JPH0869014A - ディスプレイ - Google Patents
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- G09G3/2007—Display of intermediate tones
- G09G3/2011—Display of intermediate tones by amplitude modulation
Abstract
域に入ってきた光に起因する光キャリア(電子、正孔)
が周辺駆動領域に単結晶シリコン基板を伝わって周辺駆
動回路に入り、回路を誤動作させることがある問題を解
決する。 【構成】 単結晶シリコン基板(406)上の周辺駆動
回路の主要回路部分以外に単結晶シリコン基板と同じ導
電型の高濃度不純物半導体領域(501)を形成し、こ
の半導体領域を、直流電源に導く定電位に接続する。ま
たは周辺駆動回路の一部に単結晶シリコン基板と反対あ
るいは同一の導電型の高不純物半導体領域を形成しこの
半導体層を直流電源に導く定電位に接続する。 【効果】 周辺駆動回路が誤動作なしに正確に作動する
ので、この周辺駆動回路を用いた一体型ディスプレイ
は、ムラのない正確な画像表示が得られる。
Description
作をし、誤動作することのない信頼度の高い駆動回路を
組み込んだディスプレイに関する。
など社会の情報化が急速に進んでいる。このなかで、C
RT(Cathode Ray Tube)に代わるコ
ンピューターから人間へのインターフェイスとして薄型
のフラットディスプレイが、マルチメディア市場を広げ
るための重要なデバイスとなっている。フラットディス
プレイとして、液晶ディスプレイ(Liquid Cr
ystal Display)、PDP(Plasma
Display)、電子線フラットディスプレイが有
力である。このなかでも、液晶ディスプレイが、小型パ
ソコンの流行とともに大きく市場を広げている。液晶デ
ィスプレイのなかで、アクティブマトリックス液晶ディ
スプレイは、STN型などの単純マトリックス液晶ディ
スプレイに比べて、クロストークがないので画面全体の
コントラストが大きい。このため、アクティブマトリッ
クス液晶ディスプレイは、小型パソコンのディスプレイ
だけではなく、ビデオカメラのビューファインダ、プロ
ジェクタ、薄型テレビとしても注目されている。
は、ダイオ−ド動作するスイッチング素子を使う2端子
型と、トランジスタ動作するスイッチング素子を使う3
端子型の2種類のアクティブマトリクス方式がある。3
端子型のアクティブマトリクス方式は、一方の基板に共
通電極を設け、他方の電極に画素毎の画素電極を設け、
該当画素電極毎にスイッチング素子として薄膜トランジ
スタ(以下「TFT」と記す)を配し、制御する駆動方
式である。
ばれる2つの主電極と、ゲート電極と呼ばれる制御電極
からなっているが、上記アクティブマトリクス方式では
一方の主電極を信号線に、他方の主電極を画素電極に、
ゲート電極を走査線に接続している。
ース電極であるかはトランジスタの種類及び印加電圧の
極性によって変わり得るため、本明細書においては表示
信号線に接続した側をソース電極、画素電極に接続した
側をドレイン電極とする。
プレイの等価回路を示す。図中1はTFT、2は走査
線、3は信号線、4は画素電極、5は水平シフトレジス
タ、6は垂直シフトレジスタ、7は水平シフトレジスタ
によって駆動される映像信号転送スイッチ、8は映像信
号を一時保持するための保持容量、9は保持容量に一時
保持されている映像信号を画素電極に一括転送する第二
の映像信号転送スイッチである。映像信号は映像信号入
力端10からタイミングをずらして順次転送されてい
く。11は信号線3のリセットスイッチである。
ィスプレイの駆動パルスタイミングを示す。映像信号は
奇数行に対応する信号と偶数行に対応する信号が1フィ
