JP3919198B2 - 電気光学装置を備えたテレビ及びコンピュータ - Google Patents

Description

本発明は、アクティブ型電気光学装置、特にアクティブ型液晶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。

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。

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）のときには、透過光量がほぼ０％、Ｖｂ（Ｂ点）の場合には２０％ほど、Ｖｃ（Ｃ点）の場合には７０％ほど、Ｖｄ（Ｄ点）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。

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。

ＴＦＴを利用した液晶電気光学装置の諧調表示の方法に関して、説明をくわえる。従来液晶電気光学装置にもちいられる、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もっている。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である。

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出来、液晶に加わる電界の大きさを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。

しかしながら、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２５６，０００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。

また、ゲート電圧を一定の値に設定し、ＯＮ／ＯＦＦのみを制御し、ソースドレイン電圧を制御することで、階調表示を行う方法も考えられているが、やはり特性の不安定性から１６階調程度が限度と考えられている。アナログ的な階調表示制御は、ＴＦＴの特性に大きく左右され、明快な表示は困難を要する。

また別の方法として、複数フレームを使った階調表示の方法が提案されている。これは、図１２に示す様に、例えば１０フレームを用いて階調表示を行う場合、画素Ａは１０フレーム中２フレームを透過、残り８フレームを非透過にすることで平均的には２０％の透過と表示できる。また画素Ｂでは同様に７０％、画素Ｃでは同様に５０％の透過と表示できる。

しかしながら、この様な表示を行った場合、実質上フレーム数の低下に繋がるために、フリッカーの発生等と表示傷害が起きていた。これを解決するために、フレーム周波数の増加等が考案されているが、駆動周波数の増加に伴う消費電力の増加、またはＩＣの高速化が困難であるので限界がある技術であった。

そこで、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、一定の周期で繰り返される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。

つまり、１画面を書き込む時間Ｆと１画素に書き込む時間ｔ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電気光学装置の階調表示を、任意の画素駆動選択に用いられる信号線の一方に前記時間ｔを周期とする電圧変化を有する基準信号と他の信号線に前記時間ｔ内の任意のタイミングで選択信号を印加し、液晶に加わる電圧を決定し、実際に画素に対し電圧を印加することにより前記時間Ｆを変化させることなしに階調を表示可能にした事を特徴としている。またさらに加えれば、このタイミングをデーターの転送に頼るものでは無く、液晶電気光学装置に搭載するドライバーＩＣ自体に高速のクロックを加え、信号加工部分で処理するために、従来のＣＭＯＳのデーター転送速度の限界であった数十ＭＨｚに制限されない高速の制御が可能になる事を特徴としている。

図１に本発明による電気光学装置の駆動波形を具体的に示す。図４に示した２×２のマトリクスに本駆動波形を入れた例として示す。前記基準信号波形としてここでは、正弦波の半波を用いている。走査線方向にあたるＶ_DD1 ３０３、Ｖ_DD2 ３０４に正弦波３０９、３１０を印加し、情報線方向にあたるＶ_GG1 ３０１、Ｖ_GG2 ３０２に２極性（以下『バイポーラ』とする）信号を加える。デジタル値で制御する部分は、このバイポーラ信号を加えるタイミングを行なう。つまり、３０９、３１０に示すような電圧変化している信号を選ぶタイミングを変化させることで、Ａ点に蓄積される電荷量および電位が決定され、さらに対向電極の電位３１３を任意にとることで画素および液晶にかかる電界の大きさが決定されるものである。

バイポーラ信号を加えるタイミングは、情報信号の転送速度によって決定されるものでは無く、本発明による構成では液晶電気光学装置に直接接続されるドライバーＩＣに入力される基本クロックによって制限される。つまり、６４０×４００ドットの液晶電気光学装置を考えた場合、駆動周波数はＣＭＯＳの限界から２０ＭＨｚ程度であり、この数値を使用して階調表示数を計算するには、駆動周波数は走査線数とフレーム数とバイポーラパルスと階調表示数の積でしめされることより、２０ＭＨｚを（４００×６０×２）で割ればよいので、従って、階調表示数は４１６階調まで表示可能となる。表示画面の２分割化により８３２階調まで可能なことは言うまでもない。以下に実施例をしるし、さらに詳細な説明を加える。

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２５６，０００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。

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。

例えば６４０×４００ドットの２５６，０００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。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階調表示まで可能になりカラー表示ではなんと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。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。

