DE3334918A1

DE3334918A1 - Matrix-anzeigeeinrichtung

Info

Publication number: DE3334918A1
Application number: DE19833334918
Authority: DE
Inventors: Kanetaka Tokorozawa Saitama Sekiguchi; Seigo Togashi
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 1982-09-27
Filing date: 1983-09-27
Publication date: 1984-04-12
Also published as: SG56387G; GB2129183A; GB8325837D0; DE3334918C2; GB2129183B; US4642620A; FR2537316B1; HK83287A; FR2537316A1

Description

?J

... Matrix-Anzeigeeinrichtung ■ \"'.'.'■. ■—■-„. .~ht-

.-.'.'"' ·..-■■ . Beschreibung

■ Planar-Anzeigeeinrichtungen-verschiedener Arten, die Anzeigelemente, wie z.B. Flüssigkristallelemente usw. verwenden, haben heutzutage' den Stand praktischer Anwendung erreicht, und die Hauptanforderung besteht gegenwärtig darin, Modelle bzw. Ausbildungen solcher Anzeigeeinrichtungen mit .hoher Dichte zu schaffen. Schwierigkeiten, die in Bezug auf die Treibereigenschaften solcher Anzeigeeinrichtungen auftreten, können dadurch überwunden werden, daß Steuerelemente vorgesehen werden, um das Anlegen von Treiber-Signalpotentialen an die Anzeigeelemente zu steuern. Diese Steuerelemente können aktive Elemente wie z.B. Transistoren, oder aktive Elemente, wie z.B. Dioden oder Varistoren

..'_ sein, wobei eines oder mehrere Steuerelemente mit jedem Anzeigeelement verbunden sind. Ein solches Verfahren wird beispielsweise von B.J. Lechner et al in einem Aufsatz in Proceedings of the IEEE, Volume 59, Nr. 11, Seiten 1566 bis 1579 (im folgenden als Druckschrift 1 bezeichnet) er-

■ Örtert. Darin wird sowohl die Verwendung von Elementen mit drei Anschlüssen (z.B. Transistoren) und Elementen mit zwei

(· Anschlüssen (z.B.nicht-lineare Widerstandselemente) als Steuerelemente beschrieben. Es gibt Vorschläge, keramische Varistoren zu verwenden, um solche nicht-linearen Widerstandselemente auszubilden, wie z.B. von D. E. Castleberry in IEEE ED-26, 1979, Seiten 1123 bis 1128 (Druckschrift 2).

30

Es ist weiterhin vorgeschlagen worden, Dioden vom MIM Type statt solcher nicht-linearer Widerstandselemente zu verwenden, wie beispielsweise beschrieben von D.R. Baraff et al, in IEEE ED-28, 1981, Seiten 736 bis739 (Druckschrift 3). Jedoch haben sich verschiedene Schwierigkeiten mit diesen bekannten Verfahren herausgestellt, die verhindert haben, daß diese die Stufe praktischer Anwendung erreicht haben. Diese Schwierigkeiten sind im wesentlichen folgende:

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1. Mangelnde

langelnde Gleichförmigkeit der Eigenschaften der Elemente. .'

• 2. Hohes'Maß an Streuabweichungen bei der Schwellenspannung

_c dieser'Elemente. . ' ■ ·■ -

ο ■ ,

3- Ein ausreichend hoher Pegel an EIN-Strom' I₀- kann' nicht erzeugt werden.

4. Der Pegel des AUS-Stroms I ist äußerst hoch.

. aus

5. Der erforderliche Treiberenergiepegel ist hoch.

6. Die Eigenschaften, sind nicht symmetrisch in Bezug auf positive und negative Spannungen.

7- Das übersprechen ist groß.

Bei den vorherstehenden Angaben ist der EIN-Strom I_ein der Strompegel, welcher von einem nicht-linearen Widerstandselement einem Anzeigeelement in Abhängigkeit von einem besonderen Treibersignalpotential zugeführt werden muß, . um das Anzeigeelement in seinen aktivierten Zustand (allge-

...me.in ein leuchtendeji oder auf andere .WeJLRe sichtbarer Zu^_ stand) oder nicht aktivierten Zustand in einer ausgewählten Periode zu setzen oder ein Anzeigeelement in dem aktivierten Zustand zu halten. Der gewählte AUS-Strom I ist der Leckstrom, der durch das nicht-lineare Widerstandselement von einem Anzeigeelement in Abhängigkeit vom Fehlen eines Treibersignalpotentials fließt, mit dem beabsichtigt ist, das Anzeigelement in dem nicht-aktivierten Zustand (allgemein gesagt einem dunklen oder auf andere Weise nicht-sichtbaren

Zustand) zu halten. Je größer der erreichbare Wert für I .

desto höher ist die maximale Frequenz, mit der die Anzeigeelemente zwischen dem aktivierten und dem nicht-aktivierten Zustand geschaltet werden können, da dieser Strom die Ladungsmenge bestimmt, welche zu oder von dem Anzeigeelement

innerhalb eines spezifischen Treiberzeitintervalls überführt werden kann.

Im allgemeinen müssen solche nicht-linearen Widerstands-

COPY BAD ORIGINAL

33349Ϊ8

elemente eine symmetrische Leitfähigkeit -in zwei Richtungen aufweisen, d.h. in der. allgemeinen Weise wie diejenigen eines Varistors, damit Anzeigeelemente, wie z.B. Flüssigkristallanzeigelemente angesteuert'werden können, bei denen das Anlegen eines Treibersignalwechselpctentials erforderlich ist. Der Ausdruck "nicht-lineares Widerstandselement" wird im folgenden für eine Einrichtung verwandt, die eine solche Leitfähigkei'tseigenschaft aufweist. Der ■ Ausdruck "Gleichrichterelement" wird zur Bezeichnung einer Einrichtung verwandt, die eine Leitfähigkeitscharakteristik nur in eine Richtung hat, wie z.B. bei einer Diode.

• Erfindungsgeaäß wird eine Matrix-Anzeigeeinrichtung geschaffen, die umfaßt: Eine Vielzahl von Reihenelektroden und Spaltenelektroden, eine Vielzahl von Anzeigeelementen, eine Vielzahl von nicht-linearen Widerstandselementen, Elektrodenverbindungsmittel zum Koppeln der nicht-linearen Widerstandselenente und der Anzeigeelemente, und Treibersignalerzeugungsrnittel zum Anlegen der Treibersignale an die Reihen- und Spaltenelektroden, wobei jedes der nichtlinearen Widerstandselemente wenigstens ein Paar von Sätzen von Gleichrichter elementen umfaßt, die mittels eines Dünnschicht-Niederschlagverfahrens auf einem Substrat der

_nr. Matrix-Anzeigeeinrichtung ausgebildet sind, wobei die 25

Gleichrichterelementsätze eines jeden Paares miteinander verbunden und parallel mit entgegengesetzten Polaritäten verbunden sind und jedes der Anzeigeelemente in Reihe mit wenigstens einem der nicht-linearen Widerstandselemente zwischen einer Reihenelektrode und Spaltenelektrode verbunden ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Figur 1 ein Diagramm zur Erläuterung der Betriebsweise einer Matrix-Anzeige,

Figur;2 ein Diagramm zum Beschreiben der Betriebsweise ■ . einer Matrix-Anzeigeeinrichtung, bei der nicht- · .lineare Widerstandselemente vorgesehen sind,

• Figur 3. eine Kurve, die die I*-V-Kennlinie eines idealen,-. nicht-linearen Widerstandselementes zeigt,

Figur 4 eine Kurve, die die I-V-Kennlinie eines nichtlinearen Widerstandselementes darstellt, das 10

Elemente wie Varistoren oder MIM-Dioden umfaßt _t

Figur 5 eine Kurve, die die Verteilung der Schwellenspannungsabweichung bei Varistoren zeigt,

Figur 6 ein Schaltungsblockdiagramm einer Ausführungsform einer Matrix-Anzeigeeinrichtung nach der Erfindung,

Figur 7 und 8

Wellenf ormen-Diagramrse, die geeignete Treibersxgnalwellenformen zum Betrieb einer Matrix-Anzeigeeinrichtung darstellen, die nicht-lineare Widerstandselemente mit einem niedrigen Wert der Schwellenspannung umfassen,

Figur 9 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen V<, . der nicht-linaren Widerstandselemente, dem" Betriebsraum M und dem Auflösungsfaktor N für Anzeigeelemente einer Matrix-Anzeigeeinrichtung darstellt,

Figuren 10 und 11 -

eine Aufsicht bzw. eine Schnittdarstellung eines Teils einer Anzeigetafel gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, in der Dünnschicht-PIw'-Dioden als nicht-lineare Widerstandselemente verwendet sind,

copy ]

.· Figur 12 eine Aufsicht auf eine abgewandelte· Ausbildung ■".·_-■ der Anzeigetafel gemäß Figuren 10 und 11,

Figur 13'eine grafische Darstellung, wie fotoelektrische, in einem nicht-linearen Widerstandselement, erzeugte Ströme die symmetrische .Ausbildung wie in den Fig. 10 und 1Ϊ aufweisen,, wirkungsvoll aufgehoben werden,

·

Figur 14 eine Kurve, die die Beziehung zwischen der

"■■-' Schwellenspannung und dem einfallenden Licht ji-\ ' . ' ' bei einem nicht-linearen Widerstandselement ■ gemäß der Ausbildung der Figuren 10 und 11 zeigt,

"■'·'.

Figur 15 eine grafische Darstellung die die Beziehung ζ wisch en

dem EIN-Widerstandswert R . und dem AUS-Wider-

exn

standswert R eines nicht-linearen Widerstands-. aus

.-·■■-■ ■ .- elementes nach der Erfindung und der einfallenden ' · · Lichtintensität zeigt,

Figur 16'die Verteilung von Donator- und Akzeptor-Trägern durch eine PIN-Diodenstruktur hindurch,

,· ' ' _or. Figur 17 zeigt eine grafische Darstellung der Beziehung

■ zwischen dem EIN-Strom I . und dem AUS-Strom

ein

^: I und der Dicke einer Halbleiterschicht vom aus

I-Typ in einer PIN-Diodenstruktur,

Q₀ Figur 18 die Verteilung von Donator- und Akzeptor-Trägerkonzentrationen in einer PIN-Diodenausbildung, in der die I-Typschicht mit Bor dotiert ist,

Figur 19 eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Mischungsverhältnis von B₂HgZSiH₁^ in der I-Typ-Schicht einer PIN-Diode und den sich ergebenden Werten von I₀. und I..,_ dar-

ein cLilo

stellt,

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2 i ff - fm -*-* —▼

Figur 20 die Verteilung von Donator- und ■Akzeptor-Trägerkonzentrationen durch eine PtJ-Übergang hindurch, wobei der Übergang durch allmähliche Änderungen des''Dotierungsprofils ausgebildet ist,

Figuren 21 und 22

eine Aufsicht bzw. Schnittdarstellung eines Teils einer Anzeigetafel gemäß einer Ausführungsform nach der Erfindung, bei der eine Vielzahl von Anzeigeelementen mit entsprechenden nicht-linearen Widerstandselementen für jedes Bildelement vorgesehen ist, ■ ■ .

