DE69430830T2

DE69430830T2 - Optisches Schaltelement und optische adressierte Anzeige unter Verwendung desselbe

Info

Publication number: DE69430830T2
Application number: DE1994630830
Authority: DE
Inventors: Sayuri Fujiwara; Yoshihiro Izumi
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1993-04-19
Filing date: 1994-04-11
Publication date: 2003-02-06
Anticipated expiration: 2014-04-12
Also published as: EP0621645B1; JPH06308522A; JP2944014B2; EP0621645A1; DE69430830D1

Description

Die Erfindung betrifft eine optisch addressierbare Anzeige unter Verwendung eines optischen Schaltelements, das durch ein elektrisches Lichtsignal gesteuert und bei verschiedenen optischen Signal-Vorrichtungen, z. B. auf dem Gebiet der optischen Kommunikation, der Informationsverarbeitung, etc. eingesetzt werden kann. Eine optisch addressierbare Anzeige der Erfindung eignet sich insbesondere für AV-(audiovisuelle-)Vor- und Einrichtungen wie Fernseher oder Spiele, BA-(Büroautomatisations-)Einrichtungen und -Ausstattungen wie Personal Computer oder Wortprozessoren, und bei optischer Informationsverarbeitung als optischer Modulator oder als optischer Operator.
Es ist allgemein bekannt, dass Leitungswiderstände und Streukapazitäten eine Signal-Verzögerung verursachen, wenn ein Steuersignal über elektrische Leitungen übertragen wird. Um dieses Problem zu lösen, eignet sich eine optisch addressierbare Anzeige, bei welcher ein Steuersignal durch Licht übertragen wird.
Fig. 10 zeigt die Draufsicht auf die Struktur einer optisch addressierbaren Aktiv- Matrix-Flüssigkristallänzeige, wie sie in der Japanese Patent Application No. 3- 263947 beschrieben ist.
Fig. 11 ist ein Querschnitt eines Elements entlang der Linie G-G in Fig. 10.
Eine Mehrzahl optischer Wellenleiter Y&sub1;, Y&sub2;,.., Yn ist in vertikaler Richtung auf einem Substrat ausgerichtet, welches ein Flüssigkristallpanel bildet. Über den Wellenleitern ist ebenfalls eine Mehrzahl von Signalelektroden X&sub1;, X&sub2;,.., Xm in horizontaler Richtung angeordnet, welche die optischen Wellenleiter kreuzen. Ein Schaltelement 4 eines Photoleiters ist am Schnittpunkt zwischen einem optischen Wellenleiter Yn und einer Signalelektrode Xm vorgesehen, welche von einem optischen Signal gesteuert wird, das von einem lichtemittierenden Feldelement 10 über den optischen Wellenleiter Yn übertragen wird. Das optische Schaltelement 4 hat bei Lichteinstrahlung eine geringe Impedanz, wobei die Signalelektrode Xm elektrisch an eine Bildelement-(Pixel-)Elektrode 5 angeschlossen ist. Im Gegensatz dazu hat das optische Schaltelement 4 eine hohe Impedanz ohne Lichteinstrahlung, so dass die Signalelektrode Xm und die Pixelelektrode 5 in einem elektrisch isolierten Zustand bleiben. Die obige Anzeige ist eine optisch addressierbare Anzeige, welche einen Flüssigkristall 13 eines elektrooptischen Mediums erregt, indem sie den Impedanzwechsel verwertet, den das optische Schaltelement 4 bewirkt, wenn Licht als Abtast- oder Scansignal verwendet wird.
Die Anzeige benötigt, wenn sie als Transmissionsanzeige bzw. im Gebrauch als Projektionsanzeige eingesetzt ist, eine Hintergrundbeleuchtung, z. B. eine Fluoreszenzlampe oder eine Projektionslampe wie eine Metallhalogenidlampe.
Projiziertes Licht wird im Panel moduliert, um so eine Anzeige zu- ermöglichen. Wenn die Pixelelektroden 5 als reflektierende Elektroden ausgebildet sind, kann die Anzeige als Reflektionsanzeige ohne Hintergrundlicht verwendet werden.
Optische Schaltelemente 4 sind grob gemäß ihrer Bauart nach den folgenden zwei Gruppen klassifiziert.
(1) Schichtstruktur der Source-Elektrode/Photoleiter/Drain-Elektrode (oder Drain-Elektrode / Photoleiter/ Source-Elektrode)
(2) Planarstruktur, in welcher sowohl die Source-Elektrode als auch die Drain- Elektrode auf einer Seite eines Photoleiters liegen. Fig. 12 und Fig. 13 zeigen den Prinzipaufbau optischer Schaltelemente mit den obigen Strukturen, welche zum Beispiel oft als Photodetektoren verwendet werden.
