JPH06123873A

JPH06123873A - 電気光学装置の画像表示方法

Info

Publication number: JPH06123873A
Application number: JP15750691A
Authority: JP
Inventors: Shunpei Yamazaki; 舜平山崎; Akira Mase; 晃間瀬; Masaaki Hiroki; 正明廣木; Yasuhiko Takemura; 保彦竹村
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1991-05-31
Filing date: 1991-05-31
Publication date: 1994-05-06
Anticipated expiration: 2013-03-25
Also published as: JP2731985B2

Abstract

(57)【要約】【目的】電気光学装置の階調表示に関して、精密で素
子間のばらつきによる影響の少ない階調表示方式を提供
する。【構成】アクティブマトリクス型電気光学装置におい
て、個々の画素を駆動する素子として、いわゆるトラン
スファー・ゲイト型の相補型電界効果型素子を用い、そ
の入出力端の一方を画素電極に接続した構成において、
その制御電極に周期的にバイポーラパルスを印加し、出
入力端の他端に電圧を印加し、あるいは電圧を切りなが
ら、画素に電圧のかかる時間を任意に制御することによ
って視覚的な階調表示を得る表示方式。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の利用分野】本発明は、駆動用スイッチング素子
として薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴという）を使用し
た液晶電気光学装置における画像表示方法において、特
に中間的な色調や濃淡の表現を得るための階調表示方法
に関するものである。本発明は、特に、外部からいかな
るアナログ信号をもアクティブ素子に印加することな
く、階調表示をおこなう、いわゆる完全デジタル階調表
示に関するものである。

【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に誘電率が異なるため、外
部の電解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、この誘電率の異方生を利用して、光の透過光量また
は散乱量を制御することでＯＮ／ＯＦＦ、すなわち明暗
の表示をおこなっている。液晶材料としては、ＴＮ（ツ
イステッド・ネマティック）液晶、ＳＴＮ（スーパー・
ツイステッド・ネマティック）液晶、強誘電性液晶、ポ
リマー液晶あるいは分散型液晶とよばれる材料が知られ
ている。液晶は外部電圧に対して、無限に短い時間に反
応するのではなく、応答するまでにある一定の時間がか
かることが知られている。その値はそれぞれの液晶材料
に固有で、ＴＮ液晶の場合には、数１０ｍｓｅｃ、ＳＴ
Ｎ液晶の場合には数１００ｍｓｅｃ、強誘電性液晶の場
合には数１００μｓｅｃ、分散型あるいはポリマー液晶
の場合には数１０ｍｓｅｃである。

【０００３】液晶を利用した電気光学装置のうちでもっ
とも優れた画質が得られるものは、アクティブマトリク
ス方式を用いたものであった。従来のアクティブマトリ
クス型の液晶電気光学装置では、アクティブ素子として
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用い、ＴＦＴにはアモル
ファスまたは多結晶型の半導体を用い、１つの画素にＰ
型またはＮ型のいずれか一方のみのタイプのＴＦＴを用
いたものであった。即ち、一般にはＮチャネル型ＴＦＴ
（ＮＴＦＴという）を画素に直列に連結している。そし
て、マトリクスの信号線に信号電圧を流し、それぞれの
信号線の直交する箇所に設けられたＴＦＴに双方から信
号が印加されるとＴＦＴがＯＮ状態となることを利用し
て液晶画素のＯＮ／ＯＦＦを個別に制御するものであっ
た。このような方法によって画素の制御をおこなうこと
によって、コントラストの大きい液晶電気光学装置を実
現することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなアクティブマトリクス方式では、明暗や色調といっ
た、階調表示をおこなうことは極めて難しかった。従
来、階調表示は液晶の光透過性が、印加される電圧の大
きさによって変わることを利用する方式が検討されてい
た。これは、例えば、マトリクス中のＴＦＴのソース・
ドレイン間に、適切な電圧を周辺回路から供給し、その
状態でゲイト電極に信号電圧を印加することによって、
液晶画素にその大きさの電圧をかけようとするものであ
った。

【０００５】しかしながら、このような方法では、例え
ば、ＴＦＴの不均質性やマトリクス配線の不均質性のた
めに、実際には液晶画素にかかる電圧は、各画素によっ
て、最低でも数％も異なってしまった。これに対し、例
えば、液晶の光透過度の電圧依存性は、極めて非線型性
が強く、ある特定の電圧で急激に光透過性が変化するた
め、たとえ数％の違いでも、光透過性が著しく異なって
しまうことがあった。そのため、実際には１６階調を達
成することが限界であった。

【０００６】このように階調表示が困難であるというこ
とは、液晶ディスプレー装置が従来の一般的な表示装置
であるＣＲＴ（陰極線管）と競争してゆく上で極めて不
利であった。

【０００７】本発明は従来、困難であった階調表示を実
現させるための全く新しい方法を提案することを目的と
するものである。

【０００８】

【問題を解決するための手段】さて、液晶にかける電圧
をアナログ的に制御することによって、その光透過性を
制御することが可能であることを先に述べたが、本発明
人らは、液晶に電圧のかかっている時間を制御すること
によって、視覚的に階調を得ることができることを見出
した。

