JP3319562B2

JP3319562B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP3319562B2
Application number: JP4507496A
Authority: JP
Inventors: 政彦秋山; 豊中井; 毅日置
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-03-01
Filing date: 1996-03-01
Publication date: 2002-09-03
Anticipated expiration: 2016-03-01
Also published as: JPH09236824A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】液晶ディスプレイは、薄型で低消費電力
であり、ノート型パソコンなどに広く用いられている。
特に消費電力が小さいことが他のＣＲＴ、プラズマディ
スプレイなどのディスプレイと比べて優れた特徴であ
り、今後は携帯情報機器への応用が期待されている。

【０００３】携帯機器の場合、ディスプレイの消費電力
が５００ｍＷ以下、できれば数ｍＷと小さいことが望ま
しい。この要求に対して、従来はＴＮ型液晶の単純マト
リクス型でバックライトが不要で消費電力の小さい反射
型を用いてきた。しかし、ＴＮ型では偏光板が必要であ
り反射率が３０％程度と暗いこと、単純マトリクス型で
は画素数を増やすとコントラストが下がりさらに見にく
くなるなどの問題がある。そこで、液晶表示に偏光板を
用いないＰＣＧＨ（相変化ゲストホスト型）モードを用
いてアクティブマトリクスによる駆動を行うことによ
り、反射率が高く、コントラストも高い表示を得ること
が試みられている。

【０００４】図１３にこのような従来例の構成を示す。
同図に示す回路構成は従来の透過型ＴＮ液晶のアクティ
ブマトリクスと同等であり、信号線1305、ゲート線1304
およびその交点にある薄膜トランジスタＴＦＴ1301によ
り、各画素の液晶1303および蓄積容量線1307に接続され
た蓄積容量1302に電荷を与える。液晶1303には交流を印
加する必要があり、対向基板に形成された対向電極1306
の電圧を中心に正電圧、負電圧となるように信号線電圧
を与えて実現している。

【０００５】このような液晶ディスプレイでは、表示が
全く変化しない場合でも交流電圧を印加する必要がある
ため、フレーム周期で選択されるごとに画素電位を書換
えている。容量に交流を印加する場合の消費電力Ｐは、Ｐ＝ｆ×Ｖ²×Ｃ（周波数ｆ；電圧Ｖ；容量Ｃ）であるから、周波数が高いほど、電圧が高いほど、容量
が大きいほど消費電力が大きい。

【０００６】液晶ディスプレイで交流駆動する場合に
は、各画素の駆動周波数はフレーム周波数、信号線の駆
動周波数はフレーム周波数と走査線本数の積、信号線ド
ライバＩＣの駆動周波数は、画面の総画素数とフレーム
周波数の積の値、もし分割駆動すればさらに分割数で割
った値、となる。現状で、対角10.4インチのカラーＶＧ
Ａ（６４０×ＲＧＢ×４８０画素）では信号線ＩＣの消
費電力は１Ｗ程度であるから、Ａ４サイズで150dpi相当
の高精細ＬＣＤの画素数ではＶＧＡの6.25倍の１６００
×１２００画素程度となり、２〜３Ｗ以上と大きくなっ
てしまうことが予想される。これでは携帯情報機器に用
いるのはバッテリの使用時間が短く、問題がある。

【０００７】この問題に対して双安定の強誘電性液晶
（ＳＳＦＬＣ）を用いると液晶にメモリ性があり、表示
が変らない限り電圧の供給を停止することができること
が知られており、消費電力の低減が可能である。しか
し、双安定の強誘電性液晶では、衝撃により配向が乱れ
て表示不良が発生する問題があり、携帯型表示デバイス
としては採用できない。さらにメモリ性を持った液晶で
は表示品位（コントラスト、反射率など）が制限される
ことが多く、たとえばＳＳＦＬＣでは偏光板の使用が不
可欠の表示モードであり、反射率は３０％程度と暗い画
面しか得られない問題もあった。さらに、双安定である
ために基本的に２値表示となり、階調が出せる表示モー
ドと比べ大幅に表現力すなわち、情報量が低下してしま
う。これはカラー表示の場合に問題であり、階調を出す
ためにディザなど空間変調を行えば、実効的な解像度が
低下してしまい、フレームレートコントロールなど時間
変調を行えばフリッカが発生し、また動画には適用でき
ないといった問題があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、パソ
コンの画面や携帯情報機器の画面などでは静止画が多く
画面が書き変らないでも信号線に交流を供給することに
なり、電力を無駄に消費していることになる。

