DE69018547T2

DE69018547T2 - Anzeigevorrichtungen mit aktiver Matrix und ihre Herstellungsverfahren.

Info

Publication number: DE69018547T2
Application number: DE69018547T
Authority: DE
Inventors: John Martin Shannon
Original assignee: Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1989-09-15
Filing date: 1990-09-10
Publication date: 1995-11-02
Anticipated expiration: 2010-09-11
Also published as: GB8920963D0; JPH03131824A; EP0417852A3; EP0417852A2; DE69018547D1; JP3141086B2; EP0417852B1; GB2236424A; US5715026A

Description

Die Erfindung betrifft eine Wiedergabeanordnung mit aktiver Matrix der Art mit einem Feld von Wiedergabeelementen, die mit je wenigstens einer nichtlinearen Zweiklemmenanordnung zwischen einer Elektrode des Wiedergabeelements und einem Adressenleiter verknüpft sind. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf Verfahren zum Herstellen von Wiedergabeanordnungen dieser Art.
Flüssigkristallwiedergabeanordnungen mit aktiven Matrizen unter Verwendung nichtlinearer Zweiklemmenanordnungen als Schaltelemente für die Wiedergabeelemente sind bekannt. Die nichtlinearen Anordnungen können beispielsweise in der Form von Diodenringen, gegensinnig gepolter Dioden oder MIM-Anordnungen (Metall-Isolator-Metall) ausgeführt sein. In einem typischen Aufbau einer Flüssigkristall-Anzeigeanordnung werden zwei isolierende und transparente - beispielsweise aus Glas - Substrate im Abstand voneinander angeordnet und sie tragen jeweils Elektrodengruppen, die zusammen mit Flüssigkristallmaterial zwischen den Substraten einzelne Anzeigeelemente in einem X-Y-Feld definieren. Die nichtlinearen Anordnungen 15 werden auf einem der Substrate neben der Elektrode ihres zugeordneten Wiedergabeelements angeordnet. Außerdem ist auf diesem Substrat eine Gruppe von Zeilenadreßleitern angeordnet, an die im Betrieb der Anordnung Steuerspannungen gelegt werden. Mit einer Zeile von Wiedergabeelementen verknüpfte nichtlineare Anordnungen werden zwischen den Wiedergabeelementelektroden und einem betreffenden Zeilenleiter auf dem Substrat elektrisch verbunden. Eine Anzeigeanordnung dieser Art und ihr Herstellungsverfahren durch Abscheiden und durch Mustergabe an Dünnfilmschichten auf einem Substrat sind in EP-A-0184341 beschrieben.
Bei der Herstellung derartiger Anzeigeanordnungen werden die Anzeigeelementelektroden, Adreßleiter und nichtlineare Anordnungen normalerweise in einem zweidimensionalen Feld auf der Oberfläche eines Substrats durch Ablagern einer Reihe von Dünnfilmschichten auf dem Substrat und durch Definierung dieser Schichten in erforderliche Muster unter Verwendung photolithographischer Prozeßschritte gebildet.
Obgleich diese Technik jetzt allgemein genehmigt ist, hat sie doch bestimmte Nachteile. Die photolithographischen Prozesse bedeuten notwendigerweise, daß die Anzeigeanordnungen teuer in der Herstellung sein. Es gibt eine Nachfrage nach Anzeigeanordnungen mit immer größeren Bereichsanzeigen. Durch den intensiven Gebrauch der Lithographie bei dieser Methode sind die erforderlichen Kapitalkosten sehr hoch. Außerdem ist sehr große Sorgfältigkeit erforderlich, um zu gewährleisten, daß die auf diese Weise gebildeten nichtlinearen Anordnungen insbesondere möglichst frei von Fehlern und Mängeln sind, und daß ihre Verbindungen mit Adreßleitern und Anzeigeelementelektroden zuverlässig genug sind. Eine fehlerhafte nichtlineare Anordnung, die beispielsweise einen Kurzschluß gibt, kann zu einem Mangel im Betrieb eines oder mehrerer Anzeigeelemente führen, wodurch die Anordnung unbrauchbar wird. Hohe Ausbeute sind daher schwer zu erhalten, und dies ist insbesondere der Fall bei verhältnismäßig großflächigen Anzeigen. Es wurden Versuche durchgeführt, um diese Art der Probleme durch Aufnehmen zusätzlicher Bauteile zu minimisieren, um einige Fehlertoleranz oder Redundanz zu erhalten. Jedoch bedeutet dies eine erhebliche Erhöhung der Herstellungskosten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Anzeigeanordnungen mit aktiven Matrizen zu schaffen, die sich auf unkomplizierte Weise mit Großanzeigeflächen und mit verhältnismäßig niedrigen Kosten herstellen lassen.
Der Erfindung liegt weiter die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von Anzeigeanordnungen mit aktiven Matrizen unter Verwendung nichtlinearer Zweiklemmenanordnungen anzugeben, das Einfachheit und Zuverlässigkeit gewährleistet.
Nach einem Merkmal der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Anzeigeanordnung mit aktiver Matrix und mit einem Feld von Wiedergabeelementen, das aus ersten und zweiten im Abstand voneinander liegenden Elektroden mit zwischengeschaltetem elektrooptischem Material besteht, wobei die ersten Elektroden jeweils mit einem zugeordneten Adreßleiter über wenigstens eine nichtlineare Zweiklemmenanordnung elektrisch verbunden sind, und das Verfahren den Schritt der Bildung der ersten Elektroden in einem zweidimensionalen Gebiet umfaßt, durch die Schritte der Bildung der vom Gebiet der ersten Elektroden getrennten Adreßleiter, wobei die nichtlinearen Anordnungen als vorfabrizierte diskrete Anordnungen vorgesehen sind, und durch Anordnung der nichtlinearen Anordnungen, der Adreßleiter und erster Elektroden mit den nichtlinearen Anordnungen zwischen dem Bereich erster Elektrode und den Adreßleitern gezeichnet, wobei jede nichtlineare Anordnung zwischen einer betreffenden ersten Elektrode und einem zugeordneten Adreßleiter elektrisch gekoppelt ist. In einer mit diesem Verfahren gebildeten Struktur, in der die nichtlinearen Anordnungen eine gleichmäßige Dicke haben, liegen die ersten Elektroden und die Adreßleiter in jeweiligen Ebenen im Abstand voneinander, und die elektrisch zwischen den ersten Elektroden und den Adreßleitern verbundenen nichtlinearen Anordnungen erstrecken sich zwischen diesen Ebenen. Die nichtlinearen Anordnungen können dabei tatsächlich auch als Distanzstücke dienen, die die Adreßleiter und erste Elektroden in einem festen Abstand auseinanderhalten, der durch die Dicke der nichtlinearen Anordnungen bestimmt wird. Das elektrisch träge Abstandhalten der Elemente gleicher Dicke zu den nichtlinearen Anordnungen kann nach Bedarf mit den nichtlinearen Anordnungen durchsetzt werden, um eine größere Dichte von Distanzstücken zu erhalten.
Die auf diese Weise erhaltene elektrische Schaltung mit den Zwischenadreßleitern und Anzeigeelementelektroden verbundenen nichtlinearen Anordnungen ist gleich der einer herkömmlichen Anzeigeanordnung bei Verwendung nichtlinearer Zweiklemmenanordnungen. Jedoch ist dabei ein wesentlicher Unterschied, daß die Anzeigeelementelektroden, Adreßleiter und nichtlineare Anordnungen nicht auf einem gemeinsamen Träger gebildet werden. Die Adreßleiter und die ersten Elektroden werden als Felder voneinander getrennt und außerdem von den nichtlinearen Anordnungen getrennt gebildet. Das Verfahren ermöglicht die Herstellung großflächiger Anzeigeanordnungen, wobei der Bedarf an ausführlicher Lithographie vermieden wird. Im Vergleich zu herkömmlichen Ausführungen von Anzeigeanordnungen sind die Felder einfacher herstellbar, und also kann eine größere Zuverlässigkeit entgegengesehen werden. Beispielsweise kann die Breite der Adreßleiter wesentlich größer sein, beispielsweise entsprechend der Abmessung der Anzeigeelemente in derselben Richtung, so daß die Möglichkeit von Diskontinuitäten beseitigt ist. Ebenfalls sind Verbesserungen in der Zuverlässigkeit der nichtlinearen Anordnungen dadurch möglich, daß die Anordnungen unabhängig von den Leiter- und Elektrodenfeldern hergestellt werden. Da die nichtlinearen Anordnungen von den anderen Bauteilen getrennt hergestellt werden, kann ihr Herstellungsverfahren selektiv und vorzugsmäßig sein und wird sie beispielsweise nicht durch den Bedarf an Kompatibilität mit den benutzten Prozessen zur Bildung der Elektroden und Adreßleitern beschränkt. Die Fähigkeit zum Herstellen großflächiger Anzeigeanordnungen ist insbesondere vorteilhaft. Durch die Verwendung getrennt gebildeter Felder und vorfabrizierter nichtlinearer Anordnungen ist die Formalität herkömmlicher Herstellungsverfahren für den Adreßleiter, die Anzeigeelementelektroden und die nichtlinearen Anordnungen mit Einbegriff der Absetzung komplexer regelmäßiger Muster auf einem gemeinsamen Träger überflüssig, bei welchem Absetzen Photolithographie, Zwischenverbindungen usw. in Großbereichen erforderlich sind. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, weniger komplizierte Prozesse zu benutzen, was zu niedrigeren Kosten führt und ebenfalls höhere Ausbeuten ergibt, da die üblicherweise erfahrenen Probleme mit herkömmlichen Herstellungstechniken weitgehend vermieden werden können.
