JP2782019B2

JP2782019B2 - 投影型液晶テレビ

Info

Publication number: JP2782019B2
Application number: JP15247591A
Authority: JP
Inventors: 保彦竹村
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1991-05-28
Filing date: 1991-05-28
Publication date: 1998-07-30
Anticipated expiration: 2013-07-30
Also published as: JPH04350623A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の利用分野】本発明は、液晶等のその光学特性が
電圧、電流、周波数その他の電気的因子によって変調さ
れうる、いわゆる電気光学材料または電気光学素子を利
用した画像表示装置に関し、特に、各画素ごとにその画
素の制御のために、トランジスタ等の電気的素子が設け
られた表示装置を利用した投影型（プロジェクション
型）テレビに関する。

【０００２】

【従来の技術】現在の、フラット・パネル・ディスプレ
ー（平板型表示装置）において、液晶材料は欠かすこと
のできない材料である。液晶材料を平行平板型電極に挟
んで、電圧を印加すると、電圧に応じてその光学的特性
が変化し、光を透過したり、また遮断したりする効果が
あることは広く知られている。この現象を利用して、表
示装置が作製されている。

【０００３】初期の液晶表示装置は、電卓の数字の表示
に用いられるような表示画素の数の小さいものであった
が、コンピュータのディスプレーやテレビとして液晶装
置を用いようとすると、より画素の数の大きなものが望
まれる。通常、そのような大規模な画素を制御するため
には、縦横に制御線をはりめぐらしたマトリクス構造が
使用される。もっとも簡単なマトリクス構造を用いた液
晶表示装置は、単純マトリクス構造と呼ばれる構造を有
する液晶表示装置である。これは、１枚のガラス基板上
に透明な材料でできた導電性の被膜状の細線を形成し、
それに対向してもう１枚の基板を配置し、この基板上に
も透明導電性の細線を形成し、両基板の細線を互いに直
行するように向かいあわせ、その間に液晶材料を注入し
たものである。そして、縦の１つの細線に電圧が印加さ
れると同時に、横の１つの細線に電圧が印加されると、
その交点の部分の液晶にのみ電圧が印加されることによ
って、その部分のみ選択的に画素を制御するということ
を原理とするものである。しかしながら、この単純マト
リクス方式では、意図しない部分の画素に、間接的に電
圧が印加され、液晶が反応してしまう、いわゆるクロス
トークという問題があった。

【０００４】この困難を克服する目的で考案されたの
が、アクティブマトリクスという方式であった。これ
は、１枚のガラス基板上に縦横に張り巡らしたマトリク
ス線の各交点に画素を制御するための電極を設け、さら
にその電極に供給される電圧を制御するために薄膜トラ
ンジスタ等のアクティブ素子を設けたものである。これ
によって、クロストークは解消された。

【０００５】アクティブマトリクス型の液晶表示装置は
画質が鮮明で濃淡の制御、すなわち、階調表示も可能で
あるため、カラーテレビに用いることができる。最近で
は、小さなアクティブマトリクス型液晶装置を映画のフ
ィルム、あるいはスライド写真のように用いて、映像を
拡大投影し、大きな画面を得る、いわゆる投影型（プロ
ジェクション型）テレビが知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このプ
ロジェクション型テレビでは、液晶装置には極めて強力
な光が照射されるため、その冷却に問題があった。従来
は強制空冷によって冷却がなされていたが温度制御の上
で十分でなく、特に温度による特性の変質や劣化という
問題を抱える液晶材料を使用する上では極めて不利であ
った。本発明はこのような冷却に問題を抱える、従来の
プロジェクション型液晶テレビの構造を改善せしめ、よ
り精密で効果的な温度制御が可能なプロジェクション型
液晶テレビを提案することを目的とする。

【０００７】

【問題を解決するための手段】従来のプロジェクション
型液晶テレビは、光を透過する構造であったために、空
冷方式以外で液晶装置を冷却することは困難であった。
それに対し、本発明は図２に示されるように、液晶表示
装置を反射型とせしめ、液晶装置の裏面に冷却用の液体
と通すことによって冷却するものである。このため、空
冷方式とは異なって、液晶装置の温度を測定しつつ、そ
の冷却を効果的におこなうことが可能となる。そして、
この冷却用液体の温度を測定して、液晶装置を照射する
光源に連動せしめれば、もし、液晶セルが冷却にも関わ
らず加熱することが予想されれば、ただちに光源を減光
せしめ、あるいは消灯せしめて液晶装置を保護すること
が可能である。従来の透過光型プロジェクション型液晶
テレビにおいても、このような保安装置を設けることは
可能ではあった、液晶装置の温度を正確に測定すること
が空冷方式では不可能であったため、効果的ではなかっ
た。すなわち、従来の方式では、光の照射される部分に
温度計を置くことは、画像の障害となることから不可能
であった。それに対し、本発明では、例えば液晶装置の
裏面に温度計を配置することも、また、冷却用液体の温
度を測定して、液晶装置の温度を推定することも可能で
あり、温度の制御と加熱防止装置はより効果的に動作し
うる。

