DE3035268A1

DE3035268A1 - Fluessigkristall-anzeigematrix

Info

Publication number: DE3035268A1
Application number: DE19803035268
Authority: DE
Inventors: Fumiaki Yamatokoriyama Funada; Masataka Tenri Nara Matsuura; Toshiaki Takamatsu; Shuuhei Yasuda
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1979-09-19
Filing date: 1980-09-18
Publication date: 1981-04-09
Also published as: GB2062928A; US4549174A; DE3035268C2; US4431270A; GB2062928B

Description

TER MEER'· MÜLLER. STEHMir!3TER Sharp K.K. - 1514-GER-K

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine paneelartige Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit matrixförmiger Elektrodenstruktur für hohe Anzeigedichte. Bei einer solchen Matrixanzeige sind die Erregerelektroden in Form von sich rechtwinklig kreuzenden Streifen angeordnet. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf den Aufbau und die Anordnung der Anschlußelemente für ein solches Anzeigepaneel.

Zur Verbesserung der Bildqualität bei Flüssigkristall- y]0 Matrixanzeigen sind in den letzten Jahren erhebliche Anstrengungen unternommen worden. Flüssigkristallanzeigen mit matrixförmiger Elektrodenstruktur zeichnen.sich gegenüber anderen Anzeigevorrichtungen durch einen geringen Energieverbrauch insbesondere eine niedrige erforderliche Ansteuer-

Ie istung--

Eine herkömmliche Ansteuertechnik für eine solche Flüssigkristall-Anzeigematrix ist in Fig. 1 veranschaulicht; das Ansteuerverfahren beruht auf einer zeilensequentiellen Erregung. Die darzustellenden Buchstabensymbole, Bildmuster und dergleichen werden in einem Hauptspeicher 1 gespeichert und ein ggf. programmsteuerbarer Signalumsetzer 2 setzt die aus dem Speicher 1 abrufbaren Daten in ein entsprechendes Anzeigemuster um. Die Muster werden Zeile für Zeile im Pufferspeicher eines Spaltentreibers 3 gespeichert, welcher die entsprechenden Spaltenelektroden Y₁' Y₂, ... Y_n mit den zugeordneten Mustersignalen speist. Die,die Spalten- ■ elektroden kreuzenden Zeilenelektroden X₁, X₂, ... X^ werden andererseits über einen Zeilentreiber 4 sequentiell erregt, so daß die im genannten Pufferspeicher enthaltene Information in zeilensequentieller Folge dargestellt wird. Eine Steuerschaltung 5 besorgt die Steuerfunktion für die Zeilen- und Spaltentreiberschaltungen. Eine Flüssigkristallanzeige mit matrixförmiger Elektrodenstruktur ist mit Bezugs hinweis 6 gekennzeichnet.

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Mit der Anzahl der vorhandenen und abzutastenden Zeilen einer Flüssigkristall-Anzeigematrix steigt einerseits die Anzeigedichte und -schärfe, fällt aber andererseits auch die für die Signalzuführung pro Spalte verfügbare Zeitspanne, d.h. das Tastverhältnis, und es treten Übersprechprobleme auf. Weil Flüssigkristall-Anzeigematrizen grundsätzlich schwache Einsatzwerte und ein langsames Ansprechverhalten aufweisen, läßt sich bei ihnen nur schwer ein ausreichender Kontrast erzielen. Die Vermeidung dieses Problems wurde auf folgenden Wegen versucht:

A) Entwicklung von Flüssigkristallmaterial mit verbesserten Einsatz- bzw. Ansprechschwellenwerten;

B) Verwendung eines optimale Ansteuerbedingungen mit

längeren nutzbaren Betriebszeiten (d= V„_T /V _n ) ;

bietenden Matrixadressiersystems, und C) Entwurf eines neuen Elektrodengrundrisses für höhere Auflösung wie z.B. in Fig. 2(a), wo die Spaltenelektroden in eine obere Hälfte Y.., Y~ Y und eine untere Hälfte Y", Y', ... Y⁽ unter-

η \ λ Χι

teilt und so den Zeilenelektroden X., X_r .·· X_ zugeordnet sind, oder wie in Fig. 2(b), wo zwei benachbarte Spaltenelektroden Y₁ und Y. im Bereich einer zugeordneten Zeilenelektrode X. wie Zinken zweier Kämme ineinandergreifen.

