专利名称:具有柔性的介电层的等离子体寻址装置的制作方法
技术领域:
本发明涉及用于摄象机、记录器件、显示屏、存储器件以及由数据存储元件构成并采用可电离气体对这种存储元件寻址的其他系统中的介电层。
等离子体寻址装置可应用于多种场合,包括摄象机,记忆器件,以及平板显示器等,包括平板液晶显示器。在Buzak等人的名为“Addressing Structure Using Ionixzable Gaseous Medium”的美国专利4,896,149号和Buzak的名为“Apparatus and Method of Addressing Data Storage Elements”,的美国专利5,077,553号中描述了这种寻址装置及存储器件,上述两项专利均已被转让给本申请的受让人。
普通的一种等离子体寻址装置包括一个显示屏,它具有相互隔开、并且面对面定位的第一和第二玻璃基片。一个介电材料的层和一个例如液晶材料的层把上述第一和第二基片表面隔开。许多平行的导电体大体上沿着第一基片内表面上的第一方向延伸,构成用于接收数据驱动信号的列数据电极。许多刻入第二基片的内表面内的平行通道沿着该内表面在大体上横贯上述第一方向的第二方向上延伸。
在每个通道中充有可电离的气体。电气体由离装置使气体电离,这种装置包括一个参考电极或是阳极,以及一个阴极,它们沿着各通道的长度方向延伸。选择性地使各通道中的气体电离,从而对与通道对齐地元件寻址。这种可地址的元件可以包括具有电光特性的一行显示元件,例如定位在第一基片的内表面与介电层之间的液晶材料层。
相邻通道间的侧壁限定了许多支撑结构,其顶部表面(称为“接合区”)支撑着介电材料层。介电材料层的作用是设在通道内的可电离气体与可寻址元件之间的一个隔离挡板。介电材料可防止可寻址材料流入通道,并且能阻止可电离的气体污染可寻址材料。
通常是用玻璃原料沿着第一和第二基片以及介电层的边界区域将它们焊接在一起。这一熔接过程通常是在氮或氧环境中在高温的炉中完成。在氧或氮环境中高温如热有助于除去记忆器件、显示屏或其他等离子体寻址系统中的水蒸汽。水和其他挥发性物质会缩短这种等离子体寻址系统的使用寿命。
为了保持所需的电气和光学特性,介电层应该很薄。可以构成介电层的材料包括玻璃,云母或热塑性塑料等等,各种材料都有明显的局限性,并且经检验证明不能被满意的用于某种用途。要把这类材料焊接到基片上也会面临各种困难。
在等离子体寻址的显示屏中通常采用一片很薄的玻璃片做介电层。一个例子是SchottRD263玻璃片,其深度(厚度)为0.05mm(2mil),具有清晰的光学特性热稳定性,耐用性以及几乎纯净的化学特性。在可用于此类显示器中的介电层的各种材料中,这种玻璃薄片在电气、物理及光学性能上被认为具有最完美的结合。然而在把这种玻璃薄片与第一和第二玻璃基片相结合的工作中遇到了困难。
玻璃薄片非常脆,易碎,并且很难掌握。玻璃材料或其他物质对玻璃薄片和接合的污染通常会导致玻璃薄片的与基片焊接的过程中发生碎裂。因此必须极为小心地避免污染物质。云母薄片也会面临这些相同的问题,并且其光学特性比玻璃片要差。
此外,可供使用的玻璃片和云母的产品在数量和尺寸上都是有限的。并且此类玻璃薄片和云母薄片都很昂贵。对例如大屏幕平板显示器来说,没有其所需的大块的玻璃薄片。因此,由于缺少一种具有理想性能的大尺寸片状介电材料,使得等离子体寻址的显示屏的显示区域尺寸受到限制。
热塑性塑料通常是挤压(成形)的,它容易产生裂纹,容易擦伤,并且很难获得足够薄并且均匀的薄片。理想的情况是把介电层仅仅接合到接合区上,而使其不侵害到通道的侧壁。由于热塑性塑料都具有延展性并且熔点较低,热塑料性塑料片趋向于使通道出现有害的畸形,而不能从一个接合区跨到另一个接合区且保持相对的平直和刚性。此外,许多热塑性塑料不具备热稳定性,并且在高温溶结处理期间会出现不能接受的变色现象。因此,至今为止,热塑性塑料不能被用做等离子体寻址系统的介电层。
