DE69900983T2 - Flexible und tastbare matrixanzeigevorrichtung - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft Berührungs-Matrixbildschirme, insbesondere derartige Bildschirme, die unter Anwendung einer Vielzahl von Nanoröhren gebildet sind.
• Herkömmlicherweise erfolgt im Informatikbereich die Datenerfassung mittels eines Peripheriegeräts vom Typ Tastatur oder Maus, während die Darstellung mittels eines Kathodenröhren-, Flüssigkristall- oder Plasmabildschirms erfolgt.
• Kathodenröhrenbildschirme sind schwer, benötigen viel Platz und weisen eine starke Strahlung auf, die für den Benutzer schädlich ist. Die Flüssigkristall- oder Plasmabildschirme benötigen weniger Platz, sind jedoch sehr zerbrechlich und weisen keine sehr hohe Leuchtkraft auf. Die Flachbildschirme mit Feldeffekt sind außerdem auf Grund einer notwendigerweise im Wesentlichen handwerklichen Herstellung nach wie vor sehr teuer.
• Auf allgemeine Weise führt die Tatsache, dass das Erfassungsorgan üblicherweise vom Darstellungsmittel getrennt ist, mit den Mitteln der Informatik zu einer Trennung zwischen der Hand, die erfasst, und dem Blick, der kontrolliert, im Gegensatz zur Beschriftung von Papier, bei der die Hand und das Auge gleichzeitig an der gleichen Stelle tätig sind.
• Um diesen Nachteil zu beseitigen, sind Berührungsbildschirme entwickelt worden, die es ermöglichen, einen Computer zu steuern, indem man mit einem Finger oder einem Stift auf einen Bildschirm drückt. Diese Systeme sind jedoch nach wie vor schwer und erlauben keine sehr gute Auflösung, zum Beispiel bei der Erfassung einer Zeichnung oder eines Textes mit Hilfe eines Stiftes. Darüber hinaus tolerieren es manche Flachbildschirme nicht, dass ein fokaler Druck, auch wenn er minimal ist, mit einem Finger oder einem Stift auf sie ausgeübt wird.
• Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die obengenannten Nachteile zu beseitigen, indem ein biegsamer und leichter Berührungs-Matrixbildschirm geschaffen wird, der eine genaue Erfassung ermöglicht.
• Die Erfindung setzt eine Vielzahl von Nanoröhren ein.
• Wie man weiß, sind Nanoröhren Röhren, die aus Kohlenstofffolien gebildet sind, die in Form von hohlen, konzentrischen Zylindern angeordnet sind, wobei sie 1991 von Sumio Lijima entdeckt wurden. Es soll daran erinnert werden, dass eine Nanoröhre ein Polymer ist, das einzig aus Kohlenstoff besteht und das ein periodlischer unidirektionaler Kristall ist.
• Über die Herstellung der Nanoröhren gibt es zahlreiche Veröffentlichungen. Man kann zum Beispiel die Zeitschrift LA RECHERCHE Nr. 307 vom März 1998, die Zeitschrift SCIENCE, Band 282, vom 6. November 1998 oder das Dokument WO- A-97119208 konsultieren. Man kann zum Thema der Herstellung und der Anwendung der Nanoröhren die folgenden Internetsites konsultieren, die alle das Präfix http://www haben: archipress.org, cerca.umontreal.ca/science, research.ibm.com/topics, amsci.org/amscl/articles, und viele andere.
• Die vorliegende Erfindung ist in diesem Kontext angesiedelt und ermöglicht es, die Einschränkungen der herkömmlichen Bildschirme zu verbessern und somit vor allem, aber nicht ausschließlich, zu einer besseren Nutzung der Informatik zu Hause und im Beruf beizutragen.
• Erstes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Berührungs-Matrixbildschirm zu schaffen, der die obengenannten Nachteile nicht aufweist.
• Ein anderes Ziel der Erfindung besteht darin, einen derartigen Berührungs- Matrixbildschirm zu schaffen, der von sehr geringer Dicke ist und der biegsam und wenig zerbrechlich ist.
• Diese Ziele werden gemäß der Erfindung erreicht mit einem Berührungs- Matrixbildschirm zur Erfassung und farbigen Anzeige von Daten, umfassend eine Vielzahl von Kohlenstoffnanoröhren, die eine Vielzahl von Bildelementen und eine Vielzahl von Erfassungselementen festlegen.
