DE3028717A1

DE3028717A1 - Fluessigkristallanzeige

Info

Publication number: DE3028717A1
Application number: DE19803028717
Authority: DE
Inventors: Hiroaki Kato; Kohhei Kishi; Masataka Matsuura; Keisaku Nonomura; Hisashi Uede
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1979-07-30
Filing date: 1980-07-29
Publication date: 1981-02-12
Also published as: DE3028717C2; GB8317206D0; GB2056739A; US4385292A; GB2126400A; GB2126400B; GB2056739B; US4486748A

Description

TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER _, ., . _o . —,„ , .. .. Sharp_J 484--GEjR-A

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BESCHREIBUNG

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Flüssigkristallanzeigevorrichtungen und betrifft insbesondere eine Flüssigkristall-Anzeige mit in Segmente unterteilten Anzeigeelementen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE-OS 29 04 5 96 ist bereits eine Flüssigkristall-Anzeige mit Matrixstruktur bekannt, die über einen mit Dünnschicht- oder Dünnfilm-Transistoren verwirklichten Schaltkreis angesteuert wird. Solche Dünnfilmtransistoren werden nachfolgend als TFTs bezeichnet (TFT = Thin Film Transistor).

Bei Flüssigkristallanzeigen mit segmentierten Anzeigeelektroden jedoch liegen andere Probleme vor als bei Matrix-Flüssigkristallanzeigevorrichtungen. Bei Matrix-Anzeigen der genannten Art müssen die zur Ansteuerung verwendeten TFTs nahe bei den einzelnen Punkteleraenten der Matrix angeordnet sein, um eine möglichst kleine integrierte TFT-Struktur zu erhalten. Bei Flüssigkristallanzeigen mit segmentierten Anzeigeelektroden jedoch müssen im Hinblick auf eine wirtschaftliche und einfache Fertigung bestimmte Voraussetzungen für die Ansteuerschaltung in TFT-Technik verwirklicht sein.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Flüssigkristall-Anzeige mit segmentweise unterteilten Anzeigeelektroden zu schaffen, die über TFTs ansteuerbar sind.

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Die erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe ist in kurzer Zusammenfassung im Patentanspruch 1 angegeben .

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung besteht damit im wesentlichen aus einen Flüssigkristall-Anzeigesystem mit Anzeigeelementen mit segmentierter Anzeigeelektrode und einer zugeordneten Dünnfilm-Transistoranordnung, die zusammen mit den segmentierten Anzeigeelektroden auf einem ersten Substrat angeordnet sind, das auf Abstand fixiert mit einem anderen Substrat verbunden ist, welches als Träger für eine gemeinsame Elektrode - in der Regel die Gegenelektrode - dient, welche den segmentierten Anzeigeelektroden gegenübersteht. In den Abstand oder Hohlraum zwischen den Substraten ist ein Flüssigkristallmaterial eingefüllt.

In vorteilhafter Weise wird für die Source- und die Drain-Anschlüsse eine Ansteuerschaltung verwendet, welche die genannten Anschlüsse mit einer ersten bzw. einer zweiten Spannung beaufschlagt, wobei das Verhältnis der Amplitude der ersten Spannung zur Amplitude der zweiten Spannung so gewählt ist, ^aB sowohl die Lade-als auch die Entladespannung in Vorwärts- oder Durchlaßrichtung sowie in Rückwärts- oder Sperrichtung gleich null werden, wenn die

Sinti. _ . -

TFTs gesperrt^ also im Zustand AUS stehen. Gemäß einem anderen vorteilhaften Aspekt der Erfindung ist ein zusätzliches Trennelement oder eine Trennschicht vorgesehen, welche die Dünnfilmtransistoranordnung vom Flüssigkristallmaterial trennt.

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Vorteilhaft ist es auch, wenn die Mehrzahl von Paaren von in Segmente unterteilten Anzeigeelektroden und gemeinsamen Elektroden in gleicher. Verteilung und gegenseitiger Zuordnung auf dem jeweiligen der beiden Substrate angeordnet sind.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung in beispielsweiser Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße

Flüssigkristallanzeige mit in Segmente j Q unterteilten Anzeigeelementen,

Fig. 2(a) bis 2(f) Masken zur Herstellung der Anzeige von Fig. 1,

Fig. 3(a) und 3(b) ein Prinzipschaltbild und einen Querschnitt der Anzeige von Fig. 1,

Fig. 4(A) bis 4(C) Impulsdiagramme zur Ansteuerung

der Anzeige von Fig. 1,

Fig. 4(D) und 4(E) ein Schaltungsbeispiel mit Impulsdiagramm zur Erzeugung einer Source-Spannung,

Fig. 4(F) und 4(G) eine Schaltung mit Impulsdiagramm

zur Erzeugung von Spannungen V . bis V ._,

Fig. 5 bis 8 Querschnitte durch Dünnfilmtransistoren (TFTs),

Fig. 9 und 10 eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeige mit

Anzeigesegmenten, im Teilquerschnitt bzw. in Perspektivansicht,

Fig.11(a) und 11(b) weitere Ausführungsformen einer

erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeige mit 3Q Anzeigesegmenten,

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Fig. 1 1 (c) einen Querschnitt durch eine Linie C-D von Fig. 11 (a), "

Fig. 12 (a) und 12 (b) andere Ausführungs.formen

einer erfindungsgemäßen Flüssig-5' ." ■- kristallanzeige mit Anzeigesegmenten,

Fig. 12 (c) einen Querschnitt durch eine Linie E-F von Fig. 12 (a), und

Fig. 13 eine schematische Darstellung einer ■ - - Segmentanordnung für eine alphanumerische

Anzeige.

