DE68922518T2

DE68922518T2 - Elektrooptische Vorrichtung.

Info

Publication number: DE68922518T2
Application number: DE68922518T
Authority: DE
Inventors: Yoshimi Kuroda
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1988-03-17
Filing date: 1989-03-10
Publication date: 1995-09-21
Anticipated expiration: 2009-03-11
Also published as: EP0333392B1; EP0333392A3; KR890015060A; EP0333392A2; DE68922518D1; KR0146292B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrooptische Vorrichtung des Typs, welcher ein Substrat und eine Mehrzahl von Pixeln umfaßt, wobei Schaltelemente auf dem Substrat vorgesehen sind und jedes Schaltelement amorphes Material umfaßt, welches hauptsächlich aus Silizium besteht.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer elektrooptischen Vorrichtung, wobei das Verfahren dem Typ angehört, welcher das Bilden einer Mehrzahl von Pixeln auf einem Substrat und das Bilden einer Mehrzahl von Schaltelementen umfaßt, wobei die Schaltelemente amorphes Material aufweisen, welches hauptsächlich aus Silizium auf dem Substrat besteht.
Eine elektrooptische Vorrichtung des genannten Typs ist in der EP 0 202 092 offenbart, in welcher eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung zwei entgegengesetzte Substrate, eine Schicht aus Flüssigkristallmaterial zwischen den Substraten, eine Zeile von auf den Oberflächen des Substrates gebildeten Elektroden und auf der inneren Oberfläche des anderen Substrates gebildete Spaltenelektroden zusammen mit auf dem Substrat gebildeten Pixelelektroden und nichtlineare Widerstandselemente bzw. Elemente mit nichtlinearem Widerstand umfaßt, welche in Reihe miteinander verbunden sind.
Ein Element mit nichtlinearem Widerstand und ein Dünnfilmtransistor (TFT) mit amorphem Silizium, welcher einen Siliziumnitridfilm, einen Siliziumoxidfilm, einen Siliziumnitrid-Oxidfilm oder einen Siliziumkarbidfilm als einen Dünnfilm mit nichtlinearem Widerstand verwendet, werden in der JP-A-90192/1986 und der JP- A-94086/1986 beschrieben.
Da diese amorphes Silizium als das Basismaterial verwendenden elektrooptischen Schaltelemente durch eine chemische Reaktion zwischen verschiedenen Gasen zum Aufbringen eines Films in einer plasmachemischen Dampfphasenbeschichtungsvorrichtung (CVD) gebildet werden, wird unvermeidbar Wasserstoff in die Basis des Films aus amorphem Silizium eingebaut. Um z.B. ein Element mit nichtlinearem Widerstand mit SiNx (N/Si = 0,4 bis 0,8) zu erzeugen, wird zur Bildung eines Films ein SiH&sub4;-Gas chemisch mit einem N&sub2;-Gas oder einem NH&sub3;-Gas derart reagiert, daß die abgespaltene Komponente des SiH&sub4;-Gases oder die H-Komponente von NH&sub3; unvermeidbar mit einem Anteil von 10 bis 20% in den resultierenden SiNx-Film eingebaut wird. Auch bei der Bildung eines Elements mit nichtlinearem Widerstand aus SiOx wird das SiH&sub4;-Gas in ähnlicher Weise verwendet, wodurch 10 bis 20% der abgespaltenen H-Komponente des SiH&sub4;-Gases in den SiOx-Film eingebaut werden.
Da ein Schaltelement, welches H enthaltendes, amorphes Silizium (im folgenden als "a-Si:H" bezeichnet) als das Basismaterial verwendet, einen für a-Si:H spezifischen photoelektrischen Effekt zeigt, verändern sich die elektrischen Eigenschaften des Elements in Abhängigkeit von der Umgebung (hell und dunkel) des Elements.
Erfindungsgemäß wird deshalb eine elektrooptische Vorrichtung bereitgestellt, welche eine Mehrzahl von Schaltelemente aufweisenden Pixeln umfaßt, wobei jedes Schaltelement amorphes Silizium als sein Basismaterial umfaßt, und dadurch gekennzeichnet ist, daß das amorphe Siliziumbasismaterial jedes Schaltelements keinen Wasserstoff enthält oder einen Wasserstoffgehalt von nicht mehr als 1 Gew.-% aufweist.
Infolge der Tatsache, daß das Basismaterial keinen Wasserstoff enthält oder einen Wasserstoffgehalt von nicht mehr als 1 Gew.-% aufweist, kann eine elektrooptische Vorrichtung hergestellt werden, bei welcher der oben genannte photoelektrische Effekt nicht auftritt, wodurch die Vorrichtung stabil und zuverlässig ist.
Die Schaltelemente sind vorzugsweise Elemente mit nichtlinearem Widerstand oder TFT-Elemente.
