<Desc/Clms Page number 1>
Beeldweergaveinrichting voorzien van een elektro-optisch medium.
EMI1.1
De uitvinding heeft betrekking op een beeldweergaveinrichting met een beeldweergavepaneel omvattende een eerste substraat voorzien van een eerste beeldelektrode en een tweede substraat voorzien van een tweede beeldelektrode, waarbij beide elektroden elkaar althans gedeeltelijk overlappen en beide substraten althans ter plaatse van de overlap tussen beide beeldelektroden een elektro-optisch medium insluiten, welk elektro-optisch medium in staat is om onder invloed van een elektrisch veld tussen een althans nagenoeg transparante toestand en een verstrooiende toestand te schakelen, en waarbij de inrichting is voorzien van een lichtbron die het beeldweergavepaneel althans tijdens bedrijf van opzij aanlicht.
Het elektro-optisch medium wordt in het algemeen gevormd door een laag die een vloeibaar-kristallijn materiaal omvat, in welk geval een dergelijke inrichting gewoonlijk wordt aangeduid als LCD, naar het Engelstalige Liquid De uitvinding heeft daarbij, hoewel niet uitsluitend, in het bijzonder betrekking op een beeldweergaveinrichting waarbij het elektro-optisch medium wordt gevormd door een gecombineerd systeem van een dubbel-brekend vloeibaar-kristallijn materiaal en een geschikte polymeer, waarbij het vloeibaar-kristallijn materiaal bijvoorbeeld in de vorm van kleine druppeltjes in een polymeer-matrix kan zijn gedispergeerd. Een elektro-optisch medium van deze soort wordt gewoonlijk aangeduid als PDLC naar het Engelstalige Polymer Dispersed Liquid Crystal.
Bij afwezigheid van een elektrisch veld zijn de dubbel-brekende druppeltjes in een dergelijk medium willekeurig georiënteerd en zal invallend licht willekeurig worden verstrooid aan het interface tussen de druppeltjes en de polymeermatrix en tussen de druppeltjes onderling. Onder invloed van een elektrisch-veld richten de druppeltjes zieh daarentegen conform de elektrische veldlijnen zodat invallend licht in het vloeibaar-kristallijne materiaal een uniforme brekingsindex ondervindt.
Door een geschikte keuze van het vloeibaar-kristallijn materiaal enerzijds en het polymeer
<Desc/Clms Page number 2>
materiaal anderzijds kan ervoor worden gezorgd dat deze uniforme brekingsindex praktisch overeenstemt met de brekingsindex van de polymeer-matrix, zodat aan het interface tussen beide geen verstrooiing optreedt zomin als tussen naburige druppeltjes waardoor het systeem voor het invallende licht transparant is. Aldus is het elektrooptisch medium in staat om onder invloed van een elektrisch veld tussen een verstrooiende en een althans nagenoeg transparante toestand te schakelen.
Een inrichting van de in de aanhef genoemde soort is bekend uit het Amerikaanse octrooischrift Nr. 5. 099. 343. Bij de bekende inrichting omvat het beeldweergavepaneel twee substraten in de vorm van vlakke platen van glas of een geschikte transparante kunststof, die over vrijwel hun gehele oppervlak een elektrooptisch medium in de vorm van een laag PDLC-materiaal insluiten.
In de bekende inrichting is ter zijde van het beeldweergavepaneel een lichtbron geplaatst in de vorm van een langwerpige TL-verlichting, die het paneel over de gehele zijde aanlicht. Het uitgezonden licht wordt door het beeldweergavepaneel
EMI2.1
ingevangen en kan zieh door middel van interne reflectie in het paneel voortplanten. Het 0 licht wordt daarbij aan de buitenoppervlakken, dat wil zeggen de van de PDLC-laag afgewende zijden, van beide transparante platen gereflecteerd.
Beide platen zijn aan hun binnenoppervlak, in contact met het PDLCmateriaal voorzien van een beeldelektrode waarbij de elektroden elkaar overlappen. De overlap tussen beide beeldelektroden bepaalt de plaats van een beeldelement alwaar het vloeibaar kristallijne materiaal tussen beide toestanden kan schakelen onder invloed van een elektrisch veld dat tussen beide beeldelektroden wordt aangelegd. In de verstrooiende toestand zal ter plaatse van het beeldelement licht naar buiten treden, waardoor een waarnemer het beeldelement ziet oplichten. Is het vloeibaar kristallijn materiaal ter plaatse van het beeldelement daarentegen transparant, dan blijft het licht in de inrichting opgesloten en treedt ter plaatse van het beeldelement dan ook geen licht naar buiten.
Een waarnemer zal in dat geval door het beeldelement heen kijken en de (donkere) achtergrond van het beeldweergavepaneel zien.
<Desc/Clms Page number 3>
Om het ingevangen licht niet te hinderen dienen in de bekende inrichting beide beeldelektroden althans nagenoeg transparant te zijn. Voor beide beeldelektroden wordt daarom indium-tinoxyde (ITO) toegepast, welk materiaal voor zichtbaar licht althans nagenoeg transparant is.
