DE3325134C2

DE3325134C2 -

Info

Publication number: DE3325134C2
Application number: DE3325134A
Authority: DE
Inventors: Shigeo Habikino Osaka Jp Aoki; Junichi Tamamura; Yasuhiro Yao Osaka Jp Ukai
Original assignee: HOSIDEN ELECTRONICS CO Ltd YAO OSAKA JP
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1982-07-12
Filing date: 1983-07-12
Publication date: 1989-04-27
Also published as: FR2530057A1; US4654117A; DE3325134A1; GB2126401B; GB2126401A; GB8519597D0; JPS5910988A; FR2530057B1; GB2161971A; GB2161971B; US4644338A; DE3348002C2; GB8318316D0; US4740782A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Matrixelementen einer Flüssigkristallanzeige mit Punktmatrixaufbau, welche eine Flüssigkristallzelle aufweist, die eine Vielzahl von Matrixelementen enthält, die selektiv ansteuerbar sind, um eine Vielzahl verschiedener Muster wie Buchstaben, graphische Bilder oder dergleichen anzeigen zu können.

Es sind Flüssigkristallanzeigen mit Punktmatrixaufbau vorgeschlagen worden, die Dünnfilmtransistoren enthalten, welche als Treiber oder Ansteuerglieder in einer Flüssigkristallzelle von kleinen Abmessungen zusammengefügt sind, um die einzelnen Matrixelemente selektiv anzusteuern. Um diese Transistoren zu erregen, sind sehr viele Anschlüssse aus der Flüssigkristallzelle herausgeführt. Es ist sehr mühsam und zeitaufwendig, derartige Anschlüsse mit einer Ansteuer- oder Treiberschaltung zu verbinden. Im einzelnen gesagt, besitzt eine Punktmatrix-Farbanzeigevorrichtung mit Flüssigkristallzellen Matrixelemente, die je Element aus den drei Punkten Rot, Blau und Grün zusammengesetzt ist, welche selektiv angesteuert werden müssen.

Dünnfilmtransistoren sind in herkömmlichen Flüssigkristallzellen folgendermaßen zusammengefügt: Gate und Matrixelementelektroden sind unmittelbar auf einer inneren Oberfläche eines Substrats einer Flüssigkristallzelle formiert, und über die gesamte innere Oberfläche des Substrats einschließlich dieser Elektroden wird dann ein Gateisolationsfilm niedergeschlagen oder abgelagert. Eine Halbleiterschicht wird daraufhin auf dem Gate-Isolationsfilm in Gegenüberstellung zu den Gate-Elektroden ausgebildet. Auf der Halbleiterschicht werden, teilweise in Überlappung zu den einander gegenüberstehenden Seiten der Gate-Elektroden, Drain- und Source-Elektroden aufgebracht, wobei die Halbleiterschicht und der Gate-Isolationsfilm dazwischenliegen. Für den elektrischen Anschluß der Drain-Elektroden an die Matrix-Elementelektroden mußten dann durch den Gate-Isolationsfilm Löcher hergestellt werden, damit zwischen den Elektroden ein elektrischer Kontakt entsteht. Außerdem war es nötig, einen Schutzfilm über die Dünnfilmtransistoren zu breiten, damit letztere nicht der Atmosphäre ausgesetzt sind, da dadurch die Oberflächenhalbleiterschicht verschlechtert wurde, bevor die Dünnfilmtransistoren in der Flüssigkristallzelle eingeschlossen werden. Der Herstellungsvorgang von Dünnfilmtransistoren in bisher üblichen Flüssigkristallzellen erfordert also zahlreiche Fertigungsschritte wegen des nötigen Schrittes der Kontaktlöcherherstellung und des Ausbreitens eines Schutzfilms. Bei Flüssigkristallzellen von großer Anzeigefläche müssen bisher viele Dünnfilmtransistoren hergestellt werden. Je größer die Zahl der Herstellungsschritte ist, desto schwieriger wird es, Dünnfilmtransistoren mit gleichen Eigenschaften zu erzeugen, und noch schwieriger ist es, die hergestellten Dünnfilmtransistoren fehlerfrei zu produzieren oder zu halten.

Flüssigkristallanzeigen aus amorphem Silizium sind aus der Zeitschrift "ELECTRONICS", 1982, Heft 10, Seiten 94-96 bekannt. Der dort beschriebene Dünnfilmtransistor wird zum Aufbau der Punktmatrix der Flüssigkristallanzeige verwendet. Auf einem Glassubstrat ist aus Aluminium die Source- und die Drain-Elektrode ausgebildet, wobei eine Lücke durch einen Dreischichtaufbau aus amorphem Silizium, Siliziumdioxyd und einem Aluminiumgate abgedeckt wird.

