JPH11271804A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低周波駆動に耐え得る高い保持能力を備えて
おり、容量素子からのリーク電流を可及的に防止でき、
かつ、製造コストを上げずに低消費電力化できる液晶表
示装置を提供する。 【解決手段】 誘電体材料層１０２の一端に配設したド
レイン電極と、他端に配設した補助容量電極１０１ｂと
の間において、誘電体材料層１０２の上面に複数の電極
１０４ｃ、１０４ｃ…、同下面には複数の電極１０１
ｃ、１０１ｃ…をそれぞれ間欠的に配設し、上下の各電
極１０４ｃ、１０４ｃ…及び１０１ｃ、１０１ｃ…とが
両端で部分的に重なるようにした。重なる部分にキャパ
シタが形成されこれらの極性が互いに打ち消し合うので
補助容量全体として極性が相殺される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜トランジスタ
に代表される液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は装置自体が軽量で薄型で
あるという特長を備えているため、携帯用端末の表示素
子や、大画面の薄型テレビ用の画面として広く利用され
ている。

【０００３】特に近年では携帯用端末としての需要が高
まり、長時間バッテリー駆動できるものに対する要請が
強く、液晶表示装置の低消費電力化が大きな課題になっ
ている。

【０００４】この低消費電力化のためには周波数を低く
することが有効であると考えられるため、より高い保持
能力を有する液晶表示装置が望まれる。

【０００５】ここで、従来の薄膜トランジスタアレイ
（以下、薄膜トランジスタを「ＴＦＴ」という場合があ
る。）の構造について説明する。

【０００６】図１４は従来のＴＦＴアレイの断面図を示
したものであり、図１５はその等価回路を示したもので
ある。

【０００７】このＴＦＴアレイでは、ガラス基板の上に
ゲート電極１０１ａ、補助容量電極１０１ｂを形成した
後、ゲート絶縁膜１０２、アモルファスＳｉ層１０３、
ソース電極１０４ａ、ドレイン電極１０４ｂ、パッシベ
ーション層１０５、画素電極層１０６を順次形成した構
造となっている。

【０００８】図１４に示すように、従来のＴＦＴアレイ
では、補助容量素子をドレイン電極１０４ｂと補助容量
電極１０１ｂで形成し、この補助容量素子により液晶に
保持する電荷を蓄積していた。そして補助容量素子を形
成するゲー卜絶緑膜１０２の材料としては、誘電率が４
程度のＳｉＯ_x や誘電率が６程度のＳｉＮ_x などが用い
られてきた。これらの材料を用いてさらに高い保持能力
の容量素子を形成するには、容量素子の面積を大きくす
る必要がある。しかし、容量素子の面積を大きくすると
光の利用効率が低下して、これを補うための電力を余計
に必要とするため消費電力の低減にはあまり有効でなか
った。

【０００９】このため、最近では誘電率が３０程度のＴ
ａＯ_x などの高誘電率材料が用いられるようになった。
従来と同じ設計の装置に、より高誘電率の材料を用いれ
ば、より高い保持能力の液晶表示装置が得られると考え
られるからである。

【００１０】しかし、このような高誘電率材料を用いる
と、従来の数１００ｎｍ程度の膜厚のものとして形成し
ただけではリーク電流が大きくなり、必ずしも高い保持
能力を得ることはできなかった。

【００１１】一方、膜厚が数１０００ｎｍ程度の厚膜の
ものとして形成すると、リークはかなり低減するが、こ
の程度の厚膜のものを形成するためにはスループットの
面からコストが上昇するという問題がある。

【００１２】さらに、膜厚を厚くすると、上下電極の極
性により膜厚方向でリーク電流の大きさが異なるため、
実際に液晶を駆動する際に、交流で駆動しても残留直流
成分が生じ、これにより液晶の焼き付きが起こるという
問題がある。

