Резистивний нагрівач активно-матричного рідкокристалічного дисплея

Резистивний нагрівач активно-матричного рідкокристалічного дисплея, який має прозору скляну підкладку і нанесені на неї прозорий струмопровідний шар оксиду індію та олова і два металевих контакти до нього, який відрізняється тим, що підкладка виконана окремою, власною підкладкою нагрівача, а прозорий струмопровідний шар нанесено на неї суцільним. UA (21) u200811454 (22) 23.09.2008 (24) 25.02.2009 (46) 25.02.2009, Бюл.№ 4, 2009 р. (72) КОВАЛЕНКО ЛЕОНІД ФЕДОРОВИЧ, UA, ЖУРАКІВСЬКИЙ ІГОР ЮРІЙОВИЧ, UA, СТАШЕВСЬКИЙ ВІТАЛІЙ ВІЛІЄВИЧ, UA, СЕВАСТЬЯНОВ ВОЛОДИМИР ВАЛЕНТИНОВИЧ, UA, КОЛОМЗАРОВ ЮРІЙ ВІКТОРОВИЧ, U A 3 39400 Таким чином, в'язкість кручення рідкокристалічного матеріалу g1 експоненційно збільшується зі зменшенням температури, що приводить до зростання часів переключення. Підтримання необхідної робочої температури РКД є дуже ефективним засобом зменшення часів переключення. При зниженні температури часи перемикання суттєво зростають. При температурах нижче 0°С часи переключення настільки збільшуються, що експлуатація АМРКД стає неможливою, наприклад, взимку на відкритому повітрі чи у приміщеннях зі зниженою температурою (морозильні камери або технічні засоби без системи підігрівання). При значному зменшенні температури (наприклад нижче мінус 40°С) АМРКД взагалі перестає працювати, тому що рідкий кристал переходить у твердий стан. АМРКД при цьому не виходить з ладу, а потребує підігрівання для забезпечення працездатності. Близьким технічним рішенням є нагрівач [2], спроможний нагрівати плоскі підкладки до бажаної температури за короткий час. Нагрівач складався з керамічної пластини у формі кола, виготовленої з глинозему, нітриду кремнію, сиалону або нітриду алюмінію товщиною від 1 до 7мм та мав дві поверхні. На першій (верхній) поверхні розташовано як мінімум одне резистивне джерело нагрівання, яке виконане методом друку у формі дугови х гр уп плівкових провідників з металу товщиною від 5 до 50мкм та шириною від 1 до 5мм та мало електричні контакти. Дугова група складалася щонайменше з двох дугових плівкових металевих сегментів, що розташовані на колах двох різних діаметрів та електрично з'єднані між собою. Найбільший діаметр дугового сегменту повинен складати від 90 до 97% діаметра керамічної пластини. Густина заповнення першої поверхні дуговими групами, кількість дугових груп та їх електричний опір залежать від необхідної для нагрівання температури (від 100 до 200°С) та маси плоскої підкладки, що нагрівають. Для запобігання розтріскування керамічної пластини при нагріванні тільки однієї поверхні на другій (задній) поверхні розташовують друге резистивне джерело нагрівання з дугових плівкових металевих сегментів товщиною від 5 до 50мкм та шириною від 1 до 5мм. Керамічна пластина зі сформованими резистивними джерелами нагрівання поміщалася у металевий корпус з алюмінію, який мав отвори для подачі охолоджуючого газу, контакти для прикладання електричної напруги до резистивних джерел нагрівання та термопару для вимірювання температури керамічної пластини. Така конструкція дозволяє відносно швидко нагрівати тонкі підкладки для проведення різних технологічних процесів (вакуумне напорошення, відпал, сушіння фоторезисту тощо). Однак дугові групи плівкових провідників з металу є непрозорими, тому така конструкція не є універсальною і може бути використана для нагрівання тільки АМРКД, який працює у режимі на відбивання світла. Близьким технічним рішенням є нагрівач [3], який формують безпосередньо на підкладці з активно-матричними тонкоплівковими структурами. Такий нагрівач наносять методом вакуумного на 4 порошення металу та фотолітографією формують у вигляді металевої сітки, яка займає проміжки між пікселями відображення інформації. Товщина