JP3672785B2 - 表示装置の作製方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、アクティブ型表示装置、特にアクティブ型液晶表示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２０１）のときには、透過光量がほぼ０％、Ｖｂ（Ｂ点２０２）の場合には２０％ほど、Ｖｃ（Ｃ点２０３）の場合には７０％ほど、Ｖｄ（Ｄ点２０４）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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の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】
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電気特性を有するように作成するのには困難を有し、ばらつきが大きいため特にアナログ階調表示に必要な中間の電圧の微調整は非常な困難を要していた。
【０００６】
また、階調表示を行う別の方法として、複数の書込み（表示フレーム）を用いて、例えば１６フレームを利用して、そのＯＮ／ＯＦＦの割合に応じたデジタル的階調表示を行う方法が提案されていた。これは、１６フレームの内、８フレームをＯＮ、残り８フレームをＯＦＦとした場合、その平均的な透過率である５０％の透過として、階調表示がなされる。また、１６フレームの内、４フレームがＯＮ、残り１２フレームがＯＦＦの場合、その平均的な透過率である２５％の透過として、階調表示がなされる。しかし、この方法を用いた場合、人間の目が確認不可能なフレームである３０フレームにあたる確認最低フレーム数を割り込む可能性が大きく表示品質を落とす要因となっていた。
【０００７】
【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る。本発明では、ドライバーＩＣの駆動周波数を上げて、階調表示を行う本発明による方式では、前記駆動方法にあるような実質的なフレーム周波数を落とすことなく階調表示が可能になるために、視覚確認周波数を割り込むことなく、表示品質の低下をおこすことが無い、良質な画面を提供することができる。
【０００８】
本発明では、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、分割の割合に応じた階調を表示可能にしたことを特徴としている。
【０００９】
説明のために図３に示す様な２×２のマトリクスを用いる。従来の表示装置の場合は図４に示す様に、複数フレームを使って、例えば１６フレームを使用して画素をＯＮ・ＯＦＦすることで、１６フレームの平均電圧として、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。
【００１０】
本発明では、従来のアナログ的な階調制御または複数フレーム階調表示を行うのでは無く、図１に示す様に、任意の画素に書き込む単位時間ｔ２２５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。
【００１１】
その際、書き込み時間における電界変化２２７、２２９が図１のように変化した場合、印加電圧の平均値で液晶が動作することになり、明解な階調表示が可能となる。以下に実施例をもってさらに詳細な説明を加える。
【００１２】
【実施例】
『実施例１』 本実施例では図３に示すような回路構成を用いた液晶表示装置を用いて、液晶表示装置の説明を行う。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に相当する部分のみ記載されている。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。
【００１３】
まず、本実施例で使用する液晶表示装置用の基板の作製方法を図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５１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１５０℃、出力４００〜８００Ｗ、圧力０．５Ｐａとした。タ−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。
【００１４】
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１００〜２００℃低い４５０〜５５０℃、例えば５３０℃でジシラン(Si₂H₆) またはトリシラン(Si₃H₈) 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−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１×10¹⁵〜１×10¹⁸cm^-3の濃度として成膜中に添加してもよい。
【００１５】
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−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。
【００１６】
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(SiH₄)またはジシラン(Si₂H₆) 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。
【００１７】
これらの方法によって形成された被膜は、酸素が５×10²¹cm^-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−ル温度を高くまたは熱アニ−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−ク電流が増加してしまう。そのため４×10¹⁹〜４×10²¹cm^-3の範囲とした。水素は４×10²⁰cm^-3であり、珪素４×10²²cm^-3として比較すると１原子％であった。また、ソ−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７×10¹⁹cm^-3以下、好ましくは１×10¹⁹cm^-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５×10²⁰〜５×10²¹cm^-3となるように添加してもよい。その時周辺回路を構成するＴＦＴには光照射がなされないため、この酸素の混入をより少なくし、より大きいキャリア移動度を有せしめることは、高周波動作をさせるためる有効である。
