JP3215409B2 - Light valve device - Google Patents

Light valve device

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JP3215409B2
JP3215409B2 JP24920890A JP24920890A JP3215409B2 JP 3215409 B2 JP3215409 B2 JP 3215409B2 JP 24920890 A JP24920890 A JP 24920890A JP 24920890 A JP24920890 A JP 24920890A JP 3215409 B2 JP3215409 B2 JP 3215409B2
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恒夫 山崎
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は直視型表示装置や投影型表示装置等に用いら
れる平板型光弁装置に関する。より詳しくは、半導体薄
膜に駆動回路が形成された集積回路を液晶パネルとして
一体的に組み込んだ光弁装置例えばアクティブマトリク
ス液晶表示装置に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a flat light valve device used for a direct-view display device, a projection display device, and the like. More specifically, the present invention relates to a light valve device such as an active matrix liquid crystal display device in which an integrated circuit in which a drive circuit is formed on a semiconductor thin film is integrally incorporated as a liquid crystal panel.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

アクティブマトリクス液晶表示装置の原理は至って簡
単であり、各画素にスイッチ素子を設け、特定の画素を
選択する場合には対応するスイッチ素子を導通させ、非
選択時においてはスイッチ素子を非導通状態にしておく
ものである。このスイッチ素子は液晶パネルを構成する
ガラス基板上に形成されている。従ってスイッチ素子の
薄膜化技術が重要である。この素子として通常薄膜トラ
ンジスタが用いられている。
The principle of an active matrix liquid crystal display device is very simple: a switching element is provided for each pixel, the corresponding switching element is turned on when a specific pixel is selected, and the switching element is turned off when not selected. It is something to keep. This switch element is formed on a glass substrate constituting a liquid crystal panel. Therefore, the technology for thinning the switch element is important. Usually, a thin film transistor is used as this element.

従来アクティブマトリクス装置においては薄膜トラン
ジスタはガラス基板上に堆積された非晶質シリコン薄膜
あるいは多結晶シリコンの表面に形成されていた。これ
ら非晶質シリコン薄膜及び多結晶シリコン薄膜は化学気
相成長法を用いてガラス基板の上に容易に堆積できるの
で比較的大画面のアクティブマトリクス液晶表示装置を
製造するのに適している。非晶質あるいは多結晶シリコ
ン薄膜に形成されるトランジスタ素子は一般に電界効果
絶縁ゲート型のものである。現在、非晶質シリコンを用
いたアクティブマトリクス液晶表示装置では3インチか
ら10インチ程度の面積のものが商業的に生産されてい
る。非晶質シリコン薄膜は350℃以下の低温で形成でき
るため大面積液晶パネルに適している。又、多結晶シリ
コン膜を用いたアクティブマトリクス液晶表示装置では
現在2インチ程度の小型液晶表示パネルが商業的に生産
されている。
Conventionally, in an active matrix device, a thin film transistor is formed on the surface of an amorphous silicon thin film or polycrystalline silicon deposited on a glass substrate. Since these amorphous silicon thin films and polycrystalline silicon thin films can be easily deposited on a glass substrate using a chemical vapor deposition method, they are suitable for manufacturing an active matrix liquid crystal display device having a relatively large screen. A transistor element formed on an amorphous or polycrystalline silicon thin film is generally of a field effect insulated gate type. At present, an active matrix liquid crystal display device using amorphous silicon having an area of about 3 to 10 inches is commercially produced. Since the amorphous silicon thin film can be formed at a low temperature of 350 ° C. or less, it is suitable for a large-area liquid crystal panel. Further, in an active matrix liquid crystal display device using a polycrystalline silicon film, a small liquid crystal display panel of about 2 inches is currently commercially produced.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

従来の非晶質シリコン薄膜あるいは多結晶シリコン薄
膜を用いたアクティブマトリクス液晶表示装置は比較的
大画面の画像面を必要とする直視型表示装置に適してい
る一方、装置の微細化及び画素の高密度化には必ずしも
適していない。最近直視型表示装置とは別に、微細化さ
れた高密度の画素を有する超小型表示装置あるいは光弁
装置に対する要求が高まってきている。かかる超小型光
弁装置は例えば投影型画像装置の一次画像形成面として
利用され、投影型のハイビジョンテレビとして応用可能
である。微細半導体製造技術を用いることにより10μm
オーダの画素寸法を有し全体としても数cm程度の寸法を
有する超小型光弁装置が可能となる。
Conventional active matrix liquid crystal display devices using an amorphous silicon thin film or a polycrystalline silicon thin film are suitable for a direct-view display device requiring a relatively large screen image surface, while miniaturizing the device and increasing the pixel height. It is not necessarily suitable for densification. Recently, apart from the direct-view display device, there has been an increasing demand for an ultra-small display device or a light valve device having miniaturized high-density pixels. Such a micro light valve device is used, for example, as a primary image forming surface of a projection type image device, and can be applied as a projection type high vision television. 10μm by using fine semiconductor manufacturing technology
An ultra-small light valve device having a pixel size on the order and a size of about several cm as a whole is possible.