Indium-tinoxyde is weliswaar elektrisch geleidend, maar heeft in vergelijking met de meeste metalen een aanmerkelijk hogere soortelijke weerstand. Zo bedraagt de vierkantsweerstand van een doorsnee geleiderspoor van aluminium bijvoorbeeld typisch minder dan 0, 5 0/0, hetgeen ruwweg een factor 40 kleiner is dan de vierkantsweerstand van circa 20 O/a voor een doorsnee spoor van indium-tinoxyde.
Hierdoor leidt ITO met name bij relatief lange en smalle beeldelektroden tot een relatief hoge serie-weerstand en een daarmee gepaard gaande relatief lange RC-tijd, wat vooral voor beeldweergaveinrichtingen met relatief veel beeldelementen een belangrijk nadeel vormt. Bovendien is indium-tinoxyde in vergelijking met bijvoorbeeld veel metalen technologisch moeilijk te hanteren.
Met de onderhavige uitvinding wordt ondermeer beoogd te voorzien in een beeldweergaveinrichting van de in de aanhef genoemde soort waarin voor althans één van beide beeldelektroden een elektrisch relatief goed geleidend materiaal kan worden toegepast.
Een ander doel van de uitvinding is ondermeer om te voorzien in een aktieve beeldweergaveinrichting van de in de aanhef genoemde soort met een verhoogd nuttig beeldoppervlak in relatie tot het totale beeldoppervlak, de zogenaamde apertuurratio i. e. de verhouding tussen het totale oppervlak van de beeldelementen en het oppervlak van het beeldweergavepaneel. In een aktieve inrichting wordt voor de aansturing van de beeldelementen gebruik gemaakt van (aktieve) schakelelementen bijvoorbeeld in de vorm van transistoren of diodes die nabij de beeldelektrode (n) van een of beide substraten zijn aangebracht. Vanwege hun lichtgevoeligheid, worden de schakelelementen gewoonlijk voorzien van een ondoorzichtige afscherming.
In een inrichting van de in de aanhef genoemde soort leidt dit echter tot een vermindering van de apertuur-ratio omdat een beeldelement zieh in dat geval niet ter plaatse van een schakelelement kan uitstrekken. In een conventioneel aktief LCD bedraagt het nuttig beeldoppervlak typisch slechts 40%-50% van het totale oppervlak van het beeldweergavepaneel.
<Desc/Clms Page number 4>
Met de onderhavige uitvinding wordt tevens ondermeer beoogd in een aktieve inrichting van de in de aanhef genoemde soort te voorzien waarbij de eerste beeldelektrode via een aktief schakelelement kan worden aangestuurd zonder tot een vermindering van de apertuur-ratio te leiden.
Volgens de onderhavige uitvinding is een inrichting van de in de aanhef genoemde soort daardoor gekenmerkt dat tussen de eerste beeldelektrode en het elektrooptisch medium een transparante isolerende laag is aangebracht welke een lagere brekingsindex heeft dan de laagste brekingsindex van het elektro-optisch medium.
Licht dat van opzij door het beeldweergavepaneel wordt ingevangen, wordt in de inrichting volgens de uitvinding door de isolerende laag gereflecteerd en kan zieh zo in het beeldweergavepaneel voortplanten. Bij voorkeur worden de lichtbron en het paneel daarbij zodanig ten opzichte van elkaar gepositioneerd dat althans het merendeel van het ingevangen licht onder een hoek a kleiner dan de kritische hoek cet wordt ingevangen. Indien de isolerende laag en het elektro-optisch medium direkt met elkaar in contact zijn geldt voor de kritische hoek : a. = 90-arcsin (njn.) met n, de brekingsindex van de isolerende laag en ni de brekingsindex van het elektro-optisch medium.
Indien het licht beneden deze hoek wordt ingevangen treedt totale (interne) reflectie aan de isolerende laag op zodat het merendeel van het licht effectief voor de weergave kan worden benut. Doordat de isolerende laag op zichzelf voor zichtbaar licht transparant is, zal omgevingslicht daarentegen, althans in de transparante toestand van het elektro-optisch medium, wel door de isolerende laag kunnen heen dringen. Door een niet-reflecterende eerste beeldelektrode toe te passen kunnen aldus storende reflecties van het omgevingslicht in het beeldweergavepaneel volgens de uitvinding worden tegengegaan wat de beeldkwaliteit zeer ten goede komt.
Met de toepassing van de isolerende tussenlaag wordt in de inrichting volgens de uitvinding aldus bereikt dat het zijdelings ingevangen licht niet langer tussen de buitenoppervlakken van beide substraten intern wordt gereflecteerd, maar voor wat betreft het eerste substraat in plaats daarvan aan de reflecterende laag wordt gereflecteerd. Dit betekent dat het ingevangen licht niet langer de eerste beeldelektrode bereikt en deze beeldelektrode derhalve niet langer transparant behoeft te zijn.
