DE3878480T2

DE3878480T2 - Fluessigkristall-anzeigevorrichtung.

Info

Publication number: DE3878480T2
Application number: DE8888200681T
Authority: DE
Inventors: John Martin Shannon
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1987-04-16
Filing date: 1988-04-11
Publication date: 1993-08-12
Anticipated expiration: 2008-04-12
Also published as: JPS63273836A; GB2203881A; DE3878480D1; EP0289071A1; JP2648607B2; KR880013109A; GB8709186D0; EP0289071B1; KR960013423B1; US5033823A; GB2203881B; US4983022A

Description

Diese Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Anzeigeanordnung mit einem Paar im Abstand voneinander liegender Trägerplatten, mit Flüssigkristallmaterial zwischen den Platten, mit einer Anzahl von Bildelementen in einem Matrixfeld, die durch je einander gegenüberliegende Elektroden auf den Trägerplatten definiert werden, und mit einer Anzahl von Schaltelementen auf einer der Trägerplatten und in Reihenschaltung zwischen Adreßleitungen auf dieser Platte und den Bildelementen.
Eine Flüssigkristall-Anzeigeanordnung dieser Art eignet sich zum Anzeigen alphanumerischer oder Videoinformation.
In einer bekannten Form einer derartigen Anzeigeanordnung werden Dünnfilmtransistoren (TFTs) als Schaltelemente verwendet und sie befinden sich dabei neben jeweiliger Bildelementelektroden an der Schnittstelle von Gruppen von Spaltenund Zeilen-Adreßleitungen auf der einen Trägerplatte.
In einer anderen Form einer derartigen Anzeigeanordnung wird eine vereinfachte Struktur bei Verwendung von nicht linearen Zweipolelementen als Schaltelementen erhalten. Diese Elemente können die Form von Diodenstrukturen haben, beispielsweise nach der Beschreibung in der US-Patentschrift 4 223 308, oder nach der Beschreibung in der britischen Patentschrift 2 091 468, in der die Diodenstrukturen eine Metall-Isolator-Metall-Schichtfolge besitzen. In diesen Vorrichtungen sind die Bildelemente in Zellen und Spalten angeordnet, wobei eine der Trägerplatten Zeilen von Adreßleitungen und die andere Platte Spalten von Adreßleitungen trägen, wobei jedes Bildelement mit einem Zweipol-Schaltelement zwischen einzelnen Zeilen- und Spalten-Adreßleitungen verbunden ist.
In diesen bekannten Formen von Flüssigkristall-Anzeigeanordnungen sind die Schaltelemente und die zugeordneten Adreßleitungen üblicherweise, seitlich ihrer zugeordneten Bildelementelektroden auf der einen Trägerplatte angeordnet und mit den Bildelementelektroden mittels integral mit den Elektroden geformter Verlängerung verbunden. Dementsprechend wird mit Rücksicht auf das verfügbare Gebiet der Anzeigeanordnung ein bestimmter Teil des verfügbaren Gebiets den Schaltelementen und den zugeordneten Adreßleitungen zugeordnet, und die Bildelementelektroden werden zum restlichen verfügbaren Gebiet beschränkt. Um dazu das Anteil des von den eigentlichen Bildelementen belegten verfügbaren Gebiets auf Maximal einzustellen, war es erforderlich, die physikalische Abmessung der Schaltelemente und der zugeordneten Adreßleitungen auf einem Mindestmaß zu halten.
Eine Form einer matrixförmigen Flüssigkristall-Anzeigeanordnung wurde in EP-A-0182484 vorgeschlagen, in der die Bildelementelektroden ihre zugeordneten Adreßleitungen auf einer Trägerplatte überliegen und eine durchgehende Schicht nicht linearen Materials zwischengelegt wird, so daß sich jedes Schaltelement unter seiner zugeordneten Elementelektrode befindet. EP-A-0011408 und EP-A-0184341 geben auf gleiche Weise eine Beschreibung von Anzeigeanordnungsstrukturen, in denen Adreßleitungen sich unterhalb der Bildelementelektroden auf einer Trägerplatte erstrecken, wobei ein Zweipolschaltelement sich zwischen jeder Bildelementelektrode und seiner unterliegenden Adreßleitung befindet, beziehen sich jedoch nur auf Anzeigeanordnungen, die nur in der Reflexionsbetriebsart betreibbar sind.
Man hatte längs erkannt, daß die Art der aktiven Matrixadreß- Anzeigeanordnungen mit ausreichender Zuverlässigkeit in großen Gebieten schwer herstellbar waren, und Probleme mit der Ausbeute waren allgemein. Versagen der einzelnen Schaltelemente verursacht Bildelementfehler und kann dazu führen, daß ganze Zeilen oder Spalten von Bildelementen defekt werden, und also die Vorrichtung unbrauchbar wird. In einem Versuch zur Beseitigung dieses Problems in TFT- Anzeigeanordnungen wurde vorgeschlagen, jedem Bildelement mehr als einen Dünnschicht-Transistor für Redundanzzwecke zuzuordnen. Jedoch erhöht das Anbringen zusätzlicher Schaltelemente das Verhältnis zwischen nicht wirksamen Anzeigeproduktionsgebieten und wirksamem Anzeigeproduktionsgebiet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine aktive matrixadressierte Flüssigkristall-Anzeigeanordnung zu schaffen, in der das Verhältnis zwischen nicht wirksamen und wirksamen Anzeigeproduktionsgebieten auf Minimum eingestellt werden kann.
Der Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, eine aktive matrixadressierte Flüssigkristall-Anzeigeanordnung zu schaffen, deren Fehlertoleranzgrad derart bemessen ist, daß sie von den Auswirkungen der Adressierelementfehler weniger nachteilig beeinflußt wird.
Der Erfindung liegt weiter noch die Aufgabe zugrunde, eine aktive matrixadressierte Flüssigkristall-Anzeigeanordnung zu schaffen, die sich für vergleichsweise einfache Herstellungsverfahren eignet und wirtschaftlich herstellbar ist.
Erfindungsgemäß ist eine Flüssigkristall-Anzeigeanordnung mit einem Paar im Abstand voneinander liegender Trägerplatten, mit einem Flüssigkristallmaterial zwischen den Platten, einer Anzahl von Bildelementen in einer Matrixstruktur, die durch je einander gegenüberliegende Elektroden auf den Trägerplatten definiert sind, und mit einer Anzahl von Schaltelementen auf einer der Trägerplatten und in Reihenschaltung zwischen Adreßleitungen auf dieser Platte und den Bildelementen vorgesehen, in der die Bildelementelektroden auf der einen Trägerplatte sowohl die Schaltelemente als auch die zugeordneten Adreßleitungen auf dieser einen Trägerplatte überliegen, wobei die Schaltelemente zwischen diesen Bildelementelektroden und Adreßleitungen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Bildelementelektroden auf der einen Trägerplatte eine Anzahl diskreter Unterelektroden enthält, die je wenigstens einem Schaltelement zugeordnet sind, wobei die einer Bildelementelektrode zugeordneten Schaltelemente parallel zueinander mit der entsprechenden Adreßleitung verbunden sind.
Neben der Vermeidung der Notwendigkeit zum Belegen von Gebieten auf der einen Trägerplatte zum Anbringen der seitlich angeordneten Schaltelemente und Adreßleitungen durch die Verwendung einer vertikalen Struktur und auf diese Weise das Bewirken eines wirksameren Gebrauchs des Trägerplattengebiets für Anzeigeproduktionszwecke ergibt die Teilung jeder Bildelementelektrode in Unterelektroden, die je wenigstens einem Schaltelement zugeordnet sind, eine besonders vorteilhafte Fehlertoleranz.
Jedes Bildelement wird faktisch in eine Anzahl von Unterelementen verteilt, die je einzeln über eines oder mehrere seiner zugeordneten Schaltelemente steuerbar ist. Also wenn ein Anzeigesignal an die Bildelemente gelangt, werden die einzelnen Bildunterelemente jedes der Bildelemente unabhängig voneinander über ihre jeweiligen Schaltelemente zum Erzeugen eines Anzeigecffekts aus dem Bildelement geschaltet. Ein akzeptabler Anzeigeeffekt kann noch erhalten werden, sogar wenn eines oder mehrere der Bildunterelemente abhängig von der Anzahl der Bildunterelemente und ihrer Abmessung in bezug auf das Bildelement selbst nicht betriebsbereit ist. Obgleich der von einem Bildelement mit einigen fehlerhaften Bildunterelementen erzeugte Anzeigeeffekt in gewissem Ausmaß unausweichlich beeinflußt wird, ist dies von einem Betrachter nicht sichtbar, wenn er eine Vorrichtung mit einer Vielzahl von Bildelementen, typisch hunderttausende, betrachtet, die je ein Gebiet von nur, sagen wir, 300 zu 300 um belegen. Die Anordnung kann daher noch mit zufriedenstellenden Ergebnissen mit einer Anzahl auf diese Weise beeinflußter Bildelemente verwendet werden, im Gegensatz zu bekannten Anordnungen, die ein einziges Schaltelement für jedes ganze Bildelement benutzen, und bei dem ein Versagen eines Schaltelements das vollständige Versagen wenigstens des zugeordneten Bildelements ergibt, und vielleicht die Anordnung unbrauchbar macht.