Aus einer Veröffentlichung in "APPLIED PHYSICS", Heft 24, 1981, Seiten 357-362 ist die Anwendung amorpher Siliziumfeldeffekttransistoren im Bereich der Flüssigkristallanzeigen bekannt. Der Schichtaufbau der beschriebenen Dünnfilmtransistoren bedingt jedoch, daß zur Kontaktierung der auf der Glasplatte aufgebrachten Elektrode der Silizium-Isolierfilm an einer Kontaktstelle aufgeätzt werden muß, um eine Kontaktierung der darunter liegenden Elektrodenschicht zu ermöglichen. Der Aufbau der Dünnfilmtransistoren dieser Flüssigkristall-Anzeige ist in Fig. 4 und der Aufbau der Punktmatrix in Fig. 2 wiedergegeben.

Aus der Veröffentlichung des VDE-Verlages GmbH Berlin, EURODISPLAY 81, PROCEEDINGS OF THE FIRST EUROPEAN DISPLAY RESEARCH CONFERENCE, S. 39-42, ist bekannt, daß zur Erzeugung mehrfarbiger Matrixelemente jeweils drei einzelne Matrix-Elektroden zu einem Matrix-Elektrodensatz zusammengefaßt werden und mit einem Farbfilter in einer der Grundfarben versehen wird.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Matrixelementen einer Flüssigkristallanzeige anzugeben, das die Herstellung bei geringem Ausschuß und bei einer geringeren Anzahl von Herstellungsschritten ermöglicht.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung von Matrixelementen einer Flüssigkristall-Anzeige mit folgenden Schritten:

- Aufbringen einer undurchsichtigen Metallschicht auf einem transparenten Substrat,
- Ausbilden einer Drain-Elektrode und einer Source-Elektrode für jedes Matrixelement durch Fotoätzen der Metallschicht,
- Aufbringen einer amorphen oder polykristallinen Halbleiterschicht auf die Drain-Elektrode, die Source-Elektrode und die freigelegten Bereiche des Substrats,
- Ausbilden jeweils eines Kanalbereichs durch Fotoätzen der Halbleiterschicht, wobei der Kanalbereich sich zwischen jeder Drain-Elektrode und jeder Source-Elektrode erstreckt,
- Aufbringen einer Gate-Isolierschicht und
- Ausbilden einer Gate-Elektrode auf der Gate-Isolierschicht,

das erfindungsgemäß verbessert wurde, indem durch die folgenden Schritte:

- die Gate-Isolierschicht, die Drain-Elektrode, die mit dieser zusammenhängenden Matrixelement-Elektrode, die Source-Elektrode, die freiliegenden Bereiche des Substrats und den Kanalbereich zusammenhängend ohne Unterbrechungen überdeckend aufgebracht wird und
- die Gate-Elektrode in folgender Weise gebildet wird:
- - Aufbringen einer durchgehenden und transparenten Gate-Elektrodenschicht,
- - Aufbringen einer fotosensitiven Harzschicht auf die Gate-Elektroden-Schicht,
- - Bestrahlen der Harzschicht durch das Substrat und durch den Kanalbereich hindurch, wodurch das Harz im bestrahlten Bereich gehärtet wird,
- - Entwickeln der Harzschicht,
- - Ausbilden des durch die Drain-Elektrode und die Source-Elektrode maskierten Gate-Masken-Bereichs durch Entfernen der nicht belichteten Bereiche der Harzschicht,
- - Ausbilden der Gate-Elektrode durch Wegätzen der durch den Gate-Masken-Bereich der Harzschicht nicht maskierten Gate-Elektrodenschicht und
- - Entfernen des verbliebenen Gate-Masken- Bereichs der Harzschicht von der Gate-Elektrode.

Aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnung gehen deren Einzelheiten und Vorteile nochmals deutlich hervor:

Es zeigt

Fig. 1 eine Schnittdarstellung durch eine herkömmliche Punktmatrix-Flüssigkristallanzeige;

Fig. 2 die Schaltungsverbindung der Transistoren zum Ansteuern der Matrixelemente in einer Punktmatrix-Flüssigkristallanzeige;

Fig. 3 einen Ausschnitt der Draufsicht auf einen Dünnfilmtransistor einer herkömmlichen Flüssigkristallzelle;

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie 100-100 in Fig. 3;

Fig. 5 die perspektivische Ansicht einer Flüssigkristallanzeige mit Punktmatrixaufbau gemäß der Erfindung;

Fig. 6 ein Diagramm, das die Anordnung der Farbanzeigeelemente in der Punktmatrix-Flüssigkristallanzeige nach Fig. 5 wiedergibt;

Fig. 7 eine Ausschnittsvergrößerung aus der Fig. 6;

Fig. 8 eine Schnittansicht entlang der Linie 101-101 in Fig. 7;

Fig. 9 in perspektivischer Darstellung einen Ausschnitt aus der Punktmatrix-Flüssigkristallanzeige nach der Erfindung;

Fig. 10 einen Ausschnitt aus der Draufsicht eines Dünnfilmtransistors in der erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeige;

Fig. 11 eine Schnittdarstellung entlang der Linie 102-102 in Fig. 10;

Fig. 12-17 Schnittansichten, die den Vorgang der Herstellung eines Dünnfilmtransistors in der erfindungsgemäßen Weise wiedergeben; und

Fig. 18 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in der Wiedergabe eines Ausschnittes aus einem Schnitt durch eine Flüssigkristallanzeige.

