JP2000002856A

JP2000002856A - 情報処理装置

Info

Publication number: JP2000002856A
Application number: JP11042855A
Authority: JP
Inventors: Shunpei Yamazaki; 舜平山崎; Jun Koyama; 潤小山; Yoshiharu Hirakata; 吉晴平形
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1998-02-25
Filing date: 1999-02-22
Publication date: 2000-01-07

Abstract

(57)【要約】【課題】小スペースで、高精細・高解像度の映像情報
を供給することができる情報処理装置を提供すること。【解決手段】本発明の情報処理装置は、情報の表示を
行う表示装置として、小型のフラットパネルディスプレ
イを利用したヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）を
用いる。ヘッドマウントディスプレイを情報処理装置の
表示装置として用いることによって、作業空間を狭める
ことはない。また、仮想表示画面のサイズが自由に変更
可能である。さらに、本発明の情報処理装置は、仮想表
示画面に複数の情報を一度に表示することがでる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

【０００２】本明細書で開示する発明は、ヘッドマウン
トディスプレイ（ＨＭＤ）を用いた情報処理装置、およ
びそのシステムに関する。

【０００３】

【従来の技術】

【０００４】従来、電子情報を取り扱う使用者は、情報
処理装置の概略図として図２０に示したような装置を用
いて情報処理操作を行っている。本明細書で情報処理操
作とは、コンピュータ等を用いて情報の入力、取得、送
信、交換、保存、または整理等を行うことを指してい
る。

【０００５】キーボード、またはマウス等の入力端末装
置２００１は、使用者２０００が情報の入力操作を行う
ための装置である。また、入力端末装置２００１に接続
されているコンピュータ等の制御装置２００２は情報の
記憶、演算、通信等の処理を行うための装置である。ま
た、ＣＲＴ等の表示装置２００３は、情報を出力し、画
像として表示するための装置である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】

【０００７】従来のような情報処理装置においては、Ｃ
ＲＴ等の表示装置２００３は非常に大きく、情報処理装
置を扱う作業デスク上の空間の大きな部分を占めてい
る。さらに、近年、情報（文字、画像等）の増大化に伴
い、複数の情報を一度に表示することが必要となってき
た。

【０００８】そこで、複数の情報を確実に認識するため
に、表示装置の画面サイズを大きくすることが試みられ
ている。しかし、従来のＣＲＴ等の表示装置は画面サイ
ズを大きくすることに伴い、その体積および重量が相当
なものとなり、日常的に使う表示装置としては不適なも
のとなってしまう。また、人間の目に悪影響（疲れ、視
力の低下等）を与えるため、長時間連続して使用するこ
とが敬遠されていた。

【０００９】そこで、ＣＲＴと比較して、表示装置本体
の奥行きが薄くかつ軽量であるフラットディスプレイが
普及してきている。フラットパネルディスプレイ中で
も、液晶パネルを用いたものが良く用いられている。

【００１０】液晶パネルは、非常に軽量であるため、小
型のものであれば携帯することが可能である。また、液
晶パネルは、ＣＲＴ等と比較して、人間の目に与える影
響が低いという長所も有している。しかしながら、画面
サイズが大きくなると、その歩留まりの悪さから、日常
的に使うディスプレイとしては高価なものとなってい
た。

【００１１】上述したように、最近では、ＣＲＴに替わ
って液晶パネルのようなフラットパネルディスプレイが
用いられるようになってきているが、依然として情報処
理装置のうちの表示装置が作業デスク上の空間の大部分
を占めているのが現状である。

【００１２】そこで、本発明は上述の問題を鑑みてなさ
れたものであり、上述の問題を解決する新しい情報処理
装置を提供することを課題とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】

【００１４】本発明の情報処理装置では、情報の表示を
行う表示装置として、小型のフラットパネルディスプレ
イ（代表的には液晶パネル）を利用したヘッドマウント
ディスプレイ（ＨＭＤ）を用いる。ヘッドマウントディ
スプレイを情報処理装置の表示装置として用いることに
よって、従来問題となっていた表示装置の大きさの問題
を解決できる。ヘッドマウントディスプレイは、頭に装
着して使用するため作業空間を狭めることはなく、ま
た、仮想表示画面のサイズが自由に変更可能であるとい
う長所を有している。

【００１５】ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）
は、光学系を用いて目の前数センチ程度の場所に画像を
映し出すことにより、人間の目には大型ディスプレイに
表示されたような仮想現実感のある画像を認識させるも
のである。

【００１６】また、本発明の情報処理装置に用いられる
ＨＭＤは、従来のように表示解像度の低いものではな
く、解像度が高く、かつ高速駆動が可能であり、その仮
想表示画面に複数の情報を表示することができるもので
ある。

【００１７】従来のＨＭＤは解像度が低く、文字の認識
は現実には困難であった。また、従来のＨＭＤは数時間
（２〜３時間）連続使用すると、かなりの目の疲労を覚
える。さらに、乗り物酔いに似た症状がでる場合もあ
る。従って、情報処理装置の表示装置としては不適であ
った。従来のＨＭＤが有しているこれらの問題は、目に
悪影響を与え、健康上非常に問題であると考えられる。

【００１８】特に、ＨＭＤが提供する画像のチラツキ
が、ＨＭＤが有している最も大きな問題の一つである。
この画像のチラツキは、液晶材料の劣化を防ぎ、表示品
位を保つため行われている交流化駆動が原因で生じてい
る。各画素への印加電圧の正負の極性が反転する周期
（極性反転周期）が、人間の目に視認できる周波数域
（約３０Ｈｚ程度）となると、映像信号の極性が正の時
の表示と映像信号の極性が負の時の表示とが微妙に異な
っているためチラツキとして視認されるのである。

【００１９】また、高精細、高解像度の液晶パネルのＨ
ＭＤを実現しようとすると、駆動周波数が非常に高くな
る。例えば、ＮＴＳＣ規格で画素数は約４０万個、ＨＤ
ＴＶ規格では画素数は約２００万個が必要とされてい
る。従って、入力される映像信号の最高周波数は、ＮＴ
ＳＣ規格で約６ＭＨｚ、ＨＤＴＶ規格では約２０ＭＨｚ
〜３０ＭＨｚとなっている。この映像信号を正確に表示
するためには、クロック信号は、この映像信号の数倍の
周波数（例えば約５０ＭＨｚ〜６０ＭＨｚ）が必要であ
る。

【００２０】従来のＨＭＤでは、このように高い周波数
帯域を有する映像信号およびクロック信号を正確に交流
化させて液晶パネルを駆動することは困難であった。な
ぜなら、そのような高い周波数帯域で正確に動作可能な
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を非晶質シリコンや多結晶
シリコンを用いて作製することができなかったためであ
る。

【００２１】そして、非常に速いドットクロックを持つ
映像信号が取り扱われるようになると、表示画素への映
像信号の書き込み期間が短くなり、従来のＴＦＴでは、
位相ずれ、ノイズ、信号波形のなまり等が生じ、不正確
な表示になるという問題が生じていた。

【００２２】しかし、本発明の情報処理装置に用いられ
るＨＭＤは、内蔵される液晶パネルに高速駆動が可能な
ＴＦＴを用いている。よって、画像のチラツキの無い、
高精細、高解像度のＨＭＤを実現することができる。

【００２３】以下に、本発明の情報処理装置の構成を述
べる。

【００２４】本発明のある実施形態によると、右目用お
よび左目用のフラットパネルディスプレイを有し、使用
者の頭に装着される表示装置と、前記表示装置に接続さ
れた制御装置と、前記制御装置に接続された入力操作装
置とを備えた情報処理装置であって、前記フラットパネ
ルディスプレイは、複数の情報を一度に表示することが
できることを特徴とする情報処理装置が提供される。こ
のことによって上記目的が達成される。

【００２５】本発明のある実施形態によると、右目用お
よび左目用のフラットパネルディスプレイを有し、使用
者の頭に装着される表示装置と、制御装置と、前記制御
装置に接続された入力操作装置とを備えた情報処理装置
であって、前記制御装置は、前記表示装置に電波によっ
て信号を送信し、前記フラットパネルディスプレイは、
複数の情報を一度に表示することができることを特徴と
する情報処理装置が提供される。このことによって上記
目的が達成される。

【００２６】本発明のある実施形態によると、右目用お
よび左目用のフラットパネルディスプレイを有し、使用
者の頭に装着される表示装置と、制御装置と、撮像装置
と、前記制御装置に接続された入力操作装置とを備えた
情報処理装置において、前記制御装置は、前記表示装置
に電波によって信号を送信し、前記撮像装置は、少なく
とも前記入出力操作装置および前記使用者の手の映像を
電気信号に変換し、かつ前記電気信号を前記制御装置に
供給し、前記フラットパネルディスプレイには、少なく
とも前記入出力操作装置および前記使用者の手の映像を
含む複数の情報が一度に表示されることを特徴とする情
報処理装置が提供される。このことによって上記目的が
達成される。

【００２７】前記表示装置のフラットパネルディスプレ
イの画素電極に接続されているＴＦＴのチャネル形成領
域は、絶縁表面上に形成された複数の棒状または偏平棒
状結晶の集合体からなる半導体薄膜で構成されていても
よい。