In den obigen beiden Strukturen ist angesichts der Symmetrie der Schalteigenschaften bezüglich der Polarität der angelegten Spannung zu bevorzugen, die Source-Elektrode und die Drain-Elektrode aus einem gemeinsamen Elektrodenmaterial herzustellen. Im Fall der Schichtstruktur von Fig. 12 jedoch muss eine Elektrode auf der lichtbestrahlten Seite des Elements, (welche die Drain-Elektrode in Fig. 12 ist) eine transparente Elektrode sein oder ein lichtdurchlässiger Metallfilm, welche(r) die verwendbaren Elektrodenmaterialien begrenzt. Da aufgrund der Absorption im Photoleiter eine Lichtabschwächung auftritt, ist auch die Zahl der Ladungsträger, welche auf der Source-Elektrodenseite projiziert werden, verschieden von der auf der Drain-Elektrodenseite, was eine Asymmetrie der Schaltungseigenschaft verursacht. Daher ist die planare Struktur von Fig. 13 geeignet für optische Schaltelemente, da sie keine Einschränkungen bezüglich des zu verwendenden Elektrodenmaterials hat, und die Einstrahlungsbedingungen auf der Source-Elektrodenseite und der Drain-Elektrodenseite gleich sind, so dass die gleiche Zahl von Ladungsträgern auf beiden Elektrodenseiten erzeugt werden.
Beispielsweise ist Fig. 15 eine perspektivische Darstellung, um eine Anordnung in der Nachbarschaft eines optischen Schaltelements bei einer herkömmlichen Anzeige zu zeigen, als Beispiel für den Einsatz des optischen Schaltelements mit planarer Struktur gemäß Fig. 13.
Fig. 16 ist eine Zeichnung, um die Struktur des Elements zu veranschaulichen, gesehen senkrecht zur Linie B-B' in Fig. 15, welche die detaillierte Struktur der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode zeigt. In dieser Anordnung wirkt eine Signalelektrode Xm als Source-Elektrode aus einem Metallfilm, wie Aluminium, Titan oder Molybdän. Ebenso ist die Drain-Elektrode 6 aus einem Film desselben Metalls wie die Source-Elektrode gebildet (Signalelektrode Xm).
Inzwischen ist es möglich, optische Schaltelemente einer solchen planaren Struktur konstruktiv derart zu strukturieren, dass die Source-Elektrode und die Drain- Elektrode unterhalb des Photoleiters gelegen sind, das heißt auf der lichtbestrahlten Seite (Fig. 14), anders als bei der in Fig. 13 gezeigten Struktur. Beispielsweise wird für das Aktiv-Matrix-Panel, so wie es in der offengelegten Japanese Patent Application (KOKAI) No. 1-224727 (CASIO COMPUTER CO., LTD.) beschrieben ist, die Struktur von Fig. 14 für das optische Schaltelement verwendet.
Die optischen Schaltelemente der in Fig. 13 und Fig. 14 gezeigten und oben beschriebenen planaren Strukturen hatten jedoch folgende Probleme.
Im Fall der Elementstruktur von Fig. 13, wenn amorphes Siliziumhydrid (a- Si : H) als Photoleitermaterial verwendet wird, ist zusätzlich eine angemessene Filmdicke des Photoleiters bezüglich der Absorptionsfähigkeit von Licht im Bereich von 5000 Å bis 1 um erforderlich, was eine beträchtliche Stufe an der Kante des Photoleiters zur Folge hat. Dies könnte eine Ablösung einer Source-Elektrode oder Drain-Elektrode an der Stufe verursachen. Insbesondere wenn ein Photoleiter durch Trockenätzen hergestellt wird, kann die Kantenform so scharf werden, dass dadurch eine Abtrennung leicht verursacht werden kann.
Im Fall der Elementenstruktur von Fig. 14, falls die Source-Elektrode und die Drain-Elektrode aus einem metallischen Material hergestellt sind, kann ein optisches Signal im Bereich der Elektrodenabschnitte nicht auf den Photoleiter auftreffen, und die Einstrahlung ist begrenzt auf einen schmalen, die Elektrodenabschnitte aussparenden Bereich. Entsprechend ist die effektive Einstrahlungsfläche verringert, und damit verringert sich auch die Gesamtzahl der photoproduzierten Ladungsträger. Dies bewirkt, dass sich eine Impedanzänderung zwischen den Elektroden durch Einstrahlung eines optischen Signals nicht gut erreichen lässt.
Für den Fall, dass das optische Schaltelement in einer optisch addressierbaren Anzeige verwendet wird, könnten die folgenden Probleme zusätzlich auftreten.
Ein optisches Schaltelement, welches in einer optisch addressierbaren Anzeige verwendet wird, muss einen großen Impedanzänderung bei Lichteinstrahlung sicherstellen und gleichzeitig einen Durchlassstrom, welcher groß genug ist, ein elektrooptisches Medium wie einen Flüssigkristall bei Einstrahlung aufzuladen. Bezüglich dieses Punktes, falls eine Grenze für die Erhöhung der Lichteinstrahlung zu beachten ist, kann die Anforderung prinzipiell erfüllt werden durch Erhöhen des Verhältnisses w/l (w: Elektrodenweite, l: Elektrodenlücke) des optischen Schaltelements. Gleichwohl vergrößert ein Erhöhen des Verhältnisses w/l des optischen Schaltelements die Gesamtfläche des optischen Schaltelements, was die Besetzungsrate der Pixelfläche in der Anzeige oder die Öffnungsrate verringert. Die Vergrößerung von w/l vergrößert den Sperrstrom ebenso, so dass sich eine große Impedanzänderung nicht erreichen lässt.