本実施例では図５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とした。

この回路構成に対応する実際の電極等の配置構成を図６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。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。

まず、本実施例で使用する液晶パネルの作製方法を図７及び図８を使用して説明する。図７（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１５℃、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。

この上にシリコン膜をプラズマＣＶＤ法により珪素膜５２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(SiH₄)を用いた。モノシラン(SiH₄)に限らず、ジシラン(Si₂H₆) またトリシラン(Si₃H₈) を用いてもよい。これらをＰＣＶＤ装置内に３Ｐａの圧力で導入し、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／ｃｍ² が適当であり、本実施例では０．０５５Ｗ／ｃｍ² を用いた。また、モノシラン(SiH₄)の流量は２０ＳＣＣＭとし、その時の成膜速度は約１２０Å/ 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。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。

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。

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。

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。結晶化を助長させるためには、酸素濃度を７×10¹⁹cm^-3以下、好ましくは１×10¹⁹cm^-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−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−ル温度を高くまたはレーザーアニ−ル時間を長くしなければならない。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。

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

その後、図７（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５４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(SiH₄)とモノシランベ ースのフォスフィン(PH₃) 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／ｃｍ² が適当であり、本実施例では０．１２０Ｗ／ｃｍ² 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。その後リフトオフ法を用いて、レジスト５３を除去し、ソース・ドレイン領域５５、５６を形成した。

同様のプロセスを用いて、ｐ型の活性層を形成した。その際の導入ガスは、モノシラン(SiH₄)とモノシランベースのジボラン(B₂H₆)５％濃度のものを用いた。これらをＰＣＶＤ装置内に４Ｐａ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／ｃｍ² が適当であり、本実施例では０．１２０Ｗ／ｃｍ² 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５×１０^-2〔Ωｃｍ^-1〕程度となった。膜厚は５０Åとした。その後Ｎ型領域と同様にリフトオフ法を用いて、ソース・ドレイン領域５９、６０を形成した。その後、マスクＰ３を用いて珪素膜５２をエッチング除去し、Ｎチャネル型薄膜トランジスタ用アイランド領域６３と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。

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／ｃｍ² で、膜厚全体が溶融するには２２０ｍＪ／ｃｍ² が必要となる。しかし、最初から２２０ｍＪ／ｃｍ² 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１５０ｍＪ／ｃｍ² で水素の追い出しを行なった後、２３０ｍＪ／ｃｍ² で結晶化をおこなった。

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より低周波側にシフトしたピ−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。

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。

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。

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４のフォトマスクＰ４にてパタ−ニングして図７（Ｅ）を得た。ＮＴＦＴ用のゲイト電極６６、ＰＴＦＴ用のゲイト電極６７を形成した。例えばチャネル長７μｍ、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。

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−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。

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。

図８（Ａ）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Ｐ５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Ｐ６を用いてリ−ド７４およびコンタクト７３、７５を作製した後、表面を平坦化用有機樹脂７７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７のフォトマスクＰ７にて行った。さらに、これら全体にＩＴＯ（インジウム酸化錫）を０．１μｍの厚みにスパッタ法により形成し第８のフォトマスクＰ８を用いて画素電極７１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。

得られたＴＦＴの電気的な特性はＰＴＦＴで移動度は４０（cm²/Vs）、Ｖth は−５．９（Ｖ）で、ＮＴＦＴで移動度は８０（cm²/Vs）、Ｖthは５．０（Ｖ）であった。

上記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。

この液晶表示装置の電極等の配置の様子を図６に示している。Ｎチャネル型薄膜トランジスタとＰチャネル型薄膜トランジスタとを第１の信号線３と第２の信号線４との交差部に設けられている。このようなＣ／ＴＦＴを用いたマトリクス構成を有せしめた。ＮＴＦＴ１３は、ドレイン１０の入力端のコンタクトを介し第２の信号線４に連結され、ゲイト９は第１の信号線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。

他方、ＰＴＦＴ２２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４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ＮＴＦＴと同様に画素電極１７に連結している。かかる構造を左右、上下に繰り返すことにより、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。本実施例では１９２０×４００とした。この様にして第１の基板を得た。

他方の基板の作製方法を図１３に示す。ガラス基板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９のフォトマスクＰ９を用いてブラックストライプ８１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１０のフォトマスクＰ１０を用いて赤色フィルター８３を作製した。同様にしてマスクＰ１１、Ｐ１２を使用し、緑色フィルター８５および青色フィルター８６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６０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８９を透明ポリイミドを用いて制作した。