【００１３】すなわち、補助容量素子を１個で形成する
限り、図１５に示すように膜厚方向に極性が生じ、これ
によりプラス書込みとマイナス書込み時で保持特性が異
なってしまうという問題がある。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】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。

【００１５】即ち、本発明は低周波駆動に耐え得る高い
保持能力を備えた液晶表示装置を提供することを目的と
する。

【００１６】また、本発明は交流駆動時に液晶の焼き付
きの原因となる、容量素子からのリーク電流を可及的に
低減できる液晶表示装置を提供することを目的とする。

【００１７】更に本発明は製造コストを上昇させること
なく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。

【００１８】

【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、第１の電
極と第２の電極との間に挟持された液晶層と、表示信号
を選択して前記第１の電極に前記表示信号に応じた電圧
を印加する印加手段と、前記第１の電極と前記印加手段
との間に配設された第１の容量素子と、前記第１の容量
素子と前記第１の電極との間に配設され、前記第１の容
量素子の極性と逆向きの極性を有する第２の容量素子
と、を具備する。

【００１９】請求項２記載の本発明の液晶表示装置は、
第１の電極と第２の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第１の電極に前記表示信号に応
じた電圧を印加する印加手段と、前記第１の電極と前記
印加手段との間に配設された第１の容量素子と、前記第
１の容量素子と前記第１の電極との間に並列に配設さ
れ、前記第１の容量素子の極性と逆向きの極性を有する
第２の容量素子と、を具備する。

【００２０】請求項３記載の本発明の液晶表示装置は、
第１の電極と第２の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第１の電極に前記表示信号に応
じた電圧を印加する印加手段と、前記第１の電極と前記
印加手段との間に前記液晶層と並列に配設された第１の
容量素子と、前記第１の容量素子と前記第１の電極との
間に配設され、前記第１の容量素子の極性と逆向きの極
性を有する第２の容量素子と、を具備する。

【００２１】請求項４記載の本発明の液晶表示装置は、
第１の電極と第２の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第１の電極に前記表示信号に応
じた電圧を印加する印加手段と、前記第１の電極と前記
印加手段との間に前記液晶層と並列に配設された第１の
容量素子と、前記第１の容量素子と前記第１の電極との
間に前記液晶層と並列に配設され、前記第１の容量素子
の極性と逆向きの極性を有する第２の容量素子と、を具
備する。

【００２２】請求項５記載の本発明の液晶表示装置は、
請求項１又は３記載の液晶表示装置において、前記容量
素子として、前記第１の電極と前記印加手段との間に配
設された誘電体層と、前記誘電体層の一方の面上に配設
され、複数の第１中間電極がそれぞれ所定の間隔を隔て
て配設された第１の電極層と、前記誘電体層のもう一方
の面上に配設され、複数の第２中間電極のそれぞれが、
前記第１の電極層上の隣接する二つの電極に跨がる位置
に配設された第２の電極層と、を具備する。

【００２３】請求項１記載の液晶表示装置では、前記第
１の容量素子と第２の容量素子の二つの容量素子を前記
液晶層に対して直列に配設し、第１の容量素子の極性と
第２の容量素子の極性とが互いに逆向きになるように配
設しているので、容量素子の極性が相殺され、容量素子
全体としての極性がほぼゼロになる。その結果、容量素
子からのリーク電流を大きくすることなく保持能力を高
くすることができる。またリーク電流による液晶の焼き
付けを防止することができる。

【００２４】更に、二つの容量素子を組み合わせて用い
ることにより必要な保持能力を確保しているので、誘電
体の膜厚を厚くする必要がなく、製造コストが安価に抑
えられる。

【００２５】請求項２記載の液晶表示装置では、前記第
１の容量素子と第２の容量素子の二つの容量素子を前記
液晶層に対して並列に配設し、第１の容量素子の極性と
第２の容量素子の極性とが互いに逆向きになるように配
設しているので、容量素子の極性が相殺され、容量素子
全体としての極性がほぼゼロになる。その結果、容量素
子からのリーク電流を大きくすることなく保持能力を高
くすることができる。またリーク電流による液晶の焼き
付けを防止することができる。