Außerdem brauchen die zwei Substrate, welche die Anzeige bilden, jeweils einen Abschirmfilm, um Störlicht daran zu hindern, auf das optische Schaltelement einzufallen, was ein weiterer Punkt ist, die Öffnungsrate der Anzeige zu verringern.
EP-A-0 490 484 offenbart eine optisch addressierbare Anzeige gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren zur Herstellung einer optisch addressierbaren Anzeige gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 7.
Bei einer Ausführungsform von EP-A-0 490 484 ist die optisch addressierbare Anzeige mit einer einzelnen Lichtabschirmung ausgestattet, welche außerhalb der Flüssigkristallvorrichtung aufgebracht ist (auf der Oberfläche des oberen Substrats der Anzeige). Bei einer alternativen Ausführungsform ist die Anzeige mit einer zweiten Lichtabschirmung versehen, welche auch außerhalb der Flüssigkristallzelle aufgebracht ist (auf der Unterseite des unteren Substrats). In einer weiteren Ausführungsform von EP-A-0 490 484 ist die Anzeige mit zwei Lichtabschirmungen versehen, wobei eine auf der Oberseite des unteren Substrats, und die andere auf der Unterseite des oberen Substrats aufgebracht sind.
Eine optisch addressierbare Anzeige gemäß der Erfindung weist die in Patentanspruch 1 definierten Merkmale auf.
Ein Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung für eine optisch addressierbare Anzeige ist Gegenstand des Anspruchs 7.
Bevorzugte Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
Wenn ein optisches Schaltelement einen Abschirmfilm aus einem a-SixGe1-x : H- Film aufweist, welcher auf der Oberfläche des Photoleiters gegenüber der durch Licht zu bestrahlenden Oberfläche aufgebracht ist, kann unerwünschtes Störlicht vom Photoleiter ferngehalten werden. Wenn solche optischen Schaltelemente für eine optisch addressierbare Anzeige eingesetzt werden, kann eine Abschirmungsschicht, wie sie als Gegensubstrat bei einer konventionellen Anzeige vorgesehen ist, weggelassen werden.
Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 ist eine Draufsicht, um die Struktur einer optisch addressierbaren Aktiv-Matrix-Flüssigkristallanzeige, wie sie in Beispiel 1 beschrieben ist, zu zeigen;
Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht, um die Struktur eines optischen Schaltelements zu zeigen, wie sie entlang der Linie H-H' in Fig. 1 gesehen wird;
Fig. 3 ist eine perspektivische Darstellung, um die Anordnung in der Nähe eines optischen Schaltements in der Anzeige von Fig. 1 zu zeigen;
Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B' in Fig. 3, um die Struktur eines Elements zu zeigen;
Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht, um die Struktur eines optischen Schaltelements, wie es in Beispiel 2 dieser Anmeldung beschrieben wird, zu zeigen;
Fig. 6 verdeutlicht die Form einer Source-und einer Drain-Elektrode des in Beispiel 1 beschriebenen optischen Schaltelements;
Fig. 7 veranschaulicht die Form von Source- und Drain-Elektrode des in Beispiel 3 beschriebenen optischen Schaltelements;
Fig. 8 zeigt den Querschnitt eines optischen Schaltelements und einer Anzeige, wie in Beispiel 4 beschrieben;
Fig. 9 veranschaulicht die Strom-Spannungs-Charakteristik des in Beispiel 1 beschriebenen optischen Schaltelements;
Fig. 10 ist eine Draufsicht, um die Struktur einer herkömmlichen optisch addressierbaren Aktiv-Matrix-Flüssigkristallanzeige zu zeigen;
Fig. 11 ist eine Querschnittsansicht der Struktur eines Elements gesehen entlang der Linie G-G' in Fig. 10;
Fig. 12 zeigt die Struktur eines optischen Schaltelements;
Fig. 13 ist die schematische Zeichnung einer anderen Struktur eines optischen Schaltelements;
Fig. 14 verdeutlicht eine andere Struktur eines optischen Schaltelements;
Fig. 15 ist eine perspektivische Darstellung, um eine Anordnung in der Nähe eines optischen Schaltelements der in Fig. 10 gezeigten Anzeige zu zeigen; und
Fig. 16 ist eine Querschnittsansicht der Struktur eines Elements gesehen entlang der Linie B-B' in Fig. 15.
Optisch addressierbare Anzeigen nach der Erfindung werden anhand der begleitenden Zeichnungen nachfolgend detailliert beschrieben.

