JPH09269482A - アクティブマトリックス液晶表示装置 - Google Patents

アクティブマトリックス液晶表示装置

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JPH09269482A
JPH09269482A JP10356196A JP10356196A JPH09269482A JP H09269482 A JPH09269482 A JP H09269482A JP 10356196 A JP10356196 A JP 10356196A JP 10356196 A JP10356196 A JP 10356196A JP H09269482 A JPH09269482 A JP H09269482A
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JP
Japan
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liquid crystal
tft
substrate
display device
crystal display
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JP10356196A
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English (en)
Inventor
Akira Honma
明 本間
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Victor Company of Japan Ltd
Original Assignee
Victor Company of Japan Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 表示特性においてコントラスト比が高く、フ
リッカが少なく、安価な反射型液晶表示装置を提供する
ことである。また、リーク電流が少なく温度安定性の高
い反射型液晶表示装置を提供する。 【解決手段】 導電性材料からなる基板1上に絶縁膜2
を介して1次元または2次元のマトリクス状に配置した
TFTと、このTFTのドレイン4につながる電極17
と、画素電極10と、前記画素電極に液晶を介して対向
配置した透明電極20と、前記TFTの導通または非導
通を制御するゲート3と、前記画素電極に前記TFTを
介して変調信号を加える信号線とからなることを特徴と
するアクティブマトリックス液晶表示装置であり、これ
により放熱特性が優れかつリーク電流が少なく、コント
ラスト比が大きく安定した表示画像が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アクティブマトリ
クス液晶表示装置に関し、特に反射型の液晶表示装置に
適した構成に関するものである。
【0002】
【従来の技術】駆動回路を内蔵した反射型アクティブマ
トリクス液晶表示装置は、透過型アクティブマトリクス
液晶表示装置に比べて、単位画素電極の開口率を上げら
れるので明るい画像が得られる特長がある。透過型表示
装置では単位画素内のTFTや配線の領域は光遮蔽領域
となり、画素の透明電極の領域のみが画像表示に有効な
領域となるのに対し、反射型表示装置では、単位画素内
のTFT(またはMOSトランジスタ)や配線の領域の
上にも反射画素電極を配置できるので、単位画素面積内
の画素電極面積の割合(開口率)が大きくなるからであ
る。
【0003】また、透過型表示装置のアクティブマトリ
クス基板はガラスなどの透明基板に限られるが、反射型
表示装置ではシリコンなどの不透明基板も使用すること
ができる。以下、反射型液晶装置の3つの従来例を示す
が、これはアクティブマトリクス基板の種類に着目した
ものである。まず第1の従来例は、「テレビジョン学会
技術報告IPD54−4(1981年1月)」に開示さ
れているもので、単結晶シリコン中にMOSトランジス
タアレイを作り込んだ基板と透明電極とで液晶を挟み、
反射型液晶パネルが構成されている。また、第2の従来
例は、「テレビジョン学会技術報告IPU89−26
(1989年11月)」に開示されているもので、ガラ
ス基板上にTFTアレイを作り、この基板と透明電極で
液晶を挟み、反射型液晶パネルが構成されている。