【０００９】そこで、本発明では上述の問題点を解決
し、電力消費を低減することを目的とする。

【００１０】また、本発明では階調表示を可能とし高精
細で高画質の映像が得られることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め、請求項１記載の液晶表示装置は、複数の画素を有す
る液晶表示装置において、第１の基板と第２の基板の間
に狭持された液晶層と、前記第１の基板上の各画素ごと
に形成された複数の第１の電極と、表示信号を選択し且
つ前記第１の電極の各々に前記表示信号を印加する各画
素に形成された複数の薄膜トランジスタと、少なくとも
その一部が前記液晶層に露出して前記第１の電極上に形
成された強誘電体層とを具備する。

【００１２】

【００１３】表示信号としては、強誘電体の分極状態に
変化を与えるものであれば特にその波形は問題にされな
い。表示信号は、必ずしも極性反転しなくてもよいが、
画面焼き付け防止等の観点から極性反転した方がよい。
その場合、液晶の内部時定数の１／１０以下の周期で交
流を印加するようにすれば、１０％の電圧変動に耐えら
れるものとなる。つまり、液晶の内部時定数より小さい
周期で交流を印加することにより、自己放電によるコン
トラスト低下を防止し、高画質を維持することが可能に
なる。

【００１４】強誘電体層は、直接液晶に露出してもよい
し、絶縁膜あるい画素電極等の電極が液晶との間に介在
されていてもよい。ともかく、分極状態の影響が液晶に
及び、これにより液晶が駆動されるものは、本発明の範
囲に含まれる。つまり、本発明によれば、強誘電体の分
極により発生した電位を液晶に印加するために強誘電体
の分極保持能力により、長期間状態を保持することがで
きるため、液晶への駆動周波数をほぼ直流まで低下させ
ることが可能になり、消費電力が大幅に低下する。そし
て、強誘電体への電圧印加のために例えばトランジスタ
を用いることにより、走査線、信号線などの画素を選択
・駆動する配線からのノイズの影響を受けることなく分
極状態を精密に制御でき、中間調を表示することが可能
である。

【００１５】請求項２記載の液晶表示装置は、複数の画
素を有する液晶表示装置において、第１の基板と第２の
基板の間に狭持された液晶層と、前記第１の基板上の各
画素ごとに形成された複数の第１の電極と、表示信号を
選択し且つ前記第１の電極の各々に前記表示信号を印加
する各画素に形成された複数の薄膜トランジスタと、前
記第１の電極上に形成された強誘電体層と、前記強誘電
体層上に少なくともその一部が前記液晶層に露出して形
成された第２の電極とを具備する。

【００１６】第１の基板、第２の基板としては、例えば
透明絶縁基板があるが、一方は透明でなくてもよい。

【００１７】

【００１８】請求項３記載の液晶表示装置は、複数の画
素を有する液晶表示装置において、第１の基板と第２の
基板の間に狭持された液晶層と、前記第１の基板上の各
画素ごとに形成された複数の下部電極と、前記各下部電
極上に形成された強誘電体層と、前記強誘電体層上に形
成された格子状電極と、前記格子状電極を介在させて前
記強誘電体層上に少なくともその一部が前記液晶層に露
出して形成された絶縁層と、表示信号を選択し且つ前記
各格子状電極に前記表示信号を印加する各画素ごとに形
成された複数の薄膜トランジスタとを具備する。

【００１９】請求項４記載の液晶表示装置は、複数の画
素を有する液晶表示装置において、第１の基板と第２の
基板の間に狭持された液晶層と、前記第１の基板上の各
画素ごとに形成された複数の下部電極と、前記各下部電
極上に形成された強誘電体層と、前記強誘電体層上に形
成された格子状電極と、前記格子状電極を介在させて前
記強誘電体層上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に
少なくともその一部が前記液晶層に露出して形成された
画素電極と、表示信号を選択し且つ前記各格子状電極に
前記表示信号を印加する各画素ごとに形成された複数の
薄膜トランジスタとを具備する。請求項５記載の液晶表
示装置は、請求項３もしくは４のいずれかに記載の液晶
表示装置であって、前記絶縁層は、強誘電体からなるこ
とを特徴とする。

【００２０】

【００２１】

【００２２】

【００２３】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る液晶表示装置
の１画素の等価回路図を示す。

【００２４】同図に示すように、単位画素には、トラン
ジスタ１、これに接続された電極７、強誘電体容量２、
液晶３、液晶３の他方の電位を決めている対向電極６、
から構成され、走査線４、信号線５に接続されたトラン
ジスタ１を通して電極７の電位を制御する。

