DE2837431A1 - LIQUID CRYSTAL DISPLAY BOARD IN A MATRIX ARRANGEMENT - Google Patents

LIQUID CRYSTAL DISPLAY BOARD IN A MATRIX ARRANGEMENT

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Abstract

The liquid-crystal display panel in a matrix arrangement has two substrates (18, 18') of which one (18) supports a plurality of gate lines (3), a plurality of source lines (40) perpendicular thereto, and one thin-film field-effect transistor each at each bossing point of the gate and source lines, and the other (18') supports a transparent electrically conductive film (23). Arranged in sandwich fashion between the transistor arrangement and the transparent and electrically conductive film is a layer made from a liquid-crystal material (20). A polychromatic dye is contained as "guest" in the liquid-crystal material as "host", so that use may be made of a so-called guest/host effect. <IMAGE>

Description

BESCHREIBUNG DESCRIPTION

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Flüssigkristallanzeigen und betrifft insbesondere eine Anzeigetafel dieser Gattung in Matrixanordnung.The invention is in the field of liquid crystal displays and relates in particular to a display panel of this type in a matrix arrangement.

Als Entwicklung der Westinghouse Electric Co. sind Flüssigkristall-Anzeigetafeln in Matrixanordnung bekannt geworden, bei denen im Verlauf des Herstellprozesses ein dünner Film aus der Dampfphase niedergeschlagen wird, über den Feldeffekttransistoren und parasitäre Kondensatoren in die Fläche der Anzeigetafel eingebaut werden; vgl. insbesondere den Fachaufsatz von T.P. Brody et al "A 6"x6" 20 l/inch Liquid Crystal Display Panel" in IEEE Trans. on Electron Devices ED-20 P995, 1973. In dieser Veröffentlichung ist erwähnt, daß die die Dünnfilm-Transistoren tragende Flüssigkristall-Anzeigetafel in Matrixanordnung den verdreht-nematischen Feldeffektmodus (TN-FEM) aufwies. Nun hat sich aber gezeigt, daß diese bekannte Flüssigkristall-Anzeigetafel vom TN-FEM-Typ nur relativ kompliziert herstellbar und schwierig auf ein höheres Kontrastverhältnis zu bringen war.As a development by Westinghouse Electric Co. are liquid crystal display panels become known in a matrix arrangement in which in the course of the manufacturing process a thin film of the vapor phase is deposited over the field effect transistors and parasitic capacitors are built into the face of the display panel; see. in particular the technical article by T.P. Brody et al "A 6" x6 "20 l / inch Liquid Crystal Display Panel "in IEEE Trans. On Electron Devices ED-20 P995, 1973. In this publication it is mentioned that the liquid crystal display panel supporting the thin film transistors exhibited the twisted nematic field effect mode (TN-FEM) in a matrix arrangement. so however, it has been found that this known liquid crystal display panel is of the TN-FEM type only relatively complicated to manufacture and difficult to achieve a higher contrast ratio was to bring.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Flüssigkristall-Anzeigetafel der genannten Gattung vorzuschlagen, welche die Nachteile, welche die bekannte Anzeigetafel besitzt, nicht aufweist.It is therefore an object of the invention to provide an improved liquid crystal display panel of the type mentioned to propose the disadvantages that the known display panel owns, does not have.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben, vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.The inventive solution to this problem is in claim 1 indicated, advantageous developments can be found in the subclaims.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die sandwichartig zwischen dem Transistor einerseits und dem transparenten und elektrisch leitfähigen Film andererseits angeord- nete Schicht mit einem Gast/Wirteffekt behaftet ist und ein mehrfarbiges Farbmaterial enthält.An essential feature of the invention is that the sandwich-like between the transistor on the one hand and the transparent and electrically conductive Film arranged on the other Nice layer with a guest / host effect is tainted and contains a multicolored color material.