Die Vorrichtung umfaßt vorzugsweise ein erstes und ein zweites Substrat, welche einander gegenüberliegen, wobei Elektroden der Pixel und die Schaltelemente auf den inneren Oberflächen der entsprechenden Substrate angeordnet sind; eine elektrooptische Schicht zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat; und wenigstens ein Polarisationselement, durch welches die Vorrichtung betrachtet wird.
Die elektrooptische Schicht umfaßt vorzugsweise eine Schicht aus Flüssigkristallmaterial.
Jedes der Substrate kann eine Mehrzahl von Zeilenelektroden und eine Mehrzahl von Spaltenelektroden an seiner inneren Oberfläche aufweisen, wobei auch das zweite Substrat Pixelelektroden und Elemente mit nichtlinearem Widerstand auf seiner inneren Oberfläche aufweist.
Das amorphe Siliziumbasismaterial kann im wesentlichen aus SiNx oder SiCy oder SiOz oder aus Si, N und O bestehen.
Das Basismaterial kann im Vergleich zum stöchiometrischen Verhältnis siliziumreich sein.
Das amorphe Silizium ist vorzugsweise auf einem Substrat durch Sputtern aufgebracht worden.
Das Sputtern kann durch reaktives Sputtern unter Verwendung eines Targets aus Silizium und eines Gases bewirkt werden.
Das Gas kann N, O oder C enthalten.
Das Target kann aus einkristallinem Silizium, polykristallinem Silizium oder Siliziumoxid gebildet sein.
Vorzugsweise werden die Zeilen- und Spaltenelektroden, die Pixelelektroden und die Elemente mit nichtlinearem Widerstand auf dem zweiten Substrat durch Sputtern aufgebracht.
Die Erfindung umfaßt auch ein Verfahren zum Herstellen einer elektrooptischen Vorrichtung, welches das Bilden einer Mehrzahl von Schaltelemente aufweisender Pixel auf einem Substrat umfaßt, wobei jedes Schaltelement amorphes Silizium als Basismaterial umfaßt, und dadurch gekennzeichnet ist, daß das amorphe Siliziumbasismaterial jedes Schaltelements keinen Wasserstoff enthält oder einen Wasserstoffgehalt von nicht mehr als 1 Gew.-% aufweist, wobei das Basismaterial auf das Substrat gesputtert wird.
Die Erfindung wird lediglich beispielhaft in den beigefügten Zeichnungen dargestellt, in welchen:
Figur 1 eine Draufsicht eines Teils einer erfindungsgemäßen elektrooptischen Vorrichtung ist;
Figur 2 ein Querschnitt eines Elements mit nichtlinearem Widerstand ist, welches einen Teil der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung zeigt;
Figur 3 ein Diagramm ist, welches die I-V-Kennlinie eines Films mit nichtlinearem Widerstand zeigt, welcher ein bekanntes a-Si:H - Material als sein Basismaterial verwendet;
Figur 4 ein Diagramm ist, welches die I-V-Kennlinie eines Films mit nichtlinearem Widerstand zeigt, welcher wasserstofffreies amorphes Silizium als sein Basismaterial verwendet;
Figur 5 eine perspektivische Darstellung eines Teils einer erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeige ist;
Figur 6 ein Longitudinalquerschnitt eines Pixels einer Flüssigkristallanzeige ist, welche den in Figur 5 dargestellten Teil umfaßt;
Figur 7 ein Schaltplan einer Flüssigkristallanzeige ist, welche Elemente mit nichtlinearem Widerstand verwendet;
Figur 8 ein Aquivalenzschaltplan eines Pixels der Flüssigkristallanzeige von Figur 6 ist;
die Figuren 9(A) und 9(B) Beispiele der Form des Signals zeigen, welches zwischen dem Flüssigkristall und dem Element mit nichtlinearem Widerstand AC des Pixels von Figur 8 zur Zeit ON angelegt wird, und der zwischen den Flüssigkristallen BC des Pixels zu diesem Zeitpunkt angelegten Spannung zeigen;
die Figuren 10(A) und 10(B) Beispiele der zwischen AC und zwischen BC von Figur 8 zur Zeit OFF angelegten Spannungen zeigen;
Figur 11 ein Herstellungsschritte zeigendes Blockdiagramm ist, welches eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt;
Figur 12 ein Blockdiagramm ist, welches ein Beispiel der Herstellungsschritte des Stands der Technik zeigt;
Figur 13 ein Diagramm ist, welches die Asymmetrie der Spannung- Strom-Kennlinie eines Elements mit nichtlinearem Widerstand zeigt;
Figur 14 die Spannung-Strom-Kennlinie eines Elements mit nichtlinearem Widerstand zeigt, wenn die Flußrate von Ar+N&sub2;-Gas verändert wird;
Figur 15 die Spannung-Strom-Kennlinie eines Elements mit nichtlinearem Widerstand zeigt, wenn die RF-Leistung verändert wird;
Figur 16 die Spannung-Transmissionsgrad-Kennlinie der Flüssigkristallanzeige gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
Figur 17 ein Diagramm ist, welches die Spannungsverschiebungs- Kennlinie einer Flüssigkristallanzeige gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
In der folgenden Beschreibung verwendete Begriffe, wie z.B. "oben" und "unten", beziehen sich lediglich auf die Richtungen, welche in den beigefügten Zeichnungen zu sehen sind.
