JPH03127027A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 髪策よＬ且里豆且 本発明は画像表示装置、特にアクティブマトリクス駆動
方式を採用したフラットパネル形の画像表示装置に関す
る。

ｋ米曵技蕉 近年高度情報化が進むにつれて画像表示装置、特にカラ
ー映像用の画像表示装置のより一層の高精細化及び高輝
度化が望まれている。

この種の画像表示装置としては現在家庭用やその他はと
んどの分野においてＣＲＴ　（ＣａｔｈｏｄｅＲａｙ　
Ｔｕｂｅ　；陰極線管）形の画像表示装置がその主流を
占めているが、次第に小形、軽量、低消費電力であって
、しかも高画質化が可能なフラットパネル形の画像表示
装置への要望が高まってきている。

フラットパネル形の画像表示装置のうち液晶を用いた液
晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｉｓｐ
ｌａｙ　；ＬＣＤ）は現在もっとも広く用いられ将来性
の高い画像表示装置である。

このＬＣＤの駆動方式としては、単純マトリクス駆動方
式やアクティブマトリクス駆動方式があり、このうちア
クティブマトリクス駆動方式は各画素ごとにスイッチン
グ素子を配設して各画素を独立的に駆動制御するもので
ある。したがって、原理的には各画素ごとに１００％に
近いデユーティ比で駆動することができ、画素間にクロ
ストークのない高コントラスト比の表示が得られ、また
諧調性に優れているという特徴を有する。

また、スイッチング素子としてアモルファスシリコンを
用いた薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ　ＦｉｌｍＴｒａｎ
ｓｉｓｔｏｒ　：　Ｔ　Ｆ　Ｔ　）は、表示画面の大面
積化が可能であり、しかも低コストで製作できることか
ら有望視され多くの研究がなされている。すなわち、ア
モルファスシリコンを用いたＴＰＴ形ＬＣＤの特徴とし
ては、大面積化が可能であること、比較的低温プロセス
（３００℃前後）で製作できるため安価なガラス基板が
使用可能であること、連続的な成膜により膜界面の清浄
性が保たれることなどが挙げられる。

これらのことから駆動方式としてアクティブマトリクス
駆動方式を採用し、スイッチング素子としてアモルファ
スシリコンを用いたＴＦＴ形ＬＣＤは、今後のニューメ
ディア用の画像表示装置としてその発展が期待されてい
る。

次に、従来のＬＣＤについて説明する。

第９図はアクティブマトリクス回路を具備した下部電極
基板５０の要部の平面図、１１０図はＬＣＤの要部の正
面断面図である。

第９図及び第１０図に示すように、下部電極基板５０に
おいて、第１のガラス基板５１の上面には、縦方向に多
数のデータライン５２・・・が形成され、かつ横方向に
多数のアドレスライン５３・・・が形成され、さらにこ
れらデータライン５２・・・とアドレスライン５３・・
・との交点近傍にＴＦＴ５４・・・が形成されている。

ＴＦＴ５４は、第１０図に示すように、ゲート電極５５
とドレイン電極５６及びソース電極５７との間に、ゲー
ト絶縁層５８、アモルファスシリコンからなる半導体層
５９、オー且ツクコンタクト層６０が順次積層されるこ
とにより構成されている。前記アドレスライン５３はゲ
ート電極５５を兼用している。また、前記データライン
５２はドレイン電極５６に接続され、さらにソース電極
５７は前記第１のガラス基板５１上に形成されている画
素電極６１に接続されている。

また、下部電極基板５０の上方には上部基板電極６２が
配設されている。該上部基板電極６２は、透明材料で形
成された対向電極６３と第２のガラス基板６４とから構
成されている。

さらに、下部電極基板５０と上部電極基板６２との間に
はＴ　Ｎ　（Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃｌ形の液
晶層６５が介装されている。尚、第１のガラス基板５１
の下面、及び第２のガラス基板６４の上面には偏光フィ
ルム６６．６７が貼着され、入射光の偏光面を制御して
いる。

このように構成されたＬＣＤにおいては以下の如く画像
表示が行なわれる。すなわち、まず、アドレスライン５
３に正のバイアスを印加しながらデータライン５２に交
流のバイアスパルスを印加する。これにより画素電極６
１側にソース電圧が発生し、対向電１ｉｉ６３との間に
電界が生じて液晶層が充電され、液晶層６５の配向方向
が変化する。そして液晶層６５の配向変化により、透過
光がオンオ）し、画像表示が行なわれる。上記ＬＣＤに
おいては、以上のような駆動を全アドレスライン５３・
・・および全データライン５２・・・について順次走査
しながら、所望の画像表示を行なう。

が　゛しよ　と　る課 この種のＬＣＤにおいては、今後ますます画像処理の高
速化、大容量化が要求されるのは必至であり、大容量化
等に対応して迅速な画像処理を行なうべく、画像を並列
的かつ実時間で処理することが必要となる。

