DE69021909T2 - Schaltungseinheit für eine Wiedergabeanordnung und Wiedergabeanordnung mit einer derartigen Schaltungseinheit. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Schaltungseinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Die Erfindung bezieht sich gleichfalls auf eine Wiedergabeanordnung, in der eine derartige Schaltungseinheit verwendet wird.
• Eine derartige Wiedergabeanordnung eignet sich beispielsweise zum Wiedergeben von Graphikinformationen und von Videoinformationen mittels passiver elektrooptischer Wiedergabemedien, wie Flüssigkristalle, elektrophoretische Suspensionsn und Elektrochromwerkstoffe.
• Im Vergleich zu Wiedergabeanordnungen ohne derartige Schaltungselemente bietet die Verwendung von Schaltelemente in derartigen Wiedergabeanordnungen die Möglichkeit der Vergrößerung der Anzahl von Zeilen zu steuernder Bildelemente. Faktisch bieten die Schaltelemente eine ausreichend hohe Schwelle, so daß ein Bildelement nicht gesteuert werden kann, wenn die betreffende Zeile nicht gewählt wird. Außerdem gewährleistet das Schaltelement, daß die zugeführte Information beim Steuern einer Zeilenelektrode in einer Zeit an einem Bildelement aufrechterhalten bleibt, in der die anderen Zeilenelektroden gesteuert werden. Das Schaltelement verhindert ebenfalls, daß ein Bildelement eine wirksame Spannung in der Zeit erfährt, wenn es nicht angesteuert wird.
• Die Merkmale im Oberbegriff des Anspruchs 1 sind aus der amerikanischen Patentschrift US-A-4 738 513 bekannt. Diese Patentschrift gibt keine Auskunft darüber, daß die Zwischenschicht 6 in Fig. 4 oder 5 - 7 die Schaltunganforderungen erfüllen kann.
• Die niederländische Patentanmeldung Nr. 8800704 (EP-A-296 662) gibt eine Beschreibung einer Wiedergabeanordnung, in der den Bildelementen Spannungen mittels Schalteinheiten zugeführt werden, die ein asymmetrisches nichtlineares Schaltelement enthalten, beispielsweise eine Diode. Die Spannung an den Bildelementen wird mit diesen Einheiten genau eingestellt, nachdem die zugeordneten Kapazitäten erforderlichenfalls zunächst vorbei dem Übergangsbereich in der Transmissions/Spannungskennlinie des elektrooptischen Mediums entladen oder aufgeladen sind. Zu diesem Zweck enthält die Schaltungseinheit ebenfalls ein nichtlineares Schaltungselement, beispielsweise ein MIM-Element (MIM = Metall-Isolator-Metall) das zur Diode (anti)parallelgeschaltet ist.
• Ein erstes Problem dabei ist, daß derartige Dioden normalerweise aus
• amorphem Silizium hergestellt sind. Einer der Nachteile des amorphen Siliziums ist seine hohe Lichtempfindlichkeit, so daß insbesondere der AUS-Strom Ioff derartiger Dioden unzulässig hoch ist, wenn sie mit Licht angestrahlt werden. Das Lichtempfindlichkeitsproblem kann ebenfalls (obgleich in geringerem Ausmaß) auftreten, wenn andere Halbleiterwerkstoffe verwendet werden, beispielsweise polykristallines Silizium.
• Außerdem enthält die Schaltungseinheit immer zwei getrennte Elemente, die manchmal verschiedene Technologien erfordern. Jedoch wird die wirksame Abmessung des Bildelements insbesondere durch zwei Elemente verringert.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile möglichst zu beseitigen.
• Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine zufriedenstellende Abschirmung des nichtlinearen asymmetrischen Schaltungselements gegen Licht mit der Herstellung eines nichtlinearen Widerstandselements oder eines Metall-Isolator-Metall- Elements (MIM) kombinierbar ist.
• Eine erfindungsgemäße Anordnung ist durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gekennzeichnet.
• Auf diese Weise wird eine besonders gedrängte Kombination eines nichtlinearen asymmetrischen Schaltungselements und eines nichtlinearen Widerstandselements (beispielsweise eine Diode und ein MIM-Element) erhalten. Eine Wiedergabeanordnung, die auf dieser Kombination basiert, kann mit dem Verfahren nach der Beschreibung in NL 8800704 gesteuert werden.
• Obgleich dies nicht unbedingt notwendig ist, werden die beiden Kontakte vorzugsweise aus Metall angefertigt und das Metall der beiden Kontakte erstreckt sich über die Oberfläche des Halbleitermaterials. Dieses Halbleitermaterial wird dabei vollständig vom einfallenden Licht abgeschirmt, so daß insbesondere für amorphes Silizium die Eigenschaften von Schaltungselementen aus diesem Material unter dem Einfluß des einfallenden Lichts sich nicht mehr ändert.