Nach einem anderen Merkmal der Erfindung ist eine Anzeigeanordnung mit aktiver Matrix und mit einem Feld von Wiedergabeelementen mit ersten und zweiten im Abstand voneinander liegenden Elektroden mit zwischenliegendem elektrooptischem Material, wobei die ersten Elektroden in einem zweidimensionalen Gebiet liegen, wobei jede erste Elektrode mit einem zugeordneten Adreßleiter über wenigstens eine nichtlineare Zweiklemmenanordnung elektrisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Adreßleiter im Abstand vom Gebiet der ersten Elektroden liegen, wobei vorfabrizierte physikalisch diskrete nichtlineare Anordnungen zwischen den ersten Elektroden und den Adreßleitern angeordnet sind, und jede nichtlineare Anordnung zwischen einer jeweiligen ersten Elektrode und einem zugeordneten Adreßleiter elektrisch gekoppelt ist.
Die nichtlinearen Zweiklemmenanordnungen können Dünnschichtdiodenstrukturen enthalten, beispielsweise MIM- oder pnp-Anordnungen mit einander gegenüberliegenden ebenen Flächen, die jeweilige Klemmen bilden. Die Anordnungen haben vorzugsweise im wesentlichen gleichmäßige Dicke, wobei diese Dicke der Abstand zwischen ihren beiden Klemmen ist. Sie können dabei geeignet als Distanzelemente dienen.
In einem Beispiel einer geeigneten nichtlinearen Anordnung vom MIM- Typ enthält die Anordnung eine Dreischichtenstruktur, wobei die einzelnen Schichten im wesentlichen gleich dick sind, die zwei äußeren Schichten aus leitfähigem Material wie Metall bestehen und die Zwischenschicht aus Isoliermaterial gebildet ist. Die Anordnungen werden unter Verwendung üblicherweise abgelagerter Schichten in Massenfertigung hergestellt. Mit einem bevorzugten Herstellungsverfahren wird die Dreischichtenstruktur auf einem Träger aufgebaut, wobei die Struktur dann beispielsweise in einem rechteckigen Muster angeritzt wird, um getrennte einzelne Anteile der Struktur zu definieren, die je eine MIM-Anordnung ergeben, und danach wird der Träger beispielsweise in einem Ätzvorgang zum Zurücklassen physikalisch diskreter MIM-Anordnungen entfernt. Da sie aus gemeinsamen Schichten hergestellt werden besitzen die Anordnungen eine hohe Schichtdickengleichmäßigkeit und weisen eine im wesentlichen gleich Ausführung auf. Das Anritzen kann vollständig oder nur teilweise durch die Schichten erfolgen. Im letztgenannten Fall können die MIM-Anordnungen immer noch nach dem Entfernen des Trägers aneinander befestigt sein. Sie können dabei verteilt werden, um physikalisch getrennte MIMs unter Anwendung einer geeigneten Technik wie z.B. durch Rollen hergestellt werden. In einem besonderen Ausführungsbeispiel dieses Verfahrens wird eine Tantalschicht auf einem Polyimidträger aufgedampft, beispielsweise auf Kapton (Warenzeichen), Schichtträger. Die Tantalschicht erfährt darauf einen Anodisierprozeß zur Bildung einer Schicht aus isolierendem Tantalpentoxid auf der Oberfläche im Abstand vom Schichtträger. Eine weitere Tantalschicht wird darauf beispielsweise durch Aufdampfen über die isolierende Schicht abgeschieden und die daraus entstehende Dreischichtenstruktur mit einem regelmäßigen Feld von Zeilen und Spalten durch und durch linear angeritzt. Anschließend wird die Polyimidschicht abgeätzt.
In einem anderen Ausführungsbeispiel einer geeigneten nichtlinearen Anordnung vom Diodentyp enthält die Anordnung eine Durchgriffdiode mit einer p+ n p+-Schichtstruktur. Ein bevorzugtes Verfahren zum Herstellen von Anordnungen dieser Art in Massenfertigung umfaßt einen Epitaxialprozeß auf einer einzelnen Kristallscheibe unter Anwendung der CVD- oder MBE-Technik. Beispielsweise werden auf einer n+- Typ Scheibe aufeinanderfolgend eine p-Schicht, gefolgt von einer p+-Schicht, einer n- Schicht und einer weiteren p+-Schicht in dieser Reihenfolge gebildet. Die auf diese Weise gebildetete Vierschichtenstruktur wird in einem regelmäßigen Muster von Zeilen und Spalten durch und durch oder teilweise linear angeritzt, wonach die Substratscheibe abgeätzt wird, und diese Ätzung stoppt bei der p+-Schichtgrenze, um diskrete Diodenstrukturen zurückzulassen, deren Gesamtdicke durch die Schichtdicken der Bestandteile und deren andere Abmessungen durch den Anritzprozeß bestimmt werden. Auf diese Weise werden Diodenstrukturen mit besonders gleichmäßiger Dicke und im wesentlichen gleicher Ausführung erhalten.
Wenn nur teilweise angeritzt, können die Anordnungen voneinander getrennt werden, um physikalisch diskrete Anordnungen mittels geeigneter Mittel wie durch Rollen zurückzulassen.
Beispielsweise kann die nichtlineare Anordnung typisch etwa zehn zu zwanzig um in der Abmessung betragen und eine Dicke zwischen fünf und zehn um abhängig von dem Typ der Anordnung und von ihren Herstellungsverfahren haben. Es wird klar sein, daß mit den oben beschriebenen Diodenstrukturen die einander gegenüberliegenden Hauptflächen die zwei Kontaktklemmen bilden.
Die nichtlinearen Anordnungen können auf die ersten Elektroden in einer quasi beliebigen Weise angebracht werden. Zu diesem Zweck können die Anordnungen, die bei der Massenfertigung die Form eines Pulvers haben können, auf das Gebiet der ersten Elektroden oder auf andere Weise der Adreßleiter durch Schleudern oder auf andere Weise verteilt werden, so daß die Anordnungen im wesentlichen gleichmäßig auf die ersten Elektroden oder Adreßleiter verstreut werden, wobei der Betrag des "Pulvers" derart ist, daß die Dichte der quasi beliebigen Verteilung wenigstens eine Anordnung auf der Oberfläche jeder einzelnen ersten Elektrode in dem Gebiet ergibt. Das Anbringen von mehr als einer nichtlinearen Anordnung auf einer besonderen ersten Elektrode ist nicht nachteilig, da in der fertiggestellten Anzeigeanordnung sie rein parallel zueinander arbeiten. In der Tat kann das Anbringen von zwei oder mehreren Anordnungen auf jeder ersten Elektrode als bevorzugt betrachtet werden, da ein Redundanzgrad dabei erhalten wird.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können die nichtlinearen Anordnungen auf das Gebiet erster Elektroden und danach auf das Gebiet der Adreßleiter auf den nichtlinearen Anordnungen und umgekehrt verteilt werden.
Auf andere Weise können die nichtlinearen Anordnungen in einem Trägerfilm aus transparentem Isoliermaterial angebracht werden. Der Trägerfilm kann als vorgeformter Bauteil zwischen dem Gebiet erster Leiter und den Adreßleitern angeordnet werden.
Es wird klar sein, daß abweichend von herkömmlichen Anzeiganordnungskonstruktionen die Anordnung des Gebiets erster Elektroden und des Gebiets von Adreßleitern in jeweiligen im Abstand liegenden Ebenen mit Adreßleitern, die jeweils zugeordnete erste Elektroden überlappen, bedeutet, daß die Positionierung der nichtlinearen Anordnungen nicht kritisch ist. Außerdem können aus demselben Grund die ersten Elektroden im Vergleich zu denen herkömmlicher Anzeigeanordnungen in der Abmessung vergrößert werden, da der Bedarf an Lücken zwischen benachbarten Zeilen oder je nachdem auf andere Weise Spalten erster Elektroden zum Aufnehmen von Adreßleitern aufgehoben wird. Der Einfachheit halber ist die Breite der Adreßleiter, wenigstens in den Bereichen der ersten Elektroden, vorzugsweise im wesentlichen gleich der Abmessung der ersten Elektroden in jener Richtung. Beispielsweise wenn die Adreßleiter Zeilenleiter enthalten, ist ihre Breite im wesentlichen gleich der Höhe der ersten Elektroden. Der Überlappungsbereich zwischen einer ersten Elektrode eines Anzeigeelements und seinem zugeordneten Adreßleiter wird so maximalisiert, und erleichtert dabei die Verteilung der nichtlinearen Anordnungen. Die Abmessung einer nichtlinearen Anordnung ist gering in Zusammenhang mit der der ersten Elektrode (typisch etwa 240 Quadratmikrometer), so daß die Auswirkung auf Lichtübertragung durch ein Anzeigeelement beim Vorhandensein einer oder weniger nichtlinearer Anordnungen vernachlässigbar ist, wenn davon ausgegangen wird, daß die Anordnungen nicht transmissiv sind und die Anzeigeanordnung im Transmissionsbetrieb arbeitet. Die Adreßleiter können aus einer Schicht aus transparentem Material wie z.B. ITO gebildet werden. Außerdem können die Adreßleiter eine weitere Metallschicht beispielsweise aus Aluminium enthalten, die im Vergleich zum transparenten Material schmal ist.