【００２５】図２(a) に本構成で液晶を駆動する際の電
圧波形の１例を示す。また図２(b)は強誘電体の電界−
電束密度（Ｅ−Ｄ）ヒステリシス上での動作点を示す。

【００２６】画面書換え期間のあるタイミングで注目し
ている画素に信号を書き込む際に正の信号を書き込む時
間をＴ_w ^＋とすると、信号線の電圧はまずＶ_R ⁻が印加
され、強誘電体内の分極向きを負方向に飽和させてそろ
える（図２(b) ａ点）。

【００２７】続いて映像信号にあたるＶ_w ^＋の電圧を印
加し（図２(b) ｂ点）、最後に基準電位Ｖ_Zを印加し
（図２(b) ｃ点）、１画素の正電圧の書き込みサイクル
を終了する。

【００２８】書き込み期間を終了するとトランジスタは
オフして強誘電体への電極電位をＶ_zに保持することか
ら、他の画素の書き込みにおいても本画素の強誘電体の
分極状態、および分極によって発生した固定電荷が生成
する電位を維持することができる。

【００２９】液晶にはゲストホスト型で反射型のモード
で表示させることができ、書換えが必要になるまで信号
線の電圧を変動させる必要がなく、低消費電力で液晶を
駆動することができる。

【００３０】図２の駆動方式では画面書換え期間が終了
し、画面の書換えがまったく不要な期間（非変更保持期
間）には、ゲート電位をあげて信号線に基準電位Ｖ_zを
印加して画素に書き込めば電極７の電位がリーク電流な
どでドリフト変動することがなく、液晶に印加される電
位の変動を抑えることができる。

【００３１】カーソルをブリンクさせたり、マウスが移
動したり、小規模の書換えの場合には書換える画素のみ
のゲート線の電圧を選択的に高くして信号を書き込むこ
とはなんら問題はない。

【００３２】なお、本駆動方式では非変更保持期間でト
ランジスタをオンさせ続けているが、間欠的に基準電圧
を書き込むようにしてもかまわない。直流電圧を印加す
ることで周辺駆動回路での抵抗ロスが出る場合は間欠的
の方が駆動回路の消費電力を低減できる。

【００３３】また、画素を選択する期間に強誘電体分極
飽和反転、書き込み、基準電圧印加を１回に行ったが２
回以上に分けてもかまわない。たとえば、分極飽和反転
は全画素同時に行い、その後所定の電圧Ｖ_w ^＋の書き込
みを画素ごとに行ってもよい。液晶の等価回路は液晶
容量と並列接続されたリーク抵抗で表されるが、その時
定数が十分大きい場合は前記の書き込みのみで駆動でき
る。時定数に対して表示期間が無視できない長さになる
場合は、適当なタイミング（一定周期でも不定的な周期
でもかまわない）で液晶に印加される電圧の極性を変え
てやるとよい。図２では後半の画面書換え期間で負の信
号を書き込む時間Ｔ_w ⁻でこれを行っている。この場合
は、Ｖ_R ^＋の電圧で正方向に分極をそろえ（図２(b) ｄ
点）、所定の信号であるＶ_w ⁻を印加し（図２(b) ｅ
点）、基準電圧Ｖ_Zを書き込む（図２(b) ｆ点）ように
すればよい。

【００３４】液晶の時定数の１／１０の周期で交流が印
加されるようにすれば、５％電圧が低下した所で極性を
反転させるので反転の際の輝度変化率も同程度となり、
視認されるが許容できると考えられる。

【００３５】この極性反転駆動に際しても、本発明の構
成では、画素数が多くなっても強誘電体および液晶に印
加される電圧が正確に制御できるため、正負の電圧の絶
対値を等しくすることができ、液晶に直流電圧が印加さ
れて画像が焼き付くような問題が発生せず、高画質な画
像を得ることができる。

【００３６】なお、正負の電圧印加時間は適当な方法で
システムが記憶し、長期的な正負のバランスが取れるよ
うに駆動することも有効である。

【００３７】図３は図１の回路に基づいて実際に画素を
形成した例の平面図である。図４にＡ−Ａ’同断面図を
示す。図３において、 301は走査線,302は信号線,303は
トランジスタ,304は画素電極である。以下、図４をもと
に製造工程を説明する。

