektrodenschichten (4, 5) transparent sind, so daß durch die aktive Schicht (3, 10) hindurchtretendes, weißes Licht, je nach angesteuerter Dicke (d) des Schichtsegments (10) und der Ausnützung von Interferenzerscheinungen des hindurchscheinenden Lichts, mit anderer Farbe austritt.

   2. Farbbildschirm nach Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet, daß eine weiße Lichtquelle (8) hinter der aktiven Schicht (3 bzw. 10) angeordnet ist und daß die aktive Schicht auf einer inneren, transparenten Trägerplatte (2) aufgebracht ist.

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   3. Farbbildschirm nach Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtsegmente (10) der dickenveränderlichen Schicht (3) piezoelektrische Kristalle sind.

   1111 naiil niiopiuL!

   dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung zusätzlicher Interferenzen der Abstand (1) zwischen den Piezokristallsegmenten (10) und der äußeren Schutzglasplattc (1) wesentlich größer ist als die Dicke (d) des Segments.

   5. Farbbildschirm nach Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Schicht (3 bzw. 10) der veränderliche Abstand (1) zwischen den Stirnflächen zweier zueinander koaxial angeordneter Glasfasern (11) ist.

   6. Farbbildschirm nach Anspruch 5,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnflächen der Glasfaser (11) jeweils eine transparente Elektrodenbeschichtung (12) aufweisen.

   7. Farbbildschirm nach Anspruch 5,

   dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Stirnflächen der Glasfasern (11) mit transparentem, flexiblem Kunststoff (13) ausgefüllt ist.

   8. Farbbildschirm nach Anspruch 2,

   dadurch gekennzeichnet, daß die weiße Lichtquelle (8) eine gleichmäßige, flächige Lichtquelle ist, die gleichmäßiges,

   paralleles Licht auf den gesamten Bildschirm abgibt.

   9. Farbbildschirm nach den Ansprüchen 2 und 8,

   dadurch gekennzeichnet, daß zur Verstärkung der Intensität der Lichtquelle (8) auf der von der aktiven Schicht (3) abgewandten Seite der lichtquelle (8) eine Spiegelfläche (9) vorgesehen ist.

   10. Farbbildschirm nach Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Segmente (10) der Schicht (3) jeweils in die Waben einer an sich bekannten Wabenschicht (7) hineinreichen.

   11. Farbbildschirm nach Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (10) der aktiven Schicht (3) aus verformbaren Makromolekülen bestehen.

   12. Farbbildschirm nach Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet, daß die dickenveränderliche Schicht (3 bzw. 10) direkt auf der Innenseite der Schutzglasplatte (1) aufgebracht ist.