專利名稱：信息處理設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種稱作為頭部固定顯示器(head mount display)的顯示單元，該顯示單元固定在頭上，在眼前投影出一個圖象，本發(fā)明還涉及使用這種顯示單元的信息處理設(shè)備及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
一般地，處理電子信息的用戶通過使用如圖13所示的設(shè)備來實現(xiàn)信息處理操作，其中圖13是該信息處理設(shè)備的示意圖。在本發(fā)明的說明書中，信息處理操作的意思是使用計算機等執(zhí)行信息的輸入、獲取、傳輸、交換、存儲、分類等。
輸入終端單元11是用戶實現(xiàn)信息輸入操作的設(shè)備，例如鍵盤或鼠標。與輸入終端單元11相連的控制單元12是執(zhí)行諸如信息的存儲、計算或通信等處理的設(shè)備，例如計算機。顯示單元13是在顯示屏上輸出信息的設(shè)備，例如CRT。
在這些設(shè)備中，顯示單元13、例如CRT具有很大體積，占據(jù)了桌面上非常大的空間。此外，如果為了識別出大量的顯示信息(字符、圖象等)而增大其屏幕尺寸，則空間會更加擁擠，并且其重量會變得相當重，使得這種顯示單元不適合于日常顯示使用。除此之外，由于顯示單元對于人眼有不良影響(眼部疲勞、視力下降等等)，人們已經(jīng)注意避免長時間連續(xù)使用。
于是，一種應(yīng)用液晶的平面顯示屏正逐漸得到廣泛使用，與CRT相比，這種平面顯示屏在設(shè)備厚度上較薄，所以重量較輕。由于液晶屏重量較輕，如果較小的話，可以攜帶。并且，液晶屏具有一個優(yōu)點，就是對人眼的不良影響很小。然而，如果其屏幕尺寸變大，它作為日常顯示使用就變得較貴。另外，平面顯示屏也使桌面上的空間變得擁擠。
除了上述設(shè)備，還有一種稱作為頭部固定顯示器(HMD)的顯示單元，這種顯示單元使用小的液晶屏。由于這種顯示單元是固定在頭部來使用的，所以它不會占用空間，并且具有一個優(yōu)點，就是虛擬顯示屏幕的尺寸可以自由地改變。
在這種顯示單元(HMD)中，應(yīng)用光學系統(tǒng)將圖象映象投影在一個距離人眼幾厘米的位置上，該映象由人眼識別為虛擬現(xiàn)實，就好象映象顯示在一個大顯示屏上一樣。作為其應(yīng)用范圍，可以列舉出游戲、例如TV游戲、欣賞電影、教育、演出、醫(yī)療等應(yīng)用。
然而，常規(guī)的HMD的分辨率較低，并且識別字符也很困難。此外，當這個HMD連續(xù)使用幾個小時(兩至三小時)時，眼睛會感覺相當疲勞。此外，還存在出現(xiàn)類似運動損傷的癥狀的情況。因此，HMD不適合作為信息處理設(shè)備的顯示單元?？紤]到這些問題的出現(xiàn)是因為在液晶屏與人眼之間的距離太小，所以閃爍變得很明顯，對眼睛有不良影響。
這種閃爍是由交流驅(qū)動所引起的，其中交流驅(qū)動的執(zhí)行是為了防止液晶物質(zhì)的損耗和保持顯示質(zhì)量。當加到每個象素上的電壓的正負極性反轉(zhuǎn)的周期(極性反轉(zhuǎn)周期)處于一個可由人眼識別的頻率范圍內(nèi)(大約30Hz)時，由于在圖象信號的極性為正時的顯示與在圖象信號的極性為負時的顯示有細微的差別，所以將這種差別識別為閃爍。
顯示器的顯示象素數(shù)目正在逐年增加，并且對于帶有大數(shù)目象素的顯示屏的驅(qū)動頻率變得非常高。例如，據(jù)說NTSC標準需要大約40萬象素，HDTV標準需要大約200萬象素。因此，在NTSC標準中一個輸入圖象信號的最大頻率大約為6MHz，在HDTV標準中大約為20MHz至30MHz。為了精確地顯示這個圖象信號，時鐘信號需要具有高于該圖象信號幾倍的頻率(例如，大約50MHz至60MHz)。預(yù)計在將來會越來越需要高精度和高質(zhì)量的顯示，并且要處理帶有非?？斓狞c時鐘的圖象信號。
至今，精確地產(chǎn)生圖象信號的交變電流和具有這樣的高頻率帶寬范圍的時鐘信號來驅(qū)動液晶屏還很困難。這是因為使用非晶硅或多晶硅形成一種能夠在這樣的高頻率帶寬區(qū)域內(nèi)精確工作的薄膜晶體管(TFT)是不可能的。
當要處理一個帶有非?？斓狞c時鐘的圖象信號時，圖象信號向顯示象素的寫周期變短，并且在常規(guī)的TFT中，會出現(xiàn)很多問題，如相移、噪聲、信號波形的模糊等等，顯示變得不精確。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種信息處理設(shè)備及系統(tǒng)，其中，使用一個頭部固定顯示器作為日常顯示使用，而不會使空間擁擠，并且通過使用該顯示單元可以容易地實現(xiàn)信息處理操作。
依據(jù)本發(fā)明的第一個方面，一種信息處理設(shè)備的特征在于用戶通過使用一個顯示單元來實現(xiàn)信息處理操作，該顯示單元包括用于右眼和左眼并固定在用戶頭部上的平面顯示器；與所述顯示單元相連的控制單元；以及與所述控制單元相連的輸入操作單元，其中，每一個所述平面顯示器包括用于對象素進行開關(guān)的多個設(shè)置成一個矩陣的第一薄膜晶體管，和一個用于驅(qū)動所述第一薄膜晶體管的包括第二薄膜晶體管的驅(qū)動電路，所述第一和第二薄膜晶體管形成在同一襯底上。
依據(jù)本發(fā)明的第二個方面，一種信息處理設(shè)備的特征在于所述設(shè)備包括一個包括用于右眼和左眼并固定在用戶頭部上的平面顯示器的顯示單元，一個與所述顯示單元相連的通信單元，以及一個輸入操作單元；通信單元被用來使用戶從一個通信伙伴接收信息；以及輸入操作單元被用來使信息傳送給通信伙伴，其中，每一個所述平面顯示器包括用于對象素進行開關(guān)的多個設(shè)置成一個矩陣的第一薄膜晶體管，和一個用于驅(qū)動所述第一薄膜晶體管的包括第二薄膜晶體管的驅(qū)動電路，所述第一和第二薄膜晶體管形成在同一襯底上。
依據(jù)本發(fā)明的第三個方面，一種信息處理設(shè)備的特征在于所述設(shè)備包括一個包括用于右眼和左眼并固定在用戶頭部上的平面顯示器的顯示單元，一個通信單元，一個輸入操作單元，以及一個用于將用戶的聲音數(shù)據(jù)變換成字符的單元；輸入操作單元輸入用戶的聲音數(shù)據(jù)；用于將聲音數(shù)據(jù)變換成字符的單元將用戶的聲音數(shù)據(jù)變換成字符，并將其傳送給一個通信伙伴，其中，每一個所述平面顯示器包括用于對象素進行開關(guān)的多個設(shè)置成一個矩陣的第一薄膜晶體管，和一個用于驅(qū)動所述第一薄膜晶體管的包括第二薄膜晶體管的驅(qū)動電路，所述第一和第二薄膜晶體管形成在同一襯底上。