Die Herstellung der Anzeigeanordnung umfaßt weiterhin das Anbringen einander gegenüberliegender zweiter Anzeigeelementelektroden im Abstand von den ersten Elektroden und des elektrooptischen Materials zwischen diesen Elektroden.
Die Erfindung ist besonders wichtig im Zusammenhang mit Anzeigeanordnungen, in denen das elektrooptische Material Flüssigkristallmaterial enthält, obgleich erkannt wird, daß andere elektrooptische Werkstoffe verwendbar sind.
In einem Ausführungsbeispiel unter Verwendung von Flüssigkristall als elektrooptischem Material sind die zweiten einander gegenüberliegenden Anzeigeelementelektroden auf einem zweiten Träger zusammen mit einem Flüssigkristallfilm auf den einander gegenüberliegenden Anzeigeelementelektroden und den ersten Anzeigeelementelektroden angeordnet, die auf dem Film liegen. Freitragende Filme mit Flüssigkristallmaterial, beispielsweise eingekapselte Flüssigkristallfilme, die manchmal sonst mit polymerdispergierten Flüssigkristallfilmen bezeichnet werden, sind verwendbar. Eingekapselte Flüssigkristallfilme sind im Stand der Technik bekannt und enthalten kurzgefaßt kleine Tropfen von Flüssigkristallmaterial, typisch vom nematischen Typ im Betrieb und haben positive dielektrische Anisotropie, die in einen massiven, jedoch flexiblen Polymerfilm eingebettet oder eingekapselt sind. Beispiele dieser Filmart und seines Betriebs in einer Anzeigeanordnung zum Modulieren von Licht sind in EP-A- 88126 und im Artikel von J.L. Ferguson mit dem Titel "Power Encapsulated Nematic Liquid Crystals for Display and Light Control Applications" beschrieben, der in SID 85 DIGEST auf S. 68 und 69 beschrieben sind. Da eingekapselte Flüssigkristallfilme massiv in dem Sinne sind, daß sie freitragend sind, und die Anzeigeelementelektroden die Oberfläche des Films im Abstand vom Träger liefern, d.h. die ersten Elektroden, ist kein getrennter Träger für diese Elektroden erforderlich. Auf diese Weise können die exponierten Oberflächen der ersten Elektroden zum direkten Kontaktieren der nichtlinearen Anordnungen verwendet werden.
Die Verwendung eines eingekapselten Flüssigkristallfilms erleichtert auf diese Weise weitgehend die Herstellung der Anzeigeanordnung. Der Flüssigkristallfilm mit Elektroden aufeinander gegenüberliegenden Oberflächen kann als Untereinheit unter Anwendung der Standardtechnologie für diese Art von Filmen vorgesehen werden. Die vorfabrizierten nichtlinearen Anordnungen können dabei auf dieser Untereinheit angeordnet werden, entweder sie selbst oder diese in einem isolierenden Trägerfilm, wie bereits erwähnt, gefolgt vom Träger, der die Adreßleiter zum Vervollständigen der Einheit trägt. Wenn die Anordnungen in einem Trägerfilm angebracht sind, ist eine andere Möglichkeit, daß das Gebiet der ersten Elektroden auf dem Trägerfilm gebildet wird.
Andere Filme mit Säcken oder Zellen aus Flüssigkristallmaterial sind verwendbar.
Der verhältnismäßig neue Typ von Flüssigkristallmaterial, das als Flüssigkristallpolymer bekannt steht, kann auch in Form eines Films verwendet werden. Dieses Material, wie der eingekapselte Flüssigkristallfilm, ist ein massiver freitragender Filmtyp und bedarf daher keiner inneren Distanzelemente zum Erhalten der Elektroden an ihren einander gegenüberliegenden Oberflächen in dem vorgegebenen räumlichen Verhältnis.
Andere herkömmlichere Flüssigkristallwerkstoffe in der flüssigen Phase sind verwendbar.
In einem anderen Ausführungsbeispiel kann daher als abgewandelte Form des obigen Ausführungsbeispiels ein Zwischen trägerschicht aus Isoliermaterial zwischen den Trägern mit den Adreßleitern bzw. zweiten Elektroden angebracht werden, die zum Behalten des Flüssigkristallmaterials dient, wobei die Zwischenträgerschicht die ersten Anzeigeelementelektroden trägt. Die ersten Elektroden können auf der dem Flüssigkristallmaterial zugewandten Oberfläche der Schicht und eine zusätzliche Gruppe von Elektroden, die sich mit den ersten Elektroden decken, auf ihrer gegenüberliegenden Seite angeordnet sein, mit der die nichtlinearen Anordnungen Kontakt herstellen. In einer Abwandlung dieses Ausführungsbeispiels werden die Elektrodengruppen auf gegenüberliegenden Seiten der Zwischenträgerschicht durch die Trägerschicht vollständig voneinander getrennt.
Die betreffenden Paare sich deckender Elektroden auf der Zwischenträgerschicht bilden in Kombination mit dem Isoliermaterial dieser Schicht Kondensatoren, wobei in diesem Ausführungsbeispiel die eine oder mehrere nichtlineare Anordnungen in Verknüpfung mit einem einzelnen Anzeigeelement mit dem Anzeigeelement kapazitiv gekoppelt.
In einer anderen Abwandlung dieses Ausführungsbeispiels ist die Zwischenträgerschicht wenigstens mit einer Apertur an der Stelle jedes Paares sich deckender Elektroden angebracht, durch die das Elektrodenpaar miteinander in Kontakt stehen.
In einem anderen Ausführungsbeispiel der zur Verwendung mit flüssigphasigem Flüssigkristallmaterial angepaßten Anzeigeanordnung sind die nichtlinearen Anordnungen in einem Trägerfilm von Isoliermaterial angebracht, auf dessen Oberfläche der Bereich der ersten Elektroden sich befindet. Die Adreßleiter können auf der einander gegenüberliegenden Oberfläche dieses Films oder auf andere Weise auf einem Substrat gebildet sein, auf dem der Film angebracht wird, wobei die Adreßleiter und erste Elektroden über die nichtlinearen Anordnungen elektrisch verbunden sind. Wie oben werden die zweiten Anzeigeelementelektroden auf einem weiteren Substrat gebildet, wobei das Flüssigkristallmaterial zwischen den einandergegenüberliegenden ersten und zweiten Elektroden angeordnet ist, wobei der Zwischenraum zwischen den ersten und zweiten Elektroden durch Distanzelemente auf herkömmliche Weise aufrechterhalten wird.
In allen obigen Ausführungsbeispielen können die zweiten Anzeigeelementelektroden der Einfachheit halber Anteile der zweiten Gruppe von Adreßleitern enthalten. Diese zweite Gruppe von Adreßleitern kann Spalten- oder Zeilenadreßleiter enthalten, in welchem Fall die erstgenannte Gruppe von Adreßleitern neben den nichtlinearen Anordnungen Zeilen- oder Spaltenadreßleiter enthalten.
Ausführungsbeispiele der Anzeigeanordnungen mit aktiver Matrix, insbesondere der Flüssigkristallanzeigeanordnungen, und ihr Herstellungsverfahren nach der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 schematisch die Schaltungskonfiguration eines Teils einer erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeigeanordnung mit aktiver Matrix,
Fig. 2 einen nicht maßstabgerechten schematischen Querschnitt durch einen typischen Teil eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anzeigeanordnung,
Fig. 3 eine nicht maßstabgerechte schematische Draufsicht auf einen Teil der Anzeigeanordnung nach Fig. 2,
Fig. 4A und B zwei Formen nichtlinearer Anordnungen, die in den erfindungsgemäßen Anzeigeanordnungen in einer Stufe ihrer Herstellung verwendet werden, und
Fig. 5, 6 und 7 schematische nicht maßstabgerechte Querschnitte durch Teile von drei weiteren Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Anzeigeanordnungen.
In Fig. 1 bis 3 besteht die Flüssigkristallanzeigeanordnung mit der aktiven Matrix aus m Zeilen von Bildelementen 12 mit n horizontalen Bildelementen 12 in jeder Zeile. Die Gesamtzahl der Bildelemente im Matrixfeld von Zeilen und Spalten kann beispielsweise 200.000 oder mehr betragen. Nur wenige typische Bildelemente sind der Deutlichkeit halber in der Zeichnung dargestellt. Insbesondere in Fig. 1 enthält jedes Bildelement 12 ein Flüssigkristallanzeigeelement 14, das mit einem nichtlinearen Zweirichtungs-Zweiklemmen-Widerstandselement 16 in Reihe geschaltet ist, das eine Schwellenkennlinie aufweist und als Schaltelement zwischen einem Zeilenadreßlieter 18 und einem Spaltenadreßleiter 20 arbeitet, über daß das Bildelement adressiert wird. Jedes Element 16 kann eine oder mehrere nichtlineare Anordnungen enthalten. Eine einzige Anordnung ist in Fig. 1 dargestellt. Die Gruppen von Zeilen- und Spaltenadreßleitern erstrecken sich senkrecht aufeinander, wobei die Bildelemente in ihren Überkreuzungsgebieten angeordnet sind.
