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HOSIDEN ELECTRONICS CO., LTD.
Osaka / JAPAN
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Flüssigkristall-Anzeigetafel mit Punktmatrixaufbau
Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Anzeigetafel
mit Punktmatrixaufbau, welche eine Flüssigkristallzelle aufweist, die eine Vielzahl von Matrixelementen enthält,
die selektiv ansteuerbar sind, um eine Vielzahl verschiedener Muster wie Buchstaben, graphische Bilder oder dergleichen
anzeigen zu können.
Es sind Flüssigkristall-Anzeigetafeln mit Punktmatrix— aufbau vorgeschlagen worden, die Dünnfilmtransistoren enthalten,
welche als Treiber oder Ansteuerglieder in einer Flüssigkristallzelle von kleinen Abmessungen zusammengefügt
sind, um die einzelnen Matrixelemente selektiv anzusteuern. Um diese Transistoren zu erregen, sind sehr viele
Anschlüsse aus der Flüssigkristallzelle herausgeführt. Es ist sehr mühsam und zeitaufwendig, derartige Anschlüsse
mit einer Ansteuer- oder Treiberschaltung zu verbinden.
Im einzelnen gesagt, besitzt eine Punktmatrix-Farbanzeigevorrichtung mit Flüssigkristallzellen Matrixelemente,
die je Element aus den drei Punkten Rot, Blau und Grün zusammengesetzt ist, welche selektiv angesteuert werden
müssen. Die Anzahl von Anschlüssen an einer derartigen farbigen Flüssigkristall-Anzeigetafel· ist viel größer als bei
einer Flüssigkristall-Farbanzeigetafel, die nur für eine einzige Farbe oder Schwarz-Weiß-Darstellung vorgesehen ist.
Sind z. B. 100 χ 100 = 10000 Matrixelemente vorhanden, so beträgt die Zahl der Anschlüsse, die aus einer Einfärben-
flüssigkristallzelle herauskommen, 100 + 100 = 200, während die Zahl der Anschlüsse für eine Flüssigkristallzelle
mit Farbwiedergabe 1IOO + (3 χ 100) = 400 ist, da die Zahl
der anzusteuernden Punkte 100 χ 100 χ 3 = 30000 beträgt. Der Vorgang, eine Treiberschaltung mit diesen Anschlüssen
zu verbinden, wird deshalb höchst komplex.
Dünnfilmtransistoren sind in herkömmlichen Flüssigkristallzellen folgendermaßen zusammengefügt: Gate und Matrixelementelektroden
sind unmittelbar auf einer inneren Oberfläche eines Substrats einer Flüssigkristallzelle formiert,
und über die gesamte innere Oberfläche des Substrats einschließlich dieser Elektroden wird dann ein Gateisolationsfilm
niedergeschlagen oder abgelagert. Eine Halbleiterschicht wird daraufhin auf dem Gate-Isolationsfilm in Gegenüberstellung
zu den Gate-Elektroden ausgebildet. Auf der Halbleiterschicht werden, teilweise in Überlappung zu den
einander gegenüberstehenden Seiten der Gate-Elektroden Drain-und Source-Elektroden aufgebracht, wobei die Halbleiterschicht
und der Gate-Isolationsfilm dazwischenliegen. Für den elektrischen Anschluß der Drain-Elektroden an die
Matrix-Elementelektroden mußten dann durch den Gate-Isolationsf
ilm Löcher hergestellt werden, damit zwischen den Elektroden ein elektrischer Kontakt entsteht. Außerdem war
es nötig, einen Schutzfilm über die Dünnfilmtransistoren zu breiten, damit letztere nicht der Atmosphäre ausgesetzt
sind, da dadurch die Oberflächenhalbleiterschicht verschlechtert wurde, bevor die Dünnfilmtransistoren in
der Flüssigkristallzelle eingeschlossen werden. Der Her-Stellungsvorgang von Dünnfilmtransistoren in bisher üblichen
Flüssigkristallzellen erfordert also zahlreiche Fertigungsschritte wegen des nötigen Schrittes der Kontaktlöcherherstellung
und des Ausbreitens eines Schutzfilms. Bei Flüssigkristallzellen von großer Anzeigefläche müssen
bisher viele Dünnfilmtransistoren hergestellt werden. Je größer die Zahl der Herstellungsschritte ist, desto schwie-
riger wird es, Dünnfilmtransistoren mit gleichen Eigenschaften
zu erzeugen, und noch schwieriger ist es, die hergestellten Dünnfilmtransistoren fehlerfrei zu produdieren
oder zu halten.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Flüssigkristallanzeigetafel mit Punktmatrixaufbau zu
schaffen, die für den äußeren Anschluß weniger Anschlußpunkte aufweist.
Außerdem soll die erfindungsgemäße Flüssigkristallzelle
mit Punktmatrixaufbau mit einer geringeren Zahl von Her- " Stellungsschritten und damit auch besserem Ergebnis hergestellt
werden können und sich für große Anzeigeflächen eignen.
