KR960011400B1 - 전기광학장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

전기광학장치

제1도는 본 발명에 의한 구동파형의 예시도.

제2도는 본 발명에 의한 구동파형의 예시도.

제3도는 본 발명에 의한 구동파형의 예시도.

제4도는 본 발명에 의한 구동파형의 예시도.

제5도는 본 발명에 의한 매트릭스 구성의 예시도.

제6도는 실시예에 의한 소자의 평면 구조도.

제7도는 실시예에 의한 TFT의 공정도.

제8도는 실시예에 의한 TFT의 공정도.

제9도는 실시예에 의한 TFT의 공정도.

제10도는 실시예에 의한 컬러필터의 공정도.

제11도는 보호회로의 접속 예시도.

제12도는 보호회로의 예시도.

제13도는 보호회로의 예시도.

제14도는 본 발명에 의한 전기광학장치의 블록도.

제15도는 본 발명에 있어서 아날로그 영상데이터의 디지털 영상 데이터로의 변환법.

제16도는 본 발명에 있어서 데이터의 전송순서의 예시도.

제17도는 본 발명에 있어서 데이터의 전송순서의 예시도.

제18도는 본 발명에 있어서 데이터의 전송 방법의 예시도.

제19도는 본 발명에 있어서 구동신호의 예시도.

제20도는 본 발명에 있어서 구동신호의 예시도.

제21도는 실시예에 있어서 액정표시장치의 블록도.

제22도는 실시예에 있어서 구동신호의 예시도.

제23도는 실시예에 있어서 매트릭스 구성의 예시도.

제24도는 실시예에 있어서 구동신호의 예시도.

본 발명은 구동용 스위칭 소자로서 박막 트랜지스터(이하 TFT)라 한다)를 사용한 액정전기광학장치의 화상표시방법에 있어서, 특히 중간적인 색조나 농담의 표현을 얻기 위한 계조표시방법에 관한 것이다.

액정 조성물은 그의 물질특성상, 분자축에 대하여 수평방향과 수직방향으로 유전율이 다르기 때문에, 외부의 전계에 대하여 수평방향으로 배열하거나, 수직방향으로 배열시키는 것이 용이하다.

액정 전기광학장치는 이 유전율의 이방성을 이용하여 광의 투과 광량 또는 산란량을 제어하는 것으로 온/오프(ON/OFF) 즉 명암의 표시를 행하고 있다.

액정재료로서는, TN(트위스티드 네머틱) 액정, STN(슈터 트위스 티드 네머틱)액정, 강유전성 액정, 반 강유전성 액정, 폴리머 액정 혹은 분산형 액정이라 불리는 재료가 알려져 있다. 액정은 외부전압에 대하여, 무한히 짧은 시간에 반응하는 것은 아니고, 응답할 때까지 어느정도 일정한 시간이 걸리는 것이 알려져 있다. 그 값은 각각의 액정 재료에 따라 고유한 것이며, TN 액정의 경우에는, 수 10msec, STN 액정의 경우에는 수 100msec, 강유전성 액정의 경우에는 수 10㎲ec, 분산형 혹은 폴리머 액정의 경우에는 수 10msec이다.

액정을 이용한 전기 광학장치 중에서 가장 뛰어난 화질이 얻어지는 것은, 액티브 매트릭스 방식을 이용했던 것이었다. 종래의 액티브 매트릭스형의 액정 전기광학장치에서는, 액티브소자로서 박막 트랜지스터(TFT)를 이용하고, TFT에는 아모르퍼스 또는 다결정형의 반도체를 이용하고, 1개의 화소에 P형 또는 N형의 어느 한쪽만의 형태의 TFT를 이용한 것이었다. 즉, 일반적으로 N 채널형 TFT(NTFT라 한다)를 화소에 직렬로 연결하고 있다. 그리고, 매트릭스의 신호선에 신호전압을 보내고, 각각의 신호선이 직교하는 장소에 설치된 TFT에 쌍방으로부터 신호가 인가되면 TFT가 ON 상태가 되는 것을 이용하여 액정 화소의 ON/OFF를 개별적으로 제어하는 것이었다. 이와 같은 방법에 의해 화소의 제어를 행하는 것에 의해, 콘트라스트가 큰 액정 전기 광학 장치를 실현할 수 있다.

그러나, 이와 같은 액티브 매트릭스 방식으로는, 명암이나 색조라고 하는, 계조표시를 행하는 것은 극히 어려웠다. 종래, 계조표시는 액정의 광투과성이, 인가되는 전압의 크기에 따라 변화하는 것을 이용하는 방식이 검토되고 있었다. 이것은, 예를 들면, 매트릭스 중의 TFT의 소스ㆍ드레인 간에, 적절한 전압을 주변 회로로부터 공급하고, 그 상태로 게이트 전국에 신호 전압을 인가하는 것에 의해, 액정 화소에 그 크기의 전압이 걸리도록 하는 것이었다. 그러나, 이러한 방법으로는, 예를 들면, TFT의 불균질성이나 매트릭스 배선의 불균질성 때문에, 실제로는 액정화소에 걸리는 전압은, 각 화소에 있어 최저 수 %까지도 상이하게 되어 버렸다. 이것에 대하여 예를 들면, 액정의 광투과도의 전압의존성은, 극히 비선형성이 강하고, 어느 특정 전압에서 급격히 광투과성이 변화하므로, 가령 수 %의 차이라도, 광투과성이 현저하게 달라져 버리는 일이 있었다.

그 때문에, 실제로는 16계조를 달성하는 것이 한계였다. 예를 들면, TN 액정재료에 있어서는, ON 상태로부터 OFF 상태로 광투과성이 변화하는 소위 전위 영역은, 1.2V의 폭밖에 없어, 16계조를 달성하고자 할 경우에는, 1.2V라는 좁은 전압폭을 16분할한 75mV라는 적은 전압제어를 할 수 있어야 하며, 그 때문에, 제조수율은 현저히 낮아졌다.

이와 같이 계조표시가 곤란하다는 것은, 액정 디스플레이 장치가 종래의 일반적인 표시장치인 CRT(음극선관)와 경쟁하는데 극히 불리했었다.

본 발명은 절연면을 가지고 있는 기질; 상기 절연면위에 형성된 하나 이상의 박막 트랜지스터; 상기 박막 트랜지스터 위에 형성된 산화규소로 이루어진 층간 절연피막; 상기 층간 절연피막위에 형성되어 있으며, 상기 층간 절연피막에 형성되어 있는 콘택트홀을 통하여 상기 박막 트랜지스터에 전기적으로 연결되어 있는 전도성피막; 상기 박막 트랜지스터, 상기 층간 절연피막과 상기 배선위에 도포 형성된 투광성 유기수지로 구성된 레벨링 피막; 및 상기 레벨링피막위에 형성되어 있으며 상기 유기 수지막에 형성되어 있는 개공부를 통하여 상기 박막 트랜지스터에 연결되는 화소전극을 포함하며, 상기 개공부의 외주면에서 상기 유기 수지막의 가장자리가 원형인 것을 특징으로 하는 전기광학장치, 상기 화소전극은 투광성 전도성 피막인 것을 특징으로 하는 전기광학 장치 및 절연면을 가지고 있는 기질; 상기 절연면위에 형성된 하나 이상의 박막 트랜지스터; 상기 기질위에 도포 형성된 투광성 유기 수지를 포함하고 상기 박막 트랜지스터를 덮고 있는 레벨링 피막; 및 상기 레벨링 피막위에 형성되어 있으며 상기 레벨링 피막위에 형성되어 있으며 상기 레벨링 피막에 형성되어 있는 개공부를 통하여 상기 박막 트랜지스터에 연결되는 화소전극을 포함하며, 상기 개공부의 외주면에서 상기 유기 수지피막의 가장자리가 원형인 것을 특징으로 하는 전기광학장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서는 종래 이용되어 왔던 것과 같이, 아날로그적인 신호의 인가에 의해, 중간 계조표시를 행하지는 않고, 디지털 신호를 인가하여, 그 지속시간에 의해 중간 계조표시를 행한다. 그리고, 그것을 위해 아날로그 영상 신호를 2진법연산(二進法演算)에 의해 디지털 신호로 바꾸고 이것을 기억장치에 저장시키고, 다시 필요에 따라 그의 데이터를 호출하여, 연산하고, 표시장치에 출력한다. 그 결과로서, 종래의 아날로그식 계조방식으로 곤란했던 16계조 이상의 고계조가 가능하게 되었다.

그런데, 액정에 걸리는 전압을 아날로그적으로 제어하는 것에 의해, 그 광투과성을 제어하는 것이 가능하다는 것을 먼저 기술하였으나, 본 발명자들은, 액정에 전압이 걸려 있는 시간을 제어하는 것에 의해, 시각적으로 계조를 얻들 수 있다는 것을 발견하였다.

