JPH05150270A - 薄膜トランジスタを用いた電気光学装置のデジタル画像表示方法 - Google Patents
薄膜トランジスタを用いた電気光学装置のデジタル画像表示方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 液晶電気光学装置において精密な階調表示を
再現性よく実現せしめるための回路駆動方法を提案す
る。 【構成】 それぞれの画素電極にＰチャネル型薄膜トラ
ンジスタとＮチャネル型薄膜トランジスタとを相補型に
構成した相補型薄膜トランジスタを設け、該相補型薄膜
トランジスタの入出力端の一方を前記画素電極へ、他の
一方を第１の信号線へ接続し、かつ前記複数の相補型薄
膜トランジスタの全てのゲイト電極を第２の信号線へ接
続したことを特徴とする液晶電気光学装置において、高
速のパルスを第１の信号線を介して該相補型薄膜トラン
ジスタの一方の入出力端に、そのパルスと同期して、高
速のバイポーラ信号をゲイト電極に加え、画素を充電す
る。画素の充電が完了したのちに、再び、バイポーラパ
ルスをゲイト電極に加え、画素を放電させる。この動作
の繰り返しによって、階調表示を行なう。
再現性よく実現せしめるための回路駆動方法を提案す
る。 【構成】 それぞれの画素電極にＰチャネル型薄膜トラ
ンジスタとＮチャネル型薄膜トランジスタとを相補型に
構成した相補型薄膜トランジスタを設け、該相補型薄膜
トランジスタの入出力端の一方を前記画素電極へ、他の
一方を第１の信号線へ接続し、かつ前記複数の相補型薄
膜トランジスタの全てのゲイト電極を第２の信号線へ接
続したことを特徴とする液晶電気光学装置において、高
速のパルスを第１の信号線を介して該相補型薄膜トラン
ジスタの一方の入出力端に、そのパルスと同期して、高
速のバイポーラ信号をゲイト電極に加え、画素を充電す
る。画素の充電が完了したのちに、再び、バイポーラパ
ルスをゲイト電極に加え、画素を放電させる。この動作
の繰り返しによって、階調表示を行なう。
Description
【０００１】
【発明の利用分野】本発明は、駆動用スイッチング素子
として薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴという）を使用し
た液晶電気光学装置における画像表示方法において、特
に中間的な色調や濃淡の表現を得るための階調表示方法
に関するものである。
として薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴという）を使用し
た液晶電気光学装置における画像表示方法において、特
に中間的な色調や濃淡の表現を得るための階調表示方法
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】液晶組成物はその物質特性から、分子軸
に対して水平方向と垂直方向に誘電率が異なるため、外
部の電解に対して水平方向に配列したり、垂直方向に配
列したりさせることが容易にできる。液晶電気光学装置
は、この誘電率の異方性を利用して、光の透過光量また
は散乱量を制御することでＯＮ／ＯＦＦ、すなわち明暗
の表示をおこなっている。液晶材料としては、ＴＮ（ツ
イステッド・ネマティック）液晶、ＳＴＮ（スーパー・
ツイステッド・ネマティック）液晶、強誘電性液晶、ポ
リマー液晶あるいは分散型液晶とよばれる材料が知られ
ている。液晶は外部電圧に対して、無限に短い時間に反
応するのではなく、応答するまでにある一定の時間がか
かることが知られている。その値はそれぞれの液晶材料
に固有で、ＴＮ液晶の場合には、数１０ｍｓｅｃ、ＳＴ
Ｎ液晶の場合には数１００ｍｓｅｃ、強誘電性液晶の場
合には数１００μｓｅｃ、分散型あるいはポリマー液晶
の場合には数１０ｍｓｅｃである。
に対して水平方向と垂直方向に誘電率が異なるため、外
部の電解に対して水平方向に配列したり、垂直方向に配
列したりさせることが容易にできる。液晶電気光学装置
は、この誘電率の異方性を利用して、光の透過光量また
は散乱量を制御することでＯＮ／ＯＦＦ、すなわち明暗
の表示をおこなっている。液晶材料としては、ＴＮ（ツ
イステッド・ネマティック）液晶、ＳＴＮ（スーパー・
ツイステッド・ネマティック）液晶、強誘電性液晶、ポ
リマー液晶あるいは分散型液晶とよばれる材料が知られ
ている。液晶は外部電圧に対して、無限に短い時間に反
応するのではなく、応答するまでにある一定の時間がか
かることが知られている。その値はそれぞれの液晶材料
に固有で、ＴＮ液晶の場合には、数１０ｍｓｅｃ、ＳＴ
Ｎ液晶の場合には数１００ｍｓｅｃ、強誘電性液晶の場
合には数１００μｓｅｃ、分散型あるいはポリマー液晶
の場合には数１０ｍｓｅｃである。
【０００３】液晶を利用した電気光学装置のうちでもっ
とも優れた画質が得られるものは、アクティブマトリク
ス方式を用いたものであった。従来のアクティブマトリ
クス型の液晶電気光学装置では、各液晶画素を駆動する
アクティブ素子として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用
いるものであったが、ＴＦＴにはアモルファスまたは多
結晶型の半導体を用い、１つの画素にＰ型またはＮ型の
いずれか一方のみのタイプの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。図２は従来のアクテ
ィブマトリクス型の液晶電気光学装置の等価回路を概略
的に示したものであり、２２は一つの画素の液晶部分を
示している。それに直列に連結してＮＴＦＴ２１が設け
られている。このような画素をマトリックス配列せしめ
たものである。一般には640 ×480または1260×960 と
非常に多くの画素を有するが、この図面ではそれと同意
味で単純に２×２のマトリックス配列を描いている。こ
のそれぞれの画素に対し周辺回路２６、２７より信号を
加え、所定の画素を選択的にオンとし、他の画素をオフ
とするとこのＴＦＴのオン、オフ特性が一般には良好な
場合、コントラストの大きい液晶電気光学装置を実現す
ることができる。
とも優れた画質が得られるものは、アクティブマトリク
ス方式を用いたものであった。従来のアクティブマトリ
クス型の液晶電気光学装置では、各液晶画素を駆動する
アクティブ素子として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用
いるものであったが、ＴＦＴにはアモルファスまたは多
結晶型の半導体を用い、１つの画素にＰ型またはＮ型の
いずれか一方のみのタイプの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。図２は従来のアクテ
ィブマトリクス型の液晶電気光学装置の等価回路を概略
的に示したものであり、２２は一つの画素の液晶部分を
示している。それに直列に連結してＮＴＦＴ２１が設け
られている。このような画素をマトリックス配列せしめ
たものである。一般には640 ×480または1260×960 と
非常に多くの画素を有するが、この図面ではそれと同意
味で単純に２×２のマトリックス配列を描いている。こ
のそれぞれの画素に対し周辺回路２６、２７より信号を
加え、所定の画素を選択的にオンとし、他の画素をオフ
とするとこのＴＦＴのオン、オフ特性が一般には良好な
場合、コントラストの大きい液晶電気光学装置を実現す
ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際に
このような液晶電気光学装置を製造してみると、ＴＦＴ
の出力、すなわち液晶にとっての入力の電圧ＶLC２０
（液晶電位という) は、しばしば“１”（Ｈｉｇｈ）と
するべき時に“１”（Ｈｉｇｈ) にならない、逆に
“０”（Ｌｏｗ）となるべき時に“０”（Ｌｏｗ）にな
らない場合がある。これは、画素に信号を加えるスイッ
チング素子であるＴＦＴがＯＮ、ＯＦＦの状態におい
て、非対称な状態におかれることが原因である。
このような液晶電気光学装置を製造してみると、ＴＦＴ
の出力、すなわち液晶にとっての入力の電圧ＶLC２０
（液晶電位という) は、しばしば“１”（Ｈｉｇｈ）と
するべき時に“１”（Ｈｉｇｈ) にならない、逆に
“０”（Ｌｏｗ）となるべき時に“０”（Ｌｏｗ）にな
らない場合がある。これは、画素に信号を加えるスイッ
チング素子であるＴＦＴがＯＮ、ＯＦＦの状態におい
て、非対称な状態におかれることが原因である。
【０００５】液晶２２はその動作状況においては本来絶
縁性であり、また、ＴＦＴがオフの時に液晶電位(VLC)
は浮いた状態になる。そしてこの液晶２２は等価回路的
にキャパシタであるため、そこに蓄積された電荷により
ＶLCが決められる。この電荷は液晶の抵抗ＲLC２４が比
較的小さい抵抗であったり、ゴミ、イオン性不純物が液
晶中に存在することによりリ−クする。
縁性であり、また、ＴＦＴがオフの時に液晶電位(VLC)
は浮いた状態になる。そしてこの液晶２２は等価回路的
にキャパシタであるため、そこに蓄積された電荷により
ＶLCが決められる。この電荷は液晶の抵抗ＲLC２４が比
較的小さい抵抗であったり、ゴミ、イオン性不純物が液
晶中に存在することによりリ−クする。
【０００６】また、ＴＦＴ２１のゲイト絶縁膜のピンホ
ールによりゲイト電極とＴＦＴの入出力端間にＲGS２５
が生じた場合にはそこから電荷がもれ、ＶLC２０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、ＴＦＴも同様に存在するため、前述のような問題
が発生し、高い歩留まりを成就することができない。
ールによりゲイト電極とＴＦＴの入出力端間にＲGS２５
が生じた場合にはそこから電荷がもれ、ＶLC２０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、ＴＦＴも同様に存在するため、前述のような問題
が発生し、高い歩留まりを成就することができない。
【０００７】さらに、たいていの液晶材料はＯＮあるい
はＯＦＦの２状態をえることは容易にできても、その中
間的な状態を得ることは難しかった。従来は、液晶を用
いた画素の１つ１つに薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形
成し、いわゆるアクティブマトリクス回路を構成し、こ
のＴＦＴによって、画素の液晶にかかる電圧を微妙に調
整して、中間的な色調を出すことが検討されていた。し
かしながら、各画素のＴＦＴごとのばらつきが１０％程
度もあるのに対し、液晶の中間色調状態を実現するため
に許容される電圧の幅は、例えば、一般的な液晶材料で
あるＴＮ液晶の場合には、通常、液晶のしきいち電圧の
１０数％でしかなく、階調制御は極めて難しいものであ
った。特に階調表示が困難であるということは、液晶デ
ィスプレー装置が従来の一般的な表示装置であるＣＲＴ
（陰極線管）と競争してゆく上で極めて不利であった。
はＯＦＦの２状態をえることは容易にできても、その中
間的な状態を得ることは難しかった。従来は、液晶を用
いた画素の１つ１つに薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形
成し、いわゆるアクティブマトリクス回路を構成し、こ
のＴＦＴによって、画素の液晶にかかる電圧を微妙に調
整して、中間的な色調を出すことが検討されていた。し
かしながら、各画素のＴＦＴごとのばらつきが１０％程
度もあるのに対し、液晶の中間色調状態を実現するため
に許容される電圧の幅は、例えば、一般的な液晶材料で
あるＴＮ液晶の場合には、通常、液晶のしきいち電圧の
１０数％でしかなく、階調制御は極めて難しいものであ
った。特に階調表示が困難であるということは、液晶デ
ィスプレー装置が従来の一般的な表示装置であるＣＲＴ
（陰極線管）と競争してゆく上で極めて不利であった。
【０００８】本発明は従来、困難であった階調表示を実
現させる方法を提案することを目的とするものである。
そのためには、単なる表示方式の開示にとどまらない。
例えば、本発明の階調表示を実現するためには、先に述
べたような動作の不安定性を解決することも必要であ
る。そこで、本発明は表示装置の各画素を駆動する駆動
素子のＯＮ、ＯＦＦ時における状態の非対称性に起因す
る問題、すなわち表示部分の電位が”１”、”０”に十
分安定して固定されず、１フレーム中にそのレベルがド
リフトするという問題を解決することをも発明の目的と
する。
現させる方法を提案することを目的とするものである。
そのためには、単なる表示方式の開示にとどまらない。
例えば、本発明の階調表示を実現するためには、先に述
べたような動作の不安定性を解決することも必要であ
る。そこで、本発明は表示装置の各画素を駆動する駆動
素子のＯＮ、ＯＦＦ時における状態の非対称性に起因す
る問題、すなわち表示部分の電位が”１”、”０”に十
分安定して固定されず、１フレーム中にそのレベルがド
リフトするという問題を解決することをも発明の目的と
する。
【０００９】
【問題を解決するための手段】本発明を達成するために
必要な画素駆動回路は、従来のようなＮチャネル型ある
いはＰチャネル型のＴＦＴだけからなるものとは異な
り、基板上にマトリックス構成を有する複数の画素が設
けられた液晶電気光学装置であって、それぞれの画素電
極にＰチャネル型薄膜トランジスタとＮチャネル型薄膜
トランジスタとを相補型に構成した相補型薄膜トランジ
スタを少なくとも１組設ける。必要によっては、このよ
うな相補型薄膜トランジスタをそれぞれの画素について
複数組設ける。複数組設けることによって、それらのう
ちの１つに不良があった場合においても他の正常な相補
型トランジスタによって、目的とする動作を得ることが
できる。
必要な画素駆動回路は、従来のようなＮチャネル型ある
いはＰチャネル型のＴＦＴだけからなるものとは異な
り、基板上にマトリックス構成を有する複数の画素が設
けられた液晶電気光学装置であって、それぞれの画素電
極にＰチャネル型薄膜トランジスタとＮチャネル型薄膜
トランジスタとを相補型に構成した相補型薄膜トランジ
スタを少なくとも１組設ける。必要によっては、このよ
うな相補型薄膜トランジスタをそれぞれの画素について
複数組設ける。複数組設けることによって、それらのう
ちの１つに不良があった場合においても他の正常な相補