Die Schaltung der bisher beschriebenen Bildelemente und die Art und Weise, auf die sie gesteuert werden, entsprechen der herkömmlichen Praxis und werden daher im weiteren nicht näher erläutert. Kurzgefaßt dienen jedoch die Zeilenleiter 18 als Abtastelektroden, an die der Reihe nach von einer Zeilensteuerschaltung ein Abtastsignal sequentiell angelegt wird. Synchron mit den Abtastsignalen gelangen Datensignale an die Spaltenadreßleiter 20 über eine Spaltensteuerschaltung zum Erzeugen der erforderlichen Anzeige aus den Anzeigeelementen jeder Zeile, wenn sie abgetastet werden. Für eine Video- oder Fernsehanzeige enthalten diese Datensignale Videoinformation. Durch geeignete Wahl der Abtast- und Datensignalspannungen wird die optische Transmissivität der Anzeigeelemente 14 jeder Zeile von Elementen der Reihe nach zum Modulieren des auf die Anzeigeanordnung gerichteten Lichts zum Schaffen eines sichtbaren Effekts gesteuert. Jede Zeile von Anzeigeelementen wird in einer Zeilenadreßperiode adressiert, in der die Anzeigeelemente entsprechend dem Wert der angelegten Datensignale aufgeladen werden, wobei die Anzeigeelemente beim Wegnehmen des Abtastsignals isoliert werden, so daß die Ladung zum Erhalten des Wiedergabeeffekts für den Rest einer Vertikalperiode bis zur folgenden Adressierung gespeichert wird. Die einzelnen Anzeigeeffekte der Zeilen von Anzeigeelementen werden zum Aufbauen eines vollständigen Bilds in einem Halbbild kombiniert, wobei die Anzeigeelemente wiederum in aufeinanderfolgenden Halbbildperioden adressiert werden. Für weitere Information über die allgemeine Steuerung und den allgemeinen Betrieb der Flüssigkristallanordnungen unter Verwendung nichtlinearer Zweiklemmenschaltelemente sei auf US-A-4223308 und GB-A-2091468 als Beispiel verwiesen.
Die Struktur eines Ausführungsbeispiels der Anzeigeanordnung nach Fig. 2 und 3, in denen ein Querschnitt bzw. eine schematische Draufsicht auf typische Teile der Anordnung dargestellt sind. Insbesondere in Fig. 2 lassen sich in der Anzeigeanordnung zwei Abschnitte erkennen, einen Anzeigeelementabschnitt A und einen Schaltabschnitt B, wobei jeder Abschnitt Adreßleiter enthält.
Der Anzeigeelementabschnitt in diesem Ausführungsbeispiel enthält einen Polymerdispersions-Flüssigkristalltyp von Matrixanzeige. Ein transparentes Substrat 23, beispielsweise aus Glas oder einem anderen steifen Isoliermaterial, enthält auf seiner Oberfläche eine Gruppe paralleler transparenter ITO-Streifenelektroden mit konstanter Breite und gleichmäßiger Dicke, die Zeilenadreßleiter 18 bilden. Sie werden auf standardisierte Weise durch Ablagerung und Definition von ITO-Material angebracht und erstrecken sich in einer flachen Ebene. Die Leiter 18 und zwischenliegende Oberflächengebiete des Substrats werden mit Polymerdispersions-Flüssigkristallfilmmaterial 21 bedeckt, das aus einer festen Polymermatrix besteht, in der getrennte im allgemeinen sphärische Tropfen 22 von nematischem Flüssigkristall eingestreut werden, und deren Oberfläche im Abstand vom Substrat sich im wesentlichen parallel zur Oberfläche des Substrats erstreckt. Auf der Oberfläche des Films 21 werden auf herkömmliche Weise transparente Anzeigeelementelektroden 24 aus ITO in einem regelmäßigen zweidimensionalen Feld gebildet, dessen Ebene parallel zu der der Zeilenleiter 18 verläuft und im Abstand um die Dicke des Films 21 liegt. Die Elektroden 24 werden physikalisch voneinander getrennt und in Form diskreter rechteckiger Flächen vom Film 21 in Überdeckung mit den Zeilenleitern 18 getragen, und dessen eine Abmessung im wesentlichen der Lateralabmessung der Zeilenleiter entspricht, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist. Die Anteile der Zeilenleiter 18 unter den Elektroden 24 dienen als zweite Elektroden für die Anzeigeelemente. Jede Elektrode 24 bildet zusammen mit dem unterliegenden Anteil ihres zugeordneten Zeilenleiters 18 und dem zwischenliegenden Film 21 ein Anzeigeelement.
Die Struktur des Anzeigeelementabschnitts A verfolgt die der herkömmlichen Polymerdispersions-Flüssigkristallanzeigeanordnungen nach der Beschreibung in den oben genannten Dokumenten mit der Ausnahme, daß die Anzeigeelementelektroden 24 einzeln definiert werden, stattdessen sie jeweilige Anteile von Spaltenleitern enthalten.
Die Abmessung jedes Anzeigeelements 14 wird entsprechend der Abmessung des Gesamtanzeigebereichs und der gewünschten Auflösung bestimmt. Für Video-, z.B. Fernseh-, Anzeigezwecke können sie typisch etwa 250 Quadratmikrometer betragen. In bekannten Polymerdispersions-Flüssigkristallfilmen kann der Durchmesser der Tropfen 22 des Flüssigkristalls 1 bis 20 um betragen und ihre Abmessung wird zum Genügen der Anzeigeelementabmessungen gewählt. Die Dicke des Polymermatrixmaterials kann 2 bis 50 um betragen, so daß mehrere Tropfenschichten angeordnet werden können. Gummi, Polyvinylalkohol, Epoxydharz, Polyurethanharz, Polykarbonatharz oder Polyvinylbutyrilharz können für das Polymer verwendet werden. Die Flüssigkristalltropfen können in der Polymermatrix durch chemische, thermische oder lichtinduzierte Phasentrennung gebildet und in beliebiger Ausgabe festgesetzt werden. Beispielsweise kann der Film 21 einer der eingekapselten Gruppe sein, in der der Flüssigkristall in Polymerkapseln eingekapselt wird, die anschließend in einem Polymerkontinuum oder in der Art eingebettet werden, in der Flüssigkristalltropfen während der Filmbildung spontan in das Matrixmaterial eingestreut werden.
Die Anordnung nach Fig. 2 enthält ein weiteres Substrat 30, wiederum beispielsweise aus Glas, das sich auf das Feld der Elektroden 24 erstreckt. Das Substrat 30 trägt eine Gruppe von ITO-Streifenelektroden mit konstanter Breite und gleichmäßiger Dicke, die die Spaltenelektroden 20 darstellen, die sich senkrecht zu den Zeilenleitern 18 erstrecken und in einer Ebene parallel zu und im Abstand von der Ebene der Elektroden 24 liegen. Die Breite der Spaltenleiter 20 entspricht im wesentlichen die Abmessung der Elektroden 24 in derselben Richtung.
Zwischen dem Substrat 30 und dem Film 21 sind diskrete nichtlineare Zweiklemmenanordnungen 35, hier in einfacher Blockform dargestellt, angeordnet, die den Raum zwischen den Spaltenleitern 20 und den Anzeigeelementelektroden 24 überbrücken. In diesem Ausführungsbeispiel enthalten die Anordnungen 35 MIMs oder Durchgriffdioden. Die Anordnungen 35 sind vorgeformt und haben eine Rechteckform mit einander gegenüberliegenden im wesentlichen flachen Hauptflächen. Sie haben eine gleichmäßige Dicke und dienen als Distanzelemente zwischen den Leitern 20 und den Elektroden 24. Ihre gegenüberliegende Hauptflächen bilden jeweils Klemmen, so daß an Ort und Stelle die zwei Klemmen jeder Anordnung mit einem Spaltenleiter 20 bzw. mit einer Anzeigeelementelektrode 24 in elektrischem Kontakt stehen, und so die Schaltungskonfiguration nach Fig. 1 bilden. Die Anordnungen 35 sind auf den Film 21 in quasi beliebiger Form, jedoch mit ausreichender Dicke verteilt, um zu gewährleisten, daß wenigstens eine Anordnung zwischen jeder Elektrode 24 und ihrem zugeordneten Spaltenleiter 20 angeordnet ist.
Der restliche Raum zwischen dem Substrat 30 und dem Film 21 kann ein Teilvakuum sein oder kann mit Luft oder einem inerten Gas gefüllt sein.