Die Methoden A) und B) erfordern zwar keine Änderung der Flüssigkristall-Zellenstruktur, ermöglichen aber auch keine wesentliche Erhöhung der Anzahl erregbarer Zeilenelektroden, und mit der Methode C) kann zwar die Anzahl der nutzbaren Zeilenelektroden mit Sicherheit erhöht werden, dafür muß aber eine komplizierte Zellenstruktur in Kauf genommen werden.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Flüssigkristall-Anzeigematrix zu schaffen, die dabei ein leicht herstellbares und einfach zu schaltendes Elektrodenleitungsschema hat.

Die erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe ist kurzgefaßt im Patentanspruch 1 angegeben.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Es ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung, daß durch eine besondere Art der Elektrodenführung Überschneidungen und Komplikationen bei der Elektrodenanordnung grundsätzlich vermieden werden können.

Nachstehend wird ein die Merkmale der Erfindung aufweisendes Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf eine auch den Stand der Technik umfassende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild

einer herkömmlichen Flüssigkristall-Anzeigematrix,

Fig. 2(a) und 2(b) schematische Darstellungen

von gegenüber Fig. 1 verbesserten Elektrodenanordnungen,

Fig. 3 eine Perspektivdarstellung einer als Zweischichtmatrix ausgebildeten Flüssigkristall-Anzeigetafel,

Fig. 4(a) bis 4(c) eine Draufsicht mit zwei

Schnittansichten durch eine Linie A-A und B-B eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer als Zweischichtmatrix ausgebildeten erfindungs gemäß en Flüssigkristall-Änzeigetafel,

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Fig. 5 und 6 unterschiedlich detaillierte

Teilschnitte durch die Anzeigematrix
von Fig. 4,

Fig. 7 einen Teilquerschnitt in Pfeilrichtung

A,

Fig. 8 und 9 einen Teilquerschnitt und eine

Draufsicht einer mit einem Heißkleber-Muster versehenen flexibelen Schicht
als Alternative für eine herkömmliche
flexibele Leiterbahnschicht,

Fig. 10 und 12 einen Querschnitt im Verlauf der
Linie A-A von Fig. 4(a) und Einzelheiten von Spaltenanschlüssen,

Fig. 11,13,14 und 16 einen Querschnitt im Verlauf der Linie B-B in Fig. 4(b) sowie Einzel

heiten von Zeilenanschlüssen,

Fig. 15 eine Darstellung einer Heißkleberschicht mit Anschlußelektroden auf beiden Seiten einer Unterlage,

Fig. 17 eine^ Querschnitt durch ein Durchgangs

loch der Heißkleberschicht, und

Fig. 18 eine Darstellung zum Verbinden der Heißkleberschicht.

Es gibt zwei Möglichkeiten zur Anordnung des Elektrodengrundrisses von Fig. 2(a) in einer Flüssigkristall-Anzeigematrix: entweder werden in einer gemeinsamen Zellenstruktur sämtliche Spaltenelektroden in eine obere Gruppe und eine untere Gruppe unterteilt, oder es wird durch Aufeinanderlegen von zwei Flüssigkristallzellen eine Zweischichtmatrix gebildet. Bei der Durchführung der Erfindung wird von dieser zweiten Möglichkeit Gebrauch gemacht.

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Eine in Fig. 3 dargestellte Zweischichtmatrix besteht hauptsächlich aus einer Spaltenelektroden 14a, 14b,... tragenden ersten transparenten Unterlage 11, einer auf der oberen Hälfte ihrer der Unterlage 11 zugekehrten Seite Elektroden 15a, 15b ... und auf der unteren Hälfte ihrer entgegengesetzten Seite Zeilenelektroden 16a, 16b ... tragenden zweiten transparenten Unterlage 12 und einer in Betrachungsrichtung hinten liegenden dritten Unterlage 13, welche auf ihrer 0 der zweiten Unterlage 12 zugekehrten Seite Spaltenelektroden 17a, 17b ... trägt. Eine derartige Zweischichtmatrix kann zwar gegenüber einer einfachen Ausführung mit dem doppelten Tastverhältnis betrieben werden, hat aber folgende schwerwiegende Nachteile: a) Zur Vermeidung einer durch den Zellenaufbau dieser Zweischichtmatrix bedingten Parallaxe sollte die mittlere der drei Unterlagen so dünn wie möglich sein. Da diese Unterlagen gewöhnlich sehr dünne und zerbrechliche Glasplatten sind, ist der Herstellprozeß sehr schwierig und gefährlich;

b) sehr schwierig ist ferner die Verbindung von auf dieser dünnen Glasplatte befindlichen Zeilenelektroden mit einer Treiberschaltung; und c) da eine Elektrodenverlegung von acht Punkten an

entgegengesetzten Rändern der Glasplatte notwendig ist, wird die Elektrodenverlegung wegen möglicher Überlappungen kompliziert.

