JP3483714B2 - アクティブマトリクス型液晶表示装置 - Google Patents
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Description
ス型液晶表示装置に関し、特にアテクィブマトリクス回
路が設けられた基板に駆動回路を内蔵したモノリシック
型のアクティブマトリクス型液晶表示装置に関する。
図2に示すように、走査線201と信号線202の各交
差部に画素として液晶204が配置され、すべての画素
にはスイッチング素子203が設けられており、画素情
報はスイッチング素子のオン/オフによって制御される
ものをいう。このような表示装置の表示媒体としては、
例えば液晶を用いる。本明細書では、スイッチング素子
として、特に三端子素子、すなわち、ゲート、ソース、
ドレインを有する薄膜トランジスタを用いる。
スにおける行とは、当該行に平行に配置された走査線
(ゲート線)が当該行の薄膜トランジスタのゲート電極
に接続されているものを言い、列とは当該行に平行に配
置れた信号線(ソース線)が当該列の薄膜トランジスタ
のソース(もしくはドレイン)電極に接続されているも
のをいう。さらに、走査線を駆動する回路を走査線駆動
回路、信号線を駆動する回路を信号線駆動回路と称す
る。また、薄膜トランジスタをTFTと称する。
液晶表示装置の第1の従来例である。この例のアクティ
ブマトリクス型液晶表示装置は、アクティブマトリクス
回路を構成するTFTとしてアモルファスシリコンを用
いたものを使用し、走査線駆動回路、信号線駆動回路を
単結晶シリコン基板を用いた集積回路で構成している。
代表的には、単結晶シリコン駆動回路IC301をアモ
ルファスシリコンTFTで構成されるアクティブマリト
クス回路302の周囲にタブを用いて装着する(図3
(a))、もしくは単結晶シリコン駆動回路ICチップ
303をCOG(チップオングラス)技術で装着してい
る(図3(b))。
うな問題点があった。問題点の一つは、走査線駆動回
路、信号線駆動回路と、アクティブマトリクス回路の走
査線、信号線をタブまたはボンディングワイヤを介して
接続を行うため、信頼性上問題になることがあった。
グラフィクアレイ)の場合、信号線の数は1920本、
走査線は480本あり、その本数は解像度の向上ととも
に年々増加していく傾向がある。またビデオカメラに用
いるビューファインダや液晶を用いたプロジェクタを作
る場合、表示装置はコンパクトにまとめる必要があり、
これはタブを用いた液晶表示装置ではスペースの面から
不利になっていた。
リクス型液晶表示装置として、TFTをポリシリコンで
構成したものが開発されている。その一例を図4に示
す。
400上に、信号線駆動回路401、走査線駆動回路4
02をポリシリコンTFTを用いて、アテクィブマトリ
クス回路403を構成するTFTと同時に形成されてい
る。ポリシリコンTFTの形成は1000℃以上のプロ
セスを用いて石英基板上に素子形成する高温ポリシリコ
ンプロセスと、650℃以下のプロセスを用いてガラス
基板上に素子形成する低温ポリシリコンプロセスがあ
る。
コンTFTの移動度が0.5cm2/Vsec程度であ
るのに対して、その移動度を30cm2 /Vsec以上
にすることが可能であり、数MHz程度の信号であれば
動作可能である。
置を駆動する駆動回路はデジタル方式とアナログ方式が
ある。ただし、デジタル方式では回路の素子数がアナロ
グ方式にくらべて著しく大きくなるため、ポリシリコン
TFTを用いた駆動回路では、アナログ方式が一般的で
ある。また、走査線駆動回路、信号線駆動回路の回路構
成では、シフトレジスタを用いたものとデコーダを用い
たものの二通りがある。
温ポリシリコンTFTを使用した駆動回路には以下のよ
うな問題点があった。
たTFTには単結晶シリコントランジスタに比べて、移
動度が小さい、しきい値が大きいなどの特徴がある。よ