【００２８】前記チャネル形成領域の面方位は概略｛１
１０｝配向であるようにしてもよい。

【００２９】前記チャネル形成領域の結晶粒界において
９０％以上の結晶格子に連続性があるようにしてもよ
い。

【００３０】前記フラットパネルディスプレイは、３０
Ｈｚ〜１８０Ｈｚで１画面の書き込みを行い、且つ、１
画面毎に画素電極に印加する電圧の極性を反転させて画
面表示を得る表示装置を備えていてもよい。

【００３１】前記フラットパネルディスプレイは、液晶
パネルであり、且つ、前記液晶パネルに用いられる液晶
材料は、実質的にしきい値を持たない反強誘電性液晶ま
たは強誘電性液晶である表示装置を備えていてもよい。

【００３２】

【発明の実施の形態】

【００３３】本発明の情報処理装置の概略図を図１に示
す。本発明の情報処理装置によると、使用者１００が表
示装置（ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ））１０
３を頭部に装着し、仮想表示画面１０４を見ながら入力
端末装置１０１および制御装置１０２を用いて情報処理
操作を行うことができる。

【００３４】また、本発明の情報処理装置に用いられる
表示装置（ＨＭＤ）１０３は、高精細、高解像度の表示
を実現することができる。よって、図２に示すように、
使用者１００が観察する仮想表示画面１０４には、複数
の情報を一度に表示することができる。図２には、仮想
表示画面１０４が示されている。図２に示されるよう
に、仮想表示画面１０４には、複数のウィンドウ画面２
０１〜２０３に様々な情報が示されている。

【００３５】本発明の情報処理装置に用いられる表示装
置１０３には、右目用および左目用のフラットパネルデ
ィスプレイが組み込まれる。また、右目用および左目用
のフラットパネルディスプレイが組み込まれた表示装置
を頭部に装着し、文字が認識可能な解像度を有する仮想
表示画面（平面画像または立体画像表示画面）が得られ
るものであれば、特に限定されるわけではない。

【００３６】また、本発明の情報処理装置に用いられる
表示装置に用いられるフラットパネルディスプレイに
は、スイッチング素子の半導体膜が連続粒界結晶シリコ
ン（いわゆるContinuous Grain Silicon：ＣＧＳ）で構
成されているものを用いてもよい。

【００３７】また、本発明の情報処理装置に用いられる
表示装置は、フラットパネルディスプレイと目との距離
が数ｃｍ程度と小さくとも、人間の目に視認できない周
波数域（約３０Ｈｚ以上）で１フレーム（１画面）毎
に、全ての画素の印加電圧の正負の極性を反転させるフ
レーム反転駆動で駆動させている。本発明の情報処理装
置に用いられる表示装置に組み込まれるフラットパネル
ディスプレイにおいては、画素ＴＦＴの線順次走査を行
い、人間の目に視認できない周波数域（約３０Ｈｚ以
上）で交流化駆動されている液晶パネルであれば特に限
定されない。

【００３８】また、本発明の情報処理装置の入力端末装
置１０１としては、使用者が情報を制御装置に入力でき
る装置であれば、特に限定されない。代表的な装置とし
てキーボードや、マウス、コントローラ、カメラ、マイ
ク等が挙げられる。

【００３９】また、制御装置１０２は、入力端末装置か
らの情報を受け取る手段と、電子情報を記憶する手段
と、表示装置に画像情報を送る手段とを少なくとも有し
ている装置であれば特に限定されない。

【００４０】情報を制御装置に入力する手段および表示
装置に画像情報を送る手段として、電気コード配線、光
ファイバーを用いることが可能である。また、コードレ
スとして、光あるいは電波で情報を送信する構成として
もよい。

【００４１】

【実施例】

【００４２】以下、本発明の実施例を幾つか説明する
が、本発明の情報処理装置は、これらの実施例に限定さ
れるわけではない。

【００４３】（実施例１）

【００４４】図１に本実施例の情報処理装置の概略図を
示す。図２には、仮想表示画面１０４が示されている。
また、図３に本実施例の表示装置（ヘッドマウントディ
スプレイ）１０３の外観図を示す。本実施例の表示装置
１０４は、２Ｄ（平面画像）を表示するものとする。

【００４５】図１に示すように、表示装置１０３は、入
力端末装置１０１や制御装置１０２（コンピューター
等）と電気的に接続されている。なお、それらで情報処
理装置および情報処理システムが構成されている。

【００４６】また、図２には、仮想表示画面１０４が示
されている。図２に示されるように、仮想表示画面１０
４には、複数のウィンドウ画面２０１〜２０３に様々な
情報が示されている。

【００４７】図３（ａ）および（ｂ）には、表示装置
（ＨＭＤ）１０４が示されている。図３（ａ）において
は、ＨＭＤ１０４の構成は、本体２０１を頭に固定する
ためのバンド３０３、画像を表示するためのアクティブ
マトリクス型の０．２〜２．６インチの２枚の小型液晶
パネル３０２を備えている。本実施例では、１．４イン
チの透過型のアクティブマトリクス型液晶パネルを用い
た。また、図３（ｂ）においては、眼鏡またはサングラ
スのようなかけ心地の表示装置１０４が示されている。

【００４８】液晶パネル３０２または３０５は、それぞ
れ右目用と左目用とにそれぞれ１枚づつ配置されてい
る。液晶パネル３０２または３０５の配置方法として
は、図２に示す構成以外に液晶パネル３０２または３０
５によって光学変調された画像をミラーやハーフミラー
に写し、それを目で見る形式のものを挙げることができ
る。この場合も液晶パネル３０２または３０５は、それ
ぞれ本体３０１または３０４に配置される。本実施例に
おいて、光学系は従来と同様の機能を有するものを用い
た。

【００４９】また、本実施例では、液晶パネル３０２お
よび３０５には、透過型のアクティブマトリクス型液晶
パネルを用いたが、反射型のアクティブマトリクス型液
晶パネルを用いることもできる。

【００５０】また、本体２０１に、仮想表示される画像
サイズを拡大する光学系（凹面ハーフミラー等）を設け
てもよい。その場合には、拡大された映像の粗さを防止
するために液晶パネル前面にディフューザ（拡散板）を
設けることが好ましい。また、バックライトを設ける構
成、目幅などの調節機能を設ける構成、さらに音響装置
等を本体３０１あるいは３０４に内蔵する構成としても
よい。

【００５１】また、本実施例に示す液晶パネルは、カラ
ーフィルタを設け、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）でカ
ラー映像を形成する場合の構成とした。なお、カラー表
示を行うために必要とする原色は上記構成に限定される
ものではなく、適宜設定することができる。

【００５２】また、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の発
光ダイオードをバックライトとして用いて本体３０１あ
るいは３０４に内蔵し、カラー映像を得る構成としても
よい。この場合のカラー表示としては、例えば、１画面
の書き込み期間（フレーム周波数）の３倍の周波数で発
光ダイオードのＲ、Ｇ、Ｂの点滅を各色毎にＲ、Ｇ、
Ｂ、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｒ・・・と時系列的に繰り返せば人間
の目にはカラー映像として認識される。この場合は、カ
ラーフィルターは必要としないため、明るい表示を得る
ことができる。

【００５３】本実施例に示す構成においては、３０２あ
るいは３０５で示される２つの液晶パネルの構造、特に
画素の配置に関しての構造を図４に示すようなものとし
ている。画素サイズは、４μｍ×４μｍ〜４５μｍ×３
０μｍの範囲内であることが望ましい。本実施例では、
画素サイズは、２８μｍ×２８μｍとした。アクティブ
マトリクス領域４０３および４０６の画素は、開口率を
向上させるため、画素面積が小さくなるように設定する
ことが望ましい。

【００５４】図４において、４０７で示すのが左目用の
液晶パネルの基板（ガラス基板または石英基板）であ
る。この基板４０７上には、周辺駆動回路４０１および
４０２が配置されている。また、画素マトリクス領域
（アクティブマトリクス領域）４０３が配置されてい
る。

【００５５】また、４０８で示すのが右目用の液晶パネ
ルの基板（ガラス基板または石英基板）である。この基
板４０８上には、周辺駆動回路４０４および４０５が配
置されている。また、画素マトリクス領域（アクティブ
マトリクス領域）４０６が配置されている。

【００５６】これら２枚の液晶パネル４１３（左目用）
および４１４（右目用）が、図３の液晶パネル３０２、
３０５に対応している。

【００５７】アクティブマトリクス領域は、ゲイト信号
線（走査線）４０９とソース信号線４１０とが格子状に
配置され、その交点付近に画素ＴＦＴ４１１が配置され
ている。そしてこの画素ＴＦＴ４１１によって、画素電
極４１２に保持される電荷量が制御され、液晶層を透過
する光の強度を制御し、他の画素との組み合わせで液晶
パネル全体で映像を得る構造となっている。

【００５８】また、周辺駆動回路の配置が左右の液晶パ
ネルにおいて、その間を通る軸４００に対して線対称と
なっている。この軸４００は一般に顔の中心を縦に２分
する線と概略一致する。

【００５９】こうすることにより、右目で見る右側の液
晶パネル対する見た目の構造と、左目で見る左側の液晶
パネル対する見た目の構造との対称性を得ることができ
る。見た、液晶パネルの配置を対称軸３００に対して対
称にすることができる。