예를 들면, 대표적인 액정재료인 TN(트위스티드 네머틱)액정을 사용한 경우에 있어서, 소위 노멀블랙 즉, 액정화소에 전압을 인가 않는 상태에서 광투과성이 없는(검은색) 상태가 되도록 설계한 화소에 있어서, 제1도에 나타내는 것과 같은 파형전압을 화소에 인가하는 것에 의해, 밝기를 변화시키는 것이 가능하다는 것을 알았다. 즉, 제1도의 1,2,……15라는 순번으로 단계적으로 밝게 할 수 있다. 즉, 제1도의 예에서는 16계조의 표시가 가능하다. 당연히, 노멀블랙의 역 모드인, 노멀화이트(전압이 인가되어 있지 않은 상태에서 광투과성을 나타낸다)에서는, 1이 가장 밝고, 15가 가장 어둡다.

이때 1에서는, 1단위 길이의 펄스가 인가된다. 또한, 2에서는, 2단위 길이의 펄스가 인가된다. 3에서는, 1단위의 펄스와 2단위의 펄스가 인가되어, 결과적으로 3단위 길이의 펄스가 인가된다. 4에서는, 4단위 길이의 펄스가 인가된다. 또한, 8단위 길이의 펄스를 준비함으로써, 15단위 길이의 펄스를 결과적으로 얻을 수 있다.

즉, 1단위, 2단위, 4단위, 8단위라는 4종류의 펄스를 적절히 조합하는 것에 의해, 2⁴=16계조의 표시가 가능하게 된다. 또한, 16단위, 32단위, 64단위, 128단위라고 하는, 만은 펄스를 준비하는 것에 의해, 각각, 32계조, 64계조, 127계조, 256계조라고 하는 고도의 계조표시가 가능하게 된다. 예를 들면, 256계조표시를 얻기위해서는, 8종류의 펄스를 준비하면 좋다.

본 발명을 실시하기 위해서는 액정재료로서는, TN 액정이나 STN 액정, 강유전성 액정, 반 강유전성액정, 분산형(폴리머) 액정이 적합하다. 또한 1단위의 펄스 폭은, 어느 액정재료를 선택하는가에 의해 미묘하게 차이가 있으나, TN 액정재료의 경우에는, 10nsec 이상 100msec 이하가 적합하다는 것이 확인되었다.

본 발명을 실시하기 위해서는, 예를 들면, 제5도에 나타내는 것과 같은 박막 트랜지스터를 사용한 매트릭스회로를 구성하면 된다. 제5도에 나타낸 회로는 종래의 TFT를 이용한 액티브 매트릭스형 표시장치의 1개 화소의 예를 제6도에 나타낸다. 도면에 있어서, 영역(63)은 예를 들면 폴리실리콘으로 이루어진 NTFT(혹은 PTFT)를 나타내며, 전극(66)은 그 게이트 전극이다. 그리고, 배선(65)은 게이트 배선이며, 이것은 X선으로서 기능한다. 또한, 배선(74)은 TFT의 소스에 접속한 배선으로, Y선으로서 기능한다. 또한, 배선(68)은 제5도에 있어서 축전기를 형성하기 위한 배선이며, 이것은, 화소전극(71)의 밑에 절연물을 매개로 설치된다.

제5도에서는 화소의 축전기와 병렬로 인위적으로 축전기가 삽입되어 있다. 이때 삽입된 축전기는, 화소의 자연방전에 의해, 화소의 전압이 저하하는 것을 억제하는 효과를 갖고 아울러, 게이트 전극과 드레인 영력사이의 기생용량을 통하여, 화소전극과 X선이 용량결합하고, X선의 전위변동에 의해, 화소전극의 전위가 변동되는 것을 억제하는 효과도 갖는다. 특히 후자에 관해서는, 전위변동의 크기는 근사적으로는, 게이트와 소스, 드레인간의 기생용량에 비례하고, 액정화소의 용량에 반비례한다. 액정 디스플레이 장치에 있어서는, 화소의 용량은 비교적 용이하게 제어할 수 있음에 비해, 기생용량의 편차는 크게 되기 쉽고, 따라서, 액정화소의 용량이 적을 경우(예를 들면, 액정단위 화소의 면적이 적을 경우등)에는, 게이트 기생용량의 불균형이 크게 영향을 미쳐, 각 화소에 따라 농담이 완전히 엉망이가 되버리는 일이 있다.

특히 본 발명과 같이, 화소에 인가되어 지속되는 전압이 일정한 것으로서 계조표시를 행하고자 할 경우에는, 중요한 문제이다.

따라서, 이와 같이 용량을 부가하여, 외관상, 액정화소의 용량을 크게 하고, 게이트 기생용량의 효과를 억제하여 액정전위의 변동을 적게하는 것은 중요하다.

또한, 액정 셀등의 화소에, 예를 들면 테트라플루오르에틸렌(tetra-fluoroethylene), 폴리염화비닐리덴(Polyvinylidene Chloride) 등의 유기 강유전성 재료를 함유시키는 것에 의해, 화소의 정전(靜電) 용량을 증대시켜 화소 방전시 정수를 증대시키는 것에 의해, 이와 같은 인위적인 축전기를 설치하는 일 없이, 안정되고 재현성이 뛰어나게 동작시킬 수도 있다.

그러나, 이와 같이, 축전기를 부가하는 것은, 동작속도의 저하로 이어지기 때문에, 과다한 용량을 부가하는 것은 바람직하지 않다. 따라서, 부가하는 용량의 크기는, 게이트의 기생용량의 10~100배, 혹은 액정화소 원래 용량의 수~100배 정도, 바람직하게는 10배 이하가 적당하다.

이와 같은 회로에 있어서, 각 박막 트랜지스터의 게이트 전압이나 소스ㆍ드레인 간 전압을 콘트롤하는 것에 의해, 화소에 인가되는 전압의 ON/OFF를 제어하는 것이 가능하다. 이 예어서는, 매트릭스는 640×480도트지만, 번잡함으로 피하기 위해, n행 m렬 부근만을 나타낸다. 이것과 같은 것을 상하좌우로 전개하면, 완전한 것이 얻어진다. 이 회로를 사용한 동작예를 제2도에 나타낸다.

신호선 X₁, X₂, …Xn, X_n+1…X₄₈₀(이하, X선이라 총칭한다)은 각 TFT의 게이트 전극에 접속되어 있다. 그리고, 제2도에 나타내는 것과 같이, 차례대로 구형(矩形) 펄스 신호가 인가되어 간다. 한편, 신호선 Y₁, Y₂…Ym, Y_m+1…Y₆₄₀(이하 Y선이라 총칭한다)은, 각 TFT의 소스(혹은 드레인 적극)에 접속되어 있지만, 이것에는 역시, 다수의 펄스로 이루어진 신호가 인가되어 간다. 이 펄스열에는, 1단위의 시간 T₁중에, 480개의 정보가 포함되어 있다.

이하에서는, 4개의 화소Z_n,m, Z_n+1,m, Z_n,m+1, Z_n+1,m+1에 주목하는데, 게이트 전극과 소스 전극의 쌍방에 신호가 오지 않는 한, 화소의 전압은 변화하지 않으므로, 이 4개의 화소에 관해서는, 신호선 X_n, X_n+1및 Y_mY_m+1에 주목하면 된다.

도면에 나타내는 것과 같이, 구형펄스가 Xn에 인가된 경우를 생각한다. 지금 4개의 화소 Z_n,m, Z_n,m+1, Z_n+1,m, Z_n+1,m+1에 주목하고 있다면, Ym 및 Y_m+1의 그때의 상태에 주목하게 된다.

이때, Ym에는 신호가 있으며, Y_m+1에는 신호가 없으므로, 결국, 화소 Z은 전압상태, Z_n,m+1은 비전압상태가 된다. 그리고, Y선에 가하는 전압보다도 빨리, X선의 펄스를 끊음으로써, 화소의 전압상태는, 화소 축전기에 의해 유지되므로, 화소 Zn, m은 전압상태를 유지한다. 이후, 다음으로 Xn에 신호가 인가될 때까지, 기본적으로는 각각의 화소 상태가 지속된다.

이어서, X_n+1에 펄스가 인가된다. 도면에 나타낸 바와 같이, 그때에는 Ym은 비전압상태, Y_m+1는 전압상태이므로, 화소 Z_n+1,m은 비전압상태, 화소 Z_n+1,m+1은 전압상태가 되고, 먼저 기술한 것과 동일하게 각각의 상태를 계속 유지한다.

다음으로, 먼저 Xn에 펄스가 인가되고 나서, 시간 T₁후에 신호선 Xn에 2회째의 펄스가 인가된 때에는, Ym 및 Y_m+1은, 각각, 비전압상태, 전압상태이므로, 화소 Zn, m은 비전압상태로 화소 Z_n,m+1은 전압상태로, 각각 상태가 변화한다. 다시, X_n+1에 펄스가 인가된다. 도면에 나타낸 바와 같이, 그 때에는 Ym도 Y_m+1도 전압상태이므로, 화소 Z_n+1,m도 Z_n+1,m+1은 전압상태가 된다.

