JPH0266521A

JPH0266521A - アクティブデバイス及びアクティブマトリクスディスプレイ及びアクティブマトリクスディスプレイの駆動方法

Info

Publication number: JPH0266521A
Application number: JP63219106A
Authority: JP
Inventors: Takashi Sato; 尚佐藤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1988-09-01
Filing date: 1988-09-01
Publication date: 1990-03-06

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、アクティブマトリクスディスプレイやプリン
ターのプリンタエンジンに用いられるアクティブデバイ
ス及びアクティブマトリクスディスプレイ及びアクティ
ブマトリクスディスプレイの駆動方法に関する。

〔発明の概要〕本発明は、アクティブデバイス及びアクティブマトリク
スディスプレイ及びアクティブマトリクスディスプレイ
の駆動方法において、強誘電体を能動層として具備した
アクティブデバイスを用いることにより、鮮明で高コン
トラストの画像を低コストで提供したものである。

〔従来の技術〕

従来、Ｓ　Ｉ　Ｄ　（Ｓｏｃｉｅｔｙ　Ｐａｒ　Ｉｎ［
ｏｒｍａＬｔｏｎ　Ｄｉｓｐｌａｙ）　１−９８６年Ｓ
ｙｍｐｏｓｉｕｍ　Ｄｉｇｅｓｔ　　ｐ　、　　２９６
〜２９７に記載されているようなアクティブデバイスが
知られていた。その概要を第１図に示す。ガラス基板１
上に形成された、ゲート電極２、ゲート絶縁膜３、チャ
ネルアモルファス５ｉｌＯ、ソース及びドレイン領域１
１．６、ソース及びドレイン電極５．４からなる薄膜ト
ランジスタに、画素電極７が接続されて成る下側基板Ｇ
と、ガラス基板９上に電極８が形成された上側基板Ｈの
間に液晶Ｃを保持したアクティブデバイスが知られてい
た。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、従来のアクティブデバイスは次のような課題を
有していた。すなわち、ソース電極５に印加された画素
情報すなわちデータ電位は、ゲート電極によりオン、オ
フをコントロールされるチャネルアモルファス５ｉｌＯ
を通して画素電極７と画素電極８間に保持された液晶Ｃ
に伝えられ、データ電圧は液晶Ｃの電荷量として保持さ
れる。

ところが、液晶Ｃの電荷は薄膜トランジスタのリク電流
などのために、時間と共に減少していく。

それは時間と共にデータ電圧が失われることを意味して
いる。そのために、鮮明で高コントラストの画像を得る
ことは困難であった。また、従来のアクティブデバイス
は複雑な構造を具備しており、それに伴う複雑で長い製
造工程が必要であるため、歩留りが低く、コスト高で、
大面積にわたり均一な特性を具備せしめることが困難で
あった。また従来のアクティブデバイスを用いたアクテ
ィブマトリクスディスプレイも同様の課題を有していた
。

そこで本発明は従来のこのような課題を解決するもので
、目的とするところは、鮮明で高コントラストの画像を
提供し、かつ簡単な工程で歩留りが高く低コストで、大
面積にわたり均一な特性を具備したアクティブデバイス
およびアクティブマトリクスディスプレイを提供するこ
とである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のアクティブデバイスは、絶縁基板上に形成され
た第１の電極、前記第１のＲｈ及び前記絶縁基板を被覆
するように設けられた強誘電体層、前記強誘電体層を介
し前記第１の電極の一部と重なるように前記強誘電体層
上に設けられた第２の電極を具備したことを特徴とする
。

本発明のアクティブデバイスは、絶縁基板上に設けられ
た第１の電極、前記第１の電極の一部と重なるように前
記絶縁基板上に設けられた強誘電体層、前記強誘電体層
上に前記強誘電体層と同一形状の第２の電極を具備した
ことを特徴とする。

本発明のアクティブデバイスは、絶縁基板上に形成され
た第１の電極および第２の電極、前記第１の電極と第２
の電極を連結するように前記絶縁基板上に設けられた島
状の強誘電体層を具備したことを特徴とする。

本発明のアクティブデバイスは、絶縁基板を被覆するよ
うに設けられた強誘電体層、前記強誘電体層上あるいは
前記絶縁基板と前記強誘電体層間に設けられた第１の電
極及び第２の電極を具備したことを特徴とする。

本発明のアクティブデバイスは、絶縁基板と強誘電体層
間に設けられた第１の電極または第２の電極の膜厚が前
記強誘電体層の膜厚よりも薄いことを特徴とする。

本発明のアクティブマトリクスディスプレイは本発明の
アクティブデバイスをマトリクス状に配置したことを特
徴とする。

本発明のアクティブデイスプレィの駆動方法は、本発明
のアクティブデバイスをマトリクス状に配置し、電気光
学効果を持つ材料を保持せしめたアクティブマトリクス
ディスプレイを各フィールド期間内に、選択線群の各選
択線に選択電圧±Ｖ。

を順次印加し、データ線群にデータ電圧±Ｖ１を印加す
るアクティブマトリクスディスプレイの駆動方法におい
て、前記選択電圧±Ｖｏとデータ電圧±Ｖ１の差の絶対
値１ＶｏＶｌ　１がここでＥ。二強誘電体層の抗電界ｄＦ：強誘電体層の膜厚ＣＰ二二面画素当の強誘電体層の容置ＣＬＣ：１画素当りの電気光学効果を持つ材料の容量を満足することを特徴とする。

〔作　用〕

本発明のアクティブデバイスの作用を第３図（ａ）、（
ｂ）、（ｃ）、（ｄ）を用いて説明する。強誘電体のヒ
ステリシスカーブを第３図（ａ）に示す。第３図（ａ）
中Ｐｒは残留分極とよばれ、強誘電体に印加する電界を
切った後に強誘電体表面に残る表面電荷密度であり、こ
の表面電荷密度はメモリー性を持つことが知られている
。この状態での自発分極の配列を第３図（ｂ）に示す。