型トランジスタによって、目的とする動作を得ることが
できる。
【００１０】そして、入出力端の一方を前記画素電極
へ、他の一方を第１の信号線に接続する。複数の相補型
トランジスタを設ける場合には、該相補型薄膜トランジ
スタの入出力端を直列に接続し、この入出力端の一方を
前記画素電極へ、他の一方を第１の信号線へ接続し、か
つ前記複数の相補型薄膜トランジスタのゲイト電極を他
の信号線へ接続したことを特徴とする液晶電気光学装
置、あるいは、基板上にマトリックス構成を有する複数
の画素が設けられた液晶電気光学装置であって、それぞ
れの画素電極に複数のＰチャネル型薄膜トランジスタと
複数のＮチャネル型薄膜トランジスタとを有し、前記複
数のＰチャネル型薄膜トランジスタのソース、ドレイン
領域の入出力端を直列に接続し、この入出力端の一方を
前記画素電極へ、他の一方を第１の信号線へ接続し、前
記複数のＮチャネル型薄膜トランジスタのソース、ドレ
イン領域の入出力端を直列に接続し、この入出力端の一
方を前記画素電極へ、他の一方を同じ第１の信号線へ接
続し、かつ前記薄膜トランジスタのゲイト電極を他の信
号線へ接続したことを特徴とする液晶電気光学装置をそ
の駆動対象物とするものであります。
へ、他の一方を第１の信号線に接続する。複数の相補型
トランジスタを設ける場合には、該相補型薄膜トランジ
スタの入出力端を直列に接続し、この入出力端の一方を
前記画素電極へ、他の一方を第１の信号線へ接続し、か
つ前記複数の相補型薄膜トランジスタのゲイト電極を他
の信号線へ接続したことを特徴とする液晶電気光学装
置、あるいは、基板上にマトリックス構成を有する複数
の画素が設けられた液晶電気光学装置であって、それぞ
れの画素電極に複数のＰチャネル型薄膜トランジスタと
複数のＮチャネル型薄膜トランジスタとを有し、前記複
数のＰチャネル型薄膜トランジスタのソース、ドレイン
領域の入出力端を直列に接続し、この入出力端の一方を
前記画素電極へ、他の一方を第１の信号線へ接続し、前
記複数のＮチャネル型薄膜トランジスタのソース、ドレ
イン領域の入出力端を直列に接続し、この入出力端の一
方を前記画素電極へ、他の一方を同じ第１の信号線へ接
続し、かつ前記薄膜トランジスタのゲイト電極を他の信
号線へ接続したことを特徴とする液晶電気光学装置をそ
の駆動対象物とするものであります。
【００１１】ここで、相補型薄膜トランジスタとは、Ｎ
チャネル型薄膜トランジスタ（以下ＮＴＦＴという）の
入出力部分の一方とＰチャネル型薄膜トランジスタ（以
下ＰＴＦＴという) の入出力部分の一方とがそれぞれ接
続されており、かつ前記ＰおよびＮチャネル型薄膜トラ
ンジスタのゲート電極は互いに接続されており、これら
接続された部分が入出力であるソース, ドレイン及びゲ
ート電極となる相補型薄膜トランジスタ (以下Ｃ／ＴＦ
Ｔという）であり、本発明の場合、このような接続の為
トランスファーゲイト型とも総称される。
チャネル型薄膜トランジスタ（以下ＮＴＦＴという）の
入出力部分の一方とＰチャネル型薄膜トランジスタ（以
下ＰＴＦＴという) の入出力部分の一方とがそれぞれ接
続されており、かつ前記ＰおよびＮチャネル型薄膜トラ
ンジスタのゲート電極は互いに接続されており、これら
接続された部分が入出力であるソース, ドレイン及びゲ
ート電極となる相補型薄膜トランジスタ (以下Ｃ／ＴＦ
Ｔという）であり、本発明の場合、このような接続の為
トランスファーゲイト型とも総称される。
【００１２】本発明の代表例を図１に回路として示す。
図１は、図中に示される周辺回路１、２によって駆動さ
れる２×２のアクティブマトリックス型の液晶電気光学
装置の例を示している。同図において、１つの画素部分
３に対応して、２つのＰＴＦＴＦと２つのＮＴＦＴとが
相補型構成として接続されている。これは、先に述べた
ように、どちらか一方に不良（具体的はソース、ドレイ
ン間のショートやリーク）があった場合においても目的
とする動作が得られるためのものである。したがって、
１つの液晶セルに１組のＣ／ＴＦＴが設けられたもので
あっても、特に本発明を実行する上で問題とはならない
ことは明らかであろう。図１においては４つのＴＦＴの
うちＰＴＦＴとＮＴＦＴとはソース、ドレイン領域が電
気的に接続されており、一組のＣ／ＴＦＴを構成してい
る。この２つのＣ／ＴＦＴは画素電極に対して直列に入
出力部が電気的に接続されており、一方の入出力部４は
マトリクス配列された信号線ＶDD1 に接続され他方の入
出力部５は液晶の画素電極６に接続されている。
図１は、図中に示される周辺回路１、２によって駆動さ
れる２×２のアクティブマトリックス型の液晶電気光学
装置の例を示している。同図において、１つの画素部分
３に対応して、２つのＰＴＦＴＦと２つのＮＴＦＴとが
相補型構成として接続されている。これは、先に述べた
ように、どちらか一方に不良（具体的はソース、ドレイ
ン間のショートやリーク）があった場合においても目的
とする動作が得られるためのものである。したがって、
１つの液晶セルに１組のＣ／ＴＦＴが設けられたもので
あっても、特に本発明を実行する上で問題とはならない
ことは明らかであろう。図１においては４つのＴＦＴの
うちＰＴＦＴとＮＴＦＴとはソース、ドレイン領域が電
気的に接続されており、一組のＣ／ＴＦＴを構成してい
る。この２つのＣ／ＴＦＴは画素電極に対して直列に入
出力部が電気的に接続されており、一方の入出力部４は
マトリクス配列された信号線ＶDD1 に接続され他方の入
出力部５は液晶の画素電極６に接続されている。
【００１３】このような構成をとることによって、ＰＴ
ＦＴとＮＴＦＴとからなるＣ／ＴＦＴのＯＮ、ＯＦＦ時
における画素部分３の電位を”１”，”０”に十分安定
して固定させ、１フレーム中にそのレベルがドリフトし
てしまうことがない表示装置を得ることができる。
ＦＴとＮＴＦＴとからなるＣ／ＴＦＴのＯＮ、ＯＦＦ時
における画素部分３の電位を”１”，”０”に十分安定
して固定させ、１フレーム中にそのレベルがドリフトし
てしまうことがない表示装置を得ることができる。
【００１４】また、図１のように、２つのＣ／ＴＦＴを
直列に配置すると、ＯＦＦ状態の微小な電流のリーク
が、通常のＴＦＴの２倍の抵抗のために発生する程度が
少なく、より画素部分３の電位を”１”，”０”に十分
安定して固定させることが可能である。
直列に配置すると、ＯＦＦ状態の微小な電流のリーク
が、通常のＴＦＴの２倍の抵抗のために発生する程度が
少なく、より画素部分３の電位を”１”，”０”に十分
安定して固定させることが可能である。
【００１５】また図３により、本発明の他の例を示す。
図３においても図１と同様に説明のために２×２のマト
リクス配列された例を示している。
図３においても図１と同様に説明のために２×２のマト
リクス配列された例を示している。
【００１６】同図において、１つの画素部分３に対応し
て、２つのＰＴＦＴＦと２つのＮＴＦＴとが相補型構成
として接続されている。すなわち、４つのＴＦＴのうち
２つのＰＴＦＴのソース、ドレイン領域を直列に接続
し、さらに２つのＮＴＦＴのソース、ドレイン領域をも
直列に接続している。このようなＰＴＦＴ群とＮＴＦＴ
群のソース、ドレイン領域が電気的に接続されており、
一組のＣ／ＴＦＴを構成している。このＣ／ＴＦＴは画
素電極に対して直列に入出力部が電気的に接続されてお
り、一方の入出力部３０はマトリクス配列された信号線
ＶDD1 に接続され他方の入出力部３１は液晶の画素電極
６に接続されている。
て、２つのＰＴＦＴＦと２つのＮＴＦＴとが相補型構成
として接続されている。すなわち、４つのＴＦＴのうち
２つのＰＴＦＴのソース、ドレイン領域を直列に接続
し、さらに２つのＮＴＦＴのソース、ドレイン領域をも
直列に接続している。このようなＰＴＦＴ群とＮＴＦＴ
群のソース、ドレイン領域が電気的に接続されており、
一組のＣ／ＴＦＴを構成している。このＣ／ＴＦＴは画
素電極に対して直列に入出力部が電気的に接続されてお
り、一方の入出力部３０はマトリクス配列された信号線
ＶDD1 に接続され他方の入出力部３１は液晶の画素電極
６に接続されている。
【００１７】また、この４つのＴＦＴのゲイト電極は同
一の信号線ＶGG1 に接続されて、１つの画素部分に４つ
のＴＦＴからなる１組のＣ／ＴＦＴが設けられた構成と
なっている。
一の信号線ＶGG1 に接続されて、１つの画素部分に４つ
のＴＦＴからなる１組のＣ／ＴＦＴが設けられた構成と
なっている。
【００１８】図１および図３においては、画素電極に対
して直列に複数個のＴＦＴを設けて、個々あるいは全体
でＣ／ＴＦＴとして機能させることにより、ＴＦＴの動
作不良に対する補償の機能を実現したことを特徴とする
ものであり、上記の例のみに限定されることはなく、さ
らに別のＣ／ＴＦＴを設けても実現することができる。
して直列に複数個のＴＦＴを設けて、個々あるいは全体
でＣ／ＴＦＴとして機能させることにより、ＴＦＴの動
作不良に対する補償の機能を実現したことを特徴とする
ものであり、上記の例のみに限定されることはなく、さ
らに別のＣ／ＴＦＴを設けても実現することができる。
【００１９】また、図１の例においては、ＰＴＦＴとＮ
ＴＦＴとの相対的な位置関係を変えても、全く同じ機能
を実現することができ、液晶電気光学装置のレイアウト
に自由度を与えることができる。特に、このようにＣ／
ＴＦＴを用いることによって、画素に加える信号電圧の
スイッチング速度を大幅に向上せしめることが可能であ
る。スイッチング速度が大きいということは本発明にと
っては必要不可欠なことであり、それゆえ、従来のよう
なＮＴＦＴあるいはＰＴＦＴだけからなる回路では本発
明は達成できない。図１および図３では、２×２の最小
規模のマトリクスを示したが、実際の表示装置はこれら
の素子を含む画素をマトリクス配列させて構成される。
ＴＦＴとの相対的な位置関係を変えても、全く同じ機能
を実現することができ、液晶電気光学装置のレイアウト
に自由度を与えることができる。特に、このようにＣ／
ＴＦＴを用いることによって、画素に加える信号電圧の
スイッチング速度を大幅に向上せしめることが可能であ
る。スイッチング速度が大きいということは本発明にと
っては必要不可欠なことであり、それゆえ、従来のよう
なＮＴＦＴあるいはＰＴＦＴだけからなる回路では本発
明は達成できない。図１および図３では、２×２の最小
規模のマトリクスを示したが、実際の表示装置はこれら
の素子を含む画素をマトリクス配列させて構成される。
【００２０】次に本発明の駆動原理について説明する。
まず、Ｎ×Ｍマトリクスを考える。図９にこのマトリク
スの概略を示す。図に示すように周辺の駆動回路８２か
らＮ本の信号線Ｘ1,Ｘ2,.. ,Ｘn,..ＸN と同じく駆動回
路８１からＭ本の信号線Ｙ1,Ｙ2,.. ,Ｙm,..ＹM とが直
行して設けられ、それらの交差する部分に、図には示さ
れていないが、それぞれＣ／ＴＦＴと液晶セルが形成さ
れている。図９では、このうちのｎ行ｍ列だけを取り出
して示してある。すなわち、信号線Ｘn とＹm 、および
液晶セルＺnm、ならびにそれらを接続するＣ／ＴＦＴが
示されている。このＣ／ＴＦＴはそのソース（入出力端
の一方）に接続しているＹm に電圧が加わった状態で、
そのゲイト電極に接続しているＸn に正または負の電
圧、あるいは正の電圧と負の電圧の融合した、図１０の
Ｘn に示されるようなバイポーラパルスを加えるとＣ／
ＴＦＴがＯＮ状態となり、液晶セルＺnmにＹm に由来す
る電圧がかかる。また、Ｙm に電圧が加わらない状態
で、Ｘn に正または負、あるいはバイポーラパルスの電
圧を加えてもＣ／ＴＦＴはＯＮ状態となるが、この場合
には液晶セルＺnmに蓄えられていた電荷が放出され、液
晶セルにかかっていた電圧は取り除かれる。とくにバイ
ポーラパルスを使用することは素子の高速動作の上で有
効である。
まず、Ｎ×Ｍマトリクスを考える。図９にこのマトリク
スの概略を示す。図に示すように周辺の駆動回路８２か
らＮ本の信号線Ｘ1,Ｘ2,.. ,Ｘn,..ＸN と同じく駆動回
路８１からＭ本の信号線Ｙ1,Ｙ2,.. ,Ｙm,..ＹM とが直
行して設けられ、それらの交差する部分に、図には示さ
れていないが、それぞれＣ／ＴＦＴと液晶セルが形成さ
れている。図９では、このうちのｎ行ｍ列だけを取り出
して示してある。すなわち、信号線Ｘn とＹm 、および
液晶セルＺnm、ならびにそれらを接続するＣ／ＴＦＴが
示されている。このＣ／ＴＦＴはそのソース（入出力端
の一方）に接続しているＹm に電圧が加わった状態で、
そのゲイト電極に接続しているＸn に正または負の電
圧、あるいは正の電圧と負の電圧の融合した、図１０の
Ｘn に示されるようなバイポーラパルスを加えるとＣ／
ＴＦＴがＯＮ状態となり、液晶セルＺnmにＹm に由来す
る電圧がかかる。また、Ｙm に電圧が加わらない状態
で、Ｘn に正または負、あるいはバイポーラパルスの電
圧を加えてもＣ／ＴＦＴはＯＮ状態となるが、この場合
には液晶セルＺnmに蓄えられていた電荷が放出され、液
晶セルにかかっていた電圧は取り除かれる。とくにバイ
ポーラパルスを使用することは素子の高速動作の上で有
効である。
【００２１】さて、液晶に電圧のかかっている時間を制
御することによって、視覚的に階調を得ることができ
る。例えば、ＴＮ液晶を用いた場合において、２５６ｍ
ｓｅｃの間に、２００ｍｓｅｃだけ液晶に電圧をかけた
場合には、２５６ｍｓｅｃの間だけ電圧をかけた場合よ
り暗く、また、１００ｍｓｅｃだけ電圧をかけた場合よ
り明るい状態を実現することできる。このことは液晶の
平均的なＯＮ状態の時間を考えれば明らかであろう。こ
の研究を進めた本発明人らは、さらに、１ｍｓｅｃのパ
ルスを液晶セルに印加する場合においては、２５６ｍｓ
ｅｃの間に２００回だけパルスを印加した場合は、２５
６回パルスを印加した場合と１００回だけパルスを印加
した場合の中間的な濃さが得られることも発見した。し
かしながら、このことは当然なことではない。なぜなら
ば、通常の上記のＴＮ液晶材料においては、１ｍｓｅｃ
という時間はあまりにも短く、そのような短時間にはＴ
Ｎ液晶は反応しないのである。したがって、２５６回の
パルスをかけたとしても液晶はＯＮ状態を実現すること
は不可能なはずである。しかしながら、実際には液晶は
中間的な濃さを実現できた。その原理についてはまだ詳