이때, 화소 Z_n+1,m+1은 전압상태를 지속하는 것이 된다.

그후 시간 2T₁후에, 3회째의 신호가 Xn에 인가된다. 그때에는, Ym도 Y_m+1도 전압상태이므로, 화소 Zn,m은 비전압상태로부터 전압상태로 변화한다. 다시, X_n+1에 펄스가 인가된다. 그때에는 Ym도 Y도 비전압상태이므로, 화소 Z_n+1,m도 Z_n+1,m+1은 비전압상태로 되어, 모두 전압상태가 종료된다.

그후, 시간 4T₁후에, 4회째의 신호가 Xn에 인가된다. 그때에는, Ym도 Y_m+1도 전압상태이므로, 화소 Z_n,m+1도 전압상태로부터 전압상태로 변화한다. 다시, X_n+1에 펄스가 인가되는데, 역시 Ym도 Y_m+1도 비전압상태이므로, 화소 Z_n+1,m도 Z_n+1,m+1은 비전압상태 그대로이다.

이와 같이 하여, 1주기가 완료된다. 이 사이에, 각 X선에는 3개의 펄스가 인가되고, 각 Y선에는 3×480=1440의 정보신호가 인가되고 있다. 또한, 이 1주기의 시간은 7T₁이며, T₁으로서는, 예를 들면, 10nsec~10msec가 적당하다. 그리고, 각 화소에 주목해 보면, 화소 Zn,m에는 시간 T₁의 펄스와 4T₁의 펄스가 인가되어, 시각적으로는 5T₁의 펄스가 인가된 것과 같은 효과를 얻을 수 있다.

즉, 5의 밝기를 얻을 수 있다. 동일하게, 화소 Z_n+1,m, Z_n+1,m+1에는 결국 2,6, 3의 밝기를 얻을 수 있다.

이상의 예에서는, 8계조의 표시가 가능하지만, 더욱 많은 펄스신호를 가하는 것에 의해 보다 고계조가 가능하다. 예를 들면, 1주기중에, 다시 각 X선에 5회의 펄스를 가하여, 각 Y선에는 8×480=3840의 정보신호를 인가하는 것에 의해 256계조의 고계조 표시를 달성할 수 있다.

또한, 제1도의 예에서는, 화소에 인가되는 전압의 지속시간은, 최초 T₁, 다음이 2T₁, 그 다음이 4T₁이라고 하는 거와 같이 등비수열적으로 증대하도록 배열한 예를 나타냈지만, 이것은, 예를 들면, 제3도와 같이, 최초로 T₁, 다음에 8T₁, 그 다음이 2T₁, 최후로 4T₁으로 해도 좋다. 제3도와 같이 구동하기 위한 신호의 예를 제4도에 나타낸다. 제2도의 경우와 동일하게, 1화면단 X선에 가해지는 펄스의 수는 3개이지만, 각 펄스간의 시간은, 최초가 T₁, 다음이 4T_1,최후가 2T₁이라는 순서로 되어 있다. 이와같이 하여, 예를 들면, 화소 Zn, m, Zn,m+1, Zn+1,m, Zn+1,m+1에는, 각각, 3, 4, 6, 5의 밝기를 얻을 수 있다.

또한, 제3도 혹은 제4도와 같이, 장단의 펄스를 조합한 표시방법을 채용하는 것에 의해, 데이터 전송의 동작을 용이하게 행할 수 있다. 이하에서는, 데이터의 전송도 포함한 주변 회로의 구성을 나타내어 설명한다.

제14도는, 본 발명을 실시하기 위한 표시장치 본체와 그 주변 회로의 모양을 나타내고 있다. 설명을 간단히 하기 위해 화면의 매트릭스 크기는 8×8의 작은 것으로 했다.

본 발명이 특징으로 하는 점은 Y선의 드라이버 외부에 퍼스트 인 퍼스트 아우트(first in first out) 메모리 장치(이하 FIFO라 한다)를 부가한 것이다. 즉, 이 FIFO에 의해, Y선에 공급되어야 할 데이터를 일시 저장하고, 그후 Y선, 즉, 표시장치에 출력한다는 것이다. 또한, 종래는, Y선에 인가되는 데이터는 아날로그 신호였으나, 본 발명에서는 디지털 신호이다.

역으로 말하면, 신호를 디지털화하는 것이 가능했기 때문에, FIFO를 부가할 수 있었다고도 말할 수 있다. 이와 같이, FIFO를 부가하는 것에 의해 신호의 흐름을 평균화할 수 있고, 따라서, 제14도의 시프트 레지스터 이전의 구동회로의 부담을 경감할 수 있다.

구동회로의 부담이란, 다음과 같이 설명할 수 있다. 즉, 제4도의 Y선의 신호에 주목하면, 최초의 T₁의 사이에, Y선에는 480개의 정보 신호가 인가된다. 그러나, 다음의 4T₁의 사이에도, 480개의 정보 신호가 인가되나, 시간이 4배나 되었음으로, 밀도는 4분의 1이다. 또한, 그 다음의 2T₁의 사이의 신호의 밀도는 최초의 것이 절반이다. 이와 같이, 신호의 밀도에 고르지 못함이 있을 경우에는, 가장 고밀도의 경우를 기본으로 회로를 설계해야 한다. 따라서, 시프트 레지스터는 T₁의 사이에 480개의 신호를 처리하는 것이 요구된다.

그러나, 최초의 T₁과 다음의 4T₁의 데이터를 같이하여, 전송한 경우에는, 5T₁의 시간에 960개의 신호이므로, T₁당 192개의 데이터를 전송하면 되는 것이다. 그래서, FIFO를 설치하여, 데이터를 일시 저장하는 것에 의해 시프트 레지스터에 걸리는 부담을 경감할 수 있다. 이것은 예를 들어 말하면 댐과 같은 것이다. 일정 유량의 물이 댐에 흘러들어와, 댐에는, 항상 일정량의 물이 저장되어 있으므로, 하류의 수요에 맞추어서, 물을 다량으로 방출하거나, 조금씩 방출하거나 하는 자유로움이 있다.

더구나, 제14도에서는, 논리순서기(logic Sequeneer)에 의해, X선, Y선의 시프트 레지스터 및 FIFO의 타이밍을 세밀히 제어할 수 있도록 했다.

영상신호의 처리는 이하와 같이 예시된다. 예를 들면, 제15도에 나타내는 것과 같이, 통상의 아날로그 영상 신호는, 즉시 2진법 연산처리에 의해 디지털 신호가 된다. 예를 들면, 8비티(8자리수)의 디지털 신호로 한다. 이 예에서는, 예를 들면, 아날로그 신호의 10은, 00011001, 20은 00110011, 100은 11111111이라 식으로 변환된다. 8비트함으로써, 2⁸=256계조의 표시가 가능하게 된다. 동일하게, 64계조가 필요한 경우에는 6비트, 16계조가 필요한 경우에는 4비트의 신호가 변환한다. 또한, 128계조가 필요한 경우에는 7비트(7자리수)의 신호로 변환한다.

다음으로, 이와 같이 변환된 신호는, 일시적으로 메모리에 축적된다.

그러나, 이 때의 각 데이터는 8비트의 일괄 데이터로서 축적되는 것은 아니고, 8비트의 각 자리수별로 2⁰, 2¹, 2², 2³, 2⁴, 2⁵, 2⁶, 2⁷의 합계 8개의 분배된 데이터, 즉, #0, #1, #2, #3, #4, #5, #6, #7이라는 평면적인 데이터로서, 계조표시용 계조별 메모리에 분배되어 저장된다. 혹, 매트릭스의 제1행 제2열의 데이터를 알고 싶다면, #0~#7비트의 각 데이터의 각각 제1행 제2열을 보면 된다. 이 경우에는, #7로부터 순차로, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 1이라는 데이터가 저장되어 있다. 따라서, 계조데이터는 00011001이며, 10진법으로 아날로그 변환하면, 10이라는 숫자로 된다.

이와 같이 하여, 저장된 데이터는, 다음 제16도에 나타내는 것과 같이, #0비트의 제1행에서부터 순차로 다음 단의 장치에 전송된다.

8행까지 전송되면, 이번에는 #7비트의 제1행에서부터 순차로 전송된다.

#7비트의 전송이 종료되면, 제17도에 나타내는 것과 같이, 이하 (#1, #6), (#2, #5), (#3, #4)와 같이 전송된다. 이 전송의 순서는, 이 역순으로 해도 좋고, 또한, (#0, #7), (#6, #1), (#2, #5), (#4, #3)이라고 하는 순번이어도 좋다. 하여튼 이들의 데이터 전송의 조합으로, 화상출력의 밀도가 가장 높아지는 것은, 후에 나타내는 것과 같이 #3와 #4의 데이터 출력시이므로, 기타의 조합이, 이 조합보다도 낮은 밀도가 되는 것이라면, 특별히 문제는 없다.

