JP2002131784A

JP2002131784A - 反射型液晶表示装置

Info

Publication number: JP2002131784A
Application number: JP2001225954A
Authority: JP
Inventors: 正明 ▲ひろ▼木; Masaaki Hiroki; Akira Mase; 晃間瀬; Shunpei Yamazaki; 舜平山崎
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2001-07-26
Filing date: 2001-07-26
Publication date: 2002-05-09

Abstract

(57)【要約】【課題】低消費電力で、高階調表示の反射型液晶表示
装置を提供する。【解決手段】２本の配線でなるデータ線対と、走査線
と、画素をそれぞれ複数有する反射型液晶表示装置にお
いて、画素には、Ｐチャネル型の薄膜トランジスタとＮ
チャネル型の薄膜トランジスタとでなる相補型インバー
タを１対設け、低消費電力とする。相補型インバータは
反射型の画素電極の下方に設けるため、開口率に問題は
ない。また、データ線対、前記走査線にパルス信号が入
力して、デジタル的に階調表示を行い、かつ対向電極に
印可する電圧の極性を変えることで、液晶を交流駆動す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アクティブ型表示
装置、特に、アクティブ型液晶表示装置に関するもの
で、それぞれの画素に相補型にＰチャネル型およびＮチ
ャネル型の２つの薄膜型絶縁ゲイト電界効果トランジス
タ（以下ＴＦＴという) を設けてピクセルを構成した反
射型電気光学装置および電気光学装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、表示装置として有効なものに、Ｔ
ＦＴを用いたアクティブ型の液晶表示装置が知られてい
る。この場合、ＴＦＴには、アモルファスまたは多結晶
構造の半導体を用い、１つの画素にＰまたはＮ型のいず
れか一方の導電型のみのＴＦＴを用いたものである。即
ち、一般にはＮチャネル型ＴＦＴ（ＮＴＦＴという) を
画素に直列に連結している。その代表例を図８に示す。

【０００３】一般に、アクティブマトリクス型の液晶表
示装置は４８０×６４０、または１２６０×９６０と非
常に多くの画素を有している。図８ではこれらと同じ意
味を示すもので、説明を簡単にするために２×２のマト
リクス配列で示している。複数のゲイト線Ｇ_1,Ｇ₂と複
数のデータ線Ｄ_1,Ｄ₂とを直交して配置し、そのマトリ
クス状の交差部に画素表示素子を設けている。この画素
表示素子は、液晶部１０２とＴＦＴ部１０１で構成され
ている。それぞれの画素に対して周辺回路１０６、１０
７から信号を加えて所定の画素を選択的にオンまたはオ
フして表示を行う。

【０００４】しかし、実際にこれらの液晶表示装置を作
製して表示をさせた場合、ＴＦＴの出力、即ち、液晶に
とっての入力（液晶電位という) の電圧Ｖ_LC１００は、
しばしば"1"(High) となるべき時に"1"(High) になら
ず、また、逆に"0"(Low)となるべき時に"0"(Low)になら
ない。これは、画素に信号を加えるスィッチング素子、
つまり、ＴＦＴの特性に対称性がないために発生する。
すなわち、画素電極への充電の様子と放電の様子に電気
特性上のかたよりがあるためである。そして、液晶１０
２は、その動作において本来絶縁性であり、また、ＴＦ
Ｔがオフの時に液晶電位(V_LC) は浮いた状態になる。こ
の液晶１０２は、等価的にキャパシタであるため、そこ
に蓄積された電荷によりＶ_LCが決められる。この電荷
は、液晶がＲ _LCで比較的小さい抵抗となったり、ゴミや
イオン性不純物の存在によりリ−クしたり、またＴＦＴ
のゲイト絶縁膜のピンホ−ルによりＲ_GS１０５が生じた
場合にはそこから電荷がもれ、Ｖ_LCは中途半端な状態に
なってしまう。このため、１つのパネル中に20万〜500
万個の画素を有する液晶表示装置においては、高い歩留
まりを成就することができないという問題があった。

【０００５】液晶１０２は、一般には、ＴＮ（ツイステ
ッドネマティック) 液晶が用いられる。その液晶の配向
のためにそれぞれの電極上にラビングした配向膜を設け
る。このラビング工程のため発生する静電気により弱い
絶縁破壊が起こり、隣の画素との間または隣の導線との
間でリ−クしたり、またゲイト絶縁膜が弱く、リ−クを
したりしてしまう。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】アクティブ型の液晶表
示装置においては、液晶電位を１フレ−ムの間はたえず
初期値と同じ値として所定のレベルを保つことがきわめ
て重要である。しかし、実際はアクティブ素子の動作不
良が多く、必ずしも液晶電位を１フレ−ムの間は、たえ
ず初期値と同じ値として所定のレベルを保てないのが実
情である。また、液晶等の駆動において、印加する信号
により、液晶に加わる電圧が＋または−の何れかに偏っ
た場合、電気分解等が発生して、液晶材料を分解、変性
して表示が十分に行えないことが発生する。この場合、
印加する信号を交流化して液晶材料に加わる電圧に偏り
が発生しないようにするが、この交流化信号が非常に複
雑であった。

【０００７】本発明は、上述のような問題を解決し、よ
り電流マ−ジンを大とする、即ち、応答速度を大とす
る。また、各ピクセルにおける画素の電位、即ち、液晶
電位Ｖ _LCが"1","0" に充分安定して固定され、１フレ−
ム中にそのレベルがドリフトしないようにしたものであ
る。

