DE1566831B1

DE1566831B1 - Anzeigegeraet

Info

Publication number: DE1566831B1
Application number: DE19671566831
Authority: DE
Inventors: Jack Andrew Morton; George Elwood Smith
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1966-11-23
Filing date: 1967-09-30
Publication date: 1970-08-06
Also published as: GB1202263A; BE706952A; US3497286A; NL6711112A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Anzeigegerät, Gemäß der Erfindung kann das Material der EIe-

bestehend aus einer Vielzahl von Reflexionselementen mente in seinem Reflexionsvermögen durch die Zu-

zum Reflektieren von Licht aus der Umgebung und führung elektrischer oder thermischer Energie verän-

einer Einrichtung zum Zuführen von Energie zu aus- dert werden,

gewählten Elementen. 5 Demgemäß sind weitere Ausführungen des erfin-

Es sind Schriftanzeigegeräte bekannt, die große dungsgemäßen Geräts mit Thermoreflexionsmaterial Anzeigetafeln mit weißglühenden Lampengruppie- in weiteren Unteransprüchen gekennzeichnet,
rungen besitzen, die gemäß einem vorgewählten Mu- Solche Materialien sind typischerweise durch einen ster eingeschaltet werden, um die gewünschte Schrift Metall-Halbleiter-Phasenübergang gekennzeichnet, zu erzeugen. Schriftanzeigegeräte werden auch mit io Das heißt, es gibt einen Temperaturübergang, unter einer Vielzahl von übereinstimmenden Neonlampen dem das Material ein Halbleiter und über dem es hergestellt, wobei jeder Buchstabe getrennt von einer metallisch ist. Bei diesem Temperaturübergang steigt einzelnen Neonlampe gebildet wird. Es sind auch das Reflexionsvermögen des Materials plötzlich an. Anzeigegeräte bekanntgeworden, die von Glimm- Die Temperatur des Materials wird zu der Übervorrichtungen oder Elektroleuchtstoffdioden gebildet 15 gangstemperatur erhöht, indem Wärmeenergie zugewerden, wie es auch bekannt ist, phosphorisierendes führt wird, indem z. B. ein elektrischer Strom durch Material als Lichtquelle zu benutzen, so daß bei die- das Material geschickt wird. Durch die Steuerung der sen Geräten Lumineszenzerscheinungen nutzbar ge- Größe des Stroms, der Temperatur und damit des macht werden. Bei diesen Geräten ist jedoch von Reflexionsvermögens des Materials kann die Verän-Nachteil, daß sie in ihrer Helligkeit und Gesamtlicht- 20 derung der Intensität des reflektierten Lichtes gesteuabgabe sehr begrenzt sind, und vor allem treten ert werden. Materialien mit Thermoreflexionsvermö-Schwierigkeiten auf, wenn verhältnismäßig kleine gen sind solche, die einen Metall-Halbleiter-Phasen-Anzeigen vorgesehen werden sollen, wobei neben der Übergang aufweisen, ζ. B. Vanadiumdioxid, Vana- (I mangelnden Helligkeit sich auch ein Problem in der diummonoxid und Vanadiumsesquioxid.
Verkleinerung bei der elektrischen Verbindung einer 25 Weitere Unteransprüche kennzeichnen vorteilhafte Vielzahl von lichtaussendenden Quellen ergibt, so Ausführungsformen der Erfindung mit Materialien, daß Geräte unter gewissen Größen unausführbar sind. die ein Elektroreflexionsvermögen besitzen.