• Gemäß der Erfindung ist dieser Berührungs-Matrixbildschirm aus einer Matrix aus Punkten gebildet, die jeweils ein Bildelement und ein Erfassungselement umfassen, wobei jedes Bildelement durch ein Ende von mindestens drei Nanoröhren gebildet ist, die zueinander parallel sind und jeweils in einer der drei Grundfarben strahlen, und wobei das Erfassungselement durch das Ende von mindestens einer vierten Nanoröhre gebildet ist.
• Vorteilhafterweise wird jeder Punkt durch eine Vielzahl von Enden von Nanoröhren gebildet, von denen mindestens vier aktiviert sind.
• Vorzugsweise werden die Nanoröhren jedes Punktes mittels eines Füllmaterials getrennt und an ihrer Position gehalten, das zum Beispiel aus einer Vielzahl von nicht aktiven Nanoröhren gebildet ist.
• Vorzugsweise umfasst jedes Bildelement ein Vielfaches von drei aktiven Nanoröhren, die jeweils parallelgeschaltet sind.
• Ebenfalls vorzugsweise ist das Ende jeder aktiven Nanoröhre jedes Bildelements mit einem Leuchtstoff von einer der Grundfarben bedeckt.
• Die Erfindung wird besser verständlich und ihre andere Ziele, Vorteile und Merkmale werden klarer ersichtlich bei der Lektüre der folgenden Beschreibung von bevorzugten, nicht erschöpfenden Ausführungsformen, der Zeichnungen beiliegen, in denen
• - Fig. 1 eine teilweise schematische Darstellung und Draufsicht eines erfindungsgemäßen Berührungs-Matrixbildschirms ist;
• - Fig. 2 eine Schnittansicht des Bildschirms von Fig. 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist; und
• - Fig. 3 eine Schnittansicht des Bildschirms von Fig. 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist.
• Im Folgenden wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die nur illustrierenden Charakter haben, insbesondere weil sie nicht maßstabgetreu sind. Der Durchmesser einer Nanoröhre liegt nämlich bei etwa zwanzig Nanometer (20 · 10&supmin;&sup9; m), während der Grundschritt eines Bildschirmpunktes bei etwa 0,2 Millimeter (200 · 10&supmin;&sup6; m) liegt.
• In Fig. 1 ist teilweise und schematisch von oben gesehen, d. h. von dem Teil aus gesehen, der vom Benutzer betrachtet wird, eine Ecke eines erfindungsgemäßen Bildschirms 10 dargestellt. Dieser Bildschirm 10 umfasst eine große Vielzahl von Punkten 12 von im Wesentlichen, aber nicht notwendigerweise, quadratischer Form mit einer Seitenlänge von etwa 200 um.
• Jeder Punkt 12 umfasst ein Bildelement und ein Erfassungselement.
• Das Bildelement wird gebildet durch mindestens einen Satz von drei unterschiedlichen, zueinander parallelen Nanoröhren 14, 16, 18, die jeweils in einer der Grundfarben strahlen, die bei den Fernseh- oder Informatikbildschirmen verwendet werden, nämlich Rot, Grün und Blau.
• Um die Leuchtkraft des resultierenden Bildschirms zu erhöhen, können mehrere Nanoröhren in ein und demselben Punkt 12, die in der gleichen Grundfarbe strahlen, elektrisch parallelgeschaltet werden. In diesem Fall umfasst jedes Bildelement jedes Punktes 12 ein Vielfaches von drei aktiven Nanoröhren, die jeweils parallelgeschaltet sind.
• Das Erfassungselement ist aus einer vierten Nanoröhre 20 gebildet, deren sichtbares Ende als Drain eines Feldeffekttransistors funktioniert.
• Auf praktische und vorteilhafte Weise sind die nicht sichtbaren Enden der Nanoröhren in einem Bündel zusammengefasst, das in einem Kollektor 22 angeordnet ist und mit einer Steckverbindung 24 verbunden ist, die den Anschluss für eine Zentraleinheit bildet, die das Steuerorgan und Ermittlungsorgan (in den Zeichnungen nicht dargestellt) bildet.
• Die aktiven Nanoröhren 14, 16, 18. 20 jedes Punktes 12 werden mittels eines Füllmaterials 26 getrennt und in Position gehalten. Dieses Füllmaterial 26 wird vorteilhafterweise gebildet durch eine Vielzahl nicht aktiver Nanoröhren und/oder anderer Nanopartikel, zum Beispiel Kohlenstoff.
