專利名稱：矩陣基底和含該基底的液晶裝置及含該裝置的顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種矩陣基底，一種液晶裝置，通過使用所說矩陣基底和液晶來顯示圖像和字母，以及一種包含該液晶裝置的顯示裝置。更特別地是，本發(fā)明涉及一種液晶裝置和一種以水平驅(qū)動電路和垂直驅(qū)動電路來驅(qū)動液晶單元為特征的顯示裝置。
在世界進入多媒體時代的今天，用圖像信息通信的裝置的重要性正日益增加。其中，液晶顯示裝置因其厚度薄且能耗低而正在引起注意，并且已發(fā)展成了一項可與半導(dǎo)體相媲美的基礎(chǔ)工業(yè)。目前，液晶顯示裝置主要用于10英寸大小的筆記本個人電腦上?？梢灶A(yù)期在將來較大屏幕尺寸的液晶顯示裝置將不僅用于個人電腦，而且還將用于工作站和家用電視機?？墒?，隨著屏幕尺寸的增加，制造設(shè)備將變得更加昂貴并且將要求精確的電學(xué)性能來驅(qū)動大屏幕。因此，隨著屏幕尺寸的增加，制造成本將與尺寸的三次冪的平方成正比地迅速增加。
在這種環(huán)境下，最近注意力集中在用于制造小型液晶顯示板并在光學(xué)上放大液晶圖像以對其進行顯示的投影法上。理由在于尺寸減小能夠改進性能并且還能降低成本，與隨半導(dǎo)體的密致化而使性能和成本得以改善的比例法相似。從這些要點出發(fā)，當(dāng)液晶顯示板是一種在其中為每一像素設(shè)置一個TFT(薄膜晶體管)的所謂有源矩陣型時，就需要具有足夠驅(qū)動力的密致TFT并且有從非晶的Si TFT發(fā)展成多晶的Si TFTs的趨勢。按照在普通電視機上所采用的NTSC標準的分辨標準的視頻信號不需要如此快速地處理。
因此，通過采用TFT以及象移位寄存器或多晶Si譯碼器這樣的外部驅(qū)動電路，可以把液晶顯示裝置安裝在含有顯示區(qū)和外部驅(qū)動電路的整體結(jié)構(gòu)中。但是，由于多晶Si品質(zhì)低于單晶Si，為了實現(xiàn)具有比NTSC標準有更高分辨水平的高分辨率電視機或在計算機分辨標準下的擴大圖形陣列XGA(eXtended Graphics Array)或超大的圖形陣列SXGA(Super eXtended Graphics Array)等級的顯示器，必須設(shè)置許多獨立的移位寄存器。在這種情況下，在對應(yīng)著分界的顯示區(qū)域出現(xiàn)了叫做疊影的干擾，并希望解決在此領(lǐng)域存在的該問題。
另一方面，注意力還集中在可以達到極高驅(qū)動力的單晶Si基底的顯示裝置上，而不是集中在多晶Si整體結(jié)構(gòu)的顯示裝置上。在此情況下，晶體管通過外部驅(qū)動電路的驅(qū)動力是足夠的，因此如上所述的獨立驅(qū)動是不必要的。這就解決了干擾問題。
采用這些多晶Si或單晶Si中的一種，可用這樣的方法提供一種反射型的液晶裝置，其方法是通過將TFT的漏極與反射電極相連接、將液晶插入反射電極和透明共用電極之間來形成反射型的液晶單元，并且在相同的半導(dǎo)體基底上形成用于對液晶單元掃描的水平和垂直移位寄存器。
在此條件下，如日本公開專利申請NO.59-133590(JPA 59-133590)所述，提出了一個用于液晶裝置上的驅(qū)動電路，該電路能夠減少有源矩陣液晶裝置的能量消耗。這個JPA59-133590揭示了驅(qū)動電路并描述了用動態(tài)移位寄存器作移位寄存器的使用情況，其中用于選擇信號線的信號線驅(qū)動電路是由許多移位寄存器組成的，而給每一個移位寄存器都配備一個用于選擇和運用兩個時鐘信號的選擇電路。
所描述的該發(fā)明能夠通過給大部分移位寄存器提供低頻時鐘信號而減少能量消耗，還能通過使用動態(tài)移位寄存器實現(xiàn)預(yù)期的產(chǎn)量增加。
然而，當(dāng)信號線驅(qū)動電路由許多獨立的移位寄存器構(gòu)成時，事實上該配置不能完全避免以上所述的疊影的出現(xiàn)和失穩(wěn)?；趯λ邢袼睾万?qū)動電路均設(shè)于其上的基片的面積、能耗和可靠性的總體考慮，JPA59-133590中忽略了對準備用于高清晰度和眾多像素的液晶裝置的信號線驅(qū)動電路和掃描線驅(qū)動電路兩者線路配置的研究。
本發(fā)明的一個目的在于提供一種帶有低能耗、小芯片面積掃描電路的液晶裝置，它具有高可靠性和高自由度，通過把移位寄存器用作液晶裝置中外部電路(驅(qū)動電路)的掃描電路來解決上述問題。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種矩陣基底，該矩陣基底包括多個排列在矩陣圖形中的像素電極、多個與所說像素電極相連的開關(guān)元件、多個用來給所說多個開關(guān)元件提供視頻信號的信號線、多個用來給所說多個開關(guān)元件提供掃描信號的掃描線、一個用來給所說多個信號線提供視頻信號的水平驅(qū)動電路、和一個用來給所說多個掃描線提供掃描信號的垂直驅(qū)動電路，其中，所說水平驅(qū)動電路由動態(tài)型電路組成，而所說垂直驅(qū)動電路由靜態(tài)型電路組成。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種液晶裝置，它包括一個矩陣基底，該矩陣基底包括多個排列在矩陣圖形中的像素電極、多個與所說像素電極相連的開關(guān)元件、多個用來給所說多個開關(guān)元件提供視頻信號的信號線、多個用來給所說多個開關(guān)元件提供掃描信號的掃描線、一個用來給所說多個信號線提供視頻信號的水平驅(qū)動電路、和一個用來給所說多個掃描線提供掃描信號的垂直驅(qū)動電路；和一種液晶物質(zhì)，該液晶物質(zhì)布置在所說矩陣基底和一個與其相對的對置基底之間；其中，所說水平驅(qū)動電路由動態(tài)型電路組成，而所說垂直驅(qū)動電路由靜態(tài)型電路組成。
由于本發(fā)明選擇性地使用動態(tài)和靜態(tài)型電路作為用來水平驅(qū)動和垂直驅(qū)動反射型液晶單元的驅(qū)動電路，因此可以產(chǎn)生如此多方面的效果，即驅(qū)動電路最佳化、液晶顯示裝置的芯片尺寸減小、能耗低、可靠性高、并且設(shè)計自由度高。


圖1是展示作為本發(fā)明參考實例的一個液晶板的驅(qū)動電路的電路圖；圖2A、2B、2C、2D、2E、2F、2G和2H是作為本發(fā)明參考實例的一個液晶板的驅(qū)動電路的定時曲線圖；圖3是可應(yīng)用于所說液晶板的動態(tài)移位寄存器的電路圖；圖4A、4B、4C、4D、4E、4F、4G、4H和4I是可應(yīng)用于所說液晶板的動態(tài)移位寄存器的定時曲線圖；圖5是可應(yīng)用于所說液晶板的靜態(tài)移位寄存器的電路圖；圖6A、6B、6C、6D和6E是可應(yīng)用于所說液晶板的動態(tài)移位寄存器的定時曲線圖；圖7A和7B是可應(yīng)用于所說液晶板的移位寄存器的平面圖；圖8是展示本發(fā)明液晶板的驅(qū)動電路的一個實例的電路圖；圖9是展示本發(fā)明液晶板的驅(qū)動電路的一個實例的電路圖；圖10A、10B、10C、10D、10E、10F和10G是展示本發(fā)明液晶板的驅(qū)動電路的一個實例的定時曲線圖；圖11A和11B是可應(yīng)用于本發(fā)明液晶板的動態(tài)移位寄存器的電路圖；圖12A、12B、12C、12D、12E、12F、12G和12H是可應(yīng)用于本發(fā)明液晶板的動態(tài)移位寄存器的定時曲線圖；圖13是可應(yīng)用于本發(fā)明液晶板的靜態(tài)移位寄存器的電路圖；圖14是可應(yīng)用于本發(fā)明液晶板的移位寄存器的電路圖；圖15是可應(yīng)用于本發(fā)明液晶板的移位寄存器的電路圖；圖16是展示本發(fā)明液晶單元的一個實例的剖面圖；圖17是本發(fā)明液晶裝置的示意電路圖；圖18是本發(fā)明液晶裝置的方框圖；圖19是在本發(fā)明液晶裝置的輸入部分有延遲電路的電路圖；圖20是本發(fā)明液晶裝置的液晶板的構(gòu)思圖；圖21A和21B是在制造本發(fā)明液晶裝置時測定刻蝕過程好壞的曲線圖；圖22是包含本發(fā)明液晶裝置的液晶投影器的構(gòu)思圖；圖23是展示本發(fā)明液晶投影器內(nèi)部的電路方框圖；圖24A、24B、24C、24D和24E是用來說明液晶板制造步驟的示意圖；圖25F、25G和25H是用來說明液晶板制造步驟的示意圖(注意沒有25A、25B、25C、25D和25E)；
圖26是用來說明液晶板一個制造步驟的示意圖；圖27A、27B和27C是展示本發(fā)明投影型顯示裝置的一個實例的示意圖；圖28A、28B和28C是用于本發(fā)明投影型顯示裝置的分色鏡的光譜反射性能圖；圖29是在本發(fā)明顯示裝置中的顏色分離照射部分的透視圖；圖30是展示本發(fā)明液晶板的一個實例的剖面圖；圖31A、31B和31C是說明本發(fā)明液晶板中顏色分離與顏色合成原理的解釋圖；圖32是本發(fā)明液晶板的一個實例的局部放大頂視平面圖；圖33是展示在本發(fā)明投影型顯示裝置中的投影光學(xué)系統(tǒng)的示意圖；圖34是展示在本發(fā)明投影型顯示裝置中的驅(qū)動電路系統(tǒng)的方框圖；圖35是在本發(fā)明投影型顯示裝置的一個實例中在屏幕上的投影圖像的局部放大視圖；圖36是本發(fā)明液晶板的一個實例的局部放大頂視平面圖；圖37是展示本發(fā)明液晶板的一個實例的示意圖；圖38A和38B分別是本發(fā)明液晶板的一個實例的局部放大頂視平面圖和局部放大剖面圖；圖39是帶有微透鏡的傳統(tǒng)透射型液晶板的局部放大剖面圖；圖40是在包含帶有微透鏡的透視型液晶板的傳統(tǒng)投影型顯示裝置中在屏幕上的投影圖像的局部放大視圖。
根據(jù)本發(fā)明的矩陣基底和液晶裝置都具有如上所述的分別的線路配置。
為使本發(fā)明易于理解，下面將描述一個參考實例及其實施例。但是，值得注意的是本發(fā)明決不僅僅局限于在此所描述的實施例。用圖1來描述本發(fā)明的參考實例。圖1是該實例中液晶板的電路圖。先描述該液晶板的驅(qū)動方法。在圖中，參考符號1、2表示水平移位寄存器(水平驅(qū)動電路)，3是一個垂直移位寄存器(垂直驅(qū)動電路)，4至11是用于視頻信號的視頻線，12至23是用來按掃描脈沖從水平移位寄存器提取視頻信號的取樣MOS晶體管，24至35是供給視頻信號的信號線，36是一個用于像素部分中TFT的開關(guān)MOS晶體管，37是插入像素電極和共用電極之間的液晶，且38是一個由像素電極攜帶的附加電容器。符號39、40、41代表的是用于垂直移位寄存器3的水平掃描輸出的驅(qū)動線，且42至45是用于從水平移位寄存器1、2進行垂直掃描的輸出線。