その後、これら全体にＩＴＯ（インジューム酸化錫）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９１を用いて共通電極９０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−ルにより成就し、第２の基板を得た。

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。

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。

図９および図１０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２２０を冷陰極管を３本配置した後部照明装置２２１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２２３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。

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１１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３５６を順に転送するための基本クロックＣＬＫ３５５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、階調表示に必要な分割の割合に応じたクロック３５７とフリップフロップ回路３５８、カウンター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バイポーラパルス発生タイミングをカウンター３６０で作っている。さらに、ラッチ回路の出口とデーターライン間３６１にΔｔ→ｓｉｎθ変換のＲＯＭテーブルを使用すると階調表示データーがさらに細かく制御しやすくなることがわかった。

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。

かたや走査側の信号線３６３、３６２に接続された駆動回路３６４は、正弦波発振回路３６５より伝達した正弦波をクロックＣＬＫ３６７のフリップフロップ回路３６６で制御し、選択信号を加える。

このようにして、走査線側の正弦波を情報線側のバイポーラパルスによって、切り取るタイミングをデジタル的に電圧制御することで、階調表示を可能にしている。

例えば１９２０×４００ドットの７６８，０００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。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、６４階調表示まで可能になりカラー表示では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。

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。

本実施例では、画素数が３８７×１２８の構成にして、低温プロセスによる高移動度ＴＦＴを用いた素子を形成し、ビューファインダーを構成した。本実施例で使用する液晶表示装置の基板上のアクティブ素子の配置の様子を図１４に示し図１４のＡ−Ａ’断面およびＢ−Ｂ’断面を示す作製プロセスを図１５に描く。 図１５（Ａ）において、安価な、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１５℃、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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より低周波側にシフトしたピ−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。

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。

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。

図１５（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、ＮＴＦＴ用の領域１３（チャネル巾２０μm)を図面のＡ−Ａ’断面側に、ＰＴＦＴ用の領域２２をＢ−Ｂ’断面側に作製した。

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。

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１５（Ｂ）を得た。ＮＴＦＴ用のゲイト電極９、ＰＴＦＴ用のゲイト電極２１を形成した。本実施例にでは、ＮＴＦＴ用チャネル長は１０μｍ、ＰＴＦＴ用チャネル長は７μｍ、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１５（Ｃ）において、ＰＴＦＴ用のソ−ス１８ドレイン２０に対し、ホウ素を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１５（Ｄ）の如く、フォトレジスト６１をフォトマスク（３）を用いて形成した。ＮＴＦＴ用のソ−ス１０、ドレイン１２としてリンを１〜５×１０¹⁵cm^-2のドーズ量でイオン注入法により添加した。

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。

次に、６００℃にて１０〜５０時間再び加熱アニ−ルを行った。ＮＴＦＴのソ−ス１０、ドレイン１２、ＰＴＦＴ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。

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−ルは図１５（Ａ）、（Ｄ）で２回行った。しかし図１５（Ａ）のアニ−ルは求める特性により省略し、双方を図１５（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１５（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（４）を用いて電極用の窓６６を形成した。さらに、図１５（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−ド７１、およびコンタクト７２をフォトマスク（５）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（６）にて行った。

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（７）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ＮＴＦＴ１３とＰＴＦＴ２２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。

上記の様な方法に従って液晶装置用の一方の基板を作製した。この液晶表示装置の電極等の配置の様子を図１４に示している。ＮＴＦＴ１３およびＰＴＦＴ２２を第１の信号線３と第２の信号線４との交差部に設けた。このようなＣ／ＴＦＴを用いたマトリクス構成を有せしめた。ＮＴＦＴ１３は、ドレイン１０の入力端のコンタクトを介し第２の信号線４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。

他方、ＰＴＦＴ２２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４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ＮＴＦＴと同様に画素電極１７に連結している。かかる構造を左右、上下に繰り返すことにより、本実施例は構成されている。

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。また、この基板上に〔実施例１〕と同様の手法を用いたカラーフィルターを形成して、第二の基板とした。

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。

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。

図１６に本実施例で用いた駆動波形を示す。実施例１に用いた正弦波に代わりランプ波形を用いた。ランプ波は構成が簡単なうえ、階調データーからΔｔへの変換が容易な点に長所を有する。