しかしながら、従来の非晶質あるいは多結晶シリコン
薄膜を用いた場合には、微細半導体加工技術を適用して
サブミクロンオーダのトランジスタ素子を形成すること
ができない。例えば非晶質シリコン薄膜の場合その易動
度が1cm2/Vsec程度であるため、高速動作が求められる
駆動回路を同一基板上に形成できない。また多結晶シリ
コン薄膜の場合には、結晶粒子の大きさが数μm程度で
あるため、必然的に能動素子の微細化が制限される。さ
らに、駆動回路を薄膜トランジスタで形成した場合でも
外部から画像信号、クロック、同期等のための制御信号
あるいは電源のために少なくとも10数端子の電気的接続
を要する。これは超小型光弁装置にとって小型化の障害
となる。更に、光弁装置外部に設けた電源回路はシステ
ム全体の重量、体積を増大させる。以上に述べたように
従来のアクティブマトリクス表示装置においては、電気
的接続を考慮した場合、超小型化には限界があった。
However, when a conventional amorphous or polycrystalline silicon thin film is used, a submicron-order transistor element cannot be formed by applying a fine semiconductor processing technique. For example, in the case of an amorphous silicon thin film, the mobility is about 1 cm 2 / Vsec, so that a driving circuit requiring high-speed operation cannot be formed over the same substrate. In the case of a polycrystalline silicon thin film, the size of crystal grains is about several μm, so that miniaturization of an active element is necessarily limited. Further, even when the drive circuit is formed by a thin film transistor, at least ten or more terminals need to be electrically connected for a control signal for an image signal, a clock, synchronization, and the like or a power supply from outside. This is an obstacle to miniaturization of the micro light valve device. Further, the power supply circuit provided outside the light valve device increases the weight and volume of the entire system. As described above, in the conventional active matrix display device, there is a limit to miniaturization in consideration of electrical connection.

上述した従来の技術の問題点に鑑み、超小型で微細化
されたアクティブマトリクス液晶表示装置等の光弁装置
を提供することを第1の目的とする。この目的を達成す
るために、本発明においては担体層の上に形成した半導
体単結晶層に駆動回路とともに、光信号を検出したり、
入射光から電力を発生できる光起電力素子を形成するよ
うにした。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-described problems of the related art, it is a first object to provide a light valve device such as an active matrix liquid crystal display device that is miniaturized and miniaturized. In order to achieve this object, in the present invention, together with a driving circuit in a semiconductor single crystal layer formed on a carrier layer, to detect an optical signal,
A photovoltaic element capable of generating electric power from incident light is formed.

ところで従来かかる担体層の上に半導体層を形成した
種々のタイプの半導体積層基板が知られている。いわゆ
るSOI基板と呼ばれているものである。SOI基板は例えは
絶縁物質からなる担体表面に化学気相成長法等を用いて
多結晶シリコン薄膜を堆積させた後、レーザービーム照
射等により多結晶膜を再結晶化して単結晶構造に転換し
て得られていた。しかしながら、一般に多結晶の再結晶
化により得られた単結晶は必ずしも一様な結晶方位を有
しておらず、また格子欠陥密度が大きかった。これらの
理由により、従来の方法により製造されたSOI基板に対
してシリコン単結晶ウェハと同様に微細化技術を適用し
たり、高性能の光起電力素子を内蔵することは困難であ
った。この点に鑑み、本発明は半導体プロセスで広く用
いられているシリコン単結晶と同程度の結晶方位の一様
性及び低密度の格子欠陥を有する半導体薄膜を用いて微
細、高分解能かつ光起電力素子を内蔵する光弁装置を提
供することを第2の目的とする。
By the way, conventionally, various types of semiconductor laminated substrates in which a semiconductor layer is formed on such a carrier layer are known. This is a so-called SOI substrate. For example, an SOI substrate is formed by depositing a polycrystalline silicon thin film on the surface of a carrier made of an insulating material by chemical vapor deposition, etc., and then recrystallizing the polycrystalline film by laser beam irradiation etc. to convert it to a single crystal structure Had been obtained. However, in general, a single crystal obtained by recrystallization of a polycrystal does not always have a uniform crystal orientation and has a large lattice defect density. For these reasons, it has been difficult to apply a miniaturization technique to a SOI substrate manufactured by a conventional method, similarly to a silicon single crystal wafer, or to incorporate a high-performance photovoltaic element. In view of this point, the present invention uses a semiconductor thin film having the same crystal orientation uniformity and low-density lattice defect as a silicon single crystal widely used in a semiconductor process, and has a fine, high-resolution and photovoltaic power. A second object is to provide a light valve device having a built-in element.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上述した第1及び第2図の目的を達成するために講じ
られた手段を第1図に基づいて説明する。第1図(A)
は本発明に用いられる基板1の平面形状を示し、第1図
(B)は同じく断面構造を示す。図示するように、基板
1は例えば直径6インチのウェハ形状を有する。基板1
は例えば石英からなる担体層2とその上に形成された例
えばシリコンからなる単結晶半導体層3とで構成される
2層構造を有する。この基板1の単結晶半導体層3に対
して微細化半導体製造技術を適用し、チップ区画毎に例
えばアクティブマトリクス表示装置の駆動回路、光起電
力素子及び画素電極を形成する。
Means taken to achieve the objects of FIGS. 1 and 2 will be described with reference to FIG. Fig. 1 (A)
1 shows the plan shape of the substrate 1 used in the present invention, and FIG. 1 (B) shows the same cross-sectional structure. As shown, the substrate 1 has, for example, a wafer shape with a diameter of 6 inches. Substrate 1
Has a two-layer structure composed of a carrier layer 2 made of, for example, quartz and a single crystal semiconductor layer 3 made of, for example, silicon formed thereon. A miniaturized semiconductor manufacturing technique is applied to the single crystal semiconductor layer 3 of the substrate 1 to form, for example, a drive circuit, a photovoltaic element, and a pixel electrode of an active matrix display device for each chip section.