;Von der eingangs, erwähnten,· aus der DE-OS 2904596 bekannten .Flüssigkristallanzeige mit Matrixstruktur unterscheidet sich die hier vorliegende erfindungsgemäße Flüssigkristallanzeige u.a. darin, daß ihre TFTs (Dünnschicht- oder Dünnfilm-Transistoren) nicht in der Nähe der diversen Segmente plaziert werden müssen. Vielmehr kann die TFT-Anordnung an einem von den Segmenten ent-

- fernten Ort und so groß wie· möglich ausgeführt werden, und daraus ergibt sich beispielsweise ein Abstand zwischen einer Souce- und einer Drain-Elektrode in der Größenordnung von etwa 100 um bis etwa 1 mm.

Zusätzlich gibt es neben den Segmenten genügend Platz für eine parasitäre Kapazität, deren Abmessungen vom Maßstab der Segmente abhängt und deren Kapazitätswert so groß wie möglich sein soll.

Bei der herkömmlichen Flüssigkristallanzeige-Matrix müssen dagegen die TFTs, die parasitäre Kapazität und die X- und Y-Balkenelektrode alle auf einer sehr kleinen Fläche untergebracht werden, und ferner sollte jeder der TFTs weniger Fläche einnehmen als ein Bildelement. Das erforderte eine

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sehr genaue Technik für die Feinstrüktur-Bi'ldung bei der Herstellung; der T¹FTs in <SröBenordnurigerf von weniger als -1 Qμΐη.- .-Obwohl auch-dort die para- - .sitäre Kapazität so groß wie möglich erwünscht war, ko.nnte diese Forderung nur schwer '-erfüllt werden, weil für die parasitäre Kapazität-weniger Wirkflache als für das Bildelement verfügbar waij und eine Reduzierung der Isolierfilmdicke führte wegen der Möglichkeit von Nadellöchern zu anderen-Schwierigkeiten.

Die in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Flüssigkristallanzeige mit. in Segmente unterteilten Anzeigeelementen ist unter Verwendung der in den Figuren 2(a) bis 2(f) dargestellten Masken in nachstehend angegebenen Schritten unter Anwendung von Aufdampf- oder Ätztechniken hergestellt worden. Das zugehörige Ersatzschaltbild ist in Fig. 3(a), und ein Querschnitt durch die so hergestellte Flüssigkristallanzeige in Fig. 3 (b) dargestellt.

Schritt 1: Auf ein vorzugsweise aus Glas o.dgl. bestehendes Substrat 23 ist eine vorzugsweise aus In-O,. o.dgl. hergestellte transparente Elektrode 24 unter Verwendung der Maske von Fig. 2(a) aufgetragen; sie dient als eine Elektrode eines Elektrodenpaares für eine parasitäre Kapazität Cs.

Schritt 2- Die gesamte Oberfläche des Substrats 23 mit der transparenten Elektrode 24 wird mit einem Isolierfilm aus SiO_ o.dgl. mittels eines chemischen AufdampfVerfahrens (CVD) o.dgl. überdeckt und dient als Dielektrikumschicht der parasitären Kapazität Cs und als Substratschicht, auf der TFTs (Dünnfilmtransistoren) hergestellt werden.

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Schritt 3: Unter Verwendung der Maske von Fig. 2(b) wird vorzugsweise aus In O o.dgl. eine weitere transparente Elektrode geformt, welche die zweite Elektrode für die parasitäre Kapazität, eine Segmentelektrode 2 6 und eine Segmente mit TFTs verbindende Anschlußelektrode 27 bildet.

Schritt 4: Unter Verwendung der Maske von Fig. 2(c) wird vorzugsweise aus Al o.dgl. eine Gate-Elektrode 28 der TFTs geformt.

Schritt 5: Auf der Gate-Elektrode 28 wird durch Aufdampfen oder eine anodische Oxidationsmethode ein Isolierfilm 29 der TFTs aufgetragen.

Schritt 6: Mit der Maske von Fig. 2(d) wird vorzugsweise aus CdS, CdSe, Te o.dgl. eine Halbleiterschicht 30 hergestellt.

Schritt 7: Unter Verwendung der Maske von Fig. 2(e) werden vorzugsweise aus Materialien wie Au, Ni, Co, In o.dgl. eine Source- und eine Drain-Elektrode 31 so aufgetragen, daß sie mit der Anschlußelektrode 27 verbunden sind.

Schritt 8: Dem Substrat 23 gegenüberliegend wird unter Verwendung der Maske von Fig. 2(f) vorzugsweise aus Glas ein zweites Substrat 23' angeordnet und darauf vorzugsweise aus In„0 eine transparente Elektrode 32 geformt, welche als gemeinsame Elektrode sämtlichen Segmentelektroden gegenüberliegt.

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Schritt 9: Alle Schichten und die beiden Substrate 23 und 23' werden mit Ausnahme zweier Anschlußflächen 36 darauf mit einem vorzugsweise aus SiO, SiO₇, Al O, o.dgl. bestehenden Isolierfilm 33 überdeckt, welcher als Schutzfilm für die TFTs, Segmentelektroden und die gemeinsame Elektrode dient und außerdem eine Substratschicht bildet, auf der ein TN-FEM-Flüssigkristallmaterial 34 angeordnet und orientiert wird.