【００２６】更に、二つの容量素子を組み合わせて用い
ることにより必要な保持能力を確保しているので、誘電
体の膜厚を厚くする必要がなく、製造コストが安価に抑
えられる。

【００２７】請求項３記載の液晶表示装置では、前記第
１の容量素子と第２の容量素子の二つの容量素子を前記
液晶層に対して並列に配設し、第１の容量素子の極性と
第２の容量素子の極性とが互いに逆向きになるように配
設しているので、容量素子の極性が相殺され、容量素子
全体としての極性がほぼゼロになる。その結果、容量素
子からのリーク電流を大きくすることなく保持能力を高
くすることができる。またリーク電流による液晶の焼き
付けを防止することができる。

【００２８】更に、二つの容量素子を組み合わせて用い
ることにより必要な保持能力を確保しているので、誘電
体の膜厚を厚くする必要がなく、製造コストが安価に抑
えられる。

【００２９】請求項４記載の液晶表示装置では、前記第
１の容量素子と第２の容量素子の二つの容量素子を前記
液晶層に対して並列に配設し、第１の容量素子の極性と
第２の容量素子の極性とが互いに逆向きになるように配
設しているので、容量素子の極性が相殺され、容量素子
全体としての極性がほぼゼロになる。その結果、容量素
子からのリーク電流を大きくすることなく保持能力を高
くすることができる。またリーク電流による液晶の焼き
付けを防止することができる。

【００３０】更に、二つの容量素子を組み合わせて用い
ることにより必要な保持能力を確保しているので、誘電
体の膜厚を厚くする必要がなく、製造コストが安価に抑
えられる。

【００３１】請求項５記載の液晶表示装置では、前記容
量素子として、前記第１の電極と前記印加手段との間に
配設された誘電体層の一方の面上に、所定の間隔を隔て
て間欠的に複数の電極板を配設し、もう一方の面上に前
記電極版の隣接する二つの電極板に跨る位置に複数の電
極板を配設したものを採用する。

【００３２】この容量素子では誘電体層の両面にそれぞ
れ互い違いの位置に電極板が配設されており、複数の容
量素子を直列に接続したのと同様の電気容量を確保でき
るので、保持能力を高くすることができる。

【００３３】また、この容量素子内に形成される極性は
互いに逆方向のものが同数形成されるので互いに相殺さ
れ、リーク電流がほぼゼロになる。

【００３４】更に、厚い誘電体層は使用していないので
製造コストの上昇を抑えることができる。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る実施形態につ
いて説明する。

【００３６】（第１の実施形態）本発明の第１の実施形
態に係る液晶表示装置の構成を図１及び図２に示す。

【００３７】図１は本実施形態に係る液晶表示装置の垂
直断面図であり、図２はその等価回路である。

【００３８】本実施形態の液晶表示装置では、誘電体材
料層１０２の図中左端にドレイン電極が接続され、図中
右下の位置に補助容量電極１０１ｂが配設されている。

【００３９】更に誘電体材料層１０２の上面には複数の
電極１０４ｃ、１０４ｃ…、同下面には複数の電極１０
１ｃ、１０１ｃ…がそれぞれ間欠的に配設されており、
電極１０４ｃ、１０４ｃ…と電極１０１ｃ、１０１ｃ…
とは、隣接する二つの電極１０４ｃ、１０４ｃの間の位
置に一つの電極１０１ｃがくるように配設されており、
この一つの電極１０１ｃの図中左右両端部付近は誘電体
材料層１０２を介して対向する二つの電極１０４ｃ、１
０４ｃ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。

【００４０】この液晶表示装置では、補助容量素子を上
記誘電体材料層１０２、ドレイン電極１０４ｂ、補助容
量電極１０１ｂ、誘電体材料層１０２の上下両面に互い
違いに配設された複数の電極１０１ｃ、１０１ｃ…と電
極１０４ｃ、１０４ｃ…の全体で形成しており、誘電体
材料層１０２の両端のドレイン電極１０４ｂと補助容量
電極１０１ｂとの間に電極１０１ｃ、１０４ｃを介した
直列キャパシタとなっている。

