DE19854500A1 - Electrode structure for PALC panel - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung betrifft eine Elektrodenstruktur für ein Feld aus einem durch ein Plasma adressierten Flüssigkristall (PALC, plasma addressed liquid crystal).

Das US-Patent 5 077 553 offenbart eine Vorrichtung zum Adres­ sieren von Datenspeicherelementen. Eine praktische Implemen­ tierung der im US-Patent 5 077 553 gezeigten Vorrichtung ist in Fig. 1 der beigefügten Zeichnungen schematisch dargestellt.

Das in Fig. 1 gezeigte Anzeigefeld umfaßt der Reihe nach von unten einen Polarisationsfilter 2, ein Kanalelement 4, eine Deckplatte 6 (gemeinhin als Mikroplatte bekannt), eine Schicht 10 aus elektrooptischem Material, eine Anordnung von paralle­ len, transparenten Datensteuerelektroden (von denen nur eine, die mit 12 bezeichnet ist, in der in Fig. 1 gezeigten Ansicht zu sehen ist), ein oberes Substrat 14, das die Datensteuer­ elektroden trägt, und einen oberen Polarisationsfilter 16. Im Fall eines Farbanzeigefeldes enthält das Feld Farbfilter (nicht dargestellt) zwischen der Schicht 10 und dem oberen Substrat 14. Das Feld kann auch Schichten zum Verbessern des Sichtwinkels und für andere Zwecke enthalten. Das Kanalelement 4 besteht typischerweise aus Glas und ist mit mehreren parallelen Kanälen 20 in seiner oberen Hauptfläche ausge­ bildet. Die Kanäle 20, die durch Rippen 22 voneinander getrennt sind, sind mit einem ionisierbaren Gas, wie z. B. Helium, gefüllt. Eine Anode 24 und eine Kathode 26 sind in jedem der Kanäle 20 vorgesehen. Die Kanäle 20 sind orthogonal zu den Datensteuerelektroden, und der Bereich, wo eine Daten­ steuerelektrode einen Kanal kreuzt (bei Betrachtung senkrecht zum Feld), bildet ein diskretes Feldelement 28. Jedes Feld­ element kann so betrachtet werden, daß es Elemente der Schicht 10 und des unteren und des oberen Polarisationsfilters 2 und 16 enthält. Der Bereich der oberen Oberfläche des Anzeige­ feldes, der das Feldelement begrenzt, bildet ein einzelnes Pixel 30 des Anzeigefeldes.

Wenn die Anode 24 in einem der Kanäle an ein Referenzpotential angeschlossen wird und eine angemessen negativere Spannung an die Kathode 26 in diesem Kanal angelegt wird, bildet das Gas in dem Kanal ein Plasma, das einen leitenden Weg zum Referenz­ potential an der unteren Oberfläche der Deckplatte 6 bereit­ stellt. Wenn eine Datensteuerelektrode auf dem Referenz­ potential liegt, ist kein signifikantes elektrisches Feld in dem Volumenelement des elektrooptischen Materials in dem Feldelement an der Kreuzungsstelle des Kanals und der Daten­ steuerelektrode vorhanden, und das Feldelement wird als aus­ geschaltet betrachtet, wohingegen, wenn die Datensteuer­ elektrode auf einem wesentlich anderen Potential als dem Referenzpotential liegt, ein beträchtliches elektrisches Feld in diesem Volumenelement des elektrooptischen Materials vor­ handen ist und das Feldelement als eingeschaltet betrachtet wird.

In der folgenden Beschreibung wird ohne die Absicht, den Schutzbereich der Ansprüche zu begrenzen, angenommen, daß der untere Polarisationsfilter 2 ein linearer Polarisationsfilter ist und daß seine Polarisationsebene willkürlich als bei 0° relativ zu einer Bezugsebene festgelegt werden kann, daß der obere Polarisationsfilter 16 ein linearer Polarisationsfilter ist, dessen Polarisationsebene bei 90° liegt, und daß das elektrooptische Material ein verdrilltes, nematisches Flüssig­ kristallmaterial ist, das die Polarisationsebene von linear polarisiertem Licht, das durch dieses hindurchtritt, um einen Winkel dreht, der eine Funktion des elektrischen Feldes in dem Flüssigkristallmaterial ist. Wenn das Feldelement ausgeschal­ tet ist, beträgt der Drehwinkel 90°; und wenn das Feldelement eingeschaltet ist, ist der Drehwinkel Null.

