JP2838612B2 - Light valve device and manufacturing method thereof - Google Patents
Light valve device and manufacturing method thereofInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、直視型表示装置や投
影型表示装置に用いられる平板型光弁装置に関する。よ
り詳しくは、半導体薄膜に駆動回路が形成された集積回
路を液晶パネルとして一体的に組み込んだ光弁装置例え
ばアクティブマトリクス液晶表示装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flat light valve device used for a direct-view display device and a projection display device. More specifically, the present invention relates to a light valve device such as an active matrix liquid crystal display device in which an integrated circuit in which a drive circuit is formed on a semiconductor thin film is integrally incorporated as a liquid crystal panel.
【０００２】[0002]
【従来の技術】アクティブマトリクス液晶表示装置の原
理は至って簡単であり、各画素にスイッチ素子を設け、
特定の画素を選択する場合には対応するスイッチ素子を
導通させ、非選択時においてはスイッチ素子を非導通状
態にしておくものである。このスイッチ素子は液晶パネ
ルを構成するガラス基板上に形成されている。従ってス
イッチ素子の薄膜化技術が重要である。この素子として
通常薄膜トランジスタが用いられている。2. Description of the Related Art The principle of an active matrix liquid crystal display device is extremely simple.
When a specific pixel is selected, the corresponding switch element is turned on, and when not selected, the switch element is turned off. This switch element is formed on a glass substrate constituting a liquid crystal panel. Therefore, the technology for thinning the switch element is important. Usually, a thin film transistor is used as this element.
【０００３】従来アクティブマトリクス装置においては
薄膜トランジスタはガラス基板上に堆積された非晶質シ
リコン薄膜あるいは多結晶シリコン薄膜で形成されてい
た。これら非晶質シリコン薄膜あるいは多結晶シリコン
薄膜は、化学気相成長法を用いてガラス基板の上に容易
に堆積できるので、比較的大画面のアクティブマトリク
ス液晶表示装置を製造するのに適している。非晶質ある
いは多結晶シリコン薄膜に形成されるトランジスタ素子
は一般に電界効果絶縁ゲート型のものである。Conventionally, in an active matrix device, a thin film transistor is formed of an amorphous silicon thin film or a polycrystalline silicon thin film deposited on a glass substrate. Since these amorphous silicon thin films or polycrystalline silicon thin films can be easily deposited on a glass substrate using a chemical vapor deposition method, they are suitable for manufacturing an active matrix liquid crystal display device having a relatively large screen. . A transistor element formed on an amorphous or polycrystalline silicon thin film is generally of a field effect insulated gate type.
【０００４】現在、非晶質シリコンを用いたアクティブ
マトリクス液晶表示装置では３インチから１０インチ程
度の面積のものが商業的に生産されている。非晶質シリ
コン薄膜は350°Ｃ以下の低温で形成できるため大面積
液晶パネルに適している。又、多結晶シリコン膜を用い
たアクティブマトリクス液晶表示装置では現在２インチ
程度の小型液晶表示パネルが商業的に生産されている。At present, an active matrix liquid crystal display device using amorphous silicon having an area of about 3 inches to 10 inches is commercially produced. Since the amorphous silicon thin film can be formed at a low temperature of 350 ° C. or less, it is suitable for a large-area liquid crystal panel. Further, in an active matrix liquid crystal display device using a polycrystalline silicon film, a small liquid crystal display panel of about 2 inches is currently commercially produced.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の非晶質
シリコン薄膜あるいは多結晶シリコン薄膜を用いたアク
ティブマトリクス液晶表示装置は、比較的大画面の画像
面を必要とする直視型表示装置に適している一方、装置
の微細化及び画素の高密度化には必ずしも適していな
い。最近直視型表示装置とは別に、微細化された高密度
の画素を有する超小型表示装置あるいは光弁装置に対す
る要求が高まってきている。かかる超小型光弁装置は、
例えば投影型画像装置の一次画像形成面として利用さ
れ、投影型のハイビジョンテレビとして応用可能であ
る。微細半導体製造技術を用いることにより１０μｍオ
ーダの画素寸法を有し全体としても数ｃｍ程度の寸法を
有する超小型高精細光弁装置が可能となる。However, a conventional active matrix liquid crystal display device using an amorphous silicon thin film or a polycrystalline silicon thin film is suitable for a direct-view type display device requiring a relatively large screen image surface. On the other hand, it is not necessarily suitable for miniaturization of the device and high density of pixels. Recently, apart from the direct-view display device, there has been an increasing demand for an ultra-small display device or a light valve device having miniaturized high-density pixels. Such a micro light valve device,
For example, it is used as a primary image forming surface of a projection type image device, and can be applied as a projection type high definition television. By using the fine semiconductor manufacturing technology, an ultra-small, high-definition light valve device having a pixel size on the order of 10 μm and a size of about several cm as a whole becomes possible.
【０００６】しかしながら、従来の非晶質あるいは多結
晶シリコン薄膜を用いた場合には、微細半導体加工技術
を適用してサブミクロンオーダのトランジスタ素子を形
成することができない。例えば非晶質シリコン薄膜の場
合その易動度が１ｃｍ2 ／Ｖｓｅｃ程度であるため、高
速動作が求められる駆動回路を同一基板上に形成できな
い。また多結晶シリコン薄膜の場合には、結晶粒子の大
きさがμｍ程度であるため、必然的に能動素子の微細化
が制限されるなどの課題があった。However, when a conventional amorphous or polycrystalline silicon thin film is used, a transistor element on the order of submicron cannot be formed by applying a fine semiconductor processing technique. For example, in the case of an amorphous silicon thin film, the mobility is about 1 cm 2 / Vsec, so that a driving circuit requiring high-speed operation cannot be formed on the same substrate. Further, in the case of a polycrystalline silicon thin film, since the size of crystal grains is about μm, there is a problem that miniaturization of an active element is necessarily limited.