在這一電路中，通過水平移位寄存器的垂直掃描控制信號42至45，經(jīng)取樣MOS晶體管提取輸入視頻信號。假設(shè)垂直移位寄存器的水平掃描控制信號39處于輸出狀態(tài)，像素部分開關(guān)MOS晶體管36導(dǎo)通，在此，一個被提取的信號線的電勢將被寫在像素中。詳細的定時將參考圖2A和2H進行描述。定時將用XGA板進行描述，在該板中，液晶板的像素的數(shù)目是1024×768。
首先，垂直移位寄存器3的水平掃描輸出的驅(qū)動線39變?yōu)楦唠娖?H)；即，像素晶體管36導(dǎo)通。在些期間，由符號42至45表示的水平移位寄存器的輸出依次地變?yōu)楦唠娖?H)，以便使取樣MOS晶體管12至23導(dǎo)通，從而，視頻線4至11上的電勢通過信號線寫入像素中。該電勢被保持在附加電容器38中。在此電路中，水平移位寄存器1、2的每條輸出線42至45連接在四個取樣MOS晶體管12至15、16至19……上，而分別來自水平移位寄存器1、2的輸出線42和44同時變?yōu)楦唠娖?。因此，取樣MOS晶體管12至19同時進入取樣狀態(tài)，這樣經(jīng)各視頻信號線4至11，8個像素被同時寫入。水平移位寄存器1、2有1024/8＝128級。在完成第128級之后，垂直移位寄存器3的驅(qū)動線39斷開。然后，來自垂直移位寄存器3的驅(qū)動線40變?yōu)楦唠娖?，并且水平移位寄存?、2的輸出線42至45又依次變?yōu)楦唠娖?H)。這種運行重復(fù)進行。在本實例中，為了抑制圖像的閃爍，驅(qū)動運行以兩倍于正常寫運行的速度進行，并且在垂直同步頻率為150Hz時在1/75秒的時間內(nèi)對所有的像素進行兩次寫入運行。垂直移位寄存器3的導(dǎo)通時間約為6.5微秒，而水平移位寄存器1、2的導(dǎo)通時間約為50納秒。
下面將對水平移位寄存器電路1、2進行描述。圖3顯示了一個本實施例的水平移位寄存器電路的例子。該實例是一個由CMOS反相器51至54和CMOS的轉(zhuǎn)換門61至64組成的動態(tài)移位寄存器。被框住的部分50表示該移位寄存器的一個基本單元，它表示一個級。圖4A到4I是水平移位寄存器電路的定時曲線圖，顯示了當(dāng)A點的輸入與轉(zhuǎn)換門61至64的控制時鐘Φ1、Φ2同步時，相應(yīng)點B至G的波形。如圖所示，輸出被依次地傳播。在該實例中，由C和G表示的部分是輸出部分，它們與圖1(圖2D和2E中所示的波形H1和H2對應(yīng)著C、G的輸出波形)所示的取樣晶體管12至23的門相連接。在動態(tài)移位寄存器中，在控制時鐘Φ1電位下降之后，結(jié)點C成為了一個浮動的結(jié)點，并主要由下一級的門電容保持恒定的電勢。因此，這種線路配置的問題是當(dāng)泄漏電平很高或浮動時期很長時，將隨著到下一個端點的傳播的失敗而傳遞不正確的數(shù)據(jù)。
如果如圖5所示加入由符號71、72和73、74表示的轉(zhuǎn)換器，就能夠?qū)崿F(xiàn)一種靜態(tài)型的穩(wěn)定的電路配置而沒有浮動結(jié)點；但這種線路配置需要的晶體管數(shù)是動態(tài)型的1.5倍。這意味著芯片的面積增加且能量消耗也增加。芯片面積的增加是不利的，因為它導(dǎo)致產(chǎn)量下降和成本增加。在本實例中，水平和垂直移位寄存器都是由動態(tài)型構(gòu)成的，如圖3所示。
首先將討論水平移位寄存器。由于在如圖4A至4I所示水平移位寄存器的浮動期為50納秒或更少的情況下，運行很快，所以由CMOS電路組成的移位寄存器可以以高速和低泄漏電流運行。下一級的門電容約為10fF。
在這種電路配置中，假設(shè)電壓降為1V，t=50 nsec，C＝10fF，并且允許的泄漏電流i足夠大到i＝(10×10-15×1)/(50×10-9)＝200nA這樣，就足以保證可靠性。換句話說，水平移位寄存器可以由動態(tài)的移位寄存器構(gòu)成，在芯片面積和能量消耗方面都很出色。
下面來描述垂直移位寄存器。在垂直移位寄存器中，每一個像素都需要一個移位寄存器電路塊。圖7A和圖7B顯示了一個電路設(shè)計圖，在此像素的尺寸是20μm。圖7A是一個如圖3所示的動態(tài)型的水平移位寄存器的電路設(shè)計圖，而圖7B是電路設(shè)計圖，其中的移位寄存器是如圖5所示的靜態(tài)型的移位寄存器。AL代表鋁，POL代表攙雜的多晶硅，CNT代表接觸器。元件由ACT制成。參考符號根據(jù)圖5給出。移位寄存器每一級的晶體管的數(shù)量由8個增加到12個，這樣移位寄存器的面積大大地增加。由于這樣像素越來越小，特別是當(dāng)像素的尺寸在20μm以下時，每一移位寄存器級之間的間距更小，所以芯片面積在很大程度上取決于晶體管的數(shù)量。特別是設(shè)計在如圖5所示的用增加晶體管數(shù)量的方法增加能量供應(yīng)量的情況下，這個困難很大，這將大大地影響從一個晶片上得到的芯片數(shù)量和產(chǎn)量，又導(dǎo)致了成本的升高。在此區(qū)域，便于采用帶少量晶體管的動態(tài)型。圖6A至6E是垂直移位寄存器的定時曲線圖。這種垂直移位寄存器3的電路與圖3所示的電路相似，是動態(tài)型的。輸出端C、G與時鐘Φ1、Φ2同步地被依次傳播。浮動期被設(shè)置約為6.5微秒，該數(shù)比水平移位寄存器1、2的大兩位數(shù)。然而，假設(shè)電壓降為1V，t＝6.5微秒，C＝10fF，則允許的泄漏電流i為i＝(10×10-15×1)/(6.5×10-6)＝1.5nA這樣，所允許的泄漏電流比水平移位寄存器的要苛刻40倍。通過把用以執(zhí)行高速運行的水平移位寄存器和垂直移位寄存器都建成動態(tài)移位寄存器，液晶板在理論上可以獲得小的芯片面積、低的成本和小的能量消耗。然而，仔細考慮該問題，本發(fā)明人漸漸理解到，采用動態(tài)型垂直移位寄存器作為垂直移位裝置并不是非常合適的。即，作為一種有源矩陣型板的驅(qū)動方法，信號經(jīng)常同時寫入多個像素中，結(jié)果是要長的時間來將信號寫入到一個像素中，如上所示。因此，頻繁造成兩個或多個垂直掃描線(門線)同時被驅(qū)動的狀態(tài)的情況經(jīng)常出現(xiàn)，其中采用了垂直移位寄存器。由于同時被寫入信號的像素的數(shù)量增加，并且同時被驅(qū)動的掃描線的數(shù)量也增加，所以垂直移位寄存器的每一級的傳播時間變長。因此，與上述的可允許的泄漏值相比，為了保證可靠性，就要求一個更加嚴格的泄漏值，因此采用動態(tài)型的垂直移位寄存器不是非常合適。將描述本發(fā)明的第一實施例。在圖8中，參考符號401、402代表水平移位寄存器(水平驅(qū)動電路)，403代表垂直移位寄存器(垂直驅(qū)動電路)，404至407代表用于視頻信號的視頻線，408至415……代表根據(jù)來自水平移位寄存器的掃描脈沖而對視頻信號進行取樣的取樣晶體管，416至423代表通過取樣晶體管408至415……而向其提供視頻信號的信號線，而424至433代表像素部分的開關(guān)晶體管，每個像素部分包括插在共用電極和像素電極之間的液晶和用于使像素暫時充電的附加電容器。符號434、435表示用于從垂直移位寄存器403輸出的驅(qū)動線，而436至439表示來自水平移位寄存器的輸出線。
該實施例的基本運行與參考實例相同。該實施例是有例如640×480個像素的VGA板。運行的定時基本上與參考實例相同，但在該實施例中寫入運行是在垂直同步頻率為60Hz的條件下進行的。這時，垂直移位寄存器403的導(dǎo)通期約為102微秒，這大約是參考實例的該導(dǎo)通期的16倍。另一方面，水平移位寄存器401、402的導(dǎo)通期與參考實例的該導(dǎo)通期不同。每個視頻信號被分成四份，并且每個來自取樣晶體管408至415的視頻信號兩兩配對。這樣水平移位寄存器的導(dǎo)通期約為160納秒。在此實施例中，水平移位寄存器401、402的浮動期為160秒或更少，運行是迅速的。假設(shè)電壓降是1V，t＝160ns，C＝10fF，允許的泄漏電流i足夠大到i＝(10×10-15×1)/(160×10-9)＝62.5nA這樣可靠性沒有降級。換句話說，水平移位寄存器最好由動態(tài)移位寄存器構(gòu)成，在芯片面積和能量消耗方面與參考實例描述的相近。
另一方面，垂直移位寄存器由如上面的圖5所示的靜態(tài)移位寄存器構(gòu)成。垂直移位寄存器403的浮動期長約102微秒。假設(shè)電壓降為1V，t＝102ns，C＝10fF，則允許的泄漏電流i為i＝(10×10-15×1)/(102×10-6)＝98pA由于泄漏電流i小，從可靠性來看，采用動態(tài)移位寄存器不是優(yōu)選的。另外，能量消耗幾乎可以忽略不計，因為在垂直移位寄存器403的頻率低。同樣，從設(shè)計的方面來看，可把一個塊配置在四個像素的區(qū)域中，這樣基片面積的問題就不是那么重要。因此，特別從可靠性方面來看，垂直移位寄存器403最好由靜態(tài)移位寄存器構(gòu)成。
用以執(zhí)行高速運行的水平移位寄存器401、402由如圖3所示的動態(tài)移位寄存器構(gòu)成，而慢速運行并且移位寄存器的一個塊的配置周期較大的垂直移位寄存器403由靜態(tài)移位寄存器構(gòu)成，通過此配置，該實施例實現(xiàn)了可用于液晶投影器裝置的液晶板，其能量消耗低、可靠性高、基片面積小并且成本低。圖9是本實施例的液晶板的電路圖。圖9中，101、102代表水平移位寄存器，103代表垂直移位寄存器，104至107代表用于視頻信號的視頻線，108至115……代表根據(jù)來自水平移位寄存器的掃描脈沖而對視頻信號進行取樣的取樣晶體管，116至119……代表通過取樣晶體管108至115……而向其提供視頻信號的信號線，而120至123……代表像素部分的開關(guān)晶體管，每個像素部分包括插在共用電極和像素電極之間的液晶130和用于使像素暫時充電的附加電容器131。符號124、125表示用于從垂直移位寄存器103輸出的驅(qū)動線，每根線分成兩個水平掃描線，以便連通像素部分的開關(guān)晶體管120至123……。另外，符號126至129代表來自水平移位寄存器的輸出線。
本實施例的液晶板是一個SXGA板(像素為1280×1024)。該板的驅(qū)動方法基本上與參考實例的和第一實施例的相同，但是該實施例的配置是由四條視頻線同時向四個像素進行寫入運行。在垂直同步頻率為75Hz的條件下，垂直移位寄存器103的導(dǎo)通期約為38微秒，而水平移位寄存器101、102的導(dǎo)通期約為30納秒。運行的定時顯示在圖10A至10G中。在圖10A至10G中，V1、V2、V120表示來自垂直移位寄存器的124、125……的輸出脈沖，H1、H2、H640表示來自水平移位寄存器的輸出脈沖，而視頻線上的信號波形是示范性的。
