Гнучкий матричний тонкоплівковий плетений електролюмінесцентний екран

Винахід, що пропонується, належить до пристроїв відображення інформації, зокрема, до тонкоплівкових матричних електролюмінесцентних екранів, що виконуються на гнучкій плівковій основі. Електролюмінесцентний тонкоплівковий екран в загальному вигляді уявляє собою багатошарову стр уктур у (електролюмінесцентний конденсатор), яка містить в собі електролюмінесцентний шар, розташований між двома електродами, як мінімум один з яких є прозорим для виводу випромінювання, та струмообмежуючими шарами діелектриків, як мінімум одного з кожного боку між електродами і електролюмінесцентним шаром. На растр взаємноперпендикулярних електродів (отже і на відповідні електролюмінесцентні конденсатори) подається напруга, яка перевищує порогове значення [що відповідає напруженості поля в електролюмінесцентному шарі (1¸2)*106В/см], при цьому виникає світіння та формується оптичне зображення, яке сприймається глядачем. Зміна матеріалу електролюмінесцентного шару, який використовується в екрані, призводить до зміни яскравості та кольору світіння, а зміна у конструкції та структури екрану призводить до змін його оптичних властивостей. Широко відомі тонкоплівкові електролюмінесцентні матричні екрани, що виконуються на твердих підкладках із скла або кераміки. Їх структура виконується способом вакуумного чи хімічного осадження плівок, а растри електродів одержуються способом фотолітографії. Дані екрани відрізняються достатньо високою яскравістю випромінювання, але мають обмеження в розмірах, пов'язані з процесами напилення та фо толітографії, а також з розмірами підкладки і її обробкою. Відомі екрани, що виготовляються на основі гнучких полімерних плівок, зокрема, світловипромінюючих полімерів (СВП-LEP), наприклад описані в патенті USA №5.399.502. Матеріал екрану містить в собі напівпровідниковий СВП шар, ламінований двома провідними шарами. Шари сформовані напиленням чи розпиленням, що встановлює принципові обмеження на розмір дисплею. Малюнок растрів керуючих електродів (аналогічно описаному вище) формується з двох провідних шарів за допомогою літографії, яка теж обмежує розміри пристрою. Обмеження розмірів, в основному, долаються в гнучких екранах, які виконуються з двох наборів волокон у вигляді двомірних ґрат, як показано, наприклад у патентах USA №5.962.967 та USA №6.072.619. Кожне волокно містить поздовжній провідник. Волокна, у крайньому разі, одного ряду покриваються світловипромінюючою чи іншою активною речовиною. Елемент дисплею (піксель) формується на кожному перетині волокна одного ряду з волокном другого ряду. Двомірні грати можуть бути сформовані за допомогою накладання волокон одного ряду (растру) на другий ряд (растр), але переважно, щоб два набори волокон були сплетені в тканій структурі. Волокна можуть мати круглий або плоский поперечний переріз. Процес виготовлення волокон не накладає обмежень на їх ширину та довжину. Ось чому за використання традиційних ткацьких методів можуть бути отримані гнучкі екрани великих розмірів. При формуванні растрів провідних електродів або електролюмінесцентного матеріалу у випадку тканих екранів не використовуються методи літографії або фотолітографії, оскільки структура матриці створюється при плетінні або накладанні волокон, що дозволяє одержувати матриці з достатньо однорідними відстанями. Ткані екрани при цьому є ще й більш легкими та гнучкими. Тканий екран, виготовлений з набору плоских волокон або смуг, які переплачуються, описано в патенті WO 99/19858. Один з наборів може повністю складатися з волокон готової смугастої стр уктури без одного з електродів, тоді як другий набір складається з провідних інформаційних волокон чи обидва набори можуть складатися з готової структури та провідної смуги. Інформаційне волокно у даному випадку має задній провідний шар, проміжний люмінесцентний та передній провідний шари. Дисплейні елементи формуються на перетинах, де провідна смуга контактує із заднім провідним шаром дисплейної смуги. У такому дисплеї для розділення інформаційних смуг тканої структури використовуються додаткові конструктивні нитки, які чергуються з рядковими та стовпчиковими