또한, 128계조의 경우에는, 신호는 #0으로부터 #6의 7비트이므로 2개의 자리수의 신호를 조합할 수 없다. 이경우에는, 모조(dummy)로서, 영상신호를 포함하지 않는 자리수를 따로 설치하고, 이것을 예를 들면, #7으로서 취급하고, 외관상, 8비트의 경우와 동일하게 하여도 좋다. 또한, 예를 들면, #6, (#0, #5), (#1, #4), (#2, #3)라고 하는 것과 같이, #6는 단독으로, 나중에 적당히 조(組)를 만들어도 좋다.

상기와 같이 조를 만들지 않고, 예를 들면, #0, #1, #2, …라고 하는 것과 같이 단순히 데이터를 전송했다고 한다면, 제2도에 나타낸 것과 같은 신호출력이 되어, 출력밀도가 높은 데이터와 낮은 데이터를 조합하여 평균화하고, 밀도를 낮게 유지한다고 하는 기술사상은 실현할 수 없다. 그러나, 후단의 처리속도가 데이터의 전송속도에 대하여 충분히 고속이면 문제는 없다.

그리고, 이와 같이 전송된 데이터는 시프트 리지스터에 의해 Y선의 각 열에 분배되어, FIFO에 입력된다. FIFO에서는, 먼저 입력된 데이터가, 순서대로 먼저 보내져, 순차적으로 LCD 드라이버에 보내져 각 Y선에 출력된다. 이 모양은 제18도에 나타내고 있다. 먼저 순차적으로 보내진다고 기술했는데, 그 속도는 일정치 이다. 제18도 예에서는 #0bit의 데이터가 보내진 후, #7bit의 데이터가 보내지고, 잠시 시간을 두고, #1bit의 데이터가 보내진다. 이 모양을 제19도 나타낸다.

제19도에서는 SL 0~7로 나타내는 X선의 신호와 DL 0~7로 나타내는 Y선의 신호, 및 Y선으로의 데이터 전송 모양이 나타나 있다. 최초, #0의 데이터가 Y선에 출력되고 있을 때에는, #7과 #1의 데이터가 FIFO에 저장되고 있다. #0의 출력은 시간 T에서 종료되고, 계속하여 #7이 출력되는데, 그것도 시간 T에서 종료된다.

그리고 #7의 데이터는, 시간 127T의 사이에, 화면 매트릭스상에 유지된다. 이 #0와 #7이 출력되고 있는 시간에 #6과 그것에 계속하여 #2의 데이터가 시프트 리지스터를 경유하여 FIFO에 입력된다. 그것에 요하는 시간은 각각 12T, 계 24T이다.

따라서, #1의 데이터가 출력된 때에는, #6의 데이터 12분의 1이, FIFO에 입력된데 지나지 않고, #7의 데이터가 출력된 때라도 #6의 데이터 입력의 6분의 1이 완료된 것에 지나지 않는다. 이들의 데이터 입력에는 #7의 데이터가 화면상에 표시되어 있고, LCD드라이버가 움직이고 있지 않은 시간이 주로 사용된다. 이것으로서 분명한 것과 같이 FIFO 전단계의 회로(예를 들면, 시프트 레지스터나 계조표시용 각 계조별 메모리)는, LCD드라이버보다도 저속으로 동작할 수 있으므로, 그 부담은 가볍다.

그후, #1의 데이터가출력되고, 데이터 출력완료후, 시간 T를 두고, #6의 데이터가 출력된다. 그리고, #1의 데이터가 출력됨으로써 FIFO에 틈이 생기므로, 다음의 #5와 #3의 데이터가 입력된다. 이 입력에 요하는 시간은, #6와 #2의 데이터 입력에 요하는 것과 동일하게, 24T이다.

이렇게 하여, #3 및 #4의 데이터가 FIFO에 입력되고, LCD 드라이버로부터 출력되어, 1주기가 완료되고, 이것에 의해 256계조표시의 1화면이 형성된다. 이상과 같이, FIFO로의 데이터의 입력시간은 1비트당, 12T였으나, 이것은, #3 및 #4의 데이터 출력시간에 의해 결정되는 것이다. 즉, 도면에 나타낸 바와 같이 FIFO에 저장되어 있던 #3의 데이터가 시간 T에서 출력된 후, 7T의 시간동안 유지되고, 계속해서, #4의 데이터가 시간 T에서 출력된 후, 15T의 시간동안 유지된다. 이 기간은 24T의 시간이다. 이 시간은, 다른 어떠한 조합의 데이터 유지시간보다도 짧다. 따라서, 이 사이에, #7의 데이터와 #1의 데이터를 FIFO에 입력하지 않으면 안됨으로 FIFO로 데이터를 전송하는 속도의 최대치는, 1비트당, 12T로 결정된다. 물론, 보다 단시간에 데이터를 전송해도 무관하다.

이상의 설명에서는, FIFO는 24×8비트의 것이었으나, 이것은, 표시장치의 매트릭스의 규모에 의해, 결정되고, N×M이라면, 3×N×M이다.

이상의 설명에서 분명한 것과 같이, 고계조표시에서는, 시간 분할을 세밀하게 행할 필요가 있음으로, 액티브소자(TFT)나 시프트 레지스터, LCD 드라이버, FIFO 등의 회로는, 극히 고속의 스위칭이 필요하게 된다. 예를 들면, 256계조를 실현하는데도, 동작화면은 매초 30매 이상 계속 내보낼 필요가 있음으로, 256₁T〈30msec 즉, T₁〈100㎲ec이다. 따라서, 예를 들면, X선(게이트 전극에 접속되어 있음)이 480열의 경우에는, 각 Y선에는 100㎲ec의 기간동안 480개의 신호가 출력되고, 또한, 각 X선도 그 속도에 맞추어 TFT를 구동할 필요가 있으므로, 결국, 200nsec 이하의 펄스가 인가되고, TFT도 그와 같은 펄스에 응답할 수 있는 것이 필요하다. 제5도의 예에서는, NMOS의 TFT만을 이용하였으나, 동작 속도를 올릴 목적으로, CMOS 회로를 갖은 회로를 화소에 접속해도 좋다.

예를 들면, CMOS 인버터(inverter)호로, CMOS 변형 인버터회로, CMOS 변형 버터(buffer)호로, 혹은 CMOS 변형 트랜스퍼게이트회로 등을 이용해도 무관하다.

더구나, 이상의 설명에서는, 1화면 마다에, 혹은 수개의 화면 마다에 주기적으로 액정에 걸리는 전압의 방향을 반전시켜, 액정에 직류전압이 장시간 인가됨으로써 전기분해 등에 의한 액정의 열화를 방지하는, 소위 교류화에 대해서는, 아무런 기술을 하지 않았지만, 본 발명과 모순되는 것은 아니므로, 교류화를 행하여 본 발명을 실시해도 무관한 것은 분명하다.

이상의 설명에서는, 설명을 알기 쉽게 하기 위해, 신호를 비전압 상태와 전압상태로 명확히 구별했지만, 이것은, 액정이나 TFT의 한계치 전압 이하인가, 혹은 이상인가 하는 문제 뿐임으로, 완전히 제로(zero)일 필요는 없다. 또한 펄스의 폭이나 높이, 극성등은 장치의 동작 조건에 의해 선택되는 것이라는 것은 말할 것도 없다.

또한, 화소의 대향전극에 적절한 바이어스 전압을 인가함으로써, 화소재료에 걸리는 실질적인 전압을 변화시키는 것이 가능하다.

예를 들면, 화소의 대향전극은, 적절한 전압을 인가하는 것에 의해, 화소재료에 인가되는 전압의 방향을 정부(＋,－)양쪽을 취하도록 할 수도 있다. 이와 같은 조작은, 예를 들면, 가유전성 액정에 있어서는 필요하다.

또한, 이상의 설명에서는, 화면은 1행식 순서대로 주사되어 갔지만, 1행 혹은 복수행을 걸러 주사하는 소위 건너뛰는 주사법을 채용하는 것도 가능한 것은 말할 것도 없다.

이하에, 본 발명을 실시하는데 필요한 TFT의 제작방법, 및 본 발명을 사용한 NTSC방식의 텔레비젼에 대하여 실시예를 들어 설명한다.

[실시예 1]

본 실시예에서는 제5도에 나타낸 바와 같은 회로구성을 이용한 액정표시장치를 이용하여, 벽걸이 텔레비젼을 제작하였으므로, 그것을 설명을 한다. 또한 그 때의 TFT는 레이저 아닐을 이용한 다결정 실리콘으로 했다. 이 회로구성에 대응하는 실제의 전극등의 배치구성을 1개의 화소에 대하여, 제6도에 나타내고 있다. 우선, 본 실시예에서 사용하는 액정 패널의 제작방법을 단면에 대해서는 제7도를, 평면에 대해서는 제8도를 이용하여 설명한다. 제7도(a)에 있어서, 석영유리 등의 고가가 아닌 700℃ 이하, 예를 들면 약 600℃의 열처리에 견딜수 있는 유리(50)상에 마그네트론 RF(고주파) 스퍼터법을 사용하여 블록킹층(51)으로서의 산화구소막을 1000~3000A의 두께로 제작한다.