【０００７】そこで、この発明の目的は、従来のこのよ
うな課題を解決するため、超小型で微細化されたアクテ
ィブマトリクス液晶表示装置等の光弁装置を提供するこ
とを目的とする。この目的を達成するために、本発明に
おいては、担体層の上に形成した半導体単結晶層に駆動
回路を形成するようにした。ところで従来かかる担体層
の上に半導体層を形成した種々のタイプの半導体積層基
板が知られている。いわゆるＳＯＩ基板と呼ばれている
ものである。ＳＯＩ基板は例えば絶縁物質からなる担体
表面に化学気相成長法等を用いて多結晶シリコン薄膜を
堆積させた後、レーザービーム照射等により多結晶膜を
再結晶化して単結晶構造に転換して得られていた。しか
しながら、一般に多結晶の再結晶化により得られた単結
晶は必ずしも一様な結晶方位を有しておらず、また格子
欠陥密度が大きかった。これらの理由により、従来の方
法により製造されたＳＯＩ基板に対して、シリコン単結
晶ウェハと同様に微細化技術を適用することは困難であ
った。この点に鑑み、本発明は半導体プロセスで広く用
いられているシリコン単結晶と同程度の結晶方位が一様
でかつ低密度の格子欠陥を有する半導体薄膜を用いて、
微細、高分解能の光弁装置を提供することを第２の目的
とする。An object of the present invention is to provide a light valve device such as an active matrix liquid crystal display device which is miniaturized and miniaturized in order to solve the conventional problems. In order to achieve this object, in the present invention, a drive circuit is formed on a semiconductor single crystal layer formed on a carrier layer. By the way, conventionally, various types of semiconductor laminated substrates in which a semiconductor layer is formed on such a carrier layer are known. This is a so-called SOI substrate. An SOI substrate is formed by depositing a polycrystalline silicon thin film on a carrier surface made of, for example, an insulating material using a chemical vapor deposition method or the like, and then recrystallizing the polycrystalline film by laser beam irradiation or the like to convert it to a single crystal structure. Had been obtained. However, in general, a single crystal obtained by recrystallization of a polycrystal does not always have a uniform crystal orientation and has a large lattice defect density. For these reasons, it has been difficult to apply a miniaturization technique to an SOI substrate manufactured by a conventional method, similarly to a silicon single crystal wafer. In view of this point, the present invention uses a semiconductor thin film having a uniform crystal orientation and a low-density lattice defect similar to a silicon single crystal widely used in a semiconductor process,
A second object is to provide a fine and high-resolution light valve device.
【０００８】さらに、光弁装置は高強度の入射光のある
状態で使用される場合が多い。これに対し、高品質の単
結晶半導体薄膜は大きな光導電性を示すので単結晶半導
体薄膜で形成されたトランジスタは誤動作をしてしま
う。そこで、本発明はこの誤動作を防止するため、光弁
装置への入射光を完全に遮断するのに有効な遮光方法を
提供することを第３の目的とする。Further, the light valve device is often used in the presence of high intensity incident light. On the other hand, a high-quality single-crystal semiconductor thin film has high photoconductivity, so that a transistor formed using the single-crystal semiconductor thin film malfunctions. In view of the above, a third object of the present invention is to provide a light-shielding method effective for completely blocking incident light to a light valve device in order to prevent this malfunction.
【０００９】さらに、光弁装置はカラーフィルタを用い
たカラー画像表示を行う場合が多いが、形成したフィル
タによる凹凸の影響の無い液晶セルを提供することを第
４の目的とする。さらに、信号保持用の容量を大きくし
て、画素の電位を安定化し、フリッカが無くコントラス
トの高い光弁装置を提供することを第５の目的とする。A fourth object of the present invention is to provide a liquid crystal cell in which a light valve device often performs color image display using a color filter, but is not affected by unevenness due to the formed filter. It is a fifth object of the present invention to provide a light valve device which has a large signal holding capacity, stabilizes the potential of the pixel, has no flicker, and has high contrast.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明が採用した手段は次のとおりである。該駆動
基板はすくなくとも、担体層と、半導体単結晶薄膜から
なる集積回路層と、該担体層と該集積回路層の間の接着
層と、該担体層と該接着層の間の遮光膜若しくはカラー
フィルタ層とからなり、該駆動電極は該集積回路層に接
続して集積配置され、かつ、該集積回路により励起され
たとき該電気光学装置に作用しその光透過性を制御す
る。The means adopted by the present invention to solve the above-mentioned problems are as follows. The driving substrate is at least a carrier layer, an integrated circuit layer made of a semiconductor single crystal thin film, an adhesive layer between the carrier layer and the integrated circuit layer, and a light-shielding film or a color between the carrier layer and the adhesive layer. The drive electrode comprises a filter layer, the drive electrode being integratedly connected to the integrated circuit layer, and acting on the electro-optical device when excited by the integrated circuit to control its light transmittance.