因此,本发明的目的之一是提供一种等离子体寻址装置,它具有一个柔性的介电层,该介电层呈现出理想的机械,热,光学及电气特性。
本发明的另一目的是提供一种能被用于制适大面积显示屏以及其他等离子体寻址系统的柔性的介电层,它可以制成相对较大的尺寸。
本发明进一步的目的是提供一种柔性的介电层,其热、光学和电气特性均能比得上又薄又脆的玻璃片。
按照本发明,在等离子体寻址的装置第一和第二基片的内表面之间放置一个柔性的介电层。根据最佳实施例,本发明中所用的柔性介电层是由聚合物薄膜构成的。适用的聚合物薄膜包括聚醚,聚(醚酮),聚醚(醚酮),聚酰亚胺,聚酰胺,聚(酰亚受-酰胺),聚芳烃醚,以及它们的氟化衍生物,其中包括将在下文中详细描述的氟化聚(苯撑醚酮)系列12F-PEK。
用于构成柔性介电层的聚合物的理想特性包括对于电磁波频谱中可见光范围内的光波具有低吸收性,以过高温加热处理后仍保持高的光学清晰度,以及高的热稳定性。对于光学传导的清晰度外的其它特性来说,理想的特性还包括低的散射性,低的双折射性,以及在高温加热处理和暴露在可见光或接近紫外线光谱的光线下之后应具有低的变色性。另外,最佳的聚合物在制成薄层或薄膜后应上具有高的介电稳定性,高电阻性,并且能够在高电压下不以被击穿。
本发明的聚合物材料介电层最外是由均匀的高分子量聚合物成分构成。较低分子量的聚合物成分在高温加热时会出现不理想的变色。该聚合物材料最好是不含其他低分子量成分和杂质。低分子量成分和杂质可能会弥散到液晶材料或其他可寻址材料中,并且被认为会导致不理想的传导性能。对水的低吸收性和低阻挡性也是这种聚合物介电材料的理想特性。
在制成0.0125mm至0.075mm(0.5mil至3mil)的薄层或薄膜时,最佳的聚合物材料具有高的弹性模量,表现出良好的机械强度,具有基本上均匀一致的厚度,并且没有孔或洞。此外还应具有可与等离子体玻璃相匹配的热膨胀系数。
在显示屏和其他等离子体可寻址系统中,采用高温处理进行玻璃熔结而装配成的聚合物薄膜能够很容易地焊接到玻璃材料和玻璃基片层上。
图1是配有有关的驱动电路的一个显示板的正面视图,其中采用了本发明的柔性介电层;
图2是一个放大的局部立体视图,图中示出了从图1左侧视察到的按照本发明构成的显示板的层状结构组成;
图3是沿着图2中的3-3线方向的一个放大的截面图,其中示出了柔性的介电层;
图4是沿着图2中4-4线方向的一个放大的截面图,其中也示出了柔性的介电层。
参见图1至4,等离子体寻址的平板显示系统10包括一个具有显示表面14的显示板12,显示表面14是在垂直和水平方向上相隔预定距离的具有标称相同的数据存储或显示元件16组成的一个矩形平面阵列。阵列中的每个显示元件16代表了沿垂直列方向布置的列数据电极18和沿水平方向布置和延长通道20的重叠部分。在每行通道20中的显示元件16代表着数据的一条线。
列电极18和通道20的宽度决定了显示元件16的尺寸,显示元件可以是矩形的。列电极18被淀积在第一非导电光透明基片22的一个主要表面上,而通道20则是被刻在第二非导电光透明基片24的一个主要表面之内。用一个非导电的,光透明的柔性介电层26把第一和第二基片隔开,该介电层26由按照本发明的聚合物薄膜构成。
显示板12包括一个寻址装置,该装置包括一对大体上平行的电极装置28和30,用柔性的介电层26和一层电光材材料32例如一种向列液晶材料把上述电极装置28和30隔开。电极装置28包括最好是玻璃的基片22,并且在其内表面34上淀积列电极18,列电极18是透明的,并且形成条状图形。相邻的一对列电极18被隔开一距离36,该距离限定了一行中的相邻显示元件16之间的水平间隔。
