专利名称：带有集成的反应气体源的等离子体寻址液晶显示装置的制作方法
本申请涉及对1996年6月28日申请的美国临时专利申请No.60/022,002的保护。
本发明涉及带有集成的反应气体源的等离子体寻址液晶显示装置。
美国专利5,077,553披露了寻址数据储存器件的设备。美国专利5,077,553中所说明的设备的实际装置可用附图4示意性地表示。
图4所示的PALC显示板按下列顺序包括偏振器2、通道基板4、盖板6、光电材料层10、一排并行透明数据驱动电极(其中只有一个用符号12表示，可在图4中看到)、装有数据驱动电极的上基板14和上偏振器16。通道基板2一般由玻璃制成，并在其上侧主表面上形成多个并行的通道20。通道20填充有可电离的气体。接地电极和选通电极设置在各个通道20中。通道20正交于数据驱动电极和数据驱动电极横跨通道(当垂直于板观察时)形成不连续的平板部件22的区域。可把每个平板部件看成为包含层10和上下偏振器2和1E的部件。彩色显示板的情况下，平板部件在层10和上基板14之间包括彩色滤光板(未示出)。以平板部件为界的显示板的上表面区域构成显示平板的单个象素24。
正如美国专利5,077,533所解释的，当适当的电位差建立在一个通道中的选通和接地电极之间时，该通道中的气体就形成在盖板下表面上提供传导通路的等离子体。如果数据驱动电极为地电位，那么在光电材料的体积单元中就没有有效的电场，在该处数据驱动电极横穿通道，并且平板部件被认为是断开的，而如果数据驱动电极的电位显然不同于地电位时，那么在光电材料的体积单元中就会有明显的电场，并且平板部件被认为是导通的。
在不超出权利要求书限定的保护范围的情况下，将在下面的说明中假定下偏振器2为线性偏振器，并且其偏振面相对于参照面可人为地指定为0°，上偏振器16为具有90°的偏振面的线性偏振器，光电材料为旋转向列液晶材料，它连接与液晶材料中电场呈函数关系的角度旋转穿过那里的线性极化光的偏振面。当平板部件断开时，旋转角为90°，而当板部件接通时，旋转角为零。
用发射非偏振白光的扩散光源(未示出)，从下面照射平板，带有散射表面的背后玻璃漫射器(未示出)可设置在光源和平板之间，以便均匀照射平板。来自光源的光由下偏振器2在0°线性偏振并依次通过通道基板4、通道20、盖板6、面向上偏振器16的液晶材料的体积单元和观察者26。如果给定的平板部件是断开的，穿过液晶材料的体积单元的线性偏振光的偏振面就旋转90°，因而投射在上偏振部件上的光的偏振面就为90°。由上偏振部件传递光并照射象素。另一方面，如果平板部件是接通的，线性偏振光的偏振面在通过液晶材料的体积单元时是不改变的。投射在上偏振部件上的光的偏振面为0°，因而光被上偏振部件挡住，象素是暗的。如果液晶材料体积单元中的电场处于对应平板部件接通和断开的中间值，那么就由上偏振器部件按依赖于电场、允许显示灰度的亮度传送光。
由于氦气是惰性的，而且不与等离子体通道中的电极反应，所以氦气作为有利的选择气体用于等离子体寻址液晶显示板。再者，由于氦离子轻，它们不会对选通电极产生显著的溅射损伤，选通电极一般由带有涂敷稀土六硼化物表面的金属芯构成，或由丝网印刷或喷涂以金属为基的浆料形成。
当披露在美国专利5,077,553中的PALC显示板用作显示NTST视频信号的快扫描显示板时，平板是定向的，以便通道水平地延伸，数据驱动电极垂直地延伸。视频信号帧的第1有效扫描行被取样。为在第1通道中形成等离子体，把负向选通脉冲力在第1通道中的选通电极上数据驱动电极受依赖于各自取样值的电压电平驱动。每个沿第1通道的平板部件中，形成平板部件状态的电场产生在数据驱动电极和盖板下表面之间。除去选通脉冲，消除等离子体，但电场继续存在，保持平板部件的状态直至第1通道在下帧视频信号上再次寻址为止。重复这种工作顺序，以便保持帧的有效扫描行和保持显示板的通道。
