DE2837433A1

DE2837433A1 - Fluessigkristall-anzeigetafel in matrixanordnung

Info

Publication number: DE2837433A1
Application number: DE19782837433
Authority: DE
Inventors: Kohhei Kishi; Masataka Matsuura; Keisaku Nonomura; Keiichiro Shimizu
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1977-08-30
Filing date: 1978-08-28
Publication date: 1979-03-08
Also published as: DE2837433C2; CH641586A5

Description

BESCHREIBUNG
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Flüssigkristallanzeigen und betrifft insbesondere eine Anzeigetafel dieser Gattung in Matrixanordnung.
Als Entwicklung der Westinghouse Electric Company sind Flüssigkristall-Anzeigetafeln in Matrixanordnung bekannt geworden, bei denen im Verlauf des Herstellprozesses ein dünner Film aus der Dampfphase niedergeschlagen wird, über den Feldeffekttransistoren und parasitäre Kondensatoren in die Fläche der Anzeigetafel eingebaut werden; vgl. insbesondere den Fachaufsatz T.P. Brody et al, "A 6"x6" 20 1/inch Liquid Crystal Display Panel in IEEE Trans. on Electron Devices ED-20 P995, 1973. In dieser Veröffentlichung ist erwähnt, daß die in die Flüssigkristall-Anzeigetafel eingebauten Dünnfilm-Transistoren auf der Grundlage von Cadmium-Selen (CdSe) hergestellt sind. In mehrerlei Hinsicht befriedigen jedoch Cadmium-Selen-Dünnfilm-Transistoren nicht zur Steuerung solcher Flüssigkristall-Anzeigen.
Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde,.eine Flüssigkristall-Anzeigetafel der eingangs genannten Gattung zu schaffen, welche die sich aus der Verwendung von CdSe-Dünnfilm-Transistoren ergebenden Schwierigkeiten nicht aufweist.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist dem Patentanspruch 1 zu entnehmen. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen# dargelegt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die Flüssigkristall-Anzeigetafel ein Paar Unterlagen enthält, von denen je eine mehrere Gate-Leitungen, mehrere dazu senkrechte Source-Leitungen sowie an jedem Gate- und Source-Leitungs-Kreuzungspunkt einen Dünnfilm-Transistor (TFT), gebildet durch eine Halbleiterschicht aus Tellur (Te), und die andere einen transparenten und elektrisch leitfähigen Film trägt, und daß ferner eine Schicht aus einem sandwichartig zwischen der Transistoranordnung und dem transparenten und elektrisch leitfähigen Film angeordneten Flüssigkristall-Material vorhanden ist Bevorzugte Ausführungsbeispiele, welche die Merkmale der Erfindung enthalten, werden nachstehend in Verbindung mit einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen: Fig. 1 (a) bis 1(d) schematische Querschnittsdarstellungen von im Rahmen der Erfindung verwendeten Dünnfilm-Transistoren (TFT), Fig. 2 eine graphische Kennlinien-Darstellung zu den Transistoren der Fig. 1(a) bis 1(d), Fig. 3 ein schematisches Schaltbild einer Zellenansteuerschaltung für eine Flüssigkristall-Anzeigetafel in Matrixanordnung, Fig. 4 graphische Darstellungen der Source-, Gate-und Drain-Spannungen, wie sie der Ansteuerschaltung von Fig. 3 zugeführt werden, Fig. 5 eine andere Ansicht der Ansteuerschaltung von Fig. 3, Fig. 6 bis 8 ein schematisches Schaltbild, ein Querschnitts-Ausschnitt bzw. eine abgebrochene perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Anzeigetafel in Matrixanordnung; Fig. 9 eine Kennliniendarstellung zum TFT, und Fig. 10 eine schematische Querschnittsdarstellung durch eine modifizierte erfindungsgemäße Flüssigkristall-Anzeigetafel in Matrixanordnung.
Die Fig. 1(a) bis 1(d) zeigen erfindungsgemäße neue Formen von Dünnfilm-Feldeffekt-Transistoren (TFT = Thin-Film Field-Effekt Transistor), die durchweg ein isolierendes Substrat 1, eine Gate-Elektrode 2, eine Isolierschicht 3 , eine Halbleiterschicht 4, eine Source-Elektrode 5 und eine Drain-Elektrode 6 aufweisen.
Wie eingangs bereits erwähnt, besteht die Halbleiterschicht 4 aus Tellur (Te). Als leitfähiges Material für die Source-Elektrode 5 und die Drain-Elektrode 6 kann Gold (Au), Aluminium (Al), Indium (In) oder Kupfer (Cu) gewählt werden. Das Material für die Isolierschicht 3 kann SiO, SiO2, Al203 und/oder CaF2 sein. Das Material für die Gate-Elektrode 2 kann Gold, Aluminium od.dgl. sein. Ein typisches Beispiel für die Leistungscharakteristik eines so aufgebauten Transistors läßt sich der Kennliniendarstellung von Fig. 2 entnehmen, wo vorausgesetzt ist, daß die Gate-Spannung vorhanden ist.
Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus dem Schaltbild einer bevorzugten Flüssigkristall-Anzeigetafel in Matrixanordnung, wo jeder Matrix-Kreuzungspunkt durch einen oben beschriebenen Dünnfilm-Transistor 7 und einen parasitären Kondensator 10 angesteuert wird. Diese spezielle Anzeigetafel enthält eine Drain-Elektrode 8, eine Flüssigkristallzelle 9, eine gemeinsame Gate-Elektrode 11 und eine gemein- same Source-Elektrode 12.
Das Spannungsdiagramm von Fig. 4 zeigt das Ansteuerspannungsverhaltender Flüssigkristall-Anzeigetafel in Matrixanordnung von Fig. 3, worin (a) eine Source-Spannung, (b) eine Gate-Spannung und (c) eine Drain-Spannung ist. Es sei darauf hingewiesen, daß Fig. 3 und 4 nur eine einzige Zelle bzw. ein einziges Element der Matrixanordnung zeigen, während in Wirklichkeit mehrere solcher Zellen in X- und Y-Richtung aneinandergereiht sind, um die Matrixanordnung ansteuern zu können. Eine Draufsicht auf die Zelle der Matrixanordnung zeigt Fig. 5. Das Metall für die Elektroden besteht aus Gold (Au) oder Aluminium (Al), das Isoliermaterial ist SiO2 oder Al203, und das Halbleitermaterial Tellur (Te).
Einzelheiten der Flüssigkristall-Anzeigetafel in Matrix anordnung in Verbindung mit ihrer Ansteuerschaltung zeigen die Fig. 6 bis 8.
Ein gemäß obiger Beschreibung aufgebauter Dünnfilm-Feldeffekt-Transistor 20 ist mit seiner Gate-Elektrode an X-Leitertreiber R1 bis Rn, und mit seiner Source-Elektrode an Y-Leitungstreiber C1 bis Cn angeschlossen. Zwischen der Drain-Elektrode des TFT 20 und Massepotential befindet sich ein Flüssigkristall-Material 27, und zwischen der Drain-Elektrode und der Gate-Elektrode liegt ein Kondensator 26. Da zwischen den an den Flüssigkristall angelegten elektrischen Signalen und den daraus resultierenden Änderungen seiner optischen Eigenschaften eine Zeitverzögerung besteht, sorgt der Kondensator 26 dafür, daß die Anwesenheitsdauer einer am Flüssigkristallmaterial anliegenden Signalspannung sich über die Erholzeit hinauserstreckt, damit das Flüssigkristallmaterial punktförmig reagieren kann.
Aus diesem Grund hat der Feldeffekt-Transistor 20 einen gegebenen Schwellwert. In Fig. 6 liegt der Kondensator 26 zwischen Drain- und Gate-Elektrode des Transistors 20, um Kopplungen zwischen dem Kondensator und Massepotential zu vermeiden. Angenommen, der X-Leitertreiber R1 erzeugt einen positiven Impuls und der ~~-Leitertreiber C1 einen negativen Impuls, dann wird eine an den Kondensator C11 angelegte Spannung sich über eine Analogspannung 30 von dem y-Leitertreiber C1 um eine Amplitude erhöhen, welche durch die Form des Impulses 29 bestimmt ist. Geht der Impuls 29 jedoch auf Massepotential zurück, so daß der Transistor T11 gesperrt ist, dann ist die Spannung am Kondensator T11 im wesentlichen derjenigen gleich, welche vom Y-Leitertreiber C1 zugeführt wird, so daß der Kondensator c11 parallel mit der Flüssigkristallzelle T liegt. Da der Kondensator 26 zwi-11 schen Gate- und Drain-Elektrode des Feldeffekt-Transistors 20 liegt, befindet er sich parallel mit dem Flüssigkristall über dem größten Teil einer Rahmenperiode und fördert dadurch das Ansprechen des Flüssigkristalles.
Bei der in Fig. 7 und 8 dargestellten Transistoranordnung trägt eine Unterlage 40 einen transparenten und elektrisch leitfähigen Film 41, und eine zweite Unterlage 42 trägt mehrere Gate-Leitungen 44 aus Cr oder Al, eine Isolierschicht 46 aus SiO oder Al203 und eine Halbleiterschicht 48 aus Te. Außerdem sind mehrere Source-Leitungen 50 aus Ag senkrecht zu den Gate-Leitungen 44 auf der Halbleiterschicht 48 angeordnet. Ein Drain-Abschnitt 52 aus Ag befindet sich direkt auf einer bestimmten der Source-Leitungen 50 und dient nicht nur als Drain-Elektrode, sondern zusätzlich als die eine Elektrode des Kondensators.
Zwischen den beiden Unterlagen 40 und 42 ist ein Flüssigkristallmaterial 54 injiziert.
Die erfindungsgemäße Anzeigetafel-Ausführung ist dem eingangs gewürdigten Stand der Technik insbesondere deshalb überlegen, weil bessere Betriebscharakteristiken vorhanden sind, sie einfacher herstellbar ist und bei der Fabrikation zur Vermeidung von Ausschuß beiträgt. Wie eingangs erwähnt, besteht ein besonderes Merkmal der Erfindung darin, daß bei der hier vorliegenden Flüssigkristall-Anzeigetafel in Matrixanordnung der Ansteuerungs-Feldeffekt-Transistor TFT die Tellur-(Te)Halbleiterschicht beinhaltet.
Erfindungsgemäß werden insbesondere dadurch Vorteile erzielt, daß Tellur (Te) keine photoleitenden Eigenschaften hat. Dagegen ist bekannt, daß bei den bisher verwendeten Dünnfilmtransistoren aus Cadiumsulfid (CdS) oder Cadmium-Selen (CdSe) besondere photo leitende Eigenschaften vorliegen. In Fig. 9 ist graphisch dargestellt, wie bei der Verwendung von Cadmiumsulfid oder Cadmium-Selen der Drain-Strom von der Drain-Spannung abhängig ist. Die durchgehenden Linien 13 gelten für die Abwesenheit von einfallendem Licht.