Das Feld wird von der Unterseite aus durch eine ausgedehnte Lichtquelle 34 beleuchtet, die unpolarisiertes, weißes Licht emittiert. Ein rückwärtiger Glasdiffusor 18 mit einer Streu­ fläche kann zwischen der Lichtquelle und dem Feld angeordnet sein, um eine gleichmäßige Beleuchtung des Feldes bereitzu­ stellen. Das Licht, das von der Quelle in ein gegebenes Feld­ element eintritt, wird durch den unteren Polarisationsfilter 2 bei 0° linear polarisiert und tritt nacheinander durch das Kanalelement 4, den Kanal 20, die Deckplatte 6 und das Volumenelement des Flüssigkristallmaterials in Richtung des oberen Polarisationsfilters 16 und eines Betrachters 32. Wenn das Feldelement ausgeschaltet ist, wird die Polarisationsebene von linear polarisiertem Licht, das durch das Volumenelement des Flüssigkristallmaterials hindurchtritt, um 90° gedreht, und daher liegt die Polarisationsebene von Licht, das auf das obere Polarisatorelement einfällt, bei 90°. Das Licht tritt durch das obere Polarisatorelement hindurch und das Pixel wird beleuchtet. Wenn andererseits das Feldelement eingeschaltet ist, wird die Polarisationsebene des linear polarisierten Lichts beim Hindurchtreten durch das Volumenelement des Flüssigkristallmaterials nicht geändert. Die Polarisations­ ebene des Lichts, das auf das obere Polarisatorelement ein­ fällt, liegt bei 0°, und daher wird das Licht durch das obere Polarisatorelement blockiert und das Pixel ist dunkel. Wenn das elektrische Feld in dem Volumenelement des Flüssig­ kristallmaterials zwischen den Werten, die dem aus- und eingeschalteten Feldelement zugeordnet sind, liegt, wird das Licht durch das obere Polarisatorelement mit einer Intensität, die von dem elektrischen Feld abhängt, durchgelassen, was ermöglicht, daß eine Graustufe angezeigt wird.

Bei einer praktischen Implementierung des PALC-Anzeigefeldes wird das Kanalelement 4 um den Rand der Sichtfläche rück­ geätzt, um ein Plateau 36 bereitzustellen, in dem die Kanäle 20 ausgebildet werden, und die Deckplatte 6 wird an dem Kanalelement durch eine Endlosfrittenwulst 38 in einer Fuge 40, die sich um den Rand des Plateaus erstreckt, befestigt. Eine obere Substratanordnung, einschließlich des oberen Substrats 14 und den davon getragenen Datensteuerelektroden 12, wird mittels einer Klebewulst 42 am Kanalelement 4 be­ festigt.

Das Kanalelement eines PALC-Feldes kann unter Verwendung her­ kömmlicher photolithographischer Verfahren hergestellt werden. Insbesondere wird eine Ätzmaske mit schlitzförmigen Öffnungen gemäß der gewünschten Struktur der Kanäle auf der oberen Ober­ fläche einer Glasplatte ausgebildet. Die Glasplatte wird durch die Maske hindurch einem geeigneten Ätzmittel ausgesetzt und die Kanäle werden in der Platte ausgebildet.

Die Elektroden in den Kanälen eines PALC-Feldes werden typi­ scherweise unter Verwendung herkömmlicher photolithographi­ scher Verfahren ausgebildet. Eine unstrukturierte Schicht aus dem Elektrodenmetall wird über der oberen Oberfläche des Kanalelements abgeschieden und wird selektiv geätzt, um die gewünschte Struktur der Elektroden zu definieren.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Zwischenstruktur bei der Herstellung eines PALC-Feldes mit einem Kanalelement mit mindestens einem Kanal in einer Ober­ fläche davon und einem Draht mit einer Länge, die mindestens so groß ist wie jene des Kanals, wobei der Draht in dem Kanal liegt, bereitgestellt.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Kanalanordnung für ein PALC-Feld bereitgestellt, welches das Bereitstellen eines Kanal­ elements mit mindestens einem Kanal in einer Oberfläche des­ selben, das Bereitstellen eines Drahts mit einer Länge, die mindestens so groß ist wie jene des Kanals, und das Anordnen des Drahts in dem Kanal als Elektrode des PALC-Feldes umfaßt.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Für ein besseres Verständnis der Erfindung und um zu zeigen, wie dieselbe verwirklicht werden kann, wird nun beispielhaft auf die zugehörigen Zeichnungen Bezug genommen, in denen gilt:

Fig. 1 ist eine teilweise Schnittansicht eines PALC-Anzeige­ feldes gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 2A, 2B und 2C sind teilweise Schnittansichten, die die aufeinanderfolgenden Schritte bei der Herstellung eines PALC-Anzeigefeldes gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen,

Fig. 3 ist eine teilweise Schnittansicht, die das in Fig. 2A-2C gezeigte PALC-Feld darstellt, auf einer Linie senkrecht zur Schnittlinie von Fig. 2A-2C,

Fig. 4 ist eine teilweise Schnittansicht, die eine alternative Kanalkonfiguration darstellt,

Fig. 5 ist eine Ansicht ähnlich Fig. 4, welche ein Kanal­ element darstellt, das durch ein additives Verfahren ausge­ bildet wird.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugsziffern entsprechende Elemente.

