JPH11232011A

JPH11232011A - 情報処理装置

Info

Publication number: JPH11232011A
Application number: JP4465898A
Authority: JP
Inventors: Shunpei Yamazaki; 舜平山崎; Yoshiharu Hirakata; 吉晴平形; Takeshi Nishi; 毅西; Hideaki Kuwabara; 秀明桑原
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1998-02-09
Filing date: 1998-02-09
Publication date: 1999-08-27
Anticipated expiration: 2018-02-09
Also published as: DE69942868D1; EP0935183A3; KR100687450B1; CN1231447A; CN100426052C; CN1494006A; CN1273909C; CN1126043C; TW446837B; EP0935183A2; EP0935183B1; KR19990072507A; CN1912677A; JP4073533B2; US6580405B1

Abstract

(57)【要約】【課題】表示装置（ヘッドマウントディスプレイ）を
用いて、使用者が仮想表示画面を見ながら、情報処理操
作を行う情報処理装置およびそのシステムを提供する。【解決手段】ヘッドマウウントディスプレイに使用す
る液晶パネルの表示素子の半導体としてＣＧＳを用いた
多結晶ポリシリコンを用いて、高速駆動を可能とし、書
き込み期間（６０〜１８０Ｈｚ）でフレーム反転させた
表示装置を制御装置や入力操作装置に接続することで、
使用者が情報処理操作を行うことを可能とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本明細書で開示する発明は、
ヘッドマウントディスプレイと呼ばれる頭に装着し、目
の前に画像を映し出す表示装置およびそれを用いた情報
処理装置及びそのシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子情報を取り扱う使用者は、情
報処理装置の概略図として図１３に示したような装置を
用いて情報処理操作を行っている。本明細書で情報処理
操作とは、コンピュータ等を用いて情報の入力、取得、
送信、交換、保存、整理等を行うことを指している。

【０００３】キーボード、マウス等の入力端末装置１１
は、使用者１０が情報の入力操作を行うための装置であ
る。また、入力端末装置１１に接続されているコンピュ
─タ─等の制御装置１２は情報の記憶、演算、通信等の
処理を行うための装置である。また、ＣＲＴ等の表示装
置１３は、情報を表示画面に出力するための装置であ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このうち、ＣＲＴ等の
表示装置１３は装置自体が大きく、デスク上の空間を大
幅に狭めていた。さらに、多くの表示情報（文字、画像
等）を認識するために、画面サイズを大きくすると空間
がさらに狭まるとともに、重量も相当なものとなり、日
常的に使うディスプレイとしては適していない。また、
人間の目に悪影響（疲れ、視力の低下等）を与えるた
め、長時間連続して使用することが敬遠されていた。

【０００５】そこで、ＣＲＴと比較して装置の奥行きが
薄いため、軽量である液晶等を用いたフラットディスプ
レイパネルが表示装置として普及している。液晶パネル
は、軽量であるため、小型のものであれば、携帯するこ
とが可能であった。また、人間の目に与える影響も低い
という長所も有している。しかしながら、画面サイズが
大きくなると、日常的に使うディスプレイとしては高価
なものとなっていた。加えて、依然として表示装置がデ
スク上の空間を狭めていた。

【０００６】また、上記装置以外の表示装置として、小
型の液晶パネルを利用したヘッドマウントディスプレイ
（ＨＭＤ）と呼ばれる表示装置が知られている。この表
示装置は頭に装着して利用するため、空間を狭めること
はなく、また、仮想表示画面のサイズが自由に変更可能
であるという長所を有している。

【０００７】この表示装置（ＨＭＤ）は、光学系を用い
て目の前数センチ程度の場所に画像を映し出すことによ
り、人間の目には大型ディスプレイに表示されたような
仮想現実感のある画像を認識するものである。その応用
範囲としては、ＴＶゲーム等の遊戯関係、映画鑑賞、教
育やプレゼンテーション、医療といったものを挙げるこ
とができる。

【０００８】しかしながら、従来のＨＭＤは解像度が低
く、文字の認識が困難であった。また、このＨＭＤは数
時間（２〜３時間）連続使用すると、かなりの目の疲労
を覚える。さらに、乗り物酔いに似た症状がでる場合も
ある。従って、情報処理装置の表示装置としては不適で
あった。これらの問題は、液晶パネルと目との距離が数
ｃｍ程度と小さいのでチラツキが目立ち、目に悪影響を
与えていると考えられている。

【０００９】このチラツキは、液晶材料の劣化を防ぎ、
表示品位を保つため行われている交流化駆動が原因で生
じている。各画素への印加電圧の正負の極性が反転する
周期（極性反転周期）が、人間の目に視認できる周波数
域（約３０Ｈｚ程度）となると、映像信号の極性が正の
時の表示と映像信号の極性が負の時の表示とが微妙に異
なっているためチラツキとして視認される。

【００１０】また、ディスプレイの表示画素数は年々増
加しており、高画素数のパネルでは、駆動周波数が非常
に高くなる。例えば、ＮＴＳＣ規格で画素数は約４０万
個、ＨＤＴＶ規格では画素数は約２００万個が必要とさ
れている。従って、入力される映像信号の最高周波数
は、ＮＴＳＣ規格で約６ＭＨｚ、ＨＤＴＶ規格では約２
０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚとなっている。この映像信号を正
確に表示するためには、クロック信号は、この映像信号
の数倍の周波数（例えば約５０ＭＨｚ〜６０ＭＨｚ）が
必要である。今後、ますます高精細で高画質な表示が要
求されることが予想され、非常に速いドットクロックを
持つ映像信号が取り扱われることになる。

【００１１】従来、このように高い周波数帯域を有する
映像信号およびクロック信号を正確に交流化させて液晶
パネルを駆動することは困難であった。なぜなら、その
ような高い周波数帯域で正確に動作可能な薄膜トランジ
スタ（ＴＦＴ）を非晶質シリコンや多結晶シリコンを用
いて作製することができなかったためである。

【００１２】そして、非常に速いドットクロックを持つ
映像信号が取り扱われるようになると、表示画素への映
像信号の書き込み期間が短くなり、従来のＴＦＴでは、
位相ずれ、ノイズ、信号波形のなまり等が生じ、不正確
な表示になるという問題が生じていた。

【００１３】本明細書で開示する発明は、空間を狭めず
に日常的に使う表示装置として、ヘッドマウントディス
プレイを用い、この表示装置を用いて、容易に情報処理
操作を行うことが可能な情報処理装置及びそのシステム
に関する。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本実施例で開示する本発
明の第１の構成は、右目用と左目用のフラットパネルデ
ィスプレイを具備し、使用者の頭に装着する表示装置
と、前記表示装置と接続された制御装置と、前記制御装
置と接続された入力操作装置とを用いて使用者が情報処
理操作を行うことを特徴とする情報処理装置である。

【００１５】更に、本発明の第２の構成は、右目用と左
目用のフラットパネルディスプレイを具備し、使用者の
頭に装着する表示装置と、前記表示装置に接続された通
信装置と、入力操作装置と有し、前記通信装置を用い
て、使用者に通信相手から情報の受信を行い、前記入力
操作装置を用いて、通信相手に情報の送信を行うことを
特徴とする情報処理装置である。

【００１６】更に、本発明の第３の構成は、右目用と左
目用のフラットパネルディスプレイを具備し、使用者の
頭に装着する表示装置と、通信装置と、入力操作装置
と、使用者の声データを文字変換する装置とを有し、入
力操作装置は、使用者の声のデータを入力し、声データ
を文字変換する装置は、使用者の声データを文字に変換
して通信相手に送信することを特徴とする情報処理装置
である。

【００１７】更に、本発明の第４の構成は、右目用と左
目用のフラットパネルディスプレイを具備し、使用者の
頭に装着する表示装置と、通信装置と、入力操作装置
と、通信相手の声データを文字変換する装置とを有し、
入力操作装置は、通信相手の声のデータを入力し、前記
表示装置によって前記使用者に提供される仮想表示画面
には、通信相手との会話が文字として表示されているこ
とを特徴とする情報処理装置である。