【０００８】本発明の１実施形態を図２に示す。図２に
示されるように、投影の目的のための光源２０１、反射
型の液晶表示装置２０２、その裏面を冷却するための冷
却用液体２０５を流すための冷却装置２０３と映像を投
影するためのスクリーン２０４が設けられている。光源
２０１から液晶装置２０２に照射された光は、液晶装置
の画像の通りに正常に反射されたり、乱反射されたり、
あるいは吸収されたりして、結果としてスクリーン２０
４上に液晶装置２０２の画像が得られる。カラー映像を
得んとする場合には光源と液晶装置を３組用意して、光
源を光の三原色とすればよい。

【０００９】一方、液晶装置の裏面には冷却装置が設け
られ、光源からの光の照射によって発生した熱を取り去
るよう機能する。従来、用いられているように空冷式の
冷却装置をこの冷却装置に併用してもよい。例えば、液
晶装置の裏面では液冷式の冷却装置によって冷却をおこ
ない、液晶装置の表面では強制空冷方式の冷却をおこな
うことによって、より効果的に冷却をおこなうことが可
能である。

【００１０】このような装置においてもっとも重要な部
分は液晶表示装置であることはいうまでもない。表示装
置において、アクティブ素子は、従来のようにガラス等
の透明な基板上に形成されてもよいし、また、図１に概
念的に示されるように、集積回路のように単結晶半導体
基板上に形成されてもよい。図１において１０１は半導
体基板、１０２は液晶アクティブマトリクス領域、１０
３はマトリクスの周辺回路、１０４はその他の回路、例
えばチューナーや画像処理回路を示している。アクティ
ブ素子を形成する基板の材料が透明であることを必要と
しないのが本発明の特徴である。特に、半導体基板上に
素子を形成する場合においては、ガラス等の材料の上に
素子を形成する場合に比べて以下のような利点がある。

【００１１】まず、素子の形成プロセスが半導体集積回
路作製のプロセスをそのまま援用できることである。例
えば、ガラス材料を基板とする場合においては、基板の
不可逆的な縮み、反り等を避けるために基板温度を７０
０度Ｃ以下にしなければならなかった。このような縮み
や反りは、ガラス材料のようなアモルファス材料が熱処
理によって極めて微小なサイズではあるが、秩序化する
ために生じるものと考えられる。これに対し、単結晶半
導体基板はそもそも、そのようなアモルファス成分は著
しく少ないため、熱処理によって、物理的な熱膨張は起
こるが、それは可逆的である。したがって、そのプロセ
ス温度を１０００度Ｃ以上、最高で１３００度Ｃ程度の
高温まで上げることが可能である。

【００１２】次に半導体基板上にアクティブマトリクス
を形成した場合には、アクティブ素子として、特性の優
れた単結晶の電界効果型トランジスタを使用できる。一
方、ガラス等の基板等の上に形成した場合には、先の温
度の制約もあって、使用できるアクティブ素子はアモル
ファスあるいは多結晶の半導体を使用した薄膜トランジ
スタであり、その動作速度は、前記の単結晶トランジス
タに比して、数分の１以下である。さらに、その製造歩
留りを比較すれば、単結晶トランジスタの歩留りは、薄
膜トランジスタのものに比べてはるかに高い。

【００１３】第３に周辺回路に関する優位性がある。従
来の液晶素子では、アクティブ素子を制御する周辺回路
は通常、半導体集積回路のチップをアクティブマトリク
スの形成されているガラス基板上にはりつけ、アクティ
ブマトリクスの配線一本一本を前記集積回路上に設けら
れた端子と接続する作業が必要とされていた。マトリク
スの配線間隔は、総線数が５００本とした場合に、デイ
スプレーの辺の長さが１０ｃｍであれば、２００μｍで
あるが、辺の長さが２ｃｍであれば、４０μｍが要求さ
れる。また、マトリクスの線の数を増やせばより精細な
画像が得られることは明らかであるが、例えばハイビジ
ョンでは、現在の一般のテレビの走査線の倍の走査線が
必要とされる。したがって、例えば、１０μｍピッチの
配線が要求される場合も考えられる。このような場合に
は、もはや、機械的な手法を利用した、いわゆるＴＡＢ
という方法は不可能であり、たとえそのような過酷な条
件が要求されないにしても、機械的な処理が施される場
合には、そのためにアクティブ素子に例えば静電気によ
る破壊等が引き起こされ、歩留りの低下を招く危険性を
はらんでいる。