• Um einen zufriedenstellenden Betrieb des MIM-Elements zu erhalten, hat die Schicht aus Isoliermaterial, die beispielsweise Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Oxynitrid ? oder Polyimid enthalten kann, eine Dicke von 30 bis 200 nm.
• Eine erfindungsgemäße Wiedergabeanordnung mit einem elektrooptischen Wiedergabemedium zwischen zwei Trägerplatten, mit einem System von in Zeilen und Spalten angeordneten Bildelemente, wobei jedes Bildelement aus Bildelektroden besteht, die auf den einander zugewandten Oberflächen der Trägerplatte angeordnet sind, und mit einem System von Zeilen- und Spaltenelektroden enthält für jedes Bildelement eine Schaltungseinheit, die gemäß der Beschreibung zwischen einer Bildelektrode und einer Zeilen- oder Spaltenelektrode angeordnet ist.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
• Fig. 1 schematisch eine erfindungsgemäße Wiedergabeanordnung,
• Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf eine Schaltungseinheit nach der Erfindung,
• Fig. 3 einen schematischen Querschnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2, und
• Fig. 4 einen schematischen Querschnitt durch eine Abwandlung der Schaltungseinheit nach Fig. 3.
• Die Figuren sind nicht maßstabgerecht, und entsprechende Elemente werden üblicherweise mit denselben Bezugsziffern bezeichnet.
• In Fig. 1 ist schematisch ein Teil einer erfindungsgemäßen Wiedergabeanordnung 1 dargestellt. Die Bildelemente 2, die in einer Flüssigkristallwiedergabeanordnung beispielsweise aus einander zugewandten Bildelektroden 3, 4 bestehen, zwischen denen eine Flüssigkristallwerkstoffschicht vorhanden ist, werden mit den Zeilenelektroden 5 über die Bildelektrode 4 verbunden, und die Zeilenelektroden werden zusammen mit den Spaltenelektroden 6 in der Form einer Matrix angeordnet. Die Bildelektroden 3 der Bildelemente 2 werden mit den Spaltenelektroden 6 über eine Schaltungseinheit verbunden, die eine Diode 7 in diesem Ausführungsbeispiel und ein MIM-Element 8 (Metall-Isolator-Metall) in Parallelschaltung damit enthält.
• In Fig. 2 ist eine Draufsicht und in Fig. 3 ein Querschnitt durch eine mögliche Verwirklichung der Schaltungseinheit dargestellt, die auf einer Trägerplatte 9 beispielsweise aus Glas oder Quarz angeordnet ist. Die Trägerplatte 9 ist ebenfalls mit Metallspuren 10 versehen, die beispielsweise gleichzeitig mit den Spaltenelektroden 6 (in Fig. 2 und 3 nicht dargestellt) angebracht sind oder einen Teil davon bilden. Die Metallspuren 10 bestehen aus Aluminium, Chrom, Wolfram oder Molybdän, usw. und stellen den Kontakt mit Halbleitergebieten 11 her, in denen die Dioden 7 verwirklicht werden. Die Halbleitergebiete 11 enthalten beispielsweise eine Schicht aus dotiertem amorphem p-Silizium an der unteren Seite, eine Schicht aus intrinsikem amorphem Silizium und eine Schicht aus amorphem n-Silizium an der oberen Seite. Diese Schichten werden beispielsweise mittels Plasma-CVD oder Kathodenzerstäubung angebracht. Dies ergibt eine pin-Diode 7. Zum Herstellen des Kontakts der Diode an der oberen Seite mit der Leitschicht 15, die mit der Bildelektrode 3 (nicht dargestellt) verbunden ist, enthält die Isolierschicht 13 zum Schützen des Halbleiterwerkstoffs eine Kontaktöffnung 14. In diesem Beispiel ist die Leitschicht 15 eine zweite Metallspur beispielsweise aus Aluminium, Chrom, Wolfram, Molybdän, usw.
• Erfindungsgemäß erstreckt sich wenigstens eine der Metallspuren 10 und 15 über die ganze Oberfläche des Halbleiterwerkstoffs, wenn in Draufsicht gesehen. Im entsprechenden Beispiel erstrecken sich die zwei Metallspuren 10 und 15 über diese ganze Oberfläche.
