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Die Erfindung betrifft eine Anzeigeanordnung, die ein erstes Substrat mit
Bildelementelektroden und aktive Schaltelemente zum Ansteuern der Bildelektroden
enthält, wobei photoempfindliche Elemente wenigstens ein Halbleitermaterial der
aktiven Elemente und eine Gruppe von Auslese-Elektroden sowie ein zwischen dem
ersten Substrat und einem zweiten dem ersten Substrat gegenüberliegenden Substrat
gelegtes Anzeigematerial enthalten.
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Die Erfindung wird in einer Anzeigeanordnung angewandt, in die eine
Eingabefunktion aufgenommen ist.
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Insbesondere findet die Erfindung ihre Anwendung in einer flachen
Anzeigeanordnung mit einer Eingabefunktion, in der ein Flüssigkristallmaterial, ein
Elektrochrommaterial o.dgl. verwendet wird. Eine derartige Anzeigeanordnung mit
einer Eingabefunktion eignet sich zur Verwendung als Anordnung für
Ausbildungszwecke oder Büroautomatisierung, wie z.B. eine Kombination einer
Kathodenstrahlröhren-Anzeigeanordnung mit einem Lichtschreiber, wobei am Schirm angezeigte
Information an ihrer angezeigten Stelle gewählt und einer anderen Anordnung zugesandt werden
kann, oder Information einer Anzeigestelle am Schirm direkt eingegeben wereden kann.
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Flüssigkristall-Anzeigeanordnung, in die eine Eingabefunktion mit Hilfe
von Licht aufgenommen ist, ist aus US-A-4 655 552 bekannt.
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In einer derartigen Anzeigeanordnung sind Signalelektroden auf einem
Substrat vorgesehen, das sich an einer Seite mit einem Flüssigkristallmaterial befindet.
Ein anderes an der anderen Seite des Flüssigkristallmaterials befindliches Substrat ist
mit aktiven Elementen, Auslese-Elektroden, photoempfindlichen Elementen und mit
Abtastelektroden sowohl für die photoempfindlichen Elektroden als auch für die
Auslese-Elektroden.
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In der Anzeigeanordnung eingangs erwähnter Art muß eine wesentliche
Anzahl von Elektroden wie den Datenelektroden, den Abtastelektroden für die
photoempfindlichen Elemente und den Auslese-Elektroden auf demselben Substrat zusätzlich
zu den aktiven Elementen und den photoempfindlichen Elementen angebracht werden.
Daher ist das Herstellungsverfahren der Anzeigeanordnung kompliziert und die
Ausbeutegeschwindigkeit der Produkte ist niedrig, insbesondere da die
Auslese-Elektroden und die Abtastelektroden einander kreuzen, so daß Überkreuzungen bei der
Anordnung nach US-A-4 655 552 anzubringen sind. Da die Abtastelektroden für die
Anzeigefunktion und die für die photoempfindliche Eingabefunktion voneinander
getrennt sind, hat diese Anzeigeanordnung außerdem den Nachteil, daß eine Schaltung
zum Steuern der obigen Elektroden kompliziert ist.
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Der Erfindung liegt daher u.a. die Aufgabe zugrunde, eine
Anzeigeanordnung mit einer Eingabefunktion zu schaffen, in der die Struktur einer Schaltung auf dem
Substrat einfach ist, so daß das Herstellungsverfahren sich vereinfachen läßt und einen
hohen Produktertrag erhalten werden kann.
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Der Erfindung liegt weiter die Aufgabe zugrunde, eine Anzeigeanordnung
zu schaffen, die die Möglichkeit zum Wiedergeben eines Farbbildes hat.
