DE69534459T2 - Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit abgeschirmter Pixelstruktur - Google Patents

Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit abgeschirmter Pixelstruktur Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Flüssigkristallwiedergaben (LCD) und insbesondere eine abgeschirmte Pixelstruktur für derartige Wiedergaben.
  • In einem Versuch zur Verbesserung der Auflösung der LCD-Wiedergaben und zur Verringerung der Herstellungskosten ist man unter anderem bemüht, die Größe der Pixel in aktiven Matrixkristall-Wiedergabevorrichtungen (AMLCD = active matrix liquid crystal display devices) zu verringern. Das gilt insbesondere für Projektions-LCD's. Diese Bemühungen waren nicht so erfolgreich wie erwünscht, wegen der Probleme mit dem Apertur- oder Öffnungsverhältnis und den Kanteneffekten.
  • Die Pixelelektroden von LCD's bestehen aus einem transparenten, leitenden Material, wie Idiumzinnoxyd (ITO), Polysilicon oder αSi. Zusätzlich zu den Pixelelektroden enthält eine LCD Auswahlzeilen, Datenzeilen und Festkörperschalteinheiten, die dazu dienen, die Datenzeilen mit den Pixelelektroden zu verbinden. Eine LCD enthält außerdem eine so genannte "Black-Matrix" zur Verbesserung der Wiedergabehelligkeit dadurch, dass verhindert wird, dass Licht zwischen den Pixeln ausgeht. Die Datenzeilen, Auswahlzeilen, TFT's und die Black-Matrix sind opak. Das Öffnungsverhältnis (aperture ratio) ist definiert als der transparente Bereich des Schirms, geteilt durch den Gesamtbereich des Schirms. Dieses Verhältnis wird zu einem Problem, wenn die Pixelelektroden kleiner gemacht werden, da die opaken Elemente der Wiedergabevorrichtung etwa die gleiche Größe beibehalten. In Wiedergabeeinheiten mit hoher Dichte, wie Projektionswiedergaben, nehmen die opaken Elemente der Wiedergabevorrichtung bis zu 70% des Gesamtbereichs ein und lassen nur 30% transparent. Somit gehen 70% des Lichtes verloren, und es ergibt sich ein Bild mit einer Bildauflösung mit geringerer Qualität. Eine Struktur, die den Prozentsatz des lichttransparenten Bereichs erhöht, würde einen beachtlichen Fortschritt im Stand der Technik bilden.
  • Kleine Pixel sind außerdem anfälliger gegenüber Kanteneffekten, die durch eine nicht-planare Oberfläche gebildet werden und elektrische Felder stören. Diese Kan teneffekte verschlechtern das Kontrastverhältnis und können zu Ungleichmäßigkeiten in der Wiedergabe führen.
  • Wie aus der US 5 185 601 bekannt, enthält eine Flüssigkristall-Wiedergabevorrichtung im Wesentlichen parallele, beabstandete transparente Substrate in einem Flüssigkristallmaterial zwischen den einander gegenüberliegenden Oberflächen der Substrate. Eine transparente Elektrode liegt auf der gegenüberliegenden Oberfläche eines Substrats. Die gegenüberliegende Oberfläche des anderen Substrats trägt (a) eine Matrix von Pixelelektroden, (b) mehrere sich in einer Richtung erstreckende Datenzeilen (c), mehrere Auswahlzeilen, die sich in einer anderen Richtung erstrecken und die Datenzeilen bei Kreuzungspunkten kreuzen, und (d) mehrere Festkörper-Schaltelemente zur elektrischen Verbindung der Datenzeilen mit den Pixelelektroden. Die Pixelelektroden liegen in einer ersten Ebene, während die Daten- und Auswahlzeilen in wenigstens einer anderen Ebene liegen. Ein leitender transparenter Schirm erstreckt sich zwischen der ersten Ebene und der anderen Ebene.
  • Die vorliegende Erfindung verbessert die bekannte Flüssigkristall-Wiedergabevorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 1.
  • In der Zeichnung:
  • 1 zeigt einen Teil einer bekannten Flüssigkristall-Wiedergabevorrichtung.
  • 2 zeigt eine Draufsicht einer Ausführungsform einer Flüssigkristall-Wiedergabevorrichtung mit dem oberen Substrat und dem entfernten Flüssigkristallmaterial, um die Überlappung der Pixelelektroden mit den Datenzeilen und den Auswahlzeilen zu zeigen.
  • 3 ist eine Ansicht der Vorrichtung von 2 und zeigt, wie die verschiedenen Elemente zusammenarbeiten.
  • 4 ist ein Querschnitt der bevorzugten Ausführungsform von 2.
