JPH06123878A - 電気光学装置 - Google Patents
電気光学装置Info
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- JPH06123878A JPH06123878A JP8777691A JP8777691A JPH06123878A JP H06123878 A JPH06123878 A JP H06123878A JP 8777691 A JP8777691 A JP 8777691A JP 8777691 A JP8777691 A JP 8777691A JP H06123878 A JPH06123878 A JP H06123878A
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Abstract
画素に書込みをする単位時間501を時分割することに
よって、1画面を書き込む時間である1フレームの時間
を変更することなく、画素に書込みをする単位時間の時
分割503、505、507に応じて諧調表示を可能と
する。
Description
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。
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。
す。印加電圧が小さいVa(A点101)のときには、
透過光量がほぼ0%、Vb(B点102)の場合には3
0%ほど、Vc(C点103)の場合には80%ほど、
Vd(D点104)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。本発明者が
確認した具体的電圧としては、Va=2.0V、Vb=
2.18V、Vc=2.3V、Vd=2.5Vであっ
た。
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。
電気光学装置の階調表示の方法に関して、さらに詳しい
説明をくわえる。従来液晶電気光学装置に用いられてい
るnチャネル型薄膜トランジスタは、図2に示すような
電圧電流特性を持っている。図2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201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202である。
御することで、ドレイン電流を制御することが出来ひい
てはソース・ドレイン間の抵抗値を変化させることとな
る。その結果、直列接合された液晶に加わる電界の大き
さをその抵抗分割によって、任意に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。ま
た、この逆でゲート電極を走査側信号線に接続し、ソー
ス・ドレイン間電圧を変化させて、液晶に加える電界値
そのものを任意に制御する方法もある。
きく依存したアナログ的な階調表示方式であることに違
いはない。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特性を有するように作成する
のは難しく、特に階調表示に必要な中間の電圧の微調整
は今の技術では、非常な困難を要しているのが現状であ
る。図2に示したネマチック液晶の電気光学的特性から
もわかる様に、暗状態の境界値である2.08V付近か
ら明状態の境界値である2.40V付近までの0.32
V間で全ての階調表示を行なわねばならない。16階調
を過程した場合、平均0.02V間隔でのコントロール
が必要となる。
の様な、液晶が完全にON/OFFする部分でコントロ
ールした場合、その電圧差は0.5V以上とることが出
来るために、TFTの面内特性ばらつきを十分緩和する
に値する。複数の書込みフレームを利用して、例えば1
0フレーム中6フレームをON(2.5V)にして、残
り4フレームをOFF(2.0V)にしてやることで、
書込み平均電圧は2.3Vとなり、中間階調表示が可能
となる。
ームを利用するために、人間の視覚で確認できる30H
z以下の表示になる危険性が発生して、条件によっては
フリッカー等の表示不良の原因となっていた。これを防
止する方法として、駆動周波数の高速化も提案されてい
るが、ドライバーICのデーター転送速度にも、20M
Hz程度と限界があり、困難を要していた。
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り、且つその際に、従来提案され
ているような単純に駆動周波数を上げて階調表示を行う
方法ではなく、データの転送周波数と階調表示用周波数
を独立させて、フレーム周波数の変化をさせない状態で
デジタル階調表示を行うことに特徴を有する。
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電気光学装置の階調表示を、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、このことによって時間tに画素の液
晶に加わる電界の平均値を分割の割合に応じて変化さ
せ、階調を表示可能にしたことを特徴としている。
のマトリクスを用いる。図4には、図3に示すマトリク
スを駆動させる駆動波形を示す。従来の電気光学装置の
場合図3に示す様に、データ方向の信号線301〜30
4の電界の強さの強弱で305〜308に示すような画
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。なお図3と図4の符号が対応している
ことはいうまでもない。
制御を行うのでは無く、図5に示す様に、任意の画素に
書き込む単位時間t501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。その
際、書き込み時間における電界変化503、505、5
07が図1のように変化した場合、非書き込み時間では
その平均値504、506、508のようになり、明快
な階調表示が可能となっている。
1920×400ドット構成の液晶電気光学装置の場
合、8ビットパラレル転送で、5.76MHzのクロッ
ク周波数が必要となる。これに、従来の複数フレーム方
式を用いた場合、10フレームを利用するならば単純に
57.6MHzのクロック周波数が必要となるのであ
る。しかしながら、本発明の場合、階調表示用のクロッ
ク周波数を独立してとるため、最大8MHzの駆動能力
を有するICを用いた場合、約166階調まで、表示可
能となる。12.3MHzの駆動ICをもてば、ビジュ
アル用に必要と言われている256階調表示まで十分可
能な値になり、従来のアナログ方式および複数フレーム
方式のデジタル階調表示とは格段の優位性が生じる。以
下に実施例をもってさらに詳細な説明を加える。
示すもの、ネマチック液晶を主体とするもの、コレステ
ィック液晶を主体とするもの、また混合物としてネマチ
ック液晶を有機樹脂中に分散させたもの、コレスティッ
ク液晶を有機樹脂中に分散させたもの、スメクチィク液
晶を有機樹脂中に分散させたものを用いることができ
る。
を用いた液晶電気光学装置を用いて、画像表示装置であ
る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
リコンで、スタガ型とした。
701はソース、702はドレイン、703はNMOS
TFT、704は画素電極を表す。
置構成を図7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。また符号は図6に対応する部分には同一の番
号を付した。また705はリードコンタクトを、706
は画素コンタクトを示している。さらに実際の駆動信号
波形を図5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。
製方法を図8を使用して説明する。図8(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800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