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Erfindungsgemäß ist eine Anzeigeanordnung eingangs erwähnter Art
dadurch gekennzeichnet, daß jedes photoempfindliche Element sich auf eine
vorgegebene Anzahl von Bildelementelektroden bezieht, und das erste Substrat außerdem
mit einer Gruppe von Signalelektroden versehen ist, die sich in einer Zeilen- oder
Spaltenrichtung der Bildelementelektroden erstrecken und damit über die Schaltelemente
verbunden sind, und die sich in derselben Richtung wie die Ausleselelektroden
erstrecken , wobei das zweite Substrat mit einer Gruppe von Abtastelektroden versehen
wird, die sich in einer Richtung senkrecht zur Richtung erstrecken, in der die
Signalelektroden sich erstrecken, wobei die Abtastelektroden den photoempfindlichen
Elementen und Bildelementen gemeinsam sind.
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Die Abtastelektroden für die aktiven Elemente und die für die
photoempfindlichen Elementen werden jetzt auf einem anderen Substrat als das Substrat
angebracht, auf dem die obigen Elemente gebildet werden, und außerdem werden die zwei
Gruppen von Abtastelektroden zu einer Gruppe gemeinsamer Abtastelektroden
kombiniert und auf dem anderen Substrat gebildet, wobei die Schaltungen auf den
betreffenden Substraten vereinfacht werden.
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Eine Anordnung, in der die Signalelektroden und Ausleseelektroden sich
in derselben Richtung senkrecht zu den Abtastelektroden erstrecken, ist an sich aus US-
A-4 345 248 bekannt. Da jedoch an dieser Stelle Dreipolschaltelemente (TFT) benutzt
werden, müssen all diese Elektroden auf demselben Substrat angebracht werden,
zusammen mit den Schaltanordnungen und den photoempfindlichen Elementen. Die
Benutzung dieser Schalter bedeutet eine ununterbrochene Gegenelektrode ohne die
Möglichkeit des Anbringens der Abtastelektroden auf dem anderen Substrat.
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Mit der obigen Struktur vereinfacht sich die Verdrahtungsstruktur auf dem
ersten Substrat, auf dem die aktiven Elemente und die photoempfindlichen Elemente
angebracht werden, so daß das erste Substrat mit der Verdrahtungsstruktur mit einer
wesentlich hohen Ausbeutegeschwindigkeit herstellbar ist.
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Auch haben durch die Kombination der zwei Gruppen von
Abtastelektroden zu einer Gruppe gemeinsamer Abtastelektroden, die auf dem zweiten Substrat
gebildet werden muß, die Abtastelektroden die Form einfacher Streifen, so daß das
zweite Substrat mit der Schaltung mit hoher Ausbeutegeschwindigkeit herstellbar ist.
Außerdem ermöglichen es die gemeinsamen Abtastelektroden, sowohl für Anzeige- als
auch Eingabeoperationen durch das sequentielle Steuern dieser Abtastelektroden
Bearbeitungen durchzuführen. Eine Logikschaltung für die Abtastelektroden kann daher
strukturmäßig vereinfacht werden, wodurch die Möglichkeit von Fehlern in der
Anzeigeoperation infolge der Eingabeoperation verringert wird und eine gute und stabile
Anzeige erzeugt werden kann.
