JP2804198B2

JP2804198B2 - 液晶表示装置

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Publication number: JP2804198B2
Application number: JP8002892A
Authority: JP
Inventors: 良高山元; 裕石井
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1991-04-05
Filing date: 1992-04-01
Publication date: 1998-09-24
Anticipated expiration: 2013-09-24
Also published as: EP0507639A3; EP0507639A2; JPH0593922A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、対向配設された基板の
間に液晶が封入された反射型の液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は電卓からポータブルＴＶ
まで幅広く用いられている。その中でも特に、鮮明な色
彩の要求される表示装置では、各画素毎にスイッチング
トランジスタ等を備えたアクティブマトリクス方式が一
般的に用いられている。

【０００３】アクティブマトリクス方式で用いられる液
晶の代表的な表示モードは、ねじれネマティック（Ｔ
Ｎ）モード、動的散乱（ＤＳ）モード、ゲスト・ホスト
（ＧＨ）モード等である。

【０００４】ＴＮモードは、液晶セル内の液晶分子を初
期配向としてほぼ９０゜ねじり、２個１組の偏光板の間
に液晶セルを配置し、そのセルの光学的性質、即ち無電
界時の旋光特性と電圧印加時の旋光解消特性を利用して
表示を行うものである。

【０００５】ＤＳモードは、液晶セルに、ある一定以上
の電圧を印加したときセル内の液晶分子に乱雑な運動が
生じ、入射光散乱される現象を利用して表示を行うもの
である。

【０００６】ＧＨモードは、液晶材料に２色性色素を混
入したものを使用し、電界印加により液晶分子の配列方
向が変わることを利用して色素分子の配向を変え、よっ
て液晶セルの色を変化させて表示を行うものである。

【０００７】ところで、上述したＴＮモード液晶の場合
には、偏光を利用するため、光源の５０％以下の光しか
有効に利用できず、暗くなるという欠点があった。ま
た、配向膜が必要であり、配向膜のラビング処理で静電
気が発生しトランジスタを破壊することや、ダストが付
着すること等の問題が生じていた。

【０００８】ＤＳモード液晶の場合には、液晶の抵抗値
が低く、消費電流が大きいことや、電圧印加時の応答速
度が遅い（５０〜１００ｍｓ）等の問題点があった。

【０００９】ＧＨモード液晶の場合には、その表示原理
に起因して表示が暗く、コントラストが得にくく（３〜
５程度）、また応答速度が遅い（１００〜２００ｍｓ）
等の問題があった。

【００１０】一方、表示を制御するスイッチングトラン
ジスタに関しては、一般的にＣＶＤ又はスパッタリング
で形成したアモルファスシリコン薄膜トランジスタ（Ｔ
ＦＴ）やポリシリコン（多結晶シリコン）ＴＦＴ等が用
いられている。両ＴＦＴの概略的な特徴は以下のような
ものである。

【００１１】アモルファスシリコンＴＦＴにあっては、
アモルファスシリコンが３５０゜Ｃ以下の比較的低温で
形成できるため、通常のソーダガラス基板を用いること
が可能であり、対角１５インチまでの比較的大きな表示
装置も実現できるため、アクティブマトリクス方式のデ
ィスプレイの主流となっている。

【００１２】ポリシリコンＴＦＴは、アモルファスシリ
コンＴＦＴよりも電界効果易動度が大きいことと、ＴＦ
Ｔを構成するゲート酸化膜にポリシリコンの熱酸化膜を
用い得ることに起因してトランジスタ特性が良いこと、
またイオン注入技術を用いた自己整合化が可能なことも
あって、簡単なドライバー回路の場合には一体化構造に
できること等の利点がある。しかしながら、良好なポリ
シリコンの形成には通常６００゜Ｃ以上の高温での処理
が必要であるため、高価な石英ガラスを基板に用いてお
り、現在ではＶＴＲのビューファインダーなど、比較的
小面積の表示装置に主として用いられている。

【００１３】以下に、より詳細に特徴を説明する。一般
に液晶表示装置の基板にはガラスを用い、このガラス基
板上に薄膜トランジスタを形成する。トランジスタの特
性は薄膜の種類で決まるが、薄膜は大きく分けてアモル
ファスシリコン、低温ポリシリコンおよび高温ポリシリ
コンの３種類に分類される。

【００１４】アモルファスシリコン薄膜は、３５０℃
程度の温度で形成出来るので安価な通常のガラス、例え
ばコーニング社製のＣｏｒｎｉｎｇ７０５９等が利用出
来る特徴がある。しかしながら、アモルファスシリコン
中に多数の捕獲順位が存在する為、薄膜の電界効果易動
度は１ｃｍ²Ｖ^-1Ｓ^-1以下である。従って、トランジス
タのＯＮ時の抵抗が大きい問題があった。また、通常の
ガラス基板を用いる為、基板を６００℃以上で処理する
事が出来ず、絶縁耐圧が優れピンホールの発生しにくい
熱酸化膜を用いることが出来ない問題があり、良好なト
ランジスタ特性が得られなかった。従って、駆動回路
等、複雑で性能の優れたトランジスタが必要な回路を表
示装置と同一基板内に作ることが出来なかった。

【００１５】低温ポリシリコン薄膜は、耐熱ガラスを
利用することを前提としており、５５０〜６００℃で組
み上げられた全工程により作製され、必要に応じて長時
間アニールまたはレーザー再結晶等が行われる。ポリシ
リコン薄膜上に作ったトランジスタはアモルファス薄膜
を利用したものよりも一般に特性が優れている。電界効
果易動度はμ_e（電子易動度）；５０ｃｍ²Ｖ^-1Ｓ^-1程
度，μ_h（正孔易動度）；１５ｃｍ²Ｖ^-1Ｓ^-1程度であ
る。

【００１６】高温ポリシリコン薄膜は、耐熱性の良い
石英基板を利用してポリシリコン薄膜を形成するもので
あり、１２００℃程度までの温度で処理が可能であるた
め、殆どＩＣの製造工程が使えることが特長であり、こ
れら３種類の内では最も良好な特性のトランジスタを形
成出来る。例えば、電界効果易動度ではμ_eは１００〜
４００ｃｍ²Ｖ^-1Ｓ^-1、μ_hは５０〜１５０ｃｍ²Ｖ^-1Ｓ
^-1程度のものが得られている。

【００１７】上述した低温や高温のポリシリコン薄膜
は、アモルファスシリコン薄膜よりも良好なトランジス
タが得られるため、ガラス基板上に駆動回路を形成出来
る長所がある。しかし、ポリシリコンで作成したトラン
ジスタは動作速度が遅い問題点がある。例えばポリシリ
コンＴＦＴでＣＭＯＳシフトレジスタを形成し、１５Ｖ
印加時の最大動作周波数を測定すると、低温ポリシリコ
ントランジスタでは５ＭＨｚ程度，高温ポリシリコント
ランジスタでは１５ＭＨｚ程度であった。この動作速度
は、例えば走査線数が２０００本、周波数が６０Ｈｚの
シフトレジスタとしては十分な値であるが、２０００×
２０００の画素を６０Ｈｚで駆動する液晶表示装置のデ
ータドライバとしては不十分な値である。

【００１８】また、ポリシリコントランジスタはリーク
電流が大きいため、ＯＮ／ＯＦＦ比を大きくする為には
トランジスタのサイズを大きくするか、トランジスタを
直列に接続するなどの工夫が必要であり、その結果、駆
動回路やスイッチング回路として複雑な回路を組めない
問題があった。また、一部の、駆動に高電圧が必要な液
晶には適さないという問題もあった。その結果、抵抗値
の低い液晶材料や、スイッチングに高電圧が必要な液晶
材料では良好な表示が得られなかった。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、液晶表示装
置に必要な付属回路としての駆動回路や記憶回路，論理
回路等を付加するのには、一般にガラス基板上にこれら
の機能を持つＩＣチップを接続（実装）する方法が取ら
れている。ガラス基板上にＩＣを接続する方法として
は、ＴＡＢ（ＴａｐｅＡｕｔｏｍａｔｅｄＢｏｎｄｉ
ｎｇ）法とＣＯＧ（ＣｈｉｐＯｎＧｌａｓｓ）法と
がある。以下に、それぞれの接続法についてＩＣチップ
と液晶表示装置の基板に接続する場合を例に挙げて説明
する。

