SU652914A3 - Жидкокристаллическое устройство - Google Patents

Description

(54) ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относитс  к индикаторной технике, в частности к индикаторным устройствам матричного типа на основе жидких кристаллов.

Известно жидкокристаллическое матричное устройство, включающее пару расположенных одна напротив другой и разделенных между собой подложек, жидкокристаллическое вещество, наход щеес  между подложками, и электроды на обращенных друг к другу поверхност х подложек. При этом электроды соедин ютс  в виде матрицы , содержащей, например, р д параллельных , отделенных один от другого, проводников на одной подложке и р д аналогичных проводников н-а другой подложке. . Эти две группы проводников установлены под нр мым углом один к другому, проводники одной группы перекрещиваютс  с проводниками другой группы. При приложении напр жени  к проводникам строк и проводникам столбцов часть жидкокристаллического материала в точках пересечени  «возбуждаетс , т. е. измен ет свои характеристики пропускани  света. Возбужда  различные комбинации выбранных участков

жидкого кристалла, можно обеспечить различные оптические изображени .

Недостатками описанного устройства  вл ютс  слаба   нелинейность вольт-контрастной характеристики, непосто нство ее порога, отсутствие необходимого соотнощени  между временем включени  (реакции) и временем выключени  (релаксации) индикаторной  чейки.

Эти недостатки устранены в конструкции жидкокристаллического устройства с использованием нелинейных элементов. Известное жидкокристаллическое устройство содержит расположенные между электродами слои жидкокристаллического и полупроводникового материалов. В каждой точке пересечени  щин такого устройства находитс  полевой транзистор и цепочка параллельно соединенных жидкокристаллического элемента и конденсатора.