Da eine vertikale Struktur verwendet wird, kann jede der Adreßleitungen auf der einen Trägerplatte eine Breite bis zur Breite des Bildelements besitzen. In der Praxis kann die Querabmessung der Adreßleitungen daher im wesenffichen gleich die des Bildelements mit der Querabmessung der Adreßleitungen sein, die zum Bestimmen der entsprechenden Abmessung der Bildelemente dienen.
Die Anzeigeanordnung kann zum Betrieb in der Reflexionsbetriebsart ausgelegt werden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird jedoch die Vorrichtung zum Betrieb in der Transmissionsbetriebsart ausgelegt. In diesem Fall, und damit die Adreßleitungen auf der einen Trägerplatte den Durchgang des Lichts durch die Bildelemente nicht wesentlich daran hindern, sind diese Adreßleitungen im wesentlichen transparent gemacht, beispielsweise mit Indiumzinnoxid (ITO).
Der Einfachheit und der Hantierbarkeit halber sind die Schaltelemente vorzugsweise nicht lineare Zweipol-Zweirichtungs-Vorrichtungen, wie z.B. Diodenstrukturen. Mit Rücksicht darauf, daß derartige Diodenstrukturen, beispielsweise Metall-Isolator-Metall-Schichten, in bezug auf das Bildelement gut mit eine sehr kleine Abmessung gebildet werden können, braucht ihre Anwesenheit unter den von den Unterelektroden bestimmten Bildunterelementen den Lichtdurchgang durch die Anzeigeanordnung beim Betrieb in der Transmissionsbetriebsart nicht wesentlich zu beinflussen. Zur Vermeidung der Möglichkeit der Lichtübertragungserschwerung und zum Erhalten optimaler Transmissionseigenschaften können die Schaltelemente derart ausgebildet werden, daß sie wesentliche Transparenz für Licht aufweisen. Beispielsweise können die Elemente eine wesentlich transparente MIM-Typ- Diodenstruktur mit einem Dünnfilm aus Siliziumnitrid in Sandwichlage zwischen zwei ITO-Schichten enthalten. Es ist dabei nicht notwendig, die physikalischen Abmessungen der Schaltelemente zum Minimisieren des von ihnen belegten Gebiets zu beschränken. Die Anzahl transparenter Schaltelemente, die für jedes Bildunterelement vorgesehen werden kann, wird nicht aus Lichttransmissionserwägungen beschränkt, sondern nur durch die relativen physikalischen Abmessungen der Schaltelemente und der Bildunterelemente.
Wie in herkömmlichen Matrix-Flüssigkristall-Anzeigeanordnungen sind die Bildelementelektroden auf der einen Trägerplatte vorzugsweise im allgemeinen planar und erstrecken sich in einer Ebene im wesentlichen parallel zur zugewandten Fläche der Trägerplatte, und daher kann in diesem Fall die Anzahl jedem Bildelement zugeordneter Schaltelemente auf geeignete Weise im wesentlichen in einem planaren Gebiet unterhalb der Bildelementelektrode angeordnet werden. Das Feld der jedem Bildelement zugeordneten Schaltelemente kann ein Gebiet entsprechend wenigstens einem Hauptteil des Gebiets der Bildelementelektrode belegen, und vorzugsweise sieht das Feld derart aus, daß die Schaltelemente des Feldes in bezug auf das Gebiet der Bildelementelektroden im wesenflichen einheitlich und im Abstand voneinander angeordnet sind. Mit anderen Worten die Anzahl der Schaltelemente für jedes Bildelement kann zum Belegen einzelner und in regelmäßigem Abstand voneinander liegender diskreter Bereiche in einem Gebiet unterhalb der Bildelementelektrode im wesentlichen entsprechend dem Gebiet des Bildelements ausgestreut werden.
Die Verwendung von Diodenstrukturen als Zweipol- Zweirichtungsschaltelemente ist insbesondere vorteilhaft und bietet noch weitere Vorteile. Zusätzlich zu den MIM-Typ-Diodenstrukturen dieser Art mit Siliziumnitrid, beispielsweise in Form nicht stöchiometrischen Siliziumnitrids, als die Isolatorkomponente in Sandwichstruktur zwischen ITO-Schichten, kann statt Siliziumnitrid auch Siliziumoxid verwendet werden. Eine weitere Form des verwendbaren MIM-Typ-Elements, kann einen anodisierten Tantalfilm mit einer überliegenden Leitschicht benutzen, die nicht notwendigerweise transparent zu sein braucht. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann eine abgelagerte Leitschicht, beispielsweise aus ITO, und in der Funktion einer der Endschichten der Diodenstruktur ebenfalls als Bildelementelektrode dienen. Also wird die Bildelementelektrode integral mit einem der leitenden Endteilen der Diodenstruktur als unitäre Schicht ausgebildet. Die andere leitende Endkomponente der Diodenstruktur kann auf geeignete Weise durch einen jeweiligen Teil der zugeordneten Adreßleitung auf der einen Trägerplatte gebildet werden, wobei die erstgenannte leitende Endschicht durch die Schicht des Isolators vertikal zur Trägerplatte im Abstand von dieser Adreßleitung angeordnet ist.
In einem anderen Ausführungsbeispiel, in dem auf gleiche Weise Zweipolschaltelemente verwendet werden, ist der von der einen Trägerplatte abgewandte Pol der Elemente durch Isoliermaterial im Abstand von seiner zugeordneten Bildelement-Unterelektrode angeordnet, welches Isoliermaterial zum Beispiel Siliziumnitrid zur Bildung einer kapazitiven Kopplung ist. Wie zuvor wird der andere Pol des Schaltelements durch einen jeweiligen Teil der Adreßleitung auf der einen Trägerplatte gebildet. Die erstgenannten Pole des Schaltelements können durch Leitmaterialkörner, beispielsweise in einem Isolatormatrixmaterial verteiltes ITO, gebildet werden, die durch einen dünnen Isolatorfilm im Abstand von den anderen Leitpolen der Elemente angeordnet sind und so eine Metail-Isolator-Metall-Schichtfolge bilden. Diese Verteilung kann eine Zufallsverteilung sein, jedoch mit ausreichender Dichte zur Gewährleistung, daß jede Bildelement-Unterelektrode durch kapazitive Kopplung wenigstens einem auf diese Weise gebildeten Schaltelement und vorzugsweise einer Anzahl von Schaltelementen zugeordnet ist. Diese Art der Elementbildung umgeht die Verwendung herkömmlicher photolithographischer Verfahren und kann mit einfacheren Techniken ausgeführt werden, beispielsweise durch die Verwendung von gepulvertem ITO und durch Ausstreuen der ITO-Körner über die dünne Isolatorschicht, die auf den Adreßleitungen auf der einen Trägerplatte aufliegt.
In einer Abwandlung dieses Ausführungsbeispiels sind die im Abstand von der einen Trägerplatte liegenden Pole der Schaltelemente als diskrete Punkte aus Leitmaterial beispielsweise ITO gebildet, die über eine Maske abgelagert wurden, so daß die Positionierung und der räumliche Abstand zwischen den auf diese Weise gebildeten Schaltelementen statt einer Zufallsverteilung weitgehend eine vorgegebene Verteilung sind. Diese Ablagerung kann Verdampfung des Leitmaterials durch eine geeignete gelochte Maske umfassen. Neben der Vermeidung der Notwendigkeit eines photolithographischen Verfahrens bietet diese Technik die weiteren Vorteile, daß sie verhältnismäßig preisgünstig ist, und im Vergleich zur vorgenannten Zufallsverteilungstechnik ist die Anzahl der Diodenstrukturen für jedes Bildelement und genauer die Anzahl der Diodenstrukturen, ob es nur eine oder mehrere Diodenstrukturen sind und jeder Bildelement-Unterelektrode zugeordnet, steuerbar.
