CN1179551A - 具有掺氢的氦填料的等离子体寻址液晶显示面板结构的通道组件 - Google Patents

Abstract

一种用于等离子体寻址液晶显示面板的通道结构,包括一个通道部件(4),限定至少一个通道(20);一个阴极(26),具有一个裸露于通道中的上表面(50);和一个阳极(24),具有一个裸露于通道中的上表面（50）。其阳极的上表面具有大致均匀的结构，并且在垂直于其上表面的方向具有至少约10^－4ohm^－1cm^－1的电导率。

Description

具有掺氢的氦填料的等离子体寻址 液晶显示面板结构的通道组件

本申请要求1996年9月30日提出的美国临时申请No.60/026,661的利益。

本发明涉及一种等离子体寻址液晶(PALC)显示面板结构，该显示面板具有掺氢的氦填料。

美国专利US5,077,553公开了一种用于寻址数据存储单元的装置，其中所示装置的一个实施例在本文附图4中简要画出。

图4所示显示面板包括，由下向上依次为，起偏器2，通道元件4，覆盖片6(公知的微薄层)，由电光材料构成的层10，平行透明的数据驱动电极阵列(在图4中仅看见其中一个，标号为12)，上基片14，带有数据驱动电极，和上偏振器16。通道元件4一般由玻璃制成，并在其上部主表面形成多路平行通道20。由脊22隔开的通道20中充有电离气体，例如氦。在每一通道20中设有一阳极24和一阴极26。通道20正交于数据驱动电极，在数据驱动电极与通道相交的区域(垂直于面板观示)形成分立的面板单元28。可以认为，每个面板单元包括层10及下部和上部偏振器2和16的单元。在彩色显示面板的情况下，面板单元还包括在层10和上基片14之间的彩色滤光片(未画出)。以面板单元为界的显示面板的上表面区域构成了显示面板的一个单个像素30。

当某个通道中的阳极接地并对通道内的阴极施加一适当的负电压时，此通道中的气体形成一个等离子体，它在覆盖片6的下表面提供了一个导电通路。如果数据驱动电极处于接地电位，则在位于通道与数据驱动电极交点处的面板单元的电光材料的体积单元中设有明显的电场，从而此面板单元被看成是关的，而，如果在上述电光材料的体积单元中数据驱动电极处于与接地实质不同的电位时，则产生明显的电场，从而此面板单元被看成是开的。

在下面的描述中假设，下偏振器2为线性偏振器，其偏振平面可随意确定为相对一个参考平面成0°，上偏振器16为线性偏振器，其偏振平面为90°，并且电光材料为挠曲向列型液晶材料，它使通过其中的线偏振光的偏振平面旋转一定角度，此角度为该液晶材料中电场的的函数。在面板单元关时，此旋转角度为90°，而在面板单元开时，此旋转角度为0°。

面板由一个发射非偏振白光的持续光源(未画出)自下部照明。具有数射表面的背面玻璃漫射体18置于光源与面板之间，以便提供面板的均匀照明。由光源射入给定面板单元的光束由下偏振器2变为0°偏振的线性光，依次通过通道元件4，通道20，覆盖片6，和液晶材料的体积单元，投射向上偏振器16和观察者32。如果面板单元是关的，则通过液晶材料体积单元的线偏振光的偏振平面旋转90°，所以入射在上偏振器单元的光束的偏振平面为90°。此光束经上偏振器单元通过，从而像素得到照明。另一方面，如果面板单元是开的，则通过液晶材料体积单元的线偏振光的偏振平面没有改变，入射在上偏振器单元的光束的偏振平面为0°，此光束被上偏振器单元阻断，从而像素为暗的。如果液晶材料体积单元中的电场为面板单元开和关时数值的中间值，则由上偏振器通过的光来强度决定于此电场，从而允许所需灰度的显示。

目前在制造PALC显示面板的通道元件方面普遍采用三种主要方法。一种方法为，在玻璃基片上刻蚀，以在其上表面形成一个平行通道阵列，然后在这些通道中制成阳极和阴极。另一种方法为，利用网版印刷工艺在玻璃基片的分离区域上沉积胶层。第三种方法为，在玻璃基片上沉积材料覆盖层，然后用喷砂清理法有选择地除去此材料。