Een voorkeursuitvoering van de inrichting volgens de uitvinding is dan ook gekenmerkt doordat de eerste beeldelektrode een elektrisch relatief goed geleidend materiaal omvat, zoals bijvoorbeeld koolstof of een metaalhoudend materiaal zoals
<Desc/Clms Page number 5>
bijvoorbeeld aluminium, wolfraam, molybdeen of een metaalsilicide welke alle in de LCD-technologie betrekkelijk gangbaar zijn. De serieweerstand en daarmee de RC-tijd van het beeldelement kan aldus belangrijk worden verminderd in vergelijking met transparant geleidend materiaal zoals indiumtinoxyde in de bekende inrichting.
Onder een metaalhoudend materiaal wordt overigens binnen het kader van de uitvinding ieder metallisch materiaal verstaan dat een metaal in welke vorm dan ook bevat zodat daaronder zowel zuivere metalen en metaallegeringen als bijvoorbeeld metaalverbindingen dienen te worden begrepen. Hoewel dergelijke materialen vaak uitermate goede elektrische geleiders zijn, zijn ze in het algemeen ondoorzichtig en daardoor in de bekende inrichting voor de eerste beeldelektrode niet zondermeer toepasbaar.
Overigens wordt opgemerkt dat het eerder genoemde octrooischrift nr.
5. 099. 343 aan de hand van figuur 2 op zichzelf weliswaar een inrichting van de in de aanhef genoemde soort beschrijft waarin voor projectie doeleinden een metallische laag wordt toegepast als eerste beeldelektrode die met het oog daarop spiegelend moet zijn.
Zoals hiervoor reeds werd opgemerkt, heeft dit laatste echter als bezwaar dat daardoor tevens het omgevingslicht naar de waarnemer wordt gereflecteerd wat een storend effect voor het beeld oplevert. Om dit te vermijden vereist de bekende inrichting dan ook een lichtdichte afscherming. Dankzij de uitvinding kunnen dergelijke storende reflecties van het omgevingslicht ook zonder een dergelijke lichtdichte afscherming worden vermeden. Volgens de uitvinding wordt het licht immers (intern) gereflecteerd door de (spiegelende) isolerende laag die additioneel tussen de eerste beeldelektrode en het elektro-optisch medium is aangebracht. Dit betekent dat de eerste beeldelektrode niet zelf reflecterend behoeft te zijn en dat bij voorkeur dan ook niet is om zo hinderlijke reflecties van het met name het vrijwel loodrecht invallende omgevingslicht te vermijden.
Bij bijvoorbeeld een licht absorberende of verstrooiende eerste beeldelektrode zal het omgevingslicht niet of nauwelijks door de inrichting worden gereflecteerd. Hetzelfde geldt voor een transparante eerste beeldelektrode waarachter een absorberende-of verstrooiende laag is geplaatst.
Een bijzondere uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding
EMI5.1
heeft als kenmerk dat de eerste beeldelektrode een elektrisch relatief goed geleidend 0 materiaal omvat en aan de naar het elektro-optisch medium toegekeerde zijde is voorzien van althans een licht absorberende toplaag. Daarbij kan de toplaag geheel
<Desc/Clms Page number 6>
onafhankelijk van de eerste beeldelektrode worden aangebracht en bijvoorbeeld uit een geheel ander materiaal zijn vervaardigd. Bij voorkeur wordt echter uitgegaan van een eerste beeldelektrode en een toplaag van eenzelfde metaal, in het bijzonder voorkomend in een groep van chroom, wolfraam, molybdeen en tantaal, waarbij de toplaag een verhoogde porositeit heeft in vergelijking met het metaal van de onderliggende eerste beeldelektrode.
Licht dat op de poreuze toplaag invalt wordt in de poriën daarvan ingevangen en uiteindelijk geabsorbeerd waardoor de toplaag een zuiver zwart uiterlijk heeft hoewel het metaal normaal op zichzelf glanzend zou zijn.
Door de eerste beeldelektrode geheel of alleen de toplaag daarvan aldus uit te voeren en een zwart uiterlijk te geven zal het beeldelement in de transparante toestand voor een waarnemer zuiver zwart zijn. Dit leidt tot een groot contrast met de verstrooiende toestand waarbij licht naar buiten treedt en het beeldelement helder is.
Een afzonderlijke zwarte bedekking van het buitenoppervlak van het eerste substraat voor dit doel, zoals in de bekende inrichting, is daardoor overbodig geworden, zodat een additionele processtap wordt uitgespaard.
Omdat het ingevangen licht volgens de uitvinding aan de isolerende laag wordt gereflecteerd en niet langer aan het buitenoppervlak van het eerste substraat kunnen in de inrichting niet alleen een ondoorzichtige eerste beeldelektrode en een ondoorzichtig substraat worden toegepast maar kan bovendien de eerste beeldelektrode worden aangestuurd via een aktief schakelelement zonder verlaging van de apertuurratio.