Figur 23 eine äquivalente Schaltkreisdarstellung eines Bildelementes von der in den Figuren 21 und 22 dargestellten Art,

Figuren 2Ü, 25, 26, 27, 28 und 29
20

Schnittdarstellungen, um andere Ausbildungen bezüglich der in den Figuren 21 und 22 gezeigten Gleichrichterelemente darzustellen,

Figuren 30 und 31
25

eine Aufsicht bzw. eine Schnittdarstellung eines Teils einer Anzeigetafel gemäß einer anderen Ausführung nach der Erfindung,

Figuren 32, 33 und 34 ■ "

äquivalente Schaltkreisdiagramme nicht-linearer Widerstandselemenete, von denen jedes durch Sätze 'von Gleichrichterelementen gebildet ist, die mit gegenseitig entgegengesetzen Polaritäten angeordnet

„e sind, wobei jeder Satz eine Vielzahl von Gleichrichterelementen umfaßt,

COPY

Figur 35 eine Aufsicht und

■ι- ■.-.■■-

Figur 36 eine Schnittdarstellung eines Teils einer Anzeige ; . tafel, bei der jedes nicht-lineare Widerstands-• element aus Gleichrichterelementen gebildet ist,

_ die getrennt auf einem Substrat angeordnet sind, ο

• Figuren 37 und 38

^:. . eine "Aufsicht bzw. Schnittdarstellung eines Teils einer Anzeigetafel, gemäß einer Ausführungsform nach der Erfindung, bei der jedes nicht-lineare

Widerstandselement einen Satz von Gieichrichter-• . . elementen umfaßt, die mit einer Mehrschichtkon-' · figuration ausgebildet sind,

Figur 39 eine Barstellung, die einen allgemein verwandten Typ der Mehrschichtkonfiguration zeigt,

Figur 40 eine Darstellung einer Mehrschichtgleichrichter-

• . eiementkonfiguration, wobei eine Metallschicht in ". einem nicht-gleichrichtenden Übergangsbereich ausgebildet ist,

Figur 41 eine Darstellung, die eine in einem nicht-gleichrichtenden. Übergangsbereich in einer Mehrschicht- · gleichrichterelementkonfiguration, die Schottkyübergänge verwendet, ausgebildete Metallschicht zeigt,

Figur 42 eine Darstellung, die eine Schicht mit hoher · Störstellenkonzentration in einem nicht-gleichrichtenden Übergangsbereich in einer Mehrschichtgleichrichterelementkonfiguration zeigt, die Schottky-übergänge verwendet,

Figur 43 eine Darstellung, die eine Mehrschichtkonfiguration für den Fall zeigt, bei dem MIS-Elemente in einem nicht-linearen Widerstandselement verwandt werden, und

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Figur 44 eine Darstellung, die eine Mehrschichtkonfiguration für den Fall zeigt, bei dem PIN-übergänge in einem nicht-linearen Widerstandselement verwendet werden.

Bevor die Ausführungsformen der Erfindung beschrieben werden, wird eine einfache Erläuterung der grundsätzlichen Ausgestaltung einer Matrix-Anzeige gegeben. Figur 1 ist eine Darstellung zun Beschreiben einer Art von Matrix-Anzeige, die manchmal als passive Matrix-Anzeige bezeichnet wird, welche keine Steuerelemente aufweist. In Figur 1 bezeichnet S eine Vielzahl von Reihenelektroden und D eine Vielzahl von Spalteneiektroden, wobei Anzeigeelemente C an den Schnittstellen der Reihenelektroden und der Spaltenelektroden angeordnet sind. Figur 2 ist eine Darstellung, um eine Matrix-

Anzeigeeinrichtung zu beschreiben, bei der Steuerelemente mit zwei Anschlüssen, d.h. nicht-lineare Widerstandselemente NL verwendet werden. Jedes Matrix-Element M, das an einem Schnittpunkt einer Reihenelektrode und einer Spaltenelektrode angeordnet ist, umfaßt ein nicht-lineares Element

NL und ein Anzeigeelement C, die in Reihe miteinander verbunden sind.

Figur 3 zeigt die ideale Charakteristik eines nicht-linearen

Elementes. Gemäß der Darstellung sind zwei unterschiedliche 25

Widerstandswerte R und R_ein für quer zu dem Element liegende Spannungen gezeigt, deren absolute Werte tiefer und höher als die Schwellenspannung V_sch liegen.

__ Figur 4 zeigt die Kennlinie eines nicht-linearen Widerstands-ου

elementes nach dem Stand der Technik, welches von Varistoren oder MIM-Dioden gebildet ist, wie es in der Druckschrift 3 beschrieben ist. MIM-Elemente zeigen eine Kennlinie der folgenden Art:
I <x£ V exp(B NT) .

Varistoren haben eine Kennlinie der folgenden Form

¹ ·*■ Vr _t _mifc ρ >_ 50 .

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<■ - t

Verglichen mit dem idealen Beispiel gemäß Figur 3 ist die Nicht-Linearität in beiden Fällen nur schlecht festgelegt. Als Ergebnis hiervon liegt ein großer Wert von I «nahe

. duo

der Schwellenspannung V_s . vor, wodurch es schwierig wird, genau die Treiberströme für die Anzeigeelemente in Abhängigkeit von vorbestimmten Treibersignalpotentialen genau zu schalten. Ferner wird'der Betrieb durch Datensignale anderer Reihen beeinflußt, d.h. es wird ein übersprechen

-₀ erzeugt.. Somit ist es nicht möglich, solche nicht-linearen Widerstandseiemente zu.verwenden, um eine analoge Anzeige

; zu schaffen, welche eine sehr genaue Steuerung der Kontrastpegel der Bildelemente, beispielsweise bei einer Fernseh-Anzeige erfordert.

.'"■■ · .

Figur 5 zeigt die Verteilung von Streuabweichungen des Wertes der Schwellenspannung Vg . von Varistoren, wie es in der Druckschrift 2 beschrieben ist. Gemäß der Darstellung ist es schwierig, die Werte V-. für Varistoren wegen der großen Breite der Herstellungsstreuabweichungen zu steuern. Dies gilt auch für MIM-Elemente, deren Arbeitsweise auf Tunnelströmen beruht, die durch eine dünne Schicht eines elektrisch isolierenden Materials hindurchgehen.. Die Isolationsgüte einer solchen Schicht wird in hohem Maße von der Art des die Schicht bildenden Materials beeinflußt, wodurch es schwierig ist, V_Sch> I_ein und I_aus mit genauen vorbestimmten Werten zu steuern.

COPV

Statt Varistoren oder MIM-Elemente zu verwenden, ist es möglich, die Vorwärtsleitfähigkeitseigenschaften von Dioden auszunutzen, um nichtlineare Widerstandselemente zu schaffen, da diese nichtlineare Elemente ergeben, welche enggesteuerte Eigenschaften und eine hohe Schwellenspannung aufweisen. In der Druckschrift 1 wird eine Anordnung vorgeschlagen, ■ bei der Dioden in einer Ringkonfiguration verbunden sind. Das heißt, jedes nichtlineare Widerstandselement umfaßt zwei Sätze von jeweils bis zu 40 Dioden, wobei die Dioden in jedem Satz in Reihe verbunden und die Sätze parallel mit gegenseitig entgegengesetzten Polaritäten verbunden sind. Jedoch treten Schwierigkeiten bei der Verwendung solcher Diodenringe auf. Erstens, wenn insgesamt 10 χ 2 = 80 Elemente für jedes Matrixelement verwendet werden, dann sind bei einer Matrix mit 500 Reihen und 500 Spalten ins-

•7

gesamt 2 χ 10 Elemente erforderlich. Es ist unmöglich eine solch große Anzahl von Elementen auf einer Anzeigeplatte bei Verwendung normaler Herstellungsverfahren getrennt anzuordnen, obgleich die vorliegende Erfindung eine Anordnung angibt, durch die der von einer Anzahl von in Reihe geschalteten Gleichrichterelementen besetzte Anzeigesubstratsbereich verglichen mit herkömmlichen Verfahren in hohem Maße verringert werden kann, bei denen die Anzeigeelemente getrennt auf einem Substrat angeordnet und durch auf diesem ausgebildete Leitungen miteinander verbunden sind. Ferner ist es beim Einsatz normaler Herstellungsverfahren schwierig, die Leckströme der Diodenübergänge auf einem niederen und stabilen Wert zu halten, wenn eine solch große Anzahl von Elementen verwendet wird. Zusätzlich, wenn eine große Anzahl von in Reihe geschalteten Elementen bei der Ausbildung eines jeden nichtlinearen Widerstandselementes verwendet wird, ist es schwierig, einen ausreichend großen Wert von I_ei zu erreichen und ein hoher Pegel .für die Versorgungsspannung wird wegen des großen Wertes der Schwellenspannung Vg^ erforderlich 35

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^ Bei der vorliegenden Erfindung sind die Nachteile bein Stand der Technik in hohem Maße verringert. Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.

Fig. 6 zeigt ein Blockdiagramm einer Ausfuhrungsform einer Anzeigeeinrichtung nach der Erfindung. Das Bezugszeichen 10 bezeichnet eine Anzeigetafel. Das Bezugszeichen 12 bezeichnet einen Treiberschaltkreis für Reihenelektroden, . um Abtastsignale, die die in Fig. 7 gezeigte Form Q* aufweisen/ an die Reihenelektroden S 1 bis SN der Anzeigetafel zu legen. Das Bezugszeichen 16 bezeichnet einen Treiberschaltkreis für die Spaltenelektroden _r um Datensignale mit der in Fig. 7 gezeigten Form Dm an die Spaltenelektroden D1 bis.De .zu legen. Das Bezugszeichen 14 bezeichnet eine ¹^ Steuereinrichtung, um Anzeigedaten 18, Zeitsignale 24 und und Stromversorgungen 20 und 22 für die Treiberschaltkreise zur Verfügung zu stellen.

Fig. 7 zeigt ein Beispiel von Treibersignalwellenformen. Wenn Treibersignale mit solchen Wellenformen verwendet werden, reicht ein Wert für die Schwellenspannung V_Sch für die nichtlinearen Elemente in der Größenordnung von 0,5.bis . 1V aus. Somit ist.es möglich, eine einzige Diodenstufe für-

jedes nichtlineare Element statt bis zu 40 Stufen zu ver-,i*""" 25 wenden, wie es bei dem vorhergehend beschriebenen Beispiel aus dem Stand der Technik erforderlich ist.

Fig. 8 zeigt ein anderes Beispiel von Treibersignalwellen-· formen. Im folgenden wird die Spannung, die an ein Anzeigeelement gelegt werden muß, damit es in den aktivierten Zustand gebracht wird, mit V . und die Spannung, welche angelegt werden muß, um ein Anzeigeelement in dem nicht aktivierten Zustand zu halten, mit V bezeichnet. Das Ver—

hältnis ^v _ein ^/v _aus wird als der Arbeitsspielraum M (operating 35

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margin) bezeichnet. Der Arbeitsspielraum M ist ein Maß für die von einer Anzeige geschaffene Bildqualität die sich aufgrund des Auflösungsvermögens und des Kontrastes (d.h. des Kontrastverhältnisses) ergibt, die die Anzeige liefert. V/enn Treibersignalwellenformen der in Fig. 7 oder 8 gezeigten Form verwandt werden, liefert- ein Wert der Sc iwellenspannung ^VSch ^{im Bereich von} °»5 bis 1 V für die nichtlinearen Widerstandselernente einen ausreichend großen Wert für den Arbeitsspielraum M, so daß dann, wenn jedes nichtlineare Element aus zwei Sätzen von mit entgegengesetzten Polaritäten parallel verbundenen Dioden gebildet sind, jeder Satz eine bis drei Diodenstufen umfassen kann.

Fig. 9 zeigt die Beziehung -zwischen dem Arbeitsspielraum M der Schwellenspannung V„ . der nichtlinearen Elemente und dem Anzeigeauflösungsfaktor N für Anzeigeelemente, die eine Aktivierungsspannung von 2 V haben. Je größer der Wert M ist, umso besser ist die Bildqualität. Auch kann man Fig. 9 entnehmen, daß für ein spezifisches Auflösungsvermö-

gen die Bilcqualität umso besser sein wird, je größer der Wert der Schwellenspannung V„ , der nichtlinearen Elemente ist. Ferner ist für einen gegebenen Wert des Arbeitsspiel-, raums M der Anzeigeauflösungsfaktor M umso besser je größer der Wert der Schwellenspannung V₃ , der nichtlinearen EIemente ist, wobei dieser Faktor N schnell mit zunehmendem Viert von V_3ch zunimmt. Zusätzlich, wenn die Ansprechgeschwindigkeit der Anzeigeeinrichtung groß sein soll, dann muß der Pegel des EIN-StromesT . auch groß gemacht werden, um sicherzustellen, daß die durch die Anzeigeelemente während

eines vorbestimmten Treiberzeitintervalls fließende Strommenge ausreicht. Wenn der Wert I . nicht ausreichend groß ist, dann sind die EIN- und AUS-Zustände der Anzeigeelemente nur schlecht festgelegt und der Kontrastgradient ist klein mit der Folge einer schlechten Bildqualität. Man sieht so-

mit, daß die Werte von V„ , und von I . in einer Anzeige-

ocn θ χ π

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einrichtung von großer Bedeutung sind. Vom Gesichtspunkt der Steuerung der Elementeeigenschaften und der Kosten können nichtlineare Elemente, die die Vorwärtsleitfähigkeitseigenschaf t von Didoder. ausnützen, als bevorzugt betrachtet werden.

