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Die Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung mit einem elektrooptischen
Anzeigemedium zwischen zwei Trägerplatten, einem System von in Zeilen und Spalten
angeordneten Bildelementen, wobei jedes Bildelement von Bildelektroden gebildet wird,
die auf den einander zugewandten Oberflächen der Trägerplatten angeordnet sind, und
einem System aus Zeilen-und Spaltenelektroden zum Ansteuern der Bildelemente,
wobei eine Bildelektrode auf einer der Trägerplatten elektrisch leitend mit einer ersten
Schalteinheit zwischen einer Spaltenelektrode und der Bildelektrode und mit einer
zweiten Schalteinheit zwischen einer Elektrode für eine Bezugsspannung und der
Bildelektrode verbunden ist.
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Eine Schalteinheit kann ein oder mehrere Schaltelemente wie Dioden oder
MIMs umfassen.
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Eine Anzeigevorrichtung dieser Art eignet sich zum Wiedergeben von
Videomformation und auch beispielsweise alphanumerischer Information mittels passiver
elektrooptischer Anzeigemedien, wie z.B. Flüssigkristalle, elektrophoretische Lösungen,
elektrochrome Werkstoffe usw.
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Die Erfindung betrifft auch eine Trägerplatte zur Verwendung in solch
einer Anzeigevorrichtung.
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Eine Anzeigevorrichtung der eingangs erwähnten Art ist aus EP-A-0 415
500 bekannt. In einer in dieser Anmeldung beschriebenen Vorrichtung erhalten die
Bildelemente eine bestimmte Justierung pro Zeile durch genaues Laden oder Entladen
der mit diesen Bildelementen zusammenhängenden Kapazitäten, nachdem sie erst zu
weit entladen oder geladen worden sind. Vor der Selektion wird an den Bildelementen
eine Hilfsspannung außerhalb oder auf der Grenze des für die Bildwiedergabe zu
verwendenden Spannungsbereichs angelegt. In einem der Ausführungsbeispiele wird dies
mit Hilfe von Schalteinheiten erreicht, die Dioden umfassen, die mit einer geeignet
gewählten Bezugsspannung verbunden sind.
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Ein bei der Herstellung einer solchen Anzeigevorrichtung auftretendes Problem
ist Testbarkeit auf der aktiven Trägerplatte, auf der sich Bildelektroden und die
nichtlinearen Schaltelemente (Dioden) befinden. Dieses Problem entsteht, weil alle
Bildelektroden und ihre zugehörigen Schaltelemente in einer einzigen Spalte zwischen
der relevanten Spaltenelektrode und einer Elektrode für eine Bezugsspannung gleichsam
parallel angeordnet sind. Getrennte Messung der Bildelektroden und ihrer zugehörigen
Schaltelemente ist daher nicht möglich.
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Wenn eine Anzeigevorrichtung der eingangs erwähnten Art zur Farbwiedergabe
verwendet werden soll, ist sie vorzugsweise mit einem Farbfilter versehen, in dem die
Farben (beispielsweise, die Primärfarben Rot, Grün und Blau) entsprechend einer
"Delta-Struktur" angeordnet sind. Dies bedeutet, daß für eine einzige Zeile vollständiger
Bildelemente (von denen jedes aus drei zusammenzusetzenden Bildelementen besteht)
zwei Zeilen von Bildelementen hintereinander angesteuert werden.
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Um Verschlechterung des Flüssigkristallmaterials entgegenzuwirken,
werden die Bildelemente regelmäßig mit entgegengesetzten Polaritäten angesteuert,
beispielsweise jede aufeinandefolgende Teilbilddauer. Um "Flächenflimmern" zu
verhindern, wird die Polarität auch innerhalb einer Teilbilddauer nach dem Ansteuern von
jeweils zwei Zeilen von Bildelementen umgekehrt ("Doppelzeileninversion"). Dies kann
jedoch zu einem leicht gestreiften Bild führen. Ein anderer Nachteil ist, daß eine
Spaltenelektrode abwechselnd mit Signalen unterschiedlicher Farben versehen werden muß,
was die Ansteuerungselektronik zusätzlich kompliziert macht.