【００６０】これは、構造上のバランスを確保する上で
重要なものとなる。特にヘッドマウントディスプレイに
おいては、液晶パネルの位置が目に近いものとなるの
で、この点は重要なものとなる。

【００６１】図５に表示装置１０３の内部のブロック図
の一例を示した。表示装置１０３は、液晶コントローラ
５０１Ｌ、５０１Ｒ、およびタイミング発生回路５０３
等を有している。

【００６２】タイミング発生回路５０３では、表示する
タイミングを調節するためのクロック信号等の同期信号
を形成している。本実施例においては外部装置（制御装
置等）により、左右の液晶パネル４１３および４１４に
対応した信号形成するために、信号を２つに分離する処
理を行っている。液晶コントローラ５０１Ｌ、５０１Ｒ
は、主に、外部からの信号（制御装置（コンピュータ
等））、画像を記憶した記憶装置（光磁気記憶媒体や磁
気記憶媒体等）、ＴＶチューナー等からの映像情報信号
５０４）を、左右の液晶パネル４１３および４１４が表
示可能な信号に変換する処理を行うものである。但し、
この表示装置本体１０３内での信号の処理の順序を、回
路設計により適宜変更することが可能であることはいう
までもない。

【００６３】また、液晶コントローラ５０１Ｌ、５０１
Ｒ、およびタイミング発生回路５０３は、液晶パネルの
周辺回路として同一基板上に形成すると、さらなる軽量
化および集積化が図れる。

【００６４】また、表示装置１０３に、外界の様子の情
報を遮断する機能や、周囲の景色に重ねて仮想画面を表
示する機能を備えた構成としてもよい。情報処理操作
中、外界の様子を遮断する場合は、使用者は、仮想表示
画面に集中できる。また、周囲の環境から切り離される
のでリラックスできる。勿論、前記両方の機能を備え、
それらの切替えを使用者が自由に決定する切替え装置を
設ける構成とすることが望ましい。また、入力される映
像信号によって、自動的に切替えをする機能を表示装置
に設ける構成としてもよい。

【００６５】本実施例の画像の表示方法としては、２Ｄ
（平面画像）を表示するため、右目用の映像信号５０２
Ｒと左目用の映像信号５０２Ｌとは同じである。

【００６６】また、本発明の表示装置１０３に用いられ
る液晶パネル（右目用の液晶パネル４１４、左目用の液
晶パネル４１３）は、画素ＴＦＴの線順次走査を行い、
その画素数は、今後のＡＴＶ（ＡｄｏｖａｎｃｅｄＴ
Ｖ）に対応できる程莫大である。よって、ＸＧＡ以上の
もの、例えば、横１９２０×縦１２８０のような高解像
度を有している。しかし、本発明の情報処理装置に用い
られる表示装置の解像度は、これに限定されるわけでは
ない。

【００６７】また、本発明の表示装置１０３は、液晶パ
ネル４１３および４１４と目との距離が数ｃｍ程度と小
さくとも、人間の目に視認できない周波数域（約６０Ｈ
ｚ以上）で１フレーム（１画面）毎に、全ての画素の印
加電圧の正負の極性を反転させるフレーム反転駆動で駆
動させている。本実施例においては、周波数６０Ｈｚ
で、１フレーム（１画面）毎に、全ての画素の印加電圧
の正負の極性を反転させた。また、ソース線毎に画素の
印加電圧の正負の極性を反転させるソースライン反転駆
動で駆動させてもよい。

【００６８】ここで、本実施例の情報処理装置に用いら
れる液晶パネルの作製方法の一例を以下に述べる。但
し、以下に述べる液晶パネルの作製方法は、一例にすぎ
ず、本実施例の情報処理装置に用いられる液晶パネルの
作製方法は、これに限定されるわけではない。

【００６９】本実施例では、１枚のガラス基板または石
英基板上にアクティブマトリクス領域と周辺回路とを集
積化して、さらに液晶パネルを作製する作製工程の１例
を図１３に示す。

【００７０】まず図１３（Ａ）に示すように絶縁性基板
１３０１上に下地膜として、酸化珪素膜１３０２を３０
００・の厚さにスパッタリング法によって成膜する。

【００７１】次に図示しない非晶質珪素膜を減圧熱ＣＶ
Ｄ法により、４００・の厚さに成膜する。さらにこの非
晶質珪素膜を結晶化させて、連続粒界結晶シリコン（Ｃ
ＧＳ）と呼ばれる結晶シリコン膜を得る。ＣＧＳの作製
方法については、後述することにする。そしてこの結晶
シリコン膜をパターニングすることにより、図１３
（Ａ）の１３０３、１３０４、１３０５で示される島状
半導体層を形成する。

【００７２】この島状半導体層が、薄膜トランジスタの
活性層となる。ここで、１３０３は周辺駆動回路のＣＭ
ＯＳ回路を構成するＮＭＯＳ（Ｎチャネル型の薄膜ＭＯ
Ｓトランジスタ）の活性層となる。

【００７３】また、１３０４は周辺駆動回路のＣＭＯＳ
回路を構成するＰＭＯＳ（Ｐチャネル型の薄膜ＭＯＳト
ランジスタ）の活性層となる。

【００７４】また、１３０５は画素に配置されるＮＭＯ
Ｓ（Ｎチャネル型の薄膜ＭＯＳトランジスタ）の活性層
となる。

【００７５】このようにして図１３（Ａ）に示す状態を
得る。アルミニウムでなるゲイト電極のパターンを形成
する。

【００７６】ここでは、まずスカンジウムを０．１８重
量パーセント含有させたアルミニウム膜をスパッタリン
グ法により、４０００・の厚さに成膜する。ここで、ス
カンジウムを含有させるのは、後の工程においてアルミ
ニウムの異常成長によりヒロックやウィスカーといった
突起物が形成されることを抑制するためである。

【００７７】アルミニウム膜を成膜したら、その表面に
緻密な膜質を有する図示しない陽極酸化膜を１００・程
度の厚さに成膜する。

【００７８】ここでは、電解溶液として３％の酒石酸を
含んだエチレングルコール溶液をアンモニア水で中和し
たものを用いる。そして、この電解溶液中において、白
金を陰極、アルミニウムを陽極として、両電極間に電流
を流すことにより、アルミニウム膜の表面に陽極酸化膜
を形成することができる。

【００７９】この陽極酸化膜は、緻密な強固な膜質を有
し、後に形成されるレジストマスクとアルミニウム膜と
の密着性を高める機能を有している。この陽極酸化膜の
膜厚は、印加電圧によって概略制御することができる。

【００８０】図示しない陽極酸化膜を形成した図示しな
いアルミニウム膜を得たら、その表面にレジストマスク
を形成し、そのマスクを利用してパターニングを行な
う。こうして、図１３（Ｂ）の１３０７、１３０８、１
３０９で示されるゲイト電極パターンを得る。

【００８１】１３０７、１３０８、１３０９で示される
ゲイト電極パターンを得たら、再度の陽極酸化膜を形成
する。この陽極酸化膜の形成も電解溶液として３％の酒
石酸を含んだエチレングルコール溶液をアンモニア水で
中和したものを用いて行なう。

【００８２】ここでは、この陽極酸化膜１３１０、１３
１１、１３１２の膜厚を１０００・とする。この陽極酸
化膜は、アルミニウムでなるゲイト電極の表面を電気
的、及び物理的に保護する機能を有している。

【００８３】次にゲイト電極とその表面の陽極酸化膜を
マスクとして導電型を付与する不純物のドーピングを行
なう。この工程では、選択的にレジストマスクを配置し
て、Ｐ（リン）及びＢ（ボロン）のドーピングをプラズ
マドーピング法により交互に選択的に行ない、Ｎ型領域
１３１３、１３１６、１３２１、１３２４を形成する。
また、Ｐ型領域１３１７、１３２０を形成する。なお、
１３１４、１３１８、１３２２は、それぞれ低濃度不純
物領域となる。

【００８４】ドーピングの終了後、レーザー光の照射を
行なうことにより、ドーピングされた不純物の活性化と
ドーピング時における損傷のアニールとを行なう。

【００８５】ここで、１３１３はＮＭＯＳのソース領
域、１３１６がＮＭＯＳのドレイン領域、１３１７がＰ
ＭＯＳのドレイン領域、１３２０がＰＭＯＳのソース領
域となる。また１３２１がＮＭＯＳのドレイン領域、１
３２４がＮＭＯＳのソース領域となる。また、１３１
５、１３１９、１３２３が各薄膜トランジスタのチャネ
ル形成領域となる。

【００８６】こうして、図１３（Ｂ）に示す状態を得
る。そして、層間絶縁膜を構成する窒化珪素膜１３２５
を２０００・の厚さにプラズマＣＶＤ法でもって成膜す
る（図１３（Ｃ））。

【００８７】こうして図１３（Ｃ）に示す状態を得る。
そして、コンタクトホールの形成を行い、チタン膜とア
ルミニウム膜とチタン膜との積層膜でなる電極１３２６
〜１３３０を形成する。

