專(zhuān)利名稱(chēng):有電荷存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的液晶器件的制作方法
本發(fā)明涉及一種液晶器件，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種有電荷存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的液晶器件。
液晶器件曾用作微計(jì)算機(jī)、字處理機(jī)、電視系統(tǒng)等的顯示，因?yàn)橐壕骷懈邔?duì)比度指示能力。另一方面，液晶曾被認(rèn)為有希望成為存儲(chǔ)器例如磁盤(pán)存儲(chǔ)器的競(jìng)爭(zhēng)介質(zhì)，并在和像揚(yáng)聲器那樣的聲頻設(shè)備的應(yīng)用中與之作競(jìng)爭(zhēng)。
在先有技術(shù)中，已經(jīng)知道這種脂狀液晶器件包括一對(duì)彼此相對(duì)的其間有液晶層的基片，基片的相對(duì)內(nèi)側(cè)裝有一對(duì)電極，在電極上還對(duì)稱(chēng)地裝有一對(duì)定向的薄膜，該處的一個(gè)簡(jiǎn)單矩陳結(jié)構(gòu)或有源元件結(jié)構(gòu)是用非線性器件構(gòu)成的。對(duì)這種液晶器件所要求的極其重要的特性是大的矯頑電場(chǎng)Ec(閾值電場(chǎng))。大的Ec使其能在某個(gè)條件下，例如當(dāng)加到層上的電場(chǎng)除去時(shí)使液晶層保持在不透明狀態(tài)。而當(dāng)所加電場(chǎng)增加到超過(guò)該強(qiáng)度電平時(shí)，液晶層就會(huì)急劇地將其狀態(tài)改變?yōu)橥该鳡顟B(tài)。反之亦然。在這方面，矯頑電場(chǎng)Ec取正值Ec+(加正電壓時(shí)觀察到的閾值)和取負(fù)值Ec-(加負(fù)電壓時(shí)觀察到的閾值)。Ec+和Ec-雖然不必相同，但依靠對(duì)鄰近液晶層表面的取向處理的加工條件，兩者可以大致相等。
但這種脂狀液晶層只呈現(xiàn)很微弱的磁滯，即具有很小而且不穩(wěn)定的Ec。特別是設(shè)計(jì)表面穩(wěn)定的鐵電體液晶層時(shí)，Ec值很大程度上依賴(lài)于加到該層的脈沖電場(chǎng)強(qiáng)度。因此，曾使用稱(chēng)為交流偏壓法的激勵(lì)系統(tǒng)，在正方向重寫(xiě)前加上一負(fù)脈沖信號(hào)，然后在用電場(chǎng)強(qiáng)度和施加時(shí)間的細(xì)調(diào)下加上正脈沖，相反，當(dāng)希望負(fù)方向重寫(xiě)時(shí)，采取和前述情況相同的措施，但這里加相反的電場(chǎng)方向。交流偏壓法使周?chē)碾娐纷兊煤軓?fù)雜。
因此，迄今為止要求制造一種液晶器件，其周?chē)娐芬染哂薪涣髌珘悍ǖ妮^不復(fù)雜。另一方面，只要液晶層只具有微小的Ec，在實(shí)現(xiàn)液晶器件時(shí)，偏壓法就似乎是必不可少的。也有一些其它制造有穩(wěn)定Ec的液晶層的嘗試。但這些嘗試損害了其頻率特性。
為了解決上述問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明所提供的一種有電荷存儲(chǔ)層或團(tuán)的器件，其中的電荷無(wú)需借助外加電場(chǎng)而存儲(chǔ)在緊靠液晶層處。由于存儲(chǔ)在電荷存儲(chǔ)層的電荷，在響應(yīng)加至液晶層的電場(chǎng)時(shí)，器件呈現(xiàn)出明顯的磁滯。電荷存儲(chǔ)層受外加電場(chǎng)支配的方式和液晶層相同，為防止在除去外電場(chǎng)時(shí)積累在電荷存儲(chǔ)層的電荷逃逸而在荷存儲(chǔ)層上配備以絕緣薄膜。電荷存儲(chǔ)層厚度的選擇要使吸收的入射光不超過(guò)30%。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，電荷通過(guò)絕緣薄膜被輸運(yùn)至電荷存儲(chǔ)層或團(tuán)。絕緣薄膜的電導(dǎo)須使輸運(yùn)是福勒-諾德海姆(Fowler-Nordheim)隧道效應(yīng)，此效應(yīng)正比于以電場(chǎng)為指數(shù)的方次。