【００１４】これを避けるために、周辺回路もマトリク
スのアクティブ素子と同様に薄膜材料を用いて構成する
ことが考えられているが、所詮、薄膜材料であるためそ
の特性には限度がある。具体的には、シリコンを半導体
として使用する場合には、単結晶シリコンの電子移動度
１３５０ｃｍ²／Ｖｓに対して、もっとも良質な多結晶
珪素で３００ｃｍ²／Ｖｓ程度であり、しかも、その再
現性は著しく悪い。

【００１５】これに対し、単結晶半導体基板上にアクテ
ィブマトリクスを形成した場合には、同時に周辺回路も
同じ基板上に形成することも可能であり、先のＴＡＢ等
の実装技術は不要である。さらに、形成される周辺回路
は、特性の優れた単結晶半導体の集積回路であり、低消
費電力のＣＭＯＳ型の回路を組むことも、また、高速で
大電流の制御性に優れたバイポーラ型の回路を組むこと
も、あるいは両者の長所を取り入れた、いわゆるＢｉＣ
ＭＯＳ型の回路を組むことも、使用者の目的に応じて自
由にできる。図１には単結晶半導体ウェファー１０１上
にアクティブマトリクス領域１０２とその周辺駆動回路
１０３と、その上位回路（例えばチューナーやＣＰＵ）
１０４を組み込んだ例を示す。

【００１６】加えて、液晶のマトリクス領域において、
液晶駆動のためのアクティブ素子の集積密度は極めて低
い。例えば、対角線の長さが２インチの小型モニター用
テレビでは、液晶セル（画素の１単位）の面積は６０μ
ｍ×６０μｍ程度である。このような広い面積の中に液
晶駆動のためのトランジスタは１〜数個設けられるだけ
であり、実際、そのために使用される面積は１０μｍ×
１０μｍもあれば十分である。したがって、残りの広い
面積を何も使用しないで放置することは得策ではないの
で、この部分にも素子を設けて、面積の有効的な活用を
図ってもよい。具体的には、ダイナミック・ランダム・
アクセス・メモリー（ＤＲＡＭ）やスタティック・ラン
ダム・アクセス・メモリー（ＳＲＡＭ）、書き込み可能
不揮発性メモリー（ＥＰＲＯＭ）等のメモリー素子を形
成するために使用できる。これらのメモリーは液晶装置
と同様にマトリクス構造を必要とするので液晶マトリク
スを形成するのと同時に、これらのメモリー素子のマト
リクスも形成できる。したがって、これらの素子の形成
は、液晶用アクティブ素子の形成と同時進行で形成でき
る利点がある。

【００１７】図４（Ｂ）には、２０ｍｍ×１５ｍｍの単
結晶半導体基板４０１上にアクティブマットリクスを形
成した装置において、マトリックス部分４０２に２つの
メモリー領域４０４ａと４０４ｂを組み込んだ例の概念
図を示す。液晶表示部分の面積は１４ｍｍ×９ｍｍであ
る。メモリーはマトリクスの外部に配置された周辺回路
４０５ａ〜ｄによって駆動される。さらに、液晶装置お
よびメモリーはマイクロ・プロセッサー・ユニット（Ｍ
ＰＵ）４０６ａ、４０６ｂによってコントロールされ
る。

【００１８】図４の例では、液晶マトリクスは４２×７
５ドット、メモリーは４ｋ×２の容量がある。液晶のマ
トリクスの線幅は約１５μｍであるが、メモリーのマト
リクスの線幅は３μｍとした。また、電界トランジスタ
の設計ルールは、液晶マトリクス、メモリー領域とも３
μｍを採用した。設計ルールは３μｍとした。メモリー
は完全ＣＭＯＳ型と称され、１つのセルの中に４個のＮ
ＭＯＳと２個のＰＭＯＳを有するＳＲＡＭである。この
設計ルールのままで、さらにメモリーの集積度を上げる
ことは十分可能であり、少なくともこの例の３０倍の容
量にすることが可能である。また、現在の通常の半導体
の設計ルールである１μｍ、あるいはそれ以下の設計ル
ールを採用すればよりメモリーの集積度が上がることは
明らかである。例えば、０．８μｍの設計ルールを採用
すれば、２５６ｋ×２の容量が可能である。このような
規模のメモリーは、液晶表示装置一体型のコンピュータ
の内部記憶装置として用いることや、映像を記憶する装
置として用いることが可能である。

