DE4201281A1

DE4201281A1 - Substratplatten fuer fluessigkristallanzeigen

Info

Publication number: DE4201281A1
Application number: DE4201281A
Authority: DE
Inventors: Johann Mitrowitsch; Juergen Waldmann
Original assignee: Nokia Deutschland GmbH
Current assignee: Nokia Deutschland GmbH
Priority date: 1992-01-18
Filing date: 1992-01-18
Publication date: 1993-07-22

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung befaßt sich mit der Ausbildung von Substratplatten für Flüssigkristallanzeigen, die zur farbigen Wiedergabe von Abbildungen geeignet sind.

Stand der Technik

Flüssigkristallanzeigen sind seit geraumer Zeit im Stand der Technik bekannt, so daß an dieser Stelle deren Aufbau auf eine knappe Darstellung beschränkt werden kann.

Üblicherweise bildet die Trägerplatte derartiger Substrate eine transparente, vorzugsweise aus Glas gebildete Scheibe. Diese Trägerplatte weist an der Oberfläche, welche später - bei vollständig ausgebauter Flüssigkristallanzeige - dem Flüssigkristallmaterial zugewandt ist, transparente, vorzugsweise aus Indium-Zinn-Oxid (ITO) gebildete Elektroden auf. Die Elektroden sind flächig mit einer Ausgleichs- und Isolierschicht überdeckt. Diese Schicht ist herkömmlicherweise aus SiO_x gebildet. An die Ausgleichs- und Isolierschicht schließt die sogenannte Orientierungsschicht an, welche die Ausgleichs- und Isolierschicht vollständig überdeckt. Diese Orientierungsschicht, welche aus Polymermaterial gebildet ist, steht später - bei der vollständig aufgebauten und gefüllten Flüssigkristallzelle - mit dem Flüssigkristallmaterial im direkten Kontakt.

Sollen derartige Substratplatten zur Abbildung von farbigen Darstellungen geeignet sein, werden gemäß dem Stand der Technik folgende Maßnahmen ergriffen:

Handelt es sich um Flüssigkristallzellen, die in der Lage sind, auf großflächigen Bereichen der Display-Oberfläche eine farbige Darstellung abzubilden, ist die Oberfläche der Trägerplatte, welche der Elektrodenschicht abgewandt ist, in den Bereichen, die eine farbige Abbildung erlauben sollen, mit Farbmaterial beschichtet.

Sollen Displays nicht großflächig farbige Abbildungen darstellen, sondern in der Lage sein, mittels einer Punkt-Matrix-Elektrodenstruktur eine farbige, aus den drei Grundfarben Rot, Grün und Blau gebildete Abbildung abzubilden, versagt die vorbenannte Technik. Dies ist darauf zurückzuführen, daß bei der bei einer Punkt-Matrix- Elektrodenstruktur erforderlichen, geringen Pixelgröße Paralaxenprobleme auftreten, wenn die die farbige Abbildung von Bildern erlaubenden Farbpixel auf der der Elektrodenschichten abgewandten Oberfläche der Trägerplatte angeordnet sind.

Zur Vermeidung dieser Probleme werden daher bei Punkt-Matrix-Anzeigen die Farbpixel direkt auf der Oberfläche der Trägerplatte ausgebildet, die später - bei fertig montierter Zelle - dem Flüssigkristallmaterial zugewandt ist. Die Farbpixel in den drei Grundfarben Rot, Grün und blau sind üblicherweise mit Abstand zueinander direkt auf der Oberfläche der Trägerplatte angeordnet. Die Abstände zwischen den verschiedenen Farbpixeln sind mit Black-Matrix-Material ausgefüllt. Diese - somit aus Farbpixel mit Black-Matrix-Material gebildete - Farbträgerschicht ist mit mindestens einer aus organischem Polymermaterial gebildeten Abdeckschicht überzogen. Auf diese Abdeckschicht ist die Elektrodenschicht ausgebildet. Wie schon oben erläutert sind auch bei der hier erörterten Substratplatte die Elektroden mit einer Ausgleichs- und Isolierschicht und im Anschluß an diese Schicht mit einer Orientierungsschicht überzogen.

Derartig ausgebildete Substratplatten lassen sich mit gutem Erfolg in Displays verwenden, die keine allzugroßen Anforderungen an die Planheit der dem Flüssigkristallmaterial direkt gegenüberstehenden Oberfläche der Substratplatten stellen. Derartige Displays sind solche, die einen verhältnismäßig großen Abstand zwischen den Zellenplatten beziehungsweise einen nur geringen Verdrehwinkel der Flüssigkristallmoleküle im Abstand zwischen den Zellenplatten aufweisen.