Gemäß der Erfindung wird eine Vielzahl von Dünnfilmtransistoren
nahe beieinander über die Oberfläche eines Substrats in einer Flüssigkristallzelle verteilt, wobei
die Transistoren Teil eines Punktmatrixanzeigeelementes bilden und Ausgangselektroden oder Drainelektroden haben,
die mit Matrixelementen verbunden sind. In einer Flüssigkristall-Anzeigetafel für farbige Darstellung sind auf den
Matrixelementen oder einem anderen Substrat, das den Matrixelementen
räumlich gegenübersteht, Farbfilter ausgebildet. Diese Farbfilter besitzen wenigstens zwei Farben,
und eine Gruppe einander benachbarter Farbfilter bildet ein einziges Matrixelement. Eine Treiber- oder Ansteuerschaltung
zum selektiven Ansteuern der Dünnfilmtransistoren ist wenigstens in seinem als integrierte Halbleiterschaltung
ausgebildeten Abschnitt auf dem Substrat formiert, auf dem die Dünnfilmtransistoren sitzen. Die Flüssigkristall-Anzeigetafel
mit Punktmatrixaufbau ist über Anschlüsse der Treiberschaltung mit Außenanschlußpunkten
verbunden, wodurch es möglich ist, die Zahl der Punkte für
äußere Anschlüsse herabzusetzen, was die Herstellung äußerer Anschlußverbindungen erleichtert. Die Farbfilter sollten
vorzugsweise mit einer Farbflüssigkeit hergestellt werden, die in einem Druckvorgang aufgebracht werden kann.
Nach einer weiteren Ausbildung besitzen die Dünnfilmtransistoren
in der Flüssigkristallzelle eine Drain- und eine Source-Elektrode, die auf der inneren Oberfläche des Substrats
formiert sind. Zwischen Drain-und Source-Elektrode ist eine Halbleiterschicht ausgebildet, über die ein Gate-Isolationsfilm
gebreitet ist. Auf dem Gate-Isolationsfilm
werden Gate-Elektroden erzeugt. Wegen der auf der inneren Substratoberfläche ausgebildeten Drain-Elektroden können
diese und die Matrixelementelektroden gleichzeitig untereinander verbunden hergestellt werden. Der früher erforderliehe
Herstellurigsschritt der Bildung von Kontaktlöchern für die Verbindung dieser Elektroden ist nicht mehr erforderlich.
Da die Halbleiterschicht vollständig durch den Gate-Isolationsf ilm überdeckt ist, ist es auch nicht nötig,
sie mit einem Schutzfilm abzudecken.
Aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnung gehen deren Einzelheiten
und Vorteile nochmals deutlich hervor. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittdarstellung durch eine
herkömmliche Punktmatrix-Flüssigkristall-Anzeigetafel
;
Fig. 2. die Schaltungsverbindung der Tran-
sistoren zum Ansteuern der Matrix
elemente in einer Punktmatrix-Flüssigkristall-Anzeigetafel;
Fig. 3 einen Ausschnitt der Draufsicht auf
einen Dünnfilmtransistor einer her
kömmlichen Flüssigkristallzelle;
3325Ί34
Fig.
einen Schnitt nach der Linie 100 100 in Fig. 3;
Fig.
die perspektivische Ansicht einer Flüssigkristall-Anzeigetafel mit
Punktmatrixaufbau gemäß der Erfindung ;
Fig.
ein Diagramm, das die Anordnung der Farbanzeigeelemente in der Punktmatrix-Flüssigkristall-Anzeigetafel
nach Fig. 5 wiedergibt;
Fig.
eine Ausschnittsvergrößerung aus der Fig. 6;
Fig.
eine Schnittansicht nach Linie 101 - 101 in Fig. 7;
Fig.
in perspektivischer Darstellung einen Ausschnitt aus der Punktmatrix-Flüssigkristall-Anzeigetafel
nach der Erfindung;
Fig.
das Blockschaltbild der Treiberschaltung für die Flüssigkristall-Anzeigetafel;
Fig. 11A - 11G Impuls-Zeit-Diagramme zur Erläuterung
der Funktionsweise der Treiberschaltung aus Fig. 10;
Fig.
einen Ausschnitt aus der Draufsicht eines Dünnfilmtransistors in der
erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Anzeigetafel;
Fig. 13 eine Schnittdarstellung nach 102 -
102 in Fig. 12;
Fig. 14-19 Schnittansichten, die den Vorgang der Herstellung eines Dünnfilmtran-
sistors in der erfindungsgemäßen
Weise wiedergeben; und
Fig. 20 ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung in der Wiedergabe
eines Ausschnittes aus einem Schnitt durch eine Flüssigkristall-Anzeigetafel.
Bevor Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben werden, soll zunächst anhand der Fig. 1 und 2 eine herkömmliche
Punktmatrix-Flüssigkristall-Anzeigetafel erläutert werden.
Eine Flüssigkristallzelle 11 weist ein Paar transparenter Substratplatten 12, 13 in Gestalt von Glasplatten auf, die
mit geringem Abstand einander gegenübergestellt sind und zwischen denen ein Flüssigkristall 14 eingesiegelt ist. Eine
Anordnung 15 von Dünnfilmtransistoren ist auf einer inneren Oberfläche des einen transparenten Substrats 12 ausgebildet,
und eine transparente gemeinsame Elektrode 16 ist im wesentlichen über die gesamte innere Oberfläche des anderen
transparenten Substrats 13 abgelagert. Eine Orientierungsbehandlungsschicht
17 befindet sich auf der Anordnung 15 der Dünnfilmtransistoren,und eine weitere Orientierungsbehandlungsschicht
21 überzieht die gemeinsame Elektrode 16, wobei dort ein dünner Isolationsfilm 19 zwischengefügt
ist.