依據(jù)本發(fā)明的第四個方面，一種信息處理設(shè)備的特征在于所述設(shè)備包括一個包括用于右眼和左眼并固定在用戶頭部上的平面顯示器的顯示單元，一個通信單元，一個輸入操作單元，以及一個用于將通信伙伴的聲音數(shù)據(jù)變換成字符的單元；輸入操作單元輸入通信伙伴的聲音數(shù)據(jù)；以及將與通信伙伴的對話在由所述顯示單元提供給用戶的虛擬顯示屏上顯示為字符，其中，每一個所述平面顯示器包括用于對象素進行開關(guān)的多個設(shè)置成一個矩陣的第一薄膜晶體管，和一個用于驅(qū)動所述第一薄膜晶體管的包括第二薄膜晶體管的驅(qū)動電路，所述第一和第二薄膜晶體管形成在同一襯底上。
依據(jù)本發(fā)明的一個方面，在前述的第一個到第四個方面中，輸入操作單元的特征在于是一個聲音采集單元。
依據(jù)本發(fā)明的一個方面，在前述的第一個到第四個方面中，輸入操作單元的特征在于是一個圖象拾取單元。
依據(jù)本發(fā)明的一個方面，在前述的每個方面中，與顯示單元的平面顯示器的一個象素電極相連的TFT的溝道形成區(qū)域的特征在于，它是由在絕緣表面上形成的多個棒狀或扁平棒狀晶體集合的半導(dǎo)體薄膜制成的。
依據(jù)本發(fā)明的一個方面，在前述的每個方面中，溝道形成區(qū)域的表面取向基本上是{110}取向。
依據(jù)本發(fā)明的一個方面，在前述的每個方面中，在溝道形成區(qū)域的晶粒間界中有90％或更多的晶格具有連續(xù)性。
依據(jù)本發(fā)明的一個方面，在前述的每個方面中，所述顯示單元的特征在于在平面顯示器中一屏的寫操作是在45Hz至180Hz實現(xiàn)的，并且為每一屏將加到一個象素電極的電壓極性反轉(zhuǎn)，以獲得屏幕顯示。
依據(jù)本發(fā)明的一個方面，在前述的每個方面中，平面顯示器的液晶材料是一種基本上沒有閾值的反鐵電液晶。
依據(jù)本發(fā)明的一個方面，在前述的每個方面中，包括用于右眼和左眼并固定在用戶頭部上的平面顯示器的顯示單元的特征在于向用戶提供一個虛擬平面圖象。
依據(jù)本發(fā)明的一個方面，在前述的每個方面中，包括用于右眼和左眼并固定在用戶頭部上的平面顯示器的顯示單元的特征在于向用戶提供一個虛擬三維圖象。


下面是附圖簡要說明。
圖1是一個信息處理設(shè)備的略圖。
圖2是一個頭部固定顯示器的略圖。
圖3是一個液晶屏的排列結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖4是一個顯示單元主體的方框圖。
圖5A至5E是顯示TFT的制造步驟的示意圖。
圖6是一個底柵類型的TFT結(jié)構(gòu)示例的示意圖。
圖7是一個液晶屏的結(jié)構(gòu)示例的示意圖。
圖8A和8B是TEM照片圖。
圖9A和9B顯示了電子束衍射圖。
圖10A和10B是TEM照片圖。
圖11是應(yīng)用一個通信單元的示例的示意圖。
圖12是應(yīng)用一個小通信單元的示例的示意圖。
圖13是一個常規(guī)的信息處理設(shè)備的略圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明是一個信息處理設(shè)備及系統(tǒng)，其中，用戶100將一個顯示單元103(頭部固定顯示器)安在頭上，并在看到一個虛擬顯示屏幕104的同時，使用一個輸入終端單元101和一個控制單元102來實現(xiàn)信息處理操作。
本發(fā)明的顯示單元103并沒有具體的限制，只要用于右眼和左眼的液晶屏被固定在頭部上、并且可以獲得一個其分辨率使字符能夠被識別的虛擬顯示屏幕(平面圖象或三維圖象的顯示屏幕)就行。
另外，可以通過將由連續(xù)的晶粒間界晶體硅(連續(xù)晶粒硅CGS)形成的半導(dǎo)體薄膜用于開關(guān)元件來有效地制造本發(fā)明的顯示單元的液晶屏。
另外，本發(fā)明的顯示單元是在一個頻率范圍內(nèi)(大約45Hz或更高)由幀反相驅(qū)動來驅(qū)動的，在這個頻率范圍內(nèi)，即使在液晶屏與人眼之間的距離是幾個厘米，人眼也不能進行識別，在幀反相驅(qū)動中，對于每一幀(一屏)，將加在所有象素上的電壓的正負極性反相。然而，在本發(fā)明中，只要實現(xiàn)了象素TFT的行順序掃描，并且在一個不能由人眼進行識別的頻率范圍(大約45Hz或更高)內(nèi)實現(xiàn)極性反相驅(qū)動，對液晶屏并沒有具體的限制。例如，可以使用實現(xiàn)了行反相驅(qū)動或點反相驅(qū)動的液晶屏，在行反相驅(qū)動中，對于每一幀或一固定周期，將加在一特定象素組(例如，一行為一個象素組，或者一列為一個象素組)上的電壓的正負極性反相，在點反相驅(qū)動中，將加在每個象素上的電壓的正負極性反相。
本發(fā)明的輸入終端單元101并沒有具體的限制，只要用戶可以將信息輸入到控制單元中就行。鍵盤、鼠標、控制器、相機、麥克風等等都可以用作為一般的輸入單元。
控制單元102并沒有具體的限制，只要該單元至少包括用于從輸入終端單元接收信息的裝置、用于存儲電子信息的裝置以及用于向顯示單元發(fā)送圖象信息的裝置。
可以使用電纜接線或光纖作為用于將信息輸入到控制單元的裝置和用于向顯示單元發(fā)送圖象信息的裝置。采用一種無線結(jié)構(gòu)、使信息通過光發(fā)送也是比較合適的。
下面雖然更詳細說明本發(fā)明的實施例，無須指出的是，本發(fā)明并不限于這些實施例。
圖1是這個實施例的信息處理設(shè)備的示意圖。圖2是在這個實施例中所示的顯示單元(頭部固定顯示器)的外部形狀。作為這個實施例中的一種顯示方法，顯示了2D(平面)圖象。
如圖1所示，顯示單元103與輸入終端單元101和控制單元102(計算機等)電連接。這三個構(gòu)成了一個信息處理設(shè)備及系統(tǒng)。
圖2中所示的顯示單元帶有一個用于將一個主體201固定在用戶眼前的束帶203和用于顯示圖象的0.2到2.6英寸的小的活動矩陣類型的液晶屏202。在這個實施例中，應(yīng)用了1.4英寸的小液晶屏。還可以使用可用于將主體固定在用戶眼前的任何裝置來代替束帶203。例如，可以使用類似眼睛框架的框架結(jié)構(gòu)。
在所述液晶屏中，將一個顯示屏放于右眼處，另一個放于左眼處。關(guān)于如何安排液晶屏，除了在圖中所示的結(jié)構(gòu)外，還可以列舉出一個系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，由液晶屏進行了光調(diào)制的圖象被反射在一個反射鏡或半反射鏡中，可由一只眼看見。在這種情況下，液晶屏也放置在主體201中。在這個實施例中，使用了一個與常規(guī)的系統(tǒng)具有相同功能的光學系統(tǒng)。
在主體201中可以裝有一個用于放大虛擬顯示圖象的尺寸的光學系統(tǒng)(凹半反射鏡等)。在這種情況下，為了防止放大的圖象模糊，最好在液晶屏前提供一個散射體(散射板)。此外，在主體201內(nèi)還可以采取一個提供逆光的結(jié)構(gòu)、一個提供調(diào)節(jié)眼睛等之間的寬度的功能的結(jié)構(gòu)以及一個具有內(nèi)置聲學單元的結(jié)構(gòu)。
在這個實施例中所示的液晶屏是這樣一種結(jié)構(gòu)，即，提供了濾色鏡，并且彩色圖象是由R(紅)、G(綠)、B(藍)形成的。順便說一句，組成彩色顯示的原色并不限于上述構(gòu)成，而是可以采取合適的設(shè)置。