电极装置30包括最好是玻璃的基片24,在其顶面37上的接合区38之间刻有多个沟道20。从顶面37或接合区38到基座或底面42所测得的沟道20的深度为40。每个沟道20具有沿其长度方向的一对内侧壁44和一对电极46和48。相邻通道20间的侧壁44限定了许多支撑结构50,它利用接合区38支撑介电层26。相邻的沟道20被各个支撑结构50顶部的宽度52隔开,该宽度52限定了一列中相邻显示元件16之间的垂直间隔。每个沟道20中都充有通常包括氦的可电离气体。若要对与一个沟道20对齐的显示元件16寻址,就采用气体电离装置或是一个包括电极46和48的装置选择地使该沟道20中的气体电离。
列电极18从平行的输出导线54上接收由一个数据驱动器或驱动电路58的差分输出放大器56输出的数据驱动信号。沟道20中的电极48接收出现在平行的输出导线60上的数据选通信号,该选通信号是数据选通器或选通电路64的差分输出放大器62的输出。数据选通信号与参考电极46相配合,使沟道20中的气体电离。为了使显示表面14的整个区域中的图象基本上同步,显示系统10采用一个扫描控制电路66来协调数据驱动器58和数据选通器64的功能,从而以逐行扫描的方式一行接一行地对显示板12的所有各列显示元件16寻址。
包含在各沟道20中的可电离气体起到一个电开关的作用。当数据选通信号使气体电离时,这些开关就被连接在参考电极46和48与液晶材料层32之间。在电极装置28下方的沟道20内包含的可电离气体与柔性的介电层26相连通,提供一条从介电层26到参考电极46和48的电容性导电路径。这一电容性导电路径传送列电极18上的数据驱动信号,去控制可寻址材料层32的光电特性。
柔性的介电层26在包含在沟道20中的可电离气体与例如由向列液晶材料构成的可寻址材料层32之间起到一个隔离屏障的作用。介电层26或其他类似屏障的存在可以防止可寻址材料流入沟道20,同时也可防止可电离气体对可寻址的污染。
柔性的介电层最好是由一种聚合物构成。合成聚合物的介电材料具有广泛的应用,例如可用做电容器的材料。聚合物容易被制成薄膜。公知的合成聚合物材料包括聚乙烯,聚1.1-二氟乙烯,聚对苯二甲酸乙二醇酯以及聚苯乙烯。本发明人已经发现了可用于显示板12的几种不同的聚合物材料,它们包括聚醚,聚(醚酮),聚酰亚胺,聚酰胺,聚(酰亚胺-酰胺),聚芳烃醚,以及它们的氟化衍生物。
聚芳烃醚可被制成具有所需热和化学稳定性的介电薄膜。一种优选的聚合物种类是氟化的聚(苯撑醚酮),并且特别是氟化聚(苯撑醚酮)系列的“12F-PEK”,它们是双酚AF和1,1,1,3,3,3,-六氟-2,2-双[4-(4-卤代苯甲酰)苯基]丙烷的聚合反应产物。在Cassidg等人名为“Low Dieleetric Fluorinated Poly(phenglene Ether Ketone)Film and Coating”的美国专利4,902,769号中说明了12F-PEK聚合物的化学式及其制造方法,该文献可在本文中作为参考。
用于介电层26的优选聚合物可以被制成大约0.0125mm至0.075mm的极薄的膜。可以采用各种能制成具有均匀厚度且基本上没有孔或洞的连续薄膜通用方法来制成所需的薄膜。此类方法包括喷涂,涂料,或是铸塑。通过把溶解在一种适当的质量溶剂中的薄膜成形聚合物展开的方法,很容易铸造出具有0.0125mm至0.075mm基本均匀厚度范围的薄膜。
