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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine großflächige, aktive
Matrixanordnung für eine großflächige Abbildungs- bzw. Wiedergabevorrichtung.
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Wiedergabevorrichtungen mit aktiver Matrix, wie z. B.
Flüssigkristallanzeigen (LCD) und Matrix adressierte Bildsensoren in Dünnschichttechnik, dienen vielen
Anwendungszwecken, wobei für einige eine großflächige, aktive Matrixanordnung, zum
Beispiel eine Anordnung von 20 cm (Zentimeter) mal 20 cm oder sogar 40 cm mal 40 cm,
erforderlich sein kann. Solche großflächige Anordnungen können zum Beispiel dann notwendig
sein, wenn ein Bildsensor für medizinische Zwecke, zum Beispiel als Teil eines
Röntgendetektors, oder in großen Dokumentenabbildungsvorrichtungen, wie z. B. elektronischen
Kopier- oder Faksimilegeräten, verwendet wird.
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Es ist gegenwärtig technisch nicht möglich, eine solche großflächige, aktive
Matrixanordnung auf einem einzelnen Substrat herzustellen, da selbst dort, wo
entsprechende Vorrichtungen zur Verfügung stehen, um das Aufbringen und Strukturieren von
Schichten über eine solch große Fläche zu ermöglichen, die Möglichkeit des Auftretens von
Defekten mit der Fläche deutlich zunimmt und damit die Wahrscheinlichkeit, dass einige
Bereiche der Anordnung nicht korrekt arbeiten, sehr groß ist. Die Ausbeute von korrekt
arbeitenden Anordnungen wäre daher extrem gering.
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JP-A-63-183420 beschreibt ein LCD-Display mit einer transparenten, ersten
Grundplatte, welche transparente Abtastelektroden trägt. Es ist eine Anzahl transparenter,
zweiter Grundplatten vorgesehen, welche jeweils eine Anordnung von Pixelelektroden und
eine Matrix von Schaltelementen in Form von Elektroden, die sich entlang der Länge der
zweiten Grundplatte erstrecken, tragen. Die zweiten Grundplatten sind so auf eine dritte
Grundplatte gebondet, dass diese in einer Richtung senkrecht zu den Abtastelektroden
aneinander gefügt sind. Das Flüssigkristall ist zwischen der ersten und der zweiten
Grundplatte angeordnet. Bei der in JP-A-63-183420 beschriebenen LCD-Anordnung erstreckt
sich jede der zweiten Grundplatten über die gesamte Breite der Anordnung, wodurch es bei
der Herstellung dieser Anordnung erforderlich ist, die Materialien zur Ausbildung der
Dünnschichtdioden und Pixelelektroden über einer Fläche aufzubringen und zu strukturieren,
welche noch immer eine Breite aufweist, die dieser der gewünschten Anordnung
entspricht. Damit bleiben die Probleme der geringen Ausbeuten, welche bei Aufbringen und
Strukturieren von Materialien über eine große Fläche erhalten werden können, bestehen.
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US 4 832 457 offenbart eine Mehrfeld-Flüssigkristallanzeige sowie ein Ver-
fahren zur Herstellung einer solchen Anzeige. Jedes Feld weist eine Platte auf, welche
einen Anzeigebereich mit Elektrodendurchführungsklemmen an zwei Rändern der Platte
vorsieht. Auf diese Weise können die Platten mit einem visuell nicht erkennbaren
Zwischenraum und einer gleichmäßigen Anordnung von Anzeigepixeln nahezu aneinander
angrenzend vorgesehen werden. Jedoch weisen einige der Platten Adressenleiter auf, welche sich
entlang eines Randes der Platte erstrecken, damit die gleichmäßige, gemeinsame
Pixelmatrix vorgesehen werden kann. Dadurch ergibt sich ein größerer Herstellungsaufwand.
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EP-A-0 441 521 offenbart eine großflächige, aktive Matrixanordnung.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine großflächige, aktive
Matrixanordnung vorgesehen, welche einen Träger aufweist, auf dem vier Substrate
angebracht sind, welche jeweils eine aktive Fläche tragen, die eine Matrix von Schaltelementen,
welche in, sich zwischen dem ersten und zweiten Rand der aktiven Fläche erstreckenden
Zeilen und, sich zwischen dem dritten und vierten Rand der aktiven Fläche erstreckenden
Spalten angeordnet sind, sowie Mittel, um auf einzelne Schaltelemente zuzugreifen,
aufweist, die einen jeweiligen Zeilenleiter, welcher die Schaltelemente jeder Zeile verbindet
und in, sich über die aktive Fläche hinaus erstreckenden Anschlussleitungen endet, sowie
einen jeweiligen Spaltenleiter, welcher die Schaltelemente jeder Spalte verbindet und in,
sich über die aktive Fläche hinaus erstreckenden Anschlussleitungen endet, vorsehen,
wobei ein Substratrand in Angrenzung an jeden von zwei benachbarten Rändern der aktiven
Fläche ausgebildet ist und die Substrate so an dem Träger befestigt sind, dass die
Substratränder in Angrenzung an die beiden benachbarten Ränder der aktiven Fläche
nebeneinander liegen, um eine großflächige Matrix vorzusehen, die den gleichen Rasterabstand wie
jede Matrix aufweist, und bei welcher die aktive Fläche jedes Substrats identisch ist und
jedes Substrat um 90º gegenüber dem angrenzenden Substrat gedreht ist.