還可以采取這樣一種結(jié)構(gòu)，即R(紅)、G(綠)、B(藍)的發(fā)光二極管用作逆光，并包含在主體201內(nèi)，從而獲得一個彩色圖象。作為這種情況下的彩色顯示，例如，如果發(fā)光二極管的R、G、B的閃爍以一屏的寫周期(幀頻率)的三倍的頻率對于每種顏色按時間序列重復(fù)，即R，G，B，R，G，B，R，…，則可由人眼識別為一個彩色圖象。在這種情況下，既然不需要濾色鏡，則可以獲得亮度顯示(bright display)。
作為一個液晶屏系統(tǒng)，通常使用發(fā)射類型需要的逆光。然而，如果光學系統(tǒng)被適當?shù)馗淖?，也可以使用反射類型?br> 在該實施例所示的結(jié)構(gòu)中，用202表示的兩個液晶屏的結(jié)構(gòu)、特別是關(guān)于象素排列的結(jié)構(gòu)如圖3所示。象素尺寸最好是在4μm×4μm至45μm×30μm范圍內(nèi)。在該實施例中，象素尺寸是28μm×28μm。為了提高光圈比，希望調(diào)節(jié)一個活動矩陣區(qū)域306的象素，以使得象素面積變小。
在圖3中，307代表用于左眼的液晶屏的玻璃襯底(或石英襯底)。在襯底307上放置了外圍驅(qū)動電路301和302。此外，一個活動矩陣區(qū)域(象素矩陣區(qū)域)303也置于其上。
308代表用于右眼的液晶屏的玻璃襯底(或石英襯底)。在襯底308上放置了外圍驅(qū)動電路304和305。此外，一個活動矩陣區(qū)域(象素矩陣區(qū)域)306也置于其上。
在活動矩陣區(qū)域中，柵行309和源行310被放置成網(wǎng)格狀，一個薄膜晶體管311放在其相交點附近。由這個薄膜晶體管控制一個象素電極312所保持的電荷量，并且控制液晶的發(fā)射光量，從而實現(xiàn)這樣一種結(jié)構(gòu)，即圖象是由與整個液晶屏上的其他象素的組合而獲得的。
外圍驅(qū)動電路的排列是關(guān)于在左右液晶屏之間通過的軸300軸對稱的。這個軸300基本上與一條在總體上劃分臉部中心的線一致。
通過這樣做，可以獲得在由右眼看到的右液晶屏的裝置結(jié)構(gòu)與由左眼看到的左液晶屏的裝置結(jié)構(gòu)之間的對稱。此外，可以將液晶屏的排列安排為關(guān)于對稱軸300對稱。
這對于結(jié)構(gòu)上的可靠平衡變得很重要。特別是在頭部固定顯示器中，由于液晶屏的位置距離眼睛很近，這一點就變得很重要。
圖4顯示了顯示單元內(nèi)部的方框圖的一個例子。順便說一下，圖4的液晶屏與圖3的液晶屏是對應(yīng)的。顯示單元的內(nèi)部帶有液晶控制器401a和401b、定時發(fā)生電路402等。
定時發(fā)生電路402產(chǎn)生一個同步信號，例如一個時鐘信號，用于調(diào)節(jié)顯示的定時。在該實施例中，將一個信號分成分別用于左右液晶屏的兩個信號的處理是由一個外部設(shè)備(控制單元等)來實現(xiàn)的。液晶控制器(電路)401a和401b進行將來自外部的信號[來自控制單元(計算機等)、用于存儲圖象的存儲設(shè)備(磁光存儲介質(zhì)、磁存儲介質(zhì)等)、TV調(diào)諧器等的圖象信息信號405]變換成可以由左右液晶屏顯示的信號的處理。然而，無須說明的是，在顯示單元主體400中的信號的處理順序可以由電路設(shè)計適當?shù)馗淖儭?br> 如果液晶控制器401a和401b以及定時發(fā)生電路402是作為液晶屏的外圍電路在同一塊襯底上形成的，則可以使顯示單元主體變得更輕并且更加集成。
此外，還可以采取這樣一種結(jié)構(gòu)，即顯示單元具有刪去外部信息的功能，或者具有在周圍景物上疊加虛擬屏幕的功能。在信息處理操作中，在外部信息被刪去的情況下，用戶可以將注意力集中在虛擬顯示屏上。此外，由于用戶脫離了外部環(huán)境，他或她則可以放松。在提供了將虛擬屏幕疊加在周圍景物的功能的情況下，可以同時看到虛擬顯示圖象和輸入設(shè)備(鍵盤等)，這樣可以使信息處理的操作變得容易。當然，希望采用這樣一種結(jié)構(gòu)，既能提供上述功能，又能提供一個更改設(shè)備，這樣用戶可以自由地確定這些功能的更改。此外，還可以采取這樣一種結(jié)構(gòu)，即顯示單元具有根據(jù)一個輸入圖象信號自動進行更改的功能。
作為該實施例的圖象顯示方法，由于顯示的是2D(平面圖象)，形成相同的信號，來作為用于右眼的圖象信號406和用于左眼的圖象信號407，并將其輸入到液晶屏。
在本發(fā)明的顯示單元中使用的液晶屏(用于右眼的液晶屏403，用于左眼的液晶屏404)中，進行象素TFT的行順序掃描，并且由于象素數(shù)目特別多，它完全可以適應(yīng)將來的ATV(高級TV)。于是，該液晶屏具有XGA或更高的分辨率，例如，水平和垂直都為1920×1280。
本發(fā)明的顯示單元是由幀反相驅(qū)動來驅(qū)動的，在幀反相驅(qū)動中，在一個即使液晶屏與人眼之間的距離小至幾厘米時仍不能由人眼進行識別的頻率范圍(大約60Hz或更高)內(nèi)，對于每一幀(一屏)，加到所有象素的電壓的正負極性都被反轉(zhuǎn)。在這個實施例中，對于頻率為60Hz的每一幀(一屏)，加到所有象素的電壓的正負極性被反轉(zhuǎn)。
本發(fā)明的液晶屏的特征在于，一個開關(guān)元件(TFT)的溝道形成區(qū)域是由連續(xù)的晶粒間界晶體硅(連續(xù)晶粒硅CGS)形成的，實現(xiàn)象素TFT的行順序掃描，并且在不能由人眼進行識別的頻率范圍(大約45Hz至180Hz，最好是60至85Hz)內(nèi)實現(xiàn)交流驅(qū)動。
該實施例顯示了一個用顯示單元(頭部固定顯示器)虛擬顯示3D(三維圖象)圖象的例子。下面參考圖4說明該實施例。顯示設(shè)備的液晶屏的特征在于，開關(guān)元件的半導(dǎo)體薄膜是由連續(xù)的晶粒間界晶體硅(CGS)形成的，實現(xiàn)象素TFT的行順序掃描，并且在不能由人眼進行識別的頻率范圍(大約45Hz至180Hz)內(nèi)實現(xiàn)交流驅(qū)動。
對于3D(三維圖象)圖象，要準備兩個不同的圖象信息，即，用于右眼的圖象信號406和用于左眼的圖象信號407。在該實施例中，由一個外部單元(控制單元、存儲單元等)形成兩個不同的圖象信號，并將其分別輸入給右眼的液晶屏和左眼的液晶屏，從而簡化了顯示單元。
在為了得到三維圖象而由兩個圖象拾取設(shè)備來獲得兩個圖象信號406和407的情況下，適合于直接使用獲得的圖象信息。
上述的兩個不同的圖象信號是由液晶控制器401a或401b形成的，并分別輸入到用于右眼的液晶屏和用于左眼的液晶屏，從而獲得3D(三維圖象)圖象。也就是說，在液晶控制器401a和401b中，將圖象信息信號405變換成這樣一種信號，使得顯示在液晶屏上的圖象由人眼識別為3D(三維圖象)圖象。然而，無須說明的是，在顯示單元主體400中的信號處理的順序是可以由電路設(shè)計適當?shù)馗淖兊摹?br> 另外，最好采取在顯示單元主體400中提供有一個改變開關(guān)等的這樣一種結(jié)構(gòu)，以便還可以顯示2D(平面圖象)。
