JPH11194321A - 半導体表示装置およびその駆動方法 - Google Patents
半導体表示装置およびその駆動方法Info
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- JPH11194321A JPH11194321A JP36941497A JP36941497A JPH11194321A JP H11194321 A JPH11194321 A JP H11194321A JP 36941497 A JP36941497 A JP 36941497A JP 36941497 A JP36941497 A JP 36941497A JP H11194321 A JPH11194321 A JP H11194321A
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Abstract
る。 【解決手段】 アクティブマトリクス型の半導体表示装
置において、画素TFTへの階調電圧を書き込む際、あ
る画像情報に対応する階調信号を複数回書き込むことに
よって、非選択期間中の表示媒体にかかる電圧を保持す
る。こうすることによって、表示媒体にかかる電圧の低
下を最小限にし、コントラストの高い半導体表示装置が
提供される。
Description
体表示装置に関する。特にアクティブマトリクス型の液
晶表示装置に関する。
成した半導体装置、例えば薄膜トランジスタ(TFT)
を作製する技術が急速に発達してきている。その理由
は、アクティブマトリクス型半導体表示装置(特にアク
ティブマトリクス型液晶表示装置)の需要が高まってき
たことによる。
マトリクス状に配置された数十〜数百万個もの各画素に
TFTが配置され、各画素電極に出入りする電荷をTF
Tのスイッチング機能により制御するものである。
置には、ネマチック液晶を用いたTN(ツイストネマチ
ック)モードが一般に採用されてきたが、最近、しきい
値のない反強誘電性液晶を用いたアクティブマトリクス
型液晶表示装置が注目を浴びている。
クティブマトリクス型の液晶表示装置は、例えば、特
開平9−50049号公報、特開平9−50050号
公報、特開平9−59624、あるいはLCD I
ntelligence、1997年12月号、p77
〜p80、LCD Intelligence、19
97年12月号、p81〜p85等に記載されている。
ティブマトリクス型の液晶表示装置は、V字型の印加電
圧−透過率曲線を示す反強誘電性液晶材料が用いられて
いる。この反強誘電性液晶は、単純マトリクス液晶表示
装置に用いられている反強誘電性液晶材料とは異なり、
TNモードのネマチック液晶材料のようにヒステリシス
を持たず、かつしきい値電圧が低いことに特徴がある。
常行われている交流駆動が採用されている。これは、あ
るTFTにおいて、連続するフレームでの選択期間に、
表示階調に応じて極性が反対で絶対値が同一の電圧を有
する駆動パルスによって書き込みを行うものである。
TFTのゲイトが開いている書き込み期間(選択期間)
では応答が高速に進行する。しかし、TFTのゲイトが
閉じている保持期間(非選択期間)では、反強誘電性液
晶にかかっている電圧は減少する。文献〜および
では、書き込み期間は60μs程であるが、保持期間中
に反強誘電性液晶にかかっている電圧が減少することが
示されている。このことにより、入射光の透過率が変化
し、コントラストの大変低い表示装置となってしまう。
間は60μs程度であり、従来のテレビジョン規格を対
象としたものであると考えられる。高解像度の表示装置
を実現する場合には、書き込み期間をこれよりも短くす
る必要がある。書き込み期間をこれよりも短くすると、
反強誘電性液晶の応答が完全に終結しないうちに書き込
みが終了してしまうことになり、保持期間中の反強誘電
性液晶にかかっている電圧はさらに減少することにな
る。よって、入射光の透過率が変化し、コントラストの
大変低くなり、高解像度の表示装置は実現できない。
りは高解像度(XGA)の表示装置を対象にしており、
書き込み期間は20μs程度である。ただ、この期間内
で反強誘電性液晶の応答を終結させることは現在の材料
では不可能である。そこで、文献では、上述したよう
な交流駆動を採用せず、擬似直流駆動という駆動方法を
採用している。この擬似直流駆動では、1フレームごと
に信号電圧線の極性を反転させるのではなく、一定期間
同一極性で書き込んだ後、極性を反転させて逆極性で書
き込む。このプロセスを繰り返す。さらに、ある信号を
書き込む場合、最初のフレームで書き込めなかった分を
後続のフレームで書き込むようにしている。
