Гнучкий матричний плетений електролюмінесцентний екран

Винахід, що пропонується, має відношення до пристроїв відображення інформації, зокрема, до тонкоплівкових матричних електролюмінесцентних екранів, які виконуються на гнучкій плівковій основі. Електролюмінесцентний екран являє собою систему з електролюмінесцентних конденсаторів, кожний з яких складається із електролюмінесцентного шару, що знаходиться між двома електродами, як мінімум один з котрих прозорий для виведення випромінювання, а також (у випадку тонкоплівкового електролюмінесцентного шару) струмообмежуючих діелектричних шарів з обох боків електролюмінесцентного шару. Матричний електролюмінесцентний екран являє собою систему взаємноперпендикулярних растрів електродів, стовпців і рядків, кожне перетинання яких утворює вищеописаний електролюмінесцентний конденсатор (одиничний піксель). Під час відображення інформації на такому екрані збуджуюча напруга подається на відповідний піксель за допомогою рядкового і стовпчикового електродів. За умови, що напруга на обкладинках електролюмінесцентного конденсатора-пікселя перевищуватиме порогове значення напруги, яке відповідає напруженості поля в тонкоплівковому електролюмінофорі 2*106В/см, а у товстоплівковому електролюмінофорі 105В/см, в електролюмінофорному шарі виникає світіння, яке виходить крізь прозорий електрод. У випадку матричного екрану стовпчикові електроди виявляються інформаційними, тобто відповідають за вибірку у кожному рядку пікселів, світних і темних, а опитування матричного екрану відбувається порядкове, тобто інформація спочатку передається до пікселів першого рядка, далі другого і так далі до останнього, що відповідає відображенню одного кадру інформації. Виходячи з вимоги зміни кадрів з частотою 50Гц, тобто 1/50сек, можна визначити, що при кількості рядків 1600, час на опитування одного рядка становить 20мксек, що менш за оптимальний » 50мксек . У той же час збільшуючи частоту опитування (частоту зміни кадру) з довжиною збуджуючого імпульсу, не менш як 40-50мксек можна значно (практично пропорційно частоті зміни кадру) збільшити яскравість матричного електролюмінесцентного екрану. Зміни матеріалу люмінесцентного шару, товщини і складу структури електролюмінесцентного конденсатора можуть привести до зміни кольору світіння, робочої (порогової) напруги, яскравості випромінювання, контрастності, але залежність яскравості від частоти зміни кадру зберігається. Широко відомі тонкоплівкові електролюмінесцентні матричні екрани, створені на твердих підкладках із скла або кераміки виробництва фірми Sharp (Японія), Planar (США), Лохья (Фінляндія), NEC (Японія), I'Fire (Канада). Їх структура виготовлена методом вакуумного або хімічного осаджування шарів, а растри електродів сформовані методом фотолітографії. Дані екрани відрізняються достатньо високою яскравістю випромінювання, але мають обмеження в розмірах як лінійних так і за кількістю стовпців і рядків. Це пов'язане з технологічними і конструктивними особливостями цих екранів. Відомі екрани, які виготовлені на основі гнучких полімерних плівок, зокрема світловипромінюючих полімерів (СВП-LEP), наприклад описані у патенті USA №5.399.502. Матеріал екрана містить в собі напівпровідниковий СВП - шар, ламінований двома провідними шарами. Шари сформовані напиленням або розпорошуванням і встановлюють принципові обмеження на розміри екрану. Малюнок растрів керуючих електродів, як і того, що описаний вище, формується з двох провідних шарів за допомогою фотолітографії, що також накладає обмеження на розміри пристрою. Обмеження розмірів, в основному, долаються в гнучких екранах, зроблених з двох наборів волокон, що організовані у двомірні грати, як показано, наприклад, в патентах USA №5.962.967 і №6.072.619. Кожне волокно містить в собі продольний провідник. Волокна принаймні одного роду покриваються світловідбиваючою або іншою активною електростатичною речовиною. Елемент дисплея (піксель) формується на кожному перетині волокна