しかし、上記ＬＣＤにおいては、アドレスライン５３及
びデータライン５２を順次走査し、各ＴＦＴ５４を順次
オンオフさせて各画素を駆動させ、これら画素データを
一旦レコーダに記憶・保持させ、該レコーダから前記画
素データを一括的に出力させることにより、画像表示が
行なわれている。したがって、従来のＬＣＤにおいては
、画像の並列処理や実時間処理を行なう機能を有してい
ないという課題があった。

画像の並列処理や実時間処理を行なう方法としては、大
容量の外部記憶装置やメモリー素子あるいは高速の演算
素子を設け、これら外部記憶装置等から随時所望の画素
データを出力させる方法が考えられる。しかし、これら
の方法においては、そのソフトウェアの開発に多大な労
力を要するとともに装置が複雑化し、システム的に高価
なものとなる。

本発明は、このような課題に鑑みなされたものであって
、演算回路等の複雑な機構を有することなく、並列的か
つ実時間で簡易に画像処理を行なうことができる画像表
示装置を提供することを目的としている。

及亘丑盟且 上記目的を達成するために本発明に係る画像表示装置は
、下部基板の上面側に画素電極と該画素電極に接続され
る半導体素子とがマトリクス状に形成されて下部電極基
板が構成され、上部基板の下面側に対向電極がマトリク
ス状に形成されて上部電極基板が構成され、さらに該上
部電極基板と前記下部電極基板との間に介装された液晶
層とを含み、前記対向電極が前記画素電極の複数個に対
して跨がって形成されると共に、前記各対向電極にはそ
れぞれ光電変換素子が接続され、かつ前記光電変換素子
の光応答時間が、前記半導体素子が駆動されるｌフレー
ムの駆動時間よりも遅く設定されていることを要旨とし
ている。

及亘公里戒 以下、本発明に係る画像表示装置の構成について、その
具体的な手段を作用とともに詳説する。

第１図は本発明に係る画像表示装置の一例としてのＬＣ
Ｄの要部断面図であって、下部電極基板４は第１のガラ
ス基板ｌ　（下部基板）上に画素電極２・・・と該画素
電極２・・・に接続されるＴＰＴ　（薄膜半導体素子）
３・・・とがマトリクス状に配設されて構成されており
、上部電極基板６は第２のガラス基板２０の下面に対向
電極５・・・がマトリクス状に形成されることにより主
に構成されており、該上部電極基板６と下部電極基板４
との間には液晶層７が介装されている。

次に、上記ＴＦＴ３について詳説する。

裏面に偏光フィルム８が貼着された第１のガラス基板１
の上面にはゲート電極９を兼用するアドレスライン１０
がバターニングされている。アドレスラインｌＯはＣｒ
、Ｍｏ、Ｔａ、ＡＪ２またはＮｉＣｒ膜あるいはこれら
の積層膜から構成されている。アドレスラインｌＯの厚
みは、膜の材料や目的とするＴＰＴの構造あるいは配線
抵抗等を考慮して３００人〜３０００人、より望ましく
は５００人〜１５００大の範囲で決定される。

ゲート電極９の上面にはゲート絶縁膜１１が積層形成さ
れている。ゲート絶縁膜１１としては比抵抗が高く、し
たがって絶縁性に優れ高耐圧でかつ界面特性の良好な薄
膜が用いられる。このような条件を満たすゲート絶縁膜
１１としては、プラズマＣＶＤ法により形成されるＳｉ
Ｎ膜、ＳｉＯ膜、５ｉＯＮ膜、あるいは他の形成法９例
えばスパッタリング法などにより作製されるＴａｇ　Ｏ
ｓ膜、Ａ　Ｑ　＊　Ｏｓ膜、あるいはこれらの積層膜が
用いられる。ゲート絶縁膜１１としてＳｉＮ膜を用いる
場合は、シリコン系ガス、例えばＳ　ｉＨ４とＮＨｌと
の混合ガス、またはＳｉＨ４とＮ２との混合ガス、ある
いはＳｉＨ，とＮＨ，とＮ２との混合ガスをプラズマＣ
ＶＤ法により分解して第１のガラス基板１上にＳｉＮを
堆積させることにより形成される。ゲート絶縁膜１１の
膜厚は、所望のＴＰＴ特性が得られるように決定され、
通常は５００人〜５０００人が望ましく、より好ましく
は１０００人〜３０００人の範囲である。

ゲート絶縁膜１１の上面であって、ゲート電極９に対向
する所定箇所にはアモルファスシリコンからなる半導体
層１２が積層形成されている。

該半導体層１２は、プラズマＣＶＤ法により例えばシリ
コン系ガスを用いて形成される。該半導体層１２はＴＰ
Ｔ３のオフ電流や光電流に重大な影響を及ぼすものであ
り、その膜厚は２００人〜４０００人、より好ましくは
５００＾〜３０００λの範囲で決定される。

半導体層１２の上面にはｎ０アモルファスシリコンから
なるオーミックコンタクト層１３が積層形成されている
。該オーミックコンタクト層１３はキャリアである電子
の走行を容易にし、かつ正札の流れを阻止する目的で形
成されるものであり、主としてシリコン系ガス、例えば
ＳｉＨ４とＰＨｓとの混合ガスにより形成される。前記
オーミックコンタクト層１３の膜厚は、膜の剥離防止等
のために適当な厚さに決定する必要があり、１００＾〜
１０００人が望ましく、より好ましくは１００人〜５０
０人の範囲である。