Diese Verlegungs- und Packungsprobleme werden durch die in Fig. 4 (a) bis 4(c) dargestellte erfindungsgemäße Elektrodenverlegung mit Vorteil vermieden.

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Die Abmessungen der drei transparenten Glasunterlagen 21, 22, 23 sind aus der nachstehenden Tabelle 1 gewählt, worin mit a die Höhe und b die Breite der Anzeigefläche einschließlich einer Abdichtung 30, und mit c die Breite der Elektrodenbahn oder Anschlußflächen bezeichnet ist. c muß nicht gleich sein für alle Elektrodenbahnen .

Tabelle 1

Glas-Abmessungen	Breite
Höhe	b + 4c
a	b + 2c
a+2c	b
2+4c

Glasunterlage 21 *
Glasunterlage 22:
Glasunterlage 23:

Die Glasunterlage 21 trägt nur in ihrer unteren Hälfte Zeilenelektroden 24a, 24b ..., die zweite Glasunterlage 22 auf ihrer Betrachterseite Spaltenelektroden 25a, 25b ... und auf ihrer Rückseite in der unteren Hälfte Zeilenelektroden 26a, 26b ... und die dritte Glasunterlage 23 trägt Spaltenelektroden 27a, 27b... . Die erste Glasunterlage 21 besitzt auf beiden Seiten in der unteren Hälfte Verlegungsebenen 28 für Elektroden 24, die Glasunterlage 22 auf der Betrachterseite oben und unten Verlegungsebenen 29 für Elektroden 25 sowie Verlegungsebenen 31 für Elektroden 26 auf beiden Seiten der unteren Hälfte, und die dritte Glasunterlage 23 trägt Verlegungsebenen 32 für Elektroden 27 oben und unten.

Nach Injektion von Flüssigkristallmaterial 33 in den Hohlraum zwischen den Glasunterlagen 21, 22 und durch Injektion von Flüssigkristallmaterial 34 in den Hohlraum

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zwischen den Glasunterlagen 22 und 23 ist jeweils die erste bzw. die zweite Flüssigkristallzelle vollständig. Die so hergestellte erfindungsgemäße Flüssigkristall-Anzeigematrix hat eine der Draufsicht von Fig. 2(a) entsprechende Elektrodenanordnung und bildet eine Zweischichtmatrix mit ähnlichem Aufbau wie in Fig. 3 dargestellt.

Grundsätzlich ist bei der erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Anzeigetafel eine dünne Glasunterlage sandwichartig zwischen zwei dicken Glasunterlagen angeordnet. Die Elektroden-Verlegungsebenen 29 der dünnen Glasunterlage 22 stehen im Kontakt mit der hinteren Glasunterlage 23, und die anderen Verlegungsebenen 31 sind der vorderen Glasunterlage 21 zugekehrt. Da die dünne Glasunterlage durch die unterhalb der Elektrodenverlegungsebenen 31 verlaufende Abdichtung 30 abgestützt ist, kann sie den gleichen mechanischen Belastungen wie die Glasunterlagen 21 und 23 ausgesetzt werden und ist vor Zerstörung oder Splittern geschützt, wenn die Elektroden-Verlegungsbereiche 29 und 31 mittels einer flexibelen Schicht oder Elektrodenstiften extern angeschlossen werden. Alle über acht verschiedene Stellen verteilte Elektrodenanschlußberelche überlappen sich niemals gegenseitig.

Wie schon erwähnt, sind bei dieser Anzeigetafelart bei gleicher Ansteuerung wesentlich mehr echte Bildelemente vorhanden als bei einer herkömmlichen Matrix? schwache Verbindungen zwischen den Anschlußbereichen führen jedoch zu einer Potentialdifferenz mit einschlägigen Problemen. Demgegenüber hat die erfindungsgemäße Anzeigematrix den Vorteil, daß bei ihr einfache und sichere Verbindungen zwischen den einzelnen Anschlüssen der Flüssigkristall-

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tafel möglich sind, indem eine üblicherweise aus Glas, Epoxy oder Keramik hergestellte und in bezug auf die Matrixanschlüsse komplementär ausgebildete Leiterplatte verwendet wird.