Aus der Schaltungskonfiguration wird klar sein, daß der Betrieb der Anordnung gleich den herkömmlichen Formen von Anzeigeanordnungen mit nichtlinearen Zweiklemmenanordnungen ist. Im Betrieb wird Licht auf das Substrat 30 gerichtet. Ohne elektrisches Feld über die Anzeigeelemente 14 sind die Tropfen im isotropischen nicht ausgerichteten Zustand mit ihren optischen Achsen willkürlich orientiert, so daß in ein Anzeigeelement eintretendes Licht verstreut wird. Bei einem elektrischen Feld an den Anzeigeelementen infolge eines Spannungsunterschieds an den Zeilenleitern 18 und den Anzeigeelementelektroden 24 werden die optischen Achsen der Tropfen auf das Feld ausgerichtet, so daß minimales Streuen des Lichts erfolgt und die Anzeigeelemente transparent werden, wodurch praktisch ohne Richtungsändeung Licht durchfallen kann. Durch die Änderung des erzeugten Feldes kann der Transmissionsgrad entsprechend geändert werden, um Graustufen zu schaffen. Die erforderliche Spannung an der Elektrode 24 eines Anzeigeelements zum Erzeugen des gewünschten Anzeigeeffekts wird zugeführt, wenn das Anzeigeelement durch Abtasten adressiert wird und Datensignalspannungen an seinen zugeordneten Zeilen- und Spaltenleitern 18 und 20 erzeugt werden, die in der Kombination zum Überwinden der Schwelle der Anordnung 35 oder von Anordnungen ausreicht, wenn mehr als eine Anordnung auf der Elektrode 24 vorhanden ist, wobei eine von der Datensignalspannung abhängige Spannung auf die Elektrode 24 geschrieben wird. Da die Überlappung zwischen den Elektroden 24 und den Spaltenleitern 20 wird eine Streukapazität Cp eingeführt. Zum Minimisieren unerwünschter Effekte durch diese Kapazität Cp werden die relevanten Zwischenräume zwischen den Elektroden 24 und den Leitern 20 einerseits und den Leitern 18 an der anderen Seite derart gewählt, daß die Kapazität des Anzeigeelements CLC viel größer ist als die Streukapazität Cp. Zu diesem Zweck wird die Dicke des Films 21 vorzugsweise kleiner als die Dicke der nichtlinearen Anordnung 35 gewählt. Die nichtlinearen Anordnungen 35 können etwas Kapazität im Betrieb aufweisen, aber eine derartige Kapazität ist wahrscheinlich viel kleiner als die Kapazität der Anzeigeelemente und wirkt sich also minimal aus.
Nachstehend wird die Herstellung der Anzeigeanordnung beschrieben. Der Abschnitt A der Anordnung mit den Bauteilen 23, 18, 21 und 24 wird als Untereinheit unter Anwendung von Techniken nach dem Stand der Technik für Polymerdispersions- Flüssigkristallanzeigeanordnungen gebildet. Auf gleiche Weise werden das Substrat 30 und die Leiter 20 als eine andere Untereinheit unter Anwendung herkömmlicher Prozesse angeordnet, mit dem ITO abgelagert und von einem Muster versehen wird.
Die vorgefertigten nichtlinearen Anordnungen 35 werden dabei auf die exponierten Oberflächen der Elektroden 24 der Untereinheit A verteilt. Dies wird leicht mit einem Schleuder- oder Aufspritzverfahren erhalten, obgleich stattdessen andere Techniken brauchbar sind. Die Anordnungen 35 werden in Form eines "Pulvers" angebracht, das wie folgt erzeugt wird.
Zum Erhalten eines Pulvers diskreter Zweirichtung-Diodenstrukturanordnungen, beispielsweise MIM- oder pnp-Anordnungen wird eine großflächige Mehrschichtdiodenstruktur auf einem zeitlichen Träger aufgebaut und darauf zum Erzeugen physikalisch diskreter Anordnungen verteilt. Trennung vom zeitlichen Träger erfolgt durch Abätzen des Trägers. Das Aufteilen erfolgt mit Hilfe des Anritzverfahrens wenigstens teilweise durch die Mehrschichtstruktur hindurch, während sie immer noch unterstützt wird, um einzelne Anteile der Struktur zu definieren. Bei der folgenden Entfernung des Trägers wird die Mehrschichtstruktur in ihre einzelnen Elemente aufgebrochen, wie mit dem Anritzmuster bestimmt, wobei jedes Element eine nichtlineare Anordnung bildet.
Unter Anwendung dieser Technik und anhand der Fig. 4A werden MIMs mit einer bekannten Struktur die mit Tantal-Tantalpentoxid-Tantal überlagerte Schichten enthält, auf einem Polyimid-(z.B. Kapton)-Trägerfilm 40 erzeugt. Zunächst wird eine Tantalschicht 41 von etwa 2,5 um Dicke auf den Film 40 aufgedampft. Darauf erfährt diese Schicht einen Anodisierungsprozeß unter Verwendung beispielsweise einer schwachen Zitronensäurelösung, bei einer Anodisierspannung von etwa 30 bis 60 Volt zum Erzeugen eines dünnen Oberflächenfilms aus isolierendem Tantalpentoxid 42 von etwa 0,1 um in der Dicke. Danach wird eine weitere Schicht 43 aus Tantal auf der Oberfläche der Tantalpentoxidschicht bis zu eienr Dicke von etwa 2,5 um aufgedampft. Alle drei Schichten werden als durchgehende koextensive Schichten gebildet.
Die auf diese Weise gebildete Dreischichtenstrukturauf dem Trägerfilm wird darauf durch lineares Anritzen mit einem Muster von Zeilen und Spalten netzförmig gemacht, um einzelne Anteile 45 von etwa 10 zu 20 um zu definieren. Dieses Anritzen kann durchgehend oder nur teilweise durch die drei Schichten erfolgen. In Fig. 4A ist schematisch und nicht maßstabgerecht ein kleiner typischer Teil der Struktur mit dieser Anritzform veranschaulicht, wobei in diesem Fall das An ritzen bis zu einer Tiefe etwa gleich der Dicke der Dreischichten ausgeführt wird. In der Praxis ist die Abmessung des Films 40 und das Gebiet der Schichten 40 zu 43 derart, daß viele Hunderte von Tausenden dieser einzelnen Anteile 45 definiert werden. Der Polyimidträgerfilm 40 wird dabei in einem trocken Ätzverfahren oder in einem Naßätzverfahren in Hydrazin entfernt. Beim Entfernen dieses Films werden die einzelnen Anteile 45 der Struktur in physikalisch diskrete Elemente getrennt, von denen jedes eine MIM-Anordnung 35 bildet. Wenn nur teilweises Anritzen ausgeführt wird, können die Elemente nach dem Entfernen des Trägerfilms noch aneinander hängen. Wenn dies der Fall ist können sie durch einen Rollvorgang an der Dreischichtenstruktur oder mit einer anderen geeigneten bekannten Technik physikalisch getrennt werden, mit der die Struktur in die erforderlichen einzelnen Elemente aufgebrochen wird.
Auf diese Weise werden diskrete rechteckige MIM-Anordnungen mit einem dünnen Film von Tantalpentoxid im Sandwich zwischen Tantalschichten gebildet, deren Gesamtdicke etwa 5 um beträgt. Die zwei einander gegenüberliegenden flachen Hauptflächen der Elemente, die von den Tantalschichten definiert werden, dienen als jeweilige Klemmen der Anordnungen.
Die MIM-Anordnungen aus den verschiedenen nach dem Stand der Technik bekannten Werkstoffen können statt mit diesem Verfahren erzeugt werden. Andere Beispiele der Metallisierung sind Aluminium, Chrom, Nickel oder Titan. Isolierschichtwerkstoffe enthalten Aluminiumoxid, Siliziumnitrid und Siliziumoxynitrid.
Durchgriffdioden mit einer p+ n p+-Diodenstruktur aus Siliziummaterial kann auf gleiche Weise gebildet werden. Einem bevorzugten Verfahren zur Herstellung derartiger Anordnungen wird eine Scheibe von n + Einkristallsilizium für den zeitlichen Träger verwendet. In Fig. 48 werden aufeinanderfolgende durchgehende Schichten gleichmäßiger Dicke auf der Scheibe 50 in einem Epitaxialverfahren unter Anwendung der CVD- oder der MBE-Technik gezüchtet. Diese direkt überlagerten Schichten enthalten zum Starten auf der Scheibenoberfläche eine mit 0,1 um leichtdotierte p Siliziumschicht 51, eine 4 um p+ Siliziumschicht 52, eine 2 um n Siliziumschicht 53 und eine 4 um p+ Siliziumschicht 54. Die Mehrschichtstruktur auf der Scheibe wird dabei durch lineares Anritzen in ein Muster von Zeilen und Spalten entweder durch und durch oder teilweise durch die Struktur vernetzt, um einzelne Anteile 45 der Struktur mit der Abmessung von etwa 20 um zu 40 um zu definieren. Wie in Fig. 4A, ist in Fig. 4B schematisch und nicht maßstabgerecht ein typischer kleiner Teil der Mehrschichtstruktur nach der Anritzoperation dargestellt, die in diesem Fall wieder bis zu einer Tiefe etwa gleich der Dicke der Schichten geht. Wie bei der MIM-Struktur werden viele Hunderttausende dieser Anteile 45 erzeugt. Die n + Scheibe wird dabei in einem Ätzverfahren unter Verwendung von 0,5 % HF in HNO&sub3; entfernt. Die p Schicht 51 dient als Ätzstopp, so daß das Ätzen an der p-Schichtgrenze endet. Beim Wegnehmen der Scheibe werden die einzelnen Anteile 45 der durch Anritzen definierten Mehrschichtstruktur in physikalisch diskrete Elemente voneinander getrennt, wobei jedes eine Durchgriffdiodenanordnung darstellt. Wiederum kann es erforderlich sein, wenn nur teilweises Anritzen verwendet wird, noch aneinander hängende Elemente durch eine Rolloperation zu trennen oder auf gleiche Weise sie in die erforderlichen einzelnen Elemente aufzubrechen. Die Schicht 51 kann mit einer nichtselektiven Siliziumätzverfahren entfernt werden. Durch ihre Dünne jedoch fügt sie wenig Widerstand hinzu und ihr Vorhandensein wird den Betrieb der Dioden struktur nicht nachteilig beeinflussen.