オーミックコンタクト層１３の上面には、ドレイン電極
１４とソース電極１５とがゲート電極９上に形成される
チャンネル部１６を挟んで対向状に形成されている。ま
た、ドレイン電極１４は、アドレスライン１０に対して
垂直方向に延伸され、データライン１７（第４図参照）
が形成されている。

これらドレイン電極１４及びソース電極１５は、高融点
金属とＡＩ２との積層構造とされることにより特性の安
定化が図られている。高融点金属としでは、Ｃｒ、Ｍｏ
、Ｔｉ等が使用され、その膜厚は膜の剥離等を考慮して
１００人〜１０００＾が望ましく、より好ましくは１０
０人〜５００人の範囲である。また、Ａβの膜厚として
は２０００八〜２μｍが望ましく、より好ましくは５０
００人〜１．５μｍの範囲である。

上記ＴＦＴ３には画素電極２が接続されている。すなわ
ち、該画素電極２は、第１のガラス基板１上に平面視略
正方形形状に形成さ れ、ＴＦＴ３のソース電極１５に接続されている。該画
素電極２としては、スパッタリング法により形成される
ＩＴＯ膜（ＳｎＯ□とＩｎとの混合物）やネサ膜（Ｓｎ
ｕｇ）等の透明材料が使用される０画素電極２の膜厚は
、５００人〜２０００人が望ましく、より好ましくは１
０００人〜１５００人の範囲である。

画素電極２及びＴＦＴ３の上面には保護膜１８が積層形
成されている。該保護膜１８は、温気や汚染によるＴＦ
Ｔ３の劣化を防止するためのものであって、ゲート絶縁
膜１１と同様、プラズマＣＶＤ法により形成されたＳｉ
Ｎ膜等が使用される。また、その膜厚は５００Ａ〜５０
００Ａが望ましく、より好ましくは１０００＾〜３００
０スの範囲である。

さらに、保護膜１８上であって、チャンネル部１６の上
方には光遮蔽膜１９が形成されている。

該光遮蔽膜１９は、上方からの光が前記チャンネル部１
６に照射されるのを防止するためのものであって、ＡＩ
２等の金属で形成されている。

このように形成された下部電極基板４の上方には上部電
極基板６が該下部電極基板４と対向状に配設されている
。

以下、上部電極基板６について詳説する。

２０は第２のガラス基板（上部基板）であって、該第２
のガラス基板２０の下面にはＩＴＯ膜やネサ膜等からな
る透明電極２１が、下部電極基板４の前記アドレスライ
ン１０に対応する位置にライン状に形成されている。

また、透明電極２１の下面側には複数個のフォトセル（
光電変換素子）２３・・・が形成され、さらにこれらフ
ォトセル２３・・・の下面側には対向電極５・・・（こ
の一部はフォトセル２３を兼ねる）が形成されている。

また、フォトセル２３・・・間には絶縁膜２４が形成さ
れている。

フォトセル２３は、金属層２５／半導体層２６／透明電
極層２．７（５）からなる積層構造となっており、ショ
ットキー形電荷蓄積方式により光電変換がなされる。

金属層２５に使用される材料としては耐熱性、製造容易
性、セルの電気特性等を考慮し、Ｃｒがもっとも好まし
い、該金属層２５の膜厚としては遮光性を考慮して、１
０００〜３０００＾であることが望ましく、より好まし
くは１２００人〜２０００人の範囲である。

透明電極層２７は、透明導電膜例えばＩＴＯ膜やネサ膜
等で形成され、膜厚は５００Ａ〜３０００＾が望ましく
、より好ましくは１ＯＯＯ〜２０００人の範囲である。

前記半導体層２６は光電変換を行なうためのちのであっ
て、本発明においては、該半導体層２６は、フォトセル
２３の光応答時間が、ＴＦＴ３のフレーム周波数（数１
０Ｈ２）よりも遅くなるように作製されている。すなわ
ち、パルス状に入射する入射光（レーザ光）のオン時間
をＴ１．オフ時間をＴ２とした場合、該入射光は、第２
図（ａ）に示すように、Ｔｒ　＝Ｔ、＝＠ｉ　００ｍ５
ｅｃのオンオフサイクルでフォトセル２３に入射する。

該入射光の立ち上がり時間は約ｌＯμｓｅｃである。

そして、フォトセル２３は入射光に応答して光電流を発
生する。しかるに本発明においては、第２図（ｂ）に示
すように、この光応答に要する立ち上がり時間１＋をＴ
ＦＴ３が駆動するｌフレームの駆動時間よりも長く設定
することにより、光応答時間を遅延させているのである
。尚、前記立ち上がり時間ｔ１を遅延させたことに対応
して立ち下がり時間ｔ２も遅延するのはいうまでもない
。

光応答時間を上述の如く遅延させる具体的な手段として
は、 ■半導体層２６を酸素、窒素、炭素等の元素を含有した
アモルファスシリコンで形成する■半導体層２６をアモ
ルファスシリコンのみで形成し、かつその膜厚を厚くす
る 等の手段がある。

