JP3547687B2 - Method for manufacturing display device - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶表示装置もしくは類似の表示装置に関する。本発明は、特にアクティブマトリクス方式の表示装置およびその表示方法ならびにその作製方法に関する。本発明の目的の1つは白黒表示のディスプレーであって、階調表示のような高度な動作や高速動作が要求されないかわりに、見やすさと低価格が要求されるディスプレーに関する。特にこのような機能を備えるディスプレーは、各種のインフォメーションディスプレーのような読出専用の表示装置に使用されるものである。
【0002】
【従来の技術】
近年の各種OA機器の小型化、省電力化に伴い、ディスプレー装置も、従来の陰極線管(CRT)から、液晶ディスプレー(LCD)やプラズマディスプレーのようなフラットパネルディスプレー(FPD)に置き換えられつつある。特にLCDは電力消費量が小さいため携帯型の機器に用いられることとなった。
【0003】
しかしながら、LCDにはまだ、解決すべき問題が多くある。現在、多く使用されているLCDは単純マトリクス型LCDと呼ばれるもので、液晶材料の名前を取って、STNLCDと称されることがある。STNLCDは作製が簡単であるので、コストが低く、広く普及している。
【0004】
しかし、液晶材料としてのSTNは、その材料本来の特徴である応答速度が極めて遅く、高速で動く物体の表示をおこなった場合には、物体に追従できず、表示できないという問題がある。
【0005】
また、動作の方式から、1フレーム(通常は10〜30msec)に1つの画素が点灯している時間は、数10μsecから、数msecである。これはマトリクスの行数に反比例し、200行のマトリクスでは、1フレーム30msecとして、約150μsecしか点灯しない。このため、画面のコントラストは低く、また、画面を斜めから見たときに非常に見づらいという欠点を有している。さらに、画面の一部に非常に明るい、あるいは暗い部分があると、その周囲にまで影響がでてしまう現象(クロストーク)が生じる。
【0006】
一方、近年では各画素にアクティブ素子を有し、これによって画素のスイッチングをおこなわせるという方式を有するLCDも提案され、市販されている。これらはアクティブマトリクス型LCDと総称されるが、アクティブ素子の種類によって、TFTLCDやMIMLCDと呼ばれる。TFTとは、薄膜トランジスタのことであり、MIMとは、金属/絶縁体/金属という構造を有するダイオードのことである。
【0007】
これらのLCDでは、1フレームの間に画素の点灯する時間は、1フレームにほぼ等しいためコントラストが高く、また視野角も広い。しかしながら、技術的な問題からその製造歩留りが低く、コストや販売価格が高く、現在のところ、高級なコンピュータのディスプレー程度にしか実用化されていない。
【0008】
また、現在のLCDの需要は、主として携帯型のコンピュータに使用されている程度であるが、今後は、より広範囲な応用が期待されている。例えば、コードレス電話、携帯電話に付属したディスプレー、あるいは携帯型の電子辞書等のインフォメーションディスプレーという用途がある。そのような場合には、見やすさと低価格が要求され、さらには省電力も要求される。しかしながら、従来のLCDはその点で満足できるものではなかった。
【0009】
例えば、STNLCDはコストが低いのであるが、上記のような問題点から見にくいものであった。また、TFTLCDには、大きく分けてアモルファスシリコンを使用したTFTを用いるTFTLCD(以下、a−SiTFTLCDという)とポリシリコンを使用したTFTを用いるTFTLCD(以下、ポリシリコンTFTLCDという)の2種類があるが、前者も後者も画像の見やすさには問題がないが、コスト的にはSTNLCDには太刀打ちできないものである。
【0010】
特にa−SiTFTLCDを小型の読出専用ディスプレーとして使用する場合に、もっともコストを上昇させる要因の1つは駆動回路を内蔵できないため、ドライバーICをTAB法等によって接続しなければならず、このICの費用がコストアップの大きな部分を占めるようになる。
【0011】
図3には、LCDの画素数(ドット数)と、コストの関係を示してある。この関係は概念的なものであり、半定量的なものである。STNLCDのような単純マトリクス方式では、マトリクスの作製自体は比較的容易であり、小規模マトリクスのコストの大部分はドライバーICによって占められる。すなわち、ドライバーICの数はマトリクスの端子数に比例するのに対し、ドット数は端子数の2乗に比例し、結局、ドライバーICの価格はドット数の平方根に比例し、小規模マトリクスではICの価格によってコストが支配される。図の単純マトリクス:TABにその様子を示す。
【0012】
a−SiTFTLCDでは、マトリクスの作製が複雑で自体の歩留りが低く、単純マトリクスに比べて全体的に上方にシフトする。図のa−SiTFT:TABにその様子を示す。a−SiTFTLCDでは小規模マトリクスと大規模マトリクスでその価格に占める要素が異なる。小規模マトリクスではSTNLCDと同様にドライバーICの価格がコストの大きな部分を占める。一方、大規模マトリクスでは、マトリクスの歩留り低下によるコストが大きな要素となる。
【0013】
ポリシリコンTFTLCDでは、ドライバーICは、ポリシリコンによってマトリクス作製と同時に作製できるのでICを装着する必要はなく、したがって、ドライバーICはコストの要因には入らない。特にドライバーICの装着は技術的にも問題があり、小型化を思考する目的は本来適さないものである。したがって、ポリシリコンTFTLCDは、小型化が可能であることも特徴とする。しかしながら、ポリシリコンTFTLCDはa−SiTFTLCD以上にマトリクス自体の作製が難しく、ドット数が増加するにしたがって、コストは著しく増加する。しかしながら、小規模マトリクスではドライバーICのコスト要因がないため、図の完全ポリシリコンTFTにその様子を示すように、a−SiTFTLCDと競合できるコストとなっている。
【0014】
さて、a−SiTFTLCDでも、ドライバーをa−Siで構成できれば図の点線(完全a−SiTFT)に示すように、STNLCDと競合できる。しかしながら、従来のTFTLCD方式ではそれは不可能であった。すなわち、例えば、160×100の比較的小規模なマトリクスを考えた場合に、通常の動作ではフレーム周波数が30Hzであるので、特にデータ線のドライバーには、480kHzの信号が入力される。しかしながら、a−SiTFTでは、このような高速動作に追随できない。同様なことは、カドミウム・セレニウム(CdSe)系の半導体等の化合物半導体においてもなりたつ。これらの半導体材料がアクティブ素子として積極的に用いられない背景には、その毒性や資源的な問題もあるが、その応答速度が低いということも重大な問題となっている。
【0015】
この困難を避けるにはフレーム周波数を低下させればよい。特に、動画を表示する必要のない場合にはフレーム周波数の低下は何ら問題がないように思えるのであるが、現在のTFTLCDの技術的な問題から、フレーム走査の様子が目に見え、画面が極めて見にくくなる。
【0016】
従来の液晶材料としてTN液晶を用いたTFTLCDの画素回路とその動作例を図2に示す。TFTのゲイト電極は選択線(ゲイト線ともいう)に、また、ドレインはデータ線(ドレイン線ともいう)に接続され、ソースは画素電極に接続されている。そして、画素電極の対向電極は共通電極として通常は一定の電圧に保たれている。一般には接地されている。
【0017】
図2(B)に示すように、選択線には、周期的にパルスを印加し、また、データ線には画素の情報を電圧信号として印加する。選択線のパルスの周期は、通常の動作では1フレームの周期であり、典型的には10〜30msecである。また、パルスの幅は、周期をマトリクスの行数で割ったもの程度、もしくはそれ以下であり、例えばインフォメーションディスプレー等に使用されるような比較的小型の100行のマトリクスでは100〜300μsecである。
【0018】
また、データ線の信号は、画素を点灯状態するときには電圧状態とし、消灯状態とするときは非電圧状態とする。また、電圧状態の極性は周期的に入れ換えられる。これは、TN液晶材料に長時間にわたって、直流をかけた場合には、電気分解を起こして劣化してしまうからである。この動作を交流化という。
【0019】
さて、このような信号の印加されたTFTのソース側の信号はVに示すようになる。最初に選択線のパルスの印加によって、TFTはON状態となって、ソースの電圧はドレインの電圧と同じになろうと上昇する。しかし、パルスが切れると同時に、TFTのゲイト電極とソース領域の間の寄生容量のためにΔVだけ電圧の効果がある。その後は、TFTはOFF状態になるので、画素電極は電気的に浮いた状態となり、TFTのリーク電流によって次第に電圧は低下する。
【0020】
次に、再び、選択線にパルスが印加され、TFTがON状態となるとソースの電圧は、今度は負のドレイン電圧に近づく。その後、パルスが切れるとともに、やはり寄生容量の影響でΔVだけ電圧が負にシフトし、リーク電流によって電圧は減衰する。最後の選択線のパルスが印加されたときにはドレインの電圧は0であるので、画素電極に蓄えられていた電荷が放出され、Vは0となる。
【0021】
もし、フレーム周波数を低下させると、このような電圧の変動がフレーム周波数で目に見えるようになる。フレーム周波数の低下は10Hzが限度である。
【0022】
