DE4211258C2 - Plasmaadressierte Flüssigkristallanzeige und Herstellungsverfahren für diese - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine plasmaadressierte Flüssigkristallanzeige (LCD) und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

Zu den verschiedenen Arten von Anzeigen gehören eine Leuchtstoffanzeigeröhre, die einen langsamen Elektronen­ strahl verwendet, eine Plasmaanzeige, die eine Gasentladung verwendet, eine Elektrolumineszenz-(EL-)Anzeige, die den Elektrolumineszenzeffekt verwendet, eine elektrooptische Flüssigkristallanzeige (LCD) sowie eine traditionelle Katho­ denstrahlröhre, die einen schnellen Elektronenstrahl ver­ wendet. Diese verschiedenen Anzeigen sind jeweils gemäß ihren Eigenschaften angepaßt, da sie verschiedene Funktionen und Aufbauten haben. Ihr gemeinsamer Zweck ist die Sicht­ barmachung eines elektrischen Bildes oder Datensignals. Die Anzeigen sind auf ihren jeweiligen Gebieten hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer Funktion weiterentwickelt worden. Eine jüngere Matrix-Anzeige mit einem zusammengesetzten Aufbau aus einer Plasmaentladungsvorrichtung und einer elek­ trooptischen Vorrichtung, d. h. einer LCD, ist in US 4 896 149 beschrieben.

Die Anzeige soll einzelne Zeilen mittels einer Plasma­ entladung adressieren, die in Fig. 4 gezeigt ist. Gemäß Fig. 4 ist die Anzeige so aufgebaut, daß ein Flüssigkristallele­ ment 10, in welchem eine Anzahl von Streifenelektroden 14 parallel angeordnet sind, eine Plasmaadressiereinheit 20 überlagert, in welcher eine Anzahl von Abtastleitungen 21 unter rechtem Winkel zu den Streifenelektroden 14 des Flüs­ sigkristallelements 10 angeordnet sind. Ein Erzeuger für von hinten einfallendes Licht, der üblicherweise bei einer EL- Anzeige vorhanden ist, ist auf der Rückseite der Plasmaa­ dressiereinheit 20 vorgesehen.

Gemäß Fig. 5 weist das Flüssigkristallelement 10 ein erstes und zweites transparentes Substrat 12 und 13 auf, zwischen welchen Flüssigkristall 16 eingefüllt ist. Die Streifenelektroden 14 sind an der Innenseite des ersten Substrats 12 augebildet. Von diesen beiden Substraten hat das zweite Substrat 13 eine verhältnismäßig geringe Dicke von 50 µm und spielt eine wichtige Rolle bei der Orientie­ rung des Flüssigkristalls. Die Plasmaadressiereinheit 20 weist eine Anzahl von Rillen 24 auf, die Abtastzeilen 21 auf einem dritten Substrat 25 senkrecht zu den Streifenelektro­ den bilden. Ein Paar von Elektroden 22 und 23 ist parallel zu beiden Seiten des Bodens einer jeden Rille 24 vorgesehen. Bei dieser Konfiguration ist das dritte Substrat 25 mit dem zweiten Substrat 13 des Flüssigkristallelements 10 verklebt, so daß die Rillen 24 einen geschlossenen Entladungsraum bilden, in welchen Entladungsgas eingefüllt ist.

Beim Flüssigkristallelement 10 wird, da ein Datensignal auf eine ausgewählte Streifenelektrode 14 gegeben wird, ein Potential zur Aktivierung des Flüssigkristalls längs einer ausgewählten Streifenelektrode 14 ausgebildet. In der Plas­ maadressiereinheit 20 wird gemäß dem ionisierten Zustand einer jeden Entladungszeile als Folge der Plasmaentladung einer jeden sequentiell ausgewählten Plasmaabtastzeile 21 ein positives Potential zur Aktivierung des Flüssigkristalls 16 linear längs der Abtastleitung 21 auf dem mit dem Flüs­ sigkristall in Berührung stehenden zweiten Substrat 13 aus­ gebildet. Dementsprechend wird eine Potentialdifferenz zwi­ schen einer ausgewählten Streifenelektrode 14 des Flüssig­ kristallelements 10 und der Abtastzeile 21 der Plasmaadres­ siereinheit 20 ausgebildet. Flüssigkristall, der am Über­ kreuzungspunkt angeordnet ist, wird durch die dort herr­ schende Potentialdifferenz aktiviert und orientiert, was einen gepunkteten Lichtdurchgangsbereich bildet, durch wel­ chen Licht aus dem rückwärtigen Hintergrundlichterzeuger verläuft.