Bei Neonlampen-Schriftanzeigen und insbesondere Dabei wird eine Elektrode an der Oberfläche des bei solchen von geringer Größe erfordern es die Materials angeordnet, wo das Licht einfällt. Es wurde Neonlampen bei ihrer konstruktiven Ausführbarkeit, 30 gefunden, daß das Reflexionsvermögen des Lichts daß jeder Buchstabe getrennt ist. In einigen Fällen von einer solchen Fläche in hohem Maße von dem werden diese getrennt hergestellten Buchstaben über- elektrischen Feld in dem Zuführraum an der Oberlagert, so daß irgendein Buchstabe von einer Stelle fläche des Materials an der Elektrode abhängig ist. gezeigt werden kann. Abgesehen von den Konstruk- Eine Spannung, die eine elektrische Energie erzeugt, tionsschwierigkeiten und den Kosten hat eine solche 35 wird quer über der Raumladungsschicht hergestellt, Anordnung den Nachteil, daß der Buchstabe, der am und diese Spannung wird verändert, um das ReBoden der Übereinanderanordnung vorgesehen ist, flexionsvermögen des Materials zu steuern und dabei in bezug auf seine Lesbarkeit beeinträchtigt wird. Der die Intensität des reflektierten Lichtes. Materialien Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein mit Elektroreflexionsvermögen sind z. B. Titandioxid, Anzeigegerät verfügbar zu machen, das in beliebig 40 ferroelektrische und Halbleitermaterialien wie Kakieiner Ausführung hergestellt werden kann und liumtantalate und die Telluride von Blei, Zinn und trotzdem in Helligkeit und Gesamtlichtabgabe zufrie- Germanium. Die Erfindung soll an Hand von Ausdenstellend ist. führungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeich-

Die Erfindung besteht darin, daß bei einem An- nungen näher erläutert werden. In den Zeichnungen ä zeigegerät der eingangs genannten Art jedes der EIe- 45 zeigt ™ mente ein Material umfaßt, mit der Eigenschaft, daß Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ansein optisches Reflexionsvermögen bei der Zuführung zeigegeräts,

von Energie sich verändert, wobei eine gewünschte Fig. 2 eine grafische Darstellung des Reflexions-Darstellung aus reflektiertem Licht ausbildbar ist in Vermögens über der Temperatur für ein Material mit Abhängigkeit von den erregten Elementen. Damit 50 Thermoreflexionsvermögen,

ermöglicht es die Erfindung, daß die Anzeige prak- Fig. 3 eine grafische Darstellung des Reflexionstisch durch die Reflexion des Lichtes aus der Um- Vermögens über der Wellenlänge, wobei die Wirkung gebung bewirkt wird und nicht durch eine Energie- des Bestreichens eines Thermoreflexionsmaterials gezuführung. Diese verändert lediglich das optische zeigt ist,

Reflexionsvermögen, aber wird nicht selbst in Licht 55 Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines Teils

zur Anzeige umgewandelt. der Geräts mit Thermoreflexionsmaterial,

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung Fig. 5 eine grafische Darstellung des Reflexionsist durch eine Unterlage gekennzeichnet, auf der eine Vermögens über der elektrischen Feldstärke in einem Vielzahl von Materialschichten niedergeschlagen ist, Elektroreflexionsmaterial,

wobei jede der Schichten einen gesonderten Bereich 60 Fig. 6 eine grafische Darstellung der Änderung

umfaßt. Des weiteren schlägt die Erfindung in vorteil- des Reflexionsvermögens über der Wellenlänge, wo-

hafter Weise eine einzige Unterlage aus diesem Mate- bei die Wirkung bei einem Elektroreflexionsmaterial

rial vor und eine Vielzahl von transparenten Teilen, dargestellt ist, das geringe Bandspaltenergien hat,

die auf der Unterlage angeordnet sind, um Teile der Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines Teils

Unterlage als einen Bereich abzugrenzen, wobei eine 65 des Anzeigegeräts mit Material, das Elektroreflexions-

Einrichtung zur Energiezuführung vorgesehen ist, die vermögen besitzt.

ein elektrisches Feld zwischen den transparenten Tei- In Fig. 1 ist eine Anzeigegerät 10 dargestellt, das

len und der Unterlage herstellt. eine Unterlage 11 aufweist, auf der eine Vielzahl ver-