すなわち、上記の又は■等の手段を採用して半導体層２
６の抵抗率を増加させることにより、光応答時間の遅延
化を図ることができる。つまり、アモルファスシリコン
は可視光に対する良好な光導電体であるが、半導体層２
６をアモルファスシリコンのみで形成し、かつ膜厚を０
，５〜３μｍ程度に薄く形成した場合においては、光応
答時間は、前記入射光の立ち上がり時Ｍ　（＃ＩＯμ５
ｅｃ）と同程度となり、ＴＦＴ３のフレーム周波数（数
１０Ｈｚ）よりもかなり速くなる。

そこで、上記の又は■等の手段を採用して半導体層２６
の抵抗率を増加させ、前記光応答時間の遅延化を図るこ
ととしたのである。

例えば、アモルファスシリコンに窒素を含有させた半導
体層２６を形成する場合においては、半導体層２６は、
ＳｉＨ，ガス及びＮ２ガスをＣＶＤ装置内に供給するこ
とにより、プラズマＣＶＤ法を利用して形成することが
できる。第３図はＮ２ガスのＳ　Ｉ　Ｈ４ガスに対する
流量分率と光応答時間との相関関係を示している。

この第３図から明らかなように、ＴＦＴ３のフレーム周
波数を３０Ｈｚ　（ｌフレームに要する駆動時間は１／
３０ｓｅｃである）とした場合、（Ｎ２　／　（Ｎ＊　
＋　Ｓ　Ｉ　Ｈ４）　）を約０．４５以上とすることに
より、光応答時間を該フレーム周波数の駆動時間よりも
遅くすることができる。

また、アモルファスシリコンの膜厚を厚くすることによ
り光応答時間を遅延させる場合においては、ＴＦＴ３の
フレーム周波数が３０Ｈｚの場合、その膜厚なｌｏｕｍ
程度の厚さに形成することによりその目的を達成するこ
とができる。

他方、フォトセル２３の受光面積は、該受光面積と蓄積
電荷量との関係を示す下記（１１式から決定される。但
し、量子効率は１であり、照射光は波長５５５　ｎｍの
単色光を用いるものとする。

Ｑ、＝６．５８ｘＬｘＳｘｔ・　（１）Ｑ、：フオトセ
ルの蓄積電荷量（Ｆ） Ｌ　：照度（βｕｘ） Ｓ　：フォトセルの受光面積（ｃｍ”　）ｔ　：照射時
間（蓄積時間）（ｓｅｅ）すなわち、画素をオンするの
に必要な液晶の容量ＣＬｃが分かれば、上記（１１式に
より所定時間内に充電するのに必要な受光面積Ｓあるい
は照度りを求めることができる。

例えば１画素をオンするのに必要な液晶の容量ＣＬｃが
１９Ｆ　（＝　Ｉ　Ｘ　１０−”　Ｆ）であると仮定し
た場合、アクティブマトリクス回路のフレーム周波数を
３０Ｈｚ、対向電極５への照射光の照度を１０Ｏｆ２ｕ
ｘとし、Ｑｍ　＝ＩＸ１０−”　Ｆ。

Ｌ＝１００．ｔ＝１／３０を上記（１１式に代入すると
フォトセルの受光面積ＳはＳ＝４．６μｍ２（約２．１
μｍ角）となる、すなわち、上記条件下においては、フ
ォトセルの受光面積Ｓは４．６μｍ２以上であれば所望
の充電がなされることとなる。

尚、絶縁膜２４は、ＳｉＮ、Ｓｉｎ、５ｉＯＮ等で形成
され、隣接する各フォトセル２３・・・間を絶縁する。

該絶縁膜２４の膜厚は、金属層２５及び半導体層２６の
夫々の膜厚の合計と同程度に形成し、しかもできるだけ
平坦に形成することが望ましい。

また、対向電極５・・・は、フォトセル２３・・・の透
明電極層２７と同一面上に該透明電極層２７と同一の素
材を用いて形成される。換言すれすれば、該透明電極層
２７は、対向電極５・・・の一部を利用する形で形成さ
れている。

第４図は、対向電極５・・・と画素電極２・・・との配
置関係を示した平面図である０図中、Ｅ−１，Ｅ−２、
・・・・・・は対向電極５・・・を示し、Ｔｒ−１，Ｔ
ｒ−２、・・・・・・は画素電極２・・・を示している
。

対向電極５・・・は、この第４図に示すように、平面視
において下方の４個の画素電極２・・・に等面積で跨が
るようにマトリクス状に形成されている０例えば、対向
電極Ｅ−６は、Ｔｒ−１、Ｔｒ−２、Ｔｒ−４、Ｔｒ−
５の４個の画素電極２・・・に対して１／４ずつ等面積
に跨がって形成されている。すなわち、対向電極Ｅ−６
は、Ｅ−６−１，Ｅ−６−２、Ｅ−６−３、Ｅ−６−４
の領域がそれぞれＴｒ−１、Ｔｒ−２、Ｔｒ−４、Ｔｒ
−５の４個の画素電極２・・・に跨がって形成されてい
る。

