DE3028717C2

DE3028717C2 - Flüssigkristallanzeige

Info

Publication number: DE3028717C2
Application number: DE3028717A
Authority: DE
Inventors: Hiroaki Tenri Nara Kato; Kohhei Nara Kishi; Masataka Tenri Nara Matsuura; Keisaku Nara Nonomura; Hisashi Wakayama Nara Uede
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1979-07-30
Filing date: 1980-07-29
Publication date: 1983-01-20
Also published as: GB2056739A; GB2126400A; US4486748A; US4385292A; GB2126400B; GB8317206D0; GB2056739B; DE3028717A1

Description

dadurch gekennzeichnet,daß

— die Treiberschaltung durch Dünnfilmtransistoren (TFTs. 52—56; 89; 99) gebildet ist, mit jeweils einem Gate- (52,81; 91), einem Source-(55; 82; 92) und einem Drainanschluß (56; 83; 93), der jeweils mit einem ihm zugeordneten Anzeigesegment (84; 94) verbunden ist,

— durch eine Trenneinrichtung (69) ein zweiter Hohli&um zwischen den Substraten (51; 61) abgegrenzt ist, tzr fluss'„'keitsdicht von dem das Flüssigkristallmanrial (62; 87; 97) enthaltenden Hohlraum abgetrennt : : und in dem die Dünnfilmtransistor-Treiberschaltung untergebracht ist. und daß

— auf dem ersten Substrat (51) ein Teil der Gesamtanzahl der Anzeigesegmente (84; 94) angeordnet ist. denen Gegenelektroden (88; 98) auf dem zweiten Substrat (61) gegenüberstehen und auf dem zweiten Substrat (61) der Restleil der Gesamtanzahl der Anzeigesegmente (34; 94) angeordnet ist, denen Gegenelektroden (88; 98) auf dem ersten Substrat (51) gegenüberstehen.

2. Flüssigkristallanzeige nach Anspruch !.dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtung (63; 69) aus einem am ersten und zweiten Substrat (51, 61) haftenden Klebemittel besteht.

3. Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Hohlraum, innerhalb dessen sich die Dünnfilmtransistoren (52—56; 89; 99) befinden, mit einem neutralen Gas gefüll· ist.

4. Flüssigkristallanzeige nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die Hälfte der Gesamtanzahl von Anzeigesegmenten (84; 94) und Gegenelektroden (88;98) auf dem ersten und zweiten Substrat (51,61) angeordnet ist,

5. Flüssigkristallanzeige nach einem! der Vorste* henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf beiden Substraten (51; 61) jeweils abwechselnd Anzeigesegmente (84; 94) und Gegenelektroden (88; 98) angeordnet sind (F ί g. 6).

6. Flüssigkristallanzeige nach einem der Ansprü* ehe 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils auf dem ersten und dem zweiten Substrat (51, 61) die Anzeigesegmente (84; 94) und die Gegenelektroden (88; 98) so verteilt sind, daß eine bestimmte Anzahl von Anzeigesegmenten eine erste Gruppe und eine bestimmte Anzahl von Gegenelektroden eine zweite Gruppe bilden.

7. Flüssigkristallanzeige nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Sourceelektrode (55) und der Drainelektrode (56) eines TFT gleich oder größer als etwa 100 μηι gewählt ist

8. Flüssigkristallanzeige nach einem der vorste henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene Anzeigesegmente jeweils mit einer integrierten Kapazität (Cs)verbunden sind.

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Flüssigkristallanzeigevorrichtungen und betrifft insbesondere eine Flüssigkristallanzeige mit in Anzeig:segmente unnerteilten AnzeigeeleiUroden gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Flüssigkristallanzeige ist bereits aus der DE-OS 22 3⁷ 273 bekannt. Auf einem Halbleitersubstrat sind sowohl die Anzeigeelemente wie auch diese ansteuernde Ansteuerbausteine integriert. Derarlige Flüssigkristallanzeigen können jedoch nur in sehr kleiner Größe hergestellt werden, da die Größe durch die Größe verfügbarer Halbleitersubstrate begrenzt ist. Außerdem sind derartige Halbleitersubstrate sehr teuer.