当选通脉冲除去时，第1通道中产生的等离子体不是立刻消失，而是在有限的时间间隔内衰减。如果在第1通道中的等离子体完全衰减之前，视频数据的下扫描行电压加在数据区动电极上，沿第1通道平板部件中产生的电场将没有固定值，通常这将导致图象质量损伤。因此，必须在数据驱动电极受视频下扫描行电压驱动之前，使对应于先前的选通脉冲所产生的等离子体应完全消失。
如果由有效显示部件储存的电压至少达到非工作通道中气体不被电离可储存电压的90％，就可认为等离子体已完全衰减(或是完全消除了)。
结果可看出，美国专利5,077,553中披露了显示板用于显示寻址帧频为60HZ的480行构成的视频信号，其在一个通道中除去选通脉冲和用于显示下扫描行驱动数据驱动电极之间所消耗的时间约为30μS。因此，在选通脉冲后给定通道中产生的等离子体必须在约30μS之内衰减。
PALC显示板中使用氦气作为可电离气体的不利之处在于氦离子与电子的复合，使氦原子总不能立即达到基态，但它可以亚稳态保持一段有效的时间间隔。如果亚稳态的氦原子接收了能量，比如从电子的碰撞中或另一个氦原子中接收了能量，亚稳态的氦原子可能经受第二次电离，因此推迟了等离子体的完全消失。
减少PALC显示板中亚稳态的氦原子的一种方法是使其与通道的内壁碰撞。适于NTSC显示的等离子体寻址液晶显示板的情况下，通道的尺寸是这样设置的，亚稳态的氦原子与通道内壁碰撞，并在除去选通脉冲后以在30μS内使等离子体完全消失的足够速率返回基态。因此，当由NTSC信号驱动时，亚稳态的存在不会明显降低等离子体寻址液晶显示板的工作。
结果，PALC显示板将用于提供HDTV显示，更新颖的显示行数量和频率是这样的给定通道中的等离子体在脉冲移开选通电极后必须在约8-16μS内确实消失。如果把氦气体单独作为板中的气体，那么亚稳态的存在和持久性损害显示的可视性。
已经发现，如果在平板中存在适当的掺杂气体，会加速等离子体的消失。掺杂气体工作机理不是完全清楚的，但可认为它减少了形成亚稳态原子的数量和/或加速了亚稳态原子的衰减。已评定了几种掺杂气体。
可有效加速等离子体消失的一种掺杂气体是氮气。参见在1995年12月21日申请的美国专利申请No.08/576,382，可把其波露的内容引用在此。可是，由于氮离子较重并可能对选通电极产生溅射危险，所以氮气不是最佳的。再有，氮离子可能与电极金属强烈反应并损伤选通电极。已评定的另一个掺杂气体是氢气。氢离子较轻，这样对电极的溅射损伤是较小的。尽管氢离子与电极金属发生反应，但氢气和电极金属之间的反应对选通电极的损伤没有达到不能容忍的程度。
已经发现，如果氢气在总腔压力为50mB至500mB之间时以0.01％至20％的范围浓度掺入氦气，那么就显示出令人满意的HDTV图象。因此，氢气的局部压力在约0.005mB至约100mB之间。
HDTV显示板一般有1,200个通道，每个通道约长40cm，通道的总体积应为约0.05升。如果通道中的总压力为200mB，氢气的局部压力为2mB，那么温度300k时存在的氢气量就约为0.7mB升，(1,000mB升是在标准温度和压力下出现在1升中的气体量)。已测定出氢气与电极材料反应所消耗氢的速率为1×10-6mB升/小时/厘米通道长度。这种HDTV显示板的最大消耗速率可能约为50×10-3mB升/小时，因此，0.1mB升可消耗约两小时。因此，在工作约两小时之后，显示板的可视性可能降至不可容忍的程度。如果总压力增至240mB，氢气的局部压力增至36mB，以致保持大约相同的氦气局部压力，那么氢气量就约为1.8mB升，这个量能消耗大约36小时。
