JP2740886B2 - 電気光学装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アクティブ型表示装
置、特にアクティブ型電気光学装置に関するもので、明
確な階調のレベルを設定できるようにしたものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶組成物はその物質特性から、分子軸
に対して水平方向と垂直方向の誘電率が異なるため、外
部の電界に対して水平方向に配列したり、垂直方向に配
列したりさせることが容易にできる。液晶電気光学装置
はこの誘電率の異方性を利用して、光の透過光量または
分散量を制御することで、ＯＮ／ＯＦＦの表示を行って
いる。

【０００３】図２にネマチック液晶の電気光学特性を示
す。印加電圧が小さいＶａ（Ａ点１０１）のときには、
透過光量がほぼ０％、Ｖｂ（Ｂ点１０２）の場合には３
０％ほど、Ｖｃ（Ｃ点１０３）の場合には８０％ほど、
Ｖｄ（Ｄ点１０４）の場合には１００％ほどになる。つ
まり、Ａ、Ｄ点のみを利用すれば、白黒の２階調表示
が、Ｂ、Ｃ点のように電気光学特性の立ち上がりの部分
を利用すれば、中間階調表示が可能となる。本発明者が
確認した具体的電圧としては、Ｖａ＝２．０Ｖ、Ｖｂ＝
２．１８Ｖ、Ｖｃ＝２．３Ｖ、Ｖｄ＝２．５Ｖであっ
た。

【０００４】従来、ＴＦＴを利用した液晶電気光学装置
の階調表示の場合、ＴＦＴのゲート印加電圧もしくはソ
ース・ドレイン間の印加電圧を変化させてアナログ的に
電圧を調整し、階調表示をおこなっていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ＴＦＴを利用した液晶
電気光学装置の階調表示の方法に関して、さらに詳しい
説明をくわえる。従来液晶電気光学装置に用いられてい
るｎチャネル型薄膜トランジスタは、図３に示すような
電圧電流特性を持っている。図３に示した電圧電流特性
はアモルファスシリコンを用いたｎチャネル型薄膜トラ
ンジスタの特性２０１と、ポリシリコンを用いたｎチャ
ネル型薄膜トランジスタの特性２０２である。

【０００６】ゲート電極に加える電圧をアナログ的に制
御することで、ドレイン電流を制御することができ、ひ
いてはソース・ドレイン間の抵抗値を変化させることと
なる。その結果、直列接合された液晶に加わる電界の大
きさをその抵抗分割によって、任意に変化させることが
できる。これによって、階調表示が可能になっている。
また、この逆でゲート電極を走査側信号線に接続し、ソ
ース・ドレイン間電圧を変化させて、液晶に加える電界
値そのものを任意に制御する方法もある。

【０００７】どちらの手法にしても、ＴＦＴの特性に大
きく依存したアナログ的な階調表示方式であることに違
いはない。しかしながら、マトリクス構成をなす多数の
ＴＦＴ素子の全てが均一な特性を有するように作成する
のは難しく、特に階調表示に必要な中間の電圧の微調整
は今の技術では、非常な困難を要しているのが現状であ
る。図２に示したネマチック液晶の電気光学的特性から
もわかる様に、暗状態の境界値である２．０８Ｖ付近か
ら明状態の境界値である２．４０Ｖ付近までの０．３２
Ｖ間で全ての階調表示を行なわねばならない。１６階調
を過程した場合、平均０．０２Ｖ間隔でのコントロール
が必要となる。

【０００８】もし、図２に示すＡ点１０１とＤ点１０４
の様な、液晶が完全にＯＮ／ＯＦＦする部分でコントロ
ールした場合、その電圧差は０．５Ｖ以上とることが出
来るために、ＴＦＴの面内特性ばらつきを十分緩和する
に値する。複数の書込みフレームを利用して、例えば１
０フレーム中６フレームをＯＮ（２．５Ｖ）にして、残
り４フレームをＯＦＦ（２．０Ｖ）にしてやることで、
書込み平均電圧は２．３Ｖとなり、中間階調表示が可能
となる。

【０００９】しかしながらこの様にした場合、複数フレ
ームを利用するために、人間の視覚で確認できる３０Ｈ
ｚ以下の表示になる危険性が発生して、条件によっては
フリッカー等の表示不良の原因となっていた。これを防
止する方法として、駆動周波数の高速化も提案されてい
るが、ドライバーＩＣのデーター転送速度にも、２０Ｍ
Ｈｚ程度と限界があり、困難を要していた。

【００１０】

【問題を解決するための手段】そこで本発明では、従来
のアナログ的階調表示ではなく、デジタル的階調表示を
行うことで、明確な階調表示レベルを液晶に供給する手
段を提案するものであり、且つその際に、従来提案され
ているような単純に駆動周波数を上げて階調表示を行う
方法ではなく、データの転送周波数と階調表示用周波数
を独立させて、フレーム周波数の変化をさせない状態で
デジタル階調表示を行うことに特徴を有する。

【００１１】本発明はアクティブマトリクス型液晶表示
装置において、任意の画素に書き込む単位時間ｔと１画
面を書き込む時間Ｆで関係される表示タイミングを有す
る表示駆動方式を用いた表示装置の階調表示を、前記時
間Ｆを変更すること無しに前記時間ｔの書込み時間中の
信号を時分割とし、このことによって時間ｔに画素の液
晶に加わる電界の平均値を分割の割合に応じた変化さ
せ、階調を表示可能にしたことを特徴としている。

【００１２】従来の表示装置の場合、データ方向の信号
線の電界の強さの強弱で画素電極にかかる電界が決ま
り、それによって液晶の透過率が決定される。

【００１３】本発明では、このようなアナログ的な階調
制御を行うのでは無く、任意の画素に書き込む単位時間
ｔの書込み時間中の信号を時分割とし、分割数分の階調
を表示可能にしている。その際、書き込み時間における
電界変化は、非書き込み時間ではその平均値になり、明
快な階調表示が可能となるっている。