In den Figuren 1 und 2 ist ein Teil einer erfindungsgemäßen elektrooptischen Vorrichtung dargestellt, welche ein durchsichtiges Substrat 11 umfaßt, auf welchem eine Mehrzahl von Elementen 15 mit nichtlinearem Widerstand ausgebildet ist, von denen jedes in aufeinanderfolgender Schichtung eine durchsichtige Pixelelektrode 12, einen Film 14 mit nichtlinearem Widerstand und eine Verdrahtungselektrode 13 aus Metall umfaßt.
Falls der Film 14 mit nichtlinearem Widerstand im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung a-Si:H als sein Basismaterial verwendet, verändert sich die Spannung-Strom-Kennlinie zwischen der Verdrahtungselektrode 13 und der durchsichtigen Pixelelektrode 12 in Abhängigkeit von der Helligkeit und Dunkelheit um das Element, wie in Figur 3 gezeigt. Falls ein a-Si:H als sein Basismaterial verwendender, derartiger Film 14 mit nichtlinearem Widerstand für eine Flüssigkristallanzeige, wie in Figur 6 gezeigt, verwendet wird, tritt aufgrund der im folgenden dargelegten Gründe ein Kontrastunterschied zwischen einer hellen Umgebung und einer dunklen Umgebung auf.
Figur 7 ist ein Schaltplan einer Elemente 15 mit nichtlinearem Widerstand verwendenden Matrixflüssigkristallanzeigefeldvorrichtung, wobei Figur 7 die Zeilenelektroden bildenden Verdrahtungselektroden 13 aus Metall, durchsichtige Spaltenelektroden 17 und eine Flüssigkristallschicht 16 eines Pixels zeigt.
Figur 8 ist ein Äquivalenzschaltplan eines Pixels, wobei die Symbole C&sub1; und R&sub1; für die Kapazität und den Widerstand jedes Elements 15 mit nichtlinearem Widerstand stehen und CLC und RLC für die Kapazität und den Widerstand jedes Flüssigkristallpixels stehen. Die Ansteuerungssignalform bei dem in Figur 7 dargestellten Matrixflüssigkristallfeld ist eine beispielhaft in den Figuren 9(A) und 10(A) dargestellte Zeitvielfachansteuerungssignalform. Wenn eine Spannung Vop während einer Zeitdauer T&sub0; zwischen den Punkten A und C von Figur 8 angelegt wird, d.h. zwischen dem Element 15 mit nichtlinearem Widerstand und dem Flüssigkristallpixel 16, wird die Ladung in der Kapazität CLC des Flüssigkristallpixels gespeichert und danach wird aufgrund der Spannungsteilung mit R&sub1; und RLC während der Zeitdauer T-T&sub0; eine Spannung zwischen A und B und zwischen B und C angelegt. Falls der Widerstand R&sub1; in der Zeit T-T&sub0; klein ist, entweicht die in der Zeit T&sub0; in CLC gespeicherte Ladung von B nach A, d.h. durch das Element 15 mit nichtlinearem Widerstand. Kurz gesagt ändert sich die Fläche der schraffierten Abschnitte im unteren Teil der Figuren 9(B) und 10(B) mit R&sub1;. Falls der Wert van R&sub1; klein ist, ist die Fläche der schraffierten Abschnitte und die zwischen B und C angelegte Spannung, d.h. die an das Flüssigkristallpixel angelegte Spannung, klein. Daher verändert sich im Falle einer Flüssigkristallanzeige, deren Element 15 mit nichtlinearem Widerstand die in Figur 3 dargestellte elektrische Kennlinie aufweist, der Widerstandwert R&sub1; in einer hell/dunkel-Umgebung in dem Bereich niedriger Spannung in der Zeit T-T&sub0; derart, daß sich der an das Flüssigkristallpixel angelegte Spannungswert verändert und dementsprechend ein Kontrastunterschied auftritt. Im schlimmmsten Fall würden Buchstaben, welche in der dunklen Umgebung angezeigt worden sind, verschwinden und wären nicht sichtbar, falls sie plötzlich in eine helle Umgebung bewegt würden. Die Figuren 10(A) und 10(B) zeigen ein Beispiel einer zwischen A und C angelegten Signalform und einer Signalform der B-C-Spannung zum Zeitpunkt von OFF.