Sollen jedoch derartige Substratplatten in Displays verwendet werden, die Verdrehwinkel zwischen den Flüssigkristallmolekülen von größer/gleich 90° aufweisen beziehungsweise nur einen geringen Abstand zwischen den Zellenplatten zulassen, treten Schwierigkeiten auf. Diese Schwierigkeiten rühren daher, daß derartige Zellen außerordentlich hohe Anforderungen an die Planheit der mit dem Flüssigkristall in direktem Kontakt stehenden Oberfläche stellen. Dieser Forderung wirkt aber entgegen, daß sich bei Ausbildung der Farbfilterschicht zwischen der Trägerplatte und der Elektrodenschicht die erforderliche Planheit der Oberfläche nicht oder - auch unter erheblichen Kosteneinsatz - nur unvollständig erreicht wird. Der Grund hierfür liegt darin, daß die Farbpixel nach ihrem Auftrag auf die Trägerplatte keine vollständig planare Oberfläche aufweisen. So sind zum Beispiel konkav oder konvex gekrümmte Oberflächen von Farbpixeln bekannt. Werden Farbpixel in den drei Grundfarben auf der Trägerplatte ausgebildet, so kann es vorkommen, daß die Oberflächenformen von Pixeln alle drei Farben voneinander verschieden sind. Da die Dicke der Farbpixel etwa drei bis fünf µm beträgt, ist es außerdem sehr schwierig, die Pixel so auszubilden, daß sie mit gleicher Höhe auf der Trägerplatte aufstehen. Diese Probleme, die durch das unterschiedliche Höhenniveau und die unterschiedlichen Oberflächenformen hervorgerufen werden, lassen sich auch durch das Ausbilden einer Abdeckschicht auf der Farbfilterschicht und durch die nachfolgenden Beschichtungsvorgänge nicht oder nur unzureichend beseitigen. Die Folge ist, daß durch die fehlende Planheit der direkt mit dem Flüssigkristall in Verbindung stehenden Oberfläche der Abstand zwischen den Zellenplatten einer Zelle nicht mehr einheitlich ist. Dies führt dazu, daß bei konstanter Schwellspannung die Transmission über die Displayfläche uneinheitlich wird. Zur Behebung dieses Problems wird in der Literatur vorgeschlagen, die Schwellspannung entsprechend den Höhenunterschieden zwischen den Pixeln der verschiedenen Farben anzupassen. Dies erfordert aber einen erheblichen Aufwand und Kosteneinsatz, da jedes Display ausgemessen und die Treiberelektronik entsprechend den Meßwerten eingestellt werden muß.

Unabhängig von den vorstehend dargelegten Problemen ist die Beschichtung der Abdeckschicht mit dem Elektrodenmaterial auch nicht ganz unproblematisch, weil bei diesen Beschichtungsvorgängen Temperatureinwirkungen erforderlich sind, die sehr leicht zur Versprödung der Abdeckschicht und somit zur Unbrauchbarkeit der Substratplatten führen.

Ferner wird darauf hingewiesen, daß wenn, die zuletzt beschriebenen Farb-Substratplatten für Displays verwendet werden, die eine hohe Verdrillung aufweisen sollen, es erforderlich ist, daß die Orientierungsschicht den Flüssigkristallmolekülen einen hohen Pretilt mitteilen muß. Derartige Pretilts lassen sich dann erzeugen, wenn das die Orientierungsschicht bildende Polymermaterial bei Temperaturen bis etwa 400°C gehärtet wird. Da aber im Zeitpunkt der Ausführung der Härtung die Substratplatte nahezu fertiggestellt ist, führen derartige Temperaturen zur Zerstörung oder Veränderung der farbgebenden Eigenschaften der aus organischen Materialien gebildeten Farbpixel. Folglich sind bei der Verwendung der oben genannten Farb-Substratplatten der Pretiltausbildung enge Grenzen gesetzt.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Substratplatte zur farbigen Darstellung von Abbildungen anzugeben, die die vorbenannten Nachteile vermeidet und kostengünstig herstellbar ist.

Darstellung der Erfindung

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß gemäß Anspruch 1 die Elektroden auf einer der beiden Oberflächen einer aus Glas gebildeten, ultradünnen Folie oder Scheibe ausgebildet sind und daß die andere Oberfläche der aus Glas gebildeten Folie oder Scheibe auf der Farbfilterschicht auflaminiert ist.