細にわかっていない。
御することによって、視覚的に階調を得ることができ
る。例えば、ＴＮ液晶を用いた場合において、２５６ｍ
ｓｅｃの間に、２００ｍｓｅｃだけ液晶に電圧をかけた
場合には、２５６ｍｓｅｃの間だけ電圧をかけた場合よ
り暗く、また、１００ｍｓｅｃだけ電圧をかけた場合よ
り明るい状態を実現することできる。このことは液晶の
平均的なＯＮ状態の時間を考えれば明らかであろう。こ
の研究を進めた本発明人らは、さらに、１ｍｓｅｃのパ
ルスを液晶セルに印加する場合においては、２５６ｍｓ
ｅｃの間に２００回だけパルスを印加した場合は、２５
６回パルスを印加した場合と１００回だけパルスを印加
した場合の中間的な濃さが得られることも発見した。し
かしながら、このことは当然なことではない。なぜなら
ば、通常の上記のＴＮ液晶材料においては、１ｍｓｅｃ
という時間はあまりにも短く、そのような短時間にはＴ
Ｎ液晶は反応しないのである。したがって、２５６回の
パルスをかけたとしても液晶はＯＮ状態を実現すること
は不可能なはずである。しかしながら、実際には液晶は
中間的な濃さを実現できた。その原理についてはまだ詳
細にわかっていない。
【００２２】しかしながら、本発明人らは、この現象を
利用して階調表現が可能であることを見いだしたのであ
る。すなわち、液晶材料が反応しないような短パルスが
液晶セルに印加されるパルスの回数（単位時間あたりの
回数）を制御することによって、中間的な明るさをデジ
タル制御で実現することが、まさに本発明の特徴とする
ものである。本発明人らの研究の結果、このような中間
的な濃度を得るためのパルスの幅はＴＮ液晶の場合には
１０ｍｓｅｃ以下であることが必要であることがわかっ
た。ここで、パルスの幅という語句について、その意味
を明確にする。すなわち、この場合には、複数のパルス
を連続的に液晶に印加するのであるが、この場合のパル
スの幅とは、１つのパルスが始まってから、次のパルス
が始まるまでの間の時間のことをいう。したがって、パ
ルスの繰り返し周波数の逆数となる。
利用して階調表現が可能であることを見いだしたのであ
る。すなわち、液晶材料が反応しないような短パルスが
液晶セルに印加されるパルスの回数（単位時間あたりの
回数）を制御することによって、中間的な明るさをデジ
タル制御で実現することが、まさに本発明の特徴とする
ものである。本発明人らの研究の結果、このような中間
的な濃度を得るためのパルスの幅はＴＮ液晶の場合には
１０ｍｓｅｃ以下であることが必要であることがわかっ
た。ここで、パルスの幅という語句について、その意味
を明確にする。すなわち、この場合には、複数のパルス
を連続的に液晶に印加するのであるが、この場合のパル
スの幅とは、１つのパルスが始まってから、次のパルス
が始まるまでの間の時間のことをいう。したがって、パ
ルスの繰り返し周波数の逆数となる。
【００２３】同様な効果は、ＳＴＮ液晶においても、強
誘電性液晶においても、また、ポリマー液晶あるいは分
散型液晶においても見られた。いずれも、その応答時間
よりも短いパルスを加えることによって、中間的な色調
が得られることが明らかになった。すなわち、ＳＴＮ液
晶においては、１００ｍｓｅｃ以下、のぞましくは１０
ｍｓｅｃ以下、強誘電性液晶においては１００μｓｅｃ
以下、のぞましくは１０μｓｅｃ以下、ポリマー液晶あ
るいは分散型液晶においては１０ｍｓｅｃ以下、のぞま
しくは１ｍｓｅｃ以下のパルスを加えることによって、
階調表示が得られた。
誘電性液晶においても、また、ポリマー液晶あるいは分
散型液晶においても見られた。いずれも、その応答時間
よりも短いパルスを加えることによって、中間的な色調
が得られることが明らかになった。すなわち、ＳＴＮ液
晶においては、１００ｍｓｅｃ以下、のぞましくは１０
ｍｓｅｃ以下、強誘電性液晶においては１００μｓｅｃ
以下、のぞましくは１０μｓｅｃ以下、ポリマー液晶あ
るいは分散型液晶においては１０ｍｓｅｃ以下、のぞま
しくは１ｍｓｅｃ以下のパルスを加えることによって、
階調表示が得られた。
【００２４】通常は、テレビ等の画像では１秒間に３０
枚の静止画が次々に繰り出されて動画を形成する。した
がって、１枚の静止画が継続する時間は約３０ｍｓｅｃ
である。この時間は人間の目にはあまりにも早すぎて、
文字通り『目にも止まらない』時間であり、結果とし
て、視覚的には静止画を１枚１枚識別することはできな
い。ともかく、通常の動画を得るには、１枚の静止画は
長くても１００ｍｓｅｃ以上継続することはできない。
本発明を利用して２５６階調の階調表示をおこなうとす
れば、もし、１枚の静止画が３０ｍｓｅｃ継続するとし
て、３０ｍｓｅｃの間を、少なくとも２５６分割して、
最大で２５６回のパルスを液晶セルに加えるだけの回路
を構成する必要がある。１パルスあたりの時間は約１０
０μｓｅｃとなる。これだけの高速性を得るには従来の
ＮＴＦＴ等では不可能で、本発明のＣ／ＴＦＴが必要と
される。３０ｍｓｅｃの間に繰り出されるパルス数をさ
らに増加させるとより詳細な階調表示が可能となること
はいうまでもない。
枚の静止画が次々に繰り出されて動画を形成する。した
がって、１枚の静止画が継続する時間は約３０ｍｓｅｃ
である。この時間は人間の目にはあまりにも早すぎて、
文字通り『目にも止まらない』時間であり、結果とし
て、視覚的には静止画を１枚１枚識別することはできな
い。ともかく、通常の動画を得るには、１枚の静止画は
長くても１００ｍｓｅｃ以上継続することはできない。
本発明を利用して２５６階調の階調表示をおこなうとす
れば、もし、１枚の静止画が３０ｍｓｅｃ継続するとし
て、３０ｍｓｅｃの間を、少なくとも２５６分割して、
最大で２５６回のパルスを液晶セルに加えるだけの回路
を構成する必要がある。１パルスあたりの時間は約１０
０μｓｅｃとなる。これだけの高速性を得るには従来の
ＮＴＦＴ等では不可能で、本発明のＣ／ＴＦＴが必要と
される。３０ｍｓｅｃの間に繰り出されるパルス数をさ
らに増加させるとより詳細な階調表示が可能となること
はいうまでもない。
【００２５】本発明による階調表示方法の動作例を図１
０に示す。簡単のため、４階調表示の場合について述べ
るが、６４階調、あるいは２５６階調の表示を得ようと
すればこの動作例を応用すれば容易に達成できる。以
下、図１０、図１１について説明する。図１０では、ま
ず、Ｙ1,Ｙ2,.., Ｙm-1,Ｙm,.., ＹM の信号線にパルス
電圧が印加される。このパルス電圧は、全ての信号線に
印加されるのではなく、画素に電圧を加える必要のある
場合に印加される。わかりやすくするため、図１０のｔ
＝Ｔ1 からｔ＝２Ｔ1 までの動作に注目して説明する。
まず、ｔ＝Ｔ1 からτ1 だけ持続する矩形波パルスが信
号線Ｙm-1 とＹm の両方に印加される。一方、ｔ＝Ｔ1
にほぼ同期して、バイポーラパルスが信号線Ｘn-1 だけ
に印加される。この時信号線Ｘn には印加されない。こ
のため、まず、液晶セルＺn-1,m-1 とＺn-1,m の双方が
充電され、ＯＮ状態となる。次に、τ1 だけ持続した最
初の矩形波パルスが切られ、間隔τ2 だけおいて、次の
矩形波パルスが、Ｙm-1 だけに印加される。Ｙm にはパ
ルスは印加されない。簡単のため、このパルスもτ1 だ
け持続するものとする。一方、Ｘnには上記の矩形波パ
ルスとほぼ同期して、バイポーラパルスが印加される。
しかしながら、Ｘn-1 には印加されない。この結果、液
晶セルＺn,m-1 のみ充電され、Ｚn,m は充電されない。
このようにして充電され、ＯＮ状態となった液晶セルＺ
n-1,m-1 、Ｚn-1,m とＺn,m-1 は充電状態が持続する。
もちろん、液晶やＣ／ＴＦＴ、周辺回路を介した電荷の
リーク、あるいは意図的に液晶セルの電荷を少しづつ放
電させる目的で形成された回路等によって、わずかな放
電が観測されることがあるかもしれない。しかし、多く
の電荷は液晶セルに保たれている。
０に示す。簡単のため、４階調表示の場合について述べ
るが、６４階調、あるいは２５６階調の表示を得ようと
すればこの動作例を応用すれば容易に達成できる。以
下、図１０、図１１について説明する。図１０では、ま
ず、Ｙ1,Ｙ2,.., Ｙm-1,Ｙm,.., ＹM の信号線にパルス
電圧が印加される。このパルス電圧は、全ての信号線に
印加されるのではなく、画素に電圧を加える必要のある
場合に印加される。わかりやすくするため、図１０のｔ
＝Ｔ1 からｔ＝２Ｔ1 までの動作に注目して説明する。
まず、ｔ＝Ｔ1 からτ1 だけ持続する矩形波パルスが信
号線Ｙm-1 とＹm の両方に印加される。一方、ｔ＝Ｔ1
にほぼ同期して、バイポーラパルスが信号線Ｘn-1 だけ
に印加される。この時信号線Ｘn には印加されない。こ
のため、まず、液晶セルＺn-1,m-1 とＺn-1,m の双方が
充電され、ＯＮ状態となる。次に、τ1 だけ持続した最
初の矩形波パルスが切られ、間隔τ2 だけおいて、次の
矩形波パルスが、Ｙm-1 だけに印加される。Ｙm にはパ
ルスは印加されない。簡単のため、このパルスもτ1 だ
け持続するものとする。一方、Ｘnには上記の矩形波パ
ルスとほぼ同期して、バイポーラパルスが印加される。
しかしながら、Ｘn-1 には印加されない。この結果、液
晶セルＺn,m-1 のみ充電され、Ｚn,m は充電されない。
このようにして充電され、ＯＮ状態となった液晶セルＺ
n-1,m-1 、Ｚn-1,m とＺn,m-1 は充電状態が持続する。
もちろん、液晶やＣ／ＴＦＴ、周辺回路を介した電荷の
リーク、あるいは意図的に液晶セルの電荷を少しづつ放
電させる目的で形成された回路等によって、わずかな放
電が観測されることがあるかもしれない。しかし、多く
の電荷は液晶セルに保たれている。
【００２６】ついで、Ｘn-1 とＸn の両方にバイポーラ
パルスが印加される。このとき、Ｙm-1 およびＹm には
電圧が印加されていないので、いずれの液晶セルにも充
電されることはなく、逆に、液晶セルに充電されていた
電荷は放電される。この繰り返しによって、液晶セルに
は大体Ｔ1 だけ継続するパルス電圧が印加されることに
なる。もちろん、絶えず印加されるわけではないこと
は、以上の説明から明らかであろう。
パルスが印加される。このとき、Ｙm-1 およびＹm には
電圧が印加されていないので、いずれの液晶セルにも充
電されることはなく、逆に、液晶セルに充電されていた
電荷は放電される。この繰り返しによって、液晶セルに
は大体Ｔ1 だけ継続するパルス電圧が印加されることに
なる。もちろん、絶えず印加されるわけではないこと
は、以上の説明から明らかであろう。
【００２７】図１０の例では、このような動作を４回繰
り返すことによって、１つの画面を構成できる。すなわ
ち、１画面の周期は４Ｔ1 である。図１０のような信号
を送ることによって、例えば液晶セルＺn-1,m-1 では、
１周期の間に、４回のパルスが印加され、、Ｚn-1,m で
は３回、Ｚn,m-1 は２回、Ｚn,m は１回のパルスがそれ
ぞれ印加された。それぞれのパルスの幅は、人間の目が
追従できない程の短パルスであることを要求されるだけ
でなく、先にも述べたように液晶も追従できないような
短パルスであることが必要とされる。具体的には、ＴＮ
液晶では１０ｍｓｅｃ以下、ＳＴＮ液晶では１００ｍｓ
ｃ以下、分散型液晶あるいはポリマー液晶と称される液
晶群では１０ｍｓｅｃ以下であることが必要である。強
誘電性液晶を用いる場合には、１００μｓｅｃ以下の短
パルスであることが要求される。さて、このようなパル
スの回数が異なる場合に、人間の目には、それぞれの液
晶の明るさが異なって見え、中間的な階調表示が可能と
なる。例えばポリマー液晶にこの例を適用すると、液晶
セルＺn,m が最も明るく、以下、Ｚn,m-1 、Ｚn-1,m 、
Ｚn-1,m-1 の順で暗くなる。すなわち、４階の階調表示
が可能である。
り返すことによって、１つの画面を構成できる。すなわ
ち、１画面の周期は４Ｔ1 である。図１０のような信号
を送ることによって、例えば液晶セルＺn-1,m-1 では、
１周期の間に、４回のパルスが印加され、、Ｚn-1,m で
は３回、Ｚn,m-1 は２回、Ｚn,m は１回のパルスがそれ
ぞれ印加された。それぞれのパルスの幅は、人間の目が
追従できない程の短パルスであることを要求されるだけ
でなく、先にも述べたように液晶も追従できないような
短パルスであることが必要とされる。具体的には、ＴＮ
液晶では１０ｍｓｅｃ以下、ＳＴＮ液晶では１００ｍｓ
ｃ以下、分散型液晶あるいはポリマー液晶と称される液
晶群では１０ｍｓｅｃ以下であることが必要である。強
誘電性液晶を用いる場合には、１００μｓｅｃ以下の短
パルスであることが要求される。さて、このようなパル
スの回数が異なる場合に、人間の目には、それぞれの液
晶の明るさが異なって見え、中間的な階調表示が可能と
なる。例えばポリマー液晶にこの例を適用すると、液晶
セルＺn,m が最も明るく、以下、Ｚn,m-1 、Ｚn-1,m 、
Ｚn-1,m-1 の順で暗くなる。すなわち、４階の階調表示
が可能である。
【００２８】図１０では、例えば、Ｚn-1,m-1 に印加さ
れるパルスの幅とＺn,m に印加されるパルスの幅は少し
異なっていた。違いがわずかな場合には視覚的に問題と
なることはないが、例えば、ＴＮ液晶では、パルス幅の
違いが２０％以上も異なるようになると、パルス数が同
じでも明るさに違いが見られるようになる。その場合に
は例えば、場所によって、色や明るさが異なるという状
態になる。この問題を解決するためには、図１１に示さ
れるような方法を用いればよい。この場合には、各画素
に印加されるパルス幅はほとんど同じ長さとすることが
可能である。
れるパルスの幅とＺn,m に印加されるパルスの幅は少し
異なっていた。違いがわずかな場合には視覚的に問題と
なることはないが、例えば、ＴＮ液晶では、パルス幅の
違いが２０％以上も異なるようになると、パルス数が同
じでも明るさに違いが見られるようになる。その場合に
は例えば、場所によって、色や明るさが異なるという状
態になる。この問題を解決するためには、図１１に示さ
れるような方法を用いればよい。この場合には、各画素
に印加されるパルス幅はほとんど同じ長さとすることが
可能である。
【００２９】この場合も、ｔ＝Ｔ1 からｔ＝２Ｔ1 まで