Anhand der Fig. 1 und 2 wird eine herkömmliche Punktmatrix-Flüssigkristallanzeige erläutert.

Eine Flüssigkristallzelle 11 weist ein Paar transparenter Substratplatten 12, 13 in Gestalt von Glasplatten auf, die mit geringem Abstand einander gegenübergestellt sind und zwischen denen ein Flüssigkristall 14 eingesiegelt ist. Eine Anordnung 15 von Dünnfilmtransistoren ist auf einer inneren Oberfläche des einen transparenten Substrats 12 ausgebildet, und eine transparente gemeinsame Elektrode 16 ist im wesentlichen über die gesamte innere Oberfläche des anderen transparenten Substrats 13 abgelagert. Eine Orientierungsbehandlungsschicht 17 befindet sich auf der Anordnung 15 der Dünnfilmtransistoren, und eine weitere Orientierungsbehandlungsschicht 21 überzieht die gemeinsame Elektrode 16, wobei dort ein dünner Isolationsfilm 19 zwischengefügt ist.

Die Fig. 2 zeigt die Anordnung 15 der Dünnfilmtransistoren, die aus Spaltenleitern 8₁, 8₂, 8₃, ... und Zeilenleitern 9₁, 9₂, 9₃, ... aufgebaut ist, wobei erstere mit gleichen Abständen in Querrichtung und letztere mit gleichen Abständen senkrecht zu den Spaltenleitern verlaufen. Die Dünnfilmtransistoren sind dort angeordnet, wo die Spalten- und Zeilenleiter einander schneiden. Jeder Transistor 6 weist ein mit einer Zeilenleitung 9 verbundenes Gate und eine mit einer Spaltenleitung 8 verbundene Source-Elektrode auf. Innerhalb der rechteckigen Begrenzungen, die durch die Zeilen- und Spaltenleiter hervorgerufen sind, befindet sich eine Matrixelementelektrode (Drain-Elektrode) 2, mit der der Drain-Anschluß eines zugehörigen Transistors 6 verbunden ist.

Zum Ansteuern des Transistors 6 an einer bestimmten Position, wo sich ein ausgewählter Spaltenleiter mit einem ausgewählten Zeilenleiter schneidet, wird eben diesen Spalten- und Zeilenleitern 8₁, 8₂, 8₃′ ..., 9₁, 9₂, 9₃, ... eine Spannung zugeführt. Die dann dadurch an der Matrixelementelektrode 2 des gespeisten Transistors 6 gegenüber der gemeinsamen Elektrode 16 auftretende Spannung sorgt dafür, daß das Erscheinungsbild der Flüssigkristallzelle 11 im Bereich dieser Matrixelementelektrode 2 sich vom übrigen Bereich unterscheidet. Alle Matrixelemente der Flüssigkristallzelle 11 können auf diese Weise selektiv zur Anzeige gebracht werden.

Bei dieser herkömmlichen Anordnung sind auf einer Verdrahtungsbasisplatte 18, auf der die Flüssigkristallzelle 11 befestigt ist, eine Spaltentreiberschaltung 26 für die Spaltenleiter 8₁, 8₂, 8₃, ... und eine Zeilentreiberschaltung (nicht gezeigt) für die Zeilenleiter 9₁, 9₂, 9₃, ... angebracht. Die Spaltenleiter 8₁, 8₂, 8₃, ... und die Zeilenleiter 9₁, 9₂, 9₃, ... besitzen jeweils Anschlüsse, die mit zugehörigen Anschlüssen der Spaltentreiberschaltung 26 und der Zeilentreiberschaltung verbunden werden müssen. Bei einer Matrix mit 100×100 = 10 000 Matrixelementen müssen 100+100=200 Treiberschaltungsanschlüsse hergestellt werden, was eine langwierige Arbeit ist. Für eine farbige Flüssigkristallzellen-Anzeigevorrichtung muß jedes Matrixelement im allgemeinen aus drei Punkten aufgebaut sein nämlich rot, grün und blau, die voneinander unabhängig ansteuerbar sind. Sind dann auf der Tafel 100 × 100 = 10 000 Matrixelemente vorhanden, so ist die Gesamtzahl der Punkte 2mal so groß, nämlich 30 000, und es werden dafür 100 + + 3 × 100 = 400 Anschlüsse benötigt. Eine derart große Zahl von Anschlüssen macht das Verbinden der Treiberschaltungen mit der farbigen Flüssigkristall-Anzeigetafel noch komplizierter und zeitaufwendiger.