Schritt 10: Mit Hilfe einer Reib- oder Schrägaufdarnpfmethode erhalten die beiden Substrate 23 und 23' eine gewünschte TN-Orientierung, dann werden sie durch eine Versiegelung 35 miteinander verbunden, und der so gebildete Hohlraum wird mit dem TN-FEM-Flüssigkristallmaterial 34 gefüllt.

Das Ersatzschaltbild in Fig. 3(a) der so hergestellten Flüssigkristallanzeige bezieht sich auf einen TFT mit je einem Source-, Gate- und Drain-Anschluß, die parasitäre Kapazität Cs und eine Kapazität CLC des Flüssigkristallmaterials. Die parasitäre Kapazität Cs erhöht die Segment-Kapazität.

Eine Methode zur Aktivierung der Flüssigkristallanzeige mit Anzeigesegmenten in Fig. 3(a) und 3(b) erfolgt unter Verwendung der Impulsdiagramme von Fig. 4(A) bis 4(C), und daraus ergeben sich folgende Vorteile:

a) Unterdrückung einer unerwünschten Sichtbarwerdung bzw. von Kontrastunterschieden bei den augenblicklich aktivierten Flüssigkristall-Bildelementen, und

b) Fernhaltung einer die Lebensdauer der Flüssigkristallanzeige herabsetzenden schädlichen Spannung einschließ-

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lieh einer Gleichstromkomponente von dem Flüssigkristallmaterial.

Insbesondere zur Erreichung des Zweckes a) erfolgt die Ansteuerung der erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeige mit Anzeigesegmenten nach dem Impulsdiagramm von Fig. 4(A). Die mit (a) bezeichnete Impulsreihe enthält die Wellenzüge der Source-Spannung V . für die i-te Source-Elektrode. Der Wellenzug enthält positive und negative Polaritätskomponenten, deren Impulsbreitenverhältnis so gewählt ist, daß durch entsprechende Aufladung und Entladung in positiver und negativer Richtung der Effektivspannungswert bei AüS-geschaltetem TFT gleich null wird und somit Eigenschaftsänderungen in bezug auf positive und negative Polaritäten kompensiert werden. Der Wellenzug in Zeile (b) von Fig. 4(A)

Ί5 entspricht der Spannung an der i-ten Source-Elektrode, wenn sich deren Bildelemente abwechselnd zueinander im Schreib- und Nichtschreib-Zustand befinden. Im Verlauf von ungeradzahligen und von geradzahligen Rahmen hat die Source-Spannung jeweils die positiven und negativen Impulse in entgegengesetzter Phasenlage.

In der gleichen Figur sind in den Zeilen (b) bis (d) die Wellenzüge der Gate-Spannungen V-, V- und V₊₂ der mit j bis j+2 bezeichneten und aufeinanderfolgend abgetasteten Gate-Elektroden aufgetragen. Gelangt der Positivimpuls der Gate-Spannung übereinstimmend mit der Impulsbreite der Source-Spannung an das Flüssigkristallmaterial, dann hat der Gate-Impuls die gleiche Impulsbreite wie der Negativimpuls der Source-Spannung. Die positiven und negativen Impulse werden jeweils während der ungeradzahligen bzw. geradzahligen Bildrahmen zugeführt. Daher wird, wenn Erkennungssignale zu schreiben sind, die Source-Spannung V

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aufeinanderfolgend mit den Gate-Impulsen aus Fig.4(A)/{b) bis (d) zugeführt. Wird nicht geschrieben, dann werden die entsprechenden Elektroden auf Null-Potential gehalten. Bei dem vorliegenden Fall werden die (i,j)-ten und (i, j + 2)-ten Bildelemente geschrieben, das (i, j + 1)-te Bildelement dagegen nicht. Die Source-Spannung V . bestimmt das Schreib- und das Nichtschreib-Intervall für die Bildelemente der i-ten Spalte.

Zur Durchführung der Anzeigeoperation in dem Flüssigkristallmaterial erhalten die jeweils durch die Source-Spannung und den Gate-Impuls ausgewählten Bildelemente eine Spannung, deren Polarität mit jedem Feld gemäß Fig. 4(A)/Ie) bis (g) geändert wird.

Wie zuvor erwähnt, enthält erfindungsgemäß die bipolare Source-Spannung positive and negative Komponenten sowie eine veränderliche Impulsbreite zur Reduzierung der Lade- und Entladespannungen entgegengesetzter Richtungen auf null bei AUS-geschaltetem TFT. Selbst wenn nur ein einziges Bildelement nicht geschrieben wird, bleibt es frei von Ubersprechstörungen und wird nicht aktiviert. Dadurch erfreut sich das erfindungsigemäße Anzeigeelement eines höheren Kontrastes und vermeidet Farbunterschiede in Abhängigkeit von der Anzahl der zu schreibenden Bildelemente.