【００１１】該遮光層は不透明であって、該集積回路層
の集積駆動回路或いは画素の能動領域を、それぞれ、平
面的に覆っていることを特徴とする点にあり、その駆動
基板の製造方法は、 （Ａ）単結晶半導体基板の上に、絶縁層を挟んで単結晶
半導体層を形成する工程。 （Ｂ）該単結晶半導体層に、半導体微細加工で、画素電
極、駆動回路、制御回路などの集積回路層を形成する工
程。 （Ｃ）担体層の上に、遮光層若しくはカラーフィルタ層
を形成する工程。 （Ｄ）該単結晶半導体基板と該担体層を、接着層を介し
て貼りあわせる工程。 （Ｅ）該単結晶半導体基板の該絶縁層と該集積回路層を
残して、半導体基板を除去する工程とからなる。The light-shielding layer is opaque, and covers the integrated driving circuit of the integrated circuit layer or the active area of the pixel in a planar manner. (A) a step of forming a single crystal semiconductor layer over a single crystal semiconductor substrate with an insulating layer interposed therebetween; (B) forming an integrated circuit layer such as a pixel electrode, a driver circuit, or a control circuit on the single crystal semiconductor layer by semiconductor fine processing; (C) forming a light-shielding layer or a color filter layer on the carrier layer; (D) a step of bonding the single crystal semiconductor substrate and the carrier layer via an adhesive layer. (E) removing the semiconductor substrate while leaving the insulating layer and the integrated circuit layer of the single crystal semiconductor substrate.
【００１２】[0012]
【作用】上記のように構成された光弁装置においては、
絶縁性の担体層、その上の遮光層若しくはカラーフィル
タ層、接着層を介してその上に形成された集積回路層か
らなる基板を用いており、かつ該集積回路層は半導体単
結晶バルクからなるウェハと同等の品質の単結晶半導体
層に形成されている。従って、かかる単結晶半導体薄膜
層には、微細化技術を駆使して画素電極及び画素を駆動
するスイッチング素子などを集積的に形成することがで
きる。この結果得られる集積回路チップは極めて高い画
素密度及び極めて小さい画素寸法を有し、外部からの電
気的接続端子を数十以下と非常に少なくした超小型光弁
装置例えばアクティブマトリクス液晶表示を構成でき
る。遮光膜は集積回路のトランジスタなどの素子に入射
する光を遮断すると共に、画素電極と遮光膜の対向する
部分は間に絶縁部を有するキャパシタンスを形成し、遮
光膜を特定の電位に保つことで各画素に容量を付加でき
る。付加された容量は画素電極に書き込まれた信号電圧
の保持時間を長くすることができる。即ち、トランジス
タのリーク電流などにより、画素に保持された電圧が変
動することで発生するフリッカや、保持された信号電圧
の低下によるコントラストの低下を防ぐことができる。
さらに、一定電位に保たれた遮光膜は、隣あう液晶駆動
電極間に生ずる電界をシールドでき、電気光学物質駆動
電極以外の領域を通過する光を遮断し、画素以外の領域
で電気光学物質層が画素電極の影響を受け動作すること
を防ぐ。その結果、光弁装置に於いて、コントラストの
低下、クロストークなどを防止できる。In the light valve device configured as described above,
An insulating carrier layer, a light-shielding layer or color filter layer thereon, a substrate comprising an integrated circuit layer formed thereon via an adhesive layer are used, and the integrated circuit layer comprises a semiconductor single crystal bulk. It is formed on a single crystal semiconductor layer of the same quality as the wafer. Therefore, a pixel electrode, a switching element for driving a pixel, and the like can be formed in an integrated manner on such a single crystal semiconductor thin film layer by making full use of a miniaturization technique. The resulting integrated circuit chip has an extremely high pixel density and an extremely small pixel size, and can constitute an ultra-small light valve device such as an active matrix liquid crystal display having an extremely small number of external electrical connection terminals of several tens or less. . The light-shielding film blocks light incident on elements such as transistors of the integrated circuit, and at the opposite part of the pixel electrode and the light-shielding film forms a capacitance having an insulating portion between them, thereby maintaining the light-shielding film at a specific potential. Capacitance can be added to each pixel. The added capacitance can extend the holding time of the signal voltage written to the pixel electrode. That is, it is possible to prevent flicker caused by a change in the voltage held in the pixel due to a leak current of the transistor or the like, and a decrease in contrast due to a decrease in the held signal voltage.
Furthermore, the light-shielding film kept at a constant potential can shield the electric field generated between the adjacent liquid crystal driving electrodes, blocks light passing through the area other than the electro-optical material driving electrode, and forms the electro-optical material layer in the area other than the pixels. To prevent operation due to the influence of the pixel electrode. As a result, in the light valve device, reduction in contrast, crosstalk, and the like can be prevented.
【００１３】[0013]
【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図面とともに
説明する。図１（Ａ）は本発明に用いられる基板１の平
面形状を示し、図１（Ｂ）は基板１より得られた１チッ
プの模式的断面構造を示す。図示するように、基板１は
例えば直径６インチのウェハ形状を有する。また、基板
１の構造は例えばガラス、石英などからなる担体層２
と、その上に形成された、第一の遮光層３若しくはカラ
ーフィルタ層４と、例えばシリコンからなる単結晶半導
体層に形成された集積回路層５と、担体層２と、集積回
路層５の間の有機接着剤、低融点ガラスなどからなる接
着層６と、集積回路層５の上の絶縁層７と、絶縁層７の
上に形成された第二の遮光層８とで構成される構造を有
する。この基板１は、単結晶の単結晶半導体層に対して
微細化半導体製造技術を適用し、チップ区画毎に例えば
アクティブマトリクス表示装置の駆動回路及び画素電極
が、集積回路層５に形成されている。カラーフィルタ層
４は、例えば、１画素につき赤、青、緑のなかの１色の
フィルタを用い、この三色を１組にして制御すること
で、本発明の光弁装置は任意の色をだせる。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1A shows a plan shape of a substrate 1 used in the present invention, and FIG. 1B shows a schematic cross-sectional structure of one chip obtained from the substrate 1. As shown, the substrate 1 has, for example, a wafer shape with a diameter of 6 inches. The substrate 1 has a carrier layer 2 made of, for example, glass, quartz, or the like.