Die in herkömmlichen Vorrichtungen verwendeten Dünnfilmtransistoren 6 haben einen Aufbau gemäß den Fig. 3 und 4. Die Gate-Elektroden 5 (zugehörige Zeilenleiter 9) sind auf einem Substrat 12 ausgebildet, indem zuerst eine Metallschicht wie Chrom vollständig über das Substrat 12 gebreitet und die Metallschicht dann in einem vorgeschriebenen Muster ausgeätzt wird. Danach werden auf dem Substrat 12 die Matrixelementelektroden (Drain-Elektroden) 2 in Gestalt eines transparenten Metallfilms in gleicher Weise durch Niederschlagen einer Metallschicht auf dem Substrat und anschließendes selektives Ausätzen der Metallschicht erzeugt. Anschließend wird auf die gesamte Oberfläche des Substrats 12 ein Gate-Isolationsfilm 22 aus Siliziumnitrid abgelagert, in welchem Löcher 23 vorgesehen sind, damit mit den Matrixelementelektroden 2 ein Kontakt hergestellt werden kann. Eine Halbleiterschicht 24 von amorphem Silizium wird über jeder Gate-Elektrode 5 und mit Dazwischenlage des Gate-Isolationsfilms 22 abgelagert. Schließlich werden eine Drain-Elektrode 25 und eine Source-Elektrode 3 (mit Verbindung zu einem Spaltenleiter 8) aus Aluminium auf jeder Halbleiterschicht 24 bei teilweiser Überlappung der einander gegenüberstehenden Ränder der Gate-Elektrode 5 und der Halbleiterschicht 24 gebildet, wobei der Gate-Isolationsfilm 22 dazwischenliegt. Die Drain-Elektrode 25 ist über das Kontaktloch 23 mit der Matrixelementelektrode 2 verbunden.

Die Herstellung eines herkömmlichen Dünnfilmtransistors 6 erfordert eine relativ große Zahl von Einzelschritten. Es ist deshalb schwierig, eine Vielzahl von Dünnfilmtransistoren 6 ohne Fehler und mit untereinander gleichen Eigenschaften auf einer großen Anzeigetafelfläche herzustellen. Da zwischen Drain- und Source-Elektrode 25, 3 ein Stück der Halbleiterschicht 24 freiliegt, hat dort Feuchtigkeit und Luft Zutritt, wodurch die Eigenschaften des Transistors 6 verschlechtert werden können, nachdem die Transistoranordnung 15 auf dem Substrat 12 hergestellt worden ist und bevor dann daraus die Flüssigkristallzelle 11 aufgebaut wird. Um dies zu verhindern, muß nach der Aufbringung der Elektroden 25 und 3 über die Halbleiterschicht 24 ein Schutzfilm gebreitet werden, was einen weiteren Fabrikationsschritt bedeutet.

Als nächstes wird eine farbige Flüssigkristallanzeigevorrichtung beschrieben, die durch erfindungsgemäße Verfahren hergestellt wurde. Fig. 5 zeigt das äußere Erscheinungsbild einer solchen Flüssigkristall-Anzeigetafel. Diese weist eine Flüssigkristallzelle 11 auf, die aus einem Paar transparenter Substratplatten 12, 13 besteht, welche einander gegenüberstehen und zwischen denen der Flüssigkristall eingesiegelt ist. Auf der Oberfläche einer Substratplatte in der Flüssigkristallzelle 11 sind zahlreiche Farbanzeigeelemente ausgebildet.

Fig. 6 zeigt, daß drei verschiedene Arten derartiger Farbanzeigeelemente in Gruppen angeordnet sind, nämlich rote Anzeigeelemente 1 R, grüne Anzeigeelemente 1 G und blaue Anzeigeelemente 1 B, die auf dem Substrat gleichmäßig verteilt sind. Die Farbanzeigeelemente sind länglich und liegen parallel zueinander, und jeweils drei verschiedene Farbanzeige-Matrixelemente nehmen eine Quadratfläche 10 ein, die als ein Matrixelement bezeichnet ist. Die Matrixelemente 10 sind in Zeilenspalten angeordnet. Um die Matrixelemente 10 auf einfache Weise ansteuern zu können, sind die roten, grünen und blauen Anzeigeelemente 1 R, 1 G, 1 B geradlinig in ihrer Längsrichtung und parallel zueinander angeordnet.

