專利名稱：有源矩陣襯底、使用此襯底的液晶裝置及其顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有源矩陣襯底，一種包括一個上述有源矩陣襯底和用來顯示圖像與字母的液晶的液晶裝置，以及一種包括一個上述液晶裝置的顯示裝置。
當(dāng)今世界已進(jìn)入一個所謂的多媒體時代，而在世界上，用來交換用作通信目的的圖像數(shù)據(jù)的器件和設(shè)備起著越來越重要的作用。在這一浪潮中，液晶裝置正引起關(guān)注，因為可以將他們制成薄且便攜的結(jié)構(gòu)，而且功耗低，以致生產(chǎn)這種設(shè)備的工業(yè)已變成可與半導(dǎo)體工業(yè)相比的主要工業(yè)之一。
目前，普遍將液晶裝置用于所謂的筆記本尺寸的個人計算機(jī)，這些計算機(jī)的尺寸有十英寸之短。另外，預(yù)計在電子工作站和一般具有大顯示屏的家庭電視機(jī)中，液晶將起到主要的作用。但是，大顯示屏需要的生產(chǎn)成本高，并需要滿足嚴(yán)格的電氣要求以驅(qū)動這樣一個大屏幕。根據(jù)經(jīng)驗，一般認(rèn)為一個液晶顯示板的生產(chǎn)成本與屏幕尺寸的平方或立方成正比。
因此，作為替代品，提出一個投影系統(tǒng)，將它設(shè)計成配備一個小的液晶顯示板并放大其上形成的圖像。這樣一個系統(tǒng)制作得很合理，主要是因為最近在尺寸精巧的半導(dǎo)體器件上所作的改進(jìn)，這些器件運(yùn)行極佳，并且生產(chǎn)成本低。
考慮到工藝性的改進(jìn)，越來越需要小的TFT，它們配備有一個令人滿意的驅(qū)動電源，這個電源用在包括TFT的液晶顯示板中。另外，TFT開始普遍使用多晶硅，而不再使用非晶硅。用來滿足NTSC制式的分辨率水平的視頻信號無需高速處理能力，該NTSC制式用于NTSC電視系統(tǒng)。因此，不但是TFT，而且那些包括移位寄存器與譯碼器的外圍電路的器件都可由多晶硅制成，以生產(chǎn)出一個整體地形成一個顯示區(qū)域和外圍驅(qū)動電路的液晶顯示裝置。
但是，多晶硅比單晶硅的運(yùn)行性能低，因此，為了實現(xiàn)電視機(jī)具有一個比NTSC制式所需水平高的分辨率水平，或為了實現(xiàn)計算機(jī)具有所謂XGA或SXGA級分辨率，例如，不得不把移位寄存器分為多組，將這多組分別獨立安裝，因此，出現(xiàn)了一個需解決的問題，即，在顯示區(qū)域中，沿著各個獨立的器件的邊緣就會出現(xiàn)象重影這樣的干擾現(xiàn)象。
為了要避開這個問題，已提出一個含具有高驅(qū)動電壓的單晶硅襯底的顯示裝置，用它來代替上述采用單晶硅的整體類型的顯示裝置。由于這種顯示裝置的外圍驅(qū)動電路的晶體管驅(qū)動電壓是令人滿意的，所以這里無需上述分離器件的方法，由此可以成功地避免干擾問題。
但是，由于液晶的驅(qū)動電壓相對較高，從而使晶體管必須有相應(yīng)較高的耐壓，所以對于已知的液晶顯示裝置來說，減小象素的尺寸已成為一個難以對付的問題。另外，如果減少了該裝置的導(dǎo)線和布線空間，那么，由于信號線的電容和電阻值的增加，就出現(xiàn)了難以減小信號線的時間常數(shù)的另一個問題，這一問題使得液晶顯示裝置無法具有小尺寸的芯片。再有，還有另外一個問題，即，一個液晶顯示裝置通常表現(xiàn)出一個大的視頻線電容，并需要一個大的驅(qū)動電壓用于外部驅(qū)動系統(tǒng)，這一問題還阻礙了在高速運(yùn)行和低生產(chǎn)成本上的努力。
鑒于上述情況，因此本發(fā)明的一個目的是提供一種液晶顯示裝置，它具有一個縮小的象素尺寸和一個減小的電容。這樣一種顯示裝置可以較好地顯示由小尺寸的芯片來確定的圖像。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種液晶顯示裝置，它具有一個減小的視頻線電容，并需較小的驅(qū)動電壓用于外部驅(qū)動系統(tǒng)，以實現(xiàn)高速運(yùn)行和低生產(chǎn)成本。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種有源矩陣襯底，它包括多條掃描線和多條信號線，在掃描線和信號線的交叉處分別設(shè)有晶體管，有與相應(yīng)的信號線相連的源極區(qū)和與相應(yīng)的掃描線相連接的柵極區(qū)，以及分別與晶體管的漏極區(qū)相連接的象素電極，其特征在于一個源極區(qū)由每對相鄰設(shè)置的晶體管共用，并連接到相應(yīng)的信號線上。
本發(fā)明還有一個目的，即提供一種液晶裝置，它包括一個有源矩陣襯底，該襯底包括多條掃描線和多條信號線，在這些掃描線和信號線的交叉處分別設(shè)有晶體管，有與相應(yīng)的信號線相連接的源極區(qū)和與相應(yīng)的掃描線相連接的柵極區(qū)，以及分別與晶體管的漏極區(qū)相連接的象素電極，在該有源矩陣襯底對面設(shè)有一個相對襯底，在該有源矩陣襯底和該相對襯底之間填有一種液晶材料，其特征在于一個源極區(qū)由每對相鄰設(shè)置的晶體管共用，并連接到相應(yīng)的信號線上。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點。
-可提高集成度，從而減小液晶顯示裝置的尺寸，即，是通過使該裝置的每對相鄰設(shè)置的象素開關(guān)晶體管共用一個公共源極區(qū)和一個公共源電極，或是共用一個公共漏極區(qū)和一個公共漏電極來實現(xiàn)的。
-可進(jìn)一步提高M(jìn)OS晶體管的集成度，這是通過以下方式來實現(xiàn)的，即，設(shè)置只含在象素電極之下的NMOS管的象素和那些只含在象素電極之下的PMOS管的象素，而不在每個象素電極的下面設(shè)置CMOS結(jié)構(gòu)的象素開關(guān)，因為消除了在不同極性MOS管相鄰設(shè)置時對用于隔離不同阱的區(qū)域的需要。因此，由于芯片尺寸的減小，可以減小象素的的尺寸，以獲得一個低成本、高清晰度的顯示裝置。
-可以減小信號線的寄生電容。一條信號線的電容主要由布線層的電容和源電極與和其相接的阱之間的結(jié)電容組成，后者被定為源極區(qū)表面積的一個函數(shù)。因此，用本發(fā)明可以顯著地減小源極區(qū)的電容。
-由于減小了信號線的電容，所以縮短了用來把信號從視頻線傳送到信號線的時間，由此實現(xiàn)了一個高速驅(qū)動動作。
-芯片的尺寸與視頻線的寄生電容還可以進(jìn)一步減小，因為，用本發(fā)明可以減小用來把視頻信號從視頻線傳送到信號線的傳送開關(guān)的尺寸。因此，可以節(jié)省用來把視頻信號加到顯示板的驅(qū)動器所需的功率，以獲得一個低成本的高速驅(qū)動系統(tǒng)。
-如圖3所示，一對晶體管僅需一個單獨的NMOS管的n+區(qū)。采用這種結(jié)構(gòu)，可以大大地減小信號線的寄生電容。更準(zhǔn)確地說，通過使每對晶體管共用一個公共源極，可以將信號線的寄生源電容減小一半。另外，當(dāng)每個源極由一對晶體管所共用時，可以沿信號線縮短顯示裝置的長度，從而縮短了信號線并由此減小了信號線的電容與電阻。因此，可以大大地改善信號線的信號寫入特性，以實現(xiàn)一個有細(xì)微漸變的信號的寫入動作。還有，可以顯著地提高生產(chǎn)量和生產(chǎn)效率，從而降低了按照本發(fā)明的顯示板的生產(chǎn)成本。
-由于改善的信號寫入特性與減小了的信號線的電容與電阻的共同作用，可以減小采樣開關(guān)的尺寸，從而減小了連接到用于模擬信號的采樣開關(guān)的源電極上的視頻信號線(視頻線)的電容，由此減小了外圍電路的負(fù)載與功耗率。最終的結(jié)果將是一個低成本、工作極佳的顯示板。當(dāng)顯示板包括大量象素以獲得一個更高的分辨率時，以上所指出的優(yōu)點將變得更加顯著與有效。
-上述結(jié)構(gòu)不僅可用于TFT，而且可用于NMOS晶體管和/或PMOS晶體管，這些晶體管直接形成于硅襯底。當(dāng)采用TFT時，如果與使用CMOS管作為象素開關(guān)的情況相比，則采用TFT的象素尺寸小，所以可以大大地減小信號線的電容與電阻，從而獲得一個具有高工作性能的液晶板，它適于高漸變信號的寫入動作。但是，應(yīng)注意到，與采用CMOS晶體管的情況不同，象素開關(guān)受襯底偏壓影響，所以需要一個高于寫入電壓的電源電壓，以使該液晶顯示板適用于低壓驅(qū)動方式。


圖1是本發(fā)明第一個實施例的電路原理圖，它對基本原理進(jìn)行解釋。
圖2A、2B、2C、2D、2E和2F是用于圖1所示電路的時序圖。
圖3是按照本發(fā)明的液晶裝置的第一個實施例的局部平面示意圖。
圖4是沿圖3實施例的線4-4的斷面圖。
圖5是按照本發(fā)明的液晶裝置的第二個實施例的局部平面示意圖。
圖6是按照本發(fā)明的液晶裝置的另一個實施例的局部平面示意圖，并對它的生產(chǎn)過程中的一步作了說明。
圖7是按照本發(fā)明的液晶裝置的再一個實施例的局部平面示意圖，并對它的生產(chǎn)過程中的一步作了說明。
圖8是按照本發(fā)明的液晶裝置的又一個實施例的局部平面示意圖，并對它的生產(chǎn)過程中的一步作了說明。
圖9是按照本發(fā)明的液晶裝置的一個實施例的電路原理圖，它包括外圍電路。
圖10是按照本發(fā)明的液晶裝置的示意性框圖。
圖11是按照本發(fā)明的液晶裝置的一個實施例的電路原理圖，它包括一個同步電路。
圖12是一個可用于本發(fā)明目的的液晶板的平面示意圖。
圖13A和圖13B是來確定用于生產(chǎn)按照本發(fā)明的液晶裝置的蝕刻加工合格與否的曲線圖。