Ausführliche Beschreibung

Mit Bezug auf Fig. 2A wird eine Schicht 50 aus einem geeigne­ ten Ätzresist in der üblichen Weise über der oberen Oberfläche einer Glasplatte 52 ausgebildet und schlitzförmige Öffnungen 54 mit der gewünschten Raumfrequenz der Kanäle in dem fertig­ gestellten Kanalelement werden in der Ätzresistschicht ausge­ bildet, um eine primäre Ätzmaske zu definieren. Die Glasplatte 52 wird durch die primäre Ätzmaske hindurch einem geeigneten Ätzmittel ausgesetzt und Kanäle 56 werden in der Glasplatte ausgebildet. Das Ätzen wird jedoch unterbrochen, bevor die Kanäle zur gewünschten Endtiefe ausgebildet sind, und die primäre Ätzmaske wird bearbeitet, um benachbart zu jeder Seite jeder vorhandenen Öffnung 54 zusätzliche schmale, schlitz­ förmige Öffnungen 58 auszubilden (Fig. 2A) und dadurch eine sekundäre Maske zu definieren. Das Ätzen wird durch die sekundäre Maske hindurch wieder aufgenommen und das fort­ gesetzte Ätzen hat den Effekt, daß die Konfiguration des Kanals so modifiziert wird, daß der fertiggestellte Kanal 20 aus einer relativ breiten Hauptnut 60 und zwei relativ schmalen Elektrodennuten 62 längs deren gegenüberliegenden Seite besteht. Der Rest der Maskierungsschicht wird dann entfernt. Das Kanalelement 4 ist dann fertiggestellt.

Ein Metalldraht 64 wird in jede der Elektrodennuten 62 gelegt. Die Deckplatte 6 wird über der oberen Oberfläche des Kanal­ elements angeordnet und wird am Kanalelement durch die Frittendichtung 38 befestigt, die auch zum Befestigen der Drähte 64 in den jeweiligen Elektrodennuten 62 dient. Die weiteren Schritte beim Aufbau des Anzeigefeldes können dann in der üblichen Weise ausgeführt werden.

Der minimale Durchmesser des Drahts 64 wird so gewählt, daß der Draht eine ausreichende Festigkeit besitzt, daß er selbst­ tragend ist und während der Anordnung in der Elektrodennut nicht bricht. In diesem Zusammenhang sollte beachtet werden, daß es erwünscht sein könnte, den Draht unter Spannung zu halten, wenn er in der Elektrodennut 62 angeordnet wird. Der Durchmesser des Drahts kann im Bereich von 10 bis 150 µm liegen und liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 25 bis etwa 50 µm.

Wenn der Drahtdurchmesser 25-50 µm beträgt, wird erwartet, daß die räumliche Periode der Kanäle mindestens 0,5 mm beträgt, damit die Kanäle eine ausreichend große Öffnung aufweisen. Das Kanalelement für eine Anzeige mit hoher Adressierbarkeit, wie z. B. hochauflösendes Fernsehen, würde etwa 1000 Kanäle erfor­ dern. Wenn die räumliche Periode der Kanäle 0,5 mm wäre, wäre die Höhe eines Feldes mit etwa 1000 Kanälen etwa 50 cm. In einem Anzeigefeld mit einer Höhe von 50 cm und einem Seiten­ verhältnis von 16 : 9 beträgt die Länge des Kanals ungefähr 89 cm. Folglich muß jeder Draht mindestens 89 cm lang sein.

Der Draht kann ein reines Metall, wie z. B. Nickel oder Kupfer, oder ein Verbundmetall, das Emitter enthält, wie z. B. Yttrium, Barium oder Thorium, sein. Der Draht kann einen leitenden Kern, wie z. B. Kupfer, und einen Schutzüberzug aus einem harten Material, wie z. B. einem Seltenerdhexaborid, aufweisen.

Fig. 4 stellt eine Modifizierung des Kanalelements dar, das mit Bezug auf Fig. 2A-2C und 3 beschrieben wurde. Gemäß Fig. 4 sind die Elektrodennuten 62 tiefer und sind durch einen Kamm 66 voneinander getrennt. In dem in Fig. 4 dargestellten Kanal­ element hängt die Öffnung des Kanals von der Breite des Kamms ab.

Mit Bezug auf Fig. 5 können die Nuten 62 durch ein additives Verfahren ausgebildet werden, bei dem Material auf der oberen ebenen Oberfläche der Glasplatte abgeschieden wird, um die Rippen 22 zwischen den Kanälen auszubilden, und ein Kamm 68 in jedem Kanal ausgebildet wird, um die Elektrodennuten zu defi­ nieren.