【0004】さらに、第3の従来例は、「USP 48
39707(1989)」に記載されているもので、シ
リコン基板に酸素を注入したSOI(SILICON
ONINSULATOR)構造の表面の単結晶シリコン
内にMOSマトリクスを作り、この基板と透明電極とで
液晶を挟み、反射型液晶パネルが構成されている。上記
3つの従来例に見られる3種類のマトリクス基板の特性
を反射型表示装置として比較すると、それぞれ下記のよ
うな長所、短所がある。まず第1の従来例は、単結晶シ
リコン基板中にMOSデバイスを形成したものであり、
その長所は、高移動度のMOSデバイスを使うために、
駆動回路の高速動作が可能となり、結果として駆動回路
が単純になる点であり、また、MOSトランジスタはリ
ーク電流が少ないので高電圧で液晶を駆動することがで
き、この結果、低電圧駆動液晶から高電圧駆動液晶まで
多くの種類の液晶に対応できる点である。
【0005】一方短所は、工程数が多いので、低歩留り
・高価格になる点であり、また、画素電極(反射電極)
の間隙から基板に漏れ込む光(漏れ込み光)がリーク電
流を発生させ画質を劣化させるので、そこに光遮蔽膜を
設けるなどの複雑な構造にしなければならない。ここ
に、前記光リークによる表示特性の劣化メカニズムは次
の通りである。即ち、アクティブマトリクスでは1つの
画素電極に1つのスイッチトランジスタが接続され、こ
のトランジスタがオンになって信号電圧を画素電極に伝
えその後トランジスタがオフとなり、所定の時間だけ画
素電極に信号電圧を保持する。信号保持状態の時に光が
漏れ込み電子正孔対が発生すると、画素電極につながる
接合(MOSトランジスタならドレイン接合)に電子が
集まり電位が低下する。それにともない画素電極の信号
電圧が下がり表示特性が変化する。
【0006】次に第2の従来例は、ガラス基板上にTF
Tデバイスを形成するもので、その長所は、工程数が少
なく低価格化できる点と、TFTの膜厚が薄くかつ基板
が絶縁されているため、漏れ込み光の影響が少なくデバ
イス構造が単純になる点である。ここに、漏れ込み光に
より基板内で発生した光キャリアは絶縁膜に妨げられT
FTに入らず、TFTの中で発生する光キャリアは表示
特性に影響するが、TFT膜厚が0.1ミクロン以下と
薄いのでその影響は少なく、画素電極の下にTFTを配
置すればほとんど問題ない。
【0007】一方短所は、TFTの移動度が低いので低
速動作の駆動回路を並列に設置するなど駆動回路が複雑
になる点と、TFTはリーク電流が大きいので高電圧で
液晶を駆動できない点であり、さらに、石英などの透明
ガラス基板はシリコン基板に比べて熱伝導度が低いの
で、強い光が入射した時に液晶の温度が上がり表示特性
が変化する点である。また第3の従来例は、SOI基板
上にMOSデバイスを形成するもので、その長所は、S
OI構造のMOSデバイスは移動度が高いので、駆動回
路を高速で動作でき、結果として駆動回路が単純になる
点である。また、SOIの膜厚が薄くかつ基板のシリコ
ンとは酸化膜で絶縁されているため、漏れ込み光の影響
が少なくデバイス構造が単純になる点である。一方短所
は、SOI基板を製造する方法が複雑で価格が高いこと
である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明のアクティブマ
トリックス液晶表示装置は前記問題点に鑑みてなされた
ものであり、その第1の目的は、表示特性においてコン
トラスト比が高く、フリッカが少なく、安価な反射型液
晶表示装置を提供することである。また、他の目的は、
熱的な安定度の高い反射型液晶表示装置を提供すること
である。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明のアクティブマト
リクス液晶表示装置は反射型であり、シリコンのような
半導体基板またはアルミニウムのような導体基板の上に
絶縁膜を形成し、その絶縁膜の上にTFTを形成してア
クティブマトリクスを構成し、前記基板と透明電極とで
液晶を挟むようにした反射型の液晶表示装置である。ま
た、本発明のアクティブマトリクス液晶表示装置は、前
記前記基板の材料を導電性材料としかつ前記基板に所定
の電圧を印加するようにした液晶表示装置であり、さら
に本発明の反射型液晶表示装置は、前記基板の材料を導
電性材料としかつ前記基板に放熱板を接触させるように
した液晶表示装置である。本発明では、TFTの基板と
して半導体や導電体など熱伝導率の良い材料を使うので
放熱が良く、液晶の温度上昇が抑えられ表示特性が安定
する。さらに、基板に電圧を加えることによりTFTの
リーク電流を低減できるので、リーク電流による液晶両
端電圧の変動が少なく、コントラストが高く、ちらつき
の少ない表示画像が得られる。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明のアクティブマトリクス液
晶表示装置は、導電性材料からなる基板上に絶縁膜を介
して1次元または2次元のマトリクス状に配置されたT
FTと、このTFTのドレインにつながる電極と、前記
画素電極に液晶を介して対向配置された透明電極と、前
記TFTの導通または非導通を制御するゲートと、前記
画素電極に前記TFTを介して映像信号電圧を加える信
号線とからなる液晶表示装置である。前記導電性材料か
らなる基板は、半導体あるいは導電体など熱伝導率の良
い材料で構成する。前記導電性材料からなる基板に適当
な電圧を印加することにより、リーク電流をさらに押さ
えることができる。また、前記基板の材料を導電性材料
としかつ前記基板に放熱板を接触させることにより、熱
に対する安定度が高くなる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例を図1を基に説明す
る。図1は、本発明に係わる反射型液晶表示装置の断面
図を示す図である。同図において、基板1の表面を酸化
して絶縁膜2を成膜し、その上にTFT用の多結晶シリ
コンまたはアモルファスシリコンを成膜し、通常のMO
Sトランジスタと同様な方法でTFTのゲート3、ドレ
イン4、ソース5を形成する。TFTのソースに信号線
6を、ドレインに信号保持用の容量の端子7を配線し、
その上を層間絶縁膜8で覆い、前記層間絶縁膜8の表面
9を平坦にした後、光反射用の画素電極(反射電極)1
0を形成する。
【0012】画素電極10と透明電極20との間には液
晶層19が配置されている。前記液晶層19における各
画素ごとの電界は、信号線6に印加される信号に応じて
変化し、これに応じて液晶層の画素ごとの透過率が変化
する。図1に示すTFTの構造では、上側のゲート酸化
膜11とゲート3に対し、TFTの下側にある絶縁膜2
と基板1がそれぞれ下側のゲート酸化膜とゲート電極の
役割を果たす。下側のゲート電極に相当するシリコン基
板に適当な電圧を印加するとTFTのリーク電流が減少
する。図2にTFTのゲート電圧・ドレイン電流特性を
示す。点線で示すように基板1をオ−プンにするとゲー
ト電圧0V付近でのリーク電流が大きく、実線で示すよ
うに基板1を接地電位にすると、基板に電圧を加えない
場合に比べて、ゲート電圧0V付近でのリーク電流が、
例えば100pAから1/10の10pA程度に減少す
る。これはTFTのチャンネル内のシリコン基板側界面
を流れるリーク電流が抑えられるためである。
【0013】TFTのリーク電流と表示画像の関係を以
下に説明する。図3は一般的なアクティブマトリックス
の1画素の等価回路を示す図である。図3において、1
画素につきスイッチ用TFT13と保持容量14が各々
1つずつ配置される。TFTは画像の1フレームあるい
は1フィ−ルドごとに導通状態(ON)となり、信号電
圧で保持容量が充電される。1回の充電から次の充電ま
での間(電圧保持時間)でTFTと保持容量にリークが
なければ、保持容量の両端電圧は信号電圧に保たれ、保
持容量につながる画素電極も信号電圧に保たれる。しか
し、TFTのリーク電流が大きいと、保持時間内の平均
的な信号電圧で画素の保持容量が充放電されることにな
る。表示画像で言えば他より明るい画素は暗くなり暗い
画素は明るくなる。従って、TFTのリーク電流が少な
ければ表示画像のコントラストが高くなる。本発明の構
成のように基板に電圧を加えTFTのリーク電流を減ら
すと、コントラストの高い、明るい表示画像が得られ
る。
【0014】次に液晶表示装置の温度特性について述べ
る。駆動回路を内蔵したアクティブマトリクス素子を動
作させると回路の消費電力に応じて素子の温度が上昇す
る。さらに、反射型表示装置では入射光の一部が熱に変
わり素子の温度を上昇させる。温度が変わると液晶の電
圧・透過率特性が変化し、最適バイアスからずれた分コ
ントラストが悪くなる。また、温度が高くなると液晶の
配向保持特性が悪くなり表示画像が暗くなる。従って、
動作時はなるべく素子の温度を低く一定に保つ必要があ
る。
【0015】本発明では基板に半導体や導電体など熱伝
導率の良い材料を使うので放熱が良好に行われ、液晶の
温度上昇が抑えられるので表示特性が安定する。例えば
基板としてシリコン基板を使用した場合、シリコンの熱
伝導率は1.5W/cm℃(300Kの時)であり、従
来のTFT液晶表示装置で使われるガラス基板の熱伝導
率0.014W/cm℃(300Kの時)の100倍の
値になる。また、図1に示すように基板1の下に放熱板
12を設ければ、さらに放熱が良くなり素子の温度上昇
が抑制される。
【0016】
【発明の効果】以上説明したように本発明のアクティブ
マトリックス液晶表示装置によれば、単結晶シリコン基
板中にMOSデバイスを形成した構成のものと比べて、
画素間の隙間を通る漏れ込み光の影響が少なく、コント
ラスト比が向上し、フリッカが減少すると言う効果があ
り、また、特別の遮光膜が不要であるからデバイス構造
が簡単になる。さらにTFTは単結晶MOSに比べ工程
が簡単となり安価な液晶表示装置を提供できる。一方、
ガラス基板上にTFTアレイを形成した場合と比較する
と、半導体や導電体など熱伝導率の良い材料を基板に使
うために、放熱が良く液晶の温度上昇が抑えられ表示特
性が安定する。
【0017】さらに、導電性の基板に特定の電圧を加え
ることによりTFTのリーク電流が少なくなり表示画像
のコントラストが高く、フリッカが少なくなる。また、
リーク電流が少ないので高い電圧で駆動する液晶に適応
でき、良好な表示画像が得られる。これにより表示装置
に使える液晶の種類が増え水平配向液晶のみならず垂直
配向液晶も使用できるので明るく解像度の高い表示装置
が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の液晶表示装置の一実施例を示す断面図
である。
【図2】本発明のTFTのゲート電圧・ドレイン電流特
性を示す図である。
【図3】一般的なアクティブマトリックスの1画素の等
価回路を示す図である。
【符号の説明】
1 基板 2 絶縁膜 3 ゲート 4 ドレイン 5 ソ−ス 6 信号線 7 容量端子 8 層間絶縁膜 10 画素電極 11 ゲート酸化膜 12 放熱板 18 容量ゲート 19 液晶層 20 透明電極 21 チャンネル

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】導電性材料からなる基板上に絶縁膜を介し
    て1次元または2次元のマトリクス状に配置したTFT
    と、前記TFT上に配置した画素電極と、前記TFTの
    ドレインにつながる電極と、前記画素電極に液晶層を介
    して対向配置した透明電極と、前記TFTの導通または
    非導通を制御するゲートと、前記画素電極に前記TFT
    を介して変調信号電圧を加える信号線とからなることを
    特徴とするアクティブマトリックス液晶表示装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載のアクティブマトリックス液
    晶表示装置において、前記基板の材料を導電性材料とし
    かつ前記基板に所定の電圧を印加することを特徴とする
    アクティブマトリックス液晶表示装置。
  3. 【請求項3】請求項1記載のアクティブマトリックス液
    晶表示装置において、前記基板の材料を導電性材料とし
    かつ前記基板に放熱板を接触させたことを特徴とするア
    クティブマトリックス液晶表示装置
JP10356196A 1996-03-29 1996-03-29 アクティブマトリックス液晶表示装置 Pending JPH09269482A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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JP2013164604A (ja) * 2000-08-14 2013-08-22 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 表示装置

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