801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。
より珪素膜を作製した。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PC
VD装置内3Paの圧力に導入し、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
0.02〜0.10W/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。
h)を制御するため、ホウ素をジボランを用いて1×10
15〜1×1018cm-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。
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。
りも100〜200℃低い450〜550℃、例えば5
30℃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。
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4×1022
cm-3として比較すると1原子%であった。
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TF
T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。
素膜802を500〜5000Å、本実施例では100
0Åの厚さに成膜した。
レジスト803をマスク1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804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の圧力に導入し、13.56
MHz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。
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、ソース・ドレイン領域805、806を形成した。
その後、マスクP2を用いてNチャネル型薄膜トランジ
スタ用アイランド領域807を形成した。
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220
mJ/cm2 が必要となる。しかし、最初から220m
J/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150m
J/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。
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522
cm-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、50〜5
00Å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。
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。即ち電子移動度(μe )=15〜300cm2 /V
Secが得られた。
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。
-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3のフォトマスク
69にてパタ−ニングして図8(E) を得た。ゲイト電極
809を形成し、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。
(Al)を用いた場合、これを第3のフォトマスク3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。
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。
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4のフォトマスク4
を用いて電極用の窓811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5のフォトマスク5を用いてリ
−ド812およびコンタクト813を作製した後、表面
を平坦化用有機樹脂814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6のフォトマスク
6にて行った。
ム酸化錫)を0.1μmの厚みにスパッタ法により形成
し第7のフォトマスク7を用いて画素電極815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。
度は80(cm2/Vs)、Vthは5.0(V)であった。こ
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。
ス基板900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1のフォトマスク11を用いてブラックストラ
イプ901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2のフォトマスク12を用いて赤色フィルタ
ー902を作製した。同様にして第3のフォトマスク1
3を用いて緑色フィルター903および第4のフォトマ
スク14を用いて青色フィルター904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905を透明ポリイミドを用いて
制作した。
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15を用いて共通電極906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。
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。
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。
略構造図を示す。前記の工程にて得た液晶パネル100
0を冷陰極管を3本配置した後部照明装置1001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1002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。
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1101、1102に駆動回路1103を接続し
た構成を取っている。駆動回路1103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1104、これ
はデーター1105を順に転送するための基本クロック
CLK1、1106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CLK2、1107とフリップフロップ回路
1108、カウンター1109よりなっている。データ
ーラッチ系1104より送られた階調表示データーに応
じたパルスをカウンター1109で作っている。
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。
に接続された駆動回路1112は、電圧レベル1113
より伝達した電位をクロックCLK1114のフリップ
フロップ回路1115で制御し、選択信号を加える。
(cm2/Vs)とすることが出来たため、駆動の周波数を約
1MHzまであげることができた。このため、
ている。
Tの特性ばらつきから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、42階調表示まで可能になりカラー表示では7