In jedem der vorgenannten Ausführungsbeispiele oder Abwandlungen kann die Anzeigeanordnung den Bildelementen zugeordnete Speicherkondensatoren enthalten. Jedes Bild-Unterelement ist vorzugsweise dabei einem jeweiligen Speicherkondensator zugeordnet. Diese Speicherkondensatoren können teilweise von wenigstens einer Leitschicht auf der einen Trägerplatte gebildet werden, die den Bildelement-Unterelektroden auf der einen Trägerplatte unterliegt und elektrisch davon isoliert ist. Neben der teilweise Bildung der Speicherkondensatoren hat die eine oder haben mehrere Leitschichten eine weitere und vorteilhafte Funktion darin, daß sie zwischen den Bildelement-Unterelektroden von den unterliegenden Adreßleitungen angeordnet ist bzw. sind und zum Abschirmen der Unterelektroden von ihren unterliegenden Adreßleitungen dient bzw. dienen. Durch dieses Abschirmen wird jede Kapazität zwischen einem Bildelement und seiner Adreßleitung minimisiert.
Mehrere Ausführungsbeispiele von Flüssigkristall-Anzeigeanordnungen nach der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 in flacher schematischer Form einen Teil einer aktiven Matrix- Flüssigkristall-Anzeigeanordnung nach der Erfindung mit einem Matrixfeld von Bildelementen, die durch nicht lineare Zweipolschaltanordnungen gesteuert werden,
Fig. 2 einen nicht maßstabgerechten schematischen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel der Anzeigeanordnung nach der Erfindung,
Fig. 3 einen ausgebrochenen schematischen Grundriß eines Teils der Anzeigeanordnung nach Fig. 2,
Fig. 4 schematisch die wirksame elektrische Schaltung eines typischen Bildelements der Bildelemente der Anordnung nach Fig. 2,
Fig. 5 einen nicht maßstabgerechten schematischen Querschnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anzeigeanordnung,
Fig. 6 einen nicht maßstabgerechten schematischen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anzeigeanordnung,
Fig. 7 eine schematische Darstellung der wirksamen elektrischen Schaltung eines typischen Bildelements der Bildelemente der Anordnungen nach Fig. 5 und 6,
Fig. 8 und 10 Abwandlungen der Anzeigeanordnungen nach Fig. 2 bzw. 5, wiederum nicht maßstabgerecht, in denen Speicherkondensatoren für die Bildelemente vorgesehen sind,
Fig. 9 und 11 schematische wirksame Schaltungsdarstellungen typischer Beispiele der Bildelemente der Anordnungen nach Fig. 8 bzw. 10, die in bezug auf die Schaltungen in Fig. 4 bzw. 7 gleichartig sind, und
Fig. 12 einen nicht maßstabgerechten schematischen Querschnitt durch eine weitere erfindungsgemäße Anzeigeanordnung ebenfalls mit Speicherkondensatoren für die Bildelemente, und in der die wirksame Schaltung eines typischen Bildelements im allgemeinen gleich dem nach Fig. 11 ist.
Was für alle verschiedenen Ausführungsbeispiele und Abwandlungen nach der Beschreibung weiter unten gilt, ist in Fig. 1 ein Teil einer aktiven Matrix- Flüssigkristall-Anzeigeanordnung mit einer Vielzahl von Bildelementen 10 in einem Matrixfeld von Zeilen und Spalten dargestellt und sie enthält im Abstand voneinander angeordnete Elektroden mit zwischenliegendem Flüssigkristallmaterial. In Fig. 1 sind nur sechs Bildelemente veranschaulicht. Die Bildelemente 10 werden über zwei Gruppen von Adreßleitungen in Form von Leitern 12 und 14 auf den einander zugewandten Oberflächen der zwei Glasträgerplatten (nicht dargestellt in Fig. 1) adressiert, auf denen sich auch die Bildelementelektroden befinden. Die Leiter jeder Gruppe sind parallel zueinander angeordnet und die beiden Gruppen erstrecken sich senkrecht aufeinander in ihren im Abstand voneinanderliegenden Ebenen und bestimmen an ihren Schneidpunkten die Bildelementbereiche.
Die Zeilenleiter 12 dienen als Abtastelektroden und werden durch eine nicht dargestellte Treiberschaltung getrieben, die der Reihe nach sequentiell ein Abtastsignal an jede Zeilenelektrode 12 legt. Synchron mit diesen Abtastsignalen gelangen Datensignale an die Spalten der Leiter 14 zum Erzeugen der erforderlichen Anzeige aus den Bildelementzeilen, die beim Abtasten den Zeilenleitern 12 zugeordnet sind. Bei einer Video- oder Fernseh-Anzeigeanordnung enthalten diese Datensignale Videoinformationssignale. Durch geeignete Wahl des genügend großen Unterschieds zwischen den Abtast- und Datensignalen kann der optische Reintransmissionsgrad eines gewählten Bildelements bei der Schnittstelle eines Zeilenleiters 12 und eines Spaltenleiters 14 zum Erzeugen eines sichtbaren Anzeigeeffekts geändert werden. Die Bildelemente werden nur zum Erzeugen eines Anzeigeeffekts in Beantwortung sowohl des Abtastsignals als auch des Datensignals aktiviert, die dabei durch die Schaltelemente 16 in Form nicht linearer Elemente in Reihenschaltung zwischen jedem Bildelement 10 und seinem Zeilenleiter 12 angelegt werden. Das einem Zeilenleiter 12 zugeführte Abtastsignal bewirkt den leitenden Zustand der den Bildelementen dieser Zeile zugeordneten Schaltelemente und das Weiterleiten des Abtastsignals zum Bildelement. In Zusammenarbeit mit den Datensignal erzeugt das Abtastsignal den gewünschten optischen Effekt aus dem Bildelement. Das Datensignal selbst ist zum Auslösen eines derartigen Effekts ungenügend. Die einzelnen Anzeigeeffekte der Vielzähl von Bildelementen, die jeweils zeilenweise adressiert sind, werden zum Aufbauen einer vollständigen Anzeige kombiniert. Bei Ausnutzung der Transmissions/Spannungskennzeichen eines Flüssigkristallbildelements können Grauskalenpegel bewerkstelligt werden.
Die Spannungs/Leitcharakteristik des Schaltelements ist im Idealfall bidirektionell und symmetrisch in bezug auf die Nullspannung, so daß eine netto Vorgleichspannung über die Bildelemente und demzufolge elektrochemische Herabsetzung des Flüssigkristallmaterials vermieden wird. Jedoch ist eine Spannungs/Leitcharakteristik nahe beim Idealfall akzeptabel. Der Einfachheit halber wird die Polarität der Antriebsspannungen, d.h. der Abtast- und Datensignale, nach jedem vollständigen Feld umgekehrt.
Aktive Matrix-Flüssigkristall-Anzeigeanordnungen mit nicht linearen Zweipolschaltelementen in Reihenschaltung mit den Bildelementen und in seitlichem Abstand dazu sind allgemein bekannt. Die Hauptelemente und der allgemeine Betrieb der Anzeigeanordnung nach Fig. 1 ist in bestimmten Hinsichten gleich denen dieser bekannten Anordnungen und dementsprechend ist obige Beschreibung anhand der Fig. 1 vorsätzlich kurzgefaßt. Für weitere Information über diese Eigenschaften sei daher auf frühere Veröffentlichungen hingewiesen, die diese im allgemeinen gleichartige Typen von Anzeigeanordnungen beschreiben, wie z.B. US-Patentschrift 4 223 308 und die britische Patentschrift 2 147 135, die beide die Verwendung von Dioden als Schaltelemente beschreiben, und die britische Patentschrift 2 091 468, die die Verwendung von Metall-Isolator-Metall-Schichtfolgen als Schaltelemente beschreiben, von denen Teile der Beschreibungen als Bestandteil dieser Beschreibung angesehen werden können. Weitere Formen nicht linearer Schaltelemente sind in dieser Erfindung verwendbar, beispielsweise p&spplus;-i-p&spplus; -, n&spplus;-p-n&spplus;-Diodenstrukturen.