Bei einer erfindungsgemäßen elektrooptischen Vorrichtung jedoch enthält der Film 14 mit nichtlinearem Widerstand keinen Wasserstoff oder weist einen Wasserstoffgehalt von nicht mehr als 1 Gew.-% auf. Dementsprechend kann eine äußerst stabile und sehr zuverlässige elektrooptische Vorrichtung erreicht werden, welche keinen photoelektrischen Effekt zeigt, einen Kontrastabfalll in einer hellen Umgebung und eine Veränderung der elektrischen Kennlinie vermeiden kann, von denen angenommen wird, daß sie aus der Anwesenheit von Wasserstoff herrühren, wenn die Vorrichtung während einer langen Zeit betrieben wird.
Figur 5 ist eine perspektivische Ansicht lediglich eines Pixels. In Figur 5 sind die Flüssigkristallschicht, das gegenüberliegende Substrat zum Abdecken der Flüssigkristallschicht und die Polarisierungsplatte usw. zur Vereinfachung der Darstellung weggelassen.
Figur 6 ist ein Longitudinalquerschnitt eines Pixels einer erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeige.
Die in Figur 5 dargestellte Struktur umfaßt ein durchsichtiges, aus gewöhnlichem Glas, z.B. Sodaglas, Pyrexglas usw., hergestelltes Substrat 11, auf welchem eine durchsichtige Pixelelektrode 12 angebracht ist. Die durchsichtige Pixelelektrode 12 wird durch Aufbringen eines Indium-Zinn-Oxid-Films (ITO) mittels Magnetronsputtern, Aufdampfen oder dgl. mit einer Dicke von ungefähr 100 Å bis 500 Å (10&supmin;&sup8;m bis 5 x 10&supmin;&sup8;m) auf der gesamten Oberfläche des durchsichtigen Substrats 11 und dann durch Photoätzen in ein vorbestimmtes Muster gebildet.
Ferner ist ein Dünnfilm 14 mit nichtlinearem Widerstand teilweise auf dem durchsichtigen Substrat 11 und teilweise auf der durchsichtigen Pixelelektrode 12 angebracht, wobei der Film hauptsächlich Silizium enthaltendes amorphes Material umfaßt. Ein ungefähr 750 bis 1500 Å (7,5 x 10&supmin;&sup8;m bis 15 x 10&supmin;&sup8;m) dicker Siliziumnitridfilm, der kaum noch H enthält, wird durch reaktives Sputtern unter Verwendung eines Targets aus einkristallinem Silizium oder polykristallinem Siliziummaterial, eines 5 bis 15% Stickstoffgas enthaltenden Argongases und einer Magnetronsputteringvorrichtung aufgebracht. Ein ungefähr 750 bis 1500 Å (7,5 x 10&supmin;&sup8;m bis 15 x 10&supmin;&sup8;m) dicker amorpher Siliziumoxidfilm (SiO&sub2;), der im wesentlichen kein H enthält, wird durch reaktives Sputtern unter Verwendung eines Targets aus einkristallinem Silizium, polykristallinem Siliziummaterial oder Siliziumoxidmaterial und eines 5 bis 10% Sauerstoffgas enthaltenden Argongases aufgebracht. Auf dem Dünnfilm 14 mit nichtlinearem Widerstand ist eine Verdrahtungselektrode 13 aus Metall angebracht, welche eine Seite der Zeilen-Spalten-Elektroden bildet.
Bei dieser Ausführungsform wird Aluminium, Silizium oder Chrommetall kontinuierlich mit einer Dicke von ungefähr 1000 bis 8000 Å (10&supmin;&sup7;m bis 8 x 10&supmin;&sup7;) auf dem Dünnfilm 14 mit nichtlinearem Widerstand in der gleichen oder einer getrennten Kammer durch Magnetronsputtern aufgebracht. Als nächstes wird die Verdrahtungselektrode 13 aus Metall durch Photoätzen in ein vorbestimmmtes Muster gebracht und dann wird der Dünnfilm 14 mit nichtlinearem Widerstand durch Photoätzen in ein vorbestimmtes Muster gebracht. In dieser Ausführungsform wird die Verdrahtungselektrode 13 aus Metall selektiv durch Photoätzen entfernt, worauf der Dünnfilm 14 mit nichtlinearem Widerstand geätzt und selektiv entfernt wird, ohne das als Photolack verwendete lichtempfindliche Harz zu entfernen. Es werden mit anderen Worten zwei Lichtmasken verwendet und Ätzschritte dreimal durchgeführt.