矢印の向いている強誘電体表面にプラスの表面電荷が、
表面にマイナスの表面電荷が保持されている。

外部から自発分極を反転させるに十分大きな電界（すな
わち抗電界ＥＣ以上の電界）を印加すると自発分極は反
転し、第３図（Ｃ）に示した配列を取る。この際に、強
誘電体表面に保持されている電荷の極性が逆転する。ま
た、抗電界を印加し、強誘電体が非単結晶であると、各
自発分極は上下にランダムに配列した状態が電界を切っ
た後も保持される。この際の強誘電体の表面電荷は零と
なる。

液晶などを強誘電体と直列あるいは並列に結線すると、
強誘電体の表面電荷密度に比例した電圧を液晶に印加す
ることができる。その電圧は、自発分極を回転させるこ
とにより極性が変化する交流電圧であり、強誘電体に印
加される電圧を制御することにより、表面電荷密度を変
えることが可能であり、液晶に印加される電圧を制御す
ることができる。液晶に印加される電圧の制御性は強誘
電体が非単結晶である方が制御性が良い。

また、液晶などに印加される電圧の起源は表面電荷であ
るので、表面電荷にメモリー性を有する強誘電体を用い
た本発明のアクティブデバイスはデバイス自身のリーク
電流による液晶などに書き込んだ電圧の消失が無い。

〔実　施　例〕

以下に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第
２図（ａ）、（ｂ）は本発明にかかる第１のアクティブ
デバイスの構成を示す。第２図（ｂ）は上視図、同図（
ａ）は同図（ｂ）のＡＢにおける断面図である。ガラス
基板から成る絶縁基板１２上に設けられたＩＴＯから成
る第１の電極１３、第１の電極１３上に設けられたフッ
化ビニリデン（以下ＶＤＦと略記する）とトリフルオロ
エチレン（以下ＴｒＦＥと略記する）との共重合体より
成る強誘電体層１４、強誘電体層１４上に設けられたＣ
ｒより成る第２の電極］５が設けられることにより構成
されている。

本発明節１のアクティブデバイスを形成するに必要なフ
ォト工程は２回である。

第２図（ａ）、（ｂ）中において第１、第２の電極１３
．１５間の強誘電体層の膜厚ｄＦは、第１、第２の電極
１３．１５の絶縁基板１２と平行方向の間隔Ｘ％　ｙ％
Ｚよりも短く設けられている。

そのため、第１、第２の電極１３と１５の間に電圧が印
加され、前記両電極間１３．１５に挾まれた強誘電体層
１４の自発分極を反転させる際には、前記第１、第２の
電極１３．１５間の距離より短いｄＦ力方向分極だけが
反転し、ｘＳｙ、ｚ方向では反転しないように電圧を設
定することが、可能となる。このように、ｄＦ　Ｓｘｓ
　ＹＳ　Ｚおよび電圧を設定すると、アクティブデバイ
スの能動層として働く領域は、第２図（ａ）、（ｂ）中
のβ領域だけとなる。アクティブ層としてβ領域だけが
働く次のような効果が生じる。第１に、第１図（ａ）、
（ｂ）中ｘＳｙ、ｚ方向の強誘電体層の自発分極が反転
しないため、本発明のアクティブデバイスをアクティブ
マトリクスディスプレイなどに用いた際は、クロストー
クが生じず、高品位の表示を得ることできる。第２に、
Ｘｚ　ｙｚＺ方向に生じる容量はｄＰ力方向容量に比べ
小さくできるために、強誘電体層１４が形成する総Ｈの
容量が小さくなる。これは後に述べるように、駆動電圧
の低下、クロストークの防止など、本発明のアクティブ
デバイスを用いたアクティブマトリクスディスプレイの
表示品質の高品位化に多大な効果を有する。

強誘電体層１４に用いられているＶＤＦとＴｒＦＥとの
共重合体はジオキサンやメチルエチルケトンなどの溶媒
液に溶けた液体状態として存在するため、スピンコード
法で大面積に均一に形成できる。これは、大面積にわた
り均一なアクティブデバイスが容易に形成できると、す
なわち、大面積にわたり均一な表示を行うアクティブマ
トリクスディスプレイが実現されることを示している。

スピンコード法で形成した後、焼成することにより、Ｖ
ＤＦとＴｒＦＥとの共重合体から成る強誘電体層を得る
。ＶＤＦとＴｒＦＥとの共重合体は少くとも薄膜状態で
は無色透明であるため、液晶のような受光型デイスプレ
ィ、特に透過光型に応用する際は光の透過率が高く、明
るく視認性の秀れたデイスプレィが実現できる。

また、ＶＤＦとＴｒＦＥとの共重合体から成る強誘電体
層１４の膜厚ｄＰは、第１の電極１３の膜厚ａＵよりも
厚く設けられている。スピンコード法で塗布後、絶縁基
板１２を水平に保持して数十秒から数分間放置し、強誘
電体層１４の表面を平坦化する。この時溶媒に溶かすＶ
ＤＦとＴｒＦＥの量の調整（粘度調整）及びスピンコー
タの回転数や時間を最適化することにより、容易にｄ６
〉ｄｌｌの関係を満たし、膜厚と膜質が均一な強誘電体
層１４を形成することができる。これは大面積にわたり
均一でばらつきの小さいアクティブデバイスが形成され
るという絶大なる効果を持つ。

さらに、強誘電体層１４は液体から形成されるため、強
誘電体層１４を塗布して形成する工程により、第１の電
極１３が形成する凹凸を平坦化し、強誘電体層１４０表
面をほぼフラットにすることができる。第２の電極１５
はフラットな表面上に形成されるため、良好な断差形状
となり、断差部での線切れ、あるいは断差部で強誘電体
層１４に高電界が印加され絶縁破壊が生じるということ
はなく、信頼性の高いアクティブデバイスが得られる。

第１の電極１３の膜厚は１００〜３０００、強誘電体層
の膜厚は第１の電極よりも１０００〜３０００　厚いの
が望ましい。

第２図（ａ）、（ｂ）において絶縁基板１２の上に第２
の電極１５、強誘電体層１４、第１の電極１３の順番で
形成、すなわち第１電極１３と第２７１を極１５の位置
関係を逆にしても良い。

また、第１図（ａ）、（ｂ）のように構成されたアクテ
ィブデバイスは、第１の電極１３と第２の電極１５間の
フォト工程におけるアライメント誤差の許よう度（Ｘ％
　７％　Ｚ方向）を大きくできる。

