專利名稱：帶有電絕緣層的電光顯示器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在顯示系統(tǒng)中用于顯示圖象的使用電光調(diào)制器的顯示器件。
使用電光調(diào)制顯示器件的顯示系統(tǒng)特別適合于以布置在代表全色幀的連續(xù)幀中的連續(xù)刷新的圖象信息信號(hào)的形式顯示彩色信息，例如彩色視頻信息，其中每個(gè)幀由分色子幀構(gòu)成。
這些系統(tǒng)使用組成行列矩陣象素的一個(gè)或多個(gè)電光調(diào)制顯示器件，用于根據(jù)在連續(xù)的幀周期過(guò)程中的圖象信息信號(hào)調(diào)制光。在每個(gè)幀周期的時(shí)間，該信號(hào)信息施加到矩陣的象素行。
這種顯示系統(tǒng)通常使用三個(gè)這樣的顯示器件，每個(gè)對(duì)應(yīng)于彩色顯示信號(hào)的一個(gè)原色分量。滾動(dòng)彩色投影顯示系統(tǒng)也是已知的，其中彩色條重復(fù)循環(huán)穿過(guò)單個(gè)的電光調(diào)制器件以產(chǎn)生彩色顯示。例如這里引入作為參考的普通許可的美國(guó)專利US5,532,763。
硅上的有源矩陣液晶顯示器(AMLCD)被用作彩色顯示的電光調(diào)制器。這種工作在反射模式的器件特別適合于高分辨率顯示，因?yàn)榭梢栽诠枰r底上在反射電極下面集成矩陣結(jié)構(gòu)的行和列電極、開(kāi)關(guān)和存儲(chǔ)電容器，由此獲得這種高分辨率顯示所需要的高象素密度。
在通常的結(jié)構(gòu)中，反射金屬例如鋁的電極陣列沉積在硅襯底上。這些電極限定了陣列的各個(gè)象素。接下來(lái)，在反射象素電極的陣列上形成取向?qū)樱@一層由能夠?qū)⒁壕У姆肿尤∠虻筋A(yù)定的方向上的材料形成，例如聚酰亞胺，之后摩擦該層以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于摩擦方向的取向。相對(duì)的透明襯底，例如玻璃，載有相對(duì)的通常是銦錫氧化物(ITO)的透明電極和也可以是摩擦的聚酰亞胺的第二取向?qū)?。這些相對(duì)的結(jié)構(gòu)限定了其中包含液晶材料的單元。
為了避免使液晶材料劣化，和在驅(qū)動(dòng)過(guò)程中保持LCD的對(duì)稱電特性，這種LCD用AC信號(hào)驅(qū)動(dòng)。即，用于每個(gè)象素的連續(xù)信息信號(hào)的極性交替地為正和負(fù)。
不幸的是，反射LCD器件的非對(duì)稱物理結(jié)構(gòu)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)過(guò)程中很大的電學(xué)非對(duì)稱，這通常以疊加在AC驅(qū)動(dòng)信號(hào)之上的DC偏移的形式表現(xiàn)出來(lái)。這種DC偏移在連續(xù)刷新的顯示圖象例如視頻圖象中產(chǎn)生了顯著的閃爍，特別是在陣列是被幀倒象方法驅(qū)動(dòng)時(shí)，其中陣列的所有象素在一個(gè)幀中被驅(qū)動(dòng)到相同的極性，然后在下一個(gè)幀中被驅(qū)動(dòng)到相反的極性。
使用其它驅(qū)動(dòng)倒象方案，例如行、列或象素倒象，可以降低顯示圖象中可覺(jué)察的閃爍。在行和列倒象中，在每個(gè)幀中交替的行或列被驅(qū)動(dòng)到相反的極性，而在象素倒象中，在象素級(jí)上使用一些其它倒象圖案，例如跳棋盤圖案。然而這些方法都不能消除閃爍，除非電的非對(duì)稱很小。這些驅(qū)動(dòng)方法還導(dǎo)致人為后果，例如對(duì)比度損失或在移動(dòng)物體中產(chǎn)生垂直或水平條帶。
另一個(gè)抑制閃爍的方法是調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電壓以補(bǔ)償DC偏移。然而這種有源補(bǔ)償方案難以實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槠齐妷涸谙笏仃嚵猩鲜遣痪鶆虻模译S時(shí)間而變化。
另一個(gè)抑制閃爍的方法是在更高的幀速率下驅(qū)動(dòng)顯示器件，象在用作計(jì)算機(jī)監(jiān)視器的CRT的情況所作的那樣。然而，以更高的幀速率驅(qū)動(dòng)增加了驅(qū)動(dòng)電路的成本和復(fù)雜性。而且以更高的幀速率驅(qū)動(dòng)彩色序列系統(tǒng)需要更快的開(kāi)關(guān)LC或降低顯示器的亮度，因?yàn)樾枰龃箝_(kāi)銷時(shí)間以補(bǔ)償LC響應(yīng)。
