CH643368A5

CH643368A5 - Liquid-crystal display panel in a matrix arrangement

Info

Publication number: CH643368A5
Application number: CH913978A
Authority: CH
Inventors: Keisaku Nonomura; Keiichiro Shimizu; Kohhei Kishi; Tomio Wada
Original assignee: Sharp Kk
Priority date: 1977-08-30
Filing date: 1978-08-30
Publication date: 1984-05-30
Also published as: DE2837431A1; DE2837431C2; JPS5919339B2; JPS5437697A

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Flüssigkristallanzeigen und betrifft eine Anzeigetafel dieser Gattung in Matrixanordnung. The invention is in the field of liquid crystal displays and relates 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 « x 6» 20 lines per 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 of Westinghouse Electric Co., liquid crystal display panels in a matrix arrangement have become known, in which a thin film from the vapor phase is deposited in the course of the manufacturing process, via which field-effect transistors and parasitic capacitors are built into the surface of the display panel; see. especially the technical paper by T.P. Brody et al "A 6" x 6 "20 lines per 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 carrying the thin film transistors in matrix arrangement had the twisted nematic field effect mode (TN-FEM). It has now been shown, however, that this known TN-FEM-type liquid crystal display panel was relatively complicated to manufacture and difficult to bring to a higher contrast ratio.

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. The invention is therefore based on the object of proposing an improved liquid crystal display panel of the type mentioned which does not have the disadvantages which the known display panel has.

Die erfmdungsgemässe Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben, vorteilhafte Weiterbildungen sind den abhängigen Patentansprüchen entnehmbar. The inventive solution to this problem is specified in claim 1, advantageous developments can be found in the dependent claims.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, dass die sandwichartig zwischen dem Transistor einerseits und dem transparenten und elektrisch leitfähigen Film andererseits angeordnete Schicht mit einem Gast/Wirteffekt behaftet ist und ein mehrfarbiges Farbmaterial enthält. An essential feature of the invention is that the layer which is sandwiched between the transistor on the one hand and the transparent and electrically conductive film on the other hand has a guest / host effect and contains a multicolored color material.

Nachstehend werden einige, die Merkmale der Erfindung enthaltende Ausführungsbeispiele in Verbindung mit einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen: Some exemplary embodiments containing the features of the invention are explained in more detail below in conjunction with a drawing. In it show:

Fig. 1 (a) und 1 (b) schematische Darstellungen erfin-dungsgemässer Flüssigkristall-Anzeigezellen mit Gast/Wirteffekt, 1 (a) and 1 (b) are schematic representations of liquid crystal display cells according to the invention with guest / host effect,

Fig. 2 ein schematisches Schaltbild einer Zellenansteuer-schaltung für eine Flüssigkristall-Anzeigetafel in Matrixanordnung, 2 shows a schematic circuit diagram of a cell drive circuit for a liquid crystal display panel in a matrix arrangement,

Fig. 3 ein Diagramm mit drei verschiedenen Spannungs-5 Verläufen aus der Ansteuerschaltung von Fig. 2, 3 shows a diagram with three different voltage-5 curves from the control circuit of FIG. 2,

Fig. 4 (a) bis 4 (c) abgebrochene Darstellungen von während der Fabrikation der erfindungsgemässen Flüssigkristall-Anzeigetafel in Matrixanordnung benutzten Masken, Fig. 5 (a) bis 5 (d) perspektivische Darstellungen von io Elektrodenmustern während der Fabrikation der Flüssigkristall-Anzeigetafel, 4 (a) to 4 (c) are broken-away representations of masks used during the production of the liquid crystal display panel according to the invention in a matrix arrangement, FIGS. 5 (a) to 5 (d) are perspective representations of electrode patterns during the manufacture of the liquid crystal display panel ,

Fig. 6 (a) bis 6 (d) schematische Schnittdarstellungen zum Fertigungsablauf der Flüssigkristall-Anzeigetafel und 6 (a) to 6 (d) are schematic sectional views of the manufacturing process of the liquid crystal display panel and

Fig. 7 einen abgebrochenen Querschnitt durch die fertige ls Flüssigkristall-Anzeigetafel in Matrixanordnung. 7 shows a broken 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 dienenden Flüssigkristallmaterial als Gast ein mehrfarbiges 2oFarbmaterial zugesetzt und darin gelöst. As already briefly indicated in the introduction to the description, the invention makes use of the so-called guest / host effect in the case of the liquid crystal display, namely that a multicolored 20-color material is added to the liquid crystal material serving as a guest and dissolved therein.