【００１８】上記第１乃至４の構成において、入力操作
装置は、集音装置であることを特徴としている。

【００１９】上記第１乃至４の構成において、入力操作
装置は、撮像装置であることを特徴としている。

【００２０】上記各構成において、前記表示装置のフラ
ットパネルディスプレイの画素電極に接続されているＴ
ＦＴのチャネル形成領域は、絶縁表面上に形成された複
数の棒状または偏平棒状結晶の集合体からなる半導体薄
膜で構成されていることを特徴としている。

【００２１】また、上記構成において、前記チャネル形
成領域の面方位は概略｛１１０｝配向である。

【００２２】また、上記各構成において、前記チャネル
形成領域の結晶粒界において９０％以上の結晶格子に連
続性がある。

【００２３】上記各構成において、前記フラットパネル
ディスプレイは、４５Ｈｚ〜１８０Ｈｚで１画面の書き
込みを行い、且つ、１画面毎に画素電極に印加する電圧
の極性を反転させて画面表示を得る表示装置を備えてい
ることを特徴としている。

【００２４】上記各構成において、前記フラットパネル
ディスプレイの液晶材料が、実質的にしきい値を持たな
い反強誘電性液晶である。

【００２５】上記各構成において、右目用と左目用のフ
ラットパネルディスプレイを具備し、使用者の頭に装着
する表示装置は、使用者に仮想平面映像を提供すること
を特徴としている。

【００２６】上記各構成において、右目用と左目用のフ
ラットパネルディスプレイを具備し、使用者の頭に装着
して利用する表示装置は、使用者に仮想立体映像を提供
することを特徴としている。

【００２７】

【発明の実施の形態】本発明は、図１にその概略図を示
すように、使用者１００は表示装置１０３（ヘッドマウ
ントディスプレイ）を頭部に装着し、仮想表示画面１０
４を見ながら入力端末装置１０１及び制御装置１０２を
用いて情報処理操作を行う情報処理装置及びそのシステ
ムである。

【００２８】本発明の表示装置１０３としては、右目用
と左目用の液晶パネルを頭部に装着し、文字が認識可能
な解像度を有する仮想表示画面（平面画像または立体画
像表示画面）が得られる表示装置であれば、特に限定さ
れない。

【００２９】また、本発明の表示装置の液晶パネルにお
いては、スイッチング素子の半導体膜が連続粒界結晶シ
リコン（Continuous Grain Silicon：ＣＧＳ）で構成さ
れている液晶パネルを用いているのであれば特に限定さ
れない。

【００３０】また、本発明の表示装置は、液晶パネルと
目との距離が数ｃｍ程度と小さくとも、人間の目に視認
できない周波数域（約４５Ｈｚ以上）で１フレーム（１
画面）毎に、全ての画素の印加電圧の正負の極性を反転
させるフレーム反転駆動で駆動させている。本発明の液
晶パネルにおいては、画素ＴＦＴの線順次走査を行い、
人間の目に視認できない周波数域（約４５Ｈｚ以上）で
交流化駆動されている液晶パネルであれば特に限定され
ない。

【００３１】また、本発明の入力端末装置１０１として
は、使用者が情報を制御装置に入力できる装置であれ
ば、特に限定されない。代表的な装置としてキーボード
や、マウス、コントローラ、カメラ、マイク等が挙げら
れる。

【００３２】また、制御装置１０２は、入力端末装置か
らの情報を受け取る手段と、電子情報を記憶する手段
と、表示装置に画像情報を送る手段とを少なくとも有し
ている装置であれば特に限定されない。

【００３３】情報を制御装置に入力する手段及び表示装
置に画像情報を送る手段として、電気コード配線、光フ
ァイバーを用いることが可能である。また、コードレス
として、光で情報を送信する構成としてもよい。

【００３４】

【実施例】以下、本実施例の実施例を説明するが、この
実施例に限定されないことは勿論である。〔実施例１〕図１に本実施例に示す情報処理装置の概略
図を示す。また、図２に本実施例に示す表示装置（ヘッ
ドマウントディスプレイ）の外観図を示す。本実施例の
画像の表示方法としては、２Ｄ（平面画像）を表示す
る。

【００３５】図１に示すように、表示装置１０３は、入
力端末装置１０１や制御装置１０２（コンピューター
等）と電気的に接続されている。なお、それらで情報処
理装置及びそのシステムが構成されている。

【００３６】図２に示す表示装置の構成は、本体２０１
を頭に固定するためのバンド２０３、画像を表示するた
めのアクティブマトリクス型の０．２〜２．６インチの
小型液晶パネル２０２を備えている。本実施例では、
１．４インチの小型液晶パネルを用いた。

【００３７】液晶パネルは、右目用と左目用とにそれぞ
れ１枚づつ配置されている。液晶パネルの配置方法とし
ては、図示する構成以外に液晶パネルで光学変調された
画像をミラーやハーフミラーに写し、それを目で見る形
式のものを挙げることができる。この場合も液晶パネル
は、本体２０１に配置される。本実施例において、光学
系は従来と同様の機能を有するものを用いた。

【００３８】また、本体２０１に、仮想表示される画像
サイズを拡大する光学系（凹面ハーフミラー等）を設け
てもよい。その場合には、拡大された映像の粗さを防止
するために液晶パネル前面にディフューザ（拡散板）を
設けることが好ましい。また、バックライトを設ける構
成、目幅などの調節機能を設ける構成、さらに音響装置
等を本体２０１に内蔵する構成としてもよい。

【００３９】また、本実施例に示す液晶パネルは、カラ
ーフィルタを設け、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）でカ
ラー映像を形成する場合の構成とした。なお、カラー表
示を行うために必要とする原色は上記構成に限定される
ものではなく、適宜設定することができる。

【００４０】また、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の発
光ダイオードをバックライトとして用いて本体２０１に
内蔵し、カラー映像を得る構成としてもよい。この場合
のカラー表示としては、例えば、１画面の書き込み期間
（フレーム周波数）の３倍の周波数で発光ダイオードの
Ｒ、Ｇ、Ｂの点滅を各色毎にＲ、Ｇ、Ｂ、Ｒ、Ｇ、Ｂ、
Ｒ・・・と時系列的に繰り返せば人間の目にはカラー映
像として認識される。この場合は、カラーフィルターは
必要としないため、明るい表示を得ることができる。

【００４１】液晶パネルの形式としては、バックライト
が必要とされる透過型のものが一般に利用される。しか
し、光学系を適宜変更すれば、反射型を利用することも
できる。

【００４２】本実施例に示す構成においては、２０２で
示される２つの液晶パネルの構造、特に画素の配置に関
しての構造を図３に示すようなものとしている。画素サ
イズは、４μｍ×４μｍ〜４５μｍ×３０μｍの範囲内
であることが望ましい。本実施例では、画素サイズは、
２８μｍ×２８μｍとした。アクティブマトリクス領域
３０６の画素は、開口率を向上させるため、画素面積が
小さくなるように設定することが望ましい。

【００４３】図３において、３０７で示すのが左目用の
液晶パネルのガラス基板（または石英基板）である。こ
の基板３０７上には、周辺駆動回路３０１及び３０２が
配置されている。また、アクティブマトリクス領域（画
素マトリクス領域）３０３が配置されている。

【００４４】また、３０８で示すのが右目用の液晶パネ
ルのガラス基板（または石英基板）である。この基板３
０８上には、周辺駆動回路３０４及び３０５が配置され
ている。また、アクティブマトリクス領域（画素マトリ
クス領域）３０６が配置されている。

【００４５】アクティブマトリクス領域は、ゲイト線３
０９とソース線３１０とが格子状に配置され、その交点
近くに薄膜トランジスタ３１１が配置されている。そし
てこの薄膜トランジスタによって、画素電極３１２に保
持される電荷量が制御され、液晶の透過光量を制御し、
他の画素との組み合わせで液晶パネル全体で映像を得る
構造となっている。