одного ряду з волокном другого ряду. Двомірні грати можуть бути сформовані за допомогою накладення волокон одного ряду (растра) на другий ряд, але в такій структурі перевага віддається зв'язуванню (сплетенню) двох наборів волокон. Волокна можуть мати круглий або плоский поперечний переріз. Процес виготовлення волокон не накладає обмежень на довжину і ширину і з використанням традиційних ткацьких методів можуть бути одержані гнучкі екрани великих лінійних розмірів. При виготовлені тканих екранів немає потреби у використанні різноманітних технологій (фотолітографія, літографія), оскільки структура матриці утворюється плетінням або накладанням волокон, що дозволяє одержувати достатньо однорідну геометрію екрану. Ткані екрани при цьому виявляються ще й більш легкими і гнучкими. Але обмеження кількості рядків притаманне і даному технічному рішенню. Тканий екран, виготовлений з набору плоских волокон або смуг, що перетинаються, описано в патенті WO 99119858. Один з наборів може повністю складатися з дисплейних смуг (готової структури із смуг без жодного електрода) тоді як другий складається з провідних смуг або обидва набори можуть складатися з готової структури і провідної смуги. Дисплейна смуга в даному випадку має задній провідний шар, проміжний люмінесцентний і передній провідний шари. Дисплейні елементи формуються на перетинах, де провідна смуга контактує із заднім провідним шаром дисплейної смуги. Відомий тканий екран (патент WO 99/19858), в якому для розділення дисплейних інформаційних смуг в такій структурі використовуються додаткові конструктивні нитки, що чергуються із рядковими і стовпчиковими дисплейними смугами. Вони не несуть інформації, а лише виявляються елементами структури для розділення інформаційних дисплейних смуг. Крім того, згідно з даним технічним рішенням одна з дисплейних смуг містить в собі повністю готову електролюмінесцентну структуру із заднім електродом, який не є суцільним, розміром, відповідним ширині другої металевої дисплейної смуги (ширина піксель). Але при цьому друга дисплейна смуга може являти собою звичайний дріт. Всі ткані і не ткані вищезгадані екрани мають ниткові електроди і представляють групу порошкових електролюмінесцентних приладів (без урахування екранів на твердій скляній або керамічній підкладці). Даний тип (плетений, тканий) індикатора виявляється дуже простим у виготовленні але має відносно невисокі яскравість, контрастність, термін служби і крутість вольт-яскравістних характеристик. Це робить неможливим створення на основі даного типу індикаторів повнорозмірних матричних телевізійних екранів з потрібною яскравістю і необхідною кількістю градацій яскравості в умовах реальної зовнішньої освітленості. Більш високі експлуатаційні характеристики мають тонкоплівкові матричні електролюмінесцентні екрани, однак і для них існують обмеження яскравості, пов'язані з кількістю інформаційних рядків, тривалістю збуджуючого імпульсу і частотою зміни кадрового зображення. В основу винаходу поставлене завдання створення гнучкого матричного плетеного електролюмінесцентного екрана, в якому завдяки можливості розділення даного екрану на окремі керовані фрагменти, забезпечується збільшення частоти сканування (або частоти зміни кадру) кожного фрагмента або всього екрану і за рахунок цього суттєво зростає яскравість зображення. Поставлене завдання вирішується тим, що в гнучкому матричному плетеному електролюмінесцентному екрані, який містить систему паралельних одне одному стовпчикових інформаційних волокон і систему паралельних одне одному рядкових інформаційних волокон, причому перша і друга системи взаємноперпендикулярні і торкаючись мають омічний контакт і механічний зв'язок одна з одною, всі інформаційні волокна розділені між собою технологічними нитками, які не несуть інформацію і беруть участь в плетінні матричного екрана, згідно з винаходом екран вздовж рядкових інформаційних волокон розділений на фрагменти таким чином, що кількість стовпчикових