Fig. 10 zeigt eine Aufsicht auf einen Teil einer Ausführungsform einer Anzeigetafel nach der Erfindung. Fig. 11.zeigt eine Schnittdarstellung längs der Linie 65 in Fig. 10.

•10 Bei dieser Ausführungsform umfaßt jedes nichtlineare Widerstandselenient ein Paar Gleichrichterelemente, die mit entgegengesetzten Polaritäten parallel verbunden sind, wobei jedes Gleichrichterelement eine durch Niederschlagen einer dünnen Schicht gebildete PIN-Diode umfaßt. Diese Ausführungsform ist für eine Matrix-Anzeigeeinrichtung geeignet, die Treibersignale von der in den Fig. 7 oder 8 dargestellten Art verwendet, wobei nur ein niedriger Wert für die Schwellenspannung der nichtlinearen Widerstandselemente erforderlich ist. Die Bezugszeichen 50,51 bezeichnen Substrate, 72 und 71 bezeichnen Reihenelektroden, 53 und 55 bezeichnen eine Oberflächenschutzschicht bzw. eine Ausrichtschicht, und 54 bezeichnet ein Anzeigeelement, welches ein Material wie z.B. einen Flüssigkristall umfaßt. Mit den Bezugszeichen 64 und 77 sind Gleichrichterelemente bezeichnet, welche umfassen Halbleiterbereiche 74,75, von denen jeder-aus einer P-Typ Halbleiterschicht 60 besteht, einer I-Typ Halbleiterschicht 59, die ein geringes Maß an zugesetzten Fremdatomstoffen aufweist und eine N-Typ Halbleiterschicht 58, um eine PIM-Dioden-Struktur zu bilden.

Mit 8-1 ist eine Anzeigeelektrode und mit 61 eine Spaltenelektrode bezeichnet. Die Spaltenelektrode 61 ist mit einem Anschluß des Gleichrichterelementes 64 über eine leitende Schicht 57 verbunden. Der Anschluß der entgegengesetzten Polarität des Gleichrichterelementes' 64 ist mit der Anzeigeelektrode 81 des Anzeigeelementes 54 über eine durch eine

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Kontaktöffnung 84 gekoppelte Verbindungselektrode 62 verbunden. Fig. 12 zeigt eine Aufsicht auf eine etwas andere Ausführungsform, bei der im Gegensatz zu der Anordnung gemäß Fig. 10 zwei Gruppen Gleichrichterelemente 9^ und 96 in einer Ecke eines jeden Bildelementes abgeformt sind.

Aus den vorhergehenden Ausführungsformen ergibt sich ohne weiteres, daß ein Merkmal der.Erfindung darin besteht, Gleichrichterelemente zu verwenden, welche als Dünnschichten ausgebildet sind. Ein anderes Merkmal besteht darin, daß die Strocwege dieser Gleichrichterelemente unmittelbar auf dem Substrat angeordnet sind. Eine derartige Anordnung ermöglicht die Querschnittsbereiche der Stromv/ege maximal auszubilden, so daß ein Nachteil bei Elementen dieser Art nach dem Stand der Technik, nämlich ein nicht ausreichender Wert von I . überwunden werden kann. Es ist ferner möglich, diese

ein

Schwierigkeit des nicht ausreichenden Stromes I_ein durch Ergänzung mittels Lichtwirkung zu verringern.

Im allgemeinen besteht ein Nachteil bei der Verwendung von Transistoren oder Dioden als Steuerelemente in Matrix-Anzeigeeinrichtungen in der Empfindlichkeit gegenüber Licht. Da Dioden eine Art von Solarzellen sind, kann sich ein fehlerhafter Betrieb durch die Erzeugung von fotoelektrischen Strömen ergeben. Bei der Erfindung sind zwei Gruppen von Gleichrichterelementen symmetrisch in bezug auf außerhalb erzeugtes, einfallendes Licht und Wärme derart angeordnet, daß sich deren Wirkungen im wesentlichen gegenseitig aufheben. Beispielsweise sind die Gleichrichterelemente 64 und 77 oder 94 und 96 in den Fig. 10 und T2 niit im wesentlichen der gleichen Form ausgebildet und sehr nahe beieinander angeordnet, so daß diese Flächen der Halbleiterbereiche jedes dieser Gleichrichterelemente in bezug auf von außen einfallendes Licht, wie es mit dem Bezugszeichen 66 in Figur 11 angedeutet ist, im wesentlichen identisch sind.

COPY

3334318 V5

Wenn z.B. jedes nichtlineare Widerstandselement aus mit einem Plasma-Niederschlagverfahren im Vakuum gebildeten PIN-Dioden aus amorphem Silicium bestehen, dann stellen die Kurven 101 und 102 in Fig. 13 die Solarzellen-Kennlinien

jeder dieser Dioden dar. Da diese parallel mit entgegengesetzten Polaritäten verbunden sind, ergibt sich eine Gesaintke.inlinie für das nichtlineare Widerstandselement, wie es die Kurve 103 zeigt. Man sieht, daß sich die foto-

, elektrischen Ströme 104 und 105 gegenseitig in diesem nichtlinearen Widerstandselement aufheben und nicht außerhalb von diesen auftreten. Ferner ist, wie es Fig. -14 zeigt,

■ die Schwellenspannung V„ . im wesentlichen stabil in bezug suf Pegeländerungen des einfallenden Lichtes bis zu einem Lichtpegel in der Größenordnung von 1/10 des AMI-

Solarzellen-Empfindlichkeitswertes (AMI bedeutet Luftmasse 1) (100 mW).

Bei der Erfindung ist es auch möglich, in positiver Weise die fotoelektrischen Wirkungen des einfallenden Lichtes

zu verwenden, statt sie auszuschließen. Da die Gleichrichtereleniente grundsätzlich, lichtempfindliche Einrichtungen sind, ist es schwierig, vollständig diese Wirkungen des einfallendes Lichtes auszuschließen. Bei der Erfindung kann eine der Elektroden eines Gleichrichterelementes,

beispielsweise die Elektrode 57 in Fig. 11 als eine transparente Elektrode aus einem Material wie Ir₀O-, :Sn oder SnO₂, ZnO usw. gebildet sein. Fig. 15 zeigt die ^R _ei_n ^/R _aus~ Kennlinien in Bezug auf den einfallenden Lichtpegel I. Im Falle von amorphen Silicium-Dioden, bei denen es eine wesentliche Schwierigkeit darstellt, einen ausreichend geringen Wert R . zu erzielen, wird das Problem mit zunehmendem Pegel des einfallenden Lichtes geringer. Jedoch bleibt der Wert R innerhalb zulässiger Grenzen, so daß dies

cLUS

keine besondere Schwierigkeit darstellt. Bei einer Ausführungsform der Erfindung, bei der eine Ausbildung unter

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■ fallenden' Lichtes verwendet

Verwendung der Wirkungen des einf ^ ^ _? ^ ^^ _ulrd, ist der Wert R₁ um einen FaK ^^^ _TOn Pegel des einfallenden Lichtes ι _ufleaung _nm

ΊοΟΟ lu* verringert. Somit nimmt die einen Faktor von 2-5 zu.

■ ν,βη der Verteilung der

Akzeptor-Konzentration N, und der ^ ^_

_{Kd die} einem Gleichrichterelemen « _lst. Fig-17 fSnrusnsform der Figuren !0 und Π .-._β ^^ _zeist die Beziehung zwischen der Dicke ^ ^ ^ ^_ _{der pIN}._Halbleiterstru₁ctur und I u ^^^ _pR_

nimmt, nimmt l_aus sohneil ab un .in „ _verwandt

_Di0den aus amorphem Silicium ^b" ^ _herzustellen, _da&

„erden, dann ist es von Bedeutung _niohtlinearen

! ... ausreichend groß ist. «°^bel*" „„„,,„ _{so klei}n ■

. _Λιι Di°S Steile a^^llv" ' exit

wie möglich sein soll- υ - . Gegenmaßnahmen in der

_seln wird, während die «^-«»^^» des _fotoeleXtrinementstruktur zum *»^ft«^b'ⁿ ^^ ^rrinsert ist. sehen Stromes vorzusehen, ^brt"^_erunpllMM11tr_rti™ . Andererseits werden, wenn ι _{hUoh erford}erliohe _{1B de}r !-Schicht größer als,der ^_{1 angelegten} Wert zum Standhalten gegenüber · ^ Steuereigenspannung gemacht wird _{hte kann} erhöht

■ -_sohaften verbessert und «^^^„^„, _llefert „erden.im Vergleich mit eine_{Maß an} Her_{elne PIN}-Diodenstr* « ^ ^^ _{von x und} stellungsabweichungen »e.uglic ^ ^^ ^ ₃ ^ _ver_

v_soh und es ^^^^ _dle vorhergehenden Aus-„endet werd^,» η Hi bli ^ ^^ _ 3 „_{lB 50O nm}

führungen ist eine
optimal.

³⁵ COPY

333Α918

Die Grenze des Wertes für den Vorwärtsstrom I _in in einer PIN-Diodenausbildung wird hauptsächlich durch den Löcherstrom in dem ΡΙ-übergangsbereich festgelegt. Wenn die I-Schicht etwas mit Bor dotiert ist, wie es in Fig. gezeigt ist, ermöglicht die P⁺PN-Struktur Verbesserungen bezüglich der Werte von I . und I, ,_o· Fig. 19 zeigt

sin aus

die Besiehungen zwischen dem Mischungsverhältnis B₂Hg/ SiH₂, und I_air. und I . Wenn der Anteil von Β,,Η^ nicht äußerst groä ist, können Verbesserungen der. Eigenschaften erhalten werden.

COPY

Wenn ferner die. Elemente aus amorphem Silizium unter Verwendung des . Plasma- Nieders^hlagsverfahren im· Vakuum (CVD) des lichtunterstützten (photo assisted) Kathoden-Niederschlagsverfahren im Vakuum oder des Aufstäubverfahrens gebildet werden, dann kann das Do-•tierungsprofil, gemessen in der Richtung der Dicke der Schichten, frei gesteuert werden, und wie es Fig. 20 zeigt, können die übergänge durch allmähliche Änderungen in diesem Profil, ausgebildet werden. Solche gradienten übergänge sind für nicht lineare Widerstandselemente, welche in einer Matrix-Anzeigeeinrichtung eingesetzt werden sollen, äußerst geeignet. Die Gründe hierfür W liegen im folgenden. Erstens kann ein Strom mit einem großen Wert aufgrund der Diffusionsströme fließen, welche von den Löchern und Elektronen in den PI- und IN-übergängen herrühren, so daß I . großgemacht v/erden kann.

61 Ii

Jedoch·können wegen des Vorhandenseins eines als eines Zwischenbereiches gebildeten Bereiches mit niederer Frendstoffatomkonzentration die Fermi-Potentiale der dotierten Schichten auf beiden Seiten des Bereiches mit niederer Fremdstoffatomkonzentration genau bestimmt werden. Als Ergebnis hiervon sind die Streuungen des Wertes V« , und die Übergangsleckströme stark verringert.

a 25 Fig. 21 zeigt eine Aufsicht auf einen Teil einer anderen •Ausführungsform einer Anzeigetafel nach der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform sind für jedes Bildelement eine Vielzahl von Anzeigeelementen und nicht-linearen Widerstandselementen vorgesehen. Fig. 22 zeigt eine Schnittdarstellung längs der Linie 116 in Fig. 21.