Beispiel 1 (Vergleichsbeispiel)

Die Draufsicht der Fig. 1 zeigt die Struktur einer optisch addressierbaren Aktiv- Matrix-Flüssigkristallanzeige. Diese Struktur einer optisch addressierbaren Vorrichtung nach der Erfindung ist allgemein ähnlich, beinhaltet aber das unten in Beispiel 4 beschriebene optische Schaltelement. Fig. 2 ist die Querschnittsansicht der Struktur des in Fig. 1 entlang der Linie H-H gesehenen Elements.
Eine Mehrzahl optischer Wellenleiter Y&sub1;, Y&sub2;,.., Yn wird auf ein Glassubstrat 1a als einem der Grundsubstrate für ein Flüssigkristallpanel in Y-Richtung ausgerichtet aufgebracht. Ebenso wird eine Mehrzahl von Signalelektroden X&sub1;, X&sub2;,.., Xm in X-Richtung ausgerichtet über den optischen Wellenleitern, diese hierbei schneidend, aufgebracht. Die Wellenleiter Y&sub1;, Y&sub2;,.., Yn können zum Beispiel optische Fasern, Ionenaustausch-(Diffusions-)Wellenleiter, Polymerwellenleiter oder Quarzwellenleiter sein.
Die optischen Wellenleiter Y&sub1;, Y&sub2;,.., Yn sind mit ihren Enden an eine strahlende Einheit angeschlossen, die aus einem lichtemittierenden Elementarray 10 und einem Mikrolinsenarray 11 zusammengesetzt ist. Diese Ausführungsform verwendet als lichtemittierendes Elementarray 10 ein leistungsstarkes LD-(Laserdioden)Array. Wenn hohe Leistung nicht erforderlich ist, kann das lichtemittierende Elementarray 10 ein LED-(lichtemittierendes Dioden)Array sein.
Ein SiO&sub2;-Film ist als Deckschicht 3 auf den optischen Wellenleitern Y&sub1;, Y&sub2;, ..., Yn ausgebildet.
Pixelelektroden 5 sind auf der Deckschicht ausgebildet. Die Pixelelektroden 5 bestehen aus einem transparenten und leitenden ITO-(Indiumzinnoxid)Dünnschichtfilm, welcher durch Sputtern hergestellt wird.
Die Signalelektroden X&sub1;, X&sub2;,.., Xm sind aus Aluminium durch Sputtern erstellt. Die Signalelektroden X&sub1;, X&sub2;,.., Xm können auch aus einem anderen Material hergestellt sein, zum Beispiel Tantal, Chrom, Titan, Molybdän, etc., solange sie den Bedingungen an Leitfähigkeit und Betriebsverhalten genügen.
Ein amorpher Siliziumhydrid (a-Si : H)-Film mit Photoleitfähigkeit wird als optisches Schaltelement 4 im Plasma CVD-(Chemical Vapor Deposition-)Verfahren an jedem Schnittpunkt zwischen einem optischen Wellenleiter Y&sub1;, Y&sub2;,.., Yn und einer Signalelektrode X&sub1;, X&sub2;,.., Xm erstellt. Der a-Si : H-Film wird hergestellt durch Verwendung von Silan-Gas (SiH&sub4;) und Wasserstoff-Gas (H&sub2;), und seine Filmdicke ist im Bereich von ungefähr 5000 Å bis 1 um. Jedes optische Schaltelement 4 wird zwischen einer Signalelektrode X&sub1;, X&sub2;,.., Xm und einer Pixelelektrode 5 angeordnet, um ein Anzeigemedium, etwa einen Flüssigkristall, zu steuern.
Ein ITO-Film wird als Transparentelektrode (Gegenelektrode) 9 durch Sputtern auf einem weiteren Substrat 2a hergestellt.
Polyimid 7a, 7b eines Orientierungsfilms wird auf zwei Substraten 1a, 2a durch Spincoating aufgebracht und anschließend durch Reiben einer Orientierungsbehandlung unterworfen. Sie werden unter Zwischenschaltung eines Spacers 12 und des Flüssigkristalls 13 miteinander verbondet. Andere Orientierungsfilme können als Orientierungsfilm eingesetzt werden, zum Beispiel organische Filme wie Polyamid, verschiedene LB-(Langmuir-Blodgett-)Filme, und orthorombische dampfabgeschiedene Filme aus SiO oder SiO&sub2;.
Die Glassubstrate 1a, 2a sind jeweils mit Abschirmschichten 8a, 8b ausgestattet, um zu verhindern, dass Licht von außerhalb der Anzeige auf die optischen Schaltelemente 4 trifft. Sie sind an Positionen ausgebildet, welche mit dem Bild der optischen Schaltelemente 4 überlappen.
Das Funktionsprinzip wird als nächstes beschrieben: Ein optisches Signal wird von dem lichtemittierenden Elementarray 10 durch das Mikrolinsenfeld 11 auf einen optischen Wellenleiter Y&sub1;, Y&sub2;,.., Yn geführt. Das optische Schaltelement 4 verändert seine Impedanz in Abhängigkeit von der Helligkeit der Lichteinstrahlung, wobei ein Stromfluß zwischen einer Signalelektrode Xm und einer Pixelelektrode 5 gesteuert werden kann, um den Flüssigkristall entsprechend zu erregen.
Im lichtbestrahlten Zustand hat das optische Schaltelement 4 eine geringe Impedanz durch den Photoleitungseffekt, so dass die Signalelektrode Xm elektrisch mit der Pixelelektrode 5 verbunden ist. Als Ergebnis wird ein Datensignal an den Flüssigkristall 13 übergeben, welcher sich zwischen der Pixelelektrode 5 und der Gegenelektrode 9 befindet. In einem dunklen Zustand hat das optische Schaltelement 4 eine hohe Impedanz, so dass die Signalelektrode Xm elektrisch bezüglich der Pixelelektrode 5 isoliert ist. Als Ergebnis wird kein Datensignal zwischen der Pixelelektrode 5 und der Gegenelektrode 9 übergeben. Da bei dieser Anzeige Licht als Abtastsignal verwendet wird, ist sie verglichen mit Fällen, bei welchen ein elektrisches Signal verwendet wird, unbeeinflusst von Leitungswiderstand und Streukapazität, und verursacht daher keine Signalverzögerung. Entsprechend kann eine Largescale-Anzeige oder eine Hochpräzisisonsanzeige realisiert werden.
Fig. 3 ist eine perspektivische Darstellung, um eine Anordnung in der Nähe eines optischen Schaltelements bei der obigen Anzeige zu zeigen.
Die Querschnittsansicht der Fig. 4 zeigt die Struktur des Elements gesehen entlang der Linie B-B' in Fig. 3, wobei die detaillierte Konstruktion der Source- und Drain-Elektrode veranschaulicht ist. Hier arbeitet ein Teil der Pixelelektrode 5 als Drain-Elektrode, welche als transparenter ITO-Film ausgebildet ist. Auch die Signalelektrode 14 ist an eine Signalelektrode Xm angeschlossen und aus dem transparenten ITO-Film hergestellt. Wie in Fig. 3 gezeigt, wird bei diesem Beispiel die Struktur von Fig. 14 aus den drei Typen von Elementstrukturen eines optischen Schaltelements und weiterhin ein transparentes Elektrodenmaterial für Source- und Drain-Elektroden verwendet.
Entsprechend liegen die Elektroden (Source- und Drain-Elektroden) nicht auf Stufen, welche an Kanten von photoleitendem Material vorkommen (a-Si : H in diesem Beispiel), sondern auf einem relativ flachen Substrat, so dass Verbindungsunterbrechungen unwahrscheinlich werden.
Da die Elektroden aus einem transparenten Elektrodenmaterial hergestellt sind, kann auch ein Photoleiterteil, welcher über den Elektroden liegt, voll durch ein optisches Signal bestrahlt werden. Daher braucht, selbst wenn die Elektroden auf der lichtbestrahlten Seite gelegen sind (auf der Seite, wo mehr Photoladungsträger erzeugt werden), die lichtbestrahlte Fläche nicht vergrößert zu werden, wobei eine Impedanzänderung zwischen den Elektroden wirksam durch optische Signaleinstrahlung erreicht werden kann.
Fig. 9 zeigt die Messergebnisse von Strom-Spannungs-Charakteristiken für optische Schaltelemente mit der Struktur, wie sie in Fig. 14 gezeigt ist, von denen eines Aluminiumelektroden und das andere Elektroden aufweist, die aus dem ITO- Film durch Laserbestrahlung mit 1 mW/cm² hergestellt sind. Das Element mit ITO-Filmelektroden ist deutlich verbessert in der Leitfähigkeit, was garantiert, dass durch das optische Schaltelement von Beispiel 1 die Impedanzänderung zwischen den Elektroden bei Lichteinstrahlung wirksam erreicht werden kann.