Figur 11 ist ein Blockdiagramm der im vorhergehenden beschriebenen Schritte und sollte mit Figur 12 verglichen werden, welche die Schritte zeigt, die bei der Bildung eines a-Si:H (H enthaltendes a-Si) als ein Basismaterial verwendenden Elements mit nichtlinearem Widerstand angewandt werden. Die bei der Bildung eines Elements mit nichtlinearem Widerstand auf a-Si:H - Basis unter Verwendung einer Plasma-CVD-Vorrichtung im Stand der Technik verwendeten Schritte umfassen einen ersten Schritt des Aufbringens einer durchsichtigen Pixelelektrode durch Magnetronsputtern oder Aufdampfen und des Musterbildens derselben durch Photoätzen; einen zweiten Schritt des Anhebens der Substrattemperatur über 300ºC in der Plasma-CVD-Vorrichtung und des Aufdampfens eines Dünnfilms mit nichtlinearem Widerstand aus Siliziumnitridfilm durch Silangas und Stickstoffgas oder Ammoniakgas; einen dritten Schritt des Entfernens des Substrats aus der Plasma-CVD-Vorrichtung und des Waschens desselben; einen vierten Schritt des Aufbringens einer Verdrahtungselektrode aus Metall auf diesem Substrat durch Magnetronsputtern; und einen fünften Schritt der Musterbildung der Verdrahtungselektrode aus Metall und des Dünnfilms mit nichtlinearem Widerstand, welcher auf diese Weise durch Photoätzen aufgebracht ist. Wenn die Plasma- CVD-Vorrichtung zum Bilden des Dünnfilms mit nichtlinearem Widerstand verwendet wird, wird eine H-Komponente unvermeidbar in den Dünnfilm mit nichtlinearem Widerstand eingebaut, wodurch die resultierende Vorrichtung nur mangelhafte elektrische Eigenschaften aufweist. Da der Film 14 mit nichtlinearem Widerstand durch Sputtern gebildet sein kann, ist es jedoch mit den erfindungsgemäßen Herstellungsschritten möglich, den Einbau von Wasserstoff im wesentlichen zu vermeiden. Es ist möglich, ein reaktives Sputtern unter Verwendung eines aus Silizium erzeugten Targets und unter Einsatz von Sauerstoffgas enthaltendem Argongas in der Sputtervorrichtung zu bewirken, um den Dünnfilm 14 mit nichtlinearem Widerstand aufzubringen und die Verdrahtungselektrode 13 aus Metall durch Magnetronsputtern nach dem ersten Schritt des Aufbringens der durchsichtigen Pixelelektrode 12 durch Magnetronsputtern, Aufdampfen oder dgl. kontinuierlich aufzubringen, wie in Figur 11 dargestellt. Dies ermöglicht es, die dem Stand der Technik angehörenden Schritte des Entfernens des Substrats nach dem Aufbringen eines Dünnfilms mit nichtlinearem Widerstand auf a-Si:H - Basis aus der CVD-Vorrichtung; den Schritt des Waschens des Substrats nach dem Entfernen und den Schritt des Anordnens des Substrats in der Sputtervorrichtung und des Evakuierens derselben zum Aufbringen der Verdrahtungselektrode zu beseitigen. Auf diese Weise kann die Herstellungszeit beträchtlich verringert werden. Da auf diese Weise die Möglichkeit des Einbaus einer Verunreinigung beträchtlich verringert werden kann, kann die Anzahl fehlerhafter Erzeugnisse verringert und die Produktionsausbeute vergrößert werden.
Falls die Verdrahtungselektrode 13 und der Dünnfilm 14 mit nichtlinearem Widerstand die gleiche Form aufweisen, können sie kontinuierlich unter Verwendung der gleichen Belichtungsmaske und des gleichen lichtempfindlichen Harzes geätzt werden, wodurch die Schritte vom Aufbringen des Films mit nichtlinearem Widerstand zum Musterbilden der Verdrahtungselektrode und des Films mit nichtlinearem Widerstand, welche herkömmmlicherweise sieben bis acht Stunden erfordert haben, in ungefähr vier bis fünf Stunden durchgeführt werden, wodurch die für die Herstellungsschritte erforderliche Zeit verringert ist.
Eine erfindungsgemäße Flüssigkristallanzeige kann daher eine Mehrzahl von Pixeln aufweisen, wie in Figur 6 gezeigt, und ein erstes und ein zweites, oder ein oberes und ein unteres Substrat 19, 11 umfassen, welche einander unter Zwischenanordnung einer von einer Flüssigkristallschicht 16 gebildeten elektrooptischen Schicht gegenüberliegen. Die Flüssigkristallschicht 16 ist 5 bis 7 um dick und verwendet ein verdrehtes nematisches Material. Ausrichtungsfilme 18, welche einen Polyimidfilm wegen seiner Dielektrizitätskonstante und seines Widerstands verwenden, sind auf der oberen und der unteren Seite der Flüssigkristallschicht 16 vorgesehen. Ein eine der Spalten-Zeilen-Elektrodengruppen bildender, durchsichtiger, leitender Film 17 (ITO) ist an dem oberen Ausrichtungsfilm 18 angebracht. Das obere Substrat umfaßt ein durchsichtiges Substrat 19, welches die gleiche Glassorte wie das untere durchsichtige Substrat 11 verwendet und auf dem durchsichtigen, leitenden Film 17 angebracht ist. Die Flüssigkristallanzeigevorrichtung weist eine obere und eine untere Polarisierungsplatte 20, 21 auf. Die Polarisierungsachsen der oberen und der unteren Polarisierungsplatte 20 und 21 weichen um ungefähr 90º voneinander ab.