因此，本發(fā)明一個(gè)目的是要提供一種有非易失性存儲(chǔ)器功能的液晶器件。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種液晶器件，在響應(yīng)加到其上的電場(chǎng)時(shí)，器件具有一定數(shù)值的矯頑力。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是要提供一種能呈現(xiàn)明顯磁滯的液晶器件。
圖1展示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的橫截面。
圖2是圖1所示實(shí)施例的等效電路圖。
圖3展示圖1所示實(shí)施例的磁滯回路和先有技術(shù)器件的磁滯回路。
圖4A至D展示按本發(fā)明改進(jìn)的器件截面圖。
參看圖1，圖中說(shuō)明了按本發(fā)明的一種液晶器件。在一對(duì)透明基片4和4′的相對(duì)內(nèi)表面上配備有在附圖橫向方向伸展的透明平行電極帶3和在垂直于圖面方向伸展的透明平行電極帶3′。在相對(duì)的基片4和4′間配備一層液晶層5。液晶可以是任何類(lèi)型的，例如賓主(guest-host)型、雙折射型，等等只要該液晶的光學(xué)特性能響應(yīng)在其中感應(yīng)的電場(chǎng)而改變即可。但在本實(shí)施例中，使用的是鐵電體液晶，該液晶具有大角度的可見(jiàn)度。根據(jù)液晶層中的電場(chǎng)，有選擇地允許入射到該層的光線通過(guò)。其中一條電極帶可具有反射性能，使該器件起反射型器件的作用，對(duì)于這種類(lèi)型來(lái)說(shuō)，下伏的基片可以不透明。
電極3上是一層第一介質(zhì)薄膜1和呈半導(dǎo)體層或團(tuán)狀的懸浮電極6，在中間形成一電容。在懸浮電極6上還形成一層第二介質(zhì)薄膜2，這也使懸浮電極6和電極帶3之間形成另一電容。參考號(hào)碼7代表一取向薄膜。
圖1說(shuō)明的器件的電學(xué)特性可用圖2所示的等效電路加以檢驗(yàn)，圖2中G2和C2分別是伴隨第二介質(zhì)薄膜2的鐵電體液晶層5的電導(dǎo)和電容，而G1和C1是第一介質(zhì)薄膜1的電導(dǎo)和電容。半導(dǎo)體層或團(tuán)6起電荷俘獲中心的作用。當(dāng)電壓V0通過(guò)一對(duì)端頭3和3′加至該電路時(shí)，C1或G1兩端的電壓V1和積累在第一介電薄膜上的電荷Q1，以及C2或G2兩端的電壓V2和積累在液晶層5上的電荷Q2按下列方式計(jì)算V0＝V1+V2，V1＝Q1/C1＝V0C2/(C1+C2)，V2＝Q2/C2＝V0C1/(C1+C2)，實(shí)際上，第一介質(zhì)薄膜2的厚度是幾埃，而鐵電體液晶層的厚度為2至3埃，故C1事實(shí)上大于C2。從而形成V2＝0，加到器件的幾乎所有電壓在初始階段都加到鐵電體液晶層。
根據(jù)這種分壓V1和V2，電流8和8′分別通過(guò)電導(dǎo)G1和G2引進(jìn)到懸浮電極6中。電流8和8′流動(dòng)的方向相反，而因其間差值電流產(chǎn)生的電荷則隨時(shí)間積累在懸浮電極6上。
