JPH11271786A

JPH11271786A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH11271786A
Application number: JP7107498A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Onozuka; 豊小野塚; Masahiko Akiyama; 政彦秋山; Yoko Fukunaga; 容子福永; Takeshi Hioki; 毅日置
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-03-20
Filing date: 1998-03-20
Publication date: 1999-10-08
Anticipated expiration: 2018-03-20
Also published as: JP2868758B1

Abstract

(57)【要約】【課題】強誘電体を用いた場合でもコストアップさせ
ずに低消費電力化が図られ、かつ、液晶を焼き付かせる
ことなく優れた表示特性を発揮する液晶表示装置を提供
する。【解決手段】ドレイン電極３０７ｂと画素電極３１３
との間に、上下二層の強誘電体層３０３，３０５の間と
上下各面に下部電極３０２ａ〜３０２ｃ、中部電極３０
４ａ〜３０４ｃ、及び上部電極３０６ａ〜３０６ｃをそ
れぞれ配設し、下部、中部、上部の各電極を間欠的に配
設し、下部電極と中部電極、中部電極と上部電極との間
で電極の位置を互い違いになるように配設した。上下の
電極が重なりあう部分に小キャパシタが形成されるよう
にし、強誘電体層３０３を挟持してできる小キャパシタ
と強誘電体層３０５を挟持してできる小キャパシタとの
間で極性が逆向きになるようにした。

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、特に
画素部分に強誘電体を配置してメモリ性を持たせた液晶
表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は軽量、薄型であるという
特徴を生かし、携帯用端末の表示素子や、大画面の薄型
テレビの画面用として広く利用されている。特に近年で
は携帯用端末としての用途から長時間バッテリー駆動可
能なものが望まれ、低消費電力化が大きな課題になって
いる。

【０００３】この液晶表示装置を駆動する際の消費電力
Ｐは、付加容量Ｃ、駆動周波数ｆ、駆動電圧Ｖに対して
次式（１）で表される。

【０００４】Ｐ＝ＣｆＶ²・・・（１）この式（１）から明らかなように、消費電力Ｐを下げる
にはＣ、ｆ、又はＶを下げれば良いが、ＣやＶを大幅に
下げることは難しい。付加容量としては主に信号線容量
や液晶容量、補助容量があるが、これらを大幅に低減す
ると、保持特性の低下や、信号線歩留まりの低下などを
引き起こすためである。また、駆動電圧Ｖを下げると液
晶表示装置の駆動に支障をきたすためである。

【０００５】一方、駆動周波数ｆに関しては、信号状態
を保持すること（すなわちメモリー性を持たせること）
ができれば、例えば間欠的に必要な時に信号を書込むこ
とができるので、低減することが可能である。

【０００６】従って、メモリー性を備えた画素構造を用
いれば、超低消費電力での駆動が可能な液晶表示装置の
実現が可能になる。

【０００７】ここで、画素にメモリー性をもたせる方法
の一つとしては強誘電性液晶（ＳＳＦＬＣ）の採用があ
る。強誘電性液晶では自発分極により電源を切っても液
晶配向状態を記憶しているため、メモリー性を有してお
り、そのため低消費電力で駆動することが可能である。

【０００８】しかし、強誘電性液晶は耐衝撃性に乏し
く、わずかな振動でも表示が乱れるなど、表示上の安定
性に問題がある。また、透過率変化を電界に対して連続
的に変化させることができず、中間調表示（多階調表
示）が難しいという原理的な問題点がある。さらに、携
帯用途に適している反射型モードではなく透過モードで
あるため、バックライト部分での消費電力により低消費
電力化が難しいという問題もある。

【０００９】このような課題を解決する表示素子として
強誘電体の自発分極のメモリー性を利用した液晶表示装
置が提案されている（特願平８−４５０７４）。この液
晶表示装置の模式図を図５に示す。すなわち、電極１０
９と電極１０４に挟まれた液晶層１１０からなる液晶容
量、とゲート電極１０５、アモルファスシリコン島構造
１０６、ソースドレイン電極１０７からなるＴＦＴ（薄
膜トランジスタ）、の間に電極１０１と１０３の間に挟
んだ強誘電体層１０２からなる容量を電極１０１を介し
て直列に接続し、強誘電体１０２の分極状態で液晶配向
を制御するものである。特に本構造では強誘電体を島状
にパタ−ニングしているため、強誘電体と液晶の容量比
を容易に設計できる。そのため、この容量比の設計によ
り、単位液晶保持電圧当たりの駆動電圧を最適化できる
というメリットがあった。