Bei Verwendung von Tellur als TFT-Halbleitermaterial hat sich aus vom Erfinder durchgeführten Versuchen folgender Bereich für das Impulsbreitenverhältnis als empfehlenswert erwiesen:

Impulsbreite des positiven Impulses ₌ ο ? - O OS Impulsbreite des negativen Impulses ' '

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Zur Erreichung des Zwecks b) erfolgt die Ansteuerung der erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeige gemäß Fig. 4(B). Soll ein gewähltes Bildelement geschrieben werden, dann werden einheitlich gerichtete Source-Spannungsimpulse V gemäß Figur 4(B)/(a) an die Source-Elektrode des betreffenden TFT gegeben. Bei TFTs aus Te sind die Source-Spannungsimpulse negativ, im Fall von CdS oder CdSe positiv. Die Gate-Spannungsimpulse V aus (a) und (c) werden so geliefert, daß der TFT bei ungeradzahligen Rahmen gesperrt und bei geradzahligen Rahmen durchgeschaltet ist. Folglich muß die Drain-Spannung V (EIN) der TFTs die Wellenform von Fig. 4(B)/(d) haben, wo nur die Negativseite der Spannung sowie eine selbstverständlich vorhandene Gleichstromkomponente dargestellt ist. Während der geradzahligen Rahmen wird erfindungsgemäß von der gemeinsamen Elektrode die in Fig. 4(B)/(f) dargestellte gemeinsame Spannung V mit entgegengesetzter Polarität zugeführt, und daraus ergibt sich aus den Spannungen

(d) und (f) eine Differenzspannung in Fig. 4(B)/(g), welche zur Durchführung der Schreiboperation an das Flüssigkristallmaterial· angelegt wird. Aus (g) folgt, daß Wert und Verlauf der gemeinsamen Spannung V sorgfältig in Verbindung mit der Drain-Spannung V gewählt werden müssen, damit das Flussigkristal^AnZeigeeiement eine gleichstromfreie Wechselspannung erhält.

Soll ein bestimmtes Bildelement im Flüssigkristallmaterial nicht geschrieben werden, dann erhält die Source-Elektrode seines TFT zusammen mit der Source-Spannung V (AUS) nach (b) die Gate-Spannungsimpule V„ aus (c) in der Weise, daß dieses Bildelement während der ungeradzahligen und geradzahligen Rahmen AUS-geschaltet ist. Folg^ch gelangt die

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Drain-Spannung V (AUS) des TFT gemäß Fig. 4(B)/(e) an eine Elektrode des Bildelementes des Flüssigkristallmaterials. Die gemeinsame Spannung V^ gemäß (f) wird von der gemeinsamen Elektrode während der ^ ungeradzahligen Rahmen mit ähnlicher Polarität und Wellenform abgegeben, so daß es keine Potentialdifferenz zwischen den entgegengesetzten Elektroden der Anzeige gibt, wenn die Drain-Spannung V (AUS) wie in Fig. 4(B)/ (h) ist.

Zur Erzeugung einer Halbtondarstellung sollten die Source—Spannung V und die gemeinsame Spannung je nach dem Schreibgrad geändert werden. Hierzu sind in Fig. 4 (B)Z(L) und (j) die Drain-Spannung und die an das Flüssigkristallmaterial angelegte Spannung dargestellt.

•|5 Wie schon erwähnt gibt es bei den beiden erfindungsgemäßen Ausführungen für die jeweiligen EIN- oder AUS-Schaltpunkte des TFT Unterschiede zwischen ungeradzahligen und geradzahligen Rahmen. Gleichzeitig gelangt so die Spannung entweder vom TFT oder von der gemeinen samen Elektrode zu gewählten Bildelementen der Anzeige, um entweder die Schreibspannung zu erzeugen oder auf null zu reduzieren. Daher ist eine hochwirksame Aktivierung und ein Ansprechen der TFTs nur mit einwandfreien Impulsen einheitlicher Richtung möglich, damit die Anzeigetafel nur mit einer gleichstromfreien Wechselspannung angesteuert wird und sich einer langen Lebensdauer erfreuen kann.

Nachstehend wird in Verbindung mit Fig.4(C) ein geeigneter erfindungsgemäßer Weg zum Erreichen der zuvor angegebenen 3Q Ziele a)und b) angegeben. Mit der Souce-Spannung von

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Fig. 4(C)/(a) werden ausgewählte Bildelemente der i-ten Spalte wiederholt in einer aus Schreiboperation, Nichtschreiboperation und Nichtschreiboperation bestehenden Folge aktiviert. Negative und positive Impulse kommen im Zeitraum von t bis t„, und die Nullspannung während der Zeiträume von t bis t^ und von t bis t.. Während die TFTs so innerhalb der Zeiträume t₁ bis t. bei ungeradzahligen Rahmen und während der Zeiträume t' bis t' innerhalb der geradzahligen Rahmen EIN-,, AUS- und AUS-geschaltet werden, wird die Source-Spannung zusammen mit der Gate-Spannung so gesteuert, daß die Null-Spannung von t' bis t' steht und die negativen und positiven Impulse von t' bis t' sowie von t' bis t' zugeführt werden.