Der Zweck der Elektrodennut besteht darin, die Anordnung der Drahtelektrode zu erleichtern und sicherzustellen, daß die Elektrode an ihrer Stelle bleibt. Bei zweckmäßiger Befestigung kann die Elektrodennut weggelassen werden und die Elektrode in dem Kanal nahe seinem Boden angeordnet werden. Beispielsweise können Metallkontaktstellen auf dem Kanalelement an jedem Ende des Kanals abgeschieden werden und der Draht kann an den Metallkontaktstellen befestigt werden und in dem Kanal unter Spannung gehalten werden.

Man wird erkennen, daß die Erfindung nicht auf die spezielle Ausführungsform, die beschrieben wurde, eingeschränkt ist, und daß Veränderungen darin vorgenommen werden können, ohne vom Schutzbereich der Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen definiert, und deren Äquivalenten abzuweichen.

Claims (11)

1. Zwischenstruktur bei der Herstellung eines PALC-Feldes mit einem Kanalelement (4) mit mindestens einem Kanal (20) in einer Oberfläche davon und einem Draht (64) mit einer Länge, die mindestens so groß ist wie jene des Kanals, wobei der Draht in dem Kanal liegt.

2. Zwischenstruktur nach Anspruch 1, wobei der Kanal (20) aus einer relativ breiten Nut (60) und mindestens einer relativ schmalen Nut (62), die parallel zur relativ brei­ ten Nut entlang einer Kante derselben verläuft, besteht und der Draht (64) in der relativ schmalen Nut angeordnet ist.

3. Zwischenstruktur nach Anspruch 1 mit ersten und zweiten Drähten (64), die jeweils eine Länge aufweisen, die min­ destens so groß ist wie jene des Kanals (20), und wobei die ersten und zweiten Drähte in beabstandeter, paralleler Beziehung entlang des Kanals verlaufen.

4. Zwischenstruktur nach Anspruch 3, wobei der Kanal (20) aus einer relativ breiten Nut (60) und einer ersten und einer zweiten relativ schmalen Nut (62), die parallel zur relativ breiten Nut entlang gegenüberliegenden jeweiligen Kanten derselben verlaufen, besteht und der erste und der zweite Draht (64) in der ersten bzw. der zweiten Nut ange­ ordnet sind.

5. Zwischenstruktur nach Anspruch 1, die ferner eine Deck­ platte (6) über der Oberfläche des Kanalelements (4) um­ faßt, die an dem Kanalelement um dessen Rand durch eine Frittendichtung (38) befestigt ist, und wobei der Draht (64) in dem Kanal (20) durch die Frittendichtung in seiner Position gehalten wird.

6. Verfahren zur Herstellung einer Kanalanordnung für ein PALC-Feld, umfassend:

• (a) Bereitstellen eines Kanalelements (4) mit mindestens einem Kanal (20) in einer Oberfläche desselben,
• (b) Bereitstellen eines Drahts (64) mit einer Länge, die mindestens so groß ist wie jene des Kanals, und
• (c) Anordnen des Drahts in dem Kanal als Elektrode des PALC-Feldes.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Kanal (20) in der Oberfläche des Kanalelements (4), das in Schritt (a) bereitgestellt wird, aus einer relativ breiten Nut (60) und einer relativ schmalen Nut (62), die entlang einer Kante derselben verläuft, besteht und Schritt (c) das Anordnen des Drahts (64) in der relativ schmalen Nut umfaßt.

8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Schritte (b) bzw. (c) umfassen:

• (b) Bereitstellen eines ersten und eines zweiten Drahts (64), die jeweils eine Länge aufweisen, die mindestens so groß ist wie jene des Kanals (20), und
• (c) Anordnen des ersten und des zweiten Drahts in dem Kanal als Elektroden des PALC-Feldes.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Kanal (20) in der Oberfläche des Kanalelements (4), das in Schritt (a) bereitgestellt wird, aus einer relativ breiten Nut (60) und einer ersten und einer zweiten relativ schmalen Nut (64), die entlang gegenüberliegenden jeweiligen Kanten derselben verlaufen, besteht und Schritt (c) das Anordnen des ersten und des zweiten Drahts (64) in der ersten bzw. der zweiten relativ schmalen Nut umfaßt.

10. Verfahren nach Anspruch 6, wobei Schritt (a) umfaßt:
Bereitstellen eines Substrats (52) mit einer im wesent­ lichen ebenen Oberfläche und
selektives Ätzen des Substrats von seiner ebenen Ober­ fläche aus, um den Kanal (20) darin auszubilden.

11. Verfahren nach Anspruch 6, das ferner die Verwendung einer Frittendichtung (38) umfaßt, um eine Deckplatte (6) am Kanalelement (4) um dessen Rand zu befestigen, und wobei die Frittendichtung den Draht (64) in dem Kanal (20) in seiner Position festhält.