置を実現するために書き込み期間を20μsと短くする
ことによる反強誘電性液晶の応答不良を上述した方法に
よって行っている。しかし、このような方法をもってで
も、反強誘電性液晶の応答不良を完全に補うことはでき
ず、保持期間中の電圧の低下を避けることができない。
しかも、さらに高解像度の表示装置を実現するために
は、さらに書き込み期間を短くする必要があり、上述し
た方法では反強誘電性液晶の応答不良を補うことはでき
ない。
てなされたものであり、高精細・高解像度のアクティブ
マトリクス型の半導体表示装置、特に反強誘電性液晶を
用いた液晶表示装置を提供することを課題とする。
ス状に配置された複数の画素TFTを有する画素マトリ
クス回路と、前記複数の画素TFTを駆動する、複数の
TFTによって構成されたソース信号線側駆動回路およ
びゲイト信号線側駆動回路と、実質的にしきい値を持た
ない強誘電性の液晶材料と、を備えた半導体表示装置で
あって、前記画素TFTには、ある画像情報に対応する
階調信号が複数回供給されることを特長とする半導体表
示装置が提供される。このことによって上記目的が達成
される。
号線側駆動回路および前記ゲイト信号線側駆動回路と
は、絶縁基板上に一体形成されるのが好ましい。
FTのうちNチャネル型TFTのキャリアの移動度が、
150cm2/Vs以上であることが好ましい。
FTのうちNチャネル型TFTのキャリアの移動度のS
値が、0.15V/dec以下であることが好ましい。
FTのしきい値電圧は、PチャネルTFTにおいては−
1.0〜0.0Vであり、NチャネルTFTにおいては
0.0V〜1.0Vであることが好ましい。
FTは、触媒を用いた結晶化工程を通して作製されるこ
とが好ましい。
料は、反強誘電性液晶であることが好ましい。
トリクス状に配置された複数の画素TFTに順次階調電
圧を印加し、画像を形成する半導体表示装置の駆動方法
において、ある画像情報に対応する階調電圧を、対応す
る画素TFTに複数回印加するステップを含む半導体表
示装置の駆動方法が提供される。このことによって上記
目的が達成される。
クティブマトリクス型液晶表示装置の詳細について説明
する。ただし、以下の実施例に記載されているアクティ
ブマトリクス型液晶表示装置は、本発明のある実施形態
であり、本発明のアクティブマトリクス型液晶表示装置
は、以下の実施例に限定されるわけではない。
液晶表示装置の概略構成図を示す。図1に示すように、
本発明のアクティブマトリクス型液晶表示装置は、ソー
ス信号線側駆動回路101、ゲイト信号線側駆動回路1
02、ソース信号線103、ゲイト信号線104、およ
び画素マトリクス回路105を備えている。ソース信号
線側駆動回路101は、シフトレジスタ回路、ラッチ回
路、D/A変換回路、バッファ回路、アナログスイッチ
回路等によって構成されている。ゲイト信号線側駆動回
路102は、シフトレジスタ回路、ラッチ回路、バッフ
ァ回路、アナログスイッチ回路等によって構成されてい
る。また、画素マトリクス回路105は、マトリクス状
に配置された複数の画素TFTを含んでいる。本実施例
のアクティブマトリクス型液晶表示装置は、XGA規格
(横800×縦600)に対応している。
デジタル信号)が、ソース信号線側駆動回路101に入
力される。ソース信号線側駆動回路101は、入力され
る画像信号をシフトレジスタ回路からのタイミング信号
によって取り込み、ラッチ回路やD/A変換回路を通し
て対応する階調電圧を順次ソース信号線103に供給す
る。ソース信号線103に供給される階調電圧と、ゲイ
ト信号線109に供給される走査信号とによって、画素
マトリクス回路105の対応する画素TFTが選択され
る。選択された画素TFTには、階調電圧が印加され、
反強誘電性液晶への書き込みが行われる。
は、無しきい値反強誘電性液晶であり、印加電圧に対す
る光の透過率を示したグラフが図2に示される。図2に
示されるグラフは、本実施例の反強誘電性液晶を使用し
た液晶表示装置を上下に一対の偏光板で挟持し、液晶表
示装置に電圧を印加した場合の光の透過率を示したグラ
フである。一対の偏光板の透過軸の配置は、反強誘電性
液晶の配向方向に基づいて設定されている。すなわち、
入射側の偏光板の透過軸は、液晶表示装置のラビング方
向にほぼ一致する反強誘電性液晶のスメクティック層の
法線方向と、ほぼ平行に設定されている。また、出射側
の偏光板の透過軸は、入射側の偏光板にほぼ直角に設定
されている。
電性液晶を用いた液晶表示装置は、印加電圧に応じて連
続的に透過率が変化する。よって、印加電圧に応じた階
調表示を得ることができる。