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Erfindungsgemäß können die photoempfindlichen Elemente derart
angeordnet werden, daß sie hauptsächlich auf andere als sichtbare Strahlung ansprechen,
wobei ein Filter zum Abblocken der sichtbaren Strahlung dementsprechend an den
photoempfindlichen Elementen in der Anzeigeanordnung an einer Bildschirmseite der
photoempfindlichen Elemente vorgesehen wird. Mit dieser Struktur spricht jedes
photoempfindliche Element nur auf Strahlung außerhalb des Bereichs der sichtbaren
Strahlung an, so daß die Eingabefunktion in der normalen Umgebung arbeiten kann und
nicht nachteilig beeinflußt wird, sogar wenn eine ganzfarbige Anzeige erzeugt wird.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der
Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
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Fig. 1 eine Draufsicht auf einen vergrößerten Anteil eines Substrats an der
Seite einer Signalelektrode in einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Anzeigeanordnung,
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Fig. 2 eine Veranschaulichung eines Querschnitts durch den Anteil nach
Fig. 1 entlang der Linie II-II,
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Fig. 3 einen Schaltplan einer Ersatzschaltung jedes aktiven Elements 1 auf
dem Substrat nach Fig. 1,
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Fig. 4 einen Schaltplan einer Ersatzschaltung jeder Photodiode 7 auf dem
Substrat nach Fig. 1,
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Fig. 5 eine Draufsicht auf ein gegenüberliegendes Substrat im
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel,
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Fig. 6 eine Veranschaulichung eines Querschnitts durch das Substrat nach
Fig. 5 entlang der Linie VI-VI,
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Fig. 7 die Veranschaulichung eines Beispiels eines im erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiel benutzten Farbfilters,
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Fig. 8 die Veranschaulichung eines Teilquerschnitts durch die
erfindungsgemäße Anzeigeanordnung,
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Fig. 9 ein Blockschaltbild einer Anzeigen- und Eingabe-Steuerschaltung
im erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel, wobei die Steuerschaltung mit den
betreffenden Elektroden auf dem Substrat verbunden ist, und
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Fig. 10 ein Zeitablaufdiagramm zur Erläuterung des Betriebs der
Anzeigen- und Eingabesteuerschaltung.
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In Fig. 1 und 2 ist ein Substrat 10 dargestellt, das auf einer der Seiten
eines Flüssigkristallmaterials in einer Flüssigkristall-Farbbildwiedergabeanordnung nach
einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel angebracht ist, wobei Fig. 1 eine
Draufsicht eines vergrößerten Teils des Substrats 10 und Fig. 2 einen Querschnitt durch
das Substrat der Fig. 1 entlang der Linie II-II darstellen. In diesen Figuren ist die Breite
jeder Elektrode in den Abmessungen übertrieben dargestellt. Das Substrat 10 besteht aus
einem transparenten Material, wie z.B. Natronglas und Quarzglas, auf dem eine
Anzahl von Bildelementelektroden 9a, 9b ... je entsprechend einem Bildelement in der
Form einer Matrix beispielsweise durch Musterung einer ITO-Schicht angebracht
werden.
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Ebenfalls sind auf dem Substrat 10 die aktiven Elemente 1a, 1b... zum
Steuern der betreffenden Bildelementelektroden. Die aktiven Elemente enthalten
Halbleiterwerkstoffe, wie z.B. a-Si und Se, und werden je als eine Ringdiode nach Fig. 3
gebildet. Außerdem ist das Substrat 10 darauf mit Signalelektroden 3a, 3b ... zum
Ausgeben von je einem Wiedergabesignal nach jenen aktiven Elementen, die einer
Spalte von Bildelementen entsprechen (in Fig. 1 ist eine Spalte von Bildelementen, die
in der vertikalen Richtung angeordnet sind). Diese Signalelektroden werden ebenfalls
derart gebildet, daß sie einer Musterung einer Metallschicht beispielsweise aus ITO und
Cr ähnlich dem Fall der Bildelementelektroden unterworfen werden.
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Das Substrat 10 ist ebenfalls mit Photodioden (photoempfindlichen
Elementen) 7a, 7b ..., um dieser Wiedergabeanordnung eine Eingabefunktion zu
erteilen, und mit an diese Photodioden angeschlossenen Auslese-Elektroden 5a, 5b ...
versehen. In diesem Fall hat jede Photodiode 7 die Form einer Ringdiode nach Fig. 4
und wird gleichzeitig mit den aktiven Elementen 1a, 1b ..., d.h. mit demselben
Verfahren, mit dem die aktiven Elemente gemacht werden. Jede der Photodioden 7 wird
für eine vorgegebene Anzahl von Bildelementelektroden 9 gebildet (für 4
Bildelementelektroden, nach Fig. 4). Die Auslese-Elektroden 5 werden ebenso gleichzeitig mit den
Signalelektroden 3a, 3b ... gebildet.