積累在懸浮電極6上的電荷Q可從下列方程式計(jì)算Q＝V0(C2G1-C1G2)/(G1+G2)·〔1-exp(-t(G1+G2)/(C1+C2))〕。
根據(jù)關(guān)系式C1＞C2，在層厚度為2微米，而一個(gè)象素的大小為300微米×300微米時(shí)，液晶層5的電阻值約為109歐姆。在加上電場(chǎng)時(shí)，因?yàn)橛捎诤穸仍?0至100埃，例如20埃的第二介質(zhì)薄膜的非線性特性，其導(dǎo)電阻值降至約105至106歐姆。另一方面，在與第二介質(zhì)薄膜相同的條件下，第一介質(zhì)薄膜的電阻值為1012歐姆，故與G1相比，該電阻是足夠大的。于是，上述普通方程式可以簡(jiǎn)化如下Q＝-C1V0·〔1-exp(-G2t/C1)〕＝Q2-Q1Q1＝Q2+C1V0·〔1-exp(-G2t/C1)〕＝C1V1Q1＝C2V2+C1V0·〔1-exp(-G2t/C1)〕＝C1(V0-V2)。
這些方程式可以重新整理成V1(C1+C2)＝C2V0+C1V0-C1V0·〔1-exp(-G2t/C1)〕，V1＝V0-C1V0exp(G2t/C1)/(C1+C2)。
即，經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)時(shí)間后或在足夠大的G2情況下，跨在液晶層的電壓V2由下式給出V2＝C1V0(C1+C2)。
電壓是造成半導(dǎo)體層或團(tuán)作為俘獲中心俘獲電荷的原因，因此，甚至在除去所加電壓后，電荷也不消失。由于被俘獲的電荷感應(yīng)的電場(chǎng)，液晶層的狀況事實(shí)上也保持不變。故液晶層的透明或不透明狀況是非易失性的。
由于這個(gè)原因，本發(fā)明的器件即使在液晶層本身并無(wú)足夠的Ec時(shí)，也具有明顯的Ec。Ec值隨積累在懸浮電極上的電荷量變化。通過(guò)控制懸浮電極上的電荷量，就有可能確保Ec處于較大的數(shù)值。
實(shí)驗(yàn)1本敘述與圖1一起進(jìn)行。在玻璃基片4和4′上的透明電極是由銦錫氧化物(ITO)制成的。電極3上的第一介質(zhì)薄膜2是由等離子體化學(xué)汽相淀積或例如公開(kāi)在申請(qǐng)人于1984年4月20日申請(qǐng)的日本專(zhuān)利公開(kāi)申請(qǐng)書(shū)昭和第59-079623號(hào)中、特別是在該申請(qǐng)書(shū)所描述的第一、第二和第四實(shí)施例中的光化學(xué)汽相淀積氮化硅制造的。在該方法中，在電極3上淀積500埃厚的氮化硅，它是在處理氣壓為0.1托和350℃溫度下在反應(yīng)室中用硅烷(SinH2n+2n≥1)和氨或氮?dú)庠诎?硅烷≥50的流率的混合處理氣體、并以13.56兆赫的高頻電源下淀積的。
在淀積第一介質(zhì)薄膜1后，再將反應(yīng)室抽空至低于10-6托。然后在350℃下用13.56兆赫高頻電場(chǎng)以200立方厘米/分的流速引進(jìn)硅烷氣體以淀積成硅半導(dǎo)體層或團(tuán)。
硅半導(dǎo)體的平均厚度小于100埃時(shí)淀積成團(tuán)狀，而當(dāng)平均厚度在100至1000埃的范圍內(nèi)時(shí)淀積成層狀。對(duì)于厚度在1000埃以上的半導(dǎo)體層來(lái)說(shuō)，半導(dǎo)體層的透光性是遞降的，故不宜用作光學(xué)器件。根據(jù)本實(shí)驗(yàn)，最適宜的厚度是1000埃。
此外，在反應(yīng)室排氣后，淀積10至100埃例如30埃的第二介質(zhì)薄膜，淀積的方法除開(kāi)壓力是0.01托外，幾乎和淀積第一介質(zhì)薄膜時(shí)相同。