Однако жидкокристаллические устройства с дополнительными нелинейными элементами сложны как конструктивно, так и в изготовлении,, так как необходимо совмещать две различные технологии :- жидкокристаллическую и полупроводниковую и обеспечивать 100%-ный выход годных по характеристикам нелинейных элементов. Цель изобретени  состоит в упрощении конструкции. Цель достигаетс  тем, что полупроводниковый слой находитс  в выпр мительном контакте со слоем жидкокристаллического материала. Полупроводниковый слой может быть изготовлен из окиси цинка, а жидкокристаллический материал может содержать присадку ионов бромида. Ца фиг. 1 показана схема предлагаемого индикаторного жидкокристаллического устройства , частично узел с вырыво.м, частично блок-схема; на фиг. 2 - то же, принципиальна  схема; на фиг. 3 - вольт-амперна  характеристика предлагаемого устройства . Устройство на жидком кристалле, показанное на фиг. 1, включает заднюю и переднюю прозрачные стекл нные опорные пластины I и 2 соответственно. Обе пластины 1 и 2 имеют параллельные внутренние грани 3 и 4 соответственно, удаленные одна от от другой на рассто ние I, составл юп ее обычно примерно от 5 до 30 мкм. На внутренней грани 3 задней пластины 1 крепитс  р д параллельных, расположенных с интервалом , задних провод щих полосок электродов 5а, 5Ь, 5с и 5d. Дл  четкости иллюстрации в данном примере показано только четыре задние полоски, но обычно может и должно использоватьс  гораздо большее число полосок электродов. Ца внутренней грани 4 передней пластины 2 крепитс  р д параллельных , расположенных с интервалами, прозрачных провод щих передних полосок электрода 6а, бе, 6с и 6d. Передние полоски расположены так, что их продольные направЛенин оказываютс  перпендикул рными продольному направлению задних провод щих полосок 5. Показано только четыре передние полоски, но обычно может и должно использоватьс  гораздо большее их число. Покрытие внутренней поверхности 3 задней пластины 1 и расположенных на ней полосок электродов 5 представл ет слой 7 полупроводникового материала толщиной 5000-50000А и удельным сопротивлением пор дка 10 Ом/см или меньше и относительно нечувствительный к видимому свету. Дл  сло  7 могут использоватьс , например, существующие полупроводниковые материалы типа окиси цинка, сульфида цинка и им подобные. Пространство между задней и передней пластинами 1 и 2 заполн етс  пленкой материала жидкого кристалла 8 существующего типа. Пленка 8 соприкасаетс  с полосками электродов 6 на передней пластине 2 и с полупроводниковым слоем 7, покрывающим заднюю пластину 1. пр жени  к провод щим задним электродам 5а-5d и к подвод щим передним элсктрода .м 6а-6d соответственно. На фиг. 2 схематически иредставлсна цепь дл  обеспечени  работы устройства индикатора . Цепь включает переключатель коммутатора 11 задних полосок, общий контакт которого подсоединен к одной стороне источника напр жени  12 и к заземлению 13. Множество контактов переключател  кол мутатора 11 подсоедин етс  к средствам соединени  задни.х полосок 9а-9d через ipoвода 14а-14d. Есть также переключатель ко.ммутатора 15 пере;1,них полосок, множество контактов которого подсоединено к средствам соединени  1()а-lOd передних полосок через провода 16с;--16d, а общий KOSIтакт подсоединен к другой стороне i- Ci;;4ника нанр жени  12. Благодар  наличию полупроводникового сло  7 устройство похоне на обычные матричные устройства индикации на жидком кристалле , но с включением диода носледовате.льно каждому элементу индикаторного устройства . Таким образом, как показано на принципиальной схеме фиг. 2, в местах пересечени  каждой пары полосок электродов 5 и 6 находитс  элемент индикаторного устройства на жидком кристалле, причем каждый такой элеме1гг обозначаетс  основной цифрой 17 со следующей за ней парой букв, обозначающих пару электрических полосок, между которыми раз.ме цаетс  элемс11т. Так, элемент индикаторного устройства 17а-в, например, означает, что часть пленки жидкого кристалла 17 размещаетс  между полосками электродов 6а и 5fl а вместе их нересечени . Последовательно каждому элементу индикаторного устройства между каждой пересекающей парой электродов включаетс  диод 18. Благодар  наличию таких диодов харакгеристики тока при напр жени х, приложенных .между парой пересекающихс  электро дов 5 и 6,  вл ютс  такими, как показагЮ на фиг. 3, то есть электрическое сопротивление между полосками различное (соотнон ение , например, пор дка 10, а предпочтительно больще) в зависи.мости от пол рности напр жени , приложенного между полоска .ми электродов. Как ноказано на фиг. 3, устройство и.меет характеристики более высокой проводимости тогда, когда напр жение на полосках электродов 6 положительно относительно напр жени  на полосках 5. Это соотношение нол рности соответствует использованию полупроводникового сло  7 с п-типа проводимостью. Цри использовании нолупроводникового сло  7 с р-тина проводимостью получаютс  такие же характериетики выпр млени , но завис нгие от нол рности. ВОДЯТСЯ напр жени  такой пол рности, что электрод 6а оказываетс  положительным относительно электрода 5а, диод 18 в точке пересечени  двух полосок, получа  пр мое смещающее напр жение, представл ет собой низкое сопротивление по сравнению с сопротивлением элемента индикаторного устройства 17а-а, и подведенное напр жение способно возбудить элемент индикаторного устройства. И наоборот, если пол рность приложенного напр жени  такова, что диод 18 получает обратное смещающее напр жение и, таким образом, становитс  более высоким сопротивлением, чем элемент 17а-а, на диоде 18 получаетс  сильное падение напр жени , и элемент индикаторного устройства не возбуждаетс . Наличие таких однонаправленных элементов схемы, то есть последовательно соединенных с- каждым элементом индикаторного устройства диодов 18, позвол ет адресовать отдельные элементы индикаторного устройства , избега  при этом, по меньщей мере , частично, возбуждени  через «паразитные пути матриць неадресованпых элементов индикаторного устройства. Считаетс , что предлагаемые устройства в электрическом отнощении подобны полупроводниковому диоду с «запирающим слоем, включающему полупроводниковое тело, размещенное между двум  контактами, один из которых  вл етс  омическим контактом , или контактом с низким сопротивлением , а второй - неомическим, или выпр мл ющим контактом. На выпр мл ющем контакте здесь присутствует потенциальный барьер (то есть электрический потенциал) дл  потока электронов, причем величина или эффективность барьера зависит от пол рноети напр жени , приложенного к области барьера. Другими словами, установлено, что энерги  возбуждени , требуема  дл  прохождени  тока основных носителей через барьер в одном направлении, значительно ниже, чем энерги  возбуждени , требуема  дл  прохождени  тока через барьер в противоположном направлении. Следовательно , амплитуда тока соверщенно асимметрична напр жению. В устройствах, соответствующих изобретению , материал жидкого кристалла выполн ет до некоторой степени те же функции , что и неомический электрод диода с запирающим слоем, и здесь, таким образом, в полупроводниковом слое, на его границе с пленкой материала жидкого кристалла 8, присутствует потенциальный барьер,  вл ющийс  напр жением, пол рность которого зависит от прохождени  тока через барьер. Требовани  к полупроводниковому матери лу дл  обеспечени  такого выпр мл ющего контакта общеизвестны. Так, удельное сопротивление полупроводникового материала в контакте, например, должно быть не слищком низким, предпочтительно составл  , например, величину пор дка 1 - 10 Ом/см или больще. Кроме того, чтобы создать барьерную область в пределах полупроводникового материала на его поверхности, основные HOCISтели полупроводникового материала должны быть перемещены из внутреннего объема полупроводникового материала в область, прилегающую к границе разде„1а между материалами полупроводника и контакта. Полагают , что при применении контакта из материала жидкого кристалла этот перенос выполн етс , если энергетические уровни примесей, примен емых в материале жидкого кристалла, либо выще, либо ниже уровн  ферми полупроводникового материала, в зависимости от типа его проводимости. В полупроводниковых материалах п-типа, например , энергетические уровни ионных примесей жидкого кристалла в их оксидированном состо нии должны быть ниже уровн  ферми материала полупроводника. Таким образом, электроны из полупроводникового материала будут переходить к этим примес м в отсутствии напр женности пол  и создавать тем самым запирающий слой внутри материала полупроводника. И наоборот, в полупроводниковых материалах р-типа энергитические уровни примесей материала жидкого кристал.7а должны быть вьиие уровн  ферми материалов полупроводников. Использу , например, полупроводниковые материалы п-типа, имеющие уровень ферми пор дка 4-5 ЭВ можно примен ть различные материалы жидких кристаллов, содержащих бромидную примесь в виде, например, гексадецилпиридинбромида. НМСН21 5 5БГПримеси в материалах жидких кристаллов используютс  дл  различных целей, например , дл  управлени  проводимостью и выравнивани  характеристик материала жидкого кристалла. Известно больщое число материалов жидких кристаллов и примесей. Но энергетические уровни любой частной примеси завис т от частного растворител  или материала жидкого кристалла, в котором она помещаетс , и должны определ тьс  экспериментальным путем. Однако обычно относительные энергетические уровни различных примесей можно аппроксимировать по определенным термодинамическим данным, таким как потенциалы окислени  дл  примесей в определенном растворителе, например , в воде. То есть, хот  частные энергетические уровни в различных растворител х будут различными, относительные уровни различных примесей будут одинаковыми в разных растворител х.