Mit 108 ist eine Spaltenelektrode bezeichnet, die mit einer Elektrode eines Gleichrichterelementes 115 und M7 durch eine leitende Schicht 112 verbunden ist, welche ai3 erste Verbindungselektrode bezeichnet wird. Mit 113 und 114 sind Reihenelektroden, mit 110 eine zweite Verbin-

COPY

Q rs o A Q Λ. Q

dungseiektrode undmit115a und 111 ~dne Halbleiterschicht bezeichnet, in der eine oder mehrere'Diodenübergänge ausgebildet sind. Die Bezugszeichen 51 und 50 bezeichnen Substrate, 53 und 55 eine Oberflächenschutzschicht bzw. eine Aus-

. 5 richtschicht,116 bezeichnet eine Anzeigeelektrode und 54 eine Flüssigkristallschicht. Gleichrichterelemente 115 und 117 umfassen jeweils eine Halbleiterschicht

■-- . und weisen mit jeder Seite der Halbleiterschicht gekoppelte Elektroden auf. Die zwei Gleichrichterelemente sind in einer Ringkonfiguration miteinander verbunden, um ein nicht-lineares Widerstands element mit zwei Richtungen darzustellen. Die Bezugszeichen 116, 118 und 120 bezeichnen Anzeigeelektroden.

Das äquivalente Schaltbild eines Bildelementes gemäß der Ausführungsform von Fig. 21 und 22 ist in Fig._23 dargestellt, wobei drei Anzeigeelemente· und drei entsprechende nichtlineare Widerstandselemente für jedes Bildelement vorgesehen sind. Die Eildelemente 119a, 119b und 119c sind in Reihe mit Gleichrichterelementen 115a, 115b bzw. 115c an den Schnittstellen zwischen einer'Reihenelektrode 114 und einer Spaltenelektrode 108 verbunden, wobei diese Ausgestaltung ein Bildelement bildet. Diese Anordnung, bei der eine Vielzahl von Gruppen von Anzeigeelementen und nichtlinearen Elementen für jedes Bildelement vorgesehen sind, weist die folgenden Vorteile auf. Erstens ist es nicht erforderlich, das obere und untere Substrat mit großer Genauigkeit auszurichten. Der Grund hierfür besteht darin, daß, wenn die Lage einer Reihenelektrode oder einer Spaltenelektrode auf einem Substrat und die Lage eines Anzeigeelementes, welches mit einer Anzeigeelektrode gekoppelt ist.-, nicht zueinanderpassen bzw. zueinander angepaßt sind, dann wird übersprechen bei einer Anzeigeeinrichtung auftreten, in der ein einziges Anzeigeelement für jedes BiIdelement vorgesehen ist. Bei der Ausführungsform gemäß

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Fig. 23 jedoch ist eine Vielzahl von Anzeigeelementen für jedes Bildelement vorgesehen, so daß das übersprechen verringert ist und dessen Wirkungen vernachlässigbar gemacht werden können. Aus diesen Gründen liefert die Ausführungsform gemäß Fig. -23, bei der eine Anzahl von Anzeigeelementen für jedes Bildelement vorgesehen ist, eine erhöhte Bildqualität. Um die vorhergehend beschriebenen Ergebnisse zu erzielen, sollten die Anzeigeelektroden 116, 118, 120..., die in Fig. 21 gezeigt sind, parallel zu den Reihenelektroden 113, 114.... positioniert werden.

Ein zweiter Vorteil besteht darin, daß der Produktionsausstoß erhöht werden kann. Dies bedeutet, daß in dem Fall einer Anzeigeeinrichtung, bei der nur ein Anzeigeelement für jedes Bildelement vorgesehen ist, das gesarate Bildelement unwirksam wird, wenn nur eines der Gleichrichterelemente fehlerhaft wird, welches- mit einem Anzeigeelement verbunden .' ist. Eine solche Wirkung ist auffallend und verringert die Bildqualität. VJe η η jedoch eine. Anzahl von Anzeigeelementen für jedes Bildelement vorgesehen ist, ergibt sich selbst dann, wenn eines der Gleichrichterelemente eines Anzeigeelementes fehlerhaft werden sollte, keine Wirkung auf die Arbeitsweise des entsprechenden Bildelementes, so daß keine Fehler in dem Bild auftreten.

Wie vorhergehend beschrieben, ist somit eine Ausbildung gemäß dieser Ausführungsform nach der Erfindung sehr vorteilh-at in Bezug auf einen erhöhten Produktionsausstoßes und verbesserte Bildqualität und verringert die Gesamtherstellungskosten.

Die Fig. 24, 25 und 26 zeigen spezielle Ausbildungen für Bereiche der Gleichrichterelemente, die in den Fig. 21

und 22 dargestellt sind. In Fig. 24 bezeichnet das Bezugs-35

zeichen 121 eine untere Elektrode, das Bezugszeichen 122

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einen Halbleiterbereich und das Bezugszeichen 126 eine obere Elektrode. Der Halbleiterbereich 122 umfaßt eine Vielzahl von Schichten, die unterschiedliche Arten von Dotierungen mit Fremdstoffatomen oder unterschiedliche Fremdstoffatomkonzentrationen aufweisen. In Fig. 24 ist

eine PIN-Diodenstruktur aus drei Schichten gebildet, näm-• lieh einer Schicht 123 vom P-Typ (oder N-Typ), einer Schicht 124 mit einer geringen Fremdstoffat'omkonzentration und einer Schicht 125 vom N-Typ (oder P-Typ). Ein Nachteil dieser Ausgestaltung besteht darin, daß ein seitlicher .Strompfad außerhalb des normalen PIN-Strompfades zwischen der Schicht 123 vom P-Typ (oder N-Typ) und der Elektrode 126 gebildet wird. Diese Schwierigkeit des seitlichen Strompfades kann dadurch verringert werden, daß der Abstand zwischen dem Anschluß 129 der unteren Elektrode und dem Aüsgangsanschluß 128 der oberen Elektrode groß gemacht ■und die Breite der Anschlüsse verringert wird. Der Vorteil dieser Ausbildung gemäß den Fig. 24 bis 27 besteht darin, daß die gesamte Struktur nur drei Schichten umfaßt, d.h.

die obere Elektrodenschicht, die Halbleiterschicht und die untere Elektrodenschicht, so daß die Ausbildung dieser Schichten und der Musterausbildungsvorgang insgesamt in drei Schritten durchgeführt werden kann. Dies verkürzt die Herstellungszeit und erleichtert den Herstellungsvorgang, wodurch eine beträchtliche Kostenverringerung möglich wird.

Fig. 25 unterscheidet sieh von der Anordnung gemäß Fig.24 in der Ausbildung eines Bereiches 133 des ersten der auszubildenden Halbleiterbereiche 132, d.h. die Schicht 131 vom P-Typ oder N-Typ. Genauer gesagt, wird bei der Ausführungsform gemäß Fig. 24 ein Teil der Halbleiterschicht· 123 auf dem Ausführungsbereich 127 der unteren Elektrode belassen. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 25 hingegen ⁵ist dieser Teil fortgelassen. Als Ergebnis hiervon wird der bei der Ausführungsform gemäß Fig. 24 auftretende

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·· - 30 ■ ■-:

Nachteil, nämlich, daß ein seitlicher Strompfad gebildet ist, der einen Leckstrom ermöglicht, beträchtlich verringert. Die Herstellungsschritte für die Ausführungsform gemäß Fig. .25 sind in Fig. 26 (a) und 26 (b) dargestellt. Wie gezeigt, wird ein Selbstausrichtverfahren verwandt, um die Anzahl der Markierungsstufen zu verringern. Zuerst werden mit einem Schritt (a) die untere Elektrodenschicht 121 und die Haibleiterschicht . 141, welche Träger von einer ersten Art (d.h. P-Typ oder N-Typ) aufweist, nacheinander niedergeschlagen. Gleichzeitig werden unter Verwendung einer einzigen Maske diese Schichten mit Mustern so ausgebildet, daß die Halbleiterschicht Hi die Elektrodenschicht 121 bis zu dem Substrat überlappt. Anschließend werden die Schicht 124 mit niederer Fremdstoffatomkonzentration und eine Halbleiterschicht 125 mit einer zweiten Art von Trägern (d.h. P-Typ oder N-Typ) aufeinanderfolgend niedergeschlagen, wobei die Maskierung gleichzeitig durchgeführt wird. Während dieses Musterausbildungsschrittes wird die Halbleiterschicht 141 so geätzt, daß sie die mit 131 bezeichnete Form erhält. Während dieser Verfahrensschritte wird die Halbleiterschicht 131, die vom ersten Leitfähigkeitstyp ist, im unteren Elektrodenmuster ohne Überlappung überlagert, wobei die Lagen dieser Überlager- ■ ten Schichten automatisch ausgerichtet sind, d.h. selbstausrichtend sind.

Fig. 27 zeigt eine Schnittdarstellung einer anderen Ausführungsform der Erfindung, wobei ein Teil eines Gleichrichterelementes dargestellt ist. Mit dem Bezugszeichen 151 ist eine untere Elektrode, mit 152 ein Halbleiterbereich und mit 155 eine obere Elektrode bezeichnet. Die untere Elektrode 151 und der Halbleiterbereich 152 bilden einen Übergang mit Grenzschicht vom Schottky-Typ, während die obere Elektrode 155 und der Halbleiterbereich 152 einen Ohmschen Übergang bilden. Das untere

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Element 151 kann beispielsweise durch eine Schicht aus Platin unter Verwendung eines Zerstäubungsverfahrens gebildet werden, und der Halbleiterbereich 152 kann als eine Schicht aus amorphem Silizium durch Plasma-Niederschlag is Vakuum (CVD)' gebildet werden. Die obere Schicht 155 kann als eine transparente leitende Schicht aus Indiumoxid gebildet werden.

Der untere Bereich 153 des Halbleiterbereiches 152 umfaßt eine Halbleicersehicht mit niederer Fremdstoffatomkonzentration, um einen Schottky-übergang zu schaffen, während ' der obere Bereich 154 des Halbleiterbereiches 152 eine Halbleiterschicht umfaßt, die Fremdatome, wie Bor oder Phosphor enthält. Die Verwendung eines Grenzschichtüberganges vom Schottky-Typ wie bei dieser Ausführungsform ergibt die folgenden Vorteile. Erstens, es kann ein großer • Wert für den Strom in Vorwärtsrichtung erzielt werden. Wie anhand der in den Fig. 7 und 8 dargestellten Treibersignalweilenfcrmen zu erkennen ist, werden die Treibersignale an die nicht-linearen Widerstandselemente einer Matrix-Anzeigeeinrichtung in einer.Time-Sharing-Weise gelegt, und -es ist erforderlich, einen ausreichend großen Stromwert für die Anzeigeelemente zur Verfügung zu stellen Somit ist es notwendig, einen ausreichend großen Wert für den Strom in Vorwärtsrichtung in diesen Elementen zu schaffen. Jedoch ist in dem Fall der vorhergehend beschriebenen Beispiele, bei denen PIN-Diodenübergänge oder PN-Diodenübergänge verwendet werden, der Wert des Stromes in Vorwärtsrichtung niedrig, und als Ergebnis

hiervon muß die Fläche eines jeden Anzeigeelementes groß sein. Durch die Verwendung von Schottky-Grenzschichtübergängen jedoch ist vielmehr statt wie bei einem Stromfluß, dem Minoritätsträger-Driftströme zugrunde liegen, wie im Falle von PIN-Übergängen oder PN-übergängen,

der Stromfluß in Vorwärtsrichtung das Ergebnis von

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Majoritätsträgern, so daß ein ausreichend großer Wert an Strom erreicht werden kann.

Ein zweiter Vorteil bei der Verwendung von Gleichrichter-5' elementen, die Schottky-Grenzschichtübergänge aufweisen, . in einer Matrix-Anzeigeeinrichtung besteht darin, daß die Ladungsanhäufung, verglichen mit der Verwendung von PN-Übergängen oder PIN-Übergängen verringert wird. Deshalb ist das übersprechen gering. Da der Stromfluß bei PIN-Übergängen und PN-Übergängen auf Minoritätsträgern beruht, können, wenn die Richtung der angelegten Spannung von der Vorwärtsrichtung in die umgekehrte Richtung,umgeschaltet wird, die angesammelten Minoritätsträger nicht sofort von dem Übergangsbereich entfernt werden, so daß der Stromfluß in Vorwärtsrichtung nicht unmittelbar nach Anlegen einer umgekehrten Vorspannung angehalten werden, kann. Dieses Verhalten ergibt ein übersprechen auf der Anzeige mit einer geringeren Anzeigeauflösung. Wenn jedoch Schottky-Grenzschichtübergänge verwendet werden, wie bei dieser Ausführungsform, kann das Maß an Ladungsanhäufung aufgrund von Minoritätsträgern vernachlässigt werden, so daß sich ein geringeres übersprechen ergibt.