【００４６】また、周辺駆動回路の配置が左右の液晶パ
ネルにおいて、その間を通る軸３００に対して線対称と
なっている。この軸３００は一般に顔の中心を縦に２分
する線と概略一致する。

【００４７】こうすることにより、右目で見る右側の液
晶パネル対する見た目の構造と、左目で見る左側の液晶
パネル対する見た目の構造との対称性を得ることができ
る。また、液晶パネルの配置を対称軸３００に対して対
称にすることができる。

【００４８】これは、構造上のバランスを確保する上で
重要なものとなる。特にヘッドマウントディスプレイに
おいては、液晶パネルの位置が目に近いものとなるの
で、この点は重要なものとなる。

【００４９】図４に表示装置内部のブロック図の１例を
示した。なお、図４の液晶パネルは図３に対応してい
る。表示装置内部には、液晶コントローラ４０１ａ、４
０１ｂ、タイミング発生回路４０２等を有している。

【００５０】タイミング発生回路４０２では、表示する
タイミングを調節するためのクロック信号等の同期信号
を形成している。本実施例においては外部装置（制御装
置等）により、左右の液晶パネルに信号を２つに分離す
る処理を行っている。液晶コントローラ（回路）４０１
ａ、４０１ｂは、主に、外部からの信号〔制御装置（コ
ンピュ─タ等）、画像を記憶した記憶装置（光磁気記憶
媒体や磁気記憶媒体等）、ＴＶチューナー等からの映像
情報信号４０５〕を、左右の液晶パネルが表示可能な信
号に変換する処理を行うものである。但し、この表示装
置本体４００内での信号の処理の順序を、回路設計によ
り適宜変更することが可能であることはいうまでもな
い。

【００５１】また、液晶コントローラ４０１ａ、４０１
ｂ及びタイミング発生回路４０２は、液晶パネルの周辺
回路として同一基板上に形成すると、さらなる軽量化及
び集積化が図れる。

【００５２】また、表示装置に、外界の様子の情報を遮
断する機能や、周囲の景色に重ねて仮想画面を表示する
機能を備えた構成としてもよい。情報処理操作中、外界
の様子を遮断する場合は、使用者は、仮想表示画面に集
中できる。また、周囲の環境から切り離されるのでリラ
ックスできる。また、周囲の景色に重ねて仮想画面を表
示する機能を備えた場合は、仮想表示画面と入力装置
（キーボード等）を同時に見ることができるため、情報
処理の操作を容易とすることができる。勿論、前記両方
の機能を備え、それらの切替えを使用者が自由に決定す
る切替え装置を設ける構成とすることが望ましい。ま
た、入力される映像信号によって、自動的に切替えをす
る機能を表示装置に設ける構成としてもよい。

【００５３】本実施例の画像の表示方法としては、２Ｄ
（平面画像）を表示するため、右目用の映像信号４０６
と左目用の映像信号４０７が同じ信号を液晶コントロー
ラで形成し、液晶パネルに入力する。

【００５４】また、本発明の表示装置に用いられる液晶
パネル（右目用の液晶パネル４０３、左目用の液晶パネ
ル４０４）は、画素ＴＦＴの線順次走査を行い、その画
素数は、今後のＡＴＶ（ＡｄｏｖａｎｃｅｄＴＶ）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のような高解像度を有
している。

【００５５】また、本発明の表示装置は、液晶パネルと
目との距離が数ｃｍ程度と小さくとも、人間の目に視認
できない周波数域（約６０Ｈｚ以上）で１フレーム（１
画面）毎に、全ての画素の印加電圧の正負の極性を反転
させるフレーム反転駆動で駆動させている。本実施例に
おいては、周波数６０Ｈｚで、１フレーム（１画面）毎
に、全ての画素の印加電圧の正負の極性を反転させた。

【００５６】本発明の液晶パネルにおいては、スイッチ
ング素子（ＴＦＴ）のチャネル形成領域が連続粒界結晶
シリコン（Continuous Grain Silicon：ＣＧＳ）で構成
され、且つ、画素ＴＦＴの線順次走査を行い、人間の目
に視認できない周波数域（約４５Ｈｚ〜１８０Ｈｚ、好
ましくは６０〜８５Ｈｚ）で交流化駆動されている液晶
パネルであれば特に限定されない。

【００５７】〔実施例２〕本実施例においては、表示装
置（ヘッドマウントディスプレイ）を利用し、３Ｄ（立
体画像）映像を仮想表示させた例を示す。本実施例を図
４を用いて説明する。表示装置の液晶パネルとしては、
スイッチング素子の半導体膜が連続粒界結晶シリコン
（ＣＧＳ）で構成され、且つ、画素ＴＦＴの線順次走査
を行い、人間の目に視認できない周波数域（約４５Ｈｚ
〜１８０Ｈｚ）で交流化駆動している液晶パネルであれ
ば特に限定されない。

【００５８】３Ｄ（立体画像）映像は、２つの異なる画
像情報、即ち、右目用の映像信号４０６と左目用の映像
信号４０７とを用意する。本実施例では、外部装置（制
御装置、記憶装置等）で、２つの異なる映像信号を形成
し、それぞれ右目用の液晶パネルと左目の液晶パネルに
入力する構成として、表示装置の簡略化を図った。

【００５９】また、立体映像を撮像するために、２つの
撮像装置で２つの映像信号４０６、４０７を得た場合
は、直接、得られた映像情報を用いればよい。

【００６０】上記２つの異なる映像信号を液晶コントロ
ーラ４０１ａまたは４０１ｂで形成し、それぞれ右目用
の液晶パネルと左目用の液晶パネルに入力することによ
り、３Ｄ（立体画像）映像が得られる。即ち、液晶コン
トローラ４０１ａまたは４０１ｂでは、液晶パネルに表
示される画像が３Ｄ（立体画像）映像として人間の目に
認識される信号に映像情報信号４０５を変換している。
但し、この表示装置本体４００内での信号の処理の順序
を、回路設計により適宜変更することが可能であること
はいうまでもない。

【００６１】加えて、表示装置本体４００に切替えスイ
ッチ等を備え、２Ｄ（平面画像）も表示することが可能
な構成とすることが好ましい。

【００６２】〔実施例３〕本実施例では、１枚のガラス
基板または石英基板上にアクティブマトリクス領域と周
辺駆動回路とを集積化して、さらに液晶パネルを作製す
る作製工程の１例を図５を用いて示す。本実施例で示す
作製工程を利用することにより、図２乃至４に示すよう
な液晶パネルを得ることができる。

【００６３】まず図５（Ａ）に示すように絶縁性基板５
０１上に下地膜として、酸化珪素膜５０２を３０００Å
の厚さにスパッタリング法によって成膜する。

【００６４】次に図示しない非晶質珪素膜を減圧熱ＣＶ
Ｄ法により、４００Åの厚さに成膜する。さらにこの非
晶質珪素膜を結晶化させて、連続粒界結晶シリコン（Ｃ
ＧＳ）と呼ばれる結晶シリコン膜を得る。そしてこの結
晶シリコン膜をパターニングすることにより、図５
（Ａ）の５０３、５０４、５０５で示されるパターンを
形成する。

【００６５】このパターンが、薄膜トランジスタの活性
層となる。ここで、５０３は周辺駆動回路のＣＭＯＳ回
路を構成するＮＭＯＳ（Ｎチャネル型の薄膜ＭＯＳトラ
ンジスタ）の活性層となる。