Mit anderen Worten, bei der Plasmaadressiereinheit 20 tritt, wenn ein bestimmtes Potential an ein Paar von par­ allelen Elektroden 22 und 23 einer sequentiell ausgewählten Abtastzeile angelegt wird, eine lineare Gleichspannungsent­ ladung zwischen den parallelen Elektroden 22 und 23 auf. Dadurch wird ein lineares Potential längs der Abtastzeile 21 auf dem dünneren, zweiten Substrat 13 ausgebildet. Wenn das lineare Potential auf dem zweiten Substrat 13 durch die lineare Entladung auf der durch das Abtastsignal ausgewähl­ ten Abtastzeile 21 ausgebildet ist, wird ein Datensignal ausgewählt auf die Streifenelektrode 14 des oberen Flüssig­ kristallelements 10 gegeben. Wenn Flüssigkristall dann durch die Potentialdifferenz an der Überschneidung der ausgewähl­ ten Streifenelektrode 14 und der ausgewählten und entladen­ den Abtastzeile 21 aktiviert und lokal umorientiert wird, geht Hintergrundlicht einen bestimmten Bildpunkt ausbildend durch.

Die Anzeige ist eine besondere Flachplattenanzeige, welche den Flüssigkristall durch die Streifenelektroden und Abtastzeilen ausrichtet. Ihr Nachteil besteht darin, daß die Herstellung der Anzeige sehr umfangreich ist, da, wie oben beschrieben, die Adressiereinheit als strukturelle Grundlage auf dem dritten Substrat ausgebildete Rillen 24 und ein Paar von auf dem Boden des dritten Substrats 25 ausgebildete Elektroden 22 und 23 erfordert. Mit anderen Worten, die Ausbildung der Rillen 24 auf dem dritten Substrat 25 erfor­ dert einen komplizierten Ätzprozeß. Insbesondere die Aus­ bildung eines Paares von Elektroden auf dem Boden einer jeden Rille erfordert mehr als ein einfaches Siebdruckver­ fahren; ein photolithographisches Verfahren einschließlich einer Metallabscheidung ist erforderlich. Eine solche Tech­ nik zur Ausbildung einer Rille auf Glas, gefolgt von der Ausbildung einer Elektrode darauf, ist sehr kompliziert, insbesondere für eine Anzeige mit großem Bildschirm.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer plasmaadressierten Flüssigkristallanzeige, welche eine groß­ flächige Anzeige erlaubt und die Herstellung erleichtert.

Aufgabe der Erfindung ist auch die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung einer solchen plasmaadressierten Flüssigkristallanzeige.

Hierzu schlägt die Erfindung eine plasmaadressierte Flüssigkristallanzeige gemäß Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung gemäß Patentanspruch 7 vor.

In einer Ausführungsform von LCD ist die zweite Elek­ trode auf einer mittleren Höhe des Abstandshalters in dieser angeordnet, wobei der Abstandhalter in einen oberen und einen unteren Teil unterteilt ist. In einer weiteren Aus­ führungsform ist die zweite Elektrode oben auf dem Abstand­ halter vorgesehen und berührt den Boden des zweiten Sub­ strats, so daß der Abstandshalter und die zweite Elektrode als zwei Körper aufeinander geschichtet sind.

Ferner sind, wenn die zweite Elektrode in der Mitte des Abstandhalters ausgebildet ist, eine oder beide Seitenflä­ chen der zweiten Elektrode freigelegt.

Bei einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstel­ lung der plasmaadressierten Flüssigkristallanzeige wird im Schritt des Ausbildens des Abstandhalters, auf den die zwei­ te Elektrode aufgestapelt ist, der Abstandhalter so aufge­ baut, daß ein unterer Teil des Abstandhalters ausgebildet wird, die zweite Elektrode darauf ausgebildet wird und ein oberer Teil des Abstandhalters auf der zweiten Elektrode ausgebildet wird.

Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemä­ ßen Verfahrens wird im Schritt des Ausbildens des Abstand­ halters, auf den die zweite Elektrode aufgeschichtet ist, nach dem vollständigen Ausbilden des Abstandhalters die zweite Elektrode oben auf dem Abstandhalter ausgebildet.

Im Verfahrensschritt des Verklebens des zweiten und dritten Substrats wird nach dem Beschichten der Oberseite des Abstandhalters mit Paste in einer vorgegebenen Dicke das zweite Substrat auf dem Abstandhalter fixiert und nach einem bestimmten Prozeß gebrannt.