Die auf diese Weise gebildeten einzelnen Dioden enthalten je eine rechteckige Mehrschichtstruktur von etwa 20 um zu 40 um und mit einer gleichmäßigen Dicke von etwa 10 um. Die einander gegenüberliegenden zwei ebenen Hauptflächen bilden die Klemmen der Anordnung.
Ebenflächige nichtlineare Zweiklemmenanordnungen mit pip-, nin- oder npn-Strukturen können auf gleiche Weise mit Anwendung dieses Verfahrens gebildet werden.
Die Form der nichtlinearen Anordnungen 35, die eine Tafel mit zwei einander gegenüberliegenden ebenen Hauptflächen enthalten, gewährleistet, daß sie wenn auf den Elektroden 34 abgelagert sind, in der gewünschten Orientierung mit ihren Hauptflächen parallel zu den Ebenen der ersten Elektroden 24 und den Adreßleitern 20 liegen. Durch das symmetrische und charakteristische elektrische Zweirichtungsverhalten der Anordnung 35 im Betrieb ist es nicht wichtig, in welcher Richtung sie fallen. Wenn zwei oder mehrere nichtlineare Anordnungen 35 mit einer Elektrode 24 verknüpft sind, arbeiten sie parallel zueinander, so daß ein Redundanzgrad erhalten wird.
Die Elektroden 24 liegen vorzugsweise so weit auseinander, daß die Lücke zwischen benachbarten Elektroden 24 größer ist als die maximale Abmessung einer nichtlinearen Anordnung, so daß Überbrückung von zwei benachbarten Elektroden 24 durch eine nichtlineare Anordnung nicht möglich ist, wenn willkürlich verstreut wird. Sogar wenn der Zwischenraum zwischen den Elektroden 24 jedoch derart reduziert wird, daß eine nichtlineare Anordnung möglicherweise mit ihrer einen Klemme derart angeordnet wird, daß sie zwei benachbarte Elektroden überbrückt, sind die Effekte auf die erzeugte Anzeige kaum wahrnehmbar.
In einer Abwandlung des oben beschriebenen Verfahrens können die nichtlinearen Anordnungen 35 stattdessen auf die Adreßleiter 20 auf dem Substrat 30 verstreut werden, und der Abschnitt A wird dabei auf den exponierten Flächen der nichtlinearen Anordnungen angeordnet.
Wenn die zwei Substrate 20 und 30 zusammengeführt werden, werden sie um ihre Peripherie unter Druck zusammengeklemmt, wodurch gewährleistet ist, daß die nichtlinearen Anordnungen 35 fest zwischen ihren zugeordneten Elektroden 24 und Leitern 20 gehalten werden, und daß ein zuverlässiger elektrischer Kontakt erhalten wird. Der restliche Raum zwischen dem Substrat 30 und dem Film 21 kann mit Luft oder mit einem inerten Gas gefüllt werden. Vorzugsweise wird in diesem Raum ein Teilvakuum geschaffen, dessen Effekt es ist, daß es zum festen Einklemmen der Anordnungen 35 beiträgt.
Da die nichtlinearen Anordnungen getrennt gebildet und als vorgefertigte Anordnungen zwischen vorgeformten Elektroden angeordnet sind, wird der Bedarf an komplexe photolithographische Prozesse zum Definieren von Anzeigeelementelektroden und Adreßleitern zusammen mit nichtlinearen Anordnungen auf einem gemeinsamen Substrat vermieden. Die zwei beim Herstellen der Anzeigeanordnung benutzten Untereinheiten mit dem Abschnitt A bzw. dem Substrat 30 mit Spaltenleitern 20 lassen sich unter Verwendung der Standardtechnologie einfach ausbilden, wodurch keine komplizierte photolithographische Prozesse und Leiterverbindungen auf Großbereichen notwendig sind. Diese Bauteile können daher mit größerer Zuverlässigkeit hergestellt werden. Ebenso bietet die Art und Weise, auf die die nichtlinearen Anordnungen gebildet werden, größere Zuverlässigkeit. Das Verfahren zum Herstellen von Wiedergabeanordnungen nach der Erfindung vermeidet die bestehenden Methoden und ist eine Hauptvereinfachung herkömmlicher Technologien. Hohe Ausbeuten von Anzeigeanordnungen können entgegengesehen werden und gegen verhältnismäßig niedrigen Kosten. Wichtig ist, daß der Anzeigeanordnungsaufbau bedeutet, daß Anordnungen mit großen Anzeigegebieten auf einfache und verhältnismäßig leichte Weise erzeugbar sind.
Es sind mehrere Abwandlungen im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel der Anzeigeanordnung und ihrem Herstellungsverfahren im Rahmen der Erfindung möglich. Beispielsweise kann die beschriebene Aufstellung von Zeilen- und Spaltenadreßleitern umgekehrt werden, wobei die nichtlinearen Anordnungen Kontakt mit Zeilenleitern auf dem Substrat 30 und mit Spaltenleitern auf dem Substrat 23 herstellen.
Weiterhin können die nichtlinearen Anordnungen 35 in einen Film aus transparentem isolierendem Polymermaterial enthalten oder eingebettet sein. Beispielsweise aus Polyimid oder Polyurethan im Raum zwischen den Elektroden und den Leitern 20, stattdessen dieser Raum nur durch die nichtlinearen Anordnungen selbst zum Teil belegt wird. Die Isoliermaterialmatrix kann an Ort und Stelle nach dem Streuen der Anordnungen 35 über die Elektroden 24 oder die Leiter 20 durch Ablagerung des Materials in einem nicht festen Zustand auf die Elektroden 24 oder die Leiter 20 je nachdem derart vorgesehen werden, daß es um die Anordnungen 35 herumfließt und die Zwischenräume bis zu einer Dicke etwas geringer als die Dicke der Anordnungen 35 füllt. Danach kann das Material sich setzen oder aushärten oder wird auf geeignete Weise ausgehärtet oder entsprechend der Art des benutzten Materials zur Bildung einer festen Matrix behandelt, wobei die Anordnungen eingefangen und physikalisch gehalten werden. Vorzugsweise jedoch wird ein Film des kombinierten Isoliermaterials und der nichtlinearen Anordnungen als getrennter Bauteil gebildet und darauf anschließend auf den Elektroden 24 oder Leitern 20 angebracht, wodurch der Schritt der Anordnung beispielsweise auf den Elektroden 24 durch Verstreuung beseitig wird. Ein derartiger Film kann durch Streuung der Anordnungen auf einen Träger und durch Ablagerung des Isoliermaterials auf gleiche Weise wie nach der obigen Beschreibung erhalten werden, wobei die Dichte der Anordnungen ausreicht, um zu gewährleisten, daß endgültig wenigstens eine Anordnung mit jedem Anzeigeelement verknüpft ist, und danach der Film von diesem Träger entfernt wird. Der Film mit den darin enthaltenen Anordnungen und vom Matrixmaterial unterstützt wird darauf auf die Elektroden 24 oder Leiter 20 gelegt. Auf andere Weise kann das Isoliermaterial auf dem Träger abgelagert werden, und können danach die Anordnungen auf dieses Material verstreut und durch Andrücken der Anordnungen in das Material mit Hilfe einer beweglichen Platte in das Material eingebettet werden. Nach dem Einbetten der Anordnungen wird der Film entfernt und kann darauf wie zuvor verwendet werden.
Es wird beabsichtigt, daß die Hauptflächen der eingebetteten Anordnungen, d.h. ihre Klemmen freibleiben, so daß beim Benutzen des Films zwischen diesen Klemmen Oberflächen und den Elektroden 24 und Leitern 20 direkter Kontakt hergestellt wird. Beim Anwenden dieser Verfahren besteht die Möglichkeit, daß eine dünne Polymermaterialschicht auf einer Klemmenfläche liegt. Wenn der Film zwischen den Elektroden 24 und den Leitern 20 angebracht wird, wird jedoch elektrische Kopplung zwischen dieser Klemme und ihrer zugeordneten Elektrode 24 oder ihrem zugeordneten Leiter 20 eher kapazitiver als durch direkten Kontakt erhalten, und ist der Betrieb des betreffenden Anzeigelements normalerweise nicht gefährdet. Also in bezug auf Fig. 1 enthält die wirksame Schaltung in diesem Fall einen Kondensator in Reihenschaltung mit der nichtlinearen Anordnung 16 zwischen dem Anzeigeelement 14 und seinem Adreßleiter 20.
Die Anzeigeelemente können flüssiges Flüssigkristallmaterial statt festes Polymerdispersionsmaterial oder ähnliches Material enthalten. In Fig. 5, 6 und 7 sind schematische Querschnitte durch drei Ausführungsbeispiele von Flüssigkristallanzeigeanordnungen dieser Art dargestellt. In diesen Figuren werden zum Bezeichnen von Bauteilen entsprechend jenen des vorangehenden Ausführungsbeispiels dieselben Bezugsziffern verwendet.