【００６６】また、５０４は周辺駆動回路のＣＭＯＳ回
路を構成するＰＭＯＳ（Ｐチャネル型の薄膜ＭＯＳトラ
ンジスタ）の活性層となる。

【００６７】また、５０５は画素に配置されるＮＭＯＳ
（Ｎチャネル型の薄膜ＭＯＳトランジスタ）の活性層と
なる。

【００６８】このようにして図５（Ａ）に示す状態を得
る。次に図５（Ｂ）に示すようにアルミニウムでなるゲ
イト電極のパターン５０７、５０８、５０９を形成す
る。

【００６９】ここでは、まずスカンジウムを0.18重量パ
ーセント含有させたアルミニウム膜をスパッタリング法
により、４０００Åの厚さに成膜する。ここで、スカン
ジウムを含有させるのは、後の工程においてアルミニウ
ムの異常成長によりヒロックやウィスカーといった突起
物が形成されることを抑制するためである。

【００７０】アルミニウム膜を成膜したら、その表面に
緻密な膜質を有する図示しない陽極酸化膜を１００Å程
度の厚さに成膜する。

【００７１】ここでは、電解溶液として３％の酒石酸を
含んだエチレングルコール溶液をアンモニア水で中和し
たものを用いる。そして、この電解溶液中において、白
金を陰極、アルミニウムを陽極として、両電極間に電流
を流すことにより、アルミニウム膜の表面に陽極酸化膜
を形成することができる。

【００７２】この陽極酸化膜は、緻密な強固な膜質を有
し、後に形成されるレジストマスクとアルミニウム膜と
の密着性を高める機能を有している。この陽極酸化膜の
膜厚は、印加電圧によって概略制御することができる。

【００７３】図示しない陽極酸化膜を形成した図示しな
いアルミニウム膜を得たら、その表面にレジストマスク
を形成し、そのマスクを利用してパターニングを行な
う。こうして、図５（Ｂ）の５０７、５０８、５０９で
示されるゲイト電極パターンを得る。

【００７４】５０７、５０８、５０９で示されるゲイト
電極パターンを得たら、再度の陽極酸化膜を形成する。
この陽極酸化膜の形成も電解溶液として３％の酒石酸を
含んだエチレングルコール溶液をアンモニア水で中和し
たものを用いて行なう。

【００７５】ここでは、この陽極酸化膜の膜厚を１００
０Åとする。この陽極酸化膜は、アルミニウムでなるゲ
イト電極の表面を電気的、及び物理的に保護する機能を
有している。

【００７６】次にゲイト電極とその表面の陽極酸化膜を
マスクとして導電型を付与する不純物のドーピングを行
なう。この工程では、選択的にレジストマスクを配置し
て、Ｐ（リン）及びＢ（ボロン）のドーピングをプラズ
マドーピング法により交互に選択的に行ない、Ｎ型領域
５０、５２、５６、５８を形成する。また、Ｐ型領域５
３、５５を形成する。

【００７７】ドーピングの終了後、レーザー光の照射を
行なうことにより、ドーピングされた不純物の活性化と
ドーピング時における損傷のアニールとを行なう。

【００７８】ここで、５０はＮＭＯＳのソース領域、５
２がＮＭＯＳのドレイン領域、５３がＰＭＯＳのドレイ
ン領域、５５がＰＭＯＳのソース領域となる。また５６
がＮＭＯＳのドレイン領域、５８がＮＭＯＳのソース領
域となる。また、５１、５４、５７が各薄膜トランジス
タのチャネル形成領域となる。

【００７９】こうして、図５（Ｂ）に示す状態を得る。
そして、第１の層間絶縁膜を構成する窒化珪素膜５１３
を２０００Åの厚さにプラズマＣＶＤ法でもって成膜す
る。

【００８０】さらに、第１の層間絶縁膜を構成するポリ
イミド樹脂でなる膜５１４をスピンコート法を用いて成
膜する。ポリイミド樹脂の他には、ポリアミド、ポリイ
ミドアミド等を利用することができる。ここで、樹脂材
料を層間絶縁膜に利用するのは、その表面を平坦にでき
るからである。

【００８１】こうして図５（Ｃ）に示す状態を得る。そ
して、コンタクトホールの形成を行い、チタン膜とアル
ミニウム膜とチタン膜との積層膜でなる電極５１５、５
１６、５１７、５１８を形成する。

【００８２】ここで、チタン膜の厚さは１０００Å、ア
ルミニウム膜の膜厚は２０００Åとする。また各膜は、
スパッタ法で成膜する。

【００８３】この状態で周辺駆動回路を構成するＣＭＯ
Ｓ回路が形成される。また、５１８で示される電極は、
アクティブマトリクス回路のソース線またはソース線か
ら延在したものとなる。

【００８４】こうして図５（Ｄ）に示す状態を得る。次
にポリイミド樹脂でなる第２の層間絶縁膜５１９を成膜
する。そして、コンタクトホールの形成を行いＩＴＯで
なる画素電極５２０を形成する。

【００８５】こうして図５（Ｅ）に示す状態を得る。図
５（Ｅ）に示す状態を得たら、３５０℃の水素雰囲気中
において加熱処理を１時間行う。こうしてＴＦＴを作製
する。

【００８６】本実施例においては、トップゲイト型ＴＦ
Ｔの例を示したが、ボトムゲイト型ＴＦＴを用いた構成
としてもよい。図６にボトムゲイト型ＴＦＴの構造の一
例を示す。６０１は基板、６０２は下地膜、６０３はゲ
イト電極、６０４は、ゲイト絶縁膜、６０５はソース領
域、６０６はドレイン領域、６０７はＬＤＤ領域、６０
８は、チャネル形成領域、６０９はチャネル保護膜、６
１０は層間絶縁膜、６１１はソース電極、６１２はドレ
イン電極である。

【００８７】ＴＦＴの構造をボトムゲイト型とする場合
は、同様に、チャネル形成領域６０８をＣＧＳと呼ばれ
る連続粒界結晶シリコン膜を用いて構成する。即ち、本
発明においては、ＴＦＴの構造に限定されず、ＣＧＳと
呼ばれる連続粒界結晶シリコン膜を用いているスイッチ
ング素子であれば、特に限定されない。

【００８８】その後、ＣＧＳでもって形成された複数の
ＴＦＴは、基板上に画素マトリクス回路７０３、ゲイト
側駆動回路７０４、ソース側駆動回路７０５、ロジック
回路７０６を構成する。その様なアクティブマトリクス
基板に対して対向基板７０７が貼り合わされる。アクテ
ィブマトリクス基板と対向基板７０７との間には液晶層
（図示せず）が挟持される。

【００８９】また、図７に示す構成では、アクティブマ
トリクス基板の側面と対向基板の側面とをある一辺を除
いて全て揃えることが望ましい。こうすることで大版基
板からの多面取り数を効率良く増やすことができる。ま
た、前述の一辺では、対向基板の一部を除去してアクテ
ィブマトリクス基板の一部を露出させ、そこにＦＰＣ
（フレキシブル・プリント・サーキット）７０８を取り
付ける。ここには必要に応じてＩＣチップ（単結晶シリ
コン上に形成されたMOSFETで構成される半導体回路）を
搭載しても構わない。

【００９０】ＣＧＳを活性層としたＴＦＴは極めて高い
動作速度を有しているため、数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚの高
周波数で駆動する信号処理回路を画素マトリクス回路と
同一の基板上に一体形成することが可能である。即ち、
図７に示す液晶モジュールはシステム・オン・パネルを
具現化したものである。

【００９１】なお、本発明は、駆動回路一体型の液晶表
示装置にのみ適用されるものではなく、駆動回路が液晶
パネルと異なる基板に形成されたいわゆる外付け型の表
示装置に適用することも可能である。

【００９２】なお、本実施例では本願発明を液晶表示装
置に適用した場合について記載しているが、アクティブ
マトリクス型ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装
置などを構成することも可能である。また、光電変換層
を具備したイメージセンサ等を同一基板上に形成するこ
とも可能である。