Im Schritt des Brennens der Paste wird, um der Paste stoßabsorbierende Eigenschaften zu verleihen, die Paste auf eine Temperatur erwärmt, wo die Paste in Form eines Gels vorliegt.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Auf diesen zeigt

Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer plasmaadressierten Flüssigkristallanzeige gemäß der Erfin­ dung,

Fig. 2 eine schematische Schnittansicht der plasmaa­ dressierten Flüssigkristallanzeige gemäß der Erfindung,

Fig. 3 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungs­ form der Flüssigkristallanzeige gemäß der Erfindung,

Fig. 4 eine perspektivische Explosionsansicht, welche schematisch eine herkömmliche plasmaadressierte Flüssigkri­ stallanzeige zeigt, und

Fig. 5 eine vergrößerte Teilschnittansicht der herkömm­ lichen plasmaadressierten Flüssigkristallanzeige der Fig. 4.

Gemäß den Fig. 1 und 2 teilt sich die Flüssigkristall­ anzeige der vorliegenden Erfindung in einen Flüssigkristall­ element 100 und eine Plasmaadressiereinheit 200. Transparen­ te erste und dritte Substrate 120 und 250 sind in einem Abstand voneinander angeordnet und schützen eine später noch erwähnte Funktionsschicht, die dazwischen angeordnet ist. Eine Anzahl von transparenten Streifenelektroden 140 sind parallel auf dem ersten Substrat 120 ausgebildet. Eine Schicht 160 und ein zweites Substrat 130 folgt auf das erste Substrat. Das zweite Substrat 130 hat eine Dicke von 50 µm und eine vorgegebene Dielektrizitätskonstante.

Wie in Fig. 2 gezeigt, sind eine Anzahl von Abstandhal­ tern 220 (die bei dieser Ausführungsform als in einen oberen und unteren Körper unterteilt gezeigt sind) mit einer vor­ gegebenen Höhe und in Stapelung mit einer zweiten Streifen­ elektrode 230 der Flüssigkristallschicht unter Zwischenlage des zweiten Substrats 130 gegenüberliegend vorgesehen. Eine erste Elektrode 210 ist parallel zur zweiten Elektrode 230 zwischen den Abstandhaltern und an der Innenseite des drit­ ten Substrats 250 vorgesehen. Von den beiden Elektroden liegen bei der zweiten Elektrode 230 beide Seitenflächen vollständig frei, es kann aber auch nur eine Seitenfläche freigelegt sein.

Bei obigem Aufbau laufen die Abstandhalter 220, die ersten und zweiten Elektroden 210 und 230 senkrecht zu den auf dem ersten Substrat ausgebildeten Streifenelektroden 140, wobei eine erste Elektrode 210 der Seitenfläche einer solchen zweiten Elektrode 230 zugekehrt ist, die zwischen den oberen und unteren Körper des Abstandhalter 220 angeord­ net ist und benachbart zur ersten Elektrode liegt.

Bei dem Aufbau der vorliegenden Plasmaadressiereinheit der LCD liegen drei Elektroden zu jeweils einem linearen Entladungsraum frei. Da dies um eine Elektrode mehr als die Grundanzahl von zwei Entladungselektroden darstellt, können die Entladungselektroden gemäß deren Ansteuerverfahren aus­ gewählt werden. Da jedoch zwei Arten von Elektroden im li­ nearen Entladungsraum vorhanden sind, kann eine die Kathode und die andere die Anode sein. Hierbei ist es für eine wir­ kungsvolle Entladung wünschenswert, daß die zwischen den Abstandhaltern angeordnete erste Elektrode als die Kathode und die zwischen den oberen und unteren Körper der Barriere gelegte zweite Elektrode als die Anode verwendet wird. Au­ ßerdem ist es wünschenswert, daß die Datenelektrode aus Indium-Zinn-Oxid (IZO) aus Transparenzgründen und die erste und zweite Elektrode aus Metall, beispielsweise Nickelpaste, ausgebildet wird. Wenn es auch wünschenswert ist, daß die erste Elektrode aus IZO gebildet wird, damit aus dem Hinter­ grund kommendes Licht durchtreten kann, kann die erste Elek­ trode unter erheblicher Verminderung ihrer Breite, damit der Durchtritt von Hintergrundslicht maximiert wird, auch aus Metallpaste ausgebildet sein. Die Elektroden werden nach einem Siebdruckverfahren hergestellt, so daß die erste Elek­ trode getrennt zuerst und dann die zweite Elektrode während oder nach dem Ausbilden des Abstandhalters ausgebildet wird. Beim Ausbilden der ersten Elektrode aus IZO wird eine Ab­ scheidung oder Photolithographie üblicherweise verwendet.