공정조건은 산소 100%분위기, 성막온도 15℃, 출력 400~800W, 압력 0.5Pa로 했다. 타켓으로 석영 또는 단결정 실리콘을 이용한 성막속도는 30~100A/분이었다.

이 위에 플라즈마 CVD법에 의해 규소막(52)을 제작했다. 성막 온도는 250~ 350℃로 행하고 본 실시예에서는 320℃로 하여, 모노시란(SiH₄)을 이용했다. 모노시란(SiH₄)에 한정되지 않고 디시란(Si₂H₆) 또한 트리시란(Si₃H₈)을 이용해도 좋다. 이것들을 PCVD장치내에 3Pa의 압력으로 도입하여, 13.56MHz의 고주파 전력을 가하여 성막했다. 이때, 고주파 전력은 0.02~0.10W/㎤가 적당하며, 본 실시예에서는 0.055W/㎤를 이용했다. 또한, 모노시란(SiH₄)의 유량은 20SCCM으로 하고, 그 때의 성막 속도는 약 120A/분이었다. 실리콘막은 순수한 진성반도체이라도, 또한 붕소를 디보란을 이용하여 1×10¹⁵~1×10¹⁸㎝^-3의 농도로 성막중에 첨가해도 좋다. 또한 TFT의 채널영역이 되는 실리콘층의 성막에는 이 플라즈마 CVD만이 아니고, 스퍼터법, 감압 CVD법을 이용해도 좋고, 이하에 그 방법을 간단히 기술한다.

스퍼터법을 행할 경우, 스퍼터 전의 배압을 1×10^-5Pa 이하로 하고, 단결정 실리콘을 타겟으로 하여, 알곤에 수소를 20~80% 혼입한 분위기에서 행하였다. 예를 들면 아르곤 20%, 수소 80%로 했다. 성막온도는 150℃, 주파수는 13.56MHz, 스퍼터 출력은 400~800W, 압력은 0.5Pa였다.

감압기상법으로 형성하는 경우, 결정화 온도보다도 100~200℃ 낮은 450~ 550℃, 예를 들면 530℃로 디시란(Si₂H₆)을 또는 트리시란(Si₃H₈)을 CVD 장치에 공급하여 성막했다. 반응로내 압력은 30~300Pa로 했다. 성막속도는 50~250A/분이었다.

이들 방법에 의해 형성된 피막은, 산소가 5×10²¹㎝^-3이하인 것이 바람직하다. 결정화를 촉진시키기 위해서는, 산소농도를 7×10¹⁹㎝^-3이하, 바람직하게는 1×10¹⁹㎝^-3이하로 하는 것이 바람직하지만, 너무 적으며, 백라이트에 의해 오프상태의 리크 전류가 증가해 버리므로, 이 농도를 선택했다. 이 산소농도가 높으면, 결정화시키기 어렵고, 레이저 아닐 온도를 높게 또는 레이저 아닐 시간을 길게 하지 않으면 안된다. 수소는 4×10²⁰㎝^-3이고, 규소 4×10²²㎝^-3으로서 비교하면 1원자%였다.

또한, 소스, 드레인에 대하여 보다 결정화를 촉진시키기 위해, 산소 농도를 7×10¹⁹cm^-3이하, 바람직하게는 1×10¹⁹cm^-3이하로 하고, 픽셀구성하는 TFT의 채널형성 영역에만 산소를 이온주입법에 의해 5×10²⁰~5×10²¹cm^-3되도록 첨가해도 좋다.

상기 방법에 의해, 아모르퍼스 상태의 규소막을 500~5000A, 본 실시예에서는 1000A의 두께로 성막했다. 그 후, 포토레지스트(53)를 제1의 마스크 ①을 이용하여 소스ㆍ드레인 영역만 개공한 패턴을 형성했다. 그 위에, 플라즈마 CVD법에 의해 n형의 활성층이 되는 규소막(54)을 제작했다. 성막온도는 250~350℃로 행하고, 본 실시예에서는 320℃로 하여, 모노시란(SiH)과 모노시란 베이스의 포스핀(PH) 3% 농도의 것을 이용했다. 이들을 PCVD 장치내에 5Pa의 압력으로 도입하고, 13,56MHz의 고주파전력을 가하여 성막했다. 이때, 고주파 전력은 0.05~0.20W/㎤이 적당하며, 본 실시예에서는 0.120W/㎤을 이용했다.

이 방법에 의해 완성된 n형 실리콘 층의 비도전율을 2×10^-1[cm^-1]정도가 되었다. 막 두께는 50A로 했다. 이와 같이 하여, 제7도(a)를 얻었다. 그 후 리프트 오프법을 사용하여, 레지스트(53)을 제거하고, 소스ㆍ드레인 영역(55), (56)을 형성했다. 이와 같이 하여 제7도(b)를 얻었다.

그 후, 제7도(c)에 나타내는 것과 같이 XeCI엑시머 레이저를 이용하여, 소스ㆍ드레인ㆍ채9널영역을 레이저 아닐함과 동시에, 활성층에 레이저 도핑을 행하였다. 이 때의 레이저 에너지는, 한계치 에너지가 130mJ/㎤으로, 막 두께 전체가 용융하는데는 220mJ/㎤가 필요하게 된다. 그러나 최초부터 220mJ/㎤ 이상의 에너지를 조사하면, 막중에 포함되는 수소가 급격히 방출됨으로, 막의 파괴가 일어난다. 그 때문에 저 에너지로 우선에 수소를 제거한 후에 용융시킬 필요가 있다. 본 실시예에서는 최초 150mJ/㎤으로 수소를 제거한 후, 230mJ/㎤로 경정화를 행하였다.

그 후, 제2마스크 ②를 사용하여 규소막(52)을 에칭 제거하고, N 채널형 박막 트랜지스터용 섬 형상 영역(63)을 형성했다. 다시, 이 위에 산화규소막(64)을 게이트 절연막으로서 500~2000A, 에를 들면 1000A의 두께로 형성했다. 이것은 블록킹층으로서의 산화규소막의 제작과 동일조건으로 했다. 이 성막중에 불소를 소량 첨가하여, 나트륨 이온의 고정화를 시켜도 좋다

이 후, 이상측에 인이 1~5×10²¹cm^-3의 농도로 첨가된 실리콘막 또는 이 실리콘막과 그 위에 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), MoSi₂또는 WSI₂와의 다층막을 형성했다. 이것을 제3포토마스크 ③에서 패터닝하여 NTFT용의 게이트 전극(66)을 얻었다.(제7도(d)). 게이트 전극의 크기로서는, 예를 들면 채널 길이 7㎛로 하고, 게이트 전극의 구성으로서 인첨가규소를 두께 0.2㎛, 그 위에 몰리브덴을 두께 0.3㎛로 했다.

동시에, 제8도(a)에 나타내는 것과 같이, 게이트 배선(65)과 그것에 병행하여 배치된 배선(68)도 패터닝했다.

또한, 게이트 전극재료로서는, 상기 재료이외에, 예를 들면 알루미늄(Al)도 사용할 수 있다. 알루미늄을 이용한 경우에는, 이것을 제3포토마스크 ③에서 패터닝 후, 그 표면을 양극산화하는 것으로, 셀프어라인(self-align) 공법이 적용 가능하기 때문에, 소스ㆍ드레인의 콘택트홀을 보다 게이트에 가까운 위치에 형성할 수 있음으로, 이동도, 드레시홀드 전압을 낮춤으로써 더욱 TFT의 특성을 향상시킬 수 있다.

이렇게 하면, 400℃이상으로 모든 공정에 온도를 가하는 일 없이 C/TFT를 만들 수 있다. 그 때문에 기판재료로서, 석영 등의 고가의 기판을 이용하지 않아도 좋아, 본 발명의 대화면의 액정 표시장치에 극히 적합한 공정이라고 할 수 있다.

또한, 층간절연물(69)을 상기한 스퍼터법에 의해 산화규소막의 형성으로 행하였다. 이 산화규소막의 형성은 LPCVD법, 광 CVD법, 상압 CVD법을 이용해도 좋다. 예를 들면 0.2~0.6㎛의 두께로 형성하고, 그 후, 제4포토마스크 ④를 이용하여 전극용의 창(79)을 형성했다. 그 후, 다시, 이들 전체에 알루미늄을 0.3㎛의 두께로 스퍼터법에 의해 형성하고 제5포토마스크 ⑤를 이용하여 리드(74) 및 콘택트(73)를 제작했다. 이렇게 하여 제7도(e)를 얻었다.

평면적으로는 제8도(b)와 같이 된다.