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Ein weiterer Nachteil der bekannten Anzeigevorrichtung ist, daß
Spannungszeilen für die Bezugsspannung zwischen den Bildelementen in Spaltenrichtung
vorgesehen sind. In diesem Fall wechselt zwischen den Spalten von Bildelementen eine
Elektrode üblicherweise mit zwei Elektroden ab, nämlich eine Elektrode für die
Bezugsspannung, zwei Spaltenelektroden und so weiter. Eine solche Unterteilung geht nicht
nur auf Kosten der effektiven Bildfläche, sondern führt auch zu Artefakten in dem Bild.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anzeigevorrichtung der
eingangs beschriebenen Art zu verschaffen, in der die Schaltelemente und jede zugehörige
Bildelektrode bereits in einem Halbfabrikat getestet werden können, nämlich der aktiven
Trägerplatte (dem aktiven Bildschirm).
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Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, eine solche Anzeigevorrichtung
für Farbwiedergabe zu verschaffen, in der jede Spalte Signale nur einer einzigen Farbe
empfängt, so daß die Ansteuerungselektronik einfach ist, während auf Wunsch
Einzeloder Doppelzeileninversion trotzdem möglich ist.
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Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der
eingangs beschriebenen Art zu verschaffen, die eine große effektive Oberfläche hat und
nahezu keine Artefakte erzeugt.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß dies durch ein solches
Strukturieren der Spaltenelektroden und der Elektroden für die Bezugsspannung erreicht
werden kann, daß jede Bildelektrode und die zugehörigen Schaltelemente durch eine
deutige Kombination dieser Elektroden selektiert werden können.
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Hierzu ist eine erfindungsgemaße Anzeigevorrichtung durch die
Elektroden für die Bezugsspannung und die Spaltenelektroden, die einander in Form einer
Matrix kreuzen und an jedem Ort der Kreuzung der Matrix voneinander elektrisch
isoliert sind, gekennzeichnet.
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Da jede Bildelektrode und die zugehörigen Schaltelemente mit einer zu
einer von den Spaltenelektroden und den Elektroden für die Bezugsspannung gebildeten
Matrix gehörenden Kreuzung zusammenhängen, können die Bildelektroden eindeutig
delektiert werden, so daß jede Reihenschaltung aus einer Bildelektrode und den
Schalteinheiten gesondert getestet werden kann.
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Die Spaltenelektroden brauchen jetzt nicht mehr paarweise zwischen Spalten
von Bildelementen angeordnet zu sein. Eine Spaltenelektrode kann jetzt über die
Schalteinheiten abwechselnd mit einer Bildelektrode links und einer Bildelektrode rechts
verbunden werden. In einer Delta-Struktur, bei der die Spalten mäandrisch verlaufen, bietet
dies die Möglichkeit, jeder Spaltenelektrode Information derselben Farbe anzubieten,
was die weitere Ansteuerung vereinfacht. Falls notwendig, ist jetzt auch Inversion pro
Zeile von Bildelementen möglich, so daß die oben genannten Probleme einer
"Doppelzeileninversion" nicht auftreten.
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Da nun immer eine einzelne Spaltenelektrode zwischen zwei
aufeinanderfolgenden Zeilen von Bildelektroden liegt, kann in Zeilenrichtung gesehen eine sehr
periodische Struktur erhalten werden, so daß das Auftreten von Artefakten verringert ist. Auch
kann eine größere effektive Oberfläche realisiert werden, was besonders vorteilhaft ist,
wenn geradlinige Spaltenelektroden verwendet werden, wie in Vorrichtungen zur
Projektionswiedergabe und Vorrichtungen für computergraphische Wiedergabe.
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Nach dem Testen der Elemente gibt es verschiedene Möglichkeiten, die
Bezugsspannung mit den zugehörigen Leitungen zu verbinden. Dies kann beispielsweise
durch Verbinden dieser Leitungen an einer Seite mit einem Metallisierungsstreifen
erfolgen, der entweder innerhalb oder außerhalb des Abdichtrandes liegen kann.
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Aus Redundanzerwägungen ist es empfehlenswert, diese Leitungen an
zwei Seiten anzuschließen. Dies kann beispielsweise geschehen, indem die
Metallisierung zu beiden Seiten vorgesehen wird. Diese Leitungen können auch über den
Abdichtrand, der dann aus anisotrop leitendem Material besteht, mit einer Anschlußelektrode
an der anderen Trägerplatte verbunden werden.
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Eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Anzeigevorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Schicht aus Halbleitermaterial
zwischen den Elektroden am Ort einer Kreuzung der Elektrode für die Bezugsspannung
und der Spaltenelektrode vorhanden ist.