Beispiel 2 (Vergleichsbeispiel)

In dem in Beispiel 1 beschriebenen optischen Schaltelement wurde ITO als Elektrodenmaterial für Source- und Drain-Elektroden verwendet. Andere für die Erfindung verwendbare transparente Elektrodenmaterialien sind Materialien, wie sie in der Tabelle unten aufgelistet sind. Das ITO ist bezüglich Transparenz und Leitfähigkeit derzeit am besten geeignet.
Das optische Schaltelement dieser Struktur ist so hergestellt, dass der ITO-Film zunächst durch Photolithographie strukturiert und dann der a-Si : H-Film darauf gebildet wird. Wird der a-Si : H-Film auf dem ITO-Film erzeugt, so könnte der a- Si : H-Film durch den ITO-Film negativ beeinflußt werden, zum Beispiel durch die Oberflächengestalt des ITO-Films oder durch Fehlbildung (Diffusion oder Änderung der Zusammensetzung) des ITO-Films. Die Erfinder hatten beispielsweise solche Erfahrungen, dass mikroskopische Unebenheiten auf dem a-Si : H-Film auftraten oder eine Änderung in der Leitfähigkeit, abhängig von den Bedingungen der Filmbildung.

TABELLE

Typ Material

Metall Au, Ag, Cu, Ni
Metall/Oxid TiO&sub2;/Ag/TiO&sub2;, SnO&sub2;/Ni/SnO&sub2;,
Bi&sub2;O&sub3;/Au/Bi&sub2;O&sub3;,
Pt/SnO&sub2;,
SnO&sub2;/Au/SnO&sub2;
Oxid SnO&sub2;, In&sub2;O&sub3;, CdO, ZnO, TiO,
SnO&sub2;-Sb, SnO&sub2;-WO&sub3;,
In&sub2;O&sub3;-SnO&sub2;, In&sub2;O&sub3;-SbO&sub3;,
In&sub2;O&sub3;-WO&sub3;,
SnO&sub2;-F,
In&sub2;O&sub3;-Al
Nicht-Oxid LaB&sub4;, TiN, CdS
In der obigen Tabelle bedeutet A/B ein laminarer Film von A und B, und A-B eine Mischung aus A und B.
Ein zweites Beispiel beschreibt ein optisches Schaltelement, bei dem eine aus Zinnoxid (SnO&sub2;) hergestellte Pufferschicht in die Trennfläche zwischen dem ITO- Film und dem a-Si : H-Film eingebracht wird, um eine stabile Ausbildung des a- Si : H-Films bei der Produktion von optischen Schaltelementen sicherzustellen.
Fig. 5 zeigt die Querschnittsansicht des optischen Schaltelements aus Beispiel 2. Fig. 5 korrespondiert mit Fig. 4, welche den Querschnitt des in Beispiel 1 beschriebenen optischen Schaltelements zeigt.
Eine Source-Elektrode 14 und eine Drain-Elektrode 6 (Pixelelektrode 5) sind jeweils als ein laminarer Film aus SnO&sub2;/ITO aufgebaut. Die Filmdicke des SnO&sub2;- Films ist eingestellt auf 200 Å, und die des ITO-Films auf 800 Å. Der ITO-Film kann durch Trockenätzen mit einer sauren Lösung, wie Wasserstoffbromid (HBr), ähnlich wie in herkömmlichen Fällen, strukturiert werden. Der SnO&sub2;-Film jedochkann so nicht geätzt werden, weil er chemisch sehr stabil ist. In diesem Beispiel wurde der SnO&sub2;-Film durch einen Lift-Off-Prozess entsprechend strukturiert. In dem Lift-Off-Prozess wird ein Photoresist zunächst auf einem Substrat aufgebracht und dann strukturiert, wonach ein SnO&sub2;-Film hergestellt wird. Der auf dem Abdeckmittel entstandene SnO&sub2;-Film wird zusammen mit dem Abdeckmittel entfernt. Der SnO&sub2;-Film bleibt dort stehen, wo vorher kein Abdeckmittel war. Bei dieser Gelegenheit kann der Lift-Off-Prozess stabilisiert werden und damit die Herstellung mit Mikromaschinen im Submykronbereich ermöglicht werden, indem das Verfahren angewendet wird, bei welchem der Abdeckmittel-Dünnfilm in einem Vorstadium des Lift-Off-Prozesses doppelschichtig ist, wie beschrieben in "VLSI Technology", S. 298 (OHM SHA, Autor: Tarui).
Das oben beschriebene optische Schaltelement hat eine laminare Struktur von a-Si : H/SnO&sub2;/ITO in den Source-Elektroden- und Drain-Elektrodenbereichen. Da der SnO&sub2;-Film den negativen Einfluss des ITO-Films verhindert, wie Oberflächengestalt oder Rückbildung auf dem a-Si : H-Film, kann ein exzellenter a-Si : H-Film schnell erzielt werden. Entsprechend ist diese Anordnung hinsichtlich der Herstellung eines optischen Schaltelements oder einer dieses verwendende optisch addressierbare Anzeige sehr vorteilhaft.