Wenn jedoch Licht auf die Anordnung fällt, dann addiert sich ein Fotostrom, und es gelten die unterbrochen gezeichneten Linien 14. Dadurch erhöht sich der in Fig. 9 mit 15 bezeichnete Ausschaltwiderstand Rab auf den Wert 16 und der mit 17 bezeichnete Einschaltwiderstand Rein auf den ein Wert 18, d.h., das Verhältnis 15:17 ändert sich auf das Verhältnis 16:18. Diese Erscheinung führt zu unstabilen Betriebscharakteristiken beim Dünnfilmtransistor, da die Menge des einfallenden Lichtes niemals konstant sein wird.
Um diesen Mangel zu vermeiden, müßte der Lichteinfall ent- weder verhindert oder stets konstant gehalten werden. Dies führt bei den bekannten Anordnungen zu Komplikationen.
Dennoch ist es bei der erläuterten bekannten Anzeigetafelanordnung sehr schwierig, die Amplitude des auf die Halbleiterschicht des TFT einfallenden Lichtes konstant zu halten. Die Fabrikation wird kompliziert, auch wenn es gelingen sollte, von der Gestaltung her eine Lichtabschirmung zu bilden. Erfindungsgemäß-ist keine derartige Lichtabschirmung erforderlich, weil Tellur seine Leitfähigkeit bei einfallendem Licht nicht verändert; dadurch wird die Fabrikation wesentlich vereinfacht.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung leitet sich daraus ab, daß Tellur nur aus einem einzigen chemischen Element besteht, somit gleichförmig und einheitlich zusammengesetzt ist. Dagegen ist die gleichmäßige Zusammensetzung und einheitliche Natur bei Dünnfilmtransistorn aus Cadmiumsulfid oder Cadmium-Selen viel weniger erwünscht als bei einem Einzelelement-Halbleitermaterial.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß keine Notwendigkeit zum Beheizen eines Substrates besteht, wenn Tellur aufgedampft wird. Beim Aufdampfen von Cadmium-Sulfid oder Cadmium-Selen zur Bildung einer Halbleiterschicht eines Dünnfilmtransistors ist es notwendig, das Substrat auf 1500C bis 4500C zu beheizen, oder nach dem Aufdampfen der Schicht das Substrat in einer Atmosphäre aus getrocknetem Sauerstoff, getrocknetem Stickstoff oder einer Kombination von beiden einer Wärmebehandlung zu unterziehen. Verwendet man dagegen Tellur, dann sind diese Maßnahmen überflüssig, und die Auswirkungen auf die Metall- und Isolierschichten vor der Ablagerung des Tellur auf das Substrat sind minimal.
Fig. 10 zeigt eine Abwandlung des Tellur-(Te)Dünnfilm-Transistors in der Weise, daß eine Isolierschicht 13 aufgelegt ist, welche den Dünnfilm-Feldeffekt-Transistor vor dem Flüssigkristallmaterial schützt. Würde man nämlich das Flüssigkristallmaterial in direkten Kontakt mit dem unter Verwendung der Halbleiterschicht 4 aus Tellur aufgebauten Dünnfilm-Feldeffekt-Transistor bringen, dann würden dessen Betriebscharakteristiken schlechter ausfallen. Die Isolierschicht 13 besteht aus einem geeigneten Material und wird und geeigneten Fabrikationsbedingungen aufgebracht. Verwendet man hier ein ungeeignetes Material oder bringt man ein geeignetes Material unter ungeeigneten Fabrikationsbedingungen auf, dann würden sich ebenfalls die Betriebscharakteristiken des TFT verschlechtern.
Die nachstehend aufgeführte Tabelle bezieht sich auf die Ergebnisse von Versuchen der Anmelderin in bezug auf die Isolierschicht für den Dünnfilm-Feldeffekt-Transistor: Ablagerungsmethode Material Ergebnis Aufsprühen Si N schlecht 3 4 SiO2 schlecht Al2O3 gut Aufdampfen SiO schlecht Si02 schlecht Al'03 gut Aus der vorstehenden Tabelle geht hervor, daß bei Verwendung von Silicium-Dioxid (SiO2) als Isolierschicht eine Leistungsverminderung des TFT eintrat. Auch Siliciumnitrid (Si3N4) und Siliciummonoxid (SiO) führten zu einer Verschlechterung der Leistungscharakteristik beim Transistor, abhängig von der Ablagerungsmethode. Dagegen zeigten sich bei der Abschirmung des Dünnfilm-Feldeffekt-Transistors TFT mit Aluminiumoxid (Al203) durch Aufsprühen oder Aufdampfen keine Änderungen in den Betriebs- bzw.
Leistungscharakteristiken bei Verwendung einer Tellur-(Te) Halbleiterschicht für den TFT. Die Verdampfung wurde durchgeführt unter einem höher als 10 4 Torr liegenden Vakuum, und die Substrattemperatur lag zwischen Raumtemperatur und o 150 C. Vorausgesetzt, der TFT ist von dem Flüssigkristallmaterial durch die Schutz- bzw. Isolierschicht aus Aluminiumoxid (Al203) getrennt, dann bleiben die ausgezeichneten Eigenschaften des TFT voll erhalten.
Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung nicht auf die beschriebenenAusführungsbeispiele, vielmehr sind im Rahmen des beanspruchten Schutzumfangs zahlreiche Abwandlungen möglich.