もう1つの解決方法は、ドライバーICだけをポリシリコンで作製しようとするものであるが、ガラス基板の種類を限定しないためには、通常行われるような高温でのアニールができないため、レーザーアニール等の高度な技術を採用しなければならない。しかしながら、レーザーアニールはまだ、その技術が確立していない上、量産性に劣る方法である。
【0023】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、特に動画を表示する必要のない表示装置において、コストの面で単純マトリクス方式に対抗でき、アクティブマトリクス方式と同等な画質を実現できる新しいアクティブマトリクス方式と、その表示装置を提供するものである。
【0024】
特に本発明は、画素マトリクスと周辺のドライバー回路をa−SiTFTあるいはそれと同様な比較的低温で作製できるTFTで同時に形成することによってドライバーICを不要とし、歩留りの向上と低コスト化を実現せんとするものである。
【0025】
【課題を解決するための手段】
先に述べたように、特に動画を表示する必要のないディスプレーにおいてはフレーム周波数を低下させることはa−SiTFTあるいはCdSe系半導体様な低移動度半導体を用いたTFTをドライバー回路に使用するうえで重要な方法である。しかしながら、フレーム周波数の低下によってちらつきのような目に見える画質の劣化を引き起こすことがあってはならない。
【0026】
ところで、従来の考えでは、フレーム周波数には、交流化の周波数という意味と書換えの周波数という意味が重なっていた。仮にその両者が分離されていたとしても、書換え周波数は交流化の周波数よりも大きいのが当然であった。ここで、本文で使用する書換えという言葉について注意しておく。本文では、書換えは表示内容の変化だけを意味するのではなく、表示内容は同じであっても、あらたに外部から信号が注入されること、あるいはその機会があることを意味する。したがって、従来のTFTLCDにおいて、あるフレームで点灯状態であった画素が、次のフレームでも点灯状態を維持することも、そのために選択線にパルスが印加されると同時にデータ線に信号が送られるので、書き換えられたと表現することとする。
【0027】
さて、フレーム周波数は視覚的な問題から10Hz以下とすることはできないことは先に述べた。本発明では、交流化と書換えを明確に区別し、両者を独立に制御することによって、先のような問題点を解決しようとするのである。これらの要素が分離された場合には、視覚に影響を及ぼすのは交流化周波数であって、書換えの周波数ではないことは明らかであろう。例えば、セグメント方式のLCDでは、実質的に書換えという動作は交流化の動作とは全く別のものである。実際、電卓のLCDの書換えの周波数は極めて遅い。しかしながら、交流化の周波数は30Hz程度である。電池の消耗等によってLCDの表示がちらつくのは、交流化周波数の低下によるものであって、書換えの周期が落ちたからではない。
【0028】
本発明においても、ちらつきを防止するためには交流化の周波数は10Hz以上としなければならない。しかしながら、書換えの周波数は1Hzあるいはそれ以下とすることを必要とする。
【0029】
例えば、書換えを1Hzとすれば、160×100ドットのLCDのデータ線のドライバーに送られる信号は、従来の30分の1の16kHzであり、a−SiTFTでも十分に駆動可能な速度である。
【0030】
さて、このような目的を達成するためには、従来のようなTFTLCD方式は極めて不適切なものである。従来のTFTLCDでは、1つのTFTに、画素の選択と、画素への電圧の供給という2つの役割を担わせていたからである。したがって、本発明ではこの2つの役割をそれぞれのアクティブ素子に分離して担わせる。ここでは、画素の選択をおこなう素子を第1素子、第1素子の出力を受けて画素への電圧の供給をおこなう素子を第2素子とする。
【0031】
これらの素子は、TFTや各種ダイオードのようなアクティブ素子、あるいはそれらと抵抗、コンデンサーのような受動素子によって構成される。これらの作製に際しては、a−Siもしくはそれと同等な条件で作製されるものが望まれ、600℃以上の高温プロセスの採用は避けられる。
【0032】
もっとも単純には、図1(A)に示すように2つのTFTを、それぞれ第1素子(Tr)、第2素子(Tr)としたものである。本発明では画素の書換えにかかわらず、交流化をおこなうという意味で従来のTFTLCD方式にはない、電圧供給線をもうける必要がある。各配線との接続に関しては、図に示すようにTrソース又はドレインの一方をデータ線に、ゲイト電極を選択線に接続し、ソース又はドレインの他方はTrのゲイト電極に接続する。また、Trソース又はドレインの一方は電圧供給線に、ソース又はドレインの他方は画素電極にそれぞれ接続する。
【0033】
この例についての動作を、図1(B)を参考に以下に記す。ここでは、簡単のために、交流化が2回おこなわれる間に、書換えが1回おこなわれるものとする。もちろん、交流化が10回おこなわれる間に書換えが1回おこなわれる場合や、交流化が30回おこなわれる間に書換えが1回おこなわれる場合も同様に拡張して考えられる。
【0034】
この例では、最初、消灯状態であった画素が、点灯されて、つぎの書換えの際に再び、消灯されるものとする。選択線Vには、従来のようにパルスが規則的に印加される。一方、データ線にも必要な信号が印加される。データ線に印加される信号は正と負の2値、あるいは電圧状態と非電圧状態の2値とする。ここではTrもTrもNMOSであるとする。また、画素の対向電極の電位を0とする。
【0035】
最初に選択線にパルスが印加されたときには、データ線の信号が正であったので、Trのソース側の電位Vは、正の値となり、従来のTFTLCDの場合と同様に電圧が増大して、パルスの終了によって下落し、以後、自然に放電する。この放電に要する時間は、TrのOFF抵抗と、Trのゲイト電極とチャネル間の容量Cによって決定される。例えば、a−SiTFTでは、OFF抵抗として1013Ω程度であり、また、Cとしては10−13 F程度であるので、減衰定数は1秒程度である。すなわち1秒経過後に電圧は約40%になっている。よりCを大きくすることによって、この時間を延ばすことも可能である。
【0036】
さて、一方、電圧供給線には選択線のパルスに同期した信号が送られるが、この電圧供給線は画素駆動の交流化という目的から、図に示すように交流パルスが送られる。ここでは、選択パルス1回につき、電圧供給線の信号極性は、正と負に2回変化する。もちろん、選択パルス1回について、より多く極性を変化させても構わない。
【0037】
Trのゲイト電極には既に正の電圧がかかっているので、TrはON状態であり、電圧供給線の電圧がそのまま画素電極に印加され、画素電極の電圧Vは、図1(B)に示すように最初、負の値をとり、その後、電圧供給線の電圧が反転するにしたがって、正の値をとる。本発明の特徴とも言えることであるが、このような2段階の動作によって、画素には、電圧供給線の電圧と実質的に同じ電圧が供給され、しかも、これは従来のように自然放電によって減少することはない。したがって、明確に白黒が判別される。
【0038】
次に、再び、選択線にパルスが印加される。このときにはデータ線の電圧は0であるので、Cに蓄えられていた電荷は放電し、Vは0となる。これによって、TrもOFF状態となり、画素への電圧の供給はストップする。
【0039】
従来であれば、交流化の周期は書換えの周期と同じかもしくは長かったために、選択線に点線で示すようなパルスを印加しなければならなかった。しかしながら、本発明によって、そのパルスは不要となり、動作信号は2分の1となる。
【0040】
本発明の効果をさらに考えてみれば、例えば、図1と同様な手法によって、1秒に1回書換えをするとすれば、これは従来の速度の30分の1である。ということは、選択線に印加されるパルスもデータ線の信号も30倍長くできる。例えば、選択線のパルスであれば、従来は200行のマトリクスでは100μsec程度であったが、本発明ではその30倍の3msecとできる。このことは、TFTの動作が遅くとも、確実に応答して必要な電圧を充電・供給できることを意味している。従来では、a−SiTFTの動作が困難な短時間での応答であったので、各TFTの特性のばらつきによって、充電の十分な画素とそうでない画素が生じ、画質の悪化につながった。
【0041】
本発明では、すでに2段のTFTの動作によって、半アナログ的な電圧が画素に印加されることはないが、さらに、このような特徴によって、TFTの不良を減らし、歩留りの向上に寄与する。
【0042】
この説明ではTFTとしては、a−SiTFTを用いることが望ましい。そして、どちらにもNMOSのa−SiTFTを用いてもよいが、Trにはエンハンスメント型のTFTを、Trにはデプレッション型のTFTを用いてもよい。a−SiTFTを用いるにあたっては、PMOSは動作速度が著しく遅いので目的に適さない。しかしながら、アモルファスシリコンとポリシリコンの中間的な状態のシリコン半導体ではホールの移動度もかなり大きいので、PMOSが使用できる。その場合には周辺回路もCMOSとすることができる。
【0043】
本発明の装置の全体的な構成の例を図4に示す。このLCDのドット数は、例えば320×480(通常のラップトップ型コンピュータの画面の半分)とする。しかしながら、画面は大きくは上下左右に4分割され、それぞれ、LCDマトリクス(406)の横に配置された4つの選択線および電圧供給線のドライバー(401)によって駆動される。さらに、4つに分割された画面はそれぞれさらに半分に分割され、上下に設けられたデータ線のドライバー(402)によって駆動される。各ドライバーは、ワイヤボンディング端子(403)から、ワイヤボンディング法によって接続された配線(405)によって外部の回路と接続される。
【0044】