在US5764324中，提供了無(wú)閃爍的反射LCD單元，其中通過(guò)用一層透明電極材料覆蓋反射層使反射電極的功函數(shù)作得約等于透明電極的功函數(shù)。此外，可以在反射電極的反射層和透明層之間放置一層介質(zhì)材料。
在日本專利摘要08184824中，通過(guò)在透明電極的液晶側(cè)上形成一絕緣膜，提供了一個(gè)無(wú)閃爍反射LCD單元。介質(zhì)膜與透明電極類似地動(dòng)作，由此在兩個(gè)電極之間提供電學(xué)對(duì)稱。
在日本專利摘要63-77016中，通過(guò)均衡取向?qū)拥碾娮?，提供了一個(gè)無(wú)閃爍反射LCD單元。
本發(fā)明的目的是降低或基本消除在AC驅(qū)動(dòng)過(guò)程中發(fā)生在電光調(diào)制器中的DC偏移，不需要添加額外的導(dǎo)電層，改變?nèi)∠驅(qū)踊蚋淖凃?qū)動(dòng)條件。
該目的通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的電光調(diào)制器件達(dá)到，其特征在于該器件包括在第一和第二支撐襯底之間的一層電光材料，每個(gè)襯底支撐一層與電光材料接觸的取向材料層和一層電化學(xué)交互材料，其中電光調(diào)制器件包括形成在取向材料層和電化學(xué)交互材料層之間的相對(duì)不活潑材料的一阻擋層。
根據(jù)本發(fā)明，已發(fā)現(xiàn)在電光顯示器件的AC驅(qū)動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)的DC偏移是由于電極和與電極相接觸的液晶取向?qū)又g的電化學(xué)交互作用引起的。在這種顯示器件中，其中在LC單元的相對(duì)側(cè)存在不同的電化學(xué)交互作用，產(chǎn)生內(nèi)部DC電壓，很容易發(fā)生DC偏移，電化學(xué)交互作用越不同，偏移越大。
這種不同在反射顯示器件中易于達(dá)到最大，其中顯示器件在LC單元的一側(cè)具有反射電極，在另一側(cè)具有透射電極。如這里所用的，“反射”表示包括部分反射、半透明電極，例如在半透半反顯示器件中所用的。
根據(jù)本發(fā)明，在電光顯示器件的AC驅(qū)動(dòng)過(guò)程中由內(nèi)部DC電壓產(chǎn)生的DC偏移通過(guò)在液晶取向?qū)雍拖噜弻?即電極層)之間形成中間阻擋層(即電絕緣層)以阻止這些層之間在其它情況下將發(fā)生的電化學(xué)交互作用而降低或基本消除。
電化學(xué)交互層通常是導(dǎo)電材料的，而阻擋層通常是電絕緣材料，有機(jī)或無(wú)機(jī)的，但優(yōu)選地從無(wú)機(jī)氧化物或氮化物中選擇，例如氮化硅或氧化硅、氧化鉈或氧化鈦。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，電光顯示器件是反射性器件，其中第一襯底支撐限定象素元件陣列的反射電極陣列，第一取向?qū)痈采w象素電極陣列，第二透明襯底支撐共用透明電極，第二取向?qū)痈采w共用透明電極，其中第一電絕緣層形成在象素電極陣列和第一取向?qū)又g，第二電絕緣層形成在共用電極和第二取向?qū)又g。
其它有利的實(shí)施例由從屬權(quán)利要求限定。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的典型反射AMLCD器件的一部分的簡(jiǎn)略剖視圖。
圖2是本發(fā)明的典型反射AMLCD器件的一部分的簡(jiǎn)略剖視圖。
圖3是具有類似于圖1結(jié)構(gòu)的測(cè)試單元的電流-時(shí)間曲線。
圖4是類似于圖3的具有圖2所示的絕緣材料層的測(cè)試單元的曲線。
參考圖1，它簡(jiǎn)略示出了現(xiàn)有技術(shù)的反射顯示器件的一部分的剖視圖，具有硅襯底10，它可以包括用于有源矩陣的線性、開(kāi)關(guān)和存儲(chǔ)電容器，未示出。支撐在襯底10上的是一部分導(dǎo)電材料的反射電極陣列12，例如鋁或鋁合金。該電極陣列12分割成各個(gè)子電極或象素電極的陣列，每個(gè)子電極或象素電極分別限定顯示器的一個(gè)象素。形成在電極12頂上的是聚酰亞胺的取向?qū)?4，其已通過(guò)已知的方法摩擦以提供取向。
透明材料例如玻璃的第二襯底22支撐形成透明導(dǎo)電材料例如銦錫氧化物(ITO)的共用相對(duì)電極的層20。在相對(duì)電極20的上面是摩擦的聚酰亞胺的第二取向?qū)?8。其它可能的取向?qū)影ü鈱?duì)準(zhǔn)的有機(jī)層或斜角蒸發(fā)的絕緣層。