の動作に注目して説明する。まず、ｔ＝Ｔ1 からｔ＝Ｔ
1 ＋τ2 の間にはＹm-1 にもＹm にもパルス電圧は印加
されない。しかし、Ｘn-1 にだけバイポーラパルスが印
加される。このバイポーラパルスによって液晶セルＺ
n-1,m-1 とＺn-1,m に充電されていた電荷が放電され
る。しかしながら、Ｘn にはパルスは印加されないの
で、Ｘn-1 につながっていないＺn,m-1 とＺn,m に充電
されていた電荷は放電されない。ついで、時間ｔ＝Ｔ1
＋τ2 からτ1 だけ持続する矩形波パルスがＹm-1 とＹ
m の両方に印加される。一方、ｔ＝Ｔ1 ＋τ2 にほぼ同
期して、バイポーラパルスがＸn-1 だけに印加される。
Ｘn には印加されない。このため、まず、液晶セルＺ
n-1,m-1 とＺn-1,m の双方が充電され、ＯＮ状態とな
る。次に、τ1 だけ持続した最初の矩形波パルスが切ら
れる。
の動作に注目して説明する。まず、ｔ＝Ｔ1 からｔ＝Ｔ
1 ＋τ2 の間にはＹm-1 にもＹm にもパルス電圧は印加
されない。しかし、Ｘn-1 にだけバイポーラパルスが印
加される。このバイポーラパルスによって液晶セルＺ
n-1,m-1 とＺn-1,m に充電されていた電荷が放電され
る。しかしながら、Ｘn にはパルスは印加されないの
で、Ｘn-1 につながっていないＺn,m-1 とＺn,m に充電
されていた電荷は放電されない。ついで、時間ｔ＝Ｔ1
＋τ2 からτ1 だけ持続する矩形波パルスがＹm-1 とＹ
m の両方に印加される。一方、ｔ＝Ｔ1 ＋τ2 にほぼ同
期して、バイポーラパルスがＸn-1 だけに印加される。
Ｘn には印加されない。このため、まず、液晶セルＺ
n-1,m-1 とＺn-1,m の双方が充電され、ＯＮ状態とな
る。次に、τ1 だけ持続した最初の矩形波パルスが切ら
れる。
【００３０】次に、時間ｔ＝Ｔ1 ＋τ1 ＋τ2 からｔ＝
Ｔ1 ＋τ1 ＋２τ2 の間には、Ｙm-1 にもＹm にもパル
ス電圧は印加されない。しかし、Ｘn にだけバイポーラ
パルスが印加される。このバイポーラパルスによって液
晶セルＺn,m-1 とＺn,m に充電されていた電荷が放電さ
れる。しかしながら、Ｘn-1 にはパルスは印加されない
ので、Ｘn につながっていないＺn-1,m-1 とＺn-1,m に
充電されていた電荷は放電されない。ついで、時間ｔ＝
Ｔ1 ＋τ1 ＋２τ2 からτ1 だけ持続する矩形波パルス
がＹm-1 だけに印加される。一方、ｔ＝Ｔ1 ＋τ1 ＋２
τ2 にほぼ同期して、バイポーラパルスがＸn だけに印
加される。Ｘn-1 には印加されない。このため、液晶セ
ルＺn,m-1 とＺn,m の双方が充電され、ＯＮ状態とな
る。次に、τ1 だけ持続した最初の矩形波パルスが切ら
れる。
Ｔ1 ＋τ1 ＋２τ2 の間には、Ｙm-1 にもＹm にもパル
ス電圧は印加されない。しかし、Ｘn にだけバイポーラ
パルスが印加される。このバイポーラパルスによって液
晶セルＺn,m-1 とＺn,m に充電されていた電荷が放電さ
れる。しかしながら、Ｘn-1 にはパルスは印加されない
ので、Ｘn につながっていないＺn-1,m-1 とＺn-1,m に
充電されていた電荷は放電されない。ついで、時間ｔ＝
Ｔ1 ＋τ1 ＋２τ2 からτ1 だけ持続する矩形波パルス
がＹm-1 だけに印加される。一方、ｔ＝Ｔ1 ＋τ1 ＋２
τ2 にほぼ同期して、バイポーラパルスがＸn だけに印
加される。Ｘn-1 には印加されない。このため、液晶セ
ルＺn,m-1 とＺn,m の双方が充電され、ＯＮ状態とな
る。次に、τ1 だけ持続した最初の矩形波パルスが切ら
れる。
【００３１】以下、この繰り返しによって、任意の液晶
セルにパルス電圧を加えることが可能である。この場合
も、図１０と同様に４階の階調表示が可能である。しか
も、いずれの液晶セルのパルス幅もほとんど変わらない
ので、図１０の問題点を解決することができる。しかし
ながら、図１０の場合に比べて、液晶セル放電のための
バイポーラパルスを各信号線Ｘ1,Ｘ2,.., ＸN ごとに独
立して、しかも高速で制御しなければならないため、周
辺回路が煩雑となる。
セルにパルス電圧を加えることが可能である。この場合
も、図１０と同様に４階の階調表示が可能である。しか
も、いずれの液晶セルのパルス幅もほとんど変わらない
ので、図１０の問題点を解決することができる。しかし
ながら、図１０の場合に比べて、液晶セル放電のための
バイポーラパルスを各信号線Ｘ1,Ｘ2,.., ＸN ごとに独
立して、しかも高速で制御しなければならないため、周
辺回路が煩雑となる。
【００３２】以上のようにして、４階調表示が可能とな
る。この回路の規模をさらに拡大させることによって、
６４階調、２５６階調も可能である。以下に実施例を示
し、さらに詳細に本発明を説明する。
る。この回路の規模をさらに拡大させることによって、
６４階調、２５６階調も可能である。以下に実施例を示
し、さらに詳細に本発明を説明する。
【００３３】
【実施例】 〔実施例１〕この実施例は図３に示す等価回路に対応す
る液晶電気光学装置を作製し、それを動作させるもので
あり、液晶電気光学装置では、図９に示される回路とよ
く似た形を取っているが、１つの画素に対して、２つの
ＰＴＦＴと２つのＮＴＦＴを設けたものである。
る液晶電気光学装置を作製し、それを動作させるもので
あり、液晶電気光学装置では、図９に示される回路とよ
く似た形を取っているが、１つの画素に対して、２つの
ＰＴＦＴと２つのＮＴＦＴを設けたものである。
【００３４】また、図４に用いた液晶電気光学装置のＴ
ＦＴの上面図と断面図、図５及び図６に本実施例で使用
するＴＦＴの作製工程図を示している。これらの図にお
いては説明を行う為に描かれたものであり、実際の装置
の寸法とは異なっており、また説明の為細部は省略して
いる。
ＦＴの上面図と断面図、図５及び図６に本実施例で使用
するＴＦＴの作製工程図を示している。これらの図にお
いては説明を行う為に描かれたものであり、実際の装置
の寸法とは異なっており、また説明の為細部は省略して
いる。
【００３５】まずＰＴＦＴ４１とＮＴＦＴ４０の作製工
程を図５及び図６を用いて説明する。ＰＴＦＴもＮＴＦ
Ｔも基本的な作製方法は導入する不純物の種類以外は同
じなので、図５及び図６を使用して説明を行う。
程を図５及び図６を用いて説明する。ＰＴＦＴもＮＴＦ
Ｔも基本的な作製方法は導入する不純物の種類以外は同
じなので、図５及び図６を使用して説明を行う。
【００３６】まず、ANガラス、パイレックスガラス等の
約600 ℃の熱処理に耐え得るガラス基板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
としての酸化珪素膜５１を1000〜3000Åの厚さに作製し
た。プロセス条件は酸素100%雰囲気、成膜温度150 ℃、
出力400 〜800W、圧力0.5 Ｐa とした。タ−ゲットに石
英または単結晶シリコンを用い、成膜速度は30〜100 Å
／分であった。さらにこの上にシリコン膜５２をＬＰＣ
ＶＤ（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、公知のフォトリソ等のパターニング工
程を経て(A) の形状を得た。
約600 ℃の熱処理に耐え得るガラス基板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
としての酸化珪素膜５１を1000〜3000Åの厚さに作製し
た。プロセス条件は酸素100%雰囲気、成膜温度150 ℃、
出力400 〜800W、圧力0.5 Ｐa とした。タ−ゲットに石
英または単結晶シリコンを用い、成膜速度は30〜100 Å
／分であった。さらにこの上にシリコン膜５２をＬＰＣ
ＶＤ（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、公知のフォトリソ等のパターニング工
程を経て(A) の形状を得た。
【００３７】このシリコン膜を減圧気相法で形成する場
合、結晶化温度よりも100 〜200 ℃低い450 〜550 ℃、
例えば530 ℃でジシラン(Si2H6) またはトリシラン(Si3
H8)をＣＶＤ装置に供給して成膜した。反応炉内圧力は3
0〜300 Ｐa とした。成膜速度50〜250 Å／分であっ
た。ＮＴＦＴとＰＴＦＴとのスレッシュホ−ルド電圧(V
th) を概略同一に制御するため、ホウ素をジボランを用
いて１×1014〜１×1017cm-3の濃度として成膜中に添加
してもよい。
合、結晶化温度よりも100 〜200 ℃低い450 〜550 ℃、
例えば530 ℃でジシラン(Si2H6) またはトリシラン(Si3
H8)をＣＶＤ装置に供給して成膜した。反応炉内圧力は3
0〜300 Ｐa とした。成膜速度50〜250 Å／分であっ
た。ＮＴＦＴとＰＴＦＴとのスレッシュホ−ルド電圧(V
th) を概略同一に制御するため、ホウ素をジボランを用
いて１×1014〜１×1017cm-3の濃度として成膜中に添加
してもよい。
【００３８】またこのシリコン膜をスパッタ法によって
得る場合、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、アルゴンに水素を20
〜80％に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13.5
6MHz、スパッタ出力400 〜800Wとした。圧力は0.5 Ｐa
であった。
得る場合、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、アルゴンに水素を20
〜80％に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13.5
6MHz、スパッタ出力400 〜800Wとした。圧力は0.5 Ｐa
であった。
【００３９】またプラズマＣＶＤ法によりこのシリコン
膜を得る場合、その成膜温度は例えば300 ℃とし、反応
気体としてモノシラン(SiH4)またはジシラン(Si2H6) を
使用できる。このような反応性気体をＰＣＶＤ装置内に
導入し、13.56MHzの高周波電力を加えて成膜した。
膜を得る場合、その成膜温度は例えば300 ℃とし、反応
気体としてモノシラン(SiH4)またはジシラン(Si2H6) を
使用できる。このような反応性気体をＰＣＶＤ装置内に
導入し、13.56MHzの高周波電力を加えて成膜した。
【００４０】これらの方法によって形成された被膜は、
酸素が７×1020cm-3以下であることが好ましい。この酸
素濃度が高いと、半導体層を結晶化させにくく、そのた
め熱アニ−ル温度を高くするかまたは熱アニ−ル時間を
長くしなければならない。また少なすぎると、液晶電気
光学装置に使用するバックライトにより半導体層が光照
射された際にオフ状態のリ−ク電流が増加してしまう。
そのため４×1019〜４×1021cm-3の範囲であれば、中温
（６００℃以下）の熱アニールで容易に結晶化可能であ
る。例えば本実施例で使用する被膜をSIMS（二次イオン
質量分析) 法によって不純物を測定した。その結果、酸
素量が８×1018cm-3、炭素３×1016cm-3を得た。また水
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。
酸素が７×1020cm-3以下であることが好ましい。この酸
素濃度が高いと、半導体層を結晶化させにくく、そのた
め熱アニ−ル温度を高くするかまたは熱アニ−ル時間を
長くしなければならない。また少なすぎると、液晶電気
光学装置に使用するバックライトにより半導体層が光照
射された際にオフ状態のリ−ク電流が増加してしまう。
そのため４×1019〜４×1021cm-3の範囲であれば、中温
（６００℃以下）の熱アニールで容易に結晶化可能であ
る。例えば本実施例で使用する被膜をSIMS（二次イオン
質量分析) 法によって不純物を測定した。その結果、酸
素量が８×1018cm-3、炭素３×1016cm-3を得た。また水
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。
【００４１】また、ソ−ス、ドレイン領域に対してより
結晶化を助長させるため、酸素濃度を７×1020cm-3以
下、好ましくは７×1019cm-3以下とし、ピクセル構成す
るＴＦＴのチャネル形成領域の一部のみに酸素、炭素又
は窒素をイオン注入法により５×1019〜５×1021cm-3と
なるように添加して光に対する敏感性を弱くすることも
有効である。このようにした場合、特に周辺回路を構成
するＴＦＴには、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ができ、高周波
動作を容易にさせることができ、画素周辺のスイッチン
グのＴＦＴはオフ状態でリーク電流を減らすことが可能
となった。
結晶化を助長させるため、酸素濃度を７×1020cm-3以
下、好ましくは７×1019cm-3以下とし、ピクセル構成す
るＴＦＴのチャネル形成領域の一部のみに酸素、炭素又
は窒素をイオン注入法により５×1019〜５×1021cm-3と
なるように添加して光に対する敏感性を弱くすることも
有効である。このようにした場合、特に周辺回路を構成
するＴＦＴには、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ができ、高周波
動作を容易にさせることができ、画素周辺のスイッチン
グのＴＦＴはオフ状態でリーク電流を減らすことが可能
となった。
【００４２】これらの方法によって形成された被膜中に
は、酸素が７×1019cm-3以下、好ましくは１×1019cm-3
以下の存在濃度であることが好ましい。なぜなら、その
代表的な結晶化条件下で結晶化をさせる場合、結晶化の
程度を助長させ得るからである。
は、酸素が７×1019cm-3以下、好ましくは１×1019cm-3
以下の存在濃度であることが好ましい。なぜなら、その
代表的な結晶化条件下で結晶化をさせる場合、結晶化の
程度を助長させ得るからである。
【００４３】かくして、アモルファス状態の珪素膜を50
0 〜3000Å、例えば1500Åの厚さに作製の後、450 〜70
0 ℃の温度にて12〜70時間非酸化物雰囲気にて中温の加