【００１８】
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−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。
【００１９】
アニ−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−ザラマン分光により測定すると単結晶の珪素のピ−ク５２２cm^-1より低波数側にシフトしたピ−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、５０〜５００Å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を形成させることができた。
【００２０】
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−ル移動度（μｈ）＝１０〜２００cm² ／ＶＳｅｃ、電子移動度（μe ）＝１５〜３００cm² ／ＶＳｅｃが得られる。
【００２１】
他方、上記の如き中温でのアニ−ルではなく、９００〜１２００℃の高温アニ−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１０cm²/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が、その他の半導体材料でも高移動度を持ち結晶性を持つ半導体材料であれば十分使用可能である。
【００２２】
図６(A) において、珪素膜を第１のフォトマスク▲１▼にてフォトエッチングを施し、ＰＴＦＴ用の領域１３（チャネル巾２０μm)を図面の左側に、ＮＴＦＴ用の領域２２を右側に作製した。
【００２３】
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。
【００２４】
この後、この上側にリンが１〜５×10²¹cm^-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),MoSi₂ またはWSi₂との多層膜を形成した。これを第２のフォトマスク▲２▼にてパタ−ニングして図６(B) を得た。ＰＴＦＴ用のゲイト電極９、ＮＴＦＴ用のゲイト電極２１を形成した。例えばチャネル長１０μｍ、ゲイト電極としてリンド−プ珪素を０．２μｍ、その上にモリブデンを０．３μｍの厚さに形成した。 図６（Ｃ）において、フォトレジスト５７をフォトマスク▲３▼を用いて形成し、ＮＴＦＴ用のソ−ス１８ドレイン２０に対し、リンを１〜５×１０¹⁵cm^-2のド−ズ量でイオン注入法により添加した。 次に図６（Ｄ）の如く、フォトレジスト６１をフォトマスク▲４▼を用いて形成した。ＰＴＦＴ用のソ−ス１０、ドレイン１２としてホウ素を１〜５×１０¹⁵cm^-2のドーズ量でイオン注入法により添加した。
【００２５】
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２のフォトマスク▲２▼にてパタ−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。
【００２６】
これらはゲイト絶縁膜５４を通じて行った。しかし図６（Ｂ）において、ゲイト電極２１、９をマスクとしてシリコン膜上の酸化珪素を除去し、その後、ホウ素、リンを直接珪素膜中にイオン注入してもよい。
【００２７】
次に、６００℃にて１０〜５０時間再び加熱アニ−ルを行った。ＰＴＦＴのソ−ス１０、ドレイン１２、ＮＴＦＴのソ−ス１８、ドレイン２０を不純物を活性化してＰ⁺ 、Ｎ⁺ として作製した。またゲイト電極２１、９下にはチャネル形成領域１９、１１がセミアモルファス半導体として形成されている。
【００２８】
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。
【００２９】
本実施例では熱アニ−ルは図６（Ａ）、（Ｄ）で２回行った。しかし図６（Ａ）のアニ−ルは求める特性により省略し、双方を図６（Ｄ）のアニ−ルにより兼ね製造時間の短縮を図ってもよい。図６（Ｅ）において、層間絶縁物６５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▲５▼を用いて電極用の窓６６を形成した。さらに、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−ド７１、７２およびコンタクト６７、６８をフォトマスク▲６▼を用いて作製した後、表面を平坦化用有機樹脂６９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▲７▼にて行った。
【００３０】
図６（Ｆ）に示す如く２つのＴＦＴを相補型構成とし、かつその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ＩＴＯ（インジュ−ム・スズ酸化膜）を形成した。それをフォトマスク▲８▼によりエッチングし、電極１７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−ルにより成就した。かくの如くにしてＰＴＦＴ１３とＮＴＦＴ２２と透明導電膜の電極１７とを同一ガラス基板５０上に作製した。得られたＴＦＴの電気的な特性はＰＴＦＴで移動度は２０（cm²/Vs）、Ｖthは−５．９（Ｖ）で、ＮＴＦＴで移動度は４０（cm²/Vs）、Ｖthは５．０（Ｖ）であった。
【００３１】
上記の様な方法に従って作製された液晶装置用の一方の基板と他方ガラス基板上に全面に透明電極を設け、これら基板を張り合わせて液晶セルを形成し、この中にＴＮの液晶材料を注入した。この液晶表示装置の電極等の配置の様子を図５に示している。ＰＴＦＴ１３を第１の信号線５と第３の信号線３との交差部に設け、第１の信号線５と第３の信号線４との交差部にも他の画素用のＰＴＦＴが同様に設けられている。一方ＮＴＦＴは第２の信号線８と第３の信号線３との交差部に設けられている。また、隣接した他の第１の信号線６と第３の信号線３との交差部には、他の画素用のＰＴＦＴが設けられており、同様に第１の信号線６と第３の信号線４との交差部にはＰＴＦＴがもうけられている。このようなＣ／ＴＦＴを用いたマトリクス構成を有せしめた。ＰＴＦＴ１３は、ドレイン１０の入力端のコンタクトを介し第１の信号線５に連結され、ゲイト９は多層配線形成がなされた信号線３に連結されている。ソ−ス１２の出力端はコンタクトを介して画素の電極１７に連結している。