首先，驅(qū)動線124變成高電平(H)并且在此期間水平移位寄存器101、102的輸出線126、127(128、129)依次地變成高電平(H)，以便將視頻線104至107上的電勢經(jīng)信號線寫入像素部分的開關(guān)晶體管120至123中。該電勢被保持在附加電容器131中。在該電路中，來自水平移位寄存器101、102的輸出線126和127部分重疊地取高電平。這意味著每個取樣晶體管110、111、114、115也暫時地提取將要由取樣晶體管108、109、112、113取樣的電勢?？墒牵@不會產(chǎn)生問題，因為在A處定時所決定的視頻線104至107的電勢最后經(jīng)信號線116至119被寫入像素中，如圖10A至10G所示。另一方面，由于高分辨率板有許多像素，所以每個像素的寫入時間變短。由于本實施例的驅(qū)動方法包括前像素電勢的預(yù)寫入，所以在基本包括反相驅(qū)動的液晶驅(qū)動中，寫入電勢差變小，這樣寫入運行就變得更加容易，因此可以說它是一個較好的驅(qū)動方法。
其次描述水平移位寄存器電路。圖11A和11B顯示了一個水平移位寄存器電路的實例。該移位寄存器是一個動態(tài)移位寄存器，它包括時鐘CMOS反相器131至133和CMOS反相器134、135。被虛線所包圍部分130表示移位寄存器的基本單元，它是由六個晶體管形成的一個級。圖12A至12H是該移位寄存器的定時曲線圖，其中輸出與時鐘Φ1、Φ2同步地依次傳播。在此，由A、C、E所表示的部分代表輸出部分，它們與取樣晶體管的門相連，如圖9所示。由于該移位寄存器是動態(tài)型的，所以結(jié)點A、C、E在時鐘Φ1或Φ2和電勢下降之后變成了浮動結(jié)點，并且該電勢主要由下一級的門電容來維持。如圖13所示，可以給動態(tài)移位寄存器141至145加上CMOS反相器146、147，使其與CMOS反相器144、145并聯(lián)且與之方向相反，從而可以實現(xiàn)一個穩(wěn)定的靜態(tài)型的電路配置而沒有浮動結(jié)點。但是，晶體管的數(shù)量從六個增加到八個。換句話說，晶體管的增加增加了基片面積和能量消耗。在此實例中，水平移位寄存器以高速運行，浮動期為30納秒或更少，而即使是使用動態(tài)移位寄存器也不會使可靠性降級。因此，水平移位寄存器最好由在基片面積和能量消耗方面表現(xiàn)出優(yōu)異性能的動態(tài)移位寄存器構(gòu)成。
另一方面，垂直移位寄存器由圖13所示的靜態(tài)移位寄存器構(gòu)成。垂直移位寄存器的浮動期約為38微秒，這比水平移位寄存器的大三位數(shù)或更大。假設(shè)電壓降為1V，t＝38tμs，而C＝10fF，允許的泄漏電流i為i＝(10×10-15×1)/(38×10-6)＝263pA。
從可靠性方面來說，使用動態(tài)型不是優(yōu)選的。另外，由于垂直移位寄存器中的低頻率可使其能量消耗幾乎可以忽略不計，最優(yōu)的是使垂直移位寄存器由靜態(tài)移位寄存器構(gòu)成。在設(shè)計方面也不會產(chǎn)生問題，因為一個塊可以配置在兩個像素的區(qū)域內(nèi)。
如上所述，用于執(zhí)行高速運行的水平移位寄存器由動態(tài)移位寄存器構(gòu)成，而執(zhí)行慢速運行的垂直移位寄存器由靜態(tài)移位寄存器構(gòu)成，通過此配置，該實施例實現(xiàn)了可用于液晶投影器裝置的液晶板，其能量消耗低、可靠性高、基片面積小并且成本低。其基本結(jié)構(gòu)與圖9所示的實施例2相同，但其水平移位寄存器電路的配置不一樣。圖14是移位寄存器的電路圖。符號500代表圖11A和11B中所示的動態(tài)移位寄存器，升壓電路501、502、503……與各反相器的輸出端連接。圖9中符號126所示的移位寄存器的輸出是從B處輸出的。每個取樣晶體管108至115都是如圖9所示的MOS晶體管，但這并不特別限定于此實例，無需提及的是這些取樣晶體管可以是CMOS晶體管的轉(zhuǎn)換門或類似的元件。當(dāng)使用CMOS晶體管的轉(zhuǎn)換門時，同樣使用來自升壓電路501、502、503……的輸出A，并將其與pMOS晶體管的門相連。符號504表示時鐘Φ1(Φ2)的時鐘緩沖器，由于液晶板中的線路而使它以大電容驅(qū)動長線。假設(shè)線路長為2厘米，雖然該電容取決于液晶板的尺寸，但電容高達約10pF。500、504的供電電壓例如為5V，該電壓驅(qū)動時鐘緩沖器和移位寄存器以高速、低能耗運行。加上四個上下時鐘緩沖器，本實例平均能耗在供電電壓為5V時為34毫瓦，但在供電電壓為20V時為840毫瓦，大了十六倍。升壓電路和其它電路的供電電壓為20V，以便將該電壓經(jīng)視頻線寫入液晶板。由于水平移位寄存器是如第二實施例中那樣的動態(tài)型，移位寄存器的各級包括升壓電路的晶體管數(shù)量是10個，且一個時鐘可以配置在兩個像素的區(qū)域。這樣基片的面積很小。
另一方面，垂直移位寄存器是如圖5中所示的第二實施例的那種靜態(tài)移位寄存器。由于在垂直移位寄存器中因頻率很低而使能耗幾乎可以忽咯不計，所以垂直移位寄存器最好由靜態(tài)移位寄存器構(gòu)成。由動態(tài)移位寄存器構(gòu)成執(zhí)行高速運行的水平移位寄存器，并采用使供電電壓減少并最終增加電壓的電路配置，由上述的靜態(tài)移位寄存器構(gòu)成以低速運行的垂直移位寄存器，通過以上配置，本實施例實現(xiàn)了可用于液晶投影器的液晶板，其能量消耗低、可靠性高、基片面積小并且成本低。該實施例顯示了一個由在絕緣玻璃基底上的多晶硅薄膜晶體管(poly-Si TFT)形成的液晶裝置。在此，將動態(tài)移位寄存器用于水平驅(qū)動電路，這樣就需要降低泄漏水平。另一方面，存在一個優(yōu)點即由于基礎(chǔ)是絕緣的，所以時鐘的導(dǎo)線電容被減小。然而，與通常使用的poly-Si相比，它需要更大值的遷移率。在本實例中，采用如下所述的高性能poly-Si來實現(xiàn)實施例3的電路，從而形成一個便宜的液晶顯示裝置。
使用低溫poly-SiTFT的工藝過程將在下面參考圖26進行描述。
首先玻璃基體111被緩沖氧化，然后由通常的LPCVD工藝涂覆一層約50納米厚的a-Si薄膜。在此之后，將該薄膜暴露于KrF準分子激光下，以形成一個多晶硅層103。然后覆蓋一層厚約10至100納米的氧化薄膜105，從而形成了一個門氧化薄膜。在形成了門電極106之后，源和漏極(152，103，107)由離子攙雜方法形成。由例如通過在氮氣環(huán)境中退火而進行雜質(zhì)的活化，隨后制成了一個厚度約為500納米的絕緣薄膜110。在形成接觸孔的圖案之后，形成了導(dǎo)線層108a、108b。例如，導(dǎo)線層108a可通過陰極真空噴鍍涂覆一層TiN薄膜而形成，此后，導(dǎo)線層108b由陰極真空噴鍍涂覆一層AL-Si薄膜而形成。然后該兩層薄膜被同時形成電路圖案。
然后，經(jīng)陰極真空噴鍍涂覆一層Ti層602作為光保護薄膜，隨后使該薄膜形成圖案。隨后，通過例如在200至400℃下以等離子狀態(tài)分解硅烷氣體和氨氣體的混合物或硅烷氣體和N2O氣體的混合物并形成沉淀來制造用于形成電容器的絕緣薄膜109。然后在350至500℃的溫度下在氫氣或氫氣與惰性氣體如氮氣混合氣體中對其進行10至240分鐘的熱處理，從而氫化該多晶硅。在制成通孔后，ITO層508被作為透明電極。然后，液晶611被注入透明電極和對置電極之間。對置基底是這樣一個元件，即在一個在其絕緣基底621上制成黑色矩陣622，色彩過濾器623，ITO透明共用電極624，防護薄膜625和取向薄膜626。
在此制造的poly-Si TFT具有60cm2/Vsec的遷移率，而泄漏電流為10-10A左右。因此，通過使用poly-Si TFT，本實例可以提供便宜的液晶顯示裝置，其能耗低且基片面積小。其基本結(jié)構(gòu)與圖9所示的第二實施例相同，但其水平移位寄存器電路的配置不一樣。圖15是水平移位寄存器的電路圖。在這個實例中作為反相開關(guān)的轉(zhuǎn)換門610至617與在圖11A和11B中所示和動態(tài)移位寄存器相連。通過連接這樣的電路，能使移位寄存器電路實現(xiàn)向兩個方向傳送信號(下文稱做″兩路型移位寄存器″)。當(dāng)時鐘脈沖Φ處于高電平時，在轉(zhuǎn)換門610至617中的610至613導(dǎo)通。當(dāng)時鐘脈沖Φ處于低電平時，轉(zhuǎn)換門614至617導(dǎo)通。當(dāng)時鐘脈沖Φ處于高電平時，移位寄存器的輸出狀態(tài)按在圖12A至12H所示定時情況的A、B和C順序傳播。換句話說，當(dāng)時鐘脈沖Φ處于低電平時，移位寄存器的輸出狀態(tài)按在圖12A至12H所示定時情況的C、B和A順序傳播。這樣，兩路電路的實現(xiàn)取決于時鐘脈沖Φ的電勢。當(dāng)把這樣一個移位寄存器應(yīng)用到水平移位寄存器時并且當(dāng)把一個圖像顯示在液晶板上時，例如在圖9，圖像可以從左或相反地從右顯示。顯示方向的變化取決于光學(xué)系統(tǒng)、系統(tǒng)型號(是前型還是后型)等等。通過使用含有本實例的開關(guān)的電路，可以把相同的液晶板應(yīng)用到不同的系統(tǒng)并使這種液晶板具有很高的靈活性。
順便提及的是這種兩路特性不僅可以用于水平移位寄存器而且還可以用于垂直移位寄存器。通過采用至少一個兩路型移位寄存器便可獲得一種異乎尋常的效果。當(dāng)然致關(guān)重要的還是，把兩路型移位寄存器應(yīng)用于水平和垂直移位寄存器兩者中是更為有效的。本實例使用了在第二實施例中的動態(tài)水平移位寄存器和靜態(tài)垂直移位寄存器，但象在參考實例中那樣，在兩者都使用動態(tài)移位寄存器情況下，本實例的配置也是有效的。由于兩路型配置增加了晶體管的數(shù)量，因此使用動態(tài)移位寄存器來增加產(chǎn)量且減小基片面積以便增加從一個晶片上得到的基片數(shù)量就變得更加重要。
在其執(zhí)行高速運行的水平移位寄存器由動態(tài)移位寄存器構(gòu)成并呈兩路電路配置而以低速運行的垂直移位寄存器由上述靜態(tài)移位寄存器構(gòu)成的配置情況下，本實施例可使應(yīng)用于液晶投影器裝置的液晶板實現(xiàn)了低能耗、高可靠性、能兩路顯示、高靈活性、小基片面積和低成本。本例將對一個應(yīng)用以上所述的水平和垂直移位寄存器的液晶顯示裝置進行描述。