Nachstehend werden mehrere Ausführungsbeispiele von Anzeigeanordnungen und ihre Abwandlungen nach der Erfindung beschrieben. In jedem dieser Ausführungsbeispiele sind die auf einer der Trägerplatten angebrachten Bildelementelektroden für Fehlertoleranzzwecke je einer Anzahl getrennt arbeitender Schaltelemente zugeordnet, die zwischen diesen Bildelementelektroden und der zugeordneten Adreßleitung auf der Trägerplatte angebracht sind und dem von den Bildelementelektroden belegten Gebiet unterliegen. Weiter wird jede Bildelementelektrode in eine Anzahl diskreter Unterelektroden verteilt, die mit je wenigstens einem jeweiligen Element der Anzahl von Schaltelementen verbunden werden, die diesem Bildelement zugeordnet sind, so daß an diese Unterelektroden gelegte Spannungen durch die jeweiligen Schaltelemente gesteuert werden. Obgleich die erfindungsgemäße Flüssigkristall-Anzeigeanordnung in der Reflexionsbetriebsart betreibbar ist, sind alle folgende Ausführungsbeispiele zum Arbeiten in der Transmissionsbetriebsart ausgelegt. Im Hinblick darauf werden die Adreßleitungen auf der vorgenannten Trägerplatte im wesentlichen transparent ausgebildet, um den Durchgang des Lichts durch die Bildelemente nicht wesentlich zu hindern. Da sie im Hinblick auf ihre Abmessung physikalisch in bezug auf die Bildelementabmessung nicht wesentlich wichtig sind, sind auch die Schaltelemente im wesentlichen transparent und enthalten in diesen speziellen Ausführungen Diodenstrukturen, die als MIM- Dünnfilmstrukturen arbeiten, wobei der Poole-Frenkel-Effekt ausgenutzt wird. Als Beispiele typischer Abmessungen können die Bildelemente etwa 300 um² betragen, und wenn jedes Bildelement, sagen wir, neun jeweils einem einzigen Schaltelement zugeordnete Unterelektroden enthält, kann jede Unterelektrode etwa 100 zu 100 um² und jedes Schaltelement etwa 5 bis 10 um² betragen.
Der Einfachheit halber sind dieselben Bezugsziffern zum Bezeichnen entsprechender Teile der verschiedenen Ausführungsbeispiele benutzt.
In Fig. 2 ist schematisch ein Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen aktiven Matrix-Anzeigeanordnung dargestellt. Die Anordnung enthält zwei im Abstand voneinander liegende transparente Trägerplatten 20 und 22, deren einander zugewandte Flächen wenigstens isolierend sind und zwischen denen Flüssigkristallmaterial 24 angebracht ist. Die Platten können aus jedem geeigneten Werkstoff hergestellt sein, beispielsweise aus Glas.
Die obere Trägerplatte 20 trägt die Gruppe von Spaltenleitern 14, von denen einer in Fig. 2 sichtbar und aus transparentem Leitmaterial, wie zum Beispiel aus Indiumzinnoxid (ITO) hergestellt ist. Die Leiter 14 und zwischeniiegende Gebiete der Plattenfläche werden durch eine isolierende Orientierungsschicht 25 aus Polyimid bedeckt.
Die untere Trägerplatte 22 trägt die Gruppe von Zeilenleitern 12, von denen zwei in Fig. 2 dargestellt sind, die wiederum aus transparentem Leitmaterial wie z.B. ITO gebildet sind. Die beiden Leitergruppen 12 und 14 erstrecken sich wie bereits erwähnt im wesentlichen senkrecht aufeinander und bestimmen an ihren Schnittpunkten die Stellen der Matrix von Bildelementen, die hier mit 10 bezeichnet sind. Die dargestellten Leiter 12 und 14 werden je als ebenflächige Streifen mit im wesentlichen konstanter Breite geformt, und erzeugen dabei im wesentlichen rechteckige Bildelemente. Auf andere Weise brauchen die Leiter 12 und 14 nicht als unitäre Streifen gebildet zu werden, sondern sie können diskrete Felder aus leitendem Material in den Bildelementgebieten enthalten, die durch getrennt geformte Leitspuren miteinander verbunden sind.
Auf die Leiter 12 und die zwischenliegenden Oberfiächengebiete der Platte 22 ist eine Isolierschicht 27 angebracht, die entweder als einzige Schicht oder als eine Vielzahl getrennter Schichten aus Siliziumnitrid abgelagert ist bzw. sind, obgleich Siliziumdioxid stattdessen verwendbar ist. Teile dieser Siliziumnitridschicht 27 in den Gebieten, in denen die Leiter 12 und 14 sich schneiden und gebietsweise im wesentlichen mit den einzelnen Bildelementgebieten entsprechend, die durch das Überlappungsgebiet zwischen den Leitern 12 und 14 bei ihren Schnittstellen bestimmt werden, werden mit Grübchen 30 durch selektives photolithographisches Ätzen durch eine Maske hindurch gebildet. Jeder derartige Teil der Schicht 27 umfaßt eine Matrix in regelmäßigen Abständen voneinander liegender Grübchen, d.h. eine 4-zu-4-Matrix in dem Beispiel nach Fig. 2, obgleich nur vier derartiger Grübchen im dargestellten Querschnitt sichtbar sind, die einem Gebiet im wesentlichen dem Bildelementgebiet entsprechend auf den Leitern 12 entspricht und in bezug auf diesem Gebiet im wesentlichen einheitlich im Abstand voneinander liegen.
Nach dem Ätzen dieser Grübchen 30 wird ein dünner Film, etwa 150 Angström, aus nichtstöchiometrischem Siliziumnitrid auf die Struktur abgelagert, wodurch ein dünner lsolatorfilm auf der Oberfiäche von Leitern 12 bei 32 auf dem Boden jedes Grübchen gebildet wird.
Diskrete Punkte 34 aus transparentem leitendem Material, wie z.B. ITO, werden auf der Schicht 27 abgelagert und erstrecken sich in jeweils eines dieser Grübchen, entweder durch Ablagerung über eine Maske oder durch selektives Ätzen einer durchgehenden Schicht, die auf der Schicht 27 abgelagert ist. Jeder Punkt 34 hat die Form einer Rechteck- oder Kreisschicht, die sich über sein jeweiliges Grübchen 30 und seitlich über die direkt benachbarte Oberfläche der Schicht 27 um das Grübchen herum erstreckt, wie in Fig. 2 dargestellt. Also enthält jedes Bildelement 10 eine regelmäßige 4-zu-4-Matrix von Punkten 34 (insgesamt sechzehn), die, in Fig. 2 von oben gesehen und wie in Fig. 3 dargestellt, einen Hauptteil des Gebiets des Bildelements belegen und in diesem Gebiet im Abstand voneinander einheitlich angebracht sind. Diese Punkte 34 bilden die der Trägerplatte 22 zugeordneten Bildelementelektroden, die je tatsächlich in sechzehn einzeln erregbare Unterelektroden 34 verteilt werden, die eine entsprechende Anzahl von Bildunterelementen CLC bestimmen, die kollektiv die Bildelementelektrode auf der Trägerplatte 22 darstellen.
Jede 4-zu-4-Matrix von Unterelektroden zusammen mit dem überliegenden Teil eines Leiters 14, der als Elektrode mit Abstand dient, und das zwischenliegende Flüssigkristallmaterial bilden ein Bildelement.
Die dünne Schicht aus Siliziumnitrid 32 auf dem Boden jedes Grübchens 30 zusammen mit den jeweiligen direkt benachbarten Oberfiächenteilen der Leiter 12 und der Punkte 34 bilden eine nicht lineare Zweipoldiodenstruktur, die zwischen dem Leiter 12 und der vom Punkt 34 bestimmten zugeordneten Bildelementunterelektrode elektrisch in Reihe geschaltet ist. Die sechzehn Unterelektroden jedes Bildelements sind daher mit demselben Leiter 12 über eine jeweilige Diodenstruktur verbunden.
Eine weitere Polyimid-Orientierungsschicht 35 ist auf der Schicht 27 und den Punkten 34 abgelagert.
Die wirksame elektrische Schaltungskonflguration eines typischen Bildelements und der zugeordneten Schaltelemente der Anzeigeanordnung nach Fig. 2 ist in Fig. 4 veranschaulicht. Der Einfachheit halber sind nur drei der sechzehn Unterelektroden und der zugeordneten Diodenstrukturen dargestellt, und möglicherweise auftretende Streukapazitäten sind vernachlässigt.
Die MIM-Diodenstrukturen sind nicht lineare Zweipol- Zweirichtungsvorrichtungen und hier bei 38 der Einfachheit halber durch gegensinnig gepolte Dioden dargestellt. Das Anlegen einer geeigneten Spannung mit dem Abtastsignal und dem Datensignal an die Elektroden 12 bzw. 14, die die Schwellenspannung der Diodenstrukturen zum Zeilenleiter 12 überschreitet, bewirkt das Umschalten der Diodenstrukturen 38 und ihren leitenden Zustand unter dem Poole- Frenkel-Effekt, so daß die Spannung auf die Punkt-Unterelektroden 34 übertragen wird. Diese Spannung in Zusammenarbeit mit einem weiteren Spannungssignal (das Datensignal), die dem betreffenden Leiter 14 gleichzeitig zugeführt werden, erzeugt in jedem der Bildunterelemente, die durch die Unterelektroden 34 bestimmt werden, den erforderlichen elektrooptischen Effekt. Unterhalb dieser Schwellenspannung sind die Diodenstrukturen 38 nicht leitend. Da die Diodenstrukturen bidirektionell und im wesentlichen symmetrische Vorrichtungen sind, kann die Polarttät der angelegten Spannungen in auffolgenden Feldern umgekehrt werden, um eine Gleichspannungskomponente zu vermeiden, die auf das Flüssigkristallmaterial einwirkt und die daraus entstehende elektrochemische Herabsetzung des Materials verursacht.
