DE2908744C2

DE2908744C2 - Flüssigkristall-Bildschirm mit einer reflektierenden Elektrodenanordnung

Info

Publication number: DE2908744C2
Application number: DE2908744A
Authority: DE
Inventors: Paul G. Phoenix Ariz. Hilton; Paul F. Oceanside Calif. Robusto; Craig P. Carlsbad Calif. Stephens
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1978-03-13
Filing date: 1979-03-06
Publication date: 1983-05-11
Also published as: FR2420178A1; JPS54126560A; US4185894A; NL189880C; JPS5840168B2; FR2420178B1; GB2016726B; NL7901648A; NL189880B; GB2016726A; DE2908744A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Flüssigkristall-Bildschirm, bestehend aus einer vorderen durchsichtigen Elektrodenplatte, einer im Abstand von der Elektrodenplatte parallel zu dieser angeordneten hinteren Halbleiterplatte, die auf ihrer der Elektrodenplatte zugewandten Seite eine mit einem mehrschichtigen, spektral selektiv reflektierenden Spiegel kombinierte Elektrodenanordnung trägt, einer zwischen der Elektrodenplatte und der Halbleiterplatte angeordneten Flüssigkristallschicht und einer Einrichtung zum Anlegen von Steuerspannungen an die Elektrodenplatte und die Elektrodenanordnung.

Ein solcher Flüssigkristall-Bildschirm ist aus der US-PS 40 06 968 bekannt. Bei diesem bekannten Flüssigkristall-Bildschirm ist unter einer transparenten Elektrode ein dichroitischer Spiegel angeordnet, der aus mehreren Schichten eines dielektrischen Materials besteht, deren Dicke jeweils etwa ein Viertel der Wellenlänge des zu reflektierenden Lichtes beträgt. Unter dem dichroitischen Spiegel befindet sich noch eine lichtabsorbierende Schicht aus Silberoxid.

Es ist ersichtlich, daß die mit dem selektiv reflektierenden Spiegel kombinierte Elektrodenanordnung einen komplizierten Aufbau hat und zu den Arbeitsschritten, die zur Herstellung der Elektroden selbst erforderlich sind, sehr viele zusätzliche Arbeitsschritte erfordert, Hierdurch wird nicht nur die Herstellung eines solchen ^ sehr kostspielig, sondern es besteht auch die Gefahr, daß die Ausschußquote erheblich erhöht wird, was nicht nur im Hinblick auf die damit verbundene, weitere

s Kostensteigerung, sondern auch im Hinblick auf den damit verbundenen Materialverlust von Nachteil ist

Aus der US-PS 37 65 747 ist ein Flüssigkristall-Bildschirm bekannt, bei dem die Elektrodenanordnung auf der Halbleiterplatte von dotierten Bereichen der Halbleiterplatte gebildet wird. Das Halbleitermaterial ist dabei selbst in hohem Maße reflektierend, so daß es in manchen Fällen unmittelbar als Spiegel geeignet ist Ein solcher Spiegel ist jedoch nicht spektral selektiv reflektierend, sondern reflektiert das Licht in einem großen Spektralbereich, so daß auf diese Weise nur eine

Schwarzweißdarstellung erhalten wenden kann, nicht

aber eine farbselektive Darstellung, wie sie für viele

Zwecke erwünscht ist Demgegenüber liegt der Erfindung did Aufgabe

zugrunde, einen Flüssigkristall-Bildschirm der eingangs genannten Art, der eine selektiv farbige Darstellung ermöglicht so zu vereinfachen und zu verbessern, daß er mit einer geringeren Anzahl einfacherer Verfahrensschritte herstellbar ist

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Elektrodenanordnung dadurch als unmittelbar selbst spektral reflektierender Spiegel ausgebildet ist, daß sie aus abwechselnden dünnen Schichten aus Silicium und Siliciumdioxid besteht, von denen jeweils mindestens eine Schicht vorhanden ist, deren Brechungsindices und Dicken die Farbe des selektiv reflektierten Lichtes bestimmen, die Siliciumschicht eine Verunreinigung enthält, die diese Schicht elektrisch leitend macht, und bei Vorliegen mehrerer leitender Siliciumschichten diese Schichten miteinander elektrisch leitend verbunden sind.