Wie im vorhergehenden angegeben, zeigt Figur 4 die Spannung- Strom-Kennlinie, wenn die ITO-Elektrode 12 geerdet ist und eine Spannung an die Verdrahtungselektrode 13 aus Metall in dem Element mit nichtlinearem Widerstand angelegt wird, welches durch Laminieren von ITO als die durchsichtige Pixelelektrode gebildet ist, wobei der im wesentlichen keinen Wasserstoff enthaltende Siliziumnitridfilm als der Dünnfilm mit nichtlinearem Widerstand und Aluminium, Silizium oder Chrom erfindungsgemäß als die Verdrahtungselektrode ausgebildet sind. Wie im vorhergehenden angegeben, zeigt Figur 3 die Spannung-Strom- Kennlinie des Elements mit nichtlinearem Widerstand, welches den gleichen Aufbau wie oben aufweist, wobei dessen Siliziumnitridfilm jedoch durch CVD unter Verwendung von Silangas und Stickstoffgas oder Ammoniakgas gebildet ist. Die Ordinate in den Figuren 3 und 4 zeigt den Strom im logarithmischen Maßstab.
Wie es aus den Figuren 3 und 4 deutlich zu sehen ist, fällt der Widerstand in einer hellen Umgebung in dem Bereich niedriger Spannung aufgrund des photoelektrischen Effekts im Falle eines Elements mit nichtlinearem Widerstand ab, welches H enthaltendes a-Si als sein Basismaterial verwendet und durch Plasma-CVD gebildet ist, wobei ein derartiges Phänomen im Falle eines im wesentlichen keinen Wasserstoff aufweisenden und durch Sputtern gebildeten Elements mit nichtlinearem Widerstand nicht auftritt. Falls der Wasserstoffgehalt nicht größer als 1 Gew.-% ist, tritt der im vorhergehenden beschriebene photoelektrische Effekt kaum auf. Das gleiche Ergebnis kann erzielt werden, wenn ein Siliziumoxidfilm als der Dünnfilm mit nichtlinearem Widerstand verwendet wird. Es treten mit anderen Worten nachteilige Wirkungen aufgrund des photoelektrischen Effekts kaum auf, wenn kaum Wasserstoff enthaltendes amorphes SiOx durch Sputtern gebildet ist und als eine Schaltvorrichtung der elektrooptischen Vorrichtung verwendet wird.
Falls daher ein Element mit nichtlinearem Widerstand mit einer wie in Figur 3 dargestellten Kennlinie als eine Flüssigkristallvorrichtung, wie in Figur 6 gezeigt, verwendet wird, tritt ein Kontrastunterschied zwischen einer hellen Umgebung und einer dunklen Umgebung auf, wennn aber ein Element mit nichtlinearem Widerstand mit einer wie in Figur 4 dargestellten Kennlinie verwendet wird, tritt kaum ein Kontrastunterschied auf und ein im wesentlichen stabiler Anzeigezustand wird aufrechterhalten.
Wenn ein auf a-Si:H basierender Film mit nichtlinearem Widerstand gemäß dem Stand der Technik unter Verwendung von Plasma- CVD aufgebracht wird, tritt ein Unterschied der elektrischen Kennlinie aufgrund der Adhäsionsstärke zwischen der Nahtstelle Metall der Pixelelektrode - Film mit nichtlinearem Widerstand und der Nahtstelle Film mit nichtlinearem Widerstand - Verdrahtungselektrode auf und eine Asymmetrie tritt in der Spannung- Strom-Kennlinie (siehe Figur 13) in Erscheinung. Selbst dann, wenn die gleiche Spannung an das Metall der Pixelelektrode und die Verdrahtungselektrode angelegt wird, verändert sich mit anderen Worten der Wert des durch das Element mit nichtlinearem Widerstand fließenden Stroms in Abhängigkeit von positiver oder negativer Polarität. Falls ein derartiges Element mit nichtlinearem Widerstand für eine Flüssigkristallanzeige verwendet wird, ist es wahrscheinlich, daß eine Gleichstromkomponente in der Flüssigkristallanzeige verbleibt und zu einer ungleichförmigen Anzeige, z.B. Aufladung (charging-up), führt. Falls ein auf a-Si:H basierender, kaum H enthaltender (H < 1 Gew.-%) Film mit nichtlinearem Widerstand, wie in dieser Ausführungsform, durch Sputtern aufgebracht wird, wird es möglich, eine z.B. in Figur 13 dargestellte Asymmetrie in der Spannung-Strom-Kennlinie ( V&spplus; = V&supmin; ) völlig zu beseitigen. Dementsprechend tritt eine ungleichförmige Anzeige, z.B. als Aufladen, nicht auf und eine Flüssigkristallanzeige mit einem außerordentlich guten Anzeigezustand kann erzielt werden.