本實例的液晶板將被描述為一個使用半導(dǎo)體基底的例子，但該基底并不總是限于半導(dǎo)體基底。該基底可以是一個透明的玻璃基底或類似的基底。另外，該液晶板的所有的開關(guān)元件都是MOSFET或TFT型的，但它們也可以是兩端型的，如二極管型的。另外，以下描述的液晶板不僅可以用于家用電視的顯示裝置，還可以用于投影器、頭部安裝的顯示器、三維視頻游戲裝置、laptop計算機、電子筆記本、視頻會議系統(tǒng)、汽車導(dǎo)航系統(tǒng)、飛機儀表板等等。
圖16顯示了本實例的液晶板部分的剖面。圖中，符號301表示半導(dǎo)體基底，302、302′分別表示p型和n型槽，303、303′、303″表示晶體管的源區(qū)域，304表示門區(qū)域，305、305′、305″表示漏區(qū)域。
如圖16所示，由于20V至35V的高電平被加在顯示區(qū)域的晶體管上，源和漏層不是相對于門304以自對準的方式形成的，而是以偏置的方式形成的。在源和漏區(qū)域有一個在p槽中的低濃度n-層和在n槽中的低濃度p-層，如源區(qū)域303′和漏區(qū)域305′所示。為便于參考，偏置量最好在0.5μm至2.0μm之間。另一方面，作為外圍電路一部分的電路部分，被顯示在圖16的左側(cè)，且作為外圍電路一部分的電路部分是這樣構(gòu)成的即源和漏層相對于門以自對準的方式形成。
在此將描述源區(qū)和漏區(qū)的偏置，但是除了存在和不存在偏置之外，其它的有效方法也可以根據(jù)其分別受到的電壓來改變該偏置量并使門的長度最優(yōu)化。其原因是這樣的由于外圍電路的部分是邏輯基礎(chǔ)電路，驅(qū)動該部分通常是1.5V至5V的基本驅(qū)動。這樣，提供上述的自對準配置是為了減小晶體管的尺寸和增加晶體管的驅(qū)動力。該基底301由p型半導(dǎo)體制成并且基底有最低的電勢(通常為接地電勢)。加到像素上的電壓例如為20V至35V是加到顯示區(qū)域的n型槽上的。另一方面，邏輯驅(qū)動電壓，1.5V至5V被加在外圍電路的邏輯部分。這種配置允許根據(jù)各自的電壓構(gòu)成最優(yōu)的裝置，從而不僅實現(xiàn)了減小基片尺寸，還基于驅(qū)動速度的增加而使顯示的像素數(shù)量增加。
圖16中，符號306表示一個場氧化物薄膜，310表示一個與數(shù)據(jù)線相連的源電極，311表示與數(shù)據(jù)線相連的漏電極，312表示還作為反射鏡的像素電極，而307表示一個覆蓋顯示區(qū)域和外圍區(qū)域的光防護層，對于此層來說，Ti、TiN、W、MO或類似的物質(zhì)都是合適的。如圖16所示，以上的光保護層307覆蓋了除連接像素電極312與漏電極311之間的區(qū)域的所有顯示區(qū)域；而在外圍像素區(qū)域中，上述的光防護層307被從具有很大的導(dǎo)線電容如視頻線、時鐘線的區(qū)域消除掉。在此，在以上的光防護層307被消除的地方，照明光與高速信號混合，從而導(dǎo)致了電路發(fā)生故障，考慮一些可轉(zhuǎn)換的設(shè)計以便覆蓋像素電極層312。符號308表示一個在光防護層之下的絕緣層，在P-SiO層318上通過SOG進行修平處理，P-SiO層318還被P-SiO層308覆蓋，這樣確保絕緣層308的可靠性。不用提及，除了SOG的修平方法以外，修平還可以通過另外一種方法來完成，該方法是形成一個P-TEOS(磷酸-四乙氧基-硅烷)薄膜，進一步覆蓋P-SiO層318，然后用以下詳細描述的CMP(化學(xué)機械拋光)工藝加工絕緣層308。
符號309表示一個位于反射電極312和光防護層307之間的絕緣層，而且反射電極312的充電保持電容器是通過該絕緣層309制成的。為了形成大容量的電容器，有效的材料是具有高介電常數(shù)的P-SiN和Ta2O5、SiO2的層狀薄膜等等，以及SiO2。光防護層是由Ti、TiN、Mo、W等中選擇的一種金屬材料構(gòu)成的平層，該薄膜的厚度最好在約500埃至5000埃之間。
另外，符號314表示液晶材料，315表示共用透明電極，316表示對置基底，317、317′表示高濃度的攙雜區(qū)，319表示顯示面積，而320表示防反射薄膜。
如圖16所示，高濃度攙雜層317、317′作為槽302、302′的相同極形成于晶體管之下，該晶體管形成于外圍部分和槽302、302′的內(nèi)部。即使高振幅的信號加到了源上，槽的電勢將是穩(wěn)定的，因為它被低電阻層定位到一個理想的電勢上。這樣，就實現(xiàn)了高質(zhì)量的圖像顯示。另外，通過在n-型槽302′和p-型槽302之間的場氧化物膜提供上述高濃度攙雜層317、317′，這就使得在緊靠場氧化物膜下方不再需要通常在MOS晶體管情況下使用的溝道截斷層。
由于這些高濃度攙雜層317、317′可以與形成源層和漏層的工藝過程同時制成，因此在制造過程中減少了掩模數(shù)量和工時，于是便降低了成本。
接下來，參考符號313表示一層設(shè)置在共用透明電極315和對置基底316之間的抗反射膜，該膜用于減小界面的反射率來照顧液晶在界面處的折射指數(shù)。在此情況下，優(yōu)選的材料是一種絕緣薄膜，其折射指數(shù)小于對置基底316和透明電極315的折射指數(shù)。
槽區(qū)域302′對半導(dǎo)體基底301有相反的導(dǎo)通類型。因此，在圖16中槽區(qū)域302是p-型的。p-型的槽區(qū)域302和n-型的槽區(qū)域302′最好比半導(dǎo)體基底301有更高濃度的雜質(zhì)。當(dāng)半導(dǎo)體基底301的雜質(zhì)濃度為1014至1015(厘米-3)時，槽區(qū)域302的雜質(zhì)濃度最好為1015至1017(厘米-3)。
源電極310與數(shù)據(jù)線相連，顯示信號通過該數(shù)據(jù)線進行傳送，并且漏電極311與像素電極312相連。電極310、311由Al、AlSi、AlSiCu、AlGeCu、和AlCu中選擇的一種材料制成，用于通常的布線。通過采用一種Ti和TiN的阻擋金屬層作為電極310、311的底與半導(dǎo)體之間的接觸面，可以達到穩(wěn)定的接觸。接觸電阻也減小了。像素電極312最好由一種高反射材料制成并有一個平表面，除了通常的導(dǎo)線材料如Al、alsi、AlsiCu、AlGeCu和AlCu以外，還可以從如Cr、Au和Ag等材料中選擇該材料。為了增加平面度，基礎(chǔ)絕緣層309和像素電極312的表面都由化學(xué)機械拋光(CMP)的方法進行處理。
保持電容器325是用于在像素電極312和共用透明電極315之間保持信號的電容器?；椎碾妱菔┘拥讲蹍^(qū)域302。在本實施例中，各行的傳輸門結(jié)構(gòu)是這樣一行一行地交替配置，即從頂部的第一行包括上n-溝道MOSFET 323和下p-溝道MOSFET 324，第二行包括上p-溝道MOSFET 324和下n-溝道MOSFET 323，等等。如上所述，條形槽與電源線的接觸不僅在顯示區(qū)域的外部而且還通過細的供電線設(shè)備出現(xiàn)在顯示區(qū)域內(nèi)部。
這時，關(guān)鍵是保持槽電阻的穩(wěn)定。因此，在p-型基底情況下，所使用的線路配置是這樣的，即在顯示區(qū)域內(nèi)部n-槽的接觸區(qū)域或數(shù)量大于p-槽的接觸區(qū)域或數(shù)量。由于p-槽由p-型基底保持恒定電勢，則該基底起一個低電阻體的作用。于是，由于到源和形成了島形圖案的n-槽的漏信號的輸入/輸出，擾動的影響容易變得較大，但是通過加強與上布線層的接觸就能避免這種現(xiàn)象。這就實現(xiàn)了穩(wěn)定和高質(zhì)量的顯示。
在圖17中，圖像信號(視頻信號、脈沖調(diào)制數(shù)字信號等等)經(jīng)圖像信號輸入端331輸入并且通過按照一個來自水平移位寄存器321的脈沖開啟或關(guān)閉信號轉(zhuǎn)換開關(guān)327被發(fā)送到每一數(shù)據(jù)線上。垂直移位寄存器322把高脈沖加到在一個所選行中的n-溝道MOSFET 323的門上，并且把低脈沖加到在該所選行的p-溝道MOSFET的門上。
如上所述，像素部分中的開關(guān)由單晶CMOS傳輸門構(gòu)成，其優(yōu)點是要被寫入像素電極的信號可以作為源信號完全寫入，與MOSFET的臨界值無關(guān)。
由于開關(guān)由單晶晶體管制成，在poly-Si TFT的晶界處就不會發(fā)生不穩(wěn)定或類似的現(xiàn)象，這樣就能以高可靠性實現(xiàn)高速驅(qū)動而沒有色散。
以下要描述的是最適合于拋光反射型像素電極的CMP(化學(xué)機械拋光)。
最好采用化學(xué)機械拋光，這是因為可以將像素電極的表面加工成非常平的表面(鏡面)。本發(fā)明可能采用的技術(shù)揭示于在本申請人這篇申請之前提交的日本專利申請第8-178711號中。
該在先申請涉及到用化學(xué)機械拋光來拋光像素電極表面，通過此方法像素電極的表面可以光滑如鏡面，且所有像素電極的表面可以形成在同一個平面上。另外，在像素電極層形成在一個絕緣層上或在一個絕緣層形成在一個帶孔的像素電極層上之后，進行上述的拋光，從而用絕緣層更好地填充像素電極之間的區(qū)域并更好地消除了不平整。這可以防止由于不平整而產(chǎn)生的不規(guī)則反射和對位失敗，從而可以獲得高質(zhì)量的顯示。
該技術(shù)可以通過圖24A至24E和圖25F至25H來加以解釋。圖24A至24E和圖25F至25H顯示了應(yīng)用于反射型液晶裝置的有源矩陣基底的像素部分，但在同一個基底上，也可以與像素部分形成步驟同時地形成包括用于驅(qū)動象素部分的開關(guān)晶體管的移位寄存器的外圍驅(qū)動電路。將按順序描述該制造工藝。
雜質(zhì)濃度小于1015cm-3的N-型硅半導(dǎo)體基底201局部被加熱氧化以形成LOCOS 202。以LOCOS 202作為模板，用離子滲入法注入劑量為1012cm-2的硼，獲得雜質(zhì)濃度大約為1016cm-3的p-型雜質(zhì)區(qū)PWL203?；?01又被加熱氧化，以便形成厚度等于或小于1000埃(圖24A)的柵極氧化膜204。
在由攙1020cm-3磷的n-型多晶硅制成柵極電極205之后，用離子滲入法將劑量約為1012cm-2的磷注入整個基底201的表面，以便形成NLD206，作為雜質(zhì)濃度約為1016cm-3的n-型雜質(zhì)區(qū)。然后用一個已形成電路圖案的光阻材料作為模板，用離子滲入法將劑量約為1015cm-2的磷注入，從而在雜質(zhì)濃度約為1019cm-3時(圖24B)形成源和漏區(qū)域207、207′。
然后在整個基底201的表面上形成作為中間薄膜的PSG 208。該PSG 208能夠由NSG(沒攙雜的硅玻璃)/BPSG(硼-磷-硅玻璃)或TEOS(四乙氧基硅烷)來代替。通過在PSG 208上形成電路圖案，而在緊靠著源和漏區(qū)域207、207′的正上方制成接觸孔。在通過陰極真空噴鍍使Al升華逸散之后，該Al層被形成電路圖案，以便形成Al電極209(圖24C)。為了改善在Al電極209與源和漏區(qū)域207、207′之間的歐姆接觸性能，Ti/TiN的阻擋金屬層或類似的層最好形成在Al電極209與源和漏207、207′之間。
將厚度約為3000埃的等離子體SiN 210涂覆在整個基底201的表面上，然后涂覆厚度約為10000埃的PSG 211(圖24D)。
用等離子體SiN 210作為干蝕刻阻擋層，使PSG 211形成電路圖案，這樣僅剩下在像素之間的間隔的區(qū)域，在此之后，由干蝕刻法在緊靠著與漏區(qū)域207′接觸的Al電極209的正上方形成通孔212的圖案(圖24E)。
通過陰極真空噴鍍或EB(電子束)升華逸散的方法使像素電極層213以等于或大于10000埃的厚度形成在基底201上(圖25F)。該像素電極層213是由Al、Ti、Ta、W等金屬中的一種或這些金屬的化合物制成的。
像素電極層213的表面由CMP拋光(圖25G)。如果PSG211的厚度為10000埃，而像素電極層的厚度為x埃，則拋光量在x埃與x+10000埃之間。
再使對位膜215形成在由以上步驟制成的有源矩陣基底上，對位膜215的表面由通過一個對位加工工藝如磨擦工藝來加工，然后通過一個定位件(沒有顯示)將其連接在對置基底上，而液晶214被注入在它們之間，從而形成液晶元件(圖25H)。在本實例中，對置基底是由色彩過濾器221、黑色矩陣222、ITO或類似物的共用電極223和在透明基底220上的對位膜215′組成的。
如圖25H明顯所示，在本實例的有源矩陣基底中，像素電極213的表面是光滑的，而絕緣層被埋在相鄰的電極的間隙中。因此，形成在其上的對位膜215也是光滑的而沒有不平整。因此，采用該技術(shù)可以防止由于入射光的漫射而導(dǎo)致的光利用率下降、由于磨擦失效而導(dǎo)致的對比度下降、和因由像素電極之間的間隔引起的側(cè)向電場而導(dǎo)致的亮線的發(fā)生，所有這些都是由像素電極的不平整造成的，這樣該技術(shù)就可以提高所顯示圖像的質(zhì)量。
下一步，在圖17中顯示了本實例的液晶板的平面圖(其橫截面圖在圖16中顯示)。圖中，符號321表示水平移位寄存器、322表示垂直移位寄存器、323表示一個n-溝槽MOSFET、 324表示一個p-溝槽MOSFET、325表示一個保持電容器、326表示一個液晶層、327表示一個信號傳送開關(guān)、328表示一個復(fù)位開關(guān)、329表示一個復(fù)位脈沖輸入端、330表示一個復(fù)位電源端、331表示一個圖像信號的輸入端。在圖6中半導(dǎo)體基底301是p-型的，但它也可以是n-型的。
將在以下參考圖18對顯示板的外圍電路的配置進行描述。在圖18中，符號337表示液晶元件的顯示區(qū)、332表示一個電平移位電路、333表示一個視頻信號取樣開關(guān)、334表示水平移位寄存器、335表示視頻信號輸入端、336表示垂直移位寄存器。
在上述的配置中，通過視頻信號輸入端335提供的振幅為20V至30V，這樣就能以很低的值即大約1.5V至5V伏來驅(qū)動包括水平和垂直移位寄存器的邏輯電路，從而達到了高速運行和低能量消耗。在本實例中的水平和垂直移位寄存器可通過選擇開關(guān)執(zhí)行兩路掃描，并可以在沒有改變板的前提下很方便地改變光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)置。因此，相同的板可以用于不同的產(chǎn)品系列，從而表現(xiàn)出降低成本的長處。在圖18中，視頻信號取樣開關(guān)是一個單極配置的晶體管，但并不限定如此，當(dāng)然，它們可以是CMOS傳輸門配置，這樣可使輸入視頻線上的所有信號都被寫入信號線中。
當(dāng)采用CMOS傳輸柵配置時，會出現(xiàn)視頻信號起落的問題，這是由NMOS柵和PMOS柵之間的差異或柵與源、漏之間的疊加電容所引起的。為解決此問題，在柵的數(shù)量上大約等于各相應(yīng)極性取樣開關(guān)的MOSFET的門數(shù)量一半的MOSFET的源和漏與每一信號線相連接，且有一個反相的脈沖被施于其上，這就防止了這種起落并借此把非常好的視頻信號寫到了信號線上。從而便能夠顯示出更加高質(zhì)量的圖像。
下面將參考圖19來描述視頻信號和取樣脈沖之間精確同步的方法。為此目的，必須改變?nèi)用}沖的延遲量。符號342表示脈沖延遲的反相器、343表示用于確定選擇那個延遲反相器的開關(guān)、344表示延遲量被控制的輸出、345表示電容器(其中OUTB表示反相輸出而OUT表示同相輸出)。符號346表示一個保護電路。
一個信號通過多少個延遲反相開關(guān)342可由SEL 1(SEL 1B)至SEL 3(SEL3B)的組合選擇來確定。
由于該同步電路被制在板中，即使因為在三層板R、G、B的情況下的一串衰減波或類似的情況使來自板外的脈沖延遲量失去對稱，延遲量也能由上述的選擇開關(guān)來加以調(diào)整，從而由于R、G和B的大范圍的脈沖相位而可獲得好的顯示圖像且沒有位置偏差。當(dāng)然采用以下的配置也是有效的，即將一個溫度測量二極管裝入板中，并根據(jù)一個表來對延遲量進行溫度校正，該表是基于從二極管上的輸出而制成的。
下面描述與液晶材料的關(guān)系。圖16顯示出了對置基底的扁平結(jié)構(gòu)，但共用電極基底316事實上也不平整，以便防止共用透明電極的接口反射，并且該共用透明電極315是形成于不平的表面上。在共用電極基底316的對置側(cè)上提供了防反射膜320。一種形成不平形狀的方法是用小尺寸的磨料顆粒進行砂磨，這種方法對于獲得高對比度是有效的。
所用的液晶晶材料是一種聚合物網(wǎng)絡(luò)液晶PNLC。然而，一種聚合物分散液晶PDLC或類似的物質(zhì)可以用于聚合物網(wǎng)絡(luò)液晶。該聚合物網(wǎng)絡(luò)液晶PNLC通過聚合物相分離方法制造。由一種液晶和一種可聚合的單體或低聚物制備一種溶液，用一般的方法將該溶液注入一個腔室中，然后發(fā)生UV聚合，以便實現(xiàn)液晶和聚合物之間的相分離，從而形成聚合物網(wǎng)絡(luò)型式的液晶。該PNLC中有很多液晶分子(70至90wt％)。
在PNLC中，當(dāng)采用有很大各向異性的折射系數(shù)(Δn)的向列的液晶時，光的散射很強，如果采用有很大各向異性的電介質(zhì)常數(shù)(Δ∈)的向列液晶，就可以以低電壓完成驅(qū)動。當(dāng)該聚合物網(wǎng)絡(luò)的尺寸即網(wǎng)絡(luò)中心到中心的距離為1至1.5(μm)時，光學(xué)散射的強度很強足以達到高的對比度。
下面將參考圖20描述密封結(jié)構(gòu)和板結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。在圖20中，符號351表示一個密封部分，352表示一個電極焊接部分，353表示一個時鐘緩沖電路，一個沒有顯示的放大器部分用作板的電檢測的輸出放大器，還有一個沒有顯示的用來吸收對置基底的電勢的Ag糊劑部分。符號356表示一個由液晶元件組成的顯示部分，357表示一個外圍電路部分，它包括水平和垂直移位寄存器(SR)等等。密封部分351表示一個由接觸固定材料或粘膠劑構(gòu)成的接觸區(qū)域，用來將具有共同電極315的玻璃基底與一個元件連接，該元件是通過沿顯示部分356的四側(cè)的半導(dǎo)體基底301上形成像素電極312而形成的。當(dāng)被密封部分351相互連在一起之后，將液晶注入顯示部分356和移位寄存器部分357。
在本實施例中，如圖20所示，在密封的內(nèi)部和外部均形成電路以減小基片的尺寸。在本實例中，引出線的焊接點均集中在板的一側(cè)，但它們也可以位于兩條長邊上或位于多條邊上，這樣便于有效地處理高速時鐘。
當(dāng)用半導(dǎo)體基底如Si基底來構(gòu)成液晶顯示裝置時，基底的側(cè)壁被暴露在強光之下，例如在投影機中就是如此，這樣基底的電勢發(fā)生變化，可能引起板失效。因此，最好用一種可擋光的基底座覆蓋板的側(cè)壁和板的頂面處圍繞顯示部分的外圍電路區(qū)域。另外，Si基底的后側(cè)最好由這樣的支座結(jié)構(gòu)構(gòu)成，即用一種高導(dǎo)熱率的粘膠劑使一種高導(dǎo)熱率的金屬如Cu與后表面連接。
本發(fā)明的液晶顯示裝置的像素電極可以用作反射型電極。在種情況下，電極的表面由前述的化學(xué)機械拋光方法(CMP)拋光，從而可以方便地在電極表面形成沒有不平整之處的鏡面狀態(tài)。采用的CMP方法與通常的首先對一個金屬層形成圖案然后對其進行拋光方法不同的，這種方法是通過在絕緣區(qū)域進行刻蝕，在要形成電極圖案的地方預(yù)先形成便于形成電極的溝槽，然后，在其上涂覆一個金屬層，再將該金屬層拋光，以便在沒有形成電極的地方除去該金屬層，在電極圖案區(qū)域使金屬層與絕緣層平齊。當(dāng)采用此方法時，與非導(dǎo)線區(qū)域相比，導(dǎo)線的寬度極寬，且根據(jù)一般的蝕刻儀器的常識，即在進行蝕刻時會有一層聚合物被涂覆上。
這樣，我們調(diào)查了傳統(tǒng)氧化膜基蝕刻(CF4/CHF3基蝕刻)的蝕刻條件。
圖21A和21B是顯示了蝕刻工藝好或壞的圖線。
圖21A顯示當(dāng)壓力為1.7 Torr時傳統(tǒng)蝕刻的結(jié)果。
圖21A顯示當(dāng)壓力為1.0 Torr時蝕刻的結(jié)果(這是在這次調(diào)查中的)。
在圖21A的條件下，聚合物的涂覆的確隨涂覆的氣體CHF3的減少而減少，但接近保護層的圖案與遠離保護層的圖案的尺寸差異(加載效果)變得非常大，而這在實際中是不合用的。
從圖21B可以看出，為抑制加載效果，隨著壓力逐漸降低，當(dāng)壓力小于1Torr時加載效果明顯被抑制住了，只用CF4而不用CHF3的蝕刻是有效的。
另外，在電極區(qū)域很少形成保護膜，而保護膜卻覆蓋了外圍部分。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)要制成一個結(jié)構(gòu)很困難，而在顯示區(qū)域的外圍部分上有效地形成了一種與像素電極等效的假電極結(jié)構(gòu)。
該結(jié)構(gòu)有這樣的效果，即消除了顯示部分和外圍部分或密封部分之間原來存在的平面差異，增加了間隙精度和共平面的均勻度，液晶注入的不均勻度也被減小了，從而可以高產(chǎn)量地獲得高質(zhì)量的板。
下面參考圖22描述裝有本發(fā)明的反射型液晶板的光學(xué)系統(tǒng)。圖22中，371表示一個光源如鹵燈、372表示一個聚光透鏡以便將光源圖像聚光、373和375表示平表面形狀的菲涅耳凸透鏡、374表示一個色彩分離光學(xué)元件，用來將光分成R、G和B光束。有效地使用的色彩分離的光學(xué)元件374可以選自分色鏡、衍射柵等元件。
標號376表示鏡面，每一個鏡面都用于將R或G或B光束導(dǎo)入相應(yīng)的R、G可B三個板中的一個板上，符號377表示一個對一束光聚光而以平行光的型式照射一個反射型液晶板的場透鏡，而378表示上述的反射型的液晶元件。光闌位于379的位置。符號380表示一個用來放大圖像而由多個透鏡組合而成的投影透鏡裝置，而381表示一個屏幕。通常，屏幕381由兩個裝置構(gòu)成，其中包括一個用來將投射光轉(zhuǎn)換成平行光的菲涅耳透鏡和一個用來以很大的垂直和水平的視場角度顯示圖像的雙凸透鏡，這時能夠獲得一個清晰而明亮的圖像。圖22僅顯示了一個色彩板，但在色彩分離光學(xué)元件374和光闌部分379之間的元件被分成為適用于三種色彩的元件，并配有三塊板。當(dāng)然，除了三塊板的結(jié)構(gòu)，還可以采用一個單塊的板的配置，其中在反射型液晶裝置的表面提供一個微透鏡陣列，不同的入射光射到不同的像素區(qū)域。當(dāng)電壓加到液晶元件中的液晶層上時，被各像素有規(guī)律地反射的光線被導(dǎo)向通過由符號379表示的光闌部分并投影到屏幕上。
另一方面，當(dāng)沒有加電壓時，液晶層是一個散射體，射到反射型液晶元件上的光被各向同性地散射，這樣不在由符號379表示的光闌的小孔的視角之內(nèi)的散射光就不會入射到投影透鏡組中。這表示是黑的。從以上的光學(xué)系統(tǒng)可見，不需要偏振板，像素電極的整個表面以很高的反射率使信號光入射到投影透鏡組中。因此，顯示比原來要明亮2到3倍。由于在本實例中對置基底的表面和接口都是經(jīng)過防反射處理的，可以以很低的干擾光獲得高對比度的顯示。由于板尺寸小，所有的光學(xué)元件(透鏡、鏡面等)都是小型的，這樣達到了成本低和重量輕。
色彩的不均勻性、亮度的不均勻性和光源的變化可以通過在光源和光學(xué)系統(tǒng)之間插入一個積分器(如復(fù)眼透鏡那種桿式的)來校正，從而在屏幕上消除色彩不均勻和亮度不均勻。
下面參考圖23描述不同于上述的液晶板的外圍電路。圖中，符號385表示電源，該電源主要分成為燈的電源385b和驅(qū)動板和信號處理電路的電源385a。符號386表示一個插座，805表示一個主電源開關(guān)，387表示一個燈溫度檢測器。例如，如果燈的溫度不正常，控制插件388執(zhí)行一個控制停止燈的工作。804表示一個燈的安全開關(guān)。用一個濾光器安全開關(guān)389執(zhí)行同樣的控制，而并不只是對燈進行這種控制。例如，當(dāng)要打開燈時，提供一種安全測量來鎖住熱燈腔室。符號390表示揚聲器，391表示一個聲音插件，在此插件中視需要可帶有一個3D聲音、環(huán)繞聲類似聲音的處理器。符號392表示一個擴展插件1，該插件包括自外部裝置396的輸入端，如S端396a用于視頻信號，復(fù)合圖像端396b用于視頻信號，396c端用于聲音，還包括用來選擇信號的選擇開關(guān)，以及調(diào)諧器394，信號從該調(diào)諧器經(jīng)譯碼器393被送至擴展插件2,800。另一方面，擴展插件2主要有諸于來自另外系統(tǒng)的視頻輸入端和Dsub 15-引線的計算機端口以及用來切換從譯碼器393到另一個系統(tǒng)或反過來傳輸?shù)男盘柕拈_關(guān)450。通過開關(guān)450的信號通過一個A/D轉(zhuǎn)換器451被轉(zhuǎn)換成一個數(shù)字信號。
標號453表示一個主插件，它主要包括一個CPU和一個存儲器，如視頻RAM。在A/D轉(zhuǎn)換器中經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換之后的NTSC信號暫存在該存儲器中，而且，為了很好地將信號賦給多個像素，要進行信號處理，例如為不足以與液晶元件數(shù)量相配的空元件產(chǎn)生信號的插值處理，適用于液晶元件和亮度控制偏壓的調(diào)整的γ轉(zhuǎn)換邊緣放大轉(zhuǎn)換等等。如果計算機信號，例如提供了一個VGA信號而不是一個NTSC信號，并且如果板是一個高分辨率的XGA板，同樣會執(zhí)行一個分辨率轉(zhuǎn)換處理。主插件還執(zhí)行一個處理程序，該處理程序除了處理一個圖像的數(shù)據(jù)以外，還可將一個計算機信號與多個圖像數(shù)據(jù)塊的NTSC信號組合。圖23中，符號801表示遙控的光線接收部分、802表示一個LED顯示部分、803表示用于調(diào)節(jié)的鍵矩陣輸入部分。從主插件453的輸出經(jīng)串行-并行轉(zhuǎn)換，并以不大可能被干擾影響的方式提供給板驅(qū)動頭部插件454。該頭部插件454又執(zhí)行一次并行-串行轉(zhuǎn)換并隨后進行D/A轉(zhuǎn)換，以便根據(jù)板的視頻線的數(shù)量分開信號。然后各信號通過驅(qū)動放大器被寫入各屬于B、G和R色彩的液晶板455、456、457中。符號452表示一個搖控板，通過該搖控板可以象TV那樣很容易地操縱計算機屏幕。每個液晶板455、456、457有相同的液晶驅(qū)動結(jié)構(gòu)，對每種色彩都帶有一個濾光器并且其水平和垂直掃描電路都是如第一和第五實施例中的那種。由于通過上述的處理，每個液晶裝置能將通常不是高分辨率的圖像轉(zhuǎn)換成高分辨率的圖像，所以可以顯示一個非常美麗的圖像。在此所描述的是所謂單板型全色顯示裝置，其中本發(fā)明的液晶裝置(板)帶有微透鏡。
本申請人推薦了一個新的在日本專利申請第Hei 9-72646中的顯示板，作為用傳統(tǒng)的帶微透鏡的顯示板的投影型顯示裝置中因R、G和B的顯著斑紋狀結(jié)構(gòu)而使顯示圖像質(zhì)量下降這一問題的解決方法。在日本專利申請第Hei。9-72646中推薦的顯示板是一個有一個像素單元陣列的顯示板，其中像素單元以預(yù)定的間距在基底上兩維地排列，每個像素單元以這樣的配置構(gòu)成，即在第一、第二和第三色彩像素的三種色彩像素中，第一和第二色彩像素的組合配置在第一方向上，而第一和第三色彩像素的組合配置在與第一方向不同的第二方向上，這樣共同享有第一色彩像素，一個由二維地排列在色彩像素上的多個微透鏡組成的微透鏡陣列排列在基底上，微透鏡之間的間距等于兩個色彩像素在第一方向和第二方向上的間距。
以下描述一個實列，其中日本專利申請第Hei。9-72646中所推薦的顯示板用于本發(fā)明的液晶裝置和顯示裝置中。
圖27A至27C是顯示采用本實例的顯示板的投影型液晶顯示裝置的示意圖。圖27A是其一個頂視圖，圖27B是一個前視圖，而圖27C是一個側(cè)視圖。
圖中標號1表示一個投影透鏡，該透鏡將帶有裝在液晶裝置中的微透鏡的顯示板(液晶板)2上顯示的圖像信息投影到一個預(yù)定的平面上。符號3表示一個偏振光束分離器(PBS)，例如，它透過S-偏振光但反射P-偏振光。符號40表示一個R(紅光)-反射分色鏡、41表示一個B/G(藍光和綠光)-反射分色鏡、42表示一個B(藍光)-反射分色鏡、43表示一個反射全色光的高反射鏡、50表示一個菲涅耳透鏡、51表示一個凸透鏡(正透鏡)、6表示一個桿式積分器、7表示一個橢球反射器，在其中心有一個電弧燈(光源)8如金屬鹵燈或UHP的發(fā)光表面8a。
在此，R(紅光)-反射分色鏡40、B/G(藍光和綠光)-反射分色鏡41和B(藍光)-反射分色鏡42分別有如圖28C和28B和28A所示的光譜反射特性。這些分色鏡和高反射鏡43一起，三維地配置，如透視圖29所示，在圖29中，43表示高反射鏡43(G/R-反射)，并如下所述地將來自光源8的白光分色成三種色彩R/G和B的光束，將該光束投影到液晶板2上，使各原色光束在三維上的不同方向上照射液晶板。
根據(jù)從光源8發(fā)出的光的傳輸路徑對操作進行描述。首先，由燈8發(fā)出的白光束由橢球反射器7收集以便會聚到位于其前面的積分器6的入口(入射表面)6a上。由于光線在積分器6中被重復(fù)地反射，所以光束在傳輸時其空間強度分布變?yōu)榫鶆?。射出積分器的輸出端6b的光束被轉(zhuǎn)換成沿x軸負向(以圖27B為基準)的平行光束，并通過凸透鏡51和菲涅耳透鏡50首先到達B-反射分色鏡42。
該B-反射分色鏡42僅反射B光(藍光)，這樣藍光與z軸(以圖27為基準)成一個預(yù)定角度地被向下反射到R(紅光)-反射分色鏡40上。另一方面，另一束不同于B光的色彩光(R/G光)通過B-反射分色鏡42，被高反射鏡43成直角地反射至軸的負向(向下)方向上，也同樣傳到R-反射分色鏡40上。
根據(jù)圖27B進行描述，B-反射分色鏡42和高反射鏡43是這樣定位的，即將來自積分器6的光束(在x軸的負向上傳輸)反射至沿著或接近于z軸的負向(向下)的方向上。高反射鏡43繞y-軸方向的轉(zhuǎn)軸與xy平面成45°角。與此相反，B-反射分色鏡42繞y-軸方向的轉(zhuǎn)軸與xy平面成小于45°的角。
因此，被高反射鏡43反射的R/G光被反射至z-軸的負向上，而B光被B-反射分色鏡42反射至以一個與z-軸成的預(yù)定的角度(在xz平面上傾斜)向下傳輸。為了使B和R/G光線在液晶板的照亮的區(qū)域相同，選擇高反射鏡43和B-反射分色鏡42的一個偏移量和一個偏斜量，這樣各色彩的原色光線可以在液晶板2上交叉。
隨后，如上所述R/G/B向下(在z-軸的負向上)向著R反射分色鏡40和在該R-反射分色鏡之下的B/G-反射分色鏡41以及高反射鏡43傳輸。首先，B/G-反射分色鏡41繞x-軸方向上的轉(zhuǎn)軸與xz平面成45°，而R-反射分色鏡40繞x-軸方向的轉(zhuǎn)軸與xz平面成小于45°的角。
這樣出自R/G/B的B/G光首先通過R-反射分色鏡40，然后由B/G反射分色鏡41以直角反射至沿y-軸的正向方向。然后該B/G光通過PBS3偏振化，隨后照射到平行于XY平面的液晶板2上。
在此光束中，如上所述，B光已經(jīng)與x-軸成一個預(yù)定的角度(在xz平面內(nèi)傾斜)(見圖27A和圖27B)傳輸，這樣即使它被B/G-反射分色鏡反射之后還保持與y-軸有一個預(yù)定的角度(在xy平面內(nèi)傾斜)。因此，該B光以與傾角(在xy平面內(nèi))相等的入射角照射液晶板2。G光被B/G反射分色鏡41以直角反射至沿y-軸的正向方向，并通過PBS3偏振化。然后該G光以0°的入射角即垂直地照射液晶板2。
如上所述，R-光被位于B/G反射分色鏡41之前的R-反射分色鏡40反射至接近y-軸的正向方向上，并在一個與y-軸成一個預(yù)定角度并接近y-軸正向的方向(在上yz平面上傾斜)上傳輸，如圖27C所示(側(cè)視圖)。然后該R光通過PBS3偏振，隨后照射到液晶板2上，其入射角等于它與y-軸之間的角度(在yz平面的方向上)。
類似于如上所述，為了使R、G和B各色彩的光均衡照到液晶板2的區(qū)域，選擇B/G-反射分色鏡41和R-反射分色鏡40的一個偏移量和一個偏斜量，這樣各原色光線可以在液晶板2上交叉。
另外，如圖28B和28C所示，由于B/G反射分色鏡41的分色波長為570nm，而R-反射分色鏡40的分色波長為600nm，所以不需要的黃色光通過B/G反射分色鏡41射出了光路，從而達到最優(yōu)化的色彩平衡。
液晶板2像如下所述的那樣反射和偏振調(diào)制各R、G、B光，并且這些光返回到PBS3中以便由PBS3的PBS表面3a反射至x-軸的正向方向上。該光束入射到投影透鏡1中。投影透鏡1放大顯示在液晶板2上的圖像并將該放大的圖像投影到屏幕(沒有顯示)上。
由于照射到液晶板2上的R、G、B光有不同的入射角，所以從液晶板上反射的R、G、B光也有不同的出射角。投影透鏡1其透鏡直徑和孔徑足以接收所有的光束。由于每種兩次通過微透鏡的色彩光束被平行化，所以光束入射到投影透鏡1的傾斜度與入射到液晶板2上的傾斜度相同。
與此相反，在傳統(tǒng)實例的透射型的液晶板LP中，如圖39所示，從液晶板LP射出的光束更加發(fā)散，這是因為加上了微透鏡16的會聚的效果，因此，因為需要較大的數(shù)值孔徑，用于接收光束的投影透鏡是一個大的投影透鏡。
在圖39中，符號16表示一個微透鏡陣列，其中多個微透鏡16a以預(yù)定的間距排列，17是一個液晶層，而18表示R(紅)、G(綠)、和B(藍)的像素。
紅、綠、藍各色彩的照射光束R、G、B被以不同的角度導(dǎo)向液晶板LP，并且各色彩光束通過微透鏡16a的會聚效果，入射到不同色彩的像素18中。這使該顯示板不需要色彩濾色器并可達到光的高利用率。一個帶有此顯示板的投影型顯示裝置可以投影并顯示一個明亮的全色彩圖像，即使該板是一個信號液晶板。
然而，用帶有上述的以微透鏡覆蓋的顯示板的投影型顯示裝置，投影顯示圖像的R、G、B的色彩像素18被放大并被投影到屏幕上。這樣，如圖40所示，R、G和B的并合結(jié)構(gòu)變得很明顯，并且顯示裝置有一個缺陷，即該并合結(jié)構(gòu)極大地降低了顯示圖像的質(zhì)量。
與此相比，本實例配置使得從液晶板2射出的光束的擴散保持相對較小，并且即使用較小數(shù)值孔徑的投影透鏡也能在屏幕上獲得足夠明亮的投影圖像，因此，可以使用一個較小的投影透鏡。另外，本實例還能抑制R、G和B的明顯的并合結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)在將描述根據(jù)本發(fā)明的液晶板2。圖30是一個根據(jù)本實例的液晶板2的放大的橫截面示意圖，(是一個由圖27C的yz平面剖切的橫截面)。在圖30中，為本發(fā)明的一個特征的驅(qū)動電路沒有示出，因為它們已經(jīng)在另外的實施例中得到了詳細的說明。
標號21表示一個微透鏡基底(玻璃基底)、22表示一個微透鏡、23表示一個玻璃片、24表示一個透明對置電極、25表示一個液晶層、26表示一個像素電極、27表示一個有源矩陣驅(qū)動電路部分，28表示一個硅半導(dǎo)體基底。微透鏡組22由所謂的離子交換法制作在玻璃(堿基玻璃)基底21的表面上，并且該微透鏡組具有兩維陣列鏡的結(jié)構(gòu)，鏡之間的間距等于像素電極26之間的間距的兩倍，從而組成微透鏡陣列。
液晶層25是一種適用于反射型的所謂ECB模式的向列型液晶如DAP或HAN，并且其預(yù)定的取向由沒有顯示的取向?qū)颖３帧Ｏ袼仉姌O26由Al(鋁)構(gòu)成，并用作為一個反射鏡。在形成圖案之后的最后步驟中該像素電極26由前面已經(jīng)討論過的CMP方法加工，以改善表面性質(zhì)，提高反射率。
在硅半導(dǎo)體基底28上設(shè)置有源矩陣驅(qū)動電路部分27。作為驅(qū)動器的包括水平電路和垂直電路的該有源矩陣驅(qū)動電路27用來將原色R、G、B圖像信號寫入預(yù)定的R、G、B像素中。像素電極26沒有濾色器，但他們由有源矩陣驅(qū)動電路27寫入的原色圖像，分成為R、G、B像素，從而形成一個在以下描述的預(yù)定的R、G、B像素陣列。
首先描述來自液晶板2上照射光的G光。通過PBS3偏振以后，如上所述，G光的主光線垂直地入射至液晶板2上。這些光線中一個入射到一個微透鏡22a上的光線實例在圖中由箭頭G(進/出)表示。
如此所示，G光線由微透鏡22a會聚，以便照射G像素電極26g。然后該光線被由Al制成的像素電極26g反射出液晶板2。在以這種方式進入和反回時通過液晶層25的過程中，在電場的作用下通過液晶的操作，G光線(已偏振的光線)受到調(diào)制，然后G光線射出液晶板2返回PBS3，而該電場是在像素電極和對置電極24之間由加到像素電極26g上的信號電壓建立的。在此，被PBS表面3a反射到投影透鏡1的光量根據(jù)調(diào)制程度變化，從而達到所謂的每個像素的色度調(diào)制。
對于如前所述的傾斜入射到圖中橫截面(yz平面)中的R光，讓我們集中注意該R光線，例如，在同樣被PBS 3偏振之后入射到微透鏡22b上。如在圖中由箭頭R(進入)所示，R-光線由微透鏡22b會聚，以便照射R像素電極26r，該電極位于該微透鏡之下向左偏移之處。然后它們被像素電極26r反射，穿過與微透鏡22b相鄰的微透鏡22a(在z-軸的負方向上)，并射出液晶板2(R(出))。
在此情況下，同樣在電場的作用下通過液晶的操作，G光線(已偏振的光線)受到調(diào)制，然后G光線射出液晶板2返回PBS 3，而該電場是在像素電極和對置電極24之間由加到像素電極26r上的信號電壓建立的。隨后的過程與前面的G光線一樣，而R-光作為圖像光的一部分被投影透鏡1投影。
附帶地說，圖30所顯示的似乎G光和R光在G像素電極26g之上和R電極26r之上相互重疊，從而相互干涉，但必須注意到這是因為液晶層25是示意性的描述，以至于由放大和突出了其厚度而造成的，實際上無論像素的尺寸如何，這種干涉是不會發(fā)生的，因為與厚度為50至100μ的玻璃片23比較來說，液晶層25的厚度確實很小，約為5μ。
圖31A到31C為說明性的視圖，用來說明本實例中色彩分離和色彩合成的原理。圖31A是液晶板2的一個示意的頂視圖。圖31B和31C是相對于液晶板2的頂視圖沿31B-31B(x-軸方向)和沿31C-31C(z-軸方向)的圖示剖面視圖。
圖31C對應(yīng)于上圖30，顯示了yz橫截面，并圖示了對于一個像素射入每個微透鏡22的G光和R光的入射和出射狀態(tài)。如圖所見，每個G像素電極作為一個第一色彩像素，位于各微透鏡22中心的正下方，而每個R像素電極作為第二色彩像素，位于微透鏡22之間的邊界的正下方。因此，R光的入射角最好是這樣設(shè)置，即使其tanθ等于像素之間的間距(B和R像素)與微透鏡22到像素電極26之間的距離之比。
另一方面，圖31B對應(yīng)著液晶板2的xy橫截面。在該圖中，符號26表示像素。在此xy橫截面中，作為第三色彩像素的B像素電極與G像素電極交替配置，與圖31C類似。每個G像素電極也位于各微透鏡22中心的正下方，而每個B像素電極作為第三色彩像素，位于微透鏡22之間的邊界的正下方。
附帶地說，照射液晶板2的B光如上所述，在被PBS 3偏振之后，在圖中的橫截面(xy平面)中傾斜地入射。與R光的情形一樣，入射到各微透鏡22中的B光線被顯示成由B像素電極反射，并在x-方向射出一個與入射微透鏡相鄰的微透鏡。由各B像素電極上的液晶層2進行的調(diào)制和射出液晶板2的B光的投影均與上述的G光和R光的情形一樣。
每個B像素電極位于微透鏡22之間的邊界的正下方，并且B光入射液晶板2的入射角最好是這樣設(shè)置，即類似于R光的情形，使其tanθ等于像素之間的間距(G和B像素)與微透鏡22到像素電極26之間的距離之比。
附帶地說，本實例的液晶板2在配置R、G、B像素時是這樣構(gòu)成的，即如上所述，在z-方向(第一方向)上排成RGRGRG……，而在x-方向(第二方向)上排成BGBGBG……。圖31A顯示了該兩維配置。
如上所述，每個像素(色彩像素)的尺寸在長度和寬度上都約為微透鏡22的一半，在x-方向和z-方向上像素之間的間距均為微透鏡22之間的間距的一半。在該二維配置中，每個G像素同樣位于微透鏡22的中心的正下方，每個R像素在z-方向上位于G像素之間并位于微透鏡22的邊界處，每個B像素在x-方向上位于G像素之間并位于微透鏡的邊界處。微透鏡單元的形狀是正方形(在長度和寬度上是像素的兩倍)。
圖32是一個頂視圖，顯示了本發(fā)明的液晶板2的放大的局部。在此，圖中每個虛線的方格部分29表示一個像素單元，它作為R、G、B像素的組件構(gòu)成了一個圖像元素。
該像素單元在基底上以預(yù)定的間距二維地排列，從而構(gòu)成像素單元陣列。當(dāng)R、G、B像素被圖30所示的有源矩陣驅(qū)動電路部分27所驅(qū)動時，由虛線方格部分29表示的R、G、B的像素單元被對應(yīng)著相應(yīng)的像素位置的R、G、B圖像信號驅(qū)動。
現(xiàn)在，讓我們將注意力集中到由R像素電極26r、G像素電極26g、B像素電極26b組成的圖像元素上。首先，如上所述，R像素電極26r被由箭頭r1表示的傾斜射入并通過微透鏡22b的R光照射，然后該R光的反射光通過并射出微透鏡22a，如箭頭r2所示。B像素電極26b被由箭頭b1表示的同樣傾斜射入并通過微透鏡22c的B光照射，然后該B光的反射光同樣通過并射出微透鏡22a，如箭頭b2所示。
G像素電極26g，如上所述，被由向前和向后的箭頭g12表示的垂直(在進入圖所在平面的方向上)射入并通過微透鏡22a的G光照射，然后該G光的反射光垂直地(在射出圖所在平面的方向上)通過相同的微透鏡22a并射出。
如上所述，在液晶板2中，對于構(gòu)成一個圖像元素的R、G、B像素單元29，各原色照射光束的入射位置不同，但其出射光束卻通過同一個微透鏡并射出(即在此情況下通過微透鏡22a)。對于所有其它的圖像元素(R、G、B像素單元)來說情況都是這樣。
圖33是一個示意圖，其中本實例中所有的射出液晶板2的光線通過PBS 3和投影透鏡1都被投影到屏幕9上。如同一圖中所示，采用了圖32所示的液晶板2，并進行了光學(xué)調(diào)整，使得液晶板2中的微透鏡22的位置或與其接近的位置被聚焦在屏幕9上。投影的圖像是從R、G、B像素單元發(fā)出的光的組合，該像素單元組成如圖35所示的微透鏡22的方格部分中的各圖像素；即該圖像由帶有在各單元(900)中混合的像素光束的連續(xù)的圖像元素單元構(gòu)成。
通過采用如圖32構(gòu)成的顯示板2并將微透鏡22所在平面的位置或接近該平面的位置調(diào)整至幾乎與屏幕共軛，本實例能夠高質(zhì)量地顯示良好的彩色圖像，而且屏幕上沒有所謂的R、G、B的并合結(jié)構(gòu)。
圖34顯示了本實施例的投影型液晶顯示裝置的整個驅(qū)動電路系統(tǒng)的一個方框圖。
在該圖中，標號2表示板。標號10表示一個板驅(qū)動器，該驅(qū)動器使產(chǎn)生R、G、B圖像信號和其它的信號包括對置電極24的驅(qū)動信號、各種定時信號等等。符號12表示接口，它將各種圖像和控制傳輸信號譯碼成標準的圖像信號等。標號11表示一個譯碼器，它將各種來自接口12的標準圖像信號譯碼成R、G、B原色圖像信號和同步信號。標號14表示一個鎮(zhèn)流器，它驅(qū)動點亮弧光燈8。標號15表示一個電源電路，它為各電路塊提供電源。標號13表示一個裝有沒有顯示的控制部分的控制器，該控制器系統(tǒng)地控制上述的各電路塊。
采用這種配置，本實例的投影型液晶顯示裝置能高質(zhì)量地顯示彩色圖像而且沒有前述的R、G、B并合結(jié)構(gòu)。
圖36是本實例另一種形式的液晶板的局部放大頂視圖。在此形式下，B像素作為第一色彩像素被設(shè)置在微透鏡22中心正下方的位置上，G像素作為第二色彩，在水平方向上與B像素交替地排列，而R像素作為第三色彩在垂直方向上與B像素交替的排列。
使B光束垂直地入射而R/G光束傾斜地(在不同的方向以相同的入射角)入射，這樣從構(gòu)成各圖像元素的R、G、B像素單元上反射的光束可以從同一個微透鏡射出，該配置同樣可以達到與前述實例相同的效果。另一個可能的配置是這樣的，即R像素作為第一色彩像素被設(shè)置在微透鏡中心正下方的位置上，其它色彩的像素分別以水平和垂直的方式與R像素交替地排列。本實施例顯示第七實施例的另一種形式。
圖37是一個本實例的液晶板20的主要部分的示意圖。該圖顯示了液晶板20的局部放大的橫截面。與實施例七不同之處在于玻璃片23作為對置的電極基底，而且采用一種熱塑樹脂，通過所謂的回流法，將微透鏡220制作在玻璃片23上。另外，采用一種光敏樹脂，通過光刻法將隔離柱251制作在沒有像素的部分。
圖38A顯示了液晶板20的局部頂視圖。從圖中可見，隔離柱251在預(yù)定的像素間距中，并在微透鏡220的角部沒有像素的區(qū)域。通過一個隔離柱251的38B-38B橫截面如圖38B所示。這樣形成的隔離柱251的密度將這樣確定，即它們制成矩陣的形式，其間隔最好為10至100個像素的間隔，隔離柱的數(shù)量要滿足與之矛盾的參數(shù)，即要使玻璃片23平整并便于液晶的注入。
在本實例中提供了一個金屬膜形式的光防護層221。它防止泄露光通過微透鏡的邊緣部分進入板中。這就防止了投影圖像的色飽和度的降級(由于原色光圖像光束的混合)以及由泄露光引起的對比度的降級。因此，當(dāng)投影型顯示裝置采用實施例7中的液晶板220時，可以獲得一個高質(zhì)量的清晰圖像。
從第一到第八實施例中可以理解，由于本發(fā)明在反射型液晶裝置中，有選擇性地采用動態(tài)和靜態(tài)移位寄存器作為水平驅(qū)動和垂直驅(qū)動的驅(qū)動電路，所以本發(fā)明能夠享有如下各種效果驅(qū)動電路是最佳化的、液晶顯示裝置的基片尺寸被減小、能量消耗低、可靠性高、并且設(shè)計的自由度高。
權(quán)利要求
1.一種矩陣基底，該矩陣基底包括多個排列在矩陣圖形中的像素電極、多個與所說像素電極相連的開關(guān)元件、多個用來給所說多個開關(guān)元件提供視頻信號的信號線、多個用來給所說多個開關(guān)元件提供掃描信號的掃描線、一個用來給所說多個信號線提供所說視頻信號的水平驅(qū)動電路、和一個用來給所說多個掃描線提供所述掃描信號的垂直驅(qū)動電路，其特征在于，所說水平驅(qū)動電路由動態(tài)型電路組成，而所說垂直驅(qū)動電路由靜態(tài)型電路組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的矩陣基底，其特征在于所說水平驅(qū)動電路和所說垂直驅(qū)動電路由移位寄存器組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的矩陣基底，其特征在于所說水平驅(qū)動電路由CMOS組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的矩陣基底，其特征在于所說水平驅(qū)動電路包括兩個水平驅(qū)動電路，所說像素電極在該兩個電路之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的矩陣基底，其特征在于所說水平驅(qū)動電路的輸出在兩個相鄰的輸出線之間暫時地相互重疊。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的矩陣基底，其特征在于所說水平移位寄存器有一個反相器，并且一個放大電路與該反相器相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的矩陣基底，其特征在于所說水平移位寄存器的電源電壓設(shè)置得比所說矩陣基底中的其它電源電壓低。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的矩陣基底，其特征在于所說水平驅(qū)動電路和所說垂直驅(qū)動電路中至少有一個由可以在兩個方向上傳輸信號的驅(qū)動電路組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的矩陣基底，其特征在于所說矩陣基底由半導(dǎo)體基底構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的矩陣基底，其特征在于所說矩陣基底由玻璃基底構(gòu)成。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的矩陣基底，其特征在于所說像素電極采用化學(xué)機械拋光方法形成。
12.一種液晶裝置，它包括一個矩陣基底，該矩陣基底包括多個排列在矩陣圖形中的像素電極、多個與所說像素電極相連的開關(guān)元件、多個用來給所說多個開關(guān)元件提供視頻信號的信號線、多個用來給所說多個開關(guān)元件提供掃描信號的掃描線、一個用來給所說多個信號線提供所說視頻信號的水平驅(qū)動電路、和一個用來給所說多個掃描線提供所說掃描信號的垂直驅(qū)動電路；和一種液晶物質(zhì)，該液晶物質(zhì)布置在所說矩陣基底和一個與其相對的對置基底之間；其特征在于，所說水平驅(qū)動電路由動態(tài)型電路組成而所說垂直驅(qū)動電路由靜態(tài)型電路組成。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的液晶裝置，其特征在于所說水平驅(qū)動電路和所說垂直驅(qū)動電路由移位寄存器組成。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的液晶裝置，其特征在于所說水平驅(qū)動電路由CMOS組成。
15.根據(jù)權(quán)利要求12的液晶裝置，其特征在于所說水平驅(qū)動電路包括兩個水平驅(qū)動電路，所說像素電極在該兩個電路之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求12的液晶裝置，其特征在于所說水平驅(qū)動電路的輸出在兩個相鄰的輸出線上暫時地相互重疊。
17.根據(jù)權(quán)利要求13的液晶裝置，其特征在于所說水平移位寄存器有一個反相器，并且一個放大電路與該反相器相連。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的液晶裝置，其特征在于所說水平移位寄存器的電源電壓設(shè)置得比所說液晶裝置中的其它電源電壓低。
19.根據(jù)權(quán)利要求12的液晶裝置，其特征在于所說水平驅(qū)動電路和所說垂直驅(qū)動電路中至少有一個由可以在兩個方向上傳輸信號的驅(qū)動電路組成。
20.根據(jù)權(quán)利要求12的液晶裝置，其特征在于所說矩陣基底由半導(dǎo)體基底構(gòu)成。
21.根據(jù)權(quán)利要求12的液晶裝置，其特征在于所說矩陣基底由玻璃基底構(gòu)成。
22.根據(jù)權(quán)利要求12的液晶裝置，其特征在于所說像素電極采用化學(xué)機械拋光方法形成。
23.一個包括由權(quán)利要求12陳述的液晶裝置的顯示裝置。
24.一種根據(jù)權(quán)利要求23的顯示裝置，其特征在于采用反射型液晶板作為液晶裝置，所說液晶板被從光源發(fā)出的光照射，并通過一個光學(xué)系統(tǒng)將反射光投影到一個屏幕上，從而在屏幕上顯示一個圖像。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的顯示裝置，其特征在于所說反射型液晶板包括一個像素單元矩陣，其中像素單元在基底上以預(yù)定的間距二維地排列，每個像素單元是這樣配置的即在第一、第二、第三這三個色彩像素中，第一和第二色彩像素的組合在第一方向上排列，而第一和第三色彩像素的組合在不同于第一方向的第二方向上排列，這樣共同享有第一像素；一個微透鏡陣列，其中多個微透鏡兩維地排列在基底上的像素單元之上，在第一方向和第二方向上所說微透鏡的間距等于兩個色彩像素的間距。
全文摘要
一種矩陣基底,該矩陣基底包括許多排列在矩陣圖形中的像素電極、多個與像素電極相連的開關(guān)元件、多個用來給所說眾多形狀元件提供視頻信號的信號線、多個用來給開關(guān)元件提供掃描信號的掃描線、一個用來給信號線提供視頻信號的水平驅(qū)動電路、和一個用來給掃描線提供掃描信號的垂直驅(qū)動電路,其中,水平驅(qū)動電路由動態(tài)型電路組成而垂直驅(qū)動電路由靜態(tài)型電路組成。
文檔編號G09F9/35GK1187632SQ9712281
公開日1998年7月15日 申請日期1997年10月17日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月18日
發(fā)明者市川武史, 宮脅守, 榑松克巳, 小山理 申請人:佳能株式會社