Jedes Farbanzeigeelement 1 R, 1 G, 1 B setzt sich aus einem Halbleitertreiber- oder -dünnfilmtransistor und einem Farbfilter auf seiner Ausgangselektrode zusammen. Genauer ist dies in den Fig. 7 und 8 dargestellt, wonach eine der Substratplatten 12 der Flüssigkristallzelle 11 eine transparente Glasplatte ist. Rechteckige Drain-Elektroden (Matrixelementelektroden) 2 R, 2 G, 2 B, die ungefähr so breit wie die Farbanzeigeelemente sind, sind auf dem Substrat 12 ausgebildet, und schmälere Source-Elektroden 3 R, 3 G, 3 B sind nahe bei den Drain-Elektroden 2 R, 2 G, 2 B und parallel zu diesen auf dem Substrat 12 abgelagert. Filme 4 R, 4 G, 4 B aus amorphem Silizium werden zwischen den Drain- und Source-Elekroden 2 R, 3 R den Drain- und Source-Elektroden 2 G, 3 G und den Drain- und Source-Elektroden 2 B, 3 B formiert. Die Elektroden und das Substrat werden dann mit einem Gate-Isolationsfilm 22 aus Siliziumnitrid überdeckt, auf dem dann Gate-Elektroden 5 R, 5 G, 5 B in Gegenüberstellung zu den amorphen Siliziumfilmen 4 R, 4 G, 4 B abgelagert werden. Die Drain- und Source-Elektroden 2 R, 2 G, 2 B und 3 R, 3 G, 3 B sind vorzugsweise transparent und können aus Indiumoxid oder Zinnoxid bestehen. Die Gate-Elektroden 5 R, 5 G, 5 B können aus Aluminium hergestellt sein.

Die Source-Elektroden 3 R, 3 G, 3 B, die Drain-Elektroden (Matrixelementelektroden) 2 R, 2 G, 2 B, die amorphen Siliziumfilme 4 R, 4 G, 4 B, der Gate-Isolationsfilm 22 und die Gate-Elektroden 5 R, 5 G, 5 B stellen gemeinsam Dünnfilmtransistoren 6 R, 6 G, 6 B dar. Über den Drain-Elektroden (Ausgangselektroden) 2 R, 2 G, 2 B, dieser Dünnfilmtransistoren 6 R, 6 G, 6 B werden Farbfilter 7 R, 7 G, 7 B in rot, grün und blau angebracht, wobei dazwischen sich der Gate-Isolationsfilm 22 befindet. Das Anbringen der Farbfilter kann im Sieb- oder Offset-Druck-Verfahren geschehen.

Wie in Fig. 9 gezeigt, ist auf den Farbanzeigeelementen, die sich auf dem Substrat 12 befinden, eine Orientierungsbehandlungsschicht 17 aus Polyvinylalkohol angebracht. Das Substrat 13, welches dem Substrat 12 gegenübersteht, besteht beispielsweise aus einer transparenten Glasplatte. Die gesamte innere Oberfläche des Substrats 13 ist mit einer gemeinsamen transparenten Elektrode 16 überzogen, die ihrerseits von einem Isolationsfilm 19 aus beispielsweise Siliziumnitrid und einer weiteren Orientierungsbehandlungsschicht 21 abgedeckt ist. Zwischen den Orientierungsbehandlungsschichten 17 und 21 befindet sich dann der eingeschlossene Flüssigkristall 14. Für die Flüssigkristallzelle 11 des beschriebenen Aufbaus kann eine schwarze "Guesthost"-Flüssigkristallzelle oder eine schwarz- und weiße, mit drehendem nematischen Flüssigkristallzelle verwendet werden. Auf der Außenfläche des Substrats 13 ist ein Polarisationsfilter 27 angebracht.

Wie in Fig. 6 gezeigt, sind Spaltenleiter 8₁, 8₂, 8₃, ... auf dem Substrat 12 entlang der Spalten der Farbanzeigeelemente angeordnet, und die Source-Elektroden 3 R, 3 G, 3 B jeweils benachbarter Farbanzeigeelemente sind mit jedem Spaltenleiter verbunden. Entlang der Reihen der Farbanzeigelemente sind Zeilenleiter 9₁, 9₂, 9₃, ... angeordnet, die mit den Gate-Elektroden 5 R, 5 G oder 5 B der benachbarten Farbanzeigeelemente jeder Zeile verbunden sind. Die Farbanzeigeelemente können durch eine Treiberschaltung selektiv angeregt werden.

Da Dünnfilmtransistoren relativ langsam arbeiten, sollten die amorphen Siliziumfilme 4 R, 4 G, 4 B für eine Erhöhung der Beweglichkeit im Elektronenstrahl- oder Laser-Anlaßverfahren behandelt werden, damit die Arbeitsgeschwindigkeit der Schaltungen 26, 29 und 32 erhöht wird. Ein derartiger Behandlungsvorgang zur Erhöhung der Mobilität läßt sich in einer relativ kurzen Behandlungszeitspanne durchführen, da die Dünnfilmtransistoren, die die Farbanzeigeelemente bilden, diese Behandlung nicht benötigen. Es ist auch nicht erforderlich, sämtliche Schaltungen 26, 29, 32 auf dem Substrat 12 anzuordnen, sondern nur einige, beispielsweise die Schaltungen 26 und 29 oder nur die Schaltung 32. Die Schaltungen 26, 29 und 32 können, wenn sie auf dem Substrat 12 angebracht sind, in Form gewöhnlicher bipolarer oder unipolarer integrierter Schaltungen aufgebaut sein. Die aus amorphem Silizium bestehenden Dünnfilmtransistoren können durch polykristalline Dünnfilmtransistoren ersetzt werden.