【００１４】情報信号側のデーター転送速度は、例えば
１９２０×４００ドット構成の液晶電気光学装置の場
合、８ビットパラレル転送で、５．７６ＭＨｚのクロッ
ク周波数が必要となる。これに、従来の複数フレーム方
式を用いた場合、１０フレームを利用するならば単純に
５７．６ＭＨｚのクロック周波数が必要となるのであ
る。しかしながら、本発明の場合、階調表示用のクロッ
ク周波数を独立してとるため、最大８ＭＨｚの駆動能力
を有するＩＣを用いた場合、約１６６階調まで、表示可
能となる。１２．３ＭＨｚの駆動ＩＣを採用すれば、ビ
ジュアル用に必要と言われている２５６階調表示まで十
分可能な値になり、従来のアナログ方式および複数フレ
ーム方式のデジタル階調表示とは格段の優位性が生じ
る。以下に実施例をもってさらに詳細な説明を加える。

【００１５】

【実施例】

【００１６】『実施例１』（画像表示装置・テレビ）本
実施例では図４に示すような回路構成を用いた液晶表示
装置を用いて、壁掛けテレビを作製したので、その説明
を行う。またその際のＴＦＴは、レーザーアニールを用
いた多結晶シリコンで、スタガ型とした。図４の回路
は、第１の信号線４０１および第２の信号線４０２でな
る一対の信号線と、第３の信号線４０３とがマトリック
ス状に配置され、この一対の信号線と第３の信号線との
各交点に画素電極４０６、Ｎチャンネル型薄膜トランジ
スタ４０４とＰチャンネル型薄膜トランジスタ４０５と
を相補型に構成した相補型薄膜トランジスタが設けられ
ている。 Ｎチャネル型薄膜トランジスタ４０４のソース
及びドレインの一方と、Ｐチャネル型薄膜トランジスタ
４０５のソース及びドレインの一方は、画素電極４０６
に接続されている。 Ｎチャネル型薄膜トランジスタ４０
４のソース及びドレインの他方は第１の信号線４０１に
接続され、Ｐチャネル型薄膜トランジスタ４０５のソー
ス及びドレインの他方は第２の信号線に接続され、Ｎチ
ャネル型薄膜トランジスタ４０４及びＰチャネル型薄膜
トランジスタ４０５のゲートは第３の信号線４０３に接
続されている。 液晶組成物または液晶組成物を含む混合
物４０７を介して、対向する基板の電極４０８が配置さ
れている。

【００１７】この回路構成に対応する実際の電極等の配
置構成を図５に示している。これらは説明を簡単にする
為２×２（またはそれ以下）に相当する部分のみ記載さ
れている。図５（Ｂ）は図５（Ａ）を矢印で示される線
で切断した際の断面図を示す。また、実際の駆動信号波
形を図１に示す。これも説明を簡単にする為に２×２の
マトリクス構成とした場合の信号波形で説明を行う。

【００１８】まず、本実施例で使用する液晶パネルの作
製方法を図６を使用して説明する。図６（Ａ）におい
て、石英ガラス等の高価でない７００℃以下、例えば約
６００℃の熱処理に耐え得るガラス５０上にマグネトロ
ンＲＦ（高周波）スパッタ法を用いてブロッキング層５
１としての酸化珪素膜を１０００〜３０００Åの厚さに
作製する。プロセス条件は酸素１００％雰囲気、成膜温
度１５℃、出力４００〜８００Ｗ、圧力０．５Ｐａとし
た。ターゲットに石英または単結晶シリコンを用いた成
膜速度は３０〜１００Å／分であった。

【００１９】この上にシリコン膜をプラズマＣＶＤ法に
より珪素膜を作製した。成膜温度は２５０℃〜３５０℃
で行い本実施例では３２０℃とし、モノシラン（ＳｉＨ
_４）を用いた。モノシラン（ＳｉＨ_４）に限らず、ジシ
ラン（Ｓｉ_２Ｈ_６）またトリシラン（Ｓｉ_３Ｈ_８）を用
いてもよい。これらをＰＣＶＤ装置内３Ｐａの圧力でに
導入し、１３．５６ＭＨＺの高周波電力を加えて成膜し
た。この際、高周波電力は０．０２〜０．１０Ｗ／ｃｍ
^２が適当であり、本実施例では０．０５５Ｗ／ｃｍ^２を
用いた。また、モノシラン（ＳｉＨ_４）の流量は２０Ｓ
ＣＣＭとし、その時の成膜速度は約１２０Å／分であっ
た。ＮＴＦＴのスレッシュホールド電圧（Ｖｔｈ）を制
御するため、ホウ素をジボランを用いて１×１０^１５〜
１×１０^１８ｃｍ^−３の濃度として成膜中に添加しても
よい。またＴＦＴのチャネル領域となるシリコン層の成
膜にはこのプラズマＣＶＤだけでなく、スパッタ法、減
圧ＣＶＤ法を用いても良く、以下にその方法を簡単に述
べる。

【００２０】スパッタ法で行う場合、スパッタ前の背圧
を１×１０^−５Ｐａ以下とし、単結晶シリコンをターゲ
ットとして、アルゴンに水素を２０〜８０％混入した雰
囲気で行った。例えばアルゴン２０％、水素８０％とし
た。成膜温度は１５０℃、周波数は１３．５６ＭＨｚ、
スパッタ出力は４００〜８００Ｗ、圧力は０．５Ｐａで
あった。

【００２１】減圧気相法で形成する場合、結晶化温度よ
りも１００〜２００℃低い４５０〜５５０℃、例えば５
３０℃でジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６）またはトリシラン（Ｓ
ｉ_３Ｈ_８）をＣＶＤ装置に供給して成膜した。反応炉内
圧力は３０〜３００Ｐａとした。成膜速度は５０〜２５
０Å／分であった。

【００２２】これらの方法によって形成された被膜は、
酸素が５×１０^２１ｃｍ^−３以下であることが好まし
い。結晶化を助長させるためには、酸素濃度を７×１０
^１９ｃｍ^−３以下、好ましくは１×１０^１９ｃｍ^−３以
下とすることが望ましいが、少なすぎると、バックライ
トによりオフ状態のリーク電流が増加してしまうため、
この濃度を選択した。この酸素濃度が高いと、結晶化さ
せにくく、レーザーアニール温度を高くまたはレーザー
アニール時間を長くしなければならない。水素は４×１
０^２０ｃｍ^−３であり、珪素４×１０^２２ｃｍ^−３とし
て比較すると１原子％であった。