襯底10和22和透明的支撐層形成一個(gè)單元，其中限定有液晶材料16，例如扭轉(zhuǎn)向列液晶(TN-LC)材料。已知，假設(shè)在TN-LC材料的分子通過(guò)與取向?qū)?4和18接觸而感應(yīng)到優(yōu)選的方向時(shí)，TN-LC材料根據(jù)施加的電壓調(diào)制偏振光。偏振元件(未示出)一般地提供在這種電光器件中，與襯底22的外表面接觸或相鄰，按已知的方式偏振入射光和分析反射光。
為了基本消除電化學(xué)交互作用和與AC驅(qū)動(dòng)過(guò)程中的DC偏移有關(guān)的內(nèi)部DC電壓，重要的是在每個(gè)聚酰亞胺層和相鄰導(dǎo)電層之間提供阻擋層，否則導(dǎo)電層將與聚酰亞胺層接觸。
圖2表示在類似于圖1的器件中的兩個(gè)這種絕緣層。絕緣層24形成在電極陣列12和聚酰亞胺層14之間，而絕緣層26形成在相對(duì)的電極20和聚酰亞胺層18之間。這些絕緣層24和26是氮化硅形成的，但其它合適的絕緣材料可以代替氮化硅，例如氧化硅或鉈、鋁或鈦的氮化物或氧化物?？梢允褂闷渌魏谓^緣材料，只要它能基本消除或禁止層12和14與層18和20之間的電化學(xué)交互作用。
阻擋層的厚度應(yīng)足以基本降低或消除取向?qū)雍拖噜弻又g的電化學(xué)交互作用。已發(fā)現(xiàn)100納米的層厚足以用于此目的，盡管可以使用更薄的層(例如單分子層)。
比基本降低或消除電化學(xué)交互作用所需的厚度更厚也是可以接受的，只要層兩端的電壓降和驅(qū)動(dòng)電壓幅值的相應(yīng)增長(zhǎng)是可以接受的。優(yōu)選地，最大的厚度應(yīng)比LC層的厚度小得多，例如15-20％，它對(duì)于這些器件大約是0.7-6微米。
使用標(biāo)準(zhǔn)制造技術(shù)構(gòu)造具有類似于圖1和2所示的結(jié)構(gòu)的四個(gè)測(cè)試單元。對(duì)于每個(gè)測(cè)試單元，在單晶硅襯底上濺射約100埃厚的反射鋁電極，在玻璃襯底上淀積約200-400埃厚的銦錫氧化物(ITO)的相對(duì)電極。然后在鋁和ITO電極上通過(guò)旋涂和烘干消除聚酰亞胺層，之后通過(guò)摩擦使這些層有取向方向。
在第一個(gè)測(cè)試單元，用A表示，在形成聚酰亞胺層之前在鋁電極上淀積100納米厚的氮化硅層。在約180-200℃通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(PECVD)技術(shù)淀積氮化硅。然后將襯底裝配到測(cè)試單元中，之后在單元中充入TN-LC材料和密封。
在第二單元，用B表示，在形成聚酰亞胺層之前通過(guò)上述技術(shù)在鋁電極和ITO電極上淀積100納米厚的氮化硅層。在第三個(gè)單元，用C表示，在形成聚酰亞胺層之前通過(guò)上述技術(shù)只在ITO電極上淀積100納米厚的氮化硅層。在第四單元，用D表示，沒(méi)有氮化硅層淀積在鋁或ITO電極上。
用平衡的AC驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)這些單元，測(cè)量每個(gè)單元的閃爍，和測(cè)量各個(gè)象素的幀-幀亮度的差異。取兩組測(cè)量，第一組在裝配后一周進(jìn)行，結(jié)果報(bào)告在表Ⅰ中，第二組在裝配后三個(gè)月進(jìn)行，結(jié)果報(bào)告在表Ⅱ中。閃爍表示為高達(dá)6個(gè)不同象素的幀-幀亮度差別的平均百分比。
報(bào)告在表Ⅰ和Ⅱ中的還有補(bǔ)償平均閃爍值所需的DC校正值的計(jì)算值，單位為mV。
表Ⅰ單元鈍化的電極閃爍(％)DC校正(mV)AAl28 -132BAl和ITO 00CITO 22 -133D無(wú)25 -137
表Ⅱ單元 鈍化的電極閃爍(％)DC校正(mV)AAl 17 -73BAl和ITO00CITO29 -166D無(wú) 31 -170從表中可以看出，兩個(gè)電極都需要鈍化以消除閃爍。而且，只鈍化一個(gè)電極有很小或沒(méi)有效果，且在一些情況下實(shí)際還會(huì)增加閃爍。在只有鋁電極被鈍化的情況下，在老化三個(gè)月以后單元A的閃爍明顯降低，然而，閃爍仍保持在較高水平(17％)。
其次，B和D單元的鋁電極和ITO電極連接到由與靈敏的電流計(jì)串聯(lián)的可變DC電壓發(fā)生器組成的補(bǔ)償器，并測(cè)量0電壓時(shí)的電流以確定單元中的電化學(xué)電勢(shì)的出現(xiàn)。
結(jié)果顯示在圖3和圖4中，圖3中是沒(méi)有氮化硅層的D單元的電流(A)與時(shí)間(小時(shí))的曲線，圖4中是帶有氮化硅層的B單元的類似曲線(除了時(shí)間坐標(biāo)擴(kuò)展了和以秒為單位以外)。