Daartoe is een bijzondere uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding gekenmerkt doordat tussen het eerste substraat en de eerste beeldelektrode een schakelelement is aangebracht, waarvan een eerste hoofdelektrode met de eerste beeldelektrode is verbonden en waarvan een tweede hoofdelektrode aan een aansluitgeleider is gekoppeld. In dat geval overlapt de eerste beeldelektrode althans gedeeltelijk met het schakelelement en wordt het nuttig beeldoppervlak nog slechts beperkt door de voor de elektrische isolatie noodzakelijke tussenruimte tussen de eerste beeldelektrode en een eventuele naastgelegen beeldelektrode van een eventueel naburig beeldelement.
De inrichting volgens de uitvinding is daardoor bijzonder geschikt voor toepassingen waarbij een hoge helderheid en/of een grote resolutie zijn vereist, zoals bijvoorbeeld hoge definitie televisie systemen zoals HD-MAC en hoge resolutie weergave voor datagrafische toepassingen zoals (S) VGA en XVGA beeldschermen. Het is daarbij op
<Desc/Clms Page number 7>
zichzelf niet relevant wat voor type schakelelement wordt toegepast. Zo kan het schakelelement bijvoorbeeld een transistor omvatten of bijvoorbeeld worden gevormd door een of meer pn-, Zener-, PIN- of dunne-film diodes.
Meer in het bijzonder is volgens de uitvinding het schakelelement althans gedeeltelijk in een op het eerste substraat gelegen relatief dunne laag aangebracht. Aldus kan het schakelelement op het substraat worden geintegreerd met verdere onderdelen van het beeldweergavepaneel. In het geval van een halfgeleiderschakelelement omvat de dunne laag bijvoorbeeld amorf of polykristallin silicium en omvat het schakelelement bijvoorbeeld een dunne-film veldeffecttransistor, een zogenaamde TFT naar het Engelstalige Thin Film Transistor, waarvan de aan-en afvoerzone in de dunne laag zijn aangebracht of omvat het schakelelement bijvoorbeeld een pn-, zener, of PIN-diode waarvan de anode en kathode in de dunne siliciumlaag liggen.
In het geval een dunnefilm diode voor de aansturing wordt toegepast, omvat de dunne laag bijvoorbeeld een stapeling van achtereenvolgens een metaal een isolator en wederom een metaal.
Indien tussen het eerste substraat en de eerste elektrode een schakelelement is aangebracht, verdient het volgens de uitvinding de voorkeur dat zowel de eerste beeldelektrode als het eerste substraat ondoorzichtig zijn uitgevoerd. In dat geval wordt het vaak lichtgevoelige schakelelement reeds door het substraat en de eerste elektrode voor invallend licht afgeschermd zodat daarvoor geen additionele coating op het schakelelement behoeft te worden aangebracht. Ook in dit geval wordt voor de eerste elektrode althans voor wat betreft de toplaag bij voorkeur een zwarte geleider zoals gemodificeerd chroom, wolfraam, molybdeen of tantaal toegepast om het contrast van het beeldweergavepaneel te verhogen.
De uitvinding zal thans nader worden toegepast aan de hand van enkele uitvoeringsvoorbeelden en een tekening. In de tekening toont : figuur 1 een dwarsdoorsnede van een eerste uitvoeringsvoorbeeld van de inrichting volgens de uitvinding ; figuur 2 een dwarsdoorsnede van tweede uitvoeringsvoorbeeld volgens de inrichting volgens de uitvinding, waarbij een beeldelement via een schakelelement wordt aangestuurd.
<Desc/Clms Page number 8>
De figuren zijn zuiver schematisch en niet op schaal getekend. In het bijzonder zijn terwille van de duidelijkheid sommige dimensies sterk overdreven weergegeven. Zoveel mogelijk zijn overeenkomstige delen in de figuren met eenzelfde verwijzingscijfer aangeduid.
Figuur 1 toont een eerste uitvoeringsvoorbeeld van een beeldweergaveinrichting volgens de uitvinding. De inrichting 1 omvat een beeldweergavepaneel 2 dat door middel van een zijdelings opgestelde lichtbron 3 wordt aangelicht. Achter de lichtbron 3 is een holle reflector 4 geplaatst om het door de lichtbron naar achter uitgezonden licht naar het beeldweergavepaneel te reflecteren. Voor de lichtbron 3 kan iedere gewenste verlichting worden toegepast die geschikt is om het paneel bij voorkeur homogeen over een gehele zijde aan te lichten, zoals bij voorbeeld een dunne, langwerpige fluorescentielamp (TL). Met name voor grotere weergavepanelen verdient het daarbij de voorkeur om aan weerszijden van het paneel een dergelijke lichtbron te plaatsen of zoals in het onderhavige voorbeeld het paneel te voorzien van een rondom gebogen meander-lamp 3.
De verschillende onderdelen 2, 3, 4 bevinden zich in of aan een schematisch weergegeven behuizing 5.