Die Fig. 2 zeigt die Anordnung 15 der Dünnfilmtransistoren,
die aus Spaltenleitern 8,, 8~, 8.,, ... und Zeilenleitern
9., 9_, 9-, ... aufgebaut ist, wobei erstere mit gleichen
Abständen in Querrichtung und letztere mit gleichen Abständen senkrecht zu den Spaltenleitern verlaufen. Die
Dünnfilmtransistoren sind dort angeordnet, wo die Spalten- und Zeilenleiter einander schneiden. Jeder Transistor 6
weist ein mit einer Zeilenleitung 9 verbundenes Gate und eine mit einer Spaltenleitung 8 verbundene Source-Elektrode
auf. Innerhalb der rechteckigen Begrenzungen, die durch die Zeilen-und Spaltenleiter hervorgerufen sind, befindet
sich eine Matrixelementelektrode (Drain-Elektrode) 2, mit der der Drain-Anschluß eines zugehörigen Transistors 6
verbunden ist.
Zum Ansteuern des Transistors 6 an einer bestimmten Position, wo sich ein ausgewählter Spaltenleiter mit einem ausgewählten
Zeilenleiter schneidet, wird eben diesen Spalten- und Zeilenleitern 8.., 8«, 8^, ... , 9., 9„, 9,, ... eine
Spannung zugeführt. Die dann dadurch an der Matrixelementelektrode 2 des gespeisten Transistors 6 gegenüber der gemeinsamen
Elektrode 16 auftretende Spannung sorgt dafür, daß das Erscheinungsbild der Flüssigkristallzelle 11 im
Bereich dieser Matrixelementelektrode 2 sich vom übrigen Bereich unterscheidet. Alle Matrixelemente der Flüssigkristallzelle
11 können auf diese Weise selektiv zur Anzeige gebracht werden.
Bei dieser herkömmlichen Anordnung sind auf einer Verdrahtungsbasisplatte
18, auf der die Flüssigkristallzelle 11 befestigt ist, eine Spaltentreiberschaltung 26 für die
Spaltenleiter 8., 8~, 8-,, ... und eine Zeilentreiberschaltung
(nicht gezeigt) für die Zeilenleiter 9.. , 9», 9-, ...
angebracht. Die Spaltenleiter 8.., 82, 8.,, ... und die Zei—
lenleiter 9., 92, 9.,, ... besitzen jeweils Anschlüsse, die
mit zugehörigen Anschlüssen der Spaltentreiberschaltung 26 und der Zeilentreiberschaltung verbunden werden müssen. Bei
einer Matrix mit 100 χ 100 = 10000 Matrixelementen müssen
100 + 100 = 200 Treiberschaltungsanschlüsse hergestellt werden, was eine langwierige Arbeit ist. Für eine farbige
Flüssigkristallzellen-Anzeigevorrichtung muß jedes Matrixelement
im allgemeinen aus drei Punkten aufgebaut sein, nämlich rot, grün und blau, die voneinander unabhängig ansteuerbar
sind. Sind dann auf der Tafel 100 χ 100 = 10000 Matrixelemente vorhanden, so ist die Gesamtzahl der Punkte
3-mal so groß, nämlich 30000, und es werden dafür 100 + + 3 χ 100 = 400 Anschlüsse benötigt. Eine derart große
Zahl von Anschlüssen macht das Verbinden der Treiberschaltungen mit der farbigen Flüssigkristall-Anzeigetafel noch
komplizierter und zeitaufwendiger.
Die in herkömmlichen Vorrichtungen verwendeten Dünnfilmtransistoren
6 haben einen Aufbau gemäß den Figuren 3 und 4. Die Gate-Elektroden 5 (zugehörige Zeilenleiter 9)
sind auf einem Substrat 12 ausgebildet, indem zuerst eine Metallschicht wie Chrom vollständig über das Substrat 12
gebreitet und die Metallschicht dann in einem vorgeschriebenen Muster ausgeätzt wird. Danach werden auf dem Substrat
12 die Matrixelementelektroden (Drain-Elektroden) 2 in Gestalt eines transparenten Metallfilms in gleicher
Weise durch Niederschlagen einer Metallschicht auf dem Substrat und anschließendes selektives Ausätzen der Metallschicht
erzeugt. Anschließend wird auf die gesamte Oberfläche des Substrats 12 ein Gate-Isolationsfilm 22 aus Siliziumnitrid
abgelagert, in welchem Löcher 23 vorgesehen sind, damit mit den Matrixelementelektroden 2 ein Kontakt
hergestellt werden kann. Eine Halbleiterschicht 24 von amorphem Silizium wird über jeder Gate-Elektrode 5 und
mit Dazwischenläge des Gate-Isolationsfilms 22 abgelagert.
Schließlich werden eine Drain-Elektrode 25 und eine Source-Elektrode 3 (mit Verbindung zu einem Spaltenleiter 8) aus
Aluminium auf jeder Halbleiterschicht 24 bei teilweiser
Überlappung der einander gegenüberstehenden Ränder der Gate-Elektrode
5 und der Halbleiterschicht 24 gebildet, wobei der Gate-Isolationsfilm 22 dazwischenliegt. Die Drain-Elektrode
25 ist über das Kontaktloch 23 mit der Matrixelementelektrode 2 verbunden.
Die Herstellung eines herkömmlichen Dünnfilmtransistors 6
erfordert eine relativ große Zahl von Einzelschritten. Es ist deshalb schwierig, eine Vielzahl von Dünnfilmtransistoren
6 ohne Fehler und mit untereinander gleichen Eigenschaften auf einer großen Anzeigetafelflache herzustellen. Da
zwischen Drain- und Source-Elektrode 25, 3 ein Stück der Halbleiterschicht 24 freiliegt, hat dort Feuchtigkeit und
Luft Zutritt, wodurch die Eigenschaften des Transistors 6 verschlechtert werden können, nachdem die Transistoranordnung
15 auf dem Substrat 12 hergestellt worden ist und bevor
dann daraus die Flüssigkristallzelle 11 aufgebaut wird. Um dies zu verhindern, muß nach der Aufbringung der Elektroden
25 und 3 über die Halbleiterschicht 24 ein Schutzfilm gebreitet werden, was einen weiteren Fabrikationsschritt bedeutet.
