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Flüssigkristallanzeigeelement mit Matrix-Ansteuerung
Die
Erfindung betrifft ein im Zeitmultiplexbetrieb über matrixartige Zuleitungen ansteuerbare
Flüssigkristallanzeigelement in Form numerischer oder alphanumerischer Anzeigeanordnungen
oder schachbrettartiger Raster.
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%Flüssigkristalle bieten eine neue technische Möglichkeit zur Sichtbarmachung
elektrischer Signale. Mit ihnen kannen z. B Ziffernsymbole mit sehr geringem Leistungsbedarf
sichtbar gemacht werden Das Ersatzschaltbild einer solchen Flüssigkristallzelle
besteht aus der Parallelschaltung von Kapazität und Widerstand.
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Die Streucharakteristik fir das von einer derartigen unter Ausnutzung
des dynamischen Streueffektes arbeitenden Zelle streuens reflektierte Licht zeigt
einen zum O- Punkt nahezu symmetrischen Verlauf. Wegen dieses Verhaltens ist es
nicht möglich, Anordnungen von Flüssigkristallbauelementen in einer Matrix über
die Zeilen- und Spaltenleitungen selektiv anzusteuern.
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Wird eine Spaltenzuleitung und eine Zeilenzuleitung zur Ansteuerung
ihres Überkreuzungspunktes mit dem elektrischen Signal beschaltet, die restlichen
Spalten und Zeilen bleiben entweder potentialfrei oder werden mit festen Potentialen
beschaltet, dann bildet sich der sogenannte Kreuzeffekt aus. Es wird ein ausgehelltes
Kreuz auf dunklem Grund, bzw. die Umkehrung, sichtbar.
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Es sind Lösungen bekannt, bei denen der genannte Mangel durch Kompensationssignale
behoben wird. Der mit den bekannten Flüssigkristallsubstanzen erreichte Kennlinienverlauf
ergibt bei dieser Variante nur sehr geringe Eontraste. Als weiterer Mangel ergibt
sich, daß im praFtischen Betrieb von Matrizen mit mehr als sieben Spalten und fUnf
Zeilen bereits ein. für die Erregung des elektrooptischen Effektes zu geringe Ansteuerzeit
vorhanden ist. Daraus ergibt sich, daß der Weg zu größeren Matrizen
nur
über eine Speicherung des Ansteuersignals im einzelnen Matrixpunkt zu erreichen
ist.
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Den vorgenannten Forderungen wird eine Anordnung gerecht, bei der
ein nichtlineares Element, z. B. eine Diode zu jedem Element in Serie geschaltet
wird. Mit der Vergrdßerung der Anzahl der Matrixpunkte werden Jedoch die.
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dabei auftretenden Kontaktprobleme za aufwendig. Monolytisohe Diodenanordnungen
stellen infolge der störenden Kapazitäten, Reststrom und ihrer Abmessungen nur eine
begrenzt einsetzbare Lösungsvariante dar.
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Die Erfindung bezweckt daher die Schaffung von kreuzeffektfreien Flüssigkristallbauelementen,
die mit geringem Aufwand und ohne die erwähnten Nachteile in rationeller Fertigungstechnologie
herstellbar sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein über matrixartige Zuleitungen
ansteuerbares Flüssigkristallbauelement anzugeben, das eine solche Betriebakennlinie
aufweist, die eine Entkopplung der Matrixelemente und die Speioherung des Ans-teuersignals
gewährleistet.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß auf einer der
Elektrodenschiohten eine isolierende Dnnnschicht angeordnet ist. Derartige dtlnne
Isolatorschichten werden z. B. beim Anlegen einer Feldstärke von ca. 5 . 106 V/cm
von den Ladungsträgern durchtunnelt. In den bisher bei der Untersuchung derartiger
Phänomene verwendeten M I M , bzv. M I S und M I S M-Strukturen ergeben sich bezllglich
der reproduzierbaren Herstellbarkeit erhebliche Schwierigkeiten den Effekt technisch
zu nutzen infolge von Löchern und Inhomogenitäten der Schicht. Die genannten Fehler
verhindern einen einheitlichen Durchbruch auf größeren Flächen. Durch örtlich überhöhte
Stromdichten können die Dünnschichten zerstört werden. Die Verwendung der Flüssigkristallsubstanz,
die sich z. B. in direktem Kontakt mit der Isolatorschicht beiindet, anstelle von
Metallelektroden in den erfindungsgemäßen Anordnungen ermöglicht es, den Tunneleffekt
als
nichtlineares Glied zu benutzen. Der sehr hochohmige Flüssigkristall verhindert
die Ausbildung örtlich Ilberhöhter Stromdichten indem er die Peldverteilung homogenisiert.