また、フォトセル２３・・・は、平面視において重なり
合う１個の画素電極に対して１個ずつ形成されている。

すなわち、１個の対向電極５上には、画素電極２のＴＦ
Ｔ３近傍に対応する箇所に４個のフォトセル２３・・・
が形成されている０例えば、対向電極Ｅ−６においては
、画素電極Ｔｒ−５のＴＦＴ３の近傍に位置する箇所に
４個のフォトセル２３−１．２３−２．２３−３．２３
−４が形成されている。

上記下部電極基板４の上面及び上記上部電極基板６の下
面には第１図に示すように液晶を配向させるための上下
一対の配向膜２８．２９が形成されている。該配向膜２
８．２９には有機系、無機系の材料を用いることができ
るが、有機系のポリイミドを用いた場合、特に良好な配
向特性を得ることができる。配向膜２８．２９の膜厚と
しては、５００人〜３０００人であることが望ましく、
より好ましくは１００００００人〜１５００人である。

この範囲外では、液晶の配列方位を一定化させるラビン
グ処理時において、配向膜２８．２９の損傷や液晶層の
容量低下を招く虞があり好ましくない。

また、上下一対の配向膜２８．２９の間には液晶が封入
されて液晶層７が形成されている。液晶としては、ネマ
チック形（ＮＰ、Δε＞０）の液晶（ホスト）に黒色２
色性色素（ゲスト）を添加したゲスト−ホスト（Ｇｕｅ
ｓｔ−ｉｉｏｓｔ　；　Ｇ　Ｈ）形のものを用いる。こ
のようなＧＨ形液晶においては、電圧無印加時において
、第１のガラス基板ｌの下方から入射する光は、偏光フ
ィルム８により直線偏光となるが、液晶層７により光が
吸収され透過してこない、一方、電圧印加時には、液晶
層７中の液晶分子７ａ及び色素分子７ｂが、第１及び第
２のガラス基板１．２０に対して垂直方向に配向するた
め、入射する直線偏光の光線は液晶層７に光吸収される
ことなく透過する。そして、フォトセル２３に光が入射
して光電流が発生し、電荷が蓄積″されて液晶が充電さ
れ、該透過光は無色（白色）となる、すなわち、電圧が
印加されて画素がオンした時は白色表示となり、電圧が
印加されていない時、すなわち画素がオフしている時は
着色表示となる。

尚、液晶層７にはＧ、Ｈ形液晶を用いているので、従来
例（第９図参照）のＴＮ形液晶と異なり、入射光が色素
により吸収される。したがって、上部基板２０上面側に
は偏光フィルムを設ける゛必要がない。

このように構成されたＬＣＤにおいては以下の如く画像
が並列的かつ実時間で処理される。

任意の画素電極２がオンすると、該画素電極２に対応す
る対向電極５上のフォトセル２３に透過光が入射して該
フォトセル２３に光電流が発生する。そして、該光電流
によりその影響を受ける液晶及び前記画素・電極２に隣
接する複数個の画素電極２が充電されてオンする。

すなわち、画素電極２においては、例えば、Ｔｒ−５の
画素電極がオンじた場合、第４図に示すように、このＴ
ｒ−５の画素電極は、対向電極Ｅ−６，７，１０，１１
と平面視において１／４領域ずつ重なっているため、透
過光は対向電極Ｅ−６，７，１Ｏ１１１に形成されてい
るフォトセル２３−１、・・・・・・２３−１６に入射
し、光電流が発生する０例えば対向電極Ｅ−６に注目す
ると、前記光電流は、平面視において該対向電極ε−６
と重なり合っているＴｒ−１，２，４の画素電極を充電
してオンする。したがって、Ｔｒ−５の画素電極がオン
した場合、該Ｔｒ−５の画素電極に隣接しているＴｒ−
１，２，３，４，６，７，８，９の画素電極も充電サレ
テオンすることとなる。これにより従来は画素電極２毎
に順次走査して順次個別に画素データを処理していたが
、本発明においては複数個の画素データを複数個の画素
電極２に並列的に入力することが可能となる。

一方、液晶層７においては、液晶層７を完全なオン状態
とするのに必要な電荷が得られるまでフォトセル２３に
より該液晶層７は充電されるが、前述の如く、フォトセ
ル２３の光応答時間が、ＴＦＴ３のフレーム周波数より
も遅く設定されているので、前記充電が完了する前にＴ
ＦＴ３には次フレームの信号が入力される。すなわち、
ＴＦＴ３が走査された後において、光が入射した対向電
極５内のフォトセル２３により液晶層７が充分に充電さ
れ、液晶がオンすることなる。つまり、ＴＦＴ３への入
力信号はアナログ的に保持・記憶されるのである。そし
て、複数回の走査により入力された不完全な画像信号が
、上述の如く、液晶層７にアナログ的に保持・記憶され
ることにより、次第に全体の画像が表示され、表示画面
に出力された画像は、完全な画像として目視される。す
なわち、大量の画素データを並列的かつ実時間でもって
処理することが可能となる。