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Diese Schicht aus Halbleitermaterial besteht beispielsweise aus amorphem
Silicium, in dem ein pn-Übergang realisiert worden ist. Diese Schicht kann als
zusätzliche Schicht vorgesehen sein, wenn die Elektroden bereits durch ein elektrisch
isolierendes Material voneinander getrennt sind.
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Die Zeilenelektroden (oder Selektionsleitungen) der Anzeigevorrichtung
brauchen nicht notwendigerweise auf einer anderen Trägerplatte vorhanden zu sein,
sondern können sich auch auf der gleichen Trägerplatte wie die Spaltenelektroden
befinden, wie in der offengelegten europäischen Patentanmeldung Nr.0 357 147 (PHN
12.651) beschrieben, in der die Selektionsleitungen kapazitiv mit den Bildelektroden
gekoppelt sind.
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Eine Trägerplatte zur Verwendung in einer aktiven Matrix ist dadurch
gekennzeichnet, daß die Trägerplatte ein System von in Zeilen und Spalten
angeordneten Bildelektroden umfaßt, wobei eine Bildelektrode elektrisch leitend mit einer ersten
Schalteinheit zwischen einer Spaltenelektrode und der Bildelektrode und mit einer
zweiten Schalteinheit zwischen einer Elektrode für eine Bezugsspannung und der
Bildelektrode verbunden ist, wobei die Elektroden für die Bezugsspannung und die
Spaltenelektroden einander in Form einer Matrix kreuzen und am Ort einer Kreuzung der Matrix
voneinander elektrisch isoliert sind.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und
werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
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Fig. 1 eine schematische Draufsicht und eine teilweise funktionelle
Ansicht eines Teils einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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Fig. 2 die Trägerplatte von Fig. 1 während einer Testphase,
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Fig. 3 eine schematische Draufsicht eines Details der Vorrichtung von
Fig. 1,
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Fig. 4 eine Abwandlung von Fig. 3,
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Fig. 5 und 6 mögliche Querschnitte entlang der Linie V-V in Fig. 4,
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Fig. 7 eine schematische Draufsicht eines anderen Teils der Vorrichtung
von Fig. 1 und
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Fig. 8 einen Querschnitt entlang der Linie VII-VII in Fig. 7.
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Die Figuren sind schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Teile
haben im allgemeinen gleiche Bezugszeichen.
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Fig. 1 zeigt einen Teil einer Trägerplatte 2 teilweise in einer Draufsicht
und teilweise funktionell, wobei die Trägerplatte Teil einer Anzeigevorrichtung 1 ist,
beispielsweise einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung. Bildelektroden 4 aus
beispielsweise Indium-Zinn-Oxid sind auf der Trägerplatte 2 realisiert. Diese Bildelektroden 4
definieren Bildelemente, die über nichtlineare Schalteinheiten, d.h. in dieser
Ausführungsform Dioden 5 angesteuert werden. Hierzu sind die Dioden 5 zwischen den
Bildelektroden 4 und den Spaltenelektroden 10 angeordnet, die zusammen mit einem System
aus Zeilenelektroden die Bildelemente ansteuern. Die Zeilenelektroden 7 (schematisch
mit gestrichelten Linien dargestellt) befinden sich auf einer anderen, gegenüber der
Trägerplatte 2 liegenden Trägerplatte und sind so strukturiert, daß sie zusammen mit den
Bildelektroden 4 die genannten Bildeleinente definieren. Am Ort eines schematisch mit
einer gestrichelten Linie dargestellten Abdichtrandes 8 sind die Zeilenelektroden 7
elektrisch leitend mit auf der Trägerplatte 2 angebrachten Anschlußbahnen 9 verbunden.
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Die vorliegende Vorrichtung umfaßt auch Elektroden
(Spannungsleitungen) 6 für eine Bezugsspannung. Die Bildelektroden 2 sind über nichtlineare
Schalteinheiten,
in diesem Fall Dioden 11, mit diesen Elektroden (Spannungsleitungen) 6
verbunden, so daß jedes Bildelement entladen oder auf eine gewünschte Spannung
aufgeladen werden kann. Die Funktionsweise und Ansteuerung einer solchen
Anzeigevorrichtung ist in der offengelegten europäischen Patentanmeldung Nr.0 299 546 näher
beschrieben.