例えば、左下の画面に注目すれば、ここにある画素は全体の8分の1の、19200である。もし、1秒間に1回だけ書き換えるという動作をおこなうのであれば、データ線のドライバー402に配線405から送られる信号の周波数は、19.2kHzである。また、選択線および電圧供給線に送られる信号は、電圧供給線には最低でも1つの行について30Hzの信号が送られる必要があり、行数は240行の半分の120行(他の120行は反対側のドライバーが受け持つ)なので、3.6kHzの信号が送られる。いずれも、周波数としては極めて小さいものであって、ドライバーをa−SiTFTで構成したとしてもほとんど問題とならない。
【0045】
さらに、このようにドライバー回路をマトリクスと同時に形成した場合には、そのためによる歩留りの低下はほとんど無視できる。
本発明ではTrのゲイト電極とチャネル間の容量Cが特に問題となる。先に述べたように、Vの電位を維持するにあたって、TrのOFF抵抗とCがそのパラメータとなる。TFTのOFF抵抗はチャネルの厚さや幅を変更することによってある程度可変である。しかし、1013Ω以上の高抵抗を達成することは難しい。一方、Cは、Trのゲイト電極のサイズによって決定される。例えば、10×100μmのゲイト電極で、絶縁膜の厚さが100nmであれば、Cは10−13 〜10−12 Fである。絶縁膜として誘電率の高い窒化珪素を用いればCは大きくなる。
【0046】
Trのゲイト電極に10×100μmもの面積を使用することは開口率の低下につながり望ましくない。実際、これ以上、大きな面積をTFTのために割くことは賢明ではない。そこで、この矛盾を解決するには、電圧供給線に、Trのソース電極・配線を重ねるとよい。このようにすると、開口率を落とさずに大きな容量を得ることができる。その際には、層間絶縁物に誘電率の大きな材料を使用することも方法の1つである。
【0047】
このように、Trに大きなCを接続するので、TrのON/OFFの動作速度の低下を懸念する人がいるかもしれない。しかしながら、本発明では、各データ線の信号も選択線のパルスの従来よりかなり長く、例えば、30倍の長い間持続する。一方、従来のTFTLCDでは、負荷である画素電極の容量は10−13 F程度であった。本発明の場合には、従来と同程度もしくは1桁程度大きな負荷容量が要求されるが、応答速度が10分の1以下に低下しているので、全く問題はないばかりか、従来よりも余裕をもって応答・動作することができる場合もある。
【0048】
本発明によって、表示の書換え(維持も含む)をおこなう場合には、交流化のタイミングにあわせて適当な行数ごとにおこなう方法がある。例えば図5に示すような方法である。例えば、100行のマトリクスとしよう。そして、第1行と第21行と第41行と第61行と第81行の5つの行の電圧供給線は同期して同じ信号を印加されるものとする。同様に、第2行と第22行と第42行と第62行と第82行の5つの行、および他の行もそれぞれ組を作り、それぞれ同期して動作するものとする。
【0049】
最初の交流化のとき(図5(A))には、第1行から第20行までの画素の書換えが行われるものとしよう。このとき、第1行の画素には選択線にパルスと電圧供給線には正の電圧が印加される。一方、第21行やその他の第1行に同期して動く他の画素についても電圧供給線には電圧が印加されるが、選択線にはパルスは印加されない。したがって、このときには5つの組となって動作する行のうち、第1行しか書換えはおこなわれない。他の組についても同様で、結局、このときには第1行から第20行までだけが書換えられる。
【0050】
次に、第21行には選択線にパルスと同時に電圧供給線には負の電圧が印加されたとしよう。しかし、このときには同期して動作する第1行やその他の行には選択線にパルスは印加されない。電圧供給線には第21行と同様に電圧が印加される。他の行の組についても同様で、図5(B)に示すように、第21行から第40行までだけが書き換えられる。
【0051】
以後、同様な操作を繰り返す。図5(C)では第41行から第60行までが書き換えられるが、このときには電圧供給線には正の電圧が印加される。図5(D)では第61行から第80行までが書き換えられるが、このときには電圧供給線には負の電圧が印加される。図5(E)では第81行から第100行までが書き換えられるが、このときには電圧供給線には正の電圧が印加される。
【0052】
このようにして、図5(F)では、再び第1行から第20行までが書き換えられることとなる。このとき、電圧供給線に印加される電圧は負である。図5(A)から(E)までの間に、各画素は1回書き換えられたのであるが、画素の電圧は正、負、正、負、正というように5回変化している。このことこそ、まさに本発明の特徴となるべきことである。すなわち、交流化の周期よりも書換えの周期の方が長い。特に本発明ではこの周期の比率を30倍やそれ以上とすることによってドライバー回路の負担を著しく減少させるのである。
【0053】
さて、本発明では、LCD駆動のための電力も削減できる。従来のTFTLCDあるいはSTNLCDでは、各データ線に出力される信号の周波数は、(行数×30)Hzであった。しかし、本発明では、例えば書換えを1秒間に1回だけおこなうとすると(行数×1)Hzである。
【0054】
一方、従来のLCDでは各選択線に出力される信号の周波数は30Hzであるのに対し、本発明では1Hzである。しかしながら、本発明では電圧供給線に30Hzの信号が出力されるので、この点では、従来とほとんど互角である。
【0055】
結局、データ線の信号を減らすことによる消費電力の低減が計れる。また、従来のSTNLCDでは、ダイナミックモードでの動作であるので画面を見やすくするためにバックライトによって画面を照らし出す必要があったが、本発明ではスタティックッモードでの動作であるので、バックライトがなくとも良好な視認性を得ることができる。
【0056】
本発明を実施せんとすれば、公知の薄膜半導体作製技術を援用すればよい。その詳細についてはいちいち述べないが、以下に実施例を示し、説明する。
【0057】
【実施例】
図6に本発明を実施する為の画素の駆動回路例およびその作製方法を示す。これは画素の回路を上からみたときの様子を示している。本実施例の回路は3重金属配線の逆スタガー型2重TFTを有している。このような回路を作製するには以下のようにすればよい。
【0058】
まず、適当な基板上にアルミニウム等の金属材料でできた選択線(Trのゲイト電極・配線となる)601をパターニングする(マスク1)。このとき、選択線の表面に陽極酸化法等の方法によって、絶縁性のよい金属酸化物膜を形成しておくと、後のプロセスで不良が発生する確率が小さくなる。そして、ゲイト絶縁膜および層間絶縁物として機能する第1絶縁物層を成膜する。次に、CVD法等によってアモルファスシリコンあるいはポリシリコン膜を形成し、それをパターニングする(マスク2)。次に、マスク1を用いて、窒化珪素膜等のエッチングストッパーを選択線に重なるように形成する。あるいは、基板の裏面から光を照射して、セルフアライン的にこのエッチングストッパーを、選択線に重なるようにパターニングしてもよい。
【0059】
次に、不純物ドープされた半導体膜を形成・パターニングする(マスク3)。このようにして、第1のTFTの半導体領域602を作製する。図6(A)にその様子を示す。
【0060】
次に、データ線603を金属材料で形成する。データ線は第1のTFTのソース又はドレインの一方に接続するように形成される(マスク4)。また、同時に同じ材料で第1のTFTのソース又はドレインの他方と接続する電極から延びる配線604を形成する。このとき、この金属配線604がこのような複雑な計上を呈しているのは、後に電圧供給線と重なるようにするためである。その様子を図6(B)に示す。
【0061】
さらに、第1のTFTを作製した場合と同じように、第2の絶縁膜(第2のTFTのゲイト絶縁膜となる)を形成し、第2のTFTの活性化半導体膜をパターニングし(マスク5)、次に、マスク4を用いて、エッチングストッパーを形成し、不純物ドープされた半導体膜を形成・パターニングする(マスク6)。このようにして第2のTFTの半導体領域605を形成する。さらに、金属材料で電圧供給線606を形成し(マスク7)、第2のTFTのソースまたはドレインの一方とコンタクトを形成する。このようにして、図6(C)に示されるような回路を得る。最後に、図6(D)に示すように、透明導電膜607をパターニングして(マスク8)回路が完成する。

【0062】
以上の工程では、全部で8枚のマスクを必要とし、また、マスクプロセスは10回必要である。マスクプロセスを積極的に減らす為にはセルフアラインプロセスの導入が望ましい。また、エッチングストッパーを用いないでTFTを形成する為には、最初にソース、ドレイン領域となる不純物半導体をパターニングして形成し、その後、活性化半導体膜を形成してもよい。
【0063】
この回路では、電圧供給線と第2のTFTのゲイト電極配線は意図的に重なるように設計されている。これは、この両者の容量(図1(A)のCに相当)を大きくして、第2のTFTのゲイト電極に蓄積されている電荷の保持時間を長くし、書換えの回数を減らすことを意図したからである。
【0064】
【発明の効果】
本発明によって、見やすさに関してはTFTLCD等のアクティブマトリクス方式と同等であり、かつ、価格的にはSTNLCD方式に対抗できるLCDを提供することができる。
【0065】
本発明の目的は、動画を表示する必要のない表示装置に用いるLCDを提供することにある。例えば、電気機器の付属品として、機器の操作の方法や機器の動作状態を表示する用途に使用するもの等である。従来、このような用途は極めて限られており、マーケットは小さかった。従来は読出専用ディスプレーには、セグメント方式のLCDやSETNLCDが用いられた。
【0066】