Figur 14 zeigt die Spannung-Strom-Kennlinie, wenn die Flußrate von Ar+N&sub2; Gas verändert wird, während die RF-Leistung in einem Element mit nichtlinearem Widerstand des Typs konstant gehalten wird, in welchem der Siliziumnitridfilm durch reaktives Sputtern unter Verwendung von Silizium als das Target und einem Ar+N&sub2; Gas mit 1 bis 10% N&sub2; Gas gebildet wird und zwischen ITO und Cr angeordnet wird. Figur 15 zeigt die Spannung-Strom-Kennlinie, wenn die RF-Leistung verändert wird, während die Flußrate des Ar+N&sub2; Gases konstant gehalten wird, wenn ein ähnliches Element mit nichtlinearem Widerstand gebildet wird. Wie aus Figur 14 verständlich wird, kann der Widerstand des resultierenden Elements mit nichtlinearem Widerstand durch Verändern der Flußrate des Ar+N&sub2; Gases verändert werden, wobei deutlich zu sehen ist, daß das Silizium um so angereicherter und der Widerstand um so kleiner ist, je kleiner die Flußrate ist. Wie es aus Figur 15 verständlich wird, kann der Strom im Falle des Elements mit nichtlinearem Widerstand durch Verändern der RF-Leistung exponentiell vergrößert werden und die Kennlinie des Elements mit nichtlinearem Widerstand kann frei verändert werden. Je größer die RF-Leistung und je größer das Sputterverhältnis des Siliziumtargets ist, desto siliziumreicher wird das resultierende Element mit nichtlinearem Widerstand. Es gibt jedoch eine Grenze der RF-Leistung, da die mechanische Spannung in dem Siliziumnitridfilm mit zunehmender RF-Leistung größer wird und Probleme, z.B. Abschälen des Films und Stromkonzentration, auftreten.
Figur 16 zeigt die Spannung gegen den Transmissionsgrad einer Flüssigkristallanzeige unter Verwendung eines Elements mit nichtlinearem Widerstand, welches durch leitendes, reaktives Sputtern unter Verwendung von Silizium als das Target und 1 bis 10% N&sub2; Gas enthaltendem Argongas gebildet ist, um einen Dünnfilm mit nichtlinearem Widerstand aufzubringen, und welches ITO als die Pixelelektrode verwendet und Aluminium und Silizium umfassendes Material als die Verdrahtungselektrode aus Metall verwendet. Das Vorspannungsverhältnis geht von 1/6 bis 1/10 Bezugswert (bias). Je kleiner das Vorspannungsverhältnis ist, desto größer ist der Unterschied zwischen Von (50%) und Voff (10%), d.h. der Spielraum (margin). Da jedoch auch das Spannungsniveau zwischen T-T&sub0; in Figur 9(A) größer wird, fälllt der Widerstandswert von R&sub1; von Figur 8 und das Entweichen der in CLC gespeicherten Ladung nimmt zu. Wenn das Vorspannungsverhältnis dementsprechend unterhalb von 1/5 Bezugswert liegt, wird T-T&sub0; im Falle einer Mehrfachunterteilung (z.B. mehr als 400-fach) groß und das Entweichen der in CLC gespeicherten Ladung wird groß. Daher kann die Sättigungsspannung Vsat des Flüssigkristalls selbst dann nicht erreicht werden, wenn die Spannung Vop angehoben wird. Die optimale Vorspannung in dieser Ausführungsform ist 1/7 Bezugswert und der Spielraum ist in diesem Fall 5 bis 6 V. Die Anstiegs/Abfall-Ansprechgeschwindigkeit des Flüssigkristalls ist 30 bis 40 msec und beträchtlich schneller als die Ansprechgeschwindigkeit von gewöhnlichen Tn, STN Flüssigkristallfeldern.
Figur 17 zeigt die im Laufe der Zeit erzeugte Art der Verschiebungsquantität von Von (50%) bei der Flüssigkristallanzeige dieser Ausführungsform. Eine Verschiebung von -0,4 - 0,5 V tritt innerhalb von 700 Stunden auf und Sättigung wird erreicht. Diese Spannungsverschiebung ist in Übereinstimmung mit der Verschiebungsquantität der Spannung-Strom-Kennlinie des Elements mit nichtlinearem Widerstand, wobei jedoch eine Verschlechterung des Anzeigezustands mit der Zeit nicht zu beobachten ist, da es durch den Rand von 5 bis 6 V von Von (50%) und Voff (10%) der Flüssigkristallanzeige ausreichend gedeckt ist.