Nachstehend werden einige, die Merkmale der Erfindung enthaltende Ausführungsbeispiele in Verbindung mit einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen: Fig. l(a) und laub) schematische Darstellungen erfindungsgemäßer Flüssigkristall-Anzeigezellen mit Gast/Wirteffekt, Fig. 2 ein schematisches Schaltbild einer Zellenansteuerschaltung für eine Flüssigkristall-Anzeigetafel in Matrixanordnung, Fig. 3 ein Diagramm mit drei verschiedenen Spannungsverläufen aus der Ansteuerschaltung von Fig. 2, Fig. 4(a) bis 4(c) abgebrochene Darstellungen von während der Fabrikation der erfindunsgemäßen Flüssigkristall-Anzeigetafel in Matrixanordnung benutzten Masken, Fig. 5(a) bis 5(d) perspektivische Darstellungen von Elektrodenmustern während der Fabrikation der Flüssigkristall-Anzeigetafel, Fig. 6(a) bis 6(d) schematische Schnittdarstellungen zum Fertigungsablauf der Flüssigkristall-Anzeigetafel und Fig. 7 einen abgebrochenen Querschnitt durch die fertige Flüssigkristall-Anzeigetafel in Matrixanordnung.The following are some incorporating features of the invention Embodiments explained in more detail in connection with a drawing. Show in it: Fig. 1 (a) and laub) are schematic representations of liquid crystal display cells according to the invention with guest / host effect, FIG. 2 is a schematic circuit diagram of a cell control circuit for a liquid crystal display panel in a matrix arrangement, Fig. 3 is a diagram with three different voltage curves from the control circuit of Fig. 2, Fig. 4 (a) to 4 (c) broken representations of during the manufacture of the inventive Matrix array liquid crystal display panels used masks, Figs. 5 (a) through 5 (d) perspective views of electrode patterns during fabrication of the liquid crystal display panel, Figs. 6 (a) to 6 (d) are schematic sectional views of the manufacturing flow of the liquid crystal display panel, and Fig. 7 is a broken line Cross-section through the finished liquid crystal display panel in a matrix arrangement.

Wie in der Beschreibungseinleitung bereits kurz angedeutet, nützt die Erfindung bei der Flüssigkristall-Anzeige den sogenannten Gast/Wirteffekt aus, es wird nämlich dem als Wirt dienenden Flüssigkristallmaterial als Gast ein mehrfarbiges Farbmaterial zugesetzt und darin gelöst.As already briefly indicated in the introduction to the description, it is useful the invention in the liquid crystal display from the so-called guest / host effect, namely, it becomes multicolored as a guest to the host liquid crystal material Color material added and dissolved in it.

Solche Gast/Wirteffekte werden bei Flüssigkristallmaterialien in der Weise angeregt, daß man an ein solches System mit einem mehrfarbigen Farbmaterial als Gast und einem Flüssigkristallmaterial als Wirt ein elektrisches Feld anlegt, und daraufhin treten sogenannte elektrische Feldmodifikationseffekte auf, die Flüssigkristallmoleküle werden zu einer Rotation um die Längsachsen des mehrfarbigen Farbmaterials veranlaßt und modulieren die Lichtabsorption für Anzeigezwecke.Siehe hierzu beispielsweise die Fachdruckschrift Appl. Phys. Lett. 13 91 (1968). Die entsprechende Zellenstruktur und das optische System sind in den Fig. l(a) und l(b) dargestellt.Such guest / host effects are used in liquid crystal materials in the Wise suggested that one should adopt such a system with a multicolored color material as a guest and a liquid crystal material as a host, applies an electric field, and then so-called electric field modification effects occur, the liquid crystal molecules are caused to rotate about the longitudinal axes of the multicolored color material and modulate the absorption of light for display purposes. See for example the technical publication Appl. Phys. Lett. 13, 91 (1968). The corresponding cell structure and the optical system are shown in Figs. 1 (a) and 1 (b).