【００２０】（１）ＴＡＢ法は、現在、高精細液晶表示
パネルに駆動ＩＣを接続する技術の主流となっている。
図１５にＴＡＢ法による駆動ＩＣの接続工程の概念図を
示す。図１５（ａ）に示すように、液晶駆動用のＩＣチ
ップ２０は、電極部に高さ約２０μｍ程度の金で形成し
た接続端子２１を形成する。

【００２１】一方、テープキャリヤ２２はポリイミドな
どのフィルム２２ａ上に銅の配線を形成し、金や錫等の
メッキを施し接続端子２２ｂを形成する。このテープキ
ャリヤ２２の上の接続端子２２ｂとＩＣチップ２０上の
接続端子２１とを位置あわせし、加熱治具２３で熱圧着
する。その後、図１５（ｂ）に示すように、ＩＣチップ
２０の熱圧着部分を樹脂２４で封止してＴＡＢ基板２０
ａを得、そのＴＡＢ基板２０ａを検査した後、図１５
（ｃ）に示すように良品のＴＡＢ基板２０ａのみを液晶
パネル２５上に異方性接着剤２６を加熱治具２７で加熱
することにより接続する。

【００２２】かかるＴＡＢ法はテープキャリヤに接続、
樹脂封止後に検査が可能であり、樹脂封止等に起因する
不良を除去後、良品のみを液晶表示パネル２５のガラス
基板２５ａに接続できるので、表示パネル完成後におい
てＩＣチップ２０に起因する不良が少ない。

【００２３】また、接続は、液晶表示パネル２５のガラ
ス基板２５ａの接続端子とＩＣチップ２０に付着したテ
ープキャリヤ２２の接続端子２８とで行えるため、接続
に要する面積を小さくできる等の長所を持っている。一
方、短所については、ポリイミド等の高価なテープキャ
リヤやプリント配線基板などの多くの部材が必要であ
る。また、工程数が多い。更に、テープキャリヤを切断
する際のパターン加工の限界やＴＡＢ基板２０ａの電極
と液晶パネルとを接続する際の分解能の制限を受けるた
め、接続部間が微細ピッチとなっていると対応が出来な
い。実際１００μｍ以下のピッチは現状では出来ない。
また、ＩＣチップ２０と液晶表示パネル２５とが接続端
子２８で接続されるため、配線長が長くなるので寄生容
量が大きくなり、動作速度が低下する。加えて、ＴＡＢ
基板２０ａの電極数が多くなると検査時の接触の不安定
性が増し、又、検査用の電極面積が増加する等の問題点
を持っている。特に、微細ピッチに対応出来ない問題点
と高速動作が出来ない問題点は重要であり、微細で高密
度液晶表示装置にはＴＡＢ法は適用出来ない。

【００２４】（２）ＣＯＧ法は、液晶表示装置のガラス
基板に形成した接続端子とＩＣチップ上に形成した接続
端子を直接接続する方法である。図１６にＣＯＧ法の工
程概念図を示す。

【００２５】図１６（ａ）に示すように、液晶表示パネ
ル３０は液晶３０ｃを挟んで対向ガラス基板３０ｂと対
向するガラス基板３０ａの周辺部に、あらかじめ駆動Ｉ
Ｃ接続用のＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄ
ｅ）端子３０ｄを形成しておく。一方、液晶駆動ＩＣチ
ップ３１は接続用の端子３１ａの上に導電性の接着剤３
２を塗布する。次に、図１６（ｂ）に示すようにガラス
基板３０ａ上の接続端子３０ｄとＩＣチップ３１上の接
続端子３１ａを位置あわせし、図１６（ｃ）に示すよう
に接続する。その後、図１６（ｄ）に示すようにＩＣチ
ップ３１とガラス基板３０ａの間に封止用の樹脂３３を
充填する。

【００２６】図１７にＩＣチップ３１の接続部近傍を図
示する。ＩＣチップ３１の接続部にアルミニウム（Ａ
１）で接続用のパッド３１ｂが形成されている。Ａ１パ
ッド３１ｂは必要部分を開口し、他の部分をパッシベー
ション膜（Ｓｉ₃Ｎ₄）３１ｃで覆われている。Ａ１パッ
ド３１ｂの上は接着用のメッキ層（銅）３１ｄを挟み、
接続端子（金）３１ａをメッキによって形成されてい
る。ＩＣチップ３１上に形成した接続端子３１ａは導電
性の接着剤３２でガラス基板３０ａ上のＩＴＯ膜３０ｄ
と接着されている。

【００２７】図１８にＣＯＧ法により接続部を作製する
場合の工程図を示す。図１８（ａ）に示すように、ＩＣ
基板３１ｅの所定の位置に接続用のＡ１パッド３１ｂを
形成し、その上にパッシベーション用のシリコン・ナイ
トライド膜（Ｓｉ₃Ｎ₄）３１ｃを形成する。その後、Ａ
１パッド３１ｂ上をエッチングによって開口する。次い
で、図１８（ｂ）に示すように、その上に銅のメッキ層
３１ｄを形成する。次いで、図１８（ｃ）に示すように
全面に、ホトレジスト膜３１ｆを塗布し、その後ホトマ
スクを用いて露光、現像してＡ１パッド３１ｂの上方の
レジスト３１ｆを開口する。次いで、図１８（ｄ）に示
すように、その上に金３１ａをメッキする。その後、図
１８（ｅ）に示すようにレジスト３１ｆを除去する。

【００２８】このように形成した接続部は、ホトレジス
ト３１ｆの開口部が約８０ミクロン、接続端子３１ａに
おける金のメッキ厚が５０ミクロン、接続端子３１ａの
直径は１７０ミクロンであった。接続端子３１ａの直径
を小さくする為にはホトレジスト３１ｆの厚さを厚くす
ると良いが、ホトレジスト３１ｆを５ミクロン以上にす
ることは通常困難であり、接続端子３１ａをあまり小さ
く出来ない。

【００２９】かかるＣＯＧ法は、使用部材数が少なく、
工程が短いなど、接続に要するコストが低い。特に液晶
表示装置の画素数が多くなると駆動ＩＣ数が多くなるた
め、コストの低減効果が大きくなる。また、ガラス基板
にＩＣチップ３１を直接接着するために、液晶表示装置
が薄くできる。更に、接続点数が少なく、ＩＣチップの
歩留りや品質が良好である等の長所がある。一方、短所
については、ＩＣチップの材料であるシリコン基板と液
晶表示装置のガラス基板の熱膨張係数が異なるため、温
度変化により、ＩＣチップやガラス基板上に設けた配線
にダメージが生ずる。実際、シリコンの熱膨張係数は
３．５×１０^-5／℃であるのに対して、ガラスの熱膨張
係数は５．０〜７．０×１０^-5／℃程度であり、低温／
高温の繰り返しにより接続端子にクラックが生ずること
があり、信頼性に問題がある。また、熱膨張係数の違い
に起因する熱応力の影響を最小限にするためにＩＣチッ
プとガラス基板の間に封止用の樹脂を充填しなければな
らないが、この為には、ＩＣチップとガラス基板の間の
空間を空けなければならず、よって接続端子の高さを高
くしなければならない。実際、接続端子の高さを５０ミ
クロンとすると、接続端子の直径は１７０ミクロンにも
なり、接続のために大きな面積を必要とする。また、ガ
ラス基板上にＩＴＯ配線を形成し配線とするため、ＩＣ
チップに微細加工技術を利用出来ず、形成した配線の密
度が低くなり、従って画素のピッチが数１０ミクロンで
ある高密度液晶表示装置には使用出来ない。また、ＩＣ
チップの実装用に必要な面積が大きくなる問題があっ
た。

【００３０】これらの問題点はどれをとっても重大であ
る。熱応力は信頼性に問題が生ずると同時にＩＣチップ
の特性劣化にもつながる。また、微細な接続が出来ない
問題点や接続の為に大きな面積を要する問題により、前
述のＴＡＢ法と同様にＣＯＧ法は微細で高密度な液晶表
示装置には適用出来ない。また、ガラス基板は放熱が悪
い問題点もある。シリコンの熱伝導係数は１２３Ｗ／ｍ
・ｋ，Ａ１は２３８Ｗ／ｍｋであるのに対して、ガラス
では１．２Ｗ／ｍ・ｋ程度であり、シリコンやアルミニ
ウム等と比較して約２桁熱伝導係数が小さい。このため
ガラス基板上の部品や液晶等の温度が上昇した場合はガ
ラス基板を通じて放熱しにくい問題がある。従って、シ
リコンＩＣで発熱する場合や、液晶表示装置に強い光を
投射する場合など、この昇温が問題になる場合は、特殊
な冷却装置が必要であった。