【０００８】また、表示装置のカラー化、高品質化等の
要求のため、階調表示がつようく求められているが階調
表示の駆動方法は非常に複雑であった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、画素に対して
ＮＴＦＴとＰＴＦＴとを相補型構成として有し、前記Ｎ
ＴＦＴのソース（ドレイン）部を一対の信号線のうちの
第１の信号線に接続し、前記ＰＴＦＴのソース（ドレイ
ン）部を一対の信号線のうちの第２の信号線に接続し、
前記ＮＴＦＴとＰＴＦＴのゲイト電極を共通に第３の信
号線に接続し、前記ＮＴＦＴおよびＰＴＦＴのドレイン
（ソース）部を画素電極と接続して設けられている表示
装置の駆動方法であって、前記一対の第１および第２の
信号線に対して、信号波形が印加されている期間に前記
第３の信号線に対して、信号波形を印加することにより
前記相補構成の薄膜トランジスタ（以下Ｃ／ＴＦＴとい
う）を駆動し、画素の表示をオンまたはオフする表示装
置の駆動方法である。加えて、第３の信号線に印加する
信号の電圧の高低に対応して液晶に加える電位差を変化
させて、階調表示を可能とするものである。

【００１０】本発明の駆動方法を適用可能な表示装置の
構成としては、１つの画素に２つまたはそれ以上のＣ／
ＴＦＴを連結して１つのピクセルを構成せしめてもよ
い。さらに、１つのピクセルを２つまたはそれ以上に分
割し、それぞれにＣ／ＴＦＴを１つまたは複数個連結し
てもよい。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の駆動方法を適用可能な表
示装置の構成の代表例を図２、図３、図４に回路図とし
て示す。また、実際のパタ−ンレイアウト（配置図）の
例をそれぞれに対応して図５、図６、図７に示す。説明
を簡単にするため、ここでは２×２のマトリクス構成を
例として説明を行う。図２の２×２のマトリクスの例に
おいて、ＮＴＦＴとＰＴＦＴとのゲイトを互いに連結
し、さらに、Ｙ軸方向の第３の信号線３または４に連結
し、また、Ｃ／ＴＦＴの共通出力端を液晶１５に連結し
ている。ＮＴＦＴの入力端（１０側) をＸ軸方向の一対
の信号線のうちの第１の信号線５または６に連結し、Ｐ
ＴＦＴの入力端（２０側）をＸ軸方向の一対の信号線の
うちの第２の信号線８または７に連結させている。

【００１２】この様な構成において、図１に示されてい
るように一対の第１の信号線５と第２の信号線８間にオ
ンの信号波形が印加されている期間に第３の信号線３に
対しオンの信号波形を印加した時、液晶電位（Ｖ_LC）１
４は、第１の信号線に印加された電圧Ｖ_GG−Ｖthとな
る。また、一対の第１の信号線５と第２の信号線８間に
オフの信号波形が印加されている期間に第３の信号線３
もオフの信号波形が印加された時、液晶電位（Ｖ_LC）１
４は電位を持たない。さらにまた、一対の第１の信号線
５と第２の信号線８間にオンの信号波形が印加されてい
る期間に第３の信号線３に対しオンの信号波形を印加し
ない時、液晶電位（Ｖ_LC）１４は、同様に電位を持たな
い。かくの如く、液晶電位（Ｖ_LC）１４は、第３の信号
線に印加する電圧に従って与えられるものであり、この
信号線に加える信号の電圧を可変することにより液晶に
加える電位差を任意に可変することができる。

【００１３】また、対向電極１６は、オフセット電圧Ｖ
_OFFSETが印加されており、実際に液晶１５に加わる電圧
はＶ_GG＋Ｖ_OFFSET−Ｖth、あるいはＶ_OFFSETの２値とな
る。本発明の駆動方法では、対抗電極に加えるオフセッ
ト電圧Ｖ_OFFSETを可変して、液晶駆動のオンとオフを任
意に変更することができる。また、液晶を実際に駆動す
る際のしきい値が液晶材料よって異なっているため、そ
の液晶の持つ値に合わせ為にこのオフセット電圧Ｖ
_OFFSETを可変するだけで、任意のしきい値合わせること
ができる。

【００１４】また、液晶等の駆動において、印加する信
号により、液晶に加わる電圧が＋、または−の何れかに
偏った場合、電気分解等が発生して、液晶材料を分解、
変性して表示が十分に行えないことが発生するこの場
合、印加する信号を交流化して液晶材料に加わる電圧に
偏りが発生しないようにするが、本発明の駆動方法によ
ると対向電極に印加するオフセット電圧Ｖ_OFFSETの極性
とデータ信号線に加える選択信号の論理を反転するのみ
で、非常に容易に交流化信号を発生させることができる
特徴をもつ。

【００１５】図３の例において、第１のＣ／ＴＦＴを構
成するＮＴＦＴ１３ＰＴＦＴ２２と第２のＣ／ＴＦＴを
構成するＮＴＦＴ２４、ＰＴＦＴ２５の４つのゲイト電
極を共通してＹ方向の第３の信号線３に連結せしめ、Ｎ
ＴＦＴ１３とＮＴＦＴ２４入力端を共通化してＸ方向の
第１の信号線５にＰＴＦＴ２２とＰＴＦＴ２５入力端を
共通化してＸ方向の第２の信号線８に接続させた。ま
た、その２つのＣ／ＴＦＴの出力を共通にして１つの液
晶１５の一方の電極である画素電極１７に連結させてい
る。かくすると、２つのＮＴＦＴまたは２つのＰＴＦＴ
のいずれか一方が多少リ−クしても同相であるためその
画素を駆動させることができる。

【００１６】図４は１つのピクセル２３において、２つ
の画素電極１７、２６とそのそれぞれに対応してＣ／Ｔ
ＦＴを２つ設けたものである。２つのＣ／ＴＦＴのゲイ
ト電極を共通とせしめ、第１の入力を行う。また、それ
ぞれのＣ／ＴＦＴのそれぞれのＮＴＦＴおよびそれぞれ
のＰＴＦＴの入力を第１の信号線５および第２の信号線
８に連結したものである。かくすることにより、１つの
ピクセルの２つの画素のうち一方がＴＦＴのリ−ク等の
不良により非動作とならない。また、遅れた動作となっ
ても、他方が正常動作するため、マトリクス構成動作に
おいて不良が目立ちにくいという特長を有する。