Werden die Farbfilter durch Aufdrucken erzeugt, läßt sich dies ohne teuere Apparaturen für Aufdampfverfahren oder Ionendotierung erreichen, wobei der Vorgang in der Atmosphäre durchgeführt werden kann, so daß eine relativ große Fläche bedeckt wird. Die Farbfilter können Farben sehr gut wiedergeben, lassen sich billig herstellen, sind ausreichend dünn im Vergleich zum Flüssigkristall 14 und besitzen hinreichende Farbdichte. Farbfilter in den Farben rot, grün und blau in abwechselnder Anordnung können leicht angebracht werden. Von den Farbfiltern tritt auch keine Farbe in den Flüssigkristall 14 über, da die Orientierungsbehandlungsschicht 17 aus Polyvinylalkohol gegenüber dem Flüssigkristall 14 stabil ist. Damit ist auch ein gleichbleibender Betrieb der Flüssigkristallanzeige gewährleistet. Die Farbfilter stören auch nicht die steuernde Orientierung der Moleküle des Flüssigkristalls 14 mit Hilfe der Orientierungsbehandlungsschicht. Um eine höhere Genauigkeit zu erzielen, lassen sich die Farbfilter statt mit dem Siebdruckverfahren auch im Offsetdruckverfahren aufbringen. Wenn die Substrate eine geringe Dicke haben können, lassen sich die ausgewählten Matrixelemente auch bei schrägem Aufblick genau erkennen. Die Farbfilter dürfen dann aber nicht auf den Dünnfilmtransistoren, sondern müssen am Substrat 13 angebracht sein (wie in Fig. 8 gezeigt), und zwar in Gegenüberstellung zu den Drain-Elektroden. Die Substrate 12, 13 können aus Hochpolymeren wie Polyamid oder Fluorplastikstoffen hergestellt sein. Die Darstellung der Farbanzeigeelemente erfolgte bei dem Beispiel in Spalten und Zeilen für die verschiedenen Farben, doch kann die Anordnung auch derart in Kreisen vorgenommen werden, daß jeweils drei benachbarte Anzeigeelemente rote, grüne und blaue Anzeigeelemente enthalten. Auch kann für die Farbanzeige statt des additiven Verfahrens das subtraktive Verfahren angewendet werden.

Eine Schwarz-Weiß-Flüssigkristallanzeige soll nun in Verbindung mit den Fig. 10 und 11 erläutert werden. Die Matrixelemente 2, die Drain-Elektroden 25 und die Source- Elektroden (Source-Leiter 8) 3 sind auf einem Substrat 12 angeordnet. Jedes der quadratförmigen Matrixelemente 2 besitzt eine Kante, die zu einem Teil mit der Kante der Drain-Elektroden 25 zusammenfällt. Diese Matrixelemente 2, die Drain-Elektroden 25, die Source-Elektrode 3 und die Source-Leiter 8 können durch selektives Ätzen einer transparenten Metallschicht, welche auf der Gesamtfläche des Substrats 12 abgelagert ist, gleichzeitig hergestellt werden. Die Source-Elektroden 3 können aus einem nicht durchsichtigen Metall bestehen.

Eine Halbleiterschicht 24 aus amorphem Silizium ist auf dem Substrat 12 zwischen Drain-Elektrode 25 und Source-Elektrode 3 ausgebildet. Die Halbleiterschicht 24 kann aber auch aus polykristallinem Silizium, monokristallinem Silizium, Tellur, Cadmiumsulfid oder Cadmiumselenid bestehen. Ein Gate-Isolationsfilm 22 wird über die gesamte Fläche einschließlich der Halbleiterschichten 25 ausgebreitet. Der Gate-Isolationsfilm 22 kann aus Siliziumnitrid oder Siliziumdioxid bestehen. Er kann auch nur auf den Halbleiterschichten 24 ausgebildet sein. Die Gate-Elektroden (Gate-Leiter 9) 5 werden auf dem Gate-Isolationsfilm 22 geformt. Sie sind so abgelagert, daß sie den Drain-Elektroden 25 und den Source-Elektroden 3 gegenüberstehen und daß sich dazwischen die Halbleiterschicht 24 und der Gate-Isolationsfilm 22 befinden. Die Gate-Elektroden 5 und die Gate-Leiter 9 können aus Aluminium oder polykristallinem Silizium bestehen und in Gestalt eines transparenten, elektrisch leitenden Films hergestellt sein.

Der erfindungsgemäße Herstellungsvorgang des Dünnfilmtransistors soll nun in Verbindung mit den Fig. 12 bis 17 beschrieben werden. Wie in Fig. 12 gezeigt, wird auf einem transparenten, isolierenden Substrat 12 aus beispielsweise Glas eine undurchsichtige Schicht aus einem Metall, etwa Nichrom, Chrom oder Molybdän in einer Schichtstärke von etwa 100-200 nm im Aufdampfverfahren oder im Sputter-Vorgang abgelagert, und die Matrixelemente wie Drain-Elektroden 25 (2) und Source-Elektroden 3 werden durch Photoätzen gebildet.