在該實施例中，將參考圖5A至5E說明制造步驟的一個例子，其中，一個活動矩陣區(qū)域和一個外圍驅(qū)動電路集成在一個玻璃襯底或石英襯底上，并且制造出一個液晶屏。應(yīng)用在該實施例中所示的制造步驟，可以獲得如圖2至4所示的液晶屏。
首先，如圖5A所示，用一種濺射方法在絕緣襯底501上形成一個厚度為3000A的氧化硅膜502作為基膜。
接著，用低壓CVD方法形成厚度為400A的非晶硅膜，這在圖中未顯示。將這種非晶硅膜晶化，以便獲得一種被稱作連續(xù)晶粒硅(CGS)的晶體硅膜。將這種晶體硅膜構(gòu)造形成圖5A中的模式503、504和505。在后面的實施例4中將說明這種被稱作為CGS的晶體硅膜的制造方法。
這些模式成為薄膜晶體管的活動層。在這里，模式503成為一個細成外圍驅(qū)動電路的CMOS電路的NMOS(N溝道薄膜MOS晶體管)的活動層。
模式504成為一個組成外圍驅(qū)動電路的CMOS電路的PMOS(P溝道薄膜MOS晶體管)的活動層。
模式505成為一個放置在一個象素處的NMOS(N溝道薄膜MOS晶體管)的活動層。
以這種方式獲得了圖5A中顯示的狀態(tài)。接著，在形成了導(dǎo)電膜之后，如圖5B所示，形成柵極模式507、508和509?？梢圆捎弥饕饘俨牧?、例如Ta(鉭)、Al(鋁)、Mo(鉬)、W(鎢)和Ti(鈦)的單層或其疊層作為柵極材料。也可以使用由硅和這些金屬元素組成的硅化物。
在該實施例中，用濺射方法形成包含0.18wt％的鈧、厚度為4000A的鋁膜。在這里，鈧是密封形成的，以消除在后續(xù)步驟中由鋁的異常成長所形成的小丘或金屬須。
在形成了鋁膜之后，在鋁膜表面形成具有致密薄膜質(zhì)量、厚度大約為100A的陽極氧化膜，這在圖中未顯示。
在這里，將包含3％酒石酸的乙二醇溶液與氨水進行中和而獲得的溶液用作為電解溶液。在這個電解溶液中，將鉑作為陰極，將鋁作為陽極，電流在兩個電極之間流動，這樣則可以在鋁膜表面形成一個陽極氧化膜。
這個陽極氧化膜具有致密且結(jié)實的薄膜質(zhì)量，并具有提高在后續(xù)形成的保護掩膜與鋁膜之間的附著性的功能。這個陽極氧化膜的膜厚度一般可以由一個外加電壓來控制。
在獲得了帶有未顯示的陽極氧化膜的未顯示的鋁之后，在其表面上形成一個保護掩膜，模式是應(yīng)用掩膜形成的。以這種方式則獲得了圖5B中的柵極模式507、508和509。
在獲得了柵極模式507、508和509之后，又形成一個陽極氧化膜。這個陽極氧化膜的形成也是應(yīng)用將包含3％酒石酸的乙二醇溶液與氨水進行中和而獲得的溶液來實現(xiàn)的。
在這里，這個陽極氧化膜的膜厚度是1000A。這個陽極氧化膜具有在電學上和物理上保護由鋁制成的柵極表面的功能。
接著，應(yīng)用柵極和其上的陽極氧化膜作為掩膜來進行雜質(zhì)摻雜，以便給出一個導(dǎo)電類型。在該步驟中，有選擇地放置保護掩膜，并應(yīng)用一種等離子體摻雜方法交替地且有選擇地進行P(磷)和B(硼)的摻雜，從而形成N型區(qū)50、52、56和58。進一步地，形成P型區(qū)53和55。
在摻雜結(jié)束之后，進行激光照射，以便活化摻雜的雜質(zhì)，并韌化摻雜時的損害。
在這里，區(qū)域50變?yōu)镹MOS的源極區(qū)，區(qū)域52變?yōu)镹MOS的漏極區(qū)，區(qū)域53變?yōu)镻MOS的漏極區(qū)，區(qū)域55變?yōu)镻MOS的源極區(qū)。區(qū)域56變?yōu)镹MOS的漏極區(qū)，區(qū)域58變?yōu)镹MOS的源極區(qū)。區(qū)域51、54和57變?yōu)楦鱾€薄膜晶體管的溝道形成區(qū)。
以這種方式，獲得了圖5B中所示的狀態(tài)。然后，應(yīng)用一種等離子體CVD方法形成構(gòu)成一第一夾層絕緣薄膜的、厚度為2000A的氮化硅薄膜513。
進一步地，應(yīng)用一種旋涂方法形成構(gòu)成第一夾層絕緣薄膜的、由聚亞胺樹脂制成的薄膜514。除了聚亞胺樹脂之外，還可采用聚酰胺、聚亞胺酰胺等。在這里，采用樹脂材料來用于夾層絕緣薄膜，因為其表面可以做得很平坦。
以這種方式，獲得了圖5C所示的狀態(tài)。然后，形成接觸孔，還形成由鈦膜以及鋁膜和鈦膜的迭片薄膜制成的電極515、516、517和518。
在這里，鈦膜的厚度是1000A，鋁膜的厚度是2000A。各個薄膜是應(yīng)用濺射方法形成的。
在這種狀態(tài)下，形成了構(gòu)成外圍驅(qū)動電路的CMOS電路。電極518變?yōu)橐粋€活動矩陣電路的源線或從該源線延伸出的一條線。
以這種方式，獲得了圖5D中所示的狀態(tài)。接著，形成由聚亞胺樹脂制成的第二夾層絕緣薄膜519。然后形成一個接觸孔，還形成由ITO制成的象素電極520。
以這種方式，獲得了圖5E中所示的狀態(tài)。在獲得了圖5E中所示的狀態(tài)之后，在氫氣中以350℃進行一個小時的熱處理。以這種方式制造出了TFT。
在該實施例中，雖然舉例說明了一個頂柵(top-gate)類型的TFT，但也可以采用使用底柵(bottom-gate)類型的TFT的結(jié)構(gòu)。圖6顯示了底柵類型的TFT結(jié)構(gòu)的一個列子。標號601代表襯底，602代表下部膜，603代表柵電極，604代表柵絕緣膜，605代表源極區(qū)，606代表漏極區(qū)，607代表LDD區(qū)，608代表溝道形成區(qū)，609代表溝道保護膜，610代表夾層絕緣膜，611代表源電極，612代表漏電極。
在底柵類型的TFT結(jié)構(gòu)的情況下，以相同的方式，采用一個被稱為CGS的連續(xù)晶粒間界晶體硅膜形成溝道形成區(qū)608。也就是說，在本發(fā)明中，TFT的結(jié)構(gòu)并不限于一特定結(jié)構(gòu)。
此后，由CGS形成的多個TFT在襯底上構(gòu)成象素矩陣電路703、柵旁驅(qū)動電路704、源旁驅(qū)動電路705和邏輯電路706。一個相對的襯底707粘在這樣一種活動矩陣襯底上。在活動矩陣襯底和相對襯底707之間夾有一個液晶層(未顯示)(圖7)。
在圖7所示的結(jié)構(gòu)中，希望活動矩陣襯底除了一邊的所有邊都制造得與相對襯底的邊一致。這樣做可以有效地增加從一個大襯底所取出的件數(shù)。在前述的一邊中，將相對襯底的一部分移去，露出活動矩陣襯底的一部分，并將一個FPC(可變打印電路)708連在其上。隨著需要的提高，可以將一個IC芯片(由在單晶硅上形成的MOSFET構(gòu)成的半導(dǎo)體電路)安裝在這部分上。
由于一個包括CGS的活動層的TFT具有非常高的運行速度，隨著象素矩陣電路的形成，有可能在相同的襯底上集成地形成一個信號處理電路，該電路由幾百MHz的高頻驅(qū)動到幾GHz。也就是說，圖7中所示的液晶模塊實現(xiàn)了一種屏上系統(tǒng)(system-on-panel)。
順便提一下，本發(fā)明并不僅僅應(yīng)用于驅(qū)動電路集成類型的液晶顯示單元，還可應(yīng)用于所謂的外部顯示單元，在該外部顯示單元中，在與液晶屏不同的襯底上形成一個驅(qū)動電路。
在這個實施例中，雖然已經(jīng)描述了將本發(fā)明應(yīng)用在液晶顯示單元上的情況，還可以構(gòu)造活動矩陣類型的EL(電致發(fā)光)顯示單元等。還可以形成一個在相同襯底上帶有光電轉(zhuǎn)換層的圖象傳感器等。
與前述的液晶顯示單元類似，將EL顯示單元、圖象傳感器、具有將光信號變換成電信號或者將電信號變換成光信號的功能的設(shè)備定義為電光設(shè)備。如果可以通過應(yīng)用在具有一個絕緣表面的襯底上的半導(dǎo)體薄膜(CGS)采形成電光設(shè)備，可以將本發(fā)明應(yīng)用在所有電光設(shè)備上。當然，該實施例可以與實施例1或?qū)嵤├?自由地組合。
下面參考圖8至10說明前述的實施例3的連續(xù)晶粒間界晶體硅(連續(xù)晶粒硅CGS)的制造方法及其結(jié)構(gòu)。
首先，用低壓CVD方法、等離子體CVD方法或濺射方法在一個絕緣襯底上形成一個非晶半導(dǎo)體薄膜。
作為非晶半導(dǎo)體薄膜，一般可以使用非晶硅薄膜。除此之外，作為半導(dǎo)體薄膜，還可以使用硅和鍺的化合物，如SixGe1-x(0＜X＜1)所示。非晶半導(dǎo)體薄膜的厚度為25至100nm(最好為30至60nm)。
由于混合在薄膜中的雜質(zhì)、例如碳、氧和氮可能會阻礙后續(xù)的晶化，最好將它們完全去除。特別地，最好使碳和氮的濃度分別小于5×1018原子/cm3(一般不大于5×1017原子/cm3)，氧的濃度小于1.5×1019原子/cm3(一般不大于1×1018原子/cm3)。如果雜質(zhì)濃度為上述濃度，則在已完成的TFT中的上述雜質(zhì)的濃度也落入上述范圍。
在薄膜形成的時候，增加一種雜質(zhì)元素(在族13中的元素，一般為硼，或是族15中的元素，一般為磷)來控制TFT的閾值電壓(Vth)是比較有效的。在未增加前述的Vth控制雜質(zhì)的情況下，需要確定考慮Vth時的增加量。
接著，進行非晶半導(dǎo)體薄膜的晶化步驟。應(yīng)用由本發(fā)明的發(fā)明人在日本專利申請No.Hei.7-130652中公開的一種技術(shù)來作為晶化的裝置。雖然可以使用本發(fā)明中的公開文本中的實施例1和實施例2的任何裝置，但最好使用在實施例2中所陳述的(在日本專利申請No.Hei.8-78329中詳細公開的)技術(shù)內(nèi)容。這些專利的整個公開文本在這里作為參考。美國專利No.5,643,826涉及日本專利7-130652。該美國專利的整個公開文本在這里也作為參考。
依據(jù)在日本專利申請No.Hei.8-78329中公開的技術(shù)，首先，形成一個掩膜絕緣膜，用于選擇催化元素的增加區(qū)域。然后，用一種旋涂方法涂上包含用于促進非晶半導(dǎo)體薄膜的晶化的催化元素的溶液，并形成一個催化元素包含層。
可以使用從鎳(Ni)、鈷(Co)、鐵(Fe)、鈀(Pd)、鉑(Pt)、銅(Cu)、金(Au)、鍺(Ge)和鉛(Pb)中選擇的一種或多種元素作為催化元素。特別地，最好使用比硅晶格的牢固度高的鎳。
前述的增加催化元素的步驟并不限于旋涂方法，還可以使用離子注入方法或應(yīng)用掩膜的等離子摻雜方法。在這種情況下，由于減少增加的區(qū)域所占的面積以及控制橫向增長區(qū)域的增長距離變得容易，在構(gòu)造微觀電路時這成為一種有效的技術(shù)。
接著，在催化元素的增加步驟結(jié)束之后，在大約500℃進行2個小時的脫氫處理，然后在一種惰性氣體、氫氣或氧氣中在溫度為500至700℃(一般為550至650℃，最好為570℃)內(nèi)進行4至24小時的熱處理，以便使非晶半導(dǎo)體薄膜晶化。
此時，非晶半導(dǎo)體薄膜的晶化首先從在加有催化元素的區(qū)域中產(chǎn)生的核子開始進行，并形成幾乎與襯底表面平行增長的晶體區(qū)域。本發(fā)明將這個晶體區(qū)域稱作為一個橫向增長區(qū)。橫向增長區(qū)具有這樣的優(yōu)點，即，全部結(jié)晶度較好，因為各個晶體是以一種相對均勻的狀態(tài)聚集在一起的。
在晶化的熱處理完成之后，除去掩膜絕緣膜，進行用于除去催化元素的熱處理(催化元素的除氣步驟)。在該熱處理中，在處理氣體中包含一鹵族元素，并應(yīng)用鹵族元素對于金屬元素的除氣作用。
為了充分地獲得鹵族元素的除氣作用，最好在超過700℃的溫度執(zhí)行上述的熱處理。如果溫度不高于700℃，則分解在處理氣體中的鹵素化合物變得困難，所以害怕不能得到除氣作用。因此，熱處理的溫度最好是800至1000℃(一般為950℃)，并且處理時間是0.1至6小時，最好為0.5至1小時。
典型地，在一個包含0.5至10vol％(最好為3vol％)的氫氯(HCI)的氧氣中在950℃進行熱處理30分鐘是合適的。如果HCI的濃度高于上述濃度，在橫向增長區(qū)的表面上就會產(chǎn)生可與薄膜厚度相比較的不平坦。因此，這種高濃度不是最佳的。
可以采用除了HCI氣之外的從包含鹵族元素、例如HF、NF3、HBr、Cl2、ClF3、BCl3、F2和Br3的化合物中選擇出的一種或多種化合物來作為包含鹵族元素的化合物。
在該步驟中，由氯作用將橫向增長區(qū)中的催化元素進行除氣，并轉(zhuǎn)換成揮發(fā)氯化物，釋放到空氣中并除去。在此步驟之后，橫向增長區(qū)內(nèi)的催化元素的濃度低至5×1017原子/cm3或更少(典型地，2×1017原子/cm3或更少)。
這樣得到的橫向增長區(qū)顯示了由棒狀或扁平棒狀晶體的聚合所制成的唯一的晶體結(jié)構(gòu)。其特征將在下面進行描述。
根據(jù)上述制造步驟形成的橫向增長區(qū)在微觀上具有一種晶體結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，將多個棒狀(或扁平棒狀)晶體排列為幾乎相互平行，并且規(guī)則地指向一特定方向。這可以通過用一個TEM(透射電子顯微鏡)觀察來容易地確認。
本發(fā)明的發(fā)明人用一個HRTEM(高清晰度透射電子顯微鏡)詳細觀察了本發(fā)明的半導(dǎo)體薄膜的晶粒間界(圖8A)。在該說明書中，將晶粒間界限定為一個在接口上形成的晶粒間界，在該接口上，不同的棒狀晶體彼此相接觸，除非特別指定。于是，將晶粒間界看作為與例如由單獨的橫向增長區(qū)的碰撞形成的宏觀晶粒間界不同。
前述的HR-TEM(高分辨率透射電子顯微鏡)是采用電子束垂直地照射樣本、并應(yīng)用透射電子或彈性散射電子的干擾來計算原子和分子的排列的一種方法。通過使用該方法，可以觀察到作為晶格帶的晶格排列的狀態(tài)。于是，通過觀察晶粒間界，可以推導(dǎo)出在晶粒間界處的原子的連接狀態(tài)。
在由本發(fā)明獲得的TEM照片(圖8A)中，可以清楚地觀察到在晶粒間界兩種不同的晶粒(棒狀晶粒)相互接觸這個狀態(tài)。此時，能夠由電子束衍射確定，雖然在晶軸中有一些偏差，兩種晶粒幾乎都為{110}取向。
在上述的由TEM照片對晶格帶的觀察中，在{110}平面觀察到對應(yīng)于{111}平面的晶格帶。該對應(yīng)于{111}平面的晶格帶表示這樣一種晶格帶，即在晶粒被沿該晶格帶切割時，在截面中出現(xiàn){111}平面?？梢灾缓唵蔚卮_定晶格帶到該晶格帶對應(yīng)的平面之間的距離。
此時，本發(fā)明的發(fā)明人詳細觀察本發(fā)明的半導(dǎo)體薄膜的TEM照片，并獲得了非常有趣的發(fā)現(xiàn)。在照片中所見的任何兩個不同的晶粒中，都看見對應(yīng)于{111}平面的晶格帶。并且可以觀察到晶格帶明顯地是相互平行的。
進一步地，不考慮晶粒間界的存在，兩種不同晶粒的晶格帶彼此相連，以便通過晶粒間界。也就是說，可以確定幾乎所有觀察到的通過晶粒間界的晶格帶都是線性連續(xù)的，而不考慮它們是不同晶粒的晶格帶這個事實。對于任何晶粒間界都是這種情況。
這種晶體結(jié)構(gòu)(晶粒間界的精確結(jié)構(gòu))表明，兩種不同的晶粒在晶粒間界以非常好的一致性相互連接。也就是說，晶格在晶粒間界連續(xù)地彼此相連，從而形成這樣一種結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)中，不容易產(chǎn)生由晶體缺陷等引起的陷阱。換句話說，可以說晶格在晶粒間界是連續(xù)的。
在圖8B中，作為參考，由本發(fā)明的發(fā)明人對常規(guī)的多晶硅薄膜(稱為高溫多晶硅薄膜)進行對電子束衍射和HR-TEM觀察的分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在兩種不同的晶粒中晶格帶是隨機的，并且在晶粒間界中幾乎不存在帶有非常好的一致性的連續(xù)的連接。也就是說，發(fā)現(xiàn)有許多晶格帶在晶粒間界中被切割的部分，并且有許多晶體缺陷。
本發(fā)明人將在本發(fā)明所使用的半導(dǎo)體薄膜中的晶格帶以良好的一致性彼此對應(yīng)的情況下的原子的接合(bonding)狀態(tài)看作為一致性接合，并將此時的鍵(bond)看作為一致性鍵。反之，本發(fā)明人將在常規(guī)的多晶硅膜中常見的晶格帶不以良好的一致性彼此對應(yīng)的情況下原子的接合狀態(tài)看作為非一致性接合，并將此時的鍵看作為非一致性鍵(或懸掛鍵)。
由于在本發(fā)明中所使用的半導(dǎo)體薄膜在晶粒間界處的一致性是非常好的，所以上述的非一致性鍵非常少。作為對由本發(fā)明人所處理的任意多個晶粒間界的研究結(jié)果，不一致性鍵對全部鍵的現(xiàn)有比率是10％或更少(較佳是5％或更少，最佳是3％或更少)。也就是說，整個鍵的90％或更多(較佳是95％或更多，最佳是97％或更多)是由一致性鍵構(gòu)成的。
圖9A顯示了由電子束衍射對依據(jù)上述步驟形成的橫向增長區(qū)的觀察結(jié)果。圖9B顯示了用于比較的所觀察的常規(guī)多晶硅膜(被稱為高溫多晶硅膜)的電子束衍射圖案。
在圖9A和9B所示的電子束衍射圖案中，電子束的照射區(qū)域的直徑是4.25μm，并且采集了足夠?qū)拝^(qū)域的信息。所示的照片在這里顯示了在對任意多部分的研究結(jié)果中的典型的衍射圖案。
在圖9A的情況下，對應(yīng)于<110>入射角的衍射點顯現(xiàn)得相對清晰，并且可以確定，在電子束的照射區(qū)域內(nèi)幾乎所有的晶粒都是{110}取向。另一方面，在圖9B所示的常規(guī)的高溫多晶硅膜的情況下，在衍射點上不能看到清楚的規(guī)則性，發(fā)現(xiàn)帶有除了{110}平面之外的平面取向的晶粒間界是不規(guī)則地混在一起的。
因此，本發(fā)明所使用的半導(dǎo)體薄膜的特征是該薄膜顯示了具有僅限于{110}取向的規(guī)則性的電子束衍射圖案，雖然該薄膜是具有晶粒間界的半導(dǎo)體薄膜。當對電子束衍射圖案進行比較時，與常規(guī)半導(dǎo)體薄膜的差異十分清楚。
如上所述，由上述的制造步驟所制造出的半導(dǎo)體薄膜是一個具有與常規(guī)的半導(dǎo)體薄膜十分不同的晶體結(jié)構(gòu)(準確地說是晶粒間界的結(jié)構(gòu))的半導(dǎo)體薄膜。本發(fā)明人在日本專利申請Hei.9-55633，Hei.9-165216和Hei.9-212428，美國待審申請No.09/027344、09/084738和09/120290中已經(jīng)說明了關(guān)于在本發(fā)明中使用的半導(dǎo)體薄膜的分析結(jié)果，這些申請的全部公開文本在這里作為參考。
如上所述，由于本發(fā)明中使用的半導(dǎo)體薄膜的晶粒間界的90％或更多是由一致性鍵構(gòu)成的，它們對于載流子的運動幾乎不造成障礙。也就是說，可以說本發(fā)明中使用的半導(dǎo)體薄膜基本上沒有晶粒間界。
在常規(guī)的半導(dǎo)體薄膜中，雖然晶粒間界是作為阻礙載流子運動的障礙，但由于這種晶粒間界在本發(fā)明所使用的半導(dǎo)體薄膜中基本上不存在，所以可以實現(xiàn)高的載流子流動性。因此，采用本發(fā)明中使用的半導(dǎo)體薄膜制造的TFT的電特性顯示出非常好的值。這將在下面進行說明。
由于本發(fā)明中使用的半導(dǎo)體薄膜基本上可以被看作為單晶體(晶粒間界基本上不存在)，所以一個采用該半導(dǎo)體薄膜作為活動層的TFT顯示出可與一個采用單晶硅的MOSFET相比的電特性。如下所示的數(shù)據(jù)是從由本發(fā)明在實驗上形成的TFT獲得的。
(1)對于N溝道TFT和P溝道TFT，作為顯示TFT的開關(guān)性能(在開/關(guān)操作的切換中的迅速)的指標的亞閾值系數(shù)小至60至100mV/decade(典型地為60至85mV/decade)。
(2)對于N溝道TFT，作為顯示TFT的工作速度的指標的場效應(yīng)遷移率(μFE)大至200至650cm2/Vs(典型地為250至300cm2/Vs)，而對于P溝道TFT，為100至300cm2/Vs(典型地為150至200cm2/Vs)。
(3)對于N溝道TFT，作為指示TFT的驅(qū)動電壓的指標的閾值電壓(Vth)小至-0.5至1..5V，而對于P溝道TFT，為-1.5至0.5V。
如上所述，已經(jīng)確定，可以實現(xiàn)非常好的開關(guān)特性和高速工作特性。
順便提及，在CGS形式中，前述的在高于晶化溫度的溫度(700至1100℃)進行的退火(anneal)步驟對于降低晶粒中的缺陷起了重要的作用。這將在下面進行說明。
圖10A是一個晶體硅膜在直至前述的晶化步驟的步驟已經(jīng)結(jié)束的時間點的放大了25萬倍的TEM照片。在晶粒中確定了箭頭所指示的曲折缺陷(由于對比度的差別，出現(xiàn)黑部分和白部分)。
雖然這種缺陷主要是在硅晶格平面上的原子疊層的順序不一致的疊層缺陷，也存在錯位的情況?？梢钥闯?，圖10A顯示了一個疊層缺陷，具有一個平行于{111}平面的缺陷平面。這可以從曲折缺陷大約彎曲70°這個事實來看出。
另一方面，如圖10B所示，在序發(fā)明采用的以相同放大率放大的晶體硅膜中，可以確定，由疊層缺陷、錯位等引起的缺陷幾乎看不見，并且結(jié)晶性是非常高的。可以在整個薄膜表面看到這種趨勢，并且雖然在現(xiàn)有環(huán)境下將缺陷的數(shù)目減少至零是非常困難的，但可以將數(shù)目減少至大致為零。
也就是說，在本發(fā)明采用的晶體硅膜中，將晶粒中的缺陷減少至缺陷幾乎可以被忽略的程度，并且由于晶粒間界的高度連續(xù)性，其不能成為載流子運動的障礙，以便可以將薄膜看作為單晶體或基本上為單晶體。
因此，在圖10A和10B的照片中所示的晶體硅膜中，雖然任何晶粒間界都具有幾乎相等的連續(xù)性，但在晶粒中的缺陷個數(shù)上有很大的不同。本發(fā)明的晶體硅膜顯示出比圖10A中所示晶體硅膜高得多的電特性的原因主要是缺陷個數(shù)的差異。
從上述說明可以理解，催化元素的吸氣處理是本發(fā)明不可缺少的步驟。本發(fā)明的發(fā)明人為在該步驟中出現(xiàn)的現(xiàn)象考慮下述的模型。
首先，在圖10A所示的狀態(tài)中，催化元素(典型地為鎳)在晶粒中的缺陷處(主要是疊層缺陷)被分開。也就是說，可以觀察到存在有許多具有諸如Si-Ni-Si形式的鍵。
然而，當通過實現(xiàn)催化元素的吸氣處理來去除存在于缺陷中的Ni時，Si-Ni鍵被切斷。于是，剩余的硅鍵立即形成Si-Si鍵并變得穩(wěn)定。以這種方式，消除了缺陷。
當然，雖然已知由高溫的熱退火消除了晶體硅膜中的缺陷，但假定由于與鎳的連接鍵已經(jīng)被切斷，產(chǎn)生了許多不成對的鍵，以便平穩(wěn)地實現(xiàn)硅的重新結(jié)合。
本發(fā)明的發(fā)明人還考慮了一個模型，在該模型中，由高于晶化溫度的溫度(700至1100℃)的熱處理將晶體硅膜連接到其底部膜，并增加粘性，以便消除缺陷。
這樣獲得的本發(fā)明中采用的晶體硅膜(圖10B)具有如下特征，即在晶粒中的缺陷個數(shù)遠遠小于僅僅進行了晶化的晶體硅膜(圖10A)。缺陷個數(shù)的不同表現(xiàn)為由ESR(電子自旋共振)分析出的自旋密度的不同。在現(xiàn)有的環(huán)境下，本發(fā)明中采用的晶體硅膜的自旋密度至少為1×1018自旋數(shù)/cm3(最好為5×1017自旋數(shù)/cm3或更小)。
在本發(fā)明中采用的、具有上述晶體結(jié)構(gòu)特征的晶體硅膜被稱作為連續(xù)晶粒間界晶體硅(連續(xù)晶粒硅CGS)。
在上述每個實施例的顯示單元中，在希望實現(xiàn)高分辨率的情況下，必須縮短寫周期。該實施例顯示了一個例子，在采用相對高質(zhì)量的圖象信息的情況下，將一個基本上沒有閾值的反鐵電液晶用作為在上述各個實施例中使用的液晶屏的液晶材料。
由于在常規(guī)的LCD中使用的液晶材料對于電壓應(yīng)用具有慢的響應(yīng)速度(幾十ms至幾百ms)，即使驅(qū)動電路是由采用例如晶體硅(CGS)、能夠在高頻帶寬工作的TFT構(gòu)成的，液晶材料也不能響應(yīng)于高速操作。
然而，在該實施例中，采用了晶體硅(CGS)，將能夠工作在高頻帶寬的TFT用作為液晶屏的開關(guān)元件，并采用對于電壓應(yīng)用具有高響應(yīng)速度并且基本上沒有閾值的反鐵電液晶，以便能實現(xiàn)沒有閃爍、具有高精度和高分辨率的顯示單元。

該實施例顯示了一種結(jié)構(gòu)的例子，在該結(jié)構(gòu)中，采用R(紅)、G(綠)和B(藍)的發(fā)光二極管作為背景光，并包含在顯示單元主體中，以便獲得一個彩色圖象。作為這種情況下的彩色顯示，例如，如果發(fā)光二極管的R、G和B的閃爍對于每種顏色以時間序列R，G，B，R，G，B，R…重復(fù)在一屏的寫周期(稱之為幀頻)的三倍頻率上，人眼將其識別為一個彩色圖象。在該實施例中，以60Hz寫一屏，則發(fā)光二極管的R、G和B的閃爍重復(fù)在180Hz，也就是三倍于時間序列R，G，B，R，G，B，R…的每種顏色的寫頻率的值。對于一屏的寫周期(稱之為幀頻)并不特別限制，只要是45Hz或更高，最好是60Hz或更高。在這種情況下，由于不需要彩色濾波器，所以可以得到亮度顯示。
可以用諸如EL元件的發(fā)光元件代替發(fā)光二極管來形成背景光。順便提及，該實施例可以與實施例1至5自由地組合。
在該實施例中，將參考圖11說明一個例子，在該例子中，采用上述各個實施例中的顯示單元(CGS被用于液晶屏的開關(guān)元件的溝道形成區(qū)域)來實現(xiàn)信息通信操作。
圖11顯示了一個TV電話的例子，在該TV電話中，信息處理設(shè)備及其系統(tǒng)由顯示單元1103、通信單元1102、聲音采集單元1105和圖象拾取單元1106組成，并且可以展現(xiàn)給用戶一個虛擬圖象(平面圖象或三維圖象)。
用戶1100通過電話線或通信電纜將顯示單元與通信單元1102、例如電話相連，并使用諸如麥克的聲音采集設(shè)備1105和諸如照相機的圖象拾取設(shè)備1106來實現(xiàn)向通信伙伴的信息處理操作(用戶的聲音數(shù)據(jù)的傳輸，例如用戶表情的圖象的傳輸，等等)。還可以采取這種結(jié)構(gòu)，即通信單元和顯示單元是通過一個控制單元、例如計算機彼此相連的。
在傳輸例如用戶表情的虛擬三維圖象的情況下，希望采用這樣一種結(jié)構(gòu)，即為右眼形成圖象信號的圖象拾取設(shè)備和為左眼形成圖象信號的圖象拾取設(shè)備在顯示單元、通信單元或控制單元中是分別提供的，以便能傳輸兩個圖象信號。
當使用這個信息處理設(shè)備和系統(tǒng)時，用戶在看到從通信伙伴發(fā)送的圖象的同時可以進行信息處理操作(會話，電子文件交換等)。由于用戶在信息處理操作期間能夠與外界隔離，他或她能夠集中精力在虛擬顯示屏上。此外，由于用戶與周圍環(huán)境隔開，他或她能夠放松。另外，由于虛擬屏上可以疊加在周圍景物上顯示，該設(shè)備是非常方便的。
在采用諸如CRT的常規(guī)顯示單元TV電話中，害怕信息被周圍除了用戶的其他人看見。然而，由于該實施例的信息處理設(shè)備和系統(tǒng)使用了虛擬圖象，不必害怕虛擬圖象被除了打開顯示單元的用戶的其他人看見，從而可以容易地進行信息交換，而不必注意周圍的情況。
如果將一個便攜式小單元、例如便攜式電話用作為與顯示單元相連的通信單元，則信息通信可以在任何地方進行。進一步地，當一個小的圖象拾取設(shè)備被安裝在這個小通信單元上時，可以實現(xiàn)便攜式TV電話。下面將參考圖12說明使用小通信單元實現(xiàn)信息通信操作的例子。
圖12顯示了一個TV電話的例子，在該TV電話中，信息處理設(shè)備和系統(tǒng)由顯示單元1203、小通信單元1202和小圖象拾取設(shè)備1206組成，并且可以展現(xiàn)給用戶1200一個虛擬顯示屏1204(平面圖象或三維圖象)。小通信單元1202具有一個內(nèi)附的聲音采集設(shè)備(麥克等)，可以輸入用戶的聲音，作為聲音數(shù)據(jù)。進一步地，該設(shè)備還包含一個輸入單元，可以簡單地輸入字符。
另外，當用于將用戶的聲音數(shù)據(jù)自動變換成字符的設(shè)備1208被包含在顯示單元、通信單元或控制單元中時，可以將會話等同時虛擬顯示為字符。如圖12所示，通過在用戶1200可以看見的虛擬屏1209上增加這些功能，用戶在看見從通信伙伴1210發(fā)送的圖象(通信伙伴的上半部分圖象，等等)的同時進行會話，同時，該會話被變換成字符，顯示在會話的句子顯示部分1207，并且電子信息被顯示在電子信息部分1205。從用戶1200看見的虛擬屏1209對應(yīng)于虛擬顯示屏1204。上述顯示部分1205和1207的顯示部分并不特別進行限制。
由于同時還可以將會話存儲為字符，因此無須記錄下來，并且可以準確地進行信息交換。即使用戶在聽覺上有欠缺，他或她在看到虛擬顯示的字符時也可以進行準確的對話。
在常規(guī)的HMD中，不可能得到可以準確地識別細小的字符這樣的分辨率，這個采用用于溝道形成區(qū)域的CGS的實施例的HMD第一次使這樣的分辨率變?yōu)榭赡堋?br> 在該實施例中，不需要常規(guī)的顯示屏(CRT等)，而僅僅進行虛擬顯示，從而可以在任何地點和任何環(huán)境下進行信息處理操作(與通信伙伴的對話，與通信伙伴的信息交換，等等)。
如上所述，在提供有本發(fā)明的顯示單元(HMD)的信息處理設(shè)備中，形成液晶屏的薄膜晶體管的活動層的晶體硅是CGS，從而該設(shè)備可以處理相對高質(zhì)量的圖象信號(60Hz或更高)，并能獲得具有高分辨率的虛擬圖象(2D或3D)。
此外，雖然在液晶屏和人眼之間的距離小至幾厘米，由于幀反轉(zhuǎn)驅(qū)動的極性反轉(zhuǎn)周期較小(45Hz至180Hz)，所以不會產(chǎn)生閃爍，從而可以減少對人眼的影響。也就是說，與現(xiàn)有技術(shù)相比，使用時間可以延長。
另外，常規(guī)HMD的分辨率低，讀細小字符很困難。在本發(fā)明的液晶屏中，可以清楚地識別細小字符，從而可以精確地實現(xiàn)信息處理操作。也就是說，在本說明書中公開的HMD對于信息處理設(shè)備的顯示單元是最佳的。
在本說明書公開的信息處理設(shè)備中，由于在信息處理操作期間用戶可以切斷與外界的聯(lián)系，他或她能夠集中精力在虛擬顯示屏上。除此之外，由于用戶與周圍環(huán)境隔開，他或她可以放松。進一步地，虛擬顯示屏可以疊加在周圍景物上顯示。
此外，該設(shè)備不會使桌面空間擁擠，空間可以被有效地利用。進一步地，由于該設(shè)備重量很輕，它可以被攜帶，信息處理操作可以在任何地方進行。
例如，當使用一個便攜式電話或公共電話的通信線并且該線與本發(fā)明的顯示單元相連時，可以在看到通信伙伴的圖象或信息的同時進行信息交換(會話等)。
如果使用具有高響應(yīng)速度的液晶材料(例如，沒有閾值的AFLC)，還可以得更高分辨率的圖象。
如上所述，在本說明書公開的頭部固定顯示器對于進行信息處理操作的顯示單元可以實現(xiàn)最優(yōu)化，并且通過使用帶有顯示單元和系統(tǒng)的信息處理設(shè)備可以提供非常好的信息處理環(huán)境。
并且，雖然已經(jīng)結(jié)合最佳實施例說明了本發(fā)明，但本發(fā)明并不僅限于這些實施例的特定結(jié)構(gòu)。在不偏離附帶的權(quán)利要求的范圍的情況下，可以進行各種修改。例如，如果需要，顯示系統(tǒng)可以只有一個顯示屏被設(shè)置在右眼和左眼之一的前方，以便用戶可以用另一只眼看其他東西。
權(quán)利要求
1.一種信息處理設(shè)備，包括一個控制設(shè)備；一個與所述控制設(shè)備可操作地相連的輸入操作設(shè)備；和一個被設(shè)置在操作員面部上的顯示單元，所述顯示單元包括至少一個與所述控制設(shè)備可操作地相連的有源矩陣顯示面板，其中，所述有源矩陣顯示面板被放置在操作員的一只眼的前方，其中，所述有源矩陣顯示面板的至少其中之一包括用于對象素進行開關(guān)的多個設(shè)置成一個矩陣的第一薄膜晶體管，和一個包括用于驅(qū)動所述象素的第二薄膜晶體管的驅(qū)動電路，其中，所述第一和第二薄膜晶體管形成在同一襯底上。
2.如權(quán)利要求1所述的信息處理設(shè)備，其中，一個二維圖象顯示在所述有源矩陣顯示面板上。
3.如權(quán)利要求1所述的信息處理設(shè)備，其中，還包括一個用于將聲音數(shù)據(jù)變換成字符的設(shè)備，其中，所述字符顯示在所述有源矩陣顯示面板上。
4.如權(quán)利要求1所述的信息處理設(shè)備，其中，所述有源矩陣顯示面板包括一個用于開關(guān)每個象素的薄膜晶體管。
5.如權(quán)利要求1所述的信息處理設(shè)備，其中，所述薄膜晶體管具有一個處于60至80mV/decade范圍內(nèi)的亞閾值系數(shù)。
6.如權(quán)利要求1所述的信息處理設(shè)備，其中，所述輸入操作單元是一個聲音采集單元。
7.如權(quán)利要求1所述的信息處理設(shè)備，其中，所述輸入操作單元是一個圖象拾取單元。
8.如權(quán)利要求1所述的信息處理設(shè)備，其中，與所述有源矩陣顯示面板的一個象素電極相連的薄膜晶體管的溝道形成區(qū)域包括含有多個晶粒的半導(dǎo)體薄膜。
9.如權(quán)利要求8所述的信息處理設(shè)備，其中，所述溝道形成區(qū)域的表面取向基本上是{110}取向。
10.如權(quán)利要求8所述的信息處理設(shè)備，其中，在溝道形成區(qū)域的晶粒間界中有90％或更多的晶格具有連續(xù)性。
11.如權(quán)利要求1所述的信息處理設(shè)備，其中，在所述有源矩陣顯示面板中一屏的寫操作是在45Hz至180Hz實現(xiàn)的，并且為每一屏將加到一個象素電極的電壓極性反轉(zhuǎn)，以獲得在所述顯示單元中的屏幕顯示。
12.如權(quán)利要求1所述的信息處理設(shè)備，其中，所述顯示單元向用戶提供一個虛擬三維圖象。
全文摘要
這里提供了一種信息處理設(shè)備和系統(tǒng)，其中，采用了一個顯示單元(頭部固定顯示器)，用戶在看見虛擬顯示屏幕的同時進行信息處理操作。使用CGS的多晶硅被用于在頭部固定顯示器中使用的液晶屏的顯示元件的半導(dǎo)體，以使得高速驅(qū)動成為可能。在寫周期完成幀反轉(zhuǎn)(60至180Hz)的顯示單元與控制單元和輸入操作單元相連，從而用戶能夠?qū)崿F(xiàn)信息處理操作。
文檔編號G06F3/01GK1494006SQ0315798
公開日2004年5月5日 申請日期1999年2月9日 優(yōu)先權(quán)日1998年2月9日
發(fā)明者山崎舜平, 平形吉晴, 西毅, 桑原秀明, 明, 晴 申請人:株式會社半導(dǎo)體能源研究所