熱処理した。例えば窒素または水素雰囲気にて600 ℃の
温度で保持した。この珪素膜の下の基板表面にアモルフ
ァス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。このアニ−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、その一部は結晶状態を呈する。特にシリコンの成膜
時に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。結晶としてもレ−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、50〜500 Å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、その各クラスタ
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。
結果として、この被膜は実質的にグレインバウンダリ(G
B 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（μ
e ）＝15〜300cm2/Vsec が得られる。
0 〜3000Å、例えば1500Åの厚さに作製の後、450 〜70
0 ℃の温度にて12〜70時間非酸化物雰囲気にて中温の加
熱処理した。例えば窒素または水素雰囲気にて600 ℃の
温度で保持した。この珪素膜の下の基板表面にアモルフ
ァス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。このアニ−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、その一部は結晶状態を呈する。特にシリコンの成膜
時に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。結晶としてもレ−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、50〜500 Å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、その各クラスタ
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。
結果として、この被膜は実質的にグレインバウンダリ(G
B 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（μ
e ）＝15〜300cm2/Vsec が得られる。
【００４４】他方、上記の如く中温でのアニ−ルではな
く、900 〜1200℃の温度での高温アニ−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。そして結果としては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。
く、900 〜1200℃の温度での高温アニ−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。そして結果としては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。
【００４５】即ち、本発明の実施例ではかくの如く、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。またこの上に酸化珪素膜をゲ
イト絶縁膜４２０として厚さは500 〜2000Å例えば1000
Åに形成した。これはブロッキング層としての酸化珪素
膜５１の作製と同一条件とした。この成膜中に弗素を少
量添加させてもよい。さらにこの後、この上側にアルミ
ニウムからなる金属被膜を形成した。これをフォトマス
クにてパタ−ニングし、ゲイト電極４１３、４１６を形
成した。例えばチャネル長10μｍ、厚さ０．３μｍの厚
さに形成し図５(B) の形状を得た。 また、このゲイト
電極の延長部分は図４の上面図におけるＹ方向の電極配
線４３、４４を同時に構成している。
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。またこの上に酸化珪素膜をゲ
イト絶縁膜４２０として厚さは500 〜2000Å例えば1000
Åに形成した。これはブロッキング層としての酸化珪素
膜５１の作製と同一条件とした。この成膜中に弗素を少
量添加させてもよい。さらにこの後、この上側にアルミ
ニウムからなる金属被膜を形成した。これをフォトマス
クにてパタ−ニングし、ゲイト電極４１３、４１６を形
成した。例えばチャネル長10μｍ、厚さ０．３μｍの厚
さに形成し図５(B) の形状を得た。 また、このゲイト
電極の延長部分は図４の上面図におけるＹ方向の電極配
線４３、４４を同時に構成している。
【００４６】このゲイト電極としては、アルミニウムを
使用したが、その他の金属材料、例えばモリブデン、ク
ロムやドープされたシリコン被膜等を使用できる。ま
た、本実施例のようにアルミニウムをゲイト電極として
使用した場合には、その周辺を陽極酸化し、その酸化膜
を利用して、セルファライン的にソース、ドレイン領域
の電極のコンタクトホールを形成でき、チャネル領域の
近くに給電点を設けることができ、ソース、ドレイン領
域における抵抗成分の影響を少なくすることが可能とな
る。
使用したが、その他の金属材料、例えばモリブデン、ク
ロムやドープされたシリコン被膜等を使用できる。ま
た、本実施例のようにアルミニウムをゲイト電極として
使用した場合には、その周辺を陽極酸化し、その酸化膜
を利用して、セルファライン的にソース、ドレイン領域
の電極のコンタクトホールを形成でき、チャネル領域の
近くに給電点を設けることができ、ソース、ドレイン領
域における抵抗成分の影響を少なくすることが可能とな
る。
【００４７】次に、図５(C) において、フォトレジスト
をフォトマスクを用いて形成し、ＮＴＦＴ領域上にマス
クを形成し、まずＰＴＦＴを作製する。ＰＴＦＴ用であ
ればソ−ス、ドレイン領域４１０、４１２、４１５に対
し、ホウ素を１×1015cm-3のド−プ量をイオン注入法に
よりゲイト電極をマスクとしてセルファラインで形成し
た。
をフォトマスクを用いて形成し、ＮＴＦＴ領域上にマス
クを形成し、まずＰＴＦＴを作製する。ＰＴＦＴ用であ
ればソ−ス、ドレイン領域４１０、４１２、４１５に対
し、ホウ素を１×1015cm-3のド−プ量をイオン注入法に
よりゲイト電極をマスクとしてセルファラインで形成し
た。
【００４８】また、ＮＴＦＴを作製する場合はこの不純
物として、リンを１×1015cm-3の量、イオン注入法によ
り添加することによりＮＴＦＴ用のソース、ドレインを
形成することができる。本実施例においては図４に示さ
れるようにＰＴＦＴ４１とＮＴＦＴ４０が平行に並んで
いるので、それぞれのＴＦＴを作製する際には片側のＴ
ＦＴの領域をフォトレジスト等でマスクをすればよい。
物として、リンを１×1015cm-3の量、イオン注入法によ
り添加することによりＮＴＦＴ用のソース、ドレインを
形成することができる。本実施例においては図４に示さ
れるようにＰＴＦＴ４１とＮＴＦＴ４０が平行に並んで
いるので、それぞれのＴＦＴを作製する際には片側のＴ
ＦＴの領域をフォトレジスト等でマスクをすればよい。
【００４９】また、このイオン注入はゲイト絶縁膜４２
０を通じて行った。しかし図５(B)において、ゲイト電
極４１３、４１６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。
０を通じて行った。しかし図５(B)において、ゲイト電
極４１３、４１６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。
【００５０】次に、600 ℃にて10〜50時間再び加熱アニ
−ルを行った。そして図４のＮＴＦＴの不純物領域、Ｐ
ＴＦＴの不純物領域の不純物を活性化してＮ+ 、Ｐ+ と
して作製した。また、ゲイト電極４１３下にはチャネル
形成領域がゲイト電極４１６下にはチャネル形成領域が
セミアモルファス半導体として形成されている。
−ルを行った。そして図４のＮＴＦＴの不純物領域、Ｐ
ＴＦＴの不純物領域の不純物を活性化してＮ+ 、Ｐ+ と
して作製した。また、ゲイト電極４１３下にはチャネル
形成領域がゲイト電極４１６下にはチャネル形成領域が
セミアモルファス半導体として形成されている。
【００５１】かくすると、セルフアライン方式でありな
がらも、700 ℃以上にすべての温度を加えることがなく
図４に示す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電気光学装置にきわめて適し
ているプロセスである。
がらも、700 ℃以上にすべての温度を加えることがなく
図４に示す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電気光学装置にきわめて適し
ているプロセスである。
【００５２】熱アニ−ルは図５(A),(C) で２回行った。
しかし図５(A) のアニ−ルは求める特性により省略し、
双方を図５(C) のアニ−ルにより兼ねさせて製造時間の
短縮を図ってもよい。
しかし図５(A) のアニ−ルは求める特性により省略し、
双方を図５(C) のアニ−ルにより兼ねさせて製造時間の
短縮を図ってもよい。
【００５３】また、図５（Ｃ）のアニール工程の前また
は後において、ゲイト電極４１３、４１６の表面を陽極
酸化して、酸化アルミニウム絶縁膜５３を形成する。次
に、図６(A) において、層間絶縁物４１８をその上面に
前記したスパッタ法により酸化珪素膜として形成を行っ
た。この酸化珪素膜の形成はＬＰＣＶＤ法、光ＣＶＤ法
を用いてもよい。例えば0.2 〜0.4 μｍの厚さに形成し
た。その後、フォトマスクを用いて電極用の窓５４を形
成した。この窓の作製にはフォトマスクを使用して行う
が、その際に前述の酸化アルミニウム膜５３にその端部
をあわせてコンタクトホールを形成し、不純物領域への
給電点とチャネル形成領域との距離を短くすることがで
きる。
は後において、ゲイト電極４１３、４１６の表面を陽極
酸化して、酸化アルミニウム絶縁膜５３を形成する。次
に、図６(A) において、層間絶縁物４１８をその上面に
前記したスパッタ法により酸化珪素膜として形成を行っ
た。この酸化珪素膜の形成はＬＰＣＶＤ法、光ＣＶＤ法
を用いてもよい。例えば0.2 〜0.4 μｍの厚さに形成し
た。その後、フォトマスクを用いて電極用の窓５４を形
成した。この窓の作製にはフォトマスクを使用して行う
が、その際に前述の酸化アルミニウム膜５３にその端部
をあわせてコンタクトホールを形成し、不純物領域への
給電点とチャネル形成領域との距離を短くすることがで
きる。
【００５４】さらにこれら全体をアルミニウムをスパッ
タ法により形成し、リ−ド４５をフォトマスクを用いて
作製した。さらに図４(A) に示す如く、４つのＴＦＴを
相補型とし、かつその出力端４０５、４１５をコンタク
ト３１にて液晶装置の一方の画素電極である透明電極６
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
ッチングして、画素電極６を構成させた。このITO は室
温〜150 ℃で成膜し、それを200 〜400 ℃の酸素または
大気中のアニ−ルにより成就した。
タ法により形成し、リ−ド４５をフォトマスクを用いて
作製した。さらに図４(A) に示す如く、４つのＴＦＴを
相補型とし、かつその出力端４０５、４１５をコンタク
ト３１にて液晶装置の一方の画素電極である透明電極６
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
ッチングして、画素電極６を構成させた。このITO は室
温〜150 ℃で成膜し、それを200 〜400 ℃の酸素または
大気中のアニ−ルにより成就した。
【００５５】かくの如くにして２つのＰＴＦＴ４１と２
つのＮＴＦＴ４０と透明導電膜の電極６とを同一ガラス
基板５０上に作製した。かかるＴＦＴの特性を下記の表
１に略記する。
つのＮＴＦＴ４０と透明導電膜の電極６とを同一ガラス
基板５０上に作製した。かかるＴＦＴの特性を下記の表
１に略記する。
【００５６】
【表１】
【００５７】かかる半導体を用いることにより、一般に
不可能とされていたＴＦＴに大きな移動度を作ることが
できた。そのため、初めて図４に示した液晶電気光学装
置のアクティブ素子として相補型ＴＦＴを構成させるこ
とができた。
不可能とされていたＴＦＴに大きな移動度を作ることが
できた。そのため、初めて図４に示した液晶電気光学装
置のアクティブ素子として相補型ＴＦＴを構成させるこ
とができた。
【００５８】本実施例においてはＴＦＴの構造として、
プレーナ型のＴＦＴを用いて説明を行ったが、特にこの
構造に限定されることはなく、スタガー型その他の構造
のＴＦＴでも本発明の効果を実現することが可能であ
る。
プレーナ型のＴＦＴを用いて説明を行ったが、特にこの
構造に限定されることはなく、スタガー型その他の構造
のＴＦＴでも本発明の効果を実現することが可能であ
る。
【００５９】図４において、垂直方向にＶGG1 、ＶGG2
を有する垂直方向の配線（以下Ｙ線ともいう）４３、４
４を形成した。なお水平方向にＶDD1 、ＶDD2と水平方
向の配線（以下Ｘ線ともいう）４５、４６を形成した。
図４(A) は平面図であるが、そのA-A■の縦断面図を図
４(B) に示す。またB-B'の縦断面図を図４(C) に示す。
２つのＮＴＦＴ４０と２つのＰＴＦＴ４１はＸ線ＶDD1
とＹ線ＶGG1 との交差部に設けられＣ／ＴＦＴを形成し
ている。また他の画素にも図４(A) に示すように同じ構
成を有したＣ／ＴＦＴを用いたマトリックス構成を有せ
しめた。Ｃ／ＴＦＴを構成するＮＴＦＴ４０、ＰＴＦＴ
４１はソース, ドレインでがコンタクト３１を介して画
素電極である透明導電膜６と連結され、他方のソース、
ドレイン領域はコンタクト３０によりマトリックス構成
を有する一方の信号線であるＹ線の４５に連結してい
る。また、ＮＴＦＴ, ＰＴＦＴの全部のゲイト電極は一
方の信号線であるＸ線の４３のアルミニウム配線に連結