しく説明するために、図3を参照する。図3には、各画
素に印加される走査信号、階調信号、および画素の保持
電圧を示したタイミングチャートが示されている。
る期間を1フレーム期間と呼ぶ。本実施例では、1秒間
に60フレームの画像情報の書き換えを行う。つまり6
0Hzでフレーム画像の書き換えを行う。よって、1フ
レーム期間(Tf)は、Tf=1/60=約17msで
ある。また、あるゲイト信号線に接続される横方向に並
ぶ全てのTFTが選択される期間を1ライン期間と呼
ぶ。本実施例では、1ライン分の全ての画素TFTに階
調電圧を同時に書き込む、線順次駆動方式を採用してい
る。よって、1ライン期間(=ある階調信号に対して各
画素TFTが選択される期間(選択期間Ts))は、T
s=1/60/600=約28μsである。
4分割して、各画素TFTに階調信号を書き込む。この
4分割された選択期間をサブ選択期間(Tss)と呼
ぶ。なお、この4分割されたサブ選択期間をそれぞれ、
第1のサブ選択期間(Tss1)、第2のサブ選択期間
(Tss2)、第3のサブ選択期間(Tss3)、第4の
サブ選択期間(Tss4)と呼ぶ。従って、Tss1=T
ss2=Tss3=Tss4=Ts/4=約7μsであ
る。
期間を、サブフレーム期間(Tsf)と呼ぶ。このサブ
フレーム期間も、それぞれ第1のサブフレーム期間(T
sf1)、第2のサブフレーム期間(Tsf2)、第3の
サブフレーム期間(Tsf3)、第4のサブフレーム期
間(Tsf4)と呼ぶ。また、Tsf1=Tsf2=Ts
f3=Tsf4=Tf/4である。
間を、非選択期間(Tns)と呼ぶ。
は、第1のサブ選択期間(Tss1)の間、階調信号が
供給される。第1のサブ選択期間(Tss1)には、対
応する画素TFTの反強誘電性液晶は高速応答し、画素
TFTに接続されている画素電極と対向電極とその間に
挟持される反強誘電性液晶とで形成される容量(画素容
量)に電荷が蓄えられる。画素の保持電圧は、この画素
容量に依存する。図3の各サブフレーム期間(Tsf1
〜Tsf4)において示されているように、画素TFT
が選択され、階調信号が画素TFTに供給されている間
(Tss1〜Tss4)、保持電圧は上昇する。
ブ選択期間(Tss1)が終了すると、非選択期間(T
ns)となり、画素の保持電圧は下降していく。これ
は、サブ選択期間が短いため、画素容量に十分に電荷が
充電されないためであると考えられる。
ブ選択期間(Tss2)が始まる。この第2のサブ選択
期間(Tss2)には、第1のサブ選択期間(Tss1)
において供給された階調信号と同じ階調信号が、画素T
FTに印加される。よって、非選択期間(Tns)にお
いて下降した画素の保持電圧は、第2のサブ選択期間
(Tss2)の開始に従い上昇する。
は、画素容量に電荷がさらに充電される。よって、第2
のサブ選択期間(Tss2)が終了し、非選択期間(T
ns)が始まっても、前回の非選択期間中に画素の保持
電圧が下降した程は、画素の保持電圧は下降しない。
ブ選択期間(Tss2)が開始されると、第1および第
2のサブ選択期間(Tss1およびTss2)において供
給された階調信号と同じ階調信号が画素TFTに供給さ
れる。このときも、画素容量に電荷がさらに充電され
る。よって、第3のサブ選択期間(Tss3)が終了
し、非選択期間(Tns)が始まっても、前回の非選択
期間中に画素の保持電圧が下降した程は、画素の保持電
圧は下降しない。
4のサブ選択期間(Tss4)が開始されると、第1、
第2および第3のサブ選択期間(Tss1、Tss2およ
びTss3)において供給された階調信号と同じ階調信
号が画素TFTに供給される。このときも、画素容量に
電荷がさらに充電される。よって、第4のサブ選択期間
(Tss3)が終了し、非選択期間(Tns)が始まっ
ても、前回の非選択期間中に画素の保持電圧が下降した
程は、画素の保持電圧は下降しない。
供給が始まり、上述したような、第1〜第4のサブフレ
ーム期間が繰り返される。
が供給される選択期間(Ts)を4つのサブ選択期間
(Tss1、Tss2、Tss3、およびTss4)に分割
し、画素TFTに同じ階調信号を供給することによっ
て、画素の保持電圧の降下を最小限度に小さくすること
ができる。
を60Hzで行っているが、サブフレーム期間(Ts
f)を考えると、実質的には、60×4=240Hzで
サブフレームによる画面の書き換えを行っていることに
なる。
あり、従来のアモルファスシリコンを使用したTFTで
は、このような駆動回路を実現することができない。
リクス型液晶表示装置を実現することのできる一製造方
法を以下に説明する。ただし、以下の製造方法は、本実