【００１７】

【実施例】

【実施例１】本実施例では、図２に示すような回路構成
の液晶表示装置を用いて説明を行う。この回路構成に対
応する実際の電極等の配置構成を図５に示している。こ
れらは説明を簡単にする為２×２に相当する部分のみ記
載されている。また、実際の駆動信号波形を図９に示
す。これも説明を簡単にする為に４×４のマトリクス構
成とした場合の信号波形で説明を行う。

【００１８】まず、本実施例で使用する液晶表示装置の
作製方法を図１３を使用して説明する。図１３（Ａ）に
おいて、石英ガラス等の高価でない７００℃以下、例え
ば約６００℃の熱処理に耐え得るガラス５０上にマグネ
トロンＲＦ（高周波) スパッタ法を用いてブロッキング
層５１としての酸化珪素膜を１０００〜３０００Åの厚
さに作製する。プロセス条件は、酸素１００％雰囲気、
成膜温度１５℃、出力４００〜８００Ｗ、圧力０．５Ｐ
ａとした。タ−ゲットに石英または単結晶シリコンを用
いた成膜速度は３０〜１００Å／分であった。

【００１９】この上にシリコン膜をＬＰＣＶＤ（減圧気
相）法、スパッタ法またはプラズマＣＶＤ法により形成
した。減圧気相法で形成する場合、結晶化温度よりも１
００〜２００℃低い４５０〜５５０℃、例えば５３０℃
でジシラン(Si₂H₆) またはトリシラン(Si₃H₈) をＣＶＤ
装置に供給して成膜した。反応炉内圧力は、３０〜３０
０Ｐａとした。成膜速度は、５０〜２５０Å/ 分であっ
た。ＮＴＦＴとＰＴＦＴとのスレッシュホ−ルド電圧
（Ｖth）に概略同一に制御するため、ホウ素をジボラン
を用いて１×10¹⁵〜１×10¹⁸cm^-3の濃度として成膜中に
添加してもよい。

【００２０】スパッタ法で行う場合、スパッタ前の背圧
を１×10^-5Ｐａ以下とし、単結晶シリコンをタ−ゲット
として、アルゴンに水素を２０〜８０％混入した雰囲気
で行った。例えば、アルゴン２０％、水素８０％とし
た。成膜温度は１５０℃、周波数は１３．５６ＭＨｚ、
スパッタ出力は４００〜８００Ｗ、圧力は０．５Ｐａで
あった。

【００２１】プラズマＣＶＤ法により珪素膜を作製する
場合、温度は例えば３００℃とし、モノシラン(SiH₄)ま
たはジシラン(Si₂H₆) を用いた。これらをＰＣＶＤ装置
内に導入し、１３．５６ＭＨｚの高周波電力を加えて成
膜した。

【００２２】これらの方法によって形成された被膜は、
酸素が５×10²¹cm^-3以下であることが好ましい。この酸
素濃度が高いと、結晶化させにくく、熱アニ−ル温度を
高く、または熱アニ−ル時間を長くしなければならな
い。また、少なすぎると、バックライトによりオフ状態
のリ−ク電流が増加してしまう。そのため、４×10¹⁹〜
４×10²¹cm^-3の範囲とした。水素は、４×10²⁰cm^-3であ
り、珪素４×10²²cm^-3として比較すると１原子％であっ
た。また、ソ−ス、ドレインに対してより結晶化を助長
させるため、酸素濃度を７×10¹⁹cm^-3以下、好ましくは
１×10¹⁹cm^-3以下とし、ピクセル構成するＴＦＴのチャ
ネル形成領域のみに酸素をイオン注入法により５×10²⁰
〜５×10²¹cm^-3となるように添加してもよい。その時、
周辺回路を構成するＴＦＴには、光照射がなされないた
め、この酸素の混入をより少なくし、より大きいキャリ
ア移動度を有せしめることは、高周波動作をさせるため
る有効である。

【００２３】次に、アモルファス状態の珪素膜を５００
〜５０００Å、例えば１５００Åの厚さに作製の後、４
５０〜７００℃の温度にて、１２〜７０時間非酸化物雰
囲気にて中温の加熱処理、例えば水素雰囲気下にて６０
０℃の温度で保持した。珪素膜の下の基板表面にアモル
ファス構造の酸化珪素膜が形成されているため、この熱
処理で特定の核が存在せず、全体が均一に加熱アニ−ル
される。即ち、成膜時はアモルファス構造を有し、また
水素は単に混入しているのみである。

【００２４】アニ−ルにより、珪素膜は、アモルファス
構造から秩序性の高い状態に移り、一部は結晶状態を呈
する。特に、シリコンの成膜後の状態で比較的秩序性の
高い領域は、特に、結晶化をして結晶状態となろうとす
る。しかし、これらの領域間に存在する珪素により互い
の結合がなされるため、珪素同志は、互いにひっぱりあ
う。レ−ザラマン分光により測定すると単結晶の珪素の
ピ−ク５２２cm^-1より低波数側にシフトしたピ−クが観
察される。それの見掛け上の粒径は、半値巾から計算す
ると、５０〜５００Åとマイクロクリスタルのようにな
っているが、実際は、この結晶性の高い領域は多数あっ
てクラスタ構造を有し、各クラスタ間は、互いに珪素同
志で結合（アンカリング) がされたセミアモルファス構
造の被膜を形成させることができた。

【００２５】結果として、被膜は、実質的にグレインバ
ウンダリ（以下ＧＢという）がないといってもよい状態
を呈する。キャリアは、各クラスタ間をアンカリングさ
れた個所を通じ互いに容易に移動し得るため、いわゆる
GBの明確に存在する多結晶珪素よりも高いキャリア移動
度となる。即ち、ホ−ル移動度（μｈ）＝１０〜２００
ｃｍ²/Vsec、電子移動度（μe ）＝１５〜３００ｃｍ²
/Vsecが得られる。