圖3表示從鋁電極到ITO電極的大的初始電流很快衰減到約0.1pA/mm2的持續(xù)正電流，表示電化學(xué)作用。
圖4表示小的初始電流很快衰減到0，這表示無(wú)源層堆棧的正常放電過(guò)程。沒(méi)有氮化硅的第一單元中的電流示出為對(duì)應(yīng)于約350mV的內(nèi)部電壓，這足以在用AC波形驅(qū)動(dòng)顯示器件時(shí)產(chǎn)生顯著的閃爍。在第二單元的兩個(gè)電極上都添加了氮化硅，消除了電流和導(dǎo)致閃爍的內(nèi)部電壓。
本發(fā)明以有限的實(shí)施例加以說(shuō)明。其它實(shí)施例、變形和本領(lǐng)域等同物對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯然的，將被包括在權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電光顯示器件，包括在第一和第二支撐襯底(10,22)之間的電光材料(16)，每個(gè)襯底支撐一層與電光材料接觸的取向材料(14,18)和一層電化學(xué)交互材料(12,20)，其中電光顯示器件包括形成在取向材料層(14,18)和電化學(xué)交互材料層(12,20)之間的一層較不活潑材料的阻擋層(24,26)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電光顯示器件，其中所述電化學(xué)交互材料層(12,20)包括一導(dǎo)電層。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的電光顯示器件，其中所述阻擋層(24,26)包括電絕緣層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的電光顯示器件，其中所述阻擋層(24,26)的厚度為從約單分子層到所述電光材料層(16)厚度的約20％。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的電光顯示器件，其中第一襯底(10)支撐被構(gòu)圖形成限定象素陣列的反射電極陣列的第一導(dǎo)電材料層和覆蓋所述象素電極陣列(12)的第一取向?qū)?14)，第二襯底(22)基本是透明的，支撐形成相對(duì)的透明共用電極(20)的第二透明導(dǎo)電層和覆蓋所述相對(duì)共用電極的第二取向?qū)?18)，其中第一阻擋層(24)形成在象素電極陣列(12)和第一取向?qū)?14)之間，第二阻擋層(26)形成在相對(duì)共用電極(20)和第二取向?qū)?18)之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的電光顯示器件，其中所述阻擋層(24,26)包括電絕緣材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的電光顯示器件，其中所述電絕緣材料層(24,26)的材料選自硅、鉈、鋁和鈦的氮化物和氧化物組成的組。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的電光顯示器件，其中所述取向?qū)?14,18)包括摩擦的聚酰亞胺層。
9.根據(jù)權(quán)利要求5的電光顯示器件，其中所述取向?qū)?14,18)包括光對(duì)準(zhǔn)的有機(jī)層。
10.根據(jù)權(quán)利要求5的電光顯示器件，其中所述取向?qū)?14,18)包括斜角淀積的絕緣層。
11.根據(jù)權(quán)利要求5的電光顯示器件，其中所述反射電極(12)選自鋁和鋁合金。
12.根據(jù)權(quán)利要求5的電光顯示器件，其中所述共用相對(duì)電極(20)是銦錫氧化物。
全文摘要
在使用取向?qū)拥囊恍╇姽怙@示器件結(jié)構(gòu)的電學(xué)非對(duì)稱,例如內(nèi)部DC電壓,通過(guò)在取向?qū)雍拖噜彽碾姌O層之間插入以阻擋層而降低或消除,由此降低或消除了在這種器件被AC波形驅(qū)動(dòng)時(shí)導(dǎo)致顯示圖象中的閃爍的DC偏移。
文檔編號(hào)G02F1/1337GK1304495SQ00800881
公開(kāi)日2001年7月18日 申請(qǐng)日期2000年5月11日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月14日
發(fā)明者P·J·楊森, G·A·梅爾尼克, S·Y·雅科文科, V·A·科諾瓦洛夫, A·A·穆拉夫斯基 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司