In einer Stärke von ungefähr 300 nm wird dann auf das transparente Substrat 12 über die Drain-Elektroden 25 und Source-Elektroden 3 in einem Plasma CVD (chemische Dampfablagerung)-Verfahren eine Halbleiterschicht aus amorphem Silizium oder polykristallinem Silizium erzeugt. Aus der Halbleiterschicht wird dann durch Photoätzen die Halbleitersiliziumschicht 24 als Kanalbereich gebildet, der sich zwischen den Rändern der Drain- und Source-Elektroden 25 und 3 erstreckt, wie in Fig. 13 gezeigt.

Danach wird ein Gate-Isolationsfilm 22 zur Gänze über dem transparenten Substrat 12 und der Halbleitersiliziumschicht 24 ausgebreitet, wie in Fig. 14 gezeigt. Der Gate-Isolationsfilm 22 kann aus Siliziumnitrid oder Siliziumdioxid bestehen und eine Stärke zwischen 200 und 300 nm haben. Der Gate-Isolationsfilm 22 kann im Plasma-CVD-Verfahren hergestellt werden.

Durch Vakuum-Bedampfung oder im Sputter-Verfahren wird auf dem Gate-Isolationsfilm 22 gemäß Fig. 15 eine transparente Elektrode 5′ aus ITO (eine Mischung aus In₂O₃ und SnO₂) oder Zinnoxid in einer Stärke von 100 nm oder weniger, beispielsweise 40 bis 50 nm, hergestellt. Darüber wird eine photosensitive Harzschicht 37 der Negativtype über die transparente Elektrode 5′ gebreitet und diese durch ultraviolette Bestrahlung 39 durch das transparente Substrat 12 hindurch belichtet.

Die von der ultravioletten Strahlung belichteten Bereiche der photosensitiven Harzschicht 37 werden durch die Strahlung gehärtet. Durch Entwickeln erhält man ein Muster 37 P der photosensitiven Harzschicht in einer durch Drain- und Source-Elektroden 25, 3 welche Maskenfunktion haben, vorgegebenen Gestaltung.

Das Muster 37 P der photosensitiven Schicht wird als Maske benutzt, wenn die transparente Elektrode 5′ zur transparenten Gate-Elektrode 5 geätzt wird, woraufhin dann das Maskenmuster 37 P entfernt wird, wie in Fig. 17 dargestellt.

Die Matrixelementelektrode 2 und die Drain-Elektrode 25 sind somit gleichzeitig hergestellt und nicht durch irgendwelche Kontaktlöcher miteinander verbunden. Da auch keinerlei derartige oder sonstige Kontaktlöcher nötig sind, entfällt eine Arbeitsstufe für deren Herstellung, wie es für die Kontaktlöcher 23 der in Fig. 4 gezeigten bekannten Anordnung erforderlich war. Soll die Source-Elektrode 5 als transparente Elektrode ausgebildet sein, kann sie gleichzeitig mit der Matrixelementelektrode 2 hergestellt werden, wodurch die Zahl der Fabrikationsschritte im Vergleich zum herkömmlichen Herstellungsgang für einen Aufbau nach den Fig. 3 und 4 abermals verringert wird. Die erfindungsgemäße Flüssigkristallanzeige hat also bei der Herstellung der Dünnfilmtransistoranordnung weniger Herstellungsschritte nötig, so daß Matrixelemente von gleichförmigen Eigenschaften und frei von Fehlern relativ leicht auf einer großen Anzeigefläche hergestellt werden können.

Da die Halbleiterschicht 24 zwischen das Substrat 12 und den Gate-Isolationsfilm 22 eingeschlossen ist, liegt sie auch nicht frei, nachdem die Dünnfilmtransistoranordnung hergestellt worden ist und bevor sie zur Flüssigkristallzelle 11 zusammengebaut wird. Die Halbleiterschicht 24 erhält dadurch auch keine ungleichförmigen Eigenschaften, so daß sie durch keine Schutzschicht abgedeckt werden muß. Dies ermöglicht die Herstellung von Flüssigkristallzellen mit wesentlich besserer Ausbeute.

Wird die erfindungsgemäße Flüssigkristallanzeigevorrichtung als Lichtdurchtrittsanzeigevorrichtung verwendet, wird auf der Außenseite des Substrats 12 in den der Halbleiterschicht 24 zwischen Source- und Drain-Elektroden 25, 3 gegenüberstehenden Bereichen ein lichtundurchlässiger Film aus Aluminium oder schwarzer Farbe aufgebracht, um unerwünschte, durch Licht hervorgerufene Einflüsse zu verhindern, die Änderungen im Widerstand der Halbleiterschicht 24 hervorrufen könnten, sofern diese aus amorphem Silizium hergestellt ist.