그 후, 표면을 평탄화용 유기수지(77), 예를 들면 투광성 폴리이미드 수지를 도포형성하고, 다시 전극구멍뚫기를 제6포토마스크 ⑥으로 행하였다. 다시 이들 전체에 ITO(인듐 산화주석)을 0.1㎛의 두께로 스퍼터법에 의해 형성하고 제7포토마스크 ⑦을 이용하여 화소 전극(71)을 형성했다. 이 ITO는 실온~150℃에서 성막하고, 200~400℃의 산소 또는 대기중의 아닐에 의해 성취했다. 이렇게 하여, 제7도(P)를 얻었다. 평면적으로는 제8도(c)와 같이 된다.

제8도(c)의 A-A' 단면도를 제8도(d)에 나타낸다. 실제로는, 이위에 액정재료를 넣고, 대향전극이 설치되어, 도면에 나타내는 것과 같이 대향전극과 전극(71)의 사이에 정전용량이 발생한다. 그것과 동시에 배선(68)과 전극(71)의 사이에도 정전용량이 발생한다. 그리고, 배선(68)을 대향전극과 동 전위에 유지하는 것에 의해, 제5도에 나타낸 것과 같이, 액정화소에 병렬로 용량이 삽입된 회로를 구성할 수 있다. 특히 본 실시예와 같이 배치함으로써, 배선(68)은 게이트 배선(65)과 평행함으로, 그 배선간의 기생용량이 적고, 따라서, 게이트 배선을 통하는 신호의 약화나 지연을 줄이는 효과가 있다.

또한, 이와 같이 하여 형성된 배선(68)은, 접지하여 사용되는 경우에는, 각 매트릭스의 끝단에 설치되는 보호회로의 접지선으로서 사용할 수 있다. 보호회로는, 제11도에 나타내는 것과 같이, 주변의 구동회로와 화소의 사이에 설치되고, 제12도 및 제13도로 나타내는 것과 같은 회로를 말한다. 어느 것이나 화소의 배선에 과다한 전압이 걸리면 ON상태가 되어, 전압을 제거하는 작용을 갖는다. 이들 보호회로는, 실리콘과 같이 도핑된, 혹은 도핑되어 있지 않은 반도체 재료나, ITO와 같은 투명도전재료, 혹은 통상의 배선재료를 이용하여 구성된다. 따라서, 화소의 회로를 형성할 때 동시에 형성하는 것이 가능하다.

이 점은, 예를 들면, 제12도의 각 보호회로가 NTFT나 PTFT, 혹은 그것들을 합친 C/TFT로 구성되어 있는 것으로 분명해진다.

또한 제13도의 보호회로는 TFT는 사용되고 있지 않지만, 다이오드는, 예를 들면 PIN 접합에 의해 구성되고, 또한, 특히 제너(zener) 특성을 중시하는 다이오드는 NIN, PIP, NPN, PINIP, NIPIN라고 하는 구조를 갖고, 일일이 설명하지 않아도, 본 실시예에서 나타낸 제작방법을 원용함으로써 제작될 수 있음은 명백하다.

이상과 같이 하여 얻어진 TFT의 전기적인 특성은, 이동도는 80㎤/Vx, Vth는 5.0V였다. 상기와 같은 방법에 의해, 액정 전기광학장치용의 한쪽의 기판을 얻을 수 있었다. 이 액정표시장치의 전극등의 배치모양을 제6도에 나타내고 있다. 이러한 구조를 좌우, 상하로 반복하는 것에 의해, 640×480, 1280×960이라고 하는 대화소의 액정표시장치로 할 수 있다. 본 실시예에서는 1920×400으로 했다. 이와 같이 하여 제1의 기판을 얻었다.

다른 쪽 기판의 제작방법은 제10도에 나타낸다. 유리기판상에 폴리이미드에 흑색 안료를 혼합한 폴리이미드 수지를 스핀코트법을 이용하여 1㎛의 두께로 성막하고, 제8포토마스크 ⑧를 사용하여 블랙스트립(black strip)(81)을 제작한다. 그 후, 적색 안료를 혼합한 폴리이미드 수지를 스핀코트법을 이용하여 1㎛의 두께로 성막하고, 제9의 포토마스크 ⑨를 사용하여 적색필터(83)를 제작했다. 동일하게 마스크 ⑩, ⑪를 사용하여, 녹색필터(85) 및 청색필터(86)를 제작했다.

이들의 제작중 각 필터는 350℃로 질소중에서 60분간 소성했다. 그 후 역시 스핀코트법을 이용하여 레벨링층(89)을 투명 폴리이미드를 이용하여 제작했다.

그 후, 이들 전체에 ITO(인듐산화주석)을 0.1㎛의 두께로 스퍼터법에 의해 형성하고 제12포토마스크 ⑫를 이용하여 공통전극(90)을 형성했다. 이 ITO는 실온~150℃로 성막하고, 200~300℃의 산소 또는 대기중의 아닐에 의해 성취하여, 제2의 기판을 얻었다.

상기 기판상에, 옵셋법을 이용하여, 폴리이미드 전구체를 인쇄하여, 비산화성 분위기, 예를 들면 질소중에서 350℃ 1시간 소성했다. 그 후, 공지의 러빙법을 이용하여, 폴리이미드 표면을 개질하고, 적어도 초기에 있어서, 액정 분자를 일정방향으로 배향시키는 수단을 설치했다.

그 후, 상기 제1의 기판과 제2의 기판에 의해, 네머틱 액정 조성물을 넣고, 주의를 에폭시성 접착제로 고정했다. 기판상의 리드에 TAB 형상의 구동 IC와 공통신호, 전위배선을 갖는 PCB를 접속하고, 외측에 편광판을 붙여, 투과형의 액정 전기광학장치를 얻었다. 이것과 냉음극관을 3개 배치한 후부 조명장치, 텔레비젼 전파를 수신하는 튜너를 접속하여, 벽걸이 텔레비젼으로 완성시켰다.

종래의 CRT 방식의 텔레비젼과 비교하여, 평면형상의 장치가 되었음으로, 벽등에 설치할 수도 있게 되었다. 이 액정 텔레비젼의 동작은 제2도에 나타낸 것과, 실질적으로 동등한 신호를 액정화소에 인가함으로써 8계조표시가 가능함이 확인되었다. 이 때, T=4msec, X선 및 Y선의 펄스폭(혹은 최소 펄스 폭)은, 각각, 5㎲ec, 8㎲ec로 했다.

[실시예 2]

본 실시예에서는 제5도에 나타내는 것과 같은 회로구성을 이용한 액정 표시장치를 이용하여, 벽걸이 텔레비젼을 제작하였기에, 그것에 대해 설명을 한다. 또한 그때의 TFT는 레이저 아닐을 이용한 다결정 실리콘으로 했다.

이하에서는, TFT 부분의 제작방법에 대하여 제9도에 의해 기술한다. 제9도(a)에 있어서, 석영 유리 등의 고가가 아닌 700℃이하, 예를 들면 약 600℃의 열처리에 견딜 수 있는 유리(100) 상에 마그네트론 RF(고주파)스퍼터법을 이용하여 블록킹층(101)으로서의 산화 규소막을 1000~3000A의 두께로 제작한다. 공정조건은 산소 100% 분위기, 성막온도 15℃, 출력 400~800W, 압력 0.5Pa로 했다. 타켓으로 석영 또는 단결정 실리콘을 이용한 성막속도는 30~100A/분이었다.

이 위에 플라즈마CVD법에 의해 규소막(102)를 제작했다. 성막 온도는 250~350℃로 행하고, 본 실시예에서는 320℃로 하여, 모노시란(SiH₄)을 이용했다. 모노시란(SiH₄)에 한정되지 않고, 디시란(Si₂H₆) 또는 트리시란(Si₃H₈)을 이용해도 좋다. 이들은 PCVD장치내에 3Pa의 압력으로 도입하고, 13.56MHz의 고주파 전력을 가하여 성막했다. 이때, 고주파 전력은 0.02~0.10W/㎤이 적당하고, 본 실시예에서는 0.055W/㎤를 이용했다. 또한, 모노시란(SiH₄)의 유량은 20SCCM로 하고, 그때의 성막속도는 약 120A/분이었다.

이 규소막은 진성반도체이라도, 또한, 붕소를 디보란을 이용하여 1×10¹⁵~1×10¹⁸cm^-3의 농도로서 성막중에 첨가해도 좋다. 또한 TFT의 채널영역이 되는 실리콘층의 성막에는 이 플라즈마 CVD만이 아니고, 스퍼터법, 감압 CVD법을 이용해도 좋고, 이하에 그 방법을 간단히 기술한다.

스퍼터법으로 행하는 경우, 스퍼터전의 배압을 1×10^-5Pa이하로 하여, 단결정 실리콘을 타겟으로 하여, 알곤에 수소를 20~80% 혼입한 분위기로 행하였다. 예를 들면 아르곤 20%, 수소 80%로 했다. 성막온도는 150℃, 주파수는 13.56MHz, 스퍼터 출력은 400~800W, 압력은 0.5Pa였다.