第４図に本発明節１のアクティブデバイスを用いた液晶
パネルの断面図を示す。ガラス基板から成る絶縁基板１
２上にＩＴＯから成る第１の電極１３、ＶＤＦとＴｒＦ
Ｅとの共重合体から成る強誘電体層１４、Ｃｒから成る
第２の電極１５から成る基板りと、ガラス基板から成る
絶縁基板１６上にＩＴＯから成る電極１７で形成される
対向基板Ｅの間に液晶Ｆを保持した液晶パネルである。

第４図中において、電気光学効果を持つ材料、ＥＬ材料
、気体、エレクトロクロミック材料などの電界によって
光の透過率を変化させる材料、発光非発光状態を変化す
る材料、色が変化する材料などを液晶Ｆの代わりに用い
ても良い。

本発明のアクティブデバイスを用いた液晶パネルはアク
ティブ型の液晶パネルである。従って、用いられる液晶
はＴＮ（ツイストネマチック）液晶、ゲストホスト液晶
、ＳＴＮ、ＮＴＮホメオトロピック液晶などの液晶自身
がメモリー効果を持たない液晶、非強誘電性液晶を用い
た場合に本発明のアクティブデバイスは特に効果がある
。

第５図に、本発明節１のアクティブデバイスを用いた本
発明にかかるアクティブマトリクスディスプレイの１部
の上限図を示す。第５図のアクティブマトリクスディス
プレイは第４図の液晶パネルをマトリクス状に配置する
ことにより得られる。

ガラス基板から成る絶縁基板上に形成されたＩＴＯから
成る第１の電極１３、強誘電体層、Ｃｒから成る第２の
電極１５から成る基板と、ガラス基板から成る絶縁基板
上にＩＴＯから成る電極１７で形成される対向基板の間
に液晶を保持しており、基板、対向基板の各電極がマト
リクス状に配置されている。画素電極として働く第１の
電極１３上に強誘電体層１４か重なっているが、ＶＤＦ
とＴｒＦＥとの共重合体は無色透明であるため、明るく
鮮明で視認性の良いデイスプレィを構成している。

強誘電体層１４は、分極効果を持っているため、例えば
回転ラビングなどのラビング法を用いると液晶の配向膜
と用いることが可能である。従来のアクティブデバイス
のようにポリイミド等の特別な材料や工程を付加するこ
となく液晶を配向させることか可能である。そのため工
程が簡単化でき、スループットが高く、低コストで歩留
りの高いアクティブデバイスである。また、ラビングな
どの配向処理の工程で、強誘電体層１４の特性に悪影響
を与えることはない。また、強誘電体層１４は液晶に印
加される直流電圧を遮断する絶縁膜も兼ねている。この
ように、本発明節１のアクティブマトリクスディスプレ
イは、特別な工程を用いて配向膜や直流電圧を遮断する
絶縁膜を形成する必要がなく、低コストで高歩留りのア
クティブマトリクスディスプレイである。

対向基板の配向膜として、ポリイミドなどの有機膜、Ｓ
ｉＯ斜め蒸着膜を用いても良い。

ギャップ剤はプラスチックやガラス材料を用いた円筒形
、球形のもの、あるいはＰＩなどの有機材料から成る貝
柱か用いられる。

本発明節１のアクティブデバイス及びそれを用いた本発
明節１のアクティブマトリクスディスプレイを構成する
第１の電極１３、第２の電極１５、電極１７、強誘電体
層１４は、スパッタ法、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法、蒸着法、
メツキ法、スピンコード法、オフセット印刷、スクリー
ン印刷などの印刷法、ロールコート法、キャストフィル
ム法、ディッピング法、塗布法、ゾル−ゲル法、加水分
解沈澱法、スプレィ−法、ＬＢ法などにより形成できる
。

強誘電体層１４と絶縁基板１２、第１の電極１３、第２
の電極１５との界面に界面活性剤やシランカップリング
剤などから成るカップリング層を設け、密着強度を増加
させても良い。

本発明節１のアクティブデバイスはスピンコード法で形
成できるため大面積にわたり均一な特性を持つ。従って
本発明節１のアクティブマトリクスディスプレイは、大
面積にわたり均一な画像表示か可能である。

本発明節１のアクティブデバイス及びそれを用いた本発
明節１のアクティブマトリクスディスプレイを構成する
第１の電極１３、第２の電極１５、電極１７として用い
られる材料はＩＴＯやＣ「に限る必要は無く、それ以外
の金属、５ｎ０２などの透明電極、半導体、シリサイド
、導電性高分子、導電性塗料、超伝導材料などの導電性
材料を用いても良い。また同様に絶縁基板１２．１６に
用いられる材料はガラスに限る必要は無く、セラミック
などの無機材料あるいはプラスチック、アクリル、弗化
ビニールなどの有機材料を用いても良い。

特に薄い無機飼料や有機材料を絶縁基板１２．１６とし
て用いた場合は、フレキシビリティの有る液晶パネルが
得られる。

絶縁基板１２として用いられているガラス基板などの厚
さは本発明のアクティブデバイスのデバイス特性とは無
関係であるため、デバイス特性を損うことなく絶縁基板
１２を厚く強固に、あるいは薄く軽くするなど、絶縁基
板１２の厚さを自由に選択することができる。

本発明箱１のアクティブデバイスに用いられる強誘電体
層］４に用いられる材料はＶＤＦとＴｒＦＥとの共重合
体に限る必要なく、他の強誘電体材料、例えばＢａＴｉ
０．　、ＰｂＴｉ０．　、ＷＯ２などのペロプスカイト
型強誘電体、ロッシェル塩、重水素ロッシェル塩、酒石
酸塩などのロッシェル塩系強誘電体、ＫＤＰ、リン酸塩
、ひ酸塩、リン酸二水素カリウム、リン酸二重水素カリ
ウムなどのリン酸二水素アルカリ系強誘電体、ＧＡＳＨ
，ＴＧＳなどのグアニジン系強誘電体、ニオブ酸カリウ
ム、グリシン硫酸塩、硫酸アンモニウム、亜硝酸ナトリ
ウム、ヘキサシアノ鉄（［）酸カリウム（黄血塩）、ヨ
ウ化硫化アンチモン、あるいはＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａ
Ｏ３、ＰｂＴｉＯ３などの非晶質強誘電体、ポリフッ化
ビニリデンおよびその共重合体、ＶＤＦとＴｅＦＥ　（
テトラフルオロエチレン）などとの共重合体、シアン化
ビニリデンと酢酸ビニルの共重合体、ＶＤＦとＴｒＦＥ
などとの共重合体などの高分子強誘電体、Ｂ１４Ｔｉｉ
ｏ＋２、Ｆｅ−Ｂ−０系、エレクトレットなどを単結晶
あるいは非単結晶で用いても良い。