【００８８】ここで、チタン膜の厚さは１０００・、ア
ルミニウム膜の膜厚は２０００・とする。また各膜は、
スパッタ法で成膜する。

【００８９】この状態で周辺駆動回路を構成するＣＭＯ
Ｓ回路が形成される。

【００９０】さらに、第１の層間絶縁膜を構成するポリ
イミド樹脂でなる膜１３３１をスピンコート法を用いて
成膜する。ポリイミド樹脂の他には、ポリアミド、ポリ
イミドアミド等を利用することができる。ここで、樹脂
材料を層間絶縁膜に利用するのは、その表面を平坦にで
きるからである。

【００９１】こうして図１３（Ｃ）に示す状態を得る。
次に、チタンからなるブラックマトリクスを形成する。

【００９２】次にポリイミド樹脂でなる第２の層間絶縁
膜１３３３を成膜する。そして、コンタクトホールの形
成を行いＩＴＯでなる画素電極１３３４を形成する。

【００９３】こうして図１３（Ｄ）に示す状態を得る。
図１３（Ｄ）に示す状態を得たら、３５０℃の水素雰囲
気中において加熱処理を１時間行う。こうしてＴＦＴを
作製する。

【００９４】本実施例では、アルミニウムによってゲイ
ト電極を作製したが、シリコンをゲイト電極に用いるこ
とも可能である。

【００９５】なお、本実施例においては、トップゲイト
型ＴＦＴの例を示したが、ボトムゲイト型ＴＦＴを用い
た構成としてもよい。図１４にボトムゲイト型ＴＦＴの
構造の一例を示す。１４０１は基板、１４０２は下地
膜、１４０３はゲイト電極、１４０４はゲイト絶縁膜、
１４０５はソース領域、１４０６はドレイン領域、１４
０７はＬＤＤ領域、１４０８はチャネル形成領域、１４
０９はチャネル保護膜、１４１０は層間絶縁膜、１４１
１はソース電極、１４１２はドレイン電極である。

【００９６】ＴＦＴの構造をボトムゲイト型とする場合
は、同様に、チャネル形成領域１４０８をＣＧＳと呼ば
れる連続粒界結晶シリコン膜を用いて構成する。

【００９７】次に図１５を参照する。ＣＧＳでもって形
成された複数のＴＦＴは、基板上に画素マトリクス回路
１５０３、およびゲイト側駆動回路１５０４、ソース側
駆動回路７０５ならびにロジック回路７０６（これらを
まとめて周辺回路と呼ぶ）を構成する。その様なアクテ
ィブマトリクス基板に対して対向基板１５０７が貼り合
わされる。アクティブマトリクス基板と対向基板１５０
７との間には液晶層（図示せず）が挟持される。

【００９８】また、図１５に示す構成では、アクティブ
マトリクス基板の側面と対向基板の側面とをある一辺を
除いて全て揃えることが望ましい。こうすることで大版
基板からの多面取り数を効率良く増やすことができる。
また、前述の一辺では、対向基板の一部を除去してアク
ティブマトリクス基板の一部を露出させ、そこにＦＰＣ
（フレキシブル・プリント・サーキット）１５０８を取
り付ける。ここには必要に応じてＩＣチップ（単結晶シ
リコン上に形成されたMOSFETで構成される半導体回路）
を搭載しても構わない。

【００９９】ＣＧＳを活性層としたＴＦＴは極めて高い
動作速度を有しているため、数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚの高
周波数で駆動する信号処理回路を画素マトリクス回路と
同一の基板上に一体形成することが可能である。即ち、
図１５に示す液晶パネルはシステム・オン・パネルを具
現化したものである。

【０１００】なお、本発明は、駆動回路一体型の液晶表
示装置にのみ適用されるものではなく、駆動回路が液晶
パネルと異なる基板に形成されたいわゆる外付け型の表
示装置に適用することも可能である。

【０１０１】なお、本実施例では本願発明を液晶表示装
置に適用した場合について記載しているが、アクティブ
マトリクス型ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装
置などを構成することも可能である。また、光電変換層
を具備したイメージセンサ等を同一基板上に形成するこ
とも可能である。

【０１０２】〔ＣＧＳの作製方法およびその構造〕

【０１０３】ここで、本明細書で用いている、「連続粒
界結晶シリコン（Continuous GrainSilicon：ＣＧ
Ｓ）」の作製方法およびその構造を図８〜１０を用い
て、以下に説明する。

【０１０４】〔ＣＧＳの作製工程〕

【０１０５】まず、絶縁性基板上に非晶質半導体薄膜を
減圧熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法またはスパッタ法に
より形成する。

【０１０６】なお、非晶質半導体薄膜としては代表的に
は非晶質珪素膜を用いれば良い。この他、半導体薄膜と
してSiＸ Ge１−Ｘ（0<X<1)で示される珪素とゲルマニ
ウムの化合物を利用することも可能である。非晶質半導
体薄膜の膜厚は25〜100nm （好ましくは30〜60nm）とす
る。

【０１０７】なお、成膜中に混入する炭素、酸素、窒素
等の不純物は後の結晶化を阻害する恐れがあるので徹底
的に低減することが好ましい。具体的には炭素及び窒素
の濃度はいずれも 5×10１８atoms/cm３未満（代表的に
は 5×10１７atoms/cm３以下）とし、酸素の濃度は 1.5
×10１９atoms/cm３未満（代表的には 1×10１８atoms/
cm３以下）とするこのが望ましい。成膜時に上記濃度と
しておけば、完成したＴＦＴにおける上記不純物の濃度
も上述の範囲に収まる。

【０１０８】なお、成膜時にＴＦＴのしきい値電圧（Ｖ
th）を制御するための不純物元素（１３族元素、代表的
にはボロン又は１５族元素、代表的にはリン）を添加す
ることは有効である。添加量は上記Ｖth制御用不純物を
添加しない場合のＶthを鑑みて決定する必要がある。

【０１０９】次に、非晶質半導体薄膜の結晶化工程を行
う。結晶化の手段としては本発明者らによる特開平7-13
0652号公報記載の技術を用いる。同公報の実施例１およ
び実施例２のどちらの手段でも良いが、本願発明では実
施例２に記載した技術内容（特開平8-78329 号公報に詳
しい）を利用するのが好ましい。

【０１１０】特開平8-78329 号公報記載の技術は、まず
触媒元素の添加領域を選択するマスク絶縁膜を形成す
る。そして、非晶質半導体薄膜の結晶化を助長する触媒
元素を含有した溶液をスピンコート法により塗布し、触
媒元素含有層を形成する。

【０１１１】なお、触媒元素としてはニッケル（Ｎ
ｉ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、パラジウム（Ｐ
ｄ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、ゲルマ
ニウム（Ｇｅ）、鉛（Ｐｂ）から選ばれた一種または複
数種の元素を用いることができる。特に、珪素との格子
の整合性に優れたニッケルを用いることが好ましい。

【０１１２】また、上記触媒元素の添加工程はスピンコ
ート法に限らず、マスクを利用したイオン注入法または
プラズマドーピング法を用いることもできる。この場
合、添加領域の占有面積の低減、横成長領域の成長距離
の制御が容易となるので、微細化した回路を構成する際
に有効な技術となる。

【０１１３】次に、触媒元素の添加工程が終了したら、
500 ℃２時間程度の水素出しの後、不活性雰囲気、水素
雰囲気または酸素雰囲気中において 500〜700 ℃（代表
的には 550〜650 ℃、好ましくは570 ℃）の温度で 4〜
24時間の加熱処理を加えて非晶質半導体薄膜の結晶化を
行う。

【０１１４】この時、非晶質半導体薄膜の結晶化は触媒
元素を添加した領域で発生した核から優先的に進行し、
基板の基板面に対してほぼ平行に成長した結晶領域が形
成される。本発明者らはこの結晶領域を横成長領域と呼
んでいる。横成長領域は比較的揃った状態で個々の結晶
が集合しているため、全体的な結晶性に優れるという利
点がある。

【０１１５】結晶化のための加熱処理が終了したら、マ
スク絶縁膜を除去した後、触媒元素を除去するための加
熱処理（触媒元素のゲッタリング工程）を行う。この加
熱処理は処理雰囲気中にハロゲン元素を含ませ、ハロゲ
ン元素による金属元素のゲッタリング効果を利用するも
のである。

【０１１６】なお、ハロゲン元素によるゲッタリング効
果を十分に得るためには、上記加熱処理を700 ℃を超え
る温度で行なうことが好ましい。この温度以下では処理
雰囲気中のハロゲン化合物の分解が困難となり、ゲッタ
リング効果が得られなくなる恐れがある。そのため加熱
処理温度を好ましくは800 〜1000℃（代表的には950
℃）とし、処理時間は 0.1〜 6hr、代表的には 0.5〜 1
hrとする。

【０１１７】代表的には酸素雰囲気に対して塩化水素
（ＨＣｌ）を0.5 〜10体積％（好ましくは３体積％）の
濃度で含有させ、950 ℃、30分の加熱処理を行えば良
い。ＨＣｌ濃度を上記濃度以上とすると、横成長領域の
表面に膜厚程度の凹凸が生じてしまうため好ましくな
い。

【０１１８】また、ハロゲン元素を含む化合物してはＨ
Ｃｌガス以外にもＨＦ、ＮＦ３、ＨＢｒ、Ｃｌ２、Ｃｌ
Ｆ３、ＢＣｌ３、Ｆ２、Ｂｒ２等のハロゲン元素を含む
化合物から選ばれた一種または複数種のものを用いるこ
とが出来る。