감압기상법으로 형성하는 경우, 결정화 온도보다도 100~200℃ 낮은 450~ 550℃, 예를 들면 530℃로 디시란(Si₂H₆) 또는 트리시간(Si₃H₈)을 CVD장치에 공급하여 성막했다. 반응로내 압력은 30~300Pa로 했다. 성막속도는 50~250A/분이였다.

이들의 방법에 의해 형성된 피막은, 산소가 5×10²¹cm^-3이하인 것이 바람직하다. 결정화를 촉진시키기 위해서는, 산소농도를 7×10¹⁹cm^-3이하, 바람직하게는 4×10¹⁹cm^-3이하로 하는 것이 바람직하지만, 너무 적으면, 백 라이트에 의해 오프상태의 리크 전류가 증가해 버리므로, 이 농도를 선택했다. 이 산소 농도가 높으면, 결정화시키기 어렵고, 레이저 아닐 온도를 높게 또는 레이저 아닐 온도를 높게 또는 레이저 아닐시간을 길게하지 않으면 안된다. 수소는 4×10²²cm^-3으로 하여 비교하면 1원자%였다.

또한, 소스, 드레인에 대하여 보다 결정화를 촉진시키기 위해, 산소 농도를 7×10¹⁹cm^-3이하, 바람직하게는 1×10¹⁹cm^-3이하로 하고, 픽셀구성하는 TFT의 채널형성영역에만 산소를 이온 주입법에 의해 5×10²⁰~5×10²¹cm^-3이 되도록 첨가해도 좋다. 상기 방법에 의해, 아모르퍼스 상태의 규소막을 500~5000A, 본 실시예에서는 1000A의 두께로 성막했다.

그 후, 포토레지스터(103)를 마스크 ①를 이용하여 NTFT의 4×10¹⁹cm^-3영역이 될 영역만 개공한 패턴을 형성했다. 그리고 레지스트(103)를 마스크로 하여, 인 이온을 이온주입법에 의해, 2×10¹⁴~5×10¹⁶cm^-2바람직하게는 2×10¹⁶cm^-2만을 주입하여, n형 불순물 영역(104)을 형성했다. 그 후, 레지스트(103)는 제거되었다. 그 후, 9도(b)에 나타내는 것과 같이, 규소막(102)상에, 두께 50~300nm, 에를 들면 100nm의 산화규소피막(107)을 상기의 RF 스퍼터법에 의해 형성했다. 그리고 XeCI 엑시머 레이저를 이용하여, 소스ㆍ드레인ㆍ채널 영역을 레이저 아닐에 의해, 결정화ㆍ활성화 했다.

이 때의 레이저 에너지는, 한게치 에너지가 130mJ/㎤로, 막 두께 전체가 용융하는데는 220mJ/㎤가 필요하지만, 최초부터 220mJ/㎤ 이상의 에너지를 조사하면, 막중에 포함되는 수소가 급격히 방출됨으로, 막의 파괴가 일어난다. 그 때문에 저 에너지로 우선 수소를 제거한 후 용융시킬 필요가 있다. 본 실시예에서는 최초 150mJ/㎤로 수소를 제거한 후, 230mJ/㎤로 결정화를 행하였다.

또한, 레이저 아닐 종료후는 산화 규소막(107)은 제거되었다.

또한, 이 결정화는, 그밖의 열아닐법에 의해 행하는 것도 가능하다.

그 때에는 450~700℃의 온도, 바람직하게는 550~600℃의 온도로 12~70시간, 예를 들면 24시간, 비산화성 분위기, 예를 들면, 수소 혹은 질소 분위기로 가열처리를 행하면 좋다.

그 후, 포토마스크 ②에 의해 섬형상의 NTFT 영역(111)을 형성했다.

이 위에 산화규소막(108) 게이트 절연막으로서 500~2000A 예를 들면 1000A의 두께로 형성했다. 이것은 블록킹층으로서의 산화규소막의 제작과 동일조건으로 했다. 이 성막중에 불소를 소량 첨가하여, 나트륨 이온의 고정화를 시켜도 좋다.

이 후, 이 위쪽에 인이 1~5×10²¹cm^-3의 농도에 첨가된 실리콘막 또는 이 실리콘막과 그 위에 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), MoSi₂또는 WSi₂와의 다층막을 형성했다. 이것을 제3포터마스크 ③에서 피터닝하여, 제9도(d)에 나타내는 것과 같이, NTFT용의 게이트 전극(109)을 형성했다. 예를 들면 채널길이 7㎛, 게이트 전극으로서 인첨가규소 0.2㎛, 그 위에 몰리브덴을 0.3㎛의 두께로 형성했다.

도면에는 나타나 있지 않지만, 실시예 1의 경우와 동일하게 게이트 배선과 그것에 평행한 배선도 형성했다. 이 배선의 재료로서는, 상기의 재료 이외에도, 예를 들면 알루미늄(Al)을 사용하는 것도 가능하다.

알루미늄을 이용한 경우, 이것은 제3포토마스크 ③에서 패터닝 후, 그 표면을 양극 산화하는 것으로 셀프어라인 공법이 적용 가능함으로, 소스ㆍ드레인의 큰택트 홀을 보다 게이트에 가까운 위치에 형성할 수 있으므로, 이동도, 드레시 홀드전압을 낮춤으로서 더욱 TFT의 특성을 향상시킬 수 있다.

더구나, 제9도(e)에 있어서, 층간절연물(113)을 상기한 스퍼터법에 의해 산화규소막으로 형성하였다. 이 산화규소막의 형성은 LPCVD법, 광CVD법을 이용해도 좋다. 예를 들면 0.2~0.6㎛의 두께로 형성하고, 그 후, 제4포토마스크 ④를 이용하여 전극용의 창(117)을 형성했다. 그 후, 다시, 이들 전체에 알루미늄을 0.3㎛ 두께로 스퍼터법에 의해 형성하여 제5포토마스크 ⑤를 이용하여 리드(116) 및 콘택트(114)를 제작한 후, 표면을 평탄화용 유기수지(119), 예를 들면 투광성 폴리이미드 수지를 도포형성하여, 다시 전극구멍 뚫기를 제6포토마스크 ⑥에서 행하였다. 다시 이들 전체에 ITO(인듐 산화주석)을 0.1㎛의 두께로 스퍼터법에 의해 형성하고 제7포토마스크 ⑦를 이용하여 화소전극(118)을 형성했다. 이 ITO는 실온~150℃로 성막하고, 200~400℃의 산소 또는 대기중의 아닐에 의해 성취했다.

이상과 같이하여 얻어진 TFT의 전기적인 특성은 이동도는 90㎤/VS, Vth는 4.8V였었다.

상기와 같은 방법에 의해 액정 전기광학장치용의 한쪽 기판을 얻을 수 있었다. 다른쪽 기판의 제작방법은 실시예 1과 동일함으로 생략한다. 그 후, 상기 제1의 기판과 제2의 기판에 의해, 네머틱 액정조성물을 넣고 주의를 에폭시성 접착제로 고정했다. 기판상의 리드에 TAB 형상의 구동 IC와 공통신호, 전위 배선을 갖는 PCB를 접속하고, 외측에 편광판을 붙여, 투과형의 액정 전기광학장치를 얻었다. 이것과 냉음극관을 3개 매치한 후부 조명장치, 텔레비젼 전파를 수신하는 튜너를 접속하여, 벽걸이 텔레비젼으로 완성시켰다. 종래의 CRT방식의 텔레비젼의 동작은 제2도에 나타낸 것과, 실질적으로 동등한 신호를 액정 화소에 인가하으로써 128계조의 표시가 가능하다는 것이 확인되었다.

[실시예 3]

본 발명을 이용하여, 실제의 흑백ㆍ텔레비젼(NTSC)을 구동한 경우의 장치를 제20도 및 제21도, 제23도에, 구동신호의 예를 제22도 및 제24도에 나타낸다.

제20도는 텔레비젼의 화면 부분 및 그 주변회로를 나타내고 있으며, 화면의 매트릭스의 크기는 720×480이다. 따라서 FIFO는, 720×480×3=1036800비트이며, X선의 드라이버 및 시프트 레지스터는 480도트, Y선의 드라이버 및 시프트 레지스터는 720도트이다. 또한 Y선의 데이터 시프트 레지스터는 16비트×45의 것을 이용하였다. 이들의 타이밍은 LCD 계조구동배열 콘트롤러에 의해 제어했다.

화면의 매트릭스는, 폴리실리콘 TFT를 이용하여, CMOS(상보형 전계효과 소자) 트랜스퍼 게이트 회로를 이용했다. 그 4개의 화소에 관한 회로도를 제23도에 나타낸다. 제작에 있어서 통상의 저온열아닐 결정화법을 채용했다. 그 상세한 것에 대해서는 생략한다. 이와같은 회로를 효율적으로 고속동작시키는데는, 그 제어전극에 접속된 X선에는, 제24도에 나타내는 것과 같이, 극성이 반전되는 펄스신호(이하, 바이포울러ㆍ펄스라 한다)를 인가하면 된다.