ールド期間ごとに交互に送られてくる。したがって液晶
ディスプレイの動作としてはまず、奇数フィールドには
垂直シフトレジスタ6から奇数行目の走査線(ODD
1)に走査信号を送り、奇数行目のTFT1を導通させ
る。その間に液晶に記録されるべき映像信号は、その映
像信号に同期した水平走査パルスを出す水平シフトレジ
スタ5(ODD)によって順次駆動される転送スイッチ
7を介して各画素の画素電極4(2)、4(4)に映像
信号が記録される。
査パルスを出す水平シフトレジスタ5(EVEN)によ
って順次駆動される転送スイッチ7を介して保持容量8
に映像信号が転送される。次に水平ブランキング期間
に、リセットスイッチ11を導通させ信号線3をいった
んリセットした後に偶数行目の走査線(EVEN1)に
走査信号を送り、偶数行目のTFT1を導通させ、同時
に第二の映像信号転送スイッチ9を導通させ各画素の画
素電極4(1)、4(3)に映像信号が記録される。こ
のようにして映像信号は順次画素電極に記録されてい
く。
セルを構成する液晶分子が動くことで、別にクロスポラ
ライザの関係で設けた偏光板の方向により、液晶セルの
透過率が変化する。この様子を図19(a)に示す。
SIG は、用いる液晶によってその内容が異なることが知
られている。たとえば、ツイストネマティック(TN)
液晶を用いた場合はその値は実効電圧値(Vrms )とし
て定義される。この値の定性的な説明は、図19(b)
で示す。すなわち、液晶にDC成分が印加されるのを防
止するため1フレーム毎にその信号電圧の極性を変えて
信号を印加するが、液晶自身は図中の斜線部分で示した
AC電圧成分に対して動作する。したがって、実効電圧
Vrms は1フレーム分の時間をtF 、液晶に転送される
信号電圧をVLC(t)とすると、次式で表せる。
が増す。
図15に示したように、画素の位置をたとえば0.5画
素分ずらして配置する方法がある。こうすることで、た
とえば奇数行のある画素とその隣の画素の間を水平方向
の感覚で見ていくと、偶数行の画素が埋めていることに
なり、見かけ上水平解像度が向上する。このとき、図1
7のタイミング図で示すように、奇数行と偶数行の画素
の空間的なずれに合わせて奇数行と偶数行とで水平走査
パルスのタイミングをずらす必要がある。
ように液晶にDC成分が印加されて液晶が焼き付くのを
防ぐために信号電圧の極性を変えて印加される。極性の
切替時には液晶セルの透過率に若干の変化が生じ、例え
ば1/30秒周期ではこの変化が人間に認識されてしまい
明るさのちらつき、フリッカとなる。上記で説明したよ
うな、奇数行と偶数行とに同じ映像信号を書き込む二線
同時駆動法をとることで映像信号の極性反転周期を二分
の一の1/60秒ごとにし、フリッカを抑制することがで
きる。
示す。同図において、401はゲート電極、402は単
結晶シリコン、多結晶シリコン、非結晶シリコンなどか
らなる半導体層でトランジスタのチャネル領域となる。
403はソース電極、404はドレイン電極である。4
05は層間絶縁層、406は単結晶シリコン基板、40
7は配向膜、408は液晶材、409は対向透明電極、
410は層間膜、411は遮光層、412はカラーフィ
ルタ層である。モノクロ表示パネルの場合にはこのカラ
ーフィルタ層、412は存在しない。
結晶シリコン基板中に形成した基板と逆導電型の半導体
拡散層でトランジスタのチャネル領域となる。415は
ゲート電極で本実施例では薄膜トランジスタゲート電極
401と同一工程で形成しているがこれに限るものでは
ない。ゲート電極415とチャネル領域414の間とは
絶縁層を介して対向している。416、417は単結晶
基板中に形成したトランジスタのソース、ドレイン電極
である。
る。419は透明画素電極でありドレイン電極404に
接続する。420は画素電極部の電荷を保持するための