Aufgrund der vorhergehend beschriebenen Vorteile ermöglicht die Verwendung von Schottky-Grenzschichtübergängen für die Gleichrichterelemente ein gutes Ansprechen selbst dann, wenn Treibersignalimpulse geringer Dauer angelegt werden, so daß eine hohe Anzeigedichte mit beispielsiieise 500

bis 1000 oder mehr Abtastlinien erzeugt werden kann. 30

Ein dritter Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß die Herstellung vereinfacht wird. Wenn Schottky-Grenzschichtübergänge verwendet werden, tritt der bei der Ausführungsform gemäß Fig. 24 vorhandene seitliche Leckstrompfad nicht auf, so daß die in Fig. 26 dargestellten Her-

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.1 Stellungsschritte nicht erforderlich sind- Genauer.gesagt, kann durch die Ausbildung einer Schottky-Grenzschicht an dem übergang zwischen der unteren Elektrode und der.Halbleiterschicht bei der Ausbildung gemäß Fig. 27 ein Element in drei Schritten für die Schichtausbildung und die Mustererzeugung hergestellt werden. Das derart gebildete Element zeigt einen Leckstrom entlang eines seitlichen Strompfades,

Es ist- möglich, anderes Metall als Platin für die Schottky· übergänge zu verwenden, wie z.B. Ir, Au, Rh₁ Pd, Ni, Cr, Al usw., während polykristallines oder mikrokristallines Silizium oder Te, Se, Cd, CdS, InP, GaAs usw. für das Halbleitermaterial und Al, Cr oder Ni usw. für die ohmischen übergänge verwendet werden können. Es ist auch 15

möglich, die bei dieser Ausführungsform dargestellte Konfiguration umzudrehen, d.h. den Schottky-übergang zwischen der unteren Elektrode und dem Halbleiterbereich auszubilden und einen ohmischen übergang zwischen der oberen Elektrode und dem Halbleiterbereich zu bilden. Auch ist es möglich, einen Übergang vom MIS-Typ zu bilder., indem eine dünne isolierende Schicht innerhalb des Schottky-Überganges eingefügt wird.

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333A918

Fig. 28 zeigt eine Schnittdarstellung eines Gleichrichterelementes vom MIS-Typ. Mit 161 ist eine Reihenelektrode, mit 162 eine dünne Isolierschicht, mit 163 ein Halbleiterbereich und mit 165 eine obere Elektrode bezeichnet. Da der Halbleiterbereich 1.63 eine MIS-Charakteristik zeigt, wird eine Schicht 164 mit geringer Fremdstoffatomkonzentration auf der. Seite der isolierenden Schicht bei dieser Ausbildung vorgesehen, und eine Schicht 165 mit einer großen Fremdstoffatomkonzentration ist auf der Seite der oberen Elektrode der Kalbleiterschicht ausgebildet, um einen ohmischen Kontakt zu schaffen. D.h., die Halbleiterschicht 163 umfaßt zwei Schichten. Materialien, wie Pt, Cr usw. können für die untere Elektrode, während Materialien wie Ta₂O oder TiO₂ für die Isolierschicht, amorphes Silizium für den Halbleiterbereich und ein Material wie ITO (Indiutnzinnoxid) für die obere Elektrode verwendet

werden kennen.
20

Ein Vorteil der Verwendung eines Gleichrichterelementes vom MIS-Typ in einer Anzeigeeinrichtung besteht darin,

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daß ein großer Wert für die Schwellenspannung V_Sch erhalten werden kann. Wenn beispielsweise' die untere Elektrode aus Cr gebildet ist, wird, wenn keine Isolierschicht verwendet wird, V₀ . in der Größenordnung von 0,2 V liegen. Wenn .iedoch eine MIS-Ausbildung verwendet wird, wobei eine Isolierschicht aus InO mit einer Dicke in der Größenordnung von 30 S gebildet wird, dann nimmt der Wert von V_CrsV, auf die Größenordnung von 0,55 V zu. ·

Fig. 29 zeigt eine Schnittdarstellung eines Gleichrichterelementes nit einem Hetero-übergang. ■ Das Bezugszeichen 171 bezeichnet eine Reihenelektrode, .das Bezugszeichen V 172 einen Kalbleiterbereich und das Bezugszeichen 172

eine obere Elektrode. Bei dieser Ausführungsform ist die untere Elektrode aus einer leitfähigen Art eines Halbleiters gebildet, wobei ein Hetero-übergang zwischen dieser Elektrode und dem Halbleiterbereich gebildet ist.

Wenn beispielsweise die untere Elektrode aus In2CU:Sn, - 20 der Halbleiterbereich aus amorphem Silizium und die

untere Elektrodenseite des Halbleiterbereichs aus einer Schicht 173 mit einer geringen Fremdstoffatomkonzentration gebildet sind, dann kann ein geeigneter übergang hergestellt werden. Mit 174 ist eine Schicht mit hoher Fremd-/""*' 25 Stoffatomkonzentration bezeichnet, um einen nicht gleichrichtenden Kontakt mit der oberen Elektrode 175 zu schaffen.

Die Vorteile der Verwendung eines Gleichrichterelements mit einem Hetero-übergang in einer Anzeigeeinrichtung sind die folgenden. Erstens, das Herstellungsverfahren ist einfach und es können stabile Eigenschaften erhalten werden. Beispielsweise können, wenn das in Fig. 15 dargestellte Herstellungsverfahren verwendet wird, die Schichtausbildungen und Musterausbildungsvorgänge mit . insgesamt drei Schritten durchgeführt werden.

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Fig. 30 zeigt eine Aufsicht auf einen Anzeigetafelteil einer anderen Ausführungsform nach der Erfindung, und Fig. 31 stellt eine Schnittdarstellung längs der Linie-188 dar. Bei dieser Ausführungsform sind eine untere Elektrode 181 unter einem Halbleiterbereich 182 und eine obere Elektrode 183 angeordnet und beide aus nichttransparenten, leitenden Schichten hergestellt. Bei einer solchen Ausgestaltung kann kein Licht in den Halbleiterbereich eindringen, so daß sich keine Änderungen bezüglich der Eigenschaften der lichtempfindlichen Elemente aufgrund von einfallendem Licht ergeben. Ferner wird die Zuleitungsverbindung zu der oberen Elektrode durch eine Kontaktöffnung geschaffen, die in der Isolierschicht 63 ausgebildet ist, so daß die Kontaktverbindung keine Seitenfläche des Halbleiterbereiches berührt. Somit wird kein Leckstrom läng eines seitlichen Strompfades hervorgerufen, welcher bei der Anordnung gemäß Fig. 24 auftritt.

Bei den vorhergehend beschriebenen Ausführung^formen nach der Erfindung umfaßt jedes nicht-lineare Widerstandselement ein Paar von Gleichrichterelementen, von denen jedes eine einzige Diode, die parallel mit entgegengesetzten Polaritäten geschaltet sind, umfaßt, um dadurch Gleichrichterelemente mit in zwei Richtungen symmetrischen Leitungseigenschaften der in Fig. 3 dargestellten Grundform zu bilden. Eine solche Anordnung ist dann geeignet, wenn ein niederer, jedoch genau gesteuerter Wert der Schwellenspannung ausreichend ist. In manchen Fällen jedoch mag es erforderlich sein, einen größeren Wert für die Schwellenspannung zu liefern, als es mit einer einzigen Diodenstufe möglich ist. In einem solchen Fall kann ein nichtlineares Widerstandselement aus zwei Sätzen von Gleichrichterelementen gebildet werden, von denen jeder eine Vielzahl von Diodenstufen umfaßt, die in Reihe für eine Leitung in einer Richtung verbunden sind. Der äquivalente Schaltkreis einer solchen Anordnung ist in Fig. 32 darge-

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stellt, bei dem ein nicht-lineares Widerstandselement 190 ein Paar von Sätzen von Gleichrichterelementen 192 und 194 umfaßt, von denen jeder eine Vielzahl von Diodenstufen aufweist. Die Sätze 192 und 194 sind parallel mit entgegengesetzten Polaritäten geschaltet.

Eine andere Anordnung, um ein nicht-lineares Widerstandselement mit einem großen'Wert der Schvjellenspannung zu schaffen, ist durch den äquivalenten Schaltkreis gemäß Fig. 34 dargestellt. Hier kann man sich das nicht-lineare Widerstandselement als eine Vielzahl von Diodenringen 204, 206, vorstellen, die in Reihe geschaltet sind, wobei jeder Ring ein Paar von mit entgegengesetzten Polaritäten parallel geschalteten Dioden umfaßt. Die elektrische Betriebsweise ist diegleiche wie bei der Anordnung gemäß Fig. 32, ermöglicht jedoch, die Verbindungen zwischen den Diodenstufen einfacher als bei der Verbindung gemäß Fig. 32 herzustellen.

Wenn gemäß den Ausbildungen der Fig. 32 und 34 eine große Anzahl von Diodenstufen in jedem nicht-linearen Widerstandselement vorgesehen wird, dann wird das nichtlineare Widerstandselement fehlerhaft, wenn irgendein offener Kreis bei den Verbindungsleitungen- zwischen den Dioden vorliegt. Somit kann eine solche Anordnung zu einem relativ geringen Produktionsausstoß für die gesamte Matrix-Anzeigeeinrichtung führen, wenn diese eine große Anzahl von nicht-linearen Widerstandselementen umfaßt. Bei der Ausführungsform nach der Erfindung, deren äquivalenter Schaltkreis in Fig. 32 gezeigt ist, ist ' eine Vielzahl von nicht-linearen Widerstandselementen, von"denen jedes zwei Sätze Gleichrichterelemente (d.h. wie es mit . · ·■ 198 und 200 bezeichnet ist)aufwe

mit jedem Anzeigeelement gekoppelt. Somit wird ein fehlerhaftes Gleichrichterelement oder eine fehlerhafte Verbindungsleitung zwischen Gleichrichterelementen in einem der Sätze nur eines der nicht-linearen Widerstandselemente

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beeinträchtigen, und die Arbeitsweise des entsprechenden Bildelementes wird nicht beeinträchtigt. Als Ergebnis hiervon wird der gesamte Produktionsausstoß bei Matrix-Anzeigeeinrichtungen wesentlich erhöht, die eine solche Anordnung verwenden.:

Fig. 35 zeigt eine Aufsicht auf einen Teil einer Anzeigetafel gemäß einer Ausführungsform nach der Erfindung, die dem äquivalenten Schaltkreis gemäß Fig. 32 entspricht, bei dem Dioden., die durch Niederschlagen einer dünnen Schicht auf ein Substrat ausgebildet sind, durch auf dem gleichen Substrat ausgebildete Verbindungsleitung miteinander verbunden sind. Fig. 36 zeigt eine Schnittdarstellung der Anzeigetafel gemäß Fig. 35 längs der Linie A-B. Die Bezugszeichen 220 und 232 bezeichnen Substrate, 210 und 211 Reihenelelctroden, 222 und 224 eine Oberflächenschutzschicht bzw·, eine Ausrichtschicht und 223 ein Anzeigeelement, wie z.B. ein Flüssigkristall-Anzeigeelement - Die Bezugszeichen 218 und. 2"i9 bezeichnen Anzeigeelektroden zum Verbinden.

der Anzeigeeleraente, wie z.B. die Anzeigeelektrode 219_} die riiit der Anzeigeelement 223 verbunden .ist.