Gemäß Fig. 3, welche eine weitere Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht, ist eine zweite Elektrode 230' oben auf einem einteiligen Abstandshalter 220' angeordnet und berührt die Unterseite des zweiten Substrats 130. Es kann gewöhnlicher verflüssigter Flüssigkristall als das Flüssigkristallmaterial verwendet werden, aber polymerdis­ pergierter Flüssigkristall mit raschem Ansprechen und ausge­ zeichneten Herstellungseigenschaften ist wünschenswert.

In jeder Form wirkt der Abstandshalter 220 so, daß ein bestimmter Abstand zwischen dem zweiten und dritten Substrat 130 und 250 aufrechterhalten wird, zwischen welchen Entla­ dungsgas eingefüllt ist. Das zweite Substrat 130 trennt die Flüssigkristallschicht 160 vom Entladungsraum und orientiert während der Entladung den Flüssigkristall als Folge ihrer dielektrischen Eigenschaften.

Das Verfahren zur Ansteuerung der vorliegenden LCD ist ähnlich wie bei der herkömmlichen. Ein Datensignal wird auf die Streifenelektrode des Flüssigkristallelements und eine Spannung eines bestimmten Wertes, d. h. ein Abtastsignal, auf die ausgewählte erste und zweite Elektrode der Plasmaadres­ siereinheit gegeben. Dies ruft eine Entladung hervor, welche ein elektrisches Feld im Flüssigkristall in Richtung der Entladungszeile ausbildet. An der Überkreuzung mit der Streifenelektrode wird der Flüssigkristall aktiviert und in einer Richtung ausgerichtet, so daß dann dort Daten ge­ schrieben werden. Beim Bewegen der Entladung zur nächsten Abtastzeile werden neue erste und zweite Elektroden ausge­ wählt und eine gepulste Spannung daran angelegt, um so die nächste Entladung zu erzeugen.

Anders als herkömmlicherweise können die Abstandshalter der vorliegenden plasmaadressierten Flüssigkristallanzeige wie oben beschrieben, nach einem Siebdruckverfahren herge­ stellt werden. Gemäß dem herkömmlichen Herstellungsverfahren können die Abstandshalter, da jeder Abstandshalter eine andere Höhe hat, irreguläre Zwischenräume zu dem sehr dünnen zweiten Substrat haben, was Anomalien in einem Bild und Übersprechen zwischen Abtastzeilen während der Entladung hervorruft. Dieses Problem kann mit dem im folgenden im einzelnen beschriebenen Herstellungsverfahren für eine Flüs­ sigkristallanzeige einfach gelöst werden.

Zunächst werden nach Ausbildung einer Anzahl von ersten transparenten Streifenelektrode parallel auf dem dritten Substrat des Abstandhalters einer bestimmten Höhe zwischen den ersten transparenten Streifenelektroden ausgebildet. Die zweiten Elektroden werden oben auf dem Abstandhalter nach einem Druckverfahren ausgebildet. Wenn wie im Falle der Fig. 2 die zweite Elektrode zwischen dem oberen und unteren Teil des Abstandshalters ausgebildet ist, wird ein weiterer Ab­ standshalter auf der zweiten Elektrode ausgebildet. Nach diesem Prozeß wird bei einer bestimmten Temperatur, bei­ spielsweise 580°C, ein Brennvorgang für 10 Minuten in einem Ofen durchgeführt.

Nach dem Brennen wird die Oberseite entweder des Ab­ standshalters oder der zweiten Elektrode dünn mit Paste durch Ablagerung beschichtet. Danach wird das zweite Sub­ strat von 50 µm Dicke angebracht und leicht angedrückt, damit sich ein gleichförmiger Klebezustand ergibt. Der zu­ sammenhängende Körper wird auf eine Temperatur unter den Erstarrungspunkt der Paste, d. h. auf eine Temperatur, bei der die Paste noch in einem Gelzustand vorliegt, erhitzt. Zu geeigneten Pasten gehören #D-4057 und #D-4058 der Firma ESL und Gele bei etwa 480°C. Gegelte Kleberkomponenten erhält man also, wenn die Erwärmungstemperatur 480°C beträgt. Die gegelten Kleber wirken als elastische Pufferschicht, die ge­ eignet ist, das dünne zweite Substrat abzustützen.