【００９３】なお、上述の液晶表示装置、ＥＬ表示装置
及びイメージセンサの様に光学信号を電気信号に変換す
る、又は電気信号を光学信号に変換する機能を有する装
置を電気光学装置と定義する。本願発明は絶縁表面を有
する基板上に半導体薄膜（ＣＧＳ）を利用して形成しう
る電気光学装置ならば全てに適用することができる。

【００９４】〔実施例４〕上記実施例３の連続粒界結晶
シリコン（Continuous Grain Silicon：ＣＧＳ）の作製
方法及びその構造を図８〜１０を用いて、以下に説明す
る。

【００９５】〔ＣＧＳの作製工程〕まず、絶縁性基板上
に非晶質半導体薄膜を減圧熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ
法またはスパッタ法により形成する。

【００９６】なお、非晶質半導体薄膜としては代表的に
は非晶質珪素膜を用いれば良い。この他、半導体薄膜と
してSi_xGe_1-x（0<X<1)で示される珪素とゲルマニウム
の化合物を利用することも可能である。非晶質半導体薄
膜の膜厚は25〜100nm （好ましくは30〜60nm）とする。

【００９７】なお、成膜中に混入する炭素、酸素、窒素
等の不純物は後の結晶化を阻害する恐れがあるので徹底
的に低減することが好ましい。具体的には炭素及び窒素
の濃度はいずれも 5×10¹⁸atoms/cm³ 未満（代表的には
5×10¹⁷atoms/cm³ 以下）とし、酸素の濃度は 1.5×10
¹⁹atoms/cm³ 未満（代表的には 1×10¹⁸atoms/cm³ 以
下）とするこのが望ましい。成膜時に上記濃度としてお
けば、完成したＴＦＴにおける上記不純物の濃度も上述
の範囲に収まる。

【００９８】なお、成膜時にＴＦＴのしきい値電圧（Ｖ
th）を制御するための不純物元素（１３族元素、代表的
にはボロン又は１５族元素、代表的にはリン）を添加す
ることは有効である。添加量は上記Ｖth制御用不純物を
添加しない場合のＶthを鑑みて決定する必要がある。

【００９９】次に、非晶質半導体薄膜の結晶化工程を行
う。結晶化の手段としては本発明者らによる特開平7-13
0652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、本願発明では実
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。

【０１００】特開平8-78329 号公報記載の技術は、まず
触媒元素の添加領域を選択するマスク絶縁膜を形成す
る。そして、非晶質半導体薄膜の結晶化を助長する触媒
元素を含有した溶液をスピンコート法により塗布し、触
媒元素含有層を形成する。

【０１０１】なお、触媒元素としてはニッケル（Ｎ
ｉ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、パラジウム（Ｐ
ｄ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、ゲルマ
ニウム（Ｇｅ）、鉛（Ｐｂ）から選ばれた一種または複
数種の元素を用いることができる。特に、珪素との格子
の整合性に優れたニッケルを用いることが好ましい。

【０１０２】また、上記触媒元素の添加工程はスピンコ
ート法に限らず、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。

【０１０３】次に、触媒元素の添加工程が終了したら、
500 ℃２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 ℃、好ましくは570 ℃）の温度で 4〜
24時間の加熱処理を加えて非晶質半導体薄膜の結晶化を
行う。

【０１０４】この時、非晶質半導体薄膜の結晶化は触媒
元素を添加した領域で発生した核から優先的に進行し、
基板の基板面に対してほぼ平行に成長した結晶領域が形
成される。本発明者らはこの結晶領域を横成長領域と呼
んでいる。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。

【０１０５】結晶化のための加熱処理が終了したら、マ
スク絶縁膜を除去した後、触媒元素を除去するための加
熱処理（触媒元素のゲッタリング工程）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。

【０１０６】なお、ハロゲン元素によるゲッタリング効
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。そのため加熱
処理温度を好ましくは800 〜1000℃（代表的には950
℃）とし、処理時間は 0.1〜 6hr、代表的には 0.5〜 1
hrとする。

【０１０７】代表的には酸素雰囲気に対して塩化水素
（ＨＣｌ）を0.5 〜10体積％（好ましくは３体積％）の
濃度で含有させ、950 ℃、30分の加熱処理を行えば良
い。ＨＣｌ濃度を上記濃度以上とすると、横成長領域の
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。

【０１０８】また、ハロゲン元素を含む化合物してはＨ
Ｃｌガス以外にもＨＦ、ＮＦ₃ 、ＨＢｒ、Ｃｌ₂ 、Ｃｌ
Ｆ₃ 、ＢＣｌ₃ 、Ｆ₂ 、Ｂｒ₂ 等のハロゲン元素を含む
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
とが出来る。

【０１０９】この工程においては横成長領域中の触媒元
素が塩素の作用によりゲッタリングされ、揮発性の塩化
物となって大気中へ離脱して除去される。そして、この
工程後の横成長領域中における触媒元素の濃度は 5×10
¹⁷atoms/cm³ 以下（代表的には 2×10¹⁷atoms/cm³ 以
下）にまで低減される。

【０１１０】こうして得られた横成長領域は棒状または
偏平棒状結晶の集合体からなる特異な結晶構造を示す。
以下にその特徴について示す。

【０１１１】〔横成長領域の結晶構造に関する知見〕上
記作製工程に従って形成した横成長領域は、微視的に見
れば複数の棒状（または偏平棒状）結晶が互いに概略平
行に特定方向への規則性をもって並んだ結晶構造を有す
る。このことはＴＥＭ（透過型電子顕微鏡法）による観
察で容易に確認することができる。

【０１１２】また、本発明者らは本願発明の半導体薄膜
の結晶粒界をＨＲ−ＴＥＭ（高分解能透過型電子顕微鏡
法）で詳細に観察した（図８（Ａ））。ただし、本明細
書中において結晶粒界とは、断りがない限り異なる棒状
結晶同士が接した境界に形成される粒界を指すものと定
義する。従って、例えば別々の横成長領域がぶつかりあ
って形成される様なマクロな意味あいでの粒界とは区別
して考える。

【０１１３】ところで前述のＨＲ−ＴＥＭ（高分解能透
過型電子顕微鏡法）とは、試料に対して垂直に電子線を
照射し、透過電子や弾性散乱電子の干渉を利用して原子
・分子配列を評価する手法である。同手法を用いること
で結晶格子の配列状態を格子縞として観察することが可
能である。従って、結晶粒界を観察することで、結晶粒
界における原子同士の結合状態を推測することができ
る。

【０１１４】本発明者らが得たＴＥＭ写真（図８
（Ａ））では異なる二つの結晶粒（棒状結晶粒）が結晶
粒界で接した状態が明瞭に観察された。また、この時、
二つの結晶粒は結晶軸に多少のずれが含まれているもの
の概略｛１１０｝配向であることが電子線回折により確
認されている。

【０１１５】ところで、前述の様なＴＥＭ写真による格
子縞観察では｛１１０｝面内に｛１１１｝面に対応する
格子縞が観察された。なお、｛１１１｝面に対応する格
子縞とは、その格子縞に沿って結晶粒を切断した場合に
断面に｛１１１｝面が現れる様な格子縞を指している。
格子縞がどの様な面に対応するかは、簡易的には格子縞
間の距離により確認できる。

【０１１６】この時、本発明者らは本願発明の半導体薄
膜のＴＥＭ写真を詳細に観察した結果、非常に興味深い
知見を得た。写真に見える異なる二つの結晶粒ではどち
らにも｛１１１｝面に対応する格子縞が見えていた。そ
して、互いの格子縞が明らかに平行に走っているのが観
察されたのである。

【０１１７】さらに、結晶粒界の存在と関係なく、結晶
粒界を横切る様にして異なる二つの結晶粒の格子縞が繋
がっていた。即ち、結晶粒界を横切る様にして観測され
る格子縞の殆どが、異なる結晶粒の格子縞であるにも拘
らず直線的に連続していることが確認できた。これは任
意の結晶粒界で同様であった。