Het beeldweergavepaneel omvat een eerste substraat 6 in de vorm van een nagenoeg vlakke plaat van glas, kwarts of een geschikte transparante kunststof, waarop naast elkaar een aantal eerste beeldelektroden 11-17 ligt. Het paneel omvat verder een althans nagenoeg evenwijdig aan het eerste substraat 6 geplaatst tweede substraat 7, dat evenals het eerste substraat een praktisch vlakke plaat van glas, kwarts of een geschikte transparante kunststof omvat en waarop een transparante tweede beeldelektrode 20 is aangebracht. De tweede beeldelektrode 20 omvat indiumtinoxyde of een andere geschikte transparante geleider en maakt deel uit van een aantal van dergelijke tweede beeldelektroden die naast elkaar zijn geplaatst en met de eerste beeldelektroden 11-17 overlappen.
Beide substraten 6, 7 worden op een vaste afstand van elkaar gehouden door regelmatig geplaatste spacers 9 en sluiten over vrijwel hun gehele oppervlak een elektro-optisch medium 8 in dat in dit voorbeeld wordt gevormd door een zogenaamde PDLC-laag, naar het Engelstalige polymer Dispersed Liquid Crystal. De PDLC-laag 8 omvat een matrix van een geschikte polymeer zoals bijvoorbeeld een polyacrylaat of waarin een vloeibaar kristallijn materiaal in de vorm van sferische of ellipsoïdale drup-
<Desc/Clms Page number 9>
peltjes is gedispergeerd. Het vloeibaar-kristallijne materiaal is dubbel-brekend met een brekingsindex van circa 1, 5 dwars op de director en een brekingsindex van circa 1, 7 parallel daaraan. In totaal bestaat tot zo'n 80 % van de laag 8 uit dit materiaal dat overigens commercieel verkrijgbaar is.
De PDLC-laag 8 is in staat om onder invloed van een elektrisch veld tussen een althans nagenoeg transparante-en een verstrooiende toestand te schakelen.
Met behulp van de eerste-en tweede beeldelektroden 11-17, 20 kan ter plaatse van de onderlinge overlap een dergelijk veld lokaal worden aangeboden zodat aldus een stelsel van afzonderlijke beeldelementen 21-27 wordt gevormd.
Bij afwezigheid van een elektrisch veld tussen een eerste beeldelektrode 11-17 en een tweede beeldelektrode 20 zijn de dubbel-brekende LC-druppeltjes willekeurig georiënteerd en zal invallend licht willekeurig worden verstrooid aan het interface tussen de druppeltjes en de polymeer-matrix. Ter plaatse van een met de betreffende elektrode geassocieerd beeldelement zal dan licht naar buiten treden, wat in de figuur voor het beeldelement 23 tussen een van de eerste beeldelektroden 13 en de tweede beeldelektrode 20 schematisch is weergegeven. Een waarnemer ziet in dat geval het betreffende beeldelement 23 oplichten.
Onder invloed van een elektrisch-veld tussen een eerste beeldelektrode 11- 17 en een tweede beeldelektrode 20 richten de druppeltjes in een daarmee geassocieerd beeldelement zieh daarentegen conform de elektrische veldlijnen zodat invallend licht in het vloeibaar-kristallijne materiaal een uniforme brekingsindex ondervindt. De PDLClaag 8 is zodanig geselecteerd dat deze brekingsindex praktisch overeenkomt met de brekingsindex van de polymeermatrix, zodat aan het interface tussen de LC-druppeltjes en de polymeermatrix, zomin als tussen de LC-druppeltjes onderling, in dat geval geen verstrooiing zal optreden en het beeldelement voor het invallende licht althans nagenoeg transparant zal zijn. Ter plaatse van het beeldelement treedt dan ook geen licht naar buiten.
Een waarnemer kijkt in dat geval ter plaatse van het beeldelement dwars door het medium 8 heen, wat in de figuur bij zes 21-24, 26-27 van de zeven getoonde beeldelementen het geval is, en ziet de achtergrond daarvan.
Volgens de uitvinding is tussen de eerste beeldelektroden 11-17 en de PDLC-laag 8 een isolerende laag 10 aangebracht met een lagere brekingsindex dan de laagste brekingsindex van het elektro-optisch medium 8. De isolerende laag omvat in het onderhavige voorbeeld aluminiumfluoride (A1F3) dat een brekingsindex heeft van
<Desc/Clms Page number 10>
circa 1, 35. Deze brekingsindex is daarmee belangrijk lager dan de laagste brekingsindex van 1, 5 van de PDLC-laag 8. Om de aanstuurspanning van de beeldelementen niet te zeer te verhogen, wordt de dikte van de isolerende laag 10 klein gehouden.