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, 2sund 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 Fachdruck-3oschrift Appi. 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 excited in liquid crystal materials in such a way that an electric field is applied to such a system with a multicolored color material as a guest and a liquid crystal material as a host, 2sand then so-called electrical field modification effects occur, the liquid crystal molecules become a rotation around the Longitudinal axes of the multicolored color material induce and modulate the light absorption for display purposes. See, for example, the Fachdruck-3oschschrift Appi. 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 reflek-35 tierenden Typ, es gehören hierzu eine Flüssigkristallmaterialschicht 20 mit zugesetztem mehrfarbigem Farbmaterial, ein Paar Elektroden 19 und 19', ein Paar transparenter Unterlagen 18 und 18', ein Polarisator 17 und eine an der Rückseite der Zelle angeordnete Lichtzerstreuungsplatte 21. In Ab-40 Wandlung dieser Ausführung kann gemäss Fig. 1 (b) die eine der beiden Elektroden 19 bzw. 19' als Lichtzerstreuungseinrichtung ausgebildet sein, die hier durch eine auf eine polierte Glasplatte 24 aufgebrachte AI-Elektrode 23 gebildet ist und für ein höheres Kontrastverhältnis sorgt. 45 Die Ausführung von Fig. 1 (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 5ophotoresistenten 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 AI auf der zerklüfteten Glasplattenoberfläche abgela-55gert. Dieser Alternativweg ist dann zu empfehlen, wenn nur eine Anzeigezone mit Ausnahme einer Dünnschicht-Transistor-Anordnung und X- und Y-Elektroden zu polieren ist. 1 (a) schematically shows the basic structure of a guest / host effect liquid crystal cell of the reflecting type, which includes a liquid crystal material layer 20 with added multicolored color material, a pair of electrodes 19 and 19 ', a pair of transparent substrates 18 and 18 ', a polarizer 17 and a light scattering plate 21 arranged on the rear of the cell. In a modification of this embodiment, according to FIG is formed by an Al electrode 23 applied to a polished glass plate 24 and ensures a higher contrast ratio. 45 The embodiment of FIG. 1 (b) forms a preferred embodiment of the invention for a liquid crystal display cell with guest / host effect. An alternative way of forming a light-scattering electrode is, for example, to first coat a glass plate with a 5-photoresist film, which is then partially irradiated with light through a suitable mask and partially dissolved with hydrofluoric acid (HF) or the like, so that a jagged surface is formed on it is formed. Then a layer of Al is deposited on the jagged surface of the glass plate. This alternative route is recommended if only one display zone with the exception of a thin-film transistor arrangement and X and Y electrodes has to be polished.

Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführung einer Flüssigkristall-Anzeigetafel in Matrixanordnung mit Gast/Wirteffekt, 6obei 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 +1 und Y-Leitungen m, 65m+1. Fig. 2 shows a preferred embodiment of a liquid crystal display panel in a matrix arrangement with guest / host effect, 6, wherein each matrix crossing point is driven by a thin film transistor 6 and a parasitic capacitor 8. This panel also contains 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, 65m + 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 In Fig. 3 the course of the drive voltages for the liquid crystal display panel in a matrix arrangement of Fig. 2 is shown schematically, the upper line of the

Sourcespannung, der mittlere Linienzug der Gatespannung und der untere Linienzug der Drainspannung zugeordnet ist. Wenn sich auch die Darstellung in Fig. 2 und 3 nur auf eine Zelle oder ein Element einer Anzeigematrix beschränkt, so sei daraufhingewiesen, dass viele solcher Zellen in der X- und Y-Richtung hintereinanderliegen und so die Anzeigematrix bilden. Source voltage, the middle line of the gate voltage and the lower line of the drain voltage is assigned. Although the representation in FIGS. 2 and 3 is limited to only one cell or one element of a display matrix, it should be pointed out that many such cells lie one behind the other in the X and Y directions and thus form the display matrix.

Nachstehend werden einige Maskenformen (Auftra-gungs- oder Photo-Masken) sowie Fabrikationsschritte bei der Herstellung des erfindungsgemässen Dünnfilm-Transi-storanordnungs-Substrates beschrieben. Some mask shapes (application or photo masks) and manufacturing steps in the production of the thin-film transistor array substrate according to the invention are described below.