Кроме того, диоды с запирающим слоем, как было отмечено выше, включают омические , или невыпр мл ющие контакты, В устройствах насто щего изобретени  такие омические контакты обеспечиваютс  электродами 5. Способы обеспечени  омических контактов дл  полупроводниковых материалов обычно известны. Основные требовани  здесь состо т в том, что электроды имеют низкое удельное сопротивление пор дка 10 или 10 Ом/см или меньше, и что электроды образуют контакт низкого сопротивлени  с материалов полупроводника. Подобные контакты с низким сопротивлением могут обеспечиватьс , например, путем применени  таких материалов дл  электродов, работа выхода которых ниже работы выхода материала полупроводника. Дополнительно или в качестве альтернативы, нанос  полупроводниковый материал на электроды определенным способом, например напылением , выпариванием или химическим осаждение .м паров, в материал полупроводника добавл ют .материал электрода до получени  высокого уровн  проводимости на контакте электрода. В .предлагаемом варианте, напри.мер, окись цинка на электроды напыл етс  с помощью известного вь сокочастотного метода напылени .

Преимуществом насто щего изобретени   вл етс  относительна  легкость, с которой можно обеспечить индикаторное устройство , имеющее больщое количество близко расположенных друг от друга элементов. Так, полоски электродов 5 и 6, например, .можно изготовить существующим способо.м напылени  или фотолитографии посредством которых .можно легко получить высокую точность и близкое расположение электродов один от другого. Кроме того, хот  каждый элемент индикаторного устройства может быть очень .маленьким, ограниченным по существу площадью перекрыти  пересекающимис  электродами, сплощной слой 7 полупроводникового материала действует так.

чтобы обеспечить диод последовательно каждому элементу индикаторного устройства. То есть слой 7, как показано на чертеже, не должен изготавливатьс  по щаблону. Точно так же, пленка материала жидкого Kpiicталла 8 может, как показано на чертеже,

быть СПЛОП1НОЙ.

И наоборот, если это требуетс , то зсе элементы индикаторного устройства Moi.r быть физически отделены один от другог ;, использу , например, сотообразную или сетковидную конфигурацию. .Между передней и задней пластинами может, например, размещатьс  элемент сотообразной прокладк.ч с больщим количеством отверстий, где каждое отверстие прокладки располагаетс  в точке пересечени  двух полосок 5 и 6. Кажда   чейка может включать пленку матсри,::ла жидкого кристалла, соприкасающуюс  со слоем полупроводникового материала, где полупроводниковый материал находитс  JH-:бо в форме сплошного сло , покрываюпато всю внутреннюю поверхность одной из пластин , либо в форме р да отделенных друг от друга участков, имеющих последовательность , соответствующую отверсти ми прокладки .

Claims (3)

1. Формула изобретени 

   I. Жидкокристаллическое устройство, содержащее расположенные между электродами слои жидкокристаллического и no.;i проводникового материалов, отличающеес  тем, что, с целью упрощени  конструкции, полупроводниковый слой находитс  в выпр мительном контакте со слое.м жидкокристаллического материала.
2. 2.Устройство по п. 1, отличающеес : тем, что полупроводниковый мост изготов;1еи из окиси цинка.
3. 3.Устройство по п. 2, отличающеес  тслк что жидкокристаллический материал содержит присадку ионов бро.мида.

   1/2.2

   i-y)

   Риг.З