Durch die Verwendung der aus Glas gebildeten Folie oder Scheibe wird bedingt durch die Steifigkeit des Glasmaterials verhindert, daß sich die Unebenheiten der Farbfilterschicht bis in die dem Flüssigkristallmaterial am nächsten liegenden Schicht fortsetzen. Die erforderliche Planheit wird vielmehr schon dann erreicht, wenn die aus Glas gebildete Folie oder Scheibe nach dem Auflaminieren auf die Farbfilterschicht beispielsweise nur auf Farbpixeln einer Farbe aufliegt.

Durch die Ausbildung der Substratplatte entfallen auch die Probleme, die sonst mit dem Aufbringen der Elektrodenschicht auf der Abdeckschicht verbunden sind. Vielmehr kann die aus Glas gebildete Folie oder Scheibe ebenso beschichtet werden, wie dies bei Ausbildung von monochromen Substratplatten, deren Elektroden direkt auf der Trägerplatte aufliegen, möglich ist. So kann beispielsweise auf der aus Glas gebildeten Folie oder Scheibe die Elektrodenschicht, die Ausgleichs- und Isolierschicht und sodann die Orientierungsschicht ausgebildet werden und als "Teilsubstrat" auf der Farbfilterschicht auflaminiert werden. Hierdurch entfallen insbesondere die Probleme, die dann auftreten, wenn die Orientierungsschicht erst dann gehärtet wird, wenn bereits die Farbfilterschicht auf der Trägerplatte aufgebracht ist.

Zur Vermeidung von Paralaxenproblemen sollte die Dicke der aus Glas gebildeten Folie oder Scheibe zwischen einem und 100 µm liegen. Besonders gute Ergebnisse werden dann erzielt, wenn die Dicke der aus Glas gebildeten Folie oder Scheibe zwischen 10 und 40 µm dick ist.

Sofern die Abweichungen im Höhenniveau der Farbfilterschicht groß sind und die Dicke der aus Glas gebildeten Folie oder Scheibe am unteren Bereich der zuvor benannten Wertskala liegt, sollte gemäß Anspruch 3 die Farbfilterschicht noch zusätzlich mit einer Abdeckschicht versehen sein.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die zuvor benannte Abdeckschicht von einem durchsichtigen Klebstoff gebildet wird, der in der Lage ist, die verbleibenden Abweichungen im Höhenniveau der Farbfilterschicht zu verfüllen und das "Teilsubstrat" mit der Farbfilterschicht zu verbinden. In diesem Falle wird nämlich die Wirkung der Abdeckschicht gleichzeitig vom Klebstoff übernommen.

Auch sollte der Klebstoff so beschaffen sein, daß er bei Temperaturen aushärtet, die unterhalb der Temperatur liegen, bei der die Farbpixel ihre farbgebenden Eigenschaften verlieren oder einbüßen.

Wege zum Ausführen der Erfindung

Die Erfindung soll nun anhand einer einzigen Figur näher erläutert werden. Diese - nicht maßstabsgetreue Darstellung - zeigt einen Schnitt durch eine Substratplatte 1. Die Trägerplatte 2 ist aus Glas gebildet. Auf diese Trägerplatte 2 sind in abwechselnder Reihenfolge die Farbpixel 3 der Grundfarben Rot (r), Grün (g) und Blau (b) ausgebildet. Wie die Figur deutlich hervorhebt, sind die Oberflächenkonturen der Farbpixel 3 der verschiedenen Farben unterschiedlich ausgebildet. Ferner wird aus dieser Figur auch sichtbar, daß die Farbpixel 3 der Grundfarbe Grün (g) das Höhenniveau der übrigen Grundfarben etwas überragt. Wie die Figur weiter hervorhebt, sind sämtliche Farbpixel 3 mit Abstand zueinander auf der Trägerplatte 2 angeordnet. Die Abstände zwischen den Farbpixeln 3 sind mit Blackmatrix-Material 4 ausgefüllt. Oberhalb der aus Farbpixeln 3 und Blackmatrixmaterial 4 gebildeten Farbfilterschicht 5 ist die aus Glas gebildete Folie oder Scheibe 6 angeordnet, wobei diese Folie oder Scheibe 6 lediglich auf den Farbpixeln 3 der Grundfarbe Grün (g) aufliegt. Obwohl die Scheibe oder Folie 6 lediglich eine Dicke von 30 µm aufweist, ist ihre Steifigkeit dennoch so hoch, daß sie sich beim Auflegen auf die Farbfilterschicht 5 nicht der Oberflächenkontur dieser Schicht 5 anpaßt, sondern zur Oberfläche der Trägerplatte 2 vollkommen parallel verläuft. Der Zwischenraum 7 zwischen der Farbfilterschicht 5 und der aus Glas gebildeten Scheibe oder Folie 6 ist mit einem transparenten Klebstoff aufgefüllt, welcher gleichzeitig die Folie oder Scheibe 6 mit der Farbfilterschicht 5 verklebt. Auf der der Trägerplatte 2 abgewandten Seite der aus Glas gebildeten Folie oder Scheibe sind die Elektroden 8 ausgebildet. Da es sich um eine Substratplatte 1 für eine Punkt-Matrix-Anzeige handelt, sind die Elektroden 8 streifenförmig ausgebildet, wobei die Längsachsen der Elektroden 8 senkrecht zur Zeichenebene verlaufen. Die streifenförmig ausgebildeten Elektroden 8 sind den Farbpixel 3 übergeordnet angeordnet und weisen in diesem Ausführungsbeispiel eine der Breite der Farbpixel 3 entsprechende Breite auf. Die Ausgleichs- und Isolierschicht 9, welche die streifenförmig ausgebildeten Elektroden 8 überdeckt, ist aus SiO₂ gebildet. Den Abschluß der Substratplatte 1 bildet die Orientierungsschicht 10. Diese Schicht 10, welche die Ausgleichs- und Isolierschicht 9 vollflächig überzieht, ist aus Polyimid gebildet. Die Oberfläche 11 dieser Schicht 10 steht später - bei einer fertig ausgebauten und gefüllten Zelle - mit dem Flüssigkristallmaterial in direktem Kontakt.