Licht dat zijdelings door het paneel wordt ingevangen, wordt aan het grensvlak tussen de PDLC-laag 8 en de reflecterende laag 10 (intern) gereflecteerd en om zieh vervolgens in de inrichting verder voort te planten. In het bijzonder indien de lichtbron en het beeldweergavepaneel zodanig ten opzichte van elkaar zijn opgesteld dat het merendeel van het licht onder een hoek a kleiner dan de kritische hoek a, op het grensvlak invalt, treedt daarbij zelfs totale reflectie op waarbij geheel geen licht tot de eerste beeldelektroden 11-17 en het daaronder gelegen eerste substraat 6 doordringt. Het licht 30 wordt op analoge wijze aan het grensvlak tussen het tweede substraat 7 en de omgeving (slucht) gereflecteerd. Aldus blijft het licht tussen beide grensvlakken gevangen. Deze lichtweg 30 is in de figuur schematisch aangegeven.
Voor de kritische
EMI10.1
hoek a, hoek geldt algemeen = 90 met nt de brekingsindex van de isolerende laag 10 en n ; de brekingsindex van het elektro-optisch medium 8, wat in dit voorbeeld neerkomt op een waarde van (Xc = 90-arcsin (l, 35/1, 5) 26 .
Omdat de eerste beeldelektroden 11-17 zieh dankzij de uitvinding niet in de lichtweg 30 bevinden, behoeven de eerste beeldelektroden 11-17 niet doorzichtig te zijn. Voor de eerste beeldelektroden 11-17 behoeft daarom geen transparante geleider zoals bijvoorbeeld ITO te worden toegepast dat, hoewel elektrisch geleidend, desalniettemin in vergelijking met althans de meeste metaalhoudende materialen een relatief hoge soortelijke weerstand heeft. Hetzelfde geldt voor andere transparante geleiders zoals bijvoorbeeld antimoon-tin-oxyde (ATO) en tinoxyde. Bovendien is ITO in vergelijking met veel metalen technologisch relatief moeilijk te hanteren. Dienovereenkomstig is in het onderhavige uitvoeringsvoorbeeld met voordeel een weliswaar ondoorzichtig maar elektrisch relatief goed geleidend materiaal voor de eerste beeldelektroden 11-17 toegepast.
In dit voorbeeld omvatten de eerste beeldelektroden chroom en zijn de beeldelektroden aan hun naar de PDLC-laag 8 toegekeerde zijden voorzien van een licht-absorberende toplaag die eveneens chroom omvat maar in vergelijking met de onderliggende beeldelektrode een aanmerkelijk grotere porositeit bezit. De toplaag is overigens terwille van de duidelijkheid in de figuur niet afzonderlijk weergegeven.
Een dergelijke opbouw is eenvoudig te realiseren door de metaallaag waaruit de eerste beeldelektrode wordt gevormd door sputteren aan te brengen en bij het
<Desc/Clms Page number 11>
EMI11.1
bereiken van de gewenste dikte de sputterdruk, dat wil zeggen de druk van de atmosfeer waarin wordt gesputterd welke bijvoorbeeld argon omvat, bij voorbeeld ruwweg een factor tien te verhogen. In de praktijk is gebleken dat in dat geval de metaallaag met een aanmerkelijk grotere porositeit verder groeit zodat uiteindelijk de metaallaag met de gewenste poreuze, licht-absorberende toplaag is bedekt. De porositeit, en daarmee het licht-absorberend vermogen, van de toplaag kan desgewenst verder worden verhoogd door de toplaag enigszins aan te etsen en eventueel althans gedeeltelijk te oxyderen.
Aldus is voor wat betreft de toplaag een porositeit van meer dan 50% en een reflectiecoëfficiënt van minder dan 5 haalbaar terwijl de elektrische geleidbaarheid van de elektrode gewaarborgd blijft.
Licht dat op de toplaag valt, wordt in de poriën daarvan, die meer dan 50% van de laag kunnen beslaan, ingevangen en uiteindelijk geabsorbeerd. De toplaag heeft daardoor een volkomen zwart uiterlijk en vermijdt zo hinderlijke reflecties van met name het vrijwel omgevingslicht. In plaats van chroom kunnen bijvoorbeeld ook molybdeen, tantaal en wolfraam op een soortgelijke wijze worden toegepast.
Door het volkomen zwarte uiterlijk van de beeldelektroden 11-17 ziet een waarnemer een zuiver zwarte achtergrond ter plaatse van de transparante beeldelementen. Dit verhoogd het contrast ten opzichte van de beeldelementen 23 die verstrooiend en daardoor helder zijn. Een additionele zwarte coating op de achterzijde van het beeldweergavepaneel, zoals in de bekende inrichting, kan hierdoor te zamen met de daarvoor benodigde processtap achterwege worden gelaten.
De uitvinding verschaft aldus in het onderhavige uitvoeringsvoorbeeld een beeldweergaveinrichting van de in de aanhef genoemde soort met een uitermate goede elektrische geleiding van de eerste beeldelektroden, zodat de RC-tijden daarvan ook voor weergavepanelen met relatief veel beeldelementen acceptabel zijn, en met een hoog contrast tussen de beeldelementen.