しかしながら、セグメント方式では表示容量に限りがあった。また、STNLCDではドライバーICを装着する必要があった。現在、このようなICを実装する技術としてはTAB方式が一般に用いられているが、画素が小さくなることによって、TAB方式を採用することは技術的に難しくなる。一般に、画素の一辺が100μm以下となるとTAB方式は使用できない。
【0067】
本発明ではドライバーICも一体化して形成されるためこのような問題はない。しかしながら、従来のa−SiTFTLCDでは、その動作方法の困難から、ドライバーICをa−SiTFTで構成することは困難であった。本発明はこの点を見事に解決した。
【0068】
本発明によって、読出専用LCDの全く新しい用途が期待される。例えば、本発明では外付けのICを必要としないため、極めて小型化が可能である。したがって、カード型の表示装置に使用できる。例えば、カード型のポケットベルや各種クレジットカードの表示装置等に使用できる。このような用途は期待されることはあっても、適切な表示装置、LCDがなかったため実用できなかったものである。現在はこのような目的の市場規模は小さいが、莫大な潜在需要があるものと期待され、大きなマーケットに成長することが期待される。
【0069】
本発明では、TFTの材料としては600℃以下の低温で作製される材料を用いることが望ましい。実施例ではa−SiTFTを取り上げたが、CdSやCdSe等の化合物半導体であっても特に問題はない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のTFTLCDの画素の回路例とその動作例を示す。
【図2】従来のTFTLCDの画素の回路例とその動作例を示す。
【図3】各種LCDの画素数とコストの関係の概略を示す。
【図4】本発明のTFTLCDのパネルの構成例を示す。
【図5】本発明のTFTLCDの表示方法の例を示す。
【図6】本発明のTFTLCDの画素の回路例およびその作製方法の例を示す。
【符号の説明】
401・・・・選択線・電圧供給線ドライバー回路
402・・・・データ線ドライバー回路
403・・・・ボンディングパット
405・・・・ボンディングワイヤー
406・・・・マトリクス領域
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid crystal display or similar display. The present invention particularly relates to an active matrix display device, a display method thereof, and a manufacturing method thereof. One of the objects of the present invention is a display of a black-and-white display, which does not require a high-speed operation or a high-speed operation such as a gray scale display, but relates to a display that requires visibility and low cost. In particular, a display having such a function is used for a read-only display device such as various information displays.
[0002]
[Prior art]
With the recent miniaturization and power saving of various OA devices, display devices are being replaced by flat panel displays (FPDs) such as liquid crystal displays (LCDs) and plasma displays from conventional cathode ray tubes (CRTs). . In particular, LCDs have been used in portable devices because of their low power consumption.
[0003]
However, LCDs still have many problems to solve. At present, an LCD that is frequently used is called a simple matrix type LCD, and may be called an STN LCD after taking the name of a liquid crystal material. STNLCDs are easy to manufacture, have low cost, and are widely used.
[0004]
However, STN as a liquid crystal material has a problem that the response speed, which is an inherent characteristic of the material, is extremely slow, and when an object moving at high speed is displayed, the object cannot follow the object and cannot be displayed.
[0005]
Further, from the operation method, the time during which one pixel is lit in one frame (usually 10 to 30 msec) is from several tens μsec to several msec. This is inversely proportional to the number of rows of the matrix. In a matrix of 200 rows, one frame is 30 msec and only about 150 μsec is lit. For this reason, there is a drawback that the screen has low contrast and is very difficult to see when the screen is viewed obliquely. Furthermore, if there is a very bright or dark portion on a part of the screen, a phenomenon (crosstalk) that affects the surrounding area occurs.
[0006]
On the other hand, in recent years, LCDs having a method in which each pixel has an active element to switch the pixel by using the active element have been proposed and marketed. These are collectively called active matrix LCDs, but are called TFTLCDs or MIMLCDs depending on the type of active element. The TFT is a thin film transistor, and the MIM is a diode having a metal / insulator / metal structure.
[0007]
In these LCDs, the lighting time of the pixel during one frame is almost equal to one frame, so that the contrast is high and the viewing angle is wide. However, due to technical problems, its production yield is low, its cost and selling price are high, and at present, it is practically used only for high-end computer displays.
[0008]
At present, demand for LCDs is mainly used for portable computers, but a wider range of applications is expected in the future. For example, there is a use as an information display such as a cordless telephone, a display attached to a mobile telephone, or a portable electronic dictionary. In such a case, visibility and low cost are required, and power saving is also required. However, conventional LCDs have not been satisfactory in that respect.