【００２３】また、ソース、ドレインに対してより結晶
化を助長させるため、酸素濃度を７×１０^１９ｃｍ^−３
以下、好ましくは１×１０^１９ｃｍ^−３以下とし、ピク
セル構成するＴＦＴのチャネル形成領域のみに酸素をイ
オン注入法により５×１０^２０〜５×１０^２１ｃｍ^−３
となるように添加してもよい。

【００２４】上記方法によって、アモルファス状態の珪
素膜５２を５００〜５０００Å、本実施例では１０００
Åの厚さに成膜した。

【００２５】その後、図６（Ｂ）に示すように、フォト
レジスト５３をマスクＰ１を用いてソース・ドレイン領
域のみ開孔したパターンを形成した。その上に、プラズ
マＣＶＤ法によりｎ型の活性層となる珪素膜を作製し
た。成膜温度は２５０℃〜３５０℃で行い本実施例では
３２０℃とし、モノシラン（ＳｉＨ_４）とモノシランベ
ースのフォスフィン（ＰＨ_３）３％濃度のものを用い
た。これらをＰＣＶＤ装置内５Ｐａの圧力でに導入し、
１３．５６ＭＨｚの高周波電力を加えて成膜した。この
際、高周波電力は０．０５〜０．２０Ｗ／ｃｍ^２が適当
であり、本実施例では０．１２０Ｗ／ｃｍ^２を用いた。
この方法によって出来上がったｎ型シリコン層の比導電
率は２×１０^−１〔Ωｃｍ^−１〕程度となった。膜厚は
５０Åとした。

【００２６】また一方、図６（Ｃ）に示すように、フォ
トレジスト５４をマスクＰ２を用いてソース・ドレイン
領域のみ開孔したパターンを形成した。その上に、プラ
ズマＣＶＤ法によりｐ型の活性層となる珪素膜を作製し
た。成膜温度は２５０℃〜３５０℃で行い本実施例では
３２０℃とし、モノシラン（ＳｉＨ_４）とモノシランベ
ースのジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）２％濃度のものを用いた。
これらをＰＣＶＤ装置内４Ｐａの圧力でに導入し、１
３．５６ＭＨｚの高周波電力を加えて成膜した。この
際、高周波電力は０．０５〜０．２０Ｗ／ｃｍ^２が適当
であり、本実施例では０．０８０Ｗ／ｃｍ^２を用いた。
この方法によって出来上がったｐ型シリコン層の比導電
率は１×１０^−１〔Ωｃｍ^−１〕程度となった。膜厚は
５０Åとした。

【００２７】その後リフトオフ法を用いて、ソース・ド
レイン領域５５、５６および５７、５８を形成した。そ
の後、マスクＰ６２を用いてＮチャネル型薄膜トラン
ジスタ用アイランド領域６３およびＰチャネル型薄膜ト
ランジスタ用アイランド領域６４を形成した。（図６
（Ｄ））

【００２８】その後ＸｅＣｌエキシマレーザーを用い
て、ソース・ドレイン・チャネル領域をレーザーアニー
ルすると同時に、活性層にレーザードーピングを行なっ
た。この時のレーザーエネルギーは、閾値エネルギーが
１３０ｍＪ／ｃｍ^２で、膜厚全体が溶融するには２２０
ｍＪ／ｃｍ^２が必要となる。しかし、最初から２２０ｍ
Ｊ／ｃｍ^２以上のエネルギーを照射すると、膜中に含ま
れる水素が急激に放出されるために、膜の破壊が起き
る。そのために低エネルギーで最初に水素を追い出した
後に溶融させる必要がある。本実施例では最初１５０ｍ
Ｊ／ｃｍ^２で水素の追い出しを行なった後、２３０ｍＪ
／ｃｍ^２で結晶化をおこなった。

【００２９】アニールにより、珪素膜はアモルファス構
造から秩序性の高い状態に移り、一部は結晶状態を呈す
る。特にシリコンの成膜後の状態で比較的秩序性の高い
領域は特に結晶化をして結晶状態となろうとする。しか
しこれらの領域間に存在する珪素により互いの結合がな
されるため、珪素同志は互いにひっぱりあう。レーザラ
マン分光により測定すると単結晶の珪素のピーク５２２
ｃｍ^−１より低周波側にシフトしたピークが観察され
る。それの見掛け上の粒径は半値巾から計算すると、５
０〜５００Åとなっているが、実際はこの結晶性の高い
領域は多数あってクラスタ構造を有し、各クラスタ間は
互いに珪素同志で結合（アンカリング）がされた構造の
被膜を形成させることができた。

【００３０】結果として、被膜は実質的にグレインバウ
ンダリ（以下ＧＢという）がないといってもよい状態を
呈する。キャリアは各クラスタ間をアンカリングされた
個所を通じ互いに容易に移動し得るため、いわゆるＧＢ
の明確に存在する多結晶珪素よりも高いキャリア移動度
となる。即ち電子移動度（μｅ）＝１５〜３００ｃｍ^２
／ＶＳｅｃおよびホール移動度（μｅ）＝５〜１００ｃ
ｍ^２／ＶＳｅｃが得られた。

【００３１】この上に酸化珪素膜をゲイト絶縁膜として
５００〜２０００Å例えば１０００Åの厚さに形成し
た。これはブロッキング層としての酸化珪素膜の作製と
同一条件とした。この成膜中に弗素を少量添加し、ナト
リウムイオンの固定化をさせてもよい。

【００３２】この後、この上側にリンが１〜５×１０
^２１ｃｍ^−３の濃度に入ったシリコン膜またはこのシリ
コン膜とその上にモリブデン（Ｍｏ）、タングステン
（Ｗ），ＭｏＳｉ_２またはＷＳｉ_２との多層膜を形成し
た。これを第４のフォトマスク６９にてパターニングし
て図６（Ｅ）を得た。ゲイト電極６６および６７を形成
し、例えばチャネル長７μｍ、ゲイト電極としてリンド
ープ珪素を０．２μｍ、その上にモリブデンを０．３μ
ｍの厚さに形成した。