Das Impulsbreitenverhältnis zwischen negativen und positiven Impulsen ist in Fig. 4(A) dargestellt. Fig. 4(C)/(b) enthält die Wellenzüge der Gate-Spannung der j-ten Zeile, (c) der (j+1)-ten Zeile und (d) der (j+2)-ten Zeile. Gemäß Fig. 4(C)/(b) bis (d) werden die Gate-Elektroden in Serie mit den Gate-Spannungsimpulsen versorgt. In Fig. 4(C)/(e) bis (g) sind die Wellenzüge der an die gemeinsame Elektrode der j-ten bis (j+2)-ten Zeilen angelegten gemeinsamen Spannung dargestellt, um während der geradzahligen Rahmen die gemeinsamen Elektroden mit den gemeinsamen Spannungen V . , V ... und V . auf den Zeilen zu versorgen, deren Gate-Elektroden abgetastet werden. Daraus geht hervor, daß während der ungeradzahligen Rahmen die Source-Spannung der i-ten Spalte und die Gate-Spannung der j-ten Zeile so versorgt werden, daß der TFT am Schnittpunkt (i,j) durchgeschaltet und das Flüssigkristallmaterial des betreffenden Bildelementes (i,j) mit der Source-Spannung und somit der Spannung V_Tr,. . versorgt wird. So wird dieses Bildelement (i,j) geschrieben.

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Da während der nächsten Zeilenabtastung während des ungeradzahligen Intervalls die Source-Spannung der i-ten Spalte null ist, wird der TFT am Schnittpunkt (ir J ⁺ I) gesperrt, und die Spannung V . . _Λ an dem Bildelement (i,j+1) ist ebenfalls null.

Der gleiche Vorgang wird im Verlauf der nächsten Zeile (j+2) ohne Durchführung der Schreiboperation wiederholt, und so weiter bis zur letzten Zeile, bis ein Bildrahmen vollständig abgetastet ist. Beim nächsten, d.h. geradzahligen Bildrahmen wird die Betriebsweise der TFTs umgedreht, weil die Source-Spannung in Verbindung mit der Gate-Elektrodenspannung so angelegt wird, daß der TFT (i,j) gesperrt, und die TFT von (i,j + 1) und (i,j+2) durchgeschaltet sind.

Bei dem Bildelement, dessen TFT gesperrt ist, gelangt die Spannung von der gemeinsamen Elektrode in entgegengesetzter Richtung an das Flüssigkristallmaterial wie bei der ungeradzahligen Rahmenabtastung gemäß Fig.4 (C)/(h). Bei Bildelementen, deren TFT eingeschaltet ist, erhält das Flüssigkristallmaterial die Source-Spannung V . und die gemeinsamen Spannungen V₁₁ und si ^]^-*" ι

V₁₊₂ gleichzeitig, da diese Spannungen in Polarität, Wellenform und Größe identisch sind, wird gemäß Fig. (C)/(i) und (j) überhaupt keine Spannung abgegeben. Damit sind die gewünschten Zwecke erreichbar.

Weil erfindungsgemäß gegenüber jeder Segmentanordnung eine gemeinsame Elektrode erforderlich ist, was die Herstellung der Flüssigkristallanzeige und der Ansteuerschaltung etwas erschwert, ist andererseits auch die Verwendung von TFTs mit einer schlechten OFF -Eigenschaft

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möglich und auch damit ein idealer Aktivierbetrieb möglich, solange diese TFTs sich in ihren Betriebseigenschaften nicht gegenseitig unterscheiden. Bei Versuchen des Erfinders ergab sich für eine 128-stellige Anzeige ein so guter Kontrast wie bei einem herkömmlichen statische Betrieb mit Elementen mit einem

^R0N

Die Elemente mit einem Widerstandsverhältnis zwischen AUS und EIN von etwa 300 macht die erfindungsgemäße Ansteuerschaltung möglich. Außer Te kann dabei als Halbleitermaterial auch CdS, CdSe, PbS u.dgl. verwendet werden.

Die Erzeugung der Source-Spannung V . für die Source-Elektrode des TFT ist mit der Schaltung von Fig. 4(D) möglich, welche eine Exklusiv-ODER-Schaltung 151, ein Paar logische ODER-Glieder 152, 153 und ein Paar bipolarer Transistoren 154, 155 umfaßt. Die Arbeitsweise der Schaltung kann der Fachmann aus Fig. 4(E) entnehmen. Ein Beispiel für eine Schaltung zur Erzeugung der gemeinsamen Spannungen V . bis V .₊ ~ in Fig. 4(F) enthält einen P-Kanal-MOS-FET 132 und einen Kondensator 133.

Die segmentierten Anzeigeelektroden können verschiedene Formen aufweisen, beispielsweise Minus-Im-Quadrat, alphanumerisch, Kreuz-Im-Quadrat o.dgl.

Es erfolgt nun die Beschreibung besonderer Konstruktionsmerkmale der erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeige mit Anzeigesegmenten. Die in Fig. 5 bis 8 dargestellten verschiedenen Typen von TFTs (Dünnfilmtransistoren) bestehen aus einem Substrat 41, einer Gate-Elektrode 42, einer

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Isolierschicht 43, einer Halbleiterschicht 44, einer Source-Elektrode 45 und einer Drain-Elektrode 46. Auf dem aus Glas o.dgl. hergestellten Substrat 41 ist mittels einer Aufdampf- oder Fotoätz-Methode aus einem Material wie Al, Au, Ta, In o.dgl. die Gate-Elektrode 42 aufgetragen und mit der Isolierschicht 43 aus Al₃O₃, SiO₂, SiO, CaF₉ o.dgl. überdeckt. Normalerweise ist die Isolierschicht 43 durch Aufdampfen, Aufsprühen oder mit einem CVD-Verfahren gebildet, aber wenn die Gate-Elektrode 42 aus Al, Ta o.dgl. besteht, kann sie auch durch anodischeOxidation von Al, Ta o.dgl·. hergesteMt sein.