蓄積容量を形成する蓄積容量共通電極であり、画素電極
419との間に蓄積容量を構成する。図15の等価回路
図では省略している。映像信号は所望のタイミングで画
素電極に記録される。また画素領域は層間絶縁層405
上に形成した薄膜トランジスタとそのドレイン電極と接
続する透明画素電極419とからなる。画素領域下部の
単結晶シリコン基板は図18に示したようにエッチング
除去され可視光に対して透明化される。
り、高速動作を要求される周辺駆動回路を移動度の大き
い単結晶シリコンで作製することができる。このため、
周辺駆動回路を、高速動作する単結晶シリコントランジ
スタなどで構成することができる。また画素スイッチと
なるトランジスタをリーク電流が小さくかつ1000Å以下
の厚みで段差が小さく、配向不良の起こりにくい薄膜ト
ランジスタで構成することができるため、高解像度で高
コントラスト比の得られる透過型液晶ディスプレイを構
成することができる。
めの製法の模式説明図である。図7(a)は、n型のS
i基板にp型のウェルを作製を表す。基板上の形成した
酸化膜にレジストを使ってマスクし、ボロンイオンを注
入してp型ウェルを作製する。図7(b)は、LOCO
S(素子間分離のための酸化膜)形成用のレジストを貼
りつける工程を表す。SiN(酸化窒化膜)を表面に堆
積させて、パタ−ニングする。
表す。400nm〜1500nmの熱さの酸化膜ができ
るように1000〜1100℃でWet酸化する。図8
(b)は、表面にSiNを形成する工程を示す。熱CD
VでSiN膜を50nm〜100nm堆積させる。図8
(c)は、表面に画素TFTとなるポリシリコンを形成
する図を表す。多結晶Siを50nm〜400nm堆積
させて、パタ−ニングする。
により、n型のTFTのしきい値を調整する工程を表
す。1012〜1014cm-3のイオン密度で、イオン注入
を行う。図9(b)は、TFTの上面以外の多結晶Si
を取り除く工程を示す。図9(c)は、TFTの上面以
外の窒化膜を除去し、周辺回路のみを露出させる工程を
表す。
iを形成する工程を表す。図10(b)は、ゲ−ト電極
をパタ−ニングする工程を表す。
オン注入をし、ソ−ス領域と、ドレイン領域を形成させ
る工程を表す。図11(b)は、層間膜の形成を表す。
−Siを堆積させる工程を示す。図12(b)は、層間
絶縁膜を形成する工程を示す。図12(c)は、表面保
護用レジストを塗布する工程を表す。
をTFTの十面の堆積させる工程を示す。図13(b)
は、透明画素電極を形成する図を表す。
向基板と組み合わせて完成した液晶表示装置の断面図を
示す。
ング素子として、TFT(薄膜トランジスタ)を使用し
ながら、周辺駆動回路のトランジスタなどを単結晶シリ
コンで形成することができる。
で説明した液晶表示装置は以下のような問題点を持って
いた。透過型の液晶ディスプレイは先に説明したように
外部から照射された光を液晶により変調することで所望
のパターンを表示するものである。光が半導体基板に照
射されるとそのエネルギーで半導体基板中の価電子が励
起されて伝導電子となり、価電子の抜けた穴が正孔とな
る。この伝導電子や正孔(ホール)という光キャリヤが
周辺回路のトランジスタのソースやドレインに到達する
とソース電位やドレイン電位の変動を引き起こし、シフ
トレジスタなどの周辺回路の誤動作を引き起こす。
接続しているソースやドレインに光キャリヤが到達する
と映像信号電位の変動を引き起こし表示品位の低下を招
く。また、周辺回路をCMOS(COMPLIMENTALY MOS)
で構成した場合光キャリヤにより基板の電位が変動する
とP型MOSとN型MOSとの間で電流が流れてしまう
ラッチアップという現象が起こり、周辺回路が動作しな
くなってしまう。
回路の上には光を遮断するための遮光層を設けるが、本