って、入力されたビデオ信号をサンプリングするため、
1MHz以上の駆動を考えると、電源電圧を例えば15
Vから18Vくらいに設定する必要があった。
するコントロール回路は、通常単結晶シリコンを用いた
集積回路で構成され、その動作電圧は5V程度である。
よって、その出力信号もおよそ5Vであり、そのままで
は低温ポリシリコンTFTで構成される駆動回路を制御
することは困難であった。
ICの電源電圧はさらに低下の方向に向かっている。コ
ントロール回路の電源電圧が5Vであれば、しきい値を
2V程度に低く抑える制御をする事により、図5に示す
様な、Nチャネル型TFT501、502とPチャネル
型TFT503、504で構成される、一般的なCMO
S回路で使用されるデジタル動作のレベルシフト回路を
ポリシリコンTFTで作製し、使用すれば周波数の低い
回路に関しては対応が可能である。しかし、ICの電源
電圧が3Vになった場合、しきい値を1V以下にしない
と前記のレベルシフト回路では、周波数を低くしても動
作が困難となる。
の絶縁基板600上に設けられたアクティブマトリクス
回路603を駆動するために、単結晶シリコンで構成さ
れるコントロール回路605と、基板600上にて低温
ポリシリコンTFTで構成される信号線駆動回路60
1、走査線駆動回路602の間に、外付けトランジスタ
もしくは、単結晶の専用ICでつくられたレベルシフト
回路604を入れるのが一般的である。
付けすることは、扱う信号数が多くなった場合に、その
数だけ外付けするレベルシフト回路の数も多くなり、コ
ストアップにつながっていた。
め、本明細書で開示する発明の主要な構成は、絶縁基板
上に、薄膜トランジスタをスイッチング素子としたアク
ティブマトリクス回路と、前記アクティブマトリクス回
路を駆動する信号線駆動回路および走査線駆動回路と、
少なくとも1つの差動増幅器とが設けられ、前記差動増
幅器は、薄膜トランジスタで構成され、1組の入力端子
対から入力される入力信号および該入力信号の逆相信号
の増幅を行い、該増幅された信号を前記信号線駆動回路
または前記走査線駆動回路に出力するものであることを
特徴とするアクティブマトリクス型液晶表示装置であ
る。
5V未満であることを他の特徴とする。
は、差動回路を構成する複数の薄膜トランジスタが、ソ
ースが共通接続されかつ定電流源が接続された構成を有
することを他の特徴とする。
は、差動回路を構成する複数の薄膜トランジスタが、ソ
ースが共通接続されかつ定電流源が接続されており、前
記差動増幅器の出力をソース接地増幅回路で増幅する構
成を有するアナログ増幅器であることを他の特徴とす
る。
は、その作製プロセスの最高温度が650℃以下の低温
ポリシリコン薄膜トランジスタで構成されたことを他の
特徴とする。
動回路や信号線駆動回路を制御するための制御信号や、
クロック信号等を指す。
は、シフトレジスタまたはデコーダを主な構成要素とし
て有する。
動する周辺駆動回路に、制御信号、クロック信号、スタ
ートパルス信号等の入力信号を増幅して入力するための
レベルシフト回路を、ポリシリコン(結晶性)TFTで
なる差動増幅器で構成するものである。このレベルシフ
ト回路は、従来のデジタル動作ではなく、アナログ動作
を行う。そして、このレベルシフト回路をアクティブマ
トリクス回路、周辺駆動回路と同一基板上に形成する。
の振幅が小さい場合、具体的にはコントロール回路の電
源電圧が5Vまたはそれ以下であっても、良好なレベル
シフトを行うことができる。そして、外付けのレベルシ
フト回路が不要となり、低コスト化を図ることができ
る。
る。図1は実施例で示す駆動回路を有する液晶表示装置
のブロック図である。絶縁基板100上に、アクティブ
マトリクス回路103を駆動する信号線駆動回路101
及び走査線駆動回路102の間に、信号線側差動増器1
04、走査線側差動増幅器105が、それぞれ配置され
ている。
ントロール回路106は、信号線駆動回路101および
走査線駆動回路102を駆動する信号を発生し、表示装
置に入力される。このとき、その信号振幅は通常、液晶
表示装置内の電源電圧より低く、通常は3Vから5.5
V程度である。
す。この差動増幅器は薄膜トランジスタのソースを共通
接続して差動回路を構成し、その差動回路を定電流で駆
動している。このため、差動回路は常時、どちらか、も
しくは両方がオンになり、アナログ動作を行っている。
アナログ動作をさせることにより、従来よりさらに入力
信号の小さな場合、例えば入力信号の振幅が3V程度の
場合でも、対応することが可能である。この差動増幅器
の動作について、以下に説明する。
2、703で構成された差動回路の、入力1、入力2に
は、駆動信号、クロック信号、スタートパルス信号など
の入力信号の正相、逆相の信号がそれぞれ入力される入
力端子対である。
力1)に正相、TFT703のゲート(入力2)に逆相
の信号が入力されると、TFT702のゲート・ソース
間電圧は大きくなり、TFT703のゲート・ソース間
電圧は小さくなる。
スは共通接続され、定電流源701によって駆動されて
いるため、TFT702の電流増加分だけTFT703
の電流は減少する。
ドレインはそれぞれカレントミラー回路705、706
に接続され、それぞれの電流は同じ大きさで反転され
る。カレントミラー回路706の出力はカレントミラー
回路707につながり、同様に反転される。
ー回路707の出力は接続され、出力として直接または
バッファを介して、信号線駆動回路または走査線駆動回
路の入力に接続される。ここでTFT702の電流が増
加すると、カレントミラー回路705の電流が増加し、
カレントミラー回路706の電流は減少する。よって、
カレントミラー回路707の電流は減少する。
トミラー回路707の出力に接続される駆動回路の入力
端子もしくはバッファ回路の入力端子はそこに着く容量
がカレントミラー回路705とカレントミラー回路70
6の差分に電流によって充電されハイ電位、すなわち+
電源電位に達する。TFT702とTFT703に入力
される信号が逆の場合にはこの逆の動作が発生し、駆動
回路信号入力端子またはバッファ回路の入力端子の電位
がロウとなり、−電源電位となる。
さい入力振幅で大振幅の駆動回路入力信号をつくること
ができる。
を構成したが、Pチャネル型TFTを用いて、差動回路
を構成しても、実現は可能である。
増幅器の他の例を示す。この例は差動増幅器は、定電流
源801、TFT803、804、カレントミラー回路
805で構成される差動回路だけでなく、差動回路と、
定電流源802、Pチャネル型TFT806によりソー
ス接地増幅回路を組み合わせたものである。この回路で
は、周波数特性は差動回路単独のものより悪くなるが、
増幅率が大きくとれるため、入力振幅が小さい場合に対
して、有利になる。
トリクス回路を用いた液晶表示装置の基板の作製方法を
示す。
ブマトリクス回路を得る作製工程について、図9、図1
0を用いて説明する。この工程は低温ポリシリコンプロ
セスのものである。
構成するTFTの作製工程を、右側にアクティブマトリ
クス回路を構成する画素TFTの作製工程を、それぞれ
示す。
2として1000〜3000Åの酸化珪素膜を形成し
た。この酸化珪素膜の形成方法としては、酸素雰囲気中
でのスパッタ法やプラズマCVD法を用いれば良い。
によってアモルファスのシリコン膜を300〜1500
Å、好ましくは500〜1000Å形成した。そして、
500℃以上、好ましくは、500〜600℃の温度で
熱アニールを行い、シリコン膜を結晶化させた、もしく
は結晶性を高めた。熱アニールによる結晶化の後、光
(レーザーなど)アニールをおこなって、さらに結晶化
を高めてもよい。また、熱アニールによる結晶化の際
に、特開平6−244103、同6−244104に記
述されているように、ニッケル等のシリコンの結晶化を
促進させる元素(触媒元素)を添加しても良い。
駆動回路のTFTの活性層903(Pチャネル型TFT
用)、904(Nチャネル型TFT用)とマトリクス回
路のTFT(画素TFT)の活性層905を形成した。
って厚さ500〜2000Åの酸化珪素のゲート絶縁膜
906を形成した。ゲート絶縁膜の形成方法としては、
プラズマCVD法を用いてもよい。プラズマCVD法に
よって酸化珪素膜を形成する場合には、原料ガスとし
て、一酸化二窒素(N2 O)もしくは酸素(O2 )とモ
ノシラン(SiH4 )を用いることが好ましかった。ゲ
ート絶縁膜形成後、650℃以下の温度で熱処理を加え
ても良い。
ミニウムをスパッタ法によって基板全面に形成した。こ
こでアルミニウムはその後の熱プロセスによってヒロッ
クが発生するのを防止するため、シリコンまたはスカン
ジウム、パラジウム等を含有するものを用いても良い。
そしてこれをエッチングしてアルミニウムでなるゲート
電極907、908、909を形成する。(図9
(A))。
陽極酸化する。陽極酸化によってアルミニウムの表面は
陽極酸化膜(酸化アルミニウム)910、911、91
2となり、絶縁物としての効果を有する様になる。(図
9(B))
フォトレジストのマスク913を形成する。そしてイオ
ンドーピング法によってフォスフィンをドーピングガス
として燐を注入する。ドーズ量は1×1012〜5×10
13原子/cm2 とする。この結果として、強いN型領域
(ソース、ドレイン)914、915が形成される。
(図9(C))
画素TFTの活性層を覆うフォトレジストのマスク91
6を形成する。そして再びイオンドーピング法によって
ジボラン(B2 H6 )をドーピングガスとしてホウ素を
注入する。ドーズ量は5×1014〜8×1016原子/c
m2 とする。この結果として、P型領域917が形成さ
れる。以上のドーピングにより、強いN型領域(ソー
ス、ドレイン)914、915、強いP型領域(ソー
ス、ドレイン)917が形成される。(図9(D))
間の熱アニールを施すことにより、ドーピングによるダ
メージを回復せしめ、ドーピング不純物を活性化、シリ
コンの結晶性を回復させた。その後、全面に層間絶縁物
918として、プラズマCVD法によって酸化珪素膜を
厚さ3000〜6000Å形成した。これは、窒化珪素
膜あるいは酸化珪素膜と窒化珪素膜の多層膜であっても
よい。そして層間絶縁膜918をウエットエッチング法
またはドライエッチング法によってエッチングして、ソ
ース/ドレインにコンタクトホールを形成した。
6000Åのアルミニウム膜、もしくはチタンとアルミ
ニウムの多層膜を形成する。これをエッチングして、周
辺回路の電極・配線919、920、921および画素
TFTの電極・配線922、923を形成した。(図1
0(A))
1000〜3000Åの窒化珪素膜924をパッシベー
ション膜として形成し、これをエッチングして、画素T
FTの電極923に達するコンタクトホールを形成し
た。最後に、スパッタ法で成膜した厚さ500〜150
0ÅのITO(インジウム錫酸化物)膜をエッチングし
て、画素電極925を形成した。このようにして、65
0℃以下のプロセスで差動増幅回路、周辺駆動回路とア
クティブマトリクス回路を、同一基板上に同時に形成で
きた。(図10(B))
置では、ポリシリコンTFTで構成されるアナログ形式
の差動増幅器を、アクティブマリトクス回路、該回路を
駆動するための周辺駆動回路と共に、同一基板上に設け
る。この構成により、入力信号の振幅が5Vまたはそれ
以下といった小さいものであっても、良好なレベルシフ
トを行うことができ、外付けレベルシフト回路の削減が
可能になり、部品点数の削減、コストの低減を図ること
ができる。
一例を示す図。
ィブマトリクス型液晶表示装置の従来例を示す図。
リクス型液晶表示装置の従来例を示す図。
作製工程を示す図。
の作製工程を示す図。
クス回路 303 単結晶シリコン駆動回路ICチップ 400 基板 401 信号線駆動回路 402 走査線駆動回路 403 アクティブマトリクス回路 501、502 Nチャネル型TFT 503、504 Pチャネル型TFT 600 基板 601 信号線駆動回路 602 走査線駆動回路 603 アクティブマトリクス回路 604 外付けレベルシフト回路 605 コントロール回路 701 定電流源 702、703 Nチャネル型TFT 704、705、706 カレントミラー回路 801、802 定電流源 803、804 Nチャネル型TFT 805 カレントミラー回路 806 Pチャネル型TFT 901 ガラス基板 902 下地膜 903〜905 活性層 906 ゲート絶縁膜 907〜909 アルミニウムゲート電極 910〜912 陽極酸化膜 913、916 フォトレジスト 914、915 強いN型領域(ソース、ドレイン) 917 強いP型領域(ソース、ドレイン) 918、924 層間絶縁膜 919〜923 電極・配線 925 画素電極
Claims (8)
- 【請求項1】絶縁基板上に、薄膜トランジスタをスイッ
チング素子としたアクティブマトリクス回路と、前記ア
クティブマトリクス回路を駆動する信号線駆動回路およ
び走査線駆動回路と、少なくとも1つの差動増幅器とが
設けられ、 前記差動増幅器は、薄膜トランジスタで構成され、1組
の入力端子対から入力される入力信号と当該入力信号の
逆相信号とを増幅し、当該増幅された信号を前記信号線
駆動回路または前記走査線駆動回路に出力するものであ
ることを特徴とするアクティブマトリクス型液晶表示装
置。 - 【請求項2】絶縁基板上に、薄膜トランジスタをスイッ
チング素子としたアクティブマトリクス回路と、薄膜ト
ランジスタで形成され、前記アクティブマトリクス回路
を駆動する信号線駆動回路および走査線駆動回路と、少
なくとも1つの差動増幅器とが設けられ、 前記差動増幅器は、薄膜トランジスタで構成され、1組
の入力端子対から入力される入力信号と当該入力信号の
逆相信号とを増幅し、当該増幅された信号を前記信号線
駆動回路または前記走査線駆動回路に出力するものであ
り、 前記アクティブマトリクス回路の薄膜トランジスタ、前
記信号線駆動回路及び走査線駆動回路の薄膜トランジス
タ、及び前記差動増幅器の前記薄膜トランジスタは、ポ
リシリコン薄膜トランジスタであることを特徴とするア
クティブマトリクス型液晶表示装置。 - 【請求項3】請求項1又は請求項2において、前記入力
信号の振幅は5V未満であることを特徴としたアクティブ
マトリクス型液晶表示装置。 - 【請求項4】請求項1乃至請求項3のいずれか一におい
て、前記差動増幅器は、差動回路を構成する前記複数の
薄膜トランジスタが、ソースが共通接続されかつ定電流
源が接続された構成を有することを特徴としたアクティ
ブマトリクス型液晶表示装置。 - 【請求項5】請求項1乃至4のいずれか一において、前
記差動増幅器は、差動回路を構成する前記複数の薄膜ト
ランジスタが、ソースが共通接続されかつ定電流源が接
続されており、前記差動増幅器の出力をソース接地増幅
回路で増幅する構成を有するアナログ増幅器であること
を特徴とするアクティブマリトクス型液晶表示装置。 - 【請求項6】請求項1乃至5のいずれか一において、前
記差動増幅器は、その作製プロセスの最高温度が650
℃以下の低温ポリシリコン薄膜トランジスタで構成され
たことを特徴とするアクティブマトリクス型液晶表示装
置。 - 【請求項7】請求項1乃至6のいずれか一において、前
記絶縁基板はガラス基板からなることを特徴とするアク
ティブマトリクス型液晶表示装置。 - 【請求項8】請求項1又は請求項2において、 前記差動増幅器は、レベルシフト回路を構成することを
特徴とするアクティブマトリクス型液晶表示装置。
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