JP3554563B2 - アクティブ型表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクティブ型表示装置、特に、アクティブ型電気光学装置、テレビ、壁掛けテレビに関するもので、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。
【０００２】
【従来の技術】
液晶組成物は、その物質特性から、分子軸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。
【０００３】
図２にネマチック液晶の電気光学特性を示す。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３０％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。
【０００４】
従来、ＴＦＴを利用した液晶電気光学装置の階調表示の場合、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、階調表示を行っていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＴＦＴを利用した液晶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加える。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３に示すような電圧電流特性を持っている。図３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。
【０００６】
ゲート電極に加える電圧をアナログ的に制御することで、ドレイン電流を制御することができ、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。
【０００７】
どちらの手法にしても、ＴＦＴの特性に大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０．３２Ｖ間で全ての階調表示を行なわねばならない。１６階調を仮定した場合、平均０．０２Ｖ間隔でのコントロールが必要となる。
【０００８】
もし、図２に示すＡ点１０１とＤ点１０４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価する。複数の書込みフレームを利用して、例えば、１０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。
【０００９】
しかしながら、この様にした場合、複数フレームを利用するために、人間の視覚で確認できる３０Ｈｚ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、２０ＭＨｚ程度と限界があり、困難を要していた。
【００１０】
【問題を解決するための手段】
そこで、本発明では、従来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。
【００１１】
本発明は、アクティブマトリクス型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、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。
【００１２】
従来の表示装置の場合、データ方向の信号線の電界の強さの強弱で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。
【００１３】
本発明では、このようなアナログ的な階調制御を行うのではなく、任意の画素に書き込む単位時間ｔ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は、非書き込み時間ではその平均値になり、明快な階調表示が可能となっている。
【００１４】
情報信号側のデーター転送速度は、例えば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を採用すれば、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。
【００１５】
【実施例】
【００１６】
『実施例１』（画像表示装置・テレビ）本実施例では図４に示すような回路構成を用いた液晶表示装置を用いて、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。
【００１７】
この回路構成に対応する実際の電極等の配置構成を図５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、実際の駆動信号波形を図１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。
【００１８】
まず、本実施例で使用する液晶パネルの作製方法を図６を使用して説明する。図６（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５０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５１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。
【００１９】
この上にシリコン膜をプラズマＣＶＤ法に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（ＳｉＨ_４）を用いた。モノシラン（ＳｉＨ_４）に限らず、ジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６） 、またトリシラン（Ｓｉ_３Ｈ_８） を用いてもよい。これらをＰＣＶＤ装置内３Ｐａの圧力で導入し、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／ｃｍ^２ が適当であり、本実施例では、０．０５５Ｗ／ｃｍ^２ を用いた。また、モノシラン（ＳｉＨ_４）の流量は２０ＳＣＣＭとし、その時の成膜速度は、約１２０Å／ 分であった。ＮＴＦＴのスレッシュホ−ルド電圧（Ｖｔｈ）を制御するため、ホウ素をジボランを用いて１×１０^１５〜１×１０^１８ｃｍ^−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法だけでなく、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。
【００２０】
スパッタ法で行う場合、スパッタ前の背圧を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。
【００２１】
減圧気相法で形成する場合、結晶化温度よりも１００〜２００℃低い４５０〜５５０℃、例えば、５３０℃でジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６） 、またはトリシラン（Ｓｉ_３Ｈ_８） 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。
【００２２】
これらの方法によって形成された被膜は、酸素が５×１０^２１ｃｍ^−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７×１０^１９ｃｍ^−３以下、好ましくは１×１０^１９ｃｍ^−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、４×１０^２０ｃｍ^−３であり、珪素４×１０^２２ｃｍ^−３として比較すると１原子％であった。
【００２３】
また、ソ−ス、ドレインに対してより結晶化を助長させるため、酸素濃度を７×１０^１９ｃｍ^−３以下、好ましくは１×１０^１９ｃｍ^−３以下とし、ピクセル構成するＴＦＴのチャネル形成領域のみに酸素をイオン注入法により５×１０^２０〜５×１０^２１ｃｍ^−３となるように添加してもよい。
【００２４】
上記方法によって、アモルファス状態の珪素膜５２を５００〜５０００Å、本実施例では、１０００Åの厚さに成膜した。
【００２５】
その後、図６（Ｂ）に示すように、フォトレジスト５３をマスクＰ１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（ＳｉＨ_４）とモノシランベースのフォスフィン（ＰＨ_３） ３％濃度のものを用いた。これらをＰＣＶＤ装置内５Ｐａの圧力でに導入し、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、０．０５〜０．２０Ｗ／ｃｍ^２ が適当であり、本実施例では、０．１２０Ｗ／ｃｍ^２ を用いた。この方法によって出来上がったｎ型シリコン層の比導電率は、２×１０^−１〔Ωｃｍ^−１〕程度となった。膜厚は、５０Åとした。
【００２６】
また一方、図６（Ｃ）に示すように、フォトレジスト５４をマスクＰ２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ｐ型の活性層となる珪素膜を作製した。成膜温度は、２５０℃〜３５０℃で行い、本実施例では、３２０℃とし、モノシラン（ＳｉＨ_４）とモノシランベースのジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）２％濃度のものを用いた。これらをＰＣＶＤ装置内４Ｐａの圧力でに導入し、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、０．０５〜０．２０Ｗ／ｃｍ^２ が適当であり、本実施例では、０．０８０Ｗ／ｃｍ^２ を用いた。この方法によって出来上がったｐ型シリコン層の比導電率は、１×１０^−１〔Ωｃｍ^−１〕程度となった。膜厚は５０Åとした。
【００２７】
その後、リフトオフ法を用いて、ソース・ドレイン領域５５、５６および５７、５８を形成した。その後、マスクＰ▲３▼６２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６３およびＰチャネル型薄膜トランジスタ用アイランド領域６４を形成した。（図６（Ｄ））
【００２８】
その後、ＸｅＣｌエキシマレーザーを用いて、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／ｃｍ^２ で、膜厚全体が溶融するには、２２０ｍＪ／ｃｍ^２ が必要となる。しかし、最初から２２０ｍＪ／ｃｍ^２ 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１５０ｍＪ／ｃｍ^２ で水素の追い出しを行なった後、２３０ｍＪ／ｃｍ^２ で結晶化を行った。
【００２９】
アニ−ルにより、珪素膜は、アモルファス構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５２２ｃｍ^−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、５０〜５００Å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。
【００３０】
結果として、被膜は、実質的にグレインバウンダリ（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 ）＝１５〜３００ｃｍ^２ ／ＶＳｅｃおよびホール移動度（μｅ ）＝５〜１００ｃｍ^２ ／ＶＳｅｃが得られた。
【００３１】
この上に、酸化珪素膜をゲイト絶縁膜として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。
【００３２】
この後、この上側にリンが１〜５×１０^２１ｃｍ^−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），ＭｏＳｉ_２ またはＷＳｉ_２との多層膜を形成した。これを第４のフォトマスク６９にてパタ−ニングして図６（Ｅ） を得た。ゲイト電極６６および６７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。
【００３３】
また、ゲート電極材料としてアルミニウム（Ａｌ）を用いた場合、これを第４のフォトマスク６９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。
【００３４】
かくすると、４００℃以上にすべての工程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。
【００３５】
図６（Ｆ）において、層間絶縁物６８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、第５のフォトマスク７０を用いて電極用の窓７９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６のフォトマスク７６を用いてリ−ド７４およびコンタクト７３を作製した後、再び、層間絶縁物８０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。その後、第７のフォトマスク８１を用いてパターニングをした。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８のフォトマスク８２を用いてリ−ド８３およびコンタクト８４を作製した。（図６（Ｇ））
【００３６】
表面を平坦化用有機樹脂８５、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９のフォトマスク８６にて行った。さらに、これら全体にＩＴＯ（酸化インジューム・錫）を０．１μｍの厚みにスパッタ法により形成し第１０のフォトマスク８７を用いて画素電極８８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。（図６（Ｈ））
【００３７】
得られたＴＦＴの電気的な特性であるＮＴＦＴの移動度は８０（ｃｍ^２／Ｖｓ）、Ｖｔｈは５．０（Ｖ）、ＰＴＦＴの移動度は３０（ｃｍ^２／Ｖｓ）、Ｖｔｈは５．５（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。
【００３８】
他方の基板の作製方法を図７に示す。ガラス基板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１３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。
【００３９】
その後、これら全体にＩＴＯ（インデゥーム酸化錫）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。
【００４０】
前記基板上に、オフセット法を用いて、ポ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。
【００４１】
その後、前記第一の基板と第二の基板によって、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。
【００４２】
図８に本実施例による電気光学装置の概略構造図を示す。前記の工程にて得た液晶パネル１０００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。
【００４３】
次に、本発明を完結させるための、液晶電気光学装置の周辺回路の説明を図９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３５０、３５１に駆動回路３５２を接続した構成を取っている。駆動回路３５２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３５３、これはデーター３５６を順に転送するための基本クロックφＨ３５５が主な構成であり、１ビット〜１２ビット並列処理が行われている。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ＣＬＫ３５７とマグニチュートコンパレーター回路３５８、パネル駆動用バッファー３６０よりなっている。データーラッチ回路系３５３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３５９で作っている。
【００４４】
本発明で特徴としているところは、まさに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。
【００４５】
本実施例によるＣ／ＴＦＴの動作波形を図１０および図１１に示す。図１０はこのＣ／ＴＦＴへの入力信号波形とＣ／ＴＦＴからの出力信号波形とを示すオシロスコープ写真である。図１０（Ａ）から図１１（Ｂ）へと入力信号の駆動周波数を５ＫＨｚ、５０ＫＨｚ、５００ＫＨｚ、さらには１ＭＨｚと上げていった場合を示している。図１１（Ｂ）からも明らかなように、１ＭＨｚでも出力信号波形はあまりなまらず、十分実用的な出力信号を得ることができた。
このため、階調表示数は駆動周波数をデューティ数とフレーム数で割れば算出でき、この場合は１ＭＨｚを４００と６０で割った４２という諧調表示数が得られ、４２階調表示まで可能になっている。
【００４６】
アナログ的な階調表示を行った場合、ＴＦＴ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行った場合、ＴＦＴ素子の特性ばらつきの影響を受け難いために、４２階調表示まで可能になりカラー表示では、７４，０８８色の多彩であり、微妙な色彩の表示が実現できている。
【００４７】
『実施例２』（ビューファインダー） 本実施例では、対角１インチ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。
【００４８】
本実施例では、画素数が３８７×１２８の構成にして、『実施例１』と同様のプロセスを用いて第一の基板を設けた。また、絶縁基板上に『実施例１』と同様の方法を用いて、カラーフィルターおよび透明導電膜ＩＴＯを１０００Å成膜し、第二の基板とした。
【００４９】
前記基板上に、オフセット法を用いて、ポ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。
【００５０】
その後、前記第一の基板と第二の基板とによって、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法を用いて接続を行った。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。
【００５１】
本実施例によるＴＦＴは、チャネル長を５μｍとしたため、駆動周波数を約２ＭＨｚまであげることができた。このため、２ＭＨｚを１２８と６０で割った２６０諧調、おおよそ２５６階調表示まで可能になっている。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。しかしながら、本発明によるデジタル階調表示を行った場合、ＴＦＴ素子の特性ばらつきの影響を受け難いために、２５６階調表示以上まで可能になり、カラー表示では１６，７７７，２１６色の多彩であり、微妙な色彩の表示が実現できている。
【００５２】
『実施例３』（プロジェクション型画像表示装置）
本実施例では、図１２に示す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。
【００５３】
本実施例では、３枚の液晶電気光学装置１３００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３０７，２００画素を作製した。１画素当りの大きさは１２７μｍ角とした。
【００５４】
プロジェクション型画像表示装置の構成として、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１３０３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。
【００５５】
本実施例の電気光学装置に用いた液晶電気光学装置の基板は、Ｃ／ＴＦＴ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１３を使用して説明する。図１３（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６０１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６０２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。
【００５６】
この上にシリコン膜をＬＰＣＶＤ（減圧気相）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１００〜２００℃低い４５０〜５５０℃、例えば５３０℃で、ジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６） またはトリシラン（Ｓｉ_３Ｈ_８） 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。ＰＴＦＴとＮＴＦＴとのスレッシュホ−ルド電圧（Ｖｔｈ）に概略同一に制御するため、ホウ素をジボランを用いて１×１０^１５〜１×１０^１８ｃｍ^−３の濃度として成膜中に添加してもよい。
【００５７】
スパッタ法で行う場合、スパッタ前の背圧を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。
【００５８】
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（ＳｉＨ_４）またはジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６） 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。
【００５９】
これらの方法によって形成された被膜は、酸素が５×１０^２１ｃｍ^−３以下であることが好ましい。この酸素濃度が高いと、結晶化させ難く、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、４×１０^１９〜４×１０^２１ｃｍ^−３の範囲とした。水素は、４×１０^２０ｃｍ^−３であり、珪素４×１０^２２ｃｍ^−３として比較すると１原子％であった。
【００６０】
上記方法によって、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。
【００６１】
アニ−ルにより、珪素膜はアモルファス構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５２２ｃｍ^−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、５０〜５００Å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６０３を形成させることができた。
【００６２】
結果として、被膜は実質的にグレインバウンダリ（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）＝１０〜２００ｃｍ^２ ／ＶＳｅｃ、電子移動度（μｅ ）＝１５〜３００ｃｍ^２ ／ＶＳｅｃが得られる。
【００６３】
他方、上記の如き中温でのアニ−ルではなく、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、１０ｃｍ^２／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。
【００６４】
この上に酸化珪素膜６０４をゲイト絶縁膜として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。
【００６５】
この後、この上側にリンが１〜５×１０^２１ｃｍ^−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），ＭｏＳｉ_２ またはＷＳｉ_２との多層膜６０５を形成した。これを第１のフォトマスク▲１▼にてパタ−ニングして図１３（Ｂ） を得た。本実施例では、チャネル長は１０μｍ、ゲイト電極としてモリブデンを０．３μｍの厚さに形成した。その際、ゲート電極の金属を３μｍ程度オーバーエッチング６００した。その後、基板全体にポジのフォトレジスト６０７を塗布した。
【００６６】
フォトマスク▲２▼を用いて、基板裏面より露光、現像を行うことによって、レジスト６０８を得ることができる。その後、スパッタ法によってｎ層の堆積を行った。その後、レジスト６０８をリフトオフすることで、図１３（Ｄ）を得る。
【００６７】
同様にして、基板全体にポジのフォトレジスト６１０を塗布後、フォトマスク▲３▼を用いて、基板裏面より露光、現像を行うことによって、レジスト６１０を得ることができる。その後、スパッタ法によってｐ層の堆積を行った。その後、レジスト６１０をリフトオフすることで、図１３（Ｅ）を得る。
【００６８】
次に、６００℃にて１０〜５０時間再び加熱アニ−ルを行った。ソ−ス６１２、６１４、ドレイン６１３、６１５の不純物を活性化してＮ^＋ またはＰ^＋ として作製した。また、ゲイト電極６１６、６１７下にはチャネル形成領域６１８、６１９がセミアモルファス半導体として形成されている。
【００６９】
かくすると、セルフアライン方式でありながらも、７００℃以上にすべての工程で温度を加えることがなく、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、本発明の大画素の液晶表示装置にきわめて適したプロセスである。本実施例では、熱アニ−ルは図１３（Ａ）、（Ｅ）で２回行った。しかし、図１３（Ａ）のアニ−ルは、求める特性により省略し、双方を図１３（Ｅ）のアニ−ルにより兼ね製造時間の短縮を図ってもよい。
【００７０】
図１３（Ｆ）において、層間絶縁物６２０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▲３▼を使って電極用の窓６２１を形成した。さらに、図１３（Ｆ）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６２２、およびコンタクト６２３をフォトマスク▲５▼を用いて作製した後、表面を平坦化用有機樹脂６２４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▲６▼にて図１３（Ｇ）のごとく行った。
【００７１】
出力端を液晶装置の一方の画素の電極を透明電極としてそれに連結するため、スパッタ法によりＩＴＯ（インジュ−ム・スズ酸化膜）を形成した。それをフォトマスク▲７▼によりエッチングし、電極６２５を構成させた。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。かくの如くにして、ＮＴＦＴ６２６とＰＴＦＴ６２７と透明導電膜の電極６２５とを同一ガラス基板６０１上に作製した。得られたＮＴＦＴ６２６の電気的な特性の移動度は１２０（ｃｍ^２／Ｖｓ）、Ｖｔｈは５．０（Ｖ）、ＰＴＦＴ６２７の電気的な特性の移動度は５０（ｃｍ^２／Ｖｓ）、Ｖｔｈは５．３（Ｖ）であった。（図１３（Ｇ））
【００７２】
図１４に構造の概略を示す。該基板上１５００に、フマル酸系高分子樹脂とネマチック液晶を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。
【００７３】
その後、スパッタ法によりＩＴＯ（インジュ−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、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。
【００７４】
本実施例に用いた駆動用ＩＣの機能構成は、『実施例１』と同様である。６４０×４８０ドットの３０７，２００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ＴＦＴは駆動周波数を２．５ＭＨｚまであげることが出来たため、諧調表示数は、２．５ＭＨｚを４８０本の走査線数と６０フレームでわった８６諧調まで表示可能であった。従って、本実施例によるデジタル階調表示を行った場合、ＴＦＴ素子の特性ばらつきの影響を受け難いために、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。
【００７５】
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。
【００７６】
この液晶電気光学装置は、図１２に示したフロ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。
【００７７】
『実施例４』（携帯用コンピューター）
本実施例では、図１５に示すような反射型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。
【００７８】
本実施例に使用した第一の基板は、『実施例１』と同一工程で作成した物を用いた。該基板上に、フマル酸系高分子樹脂と黒色色素を１５％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を形成した。
【００７９】
ここで、黒色色素を用いたため、分散型液晶表示では、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。
【００８０】
また、この逆の構造として、黒色色素を混入せず、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。
【００８１】
その後、スパッタ法によりＩＴＯ（インジュ−ム・スズ酸化膜）を形成し、対向電極を得た。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。
【００８２】
【発明の効果】
本発明では、従来のアナログ方式の階調表示に対し、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２５６，０００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、アナログ値ではなく、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。
【００８３】
また、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。
【００８４】
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、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による駆動波形を示す。
【図２】ネマチック液晶の電気光学特性を示す。
【図３】ポリシリコンとアモルファスシリコンによるＴＦＴの電気特性を示す。
【図４】本実施例によるマトリクス回路を示す。
【図５】本実施例による素子の平面構造を示す。
【図６】本実施例によるＴＦＴの作製プロセスを示す。
【図７】本実施例による対向基板の作製プロセスを示す。
【図８】本実施例による液晶表示装置（テレビ）の構成を示す。
【図９】本実施例による駆動回路のシステム構成を示す。
【図１０】本実施例によるＴＦＴの特性のオシロの波形を示す写真。
【図１１】本実施例によるＴＦＴの特性のオシロの波形を示す写真。
【図１２】本実施例によるプロジェクション方式の液晶電気光学装置の構造を示す。
【図１３】本実施例によるＴＦＴの作製プロセスを示す。
【図１４】本実施例による液晶電気光学装置の断面図を示す。
【図１５】本実施例による携帯型コンピューターの構成を示す。
【符号の説明】
５０・・・ガラス基板
５１・・・ブロッキング層
６６・・・ＮＴＦＴゲート電極
６７・・・ＰＴＦＴゲート電極
８８・・・画素電極。

Claims (8)

1. ガラス基板と、
   前記ガラス基板上にブロッキング層と、
   前記ブロッキング層上に、ソース、ドレイン及びチャネル形成領域と、
   前記チャネル形成領域上にゲイト絶縁膜と、
   前記ゲイト絶縁膜上にモリブデン、タングステンを含む多層膜からなるゲイト電極と、
   前記ガラス基板上に層間絶縁膜と、
   ソース又はドレインに電気的に接続された電極と、
   前記電極、前記ゲイト電極及び前記層間絶縁膜を覆う平坦化用有機樹脂膜と、
   前記平坦化用有機樹脂膜中に形成された複数のコンタクトと、
   前記平坦化膜上に形成され、前記電極と電気的に接続されている透明画素電極と、
   を有し、
   前記透明画素電極は前記複数のコンタクトを通して前記電極と電気的に接続されており、
   前記電極がソース又はドレインに接続している部分と、前記透明画素電極が前記電極に接続している部分は離れていて、かつ重ならないことを特徴とするアクティブ型表示装置。
2. ガラス基板と、
   前記ガラス基板上にブロッキング層と、
   前記ブロッキング層上に、第１のソース、第１のドレイン及び第１のチャネル形成領域と、
   前記第１のチャネル形成領域上に第１のゲイト絶縁膜と、
   前記第１のゲイト絶縁膜上にモリブデン、タングステンを含む多層膜からなる第１のゲイト電極と、
   を有するＮ型薄膜トランジスタと、
   前記ブロッキング層上に、第２のソース、第２のドレイン及び第２のチャネル形成領域と、
   前記第２のチャネル形成領域上に第２のゲイト絶縁膜と、
   前記第２のゲイト絶縁膜上にモリブデン、タングステンを含む多層膜からなる第２のゲイト電極と、
   を有するＰ型薄膜トランジスタと、
   前記ガラス基板上に層間絶縁膜と、
   前記第１のソース、前記第１のドレイン、前記第２のソース又は前記第２のドレインに電気的に接続された電極と、
   前記電極、前記ゲイト電極及び前記層間絶縁膜を覆う平坦化用有機樹脂膜と、
   前記平坦化用有機樹脂膜中に形成された複数のコンタクトと、
   前記平坦化膜上に形成され、前記電極と電気的に接続されている透明画素電極と、
   を有し、
   前記Ｎ型薄膜トランジスタと前記Ｐ型薄膜トランジスタは相補型の薄膜トランジスタを構成し、
   前記透明画素電極は前記複数のコンタクトを通して前記電極と電気的に接続されており、
   前記電極が前記第１のソース、前記第１のドレイン、前記第２のソース又は前記第２のドレインに接続している部分と、前記透明画素電極が前記電極に接続している部分は離れていて、かつ重ならないことを特徴とするアクティブ型表示装置。
3. 請求項１又は請求項２において、
   前記ブロッキング層は酸化珪素膜を有することを特徴とするアクティブ型表示装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項において、
   前記ゲイト絶縁膜は酸化珪素膜を有することを特徴とするアクティブ型表示装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項において、
   前記層間絶縁膜は酸化珪素膜を有することを特徴とするアクティブ型表示装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項において、
   前記電極はアルミニウムを含むことを特徴とするアクティブ型表示装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項において、
   前記平坦化用有機樹脂膜は透光性ポリイミド樹脂であることを特徴とするアクティブ型表示装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項において、
   前記透明画素電極はＩＴＯであることを特徴とするアクティブ型表示装置。

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