【００３８】まず、ガラスなどの絶縁性基板401 の上に
半導体層403 を形成する。ここではアモルファスシリコ
ン膜をＣＶＤ法で堆積した後に、エキシマレーザアニー
ルによって結晶化した多結晶シリコン膜（膜厚70nm）を
半導体層に用いた。

【００３９】その後、島状にパターニングし、ゲート絶
縁膜405 をＥＣＲＣＶＤ法によりシリコン酸化膜（膜厚
150nm ）を堆積した。その上にゲート電極406 をスパッ
タ法により、Al合金膜を400nm 堆積し、ドライエッチン
グによりゲート電極パターンを形成した。

【００４０】その後、イオンドーピングにより、PH₃プ
ラズマから生成されたイオンを60kV,2×10¹⁶/cm2打ち込
み、ソース、ドレイン領域404 を形成した。

【００４１】本実施例では、ゲート酸化膜をゲート電極
パターン形成時にゲート電極下以外を一部、ないしは全
部除去している。

【００４２】なお、チャネル部403 とソース、ドレイン
領域404 の間に不純物濃度が低い領域を２μm 程度設け
ていわゆるＬＤＤ構造にするとリーク電流低減に有効で
あり、これを採用することにはなんら問題はない。これ
によりＴＦＴ部402 が形成される。

【００４３】続いて、層間絶縁膜407 をＣＶＤ法でシリ
コン酸化膜ないしシリコン窒化膜で500nm 堆積した。ソ
ース・ドレイン領域およびゲート線パッド部のスルーホ
ールを形成し、信号線408 および画素電極409 を形成し
た。

【００４４】本実施例では信号線、画素電極ともAl合金
膜としたが、信号線は金属、画素電極はＩＴＯなどの透
明導電膜としてもよい。この上に強誘電体膜410 を堆積
した。強誘電体としてペロブスカイト型酸化物のチタン
酸バリウム（ BaTiO₃）、およびＰＺＴ（ [Pb(Zr,Ti)O
₃] ）を膜厚100 〜500nm で用いた。材料としては層状
酸化物（Bi₄Ti₃O ₁₂など）を用いてもよく、有機材料
（ビニィデンフルオライド(VDF;vinylidene fluoride)
とトリフロエチレン(TrFE;trifluoroethylene)の混合物
など）でもよい。成膜方法として、スパッタ法、ゾル・
ゲル法、レーザアブレーション法、ＣＶＤ法、などを用
いることができる。

【００４５】以上のＴＦＴ，強誘電体を形成した基板に
ガラス、ＩＴＯなどによる対向電極412 が設けられたプ
ラスチックなどによる対向基板413 と適当なギャップを
持たせて固定し、間に液晶411 を充填する。液晶にはゲ
ストホスト型液晶を用いた。ホスト液晶を９０〜３６０
度回転させたもの、配向がランダムになるアモルファス
ゲストホスト型などがコントラスト、反射率を高める上
で有効である。また、TN型でもよく、コレステリック液
晶を用いた選択反射−透過モードでもよく、強誘電性液
晶、反強誘電性液晶、高分子分散型液晶、ＯＣＢモード
液晶、などを用いてもよい。表示方式も自由であり、光
学的な変化の分類でいえば、透過−吸収を得るもの、透
過−散乱を得るもの、散乱−吸収を得るもの、などいず
れでもよい。画素の素子数が多いので素子の上に絶縁膜
を設けて画素電極を形成した反射型が望ましいが、画素
サイズによっては透過型でも可能である。モノクロでも
カラー表示でも当然かまわない。液晶層は単層でも多層
でもよい。

【００４６】画素電極は光を拡散させるように凹凸をつ
けてもよい。また、液晶と画素電極との間に偏光を反転
させる光学補償板を入れてもよい。これにより、ゲスト
ホストの吸収が向上し、コントラストのアップとなる。

【００４７】光学補償板は、強誘電体自身で作ってもよ
い。

【００４８】強誘電体は、一部に設けてもよい。例えば
配線上は除去することもできる。

【００４９】本例では強誘電体と液晶の間に電極がない
ことが一つの特徴である。これにより強誘電体の表面に
発生する電荷が液晶のリーク電流などで中和される際に
局所的に行われるため、画素電極の周辺と内部で自己整
合的に電位の安定点が決まる。また、強誘電体の膜厚を
画素内で空間的に変えたり、組成を変えたりしてもそれ
が液晶表示に直接影響させることができるため、２値表
示の液晶モードを使っても空間分割的に階調を表示する
ことができる。さらに、強誘電体の特性が強誘電体膜の
微細加工は不要であり歩留まりの向上となる。また、ト
ランジスタを覆っており、外部汚染が回避でき、信頼性
の向上となる。

【００５０】なお、画素電極409 はベタ形状ではなく、
格子状でもよい。また、対向電極412 が対向基板413 上
になくアレイ基板側にあるインプレイン方式でもかまわ
ない。以上の例ではトランジスタを多結晶シリコンＴ
ＦＴとしたが、アモルファスシリコンＴＦＴでもよく、
微結晶シリコンでもシリコン−ゲルマニウム合金などで
もよい。トランジスタ構造はプレーナ型に限らず、スタ
ッガ型、逆スタッガ型でもよく、セルフアライン型に限
らず、非セルフアライン型でも構わない。

【００５１】図５は他の例に係る液晶表示装置の平面
図、図６はＡ−Ａ’同断面図である。これらの図に示す
液晶表示装置は、図４に示した構造と比較して最も大き
な違いは強誘電体を挟んで電極が設けられ、液晶に接す
る側も電極があることである。さらに、強誘電体を画素
の一部のみとしている点も異なっている。

【００５２】図５において、 501は走査線,502は信号
線,503はゲート電極,504はドレイン電極,505は下部電
極,506は強誘電体層,507は画素電極である。

【００５３】詳細を図６を中心に説明する。ガラスなど
の絶縁性基板の上にゲート電極603,を形成し、ゲート絶
縁膜604 、半導体層605 、上部絶縁膜607 をプラズマＣ
ＶＤ法で堆積し、上部絶縁膜を裏面露光とマスク露光の
２重露光によりゲートに自己整合的にパターニングす
る。この上にｎ型半導体層606 を堆積し、ソース、ドレ
イン電極609,610 を形成し、これをマスクにｎ型半導体
層をエッチングすることでＴＦＴ部602 が形成される。
半導体層605 はアモルファスシリコン、ｎ型半導体層は
燐をドープしたアモルファスシリコンないしは微結晶シ
リコンとした。

【００５４】一方、ゲート絶縁膜を堆積した後に強誘電
体容量の下部電極608 を形成し、その上に強誘電体層61
1 を堆積し、パターニングする。強誘電体としては前述
のようにさまざまな材料を用いることができる。

【００５５】次に、強誘電体上の電極および画素電極61
2 を形成する。また、下部電極608とドレイン電極610
を接触させて電気的に接続する。

【００５６】最後に全体に絶縁膜615 を堆積し、画素部
を除去した。絶縁膜615 はシリコン窒化膜、光吸収性有
機絶縁膜（顔料分散型アクリル樹脂など）などを用いる
ことができる。下部電極608 および上部電極612 ともイ
ンジウム錫酸化膜ＩＴＯを用いた。これにより強誘電体
部も光を透過させることができ、透過型の表示モードを
用いることができる。しかし、電極材料としてはプラチ
ナ、金などでもよく、他の材料でも構わない。電極を多
層にし強誘電体側はＩＴＯとし反対側をモリブデン、ア
ルミなどとしてもよい。液晶613 および対向電極614a、
対向基板614 とも図４で示した構成と同様の構成とする
ことができる。

【００５７】トランジスタを逆スタッガ型アモルファス
シリコンＴＦＴとしたが、多結晶シリコンＴＦＴでもよ
く、プレーナ型、スタッガ型などの構造でも構わない。

【００５８】以上の構成により、液晶に電圧を印加する
電極が存在することにより、強誘電体を局所化すること
ができる。これにより強誘電体の膜厚、材料に対する設
計が容易になる。また、液晶への電圧が均一になること
から、階調数が少ない場合などで画像の均一化が図られ
る。

【００５９】図７はさらに他の例に係る液晶表示装置の
１画素の等価回路図である。

【００６０】同図に示すように、単位画素には、トラン
ジスタ701 、これに接続された電極707 、強誘電体容量
702 、液晶703 、液晶の他方の電位を決めている対向電
極706 、から構成され、走査線704 、信号線705 に接続
されたトランジスタ701 を通して電極707 の電位を制御
する。本実施例では、さらに、蓄積容量708 をトランジ
スタ701 のドレインおよび電極707 に接続している。蓄
積容量708 の一方の電極は配線709 に接続されている。
配線709 は一定電位の専用配線としたが、別の画素の走
査線でもよい。

【００６１】この構成により、トランジスタがオフの期
間の電極707 の電位変動が抑えられるため、図２の非変
更保持期間での電位固定を頻繁に行う必要がなく、外部
駆動回路の簡略化、駆動システムの簡略化が図られる。
蓄積容量708 を構成する絶縁膜はトランジスタのゲート
絶縁膜でもよく、走査線−信号線間の層間絶縁膜でもよ
く、強誘電体膜でもよく、兼用でも専用でもよい。

【００６２】図８はさらに別の例に係る液晶表示装置の
１画素の等価回路図である。

【００６３】同図に示すように、単位画素には、トラン
ジスタ801 、これに接続された電極807 、強誘電体容量
802 、液晶803 、液晶の他方の電位を決めている対向電
極806 、から構成され、走査線804 、信号線805 に接続
されたトランジスタ801 を通して電極807 の電位を制御
する。さらに、別のトランジスタ808 を設け、この画素
の非選択期間の少なくとも一部の期間でトランジスタ80
1 のドレインおよび電極807 の電位を所定の電位、本例
では配線809 の電位に等しくするように動作させる。

【００６４】本例では、画素選択用のトランジスタ801
をｎチャネル型、もう1 つのトランジスタ808 をｐチャ
ネル型とし、ゲートを同じ走査線804 に接続した。これ
により、走査線804 がハイレベルの場合はトランジスタ
801 がオンし、トランジスタ808 がオフして信号線805
の電位を電極807 に書き込み、ローレベルの場合はトラ
ンジスタ801 がオフし、トランジスタ808 がオンして、
電極807 の電位を配線809 の電位に固定する。これによ
り、図２の非変更保持期間での操作は全く不要になり、
走査を止めれば直ちにメモリ状態を保持できるようにな
り、外部駆動システムの簡略化が得られる。この例で
は、画素選択用のトランジスタをｎチャネル型とｐチャ
ネル型のトランジスタにより構成したが、両方をｎチャ
ネル型のトランジスタあるいはｐチャネル型のトランジ
スタとして走査線804 を２本とし、それぞれに相互に逆
相の走査信号を印加するようにしてもよい。信号線805
の信号を電極807 に印加するするとき以外は別の回路で
電極807 の電位を固定するようにすれば他の回路でもよ
い。

【００６５】図９はさらに別の例に係る液晶表示装置の
１画素の模式的回路図、図１０は断面構造の模式図であ
る。

【００６６】同図に示す装置では、トランジスタ901 を
選択する走査線904 、信号を供給する信号線905 を有
し、液晶903 に電圧をかけるのに、強誘電体を含む素子
902 内の電極907 に電位をかけるようになっていること
が特徴である。素子902 は、下部電極909 と電極907 の
間に強誘電体があり、電極907 に印加された電圧で強誘
電体の分極を制御し、かつ電極907 の周囲に発生する電
荷が作る電界を液晶に印加させるようになっている。

【００６７】図１０はより具体的な構成例である。

【００６８】同図に示すように、下部電極1001上に強誘
電体1002があり、その上にメッシュないしは格子状の電
極1003がある。その上に絶縁層1004があって、液晶1006
に電界をかける。

【００６９】絶縁層1004上に画素電極1005を設けると画
素内の輝度むらを抑えるのに有効であるが、なくてもよ
く、その場合は画素内で平面的に輝度変化が得られる効
果がある。

【００７０】電極1003にはトランジスタ1007が接続さ
れ、画素への信号が供給される。電極1003への電位を与
えると図左寄りに書いた電気力線のように、強誘電体内
に電極に向かう電界が発生し、自発分極がその向きに揃
えられる。電極1003の周辺でも電界の向きがやや曲がる
がほぼ同じ向きに分極がそろい、電極1003の周囲、すな
わち隙間にも電極下と同様に分極による固定電荷1010が
発生する。この電荷が作る電界は絶縁層1004を通して液
晶1006に印加される。

【００７１】絶縁層1004はシリコン酸化膜、シリコン窒
化膜などの他に金属酸化物の高誘電体膜を用いることも
できる。また、強誘電体膜とすることもできる。その場
合強誘電体1002と異なる抗電界を持つ材料が望ましい。

【００７２】以上の構成とすることで、強誘電体の分極
状態を液晶を介さずに制御できるため、液晶の容量変化
を考慮した電極1003への電圧印加をする必要がなく、電
圧制御がより精密にでき、階調をより多く出すことがで
きる。

【００７３】なお、上述した絶縁層1004を強誘電体とす
れば、最初に説明した例の効果を奏する。すなわち、10
04の誘電率を高くすることで、固定電荷1010の影響を液
晶1006に強く与えるだけではなく、電極1003と液晶1006
の間に分極を保持し、それにより液晶を駆動することが
できる。これにより、間隙をもつ電極1003の上部も液晶
駆動を与える領域となり、開口率の向上となる。

【００７４】さらに、下部電極1001は、図のような電極
1003を全面に覆うようなものには限らない。下部電極も
メッシュ状等とし、電気力線を制御するようにでき、例
えば斜め方向の電気力線を積極的に使って分極ベクトル
を制御し、垂直方向成分の強度を印加電圧により空間的
に変えることもできる。この場合も絶縁膜1004は強誘電
体でも、そうでなくともよい。これにより面積階調的な
効果を与えることができる。

【００７５】さらに、複雑に電極1003の中でも格子ごと
に異なる電位が加わるようにして、より分極制御を工夫
することもできる。下部電極1001側も一定電位ではない
ようにしてもよい。あるいは、下部電極1001を様々な形
状に変形してもよい。

【００７６】以上の変形例は、後述する例においても適
用できることはいうまでもない。

【００７７】図１１は図９および図１０の例においてト
ランジスタをトップゲートのスタッガ型とした例の断面
図である。

【００７８】同図において、1101は絶縁性基板である。
絶縁性基板1101には、トランジスタ1103と強誘電体を含
む素子1102とが形成されている。1111は対向基板であ
り、対向電極1110が形成されている。絶縁性基板1101と
対向基板1111との間には、液晶1109が挟持されている。
トランジスタ1103は、半導体層1114、ソース、ドレイン
電極1112、1113、ゲート絶縁膜1115，ゲート電極1116か
らなる。強誘電体を含む素子1102は、下部電極1104、強
誘電体層1105、上部電極1106を有する。1107は絶縁膜、
1108は画素電極である。

【００７９】図１２は別の例の断面図である。

【００８０】同図に示す例では液晶層が３層からなり、
ＴＦＴアレイ基板も３枚ある。最下層の絶縁性基板1201
の上にＴＦＴ1208、電極1209、強誘電体層1210が形成さ
れ、第２の基板1202の裏面に設けた対向電極1211との間
に第1 液晶層1205が設けられている。第２の基板1202は
透明絶縁性基板であり、その上にＴＦＴ1212、電極121
3、強誘電体層1214が設けられ、第３の基板1203の裏面
に設けられた対向電極1215との間に第２液晶層1206が設
けられる。第３の基板1203は第２の基板1202と同様な構
成で、ＴＦＴ1216、電極1217、強誘電体層1218があり、
対向基板1204および対向基板1219との間に第３液晶層12
07がある。

【００８１】液晶層はゲストホスト型で、３層にシア
ン、マゼンタ、イエローの吸収があるようにされてお
り、減色混合によりカラー表示が可能である。

【００８２】図１２では上から光が入り、反射型として
電極1209を反射電極として他の電極は透明電極とするこ
とで３層液晶層を通って光が戻ることで反射型カラー表
示が得られる。

【００８３】各ＴＦＴ層はメモリ性を有していることか
ら、画像書換えがない間は前述のように信号供給が不要
で低消費電力が実現できる。

【００８４】本例では図４の構成に類似して各ＴＦＴア
レイを形成したが、他の構造でも採用できる。また、図
１２の光が入る向きを下側から入れ、基板1204の側で反
射させることも可能である。さらに、電極1209も透明電
極として基板の一方から光を照射して他方から見るいわ
ゆる透過型とすることも可能である。また、液晶層をゲ
ストホストとしたが、コレステリック液晶を用いた選択
反射モードとしてもよい。

【００８５】本例のように透過型（中間基板は透過型に
なる）のアレイが作成できるのも本発明の素子数が少な
く開口率が高くできるためである。

【００８６】図１４は図９の変形例である。

【００８７】同図に示す装置では、トランジスタ1401を
選択する走査線1404、信号を供給する信号線1405を有
し、液晶1403に電圧をかけるのに、強誘電体を含む素子
1402内の電極1407に電位をかけるようになっている。素
子1402は、下部電極1409と電極1407の間に強誘電体があ
る。そして、トランジスタ1401のドレインと下部電極14
09とが接続され、電極1407と隣接する走査線1408とが接
続されている点が図９に示した例と異なる。

【００８８】図９または図１４において、補助容量線Ｌ
に接続された補助容量Ｃｓを設けてもよい。その例を図
１５、図１６に示す。

【００８９】また、図８に示した構成において、強誘電
体容量を図９または図１４に示した下部電極と電極間に
強誘電体素子を介挿した素子902,1402）で置き換えても
よい。このような構成を図１７、図１８に示す。

【００９０】すべての例でトランジスタの構成はさまざ
まに変えることができ、最初の例で述べたバリエーショ
ンは他の例でも同様に適用することができる。また、こ
れら例では選択用のトランジスタが１つの場合で示した
が、２つ以上のトランジスタを用いた回路（たとえば縦
横に配線した２つの走査線の信号がハイレベルになった
際に初めて信号が画素に書き込める２つのトランジスタ
のＡＮＤ回路）でもよい。さらに、トランジスタのゲ
ート絶縁膜に強誘電体を用いたＭＦＳ型ＴＦＴでも構わ
ない。

【００９１】その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で
あれば様々な変形をすることは可能である。

【００９２】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
液晶ディスプレイでの消費電力を低減することができ
る。メモリ性を有していながら、液晶は階調を得ること
ができるので画像の情報量を高めることができ、良好な
画質が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る画素部の回路図。

【図２】本発明に係る電圧波形図。

【図３】本発明の１つの実現形態である画素部の平面
図。

【図４】図３の断面図。

【図５】本発明のもう１つの実現形態である画素部の
平面図。

【図６】図５の断面図。

【図７】本発明の他の例に係る画素部の回路図。

【図８】本発明の他の例に係る画素部の回路図。

【図９】本発明の他の例に係る画素部の回路図。

【図１０】図９の模式的な構造図。

【図１１】本発明の１つの実現形態である画素部の断
面図。

【図１２】本発明の他の例を断面図。

【図１３】従来の液晶表示装置の画素回路。

【図１４】本発明の他の例に係る画素部の回路図。

【図１５】本発明の他の例に係る画素部の回路図。

【図１６】本発明の他の例に係る画素部の回路図。

【図１７】本発明の他の例に係る画素部の回路図。

【図１８】本発明の他の例に係る画素部の回路図。

【符号の説明】

１薄膜トランジスタ２強誘電体素子３液晶４走査線５信号線６対向電極７強誘電体素子の電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平５−289114（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−19783（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1362 G02F 1/1343 G09F 9/35

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の画素を有する液晶表示装置におい
て、第１の基板と第２の基板の間に狭持された液晶層と、前記第１の基板上の各画素ごとに形成された複数の第１
の電極と、表示信号を選択し且つ前記第１の電極の各々に前記表示
信号を印加する各画素に形成された複数の薄膜トランジ
スタと、少なくともその一部が前記液晶層に露出して前記第１の
電極上に形成された強誘電体層とを具備することを特徴
とする液晶表示装置。
【請求項２】複数の画素を有する液晶表示装置におい
て、第１の基板と第２の基板の間に狭持された液晶層と、前記第１の基板上の各画素ごとに形成された複数の第１
の電極と、表示信号を選択し且つ前記第１の電極の各々に前記表示
信号を印加する各画素に形成された複数の薄膜トランジ
スタと、前記第１の電極上に形成された強誘電体層と、前記強誘電体層上に少なくともその一部が前記液晶層に
露出して形成された第２の電極とを具備することを特徴
とする液晶表示装置。
【請求項３】複数の画素を有する液晶表示装置におい
て、第１の基板と第２の基板の間に狭持された液晶層と、前記第１の基板上の各画素ごとに形成された複数の下部
電極と、前記各下部電極上に形成された強誘電体層と、前記強誘電体層上に形成された格子状電極と、前記格子状電極を介在させて前記強誘電体層上に少なく
ともその一部が前記液晶層に露出して形成された絶縁層
と、表示信号を選択し且つ前記各格子状電極に前記表示信号
を印加する各画素ごとに形成された複数の薄膜トランジ
スタとを具備することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】複数の画素を有する液晶表示装置におい
て、第１の基板と第２の基板の間に狭持された液晶層と、前記第１の基板上の各画素ごとに形成された複数の下部
電極と、前記各下部電極上に形成された強誘電体層と、前記強誘電体層上に形成された格子状電極と、前記格子状電極を介在させて前記強誘電体層上に形成さ
れた絶縁層と、前記絶縁層上に少なくともその一部が前記液晶層に露出
して形成された画素電極と、表示信号を選択し且つ前記各格子状電極に前記表示信号
を印加する各画素ごとに形成された複数の薄膜トランジ
スタとを具備することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項５】前記絶縁層は、強誘電体からなることを
特徴とする請求項３もしくは４記載の液晶表示装置。