【００３３】また、ゲート電極材料としてアルミニウム
（Ａｌ）を用いた場合、これを第４のフォトマスク６９
にてパターニング後、その表面を陽極酸化することで、
セルファライン工法が適用可能なため、ソース・ドレイ
ンのコンタクトホールをよりゲートに近い位置に形成す
ることが出来るため、移動度、スレッシュホールド電圧
の低減からさらにＴＦＴの特性を上げることができる。

【００３４】かくすると、４００℃以上にすべての工程
で温度を加えることがなくＣ／ＴＦＴを作ることができ
る。そのため、基板材料として、石英等の高価な基板を
用いなくてもよく、本発明の大画面の液晶表示装置にき
わめて適したプロセスであるといえる。

【００３５】図６（Ｆ）において、層間絶縁物６８を前
記したスパッタ法により酸化珪素膜の形成として行っ
た。この酸化珪素膜の形成はＬＰＣＶＤ法、光ＣＶＤ
法、常圧ＣＶＤ法を用いてもよい。例えば０．２〜０．
６μｍの厚さに形成し、その後、第５のフォトマスク７
０を用いて電極用の窓７９を形成した。その後、さら
に、これら全体にアルミニウムを０．３μｍの厚みにス
パッタ法により形成し第６のフォトマスク７６を用いて
リード７４およびコンタクト７３を作製した後、再び層
間絶縁物８０を前記したスパッタ法により酸化珪素膜の
形成として行った。この酸化珪素膜の形成はＬＰＣＶＤ
法、光ＣＶＤ法、常圧ＣＶＤ法を用いてもよい。その
後、第７のフォトマスク８１を用いてパターニングをし
た。その後、さらに、これら全体にアルミニウムを０．
３μｍの厚みにスパッタ法により形成し第８のフォトマ
スク８２を用いてリード８３およびコンタクト８４を作
製した。（図６（Ｇ））

【００３６】表面を平坦化用有機樹脂８５例えば透光性
ポリイミド樹脂を塗布形成し、再度の電極穴あけを第９
のフォトマスク８６にて行った。さらに、これら全体に
ＩＴＯ（酸化インジューム・錫）を０．１μｍの厚みに
スパッタ法により形成し第１０のフォトマスク８７を用
いて画素電極８８を形成した。このＩＴＯは室温〜１５
０℃で成膜し、２００〜４００℃の酸素または大気中の
アニールにより成就した。（図６（Ｈ））

【００３７】得られたＴＦＴの電気的な特性であるＮＴ
ＦＴの移動度は８０（ｃｍ^２／Ｖｓ）、Ｖｔｈは５．０
（Ｖ）、ＰＴＦＴの移動度は３０（ｃｍ^２／Ｖｓ）、Ｖ
ｔｈは５．５（Ｖ）であった。この様な方法に従って作
製された液晶電気光学装置用の一方の基板を得ることが
出来た。

【００３８】他方の基板の作製方法を図７に示す。ガラ
ス基板９００上にポリイミドに黒色顔料を混合したポリ
イミド樹脂をスピンコート法を用いて１μｍの厚みに成
膜し、第１のフォトマスク１１を用いてブラックストラ
イプ９０１を作製した。その後、赤色顔料を混合したポ
リイミド樹脂をスピンコート法を用いて１μｍの厚みに
成膜し、第２のフォトマスク１２を用いて赤色フィルタ
ー９０２を作製した。同様にして第３のフォトマスク１
３を用いて緑色フィルター９０３、および第４のフォト
マスク１４を用いて青色フィルター９０４を作製した。
これらの作製中各フィルターは３５０℃にて窒素中で６
０分の焼成を行なった。その後、やはりスピンコート法
を用いて、レベリング層９０５を透明ポリイミドを用い
て制作した。

【００３９】その後、これら全体にＩＴＯ（インデゥー
ム酸化錫）を０．１μｍの厚みにスパッタ法により形成
し第５のフォトマスク１５を用いて共通電極９０６を形
成した。このＩＴＯは室温〜１５０℃で成膜し、２００
〜３００℃の酸素または大気中のアニールにより成就
し、第２の基板を得た。

【００４０】前記基板上に、オフセット法を用いて、ポ
リイミド前駆体を印刷し、非酸化性雰囲気たとえば窒素
中にて３５０℃１時間焼成を行った。その後、公知のラ
ビング法を用いて、ポリイミド表面を改質し、少なくと
も初期において、液晶分子を一定方向に配向させる手段
を設けた。

【００４１】その後、前記第一の基板と第二の基板によ
って、ネマチック液晶組成物を挟持し、周囲をエポキシ
性接着剤にて固定した。基板上のリードにＴＡＢ形状の
駆動ＩＣと共通信号、電位配線を有するＰＣＢを接続
し、外側に偏光板を貼り、透過型の液晶電気光学装置を
得た。

【００４２】図８に本実施例による電気光学装置の概略
構造図を示す。前記の工程にて得た液晶パネル１０００
を冷陰極管を３本配置した後部照明装置１００１と組み
合わせて設置を行った。その後、テレビ電波を受信する
チューナー１００２を接続し、電気光学装置として完成
させた。従来のＣＲＴ方式の電気光学装置と比べて、平
面形状の装置となったために、壁等に設置することも出
来る様になった。

【００４３】次に本発明を完結させるための、液晶電気
光学装置の周辺回路の説明を図９を用いて加える。液晶
電気光学装置のマトリクス回路に接続された情報信号側
配線３５０、３５１に駆動回路３５２を接続した構成を
取っている。駆動回路３５２は駆動周波数系で分割する
と２つの部分よりなっている。１つは従来の駆動方式と
同様のデーターラッチ回路系３５３、これはデーター３
５６を順に転送するためのデータの転送周波数発生手段
である基本クロックφＨ３５５が主な構成であり、１ビ
ット〜１２ビット並列処理がおこなわれている。他の１
つは本発明による構成部分で、階調表示用周波数発生手
段である階調表示に必要な分割の割合に応じたクロック
ＣＬＫ３５７と、マグニチュートコンパレーター回路３
５８、パネル駆動用バッファー３６０よりなっている。
データーラッチ系３５３より送られた階調表示データー
に応じたパルスをカウンター３５９で作っている。