Die Ausbildung der reflektierenden Elektrodenanordnung aus abwechselnden dünnen Schichten aus Silicium und Siliciumdioxid macht es möglich, durch geeignete Wahl der Siliciumdioxid- und Silicium-Schichten eine selektive Reflexion in bestimmten Spektral-Bereichen zu erzielen und dadurch verschiedene Farben des mittels des Flüssigkristall-Bildschirms dargestellten Musters zu erzielen, und zwar insbesondere die Farben Silber, Goldgelb, Magentarot, Blau und Grün. Darüber hinaus wird durch die Erfindung ein verbessertes Reflexionsvermögen der reflektierenden Elektrodenanordnung erzielt was sich ebenfalls auf die Darstellung vorteilhaft auswirkt Das Refexionsvermögen kann durch die Anwendung einer Mehrzahl abwechselnder Schichten noch verbessert werden, üer so erhaltene Flüssigkristall-Bildschirm ist nicht nur für die Darstellung von Fernsehbildern, sondern auch für Uhren, Bildschirme für die Wiedergabe graphischer Darstellun gen und dergleichen geeignet.

Obwohl die optischen Eigenschaften dünner Schichten aus Halbleitermaterialien in verschiedenen anderen optischen Einrichtungen ausgenutzt worden sind, wurde ihr Wer: als selektiv reflektierende Elektrode bisher nicht erkannt. Beispielsweise ist aus der US-PS 37 26 58.'J eine Anordnung aus mehreren Halbleiterschichten bekannt, die als Modulator zur Variation der Intensität eines monochromatischen Lichtstrahles benutzt wird, der durch die mehrschichtige Anordnung nahe dem kritischen Einfallswinkel hindurchgeleitet wird. Eine der Schichten wirkt als optischer Resonator, während der Brechungsindex der anderen Schichten durch das Anlegen einer elektrischen Spannung

verändert wird. Allgemein befaßt sich diese Patentschrift mit einem allgemein brauchbaren elektrisch abstimmbaren Filter und nicht mit der Anwendung eines speziellen Reflektors.

Es ist auch seit einigen Jahren die Anwendung von Antireflex-Belägen bekannt, die aus mehreren Schichten bestehen, beispielsweise aus den US-PS 32 35 397 und 33 56 522.

Aus der US-PS 36 79 291 ist ein Filter bekannt, das aus einem mehrschichtigen Belag besteht, bezüglich ι ο seiner Durchlässigkeit neutral ist und ein asymmetrisches Reflexionsvermögen aufweist Auch hier ist das Filter in anderer Weise aufgebaut und wird in anderer Weise benutzt als der erfindungsgemäße Reflektor.

Endlich ist aus der US-PS 39 10 933 ein Ziffernblatt is für eine Uhr mit Analoganzeige bekannt, das mit einer durchsichtigen Schicht aus einem Material bedeckt ist das aus Siliciumdioxid, Magnesiumfluorid u.dgl. bestehen kann, für das jedoch vorzugsweise Saphir verwendet wird, um eine Interferenz zwischen dem Licht hervorzurufen, das von der Vorderfläche und der Rüekfiäche der Schicht reflektiert wird, damit Interferenzfarben entstehen. In einem Flüssigkristal 1-Bildschirm ist eine solche einfache Beschichtung nicht ausreichend, um die Farbselektivität oder auch nur ein verbessertes Reflexionsvermögen zu erzielen, wie es durch die Erfindung der Fall ist

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels. Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch einen Flüssigkristall-Bndschirm bekannten Aufbaus, bei dem die Erfindung angewendet werden kann, und

Fig.2 einen Querschnitt durch einen mehrschichtigen dielektrischen Reflektor nach d«_r Erfindung, eingebaut in einen Flüssigkristall-Bildschirm nach Fig. 1.