інформаційних волокон дорівнює кількості стовпчиків всього матричного екрану, а кількість рядкових інформаційних волокон дорівнює кількості рядків всього матричного екрана, розділеного на число фрагментів, при цьому розділення фрагментів відбувається за допомогою розділової системи технологічних ниток, які розташовані вздовж і поміж рядкових волокон сусідніх фрагментів; кінець кожного інформаційного стовпчикового волокна за допомогою технологічної нитки виводиться на задній бік екрана, де він поєднується з індивідуальною для кожного фрагмента шлейфом-платою, яка уявляє собою основу для схеми керування даним фрагментом; керування екраном здійснюють за допомогою процесора, розташованого на задньому боці екрана і поєднаним зі всіма шлейфами-платами. Кількість фрагментів, які беруть участь в роботі екрана, може бути дорівняна двом і більше. В окремих випадках шлейфи-плати, на яких розміщуються різні види схем керування як окремим фрагментом екрану так і всім екраном в цілому, можуть бути багатошаровими. Механічне кріплення шлейфів-плат і інформаційно-силових кабелів виготовляють на технологічних нитках на задньому боці екрана. На Фіг.1 показано загальний вигляд плетеного матричного електролюмінесцентного екрану, який складається із стовпчикових інформаційних волокон (1), рядкових інформаційних волокон (2) і технологічних ниток (3). Даний екран складається з двох фрагментів (А) і (В) екрана, причому зоною роз'єднання стовпчикових електродів (1) кожного фрагмента є область (С) вздовж однієї з технологічних ниток (4), яка розділяє крайнє нижнє рядкове волокно (2') фрагмента (А) і крайнє верхнє рядкове волокно (2"). Для кращого розуміння суті технічного рішення та наочних прикладів реалізації його основних положень, всі вони будуть описані за допомогою приклада із посиланням на супроводжуючі малюнки, в яких: На Фіг.2 схематично зображені варіанти поєднання фрагментарних екранів (А, В) в один цілісний за допомогою технологічних ниток (3) на прикладі одного з інформаційних стовпчикових волокон (1, 1'). Рядкові інформаційні волокна позначені як (2, 2'), а варіанти плетіння приведені на Фіг. 2а, 2б та 2в. При цьому, як бачимо, кількість технологічних ниток (3), що розділяють фрагменти екрану, може бути різною. На Фіг.3 зображена структура стовпчикових(а) і рядкових (в) інформаційних волокон електролюмінесцентних матричних порошкових (І) і тонкоплівкових (II) екранів. На Фіг.4 зображені варіанти накладання інформаційних волокон у випадку порошкових (І) і тонкоплівкових (II) електролюмінесцентних екранів. Розглянемо більш детально роботу конструкції гнучкого матричного плетеного електролюмінесцентного екрану, що пропонується. Кількість фрагментів екрану залежить від його інформаційної ємкості і необхідної яскравості інформації, яка відображується. Так як звичайне післясвітіння (світіння люмінофора після закінчення дії імпульсу збудження) дорівнює близько 1мсек, тобто найкраща частота звернення до рядка (за порядковим скануванням при опитуванні) дорівнює 1000Гц. Якщо тривалість імпульсу збудження 30-50мсек (термін опитування рядка), кількість рядків у фрагменті повинна бути від 32 до 16. При цьому ефективна яскравість екрана у порівнянні зі стандартною кадровою частотою 50Гц може збільшитись у 20 разів, що край необхідне як для порошкових матричних екранів так і для тонкоплівкових у режимі RGB. На Фіг.1 відображено загальний вигляд плетеного матричного електролюмінесцентного екрану, який складається з інформаційних волокон стовпчикових (1) і рядкових (2). Набір стовпчикових (1) інформаційних волокон розташований паралельно один одному і перетинає під прямим кутом набір рядкових (2) інформаційних волокон, які також розташовані паралельно один одному. Між кожними інформаційними волокнами рядковими (2) або стовпчиковими (1) знаходяться технологічні нитки (3), які не беруть участі в передаванні та відображенні інформації, але при цьому беруть участь в плетінні екрану. За їх допомогою відбувається розподіл