图4中所示的通道元件是采用上述第一种方法制成。为便于加工，图4中所示的通道元件的阳极与阴极同时制成，且具有相同的结构。

在PALC面板的工作过程中，其阴极受到等离子体的正离子的溅射。已有建议通过在阴极上提供一层折射材料的防护顶面镀膜来保护阴极免遭溅射损害，参见美国专利申请No.08/520,996(委托号No.5843US)和美国临时专利申请No.60/(委托号No.5843US-1)。此种折射材料膜应由稀土族六硼化物制成，例如LaB6，在这种情况下，该膜层应采用阳离子电泳沉积法进行沉积。

在将美国专利U.S5,077,553所公开的PALC显示面板用作光栅扫描显示面板以显示NTSC视频信号时，面板应作如下取向，即，通道水平延伸而数据驱动电极垂直延伸。对视频信号一帧的第一作用线进行取样。在第一通道的阴极上施加一负向选通脉冲，以在第一通道中建立一等离子区，而数据驱动电极由依赖于相应取样值的电压驱动。在沿第一通道的每一面板单元中，使确定面板单元状态的电场产生于数据驱动电极与覆盖片的下表面之间。移去选通脉冲，则等离子区消除，但电场仍然存在，以维持面板单元的状态，直到视频信号下一帧中对第一通道重新寻址为止。为了保持帧的剩余作用线和保持显示面板的其余通道可以重复上述工作过程。

第一通道中产生的等离子体在移去选通脉冲时并不立即消除，而是持续一定时间逐渐消除。如果在第一通道中等离子体完全消除之前，视频数据下一线的电压施加于其数据驱动电极上，则在第一通道面板单元中产生的电场将不再是恰当值，这一般会导致象质损失。因此，有必要使响应前一选通脉冲产生的等离子体在由视频数据下一线的电压驱动其数据驱动电极之前能够完全予以消除。

在数据电压改变时，如果驱动显示单元存储的电压变为10％以下，就可以认为等离子体完全消除(或将要完全消除)。

可以见到，在美国专利US5,077,553所公开的显示面板用于显示由以60Hz帧频寻址的480线组成的视频信号的情况下，撤去一个通道的选通脉冲至驱动数据驱动电极以进行下一线显示所经过的时间约为30μs。相应地，在选通脉冲撤去后，在既定通道中产生的等离子体必须在大约30μs内消退。

由于氦的惰性从而不会与等离子体通道中的电极起反应，氦是用于等离子体寻址液晶显示面板的优选气体。而且，考虑到溅射损害，因为氦离子较轻。所以氦也是合适的选择。然而，采用氦作为PALC显示面板的电离气体具有如下缺点，在氦离子与电子复合时，氦原子并不总是立即到达基态，而是可能在亚稳态停留相当长时间。若亚稳态氦原子获得能量，例如由于与电子或中一氦原子碰撞，则该亚稳态氦原子将受到再次电离，从而延迟了等离子体的彻底消除。

使PALC显示面板中亚稳态氦原子衰减的一种方法是通过与通道壁的碰撞。在适于作NTSC显示器的等离子体寻址液晶显示面板中，其通道尺寸为，使得亚稳态氦原子以足够的频率与通道壁碰撞并返回至基态，从而在撤去选通脉冲后等离子体在30μs内可看作完全消除。由此，亚稳态的存在并不显著妨碍由NTSC信号驱动的等离子体寻址液晶显示面板的工作。

在PALC显示面板用于制作HDTV显示器的情况下，显示线的数目以及帧更新的频率将使得既定通道中的等离子体在阴极撤去脉冲后必须在约8-16μs内可靠消除。如果单独用氦作为面板中的气体，则其亚稳态的存在与持续会损害显示器的可视度。

已经发现，如果在面板中加入适当的掺杂气体，将会加速等离子体的消除。掺杂气体的作用机理还不完全清楚，但可以相信它能减少所形成的亚稳态原子数目和/或加快亚稳态原子的衰减。已经测定过几种掺杂气体。

氢作为掺杂气体能有效加速等离子体的消除。参见美国临时专利申请No.60/022,002(委托号USA6242)，此处引用其公开内容作为参考，即，氢离子较轻，因而对阴极的损害较小。