図１７に本実施例によるビューファインダーの構成図を示す。前記方法にて作製した液晶電気光学装置３７０と平面発光を有する冷陰極管３７１を用いた。

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、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、１２８階調表示まで可能になりカラー表示では２，０９７，１５２色の多彩であり微妙な色彩の表示が実現できている。

本実施例では、図１８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。

本実施例では３枚の液晶電気光学装置２０１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３０７，２００画素を作製した。１画素当りの大きさは１２７μｍ角とした。

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２０１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２０２、緑色フィルター２０３、青色フィルター２０４と、反射板２０５、プリズムミラー２０６、２０７と１５０Ｗのメタルハライド系光源２０８とフォーカス用光学系２０９より構成されている。

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、〔実施例２〕にて作製したものと同様の工程を用い、Ｃ／ＭＯＳ構成のマトリクス回路を有する基板とした。

図１９に構造の概略を示す。該基板上２１０に、フマル酸系高分子樹脂とネマチック液晶を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２１１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。

その後、スパッタ法によりＩＴＯ（インジュ−ム・スズ酸化膜）を形成し、対向電極２１２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。

本実施例に用いた駆動用ＩＣの機能構成を図２０に示す。情報電極側の構成は〔実施例１〕と同様である。走査側配線４０６、４０７に接続された駆動回路４００は、ランプ波発振回路４０５より伝達したランプ波をクロックＣＬＫ４０８のフリップフロップ回路４０３、４０４で制御し、選択信号を加える。

このようにして、走査線側のランプ波を情報線側のバイポーラパルスによって、切り取るタイミングをデジタル的に電圧制御することで、階調表示を可能にしている。

例えば６４０×４８０ドットの３０７，２００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。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階調表示まで可能になりカラー表示ではなんと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。

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。

この液晶電気光学は、図１８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、リヤ型のプロジェクションテレビにも使用が出来る。

本実施例では、図２１に示すような反射型の液晶分散型表示装置を用いて、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。

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２１０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１０μｍの厚さに形成し、その後窒素雰囲気中１２０℃で１８０分溶媒を取り除いて液晶分散層２１１を形成した。

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。

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。

その後、スパッタ法によりＩＴＯ（インジュ−ム・スズ酸化膜）を形成し、対向電極２１２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。

本発明による駆動波形を示す。 ネマチック液晶の電気光学特性を示す。 ポリシリコンとアモルファスシリコンによるＴＦＴの電流電圧特性を示す。 本発明によるマトリクス構成を示す。 実施例によるマトリクス回路を示す。（実施例１） 実施例による素子の平面構造を示す。 実施例によるＴＦＴのプロセスを示す。 実施例によるＴＦＴのプロセスを示す。 実施例による液晶表示装置（テレビ）の構造を示す。 実施例による液晶表示装置（テレビ）の構成を示す。 実施例による駆動回路のシステム構成を示す。 従来例によるフレーム階調表示を示す。 実施例によるカラーフィルターの工程を示す。 実施例による素子の平面構造を示す。（実施例２） 実施例によるＴＦＴのプロセスを示す。 本発明による他の駆動波形を示す。 実施例によるビューファインダーの構造を示す。 実施例によるフロント型プロジェクションテレビの構造を示す。（実施例３） 実施例による液晶電気光学装置を示す。 実施例による駆動回路のシステム構成を示す。 実施例による携帯型パソコンの構成を示す。（実施例４）

Claims (8)