また、前記強誘電体の２種類以上の合成物、あるいは常
誘電体との合成物を用いても良い。ＢａＴｉＯ３などの
無機の強誘電体を大きな残留分極と早いスイッチングス
ピードを持つ特徴があり、非晶質強誘電体は大面積に均
一な強誘電体層を得やすいという特徴があり、有機の強
誘電体はスピンコード法で得られるため、大面積に均一
に低コストで得られるという特徴がある。また、はとん
どの強誘電体は実使用温度において、誘電率や残留分極
の変化がほとんどないため、温度特性は安定している。

また、有機材料中に無機強誘電体の粉末（０゜１〜１０
０μｍの径）を保持せしめた強誘電体を用いても良い。

第６図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に第５図に示し
たアクティブマトリクスディスプレイの１画素当りの等
両回路を示し、１画素当りの基本的な動作原理を説明す
る。１画素とは第４図に示される液晶パネルを示し、強
誘電体層１４と液晶２１の容量が直列に結ばれている。

第６図（ａ）においてはあるフィールドの選択期間内に
、強誘電体層１４内の自発分極を反転するに十分な正電
圧がＧ端子に印加され、その結果自発分極はほとんどす
べて下を向いている状態を示している。このように、自
発分極をある一方向にそろえることで、書き込み動作は
終了する。この後、Ｇ端子は第６図（ｂ）に示すように
グラウンド電位に保たれる。これが保持状態すなわち非
選択期間の状態である。保持状態においては、強誘電体
層１４は−Ｓｐ　−Ｐｒ　（Ｓｐ　：強誘電体層１４の
面積、Ｐｒ：強誘電体層１４の残留分極残留分極とは強
誘電体に印加する電圧を切った後も、自発分極によって
強誘電体表面にメモリー性を持って保持される表面電荷
である。）と、液晶２１と強誘電体層１４間での自由電
荷の分配量子ＱＬＣを持つ。液晶２１はＱ　ＬＣ−ＣＬ
ＣＶ　ＬＣを持つ。

また、強誘電体層１４と液晶２１に印加される電圧ｖｐ
１ｖＬｃが等しいことにより、Ｑｐ　−ＳＰ　”　Ｐ　ｒ＋Ｑｔｃ−Ｃｐ　ｖＦ　　　
■Ｑ　ＬＣ−ＣＬＣＶ　ｔｃ　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　■ＶＰ””ＶＬＣ■ Ｑ＋、ｃ：液晶２１の持つ電荷量Ｃｔｃ：液晶２１の容量Ｑｐ　’強誘電体層１４の持つ電荷量Ｃ１二強誘電体層１４の容量となり、■、■、■よりとなる。このように、液晶２１には■式で示される電圧
が非選択期間内に保持される。

■式より液晶２１に印加される電圧ＶＬＣはＰｒに比例
するので、ポーリング処理により強誘電体層１４のＰｒ
を大きくすることは、液晶２１への書き込み能力を大き
いアクティブデバイスを得る上で絶大な効果を有する。

また、Ｐｒはメモリー性を有することが知られているの
で、強誘電体層１４に起因するリーク電流は無く、良好
なＶＬＣの保持特性を示す。書き込み能力が大きくリー
ク電流の無いアクティブデバイスは、鮮明で高コントラ
ストな画像を堤供する。

次のフィールドでは第６図（Ｃ）に示すように、Ｇ端子
に選択期間内に負電圧が印加され、自発分極が反転し、
上を向いている状態を示してえいる。

そ後の非選択期間内では第６図（ｄ）のように保持され
、■、■、０式とは逆極性の電圧、電荷が液晶２１と強
誘電体層１４に印加、保持される。

■式より明らかなように、±Ｖｏの大きさを変化させ、
Ｐｒ＠を変化させることにより、ｖＬｃを制御すること
ができる。特に、強誘電体層１４が非常単結晶、特に多
結晶の強誘電体で構されている際は、Ｐｒの制御は容易
となる。

実際のアクティブデイスプレィでは、非選択期間に第６
図中のグラウンド端子からデータ電圧上の外乱電位、す
なわちノイズが印加される。ノイズを小さくおさえるた
めには、ＣＬＣ／　Ｃｐが大きい方が好ましく、小さく
とも１以上、できれば１０以上であることが望ましい。

また、選択期間内にＧ端子に印加される電圧±Ｖ０のう
ち、強誘電体層１４には、分極を反転させる、すなわち書き込み動作を行うための
ものであるので大きい方が望ましい。そのためにはＣＬ
Ｃ／　Ｃｐは大きい方が好ましく、少くとも１以上、で
きれば１０以上であることが望ましい。

第７図に第５図に示したアクティブマトリクスディスプ
レイの等価回路を示す。対向基板のｍＷ１７はＡ１、Ａ
２、Ａ３、Ａ４として選択線群を形成しており、基板の
第２の電極１５はＢ１、Ｂ２、Ｂ３としてデータ線群を
形成している。各画素は、液晶２１と強誘電体層１４と
の直列結合より形成されている。ここで、電極１７をデ
ータ線群として、第１の電極１５を選択線群として用い
ても良い。

第８図に第７図に示したアクティブマトリクスパネルの
等価回路の駆動方法を示す。第８図と第７図のＡ１、Ａ
２、Ａ３、Ａ４およびＢ１、Ｂ２、Ｂ３はそれぞれ対応
している。Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４で横方向にデータを
書き込む画素を選択し、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３でデータ電圧
を各画素に送る。