[0009]
For example, although the cost of the STNLCD is low, it is difficult to see from the above problems. In addition, there are two main types of TFTLCD: TFTLCD using TFT using amorphous silicon (hereinafter a-Si TFTLCD) and TFTLCD using TFT using polysilicon (hereinafter polysilicon TFTLCD). Although the former and the latter have no problem in the visibility of the image, the cost cannot be matched with the STNLCD.
[0010]
In particular, when an a-Si TFT LCD is used as a small-sized read-only display, one of the factors that raises the cost is that a driver circuit cannot be built in. Therefore, a driver IC must be connected by a TAB method or the like. Costs will be a major part of the cost increase.
[0011]
FIG. 3 shows the relationship between the number of pixels (number of dots) of the LCD and the cost. This relationship is conceptual and semi-quantitative. In a simple matrix system such as STNLCD, the matrix itself is relatively easy to manufacture, and most of the cost of a small matrix is occupied by the driver IC. That is, the number of driver ICs is proportional to the number of terminals in the matrix, while the number of dots is proportional to the square of the number of terminals. Consequently, the price of the driver IC is proportional to the square root of the number of dots. The cost is dominated by the price of The state is shown in a simple matrix: TAB in the figure.
[0012]
In the a-Si TFT LCD, the production of the matrix is complicated, the yield of the matrix itself is low, and the overall shift is higher than that of the simple matrix. The state is shown in a-Si TFT: TAB in the figure. In the a-Si TFT LCD, the factor occupying the price is different between the small matrix and the large matrix. In the case of a small-scale matrix, the cost of the driver IC occupies a large part of the cost as in the case of the STNLCD. On the other hand, in a large-scale matrix, the cost due to a decrease in the yield of the matrix is a major factor.
[0013]
In a polysilicon TFT LCD, the driver IC can be manufactured simultaneously with the matrix formation by using polysilicon, so that there is no need to mount the IC, and thus the driver IC does not contribute to the cost. Particularly, the mounting of the driver IC has a technical problem, and the purpose of thinking of miniaturization is originally not suitable. Therefore, the polysilicon TFT LCD is also characterized in that it can be miniaturized. However, it is more difficult to fabricate the matrix of the polysilicon TFTLCD than the a-Si TFTLCD, and the cost increases significantly as the number of dots increases. However, since there is no cost factor of the driver IC in the small-scale matrix, as shown in the figure for the complete polysilicon TFT, the cost is competitive with the a-Si TFT LCD.
[0014]
Now, even a-SiTFTLCD, if constituting the drivers a-Si as shown in the dotted line (complete a-SiTFT), can STNLCD and conflict. However, this was not possible with the conventional TFTLCD method. That is, for example, when a relatively small matrix of 160 × 100 is considered, the frame frequency is 30 Hz in a normal operation, and therefore, a signal of 480 kHz is input particularly to the data line driver. However, an a-Si TFT cannot follow such a high-speed operation. The same is true for compound semiconductors such as cadmium selenium (CdSe) based semiconductors. Although these semiconductor materials are not actively used as active devices, they have toxicity and resource problems, but their low response speed is also a serious problem.
[0015]
To avoid this difficulty, the frame frequency may be reduced. In particular, when it is not necessary to display a moving image, it seems that there is no problem in reducing the frame frequency. However, due to the current technical problems of the TFTLCD, the state of frame scanning is visible and the screen is extremely low. It becomes hard to see.
[0016]
FIG. 2 shows a pixel circuit of a TFTLCD using a TN liquid crystal as a conventional liquid crystal material and an operation example thereof. A gate electrode of the TFT is connected to a selection line (also called a gate line), a drain is connected to a data line (also called a drain line), and a source is connected to a pixel electrode. The opposing electrode of the pixel electrode is usually kept at a constant voltage as a common electrode. Generally, it is grounded.
[0017]
As shown in FIG. 2B, a pulse is periodically applied to the selection line, and pixel information is applied to the data line as a voltage signal. The pulse cycle of the selection line is one frame cycle in a normal operation, and is typically 10 to 30 msec. The width of the pulse is approximately equal to or less than the period divided by the number of rows of the matrix. For example, it is 100 to 300 μsec for a relatively small 100-row matrix used for an information display or the like.
[0018]
The signal of the data line is in a voltage state when the pixel is turned on, and is in a non-voltage state when the pixel is turned off. The polarity of the voltage state is periodically changed. This is because if a direct current is applied to the TN liquid crystal material for a long time, the TN liquid crystal material is decomposed due to electrolysis. This operation is called alternating current.
[0019]
Now, the source side of the signal applied TFT of such a signal is shown in V 1. First, the TFT is turned on by application of the pulse of the selection line, and the voltage of the source rises to become the same as the voltage of the drain. However, at the same time as the pulse is cut off, the voltage has an effect of ΔV due to the parasitic capacitance between the gate electrode of the TFT and the source region. Thereafter, the TFT is turned off, so that the pixel electrode is in an electrically floating state, and the voltage gradually decreases due to the leak current of the TFT.
[0020]
Next, a pulse is again applied to the selection line, and when the TFT is turned on, the voltage of the source approaches the negative drain voltage this time. Thereafter, the pulse is cut off, and the voltage shifts negatively by ΔV due to the influence of the parasitic capacitance, and the voltage is attenuated by the leak current. Because when a pulse of the last selection line is applied drain voltage is 0, the release electric charge stored in the pixel electrode, V 1 is zero.
[0021]
If the frame frequency is reduced, such voltage fluctuations will be visible at the frame frequency. The lowering of the frame frequency is limited to 10 Hz.
[0022]
Another solution is to fabricate only the driver IC using polysilicon. However, in order not to limit the type of the glass substrate, annealing at a high temperature, which is usually performed, cannot be performed. The advanced technology must be adopted. However, laser annealing is a method that has not yet established its technology and is inferior in mass productivity.
[0023]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention is to provide a new active matrix system capable of competing with the simple matrix system in terms of cost and realizing the same image quality as the active matrix system in a display device which does not particularly need to display a moving image, and a display device thereof. It is.
[0024]
In particular, the present invention eliminates the need for a driver IC by simultaneously forming a pixel matrix and a peripheral driver circuit using an a-Si TFT or a TFT that can be manufactured at a relatively low temperature, thereby improving the yield and reducing the cost. Is what you do.
[0025]
[Means for Solving the Problems]
As described above, lowering the frame frequency is particularly necessary for a display that does not need to display a moving image when using a TFT using a low mobility semiconductor such as an a-Si TFT or a CdSe-based semiconductor in a driver circuit. This is an important method. However, the reduction in frame frequency must not cause visible image degradation such as flicker.
[0026]
By the way, according to the conventional idea, the meaning of the frame frequency overlaps with the meaning of the frequency of AC conversion and the meaning of the frequency of rewriting. Even if the two were separated, the rewriting frequency was naturally higher than the frequency of the alternating current. Here, pay attention to the word rewriting used in the text. In the text, rewriting does not only mean a change in the display content, but also means that a signal is externally injected or that there is a chance even if the display content is the same. Therefore, in the conventional TFTLCD, the pixels that were lit in one frame can be maintained in the lit state in the next frame. For this reason, a pulse is applied to the selection line and a signal is sent to the data line at the same time. , Is rewritten.
[0027]
As described above, the frame frequency cannot be set to 10 Hz or less due to a visual problem. In the present invention, the above-mentioned problem is solved by clearly distinguishing between AC and rewriting and controlling both independently. It will be clear that if these elements are separated, it is the alternating frequency that affects vision, not the rewriting frequency. For example, in the segment type LCD, the operation of rewriting is substantially different from the operation of AC conversion. In fact, the rewriting frequency of the calculator's LCD is extremely slow. However, the frequency of the alternating current is about 30 Hz. The reason why the display on the LCD flickers due to battery exhaustion or the like is due to a decrease in the AC frequency, not because the rewrite cycle has dropped.