Der Aufbau der in der Figur gezeigten Substratplatte erfolgte dergestalt, daß zunächst die mit der Farbfilterschicht 5 versehene Trägerplatte 2 ausgebildet wurde. Sodann wurde das Teilsubstrat 12, welches aus der aus Glas gebildeten Folie oder Scheibe 6, den streifenförmig ausgebildeten Elektroden 8, der Ausgleichs- und Isolierschicht 9 und der Orientierungsschicht 10 gebildet ist, auf der Farbfilterschicht 5 auflaminiert. Zur Verbindung des Teilsubstrats 12 und der Farbfilterschicht 5 wurde ein einkomponentiger, transparenter Klebstoff verwendet.

Bezugszeichen

1 Substratplatte
2 Trägerplatte
3 Farbpixel
4 Blackmatrix
5 Farbfilterschicht
6 Folie oder Scheibe, aus Glas gebildet
7 Zwischenraum
8 Elektroden
9 Ausgleichs- und Isolierschicht
10 Orientierungsschicht
11 Oberfläche
12 Teilsubstrat

Claims

1. Substratplatte für Flüssigkristallzellen, die eine farbige Wiedergabe von Bildern erlauben,

- mit einer transparenten, vorzugsweise aus Glas gebildeten Trägerplatte,
- mit einer auf einer der beiden Oberflächen der Trägerplatte ausgebildeten Farbfilterschicht, die ihrerseits durch eine Vielzahl mit Abstand nebeneinander angeordneter Farbpixel und einer Black-Matrix-Struktur, die die Abstände zwischen den Farbpixeln ausfüllt, gebildet ist, und
- mit transparenten, vorzugsweise aus ITO gebildeten Elektroden,

dadurch gekennzeichnet,
daß die Elektroden (8) auf einer der beiden Oberflächen einer aus Glas gebildeten, ultradünnen Folie oder Scheibe (6) ausgebildet sind und
daß die andere Oberfläche der aus Glas gebildeten Folie oder Scheibe (6) auf der Farbfilterschicht (5) auflaminiert ist.

2. Substratplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der aus Glas gebildeten Folie oder Scheibe zwischen 1 und 100 µm, vorzugsweise zwischen 10 und 40 µm liegt.

3. Substratplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbfilterschicht (5) zunächst mit einer diese Schicht vollständig überdeckenden Abdeckschicht überzogen ist.

4. Substratplatte nach Anspruch 1 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die der Farbfilterschicht (5) zugewandte Oberfläche der aus Glas gebildeten Folie oder Scheibe (6) mit der der Scheibe (6) nächsten Schicht der Trägerplatte (2) mittels eines durchsichtigen Klebstoffs verbunden ist.

5. Substratplatte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Farbfilterschicht (5) überdeckende Abdeckschicht vom Klebstoff gebildet ist, der zugleich die Farbfilterschicht (5) und die aus Glas gebildete Folie oder Scheibe (6) verbindet.

6. Substratplatte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoff unterhalb der Temperatur aushärtet, die für die Farbbeständigkeit der aus organischen Materialien gebildeten Farbpixel (3) unschädlich ist.