Fig. 1 veranschaulicht einen Flüssigkristall-Bildschirm, wie er aus der US-PS 38 62 360 bekannt ist Bei -to einem solchen Bildschirm ist eine Matrixanordnung aus reflektierenden Elektroden 36 zusammen mit zugeordneten Adressierschaltungen (Feldeffekttransistoren) und elektrischen Speicherschaltungen (Kondensatoren) für jede Zelle des Bildschirmes auf einer hinteren Halbleiterplatte derart angeordnet daß jede reflektierende Elektrode 36 eine Belegung oder eine Platte des Kondensators der entsprechenden Zelle bildet. Jeder Feldeffekttransistor wird dazu benutzt, ein zugeordnetes Element der Matrixanordnung zu adressieren, und es hält der zugeordnete Speicherkondensator die quer zur Flüssigkristallschicht 28 angelegte Spannung in der jeweiligen Flüssigkristallzede für eine ausreichend lange Zeit, um die Bildung von Streuzentren in der Flüssigkristallschicht zu gewährleisten. Die Flüssigkristallzelle umfaßt eine vordere ebene Glasplatte 30, auf deren Innenseite sich eine an die Flüssigkristallschicht 28 angrenzende, transparente Elektrode 32 befindet. Ein Abschnitt 66 einer von einer Grundplatte getragenen Halbleiterplatte trägt eine dielektrische Schicht 68 und die reflektierende Elektrode 36. Die reflektierende Elektrode 36, die mit der Flüssigkristallschicht in Berührung steht, besteht bei dem bekannten Bildschirm aus Aluminium, Nickel, Chrom, Gold oder Silber und ist auf herkömmliche Weise durch Aufdampfen oder tn Aufsprühen aufgebracht. Der unter der Elektrode gebildete Kondensator umfaßt die metallische Elektrode 36 und einen η⁺ -dotierten Bereich in der Halbleiterplatte 66, der von der Elektrode 36 durch die dielektrische Schicht 68 getrennt ist, Die dielektrische Schicht besteht vorzugsweise aus Siliciumdioxid (SiO₂) oder Siliciumnitrid (Si3N^) oder aus einer Kombination beider Werkstoffe, Weitere Einzelheiten über den Aufbau und den Betrieb solcher Flüssigkristall-Bildschirme können der US-PS 38 62 360 entnommen werden.

Nach der Erfindung wird bei einem solchen Bildschirm die aus Metall bestehende reflektierende Elektrode 36 durch eine mehrschichtige Anordnung aus abgeschiedenen dünnen Schichten aus Silicium und Siliciumdioxyd ersetzt wie es Fi g. 2 im einzelnen zeigt Die Anordnung nach Fig.2 umfaßt wiederum eine obers oder vordere Glasplatte 30 mit einer transparenten Elcktrodenschicht32, an die sich eine Flüssigkristallschicht 28 anschließt Ebenso ist dargestellt die dielektrische Schicht 68, weiche die reflektierenden Elektroden trägt

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die reflektierende Elektrode 36 durch eine Anordnung aus mehreren dünnen Schichten 36a, 36b, 36c, 36d und 38e ersetzt Bei dieser Anordnung bestehen die Schichten 36a, 36c und 36e aus dünnen Schichten aus abgeschiedenem Polysilicium, welches mit einer Verunreinigung vom P-Typ oder N-Typ, wie beispielsweise Bor oder Phosphor, dotiert worden ist um die Schichten leitend zu machen. Dabei sind die Siliciumschichten mittels »Durchführungen« 36/ und 36^· leitend miteinander verbunden, welche die Zwischenschichten 366 und 36c/ durchsetzen, welche aus Siliciumdioxid bestehen. Auch diese Schichten sind unter Anwendung bekannter Verfahren hergestellt worden. Dabei versteht es sich, daß zunächst die Schicht 36a und dann die Schicht 366 aufgebracht wird. Wenn dann die Schicht 36c aufgebracht werden soll, werden Maskierungs- und Ätzverfahren angewendet, um zunächst ein Loch in der Schicht 366 zu erzeugen, so daß die Durchführung 36/entsteht wenn die Schicht 36c abgeschieden wird. Die Schritte werden nacheinander wiederholt bis eint Struktur der gewünschten Dicke erhalten worden ist.