第1図(C)はこのようにして得られた集積回路チッ
プの拡大平面図である。図示するように、集積回路チッ
プ4は例えば一片1.5cmの長さを有し、従来のアクティ
ブマトリクス表示装置と比べ著しく小型化されている。
集積回路チップ4はマトリクス状に配置された微細な画
素電極及び個々の画素電極に対応した絶縁ゲート電界効
果型トランジスタの形成された画素領域5と、各トラン
ジスタに対して画像信号を供給するための駆動回路すな
わちXドライバが形成されたXドライバ領域6と、各ト
ランジスタを線順次で走査するための走査回路即ちYド
ライバ領域7と、入射光から光起電力を発生する太陽電
池が形成される太陽電池領域8と、入射光信号からクロ
ック、同期などの制御信号あるいは画像信号を発生する
光信号検出領域9とを有している。本発明によれば、非
晶質薄膜あるいは多結晶薄膜に比べて電荷易動度が極め
て大きく、結晶欠陥の少ない単結晶薄膜を用いているの
で、高速応答性を要するX及びYドライバと高い光電変
換効率を有する太陽電池と高速で光検出感度の高い光信
号検出素子を画素領域と同一面上に形成することができ
る。太陽電池からの出力はX及びYドライバの電源に接
続され、光信号検出器からの画像信号はXドライバに、
クロック及び同期などの制御信号はX及びYドライバに
接続される。
FIG. 1 (C) is an enlarged plan view of the integrated circuit chip thus obtained. As shown, the integrated circuit chip 4 has a length of, for example, 1.5 cm per piece, and is significantly smaller than a conventional active matrix display device.
The integrated circuit chip 4 has a pixel region 5 in which fine pixel electrodes arranged in a matrix and insulated gate field-effect transistors corresponding to individual pixel electrodes are formed, and an image signal for supplying an image signal to each transistor. A driving circuit, that is, an X driver region 6 in which an X driver is formed, a scanning circuit that scans each transistor line-sequentially, that is, a Y driver region 7, and a solar cell in which a solar cell that generates photovoltaic power from incident light is formed It has a battery area 8 and an optical signal detection area 9 for generating a control signal such as clock and synchronization or an image signal from an incident optical signal. According to the present invention, since a single crystal thin film having extremely high charge mobility and less crystal defects is used as compared with an amorphous thin film or a polycrystalline thin film, an X and Y driver requiring high-speed response and a high photoelectricity are used. A solar cell having conversion efficiency and an optical signal detection element having high speed and high photodetection sensitivity can be formed on the same plane as the pixel region. The output from the solar cell is connected to the X and Y driver power supplies, the image signal from the optical signal detector is sent to the X driver,
Control signals such as clock and synchronization are connected to X and Y drivers.