Als nächstes wird eine farbige Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung beschrieben, in der die Grundgedanken der Erfindung
verwirklicht sind. Fig. 5 zeigt das äußere Erscheinungsbild einer solchen Flüssigkristall-Anzeigetafel. Diese
weist eine Flüssigkristallzelle 12 auf, die aus einem Paar transparenter Substratplatten 12, 13 besteht, welche einander
gegenüberstehen und zwischen denen der Flüssigkristall eingesiegelt ist. Auf der Oberfläche einer Substratplatte
in der Flüssigkristallzelle 11 sind zahlreiche Farbanzeigeelemente
ausgebildat.
Fig. 6 zeigt, daß drei verschiedene Arten derartiger Farbanzeigeelemente
in Gruppen angeordnet sind, nämlich rote
Anzeigeelemente 1R, grüne Anzeigeelemente TG und blaue
Anzeigeelemente 1B, die auf dem Substrat gleichmäßig verteilt sind. Die Farbanzeigeelemente sind länglich und liegen
parallel zueinander, und jeweils drei verschiedene Farbanzeige-Matrixelemente nehmen eine Quadratfläche 10 ein,
die als ein Matrixelement bezeichnet ist. Die Matrixelemente 10 sind in Zeilenspalten angeordnet. Um die Matrixelemente
10 auf einfache Weise ansteuern zu können, sind die roten, grünen und blauen Anzeigeelemente 1R, 1G, 1B
geradlinig in ihrer Längsrichtung und parallel zueinander angeordnet.
GemäB der Erfindung setzt sich jedes Farbanzeigeelement
1R, 1G, 1B aus einem Halbleitertreiber- oder -dünnfilmtransistor
und einem Farbfilter auf seiner Ausgangselektrode zusammen. Genauer ist dies in den Figuren 7 und 8
dargestellt, wonach eine der Substratplatten 12 der Flüssigkristallzelle 11 eine transparente Glasplatte ist.
Rechteckige Drain-Elektroden (Matrixelementelektroden) 2R, 2G, 2B, die ungefähr so breit wie die Farbanzeigeelemente
sind, sind auf dem Substrat 12 ausgebildet, und schmälere Source-Elektroden 3R, 3G, 3B sind nahe bei den
Drain-Elektroden 2R, 2G, 2B und parallel zu diesen auf dem Substrat 12 abgelagert. Filme 4R, 4G, 4B aus amorphem
Silizium werden zwischen den Drain- und Source-Elektroden 2R, 3R, den Drain- und Source-Elektroden 2G, 3G und den
Drain- und Source-Elektroden 2B, 3B formiert. Die Elektroden und das Substrat werden dann mit einem Gate-Isolationsfilm
22 aus Siliziumnitrid überdeckt, auf dem dann Gate-Elektroden 5R, 5G, 5B in Gegenüberstellung zu den amorphen
Siliziumfilmen 4R, 4G, 4B abgelagert werden. Die Drain- und Source-Elektroden 2R, 2G, 2B und 3R, 3G, 3B sind vorzugsweise
transparent und können aus Indiumoxid oder Zinnoxid bestehen. Die Gate-Elektroden 5R, 5G, 5B können aus
Aluminium hergestellt sein.
-Ιο —
Die Source-Elektroden 3R, 3G, 3B, die Drain-Elektroden
(Matrixelementelektroden) 2R, 2G, 2B, die amorphen Siliziumfilme 4R, 4G, 4b, der Gate-Isolationsfilm 22 und die
Gate-Elektroden 5R, 5G, 5B stellen gemeinsam Dünnfilmtransistoren 6R, 6G, 6B dar. Über den Drain—Elektroden
(Ausgangselektroden) 2R, 2G, 2B dieser Dünnfilmtransistoren
6R, 6G, 6B werden Farbfilter 7R, 7G, 7B in rot, grün und blau angebracht, wobei dazwischen sich der Gate-Isolationsf
ilm 22 befindet. Das Anbringen der Farbfilter kann im Sieb- oder Offset-Druck-Verfahren geschehen.
Wie in Fig. 9 gezeigt, ist auf den Farbanzeigeelementen, die sich auf dem Substrat 12 befinden, eine Orientierungsbehandlungsschicht
17 aus Polyvinylalkohol angebracht. Das Substrat 13, welches dem Substrat 12 gegenübersteht, besteht
beispielsweise aus einer transparenten Glasplatte. Die gesamte innere Oberfläche des Substrats 13 ist mit einer gemeinsamen
transparenten Elektrode 16 überzogen, die ihrerseits von einem Isolationsfilm 19 aus beispielsweise SiIiziumnitrid
und einer weiteren Orientierungsbehandlungsschicht 21 abgedeckt ist. Zwischen den Orientierungsbehandlungsschichten
17 und 21 befindet sich dann der eingeschlossene Flüssigkristall 14. Für die Flüssigkristallzelle
1 1 des beschriebenen Aufbaus kann eine schwarze "Guesthost"-Flüssigkristallzelle
oder eine schwarz-und weiße, mit drehendem nematischen Flüssigkristallzelle verwendet werden.
Auf der Außenfläche des Substrats 13 ist ein Polarisationsfilter
27 angebracht.