施例のアクティブマトリクス型液晶表示装置を実現する
一実施例にすぎず、他の製造方法によっても本発明のア
クティブマトリクス型液晶表示装置が実現され得る。
のTFTを形成し、画素マトリクス回路、駆動回路、お
よびロジック回路等をモノリシックに構成する例を図4
〜図7に示す。なお、本実施例では、画素マトリクス回
路の1つの画素と、他の回路(駆動回路、ロジック回路
等)の基本回路であるCMOS回路とが同時に形成され
る様子を示す。また、本実施例では、Pチャネル型TF
TとNチャネル型TFTとがそれぞれ1つのゲイト電極
を備えている場合について、その作製工程を説明する
が、ダブルゲイト型やトリプルゲイト型のような複数の
ゲイト電極を備えたTFTによるCMOS回路をも同様
に作製することができる。
基板として石英基板401を準備する。石英基板の代わ
りに熱酸化膜を形成したシリコン基板を用いることもで
きる。また、石英基板上に一旦非晶質珪素膜を形成し、
それを完全に熱酸化して絶縁膜とする様な方法をとって
も良い。さらに、絶縁膜として窒化珪素膜を形成した石
英基板、セラミックス基板またはシリコン基板を用いて
も良い。
厚(熱酸化後の膜減りを考慮した膜厚)が10〜75n
m(好ましくは15〜45nm)となる様に調節する。
なお、成膜に際して膜中の不純物濃度の管理を徹底的に
行うことは重要である。
不純物濃度の管理を徹底的に行うことが重要である。本
実施例の場合、非晶質珪素膜402中では結晶化を阻害
する不純物であるC(炭素)およびN(窒素)の濃度は
いずれも5×1018atoms/cm3未満(代表的に
は5×1017atoms/cm3以下、好ましくは2×
1017atoms/cm3以下)、O(酸素)は1.5
×1019atoms/cm3未満(代表的には1×10
18atoms/cm3以下、好ましくは5×1017at
oms/cm3以下)となる様に管理する。なぜならば
各不純物がこれ以上の濃度で存在すると、後の結晶化の
際に悪影響を及ぼし、結晶化後の膜質を低下させる原因
となるからである。本明細書中において膜中の上記の不
純物元素濃度は、SIMS(質量2次イオン分析)の測
定結果における最小値で定義される。
圧熱CVD炉は定期的にドライクリーニングを行い、成
膜室の清浄化を図っておくことが望ましい。ドライクリ
ーニングは、200〜400℃程度に加熱した炉内に1
00〜300sccmのClF3(フッ化塩素)ガスを
流し、熱分解によって生成したフッ素によって成膜室の
クリーニングを行えば良い。
00℃とし、ClF3ガスの流量を300sccmとし
た場合、約2μm厚の付着物(主に珪素を主成分する)
を4時間で完全に除去することができる。
非常に重要なパラメータであり、水素含有量を低く抑え
た方が結晶性の良い膜が得られる様である。そのため、
非晶質珪素膜402の成膜は減圧熱CVD法であること
が好ましい。なお、成膜条件を最適化することでプラズ
マCVD法を用いることも可能である。
行う。結晶化の手段としては特開平7−130652号
公報記載の技術を用いる。同公報の実施例1および実施
例2のどちらの手段でも良いが、本実施例では、同広報
の実施例2に記載した技術内容(特開平8−78329
号公報に詳しい)を利用するのが好ましい。
は、まず触媒元素の添加領域を選択するマスク絶縁膜4
03を形成する。マスク絶縁膜403は触媒元素を添加
するために複数箇所の開口部を有している。この開口部
の位置によって結晶領域の位置を決定することができ
る。
触媒元素としてニッケル(Ni)を含有した溶液をスピ
ンコート法により塗布し、Ni含有層404を形成す
る。なお、触媒元素としてはニッケル以外にも、コバル
ト(Co)、鉄(Fe)、パラジウム(Pd)、ゲルマ
ニウム(Ge)、白金(Pt)、銅(Cu)、金(A
u)等を用いることができる(図4(A))。
トマスクを利用したイオン注入法またはプラズマドーピ
ング法を用いることもできる。この場合、添加領域の占
有面積の低減、横成長領域の成長距離の制御が容易とな
るので、微細化した回路を構成する際に有効な技術とな
る。
450℃で1時間程度の水素出しの後、不活性雰囲気、
水素雰囲気または酸素雰囲気中において500〜700
℃(代表的には550〜650℃)の温度で4〜24時
間の加熱処理を加えて非晶質珪素膜402の結晶化を行
う。本実施例では窒素雰囲気で570℃で14時間の加
熱処理を行う。
ッケルを添加した領域405および406で発生した核
から優先的に進行し、基板401の基板面に対してほぼ
平行に成長した結晶領域407および408が形成され
る。この結晶領域407および408を横成長領域と呼