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Erfindungsgemäß kreuzen die Spaltenelektroden 10 die Leitungen 6 für
die Bezugsspannung und sind von ihnen elektrisch isoliert. Folglich ist jede
Bildelektrode 4 zusammen mit ihren zugehörigen Dioden 5, 11 eindeutig mit einer von den
Elektroden 10 und den Leitungen 6 gebildeten Kreuzung in der Matrix gekoppelt, so
daß jede Bildelektrode 4 und die zugehörigen Dioden gesondert getestet werden können.
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Wenn die Anzeigevorrichtung ein Farbfilter hat, in dem die Farben
entsprechend einem Delta-Muster vorgesehen sind (in Fig. 1 mit den Buchstaben R, G, B
bezeichnet), ist jede Spaltenelektrode 10 über Dioden 5 mit zu ein und derselben Farbe
gehörenden Bildelektroden 4 verbunden. Dies vereinfacht die Vorrichtung. Außerdem
wird bei Einzelzeileninversion das Auftreten von Streifen verringert. Für jede
Spaltenelektrode kann jetzt eine Farbsorte angeregt werden, weil die Dioden 5 wegen des
Wegfallens der Leitungen für die Bezugsspannung zwischen den Spalten jetzt
abwechselnd Bildelektroden links und rechts ansteuern können. Dies führt auch zu einer
regelmäßigen Struktur in Zeilenrichtung, so daß eine größere effektive Oberfläche erhalten
wird und das Auftreten von Artefakten verringert ist.
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Fig. 2 ist eine schematische Draufsicht eines Teils einer mit
Bildelektroden und den zugehörigen Dioden 5, 11 versehenen Trägerplatte 2. Abhängig von ihren
Positionen werden die Bildelektroden als aa, ab, ac, ad, ..., ba, bb, bc, bd, ..., ca, cb,
cc usw. bezeichnet. Jede Kombination aus Bildelektrode und Dioden kann jetzt
gesondert getestet werden, indem ein Schalter 12 geschlossen wird, der eine Elektrode 6 mit
einer Meß-und/oder Testanordnung verbindet, in der beispielsweise über Stromquellen
13 und Meßpunkte 14 Strom/Spannungskennlinien gemessen werden. In der
vorliegenden Ausführungsform ist der Schalter 12c geschlossen, so daß alle Elektroden ca, cb,
cc, ... gleichzeitig oder nicht gleichzeitig getestet werden.
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Fig. 3 und 4 sind schematische Draufsichten einiger detaillierterer
Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtungen, insbesondere
Realisierungen von Elektroden und Dioden auf der Trägerplatte 2. Fig. 3 zeigt eine
Ausführungsform
mit einem mäandrischen Muster der Spaltenelektroden 6, analog dem in Fig.
1, 2. Fig. 4 ist eine gleichartige Draufsicht mit als geradlinige Streifen gebildeten
Spaltenelektroden 6 senkrecht zur Zeilenrichtung; letztere Ausführungsform ist besonders
für Vorrichtungen für Projektionsfernsehen und Comptergraphikanwendungen geeignet.
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In Fig. 3, 4 werden die Bildelektroden 4 wieder über Dioden 5, 11
(schematisch mit Quadraten in gestrichelten Linien dargestellt, die beispielsweise Gebieten
aus amorphem Silicium entsprechen, in denen die Dioden realisiert sind) mit
Spaltenelektroden 10 und Elektroden 6 für eine Bezugsspannung verbunden. In der
Ausführungsform von Fig. 3 erstreckt sich die Elektrode 10 teilweise unter der Elektrode 6 (in
Zeilenrichtung) und ist von dieser durch eine elektrisch isolierende Schicht 15 isoliert.
Die Elektroden 4 und 10 können in dieser Ausführungsform jedoch auch nebeneinander
liegen. Die Lage der Zeilenelektroden auf der anderen Trägerplatte ist wieder
schematisch mit gestrichelten Linien 7 dargestellt. In dieser Ausführungsform sind die Dioden
5, 11 pin-Dioden, deren n-Schichten an der Oberseite, wo diese Dioden über
Kontaktlöcher 24 mit einem Metallisierungsstreifen 25 verbunden sind, die Diode mit der
Bildelektrode 4 und den Spannungsleitungen 6 verbinden.
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Fig. 5 und 6 zeigen mögliche Querschnitte entlang der Linie V-V in Fig.
4. In dieser Ausführungsform besteht die auf der Trägerplatte 2 angebrachte Elektrode 6
aus einer Zweifach-Schicht aus Oxid 16, die mit einer Chrom-Schicht 17 bedeckt ist.