інформаційними смугами, і не несуть інформацію. Всі ткані та неткані вищезгадані екрани мають суцільні стрічкові нитковидні електроди і являють собою, в основному, гр упу порошкових електролюмінесцентних приладів зі структурою електрод - люмінесцентний шар зі зв'язуючим - електрод. Даний тип екрана є простим у виготовленні, але має відносно невисокі яскравість, контрастність, термін служби та крутість вольт-яскравісних характеристик, що робить неможливим створення на його основі повнорозмірних телевізійних екранів з необхідною яскравістю та необхідним числом її градацій. В основу винаходу поставлене завдання створення гнучкого матричного тонкоплівкового плетеного електролюмінесцентного екрану, в якому завдяки використанню тонкоплівкової технології одержані дисплейні пікселі з великою площею випромінювання та великим кутом обзору та за рахунок цього можливо виробництво дисплейних гнучких екранів (за відомими ткацькими технологіями), не маючих обмежень за розмірами і з реально необхідними оптичними параметрами. Поставлене завдання вирішується тим, що в гн учкому матричному тонкоплівковому плетеному електролюмінесцентному екрані, який містить системи паралельних одне одному інформаційних волокон першого типу та системи паралельних одне одному інформаційних волокон другого типу, в якому перша та друга системи взаємноперпендикулярні; з використанням конструктивних ниток, які не несуть інформацію, згідно з винаходом інформаційне волокно першого типу складається з несучої гн учкої стрічки-підкладки з послідовно розташованими на ній прозорим провідним шаром, двома шарами діелектрика, електролюмінесцентним шаром, двома шарами діелектрика, металічним провідним шаром, а інформаційне волокно другого типу складається з гнучкої плівки-підкладки з нанесеним на неї металічним шаром; при цьому перший та другий типи волокон мають омічний контакт між своїми металічними шарами в зоні перетину волокон і створюють екран зі структурою одиничних пікселів, причому верхній металічний шар інформаційних волокон першого типу має розриви в зоні перетину з те хнологічними нитками. У конкретних випадках реалізації винаходу металічні шари волокон першого та другого типів можуть бути з'єднані один з одним струмопровідними сумішами клею, пасти, компаунду, металу або під зовнішнім впливом тиску, температури, опромінювання. Стрічки-підкладки інформаційних волокон першого та другого типів армовані металічними провідниками, розташованими вздовж цих стрічок-підкладок. Ці провідники повинні мати омічний контакт з прозорим провідним шаром інформаційного волокна першого типу та металічним шаром інформаційного волокна другого тип у. Армуючий металічний провідник може мати в перерізі будь-яку конфігурацію, повинен бути виготовленим з будьякого низькоомного матеріалу. Розташовують провідник як поблизу поверхні, так і в об'ємі стрічки-підкладки. Металічний армуючий провідник в деяких випадках виконує роль стовпчикового електроду матричного екрана. З боку тонкоплівкової структури стрічка-підкладка уявляє собою площину, а з боку виведення випромінювання має опуклу форму або площину з заокругленими вінцями. У деяких випадках ширина прозорого провідного шару інформаційного волокна першого типу виконується меншою від плівки-підкладки та інших шарів люмінесцентної структури. Інформаційне волокно першого типу може мати підкладку, яка виконується з плівкового світлофільтра. Іноді цей плівковий світлофільтр може використовуватись в додаток до основної плівки-підкладки. Можливе використання плівкового світлофільтра різних відтінків для корекції та одержання RGB-кольорів. В деяких випадках реалізації технічного рішення кольорові RGB світлофільтри розташовують вздовж відповідного інформаційного стовпчикового волокна. Стислий опис винаходу. На Фіг.1 зображено варіант плетіння матричного екрана (вид з боку виведення випромінювання). На Фіг.2 (а, б, в) зображені варіанти плетіння матричного екрану. На Фіг.3 зображена структура одиничного пікселя на основі перетину двох ін формаційних волокон. На Фіг.4 зображені структури та зони перетину інформаційних волокон першого і другого типів, а також розташування технологічних ниток. На Фіг.5 