ぶ。横成長領域は比較的揃った状態で個々の結晶が集合
しているため、全体的な結晶性に優れるという利点があ
る(図4(B))。
報の実施例1に記載された技術を用いた場合も微視的に
は横成長領域と呼びうる領域が形成されている。しかし
ながら、核発生が面内において不均一に起こるので結晶
粒界の制御性の面で難がある。
スク絶縁膜403を除去してパターニングを行い、横成
長領域407および408でなる島状半導体層(活性
層)409、410、および411を形成する(図4
(C))。
チャネル型TFTの活性層、410はCMOS回路を構
成するPチャネル型TFTの活性層、411は画素マト
リクス回路を構成するNチャネル型TFT(画素TF
T)の活性層である。
成したら、その上に珪素を含む絶縁膜でなるゲイト絶縁
膜412を成膜する(図4(C))。
素(ニッケル)を除去または低減するための加熱処理
(触媒元素のゲッタリングプロセス)を行う。この加熱
処理は処理雰囲気中にハロゲン元素を含ませ、ハロゲン
元素による金属元素のゲッタリング効果を利用するもの
である。
果を十分に得るためには、上記加熱処理を700℃を超
える温度で行なうことが好ましい。この温度以下では処
理雰囲気中のハロゲン化合物の分解が困難となり、ゲッ
タリング効果が得られなくなる恐れがある。
0℃を超える温度で行い、好ましくは800〜1000
℃(代表的には950℃)とし、処理時間は0.1〜6
hr、代表的には0.5〜1hrとする。
塩化水素(HCl)を0.5〜10体積%(本実施例で
は3体積%)の濃度で含有させた雰囲気中において、9
50℃で、30分の加熱処理を行う例を示す。HCl濃
度を上記濃度以上とすると、活性層409、410、お
よび411の表面に膜厚程度の凹凸が生じてしまうため
好ましくない。
lガスを用いる例を示したが、それ以外のガスとして、
代表的にはHF、NF3、HBr、Cl2、ClF3、B
Cl2、F2、Br2等のハロゲンを含む化合物から選ば
れた一種または複数種のものを用いることができる。
0、および411中のニッケルが塩素の作用によりゲッ
タリングされ、揮発性の塩化ニッケルとなって大気中へ
離脱して除去されると考えられる。そして、この工程に
より活性層409、410、および411中のニッケル
の濃度は5×1017atoms/cm3以下にまで低減
される。
う値はSIMS(質量二次イオン分析)の検出下限であ
る。本出願人が試作したTFTを解析した結果、1×1
018atoms/cm3以下(好ましくは5×1017a
toms/cm3以下)ではTFT特性に対するニッケ
ルの影響は確認されなかった。ただし、本明細書中にお
ける不純物濃度は、SIMS分析の測定結果の最小値で
もって定義される。
410、および411とゲイト絶縁膜412との界面で
は熱酸化反応が進行し、熱酸化膜の分だけゲイト絶縁膜
412の膜厚は増加する。この様にして熱酸化膜を形成
すると、非常に界面準位の少ない半導体/絶縁膜界面を
得ることができる。また、活性層端部における熱酸化膜
の形成不良(エッジシニング)を防ぐ効果もある。
を、マスク絶縁膜403を除去した後、活性層をパター
ンニングする前に行なってもよい。また、触媒元素のゲ
ッタリングプロセスを、活性層をパターンニングした後
に行なってもよい。また、いずれのゲッタリングプロセ
スを組み合わせて行なってもよい。
を、P(リン)を用いることによって行うこともでき
る。このリンによるゲッタリングプロセスを上述したゲ
ッタリングプロセスに組み合わせても良い。また、リン
によるゲッタリングプロセスのみを用いても良い。
処理を施した後に、窒素雰囲気中で950℃で1時間程
度の加熱処理を行なうことで、ゲイト絶縁膜412の膜
質の向上を図ることも有効である。
410、および411中にはゲッタリング処理に使用し
たハロゲン元素が、1×1015atoms/cm3〜1
×1020atoms/cm3の濃度で残存することも確
認されている。また、その際、活性層409、410、
および411と加熱処理によって形成される熱酸化膜と
の間に前述のハロゲン元素が高濃度に分布することがS
IMS分析によって確かめられている。
行った結果、代表的な不純物であるC(炭素)、N(窒
素)、O(酸素)、S(硫黄)はいずれも5×1018a
toms/cm3未満(典型的には1×1018atom
s/cm3以下)であることが確認された。
する金属膜を成膜し、パターニングによって後のゲイト
電極の原型413、414、および415を形成する。
本実施例では2wt%のスカンジウムを含有したアルミ
ニウム膜を用いる(図5(A))。
の技術により多孔性の陽極酸化膜416、417、およ