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Aus Fig. 1 ist ersichtlich, da ß das Verdrahtungsmuster auf dem Substrat
10 nur Signalelektroden 3a, 3b ... und die Auslese-Elektroden 5a, 5b ... enthält, die
parallel zu den Signalelektroden verlaufen. Das Verdrahtungsmuster hat also keine
Schnittstellen und eine ganz einfache Struktur. Daher ist die Herstellung der Signal- und
Auslese-Elektroden auf dem Substrat 10 und die der zwischen diesen Elektroden und
den Bildelementelektroden anzuordnenen Elemente viel einfacher, wodurch sich die
Ertragsgeschwindigkeit vergrößert. Mit dem Verfahren zum Herstellen des Substrats 10
wird der Bandschlitz des a-Si, die Bedingung für die Erzeugung von Schichten o.dgl. in
bezug auf die aktiven Elemente derart bestimmt, daß Lichtlecken nach diesen Elementen
beseitigt wird.
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In Fig. 5 und 6 ist ein anderes Substrat (gegenüberliegende Elektrode) 11
dargestellt, das auf der Seite gegenüber dem Substrat 10 mit zwischenliegendem
Flüssigkristallmaterial angebracht wird. In Fig. 5 ist eine Draufsicht und in Fig. 6 ein
Querschnitt des gegenüberliegenden Substrats 11 in Fig. 5 entlang der Linie VI-VI
dargestellt. In diesen Figuren ist die Breite jeder Elektrode zum Beispiel nach
Abmessung übertrieben dargestellt. Das Substrat 11 ist dabei mit aus einer transparenten
Leitschicht wie ITO hergestellten Abtastelektroden 12a, 12b ... angeordnet, wobei jede
Abtastelektrode einer Zeile von Bildelementelektroden 9 entspricht.
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In Fig. 7 ist eine Draufsicht auf einen Teil eines Farbfilters 16 dargestellt,
das für eine Farbbildwiedergabe auf dem gegenüberliegenden Substrat 11 angebracht ist.
Dieses Farbfilter 16 enthält rote (R-)Gebiete 17, grüne (G-)Gebiete 18 und blaue (B-
)Gebiete. Das restliche Gebiet 20 des Farbfilters 16 bildet ein schwarzes (BLK-)Gebiet
zum Absorbieren sichtbarer Strahlung. Das Farbfilter 16 wird mit einem bekannten
Verfahren, wie z.B. Abscheidung, auf dem gegenüberliegenden Substrat 11 angebracht.
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Das erwähnte Substrat 10, das gegenüberliegende Substrat 11 und das
Farbfilter 16 werden entsprechend Fig. 8 zum Herstellen der erfindungsgemäßen
Anzeigeanordnung zusammengestellt. In Fig. 8 ist das Flüssigkristallmaterial (ein
Anzeigewerkstoff) zwischen den Substraten 10 und 11 mit der Bezugsziffer 2
bezeichnet, und mit den Bezugsziffern 31 und 32 sind Polarisationsplatten auf den freien
Flächen der Substrate 11 bzw. 10. In diesem Fall ist die Oberfläche dieser Anordnung
an der Seite der Polarisationsplatte 31 die Vorderfläche oder die Anzeigefläche. Die
Anzeigefläche wird weiterhin an ihrer Rückseite mit einer (nicht dargestellten)
Hinterlichtquelle zum Beleuchten der Anordnung versehen, wie mit dem Pfeil B angegeben
ist. Bei 25 ist ein Lichtschreiber dargestellt, der eine LED 26 zum Emittieren eines
anderen Strahls als eines sichtbaren Strahls enthält, wie z.B. eines Infrarotstrahls.