Wie in Fig. 6 gezeigt, sind Spaltenleiter 8.., 82, 8-, ...
auf dem Substrat 12 entlang der Spalten der Farbanzeigeelemente angeordnet, und die Source-Elektroden 3R, 3G, 3B
jeweils benachbarter Farbanzeigeelemente sind mit jedem Spaltenleiter verbunden. Entlang der Reihen der Farban-Zeigeelemente
sind Zeilenleiter 9-, 9_, 93, ... angeord-
net, die mit den Gate-Elektroden 5R, 5G oder 5B der benachbarten Farbanzeigeelemente jeder Zeile verbunden sind. Die
Farbanzeigeelemente können durch eine Treiberschaltung, wie sie in Fig. 10 gezeigt ist, selektiv angeregt werden.
Die in Fig. 6 dargestellten Farbanzeigeelemente bilden eine Anzeigefläche 28, wie in Fig. 10 wiedergegeben. Die
Source-Leiter 8 , 89, 8_, ... und die Gateleiter 9 , B0, 9 ,
... sind mit Anschlüssen aus der Anzeigeebene 18 herausgeführt. Die Anschlüsse der Source-Leiter 8., 8«, 83, ... sind
jeweils an entsprechende Stellungspositionsausgänge einer Verriegelungsschaltung 26, die als Spaltentreiberschaltung
dient, angeschlossen, und die Stellenpositionen der Verriegelungsschaltung 26 sind mit den Ausgängen von Stellenpositionen
eines Schieberegisters 29 verbunden. Die Anzeigedaten werden im Betrieb von einer Datenklemme 31 als Binärsignale
"1" oder "0" zugeführt, wodurch festgelegt wird, ob eine Zeile der Farbanzeigeelemente anzeigen soll oder nicht.
Diese Anzeigedaten werden der Reihe nach in das Schieberegister 29 synchron mit einem Taktsignal, das von einer Taktklemme
33 hinzukommt, eingespeist. Nachdem in dieser Form Anzeigedaten für eine Zeile abgegeben worden sind, werden
diese im Schieberegister 29 gespeicherten Daten parallel in der Verriegelungsschaltung 26 aufgrund eines Verriegelungsbefehls
verriegelt, der über eine Klemme 34 kommt.
Der Verriegelungsbefehl von der Klemme 34 wird auch einer Gate-Zeilenauswahl- und Treiberschaltung 32 zugeführt, die
dann nacheinander die Gate-Zeilen 91 , 9„, 9-,, ... und zwar
zur Zeit j.eweils eine, auswählt. Wenn der Gateleiter 9-,
z. B. ausgewählt ist, werden die Farbanzeigeelemente zur Anzeige gebracht oder auf Nichtanzeige gehalten, die an
den Verbindungsstellen zwischen dem Gateleiter 9. und denjenigen
Sourceleitern 8 , 89, 8O, ... liegen, welchen Ausgangsbits
zugeführt werden, die in der Verriegelungsschaltung 26 verriegelt sind.'Während der Gateleiter 9.. für die
Anzeige ausgewählt ist, werden in das Schieberegister 29
Daten für den nächsten Zeilenleiter eingegeben, und die so gespeicherten Daten werden dann bei Zugang des nächsten
Verriegelungsbefehls über die Klemme 34 in der Verriegelungsschaltung 26 verriegelt. Auf diesen Verriegelungsbefehl
hin wählt die Gateleiterauswahl- und-treiberschaltung
32 den Gateleiter 92 für die selektive Anzeige der Farbanzeigeelemente
aus, die mit dem Gateleiter 9- verbunden sind. Der genaue Aufbau der Treiberschaltung mit einem
solchen Schieberegister 29, der Verriegelungsschaltung 26 und der Gateleiterauswahl 32 ist beispielsweise in einer
kurzen Darstellung mit dem Titel "Progress Toward Flat-Panel TV" von A.G. Fischer in "Nonemissive Electrooptic Displays"
A.R. Kmetz und F.K. von Willisen, 1976 Plenum Press
New York, beschrieben.
Wie in Fig. 11A gezeigt, werden den Gateleitern S - 9 20
gegeneinander in der Phase verschobene Treiberiiapulse nacheinander
wiederholt zugeführt. Wenn z. B. ein Dünnfilmtransistor
O11 ausgewählt ist, der sich am Schnittpunkt des
Sourceleiters 8. mit dem Gateleiter 9.. befindet, erhält
der Sourceleiter 8. eine Spannung V zugeführt, wie in Fig.
11B dargestellt, während gleichzeitig der Gateleiter 9.. in
einem ersten Zyklus angewählt ist, wobei als Ergebnis die Drain-Elektrode des Dünnfilmtransistors 6^1 auf die Spannung
V aufgeladen wird, wie bei 6...D in Fig. 11C dargestellt,
und auf diesem Spannungswert gehalten wird. Gleichzeitig wird dem Sourceleiter aller nicht ausgewählter Elemente
eine konstante Spannung V/2, z. B. beim Dünnfilmtransistor 621, der sich am Schnittpunkt des Sourceleiters
8- mit dem Gateleiter 92 befindet. Die Spannung am Drain
des Dünnfilmtransistors 6„.. wird dadurch auf V/2 gehalten,
wie in Fig. 11D bei 621D gezeigt. Die Spannung V/2 wird
der gemeinsamen Elektrode 16 ständig zugeführt, wie in
Fig. 11E gezeigt.