び418、無孔性の陽極酸化膜419、420、および
421、ゲイト電極422、423、および424を形
成する(図5(B))。
次にゲイト電極422、423、および424、多孔性
の陽極酸化膜416、417、および418をマスクと
してゲイト絶縁膜412をエッチングする。そして、多
孔性の陽極酸化膜416、417、および418を除去
して図5(C)の状態を得る。なお、図5(C)におい
て425、426、および427で示されるのは加工後
のゲイト絶縁膜である。
加工程を行う。不純物元素としてはNチャネル型ならば
P(リン)またはAs(砒素)、P型ならばB(ボロ
ン)またはGa(ガリウム)を用いれば良い。
ネル型のTFTを形成するための不純物添加をそれぞれ
2回の工程に分けて行う。
ための不純物添加を行う。まず、1回目の不純物添加
(本実施例ではP(リン)を用いる)を高加速電圧80
keV程度で行い、n-領域を形成する。このn-領域
は、Pイオン濃度が1×1018atoms/cm3〜1
×1019atoms/cm3となるように調節する。
10keV程度で行い、n+領域を形成する。この時は、
加速電圧が低いので、ゲイト絶縁膜がマスクとして機能
する。また、このn+領域は、シート抵抗が500Ω以
下(好ましくは300Ω以下)となるように調節する。
るNチャネル型TFTのソース領域428、ドレイン領
域429、低濃度不純物領域430、チャネル形成領域
431が形成される。また、画素TFTを構成するNチ
ャネル型TFTのソース領域433、ドレイン領域10
33、低濃度不純物領域434、チャネル形成領域43
5が確定する(図5(D))。
回路を構成するPチャネル型TFTの活性層は、Nチャ
ネル型TFTの活性層と同じ構成となっている。
ル型TFTを覆ってレジストマスク1036を設け、P
型を付与する不純物イオン(本実施例ではボロンを用い
る)の添加を行う。
2回に分けて行うが、Nチャネル型をPチャネル型に反
転させる必要があるため、前述のPイオンの添加濃度の
数倍程度の濃度のB(ボロン)イオンを添加する。
ル型TFTのソース領域437、ドレイン領域438、
低濃度不純物領域439、チャネル形成領域440が形
成される(図6(A))。
ーネスアニール、レーザーアニール、ランプアニール等
の組み合わせによって不純物イオンの活性化を行う。そ
れと同時に添加工程で受けた活性層の損傷も修復され
る。
と窒化珪素膜との積層膜を形成し、コンタクトホールを
形成した後、ソース電極442、443、および44
4、ドレイン電極445、446を形成して図6(B)
に示す状態を得る。なお、層間絶縁膜441として有機
性樹脂膜を用いることもできる。
性樹脂膜からなる第1の層間絶縁膜447を0.5〜3
μmの厚さに形成する。有機性樹脂膜としては、ポリイ
ミド、アクリル、ポリイミドアミド等が用いられる。有
機性樹脂膜の利点は、成膜方法が簡単である点、容易に
膜厚を厚くできる点、比誘電率が低いので寄生容量を低
減できる点、平坦性に優れている点などが挙げられる。
なお、上述した以外の有機性樹脂膜を用いることもでき
る。
を有する膜でなるブラックマトリクス448を100n
mの厚さに形成する。なお、本実施例では、ブラックマ
トリクス448としてチタン膜を用いるが、黒色顔料を
含む樹脂膜等を用いることもできる。
膜を用いる場合には、駆動回路や他の周辺回路部の配線
の一部をチタンによって形成することができる。このチ
タンの配線は、ブラックマトリクス448の形成時に、
同時に形成され得る。
第2の層間絶縁膜449として酸化珪素膜、窒化珪素
膜、有機性樹脂膜のいずれかまたはそれらの積層膜を
0.1〜0.3μmの厚さに形成する。そして層間絶縁
膜447および層間絶縁膜449にコンタクトホールを
形成し、画素電極450を120nmの厚さに形成す
る。本実施例の構成によると、ブラックマトリクス44
8と画素電極450とが重畳する領域で補助容量が形成
されている(図6(C))。なお、本実施例は透過型の
アクティブマトリクス液晶表示装置の例であるため画素
電極450を構成する導電膜としてITO等の透明導電
膜を用いる。
1〜2時間加熱し、素子全体の水素化を行うことで膜中
(特に活性層中)のダングリングボンド(不対結合手)
を補償する。以上の工程を経て同一基板上にCMOS回
路および画素マトリクス回路を作製することができる。
って作製されたアクティブマトリクス基板をもとに、ア
クティブマトリクス型液晶表示装置を作製する工程を説
明する。
基板に配向膜451を形成する。本実施例では、配向膜
451には、ポリイミドを用いた。次に、対向基板を用
意する。対向基板は、ガラス基板452、透明導電膜4