されている。すなわち、２つのＰＴＦＴが画素電極とＹ
線の信号線４３の間に直列に接続され、同様に２つのＮ
ＴＦＴも画素電極とＹ線の信号線４３の間に直列に接続
されこれら４つのＴＦＴでＣ／ＴＦＴを構成させること
ができた。
を有する垂直方向の配線（以下Ｙ線ともいう）４３、４
４を形成した。なお水平方向にＶDD1 、ＶDD2と水平方
向の配線（以下Ｘ線ともいう）４５、４６を形成した。
図４(A) は平面図であるが、そのA-A■の縦断面図を図
４(B) に示す。またB-B'の縦断面図を図４(C) に示す。
２つのＮＴＦＴ４０と２つのＰＴＦＴ４１はＸ線ＶDD1
とＹ線ＶGG1 との交差部に設けられＣ／ＴＦＴを形成し
ている。また他の画素にも図４(A) に示すように同じ構
成を有したＣ／ＴＦＴを用いたマトリックス構成を有せ
しめた。Ｃ／ＴＦＴを構成するＮＴＦＴ４０、ＰＴＦＴ
４１はソース, ドレインでがコンタクト３１を介して画
素電極である透明導電膜６と連結され、他方のソース、
ドレイン領域はコンタクト３０によりマトリックス構成
を有する一方の信号線であるＹ線の４５に連結してい
る。また、ＮＴＦＴ, ＰＴＦＴの全部のゲイト電極は一
方の信号線であるＸ線の４３のアルミニウム配線に連結
されている。すなわち、２つのＰＴＦＴが画素電極とＹ
線の信号線４３の間に直列に接続され、同様に２つのＮ
ＴＦＴも画素電極とＹ線の信号線４３の間に直列に接続
されこれら４つのＴＦＴでＣ／ＴＦＴを構成させること
ができた。
【００６０】かくして２本のＸ線、Ｙ線に挟まれた間
（内側) に透明導電膜６と４つのＴＦＴによって構成さ
れる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のマトリックスの１つの例またはそれを拡大した64
0 ×480 、1280×960 といった大画素の液晶電気光学装
置を作ることが可能となった。
（内側) に透明導電膜６と４つのＴＦＴによって構成さ
れる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のマトリックスの１つの例またはそれを拡大した64
0 ×480 、1280×960 といった大画素の液晶電気光学装
置を作ることが可能となった。
【００６１】図４は液晶電気光学装置における液晶を挟
持する一方の基板の構成を示すものである。図４にその
構成が示される基板上に設けられた液晶駆動素子の透明
導電膜上に配向膜、配向処理を施し、さらにこの基板と
もう一方の画素電極を有する基板との間に一定の間隔を
あけて公知の方法により互いに配設した。そしてその間
に液晶材料を注入して本実施例である液晶電気光学装置
を完成させた。液晶材料にＴＮ液晶を用いるならば、基
板間の間隔を約10μm程度とし、透明導電膜双方に配向
膜をラビング処理して形成する必要がある。
持する一方の基板の構成を示すものである。図４にその
構成が示される基板上に設けられた液晶駆動素子の透明
導電膜上に配向膜、配向処理を施し、さらにこの基板と
もう一方の画素電極を有する基板との間に一定の間隔を
あけて公知の方法により互いに配設した。そしてその間
に液晶材料を注入して本実施例である液晶電気光学装置
を完成させた。液晶材料にＴＮ液晶を用いるならば、基
板間の間隔を約10μm程度とし、透明導電膜双方に配向
膜をラビング処理して形成する必要がある。
【００６２】また液晶材料に強誘電性液晶を用いる場合
は、動作電圧を±20Ｖとし、また、セルの間隔を1.5 〜
3.5 μm 例えば2.3 μm とし、対抗電極上のみに配向膜
を設けてラビング処理を施せばよい。
は、動作電圧を±20Ｖとし、また、セルの間隔を1.5 〜
3.5 μm 例えば2.3 μm とし、対抗電極上のみに配向膜
を設けてラビング処理を施せばよい。
【００６３】分散型液晶またはポリマー型液晶を用いる
場合には、配向膜は不要であり、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
（液晶を挟持する一対の基板の間隔）を１〜10μm と薄
くした。特に分散型液晶を用いる場合には、偏光板も不
要のため、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
ホールドがないため、本発明のＣ／ＴＦＴの特徴である
明確なスレッシュホールド電圧が規定される駆動素子
（Ｃ／ＴＦＴ) を用いると大きなコントラスト得ること
ができ、またクロストーク（隣の画素との悪干渉）を除
くことができた。
場合には、配向膜は不要であり、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
（液晶を挟持する一対の基板の間隔）を１〜10μm と薄
くした。特に分散型液晶を用いる場合には、偏光板も不
要のため、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
ホールドがないため、本発明のＣ／ＴＦＴの特徴である
明確なスレッシュホールド電圧が規定される駆動素子
（Ｃ／ＴＦＴ) を用いると大きなコントラスト得ること
ができ、またクロストーク（隣の画素との悪干渉）を除
くことができた。
【００６４】本実施例においては、素子の半導体として
セミアモルファスまたはセミクリスタルを用いた。しか
し同じ目的であれば他の結晶構造の半導体を用いてもよ
いことはいうまでもない。
セミアモルファスまたはセミクリスタルを用いた。しか
し同じ目的であれば他の結晶構造の半導体を用いてもよ
いことはいうまでもない。
【００６５】また本実施例においては、液晶電気光学装
置の一例として液晶表示装置を用いているが画素電極に
電圧を印加し、そのことによって何らかの表示作用を行
なおうとする表示装置における画素を駆動する素子に本
発明のＣ／ＴＦＴが使用できることはいうまでもない。
置の一例として液晶表示装置を用いているが画素電極に
電圧を印加し、そのことによって何らかの表示作用を行
なおうとする表示装置における画素を駆動する素子に本
発明のＣ／ＴＦＴが使用できることはいうまでもない。
【００６６】以下、図７を用いて本実施例のＣ／ＴＦＴ
の動作原理を、一般的に説明する。図３に示されている
一対の信号線ＶDD1 、ＶDD2、ＶGG1 、ＶGG2 とに信号
電圧を加えることによって、画素部分に電圧を印加し、
液晶電気光学効果を発現させるものである。図７にＡ点
（ＶDD1 とＶGG1 との交点に位置する画素）に存在する
液晶に電圧を印加するためにこれら４つの信号線および
他方の基板上の対抗電極に加える信号電圧の駆動波形チ
ャートを示す。図７を見ればわかるように図３に示され
ているのは２×２のマトリックスであるので１フレーム
は２分割されている。またこの場合における液晶３に実
際に印加される電圧をブロックＡ電圧として示す。図７
に示されているのは単にＯＮ、ＯＦＦの状態のみである
が、階調表示をするためには、先に示したように、Ｖ
DD1 、ＶDD2またはＶGG1 、ＶGG2 に加える信号電圧を
図１０あるいは図１１に示されるような信号電圧波形に
すればよい。すなわち、図１０あるいは図１１の
Ｙm-1 、Ｙm 、Ｘn-1 、Ｘn をそれぞれＶDD1 、
ＶDD2 、ＶGG1 、ＶGG2 と読み替え、さらに、１フレー
ムをｔ＝０からｔ＝４Ｔ1 とすればよい。実施例ではＴ
1 ＝１０μｓｅｃとし、液晶材料としてはＴＮ液晶を用
いた。これによって４階調の表示が可能であった。さら
に、Ｔ1 ＝１３０μｓｅｃとして、１フレームを３３ｍ
ｓｅｃ＝１３０μｓｅｃ×２５６とすることによって、
２５６階調表示を試み、階調表示が可能であることを確
かめた。
の動作原理を、一般的に説明する。図３に示されている
一対の信号線ＶDD1 、ＶDD2、ＶGG1 、ＶGG2 とに信号
電圧を加えることによって、画素部分に電圧を印加し、
液晶電気光学効果を発現させるものである。図７にＡ点
（ＶDD1 とＶGG1 との交点に位置する画素）に存在する
液晶に電圧を印加するためにこれら４つの信号線および
他方の基板上の対抗電極に加える信号電圧の駆動波形チ
ャートを示す。図７を見ればわかるように図３に示され
ているのは２×２のマトリックスであるので１フレーム
は２分割されている。またこの場合における液晶３に実
際に印加される電圧をブロックＡ電圧として示す。図７
に示されているのは単にＯＮ、ＯＦＦの状態のみである
が、階調表示をするためには、先に示したように、Ｖ
DD1 、ＶDD2またはＶGG1 、ＶGG2 に加える信号電圧を
図１０あるいは図１１に示されるような信号電圧波形に
すればよい。すなわち、図１０あるいは図１１の
Ｙm-1 、Ｙm 、Ｘn-1 、Ｘn をそれぞれＶDD1 、
ＶDD2 、ＶGG1 、ＶGG2 と読み替え、さらに、１フレー
ムをｔ＝０からｔ＝４Ｔ1 とすればよい。実施例ではＴ
1 ＝１０μｓｅｃとし、液晶材料としてはＴＮ液晶を用
いた。これによって４階調の表示が可能であった。さら
に、Ｔ1 ＝１３０μｓｅｃとして、１フレームを３３ｍ
ｓｅｃ＝１３０μｓｅｃ×２５６とすることによって、
２５６階調表示を試み、階調表示が可能であることを確
かめた。
【００６７】一方、ＶGG1 、ＶGG2 に加える信号電圧は
Ｃ／ＴＦＴのスレッシュホールド電圧Ｖthよりも大きく
なければならない（ＶGG≫Ｖth )。さらに図７に示され
るように印加電圧に対して液晶が反応する電圧であるス
レッシュホールド電圧ともいえるＶOFFSET電圧をマイナ
ス電位で対抗電極に印加することは、液晶の透過率と液
晶への印加電圧の関係を利用して階調表示をする場合に
有用である。
Ｃ／ＴＦＴのスレッシュホールド電圧Ｖthよりも大きく
なければならない（ＶGG≫Ｖth )。さらに図７に示され
るように印加電圧に対して液晶が反応する電圧であるス
レッシュホールド電圧ともいえるＶOFFSET電圧をマイナ
ス電位で対抗電極に印加することは、液晶の透過率と液
晶への印加電圧の関係を利用して階調表示をする場合に
有用である。
【００６８】このような駆動において、ＰＴＦＴ４１ま
たはＮＴＦＴ４０を構成する２つのＴＦＴうち１つがシ
ョートまたはリーク等により、動作不良となった場合、
通常はＶDD1 またはＶDD2の印加電圧がＶGG1 またはＶ
GG2 の選択信号にかかわらず、そのまま液晶画素部分に
加えられることになり、常にＯＮ状態（またはＯＦＦ状
態）となってしまう。本実施例のようにＶDD1 またはＶ
DD2と画素電極間に直列に２つのＰＴＦＴ、ＮＴＦＴを
設けることにより、一方のＴＦＴのソース、ドレイン間
がショートしても、他方のＴＦＴにて選択、非選択を制
御できるので、ＴＦＴの補償を行うことができ、液晶電
気光学装置の歩留り向上に役立った。同時にこれら４つ
のＴＦＴは全体でＣ／ＴＦＴ構成をとっており、従来の
問題であった、液晶電位の不安定性を取り除き、液晶電
位を固定でき、安定な液晶電気光学効果を発現させえる
ものであった。
たはＮＴＦＴ４０を構成する２つのＴＦＴうち１つがシ
ョートまたはリーク等により、動作不良となった場合、
通常はＶDD1 またはＶDD2の印加電圧がＶGG1 またはＶ
GG2 の選択信号にかかわらず、そのまま液晶画素部分に
加えられることになり、常にＯＮ状態（またはＯＦＦ状
態）となってしまう。本実施例のようにＶDD1 またはＶ
DD2と画素電極間に直列に２つのＰＴＦＴ、ＮＴＦＴを
設けることにより、一方のＴＦＴのソース、ドレイン間
がショートしても、他方のＴＦＴにて選択、非選択を制
御できるので、ＴＦＴの補償を行うことができ、液晶電
気光学装置の歩留り向上に役立った。同時にこれら４つ
のＴＦＴは全体でＣ／ＴＦＴ構成をとっており、従来の
問題であった、液晶電位の不安定性を取り除き、液晶電
位を固定でき、安定な液晶電気光学効果を発現させえる
ものであった。
【００６９】〔実施例２〕本実施例は、図８(A) にその
平面図を、図８(B) にＡ−Ａ, の断面図を、図８(C) に
Ｂ−Ｂ, の断面図を示す構成を有する液晶電気光学装置
である。本実施例の等価回路は図１に示すようなもの
で、４つのＴＦＴでスイッチング素子部分が構成され、
１つのＰＴＦＴとＮＴＦＴとをＣ／ＴＦＴ構成し、この
Ｃ／ＴＦＴを２組ＶDD1 、ＶDD2と画素電極６との間に
直列に設けた構成としている。
平面図を、図８(B) にＡ−Ａ, の断面図を、図８(C) に
Ｂ−Ｂ, の断面図を示す構成を有する液晶電気光学装置
である。本実施例の等価回路は図１に示すようなもの
で、４つのＴＦＴでスイッチング素子部分が構成され、
１つのＰＴＦＴとＮＴＦＴとをＣ／ＴＦＴ構成し、この
Ｃ／ＴＦＴを２組ＶDD1 、ＶDD2と画素電極６との間に
直列に設けた構成としている。
【００７０】本実施例は、実施例１において、最後に画
素電極である透明導電膜６を作製していたものをまず最
初に透明導電膜６を成膜し、パターニングすることによ
って画素電極６を得るものである。この時同時に１組の
Ｃ／ＴＦＴともう一方のＣ／ＴＦＴとを接続する電極部
分７０３も設けた。こうすることによって、透明導電膜
例えばＩＴＯをパターニングする際に下部の素子破壊し
たり、配線を断線させたりすることのない工程で、本発
明の構成を得ることができる。
素電極である透明導電膜６を作製していたものをまず最
初に透明導電膜６を成膜し、パターニングすることによ
って画素電極６を得るものである。この時同時に１組の
Ｃ／ＴＦＴともう一方のＣ／ＴＦＴとを接続する電極部
分７０３も設けた。こうすることによって、透明導電膜
例えばＩＴＯをパターニングする際に下部の素子破壊し
たり、配線を断線させたりすることのない工程で、本発
明の構成を得ることができる。
【００７１】また、本実施例の場合、２つのＰＴＦＴ７
１、７２と２つのＮＴＦＴ７３、７４の位置はどの位置
でも電気的に等価であり、実施例１と同様の効果を示す
と同時にＴＦＴ作製プロセス上の必要の程度により任意
の位置にＴＦＴに配置することができる。
１、７２と２つのＮＴＦＴ７３、７４の位置はどの位置
でも電気的に等価であり、実施例１と同様の効果を示す
と同時にＴＦＴ作製プロセス上の必要の程度により任意
の位置にＴＦＴに配置することができる。
【００７２】さらに、素子の構造は逆スタガー型のＴＦ
Ｔとして、ＰＴＦＴ７１、７２においては、ゲイト電極
７５、７６とソース、ドレイン領域７００、７０２、７
０４、７０６がゲイト絶縁膜７０８、７０９上に設けら
