DE3201122A1

DE3201122A1 - Nicht-linearer widerstand und verfahren zur herstellung eines solche verwendenden matrix-fk-anzeigefeldes

Info

Publication number: DE3201122A1
Application number: DE19823201122
Authority: DE
Inventors: Tadashi Suwa Nagano Ota
Original assignee: Suwa Seikosha KK
Current assignee: Suwa Seikosha KK
Priority date: 1981-01-16
Filing date: 1982-01-15
Publication date: 1982-10-21
Also published as: GB2091468B; FR2503904A1; FR2503904B1; US4523811A; FR2505070B1; GB2091468A; FR2503903A1; FR2505070A1

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen nicht-linearen Widerstand nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines Matrix-Flüssigkristall (FK)-Anzeigefeldes/ das solche nicht-linearen Widerstände ' verwendet, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5 bzw.

In der letzten Zeit hat die Anwendung von Flüssigkristallanzeigevorrichtungen und insbesondere von TN-FK-Anzeige- · vorrichtungen {Flüssigkristallanzeigevorrichtungen mit verdrillten nematischen Zellen) zugenommen. Solche Flüssigkristallanzeigevorrichtungen werden in großen Mengen insbesondere bei kleinen elektronischen Geräten, beispielsweise bei Armbanduhren, elektronischen Rechnern etc. eingesetzt. Zur weiteren Ausdehnung des Anwendungsfeldes dieser Anzeigevorrichtungen ist eine Verbesserung ihres AnzeigeVermögens notwendig. Bei herkömmlichen TN-FK-Anzeigevorrichtungen ist der nematische Flüssigkristall zwischen zwei Substratplatten eingeschlossen derart, daß sich die Makro- bzw. Hauptachse der Moleküle um etwa 90° dreht. Die Substratplatten sind mit zwei transparenten Elektroden versehen, die sandwichartig zwischen einem Polarisator und einem Analysator liegen, deren Polarisationsachsen sich unter einem Winkel von etwa 90° schneiden. Durch Einwirkung eines Feldes auf den Flüssigkristall wird eine Anzeige hervorgerufen. Der Beginn der Spannungs-Kontrastkennlinie der Flüssigkristallanzeigevorrichtungen ist jedoch wenig steil/Und ferner wird die Spannungs-Kontrastkennlinie durch den Betrachtungswinkel beeinflußt. Daher ist es schwierig, Flüssigkristallanzeigevorrichtungen mit mehreren Zeilen im Multiplexbetrieb anzusteuern. Für einen solchen Multiplexbetrieb wird ein Tastverhältnis von 1/30 als Grenzwert angesehen. Zur Vermeidung des

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Übersprechens, daß also nicht ausgewählte Anzeigeelemente wegen der mangelnden Steilheit der Spannungs-Kontrastkennlinie eingeschaltet werden, ist der Multiplexbetrieb auf einige zehn Zeilen beschränkt. Zwischen der Effektivspannung, die an einem ausgewählten Matrixelement eines Flüssigkristallanzeigefeldes anliegt, derjenigen eines· nicht ausgewählten Matrixelements und derjenigen eines halb ausgewählten Matrixelements bestehen nur geringe Unterschiede, weshalb bei einer Erhöhung der Zeilenzahl das übersprechen auftritt.

Zur Erhöhung des Anzeigevermögens der Flüssigkristallanzeigevorrichtungen denkt man nun an aktive Matrixanzeigen mit nicht-linearen Elementen. Verschiedene Versuche mit nicht-linearen Elementen wie TFT oder Dioden aus amorphem Silicium oder Polysilicium oder Varistoren aus Zinkoxid wurden unternommen. Insbesondere besitzt der nicht-lineare Widerstand nach Baraff, D.R. et al, 1980 SID Intern-national Symposium Digest of Technical Papers, VoI XI, S. 200, April 1980 etc. verglichen mit anderen Elementen den Vorteil der leichten Herstellbarkeit und der leichten Auslegung. Hierbei handelt es. sich um ein sogenanntes MIM-Element (MIM = Metall-Isolator-Metall).

Fig. 1 zeigt ein solches MIM-Element. Auf einem Glassubstrat 1 ist ein Ta^O^-Dünnfilm 2 ausgebildet. Ein Ta-Dünnfilm oder ein mit Stickstoff dotierter Ta-Dünnfilm 3 ist auf dem Dünnfilm 2 mittels einer Aufsprüh- oder Zerstäubungstechnik aufgebracht und in gewünschte Form gebracht. Durch Anodisierung der Oberfläche des Dünnfilms 3 wird dann eine Oxidschicht 4 gebildet. Eine Gegenelektrode 5 wird durch Vakuumaufdampfen und I.n-Form-bringen eines NiCr/Au-Dünnfilms hergestellt. Eine transparente Elektrode aus NiCr/Au stellt eine Bildelement-

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elektrode 6 dar, die elektrisch mit der Gegenelektrode 5 verbunden wird.

Um eine Anzeigevorrichtung unter Verwendung dieser MIM-Elemente aufzubauen, werden das in Fig. 3 gezeigte Substrat des MIM-Elements und ein mit streifenförmigen transparenten Elektroden versehenes Gegensubstrat so zusammengefügt, daß die Bildelementelektroden 6 und die streifenförmigen transparenten Elektroden eine Matrix bilden. Zwischen den beiden Substraten oder Substratplatten wird ein Flüssigkristall eingeschlossen, um auf diese Weise ein TN-FK-Anzeigefeld zu bilden.

Wenn zwischen den beiden Seiten des MIM-Elementes ein elektrisches Feld erzeugt wird, das heißt eine Spannung an den Ta-Dünnfilm 3 und die Gegenelektrode 5. angelegt wird, dann stellt sich ein Stromfluß gemäß der in Fig. gezeigten Kennlinie ein, die auf dem Poole-Frenkel·- Effekt beruht und der folgende Gleichung zugrundeliegt.

I = KV esp (ßVv)

In dieser Gleichung bezeichnen:

V die angelegte Spannung
I den Strom

K und ß Konstanten, die das Stromflußvermögen

bzw. die Nicht-Linearität kennzeichnen.

Wenn dieses aus einer Matrixkombination von MIM-Elementen und FK-Bildelementen bestehende FK-Anzeigefeld angesteuert wird, dann steigt aufgrund der Nicht-Linearität der MIM-Elemente das Verhältnis der an dem Flüssigkristall tatsächlich angelegten Effektivspannung für den Einschaltzustand zu derjenigen für den Äusschaltzustand. Die Kontrast-Spannungskennlinie A von

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Fig:'5 der Flüssigkristallanzeigevorrichtung wird zur höheren Spannungsseite B verschoben und wird steiler. Nach Baraff et al wird es möglich, bei einem Multiplexbetrieb der Anzeigevorrichtung ein Tastverhältnis von 1/100 bis 1/200 zu erzielen.

Das MIM-Element nach Baraff besitzt allerdings zwei unterschiedliche Arten von Metall-Oxid-Grenzflächen. Die eine Grenzfläche ist die zwischen dem Ta-Dünnfilm (bzw.