In Fig. l(a) ist schematisch dargestellt der grundsätzliche Aufbau einer Gast/Wirteffekt-Flüssigkristallzelle vom reflektierenden Typ, es gehören hierzu eine Flüssigkristallmaterialschicht 20 mit zugesetztem mehrfarbigem Farbmaterial, ein Paar Elektroden 19 und 19', ein Paar Unterlagen 18 und 18', ein Polarisator 17 und eine an der Rückseite der Zelle angeordnete Lichtzerstreuungsplatte 21. In Abwandlung dieser Ausführung kann gemäß Fig. l(b) die eine der beiden Elektroden 19 bzw. 19' als Lichtzerstreuungseinrichtung ausgebildet sein, die hier durch eine auf eine polierte Glasplatte 24 aufgebrachte Al-Elektrode 23 gebildet ist und für ein höheres Kontrastverhältnis sorgt.In Fig. 1 (a) the basic structure is shown schematically a reflective type guest / host effect liquid crystal cell are included a liquid crystal material layer 20 with multicolor coloring material added, a pair of electrodes 19 and 19 ', a pair of pads 18 and 18', a polarizer 17 and a light diffusion plate 21 arranged at the rear of the cell. In One of the two electrodes can be modified according to FIG. 1 (b) 19 or 19 'be designed as a light scattering device, which is here by a Al electrode 23 applied to a polished glass plate 24 is formed and for a higher contrast ratio ensures.

Die Ausführung von Fig. l(b) bildet ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine Flüssigkristall-Anzeigezelle mit Gast/Wirteffekt. Eine Alternativmöglichkeit zur Bildung einer lichtzerstreuenden Elektrode besteht beispielsweise darin, daß man eine Glasplatte zunächst mit einem photoresistenten Film bestreicht, der dann durch eine geeignete Maske partiell mit Licht bestrahlt und partiell mittels Flußsäure (HF) oder dergleichen aufgelöst wird, so daß darauf eine zerklüftete Oberfläche gebildet wird. Dann wird eine Schicht Al auf der zerklüfteten Glasplattenoberfläche abgelagert.The embodiment of Fig. 1 (b) forms a preferred embodiment of the invention for a guest / host effect liquid crystal display cell. An alternative option to form a light-scattering electrode consists, for example, in that a glass plate is first coated with a photoresist film, which is then partially irradiated with light through a suitable mask and partially with hydrofluoric acid (HF) or the like is dissolved, so that there is a fissured Surface is formed. Then a layer of Al is put on the cracked glass plate surface deposited.

Dieser Alternativweg ist dann zu empfehlen, wenn nur eine Anzeigezone mit Ausnahme einer Dünnfilm-Transistor-(TFT)-Anordnung und X- und Y-Elektroden zu polieren ist.This alternative route is recommended if there is only one display zone except for a thin film transistor (TFT) arrangement and X and Y electrodes polishing is.

Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführung einer Flüssigkristall-Anzeigetafel in Matrixanordnung mit Gast/Wirteffekt, bei der jeder Matrix-Kreuzungspunkt durch einen Dünnfilm-Transistor 6 und einen parasitären Kondensator 8 angesteuert wird. Diese Tafel enthält ferner eine Drainelektrode 5, eine Flüssigkristallzelle 7, eine Gateelektrode 3, eine Sourceelektrode 1 sowie X-Leitungen n, n+l und Y-Leitungen m, m+1.Fig. 2 shows a preferred embodiment of a liquid crystal display panel in a matrix arrangement with guest / host effect, with each matrix crossing point through a thin film transistor 6 and a parasitic capacitor 8 is driven. This panel also includes a drain electrode 5, a liquid crystal cell 7, a Gate electrode 3, a source electrode 1 and X lines n, n + 1 and Y lines m, m + 1.

