JPH0659276A

JPH0659276A - 電気光学装置

Info

Publication number: JPH0659276A
Application number: JP8954091A
Authority: JP
Inventors: 正明 ▲ひろ▼木; Masaaki Hiroki; Akira Mase; 晃間瀬; Shunpei Yamazaki; 舜平山崎
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1991-03-27
Filing date: 1991-03-27
Publication date: 1994-03-04
Anticipated expiration: 2013-04-15
Also published as: JP2740886B2

Abstract

(57)【要約】【目的】デジタル方式の諧調表示を可能にする。【構成】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た変化さ
せ、階調を表示可能にしたことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】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２０１）のときには、
透過光量がほぼ０％、Ｖｂ（Ｂ点２０２）の場合には３
０％ほど、Ｖｃ（Ｃ点２０３）の場合には８０％ほど、
Ｖｄ（Ｄ点２０４）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、階調表示をおこなっていた。

【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
説明をくわえる。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５０１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５０２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０．３２
Ｖ間で全ての階調表示を行なわねばならない。１６階調
を過程した場合、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２０１とＤ点２０４
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
に値する。複数の書込みフレームを利用して、例えば１
０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３０Ｈ
ｚ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、２０Ｍ
Ｈｚ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た変化さ
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、図４に示す様に、
データ方向の信号線２１０〜２１３の電界の強さの強弱
で２２０〜２２３に示すような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
制御を行うのでは無く、図１に示す様に、任意の画素に
書き込む単位時間ｔ２２５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２２７、２２９、２
３１が図１のように変化した場合、非書き込み時間では
その平均値２２８、２３０、２３２のようになり、明快
な階調表示が可能となるっている。

【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５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６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７を使用して説明する。図７（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５
１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(SiH₄)を
用いた。モノシラン(SiH₄)に限らず、ジシラン(Si₂H₆)
またトリシラン(Si₃H₈) を用いてもよい。これらをＰＣ
ＶＤ装置内３Ｐａ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
０．０２〜０．１０Ｗ／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。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１×10¹⁵〜１×10¹⁸cm^-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。

【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。

【００２２】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。

【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７×10¹⁹cm^-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。

【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１０００
Åの厚さに成膜した。

【００２５】その後、図７（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(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、１３．５６Ｍ
Ｈｚの高周波電力を加えて成膜した。この際、高周波電
力は０．０５〜０．２０Ｗ／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７（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(SiH₄)とモノシランベースの
ジボラン(B₂H₆)２％濃度のものを用いた。これらをＰＣ
ＶＤ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／ｃｍ²が適当であり、本実施例
では０．０８０Ｗ／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Ｐ６２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。

【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／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。

【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５２２
cm^-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、５０〜５
００Å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 ）＝１５〜３００cm²／Ｖ
Ｓｅｃおよびホール移動度（μe ）＝５〜１００cm²／
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１〜５×10²¹cm
^-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
６９にてパタ−ニングして図７(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７（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７
０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。

【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〜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。

【００３７】得られたＴＦＴの電気的な特性であるＮＴ
ＦＴの移動度は８０（cm²/Vs）、Ｖthは５．０（Ｖ）、
ＰＴＦＴの移動度は３０（cm²/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８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１のフォトマスク８２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２のフォトマスク８４を用いて赤色フィルター８３を
作製した。同様にして緑色フィルター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。

【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。

【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９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２２０を
冷陰極管を３本配置した後部照明装置２２１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２２３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１０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ビット並列処理がおこ
なわれている。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ＣＬＫ３５
７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３５８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
１１に示す。図１１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
プ写真であります。図１１（Ａ）から（Ｄ）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（Ｄ）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、ＴＦ
Ｔ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、４２階調表示まで可能になりカラー表示では７
４，０８８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。

【００５１】本実施例によるＴＦＴは、チャネル長を５
μｍ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２０
１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２０１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２
０２、緑色フィルター２０３、青色フィルター２０４
と、反射板２０５、１５０Ｗのメタルハライド系光源２
０８とフォーカス用光学系２０９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。

【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。

【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(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。

【００５９】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。この酸
素濃度が高いと、結晶化させにくく、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４×10¹⁹〜４×10²¹
cm^-3の範囲とした。水素は４×10²⁰cm^-3であり、珪素４
×10²²cm^-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５２２
cm^-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、５０〜５
００Å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）＝１０〜２００cm²／
ＶＳｅｃ、電子移動度（μe ）＝１５〜３００cm²／Ｖ
Ｓｅｃ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１０cm²/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１〜５×10²¹cm
^-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１のフォトマスク
にてパタ−ニングして図１３(B) を得た。本実施例に
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６０７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にて行った。

【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Ｉ
ＴＯ（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ＮＴＦＴの電気的な特性の移動度
は１２０（cm²/Vs）、Ｖthは５．０（Ｖ）、ＰＴＦＴの
電気的な特性の移動度は５０（cm²/Vs）、Ｖthは５．３
（Ｖ）であった。

【００７２】図１４に構造の概略を示す。該基板上２１
０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２１１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２１２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３
０７，２００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Ｔ
ＦＴ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２１
０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２１１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２１２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２５６，０
００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
は無く、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。

【図面の詳細な説明】

【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Ｔ
ＦＴの電気特性を示す。

【図４】従来例による駆動波形を示す。

【図５】本実施例によるマトリクス回路を示す。

【図６】本実施例による素子の平面構造を示す。

【図７】本実施例によるＴＦＴのプロセスを示す。

【図８】本実施例による対向電極の工程を示す。

【図９】本実施例による液晶表示装置（テレビ）の構成
を示す。

【図１０】本実施例による駆動回路のシステム構成を示
す。

【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。

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

【手続補正書】

【提出日】平成５年４月１５日

【手続補正１】

【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１５】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

【図７】

【図８】

【図９】

【図１０】

【図１１】

【図１２】

【図１６】

【図１３】

【図１４】

【手続補正２】

【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】

【図面の詳細な説明】

【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】従来例による駆動波形を示す。

【図５】本実施例によるマトリクス回路を示す。

【図６】本実施例による素子の平面構造を示す。

【図７】本実施例によるＴＦＴのプロセスを示す。

【図８】本実施例による対向電極の工程を示す。

【図９】本実施例による液晶表示装置（テレビ）の構
成を示す。

【図１０】本実施例による駆動回路のシステム構成を
示す。

【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ＴＦＴの特性のオシロの波
形を示す写真。

【図１３】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１４】本実施例によるＴＦＴのプロセスを示す。

【図１５】本実施例による液晶電気光学装置の断面図
を示す。

【図１６】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

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 29/784

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上にマトリックス構成を有する信号線
とそれぞれの画素電極にＮチャンネル型薄膜トランジス
タとＰチャンネル型薄膜トランジスタとを相補型に構成
した相補型薄膜トランジスタを設け、該相補型薄膜トラ
ンジスタの入出力側の一方を前記画素電極へ、他の一方
を前記マトリックス構成を有する一対の信号線の第１お
よび第２の信号線へ接続し、かつ前記相補型薄膜トラン
ジスタのゲートを前記マトリックス構成を有する信号線
の第３の信号線へ接続した電気回路を設けた第１の基板
と、基板上に電極およびリードを設けた第２の基板によ
って、少なくとも液晶組成物または液晶組成物を含む混
合物を挟持した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、分割の割合
に応じた階調を表示可能にしたことを特徴とする電気光
学装置。
【請求項２】請求項１において、液晶組成物は強誘電性
を示すことを特徴とする電気光学装置。
【請求項３】請求項１において、液晶組成物はネマチッ
ク液晶を主体とすることを特徴とする電気光学装置。
【請求項４】請求項１において、液晶組成物はコレステ
ィック液晶を主体とすることを特徴とする電気光学装
置。
【請求項５】請求項１において、液晶組成物を含む混合
物はネマチック液晶を有機樹脂中に分散させたことを特
徴とする電気光学装置。
【請求項６】請求項１において、液晶組成物を含む混合
物はコレスティック液晶を有機樹脂中に分散させたこと
を特徴とする電気光学装置。
【請求項７】請求項１において、液晶組成物を含む混合
物はスメクチィク液晶を有機樹脂中に分散させたことを
特徴とする電気光学装置。