•J0 dem mit Stickstoff dotierten Ta-Dünnfilm) und der auf diesem befindlichen Oxidsschicht, während die andere die Grenzfläche zwischen der Oxidsschicht und dem NiCr/Au-Dünnfilm ist. Wenn diese Grenzflächen vom Strom durchflossen werden, stellt sich eine Asymmetrie

Ί5 der Strom-Spannungs-Kennlinie bezüglich der Polarität der an das MIM-Element angelegten Spannung ein, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist, das heißt, das Element besitzt einen Gleichrichtungseffekt. Wie aus Fig. 6 hervorgeht, fließt ein höherer Strom, wenn der Ta-Dünnfilm positiv ist. Selbst wenn an das TN-FK-AnzeigefeId/ bei dem diese MIM-Elemente eingesetzt sind, eine symmetrische Wechselspannung angelegt wird, wird die tatsächlich am Flüssigkristall anliegende Spannung unsymmetrisch. Infolge dieser Unsymmetrie besitzt die angelegte Spannung eine Gleichstromkomponente, die die Lebensdauer des Anzeige— feldes beeinträchtigt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein nicht-lineares Element bzw. einen nicht-linearen Widerstand zu schaffen, bei dem die beschriebene Asymmetrie nicht auftritt, und ein Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallanzeige— vorrichtung unter Verwendung eines solchen nicht-lineare» Elements anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale

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in den Ansprüchen 1 bzw. 5 oder 13 gelöst.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: '

Fig. 1 eine perspektivische Schnittansicht eines MIM-Elements nach Baraff D.R. et al,

Fig. 2 eine Draufsicht auf das MIM-Element und eine Bildelementelektrode,

Fig. 3 die Anordnung von MIM-Elementen und BiId-

elementelektroden bei einem TN-FK-Anzeigefeld,

Fig. 4 die Strom-Spannungs-Kennlinie eines MIM-Elements,

Fig. 5 im Vergleich die Kontrast-Spannungskennlinie eines FK-Anzeigelements einmal unter Verwendung

eines MIM-Elements und einmal ohne ein solches,

Fig. 6 den abhängig von der Polarität unterschiedlichen Verlauf der Strom-Spannungs-Kennlinie eines MIM-Elements,

Fig. 7a

und 7b der Aufbau einer MIM-Anordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 8a

und 8b der Aufbau einer MIM-Anordnung gemäß einex zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 9 die Strom-Spannungs-Kennlinie der MIM-Anord-

nungen gemäß den Ausführungsformen nach den .

Fig. 7 und 8,

Fig. 10a
bis 10d
und Fig.
6a bis
6c einzelne Schritte des Herstellungsverfahrens zur Herstellung einer MIM-Anordnung und einer Bildelementelektrode gemäß einer Ausführungs

form der Erfindung,

Fig. 12a

bis 12d Schritte des Herstellungsverfahrens einer MIM-15· Anordnung und einer Bildelementelektrode gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 13a

bis 13c Schritte des Herstellungsverfahrens einer MIM-Anordnung und einer Bildelementelektrode

gemäß noch einer anderen Ausführungsform der

Erfindung,

Fig. 14a

und 14b ein Herstellungsverfahren eines MIM-Elements und einer Bildelementelektrode einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 15

und 16 das Elektrodenmuster bei der anodischen Oxidation gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 17 das Elektrodenmuster bei der anodischen Oxidation in einem TN-FK-Anzeigefeld mit herkömmlichen

MIM-Elementen,

Fig. 18 das Elektrodenmuster bei der anodischen Oxidation gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, '

Fig. 19 die Anordnung der MIM-Anordnungen und der BiIdelementelektroden gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 20 schematisch ein Ersatzschaltbild einer MIM-

Anordnung gemäß der Erfindung,

Fig. 21 ein Ersatzschaltbild für ein Bildelement für -c den Fall der Verbindung eines MIM-Elements mit

einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung,

Fig. 22 die Wellenform für den Fall des Verbindens

eines MIM-Elements mit einer Flüssigkristall-2Q anzeigevorrichtung und deren Ansteuerung

mittels des allgemeinen wechselstromamplitudenselektiven Multiplexverfahrens,

Fig. 23 das Verfahren zur Herstellung einer MIM-Anordnung, bei der zwei MIM-Elemente gemäß

noch einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung antiparallel geschaltet sind,

Fig. 24 den MIM-Bereich bei Antiparallelschaltung 5Q zweier MIM-Elemente der Ausführungsform

gemäß Fig. 23,

Fig. 25 ein Verfahren zur.Herstellung einer MIM-Anordnung und des Leiterteils mit zwei antiparallel geschalteten MIM-Elementen gemäß

noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ,

Fig. 26 eine Schnittansicht der MIM-Anordnung und des Leiterteils der Ausführungsform nach Fig. 25,

Fig. 27 eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der eine andere Form der Bildelementelektrode vorgesehen ist,

Fig. 28 das Ersatzschaltbild für den Fall zweier antiparallel an die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung angeschlossener MIM-Elemente gemäß der Erfindung und

Fig. 29 die Strom-Spannungs-Kennlinie bei Verwendung eines MIM-Elements, der Verwendung zweier in Gegenrichtung in Reihe geschalteter MIM-Elemente und der Verwendung zweier antiparallel geschalteter MIM-Elemente.

Beispiel 1

Fig. 7a ist eine Draufsicht, Fig. 7b eine Schnittansicht einer Ausführungsform der Erfindung. Wie diese Figuren zeigen, ist ein Glassubstrat 7 mit einem Ta-Og-Dünnfilm 8 bedeckt. Auf dem Dünnfilm 8 befindet sich in einer Dicke von 2000 R (0,2 μΐη) ein Ta-Dünnfilm 9 der mit Stickstoff dotiert ist und durch HF-Zerstäubung aufgebracht

-2

wird, wobei der Druck (von Argon und Stickstoff) 10 Torr

_2
(1/3 χ 10 mbar) und der Prozentsatz der Stickstoffströmungsrate 1 % betragen. Nachdem der Ta-Dünnfilm 9 in eine feste Form geätzt wurde, wird eine Oxidschicht

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32Q1122

10 hergestellt, und zwar durch anodisches Oxidieren (Anodisieren) bei einer Spannung von 30 V in einer 0,01 %-igen Zitronensäurelösung, unnötige Teile der Oxidschicht 10 werden weggeätzt. In einer Dicke von 2000 A* (0,2 μπι) wird ein NiCr/Au-Dünnfilm mittels der . Vakuumaufdampftechnik hergestellt. Dieser Film wird in eine feste Form geätzt und dadurch ein mit einer Gegenelektrode kombinierter Leiterteil 11 hergestellt. Wenn die Anordnung zur Ansteuerung eines Flüssigkristall-Anzeigelements dient, dann wird eine transparente Elektrode 12 aus einem NiCr/Au-Dünnfilm vorgesehen. Ergänzend wird der Bereich der MIM-Anordnung (der in Fig. 7a schraffierte Bereich) zu jeweils 1 mm² belassen.

Beispiel 2

Das in Fig. 8a in der Draufsicht und in Fig. 8b im Schnitt gezeigte MIM-Element ist unter den gleichen Voraussetzungen, wie sie beim Beispiel 1 beschrieben wurden, hergestellt.