【００４４】本発明で特徴としているところは、まさに
これらの部分であり、駆動周波数を２種類とることによ
って、画面書換えのフレーム数を変化させることなく、
明快なデジタル階調表示が可能になっていることにあ
る。フレーム数の低下に伴うフリッカーの発生等が回避
できるものである。

【００４５】本実施例によるＣ／ＴＦＴの動作波形を図
１０および図１１に示す。図１０はこのＣ／ＴＦＴへの
入力信号波形とＣ／ＴＦＴからの出力信号波形とを示す
オシロスコープ写真であります。図１０（Ａ）から図１
１（Ｂ）へと入力信号の駆動周波数を５ＫＨｚ、５０Ｋ
Ｈｚ、５００ＫＨｚさらには１ＭＨｚと上げていった場
合を示している。図１１（Ｂ）からも明らかなように、
１ＭＨｚでも出力信号波形はあまりなまらず、十分実用
的な出力信号を得ることができた。このため、階調表示
数は駆動周波数をデューティ数とフレーム数で割れば算
出でき、この場合は１ＭＨｚを４００と６０で割った４
２という諧調表示数が得られ、４２階調表示まで可能に
なっている。

【００４６】アナログ的な階調表示を行った場合、ＴＦ
Ｔの特性ばらつきから１６階調表示が限界であった。し
かしながら、本発明によるデジタル階調表示をおこなっ
た場合、ＴＦＴ素子の特性ばらつきの影響を受けにくい
ために、４２階調表示まで可能になりカラー表示では７
４，０８８色の多彩であり微妙な色彩の表示が実現でき
ている。

【００４７】『実施例２』（ビューファインダー） 本
実施例では、対角１インチを有する液晶電気光学装置を
用いた、ビデオカメラ用ビューファインダーを作製し、
本発明を実施したので説明を加える。

【００４８】本実施例では、画素数が３８７×１２８の
構成にして、『実施例１』と同様のプロセスを用いて第
一の基板を設けた。また、絶縁基板上に『実施例１』と
同様の方法を用いて、カラーフィルターおよび透明導電
膜ＩＴＯを１０００Å成膜し、第二の基板とした。

【００４９】前記基板上に、オフセット法を用いて、ポ
リイミド前駆体を印刷し、非酸化性雰囲気たとえば窒素
中にて３５０℃１時間焼成を行った。その後、公知のラ
ビング法を用いて、ポリイミド表面を改質し、少なくと
も初期において、液晶分子を一定方向に配向させる手段
を設けて第一および第二の基板とした。

【００５０】その後、前記第一の基板と第二の基板によ
って、ネマチック液晶組成物を挟持し、周囲をエポキシ
性接着剤にて固定した。基板上のリードはそのピッチが
４６μｍと微細なため、ＣＯＧ法を用いて接続をおこな
った。本実施例ではＩＣチップ上に設けた金バンプをエ
ポキシ系の銀パラジウム樹脂で接続し、ＩＣチップと基
板間を固着と封止を目的としたエポキシ変成アクリル樹
脂にて埋めて固定する方法を用いた。その後、外側に偏
光板を貼り、透過型の液晶表示装置を得た。

【００５１】本実施例によるＴＦＴは、チャネル長を５
μｍとしたため、駆動周波数を約２ＭＨｚまであげるこ
とができた。このため、２ＭＨｚを１２８と６０で割っ
た２６０諧調、おおよそ２５６階調表示まで可能になっ
ている。例えば３８４×１２８ドットの４９，１５２組
のＴＦＴを５０ｍｍ角（３００ｍｍ角基板から３６枚の
多面取り）に作成した液晶電気光学装置に対し通常のア
ナログ的な階調表示を行った場合、アモルファスＴＦＴ
の特性ばらつきが約±１０％存在するために、１６階調
表示が限界であった。しかしながら、本発明によるデジ
タル階調表示をおこなった場合、ＴＦＴ素子の特性ばら
つきの影響を受けにくいために、２５６階調表示以上ま
で可能になりカラー表示では１６，７７７，２１６色の
多彩であり微妙な色彩の表示が実現できている。

【００５２】 『実施例３』（プロジェクション型画像表示装置） 本実施例では、図１２に示す様なプロジェクション型画
像表示装置を作製したので説明を加える。

【００５３】本実施例では３枚の液晶電気光学装置１３
００を使用して、プロジェクション型画像表示装置用造
映部を組み立てている。その一つ一つは６４０×４８０
ドットの構成を有し、対角４インチの中に３０７，２０
０画素を作製した。１画素当りの大きさは１２７μｍ角
とした。

【００５４】プロジェクション型画像表示装置の構成と
して、液晶電気光学装置１３００を光の３原色である赤
・緑・青色用に分割して設置しており、赤色フィルター
１３０１、緑色フィルター１３０２、青色フィルター１
３０３と、反射板１３０４、１５０Ｗのメタルハライド
系光源１３０７とフォーカス用光学系１３０８より構成
されている。

【００５５】本実施例の電気光学装置に用いた液晶電気
光学装置の基板は、Ｃ／ＴＦＴ構成のマトリクス回路を
有する基板とした。低温プロセスによる高移動度ＴＦＴ
を用いた素子を形成し、プロジェクション型液晶電気光
学装置を構成した。本実施例で使用する液晶表示装置の
作製方法を図１３を使用して説明する。図１３（Ａ）に
おいて、石英ガラス等の高価でない７００℃以下、例え
ば約６００℃の熱処理に耐え得るガラス６０１上にマグ
ネトロンＲＦ（高周波）スパッタ法を用いてブロッキン
グ層６０２としての酸化珪素膜を１０００〜３０００Å
の厚さに作製する。プロセス条件は酸素１００％雰囲
気、成膜温度１５℃、出力４００〜８００Ｗ、圧力０．
５Ｐａとした。ターゲットに石英または単結晶シリコン
を用いた成膜速度は３０〜１００Å／分であった。