【００１０】しかし、いかに島状にしても液晶を駆動す
るために十分な保持電圧を得るためには、設計上強誘電
体の膜厚を厚くする必要があった。

【００１１】この膜厚の設計について考える為、まずは
液晶と強誘電体の直列回路モデル図６を用いて本表示装
置の動作状態を説明する。強誘電体は図７のような電荷
電圧特性であると仮定する。また、直線Ｌ１〜Ｌ３は液
晶容量により決まる動作直線であり、この直線とヒステ
リシス関数との交点が強誘電体の分圧となる。図８が駆
動電圧のパルス波形である。まず、Ｖin＝ＶR のリセッ
ト電圧を与える。このとき強誘電体の状態はＡであり、
分極は書込みとは逆方向にリセットされる。次に、Ｖin
＝Ｖw の電圧を与えると、状態はＢとなり、強誘電体に
は分極電荷Ｑａが書込まれる。この後、Ｖin＝Ｖh の保
持電圧を加えた状態（Ｃ）で保持する。なお、分極電荷
Ｑa はＶw により制御が可能である為、階調表示が可能
となる。この駆動を何回か同極性で繰り返す。適当な時
間で正負の極性を反転する。これは、ＤＣ電圧による液
晶の焼き付きを防ぐためである。

【００１２】次に、駆動に必要な強誘電体の膜厚を求め
る。簡単の為Ｖh ＝０で保持すると仮定する。この時、
図７のような比較的急峻なヒステリシス特性の場合、動
作点Ｃの強誘電体電圧Ｖｆは抗電圧（−Ｖc ）とほぼ等
しいと近似できる。

【００１３】Ｖ_f＝−Ｖ_c・・・（２）一方、Ｖ_f＋Ｖ_lc＝Ｖ_h＝０・・・（３）また、抗電圧Ｖｃは抗電界Ｅｃと強誘電体の膜厚ｄｆを
用いて、Ｖ_C＝Ｅ_cｄ_f・・・（４）すなわち、液晶保持電圧はＶ_lc＝Ｅ_cｄ_f・・・（５）と表せる。例えば、本実施例で用いているＢＴＮの抗電
界Ｅc は５０〜１００ｋＶ／ｃｍである。液晶保持電圧
を５Ｖとすると、式（５）より強誘電体の膜厚としては
０．５〜１μｍ程度必要な計算となる。

【００１４】この１μｍオーダーの厚膜を成膜すること
はスループットの低下、最終的にはデバイスのコストア
ップにつながり好ましくない。例えば、比較的容易なプ
ロセスであるゾルゲル法による成膜を行なうにも、１回
のコートで５００Ａ（オンクストローム）程度しかコー
トできないので、十数回のコート・アニールプロセスが
必要となってしまう。また、厚膜にすると膜応力が増加
する為、膜はがれやクラックなどが成膜過程で生じ易い
という問題があり、厚く成膜すること自体もかなり難し
いという問題がある。

【００１５】更に従来の構造では、上部及び下部電極と
の接触特性や強誘電体自体の非対称性から、強誘電体の
ヒステリシス特性やリーク特性が上下方向で対称ではな
かった。これは上部電極と下部電極が異なるとき特に顕
著だが、かりに上部電極と下部電極が同じ金属材料で形
成されていてたとしても非対称性は消失しなかった。そ
のため、交流駆動した際にも画素電位の極性差に起因す
る直流成分を除去することができず、液晶を焼き付かせ
るという問題もあった。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】このように従来の強誘
電体を用いた液晶表示装置では、液晶に十分電圧をかけ
るために強誘電体に１μｍオーダーの厚い膜厚が要求さ
れ、プロセス増加によるコストアップの問題があった。
また、強誘電体の膜厚方向の特性の非対称性のため、交
流駆動しても直流成分が残りやすく、液晶を焼き付かせ
るため、表示特性においても問題があった。