Somit wird die Spannung V/2 als Spannung 6 DC zwischen
Drain des ausgewählten Transistors 6,.., und der gemeinsamen
Elektrode 16 angelegt, wie in Fig. 11F gezeigt, während
die Sapnnung 6„.DC zwischen Drain eines nicht angewählten
Transistors und der gemeinsamen Elektrode Null ist, wie in Fig. 11G dargestellt. Wenn im nächsten Zyklus
der Gateleiter 9- ausgewählt ist, wird der ausgewählte
Sourceleiter 8-, auf dem Spannungswert Null gehalten, und
die Drainspannung 6....D des ausgewählten Transistors 6....
ist ebenfalls Null. Die Drainspannung 62,D des nicht
ausgewählten Transistors bleibt V/2. Während dieses Zyklus wird deshalb die Spannung 6^DC zwischen dem Drain
des ausgewählten Transistors und der gemeinsamen Elektrode -V/2. Die Spannung zwischen Drain des ausgewählten Transistors
und der gemeinsamen Elektrode wechselt in Folge zwischen V/2 und -V/2, wodurch ein Abschnitt der Flüssigkristallzelle,
der der Drain-Elektrode des ausgewählten Transistors gegenübersteht, transparent wird, und die
Farbe des auf diesem Transistor angebrachten Farbfilter durchscheinen läßt.
Für den Fall, daß die gesamte Zahl der Gateleiter 120 ist,
wird für die Sourceleiter das Dreifache der Anzahl der Gateleiter benötigt, also 360. Es ist sehr mühsam und zeitaufwendig,
alle diese Leiter aus der Flüssigkristallanzeigevorrichtung herauszuführen und sie mit externen Treiberschaltungen
zu verbinden.
Aus diesem Grunde werden erfindungsgemäß die zugehörigen
peripheren Schaltungen zum Erregen der Halbleitertreiberelemente auf der Oberfläche des Substrats hergestellt,
auf dem die Dünnfilmtransistoren 6R, 6G, 6B für das Erregen des Flüssigkristalls hergestellt sind. Die Verriegelungsschaltung
26, die als Spaltentreiberschaltung dient,sowie das Schieberegister 29 werden folglich als
integrierte Schaltungen auf dem Substrat 12 hergestellt, und auch die Gateleiterauswahl- und -treiberschaltung 32
wird auf dem Substrat als integrierte Schaltung hergestellt, wie in Fig. 5 angedeutet. Die Gate- und Sourceleiter,
welche von der Flüssigkristallzelle 11 ausgehen,
sind direkt mit diesen Schaltungen 26, 29, 32 auf dem Substrat 12 verbunden, und auch die sonstigen Leitungsverbindungen
befinden sich direkt auf dem Substrat 12. Wenn die Verriegelungsschaltung 26, das Schieberegister 27 und die
Gateleiterauswahl- und -treiberschaltung 32 als integrierte Schaltungen auf dem Substrat 12 ausgebildet sind.r
empfiehlt es sich, sie als Dünnfilmtransistoren in der
Art herzustellen, wie es auch für die Farbanzeigeelemente geschieht. Es ist dann möglich, die zugehörigen peripheren
Schaltungen 26, 29, 32 gleichzeitig mit den Dünnfilmtransistoren
6R, 6G, 6B auf dem Substrat herzustellen, ohne daß zusätzliche Fabrikationsschritte nötig werden.
Da Dünnfilmtransistoren relativ langsam arbeiten, sollten
die amorphen Siliziumfilme 4R, 4G, 4B für eine Erhöhung der Beweglichkeit im Elektrodenstrahl- oder Laser-Anlaßverfahren
behandelt werden, damit die Arbeitsgeschwindigkeit der Schaltungen 26, 29 und 32 erhöht wird. Ein derartiger Behandlungsvorgang
zur Erhöhung der Mobilität läßt sich in einer relativ kurzen BehandlungsZeitspanne durchführen,
da die Dünnfilmtransistoren, die die Farbanzeigeelemente bilden, diese Behandlung nicht benötigen. Es sich auch
nicht erforderlich, sämtliche Schaltungen 26, 29 , 32 auf dem Substrat 12 anzuordnen, sondern nur einige, beispielsweise
die Schaltungen 26 und 29 oder nur die Schaltung 32. Die Schaltungen 26, 29, 32 können, wenn sie auf
dem Substrat 12 angebracht sind, in Form gewöhnlicher bepolarer
oder monopolarer integrierter Schaltungen aufgebaut sein. Die aus amorphem Silizium bestehenden Dünn-5
filmtransistoren können durch polykristalline Dünnfilmtransistoren ersetzt werden.
Die peripheren Schaltungen wie die Auswahl- und Treiberschaltungen
für die Treiberelemente zum Erregen der Anzeigeelemente oder Matrixelemente in der Flüssigkristallzelle
sind bei der vorangehend beschriebenen Anordnung auf dem Substrat 12 angebracht, so daß die Anschlüsse für äußere
Verbindungen z. B. auf die Hälfte derer bei herkömmlichen Konstruktionen verringert werden können, was das Verbinden
mit äußeren Zuführungen vereinfacht.
Werden die Farbfilter durch Aufdrucken erzeugt, läßt sich
dies ohne teuere Apparaturen für Aufdampfverfahren oder lonendotierung erreichen, wobei der Vorgang in der Atmosphäre
durchgeführt werden kann, so daß eine relativ große Fläche bedeckt wird. Die Farbfilter können Farben sehr gut
wiedergeben, lassen sich billig herstellen, sind ausreichend dünn im Vergleich zum Flüssigkristall 14 und besitzen
hinreichende Farbdichte. Farbfilter in den Farben rot, grün und blau in abwechselnder Anordnung können leicht angebracht
werden. Von den Farbfiltern tritt auch keine Farbe in den Flüssigkristall 14 über, da die Orientierungsbehandlungsschicht
17 aus Polyvinylalkohol gegenüber dem Flüssigkristall 14 stabil ist. Damit ist auch ein gleichbleibender
Betrieb der Flüssigkristall-Anzeigetafel gewährleistet. Die Farbfilter stören auch nicht die steuernde Orientierung
der Moleküle des Flüssigkistalls 14 mit Hilfe der Orientierungsbehandlungsschicht. Um eine höhere Genauigkeit
zu erzielen, lassen sich die Farbfilter statt mit dem Siebdruckverfahren auch im Offsetdruckverfahren aufbringen.