【００４１】このような構造にすることにより、誘電体
材料層１０２を介して対向する一組の電極１０１ｃと電
極１０４ｃとで一つのキャパシタが形成され、このキャ
パシタをいくつも直列に接続したと等価の回路を形成す
る。

【００４２】そのため、誘電体材料層１０２の膜厚が薄
くても複数のキャパシタを直列に接続した構造の容量素
子を形成しているので、実質上は膜厚が厚い容量素子と
同等の保持能力が得られる。

【００４３】また、各キャパシタはそれぞれ極性を持つ
としても、互いに極性の向きが逆になるように形成され
るので、極性どうしで打ち消し合い、全体としては個々
の極性は相殺される。その結果、容量素子全体としては
極性がないことと同じになるため、リーク電流を抑える
ことができる。

【００４４】特に、上下電極を互い違いになる位置に配
設して形成される直列キャパシタの数が偶数になるよう
にすると、等価回路的には図２のようにプラス極性とマ
イナス極性のキャパシタの数が等しくなり、強さが同じ
で向きが反対の極性が互いに打ち消し合うので、膜厚方
向のリーク電流の極性差を完全にキャンセルすることが
できる。そしてその結果としてリーク電流を抑えること
ができる。

【００４５】また、各キャパシタの誘電体材料層１０２
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。

【００４６】なお、本実施形態を含め、以下の第２〜第
６の実施形態は本発明の範囲を限定するものではない。

【００４７】即ち、上記第１の実施形態では図２の等価
回路に示すように、液晶表示層２０２に対して補助容量
２０３を並列に接続し、この補助容量２０３を構成する
複数のキャパシタ２０３ａ及び２０３ｂを互いに極性が
逆向きになるように直列に接続した構成の液晶表示装置
を例にして説明したが、これ以外の構成でも、極性が逆
向きのキャパシタを複数個組み合わせることにより極性
が相殺されるように接続したものであればよい。

【００４８】例えば、図３（ａ）のように、液晶表示層
２０２に対して補助容量２０３を並列に接続し、この補
助容量２０３を構成する複数のキャパシタ２０３ａ及び
２０３ｂを互いに極性が逆向きになるように並列に接続
した構成も可能である。

【００４９】更に、図３（ｂ）のように、液晶表示層２
０２に対して補助容量２０３を直列に接続し、この補助
容量２０３を構成する複数のキャパシタ２０３ａ及び２
０３ｂを互いに極性が逆向きになるように直列に接続し
た構成や、或いは、図３（ｃ）のように、液晶表示層２
０２に対して補助容量２０３を直列に接続し、この補助
容量２０３を構成する複数のキャパシタ２０３ａ及び２
０３ｂを互いに極性が逆向きになるように並列に接続し
た構成にしても良い。

【００５０】（第２の実施形態）次に、本発明の第２の
実施形態に係る液晶表示装置について説明する。

【００５１】図４は第２の実施形態に係る液晶表示装置
の垂直断面図であり、図５はその等価回路である。

【００５２】本実施形態の液晶表示装置では、２つのキ
ャパシタ２０３ａ、２０３ｂを並列に接続して補助容量
素子を形成している。第１の誘電体材料層１０２ｂで
は、その下側に配設された下部電極１０１ｄがソース電
極１０４ｂと接続され、補助容量上部電極とし、補助容
量下部電極を上部電極１０４ｄで形成する。

【００５３】一方、第２の誘電体材料層１０２ｃでは、
上部電極１０４ｅとソース電極１０４ｂとを画素電極１
０６を介して接続し、下部電極１０４ｂを補助容量下部
電極として用いる。なお、補助容量下部電極１０４ｄと
補助容量下部電極１０１ｂは電極１０７によって接続さ
れている。