【００３２】
他方、ＮＴＦＴ２２はドレイン２０の入力端がコンタクトを介して第２の信号線８に連結され、ゲイト２１は信号線３に、ソ−ス１８の出力端はコンタクトを介してＰＴＦＴと同様に画素電極１７に連結している。また、同じ第３の信号線に接続され、かつとなりに設けられた他のＣ／ＴＦＴはＰＴＦＴ１３が第１の信号線６にＮＴＦＴ２２が第２の信号線７に接続されている。かくして一対の信号線５、８に挟まれた間（内側) に、透明導電膜よりなる画素２３とＣ／ＴＦＴとにより１つのピクセルを構成せしめた。かかる構造を左右、上下に繰り返すことにより、２×２のマトリクスをそれを拡大した６４０×４８０、１２８０×９６０といった大画素の液晶表示装置とすることができる。
【００３３】
ここでの特長は、１つの画素に２つのＴＦＴが相補構成をして設けられていることにより、画素電極１７は３つの値の液晶電位Ｖ_LCに固定されることである。
【００３４】
また、ＰＴＦＴがとなりあい、それに接続される信号線間に加わる電位差は最大Ｖ_SSでありリークが少ない。
【００３５】
次に第二の基板として、青板ガラス上にスパッタ法を用いて、酸化珪素膜を２０００Å積層した基板上に、やはり スパッタ法によりＩＴＯ（インジュ−ム・スズ酸化膜）を形成した。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−ルにより成就した。
【００３６】
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二の基板とした。
【００３７】
その後、前記第一の基板と第二の基板によって、強誘電性を示す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を接続し、外側に偏光板を貼り、透過型の液晶表示装置を得た。
【００３８】
図４に示す駆動波形を加えた時の画素Ａ、Ｅ、Ｃの表示の様子を図７に示す。この図において、ドットの数が多い程画面が暗くなることを現しており、十分に明解な階調表示がえられることが分かった。
【００３９】
『実施例２』 本実施例では前実施例１と同様の工程によって、第一の基板と第二の基板を得た。ただし、第二の基板上にはポリイミドの配向膜は形成しなかった。また用途としてビデオカメラのビューファインダー用途としたため、画素ピッチは６０μｍとし、縦２００×横３００ドットのマトリクス構成とした。
【００４０】
本実施例では、液晶組成物としてアクリル有機樹脂中にネマチック液晶組成物を分散させた分散型液晶表示装置とした。紫外線硬化性を有するエポキシ変成アクリル樹脂中に６２重量％のネマチック液晶を分散させ、第一の基板と第二の基板にて挟持した後に、１０００ｍＷの出力を有するＵＶ光源を２０秒照射によって硬化させた。
【００４１】
階調表示のための時分割数を１６として、各色１６諧調、合計４０９６色の表示が可能な液晶表示装置となった。そのときの駆動波形を図８に示す。
【００４２】
従来、階調表示を行う方法として、複数の書込み（表示フレーム）を用いて、例えば１６フレームを利用して、そのＯＮ／ＯＦＦの割合に応じた階調表示を行う方法が提案されていた。これは、１６フレームの内、８フレームをＯＮ、残り８フレームをＯＦＦとした場合、その平均的な透過率である５０％の透過として、階調表示がなされる。また、１６フレームの内、４フレームがＯＮ、残り１２フレームがＯＦＦの場合、その平均的な透過率である２５％の透過として、階調表示がなされる。しかし、この方法を用いた場合、人間の目が確認不可能なフレームである３０フレームにあたる確認最低フレーム数を割り込む可能性が多きく表示品質を落とす要因となっていた。
【００４３】
しかしながら、本発明では、ドライバーの駆動周波数を上げて、階調表示を行う本発明による方式では、実質的なフレーム周波数を落とすことなく階調表示が可能になるために、視覚確認周波数を割り込むことなく、表示品質の低下をおこすことが無い、良質な画面を提供することができた。
【００４４】
同様の工程、駆動方法をもちいることによって、ワードプロセッサーの画面、コンピュータの画面、またプロジェクション式の映像表示装置等が作成可能である。
【００４５】
【発明の効果】
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を偏向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たことで、デジタル制御された明解な階調表示をえることができ、前記時間Ｆで定義されるフレーム周波数の低下による画質劣化の無い、分割の割合に応じた階調が表示可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明例による駆動波形
【図２】ネマチック液晶の電気光学特性を示す
【図３】インバーター型ＣＴＦＴマトリクス回路図
【図４】従来例の駆動波形
【図５】本実施例による液晶表示装置の平面図
【図６】本実施例による工程
【図７】本実施例による表示例
【図８】本実施例による駆動波形

Claims (5)

1. 絶縁表面上に薄膜トランジスタを形成し、
   前記薄膜トランジスタ上に有機樹脂膜を形成し、
   前記有機樹脂膜に穴を形成した後に、前記有機樹脂膜上に前記薄膜トランジスタに電気的に接続される配線を形成する表示装置の作製方法であって、
   前記薄膜トランジスタのゲイト絶縁膜は、酸化珪素にフッ素を添加して形成することを特徴とする表示装置の作製方法。
2. 絶縁表面上に薄膜トランジスタを形成し、
   前記薄膜トランジスタ上に有機樹脂膜を形成し、
   前記有機樹脂膜に穴を形成した後に、前記有機樹脂膜上に前記薄膜トランジスタに電気的に接続される配線を形成し、
   ＴＡＢテ−プを用いて前記配線に駆動ＩＣを電気的に接続する表示装置の作製方法であって、
   前記薄膜トランジスタのゲイト絶縁膜は、酸化珪素にフッ素を添加して形成することを特徴とする表示装置の作製方法。
3. 請求項１又は請求項２において、前記表示装置はプロジェクション式の映像表示装置であることを特徴とする表示装置の作製方法。
4. 請求項１又は請求項２に記載の表示装置を備えることを特徴とするコンピュータの作製方法。
5. 請求項１又は請求項２に記載の表示装置を備えることを特徴とするビューファインダーの作製方法。

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