Bei den in den Beispielen 1 und 2 hergestellten MIM-Elementen ergeben sich symmetrische Strom-Spannungs-Kennlinien, wie eine in Fig. 9 gezeigt ist. Wenn jedoch die Maske beim fotolithografischen Verfahrensschritt zum Ätzen des mit der Gegenelektrode kombinierten Leiterteils 11 bei der Herstellung des MIM-Elements im Aufbau von Beispiel 1 nicht richtig ausgerichtet wird, dann sind die Bereiche der beiden MIM-Elemente nicht gleich, und es ergibt sich nicht die symmetrische Strom-Spannungs-Kennlinie von Fig. 9. Beim Aufbau von Beispiel 2 erhält man eine symmetrische Strom-Spannungs-Kennlinie auch wenn die Maskenausrichtung nicht ganz exakt ist. Bezüglich der Unterschiede zwischen den Beispielen 1 und 2 und

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insbesondere der unterschiedlichen Überlappung der Leiterteile 11 mit dem Ta-Dünnfilm 9 bzw. der Oxidschicht 10 wird ausdrücklich auf die Darstellungen der Fig. 7 und 8 verwiesen.

Wenn eine MIM-Anordnung mit einem Ta-Dünnfilm_f der nicht mit Stickstoff dotiert ist, gebildet wird und durch anodische Oxidation eine Oxidschicht erzeugt wird, dann erhält man eine polaritätsunabhängige symmetrische Stroiti-Spannung s-Kennlin ie.

Wie aus dem Voranstehenden hervorgeht, ist es gemäß der Erfindung möglich, MIM-Elemente mit entgegengesetzter Polarität mittels eines relativ einfachen Verfahrens in Reihe zu schalten, um auf diese Weise an TN-FK-Anzeigevorrichtungen eine symmetrische Wechselspannung anzulegen, ohne die Treiberspannung asymmetrisch zu machen, wobei die Lebensdauer der Flüssigkristallanzeigelemente auf einfache Weise verlängert wird.

Das Ersatzschaltbild von MIM-Element und Flüssigkristallbildelement in einem TN-FK-Anzeigefeld (siehe Fig. 21) enthält eine Reihenschaltung des MIM-Elements, dargestellt durch einen nicht-linearen Widerstand R_MIM parallel zu einem Kondensator C.,^..,, mit dem Flüssigkristallbild-

MIM

element/ dargestellt als Widerstand R„_K parallel zu einem Kondensator C . Wenn eine Steuerspannung an die beiden Enden dieser Reihenschaltung aus MIM-Element und Flüssigkristallbildelement angelegt wird, dann hängt in der Praxis die tatsächlich am Flüssigkristallbildelement anliegende Spannung von der Kombination der Kondensatoren C_MTM und Ο-™ ab. Aus Berechnungen folgt, daß, da die

JYlXM, J? Jx

Kapazität des Kondensators C_MIM kleiner als die des Kondensators C„„ ist, der zulässige Bereich für die Auslegung des HIM-Elements größer wird. Das Verhältnis der

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Kapazitäten der Kondensatoren ^c _pk/^Cmtm ¹^St kei etwa 5 bis 20. Je größer dieser Wert ist, desto besser.

Gemäß der Auslegung von Baraff D.R. et al sind die . Flüssigkristallbildelemente in einer Teilung von 1,25 mm vorgesehen, während die Größe der MIM-Elemente 12 ρ χ 12 μπι beträgt.

Eine Teilung zwischen 0,3 und 0,5 wird bei Punktmatrixflüssigkristallanzeigefeldem, wie sie in verschiedenen Geräten praktisch im Einsatz sind, meistens verwendet. Bei entsprechender Auslegung besitzt daher das MIM-Element Abmessungen von 3 bis 5 μπι im Quadrat.

Zum Zwecke der Erzielung gleichmäßiger optischer Eigenschaften in allen Teilen eines Flüssigkristallanzeigefeldes müssen die Eigenschaften der einzelnen MIM-Elemente auf dem Substrat gleich sein. Eine Abmessung von 3 bis μ,ΐη ist aber unter Verwendung des vorhandenen Maskenausrichters kaum zu erzielen, sondern wird nur durch ein Feinmusterverfahren, wie es bei integrierten Schaltungen mit sehr hohem Integrationsgrad eingesetzt wird, erreicht. Um die gewünschte Gleichmäßigkeit der Fläche der einzelnen MIM-Elemente zu erzielen, ist daher eine Maskenausrichtung mit höherer Präzision erforderlich. Versucht man die Größe eines TN-FK-Anzeigefeldes unter Verwendung von MIM-Elementen zu erhöhen, dann führt eine solche präzisere Maskenausrichtung zu großen Kosten beim Herstellungsverfahren .

Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten sieht die vorliegende Erfindung zwei MIM-Elemente vor, die an ein einziges Bildelement, angeschlossen sind und so aufgebaut sind, daß sie in Reihe geschaltet sind, um den Gleichrichtungseffekt auszuschließen. Dadurch kann eine symmetri-

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sehe Strom-Spannungs-Kennlinie erhalten werden. Bei der Erfindung wird nur eine geringe Mustergenauigkeit beim Fotolithografieprozeß dadurch benötigt, daß man ausnutzt, daß die gleiche Kapazität mit doppelter Fläche pro MIM-Element erhalten wird., verglichen mit dem Fall der Verwendung nur eines MIM-Elements. Dies führt zu einer leichten Herstellung eines Matrix-TN-FK-Anzeigefeldes und zu geringen Herstellungskosten.

Beispiel 3

Die Fig. 10a bis 10d sowie 11a bis 11cdienen der Erläuterung eines Beispiels eines Verfahrens zur Herstellung einer MIM-Anordnung und einer Bildelementelektrode gemäß der Erfindung. Die Fig. 10a bis 10d sind Draufsichten, die Fig. 11a bis 11c Schnittansichten.

Die MIM-Anordnung wird auf folgende Weise hergestellt.

Zunächst wird auf einem transparenten Substrat 8 ein Ta-Dünnfilm oder ein mit Stickstoff dotierter Ta-Dünnfilm ausgebildet. Das Substrat 8 kann aus Pyrex- oder tTatronkalkglas bestehen, das mit einem Ta~O,--Filin, einem SiO„-Film oder ähnlichem bedeckt ist. Der Ta-Dünnfilm wird auf dieses Substrat aufgesprüht bzw. aufgestäubt. Danach wird dieser Ta-Dünnfilm in eine gewünschte Form gebracht, um eine Leiterelektrode 9 zu bilden, die anodisch oxidierbar ist.

Nachdem dann dieses Substrat in eine Zitronensäurelösung von 0,01 Gewichtsprozent eingetaucht wurde, wird, wie dies in den Fig. 6a und 7a dargestellt ist, durch anodische Oxidation ein Ta-O^-Dünnfilm 10 ausgebildet. Danach wird auf der Oberfläche des Substrats ein metallischer Dünnfilm etwa aus Ta, Ni, Cr, einer Ni-Cr-Legierung,

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λ Al, Ti oder Cu ausgebildet. Dies erfolgt nach einem üblichen Herstellungsverfahren für Dünnfilme wie Aufsprühen oder Vakuumaufdampfen. Der metallische Dünnfilm wird dann gemäß Darstellung in den Fig. 10b und 11bzu

ς Leiterelektroden 11 und 11' geformt.