• Gemäß einer ersten Ausführungsform, die durch Fig. 2 illustriert wird, die im Schnitt den Matrixbildschirm von Fig. 1 darstellt, wobei nur zwei Nanoröhren 14 und 116 dargestellt sind, sind diese Nanoröhren 14, 16 so gebogen, dass sie ein Bündel von Nanoröhren bilden, deren andere Enden mit der Zentraleinheit verbunden sind.
• Ein lumineszierender Film 30 ist auf den Punkten 12 auf der zum Benutzer hin gewandten Seite angeordnet, insbesondere um diese Punkte zu schützen, während auf der entgegengesetzten Seite ein Schutzblech 32 angebracht ist.
• Gemäß einer anderen Ausführungsform, die in Fig. 3 dargestellt ist, die ebenfalls in einer schematischen Schnittdarstellung den Bildschirm von Fig. 1 darstellt, sind die Nanoröhren 14, 16, 14', 16' usw. zueinander parallel angeordnet und nicht gebogen. Ein elektrischer Leiter 34, 34' usw. ist mit jeder der Nanoröhren 14, 16 verbunden, um an das nicht sichtbare Ende der Nanoröhren die erforderliche elektrische Spannung anzulegen. Diese Leiter werden unter Zwischenschaltung des Kollektors 22 zum Anschluss 24 geführt.
• Ein Schutzblech 32 ist an der unteren, unsichtbaren Seite des Bildschirms 10 auf die Schicht der Leiter 34, 34' geklebt.
• Das sichtbare Ende jeder aktiven Nanoröhre 14, 16 usw. ist mit einem Leuchtstoff 36, 36' bedeckt, der, wie oben beschrieben, in einer der drei Grundfarben strahlt.
• Ein transparenter Kunststofffilm 30 bedeckt den Bildschirm. Dieser Film ist elektrisch von den ihm gegenüberliegenden Enden der Nanoröhren isoliert. Dies ist ein leitender Film der mit einem Bezugspotential, zum Beispiel der Erde 38, verbunden ist, um eine Anode für die Vielzahl der Kathoden zu bilden, die durch die Nanoröhren der Bildelemente gebildet werden.
• Vorzugsweise sind die Nanoröhren 14, 16 usw. direkt auf und in einem Gewebe aus Kohlenstofffasern gebildet, das mit dem Bezugszeichen 40 in Fig. 3 dargestellt ist, da dieses Gewebe anschließend als Halterung der Nanoröhren dient.
• Wie der Fachmann verstanden haben wird, erhält man auf diese Weise einen Berührungs-Matrixbildschirm 10 der die obengenannten Vorteile aufweist. Ein derartiger Bildschirm kann leicht in allen gewünschten Abmessungen hergestellt werden, zum Beispiel für eine Anzeige- oder Werbetafel, für ein Zifferblatt einer Uhr oder für einen Anzeige, die auf einer Kunststoffkarte vom Typ Chipkarte befestigt ist, eventuell mit einer Photovoltaikzelle, die eine autonome Stromversorgung ermöglicht.
• Dieser Bildschirm ist nicht zerbrechlich, er ist sogar biegsam und kann bei einem Transport auf sich selbst aufgerollt werden. Die geringe elektrische Leistung, die notwendig ist, damit er funktioniert, ermöglicht es darüber hinaus, ihn in einer eher ungünstigen Umgebung zu verwenden.
• Ein besonderer Vorteil eines derartigen Berührungs-Matrixbildschirms besteht darin, dass es möglich ist, ihn als Tisch zu verwenden, um zum Beispiel einen Plan oder ein Papierdokument daraufzulegen und den Plan auf sehr einfache Weise elektronisch zu erfassen, indem man einfach die gezeichneten Linien mit einem feinen Stift oder sogar mit dem Finger nachzieht.
• Obwohl das dargestellt und beschrieben wurde, was derzeit als die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betrachtet werden, ist es offenkundig, dass der Fachmann daran verschiedene Änderungen und Umgestaltungen anbringen kann, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen, wie er von den beiliegenden Ansprüchen definiert wird.
• Auf offensichtliche Weise verhindert die Verwendung eines derartigen Berührungs-Matrixbildschirms in keiner Weise die Datenerfassung durch herkömmliche Mittel wie eine Tastatur, eine Maus oder einen Joystick.