【０１１８】この様な結晶構造（正確には結晶粒界の構
造）は、結晶粒界において異なる二つの結晶粒が極めて
整合性よく接合していることを示している。即ち、結晶
粒界において結晶格子が連続的に連なり、結晶欠陥等に
起因するトラップ準位を非常に作りにくい構成となって
いる。換言すれば、結晶粒界において結晶格子に連続性
があるとも言える。

【０１１９】なお、図８（Ｂ）に、本発明者らはリファ
レンスとして従来の多結晶珪素膜（いわゆる高温ポリシ
リコン膜）についても電子線回折およびＨＲ−ＴＥＭ観
察による解析を行った。その結果、異なる二つの結晶粒
において互いの格子縞は全くバラバラに走っており、結
晶粒界で整合性よく連続する様な接合は殆どなかった。
即ち、結晶粒界では格子縞が途切れた部分が多く、結晶
欠陥が多いことが判明した。

【０１２０】本発明者らは、本願発明で利用する半導体
薄膜の様に格子縞が整合性良く対応した場合の原子の結
合状態を整合結合と呼び、その時の結合手を整合結合手
と呼ぶ。また、逆に従来の多結晶珪素膜に多く見られる
様に格子縞が整合性良く対応しない場合の原子の結合状
態を不整合結合と呼び、その時の結合手を不整合結合手
（又は不対結合手）と呼ぶ。

【０１２１】本願発明で利用する半導体薄膜は結晶粒界
における整合性が極めて優れているため、上述の不整合
結合手が極めて少ない。本発明者らが任意の複数の結晶
粒界について調べた結果、全体の結合手に対する不整合
結合手の存在割合は10％以下（好ましくは５％以下、さ
らに好ましくは３％以下）であった。即ち、全体の結合
手の90％以上（好ましくは95％以上、さらに好ましくは
97％以上）が整合結合手によって構成されているのであ
る。

【０１２２】また、前述の工程に従って作製した横成長
領域を電子線回折で観察した結果を図９（Ａ）に示す。
なお、図９（Ｂ）は比較のために観察した従来のポリシ
リコン膜（高温ポリシリコン膜と呼ばれるもの）の電子
線回折パターンである。

【０１２３】図９（Ａ）、（Ｂ）に示す電子線回折パタ
ーンは電子線の照射エリアの径が4.25μｍであり、十分
に広い領域の情報を拾っている。ここで示している写真
は任意の複数箇所を調べた結果の代表的な回折パターン
である。

【０１２４】図９（Ａ）の場合、〈１１０〉入射に対応
する回折スポット（回折斑点）が比較的きれいに現れて
おり、電子線の照射エリア内では殆ど全ての結晶粒が
｛１１０｝配向していることが確認できる。一方、図９
（Ｂ）に示す従来の高温ポリシリコン膜の場合、回折ス
ポットには明瞭な規則性が見られず、｛１１０｝面以外
の面方位の結晶粒が不規則に混在することが判明した。

【０１２５】この様に、結晶粒界を有する半導体薄膜で
ありながら、｛１１０｝配向に特有の規則性を有する電
子線回折パターンを示す点が本願発明で利用する半導体
薄膜の特徴であり、電子線回折パターンを比較すれば従
来の半導体薄膜との違いは明白である。

【０１２６】以上の様に、前述に示した作製工程で作製
された半導体薄膜は従来の半導体薄膜とは全く異なる結
晶構造（正確には結晶粒界の構造）を有する半導体薄膜
であった。本発明者らは本願発明で利用する半導体薄膜
について解析した結果を特願平9-55633 、同9-165216、
同9-212428でも説明している。

【０１２７】また、上述の様な本願発明で利用する半導
体薄膜の結晶粒界は、90％以上が整合結合手によって構
成されているため、キャリアの移動を阻害する障壁（バ
リア）としては機能は殆どない。即ち、本願発明で利用
する半導体薄膜は実質的に結晶粒界が存在しないとも言
える。

【０１２８】従来の半導体薄膜では結晶粒界がキャリア
の移動を妨げる障壁として機能していたのだが、本願発
明で利用する半導体薄膜ではその様な結晶粒界が実質的
に存在しないので高いキャリア移動度が実現される。そ
のため、本願発明で利用する半導体薄膜を用いて作製し
たＴＦＴの電気特性は非常に優れた値を示す。この事に
ついては以下に示す。

【０１２９】（ＴＦＴの電気特性に関する知見）本願発
明で利用する半導体薄膜は実質的に単結晶と見なせる
（実質的に結晶粒界が存在しない）ため、それを活性層
とするＴＦＴは単結晶シリコンを用いたＭＯＳＦＥＴに
匹敵する電気特性を示す。本発明者らが試作したＴＦＴ
からは次に示す様なデータが得られている。

【０１３０】（１）ＴＦＴのスイッチング性能（オン／
オフ動作の切り換えの俊敏性）の指標となるサブスレッ
ショルド係数が、Ｎチャネル型ＴＦＴおよびＰチャネル
型ＴＦＴともに60〜100mV/decade（代表的には60〜85mV
/decade ）と小さい。（２）ＴＦＴの動作速度の指標となる電界効果移動度
（μ_FE）が、Ｎチャネル型ＴＦＴで200 〜650cm²/Vs
（代表的には250 〜300cm²/Vs ）、Ｐチャネル型ＴＦＴ
で100 〜300cm²/Vs （代表的には150 〜200cm²/Vs ）と
大きい。（３）ＴＦＴの駆動電圧の指標となるしきい値電圧（Ｖ
_th）が、Ｎチャネル型ＴＦＴで-0.5〜1.5 Ｖ、Ｐチャネ
ル型ＴＦＴで-1.5〜0.5 Ｖと小さい。

【０１３１】以上の様に、極めて優れたスイッチング特
性および高速動作特性が実現可能であることが確認され
ている。

【０１３２】なお、ＣＧＳを形成するにあたって前述し
た結晶化温度以上の温度（７００〜１１００℃）でのア
ニール工程は、結晶粒内の欠陥低減に関して重要な役割
を果たしている。そのことについて以下に説明する。

【０１３３】図１０（Ａ）は、前述の結晶化工程までを
終了した時点での結晶シリコン膜を２５万倍に拡大した
ＴＥＭ写真であり、結晶粒内（黒い部分と白い部分はコ
ントラストの差に起因して現れる）に矢印で示されるよ
うなジグザグ上に見える欠陥が確認される。

【０１３４】このような欠陥としては主としてシリコン
結晶格子面の原子の積み重ね順序が食い違っている積層
欠陥であるが、転位などの場合もある。図１０（Ａ）は
｛１１１｝面に平行な欠陥面を有する積層欠陥と思われ
る。そのことは、ジグザグ状に見える欠陥が約７０°の
角度をなして折れ曲がっていることからも確認できる。

【０１３５】一方、図１０（Ｂ）に示すように、同倍率
で見た本発明に用いた結晶シリコン膜は、結晶粒内には
ほとんど積層欠陥や転位などに起因する欠陥が見られ
ず、非常に結晶性が高いことが確認できる。この傾向は
膜面全体について言えることであり、欠陥数をゼロにす
ることは現状では困難であるものの、実質的にはゼロと
見なせる程度にまで低減することができる。

【０１３６】即ち、本発明に用いた結晶シリコン膜は、
結晶粒内の欠陥がほとんど無視しうる程度にまで低減さ
れ、且つ、結晶粒界が高い連続性によってキャリア移動
の障壁になりえないため、単結晶または実質的に単結晶
と見なせる。

【０１３７】このように図１０（Ａ）と（Ｂ）の写真が
示した結晶シリコン膜はどちらも結晶粒界にほぼ同等の
連続性を有しているが、結晶粒内の欠陥数には大きな差
がある。本発明の結晶シリコン膜が図１０（Ａ）に示し
た結晶シリコン膜よりも遙に高い電気特性を示す理由は
この欠陥数の差による所が大きい。