【００１９】一方、この例では液晶の画素の大きさは１
８０μｍ×２００μｍと小型ディスプレーにしては大き
めである。より画素を小さくして、例えば、４０μｍ×
５０μｍとすれば、１５０×３００ドットを達成でき
る。もちろん、そのことは技術的に困難なことではな
い。加えて本発明においては、装置の透光性は必要とさ
れないので、１つの画素の面積は、理論的には、１つの
アクティブ素子の面積にまで削減することができる。し
たがって、通常のテレビ画面と同様６４０×４８０ドッ
トを達成することも容易である。この場合、１つの画素
の面積は２２μｍ×１８μｍとなる。図４（Ａ）は、図
４（Ｂ）に示される半導体チップをセラミクス・パッケ
ージ４１０に封入した様子を示す。図において４１１は
液晶表示装置の表示面が露出した部分で、４１２はピン
ある。

【００２０】以上のような利点から、透光性を特に要求
されない本発明においては、単結晶半導体基板を利用す
ることは望ましいことである。もちろん、単結晶半導体
基板は、例えば石英ガラスに比して高価であるので、低
価格が要求される場合には必ずしも適切なものとはいえ
ない。

【００２１】本発明において、液晶装置２０２は光を効
率よく反射することが望まれる。したがって、本発明を
実施するにあたって、液晶を挟む電極のうち、光源側の
電極は透明であることが要求され、なおかつ、他方の電
極は極めて反射効率のよい材料によって形成されている
こと、あるいは反射効率のよい材料によってコーティン
グされていることが必要とされる。

【００２２】図３には、単結晶半導体上に形成した、本
発明を実施するための液晶装置の断面を示す。図３
（Ａ）において、単結晶珪素等の半導体基板３０１上
に、従来の集積回路作製技術を用いて、素子分離のため
のフィールド絶縁物３０２とゲイト電極３０３、ソース
あるいはドレインとなる不純物領域３０４が形成され
る。さらに層間絶縁物上に、導電性配線３０５と３０６
が形成され、不純物領域に接続される。これらを形成す
るための技術は通常の集積回路作製技術で用いられる技
術である。さらに、透明な導電性被膜３０８によって電
極の形成された透明な基板３０９が特定の間隔で、前記
半導体基板に対向させられ、その間に液晶の層３０７が
形成される。

【００２３】この例では、電極３０６は光を反射する必
要がある。そのため、例えばアルミニウム、クロム、銀
等で形成される。半導体基板上に形成された素子は、従
来のアクティブマトリクスと同じく、この電極３０６に
電圧を供給するスイッチとして機能する。

【００２４】液晶材料としては、分散型液晶（ポリマー
液晶とも言われる）が適している。すなわち、分散型液
晶は、配向処理や偏光板が不要であるためである。分散
型液晶は、電圧が印加されていないときには、入射光を
乱反射し、電圧が印加された状態ではいかなる角度の入
射光に対しても、透光性を有している。すなわち視野角
が大きい。このため、分散型液晶は光の吸収が少なく、
コントラストが大きく、このため熱の発生も抑えられ
る。液晶材料として分散型液晶を用いた場合には、液晶
を挟む基板の間隔は１〜１０μｍ程度とすればよい。

【００２５】もちろん、従来よく用いられていたツイス
テッド・ネマティック（ＴＮ）液晶やスーパー・ツイス
ティッド・ネマティック（ＳＴＮ）液晶、あるいは強誘
電性液晶も用いることは可能である。しかしながら、Ｔ
Ｎ液晶もしくはＳＴＮ液晶を用いるのであれば、基板の
間隔を約１０μｍ程度とし、電極３０６と３０８に配向
膜をラビング処理して形成する必要がある。

【００２６】また、強誘電性液晶を用いる場合には、基
板の間隔を１．５〜３．５μｍ、例えば２．３μｍと
し、一方の電極のみに配向膜を設けて、ラビング処理を
施せばよい。

【００２７】さらにＴＮ液晶、ＳＴＮ液晶、強誘電性液
晶のいずれにも偏光板が必要である。したがって、液晶
材料としてこれらの材料を用いる場合には、図３で示さ
れている構造に加えて、配向膜と偏光板が必要となる。

【００２８】図３（Ｂ）には、単結晶半導体上に形成し
た、本発明を実施するための液晶装置の別の例を示す。
この構造は図３（Ａ）とよく似ているが、別に導電性被
膜３６０によって、その被膜と基板間に電荷を蓄えるキ
ャパシターが形成されている点が異なっている。このよ
うな構造は、半導体集積回路のダイナミック・ランダム
・アクセス・メモリー（ＤＲＡＭ）によく使用されるも
のである。すなわち、このキャパシタは液晶に対する電
極３５６と並列に挿入されている。