Een tweede uitvoeringsvoorbeeld van de inrichting 1 volgens de uitvinding is weergegeven in figuur 2. Evenals in het voorgaande voorbeeld omvat de inrichting een beeldweergavepaneel 2 dat zijdelings door een lichtbron 3 en reflector 4 wordt aangelicht en omvat het beeldweergavepaneel een eerste-en een tweede substraat 6 respectievelijk 7 in de vorm van twee praktisch vlakke, evenwijdige platen van glas, kwarts of een geschikte kunststof die over vrijwel hun gehele oppervlak een elektro-
<Desc/Clms Page number 12>
optisch medium 8 in de vorm van een PDLC-laag insluiten en door middel van spacers 9 op een zekere afstand van elkaar worden gehouden. Het materiaal van de PDLC-laag en de brekingsindices daarvan komen overeen met die van het voorgaande uitvoeringsvoorbeeld.
Verder omvat de inrichting evenals in het voorgaande voorbeeld een aantal naast elkaar gelegen eerste beeldelektroden 11-17 die op het eerste substraat
EMI12.1
zijn aangebracht alsmede een aantal transparante tweede beeldelektroden 20, van i indiumtinoxyde of een andere geschikte transparante geleider, die op het tweede substraat 7 liggen en met de eerste beeldelektrode 11-17 overlappen. De inrichting 0 omvat aldus een stelsel van beeldelementen die zieh bevinden ter plaatse van de overlap tussen de eerste beeldelektroden 11-17 enerzijds en de tweede beeldelektroden 20 anderzijds. Verder is het geheel evenals in het voorgaande voorbeeld voorzien van een geschikte behuizing 5.
In het onderhavige voorbeeld worden de beeldelementen al of niet direkt aangestuurd via aktieve schakelelementen 31-37 die tussen de eerste beeldelektroden 11- 17 en de daarmee geassocieerde aansluitgeleiders zijn geschakeld en die in het onderhavige voorbeeld worden gevormd door dunne-film diodes met ieder een eerste hoofdelektrode 25 en een tweede hoofdelektrode 27 van tantaal die van elkaar zijn gescheiden door een betrekkelijk dunne isolerende laag 26 van tantaaloxyde. De aansluitgeleiders zijn uit dezelfde geleidende laag vervaardigd als de tweede hoofdelektroden 27 van de diodes 31-37, maar bevinden zieh buiten het vlak van tekening.
Overigens kunnen ook andere metalen en isolerende materialen worden gebruikt voor respectievelijk de hoofdelektroden 25, 27 en de isolerende laag 26. Door aldus voor de schakelelementen 31-37 drie relatief dunne lagen van de orde van 50 nm te gebruiken, welke lagen desgewenst in een enkele processtap op gebruikelijke wijze in patroon kunnen worden gebracht, kunnen de schakelelementen 31-37 eenvoudig op het eerste substraat 6 worden geïntegreerd.
Ten behoeve van een vlakke ondergrond voor de eerste beeldelektroden 11-17, zijn de diodes 31-37 bedekt met een betrekkelijk dikke planariserende en passiverende laag 28 van siliciumnitride, waarin ter plaatse van de eerste hoofdelektroden 25 van de schakelelementen contactvensters zijn aangebracht. De contactvensters zijn opgevuld met titaan-wolfraam 29, een zogenaamde via, om een elektrische verbinding tussen de eerste hoofdelektroden 25 van de schakelelementen 31-37 en de betreffende eerste beeldelektroden 11-17 tot stand te brengen. De tweede hoofdelektroden 27 van de
<Desc/Clms Page number 13>
diodes 31-37 zijn telkens, buiten het vlak van tekening, aan de met het betreffende beeldelement geassocieerde aansluitgeleider gekoppeld.
Ook in dit voorbeeld zorgt een isolerende laag 10 van aluminiumfluoride met een brekingsindex van circa 1, 35 tussen de eerste beeldelektroden 11-17 en de PDLC-laag 8 ervoor dat de lichtweg 30 niet of nauwelijks daarachter kan doordringen.
Behalve dat daardoor de vaak lichtgevoelige schakelelementen 31-37 van het ingevangen licht worden afgeschermd, kunnen de schakelelementen 31-37 in dat geval bovendien zonder beeldverlies met de eerste beeldelektroden 11-17 overlappen, ongeacht of deze laatsten transparant zijn of niet. Het laatste geldt ook voor de voor de aansturing benodigde aansluitgeleiders.
In het onderhavige voorbeeld liggen de dunne-film diodes 31-37 dan ook, evenals de aansluitgeleiders, tussen het eerste substraat 6 enerzijds en de eerste beeldelektroden 11-17 anderzijds en bevinden zieh waardoor ze zieh buiten de lichtweg 30 van het ingevangen licht bevinden en storende invloeden daarvan worden tegengegaan en waardoor de schakelelementen 31-37 bovendien geen additionele plaatsruimte vergen.
