DE3720469A1 - Fluessigkeitskristall - lichtventil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine passive Flüssigkeitskristall- Anzeigevorrichtung, (engl. LCD) insbesonders auf eine solche, die im Auflicht betrieben wird. Näher beschrieben wird ein solches Lichtventil, daß im allgemeinen zunächst aus einer flüssigkristallinen Schicht besteht, die zwischen zwei Platten eingeschlossen ist, die Elektroden aufweisen im folgenden.

Gemeint sind hier eher Transistor getriebene LC-Ventile, die als sogenannte TFT-LC-Displays bekannt sind.

Die bekannten TFT-LC-Displays dieser Art sind bei der Herstellung großen verfahrenstechnischen Schwierigkeiten unterworfen. Die Auf­ bringung der Dünnfilmtransistoren insbesonders bei mittel- und hochauflösenden Displays bedingt immer noch einen hohen Ausschuß der Produktion.

In letzter Zeit erfreuen sich LC-Displays auch vermehrt der Verwendung als Informationsträger innerhalb eines Projektionsgerätes. Hierbei ergeben sich bei der Verwendung von TFT- Displays aber einige Nachteile.

Die Dünnfilmtransistoren werden teilweise durch einen Photoeffekt teilweise durch die Wärmestrahlung oder durch Absorptionsvorgänge irritiert. Eine Teilverspiegelung der TFT's und die Hinzufügung eines kühlenden Gebläses schaffen hier nur Linderung aber nicht Abhilfe. Bedingt durch Betrieb und Nichtbetrieb des Projektionsgerätes ergeben sich erhebliche Temperaturdifferenzen für das Display. Die für die Dünnfilmtransistoren verwendeten Substrate unterliegen daher unterschiedlichen Ausdehnungen, was auch für die übrigen Materialien gilt, die in der Flüssigkristallzelle zur Anwendung kommen.

Ein sicheres Schalten und ein gutes Langzeitverhalten einer solchen Konstruktion ist zumindest zweifelhaft.

Da der Dünnfilmtransistor einen gewissen Teil eines Bildpunktes abdeckt, er aber aus verfahrenstechnischen Gründen nicht beliebig miniaturisiert werden kann, ergibt sich unter diesem Aspekt eine Beschränkung der Auflösung, besonders wenn ein kleines aber hochauflösendes Lichtventil gewünscht wird.

Grundsätzlich wären hier zwei Displaytypen zu nennen, die zum Einsatz kämen. Einmal, wie zuletzt erwähnt, ein kleines aber hochauflösendes Lichtventil etwa im gängigen Dia-Format oder eine etwa Din A4 große Platte, die unter Zuhilfenahme eines Over­ haedprojektors betrieben wird. Solche Formate, transistorgetrieben bereiten aber, wie erwähnt zur Zeit große Schwierigkeiten.

Lichtventile dieser Art bieten jedoch eine Reihe von Vorteilen, die auf der Hand liegen. Ein kleines hochauflösendes Lichtventil wäre eine preiswerte Festkörperlösung für ein HDTV-System und ein Din A4 großes Display würde sicher mannigfaltige Anwendung im Bereich der Bildverarbeitung und der Unterhaltungselektronik finden.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das LC-Lichtventil der oben beschriebenen Art so zu gestalten, daß es als mittleres oder hochauflösendes Lichtventil einzusetzen ist, sowohl im kleinen als auch im großen Format, ohne daß bei der Herstellung des LC-Displays große verfahrenstechnische Schwierigkeiten auftreten. Im Betrieb sollte das Display besonders unter dem Einfluß der Projektionslampe eines Projektors keinerlei Störungen aufweisen.

Diese Aufgaben werden durch ein LC-Lichtventil mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Grundlegend liegt den im folgenden aufgeführten Konstruktionen und Konstruktionsvarianten die Idee zu Grunde, transistorgetriebene LC-Displays im Auflicht zu betreiben.

Die Auflichtlösung ermöglicht gegenüber der Durchlichtversion eine Reihe von Besonderheiten, die sowohl eine verfahrenstechnische Erleichterung bei der Herstellung des Displays gestatten als auch eine größere Möglichkeit von Konstruktionsvarianten, die nun speziell dem Anwendungsbereich angepaßt werden. Eine erhöhte Betriebssicherheit ergibt sich alleine dadurch, daß eine Kühlung mit einer geeigneten Flüssigkeit dazu herangezogen wird, um das Display gezielt und ausreichend zu kühlen. Sogar mehrere Kühlkreisläufe, die Sensor gesteuert sind, sind denkbar, um eine gleichmäßige Temperatur des Displays zu gewährleisten. Wichtig ist diese Konstruktion, da unterschiedlich erwärmte Felder des Displays unterschiedliche optische Auswirkungen bedingen. Dies ist aber nicht erwünscht.