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Bei der Matrix der vorliegenden Erfindung sind die Substrate so
ausgerichtet, dass keine, sich entlang den Substraträndern erstreckende Leiter erforderlich sind. In
einem Verfahren zur Herstellung der Substrate werden die beiden Ränder von jedem
Substrat entfernt, um die Substratränder aneinander angrenzend auszubilden. Die Erfindung
vereinfacht das Verfahren zur Formung der Substrate, da bei der Ausbildung dieser
Substratränder weniger Genauigkeit erforderlich ist.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine großflächige,
aktive Matrixanordnung vorgesehen, die einen Träger aufweist, auf welchem vier Substrate
angebracht sind, die jeweils eine aktive Fläche tragen, welche eine Matrix von
Schaltelementen, die in, sich zwischen dem ersten und zweiten Rand der aktiven Fläche
erstreckenden Zeilen und, sich zwischen dem dritten und vierten Rand der aktiven Fläche
erstreckenden Spalten angeordnet sind, sowie Mittel, um auf einzelne Schaltelemente zuzugreifen,
aufweist, die einen jeweiligen Zeilenleiter, welcher die Schaltelemente jeder Zeile
verbindet und in, sich über die aktive Fläche hinaus erstreckenden Anschlussleitungen endet,
sowie einen jeweiligen Spaltenleiter, welcher die Schaltelemente jeder Spalte verbindet und
in, sich über die aktive Fläche hinaus erstreckenden Anschlussleitungen endet, vorsehen,
wobei ein Substratrand in Angrenzung an jeden von zwei benachbarten Rändern der
aktiven Fläche ausgebildet ist und die Substrate so an dem Träger befestigt sind, dass die
Substratränder in Angrenzung an die zwei benachbarten Ränder der aktiven Fläche
nebeneinander liegen, um eine großflächige Matrix vorzusehen, die den gleichen Rasterabstand wie
jede Matrix aufweist, und bei welcher die aktiven Flächen auf zwei der Substrate ein
Spiegelbild der aktiven Flächen auf den beiden anderen Substraten darstellen und die Substrate
so auf dem Träger montiert sind, dass sich die Zeilenleiteranschlussleitungen entlang von
zwei Seiten des Trägers und sich die Spaltenleiteranschlussleitungen entlang der anderen
beiden Seiten des Trägers erstrecken.
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Obgleich für eine solche Anordnung zwei Maskensätze, von denen einer ein
Spiegelbild des anderen darstellt, erforderlich sind, besteht wiederum der Vorteil, dass es
nicht notwendig ist, sich entlang der Substratränder erstreckende Leiter vorzusehen und
dass sich darüber hinaus die verbleibenden Anschlussleitungen der Zeilenleiter und
Spaltenleiter entlang jeweiliger Seiten der großflächigen Matrixanordnung erstrecken können,
wodurch das Anschließen der Ansteuerungsschaltung an der großflächigen
Matrixanordnung erleichtert wird.
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Jedes Substrat kann eine aktive Fläche vorsehen, welche eine Matrix von
photoempfindlichen Elementen aufweist, die jeweils einem jeweiligen Schaltelement
zugeordnet sind. Auf der durch die vier Substrate gebildeten Anordnung kann eine Schicht zur
Umwandlung der elektromagnetischen Strahlung vorgesehen werden, wodurch die
Ausbildung eines Röntgendetektors ermöglicht wird.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und
werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
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Fig. 1 - ein vereinfachtes Schemaschaltbild zur Darstellung des Prinzips
des Betriebs eines Bilddetektors, in welchen eine großflächige, aktive Matrixanordnung
gemäß der vorliegenden Erfindung integriert ist;
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Fig. 2 - ein Schemaschaltbild der Matrix von photoempfindlichen
Elementen und zugeordneten Schaltelementen eines Bilddetektors gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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Fig. 3 - eine schematische Draufsicht eines Pixels einer aktiven Fläche
eines Substrats, wobei jedoch nur die leitfähigen Flächen gezeigt sind, um das geometrische
Verhältnis zwischen den Elektroden der photoempfindlichen Elemente, den Elektroden der
Schaltelemente sowie den Zeilen- und Spaltenleitern des Bilddetektors darzustellen;
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Fig. 4A bis 4G - Querrisse durch einen Teil eines Substrats und
durch Schichten, welche von dem Substrat getragen werden, um Schritte in einem
Verfahren zur Ausbildung einer aktiven, Fläche sowie von Zeilen- und Spaltenleitern auf einem
Substrat dazustellen;
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Fig. 5 - eine schematische Draufsicht, welche lediglich die leitenden
Schichten einer aktiven Fläche sowie zugeordnete, auf einem Substrat unter Anwendung
des in den Fig. 4A bis 4G dargestellten Verfahrens vorgesehene Zeilen- und
Spaltenleiter zeigt;
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Fig. 6 - eine schematische Draufsicht eines Beispiels einer großflächigen,
aktiven Matrixanordnung, welche nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist;
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Fig. 7 - eine vergrößerte, schematische Draufsicht der in Fig. 6
dargestellten, großflächigen, aktiven Matrixanordnung;
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Fig. 8 - eine schematische Draufsicht einer großflächigen, aktiven
Matrixanordnung gemäß der Erfindung; sowie
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Fig. 9 - eine schematische Draufsicht eines weiteren Beispiels einer
großflächigen, aktiven Matrixanordnung gemäß der Erfindung.
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Es sei erwähnt, dass die Figuren lediglich schematisch, nicht jedoch
maßstabsgerecht dargestellt sind. Im Einzelnen können bestimmte Abmessungen, wie z. B. die
Dicke von Schichten oder Zonen, übertrieben, andere dagegen reduziert dargestellt sein.
Ebenfalls sei erwähnt, dass in den gesamten Figuren gleiche oder ähnliche Teile durch
gleiche Bezugsziffern gekennzeichnet sind.
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Wenden wir uns nun der Zeichnung zu. Fig. 1 zeigt das
Betriebsgrundprinzip eines Bilddetektors 100, in welchen eine großflächige, aktive Matrixanordnung 2 gemäß
der Erfindung integriert ist. In diesem Beispiel weist die großflächige, aktive
Matrixanordnung eine Matrixanordnung von photoempfindlichen Elementen 20 und zugeordneten
Schaltelementen 30 auf.