Eine Flüssigkristallanzeige gemäß dem Oberbegriff ist weiterhin bekannt aus »A. R. Kmetz, F. K. v. Willisen: Nonemissive Electrooptic Display. New York, 1976, Plenum Press«. Auf den Seiten 318 und 319 dieser Veröffentlichung ist eine Flüssigkristallanzeige beschrieben, bei der integrierte Ansteuerbausteine mit einem Lotverfahren auf einem Substrat der Anzeige befestigt sind. Es liegt cne hybridintegrierte Schaltung vor. Durch dieselbe Veröffentlichung ist es aus den Seiten 326 bis 332 bekannt. Dünnfilmtransistor (TFTs) für Matrixanzeigen zu verwenden

Bei Flüssigkristallanzeigen mit segmentierten Anzeigeelektroden liegen jedoch andere Probleme vor wie bei Matrix-Flüssigkristallanzeigevorrichtungen. Bei Matrixanzeigen der genannten An müssen die /ur Ansteuerung verwendeten TFTs nahe bei den einzelnen Punktelementen der Matrix angeordnet sein, um eine möglichst kleine integrierte TFTStruktur zu erhalten. Bei Flüssigkristallanzeigen mit segmentierten Anzeigeelektroden jedoch müssen im Hinblick auf eine wirtschaftliche und einfache Fertigung andere Voraussetzungen für an und für sich vorteilhafte Steuerschal tungen in TFT-Technik verwirklicht sein. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer gattungsgemäßen Flüssigkristallanzeige, Ansteuerbausteine in einfacher und zuverlässiger Weise zu integrieren.

Die er.findungsgemäße Lösung ist in kurzer Zusanv menfassung im kennzeichnenden Teil des Patenten* spruchs 1 angegeben.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die erfindungsgemäße Flüssigkristallanzeige unter-

scheidet sich von bisher bekannten dadurch, daß nun auch für segmentierte Anzeigen eine TFT-Treiberschaltung verwendbar ist Die TFTs sind in einem besonderen Hohlraum zwischen den Substraten untergebracht Die Anzeigesegfiiente und die Gegcnelektroden sind jeweils zu einem Teil auf dem einen Substrat und zum Restteil auf dem anderen Substrat untergebracht Dadurch ergibt sich eine besonders hohe mögliche Packungsdichte der Anzeigesegm en te.

Die Tatsache, daß Schaltungsteile zweckmäßigerweise gekapselt werden, ist Für Hybridschaltungen in der Veröffentlichung »Hans Delfs: Hybridschaltungen, Stuttgart 1973, Verlag Berliner Union GmbH, Seite 155-156« beschrieben. Aus dieser Veröffentüchung ist es jedoch nur bekannt die Hjbridschaltungen zur hermetischen Kapselung in ein Gehäuse einzubauen. Die Abtrennung eines speziellen Hohlraums zwischen zwei Substraten, jedoch nicht zum Unterbringen von Schaltungsteilen, sondern zum Unterbringen eines Giühdrahtes für Beieuchtungszvrecke ist aus der DE-QS 27 07 599 bekannt

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

F i g. 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Flüssigkristallanzeige mit in Segmente unterteilten Anzeigeelementen,

F i g. 2(a) bis 2(f) Masken zur Herstellung der Anzeige von Fig. 1, Fig. 3 ein Prinzipschaltbild der Anzeige von Fig. 1,

F i g. 4 und 5 eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeige mit Anzeigejegmenten, im Teilquerschnitt bzw. in Perspektivansicht.

F i g. 6(a) und 6(b) weitere Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeige mit Anzeigesegmenten,

Fig. 6(c) einen Querschnitt entlang der Linie C-Üvcn Fig.6(a).

F i g. 7(a) und 7(b) andere Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeige mit Anzeigesegmenten,

F i g. 7(c) einen Querschnitt entlang der Linie E- F van Fig. 7(a).und

F1 g. ε eine schematische Darstellung einer Segmenttnordnung für eine alphanumerische Anzeige.

Von eingangs erwähnten, bekannten Flüssigkristallanzeigen mit Matrixstruktur unterscheidet sich die «nmeldegemäße Flüssigkristallanzeige unter anderem so darin, daß inre 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 entfernten Ort und so groß wie möglich ausgeführt werden. Daraus ergibt sich beispielsweise ein Abstand zwischen einer Source- und einer Drainelektrode in der Größenordnung von etwa 100 μπι 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 ais ein Bildelement Das erforderte eine sehr genaue Technik für die Feinstruktur-Bildung bei der Herstellung der TFTs in Größenordnungen von weniger als 10 μπι. Obwohl auch dort die parasitäre Kapazität so groß wie möglich erwünscht war, konnte diese Forderung nur schwer erfüllt werden, weil für die parasitäre Kapazität weniger Wirkfläche als für das Bildelement verfügbar war, und eine Reduzierung der Isolierfilmdicke führte wegen der Möflichkeit von Nadellöchern zu anderen Schwierigkeiten.