Danach wird das erste Substrat mit der darauf vorab ausgebildeten Streifenelektrode mit der Oberseite des zwei­ ten Substrats verbunden und von diesem in einem bestimmten Abstand gehalten, wobei der Raum zwischen beiden Substraten mit Flüssigkristall gefüllt und danach versiegelt wird. Diese bildenden einleitende Verfahrensschritte, die eine übliche nachfolgende Vervollständigung erfordern.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Problem der auftretenden Lücken zwischen der zweiten Elektrode und des Abstandhalters gelöst. Mit ihrem Aufbau erleichtert die Erfindung die Herstellung und kann von dem üblichen Sieb­ druckverfahren bei der Ausbildung des Abstandhalters und insbesondere der Elektrode der Plasmaadressiereinheit Ge­ brauch machen, womit sich ein großflächiger Bildschirm ver­ wirklichen läßt.

Claims (10)

1. Plasmaadressierte Flüssigkristallanzeige mit
einem ersten und zweiten Substrat (120, 130), zwischen welchen Flüssigkristall (160) eingefüllt ist,
einer Anzahl von Streifenelektroden (140), die zuein­ ander parallel auf der Innenseite des ersten Substrats (120) ausgebildet sind,
einem dem zweiten Substrat (130) gegenüberliegenden dritten Substrat (250),
einer Anzahl von ersten Streifenelektroden (210), die auf der Innenseite des dritten Substrats (250) dem zweiten Substrat (130) gegenüberliegend in rechtem Winkel zu den Streifenelektroden (140) angeordnet sind,
einem Abstandshalter (220, 220') der zwischen den er­ sten Streifenelektroden (210) parallel zu diesen angeordnet ist, und
einer zweiten Streifenelektrode (230, 230'), die in oder auf dem Abstandshalter (220, 220') angebracht ist.

2. Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Streifenelektrode (230) die auf dem Abstandshalter (220) vorgesehen ist, die Unterseite des zweiten Substrats (130) berührt.

3. Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandshalter (220') in einen obe­ ren und unteren Teil unterteilt ist und die zweite Streifen­ elektrode (230') zwischen dem oberen und unteren Teil des Abstandshalters (220') angeordnet ist.

4. Flüssigkristallanzeige nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und/oder die zweiten Streifenelektroden (210, 230, 230') aus Metallpaste gebildet sind.

5. Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallschicht (160) aus verflüssigtem Flüssigkristall oder polymer-dispergiertem Flüssigkristall gebildet ist.

6. Flüssigkristallanzeige nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Streifenelektrode (230, 230') nach wenigstens einem der beidseitig vorhandenen Entladungsräume hin freiliegt.

7. Verfahren zur Herstellung einer plasmaadressierten Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 1 mit folgenden Ver­ fahrensschritten:
Ausbilden erster transparenter Streifenelektroden (210) parallel zueinander auf einem dritten Substrat (250),
Ausbilden von Abstandshaltern (220, 220') parallel zu den ersten Streifenelektroden (210) auf denen dann zweite Strei­ fenelektroden (230, 230') ausgebildet werden,
Verkleben des dritten Substrats (250) mit einem zweiten Substrat (130) mit einer Paste, die auf den Abstandshaltern aufgebracht ist (220, 220'),
Aufbringen des ersten Substrats (120), auf dem Elek­ troden (140) vorab ausgebildet worden sind, auf die Ober­ seite des zweiten Substrats (130) unter Einhaltung eines Abstands, und
Versiegeln nach Einfüllen von Flüssigkristall (160) zwischen erstem und zweitem Substrat (130, 140).

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt des Ausbildens der Abstandshalter (220') mit darauf ausgebildeter zweiter Streifenelektrode (230') die Schritte des Ausbildens eines unteren Teils des Abstandshalters (220'), des Ausbildens der zweiten Streifen­ elektrode (230') auf dem unteren Teil des Abstandshalters (220') und des Ausbildens eines oberen Teils des Abstands­ halters (220') auf der zweiten Streifenelektrode (230') umfaßt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Verfahrensschritt des Verklebens von zweitem und drittem Substrat (130, 250) das zweite Substrat, nachdem die Oberseite des Abstandshalters mit einer Paste beschichtet worden ist, auf dem Abstandshalter (220') festgelegt und ein Bren­ nen durchgeführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Verfahrensschritt des Brennens die Paste auf eine Temperatur erwärmt wird, bei der die Paste in Form eines Gels vorliegt.