在透明電極3′上也用相同方法形成平均厚度為300埃的氮化硅薄膜。氮化硅薄膜的功用是防止像鈉離子那樣的雜質(zhì)從玻璃基片或透明電極3′進(jìn)入液晶層5。之后，在鄰近液晶層5的氮化物薄膜11的內(nèi)表面上制備一層取向薄膜7。用旋轉(zhuǎn)器將取向薄膜7在該表面上鋪開(kāi)，并在120℃加熱30分鐘下將它干燥，而用磨擦法使薄膜7的內(nèi)側(cè)取向。
接下去將這樣配置有取向薄膜的基片4和4′連接起來(lái)，并密封其周邊，然后將液晶注入在相對(duì)基片4和4′間形成的空間。該液晶是S8和B7的混合物。作為另一種液晶，也可用OMOOPO和MBRA的混合物。其它適用的液晶公開(kāi)在日本公開(kāi)申請(qǐng)書(shū)昭和第56-107216、59-98051和59-118744中。
響應(yīng)加至各像素的±10伏電壓時(shí)，鐵電體液晶層顯示出明顯的Ec。圖3是展示本發(fā)明液晶器件的磁滯曲線圖。橫坐標(biāo)是所加電壓，縱坐標(biāo)是液晶層的透明度。圖中的曲線16和16′代表只用硅烷偶合劑的常規(guī)器件的磁滯回路。圖中的Ec不僅很小且也很不穩(wěn)定。相反，根據(jù)本發(fā)明的液晶器件，其磁滯回路如圖中所示的曲線15和15′那樣形狀良好，且其Ec相當(dāng)大。
下面跟著敘述其它實(shí)驗(yàn)。在這些實(shí)驗(yàn)中，使用了許多像上述本發(fā)明第一實(shí)驗(yàn)相同的相應(yīng)處理步驟。故在下面的敘述中在對(duì)某此步驟不在作詳細(xì)描述時(shí)，應(yīng)該認(rèn)為是為避免贅述而略去的。
實(shí)驗(yàn)2如圖4(A)所示，為以氮化硅淀積厚度為500至2000埃的第一介質(zhì)薄膜1以硅制造的厚度為100至1000埃的懸浮電極6，并制成位置僅在電極3′之上的圖案，覆蓋以20至100埃厚度的氮化硅薄膜。在電極3′形成一層氮化硅薄膜1′和一層有機(jī)取向薄膜7。這結(jié)構(gòu)中的電荷是從液晶層5進(jìn)入懸浮電極6的。
實(shí)驗(yàn)3和先前的實(shí)驗(yàn)不同，在圖4(B)中所淀積的第一介電薄膜2有從500至2000埃的較大厚度，以便從電極3接收電荷。懸浮電極6′也在相對(duì)的基片3′上與一層第二介質(zhì)薄膜2′一起形成。從硅團(tuán)制得的懸浮電極6和6′平均厚度為50埃。所以該磁滯回路的方向與上述實(shí)驗(yàn)相比是相反的。
實(shí)驗(yàn)4本類(lèi)器件的電荷是進(jìn)入懸浮電極6和6′的電荷，懸浮電極6和6′由圖4(C)所示的液晶層5的硅團(tuán)制得的。由這種結(jié)構(gòu)得到的Ec得以進(jìn)一步增強(qiáng)。
實(shí)驗(yàn)5懸浮電極6是以薄膜形式淀積的，而其它懸浮電極是以圖4(D)所示的團(tuán)狀形式淀積的。
雖然上述敘述是和特殊實(shí)施例子一起作出的，但本發(fā)明不會(huì)限制在那里，而只是被限制在所附的權(quán)利要求
，許多改進(jìn)可以考慮如下半導(dǎo)體層或團(tuán)可以是SixGe1-x(0≤X≤1)，它可以摻以像磷化氫或硼或氫或鹵素那樣的摻雜劑。
根據(jù)本發(fā)明的要求，電荷存儲(chǔ)區(qū)可以用任一種物質(zhì)組成，只要這種物質(zhì)能在絕緣體后的地方存儲(chǔ)電荷即可。例如，像鉑、鉬、鉭、鋁、銦或錫那樣的金屬，或由這些金屬組成的金屬化合物，或包括硅合金和鍺合金的合金。
在上述實(shí)施例中應(yīng)用氮化硅以形成介質(zhì)薄膜。但也可用其它材料，例如氧化硅、氧化鋁、氧化鉭、磷玻璃、硼硅玻璃、有機(jī)介質(zhì)材料，等等。
為代替給基片內(nèi)側(cè)取向的摩擦方法，也可用其它取向方法，例如溫度分度法、剪切法，等等。剪切法是使一對(duì)在其間放置液晶層的基片移位來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