【００２９】このようなキャパシタを設けることによっ
て、装置の特性を検査することが可能である。すなわ
ち、電極３５６を取りつけない状態（したがって、液晶
も対向電極もない状態）においても、該装置はＤＲＡＭ
として機能する。この状態で、導電性被膜３６０を接地
し、導電性配線３５５を電源につないだ状態で、いずれ
かのゲイト電極に信号を印加する。もし、この電界効果
型トランジスタが正常であれば、前記導電性被膜３６０
と半導体基板３５１の間に電荷が蓄積される。次に、導
電性配線３５５を電源からはずし、ゲイト電極に信号を
印加すると、蓄積された電荷が放電される。このときに
放出される電荷の量、あるいは発生する電気パルスの幅
等を調べることによって、電界効果トランジスタの特性
をチェックすることができる。あまりに不良が多い場合
には、電極３５６や液晶層を形成する前に回収し、欠陥
部分の修復をすることができる。もちろん、このような
キャパシタは、液晶装置が完成した場合においても、キ
ャパシタとして残り、機能するのであるから、液晶装置
が動作する上で障害とならないようにしなければならな
い。例えば、キャパシタの容量が大きすぎると、実際の
液晶装置を駆動する際の速度の低下と消費電流の増大を
もたらす。また、キャパシタの絶縁膜の絶縁特性が良く
ないと、液晶の電極、すなわち、電極３５６と３５８の
間の電荷がリークすることとなる。キャパシタを形成す
るにあたっては、その特性に十分な注意を払う必要があ
る。

【００３０】さらに、図３（Ｂ）では、電極３５６上
に、例えば窒化珪素や酸化珪素、リンガラスやボロンガ
ラス、リンボロンガラスで形成された保護膜３６１が設
けられた場合を示している。これらの被膜は絶縁性であ
り、なおかつ、異元素の侵入から内部の素子を保護する
必要がある。一般に液晶材料は、電圧の印加によって、
一部電気分解を起こすことが知られている。これを避け
るために、液晶に印加する電圧の極性をひんぱんに反転
させ、一定の極性の電圧が長時間かからないような動作
をおこなうが、電極にこのような絶縁性の被膜が形成さ
れている場合には、液晶材料の電気分解の程度は著しく
抑えられる。

【００３１】いずれの例にせよ、電極３０６あるいは３
５６は、全ての液晶装置の面にわたって平坦であること
が要求される。もし、平坦性がよくない場合には、スク
リーン上に投影される像のゆがみや欠落等の欠陥につな
がる。

【００３２】以下に実施例を示し、さらに詳細に本発明
を説明する。

【００３３】

【実施例】

〔実施例１〕本実施例のプロセスは図５に示される。ま
ず、Ｐ型の４インチ単結晶シリコン基板上に、公知のＬ
ＯＣＯＳ形成技術によって図５（Ａ）に示されるように
５０１ａ〜ｄ以外の部分を除き、厚さ約８００ｎｍの酸
化珪素被膜５０２を形成した。このとき、ホウソを選択
的にイオン注入法によって基板に導入し、チャネルッス
トッパーを形成してもよい。このとき領域５０１ａ〜ｄ
は露出されている。

【００３４】ついで、乾式熱酸化法によって、領域５０
１ａ〜ｄの表面に厚さ３０ｎｍの酸化珪素膜を形成し
た。そして、公知の減圧ＣＶＤ法によって厚さ３００ｎ
ｍの多結晶珪素膜と、やはり公知のプラズマＣＶＤ法に
よって、厚さ５００ｎｍのタングステン膜が形成され
た。多結晶珪素膜は導電性を良くするために、１０²¹／
ｃｍ^-3程度の濃度のリンが添加されている。タングステ
ン膜のかわりに、タングステンシリサイド膜やモリブテ
ン膜、あるいはモリブテンシリサイド膜を用いてもよ
い。

【００３５】また、本実施例では、酸化珪素膜と多結晶
珪素膜、タングステン膜は、被膜形成時に基板を外気に
さらすことなく、連続的に形成された。すなわち、乾式
酸化槽と減圧ＣＶＤ装置とプラズマＣＶＤ装置を用意
し、これらの間に予備室を設けた。そして、それぞれの
装置において反応が終了すると、装置と隣接する予備室
を適切な真空度まで排気し、基板を予備室に移送する。
そして、次の反応装置を真空排気し、予備室から次の反
応装置へ基板を移送し、反応をおこなった。このよう
に、真空を解除することなく酸化珪素膜、多結晶珪素
膜、タングステン膜の成膜を連続的におこなうことによ
って、膜の界面における密着性を良好にすることができ
た。

【００３６】次に、公知のフォトリソグラフィー法によ
って、図５（Ｂ）に示すように、タングステン膜および
多結晶膜をエッチングし、多結晶珪素／タングステン積
層膜の配線５０３ａ、５０３ｂおよびゲイト電極５０４
ａ〜ｄを形成した。配線５０３の代表的な幅は１０μｍ
であった。また、ゲイト電極５０４の代表的な幅は５μ
ｍであった。