Die Bezugszeichen 214 und 215 bezeichnen zwei Sätze Gleichrichterelemente, die den Sätzen 192 und 19¹^ in. Fig. 32 entsprechen. Bei diesem Beispiel umfaßt jedes Gleichrichterelement eine Halbleiterschicht 30 vom P-Typ, eine HaIbleiterschicht 229 vom I-Typ mit niederer Fr*emdstof fatomkonzentration und eine Halbleiterschicht 228 vom N-Typ, welche insgesamt als Halbleiterbereich 213 bezeichnet sind.

Das Bezugszeichen 226 bezeichnet eine elektrisch isolierende Schicht. Jedes Gleichrichterelement 214 ist eine Diode mit der in Fig. 36 gezeigten Ausbildung. Das Bezugszeichen 216b bezeichnet Verbindungsleitungen, die auf den Substrat 232 ausgebildet sind, um die Gleichrichtereleaiente des Satzes 215 zu verbinden, während das Bezugszeichen 216a entsprechende Verbindungsleitunsen bezeichnet,, die auf dem Substrat 232 zur Verbindung der Gleiclvrichterelemente des Satzes 214 ausgebildet sind. Ein Anschluß des Gleichricht-er-

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■· *

elementsatzes 215 ist mit der Spaltenelektrode 212 verbunden, während der gegenüberliegende Anschluß mit einer Anzeigeelektrode 219 verbunden ist. In ähnlicher Weise ist ein Anschluß des Gleichrichterelementesatzes 21¹I mit einer Spaltenelektrode 212 verbunden, wobei der entgegengesetzte Anschluß mit der Anzeigeelektrode 219 verbunden ist.

Eine solche Ausbildung wejst den Nachteil auf, daß der Bereich, auf dem die Dioden ausgebildet sind, groß ist, verglichen mit der gesamten Anzeigefläche, so daß das Öffnungsverhältnis und damit die Gesamtbildqualität der Anzeige klein ist. Ferner ist eine große Anzahl von Verbindungsleitungen erforderlich. Als Ergebnis hiervon ist eine große Anzahl von Kontaktlöchern erförderlich, • was zu einer großen Zahl an Kontaktfehlern führt.

Andere Ausführungsformen der Erfindung werden nun be-.schrieben, in denen jeder Satz von in Reihe verbundenen Gleichrichterelementen als eine Vielzahl von Halbleiterschichten und leitenden Schichten ausgebildet ist, die in sich in senkrechter Richtung überlappender Weise auf. einem Substrat gestapelt sind, um abwechselnde Gleichrichterübergänge und nicht-gleichrichtende übergänge auszubilden, wodurch die für die Ausbildung der Gleichrichterelemente erforderliche Fläche im Vergleich mit der gesamten Anzeigefläche klein und das Öffnungsverhältnis groß gemacht werden können und die Bildqualität verbessert wird. Ferner ist die Anzahl der Kontaktlöcher kleiner und die Anzahl der Verbindungsleitungen ist auch verringert, so daß eine größere Anzahl Elemente auf einer vorgegebenen Fläche geschaffen werden kann . Ferner kann eine gleichförmigere Anzeigequalität erhalten werden. Diese Gleichrichterelemente können als kontinuierliche dünne Schichten gebildet werden, wobei alle diese Elemente zusammen mit einem Ätzverfahren hergestellt werden können. Dadurch kann eine viel höhere

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X Produktivität als in dem Fall erreicht werden, in dem .

einzelne Elemente in Reihe auf einer ebenen Oberfläche miteinander verbunden, werden.

Fig. 37 zeigt eine Aufsicht auf einen Teil einer Anzeigetafel gemäß einer solchen Ausführungsform nach der Erfindung. Fig. 38 ist eine Schnittdarstellung längs der· Linie A^r-B' in Fig. 37- Durch. Vergleich mit Fig. 35, in der eine Vielzahl von Dioden getrennt auf einer ebenen Oberfläche ausgebildet ist, ist diese Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, daß jedes nicht-lineare Widerstandselenent aus zwei Sätzen von Gleichrichterelementen gebildet wird, wobei jeder Satz eine Vielzahl von Gleichriehterelementen umfaßt, die aufeinander in einer Mehrschicht-Ausbildung angeordnet sind, so daß der von den Gleichrichterelementen besetzte Oberflächenbereich wesentlich kleiner ist. In den Fig. 37 und 38 bezeichnen 220 und 232 Substrate, 210 und 211 Reihenelektroden, 222 und 244 eine Qberflächenschutzschicht bzw. eine Ausrichtschicht und 223 ein Anzeigeelement, wie ein Flüssigkristall-Anzeigeeierr.ent. Mit 212 ist eine Spaltenelektrode bezeichnet. Die Bezugszeichen 238 und 239 bezeichnen Anzeigeelektroden zur Verbindung der nicht-linearen Wider- ■ star.dselener.te mit Anzeigeelementen, wie z.B. die Anzeiseeiektroce 239, die das Anzeigeelement 223 verbindet. Mit den 3ezugszeichen 234 und 235 sind zwei Sätze von in Reihe geschalteten Gleichrichtereleraenten bezeichnet, welche zusammen ein nicht-lineares VJiderstandsele-enc darstellen. 250 bis 253 bezeichnen die Gleichrichterelemente, welche den Satz 234 bilden. Diese sind in einer Mehrschicht-Ausbildung hergestellt, welche beispielsweise eine Mehrschicht-Schottky-Diodenausbildung sein kann, eine Mehrschicht-Kombination von Metall-Isolator-Metall (MIS) Dioden, NP-Übergänge, die durch Kombinationen unterschiedlicher Arten von Dotierungsstoffen oder unterschiedlichen Fremdstoffkonzentrationen,

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d'ie in einem Halbleiter gebildet sind, hergestellt werden, PN-Übergänge, die durch unterschiedliche Fremdstoffatomkonzentrationen ausgebildet sind, oder Mehrschicht-Ausbildungen von PIN-Übergangen.

Ein Anschluß des Satzes 234 von Gleichrichterelementen ist über eine leitende Schicht 245 mit einer Spaltenelektrode 212 verbunden, während der gegenüberliegende Anschluß des Satzes 234 von Gleichrichterelementen über einen Elektrodenbereich 248 durch eine Verbindungsöffnung 238, die in einer Isolierschicht 239 ausgebildet ist, mit der Anzeigeelektrode 219 verbunden ist. In gleicher Weise ist ein Anschluß des Satzes 235 von Gleichrichterelementen (d.h. der Anschluß nahe dem Substrat 232) mit der Spaltenelektrode 212 über eine Fortsetzung der leitender. Schicht, die die Spaltenelektrode 212 bildet, verbunden, während der andere Anschluß der Gruppe 235 von Gleichrichterelementen mit der Änzei&eelektrode 219 durch eine leitende Schicht verbunden ist, die in der deichen Weise wie die leitende Schicht 245 gemäß Fig, angeordnet ist. Da die Gleichrichterelemente in jedem Satz 23^ und 235 zur gleichen Zeit durch die gleichen Verfahrensschritte des Niederschlagen? eines dünnen Filmes und durch Musterausbildung hergestellt worden sind, ist es offensichtlich, daß der äquivalente Schaltkreis des nicht-linearen Widerstandselementes, welches durch die Sätze 234 und 235 von Gleichrichterelementen gebildet ist und die Verbindungen zwischen diesen und der Sßaltenelektrode 212 und der Anzeigeelektrode 219, so iafc,wie in Fig. 32 gezeigt ist. Aus dem Vorhergehenden ist offensichtlich, daß eine kleinere Fläche von dem Gleichrichterelement bei dieser Ausführungsform überdeckt wird als sie in dem Fall einer Vielzahl von in Reihe längs einer Oberfläche verbundenen Dioden benötigt wird. Als Ergebnis hiervon kann ein größeres Öffnungsverhältnis erhalten werden. Zusätzlich, da die Anzahl von Kontakt-

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löchern und Verbindungsleitungen kleiner ist, ist der Produktionsausstoß ausgezeichnet. Da ferner die Strombahnen der Gleichrichterelemente unmittelbar auf dem Substrat angeordnet werden, -kann der EIN-Strom I . groß gemacht werden. Somit ist diese Ausführungsform äußerst wirkungsvoll, um eine Anzeigeeinrichtung zu schaffen, welche ein. hohes Auflösungsvermögen und ein großes Öffnungsverhältnis aufweist, wobei diese leicht • hergestellt werden kann.
'

Bei einer Anzeigeeinrichtung gemäß den vorhergehenden Ausführungsforiaen sind die nicht-linearen Widerstandselemente ( von Sätzen von Gleichrichterelementen gebildet, die aufeinanderfolgend mit der gleichen Polaritätsrichtung gestapelt sind. Wie vorhergehend beschrieben ist es von Vorteil, Einrichtungen wie PN-Dioden oder PIN-Dioden, ■ Dioden mit Schottky-Übergängen oder Dioden mit MIS-übergang zu verwenden, um die nicht-linearen Widerstandselemente auszubilden, da diese eine wesentlich bessere Steuerung der Eigenschaften des Elementes und der Schwellenspannuns; erlauben als es bei Einrichtungen wie z.B. Varistoren oder MIM-Elementen möglich ist. Die Verwendung solcher bevorzugter Einrichtungen, um Satze von Gleichrichterelementen mit einer Mehrschicht-Ausgsstaltung ■r^" 25 der in Fig. 38' gezeigten Art auszubilden, wird nun unter Bezugnahme auf die folgenden Ausführungsformen beschrieben. Bevor diese bevorzugten Ausführungsformen beschrieben v/erden, wird eine nicht geeignete Anordnung unter Bezugnahme auf die Fig. 39 (A) erörtert. Hier wird angenommen, daß Gleichrichterelemente verwendet werden, die PN-Dioden umfassen. Diese sind einfach senkrecht auf einem Substrat übereinander angeordnet. Fig. 39 (B) zeigt den äquivalenten Schaltkreis der Fig. 39 (A). In Fig. 39(A) bezeichnet ein Substrat, welches aus einem Material wie z.B. Glas oder einem keramischen Material besteht und 261 eine aus Al oder Cr gebildete Elektrode. Die Bezugszeichen 263,

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bezeichnen eine Halbleiterschicht (P) vom P-Typ, die Bezugszeichen 263 und 265 bezeichnen eine Halbleiterschicht (N) vom N-Typ und 266 bezeichnet eine Elektrode. •Wie man aus dem Diagramm ersehen kann, besteht diese An-Ordnung einfach aus Diodenschichten, so daß ein umgekehrt vorgespannter Übergang.für beide Polaritäten der angelegten Spannung gebildet wird. Bei der Erfindung jedoch sind die Gleichrichtereiemente abwechselnd auf dem Substrat geschichtet, wobei gleichrichtende übergänge mit nicht gleichrichtenden Übergängen abwechseln. Als Ergebnis hiervon werden umgekehrt vorgespannte Übergänge ausgeschlossen, so daß I. und V₀, . groß sein können. Ein

em Sch

Beispiel hierfür wird unter Bezugnahme auf die Fig. 40 • nun beschrieben.

Hier ist eine Mehrschicht-Ausbildung von PN-Dioden durch . Halbleiterschichten (P) 269, 272 vom P-Typ und Halbleiterschichten (N) 270, 273 vom N-Typ gebildet- Die gleichrichtenden Übergänge sind mit 269 bis 270 und 272 bis bezeichnet. Ein nicht-leitender Übergang wird von einer leitenden Schicht 271 gebildet, die zwischen den Schichten 270 und 272 geformt ist, die tatsächlich den umgekehrt vorgespannten PN-Übergang kurzschließt, welcher sonst zwischen den Schichten 270 und 272 besteht. Diese leitende . Schicht 271 kann aus einem Metall wie z.B. Ar oder Tr bestehen. In Fig. 40(A) bezeichnet das Bezugszeichen das Substrat, welches aus einem Material wie z.B. Glas oder Keramik besteht und die Bezugszeichen 268 und 274 bezeichnen Elektroden, die aus einem Material wie z.B.