이때, 바이폴울러 펄스 극성의 순서나 펄스의 높이, 펄스의 폭은 소자의 특성에 따라서 설계된다. 제24도에는, 트랜스퍼ㆍ게이트 회로의 동작예를 나타낸 것이지만, 기본적으로는, 바이포울러 펄스를 사용하는 것 이외에는, 통상의 NMOS형회로를 이용하는 경우와 같은 것이다.

제21도는, 텔레비젼의 신호처리부분의 블록도를 나타낸다. 통상의 아날로그 영상신호가, 동기 분리된 후, 아날로그ㆍ디지탈 변환기(A/D 8bit)에 의해, 8비트의 디지털 영상신호로 변환되고, 이 신호는, 계조표시용 계조별 데이터 메모리로서 기능하는 720도트×480도트×8도트의 이중(dual) 포트메모리에 일시 축적된 후, 제17도와 같은 순법으로, 차단의 FIFO(매트릭스 주변의 FIFO와는 다르다)에 보내져, 이 FIFO로부터 데이터셋트 시프트 레지스터를 경유하여 제20도의 Data 입력단자에 출력된다. 이들 주변회로에 대해서, 전부 모놀리딕(monolithic) IC를 이용하여, 드라이버 출력단자를 X선 및 Y선에 공지의 TAB법에 의해 접속했다.

그러나, 매트릭스의 주변회로, 특히 드라이버, FIFO, 시프트레지스터를 매트릭스와 동시에 폴리실리콘으로 제작하는 것도 가능하다. 그 경우에는, 다수의 X선, Y선의 접속이라는 공정이 필요치 않기 때문에 제품의 생산효율을 향상시켜, 가격을 낮출 수 있다.

회로에 가해지는 신호는 제22도에 나타낸다. X선에 가해지는 신호의 펄스폭은 135nsec로 했다. 데이터의 데이터 시프트 레지스터로의 전송에는 16비트 데이터 버스(bus)를 사용했기 때문에, 1비트당 데이터(720×480)의 전송에는 21600클록(CLOCK)의 펄스를 사용했다. 1비트당의 데이터 전송시간은780㎲ec으로 하고, 예를 들면, #6의 데이터와 #2의 데이터의 사이는, 3㎲ec만 신호를 가하지 않는 상태로 했다. 그 때문의 데이터의 주파수는 27.7MHz였다. 이상과 같이하여, 액정장치에서 256계조의 흑백영상을 얻을 수 있었다.

본 발명에서는, 종래의 아날로그 방식의 계조표시에 대하여, 디지털 방식의 계조표시를 행하는 것을 특징으로 하고 있다. 그 결과로서, 예를 들면 640×400도트의 화소수를 갖는 액정 전기광학장치를 상정한 경우, 합계 256,000개의 TFT 저체의 특성을 편차 없이 제작하는 것은, 매우 곤란하고, 현실적으로는 양산성, 생산효율을 고려하면, 16계조 표시가 한계로 생각되고 있는데 대하여, 본 발명과 같이, 전혀 아날로그적인 신호를 가하는 일 없이 순수하게 디지털 제어만으로 계조표시하는 것에 의해, 256계조표시 이상의 계조표시가 가능케 됐다. 완전한 디지털 표시이므로, TFT의 특성편차에 의한 계조의 어중간함은 완전히 없어지고, 따라서, TFT의 편차가 약간 있어도, 극히 균질한 계조표시가 가능하였다. 따라서, 종래에는 불균형이 적은 TFT를 얻기 위해 극히 생산효율이 좋지 않았음에 비해, 본 발명에 의해, TFT 특성의 편차가 그다지 문제가 되지 않게 되어, TFT의 생산효율이 향상되고 제작 코스트도 현저하게 억제할 수 있었다.

예를 들면 640×400도트의 256,000조의 TFT를 300㎟로 작성한 액정 전기광학장치에 대해 통상의 아날로그적인 계조표시를 행한 경우, TFT는 특성편차가 약 ±10% 존재함으로, 16계조표시가 한계였었다. 그러나, 본 발명에 의한 디지털 계조표시를 행한 경우, TFT 소자의 특성편차의 영향을 그다지 받지 않기 때문에, 256계조표시까지 가능하게 되어 컬러표시에서는 무려 16,777,216색이 다채로우며 미묘한 색채의 표시가 실현된다. 텔레비 영상과 같은 서재를 비추는 경우, 예를 들면 동일색으로 이루어진 「바위(岩)」라도 그 미세한 요철로 인해 미묘하게 색조가 서로 다르다. 이것을 자연의 색채에 가까운 표시를 행하고자 4한 경우, 16계조로는 곤란하다. 본 발명의 실시예에서는, 실리콘을 이용한 TFT를 중심으로 설명을 했지만, 게르마늄을 이용한 TFT도 동일하게 사용할 수 있다. 특히 단결정 게르마늄의 전자 이동도는 3600㎤/Vs, 홀이동도는 1800㎤/Vs로, 단결정 실리콘에 비해서 낮고, 저온 공정에 적합하다. 또한, 결정 성장시의 핵 발생율이 적고, 따라서, 일반적으로, 다결정성장시킨 경우에는 큰 결정이 얻어진다.

이와 같이 게르마늄은 실리콘 에 비해서도 손색이 없는 특성을 갖고 있다.

본 발명의 기술사상을 설명하기 위해서, 주로 액정을 이용한 전기광학장치, 특히 표시장치를 예로서 설명을 했으나, 본 발명의 사상을 적용하기 위해서는, 꼭 직시형의 표시장치일 필요는 없고, 소위 프로젝션형 텔레비젼이나 기타의 광스위치, 광셔터라도 좋다.

또한, 전기광학재료도 액정에 한정되지 않고, 전계, 전압등의 전기적인 영향을 받아서 광학적인 특성이 변화하는 것이면, 본 발명을 적용할 수 있는 것은 분명할 것이다. 또한, 액정의 동작형태에 있어서도, 이상의 설명에서 이용한 동작이외에, 다른 모드에서의 사용, 예를 들면 게스트 호스트 모드에서의 사용이라도, 본 발명이 적용되는 것은 분명할 것이다.

Claims (6)

1. 절연면을 가지고 있는 기판; 상기 절연면위에 형성된 하나 이상의 박막 트랜지스터; 상기 박막 트랜지스터 위에 형성된 산화규소로 이루어진 층간 절연막; 상기 층간 절연막위에 형성되어 있으며, 상기 층간 절연막에 형성되어 있는 콘택트홀을 통하여 상기 박막 트랜지스터에 전기적으로 연결되어 있는 전도성 피막; 상기 박막 트랜지스터, 상기 층간 절연멱과 상기 배선위에 도포 형성된 투광성 유기수지로 구성된 레벨링막; 및 상기 레벨링막위에 형성되어 있으며 상기 유기 수지막에 형성되어 있는 개공부를 통하여 상기 박막 트랜지스터에 연결되는 화소전극을 포함하며, 상기 개공부의 외주면에서 상기 유기 수지막의 가장자리가 원형인 것을 특징으로 하는 전기광학장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 화소전극은 투광성 전도성막인 것을 특징으로 하는 전기광학장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 투광성 전도성막은 인듐 산화주석으로 구성된 것을 특징으로 하는 전기광학장치
4. 제1항에 있어서, 상기 유기 수지막은 투광성 폴리이미드로 구성된 것을 특징으로 하는 전기광학장치.
5. 절연면을 가지고 있는 기재; 상기 절연면위에 형성된 하나 이상의 박막트랜지스터; 상기 박막 트랜지스터위에 형성된 산화규소로 이루어진 층간 절연막; 상기 층간 절연막위에 형성되어 있으며, 상기 층간 절연막에 형성되어 있는 콘택트 홀을 통하여 상기 박막 트랜지스터에 전기적으로 연결되어 있는 전도성 피막; 상기 박막 트랜지스터, 상기 층간 절연막과 상기 배선위에 도포 형성된 투광성 수지로 구성된 레벨링막; 및 상기 유기 수지막에 형성되어 있는 개공부를 통하여 상기 박막 트랜지스터에 연결되는 화소전극을 포함하며 상기 개공부의 직경이 상기 유기수지막의 최하층면보다 최상층면에서 더 큰 것을 특징으로 하는 전기광학장치.
6. 절연면을 가지고 있는 기판; 상기 절연면위에 형성된 하나 이상의 박막 트랜지스터; 상기 기판위에 도포형성된 투광성 유기 수지를 포함하고 상기 박막 트랜지스터를 덮고 있는 레벨링막; 및 상기 레벨링막위에 형성되어 있으며 상기 레벨링막에 형성되어 있는 개공부를 통하여 상기 박막 트랜지스터에 연결되는 화소전극을 포함하며, 상기 개공부의 외주면에서 사기 유기 수지막의 가장자리가 원형인 것을 특징으로 하는 전기광학장치.