このように上記ＬＣＤは、対向電極５が複数個の画素電
極２に対して跨がって形成されると共に、前記各対向電
極５にはそれぞれ光電変換素子２３が接続され、かつ該
光電変換素子２３の光応答時間が、薄膜半導体素子３が
駆動する１フレームの駆動時間よりも遅く設定されたこ
とにより、並列的かつ実時間で大量の画素データを処理
することができ、画像表示装置の大容量化に対応すべく
、画像処理の迅速化を図ることができる。

衷胤廻 以下、本発明に係る実施例を説明する。

尚、本発明は下記の実施例に限定されるものでないこと
はいうまでもない。

［Ｉ］下部電極基板の作製 充分に洗浄した５インチ角の第１のガラス基板（下部基
板）ｌに膜厚１０００人のＣｒを蒸着させ、この後ホト
エツチング工程によりゲート電極９を兼ねたアドレスラ
イン１０のパターンを形成した。ＴＦＴ３としてのチャ
ンネル長さは１０μｍ、チャンネル幅は２００ｕｍに形
成した。また、アドレスライン１０及びデータライン１
７の本数は、それぞれ２５６本に設定した。

次に、第１のガラス基板１をプラズマＣＶＤ装置内にセ
ットし、真空容器内を排気するとともに該第１のガラス
基板ｌを加熱し、基板温度を３００℃に設定した。真空
容器内の真空度が１０−’Ｔｏｒｒ以下となったところ
で排気系を拡散ポンプ（ＤＰ）からメカニカルブースタ
ーポンプ（ＭＢＰ）に切り替えるとともにマスフローコ
ント０−５−　（ＭＦＣ）　を介して１００％５ｉＨ４
を８ＳＣＩＪ１．　ＮＨ，を４０ＳＣＣＭ、　Ｎ、を８
０　ＳＣＣＭソｉぞれ流し１反応圧力が０　、５　Ｔｏ
ｒｒとなるように調節した。圧力が一定となったところ
で１３．５６ＭＨｚの高周波（ＲＦ）電力の出力を５０
Ｗに設定して２０分間印加し、ＳｉＮからなるゲート絶
縁膜１１を形成した。形成されたゲート絶縁膜１１は屈
折率が１．８２、光学的バンドギャップ（Ｅｇ）が５．
１ｅＶ、比誘電率が６．１であった。また膜厚は３００
０Ａであった。

次に、前記プラズマＣＶＤ装置内において、前記ゲート
絶縁膜１１上に膜厚１０００＾のアモルファスシリコン
からなる半導体層１２を形成した。形成条件は１００％
ＳｉＨ４をｌ１０５ｃｃ流し１反応圧力を０　、２　Ｔ
ｏｒｒ、　ＲＦ電力の出力を１００Ｗにそれぞれ設定し
て行なった。成膜時間は８分間であった。形成された半
導体層１２は電気的特性として、暗比抵抗ρｄ＝２Ｘ１
０１゜Ω’ｃｍ　、活性化エネルギーＥａ＝０．７ｅＶ
、光学的特性としてＥｇ＝１．７５ｅＶであった。

次に、前記プラズマＣＶ　、Ｄ装置、内において、前記
半導体層１２上にＳｉＮからなる膜厚１５ＣＩＡの保護
膜１８を堆積させた。成膜条件は前記ゲート絶縁膜１１
と同様であって、成１Ｉｌｉ！詩間は１０分間であった
。

この後試料を取り出し、ホトエツチング工程□により、
ＴＦＴ３を構成することとなる半導体層１２及び保護膜
１８の部分だけを残し、他はすべて除去した。

次いで、所定の溶剤によりレジストを除去した後、再び
レジストを塗布し、ホトエツチングによりソース・ドレ
イン部の保護膜１８を除去した。

その後再びプラズマＣＶＤ装置内に試料をセラ１１−Ｌ
、　ｎ”アモルファスシリコンからなるオーミックコン
タクト層１３を形成した。形成条件は、基板温度を１２
０℃とし、１００％ＳｉＨ４を１１０５ＣＣ，１％Ｈ１
ベースのＰ　ＨｓをＩＯｓｃｃＭ流し、反応圧力を０　
、２　Ｔｏｒｒ、　ＲＦ電力の出力を１００Ｗに設定し
て、４分間成膜を行なった。形成されたオーミックコン
タクト層１３の膜厚は５００人であった４、Ｉ：のオー
ミックコンタクト層１３の特性は別途行なった実験から
ρ、ｄ　＝　５０　（）Ω・ｃｍ　、Ｅａ＝０．２ｅＶ
、Ｅｇ−１，，７１ｅＶであった。

次に、試料を真空蒸着装置内にセットレ、ｔｆ、、　ｒ
をタンクステンボート加熱して試料表１ｉ１＝、ｉｉ譚
、５．００人のＣｒ層を形成した。

次いで、リフトオフ法によりソース・ドレイン（データ
ライン）部組外の部分のレジストを除去し、た。

その後、試料なＲＦスパッタリング装置にセットし、１
０００人のＩＴＯ膜を形成した。形成条件は、０．を３
０５ＣＣ１１，Ａ　ｒを２０３ＣＣＵそれぞれ流し、反
応圧力をｌ　Ｘ　ｌ　Ｏ−”Ｔｏｒｒに設定して５分間
成膜を行なった。そしてこの後ホトエツチングを行ない
、正方形形状の画素電極２を形成をした０画素電極２の
寸法は３０（）Ｘ３００μｍ２であり、開口率は７０％
であった。