Es ist möglich, eine ungerade Anzahl von Schichten 7.U verwenden, solange die letzte Schicht eine dotierte Polysiliciumschicht zur Bildung einer mit Gleichstrom betriebenen Transistormatrix ist, wenn der Flüssigkristall Gleichstrom leitet. Die letzte Schicht kann jedoch Siliciumdioxid sein, wenn der Bildschirm mit Wechselstrom betrieben wird und die letzte Schicht zur Ausrichtung der Flüssigkristalle benutzt werden soll.

Das Reflexionsvermögen des Reflektors kann angenähert durch die nachstehende Beziehung zwischen den Brechungsindizes Nder dünnen Schichten wiedergegeben werden:

R-[(Ni-NiV(N₂ +N,]f.

In dieser Beziehung ist R das Reflexionsvermögen in Prozent. Nt ist der Brechungsindex der Siliciumschicht, der einen Wert zwischen 3,9 und 5,4 haben kann. /V₂ ist der Brechungsindex von Siliciumdioxid, der etwa 1,45 beträgt. Die Beziehung gibt das Reflexionsvermögen für eine zwei Schichten umfassende Anordnung an. Eine Erhöhung des Reflexionsvermögens kann durch die Verwendung mehrerer solcher Schicl.tpaare übereinander erzielt werden.

Die vorherrschende Wellenlänge oder Farbe wird durch die Dicke der kombinierten Silicium- und Siliciumdioxidschichien gemäß der folgenden Tabelle bestimmt:

	29 08 744	Dicke der Silizmm-	35 nm
		whirtit	50 nm
Beobachtete	Dicke der		65 nm
Farbe	SiO₂-SCtIiClU	(N₁ = 3,9 bis 5,4)
	(Ni = 1,45)	15 mn bis	75 nm
Silber	70 nm bis 120 nm	35 nm bis	100 nm
Gelb	70 nm bis 120 mn	45 nm bis
Magenta	70 nm bis 120 nm
(Rot)		60 nm bis
Blau	70 nm bis 120 nm	70 nm bis
Grün	70 nm bis 120 nm

Die Schichtdicker., welche eine Silberfarbe ergeben, sind unmittelbar dazu geeignet, die bisherigen Chromelektroden zu ersetzen, und ergeben wegen des verbesserten Reflexionsvermögens ein brillanteres Bild.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1, Flüssigkristall-Bildschirm, bestehend aus einer vorderen durchsichtigen Elektrodenplatte, einer im Abstand von der Elektrodenplatte parallel zu dieser angeordneten hinteren Halbleiterplatte, die auf ihrer der Elektrodenplatte zugewandten Seite eine mit einem mehrschichtigen, spektral selektiv reflektierenden Spiegel kombinierte Elektrodenanordnung trägt, einer zwischen der Elektrodenplatte und der Halbleiterplatte angeordneten Flüssigkristallschicht und einer Einrichtung zum Anlegen von Steuerspannungen an die Elektrodenplatte und die Elektrodenanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenanordnung dadurch als unmittelbar selbst spektral reflektierender Spiegel ausgebildet ist, daß sie aus abwechselnden dünnen Schichten (36a bis 36eJ aus Silicium und Siliciumdioxid besteht, von denen jeweils mindestens eine Schicht vorhanden ist, deren Brechungsindices und Dicken die Farbe des selektiv reflektierten Lichtes bestimmen, die Siliciumschicht (36a, 36c; 36e) eine Verunreinigung enthält, die diese Schicht elektrisch leitend macht, und bei Vorliegen mehrerer leitender Siliciumschichten diese Schichten miteinander elektrisch leitend verbunden sind.
2. Flüssigkristall-Bildschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Siliciumdioxyd-Schicht eine Dicke im Bereich zwischen 70 und 120 nm und die Silicium-Schicht eine die Farbe des reflektierten Lichtes bestimmende Dicke im Bereich zwischen 15 und 100 nm aufweist