第1図(D)は、上述した集積回路チップ4を用いて
組み立てられた超小型かつ超高密度で信号及び電源の入
力を光で行うアクティブマトリクス型光弁装置を示す断
面図である。図示するように、光弁装置は集積回路チッ
プ4に対して所定の間隙を介して対向配置された対向基
板10と、該間隙に充填された電気光学物質層例えば液晶
層11とからなる。なお、集積回路チップ4の表面には液
晶層11に含まれる液晶分子を配向するための配向膜12が
被覆されている。集積回路チップ4の画素領域5に形成
された個々の画素電極は対応するトランジスタ素子の導
通により選択的に励起され液晶層11に作用して、その光
透過特性を制御し光弁として機能する。個々の画素電極
の大きさは10μm程度であるので極めて高精細なアクテ
ィブマトリクス液晶光弁装置を得ることができる。
FIG. 1 (D) is a sectional view showing an active matrix type light valve device which inputs signals and power with light at a very small size and at a very high density assembled using the integrated circuit chip 4 described above. As shown in the figure, the light valve device includes an opposing substrate 10 that is arranged to face the integrated circuit chip 4 with a predetermined gap therebetween, and an electro-optical material layer, for example, a liquid crystal layer 11 that fills the gap. The surface of the integrated circuit chip 4 is covered with an alignment film 12 for aligning liquid crystal molecules contained in the liquid crystal layer 11. Each pixel electrode formed in the pixel region 5 of the integrated circuit chip 4 is selectively excited by the conduction of the corresponding transistor element, acts on the liquid crystal layer 11, controls its light transmission characteristics, and functions as a light valve. Since the size of each pixel electrode is about 10 μm, an extremely fine active matrix liquid crystal light valve device can be obtained.

第1図(E)は、第1図(C)に示す画素領域5の一
部拡大平面図であり、1個の画素を示す。第1図(F)
は同じく1個の画素の模式的断面図である。図示するよ
うに、画素13は画素電極14と、画素電極14を信号に応じ
て励起させるためのトランジスタ15と、該トランジスタ
15に信号を供給するための信号線16及び該トランジスタ
を走査するための走査線17とから構成されている。信号
線16はXドライバに接続されており、走査線17はYドラ
イバに接続されている。トランジスタ15は単結晶薄膜層
3に形成されたドレイン領域、ソース領域、及びゲート
絶縁膜を介してチャンネル領域の上に形成されたゲート
電極18から構成されている。即ちトランジスタ15は絶縁
ゲート電界効果型である。ゲート電極18は走査線17の一
部から構成されており、ソース領域には画素電極14が接
続されており、ドレイン領域にはドレイン電極19が接続
されている。ドレイン電極19は信号線16の一部を構成す
る。
FIG. 1E is a partially enlarged plan view of the pixel region 5 shown in FIG. 1C, and shows one pixel. Fig. 1 (F)
Is a schematic cross-sectional view of one pixel. As shown, the pixel 13 has a pixel electrode 14, a transistor 15 for exciting the pixel electrode 14 according to a signal, and the transistor
It comprises a signal line 16 for supplying a signal to 15 and a scanning line 17 for scanning the transistor. The signal line 16 is connected to an X driver, and the scanning line 17 is connected to a Y driver. The transistor 15 includes a drain region and a source region formed in the single crystal thin film layer 3, and a gate electrode 18 formed on a channel region via a gate insulating film. That is, the transistor 15 is an insulated gate field effect type. The gate electrode 18 is composed of a part of the scanning line 17, the pixel electrode 14 is connected to the source region, and the drain electrode 19 is connected to the drain region. The drain electrode 19 forms a part of the signal line 16.

〔作用〕[Action]

上述したように、本発明によれば絶縁性の担体層及び
その上に形成された半導体単結晶薄膜層とからなる2層
構造を有する基板を用いており、且つ該半導体単結晶薄
膜層は半導体単結晶バルクからなるウェハと同等の品質
を有している。従って、かかる半導体単結晶薄膜層に微
細化技術を駆使して画素電極及び画素を駆動するスイッ
チング素子、太陽電池、光信号検出素子などを集積的に
形成することができる。この結果得られた集積回路チッ
プは極めて高い画素密度及び極めて小さい画素寸法を有
し、外部からの電気的接続端子を皆無あるいは非常に少
なくした超小型光弁装置例えばアクティブマトリクス液
晶表示を構成できる。
As described above, according to the present invention, a substrate having a two-layer structure including an insulating carrier layer and a semiconductor single crystal thin film layer formed thereon is used, and the semiconductor single crystal thin film layer is formed of a semiconductor. It has the same quality as a single crystal bulk wafer. Therefore, a switching element for driving the pixel electrode and the pixel, a solar cell, an optical signal detecting element, and the like can be integratedly formed on the semiconductor single crystal thin film layer by making full use of the miniaturization technology. The resulting integrated circuit chip has an extremely high pixel density and an extremely small pixel size, and can constitute a microminiature light valve device such as an active matrix liquid crystal display with no or very few external electrical connection terminals.

〔実施例〕〔Example〕

以下図面を参照して本発明の好適な実施例を詳しく説
明する。第2図は本発明にかかる光弁装置の1実施例を
示す模式的分解斜視図である。図示するように、光弁装
置は駆動基板1と、該駆動基板に対向配置された対向基
板10と、該駆動基板1と該対向基板10との間に配置され
た電気光学物質層例えば液晶層11とから構成されてい
る。駆動基板1には画素を規定する画素電極あるいは駆
動電極14と、所定の信号に応じて駆動電極14を励起する
ための駆動回路と、駆動回路に電力を供給する太陽電池
8と、入射光信号を電気信号に変換して駆動回路に電気
信号を供給する光信号検出素子9とが形成されている。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 2 is a schematic exploded perspective view showing one embodiment of the light valve device according to the present invention. As shown in the figure, the light valve device includes a driving substrate 1, an opposing substrate 10 disposed opposite to the driving substrate, and an electro-optical material layer such as a liquid crystal layer disposed between the driving substrate 1 and the opposing substrate 10. It consists of eleven. The drive substrate 1 includes a pixel electrode or a drive electrode 14 for defining a pixel, a drive circuit for exciting the drive electrode 14 according to a predetermined signal, a solar cell 8 for supplying power to the drive circuit, and an incident light signal. And an optical signal detecting element 9 for converting the optical signal into an electric signal and supplying the electric signal to the drive circuit.

駆動基板1は石英ガラスからなる担体層2と単結晶シ
リコン半導体膜層3とからなる2層構造を有する。加え
て、石英ガラス担体層2の裏面側には偏光板20が接着さ
れている。そして、駆動回路および太陽電池や光信号検
出素子などの光起電力素子はこの単結晶シリコン半導体
膜層3に形成された集積回路からなる。この集積回路は
マトリクス上に配置された複数の電界効果型絶縁ゲート
トランジスタ15を含んでいる。トランジスタ15のソース
電極は対応する画素電極14に接続されており、同じくゲ
ート電極は走査線17に接続されており、同じくドレイン
電極は信号線16に接続されている。該集積回路はさらに
Xドライバ6を含み列状の信号線16に接続されている。
さらに、Yドライバ7を含み行状の走査線17に接続され
ている。また、対向基板10はガラス担体21と、ガラス担
体21の外面側に形成された偏光板22と、ガラス担体21の
内面側に形成された対向電極あるいは共通電極23とから
構成されている。
The drive substrate 1 has a two-layer structure including a carrier layer 2 made of quartz glass and a single-crystal silicon semiconductor film layer 3. In addition, a polarizing plate 20 is adhered to the back side of the quartz glass carrier layer 2. The driving circuit and the photovoltaic element such as a solar cell and an optical signal detecting element are formed of an integrated circuit formed on the single crystal silicon semiconductor film layer 3. This integrated circuit includes a plurality of field effect insulated gate transistors 15 arranged on a matrix. The source electrode of the transistor 15 is connected to the corresponding pixel electrode 14, the gate electrode is connected to the scanning line 17, and the drain electrode is also connected to the signal line 16. The integrated circuit further includes an X driver 6 and is connected to a column-shaped signal line 16.
Further, it includes a Y driver 7 and is connected to a row-shaped scanning line 17. The counter substrate 10 includes a glass carrier 21, a polarizing plate 22 formed on the outer surface of the glass carrier 21, and a counter electrode or common electrode 23 formed on the inner surface of the glass carrier 21.

次に第2図を参照して上述した実施例の動作を詳細に
説明する。個々のトランジスタ素子15のゲート電極は走
査線17に接続されており、Yドライバ7によって走査信
号が印加され線順次で個々のトランジスタ素子15の導通
及び遮断を制御する。Xドライバ6から出力される表示
信号は信号線16を介して導通常体にある選択されたトラ
ンジスタ15に印加される。印加された表示信号は対応す
る画素電極14に伝えられ、画素電極を励起示液晶層11に
作用してその透過率を実質100%とする。一方、非選択
時においてはトランジスタ素子15は非導通常体となり画
素電極に書き込まれた表示信号を電荷として維持する。
なお液晶層11は比抵抗が高く通常は容量性として動作す
る。これら駆動トランジスタ素子15スイッチング性能を
表すためにオン/オフ電流比が用いられる。液晶動作に
必要な電流比は書き込み時間と保持時間から簡単に求め
られる。例えば表示信号がテレビジョン信号である場合
には、1走査期間の約60μsecの間の表示信号の90%以
上を書き込まねばならない。一方、1フィールド期間で
ある約16msecで電荷の90%以上を保持しなければならな
い。その結果、電流比は5桁以上必要となる。この時、
駆動トランジスタ素子は電荷易動度が極めて高い単結晶
シリコン半導体薄膜層3の上に形成されているのでオン
/オフ比は6桁以上を確保できる。従って、極めて高速
な信号応答性を有するアクティブマトリクスタイプの光
弁装置を得ることができる。又、単結晶薄膜の高易動度
性を利用して同時に、周辺回路6及び7を同一シリコン
単結晶半導体薄膜上に形成することが可能となる。さら
に、単結晶シリコン半導体薄膜には結晶欠陥が非常に少
ないので、高効率の太陽電池8や応答速度や検出感度に
すぐれた光信号検出素子9を同一のシリコン単結晶薄膜
上に形成することができる。第3図に示すごとく、太陽
電池8はPN接合ダイオード24を、必要とする電圧に合わ
せて複数個直列に接続し、必要とする電流に合わせて面
積を大きくしたり、並列に接続したりする。PN接合ダイ
オード24から取り出された電力は定電圧回路25を通して
安定化した後、駆動回路6,7に供給される。光信号検出
素子9もPN接合ダイオード26を用いて検出された光電流
を負荷に抵抗素子27に流して発生した電圧を増幅器28で
増幅した後、駆動回路6,7に供給する。通常駆動回路で
必要とする信号は、画像信号、Xドライバ、Yドライバ
それぞれの同期信号、クロック信号などが最低限必要と
されるので、これに応じた数の光検出素子を設ける。光
弁装置では光入射の存在する状態で用いるのが通例なの
で、画素あるいは駆動回路を除いた領域に太陽電池を設
けられば、太陽電池の入射光源としては光弁装置への入
射光の一部を利用することができる。光信号検出素子へ
の入力光信号は、レーザダイオード、あるいはフォトダ
イオードなどで変調された光をレンズ等を用いた光学系
で細く絞る、あるいは光ファイバーを通すなどして個々
の光検出素子に導入される。光検出素子の上に入射光に
適合した光学フィルタを設けることにより、迷光などの
外乱による余分の光を除くことができ光検出能力の改善
もできる。光入力数を最小限にするには、入力としては
画像信号のみとして、画像信号を画像信号処理回路を通
すことにより、Xドライバ、Yドライバの同期信号、ク
ロックなどを発生させるようにすることができる。この
場合は光学的入力も画像信号1つで良い。
Next, the operation of the above-described embodiment will be described in detail with reference to FIG. The gate electrode of each transistor element 15 is connected to the scanning line 17, and a scanning signal is applied by the Y driver 7 to control the conduction and interruption of each transistor element 15 line by line. The display signal output from the X driver 6 is applied via a signal line 16 to a selected transistor 15 in a conventional body. The applied display signal is transmitted to the corresponding pixel electrode 14, and the pixel electrode acts on the excitation display liquid crystal layer 11 to make the transmittance substantially 100%. On the other hand, at the time of non-selection, the transistor element 15 becomes a non-conductive normal body, and maintains the display signal written to the pixel electrode as electric charge.
The liquid crystal layer 11 has a high specific resistance and normally operates as a capacitive element. The on / off current ratio is used to express the switching performance of these drive transistor elements 15. The current ratio required for the liquid crystal operation can be easily obtained from the writing time and the holding time. For example, when the display signal is a television signal, 90% or more of the display signal must be written during about 60 μsec of one scanning period. On the other hand, 90% or more of the electric charge must be held in one field period of about 16 msec. As a result, the current ratio needs to be 5 digits or more. At this time,
Since the driving transistor element is formed on the single crystal silicon semiconductor thin film layer 3 having extremely high charge mobility, an on / off ratio of 6 digits or more can be secured. Accordingly, it is possible to obtain an active matrix type light valve device having an extremely high-speed signal response. Further, the peripheral circuits 6 and 7 can be formed on the same silicon single crystal semiconductor thin film at the same time by utilizing the high mobility of the single crystal thin film. Furthermore, since a single crystal silicon semiconductor thin film has very few crystal defects, it is possible to form a highly efficient solar cell 8 and an optical signal detecting element 9 having excellent response speed and detection sensitivity on the same silicon single crystal thin film. it can. As shown in FIG. 3, in the solar cell 8, a plurality of PN junction diodes 24 are connected in series according to a required voltage, and the area is increased or connected in parallel according to a required current. . The electric power extracted from the PN junction diode 24 is stabilized through the constant voltage circuit 25 and then supplied to the drive circuits 6 and 7. The optical signal detection element 9 also supplies a photocurrent detected using the PN junction diode 26 to the load through the resistance element 27, amplifies the voltage generated by the amplifier 28, and supplies the amplified voltage to the drive circuits 6, 7. The signals required in the normal drive circuit include an image signal, a synchronizing signal of each of the X driver and the Y driver, a clock signal, and the like, so that a corresponding number of photodetectors are provided. Since light valves are generally used in the presence of light incidence, if a solar cell is provided in an area excluding pixels or drive circuits, a part of the light incident on the light valve device will be used as a light source for the solar cell. Can be used. The optical signal input to the optical signal detection element is introduced into each light detection element by narrowing down the light modulated by a laser diode or photodiode by an optical system using a lens, or by passing through an optical fiber. You. By providing an optical filter suitable for incident light on the light detection element, extra light due to disturbance such as stray light can be removed, and the light detection ability can be improved. In order to minimize the number of optical inputs, only an image signal is used as an input, and an image signal is passed through an image signal processing circuit to generate a synchronizing signal of the X driver and the Y driver, a clock, and the like. it can. In this case, the optical input may be one image signal.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

上述したように、本発明によれば担体層の上に形成さ
れた半導体単結晶薄膜に対して半導体微細化技術を用い
て画素電極、駆動回路、太陽電池を用いた電源回路およ
び入射光信号検出素子を集積的に形成して得られる集積
回路チップ基板を用いて光弁装置を形成している。この
ため、極めて高い画素密度を有する光弁装置を得ること
ができるという効果がある。又、集積回路チップと同程
度にできるので極めて小型の光弁装置を得ることができ
るという効果がある。単結晶薄膜層に対して集積回路技
術を用いることができるのでLSIに匹敵する種々の機能
を有する回路を容易に付加できるという効果がある。さ
らに、単結晶薄膜を用いてスイッチングトランジスタの
みならず駆動回路や電源用の太陽電池、信号入力用の光
検出素子を同時に内蔵できるという効果がある。最後
に、光弁装置への電気的接続を全く必要としないあるい
は非常に少ない電気接続で光弁装置を駆動できるという
効果がある。
As described above, according to the present invention, a pixel electrode, a driving circuit, a power supply circuit using a solar cell, and incident light signal detection are applied to a semiconductor single crystal thin film formed on a carrier layer by using a semiconductor miniaturization technique. A light valve device is formed using an integrated circuit chip substrate obtained by integrally forming elements. Therefore, there is an effect that a light valve device having an extremely high pixel density can be obtained. In addition, since the light valve device can be made as small as an integrated circuit chip, an extremely small light valve device can be obtained. Since the integrated circuit technology can be used for the single crystal thin film layer, there is an effect that circuits having various functions comparable to LSI can be easily added. Further, there is an effect that not only a switching transistor but also a driving circuit, a solar cell for a power supply, and a photodetector for signal input can be simultaneously built in using a single crystal thin film. Finally, there is the effect that the light valve device can be driven with no or very little electrical connection to the light valve device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図(A)は基板の平面図、第1図(B)は同じく基
板の模式的断面図、第1図(C)は基板に形成された集
積回路チップの拡大平面図、第1図(D)は集積回路チ
ップを基板に用いた光弁装置の模式的断面図、第1図
(E)は集積回路チップの画素領域の一部拡大平面図、
第1図(F)は画素の模式的断面図、第2図は光弁装置
の一実施例を示す模式的分解斜視図、第3図は太陽電池
回路の一実施例、第4図は光信号検出回路の一実施例で
ある。 1……基板 2……担体層 3……半導体単結晶薄膜 4……集積回路チップ基板 5……画素領域 6……Xドライバ 7……Yドライバ 8……太陽電池 9……光信号検出素子 10……対向基板 11……液晶層 13……画素 15……トランジスタ 16……信号線 17……走査線
1 (A) is a plan view of a substrate, FIG. 1 (B) is a schematic cross-sectional view of the same substrate, FIG. 1 (C) is an enlarged plan view of an integrated circuit chip formed on the substrate, FIG. FIG. 1D is a schematic sectional view of a light valve device using an integrated circuit chip as a substrate, FIG. 1E is a partially enlarged plan view of a pixel region of the integrated circuit chip,
1 (F) is a schematic sectional view of a pixel, FIG. 2 is a schematic exploded perspective view showing one embodiment of a light valve device, FIG. 3 is one embodiment of a solar cell circuit, and FIG. 5 is an embodiment of a signal detection circuit. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate 2 ... Carrier layer 3 ... Semiconductor single crystal thin film 4 ... Integrated circuit chip substrate 5 ... Pixel region 6 ... X driver 7 ... Y driver 8 ... Solar cell 9 ... Optical signal detection element 10 counter substrate 11 liquid crystal layer 13 pixel 15 transistor 16 signal line 17 scanning line

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−38727(JP,A) 特開 昭56−88111(JP,A) 特開 平2−3286(JP,A) 特開 平2−191321(JP,A) 特開 昭59−200288(JP,A) ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (56) References JP-A-64-38727 (JP, A) JP-A-56-88111 (JP, A) JP-A-2-3286 (JP, A) JP-A-2-38 191321 (JP, A) JP-A-59-200288 (JP, A)

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】駆動電極と所定の信号に応じて該駆動電極
を励起するための駆動回路とが形成された駆動基板と、
該駆動基板に対向配置された対向基板と、前記駆動基板
と前記対向基板の間に配置された電気光学物質層とから
なる光弁装置において、 前記駆動基板は担体層と半導体単結晶薄膜層からなる二
層構造を有し、 前記駆動回路は前記半導体単結晶薄膜層に形成された集
積回路からなり、 前記駆動電極は前記半導体単結晶薄膜層の上に集積配置
されかつ前記駆動回路により励起されたとき前記電気光
学物質層に作用してその光透過性を制御し、 前記半導体単結晶薄膜層には、入射した光で発生した電
力を前記駆動回路の電源として供給する光起電力素子
と、 入射した光で発生した電気信号を制御あるいは入力信号
として前記駆動回路に供給する光信号検出素子が形成さ
れていることを特徴とする光弁装置。
A drive substrate on which a drive electrode and a drive circuit for exciting the drive electrode according to a predetermined signal are formed;
In a light valve device including an opposing substrate disposed opposite to the driving substrate and an electro-optical material layer disposed between the driving substrate and the opposing substrate, the driving substrate includes a carrier layer and a semiconductor single crystal thin film layer. Wherein the drive circuit comprises an integrated circuit formed on the semiconductor single crystal thin film layer, and the drive electrode is integrated on the semiconductor single crystal thin film layer and excited by the drive circuit. When acting on the electro-optical material layer to control its light transmittance, the semiconductor single crystal thin film layer, a photovoltaic element for supplying power generated by incident light as a power supply of the drive circuit, A light valve device comprising: a light signal detecting element for controlling an electric signal generated by incident light and supplying the electric signal to the drive circuit as an input signal.
【請求項2】前記集積回路は、マトリクス状に配置され
た複数の駆動素子を含み、前記駆動電極はマトリクス状
に配置された複数の画素電極からなり、かつ個々の駆動
素子により選択的に励起されることを特徴とする請求項
1に記載の光弁装置。
2. The integrated circuit includes a plurality of driving elements arranged in a matrix, wherein the driving electrodes include a plurality of pixel electrodes arranged in a matrix, and are selectively excited by individual driving elements. The light valve device according to claim 1, wherein the light valve device is used.
【請求項3】前記集積回路は、前記マトリクス状に配置
された複数の駆動素子を走査するための走査回路を含ん
でいることを特徴とする請求項2に記載の光弁装置。
3. The light valve device according to claim 2, wherein the integrated circuit includes a scanning circuit for scanning the plurality of driving elements arranged in the matrix.
【請求項4】前記集積回路は、外部から入力された画像
信号を処理し、前記走査回路に転送するための画像処理
信号処理回路を含んでいることを特徴とする請求項3に
記載の光弁装置。
4. The light according to claim 3, wherein the integrated circuit includes an image processing signal processing circuit for processing an externally input image signal and transferring the processed image signal to the scanning circuit. Valve device.
【請求項5】前記駆動基板には、前記対向基板に対して
所定の間隙を保つためのスペーサが形成されており、前
記間隙には液晶からなる電気光学物質層が充填されてい
ることを特徴とする請求項1に記載の光弁装置。
5. The driving substrate is provided with a spacer for maintaining a predetermined gap with respect to the counter substrate, and the gap is filled with an electro-optical material layer made of liquid crystal. The light valve device according to claim 1.
【請求項6】担体層及びその上に形成された半導体単結
晶薄膜層からなる二層構造を有する基板と、 前記半導体単結晶薄膜層の上に、マトリックス状に複数
形成された画素電極と、 前記半導体単結晶薄膜層に集積的に形成され、前記複数
の画素電極を励起するためのマトリックス状に複数形成
された駆動回路を含む集積回路と、 前記半導体単結晶薄膜層に形成された、前記集積回路に
電力を供給する光起電力素子と、制御信号あるいは画像
信号を供給する光信号検出素子とからなり、 前記集積回路は、前記半導体単結晶薄膜表面に形成され
た絶縁ゲート型トランジスタを含み、前記担体層と反対
側の前記半導体単結晶薄膜表面にゲート電極を有し、そ
のチャネル形成領域は前記半導体単結晶薄膜層に形成さ
れたことを特徴とする光弁装置。
6. A substrate having a two-layer structure comprising a carrier layer and a semiconductor single crystal thin film layer formed thereon, a plurality of pixel electrodes formed in a matrix on the semiconductor single crystal thin film layer, An integrated circuit formed integrally with the semiconductor single crystal thin film layer and including a plurality of drive circuits formed in a matrix for exciting the plurality of pixel electrodes; and A photovoltaic element for supplying power to an integrated circuit, and an optical signal detection element for supplying a control signal or an image signal, wherein the integrated circuit includes an insulated gate transistor formed on a surface of the semiconductor single crystal thin film. A light valve device having a gate electrode on a surface of the semiconductor single crystal thin film opposite to the carrier layer, and a channel formation region formed in the semiconductor single crystal thin film layer.
【請求項7】前記担体層は石英からなり前記半導体単結
晶薄膜層はシリコンからなる請求項6に記載の光弁装
置。
7. The light valve device according to claim 6, wherein the carrier layer is made of quartz and the semiconductor single crystal thin film layer is made of silicon.
【請求項8】前記光起電力素子は前記半導体単結晶薄膜
層表面に形成されたPN接合型のダイオードである請求項
6に記載の光弁装置。
8. The light valve device according to claim 6, wherein the photovoltaic element is a PN junction type diode formed on a surface of the semiconductor single crystal thin film layer.
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