【００２６】他方、上記の如き中温でのアニ−ルではな
く、９００〜１２００℃の高温アニ−ルにより被膜を多
結晶化すると、核からの固相成長により被膜中の不純物
の偏析がおきて、ＧＢには酸素、炭素、窒素等の不純物
が多くなり、結晶中の移動度は大きいが、ＧＢでのバリ
ア（障壁）を作って、そこでのキャリアの移動を阻害し
てしまう。結果として、１０cm²/Vsec以上の移動度がな
かなか得られないのが実情である。即ち、本実施例で
は、かくの如き理由により、セミアモルファスまたはセ
ミクリスタル構造を有するシリコン半導体を用いてい
る。

【００２７】図１３(A) において、珪素膜を第１のフォ
トマスクにて、フォトエッチングを施し、ＰＴＦＴ用
の領域２２（チャネル巾２０μm)を図面の右側に、ＮＴ
ＦＴ用の領域１３を左側に作製した。

【００２８】この上に、酸化珪素膜をゲイト絶縁膜とし
て５００〜２０００Å、例えば１０００Åの厚さに形成
した。これはブロッキング層としての酸化珪素膜の作製
と同一条件とした。この成膜中に弗素を少量添加し、ナ
トリウムイオンの固定化をさせてもよい。

【００２９】この後、この上側にリンが１〜５×10²¹cm
^-3の濃度に入ったシリコン膜、またはこのシリコン膜と
その上にモリブデン(Mo)、タングステン(W),MoSi₂また
はWSi₂との多層膜を形成した。これを第２のフォトマス
クにてパタ−ニングして図１３(B) を得た。ＰＴＦＴ
用のゲイト電極５５、ＮＴＦＴ用のゲイト電極５６を形
成した。例えば、チャネル長１０μｍ、ゲイト電極とし
てリンド−プ珪素を０．２μｍ、その上にモリブデンを
０．３μｍの厚さに形成した。図１３（Ｃ）において、
フォトレジスト５７をフォトマスクを用いて形成し、
ＰＴＦＴ用のソ−ス５９ドレイン５８に対し、ホウ素を
１〜５×１０¹⁵cm^-2のド−ズ量でイオン注入法により添
加した。次に、図１３（Ｄ）の如く、フォトレジスト６
１をフォトマスクを用いて形成した。ＮＴＦＴ用のソ
−ス６４、ドレイン６２としてリンを１〜５×１０¹⁵cm
^-2のドーズ量でイオン注入法により添加した。

【００３０】これらは、ゲイト絶縁膜５４を通じて行っ
た。しかし、図１３（Ｂ）において、ゲイト電極５５、
５６をマスクとしてシリコン膜上の酸化珪素を除去し、
その後、ホウ素、リンを直接珪素膜中にイオン注入して
もよい。

【００３１】次に、６００℃にて、１０〜５０時間再び
加熱アニ−ルを行った。ＰＴＦＴのソ−ス５９、ドレイ
ン５８ＮＴＦＴのソ−ス６４、ドレイン６２を不純物を
活性化してＰ⁺、Ｎ⁺として作製した。また、ゲイト電
極５５、５６下には、チャネル形成領域６０、６３がセ
ミアモルファス半導体として形成されている。

【００３２】かくすると、セルフアライン方式でありな
がらも、７００℃以上にすべての工程で温度を加えるこ
とがなく、Ｃ／ＴＦＴを作ることができる。そのため、
基板材料として、石英等の高価な基板を用いなくてもよ
く、本発明の大画素の液晶表示装置にきわめて適したプ
ロセスである。

【００３３】本実施例では、熱アニ−ルは図１３
（Ａ）、（Ｄ）で２回行った。しかし、図１３（Ａ）の
アニ−ルは求める特性により省略し、双方を図１３
（Ｄ）のアニ−ルにより兼ね製造時間の短縮を図っても
よい。図１３（Ｅ）において、層間絶縁物６５を前記し
たスパッタ法により酸化珪素膜の形成として行った。こ
の酸化珪素膜の形成は、ＬＰＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、常
圧ＣＶＤ法を用いてもよい。例えば、０．２〜０．６μ
ｍの厚さに形成し、その後、フォトマスクを用いて電
極用の窓６６を形成した。さらに、これら全体にアルミ
ニウムをスパッタ法により形成し、リ−ド７１、７２お
よびコンタクト６７、６８をフォトマスクを用いて作
製した後、表面を平坦化用有機樹脂６９例えば透光性ポ
リイミド樹脂を塗布形成し、再度の電極穴あけをフォト
マスクにて行った。

【００３４】図１３（Ｆ）に示す如く２つのＴＦＴを相
補型構成とし、かつその出力端を液晶装置の一方の画素
の電極を透明電極としてそれに連結するため、スパッタ
法によりＩＴＯ（インジュ−ム・スズ酸化膜）を形成し
た。それをフォトマスクによりエッチングし、電極７
０を構成させた。このＩＴＯは、室温〜１５０℃で成膜
し、２００〜４００℃の酸素または大気中のアニ−ルに
より成就した。かくの如くにして、ＰＴＦＴ２２とＮＴ
ＦＴ１３と透明導電膜の電極７０とを同一ガラス基板５
０上に作製した。得られたＴＦＴの電気的な特性はＰＴ
ＦＴで、移動度は２０（cm²/Vsec）、Ｖthは−５．９
（Ｖ）で、ＮＴＦＴで移動度は４０（cm²/Vsec）、Ｖth
は５．０（Ｖ）であった。

【００３５】上記の様な方法に従って作製された液晶装
置用の一方の基板と他方ガラス基板上に全面に透明電極
を設け、これら基板を張り合わせて液晶セルを形成し、
この中にＴＮの液晶材料を注入した。この液晶表示装置
の電極等の配置の様子を図６に示している。ＮＴＦＴ１
３を第１の走査線５とデータ線３との交差部に設け、第
１の走査線５とデータ線４との交差部にも他の画素用の
ＮＴＦＴが同様に設けられている。一方、ＰＴＦＴは第
２の走査線８とデータ線３との交差部に設けられてい
る。また、隣接した他の第１の走査線６とデータ線３と
の交差部には、他の画素用のＮＴＦＴが設けられてい
る。このようなＣ／ＴＦＴを用いたマトリクス構成を有
せしめた。ＮＴＦＴ１３は、ドレイン１０の入力端のコ
ンタクトを介し第１の走査線５に連結され、ゲイト９は
多層配線形成がなされたデータ線３に連結されている。
ソ−ス１２の出力端は、コンタクトを介して画素の電極
１７に連結している。

【００３６】他方、ＰＴＦＴ２２は、ドレイン２０の入
力端がコンタクトを介して第２の走査線８に連結され、
ゲイト２１はデータ線３に、ソ−ス１８の出力端はコン
タクトを介してＮＴＦＴと同様に画素電極１７に連結し
ている。かくして、一対の走査線５、８に挟まれた間
（内側) に、透明導電膜よりなる画素２３とＣ／ＴＦＴ
とにより１つのピクセルを構成せしめた。かかる構造を
左右、上下に繰り返すことにより、２×２のマトリクス
をそれを拡大した６４０×４８０、１２８０×９６０と
いった大画素の液晶表示装置とすることができる。

【００３７】ここでの特長は、１つの画素に２つのＴＦ
Ｔが相補構成をして設けられていることにより、画素電
極１７は３つの値の液晶電位Ｖ_LCに固定されることであ
る。その動作を図９および図１０を用いて説明する。図
９においては、４×４マトリクス構成の液晶表示を行う
際の本発明の回路図を示し、図１０は駆動信号波形のタ
イミングチャートを示している。

【００３８】本実施例の場合、Ｘ_1aＸ_1b、Ｘ_2aＸ_2b、Ｘ
_3aＸ_3b、Ｘ_4aＸ_4bは各々一対の走査信号線として機能す
る。また、Ｙ₁、Ｙ₂、Ｙ₃、Ｙ₄はデータ線として機
能している。また、図９中のＡＡ、ＡＢ・・・ＤＤは対
応する位置の画素のアドレスを意味している。

【００３９】この様な４×４構成の表示において、今ア
ドレスＡＡ、ＡＢ、ＢＡ、ＢＢの４つの画素に対応す
る、信号波形と液晶電位と実際に液晶に印加される電位
差のタイミングチャートを図１０に示す。図１０におい
て、横軸は時間を示している。１フレームを時間Ｔ１か
らＴ２の間としてこの間を４つに分割して、一対の走査
線４対を順次走査して走査信号を印加している。図では
Ｘ_1a、Ｘ_2a、Ｘ_3a、Ｘ_4aのみを記載しているが、実際に
はＸ_1b、Ｘ_2b、Ｘ_3b、Ｘ_4bにはＸ_1a、Ｘ_2a、Ｘ_3a、Ｘ_4a
と極性の異なる同じ波形が印加されている。また、
Ｙ₁、Ｙ₂、Ｙ₃、Ｙ ₄線には図１０のようなデータ信
号が印加されており、時間Ｔ１からＴ２の間は、ＡＡの
画素のみ選択されてオンまたはオフされる。即ち、Ｔ₁
からｔ₁の間にデータ線Ｙ₁に対してデータ信号を印加
して、この時間内にＡＡの画素の液晶にはしきい値をこ
える電圧が印加され液晶が駆動される。この時、液晶表
示装置の対向電極にオフセット電圧が印加されている。
図１０では、次の時間Ｔ２からＴ３にも全く同じ信号波
形を印加し、ＡＡの表示を行っている。

【００４０】次に、時間Ｔ３からＴ４及びＴ４からＴ５
では４つの画素を全く選択しない信号が印加されてい
る。さらに、時間Ｔ５からＴ６では再びＡＡの画素を選
択している信号が印加されている。

【００４１】次に、時間Ｔ６からＴ８はデータ線に印加
する信号の論理を反転させた信号が印加され、また、対
向電極には時間Ｔ１からＴ６の間に印加されていた信号
とは極性の異なるオフセット電圧が印加されて、交流化
信号が液晶に加えられている。この交流化信号により、
時間Ｔ１からＴ６の間に正に偏っていた電荷をキャンセ
ルすることができる。すなわち、時間Ｔ２からＴ４に加
えられていた信号のうち、Ｙ₁、Ｙ₂、Ｙ₃、Ｙ₄線の
論理を反転し、すなわち、選択信号と非選択信号を入れ
換え、対向電極のオフセット電圧の正負を入れ換えるこ
とにより、時間Ｔ２からＴ４の前半の１フレームではＡ
Ａの画素を選択し、後半の１フレームでは４つの画素を
選択しない交流化信号を印加でき液晶を駆動することが
可能となった。これにより容易に画素に残っている電荷
をキャンセルすることができる。

【００４２】上述のように、液晶に実際に加わる電位差
は、第３の信号線の信号の電圧、本実施例ではデータ線
のパルス電圧と対向電極のオフセット電圧よりＴＦＴの
Ｖth分を差し引いた分の電位である。すなわち、データ
線のパルス電圧を任意に可変するとそれに従って液晶に
実際に加わる電位差を可変することができる。これによ
り階調表示を行うことができる。特に、液晶駆動のしき
い値が明確でないもの、すなわちスレッショルドがなだ
らかな分散型液晶等には特によく適した駆動法で十分な
階調表示を行うことができる。

【００４３】このように、本発明の駆動によると非常に
簡単な、パルス信号をデータ線および一対の走査線に加
えるだけで、液晶表示を行える。

【００４４】また、その他の階調法として、１つの表示
画面に対して、複数フレームの駆動信号を液晶に印加す
ることにより１画面を表示する場合は特定の画素に加え
る選択信号を全フレーム数より減らすことにより、容易
に階調表示を行うことができる。

【００４５】本実施例において、液晶材料にＴＮ液晶を
用いるならば、液晶容器の基板間隔を約10μｍ程度と
し、透明導電膜双方に配向膜を設け、それをラビング処
理して形成させる必要がある。

【００４６】また、液晶材料にＦＬＣ（強誘電性) 液晶
を用いる場合は、動作電圧を±20Ｖとし、セルの間隔を
1.5 〜3.5 μｍ例えば2.3 μｍとし、対向電極１６上に
のみ配向膜を設けラビング処理を施せばよい。

【００４７】分散型液晶またはポリマ−液晶を用いる場
合には、配向膜は不用であり、スイッチング速度を大と
するため、動作電圧は±10〜±15Ｖとし、セル間隔は１
〜10μｍと薄くした。

【００４８】特に、分散型液晶を用いる場合には、偏光
板も不用のため、反射型としても、また透過型としても
光量を大きくすることができる。そして、その液晶はス
レッシュホ−ルドがないため、本発明のように、明確な
スレッシュホ−ルド電圧が規定されるＣ／ＴＦＴ型とす
ることにより、大きなコントラストとクロスト−ク（隣
の画素との悪干渉）を除くことができた。

【００４９】また、本実施例で使用したＴＦＴの半導体
は本実施例で使用した材料以外をも使用できる。

【００５０】

【実施例２】この実施例は図３および図７に対応した液
晶表示装置の構成を有するものを使用して、本実施例を
行った。この図面より明らかな如く、Ｙ線の走査線３を
中央に配設し、一対のデータ線の第１のデータ線５と第
２のデータ線８に挟まれた部分を１つのピクセル２３と
している。１つのピクセルは１つの透明導電膜の画素１
７および２つのＮＴＦＴ１３、２４と、２つのＰＴＦＴ
２２、２５よりなる２つのＣ／ＴＦＴに連結させてい
る。ゲイト電極はすべて走査線３に連結され、２つのＮ
ＴＦＴは第１のデータ線３に、また２つのＰＴＦＴは第
２のデータ線８に連結されている。これら２つのＣ／Ｔ
ＦＴの一方が、ゲイト電極とチャネル形成領域との間に
リ−クがあり不良であった場合でも、ピクセルとしての
動作をさせることができる。

【００５１】ここでの特長は、１つの画素に２つのＣ／
ＴＦＴが設けられていることにより、画素電極１７は３
つの値の液晶電位Ｖ_LCに固定されることである。その動
作を図９および図１１を用いて説明する。図９において
は、４×４マトリクス構成の液晶表示を行う際の本発明
の回路図を示し、図１１は駆動信号波形のタイミングチ
ャートを示している。

【００５２】本実施例の場合、Ｘ_1aＸ_1b、Ｘ_2aＸ_2b、Ｘ
_3aＸ_3b、Ｘ_4aＸ_4bは、各々一対のデータ線として機能す
る。また、Ｙ₁、Ｙ₂、Ｙ₃、Ｙ₄は、走査線として機
能している。また、図９中のＡＡ、ＡＢ・・・ＤＤは対
応する位置の画素のアドレスを意味している。

【００５３】この様な４×４構成の表示において、今ア
ドレスＡＡ、ＡＢ、ＢＡ、ＢＢの４つの画素に対応す
る、信号波形と液晶電位と実際に液晶に印加される電位
差のタイミングチャートを図１１に示す。図１１におい
て、横軸は時間を示している。１フレームを時間Ｔ１か
らＴ２の間としてこの間を４つに分割して、走査線
Ｙ₁、Ｙ₂、Ｙ₃、Ｙ₄線には、順次走査して走査信号
を印加している。また、Ｘ₁、Ｘ₂、Ｘ₃、Ｘ₄線に
は、図１１のようなデータ信号が印加されている。図で
はＸ_1a、Ｘ_2a、Ｘ_3a、Ｘ_4aのみを記載しているが実際に
はＸ_1b、Ｘ_2b、Ｘ_3b、Ｘ _4bにはＸ_1a、Ｘ_2a、Ｘ_3a、Ｘ_4a
と極性の異なる同じ波形が印加されており、時間Ｔ１か
らＴ２の間はＡＡの画素のみ選択されてオンまたはオフ
される。すなわち、Ｔ₁からｔ₁の間に一対のデータ線
Ｘ₁に対してデータ信号を印加して、この時間内にＡＡ
の画素の液晶にはしきい値をこえる電圧が印加されるこ
とになり液晶が駆動される。この時、液晶表示装置の対
向電極にオフセット電圧が印加されている。図１１では
次の時間Ｔ２からＴ３にも全く同じ信号波形を印加し、
ＡＡの表示を行っている。

【００５４】次に、時間Ｔ３からＴ４及びＴ４からＴ５
では４つの画素を全く選択しない信号が印加されてい
る。さらに、時間Ｔ５からＴ６では再びＡＡの画素を選
択している信号が印加されている。

【００５５】次、に時間Ｔ６からＴ８は一対のデータ線
に印加する信号の論理を反転させた信号が印加され、ま
た、対向電極には時間Ｔ１からＴ６の間に印加されてい
た信号とは極性の異なるオフセット電圧が印加されて、
交流化信号が液晶に加えられている。この交流化信号に
より、時間Ｔ１からＴ６の間に正に偏っていた電荷をキ
ャンセルすることができる。実際には、時間Ｔ２からＴ
４に加えられていた信号のうち、一対のＸ₁、Ｘ₂、Ｘ
₃、Ｘ₄線の論理を反転し、つまり選択信号と非選択信
号を入れ換え、対向電極のオフセット電圧の正負を入れ
換えることにより、前半のフレームではＡＡの画素を選
択し、後半のフレームでは４つの画素を選択しない交流
化信号を印加でき液晶を駆動することが可能となった。

【００５６】このように、本発明の駆動によると非常に
簡単な、パルス信号をデータ線および一対の走査線に加
えるだけで、液晶表示を行える。また、実施例１と同様
に走査線側の信号電圧を変化させて階調表示を行うこと
ができる。

【００５７】

【実施例３】この実施例は図４および図８に対応した液
晶表示装置の構成を有するものを使用して、本実施例を
行った。この図面より明らかな如く、Ｙ線のデータ線３
を中央に配設し、一対の走査線の第１の走査線５と第２
の走査線８に挟まれた部分を１つのピクセル２３として
いる。１つのピクセルは、２つの透明導電膜の画素電極
１７、２６から構成され、画素１７はＮＴＦＴ１３とＰ
ＴＦＴ２２が接続され、画素２６にはＮＴＦＴ２４と、
ＰＴＦＴ２５がおのおのＣ／ＴＦＴ構成として連結させ
ている。ゲイト電極はすべてデータ線３に連結され、２
つのＮＴＦＴは第１の走査線３に、また２つのＰＴＦＴ
は第２の走査線８に連結されている。これら２つのＣ／
ＴＦＴの一方が、ゲイト電極とチャネル形成領域との間
にリ−クがあり不良であった場合でも、ピクセルとして
の動作をさせることができる。かくすると、たとえ一方
の画素が中途半端にしか動作しなくなっても、他方の画
素が正常動作をし、カラ−化をした時、グレ−スケ−ル
の劣化の程度を下げることができた。

【００５８】その動作を図９および図１２を用いて説明
する。図９においては、４×４マトリクス構成の液晶表
示を行う際の本発明の回路図を示し、図１２は駆動信号
波形のタイミングチャートを示している。

【００５９】本実施例の場合、Ｘ_1aＸ_1b、Ｘ_2aＸ_2b、Ｘ
_3aＸ_3b、Ｘ_4aＸ_4bは各々一対の走査信号線として機能す
る。また、Ｙ₁、Ｙ₂、Ｙ₃、Ｙ₄はデータ線として機
能している。また、図９中のＡＡ、ＡＢ・・・ＤＤは対
応する位置の画素のアドレスを意味している。

【００６０】この様な４×４構成の表示において、今ア
ドレスＡＡ、ＡＢ、ＢＡ、ＢＢの４つの画素に対応す
る、信号波形と液晶電位と実際に液晶に印加される電位
差のタイミングチャートを図１２に示します。図１２に
おいて、横軸は時間を示している。１フレームを時間Ｔ
１からＴ２の間としてこの間を１６に分割して、一対の
走査線４対を順次走査して走査信号を印加している。図
ではＸ_1a、Ｘ_2a、Ｘ_3a、Ｘ_4aのみを記載しているが実際
にはＸ_1b、Ｘ_2b、Ｘ_3b、Ｘ_4bにはＸ_1a、Ｘ_2a、Ｘ _3a、Ｘ
_4aと極性の異なる同じ波形が印加されている。また、Ｙ
₁、Ｙ₂、Ｙ₃、Ｙ₄線には図１２のようなデータ信号
が印加されておりそのタイミングは選択する画素のアド
レスにより、１フレーム中の１６分割された特定の時間
にデータ線にデータ信号が印加される、時間Ｔ１からＴ
２の間はＡＡの画素のみ選択されてオンまたはオフされ
ている。即ち、Ｔ₁からｔ₁の間にデータ線Ｙ₁に対し
てデータ信号を印加して、この時間内にＡＡの画素の液
晶にはしきい値をこえる電圧が印加され液晶が駆動され
る。この時、液晶表示装置の対向電極にオフセット電圧
が印加されている。次に、時間Ｔ２からＴ３では４つの
画素を全く選択しない信号が印加されている。

【００６１】次に、時間Ｔ３からＴ４は、データ線に印
加する信号の論理を反転させた信号が印加され、また、
対向電極には時間Ｔ１からＴ３の間に印加されていた信
号とは極性の異なるオフセット電圧が印加されて、交流
化信号が液晶に加えられている。この交流化信号によ
り、時間Ｔ１からＴ３の間に正に偏っていた電荷をキャ
ンセルすることができる。すなわち、時間Ｔ１からＴ２
に加えられていた信号のうち、Ｙ₁、Ｙ₂、Ｙ₃、Ｙ₄
線の論理を反転し、すなわち、選択信号と非選択信号を
入れ換え、対向電極のオフセット電圧の正負を入れ換え
ることにより、前半のフレームでは、ＡＡの画素を選択
し、後半のフレームでは、４つの画素を選択しない交流
化信号を印加でき液晶を駆動することが可能となった。

【００６２】このように、本発明の駆動によると非常に
簡単な、パルス信号をデータ線および一対の走査線に加
えるだけで、液晶表示を行える。本実施例においては、
走査する側をＹ線として、走査を行ったが、特に、この
構成に限定されることはなく、Ｘ線側を走査する側とす
ることも可能である。また、データ信号をランダムに各
データ線に印加して、画素をランダムに選択してゆくこ
とも可能である。その他、ここに記載されていないこと
は実施例１、２に記されたことと同様である。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように本発明の駆動法によ
り、液晶電位をフロ−ティングとしないため、安定した
表示を行うことができる。また、アクティブ素子として
のＣ／ＴＦＴの駆動能力が高いため、動作マ−ジンを拡
大でき、さらに、周辺の駆動回路をより簡単にすること
が可能で表示装置の小型化、製造コストの低減に効果が
ある。また、３本の信号線と対向電極に非常に単純な信
号で高い駆動能力を発揮することができる。

【００６４】不良ＴＦＴが一部にあっても同相出力であ
るためその補償をある程度行うことができる。

【００６５】さらに、液晶材料を電気分解させないため
に液晶の駆動としては、必須の交流化信号駆動をＣ／Ｔ
ＦＴのゲイト信号線に加える信号の論理を反転させ、対
向電極に印加するオフセット電圧の極性を反転するとい
う簡単なことで達成できた。

【００６６】また、第３の信号線の信号の電圧を任意に
可変するとそれに従って液晶に実際に加わる電位差を可
変することができる。これにより階調表示を行うことが
できる。特に、液晶駆動のしきい値が明確でないもの、
すなわち、スレッショルドがなだらかな分散型液晶等に
は、特によく適した駆動法で十分な階調表示を行うこと
ができる。また、その他の階調方法として、１つの表示
画面に対して、複数フレームの駆動信号を液晶に印加す
ることにより１画面を表示する場合は、特定の画素に加
える選択信号を全フレーム数より減らすことにより、容
易に階調表示を行うことができる。

【００６７】本発明における表示媒体としては、透過型
の液晶表示装置または反射型の液晶表示装置として用い
得る。また、使用可能な液晶材料としては、前術のＴＮ
液晶、ＦＬＣ液晶、分散型液晶、ポリマ型液晶を用い得
る。また、ゲストホスト型、誘電異方性型のネマチック
液晶にイオン性ド−パントを添加して電界を印加するこ
とによってネマチック液晶としコレステリック液晶との
混合体に電界を印加して、ネマチック相とコレステリッ
ク相との間で相変化を生じさせ、透明ないし白濁の表示
を実現する相転移液晶を用いることもできる。また、液
晶以外では、例えば染料で着色した有機溶媒中にこれと
色の異なる顔料粒子を分散させたいわゆる電気泳動表示
用分散系を用いることもできることを付記する。

【００６８】本発明において、表示媒体として液晶を用
いた時、Ｃ／ＴＦＴの出力は液晶電位となる。また、液
晶以外の媒体を用いることもあるため、その場合には、
Ｃ／ＴＦＴの出力電圧と置き換えればよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の駆動波形を示す。

【図２】相補型ＴＦＴを用いたアクティブ型表示装置
の回路図を示す。

【図３】相補型ＴＦＴを用いたアクティブ型表示装置
の回路図を示す。

【図４】相補型ＴＦＴを用いたアクティブ型表示装置
の回路図を示す。

【図５】従来のアクティブ型液晶装置の回路図を示
す。

【図６】図２に対応した液晶表示装置の一方の基板の
平面図を示す。

【図７】図３に対応した液晶表示装置の一方の基板の
平面図を示す。

【図８】図４に対応した液晶表示装置の一方の基板の
平面図を示す。

【図９】相補型ＴＦＴを用いた４×４アクティブ型液
晶装置の回路図を示す。

【図１０】本発明の駆動信号波形とそのタイミングチャ
ートの一例を示す。

【図１１】本発明の駆動信号波形とそのタイミングチャ
ートの一例を示す。

【図１２】本発明の駆動信号波形とそのタイミングチ
ャートの一例を示す。

【図１３】本発明で使用したＣ／ＴＦＴの作製工程図を
示す。

【符号の説明】〜・・・フォトマスクを用いたプロセス１、２・・・周辺回路３、４・・・第３の信号線５、６・・・第１の信号線７、８・・・第２の信号線１３・・・・ＮＴＦＴ１６・・・・対向電極１７・・・・画素電極２２・・・・ＰＴＦＴ２３・・・・画素

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０９Ｇ 3/20 ６２４Ｇ０９Ｇ 3/20 ６２４Ｂ 3/36 3/36 Ｆターム(参考） 2H092 JA24 JA34 KA05 MA05 MA08 NA01 NA25 NA27 NA29 PA12 QA07 QA13 QA15 5C006 BB16 BC06 BC11 BF27 BF33 FA12 5C080 AA10 BB05 DD08 DD30 FF11 JJ02 JJ04 JJ06 5C094 AA15 AA21 AA44 BA03 BA43 CA19 DA14 DA15 DB01 DB04 EA04 EA07 EB02 FB12 FB14 FB15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｐチャネル型の薄膜トランジスタとＮチ
ャネル型の薄膜トランジスタとでなる相補型インバータ
が１対と、前記一対の相補型インバータ上方の１つの画素電極と、
が設けられた画素を有し、前記１対の相補型インバータの出力が、前記画素電極に
書き込まれるようになっていることを特徴とする反射型
電気光学表示装置。
【請求項２】Ｐチャネル型の薄膜トランジスタとＮチ
ャネル型の薄膜トランジスタとでなる１対の相補型イン
バータと、前記一対の相補型インバータ上方の平坦化膜と、前記平
坦化膜上方の１つの画素電極と、が設けられた画素を複
数有し、前記１対の相補型インバータの出力が、前記画素電極に
書き込まれるようになっていることを特徴とする反射型
電気光学表示装置。
【請求項３】Ｐチャネル型の薄膜トランジスタとＮチ
ャネル型の薄膜トランジスタとでなる相補型インバータ
が１対と、前記一対の相補型インバータ上方の１つの画素電極と、前記画素電極に対向された対向電極と、前記画素電極と前記対向電極に挟まれた液晶とを、画素
に有する反射型液晶表示装置であって、前記１対の相補型インバータの出力が、前記画素電極に
書き込まれるようになっており、前記対向電極に印可する電圧の極性を変えることで、前
記液晶に印可する電圧の極性を変えることを特徴とする
反射型電気光学表示装置。
【請求項４】２本の配線でなるデータ線対と、走査線
と、画素をそれぞれ複数有する反射型液晶表示装置であ
って、前記画素は、Ｐチャネル型の薄膜トランジスタとＮチャネル型の薄膜
トランジスタとでなる相補型インバータが１対と、前記一対の相補型インバータ上方の１つの画素電極と、前記画素電極に対向された対向電極と、前記画素電極と前記対向電極に挟まれた液晶と、を有
し、前記１対の相補型インバータの出力が、前記画素電極に
書き込まれるようになっており、前記データ線対、前記走査線にパルス信号が入力され、前記対向電極に印可する電圧の極性を変えることで、前
記液晶に印可する電圧の極性を変えることを特徴とする
反射型液晶表示装置。
【請求項５】請求項２において、前記平坦化膜は有機
樹脂膜であることを特徴とする反射型液晶表示装置。
【請求項６】請求項２において、前記平坦化膜はポリ
イミド膜であることを特徴とする反射型液晶表示装置。
【請求項７】請求項1乃至６のいずれか１項におい
て、分散型液晶又はポリマー液晶を用いていることを特
徴とする反射型液晶表示装置。