  • 5 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung mit Aussparungen zur Verbesserung der Pixel-Randeffekte.
  • 1 zeigt einen Teil einer bekannten Flüssigkristall-Wiedergabevorrichtung mit einer Matrix von Pixelelektroden 11, die durch Abstände 12 in beiden Richtungen getrennt sind. Datenzeilen 13 liegen in den in einer Richtung angeordneten Abstän den, während Auswahlzeilen 14 in den Abständen liegen, die sich in der dazu senkrechten Richtung erstrecken. Die Daten- und Auswahlzeilen liegen parallel zu den jeweiligen Seiten der Pixelelektroden. Die Datenzeilen 13 und die Auswahlzeilen 14 kreuzen einander bei Kreuzungspunkten und sind voneinander isoliert. Festkörper-Schalteinheiten 15, wie Dünnschichttransistoren (TFT's), liegen bei jedem Kreuzungspunkt einer Datenzeile und einer Auswahlzeile. Die Schaltelemente dienen in bekannter Weise zur Verbindung der Datenzeilen mit den Pixelelektroden, damit das gewünschte Bild aufgrund der Spannungen auf den Auswahlzeilen über den Betrachtungsbereich der Wiedergabeeinheit dargestellt wird.
  • 2 ist eine Draufsicht einer Vorrichtung, wobei alle Elemente über den Pixelelektroden weggelassen sind, um zu zeigen, dass die Pixelelektroden 11 einander überlappen, jedoch elektrisch getrennt von den Datenzeilen und den Auswahlzeilen liegen. Die Daten- und Auswahlzeilen sind an den Kreuzungspunkten voneinander isoliert. Die TFT's 15 liegen vorzugsweise in der Nähe der Kreuzungspunkte. Die Überlappung vermeidet die Notwendigkeit einer Blackmatrix und verbessert somit das Öffnungsverhältnis, da das Licht aufgrund der Überlappung zwischen den Pixelelektroden nicht austreten kann.
  • 3 zeigt bildlich die Anordnung der Elemente eines Pixels. Die beiden transparenten Substrate 16 und 17 werden in einem festen beabstandeten Verhältnis gehalten, wodurch die Substrate jeweilige, im Wesentlichen parallel zueinander liegende Oberflächen aufweisen. Die angrenzende Oberfläche des Substrats 16 enthält eine transparente Elektrode 18. Die Oberfläche des Substrats 17 trägt Datenzeilen 13, Auswahlzeilen 14 und die TFT's 15. Die Pixelelektroden 11 liegen in einer Ebene, die beabstandet ist von den Ebenen der Daten- und der Auswahlzeilen. Eine transparente leitende Abschirmung 19 liegt zwischen der Ebene der Pixelelektroden 11 und den Ebenen der Datenzeilen 13 und der Auswahlzeilen 14. Öffnungen 20 liegen innerhalb der Abschirmung 19, bei Stellen, wo sie ermöglichen, dass die Pixelelektroden 11 durch die Leiter 11a mit den Drains der TFT's 15 elektrisch verbunden werden. Die Pixelelektroden 11 sind von den seitlichen elektrischen Feldern in einer Ebene von den seitlichen elektrischen Feldern abgeschirmt, die von den Daten- und Auswahlzeilen ausgehen. Die Abschirmung 19 kann auf eine Bezugsspannung (z.B. Erde) eingestellt sein, und ihre Anwesenheit erhöht dramatisch die Kapazität bei je der Pixelseite. Der tatsächliche Aufbau einer Ausführungsform eines Pixels von 3 ist in 4 dargestellt.
  • 4 ist ein Querschnitt des Pixels. Das Substrat 17 trägt den TFT 15 mit zwei positiv dotierten Bereichen, angedeutet durch N+ mit einem Kabelabschnitt 15a (leitender Weg) dazwischen. Eine Auswahlzeile 14 ist in bekannter Weise aufgebracht und mit einer Isolierschicht 21 bedeckt. Die transparente, leitende Abschirmung 19 ist über der Isolierschicht 21 aufgebracht. Öffnungen 20 sind in der Abschirmung 19 bei verschiedenen Stellen ausgebildet, dargestellt in 2, durch die die Leiter 11a die Pixelelektroden 11 mit den Drains der TFT's 15 verbinden. Eine andere Isolierschicht 22 ist auf die Abschirmung 19 aufgebracht. Das Isoliermaterial füllt außerdem die Öffnungen 20. Nachdem die Isolierschicht 22 aufgebracht ist, wird ein Loch mit einem Durchmesser kleiner als die Öffnung 20 in der Abschirmung 19 (vorzugsweise durch Ätzen) durch die beiden Isolierschichten 21 und 22 sowie die Isolierschicht gebildet, die während der Aufbringung der Isolierschicht 22 in die Öffnung 20 geflossen ist. Die auf die Isolierschicht 22 aufgebrachte Pixelelektrode 11 und das leitende Material sind durch die Isolierschichten in der Öffnung aufgebracht, um den Leiter 11a zu bilden und die Pixelelektrode 11 mit dem Drain des TFT 15 zu verbinden. Die Substrate 16 und 17 sind in bekannter Weise miteinander verbunden, wie die transparente leitende Elektrode auf der Oberfläche des Substrats 16 gegenüber der Pixelelektrode 11. Ein Flüssigkristallmaterial 23 von bekanntem Typ ist in dem Zwischenraum zwischen den Elektroden 11 und 18 eingefügt.