53、配向膜454とで構成される。
ミド膜を用いた。なお、配向膜形成後、ラビング処理を
施した。なお、本実施例では、比較的小さなプレチル角
を持つようなポリイミドを用いた。
クス基板と対向基板とを公知のセル組み工程によって、
シール材やスペーサ(共に図示せず)などを介して貼り
合わせる。その後、両基板の間に液晶材料455を注入
し、封止剤(図示せず)によって完全に封止する。本実
施例では、液晶材料455として、無しきい値反強誘電
性液晶を用いた。
ィブマトリクス型液晶表示装置が完成する。
ず)がクロスニコル(1対の偏光板が、それぞれの偏光
軸を直交させるような状態)で、液晶パネルを挟持する
ように配置された。
圧が印加されていないとき白表示となる、いわゆるノー
マリホワイトモードで表示を行うように偏光板の配置が
設定されている。
取り付ける端面のみアクティブマトリクス基板が外部に
出ており、残りの3つの端面は揃っている。
ブマトリクス型液晶表示装置のNチャネル型TFTの性
能を実測データに基づいて説明する。
方法によって作製されたNチャネル型TFTのドレイン
電流−ゲイト電圧曲線(Id−Vg曲線)801、80
2、およびキャリア移動度−ゲイト電圧曲線803、8
04が示されている。801および803はドレイン電
圧が14Vの時の曲線であり、802および804はド
レイン電圧が1Vの時の曲線である。
移動度は、TFTのチャネル長をL、チャネル幅をW、
チャネル面積をS、ゲイト絶縁膜厚をdox、ゲイト絶縁
膜の誘電率をε、ゲイト電圧変化をdVG、ドレイン電
流変化をdIp、ドレイン電圧をVDとした時の算出式 μ=(Ldox/WSεVD)×(dIp/dVG) あるいはこれと同等の式により求められる。
=8.0μm、ゲイト絶縁膜の膜厚を120nmとし
た。
大値で、223.6cm2/Vsであり、これは本実施
例のアクティブマトリクス型液晶表示装置を実現するこ
とが出来ることが理解される。また、ドレイン電流も
3.27×10-4Aであり、本実施例の各画素の画素容
量を充電するのに十分である。さらに、このTFTのS
値(サブスレショルド係数)は、0.12V/decで
ある。このTFTのS値は、0.15V/decが望ま
しい。また、しきい値電圧は、Nチャネル型TFTで
は、0.0〜1.0V、Pチャネル型TFTならば、−
1.0〜0.0Vであることが望ましい。本実施例の製
造方法によると、上記の条件を満足するTFTが作製さ
れ得る。
ンによるTFTの動作特性の例を挙げてみると、例え
ば、AM−LCD96/IDW96、p197〜p20
0の図3等がある。これによると、ドレイン電流は10
-6A程度である。キャリア移動度に関する記載はない
が、0.1cm2/Vs程度であると考えられる。
Tは、本実施例の製造方法によるTFTとは性能におい
て比較にならず、このようなアモルファスシリコンを用
いたTFTによっては、本実施例のような駆動回路は実
現できない。
f)を4つのサブフレーム期間(Tsf)に4分割する
ことによって、反強誘電性液晶の駆動を行ったが、これ
に限定されるわけではない。つまり、1フレーム期間を
n個のサブフレーム期間(Tsf1〜Tsfn)に分割
し、同じ画像に対応した階調信号をそれぞれのサブフレ
ーム期間におけるサブ選択期間(Tss1〜Tssn)に
供給するようにしても良い。
液晶表示装置は、上述したように画素TFTの線順次走
査を行い、その画素数は今後のATV(Adovanc
edTV)に対応できる程莫大である。よって、XGA
以上のもの、例えば、横1920×縦1280のような
解像度を有する反強誘電性液晶を用いたアクティブマト
リクス型液晶表示装置にも対応できる。この場合、1ラ
イン期間つまり、選択期間は短くなるが、反強誘電性液
晶材料をもって上記実施例1の製造方法によると、十分
に可能である。
ティブマトリクス型液晶表示装置について説明してきた
が、本発明の駆動方法は、反射型のアクティブマトリク
ス型液晶表示装置にも用いられるのは言うまでもない。
また、液晶材料に強誘電性液晶を用い、特殊な配向膜な
どによって強誘電性液晶のメモリ効果を消去させた場合
にも対応できる。
して液晶を用いる場合につて説明してきたが、印加電圧
に応答して光学的特性が変調され得るその他のいかなる
表示媒体を有する表示装置に用いてもよい。例えば、エ
レクトロルミネセンス素子やエレクトロクロミクス素子
などを表示媒体として用いてもよい。
々な用途がある。本実施例では、本発明の半導体表示装
置を組み込んだ半導体装置について説明する。
ラ、スチルカメラ、プロジェクタ、ヘッドマウントディ