Ｖｏは選択電圧、■、はデータ電圧である。

Ｃ＋、ｃ）　ＣＦであれば選択線とデータ線間に印加さ
れる電圧はほとんどすべて強誘電体層１４に印加される
。

今、あるフィールドにおいて、Ａ１が選択された場合を
考える。液晶２１のＯＮ、ＯＦＦに対応するデータが書
き込まれる画素の強誘電体層１４と液晶２１の直列結合
にはそれぞれＶ　（ＯＮ）　＝Ｖｏ　＋ｖＶ　（ＯＦＦ）−ｖｏ　−ｖ。

の電圧が印加される。また、選択されていないラインの
両者の直列結合には、Ｖ（非選択）−±Ｖ１の電圧が印加される。このとき、Ｖ　（ＯＮ）　、Ｖ（
ＯＦＦ）は、第３図（ａ）のＥ。ＸＥＣとＶ　（ＯＮ）
≧ｄＰＥ。

Ｖ　（ＯＦ　Ｆ）　−ｄｐ　Ｅｃとなるように決定される。ここでａｐは、強誘電体層の
、膜厚である。このとき、選択された画素および非選択
の画素の強誘電体層の自発分極は、それぞれ第３図（ｂ
）および（ｄ）のようになり、それぞれの残留分極に応
じた電圧が液晶に印加され、液晶はオン、オフ状態を取
る。

Ａ１の選択期間が終了すると、Ａ２、Ａ３の順番で順次
選択され、各画素にデータが書き込まれて行く。選択期
間か終了すると、非選択期間に入る。

１フ、ｆ−ルド期間が経過し、再びＡ１を選択する際は
、ＯＮ、ＯＦＦに対応する画素の強誘電体層１４には、Ｖ　（ＯＮ）−−Ｖｏ−Ｖ、＜ｄＦＥ。

Ｖ　（ＯＦＦ）＝Ｖ、＋Ｖｌ　＝−ｄＦ　ＥＣの電圧が
印加され、選択されていないラインの強誘電体層には、 ■（非選択）＝±Ｖ１の電圧が印加される。このとき、選択された画素および
非選択の画素の強誘電体層の自発分極はそれぞれ第３図
（Ｃ）および（ｄ）のようになり、それぞれの残留分極
に応じた電界が液晶に印加され、液晶はオフ、オフの状
態を取り、２フイ一ルド周期の交流駆動が行われる。こ
こでＶ（ＯＦＦ）はからなずしも−ｄ、・Ｅ、である必
要はなく、他の電圧でも液晶の光透過率が−ｄ、・Ｅｏ
を印加した際と大差なければ、−ｄｐ　・Ｅｏ以外の電
圧をＶ（ＯＦＦ）としても良い。

本発明第１のアクティブデバイスの駆動方法においては
、ＶｏｌＶｌは次にょうにして決定される。

本発明第１のアクティブデバイスの駆動方法は第８図に
示される駆動方法を用いる。強誘電体層１４としてＶＤ
ＦとＴｒＦＥの共重合体のように、自発分極の反転速度
が強く電界に依存し、抗電界（〜５０　Ｍ　Ｖ　／　ｍ
　）程度の電界では自発分極の反転速度が選択期間（＜
１６．７ｍ５ｅｃ）より遅すぎるため抗電界を用いたパ
ネル動作が困難な場合は次にようにしてＶ。、■、は決
定される。

第９図に示すように、ＶＤＦとＴｒＦＥとの共重合体の
自発分極の反転速度τＳは前記共重合体に印加される電
界に強く存在しており、抗電界（〜５０　Ｍ　Ｖ　／　
ｍ　）のＴＳは〜１ｓｅｃである。

第１０図は、前記共重合中の電気変位りの時間変化の、
印加電界強度依存性を示したものである。

ここでδＤ／δｌｏｇ　（τ）の各ピークは、ピクを持
つ時間において自発分極が約半分反転したことを示して
おり、各ピークの右側のすそに相当する時間は、その時
間において自発分極がほぼ完全に反転したことを示して
いる。ここで、選択期間の時間長さとδＤ／δｌｏｇ　
（ｔ）のグラフのピーク位置が一致するようにＶ（ＯＦ
Ｆ）の電圧を、また、選択期間の時間長さと、δＤ／δ
ｌ。

ｇ　（ｔ）のグラフの右側のすそが一致するようにＶ　
（ＯＮ）の電圧を決定すればよい。すなわち、このよう
に決定されたＶ　（ＯＮ）だと、自発分極は選択期間内
にほとんどすべて反転してしまうため、■式で決まる電
圧が液晶に印加され、データの書き込みが行われる。ま
た、Ｖ　（ＯＦＦ）の場合は、選択期間内に自発分極が
役半分だけ反転するため、強誘電体層中の自発分極はＶ
　（ＯＮ）で決まるよれより小さくなるため、Ｖ　（Ｏ
Ｎ）の際よりも小さな電圧が液晶に印加される。この際
、データの消去は自発分極が半分ちょうどの反転でなく
とも可能であり、■（消去）をδＤ／δ１゜ｇ（τ）の
ピークに必ずしも合わせる必要はない。

選択期間内に強誘電体層１４に印加される電圧がＶ　（
ＯＮ）　、Ｖ　（ＯＦＦ）のどちらの状態においてもＥ
。−ｄＦより大きい、すなわちを満足することにより液
晶の交流駆動におけるオン、オフ動作が行われる。ここ
でＥＣ−ｄＰは強誘電体層１４の抗電界、膜厚である。

保持期間すなわち非選択期間には強誘電体層に±ｖ１が
印加されるが、１フイ一ルド期間で、自発分極の反転が
生じないように±ｖ１を第９図、第１０図より、選べば
よい。すなわち、±Ｖ１印加時の自発分極の反転速度は
１フイ一ルド期間より遅ければよい。

また、階調表示は次のようにして行うことができる。デ
ータ電圧Ｖ１よりも小さいデータ電圧ｖ２を用いると階
調表示用の選択時の電圧Ｖ（階調）は、 ■（階調）ｌ＝ｌＶｏ　＋Ｖ２　　ｌ＜ＩＶ（ＯＮ）■
（階調）　　ｌ　＝　ｌ　Ｖｏ　＋　Ｖ２　ｌ　＞　ｌ
　”（ＯＦＦ）となり、選択期間内における自発分極の
反転量は第１０図から明らかにＶ　（ＯＮ）の時よりも
少なく、Ｖ（ＯＦＦ）の時よりは多くなる。すると残留
分極ＰｒはＶ　（ＯＮ）とＶ　（ＯＦＦ）を印加した際
のＰｒの中間の値を取る。ＶＬＣはＰｒに比例するので
、Ｐｒに応じたｖＬｃが決定される。このようにして階
調表示は可能であり、Ｖ２の電位の種類数と同じ数たけ
、階調表示ができる。