металевого шару складає від 0,1 до 0,5мкм, а ширина металевих провідників від 10 до 25мкм. Для запобігання паразитного віддзеркалення світла таку сітку покривають електромагнітним захисним шаром чорного кольору, який електрично ізольований від подачі робочої напруги та з'єднаний з нульовим потенціалом. Таке розташування нагрівача дозволяє нагрівати безпосередньо рідкий кристал. Однак така конструкція призводить до суттєвого ускладнення технології виготовлення та подорожчання АМРКД. Оскільки металеві провідники є дуже тонкими та вузькими, вони мають відносно низьку надійність. Крім того, вони знаходяться в середині герметичного екрану, що робить такий нагрівач ремонтно непридатним. Такий нагрівач також неможливо вбудува ти у вже існуючі системи відображення інформації наоснові АМРКД, що робить їх непридатними для експлуатації у жорстких умовах знижених температур. Крім того, металеві провідники нагрівача необхідно надійно електрично ізолювати від електродів активно-матричної структури товстим шаром діелектрику. Захисний шар також повинен надійно захищати металеву сітку від прямого контакту з рідким кристалом, оскільки це приводить до руйнування металу та до електрохімічного розкладання та псування рідкого кристалу. Найбільш близьким технічним рішенням, прийнятим за прототип, є нагрівач [4], який розташовують безпосередньо на скляній прозорій підкладці дисплея з активно-матричними структурами дисплея. Такий нагрівач формують наступним чином: на прозору скляну підкладку АМРКД методом вакуумного напорошення наносять суцільний прозорий струмопровідний шар оксиду індію та олова, після чого формують його методом фотолітографії у вигляді сітки прозорих провідників, яка займає проміжки між пікселями відображення інформації та має два металеві контакти для підведення електричної напруги. Товщина прозорого струмопровідного шару складає від 0,05 до 0,2мкм, а ширина прозорих провідників від 10 до 25мкм. Таке розташування нагрівача дозволяє нагрівати безпосередньо рідкий кристал. Застосування стабільних у хімічному сенсі оксидів індію та олова робить безпечним їх безпосередній контакт з рідким кристалом, тому відпадає необхідність у захисному шарі. Однак така конструкція нагрівача залишає технологію виготовлення АМРКД складною та відносно дорогою. Оскільки прозорі провідники нагрівача є дуже тонкими та вузькими, вони мають досить низьку надійність. Крім того, вони знаходяться в середині герметичного екрану, що робить такий нагрівач ремонтно непридатним. Такий нагрівач неможливо використати у вже існуючих системах відображення інформації на основі АМРКД без вбудованого нагрівача, що робить їх непридатними для експлуатації у жорстких умовах знижених температур. Крім того, прозорі провідники нагрівача необхідно надійно ізолювати від електродів активно-матричної структури товстим шаром діелектриків. Поява локальних неоднорідностей еле 5 39400 ктричного опору прозорих провідників може викликати локальне перегрівання та навіть розкладання рідкого кристалу. Задачею запропонованої корисної моделі є спрощення технології виготовлення нагрівача, підвищення його надійності та ремонтопридатності, попередження локального перегрівання рідкого кристалу, можливість застосування у вже існуючих системах відображення інформації на основі АМРКД без вбудованого нагрівача для розширення температурного діапазону їх експлуатації. Поставлена задача вирішується тим, що резистивний нагрівач активно-матричного рідкокристалічного дисплея (АМРКД) має прозору скляну підкладку і нанесені на неї прозорий струмопровідний шар оксиду індію та олова і два металевих контакти до нього, який відрізняється тим, що підкладка виконана окремою, власною підкладкою нагрівача, а прозорий струмопровідний шар нанесено на неї суцільним. Конструкція