【００３７】さらに、イオン注入法によって、いわゆる
セルフアライン的に、砒素イオンを１０¹⁶／ｃｍ^-2だけ
打ち込み、公知の熱アニールによって、ソース領域５０
５ａ〜ｄ、およびドレイン領域５０６ａ〜ｄを形成し
た。

【００３８】その後、層間絶縁膜５０７として、リンガ
ラス（ＰＳＧ）あるいはボロンガラス（ＢＳＧ）、もし
くはリンボロンガラス（ＢＰＳＧ）を約５００ｎｍ成膜
し、さらにソースに電極形成用の穴５０８ａ〜ｄを形成
し、厚さ約５００ｎｍのアルミニウム膜によって、金属
配線５０９ａおよび５０９ｂを形成した。金属配線の代
表的な幅は１０μｍであった。ここでは、周辺回路の作
製方法については詳細には述べないが、マトリクス部分
の作製とほぼ同時に作製される。

【００３９】ついで、その上に表面平坦化用有機樹脂５
１０、例えばポリイミド樹脂を塗布形成した。これは十
分に平坦であることが要求されるので慎重に作業をおこ
なう必要がある。さらに各トランジスタの電極形成用穴
５１１ａ〜ｄを形成し、その上から厚さ約５００ｎｍの
アルミニウムの被膜をスパッタ法によって、さらにその
上に厚さ約２μｍの銀の被膜を真空蒸着法によって形成
し、パターニングして、画素電極５１２ａ〜ｄを形成し
た。１つの画素電極の大きさは５０μｍ×４０μｍであ
った。光の干渉を避けるために、銀被膜は厚めにした。
このようにして、単結晶珪素基板上に液晶用アクティブ
マトリクスを形成した。こうしてアクティブマトリクス
素子の作製は完了した。工程終了後、基板から１つの液
晶表示装置用のチップを切り出した。チップの大きさは
３ｃｍ×４ｃｍであった。また、マトリクスの規模は６
４０×４８０であった。

【００４０】透明な対向電極は青板ガラス上にスパッタ
法を用いて形成された酸化珪素膜（２００ｎｍ）とＩＴ
Ｏ（インジューム・スズ酸化膜）膜（２００ｎｍ）を形
成したものを用いた。そして、透明基板と単結晶珪素基
板とを幅１０μｍの間隔で向かい合わせ、その間に分散
型液晶を注入した。

【００４１】このようにして作製した液晶表示装置を用
いて、図２に示される反射型のプロジェクション装置を
形成した。

【００４２】〔実施例２〕透明なガラス基板上に本発明
の液晶表示装置で使用するためのアクティブマトリクス
を形成した例を示す。まず、ＡＮガラス、パイレックス
ガラス、あるいは石英ガラス等の６００度Ｃの熱処理に
耐えうるガラス基板上に高周波マグネトロンスパッタ法
によってブロッキング層として酸化珪素膜を１００〜３
００ｎｍの厚さに形成した。さらに、その上にシリコン
膜を減圧ＣＶＤ法、スパッタ法、あるいはプラズマＣＶ
Ｄ法によって厚さ１００〜５００ｎｍ、例えば４５０ｎ
ｍだけ形成した。そして、公知のフォトリソグラフィー
法によって適切な間隔で１０μｍ×２０μｍのマトリク
ス状に複数の長方形を形成した。

【００４３】ついで、この上にブロッキング層と同じ作
製方法によって、酸化珪素膜を厚さ１００〜３００ｎ
ｍ、例えば１５０ｎｍだけ形成し、さらに、先に示した
方法のいずれかによって厚さ３０〜１００ｎｍのシリコ
ン膜を形成した。シリコン膜には１０²¹／ｃｍ^-3の濃度
のリンを添加した。そして、その上に厚さ５００ｎｍの
タングステン膜をスパッタ法、あるいはプラズマＣＶＤ
法によって形成し、公知のフォトリソグラフィー法によ
って、エッチングをおこない、タングステン膜とシリコ
ン膜の積層膜からなるゲイト電極を形成した。ゲント電
極の幅は代表的には５μｍであった。

【００４４】この状態で、リンをイオン注入法によっ
て、セルフアライン的にシリコン膜に導入した。その
後、シリコン膜の結晶性を得るために、４５０〜７００
度Ｃ、例えば５５０度Ｃの温度にて、真空中で１２〜７
０時間アニールをおこなった。この工程によって、シリ
コン膜は電子移動度として、１５〜３００ｃｍ²／Ｖ
ｓ、ホール移動度として、１０〜２００ｃｍ²／Ｖｓと
いう実用的な値を示す半導体となる。こうしてソースお
よびドレイン領域を得た。次に、ゲイト電極の導電性の
表面を露出した状態で厚さ３００ｎｍのアルミニウム膜
を電子ビーム蒸着法によって形成し、選択的に除去し
て、アルミ配線を得た。このときの様子は図６（Ａ）に
示される。ここで、６０１はシリコン膜、６０２はゲイ
ト電極、６０３はソース、６０４はドレイン、６０５は
アルミ配線を表す。