スプレイ、カーナビゲーション、パーソナルコンピュー
タ、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話な
ど)などが挙げられる。それらの一例を図9に示す。
1、音声出力部902、音声入力部903、半導体表示
装置904、操作スイッチ905、アンテナ906で構
成される。
001、半導体表示装置1002、音声入力部100
3、操作スイッチ1004、バッテリー1005、受像
部1006で構成される。
り、本体1101、カメラ部1102、受像部110
3、操作スイッチ1104、半導体表示装置1105で
構成される。
であり、本体1201、半導体表示装置1202、バン
ド部1203で構成される。
1301は本体、1302は光源、1303は半導体表
示装置、1304は偏光ビームスプリッタ、1305お
よび1306はリフレクター、1307はスクリーンで
ある。なお、リア型プロジェクタは、視聴者の見る位置
によって、本体を固定したままスクリーンの角度を変え
ることができるのが好ましい。なお、半導体表示装置1
303を3個(R、G、Bの光にそれぞれ対応させる)
使用することによって、さらに高解像度・高精細のリア
型プロジェクタを実現することができる。
り、本体1401、光源1402、半導体表示装置14
03、光学系1404、スクリーン1405で構成され
る。なお、半導体表示装置1403を3個(R、G、B
の光にそれぞれ対応させる)使用することによって、さ
らに高解像度・高精細のフロント型プロジェクタを実現
することができる。
った保持期間(非選択期間)中の電圧の低下を最小限に
することができ、その結果コントラストの良好な映像を
得ることができる。
置の概略構成図である。
置に用いられる反強誘電性液晶の表示特性を示す図であ
る。
置の駆動方法を示すタイミングチャートである。
置の一製造方法例を示す図である。
置の一製造方法例を示す図である。
置の一製造方法例を示す図である。
置の断面図である。
置のに用いられるNチャネル型TFTの特性を示す図で
ある。
置を組み込んだ半導体装置の例である。
Claims (8)
- 【請求項1】 マトリクス状に配置された複数の画素T
FTを有する画素マトリクス回路と、 前記複数の画素TFTを駆動する、複数のTFTによっ
て構成されたソース信号線側駆動回路およびゲイト信号
線側駆動回路と、 実質的にしきい値を持たない強誘電性の液晶材料と、を
備えた半導体表示装置であって、 前記画素TFTには、ある画像情報に対応する階調信号
が複数回供給されることを特長とする半導体表示装置。 - 【請求項2】 前記画素マトリクス回路と、前記ソース
信号線側駆動回路および前記ゲイト信号線側駆動回路と
は、絶縁基板上に一体形成されることを特徴とする請求
項1に記載の半導体表示装置。 - 【請求項3】 前記複数の画素TFTおよび前記複数の
TFTのうちNチャネル型TFTのキャリアの移動度
が、150cm2/Vs以上であることを特徴とする請
求項2に記載の半導体表示装置。 - 【請求項4】 前記複数の画素TFTおよび前記複数の
TFTのうちNチャネル型TFTのキャリアの移動度の
S値が、0.15V/dec以下であることを特徴とす
る請求項3に記載の半導体表示装置。 - 【請求項5】 前記複数の画素TFTおよび前記複数の
TFTのしきい値電圧は、PチャネルTFTにおいては
−1.0〜0.0Vであり、NチャネルTFTにおいて
は0.0V〜1.0Vであることを特徴とする請求項4
に記載の半導体表示装置。 - 【請求項6】 前記複数の画素TFTおよび前記複数の
TFTは、触媒を用いた結晶化工程を通して作製される
ことを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。 - 【請求項7】 前記しきい値を持たない強誘電性の液晶
材料は、反強誘電性液晶であることを特徴とする請求項
1乃至6に記載の液晶表示装置。 - 【請求項8】 マトリクス状に配置された複数の画素T
FTに順次階調電圧を印加し、画像を形成する半導体表
示装置の駆動方法において、 ある画像情報に対応する階調電圧を、対応する画素TF
Tに複数回印加するステップを含む半導体表示装置の駆
動方法。
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- 1997-12-26 JP JP36941497A patent/JP4059969B2/ja not_active Expired - Lifetime
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