半导体显示装置及其驱动方法

专利名称：半导体显示装置及其驱动方法
技术领域：
本发明涉及一种通过成矩阵排列的象素来显示信息如图象的半导体显示装置。
近年来，制造半导体装置的技术得到迅速地改进，在这种半导体装置中，半导体薄膜形成在价廉的玻璃衬底上，如薄膜晶体管(TFT)。这是因为对有源矩阵型液晶显示装置(液晶板)的需求大大增加了。
有源矩阵型液晶板的结构是对数十至数百万个成矩阵排列的象素区的每一个设置一个TFT，并利用TFT的开关功能控制每个象素电极的充电和放电。
其间，人们对可被高速驱动的数字灰度系统有源矩阵型液晶显示装置投以关注。如

图1所示，传统的数字灰度系统有源矩阵型液晶显示装置包括一个源极信号行移位寄存器101，一个数字解码器102，闭锁电路103(LAT1)，闭锁电路104(LAT2)，闭锁脉冲行105，D/A转换电路106，源极信号行107，栅极信号行移位寄存器108，栅极信号行(扫描行)109，象素TFTs110等。
提供给数字解码器102的地址行1至4的数字灰度信号通过来自源极信号行移位寄存器101的计时信号被写入到LAT1中。
数字灰度信号向LAT1组中的写入大致终止的时间被认做一个行周期。也即，来自数字解码器102的灰度信号向图1中最左侧的LAT1写入的起始点和来自数字解码器102的灰度信号向最右侧的LAT1写入的结束点之间的时间间隔为一个行周期。
在数字灰度信号向LAT1组中的写入结束之后，闭锁脉冲与移位寄存器的工作时间同步电进入闭锁脉冲行105，使得写在存储器1组中的灰度信号立即全部传输到LAT2组中。
灰度信号向LAT2组中的传输完成后再通过来自源极信号行移位寄存器101的信号对提供给数字解码器102的灰度信号依次地执行向LAT1组中的写入。
在第二个一行周期中，根据与第二个一行周期的起始同步地传输到LAT2组中的灰度信号由D/A转换电路(数字一模拟转换电路)106选择灰度电压。
选取的灰度电压在一个行周期中提供给相应的源极信号行。
通过重复上述操作，图象被提供给液晶显示装置的整个象素部分。
但是，在前述的数字灰度液晶显示装置中，D/A转换电路的面积实际上比其他电路的面积要大，这妨碍了近年来对液晶显示装置极小化的要求。
近年来，随着被处理的信息量的快速增加，在增加显示容量(显示分辨率)和使得显示分辨率更精细方面已经做了设计。而且，随着显示容量的增加，D/A转换电路的数量也同样增加，使得降低驱动电路部分的区域最为急切。
此处，计算机通常采用的显示分辨率的例子将采用象素数目和标准名称表示在下面。象素数目(水平×垂直)标准名称640×400:EGA640×480:VGA800×600:SVGA1024×760 :XGA1280×1024 :SXGA例如，在XGA标准(1024×760象素)作为例子的情况下，在前述的驱动电路中，要求D/A转换器用于1024个信号行的每一个。
近来，同样在个人计算机领域中，因为广泛使用在屏幕显示不同特性的多个图象的软件，相应于分辨率比VGA或SVGA标准要高的XGA或SXGA标准的显示装置越来越普遍。
而且，投入使用的具有高分辨率的上述液晶显示装置还用作为电视信号显示而不是个人计算机中的数据信号显示。
近年来，为了在诸如高分辨率的TV(HDTV)或扩展分辨率的TV中显现漂亮的图片质量，一张图片的图象数据变成传统TV的几倍。可是，因为通过扩大屏幕，改进了可视性以及在一个显示装置上容易显示多张图片，增加了对大屏幕和高灰度的要求。
作为未来数字广播的TV(ATV)的显示分辨率标准，有希望的是1920×1080象素的标准，并且要求减少驱动电路部分的区域。
可是，如上所述，因为D/A转换电路所占的区域较大，当象素增加时，驱动电路部分的区域变得很大，这阻碍了对液晶显示装置的小型化。
本发明根据前述问题而提出，并且本发明的一个目的是在驱动电路部分通过降低D/A转换电路所占的区域以提供一个小的半导体显示装置，尤其是一个液晶显示装置。
根据本发明的一个方面，半导体显示装置包括一个D/A转换电路部分，其中该部分包含多个D/A转换电路，并且多个D/A转换电路的每一个顺序地使得由存储电路供给的数字灰度信号进行模拟转换。上述目的由此装置完成。
存储电路可包括多个闭锁电路。
根据本发明的另一个方面，半导体显示装置包括一个存储电路，以储存m个x位数字灰度信号(m和x为自然数)，和一个D/A转换电路部分，以使得由存储电路供给的m个x位数字灰度信号模拟转换，并且把模拟信号供给m个源极信号行，D/A转换电路部分包括n个D/A转换电路部分(n是自然数)，并且n个D/A转换电路部分的每一个顺序地使得m/n个x位数字灰度信号模拟转换，以供给相应于m/n个源极信号行的被转换信号。上述目的由本装置完成。
存储电路可包括多个闭锁电路。
仍然根据本发明的另一个方面，一种驱动半导体显示装置的方法包括对一个行储存m个x位数字灰度信号(m和x为自然数)的步骤，和在一个行周期内被n个D/A转换电路部分(n是自然数)的每一个顺序地使得m/n个x位数字灰度信号模拟转换，以传输相应于m/n个源极信号行的被转换信号的步骤。上述目的由此方法完成。
仍然根据本发明的另一个方面，一种驱动半导体显示装置的方法包括由来自移位寄存器的计时信号采样和储存m个x位数字灰度信号(m和x为自然数)的步骤，和被n个D/A转换电路部分(n是自然数)的每一个顺序地使得m/n个x位数字灰度信号模拟转换以传输相应于m/n个源极信号行的灰度电压的步骤。上述目的由此方法完成。
日本专利申请No.9-344351公开了一种D/A转换电路，该发明在此作为参考。另外，日本专利申请No.9-365054公开了一种D/A转换电路和半导体装置，该发明在此作为参考。另外，日本专利申请No.10-100638公开了一种用于半导体显示装置的半导体显示装置和驱动电路，该发明在此作为参考。
图1表示传统的数字灰度半导体显示装置的简图；图2表示根据本发明实施例的半导体显示装置的简图；图3是根据本发明实施例的半导体显示装置的源极信号行的计时图4是根据本发明实施例的D/A转换部分的结构图；图5是根据本发明实施例的D/A转换部分的计时图；图6A至6D是根据本发明实施例的半导体显示装置的制造步骤图；图7A至7D是根据本发明实施例的半导体显示装置的制造步骤图；图8A至8C是根据本发明实施例的半导体显示装置的制造步骤图；图9是根据本发明实施例的半导体显示装置的截面图；图10A至10C是根据本发明实施例的半导体显示装置的俯视图和侧视图；图11是根据本发明实施例的半导体显示装置的有源矩阵衬底的截面图；图12是根据本发明实施例的半导体显示装置的有源矩阵衬底的截面图；图13A至13F表示安装有本发明半导体显示装置的半导体装置的实例；图14是根据本发明实施例的半导体显示装置的局部结构图；图15是根据本发明实施例的半导体显示装置的框图；图16是根据本发明实施例的选择器电路(开关电路)的电路结构图；图17是根据本发明实施例的选择器电路(开关电路)的电路结构图；图18是根据本发明实施例的选择器电路(开关电路)的计时图；图19是根据本发明实施例的半导体显示装置的照片；图20是CGS的TEM照片；图21是高温多晶态硅的TEM照片；图22A和22B是CGS的电子束衍射图形和高温多晶态硅的照片；图23A和23B是CGS和高温多晶态硅的TEM照片。
(实施例1)在本实施例中，位于源极信号行侧的驱动电路(驱动器)中，对每四个源极信号行提供一个D/A转换电路，以便减少驱动电路中被D/A转换电路所占的区域。
在本实施例中，将对显示分辨率为1920×1080例子的液晶显示装置进行解释。将参见图2。图2是本实施例液晶显示装置的简图。参考数201表示源极信号行移位寄存器，202表示把数字灰度信号供给闭锁电路203(LAT1.0至LAT1.1919)的地址解码器。在本实施例中，虽然把4位数字灰度的驱动电路作为例子，但本发明不限于此，可应用于6位、8位、或其他数字灰度驱动电路。
参考数204表示闭锁电路(LAT2.0至LAT2.1919)，它根据来自闭锁脉冲行205的闭锁脉冲几乎立刻储存从LAT1组的LAT11.0至LAT1.1919传输的数据。信号行206把来自LAT2组的LAT2.0至LAT2.1919的灰度信号供给较低阶。在本实施例中，因为4位数字灰度信号被处理，所以四个信号行206由LAT2组的每一个予以扩展。虽然参考符号被顺序供给信号行206，但在图2中被略去。
图14表示图2中由LAT2组到源极信号行211的电路，同时注意最左边的D/A转换电路208。应当理解参考符号L0.0至L3.3被赋给信号行206。在指定信号行206的参考符号Lab中，“a”表示LAT2组中闭锁电路数，以及“b”表示0至3的由较高位到较低位的位数。
类似地，所有信号行被赋给参考符号L0.0至L1919.3。
被207表示的部分(虚线部分)为包括D/A转换电路208的D/A转换部分，开关电路209(虚线部分)，和开关电路210(虚线部分)。参考数211表示给定参考符号为S0至S1919的源极信号行。
在D/A转换部分207中，一个D/A转换电路208安装在LAT2组的每四个闭锁电路上(即，连接LAT2组LAT2.0至LAT2.1919的信号行L0.0至L1919.3的每16行)和信号行S0至S1919的每四个行上。因此，在本实施例中，安装了480(=1920/4)个D/A转换电路208。在图2中，连接最左边D/A转换电路208的开关电路209顺序地选择来自源于LAT2组四个闭锁电路的一个闭锁电路的位信号。开关电路210选择源极信号S0至S3中的一个。
参考数212表示提供扫描信号给扫描信号行213的栅极信号行移位寄存器。参考数214表示象素TFTs，其中的每个由象素和电极、液晶材料等一起组成。
下面，将描述本实施例半导体显示装置的操作。
首先，数字灰度信号由来自源极信号行移位寄存器201的计时信号从数字解码器202被顺序写入LAT1组。
数字灰度信号被写入LAT1组的大致结束时间为一个行周期。即，一个行周期是来自数字解码器的灰度信号向图1中最左侧的闭锁电路LAT1.0写入的起始点和来自数字解码器的灰度信号向最右侧的LAT1.1919写入的结束点之间的时间间隔。
在数字灰度信号向LAT1组中的写入结束之后，写入LAT1组中的灰度信号几乎立刻与供给闭锁脉冲行205的闭锁脉冲同步地传输给LAT2组。LAT2组储存灰度信号并传输灰度信号给信号行206。
灰度信号向LAT2组中的传输完成后再通过来自源极信号行移位寄存器101的信号对提供给数字解码器202的灰度信号依次地执行向LAT1组中的写入。
下面，将描述供给信号行206的灰度信号由D/A转换电路部分207被顺序转换成灰度电压并传输到源极信号行S0至S1919的操作，同时采用图3中最左侧开关电路209、D/A转换电路208、和开关电路210作为例子。
再次参见图14。在灰度信号再次顺序写入LAT1组的一个周期内，在D/A转换部分207中一个行周期被分成四部分，开关电路209的四个开关被顺序连接到信号行L0.0至L0.3，L1.0至L1.3，L2.0至L2.3，和L3.0至L3.3，并且开关电路210被顺序连接到源极信号行S0至S3。即，在第一个第四行周期内，开关电路209的四个开关同时选择来自闭锁电路LAT2.0的信号行L0.0至L0.3，并且开关电路210选择源极信号行S0。在此期间，供给闭锁电路LAT2.0的四位灰度信号同时被输入D/A转换电路208，并且在灰度信号被D/A转换电路208转换成模拟灰度电压后，灰度电压被传输到源极信号行S0。另一方面，虽然灰度信号被连续从闭锁电路LAT2.1至LAT2.3供到信号行L1.0至L3.3，但开关电路209不选择信号行L1.0至L3.3。在此期间，开关电路210不选择源极信号行S1至S3。
下面，在下一个第四行周期期间，开关电路209的四个开关同时从闭锁电路LAT2.1选择信号行L1.0至L1.3，并且开关电路210选择源极信号行S1。在此期间，供给闭锁电路LAT2.1的灰度信号被D/A转换电路208转换成灰度电压，然后，灰度电压被传输到源极信号行S1。另一方面，在此期间，灰度信号被连续供给来自闭锁电路LAT2.0，LAT2.2和LAT2.3的信号行LD.0至L0.3,L2.0至L2.3，和L3.0至L3.3，开关电路209不选择信号行L0.0至L0.3,L2.0至L2.3，和L3.0至L3.3。在此期间，开关电路210不选择源极信号行S1,S2和S3。
另外，在下一个第四行周期期间，开关电路209的四个开关同时从闭锁电路LAT2.2选择信号行L2.0至L2.3，并且开关电路210选择源极信号行S2。在此期间，供给闭锁电路LAT2.2的灰度信号被D/A转换电路208转换成灰度电压，然后，灰度电压被传输到源极信号行S2。另一方面，在此期间，灰度信号被连续从闭锁电路LAT2.0,LAT2.1和LAT2.3供到信号行L0.0至L0.3,L1.0至L1.3，和L3.0至L3.3，开关电路209不选择信号行L0.0至L0.3,L1.0至L1.3，和L3.0至L3.3。在此期间，开关电路210不选择源极信号行S1,S2和S3。
另外，在下一个第四行周期期间(即，一个行周期的最后第四行周期)，开关电路209的四个开关同时从闭锁电路LAT2.3选择信号行L3.0至L3.3，并且开关电路210选择源极信号行S3。在此期间，供给闭锁电路LAT2.3的灰度信号被D/A转换电路208转换成灰度电压，然后，灰度电压被传输到源极信号行S3。另一方面，在此期间，灰度信号被连续从闭锁电路LAT2.0至LAT2.2供到信号行L0.0至L0.3,L1.0至L1.3，和L2.0至L2.3，开关电路209不选择信号行L0.0至L0.3,L1.0至L1.3，和L2.0至L2.3。在此期间，开关电路210不选择源极信号行S0至S2。
通过上述操作，灰度电压对于每第四行周期被顺序传输到源极信号行S0至S3。电压通过传输到源极信号行的灰度电压被顺序供给象素TFTs，并且扫描信号被供给来自棚极信号行移位寄存器212的扫描行213，并且象素被切换。
上述操作同时对每四个闭锁电路LAT2.0至LAT2.1919执行。
当在一个周期内结束灰度电压向源极信号行的传输时，结束向LAT1组写入新的灰度信号，以便写入在LAT1组的灰度信号通过来自闭锁脉冲行205的闭锁脉冲被再次几乎立即传输到LAT2组。LAT2组储存新的灰度信号，并向信号行206连续供给灰度信号。
然后，如上所述，开关电路209和开关电路210开始选择信号行206的信号行L0.0至L3.3和源极信号行S0至1919。
图3表示传输到源极信号行S0至S1919数据的计时。虽然模拟灰度电压实际上供给源极信号行S0至S1919，但图3只表示当供给灰度电压时的计时。
上述操作对所有选择的扫描行进行以形成一个屏幕的图象。一秒钟形成一个图象60次。
此处，D/A转换部分207的电路结构将参见图4描述。为便于解释，虽然图2只表示最左边开关电源209，D/A转换电路208，和开关电路210，但提供了如图4所示每个具有相同结构的480个电路。另外，为便于解释，开关电路209用逻辑电路符号表示。因为已知的D/A转换电路可用于D/A转换电路208，此处略去对其的解释。
开关电路209包括四个信号行LS0至LS3，十六个2输入NAND电路(N0至N15)，和四个4输入NAND电路(4inN0至4inN3)。开关电路210包括八个信号行SS0至SS3及逆SS0至逆SS3，和每个由N通道TFT和P通道TFT构成的四个模拟开关(ASW0至ASW3)。传输给信号行SS0至SS3的逆信号被传输给信号行逆SS0至逆SS3。
同样如图4所示，来自LAT2组的信号行L0.0至L3.3和信号行LS0至LS3被输入2输入NANDs(N0至N15)。这些十六个2输入NANDs输出被输入给四个4输入NANDs(4inN0至4inN3)。
四个4输入NANDs的输出被输入给D/A转换电路208。
从D/A转换电路208的输出被输进四个模拟开关(ASW0至ASW3)。四个模拟开关被来自信号行SS0至SS3和逆SS0至逆SS3的信号所控制。
对所有闭锁电路LAT2(LAT2.0至LAT2.1919)的每四个安置上述结构。
图5表示输入到各个信号行的信号计时图。4位数字灰度信号被输入到LAT2组(LAT2.0至LAT2.1919)。输入到LAT2组的灰度信号对于每一个行周期重写进新的灰度信号。
因为一个Hi信号对于每个第四行周期被顺序输入到信号行LS0至LS3，所以供给LAT2组的4位数字灰度信号对于每个第四行周期被顺序输入到D/A转换电路208。
输入到D/A转换电路208的数字灰度信号被转换成模拟灰度电压，并且灰度电压被输入到较低的模拟开关ASW0至ASW3。模拟开关ASW0至ASW3被信号行SS0至SS3和它们的逆信号行SS0至SS3控制。通过顺序开启模拟开关ASW0至ASW3，对于每个第四行周期灰度电压被顺序输入给源极信号行S0至S3。
上述操作对来自LAT2组的所有灰度信号进行，并且灰度电压被传输到所有的相应源极信号行。虽然模拟灰度电压实际上供给源极信号行S0至S1919，但图3只表示当供给灰度电压时的计时。
在此方式中，对一个行周期开启象素TFTs。上述操作对所有被选择的扫描行(1080行)进行，以便形成一个屏幕(一帧)的图象。
在此实施例中，因为一秒钟形成一个屏幕60次，一帧周期是1/60=16.7毫秒。一个行周期是1/60/1080=15.4微秒，并且驱动各个象素的周期是1/60/1080/4=3.86微秒。对于有能力实现这样高速驱动的象素TFT所要求的特征是载流子迁移率为30cm2/Vs或更大。在下面描述的实施例2中，将描述可实现高速执行TFT的制造半导体装置的方法。
根据本实施例的驱动电路，因为可使在驱动电路中占有大面积的D/A转换电路的数目为传统驱动电路中的四分之一，即使考虑开关电路的增加，也有可能实现半导体显示装置的小型化。
在此本实施例中，虽然可使D/A转换电路的数目为传统驱动电路中的四分之一，在本发明中，D/A转换电路的数目可改变为其他数目。例如，在一个D/A转换电路被分配给八个源极信号行的情况下，在本实施例的半导体显示装置中，D/A转换电路的数目变为240，以使进一步降低驱动电路的面积成为可能。类似地，不限制本实施例有多少源极信号行被分配给一个D/A转换电路。
因此，在本发明半导体显示装置具有m个源极信号行(m是自然数)(换言之，在象素数目(水平×垂直)为m×任意数的情况下)的情况下，对一个行提供m个x位数字灰度信号(x是自然数)。在这种情况下，如果本发明的半导体显示装置包含有n个D/A转换电路(n是自然数)的D/A转换电路部分，则各个D/A转换电路把m/n个数字灰度信号顺序转换成模拟信号，并把模拟信号供给相应的m/n源极行。最好使用相应于数字灰度信号位数的D/A转换电路。
(实施例2)在本实施例中，将描述一种制造具有在本实施例1中使用的驱动电路的液晶显示装置的方法。
在此实施例中，多个TFTs形成在绝缘表面的衬底上并且象素阵列电路和包括驱动电路的周边电路以单块方式形成的实例将参见图6至9来描述。在此实施例中，一个作为基本电路的CMOS电路将作为周边电路的实例如驱动电路。在此实施例中，虽然将要描述分别包括一个栅极电极的P通道TFT和N通道TFT的电路的制造步骤，用这种方法还可制造每个包含多个栅极电极的TFTs的CMOS电路，如双栅极型。
参见图6A至6D。首先，石英衬底601备作绝缘表面的衬底。可采用形成热氧化膜的硅衬底以替代石英衬底。可是，可采用非晶态硅膜暂时形成在石英衬底，并且膜被完全热氧化以形成一个绝缘膜的方法。另外，可采用每个形成有氮化硅膜作为绝缘膜的石英衬底，陶瓷衬底，或硅衬底。
参考数602表示非晶态硅膜，并且作一调整以使最终的膜厚度(在考虑到膜减少随后热氧化之后确定膜厚度)变成10至75mm(最好15至45mm)。在成膜过程中，重要的是完全控制膜中杂质浓度。
在非晶态硅膜的成膜过程中，完全控制膜中杂质浓度是重要的。在本实施例的情况下，实施控制以使在非晶态硅膜602中阻碍晶化的杂质的每个C(碳)和N(氮)的浓度，变得小于5×1018原子/cm3(典型地为5×1017原子/cm3或更少，最好为2×1017原子/cm3)，并且O(氧)的浓度变为小于1.5×1019原子/cm3(典型地为1×1018原子/cm3或更少，最好为5×1017原子/cm3)。如果任一杂质的浓度超出上述值，则在随后的晶化中杂质具有不好的影响，并在晶化后可造成膜质量下降。在本特例中，膜中杂质的上述浓度被定义为SIMS(次级离子质谱)测量结果的最小值。
为了得到上述结构，最好定时地执行本发明采用的使得膜增长腔清洁的低压CVD熔炉的干燥清洁。膜增长腔的干燥清洁最好通过流过100至300sccm的ClF3(氯化氟)气体进入熔炉加热至200到400℃，并采用由高温分解产生的氟来执行。
根据本发明者的知识，在熔炉中温度为300℃且ClF3(氯化氟)气体流动为300sccm的情况下，有可能在4小时内全部去除厚度为2微米的碴壳(硅为主要成分)。
在非晶硅膜602中氢的浓度同样为非常重要的参数，且表现为氢含量较低时，可得到较高的可结晶性膜。因此，最好通过低压CVD方法形成非晶硅膜602。如果膜形成条件理想也可采用等离子CVD法。
下一步，非晶硅膜602被晶化。采用日本未审定的专利公开物No.Hei.7-130652所公开的技术作为晶化的方法。
虽然可采用实施例1和实施例2公开的技术，在本实施例中，最好采用实施例2提出的技术内容(在日本未审定的专利公开物No.Hei.8-78329中详细描述)。
根据日本未审定的专利公开物No.Hei.8-78329公开的技术，首先形成用于选择催化元素掺加区的掩模绝缘膜603。掩模绝缘膜603具有多个开口以掺加催化元素。晶体区域的位置可通过开口的位置来确定。
作为催化元素以促进非晶态硅膜的含镍(Ni)溶液通过旋转涂覆法被涂抹以形成一个含Ni层604。可采用不同于镍的钴(Co)，铁(Fe)，钯(Pd)，锗(Ge)，铂(Pt)，铜(Cu)，金(Au)，或其他作为催化元素。(图6A)作为前述催化元素掺加步骤，也可使用采用离子注入法或掺等离子法的保护掩模。在这种情况中，因为它容易减少掺加区的占有面积和控制侧面增长区的增长距离，当形成微小的电路时该方法成为有效技术。
下一步，在结束催化元素掺加步骤时，在450℃进行一小时脱氢，然后，在惰性气体、氢气、或氧气中以500至700℃(典型为550至650℃)进行4至24小时加热处理以晶化非晶态硅膜602。在此实施例中，在氮气中以570℃进行14小时的加热处理。
此时，非晶态硅膜602的晶化过程首先是由在掺入镍的区域605和606中产生晶核，以及形成几乎平行于衬底601的表面增长的晶体区607和608。晶体区607和608分布称为侧增长区。因为在侧增长区的各个晶体以比较均匀的状态增长，侧增长区具有总体晶化较高的优点(图6B)。
顺便提及，即使采用上述日本未审定的专利公开物No.Hei.7-130652的实施例1提出的技术的情况下，微观地形成一个称为侧增长的区的区域。
可是，因为晶核产生在表面无规则出现，很难控制晶体颗粒的边界。
在结束晶化加热处理后，掩模绝缘膜603被去除并形成图案，以便形成岛状物的由侧增长区607和608造成的半导体层(活性层)609、610、和611(图6C)。
此处，参考数609表示组成CMOS电路的N型TFT的活性层，610表示组成CMOS电路的P型TFT的活性层，和611表示组成象素矩阵电路的N型TFT(象素TFT)的活性层。
在形成活性层609、610和611后，在其上形成由含硅的绝缘膜制成的栅极绝缘膜612。
下面，如图6D所示，进行加热处理(对催化元素的吸气过程)以去除或减少催化元素(镍)。在此加热过程中，卤族元素加入处理空气中并且采用由卤族元素对金属元素的吸气作用。
为了有效得到由卤族元素的吸气作用，最好在温度超出700℃时进行上述加热处理。如果温度不高于700℃，在处理空气中分解卤族化合物将变得很困难，因此恐怕不能得到吸气作用。
因此，在本实施例中，加热处理在温度超出700℃时进行，最好为800至1000℃(典型为950℃)，以及处理时间为0.1至6小时，典型为0.5至1小时。
在此实施例中，给出了在950℃对含有0.5至10％体积百分比(在此实施例中，为3％体积百分比)的氯化氢(HCl)的氧气中进行30分钟热处理的实例。如果HCl的浓度高于上述浓度，在活性层609、610和611的表面产生相对于膜厚度的粗糙度。因此，这样的高浓度不是最好的。
虽然已描述了HCl气体被用作含卤族元素的化合物的实例，但可采用不同于HCl气体的其他从含卤族的化合物选择的一种或多种气体，如典型的HF、NF3、HBr、Cl2、ClF3、BCl3、F2、和Br2。
在此步骤中，可以想象以这种方式去除镍，即在活性层609、610和611中的镍被氯的作用下吸去并被转化为挥发性的氯化镍，挥发性的氯化镍被释放到空气中。通过此步骤，在活性层609、610和611中的镍浓度低于5×1017原子/cm3或更少。
顺便提及，5×1017原子/cm3值是SIMS(次级离子质谱)探测的低限。作为本发明试验产生的TFTs分析结果，当浓度不高于1×1018原子/cm3(最好为5×1017原子/cm3或更少)，镍对TFT特性的影响不可确定。可是，应该注意到本特例中杂质的浓度限定为SIMS分析的测量结果的最小值。
通过上述热处理，在栅极绝缘膜612和活性层609、610和611之间的界面处进热氧化反应，以便棚极绝缘膜612的厚度随热氧化膜厚度的增加而增加。当热氧化膜以此方式形成时，有可能得到具有低界面水平的半导体/绝缘界面。可是，还有可能在活性层的端部阻止较差热氧化膜的形成(薄边界)。
催化元素的吸气过程可在掩模绝缘膜603被去除之后和活性层形成图案之前进行。并且，催化元素的吸气过程可在活性层形成图案之后进行。另外，任何吸气过程可结合起来。
另外，下面过程也是有效的，即在上述卤族空气中的热处理后，在氮空气中大约950℃时热处理一小时以改进栅极绝缘膜612的膜质量。
顺便提及，还可由SIMS分析确定用于吸气过程的卤族元素在活性层609、610和611中保留有1×1015原子/cm3至1×1020原子/cm3的浓度。
然而，还可通过SIMS分析在那个时间确定，上述高浓度的卤族分布在活性层609、610和611以及由热处理形成的热氧化膜之间。
作为对其他元素的SIMS分析结果，还可确定以任何C(碳)、N(氮)、O(氧)、和S(硫)作为典型杂质的浓度小于5×1018原子/cm3(典型为1×1018原子/cm3或更少)。
下面，形成未示出的以铝为主要成分的金属膜，并且随后的栅极电极的原有的613、614和615形成图案。在此实施例中，采用含2％重量钪的铝金属膜(图7A)。
顺便提及，掺杂质的多晶硅膜可用于栅极电极，代替含铝的金属膜作为主要成分。
下面，通过日本未审定的专利公开物No.Hei.7-135318所公开的技术，形成多孔阳极氧化膜616、617和618、无孔阳极氧化膜619、620和621，和栅极电极622、623和624(图7B)。
用此法得到图7B所示的状态之后，下一步通过采用栅极电极622、623和624蚀刻栅极绝缘膜612，和多孔阳极氧化膜616、617和618作为掩模。然后多孔阳极氧化膜616、617和618被去除以得到图7C所示的状态。顺便提及，图7C中的参考数625、626和627表示处理后的绝缘膜。
下面，进行给定一种传导率的杂质添加步骤。作为杂质元素，对N型可采用P(磷)或As(砷)，对P型可采用B(硼)或Ga(镓)。
在此实施例中，杂质添加被分成两次进行。第一杂质添加(在此实施例中采用P(磷))以大约80KeV的高加速电压进行，以形成n区。进行调整以便在n区中的P离子浓度变成1×1018原子/cm3至1×1019原子/cm3。
另外，第二杂质添加以大约10KeV的低加速电压进行，以形成n+区。因为在那个时间加速电压较低，栅极绝缘膜作为掩模。进行调整以便在n+区中薄片电阻为500Ω或更少(最好为300Ω或更少)。
通过上述步骤，形成组成CMOS电路的N型TFT的源极区628、漏极区629、低浓度杂质区630、和通道形成区631。而且，定义了组成象素TFT的N型TFT的源极区632、漏极区633、低浓度杂质区634、和通道形成区635(图7D)。
在图7D所示的状态中，组成CMOS电路的P型TFT的活性层与N型TFT的活性层同样具有相同结构。
下面，如图8A所示，提供了覆盖N型TFTs的抗掩模，并添加了用于产生P型的杂质离子(在此实施例中采用硼)。
虽然此步骤类似前述杂质添加步骤同样被分成两次，因为N型必须被转换成P型，添加了浓度几倍于前述P离子添加浓度的B(硼)离子。
此方法中，形成了组成CMOS电路的P型TFT的源极区637、漏极区638、低浓度杂质区639、和通道形成区640(图8A)。
在以上述方式完成活性层之后，通过熔炉退火、激光退火、白炽灯退火等的结合激活杂质离子。同时，在添加步骤中受损害的活化层被修复。
下面，作为夹层绝缘膜641，形成氧化硅膜和氮化硅膜的夹层膜。下面，在夹层绝缘膜中形成接触孔之后，形成源极电极642、643和644，以及漏极电极645和646以得到如图8B所示的状态。可采用有机树脂膜作为夹层绝缘膜641。
在得到如图8B所示的状态后，形成由有机树脂膜制成并具有厚度为0.5至3μm的第二夹层绝缘膜647。可采用聚酰亚胺、丙烯醛基、聚酰亚胺酰胺等作为有机树脂膜。采用有机树脂膜的优点如下膜形成方法简单、膜厚度容易制得厚，因为相对介电常数较低可降低附加电容量，以及平展性好。
下面，由阴影性质制成并具有厚度为100nm的黑色掩模648形成在第二夹层绝缘膜647上。虽然在本实施例中钛膜被用作黑色掩模648，但可采用含有黑色色素的树脂膜等。
在形成黑色掩模648之后，形成由氧化硅膜、氮化硅膜和有机树脂膜或上述膜的夹层膜中的其中一种制成并具有厚度为0.1至0.3μm的第三夹层绝缘膜649。在第二夹层绝缘膜647和第三夹层绝缘膜649中形成接触孔，并形成具有厚度为120nm的象素电极650。根据本实施例的结构，在叠加象素电极的黑色掩模648处形成辅助电容量(图8C)。因为，本发明涉及透射型液晶显示装置，ITO的透明传导膜等被用作形成象素电极650的传导膜。
下面，整个衬底在氢气中以350℃温度加热1至2小时以氢化整个装置，以便膜中(特别是在活性层中)的悬挂键(未配对键)被补偿。通过上述步骤，有可能在相同的衬底上制造CMOS电路和象素矩阵电路。
下面，如图9所示，将描述基于通过上述步骤制造的有源矩阵衬底的液晶板的制造步骤。
取向膜651以图8C状态形成在有源矩阵上。在此实施例中，聚酰亚胺用于取向膜651。之后，制备相对的衬底。相对的衬底由玻璃衬底652、透明传导膜653、和取向膜654组成。
在此实施例中，那些液晶分子取向平行于衬底的聚酰亚胺膜被用作取向膜。顺便提及，在取向膜形成之后，进行摩擦过程以便液晶分子与固定的预倾角平行。
虽然根据需要彩色滤光片等可形成在相对衬底上，但此处略去。
下面，通过上述步骤得到的有源矩阵衬底和相对衬底通过已知的单元构成法(未示出)用密封利料、垫片等相互粘结。因此，液晶材料655被插入两个衬底之间，并用密封剂(未示出)完全密封。由此，完成如图9所示的透射型液晶板。
在此实施例中，液晶板被设计成用TN(扭转相列)模式来显示。因此，安置一对偏振板(未示出)，以使得液晶板以正交尼科耳方式被夹持在偏振板之间(一对偏振板的偏振轴以直角相交的状态)。
因此，应当明白在本实施例中，当不施加电压时，显示以液晶板变得以白色显示状态的正常白色模式来表示。
图10A至10C为表示被制造的液晶板外观的视图。在图10A至10C中，参数100表示石英衬底、1002表示象素矩阵电路、1003表示源极信号行驱动电路、1004表示棚极信号行驱动电路、和1005表示其他逻辑电路。参考数1006表示相对的衬底、1007表示FPC(柔性印刷电路)端。图10B是从图10A中的箭头A方向看去时的本实施例液晶板视图，以及图10C是从图10A中的箭头B方向看去时的液晶板视图。
虽然广义地看逻辑电路1005包括所有的由TFTs组成的逻辑电路，但为了从传统称为象素矩阵电路或驱动电路中区分逻辑电路，本发明中逻辑电路特定表示信号处理电路(LCD控制器、存储器、脉冲发生器等)，而不是象素矩阵电路或驱动电路的电路。
图10B和10C表示在本实施例的液晶板中，有源矩阵衬底只在接触FPC的端部表面处暴露。应当理解其他三个端部表面是贴合的。
图19是本实施例有源矩阵型液晶显示装置的照片。由图19，应当理解它显示了一个很好的核对图形。
此处，将描述根据本实施例制造法制造的半导体薄膜。根据本实施例的制造方法，有可能晶化非晶态硅膜并得到称为连续晶界晶体硅(所谓的连续晶界硅CGS)的晶体硅膜。
通过本实施例制造法得到的半导体薄膜的侧增长区具有由棒状或平展的棒状晶体结合制成的独特的晶体结构。它们的特征将在下面描述。本实施例的侧增长区具有微观的晶体结构，其中多个棒状(平展的棒状)晶体以几乎相互平行的方式排列并匀称朝向特定的方向。这可容易地通过用TEM(透射电子显微镜)观测确定。
本发明通过采用HR-TEM(高分辨率透射电子显微镜)详细观测到由本实施例制造法得到的半导体薄膜的晶界(图20)。在本发明特例中，晶界定义为形成在不同棒状晶体相互接触的界面处的晶界，除非另外给定。由此，认为晶界有不同的形式，例如，显微晶界通过各个侧增长区的碰撞形成。
前述的HR-TEM(高分辨率透射电子显微镜)是一种方法，其中样品被电子束垂直照射，并且原子和分子的排列通过采用透过的电子或弹性散射电子的界面来估计。通过采用此方法，有可能观测到晶格排列状态为晶格带。由此，通过观测晶粒边界，有可能得到晶界中束缚态原子。
由本发明得到的TEM照片(图20)中，观测至两个不同晶界(棒状晶界)在晶粒边界处相互接触的状态。此时。通过电子束衍射可以确定两个晶界几乎以{110}方向，虽然在晶体轴中包含了某些偏差。
如上所述通过TEM照片对晶格带的观测中，在{110}平面中观测到对应于{110}平面的晶格带。顺便提及，对应于{111}平面的晶格带表明为这样的晶格带，即当晶体颗粒沿晶格带方向切割时，{111}平面在截面上显现。根据简化的方法，有可能通过晶格带之间的距离确定晶格带对应于什么样的板。
此时，本发明者详细观测了通过本实施例制造方法得到的半导体薄膜的TEM照片，以及作为其结果，得到了非常有意思的结果。在照片中见到的两个不同的晶粒，可见对应于{111}板的晶格带。以及观测到晶格带非常明显地相互平行。
另外，不考虑晶界的存在，两个不同的晶粒相互连接以横截晶界。即，可以确定几乎所有的观测到的横截晶界的晶格带相互线性连续，尽管它们是不同晶粒的晶格带。
这样的晶体结构(晶界的精确结构)表明在晶界处两个不同的晶粒很好地相互接触。即，在晶界处晶格带相互连续连接，以便形成这样的结构使很难产生由晶体缺陷等造成的空陷水平。换言之，可以认为晶格带在晶界处具有连续性。
在图21中，为便于参考，本发明者对传统的多晶体硅膜(所谓的高温多品硅膜)进行了电子束衍射和HR-TEM观测的分析。其结果是，发现了晶格带在两个不同的晶粒中是随机的并且在晶界处很难很好地连续连接。即，发现了在晶界处晶格带不连续的许多部分，并且有许多晶体缺陷。
本发明者把类似于本发明半导体装置液晶板中采用的半导体薄膜，晶格带相互对应具有很好一致性的情况下的原子键状态，称为一致结合，并把在那个时间的化学结合称为一致键。相反，本发明者把通常在传统的多晶体硅膜中常见的晶格带不相互对应具有很好一致性的情况下原子键的状态，称为非一致结合，并把在那个时间的化学结合称为被非一致键(或未配对键)。
因为本发明使用的半导体薄膜在晶粒处有极好的一致性，前述的非一致键非常弱。本发明者对任意多个晶界的研究结果给出，非一致键与总键的比例为10％或更少(较好为5％或更少，最好为3％或更少)。即，总键的90％或更多(较好为95％或更少，最好为97％或更少)由一致键构成。
图22A表示对根据前述实施例的制造步骤形成的侧增长区通过电子束衍射的观测结果。图22B表示为比较而观测的传统多晶硅膜(称为高温多晶硅膜)的电子束衍射图形。
在如图22A和22B所示的电子束衍射图形中，电子束照射区域的直径为4.25μm，并聚集了足够大的区域的信息。在对任意多个部分的研究结果中此处的照片表示典型的衍射图形。
在图22A的情况中，因为对应于<110>的衍射点(衍射斑点)入射清晰，可以确定几乎所有的晶粒在电子束的照射区域以{110}取向。另一方面，在图22B所示的传统的高温多晶硅膜的情况下，在衍射点中未见一定的规律，并发现非{110}平面的平面取向晶粒为无规则混合。
类似地，本发明中采用的半导体薄膜的特征为虽然半导体薄膜包括晶界，但半导体薄膜表现出电子束衍射图案具有对{110}取向的有规则性。当电子束衍射图案与传统的相比较时，与传统的半导体薄膜的差异很清楚了。
如上所述，由上述实施例制造步骤制造的半导体薄膜为具有与传统的半导体薄膜很不同的晶体结构(晶界的精确结构)的半导体薄膜。本发明者解释了关于本发明以及日本专利申请Nos.Hei.9-55633,Hei.9-165216和Hei.9-212428中采用的半导体薄膜的分析结果。
而且，因为本发明中使用的上述半导体薄膜晶粒的90％或以上由一致键组成，所以它们很难作为阻止载体运动的势垒。即，可以讲实质上本发明使用的半导体薄膜中没有晶界。
虽然在传统的半导体薄膜中晶界作为阻止载体运动的势垒，但因为这种晶界实质上在本发明使用的半导体薄膜中不存在，因此可实现高载体移动性。由此，通过采用本发明使用的半导体薄膜制造的TFT电子特性表现得极有介值。这将在下面描述。因为本发明使用的半导体薄膜实质上可认为是单晶(因为实质上晶界不存在)，作为活性层的所采用半导体薄膜的TFT表现出与采用单晶态硅的MOSFET可比的电子特性。下面显示的数据由本发明者从TFTs试验得到。
(1)作为表示TFT开关特性的指数的亚阈值系数对N通道TFT和P通道TFT为小于60至100mV/decade(典型地为60至85mV/decade)。
(2)作为表示TFT操作速度的指数的场效迁移率(μFE)对N通道TFT为大约200至650cm2/Vs(典型为250至300cm2/Vs)，对P通道TFT为大约100至300cm2/Vs(典型为150至200cm2/Vs)。
(3)作为表示TFT驱动电压的指数的阈值电压(Vth)对N通道TFT为小于-0.5至1.5V和对P通道TFT为小于-1.5至0.5V。
如上所述，可确定本发明得到的TFT可实现极高的开关特性和高速的操作特性。
顺便提及，在CGS形成中，前述的在高于晶化温度的温度(700至1100℃)处的退火步骤在降低晶粒的缺陷方面起着重要作用。
图23A为当前述的晶化步骤结束时晶态硅膜的TEM照片，它被放大了25万倍。在晶粒中确定了由箭头表示的z字形缺陷(由对比度表现的黑色部分和白色部分)。
虽然这种缺陷主要为迭片结构缺陷，其中在硅晶格点阵面上原子的迭片顺序有差异，同样有断层等情况。图23A表明具有平行于{110}平面的缺陷平面的迭片结构缺陷。这可从z字形缺陷被弯曲成大约70°的事实得到肯定。
另一方面，如图23B所示，本发明采用的晶态硅中，被以相同的放大率放大，可肯定很难看见由迭片结构缺陷、晶粒断层等造成的缺陷，并且结晶度很高。在整个膜表面可见此趋势，并且在本环境中虽然很难把缺陷减少为零，但有可能把数目降低到实质为零。
即，在本发明半导体装置的液晶板中采用的晶态硅中，晶粒中的缺陷可降低到缺陷可忽略的程度，并且由于高度的连续性晶界不成为阻碍载体运动的势垒，以至于膜可认为是单晶体或实质上的单晶体。
类似地，在图23A和23B的照片所示的晶态硅膜中，虽然晶态晶界几乎连续，但在晶粒中缺陷数目存在很大差异。在图23B中所示的晶态硅膜的电子特性高于图23A所示的晶态硅膜的原因主要是缺陷数目的差异。
从上述可理解催化元素的吸气过程是形成CGS的不可缺少的步骤。本发明者考虑了在此步骤中所发生现象的下列模式。
首先，在图23A所示的状态中，在晶粒中催化元素(典型地为镍)在缺陷处(主要为迭片结构缺陷)被隔离。即，可以想象有许多具有Si-Ni-Si形式的键。
可是，当存在于缺陷中的Ni由催化元素的吸气过程带出而去除时，Si-Ni键被断开。由此，硅的剩余键立即形成Si-Si键并变得稳定。在此过程中，缺陷消失。
当然，虽然已知在晶态硅膜中的缺陷在高温处通过加热退火消失，但可假定因为键由于镍而被断开以及产生许多未配对键，因此可平稳地进行硅的再结合本发明者还考虑如下模型，即通过在高于晶化温度和粘附性增加的温度(700至1100℃)处热处理的晶态硅膜被结合到下层，以使得缺陷消失。
由此得到的晶态硅膜(图23B)具有在晶粒中缺陷数目远小于仅进行晶化的晶态硅膜数目(图23A)的特征。缺陷数目的差异表现为由电子自旋共振分析(电子自旋共振ESR)给出的自旋密度的差异。在本例中，本发明采用的晶态硅膜的自旋密度最大为1×1018转/cm3(典型为5×1017转/cm3或更少)。
本发明中采用的具有上述晶体结构和特征的晶态硅膜，被称为连续晶界晶体硅(连续粒硅CGS)。
(实施例3)在此实施例中，含有在实施例1中描述的驱动电路的半导体显示装置采用反向交错型制造。
将参见图11。图11是本实施例半导体显示装置有源矩阵衬底的截面图。在图中，CMOS电路表示为半导体显示装置驱动电路的典型电路。由象素TFTs构成的象素矩阵电路和其他周边电路也同时形成。
参考数1101表示衬底、1102表示下绝缘膜、1103和1104表示栅极电极、1105表示栅极绝缘膜、1106和1107表示N型TFT的源极/漏极区、1108和1109表示低浓度杂质区、1110表示通道形成区、1111和1112表示P型TFT的源极/漏极区、1113和1114表示低浓度杂质区、1115表示通道形成区、1116和1117表示通道阻塞、1118表示夹层绝缘膜、以及1119、1120和1121表示源极/漏极电极。通道阻塞1116和1117在N型和P型TFTs的通道形成区起掺杂掩模的作用。
本实施例的半导体活性层可通过实施例2的方法制成多晶体。
而且，本实施例的半导体活性层可通过激光退火技术制成多晶体。
其他结构同实施例2。
(实施例4)在此实施例中，含有在实施例1中描述的驱动电路的半导体显示装置采用不同于实施例3的反向交错型制造。
将参见图12。参考数1201表示衬底、1202表示下绝缘膜、1203和1204表示栅极电极、1205表示棚极绝缘膜、1206和1207表示半导体活性层、1208和1209表示n+层、1210和1211p+层、1212、1213、和1214表示源极/漏极电极、以及1215表示通道保护膜。
本实施例的半导体活性层可通过实施例2的方法制成多晶体。
而且，本实施例的半导体活性层可通过激光退火技术制成多晶体。
其他结构同实施例2。
(实施例5)在本实施例中，将描述开关电路的持定电路结构的实例。在此实施例中，将给出有源矩阵型半导体显示装置的主要部分的框图。移位寄存电路、闭锁电路等可参考实施例1。同样在此实施例中，有可能构造采用液晶作为显示媒介的有源矩阵型液晶显示装置。
参见图15。图15是本实施例有源矩阵型半导体显示装置的主要部分的框图。不同于实施例1的是源极信号行驱动电路被上下使用，以便象素矩阵电路被置于驱动电路之间，栅极信号行驱动电路被左右使用，以便象素矩阵电路被置于驱动电路之间，水平移位电路被用于源极信号行驱动电路安置了数字视频数据分配电路，等等。至于D/A转换电路，虽然此D/A转换电路在实施例1中使用，仍有可能设计成数字视频数据被分成较上位和较下位，并且通过第一和第二D/A转换电路将数字视频数据转换成模拟图象信号。最好把水平移位电路作为必要设计，但不总是要求采用该电路。
本实施例有源矩阵型半导体显示装置包括源极信号行驱动电路A1501、源极信号行驱动电路B 1511、栅极信号行区动电路A 1512、栅极信号行驱动电路B1515、象素矩阵电路1516、和数字视频数据分配电路1510。
源极信号行驱动电路A1501包括移位寄存电路1502、缓冲电路1503、闭锁电路(1)1504、闭锁电路(1)1505、选择器(开关)电路(1)1506、水平移位电路1507、D/A转换电路1508、和选择器(开关)电路(2)1509。源极信号行驱动电路A1501提供图象信号(灰度电压信号)给单数源极信号行。在此实施例中，等同于实施例1中解释的开关电路的电路将参考作为选择器电路。
将描述源极信号行驱动电路A1501的操作。起始脉冲和时钟脉冲输入给移位寄存电路1502。根据前述的起始脉冲和时钟脉冲移位寄存电路1502顺序提供计时信号给缓冲电路1503。
来自移位寄存电路1502的计时信号被缓冲电路1503缓冲。因为许多电路或部件在移位寄存电路1502和连接象素矩阵电路1516的源极信号行之间连接，荷载电容较大。安装此缓冲电路1503以阻止由大荷载电容引起的计时信号“滞后”。
被缓冲电路1503缓冲的计时信号提供给闭锁电路(1)1504。闭锁电路(1)1504包括每个处理2位数据的960闭锁电路。当输入计时信号时，闭锁电路(1)1504顺序接收由数字视频数据分配电路提供的数字信号并保存。
当结束数字信号写入闭锁电路(1)1504的所有闭锁电路的时间，被称为一个行周期(水平扫描周期)。即，一个行周期是把来自数字视频数据分配电路的数字视频数据写入闭锁电路(1)1504最左侧闭锁电路的起始点和数字视频数据写入最右侧闭锁电路的结束点之间的时间间隔。
在结束数字视频数据写入闭锁电路(1)1504之后，当闭锁脉冲流向闭锁脉冲行时写入闭锁电路(1)1504的数字视频数据几乎同时被传输并写入闭锁电路(2)1505，与闭锁电路(2)1505连接，并与移位寄存电路1502的操作计时同步。
通过来自移位寄存器电路1502的计时信号再次顺序执行由数字视频数据分配电路供给的数字视频信号的写入，进入闭锁电路(1)1504，其中闭锁电路(1)1504结束向闭锁电路(2)1505传输数字视频数据。闭锁电路(1)1504和闭锁电路(2)1505的操作与实施例1相同。
在第二个一行周期期间，与第二个一行周期的开始同步的传输给闭锁电路(2)1505的数字视频数据被选择器电路(1)1506顺序选择。本实施例选择器电路的结构和操作将在后面描述。
被选择器电路(1)1506选择、来自闭锁电路的2位数字视频数据供给水平移位电路1507。数据的电压水平由水平移位电路1507提高，并且数字视频数据供给D/A转换电路1508。D/A转换电路1508把2位数字视频数据转换成模拟信号(灰度电压)，以及模拟信号被顺序供给由选择器电路(2)1509选择的源极信号行。供给源极信号行的模拟信号被供给象素矩阵电路1516的象素TFT的源极区。
在棚极信号行驱动电路A 1512中，来自移位寄存器电路1513的计时信号供给缓冲电路1514，并供给对应的栅极信号行(扫描行)。一行象素TFTs的栅极电极与栅极信号行连接，并且因为此时所有的一行象素TFTs必须处于ON，所以采用了具有大电流容量的缓冲电路1514。
类似地，通过扫描来自棚极信号行移位寄存器的信号执行相应的TFTs的开关，来自源极信号行驱动电路的模拟信号(灰度电压)被供给象素TFTs，并驱动液晶分子。
参考数1511表示源极信号行驱动电路B，且其结构与源极信号行驱动电路A1501相同。源极信号行驱动电路B 1511把图象信号供给偶数源极信号行。
参考数1515表示栅极信号行驱动电路B，其结构与栅极信号行驱动电路A1512相同。在此实施例中，用此法将栅极信号行驱动电路安置在象素矩阵电路1516的两侧，且操作两个栅极信号行驱动电路，以便即使它们的其中一个不工作时，也不会造成低质量的显示。
参考数1510表示数字视频数据驱动电路。数字视频数据驱动电路是用于降低1/m由外侧输入的数字视频数据频率的电路。通过分配数字视频数据，驱动电路操作要求的信号频率也可降低1/m。
与本申请相同代理人的日本专利申请No.Hei.9-356238公开了数字视频数据分配电路被结合形成在相同衬底上作为象素矩阵电路或其他驱动电路。上述专利申请详细公开了数字视频数据分配电路，并且申请被参考用于理解本发明数字视频数据分配电路。
象素矩阵电路116具有在矩阵中有1920×1080象素TFTs排列的结构。
重复上述操作，重复的数目等于扫描行数，以便形成一个屏幕(一帧)。在本发明的有源矩阵型液晶显示装置中，在一秒内重写60帧的图象。
此处，将描述选择电路(1)1506和选择器电路(2)1509的结构和操作。选择器电路的基本概念与实施例1中描述的开关电路相同。在此实施例中，一个选择器电路(1)1506和一个选择器电路(2)1509用于每四个源极信号行。由此，240个选择器电路(1)1506和240个选择器电路(2)1509被用于源极信号行驱动电路A1501，以及240个选择器电路(1)和240个选择器电路(2)被用于源极信号行驱动电路B1511。
参考图16。为便于解释，图16只表示源极信号行驱动电路(A)的最左侧选择器电路(1)。实际的源极信号进行驱动电路安装了240个选择器电路。
如图16所示，本实施例的一个选择器电路(1)包括八个3输入NAND电路，两个4输入NAND电路，和两个变极器。来自闭锁电路(2)1505的信号输入给本实施例的选择器电路(1)1506，以及在来自闭锁电路(2)1505的信号行L0.0,L0.1,L1.0,L1.1……L1919.0,L1919.1中，信号行L0.0,L0.1,L1.0,L1.1,L2.0,L2.1,L3.0,L3.1与图16所示的选选器电路(1)1506相连。符号Lab表示数字视频数据的第b位信号被供给来自左侧的第a源极信号行。来自信号行SS1和SS2的计时信号被输入选择器电路(1)1506。来自选择器电路(1)1506的信号被输入水平移位电路1507，然后输入D/A转换电路1508。
此处，参见图17。图17表示选择器电路(2)1509。为便于解释，图17表示最左侧选择器电路(2)1509。实际的源极信号行区动电路安装了240个选择器电路。
如图17所示，本实施例的选择器电路(2)1509包括四个具有三个P通道TFTs和三个N通道TFTs的模拟开关，和三个变极器。由D/A转换电路1508转换成模拟信号的模拟图象信号被输入选择器电路(2)1509。
图18表示2位数据和输入给选择器电路(1)1506和选择器电路(2)1509的计时信号所计时图。参考符号LS表示闭锁信号，且是在一个行周期(水平扫描周期)的开始处供给闭锁电路(2)1505的信号。参考符号位0和位1表示从闭锁电路(2)1505输出的图象信号第零位和第一位数据。此处，如图16所示，假定数字信号A1和A0从与选择器电路(1)1506相连的闭锁电路(2)1505供给信号行L0.1和LO.0，数字信号B1和B0供给信号行L1.1和L1.0，数字信号C1和C0被供给信号行L2.1和L2.0，并且数字信号D1和D0被供给信号行L3.1和L3.0。
在选择器电路(1)1506中，根据供给SS1和SS2的计时信号，选择输出给位1和位0的信号。即，在第一(1/4)行周期内，A1被输出给位1，和A0被输出给位0。在下一个(1/4)行周期内，B1被输出给位1，和B0被输出给位0。在下一个(1/4)行周期内，C1被输出给位1，和C0被输出给位0。在最后的(1/4)行周期内，D1被输出给位1，和D0被输出给位0。类似地，在每(1/4)行周期内，来自闭锁电路(2)的数据被供给水平移位电路。
作为有能力用于D/A转换电路1508的D/A转换电路的实例，可引用与本申请相同代理人的日本申请No.Hei.9-344351和No.Hei.9-365054公开的D/A转换电路。在这些专利申请所公开的D/A转换电路中，如上所述，数字视频数据被分成较上位和较下位，并且通过采用两个D/A转换电路形成模拟图象信号。例如，在采用4位数字视频数据的情况下，数据可被分成较上2位和较下2位以进行D/A转换。
由D/A转换电路供给的模拟图象信号被选择器电路(2)1509选择，并被供给源极信号行。同样在此情况下，虽然在每(1/4)行周期内模拟图象信号被供给相应的源极信号行，但仅当模拟信号的电压完全由可解码信号(DE)完全确定时，模拟图象信号供给源极信号行。
顺便提及，在本实施例中，虽然被处理的是2位数字视频数据，但多于2位的数字视频数据也可被处理。
在本实施例中，因为每四个源极信号行安装一个D/A转换电路，通过采用开关电路可使得D/A转换电路的数目降为现有技术的四分之一。可是，在本发明中，D/A转换电路的数目可改变为其他数目。例如，在一个D/A转换电路被分配给八个源极信号行的情况下，在本实施例半导体显示装置中，D/A转换电路的数目变为240，以便实现进一步降低驱动电路的面积。类似地，本实施例不限于有多少源极信号行被分配给一个D/A转换电路。
因此，在本发明半导体显示装置具有m个源极信号行(m是自然数)的情况下(换言之，在象素数目(水平×垂直)为m×任意数的情况下)，对一个行提供m个x位数字灰度信号(x是自然数)。在这种情况下，如果本发明的半导体显示装置包含有n个D/A转换电路(n是自然数)的D/A转换电路部分，则各个D/A转换电路把m/n个数字灰度信号顺序转换成模拟信号，并把模拟信号供给相应的m/n源极行。顺便提及，最好根据数字灰度信号的位数来采用D/A转换电路。
根据本实施例，可使得在驱动电路中占有大面积的D/A转换电路的数目为现有技术的四分之一，即使考虑开关电路的增加，也可实现半导体显示装置的小型化。
(实施例6)虽然透射型液晶显示板已在实施例2至5中描述，但无疑实施例1的驱动电路也可应用于反身型液晶板。而且，铁电液晶、反铁电液晶等也可用于液晶物质。
另外，虽然液晶被用于前述实施例2至5中的显示介质，但实施例1的驱动电路可用于液晶混合层和高聚合体，即一种所谓的聚合体分散型液晶显示装置。而且，本实施例1的驱动电路可用于任何具有其他任何显示介质的显示装置，显示介质的光学特性可根据施加电压来调制。例如，场致发光元件、电致变色元件等可用于显示装置。
(实施例7)前述实施例1至6的半导体显示装置具有不同的用途。在本实施例中，将描述与半导体显示装置结合的半导体装置。
作为半导体装置，可列举摄像机、照相机、投影仪、头盔显示器、汽车导航系统、个人计算机、便携式信息终端(移动计算机、移动电话等)等。图13A至13F表示那些半导体装置的实例。
图13A表示由主体1301、声音输出部分1302、声音输入部分1303、半导体显示装置1304、操作面板1305、和天线1306构成的移动电话。
图13B表示由主体1401、半导体显示装置1402、声音输入部分1403、操作面板1404、电池1405、和图象接收部分1406构成的摄像机。
图13C表示由主体1501、镜头部分1503、图象接收部分1503、操作面板1504、和半导体显示装置1505构成的移动计算机。
图13D表示由主体1601、半导体显示装置1602、和支架部分1603构成的头盔显示器。
图13E表示由主体1701、光源1702、半导体显示装置1703、偏振光分束器1704、反射器1705和1706、和屏幕1707构成的背投式投影仪。顺便提及，在背投式投影仪中，当主体固定时，屏幕的角度最好根据观察者的位置而变化。
图13F表示由主体1801、光源1802、半导体显示装置1803、光学系统1804、和屏幕1805构成的前投式投影仪。
根据本发明的半导体显示装置，因为在驱动电路中占有较大的面积的D/A转换电路数目，与现有技术相比该数目可大大降低，因此可实现半导体显示装置的极小化。
权利要求
1．一种半导体显示装置，包括一个包含多个D/A转换电路的D/A转换部分，其特征在于多个D/A转换电路的每一个把由存储器电路供给的数字灰度信号转换成模似信号。
2．根据权利要求1的装置，其特征在于存储器电路包括多个闭锁电路。
3．一种半导体显示装置，包括一个用于储存m个x位数字灰度信号(m和x为自然数)的存储器电路；和一个D/A转换电路部分，用于把由存储器电路供给的m个x位数字灰度信号转换成模拟信号并用于给m个源极信号行提供模拟信号，其特征在于D/A转换电路部分包括n个D/A转换电路(n是自然数)，和n个D/A转换电路的每一个把m/n个x位数字灰度信号顺序转换成模拟信号并把模拟信号供给相应的m/n个源极信号行。
4．根据权利要求3的装置，其特征在于存储器电路包括多个闭锁电路。
5．一种驱动半导体显示装置的方法，包括步骤对一个行储存m个x位数字灰度信号(m和x为自然数)；和通过n个D/A转换电路(n是自然数)的每一个在一个行周期内把m/n个x位数字灰度信号顺序转换成模拟信号；和把模拟信号传输给相应的m/n个源极信号行。
6．一种驱动半导体显示装置的方法，包括步骤由来自移位移位寄存器的计时信号取样并储存m个x位数字灰度信号；通过n个D/A转换电路(n是自然数)的每一个把m/n个x位数字灰度信号顺序转换成模拟灰度电压；和把模拟电压传输给相应的m/n个源极信号行。
全文摘要
在数字灰度系统半导体显示装置的驱动电路中,对多个源极信号行安置一个D/A转换电路208,和以分时法驱动各个源极信号行。由此,可减少驱动电路中的D/A转换电路208数目,并达到半导体显示装置的小型化。
文档编号G09G3/36GK1213813SQ9812462
公开日1999年4月14日 申请日期1998年9月30日 优先权日1997年10月1日
发明者小山润, 纳光明, 浅见宗広 申请人:株式会社半导体能源研究所