Dieser Infrarotstrahl wird von einer Linse 27 zum Anstrahlen der Anzeigeoberfläche der
Anzeigeanordnung (siehe Pfeil A) fokussiert. Das Bestralungsbündel muß nicht zu stark
fokussiert werden. Es wird mehr bevorzugt, dem Bündeldurchmesser zwei bis drei
Millimeter hinzuzufügen, um die Detektion des Bündels zu vereinfachen und Fehlbetrieb
der aktiven Elemente zu vermeiden.
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In Fig. 9 ist ein Blockschaltbild eines Beispiels einer Anzeigen- und
Eingabesteuerschaltung für die oben beschriebene Anzeigeanordnung dargestellt. Das
Substrat 10 nach Fig. 9 ist derart angefertigt, daß jede Photodiode 7 für 6 x 8 Stück von
Bldelementelektroden 9 vorgesehen ist. In Fig. 9 sind die Knotenpunkte zwischen den
aktiven Elementen 1 und den Signalelektroden 3 mittels Punkte auf den Elektroden 3
angegeben, und die Knotenpunkte zwischen den Photodioden 7 und den Auslese-
Elektroden 5 sind Punkten auf den Elektroden 5 bezeichnet. Der Grund des obigen
Aufbaus ist, daß jede Information, ob es ein Musterbild oder ein Zeichenbild ist,
momentan auf einer Basis von Anzeigeeinheiten angezeigt wird, die aus je mehreren
Stück von Bildelementen (oder Punkten) bestehen, so daß jede Photodiode 7 für
mehrere Stück von Bildelementen statt für je eines der Bildelemente vorgesehen wird.
In Fig. 9 sind mit den Bezeichnungen 30a1, 30a2... und 30b1, 30b2...
Abtastelektrodenschaltungen zum Steuern der Abtastelektroden 12 entsprechend einem Ausgangssignal
aus einer Steuerschaltung 40 angegeben. Die Schaltungen 30a1, 30a2... steuern die
ungeradzahligen Abtastelektroden 12, und die Schaltungen 30b1, 30b2... steuern die
geradzahligen Abtastelektroden. Weiter sind Signalelektrodensteuerschaltungen 38a,
38b... vorgesehen, die entsprechend einem anderen Ausgangssignal aus der
Steuerschaltung 40 die Signalelektroden 3 ansteuern. Die Auslese-Elektroden 5 werden mit
den Abtastschaltungen 39a, 39b... verbunden, die zum Detektieren einer angestralten
Diode der Photodioden 7 vorgesehen sind. Die Steuerschaltung 40 empfängt ein
Bildsignal SD und gibt ein Stelleninformationssignal Sp zum Anzeigen einer detektierte
Stelle aus.
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Der Anzeige- und Eingabebetrieb der Anordnung mit dem obigen Aufbau
wird im weiteren beschrieben.
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Der Anzeigebetrieb erfolgt derart, daß die Abtastelektrodensteuerschaltung
30 zum sequentiellen Ansteuern der Abtastelektroden 12 gebracht werden und die
Signalelektrodensteuerschaltung 38 zum Ansteuern jener Signalelektroden 3 gebracht
wird, die den Bildelementelektroden 9 in den gewünschten Spalten entsprechen. Der
Zustand des Flüssigkristallmaterials wird also in den Anteilen entsprechend den
gewünschten Bildelementelektroden geändert, und es wird eine Bildanzeige mittels
Hinterlichtdurchgang (mit dem Pfeil B in Fig. 8) durch das Farbfilter 16 und die
Polarisationsplatte 31 erzeugt.