Die in F i g. 1 dargestellte erfindungsgemäße Flüssigkristallanzeige mit in Segmente unterteilten Anzeigeelementen ist unter Verwendung der in den Fig.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^O₃ od. dgl. hergestellte transparente Elektrode 24 v.nter Verwendung der Maske von F i g. 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 25 aus S1O2 od. dgl. mittels eines chemischen Aufdampfverfahrens (CVD) od. dgl. überdeckt und dient als Dielektrikumschicht der parasitären Kapazität Cs und als Substratschicht, auf der TFTs (Dünnfilmtransistoren) hergestellt werden.

Schritt 3:

Unter Verwendung der Maske von Fip. 2(b) wird vorzugsweise aus Ιη2θ3 od. dgl. eine weitere transparente Elektrode geformt, welche die zweite "lektrode für die parasitäre Kapazität, eine Segmentelektrode 26 und eine Segmente mit TFTs verbindende Anschlußelektrode 27 bildet

Schritt 4:

Unter Verwendung der Maske von Pig.2(c> wird vorzugsweise aus Al od. 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:

Mi' der Maske von F i g. 2(d) wird vorzugsweise aus CdS, CdSe. Te od. dgl. eine Halbleiterschicht 30 hergestellt.

Schritt 7:

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

Schritte:

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 1^O₃ eine transparente Elektrode 32 geformt, welche als gemeinsame Elektrode sämtlichen Segmentelektroden gegenüberliegt.

Schritt 9:

Alle Schichten und die beiden Substrate 23 und 23' werden mit Ausnahme zweier AnschluBfiächen 36 darauf mit einem vorzugsweise aus SiO, SiO2, AI2O3 od. 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 Schrägaufdampfmethode 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.

diesem Bereich vor atmosphärischer Feuchte zu schützen.
Zur Ansteuerung der Flüssigkristallanzeige haben die

TFTs vorzugsweise ein

»etwa 100. Diese

Das Ersatzschaltbild in r i g. 3 aer so nergesieiiien 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 Ci erhöht die Segment-Kapazität.

Das in Fig.4 und 5 dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeige mit Anzeigesegmenten hat als besonderes Merkmal eine Trenneinrichtung (Abdichtelement) 69 zwischen dem die TFTs enthaltenden Bereich und den Segmenten, um die TFTs vor dem Flüssigkristallmaterial zu schützen. Im Dauerkontakt würde das Flüssigkristallmaterial die TFTs schädigen. Die Ausführung in F i g. 4 und 5 enthält Substrate 51 und 61, eine Gate-Elektrode 52. eine Isolierschicht 53, eine Halbleiterschicht 54, eine Source-Elektrode 55, eine Drain-Elektrode 56, eine Flüssigkristallschicht 62, verschiedene transparente leitende Filme 60, 65 und 67, verschiedene Isolierfilme 64, 66 und 68, eine Flüssigkristallschicht 62. ein Versiegelungsmaterial 63 und ein Abdichtelement 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 SiO₂, Al₂O₃ od. 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 μιη. der Isolirschicht 53 etwa 0,01 bis 0.15 μΐπ. der Halbleiterschicht 54 etwa 0,005 bis 0,05 μίτι und der Drain-Elektrode 56 etwa 0,025 bis 0,5 μπι bei einem Abstand von etwa 1 bis 100 μιη zwischen 55 und 56. Der transparente leitende Film 67 im Segmentbereich ist mit der Drain-Elektrode 56 eines TFT verbunden. Der aus einem Material wie SiO, SiO₂, Al₂O₃, S13N4 bestehende Isolierfilm 68 dient der Orientierung der Flüssigkristall-Moleküle. Die Filme 60 und 64 befinden sich auf dem Substrat 61, und davon dient der leitfähige Film 60 als Gegenelektrode gegenüber den Segmenten. Das Versiegelungsmaterial 63 und das Abdichtelement 69 werden 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

F i g. 5 läßt erkennen, wie ein TFT-Bereich 71 von einem Anzeigebereich 70 getrennt und gegen das Eindringen von Flüssigkristallmaterial 62 geschützt ist Der TFT-Bereich 71 ist mit einem neutralen Gas wie Ar, N2, od. dgL gefüllt, um die Eigenschaften der TFTs in ει» Einschränkung gilt für nicht im Kontakt mit Flüssigkrl· stallmaterial stehende TFTs.