選択期間内１：Ｖ（ＯＮ）とＶ　（ＯＦＦ）（７）どち
らか片方だけを印加するのではな（、両者を印加し、両
者の印加時間配分を変えることでも階調表示は可能であ
る。

また、第８図に示すように、１フイールド毎にコモン電
位α１、α２をＶ。−Ｖｌだけ変化させると、用いる最
大電圧はＶ。＋Ｖ、となり、最大電圧を下げることがで
きる。そのため特別な高耐圧回路を用いる必要かないた
め、安価な汎用の回路部品を用いることができるため、
安価な駆動回路を用いたアクティブマトリクスディスプ
レイを提供できる。またこの際、コモンの電圧α１、α
２の差は必ずしもＶ。−Ｖｌである必要はない。

第８図においては、１フイールド毎にコモン電圧α１、
α２を変化させたが、１選択期間毎に変化させたり、あ
るいは複類数の選択期間毎にコモン電位を変化させ、１
フイールド内の１画面において液晶２１に書き込まれる
電圧の極性が異なる画素が存在するようにしても良い。

第１１図（ａ）、（ｂ）に本発明にかかる第２のアクテ
ィブデバイスの構成を示す。第１１図（ｂ）は上視図、
同図（ａ）は同図（ｂ）中ＡＢにおける断面図である。

ガラス基板から成る絶縁基板１２上にＩＴＯから成る第
１の電極１３が設けられており、第１の電極１３上にＶ
ＤＦとＴｒＦＥとの共重合体から成る強誘電体層１４と
Ｃｒから成る第２の電極１５が同一形状で設けられてい
る。第１と第２の電極１３．１５にサンドイッチ状には
さまれた部分の強誘電体層１４がアクティブデバイスの
能動層として働く。第１１図（ａ）、（ｂ）に示したア
クティブデバイスを第２図（ａ）、（ｂ）に示したアク
ティブデバイスの代わりに用い、第５図に示したアクテ
ィブマトリクスディスプレイを構成した際は次のような
効果が生じる。第１１図（ａ）、（ｂ）において、画素
電極は強誘電体層１４と接しない領域の第１の電極１３
によって形成される。画素電極の上下共に電気光学効果
を持つ強誘電体層１４が存在しないため、液晶パネルを
透過する光の透過光量変化は、液晶の電気光学効果でけ
で決まる。強誘電体層１４による透過光量変化がないの
でコントラストが高く、鮮明な画像が得られる。

本発明第３図のアクティブデバイスの構成を第１２図（
ａ）、（ｂ）に示す。第１２図（ｂ）は上視図、同図（
ａ）は同図（ｂ）Ａ−Ｂにおける断面図である。ガラス
基板から成る絶縁基板１２上にＶＤＦとＴｒＦＥとの共
重合体から成る島状の強誘電体層１４が設けられており
、強誘電体層１４上にＣｒから成る第１の電極１３が設
けられており、強誘電体層１４の一部を被覆するように
ＩＴＯから成る第２の電極１５が設けられている。

すなわち、第１及び第２の電極１３、］５を連結するよ
うに強誘電体層１４が設けられている。このような構造
だと、第１及び第２の電極１３．１５か上下方向に重な
っていないため、強誘電体層１４の欠陥による２つの電
極間のショートがない。

そのため、ショートによるアクティブデバイスの欠陥、
すなわち画素欠陥を原理的に除去することができる。こ
れは鮮明で高品位な表示品質を与えることに関し、絶大
な効果を有する。

第１２図において、絶縁基！！ｉｌ：１２上に、第１の
電極１３、第２の電極１５そして両者の電極１３．１５
上に強誘電体層１４を設けても良い。

第１２図（ａ）、（ｂ）において、第１及び第２の電極
１３．１５に異なる材料を用いるとフォト工程は３回だ
が、同じ材料を用いると２回のフォト工程で本発明節３
のアクティブデバイスを形成することができる。

第１２図（ａ）、（ｂ）に示すアクティブデバイスは絶
縁基板１２と平行方向に設けられているため、厚さの厚
い、すなわち小さな容量を持つ。

そのため、電源電圧の低下、スイッチングスピードの高
速化またはクロストークの低減などに有効であり、鮮明
で高コントラストの画像表示を得るに、絶大な効果を有
する。

第１３図（ａ）、（ｂ）に本発明箱４のアクティブデバ
イスの構成を示す。第１３図（ｂ）は主視図であり、同
図（ａ）は同図（ｂ）Ａ−Ｂにおける断面図である。ガ
ラス基板から成る絶縁基板１２上にＶＤＦとＴｒＦＥと
の共重合体から成る強誘電体層１４が設けられており、
強誘電体層１４上にＣｒから成る第１の電極］３とＩＴ
Ｏから成る第２の電極１５が設けられている。

本発明箱４のアクティブデバイスにおいては、第１と第
２の電極１３．１５間の強誘電体層１４が能動層として
働く。

第１３図において、絶縁基板１２上に、第１の電極１３
、第２の電極１５、そして両者の電極１３．１５上に強
誘電体層１４を設けても良い。

第１４図に本発明箱４のアクティブデバイスをマトリク
ス状に配置したアクティブマトリクスディスプレイの一
部の主視図を示す。ガラス基板上に形成されたＶＤＦと
ＴｒＦＥとの共重合体から成る強誘電体層、Ｃｒから成
る第１の電極１３、ＩＴＯから成る第２の電極１５から
成る基板と、ガラス基板から成る絶縁基板上にＩＴＯか
ら成る電極１７で形成される対向基板の間に液晶を保持
しており、基板、対向基板の各電極から成る画素がマト
リクス状に配置されている。