Schritt 1 : Mit Hilfe einer in Fig. 4 (a) dargestellten Maske werden gleichzeitig eine Elektrode 25 des Kondensators 8 und die Gateelektrode 3 auf das Substrat aufgebracht, das Elektrodenmaterial ist AI oder dergleichen. Perspektivisch ist dieser Schritt in Fig. 5 (a) und geschnitten in Fig. 6 (a) dargestellt. Step 1: Using a mask shown in Fig. 4 (a), an electrode 25 of the capacitor 8 and the gate electrode 3 are simultaneously applied to the substrate, the electrode material is Al or the like. This step is shown in perspective in FIG. 5 (a) and in section in FIG. 6 (a).

Schritt 2: Ein beispielsweise aus Si02 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: Step 2: An insulating film 26 consisting of SiO 2, for example, is applied entirely, see the perspective representation of the film in FIG. 5 (b) and the cross section in FIG. 6 (b). This insulating film 26 has the following functions:

1) die Gateelektrode 3 wird im Kreuzungsbereich gegenüber einer in Schritt 4 aufgebrachten Sourceelektrode 40 elektrisch getrennt; 1) the gate electrode 3 is electrically separated in the crossing region from a source electrode 40 applied in step 4;

2) der Isolierfilm 26 dient als Isolierschicht für die Gateelektrode des Thin-Film-Transistor-Elements (TFT-Ele-ment); und 2) the insulating film 26 serves as an insulating layer for the gate electrode of the thin film transistor element (TFT element); and

3) der Isolierfilm 26 bildet eine dielektrische Schicht für den Kondensator 8. 3) the insulating film 26 forms a dielectric layer for the capacitor 8.

Schritt 3: Ein Halbleiterfilm 27 aus Tellur wird so auf den Isolierfilm 26 aufgetragen, dass er über der Gateelektrode 3 liegt; hierbei wird die Maske von Fig. 5 (b) verwendet. Per- Step 3: A tellurium semiconductor film 27 is applied to the insulating film 26 so that it lies over the gate electrode 3; the mask of Fig. 5 (b) is used here. By-

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spektivisch ist dieser Film in Fig. 5 (c) und im Querschnitt in Fig. 6 (c) dargestellt. this film is shown in perspective in FIG. 5 (c) and in cross section in FIG. 6 (c).

Schritt 4: Mittels einer Maske, die in Fig. 4 (c) dargestellt ist, wird eine Sourceelektrode 40, eine Drain- und eine Bild-5 elementelektrode 41 der Flüssigkristallzelle auf der Seite des TFT-Substrates gebildet. Diese Elemente bestehen aus AI, 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), a source electrode 40, a drain and a picture element 41 of the liquid crystal cell are formed on the side of the TFT substrate. These elements consist of AI, Au or the like. These electrodes are shown in perspective in FIG. 5 (d) and in section in FIG. 6 (d).

Mit den bisher beschriebenen Schritten wird das eine Sub-lo strat bzw. die eine Unterlage 18 der erfindungsgemässen Ma-trix-Flüssigkristall-Anzeigetafel gefertigt, und sie besitzt, wie die Schnittdarstellung der fertigen Matrix-Anzeige gemäss Fig. 7 zeigt, ausserdem eine zweite Unterlage 18', die einen transparenten und elektrisch leitfahigen Film 23 trägt, der i5 sämtlichen Bildelementen gemeinsam zugeordnet ist. Anschliessend wird ein transparenter Isolierfilm a30 aus SiO, Si02 oder dergleichen über beiden Elektroden aufgetragen und mittels schräger Bedampfung oder einer Reibtechnik auf verdrehtnematische Ausrichtung behandelt. Beide Unterla-20 gen 18,18' werden durch ein Abdichtungselement 32 miteinander fest verbunden. Danach wird das Flüssigkristallmaterial 20 zusammen mit dem Farbmaterial injiziert. Zur Vervollständigung der Anzeigetafel in Matrixanordnung wird ein einziger Polarisator 17 ausserhalb dieser Flüssigkristall-An-25 zeigezelle installiert. With the steps described so far, one substrate or one base 18 of the matrix liquid crystal display panel according to the invention is produced, and, as the sectional illustration of the finished matrix display according to FIG. 7 shows, it also has a second one Base 18 ', which carries a transparent and electrically conductive film 23, which i5 is assigned to all the picture elements together. Subsequently, a transparent insulating film a30 made of SiO, Si02 or the like is applied over both electrodes and treated by means of oblique vapor deposition or a rubbing technique for twisted nematic alignment. Both supports 20, 18, 18 'are firmly connected to one another by a sealing element 32. Thereafter, the liquid crystal material 20 is injected together with the color material. To complete the display panel in a matrix arrangement, a single polarizer 17 is installed outside of this liquid crystal display cell.

