NL8900521A - Schakeleenheid ten behoeve van een weergeefinrichting en weergeefinrichting voorzien van een dergelijke schakeleenheid. - Google Patents

Description

N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken

Schakeleenheid ten behoeve van een weergeefinrichting en weergeefinrichting voorzien van een dergelijke schakeleenheid.

De uitvinding betreft een inrichting voorzien van een steunplaat met tenminste een schakeleenheid bevattende een niet-]ineaï *-asymmetrisch schakelelement in een dunne laag halfgeleidermateriaal voorzien van een ondercontact en een bovencontact.

Daarnaast betreft de uitvinding een weergeefinrichting waarin een dergelijke inrichting wordt toegepast.

Een dergelijke weergeefinrichting is bijvoorbeeld geschikt voor het weergeven van datagrafische informatie en video-informatie met behulp van passieve elektro-optische weergeefmedia zoals vloeibare kristallen, elektro-phoretische suspensies en elektro-chrome materialen.

In dergelijke weergeefinrichtingen maakt toepassing van schakelelementen het mogelijk het aantal aan te sturen rijen beeldelementen te vergroten ten opzichte van weergeefinrichtingen zonder dergelijke schakelelementen. Het schakelelement zorgt namelijk voor een voldoende hoge drempel, zodat een beeldelement niet kan worden aangeschakeld als de betreffende rij niet is geselecteerd. Daarnaast zorgt het schakelelement ervoor dat de tijdens het aansturen van een rijelektrode aangeboden informatie over een beeldelement blijft staan gedurende de tijd dat de overige rijelektroden worden aangestuurd. Het schakelelement voorkomt tevens dat een beeldelement een effektieve spanning ondervindt gedurende de tijd, dat dit niet wordt aangestuurd.

In de Nederlandse Octrooiaanvrage No. 88 00 704 wordt een weergeefinrichting beschreven waarin de beeldelementen van spanningen worden voorzien met behulp van schakeleenheden die een asymmetrisch niet lineair schakelelement, bijvoorbeeld een diode, bevatten. De spanning over de beeldelementen wordt met behulp hiervan nauwkeurig ingesteld nadat de bijbehorende capaciteiten zonodig eerst tot buiten het overgangsgebied in de transmissie-spanningskarakteristiek van het elektro-optisch medium zijn ontladen of opgeladen. Hiertoe is de schakeleenheid tevens voorzien van een niet-lineair schakelelement, bijvoorbeeld een MIM (metaal-isolator-metaal) element, dat (anti-) parallel geschakeld is aan de diode.

Een eerste probleem hierbij is dat dergelijke dioden doorgaans worden uitgevoerd in amorf silicium. Een van de nadelen van amorf silicium is de grote lichtgevoeligheid, waardoor met name de uitstroom I0££ van dergelijke dioden bij bestraling met licht onacceptabel hoog wordt. Het probleem van lichtgevoeligheid kan ook bij andere halfgeleidermaterialen optreden, bijvoorbeeld (zij het iets minder) bij polykristallijn silicium.

Daarnaast bevat de schakeleenheid steeds twee afzonderlijke elementen, die bovendien soms verschillende technologieën vereisen, met name echter wordt door de aanwezigheid van twee elementen de effectieve grootte van het beeldelement verkleind.

De uitvinding stelt zich ten doel deze bezwaren zo veel mogelijk te ondervangen.

Zij berust op het inzicht dat een goede afscherming van het niet-lineair asymmetrisch schakelelement tegen licht gecombineerd kan worden met de fabricage van een niet-lineair weerstandelement of metaal-ïsolator-metaal element (MIM).

Een inrichting volgens de uitvinding heeft het kenmerk dat althans in bovenaanzicht gezien tenminste het materiaal van een van de contacten lichtondoorlatend is en zich over het gehele oppervlak van het halfgeleidermateriaal uitstrekt terwijl buiten de laag halfgeleidermateriaal de materialen van het ondercontact en bovencontact met een tussenliggende laag isolerend materiaal een niet-lineair weerstandselement of MIM-element vormen.

Op deze wijze wordt een zeer compacte combinatie verkregen van een niet-lineair asymmetrisch schakelelement en een niet-lineair weerstandselement (bijvoorbeeld een diode en een MIM). Een hierop gebaseerde weergeefinrichting kan worden bestuurd met de werkwijze zoals beschreven in NL 88 00 704.