为使电视显示板可商品化，一般的接受条件为在显示质量无明显变坏的情况下，它必须至少工作10,000小时(对应于有效寿命约为10年)。为了在整个10,000小时的使用期内保持36mB的氢气局部压力，就需要500mB升的总氢气容量，质量为约60mg，或需要280倍的使显示板达到36mB局部压力的充气量。对于通道长度不是40cm的板来说，在整个10,000小时的使用中保持氢气局部压力为36mB所需要的氢的质量与通道的长度成比例。
依据显示质量的下降，原则上有可能通过外部气源在阀门控制下将氢气引入板中以补充氢气。
按照本发明的第一方案，提供等离子体寻址液晶显示装置，包括确定内连通道阵列的通道基板，在整个通道上扩展并密封通道基板的盖板，从而使通道基板和盖板确定密封的体积，在密封体积内有可电离的气体，每个通道中有一对电极用于有选择地电离各自通道内的气体，和与密封体积连通的掺杂气体源，所述源包含双向地吸收和释放所述掺杂气体的储存材料体，从而使平衡状态建立在储存材料体中的掺杂气体浓度和所述密封体积中的掺杂气体的局部压力之间。
按照本发明的第二方案，提供等离子体寻址液晶显示板，包括带有周边并确定并行内连通道阵列的通道基板，在整个通道上扩展并密封通道基板的盖板，从而通道基板和盖板确定密封体积，所述密封体积中的氦气局部压力在约50mB至约350mB的范围内，每个通道中有一对电极用于有选择地电离各自通道中的氦气，和双向地吸收和释放氢气的储存材料体，密封体积中存在的氢气局部压力在约0.02mB至约36mB的范围内。
根据本发明的第三方案，提供等离子体寻址液晶显示板，包括带有周边并确定并行内连通道排列的通道基板，在整个通道上扩展并密封通道基板的盖板，从而通道基板和盖板确定密封体积，所述密封体积内的氩气局部压力在约50mB至约350mB的范围内，每个通道中有一对电极用于有选择地电离各自通道中的氩气，和双向地吸收和释放氢气的储存材料体，密封体积中存在的氢气局部压力在约0.02mB至约36mB的范围内。
按照本发明第四方案，提供制造等离子体寻址液晶显示板的方法，包括(a)设有通道基板，它确定互连等离子体通道阵列，每个通道中每一对电极，用于有选择地电离各通道内的气体。(b)在整个通道上放置盖板并把盖板固定在通道基板上，从而由通道基板和盖板构成腔，(c)把通道基板组件加热到温度至少达到约200℃，(d)从腔中排出气体至压力达到约10-5torr以下，(e)把可电离气体引入所述腔和(f)密封所述腔，其中改善包括(g)在步骤(a)和步骤(c)之间，设置材料体，按照所述选择气体的局部压力它双向地吸收和释放选择的气体，并以气态流动方式把所述材料体与所述腔连通，和(h)在步骤(c)和步骤(f)之间把所述的选择气体引入所述腔。
为更好地理解本发明，并表示如何达到同样的效果，下面通过实例用附图加以说明，其中
图1是本发明的PALC显示板的局部示意图，图1A是说明图1所示的PALC显示板的一些制造步骤的流程图，图2是本发明的第1PALC板的局部侧视图，图3是本发明的第2PALC板的局部剖视图，和图4是现有技术的PALC板的剖视图。
在几张附图中，用相同的参考标号表示相应的部件。
图1表示形成在PALC HDTV显示板的通道基板4中的等离子体通道20。等离子体通道20与总通道30互通。总通道按图1中未示出的方式与容器34连通该容器在显示范围之外。从板的外部密封容器的内部空间和板的内部空间。
容器34包含氢储存材料的小块38。氢储存材料通过把氢混在材料的分子结构中而储存氢。例如，这种众所周知并在工业上用作氢吸收剂的氢储存材料一般能储存1至6wt％的氢。为储存180mg的氢，以保证提供的氢在10,000小时后不被耗尽和显示板还能工作，就必须包含约3至18g的氢储存材料。