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In den Fällen, in denen eine nachgewiesene, elektromagnetische Strahlung in
einem Bereich liegt, für welchen die photoempfindlichen Elemente 20 nicht empfindlich
sind, trifft die elektromagnetische Strahlung 0 zuerst auf eine Energieumwandlungsschicht
50 des Bilddetektors 100 auf, welcher die auftreffende, elektromagnetische Strahlung 0 in
eine ausgehende, elektromagnetische Strahlung R mit einem, durch die photoempfindlichen
Elementen 20 wahrnehmbaren, zweiten Wellenlängenbereich umwandelt. In diesem
Beispiel weist die auftreffende, elektromagnetische Strahlung 0 eine Röntgenstrahlung und die
ausgehende, elektromagnetische Strahlung R sichtbares Licht auf. In einem solchen Fall
kann die Energieumwandlungsschicht 50 durch eine Phosphorschicht, zum Beispiel eine
Schicht aus Thallium dotiertem Cäsiumiodid, dargestellt sein. Obgleich auch anderer
Phosphor eingesetzt werden könnte, bietet die Verwendung von Thallium dotierten Cäsiumiodid
insofern Vorteile, als das Spektrum der emittierten, elektromagnetischen Strahlung R in
dem Bereich von 400 bis 700 nm (Nanometer), welcher den empfindlichsten Bereich von
Photodioden aus amorphem Silicium darstellt, seinen Maximalwert erreicht. Darüber
hinaus weist Cäsiumiodid einen säulenartigen Aufbau auf, welcher eine Art Lichtleiteffekt
vorsieht, wodurch Streuprobleme reduziert werden.
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Die ausgehende, elektromagnetische Strahlung trifft auf die
photoempfindlichen Elemente 20, in diesem Beispiel photoempfindlichen Dioden, der Matrixanordnung 2
auf. Die Matrixanordnung 2 ist in Fig. 1 durch ein einzelnes photoempfindliches Element
20, welches als Diode 20a parallel zu einem Kondensator 20b, der in diesem Falle die
parasitäre bzw. Eigenkapazität der Diode 20a darstellt, jedoch auch einen zusätzlichen
Kondensator zur Verbesserung des Dynamikbereichs des Detektors enthalten kann, schematisch
wiedergegeben. Die erste Elektrode 21 der photoempfindlichen Diode 20, dargestellt durch
die Kathode von Diode 20a, ist, wie unten beschrieben, an die gemeinsame Leitung 40
angeschlossen, während die zweite Elektrode 22 der photoempfindlichen Diode, dargestellt
durch die Anode der Diode 20a, mit der zweiten Elektrode 32 des zugeordneten
Schaltelements 30, in diesem Beispiel mit der Drainelektrode eines Dünnschichttransistors 30,
verbunden ist. Die Steuer- bzw. Gateelektrode 33 des Dünnschichttransistors 30 ist an einen
Zeilenleiter 41, die erste bzw. Sourceelektrode 31 des Dünnschichttransistors 30 dagegen
über einen Spaltenleiter 42 an einen, für Ladung empfindlichen Leseverstärker 43 eines
konventionellen Typs angeschlossen. Es könnte ebenfalls eine Anzeigeeinrichtung des in
EP-A-440 282 beschriebenen Typs verwendet werden.
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Fig. 2 zeigt schematisch die Schaltungsanordnung einer Fläche der
großflächigen, aktiven Matrixanordnung 2. In diesem Beispiel weist die großflächige, aktive
Matrixanordnung 2 eine zweidimensionale Anordnung von Photodioden 20 mit einem
Rasterabstand von typischerweise 200 um (Mikrometer) oder weniger und einer
Gesamtgröße von bis zu 400 mal 400 mm auf, um eine solche Auflösung zu erhalten, wie
diese erforderlich ist, wenn der Bilddetektor eingesetzt wird, um diagnostische Röntgenbilder
eines Bereiches eines menschlichen oder Tierkörpers zu erfassen. Typischerweise kann die
Anordnung durch eine 2000 · 2000 Bildelementmatrix dargestellt sein. Der Einfachheit
halber ist in Fig. 2 lediglich ein Teil der Matrixanordnung komplett dargestellt.
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Die Dünnschichttransistor-Schaltelemente 30 sind in einer Matrix von
Zeilen 1 - m und Spalten 1 - n (es sind lediglich drei Zeilen und drei Spalten dargestellt)
angeordnet, wobei das Gate jedes Transistors in einer bestimmten Zeile mit dem gleichen
Zeilenleiter 41 eines Zeilentreibers oder einer Zeilendecodier-/-adressierschaltung 44 und die
Source jedes Transistors in einer bestimmten Spalte mit dem gleichen Spaltenleiter 42 einer
Spaltendecodier-/-adressierschaltung 45, welche, wie in Fig. 1 dargestellt, Leseverstärker
enthält, verbunden ist. Die durchgezogene Linie 46 kennzeichnet das Ausmaß des die
elektromagnetische Strahlung empfangenden Bereichs.
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Wie unten in Bezug auf die Fig. 5 bis 8 näher erläutert, wird die
großflächige, aktive Matrixanordnung 2 hergestellt, indem vier Substrate 1 vorgesehen werden,
welche jeweils eine aktive Fläche 11 tragen, die eine Matrix von Schaltelementen 30,
welche in, sich zwischen dem ersten und dem zweiten Rand 11a der aktiven Fläche 11
erstreckenden Zeilen und in, sich zwischen dem dritten und vierten Rand 11b der aktiven
Fläche erstreckenden Spalten angeordnet sind, sowie Mittel, um auf einzelne
Schaltelemente zuzugreifen, aufweist, die einen jeweiligen Zeilenleiter 41, welcher die
Schaltelemente 30 jeder Zeile verbindet und in, sich über den ersten und zweiten Rand 11a der
aktiven Fläche 11 erstreckenden Anschlussleitungen 41a endet, sowie einen jeweiligen
Spaltenleiter 42, welcher die Schaltelemente 30 jeder Spalte verbindet und in, sich über den
dritten und vierten Rand 11b der aktiven Fläche 11 hinaus erstreckenden
Anschlussleitungen 42a endet, vorsehen, wobei ein Teil 1a jedes Substrats 1 und die von diesem getragenen
Anschlussleitungen entfernt werden, um einen neuen Substratrand 1'a (in Fig. 5 durch
gestrichelte Linien dargestellt) in Angrenzung an jeden von zwei benachbarten Rändern der
aktiven Fläche 11 auszubilden, und die Substrate 1 so auf einem Träger montiert werden,
dass sich jeder neue Substratrand zur Ausbildung der großflächigen Anordnung 2 in
Angrenzung an einen weiteren neuen Substratrand 1'a befindet. Auf diese Weise kann über die
gesamte, großflächige, aktive Matrixanordnung 2 der gleiche regelmäßige Pixelabstand
aufrechterhalten werden. In den Fällen, in denen die großflächige, aktive Matrixanordnung
2 eine Gesamtgröße von 400 mal 400 mm aufweist, sieht jedes Substrat 1 eine Teilmatrix
2' von 200 mal 200 mm vor.