【０００９】例えば、代表的な液晶材料であるＴＮ（ツ
イステッド・ネマチック）液晶を用いた場合において、
例えば、図１（ａ）において、Ａで示されるような矩形
パルスを印加する場合と、Ｃで示されるような矩形パル
スを印加する場合を比べて見ると、Ａの方が明るいこと
を見出した。ここで、パルスの周期は１ｍｓｅｃとし
た。結果的には、Ａが最も明るく、以下、Ｂ、Ｃ、Ｄの
順であった。このことは全く予想外のことである。なぜ
ならば、通常の上記のＴＮ液晶材料においては、１ｍｓ
ｅｃという時間はあまりにも短く、そのような短時間に
はＴＮ液晶は反応しないのである。したがって、いずれ
の場合にも液晶はＯＮ状態を実現することは不可能なは
ずである。しかしながら、実際には液晶は中間的な濃さ
を実現できた。

【００１０】その具体的な原理についてはまだ詳細にわ
かっていない。しかしながら、本発明人らは、この現象
を利用して階調表現が可能であることを見いだしたので
ある。すなわち、液晶材料が反応しないような周期で液
晶材料にパルスを印加するときにパルスの幅を制御する
ことによって、中間的な明るさをデジタル制御で実現す
ることが、まさに本発明の特徴とするものである。本発
明人らの研究の結果、このような中間的な濃度を得るた
めのパルスの周期はＴＮ液晶の場合には１０ｍｓｅｃ以
下が必要であることがわかった。

【００１１】ここで、パルスの周期という語句につい
て、その意味を明確にする。すなわち、この場合には、
複数のパルスを連続的に液晶に印加するのであるが、こ
の場合のパルスの周期とは、１つのパルスが始まってか
ら、次のパルスが始まるまでの間の時間のことをいう。
したがって、パルスの繰り返し周波数の逆数となる。ま
た、パルス幅とは、パルスが電圧状態にある時間のこと
をいう。したがって、図１において、例えばＣのパルス
列の場合には、Ｔがパルスの周期であり、τがパルス幅
である。

【００１２】同様な効果は、ＳＴＮ液晶においても、強
誘電性液晶においても、また、ポリマー液晶あるいは分
散型液晶においても見られた。いずれも、その応答時間
よりも短い周期のパルスを加えることによって、中間的
な色調が得られることが明らかになった。すなわち、Ｓ
ＴＮ液晶においては、１００ｍｓｅｃ以下、のぞましく
は１０ｍｓｅｃ以下、強誘電性液晶においては１００μ
ｓｅｃ以下、のぞましくは１０μｓｅｃ以下、ポリマー
液晶あるいは分散型液晶においては１０ｍｓｅｃ以下、
のぞましくは１ｍｓｅｃ以下の周期のパルスを加えるこ
とによって、階調表示が得られた。

【００１３】通常は、テレビ等の画像では１秒間に３０
枚の静止画が次々に繰り出されて動画を形成する。した
がって、１枚の静止画が継続する時間は約３０ｍｓｅｃ
である。この時間は人間の目にはあまりにも早すぎて、
文字通り『目にも止まらない』時間であり、結果とし
て、視覚的には静止画を１枚１枚識別することはできな
い。ともかく、通常の動画を得るには、１枚の静止画は
長くても１００ｍｓｅｃ以上継続することはできない。

【００１４】本発明を利用して２５６階調の階調表示を
おこなうとすれば、例えば、Ｔ＝３ｍｓｅｃとすれば、
この３ｍｓｅｃの時間を、少なくとも２５６分割しうる
パルス電圧印加方法、を画素に電圧を印加する方法とし
て採用する必要がある。すなわち、最短で３ｍｓｅｃ／
２５６＝１１．７μｓｅｃのパルス状の電圧が画素にか
かるような回路を組む必要がある。実際には、図３に示
すように、パルスのデューティー比τ／Ｔと液晶画素の
光透過性は非線型的な関係であり、２５６階調を得るた
めには、さらに、パルスのデューティー比を細かく制御
することが必要である。

【００１５】しかも、実際の画像表示をおこなう場合に
は、他の画素も考慮しなければならない。実際の画像表
示装置では、例えば４００行もの行がある。すなわち、
後に述べるように、マトリクスのアクティブ素子は１０
０ｎｓｅｃという極短応答性が求められる。そこで、そ
のような短時間応答性を有する回路の例を図４に示し、
以下、その説明をする。

【００１６】図４は本発明を実施するために必要な液晶
表示装置のアクティブマトリクスの回路の例を示す。本
発明では、アクティブ素子は１００ｎｓｅｃ以下の短時
間で応答することが要求されるので高速動作する回路を
組む必要がある。そのためには従来のようにＮＴＦＴあ
るいはＰＴＦＴだけでッスイッチングをおこなうのでは
なく、図４に示されるようにＮＴＦＴとＰＴＦＴとが相
補的に動作するように構成された、変形トランスファー
・ゲイト型の回路を用いることが必要である。

【００１７】この例ではＮ×Ｍのマトリクスの例を示し
たものであるが、煩雑さをさけるために、そのうちのｎ
行ｍ列近傍のみを示した。これと同じものを上下左右に
展開すれば完全なものが得られる。

【００１８】図４には、４つの変形トランスファー・ゲ
イトが描かれているが、各変形トランスファー・ゲイト
のソースはＹ_mあるいはＹ_m+1（以下、Ｙ線と総称す
る）に接続され、また、各変形トランスファー・ゲイト
のゲイトはＸ_nあるいはＸ_n+1（以下、Ｘ線と総称す
る）に接続されている。また、各変形トランスファー・
ゲイトのドレインは液晶画素Ｚ_n,m、Ｚ_n,m+1、Ｚ
_n+1,m、Ｚ_n+1,m+1に接続されている。変形トランスフ
ァー・ゲイトにおいて、ＮＴＦＴとＰＴＦＴは対称なの
で、その位置は入れ替わってもよい。

【００１９】次に、このような回路を用いた場合の回路
の動作例を図１（ｂ）および図２を用いて説明する。こ
のマトリクス回路は図１（ａ）に示されるようなパルス
状のんあつを液晶セルに印加するように動作する必要が
ある。そこで、このようなパルスを発生するためにＸ線
およびＹ線に印加される信号電圧の概要を図１（ｂ）に
示す。例として、４００×６４０のマトリクスを考え
る。

【００２０】Ｙ線に印加される信号は、例えばＹ_m線の
場合は、Ｖ（Ｙ_m）で示されるが、これは、周期Ｔで繰
り返されるひとまとまりのパルスの中に、実は２５６個
のパルス（以下、サブパルスという）が含まれており、
さらにその２５６個のサブパルスのそれぞれは、４００
個の要素が入ったパルス列から構成されていることがわ
かる。ここで、４００という数字はマトリクスの行数で
ある。したがって、Ｙ線に印加されるパルスの最小単位
はＴ＝３ｍｓｅｃとすれば、２９ｎｓｅｃである。

【００２１】一方、Ｘ線には、時間Ｔ／２５６の間に、
図のＶ（Ｘ₁）、Ｖ（Ｘ_n）、Ｖ（Ｘ_n+1）、Ｖ（Ｘ
₄₀₀）で示されるような、極性が少なくとも１回反転す
るパルス（以下、バイポーラ・パルスという）が、それ
ぞれのタイミングをずらして印加される。バイポーラ・
パルスは、上記Ｙ線に印加されるパルスの最小単位パル
スよりもさらに短い必要がある。結局、時間Ｔの間に
は、各Ｘ線には、２５６回バイポーラ・パルスが印加さ
れる。

【００２２】次に、実際の回路の動作を図２に基づいて
説明する。まず、第１のサブパルスがそれぞれのＹ線に
印加される。当然のことながら、これらのサブパルスは
Ｙ線ごとに異なる。一方、Ｘ線には、先に述べたよう
に、バイポーラ・パルスが最初にＸ₁、次にＸ₂という
ように順々に印加されてゆく。まず、バイポーラ・パル
スがＸ₁に印加されたときを考える。このとき、画素Ｚ
_1,1に接続されている、アクティブ素子はＯＮ状態とな
る。そして、このアクティブ素子に接続されているＹ線
は電圧が印加された状態であるので、画素Ｚ₁₁は充電さ
れる。そして、Ｙ線の電圧がゼロとなる前にバイポーラ
・パルスは切られるので、結局、画素Ｚ_1,1には電荷が
残され、電圧状態を保つ。同様に、Ｚ_1,mもＺ_1,m+1も
Ｚ_1,400も、電圧状態となる。

【００２３】このようにして、バイポーラ・パルスが順
々に印加されてゆき、Ｘ_nに印加された場合を考える。
今、４つの画素Ｚ_n,m、Ｚ_n,m+1、Ｚ_n+1,m、Ｚ
_n+1,m+1に注目しているとすれば、Ｙ_mおよびＹ_m+1の
第１のサブパルスのｎ番目および（ｎ＋１）番目に注目
すればよい。Ｙ_mもＹ_m+1もｎ番目にはパルスがあるの
で、画素Ｚ_n,m、Ｚ_n,m+1は電圧状態になる。ついで、
Ｘ_n+1にバイポーラ・パルスが印加される。Ｙ_mもＹ
_m+1も（ｎ＋１）番目にはパルスがあるので、この場合
も画素Ｚ_n+1,m、Ｚ_n+1,m+1は充電状態となる。

【００２４】次に、図では省略されているが、第２のサ
ブパルスが来たものとする。このとき、Ｙ_mもＹ_m+1も
ｎ番目および（ｎ＋１）番目にはパルスがあったなら
ば、充電状態がなくならず、以上４つの画素は引き続き
電圧状態を継続する。その後、第（ｈ−１）のサブパル
スまでは、４つの画素とも電圧状態が継続したものとす
る。

【００２５】次に、サブパルスが進んで、第ｈのサブパ
ルスが来たものとする。図では煩雑さを避けるためにｎ
番目および（ｎ＋１）番目以外のパルスは省略した。こ
のとき、Ｙ_mもＹ_m+1もｎ番目にはパルスがあるので、
画素Ｚ_n,m、Ｚ_n,m+1は電圧状態を継続する。しかし、
Ｙ_m+1には（ｎ＋１）番目のパルスがなかったので、画
素Ｚ_n+1,mは電圧状態が継続するものの、画素Ｚ
_n+1,m+1は、アクティブ素子のゲイトがＯＮになった状
態で、外部からの電圧の供給がないので、蓄えられてい
た電荷が放出され、電圧状態は中断される。

【００２６】さらに、第ｉのサブパルスが来たときに
は、Ｙ_mの（ｎ＋１）番目のパルスの電圧がゼロであっ
たので、Ｚ_n+1,mの充電状態は解除される。以下、第ｊ
および第ｋのサブパルスにおいて、それぞれ、Ｙ_m+1、
Ｙ_mのｎ番目の信号がゼロであったので、画素Ｚ_n,m、
Ｚ_n,m+1の充電状態がぞれぞれ、第ｋ、第ｊのサブパル
ス中に中断される。このような過程を経ることによっ
て、図２のＶ（Ｚ）に示すように、各画素ごとに電圧状
態の時間をデジタル的にコントロールできる。

【００２７】このような動作を繰り返すことにより、各
画素に加わる電圧パルスの幅を図１（ａ）のように任意
に制御することができる。

【００２８】以上の説明から明らかなように、本発明を
実施するにあたっては、上記のようなサブパルスは、明
確に定義できるパルス状のものでなければならないわけ
ではない。説明を簡単にするために、サブパルスという
概念を持ち出したが、特に、サブパルスとサブパルスの
間が明確でなく、信号としては、ほとんど境界のないも
のであっても、本発明を実施できることはあきらかであ
る。同様に、前記サブパルス内に含まれる多数のパルス
についても、これらが、独立したパルスである必要はな
んらなく、ＯＮ／ＯＦＦが組み合わされた１連の信号で
あってもよい。さらに、説明をわかりやすくするため
に、信号のゼロレベルと電圧レベルを明確にしたが、こ
れは、液晶のしきい値電圧以下であるか、以上であるか
という問題だけであるので、絶対にゼロである必要はな
い。

【００２９】

【実施例】

『実施例１』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とした。

【００３０】この回路構成に対応する実際の電極等の配
置構成を１つの画素について、図５に示している。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１５０℃、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。

【００３１】この上にシリコン膜をプラズマＣＶＤ法に
より珪素膜５２を作製した。成膜温度は２５０℃〜３５
０℃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(SiH₄)に限らず、ジシラン(Si₂
H₆) またトリシラン(Si₃H₈)を用いてもよい。これらを
ＰＣＶＤ装置内に３Ｐａの圧力で導入し、１３．５６Ｍ
Ｈｚ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／ｃｍ²が適当であり、本実
施例では０．０５５Ｗ／ｃｍ²を用いた。また、モノシ
ラン(SiH₄)の流量は２０ＳＣＣＭとし、その時の成膜速
度は約１２０Å/ 分であった。ＰＴＦＴとＮＴＦＴとの
スレッシュホ−ルド電圧（Ｖth）を概略同一に制御する
ため、ホウ素をジボランを用いて１×10¹⁵〜１×10¹⁸cm
^-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。

【００３２】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。

【００３３】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５
３０℃でジシラン(Si₂H₆) またはトリシラン(Si₃H₈) 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）を概略同一に制御するため、ホウ素をジボラン
を用いて１×10¹⁵〜１×10¹⁸cm^-3の濃度として成膜中に
添加してもよい。

【００３４】これらの方法によって形成された被膜は、
酸素が５×10²¹cm^-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７×10¹⁹cm^-3以下、
好ましくは１×10¹⁹cm^-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４×10²⁰cm^-3であり、珪素４×10²²
cm^-3として比較すると１原子％であった。

【００３５】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７×10¹⁹cm^-3以下、好
ましくは１×10¹⁹cm^-3以下とし、ピクセル構成するＴＦ
Ｔのチャネル形成領域のみに酸素をイオン注入法により
５×10²⁰〜５×10²¹cm^-3となるように添加してもよい。
上記方法によって、アモルファス状態の珪素膜を５００
〜５０００Å、本実施例では１０００Åの厚さに成膜し
た。

【００３６】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５４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(SiH₄)とモノシランベース
のフォスフィン(PH₃) 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、１３．５６
ＭＨｚ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／ｃｍ²が適当であり、本
実施例では０．１２０Ｗ／ｃｍ²を用いた。

【００３７】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。その後リフトオフ法を用い
て、レジスト５３を除去し、ソース・ドレイン領域５
５、５６を形成した。

【００３８】同様のプロセスを用いて、ｐ型の活性層を
形成した。その際の導入ガスは、モノシラン(SiH₄)とモ
ノシランベースのジボラン(B₂H₆)５％濃度のものを用い
た。これらをＰＣＶＤ装置内に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／ｃｍ²が
適当であり、本実施例では０．１２０Ｗ／ｃｍ²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５×１０^-2〔Ωｃｍ^-1〕程度となった。膜厚は
５０Åとした。その後Ｎ型領域と同様にリフトオフ法を
用いて、ソース・ドレイン領域５９、６０を形成した。
その後、マスクＰ３を用いて珪素膜５２をエッチング除
去し、Ｎチャネル型薄膜トランジスタ用アイランド領域
６３と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。

【００３９】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／ｃｍ²で、膜厚全体が溶融するには２２０
ｍＪ／ｃｍ²が必要となる。しかし、最初から２２０ｍ
Ｊ／ｃｍ²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１５０ｍ
Ｊ／ｃｍ²で水素の追い出しを行なった後、２３０ｍＪ
／ｃｍ²で結晶化をおこなった。

【００４０】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。

【００４１】この後、この上側にリンが１〜５×10²¹cm
^-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),MoSi₂または
WSi₂との多層膜を形成した。これを第４のフォトマスク
Ｐ４にてパタ−ニングして図６(E) を得た。ＮＴＦＴ用
のゲイト電極６６、ＰＴＦＴ用のゲイト電極６７を形成
した。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０．３
μｍの厚さに形成した。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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Ｐ
５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Ｐ６を用いて
リ−ド７４およびコンタクト７３、７５を作製した後、
表面を平坦化用有機樹脂７７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７のフォトマス
クＰ７にて行った。さらに、これら全体にＩＴＯ（イン
ジウム酸化錫）を０．１μｍの厚みにスパッタ法により
形成し第８のフォトマスクＰ８を用いて画素電極７１を
形成した。このＩＴＯは室温〜１５０℃で成膜し、２０
０〜４００℃の酸素または大気中のアニ−ルにより成就
した。

【００４５】得られたＴＦＴの電気的な特性はＰＴＦＴ
で移動度は４０（cm²/Vs）、Ｖthは−５．９（Ｖ）で、
ＮＴＦＴで移動度は８０（cm²/Vs）、Ｖthは５．０
（Ｖ）であった。

【００４６】上記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。この液
晶表示装置の電極等の配置の様子を図５に示している。
Ｎチャネル型薄膜トランジスタとＰチャネル型薄膜トラ
ンジスタとを第１の信号線３と第２の信号線４のとの交
差部に設けられている。このようなＣ／ＴＦＴを用いた
マトリクス構成を有せしめた。かかる構造を左右、上下
に繰り返すことにより、６４０×４８０、１２８０×９
６０といった大画素の液晶表示装置とすることができ
る。本実施例では１９２０×４００とした。この様にし
て第１の基板を得た。

【００４７】他方の基板の作製方法を図７に示す。ガラ
ス基板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９のフォトマスクＰ９を用いてブラックストライプ８
１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１０のフォトマスクＰ１０を用いて赤色フィルター８
３を作製した。同様にしてマスクＰ１１、Ｐ１２を使用
し、緑色フィルター８５および青色フィルター８６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８９を透明ポリイミド
を用いて制作した。

【００４８】その後、これら全体にＩＴＯ（インジュー
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９１を用いて共通電極９０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。

【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
を設けた。

【００５０】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。これと冷陰極管を３本配置した後部照明装置、テ
レビ電波を受信するチューナーを接続し、壁掛けテレビ
として完成させた。従来のＣＲＴ方式のテレビと比べ
て、平面形状の装置となったために、壁等に設置するこ
とも出来るようになった。この液晶テレビの動作は図
１、図２に示したものと、実質的に同等な信号を液晶画
素に印加することにより確認された。

【００５１】『実施例２』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。

【００５２】本実施例では、画素数が３８７×１２８の
構成にして、低温プロセスによる高移動度ＴＦＴを用い
た素子を形成し、ビューファインダーを構成した。本実
施例で使用する液晶表示装置の基板上のアクティブ素子
の配置の様子を図５に示し図５のＡ−Ａ’断面およびＢ
−Ｂ’断面を示す作製プロセスを図８に描く。

【００５３】図８（Ａ）において、安価な、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１０００〜３００
０Å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。

【００５４】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１
００〜２００℃低い４５０〜５５０℃、例えば５３０℃
でジシラン(Si₂H₆) またはトリシラン(Si₃H₈) をＣＶＤ
装置に供給して成膜した。反応炉内圧力は３０〜３００
Ｐａ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（Ｖt
h）に概略同一に制御するため、ホウ素をジボランを用
いて１×10¹⁵〜１×10¹⁸cm^-3の濃度として成膜中に添加
してもよい。

【００５５】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。

【００５６】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(SiH₄)ま
たはジシラン(Si₂H₆) 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。

【００５７】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。

【００５８】図８(A) において、珪素膜を第１のフォト
マスクにてフォトエッチングを施し、ＮＴＦＴ用の領
域１３（チャネル巾２０μm)を図面のＡ−Ａ’断面側
に、ＰＴＦＴ用の領域２２をＢ−Ｂ’断面側に作製し
た。

【００５９】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。

【００６０】この後、この上側にリンが１〜５×10²¹cm
^-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),MoSi₂または
WSi₂との多層膜を形成した。これを第２のフォトマスク
にてパタ−ニングして図８(B) を得た。ＮＴＦＴ用の
ゲイト電極９、ＰＴＦＴ用のゲイト電極２１を形成し
た。本実施例にでは、ＮＴＦＴ用チャネル長は１０μ
ｍ、ＰＴＦＴ用チャネル長は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。

【００６１】図８（Ｃ）において、ＰＴＦＴ用のソ−ス
１８ドレイン２０に対し、ホウ素を１〜５×１０¹⁵cm^-2
のド−ズ量でイオン注入法により添加した。

【００６２】次に図８（Ｄ）の如く、フォトレジスト６
１をフォトマスクを用いて形成した。ＮＴＦＴ用のソ
−ス１０、ドレイン１２としてリンを１〜５×１０¹⁵cm
^-2のドーズ量でイオン注入法により添加した。

【００６３】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２のフォトマスクにて
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。

【００６４】次に、６００℃にて１０〜５０時間再び加
熱アニ−ルを行った。ＮＴＦＴのソ−ス１０、ドレイン
１２、ＰＴＦＴのソ−ス１８、ドレイン２０を不純物を
活性化してＰ⁺、Ｎ⁺として作製した。またゲイト電極
２１、９下にはチャネル形成領域１９、１１がセミアモ
ルファス半導体として形成されている。

【００６５】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。

【００６６】本実施例では熱アニ−ルは図８（Ａ）、
（Ｄ）で２回行った。しかし図８（Ａ）のアニ−ルは求
める特性により省略し、双方を図８（Ｄ）のアニ−ルに
より兼ね製造時間の短縮を図ってもよい。図８（Ｅ）に
おいて、層間絶縁物６５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、フォトマスクを用いて電極用の窓６６を形成し
た。さらに、図８（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７１、および
コンタクト７２をフォトマスクを用いて作製した後、
表面を平坦化用有機樹脂６９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に
て行った。

【００６７】２つのＴＦＴを相補型構成とし、かつその
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
によりエッチングし、電極１７を構成させた。このＩ
ＴＯ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ＮＴＦＴとＰＴＦＴ２２と透明導電膜の電極１７
とを同一ガラス基板５０上に作製した。得られたＴＦＴ
の電気的な特性はＰＴＦＴで移動度は２０（cm²/Vs）、
Ｖthは−５．９（Ｖ）で、ＮＴＦＴで移動度は４０（cm
²/Vs）、Ｖthは５．０（Ｖ）であった。

【００６８】上記の様な方法に従って液晶装置用の一方
の基板を作製した。この液晶表示装置の電極等の配置の
様子を図５に示している。このようなＣ／ＴＦＴを用い
たマトリクス構成を有せしめた。

【００６９】次に第二の基板として、青板ガラス上にス
パッタ法を用いて、酸化珪素膜を２０００Å積層した基
板上に、やはりスパッタ法によりＩＴＯ（インジュ−
ム・スズ酸化膜）を形成した。このＩＴＯは室温〜１５
０℃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。また、この基板上に『実施例
１』と同様の手法を用いたカラーフィルターを形成し
て、第二の基板とした。

【００７０】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。

【００７１】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。基板上のリードはそのピッチが
４６μｍと微細なため、ＣＯＧ法を用いて接続をおこな
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。

【００７２】実施例１と実質的に同等な駆動方法により
この液晶表示装置の１２８階調表示が可能であることを
確認した。

【００７３】例えば３８４×１２８ドットの４９，１５
２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、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、１２８階調表示まで可能になり
カラー表示では２，０９７，１５２色の多彩であり微妙
な色彩の表示が実現できている。

【００７４】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。

【００７５】『実施例３』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Ｔ
ＦＴは、レーザーアニールを用いた多結晶シリコンとし
た。

【００７６】以下では、ＴＦＴ部分の作製方法について
図９にしたがって記述する。図９（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１００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１０１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１
５℃、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。

【００７７】この上にシリコン膜をプラズマＣＶＤ法に
より珪素膜１０２を作製した。成膜温度は２５０℃〜３
５０℃で行い本実施例では３２０℃とし、モノシラン(S
iH₄)を用いた。モノシラン(SiH₄)に限らず、ジシラン(S
i₂H₆) またトリシラン(Si₃H₈) を用いてもよい。これら
をＰＣＶＤ装置内に３Ｐａの圧力で導入し、１３．５６
ＭＨｚ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／ｃｍ²が適当であり、本
実施例では０．０５５Ｗ／ｃｍ²を用いた。また、モノ
シラン(SiH₄)の流量は２０ＳＣＣＭとし、その時の成膜
速度は約１２０Å/ 分であった。ＰＴＦＴとＮＴＦＴと
のスレッシュホ−ルド電圧（Ｖth）を概略同一に制御す
るため、ホウ素をジボランを用いて１×10¹⁵〜１×10¹⁸
cm^-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。

【００７８】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。

【００７９】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５
３０℃でジシラン(Si₂H₆) またはトリシラン(Si₃H₈) 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）を概略同一に制御するため、ホウ素をジボラン
を用いて１×10¹⁵〜１×10¹⁸cm^-3の濃度として成膜中に
添加してもよい。

【００８０】これらの方法によって形成された被膜は、
酸素が５×10²¹cm^-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７×10¹⁹cm^-3以下、
好ましくは１×10¹⁹cm^-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４×10²⁰cm^-3であり、珪素４×10²²
cm^-3として比較すると１原子％であった。

【００８１】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７×10¹⁹cm^-3以下、好
ましくは１×10¹⁹cm^-3以下とし、ピクセル構成するＴＦ
Ｔのチャネル形成領域のみに酸素をイオン注入法により
５×10²⁰〜５×10²¹cm^-3となるように添加してもよい。
上記方法によって、アモルファス状態の珪素膜を５００
〜５０００Å、本実施例では１０００Åの厚さに成膜し
た。

【００８２】その後、フォトレジスト１０３をマスクＰ
１を用いてＮＴＦＴのソース・ドレイン領域となるべき
領域のみ開孔したパターンを形成した。そして、レジス
ト１０３をマスクとして、リンイオンをイオン注入法に
より、２×１０¹⁴〜５×１０¹⁶ｃｍ^-2、好ましくは２×
１０¹⁶ｃｍ^-2だけ、注入し、ｎ型不純物領域１０４を形
成した。その後、レジスト１０３は除去された。

【００８３】同様に、レジスト１０５を塗布し、マスク
Ｐ３を用いて、ＰＴＦＴのソース・ドレイン領域となる
べき領域のみ開孔したパターンを形成した。そして、レ
ジスト１０５をマスクとして、ｐ型の不純物領域を形成
した。不純物としては、ホウソを用い、やはりイオン注
入法を用いて、２×１０¹⁴〜５×１０¹⁶ｃｍ^-2、好まし
くは２×１０¹⁶ｃｍ^-2だけ、不純物を導入した。このよ
うにして。図９（Ｂ）を得た。

【００８４】その後、珪素膜１０２上に、厚さ５０〜３
００ｎｍ、例えば、１００ｎｍの酸化珪素被膜１０７
を、上記のＲＦスパッタ法によって形成した。そして、
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によって、結晶化・
活性化した。この時のレーザーエネルギーは、閾値エネ
ルギーが１３０ｍＪ／ｃｍ²で、膜厚全体が溶融するに
は２２０ｍＪ／ｃｍ²が必要となる。しかし、最初から
２２０ｍＪ／ｃｍ²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１
５０ｍＪ／ｃｍ²で水素の追い出しを行なった後、２３
０ｍＪ／ｃｍ²で結晶化をおこなった。さらに、レーザ
ーアニール終了後は酸化珪素膜１０７は取り去った。

【００８５】その後、フォトマスクＰ３によって、アイ
ランド状のＮＴＦＴ領域１１１とＰＴＦＴ領域１１２を
形成した。この上に酸化珪素膜１０８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。

【００８６】この後、この上側にリンが１〜５×10²¹cm
^-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),MoSi₂または
WSi₂との多層膜を形成した。これを第４のフォトマスク
Ｐ４にてパタ−ニングして図９(D) を得た。ＮＴＦＴ用
のゲイト電極１０９、ＰＴＦＴ用のゲイト電極１１０を
形成した。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。

【００８７】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Ｐ４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。

【００８８】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。

【００８９】図９（Ｅ）において、層間絶縁物１１３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Ｐ
５を用いて電極用の窓１１７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Ｐ６を用いて
リ−ド１１６およびコンタクト１１４、１１５を作製し
た後、表面を平坦化用有機樹脂１１９、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７の
フォトマスクＰ７にて行った。さらに、これら全体にＩ
ＴＯ（インジウム酸化錫）を０．１μｍの厚みにスパッ
タ法により形成し第８のフォトマスクＰ８を用いて画素
電極１１８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。

【００９０】得られたＴＦＴの電気的な特性はＰＴＦＴ
で移動度は３５（cm²/Vs）、Ｖthは−５．９（Ｖ）で、
ＮＴＦＴで移動度は９０（cm²/Vs）、Ｖthは４．８
（Ｖ）であった。

【００９１】上記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。他方の
基板の作製方法は実施例１と同じであるので省略する。
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。これと冷
陰極管を３本配置した後部照明装置、テレビ電波を受信
するチューナーを接続し、壁掛けテレビとして完成させ
た。従来のＣＲＴ方式のテレビと比べて、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ように
なった。この液晶テレビの動作は図１、図２に示したも
のと、実質的に同等な信号を液晶画素に印加することに
より確認された。

【００９２】

【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、本発明のように、全くアナロ
グ的な信号を加えることなく純粋にデジタル制御のみで
階調表示することにより、２５６階調表示以上の階調表
示が可能となった。完全なデジタル表示であるので、Ｔ
ＦＴの特性ばらつきによる階調の曖昧さは全くなくな
り、したがって、ＴＦＴのばらつきが少々あっても、極
めて均質な階調表示が可能であった。したがって、従来
はばらつきの少ないＴＦＴを得るために極めて歩留りが
悪かったのに対し、本発明によって、ＴＦＴの歩留りが
さほど問題とされなくなったため、液晶装置の歩留りは
向上し、作製コストも著しく抑えることができた。

【００９３】例えば６４０×４００ドットの２５６，０
００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、１
６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、２５６階調表示
まで可能になりカラー表示ではなんと１６，７７７，２
１６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。

【００９４】本発明の実施例では、シリコンを用いたＴ
ＦＴを中心に説明を加えたが、ゲルマニウムを用いたＴ
ＦＴも同様に使用できる。とくに、単結晶ゲルマニウム
の電子移動度は３６００ｃｍ²／Ｖｓ、ホール移動度は
１８００ｃｍ²／Ｖｓと、単結晶シリコンの値（電子移
動度で１３５０ｃｍ²／Ｖｓ、ホール移動度で４８０ｃ
ｍ²／Ｖｓ）の特性を上回っているため、高速動作が要
求される本発明を実行する上で極めて優れた材料であ
る。また、ゲルマニウムは非晶質状態から結晶状態へ遷
移する温度がシリコンに比べて低く、低温プロセスに向
いている。また、結晶成長の際の核発生率が小さく、し
たがって、一般に、多結晶成長させた場合には大きな結
晶が得られる。このようにゲルマニウムはシリコンと比
べても遜色のない特性を有している。

【００９５】本発明の技術思想を説明するために、主と
して液晶を用いた電気光学装置、特に表示装置を例とし
て説明を加えたが、本発明の思想を適用するには、なに
も表示装置である必要はなく、いわゆるプロジェクショ
ン型テレビやその他の光スイッチ、光シャッターであっ
てもよい。さらに、電気光学材料も液晶に限らず、電
界、電圧等の電気的な影響を受けて光学的な特性の変わ
るものであれば、本発明を適用できることは明らかであ
ろう。

【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】本発明による駆動波形を示す。

【図３】本発明による階調表示特性の例を示す。

【図４】本発明によるマトリクス構成の例を示す。

【図５】実施例による素子の平面構造を示す。

【図６】実施例によるＴＦＴのプロセスを示す。

【図７】実施例によるカラーフィルターの工程を示
す。

【図８】実施例によるＴＦＴのプロセスを示す。

【図９】実施例によるＴＦＴのプロセスを示す。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年９月２２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【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】本発明による駆動波形を示す。

【図３】本発明による階調表示特性の例を示す。

【図４】本発明によるマトリクス構成の例を示す。

【図５】実施例による素子の平面構造を示す。

【図６】実施例によるＴＦＴのプロセスを示す。

【図７】実施例によるＴＦＴのプロセスを示す。

【図８】実施例によるカラーフィルターの工程を示
す。

【図９】実施例によるＴＦＴのプロセスを示す。

【図１０】実施例によるＴＦＴのプロセスを示す。

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図５】

【図６】

【図７】

【図４】

【図８】

【図９】

【図１０】

フロントページの続き (72)発明者竹村保彦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】基板上に、Ｎ本の信号線Ｘ_1,Ｘ_2,..Ｘ_n,..
Ｘ_Nと、それに直交するＭ本の信号線Ｙ_1,Ｙ_2,..Ｙ_m,..
Ｙ_Mとによってマトリクス状に形成された配線と、各マ
トリクスの交差点領域には、Ｎチャネル型薄膜トランジ
スタとＰチャネル型薄膜トランジスタとによって形成さ
れたそれぞれ少なくとも１つのトランスファー・ゲイト
素子と、各信号線の交差点領域に設けられた画素Ｚ_11,
Ｚ₁₂,...Ｚ_mn,...Ｚ_MNとを有し、各トランスファー・ゲ
イト素子の出力端子は各画素を構成する静電装置の電極
の一方に接続され、該トランスファー・ゲイト素子の制
御電極は信号線Ｘ_1,Ｘ₂,..Ｘ_n,..Ｘ_Nに、入力端子は信
号線Ｙ_1,Ｙ_2,..Ｙ_m,..Ｙ_Mに接続された電気光学装置に
おいて、時間Ｔ₀からＴ₁においては信号線Ｙ_mに電圧
を加えるとともに、信号線Ｘ_nに時間（Ｔ₁−Ｔ₀）よ
りも短く、少なくとも極性が１回反転する信号を加える
過程と、時間Ｔ₂からＴ₃（Ｔ₃＞Ｔ₂）においては、
信号線Ｙ_mに電圧を加えないで、信号線Ｘ_nに時間（Ｔ
₃−Ｔ₂）よりも短く、少なくとも極性が１回反転する
信号を加える過程とを有し、よって、画素電極に短くと
も時間Ｔ₁からＴ₃まで電圧のかかった状態を実現する
ことを特徴とする電気光学装置の画像表示方法。
【請求項２】基板上に、Ｎ本の信号線Ｘ_1,Ｘ_2,..Ｘ_n,..
Ｘ_Nと、それに直交するＭ本の信号線Ｙ_1,Ｙ_2,..Ｙ_m,..
Ｙ_Mとによってマトリクス状に形成された配線と、各マ
トリクスの交差点領域には、Ｎチャネル型薄膜トランジ
スタとＰチャネル型薄膜トランジスタとによって形成さ
れたそれぞれ少なくとも１つのトランスファー・ゲイト
素子と、各信号線の交差点領域に設けられた画素Ｚ_11,
Ｚ₁₂,...Ｚ_mn,...Ｚ_MNとを有し、各トランスファー・ゲ
イト素子の出力端子は各画素を構成する静電装置の電極
の一方に接続され、該トランスファー・ゲイト素子の制
御電極は信号線Ｘ_1,Ｘ₂,..Ｘ_n,..Ｘ_Nに、入力端子は信
号線Ｙ_1,Ｙ_2,..Ｙ_m,..Ｙ_Mに接続された電気光学装置に
おいて、画素電極にパルス周期が３０ｍｓｅｃ以下のパ
ルスを加えることによって信号を表示する表示方法にお
いて、パルス幅を可変にすることによって階調表示をお
こなうことを特徴とする電気光学装置の画像表示方法。
【請求項３】基板上に、Ｎ本の信号線Ｘ_1,Ｘ_2,..Ｘ_n,..
Ｘ_Nと、それに直交するＭ本の信号線Ｙ_1,Ｙ_2,..Ｙ_m,..
Ｙ_Mとによってマトリクス状に形成された配線と、各マ
トリクスの交差点領域には、Ｎチャネル型薄膜トランジ
スタとＰチャネル型薄膜トランジスタとによって形成さ
れたそれぞれ少なくとも１つのトランスファー・ゲイト
素子と、各信号線の交差点領域に設けられた画素Ｚ_11,
Ｚ₁₂,...Ｚ_mn,...Ｚ_MNとを有し、各トランスファー・ゲ
イト素子の出力端子は各画素を構成する静電装置の電極
の一方に接続され、該トランスファー・ゲイト素子の制
御電極は信号線Ｘ_1,Ｘ₂,..Ｘ_n,..Ｘ_Nに、入力端子は信
号線Ｙ_1,Ｙ_2,..Ｙ_m,..Ｙ_Mに接続された電気光学装置に
おいて、任意の信号線Ｘ_nには周期的に少なくとも極性
が１回反転する信号を加え、前記信号が加わっている間
には、任意の信号線Ｙ_mに電圧を加わった状態にするこ
とを複数回繰り返す過程と、その後、信号線Ｘ_nには周
期的に少なくとも極性が１回反転する信号を加え、前記
信号が加わっている間には、信号線Ｙ_mに電圧の加わっ
ていない状態にすることを複数回繰り返す過程とを有す
ることを特徴とする電気光学装置の画像表示方法。