構造のように周辺回路を単結晶基板中に設けた場合基板
の厚さは一般に約600μmもの厚さがあるため光キャ
リヤの発生源となるシリコン基板の体積が大きく、また
単結晶基板中の光キャリヤの拡散長は数百μmと長いた
め周辺回路上だけを遮光しただけでは不十分であり、周
囲の数百μmまで遮光しようとするとチップサイズが大
きくなってしまうといった問題点があった。
に組み込んでしまうと完全に遮光されてしまい、光セン
サ集積回路の場合にも基板上面が光にさらされるだけ
が、透過型液晶ディスプレイの場合、光を照射する面と
反対側の面も迷光などにさらされるために基板上面だけ
の対策では不十分であり、先に述べたような回路の誤動
作や表示品位の低下が生じていた。
を解決することを目的とする。すなわち本発明の主たる
目的は、遮光層に遮られず漏れてきた光の照射下でも誤
動作せず正確に作動する一体形成の駆動回路を有するデ
ィスプレイを提供することにある。
努力して以下の発明を得た。本発明は、単結晶基板中の
周辺回路の外周部などに光キャリヤを吸収する半導体拡
散層を設けるものである。
表示部と駆動回路を一体形成するディスプレイにおい
て、前記駆動回路は、内部の主要回路部分以外に、電源
の配線に直接接続された高濃度不純物半導体領域を有す
ることを特徴とする。本発明の高濃度不純物半導体領域
は、主要回路部分と駆動回路が形成された基板の外周部
との間、あるいは、主要回路部分と画像表示部との間に
あるといい。また、本発明の高濃度不純物半導体領域
を、主要回路部分を囲むように設けてもいいし、主要回
路部分の対面に設けてもいい。また、本発明の高濃度不
純物半導体領域上で、できるだけ大きな面積で電源の配
線と接続した方が光キャリアを吸収する効率がいい。本
発明のディスプレイは、駆動回路とが像表示部を一体形
成するディスプレイなら何でもいい。しかし、本発明
は、特に半導体基板に駆動回路を形成して、この半導体
基板を一方の基板として、他方の基板と組み合わせて液
晶材料を保持する液晶ディスプレイに有効である。この
ような液晶ディスプレイでは、高濃度不純物領域の導電
型を半導体基板と同一にしてもよいし、反対にしてもよ
い。さらに、半導体基板にウェルを設けてから、高濃度
不純物領域を設けてもいい。
位(Vcc)に接続してもいいし、低電位(GND)に
接続してもいい。また、高濃度不純物領域はトレンチ溝
に形成されてもいいし、近傍に埋め込み絶縁層があって
もいい。高濃度不純物領域の深さは0.1〜1μmが望
ましく、不純物濃度は、1×1019〜1×1022cm-3
が望ましい。注入する不純物には、AsやPやBなどが
ある。電源の高電位(Vcc)は、5〜30(V)が望
ましい。高濃度不純物領域と主要回路部分の距離は1〜
500μmがよく、20〜150μmであるとさらにい
い。
因となる光電子や光ホールを吸収できるため、誤動作が
なく信頼性の高い駆動回路をもつ駆動回路と一体型のデ
ィスプレイを作製することができる。また、アクティブ
マトリックス液晶ディスプレイのときは、従来と変わら
ない工程で、本発明の高濃度不純物領域を持つディスプ
レイを作製できる。
面であり、断面構造の模式図である。同図において、5
01は単結晶シリコン基板と同一導電型の半導体拡散領
域で液晶ディスプレイの周辺駆動回路の主要回路部分の
外周部に配置されている。502は電極であり半導体拡
散領域501と接続している。
時、半導体拡散領域501は電極502を通して、例え
ば液晶ディスプレイを駆動する最高電位に接続する。遮
光層411に覆われていない領域から照射した光により
発生した光電子は単結晶基板406中を拡散していく
が、周辺駆動回路のトランジスタに到達する前に半導体
拡散領域501の周囲の電界にひかれてトラップされ周
辺回路に悪影響を与えるのを防ぐことができる。半導体
拡散領域501は周辺回路トランジスタのソース・ドレ