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änderbarer Reflexionselemente 12 bis 18 aufgebracht stelle 20, auf der ein Hitzeisolator 21 angebracht ist. sind, die ein Reflexionsmuster markieren. Durch Zu- Eine sachgemäß bestrichene Schicht aus kristallinem führung von Energie zu einem ausgewählten Bereich Vanadiumdioxid 22 beispielsweise ist elektrisch von wird das Reflexionsvermögen des ausgewählten Be- einem Widerstandserhitzer 23 durch einen Isolator 24 reichts verändert, und das Reflexionsmuster ist abge- 5 isoliert. Eine Energiequelle, wie eine Batterie 25, wandelt, um eine sichtbar logische Anordnung zu bil- erzeugt Heizstrom in dem Widerstandserhitzer 23, den und eine Information zu überbringen, z. B. Zahlen. um die Temperatur der Schicht über ihren Tempera-Wenn z. B. Licht auf des Gerät 10 fällt, so bewirkt turübergang zu erhöhen und dabei ihre Refiexionsdie Energiebeaufschlagung der Bereiche 12, 13, 14, fähigkeit. Ein Schalter 26 ist in Reihe mit der Batte-15 und 17 ein Reflexionsmuster, um die Zahl »3« zur io rie25 und dem Widerstandserhitzer 23 geschaltet, um Schau zu stellen. In gleichartiger Weise können die den Strom zur Vanadiumdioxidschicht zu steuern. Zahlen von 0 bis 9 erzeugt werden. Eine komplizier- Der Schalter kann in eine Steuereinheit eingeordnet tere Anordnung der Bereiche macht es möglich, die sein, um wahlweise den Schalter der zu aktivierenden Buchstaben des Alphabets zu erzeugen. veränderbaren Reflexionsbereiche zu steuern und

Die Erfindung zieht die Verwendung von Mate- 15 dabei verschiedene Reflexionsbilder zu erzeugen,
rialien mit Thermoreflexionsvermögen und Elektro- Die Schicht 22 kann auch alternativ direkt durch

reflexionsvermögen in den veränderbaren Reflexions- Verbindung mit der Batterie 25 und dem Schalter bereichen in Betracht. 26 in Reihe mit dem kristallinen Vanadiumdioxid

Bei Thermoreflexionsmaterialien, wie bereits ge- erhitzt werden, wobei der Isolator 24 und der Widerfunden wurde, ist die Reflexion des Lichtes von dem 20 Standserhitzer 23 vermieden sind.
Material hochgradig von der Temperatur des Mate- Das Anzeigegerät umfaßt eine Heizplatte 20 aus

rials abhängig. Wie F i g. 2 zeigt, sind die Thermo- Kupfer oder Platin, etwa 0,2 cm dick, Isolatoren 21 reflexionsmaterialien charakterisiert durch einen Tem- und 24 aus Silikondioxid oder Silikonnitrid etwa 1 μ peraturübergang T_t, bei dem das Reflexionsvermögen dick, einen dünnen Film von Vanadiumdioxid 22 des Materials plötzlich ansteigt. Unter T₁, wo das 25 etwa 0,2 bis 2 μ dick und einen Widerstandserhitzer Material als Halbleiter wirkt, beträgt das Reflexions- 23 aus Tantal etwa 1 μ dick, die alle z. B. durch vermögen etwa 10 bis 20 °/o. Über T_t, wo das Mate- herkömmliche Niederschlagsverfahren für dünne rial überwiegend metallische Eigenschaften hat, nähert Filme gebildet sind. Diese Abmessungen der Matesich das Reflexionsvermögen 90%. Typische Thermo- rialien sind nur beispielhaft genannt, ohne daß darreflexionsmaterialien sind Vanadiummonoxid VO, 30 auf die Erfindung irgendwie beschränkt ist.
Vanadiumdioxyd VO₂, Vanadiumsesquioxid V₂O₃ Im Gegensatz zu Thermoreflexionsmaterialien ist

und Titantrioxid T₂O₃, die ihre entsprechenden Tem- bei Elektroreflexionsmaterialien eine Entladungsperaturübergänge bei —148, 68, —95 und 327° C schicht auf der Oberfläche des Materials, wo das haben. Licht einfällt, vorgesehen. Wie in F i g. 5 dargestellt