Beispiel 3 (Vergleichsbeispiel)

Wenn ein optisches Schaltelement beim Abtasten einer optisch addressierbaren Anzeige von einem optischen Signal bestrahlt wird, verringert sich die Impedanz dort, so dass eine Source-Elektrode mit einer Drain-Elektrode elektrisch verbunden werden. Auf diese Weise wird eine Signalelektrode mit einer Pixelelektrode verbunden, wobei ein elektrooptisches Medium (zum Beispiel ein Flüssigkristall) geladen wird. Falls der Impedanzabfall des optischen Schaltelements unzureichend ist, könnte die Ladung des elektrooptischen Mediums ungenügend sein. Insbesondere tritt ein Problem bei Bildelementen mit großer Kapazität auf, die durch das elektrooptische Medium zwischen der Pixelelektrode 5 und der Gegenelektrode 9 gebildet ist.
Es gibt ein Verfahren, die Größe des optischen Schaltelements selbst anzupassen, um den Durchlass-Strom des optischen Schaltelements im EIN-Zustand zu vergrößern.
Fig. 6 zeigt die Form der Source-Elektrode 14 und der Drain-Elektrode 6 des in Beispiel 1 beschriebenen optischen Schaltelements, nämlich eine obere Draufsicht auf das in Fig. 4 gezeigte optische Schaltelement.
Nach Fig. 6 kann eine weitere Verringerung der Elektrodenlücke 1 oder eine weitere Vergrößerung der Elektrodenweite w den Widerstand zwischen den Elektroden verringern, wodurch der Durchlass-Strom größer werden kann. Die gezeigte Elektrodenlücke 1 ist jedoch im Bereich von 2 bis 4 um, und daher erfordert eine weitere Verringerung eine aufwändige Photolithographietechnologie, was nicht erstrebenswert ist. Ebenso würde eine Vergrößerung der Elektrodenweite w die Öffnungsrate (Aperturrate) der Anzeige verringern, was auch nicht vorteilhaft ist.
Daher ist das folgende Verfahren vorzuziehen, um den Durchlass-Strom zu erhöhen.
Fig. 7 zeigt an einem Beispiel das Aussehen der Elektroden in einem optischen Schaltelement.
Eine Source-Elektrode 14 und eine Drain-Elektrode 6 sind als Interdigitalmuster ineinandergreifend gestaltet. Diese Anordnung vergrößert effektiv die Elektrodenweite w, ohne die vom optischen Schaltelement beanspruchte Fläche zu verändern, das heißt, ohne die Öffnungsrate der Anzeige zu verringern.
Bei der in diesem Beispiel beschriebene Anzeige wird sowohl die Interdigitalelektrodenstruktur als auch die Struktur des optischen Schaltelements aus Beispiel 1 verwendet, wodurch der Durchlass-Strom erhöht werden kann. Daher kann eine Anzeige mit deutlich verbesserter Leistungsfähigkeit zur Verfügung gestellt werden.