In Fig. 5 ist dieses Ausführungsbeispiel in vielen Hinsichten gleich der Abwandlung des vorangehenden Ausführungsbeispiels unter Verwendung eines Trägerfilms aus Polymermaterial, wie z.B. eines Polyimids, in dem die nichtlinearen Anordnungen enthalten sind. Der hier mit 66 bezeichnete Trägerfilm mit der darin eingebetteten Anordnung 35 kann als getrennter Bauteil unter Verwendung des bereits beschriebenen Verfahrens vorgefertigt werden. In diesem Ausführungsbeispiel trägt der Trägerfilm auch die Anzeigeelementelektroden 24, die durch Ablagern und durch Mustergabe des ITO-Materials auf der Oberfläche des Films gebildet werden. Die Kondensatoren 20 können auf der anderen Oberfläche des Films 66 auf gleiche Weise oder stattdessen auf dem Substrat 30 gebildet werden, wobei der Film neben den Leitern angeordnet wird. Auf andere Weise können die Leiter 20 auf dem Substrat 30 gebildet werden, und die nichtlinearen Anordnungen 35 werden dabei auf die Leiter 20 verstreut, wonach das den Film bildende Polymermaterial zum Ausfüllen der Räume zwischen den Anordnungen 35 abgelagert wird und den Film an Ort und Stelle nach obiger Beschreibung bildet. Danach werden die Elektroden 24 auf der Oberfläche des Films 66 gebildet.
Unter Verwendung eines dieser Verfahren wird eine Untereinheit mit den Bauteilen 30, 20, 35, 66 und 34 erhalten.
Diese Untereinheit wird darauf mit der Untereinheit zusammengefügt, die das Substrat 23 und die Leiter 18 mit inerten Distanzeiementen 63 zwischen ihnen zum Aufrechterhalten der zwei Unteranordnungen in einem vorgegebenen Abstand voneinander enthält. Es wird daher klar sein, daß in der restlichen Struktur die Leiter 20 und 18 und die Elektroden 24 in jeweiligen im Abstand voneinander liegenden Ebenen liegen, die im wesentlichen parallel zueinander verlaufen, wobei jede Anzeigeelementelektrode 24 mit einem zugeordneten Leiter 20 über wenigstens einer nichtlinearen Anordnung 35 wie in dem vorangehenden Ausführungsbeispiel elektrisch gekoppelt ist. Der Raum zwischen dem Film 66 und dem Substrat 23 wird durch Abdichtmittel um die Peripherie der Struktur begrenzt, und verdrilltes nematisches Flüssigkristallmaterial 61 wird eingeführt, um diesen Raum ganz auszufüllen. In der Praxis werden die Elektroden 24 und die Leiter 18 durch Molekularausrichtschichten in herkömmlicher Weise bedeckt, während diese Schichten der Einfachheit halber in Fig. 5 weggelassen sind.
In bezug auf Fig. 6 wird in diesem Ausführungsbeispiel flüssiger verdrillter nematischer Flüssigkristall 61 verwendet, der zwischen dem Substrat und einer weiteren Zwischenschicht 60 aus transparentem Isoliermaterial enthalten ist, das sich durchgehend und ganz über das Anzeigegebiet erstreckt. Wie zuvor sind Zeilenleiter 18 auf dem Substrat 23 vorgesehen. Die Anzeigeelementelektroden 24 befinden sich auf der Oberfläche der Schicht 60 und sind dem Substrat 23 zugewandt. Das Substrat 23 und die Zwischenschicht 60 werden in vorgegebenem Abstand auf übliche Weise durch Distanzelemente 63 aus inertem Material auseinander gehalten. Für jede Elektrode 24 wird eine betreffende zusätzliche Flächenelektrode 64 aus ITO auf der Oberfläche der Schicht 60 angebracht, die mit der Elektrode 24 koextensiv ist. In diesem Ausführungsbeispiel stellen daher die nichtlinearen Anordnungen 35 Kontakt mit den Hilfselektroden 64 her, statt daß sie direkt mit den Elektroden 24 verbunden werden. Jedes betreffende Elektrodenpaar 24 und 64 zusammen mit dem Isoliermaterial der Schicht 60 zwischen ihnen dient als Kondensator, dessen Kapazität durch die Dicke der Schicht 60 bestimmt wird. Also werden für jedes Anzeigeelement in dieser Aufstellung die zugeordnete eine oder die zugeordneten mehreren nichtlinearen Anordnungen 35 mit der Anzeigeelementelektrode 24 kapazitiv gekoppelt. Das Material für die Schicht 60 wird derart gewählt, daß seine Trägerfunktion und seine erforderlichen mechanischen Eigenschaften in dieser Hinsicht berücksichtigt werden. Das Isoliermaterial der Schicht 60 muß stark genug sein, um bedeutende Verzerrung in ihrer Ebene durch Druck auf die Schicht 60 von den Anordnungen 35 und von den Distanzelementen 63 beim Zusammenklemmen der Substrate 20 und 30 zu verhindern. Beim Aufbau dieses Ausführungsbeispiels werden erste, zweite und dritte Unteranordnungen jeweils mit dem Substrat 23 und den Leitern 18, der Schicht 60 mit den Elektroden 64 und 24 und dem Substrat 30 mit den Leitern 20 getrennt hergestellt. Die nichtlinearen Anordnungen 35 werden auf die Leiter 20 verteilt und durch Positionierung der zweiten Unteranordnung darauf festgeklemmt. Die dritte Unteranordnung ist mit den Distanzelementen 63 zum Definieren einer Lücke vorgegebener Dicke positioniert, die anschließend mit Flüssigkristallmaterial gefüllt wird.
Das Ausführungsbeispiel in Fig. 7 kann als eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 6 betrachtet werden. In dieser Anordnung wird die Schicht 60 mit einem regelmäßigen Durchlochungsfeld gebildet, wobei jedes Loch sich an der Stelle der Anzeigeelementelektrode 24 befindet. Wenn die Elektroden 24 und 64 aufeinander gegenüberliegenden Oberflächen der Schicht 60 angeordnet werden, erstreckt sich daher das abgelagerte Elektrodenmaterial durch die Löcher, so daß jedes Elektrodenpaar 24 und 64 elektrisch verbunden wird. Also werden die Klemmen der nichtlinearen Anordnungen 35, die den Anzeigeelementen zugewandt sind, mit ihren zugeordneten Anzeigeelementelektroden 24 elektrisch verbunden.
In allen anhand der Fig. 5, 6 und 7 beschriebenen Ausführungsbeispielen wird klar sein, daß dieselben allgemeinen Vorteile nach der Beschreibung anhand des Ausführungsbeispiels nach Fig. 2 und 3 erhalten werden. Insbesondere wird der Bedarf an ausgedehnte und komplizierte Lithographie vermieden, insbesondere bei der Herstellung großflächiger Anzeigeanordnungen.
Es wird klar sein, daß die Figuren reinschematisch und nicht maßstabgerecht sind. Insbesondere können bestimmte Abmessungen, wie die Dicke der Schichten oder von Gebieten übertrieben dargestellt sein, während andere Abmessungen reduziert wurden. Es wird ebenfalls klar sein, daß dieselben Bezugsziffern in allen Figuren zum Bezeichnen derselben oder ähnlicher Teile verwendet sind. Aus der vorliegenden Beschreibung werden dem Fachmann andere Abwandlungen bekannt sein. Derartige Abwandlungen können andere Eigenschaften betreffen, die bereits im Bereich von Anzeigeanordnungen mit aktiver Matrix und ihrer Bauteile bekannt sind und statt der Eigenschaften oder neben diesen Eigenschaften verwendbar sind.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen einer Anzeigeanordnung mit aktiver Matrix und mit einem Feld von Anzeigeelementen (14), das aus ersten und zweiten im Abstand voneinander liegenden Elektroden (24, 18) mit zwischenliegendem elektrooptischem Material (21; 61) enthält, wobei die ersten Elektroden (24) mit je einem zugeordneten Adreßleiter (20) über wenigstens eine nichtlineare Zweiklemmenanordnung (35) elektrisch verbunden sind, und das Verfahren den Schritt der Bildung der ersten Elektroden (24) in einem zweidimensionalen Gebiet umfaßt, gekennzeichnet durch die Schritte der Bildung der Adreßleiter (20) getrennt vom Feld erster Elektroden und der Anbringung der nichtlinearen Anordnungen (35) als vorgefertigter diskreter Anordnungen, und durch Anordnung der nichtlinearen Anordnungen, Adreßleiter und erster Elektroden mit den nichtlinearen Anordnungen zwischen dem Feld erster Elektroden und den Adreßleitern, wobei jede nichtlineare Anordnung zwischen einer betreffenden ersten Elektrode und einem zugeordneten Adreßleiter elektrisch gekoppelt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Schritte der Bildung der Adreßleiter (20) auf einem Isolierträger (30) und anschließend durch das Anbringen des Trägers auf das Feld erster Elektroden (24) mit den zwischenliegenden nichtlinearen Anordnungen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Verteilung der nichtlinearen Anordnungen (35) auf eine quasi willkürliche Weise auf die ersten Elektroden oder die Adreßleiter vor dem Anbringen der Adreßleiter auf den ersten Elektroden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch den Schritt der Anordnung von Isoliermaterial im Raum zwischen den Adreßleitern (20) und den ersten Elektroden (24) um die nichtlinearen Anordnungen.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtlinearen Anordnungen in einem Film aus transparentem Isoliermaterial (66) angebracht sind.