4,088色の多彩であり微妙な色彩の表示が実現でき
ている。
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。
構成にして、低温プロセスによるアモルファス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作製方法を図12を
使用して説明する。図12(A)において、青板ガラス
等の安価なガラス1200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1201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。
-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1のフォトマスク
21にてパタ−ニングしてゲイト電極1202を形成
し、図12(A)を得た。本実施例では、チャネル長は
10μm、ゲイト電極としてリンド−プ珪素を0.2μ
m、その上にモリブデンを0.3μmの厚さに形成し
た。
(Al)を用いた場合、これを第1のフォトマスク21に
てパタ−ニング後、その表面を陽極酸化することによ
り、ゲート電極上の絶縁膜またはチャネル領域にヒロッ
ク、ボイド等が発生せず、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。
3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。
マCVD法により形成した。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。
が5×1021cm-3以下であることが好ましい。この酸素濃
度が高いと移動度が低下し、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。前記方法によって、アモルファス
状態の珪素膜を500〜5000Å、例えば1500Å
の厚さに作製した。
領域を形成するためのレジスト1204を第2のフォト
マスク22で作製し、その上部にプラズマCVD法によ
ってn型の活性層となる珪素膜1205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 )1%濃度のものを用いた。加え
て水素(H2 )をそれぞれ5:3:20の割合で、PC
VD装置内5Paの圧力で導入し、13.56MHzの
高周波電界を加えて成膜した。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。
層となる珪素膜1205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、リー
ドおよびコンタクト電極として、Alをスパッタ法で3
000Å成膜1206し、その後リフトオフ法によって
余分な部分を取り除き、ソース1207およびドレイン
1208領域を形成した。
に個々のTFT1209を形成後、さらに、図12
(D)に示す如く表面を平坦化用有機樹脂1210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24にて行った。
明電極としてそれに連結するため、スパッタ法によりI
TO(インジュ−ム・スズ酸化膜)を形成した。それを
フォトマスク25によりエッチングし、電極1211を
構成させた。このITOは室温〜150℃で成膜し、2
00〜400℃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NTFT1209と透明導電
膜の電極1211とを同一ガラス基板1200上に作製
した。得られたTFTの電気的な特性の移動度は0.2
(cm2/Vs)、Vthは5.3(V)であった。
法を用いて、カラーフィルターおよび透明導電膜ITO
を1000Å成膜し、第二の基板を得た。
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。
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。
ファス状態でありながら0.2(cm2/Vs)とすることが
出来たため、駆動の周波数を約100KHzまであげる
ことができた。このため、
っている。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、アモルファスTF
Tの特性ばらつきが約±10%存在するために、8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、13階調表示以上まで
可能になりカラー表示では2,207色の多彩であり微
妙な色彩の表示が実現できている。
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。
00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307,20
0画素を作製した。1画素当りの大きさは127μm角
とした。
して、液晶電気光学装置1300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
1301、緑色フィルター1302、青色フィルター1
303と、反射板1304、150Wのメタルハライド
系光源1307とフォーカス用光学系1308より構成
されている。
光学装置の基板は、NMOS構成のマトリクス回路を有
する基板とした。低温プロセスによる高移動度TFTを
用いた素子を形成し、プロジェクション型液晶電気光学
装置を構成した。本実施例で使用する液晶表示装置の作
製方法を図14を使用して説明する。図14(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1400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1401としての酸化珪素膜を1000〜3000
Å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。
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1
00〜200℃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30〜300
Pa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(Vt
h)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。
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。
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。
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4×1019〜4×1021
cm-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。
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。
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522
cm-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、50〜5
00Å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。
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 /V
Secが得られる。
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。
ォトマスク31にてフォトエッチングを施し、TFT用
の領域1402(チャネル巾20μm)を作製した。