[0028]
Also in the present invention, the frequency of the alternating current must be 10 Hz or more in order to prevent flicker. However, the rewriting frequency needs to be 1 Hz or less.
[0029]
For example, if the rewriting is 1 Hz, the signal sent to the driver of the data line of the LCD of 160 × 100 dots is 16 kHz, which is 1/30 of the conventional value, which is a speed that can be sufficiently driven by the a-Si TFT.
[0030]
Now, in order to achieve such an object, a conventional TFT LCD system is extremely inappropriate. This is because, in the conventional TFT LCD, one TFT plays two roles of selecting a pixel and supplying a voltage to the pixel. Therefore, in the present invention, these two roles are assigned to the respective active elements separately. Here, an element that selects a pixel is a first element, and an element that receives an output of the first element and supplies a voltage to the pixel is a second element.
[0031]
These elements are composed of active elements such as TFTs and various diodes, or passive elements such as resistors and capacitors. At the time of manufacturing these, a-Si or one manufactured under conditions equivalent thereto is desired, and adoption of a high-temperature process at 600 ° C. or higher is avoided.
[0032]
Most simply, as shown in FIG. 1A, two TFTs are a first element (Tr 1 ) and a second element (Tr 2 ), respectively. In the present invention, it is necessary to provide a voltage supply line which is not included in the conventional TFTLCD method in the sense that AC is performed regardless of pixel rewriting. For the connection between the wires, to the data lines one of the drain or the source of the Tr 1 as shown in FIG, connecting the gate electrode to the selection line, the other one thereof is connected to the gate electrode of Tr 2. Further, also the source of the Tr 2 to one voltage supply line of the drain, the other of the source and the drain is connected to the pixel electrode.
[0033]
The operation of this example will be described below with reference to FIG. Here, for the sake of simplicity, it is assumed that the rewriting is performed once while the exchange is performed twice. Of course, the case where the rewriting is performed once while the AC conversion is performed ten times, or the case where the rewriting is performed once while the AC conversion is performed 30 times can be similarly expanded.
[0034]
In this example, it is assumed that the pixel which has been turned off at first is turned on and then turned off again at the next rewriting. The select line V G, a pulse as in the prior art are regularly applied. On the other hand, necessary signals are also applied to the data lines. The signal applied to the data line has two values, positive and negative, or a voltage state and a non-voltage state. Here, it is assumed that both Tr 1 and Tr 2 are NMOS. Further, the potential of the counter electrode of the pixel is set to 0.
[0035]
When a pulse is first applied to the selection line, the signal on the data line is positive, so the potential V 1 on the source side of Tr 1 becomes a positive value, and the voltage increases as in the case of the conventional TFTLCD. Then, it falls by the end of the pulse, and thereafter discharges spontaneously. The time required for this discharge is determined by the OFF resistance of Tr 1 and the capacitance C between the gate electrode of Tr 2 and the channel. For example, in an a-Si TFT, the OFF resistance is about 10 13 Ω, and the C is about 10 −13 F, so that the attenuation constant is about 1 second. That is, the voltage is reduced to about 40% after one second. This time can be extended by making C larger.
[0036]
On the other hand, a signal synchronized with the pulse of the selection line is sent to the voltage supply line, and an AC pulse is sent to this voltage supply line as shown in FIG. Here, for each selection pulse, the signal polarity of the voltage supply line changes twice between positive and negative. Of course, the polarity may be changed more for one selection pulse.
[0037]
Since the gate electrode of Tr 2 already takes a positive voltage, Tr 2 is turned ON, the voltage of the voltage supply line is directly applied to the pixel electrode, the voltage V 2 of the pixel electrode, FIG. 1 (B First, as shown in ()), it takes a negative value, and then takes a positive value as the voltage of the voltage supply line is inverted. It can be said that this is a feature of the present invention. By such a two-stage operation, a voltage substantially equal to the voltage of the voltage supply line is supplied to the pixel, and this is achieved by natural discharge as in the prior art. It does not decrease. Therefore, black and white is clearly discriminated.
[0038]
Next, a pulse is again applied to the selection line. Since this time, the voltage of the data line is 0, the charge stored in C is discharged, V 1 is zero. As a result, Tr 2 is also turned off, and the supply of the voltage to the pixel is stopped.
[0039]
In the related art, since the cycle of the AC conversion is the same as or longer than the cycle of the rewriting, a pulse as shown by a dotted line must be applied to the selection line. However, with the present invention, the pulse is not needed and the operating signal is halved.
[0040]
Considering further the effect of the present invention, if the rewriting is performed once a second, for example, by a method similar to that of FIG. 1, this is 1/30 of the conventional speed. This means that the pulse applied to the selection line and the signal on the data line can be 30 times longer. For example, in the case of a pulse of a selection line, conventionally, it was about 100 μsec for a matrix of 200 rows, but in the present invention, it can be set to 30 msec, 3 msec. This means that the required voltage can be charged and supplied in a reliable manner even if the operation of the TFT is slow. Conventionally, the response of the a-Si TFT was a short time in which the operation of the TFT was difficult, so that variations in the characteristics of each TFT resulted in pixels that were sufficiently charged and pixels that were not sufficiently charged, leading to deterioration in image quality.
[0041]
In the present invention, a semi-analog voltage is not applied to the pixel by the operation of the two-stage TFT, but such a feature further reduces TFT defects and contributes to an improvement in yield.
[0042]
In this description, it is desirable to use an a-Si TFT as the TFT. An NMOS a-Si TFT may be used for both, but an enhancement type TFT may be used for Tr 1 and a depletion type TFT may be used for Tr 2 . When an a-Si TFT is used, a PMOS is not suitable for the purpose because its operation speed is extremely slow. However, in a silicon semiconductor in an intermediate state between amorphous silicon and polysilicon, the mobility of holes is considerably large, so that a PMOS can be used. In that case, the peripheral circuit can also be CMOS.
[0043]
FIG. 4 shows an example of the overall configuration of the apparatus of the present invention. The number of dots of this LCD is, for example, 320 × 480 (half the screen of a normal laptop computer). However, the screen is roughly divided into four parts, up, down, left, and right, and each is driven by a driver (401) for four selection lines and voltage supply lines arranged beside the LCD matrix (406). Further, each of the four divided screens is further divided into halves, and driven by data line drivers (402) provided above and below. Each driver is connected from a wire bonding terminal (403) to an external circuit by a wiring (405) connected by a wire bonding method.
[0044]
For example, paying attention to the lower left screen, the pixel located here is 19200, which is one eighth of the whole. If the operation of rewriting only once per second is performed, the frequency of the signal transmitted from the wiring 405 to the data line driver 402 is 19.2 kHz. Also, as for the signals sent to the selection line and the voltage supply line, it is necessary that a signal of 30 Hz is sent to the voltage supply line at least for one row, and the number of rows is 120 half of 240 rows (the other 120 rows). Is handled by the driver on the opposite side), so a 3.6 kHz signal is sent. In each case, the frequency is extremely low, and there is almost no problem even if the driver is constituted by an a-Si TFT.
[0045]
Further, when the driver circuits are formed simultaneously with the matrix as described above, the reduction in yield due to the driver circuits can be almost ignored.
The capacitance C is especially problematic between the gate electrode and the channel of the Tr 2 in the present invention. As mentioned earlier, in order to maintain the potential of V 1, OFF resistance and C Tr 1 becomes its parameters. The OFF resistance of the TFT can be changed to some extent by changing the thickness and width of the channel. However, it is difficult to achieve a high resistance of 10 13 Ω or more. Meanwhile, C is is determined by the size of the gate electrode of Tr 2. For example, if the thickness of the insulating film is 100 nm for a gate electrode of 10 × 100 μm 2 , C is 10 −13 to 10 −12 F. If silicon nitride having a high dielectric constant is used as the insulating film, C increases.
[0046]
Use of an area of 10 × 100 μm for the gate electrode of Tr 2 leads to a decrease in aperture ratio, which is not desirable. In fact, it is not advisable to devote much more area to the TFT. Therefore, to resolve this conflict, the voltage supply line, the overlapping source electrode and wiring Tr 1 may. In this case, a large capacity can be obtained without lowering the aperture ratio. In this case, one of the methods is to use a material having a large dielectric constant for the interlayer insulator.