れている。
Ｔとして、ＰＴＦＴ７１、７２においては、ゲイト電極
７５、７６とソース、ドレイン領域７００、７０２、７
０４、７０６がゲイト絶縁膜７０８、７０９上に設けら
れている。
【００７３】本実施例ではこれらの半導体層として、Ｐ
ＣＶＤ法によって作製されたシリコン半導体層を熱アニ
ール処理を施し、結晶化を促進した半導体層を使用し
た。さらにＮＴＦＴは図示されていないが、ＰＴＦＴと
同様の構造であり、ＰＴＦＴの横に設けられているが、
特にこの位置関係は限定されることなく、任意の位置関
係にＰＴＦＴとＮＴＦＴとを配置することができる。そ
の他作製工程等は実施例１と同様であるので省略する。
ＣＶＤ法によって作製されたシリコン半導体層を熱アニ
ール処理を施し、結晶化を促進した半導体層を使用し
た。さらにＮＴＦＴは図示されていないが、ＰＴＦＴと
同様の構造であり、ＰＴＦＴの横に設けられているが、
特にこの位置関係は限定されることなく、任意の位置関
係にＰＴＦＴとＮＴＦＴとを配置することができる。そ
の他作製工程等は実施例１と同様であるので省略する。
【００７４】本実施例においては、ＴＦＴの不良モード
がソース、ドレイン間のショート、リークの場合を想定
している為に直列に配置しているが、ゲイト絶縁膜の破
壊による不良モードの場合にはその動作保証するために
は、不良のＴＦＴのゲイト電極を信号線から電気的に切
り離す必要がある、その為直列ではゲイト電極を切り離
した場合、そのゲイト電極で動作する全てのＴＦＴが動
作できなくなり対応できない、この場合には複数のＣ／
ＴＦＴを並列に設けることで、動作不良のＴＦＴが発生
した場合、不良のＴＦＴのゲイト電極を信号線から電気
的に切り離すことが容易にできる。但しこの場合には、
ソース、ドレイン領域へ独立して、電源ラインを供給す
る必要が発生し、レイアウトパターンを工夫する必要が
発生する。
がソース、ドレイン間のショート、リークの場合を想定
している為に直列に配置しているが、ゲイト絶縁膜の破
壊による不良モードの場合にはその動作保証するために
は、不良のＴＦＴのゲイト電極を信号線から電気的に切
り離す必要がある、その為直列ではゲイト電極を切り離
した場合、そのゲイト電極で動作する全てのＴＦＴが動
作できなくなり対応できない、この場合には複数のＣ／
ＴＦＴを並列に設けることで、動作不良のＴＦＴが発生
した場合、不良のＴＦＴのゲイト電極を信号線から電気
的に切り離すことが容易にできる。但しこの場合には、
ソース、ドレイン領域へ独立して、電源ラインを供給す
る必要が発生し、レイアウトパターンを工夫する必要が
発生する。
【００７５】本実施例によって作製した、２×２マトリ
クスの液晶装置を、実施例１と同様な信号によって駆動
し、２５６階調が可能であることを確かめた。
クスの液晶装置を、実施例１と同様な信号によって駆動
し、２５６階調が可能であることを確かめた。
【００７６】〔実施例３〕本実施例では、ＴＦＴの半導
体材料をレーザーアニールによる多結晶シリコンとし
た。ＴＦＴ素子部分の回路構成、構造は図３および図４
と全く同じである。また、作製方法も図５及び図６に示
されるものと似ているので、以下、両図に基づいて本実
施例を説明する。
体材料をレーザーアニールによる多結晶シリコンとし
た。ＴＦＴ素子部分の回路構成、構造は図３および図４
と全く同じである。また、作製方法も図５及び図６に示
されるものと似ているので、以下、両図に基づいて本実
施例を説明する。
【００７７】まず、石英ガラス等、高価でなく、７００
℃以下、例えば６００℃の熱処理に耐えうるガラス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１００〜３０
０ｎｍの厚さに形成する。プロセス条件は酸素が実質的
に１００％であって、酸素以外のガスの濃度は０．１％
以下とし、成膜温度１５℃、出力４００〜８００Ｗ、成
膜時のチャンバー内圧力は０．５Ｐａとした。ターゲッ
トには石英または単結晶シリコンを用いた。この条件で
の成膜速度は３〜１０ｎｍ／分であった。
℃以下、例えば６００℃の熱処理に耐えうるガラス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１００〜３０
０ｎｍの厚さに形成する。プロセス条件は酸素が実質的
に１００％であって、酸素以外のガスの濃度は０．１％
以下とし、成膜温度１５℃、出力４００〜８００Ｗ、成
膜時のチャンバー内圧力は０．５Ｐａとした。ターゲッ
トには石英または単結晶シリコンを用いた。この条件で
の成膜速度は３〜１０ｎｍ／分であった。
【００７８】この上にシリコン膜をプラズマＣＶＤ法に
よって形成した。成膜温度は２５０〜３５０℃でおこな
い、本実施例では例えば３２０℃とし、モノシラン（Ｓ
ｉＨ4 ）を用いた。モノシランに限らず、ジシラン（Ｓ
ｉ2Ｈ6 ）、またはトリシラン（Ｓｉ3Ｈ8 ）を用いても
よい。これらをＰＣＶＤ装置内に３Ｐａの圧力で導入
し、１３．５６ＭＨｚの高周波電力を加えて成膜した。
この際、高周波電力は０．０２〜０．１０Ｗ／ｃｍ2 が
適当であり、本実施例では０．０５５Ｗ／ｃｍ2 を用い
た。また、モノシランの流量は２０ＳＣＣＭとし、その
時の成膜速度は１２ｎｍ／分であった。ＰＴＦＴとＮＴ
ＦＴのスレッシュホールド電圧を概略同一に制御する
為、硼素をジボラン（Ｂ2Ｈ6 ）を用いて１×１０15〜
１×１０18ｃｍ-3の濃度として成膜時に添加してもよ
い。また、ＴＦＴのチャネル領域となるシリコン層の成
膜にはプラズマＣＶＤだけでなく、スパッタ法、減圧Ｃ
ＶＤ法を用いてもよい。
よって形成した。成膜温度は２５０〜３５０℃でおこな
い、本実施例では例えば３２０℃とし、モノシラン（Ｓ
ｉＨ4 ）を用いた。モノシランに限らず、ジシラン（Ｓ
ｉ2Ｈ6 ）、またはトリシラン（Ｓｉ3Ｈ8 ）を用いても
よい。これらをＰＣＶＤ装置内に３Ｐａの圧力で導入
し、１３．５６ＭＨｚの高周波電力を加えて成膜した。
この際、高周波電力は０．０２〜０．１０Ｗ／ｃｍ2 が
適当であり、本実施例では０．０５５Ｗ／ｃｍ2 を用い
た。また、モノシランの流量は２０ＳＣＣＭとし、その
時の成膜速度は１２ｎｍ／分であった。ＰＴＦＴとＮＴ
ＦＴのスレッシュホールド電圧を概略同一に制御する
為、硼素をジボラン（Ｂ2Ｈ6 ）を用いて１×１０15〜
１×１０18ｃｍ-3の濃度として成膜時に添加してもよ
い。また、ＴＦＴのチャネル領域となるシリコン層の成
膜にはプラズマＣＶＤだけでなく、スパッタ法、減圧Ｃ
ＶＤ法を用いてもよい。
【００７９】スパッタ法でおこなう場合には、スパッタ
前のバックプレッシャー（背圧）を１×１０-5Ｐａと
し、単結晶シリコンをターゲットとして、アルゴンに水
素を２０〜８０％混入した雰囲気でおこなった。例え
ば、アルゴン２０％、水素８０％とした。成膜温度は１
５０℃、スパッタの周波数は１３．５６ＭＨｚ、出力は
４００〜８００Ｗ、圧力は０．５Ｐａであった。
前のバックプレッシャー（背圧）を１×１０-5Ｐａと
し、単結晶シリコンをターゲットとして、アルゴンに水
素を２０〜８０％混入した雰囲気でおこなった。例え
ば、アルゴン２０％、水素８０％とした。成膜温度は１
５０℃、スパッタの周波数は１３．５６ＭＨｚ、出力は
４００〜８００Ｗ、圧力は０．５Ｐａであった。
【００８０】減圧ＣＶＤ法で形成する場合には、結晶化
温度よりも１００〜２００℃低い、４５０〜５５０℃、
例えば５３０℃でジシランまたはトリシランをＣＶＤ装
置に供給して成膜した。反応炉内圧力は３０〜３００Ｐ
ａとした。成膜速度は５〜２５ｎｍ／分であった。ＰＣ
ＶＤの場合と同様にＰＴＦＴとＮＴＦＴのスレッシュホ
ールド電圧を概略同一に制御する為、硼素をジボラン
（Ｂ2Ｈ6 ）を用いて１×１０15〜１×１０18ｃｍ-3の
濃度として成膜時に添加してもよい。
温度よりも１００〜２００℃低い、４５０〜５５０℃、
例えば５３０℃でジシランまたはトリシランをＣＶＤ装
置に供給して成膜した。反応炉内圧力は３０〜３００Ｐ
ａとした。成膜速度は５〜２５ｎｍ／分であった。ＰＣ
ＶＤの場合と同様にＰＴＦＴとＮＴＦＴのスレッシュホ
ールド電圧を概略同一に制御する為、硼素をジボラン
（Ｂ2Ｈ6 ）を用いて１×１０15〜１×１０18ｃｍ-3の
濃度として成膜時に添加してもよい。
【００８１】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。結
晶化を促進させるためには、酸素濃度は７×１０19ｃｍ
-3以下、好ましくは１×１０19ｃｍ-3以下であることが
望ましいが、少なすぎると、ディスプレーとして使用し
た場合のバックライトによりオフ状態でのリーク電流が
増加してしまう為、この濃度を選択した。この酸素濃度
が高いと、結晶化が起こりにくく、のちのレーザーアニ
ール温度を高くするか、レーザーアニール時間を長くす
る必要が生じる。この状態での被膜に含まれる水素の濃
度は４×１０20ｃｍ-3であり、珪素の４×１０22ｃｍ-3
と比較すると１原子％であった。
酸素が５×１０21ｃｍ-3以下であることが好ましい。結
晶化を促進させるためには、酸素濃度は７×１０19ｃｍ
-3以下、好ましくは１×１０19ｃｍ-3以下であることが
望ましいが、少なすぎると、ディスプレーとして使用し
た場合のバックライトによりオフ状態でのリーク電流が
増加してしまう為、この濃度を選択した。この酸素濃度
が高いと、結晶化が起こりにくく、のちのレーザーアニ
ール温度を高くするか、レーザーアニール時間を長くす
る必要が生じる。この状態での被膜に含まれる水素の濃
度は４×１０20ｃｍ-3であり、珪素の４×１０22ｃｍ-3
と比較すると１原子％であった。
【００８２】また、ソース、ドレインに対してより結晶
化を促進させるためには、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にのみ酸素をイオン
注入法により５×１０20〜５×１０21ｃｍ-3となるよう
に添加してもよい。
化を促進させるためには、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にのみ酸素をイオン
注入法により５×１０20〜５×１０21ｃｍ-3となるよう
に添加してもよい。
【００８３】上記方法によって、アモルファス状態の珪
素膜を５０〜５００ｎｍ、本実施例では１００ｎｍの厚
さに形成した。そして、これを公知のパターニング技術
によってパターニングし、島状の珪素被膜５２を得た。
素膜を５０〜５００ｎｍ、本実施例では１００ｎｍの厚
さに形成した。そして、これを公知のパターニング技術
によってパターニングし、島状の珪素被膜５２を得た。
【００８４】その後、ＸｅＣｌエキシマレーザーを用い
て、レーザーアニールをおこなった。このときのレーザ
ーエネルギーは、１３０ｍＪ／ｃｍ2 以上が必要で、膜
全体が溶融するには２２０ｍＪ／ｃｍ2 が必要であっ
た。しかし、最初から２２０ｍＪ／ｃｍ2 のエネルギー
を照射すると、膜中に含まれる水素が急激に膨張し、膜
の破壊が起こる。これを避ける為に、低エネルギーで最
初に水素を追い出した後に膜を溶融させる方法を採用し
た。本実施例では最初１５０ｍＪ／ｃｍ2 で水素を追い
出した後、２３０ｍＪ／ｃｍ2 で結晶化をおこなった。
て、レーザーアニールをおこなった。このときのレーザ
ーエネルギーは、１３０ｍＪ／ｃｍ2 以上が必要で、膜
全体が溶融するには２２０ｍＪ／ｃｍ2 が必要であっ
た。しかし、最初から２２０ｍＪ／ｃｍ2 のエネルギー
を照射すると、膜中に含まれる水素が急激に膨張し、膜
の破壊が起こる。これを避ける為に、低エネルギーで最
初に水素を追い出した後に膜を溶融させる方法を採用し
た。本実施例では最初１５０ｍＪ／ｃｍ2 で水素を追い
出した後、２３０ｍＪ／ｃｍ2 で結晶化をおこなった。
【００８５】このレーザーアニールにより、珪素膜はア
モルファス構造から秩序性の高い状態に移った。後に素
子の特性から、この状態の珪素被膜ではホール移動度と
して１０〜２００ｃｍ2 ／Ｖｓ、電子移動度として１５
〜３００ｃｍ2 ／Ｖｓが得られたことがわかった。
モルファス構造から秩序性の高い状態に移った。後に素
子の特性から、この状態の珪素被膜ではホール移動度と
して１０〜２００ｃｍ2 ／Ｖｓ、電子移動度として１５
〜３００ｃｍ2 ／Ｖｓが得られたことがわかった。
【００８６】この上に酸化珪素膜４２０をゲイト絶縁膜
として５０〜２００ｎｍ、例えば１００ｎｍの厚さに形
成した。これはブロッキング層５１の形成方法と同一条
件でおこなった。この被膜を形成する際に、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。
として５０〜２００ｎｍ、例えば１００ｎｍの厚さに形
成した。これはブロッキング層５１の形成方法と同一条
件でおこなった。この被膜を形成する際に、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。
【００８７】この後、アルミニウム被膜を０．１〜２．
０μｍ、本実施例では０．５μｍ、スパッタ法によって
形成した。電子ビーム蒸着法やレーザー蒸着法を使用し
てもよい。そして、この被膜を選択的にエッチングし
て、ゲイト電極４１６、４１３とした。このときのゲイ
トでんきょくのチャネル長としては、例えば７μｍとし
た。さらに、その後、アルミニウムの表面を陽極酸化し
て、絶縁化せしめた。
０μｍ、本実施例では０．５μｍ、スパッタ法によって
形成した。電子ビーム蒸着法やレーザー蒸着法を使用し
てもよい。そして、この被膜を選択的にエッチングし
て、ゲイト電極４１６、４１３とした。このときのゲイ
トでんきょくのチャネル長としては、例えば７μｍとし
た。さらに、その後、アルミニウムの表面を陽極酸化し
て、絶縁化せしめた。
【００８８】その後、イオン注入法によって、ゲイト電
極をマスクとしてセルフアライン方式の不純物拡散をお
こなった。不純物としては、ＮＴＦＴには、リンと砒素
を、ＰＴＦＴには硼素を用いた。そして、レーザーアニ
ール法によって、イオン注入によってアモルファス化し
た部分の再結晶化をおこなった。このときのレーザーア
ニールの条件は、先のレーザーアニールの条件と同一と
した。こうして、不純物領域、４１５、４１２、４１０
を得た。また、チャネル領域４１４、４１１が形成され