イン拡散層と同一工程で形成すれば簡便に形成すること
ができるがこれに限るものではない。
電型の半導体拡散領域を設けることによっても同様の効
果が得られる。同図において、601は基板と反対の導
電型の半導体拡散領域、602は電極であり半導体拡散
領域601と接続している。603は基板と反対の導電
型の第二の半導体拡散領域である。ここで上記基板をn
型基板であると考えた時、半導体拡散領域601は、p
型に形成する。拡散領域601は電極602を通して例
えば液晶ディスプレイを駆動する最低電位に接続され
る。
射された光により発生したホールは単結晶基板406中
を拡散していく。しかし、周辺駆動回路のトランジスタ
に到達する前に半導体拡散領域601及び603の周囲
の電界にひかれてトラップされ周辺駆動回路に悪影響を
与えるのを防ぐことができる。逆導電型の半導体領域6
01及び603は周辺駆動回路トランジスタのソース・
ドレイン拡散層と同一工程で形成すれば簡便に形成する
ことができるがこれに限るものではない。また、第二の
半導体拡散領域603は必ずしも必要ではなく、なくと
もよい。本発明による上記の構成をとることにより、光
キャリヤによって誤動作を起こさない高画質の透過型液
晶ディスプレイを実現することができる。また、図中に
は示していないが周辺駆動回路の上側、下側に遮光用部
材を設けることも有効である。
ついてであったが、本発明を反射型液晶ディスプレイに
適用しても有効である。特に遮光用部材からの光漏れが
おこるシリコン基板部分に本構造を用いることが望まし
い。つまり、上述した周辺回路部分だけにではなく、画
素領域に本発明を用いてもよい。
とも良く表す図である。基板と同一の導電型の半導体拡
散領域と基板と反対の導電型の半導体拡散領域の両方を
形成しそれぞれの電位を取ることにより、光によって発
生した光電子、および光ホ−ルの両方をトラップするこ
とができる。
良く表す図である。1101は基板をエッチングして数
μmから十数μmの深さの所謂トレンチ溝を形成しその
中に基板と同一導電型の半導体領域を埋め込んで形成し
た光キャリヤのトラップ領域である。1102も同様に
トレンチ溝に基板と反対導電型の半導体層を埋め込んで
形成した第二の光キャリヤトラップ領域である。このよ
うに数μmから十数μmの深さにまでキャリヤトラップ
領域を形成することで基板内部を拡散してくる光キャリ
ヤも確実にトラップできる。
良く表す図である。1201は基板をエッチングして数
μmから十数μmの深さの所謂トレンチ溝を形成しその
中に絶縁層を埋め込んだ埋め込み絶縁層である。光キャ
リヤは絶縁層中を拡散していくことができないため埋め
込み絶縁層1201を迂回しなければならずその間に再
結合してキャリヤが消滅し、周辺回路に到達する光キャ
リヤ数が更に少なくなるものである。
良く表す図である。1301は単結晶基板406の裏面
に形成した半導体拡散層である。この半導体拡散層13
01は基板裏面からのイオン注入などによって形成され
る。同図では省略しているが半導体拡散層1301はボ
ンディング等によって電極が接続され電位が取られてい
る。
基板の両面からの光にさらされるため一般の半導体集積
回路に比べ光キャリヤの影響を大きく受けるが、本実施
例は単結晶基板406の裏面に半導体拡散層1301を
形成しその電位を取ることで基板裏面に照射された光や
迷光により発生した光キャリヤをトラップするものであ
る。図6では基板の裏面に拡散領域を形成した例を示し
たが、加えて裏面をエッチング除去して露出した基板端
面にも半導体拡散層を形成することでより確実に光キャ
リヤをトラップすることができる。
さえぎれず、漏れてきた光に起因する、周辺駆動回路へ
の光キャリヤの流入を抑えることができ回路の誤動作や
信号電位の変動による表示品位の低下をなくすことがで