Unnötige Teile der anodischen Oxidationsschicht werden weggeätzt, so daß das in Fig. 10c gezeigte Muster erhalten wird. Zu diesem Zweck werden die Teile 12, die in IQ Fig. 10b gestrichelt umrandet und schraffiert sind mit einem Resist abgedeckt. Wie die Fig. 10d und 11c zeigen, werden dann transparente Bildelektroden 13 aus In₃O₃, SnO₂, ITO (In₃O₃ + SnO₂) oder einem extrem dünnen Film aus NiCr/Au, Cr/Au gebildet.

Beispiel 4

Auf ein transparentes Substrat 20 (siehe Fig. 12a bis 2« 12d) wird ein Ta-Dünnfilm oder ein mit Stickstoff dotierter Ta-Dünnfilm mittels eines Zerstäubungsverfahrens aufgebracht. Danach wird dieser Ta-Dünnfilm in die in Fig. 12a gezeigte Form von Leiterelektroden 21 gebracht, auf denen dann durch anodische Oxidation Oxiddünnfilme «c 22 erzeugt werden.

Die unnötigen Teile der Leiterelektroden 21 und des Oxiddünnfilms 22 werden gemäß Fig. 12d weggeätzt. Darauf wird ein metallischer Dünnfilm, wie er beim Beispiel 3 ver-2Q wendet wurde, ausgebildet. Durch Mustergebung werden, wie in Fig. 12c gezeigt, Leiterelektroden 23 und MIM-Anordnungen 24 ausgebildet. Schließlich werden gemäß Darstellung in Fig. 12d transparente Bildelementelektroden 25 hergestellt.

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Ί Beispiel 5

Ta-Leiterelektroden für die anodische Oxidation und der Oxidfilm auf ihnen werden in gleicher Weise hergestellt und die .unnötigen Teile in gleicher Weise weggeätzt, wie beim Beispiel 4. Danach werden Bildelementelektroden aus einem transparenten leitenden Film wie ITO, In₃O₃ und SnO₂ in Musterform gebracht. Leiterelektroden und MIM-Anordnungen werden dann mit dem beim Beispiel 3 verwendeten metallischen Dünnfilm hergestellt. Bei Anwendung dieses Verfahrens besitzt der metallische Verbindungsteil zwischen der MIM-Anordnung und der Bildelektrode eine gute Stufenbedeckung.

Beispiel, 6 ■

In ähnlicher Weise wie bei den Beispielen 3 bis 5 .wird ein erster metallischer Dünnfilm in einem bestimmten Muster hergestellt und auf diesem ein anodisch oxidierter Film 41 ausgebildet, wie dies in Fig. 13a gezeigt ist. Dann wird der transparente leitende Dünnfilm durch Aufsprühen bzw. Aufstäuben bzw. Vakuumaufdampfen ausgebildet. Der transparente leitende Film, der anodisch oxidierte Dünnfilm und der erste metallische Dünnfilm werden dann in die in Fig. 13b gezeigte Form geätzt.

Mit dem beim Beispiel 3 verwendeten Metall werden dann gemäß der Darstellung in Fig. 13c Leiterelektroden 43 und MIM-Änordnurigen 44 ausgebildet. Bei diesem Verfahren, bei dem als erster metallischer Dünnfilm ein Ta-Dünnfilm verwendet wird, hat die MIM-Anordnung praktisch folgenden Aufbau Ta - ^In2°3 "" ^Ta2°5 *" ^Ta ~ ^2^5 "" In₃O₃ - Ta (-In₃O₃: Bildelementelektrode 42). ImVergleich zu den Beispielen 3 bis 5 entfällt bei diesem Ver-

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fahren ein fotolithografischer Schritt, wodurch die Kosten des Herstellungsverfahrens geringer werden.

Beispiel 7

Ein In-O- und ein Ta-Dünnfilm werden in dieser folge auf einem transparenten Substrat 50 ausgebildet (siehe Fig. 14a und 14b). Nachdem im Muster der Leiterelektroden 51 für die anodische Oxidation und der Bildelementelektroden 52 ein Resist aufgebracht wurde, ' wird der Ta-Dünnfilm mittels Plasmaätzens mit CF.-Gas abgezogen. Dann wird der In-O^-Dünnfilm in erwärmter 10 %-iger Salzsäure geätzt, wie in Fig. 14a gezeigt. Nach Entfernen des Resists wird der Ta-Dünnfilm in 0,01 gewichtsprozentiger Zitronensäurelösung anodisch oxidiert. Hierbei wird der Ta-Dünnfilm auf der Bildelementelektrode 52 nicht anodisch oxidiert, da dieser Teil nicht leitend ist.

Nachdem im Muster der schraffierten Teile 53 von Fig. 14b ein Resist aufgebracht wurde, wird eine Plasmaätzung mit CF.-Gas durchgeführt. Hierbei ist die Dicke des Ta-Og-Dünnfilms auf den Leiterelektroden 51 sehr dünn, nämlich einige 100 Ä (10 nm). Die Ätzgeschwindigkeit ist aber beim Ta₂O₅-Dünnfilm geringer als beim Ta-Dünnfilm (Verhältnis etwa 1:3). Wenn folglich die Leiterelektroden 51 für die anodische Oxidation durch das Ätzen abgezogen werden sollten, ist der Ta-Dünnfilm auf den Bildelementelektroden 52 weggeätzt/ während die Leiterelektroden 51 immer noch vorhanden sind, so daß der In^Og-Dunnfilm dem Plasma ausgesetzt wird. Der In-O--Dünnfilm wird .jedoch nicht weggeätzt, da seine Ätzgeschwindigkeit im Plasma mit CF.-Gas gering ist. Nach Entfernen des Resists wird mittels eines Aufsprüh- oder

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Zerstäubungsverfahrens ein Ta-Dünnfilm erzeugt und wie beim Beispiel 6 zu einem Muster geformt. Auf diese Weise werden die Leiterelektroden und die MIM-Anordnungen ausgebildet.

Auch dieses Verfahren hat im Vergleich zu den Beispielen 3 bis 5 den Vorteil, daß ein fotolithografischer Schritt entfällt.