In F i g. 5 entspricht 72 dem Versiegelungsmaterial 63, ein Loch 73 dient der Injektion von Flüssigkristallmaterial, und für den Anschluß der Segmentelektroden bzw. def Gegenelektrode ist je eine Kontaktfläche 74 bzw. 75 vorhanden.

Ein anderes, in Fig.6 dargestelltes bevorzugtes Ausführungsbeispiel zeigt, wie eine erfindungsgemäße Flüssigkristallanzeige mit Anzeigesegmenten durch Verminderte Integration von TFTs und parasitären Kapazitäten Cs auf dem gleichen Substrat eine optimale TFT-Anpordnung erlaubt. Außerdem bietet diese Ausführung den Vorieü. daß weniger Anschlüsse zur Verbindung der Segmentelektroden und der Gegenelektrode mit einer externen Schaltung erforderlich sind, die Verbindungen sind leichter herstellbar, tn F i g. 6(a) sind die auf dem einen, und in F i g. 6(b) die auf dem anderen der beiden Substrate ausgebildeten Elektrodenanordnungen dargestellt. Fig.6(c) enthält einsn Schnitt durch die Linie C-D von Fig.6(a). Zur Vereinfachung sind in der Flüssigkristallzelle vorhandene Schutzfilme nicht dargestellt worden.

Die Ausführung von Fig.6 umfaßt ein Substrat 51, 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 89 und ein Versiegelungsmaterial 90. Bei dieser Ausführung sind die TFTs und die parasitären Kapazitäten Ci den beiden Substraten 51, 61 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 Anschlüsse der Segmentelektroden nicht auf dem gleichen Substrat 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.

In F i g. 7(a), (b) und (c) ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Flüssigkrisuiilzelle in | ähnlicher Weise wie bei Fig.6 dargestellt Die g Ausführung von F i g. 7 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.6 | erläuterten Vorteile erzielt Die Ausführung in F i g. 7 | umfaßt eine Gate-Elektrode 91, eine Gruppe von I Source-EIektroden 92, eine Gruppe von Drain-EIektro- ξ den 93, eine mit 94 bezeichnete segmentierte Anzeige- | elektrode mit der einen Elektrode der parasitären | Kapazität Cs, einen Isolierfilm 95, die mit 96 bezeichnete | andere Elektrode von Cr, eine Flüssigkristallschicht 97, | eine Gegenelektrode 98, eine Anordnung von TFTs 99, | ein Abdichtelement 100 und ein Substrat 51 oder 61. Die | Gestaltung der segmentierten Anzeigeelektroden muß | nicht der dargestellten Minus-Im-Quadrat-Ausführung § entsprechen, sie kann auch die Form Kreuz-Im-Quadrat j.

von Fig.8 od.dgl. haben. Da die letztgenannte Form eine höhere Dichte von TFTs und parasitären Kapazitäten Cs eis die Minus-Im-Quadrat-Form, ge^ winnt die Erfindung in diesem Zusammenhang besondere Bedeutung. Abschließend sei noch erwähnt, daß erfindungsgemäß die Ansteuerschaltungen für die TFTs und dip parasitären Kapazitäten Cj ebenfalls Verschie* denen Substraten zugeordnet sein können.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Flüssigkristallanzeige mit in Anzeigesegmente (84; 94) unterteilten Anzeigeelektroden und diesen gegenüberstehenden Gegenelektroden (88; 98), sowie mit

— einem ersten Substrat (5t) als Träger für erste Elektroden, ι ο

— einem zweiten Substrat (61) als Träger für zweite Elektroden,

— einer die beiden Substrate (51, 61) auf gegenseitigen Abstand einstellenden und haltenden Versiegelung (63; 90; 100) zur Umgren- is zung eines mit einem Flüssigkristallmaterial (62) gefüllten Hohlraums, und

— einer auf der Flüssigkristallanzeige integrierten Treiberschaltung zum Ansteuern der Anzeigesegrr.snte,