[0047]
Since a large C is connected to Tr 1 as described above, there may be a person who is concerned about a decrease in the ON / OFF operation speed of Tr 1 . However, in the present invention, the signal of each data line also lasts much longer than the pulse of the selection line, for example, 30 times longer. On the other hand, in the conventional TFTLCD, the capacitance of the pixel electrode as a load was about 10 −13 F. In the case of the present invention, a load capacity that is as large as that of the related art or about one order of magnitude is required. However, since the response speed is reduced to one tenth or less, there is no problem at all, and there is more margin than in the related art. May be able to respond and operate.
[0048]
According to the present invention, when rewriting (including maintaining) the display, there is a method of performing the rewriting every suitable number of lines in accordance with the timing of the AC conversion. For example, a method as shown in FIG. For example, let's say you have a 100 row matrix. It is assumed that the same signal is applied to the voltage supply lines of five rows, that is, the first row, the 21st row, the 41st row, the 61st row, and the 81st row. Similarly, it is assumed that five rows, ie, the second row, the 22nd row, the 42nd row, the 62nd row, and the 82nd row, and the other rows also form a set, and operate in synchronization with each other.
[0049]
At the time of the first AC conversion (FIG. 5A), it is assumed that the pixels in the first to twentieth rows are rewritten. At this time, a pulse is applied to the selection line and a positive voltage is applied to the voltage supply line to the pixels in the first row. On the other hand, a voltage is applied to the voltage supply line but no pulse is applied to the selection line for the other pixels that move in synchronization with the 21st row and the other first rows. Therefore, at this time, rewriting is performed only on the first row among the rows operating as a set of five. The same applies to the other sets. In this case, only the first to twentieth rows are rewritten.
[0050]
Next, it is assumed that a negative voltage is applied to the voltage supply line simultaneously with a pulse to the selection line in the 21st row. However, at this time, no pulse is applied to the selection line in the first row and the other rows that operate synchronously. A voltage is applied to the voltage supply line in the same manner as in the 21st row. The same applies to other sets of rows, as shown in FIG. 5B, where only the 21st to 40th rows are rewritten.
[0051]
Thereafter, the same operation is repeated. In FIG. 5C, lines 41 to 60 are rewritten. At this time, a positive voltage is applied to the voltage supply line. In FIG. 5D, the data is rewritten from the 61st line to the 80th line. At this time, a negative voltage is applied to the voltage supply line. In FIG. 5E, the 81st to 100th rows are rewritten. At this time, a positive voltage is applied to the voltage supply line.
[0052]
In this way, in FIG. 5F, the first to twentieth rows are rewritten again. At this time, the voltage applied to the voltage supply line is negative. Each pixel has been rewritten once between FIGS. 5A to 5E, but the voltage of the pixel has changed five times, such as positive, negative, positive, negative, and positive. This is exactly what should be the feature of the present invention. That is, the rewriting cycle is longer than the alternating cycle. In particular, in the present invention, the load on the driver circuit is significantly reduced by setting the ratio of the period to 30 times or more.
[0053]
Now, in the present invention, the power for driving the LCD can be reduced. In a conventional TFTLCD or STNLCD, the frequency of a signal output to each data line is (number of rows × 30) Hz. However, in the present invention, if rewriting is performed only once per second, for example, the frequency is (the number of rows × 1) Hz.
[0054]
On the other hand, in the conventional LCD, the frequency of the signal output to each selection line is 30 Hz, whereas in the present invention, it is 1 Hz. However, in the present invention, since a signal of 30 Hz is output to the voltage supply line, this point is almost equal to the conventional one.
[0055]
As a result, power consumption can be reduced by reducing the number of data line signals. Further, in the conventional STNLCD, since the operation was performed in the dynamic mode, it was necessary to illuminate the screen with a backlight in order to make the screen easily viewable. However, in the present invention, since the operation was performed in the static mode, the backlight was operated. Good visibility can be obtained without it.
[0056]
In order to implement the present invention, a known thin film semiconductor manufacturing technique may be used. The details thereof will not be described one by one, but examples will be shown and described below.
[0057]
【Example】
FIG. 6 shows an example of a pixel driving circuit for implementing the present invention and a manufacturing method thereof. This shows a state when the pixel circuit is viewed from above. The circuit of this embodiment has an inverted stagger type double TFT with triple metal wiring. Such a circuit may be manufactured as follows.
[0058]
First, a selection line (which becomes a gate electrode and a wiring of the Tr 1 ) 601 made of a metal material such as aluminum is patterned on an appropriate substrate (mask 1). At this time, if a metal oxide film with good insulating properties is formed on the surface of the selection line by an anodic oxidation method or the like, the probability of occurrence of a defect in a later process is reduced. Then, a first insulating layer functioning as a gate insulating film and an interlayer insulating film is formed. Next, an amorphous silicon or polysilicon film is formed by a CVD method or the like, and is patterned (mask 2). Next, using the mask 1, an etching stopper such as a silicon nitride film is formed so as to overlap the selection line. Alternatively, light may be irradiated from the back surface of the substrate to pattern the etching stopper in a self-aligned manner so as to overlap the selection line.
[0059]
Next, a semiconductor film doped with impurities is formed and patterned (mask 3). Thus, the semiconductor region 602 of the first TFT is manufactured. FIG. 6A shows this state.
[0060]
Next, the data line 603 is formed of a metal material. The data line is formed so as to be connected to one of the source and the drain of the first TFT (mask 4). At the same time, a wiring 604 extending from an electrode connected to the other of the source and the drain of the first TFT is formed using the same material. At this time, the reason why the metal wiring 604 presents such a complicated calculation is to make it overlap with the voltage supply line later. FIG. 6B shows this state.
[0061]
Further, as in the case of manufacturing the first TFT, a second insulating film (to be a gate insulating film of the second TFT) is formed, and the activated semiconductor film of the second TFT is patterned (mask). 5) Next, using the mask 4, an etching stopper is formed, and an impurity-doped semiconductor film is formed and patterned (mask 6). Thus, the semiconductor region 605 of the second TFT is formed. Further, a voltage supply line 606 is formed of a metal material (mask 7), and a contact is formed with one of the source and the drain of the second TFT. Thus, a circuit as shown in FIG. 6C is obtained. Finally, as shown in FIG. 6D, the transparent conductive film 607 is patterned (mask 8) to complete the circuit.

[0062]
The above steps require a total of eight masks, and require ten mask processes. In order to actively reduce the mask process, it is desirable to introduce a self-alignment process. In order to form a TFT without using an etching stopper, first, an impurity semiconductor to be a source / drain region may be formed by patterning, and thereafter, an activated semiconductor film may be formed.
[0063]
In this circuit, the voltage supply line and the gate electrode wiring of the second TFT are designed to intentionally overlap. This means that the capacity of both of them (corresponding to C in FIG. 1A) is increased, the retention time of the electric charge accumulated in the gate electrode of the second TFT is lengthened, and the number of times of rewriting is reduced. Because it was intended.
[0064]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to provide an LCD which is equivalent to an active matrix type such as a TFT LCD in viewability and which can be competitive in price with the STNLCD type.
[0065]
An object of the present invention is to provide an LCD used for a display device that does not need to display a moving image. For example, as an accessory of an electric device, a device used for displaying a method of operating the device or an operation state of the device is used. Traditionally, such applications have been very limited and the market has been small. Conventionally, a segment type LCD or SETN LCD has been used as a read-only display.
[0066]
However, the segment system has a limited display capacity. In addition, in STNLCD, it was necessary to mount a driver IC. At present, the TAB method is generally used as a technique for mounting such an IC, but it becomes technically difficult to adopt the TAB method as the pixels become smaller. Generally, when one side of a pixel is less than 100 μm, the TAB method cannot be used.
[0067]
In the present invention, such a problem does not occur because the driver IC is also integrally formed. However, in the conventional a-Si TFT LCD, it was difficult to configure the driver IC with the a-Si TFT due to the difficulty in the operation method. The present invention has successfully solved this point.