圖14是一個包括本發(fā)明的液晶裝置的液晶投影儀的原理圖。
圖15是圖14所示的液晶投影儀中所設(shè)的電路的示意性框圖。
圖16A、16B和16C是表示按照本發(fā)明的投影型顯示裝置的原理圖。
圖17A、17B和17C是表示可用于按照本發(fā)明的投影型顯示裝置的分光鏡的光譜反射性的曲線圖。
圖18是按照本發(fā)明的投影型顯示裝置的色分離/照射部分的原理圖。
圖19是按照本發(fā)明的液晶板的斷面示意圖。
圖20A、20B和20C是表示按照本發(fā)明的液晶板的色分離與色合成的基本原理的圖。
圖21是按照本發(fā)明的液晶板的放大的局部平面示意圖。
圖22是按照本發(fā)明的投影型顯示裝置的投影光學(xué)系統(tǒng)的原理圖。
圖23是按照本發(fā)明的投影型顯示裝置的驅(qū)動電路系統(tǒng)的框圖。
圖24是一個投影在按照本發(fā)明的投影型顯示裝置的顯示屏上的圖像的放大示意圖。
圖25是按照本發(fā)明的液晶板的放大的局部平面示意圖。
圖26是按照本發(fā)明的液晶板的斷面示意圖。
圖27A和27B分別是按照本發(fā)明的液晶板的放大的局部平面示意圖和放大的斷面圖。
圖28是一個已知的含微型透鏡的透射型液晶板的放大的局部斷面?zhèn)纫暿疽鈭D。
圖29是一個投射圖像的放大的局部示意圖，該圖像是通過使用一個含微型透鏡的透射型液晶板來實現(xiàn)的一個已知的投影型顯示裝置來獲得的。
現(xiàn)在，將參照說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例的附圖，對本發(fā)明進(jìn)行描述，但是應(yīng)注意到本發(fā)明并不局限于此。
在以下的描述中，按照本發(fā)明的液晶顯示板的實施例包括半導(dǎo)體襯底，不過也可以用諸如透明玻璃襯底之類的其它襯底來替換。
另外，在以下的描述中，將MOSFET和TFT用作液晶板的開關(guān)器件，不過也可以用諸如二極管之類的二端器件來替換。
如下文所述的液晶板的實施例，可應(yīng)用于家用電視機(jī)、投影儀、頂裝顯示器(head mount display)、3維畫面電視游戲機(jī)、袖珍計算機(jī)、電子筆記本、遠(yuǎn)距離通訊會議系統(tǒng)、汽車導(dǎo)航系統(tǒng)和飛機(jī)的儀表盤。
〔實施例1〕現(xiàn)在，將參照圖1來描述本發(fā)明的第一個實施例或?qū)嵤├?。
在第一實施例中，用CMOS晶體管柵極型開關(guān)器件作為象素開關(guān)。
圖1是說明本發(fā)明原理的電路原理圖，它實際上是一個液晶顯示板的象素部分的局部等效電路，通?？蓪⒃撘壕э@示板用于液晶投影儀。
參見圖1，有信號線101與118、象素部分的開關(guān)晶體管107至111、液晶組件115與117、存儲電容114與116、驅(qū)動線(掃描線)102至106、P型區(qū)112和N型區(qū)113與119。在本實施例中，通過聯(lián)接PMOS晶體管107和NMOS晶體管108來形成一個象素開關(guān)。
圖2A至2F是用于圖1電路的時序圖。
參見圖2A至2F，首先把一個使象素開關(guān)晶體管107與108導(dǎo)通的信號同時加到驅(qū)動線102與103上(圖2A與2B)。按順序驅(qū)動水平移位寄存器，來將該信號傳送到在這種導(dǎo)通狀態(tài)下的信號線上，從而改變信號線101的電位(圖2E)，以便在存儲電容中累積電荷。因此，在液晶組件115上加有一個電壓。接著，改變信號線118的電位(圖2F)，并將改變的電位按順序?qū)懙较笏厣?。?dāng)在整條線上的象素上寫入電位的動作完成時，關(guān)閉驅(qū)動線102與103，并在此時將一個用來使象素開關(guān)晶體管109與110導(dǎo)通的信號加到驅(qū)動線104與105上(圖2C與2D)。之后對每條線重復(fù)執(zhí)行同樣的操作過程，直到將改變的電位寫到板的所有象素上為止。然后，再重復(fù)執(zhí)行上述運(yùn)行程序。
本電路結(jié)構(gòu)的一個特征方面在于，一對象晶體管108與109那樣相鄰設(shè)置的象素開關(guān)晶體管共用一個公共源電極。如果晶體管108與109共用一個公共源電極，則當(dāng)寫入信號線101的電位A時，晶體管107與108是導(dǎo)通的，從而把電位A寫到存儲電容114上，但是因為晶體管109是“關(guān)閉”的，所以電位A不能寫到存儲電容116上。
圖3是本實施例的一個裝置的平面示意圖而圖4是沿圖3中的線4-4的斷面圖。
參見圖3與4，參考數(shù)字1000代表一個PWL區(qū)，在PWL1000中設(shè)有NMOS晶體管1005與1006。另一方面，在一個N型阱或一個N型襯底上設(shè)有PMOS晶體管1022與1023。
NMOS管1005的柵電極1009與柵極線1020相連，而通過一個布線層(圖中未示)將漏電極1013連接到象素電極1001上。源電極1014與一條通過一個布線層(圖中未示)形成的信號線相連。
另一方面，MNOS管1006的柵電極1010與柵極線1021相連，而通過一個布線層(圖中未示)將漏電極1015連接到象素電極1003上。
應(yīng)注意到，NMOS晶體管1006與1005共用一個公共源電極1014。
同時，PMOS管1022的柵電極1007與柵極線1011相連，而通過一個布線層(圖中未示)將漏電極1016連接到NMOS管1006的漏電極1015上并連接到象素電極1003上。源電極1017與通過一個布線層(圖中未示)形成的一條信號線相連。
另一方面，PMOS管1023的柵電極1008與柵極線1012相連，而通過一個布線層(圖中未示)將漏電極1018連接到象素電極1019上。
應(yīng)注意到，PMOS晶體管1022與1023共用一個公共源電極1017。
因此，可以很密地設(shè)置MOS晶體管，從而達(dá)到一個高的集成度，這是通過把一個只裝有位于象素電極下的一個NMOS管的象素與一個只裝有位于象素電極下的一個PMOS管象素并排設(shè)置、而避免設(shè)置裝有位于象素電極下的CMOS型象素開關(guān)的每一個象素來實現(xiàn)的。通過消除用來隔離不同阱(當(dāng)把具有不同極性的MOS晶體管并排設(shè)置時，認(rèn)為這些阱是必須的)的一個區(qū)域，使得這一點成為可能。因此，可以大大地減小每一個芯片與每一個象素的尺寸，以獲得一個低成本、高清晰度型的顯示裝置。
還應(yīng)注意到NMOS晶體管1005與1006共用一個公共源極區(qū)1014，PMOS晶體管1022與1023共用一個公共源極區(qū)1017，以提供一個較高的集成度。將參照圖4對此進(jìn)行描述，圖4表示沿圖3中的線4-4的斷面圖。如圖4所示，在PWL1000中設(shè)置有NMOS晶體管1005與1006，且它們共用一個公共源電極1014。每個NMOS管的源極/漏極區(qū)包括高濃度N型半導(dǎo)體區(qū)1100、1101與1102，以及低濃度N型半導(dǎo)體區(qū)1103。通過設(shè)置一個低濃度區(qū)來改善源極和漏極的擊穿電壓，可以采用象掩模偏置(mask offset)、DDD或側(cè)壁LDD這樣適當(dāng)?shù)姆椒▉硇纬梢粋€低濃度區(qū)。
通過參照圖4所示的斷面圖，對使用公共源極區(qū)和不使用公共源極區(qū)的情況進(jìn)行比較。例如，低 濃度區(qū)1103和高濃度n型區(qū)1101分別具有2μm和4μm的寬度，而接觸尺寸為2μm，LOCOS的器件隔離寬度也為2μm，在NMOS管1005的柵極1009和NMOS管1006的柵極1010之間的距離就為2+4+2＝8μm(當(dāng)采用公共源區(qū)時)，以及2(低濃度n型區(qū))
+4(高濃度n型區(qū))+2(器件隔離區(qū))+4(高濃度n型區(qū))+2(低濃度n型區(qū))＝14μm(當(dāng)不采用公共源區(qū)時)。
因而，使用了公共源極區(qū)的情況下使尺寸減小了6μm。同樣地，PMOS管也可以共用一個公共源極區(qū)。
另外，本實施例可以減小信號線的寄生電容。每條信號線的電容主要包括布線層的電容和連到信號線上的源電極與阱之間的結(jié)電容。將結(jié)電容大體上確定為源極區(qū)的一個面積函數(shù)，因此，按照本發(fā)明的，從以上8μm和14μm這兩個值，得出，源極區(qū)的電容為可比已知器件的相應(yīng)源極區(qū)電容的8/14＝57％。
如果一條信號線的電容的一半為源極區(qū)的結(jié)電容，則本發(fā)明可將一條信號線的電容減小到一個可比已知器件的電容的85％。
減小的信號線電容可以由此減少將視頻信號從視頻線傳送到信號線所需的時間，以實現(xiàn)顯示板的高速驅(qū)動運(yùn)行。另外，可以減小傳送開關(guān)的尺寸，該開關(guān)用來將視頻信號及視頻線傳送到信號線，從而減小芯片的尺寸和視頻線本身的寄生電容。因此，可以減小用來將視頻信號加到顯示板的所需驅(qū)動器的功率，以實現(xiàn)低成本的驅(qū)動系統(tǒng)的高速運(yùn)行狀態(tài)。
如圖3所示，一個單n+區(qū)只用于一對NMOS晶體管。
如上所述的設(shè)置，可以大大減小一條信號線的寄生電容。更準(zhǔn)確地說，可以通過采用一個單個的公共源電極只用于一對與其相連的晶體管的方法，來大大減小一條信號線的源極電容。另外，通過使用公共源電極，可以縮短每條信號線的長度，從而可以顯著地縮短信號線的總長度，并由此顯著地減小信號線的總電容，由此減少信號線的總電阻。因此，可以大大地改善信號線的信號寫入特性，以實現(xiàn)一個精確的、順次進(jìn)行信號寫入的工作狀態(tài)。采用尺寸上減小的芯片將會獲得高生產(chǎn)量和高生產(chǎn)效率。從而使按照本發(fā)明的顯示板的生產(chǎn)成本更低。除了縮小尺寸的芯片之外，作為改善的信號寫入特性和減小的信號線電容與電阻可以縮小采樣開關(guān)的尺寸，從而減小了用來傳送模擬信號、連接到采樣開關(guān)的源電極的視頻信號線(視頻線)的電容，以減小外圍電路的負(fù)載和功耗比。最后的結(jié)果是一個低成本的、工作極好的顯示板。當(dāng)顯示板包含大量的象素以獲得更高的分辨率時，上面所指出的優(yōu)點將變得更顯著和有效。
現(xiàn)在，將詳細(xì)描述一個按照本發(fā)明的液晶顯示板，它包括符合XGA標(biāo)準(zhǔn)的、總數(shù)為1024×768個的象素。
參見圖3，通過采用一個公共源極區(qū)用于一對晶體管的方式，可以將一個象素的尺寸定為一個20μm寬的正方形。如果不用公共源極區(qū)，則象素將為一個23μm寬的正方形。然后，由于源極電容和導(dǎo)線將分別減小到57％和20/23，從而信號線的電容就會比未使用公共源極區(qū)的電容減小了15％，如果采用相同的導(dǎo)線寬度，則導(dǎo)線電阻將會減小到20/23或大約13％，從而使CR值減小了25％之多。
最后，當(dāng)不采用公共源極區(qū)時，在液晶顯示板中由象素所占據(jù)的面積為17.664mm×23.552mm，而當(dāng)采用一個公共源極區(qū)用于一對晶體管的方式時，面積則為15.36mm×20.48mm或前者的3/4。因而，可以清楚地了解如上所指出的本發(fā)明的優(yōu)點，由此本發(fā)明可以提供一個低成本的、具有高的分辨率的液晶顯示板。
〔實施例2〕本實施例包括TFT(薄膜晶體管)，它們由多晶硅或非晶硅制成，作為象素開關(guān)晶體管。
圖5表示一個液晶裝置的平面示意圖，說明了該裝置的一些特征方面。
參見圖5，有信號線201、用于一對象素TFT的公共源極區(qū)200、具有電極1(207)的TFT的漏極203、具有電極2(208)的TFT的漏極204和一對驅(qū)動線(掃描線)205與206，其中驅(qū)動線205相當(dāng)于含203與202的TFT的柵極線，而驅(qū)動線206相當(dāng)于含208與202的TFT的柵極線。參考數(shù)字207與208分別代表反射電極，電極1(207)聯(lián)接到漏極203上。
本實施例與實施例1的驅(qū)動方式大體上相同。更準(zhǔn)確地說，驅(qū)動線205相當(dāng)于圖2A中的驅(qū)動線102，而驅(qū)動線206相當(dāng)于圖2C中的驅(qū)動線206。本發(fā)明無需驅(qū)動線103與105。
以上的結(jié)構(gòu)不僅可以用于TFT，而且可用于NMOS或PMOS晶體管，它們直接形成于硅晶片上。
本實施例的象素尺寸比實施例1中的象素尺寸減小得還要多，在本實施例中，把CMOS晶體管用作象素開關(guān)，以使信號線的電容和電阻減小得更多，從而以一個增強(qiáng)的灰度將信號寫在一個液晶顯示板上，可以降低的成本生產(chǎn)該種板，以使其工作效率高。
與實施例1不同，本實施例的特征在于一個高的電源電壓，所以，由于每個象素開關(guān)都受襯底的偏壓作用，該電壓可大于信號寫入電壓，因此，本實施例適用于低壓液晶驅(qū)動模式。
現(xiàn)在將參照圖6描述制作透射型液晶裝置的方法，該裝置把多晶硅用作開關(guān)晶體管的半導(dǎo)體層。
首先，將劑量為9×1012/cm2、具有60Kev的硼離子摻雜進(jìn)一個n型或p型襯底201中，以制成一個p型阱區(qū)(或一個n型阱區(qū))204。在1150℃下、在一個含較低程度增加的氧的環(huán)境中激勵離子約840分鐘，不過可以改變以上數(shù)值。然后，形成襯底氧化膜和氮化膜，并制作圖案，以制成一個場氧化膜(field oxide film)202。此后，在一個象素區(qū)中形成一個氮化膜150和一個氧化膜111，并制作圖案(或者可以通過氧化氮化膜來形成氧化膜)。
此后，在像素區(qū)部分中淀積多晶硅以形成晶體管。例如，在0.1至1.0乇的減小壓力下、600至700℃下，通過熱解硅烷氣(在一個CVD裝置中用氮來使它變稀)，可以形成一個多晶硅淀積層，其厚度為50到400nm，不過也可以采用其它方法。然后，施加抗蝕劑并制作圖案。在對淀積的多晶硅制作圖案之后去除該抗蝕劑。同時用TFT(薄膜晶體管)區(qū)和用于該象素區(qū)的外圍電路區(qū)形成柵極氧化膜105與160。為了增大TFT區(qū)中多晶硅的顆粒尺寸，最好在一個含氧的環(huán)境中作氧化處理，不過也可以適當(dāng)采用其它的條件。例如，可以在氧氣環(huán)境或是氧與氫的混合氣體中、在850℃和1200℃之間的溫度下作氧化處理。還可以用NSG淀積法來形成膜。此后，形成多晶硅淀積層106和206，它們作為柵電極；在外圍電路部分和象素部分中的源極/漏極區(qū)通過摻雜離子來形成。例如，通過摻雜劑量為5×1015/cm3，具有95Kev的磷離子，可以形成NMOS源極/漏極區(qū)103、203b；而通過摻雜劑量為3×1015/cm2，具有100Kev的BF2離子，可以形成PMOS源極/漏極區(qū)。在此過程中，最好通過用NLD或PLD形成低濃度區(qū)107、203a的辦法來抑制漏電流。然后，在用BPSG(硼-磷硅化玻璃)、BSG(非摻雜硅化玻璃)或PSG(磷硅化玻璃)一般形成約600nm厚度的層間絕緣膜110之后，將其制作成一個接觸孔的圖案，然后形成一個布線層。在本實施例中，采用鋁金屬線108，它通過把氮化鈦作為阻擋層來將金屬摻雜有濃度為0.5％到2％的硅。普遍把這種材料作為電極用于半導(dǎo)體和TFT加工過程，不過可以適當(dāng)?shù)赜闷渌匿X合金、鎢、鉭、鈦、銅、鉻、鉬或它們中任何一個的硅化物來代替。在制作電極層圖案之后，形成另一個層間絕緣膜601，并且為了制作圖案，在其后表面設(shè)置了蝕刻掩模。接著，通過濺射淀積出一個鈦膜602，把它當(dāng)作光屏蔽膜并對其制作圖案。此后，通過分解硅烷氣與氨氣或氧化氮氣的混合氣、在200至400℃的溫度下形成一個淀積層，形成一個絕緣膜109，以產(chǎn)生一個電容。然后，通過在氫氣中或在氫氣與諸如氮氣的惰性氣體的混合氣體中，在350至500℃下加熱處理多晶硅10至240分鐘，來使該多晶硅氫化。在形成一個通孔之后，形成ITO電極508，它作為透明電極。此后，在它與相對電極之間注入液晶，并且蝕刻其后側(cè)，直到象素部分的氧化膜處。
現(xiàn)在，將參照圖7描述制備一個液晶裝置的過程，該裝置將低溫多晶硅用于TFT。
首先，對一塊玻璃襯底111作緩沖氧化(buffer oxidation)，然后用普通的LPCVD方法在其上形成一個50nm厚的a-Si膜淀積層。此后，通過用氟化氪準(zhǔn)分子激光器照射它，來形成一個多晶硅層103。然后，形成一層厚度為10至100nm的氧化膜105，以制成一個柵極氧化膜。在形成柵電極106之后，通過摻雜離子形成源極/漏極區(qū)(152、103、107)。一般地，在通過在一個氮氣環(huán)境中退火以活化這些雜質(zhì)之后，形成一個500nm厚的絕緣層110。接著，通過制作圖案形成一個接觸孔并形成布線層108a和108b。更準(zhǔn)確地說，在用濺射的方法通過淀積來形成一個用作層108a的氮化鈦膜后，還用濺射的方法通過淀積來形成用作層108b的鋁-硅膜，并同時對兩層一起制作圖案。
接著，通過濺射淀積出一層鈦膜602，將它作為光屏蔽膜，然后對其制作圖案。此后，通過分解硅烷氣與氨氣或氧化亞氮氣的混合氣體、在200至400℃的溫度下形成一個淀積層，來形成一層絕緣膜109，以產(chǎn)生一個電容。然后，通過在氫氣中或在氫氣與諸如氮氣的惰性氣體的混合氣體中，在350至500℃下加熱處理多晶硅10至240分鐘，來使該多晶硅氫化。在形成一個通孔之后，形成作為透明電極的ITO電極508。此后，在它與對電極之間注入液晶611。一般地，對電極是通過在玻璃襯底621上形成黑色矩陣622、濾色器623、ITO透明公共電極624、抗蝕劑625和取向膜626來制備的。
〔實施例3〕圖8是按照本發(fā)明的一個典型液晶板的斷面示意圖。
參照圖8，有一個半導(dǎo)體襯底1，p型阱與n型阱2、2’，晶體管的漏極3、3′，柵極4和源極區(qū)5、5’。
從圖8中可見，由于在顯示區(qū)的晶體管上施加了20到35V之間的高電壓，所以源極/漏極層并不與柵極對準(zhǔn)，而是有偏差，在它們之間設(shè)置有低濃度n-與p-層3’與5’。該偏差最好在0.5至2.0μm之間。
同時，圖8中表示出外圍電路部分?？梢?，在那一部分中柵極與源極/漏極層是對準(zhǔn)的。
雖然在上面把源極/漏極層的偏差作為一個特殊的例子進(jìn)行了描述，但是可以修改它并優(yōu)化柵極的長度以使它能耐壓。另一方面，為了減小晶體管的尺寸與提高驅(qū)動它們效率，則在圖示的外圍電路部分中，柵極與源極/漏極層是對準(zhǔn)的，因為它是一個只需用1.5至5V來驅(qū)動的邏輯型電路。
襯底1由p型半導(dǎo)體材料制成，并顯示出最低電位(常為地電位)。將一個要加在象素上的20與35V之間的電壓也加在顯示區(qū)中的n型阱上，而將一個1.5與5V之間的邏輯驅(qū)動電壓加在外圍電路的邏輯部分。采用這種設(shè)置，用所施加的電壓可以使器件運(yùn)行得最好，從而不僅可以減小芯片的面積，而且可以高速驅(qū)動象素，以顯示高品質(zhì)的圖像。
另外，如圖8所示，有一個場氧化膜6、與各條數(shù)據(jù)線相連的源電極10和與各個象素電極相連的漏電極11以及象素電極12。
參考數(shù)字7代表覆蓋在顯示區(qū)與外圍區(qū)上的光屏蔽層，它一般由鈦、氮化鈦、鎢或鉬制成。從圖8可見，光屏蔽層覆蓋在除了聯(lián)接象素電極與漏電極的區(qū)域的整個顯示區(qū)上，而從線電容大的區(qū)域上去除它，例如視頻線和時鐘線部分，該光屏蔽層只覆蓋在象素電極層，為了順利地傳送高速信號，光線可進(jìn)入這一層，以一個巧妙的方式使電路運(yùn)行失效。
參考數(shù)字8代表設(shè)在光屏蔽層7下的一個絕緣層，該絕緣層包括一個用SOG弄平滑的磷-氧化硅層，為了確保層8的絕緣作用，其上覆蓋有另一個磷-氧化硅層。用SOG作平滑處理可以由另一個處理方法代替，即，形成一個P-TEOS膜、在其上覆蓋一層磷-氧化硅膜以及用一個CMP過程處理該絕緣層。
參考數(shù)字9代表一個絕緣層，它形成于反射電極與光屏蔽層之間，因此提高該絕緣層形成反射電極的電荷存儲電容。為了形成一個大電容，如果用一個含二氧化硅的高介電常數(shù)的磷-氮化硅或五氮化二鉭層或其多層結(jié)構(gòu)來代替一個二氧化硅層，則也可以有效。如果在一個一般由鈦、氮化鈦、鉬或鎢上制成的光滑的金屬層上形成一個光屏蔽層，其膜層厚度在500與5000埃之間，則該屏蔽層是有效的。
另外，圖中還表示了液晶材料14、公共透明電極15、公共電極襯底16(相對襯底)、高濃度雜質(zhì)區(qū)17與17’、顯示區(qū)19和抗反射膜20。
從圖8中可見，形成于晶體管之下的高濃度雜質(zhì)層17與17’具有與阱相同的極性，并形成于阱內(nèi)與阱周圍。采用這種結(jié)構(gòu)，如果將一個大幅度信號加到源極上，就可顯示一個高品質(zhì)圖像，因為阱的電位由于低電阻層的設(shè)置而固定地保持在一期望電平值上。另外，在n型阱與p型阱間設(shè)置高濃度雜質(zhì)區(qū)17與17’，且在其間夾有一個場氧化膜，使得不必設(shè)置一個溝道阻擋層，該層常直接設(shè)于用在普通MOS晶體管中的場氧化膜之下。
由于在制備源極/漏極區(qū)的過程中可形成高濃度雜質(zhì)層，所以可以減少掩模的數(shù)目和用來形成層的處理步驟數(shù)，以降低整個生產(chǎn)成本。
圖8中的參考數(shù)字13代表一個抗反射膜，考慮到在那里所設(shè)置的液晶的折射率，為了減小界面反射率，將抗反射膜設(shè)置于公共透明電極與相對襯底之間。最好是絕緣膜的折射率低于相對襯底的折射率，也低于透明電極的折射率。
在圖8中使用一個p型半導(dǎo)體襯底1，不過該襯底也可以換由n型半導(dǎo)體材料制成。阱區(qū)2的導(dǎo)電性類型與阱區(qū)2’的導(dǎo)電性類型相反。因此，圖8中的阱區(qū)2與2’分別為p型與n型。該p型與n型阱區(qū)2與2’最好摻雜有一種雜質(zhì)物質(zhì)，以使?jié)舛人礁哂诎雽?dǎo)體襯底1。因而，如果半導(dǎo)體襯底1的雜質(zhì)濃度在1014與1015(cm-3)之間，則阱區(qū)2的雜質(zhì)濃度最好在1015與1017(cm-3)之間。
將源電極10連接到各個數(shù)據(jù)線上，通過這些數(shù)據(jù)線來傳送顯示信號，而將漏電極11連接到各個象素電極12上。把一般由鋁、鋁硅合金、鋁硅銅合金、鋁鍺銅合金或鋁碳合金制成的金屬線用于電極10與11。通過在電極10與11下面使用由鈦與氮化鈦制成的阻擋金屬層，可以保證有一個穩(wěn)定接觸，并可以提供一個減小的接觸電阻。
一般地，象素電極12由一種能提供光滑表面的高反射材料。能用作象素電極的材料包括鋁、鋁硅合金、鋁硅銅合金、鋁鍺銅合金或鋁碳合金(象鉻、金與銀一樣，它們常用于金屬線)。最好是用一種化學(xué)/機(jī)械拋光(CMP)方法來處理在下面的絕緣層的表面與象素電極12的表面，以改善它們的平滑度。
圖9是一個液晶顯示裝置的電路原理圖，該裝置包括一個具有如上所述結(jié)構(gòu)的液晶顯示板。
參見圖9，有一個水平移位寄存器21、一個垂直移位寄存器22、n溝道MOSFET23、p溝道MOSFET24、保持電容25、液晶組件26、信號傳送開關(guān)27、復(fù)位開關(guān)28、一個復(fù)位脈沖輸入端29、一個復(fù)位電源端30與一個視頻信號輸入端31。
圖9中的保持電容25用來保持圖8中象素電極12與公共透明電極15之間的各個信號。將襯底的電壓加到阱區(qū)2上。
在這個例子中，行傳輸門的結(jié)構(gòu)是這樣的n溝道MOSFET23位于在第一行上的各個p溝道MOSFET24之上，而p溝道MOSFET24位于各個n溝道MOSFET23之上，等等。應(yīng)當(dāng)注意到不只是條形阱與顯示區(qū)的周圍的電源線保持接觸，而且在顯示區(qū)中還設(shè)有細(xì)的電源線以保證一個緊密的接觸。
在此應(yīng)當(dāng)注意到，對于顯示裝置的運(yùn)行，阱的電阻的穩(wěn)定性是非常重要的。因此，在這個例子中，在顯示區(qū)中的接觸面積或n型阱的觸點數(shù)目大于與其p型阱的相應(yīng)部分。由于在p型襯底上將p型阱保持在一個恒定電位上，所以襯底作為低電阻體起到了重要作用。因而，當(dāng)通過源極與漏極的輸入與輸出信號，使如島嶼般分布的n型阱的性能發(fā)生嚴(yán)重的波動時，通過增加與上布線層的觸點數(shù)目來阻止這些波動，以保證高品質(zhì)圖像顯示于液晶板的屏幕上。
將視頻信號(包括普通視頻信號與脈沖調(diào)制數(shù)字信號)加到視頻信號輸入端31上，以打開和關(guān)閉信號傳送開關(guān)27，這些開關(guān)按照來自水平移位寄存器21的脈沖將視頻信號輸出到數(shù)據(jù)線上。垂直移位寄存器22將一個高脈沖加到所選行的n溝道MOSFET23的柵極上，而將一個低脈沖加到該行的p溝道MOSFET24的柵極上。
如上所述，象素部分的開關(guān)由單晶CMOS傳輸門組成，其優(yōu)點在于要寫到象素電極上的信號不取決于MOSFET的閾值，因此可以寫入源極信號而不受任何限制。
另外，因為由單晶晶體管制成開關(guān)，所以在多晶硅TFT的晶粒的周圍區(qū)域上，它們未表現(xiàn)出運(yùn)行的任何運(yùn)行不穩(wěn)定性，以達(dá)到一個可靠而且穩(wěn)定的高速驅(qū)動運(yùn)行。
現(xiàn)在，將參照圖10描述顯示板的外圍電路。
圖10是外圍電路的示意性框圖。
在圖10中，有一個電平移位器電路32、視頻信號采樣開關(guān)33、一個水平移位寄存器34、一個水平信號輸入端、一個垂直移位寄存器36和一個顯示區(qū)37。
在以上電路結(jié)構(gòu)中，邏輯電路包括水平與垂直移位寄存器，它們可以由一個1.5到5V的低電壓來驅(qū)動，以實現(xiàn)快速、低電壓運(yùn)行，而與視頻信號的幅度無關(guān)?？捎靡粋€選擇開關(guān)在相反的方向上掃描水平與垂直移位寄存器這二者，因此該板無需任何變動就能使其適應(yīng)于該光學(xué)系統(tǒng)的位置分布并因此適應(yīng)于不同的產(chǎn)品，尤其就這些產(chǎn)品的生產(chǎn)成本來說，該板具有很大的優(yōu)點。
在圖10中水平信號采樣開關(guān)33為單極晶體管，不過它們也可為不同的器件，用CMOS傳輸門將一個輸入視頻信號寫到所有的信號線上。
當(dāng)使用CMOS傳輸門時，通過既取決于NMOS柵極的面積與PMOS柵極的面積、又取決于柵極的搭接電容與源極/漏極區(qū)的搭接電容的視頻信號，使它們的運(yùn)行有所變化。但是，可通過將MOSFET的源極與漏極連接到各個信號線并施加一個反相脈沖來避免這一問題，并將視頻信號寫到信號線上，所述MOSFET的柵極長度等于相應(yīng)極性的采樣開關(guān)33的MOSFET的柵極長度的一半。采用這種結(jié)構(gòu)，在顯示板的屏幕上可顯示更高品質(zhì)的圖像。
現(xiàn)在，將參照圖11來描述一種用于使一個視頻信號和一個采樣脈沖精確同步的方法。為達(dá)到這一目的，必須改變采樣開關(guān)的延遲量。
圖11是一個液晶裝置的電路圖，該裝置包括一個同步電路，用它說明了一個視頻信號與一個采樣脈沖在同步方面的關(guān)系。
參見圖11，有脈沖延遲反相器42、用于選擇一個脈沖延遲反相器的開關(guān)43、用于輸出一個受控延遲量(OUT B表示反相輸出，而OUT表示同相輸出)的輸出端44、電容45和一個保護(hù)電路46。
通過對任意的SEL1(SEL1B)到SEL3(SEL3B)的組合應(yīng)用，可以使一個采樣脈沖通過所選定數(shù)目的延遲反相器42。
由于在顯示板中設(shè)有同步電路，所以，如果因根據(jù)顯示板的紅、綠、藍(lán)的三種板的延遲量進(jìn)行篩選的一些原因使外部施加脈沖的對稱性受到破壞的話，那么可以用所說的選擇開關(guān)恢復(fù)該對稱性，以顯示清晰的圖像，由于脈沖在高頻帶有相移，使得圖像不會發(fā)生紅、綠、藍(lán)的色亂現(xiàn)象。換句話說，采用溫度校正法可以調(diào)節(jié)延遲量，該方法使用了通過一個內(nèi)部二極管和一個所存儲的參考表來測量的溫度。
現(xiàn)在，將從組件與液晶襯底方面來描述按照本發(fā)明的液晶顯示裝置的液晶板。圖8中的片狀液晶板由一個相對襯底構(gòu)成，將它的公共電極襯底16制成波浪型，為的是避免在公共透明電極15的界面上產(chǎn)生反射，該公共電極15設(shè)置在襯底16表面上。在公共電極襯底的反面設(shè)有一層抗反射膜20。通過用細(xì)砂拋光這些組件，可以將這些組的外觀制成波浪型，為的是改善所顯示的圖像的對比度。
這種板的液晶采用聚合物網(wǎng)絡(luò)液晶PNLC，不過可以用聚合物彌散液晶PDLC來代替聚合物網(wǎng)絡(luò)液晶。采用聚合相分離(polymerizationphase separation)方法來生產(chǎn)聚合物網(wǎng)絡(luò)液晶PNLC，這里制備有液晶和聚合單體或低聚物的溶液，用一個已知的方法將它們注入一個晶格中，然后用UV聚合法來相分離該液晶和聚合物，從而形成液晶中的聚合物網(wǎng)絡(luò)。PNLC含大量液晶(70到90wt％)。
當(dāng)把具有一個高各向異性折射率系數(shù)(Δn)的向列液晶用于PNLC時，在PNLC中可減少光的散射。通過采用具有一個高各向異性介電系數(shù)(Δε)的向列液晶，使低電壓驅(qū)動成為可能。當(dāng)由相鄰網(wǎng)格的中心距來表示的聚合物網(wǎng)絡(luò)的尺寸為1與1.5μm之間時，可以加強(qiáng)光的散射，強(qiáng)到能獲得一個圖像顯示的強(qiáng)對比度。
現(xiàn)在，將參照圖12描述這種板的密封結(jié)構(gòu)與其本身結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。
圖12是該顯示板的平面示意圖，表示出其密封結(jié)構(gòu)。
在圖12中，有一個密封構(gòu)件51、一個電極壓焊區(qū)部件52、一個時鐘緩沖器電路53和一個放大器54，該放大器作為一個輸出緩沖器來工作，它用于對板的電測試。另外，還有一個銀粘接部分55(其電位與相對襯底的電位相同)、一個顯示部分56和一個一般包括SR和其它器件的外圍電路部分57。
從圖12中可見，為了減小整個芯片的尺寸，在密封物的內(nèi)外兩側(cè)皆設(shè)有電路。雖然所有的壓焊區(qū)都設(shè)置在板的后側(cè)，但是也可以將它設(shè)置在板的上側(cè)或下側(cè)、或兩側(cè)、或兩側(cè)以上，從而可以有效地控制一個高速時鐘。
當(dāng)采用硅襯底制作液晶裝置時，如果有一股射自投影儀的強(qiáng)光束照射到該襯底的一個或多個后壁，則該襯底的電位會發(fā)生變化，從而使板上的操作失效。因此，非常希望在板的上側(cè)與外側(cè)的外圍電路成為襯底支架，它能屏蔽光線。此外，最好在硅襯底的后表面設(shè)置一塊金屬板，該種金屬有一個高的熱傳導(dǎo)率，例如銅，用一種也具有一個高的熱傳導(dǎo)率的粘合劑將該金屬板粘在該襯底上，金屬板作為一個支架來工作。
按照本發(fā)明的液晶顯示裝置的測定電極可以成為反射型電極。如果是這種情況，那么最好用化學(xué)-機(jī)械拋光法(CMP)來拋光電極的表面，以使電極表面光亮如鏡而無任何不平處。與普通的拋光過程(包括一個對金屬制作圖案的步驟，該步驟執(zhí)行于拋光加工之前)不同，該種化學(xué)-機(jī)械拋光法包括以下步驟通過在一個絕緣區(qū)內(nèi)蝕刻電極圖案來制作電極成形槽；形成一層金屬膜；去除在電極圖案之外絕緣區(qū)其它所有區(qū)域的這種金屬；和拋光在電極圖案上的金屬，以使它與絕緣區(qū)齊平。但是應(yīng)當(dāng)注意到，當(dāng)使用該方法時，那里所形成的金屬線的寬度比該區(qū)的任何其它區(qū)域都大得多，因此可以在金屬線上淀積聚合物，從而在使用普通蝕刻設(shè)備執(zhí)行蝕刻過程期間阻止圖案的制作。
鑒于這一問題，本發(fā)明的發(fā)明人已研究了已知傳統(tǒng)的氧化膜型(CF4/CHF3型)蝕刻加工的蝕刻條件。
圖13A與13B表示了一種傳統(tǒng)的蝕刻過程的效果曲線，以及一種可用于本發(fā)明目的的蝕刻過程的效果曲線。
圖13A表示了一種傳統(tǒng)的蝕刻過程的效果，該過程所用的總壓強(qiáng)為1.7乇，而圖13B表示了一種所用的總壓強(qiáng)為1.0乇的蝕刻過程的效果，它是為本發(fā)明的目的而設(shè)計的。
可見，當(dāng)通過減少常規(guī)工藝條件下的易沉積的CHF3氣體濃度來減少聚合物沉積時，離抗蝕劑相對較近的圖案的尺寸誤差(負(fù)載效應(yīng))和離抗蝕劑遠(yuǎn)的那些尺寸誤差顯著增加，使得難以進(jìn)行該工藝。
另一方面，可知，采用為本發(fā)明的目的所設(shè)計的蝕刻過程，當(dāng)壓強(qiáng)逐漸減小直到它低于1乇為止時，可以大大抑制負(fù)載效應(yīng)，并通過僅使用CF4而避免使用CHF3來獲得一個顯著的蝕刻效果。
另外，實際上還可以發(fā)現(xiàn)在象素電極區(qū)中不存在抗蝕劑，而在周圍區(qū)域存在抗蝕劑。因此，除了在顯示區(qū)的周圍區(qū)域中形成的偽象素(它具有象象素電極那樣的外形)之外，實際上不可能在周圍區(qū)域內(nèi)制作任何結(jié)構(gòu)。
采用這種結(jié)構(gòu)，消除了顯示部分與周圍區(qū)域或一般在已知可比顯示裝置中所見的密封構(gòu)件之間的臺階，并把該裝置的間隔的大小定得很精確，以獲得一個要加在整個的表面區(qū)域上的均勻的壓強(qiáng)，并減少任何對液晶的不均勻注入，使得能顯示高品質(zhì)圖像的液晶顯示裝置的產(chǎn)量很高。
現(xiàn)在，將參照圖14描述一個光學(xué)系統(tǒng)，它可用于一個按照本發(fā)明的反射型液晶板。
圖14是一個光學(xué)系統(tǒng)的側(cè)視示意圖，該系統(tǒng)要用于一個按照本發(fā)明的反射型液晶板。
在圖14中，有一個光源71、一個用來產(chǎn)生光源的聚焦圖像的聚焦透鏡72、菲涅耳透鏡73與75和一個色分離裝置74，該裝置74最好是一個分光鏡或一個衍射光柵。
該光學(xué)系統(tǒng)還包括一個鏡76，它用來將所分離的紅色、綠色與藍(lán)色光束引入各個R、G與B板；一個取景透鏡77，它用來以平行光照亮板，平行光線通過使所聚焦的光束準(zhǔn)直來獲得的；一個反射型液晶裝置78和一個在位置79處的光闌(圖中未示)。參考數(shù)字80代表一個投影透鏡；而參考數(shù)字81代表一個一般具有雙層結(jié)構(gòu)的屏幕，它包括一個用來使投射光準(zhǔn)直的菲涅耳透鏡和一個用來垂直與水平地擴(kuò)展視角的雙凸透鏡。
為簡單起見，圖14中只表示出單獨一種顏色的單獨一個板，不過實際上總共設(shè)有三基色的三個板，但是，可知，當(dāng)在反射板的表面上形成一個微型透鏡陣列而使得不同的入射光線投射到各個象素區(qū)上時，可實現(xiàn)用單獨一個板裝置來代替三個板。
當(dāng)把電壓加到液晶裝置78的液晶層上時，通過象素來有規(guī)則地反射入射光，然后反射光經(jīng)過在位置79處的光闌，最終投射到屏81上。
另一方面，當(dāng)無電壓施加在液晶層上、且后者處于一種散射狀態(tài)時，射在反射型液晶裝置78上的入射光將被各向同性散射，因而，除了射向位置79處的光闌孔的散射光線之外，將沒有光線射在投影透鏡80上，從而顯示屏保持均黑狀態(tài)。
從以上對光學(xué)系統(tǒng)的描述中可知，在信號光射到投影透鏡之前，由于該系統(tǒng)不需要偏振片，而是通過具有高反射率的象素電極的整個表面來反射該信號光，所以本顯示板的亮度可為任何可比顯示板的亮度的二到三倍。在這個例子中，由于在相對襯底的表面上與其界面上采取了抗反射的措施，所以使光線的干擾成分最小，并且獲得一個高對比度顯示能力。另外，由于板的尺寸減小，所以可以減小所有光學(xué)器件(透鏡、鏡等等)的尺寸，并降低生產(chǎn)成本，減輕顯示裝置的重量。
任何顯示屏上的顏色與亮度的不均勻或波動，都是因為光源的顏色與亮度的不均勻或波動所引起，這可以通過在光源與光學(xué)系統(tǒng)之間插入一個(蠅眼透鏡型或棒型)集光裝置來消除。
圖15是一個除板外的外圍電路的一個示意性框圖。
在圖15中，有一個電源裝置85，它包括一個用于燈的電源和一個用于驅(qū)動板與信號處理電路的系統(tǒng)電源；一個插頭86；一個燈的溫度傳感器87，它用來檢測任意燈的任何異常溫度；一個控制板88，它用來切斷任何出現(xiàn)異常溫度的燈的電流；以及一個濾波器保護(hù)開關(guān)89，它用來切斷除燈以外的任何出故障的設(shè)備的電流。例如，一個用來打開本裝置的高溫?zé)粝涞膰L試將會失敗，因為安全測量裝置的設(shè)置阻止了這一嘗試。此外，還有一個揚(yáng)聲器90、一個可裝有3D音響與環(huán)繞音響效果處理器的音頻板、一個擴(kuò)展板92或擴(kuò)展板1(它包括連接到用于提供信號的外部裝置96的輸入端子，這些信號包括用于S-端的、用于全畫面與聲音的)、用來選擇一個或多個適當(dāng)信號的選擇開關(guān)95以及一個調(diào)諧器94。通過一個譯碼器93，將信號從擴(kuò)展板1傳送到擴(kuò)展板2上。擴(kuò)展板2包括連接到諸如錄像機(jī)和/或計算機(jī)之類的分離的信號源上的Dsub15針式端子，用一個A/D轉(zhuǎn)換器101，把通過一個開關(guān)100加到這些端子上的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。參考數(shù)字103代表一個主板，它包括作為主要組成部分的一個存儲器和一個CPU。
將經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的NTSC信號存入存儲器中，從而可以通過內(nèi)插法產(chǎn)生遺漏信號(missing signal)，這是為了把它們適當(dāng)?shù)胤峙浣o大量的象素，而且信號可能會受到適于一種液晶裝置的處理，包括灰度改變的邊緣校正、亮度調(diào)節(jié)和偏壓調(diào)節(jié)。
除了NTSC信號，如果板是一個高分辨率XGA板，并且產(chǎn)生VGA信號，那么計算機(jī)信號也可以受到包括對清晰度的改變的處理。除進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的處理之外，主板還把多個圖像數(shù)據(jù)NTSC信號與計算機(jī)信號綜合在一起。在把主板的輸出信號傳送到端面板104之前，對它作串/并行轉(zhuǎn)換，使它變成一種很少受到干擾影響的形式，在端面板104中，再一次對該信號作并/串行轉(zhuǎn)換，然后將它輸入到一個D/A轉(zhuǎn)換器上，并通過一個放大器、按照板的視頻線的數(shù)目將它們寫到板105、106和107上。參考數(shù)字102代表一個遙控板，它使計算機(jī)的顯示象電視機(jī)的顯示一樣，以一個簡單的方式受到控制。本實施例為一個所謂的單板型全色顯示裝置，它包括一個裝有微型透鏡的液晶裝置(板)。
本專利申請的申請人曾在日本專利申請案第9-72646號中提出了一個新的顯示板，以解決這樣一個問題，其中R、G與B象素的鑲嵌結(jié)構(gòu)能夠被觀看者注意到，以致使得在已知的、裝有微型透鏡的顯示板上顯示的圖像的品質(zhì)降低。在日本專利申請案第9-72646號中所提出的顯示板包括一個象素單元陣列，它通過以一個預(yù)定間距設(shè)置一組象素單元來獲得，每個象素單元包括一個第一色、一個第二色、一個第三色的三個象素，其中第一色象素與第二色象素設(shè)置于一個第一方向上，而第一色象素與第三色象素設(shè)置于一個第二方向上，該第二方向不同于第一方向，因此，兩個設(shè)置于第一方向的象素與兩個設(shè)置于第二方向的象素共用第一色象素；以及多個微型透鏡，它們以一個間距設(shè)置在襯底上的象素單元陣列上，該間距相當(dāng)于第一方向上象素排布的間距和第二方向上象素排布的間距。
在本實施例中，把在以上引用的日本專利申請案第9-72646號中所提出的一個顯示板加到按照本發(fā)明的一個液晶裝置和一個顯示裝置上。
圖16A到16C是一個包括本實施例的液晶板的投影型液晶顯示裝置的光學(xué)系統(tǒng)的原理圖，只表示出其主要區(qū)域。圖16A是一個平面圖，圖16B是一個前視圖，圖16C是一個側(cè)視圖。
參見圖16A到16C，該光學(xué)系統(tǒng)包括一個投影透鏡1，它用來把顯示在顯示板(液晶板) 2上的象素數(shù)據(jù)投射到一個預(yù)定平面上，顯示板2包括一個裝有微型透鏡的液晶裝置；一個偏振光束分離設(shè)備3，它用來透射S-偏振光束并反射P-偏振光束；一個R(紅光)反射分光鏡40；一個B/G(藍(lán)光與綠光)反射分光鏡41；一個B(藍(lán)光)反射分光鏡42；一個高反射率鏡43，它用來反射所有顏色光束；一個菲涅耳透鏡50；一個凹透鏡(正透鏡)51；一個棒形集光器6；一個橢圓形反射器7；和一個弧光燈(光源)8，比如一個金屬鹵化物燈或一個UHP燈，它有一個位于反射器7中心的光發(fā)射平面8a。
R(紅光)反射分光鏡40、B/G(藍(lán)光與綠光)反射分光鏡41和B(藍(lán)光)反射分光鏡42分別具有如圖17A、17B和17C所示的反射特性。這些分光鏡與高反射率鏡43分布在如圖8所示的三維空間內(nèi)，為的是把來自電源8的白色照明光分成R、G與B三原色，并用三原色光線在三維空間內(nèi)從各自的方向來照射液晶板2，以下將對此進(jìn)行詳細(xì)的描述。
來自光源8的光束以下面所述的一種方式前進(jìn)。首先，用設(shè)在集光器6上游的橢圓形反射器7將來自燈8的白色光聚集到集光器6的入口(入射光照射平面)6a處，然后通過集光器6，在集光器6中反復(fù)反射光束，以獲得一個均勻的空間光強(qiáng)分布。然后用凹透鏡51與菲涅耳透鏡50把從集光器6的出口6b出來的光束轉(zhuǎn)換為沿x軸前進(jìn)的一束平行光束，最終到達(dá)B反射分光鏡42。
只有B光(藍(lán)光)射線由B反射分光鏡42向下反射，并相對于z軸以一個預(yù)定的夾角射向R反射分光鏡40(如圖16B所示)。同時，剩下的紅色光線與藍(lán)色光線(R/G光)通過B反射分光鏡42，由高反射率鏡43成90°反射到z軸方向上，并射向R反射分光鏡40。
因而，圖16B中將B反射分光鏡42與高反射率鏡43這二者設(shè)置成能夠沿z軸向下反射來自集光器6(沿x軸)的光束，將高反射率鏡43相對于x-y平面、繞y軸傾斜45°，而將B反射分光鏡42相對于x-y平面、繞y軸傾斜一個小于45°的角度。
因此，在圖16B中，當(dāng)通過高反射率鏡43反射的R/G光射線完全沿z軸射向R反射分光鏡40時，通過B反射分光鏡42反射的B光射線沿一個路徑向下射向R反射分光鏡40。該路徑由一個相對于z軸的預(yù)定夾角(在x-z平面上的一個傾角)所傾斜。對B反射分光鏡42相對于高反射率鏡43的位置偏移和角度傾斜進(jìn)行測定，從而使三色光射線在液晶板2上相交，這是為了使B光與R/G光都覆蓋在液晶板2上的同一塊相同大小的面積上。
然后，在圖16B中射向下方的R/G/B光射線向R反射分光鏡40與B/G反射分光鏡41，這兩個分光鏡設(shè)置在B反射分光鏡42與高反射率鏡43的下面。更準(zhǔn)確地說，B/G反射分光鏡41相對于x-z平面、繞x軸傾斜45°，而R反射分光鏡40相對于x-z平面、繞x軸傾斜一個小于45°的角度。
因而，在入射R/G/B光射線中，只有那些B/G光線通過R反射分光鏡40傳送，它們由B/G反射分光鏡41成90°反射到y(tǒng)軸正方向上，然后用PBS3對它們進(jìn)行偏振，從而照射水平設(shè)置在x-z平面上的液晶板2。
如上所述，(見圖16A與16B)，由于B光射線以一個預(yù)定的、相對于x軸的夾角(在x-z平面上的一個傾角)前進(jìn)，所以，在經(jīng)B/G反射分光鏡41反射之后，它們還與y軸保持一個預(yù)定的夾角(x-z平面中的傾角)，以一個與該角相等的入射(沿x-y平面)角照射液晶板2。另一方面，G光射線由B/G光反射分光鏡41成90°反射到y(tǒng)軸正方向上，然后用PBS3對它們進(jìn)行偏振，從而以一個等于0°的入射角垂直照射液晶板2。
同時，R光射線由位于B/G反射分光鏡41上游的R反射分光鏡40以一個所述的方式反射到y(tǒng)軸正方向，表現(xiàn)出如圖16C所示的一個相對于y軸的預(yù)定夾角(y-z平面中的傾角)，然后用PBS3對它們進(jìn)行偏振，以一個等于該夾角的入射(沿y-z平面)角照射液晶板2。
如上所述，對B/G反射分光鏡41相對于R反射分光鏡40的位置偏移和角度傾斜進(jìn)行測定，以使R、G與B三色光射線在液晶板2上相交，這是為了使R光與B/G光這二者都覆蓋在液晶板2上的同一塊相同大小的面積上。
如圖17A到17C所示，B/G反射分光鏡41的臨界波長為570nm，而R反射分光鏡40的臨界波長為600nm，所以，在經(jīng)B/G反射分光鏡41透射后，橙色光射線被排除在光路之外，以達(dá)到一個最佳的色平衡。
如下文將要描述的那樣，通過液晶板2對R、G與B光射線進(jìn)行反射/偏振調(diào)節(jié)，并將它們反射回PBS3，該P(yáng)BS3用PBS表面3a將這些光線輪流反射到x軸的正方向，使它們照射到投影透鏡1上。投影透鏡1將顯示在液晶板2上的圖像放大，然后將該圖像投射到屏幕上(圖中未示)。
由于R、G與B光射線以各自相互不同的入射角照射到液晶板2上，所以所反射的R、G與B光射線也表現(xiàn)出不同的角度。因此，需要投影透鏡1有一個大的直徑和一個大的孔，以便將所有的光線都收入其中而不遺漏任何一部分。應(yīng)當(dāng)注意到的是，由于當(dāng)原色光兩次通過微型透鏡后，原色光被準(zhǔn)直，所以修正了照射到投影透鏡1上的光束的傾角，從而保持了在液晶板2的入射角。
另一方面，對于如圖28所示的一個已知透射型液晶板LP，由于微型透鏡陣列16的聚焦作用，使離開液晶板LP的光束有部分發(fā)散，因此需要投影透鏡有一個大數(shù)值的孔徑，也要有一個大的直徑，用以容納發(fā)散的光束。
在圖28中，參考數(shù)字16代表一個微型透鏡陣列，它是通過以一個預(yù)定間距設(shè)置許多微型透鏡16a來得到的；而參考數(shù)字17和18分別代表一個液晶層和R(紅)、G(綠)與B(藍(lán))三原色的象素。
R、G與B光射線以各自相互不同的入射角照射液晶板LP，從而由于微型透鏡16a的聚焦作用，使不同顏色的光線分別被相應(yīng)顏色的象素18接收。這種結(jié)構(gòu)無需使用濾色器，它提供了一個高效使用光線的顯示板。因此，如果裝有這樣一個顯示板的投影型顯示裝置包括一個單獨的液晶板的話，它就能夠顯示色彩清晰、鮮明的圖像。
但是，包括一個顯示板(它裝有一個如上所述的微型透鏡陣列)的一個已知投影型顯示裝置有一個缺點，即，R、G與B三原色象素18被放大并投射到有圖像顯示的屏幕上，使得觀看者能夠清楚地看到R、G與B象素的鑲嵌結(jié)構(gòu)，從而降低了顯示在屏幕上的圖像的品質(zhì)。
與此相反，來自本實施例的液晶板2的光束僅表現(xiàn)出一個相對有限的范圍，從而可以通過一個具有相對較小數(shù)值的孔的投影透鏡，將一個清晰、鮮明的圖像投射到屏幕上。這樣一個投影透鏡的尺寸自然很小，使得R、G與B象素的鑲嵌結(jié)構(gòu)幾乎看不見。
現(xiàn)在，將進(jìn)一步描述本實施例的液晶板2。圖19是本例液晶板2的放大的斷面示意圖。
參見圖19，它包括一個微型透鏡襯底(玻璃襯底)1；微型透鏡22；一個玻璃片23；一個透明反電極24；一個液晶層25；象素電極26；一個有源矩陣驅(qū)動電路27和一個硅半導(dǎo)體襯底28。用一種離子交換法、以一個象素電極26間距的兩倍間距在玻璃襯底(堿型玻璃)21的表面上制成微型透鏡22，它們是一個二維陣列，被稱作微型透鏡陣列。
用諸如DAP或HAN之類的ECB模式向列液晶來形成液晶層25，這種液晶適于反射型顯示板，通過一個取向?qū)?圖中未示)使其保持在一種取向狀態(tài)。象素電極26由Al(鋁)制成，并設(shè)計成能象許多反射器一樣工作，在對它們制作圖案之后，用CMP法處理它們，從而改善了表面條件和它們的反射率。
設(shè)置在硅襯底28上的有源矩陣驅(qū)動電路27，它包括水平驅(qū)動電路和垂直驅(qū)動電路這二者。將它設(shè)計成能夠?qū)、G與B三原色視頻信號分別寫到R、G與B象素電極26上的結(jié)構(gòu)。雖然象素電極26不包括任何濾色器，但是，通過由有源矩陣驅(qū)動電路27所寫入的三原色視頻信號，可以將它們區(qū)分為R、G與B象素，由此它們形成在下文將要描述的R、G與B象素陣列。
首先，將描述照射液晶板2的光線的一部分-G光。如前所述，用PBS3對主要的G光射線進(jìn)行偏振，之后它們垂直射到液晶板2上?？勺⒁獾?，在圖19中，僅用箭頭G(入/出)表示出一個射到微型透鏡22a上的一束G光。
如圖所示，G光射線照射到微型透鏡22a上，它們由透鏡22a聚焦，并照射鋁制成的G象素電極26g，該象素電極26g反射它們，使它們穿過同一微型透鏡22a并發(fā)散到液晶板2之外。當(dāng)G光射線經(jīng)液晶層25來回移動時，通過由電場引起的液晶動作來調(diào)節(jié)它們，該電場是在G象素電極26g與反電極24之間施加一個信號電壓而形成的，隨后光線返回PBS3。由PBS表面3a所反射的、并射向投影透鏡1的光量根據(jù)調(diào)節(jié)的程度而變化，從而將通過象素來顯示具有不同密度的光和不同灰度的圖像。
在圖19中，通過PBS3對沿y-z屏幕傾斜落下的R光射線進(jìn)行偏振，隨后它們射到由箭頭R(入)所指的微型透鏡22b上。然后，它們由微型透鏡22聚焦，照射R象素電極26r，該象素電極處在相對于微型透鏡22b下方右側(cè)來說稍微偏左的位置，它反射R光射線并使它們穿過相鄰的微型透鏡22a，發(fā)散到液晶板2之外(R(出))。
R光(偏振)射線也通過由電場引起的液晶動作來調(diào)節(jié)，該電場是當(dāng)一個信號電壓施加在R象素電極26r與反象素電極24之間時產(chǎn)生于其間的，隨后R光射線移出液晶板2并返回PBS3。之后，將R光射線作為圖像的一部分投射到顯示屏上，以一種參照上述G光射線的方式在那里顯示它們。
在圖19中，照射G象素電極26g的G光射線和照射R象素電極26r的R光射線可能看起來是相互干擾的，這只不過是因為液晶層25在其厚度上被不成比例地放大了。實際上，液晶層25的厚度至多為5μm，它相對玻璃片23的50與100μm之間的厚度來說是很小的，因此在不考慮每個象素尺寸的情況下，不會發(fā)生這種干擾現(xiàn)象。
圖20A到20C說明了對本發(fā)明來說色分離與色合成是如何進(jìn)行的。應(yīng)注意到圖20A是一個平面示意圖，它表示液晶板2的上表面；圖20B與20C是分別沿線20B-20B(x方向)與線20C-20C(z方向)的斷面圖。
可知，圖20C與圖19相對應(yīng)，它們都取自y-z平面，并表示射入和離開微型透鏡22的G和R光射線。還可知，G象素電極位于相應(yīng)的微型透鏡22的正下方，它們作為主象素電極；而R象素電極位于微型透鏡22的各個邊緣的正下方，它們作為副象素電極。因此，最好選擇R光的入射角θ為正切角θ(tanθ)，它等于象素分布的間距與微型透鏡陣列22和象素電極陣列26之間的距離之比。
另一方面，圖20B是一個沿液晶板的x-y平面所取的一個斷面圖?？梢钥吹?，與圖20C的情況一樣，作為第三象素的B象素電極與G象素電極交替排列，其中G象素電極位于相應(yīng)微型透鏡22的正下方，而作為第三象素的B象素電極則位于微型透鏡22各個邊緣的正下方。
如上所述，在PBS3對B光射線進(jìn)行偏振之后，由于照射液晶板2的B光射線傾斜(沿x-y平面)地照射到該板上，所以那些來自微型透鏡22的B光射線受到各個B象素電極的反射，如圖20B所示，從x方向上看，它們分別從相鄰的微型透鏡向外發(fā)散。在B象素電極上的液晶層25的調(diào)節(jié)模式和液晶板2的B光投射方式與上述關(guān)于G和R光的那些方式相同。
B象素電極位于微型透鏡22各個邊緣的正下方，因此，最好選擇B光的入射角θ為正切角θ(tanθ)，它等于象素分布(是G和B象素的)的間距與微型透鏡陣列22和象素電極陣列26之間的距離之比。
因此，在本例中的液晶板2中，R、G與B象素按照RGRGRG…的順序、沿z方向(第一方向)排布，按照BGBGBG…的順序、沿z方向(第二方向)排布。圖20A表示從上面看時它們是如何顯現(xiàn)的。
如上所述，在兩個方向中的任意一個方向上，每一個象素的長度都等于每一個微型透鏡22長度的一半，從而沿x和z方向、以一個等于微型透鏡22的排布間距的一半的間距來排布象素。當(dāng)從上觀看時，可以看到，G象素位于各個微型透鏡22的中心的正下方；而R象素在沿z方向的相應(yīng)的G象素之間，并位于微型透鏡22的各個邊緣的正下方；B象素在沿x方向上的相應(yīng)的G象素之間，并位于微型透鏡22的各個邊緣的正下方。每一個微型透鏡具有一個正方形輪廓，其邊長等于一個象素相應(yīng)邊長的兩倍。
圖21是液晶板2的一個放大的局部平面示意圖。在圖21中的虛線格表示由于顯示圖像的R、G與B象素的象素單元。
這些象素單元以一個預(yù)定的間距二維地排布在襯底上，用以產(chǎn)生一個象素單元陣列。換句話說，當(dāng)R、G與B象素由圖19中的有源矩陣驅(qū)動電路27驅(qū)動時，每一個虛線格29所表示的象素單元的R、G與B象素由各個R、G與B視頻信號來驅(qū)動，這些信號與象素單元的位置相對應(yīng)。
在此，取一個單獨的象素單元，它包括一個R象素電極26r、一個G象素電極26g和一個B象素電極26b。R象素電極26r由傾斜地來自微型透鏡22b的、由如箭頭r1所示的R光射線照射，然后反射R光射線，這些射線如箭頭r2所示，經(jīng)微型透鏡22a向外發(fā)射。同樣地，B象素電極26b由傾斜地來自微型透鏡22c的、由如箭頭b1所示的B光射線照射，然后反射B光射線，這些射線如箭頭b2所示，經(jīng)微型透鏡22a向外發(fā)射。
另一方面，G象素電極26g由垂直地來自于微型透鏡22a(針對圖21)、如箭頭g12所示的G光射線照射，然后將G光射線反射回去，垂直地通過微型透鏡22a向外發(fā)射。
因此，對于本實施例的液晶板2來說，當(dāng)原色光的射線分別以不同的入射角照射到每個象素單元時，它們通過同一微型透鏡(在上述例子中的微型透鏡22a)離開該象素單元。
圖22是一個原理圖，它表示了怎樣通過PBS3和投影透鏡1把來自液晶板2的所有光線投射到屏幕9上。在此，采用圖21中所示的液晶板2。調(diào)節(jié)光學(xué)系統(tǒng)，使微型透鏡22的一個圖像和/或液晶板2中的一個相鄰區(qū)域被聚焦，并被投射到顯示屏9上，此時，在微型透鏡22的相應(yīng)的格區(qū)域上混合來自每個象素單元的R、G與B象素的光線，從而再次產(chǎn)生如圖24中所示的自然色。
在這個例子中，采用了如圖21中所示的一個顯示板，并且微型透鏡22的平面和/或一個相鄰的區(qū)域與顯示屏有共軛關(guān)系，從而可以在屏幕上顯示色彩清晰、鮮明的圖像，而不會顯示出R、G與B象素的鑲嵌結(jié)構(gòu)。
圖23為此例中的投影型液晶顯示裝置的驅(qū)動電路系統(tǒng)的一個框圖。
參見圖23，有一個板驅(qū)動器10，它用來產(chǎn)生R、G與B視頻信號以及驅(qū)動對電極的驅(qū)動信號和各種定時信號；一個接口12，它用來對視頻信號和控制傳輸信號進(jìn)行譯碼，使其變?yōu)橄鄳?yīng)的標(biāo)準(zhǔn)視頻信號等等；一個譯碼器11，它用來對來自接口12的標(biāo)準(zhǔn)視頻信號進(jìn)行譯碼，使其變?yōu)镽、G與B原色信號，并使信號同步；一個鎮(zhèn)流器14，它用來驅(qū)動弧光燈8發(fā)光；和一個電源電路15，它為該系統(tǒng)電路供能。參考數(shù)字13代表一個控制器，它包括一個用來控制該系統(tǒng)電路運(yùn)行的控制部分(圖中未示)。
一個如上所述的投影型液晶顯示裝置可以顯示清晰、鮮明的圖像，而不會顯示R、G與B象素的鑲嵌結(jié)構(gòu)。
圖25是一個放大的平面示意圖，它表示按照本發(fā)明的液晶的一個修改實施例。在本實施例中，B象素作為主色象素位于各個微型透鏡22中心的正下方，而G象素作為副象素，與B象素沿橫向交替排布；R象素作為第三象素，也與B象素沿縱向交替排布。
再一次采用這樣一種結(jié)構(gòu)，使B光射線垂直照射到一個相應(yīng)的象素上，而使那些R/G光射線傾斜照射到象素單元上(以相同的入射角沿不同的方向)，從而使反射光射線通過同一個公共微型透鏡離開該象素單元。因此，其最終結(jié)果與前一個實施例完全相同。另一方面，也可以將R象素作為主象素設(shè)置于各個微型透鏡22的正下方，而將剩下的象素分別沿橫向與縱向交替排布。
〔實施例5〕通過修改上述實施例4來獲得本實施例。
圖26是本實施例液晶板20的一個放大的斷面示意圖，表示出其主要區(qū)域。本實施例與實施例4的不同之處在于用一個玻璃片23作為相對的玻璃襯底，通過用所謂的回流方法，將熱塑樹脂涂在玻璃片23上來形成微型透鏡220。另外，豎式壓焊區(qū)251設(shè)于無象素區(qū)中。這種壓焊區(qū)是通過光刻法、用感光樹脂制成。
圖27A是液晶板20的局部平面示意圖。如圖所示，將豎壓焊區(qū)251以一個預(yù)定的間距設(shè)于微型透鏡220角落處的無象素區(qū)中，使其作為象素排布的一個功能元件。
圖27B表示了一個沿穿過豎壓焊區(qū)251的線27B-27B的斷面圖。豎壓焊區(qū)251最好以一個相當(dāng)于10到100個象素的間距排布，從而表現(xiàn)出一個壓焊區(qū)矩陣。這種豎壓焊區(qū)的排布必須滿足玻璃片23的平滑度的要求，也必須滿足注入液晶能力的要求，這些要求與設(shè)置壓焊區(qū)相矛盾。
本實施例包括一個光屏蔽層221，它是一個制作了圖案的金屬膜，用來阻止任何漏光通過微型透鏡的邊緣區(qū)進(jìn)入內(nèi)部，這種結(jié)構(gòu)可以有效的防止由于漏光而引起的投射圖像色飽和度與對比度的降低。因此，包括按照本發(fā)明的液晶板的本實施例可以清晰地顯示所規(guī)定的高品質(zhì)圖像。
如上參照實施例1到5所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明具有以下的優(yōu)點。
-可提高集成度，從而減小液晶顯示裝置的尺寸，即，是通過使該裝置的每對相鄰設(shè)置的象素開關(guān)晶體管共用一個公共源極區(qū)和一個公共源電極，或是共用一個公共漏極區(qū)和一個公共漏電極來實現(xiàn)的。
-可進(jìn)一步提高M(jìn)OS晶體管的集成度，這是通過以下方式來實現(xiàn)的，即，設(shè)置只含在象素電極之下的NMOS管的象素和那些只含在象素電極之下的PMOS管的象素，而不在每個象素電極的下面設(shè)置CMOS結(jié)構(gòu)的象素開關(guān)，因為消除了在不同極性MOS管相鄰設(shè)置時對用于隔離不同阱的區(qū)域的需要。因此，由于芯片尺寸的減小，可以減小象素的的尺寸，以獲得一個低成本、高清晰度的顯示裝置。
-可以減小信號線的寄生電容。一條信號線的電容主要由布線層的電容和源電極與和其相接的阱之間的結(jié)電容組成，后者被定為源極區(qū)表面積的一個函數(shù)。因此，用本發(fā)明可以顯著地減小源極區(qū)的電容。
-由于減小了信號線的電容，所以縮短了用來把信號從視頻線傳送到信號線的時間，由此實現(xiàn)了一個高速驅(qū)動動作。
-芯片的尺寸與視頻線的寄生電容還可以進(jìn)一步減小，因為，用本發(fā)明可以減小用來把視頻信號從視頻線傳送到信號線的傳送開關(guān)的尺寸。因此，可以節(jié)省用來把視頻信號加到顯示板的驅(qū)動器所需的功率，以獲得一個低成本的高速驅(qū)動系統(tǒng)。
-如圖3所示，一對晶體管僅需一個單獨的NMOS管的n+區(qū)。采用這種結(jié)構(gòu)，可以大大地減小信號線的寄生電容。更準(zhǔn)確地說，通過使每對晶體管共用一個公共源極，可以將信號線的寄生源電容減小一半。另外，當(dāng)每個源極由一對晶體管所共用時，可以沿信號線縮短顯示裝置的長度，從而縮短了信號線并由此減小了信號線的電容與電阻。因此，可以大大地改善信號線的信號寫入特性，以實現(xiàn)一個有細(xì)微漸變的信號的寫入動作。還有，可以顯著地提高生產(chǎn)量和生產(chǎn)效率，從而降低了按照本發(fā)明的顯示板的生產(chǎn)成本。
-由于改善的信號寫入特性與減小了的信號線的電容與電阻的共同作用，可以減小采樣開關(guān)的尺寸，從而減小了連接到用于模擬信號的采樣開關(guān)的源電極上的視頻信號線(視頻線)的電容，由此減小了外圍電路的負(fù)載與功耗率。最終的結(jié)果將是一個低成本、工作極佳的顯示板。當(dāng)顯示板包括大量象素以獲得一個更高的分辨率時，以上所指出的優(yōu)點將變得更加顯著與有效。
-上述結(jié)構(gòu)不僅可用于TFT，而且可用于NMOS晶體管和/或PMOS晶體管，這些晶體管直接形成于硅襯底。當(dāng)采用TFT時，如果與使用CMOS管作為象素開關(guān)的情況相比，則采用TFT的象素尺寸小，所以可以大大地減小信號線的電容與電阻，從而獲得一個具有高工作性能的液晶板，它適于高漸變信號的寫入動作。但是，應(yīng)注意到，與采用CMOS晶體管的情況不同，象素開關(guān)受襯底偏壓影響，所以需要一個高于寫入電壓的電源電壓，以使該液晶顯示板適用于低壓驅(qū)動方式。
如上所述，按照本發(fā)明，每對該裝置中相鄰設(shè)置的象素開關(guān)晶體管共用一個公共源極區(qū)，以減小象素尺寸，獲得一個較高的集成度。
因此，本發(fā)明實現(xiàn)了一個包括小尺寸芯片的液晶顯示裝置，它可顯示清晰的圖像。另外，由于減小了視頻線的電容，所以減小了外部驅(qū)動系統(tǒng)所需的驅(qū)動功率，從而實現(xiàn)了高速運(yùn)行和低制作成本。
權(quán)利要求
1.一種有源矩陣襯底，它包括多條掃描線和多條信號線；分別設(shè)置在所述掃描線與所述信號線交叉處的晶體管，其源極區(qū)與相應(yīng)的信號線連接；柵極區(qū)與相應(yīng)的掃描線連接；以及分別連接到所述晶體管的漏極區(qū)的象素電極，其特征在于由每對相鄰設(shè)置的晶體管共用一個與相應(yīng)的信號線連接的源極區(qū)。
2.一種按照權(quán)利要求1的有源矩陣襯底，其中由每對相鄰設(shè)置的晶體管共用一個源電極。
3.一種按照權(quán)利要求1的有源矩陣襯底，其中所述共用一個公共源極區(qū)的成對晶體管為PMOS晶體管或NMOS晶體管。
4.一種按照權(quán)利要求1的有源矩陣襯底，其中每個象素電極連接一對晶體管。
5.一種按照權(quán)利要求4的有源矩陣襯底，其中每對晶體管中，一個為PMOS晶體管，另一個為NMOS晶體管。
6.一種按照權(quán)利要求1的有源矩陣襯底，其中每個象素具有一個在其下只設(shè)有NMOS晶體管的象素電極，該象素與另一個具有一個在其下只設(shè)有PMOS晶體管的象素電極的象素相鄰設(shè)置。
7.一種按照權(quán)利要求1的有源矩陣襯底，其中所述的象素電極是通過用一種化學(xué)/機(jī)械拋光法來拋光制成的。
8.一種液晶裝置，包括一個有源矩陣襯底，它包括多條掃描線和多條信號線；分別設(shè)置在所述掃描線與所述信號線交叉處的晶體管，其源極區(qū)與相應(yīng)的信號線連接，柵極區(qū)與相應(yīng)的掃描線連接；以及分別連接到所述晶體管的漏極區(qū)的象素電極；一個與所述有源矩陣襯底相對設(shè)置的相對襯底；以及一種液晶材料，填充于所述有源矩陣襯底與所述相對襯底之間的空間，其特征在于由每對相鄰設(shè)置的晶體管共用一個源極區(qū)，所述源極區(qū)與相應(yīng)的信號線連接。
9.一種按照權(quán)利要求8的液晶裝置，其中由每對相鄰設(shè)置的晶體管共用一個源電極。
10.一種按照權(quán)利要求8的液晶裝置，其中所述共用一個公共源極區(qū)的成對晶體管為PMOS晶體管或NMOS晶體管。
11.一種按照權(quán)利要求8的液晶裝置，其中每個象素電極連接一對晶體管。
12.一種按照權(quán)利要求11的液晶裝置，其中每對晶體管中，一個為PMOS晶體管，另一個為NMOS晶體管。
13.一種按照權(quán)利要求8的液晶裝置，其中每個象素具有一個在其下只設(shè)有NMOS晶體管的象素電極，該象素與另一個具有一個在其下只設(shè)有PMOS晶體管的象素電極的象素相鄰設(shè)置。
14.一種按照權(quán)利要求8的液晶裝置，其中所述的象素電極是通過用一種化學(xué)/機(jī)械拋光法來拋光制成的。
15.一種顯示裝置，其特征在于，包括一個按照權(quán)利要求8的液晶裝置。
16.一種按照權(quán)利要求15的液晶裝置，其中將一個反射型液晶板由于該液晶裝置，從而使自一個光源發(fā)射的光線照射液晶板，并用一個光學(xué)系統(tǒng)使反射光照射屏幕。
17.一種按照權(quán)利要求16的液晶裝置，其中該反射型液晶板包括一個象素單元陣列，它通過排布象素單元來形成，每個象素單元包括第一色到第三色的三個象素，其中將一個第一色象素和一個第二色象素沿一個第一方向設(shè)置，而將一個第一色象素和一個第三色象素沿一個不同于所述第一方向的第二方向設(shè)置，在這樣一種方式下，每個第一色象素由一個第一與第二色象素對和一個第一與第三色象素對共用；以及一個微型透鏡陣列，它通過以一個間距二維地設(shè)置多個微型透鏡來形成，該間距相當(dāng)于在第一與第二方向上排布的象素間距。
全文摘要
一種液晶裝置,包括:一個有源矩陣襯底,有源矩陣襯底有多條掃描線和多條信號線,分別設(shè)置在掃描線與信號線交叉處的晶體管—其源極區(qū)與相應(yīng)的信號線連接、柵極區(qū)與相應(yīng)的掃描線連接、以及分別連接到晶體管的漏極區(qū)的象素電極;一個與有源矩陣襯底相對設(shè)置的相對襯底;以及一種液晶材料,填充于所述有源矩陣襯底與所述相對襯底之間的空間。由每對相鄰設(shè)置的晶體管共用一個源極區(qū),它與相應(yīng)的信號線連接。
文檔編號G02F1/1368GK1182887SQ9712280
公開日1998年5月27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