Hoewel dit niet strikt noodzakelijk is bestaan bij voorkeur beide contacten uit metaal en strekt het metaal van beide contacten zich over het gehele oppervlak van het halfgeleidermateriaal uit. Dit halfgeleidermateriaal is dan geheel afgesloten voor invallend licht, zodat met name bij amorf silicium de eigenschappen van in dit materiaal gerealiseerde schakelelementen niet langer verlopen onder de invloed van invallend licht.

Om een goede werking te verkrijgen van het MIM-element heeft de laag isolerend materiaal die bijvoorbeeld siliciumoxyde, siliciumnitride, oxynitride of polyimide kan bevatten een dikte van 30-200 nanometer.

Een weergeefinrichting volgens de uitvinding bevattende een elektro-optisch weergeefmedium, een stelsel van in rijen en kolommen gerangschikte beeldelementen waarbij elk beeldelement wordt gevormd door op de naar elkaar toegekeerde oppervlakken van de steunplaat aangebrachte beeldelektroden bevat voor elk beeldelement een schakeleenheid, zoals beschreven, tussen een beeldelektrode en een rij-of kolomelektrode.

De uitvinding zal thans nader worden toegelicht aan de hand van enige uitvoeringsvoorbeelden en de tekening, waarin

Figuur 1 een schematische voorstelling van een weergeefinrichting volgens de uitvinding toont,

Figuur 2 schematisch in bovenaanzicht een schakeleenheid volgens de uitvinding toont, terwijl

Figuur 3 schematisch een dwarsdoorsnede toont langs de lijn III-III in Figuur 2 en

Figuur 4 schematisch in dwarsdoorsnede een variant toont op de schakeleenheid volgens Figuur 3.

De figuren zijn niet op schaal getekend; overeenkomstige elementen zijn doorgaans met dezelfde verwijzingscijfers aangegeven.

Figuur 1 toont op schematische wijze een deel van een weergeefinrichting 1 volgens de uitvinding. Beeldelementen 2, die in een vloeibaar kristal weergeefinrichting bijvoorbeeld worden gevormd door tegenover elkaar gelegen beeldelektroden 3, 4, waartussen zich een laag vloeibaar kristal materiaal bevindt, zijn hierbij via de beeldelektrode 4 verbonden met rijelektroden 5, die samen met de kolomelektroden 6 matrixvormig gerangschikt zijn. De beeldelektroden 3 van de beeldelementen 2 zijn met de kolomelektroden 6 verbonden via een schakeleenheid, die in dit voorbeeld bestaat uit een diode 7 met daaraan parallel geschakeld een MIM-element 8 (metaal-isolator-metaal).

Figuur 2 toont in bovenaanzicht en Figuur 3 in dwarsdoorsnede een mogelijke realisatie van de schakeleenheid, aangebracht op een steunplaat 9, die bijvoorbeeld uit glas of kwarts bestaat. Op de steunplaat 9 bevinden zich voorts metaalsporen 10, die bijvoorbeeld tegelijk roet (in Figuur 2, 3 niet getekende) kolomelektroden 6 worden aangebracht of daar van deel uitmaken. De metaalsporen 10 kunnen uit aluminium, chroom, wolfraam of molybdeen, etc. vervaardigd zijn en contacteren halfgeleidergebiedjes 11, waarin de dioden 7 gerealiseerd zijn. De halfgeleidergebiedjes 11 bestaan bijvoorbeeld uit een laag p-type gedoteerd amorf silicium, aan de onderzijde, een laag intrinsief amorf silicium en een laaf n-type amorf silicium aan de bovenzijde. Deze lagen zijn bijvoorbeeld door middel van plasma-CVD of sputteren aangebracht. Hiermee is een pindiode 7 gerealiseerd. Teneinde de diode aan de bovenzijde met de geleidende laag 15, die met de (niet getekende) beeldelektrode 3 is verbonden te contacteren is de het halfgeleidermateriaal beschermende isolerende laag 13 voorzien van een contactgat 14. De geleidende laag 15 is in dit voorbeeld een tweede metaalspoor van bijvoorbeeld aluminium, chroom, wolfraam, molybdeen, etc.

Volgens de uitvinding strekt in bovenaanzicht gezien ten minste een van de metaalsporen 10, 15 zich geheel over het gehele oppervlak van het halfgeleidermateriaal uit. In het onderhavige voobeeld strekken beide metaalsporen 10, 15 zich geheel over dit oppervlak uit.