已经发现，如果在氦填料中加入的氢浓度以分压计算，在总室压为50mB至500mB之间时位于约0.01％至20％的范围内，则可显示满意的高度可寻址图象。因此，氢分压最好在约0.005mB与约100mB之间。

一个HDTV显示面板通常具有1,200个通道。在每个通道长约为40cm的情况下，通道的总容积为约0.05升。若总室压为200mB且氢的分压为2mB时，则氢在300K温度时所需量约为0.7毫巴升(1,000毫巴升为标准温度及压强下占据一升的气体量)。采用氢作为掺杂气体的一个可能缺点是氢粒子高度活跃，因而由于与电极材料的反应而消耗。据测定，由于与电极材料反应，氢以1×10^-6毫巴升/小时/厘米通道长度的速率被消耗掉。这种HDTV显示面板中的最大消耗速率可达约50×10^-3毫巴升/小时，因而将在约2小时内耗掉0.1毫巴升。从而，面板的可视度在仅几个小时的工作后将减低至不可接受的程度。若氢浓度增加至15％(36mB氢分压，总气压240mB)，则氢气量为1.8毫巴升，这会在大约3小时内消耗掉。

一般认为，对于商业上可接受的电视显示面板，它至少能工作10,000小时(对应于大约10年的使用寿命)，而没有显示质量的显著降低。为使氢分压在10,000小时的使用期内保持在36mB，将需要500毫巴升的总氢容量，质量约60mg，它是为使面板充气至36mB分压所需量的大约280倍。对于通道长度不是40cm的面板，为保持36mB氢分压使用10,000小时，所需氢的质量可根据通道长度换算。

根据美国临时专利申请No.60/022,002，它建议应设置一定量的氢存储材料与PALC显示面板的等离子体通道相连通。

根据本发明，已经发现，如果阳极具有一均匀结构的和高电导率的表面层，阴极镀有LaB₆层，并且具有与等离子体通道相连通的氢存储材料以使氦填料中氢浓度保持在0.01至10％(以分压计算)，更好为0.5至5％，最好为1至3％的范围内，则PALC面板的使用寿命将显著延长。

若LaB₆镀层以阳离子电泳沉积法形成在阴极上，则此镀层并不均匀，而且相反地，会具有显著颗粒度。如果阴极具有阳离子电泳沉积的LaB₆镀层，则本发明需要的阳极应具有与阴极不同的结构，特别是最好不镀LaB₆。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于PALC面板的通道结构，包括一个通道部件，至少确定一个通道；至少一个阴极，具有一个裸露于所述一个通道中的上表面；至少一个阳极，具有裸露于所述一个通道中的上表面；且所述一个阳极的所述上表面具有大致均匀的结构，并在垂直于所述上表面的方向上具有至少约10^-4ohm^-1cm^-1的电导率。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于PALC面板的通道结构，包括一个通道部件，至少确定一个通道；和至少一个阴极以及至少一个阳极，他们各具有一个裸露于所述一个通道中的上表面，用于在通道中阳极与阴极之间建立一个电场；其中阳极的所述上表面具有大致均匀的结构且在平行于通道中所建立电场的方向上具有至少约10^-4hm^-1cm^-1的电导率。

根据本发明的第三方面，提供了一种用于PALC面板的通道组件，包括一个通道结构，确定多个通道；一个覆盖片，附着在所述通道结构上；在由所述通道结构与覆盖片确定的通道中具有填充气体，该填充气体含有掺氢的氦气，掺杂浓度至于约0.01％至约10％的范围内；至少一个阻极裸露于每一通道中；至少一个阳极裸露于每一通道中，每一阳极一大致均匀结构的并具有至少约10^-4ohm^-1cm^-1电导率的表面层。

为更好理解本发明，说明其如何有效实施，下面以实施例方式，参照附图作出说明，其中

图1是根据本发明的PALC显示面板的局部示意图，

图2是根据本发明的第一种PALC面板的局部剖面图，

图2A是图2的细部放大图，

图3是根据本发明的第二种PALC面板的近似图，

图4是根据现有技术的PALC面板的剖面图。

在上述附图中，相同的附图标记表示相应的部件。

图1显示了在PALC HDTV/显示面板的通道部件4中形成的等离子体通道20。通道部件4可采用任意适当方法，例如上述三种方法之一制作。等离子体通道20与一个集气通道34连通。集气通道与一个位于显示区域外的容器38相连，其连通方式图1中没有画出。容器38中含有一个氢存储材料的基体42。氢存储材料通过将氢结合在其分子结构中来存储氢。这种氢存储材料是公知的，在商业上用作吸氢剂。