  • Wenn die nebeneinander liegenden Pixelelektroden 11 bei demselben Potential liegen, d.h. dieselbe Information speichern, können unerwünschte Kanteneffekte durch Optimierung der Struktur minimiert werden. Diese Spannungsbedingung besteht nicht in allen Fällen, und die Kanteneffekte nehmen zu, wenn die Differenz zwischen den Spannungen auf nebeneinander liegenden Elektroden zunimmt.
  • 5 zeigt eine Ausführungsform, in der Kanteneffekte durch Aussparungen eines Teils 19a einer Abschirmung 19 entfernt von dem Trennzwischenraum oder Spalt 12 zwischen benachbarten Pixelelektroden 11 gebildet werden. Auf diese Weise sind die seitlichen Feldkopplungen, die nebeneinander liegende Pixelelektroden koppeln, und mechanische Kopplungen durch das Flüssigkristallmaterial ausreichen, die Aus richtung des Flüssigkristallmaterials sogar in dem Spaltgebiet zwischen den Pixelelektroden zu steuern. Infolgedessen ist das Öffnungsverhältnis nur durch die Dicke der Auswahlzeilen der Datenleitungen und des Transistorbereichs begrenzt, so dass das Öffnungsverhältnis 100% annähern kann. Diese Ausführungsform kann hergestellt werden durch Anordnung der Aussparungen in dem Substrat 17 vor der Anwendung einer der das Pixel bildenden, verschiedenen Schichten. Zusätzlich zu der Abschirmung 19 können auch die Isolierschichten 21, 22 Aussparungen enthalten. Elektrisch hat dies keine Folge. Die Pixelelektrode 11 ist durch Auffüllung der Aussparung 19a planar oder eben gemacht, wenn die Isolierschicht 22 aufgebracht wird.

Claims (3)

  1. Flüssigkristall-Wiedergabevorrichtung mit: einem ersten und einem zweiten Substrat (16, 17) in einer im Wesentlichen parallelen, beabstandeten Lage zueinander, wobei die Substrate gegenüberliegende Oberflächen aufweisen und wenigstens eines der Substrate transparent ist, einem Flüssigkristallmaterial (23) zwischen gegenüberliegenden Oberflächen, einer transparenten Elektrode (18) auf der Oberfläche des ersten Substrats (16), wobei die Oberfläche des zweiten Substrats (17) enthält: (a) eine Matrix von Pixelelektroden (11), (b) mehrere Datenleitungen (13), die sich in einer ersten Richtung erstrecken, (c) mehrere Auswahlleitungen (14), die sich in einer zweiten Richtung erstrecken und die Datenzeilen bei Kreuzungspunkten kreuzen, und (d) mehrere Festkörper-Schalteinheiten (15) zur elektrischen Verbindung der Datenleitungen mit den Pixelelektroden, wobei die Pixelelektroden in einer ersten Ebene und die Datenleitungen und die Auswahlleitungen in wenigstens einer von der ersten Ebene beabstandeten weiteren Ebene liegen, und (e) eine transparente leitende Abschirmung (19), die sich zwischen der ersten Ebene und wenigstens einer anderen Ebene erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung ausgesparte Teile (19) der Abschirmungsschicht in der Nähe der Abstände (12) enthält, die die Pixelelektroden trennen und diese Abstände überlappen, wobei sich die ausgesparten Teile in Richtung weg von den Pixelelektroden erstrecken.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung (19) Öffnungen (20) enthält, über die die Pixelelektroden (11) mit den Umschalteinheiten (15) verbunden sind, wobei die Abschirmung (19) bei einem Referenzpotential gehalten werden kann.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pixelelektrode (11) gleichzeitig eine bestimmte Lage überlappt, wo die Datenleitungen (13) und die Auswahlleitungen (14) einander überlappen.
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