Claims (12)

1. Berührungs-Matrixbildschirm (10) zur Erfassung und farbigen Anzeige von Daten, umfassend eine Vielzahl von Kohlenstoffnanoröhren (14, 16, 18, 20), die eine Vielzahl von Bildelementen und eine Vielzahl von Erfassungselementen festlegen,

dadurch gekennzeichnet, dass er aus einer Matrix aus Punkten (26) gebildet ist, die jeweils ein Bildelement und ein Erfassungselement umfassen, wobei jedes Bildelement durch ein Ende von mindestens drei Nanoröhren gebildet ist, die zueinander parallel sind und jeweils in einer der drei Grundfarben (14, 16, 18) senden, und wobei das Erfassungselement durch das Ende von mindestens einer vierten Nanoröhre (20) gebildet ist.

2. Matrixbildschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Punkt (12) durch eine Vielzahl von Enden von Nanoröhren gebildet wird, von denen mindestens vier (14, 16, 18, 20) aktiviert sind.

3. Matrixbildschirm nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanoröhren jedes Punktes (12) getrennt sind und mittels eines Füllmaterials (26) an ihrer Position gehalten werden.

4. Matrixbildschirm nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Füllmaterial (26) durch eine Vielzahl nicht aktiver Nanoröhren gebildet wird.

5. Matrixbildschirm nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Bildelement ein Vielfaches von drei aktiven Nanoröhren (14, 16, 18) umfasst, die jeweils parallelgeschaltet sind.

6. Matrixbildschirm nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende jeder aktiven Nanoröhre jedes Bildelements mit einem Leuchtstoff (36, 36') von einer der Grundfarben bedeckt ist.

7. Matrixbildschirm nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Nanoröhren (14, 16, 18, 20) so gebogen sind, dass sie ein Bündel von Nanoröhren bilden, deren andere Enden mit einer Zentraleinheit verbunden sind, umfassend ein Organ zur Steuerung der Nanoröhren, die die Bildelemente bilden, und ein Ermittlungsorgan für die Nanoröhren, die die Erfassungselemente bilden.

8. Matrixbildschirm nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Nanoröhren (14, 16, 18, 20) geradlinig und zueinander parallel sind, wobei die von den genannten Punkten entfernten Enden mit einer Zentraleinheit verbunden sind, umfassend ein Organ zur Steuerung der Nanoröhren, die die Bildelemente bilden, und ein Ermittlungsorgan für die Nanoröhren, die die Erfassungselemente bilden.

9. Matrixbildschirm nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand, die durch die genannten Punkte (12) gebildet wird, von einem transparenten Kunststofffilm (30) bedeckt ist.

10. Matrixbildschirm nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Kunststofffilm (30) ein leitender Film ist, der eine Vielzahl von Anoden gegenüber der entsprechenden Vielzahl der die Kathode darstellenden Enden der Nanoröhren bildet, die die Bildelemente bilden (14, 16, 18), und der gegenüber diesen isoliert ist.

11. Matrixbildschirm nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Kunststofffilm (30) lumineszierend ist.

12. Matrixbildschirm nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanoröhren (14, 16, 18, 20) auf einem Gewebe aus Kohlenstofffasern (40) gebildet sind.