当把这种原态的氢储存材料密封在腔中时，保存在储存材料中的氢的浓度与腔中氢的局部压力平衡。因此，随着显示板的使用氢被消耗显示板上氢的局部压力会下降；而且氢是由储存材料释放的，平衡状态建立在略微降低局部压和略微降低浓度上。
PALC显示板制造期间，有的作用在高温下进行，比如密封板玻璃、固化聚合物层和消除液晶材料中的各向异性。这就会有在高温下氢和板中的材料之间发生不期望的反应的危险，对板部件产生损害。再有，如果把带着暴露的储存材料的板置于高温真空条件下，氢会在显示板工作之前就耗尽了，严重限制了显示板的有效寿命。因此，除非高温加工已完成，否则不把氢引入到显示板中。
图1A表示制造图1所示的显示板的步骤。按照图1A的步骤42，带着储存材料的显示装配在容器34中。在这一步骤上，储存材料最好不充氢。然后，完成高温作业(步骤44)。高温作业可包括把板加热到至少200℃的温度。之后，板抽真空至压力约为10-5torr(步骤46)。然后把气体引入板中(分支48A或分支48B)，并密封显示板(步骤50)。
如果储存材料在组装显示板(42)时就已充氢，出于安全上的考虑会迫使在前面完成高温作业，在时间、温度和压力的条件下进行初步抽真空，以致基本上从板中清除了所有氢。
当引入气体时，必需考虑到的事情是，引入在板中的一些氢将因储存材料中的吸收而消耗。好象有两种主要方式调整这种设备。如分支48A所示，一种方法是仅引入氢(步骤52)直至平衡状态达到期望的氢的局部压力，比如36mB(步骤54)，然后引入氦使总压力达到240mB(步骤56)。分支48B表示引入氢和氦的混合物的可能性，但两种成分的各自浓度和引入气体混合物的压力必需考虑到储存材料对氢的吸收因素，该吸收在板密封后可能是连续的，将降低氢的局部压力，直至获得储存材料中氢的浓度的平衡状态为止。
重要的是由储存材料释放氢的整个时间长度不是远长于通过显示板工作消耗氢的整个时间长度，例如，如果显示板工作消耗的氢比由储存材料释放的氢的速率高很多，就会使氢的局部压力降至这样的程度，即不再改善由亚稳态氦原子引起的问题。因此，就必须等待要释放的氢。以便恢复显示质量，可是，通过选择与氢储存材料的体积比相适应的表面积，就能使氢的释放率远大于显示板工作期间氢消耗的比率。
为装吸气剂材料，通常是把陶瓷排气盒固定在PALC显示板的通道基板。图2表示氢储存材料的小块放在陶瓷排气盒60中，单独放入或是与吸气剂一起放入。这种情况下，氢储存材料的容器34为排气盒。
PALC显示板的制造期间，排气管与对显示板排气的真空泵连接(参见图1A中步骤44)。当显示板排完气时，排气管与把氦气引入显示板的氦气源连接。随后，密封排气管(步骤50)。图3表示氢储存材料小块可装在排气管62的空隙处。因此，这种情况下，容器为排气管的一部分。
如上所述，由于氦是不活泼的而且氦离子很轻，所以氦被优先选作PALC显示板中的可电离气体。可是，氩也是不活泼的，而且尽管氩离子比氦离子重些，但在PALC显示板中把氩作为可电离气体使用所产生的溅射损耗是可以接受的。氩也有亚稳态，而且通过将氢掺入可电离气体，能够改善把氩作为可电离气体的PALC显示板的可视性方面的氩的亚稳态效果。
应该指出，本发明并不受限于已说明的特定实施例，而且在不脱离由附加的权利要求书及其等价物所限定的本发明范围的情况下；可以进行各种改进。
权利要求