6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch den Schritt der Bildung des Feldes erster Elektroden (24) auf einer Oberfläche des Films.

7. Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch die Schritte der Bildung der Adreßleiter (20) auf einem Träger (30) und anschließend durch das Anbringen des Films mit den nichtlinearen Anordnungen auf den Adreßleitern.

8. Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch den Schritt der Bildung der Adreßleiter (20) auf der gegenüberliegenden Oberfläche des Films.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte der Bildung eines Feldes zweiter Anzeigeelementelektroden (18) auf einem Isoliersubstrat (23), der Anordnung des Substrats auf und parallel zu dem Feld erster Elektroden (24) mit betreffenden ersten und zweiten Elektroden einander zugewandt und im Abstand voneinander und der Anbringung von Flüssigkristallmaterial (61) im Raum zwischen den ersten und zweiten Elektroden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte der Bildung eines Feldes zweiter Anzeigeelementelektroden (18) und der Anordnung der Felder erster und zweiter Elektroden (24, 18) parallel zu und im Abstand voneinander mit einem freitragenden Film (21) mit Flüssigkristallmaterial zwischen den beiden Feldern.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtlinearen Anordnungen (35) Dünnschichtdiodenanordnungen enthalten.

12. Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch die Schritte der Herstellung der Dünnschichtdiodenanordnungen durch die Bildung einer Mehrschichtstruktur auf einem Träger mit einer Reihe von Schichten ausgewählter Werkstoffe zur Bildung einer Diodenstruktur, der Anritzung der Mehrschichtstruktur zum Definieren einzelner Anteile dieser Struktur und anschließend der Entfernung des Trägers und der Trennung der Anteile in diskrete Elemente (45), die je eine Diodenanordnung darstellen.

13. Anzeigeanordnung mit aktiver Matrix und mit einem Feld von Anzeigeelementen (14) mit ersten und zweiten im Abstand voneinander liegenden Elektroden (24, 18) mit zwischenliegendem elektrooptischem Material (21; 61), wobei die ersten Elektroden (24) sich in einem zweidimensionalen Feld befinden, wobei jede erste Elektrode mit einem zugeordneten Adreßleiter (20) über wenigstens eine nichtlineare Zweiklemmenanordnung (35) elektrisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Adreßleiter (20) im Abstand vom Feld erster Elektroden (24) liegen, wobei vorgefertigte physikalisch diskrete nichtlineare Anordnungen (35) zwischen den ersten Elektroden und den Adreßleitern angeordnet sind, und jede nichtlineare Anordnung zwischen einer betreffenden ersten Elektrode und einem zugeordneten Adreßleiter elektrisch gekoppelt ist.

14. Anzeigeanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtlinearen Anordnungen (35) Dünnfilmdiodenanordnungen mit einander gegenüberliegenden ebenen Flächen enthalten, die jeweils Klemmen bilden.

15. Anzeigeanordnung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtlinearen Anordnungen zwischen den ersten Leitern (24) und den Adreßleitern (20) auf quasi willkürliche Weise verteilt sind.

16. Anzeigeanordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Adreßleiter (20) auf einem transparenten Isolierträger (30) angeordnet sind.

17. Anzeigeanordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtlinearen Anordnungen sich in einem Film aus transparentem Isoliermaterial (66) befinden, der sich zwischen den Adreßleitern (20) und den ersten Elektroden (24) erstrecken.

18. Anzeigeanordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Feld erster Elektroden (24) sich auf einer Oberfläche des Films (66) mit den nichtlinearen Anordnungen befindet.

19. Anzeigeanordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung außerdem ein Feld zweiter Anzeigeelementelektroden (18) auf einem transparenten Substrat (23) enthält, das dem Feld erster Elektroden zugewandt ist, und ein freitragender elektrooptischer Film (21) Flüssigkristallmaterial enthält, das sich zwischen den Feldern erster und zweiter Elektroden erstreckt.

20. Anzeigeanordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung außerdem ein Feld zweiter Anzeigeelementelektroden (18) auf einem transparenten Substrat (23) enthält, das dem Feld erster Elektroden, einer Schicht aus Flüssigkristallmaterial (61) zwischen den Feldern erster und zweiter Elektroden zugewandt ist, und Distanzelemente (63) sich zwischen den Feldern erstrecken und die Felder in einem vorgegebenen Abstand voneinander getrennt halten.

21. Anzeigeanordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Feld erster Elektroden (24) auf einer transparenten Isolierträgerschicht (60) angeordnet ist, daß ein Feld zweiter Anzeigeelementelektroden (18) sich auf einem transparenten Substrat (23) befindet, das dem Feld erster Elektroden zugewandt ist und im Abstand davon durch Distanzelemente (63) liegt, und daß eine Schicht aus Flüssigkristallmaterial (61) zwischen den Feldern erster und zweiter Elektroden angeordnet ist und sich zwischen dem transparenten Substrat und der Isolierträgerschicht befindet.

22. Anzeigeanordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils Klemmen der nichtlinearen Anordnungen (35) in direktem elektrischem Kontakt mit den Adreßleitern (20) und den ersten Elektroden (24) stehen.

23. Anzeigeanordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Adreßleiter (20) wenigstens in den Gebieten auf den ersten Anzeigeelementelektroden (24) im wesentlichen gleich der Abmessung der ersten Elektroden in dieser Richtung sind.