Störende Effekte treten an "pinholes" aui, betreffen jedoch im Gegensatz zu einer
Anordnung mit Metallelektroden, die dadurch kurzgeschlossen wird, nur unmittelbar
das Gebiet des "pinholes" ohne die Gesamtfunktion zu beeinflussen.
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Durch das beschriebene Durchbruchverhalten der in Reihe geschalteten
isolierenden Dünnschicht verändert sich die Betriebskennlinie des Bauelementes derart,
daß erst beim Überschreiten der Durchbruchspannung plötzlich eine hohe Streuung
auftritt, das heißt, daß ein relativ scharfer Kennlinienknick erreicht wird. Die
Höhe der Durchbruchspannung und damit der Kennlinienkniok kann durch die Wahl der
Schichtdicke beeinflußt werden.
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Zur Erzielung hoher Stromdichten in der isolierenden Dünnschicht und
zur Verringerung ihres Kapazitätsanteils ist es zweckmäßig, die Dünnschicht mit
einer isolierenden Lochmaske abzudecken. Die Löcher haben einen Durch messer von
einigen µm, ihr Abstand zueinander iuß in der Größenordnung der Schichtdicke der
Flüssigkristalsubstanz von ca. 20 pn liegen und die Dicke der gesamten Lochmaske
ist sehr groß im Verhältnis zur Dicke der Dünnschicht.
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Bei dieser Anordnung streuen die elektrischen Feldlinien derart, daß
ein größeres Substanzvolumen von einem kleinen Kontaktpunkt auf der Dünnschicht
ausgehend erregt wird.
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Um den durch die Kontaktierung der Dünnschicht mittels Flüssigkristall
beschriebenen Vorteil beizubehalten, jedooh gleichfalls eine Plächenanpassung eines
kleinen DUnnsohichtgebietes an ein großflächiges Kontaktsegment, beispielsweise
den Balken einer 7-Balken-Ziffernkonfigurstion zu erzielen, ist zwischen den Jeweiligen
großflächigen Kontaktsegmenten und den Leiterbahnen Jeweils ein kleiner
Dünnschichtbezirk
und eine feldhomogenisierende hochohmige Zwischenschicht, die beispielsweise aus
einem technologisch leicht aufzubringenden Halbleitermaterial mit einem spezifischen
Widerstand in der Größenordnung des Widerstandes der Flüssigkristallschicht bestehen
kann, eingefügt. Dabei ist folgende Dimensionierung der Schichtdicken d einzuhalten:
| dD1nnschicht zu dHalbleiterschicht stall- igkristall |
| schicht |
Die Vorteile des erfinduungsgernäßen Flüssigkristall Displays bestehen vor allem
darin, daß bei einer Ansteuerung der Spalten und Zeilen keine Kreuzverkopplung auftritt
und damit klare und deutliche Bild-, Ziffern-, Zeichen- oder Symbolanzeigen gewährleistet
sind.