半導(dǎo)體層或團(tuán)既可以在其中一個(gè)相對(duì)基片內(nèi)側(cè)形成，也可以都在兩個(gè)相對(duì)內(nèi)側(cè)上形成。還有一層鐵電體薄膜既可以覆蓋一塊基片的整個(gè)內(nèi)側(cè)，也可以只覆蓋電極或只覆蓋像素。
本發(fā)明也可以用到揚(yáng)聲器、打印機(jī)、磁盤(pán)存儲(chǔ)器或其它脂狀液晶電氣用具。
權(quán)利要求
1.一種液晶器件，其特征包括一塊透明基片；一塊相對(duì)的基片；一層其光學(xué)性質(zhì)隨其中所感應(yīng)的電場(chǎng)而變化的液晶層；為在所說(shuō)液晶層中感應(yīng)電場(chǎng)所用的電極裝配，以及，一個(gè)鄰近于其中裝有一層絕緣體的所說(shuō)電極裝配的電荷存儲(chǔ)器。
2.權(quán)利要求
1的器件，其特征在于所說(shuō)電荷存儲(chǔ)區(qū)是由半導(dǎo)體制成的。
3.權(quán)利要求
1的器件，其特征在于所說(shuō)電荷存儲(chǔ)區(qū)是由金屬制成的。
4.權(quán)利要求
1的器件，其特征在于所說(shuō)電荷存儲(chǔ)區(qū)是由金屬化合物制成的。
5.權(quán)利要求
4的器件，其特征在于所說(shuō)電荷存儲(chǔ)區(qū)是由金屬硅化物制成的。
6.權(quán)利要求
1的器件，其特征在于所說(shuō)電荷存儲(chǔ)區(qū)是由鍺化合物制成的。
7.權(quán)利要求
3的器件，其特征在于所說(shuō)金屬是從鉑、鉬、鉭、鋁、銦和錫所組成的集合中選出來(lái)的。
8.權(quán)利要求
1的器件，其特征在于所說(shuō)液晶層由鐵電體液晶組成的。
9.權(quán)利要求
1的器件，其特征在于所說(shuō)光學(xué)特征是透光性。
10.權(quán)利要求
1的器件，其特征在于所說(shuō)光學(xué)特性是吸收的各向異性。
11.權(quán)利要求
1的器件，其特征在于所說(shuō)電荷存儲(chǔ)區(qū)是在所說(shuō)電極裝配和所說(shuō)液晶層間放置的一層薄膜。
12.權(quán)利要求
1的器件，其特征在于所說(shuō)電荷存儲(chǔ)區(qū)是一在所說(shuō)電極裝配和所說(shuō)液晶層間放置的團(tuán)狀物。
13.權(quán)利要求
1的器件，其特征在于還包括另一層在所說(shuō)電荷存儲(chǔ)區(qū)和所說(shuō)液晶層放置的絕緣體。
14.權(quán)利要求
13的器件，其特征在于所說(shuō)絕緣體的電導(dǎo)要選擇得使電荷只通過(guò)其中一層所說(shuō)絕緣體而漂移進(jìn)入所說(shuō)電荷存儲(chǔ)區(qū)。
15.權(quán)利要求
2的器件，其特征在于所說(shuō)半導(dǎo)體區(qū)是由硅半導(dǎo)體制成的。
16.權(quán)利要求
2的器件，其特征在于所說(shuō)半導(dǎo)體區(qū)是由鍺半導(dǎo)體制成的。
專(zhuān)利摘要
一種電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的改進(jìn)液晶器件。該器件包括一層分布進(jìn)入像素的液晶層，其光學(xué)性質(zhì)被其中所感應(yīng)的電場(chǎng)所改變。為了將磁滯給于該器件，鄰近液晶層備有半導(dǎo)體電荷存儲(chǔ)薄膜。
文檔編號(hào)G02F1/137GK87100746SQ87100746
公開(kāi)日1987年9月16日 申請(qǐng)日期1987年2月16日
發(fā)明者山崎舜平 申請(qǐng)人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan