JP3270485B2

JP3270485B2 - 表示装置の駆動方法

Info

Publication number: JP3270485B2
Application number: JP41572190A
Authority: JP
Inventors: 舜平山崎; 正明 ▲ひろ▼木; 晃間瀬
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1990-12-10
Filing date: 1990-12-10
Publication date: 2002-04-02
Anticipated expiration: 2017-04-02
Also published as: JPH06337399A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】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表示装置
の駆動方法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型または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５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５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Ｇ1,Ｇ2 と複数
のデータ線Ｄ1,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、１０７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イッチング素
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
１０２はその動作において本来絶縁性であり、また、Ｔ
ＦＴ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_LC１０４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ＲGS１０５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、階調表示が強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、Ｎチャネル型
薄膜トランジスタとＰチャネル型薄膜トランジスタから
なる相補型のトランジスタと、前記Ｐチャネル型薄膜ト
ランジスタのソース又はドレインに電気的に接続された
第１の信号線と、前記Ｎチャネル型薄膜トランジスタの
ソース又はドレインに電気的に接続された第２の信号線
と、前記Ｎチャネル型薄膜トランジスタおよびＰチャネ
ル型薄膜トランジスタのゲイト電極に電気的に接続され
た第３の信号線と、前記Ｎチャネル型薄膜トランジスタ
およびＰチャネル型薄膜トランジスタのドレイン又はソ
ースに電気的に接続されている画素電極とを有する表示
装置の駆動方法において、前記第３の信号線に加えるオ
ン信号は、前記第１および第２の信号線にオン信号を同
時に加えている期間に加えられ、当該第３の信号線に加
えるオン信号の電圧を変化させることによって前記相補
型のトランジスタの出力電圧が変化することを利用して
階調表示することを特徴とするものである。

【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】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６、図７、図８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Ｎ
ＴＦＴ１３とＰＴＦＴ２２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。
ＮＴＦＴ１３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、ＰＴＦ
Ｔ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３の信号線に印加された電圧Ｖ_GG（ゲートにかか
る電圧）−Ｖ_th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）１４は、液晶が動作しない電位となる。
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は同様に液晶が動作しない電位となる。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Ｖに従って与えられるものであり、この信号線に加え
る信号の電圧を変化させることにより液晶に加える電位
差を任意に変化することができる。

【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 ＋Ｖ_th、あるいはＶ_OFFSETの２値とな
る。本発明の駆動方法では対向電極に加えるオフセット
電圧Ｖ_OFFSETを変化させて、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る為にこのオフセット電圧Ｖ
_OFFSETを変化させるだけで、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ＮＴＦＴ１３、ＰＴＦＴ２２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、
ＮＴＦＴ１３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６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１０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を用いて説明する。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０．５Ｐａ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３０〜３００
Ｐａ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
（Ｖ_th）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４×10¹⁹〜４×10²¹
cm^-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１×10¹⁹
cm^-3以下とし、ピクセルを構成する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に有効であ
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６００
℃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５２２
cm^-1より低周波側にシフトしたピ−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、５０〜５
００Å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）＝１０〜２００ｃｍ²
／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、ＮＴＦ
Ｔ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５４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。ＰＴＦ
Ｔ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、５
６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５
５、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、酸化珪素膜の形成を行った。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０．２〜０．６μｍ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６
７、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
補型のトランジスタとし、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７０を構成させた。このＩＴＯは室温〜１５
０℃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ＰＴＦＴ２
２とＮＴＦＴ１３と透明導電膜の電極７０とを同一ガラ
ス基板５０上に作製した。得られたＴＦＴの電気的な特
性はＰＴＦＴで移動度は２０（cm²/Vs）、Ｖ_thは−５．
９（Ｖ）で、ＮＴＦＴで移動度は４０（cm²/Vs）、Ｖ_th
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に示します。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Ｔ
１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、Ｙ
₁、Ｙ₂ 、Ｙ₃、Ｙ₄ 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ＡＡ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
Ｖ_th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変化するとそれに従って液晶に
実際に加わる電位差を変化することができる。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１つの透明導電膜の画素電極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データ線３に連結され、２つの
ＮＴＦＴは第１の走査線５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／ＴＦ
Ｔ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／Ｔ
ＦＴ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に示します。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Ｔ
１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Ｔ４
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１
７、２６から構成され、画素電極１７はＮＴＦＴ１３と
ＰＴＦＴ２２が接続され、画素電極２６にはＮＴＦＴ２
４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５に、また２つのＰ
ＴＦＴ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／ＴＦ
Ｔ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
変化するとそれに従って液晶に実際に加わる電位差を変
化することができる。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述の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・・・・対抗電極１７・・・・画素電極２２・・・・ＰＴＦＴ２３・・・・画素

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭53−144297（ＪＰ，Ａ) 特開平１−179993（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/136 500 G02F 1/133 550

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｎチャネル型薄膜トランジスタおよびＰチ
ャネル型薄膜トランジスタからなる相補型のトランジス
タと、前記Ｐチャネル型薄膜トランジスタのソース又はドレイ
ンに電気的に接続された第１の信号線と、前記Ｎチャネル型薄膜トランジスタのソース又はドレイ
ンに電気的に接続された第２の信号線と、前記Ｎチャネル型薄膜トランジスタおよびＰチャネル型
薄膜トランジスタのゲイト電極に電気的に接続された第
３の信号線と、前記Ｎチャネル型薄膜トランジスタおよびＰチャネル型
薄膜トランジスタのドレイン又はソースに電気的に接続
されている画素電極とを有する表示装置の駆動方法にお
いて、前記第３の信号線に加えるオン信号は、前記第１および
第２の信号線にオン信号を同時に加えている期間に加え
られ、当該第３の信号線に加えるオン信号の電圧を変化
させることによって前記相補型のトランジスタの出力電
圧が変化することを利用して階調表示することを特徴と
する表示装置の駆動方法。
【請求項２】Ｎチャネル型薄膜トランジスタおよびＰチ
ャネル型薄膜トランジスタからなる相補型のトランジス
タと、前記Ｐチャネル型薄膜トランジスタのソース又はドレイ
ンに電気的に接続された第１の走査線と、前記Ｎチャネル型薄膜トランジスタのソース又はドレイ
ンに電気的に接続された第２の走査線と、前記Ｎチャネル型薄膜トランジスタおよびＰチャネル型
薄膜トランジスタのゲイト電極に電気的に接続されたデ
ータ線と、前記Ｎチャネル型薄膜トランジスタおよびＰチャネル型
薄膜トランジスタのドレイン又はソースに電気的に接続
されている画素電極とを有する表示装置の駆動方法にお
いて、前記データ線に加えるオン信号は、前記第１および第２
の走査線にオン信号を同時に加えている期間に加えら
れ、当該データ線に加えるオン信号の電圧を変化させる
ことによって前記相補型のトランジスタの出力電圧が変
化することを利用して階調表示することを特徴とする表
示装置の駆動方法。
【請求項３】請求項１または２において、前記表示装置は、前記相補型のトランジスタを２つ有す
る画素を有することを特徴とする表示装置の駆動方法。
【請求項４】請求項１または２において、前記表示装置は、前記相補型のトランジスタおよび前記
画素電極をそれぞれ２つ有する画素を有することを特徴
とする表示装置の駆動方法。