зображена форма поверхні несучих стрічок інформаційних волокон першого типу без та з додатковими світлофільтрами в перерізі. На Фіг.6 зображена структура інформаційного волокна другого типу. На Фіг.7 зображені можливі місця розташування волокна першого типу. Відповідно з даним винаходом створюється гнучкий матричний тонкоплівковий електролюмінесцентний плетений екран, який складається, як показано на Фіг.1 та 2, з інформаційного волокна першого типу (1), інформаційного волокна другого типу (2) та те хнологічних ниток (3). Інформаційні волокна (1) розташовані паралельно одне одному і в одній площині. Інформаційні волокна (2) також паралельні одне одному, але в другій площині. Відносно одне одного інформаційні волокна першого (1) та другого (2) типів взаємноперпендикулярні і стикаються одне з одним, створюючи в зоні перетину та стикання структур у матричного тонкоплівкового електролюмінесцентного екрану. Кожне таке перетин-стикання уявляється одиничним елементом матричного екрану - пікселом. Технологічні нитки (3) розташовані проміж і вздовж інформаційних волокон як першого (1) так і другого (2) типів. Вони не несуть інформацію, але беруть участь в плетінні екрану, виконуючи роль ізоляторів та обмежувачів розтягнення за рахунок механічної тривкості. Технологічні нитки уявляються елементами, які механічно піджимають інформаційні волокна (1,2) один до одного, і тим самим забезпечують механічну тривкість їх з'єднання у вертикальному напрямку. Структура інформаційних волокон першого (1) та друго го (2) типів різна (Фіг.3). Структура інформаційного волокна складається з несучої гн учкої прозорої стрічки-підкладки (4) органічного походження, наприклад, поліетилентерефталента, полівинилхлорида, політетрафторетилена, цианетилцелюлози та ін., завтовшки (10-100)мкм, армованою металічним провідником (5). На стрічці-підкладці (4) інформаційного волокна першого типу (1) послідовно розташовані: шар прозорого провідного матеріалу (6), двошаровий діелектрик (7), електролюмінесцентний шар (8), двошаровий діелектричний шар (9) та металічний шар (10). Шар прозорого провідного матеріалу (6) може бути з оксиду індія-олова (ІТО), оксиду олова, оксиду цинку та ін., завтовшки (0,1¸0,5)мкм, або з прозорого металу (золото, срібло, нікель, хром та інш.) завтовшки (0,2¸0,1)мкм, або з провідних полімерів. Двошаровий діелектричний шар (7) складається з двох різних діелектриків, наприклад: SiO2-Si3N4, SiO2-TiO 2, Аl2О 3-АlNdО3, ZrO 2-TiO2 .Ta інші, з товщиною обох шарів (0,1-0,4)мкм. Електролюмінесцентний шар (8) завтовшки (0,4¸1,0)мкм виконується з сульфіду цинку, кальцію, стронцію, сульфідів інших матеріалів, оксидів та оксисульфідів, у тому числі рідкоземельних елементів, легованих рідкоземельними елементами, їх оксидами, фторидами, хлоридами, бромідами та іншими матеріалами, наприклад, Сu, Μn, Ag-, Ga та інші. Другий двошаровий діелектрик (9) завтовшки (0,1-0,4)мкм, також як і шар (7), складається з сполучення двох різних діелектричних матеріалів. Підбір сполучень діелектричних матеріалів в шарах виконують виходячи з принципу кращої сумісності один з одним, електричної міцності, прозорості, умов виведення випромінювання, тощо. Металічний шар (10) - це, як правило, алюміній або інший метал завтовшки (0,01-0,5)мкм, який являється завершальним шаром електролюмінесцентної М-Д-П-Д-М структури інформаційного волокна першого типу (1). Інформаційне волокно другого типу (2) складається з гнучкої органічної стрічки - підкладки (13) з матеріалів аналогічних плівці (4) та металічного шару (11) завтовшки (0,1-0,5)мкм, переважно з Аl, Ni, Cr або інших металів чи сплавів. Гнучкі плівки-підкладки, які є несучими елементами інформаційних волокон обох типів (1, 2), армовані металічними провідниками (волокнами, фольгами та ін.), що підвищують їх механічну тривкість та уявляють собою електроди як інформаційного волокна першого типу (5), так і другого (12). Дані електродні елементи (5, 12) можуть бути розташовані як на поверхні стрічок - підкладок (4, 13) так і в їх об'ємі (останнє переважливо). Розташовані дані електроди вздовж всієї довжини стрічок-підкладок і мають обов'язковий електричний та оптичний контакти (бажано по