【００３１】本発明は、このような従来技術の欠点を解
決するものであり、トランジスタ特性が良好であり、駆
動回路のみならず周辺回路も表示装置に搭載することが
可能であり、しかも偏光板を用いず、明るい表示が得ら
れ、高速応答性に優れた反射型液晶表示装置を提供する
ことを目的とする。

【００３２】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示装置
は、単結晶シリコンからなる第１基板と、透明材料から
なる第２基板と、該第１基板と該第２基板との間に形成
された液晶層とを有し、該第１基板は、該液晶層に印加
する電圧を制御するトランジスタであって、ゲート電位
とドレイン電位とがほぼ直線的な関係を示す第１トラン
ジスタと、該第１トランジスタのゲートにデータ電圧を
供給する第２トランジスタと、該第１トランジスタのゲ
ートに供給される該データ電圧を保持する容量とを有
し、該液晶層は、有機高分子と液晶化合物との複合体を
含むので、上記目的を達成できる。

【００３３】

【作用】本発明にあっては、単結晶シリコン基板を用い
ている。単結晶シリコンは電荷捕獲準位の成因となる結
晶粒界が無いため、電界捕獲準位密度が小さく、電界効
果易動度がμ_e；１９００ｃｍ²Ｖ^-1Ｓ^-1、μ_h；４２０
ｃｍ²Ｖ^-1Ｓ^-1程度になる。従って、トランジスタの特
性が非常に良好となり、また、駆動回路のみならず周辺
回路も表示装置に搭載することが可能となる。

【００３４】また、液晶層に有機高分子中に液晶を分散
したものを用いているので、偏光板を用いずに明るい表
示を得られ、高速応答性に優れる。

【００３５】

【実施例】本発明の実施例について以下に説明する。

【００３６】（実施例１）図１に本発明を適用した反射
型の液晶表示装置を示す。この実施例では、基板上にシ
リコンゲートＮＭＯＳのスイッチング回路を搭載した場
合である。この装置は、最下部に単結晶シリコン基板７
を備え、この単結晶シリコン基板７の上にフィールドシ
リコン酸化膜６が形成されている。フィールドシリコン
酸化膜６には一部、この図示例では２箇所に貫通孔６
ａ、６ｂが開設され、これら貫通孔６ａ、６ｂの内部と
貫通孔６ａ、６ｂの上縁部周りのフィールドシリコン酸
化膜６の上表面部分には、単結晶シリコン基板７に底部
が達する状態でそれぞれアルミニウム電極４ｃ、４ｂが
形成されている。なお、このアルミニウム電極４ｃ、４
ｂの下の単結晶シリコン基板７部分は、ソース領域８と
ドレイン領域９となっている。

【００３７】上記２つの貫通孔６ａ、６ｂとの間にはゲ
ート絶縁膜１１とゲート電極１０が配設されている。ゲ
ート電極１０は、アルミニウム電極４ｃ、４ｂと短絡し
ないように、その表面をシリコン酸化膜等で被覆してい
る。このゲート電極１０は、本実施例ではポリシリコン
を使用しているが、これに限定するものではない。

【００３８】上記アルミニウム電極４ｃ、４ｂ及びフィ
ールドシリコン酸化膜６の上には、保護膜５が形成され
ている。保護膜５は、単結晶シリコン基板７上に作成し
たスイッチング用ＭＯＳ回路を保護するためのものであ
る。この保護膜５のアルミニウム電極４ｂの上の部分に
は貫通孔５ａが開設され、保護膜５の上と貫通孔５ａに
は底部がアルミニウム電極４ｂに達する状態で電極兼反
射膜４ａが形成されている。この電極兼反射膜４ａは、
本実施例では反射率の高いアルミニウムを用いている
が、これに限定するものではない。また、電極兼反射膜
４ａは、下部電極４ｂとのコンタクト抵抗を低くするた
めに、電極兼反射膜４ａ形成後に熱処理が必要だが、こ
の時に電極兼反射膜４ａの表面に凹凸が生じ、反射率の
低下をきたす。本実施例では、電極兼反射膜４ａの表面
を平滑にし、反射率を高める目的で保護膜５の形成後
と、電極兼反射膜４ａを形成した後に行う熱処理後と
に、それぞれ表面を研磨し、平滑となる処理を行ってい
る。

【００３９】この電極兼反射膜４ａの上には、下面全面
に透明対向電極２が形成された透明ガラス基板１が対向
配置され、この透明ガラス基板１と上述した単結晶シリ
コン基板７との間に、液晶を封入して液晶層３が形成さ
れている。透明ガラス基板１は、光入射側として使用さ
れる。上記液晶層３は、例えば次の３種の材料を２−エ
チルヘキシルアクリレート（モノマー）：ウレタンアク
リレートオリゴマー：Ｅ−８（ＬＣ）＝１６：２４：６
０の比率で配合し、その配合されたものに光重合開始剤
を均一に混合してＵＶ照射することによって作成してあ
り、つまり有機高分子と液晶化合物の複合体からなる。

【００４０】従って、本実施例の場合には、液晶層に液
晶／高分子複合体を用いているので、次のような効果が
ある。即ち、この液晶／高分子複合層は、ＴＮＬＣ（Tw
isted Nematic Liquid Crystals ;ねじれネマティック
型液晶）のように液晶分子のねじれ角を制御するのでは
なく、液晶分子と有機高分子との相互作用による光散乱
を制御するため、偏向板を用いる必要がなく、明るい表
示を得ることが可能であり、また高速応答性にも優れて
いる。

【００４１】また、本実施例にあっては、単結晶シリコ
ン基板７を用いているので、ＩＣの技術をそのまま液晶
表示装置に適用可能である。つまり、微細加工技術、高
品質薄膜形成技術、高精度不純物導入技術、結晶欠陥制
御技術、製造技術と装置、回路設計技術、ＣＡＤ技術な
ど高度に発達した先端技術が適用できることになる。よ
って、ＩＣの微細加工技術の採用により画素の微細化が
可能であり、従来にない高精細表示が実現できる。

【００４２】（実施例２）本発明の実施例２について以
下に説明する。図２に高耐圧構造を持ったＭＯＳトラン
ジスタをスイッチング素子とする液晶表示装置の断面図
を示す。以下に図を元に説明する。

【００４３】図はＰチャンネルＭＯＳトランジスタであ
る。通常のＭＯＳ構造と比較するとソース電極５１とゲ
ート電極５２との間、及びドレイン電極５３とゲート電
極５２との間に、比較的厚い酸化膜５４と、酸化膜５４
の下の領域に低濃度のＰ型不純物拡散領域（Ｐ^-と表
示）を設けていることである。これは以下の理由によっ
ている。即ち、ＭＯＳトランジスタの耐圧を上げるため
にはソース電極５１とドレイン電極５３との間の耐圧を
向上させねばならない。そのためには特に電界の集中し
やすい、ドレイン領域とゲート領域間及びソース領域と
ゲート領域間の電界集中を緩和する必要がある。この目
的でこれらの領域に、比較的厚い酸化膜５４と、酸化膜
５４の下にＰ^-領域を形成しているソース領域とゲート
領域間及びドレイン領域とゲート領域間の電界はＰ^-領
域で緩和され、その結果ソース電極５１とドレイン電極
５３との間の耐圧が向上する。本例では、実際Ｐ^-領域
の幅を２．５ミクロンとすることにより耐圧は約３０Ｖ
となった。一般にソース電極５１とゲート電極５２との
間よりも、ドレイン電極５３とゲート電極５２との間の
方が電界集中は生じ易い。従って、本実施例において
も、ソース電極５１とゲート電極５２との間の距離を、
ドレイン電極５３とゲート電極５２との間の距離よりも
小さくすることも可能であり、このことによってトラン
ジスタをより小さくすることが出来、より望ましいもの
となる。

【００４４】このようにしてトランジスタを形成したシ
リコン基板５０の上には、全面にポリイミドからなる絶
縁膜５５が塗布等により形成され、表面全体が平坦化さ
れている。ドレイン電極５３の上には開口部５６を形成
し、反射電極５７とドレイン電極５３を接続している。
反射電極５７の表面は、必要に応じて研磨し鏡面として
いる。特に、投射型の表示装置に利用する場合は表面を
鏡面にする方が望ましい。また、直視型の表示装置に利
用する場合には表面をホトエッチング等によって凹凸を
形成しても良い。本実施例ではＮ型シリコン基板を用
い、ＰチャンネルのＭＯＳを構成する例を述べたが、こ
れに限定するものではなく、Ｐ型シリコン基板を用いて
ＮチャンネルのＭＯＳを用いてもよい。一般にＮチャン
ネルのＭＯＳはＰチャンネルのＭＯＳよりも高速動作が
可能であり、より望ましいものとなる。また、Ｎチャン
ネルのＭＯＳとＰチャンネルのＭＯＳを組み合わせ液晶
の駆動方法を改善したり低消費電力の実現を目的に、Ｃ
ＭＯＳ構造としてもよい。また、必要に応じて図示した
以外の領域に不純物の拡散を行って回路の性能を向上さ
せることも可能である。本実施例ではポリシリコンをゲ
ート電極５２の材料として用いたが、他の材料、例えば
ＡＩを用いても構わない。また、スイッチングトランジ
スタと反射電極５７との間に絶縁膜５５としてポリイミ
ドを形成したが、これに限定するものではなく、例えば
Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＯ₂、ＰＳＧ、ＢＰＳＧ、塗布型絶縁
膜、あるいはこれらの内の複数の材料を積層にした絶縁
膜を用いても良い。また、絶縁膜５５を形成した後、絶
縁膜５５の表面を平坦化する処理、例えばＣＶＤ（Chem
icalVapour Deposition）法とドライエッチングとを組
み合わせて表面を平坦化できる。また、表面を研磨して
平坦化しても良い。この場合は反射電極５７の表面平坦
化処理がより簡単になり、望ましい。本実施例では、液
晶表示装置のコストを低減する目的で、絶縁膜５５の表
面の平坦化は行わず、反射電極５７の形成後に表面を研
磨によって平坦化した。また、反射電極５７はスパッタ
法で形成し、熱処理後表面を精密研磨し、表面を鏡面状
態に仕上げた。反射電極５７として反射率の高いＡＩを
用いたが、他の材料を用いても構わない。シリコン基板
上にトランジスタを形成する工程は通常のMOSの工程を
利用することが出来るが、ここでは説明を省略する。

【００４５】このようにしてＭＯＳトランジスタと反射
電極５７を形成したシリコン基板５０と、対向電極５８
ａを形成したガラス基板５８は、一定の間隔を空けて対
向させ、その間に、実施例１と同様の液晶材料５９を充
填した。即ち、液晶材料５９は、有機高分子材料と液晶
材料からなる複合物である。シリコン基板５０と対向電
極５８ａを形成したガラス基板５８の間隔を一定に保つ
方法は、通常、所望の直径のガラスのビーズを一方の基
板上に散布し、接着剤を塗布後、その上に他方のガラス
基板を均一な圧力を加えながら接着するのが一般的であ
るが、この方法は圧力を加えた時、ビーズでシリコン基
板５０上のトランジスタを破壊する恐れがある。従っ
て、本実施例ではシリコン基板５０とガラス基板５８
を、それぞれ微細な吸引穴を明けた平坦度の優れた平板
上に吸引固定し、両平板をシリコン基板５０とガラス基
板５８が所望の間隔を空け、その間隔が均一になるよう
に対向させた後、基板５０と５８の間に液晶材料５９を
充填し、紫外線を照射することにより重合させた。完全
に液晶材料５９中の有機高分子が重合後、基板５０、５
８の吸引を中止し、張り合わされた基板を取り出した
が、シリコン基板５０とガラス基板５８とは液晶材料自
体によって接着されおり、その接着強度も十分であっ
た。本実施例では接着剤を使わない例を述べたが、シリ
コン基板５０又はガラス基板５８のどちらか一方に接着
剤を塗布し、貼り合わせても構わない。また、このと
き、接着剤中に両基板の間隔を保つのに必要な直径のガ
ラスのビーズ等を混入させても良い。この場合は、接着
強度はより向上することになる。

【００４６】したがって、本実施例２の場合にも、液晶
層に液晶／高分子複合体を用い、また基板の一方に単結
晶シリコン基板を使用するので、実施例１と同様の効果
がある。

【００４７】（実施例３）本発明の実施例３について以
下に説明する。図３に高耐圧構造を持ったＭＯＳトラン
ジスタをスイッチング素子とする液晶表示装置の断面図
を示す。以下に図を元に説明する。

【００４８】図は縦型ＤＳＡ（Diffusion Self Aligne
d）型のＭＯＳトランジスタをスイッチングトランジス
タとする液晶表示装置の断面図である。ＤＳＡＭＯＳは
一般的に高速動作が可能であり、ソース電極６１とドレ
イン電極６２の間の耐圧が高い特徴がある。即ち、通常
のＭＯＳではトランジスタの特性の変動をある範囲内に
制限することは困難であるのに対し、ＤＳＡＭＯＳトラ
ンジスタでは同一開口部からの不純物拡散によってチャ
ネル領域が決まるため、実効的にチャネル長が短くな
り、高速化が実現出来る。また、ソース電極６１とドレ
イン電極６２との間の耐圧は、ＤＳＡＭＯＳトランジス
タではチャネル内のＰ型不純物の分布で決まるが、不純
物分布はソース電極６１の端で最も高く、横方向へも深
さ方向へも減少するためドレイン領域での電界集中が起
こらず、耐圧が向上する。本実施例では縦型ＤＳＡ型Ｍ
ＯＳトランジスタを利用した例を示したが、この製造工
程では同時に高速動作の可能なバイポーラトランジスタ
の形成も可能であり、大容量な液晶表示装置を実現する
うえで必要な高速駆動回路が搭載可能となる特徴があ
る。図はＮチャネル型ＭＯＳの例である。本例ではＰ型
シリコン基板６０の上にｎ⁺領域６５ｃを形成し、その
上にエピタキシャル成長でｎ^-層を形成している。更
に、この上にゲート電極６３を形成すると共に、ソース
電極６１とドレイン電極６２を絶縁膜（ＳｉＯ₂）６４
ａ、６４ｂで分離し、ソース電極６１ではＰ拡散領域６
５ａとｎ⁺拡散領域６５ｂが同一窓からの二重拡散によ
って形成されている。ゲート電極６３に閾値以上の電圧
を印加すると、ゲート絶縁膜６６下のＰ拡散領域６５ａ
がｎ型に反転し、ソース電極６１下のｎ⁺領域６５ｂと
ドレイン電極６２下のｎ⁺領域６５ｃが導通してＯＮ状
態となる。ソース電極６１は電界集中を避けるために面
積を大きく取っている。一方、ドレインはｎ^-層の低部
埋め込んで形成したｎ⁺部であり、ドレイン電極６２下
に拡散したｎ⁺拡散層により電極を取り出している。

【００４９】このようにしてトランジスタを形成したシ
リコン基板６０の上には、全面にポリイミドからなる絶
縁膜６７が塗布などにより形成され、表面全体が平坦化
されている。ドレイン電極６２の上には開口部６７ａを
形成し、反射電極６８とドレイン電極６２を接続してい
る。反射電極６８の表面は必要に応じて、表面を研磨し
鏡面としている。特に投射型の表示装置に利用する場合
は表面を鏡面にする方が望ましい。また、直視型の表示
装置に利用する場合は表面をホトエッチング糖によって
凹凸を形成しても良い。本実施例では縦型のＤＳＡＭＯ
Ｓを利用する液晶表示装置を例に取って説明したが、通
常のＤＳＡＭＯＳトランジスタを用いても構わない。こ
の場合は、同時に良好な特性を持つバイポーラトランジ
スタを作るのが難しいが工程数が減るため、コストが安
くなる特徴がある。また本実施例では、ポリシリコンを
ゲート電極６３の材料として用いたが、他の材料例えば
Ａ１を用いても構わない。また、スイッチングトランジ
スタと反射電極６８との間に絶縁膜６７としてポリイミ
ドを形成したが、これに限定するものではなく、例えば
Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＯ₂、ＰＳＧ、ＢＰＳＧ、塗布型絶縁
膜、或はこれらの内の複数の材料を積層にした絶縁膜を
用いても良い。また、絶縁膜６７を形成した後、絶縁膜
６７の表面を平坦化する処理、例えば、ＣＶＤ（Chemic
al Vapour Deposition）法とドライエッチングとを組み
合わせて表面を平坦化できる。また、表面を研磨して平
坦化しても良い。この場合は反射電極６８の表面平坦化
がより簡単になり、望ましいものとなる。本実施例で
は、液晶表示装置のコストを低減する目的で、絶縁膜６
７の表面の平坦化は行わず、反射電極６８の形成後に表
面を研磨によって平坦化した。また、反射電極６８はス
パッタ法で形成し、熱処理後表面を精密研磨し、表面を
鏡面状態に仕上げた。反射電極６８として反射率の高い
Ａ１を用いたが、他の材料を用いても構わない。

【００５０】このようにしてＭＯＳトランジスタと反射
電極６８を形成したシリコン基板６０と、対向電極６９
ａを形成したガラス基板６９は、一定の間隔を空けて対
向させ、その間に、実施例１、２と同様の液晶材料６９
ｂを充填した。即ち、液晶材料６９ｂは、有機高分子材
料と液晶材料との複合物からなる。シリコン基板６０と
対向電極６９ａを形成したガラス基板６９の間隔を一定
に保つ方法としては、実施例２と同様に行った。つま
り、シリコン基板６０とガラス基板６９を、それぞれ微
細な吸引穴を明けた平坦度の優れた平板上に吸引固定
し、両平板をシリコン基板６０とガラス基板６９が所望
の間隔を空け、その間隔が均一になるように対向させた
後、基板６０と６９の間に液晶材料６９ｂを充填し、紫
外線を照射することによる重合させた。完全に液晶材料
６９ｂ中の有機高分子が重合後、基板の吸引を中止し、
張り合わされた基板を取り出したが、シリコン基板６０
とガラス基板６９は液晶材料自体によって接着されてお
り、十分な強度が得られた。

【００５１】したがって、本実施例３の場合にも、液晶
層に液晶／高分子複合体を用い、また基板の一方に単結
晶シリコン基板を使用するので、実施例１、２と同様の
効果がある。

【００５２】なお、上述した各実施例１、２及び３で
は、液晶材料としてエチルヘキシルアクリレート（モノ
マー）：ウレタンアクリレートオリゴマー：Ｅ−８（Ｌ
Ｃ）＝１６：２４：６０を利用したが、これらの構成材
料の組成比を変えても良い。例えば上記組成比を１６：
４：８０としても良好な表示が得られた。また、他の材
料例えばアクリレート系の紫外線重合性組成物と大日本
インキ（株）製のネマチック液晶（ＰＮ−００１または
ＰＮ−００５等）の組成物の混合液を利用しても良い。
その他、Y.Hirai,S.Niiyama,T.Gunjima,"Phase Diagram
and Phase Separation in LC/Prepolymer Mixture",pr
oceeding of SPIE,vol.257,pp2-8,1990で述べられてい
る組成物を用いても良い。これらの配合されたものに光
重合開始剤を均一に混合し、紫外線を照射することによ
って作成してあり、つまり有機高分子と液晶化合物の複
合体からなっている。

【００５３】尚、液晶層としては、有機高分子と液晶化
合物であれば他の組成のものを使用しても構わない。例
えば、液晶と有機高分子からなる液晶／高分子複合物
は、ＮＣＡＰ（Nematic Curvilinear Aligned Phase ;
ネマチック曲線式整列相）、ＰＤＬＣ（Polymer Disper
sed Liquid Crystals ; ポリマー分散型液晶）、ＰＮＬ
Ｃ（Polymer Network Liquid Crystals ; ポリマーネッ
トワーク型液晶）、ＬＣＰＣ（Liquid Crystals and Po
lymer Composite ; 液晶・ポリマー複合組成）等と名付
けられており、その製法はマイクロカプセル化技術を応
用したもの、液晶と重合性化合物の均一溶液を作製し紫
外線や熱エネルギーで重合性化合物を硬化させたもの、
液晶とポリマーと共通溶剤の均一溶液から共通溶剤を蒸
発除去させたもの、加熱溶融した液晶と熱可塑性樹脂の
均一溶液を冷却させたもの、スホンジ様セルロース膜或
いはミクロンサイズのガラス粒子中に液晶を含浸させる
方法等が提唱されている。

【００５４】また、高分子中にマイクロカプセル化した
液晶を分散させ、液晶と高分子の界面での屈折率の差に
よる散乱を利用するモードとしては、例えばSID Int. S
ymp.Digest. tech. 16, 68 1985に、またネットワーク
状の高分子中に液晶が連続相を形成するようになし、そ
の相互作用によって光散乱が生じるモードとしては、例
えば、Proc. of Japan Display '89,690 (1989)に紹介
されている。これらの有機高分子と液晶化合物の複合体
からなる液晶材料は重合条件で応答速度やスイッチング
の駆動電圧等重要な特性が大きく異なる。従って所望の
特性を持つ液晶材料を得る為には重合条件を精密に制御
することが重要であるが、一般に熱エネルギーによる重
合は光エネルギーによる重合よりも制御しにくい問題が
ある。液晶材料の電気光学特性の精密な制御は頗る重要
であり、その意味で光重合性の液晶材料を用いる方が望
ましい。

【００５５】以上詳述したように、本発明にあっては、
単結晶シリコン基板を用いている。単結晶シリコンは電
界硬化易動度は、μ_e；１９００ｃｍ²Ｖ^-1Ｓ^-1、μ_h；
４２０ｃｍ²Ｖ^-1Ｓ^-1程度である。これは単結晶シリコ
ンの結晶性が優れており、結晶中に結晶欠陥に起因する
電荷捕獲準位が殆ど存在しないことによる。実際、理想
的な状態で作成されたＰ／Ｎ接合には殆どリーク電流が
観察されない。従って、トランジスタを小さくできる。
一般にＩＣの動作周波数はトランジスタ動作に付随する
寄生容量が減少するため、向上することが知られてい
る。実際ＩＣの最小加工線幅を１μｍとしたＣＭＯＳの
動作周波数は２００ＭＨｚ〜２ＧＨｚ程度になる。この
値は２０００×２０００の画素を６０Ｈｚで駆動する液
晶表示装置のデータドライバとしても十分使える値であ
る。

【００５６】また、シリコン基板を用いると、従来ＩＣ
で使われてきた多種類の素子や回路技術、微細加工技術
等のプロセス技術が利用できる。例えばＭＯＳ(Metal O
xideSemiconductor)トランジスタでは動作速度と耐圧に
合わせた設計が可能である。また、ＮチャネルＭＯＳ、
ＰチャネルＭＯＳ、この両者を組み合わせたＣＭＯＳ(C
omplementary MOS)、高耐圧構造のＭＯＳ、ＤＳＡＭＯ
Ｓ(Difusion Self Aligned MOS)、メモリー素子として
ＤＲＡＭ(Dynamic Random Access Memory)、ＳＲＡＭ(S
tatic Random Access Memory)、類似ＳＲＡＭ、ＰＲＯ
Ｍ(ProgramableRead Only Memory)、ＥＰＲＯＭ(Erasab
le Programable ROM)、ＥＥＰＲＯＭ(Electrical EPRO
M)、フラッシュＥＥＰＲＯＭ、ＭａｓｋＲＯＭ、その
他バイポーラトランジスタ、ＩＩＬ(Integrated Inject
ion Logic)、ＥＣＬ(Emitter Coupled Logic)、ショッ
トキーダイオード、ＣＣＤ(ChargeCoupled Device)、コ
ンデンサ、ホトダイオード、ホトトランジスタ等が利用
できる。単結晶シリコンを利用した半導体素子について
はS.M.SZE,"Physics of Semiconductor Devices",John
Wiley & Sons(1969)及びA.S.Grove,"physics and Techn
ology of Semiconductor Devices", John Wiley & Sons
(1967)に詳しく述べられておりこれらの素子ができる。

【００５７】また、多くの種類の回路も利用できる。例
えば、各種メモリ回路、マイクロプロセッサ、ゲートア
レー、ドライバー等の論理回路及びＣＣＤ回路、バイポ
ーラとＭＯＳを組み合わせたＢｉＭＯＳ回路、ＴＴＬ(T
ransistor Transistor Logic)回路、ＥＣＬ回路、ＩＩ
Ｌ回路等が利用できる。ＭＯＳ回路についてはWILLIAM
N. CARR, JACK P. MIZE, "MOS/LSI Design and Applica
tion"に述べられておりこれらの回路を利用できる。ま
た、アナログ回路についてはA.B GREBENE,"Analog Inte
grated Circuit Design", Litton Educational Publish
ing INC.(1972)に記載の素子、回路を利用できる。その
他ＩＣで使われている材料、プロセス等に次いては前田
和夫”最新ＬＳＩプロセス技術”，工業調査会(1983)に
詳しく述べられており、これらの技術が利用できる。

【００５８】また、本発明は液晶表示装置の基板として
シリコン基板を使用しているので、上記ＴＡＢやＣＯＧ
で問題となっていたことを解決できる。以下に説明す
る。

【００５９】熱応力の低減のためには膨張係数の差を
小さくする必要があるが、基板に単結晶のシリコンを用
いると熱膨張係数は全く同一になり、熱応力は生じな
い。従って熱応力に起因する信頼性の低下は全く問題な
くなる。本発明の液晶表示装置にシリコンチップを接続
し、−５５℃で約３０分保持し、その後１２５℃に昇温
後３０分保持するサイクルを１０００回行ったが、接続
部にクラックは発生しなかった。

【００６０】熱応力が発生しないため、基板とＩＣチ
ップの間に樹脂を封入する必要がない。従ってＩＣチッ
プ上の接続端子の高さを低くできる。これにより、接続
端子を小さくすることができ、接続の密度を大きくでき
る。

【００６１】液晶表示装置の基板としてシリコン基板
を用いると、その上に形成する配線はＩＣの微細加工技
術が使えるため、配線の線幅を小さくできる。実際１ミ
クロン以下の線幅の配線も安定して形成可能である。ま
た、一般にＩＣの製造工程で使われるＡｌやＷ，Ｍｏ，
Ｔｉなどを利用できる。また、基板側の配線の密度を上
げることができると、ＩＣチップ側でもそれに応じて接
続端子の数を増やすことができる。通常ＣＯＧではＩＣ
チップの周辺のみに接続端子を形成するが、基板にシリ
コンを用いると熱応力が問題にならないため、チップの
周辺部分以外にも接続端子を形成でき、接続の密度を著
しく改善できる。

【００６２】ＩＣをガラス基板上に接着する場合、配
線が長くなると配線の寄生容量が大きくなるためＩＣか
ら液晶表示装置への信号伝達速度の低下が問題になる。
従って配線はできる限り短いことが望ましい。液晶表示
装置にガラス基板を用いるとガラス基板上のＩＴＯの配
線を細くすることができないこと、及びＣＯＧの接続端
子を小さくできないことから、配線の密度を上げること
が困難であり、その結果配線が長くなる。一方シリコン
基板を用いるとＩＣの微細加工が適用できることと、Ｉ
Ｃチップの接続端子を小さくできるため、配線密度の向
上が図れ、配線の長さを著しく短くできる。その結果Ｉ
Ｃと基板間の信号伝達の遅れが問題とならなくなるた
め、高速型のＩＣを利用できる。実際、ガラス基板を用
いてＣＯＧで接続したＩＣでは動作周波数は約８ＭＨｚ
であったが、シリコン基板上に最適な配線設計をし、配
線長を最短にしてＩＣを接続すると動作周波数は１００
ＭＨｚまで向上した。

【００６３】従って高密度、高精細な液晶表示装置に対
しても本来のＩＣの高速性を失うことなく接続が可能と
なる。実際単結晶シリコン基板にはＣＰＵ(Central Pro
cessing Unit)を始め、メモリ素子など多くの種類のＩ
Ｃチップの性能を落とすことなく接続することができ
る。

【００６４】単結晶シリコン基板は熱伝導率が約１２
３Ｗ／ｍ・Ｋであり、ガラスの約１．２Ｗ／ｍ・Ｋと比
較して２桁大きい。このため基板の表面側で発生した熱
は裏側へ容易に伝導するので、裏側から放熱が行える利
点がある。また、ＩＣチップで発生した熱も接続端子を
通じて基板側から逃がすことが可能である。

【００６５】図４に本発明の液晶表示装置の冷却方法の
例を示す。図４（ａ）は空冷の場合であり、液晶表示装
置４０はシリコン基板４０ａの上に液晶表示部４０ｂと
ＩＣチップ４０ｃとが搭載されていて、シリコン基板４
０ａの下側に放熱フィン付き平板４１が接着されてい
る。放熱フィン付き平板４１はアルミニウムや銅等の熱
伝導性の良い材料が利用できる。図４（ｂ）は水冷の場
合である。液晶表示装置４０は、そのシリコン基板４０
ａに、冷却管４３を接続して冷却された冷却板４２が接
着されている。冷却管４３の中には、冷却ユニット４４
にて冷却された液体が通り、その液体としては通常防錆
剤を混入した水または冷却液を用いる。いずれの場合も
シリコン基板４０ａの熱伝導性がよいため、効率よく冷
却できた。特に、投射型の液晶表示装置では強い光を液
晶パネルに投射しなければならず、液晶表示装置４０の
温度上昇が大きな問題であるため、非常に有効である。

【００６６】単結晶シリコン基板と有機高分子と液晶を
複合した液晶材料を利用することによって応用範囲が広
がる。以下に説明する。有機高分子と液晶の複合した液
晶材料は従来ＯＮ／ＯＦＦのスイッチングの為の電圧が
高い問題点があった。最近有機高分子の編み目の構造や
大きさを最適化することにより低電圧化が図られてい
る。図５に液晶への印加電圧と透過率を示す。（ａ）と
（ｂ）は同じ組成の材料であるが、液晶材料中の有機高
分子の重合条件が異なっている。（ａ）は紫外線照射エ
ネルギーを小さくし、長時間かけて重合させた材料によ
る場合を示し、（ｂ）は紫外線照射エネルギーを大きく
し、短時間で重合させた材料の場合を示す。図から
（ａ）の方が低電圧でスイッチング可能である事が分か
る。

【００６７】図６に同じ液晶材料の印加電圧と応答時間
との関係を示す。ここで応答時間はＯＮ信号を液晶に印
加した後の透過率が１０％から９０％まで変化する時間
を取っている。図から分かるように、印加電圧を低くす
るほど応答時間は長くなる傾向がある。また、低電圧で
スイッチング出来る液晶材料である（ａ）の方が、同じ
印加電圧に対して応答時間が長くなっている。これらの
事から液晶の印加電圧を低くする事と、応答時間を短く
する事は相反する関係にあり、高速で液晶をスイッチン
グする為には印加電圧を高くしなければならない事にな
る。高速度な動作速度を必要としないときには低電圧駆
動が可能であるため、スイッチングトランジスタとして
最先端の加工技術を駆使した微細なトランジスタを利用
出来る。従って液晶の駆動の為に複数のトランジスタと
コンデンサを利用したスイッチング回路を構成すること
が可能であるため、有機高分子と液晶化合物の複合され
た従来の液晶材料の比抵抗が１０¹⁰Ω程度しかなく、通
常のＴＮＬＣ（Twisted Nematic LC）と比較して２桁小
さい事によって生ずる、リーク電流と液晶の電圧保持時
間が短い事に対する対策を講ずることが出来る。

【００６８】図７に液晶駆動用スイッチング回路の一例
を示す。Ｑ₁は液晶に電圧を印加するトランジスターで
あり、ゲート電位とドレイン電位とはほぼ直線的な関係
を示す性能を持つトランジスタを利用することが望まし
い。また、液晶に直接電圧を供給するため、液晶のスイ
ッチングに必要な耐圧が必要である。Ｑ₂はデータ信号
をＱ₁に供給するトランジスタである。このトランジス
タはＯＦＦ時のリーク電流が少ないことが望ましい。Ｌ
Ｃは液晶容量であり、ＣｓはＱ₁のデータ信号を保持す
る為の補助容量である。データ線に信号を入れ、ゲート
線に電圧を印加しＱ₂をＯＮさせると、データ信号がＱ₁
に印加される。同時にＣｓに信号が保持される。このと
き、電源線に液晶駆動に必要な電圧を印加すると、Ｑ₁
はデータ信号に従った電圧を液晶に印加し液晶をスイッ
チングさせることができる。このようにシリコン単結晶
基板を利用すると、複数のトランジスタやコンデンサ利
用した回路を構成することが出来、液晶材料の抵抗値が
低い場合でも良好な表示品位を得ることが出来る。図７
に示した回路図は基本的な概念を示すためのものであ
り、トランジスタや他の素子を付加することによりより
望ましいものになる。

【００６９】一方、液晶をスイッチングするのに高電圧
が必要な場合は、高耐圧ＭＯＳトランジスタを利用する
ことが出来る。詳しくは実施例で説明した。その他、バ
イボーラトランジスタも利用出来る。

【００７０】このようにシリコン基板を利用することに
より、有機高分子と液晶の複合した液晶材料を利用する
場合に、従来問題となっていた点を解決することが出来
ると同時に高速で信頼性に優れた液晶表示装置が実現で
きる。

【００７１】これらの有機高分子と液晶化合物の複合体
からなる液晶材料は重合条件で応答速度やスイッチング
の駆動電圧等重要な特性が大きく異なる。従って所望の
特性を持つ液晶材料を得る為には重合条件を精密に制御
する事が重要であるが、一般に熱エネルギーによる重合
は光エネルギーによる重合よりも制御しにくい問題があ
る。液晶材料の電気光学特性の精密な制御は頗る重要で
あり、その意味で光重合性の液晶材料を用いる方が望ま
しい。

【００７２】また、従来のスイッチング回路は１個また
は複数のＴＦＴと補償コンテンサとで構成していたた
め、低抵抗液晶を使えない欠点があったが、本発明では
液晶の抵抗値やスイッチング電圧などの個々の液晶の特
性に応じたスイッチング回路は画素の反射板の下部シリ
コン基板に作れるため、表示装置の実効表示面積の低下
が招来されない。更に、スイッチング回路に加えて駆動
回路のみならず、論理回路、記憶回路等が同一基板上に
形成できるために、表示装置に論理機能の付加が可能と
なった。加えて、既設のＩＣ工場のクリーンルームで他
の設備投資が殆ど要せず、製造コストを低くできる利点
がある。

【００７３】次に、本発明に係る液晶表示装置の具体的
使用例や、本発明装置を用いた液晶表示システムの具体
例等について説明する。

【００７４】（具体例１）本発明の特徴の一つであるＩ
Ｃの微細加工技術を使って画素の縮小を行うと、小型の
ハイビジョン対応の反射型液晶表示装置を作成できる。
例えば画素ピッチを（縦×横＝）２０×２５μｍ²と
し、画素数を１０００×１４００個とすると表示寸法２
０×３５ｍｍ²、対角１．６インチの表示装置を構成で
きる。実際には、駆動回路を表示面の周辺基板上に一体
化して形成することを要するため、表示装置用の単結晶
シリコン基板７の寸法は３０×４５ｍｍ²である。な
お、液晶としては、上述した実施例で使用した、２−エ
チルヘキシルアクリレート（モノマー）：ウレタンアク
リレートオリゴマー：Ｅ−８（ＬＣ）＝１６：２４：６
０とし、これに光重合開始剤を均一に混合しＵＶ照射す
ることによって作成したものを用いた。

【００７５】また、かかる反射型液晶表示装置は、図８
に示すような液晶表示システムに用いることができる。
従来の液晶表示システムを図９に示す。図９（ａ）から
分かるように、従来例のものは、光源１０１と、液晶表
示装置１０２と、光学レンズ１０３と、光絞り１０４
と、投影レンズ１０５と、スクリーン１０６とからな
る。この方式では、図９（ｂ）に示すように、液晶表示
装置１０２を透過した光が散乱するため、それを防止す
べく精度の良い光学レンズ１０３を必要とするが、この
時、レンズ１０３での色収差が問題となる。この色収差
を合わせる為には高価な非球面レンズが必要である。ま
た、非球面レンズを用いても色収差は完全になくなら
ず、その分だけ絞り１０４を開けなければならないた
め、コントラストが落ちる欠点があった。図８に本発明
の液晶表示装置を用いた投射型液晶表示装置システム例
を示す。図に示す通り、従来例の光学レンズ１０３と絞
り１０４の代わりにＦＯＰ（Fiber Optic Plate）７１
を利用している。本実施例においても投射型液晶表示シ
ステムを構成するためには平行光線を作る光学系と投射
光学系が必要であるが、説明の簡略化の為にこれらは省
略している。

【００７６】図８を元に動作を説明する。液晶表示装置
７０は、駆動回路等を形成したシリコン基板７０ａと、
その上に基板７０ａと均一な空隙を空けて接着された図
示しない対向ガラス基板と、その空隙に充填された液晶
７０ｂからなっている。液晶７０ｂは、網目状態に形成
された有機高分子材料と、その網目の中を充填する液晶
とからなっている。また、液晶表示装置７０と投影スク
リーンの間には、液晶表示装置７０で散乱された光とカ
ットする目的でＦＯＰ７１を、投影光の光線をＦＯＰ７
１の表面が直角になるように設置した。

【００７７】以下に、ＦＯＰ７１について説明する。Ｆ
ＯＰ７１の断面図を図１０に示す。ＦＯＰ７１は、コア
ガラス７２と、それを包むように形成されたクラッドガ
ラス７３と、これらから構成されるガラスファイバの間
に形成された光吸収体７４からなる。ここで、コアガラ
ス７２とクラッドガラス７３との屈折率をそれぞれ、ｎ
₀とｎ₁とすると、ｎ₀＞ｎ₁となるように材料を選んでい
る。

【００７８】図１１に示すように、コアガラス７２部分
に入射した光は、小さい入射角θ₂で入射したときガラ
スファイバー中でコアガラス７２とクラッドガラス７３
の界面で反射しながら伝搬して行く（図中軌跡
（ａ））。一方、大きい入射角θ₃で入射するときは、
コアガラス７２とクラッドガラス７３の界面で反射せ
ず、クラッドガラス７３を透過して光吸収体７４に吸収
される。この場合、光が透過する最大入射角はｎ₀とｎ₁
で決まり、ｎ₀−ｎ₁の値が小さいほど小さくなる。ま
た、ｎ₀−ｎ₁＝０ではＦＯＰ７１の表面に垂直に入射し
た光のみ透過し、他の光は透過しない。このようにＦＯ
Ｐ７１は良好なコリメータとなる。

【００７９】図８に示すように、光源１０１と液晶表示
装置７０との位置関係は、液晶表示装置７０へ入射する
光と液晶表示装置７０から反射される光とは平行ではな
く、入射角が液晶表示装置７０の表面と直交する方向に
対して斜めになっており、光源１０１と液晶表示装置７
０とは若干傾けられて設置されている。これは、光源１
０１からの光が直接にＦＯＰ７１に入射しないようにす
るためである。本実施例では入射角θは約５°とした。
図において、液晶７０ｂの電界を印加していない領域に
入射した光（ａ）は液晶７０ｂで散乱される。一方、液
晶７０ｂの電界を印加している領域に入射した光（ｂ）
は液晶７０ｂで散乱されず、基板７０ａの表面で反射さ
れる。そこで、液晶表示装置７０とスクリーンの間に反
射光のみ透過し、散乱光が吸収されるようにＦＯＰ７１
を設置しておくと、反射光のみがスクリーンに到達し、
スクリーンに表示が得られた。本実施例ではカラー表示
の場合において、コントラスト値５０％の表示が得られ
た。

【００８０】このようにＦＯＰ７１を利用した投射型液
晶表示システムは、高価な非球面レンズを使わないので
価格が安くなる特徴がある。

【００８１】また、上述した液晶表示装置１０２を３枚
用いると共に、そのうちの一つにＲ（赤）用のカラーフ
ィルターを取付け、他の一つにＧ（緑）用のカラーフィ
ルターを、残りの一つにＢ（青）用のカラーフィルター
を取り付けることにより、カラープロジェクション型Ｔ
Ｖを構成できる。このようなＴＶは、表示が明るく、液
晶表示装置が小さいため光学系を小さくでき、プロジェ
クションＴＶ自体をコンパクトにすることができる。