запропонованого резистивного нагрівача показана на Фіг.1. Позитивний ефект досягається завдяки тому, що прозорий струмопровідний шар 2 наносять суцільним на окрему скляну підкладку 1, наносять металеві контакти 3, до яких за допомогою провідників 4 підводять електричну напругу. При цьому через прозорий струмопровідний шар протікає електричний струм та виділяється теплота, яка нагріває АМРКД. Завдяки тому, що прозорий струмопровідний шар виконують суцільним, не треба проводити фотолітографічний процес, що суттєво спрощує те хнологічний процес виготовлення АМРКД без вбудованого нагрівача, знижує його вартість та значно підвищує надійність самого нагрівача. Такий нагрівач можна виготовити з розмірами, які відповідають конкретному типорозміру АМРКД. Створений нагрівач приєднують, як показано на Фіг.2, до зовнішнього плівкового поляризатора 7 АМРКД 8, наприклад, за допомогою прозорого клею 6, при чому сторона нагрівача з прозорим струмопровідним шаром 2 обернена до АМРКД, тому теплота, яка виділяється у нагрівачі при проходженні електричного струму, передається через тонкі шари прозорого клею 6 та плівкового поляризатора 7 до АМРКД 8. Навіть при наявності неоднорідностей поверхневого опору локального перегрівання рідкого кристалу не відбувається, оскільки теплота, що виділилась, усереднюється шаром прозорого клею, плівковим поляризатором та скляною підкладкою самого АМРКД. Така конструкція нагрівача також виклю 6 чає прямий контакт прозорого струмопровідного шару з рідким кристалом і не може викликати його електрохімічного розкладання. Завдяки виготовленню нагрівача на окремій власній скляній підкладці 1 можливо додатково наносити антивідблискуюче покриття на сторону, протилежну прозорому струмопровідному шару 2. АМРКД 8 з приєднаним нагрівачем поміщають у герметичний корпус 5, який має ізолюючі вводи 9 для провідників, приєднаних до нагрівача. Приклад реалізації. Був виго товлений нагрівач шляхом вакуумного нанесення суцільного прозорого струмопровідного шару, який складався з 95% оксиду індію та 5% олова, на прозору скляну підкладку розміром 160мм на 205мм та товщиною 1,2мм. Питомий поверхневий опір прозорого струмопровідного шару складав 200Ом на квадрат. На прозорий струмопровідний шар нанесли металеві контакти у вигляді металевих стрічок шириною 2,5мм кожна вздовж краю довгої сторони та приєднали провідники для підведення електричної напруги. Нагрівач за допомогою оптичного клею був приєднаний до АМРКД з діагоналлю 254мм (10 дюймів). Екран з нагрівачем був поміщений у герметичний корпус з алюмінію, у якому сам нагрівач виконував роль скляного вікна, крізь яке спостерігали інформацію, що відображувалась на АМРКД. Додатково на нагрівач зі сторони скла було нанесено антивідблискуюче багатошарове покриття. Випробування показали, що АМРКД з ввімкненою системою живлення нагрівача зберігав працездатність при температурі зовнішнього середовища до -40°С. Крім того, нагрівач та алюмінієвий корпус додатково захищали АМРКД від механічних пошкоджень, а антивідблискуюче багатошарове покриття суттєво підвищило контраст зображення на дисплеї. Джерела інформації: 1. С. Шерр. Электронные дисплеи. М., Мир, 1982. с.222-231, 537-540. 2. Т. Nakamura. Heater, wafer heating apparatus and method for manufacturing heater. US Patent No US 7,417,206 B2, August 26, 2008. 3. W. R. Dunn, K.-S. Kwon, H.-Y. Park, I.-B. Kang. Flat panel display having integral heater, EMI shield, and thermal sensors. US Patent № US 7,292,291 B2, November 6, 2007. 4. W. R. Dunn, K.-S. Kwon, H.-Y. Park, I.-B. Kang. Flat panel display having integral heater, EMI shield, and thermal sensors. US Patent № US 7,324,176 B2, January 29, 2008. 7 Комп’ютерна в ерстка C.Литв иненко 39400 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601