Ar oder Cr bestehen. Fig. 40(B) zeigt das äquivalente Schaltdiagramm der Anordnung gemäß Fig. 40(A). Durch die Verwendung einer Ausbildung für die Gleichrichterelemente, bei der nicht gleichrichtende übergänge und gleichrichtene übergänge abwechselnd und aufeinanderfolgend übereinander angeordnet sind, wird die Ausbildung von

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rückwärts

kann groß gemacht werden.

rückwärts vorgespannten übergängen verhindert und I.

Einige Ausführungsformen der Erfindung werden nun be-" schrieben, aiz Schottky-Übergänge, PN-übergänge,' PIN-.·. . übergänge und MIS-Übergänge verwenden. Im Falle von ^:

Schottky-Übergängen, die zur Ausbildung von Gleichrichter-• elementen verwendet werden, wird eine Diodenausbildung mit einem Schottky-übergang verwandt, die Halbleiter-■ schichten und Metallschichten vorsieht. Die Metallschichten können ferner als Verbindungsleitungen verwandt werden, um dadurch die Anzahl der erforderlichen Herstellungsschritte zu verringern. Ferner können die Halbleiterschichten dünn ausgebildet v/erden, und da dies einen hohen Wert für I . ermöglicht, ist die Verwendung von Schottky-Übergängen von Vorteil. Fig. 4l zeigt eine Aus führungs form nach der Erfindung, bei .der Schottky-Übergänge verwendet werden, um die gleichrichtenden übergänge der Gleichrichterelemente zu bilden.

In Fig. 41 bezeichnet 232 ein Substrat, welches aus einem Material wie z.B. Glas oder Keramik bestehen kann, 277 und 280 eine Halbleiterschicht (I) die aus einem Material wie z.B. Si oder Ge besteht, 276 und 279 leitende Schichten S(M), die zur Ausbildung von Schottky-Übergängen mit den Halbleiterschichten verwendet werden, wobei diese leitenden Schichten aus einem Material wie S(M) oder einer dünnen Schicht aus Cr, Pt oderlnZnO oder SnOp hergestellt sein können. Die Bezugszeichen 278 und 281 bezeichnen Metallschichten aus einem Material wie Al oder Au, die dazu dienen, die Schichten 277 und 279 kurzzuschließen bzw. einen ohmschen Übergang mit den Elektroden 282 herzustellen.

Fig. 42 zeigt eine Ausführungsform, in der statt der Metallschichten 278 und 281 bei der Aus führungsform gemäß Fig. 41 Halbleiterschichten 283 und 284 verwendet werden,

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.1 die eine hohe· Fremdstoffatomkonze.ntration eufweisen, um die I-und S(M)-Schichten 277 und 279 kurzzuschließen bzw. einen ohmschen übergang zu der Elektrode 2Ö2 zu bilden .Die Halbleiterschicht mit hoher Fremdstoffatomkonzentration kann durch Mischen von Fremdstoffen aus einer geeigneten Quelle mit dem Halbleiter zum Zeitpunkt der Ausbildung der dünnen Halbleiterschicht oder mittels von z.B. Implantation usw. erzeugt werden. Es wird darauf hingewiese, daß die Verwendung einer solchen Halbleiterschicht roit großer Fremdstoffatomkonzentration ermöglicht, einen

besseren ohaschen Kontakt mit den anschließenden HaIb- f*>_ leiterschichten zu erzeugen,, als es möglich ist, wenn / Metallschichten für diesen Zweck verwendet .werden,· wie z.B. bei der Ausführungsform gemäß Fig. 41.

Fig. 43 zeigt eine Ausführungsform nach der Erfindung, bei der .MIS-übergänge· als gleichrichtende übergänge der Gleichrichterelemente verwendet werden. Da eine ■ MIS-Ausbildung verwendet wird, kann als Elektrode eine Metallschicht vorgesehen werden. Ferner kann durch geeignete Auswahl des verwendeten Metalls (z.B. Al oder Au), um einen ohisschen Kontakt mit der Halbleiterschicht herzustellen, der Wert von I . groß gehalten werden und der

em

Wert der Schwellenspannung V„ , kann groß gemacht werden, indem einfach eine übereinander angeordnete MIS-Dioden-Ausbildung verwendet wird. Ferner kann I_ßin durch Dotieren der Halbleiterschichten mit geeigneten Fremd-. stoffen erhöht werden. In Fig. 43 bezeichnen 285 und 288 Metallschichten (z.B. aus Al, Au, Cr), 286 und 289 ^O - .Isolierschichten (z.B. aus SiO₂, SiJM₂, oder Al₂O^) und29O eine Halbleiterschicht (z.B. aus Si oder Ge). Das Bezugszeichen 300 bezeichnet eine Elektrode (z.B. aus Λ1 oder Au), die einen ohmschen Kontakt mit der Schicht 290 herstellt. Es ist möglich, eine Halbleiterschicht mit einer hohen Fremdstoffatomkonzentration zwischen den Schichten 287 und 288 und zwischen den Schichten 290 und 300 auszubilden oder hierfür verschiedene andere Metalle zu ver-

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7P ·

Wenn die Gleichrichterelemente durch PN-Dioden- /

übergänge gebildet, sind, werden stabile Eigenschaften für die PN-übergänge die zwischen den Halbleiterschichten vom P-Typ und den Halbleiterschichten vom N-Typ gebildet sind, durch entsprechende Steuerung der Fremdstoffarten und der Fremdstoffkonzentration in dem Halbleiter erhalten. Durch die Verwendung von PN-übergängen als gleichrichtenden übergängen in den Halbleiterelementen nach der Erfindung kann eine Anzeigeeinrichtung geschaffen werden, welche eine gleichförmige Bildqualität und eine gute Steuerung der Eigenschaften der Elemente aufweist.

Es wird darauf hingewiesen, daß, wenn dünne Halbleiterschichten bei niederer Temperatur hergestellt oder äußerst dünne Halbleiterschichten als Halbleiterschichten verwendet werden, ein Durchbruch durch die PN-übergänge auftreten kann, wobei R äußerst niedrig sein kann,

3. US

und die Elemente weisen kein ausreichend großes EIN/AUS-Verhältnis auf. Diese Schwierigkeiten können dadurch überwunden werden, daß eine Halbleiterschicht vom I-Typ zwischen jeder Halbleiterschicht vom P-Typ und Halbleiterschicht vom N-Typ vorgesehen wird, wobei diese Halbleiterschicht vom I-Typ eine niedere Fremdstoffkonzentration aufweist, um dadurch PIN-Übergänge zu schaffen. Fig. UU zeigt eine Ausführungsform nach der Erfindung, bei der PIN-Übergänge verwendet werden. Die Bezugszeichsn 3.02 und 305 bezeichnen Halbleiterschichten vom P-Typ, 304 und 3O7 Halbleiterschichten vom N-Typ und 303 und 306 Halbleiterschichten. Vom I-Typ, d.h. Schichten, die eine niedere Fremdstoffdotierungskonzentration aufweisen. In Fig. umfassen die gleichrichtenden übergänge PIN-Übergänge, die zwischen den Schichten 302 bis 304 bzw. 30^ bis gebildet sind. Ein rückwärts vorgespannter übergang ist zwischen den Schichten 304 zu 30? ausgebildet, da jedoch ein Druchbruch dieses Übergangs auftreten wird und

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β «

ein Strom durch ihn hindurchfließt, wird, dieser tatsächlich wie ein nicht gleichrichtender übergang arbeiten.

Amorphes Silizium kann wirkungsvoll als Material für diese dünnen Halbleiterschichten verwendet werden, wobei eine .Mehrschicht-Konfiguration durch aufeinanderfolgende Schichten mit abwechselnd großer und kleiner Fremdstoff-■ atomkonsentrationen oder durch abwechselnd unterschiedliche Arten von Fremdstoffdotierungen in aufeinanderfolgen-1Ö den Schichten gebildet wird. Diese Schichten können alle

innerhalb einer einzigen Kammer ausgebildet v/erden und =""*** das Ätzen kann zur gleichen Zeit durchgeführt werden. ( .Auf diese Weise kann die Anzahl der Herstellungsschritte in hohem ""Maße verringert werden. Um eine gute Steuerung der Elementeigenschaften zu schaffen und einen großen Wert von I . zu erhalten, können, wenn amorphes Silizium verwendet wird, leitende Schichten, die aus einem Metall (z.B. Al. Cr) gebildet sind, zwischen den NP-Übergängen 304 und 3'35 vorgesehen werden. Jedoch kann dadurch, daß eine mit Metallmolekülen dotierte Halbleiterschicht zwischen den Schichten 304 und 3 05 vorgesehen wird, die Ausbildung von umgekehrt vorgespannten übergängen wirkungsvoller unterdrückt werden, um nicht gleichtrichtende

/*^ übergänge zu schaffen, und I . kann dadurch erhöht werden.

ein ■^_Λ

Ferner können die Halbleiterschichten als eine kontinuierlich ausgebildete, dünne Schicht hergestellt werden, indem ein Material wie z.B. Metalldampf zu der dünnen Schicht hinzugefügt wird, während sie gebildet wird, um dadurch geeignet dotierte Schichten zu erzeugen- Ferner kann das Ätzmuster der Gleichrichterelemente gleichzeitig mit dem Niederschlagen der Schichten durchgeführt werden, die die Gleichrichterelemente bilden. Dadurch wird nicht nur die Anzahl der Herstellungsschritte verringert, sondern dadurch sind auch Gleichrichterelemehte mit einem großen Wert der Schwellenspannung ν_ς y. und von von I . möglich, herzustellen. Der Vorwärtsstrom I. . , welcher in einem

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PIN-übergang fließt, wird dadurch begrenzt, daß er· hauptsächlich aus einem Strom von Löcherträgern, durch den PI-übergang fließt. Somit kann der I . -Strom durch Hinzufügen einer geringen Menge an Bor zu der I-Schicht

erhöht werden.

Es ist erforderlich, eine Gleichförmigkeit der Eigenschaften der Dioden, die in einer Anzeigeeinrichtung verwendet werden, zu schaffen, und es ist auch er-

¹^ forerlich, die Eigenschaften der dünnen Halbleiterschichten zu steuern, d.h. deren Fremdstoffkonzentrationen, das Maß der Oberflächenungleichmäßigkeit, Nadelöffnungen und Dickeverteilung. Verfahren zum Ausbilden dünner Halbleiterschichten umfassen das Plasmaverfahren zum Nieder-

¹^ schlagen aus-der Dampfphase (CVD)', das lichtunterstützte Verfahren zum Niederschlagen aus der Dampfphase, Aufstäubverfahren, usw. Da mit diesen Verfahren dünne Schichten bei niederen Temperaturen ausgebildet werden können, kennen die Dioden auf Glas, Keramik oder hochpolymeren Folien geformt werden, wodurch großflächige Anzeigeeinrichtungen mit niederen Herstellungskosten hergestellt werden können.

Aus der vorhergehenden Beschreibung ist es offensichtlich, daß aufgrund der Erfindung eine Matrix-Anzeigeeinriehtung hergestellt werden kann, bei der die Anwendung der Treibersignalpotentiale an jedes Anzeigeelement durch ein oder mehrere Widerstandselemente mit zwei Anschlüssen gesteuert wird, die eine symmetrische in zwei Richtungen gerichtete Sprnnung-Strom-Charakteristik aufweisen, damit Elemente wie z.B. Flüssigkristall-Anzeigeelemente, angesteuert werden können, die ein Wechseltreibersignal benötigen, und daß diese nicht-linearen VJiderstandselemente durch Dünnschichtniederschlag auf einem Substrat der Anzeigeeinrichtung gebildet sind. Jedes nicht-lineare Widerstandselement umfaßt zwei Sätze von Gleichrichterelementen, die parallel mit gegenseitig entgegengesetzten Polaritäten

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verbunden sind, wobei jeder Satz ein oder mehrere in Reihe geschaltete Gleichrichterelemente umfaßt. Wenn jedoch eine Anzahl von Gleichrichterelementen in jedem Satz vorgesehen sein muß,um dadurch ein nichtlineares Widerstandselement mit einem hohen Schwellenspannungsvrert zu bilden, beschreibt die Erfindung die Ausbildung von Sätzen von senkrecht geschichteten Gleichrichterelementen, die durch eine Mehrschichtstruktur gebildet sind, wodurch der von jedem nichtlinearen Widerstandselement geforderte Bereich auf dem Substrat äußerst klein' ist, um dadurch die Anzeige- r Bildqualität zu erhöhen.Eine solche Anordnung dient ferner dazu, die Zuverlässigkeit der Verbindungen zwischen den Gleichrichterelementen zu erhöhen, wodurch die Zuverlässigkeit und der Gesamtherstellungsausstoß der Matrix-Einrichtung erhöht werden.