• Da die Metallspuren lichtundurchlässig sind, wird das Halbleitergebiet 11 ganz gegen Licht abgeschirmt, das durch die Trägerplatte 9 fällt. Bei Verwendung einer transparenten Trägerplatte, die mit einer derartigen Schaltungseinheit ausgerüstet ist, können die Eigenschaften der Diode 7 sich daher nicht mehr durch die Lichtempfindlichkeit des amorphen Siliziums ändern.
• Erfindungsgemäß wird die Dicke der Isolierschicht 13 gleichzeitig derart gewählt, in diesem Beispiel 60 nm, daß die Metallschichten 10 und 15 zusammen mit dieser Schicht 13 ein MIM-Element (Metall-Isolator-Metall) parallel zur Diode 7 bilden. Zum Verbinden eines Bildelements ist der Metallkontakt 15 mit einer transparenten Bildelektrode 3 (nicht dargestellt) beispielsweise aus Indiumzinnoxid, aus Zinnoxid oder Zinkoxid verbunden, während das Gefüge der Schaltungseinheiten, der Spaltenelektroden und der Bildelektroden mit einer Orientationsschicht 16 bedeckt ist, die ebenfalls als Schutzschicht dienen kann.
• In diesem Ausführungsbeispiel enthält die Wiedergabeanordnung 1 außerdem eine zweite Trägerplatte 17 mit transparenten Bildelektroden 4, die erforderlichenfalls mit streifenförmigen Zeilenelektroden 5 zusammenfallen können und mit einer Orientationsschicht (und Schutzschicht) 16 bedeckt werden. Die Orientationsschichten 16 erteilen den Molekülen eines Flüssigkristallmaterials 18 zwischen den zwei Trägerplatten eine vorgegebene Peripherieorientation, die ebenfalls durch den zu verwendenden Flüssigkristalleffekt bestimmbar ist (verdrillte nematische Doppelbrechungseffekte, SBE, ferroelektrisch, usw.). Außerdem kann die Anordnung auf herkömmliche Weise einen oder mehreren Polarisatoren enthalten.
• Die Schaltungseinheiten werden beispielsweise durch einleitendes Beschichten der Trägerplatte 9 mit einer Metallschicht (aus Aluminium, Chrom, Wolfram, Molybdän, usw.) erhalten, die anschließend photolithographisch mit einem Muster beispielsweise in der Form paralleler Spaltenelektroden 6 versehen, und die Metallspuren 10 werden damit auf eine elektrisch leitende Weise verbunden. Diese Einheit wird anschließend mit einer Schicht aus amorphem p-Silizium, einer Schicht aus intrinsikem amorphem Silizium und einer n-Schicht aus amorphem Silizium bedeckt, aus denen Halbleitergebiete 11 auf herkömmliche Weise mittels eines photolithographischen Verfahrens gebildet werden. Nach der Beschichtung der Einheit mit einer 60 nm dicken Schicht aus Isoliermaterial, in diesem Beispiel Siliziumoxid (beispielsweise mittels CVD-Techniken oder Kathodenzerstäubung) werden die Gebiete 13 aus dieser Schicht photolithographisch definiert, wobei gleichzeitig die Kontaktöffnungen 14 aufgemacht werden.
• Anschließend werden die Metallspuren 15 mit Hilfe eines photolithographischen Verfahrens angebracht. Die Bildelektroden 3 können auf der Trägerplatte 9 in einer früheren Phase angebracht werden, aber sie können auch an letzter Stelle angebracht werden. Auf andere Weise können die Schicht 15 und die Bildelektroden 3 gleichzeitig in lichttransparentem elektrisch leitendem Material wie Indiumzinnoxid zum Beispiel in Wiedergabeanordnungen für Projektionsfernsehen verwirklicht werden, die von der Seite der Trägerplatte 9 her beleuchtet werden. Beim Beleuchten von der Seite der Trägerplatte 17 her bildet die Metallschicht 15 einen Teil der Spaltenelektroden oder sie kann damit auf elektrisch leitende Weise verbunden werden, während die Leitspuren 10 einen Teil des Musters des lichttransparenten Leitmaterials (beispielsweise Indiumzinnoxid) bilden, auf denen die Bildelektroden 3 hergestellt sind. In diesem Fall kann der Leitfähigkeitstyp im Halbleitermaterial aus dem umgekehrten Typ gewählt werden, aber dies ist nicht unbedingt notwendig.