把经过提纯的聚合物样品溶解在一种适当的高质量溶剂中,得到一种重量一体积比(w/v)约为2-10%的溶液。将所得的溶液过滤,并且在特定尺寸干净玻璃浇注盘上将其展开成基本均匀的厚度。借助于展开以及对溶液浓度进行控制,很容易控制所得薄膜的厚度。玻璃盘和所得的铸塑聚合物片的尺寸可以超过目前用在等离子体寻址装置中的那种0.05mm厚的玻璃片。玻璃浇注盘最好是用非离子清洗剂,超声搅动及二次蒸馏水清洗过的或是用其他合适的常规清洗方式。然后把薄膜置于清洁的经过过滤的空气环境中使其缓慢干燥,经历大约24小时后还可以用较高的温度进行短时的干燥处理。溶液在干燥过程初期阶段缓慢地蒸发,可避免形成不应有的泡沫。用消电离的水浸泡干燥后的薄膜,就可以使其脱离浇注盘。
按照本发明的一个实施例的介电层26,把大约5.0克干燥的、经过提纯的12F-PEK溶解在大约100ml高质量甲苯中,得到大约5%(w/v)的溶液。其他可用的溶剂包括甲基乙基酮,氯仿,以及甲撑氯化物。把所得溶液过滤到置于水平面上的一个15cm乘30cm的清洁、干燥的玻璃浇注盘上,并用清洁的玻璃棒将其展开变薄。把薄膜盖在清洁环境中缓慢地干燥大约24小时。把干燥后的薄膜浸入消电离的水,使其脱离。结果得到的薄膜具有大约0.025mm的基本上均匀的深度,并且没有不可接受的洞或其他孔。
12F-PEK聚合物呈现出可接受的热稳定性。最佳的聚合物材料被认为应具有大约450℃或更高的TGA(热解重量分析)比率(即在以20℃/分钟的速率加热到450℃的重量损失小于10%),并且应能承受高温加热处理。12F-PEK聚合物系列在氧或氮中的TGA范围大约是485℃至550℃。在高温熔接操作期间把大约0.025mm厚的一片12F-PEK薄膜用玻璃原料焊接到玻璃基片上,并且在435℃下经过60分钟后没有明显的破裂或变色的迹象。也可以在不用玻璃原料的情况下把大约0.025mm厚的12-F-PEK薄膜满意地焊接到玻璃基片上。由12F-PEK系列构成的薄膜在电磁频谱的可见光范围内在光学上具有合格的不失真性和透明度。对于几乎所有波长在400毫微米至750毫微米之间的光来说,一片0.025mm薄膜的传输效率大于85%。在氮环境中以375℃熔接之后,0.025mm12-F-PEK薄膜的对于相同波长的光的传输效率大于75%。与在空气中进行高温操作的情况相比,薄膜在氮环境中进行高温操作后出现的变色现象较光少。
0.025mm的12F-PEK薄膜具有大约为2.4(在10GHz下)的合格的介电常数,并且在承受每平厘米大约155伏的电压(约为每平方英寸1000伏)时没有明显的击穿现象。这种薄膜还具有至少约为1014欧姆-cm的合格高电阻特性。
12F-PEK聚合物系列容易溶解在大多数的普通有机溶剂中,并且容易(通过溶液浇注)形成薄膜。这一聚合物系列在浇注成薄膜时还具有显著的化学隋性。一片0.025mm的12F-PEK薄膜显示出没有明显的水溶性,并且与液晶材料没有明显的反应性。已知的12F-PEK的氦渗透性系数在35℃下大约为31.8×1011cm3/(cm2ScmHg),12-F PE薄膜的抗拉强度约为3600kg/cm2(约为每平方英寸10600磅(“psi”))以及弹性模数约为5.5×109N/m2(每平方米牛顿)。
商用的聚酰亚胺,特别是芳烃聚酰亚胺也具有适合用做平板显示器12中的介电层26的合格的热和电气稳定性。许多聚酰亚胺薄膜同时也具备合格的化学隋性。作为一个种类,聚酰亚胺聚合物通常具有450℃以上的TGA。这种聚酰亚胺聚合物在室温下可以延长大约70%或更多而不会破裂,并且在室温下的抗拉强度可以超过6800kg/cm2(约为20.000psi),其介电常数为3.0或以上。
由地处Wilmington,Delaware的Du Pont公司销售的一种名为KaptonTM的聚酰亚胺薄膜是1,2,4,5-苯四酸酐与4,4′-二氨基-苯基醚(双(4-氨基苯基)醚)发生反应的聚合物产品。由KaptonTM制成的0.025mm薄膜与液晶材料没有明显的反应,并且对氦,空气和水蒸汽具有合格的不渗透性能。0.025mm的KaptonTM薄膜在高温熔拉透性期间可能用玻璃原料满意地焊接到等离子体寻址显示器的玻璃基片上,并且在435℃下经过60分钟后没有明显的破裂迹象。