Beispiel 8

Wie in den Fig.· 15 und 16 gezeigt, wird mittels eines Aufsprüh- oder Zerstäubungsverfahrens auf einem transparenten Substrat 60 ein Ta-Dünnfilm 62 ausgebildet. Dann wird die Leiterelektrode 61 für die anodische Oxidation in Form eines Musters ähnlich einem Netzwerk erzeugt. Eine Elektrode 63, die bei der anodischen Oxidation die Verbindung mit einer Stromquelle herstellt, wird in der in Fig. 16 gezeigten Form ausgebildet, um leicht mit der Stromquelle verbunden zu werden. Beim herkömmlichen System sind die Leiterelektrode 64 für die anodische Oxidation und die Elektrode für den Anschluß an eine Stromquelle 65 gemäß Darstellung in Fig. 17 für die einzelnen Zeilen unabhängig voneinander-Daher bewirkt ein Fehler einer Einspannvorrichtung zum Anschluß der Stromquelle einen Kontaktfehler eines Teiles einer Leitung oder Zeile mit dem Ergebnis, daß hier keine anodische Oxidation auftritt. Oder es tritt keine Oxidation wegen der Unterbrechung der Leiterelektrode 64 für die anodische Oxidation auf. Beim erfindungsgemäßgen Verfahren kann eine einfache und sichere Spannvorrichtung für die .Kontaktgabe mit einer Stromquelle verwendet werden. Beispielsweise kann eine Klammer als Einspannvorrichtung dienen. Selbst wenn ein Teil der·

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Leiterelektrode 61 für die anodische Oxidation unterbrochen ist, wird der Teil, in dem die MIM-Anordnung gebildet wird (62 in Fig. 15) anodisch oxidiert, sofern dieser Teil 62 unbeschädigt ist. Als Folge davon wird das Auftreten von Fehlern bei der anodischen Oxidation erheblich vermindert.

Beispiel 9

Dieses Beispiel ist eine Weiterbildung des Beispiels 8. Wie in Fig. 18 gezeigt, wird der Ta-Dünnfilm auf der gesamten Oberfläche des Teils 71 belassen, ausgenommen die Teile 70, bei denen die MIM-Anordnungen ausgebildet werden. Nach diesem Verfahren kann die Fehlerrate bei der anodischen Oxidation so weit reduziert werden, daß Fehler außer an den Teilen 70, an denen die MIM-Anordnungen gebildet werden, praktisch nicht auftreten.

Beispiel 10

MIM-Anordnungen 80 und Bildelementelektroden 81, die nach dem oben erwähnten Verfahren hergestellt wurden, werden gemäß Fig. 19 auf einem transparenten Substrat 82 angeordnet. Dann wird ein Gegensubstrat, das mit streifenförmigen transparenten Elektroden versehen ist, so angeordnet, daß die MIM-Anordnungen 80 und die Bildelementelektroden 81 mit den streifenförmigen transparenten Elektroden des GegenSubstrats eine Matrix bilden. Aus dem transparenten Substrat 82 und dem Gegensubstrat wird eine Zelle gebildet, in der Flüssigkristall eingeschlossen wird* Auf diese Weise wird das Matrix-TN-FK-Anzeigefeld hergestellt.

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MIM-Anordnungen werden an den Stellen gebildet, an denen obere Elektroden 83 und 83' über einer unteren Elektrode 82' liegen. Das Ersatzschaltbild für eine solche MIM-Anordnung kann man sich gemäß der Darstellung von Fig.

20a vorstellen. Es enthält die Reihenschaltung zweier jeweils aus einem Kondensator 84 bzw. 84' und einem nicht-linearen Widerstand 85 bzw. 85' bestehender Parallelschaltungen. Von der Funktion her gesehen, kann die MIM-Anordnung durch das Ersatzschaltbild von Fig. 20b dargestellt werden, das heißt durch eine Parallelschaltung eines Kondensators 86 mit einem bidirektionalen nicht-linearen Widerstand 87.

Das Verhalten dieser MIM-Anordnung wird von seiner Kapazität und seinem Widerstand bestimmt. Das heißt das Verhalten wird von der Dicke der anodischen Oxidschicht, der Qualität des Oxids und der Flächenausdehnung der Anordnung beeinflußt. Da die untere Elektrode 82 · und die oberen Elektroden 83 und 83' sowie die Bildelement— elektrode 81 zumindest ohne Einschränkungen bezüglich deren Mustergebung hergestellt werden können, sollten sie so ausgelegt werden, daß sie zu einem guten Anzeigevermögen des TN-FK-Anzeigefeldes beitragen.

Bei der Mustergebung der MIM-Anordnung ist eine fotolithografische Feinmustertechnik in der Größenordnung von etwa einigen μπι bis 10 \im erforderlich. Darüberhinaus wird die Flachheit des verwendeten transparenten Substrats zu einem wesentlichen Faktor. Hinsichtlich der Substratflachheit und der Kosten des Substrats ist gegenwärtig Floatglas aus Natronkalk günstig, in diesem Fall muß das Substrat mit einer transparenten dünnen Schicht aus SiO^, Si-N., Ta-Ος und TiO~ als Passivierungsschicht des Natrongehalts und ähnliches überzogen werden. Wird diese transparente dünne Schicht so ausgebildet, daß sie

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die MIM-Anordnungen 80 und die Bildelementelektroden 81 bedeckt, dann wirkt sie nicht nur als Passivierungsschicht, sondern auch als Gleichstromsperrschicht bei der Ansteuerung des Matrix-TN-FK-Anzeigefeldes und als Schutzschicht zur Verhinderung einer mechanischen Beschädigung der MIM-Anordnungen für den Fall des Einsatzes eines Reibeprozesses für die Ausrichtung des Flüssigkristalls. Das Reiben des Substrats macht die Ausrichtung des Flüssigkristall bei einem TN-FK-Anzeigefeld möglich.

Es sind zwei weitere Verfahren möglich, um auf sehr verläßliche Weise eine Ausrichtung des Flüssigkristalls zu erreichen, nämlich das Schrägaufdampfen zur Bildung einer Ausrichtung eines anorganischen Materials, wie SiO

und das Reiben einer Ausrichtungsschicht, die aus einer organischen Verbindung wie Polyimid, einer organischen Silanverbindung oder Fluorregin besteht. Alle Arten von Flüssigkristallen, die üblicherweise bei TN-FK-Anzeigefeldern eingesetzt werden können, können auch bei dem TN-FK-Anzeigefeld mit MIM-Anordnungen verwendet werden. So gibt es beispielsweise eine Verbindung von Flüssigkristallen, deren Hauptbestandteil Azoxy, Ester, Biphenyl, Phenyl-Cyclohexan, Pyrimidin, Dioxan, Cyclohexan-Carboxylsäureester oder ähnliches enthält.

Je größer die Kapazität des Flüssigkristalls ist, desto größer ist der mögliche dynamische Bereich. Ein Flüssigkristall, dessen dielektrische Anisotropie, das heißt die Differenz zwischen den dielektrischen Konstanten in zueinander senkrechten Richtungen positiv und relativ groß ist, kann bei geringer Spannung betrieben werden. Daher eignet sich ein Flüssigkristall mit großer Dielektrizitätskonstante und großer dielektrischer Ahisotropie besser für die Kombination mit MIM-Elementen. Es ist

11/15/

nebenbei aus dem gleichen Grund möglich, dadurch eine große Kapazität im Flüssigkristall zu gewinnen und mit niedriger Spannung zu arbeiten, daß der Zellenspalt dünn gemacht wird.