根据本发明的，通道20中的阳极24(图1中未画出)具有与阴极26不同的结构。图2简要画出了图1中所示的PALC面板的通道20中的电极结构，通过网版印刷使不同涂胶涂至玻璃基片的上表面上形成电极和脊框，从而制作出其通道部件4。如图2所示，阳极和阴极各包含一附着层46，一主体层48，和一上保护层50。层46，48和50都导电，并且在电极的长度方向组分均匀。

阴极26具有一层折射材料镀层54，以保护其免遭溅射损害。镀层54通过阳离子电泳沉积LaB₆制成。在阳极24的上保护层50上没有镀层。这样，当通道部件置于阳离子电泳沉积室中以在阴极上沉积LaB₆镀层并且阴极与阳离子电泳沉积电压源的负端连接时，由于阳极未与任何端连接或者与相对于阳离子电泳沉积电压源的负端为正电位的端子相连，例如与阳离子电泳沉积电压源的正端或相对于其正端具有正偏压的端子相连，所以阳极浮置。通过此种方法，可避免在阳极上有可能沉积显著量的LaB₆。

即使阳极没有连接阳离子电泳沉积电压源的负端，也会有少量的LaB₆沉积在阳极上。另外，如果电极结构的保护顶层为可氧化金属，如铝，则在阳离子电泳沉积过程中此顶层会氧化。因此，在阴极镀好折射膜之后，应对电极进行轻微的溅射处理，以除去阳极上形成的任何LaB₆或氧化物。

然后，由通道部件4上附加覆盖片6以形成通道组件。此时，将容器38的内部空间及通道部件的内部空间相对于通道组件的外部密封起来，形成一个封闭的面板腔室。向此面板腔室注入氦和氢的填料。将此通道组件与由上基片14，数据驱动电极12和液晶材料层10组成的上基片组件粘接起来，制成PALC显示面板。

随着面板使用消耗注入的氢，会使面板腔室中氢的分压降低；同时氢存储材料释放氢并在其稍微降低的分压和稍微降低的浓度处达到均衡。基体42中氢存储材料量以及制作通道组件时向存储材料中注入的氢浓度(毫巴升氢/克存储材料)应选择为，能使得通道腔室中的氢浓度，以相对于整个室压的氢分压计算，保持在0.01％至10％，较好为0.5％至5％，最好为1％至3％的范围内。

已经发现，采用以上述方式制造的通道组件所构成的显示面板，使阳极不镀折射物质，但具有一高导电率顶层，且面板由以上述浓度掺氢的氦填料制作，则制得面板的使用寿命相对于采用阳极与阴极结构相同的通道组件构成的面板得到延长。使用寿命差异的原因在于，阳极顶层具有均匀电导率且此顶层电导率为至少10^-4ohm^-1cm^-1。这样，参照图2A，其中具有LaB₆镀层54的电极结构画在左边，而没有LaB₆镀层的电极结构画在右边，可以相信，镀层54由大颗粒56构成，它们没有均匀分布在电极的表面，以致于使得一些颗粒靠在一起，如60处所示，而在另一些颗粒之间存在间隙，如62处所示。在采用图2A左边所示结构作为阳极的情况下，对于来自等离子体的电子，区域62处呈现的电阻明显大于空隙60处呈现的电阻，其顶层50暴露在等离子体中，从而电子由等离子体向主体层48的运动优先通过空隙62。可以相信，等离子体易于分隔成沿着电极分离的区域，而不是沿电极均匀分布，这就导致了显示面板的过早损坏。在图2A右边所示的结构中，在阳极的整个区域层50提供了由等离子体至主体层48的低电阻通路。

电导率是一个以电流密度矢量值为分子并以电场矢量值为分母的分数式。在各向同性材料中，电流密度矢量的方向与电场矢量的方向相同，从而电导率与电场矢量的方向无关，因此电导率为标量。然而，在一般情况下，因为电流密度矢量的方向并不必然与电场矢量的方向一致，电导率为一个张量，并且决定于电场矢量的方向。