In Fig. 3 ist schematisch der Verlauf der Ansteuerspannungen für die Flüssigkristall-Anzeigetafel in Matrixanordnung von Fig. 2 dargestellt, wobei der obere Linienzug der Sourcespannung, der mittlere Linienzug der Gatespannung und der untere Linienzug der Drainspannung zugeordnet ist. Wenn sich die Darstellung in Fig. 2 und 3 nur auf eine Zelle oder ein Element einer Anzeigematrix beschränkt, so sei darauf hingewiesen, daß viele solcher Zellen in der X- und Y-Richtung hintereinanderliegen und so die Anzeigematrix bilden.In Fig. 3, the course of the control voltages for the Liquid crystal display panel shown in matrix arrangement of Fig. 2, the upper trace of the source voltage, the middle trace of the gate voltage and the lower line is assigned to the drain voltage. If the representation in Figs. 2 and 3 limited to only one cell or one element of a display matrix, so it should be noted that many such cells are located one behind the other in the X and Y directions and so form the display matrix.

Nachstehend werden einige Maskenformen (Auftragungs- oder Photo-Masken) sowie Fabrikationsschritte bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Dünnfilm-Transistoranordnungs-Substrates beschrieben.Some mask shapes (application or photo masks) and manufacturing steps in the manufacture of the thin film transistor array substrate of the present invention described.

Schritt 1: Mit Hilfe einer in Fig. 4(a) dargestellten Maske werden gleichzeitiy eine Elektrode 25 des Kondensators 8 und die Gateelektrode 3 auf das Substrat aufgebracht, das Elektrodenmaterial ist Al oder dergleichen.Step 1: Using a mask shown in Fig. 4 (a) Simultaneously one electrode 25 of the capacitor 8 and the gate electrode 3 on the Substrate applied, the electrode material is Al or the like.

Perspektivisch ist dieser Schritt in Fig. 5(a) und geschnitten in Fig. 6(a) dargestellt.In perspective, this step is in Fig. 5 (a) and sectioned in Fig. 6 (a).

Schritt 2: Ein beispielsweise aus SiO2 bestehender Isolierfilm 26 wird ganz aufgebracht, siehe hierzu die Perspektivdarstellung des Films in Fig. 5(b) sowie den Querschnitt in Fig. 6(b). Dieser Isolierfilm 26 hat folgende Funktionen: 1) die Gateelektrode 3 wird im Kreuzungsbereich gegenüber einer in Schritt 4 aufgebrachten Sourceelektrode 40 elektrisch getrennt; 2) der Isolierfilm 26 dient als Isolierschicht für die Gateelektrode des TFT-Elements; und 3) der Isolierfilm 26 bildet eine dielektrische Schicht für den Kondensator 8.Step 2: An insulating film 26 made of SiO2, for example is applied completely, see the perspective view of the film in Fig. 5 (b) and the cross section in Fig. 6 (b). This insulating film 26 has the following functions: 1) the gate electrode 3 is applied in the intersection area opposite one applied in step 4 Source electrode 40 electrically separated; 2) the insulating film 26 serves as an insulating layer for the gate electrode of the TFT element; and 3) the insulating film 26 forms a dielectric Layer for the capacitor 8.

Schritt 3: Ein Halbleiterfilm 27 (beispielsweise CdS, CdSe, Te) wird so auf den Isolierfilm 26 aufgetragen, daß er über der Gateelektrode 3 liegt; hierbei wird die Maske von Fig. 5(b) verwendet. Perspektivisch ist dieser Film in Fig. 5(c) und im Querschnitt in Fig. 6(c) dargestellt.Step 3: A semiconductor film 27 (e.g., CdS, CdSe, Te) is made applied on the insulating film 26 so as to overlie the gate electrode 3; here the mask of Fig. 5 (b) is used. In perspective, this film is shown in Fig. 5 (c) and shown in cross section in Fig. 6 (c).

Schritt 4: Mittels einer Maske, die in Fig. 4(c) dargestellt ist, wird eine Sourceelektrode 40, eine Drainelektrode und eine Bildelementelektrode 41 der Flüssigkristallzelle auf der Seite des TFT-Substrates gebildet. Diese Elemente bestehen aus Al, Au oder dergleichen. Perspektivisch sind diese Elektroden in Fig. 5(d) und geschnitten in Fig. 6(d) dargestellt.Step 4: Using a mask shown in Fig. 4 (c), becomes a source electrode 40, a drain electrode and a picture element electrode 41 of the liquid crystal cell is formed on the side of the TFT substrate. These elements are made of Al, Au or the like. In perspective, these electrodes are shown in Fig. 5 (d) and shown in section in Fig. 6 (d).