Beispiel 11

Gemäß dem Verfahren von Beispiel 4 wird auf einem Pyrexglassubstrat durch Zerstäuben bzw. Aufsprühen ein Ta-Dünnfilm in einer Dicke von 2000 A* (0,2 um) hergestellt. Nach Formen dieses Ta-Dünnfilms zu einem Muster findet eine anodische Oxidation bei einer Spannung von 20 V statt, wobei Platin als Kathode in einer 0,01 gewichtsprozentigen Zitronensäurelösung verwendet wird. Nach Entfernen des unnötigen Teils wird in einer Dicke von 2000 S (0,2 μπι) ein Ta-HDünnfilm durch Aufsprühen bzw. Zerstäuben hergestellt und wiederum zu einem Muster geformt, so daß ein MIM-Element hergestellt wird. Es ergeben sich zwei MIM-Elemente, deren Abmessung 10 μπι im Quadrat beträgt. Unter Verwendung von ITO in einer Dicke von 600 A (60 nm) wird durch ein Mustergebungsverfahren eine Bildelementelektrode in den Abmessungen 0,39 χ 0,35 mm ausgebildet. Es wird ein TN-FK-Anzeigefeld mit einem Spalt von 8 um hergestellt, das mit Hilfe von Polyimidharz und Reiben zum Zwecke der Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle behandelt wird. Nachfolgend wird ein Flüssigkristall mit den Werten Vth = 1,5 V_eff und V_sat = 2,05 V ~c in dem Anzeigefeld eingeschlossen. Man'kann im Bereich von 13,8 bis 16,5 V der Einschaltwellenfom einen Bildkontrast erhalten, bei dem das eingeschaltete Bildelement über 90 % und das abgeschaltete Bildelement unter 10 % liegt, wenn das erwähnte TN-FK-Anzeigefeld mittels einer Spannurigsmittelwerteinrichtung betrieben wird, deren Tastverhältnis 1/200 beträgt und der Vor-

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spannungspegel V-5V ist.

Dagegen beobachtet man im Bereich von 7,5 bis 10 V zwischen Einschaltzustand und Ausschaltzustand eine Kontrastdifferenz von. unter 10 %, wenn ein herkömmliches TN-FK-Anzeigefeld ohne MIM-Elemente mit derselben Steuerspannungsform betrieben wird.

Abweichend von der voranstehenden Beschreibung der Bei-•JO spiele können im Rahmen der Erfindung als Metallelektrode der MIM-Elemente verschiedene Materialien wie Al, Nb, Ti, Si oder diese Materialien dotiert mit Stickstoff verwendet werden.

Es sei nun zunächst noch einmal näher auf das. MIM-Element eingegangen. Seine Strom-Spannungs-Kennlinie, die in Fig. 6 gezeigt ist, ist, wie schon erwähnt, nicht-linear. Dies beruht auf einem elektrischen Strom aufgrund eines Tunneleffekts, des Schottky-Effekts oder des Poole-Frenkel-Effekts. Die Oxide von Al, Ta, Nb, Ti, Si und so weiter, die Oxide dieser Metalle dotiert mit Stickstoff, anorganisches Material wie Chalkogenidglas und so weiter oder ein organischer Dünnfilm können als Isolator verwendet werden.

Wenn das erwähnte Metalloxid als Isolator des MIM-Elements verwendet wird, dann beeinflußt die Dicke der Oxidschicht den Leitungsmechanismus. Es ist bekannt, daß der Tunneleffekt insbesondere im Bereich von 50 bis 100 S (5 bis 10 nm) und der Schottky-Effekt sowie der Poole-Frenkel-Effekt insbesondere im Bereich von 100 bis 1000 8. (10 bis 100 nm) auftreten. Was die Verbindung zwischen der Flüssigkristallanzeigevorrichtung und der MIM-Anordnung betrifft, die ein Teil der vorliegenden Erfindung ist, so ist es günstig, den Bereich,

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in dem der Poole-Frenkel-Effekt auftritt, im Bezug zum Ansteuerungsverfahren für den Flüssigkristall zu verwenden. In diesem Bereich wird die Strom-Spannungs-Kennlinie durch den schon eingangs als Gleichung (1) wiedergegebenen Poole-Frenkel-Ausdruck beschrieben.

Wenn die Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit MIM-Elementen'mit dem allgemeinen wechselstromamplitudenselektiven Multiplexverfahren angesteuert wird, welches normalerweise zur Matrixansteuerung von Flüssigkristallanzeigevorrichtungen verwendet wird, dann wird das Verhältnis von Einschalteffektivspannung zu Ausschalt- · effektivspannung, die tatsächlich am Flüssigkristall anliegen, infolge der Nicht-Linearität der MIM-Elemente größer als das entsprechende Verhältnis der Einschalteffektivspannung zur Ausschalteffektivspannung der erwähnten Multiplexansteuerung selbst. Daher kann eine Matrix mit vielen Zeilen angesteuert werden. Wenn ein MIM-Element mit einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung verbunden wird, dann sind, wie dies durch das Ersatzschaltbild für ein Bildelement in Fig. 21 dargestellt ist, das MIM-Element 100 mit der Parallelschaltung aus dem Kondensator C _„ und dem nicht-linearen Widerstand R_MTM und der Flüssigkristall 200 mit dem Kondensator C und dem Widerstand R^ in Reihe geschaltet.

Bei diesem MIM-Element tritt jedoch - wie bereits erwähnt - eine·unterschiedliche Strom-Spannungs-Kennlinie auf, ein Unterschied, der schwer völlig zu entfernen ist.

Wenn ein MIM-Element mit einer solchen Gleichrichtungswirkung mit einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung verbunden wird, wenn beispielsweise ein MIM-Element mit einer Strom-Spannungs-Kennlinie gemäß Fig. 22 mit einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung verbunden wird und mittels des schon erwähnten allgemeinen wechselstrom-

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amplitudenselektiven Multiplexverfahrens mit 1/5 Vorspannung angesteuert wird, dann tritt bei der tatsächlich am Flüssigkristall anliegenden Spannung infolge der Gleichrichtung durch die Strom-Spannungs-Kennlinie des MIM-Elements (Teile A und B in Fig. 22) mit der Polarität ein Unterschied auf. Am Flüssigkristall liegen daher überlagert eine Wechselspannung und eine Gleichspannung an.

Wenn Flüssigkristalle mit Gleichspannung angesteuert werden, dann treten starke elektrochemische Reaktionen des Flüssigkristalls selbst und der in ihm eingeschlossenen Verunreinigungen auf. Dies ist unerwünscht, da hierdurch die Lebensdauer der Flüssigkristallanzeigevorrichtung verkürzt wird.

Zur Lösung dieses schon eingangs erläuterten Problems sehen die nachfolgenden Ausführungsformen der Erfindung vor, daß zwei zum Zwecke der Vermeidung der Gleichrichtung parallel geschaltete MIM-Elemente mit der Flüssigkristallanzeigevorrichtung in Reihe geschaltet werden. Hierzu folgen einige Beispiele.

Beispiel 12

Eine transparente leitende Schicht aus ITO ₂₃ SnO₂) wird auf einem Pyrexsubstrat 140 ausgebildet und zu Bildelementelektroden 141 geätzt, wie in Fig. 23a gezeigt.

Dann wird auf die Bildelementelektroden 141 ein Ta-Dünnfilm aufgesprüht und- in die durch eine Schrägschraffur. in Fig. 23b gezeigte Form gebracht. Danach wird auf seiner Oberfläche durch anodische Oxidation des Ta-Dünnfilms in

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einer 0,01 gewichtsprozentigen Zitronensäurelösung eine Oxidschicht hergestellt.