0.025mm的KaptonTM薄膜具有约为3.1或更高(在10GHz下)的合格的介电常数,并且在承受每平方厘米大约155伏(约为每平方英寸1.000伏)电压没有明显的击穿现象。该薄膜还具有至少约为1014欧姆-cm的高电阻性。尽管KaptonTM薄膜具备了许多理想的特性,但是由于它具有琥珀的颜色,并且整个可见光谱中不都是透明的,因此其不是用做柔性介电层26的理想材料。
用于等离子体寻址的显示器12的介电层26的最佳材料在光学上是基本清晰的,并且在被制成薄层或膜时不发生畸变。最佳的材料在电磁射线频谱的可见光范围(相当于波长范围在大约400毫微米至750毫微米的光)内对光的吸收很小,并且其对入射光典型地具有80%或以上的传输效率,这种材料的薄膜显示很小的双折射率,并且对光没有明显的散射。最佳的材料是暴露于波长大于400毫微米的光线中之后很少或没有变色现象。
在制成大约0.0125mm至0.075范围的薄膜时,介电层26的厚度是基本均匀的,并且没有孔或洞。最佳的聚合物薄膜的厚度变化范围不超过其总的平均深度的10%。
此外,在制成薄层或膜时,被用做介电层26的最佳材料具有良好的机械特性,其特征是具有高的弹性模数和高的抗拉强度。理想的材料还应具备可与等离子体玻璃相比的热膨胀系数。
用在柔性介电层26中的最佳材料具有良好的介电性。对于0.0125mm至0.075mm的薄膜来说,介电层26的介电常数约为2或更高。在这实际中,若是介电常数能达到10以上则更为理想。还应具有大于1014欧姆-cm的高电阻性和承受155伏的抗击穿性。
另外,作为一种薄层或膜,用在柔性介电层26中的最佳材料能被用做一个校正层,用于使接触该介电层的液晶层的分子方向对齐。
在最佳实施例中,柔性介电层26包括一个聚合物薄膜,它的主要性质有高的光学清晰度,并在高温加热操作后保持高的光学清晰度,以及高的热稳定性。显而易见,对于熟悉本领域的技术人员来说,在不脱离本发明基本原则的条件下可以把很多种不同的聚合物纳入本发明的范围内。因此,本发明的范围应由附加的权利要求来确定。
权利要求
1.一种等离子体寻址装置,其特征是包括数据电极和具有第一主要表面和第二主要表面的柔性介电层,其中的柔性介电层的第一主要表面与上述数据电极相连通;一种与柔性介电层的第二主要表面和参考电极连通的可电离气体介质;以及与可电离气体介质连通的电离电极,用于选择性地使可电离气体电离,从而在数据电极与参考电极之间实现可中断的电气连接。
2.如权利要求1的等离子体寻址装置,其特征是在数据电极与柔性介电层的第一主要表面之间设有一层具有光电特性的材料,从而使该光电材料层的特性响应于出现在数据电极上的数据信号而发生变化。
3.如权利要求1的等离子体寻址装置,其特征是上述柔性介电层由一个对可见光波长范围内的光波长范围内的光具有80%以上的传输效率的聚合物薄膜构成。
4.如权利要求1的等离子体寻址装置,其特征是柔性介电层是一种聚合物薄膜构成,在高达400℃的温度下经过60分钟后,该薄膜对可见光波长范围内的光具有大于70%的传输效率。
5.如权利要求4的等离子体寻址装置,其特征是聚合物薄膜包括聚(醚酮),聚酰亚胺,聚酰胺,聚(酰亚胺-酰胺),聚芳烃醚,或是它们的一种氟化衍生物。
6.如权利要求4的等离子体寻址装置,其特征是聚合物薄膜选自由聚(醚酮),聚酰亚胺,聚酰胺,聚(酰亚胺-酰胺),聚芳烃醚,或是它们的一种氟化衍生物构成的组。
7.如权利要求3的等离子体寻址装置,其特征是聚合物薄膜包括一种聚酰亚胺或是其氟化衍生物。
8.如权利要求3的等离子体寻址装置,其特征是聚合物薄膜包括一种聚芳烃醚是其氟化衍生物。