Claims

Flüssigkristall-Anzeigetafel in Matrixanordnung PATENTANSPRÜCHE 1. Flüssigkristall-Anzeigetafel inMatrixanordnung, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h ein Paar Unterlagen (40, 42), von denen die eine (42) mehrere Gateleitungen (44), mehrere dazu senkrechte Source-Leitungen (50) sowie an jedem Gate- und Source-Leitungs-Kreuzungspunkt je einen durch eine Halbleiterschicht aus Tellur (Te) gebildeten Dünnfilm-Feldeffekttransistor (TFT ^= Thin Film Field Effect Transistor), und die andere (40) einen transparenten und elektrisch leitfähigen Film (41) trägt; und durch eine Schicht eines sandwichartig zwischen dem Transistor und dem transparenten und elektrisch leitfähigen Film angeordneten Flüssigkristallmaterials(54).
2. Flüssigkristall-Anzeigetafel nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Dünnfilm-Feldeffekttransistor (TFT) eine Gate-Elektrode (2), eine Isolierschicht (3), eine Halbleiterschicht (4) aus Tellur (Te), eine Source-Elektrode (5) und eine Drain-Elektrode (6) aufweist, und daß die sandwichartig zwischen dem Transistor und dem transparenten und elektrisch leitfähigen Film (41) angeordnete Flüssigkristall-Materialschicht (54) durch den Dünnfilm-Transistor (TFT) erregbar ist.
3. Flüssigkristall-Anzeigetafel nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Dünnfilm-Transistor (TFT) mit einer Schutzschicht (13) abgedeckt und dadurch von dem Flüssigkristallmaterial entfernt ist.
4. Flüssigkristall-Anzeigetafel nach Anspruch 3, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schutzschicht (13) aus Aluminiumoxid besteht.