Wenn die Substrate eine geringe Dicke haben können, lassen sich die ausgewählten Matrixelemente auch bei schrägem Auf—
blick genau erkennen. Die Farbfilter dürfen dann aber nicht auf den Dünnfilmtransistoren sondern am Substrat 13 angebracht
sein (wie in Fig. 5 gezeigt), und zwar in Gegenüberstellung zu den Drain-Elektroden. Die Substrate 12, 13 können
aus Hochpolymeren wie Polyimid oder Fluorplastikstoffen
hergestellt sein. Die Darstellung der Farbanzeigeelemente erfolgte bei dem Beispiel in Spalten und Zeilen für die
verschiedenen Farben, doch kann die Anordnung auch derart in Kreisen vorgenommen werden, daß jeweils drei benachbarte
Anzeigeelemente rote, grüne und blaue Anzeigeelemente enthalten. Auch kann für die Farbanzeige statt des additiven
Verfahrens das subtraktive Verfahren angewendet werden.
Die Dünnfilmtransistoren 6R, 6G, 6B in den Figuren 5 und
können so aufgebaut sein, wie es in den Figuren 3 und 4 dargestellt ist. Die Erfindung ist nicht nur für farbige Flüssigkristall-Anzeigen
sondern auch für solche in Schwarzweiß-Wiedergabe brauchbar.
Eine derartige Schwarz-Weiß-Flüssigkristall-Anzeigetafel soll nun in Verbindung mit den Figuren 12 und 13 erläutert
werden. Die Matrixelemente 2, die Drain-Elektroden 25 und die Source-Elektroden (Source-Leiter 8) 3 sind auf einem
Substrat 12 angeordnet. Jedes der quadratförmigen Matrixelemente
2 besitzt eine Kante, die zu einem Teil mit der Kante der Drain-Elektroden 25 zusammenfällt. Diese Matrixelemente
2, die Drain-Elektroden 25, die Source-Elektrode 3 und die Source-Leiter 8 können durch selektives Ätzen
einer transparenten Metallschicht, welche auf der Gesamtfläche des Substrats 12 abgelagert ist, gleichzeitig hergestellt
werden. Die Source-Elektroden 3 können aus einem nicht durchsichtigen Metall bestehen.
Eine Halbleiterschicht 24 aus amorphem Silizium ist auf dem Substrat 12 zwischen Drain-Elektrode 25 und Source-Elektrode
3 ausgebildet. Die Halbleiterschicht 24 kann aus polykristallinem Silizium, monokristallinent Silizium,
Tellur, Cadmiumsulfid oder Cadmiumselenid bestehen. Ein
Gate-Isolationsfilm 22 wird über die gesamte Fläche ein-
schließlich der Halbleiterschichten 25 ausgebreitet. Der Gate-Isolationsfilm 22 kann aus Siliziumnitrid oder Siliziumdioxid
bestehen. Er kann auch nur auf den Halbleiterschichten 24 ausgebildet sein. Die Gate-Elektroden (Gate-Leiter
9) 5 werden auf dem Gate-Isolationsfilm 22 formiert.
Sie sind so abgelagert, daß sie den Drain-Elektroden 25 und den Source-Elektroden 3 gegenüberstehen und daß sich
dazwischen die Halbleiterschicht 24 und der Gate-Isolationsfilm 22 befinden. Die Gate-Elektroden 5 und die Gate-Leiter
9 können aus Aluminium oder polykristallinem Silizium bestehen und in Gestalt eines transparenten, elektrisch
leitenden Films hergestellt sein.
Der Herstellungsvorgang des Dünnfilmtransistors soll nun
in Verbindung mit den Figuren 14 bis 19 beschrieben werden.
Wie in Fig. 14 gezeigt, wird auf einem transparenten,
isolierenden Substrat 12 aus beispielsweise Glas eine undurchsichtige
Schicht aus einem Metall, etwa Nichroin, Chrom oder Molybdän in einer Schichtstärke von etwa 1000 - 2000 A
im Aufdampfverfahren oder im Sputter-Vorgang abgelagert,
und die Matrixelemente wie Drain-Elektroden 25 (2) und Source-Elektroden 3 werden durch Photoätzen gebildet.
In einer Stärke von ungefähr 3000 A wird dann auf das transparente
Substrat 12 über die Drain-Elektroden 25 und Source-Elektroden 3 in einem Plasma CVD (chemische Dampfablagerung)
-Verfahren eine Halbleiterschicht aus amorphem Silizium· oder polykristallinem Silizium erzeugt. Aus der
Halbleiterschicht wird dann durch Photoätzen die Kalbleitersiliziumschicht
24 oder der Kanalbereich gebildet, der sich zwischen den Rändern der Drain- und Source-Elektroden
25 und 3 erstreckt, wie in Fig. 15 gezeigt.
Danach wird ein Gate-Isolationsfilm 22 zur Gänze über dem
transparenten Substrat 12 und der Halbleitersiliziuunschicht
3:3 2513*
24 ausgebreitet, wie in Fig. 16 gezeigt. Der Gate-Isolationsfilm
22 kann aus Siliziumnitrid oder Siliziumdioxid
bestehen und eine Stärke zwischen 2000 und 3000 A haben. Der Gate-Isolationsfilm 22 kann im Plasma-CVD-Verfahren
hergestellt werden.