Beispiel 4

Die in Fig. 11 gezeigte herkömmliche Anzeige ist mit den Abschirmfilmen 8a, 8b ausgestattet, um zu verhindern, dass äußeres Licht das optische Schaltelement 4 bestrahlt. In dieser Anordnung muss der Abschirmfilm 8b auf dem gegenüberliegenden Substrat 2 in einem Abstand von einer Zeildicke vom optischen Schaltelement 4 entstanden sein. In diesem Fall muss der Abschirmfilm 8b verhältnismäßig groß gegenüber der Größe des optischen Schaltelements ausgebildet sein, um den Abschirmeffekt zu verbessern. Der Abschirmfilm 8b verringert deutlich das Öffnungsverhältnis der Anzeige.
In der in Beispiel 1 beschriebenen Struktur des optischen Schaltelements wird der aus dem a-Si : H-Film hergestellte Photoleiter auf dem transparenten leitenden Film (Elektroden) wie ITO gebildet. Der Abschirmfilm kann dadurch unbehindert auf dem Photoleiter ausgebildet werden.
Fig. 8 zeigt den Querschnitt eines optischen Schaltelements, in welchem ein Abschirmfilm direkt auf dem Photoleiter ausgebildet ist, und eine Anzeige mit diesem Schaltelement.
Der Abschirmfilm 8c ist ein durch Plasma-CVD-Verfahren aufgebrachter a-SiXGe1-x : H-Film, der mit hinreichender Lichtabschirmeigenschaft gegen sichtbares Licht, sowie mit hohem Widerstand und geringer Photoleitfähigkeit hergestellt werden kann, indem die Zusammensetzung von Si und Ge angepasst wird. Wenn zum Beispiel Monosilan und Monogerman bei der Filmbildung im richtigen Gasdurchflussverhältnis gemischt werden, hat ein daraus entstehender Film eine geringe Photoleitfähigkeit mit einem Absorptionskoeffizienten von mindestens 10&sup4; (633 nm Wellenlänge) und eine Dunkelleitfähigkeit von 10&supmin;&sup7;[1/Ωcm], was für den Abschirmfilm geeignet ist.
Wie oben beschrieben, kann unter Verwendung des in dieser Ausführungsform gezeigten optischen Schaltelements der auf dem Photoleiter bereitgestellte Abschirmfilm 8c den Abschirmfilm 8b ersetzen, welcher bei herkömmlichen Elementen auf der gegenüberliegenden Substratseite aufgebracht ist.
Mit einer Anzeige mit dem obigen Schaltelement lässt sich die Öffnungsrate deutlich verbessern.
Der a-SiXGe1-x : H-Film wird auch als Abschirmfilm 8c verwendet. So kann, wenn der Photoleiter ein Film ist, welcher aus einem Material auf Siliziumbasis hergestellt ist, wie der a-Si : H-Film, und durch das Plasma-CVD-Verfahren hergestellt ist, der Photoleiter und der Abschirmfilm 8c kontinuierlich und mit Vorteil in demselben Apparat hergestellt werden. Wenngleich diese Ausführungsform ein Beispiel zeigte, bei dem eine Verbindung aus Silizium und Germanium verwendet wurde, ist sie nicht auf diese Verbindung begrenzt. Der Abschirmfilm kann aus einer anderen Silicumverbindung hergestellt werden, zum Beispiel einer Verbindung aus Silizium und Zinn oder einer Verbindung aus Silizium und Germanium und Carbid.
Die in den Beispielen 1 bis 4 beschriebenen optischen Schaltelemente können als Diodenstruktur von Halbleitern mit Photoleitfähigkeit aufgebaut sein (zum Beispiel vom Pin-Typ, dem Schottky-Typ oder dem MIS-Typ [Metal-Insulator-Semiconductor]), d. h. in Rücken-an-Rücken-Diodenstruktur, bei welcher zwei solche Dioden antiseriell verbunden sind, oder als Diodenringstruktur, bei welcher zwei solcher Dioden antiparallel geschaltet sind.
Der TN-Mode (Twisted Nematic = verdrillt nematisch) wird ebenso eingesetzt für die in dieser Erfindung verwendeten Flüssigkristallschichten der Anzeigen. Das Flüssigkristallmaterial ist ein Flüssigkristall ZLI 4792 von MERCK auf Fluorbasis. Andere einsetzbare Moden für den nematischen Flüssigkristall sind der Guest- Host-Mode, der Doppelbrechungs-Steuermode (ECB: Electrically Controlled Birefringence), der STN-Mode (Super Twisted Nematic = superverdrillt nematisch) und der Phasenübergangsmode. Weiter einsetzbar sind der oberflächenstabilisierte ferroelektrische Flüssigkristallmode (SSFL), für welchen ein chiral-smektischer Flüssigkristall verwendet wird, ein zusammengesetzter Polymer-Flüssigkristall (PDLC: Polymer Dispersed Liquid Crystal) mit einem zusammengesetzten Film aus Polymer und Flüssigkristall, etc.
Die Erfindung wurde zwar als Flüssigkristallanzeige (LCD) mit einem Flüssigkristall als elektrooptischem Medium beschrieben, sie kann jedoch mit gleichen Vorteilen auf andere Anzeigen angewendet werden, zum Beispiel bei elektrochromen Anzeigen (ECD) und elektrophoretischen Anzeigen (EPD).
Die optischen Schaltelemente gemäß der Erfindung werden selten Verbindungsprobleme verursachen, weil die eingesetzten Elektroden (Source- und. Drain-Elektroden) auf einem relativ flachen Substrat gebildet sind. Ebenso kann, da die Elektroden aus einem transparenten Elektrodenmaterial hergestellt sind, der Photoleiteranteil, welcher über den Elektroden liegt, vollständig von einem optischen Signal bestrahlt werden, wobei bei Bestrahlung mit einem optischen Signal eine Impedanzänderung zwischen den Elektroden effektiv erreicht werden kann.
Der Source-Elektroden- und der Drain-Elektrodenbereich sind außerdem als laminare Struktur aus a-Si : H/SnO&sub2;/ITO aufgebaut, was den negativen Einfluß des ITO-Films auf den a-Si : H-Film verhindern kann, etwa die Oberflächenverformung oder Zersetzung des ITO-Films. Ein hervorragender a-Si : H-Film lässt sich vergleichsweise problemlos erhalten.
Im Falle, dass die Source-und die Drain-Elektrode als im Zickzackmuster ausgebildet sind, so dass sie ineinandergreifen, kann der Durchlass-Strom ohne Verringern der Öffnungsrate der Anzeige erhöht werden.
Ebenso kann im Falle, dass ein Abschirmfilm auf dem optischen Schaltelement selbst liegt, bei einer dieses nutzenden Anzeige einen Teil des Abschirmfilms weggelassen werden, um die Öffnungsrate zu verbessern.
Viele höchst unterschiedliche Ausführungsformen der Erfindung lassen sich ohne Abweichen von deren Lehre realisieren. Die Erfindung ist insbesondere nicht auf die in der obigen Beschreibung erläuterten Ausführungsformen begrenzt, sondern durch den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche definiert.