Bei der elektrooptischen Vorrichtung der vorliegenden, im vorhergehenden beschriebenen Erfindung ist in dem auf a-Si basierenden Film enthaltener Wasserstoff außerordentlich gering (H < 1 Gew.-%), wodurch nachteilige Wirkungen aufgrund des photoelektrischen Effekts beseitigt werden können. Ferner kann die Asymmetrie der Polarität in der Spannung-Strom-Kennlinie beseitigt werden und der Kontrastunterschied zwischen hellen und dunklen Umgebungen tritt nicht auf, da die Spannungsverschiebung klein ist, wodurch eine elektrooptische Vorrichtung mit ungleichförmiger Anzeige und einer geringeren Verschlechterung im Laufe der Zeit, aber einem außerordentlich guten Anzeigezustand erzielt werden kann.
Was die Herstellung betrifft, so kann die Herstellung sicher durchgeführt werden, da schädliches Gas, z.B. Silangas, nicht verwendet werden muß und der Film mit nichtlinearem Widerstand und die Verdrahtungselektrode kontinuierlich aufgebracht werden können, wobei die Schritt zeit verkürzt und die Produktionsausbeute vergrößert werden kann. Daher kann die vorliegende Erfindung eine elektrooptische Vorrichtung mit einer kleineren Anzahl von Fehlern oder überhaupt keinen Fehlern bereitstellen.
Obwohl die im vorhergehenden beschriebene Erfindung eine Zweipolvorrichtung, z.B. a-SiNx und a-SiO&sub2; Vorrichtungen, als die Schaltvorrichtung beinhaltet, kann eine ähnliche Wirkung auch mit anderen Zweipolvorrichtungen, z.B. a-SiCy, a-SiNPOQ, TFT's usw. durch Verringern des H-Gehalts (unter 1 Gew.-%) erreicht werden, solange a-Si als das Basismaterial verwendet wird.

Claims

1. Elektrooptische Vorrichtung, umfassend ein erstes Substrat (11) und eine Mehrzahl von Pixelelektroden (12) und Schaltelementen (14) auf dem ersten Substrat (11), wobei jedes Schaltelement (14) amorphes Material umfaßt, welches hauptsächlich aus Silizium besteht;

ein zweites Substrat (19), welches dem ersten Substrat gegenüberliegt; eine elektrooptische Schicht (16) zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat (19,11); und wenigstens ein Polarisationselement (20,21), durch welches die Vorrichtung betrachtet wird; dadurch gekennzeichnet, daß das amorphe Material jedes Schaltelements (14) keinen Wasserstoff enthält oder einen Wasserstoffgehalt von nicht mehr als 1 Gew.-% aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Schaltelemente (14) nichtlineare Widerstandselemente oder TFT-Elemente sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die elektrooptische Schicht (16) eine Schicht aus Flüssigkristallmaterial umfaßt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei welcher jedes der Substrate (19,11) eine Mehrzahl von Zeilenelektroden (13) und eine Mehrzahl von Spaltenelektroden (17) an seiner inneren Oberfläche aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher das amorphe Material im wesentlichen aus SiNx oder SiCy oder SiOz oder aus Silizium, Stickstoff und Sauerstoff besteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei welcher das amorphe Material im Vergleich zum stöchiometrischen Verhältnis siliziumreich ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher das amorphe Silizium auf einem Substrat (11) durch Sputtern aufgebracht worden ist.

8. Verfahren zum Herstellen einer elektrooptischen Vorrichtung, umfassend Bilden einer Mehrzahl von Pixelelektroden (12) und einer Mehrzahl von Schaltelementen (14) auf einem Substrat (11), wobei die Schaltelemente (14) amorphes Material aufweisen, welches hauptsächlich aus Silizium besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das amorphe Material jedes Schaltelements (14) derart aufgebracht wird, daß es keinen Wasserstoff enthält oder einen Wasserstoffgehalt von nicht mehr als 1 Gew.-% aufweist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei welchem das amorphe Silizium durch Sputtern aufgebracht wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem das Sputtern durch reaktives Sputtern in einem Gas unter Verwendung eines Targets aus Silizium oder einer Siliziumverbindung bewirkt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei welchem das Gas Stickstoff, Sauerstoff oder Kohlenstoff enthält.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, bei welchem das Target aus einkristallinem Silizium, polykristallinem Silizium oder Siliziumoxid gebildet ist.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, bei welchem die Spaltenelektroden (13) und die Pixelelektroden (12) auch durch Sputtern aufgebracht werden.