Aldus voorziet de uitvinding in het onderhavige uitvoeringsvoorbeeld in een beeldweergaveinrichting van de in de aanhef genoemde soort waarbij de beeldelementen van het beeldweergavepaneel 3 via aktieve schakelelementen 31-37 worden aangestuurd maar waarbij desalniettemin het nuttig beeldoppervlak, en meer precies de verhouding tussen het totale oppervlak van de beeldelementen en het totale oppervlak van het paneel, welke verhouding gewoonlijk wordt aangeduid als apertuur-ratio, nog slechts wordt beperkt door de voor de onderlinge elektrische isolatie noodzakelijke tussenruimte f. De apertuur-ratio die voor conventionele aktieve LCD-inrichtingen typisch zo'n 40%- 50% bedraagt, kan hierdoor in de inrichting volgens de uitvinding oplopen tot zo'n 80- 90%.
Hoewel op zichzelf niet noodzakelijk voor de uitvinding, wordt voor wat betreft de eerste elektroden 11-17 evenals in het voorgaande voorbeeld bij voorkeur uitgegaan van een ondoorzichtig metaalhoudend materiaal. Ook in dit geval is daarbij gekozen voor geleidersporen van chroom die aan hun naar de PDLC-laag toegewende zijde oppervlakkig zijn bedekt met een dun laagje zwart chroomoxyde. Behalve de in vergelijking met gangbare transparante geleiders, zoals bijvoorbeeld ITO, relatief lage soortelijke weerstand en dus kleine RC-tijd en de hoge contrastwerking biedt een ondoorzichtige eerste beeldelektrode in het onderhavige voorbeeld bovendien als
<Desc/Clms Page number 14>
EMI14.1
voordeel dat daardoor de vaak lichtgevoelige schakelelementen 31-37 effectief van de voorzijde invallende licht worden afgeschermd.
Aan de achterzijde vervullen de tweede hoofdelektroden 61-67 van de diodes 31-37 deze functie. Indien de afscherming aan de achterzijde niet afdoende is, worden bij voorkeur niet alleen de eerste beeldelektroden 11-17 ondoorzichtig uitgevoerd maar wordt bovendien uitgegaan van een ondoorzichtig eerste substraat 6, dat wil zeggen een eerste substraat 6 van een ondoorzichtig materiaal of een eerste substraat 6 voorzien van een ondoorzichtige coating.
Het zal duidelijk zijn dat, hoewel de uitvinding aan de hand van slechts een tweetal uitvoeringsvoorbeelden nader is toegelicht, de uitvinding geenszins tot de gegeven voorbeelden is beperkt. Integendeel zijn voor een vakman binnen het kader van de uitvinding nog vele variaties en verschijningsvormen mogelijk.
Zo is in beide uitvoeringsvoorbeelden uitgegaan van een PDLC-laag als elektro-optisch medium. Binnen het kader van de uitvinding zijn echter ook andere elektro-optische media toepasbaar mits ze onder invloed van een elektrisch veld tussen een verstrooiende en een althans nagenoeg transparante toestand kunnen schakelen. Behalve een PDLC-laag of een daarmee sterk verwante zogenaamde NCAP-laag, naar het engelstalige Nematic Curvilinear Aligned Phase, kunnen bijvoorbeeld ook andere gecombineerde systemen van een polymeer met een vloeibaar kristallijn materiaal, zoals een polymeer-netwerk vloeibaar kristal (PNLC) en een anisotrope (scattering) gel, of bijvoorbeeld een dynamisch verstrooiende laag van louter vloeibaar kristallijn materiaal worden toegepast.
In beide gevallen is de verstrooiende werking groter naarmate het verschil tussen de hoogste en laagste brekingsindex van het gebruikte LC-materiaal groter is, waardoor een hogere helderheid wordt verkregen en/of de dikte van de LClaag en daarmee de aanstuurspanning daarvan kleiner kan zijn.
Verder kan aan het elektro-optisch medium eventueel een geschikte kleurstof worden toegevoegd om bij voorbeeld het contrast van het beeldweergavepaneel te vergroten en kan voor de licht-absorberende toplaag op de eerste beeldelektroden een kleur worden toegepast anders dan zwart.
In plaats van aluminiumfluoride kunnen ook andere isolerende materialen worden gebruikt voor de isolerende laag, mits de isolerende constante van het materiaal maar lager is dan de (laagste) isolerende constante van het elektro-optisch medium. Bij de in de voorbeelden gebruikte PDLC-laag als elektro-optisch medium, kan bij
<Desc/Clms Page number 15>
voorbeeld ook siliciumoxyde met een brekingsindex van circa 1, 45 of TEFLON* met een brekingsindex van ongeveer 1, 33 worden toegepast. Naarmate de (laagste) brekingsindex van het gebruikte elektro-optisch medium groter is, wordt de keuze voor wat betreft het materiaal van de isolerende laag ruimer. Bovendien kan voor de isolerende laag een stapeling van lagen worden toegepast, die in dat geval bovendien niet alle op zichzelf isolerend behoeven te zijn, om zo de optische eigenschappen daarvan te optimaliseren.
Verder kan het tweede substraat op gebruikelijke wijze worden voorzien van complementaire kleurenfilter, waardoor de inrichting geschikt wordt voor kleurenweergave.