Es ist möglich, die Kondensator-Elektrode 25, die Gateelektrode 3 sowie die X-Leitungselektroden gleichzeitig und aus dem gleichen Material (AI) aufzutragen. Ferner ist es möglich, die Bildelement-Elektroden 41 der Flüssigkristall-30 zelle und die Source- und Drainelektroden des Dünnfilm-Transistors (TFT) zur gleichen Zeit mit dem gleichen Material (AI oder Au) aufzubringen. Dadurch wird die Fabrikation der Flüssigkristall-Anzeigetafel wesentlich vereinfacht. It is possible to apply the capacitor electrode 25, the gate electrode 3 and the X-line electrodes simultaneously and from the same material (AI). Furthermore, it is possible to apply the picture element electrodes 41 of the liquid crystal cell and the source and drain electrodes of the thin film transistor (TFT) at the same time with the same material (Al or Au). This significantly simplifies the manufacture of the liquid crystal display panel.

C C.

4 Blatt Zeichnungen 4 sheets of drawings

Claims

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PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS

1. Flüssigkristall-Anzeigetafel in Matrixanordnung, gekennzeichnet durch ein Paar Unterlagen (18,18'), von denen die eine mehrere Gateleitungen (3), mehrere dazu senkrechte Sourceleitungen(40) sowie an jedem Gate- und Sourcelei-tungskreuzungspunkt je einen durch eine Halbleiterschicht (27) aus Tellur gebildeten Dünnschicht-Feldeffekttransistor, und die andere einen transparenten und elektrisch leitfahigen Film (23) trägt; und durch eine sandwichartig zwischen dem Transistor und dem transparenten und elektrisch leitfähigen Film angeordnete Schicht (20) eines Flüssigkristallmaterials mit Gast/Wirteffekt. 1. Liquid crystal display panel in a matrix arrangement, characterized by a pair of documents (18, 18 '), one of which has a plurality of gate lines (3), a plurality of source lines (40) perpendicular thereto and one at each gate and source line crossing point Semiconductor layer (27) made of tellurium thin film field effect transistor, and the other carries a transparent and electrically conductive film (23); and by a layer (20) of a liquid crystal material with a guest / host effect which is sandwiched between the transistor and the transparent and electrically conductive film.

2. Flüssigkristall-Anzeigetafel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dünnschicht-Feldeffekttransistor eine Gateelektrode (3), eine Isolierschicht (26), eine Halbleiterschicht (27), eine Sourceelektrode (40) und eine Drainelektrode aufweist; und dass der sandwichartig zwischen der Transistoranordnung und dem transparenten und elektrisch leitfahigen Film (23) angeordneten Schicht (20) aus dem Flüssigkristallmaterial ein mehrfarbiges Farbmaterial zugesetzt ist. ■ 2. Liquid crystal display panel according to claim 1, characterized in that the thin-film field effect transistor has a gate electrode (3), an insulating layer (26), a semiconductor layer (27), a source electrode (40) and a drain electrode; and that the layer (20) made of the liquid crystal material is sandwiched between the transistor arrangement and the transparent and electrically conductive film (23), a multicolored color material is added. ■

3. Flüssigkristall-Anzeigetafel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Source- und Drain-Elektroden des Dünnschicht-Tranistors und die eine Elektrode der Flüssigkristallzelle aus dem gleichen Material hergestellt sind. 3. Liquid crystal display panel according to claim 2, characterized in that the source and drain electrodes of the thin-film transistor and the one electrode of the liquid crystal cell are made of the same material.

4. Flüssigkristall-Anzeigetafel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die eine Unterlage aus einem Keramikmaterial hergestellt ist. 4. Liquid crystal display panel according to claim 1, characterized in that at least the one base is made of a ceramic material.