【０１１９】この工程においては横成長領域中の触媒元
素が塩素の作用によりゲッタリングされ、揮発性の塩化
物となって大気中へ離脱して除去される。そして、この
工程後の横成長領域中における触媒元素の濃度は 5×10
１７atoms/cm３以下（代表的には 2×10１７atoms/cm３
以下）にまで低減される。

【０１２０】こうして得られた横成長領域は棒状または
偏平棒状結晶の集合体からなる特異な結晶構造を示す。
以下にその特徴について示す。

【０１２１】〔横成長領域の結晶構造に関する知見〕

【０１２２】上記作製工程に従って形成した横成長領域
は、微視的に見れば複数の棒状（または偏平棒状）結晶
が互いに概略平行に特定方向への規則性をもって並んだ
結晶構造を有する。このことはＴＥＭ（透過型電子顕微
鏡法）による観察で容易に確認することができる。

【０１２３】また、本発明者らは上述した作製方法によ
って得られた半導体薄膜の結晶粒界をＨＲ−ＴＥＭ（高
分解能透過型電子顕微鏡法）で詳細に観察した（図１
６）。ただし、本明細書中において結晶粒界とは、断り
がない限り異なる棒状結晶同士が接した境界に形成され
る粒界を指すものと定義する。従って、例えば別々の横
成長領域がぶつかりあって形成される様なマクロな意味
あいでの粒界とは区別して考える。

【０１２４】ところで前述のＨＲ−ＴＥＭ（高分解能透
過型電子顕微鏡法）とは、試料に対して垂直に電子線を
照射し、透過電子や弾性散乱電子の干渉を利用して原子
・分子配列を評価する手法である。同手法を用いること
で結晶格子の配列状態を格子縞として観察することが可
能である。従って、結晶粒界を観察することで、結晶粒
界における原子同士の結合状態を推測することができ
る。

【０１２５】本発明者らが得たＴＥＭ写真（図１６）で
は異なる二つの結晶粒（棒状結晶粒）が結晶粒界で接し
た状態が明瞭に観察された。また、この時、二つの結晶
粒は結晶軸に多少のずれが含まれているものの概略｛１
１０｝配向であることが電子線回折により確認されてい
る。

【０１２６】ところで、前述の様なＴＥＭ写真による格
子縞観察では｛１１０｝面内に｛１１１｝面に対応する
格子縞が観察された。なお、｛１１１｝面に対応する格
子縞とは、その格子縞に沿って結晶粒を切断した場合に
断面に｛１１１｝面が現れる様な格子縞を指している。
格子縞がどの様な面に対応するかは、簡易的には格子縞
間の距離により確認できる。

【０１２７】この時、本発明者らは上述した作製方法に
よって得られた半導体薄膜のＴＥＭ写真を詳細に観察し
た結果、非常に興味深い知見を得た。写真に見える異な
る二つの結晶粒ではどちらにも｛１１１｝面に対応する
格子縞が見えていた。そして、互いの格子縞が明らかに
平行に走っているのが観察されたのである。

【０１２８】さらに、結晶粒界の存在と関係なく、結晶
粒界を横切る様にして異なる二つの結晶粒の格子縞が繋
がっていた。即ち、結晶粒界を横切る様にして観測され
る格子縞の殆どが、異なる結晶粒の格子縞であるにも拘
らず直線的に連続していることが確認できた。これは任
意の結晶粒界で同様であった。

【０１２９】この様な結晶構造（正確には結晶粒界の構
造）は、結晶粒界において異なる二つの結晶粒が極めて
整合性よく接合していることを示している。即ち、結晶
粒界において結晶格子が連続的に連なり、結晶欠陥等に
起因するトラップ準位を非常に作りにくい構成となって
いる。換言すれば、結晶粒界において結晶格子に連続性
があるとも言える。

【０１３０】なお、図１７に、本発明者らはリファレン
スとして従来の多結晶珪素膜（いわゆる高温ポリシリコ
ン膜）についても電子線回折およびＨＲ−ＴＥＭ観察に
よる解析を行った。その結果、異なる二つの結晶粒にお
いて互いの格子縞は全くバラバラに走っており、結晶粒
界で整合性よく連続する様な接合は殆どなかった。即
ち、結晶粒界では格子縞が途切れた部分が多く、結晶欠
陥が多いことが判明した。

【０１３１】本発明者らは、本願発明の情報処理装置の
液晶パネルに利用する半導体薄膜の様に格子縞が整合性
良く対応した場合の原子の結合状態を整合結合と呼び、
その時の結合手を整合結合手と呼ぶ。また、逆に従来の
多結晶珪素膜に多く見られる様に格子縞が整合性良く対
応しない場合の原子の結合状態を不整合結合と呼び、そ
の時の結合手を不整合結合手（又は不対結合手）と呼
ぶ。

【０１３２】本願発明で利用する半導体薄膜は結晶粒界
における整合性が極めて優れているため、上述の不整合
結合手が極めて少ない。本発明者らが任意の複数の結晶
粒界について調べた結果、全体の結合手に対する不整合
結合手の存在割合は10％以下（好ましくは５％以下、さ
らに好ましくは３％以下）であった。即ち、全体の結合
手の90％以上（好ましくは95％以上、さらに好ましくは
97％以上）が整合結合手によって構成されているのであ
る。

【０１３３】また、前述の工程に従って作製した横成長
領域を電子線回折で観察した結果を図１８（ａ）に示
す。なお、図１８（ｂ）は比較のために観察した従来の
ポリシリコン膜（高温ポリシリコン膜と呼ばれるもの）
の電子線回折パターンである。

【０１３４】図１８（ａ）、（ｂ）に示す電子線回折パ
ターンは電子線の照射エリアの径が4.25μｍであり、十
分に広い領域の情報を拾っている。ここで示している写
真は任意の複数箇所を調べた結果の代表的な回折パター
ンである。

【０１３５】図１８（ａ）の場合、〈１１０〉入射に対
応する回折スポット（回折斑点）が比較的きれいに現れ
ており、電子線の照射エリア内では殆ど全ての結晶粒が
｛１１０｝配向していることが確認できる。一方、図１
８（ｂ）に示す従来の高温ポリシリコン膜の場合、回折
スポットには明瞭な規則性が見られず、｛１１０｝面以
外の面方位の結晶粒が不規則に混在することが判明し
た。

【０１３６】この様に、結晶粒界を有する半導体薄膜で
ありながら、｛１１０｝配向に特有の規則性を有する電
子線回折パターンを示す点が本願発明で利用する半導体
薄膜の特徴であり、電子線回折パターンを比較すれば従
来の半導体薄膜との違いは明白である。

【０１３７】以上の様に、前述に示した作製工程で作製
された半導体薄膜は従来の半導体薄膜とは全く異なる結
晶構造（正確には結晶粒界の構造）を有する半導体薄膜
であった。本発明者らは本願発明で利用する半導体薄膜
について解析した結果を特願平9-55633 号、同9-165216
号、同9-212428号でも説明している。

【０１３８】また、上述の様な本願発明で利用する半導
体薄膜の結晶粒界は、90％以上が整合結合手によって構
成されているため、キャリアの移動を阻害する障壁（バ
リア）としては機能は殆どない。即ち、本願発明で利用
する半導体薄膜は実質的に結晶粒界が存在しないとも言
える。

【０１３９】従来の半導体薄膜では結晶粒界がキャリア
の移動を妨げる障壁として機能していたのだが、本願発
明で利用する半導体薄膜ではその様な結晶粒界が実質的
に存在しないので高いキャリア移動度が実現される。そ
のため、本願発明で利用する半導体薄膜を用いて作製し
たＴＦＴの電気特性は非常に優れた値を示す。この事に
ついては以下に示す。

【０１４０】〔ＴＦＴの電気特性に関する知見〕

【０１４１】本願発明で利用する半導体薄膜は実質的に
単結晶と見なせる（実質的に結晶粒界が存在しない）た
め、それを活性層とするＴＦＴは単結晶シリコンを用い
たＭＯＳＦＥＴに匹敵する電気特性を示す。本発明者ら
が試作したＴＦＴからは次に示す様なデータが得られて
いる。

【０１４２】（１）ＴＦＴのスイッチング性能（オン／
オフ動作の切り換えの俊敏性）の指標となるサブスレッ
ショルド係数が、Ｎチャネル型ＴＦＴおよびＰチャネル
型ＴＦＴともに60〜100mV/decade（代表的には60〜85mV
/decade ）と小さい。（２）ＴＦＴの動作速度の指標となる電界効果移動度
（μＦＥ）が、Ｎチャネル型ＴＦＴで200 〜650cm ２
/Vs （代表的には250 〜300cm ２ /Vs ）、Ｐチャネル
型ＴＦＴで100 〜300cm ２ /Vs （代表的には150 〜20
0cm ２ /Vs ）と大きい。（３）ＴＦＴの駆動電圧の指標となるしきい値電圧（Ｖ
ｔｈ）が、Ｎチャネル型ＴＦＴで-0.5〜1.5 Ｖ、Ｐチャ
ネル型ＴＦＴで-1.5〜0.5 Ｖと小さい。