3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。
-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
32てパタ−ニングして図14(B)に示すように、ゲ
イト電極1404を形成した。本実施例では、チャネル
長は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14(C)において、ソ−ス1405、ドレ
イン1406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。
(Al)を用いた場合、これを第2のフォトマスク32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。
熱アニ−ルを行った。ソ−ス1405、ドレイン140
6の不純物を活性化してN+ として作製した。またゲイ
ト電極1404下にはチャネル形成領域1407がセミ
アモルファス半導体として形成されている。
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NTFT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。
(C)で2回行った。しかし図14(A)のアニ−ルは
求める特性により省略し、双方を図14(C)のアニ−
ルにより兼ね製造時間の短縮を図ってもよい。図14
(D)において、層間絶縁物1408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33を使って電極用の窓1
409を形成した。さらに、図14(E)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1410、およびコンタクト1411をフォトマス
ク34を用いて作製した後、表面を平坦化用有機樹脂1
412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35にて行った。
明電極としてそれに連結するため、スパッタ法によりI
TO(インジュ−ム・スズ酸化膜)を形成した。それを
フォトマスク36によりエッチングし、電極1413を
構成させた。このITOは室温〜150℃で成膜し、2
00〜400℃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NTFT1402と透明導電
膜の電極1413とを同一ガラス基板1400上に作製
した。得られたTFTの電気的な特性の移動度は120
(cm2/Vs)、Vthは5.0(V)であった。
00に、フマル酸系高分子樹脂とネマチック液晶を6
5:35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1501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。
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。
『実施例1』と同様である。640×480ドットの3
07,200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。本実施例によるT
FTは駆動周波数を2.5MHzまであげることが出来
たため、
になっている。
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
表示ではなんと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。
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。
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。
の液晶分散型表示装置を用いた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。
例1』と同一工程で作成した物を用いた。図15に示さ
れた液晶電気光学装置を用いて本実施例を説明する。基
板上1500に、フマル酸系高分子樹脂と黒色色素を1
5%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1
501を形成した。
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。
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。
ュ−ム・スズ酸化膜)を形成し、対向電極1502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。
表示に対し、デジタル方式の階調表示を独立した2つの
駆動周波数を用いて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256,0
00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。
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。
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階調程度まで可能になりカラー表示ではな
んと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。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4096色では困難を要する。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。
FTの電気特性を示す。
成を示す。
す。
電気光学装置の構造を示す。
示す。
を示す。
Claims (7)
- 【請求項1】基板上にマトリックス構成を有する信号線
とそれぞれの画素電極にnチャンネル型薄膜トランジス
タを設け、該薄膜トランジスタの入出力側の一方を前記
画素電極へ、他の一方を前記マトリックス構成を有する
一対の信号線の第1の信号線へ接続し、かつ前記薄膜ト
ランジスタのゲートを前記マトリックス構成を有する信
号線の第2の信号線へ接続した電気回路を有する第一の
基板と、基板上に電極およびリードを有する第2の基板
によって、少なくとも液晶組成物または液晶組成物を含
む混合物を挟持した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する電
気光学装置。 - 【請求項2】請求項1において、液晶組成物は強誘電性
を示すことを特徴とする電気光学装置。 - 【請求項3】請求項1において、液晶組成物はネマチッ
ク液晶を主体とすることを特徴とする電気光学装置。 - 【請求項4】請求項1において、液晶組成物はコレステ
ィック液晶を主体とすることを特徴とする電気光学装
置。 - 【請求項5】請求項1において、液晶組成物を含む混合
物はネマチック液晶を有機樹脂中に分散させたことを特
徴とする電気光学装置。 - 【請求項6】請求項1において、液晶組成物を含む混合
物はコレスティック液晶を有機樹脂中に分散させたこと
を特徴とする電気光学装置。 - 【請求項7】請求項1において、液晶組成物を含む混合
物はスメクチィク液晶を有機樹脂中に分散させたことを
特徴とする電気光学装置。
Priority Applications (13)
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KR1019920002345A KR960004151B1 (ko) | 1991-02-16 | 1992-02-15 | 전기 광학 장치 및 그 구동 방법 |
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1991
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