Die großen Änderungen in dem Reflexionsvermö- 35 ist, wurde gefunden, daß das Reflexionsvermögen gen (z. B. 70% bei Vanadiumdioxid) an dem Tempe- für Licht von einer solchen Oberfläche sehr empfindraturübergang werden hauptsächlich für die Strahlun- lieh in bezug auf das elektrische Feld eines solchen gen im Infrarotbereich wahrgenommen. Es wurde Entladungsraumes ist. Fig. 5 zeigt, daß das Resomit weiter gefunden, daß das Reflexionsvermögen flexionsvermögen stetig ansteigt, wie das elektrische des Thermoreflexionsmaterials eine Funktion der 40 Feld stärker wird. Die Hauptbegrenzung der Größe Wellenlänge der einfallenden Strahlung ist, wie in des elektrischen Felds liegt in dem Durchschlagen Fig. 3 für Vanadiumdioxid dargestellt ist. Unterhalb des Isolators, der mit dem Material verbunden ist. des Temperaturübergangs, wie die Kurve I zeigt, ver- Elektroreflexionsmaterialien sind Titandioxid, die ändert sich das Reflexionsvermögen unsystematisch Perowskite Kaliumtantalat, Kaliumniobat und Bamit der Wellenlänge und beträgt nur ungefähr 5 bis 45 riumtitanat und die Telluride von Zinn, Blei und 10%. Über dem Temperaturübergang, wie die Germanium.

Kurve II zeigt, steigt das Reflexionsvermögen schnell Wie oben beschrieben, wurde das Elektro-

an bei etwa 1 Mikron Wellenlänge und nähert sich reflexionsvermögen hauptsächlich im Ultraviolettdann asymptotisch 90 % bei 90 Mikron Wellenlänge, bereich beobachtet, wie von der Kurve I in F i g. 6 aber schwankt nur in einigen Prozent im sichtbaren 50 gezeigt wird. Im sichtbaren Bereich beträgt die An-Bereich (nicht dargestellt). derung des Reflexionsvermögens ungefähr 10 % wie

Um außenliegende Lichtquellen zu benutzen, ist es für den Perowskit Kaliumtantalat mit einer typischen erwünscht, daß das Reflexionsvermögen bei dem Feldstärke von 10⁶ V/cm. Um die Änderung des Temperaturübergang um etwa 50% verändert wird. Reflexionsvermögens zu erhöhen, kann die elek-Um das zu erreichen, ist die Trägerkonzentration des 55 trische Feldstärke erhöht werden, wie in F i g. 5 ge-Thermoreflexionsmaterials durch Bestreichen erhöht zeigt ist. 5% Änderung in dem Reflexionsvermögen worden. Zum Beispiel wird durch Bestreichen von ist erwünscht, um von außen kommende Lichtquellen Vanadiumdioxid mit Niob die Kurve II in Fig. 3 in im Zusammenhang mit dem Vorführgerät zu bedie Kurve III verschoben, wobei das absolute Re- nutzen. Weil das Elektroreflexionsvermögen hauptflexionsvermögen im sichtbaren Bereich erhöht wird 60 sächlich durch das Grundband zum optischen Band- und damit die Veränderung des Reflexionsvermögens übergang bewirkt wird, erhöht die Verwendung von beim Temperaturübergang. Materialien mit einer Bandspaltenergie E_g geringer

Das Grundsätzliche der Thermoreflexionsfähigkeit als die Photoenergie des sichtbaren Lichtes (1,62 ist in einem Anzeigegerät verkörpert, dessen einer bis 3,16 eV) die Änderung des Reflexionsvermögens veränderbare Reflexionsbereich in F i g. 4 perspek- 65 des Materials im sichtbaren Bereich. Wie F i g. 6 tivisch dargestellt ist. Das Anzeigegerät, das eine zeigt, ist die Kurve I für eine Bandspaltenergie E_gl Vielzahl solcher Bereiche besitzt, die ein Reflexions- größer als die Photoenergien und zeigt eine geringe muster (wie in F i g. 1) bilden, besitzt eine Erhitzungs- Veränderung der Reflexionsfähigkeit im sichtbaren

Bereich. Die Kurve Π jedoch ist für eine Bandspaltenergie Eg₂ kleiner als die Photoenergie und zeigt eine Höhenänderung in dem Reflexionsvermögen im sichtbaren Bereich. Typische Materialien mit E_g von etwa 0,3 eV sind die Telluride von Blei, Zinn und Germanium.