【０１３８】以上のことから、本発明にとって、触媒元
素のゲッタリングプロセスは必要不可欠な工程であるこ
とが判る。本発明者らは、この工程によって起こる現象
について次のようなモデルを考えている。

【０１３９】まず、図１０（Ａ）に示す状態では結晶粒
内の欠陥（主として積層欠陥）には触媒元素（代表的に
はニッケル）が偏析している。即ち、Si-Ni-Siといった
形の結合が多数存在していると考えられる。

【０１４０】しかしながら、触媒元素のゲッタリングプ
ロセスを行うことで欠陥に存在するNiが除去されるとSi
-Ni 結合は切れる。そのため、シリコンの余った結合手
は、すぐにSi-Si 結合を形成して安定する。こうして欠
陥が消滅する。

【０１４１】勿論、高い温度での熱アニールによって結
晶シリコン膜中の欠陥が消滅することは知られている
が、ニッケルとの結合が切れて、未結合手が多く発生す
るためのシリコンの再結合がスムーズに行われると推測
できる。

【０１４２】また、本発明者らは結晶化温度以上の温度
（７００〜１１００℃）で加熱処理を行うことで結晶シ
リコン膜とその下地との間が固着し、密着性が高まるこ
とで欠陥が消滅するというモデルも考えている。

【０１４３】こうして得られた本発明に用いた結晶シリ
コン膜（図１０（Ｂ））は、単に結晶化をおこなっただ
けの結晶シリコン膜（図１０（Ａ）と比較して格段に結
晶粒内の欠陥数が少ないという特徴を有している。この
欠陥数の差は電子スピン共鳴分析（Electron Spin Reso
nance ：ＥＳＲ）によってスピン密度の差となって現れ
る。現状では本発明に用いた結晶シリコン膜のスピン密
度は少なくとも１×１０¹⁸個／ｃｍ³ 以下（代表的には
５×１０¹⁷個／ｃｍ³ 以下）である。

【０１４４】以上のような結晶構造および特徴を有する
本発明に用いた結晶シリコン膜を、連続粒界結晶シリコ
ン（Continuous Grain Silicon：ＣＧＳ）と呼んでい
る。

【０１４５】〔実施例５〕上記実施例の表示装置におい
て、高解像度を実施する場合には、書き込み期間を短く
する必要がある。本実施例では、上記各実施例で用いら
れている液晶パネルの液晶材料として、比較的高画質な
映像情報を用いる場合は、実質的にしきい値を持たない
反強誘電性液晶を用いた例を示す。

【０１４６】従来のＬＣＤで用いられている液晶材料
は、電圧が印加されてからの反応速度（数十ｍｓ〜数百
ｍｓ）が遅く、駆動回路を、例えば結晶シリコン（ＣＧ
Ｓ）を用いて高い周波数帯域で動作可能なＴＦＴより構
成しても、液晶材料がその高速動作に反応できない。

【０１４７】しかしながら、本実施例では、結晶シリコ
ン（ＣＧＳ）を用い、高い周波数帯域で動作可能なＴＦ
Ｔを液晶パネルのスイッチング素子として用い、さら
に、電圧が印加されてからの反応速度が速く、実質的に
しきい値を持たない反強誘電性液晶を用いたことで、チ
ラツキのない高精細、高解像度の表示装置を実現でき
た。

【０１４８】〔実施例６〕本実施例は、Ｒ（赤）、Ｇ
（緑）、Ｂ（青）の発光ダイオードをバックライトとし
て用いて表示装置本体に内蔵し、カラー映像を得る構成
とした場合の例を示す。この場合のカラー表示として
は、例えば、１画面の書き込み期間（フレーム周波数と
呼ぶ）の３倍の周波数で発光ダイオードのＲ、Ｇ、Ｂの
点滅を各色毎にＲ、Ｇ、Ｂ、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｒ・・・と時
系列的に繰り返せば人間の目にはカラー映像として認識
される。本実施例においては、６０Ｈｚで１画面を書き
込み、その３倍の１８０Ｈｚで発光ダイオードのＲ、
Ｇ、Ｂの点滅を各色毎にＲ、Ｇ、Ｂ、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｒ・
・・と時系列的に繰り返した。この１画面の書き込み期
間（フレーム周波数と呼ぶ）は４５Ｈｚ以上、好ましく
は６０Ｈｚ以上であれば特に限定されない。この場合
は、カラーフィルターは必要としないため、明るい表示
を得ることができる。

【０１４９】また、発光ダイオードの代わりに、ＥＬ素
子のような発光素子を用いてバックライトを構成しても
よい。

【０１５０】〔実施例７〕本実施例においては、上記各
実施例の表示装置（液晶パネルのスイッチング素子のチ
ャネル形成領域にＣＧＳを用いた）を用いて情報通信操
作を行った例を図１１を用いて説明する。

【０１５１】図１１では、情報処理装置およびそのシス
テムを表示装置１１０３と通信装置１１０２と、集音装
置１１０５と、撮像装置１１０６とで構成し、仮想映像
（平面映像または立体画像）を使用者に提供することが
可能なテレビ電話とした例を示した。

【０１５２】使用者１１００は、電話器等の通信装置１
１０２と電話回線または通信ケーブルによって接続し、
マイク等の集音装置１１０５やカメラ等の撮像装置１１
０６を用いて、通信相手と情報処理操作（使用者の声デ
─タの送信、使用者の表情等の映像の送信等）を行うこ
とができる。また、コンピュータ等の制御装置を介して
通信装置と表示装置を接続する構成としてもよい。

【０１５３】使用者の表情等の仮想立体画像を送信する
場合は、右目用の映像信号を形成する撮像装置と、左目
用の映像信号を形成する撮像装置を表示装置、通信装置
または制御装置に、別々に設けて２つの映像信号を送る
構成とすることが望ましい。

【０１５４】この情報処理装置およびそのシステムを用
いると、使用者は、通信相手から送られてくる仮想映像
を見ながら情報処理操作（会話、電子文書交換等）をす
ることができる。使用者は、情報処理操作中、外界の様
子を遮断することも可能であるため、仮想表示画面に集
中できる。また、周囲の環境から切り離されるのでリラ
ックスできる。加えて、周囲の景色に重ねて仮想画面を
表示することもできるため、便利である。

【０１５５】また、従来のＣＲＴ等の表示装置を用いた
テレビ電話では、使用者以外の周囲の人に情報を見られ
る心配があったが、本実施例の情報処理装置およびその
システムは、仮想映像を用いているため、表示装置を装
着した使用者以外にその仮想映像を見られる心配がな
く、周囲の人の目を気にせず、安心して情報の交換をす
ることができる。

【０１５６】また、表示装置と接続する通信装置を携帯
可能な小型のもの、例えば携帯電話器等を用いれば、ど
のような場所であっても、情報通信が可能である。さら
に、この小型通信装置に小型の撮像装置１２０６を搭載
とすることで、携帯型のテレビ電話とすることができ
る。小型通信装置を用いて情報通信操作を行った例を図
１２を用いて説明する。

【０１５７】図１２では、情報処理装置およびそのシス
テムを表示装置１２０３と小型通信装置１２０２と、撮
像装置１２０６とで構成し、仮想表示画面１２０４（平
面映像または立体画像）を使用者１２００に提供するこ
とが可能なテレビ電話とした例を示した。なお、小型通
信装置１２０２は使用者の声を声データとして入力でき
る集音装置（マイク等）は内蔵されている。また、簡単
な文字の入力のできる入力装置も備えている。

【０１５８】加えて、表示装置、通信装置または制御装
置に、使用者の声データを自動的に文字に変換する装置
１２０８を具備させることによって、会話等を文字とし
て同時に仮想表示することが可能である。こうした機能
を加えることによって、図１２に示したように、使用者
１２００から見た仮想画面１２０９には、通信相手１２
１０から送信された映像（通信相手の上半身等の映像）
を見ながら対話すると同時に会話の文章表示欄１２０７
にその会話が文字に変換されて表示され、また、電子情
報欄１２０５に電子情報が表示される。なお、使用者１
２００から見た仮想画面１２０９は、仮想表示画面１２
０４に対応している。また、前記の表示欄１２０６、１
２０７の表示される箇所は特に限定されない。