きる。ひいては本発明により、高画質の液晶テレビジョ
ン、液晶プロジェクタテレビ、液晶ビューファインダ、
液晶ヘッドマウントディスプレイ、コンピュータディス
プレイなどをはじめとして、誤動作のないさまざまなデ
ィスプレイを実現することができる。
図
Claims (23)
- 【請求項1】 画像表示部と駆動回路を一体形成するデ
ィスプレイにおいて、 前記駆動回路は、内部の主要回路部分以外に、電源の配
線に直接接続された高濃度不純物半導体領域を有するこ
とを特徴とするディスプレイ。 - 【請求項2】 前記高濃度不純物半導体領域は、前記主
要回路部分と前記駆動回路が形成された基板の外周部と
の間にある請求項1に記載のディスプレイ。 - 【請求項3】 前記高濃度不純物半導体領域は、前記主
要回路部分と前記画像表示部との間にある請求項1また
は2に記載のディスプレイ。 - 【請求項4】 前記高濃度不純物半導体領域は、前記主
要回路部分を囲む請求項1ないし3に記載のディスプレ
イ。 - 【請求項5】 前記高濃度不純物半導体領域は、前記主
要回路部分の対面にある請求項1ないし4に記載のディ
スプレイ。 - 【請求項6】 前記駆動回路は単結晶半導体基板上にあ
り、前記高濃度不純物半導体領域は前記単結晶半導体基
板と反対の導電型である請求項1ないし5に記載のディ
スプレイ。 - 【請求項7】 前記駆動回路は単結晶半導体基板上にあ
り、前記高濃度不純物半導体領域は前記単結晶半導体基
板と同一の導電型である請求項1ないし6に記載のディ
スプレイ。 - 【請求項8】 前記配線は、前記電源の高電位(Vc
c)に接続されている請求項1ないし7に記載のディス
プレイ。 - 【請求項9】 前記配線は、前記電源の低電位(GN
D)に接続されている請求項1乃至8に記載のディスプ
レイ。 - 【請求項10】 前記高濃度不純物領域はトレンチ溝に
形成されている請求項1ないし9に記載のディスプレ
イ。 - 【請求項11】 前記高濃度不純物領域の近傍に埋め込
み絶縁層がある請求項1乃至10に記載のディスプレ
イ。 - 【請求項12】 前記単結晶半導体基板はバルクSiで
ある請求項6ないし11に記載のディスプレイ。 - 【請求項13】 前記高濃度不純物領域の深さは0.1
〜1μmである請求項1ないし12に記載のディスプレ
イ。 - 【請求項14】 前記高濃度不純物領域にAsを注入し
ている請求項1乃至13に記載のディスプレイ。 - 【請求項15】 前記高濃度不純物領域にPを注入して
いる請求項1ないし13に記載のディスプレイ。 - 【請求項16】 前記高濃度不純物領域にBを注入して
いる請求項1ないし13に記載のディスプレイ。 - 【請求項17】 前記高濃度不純物領域の不純物濃度
は、1×1019〜1×1022cm-3である請求項1ない
し16に記載のディスプレイ。 - 【請求項18】 前記電源の高電位は(Vcc)は、5
〜30(V)である請求項1ないし17に記載のディス
プレイ。 - 【請求項19】 前記高濃度不純物領域と前記主要回路
部分の距離は20〜150μmである請求項1ないし1
8に記載のディスプレイ。 - 【請求項20】 前記画像表示部は一対の基板と、前記
一対の基板に挟持された液晶材料を有する請求項1ない
し19に記載の液晶ディスプレイ。 - 【請求項21】 前記画像表示部は、1画素ごとにスイ
ッチング素子を有する請求項20に記載のアクティブマ
トリックス液晶ディスプレイ。 - 【請求項22】 前記スイッチング素子は、薄膜トラン
ジスタである請求項21に記載のアクティブマトリック
ス液晶ディスプレイ。 - 【請求項23】 前記薄膜トランジスタは、多結晶Si
から形成される請求項22に記載のアクティブマトリッ
クス液晶ディスプレイ。
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