Die in Fig. 6 dargestellte Mehrschicht-Flüssigkristallanzeigetafel arbeitet nach dem Prinzip der verdreht-

unJL

nematischen AnzeigeVwird flankiert durch ein Paar Polarisatoren 35 und 45 sowie durch eine Reflektorplatte 36, von denen letztere direkt auf einer gedruckten Leiterplatte 37, vorzugsweise einer mit hohem Auflösungsverhältnis mit Leiterbahnen bedruckten Keramikplatte, angeordnet sein kann. Sich gegenüberliegende Kontaktflächen 38, 38' aus einem hochleitenden Material wie Au an Leiterplatte und Anzeigetafel sind stufenweise und komplementär entsprechend der abgestuften Lage der Flüssigkristall- ■ tafel-Anschlüsse angeordnet. An den Kontaktflächen 38, 38' auftretende Signale gelangen über Lochdurchführungsanschlüsse 39, Drähte 40 und Wire-Bondings 47 zu einer Treiberschaltung 41 (mindestens eine integrierte Schaltung) auf der Gegenseite der Leiterplatte. Die Wire-Bondings sind durch eine Schutzversiegelung 48 überdeckt. Zwischen den Leitungsanschlüssen 28 der Flüssigkristallanzeige und den Kontaktflächen 38, 38' der Leiterplatte befindet sich eine vorgegebene Anzahl leitfähiger Abschnitte enthaltende elastische, nur in einer Richtung leitfähige Gummischicht 42 (wie z.B. Nr. 17 05 von Chomerics Inc., Η-Grade von Oko Electric Wire Co. oder Polymer Typ AF von Shin-Etsu Polymer Co oder Toray's Elastic Connectors).

In Fig. 7 (Fig. 6 in Pfeilrichtung A geschnitten) bestehen die Kontaktflächen 38" und 38'" aus einem lötfähigen Leitermaterial wie Au, Ni oder Cu, die über Lötmaterial-

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brücken 49 sowie auf flexibelen Schichten befestigten Leiterbahnen 51 mit der Flüssigkristallanzeige verbunden sind. Da die Kontaktflächen 38" und 38'" in verschiedenen Ebenen liegen, können sie sich weder elektrisch noch mechanisch stören; für sie stehen die gleichen elastischen Anschlüsse wie für die Kontaktflächen 38, 38' zur Verfügung.

Da, wie vorstehend erwähnt, eine Potentialdifferenz zwischen den einzelnen Kontaktflächen 38, 38', 38" und 38'" auf der Leiterplatte 37 besteht, können auf diese Weise einfache und kompakte Verbindungen zu den Anschlüssen der Flüssigkristallanzeige hergestellt werden.

Fig. 8 zeigt eine andere Möglichkeit zum Verbinden der Anschlüsse der Flüssigkristall-Anzeigetafel in Gestalt einer flexibelen Schicht 55, die nach einem Muster mit einem Kleber wie z.B. "Heat Seal" von Nippon Graphite Industry Ltd. belegt und mittels eines Heißklebegerätes 60 unter Druckanwendung aufgebracht wird. Gemäß Fig.-9 0 enthält die flexibele Schicht 55 mit der Anzeigetafel zu verbindende Randzonen L, eine bestimmte Anzahl von schraffiert dargestellten leitenden Flächen 56 sowie nicht-leitende Flächen 57. Nach dem Auflegen der leitenden Flächen 56 auf die zugeordneten Anzeigetafel-Anschlüsse wird die Schicht 55 bei 180⁰C angepreßt, dadurch mit den Spalten- und Zeilenanschlüssen der Anzeigetafel in oben beschriebener Weise verbunden und anschließend zur Rückseite der die Anzeigetafel tragenden starren gedruckten Leiterplatte 37 umgebogen. Die Leiterplatte ist hier vorzugsweise eine Keramikplatte, an der die flexibele Schicht und die Glasunterlage mehrschichtig befestigt sind. Die Spalten- und Zeilen-

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verbindungen der Anzeigetafel über die flexibele Schicht ist in Fig. 10 und 11 dargestellt. Eine Mehrschichtverbindung kann dadurch gebildet werden, daß die Spaltenanschlüsse der ersten Verlegungsebene mit einer ersten Leitungsebene der Keramikplatte, und die Spaltenanschlüsse der zweiten Verlegungsebene mit einer zweiten Leitungsebene der Keramikplatte verbunden werden. Ähnliches gilt für in mehreren Ebenen liegende Zeilenanschlüsse.