And a first light-shielding layer 3 or a color filter layer 4 formed thereon, an integrated circuit layer 5 formed on a single crystal semiconductor layer made of, for example, silicon, a carrier layer 2, and an integrated circuit layer 5. A structure including an adhesive layer 6 made of an organic adhesive, a low-melting glass, or the like, an insulating layer 7 on the integrated circuit layer 5, and a second light-shielding layer 8 formed on the insulating layer 7 Having. In this substrate 1, a miniaturized semiconductor manufacturing technique is applied to a single-crystal single-crystal semiconductor layer, and for example, a drive circuit and a pixel electrode of an active matrix display device are formed in an integrated circuit layer 5 for each chip section. . The color filter layer 4 uses, for example, one color filter of red, blue, and green for one pixel, and controls the three colors as one set. I can do it.
【００１４】図１（Ｃ）は基板１より得られた集積回路
チップの拡大平面図である。図示するように、集積回路
チップ９は例えば一片１．５ｃｍの長さを有し、従来の
アクティブマトリクス表示装置と比べ著しく小型化され
いる。集積回路チップ９はマトリクス状に配置された微
細な画素電極及び個々の画素電極に対応した絶縁ゲート
電界効果型トランジスタの形成された画素領域１０と、
各画素に対して画像信号を供給するための駆動回路即ち
Ｘドライバが形成されたＸドライバ領域１１と、各画素
を線順次で走査するための走査回路即ちＹドライバ領域
１２とを有している。本発明によれば、非晶質薄膜ある
いは多結晶薄膜に比べて電荷易動度が極めて大きく、結
晶欠陥の少ない単結晶薄膜を用いているので、高速応答
性を要するＸ及びＹドライバを画素領域と同一面上に形
成することができる。FIG. 1C is an enlarged plan view of the integrated circuit chip obtained from the substrate 1. As shown, the integrated circuit chip 9 has a length of, for example, 1.5 cm per piece, and is significantly smaller than a conventional active matrix display device. The integrated circuit chip 9 includes a pixel region 10 in which fine pixel electrodes arranged in a matrix and insulated gate field-effect transistors corresponding to individual pixel electrodes are formed;
A driving circuit for supplying an image signal to each pixel, that is, an X driver area 11 in which an X driver is formed, and a scanning circuit for scanning each pixel line-sequentially, that is, a Y driver area 12 are provided. . According to the present invention, a single crystal thin film having extremely large charge mobility and less crystal defects than an amorphous thin film or a polycrystalline thin film is used. Can be formed on the same plane.
【００１５】図１（Ｄ）は上述した集積回路チップ９を
用いて組み立てられた超小型かつ超高密度のアクティブ
マトリクス型光弁装置を示す断面図である。図示するよ
うに、光弁装置は集積回路チップ９に対して所定の間隙
を介して対向配置された対向基板１３と、該間隙に充填
された電気光学物質層例えば液晶層１４とからなる。な
お、集積回路チップ９の表面には液晶層１４に含まれる
液晶分子を配向するための配向膜１５が被覆されてい
る。図１（Ｄ）では省略しているが、集積回路チップ９
の画素領域に形成された個々の画素電極は対応するトラ
ンジスタ素子の導通により選択的に励起され液晶層１４
に作用してその光透過特性を制御し、任意の色を制御で
きる光弁として機能する。個々の画素電極１６の大きさ
は１０μｍ程度であるので極めて高精細なアクティブマ
トリクス液晶光弁装置を得ることができる。FIG. 1D is a sectional view showing an ultra-small and ultra-high-density active-matrix light valve device assembled using the integrated circuit chip 9 described above. As shown in the figure, the light valve device includes an opposing substrate 13 disposed opposite to the integrated circuit chip 9 with a predetermined gap therebetween, and an electro-optical material layer, for example, a liquid crystal layer 14 filling the gap. The surface of the integrated circuit chip 9 is covered with an alignment film 15 for aligning liquid crystal molecules contained in the liquid crystal layer 14. Although omitted in FIG. 1D, the integrated circuit chip 9
The individual pixel electrodes formed in the pixel regions are selectively excited by the conduction of the corresponding transistor elements, and are selectively excited by the liquid crystal layer 14.
And functions as a light valve that can control an arbitrary color by controlling its light transmission characteristics. Since the size of each pixel electrode 16 is about 10 μm, an extremely high-definition active matrix liquid crystal light valve device can be obtained.
【００１６】図２（Ａ）は、図１（Ｃ）に示す画素領域
１０のＡ部拡大平面図であり、１個の画素１８を示す。
図示するように、画素１８は画素電極１６と、画素電極
１６を信号に応じて励起させるためのトランジスタ１７
と、該トランジスタ１７に信号を供給するための信号線
１９及び該トランジスタを走査するための走査線２０と
から構成されている。信号線１９はＸドライバに接続さ
れており、走査線２０はＹドライバに接続されている。FIG. 2A is an enlarged plan view of a portion A of the pixel region 10 shown in FIG. 1C, and shows one pixel 18.
As shown, the pixel 18 includes a pixel electrode 16 and a transistor 17 for exciting the pixel electrode 16 according to a signal.
And a signal line 19 for supplying a signal to the transistor 17 and a scanning line 20 for scanning the transistor. The signal line 19 is connected to an X driver, and the scanning line 20 is connected to a Y driver.
【００１７】図２（Ｂ）は同じく１個の画素１８の模式
的断面図である。トランジスタ１７は集積回路層５に形
成されたドレイン領域、ソース領域、及びゲート絶縁膜
を介してチャンネル領域の上に形成されたゲート電極２
１とから構成されている。即ちトランジスタ１７は絶縁
ゲート電界効果型である。ゲート電極２１は走査線２０
の一部から構成されており、ソース領域には画素電極１
６が接続されており、ドレイン領域にはドレイン電極２
２が接続されている。ドレイン電極２２は信号線１９の
一部を構成する。第一の遮光膜３及び第二の遮光膜８は
トランジスタ１７へ遮光膜の側から入射する光を遮断
し、トランジスタ１７のドレイン領域とソース領域の間
に発生する光リーク電流を防ぐ。さらに、第一の遮光膜
３あるいは第一の遮光膜３および第二の遮光膜８を一定
電位に保つことで、隣接する画素の画素電極１６との間
の電界を遮蔽するとともに、画素電極間を透過する迷光
を遮断する。また第一の遮光膜３あるいは第二の遮光膜
８と画素電極１６は絶縁膜を介して平面的に重なりあう
部分を有するので、ここにキャパシタンスを持つことが
でき、画素電極１６に書き込まれた電圧を保持すること
ができる。FIG. 2B is a schematic sectional view of one pixel 18 in the same manner. The transistor 17 includes a drain region, a source region formed in the integrated circuit layer 5, and a gate electrode 2 formed on a channel region via a gate insulating film.
And 1. That is, the transistor 17 is an insulated gate field effect type. The gate electrode 21 is the scanning line 20
And the source region has a pixel electrode 1
6 is connected, and the drain electrode 2 is connected to the drain region.
2 are connected. The drain electrode 22 forms a part of the signal line 19. The first light-shielding film 3 and the second light-shielding film 8 block light incident on the transistor 17 from the light-shielding film side, and prevent light leakage current generated between the drain region and the source region of the transistor 17. Further, by keeping the first light-shielding film 3 or the first light-shielding film 3 and the second light-shielding film 8 at a constant potential, the electric field between the pixel electrode 16 of the adjacent pixel and the pixel electrode 16 are prevented. Blocks stray light that passes through. Further, since the first light-shielding film 3 or the second light-shielding film 8 and the pixel electrode 16 have a portion that overlaps in a plane with an insulating film interposed therebetween, a capacitance can be provided here and the pixel electrode 16 is written. Voltage can be maintained.
【００１８】図３（Ａ）〜（Ｅ）は基板１の製造方法を
示す断面図である。図３（Ａ）に示すように、単結晶半
導体基板２３の上に絶縁層７を挟んで単結晶半導体層２
４を形成する。具体的には、一例として単結晶シリコン
基板に酸素イオンをイオン注入後アニールすることでシ
リコン基板の表面に単結晶シリコン層を残したまま基板
シリコンとの間を酸化シリコンで絶縁できる。あるい
は、他の一例として酸化膜を表面に形成したシリコン単
結晶基板とシリコン単結晶基板を貼りあわせ一方のシリ
コン基板を薄膜層の厚さを残して除去することで実現で
きる。FIGS. 3A to 3E are cross-sectional views showing a method for manufacturing the substrate 1. FIG. As shown in FIG. 3A, a single crystal semiconductor layer 2 is formed on a single crystal semiconductor substrate 23 with an insulating layer 7 interposed therebetween.
4 is formed. Specifically, as an example, annealing is performed after ion implantation of oxygen ions into a single crystal silicon substrate, whereby silicon oxide can be insulated from the substrate silicon while the single crystal silicon layer remains on the surface of the silicon substrate. Alternatively, as another example, it can be realized by bonding a silicon single crystal substrate having an oxide film formed on a surface thereof and a silicon single crystal substrate, and removing one silicon substrate while keeping the thickness of the thin film layer.
【００１９】次に、図３（Ｂ）に示すように、単結晶半
導体層に通常の半導体微細加工で、画素電極、駆動回
路、制御回路などを形成し、集積回路層５を形成する。
さらに、図３（Ｃ）に示すように、単結晶半導体基板２
３と担体層２を接着層６を介して貼りあわせる。担体層
２はガラス、石英などの絶縁体である。図３（Ｄ）は、
単結晶半導体基板２４の絶縁層７と集積回路層５を残し
て半導体基板２３を除去する。除去する方法としては研
磨、あるいはエッチングなどの方法が用いられる。この
際、絶縁層７はエッチングの停止層あるいは研磨の終点
検出として用いることができる。Next, as shown in FIG. 3B, a pixel electrode, a driving circuit, a control circuit, and the like are formed on the single crystal semiconductor layer by ordinary semiconductor fine processing, and an integrated circuit layer 5 is formed.
Further, as shown in FIG.
3 and the carrier layer 2 are bonded together via an adhesive layer 6. The carrier layer 2 is an insulator such as glass or quartz. FIG. 3 (D)
The semiconductor substrate 23 is removed while leaving the insulating layer 7 and the integrated circuit layer 5 of the single crystal semiconductor substrate 24. As a removing method, a method such as polishing or etching is used. At this time, the insulating layer 7 can be used as an etching stop layer or a polishing end point detection.
【００２０】最後に、図３（Ｅ）に示すように、集積回
路層５に形成されたトランジスタなどの光に感受性のあ
る素子部分を金属膜などからなる第二の遮光層８で覆
う。図４は本発明にかかる光弁装置の一実施例を示す模
式的分解斜視図である。図示するように、光弁装置は駆
動基板１と、該駆動基板に対向配置された対向基板１３
と、該駆動基板１と該対向基板１３との間に配置された
電気光学物質層例えば液晶層１４とから構成されてい
る。駆動基板１には画素を規定する画素電極あるいは画
素電極１６と、所定の信号に応じて画素電極１６を励起
するための駆動回路とが形成されている。Finally, as shown in FIG. 3E, a light-sensitive element portion such as a transistor formed on the integrated circuit layer 5 is covered with a second light-shielding layer 8 made of a metal film or the like. FIG. 4 is a schematic exploded perspective view showing one embodiment of the light valve device according to the present invention. As shown in the figure, the light valve device includes a driving substrate 1 and an opposing substrate 13 disposed opposite to the driving substrate.
And an electro-optical material layer, for example, a liquid crystal layer 14 disposed between the driving substrate 1 and the counter substrate 13. On the drive substrate 1, a pixel electrode or a pixel electrode 16 for defining a pixel and a drive circuit for exciting the pixel electrode 16 in accordance with a predetermined signal are formed.
【００２１】駆動基板１は石英ガラスからなる担体層２
と、集積回路層５と、接着層６、と絶縁層７と、第一の
遮光層３若しくはカラーフィルタ層４と、第二の遮光層
８とからなる。加えて、ガラス担体層２の裏面側には偏
光板２５が接着されている。そして、駆動回路層５は単
結晶シリコン半導体層に形成された集積回路からなる。
この集積回路はマトリクス状に配置された複数の電界効
果型絶縁ゲートトランジスタ１７を含んでいる。トラン
ジスタ１７のソース電極は対応する画素電極１６に接続
されており、同じくゲート電極は走査線２０に接続され
ており、同じくドレイン電極は信号線１９に接続されて
いる。該集積回路はさらにＸドライバ１１を含み列状の
信号線１９に接続されている。The driving substrate 1 has a carrier layer 2 made of quartz glass.
, An integrated circuit layer 5, an adhesive layer 6, an insulating layer 7, a first light shielding layer 3 or a color filter layer 4, and a second light shielding layer 8. In addition, a polarizing plate 25 is adhered to the back side of the glass carrier layer 2. The drive circuit layer 5 is composed of an integrated circuit formed on a single crystal silicon semiconductor layer.
This integrated circuit includes a plurality of field effect insulated gate transistors 17 arranged in a matrix. The source electrode of the transistor 17 is connected to the corresponding pixel electrode 16, the gate electrode is connected to the scanning line 20, and the drain electrode is also connected to the signal line 19. The integrated circuit further includes an X driver 11 and is connected to a column-shaped signal line 19.
【００２２】さらには、Ｙドライバ１２を含み行状の走
査線２０に接続されている。これら、Ｘドライバ１１、
Ｙドライバ１２は、同じく集積回路層５に形成された画
像信号処理回路２９に接続され、外部よりの画像信号に
応じて、該処理回路２９を介して駆動される。また、対
向基板１３はガラス担体２６と，ガラス担体２６の外面
側に形成された偏光板２７と、ガラス担体２６の内面側
に形成された対向電極あるいは共通電極２８とから構成
されている。第一の遮光層３及び第二の遮光層８は、集
積回路層５のトランジスタやＰＮ接合など入射光の影響
を受け特性が変化する部分を覆う。Further, it includes a Y driver 12 and is connected to a row of scanning lines 20. These X drivers 11,
The Y driver 12 is connected to an image signal processing circuit 29 also formed on the integrated circuit layer 5 and is driven via the processing circuit 29 according to an external image signal. The opposing substrate 13 includes a glass carrier 26, a polarizing plate 27 formed on the outer surface of the glass carrier 26, and an opposing or common electrode 28 formed on the inner surface of the glass carrier 26. The first light-shielding layer 3 and the second light-shielding layer 8 cover portions of the integrated circuit layer 5 whose characteristics are changed by the influence of incident light, such as a transistor and a PN junction.
【００２３】次に、図４を参照して上述した実施例の動
作を詳細に説明する。個々のトランジスタ素子１７のゲ
ート電極は走査線２０に接続されており、Ｙドライバ１
２によって走査信号が印加され線順次で個々のトランジ
スタ素子１７の導通及び遮断を制御する。Ｘドライバ１
１から出力される表示信号は信号線１９を介して導通状
態にある選択されたトランジスタ１７に印加される。印
加された表示信号は対応する画素電極１６に伝えられ、
画素電極を励起し、液晶層１４に作用してその透過率を
実質１００％とする。Next, the operation of the above embodiment will be described in detail with reference to FIG. The gate electrode of each transistor element 17 is connected to the scanning line 20, and the Y driver 1
The scanning signal is applied by 2 to control the conduction and cutoff of the individual transistor elements 17 line by line. X driver 1
The display signal output from 1 is applied to a selected transistor 17 in a conductive state via a signal line 19. The applied display signal is transmitted to the corresponding pixel electrode 16,
The pixel electrode is excited and acts on the liquid crystal layer 14 to make its transmittance substantially 100%.
【００２４】一方、非選択時においてはトランジスタ素
子１７は非導通状態となり画素電極に書き込まれた表示
信号を電荷として維持する。なお液晶層１４は比抵抗が
高く通常は容量性として動作する。これら駆動トランジ
スタ素子１７のスイッチング性能を表すためにオン／オ
フ電流比が用いられる。液晶動作に必要な電流比は書き
込み時間と保持時間から簡単に求められる。例えば表示
信号がテレビジョン信号である場合には、１走査期間の
約６０usecの間に表示信号の９０％以上を書き込まねば
ならない。On the other hand, at the time of non-selection, the transistor element 17 becomes non-conductive, and maintains the display signal written to the pixel electrode as electric charge. The liquid crystal layer 14 has a high specific resistance and normally operates as a capacitive element. The on / off current ratio is used to express the switching performance of these drive transistor elements 17. The current ratio required for the liquid crystal operation can be easily obtained from the writing time and the holding time. For example, when the display signal is a television signal, 90% or more of the display signal must be written during about 60 usec of one scanning period.
【００２５】一方、１フィールド期間である約１６msec
で電荷の９０％以上を保持しなければならない。その結
果、電流比は５桁以上必要となる。この時、駆動トラン
ジスタ素子は電荷易動度が極めて高い単結晶シリコン半
導体薄膜層２４の上に形成されているのでオン／オフ比
は６桁以上を確保できる。従って、極めて高速な信号応
答性を有するアクティブマトリクスタイプの光弁装置を
得ることが出来る。又、単結晶薄膜の高易動度性を利用
して同時に、周辺回路１１及び１２を同一シリコン単結
晶半導体薄膜上に形成することが可能となる。さらに、
第一の遮光膜３及び第二の遮光膜８が形成されているの
で光弁装置として強い入射光にも影響されること無く動
作する。On the other hand, about 16 msec, which is one field period
Must hold at least 90% of the charge. As a result, the current ratio needs to be 5 digits or more. At this time, since the drive transistor element is formed on the single crystal silicon semiconductor thin film layer 24 having extremely high charge mobility, an on / off ratio of six digits or more can be secured. Therefore, it is possible to obtain an active matrix type light valve device having an extremely high-speed signal response. Further, the peripheral circuits 11 and 12 can be formed on the same silicon single crystal semiconductor thin film at the same time by utilizing the high mobility of the single crystal thin film. further,
Since the first light shielding film 3 and the second light shielding film 8 are formed, the light valve device operates without being affected by strong incident light.
【００２６】[0026]
【発明の効果】本発明によれば、該集積回路は、マトリ
クス状に配置された複数の駆動素子を含み、該駆動電極
はマトリクス状に配置された複数の画素電極からなり、
かつ、この駆動素子により選択的に励起することができ
る。また、該集積回路は、該マトリクス状駆動素子を走
査するための走査回路を含めることができる。According to the present invention, the integrated circuit includes a plurality of driving elements arranged in a matrix, and the driving electrodes include a plurality of pixel electrodes arranged in a matrix.
In addition, the excitation can be selectively performed by the driving element. Further, the integrated circuit can include a scanning circuit for scanning the matrix driving elements.
【００２７】また、該集積回路は、外部から入力された
画像信号を処理し該走査回路に転送するための画像処理
回路を含めることができる。また、該遮光層は、該駆動
電極と対向して、平面的に重なりあう部分を有し、該重
なりあう部分ば画像信号保持要領として機能させること
ができる。上述したように、本発明によれば担体層の上
に形成された半導体単結晶薄膜に対して半導体微細化技
術を用いて、画素電極、駆動回路を集積的に形成し、得
られる集積回路チップ基板を用いて光弁装置を形成して
いる。このため、極めて高い画素密度を有する光弁装置
を得ることができるという効果がある。又、集積回路チ
ップと同程度の大きさの光弁装置を得られるので、極め
て小型の光弁装置を得ることができるという効果があ
る。単結晶薄膜層に対して集積回路技術を用いることが
できるのでＬＳＩに匹敵する種々の機能を有する回路を
容易に付加できるという効果がある。The integrated circuit may include an image processing circuit for processing an externally input image signal and transferring the image signal to the scanning circuit. Further, the light-shielding layer has a planarly overlapping portion facing the drive electrode, and the overlapping portion can function as an image signal holding point. As described above, according to the present invention, an integrated circuit chip obtained by integrally forming a pixel electrode and a driving circuit on a semiconductor single crystal thin film formed on a carrier layer using a semiconductor miniaturization technique. The light valve device is formed using the substrate. Therefore, there is an effect that a light valve device having an extremely high pixel density can be obtained. Further, since the light valve device having the same size as that of the integrated circuit chip can be obtained, an extremely small light valve device can be obtained. Since the integrated circuit technology can be used for the single crystal thin film layer, there is an effect that circuits having various functions comparable to the LSI can be easily added.
【００２８】さらに、単結晶薄膜を用いてスイッチング
トランジスタのみならず駆動回路を同時に内蔵できると
いう効果がある。また、遮光膜によって入射光が強いと
きでも、正常に動作する。さらに遮光膜は画素に電極と
の間に容量を有し、画素に書き込まれた信号の保持時間
を伸ばし、画素間の電界をシールドすることで画素間の
クロストークを防ぐなど光弁装置の画質を大きく向上す
るなどの著しい効果がある。加えて、カラーフィルタや
遮光膜を接着層に埋め込んで形成できるので、液晶配向
膜の表面の凹凸を極めて小さくでき、液晶セルの配向制
御が容易にできる。Further, there is an effect that not only a switching transistor but also a driving circuit can be built in simultaneously using a single crystal thin film. Also, even when the incident light is strong due to the light-shielding film, it operates normally. In addition, the light-shielding film has a capacitance between the pixel and the electrode, extends the retention time of the signal written to the pixel, and shields the electric field between the pixels to prevent crosstalk between pixels, such as image quality of the light valve device. There is a remarkable effect such as greatly improving In addition, since the color filter and the light-shielding film can be formed by being embedded in the adhesive layer, the unevenness on the surface of the liquid crystal alignment film can be made extremely small, and the alignment of the liquid crystal cell can be easily controlled.
【図１】（Ａ）は本発明の基板の平面形状をを示した説
明図である。（Ｂ）は本発明の基板の断面構造をを示し
た説明図である。（Ｃ）は本発明の画素領域の一部拡大
平面図を示した説明図である。（Ｄ）は本発明のアクテ
ィブマトリクス型光弁装置の断面構造図を示した説明図
である。FIG. 1A is an explanatory diagram showing a planar shape of a substrate of the present invention. (B) is an explanatory view showing a cross-sectional structure of the substrate of the present invention. (C) is an explanatory view showing a partially enlarged plan view of a pixel region of the present invention. (D) is an explanatory view showing a sectional structural view of the active matrix light valve device of the present invention.
【図２】（Ａ）は本発明の画素領域の一部拡大平面図を
示した説明図である。（Ｂ）は本発明の画素領域の一部
拡大断面図を示した説明図である。FIG. 2A is an explanatory diagram showing a partially enlarged plan view of a pixel region of the present invention. (B) is an explanatory view showing a partially enlarged cross-sectional view of the pixel region of the present invention.
【図３】（Ａ）〜（Ｅ）は本発明の半導体装置の製造工
程をを示した説明図である。FIGS. 3A to 3E are explanatory views showing the steps of manufacturing the semiconductor device of the present invention.
【図４】本発明の実施例の斜視分解図を示した説明図で
ある。FIG. 4 is an explanatory view showing an exploded perspective view of an embodiment of the present invention.
１ 基板 ２ 担体層 ３ 第一の遮光層 ４ カラーフィルタ層 ５ 集積回路層 ６ 接着層 ７ 絶縁層 ８ 第二の遮光層 ９ 集積回路チップ １０ 画素領域 １１ Ｘドライバ １２ Ｙドライバ １３ 対向基板 １４ 液晶層 １５ 配向膜 １６ 画素電極 １７ トランジスタ １８ 画素 １９ 信号線 ２０ 走査線 ２１ ゲート電極 ２２ ドレイン電極 ２３ 単結晶半導体基板 ２４ 単結晶半導体層 ２５ 偏光板 ２６ ガラス担体 ２７ 偏光板 ２８ 共通電極 ２９ 画像信号処理回路 Reference Signs List 1 substrate 2 carrier layer 3 first light-shielding layer 4 color filter layer 5 integrated circuit layer 6 adhesive layer 7 insulating layer 8 second light-shielding layer 9 integrated circuit chip 10 pixel area 11 X driver 12 Y driver 13 counter substrate 14 liquid crystal layer DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 Alignment film 16 Pixel electrode 17 Transistor 18 Pixel 19 Signal line 20 Scanning line 21 Gate electrode 22 Drain electrode 23 Single crystal semiconductor substrate 24 Single crystal semiconductor layer 25 Polarizer 26 Glass carrier 27 Polarizer 28 Common electrode 29 Image signal processing circuit
Claims (2)
路を駆動励起するための駆動回路とが形成された駆動基
板と、該駆動基板に対向配置された対向基板と、該駆動
基板と該対向基板の間に配置された電気光学物質層とか
らなる光弁装置において、 該駆動基板は、絶縁層と、該絶縁層の一方の面に形成され、トランジスタと該トラ
ンジスタのソース領域に接続された画素電極を有する集
積回路層と、 該集積回路層の該絶縁層を有する面と反対の面に形成さ
れた接着層と、該接着層の該トランジスタと対向する位置に第１の遮光
層と、 該接着層の該画素電極と対向する位置でかつ該第１の遮
光層と接するカラーフィルター層と、 該第１の遮光層と該カラーフィルター層の該接着層を有
する面と反対の面に担体層と、 該絶縁層の該トランジスタと対向する面に第２の遮光層
を有する光弁装置。1. A drive substrate on which a drive circuit and a drive circuit for driving and exciting the drive circuit in accordance with a predetermined signal are formed, an opposing substrate disposed opposite to the drive substrate, and the drive substrate In a light valve device including an electro-optical material layer disposed between the opposing substrates, the driving substrate is formed on an insulating layer and one surface of the insulating layer, and includes a transistor and the transistor.
Having a pixel electrode connected to the source region of the transistor
An integrated circuit layer, an adhesive layer formed on a surface of the integrated circuit layer opposite to the surface having the insulating layer, and a first light-shielding portion at a position of the adhesive layer facing the transistor.
And a first shielding layer at a position of the adhesive layer facing the pixel electrode and the first shielding layer.
A color filter layer in contact with an optical layer; a carrier layer on a surface of the first light-shielding layer and the color filter layer opposite to the surface having the adhesive layer; and a second layer on a surface of the insulating layer facing the transistor. A light valve device having a light shielding layer.
路を駆動励起するための駆動回路とが形成された駆動基
板と、該駆動基板に対向配置された対向基板と、該駆動
基板と該対向基板の間に配置された電気光学物質層とか
らなる光弁装置の駆動方法において、 該駆動基板は、絶縁層と、該絶縁層の一方の面に形成され、トランジスタと該トラ
ンジスタのソース領域に接続された画素電極を有する集
積回路層と、 該集積回路層の該絶縁層を有する面と反対の面に形成さ
れた接着層と、該接着層の該トランジスタと対向する位置に第１の遮光
層と、 該接着層の該画素電極と対向する位置でかつ該第１の遮
光層と接するカラーフィルター層と、 該第１の遮光層と該カラーフィルター層の該接着層を有
する面と反対の面に担体層と、 該絶縁層の該トランジスタと対向する面に第２の遮光層
を有し、該画素電極と、該第１の遮光層または該第２の遮光層 に
よりキャパシタンスを形成し、該画素電極に書込まれた
電圧を保持する光弁装置の駆動方法。2. A drive board on which a drive circuit and a drive circuit for driving and exciting the drive circuit in accordance with a predetermined signal are formed; an opposing substrate disposed opposite to the drive board; A method of driving a light valve device comprising an electro-optical material layer disposed between the opposing substrates , wherein the driving substrate is formed on an insulating layer and one surface of the insulating layer, and includes a transistor and the transistor.
Having a pixel electrode connected to the source region of the transistor
An integrated circuit layer, an adhesive layer formed on a surface of the integrated circuit layer opposite to the surface having the insulating layer, and a first light-shielding portion at a position of the adhesive layer facing the transistor.
And a first shielding layer at a position of the adhesive layer facing the pixel electrode and the first shielding layer.
A color filter layer in contact with an optical layer; a carrier layer on a surface of the first light-shielding layer and the color filter layer opposite to the surface having the adhesive layer; and a second layer on a surface of the insulating layer facing the transistor. A method for driving a light valve device , comprising a light-blocking layer, wherein a capacitance is formed by the pixel electrode and the first light-blocking layer or the second light-blocking layer , and a voltage written to the pixel electrode is held.
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