た。図５にはＮＴＦＴもしくはＰＴＦＴのいずれか一方
しか描かれていないが、両者の作製は並行して行われる
ことはいうまでもない。
極をマスクとしてセルフアライン方式の不純物拡散をお
こなった。不純物としては、ＮＴＦＴには、リンと砒素
を、ＰＴＦＴには硼素を用いた。そして、レーザーアニ
ール法によって、イオン注入によってアモルファス化し
た部分の再結晶化をおこなった。このときのレーザーア
ニールの条件は、先のレーザーアニールの条件と同一と
した。こうして、不純物領域、４１５、４１２、４１０
を得た。また、チャネル領域４１４、４１１が形成され
た。図５にはＮＴＦＴもしくはＰＴＦＴのいずれか一方
しか描かれていないが、両者の作製は並行して行われる
ことはいうまでもない。
【００８９】それ以後の素子の作成は他の例と全く同一
であるので省略する。このようにして得られた素子を用
いて、液晶表示装置を作製し、その諧調表示が可能であ
ることを他の実施例と同様に確かめた。
であるので省略する。このようにして得られた素子を用
いて、液晶表示装置を作製し、その諧調表示が可能であ
ることを他の実施例と同様に確かめた。
【００９０】上記の実施例においてせは、スイッチング
素子であるＣ／ＴＦＴのゲイト電極をいずれも共通の信
号線に接続したが、このような構成に限定されることは
ない。従って、図１２（Ａ）に記載されているような、
１つの画素電極に接続されたトランスファーゲイト型の
Ｃ／ＴＦＴのゲイト電極をそれぞれ別の信号線に接続し
た回路構成を持つ電気光学装置に対しても本発明の駆動
方法を適用できることは言うまでもない。また、この図
１２（Ａ）の回路構成を持つ電気光学装置の配置パター
ンの一例を図１２（Ｂ）にその上面図で示す。加えて、
この図１２（Ａ）の回路では１つの画素に対して１つの
Ｃ／ＴＦＴが設けられているが、同様の接続関係で単純
に複数個のＣ／ＴＦＴを設けてもよい。
素子であるＣ／ＴＦＴのゲイト電極をいずれも共通の信
号線に接続したが、このような構成に限定されることは
ない。従って、図１２（Ａ）に記載されているような、
１つの画素電極に接続されたトランスファーゲイト型の
Ｃ／ＴＦＴのゲイト電極をそれぞれ別の信号線に接続し
た回路構成を持つ電気光学装置に対しても本発明の駆動
方法を適用できることは言うまでもない。また、この図
１２（Ａ）の回路構成を持つ電気光学装置の配置パター
ンの一例を図１２（Ｂ）にその上面図で示す。加えて、
この図１２（Ａ）の回路では１つの画素に対して１つの
Ｃ／ＴＦＴが設けられているが、同様の接続関係で単純
に複数個のＣ／ＴＦＴを設けてもよい。
【００９１】
【発明の効果】本発明は、階調表示を得るための電気光
学装置の動作方法に関するものであるが、本発明の方法
を実施するにあたっては、従来のような動作が不安定
で、遅い回路を用いることは適切でなく。また、実質的
に不可能である。それゆえ、例えば実施例においては、
液晶セルの駆動回路について詳細な説明を加えた。実施
例ではシリコンＴＦＴを用いた例を示したが、例えば、
ゲルマニウムやゲルマニウム・シリコン合金を用いるこ
とも可能である。特に、これらの材料は電子移動度ある
いはホール移動度が、シリコンに比べて大きいため、本
発明のような高速動作には特に適している。
学装置の動作方法に関するものであるが、本発明の方法
を実施するにあたっては、従来のような動作が不安定
で、遅い回路を用いることは適切でなく。また、実質的
に不可能である。それゆえ、例えば実施例においては、
液晶セルの駆動回路について詳細な説明を加えた。実施
例ではシリコンＴＦＴを用いた例を示したが、例えば、
ゲルマニウムやゲルマニウム・シリコン合金を用いるこ
とも可能である。特に、これらの材料は電子移動度ある
いはホール移動度が、シリコンに比べて大きいため、本
発明のような高速動作には特に適している。
【００９２】このように、画素電極のスイッチング素子
として、トランスファーゲイト型のＣ／ＴＦＴを有する
電気光学装置に対して、本発明によって、階調表示が精
密に制御できることが示された。特に、従来のように、
液晶セルに加えられる電圧をアナログ的に制御する場合
にはせいぜい、１６階調が限度であったが、本発明を利
用することにより２５６階調が容易に達成できることが
示された。このことは、本発明の工業的な価値を証明す
るに十分である。
として、トランスファーゲイト型のＣ／ＴＦＴを有する
電気光学装置に対して、本発明によって、階調表示が精
密に制御できることが示された。特に、従来のように、
液晶セルに加えられる電圧をアナログ的に制御する場合
にはせいぜい、１６階調が限度であったが、本発明を利
用することにより２５６階調が容易に達成できることが
示された。このことは、本発明の工業的な価値を証明す
るに十分である。
【図１】本発明を実施するための構成を２×２のマトリ
ックスに組んだ場合の説明図である。
ックスに組んだ場合の説明図である。
【図２】本発明を使用しない従来の例を示す。
【図３】本発明を実施するために使用した回路の一例を
示す。
示す。
【図４】本実施例１で作製した回路の上面図並びに断面
図を示す。
図を示す。
【図５】本実施例１におけるＴＦＴの作製工程図の一例
をしめす。
をしめす。
【図６】本実施例１におけるＴＦＴの作製工程図の一例
をしめす。
をしめす。
【図７】本実施例１において、２×２マトリクスのＣ／
ＴＦＴを駆動させる信号の一例を示す。
ＴＦＴを駆動させる信号の一例を示す。
【図８】本実施例２で作製した回路の上面図並びに断面
図を示す。
図を示す。
【図９】本発明を実施するための構成の一般的な表現を
示す。
示す。
【図１０】本発明を実施するための信号の一般的な表現
の一例を示す。
の一例を示す。
【図１１】本発明を実施するための信号の一般的な表現
の一例を示す。
の一例を示す。
【図１２】本発明を適用可能な構成の駆動回路およびそ
の配置パターンの一例を示す。
の配置パターンの一例を示す。
６ 画素電極部分 ４０ Ｐチャネル型薄膜トランジスタ（ＰＴＦＴ) ４１ Ｎチャネル型薄膜トランジスタ（ＮＴＦＴ) ４００、４０２、４０５ ソース, ドレイン電極 ４１０、４１２、４１５ ソース, ドレイン電極 ４１３、４１６ ゲート電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｈ０１Ｌ 29/784 (72)発明者 山崎 舜平 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内
Claims (6)
- 【請求項１】基板上にマトリックス構成を有する複数の
画素が設けられたＴＮ液晶を用いた液晶電気光学装置で
あって、それぞれの画素電極にＰチャネル型薄膜トラン
ジスタとＮチャネル型薄膜トランジスタとのそれぞれの
入出力端を互いに連結し相補型に構成した相補型薄膜ト
ランジスタを少なくとも１つ設け、相補型薄膜トランジ
スタの入出力端の一方を前記画素電極へ、他の一方を第
１の信号線へ接続し、かつ前記複数の相補型薄膜トラン
ジスタのゲイト電極を他の信号線へ接続したことを特徴
とする液晶電気光学装置において、画素に電圧のかかっ
ている最小単位時間が１０ミリ秒以下であることを特徴
とする画像表示方法。 - 【請求項２】基板上にマトリックス構成を有する複数の
画素が設けられた分散型液晶あるいはポリマー液晶を用
いた液晶電気光学装置であって、それぞれの画素電極に
Ｐチャネル型薄膜トランジスタとＮチャネル型薄膜トラ
ンジスタとを相補型に構成した相補型薄膜トランジスタ
を少なくとも１つ設け、相補型薄膜トランジスタの入出
力端を直列に接続し、この入出力端の一方を前記画素電
極へ、他の一方を第１の信号線へ接続し、かつ前記複数
の相補型薄膜トランジスタのゲイト電極を他の信号線へ
接続したことを特徴とする液晶電気光学装置において、
画素に電圧のかかっている最小単位時間が１０ミリ秒以
下であることを特徴とする画像表示方法。 - 【請求項３】基板上にマトリックス構成を有する複数の
画素が設けられた液晶電気光学装置であって、それぞれ
の画素電極にＰチャネル型薄膜トランジスタとＮチャネ
ル型薄膜トランジスタとを相補型に構成した相補型薄膜
トランジスタを少なくとも１つ設け、相補型薄膜トラン
ジスタの入出力端を直列に接続し、この入出力端の一方
を前記画素電極へ、他の一方を第１の信号線へ接続し、
かつ前記複数の相補型薄膜トランジスタのゲイト電極を
他の信号線へ接続したことを特徴とする液晶電気光学装
置において、時間Ｆの間にＮ回の信号を前記相補型トラ
ンジスタに加え、該信号によって画素に電圧が印加され
る場合には、ｔ秒間電圧が継続する装置において、時間
Ｆの間にｎ（１≦ｎ≦Ｎ）回だけ、画素に電圧が印加さ
れるように信号を加えることによって、中間的な階調を
得ることを特徴とする画像表示方法。 - 【請求項４】基板上に、Ｎ本の信号線Ｘ1,Ｘ2,・・,Ｘ
n,・・, ＸN と、それに直行するＭ本の信号線Ｙ1,Ｙ2,
・・, Ｙm,・・, ＹM とによってマトリクス状に形成さ
れた配線と、各マトリクスの交差点領域には、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
とによって形成されたそれぞれ少なくとも１つのランス
ファー・ゲイト素子と、各信号線の交差点領域に設けら
れた画素Ｚ11, Ｚ12, ・・，Ｚmn, ・・, ＺMNと、各ト
ランスファー・ゲイト素子の出力端子は各画素を構成す
る静電装置の電極の一方に接続され、該トランスファー
・ゲイト素子の制御電極は信号線Ｘ1,Ｘ2,・・, Ｘn,・
・, ＸN に、入力端子は信号線Ｙ1,Ｙ2,・・, Ｙm,・・
, ＹM に接続された電気光学装置において、時間０≦ｔ
≦Ｔ1 においては信号線Ｙ1,Ｙ2,・・, Ｙm,・・, ＹM
のいずれにも電圧を加えずに、信号線Ｘ1,Ｘ2,・・, Ｘ
n,・・, ＸN の全てに少なくとも極性が１回反転する信
号を加え、時間Ｔ1 ≦ｔ≦Ｔ2 においては、信号線Ｙm
だけに時間Ｔ3 ≦ｔ≦Ｔ4 （Ｔ1 ＜Ｔ3 、Ｔ4 ＜Ｔ2 ）
だけ継続する電圧を加えるとともに、任意の信号線Ｘ1,
Ｘ2,・・, Ｘn,・・, ＸN に少なくとも極性が１回反転
する信号を加える過程と、時間Ｔ5 ≦ｔ≦Ｔ6 において
は、信号線Ｙm+1 （ｍ＝Ｍの場合にはＹ1 だけに時間Ｔ
7 ≦ｔ≦Ｔ8 （Ｔ5 ＜Ｔ7 、Ｔ6 ＜Ｔ8 ）だけ継続する
電圧を加えるとともに、任意の信号線Ｘ1,Ｘ2,・・, Ｘ
n,・・, ＸN に少なくとも極性が１回反転する信号を加
える過程と、を有することを特徴とする画像表示方法。 - 【請求項５】基板上にマトリックス構成を有する複数の
画素が設けられた強誘電性液晶を用いた液晶電気光学装
置であって、それぞれの画素電極にＰチャネル型薄膜ト
ランジスタとＮチャネル型薄膜トランジスタとを相補型
に構成した相補型薄膜トランジスタを少なくとも１つ設
け、相補型薄膜トランジスタの入出力端を直列に接続
し、この入出力端の一方を前記画素電極へ、他の一方を
第１の信号線へ接続し、かつ前記複数の相補型薄膜トラ
ンジスタの全てのゲイト電極を第２の信号線へ接続した
ことを特徴とする液晶電気光学装置において、画素に電
圧のかかっている最小単位時間が１００マイクロ秒以下
であることを特徴とする画像表示方法。 - 【請求項６】基板上にマトリックス構成を有する複数の
画素が設けられたＳＴＮ液晶を用いた液晶電気光学装置
であって、それぞれの画素電極にＰチャネル型薄膜トラ
ンジスタとＮチャネル型薄膜トランジスタとを相補型に
構成した相補型薄膜トランジスタを少なくとも１つ設
け、相補型薄膜トランジスタの入出力端を直列に接続
し、この入出力端の一方を前記画素電極へ、他の一方を
第１の信号線へ接続し、かつ前記複数の相補型薄膜トラ
ンジスタの全てのゲイト電極を第２の信号線へ接続した
ことを特徴とする液晶電気光学装置において、画素に電
圧のかかっている最小単位時間が１００ミリ秒以下であ
ることを特徴とする画像表示方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12014292A JP2838338B2 (ja) | 1991-05-21 | 1992-04-14 | 電気光学装置の駆動方法 |
| KR1019920007951A KR970004055B1 (ko) | 1991-05-21 | 1992-05-11 | 액티브 매트릭스형 액정표시장치의 구동방법 |
| TW081103797A TW219981B (ja) | 1991-05-21 | 1992-05-15 | |
| US08/240,499 US5543947A (en) | 1991-05-21 | 1994-05-10 | Method of driving an LCD employing an active matrix with short pulses for gray scale |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3-145566 | 1991-05-21 | ||
| JP14556691 | 1991-05-21 | ||
| JP12014292A JP2838338B2 (ja) | 1991-05-21 | 1992-04-14 | 電気光学装置の駆動方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05150270A true JPH05150270A (ja) | 1993-06-18 |
| JP2838338B2 JP2838338B2 (ja) | 1998-12-16 |
Family
ID=26457768
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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|---|---|
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| JP (1) | JP2838338B2 (ja) |
| KR (1) | KR970004055B1 (ja) |
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