Die Halbleiterschicht 44 ist durch Aufdampfen oder Aufsprühen von CdSe, CdS, Te o.dgl·. gebiidet, und mit ihr befinden sich die beispielsweise aus Au oder Al· hergeste^ten Source- und Drain-Eiektroden 45, 46 im ohmschen Kontakt.

In Fig. 5 befindet sich die Hal·bl·eiterschicht 44 unterhalb, dagegen in Fig. 6 zwischen und oberhalb der beiden Source- und Drain-Eiektroden 45, 46. In Fig. 7 sind die Isolierschicht 43 und die Gat-Elektrode 42 über der Halbleiterschicht 44 angeordnet, und in Fig. 8 befindet sich die Halbleiterschicht 44 auf dem Substrat 41. Teilweise liegen die Source- und Drain-Elektrode 45, 46 auf der Halbleiterschicht 44, und darüber sind die Isolierschicht 43 und die Gate-Elektrode 42 geformt.

Das in Fig. 9 und 10 dargestel^e Ausführungsbeispiel· einer erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeige mit Anzeigesegmenten hat als besonderes Merkmal· ein Versiegeiungs- bzw. Abdichtelement 69 zwischen dem die TFTs enthaltenden

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Bereich und den Segmenten, um die TFTs vor dem Fiussigkristailmaterial zu schützen. Im Dauerkontakt würde das Flüssigkristallmaterial· die TFTs schädigen. Die Ausführung in Fig. 9 und 10 enthält Substrate 61 und 61, eine Gate-Elektrode 52, eine Isoiierschicht 53, eine Halbleiterschicht 54, eine Source-Elektrode 55, eine Drain-Eiektrode 56, eine Flüssigkristallschicht 62, verschiedene transparente leitende Filme 60, 65 und 67, verschiedene Isolierfiime 64, 66 und 68, eine Fiussigkristailschicht 62, ein Versiegelungsmaterial· 63 und ein Abdichtel·ement 69.

Zur Ausbildung der verschiedenen Segmente und der parasitären Kapazität Cs sind auf dem Substrat 51 der transparente leitende Film 65, der durch Aufdampfen, Aufsprühen oder im CVD-Verfahren aus SiO„, A-LpCU o.dgl·. hergestellte Isolierfilm 66 und der zweite transparente leitende Film 67 aufgetragen.

Beim TFT beträgt die Schichtdicke der Gate-Elektrode 52 etwa 0,05 bis 0,5 μΐη, der Isolierschicht 53 etwa 0,01 bis 0,15 μΐη, der Hal·bl·eiterschicht 54 etwa 0,005 bis 0,05 μΐη und der Drain-Elektrode 56 etwa 0,025 bis 0,5 um bei einem Abstand von etwa 1 bis 100 μΐη zwischen 55 und 56. Der transparente ieitende Film 67 im Segmentbereich ist mit der Drain-Elektrode 56 eines TFT verbunden. Der aus einem Material wie SiO, SiO„, Al-O.,, Si-,Ν. bestehende Isolierfiim 68 dient der Orientierung der Flüssigkristall·-Mol·ekül·e. Die Fiime 60 und 64 befinden sich auf dem Substrat 61, und davon dient der ieitfähige Film 60 als Gegenelektrode gegenüber den Segmenten. Das Versiegeiungsmaterial· 6 3 und das Abdichtelement 69 werden

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im Siebdruck hergestellt und dienen als Bindemittel zwischen den Substraten 51 und 61. Sobald sie erhärtet sind, wird das Flüssigkristallmaterial· 62 nur in den die Anzeigesegmente enthaltenden Hohlraum eingefüllt.

Fig. 10 läßt erkennen, wie ein TFT-Bereich 71 von einem Anzeigebereich 7 0 getrennt und gegen das Eindringen von Flussigkrista^materiai 62 geschützt ist. Der TFT-Bereich 71 ist mit einem neutralen Gas wie Ar, N_ o.dgl. gefügt, um die Eigenschaften der TFTs in diesem Bereich vor atmosphärischer Feuchte zu schützen.

Zur Ansteuerung der Flüssigkristallanzeige haben die

^RAUS

Rein

TFTs vorzugsweise ein ^AUS = etwa 100. Diese Ein-

schränkung gilt für nicht im Kontakt mit Flüssigkristallmaterial stehende TFTs.

In Fig. 10 entspricht 72 dem Versiegelungsmaterial· 63, ein Loch 73 dient der Injektion von Flüssigkristailmaterial·, und für den Anschluß der Segmentelektroden bzw. der Gegenelektrode ist je eine Kontaktfläche bzw. 75 vorhanden.

Ein anderes, in Fig. 11 dargeste^tes bevorzugtes Ausführungsbeispiel· einer erfindungsgemäßen Fiussigkristail·- anzeige mit Anzeigesegmenten eriaubt durch verminderte Integration von TFTs und parasitären Kapazitäten Cs auf dem gieichen Substrat eine optimaie TFT-Anordnung. Außerdem bietet diese Ausführung den Vorteil·, daß weniger

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Anschlüsse zur Verbindung der Segmenteloktroden und der Gegenelektrode mit einer externen Schaltung erforderlich sind, die Verbindungen sind leichter herstellbar. In Fig. 11(a) sind die auf dem einen, und in Fig. 11(b) die auf dem anderen der beiden Substrate ausgebildeten Elektrodenanordnungen dargestellt. Fig. 11(c) enthält einen Schnitt durch die Linie C-D von Fig. 11(a). Zur Vereinfachung sind in der Flüssigkristallzelle vorhandene Schutzfilme nicht dargestellt worden.