1. 電気光学装置と、テレビ電波を受信するチューナーとを備えたテレビであって、
   前記電気光学装置は、
   ガラス基板と、
   前記ガラス基板上の酸化珪素膜と、
   前記酸化珪素膜上に形成され、チャネル形成領域、ソース領域及びドレイン領域が形成された活性層と、
   前記活性層上のゲイト絶縁膜と、
   前記ゲイト絶縁膜上のゲイト電極と、
   前記ゲイト電極上の層間絶縁物と、
   前記層間絶縁物上に形成され、前記ドレイン領域に接続された第１の電極、及び前記ソース領域に接続された第２の電極と、
   前記第１の電極及び前記第２の電極上に形成された平坦化膜と、
   前記平坦化膜上に形成され、前記第１の電極に接続された透明導電膜でなる画素電極とを有し、
   前記ドレイン電極は、前記層間絶縁物に形成された第１のコンタクトホールを介して前記ドレイン領域に接続され、前記画素電極は、前記平坦化膜に形成された第２のコンタクトホールを介して前記第１の電極に接続され、
   前記第２のコンタクトホールは、前記第１のコンタクトホールに重ならないことを特徴とするテレビ。
2. 電気光学装置と、テレビ電波を受信するチューナーとを備えたテレビであって、
   前記電気光学装置は、
   ガラス基板と、
   前記ガラス基板上の酸化珪素膜と、
   前記酸化珪素膜上に形成され、チャネル形成領域、ソース領域及びドレイン領域が形成された活性層と、
   前記活性層上のゲイト絶縁膜と、
   前記ゲイト絶縁膜上のゲイト電極と、
   前記ゲイト電極上の層間絶縁物と、
   前記層間絶縁物上に形成され、前記ドレイン領域に接続された第１の電極、及び前記ソース領域に接続された第２の電極と、
   前記第１の電極及び前記第２の電極上に形成された平坦化膜と、
   前記平坦化膜上に形成され、前記第１の電極に接続された透明導電膜でなる画素電極とを有し、
   前記ドレイン電極は、前記層間絶縁物に形成された第１のコンタクトホールを介して前記ドレイン領域に接続され、前記画素電極は、前記平坦化膜に形成された第２のコンタクトホールを介して前記第１の電極に接続され、
   前記第２のコンタクトホールは、前記第１のコンタクトホールに重ならず、前記平坦化膜の上面から前記第２のコンタクトホールの内面にかけて湾曲した面を有することを特徴とするテレビ。
3. 電気光学装置を備えたコンピュータであって、
   前記電気光学装置は、
   ガラス基板と、
   前記ガラス基板上の酸化珪素膜と、
   前記酸化珪素膜上に形成され、チャネル形成領域、ソース領域及びドレイン領域が形成された活性層と、
   前記活性層上のゲイト絶縁膜と、
   前記ゲイト絶縁膜上のゲイト電極と、
   前記ゲイト電極上の層間絶縁物と、
   前記層間絶縁物上に形成され、前記ドレイン領域に接続された第１の電極、及び前記ソース領域に接続された第２の電極と、
   前記第１の電極及び前記第２の電極上に形成された平坦化膜と、
   前記平坦化膜上に形成され、前記第１の電極に接続された透明導電膜でなる画素電極とを有し、
   前記ドレイン電極は、前記層間絶縁物に形成された第１のコンタクトホールを介して前記ドレイン領域に接続され、前記画素電極は、前記平坦化膜に形成された第２のコンタクトホールを介して前記第１の電極に接続され、
   前記第２のコンタクトホールは、前記第１のコンタクトホールに重ならないことを特徴とするコンピュータ。
4. 電気光学装置を備えたコンピュータであって、
   前記電気光学装置は、
   ガラス基板と、
   前記ガラス基板上の酸化珪素膜と、
   前記酸化珪素膜上に形成され、チャネル形成領域、ソース領域及びドレイン領域が形成された活性層と、
   前記活性層上のゲイト絶縁膜と、
   前記ゲイト絶縁膜上のゲイト電極と、
   前記ゲイト電極上の層間絶縁物と、
   前記層間絶縁物上に形成され、前記ドレイン領域に接続された第１の電極、及び前記ソース領域に接続された第２の電極と、
   前記第１の電極及び前記第２の電極上に形成された平坦化膜と、
   前記平坦化膜上に形成され、前記第１の電極に接続された透明導電膜でなる画素電極とを有し、
   前記ドレイン電極は、前記層間絶縁物に形成された第１のコンタクトホールを介して前記ドレイン領域に接続され、前記画素電極は、前記平坦化膜に形成された第２のコンタクトホールを介して前記第１の電極に接続され、
   前記第２のコンタクトホールは、前記第１のコンタクトホールに重ならず、前記平坦化膜の上面から前記第２のコンタクトホールの内面にかけて湾曲した面を有することを特徴とするコンピュータ。
5. 請求項１又は２において、前記層間絶縁物は酸化珪素膜であることを特徴とするテレビ。
6. 請求項１又は２において、前記平坦化膜は有機樹脂膜であることを特徴とするテレビ。
7. 請求項３又は４において、前記層間絶縁物は酸化珪素膜であることを特徴とするコンピュータ。
8. 請求項３又は４において、前記平坦化膜は有機樹脂膜であることを特徴とするコンピュータ。

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