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Die Erfindung soll nachstehend an AusfUhrungsbeispielen näher erläutert
werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen: Fig. t: ein Flüssigkristallbauelement
herkömmlicher Art Fig. 2: ein erfindungsgemäßes Flssigkristallelement schematisch
im Schnitt Fig. 3: die Kennlinie eines derartigen Bauelementes Fig. 4: die perspektivische
Ansicht eines Bauelementes mit orthogonal angeordneten Elektroden Fig. 5: ein Bauelement
im Schnitt mit Lochmaske Fig. 6: die AusffXhruzg als Ziffernanzeigebaueleient Das
in Fig 1 dargestellte Flüssigkristallbauelement besteht aus Glasplatten 1; 2, die
durch isolierende Abstandshalter 3 einen definierten Abstand zueinander haben und
eine Zelle zur Aufnahme von Flüssigkristallsubstanz 4 bilden Die Glasplatten 1;
2 sind auf ihren Innenflächen mit leitfähigen Belägen 5; 6, von denen mindestens
einer optisch transparent sein muß versehen.
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Der andere leitfähige Belag kann aus einem hochreilektierenden Material,
beispielsweise Al oder Ag bestehen.
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Aui einem der Beläge 6 ist, wie in Fig. 2 dargestellt, erfindungsgemäß
eine isolierende Dünnschicht 7 angeordnet, die durch Ladungsträger durchtunnelbar
ist. Auf Grund des Durchbruchverhaltens dieser mit der Flüssigkristallschicht 4
in Reihe geschalteten Dünnschicht 7 entsteht eine in Fig. 3 dargestellte Kennlinien-Charakteristik,
wobei die Durchbruchspannung und damit der Kennlinienknick durch die Wahl der Dicke
der Dünnschicht 7 beeinflußt werden kann.
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Einer der leitenden Beläge 6 kann eine Halbleiterschicht sein, wobei
das häufig verwendete Zinndioxid ebenfalls Ralbleitereigenschaften aufweist. Infolge
der Feldeffektwirkung bilden sich bei einer bestimmten Polungsrichtung Verarmungsrandschiohten
aus, die zu einer stark unsymmetrischen Kennlinie führen. Diese Kennlinienform begünstigt
die beabsichtigte Entkopplung und Speicherung.
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Eine einfache Ausführungsform eines Bauelementes zeigt Fig. 4. Die
leitfähigen Beläge 5; 6 sind hier in Form orthogonal zueinander angeordneter Elektroden
vorhanden.
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Die eine Elektrodenplatte ist auf ihrer gesamten Fläche mit der Dünnschicht
7 versehen.
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Fig. 5 enthält außer den bereits erwähnten Teilen eine Lochmaske 8,
m>t der die DUnnschicht 7 abgedeckt ist.
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Die Löcher 9 von Jeweils einigen vws Durchmesser haben einen Abstand
voneinander, der etwa der Dicke der FlUssigkristallsubstanz 4 von ca. 20 µm entspricht.
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Durch diese Anordnung werden hohe Stromdichten in der Dünnschicht
7 und eine Verringerung ihres Kapazitätsanteiles erreicht.
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In Fig. 6 ist die Anordnung der Elektroden fUr eine Zifferndarstellung
gezeigt. Die Leiter a ... k sind streifeni8rmig und parallel zueinander, die Gegenelektrode
A ...G als Balken einer 7-Segient-Xonfiguration angeordnet.
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Um den durch die Kontaktierung der in Fig. 6 nicht dargestellten Dünnschicht
7 mittels Flüssigkristall ersielten Vorteil beizubehalten, Jedoch gleichzeitig eine
Flächenanpassung eines kleinen DUnnschichtgebietes an ein
großflächiges
Kontaktsegment zu erreichen, ist zwischen den Balken A... G und den Leiterbahnen
a .... k Jeweils ein kleiner Dünnschichtbezirk 10 und eine hochohmige Schicht II
aus Halbleitermaterial zur Feldhomogenisierung eingefUgt.