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Fig. 3 zeigt eine schematische Draufsicht eines Teils eines Substrats 1, um
die geometrische Anordnung und das Verhältnis zwischen den ersten und zweiten
Elektroden 21 und 22 eines photoempfindlichen Elements, in diesem Fall einer Photodiode 20, und
den Elektroden des zugeordneten Schaltelements 30, welche zusammen ein Pixel der
Anordnung und die zugeordneten Zeilen- und Spaltenleiter 41 und 42 bilden, darzustellen. Der
Einfachheit halber sind, abgesehen von dem Substrat 1, alle anderen Strukturelemente in
Fig. 3 nicht dargestellt.
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Die Fig. 4A bis 4G sind Querrisse - entlang der gestrichelten Linie III-
III in Fig. 3 - eines Substrats 1 und der von diesem getragenen Schichten, um ein
Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer Teilmatrix 2' darzustellen, welche aus einer,
eine aktive Fläche aufweisenden Matrix von Photodioden 20 und Schaltelementen 30 sowie
Zeilen- und Spaltenleitern 41 und 42 auf einem Substrat 1, welches zur Ausbildung einer
großflächigen, aktiven Matrixanordnung 2 gemäß der Erfindung mit drei weiteren
Substraten 1 zusammenzufügen ist, besteht.
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Das Substrat 1 ist durch ein isolierfähiges Substrat, im Allgemeinen ein
Glassubstrat, dargestellt.
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In diesem Beispiel wird, wie in Fig. 4A dargestellt, zunächst eine erste
Metallisierungsebene 3 auf dem Substrat vorgesehen und unter Verwendung einer ersten
Maske (nicht dargestellt) strukturiert, um die Steuer- bzw. Gateelektroden 33 der
Transistoren 30, die Gateleitungen bzw. Zeilenleiter 41 sowie die erforderlichen Anschlussflächen
41a, um Anschlüsse der Zeilenleiter 41 an eine höhere Metallisierungsebene zu
ermöglichen, auszubilden. Die erste Metallisierungsebene 3 kann durch Aufbringen einer
Chromschicht vorgesehen werden.
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Sodann wird eine Isolationsschicht 4, im Allgemeinen eine Siliciumdioxid-
oder Siliciumnitridschicht, der eine Eigenhalbleiterschicht 5, wobei Teile derselben später
die Leitungskanalzonen der Transistoren 30 bilden, folgt, sowie optional eine Schutzschicht
aufgebracht. Die Schutzschicht 6 ist durch eine Isolationsschicht, im Allgemeinen eine
Siliciumnitridschicht, dargestellt. Die Schutzschicht 6 wird unter Verwendung einer
zweiten Maske (nicht dargestellt) und unter Anwendung konventioneller, photolithographischer
und Ätztechniken strukturiert, um, wie in Fig. 4B dargestellt, Flächen 6a über den
Zeilenleitern 41 und den Anschlussflächen 41a so zu belassen, dass die Dicke des darüber
angeordneten Isolators erhöht wird, was in einer Reduzierung der parasitären Kapazität und
der Möglichkeit elektrischer Kurzschlüsse zwischen den Bereichen der ersten
Metallisierungsebene 3 und der nachfolgenden, darüber vorgesehenen Metallisierung resultiert. Über
einem zentralen Bereich jedes Transistors 30 wird eine weitere Fläche 6b der Schutzschicht
belassen, um als Ätzstopp zu wirken. Danach wird eine dotierte, im Allgemeinen n-leitende
Halbleiterschicht 7 aufgebracht, welcher eine zweite Metallisierungsebene bzw. -schicht 8
folgt.
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Die dotierte Halbleiterschicht 7 kann aus dem gleichen Material wie die
Eigenhalbleiterschicht 5, zum Beispiel aus amorphem oder polykristallinem Silicium, gebildet
werden. Die zweite Metallisierungsschicht 8 kann durch eine Chromschicht dargestellt sein.
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Anschließend werden weitere Halbleiterschichten aufgebracht. Im
Allgemeinen bestehen diese aus einer n-leitenden Schicht, einer eigenleitenden Schicht sowie
einer p-leitenden Schicht, welcher eine transparente, elektrisch leitende Schicht, zum
Beispiel eine Indiumzinnoxid-(ITO)-Schicht sowie eine weitere Chromschicht, die dazu dient,
die ITO-Schicht während der anschließenden Bearbeitung zu schützen, folgt. Diese
Schichten werden dann unter Verwendung einer dritten Einzelmaske, jedoch unter
Anwendung verschiedener Ätzverfahren sequentiell strukturiert, um die photoempfindlichen
Elemente 20 so auszubilden, dass jedes photoempfindliche Element 20 (wie in Fig. 4C
dargestellt) aus einer, auf der Oberseite der zweiten Metallisierungsschicht 8 vorgesehenen n-i-p-
Diodenstruktur (das heißt, die n-leitende Schicht befindet sich in Angrenzung an die erste
Elektrode 21) (in den Figuren nicht schraffiert dargestellt) mit einer aktiven
Bauelementzone 20a besteht, welcher ein transparenter ITO-Elektrodenteil 22b sowie ein
Elektrodenchromteil 22a folgt, wobei der transparente und der Elektrodenchromteil 22b und 22a die
zweite Elektrode 22 des photoempfindlichen Elements 20 bilden.
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Sodann wird eine vierte Maske vorgesehen, und die zweite
Metallisierungsebene 8, die dotierte Halbleiterschicht 7 und die Eigenhalbleiterschicht 5 werden dann
unter Anwendung geeigneter, photolithographischer und Ätztechniken sequentiell
strukturiert, um, wie in Fig. 4D dargestellt, die Source- und Drainelektrode 31 und 32, die n-
leitende Source- und Drainkontaktzone 36 und eine eigenleitende Leitungskanalzone 35 für
jeden Dünnschichttransistor 30 sowie die erste Elektrode 21 jedes photoempfindlichen
Elements 20 auszubilden. Es verbleibt eine Fläche 5' der Schicht 5 unterhalb des
Abschnitts 6a der Schutzschicht. Die Source- und Drainkontaktzone 36 muss nicht unbedingt
vorgesehen werden; in diesem Fall würde auf die Schicht 7 verzichtet werden. Danach wird
eine fünfte Maske (nicht dargestellt) verwendet, damit die Gateisolationsschicht 4 von Teil
41'a der Anschlussfläche 41a in Angrenzung an den Rand der Anordnung (s. Fig. 4E)
entfernt werden und die Metallisierungsendschicht die Zeilenleiter 41, wie unten
beschrieben, kontaktieren kann.
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Anschließend wird eine, aus einem geeigneten Isolatormaterial, wie z. B.
Siliciumnitrid oder Polyimid, gebildete Isolationsschicht 9 aufgebracht und unter
Verwendung einer sechsten Maske (nicht dargestellt) sowie unter Anwendung konventioneller
Techniken zur Ausbildung eines Kontaktfensters C (s. Fig. 4F) strukturiert, um einen
Kontakt durch die nachfolgende Metallisierung zu ermöglichen und eine Öffnung D über
dem photoempfindlichen Element 20 auszubilden.
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Sodann wird eine letzte Metallisierungsebene, im Allgemeinen Aluminium,
aufgebracht und unter Verwendung einer siebten Maske (nicht dargestellt) strukturiert, um,
wie in Fig. 4G dargestellt, die die jeweiligen Spalten der Sourceelektroden 31
kontaktierenden Spaltenleiter 42, die elektrischen Zwischenverbindungen 34 zwischen den
jeweiligen Drainelektroden 32 und den zweiten Elektroden 22 sowie die die Anschlussfläche 41a
am Rand der Anordnung kontaktierende Metallisierung 37 auszubilden. Während der
Strukturierung der letzten Metallisierungsebene wird ein Teil des Elektrodenchromteils 22a
entfernt, um über der zweiten Elektrode 22 des photoempfindlichen Elements 20 eine
Öffnung D' zu belassen, damit die elektromagnetische Strahlung R auf das photoempfindliche
Element 20 auftreffen kann.
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Fig. 5 zeigt schematisch die Anordnung der leitenden Schichten der
fertigen Teilmatrix 2' auf einem Substrat 1.
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Wie aus Fig. 5 deutlich erkennbar, weist die Teilmatrix 2' eine aktive
Fläche 11 auf, welche sich aus einer Pixelmatrix (das heißt, in diesem Fall aus photoempfindlichen
Elementen 20 und zugeordneten Schaltelementen 30), der gemeinsamen Leitung 40
sowie Zeilen- und Spaltenleitern 41 und 42 zusammensetzt. Obgleich der Einfachheit
halber sowie zum Zwecke einer deutlicheren Darstellung lediglich eine 4 · 4 Pixelmatrix
dargestellt ist, versteht es sich von selbst, dass sich in der Praxis wesentlich mehr Bildelemente
innerhalb der aktiven Fläche 11 befinden. Typischerweise können 1000 · 1000 Pixel oder
mehr je Teilmatrix 2' vorgesehen werden.
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Die Bezugsziffern 11a, 11b kennzeichnen das Ausmaß der aktiven Fläche
11, welches im Effekt durch die äußersten Leiter 41, 42 in Fig. 5 definiert wird. Die
Zeilen- und Spaltenleiter 41 und 42 weisen jeweils Anschlussleitungen 41a und 42a auf,
welche sich auf dem Substrat 1 über die aktive Fläche 11 hinaus erstrecken, damit eine
elektrische Verbindung zu den Zeilen- und Spaltenleitern 41 und 42 hergestellt werden kann, um
eine Adressierung und ein Auslesen von Informationen von den einzelnen Pixeln 20, 30 auf
übliche Weise zu ermöglichen. Wie in Fig. 5 dargestellt, erstrecken sich die
Zeilenanschlussleitungen 41a über die beiden gegenüber liegenden Ränder 1 1a der aktiven Fläche
11 hinaus, während sich die Spaltenanschlussleitungen 42a über die verbleibenden zwei
gegenüberliegenden Ränder 11b der rechteckigen, aktiven Fläche 11 (wie hier im Quadrat
dargestellt) hinaus erstrecken. Die gemeinsame Leitung 40 weist ebenso
Anschlussleitungen 40a auf, welche sich in diesem Beispiel über die Ränder 11b der aktiven Fläche hinaus
bis zu den gemeinsamen Anschlüssen 40b erstrecken.
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Die Teilmatrix 2' ist somit funktionell vollständig und kann konventionellen
Testverfahren unterworfen werden, um sicherzustellen, dass jedes Bildelement korrekt
angeschlossen ist und in der erforderlichen Weise arbeitet, wodurch höhere Ausbeuten der
korrekt arbeitenden, großflächigen, aktiven Matrixanordnungen 2 erreicht werden können.
Dieses wird im Besonderen durch Anwendung des oben unter Bezugnahme auf die Fig.