【０１４３】以上の様に、極めて優れたスイッチング特
性および高速動作特性が実現可能であることが確認され
ている。

【０１４４】なお、ＣＧＳを形成するにあたって前述し
た結晶化温度以上の温度（７００〜１１００℃）でのア
ニール工程は、結晶粒内の欠陥低減に関して重要な役割
を果たしている。そのことについて以下に説明する。

【０１４５】図１９（ａ）は、前述の結晶化工程までを
終了した時点での結晶シリコン膜を２５万倍に拡大した
ＴＥＭ写真であり、結晶粒内（黒い部分と白い部分はコ
ントラストの差に起因して現れる）に矢印で示されるよ
うなジグザグ上に見える欠陥が確認される。

【０１４６】このような欠陥としては主としてシリコン
結晶格子面の原子の積み重ね順序が食い違っている積層
欠陥であるが、転位などの場合もある。図１９（ａ）は
｛１１１｝面に平行な欠陥面を有する積層欠陥と思われ
る。そのことは、ジグザグ状に見える欠陥が約７０°の
角度をなして折れ曲がっていることからも確認できる。

【０１４７】一方、図１９（ｂ）に示すように、同倍率
で見た本発明に用いた結晶シリコン膜は、結晶粒内には
ほとんど積層欠陥や転位などに起因する欠陥が見られ
ず、非常に結晶性が高いことが確認できる。この傾向は
膜面全体について言えることであり、欠陥数をゼロにす
ることは現状では困難であるものの、実質的にはゼロと
見なせる程度にまで低減することができる。

【０１４８】即ち、本発明の情報処理装置の液晶パネル
に用いた結晶シリコン膜は、結晶粒内の欠陥がほとんど
無視し得る程度にまで低減され、且つ、結晶粒界が高い
連続性によってキャリア移動の障壁になりえないため、
単結晶または実質的に単結晶と見なせる。

【０１４９】このように図１９（ａ）と（ｂ）との写真
が示した結晶シリコン膜はどちらも結晶粒界にほぼ同等
の連続性を有しているが、結晶粒内の欠陥数には大きな
差がある。図１９（ｂ）に示した結晶シリコン膜が図１
９（Ａ）に示した結晶シリコン膜よりも遥かに高い電気
特性を示す理由はこの欠陥数の差による所が大きい。

【０１５０】以上のことから、ＣＧＳを作製するにあた
って、触媒元素のゲッタリングプロセスは必要不可欠な
工程であることが判る。本発明者らは、この工程によっ
て起こる現象について次のようなモデルを考えている。

【０１５１】まず、図１９（ａ）に示す状態では結晶粒
内の欠陥（主として積層欠陥）には触媒元素（代表的に
はニッケル）が偏析している。即ち、Si-Ni-Siといった
形の結合が多数存在していると考えられる。

【０１５２】しかしながら、触媒元素のゲッタリングプ
ロセスを行うことで欠陥に存在するNiが除去されるとSi
-Ni 結合は切れる。そのため、シリコンの余った結合手
は、すぐにSi-Si 結合を形成して安定する。こうして欠
陥が消滅する。

【０１５３】勿論、高い温度での熱アニールによって結
晶シリコン膜中の欠陥が消滅することは知られている
が、ニッケルとの結合が切れて、未結合手が多く発生す
るためのシリコンの再結合がスムーズに行われると推測
できる。

【０１５４】また、本発明者らは結晶化温度以上の温度
（７００〜１１００℃）で加熱処理を行うことで結晶シ
リコン膜とその下地との間が固着し、密着性が高まるこ
とで欠陥が消滅するというモデルも考えている。

【０１５５】こうして得られた結晶シリコン膜（図１９
（ｂ））は、単に結晶化をおこなっただけの結晶シリコ
ン膜（図１９（ａ）と比較して格段に結晶粒内の欠陥数
が少ないという特徴を有している。この欠陥数の差は電
子スピン共鳴分析（ElectronSpin Resonance ：ＥＳ
Ｒ）によってスピン密度の差となって現れる。現状では
本発明に用いた結晶シリコン膜のスピン密度は少なくと
も１×１０１８個／ｃｍ３以下（代表的には５×１０１
７個／ｃｍ３以下）である。

【０１５６】以上のような結晶構造および特徴を有する
本発明に用いた結晶シリコン膜を、連続粒界結晶シリコ
ン（Continuous Grain Silicon：ＣＧＳ）と呼んでい
る。

【０１５７】（実施例２）

【０１５８】本実施例においては、表示装置（ヘッドマ
ウントディスプレイ）を利用し、３Ｄ（立体画像）映像
を仮想表示させた例を示す。本実施例を再度図５を用い
て説明する。表示装置の液晶パネルとしては、画素ＴＦ
Ｔの線順次走査を行い、人間の目に視認できない周波数
域（約３０Ｈｚ〜１８０Ｈｚ）で交流化駆動している液
晶パネルであれば特に限定されない。

【０１５９】３Ｄ（立体画像）映像は、２つの異なる画
像情報、即ち、右目用の映像信号５０２Ｒと左目用の映
像信号５０２Ｌとを用意する。本実施例では、外部装置
（制御装置、記憶装置等）で、２つの異なる映像信号を
形成し、それぞれ右目用の液晶パネル４１４と左目の液
晶パネル４１３に入力する構成として、表示装置の簡略
化を図った。

【０１６０】また、立体映像を撮像するために、２つの
撮像装置で２つの映像信号５０２Ｒおよび５０２Ｌを得
た場合は、直接得られた映像情報を用いることができ
る。

【０１６１】上記２つの異なる映像信号５０２Ｒまたは
５０２Ｌを液晶コントローラ５０１Ｒまたは５０１Ｌに
それぞれ入力し、それぞれ右目用の液晶パネルと左目用
の液晶パネルに入力する信号を形成すことによって３Ｄ
（立体画像）映像が得られる。即ち、液晶コントローラ
５０１Ｒまたは５０１Ｌでは、液晶パネルに表示される
画像が３Ｄ（立体画像）映像として人間の目に認識され
る信号に映像情報信号５５０２Ｒまたは５０２Ｌを変換
している。但し、この表示装置本体１０３内での信号の
処理の順序を、回路設計により適宜変更することが可能
であることはいうまでもない。

【０１６２】加えて、表示装置本体１０３に切替えスイ
ッチ等を備え、２Ｄ（平面画像）も表示することが可能
な構成とすることが好ましい。

【０１６３】なお、本実施例の情報処理装置に用いられ
る表示装置の液晶パネルも上記実施例１で説明した作製
方法によって得ることができる。

【０１６４】（実施例３）

【０１６５】本実施例では、本発明の別の実施形態につ
いて説明する。図６を参照する。図６には、本実施例の
情報処理装置の概略図が示されている。

【０１６６】図６に示すように、本実施例の情報処理装
置は、入力端末装置６０１、制御装置６０２（コンピュ
ーター等）、送信機６０３、および表示装置（ＨＭＤ）
６０５等によって構成されている。６０７は使用者６０
０が実際に観察する仮想表示画面である。制御装置６０
２は、送信機６０３と電気的に接続をされており、送信
機６０３は制御装置６０２からの映像信号や情報信号等
をアンテナ６０４から電波として出力する。出力された
電波は、表示装置６０５のアンテナ６０６から取りこま
れ、表示装置６０５に映像信号や情報信号を供給する。
なお、図示していないが、表示装置６０５の中には、受
信機が組み込まれている。また、表示装置の内部構造に
ついては、実施例１と同様である。

【０１６７】本実施例の情報処理装置によると、表示装
置６０５と制御装置とがコードレスで情報の送受信を行
っているので、煩雑な配線をなくすことができる。

【０１６８】なお、本実施例の情報処理装置に用いられ
る表示装置の液晶パネルも上記実施例１で説明した作製
方法によって得ることができる。

【０１６９】（実施例４）

【０１７０】本実施例では、本発明の別の実施形態につ
いて説明する。図７を参照する。図７には、本実施例の
情報処理装置の概略図が示されている。

【０１７１】図７に示すように、本実施例の情報処理装
置は、入力端末装置７０１、制御装置７０２（コンピュ
ーター等）、ＣＣＤカメラ７０３、送信機７０４、およ
び表示装置（ＨＭＤ）７０６等によって構成されてい
る。なお、本実施例では、ＣＣＤカメラは一台しか図示
されていないが、複数台設置されていも良い。なお、Ｃ
ＣＤカメラ７０３は、撮像装置であればＣＣＤカメラに
限定されるわけではない。

【０１７２】７０８は使用者７００が実際に観察する仮
想表示画面である。制御装置７０２は、送信機７０４と
電気的に接続されており、送信機７０４は制御装置７０
２からの映像信号や情報信号等をアンテナ７０５から電
波として出力する。出力された電波は、表示装置７０６
のアンテナ７０７から取りこまれ、表示装置７０６に映
像信号や情報信号を供給する。なお、図示していない
が、表示装置７０６の中には、受信機が組み込まれてい
る。また、表示装置の内部構造については、実施例１と
同様である。

【０１７３】ＣＣＤカメラ７０３は、キーボードや作業
デスク周辺の映像を取り込み、電気信号に変換し、制御
装置７０２に情報を供給する。制御装置７０２は、ＣＣ
Ｄカメラ７０３からの情報を画像処理し、他の情報とと
もに送信機７０４から表示装置７０６に情報を供給す
る。本実施例では、上記実施例３と同様、表示装置６０
５と制御装置とがコードレスで情報の送受信を行ってい
る。