【００５６】この上にシリコン膜をＬＰＣＶＤ（減圧気
相）法、スパッタ法またはプラズマＣＶＤ法により形成
した。減圧気相法で形成する場合、結晶化温度よりも１
００〜２００℃低い４５０〜５５０℃、例えば５３０℃
でジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６）またはトリシラン（Ｓｉ_３Ｈ
_８）をＣＶＤ装置に供給して成膜した。反応炉内圧力は
３０〜３００Ｐａとした。成膜速度は５０〜２５０Å／
分であった。ＰＴＦＴとＮＴＦＴとのスレッシュホール
ド電圧（Ｖｔｈ）に概略同一に制御するため、ホウ素を
ジボランを用いて１×１０^１５〜１×１０^１８ｃｍ^−３
の濃度として成膜中に添加してもよい。

【００５７】スパッタ法で行う場合、スパッタ前の背圧
を１×１０^−５Ｐａ以下とし、単結晶シリコンをターゲ
ットとして、アルゴンに水素を２０〜８０％混入した雰
囲気で行った。例えばアルゴン２０％、水素８０％とし
た。成膜温度は１５０℃、周波数は１３．５６ＭＨｚ、
スパッタ出力は４００〜８００Ｗ、圧力は０．５Ｐａで
あった。

【００５８】プラズマＣＶＤ法により珪素膜を作製する
場合、温度は例えば３００℃とし、モノシラン（ＳｉＨ
_４）またはジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６）を用いた。これらを
ＰＣＶＤ装置内に導入し、１３．５６ＭＨｚの高周波電
力を加えて成膜した。

【００５９】これらの方法によって形成された被膜は、
酸素が５×１０^２１ｃｍ^−３以下であることが好まし
い。この酸素濃度が高いと、結晶化させにくく、熱アニ
ール温度を高くまたは熱アニール時間を長くしなければ
ならない。また少なすぎると、バックライトによりオフ
状態のリーク電流が増加してしまう。そのため４×１０
^１９〜４×１０^２１ｃｍ^−３の範囲とした。水素は４×
１０^２０ｃｍ^−３であり、珪素４×１０^２２ｃｍ^−３と
して比較すると１原子％であった。

【００６０】上記方法によって、アモルファス状態の珪
素膜を５００〜５０００Å、例えば１５００Åの厚さに
作製の後４５０〜７００℃の温度にて１２〜７０時間非
酸化物雰囲気にて中温の加熱処理、例えば水素雰囲気下
にて６００℃の温度で保持した。珪素膜の下の基板表面
にアモルファス構造の酸化珪素膜が形成されているた
め、この熱処理で特定の核が存在せず、全体が均一に加
熱アニールされる。即ち、成膜時はアモルファス構造を
有し、また水素は単に混入しているのみである。

【００６１】アニールにより、珪素膜はアモルファス構
造から秩序性の高い状態に移り、一部は結晶状態を呈す
る。特にシリコンの成膜後の状態で比較的秩序性の高い
領域は特に結晶化をして結晶状態となろうとする。しか
しこれらの領域間に存在する珪素により互いの結合がな
されるため、珪素同志は互いにひっばりあう。レーザラ
マン分光により測定すると単結晶の珪素のピーク５２２
ｃｍ^−１より低周波側にシフトしたピークが観察され
る。それの見掛け上の粒径は半値巾から計算すると、５
０〜５００Åとマイクロクリスタルのようになっている
が、実際はこの結晶性の高い領域は多数あってクラスタ
構造を有し、各クラスタ間は互いに珪素同志で結合（ア
ンカリング）がされたセミアモルファス構造の被膜６０
３を形成させることができた。

【００６２】結果として、被膜は実質的にグレインバウ
ンダリ（以下ＧＢという）がないといってもよい状態を
呈する。キャリアは各クラスタ間をアンカリングされた
個所を通じ互いに容易に移動し得るため、いわゆるＧＢ
の明確に存在する多結晶珪素よりも高いキャリア移動度
となる。即ちホール移動度（μｈ）＝１０〜２００ｃｍ
^２／ＶＳｅｃ、電子移動度（μｅ）＝１５〜３００ｃｍ
^２／ＶＳｅｃが得られる。

【００６３】他方、上記の如き中温でのアニールではな
く、９００〜１２００℃の高温アニールにより被膜を多
結晶化すると、核からの固相成長により被膜中の不純物
の偏析がおきて、ＧＢには酸素、炭素、窒素等の不純物
が多くなり、結晶中の移動度は大きいが、ＧＢでのバリ
ア（障壁）を作ってそこでのキャリアの移動を阻害して
しまう。結果として１０ｃｍ^２／Ｖｓｅｃ以上の移動度
がなかなか得られないのが実情である。即ち、本実施例
ではかくの如き理由により、セミアモルファスまたはセ
ミクリスタル構造を有するシリコン半導体を用いてい
る。

【００６４】この上に酸化珪素膜６０４をゲイト絶縁膜
として５００〜２０００Å例えば１０００Åの厚さに形
成した。これはブロッキング層としての酸化珪素膜の作
製と同一条件とした。この成膜中に弗素を少量添加し、
ナトリウムイオンの固定化をさせてもよい。

【００６５】この後、この上側にリンが１〜５×１０
^２１ｃｍ^−３の濃度に入ったシリコン膜またはこのシリ
コン膜とその上にモリブデン（Ｍｏ）、タングステン
（Ｗ），ＭｏＳｉ_２またはＷＳｉ_２との多層膜６０５を
形成した。これを第１のフォトマスクにてパターニン
グして図１３（Ｂ）を得た。本実施例では、チャネル長
は１０μｍ、ゲイト電極としてモリブデンを０．３μｍ
の厚さに形成した。その際、ゲート電極の金属を３μｍ
程度オーバーエッチング６００した。その後、基板全体
にポジのフォトレジスト６０７を塗布した。

【００６６】フォトマスクを用いて、基板裏面より露
光、現像を行うことによって、レジスト６０８を得るこ
とができる。その後、スパッタ法によってｎ層の堆積を
行った。その後、レジスト６０８をリフトオフすること
で、図１３（Ｄ）を得る。