Durch Vakuum-Bedampfung oder im Sputter-Verfahren wird auf
dem Gate-Isolationsfilm 22 gemäß 17 eine transparente Elektrode 5' aus ITO (eine Mischung aus In90-.und SnO9)
oder Zinnoxid in einer Stärke von 1000 A oder weniger,
beispielsweise 400 bis 500 A, hergestellt. Darüber wird eine photosensitive Harzschicht 37 der Negativtype über
die transparente Elektrode 5' gebreitet und diese durch
ultraviolette Bestrahlung 3 9 durch das transparente Substrat 12 hindurch belichtet.
Die von der ultravioletten Strahlung belichteten Bereiche der photosensitiven Harzschicht 37 werden durch die Strahlung
gehärtet. Durch Entwickeln erhält man ein Muster 37P der photosensitiven Harzschicht in einer durch Drain- und
Source-Elektroden 25, 3, welche Maskenfunktion haben, vorgegebenen
Gestaltung.
Das Muster 37P der photosensitiven Schicht wird als Maske benutzt, wenn die transparente Elektrode 5' zur transparenten
Gate-Elektrode 5 geätzt wird, woraufhin dann das Maskenmuster 37P entfernt wird, wie in Fig. 19 dargestellt.
Die Matrixelementeelektrode 2 und die Drain-Elektrode sind somit gleichzeitig hergestellt und nicht durch irgendwelche
Kontaktlöcher miteinander verbunden. Da auch keinerlei derartige oder sonstige Kontaktlöcher nötig sind,
entfällt eine Arbeitsstufe für deren Herstellung, wie es für die Kontaktlöcher 23 der in Fig. 4 gezeigten bekannten
Anordnung erforderlich war. Soll die Source-Elektrode 5
als transparente Elektrode ausgebildet sein, kann sie gleichzeitig mit der Matrixelementeelektrode 2 hergestellt
werden, wodurch die Zahl der Fabrikationsschritte im Vergleich zum herkömmlichen Herstellungsgang für einen Aufbau
nach den Figuren 3 und 4 abermals verringert wird. Die erfindungsgemäße Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung hat
also bei der Herstellung der Dünnfilmtransistoranordnung weniger Herstellungsschritte nötig, so daß Matrixelemente
von gleichförmigen Eigenschaften und frei von Fehlern TO relativ leicht auf einer großen Anzeigefläche hergestellt
werden können.
Da die Halbleiterschicht 24 zwischen das Substrat 12 und den Gate-Isolationsfilm 22 eingeschlossen ist, liegt sie
auch nicht frei, nachdem die Dünnfilmtransistoranordnung
hergestellt worden ist und bevor sie zur Flüssigkristallzelle 11 zusammengebaut wird. Die Halbleiterschicht 24
erhält dadurch auch keine ungleichförmigen Eigenschaften, so daß sie durch keine Schutzschicht abgedeckt werden muß.
Dies ermöglicht die Herstellung von Flüssigkristallzellen
mit wesentlich besserer Ausbeute.
Wird die erfindungsgemäße Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung
als Lichtdurchtrittsanzeigevorrichtung verwendet, wird auf der Außenseite des Substrats 12 in den der Halbleiterschicht
24 zwischen Source- und Drain-Elektroden 25, 3 gegenüberstehenden Bereichen ein lichtundurchlässiger
Film aus Aluminium oder schwarzer Farbe aufgebracht, um unerwünschte, durch Licht hervorgerufene Einflüsse
zu verhindern, die Änderungen im Widerstand der Halbleiterschicht 24 hervorrufen könnten, sofern diese aus amorphem
Silizium hefgestellt ist.
Werden die Gate-Elektroden 5 unter Verwendung von Drain- und Source-Elektroden 25, 3 als Maske durch Belichten und
Entwickeln erzeugt, so erfolgt eine selbsttätige Ausrichtung. Die Drain- und Source-Elektroden 25, 3 und die Gate-Elektroden
5 können dadurch stets in einer konstanten relativen Position zueinander gehalten werden. Dies kann den
Abstand, d.h. die sogenannte Kanallänge L zwischen Drain- und Source-Elektrode 25, 3 verringern. Es läßt sich damit
auf einfache Weise ein Dünnfilmtransistor mit kurzer Abschaltzeit und großem Drain-Strom herstellen. Derartige
Dünnfilmtransistoren lassen sich mit einem hohen Integrationsgrad bei gleichzeitiger Verringerung der Schwangungen
der Eigenschaften dieser Transistoren als großflächige Matrixanordnung
herstellen.
In Fig. 8 sind die Farbfilter 7R, 7G, 7B auf dem Gate-Isolationsfilm
22 in Gegenüberstellung zu den Matrixelektroden 2R, 2G, 2B und mit dazwxschengefügtem Gate-Isolationsfilm
2 2 hergestellt. Die Farbfilter 7R, 7G, 7B können aber auch auf der gemeinsamen Elektroden 19 auf dem Substrat 13 angebracht
sein, wie in der Fig. 20 gezeigt, in der ansonsten die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 8 benutzt sind. Die
Farbfilter 7R, 7G, 7B sind überlappend zu den Matrixelementelektroden 2R, 2G, 2B in richtung Normal zu den Substraten
12 und 13 angeordnet. Sie sind leicht durch Aufdrucken auf das Substrat 13 herzustellen, auf dem keine Dünnfilmtransistoren
hergestellt werden müssen.