Mit den bisher beschriebenen Schritten wird das eine Substrat bzw. die eine Unterlage der erfindungsgemäßen Matrix-Flüssigkristall-Anzeigetafel gefertigt, und sie besitzt noch außerdem eine zweite Unterlage, die einen transparenten und elektrisch leitfähigen Film 31 trägt, der sämtlichen Bildelementen gemeinsam zugeordnet ist.With the steps described so far, one substrate or which manufactured a base of the matrix liquid crystal display panel according to the invention, and it also has a second base, which is a transparent and electrically conductive film 31 carries, which is associated with all picture elements in common is.

Anschließend wird ein transparenter Isolierfilm 30 aus SiO, SiO2 oder dergleichen auf beide Elektroden aufgetragen und mittels schräger Verdampfung oder einer Reibtechnik auf verdreht-nematische Ausrichtung behandelt.Then, a transparent insulating film 30 made of SiO, SiO2 or the like applied to both electrodes and by means of oblique evaporation or a rubbing technique treated on twisted nematic alignment.

Beide Unterlagen werden durch ein Abdichtungselement 32 miteinander fest verbunden. Danach wird das Flüssigkristallmaterial 20 zusammen mit dem mehrfarbigen Farbmaterial injiziert. Ein einziger Polarisator 17 wird außerhalb dieser Flüssigkristall-Anzeigezelle mit Gast/Wirteffekt installiert und auf diese Weise die Fertigung der Anzeigetafel in Matrixanordnung vervollständigt.Both documents are joined to one another by a sealing element 32 firmly connected. Thereafter, the liquid crystal material 20 together with the multicolored Color material injected. A single polarizer 17 is placed outside this liquid crystal display cell installed with guest / host effect and in this way the production of the display board completed in matrix arrangement.

Es ist erfindungsgemäß möglich, die transparente Elektrode, die Gateelektrode sowie die X-Leitungselektroden gleichzeitig und aus dem gleichen Material (Al) aufzutragen. Ferner ist es möglich, die eine Elektrode der Flüssigkristallzelle und die Source- und Drainelektroden des Dünnfilm-Transistors (TFT) zur gleichen Zeit und mit dem gleichen Material (Al oder Au) aufzubringen. Dadurch wird die Fabrikation der Flüssigkristall-Anzeigetafel in Matrixanordnung wesentlich vereinfacht.According to the invention, it is possible to use the transparent electrode, the gate electrode and to apply the X-lead electrodes simultaneously and from the same material (Al). It is also possible to have one electrode of the liquid crystal cell and the source and drain electrodes of the thin film transistor (TFT) at the same time and with the to apply the same material (Al or Au). This becomes the fabrication of the liquid crystal display panel significantly simplified in matrix arrangement.

Der in Fig. 7 dargestellte Schnitt zeigt die fertige Matrix-Anzeigetafel unter Anwendung der oben erwähnten Alternativmöglichkeit. Hier ist mit 38 die Gateelektrode des TFT und die aus dem gleichen Material, beispielsweise aus Al hergestellte eine Elektrode des Kondensators 8 bezeichnet, während die Bezugszahl 39 hier für die Sourceelektrode, die Drainelektrode und die Elektrode der Flüssigkristallzelle auf der Seite der TFT-Anordnungsunterlage gilt. Es wird ferner auf die Möglichkeit hingewiesen, eine lichtundurchlässige Keramikunterlage anstelle einer Glasunterlage zu verwenden, um so das Risiko auszuschließen, daß Na-Ionen des Glasmaterials die Betriebscharakteristiken des TFT verschlechtern.The section shown in FIG. 7 shows the finished matrix display panel using the alternative option mentioned above. Here is the gate electrode at 38 of the TFT and the one made of the same material, for example Al Electrode of capacitor 8 denotes, while the reference number 39 here for the source electrode, the drain electrode and the electrode of the liquid crystal cell on the side of the TFT arrangement document applies. It is also based on the possibility pointed out, an opaque ceramic pad instead of a glass pad to use so as to exclude the risk that Na ions of the glass material the Operating characteristics of the TFT deteriorate.

Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele, vielmehr sind im Rahmen des beanspruchten Schutzumfangs zahlreiche Abwandlungen möglich.Of course, the invention is not limited to those described Embodiments, rather, are numerous within the scope of the claimed protection Modifications possible.

Claims (4)

Flüssigkristall-Anzeigetafel in Matrixanordnung Priorität: 30. August 1977, Japan, No. 105549/1977 PATENTANS PRÜCHE Flüssigkristall-Anzeigetafel in Matrixanordnung, g e k e n n z e i c h n e t durch ein Paar Unterlagen (z.B. 18, 18'), von denen die eine mehrere Gateleitungen, mehrere dazu senkrechte Sourceleitungen sowie an jedem Gate- und Sourceleitungskreuzungspunkt je einen durch eine Halbleiterschicht ausTellur (Te) gebildeten Dünnfilm-Feldeffekttransistor (TFT = Thin Film Field Effect Transistor), und die andere eine transparenten und elektrisch leitfähigen Film trägt; und durch eine sandwichartig zwischen dem Transistor und dem transparenten und elektrisch leitfähigen Film angeordnete Schicht (20) eines Flüssigkristallmaterials mit Gast/Wirteffekt. Matrix arrangement liquid crystal display panel Priority: August 30th 1977, Japan, No. 105549/1977 PATENTANS PRÜCHE Liquid crystal display panel in matrix arrangement, not marked by a pair of documents (e.g. 18, 18 '), of which one of the several gate lines, several source lines perpendicular to them, as well as on each gate and source line crossing point one through a semiconductor layer Thin-film field effect transistor (TFT = Thin Film Field Effect) made from tellurium (Te) Transistor), and the other carries a transparent and electrically conductive film; and by being sandwiched between the Transistor and the transparent one and electrically conductive film disposed layer (20) of liquid crystal material with guest / host effect. 2. Flüssigkristall-Anzeigetafel nach Anspruch 1, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Dünnfilm-Feldeffekttransistor (TFT) eine Gateelektrode (z.B.2. Liquid crystal display panel according to claim 1, d a -d u r c h g It is noted that the thin film field effect transistor (TFT) has a gate electrode (e.g. 3), eine Isolierschicht (z.B. 26), eine Halbleiterschicht (27),eine Sourceelektrode(z.B. 39) und eine Drainelektrode aufweist; und daß der sandwichartig zwischen der Transistoranordnung und dem transparenten und elektrisch leitfähigen Film (z.B. 31) angeordneten Schicht (20) aus dem Flüssigkristallmaterial ein mehrfarbiges Farbmaterial zugesetzt ist. 3), an insulating layer (e.g. 26), a semiconductor layer (27), a Has a source electrode (e.g. 39) and a drain electrode; and that the sandwich between the transistor arrangement and the transparent and electrically conductive Film (e.g. 31) arranged layer (20) of the liquid crystal material is a multicolor Color material is added. 3. Flüssigkristall-Anzeigetafel nach Anspruch 2, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Source-und Drain-Elektroden des Dünnfilm-Transistors (TFT) und die eine Elektrode der Flüssigkristallzelle aus dem gleichen Material hergestellt sind.3. Liquid crystal display panel according to claim 2, d a -d u r c h g E k e n n n e i n e t that the source and drain electrodes of the thin film transistor (TFT) and one electrode of the liquid crystal cell made of the same material are made. 4. Flüssigkristall-Anzeigetafel nach Anspruch 1, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß mindestens die eine Unterlage aus einem Keramikmaterial hergestellt ist.4. Liquid crystal display panel according to claim 1, d a -d u r c h g It is not noted that at least one base is made of a ceramic material is made.
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