4A bis 4G beschriebenen Verfahrens zur Herstellung der Teilmatrix 2' ermöglicht, da sich
der Anschluss zwischen jeder Photodiode 20 und dem zugeordneten Schaltelement 30
einer, unter Anwendung dieses Verfahrens hergestellten Teilmatrix 2' auf der Oberseite
derselben befindet.
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Nach erfolgtem Testen der Teilmatrix 2' wird ein Abschnitt 1a des Substrats
zusammen mit den Anschlussleitungen 40'a, 41'a, 42'a und dem von diesem Abschnitt des
Substrats getragenen, gemeinsamen Anschluss 40'b entfernt. Dieser Abschnitt 1a des
Substrats 1 sowie die zugehörigen Anschlussleitungen 40'a, 41'a, 42'a und der gemeinsame
Anschluss 40'b sind in Fig. 5 durch Phantomlinien dargestellt. Wie aus Fig. 5 ersichtlich,
weist der Abschnitt 1a des Substrats 1, welcher entfernt wird, einen Streifen von jedem
der beiden benachbarten Ränder 1c des Substrats auf. Durch Entfernen des Teils 1a ergibt
sich ein neuer Substratrand 1d, 1e in Angrenzung an zwei benachbarte Ränder 11a, 11b der
aktiven Fläche 11.
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Der Abschnitt 1a des Substrats 1, welcher entfernt wird, ist so bemessen,
dass, wenn jeder neue Substratrand 1d, 1e in Angrenzung an einen ähnlich ausgebildeten,
neuen Substratrand eines weiteren, ähnlichen Substrats vorgesehen wird, der regelmäßige
Pixelabstand über das Substrat 1 aufrechterhalten werden kann. In den Fällen, in denen die
Pixel eine Größe von 200 um · 200 um (Mikrometer) aufweisen und von den benachbarten
Zeilen- und Spaltenleitern 41 und 42 durch 10-20 um getrennt sind, ist bei der Ausbildung
der neuen Substratränder 1d, 1e eine Genauigkeit von etwa 5 um erforderlich. Der
Abschnitt 1a des Substrats 1 kann unter Anwendung einer geeigneten Technik, mit welcher
diese Genauigkeit erreicht werden kann, wie z. B. einer Technik, die unter Verwendung
eines geeigneten Gerätes, wie z. B. einer Diamantsäge oder einer Lasersäge, einen
Schneidvorgang und gewöhnlich anschließendes Glätten oder, sofern dieses gewünscht wird,
Schleifen und anschließendes Glätten der getrennten Ränder vorsieht, um die genaue
Positionierung des neuen Substratrands 1d, 1e zu erreichen, entfernt werden.
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In diesem Beispiel ist das Substrat 1 auf einem Träger mit drei weiteren
identischen Substraten anzubringen. Alle vier Substrate 1 werden somit unter Verwendung
der gleichen Maskensätze und Verfahren hergestellt. Nach Testen und Entfernen der
Substratabschnitte 1a werden die Substrate 1 auf einem Träger 12 montiert, der aus einem
Material gebildet wird, welches die gleichen oder ähnlichen
Wärmeausdehnungscharakteristiken wie die Substrate 1 aufweist. Es ist wünschenswert, dass der Träger 12 aus dem
gleichen Glas wie die Substrate 1 gebildet wird.
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Die Oberflächen des Trägers 12 und/oder der zusammenzufügenden
Substrate 1 werden mit einem geeigneten Klebemittel, wie z. B. einem handelsüblichen
Epoxidharz oder Keramikkleber, welcher vor Festwerden eine genaue Justierung der Substrate 1
auf dem Träger 12 ermöglicht, beschichtet. Es könnte zum Beispiel ein UV-härtbarer
Kleber verwendet werden. Die Substrate werden im Allgemeinen unter Verwendung einer
handelsüblichen, optischen Justier- und Belichtungsanlage, welche mit Hilfe von
speziellen, auf den Substraten 1 vorgesehenen Justiermarken oder einfach unter Verwendung der
sich kreuzenden Spalten- und Zeilenleiter 41 und 42, z. B. als Bezugspunkte, eine Justierung
bewirken kann, optisch justiert.
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Eine mögliche Montage der Substrate, die nicht Teil der vorliegenden
Erfindung ist, ist in Fig. 6 dargestellt, wobei die vier Substrate 1 relativ zueinander so justiert
sind, dass ein Zwischenraum 12a zwischen aneinander grenzenden, neuen Substraträndern
1d, 1e vorgesehen ist. Zum Zwecke einer deutlicheren Darstellung ist die Größe der
Zwischenräume 12a in Fig. 6 wesentlich vergrößert wiedergegeben. Wie jedoch oben
ausgeführt und in Fig. 7, welche eine vergrößerte Ansicht des Teiles X der großflächigen,
aktiven Matrixanordnung 2 zeigt, welcher in Fig. 6 eingekreist ist, wobei die Zwischenräume
in etwa im gleichen Maßstab wie die Bildelemente wiedergegeben sind, deutlich
dargestellt, ist die tatsächliche Größe der Zwischenräume 12a so, dass der regelmäßige
Pixelabstand, im Besonderen der Abstand der Flächenschwerpunkte der Pixel, an den
Verbindungsstellen und damit in der gesamten Matrixanordnung 2 aufrechterhalten wird.
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Bei genauer Trennung und korrekter Justierung der Substrate, so dass der
regelmäßige Pixelabstand zwischen den Substraten 1 aufrechterhalten wird, kann eine
großflächige, aktive Matrixanordnung 2 hergestellt werden, welche Abbildungen ohne
erkennbare Verbindungsstellen erzeugt.