[0068]
According to the present invention, a completely new use of a read-only LCD is expected. For example, the present invention does not require an external IC, and thus can be extremely miniaturized. Therefore, it can be used for a card type display device. For example, it can be used for a card type pager, a display device for various credit cards, and the like. Although such uses are expected, they cannot be put to practical use because there are no suitable display devices and LCDs. At present, the market scale for such purposes is small, but it is expected that there will be enormous potential demand, and it is expected to grow into a large market.
[0069]
In the present invention, it is desirable to use a material manufactured at a low temperature of 600 ° C. or lower as a material of the TFT. Although the a-Si TFT is taken up in the embodiment, there is no particular problem even if it is a compound semiconductor such as CdS or CdSe.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a circuit example of a pixel of a TFTLCD of the present invention and an operation example thereof.
FIG. 2 shows a circuit example of a pixel of a conventional TFTLCD and an operation example thereof.
FIG. 3 schematically shows the relationship between the number of pixels and the cost of various LCDs.
FIG. 4 shows a configuration example of a panel of the TFTLCD of the present invention.
FIG. 5 shows an example of a display method of the TFTLCD of the present invention.
FIG. 6 shows an example of a circuit of a pixel of a TFTLCD of the present invention and an example of a manufacturing method thereof.
[Explanation of symbols]
401 selection line / voltage supply line driver circuit 402 data line driver circuit 403 bonding pad 405 bonding wire 406 matrix area

Claims (3)

アモルファスシリコンで形成された第1の素子と第2の素子とを有し且つ基板上に形成された画素と、前記画素と同時に前記基板上に形成され、アモルファスシリコンで形成された素子を有する駆動回路とを有する表示装置の作製方法であって、
前記基板上に選択線に接続する第1の素子のゲイト電極を形成し、
前記第1の素子のゲイト電極上に第1の素子のゲート絶縁膜を形成し、
前記第1の素子のゲート絶縁膜上に第1の素子のアモルファスシリコン膜を形成し、
前記第1の素子のアモルファスシリコン膜上に窒化珪素膜を形成し、
前記基板の裏面から光を照射して前記窒化珪素膜をパターニングし、
パターニングされた前記窒化珪素膜上に不純物ドープされた半導体膜を形成しパターニングすることにより、第1の素子のソースおよびドレインを形成し、
前記第1の素子のソースまたはドレインの一方に接続するデータ線を形成すると同時に、前記第1の素子のソースまたはドレインの他方に接続する金属配線を形成し、
前記金属配線上に第2の素子のゲート絶縁膜を形成し、
前記第2の素子のゲート絶縁膜上に第2の素子のアモルファスシリコン膜を形成し、
前記第2の素子のアモルファスシリコン膜上にエッチングストッパーを形成し、
前記エッチングストッパー上に不純物ドープされた半導体膜を形成しパターニングすることにより、前記第2の素子のソースおよびドレインを形成し、
前記第2の素子のソースまたはドレインの一方に接続する電圧供給線を形成し、
前記第2の素子のソースまたはドレインの他方に接続する画素電極を形成し、
前記金属配線は第2の素子のゲイト電極配線であり且つ前記電圧供給線と重なることを特徴とする表示装置の作製方法。
Drive having a first element and a pixel formed on and a substrate and a second element formed of amorphous silicon, the pixels and formed on the substrate simultaneously, the element formed of amorphous silicon A method for manufacturing a display device having a circuit ,
Forming a gate electrode of a first element connected to a selection line on the substrate;
Forming a gate insulating film of the first element on the gate electrode of the first element ;
Forming an amorphous silicon film of the first element on the gate insulating film of the first element ;
Forming a silicon nitride film on the amorphous silicon film of the first element ;
Irradiating light from the back surface of the substrate to pattern the silicon nitride film,
By patterning to form an impurity-doped semiconductor film patterned the silicon nitride film, forming a source and a drain of the first element,
Forming a data line connected to one of the source or the drain of the first element, and simultaneously forming a metal wiring connected to the other of the source or the drain of the first element;
Forming a gate insulating film of a second element on the metal wiring;
Forming an amorphous silicon film of the second element on the gate insulating film of the second element;
Forming an etching stopper on the amorphous silicon film of the second element;
Forming a source and drain of the second element by forming and patterning a semiconductor film doped with impurities on the etching stopper;
Forming a voltage supply line connected to one of a source and a drain of the second element;
Forming a pixel electrode connected to the other of the source and the drain of the second element;
The method for manufacturing a display device, wherein the metal wiring is a gate electrode wiring of a second element and overlaps with the voltage supply line .
アモルファスシリコンで形成された第1の素子と第2の素子とを有し且つ基板上に形成された画素と、前記画素と同時に前記基板上に形成され、アモルファスシリコンで形成された素子を有する駆動回路とを有する表示装置の作製方法であって、
前記基板上に選択線に接続する第1の素子のゲイト電極を形成し、
前記第1の素子のゲイト電極上に第1の素子のゲート絶縁膜を形成し、
前記第1の素子のゲート絶縁膜上に第1の素子のアモルファスシリコン膜を形成し、
前記第1の素子のアモルファスシリコン膜上にエッチングストッパーとなる膜を形成し、
前記基板の裏面から光を照射することにより前記エッチングストッパーとなる膜をパターニングして第1の素子のエッチングストッパーを形成し、
前記第1の素子のエッチングストッパー上に不純物ドープされた半導体膜を形成しパターニングすることにより第1の素子のソースおよびドレインを形成し、
前記第1の素子のソースまたはドレインの一方に接続するデータ線を形成すると同時に、前記第1の素子のソースまたはドレインの他方に接続する金属配線を形成し、
前記金属配線上に第2の素子のゲート絶縁膜を形成し、
前記第2の素子のゲート絶縁膜上に第2の素子のアモルファスシリコン膜を形成し、
前記第2の素子のアモルファスシリコン膜上に第2の素子のエッチングストッパーを形成し、
前記第2の素子のエッチングストッパー上に不純物ドープされた半導体膜を形成しパターニングすることにより、第2の素子のソースおよびドレインを形成し、
前記第2の素子のソースまたはドレインの一方に接続する電圧供給線を形成し、
前記第2の素子のソースまたはドレインの他方に接続する画素電極を形成し、
前記金属配線は第2の素子のゲイト電極配線であり且つ前記電圧供給線と重なることを特徴とする表示装置の作製方法。
Drive having a first element and a pixel formed on and a substrate and a second element formed of amorphous silicon, the pixels and formed on the substrate simultaneously, the element formed of amorphous silicon A method for manufacturing a display device having a circuit ,
Forming a gate electrode of a first element connected to a selection line on the substrate;
Forming a gate insulating film of the first element on the gate electrode of the first element ;
Forming an amorphous silicon film of the first element on the gate insulating film of the first element ;
Forming a film serving as an etching stopper on the amorphous silicon film of the first element ;
By irradiating light from the back surface of the substrate, the film serving as the etching stopper is patterned to form an etching stopper of the first element ,
Forming a source and drain of the first element by forming and patterning a semiconductor film doped with impurities on the etching stopper of the first element ;
Forming a data line connected to one of the source or the drain of the first element, and simultaneously forming a metal wiring connected to the other of the source or the drain of the first element;
Forming a gate insulating film of a second element on the metal wiring;
Forming an amorphous silicon film of the second element on the gate insulating film of the second element;
Forming an etching stopper for the second element on the amorphous silicon film of the second element;
Forming a source and drain of the second element by forming and patterning a semiconductor film doped with impurities on the etching stopper of the second element;
Forming a voltage supply line connected to one of a source and a drain of the second element;
Forming a pixel electrode connected to the other of the source and the drain of the second element;
The method for manufacturing a display device, wherein the metal wiring is a gate electrode wiring of a second element and overlaps with the voltage supply line .
前記第1の素子および前記第2の素子は、逆スタガー型の薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の表示装置の作製方法。It said first element and said second element, a method for manufacturing a display device according to claim 1 or claim 2, characterized in that an inverse stagger type thin film transistor.
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