【００６７】同様にして、基板全体にポジのフォトレジ
スト６１０を塗布後、フォトマスクを用いて、基板裏
面より露光、現像を行うことによって、レジスト６１０
を得ることができる。その後、スパッタ法によってｐ層
の堆積を行った。その後、レジスト６１０をリフトオフ
することで、図１３（Ｅ）を得る。

【００６８】次に、６００℃にて１０〜５０時間再び加
熱アニールを行った。ソース６１２、６１４、ドレイン
６１３、６１５の不純物を活性化してＮ^＋またはＰ^＋と
して作製した。またゲイト電極６１６、６１７下にはチ
ャネル形成領域６１８、６１９がセミアモルファス半導
体として形成されている。

【００６９】かくすると、セルフアライン方式でありな
がらも、７００℃以上にすべての工程で温度を加えるこ
とがなくＣ／ＴＦＴを作ることができる。そのため、基
板材料として、石英等の高価な基板を用いなくてもよ
く、本発明の大画素の液晶表示装置にきわめて適したプ
ロセスである。本実施例では熱アニールは図１３
（Ａ）、（Ｅ）で２回行った。しかし図１３（Ａ）のア
ニールは求める特性により省略し、双方を図１３（Ｅ）
のアニールにより兼ね製造時間の短縮を図ってもよい。

【００７０】図１３（Ｆ）において、層間絶縁物６２０
を前記したスパッタ法により酸化珪素膜の形成として行
った。この酸化珪素膜の形成はＬＰＣＶＤ法、光ＣＶＤ
法、常圧ＣＶＤ法を用いてもよい。例えば０．２〜０．
６μｍの厚さに形成し、その後、フォトマスクを使っ
て電極用の窓６２１を形成した。さらに、図１３（Ｆ）
に示す如くこれら全体にアルミニウムをスパッタ法によ
り形成し、リード６２２、およびコンタクト６２３をフ
ォトマスクを用いて作製した後、表面を平坦化用有機
樹脂６２４例えば透光性ポリイミド樹脂を塗布形成し、
再度の電極穴あけをフォトマスクにて行った。

【００７１】出力端を液晶装置の一方の画素の電極を透
明電極としてそれに連結するため、スパッタ法によりＩ
ＴＯ（インジューム・スズ酸化膜）を形成した。それを
フォトマスクによりエッチングし、電極６２５を構成
させた。このＩＴＯは室温〜１５０℃で成膜し、２００
〜４００℃の酸素または大気中のアニールにより成就し
た。かくの如くにしてＮＴＦＴ６２６とＰＴＦＴ６２７
と透明導電膜の電極６２５とを同一ガラス基板６０１上
に作製した。得られたＮＴＦＴの電気的な特性の移動度
は１２０（ｃｍ^２／Ｖｓ）、Ｖｔｈは５．０（Ｖ）、Ｐ
ＴＦＴの電気的な特性の移動度は５０（ｃｍ^２／Ｖ
ｓ）、Ｖｔｈは５．３（Ｖ）であった。（図１３
（Ｇ））

【００７２】図１４に構造の概略を示す。該基板上１５
００に、フマル酸系高分子樹脂とネマチック液晶を６
５：３５の割合で共通溶媒であるキシレンに溶解させた
混合物をダイキャスト法を用いて１０μｍの厚さに形成
した。その後窒素雰囲気中１２０℃で１８０分で溶媒を
取り除いて液晶分散層１５０１を形成した。この場合、
大気圧よりも若干減圧にすると、タクトタイムの短縮が
はかれることがわかった。

【００７３】その後、スパッタ法によりＩＴＯ（インジ
ューム・スズ酸化膜）を形成し、対向電極１５０２を得
た。このＩＴＯは室温〜１５０℃で成膜した。その後印
刷法を用いて、透光性のシリコン樹脂を３０μｍの厚み
で塗布し、１００℃で３０分焼成し、液晶電気光学装置
を得た。

【００７４】本実施例に用いた駆動用ＩＣの機能構成は
『実施例１』と同様である。６４０×４８０ドットの３
０７，２００組のＴＦＴを３００ｍｍ角に作成した液晶
電気光学装置に対し通常のアナログ的な階調表示を行っ
た場合、ＴＦＴの特性ばらつきが約±１０％存在するた
めに、１６階調表示が限界であった。本実施例によるＴ
ＦＴは駆動周波数を２．５ＭＨｚまであげることが出来
たため、諧調表示数は２．５ＭＨｚを４８０本の走査線
数と６０フレームでわった８６諧調まで表示可能であっ
た。従って、本実施例によるデジタル階調表示をおこな
った場合、ＴＦＴ素子の特性ばらつきの影響を受けにく
いために、６４階調表示まで可能になりカラー表示では
なんと２６２，１４４色の多彩であり微妙な色彩の表示
が実現できている。

【００７５】テレビ映像の様なソフトを映す場合、例え
ば同一色からなる『岩』でもその微細な窪み等にあたる
光の加減から微妙に色合いが異なる。自然の色彩に近い
表示を行おうとした場合、１６階調では困難を要し、こ
れらの微妙な窪みの表現には向かない。本発明による階
調表示によって、これらの微細な色調の変化を付けるこ
とが可能になった。

【００７６】この液晶電気光学は、図１２（Ａ）に示し
たフロント型のプロジェクションテレビだけでなく、図
１２（Ｂ）に示したリヤ型のプロジェクションテレビに
も使用が出来る。

【００７７】『実施例４』（携帯用コンピューター） 本実施例では、図１５に示すような反射型の液晶分散型
表示装置を用いた携帯用コンピューター用電気光学装置
を作製したので説明を加える。

【００７８】本実施例に使用した第一の基板は、『実施
例１』と同一工程で作成した物を用いた。該基板上に、
フマル酸系高分子樹脂と黒色色素を１５％混合させたネ
マチック液晶を６５：３５の割合で共通溶媒であるキシ
レンに溶解させた混合物をダイキャスト法を用いて１０
μｍの厚さに形成し、その後窒素雰囲気中１２０℃で１
８０分溶媒を取り除いて液晶分散層を形成した。

【００７９】ここで、黒色色素を用いたため、分散型液
晶表示では困難であった平面ディスプレイも、光の散乱
時（無電界時）に黒色がでて、透過時（電界印加時）に
白色を表示出来、紙上に書いた文字のような表示が可能
になっている。