Claims

1. Optisch adressierbare Anzeige mit:

einem ersten Substrat (1a):

einer Mehrzahl auf dem ersten Substrat verteilter optischer Wellenleiter (Yn), um optische Wege für ein optisches Signal bereitzustellen;

einer Mehrzahl von senkrecht zu den Wellenleitern angeordneten Signalelektroden (Xm);

einer Mehrzahl auf dem Substrat verteilter Pixelelektroden (5), wobei eine Pixelelektrode für jeden Schnittpunkt zwischen einer Signalelektrode und einem Wellenleiter vorgesehen ist;

einem zweiten Substrat (2a) mit einer gemeinsamen Elektrode;

einem zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat vorhandenen elektrooptischen Medium (13), welches von einer Spannung zwischen einer der Pixelelektrode und der Common-Elektrode beaufschlagt ist;

einer Mehrzahl auf dem ersten Substrat angeordneter optischer Schaltelemente, jeweils eines für eine Pixelelektrode, wobei jedes optische Schaltelement einen Fotoleiter (4), dessen Impedanz sich bei Lichteinstrahlung ändert, eine unter dem Fotoleiter angebrachte transparente Source-Elektrode in Kontakt mit einer der Signalelektroden (Xm) und eine transparente unter dem Fotoleiter angebrachte Drain-Elektrode in Kontakt mit der zugeordneten Pixelelektrode aufweist, wobei der Fotoleiter Source- und Drain-Elektrode elektrisch verbindet, wenn der Fotoleiter bestrahlt wird; und

einem Abschirmfilm (8c) mit hohem Widerstand und geringer Fotoleitfähigkeit auf der Rückseite des Fotoleiters, die derjenigen Fotoleiterfläche entgegengesetzt liegt, die vom Licht des zugeordneten Wellenleiters bestrahlt ist, wobei jedes optische Schaltelement die entsprechende Source-Elektrode mit der entsprechenden Drain-Elektrode elektrisch verbindet, wenn der Fotoleiter des Schaltelements durch ein optisches Signal des entsprechenden Wellenleiters bestrahlt ist;

dadurch gekennzeichnet, dass der Abschirmfilm eines optischen Schaltelements direkt auf den Fotoleiter des Schaltelements aufgebracht ist.

2. Anzeige nach Anspruch 1, in welcher der Abschirmfilm aus einer Verbindung von Silizium und Germanium hergestellt ist.

3. Anzeige nach Anspruch 2, in welcher die Silizium-Germanium-Verbindung ein amorphes Silizium-Germanium-Hydrid (a-Six GEx-1 : H) ist.

4. Anzeige nach Anspruch 1, in welcher der Abschirmfilm aus einer Verbindung von Silizium und Zinn hergestellt ist.

5. Anzeige nach Anspruch 1, in welcher die transparente Drain-Elektrode ein Teil der Pixelelektrode ist.

6. Anzeige nach Anspruch 1, in welcher der Fotoleiter aus einem amorphen Siliziumhydrid (a-Si : H) und der Abschirmfilm aus einer Verbindung aus Silizium und Germanium, einer Verbindung von Silizium und Zinn oder einer Verbindung aus Silizium, Germanium und Carbid hergestellt sind.

7. Verfahren zur Herstellung einer optisch adressierbaren Anzeige mit:

einem ersten Substrat (1a);

einer Mehrzahl auf dem ersten Substrat verteilter optischer Wellenleiter (Yn), um optische Wege für ein optisches Signal zu bereitzustellen;

einer Mehrzahl von senkrecht zu den Wellenleitern auf dem ersten Substrat angeordneten Signalelektroden (Xm);

einer Mehrzahl auf dem ersten Substrat verteilter Pixelelelektroden (5), wobei eine Pixelelektrode für jeden Schnittpunkt zwischen einer Signalelektrode und einem Wellenleiter vorgesehen ist;

einem zweiten Substrat (2a) mit einer gemeinsamen Elektrode;

einem zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat vorhandenem elektrooptischen Medium (13), welches von einer Spannung zwischen einer der Pixelelektroden und der Common-Elektrode beaufschlagt ist;

einer Mehrzahl auf dem ersten Substrat angeordneter optischer Schaltelemente, jeweils eines für eine Pixelelektrode, wobei jedes optische Schaltelement einen Fotoleiter (4), dessen Impedanz sich bei Lichteinstrahlung ändert, eine unter dem Fotoleiter angebrachte transparente Source-Elektrode in Kontakt mit einer der Signalelektroden (Xm), eine transparente unter dem Fotoleiter angebrachte Drain-Elektrode in Kontakt mit der zugeordneten Pixelelektrode aufweist, wobei der Fotoleiter Source- und Drain-Elektrode elektrisch verbindet, wenn der Fotoleiter bestrahlt wird; und

einem Abschirmfilm (8c) mit hohem Widerstand und geringer Fotoleitfähigkeit auf der Rückseite des Fotoleiters, die derjenigen Fotoleiterfläche entgegengesetzt liegt, die vom Licht des zugeordneten Wellenleiters bestrahlt wird, wobei jedes optische Schaltelement die entsprechende Source-Elektrode mit der entsprechenden Drain-Elektrode elektrisch verbindet, wenn der Fotoleiter des Schaltelements durch ein optisches Signal des entsprechenden Wellenleiters bestrahlt wird;

Verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschirmfilm eines optischen Schaltelements und der Fotoleiter des optischen Schaltelements in einem kontinuierlichen Plasma-CVD-Verfahren hergestellt werden, wobei der Abschirmfilm eines optischen Schaltelements direkt auf dem optischen Schaltelement abgeschieden wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, in welchem der Fotoleiter aus amorphem Siliziumhydrid (a-Si : H) und der Abschirmfilm aus einer Verbindung von Silizium und Germanium, einer Verbindung von Silizium und Zinn oder einer Verbindung aus Silizium, Germanium und Carbid hergestellt werden.