Eine derartige Vorrichtung ist verhältnismäßig einfach und preisgünstig in der Herstellung. Außerdem kann das Bildelement bei Versagen eines oder sogar mehrerer Bildunterelemente durch Defekte in den zugeordneten Diodenstrukturen zum Erzeugen eines annehmbaren Anzeigeeffekts noch auf geeignete Weise arbeiten. Da alle Bauteilschichten im wesentlichen transparent sind, wird der Lichtdurchgang durch die Anordnung in der Transmissionsbetriebsart durch die Anzahl der Schaltelemente unterhalb der Bildelementelektroden nicht wesentlich gehindert. Die Abmessungen der Diodenstrukturen 38 nach Fig. 2 wurden vorsätzlich übertrieben dargestellt und in der Wirklichkeit ist das von ihnen belegte Gebiet in bezug auf das Bildelementgebiet klein. Daher braucht ihr Einfluß auf die Lichtübertragung nicht besonders groß zu sein, sogar wenn die Diodenstrukturen 38 nicht transparent sind.
In Fig. 5 ist eine schematische Form eines Querschnitts durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen aktiven Matrix-Flüssigkristall- Anzeigeanordnung dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel hat mit dem vorangehenden Ausführungsbeispiel vieles gemeinsam. Daher werden entsprechende Bauteile mit denselben Bezugsziffern bezeichnet und werden sie hier nicht mit allen Einzelheiten beschrieben.
Ein wichtiger Unterschied zwischen dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 und dem der Fig. 2 ist, daß die MIM-Diodenstrukturen auf eine andere Weise geformt sind, und ihre Pole im Abstand von den Adreßleitern 12 nicht direkt mit den Bildelementunterelektroden verbunden sind, sondern stattdessen mit diesen Unterelektroden kapazitiv gekoppelt sind.
Eine dünne Schicht 40 aus nicht-stöchiometrischem Siliziumnitrid ist mit einer Dicke von etwa 0,05 um (500 Ängström) auf den Leitern 12 und auf dem zwischenliegenden Oberflächengebiet der Trägerplatte 22 abgelagert. Siliziumoxid kann statt des Siliziumnitrids verwendet werden. Auf der Oberfläche dieser Schicht 40 ist eine weitere dickere Schicht 41 aus Isoliermaterial angebracht, wie z.B. Siliziumnitrid oder Polyimid, in die direkt auf der dünnen Schicht 40 aufliegende ITO-Körner 43 eingebettet sind. Diese Körner 43, die im allgemeinen sphärisch oder im wesentlichen dieselbe Abmessung haben, etwa 1 um in Durchmesser, sind mit einer Zufallsverteilung in der Schicht 41 mit einer Dichte verteilt, die gewährleistet, daß eine geeignete Körnerzahl, beispielsweise etwa 15 bis 100, auf der Oberfläche der Schicht 40 auf den Leitern 12 an jeder Bildelementstelle ausgestreut ist.
Die Körner 43 können auf die Schicht 40 als eine alkoholhaltige Lösung verteilt werden. Nach dem Verdampfen des Alkohols wird die Schicht 41 unter Verwendung von Siliziumnitrid abgelagert, um die Körner getrennt von dem Bereich indem sie die dünne Siliziumnitridschicht 40 kontaktieren zu bedecken und zu umgeben. In einem anderen Verfahren, in dem die Schicht 41 Polyimid enthält, können die Körner 43 mit Polyimid gründlich gemißt werden, und die Mischung kann darauf über die Oberfläche der Schicht 40 ausgespritzt werden, wobei die Körner sich auf der dünnen Schicht 40 absetzen und die Schicht 40 kontaktieren können. Diese beiden Ablagerungstechniken bieten den Vorteil, daß sie den Bedarf an einem photolithographischen Verfahren vermeiden und verhältnismäßig einfach und wirtschaftlich durchführbar sind.
Während die Verteilung der Körner 43 in der Schicht 41 mehr oder weniger auf Zufallsbasis durchgeführt wird, ergibt die im Material der Schicht 41 benutzte proportionale Körnermenge eine ausreichende Anzähl von Körnern an jeder Bildelementstelle für den erwünschten Zweck, wie weiter unten erläutert wird. Im Beispiel nach Fig. 5 sieht die entstandene Verteilung der Körner 43 derart aus, daß mehrere Körner, in diesem besonderen Fall fünf oder sechs, über die Breite jedes kompletten Leiters 12 erhalten werden, die im wesentlichen einheitlich im Abstand voneinander liegen. Selbstverständlich sind die Körner nicht notwendigerweise so genau zueinander ausgerichtet, wie in dieser schematischen Darstellung gezeigt. Die Körner werden über die Längen der Leiter 12 und daher entlang der anderen Abmessung des Bildelements gleichmäßig verteilt. Wenn es sich um ein Gebiet der Leiter 12 entsprechend eines typischen Bildelementgebiets handelt, geht es dabei um ca. fünfundzwanzig Körner 43 in einem planaren zweidimensionalen Feld. Da der Zwischenabstand zwischen den Körnern nicht genau bestimmbar ist, wird ihre Verteilung im allgemeinen derart sein, daß in jedem dieser Gebiete das entstehende Feld einen Hauptteil des Gebiets belegt.
Jeder der Körner 43, die einen Leiter 12 überliegen, bilden im Zusammenhang mit einem Teil der dünnen Siliziumnitridschicht 40 und einem Oberflächenteil der Elektrode 12 direkt unterhalb der Schicht eine MIM-Diodenstruktur.
Die Schicht 41 hat eine Dicke, die größer ist als die Abmessung der Korner 43, so daß die oberste Fläche der Körner im Abstand von der Oberfläche der Schicht 41 liegt. Auf der Oberfläche dieser Schicht 41 werden diskrete Elektrodenschichten 45 beispielsweise aus ITO abgelagert, die Bildelementunterelektroden bilden. Jedem Bildelement sind zum Beispiel vier derartiger Unterelektroden zugeordnet, die in einem planaren 2-zu-2-Matrixfeld angeordnet sind, obgleich die wirkliche Anzahl der Unterelektroden 45 für jedes Bildelement nach Bearf abgeändert werden kann. Die vier Unterelektroden, die gleiche Abmessungen haben und rechteckförmig oder kreisförmig sein können, bilden kollektiv die Bildelementelektrode auf der Trägerplatte 22 und sie bestimmen mit je einem entsprechenden überliegenden Teil der Elektrode 14 und dem zwischenliegenden Flüssigkristallmaterial ein Bildunterelement. Jede Unterelektrode 45 überliegt eine Anzahl von, typisch zwischen vier bis neun, Diodenstrukturen, die zur Steuerung der Zuführung von Spannungen dienen. Die Unterelektroden 45 liegen sind von ihren zugeordneten Diodenstrukturen durch Siliziumnitridmaterial der Schicht 41 getrennt, so daß elektrisches Koppeln zwischen den Diodenstrukturen und den Unterelektroden kapazitiv erfolgt.
Die Unterelektroden 45 und die zwischenliegenden Oberflächenbereiche der Schicht 41 werden durch eine Polyimid-Orientierungsschicht 35 bedeckt.
Die wirksame elektrische Schaltungskonfiguration eines typischen Bildelements der Bildelemente dieses Ausführungsbeispiels ist in Fig. 7 dargestellt. In dieser Figur werden die MIM-Diodenstrukturen durch gegensinnig gepolte Dioden 47 und die kapazitive Kopplung zwischen den Diodenstrukturen 47 und den Unterelektroden 45 durch die Kondensatoren 48 dargestellt.
Es sei bemerkt, daß wie das vorangehende Ausführungsbeispiel dieses Ausführungsbeispiel eine hohes Maß an Fehlertoleranz bietet. Da jedes Bildelement 10 mit einer Vielzahl von Diodenstrukturschaltelementen verknüpft ist, und jede individuelle Unterelektrode 45 selbst mit einer Anzahl von Diodenstrukturen verknüpft ist, können Fehler in einer Anzahl der Schaltelemente ohne starke Beeinträchtigung des Betriebs des Bildelemente toleriert werden. Wie bei dem vorangehenden Ausführungsbeispiel wird der Lichtdurchgang nicht wesentlich beeintrachtigt, wenn die Anordnung in der Transmissionsbetriebsart durch derart große Anzahle von Schaltelementen unterhalb den Bildelementelektroden betrieben wird, da im wesentlichen transparente Werkstoffe zur Bildung dieser Schaltelemente verwendet werden. Wie oben können die Schaltelemente im Zusammenhang mit den Bildelementen klein genug gebildet werden, so daß sie wenig Auswirkung auf die Übertragung von Licht ausüben, sogar wenn sie nicht wesentlich transparent sind.