在图2中所示阳极的例子中，电导率张量的两个部分是明显的，它们可由σ₁₁与σ₁表示，σ₁₁表示平行于阳极长度方向电流密度矢量与电场的比值，而σ₁表示垂直于阳极表面方向，即平行于阳极表面上在阴极与阳极(在良导体情况下)之间建立的电场的方向上电流密度与电场的化值。在本发明例子中，有必要使顶层的σ₁部分在阳极区域大而且均匀，以保证来自等离子体的电子能以最小的电阻到达主体层。另外，阳极材料的σ₁₁部分应较大，可以为电子沿阳极提供一条低电阻通路。

对大多数金属，其电阻率(电导率的倒数)位于大约2至大约100 ohm cm的范围内。为使电导率的σ₁₁部分或σ₁部分为较高值，电阻率张量的对应部分应当不大于约10,000 ohm cm。

对于具有上述阳极结构并具有掺氢的氦填料的PALC显示面板，对其进行的加速寿命试验表明，此种面板的工作寿命可达至少10,000小时。

图3简要画出了一种PALC显示面板的通道20中的电极结构，在这种显示面板中，通道部件通过在一个玻璃基片的上表面蚀刻通道，并随后采用光刻技术在这些通道中制作电极的方式制作。如图3所示，电极可包括一层铬附着层，一层铜主体层和一层铬保护顶层。在图2例子中，阴极26具有一折射材料镀层，而阳极24的上表面具有高电导率并且在阳极区域其电导率为均匀的。

应当理解，本发明并不局限于所述的特定实施例，并且在不偏离附后权利要求及其类似内容所限定的发明范围的情况下，可对其作出适当改变。

Claims (11)

1、一种用于等离子体寻址液晶面板的通道结构，包括，

一个通道部件(4)，限定至少一个通道(20)，

至少一个阴极(26)，具有一个裸露于所述一个通道中的上表面，和

至少一个阳极(24)，具有一个裸露于所述一个通道中的上表面，所述一个阳极的所述上表面(50)具有大致均匀的结构，并且在垂直于所述上表面方向具有至少约104^-4ohm^-1cm^-1的电导率。

2、如权利要求1所述的通道结构，其中，阴极(26)具有一个金属基体的中间部分(48)和一层折射材料镀层(54)。

3、如权利要求1所述的通道结构，其中，阳极具有一个金属基体的中间部分(48)和一层金属顶层(50)。

4、一种用于等离子体寻址液晶面板的通道结构，包括，

一个通道部件(4)，限定至少一个通道(20)，以及

至少一个阴极(26)和至少一个阳极(24)，他们各具有一个裸露于所述一个通道中的上表面，以在通道中的阳极与阴极之间建立电场，

并且，其中阳极的所述上表面具有大致均匀的结构，且在平行于通道中建立的电场方向上具有至少约10^-4ohm^-1cm^-1的电导率。

5、如权利要求4所述的通道结构，其中，阴极(26)具有一个金属基体的中间部分(48)和一层折射材料镀层(54)。

6、如权利要求4所述的通道结构，其中，阳极(24)具有一个金属基体的中间部分(48)和一层金属顶层(50)。

7、一种用于等离子体寻址液晶面板的通道组件，包括：

一个通道结构(4)，限定多个通道(20)，

一覆盖片(6)，粘接在所述通道结构上，

填充气体，位于由通道结构与覆盖片限定的通道中，此填充气体含有掺氢的氦，掺氢浓度在约0.01％至约10％的范围内，

至少一个阴极(26)，裸露于每一通道中，和

至少一个阳极(24)，裸露于每一通道中，各阳极具有一个大致均匀结构的且至少约10^-4ohm^-1cm^-1的电导率的表面层(50)。

8、如权利要求7所述的通道组件，其中，阴极(26)具有一个金属基体的中间部分(48)和一层折射材料镀层(54)。

9、如权利要求7所述的通道组件，其中，阳极(24)具有一个金属基体的中间部分(48)和一层金属顶层(50)。

10、如权利要求7所述的通道组件，其中，所述填充气体含氢浓度在约0.5％至5％的范围内。

11、如权利要求7所述的通道组件，其中，所述填充气体含氢浓度在约1％至3％的范围内。

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