Die Ausführung von Fig. 11 umfaßt ein Substrat 80, Gate-Elektroden 81, eine Gruppe von Source-Elektroden 82, eine Gruppe von Drain-Elektroden 83, segmentierte Anzeigeelektroden 84 mit einer der beiden Elektroden der parasitären Kapazität Cs, eine Isolierschicht 85, die andere Cs-Elektrode 86, eine Flüssigkristallschicht 87, eine Gegenelektrode 88, eine Anordnung von TFTs und ein Versiegelungsmaterial 90. Bei dieser Ausführung sind die TFTs und die parasitären Kapazitäten Cs den beiden Substraten 80 gleichmäßig zugeordnet, und folglich ist deren Integrationsgrad gegenüber dem üblichen Fall, wo das eine Substrat die TFTs und die parasitären Kapazitäten trägt und das andere nur die Gegenelektrode, auf die Hälfte reduziert. Da sich ferner sämtliche An-Schlüsse der Segmentelektroden nicht auf dem gleichen Substrat 80 befinden, ist auch die Verteilungsdichte der Anschlüsse erheblich reduziert. Diese verminderte Verteilungsdichte der Anzeigeelemente und der Anschlüsse ermöglicht eine wirtschaftliche Herstellung der Anzeigezelle mit hoher Ausbeute.

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In Fig. 12(a), (b) und (c) ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Flüssigkristallzelle in ähnlicher Weise wie bei Fig. 11 dargestellt. Die Ausführung von Fig. 12 hat das besondere Merkmal, daß die Anzeigesegmente und die Gegenelektroden sich jeweils auf einem anderen Substrat befinden. Dadurch werden ebenfalls die in Verbindung mit Fig. 11 erläuterten Vorteile erzielt. Die Ausführung in Fig. 12 umfaßt eine Gate-Elektrode 91, eine Gruppe von Source-Elektroden 92, eine Gruppe von Drain-Elektroden 93, eine mit 94 bezeichnete segmentierte Anzeigeelektrode mit der einen Elektrode der parasitären Kapazität Cs, einen Isolierfilm 95, die mit 96 bezeichnete andere Elektrode von Cs, eine Flüssigkristallschicht 97, eine Gegenelektrode 98, eine Anordnung von TFTs 99, ein Abdichtelement 100 und ein Substrat 80. Die Gestaltung der segmentierten Anzeigeelektroden muß nicht der dargestellten Minus-Im-Quadrat-Ausführung entsprechen, sie kann auch die Form Kreuz-Im-Quadrat von Fig. 13 o.dgl. haben. Da die letztgenannte Form eine höhere Dichte von TFTs und parasitären Kapazitäten Cs als die Minus-Im-Quadrat-Form, gewinnt die Erfindung in diesem Zusammenhang besondere Bedeutung. Abschließend sei noch erwähnt, daß erfindungsgemäß die Ansteuerschaltungen für die TFTs und die parasitären Kapazitäten Cs ebenfalls verschiedenen Substraten zugeordnet sein können.

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ZUSAMMENFASSUNG

Eine Flüssigkristallanzeige mit scgmenticrten Anzeigeelektroden (z.B.Fig.9,10) umfaßt eine Anordnung aus mehreren TFTs (Dünnfilmtranssistoren 52-56) mit je einer Gate-, Source- und Drain-Leitung, zwei Substrate (50,51), von denen das eine die mit mehreren segmentierten Anzeigeelektroden verbundene TFT-Anordnung und das andere eine den Anzeigeelektroden gegenüberliegende Gegenelektrode trägt, und ein zwischen den beiden Substraten eingeschlossenes Flüssigkristallmaterial (62). Angesteuert werden die Source- und Drain-Leitungen von einer Treiberschaltung mit einer ersten und einer zweiten wellenförmigen Spannung, deren gegenseitiges Amplitudenverhältnis so gewählt ist, daß bei AUS-geschalteten TFTs sowohl die Lade- als auch die Entladespannungen in Durchlaß- und Sperrichtung gleich null sind. Ein zusätzliches Trennelement (69) trennt die Dünnfilmtransistoranordnung von dem Flüssigkristallmaterial. Durch eine Aufteilung der vorhandenen segmentierten Anzeigeelektroden-Paare und der gemeinsamen Elektroden auf beide Substrate ist eine günstigere Verteilungsdichte erzielbar.

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Claims

TER MEER-MULLER-STEINMEISTER

Beim Europäischen Patentamt zugelassene Vertreter - Professional Reprosontatives before the European Patent Office Mandataires agrees pres !'Office europeen des brevets

Dipt.-Chem. Dr. N. ter Meer Dipl -Ing. H. Steinmeister

Dipl.-Ing, F. E. Müller „.