Werden die Gate-Elektroden 5 unter Verwendung von Drain- und Source-Elektroden 25, 3 als Maske durch Belichten und Entwickeln erzeugt, so erfolgt eine selbsttätige Ausrichtung. Die Drain- und Source-Elektroden 25, 3 und die Gate-Elektroden 5 können dadurch stets in einer konstanten relativen Position zueinander gehalten werden. Dies kann den Abstand, d. h. die sogenannte Kanallänge L zwischen Drain- und Source-Elektrode 25, 3 verringern. Es läßt sich damit auf einfache Weise ein Dünnfilmtransistor mit kurzer Abschaltzeit und großem Drain-Strom herstellen. Derartige Dünnfilmtransistoren lassen sich mit einem hohen Integrationsgrad bei gleichzeitiger Verringerung der Schwankungen der Eigenschaften dieser Transistoren als großflächige Matrixanordnung herstellen.

In Fig. 8 sind die Farbfilter 7 R, 7 G, 7 B auf dem Gate-Isolationsfilm 22 in Gegenüberstellung zu den Matrixelektroden 2 R, 2 G, 2 B und mit dazwischengefügtem Gate-Isolationsfilm 22 hergestellt. Die Farbfilter 7 R, 7 G, 7 B können aber auch auf der gemeinsamen Elektrode 19 auf dem Substrat 13 angebracht sein, wie in der Fig. 18 gezeigt, in der ansonsten die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 8 benutzt sind. Die Farbfilter 7 R, 7 G, 7 B sind überlappend zu den Matrixelementelektroden 2 R, 2 G, 2 B in senkrechter Richtung zu den Substraten 12 und 13 angeordnet. Sie sind leicht durch Aufdrucken auf das Substrat 13 herzustellen, auf dem keine Dünnfilmtransistoren hergestellt werden müssen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Matrixelementen einer Flüssigkristall-Anzeige mit folgenden Schritten:

a) Aufbringen einer undurchsichtigen Metallschicht auf einem transparenten Substrat (12)
b) Ausbilden einer Drain-Elektrode (25) und einer Source-Elektrode (3) für jedes Matrixelement durch Fotoätzen der Metallschicht,
c) Aufbringen einer amorphen oder polykristallinen Halbleiterschicht auf die Drain-Elektrode (25), die Source-Elektrode (3) und die freigelegten Bereiche des Substrats (12),
d) Ausbilden jeweils eines Kanalbereichs (24) durch Fotoätzen der Halbleiterschicht, wobei der Kanalbereich (24) sich zwischen jeder Drain-Elektrode (25) und jeder Source-Elektrode (3) erstreckt,
e) Aufbringen einer Gate-Isolierschicht (22) und
f) Ausbilden einer Gate-Elektrode (5) auf der Gate-Isolierschicht (22),

dadurch gekennzeichnet, daß

g) die Gate-Isolierschicht (22) gem. Schritt e) die Drain-Elektrode (25), die mit dieser zusammenhängenden Matrixelement-Elektrode (2), die Source-Elektrode (3), die freiliegenden Bereiche des Substrats (12) und den Kanalbereich (24) zusammenhängend ohne Unterbrechungen überdeckend aufgebracht wird und
h) die Gate-Elektrode (5) gem. Schritt f) in folgender Weise gebildet wird:
- h1) Aufbringen einer durchgehenden und transparenten Gate-Elektrodenschicht (5′),
- h2) Aufbringen einer fotosensitiven Harzschicht (37) auf die Gate-Elektroden-Schicht (5′),
- h3) Bestrahlen der Harzschicht (37) durch das Substrat (12) und durch den Kanalbereich (24) hindurch, wodurch das Harz im bestrahlten Bereich gehärtet wird,
- h4) Entwickeln der Harzschicht (37),
- h5) Ausbilden des durch die Drain-Elektrode (25) und die Source-Elektrode (3) maskierten Gate-Masken-Bereichs (37 P) durch Entfernen der nicht belichteten Bereiche der Harzschicht (37),
- h6) Ausbilden der Gate-Elektrode (5) durch Wegätzen der durch den Gate-Masken-Bereich (37 P) der Harzschicht (37) nicht maskierten Gate-Elektrodenschicht (5′) und
- h7) Entfernen des verbliebenen Gate-Masken- Bereichs (37 P) der Harzschicht von der Gate-Elektrode (5).

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensschritte für eine Vielzahl von in einer Punktmatrix angeordneten Matrixelementen gleichzeitig durchgeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Matrixelemente verbindenden Spaltenleiter (8) gleichzeitig und einstückig mit den Source-Elektroden (3) und die die Matrixelemente verbindenden Zeilenleiter (9) einstückig mit den Gate-Elektroden (5) aufgebracht werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Gate-Isolierschicht (22) ein Farbfilter (7) jeweils oberhalb der Matrixelement-Elektrode (2) aufgebracht wird.