Die Elektrode 10 ist von der Spaltenelektrode 6 mittels einer Isolierschicht 15 aus
beispielsweise Siliciumoxid oder Siliciumnitrid elektrisch isoliert. Die Zeilenelektroden 7
befinden sich auf der anderen Trägerplatte 3. Die beiden Trägerplatten 2, 3 sind mit
einer elektrisch isolierenden Orientierungsschicht 18 aus beispielsweise Polyimid
bedeckt, die auch als Schutzschicht dienen kann. Zwischen den beiden Platten befindet
sich eine Schicht aus Flüssigkristallmaterial 19.
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In Fig. 6 befindet sich eine Halbleiterschicht 20 zwischen der Elektrode 6
und der elektrisch isolierenden Schicht 15, wobei die Halbleiterschicht gleichzeitig mit
den Gebieten für die Dioden 5 angebracht wird und in ihr in gleicher Weise Dioden
realisiert werden, so daß Leitung nur in Richtung der Elektrode 10 möglich ist,
beispielsweise zwischen der Elektrode 6 und dieser Elektrode 10. Wenn jetzt zwischen der
Halbleiterschicht 20 und der Spaltenelektrode 10 ein Kurzschluß auftritt, beispielsweise
infolge eines "pinhole" 21 in der Schicht 15, bleibt der pn-Übergang gesperrt, wenn die
Vorrichtung gemäß einem Verfahren, wie in der europäischen Veröffentlichung Nr.
0 299 546 beschrieben, betrieben wird, so daß solch ein Kurzschluß keine nachteiligen
Folgen hat.
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Nachdem die Matrix auf der Trägerplatte 2 in der anhand von Fig. 2
beschriebenen Weise getestet worden ist und falls notwendig beispielsweise mit Hilfe
von Lasertechniken (lasergestützte Abscheidung, Laserschneiden) repariert worden ist,
müssen die Spannungsleitungen 6 mit einer (einem Anschluß für eine) Bezugsschaltung
verbunden werden. Hierfür gibt es verschiedene Möglichkeiten. Beispielsweise können
die Leitungen 6 mit Hilfe eines zusätzlichen Metallisierungsschrittes, bei dem ein
Metallisierungssteifen auf der Trägerplatte 2 abgeschieden wird, miteinander verbunden
werden. Der zusätzliche Metallisierungsstreifen kann entweder innerhalb oder außerhalb des
Abdichtrandes 8 abgeschieden werden. Die letztgenannte Möglichkeit hat jedoch den
Nachteil, daß die Zeilenelektroden 7 nur an einer Seite verbunden werden können.
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Fig. 7 und 8 sind eine Draufsicht bzw. ein Querschnitt einer möglichen
Art der Verbindung. Der Abdichtrand 8 besteht aus anisotrop leitendem Material,
beispielsweise einer Kunststoffschicht mit darin verteilten elastischen Kügelchen, die
beispielsweise vergoldet sind; die anisotrope Art der Leitung wird in Fig. 8 mit Hilfe von
leitenden Bahnen 22 erläutert. Diese Bahnen 22 verbinden die Metallbahnen 9, die
unterhalb des Randes 8 verlaufen, mit Zeilenelektroden 7 auf der Trägerplatte 3, wobei
die Zeilenelektroden ihrerseits weit genug oberhalb des Randes 8 verlaufen, um
elektrisch leitenden Kontakt mittels der Bahnen 22 zu garantieren. In gleicher Weise
garantieren diese Bahnen 22 den elektrisch leitenden Kontakt zwischen den
Spannungsleitungen 10 und einer auf der Trägerplatte 3 angebrachten Elektrode 23 für die
Bezugsspannung.
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Die Erfindung beschränkt sich natürlich nicht auf die dargestellten
Ausführungsformen, sondern im Anwendungsbereich der Erfindung sind mehrere
Abwandlungen möglich. Aus Redundanzgründen können beispielsweise nichtlineare
Schalteinheiten mit mehreren Elementen (parallel und/oder in Reihe) statt einzelner Dioden
verwendet werden. Die Bildelektroden 4 können auch verschiedene Geometrie haben. Die
Zeilenelektroden können auch kapazitiv mit den Elektroden der Bildelemente gekoppelt
sein und können dann auf derselben Trägerplatte 2 realisiert sein, wie ausführlicher in
der europäischen Patentanmeldung Nr. EP-A-0 357 147 beschrieben wird. Schließlich
können alle Dioden in entgegengesetzter Richtung geschaltet sein.