Triftstrasse 4, Siekerwall 7,

D-8OOO MÖNCHEN 22 D-48OO BIELEFELD

1484-GER-A 29. Juli 1980

Mü/Gdt/vL/Tß

SHARP KABUSHIKI KAISHA 22-22 Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka 545 / Japan

Flüssigkristallanzeige

Prioritäten: 30. Juli 1979, Japan, No. 97912/1979 31. Juli 1979, Japan, No. 98369/1979 31. Juli 1979, Japan, No. 98367/1979

PATENTANSPRÜCHE

Flüssigkristallanzeige mit in Segmente unterteilten Anzeigeelementen mit

- einem ersten Substrat als Träger bzw. Unterlage für die Anzeigesegmente,

- einem zweiten Substrat als Träger oder Unterlage für mindestens eine den Anzeigesegmenten gegenüberstehende Gegenelektrode und

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- einer die beiden Substrate aaf gegenseitigen Abstand fixierende und haltende Versiegelung zur Umgrenzung eines mit einem Flüssigkristall·- material gefüllten Hohlraums,

gekennzeichnet durch

- eine auf dem ersten Substrat (51) zusammen mit den Anzeigesegmenten aufgebrachte Dünnfilm-Transistoranordnung mit einer Mehrzahl von Dünnfilmtransistoren (TFTs) (52...56) mit jeweils einem Gate-, einem Source- und einem Drain-Anschluß, welche zur Ansteuerung und Darstellung eines Sicht-Anzeigemusters mit jeweils zugeordneten Anzeigesegmenten (60) verbunden sind, und

- eine Trenneinrichtung (69) zur Trennung der Dünnfilm-Transistoranordnung von dem das Flüssigkristallmaterial· (62) enthaltenden Hohlraum.
2. Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtung (63;69) aus einem am ersten bzw. zweiten Substrat haftenden Klebemittel besteht.
3. Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die TFT-Anordnung (52...56) sich innerhalb eines durch das erste und zweite Substrat (51,61) begrenzten, mit einem neutralen Gas gefüllten Hohlraums (71) befindet.

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4. Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß

- den Anzeigesegmenten (94) eine mit ihnen zusammenwirkende Gegenelektrode (98) gegenüberliegt,

- auf dem ersten Substrat (80) ein bestimmter Anteil der Anzeigesegmente mit Gegenelektroden, und

- auf dem zweiten Substrat (80) der Rest an Anzeigesegmenten mit Gegenelektroden angeordnet sind (z.B.Fig.12) .
5. Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die Hälfte der Gesamtanzahl von Anzeigesegmenten und Gegenelektroden auf dem ersten und zweiten Substrat angeordnet sind.
6. Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf beiden Substraten jeweils abwechselnd Anzeigesegmente und Gegenelektroden angeordnet sind (Fig.11).
7. Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß jeweils auf dem ersten und dem zweiten Substrat (80) die Anzeigesegmente und die Gegenelektroden so verteilt sind, daß eine bestimmte Anzahl von Anzeigesegmenten eine erste Gruppe und eine bestimmte Anzahl von Gegenelektroden eine zweite Gruppe bilden.
8. Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß eine mit der TFT-Anordnung verbundene Ansteuerschaltung zur Aktivierung

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der einzelnen TFTs sich über beide Substrate erstreckt.
9. Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- das erste Substrat (51) als Träger für die TFT-Anordnung dient,

- segmentierte Anzeigeelektroden (67) zur Darstellung des Sicht-Anzeigemusters an jeweils zugeordnete TFTs (z.B.52.-..56) angeschlossen sind,

- auf dem zweiten Substrat (61) den.^segmentierten Anzeigeelektroden gegenüberliegend eine gemeinsame Elektrode (z.B.60) angeordnet ist, welche durch eine Relation zu der Anzeigeelektrode das Sicht-Anzeigemuster erkennbar macht, und

- die Source- und Drain-Anschlüsse von einer Treiberschaltung mit einer ersten und einer zweiten wellenförmigen Spannung angesteuert werden, deren gegenseitiges Amplitudenverhält— nis so gewählt ist, daß bei.AUS-geschalteten TFTs sowohl die Lade- als auch die Entladespannungen in Durchlaß- und,Sperrichtung gleich null sind.. . . . ..,-,:.
10. Flüssigkristallanzeige nach Anspruch. 9,.

dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigesegmente durch eine Abtasteinrichtung sequentiell abgetastet werden und dabei die gemeinsame Elektrode im Verlauf geradzahliger sowie ungeradzahliger Abtastrahmen jeweils eine Spannung mit unterschiedlichem Wellenverlauf erhält, die um 180° zu der einer gemeinsamen Elektrode einer bestimmten segmentierten Anzeigeelektrode beim

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Schreibvorgang gelieferten Spannung phasenverschoben ist, so daß an dem Flüssigkristallmaterial eine Wechselspannung anliegt.
11. Flüssigkristallanzeig3 nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Quelle, welche beim Schreib-Betrieb während ungeradzahliger (oder geradzahliger) Abtastrahmen den Source-Anschluß mit einem positiven und negativen Impulspaar und bei geradzahligen (oder ungeradzahligen) Abtastrahmen mit der Nullspannung, und beim Nichtschreib-Betrieb während der geradzahligen (oder ungeradzahligen) Abtastrahmen mit der Nullspannung und bei ungeradzahligen (oder geradzahligen) Abtastrahmen mit einem positiven und negativen Impulspaar versorgt.
12. Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode eines TFT gleich oder größer als etwa 100μΐη gewählt ist.
13. Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene segmentierte Anzeigeelektroden jeweils mit einer Kapazität (Cs) verbunden sind.

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