【００８０】またこの逆の構造として、黒色色素を混入
せず、散乱時に白色を表現し、透過時に黒色を表現する
ことも可能である。ただしこの際には、以下に示す裏面
側を黒色にする必要がある。これもまた紙上に書いた文
字のような表示が可能になっている。

【００８１】その後、スパッタ法によりＩＴＯ（インジ
ューム・スズ酸化膜）を形成し、対向電極を得た。この
ＩＴＯは室温〜１５０℃で成膜した。その後印刷法を用
いて、白色のシリコン樹脂を５５μｍの厚みで塗布し、
１００℃で９０分焼成し、液晶電気光学装置を得た。

【００８２】

【発明の効果】本発明では、従来のアナログ方式の階調
表示に対し、デジタル方式の階調表示を独立した２つの
駆動周波数を用いて行うことを特徴としている。その効
果として、例えば６４０×４００ドットの画素数を有す
る液晶電気光学装置を想定したばあい、合計２５６，０
００個のＴＦＴすべての特性をばらつき無く作製するこ
とは、非常に困難を有し、現実的には量産性、歩留りを
考慮すると、１６階調表示が限界と考えられているのに
対し印加電圧レベルを明確にするために、アナログ値で
は無く、基準電圧値を信号としてコントローラー側から
入力し、その基準信号をＴＦＴに接続するタイミングを
デジタル値で制御することによって、ＴＦＴに印加され
る電圧を制御することで、ＴＦＴの特性ばらつきをカバ
ーする方法を本発明ではとっている事を特徴としている
ことから、明快なデジタル階調表示が可能になっている
ことにある。

【００８３】また、駆動周波数を２種類とることによっ
て、画面書換えのフレーム数を変化させることなく、明
快なデジタル階調表示が可能になっていることにある。
フレーム数の低下に伴うフリッカーの発生等が回避でき
るものである。

【００８４】本発明によるデジタル階調表示をおこなっ
た場合、ＴＦＴ素子の特性ばらつきの影響を受けにくい
ために、６４階調程度まで可能になりカラー表示ではな
んと２６２，１４４色の多彩であり微妙な色彩の表示が
実現できている。テレビ映像の様なソフトを映す場合、
例えば同一色からなる『岩』でもその微細な窪み等から
微妙に色合いが異なる。自然の色彩に近い表示を行おう
とした場合、１６階調４０９６色では困難を要する。本
発明による階調表示によって、これらの微細な色調の変
化を付けることが可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による駆動波形を示す。

【図２】ネマチック液晶の電気光学特性を示す。

【図３】ポリシリコンとアモルファスシリコンによるＴ
ＦＴの電気特性を示す。

【図４】本実施例によるマトリクス回路を示す。

【図５】本実施例による素子の平面構造を示す。

【図６】本実施例によるＴＦＴのプロセスを示す。

【図７】本実施例による対向電極の工程を示す。

【図８】本実施例による液晶表示装置（テレビ）の構成
を示す。

【図９】本実施例による駆動回路のシステム構成を示
す。

【図１０】本実施例によるＴＦＴの特性のオシロの波形
を示す写真。

【図１１】本実施例によるＴＦＴの特性のオシロの波形
を示す写真。

【図１２】本実施例によるプロジェクション方式の液晶
電気光学装置の構造を示す。

【図１３】本実施例によるＴＦＴのプロセスを示す。

【図１４】本実施例による液晶電気光学装置の断面図を
示す。

【図１５】本実施例による携帯型コンピューターの構成
を示す。

【符号の説明】

５０・・・ガラス基板 ５１・・・ブロッキング層 ６６・・・ＮＴＦＴゲート電極 ６７・・・ＰＴＦＴゲート電極 ８８・・・画素電極。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−16596（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−144297（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−154996（ＪＰ，Ｕ)

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１および第２の信号線でなる一対の信号
   線と、第３の信号線とがマトリックス状に配置され、 前記一対の信号線と前記第３の信号線との各交点に画素
   電極およびＮチャンネル型薄膜トランジスタとＰチャン
   ネル型薄膜トランジスタとを相補型に構成した相補型薄
   膜トランジスタを設けられ、 前記Ｎチャネル型薄膜トランジスタのソース及びドレイ
   ンの一方と、前記Ｐチャネル型薄膜トランジスタのソー
   ス及びドレインの一方は、前記画素電極に接続され、 前記Ｎチャネル型薄膜トランジスタのソース及びドレイ
   ンの他方は前記第１の信号線に接続され、 前記Ｐチャネル型薄膜トランジスタのソース及びドレイ
   ンの他方は前記第２の信号線に接続され、 前記Ｎチャネル型薄膜トランジスタ及びＰチャネル型薄
   膜トランジスタのゲートは前記第３の信号線に接続され
   ている 第１の基板と、 電極が設けられた第２の基板とによって、 少なくとも液晶組成物または液晶組成物を含む混合物を
   挟持した液晶表示装置において、 １フレームを書き込む時間を周期とする、データの転送
   周波数を発生する手段と、 任意の１画素に書き込む単位時間を階調表示に必要な数
   で時分割した時間を周期とする、階調表示用周波数を発
   生する手段とを有することを特徴とする電気光学装置。
2. 【請求項２】請求項１において、液晶組成物は強誘電性
   を示すことを特徴とする電気光学装置。
3. 【請求項３】請求項１において、液晶組成物はネマチッ
   ク液晶を主体とすることを特徴とする電気光学装置。
4. 【請求項４】請求項１において、液晶組成物はコレステ
   ィック液晶を主体とすることを特徴とする電気光学装
   置。
5. 【請求項５】請求項１において、液晶組成物を含む混合
   物はネマチック液晶を有機樹脂中に分散させたことを特
   徴とする電気光学装置。
6. 【請求項６】請求項１において、液晶組成物を含む混合
   物はコレスティック液晶を有機樹脂中に分散させたこと
   を特徴とする電気光学装置。
7. 【請求項７】請求項１において、液晶組成物を含む混合
   物はスメクチィク液晶を有機樹脂中に分散させたことを
   特徴とする電気光学装置。