• Die Anordnung nach Fig. 4 wird durch leichtes Oxidieren oder Beschichten der Metallspuren 10 mit einer Schicht aus Isoliermaterial erhalten werden (nach Bedarf gleichzeitig mit den Spaltenelektroden), nachdem diese Metallspuren angebracht sind. Kontaktöffnungen 20 werden in der auf diese Weise erhaltenen Oxidschicht 19 eingeätzt, und in diesen Öffnungen werden Halbleitergebiete 11 mit Schichten vom gewünschten Leitfähigkeitstyp photolithographisch definiert und werden damit die Kontaktöffnungen 20 ganz ausgefüllt. Anschließend wird die Einheit mit einer Metallschicht bedeckt, aus der die Metallspuren 15 gebildet werden; zusammen mit der Schicht 19 bilden die Metallspuren 15 und 10 dann ein MIM-Element oder ein nichtlineares Widerstandselement parallel zu einem asymmetrischen nichtlinearen im Halbleitergebiet 11 verwirklichten Schaltungselement.
• Die Erfindung beschränkt sich selbstverständlich nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele, sondern es sind mehrere Abwandlungen im Rahmen der Erfindung davon möglich.
• Beispielsweise kann in diesem ganzen Text die Zeilenelektrode durch Spaltenelektrode und umgekehrt ersetzt werden.
• Eine durchgehende Zeilen- oder Spaltenelektrode kann als unteren bzw. oberen Kontakt für die Schaltungseinheit dienen, während die Bildelektroden sich ebenfalls über oder unter den Schaltungseinheiten erstrecken können.
• Nach Bedarf kann eine der Metallspuren 10 und 15 eine Schottky-Barriere mit dem Halbleitermaterial beispielsweise durch Anbringen von Aluminium, Molybdän, Platin, Palladium oder Wolfram auf intrinsikem amorphem Silizium bilden. Andere nichtlineare asymmetrische Schaltungselemente, wie pin-Dioden, usw. können ebenfalls aus dem Halbleitermaterial hergestellt werden.
• Das Halbleitermaterial muß nicht unbedingt amorphes Silizium sein, sondern kann alternativ polykristallines Silizium, kristallisiertes amorphes Silizium auf polykristallinem Sillzium oder beispielsweise eine A&sub3;-B&sub5;-Verbindung sein, wie CdSe, GaAs, usw.
• Die Erfindung betrifft nicht nur eine Anwendung auf Flüssigkristallwiedergabeanordnungen, sondern auch auf andere Wiedergabeanordnungen, z.B. ECD, usw.

Claims (8)

1. Anordnung mit einer Trägerplatte (9) und mit wenigstens einer Schaltungseinheit, die eine Paralleschaltung von zwei Schaltungselementen (7, 8) enthält, von denen eines (7) in einer dünnen Halbleiterwerkstoffschicht (11) angebracht ist, wobei diese Schicht zwischen einem unteren Kontakt (10) und einem oberen Kontakt (15) angebracht ist, die beiden Kontakte (10, 15) einander vorbei dem Bereich der Halbleiterschicht (11) überlappen und voneinander durch eine dielektrische Schicht (13) getrennt sind, wenigstens einer der Kontakte (10, 15) für sichtbares Licht undurchlässig ist und sich auf die ganze Flache der Halbleiterschicht (11) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der dielektrischen Schicht (13) derart ist, daß beide Kontakte (10, 15) zusammen mit der dielektrischen Schicht (13) ein MIM-Schaltungselement (8) bilden, und daß das MIM-Schaltungselement (8) parallel zum ersten Schaltungselement (7) geschaltet ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Schicht (13) Siliziumnitrid, Siliziumoxid, Siliziumoxynitrid oder ein Polyimid enthält und höchstens 200 nm dick ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Kontakt (10) ein Metall und daß die dielektrische Schicht (13) eine oxidierte Form dieses Metalls enthält.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Kontakte eine Schottky-Barriere mit der Halbleiterschicht bildet.

5. Anordnung nach Anspruch 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß beide Kontakte aus Metall bestehen und sich auf die ganze Oberfläche der Halbleiterschicht erstrecken.

6. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Kontakte für sichtbares Licht transparent ist und Indiumzinnoxid, Zinkoxid oder Zinnoxid enthält.

7. Wiedergabeanordnung mit einem elektrooptischen Medium zwischen zwei Trägerplatten, mit einem Bildelementsystem, wobei die Bildelemente je aus Bildelektroden auf den einander zugewandten Oberflächen der Trägerplatten bestehen und in Zeilen und Spalten angeordnet sind, und mit einem System von Zeilen- und Spaltenelektroden, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Anordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche enthält, wobei für jedes Bildelement eine Schaltungseinheit zwischen einer zugeordneten Bildelektrode und einer zugeordneten Zeilen- oder Spaltenelektrode angeordnet ist.

8. Wiedergabeanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrooptische Medium eine Schicht aus flüssigkristallinem Material enthält.