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Während es möglich ist, die Substrate mit der gleichen Ausrichtung wie in
Fig. 6 zu montieren, zeigt Fig. 8 eine großflächige, aktive Matrixanordnung 2a gemäß
der Erfindung, bei welcher, wie in dem Beispiel von Fig. 6, vier Substrate 1 an dem
Träger 12 so angebracht sind, dass der regelmäßige Pixelabstand über die Substrate
aufrechterhalten wird. Auch in diesem Fall sind die Zwischenräume 12a zwischen den Substraten 1
zum Zwecke einer deutlicheren Darstellung in Fig. 8 vergrößert dargestellt. Die Substrate
1 sind identisch mit den Substraten in dem in Fig. 6 dargestellten Beispiel, jedoch werden
die Substrate nach Entfernen der Substratabschnitte 1a vor Anbringen auf dem Träger 12
zueinander um 90º gedreht. Das heißt, dass es nicht notwendig ist, in Angrenzung an die
neuen, getrennten Substratränder 1d, 1e einen Zeilen- oder Spaltenleiter 41 oder 42
vorzusehen, wodurch sich die erforderliche Genauigkeit der Ausbildung des neuen Substrats 1d,
1e auf etwa 20 um reduziert. Dieses stellt einen wesentlichen Vorteil dar, da eine
Genauigkeit von 20 um bei Trennen der Substrate ohne Weiteres möglich und ein Polieren nicht
erforderlich ist. Dieses resultiert somit in einer hohen Ausbeute korrekt arbeitender
Bauelemente, bei welchen der regelmäßige Pixelabstand über die gesamte, großflächige, aktive
Matrixanordnung 2 aufrechterhalten wird. Wie in Fig. 8 dargestellt, erstrecken sich
abwechselnde Gruppen aus Zeilen- und Spaltenanschlussleitungen 41a, 42a entlang jedem
Rand der großflächigen, aktiven Matrixanordnung 2a. Folglich ist eine geeignete Verarbeitungsvorrichtung,
zum Beispiel der Einsatz einer Bildspeicheranordnung, sowie eine
entsprechende Bilddrehung zur Kompatibilität der Anordnung 2a mit einer
Wiedergabevorrichtung erforderlich, obgleich die Anordnung 2a selbstverständlich ohne eine solche
Verarbeitungsvorrichtung eingesetzt werden kann, wenn diese zum Beispiel in Verbindung mit
einer ähnlich adressierten Wiedergabevorrichtung mit aktiver Matrix verwendet wird.
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Ein weiteres Beispiel einer großflächigen, aktiven Matrixanordnung 2b
gemäß der Erfindung ist in Fig. 9 dargestellt. Auch in diesem Fall sind die Zwischenräume
12a zwischen den Substraten 1 zum Zwecke einer deutlicheren Darstellung vergrößert
wiedergegeben, obgleich die vier Substrate 1 in der Praxis so auf dem Träger 12 angebracht
sind, dass der gleiche, regelmäßige Pixelabstand über die gesamte Anordnung 2b
aufrechterhalten wird. In diesem Beispiel verbindet sich der Vorteil, dass es nicht erforderlich ist,
Zeilen- oder Spaltenleiter 41 oder 42 in Angrenzung an die neuen Substratränder 1d, 1e
anzuordnen, mit dem Vorteil, dass Zeilenanschlussleitungen 41a oder
Spaltenanschlussleitungen 42a lediglich entlang einem bestimmten Rand der Anordnung 2 vorgesehen werden.
Dieses wird erreicht, indem die Teilmatrizes 2' unter Verwendung von zwei
unterschiedlichen Maskensätzen, von denen die eine ein Spiegelbild der anderen ist, so ausgebildet
werden, dass das Schaltelement 30 in einer linken Ecke von zwei der Teilmatrizes 2' und in
einer rechten Ecke der anderen zwei Teilmatrizes 2' vorgesehen ist. Die vier Teilmatrizes
werden dann auf dem Träger 12 so angeordnet, dass, wie in Fig. 9 dargestellt, eines jedes
Paares zweier identischer Substrate gegenüber dem anderen um 180º gedreht wird.
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Die in den Fig. 6 bis 9 dargestellten, großflächigen
Bildsensoranordnungen können, wie oben beschrieben, in Röntgendetektoren in Verbindung mit einer Schicht
50 zur Umwandlung elektromagnetischer Strahlung verwendet werden.
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Die Energieumwandlungsschicht kann unmittelbar auf der, durch die bereits
auf dem Träger 12 montierten, vier Teilmatrizes 2', 2" gebildeten, großflächigen, aktiven
Matrixanordnung 2, 2a oder 2b vorgesehen werden. In den Fällen, in denen die zu
verwendende Energieumwandlungsschicht elektrisch leitend oder halbleitend ist, zum Beispiel bei
Verwendung einer Thallium dotierten Cäsiumiodidphosphorschicht, wird eine isolierende
Schutzschicht 51 (in Fig. 4G durch Phantomlinien gekennzeichnet), welche für die
umgewandelte, elektromagnetische Strahlung R durchlässig ist, über jeder Teilmatrix 2'
vorgesehen, bevor die Abschnitte 1a der Substrate 1 entfernt werden. Das Anordnen einer
solchen isolierenden Schutzschicht 51 hat den zusätzlichen Vorteil, dass die Teilmatrix 2'
während des Trennvorgangs zur Entfernung der Abschnitte 1a geschützt wird; in der Tat
könnte die Schutzschicht 51 zu diesem Zweck selbst dann vorgesehen werden, wenn eine
Energieumwandlungsschicht anschließend auf der Oberseite nicht aufgebracht wird.
Selbstverständlich könnte die Isolationsschicht 51 alternativ nach Anschließen der
Substrate 1 an den Träger 12 vorgesehen werden. Die Isolationsschicht sollte ausreichend dick,
typischerweise größer als 3 um (Mikrometer) sein, um die kapazitive Kopplung zwischen
der Energieumwandlungsschicht 50 (Fig. 1) und der Anordnung 2 zu reduzieren. Als
Alternative kann die Energieumwandlungsschicht 50 auf einem separaten Substrat, zum
Beispiel einem Aluminiumsubstrat, vorgesehen sein, welches dann in der in unserem EP-A-0
523 783 beschriebenen Weise auf die Anordnung 2 montiert wird.