【０１７４】次に、図８を参照する。図８には、仮想表
示画面８０１が示されている。貸そう表示画面８０１
は、複数の情報を一度に表示することができる。図８に
おいては、複数のウィンドウ８０２〜８０４が示されて
いる。ウィンドウ８０２にはワードプロセッサ画面が、
ウィンドウ８０３にはＣＣＤカメラ７０３から取り込ん
だキーボードの映像が、またウィンドウ８０４にはＣＣ
Ｄカメラ７０３から取りこまれた参考文献等の映像が表
示されている。

【０１７５】ウィンドウ８０３に表示されるキーボード
の映像は、ＣＣＤカメラ７０３から取り込んだ映像を画
像処理することなしに表示するようにしても良いし、何
らかの画像処理を行うことによって鮮明な画像を供給す
る様にしても良い。また、ＣＣＤカメラからの情報では
なく、キーボードをタッチセンサーとして情報を得るよ
うにしてもよい。

【０１７６】さらに、ウィンドウ８０３に映し出される
キーボードの映像は、コンピュータグラフィックによっ
て描かれたものでも良い。この場合は、ＣＣＤカメラ７
０３から取り込んだ使用者の手の映像を画像処理し、使
用者の手をコンピュータグラフィックで描くことも可能
である。

【０１７７】また、ウィンドウ８０４に表示される参考
文献の映像は、ＣＣＤカメラ７０３から取り込んだ映像
を画像処理することなしに表示するようにしても良い
し、何らかの画像処理を行うことによって鮮明な画像を
供給する様にしても良い。例えば、使用者が文字だけの
認識が必要な場合は、ＣＣＤカメラ７０３から取り込ん
だ映像を画像処理し、文字だけをウィンドウ８０４に表
示することも可能である。

【０１７８】なお、本実施例の情報処理装置に用いられ
る表示装置の液晶パネルも上記実施例１で説明した作製
方法によって得ることができる。

【０１７９】（実施例５）

【０１８０】本実施例では、本発明の別の実施形態につ
いて説明する。図９を参照する。図９には、本実施例の
情報処理装置の概略図が示されている。

【０１８１】図９に示すように、本実施例の情報処理装
置は、入力端末装置９０１、制御装置９０２（コンピュ
ータ等）、ＣＣＤカメラ９０３、送信機９０４、表示装
置（ＨＭＤ）９０６、およびマイク９０８等によって構
成されている。なお、本実施例では、ＣＣＤカメラは一
台しか図示されていないが、複数台設置されていも良
い。

【０１８２】本実施例の情報処理装置においては、使用
者９００の音声をマイク９０８が取り込み、表示装置９
０６にその情報を供給する。表示装置９０６は、表示装
置７０６内部に組み込まれた送信機からを制御装置９０
２に接続された送信機９０４に、その情報を供給する。
制御装置９０２は、使用者の音声を認識し、様々な処理
を実行する。

【０１８３】なお、本実施例の情報処理装置に用いられ
る表示装置の液晶パネルも上記実施例１で説明した作製
方法によって得ることができる。

【０１８４】（実施例６）

【０１８５】本実施例では、本発明の別の実施形態につ
いて説明する。図１０を参照する。図１０には、本実施
例の情報処理装置の概略図が示されている。

【０１８６】図１０に示すように、本実施例の情報処理
装置は、入力端末装置１００１、制御装置１００２（コ
ンピュータ等）、ＣＣＤカメラ１００３、送信機１００
４、表示装置（ＨＭＤ）１００６、受信機１００７、お
よびマイク１００９等によって構成されている。なお、
本実施例では、ＣＣＤカメラは一台しか図示されていな
いが、複数台設置されていも良い。

【０１８７】本実施例の情報処理装置においては、上記
実施例５で説明した情報処理装置の表示装置の内部に組
み込まれていた受信機が、外付けとなっていることが特
徴である。こうすることによって、表示装置の重量を少
し軽量化することができる。

【０１８８】なお、本実施例の情報処理装置に用いられ
る表示装置の液晶パネルも上記実施例１で説明した作製
方法によって得ることができる。

【０１８９】（実施例７）

【０１９０】本実施例では、本発明の別の実施形態につ
いて説明する。図１１を参照する。図１１には、本実施
例の情報処理装置の概略図が示されている。

【０１９１】図１１に示すように、本実施例の情報処理
装置は、表示装置（ＨＭＤ）１１０１、受信機（図示せ
ず）、送信機（図示せず）、アンテナ１１０２、および
マイク１１０３等によって構成されている。なお、１１
０４は使用者が実際に観察する仮想表示画面である。ま
た本実施例では、受信機および送信機は、表示装置１１
０１に組み込まれているが、実施例６のように外付けと
なっていてもよい。

【０１９２】本実施例の情報処理装置は、実施例１で説
明したような周囲の景色に重ねて仮想画面を表示する機
能を備えている。よって、使用者は、本実施例の情報処
理装置を装着したまま出歩くことができる。また、外界
の様子を遮断する場合は、使用者は、仮想表示画面に集
中できる。また、周囲の環境から切り離されるのでリラ
ックスできる。勿論、それらの切替えを使用者が自由に
決定する切替え装置を有している。また、入力される映
像信号によって、自動的に切替えをする機能を表示装置
に設ける構成としてもよい。

【０１９３】図１２を参照する。図１２には、本実施例
による仮想表示画面１１０４が示されている。図１２に
は、使用者が本実施例による情報処理装置を使用しなが
ら出歩いているときに、使用者が実際に観察する様子が
示されている。

【０１９４】使用者が、信号に近づいた時、信号が赤に
なると、道路に設置されているビーコン１２０３からの
情報を表示装置の受信機が取り込み、表示装置の仮想表
示画面１１０４に「赤信号です！！」等の情報を有する
ウィンドウ１２０２が現れる。よって、視力の悪い使用
者も赤信号に素早く気づくことができる。

【０１９５】また、駅に設置されるビーコンからの情報
により、電車の接近情報等を仮想表示画面１１０４にウ
ィンドウとして表示することによって、耳の不自由な使
用者に安全を促すこともできる。

【０１９６】また、日付や時計などのウィンドウ１２０
１は常時現れるようにしても良い。

【０１９７】なお、本実施例の情報処理装置に用いられ
る表示装置の液晶パネルも上記実施例１で説明した作製
方法によって得ることができる。

【０１９８】（実施例８）

【０１９９】上記実施例１〜７では、本発明の情報処理
装置に用いられる表示装置に、液晶パネルを用いた場合
について記載しているが、アクティブマトリクス型ＥＬ
（エレクトロルミネッセンス）表示装置などを用いるこ
とも可能である。また、光電変換層を具備したイメージ
センサ等を同一基板上に形成することも可能である。

【０２００】（実施例９）

【０２０１】上記実施例１〜７の表示装置において、高
解像度を実施する場合には、書き込み期間を短くする必
要がある。本実施例では、上記各実施例で用いられてい
る液晶パネルの液晶材料として、比較的高画質な映像情
報を用いる場合は、実質的にしきい値を持たない反強誘
電性液晶を用いた例を示す。

【０２０２】上記実施例１〜７の表示装置として液晶表
示装置を用いる場合には、ＴＮ液晶以外にも様々な液晶
材料を用いることが可能である。例えば、1998, SID, "
Characteristics and Driving Scheme of Polymer-Stab
ilized Monostable FLCD Exhibiting Fast Response Ti
me and High Contrast Ratio with Gray-Scale Capabil
ity" by H. Furue et al.や、1997, SID DIGEST, 841,
"A Full-Color Thresholdless Antiferroelectric LCD
Exhibiting Wide Viewing Angle with Fast Response
Time" by T. Yoshida et al.、または米国特許第559456
9 号に開示された液晶材料を用いることが可能である。

【０２０３】特に、無しきい値反強誘電性液晶材料や、
強誘電性液晶材料と反強誘電性液晶材料との混合液晶材
料である無しきい値反強誘電性混合液晶の中には、その
駆動電圧が±２．５Ｖ程度のものも見出されている。こ
のような低電圧駆動の無しきい値反強誘電性混合液晶を
用いた場合には、画像信号のサンプリング回路の電源電
圧を５Ｖ〜８Ｖ程度に抑えることが可能となり、比較的
ＬＤＤ領域（低濃度不純物領域）の幅が小さなＴＦＴ
（例えば、０ｎｍ〜５００ｎｍまたは０ｎｍ〜２００ｎ
ｍ）を用いる場合においても有効である。

【０２０４】ここで、無しきい値反強誘電性混合液晶の
印加電圧に対する光透過率の特性を示すグラフを図２１
に示す。なお、液晶表示装置の入射側の偏光板の透過軸
は、液晶表示装置のラビング方向にほぼ一致する無しき
い値反強誘電性混合液晶のスメクティック層の法線方向
とほぼ平行に設定されている。また、出射側の偏光板の
透過軸は、入射側の偏光板の偏光軸に対してほぼ直角
（クロスニコル）に設定されている。このように、無し
きい値反強誘電性混合液晶を用いると、図２１のような
印加電圧−透過率特性を示す階調表示を行うことが可能
であることがわかる。