第１４図においてＣｔｂ＞ｔであり、ａ、ｂにおける自発分極の反転は生じないよう
に設けられているので、縦、横方向のクロストークは生
じない。

第１５図（ａ）、（ｂ）に本発明箱４のアクティブデバ
イスの他の構成を示す。第１５図（ｂ）は主視図であり
、同図（ａ）は同図（ｂ）Ａ−Ｂにおける断面図である
。基本構造および構成要素は第１３図と同様であるが、
第１の電極１３の一部が第２の電極１５の方向へ突出し
ており、この突出部と第２の電極１５間の強誘電体層１
４がアクティブデバイスの能動層として働く点が異なる
。

第１５図（ｂ）において、能動層と非能動層の第１と第
２の電極間距離ｔ、ｔ２はｔ２＞ｔとなる。

そのため、第１３図（ａ）、（ｂ）のように第１と第２
の電極１３．１５間の強誘電体層１４がすべて能動層と
して働くような構成よりも、強誘電体層１４の容量は小
さくなる。

本発明箱２〜４のアクティブデバイスに用いられる第１
の電極１３、第２の電極１５、絶縁基板１２、強誘電体
層１４として用いられる材料、形成方法として本発明箱
１のアクティブデバイスで用いられたものと同じ材料、
形成方法を用いて良い。

本発明箱２〜４のアクティブデバイスを本発明箱１のア
クティブデバイスの代わりに用いて、第４．５図に示し
たような液晶パネルやアクティブマトリクスディスプレ
イを形成しても良い。同様に強誘電体層１４の膜厚を絶
縁基板１２と強誘電体層１４間に設けられる第１の電極
１３、第２の電極１５の膜厚よりも厚くしても良い。

本発明箱１〜２のアクティブデバイスは強誘電体層１４
の膜厚方向、すなわち薄い膜厚を具備しているため、容
量が比較的大きいが、強誘電体層１４には大きな電界が
印加される。そのため、比誘電率が小さく、抗電界の大
きい有機強誘電体材料を用いる際に特に有効である。

本発明箱３．４のアクティブデバイスは、強誘電体層１
４の絶縁基板１２の面内方向の長さを厚みとして用いる
ので容量が小さいが、強誘電体層１４には大きな電界は
かかりにくい。そのため、比誘電率が大きく、抗電界の
小さい無機強誘電体材料を用いる際に特に有効である。

本発明箱２〜４のアクティブデバイスを用いたアクティ
ブマトリクスディスプレイにおいても、第１のアクティ
ブデバイスに用いられた駆動方法が適用できる。

第１６図（ａ）、（ｂ）に本発明のアクティブデバイス
を用いた他の液晶パネルの構成を示す。

第１６図（ｂ）は第１６図（ａ）中Ａ−８における断面
図である。カラス基板から成る絶縁基板１２上にＡＮか
ら成る第３の電極］９が設けられ、第３の電極１９上に
ポリイミドから成る誘電体層１８が設けられ、誘電体層
１８上にＩＴＯから成る第１の電極１３が設けられ、第
１の電極１３上にＶＤＦとＴｒＦＥとの共重合体から成
る強誘電体層１４が設けられ、強誘電体層１４上にＣ「
から成る第２の電極１５から成るＪ、＄１７Ｄと、ガラ
ス基板から成る絶縁基板１６上にＩＴＯから成る電極１
７が設けられて成る対向基１１ｊＥの間に液晶２０を保
持した液晶パネルである。

第１６図（ａ）、（ｂ）中γ閉域に本発明第１のアクテ
ィブデバイスが形成されており、α領域は第３の電極１
つと第１の電極１３に挾まれた誘電体層１８より成る作
り込み容量領域であり、アクティブデバイスと作り込み
容量は直列に結ばれている。本溝成においては、電極１
７は一定電位に保たれており、第３の電極２２と第２の
電極１５にＶ、　　Ｖｏが印加され、作り込み容量とア
クティブデバイスの強誘電体層１４と容量との直列結合
に電圧を印加し、アクティブデバイスを駆動し、第１の
電極１３に電荷を保持せしめ、その電荷を用いて液晶２
０に電圧を印加する。

第１６図に示す構成だと、アクティブデバイスや作り込
み容量を形成する強誘電体層１４や誘電体層１８にピン
ホールが生じた場合も、はぼ正常な電圧を液晶２０に印
加することかできる。例えば、第１６図Ｐ点やＱ点にピ
ンホールが生じ欠陥か生じた際は、同図ＲやＳを切断す
れば良い。

第１６図に示した液晶パネルをマトリクス状に配置する
ことによりアクティブマトリクスディスプレイが形成さ
れ、その際の駆動方法は、本発明のアクティブマトリク
スディスプレイの駆動方法が用いられる。第１６図中の
２本の第２の電極１５には、同じ電圧が同じタイミング
で付加される。

ただし欠陥の検出用の電圧が印加される際はこの限りで
はない。第１６図（ａ）、（ｂ）に示したアクティブデ
バイスを用いてアクティブマトリクスディスプレイを形
成する際は、電極１７はベタ電極あるいは第５図を示し
たストライプ状でも良い。

〔発明の効果〕

以下に、本発明の詳細な説明する。

（１）本発明のアクティブデバイスは、表面７Ｔ１．７
ｉｔのメモリー性を有する強誘電体層を能動層として用
いているので、デバイス自身のリーク電流が無く、保持
特性が非常にすぐれているため、鮮明で高コントラスト
の画像を提供することができる。

（２）本発明のアクティブデバイスの能動層である強誘
電体層はスピンコード法というきわめて簡単な方法で形
成され、またその形成法止の持つ特長である大面積にわ
たり強誘電体層の膜厚と膜質が均一であるという特長を
仕せ持つため、大面積にわたり均一な特性を持つアクテ
ィブデバイスである。そのため、大面積にわたり均一な
画像表示を可能とするアクティブデバイスである。

（３）本発明のアクティブデバイスを形成するに必要な
フォト工程は１〜３回と非常に少く、また能動層である
強誘電他愛層はスピンコード法というきわめてｆｆｔｌ
　ｔｌｌな工程で形成されるため、歩留りが高く、低コ
ストなアクティブデバイスである。