【０１５９】また、会話を文字として同時に記憶させる
ことも可能であるため、メモをとる必要なく、正確に情
報交換を行うことができる。また、使用者の耳が不自由
であっても、仮想表示される文字を見ながら正確に会話
をすることができる。

【０１６０】従来のＨＭＤでは、細かい文字を正確に認
識できる程の解像度を得ることは不可能であったが、チ
ャネル形成領域にＣＧＳを用いた本実施例のＨＭＤによ
り、初めて可能とすることができた。

【０１６１】本実施例では、従来のような表示画面（Ｃ
ＲＴ等）が必要ではなく、仮想表示するだけであるの
で、どのような場所、どのような環境であっても情報処
理操作（通信相手との会話、通信相手との映像情報の交
換等）が可能である。

【０１６２】

【発明の効果】本発明の表示装置（ＨＭＤ）を備えた情
報処理装置において、液晶パネルの薄膜トランジスタの
活性層を構成する結晶シリコンは、ＣＧＳであるため、
比較的高画質な映像信号（６０Ｈz 以上）にも対応する
ことができ、高解像度を有する仮想映像（２Ｄまたは３
Ｄ）を得ることができた。

【０１６３】また、液晶パネルと目との距離が数ｃｍ程
度と小さいにもかかわらず、フレーム反転駆動の極性反
転周期が短い（４５Ｈｚ〜１８０Ｈｚ）ため、チラツキ
が生じないため、人間の目に与える影響を低減すること
ができた。即ち、従来よりも使用時間を延長することが
できた。

【０１６４】加えて、従来のＨＭＤでは、解像度が低
く、細かい文字の読み取りが困難であったが、本発明の
液晶パネルは、細かい文字も鮮明に認識することができ
るため、正確に情報処理操作を行うことができる。即
ち、本明細書に開示するＨＭＤは、情報処理装置の表示
装置として最適なものである。

【０１６５】本明細書に開示する情報処理装置におい
て、使用者は、情報処理操作中、外界の様子を遮断する
ことも可能であるため、仮想表示画面に集中できる。ま
た、周囲の環境から切り離されるのでリラックスでき
る。また、周囲の景色に重ねて仮想画面を表示すること
もできる。

【０１６６】また、デスク上などの空間を狭めないの
で、空間を有効に使用することができる。また、軽量で
あるため、持ち運んであらゆる場所で情報処理操作がで
きる。

【０１６７】例えば、携帯電話や公衆電話の通信回線を
用いて、その回線と本発明の表示装置とを接続すること
により、通信相手の映像または情報を仮想画面で見なが
ら情報交換（会話等）を行うことができる。

【０１６８】また、反応速度が速い液晶材料（例えば、
無しきい値ＡＦＬＣ等）を用いれば、さらに高解像度な
映像を得ることが可能である。

【０１６９】このように、本明細書に開示するヘッドマ
ウントディスプレイは、情報処理操作時の表示装置とし
て最適なものとすることができ、それを備えた情報処理
装置及びそのシステムを用いて、良好な情報処理操作環
境を提供する。

【図面の簡単な説明】

【図１】情報処理装置の概略を示す図。

【図２】ヘッドマウントディスプレイの概要を示す
図。

【図３】液晶パネルの配置構造を示す図。

【図４】表示装置本体のブロック図

【図５】ＴＦＴ作製工程

【図６】ボトム型ＴＦＴの構造の１例

【図７】液晶パネルの構造の１例

【図８】ＴＥＭ写真図

【図９】電子線回折パターン図

【図１０】ＴＥＭ写真図

【図１１】通信装置を用いた１例を示す図

【図１２】小型の通信装置を用いた１例を示す図

【図１３】従来の情報処理装置の概略を示す図。

【符号の説明】

１０使用者１１入力端末装置１２制御装置１３表示装置１４表示画面１００使用者１０１入力端末装置１０２制御装置１０３表示装置（ＨＭＤ）１０４仮想表示画面２０１本体２０２液晶パネル２０３バンド部３０１周辺駆動回路３０２周辺駆動回路３０３アクティブマトリクス回路３０４周辺駆動回路３０５周辺駆動回路３０６アクティブマトリクス回路３０７ガラス基板（または石英基板）３０８ガラス基板（または石英基板）３０９ゲイト線３１０ソース線３１１薄膜トランジスタの活性層３１２画素電極３１３画素電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者桑原秀明神奈川県厚木市長谷398番地株式会社半導体エネルギー研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】右目用と左目用のフラットパネルディスプ
レイを具備し、使用者の頭に装着する表示装置と、前記
表示装置と接続された制御装置と、前記制御装置と接続
された入力操作装置とを用いて使用者が情報処理操作を
行うことを特徴とする情報処理装置。
【請求項２】右目用と左目用のフラットパネルディスプ
レイを具備し、使用者の頭に装着する表示装置と、前記
表示装置に接続された通信装置と、入力操作装置と有
し、前記通信装置を用いて、使用者に通信相手から情報
の受信を行い、前記入力操作装置を用いて、通信相手に
情報の送信を行うことを特徴とする情報処理装置。
【請求項３】右目用と左目用のフラットパネルディスプ
レイを具備し、使用者の頭に装着する表示装置と、通信
装置と、入力操作装置と、使用者の声データを文字変換
する装置とを有し、入力操作装置は、使用者の声のデー
タを入力し、声データを文字変換する装置は、使用者の
声データを文字に変換して通信相手に送信することを特
徴とする情報処理装置。
【請求項４】右目用と左目用のフラットパネルディスプ
レイを具備し、使用者の頭に装着する表示装置と、通信
装置と、入力操作装置と、通信相手の声データを文字変
換する装置とを有し、入力操作装置は、通信相手の声の
データを入力し、前記表示装置によって前記使用者に提
供される仮想表示画面には、通信相手との会話が文字と
して表示されていることを特徴とする情報処理装置。
【請求項５】請求項１乃至４において、入力操作装置
は、集音装置であることを特徴とする情報処理装置。
【請求項６】請求項１乃至４において、入力操作装置
は、撮像装置であることを特徴とする情報処理装置。
【請求項７】請求項１乃至６において、前記表示装置の
フラットパネルディスプレイの画素電極に接続されてい
るＴＦＴのチャネル形成領域は、絶縁表面上に形成され
た複数の棒状または偏平棒状結晶の集合体からなる半導
体薄膜で構成されていることを特徴とする情報処理装
置。
【請求項８】請求項７において、前記チャネル形成領域
の面方位は概略｛１１０｝配向であることを特徴とする
情報処理装置。
【請求項９】請求項７または８において、前記チャネル
形成領域の結晶粒界において９０％以上の結晶格子に連
続性があることを特徴とする情報処理装置。
【請求項１０】請求項１乃至９において、前記フラット
パネルディスプレイは、４５Ｈｚ〜１８０Ｈｚで１画面
の書き込みを行い、且つ、１画面毎に画素電極に印加す
る電圧の極性を反転させて画面表示を得る表示装置を備
えた情報処理装置。
【請求項１１】請求項１乃至１０において、前記フラッ
トパネルディスプレイの液晶材料が、実質的にしきい値
を持たない反強誘電性液晶である表示装置を備えた情報
処理装置。
【請求項１２】請求項１乃至１１において、右目用と左
目用のフラットパネルディスプレイを具備し、使用者の
頭に装着する表示装置は、使用者に仮想平面映像を提供
することを特徴とする情報処理装置。
【請求項１３】請求項１乃至１１において、右目用と左
目用のフラットパネルディスプレイを具備し、使用者の
頭に装着して利用する表示装置は、使用者に仮想立体映
像を提供することを特徴とする情報処理装置。