【００１７】本発明はこのような課題を解決するために
なされたものである。

【００１８】即ち、本発明は強誘電体を用いた場合でも
コストアップさせずに低消費電力化が図られる液晶表示
装置を提供することを目的とする。

【００１９】また、本発明は強誘電体を用いた場合でも
液晶を焼き付かせることなく優れた表示特性を備えた液
晶表示装置を提供することを目的とする。

【００２０】

【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記載の本発明の液晶表示装置は、画素電極
と対向電極との間に挟持された液晶層と、表示信号を選
択して前記画素電極に印加する印加手段と、前記画素電
極と前記印加手段との間に配設された容量素子とを備
え、前記容量素子が、第１の強誘電体層の両側に電極板
を間欠的に配設してなり、第１の極性を有する第１の容
量部と、前記第１の容量部に隣接配置され、第２の強誘
電体層の両側に電極板を間欠的に配設してなり、前記第
１の極性と逆向きの第２の極性を有する第２の容量部
と、を具備する。

【００２１】請求項２記載の本発明の液晶表示装置は、
請求項１記載の液晶表示装置であって、前記第１の強誘
電体層が、上層５０ｎｍ膜厚平均の抵抗率が１００Ωｃ
ｍ以下の導電性層を含むもの、又は、上層３０ｎｍ膜厚
平均で０．５％のＡｒを含むものであることを特徴とす
る。

【００２２】請求項３記載の本発明の液晶表示装置は、
請求項１記載の液晶表示装置であって、前記第１の強誘
電体層が、上層５０ｎｍ膜厚平均の抵抗率が１００Ωｃ
ｍ以下の導電性層を含むもの、又は、上層３０ｎｍ膜厚
平均で０．５％のＡｒを含むものであることを特徴とす
る。

【００２３】請求項４記載の本発明の液晶表示装置は、
画素電極と対向電極との間に挟持された液晶層と、表示
信号を選択して前記画素電極に印加する印加手段と、前
記画素電極と前記印加手段との間に配設された容量素子
とを備え、前記容量素子が、第１の強誘電体層の両側に
間欠的に配設されたイオンドープ層を備え、第１の極性
を有する第１の容量部と、前記第１の容量部に隣接配置
され、第２の強誘電体層の両側に間欠的に配設されたイ
オンドープ層を備え、前記第１の極性と逆向きの第２の
極性を有する第２の容量部と、を具備する。

【００２４】請求項１記載の本発明に係る液晶表示装置
の基本的な構成を図１に示す。

【００２５】請求項１記載の発明では、ゲート電極１０
５とアモルファスシリコン島層１０６とソース・ドレイ
ン電極１０７からなるＴＦＴのソース電極１０７と画素
電極１０４の間に形成した強誘電体容量１０８を、２層
に形成された強誘電体１０２及び１１１が電極１０１及
び電極１１２を介してチェイン状に形成したことを特徴
とする。

【００２６】このような構成を採用するため、請求項１
記載の発明によれば、複数のキャパシタがチェイン状に
直列に接続されて複数のキャパシタの集合体としての容
量が形成される。そのため、膜厚が薄くとも回路的には
膜厚の厚い一つの容量と等価な、大型の容量を形成でき
る。

【００２７】またその結果、製造工程を増加させること
無く所定の膜厚を形成でき、液晶に十分な保持電圧を与
えることができる。

【００２８】更に、チェイン状に形成した容量を２層の
強誘電体で形成するので、上下電極や強誘電体の上下方
向のリーク特性、ヒステリシス特性の非対称性をキャン
セルすることができ、液晶の焼き付きを防ぐことができ
る。

【００２９】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
液晶表示装置において、前記第１の強誘電体層として、
上層５０ｎｍ膜厚平均の抵抗率が１００Ωｃｍ以下の導
電性層を含むもの、又は、上層３０ｎｍ膜厚平均で０．
５％のＡｒを含むものを採用する。そのため、液晶に十
分な保持電圧を与えることができる。

【００３０】請求項３記載の発明では、請求項１又は２
記載の液晶表示装置において、前記第１の強誘電体層又
は前記第２の強誘電体層として、Ｂｉ₃ＴｉＮｂＯ₉を
採用する。そのため、液晶に十分な保持電圧を与えるこ
とができる。

【００３１】請求項４記載の発明では、複数のキャパシ
タがチェイン状に直列に接続されて複数のキャパシタの
集合体としての容量が形成される。そのため、膜厚が薄
くとも回路的には膜厚の厚い一つの容量と等価な、大型
の容量を形成できる。

【００３２】またその結果、製造工程を増加させること
無く所定の膜厚を形成でき、液晶に十分な保持電圧を与
えることができる。

【００３３】更に、チェイン状に形成した容量を２層の
強誘電体で形成するので、上下電極や強誘電体の上下方
向のリーク特性、ヒステリシス特性の非対称性をキャン
セルすることができ、液晶の焼き付きを防ぐことができ
る。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、図面に従い、本発明の実施
形態にかかる液晶表示装置について説明する。

【００３５】図２は本発明の実施形態に係る液晶表示装
置の垂直断面図であり、図３は同液晶表示装置の平面図
である。

【００３６】以下に本発明の実施形態にかかる液晶表示
装置の作り方について説明する。

【００３７】まず、ガラス基板３０１の上にＰｔを２０
０ｎｍ堆積させ、下部電極３０２を形成する。下部電極
３０２の材料としてはＡｕ、Ａｇなどを用いても良い。

【００３８】この上に強誘電体層３０３としてＢｉ₃Ｔ
ｉＮｂＯ₉（ＢＴＮ）をスパッタリングにより３００ｎ
ｍ形成する。

【００３９】ここで、この強誘電体層３０３の材料とし
てＢＴＮを選んだ理由について説明する。

【００４０】スパッタリング成膜により今回はＰＺＴと
Ｂ₂ＷＯ₆（ＢＷＯ）とＢＴＮの３種類の膜を５インチ
基板に２５０ｎｍ成膜し、キャパシタを形成して、特性
を評価した。５Ｖ印加時のリーク電流の評価及び１０
Ｖ、１ｋＨｚの三角波電圧入力による電流測定によりヒ
ステリシス特性の評価を行なった。結果を表１に示す。

【表１】この表１に示すように、ＢＴＮはＰｒ／Ｐｓ値では若干
ＢＷＯより大きいが、ＰＺＴよりははるかにヒステリシ
ス特性も優れていることが分かった。また、抵抗の大き
さでも大幅に優れていることが分かった。そのため、本
液晶表示装置ではＢＴＮを用いた。

【００４１】この上にＰｔを２００ｎｍ形成し、電極３
０４を形成した。

【００４２】この上にＢＴＮを３００ｎｍ形成し、強誘
電体３０５を形成した。なお、電極３０４のテ−パ角は
やはり７０°で形成したが、ステップカバレッジは良好
であった。

【００４３】この上にＰｔを２００ｎｍ堆積し、電極３
０６を形成した。

【００４４】次にＭｏを４００ｎｍ堆積し、ソース電極
３０７ａ、ドレイン電極３０７ｂを形成した。

【００４５】次にＰＨ₃をドープしたｎ＋ａ−ＳｉをＣ
ＶＤで２００ｎｍ堆積し、コンタクト層３０８を形成し
た。

【００４６】次にａ−Ｓｉを４００ｎｍ、ＳｉＯｘを３
００ｎｍ、連続的に堆積し、その後ドライエッチングを
用いて同時にパタ−ニングを行ない、ａ−Ｓｉ層３０
９、ゲート絶縁膜層３１０を形成した。

【００４７】さらに、Ａｌを３００ｎｍ形成、パタ−ニ
ングして、ゲート電極層３１１を形成した。

【００４８】さらに、アクリル系の樹脂層をスピンコー
ト法で５００ｎｍの厚さに形成し、パッシベーション層
３１２を形成した。

【００４９】さらに、Ａｌを３００ｎｍ堆積し、パタ−
ニングして、画素電極層３１３を形成した。

【００５０】一方、透明な基板３１４の上に、Ｃｒをス
パッタして形成したブラックマトリクス層３１５、カラ
ーフィルタ層３１６、さらにＩＴＯで形成した対向電極
層３１７を形成し、対向基板を作成した。

【００５１】これらを組み合わせ、間にツイストネマチ
ック液晶を注入し、スペーサで５μｍに均一になるよう
にはさみ、液晶セルを作成した。この周辺に駆動装置を
配置して、液晶表示装置を完成した。なお、本液晶表示
装置では画素電極３１３をＡｌで構成し、周囲から入射
する光を反射することで表示する反射モードの液晶表示
装置である。

【００５２】本実施形態の液晶表示装置では、強誘電体
層３０３，３０５の図中左端にドレイン電極３０７ｂが
接続され、図中右端で画素電極３１３と電極３０４ｃと
が接続されている。

【００５３】更に強誘電体層３０３の上面には複数の中
間電極３０４ａ〜３０４ｃ、同下面には複数の下部電極
３０２ａ〜３０２ｃがそれぞれ間欠的に配設されてい
る。

【００５４】これらの中部電極３０４ａ〜３０４ｃと下
部電極３０２ａ〜３０２ｃとは、隣接する二つの下部電
極３０２ａ、３０２ｂの間の位置に中部電極３０４ａが
くるように配設されており、下部電極３０２ｂ、３０２
ｃの間の位置に中部電極３０４ｂがくるように配設され
ている。

【００５５】そして中部電極３０４ａの図中左右両端部
付近は強誘電体層３０３を介して対向する下部電極３０
４ａと下部電極３０４ｂのそれぞれの端の部分と重なる
ような位置に配設されている。同様に、中部電極３０４
ｂは対向する下部電極３０２ｂと３０２ｃの間にくるよ
うに配設され、中部電極３０４ｃは対向する下部電極３
０２ｃとの間でその左端が下部電極３０２ｃの右端と重
なるように配設されている。

【００５６】また、中部電極３０４ａ〜３０４ｃの上側
に配設されたもう一つの強誘電体層３０５の上面にも間
欠的に上部電極３０６ａ〜３０６ｃが配設されている。
この上部電極３０６ａ〜３０６ｃと中部電極３０４ａ〜
３０４ｃとの位置関係は、上記下部電極３０２ａ〜３０
２ｃと中部電極３０４ａ〜３０４ｃとの位置関係と同じ
ように、互い違いに配設され、各電極の左右両端どうし
が部分的に重なるように配設されている。

【００５７】この液晶表示装置では、補助容量を上記強
誘電体層３０３，３０５と、これら強誘電体層３０３，
３０５の上下の面に間欠的に配設された下部電極３０２
ａ〜３０２ｃ、中部電極３０４ａ〜３０４ｃ、及び上部
電極３０６ａ〜３０６ｃの全体で構成しており、強誘電
体層３０３，３０５の左側に隣接配置されたドレイン電
極３０７ｂと右側に配設された画素電極３１３の接続部
分との間に下部電極３０２ａ〜３０２ｃ、中部電極３０
４ａ〜３０４ｃ、及び上部電極３０６ａ〜３０６ｃを介
したキャパシタとなっている。

【００５８】このような構造にすることにより、ドレイ
ン電極３０７ｂと画素電極３１３との間に、強誘電体層
３０３、下部電極３０２ａ〜３０２ｃ及び中部電極３０
４ａ〜３０４ｃで構成される一つの容量と、強誘電体層
３０５、上部電極３０６ａ〜３０６ｃ及び中部電極３０
４ａ〜３０４ｃで構成されるもう一つの容量とが形成さ
れており、これら二つの容量は互いに並列に接続された
関係となっている。

【００５９】また、これら二つの容量について詳細に観
察すると、各容量はそれぞれ小さなキャパシタが直列に
接続された形となっている。

【００６０】即ち、強誘電体３０３、下部電極３０２ａ
〜３０２ｃ、及び中部電極３０４ａ〜３０４ｃで構成さ
れる容量について見ると、下部電極３０２ａ〜３０２ｃ
と中部電極３０４ａ〜３０４ｃとの間で電極の両端部が
重なる部分には小さなキャパシタが形成され、合計５つ
の小キャパシタが形成される。これらの小キャパシタは
互いに直列に接続したのと等価な回路を形成する。

【００６１】全く同様に、強誘電体３０５、上部電極３
０６ａ〜３０６ｃ、及び中部電極３０４ａ〜３０４ｃで
構成される容量について見ると、上部電極３０６ａ〜３
０６ｃと中部電極３０４ａ〜３０４ｃとの間で電極の両
端部が重なる部分には小さなキャパシタが形成され、合
計５つの小キャパシタが形成される。これらの小キャパ
シタは互いに直列に接続したのと等価な回路を形成す
る。

【００６２】従って、本実施形態の液晶表示装置に組み
込まれた容量は、小キャパシタを５つ直列に接続して形
成される容量素子を二組用意し、これらを互いに並列に
接続した構成となっている。

【００６３】次に上記の小キャパシタについて着目す
る。

【００６４】まず、例えば下部電極３０２ａの右端と中
部電極３０４ａの左端との重なり部分に形成される小キ
ャパシタについて着目すると、通電時には交流が印加さ
れて電荷が蓄積される。そして電流を切ったときには、
ここに蓄積された電荷が放出されて電荷がゼロになるの
が理想的であるが、実際には電荷がいくらか残存するた
めキャパシタには極性が存在する。いま仮に中部電極３
０４ａの左端部と下部電極３０２ａの右端部とで形成さ
れる小キャパシタには図中下から上向きの極性が存在す
るとする。

【００６５】次に、中部電極３０４ａの左端部と上部電
極３０６ａの右端部との重なり部分に形成される小キャ
パシタについて着目すると、この小キャパシタには前記
中部電極３０４ａの左端部と下部電極３０２ａの右端部
とで形成される小キャパシタの極性とは逆向きの極性が
存在する。

【００６６】これは強誘電体３０３と３０５との間で誘
電率や厚さ、電極の重なり部分の長さがほぼ等しいた
め、中部電極３０４ａの左端部と上部電極３０６ａの右
端部との重なり部分に形成される小キャパシタと、下部
電極３０２ａの右端と中部電極３０４ａの左端との重な
り部分に形成される小キャパシタとがほぼ等価のキャパ
シタになるためである。ドレイン電極３０７ｂと上部電
極３０６ａ及び下部電極３０２ａとは接続されているた
め、上部電極３０６ａと下部電極３０２ａとは同電位に
なり、中部電極３０４ａと上部電極３０６ａとの間に印
加される電圧と中部電極３０４ａと下部電極３０２ａと
の間に印加される電圧とは互いに逆向きで絶対値が等し
くなる。そのため、交流を切った後に残る極性も絶対値
が等しく、極性が逆向きとなる。そのため、これらの極
性が互いに打ち消しあうので、中部電極３０４ａ左端の
上下に形成される二つの小キャパシタどうしで極性を打
ち消し合う。

【００６７】全く同様にして、中部電極３０４ａの右
端、中部電極３０４ｂの左右両端、及び中部電極３０４
ｃの左端の各上下に形成される小キャパシタも上下一組
ずつで極性が逆になり互いに極性を打ち消し合う。その
ため、容量全体としては小キャパシタの極性が相殺さ
れ、見掛け上は極性がゼロになり、リーク電流を抑える
ことができる。

【００６８】また、この液晶表示装置では上記１０個の
小キャパシタを５つずつ直列に接続したものを二組並列
に接続したのと等価の回路を形成する構成となっている
ので、強誘電体層３０３，３０５の膜厚を大きくするこ
となく、実質上は膜厚が厚い容量素子と同等の大きな保
持能力が得られる。

【００６９】更に、各キャパシタの強誘電体層３０３，
３０５の膜厚自体は小さいので製造コストの上昇も抑え
られる。

【００７０】なお、本実施形態では等価回路換算で直列
に接続した小キャパシタの数は５個だが、これ以外にも
任意の数で形成することができる。

【００７１】（第２の実施形態）次に、本発明に係る第
２の実施形態について説明する。なお、上記第１の実施
形態と共通する構成の説明については省略する。

【００７２】上記実施形態とは異なる第２の実施形態と
して、強誘電体の２層構造及びパッシベーション層の構
造については図４のような構造にすることも可能であ
る。

【００７３】図４は本発明の第２の実施形態に係る液晶
表示装置の垂直断面図である。

【００７４】以下に第２の実施形態に係る液晶表示装置
の作り方について説明する。

【００７５】下部電極４０１としてＰｔを２００ｎｍの
厚さに形成した後、強誘電体層４０２としてＢＴＮを３
００ｎｍの厚さに形成し、その上にＡｌやレジストをパ
タ−ニングしたものをマスクとして用いてＰＨ₃やＢ₂
Ｈ₆を５０ｋｅＶから１００ｋｅＶ程度で加速してイオ
ンドープを行なった。

【００７６】すると、強誘電体層４０２のＢＴＮの上部
５０ｎｍの厚さに抵抗率２０〜５０Ωｃｍ程度の低抵抗
率な層４０３が形成された。さらに強誘電体層４０４と
してＢＴＮを３００ｎｍの厚さに形成し、その上に上部
電極４０５としてＰｔを２００ｎｍの厚さに形成し、直
列容量を形成する。これにより、中間電極層として電極
を成膜する必要が無くなり、スループットが向上し、コ
ストが低減する。

【００７７】また、第１層めの強誘電体層４０２のＢＴ
Ｎの抵抗率は５×１０¹²〜１×１０¹³Ωｃｍ程度で、Ｐ
ｓ／Ｐｒ〜８０％程度のヒステリシスであったのに対
し、第２層目の強誘電体層４０４のＢＴＮの抵抗率は１
×１０¹⁴Ωｃｍ程度で、Ｐｓ／Ｐｒ〜９０％程度と大幅
に向上した。これは、第２層めの強誘電体層４０４の下
地が平坦なことが原因であることは明らかである。さら
に、断面をＴＥＭ観察することにより、イオンドープ層
４０３の上以外のところでは結晶粒は５０ｎｍから１０
０ｎｍ程度であるのに対し、イオンドープ層４０３の上
では結晶粒の大きさが２００ｎｍから３００ｎｍ程度で
ある事が分かった。このようにイオンドープ層を電極と
して用いることにより、さらに優れた特性を持つ直列容
量構造が形成された。また、第１層めの強誘電体の表面
を７Ｗ／ｃｍ²のパワーでＡｒプラズマ処理したとこ
ろ、表面から３０ｎｍ程度の平均抵抗率で６０〜１００
Ωｃｍ程度の低抵抗率層が形成された。

【００７８】さらに、ＳｉＯｘを３００ｎｍ堆積し、パ
ッシベーション層４０８を形成した後、やはりＡｌをマ
スクにＰＨ₃を７０ｋｅＶ程度でイオンドープさせたと
ころ、パタ−ニングされた導電層４０９を３０ｎｍ形成
できた。この後、アクリル系の樹脂を５００ｎｍ程度堆
積し、さらにＡｌを３００ｎｍ堆積して、画素電極４０
９を形成した。ここでイオンドープによる導電層４０７
は画素電極４０９と電極４０５、４０３、４０１との寄
生容量を防ぐシールド電極として用いることができる。

【００７９】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によりメモ
リ性を有し、階調制御ができ、信頼性の高い良好な画質
を得られる液晶表示装置を安価な価格で提供できる。

【００８０】即ち、請求項１記載の本発明によれば、ゲ
ート電極１０５とアモルファスシリコン島層１０６とソ
ースドレイン電極１０７からなるＴＦＴのソース電極１
０７と画素電極１０４の間に形成した強誘電体容量を、
２層に形成された強誘電体１０２及び１１１が電極１０
１及び電極１１２を介してチェイン状に形成したことを
特徴とする。

【００８１】このような構成を採用するため、請求項１
記載の発明によれば、複数のキャパシタがチェイン状に
直列に接続されて複数のキャパシタの集合体としての容
量が形成される。そのため、膜厚が薄くとも回路的には
膜厚の厚い一つの容量と等価な、大型の容量を形成でき
る。

【００８２】またその結果、製造工程を増加させること
無く所定の膜厚を形成でき、液晶に十分な保持電圧を与
えることができる。

【００８３】更に、チェイン状に形成した容量を２層の
強誘電体で形成するので、上下電極や強誘電体の上下方
向のリーク特性、ヒステリシス特性の非対称性をキャン
セルすることができ、液晶の焼き付きを防ぐことができ
る。

【００８４】請求項２記載の本発明によれば、請求項１
記載の液晶表示装置において、前記第１の強誘電体層と
して、上層５０ｎｍ膜厚平均の抵抗率が１００Ωｃｍ以
下の導電性層を含むもの、又は、上層３０ｎｍ膜厚平均
で０．５％のＡｒを含むものを採用する。そのため、液
晶に十分な保持電圧を与えることができる。

【００８５】請求項３記載の本発明によれば、請求項１
又は２記載の液晶表示装置において、前記第１の強誘電
体層又は前記第２の強誘電体層として、Ｂｉ₃ＴｉＮｂ
Ｏ₉を採用する。そのため、液晶に十分な保持電圧を与
えることができる。

【００８６】請求項４記載の本発明によれば、複数のキ
ャパシタがチェイン状に直列に接続されて複数のキャパ
シタの集合体としての容量が形成される。そのため、膜
厚が薄くとも回路的には膜厚の厚い一つの容量と等価
な、大型の容量を形成できる。またその結果、製造工程
を増加させること無く所定の膜厚を形成でき、液晶に十
分な保持電圧を与えることができる。

【００８７】更に、チェイン状に形成した容量を２層の
強誘電体で形成するので、上下電極や強誘電体の上下方
向のリーク特性、ヒステリシス特性の非対称性をキャン
セルすることができ、液晶の焼き付きを防ぐことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る液晶表示装置の基本的な構成を示
した図である。

【図２】本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置の
垂直断面図である。

【図３】本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置の
平面図である。

【図４】本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置の
垂直断面図である。

【図５】従来の液晶表示装置の垂直断面図である。

【図６】液晶と強誘電体の直列回路モデル図である。

【図７】強誘電体の電荷電圧特性を示した図である。

【図８】駆動電圧のパルス波形を示した図である。

【符号の説明】

３０１・・・基板３０２・・・強誘電体（１層目）下部電極３０３・・・強誘電体（１層目）３０４・・・強誘電体（１層目）上部電極３０５・・・強誘電体（２層目）３０６・・・強誘電体（２層目）上部電極３０７ａ・・・ドレイン電極３０７ｂ・・・ソース電極３０８・・・コンタクト層３０９・・・アモルファスシリコン層３１０・・・ゲート絶縁膜層３１１・・・ゲート電極３１２・・・パッシベーション層３１３・・・画素電極３１４・・・対向基板３１５・・・ブラックマトリクス層３１６・・・カラーフィルタ層３１７・・・対向電極層３１８・・・液晶４０１・・・強誘電体（１層目）下部電極４０２・・・強誘電体（１層目）４０３・・・イオンドープ層４０４・・・強誘電体（２層目）４０５・・・強誘電体（２層目）上部電極層４０６・・・パッシベーション層４０７・・・イオンドープシールド電極層４０８・・・パッシベーション層４０９・・・画素電極層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者日置毅神奈川県横浜市磯子区新磯子町33 株式会社東芝生産技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画素電極と対向電極との間に挟持された
液晶層と、表示信号を選択して前記画素電極に印加する印加手段
と、前記画素電極と前記印加手段との間に配設された容量素
子とを備え、前記容量素子が、第１の強誘電体層の両側に電極板を間欠的に配設してな
り、第１の極性を有する第１の容量部と、前記第１の容量部に隣接配置され、第２の強誘電体層の
両側に電極板を間欠的に配設してなり、前記第１の極性
と逆向きの第２の極性を有する第２の容量部と、を具備することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】請求項１記載の液晶表示装置であって、
前記第１の強誘電体層が、上層５０ｎｍ膜厚平均の抵抗
率が１００Ωｃｍ以下の導電性層を含むもの、又は、上
層３０ｎｍ膜厚平均で０．５％のＡｒを含むものである
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】請求項１又は２記載の液晶表示装置であ
って、前記第１の強誘電体層又は前記第２の強誘電体層
が、Ｂｉ₃ＴｉＮｂＯ₉であることを特徴とする液晶表
示装置。
【請求項４】画素電極と対向電極との間に挟持された
液晶層と、表示信号を選択して前記画素電極に印加する印加手段
と、前記画素電極と前記印加手段との間に配設された容量素
子とを備え、前記容量素子が、第１の強誘電体層の両側に間欠的に配設されたイオンド
ープ層を備え、第１の極性を有する第１の容量部と、前記第１の容量部に隣接配置され、第２の強誘電体層の
両側に間欠的に配設されたイオンドープ層を備え、前記
第１の極性と逆向きの第２の極性を有する第２の容量部
と、を具備することを特徴とする液晶表示装置。