（４）本発明のアクティブデバイスは絶縁基板上面内に
平行に設けられた強誘電体層を用いているので、強誘電
体層のショートによる欠陥が無く、容量が小さい。

（５）本発明のアクティブデバイスの強誘電体層はスピ
ンコード法で形成され、強誘電体層と絶縁基板間の電（
２）の膜厚より厚い膜厚を侍っているため、段差部での
カバレージが良好で歩留りが高く、信頼性の高いアクテ
ィブデバイスである。

（６）本発明のアクティブマトリクスディスプレイの駆
動方法を用いると、自発分極の反転速度が抗電界程度の
電界では選択期間（＜１６．７ｍ５ｅｃ）よりはるかに
遅い強誘電体層、特に有機系の強誘電体層を用いたアク
ティブデバイスを用いて構成されるアクティブマトリク
スディスプレイにおいて、デイスプレィとしての表示動
作が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のアクティブデバイスの断面図、第２図（
ａ）、（ｂ）は本発明箱１のアクティブデバイスの断面
図、上視図、第３図（ａ）（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は強
誘電体のヒステリシスカーブと自発分極の配列を示す図
、第４図は液晶パネルの断面図、第５図は本発明のアク
ティブマトリクスディスプレイの一部の上視図、第６図
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はアクティブマトリク
スディスプレイの１画素当りの等価回路図、第７図はア
クティブマトリクスディスプレイの等価回路図、第８図
は本発明のアクティブマトリクスディスプレイの駆動方
法を示す図、第９図はＶＤＦとＴｒＦＥとの共重合体の
自発分極の反転スピードと電界強度の関係を示す図、第
１０図はＶＤＦとＴｒＦＥとの共重合体のａ　Ｄ　／　
ａ　１　ｏ　ｇ（１）の時間変化を示す図、第１１図（
ａ）（ｂ）は本発明の第２のアクティブデバイスの断面
図、上視図、第１２図（ａ）、（ｂ）は本発明箱３のア
クティブデバイスの断面図、上視図、第１３図（ａ）、
（ｂ）は本発明の第４のアクティブデバイスの断面図、
上視図、第１４図は本発明箱４のアクティブデバイスを
用いたアクティブマトリクスディスプレイの一部の上硯
図、第１５図（ａ）、（ｂ）は本発明箱４のアクティブ
デバイスの他の構成の断面図、上視図、第１６図（ａ）
（ｂ）は本発明箱１のアクティブデバイスを用いた液晶
パネルの上視図、断面図である。・ガラス基板・ゲート電極・ゲート絶縁膜・ドレイン電極・ソース電極・ドレイン領域・画素電極・電極９・　・ガラス基板１０・　・チャネルアモルファス５ｉ１１・　・ソース領域１２・・・絶縁基板１３・　・第１の電極１４・・・強誘電体層１５・・・第２の電極１６・　・絶縁基板１７・　・電極１８・　・誘電体層１９・　・第３の電極２０・　・液晶２１・・・液晶Ｃ・　・液晶Ｄ・・・基板Ｅ・　・対向基板Ｆ・・・液晶Ｇ・　・下側基板Ｈ・　・上側基板第４１ｆｌ ω）ｔｂ）（Ｃン（ｄ）茶３図（α）＜ｂ）（Ｃ）（Ｊ）第６図第８図第７図 ε （９極）２ｏ。ａｙ２り１／Ｅ＜ｆｎ／斤Ｖ）第９図勺（幻（ＳａＱン第１０図（幻（１７ン第１２１児（ｃＬ） ζｂ）第　１１１図（久ン（し）尊３図（トン

Claims

【特許請求の範囲】

（１）絶縁基板上に形成された第１の電極、前記第１の
電極及び前記絶縁基板を被覆するように設けられた強誘
電体層、前記強誘電体層を介し前記第１の電極の一部と
重なるように前記強誘電体層上に設けられた第２の電極
を具備したこを特徴とするアクティブデバイス。
（２）絶縁基板上に設けられた第１の電極、前記第１の
電極の一部と重なるように前記絶縁基板上に設けられた
強誘電体層、前記強誘電体層上に前記強誘電体層と同一
形状の第２の電極を具備したことを特徴とするアクティ
ブデバイス。
（３）絶縁基板上に形成された第１の電極および第２の
電極、前記第１の電極と第２の電極を連結するように前
記絶縁基板上に設けられた島状の強誘電体層を具備した
ことを特徴とするアクティブデバイス。
（４）絶縁基板を被覆するように設けられた強誘電体層
、前記強誘電体層上あるいは前記絶縁基板と前記強誘電
体層間に設けられた第１の電極及び第２の電極を具備し
たことを特徴とするアクティブデバイス。
（５）絶縁基板と強誘電体層間に設けられた第１の電極
または第２の電極の膜厚が前記強誘電体層の膜厚よりも
薄いことを特徴とする第１項または第２項または第３項
または第４項記載のアクティブデバイス。
（６）第１項または第２項または第３項または第４項記
載のアクティブデバイスをマトリクス状に配置したこと
を特徴とするアクティブマトリクスディスプレイ。
（７）第１項または第２項または第３項または第４項記
載のアクティブデバイスをマトリクス状に配置し、電気
光学効果を持つ材料を保持せしめたアクティブマトリク
スディスプレイを各フィールド期間内に、選択線群の各
選択線に選択電圧±Ｖ＿０を順次印加し、データ線群に
データ電圧±Ｖ＿１を印加するアクティブマトリクスデ
ィスプレイの駆動方法において、前記選択電圧±Ｖ＿０
とデータ電圧±Ｖ＿１の差の絶対値｜Ｖ＿０−Ｖ＿１｜
がＣ＿Ｌ＿Ｃ／（Ｃ＿Ｌ＿Ｃ＋Ｃ＿Ｆ）｜Ｖ＿０−Ｖ＿
１｜＞Ｅ＿Ｃ・ｄ＿ＦここでＥ＿Ｃ：強誘電体層の抗電
界ｄ＿Ｆ：強誘電体層の膜厚Ｃ＿Ｆ：１画素当りの強誘電体層の容量Ｃ＿Ｌ＿Ｃ：１画素当りの電気光学効果を持つ材料の容
量を満足することを特徴とするアクティブマトリクスディ
スプレイの駆動方法。