Dieses Ausführungsbeispiel bietet die weiterem Vorteile gegenüber vor dem vorangehenden Beispiel, däß Änderungen in der an die Elektroden der Bildelemente gelegten Spannung durch Schwellenänderungen in den einzelnen Diodenstrukturen unter Verwendung kapazitiver Teilung durch die Anzahl jeder Unterelektrode 45 zugeordneter Kondensatoren 48 reduziert werden. Der Kapazitätswert der Kondensatoren 48, die durch die Abmessung der Körner 43 bestimmt wird, ist in bezug auf die Kapazität der Bildunterelemente klein, was durch die Abmessung der Unterelektroden 45 bestimmt wird. Daher entsteht ein verhältnismäßig großer Spannungsabfall über jeden Kondensator 48. Wenn dafür beispielsweise die wirksame Kapazität der Anzahl parallel miteinander verbundener und mit einem Bildunterelement verknüpfter Kondensatoren 48 ein Zehntel des Kapazitätswerts des Bildunterelements ist, verursacht eine 1-Volt-Änderung über die Diodenstrukturen 47, die mit diesem Unterelement verknüpft sind, über das Unterelement eine Schwankung von nur 100 mV.
Betrieb der Anzeigeanordnung ist sonst allgemein gleich dem nach der Beschreibung in bezug auf das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2. Es ist erforderlich, die Polarität der angelegten Antriebsspannungen nach jedem Feld umzukehren, um die Bildelemente rückzustellen, weil sonst in jedem Bildelement Ladung fixiert wird. Derartige Polaritätsumkehr dient auch zur Verhinderung elektrochemischer Herabsetzung des Flüssigkristallmaterials, wie nach obiger Beschreibung.
In Fig. 6 ist schematisch ein Querschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anzeigeanordnung dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel zeigt große Ähnlichkeit mit dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 und kann als eine Abwandlung dieses Ausführungsbeispiels betrachtet werden. Auch hier wieder werden der
Einfachheit halber entsprechende Teile der Anordnung mit denselben Bezugsziffern bezeichnet.
In diesem Ausführungsbeispiel werden die Körner 43 durch diskrete Punkte 50 aus leitendem Material, wie z.B. ITO, ersetzt. Die Punkte werden vor der Ablagerung der dickeren Siliziumnitridschicht 41 durch Verdampfung über eine Maske auf die dünne Siliziumnitridschicht 40 abgelagert, so daß die Abmessung und der Zwischenraum der Punkte weitgehend geregelt wird, so daß sie einen regelmäßigen Abstand im Zusammenhang mit den wirklichen Bildelementen haben und ihre Mittelpunkte im wesentlichen mit denen der wirklichen Bildelemente identisch sind. Die benutzte Maske beim Ablagern der Punkte 50 kann eine Lochmaske sein. Die auf diese Weise gebildeten Punkte 50 sind im wesentlichen einheitlich über die Oberfläche der Schicht 40 verteilt. Die Siliziumnitridschicht 41 wird dabei auf den Punkten 50 angebracht und hat wiederum eine Dicke größer als die Höhe der Punkte 50, so daß die oberen Flächen der Punkte im Abstand von der Oberfläche der Schicht 41 liegen. Die oberen Flächen der Punkte 50 und die gegenüberliegenden Oberflächenteile der Unterelektroden 45 bilden zusammen mit dem Siliziumnitrid der Schicht 41, die sie als Elektrikum voneinander trennt, Kondensatoren, die die zugeordneten MIM- Diodenstrukturen und Unterelektroden 45 koppelt.
In diesem Ausführungsbeispiel wird jedes Bildelement mit neun Unterelektroden 45 versehen, die koliektiv die Bildelementelektrode bilden und in einem planaren 3-zu-3-Matrixfeld angeordnet sind, die ein Gebiet im wesentlichen entsprechend dem Gebiet des Bildelements belegen. Die Punkte 50 sind derart verteilt, daß jede Unterelektrode mit drei Diodenstrukturen verknüpft ist.
Die elektrische Schaltungskonfiguration eines typischen Elements der Bildelemente dieses Ausführungsbeispiels entspricht im allgemeinen der nach Fig. 7 mit der Ausnahme, daß es neun Bildunterelemente statt der vier dargestellten gibt, und jedes Unterelement ist mit genau drei Diodenstrukturen 47 und drei Reihenkondensatoren 48 verknüpft. Der Betrieb der Anordnung ist im allgemeinen gleich dem des vorangehenden Ausführungsbeispiels, wobei die gleichen Vorteile erhalten werden.
In Fig. 8 und 10 sind Abwandlungen der Ausführungsbeispiele der Fig. 2 und 5 dargestellt. Wie oben bereits angegeben, werden gleiche Bauteile mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. In jedem dieser Abwandlungen wurden die Anzeigeanordnungen abgewandelt, um kapazitive Kopplung zwischen den Bildelementunterelektroden und den unterliegenden Teilen ihrer zugeordneten Adreßleitungen zu minimisieren und gleichzeitig einen Speicherkondensator für jedes Bildunterelement zu bilden.
Die Speicherkondensatoren sind für Kapazitätswerte ausgelegt, die viele Male größer sind als die Kapazität der Bildunterelemente.
Zunächst in bezug auf die Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 2 in Fig. 8 ist ersichtlich, daß eine weitere elektrisch leitende Schicht 80 in die Vorrichtungsstruktur für jedes Bildelement aufgenommen ist. Diese Schichten 80 sind transparent und beispielsweise aus ITO aufgebaut. In bezug auf die Ergänzung der Schichten 80 enthält die Siliziumnitridschicht 27 zwei getrennt abgelagerte Schichten 81 und 82, wobei die zweite Schicht 82 über die erste Schicht 81 angebracht und dabei die Schichten 80 zwischengelegt werden, die auf der ersten Schicht vor der Ablagerung der Schicht 82 abgelagert wurden. Die Schichten 80 selbst werden durch Ablagerung einer durchgehenden ITO-Schicht auf der ersten Siliziumnitridschicht 81 und durch selektives Ätzen dieser Schacht zum Zurücklassen der erforderlichen Gruppe einzelner Schichten 80 gebildet, die sich über ein Gebiet im wesentlichen entsprechend ihrer jeweiligen Bildelemente 10 erstrecken und dabei mit den Mittelpunkten dieser Bildelemente 10 im wesentlichen identisch sind. Jede Schicht 80 und die Schichten 81 und 82 sind mit Öffnungen gebildet, durch die die Unterelektroden 34 bildenden Leitschichten sich zum Kontaktieren der Siliziumnitriddünnfilme 32 erstrecken, wobei die Schichten 80 etwas im Abstand voneinander liegen und daher elektrisch von ihren zugeordneten Unterelektrodeschichten 34 und auch von den unterliegenden Adreßleitungen 12 isoliert sind.
Die Schichten 80 der Bildelemente 10 in jeder betreffenden Zeile sind elektrisch voneinander isoliert. Die Schichten 80 jedes Bildelements in jeder betreffenden Spalte sind über integrale Brücken, die in Fig. 8 nicht dargestellt sind, elektrisch miteinander verbunden, die nach selektivem Ätzen der durchgehenden Leitschicht übrig bleiben, wodurch die Schichten 80 gebildet werden, und jede verbundene Spalte der Schichten 80 mit in Fig. 8 nicht sichtbaren Mitteln mit ihrem zugeordneten Spaltenleiter 14 verbunden ist.
Die wirksame Schaltungskonfiguration für ein typisches Bildelement der Anordnung nach Fig. 8 ist in Fig. 9 schematisch veranschaulicht. Im Vergleich der Schaltung nach Fig. 9 mit der nach Fig. 4 ist ersichtlich, daß Teile der Schichten 80 im Zusammenhang mit ihren jeweiligen überliegenden Unterelektroden 34 und der zwischenliegenden Isolierschicht 80 eine Kapazität Cs parallel über jedes Bildunterelement CLC bilden. Die Kapazitäten Cs dienen auf bekannte Weise als Speicherkondensatoren im Betrieb der Anordnung.
In Fig. 10 ist die veranschaulichte Anzeigeanordnung eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 5 mit Änderungen gleich denen nach der Beschreibung anhand der Fig. 8. Insbesondere werden zusätzliche transparente und elektrisch leitende Schichten zwischen den Bildelementunterelektroden 45 und dem unterliegenden Leiter 12 angeordnet. In diesem Fall jedoch ist die zusätzliche Leitschicht jedes Bildelements derart konfiguriert, daß physikalisch getrennte Teile mit der Bezugsziffer 90 definiert werden, die im allgemeinen nach der Abmessung miteinander übereinstimmen, und wird mit einer jeweiligen Bildelementunterelektrode 45 registriert werden. Jedoch sind die den Unterelektroden 45 jedes Bildelements zugeordneten Schichtteile 90 noch elektrisch miteinander verbunden, obgleich diese Verbindungen in Fig. 10 nicht sichtbar sind.