Obgleich die Erfindung-vorhergehend im Zusammenhang mit besonderen Ausführungsformen beschrieben worden ist, wird darauf hingewiesen, daß verschiedene Änderungen und Abwandlungen an diesen Ausführungsformen in Betracht gezogen werden können, die in den durch die. Erfindung beanspruchten Bereich fallen. Deshalb sollte die Be-Schreibung lediglich im erläuternden und nicht im begrenzenden Sinne betrachtet werden.

Claims

!•Matrix-Anzeigeeinrichtung Patentansprüche

1/ Matrix-Anzeigeeinrichtung, mit einer Vielzahl von Reihenelektroden und Spaltenelektroden, einer Vielzahl von Anzeigeeleinenten, einer Vielzahl von nicht-linearen Widerstandselementen , Verbindungselektrodeneinrichtungen _? um die nicht-linearen Widerstandselemente und Anzeigeelemente miteinander zu koppeln, und einer Treibersignalerzeugungseinrichtung, um Treibersignale an die Reihenelektroden und die Spaltenelektroden zu legen, dadurch gekennzeichnet , daß jedes nicht-lineare Widerstandselement wenigstens ein Paar von Sätzen von Gleichrichterelementen (64,77; 94,96) umfaßt, die durch ein Dünnschicht-Niederschlagverfahren auf einem Substrat (50) der Matrix-Anzeigeeinrichtung hergestellt sind, wo-

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bei die Gleichrichterelement-Sätze eines .jeden Paares parallel miteinander mit entgegengesetzten Polaritäten verbunden sind, und daß jedes der Anzeigeelemente (54) .in Reihe mit wenigstens einem der nicht-linearen Wider-Standselemente zwischen einer der Reihenelektroden (71»72) und der Spalteneiektroden (61) verbunden ist.

2. Matrix-Änzeigeeinrichtung nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterelement-Sätze (64,77; 94,96) eines'jeden Paares in symmetrischer Ausgestaltung auf dem Substrat (50) geformt sind, so daß sich die elektrischen Ströme gegenseitig aifheben, die in den Paaren von Sätzen der Dünnschicht-Gleichriehterelemente aufgrund von durch Licht oder Wärme aktivierte Träger er-

zeugt worden sind.

3. Matrix-Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbridungselektrodeneinrichtungen eine Vielzahl von transparenten Elektroden (57) umfassen,

wobei wenigstens ein Teil einer Oberfläche eines jeden der Sä.tze von Gleichrichterelementen (64) von einer der transparenten Elektroden überdeckt ist, und daß die Ausgestaltung derart ist, daß außerhalb erzeugtes Licht (66) durch die transparenten Elektroden (57) hin-

durchgeht und auf die Dünnschicht-Gleichrichterelemente

(64) fällt. :

. 4. Matrix-Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß jedes Dünnschicht-Gleichrichterelement 30

eine P-leitende Halbleiterschicht (60) und eine N-leitende Halbleiterschicht (58) umfaßt, die zur Bildung eines PN-überganges angeordnet sind.

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.-^yjt^»

-3-

5- Mätfix-Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Halbleiterschicht (59) vom 1-Typ (vom ursprünglichen Typ (intrinsic)).mit einer niederen Fremdstoffatomkonz&ntration zwischen der P-■ 5 leitenden Halbleiterschicht (60) und der N-leitenden ~ ' Halbleiterschicht (58) angeordnet ist. *

. ■ 6. Matrix-Anzeigeeinrichti:ng nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschicht (59) mit ge-

1Ö ringer Fremdstoffatomkonzentration eine dünne Schicht mit einer Dicke im Bereich von 3 bis 500 nm ist.

/ 7. Matrix-Anzeigeeinrichtung nach Anspruch H, dadurch gekennzeichnet, daß eine mäßig dotierte, P-leitende Halbleiterschicht zwischen der P-leitenden Hälbleitersehicht (60) und der N-leitenden Halbleiterschicht (58) angeordnet ist.

. '' 8. Matrix-Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilungen der N-Typ Fremdstoffatomkonzentration und der P-Typ Fremdstoffatomkonzentration sich in allmählicher Weise von der P-leitenden Halbleiter-. _. schicht zu der N-leitenden Halbleiterschicht ändern.

9. Matrix-Anzeigeeinrichtung nach einem der vorhergehen-C . den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschichten der Dünnschicht-Gleichrichterelemente amorphes Silizium umfassen.

10. Matrix-Anzeigeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dünnschicht-Gleichrichterelemente-Reihenelektroden durch ein chemisches Plasma-Nidersch'lagverfahren (CVD) gebildet sind.

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Tl. Matrix-Anzeigeeinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9»" dadurch gekennzeichnet,' daß die Dünnschicht-Gleichrichterelemente durch ein lichtunterstütztes, chemisches Vakuumniederschlagsverfahren gebildet sind.

12. Matrix-Anzeigeeinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dünnschicht-Gleichrichterelemente .durch ein Aufstäubungsverfahren gebildet sind. ·....'

13- Matrix-Änzeigeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens Teile der Verbindungselektrodeneinrichtungen lichtundurchlässig und so angeordnet sind, daß eine Beaufschlagung der Gleichrichter- · elemente mit äußerem Licht unterbunden ist.

14. Matrix-Änzeigeeinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dünnschicht-Gleichrichterelemente mikrokristallines Silizium umfassen.

15. Matrix-Anzeigeeinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Dünnschicht-Gleichrichterelemente in jedem Satz im Bereich von 1 bis 3 liegt.

16. Matrix-Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Sätze von Gleichrichterelementen eine Vielzahl von Gleichrichterelementen (250-253) umfaßt, die als eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden, aufeinandergeschichteten Schichten gebildet sind (.Fig. 37 bis 44).

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; 17. Matrix^Anzeigeeiririchtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet ,· daß jeder Satz von Gleictrichterelementen eine Vielzahl von Schichten von gleichrichtenden übergängen

und hicht-gleichrichtenden übergängen umfaßt, welche 5

aufeinanderfolgend auf dem Substrat in einer senkrecht geschichteten Ausbildung geformt sind.

18. Matrix-Anzeigeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichrichtenden übergänge Schottky-übergänge umfassen (Fig.27).

19. Matrix-Anzeigeeinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 17_} dadurch gekennzeichnet, daß die gleichrichtenden übergänge übergänge von MIS-Typ umfassen, die aus einer zwischen einer metallischen . Schicht M und einer Halbleiterschicht S angeordneten elektrisch isolierenden Schicht (I) gebildet sind. (Fig. 28)

20. Matrix-Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 17, dadurch

gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der nicht-gleichrichtenden Übergangsbereiche eine mit einem Metall dotierte dünne Kalbleiterschicht umfassen.

21. Matrix-Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 17, dadurch

gekennzeichnet, daß die gleichrichtenden übergänge eine mehrfachDünnschicht umfassen, die durch ein kontinuierliches Niederschlagverfahren gebildet ist.

22. Matrix-Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß während des Herstellungsverfahrens der Gleichrichterelemente eine Wärmebehandlung vorgenommen wird.
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23.. Matrix-Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichrichtenden übergänge der Gleichrichterelemente (250-253) , die Schottky-übergänge umfassen, jeweils aus einer ersten, metallischen Schicht und einer Kalbleiterschicht gebildet sind, daß die nichtgleichrichtenden übergänge eine .Halbleiterschicht und eine zweite metallische Schicht umfassen, und daß ferner jeder der Sätze von Gleichricht e relementen eine Vielzahl von aufeinanderfolgend übereinander angeordnete! Schichten aufweist, die aus einer ersten, metallischen Schicht, einer auf dieser gebildeten Halbleiterschicht, einer auf dieser gebildeten zweiten , metallischen Schicht, einer auf dieser gebildeten ersten, metallischen Schicht, einer auf dieser gebildeten Halbleiterschicht und so fort,

bestehen (Fig. 37, 38).

24. Matrix-Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichrichtenden Übergänge der Gleichrichterelemente, die Schottky-übergänge umfassen,

jeweils aus einer metallischen Schicht (276,279) einer Halbleiterschicht (277,280) gebildet sind, daß die nichtgleicnrichtenden übergänge der Sätze von Halbleiterelementen jeweils durch, eine Halbleiterschicht, die eine

relativ niedrige Fremdstoffatomkonzentratxon aufweist, 25

und eine Halbleiterschicht (283,284) gebildet sind, die

eine relativ hohe Fremdstoffatomkonzentratxon aufweist, daß jeder Satz von Gleichrichterelementen aus einer Vielzahl von aufeinanderfolgend übereinander angeordneten Schichten gebildet ist, die eine metallische Schicht, 30

eine auf dieser gebildete Halbleiterschicht, eine auf dieser gebildete Halbleiterschicht mit hoher Fremdstoffatomkonzentratxon, eine auf dieser gebildete metallische Schicht, eine auf dieser gebildete Halbleiterschicht

.._ usw. umfaßt (Fig. 42).

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• -L¹N-Ol-Sh- U:|k;U;;ilö|;^:i; 333491

25. Matrix-Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichrichtenden übergänge der Gleichrichterelemente übergänge vom PN-Typ umfassen, die durch P-leitende Halbleiterschichten (269,272) und N-leitende Halbleiterschichten (270,273) geformt sind, und daß jeder nicht-gleichrichtende übergang in den Sätzen von Gleichrichterelementen eine P-leitende Halbleiterschicht , eine N-leitende Halbleiterschicht und eine metallische Schicht (271) umfaßt, und daß jeder Satz von Gleichrichterelementen durch eine Vielzahl von

. aufeinanderfolgend übereinander angeordneten Schichten ge- ^- . bildet ist, die aus einer metallischen Schicht, einem auf ( dieser gebildeten PN-Übergang, einer darauf gebildeten metallischen Schicht, einer metallischen Schicht, einem auf dieser gebildeten PN-Übergang usw. besteht. (Fig. '4G). '

26. Matrix-Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 17, dadurch 2ö gekennzeichnet, daß die gleichrichtenden übergänge der

Gleichrichterelemente PIN-übergänge umfassen, von denen jeder durch eine Halbleiterschicht vom I-Typ mit niedriger Fremdstoffatomkonzentration gebildet ist, die zwischen einer P-leitenden Halbleiterschicht (302, 305) und einer ^-v 25 N-leitenden Halbleiterschicht (304, 307) angeordnet ist, f daß jeder der nicht-gleichrichtenden übergänge eine Metallschicht, eine P-leitende Halbleiterschicht und eine N-leitende Halbleiterschicht umfaßt, und daß jeder Satz von Gleichrichterelementen eine Vielzahl von aufeinanderfolgend übereinander angeordneten Schichten umfaßt, die aus einer metallischen Schicht, einem auf dieser ausgebildeten PIN-Übergang, einer metallischen Schicht, einer auf dieser ausgebildeten PIN-Übergang, einer metallischen Schicht usw. besteht (Fig. 44).

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-δι 27· Matrix-Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die. gleichrichtenden übergänge der Gleichrichterelemente MIS-übergänge umfassen, die dprch eine elektrisch isolierende Schicht I (286, 289), die zwischen einer metallischen Schicht M (285,288) und . einer Kalbleiterschicht S (287, 290) angeordnet ist, gebildet, .ist, daß' die nicht-gleichrichtenden übergänge der Sätse von Gleichrichterelementen jeweils.eine metallische Schicht M und eine Halbleiterschicht S (290) aufweisen, daß jeder Satz von Gleichrichterelementen durch aufeinanderfolgend übereinander angerodnete Schichten gebildet ist, die aus einem MIS-übergang, einem darauf ausgebildeten MIS-übergang usw. bestehen. (Fig. HH). j . .. ■ ■·:'■■■. ■

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