різних фрагментів (А, В) екрану і їх механічне з'єднання в області (С). Кожний перетин (кожне накладання) стовпчикових і рядкових волокон створює одиничний піксель. На Фіг.2 схематично відображений варіант розподілу стовпчикових (1, 1') інформаційних волокон сусідніх фрагментів (А, В) екрана. Як видно з малюнка стовпчикові (1, 1')волокна доходячи до зони розподілу (С) загинаються за допомогою технологічних ниток (3 С) і виходять на задню поверхню екрана. В той же час технологічні нитки зв'язують фрагменти А, В у суцільний екран. На Фіг.2 а, б, в видно варіанти цих поєднань з використанням різної кількості технологічних ниток (3 С). В створенні такого роду екранів можуть використовуватись інформаційні волокна, які виготовлені на основі тонкоплівкової і порошкової технологій і відрізнятися своїми структурами. На Фіг.3 відображені структури інформаційних волокон стовпчикових (а) і рядкових (в) для електролюмінесцентних екранів на основі неорганічних порошків (І) і створених за тонкоплівковою технологією (II). Структура рядового (2) інформаційного волокна для обох випадків (І, II) однакова, вона складається з несучої стрічки-підкладки (5) органічного походження, наприклад, поліетилентерфталату, полівінілхлориду, політетрафторетилену, цианетилцелюлози і т.д., завтовшки 10-100 мікрон, армованої дротовими електродами (6), на поверхню плівки нанесено шар металу (дротові електроди) (9), який має омічний контакт з електродами (6). Структури стовпчикових інформаційних волокон (1) різняться в залежності від технології виготовлення. Так при виробництві порошкових екранів структура волокна слідуюча: несуча стрічка-підкладка із органічного матеріалу допірована (50-90)% порошкового неорганічного люмінофора (4) завтовшки 10-50 мікрон, армована дротовими електродами (6) і має на поверхні стрічки-підкладки з боку виводу випромінювання провідний шар (7), що має омічний контакт з електродами (6). На протилежному боці стрічки-підкладки нанесено металевий шар (8). На Фіг.3ІІа відображена структура стовпчикових інформаційних волокон (2) у варіанті тонкоплівкової технології. Вона складається з несучої прозорої органічної стрічки-підкладки (5), армованої дротовими електродами (6) і послідовно розташованими слідуючими шарами: прозорий провідний шар (7), який має омічний контакт з електродами (6), перший подвійний діелектричний шар (10), електролюмінесцентний шар (12), другий подвійний діелектричний шар (11) і металевий шар (8). На Фіг.4І показана структура одиничного пікселя, одержаного завдяки електричному і механічному з'єднанням механічних шарів (8,9) у переплетінні стовпчикових (1) і рядкових (2) інформаційних волокон. При плетінні металеві шари обох типів волокон торкаються і утворюється електричний і механічний контакт, а структура одиничних пікселів буде виглядати так, як показано на Фіг.(4II). Але пропорційно кількості фрагментів матричного екрану зростає і кількість елементів керування, або принаймні, кількість кінцевих каскадів схем керування. Це може спричинити перевантаження схем керування за периметром матричного екрана. Згідно основного пункту формули винаходу, що пропонується, стовпчикові електроди (1) кожного фрагмента поєднані з гнучкими шлейфами-платами, на яких розташований кінцевий каскад схем керування стовпчиками, а саме багатоканальні мікросхеми, що містять високовольтні ключі і регістри зсування, а це дозволяє значно (пропорційно кількості ключових каскадів) зменшити кількість інформаційних кабелів до кожного фрагменту. Загальний процесор у варіанті фрагментованого екрану розтрощує зображення кадру на фрагменти і передає на відповідні схеми керування кожним фрагментом, відображаючи таким чином повний малюнок по всьому матричному екрані в цілому, при цьому частота повторення кадрів може зрости з 50Гц до 1000Гц. Решта конструктивних елементів (шлейфи-плати, їх підключення і закріплення на технологічних нитках) не ілюструється малюнками, оскільки дані рішення зрозумілі і без ілюстрації.