Ein Teil eines Geräts mit einem Elektroreflexionsmaterial ist in F i g. 7 perspektivisch dargestellt. Zur Vereinfachung ist nur einer der vielen Bereiche des Reflexionsmusters zu sehen. An einer Fläche eines Elektroreflexionsmaterials 40 ist eine Metallelektrode 41 befestigt. Auf der gegenüberliegenden Fläche ist ein transparenter elektrischer Isolator 42 vorgesehen. Auf dem Isolator 42 ist eine transparente dünne Filmelektrode 43 niedergeschlagen, die einen Flächenbereich des Materials 40 an der Elektrode 43 bestimmt. Dieser Bereich bildet eine Spaltentladungsschicht in dem Elektroreflexionsmaterial 40 unter Elektrode 43, wenn ein elektrisches Feld in der Spannungsrichtung durch Verbinden der Batterie 44 so über die Elektroden 41 und 43 erzeugt wird. Das Feld wird durch einen Schalter 45 gesteuert, um das Reflexionsvermögen des Materials 40 in dem definierten Bereich zu verändern und damit das Reflexionsmuster. .

Das Anzeigegerät umfaßt ein Elektroreflexionsmaterial 40 aus Kaliumtantalat von etwa 0,1 mm Dicke, eine Elektrode 41 einer Chrom-Gold-Legierung von 1 μ Dicke, einen Isolator 42 aus Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid, etwa 1 μ dick, und eine Elektrode 43 aus Zinnoxid, etwa 1 μ dick, die alle z. B. durch herkömmliche Niederschlagverfahren für dünne Filme gebildet worden sind.

Der Isolator 42 kann auch vermieden werden, und die Schottky-Spalt-Entladungsgleichrichtersperre kann an der Oberfläche des Elektroreflexionsmaterials erzeugt werden, indem eine direkte Berührung der Elektrode 43 mit dem Material 40 hergestellt wird. . ;

Claims

Patentansprüche: 40

1. Anzeigegerät, bestehend aus einer Vielzahl von Reflexionselementen zum Reflektieren von Licht aus der Umgebung und einer Einrichtung zum Zuführen von Energie zu ausgewählten Elementen, dadurch gekennzeichnet, daß jedes dieser Elemente (12 bis 18) ein Material (22, 40) umfaßt mit der Eigenschaft, daß sein optisches Reflexionsvermögen bei der Zuführung von Energie sich verändert, wobei eine gewünschte Darstellung aus reflektiertem Licht ausbildbar ist, in Abhängigkeit von den erregten Elementen,

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Unterlage, auf der eine Vielzahl von Materialschichten niedergeschlagen ist, wobei jede der Schichten einen gesonderten Bereich umfaßt.

3, Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine einzige Unterlage aus diesem Material und eine Vielzahl von transparenten Teilen, die auf der Unterlage angeordnet sind, um Teile der Unterlage als einen Bereich abzugrenzen, und daß eine Einrichtung zur Energiezuführung vorgesehen ist, die ein elektrisches Feld zwischen den transparenten Teilen und der Unterlage herstellt.

. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material ein Thermoreflexionsmaterial ist und die Einrichtung zur Energiezuführung aus einer Einrichtung zur Wärmezufuhr zu den Bereichen des Materials besteht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Therrnoreflexionsmaterial kristallines Vanadiummonoxid umfaßt,

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermoreflexionsmaterial ^ kristallines Vanadiumdioxid umfaßt.

• 7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermoreflexionsmaterial kristallines Vanadiumsesquioxid umfaßt,

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material ein Elektroreflexionsmaterial ist und die Einrichtung zur Energiezuführung ein elektrisches Feld an den Bereichen des Materials herstellt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektroreflexionsmaterial kristallines Tantaldioxid umfaßt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektroreflexionsmaterial kristallines Tantaltrioxid umfaßt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektroreflexionsmaterial kristallines Bariumtitanat umfaßt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektroreflexionsmaterial kristallines Kaliumtantalat umfaßt, Λ

13. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch ge- ™ kennzeichnet, daß das Elektroreflexionsmaterial kristallines Kaliumniobat umfaßt,

14. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektroreflexionsmaterial kristallines Bleitellurid umfaßt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektroreflexionsmaterial kristallines Zinntellurid umfaßt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektroreflexionsmaterial kristallines Germaniumtellurid umfaßt,

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen