JPH0476523A - 液晶パネル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［概要〕 透過型液晶パネルに関し、 透明基板上に高速動作の可能なトランジスタを形成した
液晶パネルを提供すること目的とし、一対の基板間に液
晶を挾み、一方の基板上に液晶駆動用を極と共にスイッ
チング素子を形成したアクティブマトリックス形の液晶
パネルであって、一方の基板か単結晶サファイア基板を
含み、スイッチング素子が単結晶サファイア基板上に形
成されたシリコン単結晶島領域内に形成されたトランジ
スタを含み、液晶パネルは、光を選択的に透過させて所
定のスクリーン上に画像を投写するように構成する。

１産業上の利用分野〕 本発明は液晶パネルに関し、特に透過型液晶パネルに間
する。

大型テレビ等においては、画面か大きくなるにつれて、
直視型ＣＲＴの代りに、投写型構造か採用される傾向に
ある。特に、液晶を用いた液晶投写型テレビの研究開発
が進められている。

Ｅ従来の技術］ 液晶投写型テレビにおいては、光源からの光を多くの画
素を有する液晶パネルに入射し、出力光をスクリーン上
に投写して大きな画面を得る。このような液晶パネルと
しては、液晶画素のマトリクスと共に、スイッチング素
子を備えたアクティブマトリクスを用いるのがよい。

第３図はアクティブマトリクス液晶装置の構成を概略的
に示すブロック図である。

画面領域５０には多数の画素Ｐ丙かマトリクス状に配置
されている。これらの画素を独立に制御するため、マト
リクスの各点にスイッチング素子としてのトランジスタ
ＴｉＪか設けられている。これらのトランジスタのソー
スバス５１が図中縦方向に走って列を形成し、ゲートバ
ス５３か横方向に走って行を形成している。各トランジ
スタＴ１ｊのドレインには蓄積容量ＣＩＪか接続されて
いる。

これらのソースバスを駆動するなめにソースドライバ５
５か接続され、ゲートバスを駆動するためにゲートドラ
イバ５７か接続されている０画像信号はソースドライバ
５５に矢印のように入力され、１行分の画像信号か入力
した後、ゲートドライバのトリカー信号により一行分の
トランジスタがオンされ、−度にマトリクス内に輸送さ
れる。

このようなアクティブマトリクス液晶装置においては、
アクティブマトリクス内のトランジスタＴＩＪと共に、
ゲートドライバおよびソースドライバにも多くのトラン
ジスタか用いられている。動作速度の点からは、ソース
ドライバに用いられるトランジスタかｉ＆も高速動作す
る必要かあり、ゲートドライバのトランジスタかそれに
次き゛、マトリクス内のトランジスタは比較的低速動作
のものでもよい。

そこで、マトリクス内の画素駆動用のスイッチングトラ
ンジスタとして、アモルファスシリコン層を用いた薄膜
トランジスタ（ＴＰＴ）が用いられている。ドライバ回
路は通常側のＩＣで形成し、カラス基板上に貼り付けて
回路を構成する（チップオングラス（ＣＯＧ）構造）。

第４図は、従来の技術によるアモルファスシリコン（ａ
−３ｉ）ＴＰＴの構造を示す概略断面図である。

カラス基板６１の表面上に、金属で形成されたゲート電
［！６２のパターンが形成され、そ゛の上を覆って、シ
リコン窒化膜等のゲート絶縁膜６３か所定の厚さに形成
される。このゲート絶縁ＩＩｊ６３上にトランジスタの
チャネルを形成すべき高抵抗アモルファス（ａ−Ｓｉ）
層６４がプラズマＣＶＤ等で形成される。この上にさら
に、コンタクトを形成すべき低抵抗率のｎ生型ａ−３ｉ
層６５が形成され、パターニングされる。その上に金属
等で形成された導電層が形成され、パターニングされで
ソース電極６６、ドレイン電極６７を形成する、その後
ソース電極６６とドレイン電極６７の中間の領域におい
て、ｎ生型ａ−３ｉ層６５をエツチング除去し、下の高
抵抗率ａ−３ｔ層６４を露出させる。このようにして、
ＦＥＴのチャネル領域を形成する。なお、表面上には酸
化膜等のパッシベーション膜６８かさらに形成される。

第４図に示すような、アモルファスシリコンを用いたト
ランジスタは、その電子移動度か約１０　ａｏ　２　、
／　Ｖ　ｓ以下と低いため、その動作速度があまり高く
はないが、アクティブマトリクス内のスイッチング素子
としては用いることができる。ドライバ回路をこのよう
なａ　−Ｓ　ｉ　Ｔ　Ｐ　Ｔで作ることは困雛である。

また、小形化すると、トランジスタのオン抵抗が高くな
る。オン抵抗の低いトランジスタが得られなくなるので
、小形化には制限がある。

より速いトランジスタを用いようとすると、他の構成を
とる方が有利である。

第５図は従来の技術による多結晶シリコン（ボリＳｔ）
を用いた、薄膜トランジスタ（ＴＰＴ）を示す断面図で
ある。

ガラス基板７１の表面上に、ｐ型の他結晶シリコン（ポ
リＳｉ）層７４が形成され、パターニングされる。この
ポリＳｉ層７４の、両側の部分にはｎ型不純物かイオン
打ち込みされ、低抵抗率のｎ十型領域７５が形成される
。このように形成されたポリＳｉ層７４を覆うように、
ゲート絶縁膜７３となる絶縁膜が形成される。たとえば
、所定の厚さの酸化シリコン膜がＣＶＤで堆積される。

このゲート絶縁膜７３の上に、導電体層が形成され、パ
ターニングされてゲート＄６７２を形成する。このゲー
トを極７２を覆って、酸化膜等で形成された眉間絶縁１
１７９か形成される。眉間絶縁膜７９とゲート絶縁膜７
３とをエツチングしてコンタクト孔を開口し、金属電極
を堆積しパターニングして、ソース電極７６、ドレイン
ｔｉ＃１７７を形成する。

このようにして形成した多結晶シリコンを用いたトラン
ジスタは、電子移動度をたとえば２００ｃｉ１２／■ｓ
とできるので、アモルファスシリコンを用いたトランジ
スタよりも高速動作に適するが、単結晶シリコンを用い
たトランジスタと比べると散乱中心か多く−その動作速
度は遅くなる。

第６図は、従来の技術による単結晶Ｓｉ基板を用いたＦ
ＥＴを示す断面図である。

ｐ型のＳｉ基板８１の表面に、ソース／ドレイン領域を
形成すべき低抵抗率のｎ生型領域８５か形成され、その
間に単結晶ｎチャネル８４を画定する。チャネル上には
ゲート絶縁膜８３、ゲート電極８２か形成され、ソース
領域、ドレイン領域上にはソース電極８６、ドレイン電
極８７か接続される０表面にはパッシベーション膜８８
が形成される。

Ｓｉ基板に形成されたトランジスタは、高速動作か可能
であるが、Ｓｉ基板は可視光を透過しない。このため、
Ｓｉ基板を用いて、アクティブマトリクス液晶パネルを
作成した場合は、この液晶パネルは反射型としなければ
ならない。

［発明か解決しようとする課題］ アモルファスシリコン（ａ−３ｔ）薄膜トランジスタ（
ＴＰＴ）は、ガラス等の透明基板上に形成することがで
き、透過型および反射型液晶ノ＜ネルを構成することか
できるが、電子の移動度か約１．０■２／Ｖｓ以下と低
い、このため、液晶パネル駆動に必要なドライバ回路を
ａ−３ｉＴＦＴたけで形成することは囲器である。アモ
ルファスシリコンの代りに、多結晶シリコンを用いると
、電子の移動度を高くすることができ、液晶パネル駆動
に必要なドライバ回路を多結晶ＴＰＴだけで形成するこ
とも可能である。しかしながら、現実的に多くのトラン
ジスタを高速動作させることは極て難しく、いまだ実用
化されていない、単結晶のＳｉ基板を用いてトランジス
タを形成すれば、動作速度は十分速くすることができる
が、基板か光を透過しないため、反射型構造としなけれ
ばならない。

このように、従来の技術によれば、透明基板上に十分高
速動作をするトランジスタを自由に形成して液晶パネル
を作成することは極て雑しかった。

本発明の目的は一透明基板上に高速動作の可能なトラン
ジスタを形成した液晶パネルを提供することである。

「課題を解決するための手段］ 本発明の液晶パネルは、一対の基板間に液晶を挾み、一
方の基板上に液晶駆動用電極と共にスイッチング素子を
形成したアクティブマトリックス形の液晶パネルであっ
て、前記一方の基板か単結晶サファイア基板を含み、前
記スイッチング素子か前記単結晶サファイア基板上に形
成されたシリコン単結晶島領域内に形成されたトランジ
スタを含み、前記液晶パネルは、光を選択的に透過させ
て所定のスクリーン上に画像を投写するためのものであ
る。

「作用］ サファイア基板は透明基板であり、かつその上にシリコ
ンの単結晶を成長させることかできる。

すなわち、サファイア基板の上にシリコン羊結晶層を成
長し、パターニングすることによって所望の領域にシリ
コン単結晶島領域を備えたサファイア基板を得ることか
できる。これらのシリコン単結晶島領域にトランジスタ
を形成すると、高速動作可能なトランジスタを得ること
かできる。

また、これらのシリコン単結晶島領域は、絶縁基板上で
分離されるので、付随容量か小さく、高速動作がさらに
容易となる。

Ｕ実施（ＩＩＩ　Ｊ 第１図に本発明の実施例による液晶パネル内の液晶セル
部分を概略的に示す。

一対の基板１．１７の間に、ネマチック液晶１５か挾ま
れた構成によって、液晶パネルが構成されている。

一方の基板１は、サファイア単結晶で形成されており、
その上にシリコンの単結晶島領域２．３か形成されてい
る。これらのシリコン単結晶島領域２．３はサファイア
単結晶基板Ｉ上に所定厚さのシリコン単結晶層をエピタ
キシャル誠実させ、パターニングすることによって得る
ことができる。

図中、一方のシリコン単結晶島領域２は、トランジスタ
を形成するための島領域であり、他方の島領域３はキャ
パシタの極板を形成するための島領域である。島領域２
においては、高抵抗率ｎチャネル６を挾んで低抵抗率ｎ
十領域４．５か形成され、ソース／ドレイン領域を形成
する。島領域３は、全体を低抵抗率領域とされる。これ
らのＳｊ単結晶島領域を覆って、ゲート絶縁膜となる絶
縁膜７か所定の厚さ堆積される。この絶縁膜７の上に、
ＣＶＤ等により多結晶シリコン（ポリＳｔ＞層か形成さ
れ、パターニングされてポリＳｉゲート電極８およびポ
リＳｔ電極９か形成される。ポリＳｉゲート電極８は、
ゲート絶縁Ｍ７ａを介して、Ｓｉ単結晶島領域２と対向
し、絶縁ゲート型ＦＥＴのゲート電極を形成する。また
、ポリＳｉ電極りは絶縁膜７Ｃを介して、Ｓｉ単結晶島
領域３と対向し、キャパシタを構成する。パターニング
後、これらの上に５層間絶縁膜１１が堆積され、コンタ
クト部分が開口される。この上に、Ｍｌ−３ｊ合金等の
′ｒｔｋ極か堆積され、パターニングされてソース電極
Ｌ２ａ、ドレイン電極１２ｂか形成される０表面にはさ
らにパッシベーション１ｌ１１４か形成される。

サファイア基板１の他方の面上には、たとえば−層のＭ
ｇＦ２層から形成される反射防止膜１３が形成される。

他方の基板１７は、たとえばガラス基板であり、その一
方の表面にはＩＴＯ（インジウム−１ｉＪ酸化物）等の
透明電極１９が形成され、他方の表面にはＭｇＦ２層等
で形成された反射防止膜１８が形成される。また、Ｓｉ
単結晶島領域２内に形成されたチャネル領域６の部分の
上方には、他方の基板１７上に金属等で形成された遮光
層２０が形成され、チャネル部分に光が入射しないよう
にされている。もっともサファイア上のシリコン単結晶
領域に形成したＦＥＴにおいては、光導電性は小さく、
遮光層２０は省略してもよい。

このように構成された液晶セルに対して、たとえば上方
から入射光２２が照射される。７Ｎ晶層１５は、一対の
基板間に印加された電圧か形成する電界によってその配
向を制御され、入射する光に対して所定の影響を与える
。液晶層１５を透過した光は−サファイア単結晶基板ｌ
を透過して下方に出力光２４を形成する。

サファイア上のシリコン単結晶は、バルク状シリコン単
結晶における移動度とほぼ同等の移動度２００〜７００
ＣＥ　２．／Ｖｓを提供することかできる４このため、
このようなシリコン単結晶領域に作成したトランジスタ
は、バルク状シリコン領域に形成したトランジスタ同様
高速動作することか可能である。さらに、図に示すよう
にシリコン単結晶島領域２は、絶縁基板１上で分離され
、その周囲をほぼ絶縁物によって取囲まれており、付随
容量を極で小さくすることができる。このため、作成さ
れたトランジスタか付随容量によりその動作速度を制限
されることが少ない、したがって、サファイア単結晶基
板上に形成したトランジスタは、第１図に示すようにア
クティブマトリクス内のスイッチングトランジスタとし
て使用することができるのみでなく、ドライバ回路にも
用いることができる。ドライバ回路に用いる場合も、ト
ランジスタの構造としては第１図に示すものと同機の構
造とすることかできる。

第２図は本発明の実施例による液晶投写装置の要部を示
す概略平面図である。

サファイアパネルブロック３０は、サファイア基板上に
形成されており、その中央に多数の画素と画素スイッチ
ング用のトランジスタを備えた液晶パネル３１を構成し
ている。この液晶パネル３Ｉは、たとえば１０２４行Ｘ
１８２０列の構成を有する。この液晶パネルの左右に、
半数ずつのゲートドライバ回路３２ａ、３２ｂが配！さ
れ、さらにそれらの周辺回路３３ａ、３３ｂが形成され
ている。また、液晶パネル３１の上下には半数ずつのソ
ースドライバ回ＩＮ　３４　ａ、３４ｂが形成され、さ
らにその周囲に周辺回路３５ａ、３５ｂが形成されてい
る。これらの構成は、すべてサファイア基板上に形成さ
れている。このような液晶パネル３１および゛ドライバ
回ＦＩ＠３２．３４を含むサファイアパネルブロック３
０には、外部から同期信号、映像信号が供給される。こ
れらの信号は、図中下方に示す回路によって形成される
。すなわち２ビデオ信号が入力すると５コントロ一ラ回
路３７によって同期信号が形成され、画信号復調回路３
８がビデオ信号から画信号を復調し、画信号出力回路３
９を介してＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号か映像信号として出
力される。これらのコントローラ回路３７、画信号復調
図＃＠３８、画信号出力回路３９を含む駆動回路３６は
、サファイアパネルブロック３０とは別体のプリント基
板上に形成される。ソースドライバ回路３４ａ、３４ｂ
は、たとえば３０ＭＨｚのタロツク信号によって動作し
なければならす、高速動作する必要がある。しかしなが
ら、ゲートドライバ回路３２ａ、３２ｂに用いられるト
ランジスタは、１列分の信号が入力した後、ある行を駆
動すれば足りる。このため、サファイア基板上に形成し
たシリコン単結晶島領域内に形成したトランジスタによ
ってゲートドライバ回路３２ａ、３２ｂを形成すること
は容易である。

さらに、シリコン単結晶島領域内における散乱中心を制
御すること等より、シリコン単結晶島領域内に形成する
トランジスタの動作速度を高速化することによってソー
スドライバ回路３４ａ、３４ｂ内のトランジスタもサフ
ァイア単結晶基板１上に直接形成することか可能となる
。これらのドライバ回路はサファイア基板上に形成した
シリコン単結晶層内に形成することにより、液晶パネル
とは別個にドライバ回路をＩＣとして製造し、ガラス基
板上に貼り付けた、いわゆるＣＯＧ構造と比べ、部品数
を格段に減少させることができる。

サファイアは極て優れた透明材料であり、その上のシリ
コン層を除去することによって優れた透明基板として利
用することができる。このため、透過型投写液晶パネル
を構成するのに極で優れている。

また、サファイア上に成長したＳ１単結晶領域内に形成
するトランジスタは、バルク結晶に形成する場合と同様
に形成でき、小形化に適している。

このため、画素サイズに比較して小形化し、光の損失を
抑制するのに適している。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれ
らに制限されるものではない、たとえば、種々の変形、
改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろ
う。

Ｆ発明の効果コ 以上説明したように、本発明によれば、高速動作可能な
トランジスタを直接その上に作成した透明基板を有する
液晶パネルが提供される。

また、少なくともドライバ回路の一部をサファイア基板
上に形成した単結晶シリコン領域内に形成することによ
り、部品数を低減した液晶パネルを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例による液晶セルを示す断面図
、 第２図は、本発明の実施例による液晶投写装置を示す概
略平面図、 第３図は、アクティブマトリクス液晶装置を概念的に示
す概略図、 第４図は一従来の技術によるアモルファスシリコン薄膜
トランジスタを示す断面図、 第５図は、従来の技術による多結晶シリコン薄膜トラン
ジスタを概略的に示す断面図、第６図は、従来の技術に
よるシリコン基板ＦＥＴを概略的に示す断面図である。 図において２ ２．３ ４．５ ａ サファイア単結晶基板 Ｓｔ単結晶島領域 ソース／ドレイン領域 チャネル領域 ゲート絶縁膜 ゲート電極 ネマチック液晶 ガラス基板 一一一一信号 第３図 第５図 第６図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）、一対の基板間に液晶を挾み、一方の基板上に液
   晶駆動用電極と共にスイッチング素子を形成したアクテ
   ィブマトリックス形の液晶パネルであって、 前記一方の基板が単結晶サファイア基板（１）を含み、 前記スイッチング素子が前記単結晶サファイア基板（１
   ）上に形成されたシリコン単結晶島領域（２、３）内に
   形成されたトランジスタ（４、５、６）を含み、 前記液晶パネルは、光を選択的に透過させて所定のスク
   リーン上に画像を投写するためのものである液晶パネル
   。
2. （２）、さらに、前記単結晶サファイア基板（１）上に
   形成された駆動回路を含み、この駆動回路は前記単結晶
   サファイア基板（１）上に形成されたシリコン単結晶島
   領域内に形成されたトランジスタを含む 請求項１記載の液晶パネル。