Die Schichtteile 90 und ihre Verbindungen werden auf der Oberfläche der Siliziumnitridschicht 41 durch das selektive Ätzen einer abgelagerten durchgehende Schicht gebildet und im Abstand von den Unterelektroden 45 durch eine weitere Siliziumnitridschicht 91 angebracht, die sich durchgehend über die Schichten 41 und 90 erstreckt. Die Schichtteile 90, die im allgemeinen formgemäß ihrer zugeordneten Bildelementunterelektrode 45 entsprechen, sind von ihrer zugeordneten überliegenden Unterelektrode 45 und unterliegender Adreßleitungen 12 elektrisch isoliert. Die Schichten 90 und 91 sind mit registrierten Öffnungen versehen, durch die die Unterelektroden 45 sich erstrecken, um die obere Fläche der Schicht 41 zum kapazitiven Koppeln mit den Diodenstrukturen unter dieser Verlängerung auf eine Weise gleich der nach dem Ausführungsbeispiel in Fig. 5 zu kontaktieren. Die Verlängerungen der Unterelektroden 45 werden von den Schichtteilen 90 durch Material der Schicht 91 isoliert. Im Vergleich zu den Vorrichtungen nach Fig. 10 und 5 ist ersichtlich, daß in der Konfiguration nach Fig. 10 die Bildelementunterelektroden 45 nicht mehr ganz planar sind, aber mit ihren Umgangsteilen die Diodenstruktur umgeben und dabei weiter vom Leiter 12 entfernt sind, um die zusätzliche Leitschicht 90 und die erforderliche weitere Isolierschicht 91 anzubringen.
Die Schichten 90 benachbarter Bildelemente in derselben Zeile sind voneinander elektrisch isoliert.
Wiederum sind die Bildelementen jeder betreffenden Spalte von Bildelementen zugeordneten Schichten 90 elektrisch miteinander (über spaltenweise Brücken, in Fig. 10 nicht sichtbar, die nach dem Ätzen der durchgehenden Leitschicht zurückgeblieben sind) und mit dem jeweiligen Spaltenleiter 14 verbunden.
Die wirksame elektrische Schaltungskonfiguration eines typischen Bildelements der Anzeigeanordnung nach Fig. 10 ist in einfacher Form in Fig. 11 dargestellt. Bauteile entsprechend denen in Fig. 7 sind mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. Wie aus dieser Figur ersichtlich ist, ist jedem Bildunterelement CLC eine Speicherkapazität CS in Parallelschaltung zugeordnet, wobei diese Speicherkapazität durch den Schichtteil 90 und den gegenüberliegenden Teil der Unterelektrode 45 mit zwischenliegendem Isoliermaterial der Schicht 91 gebildet wird.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 12 hat große Ähnlichkeit mit dem nach Fig. 8 mit der Ausnahme, wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 10, daß die Bildelementunterelektroden, die hier wiederum der Einfachheit halber mit 34 bezeichnet sind, mit ihren zugeordneten Schaltelementen kapazitiv gekoppelt sind. In diesem Beispiel enthält jedes Bildelement 10 ein 2-zu-2-Feld von Bildunterelementen, die mit je einem Schaltelement kapazitiv gekoppelt sind. Bauteile der Anordnung, die im allgemeinen denen nach Fig. 8 entsprechen, sind mit denselben Bezugsziffern bezeichnet.
Wie bereits beschrieben, ist eine durchgehende Leitschicht 80 zwischen den Unterelektroden 34 jedes Bildelements und seiner unterliegenden Adreßleitung 12 angeordnet und durch die Schichten 82 bzw. 81 davon getrennt. Die Schicht 80 ist mit Öffnungen versehen, die die in der Schicht 81 gebildeten Grübchen 30 überliegen. Am Boden dieser Grübchen sind dünne Filme nicht stöchiometrischen Silikonnitrids 32 abgelagert. Statt wie zuvor die Unterelektroden 34 sich nach unten in die Grübchen 30 zum Kontaktieren der Dünnfilme 32 erstrecken, erstrecken sie sich jedoch in diesem Ausführungsbeispiel nur teilweise in die Grübchen. Bei Ablagerung auf der oberen Fläche der Dünnfilme 32 in den Grübchen 30 werden jeweilige Leitschichten 95 gleichzeitig mit den Schichten 80 und also aus demselben Material wie die Schichten 80 vor der Ablagerung der Schicht 82 gebildet. Die Schicht 82 wird sowohi über die Schichten 80 und die Schichten 95 in den Grübchen 30 angebracht, so daß bei folgender Ablagerung die die Unterelektrode 34 bildende Leitschicht sich über die Schicht 82 im Bereich der Grübchen 30 nach unten erstreckt und durch die Schicht 82 im Abstand von den Leitschichten 95 angebracht ist.
Die Schichten 95 zusammen mit ihren zugeordneten unterliegenden Filmen 32 und Oberflächenteilen der Adreßleitungen 12 bilden MIM-Diodenstrukturen wie bereits beschrieben, wobei eine Diodenstruktur für jede Unterelektrode und daher jedes Bildunterelement jedes Bildelements vorgesehen ist. Diese Diodenstrukturen werden mit ihren jeweiligen Unterelektroden 34 kapazitiv gekoppelt.
Wie bereits erwähnt, sind die Schichten 80 der Bildelemente in einer Spalte spaltenweise über Brücken, die in Fig. 12 nicht dargestellt sind, elektrisch verbunden, jedoch von den Schichten benachbarter Bildelemente in derselben Zeile elektrisch isoliert. Jede verbundene Spalte von Schichten 80 ist mit dem gegenüberliegenden Spaltenleiter 14 verbunden.
Die wirksame elektrische Konfiguration eines typischen Bildelements ist gleich der nach Fig. 9, in der ein typisches Bildelement des Ausführungsbeispiels nach Fig. 8 mit der Ausnahme dargestellt ist, daß eine Koppelkapazität gleich der nach der Veranschaulichung bei 48 in Fig. 11 in Reihenschaltung zwischen jedem Diodenstrukturschaltelement 38 und seinem zugeordneten Bildelementunterelektrode 34 vorgesehen ist. Die Schichten 80 bilden im Zusammenhang mit den überliegenden Unterelektroden 34 und zwischenliegendem Isoliermaterial der Schicht 82 einen Speicherkondensator Cs für jedes Bildunterelement.
In bezug auf die Ausführungsbeispiele der Fig. 8, 10 und 12 können die Leitschichten 80 und 90 mit einer Quelle festen Potentials anstelle mit dem zugeordneten Spaltenleiter 14 elektrisch verbunden werden, wobei die Polarität dieses Potentials für wechselende Felder umgekehrt wird.
Das anhand der Fig. 7 beschriebene Ausführungsbeispiel kann auf ähnliche Weise wie das nach der Beschreibung anhand der Fig. 10 für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 geändert werden, um Speicherkondensatoren durch Aufnehmen einer transparenten Leitschicht zwischen jeder Unterelektrode 45 und dem unterliegenden Adreßleiter 12 aufzunehmen.
In allen diesen Ausführungsbeispielen mit Speicherkondensatoren dienen die weiteren vorgesehenen Leitschichten 80 und 90 zum zusätzlichen nützlichen Abschirmen der Bildelementunterelektroden 34 und 45 von ihren unterliegenden Adreßleitungen 12 und minimisieren so jede kapazitive Kopplung zwischen den Unterelektroden und den Adreßleitungen, die sonst auftreten könnte.
Obgleich in Fig. 8 und 12 die jedem Bildelement zugeordnete zusätzliche Leitschicht 80 als durchgehend dargestellt ist, können sie stattdessen als physikalisch einzelne Teile für jede Unterelektrode bestimmt werden, während sie auf gleiche Weise wie nach der Beschreibung anhand der Fig. 10 noch elektrisch miteinander verbunden bleiben. Umgekehrt könnten die einzelnen bestimmten Schichtteile 90 des Ausführungsbeispiels nach Fig. 10 als eine durchgehende Schicht gebildet werden, die im wesentlichen mit dem jeweiligen Bildelementgebiet koextensiv, aber noch mit Öffnungen versehen ist, durch die die Unterelektrodenschichten 45 sich nach den Schaltelementen auf eine Weise entsprechend der nach Fig. 8 und 12 erstrecken.
Alle vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele und Abwandlungen bieten den Vorteil über bekannte Anzeigeanordnungen daß der Zwischenraum zwischen den Bildelementen minimisierbar ist, da die Adreßleitungen auf einer Trägerplatte und die zugeordneten Schaltelemente unterhalb der Bildelemente angeordnet sind, dabei abweichend von den bekannten Anordnungen, in denen die Schaltelemente auf der Trägerplatte seitlich der Bildetemente angeordnet sind.