【０２０５】また、一般に、無しきい値反強誘電性混合
液晶は自発分極が大きく、液晶自体の誘電率が高い。こ
のため、無しきい値反強誘電性混合液晶を液晶表示装置
に用いる場合には、画素に比較的大きな保持容量が必要
となってくる。よって、自発分極が小さな無しきい値反
強誘電性混合液晶を用いるのが好ましい。また、液晶表
示装置の駆動方法を、線順次駆動とすることにより、画
素への階調電圧の書き込み期間（ピクセルフィードピリ
オド）を長くし、保持容量が小くてもそれを補うことも
できる。

【０２０６】なお、無しきい値反強誘電性液晶を用いる
ことによって低電圧駆動が実現されるので、液晶表示装
置の低消費電力が実現される。

【０２０７】従来のＬＣＤで用いられている液晶材料
は、電圧が印加されてからの反応速度（数十ｍｓ〜数百
ｍｓ）が遅く、駆動回路を、例えば結晶シリコン（ＣＧ
Ｓ）を用いて高い周波数帯域で動作可能なＴＦＴより構
成しても、液晶材料がその高速動作に反応できない。

【０２０８】しかしながら、本実施例では、結晶シリコ
ン（ＣＧＳ）を用い、高い周波数帯域で動作可能なＴＦ
Ｔを液晶パネルのスイッチング素子として用い、さら
に、電圧が印加されてからの反応速度が速く、実質的に
しきい値を持たない反強誘電性液晶を用いたことで、チ
ラツキのない高精細、高解像度の表示装置を実現でき
る。

【０２０９】また、液晶パネルの液晶材料に強誘電性液
晶を用い、特殊な配向膜などによって強誘電性液晶のメ
モリ効果を消去させた場合にも対応できる。

【０２１０】（実施例１０）

【０２１１】本実施例は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ
（青）の発光ダイオードをバックライトとして用いて表
示装置本体に内蔵し、カラー映像を得る構成とした場合
の例を示す。この場合のカラー表示としては、例えば、
１画面の書き込み期間（フレーム周波数と呼ぶ）の３倍
の周波数で発光ダイオードのＲ、Ｇ、Ｂの点滅を各色毎
にＲ、Ｇ、Ｂ、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｒ・・・と時系列的に繰り
返せば人間の目にはカラー映像として認識される。本実
施例においては、６０Ｈｚで１画面を書き込み、その３
倍の１８０Ｈｚで発光ダイオードのＲ、Ｇ、Ｂの点滅を
各色毎にＲ、Ｇ、Ｂ、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｒ・・・と時系列的
に繰り返した。この１画面の書き込み期間（フレーム周
波数と呼ぶ）は４５Ｈｚ以上、好ましくは６０Ｈｚ以上
であれば特に限定されない。この場合は、カラーフィル
ターは必要としないため、明るい表示を得ることができ
る。

【０２１２】また、発光ダイオードの代わりに、ＥＬ素
子のような発光素子を用いてバックライトを構成しても
よい。

【０２１３】（実施例１１）

【０２１４】上記実施例１では、触媒元素としてＮｉを
用いて液晶パネルを作製した場合について説明したが、
本実施例では、触媒元素にＧｅ（ゲルマニウム）を用い
て液晶パネルを作製した。

【０２１５】本実施例で作製した液晶パネルは、上記実
施例２〜１０にも適用できることは言うまでもない。

【０２１６】

【発明の効果】

【０２１７】本発明の情報処理装置は、使用者に画像を
提供する手段として、ヘッドマウントディスプレイ（Ｈ
ＭＤ）をもちい、かつヘッドマウントディスプレイが提
供する仮想表示画面に複数の情報を一度に表示させるこ
とができる。このことによって、高精細かつ高解像度の
画像を提供しながら、情報処理装置のコンパクト化が実
現できる。

【０２１８】加えて、従来のＨＭＤでは、解像度が低
く、細かい文字の読み取りが困難であったが、本発明の
情報処理装置に用いられる液晶パネルは、細かい文字も
鮮明に認識することができるため、正確に情報処理操作
を行うことができる。即ち、本明細書に開示するＨＭＤ
は、情報処理装置の表示装置として最適なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の情報処理装置のある実施形態の概略
図である。

【図２】本発明の情報処理装置の仮想表示画面の図で
ある。

【図３】本発明の情報処理装置に用いられるヘッドマ
ウントディスプレイの一例である。

【図４】本発明の情報処理装置に用いられるヘッドマ
ウントディスプレイに組み込まれる液晶パネルの概略図
である。

【図５】本発明の情報処理装置に用いられるヘッドマ
ウントディスプレイに組み込まれる液晶パネルの回路構
成図である。

【図６】本発明の情報処理装置のある実施形態の概略
図である。

【図７】本発明の情報処理装置のある実施形態の概略
図である。

【図８】本発明の情報処理装置の仮想表示画面の図で
ある。

【図９】本発明の情報処理装置のある実施形態の概略
図である。

【図１０】本発明の情報処理装置のある実施形態の概
略図である。

【図１１】本発明の情報処理装置のある実施形態の概
略図である。

【図１２】本発明の情報処理装置の仮想表示画面の図
である。

【図１３】本発明の情報処理装置に用いられるヘッド
マウントディスプレイに組み込まれる液晶パネルの作製
工程例である。

【図１４】本発明の情報処理装置に用いられるヘッド
マウントディスプレイに組み込まれる液晶パネルの構造
の一例である。

【図１５】本発明の情報処理装置に用いられるヘッド
マウントディスプレイに組み込まれる液晶パネルの斜視
図である。

【図１６】ＣＧＳのＴＥＭ写真図である。

【図１７】高温ポリシリコンのＴＥＭ写真図である。

【図１８】ＣＧＳおよび高温ポリシリコンの電子線回
折パターン図である。

【図１９】ＣＧＳおよび高温ポリシリコンのＴＥＭ写
真図である。

【図２０】従来の情報処理装置の概略図である。

【図２１】無しきい値反強誘電性混合液晶の印加電圧
−透過率特性を示すグラフである。

【符号の説明】

１００使用者１０１入出力端末装置１０２制御装置１０３表示装置（ヘッドマウントディスプレイ）１０４仮想表示画面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０４Ｎ 5/64 ５１１Ｈ０４Ｎ 5/64 ５１１Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】右目用および左目用のフラットパネルディ
スプレイを有し、使用者の頭に装着される表示装置と、前記表示装置に接続された制御装置と、前記制御装置に接続された入力操作装置と、を備えた情
報処理装置であって、前記フラットパネルディスプレイは、複数の情報を一度
に表示することができることを特徴とする情報処理装
置。
【請求項２】右目用および左目用のフラットパネルディ
スプレイを有し、使用者の頭に装着される表示装置と、制御装置と、前記制御装置に接続された入力操作装置と、を備えた情
報処理装置であって、前記制御装置は、前記表示装置に電波によって信号を送
信し、前記フラットパネルディスプレイは、複数の情報を一度
に表示することができることを特徴とする情報処理装
置。
【請求項３】右目用および左目用のフラットパネルディ
スプレイを有し、使用者の頭に装着される表示装置と、制御装置と、撮像装置と、前記制御装置に接続された入力操作装置と、を備えた情
報処理装置において、前記制御装置は、前記表示装置に電波によって信号を送
信し、前記撮像装置は、少なくとも前記入出力操作装置および
前記使用者の手の映像を電気信号に変換し、かつ前記電
気信号を前記制御装置に供給し、前記フラットパネルディスプレイには、少なくとも前記
入出力操作装置および前記使用者の手の映像を含む複数
の情報が一度に表示されることを特徴とする情報処理装
置。
【請求項４】前記表示装置のフラットパネルディスプレ
イの画素電極に接続されているＴＦＴのチャネル形成領
域は、絶縁表面上に形成された複数の棒状または偏平棒
状結晶の集合体からなる半導体薄膜で構成されているこ
とを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載の
情報処理装置。
【請求項５】前記チャネル形成領域の面方位は概略｛１
１０｝配向であることを特徴とする請求項４に記載の情
報処理装置。
【請求項６】前記チャネル形成領域の結晶粒界において
９０％以上の結晶格子に連続性があることを特徴とする
請求項４または５に記載の情報処理装置。
【請求項７】前記フラットパネルディスプレイは、３０
Ｈｚ〜１８０Ｈｚで１画面の書き込みを行い、且つ、１
画面毎に画素電極に印加する電圧の極性を反転させて画
面表示を得る表示装置を備えたことを特徴とする請求項
１乃至６のいずれか一つに記載の情報処理装置。
【請求項８】前記フラットパネルディスプレイは、液晶
パネルであり、且つ、前記液晶パネルに用いられる液晶
材料は、実質的にしきい値を持たない反強誘電性液晶ま
たは強誘電性液晶である表示装置を備えたことを特徴と
する請求項１乃至７のいずれか一つに記載の情報処理装
置。
【請求項９】前記フラットパネルディスプレイは、液晶
パネルであり、且つ、前記液晶パネルに用いられる液晶
材料は、しきい値を持たない反強誘電性混合液晶である
表示装置を備えたことを特徴とする請求項１乃至６のい
ずれか一つに記載の情報処理装置。