Doordat de metaalsporen niet lichtdoorlatend zijn is het halfgeleidergebied. 11 geheel afgeschermd tegen licht dat de steunplaat 9 passeert. Bij gebruik van een doorzichtige steunplaat, voorzien van een dergelijke schakeleenheid kunnen de eigenschappen van de diode 7 dus niet meer veranderen ten gevolge van de lichtgevoeligheid van het amorf silicium.

Tegelijkertijd is volgens de uitvinding de dikte van de isolerende laag 13 zodanig gekozen, in dit voorbeeld 60 nm, dat de metaallagen 10, 15 samen met deze laag 13 een MIM-element (metaal-isolator-metaal) vormen, parallel aan de diode 7. Ten behoevenvan aansluiting aan een beelelement is het metaalcontact 15 verbonden met een (niet getekende) doorzichtige beeldelektrode 3 van bijvoorbeeld indium-tin-oxyde, tinoxyde of zinkoxyde terwijl het geheel van schakeleenheden, kolomelektroden en beeldelektroden bedekt is met een oriënterende laag 16, die tevens als beschermlaag dienst kan doen.

De weergeefinrichting 1 bevat in dit voorbeeld verder een tweede steunplaat 17, voorzien van doorzichtige beeldelektroden 4, die zonodig kunnen samenvallen roet strookvorraige rijelektroden 5 en weer bedekt zijn met een oriënterende (en beschermende) laag 16. De oriënterende lagen 16 geven de moleculen van een tussen de beide steunplaten aanwezig vloeibaar kristal materiaal 18 een zekere randoriëntatie, die mede bepaald kan worden door het te gebruiken vloeibaar kristal effect (getwist nematisch, dubbel brekende effecten, SEE, ferroelektrisch, etc.). Verder kan de inrichting op de gebruikelijke wijze van een of meer polarisatoren zijn voorzien.

De schakeleenheden worden bijvoorbeeld verkregen door eerst de steunplaat 9 te bedekken met een metaallaag (aluminium, chroom, wolfraam, molybdeen, etc.) die vervolgens langs fotolithografische weg in patroon wordt gebracht, bijvoorbeeld in de vorm van evenwijdige kolomelektroden 6 en elektrisch geleidend daarmee verbonden de metaalsporen 10. Het geheel wordt vervolgens bedekt met een laag p-type amorf silicium, een laag intrinsiek amorf silicium en een n-type laag amorf silicium waaruit langs fotolithografische weg op gebruikelijke wijze halfgeleidergebiedjes 11 worden gevormd. Na het geheel bedekt te hebben met een 60 nm dikke laag isolerend materiaal, in dit voorbeeld siliciumoxyde (bijv. door middel van CVD-technieken of sputteren) worden uit deze laag langs fotolithografische weg de gebieden 13 gedefinieerd onder het gelijktijdig openen van de contactgaten 14.

Vervolgens worden de metaalsporen 15 langs fotolithografische weg aangebracht. De beeldelektroden 3 kunnen al eerder op de steunplaat 9 zijn aangebracht, maar kunnen ook als laatste worden aangebracht. Ook kunnen de laag 15 en de beeldelektroden 3 gelijktijdig in lichtdoorlatende elektrisch geleidend materiaal zoals indium-tin-oxyde worden gerealiseerd, bijvoorbeeld in weergeefinrichtingen ten behoeve van projectietelevisie die vanaf de zijde van de steunplaat 9 worden belicht. Vindt anderzijds belichting plaats vanaf de zijde van de steunplaat 17 dan kan de metaallaag 15 deel uit maken van de kolomelektroden of hiermee elektrisch geleidend verbonden zijn, terwijl de geleidende sporen 10 deel uitmaken van het patroon van lichtdoorlatend geleidend materiaal (bijv. indium-tin-oxyde) waaruit de beeldelektroden 3 zijn gevormd. In dat geval kan het geleidingstype in het halfgeleidermateriaal omgekeerd gekozen worden maar dit is niet strict noodzakelijk.

De inrichting van Figuur 4 wordt verkregen door na het aanbrengen van de metaalsporen 10 (zonodig tegelijk met de kolomelektroden) deze enigszins te oxyderen of anderszins met een laag isolerend materiaal te bedekken. In de aldus verkregen oxydelaag 19 worden contactgaten 20 geëtst, waarbinnen weer langs fotolithografische weg halfgeleidergebiedjes 11, bestaande uit lagen van het gewenste geleidingstype, worden gedefinieerd die de contactgaten 20 geheel opvullen. Hierna wordt het geheel bedekt met een metaallaag .. waaruit de metaalsporen 15 gevormd worden; de metaalsporen 15 en 10 vormen dan met de laag 19 weer een MIM-element of niet-lineair weerstandselement parallel aan een in het halfgeleidergebiedje 11 gerealiseerd asymmetrisch niet-lineair schakelelement.