9.如权利要求1的等离子体寻址装置,其特征是柔性介电层是由一种包括12F-PEK的聚合物薄膜构成。
10.如权利要求1的等离体寻址装置,其特征是柔性介电层由一种厚度基本均匀的聚合物薄膜构成,在高达435℃的温度下经历60分钟后,其介电常数大于2.0,抗拉强度大于2,400kg/cm2,弹性模量大于1.0×109N/m2,TGA高于450℃,能与玻璃焊接并保持其基本的光学清晰度,对可见光波长范围内的光具大于80%的传输效率,电阻值为1013至1015欧姆-cm,并具有能承受155伏电压而不出现明显击穿现象的能力。
11.如权利要求3的等离子体寻址装置,其特征是聚合物薄膜包括一种聚(醚酮),聚酰亚胺,聚酰胺,聚(酰亚胺-酰胺),聚芳烃醚,或是它们的一种氟化衍生物。
12.如权利要求3的等离子体寻址装置,其特征是聚合物薄膜选自由聚(醚酮),聚酰亚胺,聚酰胺,(聚酰亚胺-酰胺),聚芳烃醚,或是它的的一种氟化衍生物构成的一组。
13.如权利要求3的等离子体寻址装置,其特征是聚合物薄膜由一种聚酰亚胺或是其氟化衍生物构成,在高达400℃的温度下经历60分钟之后,该薄膜对于可见光波长范围内的光具有大于70%的传输效率。
14.如权利要求3的等离子体寻址装置,其特征是聚合物薄膜由一种聚芳烃醚或是其氟化衍生物构成,在高达400℃的温度下经历60分钟之后,该薄膜对可见光波长范围内的光具有大于70%的传输效率。
15.如权利要求4的等离子体寻址装置,其特征是上述聚合物薄膜能被直接焊接到玻璃上。
16.如权利要求2的等离子体寻址装置,其特征是柔性介电层包括一种聚合物薄膜,该薄膜能校正电材料层中的分子的方向。
17.一种等离子寻址装置,其特征包括一个用于传送可变数据信号的数据电极,和一个具有第一主要表面和第二主要表面的柔软的介电材料层,其中的第一主要表面与数据电极连通;一种可电离气体介质与柔软的介电材料层的第二主要表面和一个参考电极相连通;一个电离电极与可电离气体介质相连通,用于选择地使可电离气体介质电离,从而在数据电极与参考电极之间实现可中断的电连接;以及设在数据电极与柔性的介电材料层第一主要表面之间的一层具有光电特性的材料,从而使光电材料层的特性响应于出现在数据电极上的信号而发生变化。
18.如权利要求17的等离子体寻址装置,其特征是本柔性的介电材料层是由一种聚合物薄膜构成,该薄膜对于可见光波长范围内的光线具有大于80%的传输效率。
19.如权利要求17的等离子体寻址装置,其特征是柔性的介电材料层一种聚合物薄膜构成,在高达400℃的温度下经历60分钟后,该薄膜对可见光波长范围的光具有大于70%的传输效率。
20.如权利要求18的等离子体寻址装置,其特征是聚合物薄膜包括一种聚(醚酮),聚酰亚胺,聚酰胺,聚(酰亚胺-酰胺),聚芳烃醚,或是它们的一种氟化衍生物。
21.如权利要求18的等离子体寻址装置,其特征是聚合物薄膜是选自由聚(醚酮),聚酰亚胺,聚酰胺,聚(酰亚胺-酰胺),聚芳烃醚,或是它们的一种氟化衍生物构成的一个组。
全文摘要
一种具有数据存储元件(16)的等离子体寻址装置,它使用一种可电离气体把数据存入和读出存储元件。该存储元件由在第一基片(22)上的共同方向上延伸的多个列电极(18)与在第二基片(24)上的共同方向上延伸的多个通道(20)的重叠区域所限定。一层柔软的介电材料(26)把第一和第二基片隔开,两个基片面对面地配置,并且在横跨列电极的通道方向上留有间隙。每个通道中充有一种可电离气体,并且包括相互电绝缘的两个电极(46和48)。可电离气体起到一个电开关的作用。
文档编号G02F1/133GK1098536SQ9410329
公开日1995年2月8日 申请日期1994年3月8日 优先权日1993年3月8日
发明者W·W·施坦 申请人:特克特朗尼克公司