【００４５】さらに、その上に酸化珪素被膜を３００〜
１０００ｎｍ、例えば５００ｎｍだけ、先述の方法によ
って形成し、これを層間絶縁物とした。そして、各ソー
ス領域に穴を開け、アルミ配線６０６を形成した。この
ときの状態は図６（Ｂ）に示される。

【００４６】さらにその上に表面平坦化用有機樹脂、例
えばポリイミドを塗布した。その後、各ドレインに穴を
開け、実施例１と同様にアルミ膜と銀膜を形成し、画素
電極とした。画素電極の大きさは５０μｍ×４０μｍで
あった。

【００４７】対向電極の作製方法および液晶の注入方法
等は実施例１と同じであるので省略する。このようにし
て液晶表示装置を作製した。この液晶表示装置の周辺に
液晶マトリクス駆動用のＩＣをＴＡＢ法によって実装
し、図２に示される反射型のプロジェクションテレビを
作製し、その動作を確認した。

【００４８】〔実施例３〕単結晶半導体基板上に図３
（Ｂ）で示されるような断面を有する液晶表示装置を形
成した。以下にその液晶マトリクス領域の作製方法につ
いて説明する。実施例１の場合と同様に、Ｐ型の単結晶
シリコン基板上に、ＬＯＣＯＳ形成技術、その他のフィ
ールド絶縁物形成方法によって、図７中の７０１で示さ
れるような形状の厚さ２００〜６００ｎｍ、例えば３０
０ｎｍの第１の酸化珪素膜で覆われた領域と単結晶シリ
コン表面の露出した領域７０２を形成する。そして、領
域７０２に浅く不純物を注入し、Ｎ型の導電型を示すよ
うにする。

【００４９】ついで、公知の熱酸化技術を用いて厚さ１
００ｎｍの第２の酸化珪素被膜をけいせいし、単結晶シ
リコンの表面の露出した部分を覆う。その後、公知のＬ
ＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等の被膜形成方法によっ
て厚さ３００ｎｍの第１の珪素膜を多結晶珪素膜を用い
て形成する。多結晶珪素膜のかわりにアモルファスシリ
コン膜であっても構わない。

【００５０】そして、再び、熱酸化技術によって、ある
いはプラズマＣＶＤ法やＬＰＣＶＤ法によって厚さ１０
０〜５００ｎｍ、例えば２００ｎｍの第３の酸化珪素の
被膜を形成し、第１の珪素膜を覆う。そして、公知のフ
ォトリソグラフィー技術を用いて、上記第２および第３
の酸化珪素膜と第１の珪素膜のエッチングをおこない、
選択的に領域７０２の一部が露出するようにする。この
とき、図７（Ｂ）中のＺ_aに示すように、後に液晶表示
装置の電極を接続する部分は他の部分より大きくする。
さらに、Ｎ型の導電型である表面の露出した部分に不純
物を注入して、Ｐ型の導電型を示すようにする。

【００５１】さらに、熱酸化技術を用いて、このシリコ
ン基板表面の露出した領域に厚さ１０〜１００ｎｍ、例
えば２０ｎｍの第４の酸化珪素膜を形成する。そして、
さらに、その上に、第２のシリコン膜を多結晶珪素被膜
あるいは多結晶珪素膜と金属シリサイド膜の多層膜等に
よって、形成し、これをエッチングして、図７（Ｂ）を
得る。ここで、７０３は第１のシリコン膜によって覆わ
れた領域を表し、７０４と７０５は第１のシリコン膜が
除去された領域であり、７０６は第２のシリコン膜を表
している。

【００５２】その後、公知のイオン注入法によって、Ｎ
型の不純物拡散をおこない、電界効果型トランジスタの
不純物領域を形成する。この工程によって７０５は電界
効果型トランジスタのドレイン領域として機能し、領域
７０４は、２つの電界効果型トランジスタの共通のソー
ス領域として機能するまた、第１のシリコン膜によって
形成された線上の領域７０６は各電界効果型トランジス
タのゲイト電極として機能する。さらに、図中の領域７
０３は各電界効果型トランジスタに直列されたキャパシ
タの対向電極として機能し、通常は、共通の接地線に接
続される。

【００５３】さらに、層間絶縁膜を厚さ２００〜１００
０ｎｍ、例えば５００ｎｍ形成し、各電界効果型トラン
ジスタのソース領域に電極形成用の穴７０７を開け、金
属配線７０８を形成する。そして、さらにその上を絶縁
膜によって覆う。