Claims

1. Flüssigkristall-Anzeigeanordnung mit einem Paar im Abstand voneinander liegender Trägerplatten (20, 22), mit Flüssigkristallmaterial (24) zwischen den Platten, mit einer Anzahl von Bildelementen (10) in einem Matrixfeld, die durch je einander gegenüberliegenden Elektroden auf den Trägerplatten definiert werden, und mit einer Anzahl von Schaltelementen (16) auf einer (22) der Trägerplatten und in Reihenschaltung zwischen Adreßleitungen (12) auf dieser Platte und den Bildelementen (10), in der die Bildelementelektroden auf der einen Trägerplatte (22) sowohl die Schaltelemente als die den zugeordneten Adreßleitungen auf dieser einen Trägerplatte überliegen, wobei die Schaltelemente zwischen diesen Bildelementelektroden und Adreßleitungen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Bildelementelektroden auf der einen Trägerplatte (22) eine Anzahl diskreter Unterelektroden (34, 45) enthält, die je wenigstens einem Schaltelement (38, 47) zugeordnet sind, wobei die einer Bildelementelektrode zugeordneten Schaltelemente parallel zueinander mit der entsprechenden Adreßleitung (12) verbunden sind.

2. Flüssigkristall-Anzeigeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente nicht lineare Zweipol-Zweirichtungselemente sind.

3. Flüssigkristall-Anzeigeanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente Diodenstrukturen enthalten.

4. Flüssigkristall-Anzeigeanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Diodenstrukturen je eine dünne Schicht (32, 40) aus Siliziumnitridmaterial in Sandwichkonstruktion zwischen zwei elektrisch leitenden Schichten (34, 43; 12) aus Indiumzinnoxidmaterial enthalten, wobei die zwei elektrisch leitenden Schichten jeweilige Pole der Diodenstruktur bilden.

5. Flüssigkristall-Anzeigcanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den Bildelementen zugeordneten Schaltelemente in einem im wesentlichen planaren Feld unterhalb der Bildelementelektroden auf der einen Trägerplatte angeordnet sind.

6. Flüssigkristall-Anzeigeanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das im wesentlichen planare Feld jedem Bildelement zugeordneter Schaltelemente ein Gebiet belegt das wenigstens einem Hauptteil des Gebiets der Bildelementelektrode auf der einen Trägerplatte entspricht.

7. Flüssigkristall-Anzeigeanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente des im wesentlichen planaren Felds in bezug auf das Gebiet der Bildelementelektrode im wesentlichen einheitlich angeordnet und im Abstand voneinander liegen.

8. Flüssigkristall-Anzeigcanordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leitschicht (34), die einen Pol der Zweipolschaltelemente darstellt, auch als die zugeordnete Bildelementunterelektrode dient.

9. Flüssigkristall-Anzeigeanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein leitender Bauteil (43, 50), der einen Pol der Zweipolschaltelemente darstellt, von seiner zugeordneten Bildelementunterelektrode (45) getrennt ist und davon durch Isoliermaterial (41) im Abstand liegt, um zwischen dem Schaltelement und seiner zugeordneten Bildelementunterelektrode auf der einen Trägerplatte (22) eine kapazitive Kopplung zu bilden.

10. Flüssigkristall-Anzeigeanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die leitenden Bauteile, die die einen Pole der Schaltelemente bilden, leitende Körner (43) enthalten, die in ein Isolatormatrixmaterial (41) eingestreut sind.

11. Flüssigkristall-Anzeigeanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die leitenden Bauteile, die die einen Pole der Schaltelemente bilden, diskrete Punkte (50) von abgelagertem leitendem Material enthalten.

12. Flüssigkristall-Anzeigeanordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Pol jedes der Zweipolschaltelemente durch einen jeweiligen Teil seiner zugeordneten Adreßleitung (12) auf der einen Trägerplatte (22) gebildet ist, wobei der eine Pol (34) der Schaltelemente vertikal zur Trägerplatte durch eine dünne Isolierschicht (32) im Abstand von seiner zugeordneten Adreßleitung (12) liegt.

13. Flüssigkristall-Anzeigeanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeanordnung den Bildelementen zugeordnete Speicherkondensatoren enthält.

14. Flüssigkristall-Anzeigeanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß jedes von einer jeweiligen Bildelementunterelektrode bestimmtes Bildunterelement mit einem jeweiligen Speicherkondensator verknüpft ist.

15. Flüssigkristall-Anzeigeanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherkondensatoren teilweise durch wenigstens eine Leitschicht (80, 90) auf der einen Trägerplatte gebildet sind, die den Bildelementunterelektroden (34, 45) auf der einen Trägerplatte unterliegt und davon elektrisch isoliert ist.

16. Flüssigkristall-Anzeigeanordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Leitschicht (80, 90) zwischen den Bildelementunterelektroden und den zugeordneten unterliegenden Adreßleitungen angeordnet ist, um im wesentlichen die Bildelementunterelektroden von den Adreßleitungen abzuschirmen und kapazitive Kopplung zwischen ihnen zu minimisieren.