Als nächstes werden Teile 142a und 142b,an denen MIM-Elemente ausgebildet werden sollen, sowie ein Leiterteil 143 durch Fotoätzen aus dem anodisch oxidierten Film und dem nicht verwendeten Teil des Ta-Dünnfilms gebildet und eine Wärmebehandlung bei 250⁰C an Luft während einer Stunde durchgeführt. Ferner werden die MIM-Elemente 144a und 144b und der Leiterteil^143' durch Aufdampfen und Fotoätzen eines Cr-Au-Dünnfilms ausgebildet. Die relative Lage der MIM-Elemente 144a und 144b, der Bildelementelektrode 141 und der Leiterteile 143 und 143' im Bereich • der MIM-Elemente ist in Fig. 24 gezeigt.

Der Flüssigkristall wird durch Beschichten und Backen des Substrats 140, auf dem sich die MIM-Elemente befinden und des entgegengesetzten und mit transparenten Streifenelektroden versehenen Substrats mit Polyamid und durch Reiben dieses Polyimide mit einem Baumwolltuch ausgerichtet. Die Flüssigkristallmoleküle zwischen den Oberflächen der beiden Substrate sind um einen Winkel von nahezu 90° verdreht. Die beiden Substrate werden miteinander verbunden, wobei ein Spalt von 5 bis 20 μπι bleibt, in dem der Flüssigkristall eingeschlossen ist.

Dann werden mit der Außenseite der beiden Substrate zwei Polarisatoren verbunden, deren Polarisationsachsen mit . der jeweiligen Achse der Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle zusammenfallen.

Beispiel 13

Auf gleiche Weise wie beim Beispiel 12 werden die BiIdelementelektroden 161 auf einem transparenten Substrat

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160 ausgebildet. Nach Aufsprühen des Ta-Dünnfilms wird dieser in die in Fig. 25a gezeigte Form gebracht und anodisch oxidiert.

Dann wird durch Foto'ätzen des nicht benutzten Teiles der Leiterteil 163 gebildet, nachdem die Teile 162a und 162b, an denen dio MIM-Elemente gebildet werden sollen, mit einem Fotoresist geschützt wurden (siehe Fig. 25b bis 25c) Die erste Ta-Schicht liegt dann im Bereich 164, der in Fig. 25c mit dicker ausgezogener Linie gezeichnet ist, an der Seite frei. Es ist wünschenswert, eine Ätzung durchzuführen, so daß das Ätzmuster schräge Seiten bekommt. Als nächstes wird der Cr-Au-Dünnfilm der zweiten Metallschicht aufgedampft. Der Leiterteil 165 und die MIM-Elemente 166a und 166b werden durch Fotoätzen dieses Cr-Au-Dünnfilms hergestellt, wobei der an der Seite freiliegende Teil 164 des Leiterteils 163 aus der ersten Ta-Schicht gemäß Darstellung in Fig. 25d mit dem Cr-Au-Dünnf ilm bedeckt wird. Fig. 26 zeigt eine Schnittansicht von Fig. 25d längs der Schnittlinie I-I.

Durch Bilden dieses Aufbaus ist es möglich, den Leiterteil der ersten Metallschicht mit dem der zweiten Metallschicht elektrisch in Kontakt zu bringen. Auf diese Weise kann der Unterschied der Zuleitungswiderstände für die Leiterteile 163 und 164 zu den MIM-Elementen 166a und 166b, der vom Material und der Schichtdicke herrührt, ausgeschaltet werden. Ferner kann, wenn zwei MIIl-Elemente antiparallel geschaltet werden, der Gleichrichtungseffekt aufgrund ihrer Strom-Spannungs-Kennlinie minimal gemacht werden.

Die letzterläuterte Ausführungsform der Erfindung ist nicht auf die beiden zuletzt qenannten Beispiele beschränkt. Auch bei ihnen ist es vielmehr möglich, an-

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stelle von Pyrexglas Natronkalkglas zu verwenden, welches im Hinblick auf Flachheit, Kosten etc. günstig ist. Im Fall der Verwendung eines Natronkalkglassubstrats ist eine Passivierungsschicht erforderlich, die verhindern soll, daß Alkalikomponenten geschmolzen werden. Als erste Metallschicht können verschiedene Arten von Metallen wie Al, Nb, Ti, Mo, Hf anstelle von Ta oder auch diese Metalle dotiert mit Stickstoff, Kohlenstoff und Wasserstoff verwendet werden. Eine durch anodische Oxidation erhaltene Oxidschicht dieser Metalle kann als Isolierschicht dienen.

Grundsätzlich können alle leitenden Materialen als Gegenelektroden der MIM-Elemente verwendet werden. Beispielsweise die gleichen Materialien wie oben für die erste Metallschicht erwähnt oder Ni, Cr, Cu, Au oder auch Legierungen hieraus.

Was die Flüssigkristallanzeigeweis.e anbetrifft, so wurde die Erfindung insbesondere in bezug auf TN-FK-Anzeige-Vorrichtungen erläutert. Es können aber auch andere Flüssigkristallanzeigen oder -anzeigeweisen verwendet werden, wie Guest-Host-Flüssigkristalle, bei denen ein dichroitischer Farbstoff (Guest=Gast) im Flüssigkristall (Host=Wirt) enthalten ist oder Flüssigkristallanzeigen nach dem Prinzip der dynamischen Streuung der Flüssigkristallmoleküle. Bezüglich der Art der Ausrichtung des Flüssigkristalls kann die üblicherweise benutzte gewöhnliche Methode eingesetzt werden.

Die elektrischen Eigenschaften werden nicht durch die Muster der MIM-Elemente bzw. -anordnungen und der Bildelementelektroden beeinflußt. Wie beispielsweise in Fig. 27 gezeigt, ist es möglich, eine unnatürliche Form der Bildelementelektroden gemäß den erläuterten Beispielen

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dadurch zu vermeiden, daß eine polygone Bildelementelektrode 181 vorgesehen wird und die MIM-Anordnung 182 im Zwischenraum zwischen benachbarten Bildelementelektroden angeordnet wird.

Gemäß den letztgenannten Ausführungsformen der Erfindung wird eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung geschaffen, bei der zwei MIM-Elemente in entgegengesetzter Richtung parallel, also antiparallel geschaltet sind. Die Ersatz-Schaltung der Flüssigkristallanzeigevorrichtung für diesen Fall ist in Fig. 28 dargestellt.

Wie anhand der ersteren Ausführungsformen der Erfindung erläutert, ist es auch möglich, zwei MIM-Elemente in Reihe zu schalten. Auch hierdurch läßt sich der Gleichrichtungseffekt aufgrund der Strom-Spannungs-Kennlinie der MIM-Elemente vermeiden. Die Strom-Spannungs-Kennlinie für diesen Fall ist in Fig. 29 als c im Vergleich zu den Kennlinien (a und b) für den Fall nur eines MIM-Elements gezeigt. Die entsprechende Kennlinie für eine Parallelschaltung zweier MIM-Elemente ist in Fig. 29 als d bezeichnet. Ihre Neigung (entsprechend der Poole-Frenkel-Konstante ß in Gleichung (1)) ist größer als die der reihengeschalteten MIM-Elemente. Wenn solche MIM-Anordnungen mit Flüssigkristallanzeigevorrichtungen kombiniert werden, dann werden sie unter Ausnutzung ihrer Nicht-Linearität als Schaltelement verwendet. Dabei ist ein großes & für eine Hochmultiplexansteuerung günstig, und solch ein großes ß erzielt man durch eine Parallelschaltung zweier MIM-Elemente.