1.等离子体寻址液晶显示装置，包括确定互连通道阵列的通道基板，在通道上延伸并密封通道基板的盖板，从而由通道基板和盖板构成密封体积，所述密封体积中的可电离气体，每个通道中的一对电极用于有选择地电离各自通道中的气体，和与密封体积连通的掺杂气体源，所述源包括双向地吸收和释放所述掺杂气体的储存材料体，从而在材料体中掺杂气体的浓度和所述密封体积中掺杂气体局部压力之间建立平衡状态。
2.如权利要求1的装置，其特征在于可电离气体为惰性气体，而掺杂气体为氢气。
3.如权利要求1的装置，其特征在于可电离气体为氦气，而掺杂气体为氢气。
4.如权利要求1的装置，其特征在于可电离气体为氩气，而掺杂气体为氢气。
5.如权利要求1的装置，其特征在于材料体固定在拥有与所述密封体积连通的内部空间的容器中。
6.等离子体寻址液晶显示板，包括带有周边并确定平行互连通道阵列的通道基板，在通道上延伸并密封通道基板的盖板，从而由通道基板和盖板构成密封体积，所述密封体积中氦气的局部压力在范围约50mB至约350mB内。每个通道中有一对电极用于有选择地电离各通道的氦气，和双向地吸收和释放氢气的储存材料体，使氢在密封体积中的氢气局部压力在约0.02mB至约36mB范围内。
7.如权利要求6的显示板，其特征在于储存材料体装在拥有与通道连通的内部空间的排气管中。
8.如权利要求6的显示板，其特征在于储存材料体装在附着在通道基板上并有与通道连通的内部空间的排气盒中。
9.等离子体寻址液晶显示板，包括带有周边并确定一排平行互连接通道的通道基板，在通道上延伸并密封通道基板的盖板，从而通道基板和盖板构成密封体积，所述密封体积内氩气的局部压力在约50mB至350mB范围内，各自通道中用于有选择地电离氩气的每个通道中的一对电极，和双向地吸收和释放氢气的储存材料体，使氢在密封体积中的氢气局部压力在约0.02mB至约36mB范围内。
10.如权利要求9的显示板，其特征在于储存材料体装在拥有与通道连通的内部空间的排气管中。
11.如权利要求9的显示板，其特征在于储存材料体装在附着在通道基板上并有与通道连通的内部空间的排气盒中。
12.制造等离子体寻址液晶显示板的改善方法，包括(a)设置确定互连等离子体通道阵列的通道基板，每个通道中有一对电极用于选择电离各自通道中的气体，(b)在通道上安装盖板，并把盖板附着在通道基板上，从而由通道基板和盖板限定一个腔，(c)加热通道基板组件到温度至少约200℃。(d)将腔排气至压力约10-5torr以下，(e)把可电离气体引入腔，和(f)密封所述腔，其中改善包括(g)在步骤(a)和步骤(c)之间，设置材料体，依据所述选择气体的局部压力，它双向地吸收和释放选择气体，并把以气态方式流动的所述材料体与所述腔连通，和(h)在步骤(c)和步骤(f)之间，把所述选译的气体引入所述腔。
13.如权利要求12的方法，其特征在于可电离的气体是惰性气体，而所述选择的气体是氢气。
14.如权利要求12的方法，其特征在于可电离的气体为氦气，而所述选择的气体为氢气。
15.如权利要求12的方法，其特征在于，可电离的气体为氩气，而所述选择的气体为氢气。
16.如权利要求12的方法，其特征在于步骤(h)包括把所述选择的气体引入腔达到选择的局部压力，该方法包括在步骤(h)之后完成步骤(d)。
全文摘要
等离子体寻址液晶显示板,包括:通道基板;密封通道基板并在通道基板中的通道上延伸的盖板;由通道基板和盖板限定的密封体积中的氦气,其局部压力在约50mB至约350mB范围内;和双向地吸收和释放氢气的储存材料体,使氢在密封体积中的氢气的局部压力在约0.02mB至约36mB范围内。
文档编号H01J17/22GK1177118SQ97114900
公开日1998年3月25日 申请日期1997年6月28日 优先权日1996年6月28日
发明者K·J·伊尔茨西恩, T·S·布扎克, P·C·马丁 申请人:特克特朗尼克公司