всій довжині електроду) з відповідним провідним шаром інформаційних волокон. Так електроди (5) - з шаром (6), а електроди (12) - з шаром (11). Діаметр перерізу та форму електродів (5, 12) вибирають виходячи з конструктивних вимог матричного екрану і, як правило, діаметр - (10¸100)мкм, а форма електродів в перерізі - коло, овал або прямокутник. Як відображено на Фіг. 4, провідний шар (10) інформаційного волокна першого типу (1) має розриви, які чергуються, (14) в зоні перетину з технологічною ниткою (3). Таким чином, кожний одиничний піксель матричного екрану має ізольований один від одного провідний шар (10) вздовж всього інформаційного волокна першого типу (1). Інакше кажучи, площина провідного (металічного) шару (10) обмежена площиною кожного одиночного пікселя. При створенні багатокольорових екранів виникає проблема корекції кольору випромінювання. Згідно даного технічного рішення стрічка - підкладка (4) інформаційного волокна першого типу (1) може виконуватись повністю або частково (Фіг.5) з плівкового гнучкого органічного світлофільтра (15) відповідних спектральних характеристик. Стрічки-підкладки (4), відображені на Фіг.5 [без світлофільтра або з ним (15) з боку спостерігача], для збільшення кута обзору бажано мати опуклої форми або із заокругленими вінцями. Контакт між інформаційними волокнами першого (1) та другого (2) типів, а точніше, між шарами (10) та (11), в кожному пікселі здійснюється або ультразвуковим, або лазерним зварюванням, паянням (ЗВЧ, лазер) та ін., або склеюванням провідними сполуками: клеї, пасти, метали та ін. Слід зауважити (Фіг.3), що розміри провідного шару (6) у пікселі дещо менші за площею, ніж площина одиничного пікселя та решти шарів електролюмінесцентної структури пікселів. Це обмеження стосується ширини шару (6), а не протяжності даного шару, тому що протяг дорівнює довжині інформаційного волокна (1). При створенні екрану інформаційні волокна першого типу (1) використовуються переважно як стовпчикові, а інформаційні волокна другого типу (2) - як рядкові. При цьому електроди відповідних волокон (5) являються стовпчиковими, а електроди (12) - рядковими. При створенні повнокольорового матричного екрану стовпчикові інформаційні волокна (1) об'єднуються в тріади (Фіг.5), які мають різні кольори світіння (RGB) та світлофільтри (15) відповідного спектрального складу. При цьому рядкові інформаційні волокна, які відповідають трьом різнокольоровим інформаційним волокнам стовпчиків за розміром, можуть бути об'єднані на одній, більш широкій стрічці - підкладці (13). Інакше кажучи, ширина інформаційного волокна (2) у випадку RGB екрану повинна відповідати ширині трьох інформаційних волокон (1), в тому числі двох технологічних ниток із зазорами між ними. На Фіг.6 відображено варіант здійснення структури волокна (2). Його структура складається з плівки-підкладки (13), армованої електродами (12), в контакті з якими знаходиться металічний шар (11), відділений (ізольований) від другого металічного шару (11’) шаром матеріалу з високим значенням діелектричної проникності e = 1000 ¸ 100000 (16). При цьому контакт із шаром (10) інформаційного волокна (1) виконує шар (11’), який не має омічного контакту з електродами (12) інформаційного волокна (2). На Фіг.7 зображена структура матричного екрану з підвищеною контрастністю відображення. Для цього в структур у екрана введений контрастний (поглинаючий світло) шар (17). Показані варіанти розміщення даного шару в стр уктурі інформаційного волокна першого типу (1). Найчастіше його розміщують безпосередньо за електролюмінесцентним шаром (8) (з боку, протилежному виводу випромінювання) або за діелектричними шарами (9) перед металічним шаром (10). В якості матеріалу контрастного шару (17) використовуються оксиди, напівпровідникові матеріали, кермети, наприклад, GeOx, Рr2 O7, Αl2Ο x, закис заліза та інші. Іноді, у випадку використання контрастних діелектричних матеріалів Рr2O7 та ін., даний контрастний шар (17) може бути введено замість одного із двох діелектриків (9). Електродні нитки (5, 12) як гладкі одноелементні, так і складені з кількох провідників, скручені. Останні покращують зціплення (армування) плівок-підкладок.