Eine der interessantesten Konstruktionsmöglichkeiten in der Auflichtversion ist die Auslagerung der Transistormatrix. Ermöglicht wird dies durch eine Platte, die zu der Seite der Flüssigkeitskristallzelle eine verspiegelte Elektrode besitzt, die durch ein elektrisch leitendes Medium mit der Rückseite der Platte verbunden ist. Jeder Bildpunkt kann so mit einem zugehörigen Transistor auf der Rückseite verbunden werden. Dieser Transistor kann nun Bestandteil einer TFT-Matrix sein oder einer Transistormatrix, die aus einem Siliziumwafer gefertigt ist.

Bei der letzten Version dient ein elektrisch leitender Konstruktionskleber dazu, um eine Platte der LC-Zelle mit der Siliziumtransistormatrix zu verbinden. Für diese Verbindung könnte z. B. ein Laser eingesetzt werden, um von der Seite der LC- Zelle her eine punktgenaue und sichere Verbindung herzustellen. Hierbei müßte die Verspiegelung der Elektroden natürlich nach­ träglich aufgebracht werden. Die gemeinsame Gegenelektrode wird transparent aufgebracht.

Interessant ist diese Konstruktion vor allem deshalb, da sie ein modulares Zusammensetzen insbesondere von Siliziumtransistoren gestatten. Verfahrenstechnisch relativ einfach käme man hierbei zu großen LC-Displays, die aus modularen Transistorfeldern bestehen, die dann auch relativ problemlos simultan angesteuert werden können, wobei nun sogar bedingt durch die modulare Auflösung sehr schnelle Schaltzeiten erreicht werden könnten. Dies ist wichtig für die Bewegtbilddarstellung.

Auch in der Dünnfilmtechnologie ergeben sich verfahrenstechnische Vorteile. Es besteht nun nicht mehr der Zwang, den Transistor zu miniaturisieren, er kann die ganze Fläche des Bildpunktes einnehmen, da er optisch nicht relevant sich hinter der Verspiegelung befindet.

Natürlich kann diese Konstruktion auch gewählt werden mit der Abänderung, daß der Dünnfilmtransitor sich wie üblich in der Flüssigkeitskristallzelle befindet. Neu ist hier dann "nur" die ganzflächige Verspiegelung des Transistors. Dies gilt dann analog auch für eine Siliziumtransistormatrix.

Um das verfahrenstechnische Risiko bei der Herstellung von Dünn­ filmtransistoren zu senken, sollte versucht werden, die Transistor­ matrix nicht gleichzeitig in einem großen Feld aufzubringen sondern es ist von Vorteil, eine gewisse Größe des Feldes so zu definieren, daß die Aufbringung relativ risikolos durchgeführt werden kann. Größe Flächen erhält man nun dadurch, daß durch Plotten der Platte oder des Substratgebers mehrere Felder zu einem großen Feld zusammengesetzt werden. Diese Methode eignet sich natürlich auch für die Herstellung herkömmlicher TFT-Displays.

Zusätzlich wäre es eventuell angebracht eine verspiegelte Transistormatrix oberflächenmäßig zu veredeln, um besonders bei kleinen hochauflösenden Displays eine einwandfreie Oberfläche der verspiegelten Fläche zu bekommen. Ein Schleifvorgang oder eine Polierung, wie aus vielen Bereichen der Optik bekannt, könnte hierzu herangezogen werden. Um die Funktionstüchtigkeit der Transistormatrix nicht zu beeinflussen können elektrisch leitende Ausgleichsschichten dazu benutzt werden, um für Schleif- und Poliervorgänge die nötigen Voraussetzungen zu schaffen.

Möglich wäre es nun auch, ein solches Display für die Direktsicht zu nutzen. Hierfür müßten die Elektroden mit einem elektrisch leitenden Polarisator ausgerüstet werden oder es sollte versucht werden mit nur einem Frontpolarisator auszukommen. Eine Art Pseudo­ backlight wäre auch zu realisieren, indem die Trägerplatte der gemeinsamen Frontelektrode Licht von den Kanten des Displays eingespeist bekommt.

Drei bevorzugte, jedoch nicht einschränkend zu verstehende Ausführungsbeispiele der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigt

Fig. 1 Ein Schnittbild durch ein LC-Auflichtdisplay mit einer verspiegelten Transistormatrix innerhalb einer Flüssig­ keitskristallzelle.

Fig. 2 Ein Schnitt durch ein LC-Auflichtdisplay mit einer Transistormatrix außerhalb der Flüssigkeitskristallzelle.