その後再び試料を真空蒸着装置内にセットし、電子ビー
ム蒸着法により試料全面に膜厚１．０μｍのＡ１２層を
形成した。そしてこの後、再びホトエツチングによりチ
ャンネル１６上のＡβをリン酸系水溶液によって除去し
、データライン１７、ドレイン電極１４及びソース電極
１５を形成した。

次に、再び前記プラズマＣＶＤ装置内に試料をセットし
、ＳｉＮからなる膜厚１ｕｍの保護膜１８を形成した。

形成条件は、基板温度を２００℃とし、１００％Ｓ　ｉ
　Ｈ４を８　ＳＣＣＭ％ＮＨ１を２０　ＳＣＣＭ、　Ｎ
　＊を８０　ＳＣＣＭそれぞれ流し、反応圧力を０　、
５　Ｔｏｒｒ、　ＲＦ電力の出力を５０Ｗに設定して、
２時間成膜を行なった。

その後、該試料を再び真空蒸着装置にセットして、膜厚
１５００大のＡｒ１を蒸着させた後、ホトエツチングに
よりチャンネル部１６の上方のみ前記Ａβを残し、光遮
蔽膜１９を形成した。

［ＩＩ］上部電極基板の作製 ９０＋ｍｍ角の第２のガラス基板２０（上部基板）に透
明電極２１となるＩＴＯ膜を１０００人堆積させた後、
ホトエツチング工程を施して前記アドレスライン１０に
対応する位置にラインを形成した。これらラインは９０
＋＋Ｉｎ＋角のＩＴＯ膜の端部で電気的に接続されてお
り、さらに該第２のガラス基板２０の４か所のコーナ一
部に設けた取り出し用電極に接続されている。

その後、試料全面に膜厚１２００人のＣｒを蒸着させた
後、フィトセル２３の形成予定箇所（第４図参照）に３
μｍ角の金属層２５を形成した。

次に、プラズマＣＶＤ装置内に試料をセットして、該試
料に膜厚１ｇｍのＳｉＮ層を形成した。

形成条件は下部電極基板４のゲート絶縁膜１１と同一条
件である。そしてこの後、ホトエツチング工程により金
属膜２５が形成されている部分だけを除去した。

その後、再び前記プラズマＣＶＤ装置に試料をセットし
、該試料全面に膜厚１μｍの窒素を含有したアモルファ
スシリコン層を形成した。形成条件は、基板温度を２０
０℃とし、１００％５ｔＨ４をｌ　Ｏ３ＣＣＭ、Ｎ＊を
ＩＯ３ＣＣＭ流した。すなわち、Ｎ＊　／　（ＳｉＨ４
＋Ｎ！　）＝０．５の割合で原料を前記プラズマＣＶＤ
装置内に供給した。そして、反応圧力０　、２　Ｔｏｒ
ｒ、　ＲＦ電力の出力を１００Ｗに設定し、１時間２０
分成膜な行なった。

そしてこの後、ホトエツチングを施し、金属層２５が形
成された部分のみ前記アモルファスシリコン層を残して
他の部分のアモルファスシリコン層を除去し、半導体層
２６を形成した。

次に、ＲＦスパッタリング装置内に試料をセットし、膜
厚１Ｏ００人のＩＴＯ膜を該試料表面に堆積させた。形
成条件は、下部電極基板４の画素電極２と同一条件であ
る。

その後、画素電極２と平面視において跨がるような形状
にパターンニングし、対向電極５・・・を形成した。

しかして、半導体層２６と、該半導体層２６の一方の面
に形成された金属層２５と、半導体層２５の他方の面に
形成されたＩＴＯからなる透明電極層２７（対向電極５
を兼ねる）とでフォトセル２３が構成されている。第５
図及び第６図は、上記フォトセル２３の特性を示したも
のである。

すなわち、第５図はフォトセル２３における光電流密度
の電圧依存性を示す、光非照射時においては一１０Ｖ印
加時で光電流密度は１０−”（Ａ／ｃｒｒｉ’）以下の
低い値を示し、照度が２０００Ｉ２ｕＸの光を照射した
場合においては、はぼ一定の出力（約５　Ｘ　１０−’
　（（Ａ／　ｃｍ″））が得られ、電圧依存性が低いこ
とを示している。尚、前記光照射は波長５５０ｎｍの蛍
光灯を使用した。

第６図はフォトセル２３における光電流密度の照度に対
する依存性を示す。照度が増加してゆくに伴い、光電流
密度も直線的に増加してゆくのが判る。

また、該フォトセル２３の光応答時間は０．７ｓｅｃで
あった。

［ｎ１ｌＬＣＤの作製 以上のようにして作製された下部電極基板４の上面（保
護膜１８側）及び上部電極基板６の下面（対向電極５側
）にポリイミド系の配向膜２８．２９をスクリーン印刷
によって形成した。該配向膜２８．２９の膜厚は１００
ＯＡであった。そしてその後、温度を２５０℃に設定し
て３０分間ベーキングを行ない、その後ラビング処理を
施して配向膜２８．２９を平行配向させた。