Mit der vorliegenden Erfindung kann dem gleichrichtenden Verhalten entgegengewirkt werden, das bei Verwendung eines MIM-Elements für ein einzelnes Bildelement infolge der Ungleichförmigkeit zweier Metal1-Oxidschicht-Grenz-

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schichten auftritt. Die Erfindung ermöglicht es, MIM-Anordnungen mit geringerer Genauigkeit herzustellen, als sie bei der Herstellung eines MIM-Elements pro Bildelement erforderlich ist. Darüberhinaus können mit der Erfindung Fehler bei'den MIM-Anordnungen aufgrund von Fehlern des anodisch erzeugten Oxids minimal gemacht werden. Man erhält ein Flüssigkristallanzeigefeld mit einer sehr geringen Fehlerrate.

Claims

BLUMBACH · WESER · BERGEN - KRAlViER ZWIRNER · HOFFMANN

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

Patenlconsull Radockestraßo 43 8000 Mündion 60 Tololon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Tf.'legrnmme Patenlconsull Palentconsult Sonnonborgor SlroOe Ai 6200 Wiesbaden Tololoii (06121) 562943/561998 lolox 04-186237 Toloorommo Patonlconsult

Kabushiki Kaisha Suwa Seikosha 82/8701

3-4, 4-chome, Ginza, Chuo-ku, HO/mü

Tokyo, Japan

Nicht-linearer Widerstand und Verfahren zur Herstellung eines solche verwendenden Matrix-FK-Arizeigefeldes

Patentansprüche 1.) Nicht-linearer Widerstand mit einem MIM-(Metall-

Isolator-Metall)-Aufbau umfassend einen Metalldünnfilm (9), auf diesem eine Oxidschicht (10) als Isolator und auf dieser eine metallene Gegenelektrode (11), dadurch gekennzeichnet , daß der Metalldünnfilm (9) als Verbindungsstück dient und zwei nicht-lineare Elemente zur Schaffung eines Metall-Oxid-Metall-Oxid-Metall-Auf baus in Reihe schaltet.
2. Nicht-linearer Widerstand mit einem MIM-Aufbau umfassend einen Metalldünnfilm (142a, 142b), auf diesem eine Oxidschicht als Isolator und auf dieser eine metallene Gegenelektrode, dadurch gekennzeichnet , daß zwei MIM-Elemente (144a, 144b in Fig. 24) antiparallel geschaltet sind.

München: R. Kramer Dlpl.-Ing.. W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. net. · E. Hoffmann Dipl.-Ing. Wiesbaden: P.G. Blumbach Dlpl.-Ing. · P. Bergen Prof. Dr. jur.Dipl.-Ing., Pat.-Ass., Pat.-Anw.bis 1979 · G. Zwirner Dlpl.-Ing. Dipl.-W.-Ιης.
3. Nicht-linearer Widerstand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kenn ze lehnet, daß der Metalldünnfilm (9 in Fig.· 7, 14 2a, 142b in Fig. 24) ein Ta Dünnfilm oder ein mit Stickstoff dotierter Ta Dünnfilm ist, und daß die Oxidschicht (10 in Fig. 7) eine durch anodische Oxidation des Ta Dünnfilms gebildete Oxidschicht ist.
4. Nicht-linearer Widerstand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Metalldünnfilm (9), die Oxidschicht (10) und die Gegenelektrode (11) in Form von Linien bzw. Leitungen mit definierter Breite ausgebildet sind, die einander auf der Ebene kreuzen.
5. Verfahren zur Herstellung eines Matrix-Flüssigkristallanzeigefeldes mit einer nicht-linearer MIM-Anordnung, insbesondere einer solchen nach einem der Ansprüche 1,3 oder 4, bei dem mit. jedem einer Vielzahl von Bildelementen eine MIM-Anordnung verbunden ist, gekennzeichnet durch folgende Schritte zur Bildung der MIM-Anordnungen

a) Ausbilden eines ersten metallischen Dünn£iIms

b) Formen des ersten metallischen Dünnfilms zu einem Muster,

c) anodisches Oxidieren der Oberfläche des ersten metallischen Dünnfilms,

d) Ausbilden eines zweiten metallischen Dünnfilms, e) Formen des zweiten metallischen Dünrifilins

zu einem Muster und
f) Entfernen des ersten metallischen Dünnfilms und des bei der anodischen Oxidation gebildeten Oxidfilms (10) im Bereich außerhalb der Stellen, an denen die MIM-Anordnungen gebildet werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß Schritt (f) nach Schritt (e) ausgeführt wird.
7. Verfahren nach"Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß Schritt (f) vor Schritt (d) ausgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der erste metallische Dünnfilm (9) für die anodische Oxidation maschen- oder netzähnlich gemustert wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß der Teil, an dem keine MIM-Anordnungen auszubilden sind, unter der Voraussetzung gemustert wird, daß der größere Teil des ersten metallischen Dünnfilms später anodisch zu oxidieren bleibt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß der zweite metallische Dünnfilm später so gemustert wird, daß zwei in Reihe geschaltete MIM-Elemente entstehen.
11. Verfahren nach e.inem der Ansprüche 5 oder 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Bildelementelektroden nach Ausbildung der MIM-Anordnungen gemustert werden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Bildelementelektroden während der Herstellung der MIM-Anordnungen gemustert werden.
13. Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristall-

•j anzeigevorrichtung mit einer Vielzahl von Bildelementen und mit den Bildelementen verbundenen MIM-Anordnungen als nicht-linearen Elementen, dadurch gekennzeichnet , daß zwei MIM-Elemente so parallel geschaltet sind, daß keine Gleichrichtung auftritt/ und mit einem Bildelement in Reihe geschaltet sind, indem Bildelementelektroden gebildet, werden, ein erster Metalldünnfilm gebildet und gemustert wird, die Oberfläche des ersten Metalldünnfilms anodisch oxidiert wird, unbenutzte Teile des ersten Metalldünnfilms und des durch die anodische Oxidation gebildeten Films entfernt werden, eine Wärmebehandlung, durchgeführt wird und ein zweiter Metalldünnfilm gebildet und gemustert wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß ein erster Leiterteil (163 in Fig. 26) des ersten Metalldünnfilms der MIM-Anordnung dadurch mit einem zweiten Leiterteil (163) des zweiten Metalldünnfilms der MIM-Anordnung elektrisch in Kontakt gebracht wird, daß die Oberfläche des ersten Le'iterteils anodisch oxidiert wird, der erste Metalldünnfilm an der Seitenkante des ersten Leiterteils freigelegt wird und der freigelegte erste Metalldünnfilm mit dem zweiten Metalldünnfilm bedeckt wird.