Uiteraard is de uitvinding niet beperkt tot de hier getoonde voorbeelden maar zijn binnen het kader van de uitvinding diverse variaties mogelijk.

Zo kan overal voor rijelektrode kolomelektrode worden gelezen en vice versa.

Een doorlopende rij- of kolomelektrode kan als onder-respectievelijk bovencontact fungeren voor de schakeleenheid, terwijl eveneens de beeldelektroden zich over respectievelijk onder de schakeleenheden kunnen uitstrekken.

Zonodig kan een van de metaalsporen 10, 15 met het halfgeleidermateriaal een Schottky-contact vormen, bijvoorbeeld door aanbrengen van aluminium, molybdeen, platina, palladium of wolfraam op intrinsiek amorf silicium. Ook andere niet-lineaire asymmetrische schakel elementen, zoals pin diodes etc. kunnen in het halfgeleidermateriaal vervaardigd worden.

Het halfgeleidermateriaal hoeft niet perse uit amorf silicium te bestaan, maar kan ook bestaan uit polykristallijn silicium, gekristalliseerd amorf op polykristallijn silicium of bijvoorbeeld een A3-B5-verbinding zoals CdSe, GaAs, etc.

Behalve voor vloeibaar kristal weergeefinrichtingen is de uitvinding ook toepasbaar op andere weergeefinrichtingen zoals ECD's, etc.

Claims (12)

1. Inrichting voorzien van een steunplaat met tenminste een schakeleenheid bevattende een niet-lineair asymmetrisch schakelement in een dunne laag halfgeleidermateriaal voorzien van een ondercontact en een bovencontact met het kenmerk dat althans in bovenaanzicht gezien tenminste het materiaal van een van de contacten lichtondoorlatend is en zich over het gehele oppervlak van het halfgeleidermateriaal uitstrekt terwijl buiten de laag halfgeleidermateriaal de materialen van het onderen bovencontact met een tussenliggende laag isolerend materiaal een niet-lineair weerstandselement of MIM-element vormen.

2. Inrichting volgens conclusie 1 met het kenmerk dat het halfgeleidermateriaal amorf silicium is.

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2 met het kenmerk dat een van de contacten uit lichtdoorlatend materiaal bestaat.

4. Inrichting volgens conclusie 3 met het kenmerk dat het lichtdoorlatend materiaal indium-tin-oxyde, zinkoxyde of tinoxyde is.

5. Inrichting volgens conclusie 1 of 2 met het kenmerk dat de beide contacten uit metaal bestaan en het metaal van beide contacten zich over het gehele oppervlak van het halfgeleidermateriaal uitstrekt.

6. Inrichting volgens een der vorige conclusies met het kenmerk dat de dikte van de laag isolerend materiaal ten hoogste 200 nm bedraagt.

7. Inrichting volgens een der vorige conclusies met het kenmerk dat het isolerend materiaal siliciumnitride, siliciumoxyde, oxynitride of polyimide bevat.

8. Inrichting volgens een der conclusies 1 t/m 6 met het kenmerk dat het halfgeleidermateriaal is aangebracht in een opening in een laag isolerend materiaal die het metaal van het ondercontact bedekt.

9. Inrichting volgens conclusie 8 met het kenmerk dat de laag isolerend materiaal een metaaloxyde bevat.

10. Inrichting volgens een der vorige conclusies met het kenmerk dat een van de materialen van de contacten met het halfgeleidermateriaal een Schottky-overgang vormt.

11. Weergeefinrichting bevattende een elektro-optisch weergeefmedium tussen twee steunplaten, een stelsel van in rijen en kolommen gerangschikte beeldelementen waarbij elk beeldelement wordt gevormd door op de naar elkaar toegekeerde oppervlakken van de steunplaat aangebrachte beeldelektroden en een stelsel van rij- en kolomelektroden met het kenmerk dat de weergeefinrichting een inrichting volgens een der conclusies 1 t/m 10 bevat met voor elk beeldelement een schakeleenheid, die tussen een beeldelektrode en een rij- of koloraelektrode geschakeld is.

12. Weergeefinrichting volgens conclusie 11, met het kenmerk dat het weergeefmedium vloeibaar kristal materiaal is.