上記ラビング処理の後、直径６ｕｍのスペーサを散布し
、上部電極基板６及び下部電極基板４の周囲に紫外線硬
化樹脂を印刷するとともに角部に銀ペーストを印刷した
。そしてその後、配向方向が同一となるように前記上部
電極基板６及び下部電極基板４を貼り合わせ、紫外線を
照射して上記紫外線硬化樹脂を硬化させた後、２００℃
で３０分間ベーキングを行なった。

次に、ネガ型液晶（ホスト）に１．５重量％の黒色二色
性色素（ゲスト）を混合したものを前記貼り合わせたセ
ルに注入し封止した。そして最後に偏光面が液晶の配向
方向と一致するように第１のガラス基板ｌの下面に偏光
フィルム８を貼り合わせた。

このようにして作製された本実施例に係る画像表示装置
としてのＬＣＤについて、フレーム周波数を３０Ｈｚと
してアドレスライン１０及びデータライン１７を飛び越
し走査により駆動させ、表示テストを行なった。アドレ
スライン１０にはオン時に＋１５Ｖ、オフ時にＯＶの電
圧を印加し、データライン１７にはオン時に＋ＩＯＶ、
オフ時にＯＶの電圧を印加した。

第７図（ａ）〜（ｃ）は上記ＬＣＤへの入カバターンを
示したちのである。すなわち、第７図（ａ）は第１のフ
レームに入力されるパターンを示し、第７図（ｂ）は第
２のフレームに入力されるパターンを示し、第７図（Ｃ
）は第３のフレームに入力されるパターンを示している
。そして、これら第１〜第３のフレームに入力されたパ
ターンは、液晶層７にアナログ的に保持・記憶され、出
カバターンにおいては、第８図に示すように、ｒＡＪと
いう文字が明確に表示される。尚、この表示パターンは
、フォトセル２３の金属層２５に−ＩＯＶの電圧を印加
し、バックライト（背面光）の照度を５０００Ｉ２ｕｘ
として画面上に表示したちのである。

及亘曵羞呈 以上詳述したように、本発明に係る画像表示装置にあっ
ては、対向電極が画素電極の複数個に対してて跨がって
形成されると共に、前記各対向電極にはそれぞれ光電変
換素子が接続されているので、任意の画素電極がオンす
ると、このオン状態の画素電極に隣接している複数個の
画素電極が前記光電変換素子を介して充電されオンし、
複数個の画素データを並列的に入力することが可能とな
る。

また、前記光電変換素子の光応答時間が、前記半導体素
子が駆動されるｌフレームの駆動時間よりも遅く設定さ
れているので、前記画素データがアナログ的に液晶層に
保持・記憶され、完全な画像として表示画面に表示する
ことができ、画素データを並列的かつ実時間で処理する
ことができる。　このように本発明に係る画像表示装置
は、複雑な演算回路等を介することなく画素データを並
列的かつ実時間で処理することができ、迅速な画像処理
を行なうことができ、表示装置の大容量化等に対応する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる画像表示装置の一実施例を示す
要部の概略断面図、第２図は入射光と光応答時間との関
係を示すタイムチャート、第３図はフォトセルの半導体
層に窒素が含有された場合における窒素含有率と光応答
時間との相関関係を示した特性図、第４図は表示装置の
概略平面図、第５図はフォトセルの充電流密度−電圧特
性を示す特性図、第６図はフォトセルの充電流密度と照
射光の照度との関係を示す特性図、第７図（ａ）〜（Ｃ
）はフレーム毎の入カバターンの一例を示した図、第８
図は出カバターンの一例を示した図、第９図は従来例の
アクティブマトリクス形ＴＰＴ回路を示す概略平面図、
第１０図は表示装置の要部の概略断面図である。 ｌ・・・第１のガラス基板（下部基板）、２・・・画素
電極、３・・・ＴＰＴ　（薄膜半導体素子）、４・・・
下部電極基板、５・・・対向電極、６・・・上部電極基
板、７・・・液晶層、２３・・・フォトセル（光電変換
素子）。 第２図 （ａ） 第３図 Ｎｚ／Ｓｉ日４→Ｎ２ 第７図 第８図 第９図 らフ 第１０図 ７

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）下部基板の上面側に画素電極と該画素電極に接続
   される半導体素子とがマトリクス状に形成されて下部電
   極基板が構成され、上部基板の下面側に対向電極がマト
   リクス状に形成されて上部電極基板が構成され、さらに
   該上部電極基板と前記下部電極基板との間に液晶が介装
   され、 前記対向電極が前記画素電極の複数個に対して跨がって
   形成されると共に、前記各対向電極にはそれぞれ光電変
   換素子が接続され、 かつ、前記光電変換素子の光応答時間が、前記半導体素
   子が駆動される１フレームの駆動時間よりも遅く設定さ
   れていることを特徴とする画像表示装置。