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Der Eingabebetrieb erfolgt durch Anstrahlen der Photodiode 7 an der
gewünschten Stelle durch das Filter 16 mit dem von dem in Fig. 8 dargestellten
Lichtschreiber 25 ausgestrahlten Infrarotstrahl zum schnellen Abschwächen des Widerstands
der angestrahlten Photodiode entsprechend ihrer Photoleitfähigkeit. Die
Widerstandsänderung wird in den Abtastschaltungen 39 detektiert, wobei die angetrahlte Stelle oder
Adresse bestimmt wird. Die Photodioden an den Stellen, an denen der Lichtschreiber 25
kein Anstrahlungsbündel abgibt, werden nicht erregt, da Außenlicht vom Gebiet 20 zum
Abblocken des sichtbaren Lichts abgeblockt wird. Daher ändert sich der
Widerstandswert jeder dieser Photodioden nicht.
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Der Betrieb des oben genannten Ausführungsbeispiels wird nachstehend
anhand des Zeitsteuerplans nach Fig. 10 näher erläutert.
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Mit Y1, Y2 ... sind Spannungswellen der an die Abtastelektroden 12
gelegten Abtastsignale bezeichnet, die den aktiven Elementen 1 zum Anzeigen und den
photoempfindlichen Elementen 7 gemeinsam sind. Also werden die Abtastsignale mit je
einer Spannung Va und einer vorgegebenen Zeitdauer sequentiell den Abtastelektroden
12 zugeführt. Bei X ist das Anzeigesignal dargestellt, das in Abschnitte mit einer
gleichen Zeitdauer in jeder Zeitperiode der Abtastspannung Va verteilt und den
Signalelektroden 3 sequentiell zugeführt wird.
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Das Abtasten der Photodioden 7a, 7b... zum Detektieren ihrer leitenden
Zustände geht wie folgt vor sich. Die Auslese-Elektroden 5a, 5b... werden in der
Zeitperiode jedes Abtastsignals Y sequentiell mit den piulsierten S1, S2... zugeführt, die
je eine negative Spitzenspannung Vc und eine positive Spitzenspannung Vb enthalten. In
dieser Zeit wird festgestellt, ob ein von jedem Impuls der Spannung Vc ausgelöster
Zufluß-Strom vorhanden ist oder nicht. In diesem Fall dienen die Impulse der Spannung
Vb zum Durchführen des Entladebetriebs.
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In den obigen Ausführungsbeispielen wird eine Ringdiode wie jedes aktive
Element zum Steuern der Bildelementelektrode verwendet. Es wird jedoch klar sein,
daß an der Stelle der Ringdioden Transistoren benutzt werden können, obgleich dies ein
komplizierteres Verdrahtungsmuster auf dem Substrat ergeben wird.
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Wenn eine Farbanzeige nicht erforderlich ist, kann eine ähnliche
Eigenschaft durch Anordnen eines Filtergebiets zum Abblocken von Außenlicht nur an der
Stelle jedes photoempfindlichen Elememnts erhalten werden.
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Aus obiger Beschreibung ist ersichtlich, daß mit der Struktur der
erfindungsgemäßen Anzeigeanordnung die auf dem Substrat zu erzeugenden Elektroden dem
Anzeigebetrieb und dem Eingabebetrieb gemeinsam sind, und die Form einfacher
Streifen haben. Außerdem weisen die auf dem Substrat zu erzeugenden Signalelektroden
und Auslese-Elektroden, wobei auf dem Substrat die aktiven und photoempfindlichen
Elemente erzeugt werden, keine Schnittstelen auf und haben also eine einfache Struktur.
Es ist daher ganz einfach, die Schaltungen auf den betreffenden Substraten zu bilden,
die es möglich machen werden, die Anzeigeanordnung mit einer hohen
Ausbeutegeschwindigkeit herzustellen.
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Da die Abtastelektroden den Anzeige- und Eingabefunktionen gemeinsam
sind, können außerdem diese Elektroden mit einer einfachen Logikschaltung angesteuert
werden, die möglichen Verwechslungsbetrieb in den Logikschaltungen für die Anzeige
und das Abtasten vermeidet. Die einfache Logikschaltung kann ebenfalls mögliche
Fehler im Anzeigebetrieb vermeiden, die vom Eingabebetrieb ausgelöst werden.