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Als mögliche Alternative kann eine, gemäß der Erfindung hergestellte,
großflächige, aktive Matrixanordnung 2 ohne die Schicht 50 zur Umwandlung
elektromagnetischer Strahlung dann verwendet werden, wenn die zu empfangende Strahlung innerhalb des
Bereichs liegt, für welchen die Photodioden empfindlich sind. In einem solchen Fall, wenn
die Substrate und der Träger 12 für die zu empfangende Strahlung durchlässig sind und die
Anordnung 2 einen angemessenen Teil der auf den Träger 12 auftreffenden Strahlung
durchlassen kann, das heißt, wenn zum Beispiel mindestens etwa 40% der Fläche jedes
Bildelements für die Strahlung durchlässig ist, kann die Anordnung 2 in einem
Reflexionsbildwandler oder einem Kopiergerät, wie z. B. einem Faksimilegerät, eingesetzt werden. In
einem solchen Gerät kann die Anordnung 2 aus photoempfindlichen Elementen 20 und
zugeordneten Schaltelementen 30 durch eine spezielle Schutzschicht unmittelbar abgedeckt
werden. Die Schutzschicht wird so vorgesehen, dass diese für, von den photoempfindlichen
Elementen 20 nachweisbare, elektromagnetische Strahlung durchlässig ist und weist eine
Oberfläche auf, auf welche zum Beispiel ein Dokument gelegt werden kann, so dass sich
das Dokument in engem Kontakt mit dem Bilddetektor befindet, welcher dann die von dem
Dokument reflektierte Strahlung empfängt. Eine solche Schutzschicht wird, wie die in
Fig. 4G durch Phantomlinien gekennzeichnete Schicht, im Allgemeinen vor Entfernen der
Abschnitte 1a auf den Substraten 1 vorgesehen, um diese während des Trennverfahrens zu
schützen, könnte jedoch auch nach Montieren der Substrate auf dem Träger 12 aufgebracht
werden. Die Schutzschicht kann aus jedem geeigneten, elektrisch isolierenden Material,
zum Beispiel Polyimid, Siliciumdioxid oder Siliciumnitrid, gebildet werden. In den Fällen,
in denen zur Ausbildung der Schutzschicht eine Polyimidschicht oder eine ähnliche
fließfähige und danach hart werdende Schicht verwendet wird, kann es zudem von Vorteil sein,
die Oberfläche zu planarisieren, um eine Planfläche vorzusehen, auf welcher das abzubildende
Dokument platziert werden kann. Dieses kann zur Reduzierung möglicher
Verzerrungen in dem Bild beitragen.
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Die Schutzschicht verhindert mechanischen Schaden des Bilddetektors und
bildet ebenfalls eine Barriere für Feuchtigkeit in dem Dokument, was sonst parasitäre
Ableitströme hervorrufen könnte. Durch einen solchen Bilddetektor können genaue
Kontaktbilder erzeugt und gespeichert werden, ohne dass die Verwendung von Linsen oder
Lichtleitanordnungen erforderlich ist, während der Einsatz eines Sensors mit zweidimensionaler
Matrixanordnung den Vorteil hat, dass bei hohen Arbeitsgeschwindigkeiten ein
zweidimensionales Bild erzeugt werden kann, ohne dass mechanische Teile erforderlich sind.
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Obgleich die Photoempfindlichkeit der Schaltelemente 30, insbesondere in
den Fällen, in denen die Schaltelemente durch Dünnschichttransistoren mit einem
invertierten, versetzten Aufbau dargestellt sind, nicht als so hoch angesehen wird, dass diese ein
Problem darstellen könnte, kann, falls erforderlich, eine Maskierungsschicht, ähnlich wie
die bereits in Flüssigkristallanzeigen verwendeten, vorgesehen werden, um die
Schaltelemente 30 gegen die auftreffende Strahlung R abzuschirmen.
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Es können weitere Arten Schaltelemente verwendet werden. Zum Beispiel
können, obgleich in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen invertierte, versetzte
Dünnschichttransistoren verwendet werden, nicht versetzte Dünnschichttransistoren zum
Einsatz kommen. Ebenso können andere photoempfindliche Elemente als n-i-p-Dioden
verwendet werden. Somit können zum Beispiel p-i-n-Dioden eingesetzt werden (das heißt,
wenn sich die p-leitende Schicht in Angrenzung an die erste Elektrode 21 befindet). Die
Verwendung von n-i-p-Dioden ist jedoch vorzuziehen, da diese eine höhere
Quantenausbeute als p-i-n-Dioden aufweisen. Als weitere Alternativen könnten photoempfindliche
Schottky-Dioden oder photoempfindliche Widerstände verwendet werden.
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Obgleich in den oben beschriebenen Beispielen die großflächige, aktive
Matrixanordnung 2, 2a oder 2b eine Matrixanordnung aus photoempfindlichen Elementen
aufweist, könnte die Anordnung zum Beispiel einen Teil einer Flüssigkristallanzeige-
(LCD)-Vorrichtung darstellen. In einem solchen Fall trägt jedes der vier Substrate eine
Teilmatrix, welche aus den Schaltelementen und den zugeordneten Zeilen- und
Spaltenleitern der Anordnung mit aktiver Matrixadressierung für die Vorrichtung besteht. Nachdem
die Substrate zur Fertigstellung der Matrixanordnung auf den Träger in einer ähnlichen wie
der oben beschriebenen Weise montiert worden sind, wird das Flüssigkristall unter
Anwendung einer geeigneten, konventionellen Technik auf die fertige Anordnung aufgebracht,
und es kann dann die weitere transparente Elektrode, im Allgemeinen aus Indiumzinnoxid,
auf der Oberseite der Flüssigkristallschicht vorgesehen werden, um die
Flüssigkristallanzeigevorrichtung zu vervollständigen. Selbstverständlich kann die vorliegende Erfindung
zur Ausbildung einer LCD-Vorrichtung eingesetzt werden, in welche photoempfindliche
Elemente, ähnlich wie die oben beschriebenen, integriert sind.