【００８２】（具体例２）上述した具体例１で説明した
画素の総てを３つに分け、その一つにＲ（赤）のカラー
フィルター、他の一つにＧ（緑）のカラーフィルター、
残りの一つにＢ（青）のカラーフィルターを取り付ける
と、１枚の表示装置で反射型カラー液晶表示装置が構成
できる。図１２に簡単な断面図を示す。単結晶シリコン
基板７の上層部には液晶のスイッチング回路領域１２が
３個１組として形成している。各スイッチング回路領域
１２の上には全面にわたってゼラチン膜が形成してい
る。このゼラチン膜は、１組を構成するうちの１つのス
イッチング回路領域１２の上の部分が赤に染色されてな
るカラーフィルター赤１３ａとなっており、他の２つの
スイッチング回路領域１２の上の部分が緑、青に染色さ
れてなるカラーフィルター緑１３ｂ、カラーフィルター
青１３ｃとなり、残りの部分は染色されていないゼラチ
ン無染色領域１３ｄとなっている。ゼラチン膜の形成と
染色技術はすでにＣＣＤ用として開発が行われており、
従来の設備、技術がそのまま使える。

【００８３】このように構成した表示装置を用いると、
超小型化のプロジェクション型カラーＴＶが実現でき
る。また、ＴＶのみならず、他のＯＡ機器等にも利用可
能である。

【００８４】（具体例３）本発明の特徴の１つは単結晶
シリコン基板を使用するので論理回路、記憶回路等を同
一基板上に作れることである。図１３は画像処理機能部
を搭載した例を示している。

【００８５】図１３において、１４は単結晶シリコン基
板である。この基板１４の中央部には液晶表示部１７が
形成され、その周りに付属回路としての液晶駆動回路部
１６と記憶回路、画像処理回路等１５が形成されてい
る。入力信号は、記憶回路、画像処理回路等１５にて処
理され、処理された信号は液晶駆動回路部１６へ転送さ
れ、液晶表示部１７を表示させる。

【００８６】このように構成した場合には、本発明によ
り表示装置と画像処理機能部とを一体化できる。この例
では画像処理機能部を搭載した表示装置を示したが、画
像処理機能部に限定するものではなく、他の機能部との
一体化も可能である。

【００８７】図１３の液晶表示装置は直視型に使用でき
る。その表示原理を図１４に基づき説明する。液晶表示
装置は、駆動回路、画像処理機能部等を形成したシリコ
ン単結晶基板１８と、その上に基板１８と均一な空隙を
空けて接着された図示しない対向ガラス基板と、その空
隙に充填された液晶１９からなっている。液晶１９は網
目状態に形成された有機高分子材料と、その網目の中を
充填する液晶からなっている。液晶表示装置に対して斜
め方向から照明光を投射すると液晶１９へ電界を印加し
ている領域では、照明光はシリコン基板表面で反射さ
れ、液晶表示装置の正面の観察者の視点に入らない。一
方、液晶１９に電界を印加していない領域では照明光は
液晶１９により散乱されるため、観察者の視点に入る。
このことによって直視型の表示を得ている。

【００８８】本実施例では白黒でコントラスト値１０％
の表示が得られた。また、このように付属回路を搭載し
た液晶表示装置は、その構成自体でも小型化されるが、
更に直視型に用いると、投影型のような拡大投影機構を
必要としないため、より小型化できる利点がある。

【００８９】（具体例４）本発明は特徴の１つである超
小型化が可能であるので、ＶＴＲ等の撮影機器のビュー
ファインダーにも適用できる。ビューファインダーでは
目と表示装置の間の距離が非常に接近しており、画素が
大きいと画面が粗く見えるため、特に画素の微細化が必
要である。例えば従来のビューファインダーにおいては
対向０．９４インチ、画素数（縦×横＝）２２０×３２
０、画素ピッチ６５μｍ×６０μｍの表示装置が用いら
れていたが、本発明によれば画素ピッチ２０μｍ程度の
表示装置が実現できるため、画素の微細化による鮮明な
ビューファインダーを提供できる。

【００９０】（具体例５）仮想実現感実現用の表示装置
は両眼に直接画素を提示させて、あたかも現実像のごと
く感じさせねばならない。したがって、頗る高い表示品
位が要求される。本発明によれば微細な画素と高速な表
示画面切換えにより、鮮明な画像を実現できるため現実
感の高い表示が可能である。

【００９１】なお、上記実施例ではシリコンゲートＮＭ
ＯＳ搭載を例にとったが、本発明はこれに限定するもの
ではなく、単結晶のＭＯＳ構造及びバイポーラ構造、ダ
イオード、抵抗、コンデンコンデンサなど従来より単結
晶シリコン基板を使用するＩＣで使用されている全ての
構成素子の１種類又は複数種類の素子を搭載した場合を
含む。

【００９２】

【発明の効果】本発明の液晶表示装置にあっては、液晶
層が有機高分子材料と液晶材料とを具備したものからな
り、また基板の一方に単結晶シリコン基板を使用してい
るので、トランジスタ特性が良好であり、駆動回路のみ
ならず周辺回路も表示装置に搭載することが可能であ
り、しかも偏向板を用いず、明るい表示が得られ、高速
応答性に優れた反射型液晶表示装置を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の反射型液晶表示装置の構造図であ
る。

【図２】実施例２の反射型液晶表示装置の構造図であ
る。

【図３】実施例３の反射型液晶表示装置の構造図であ
る。

【図４】本発明に係る液晶表示装置を冷却している状態
を示す斜視図であり、（ａ）は空冷の場合、（ｂ）は水
冷の場合である。

【図５】液晶への印加電圧と透過率との関係を示すグラ
フである。

【図６】液晶への印加電圧と応答時間との関係を示すグ
ラフである。

【図７】低抵抗液晶用のスイッチング回路例を示す回路
図である。

【図８】本発明に係る液晶表示装置を使用した投射型液
晶表示システムを示す概念図である。

【図９】（ａ）は従来の投射型液晶表示システムを示す
概念図であり、（ｂ）は液晶表示装置を出射する光の状
態を示す図である。

【図１０】図８の投射型液晶表示システムに備わったＦ
ＯＰを示す断面図である。

【図１１】図８の投射型液晶表示システムに備わったＦ
ＯＰの光の伝般を示す原理説明図である。

【図１２】具体例２の反射型カラー液晶表示装置を示す
部分断面図である。

【図１３】具体例３の画像処理機能部を搭載した液晶表
示装置を示す斜視図である。

【図１４】本発明の液晶表示装置を直視型に使用できる
原理説明図である。

【図１５】接続方法の１つであるＴＡＢ法の説明図であ
る。

【図１６】接続方法の１つであるＣＯＧ法の説明図であ
る。

【図１７】ＣＯＧ法にて接続された部分を示す断面図で
ある。

【図１８】ＣＯＧ法にて接続部を作製する場合の工程図
である。

【符号の説明】

１透明ガラス基板２透明対向電極３液晶層４ａ電極兼反射膜４ｂアルミ電極５保護膜６フィールドシリコン酸化膜７単結晶シリコン基板８ソース領域９ドレイン領域１０ゲート電極１１ゲート絶縁膜１２液晶スイッチング回路領域１３ａカラーフィルター赤１３ｂカラーフィルター緑１３ｃカラーフィルター青１３ｄゼラチン無染色領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02F 1/136 500 G02F 1/133 550 G02F 1/1333

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】単結晶シリコンからなる第１基板と、透
明材料からなる第２基板と、該第１基板と該第２基板と
の間に形成された液晶層とを有し、該第１基板は、該液晶層に印加される電圧を制御するト
ランジスタであって、ゲート電位とドレイン電位とがほ
ぼ直線的な関係を示す第１トランジスタと、該第１トラ
ンジスタのゲートにデータ電圧を供給する第２トランジ
スタと、該第１トランジスタのゲートに供給される該デ
ータ電圧を保持する容量と、を有し、該液晶層は、有機高分子と液晶化合物との複合体を含
む、液晶表示装置。