Fig. 3 Ein Schnittbild durch ein LC-Auflichtdisplay mit einer Kühlvorrichtung, die eine Flüssigkeit benutzt.

Fig. 1 stellt einen Schnitt durch eine Flüssigkeitskristallzelle dar, die eine in der Zelle liegende Transistormatrix besitzt. Es bedeuten: 1 gemeinsame Gegenelektrode, 2 LC-Flüssigkeit, 3 Abstandhalter, 4 Transistoradressierung x-Richtung, 5 Verspiegelung der Elektrode (des Bildpunktes), 6 Transistoradressierung y- Richtung, 7 Transistor, 8 Glasplatte oben, 9 Glasplatte unten. Anmerkung: Die übrigen notwendigen Leiter für das Funktionieren der Transistormatrix sind hier nicht dargestellt.

Fig. 2 stellt einen Schnitt durch eine Flüssigkeitskristallzelle dar, die eine außerhalb der LC-Zelle liegende Transistormatrix besitzt. Es bedeuten 1 obere Glasplatte, 2 gemeinsame Gegenelektrode, 3 Verspiegelung der Elektroden, 4 Abstandshalter, 5 untere durchkontaktierte Trägerplatte, 6 Transistoradressierung x- Richtung, 7 leitender Kleber (bei Verbindung mit einer Siliziumtransistormatrix, 8 Transistoradressierung y-Richtung, 9 Transistor, 10 Siliziumplatte.

Anmerkung: Alternativ können hier auch statt der Siliziumtransistormatrix eine Matrix aus Dünnfilmtransistoren auf­ gebracht werden. Der leitende Konstruktionskleber fällt dann weg. Ebenfalls sind hier nicht alle notwendigen Leiter dargestellt, die für die Ansteuerung der Matrix benötigt werden.

Fig. 3 stellt ein Kühlsystem mit einer Flüssigkeit dar. Es bedeuten hier: 1 und 2 Ventilatoren mit Kühlergrill, 3 Kühlebene, 4 Displaybereich, 5 Fresnellinse.

Claims (6)

1. Flüssigkeitskristall-Lichtventil mit einer elektronischen Ansteuerungseinheit, die eine flüssigkristalline Schicht zwischen einer Elektrodenmatrix und einer gemeinsamen Gegenelektrode anregt, wobei jeder Elektrode der Matrix ein Transistor zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Display, das mit Dünnfilmtransistoren arbeitet, die einzelnen Elektroden der Matrix voll verspiegelt werden, so daß auch die Dünnfilmtransistoren von dieser Verspiegelung erfaßt werden.

2. Flüssigkeitskristall-Lichtventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dünnfilmtransistoren modulartig aufgebracht werden, wobei entweder die mit den Komponenten zu versehende Platte oder der Komponentengeber selbst geplottet wird. Eine Vollverspiegelung kann bei dieser Fertigungstechnik entfallen.

3. Flüssigkeitskristall-Lichtventil nach Anspruch 1 oder/und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dünnfilmtransistoren sich nicht mehr in der Anzeigenzelle befinden, sondern außerhalb, wobei eine Durchkontaktierung der Elektrodenmatrixträgerplatte eine solche Konstruktion ermöglicht. Die Elektrodenmatrix wird innerhalb der Zelle verspiegelt (Auflichtversion) oder die Durchkontaktierung wird mit elektrisch transparenten Leitern gehalten und wird für den Betrieb mit einer Hintergrundbeleuchtung vorgesehen.

4. Flüssigkristall-Lichtventil nach einem oder/und mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Transistormatrix, die auf einer Siliziumscheibe oder auf einem ähnlichen geeigneten monokristallinen Element angeordnet ist die Dünnfilmtransistoren ersetzt (sowohl innerhalb der Zelle als auch außerhalb.

5. Projizierbares LC-Lichtventil nach einem oder/und mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit solchen Siliziumtransistormatrixplatten oder anderen, die aus einem geeigneten monokristallinen Wafer gefertigt worden ist sowohl innerhalb als auch außerhalb der Zelle ein modularer Aufbau realisiert wird. Durch Aufbringung einer zusätzlichen Schicht, durch Schleif- und Polierschritte wird die optische Qualität des Lichtventils zusätzlich erhöht.

6. Flüssigkeitskristall-Lichtventil nach einem oder/und mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kühlung mit einer geeigneten Flüssigkeit dazu benutzt wird, um eine gleichmäßige Kühlung des Lichtventils zu gewährleisten, wobei mehrere Kühlkreisläufe durch Sensoren gesteuert eine gezielte Kühlung vornehmen können.