【００５４】このようにして形成された素子の断面は図
３（Ｂ）に示されるものと同様のものであり、また、Ｄ
ＲＡＭと同様のものである。したがって、先に示したよ
うに、この状態の素子でＤＲＡＭの動作をおこなわせ
て、各電界効果型トランジスタが正常に動作するかどう
か試験できる。

【００５５】その後、実施例１あるいは２で示したよう
な手法によって、表面平坦化膜を形成し、液晶用電極形
成のための穴７０９を形成し、反射型の電極を形成し
た。このようにして、液晶表示装置が完成した。ここ
で、注目すべきは、図７で示された素子においては、Ｚ
_aのトランジスタのみが液晶駆動のためのアクティブ素
子として機能し、その他のトランジスタは、ＤＲＡＭの
メモリー素子として機能するというものである。したが
って、逆に、図中のＸ_dとＹ_aの線は液晶のマトリクス
として使用されるため、ＤＲＡＭには使用できない。

【００５６】このように、液晶マトリクスの領域に、同
時にＤＲＡＭ等のメモリ素子を形成することは、先に述
べたように装置の小型化を図るうえで極めて有効なこと
である。詳細は述べないが、液晶周辺回路はＣＭＯＳ論
理回路構成とした。

【００５７】このように作製した装置を用いて、図２に
示されるプロジェクション型テレビを作製し、動作を確
認した。

【００５８】

【発明の効果】以上の述べてきたように、反射型のプロ
ジェクション型テレビを構成することによって様々な利
点があることが証明された。本発明の技術思想を説明す
るために、主として液晶を用いた場合について説明した
が、本発明の思想を適用するには、なにも液晶に限ら
ず、電界、電圧等の電気的な影響を受けて光学的な特性
がかわる材料であったらなんでもよいことは明らかであ
ろう。また、光学的な特性の変化も、透過率の変化とい
う直接的なものではなく、例えば、圧電効果材料のよう
に、電気的に体積という物理的パラメータが変化し、こ
れを光の反射や屈折といった光学的な作用に間接的に変
換してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で使用する液晶マトリクスの例を概念的
に示したもの。

【図２】本発明によるプロジェクション型テレビの例。

【図３】本発明で使用する液晶マトリクスの断面構造の
例。

【図４】本発明で使用する液晶表示装置の例。

【図５】本発明で使用する液晶マトリクスの作製方法の
例。

【図６】本発明で使用する液晶マトリクスの作製方法の
例。

【図７】本発明で使用する液晶マトリクスの作製方法の
例。

【符号の説明】

２０１・・・光源２０２・・・反射型液晶表示装置２０３・・・冷却装置２０４・・・スクリーン

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02F 1/1333 G02F 1/136 G02F 1/13 500 G02F 1/1335 G02F 1/133 G09F 9/00 G09F 9/30 G09F 9/35 G09G 3/18 G09G 3/36

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の基板間に、液晶層を挟持した電気光
学装置であって、一方の基板上には、少なくとも絶縁ゲ
イト型電界効果トランジスタ及び絶縁ゲイト型電界効果
トランジスタを覆って光反射性を有する被膜が形成さ
れ、他の基板上には、少なくとも透明電極が設けられて
いる反射型電気光学装置と、前記電気光学装置に光を照射するための光源と、映像を出力するスクリーンと、液体を流すことによって前記電気光学装置を冷却する装
置と、前記電気光学装置の光の照射表面に空気を当てることに
よって前記電気光学装置を冷却する装置とを有すること
を特徴とする投影型液晶テレビ。
【請求項２】一対の基板間に、液晶層を挟持した電気光
学装置であって、一方の基板上には、少なくとも絶縁ゲ
イト型電界効果トランジスタ及び絶縁ゲイト型電界効果
トランジスタを覆って光反射性を有する被膜が形成さ
れ、他の基板上には、少なくとも透明電極が設けられて
いる反射型電気光学装置と、前記電気光学装置に光を照射するための光源と、映像を出力するスクリーンと、液体を流すことによって前記電気光学装置を冷却するた
めの装置とを有する投影型液晶テレビにおいて、前記液体の温度を測定し、この情報をもとに、前記光源
の減光あるいは消光をおこなうことによって、前記液晶
表示装置の加熱を防止する電気光学装置の保安装置を有
する投影型液晶テレビ。
【請求項３】請求項１乃至２において、絶縁ゲイト型電
界効果トランジスタを有する前記基板は単結晶半導体基
板であることを特徴とする投影型液晶テレビ。
【請求項４】請求項１乃至３において、前記液体を流す
ことによって前記電気光学装置を冷却する装置は、前記
絶縁ゲイト型電界効果トランジスタが設けられた基板に
接して設けられていることを特徴とする投影型液晶テレ
ビ。