Bei der Herstellung der flexibelen Verbindung zwischen Flüssigkristall-Anzeigetafel und Leiterplatte wird eine beiderseits ausgerichtete Anschlüsse tragende Grundschicht 58 mittels einer Maske mit Kleber bedruckt. Diese klebfähige Schicht 55 kann gemäß Fig. "i 0 oder 12, wo die Anschlüsse von Platte und Keramikplatte fortgelassen sind,, für die Spalten-Verbindungen benutzt werden, oder gemäß Fig. 11 sowie Fig. 13 und 14, wo sich die Anschlußflächen in Gegenrichtung erstrecken, zur Herstellung der Zeilen-Verbindungen. Eine Alternativausführung in Fig. 15 trägt Anschlußflächen auf gegenüberliegenden Seiten zur Herstellung entsprechender Verbindungen. Bei einer anderen Ausführung in Fig. 17 sind die beiden leitenden Flächen über ein Loch miteinander verbunden; hier sind jedoch bei einer Tafel mit hoher Leitungsdichte Schwierigkeiten zu erwarten. Ferner gibt es die Möglichkeit, gemäß Fig. 18 zwei Abschnitte der klebfähigen Schicht 55 aus Fig. 9 thermisch zusammenzuschweißen.

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Claims

-, f ./^ ηλ ρ TERMEER - MÜLLER - STEINMEISTER Beim Europaischen Patentamt zugelassene Vertreter Prol. Representatives before the European Patent Office - Mandatalres agrees pres !Office europeen des brevets Dipl.-Chem. Dr. N. ter Meer Dipl.-Ing. H. Steinmeister Dipl.-Ing. F. E. Müller e. . .. _ Triftstrasse 4, Siekerwall 7, D-8000 MÜNCHEN 22 D-4800 BIELEFELD Case: 1514 -GER-K 18. September 1980 Mü/Gdt/Tß SHARP KABUSHIKI KAISHA 22-22 Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka 5 45 / Japan Flüssigkristall-Anzeigematrix Prioritäten: 19. September 1979, Japan, No. 54-121276 28. Februar 1980, Japan, No. 55-24931 PATENTANSPRÜCHE

1.j Flüssigkristall-Anzeigetafel mit matrixartig angeordneten Erregerelektroden mit Zuführanschlüssen, dadurch gekennze ichnet , daß

- eine bestimmte Anzahl von Unterlageelementen (21,22,23) unter Einhaltung von Zwischenabständen aufeinanderfolgend gestapelt sind, von denen jeweils ein Element langer und schmaler als das vorangehende Element ist;

- durch Einbringen eines Flüssigkristallmaterials (33,34) zwischen jeweils zwei benachbarten Unterlageelementen eine Mehrschicht-Anzeigematrix gebildet ist; und

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- eine Ansteuerleiterplatte (37) mit den matrixartig angeordneten Erregerelektroden verbindbare Anschlüsse (38) aufweist, die komplementär zu den gestaffelt verteilten Zuführanschlüssen (28,29/31,32) der gestaffelten Unterlageelemente der Anzeigetafel liegen.

2. Anzeigetafel nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse (28...) der Anzeigetafel mit den Anschlüssen der Leiterplatte (37) über eine flexible Leiterschicht (55,56) verbunden sind.

3. Anzeigetafel nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die sich gegenüberliegenden Anschlüsse der Anzeigetafel und der Leiterplatte (37) über ein in einer Richtung leitfähiges elastisches Brückenelement verbunden sind, das durch Einbetten von metallischen oder leitfähigen Pulvern in ein elastisches Material gebildet ist.

4. Anzeigetafel nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (37) eine reflektierende Beschichtung (36) trägt.

5. Anzeigetafel nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die sich gegenüberliegenden Anschlüsse der Anzeigetafel und der Leiterplatte (37) über eine flexible Leiterschicht (55,56) verbunden sind, welche ein Klebstoffmuster trägt.

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6. Anzeigetafel nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß die sich gegenüberliegenden Anschlüsse der Anzeigetafel und der Leiterplatte durch Heißversiegelung der klebfähigen flexible Leiterschicht verbunden sind.

7. Anzeigetafel nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die gedruckte Leiterplatte (37) eine Keramikplatte enthält oder ist.

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