【００５４】この本実施形態の液晶表示装置では、図５
に示すように、上下膜厚方向の極性が異なる２つのキャ
パシタ２０３ａ、２０３ｂが互いに並列に形成されてい
るため、極性が互いに打ち消しあって相殺し、その結
果、リーク電流を抑えることができる。

【００５５】（第３の実施形態）次に、本発明の第３の
実施形態に係る液晶表示装置について説明する。

【００５６】図６は本発明の第３の実施形態構成に係る
液晶表示装置の垂直断面図であり、図７は同液晶表示装
置の平面図である。

【００５７】以下、本実施形態に係る液晶表示装置の製
造方法について説明する。

【００５８】まず、透明基板３０１上に金属層３０２を
形成し、パタ−ニングして、誘電体下部電極を形成し
た。透明基板３０１としては石英を用いたが、ガラス基
板やＭｇＯ基板、或いはプラスチックを用いても良い。

【００５９】本実施形態ではまずＴｉを２００Ａ（オン
グストローム）、その上にＰｔを２０００Ａ（オングス
トローム）の厚さにスパッタリングして成膜した。特に
誘電体の下部電極としてはＩｒＯ_x やＲｕＯ_x などの酸
化物導電体を用いることもできる。ＭｏやＡｌはＭｏＴ
ａ、ＭｏＷなどを用いることもできる。なお、電極３０
２のパタ−ニングでは３０度から６０度程度のテーパー
形状にすると誘電体の耐圧性が向上し、リーク電流も低
減した。

【００６０】次に、スパッタリング法によりＳｒＴｉＯ
₃ を３０００Ａ（オングストローム）の厚さに成膜し
た。この後、誘電体を結晶化させるため、Ｏ₂ 雰囲気で
５００℃、１時間アニールした。次いで誘電体をパタ−
ニングし、誘電体層３０３を形成した。なお誘電体とし
ては、ＴａＯ_x などの酸化物、ペロブスカイト酸化物、
あるいはこれらのいかなる複数の誘電体の複合膜を用い
ても良く、無機誘電体膜でも有機誘電体膜でも良い。

【００６１】次いで、この上に金属層３０４をスパッタ
リングにより成膜した。本実施形態では、Ｐｔを２００
０Ａ（オングストローム）の厚さに形成したが、これも
下部電極同様、ＰｔとＴｉの積層膜やＩｒＯ_x 、ＲｕＯ
_x などを用いても良い。

【００６２】次にＭｏＴａを２０００Ａ（オングストロ
ーム）の厚さにスパッタリングして成膜し、ドライエッ
チングによりパタ−ニングして、ＴＦＴのドレイン電極
及び信号線３０５ａ、ソース電極３０５ｂを形成した。

【００６３】次にコンタクト層３０６を形成した。本実
施形態ではｎ⁺ アモルファスシリコンをＣＶＤ法で５０
０Ａ（オングストローム）の厚さに成膜し、ドライエッ
チング法によりパタ−ニングを行なった。この後、アモ
ルファスシリコン３０７を３０００Ａ（オングストロー
ム）の厚さに、ＳｉＮ_x ３０８を３００ΟＡ（オングス
トローム）の厚さに連続的にＣＶＤ法で成膜した。

【００６４】次いで、ドライエッチング法によりＳｉＮ
_x 層、アモルファスシリコン層、ｎ⁺ アモルファスシリ
コン層を連続的にエッチングし、ＴＦＴの島を形成し
た。

【００６５】なお、３０７としてはアモルファスシリコ
ンを形成した後にレーザアニール等により多結晶化して
も良い。ＳｉＮ_x 層３０８についてもＳｉＯ_x 、ＴａＯ
_x などの他の絶縁体を用いても良いし、これらの積層膜
を用いることも可能である。この後、ゲート電極層３０
９を形成した。本実施形態ではＭｏとＡｌの積層膜を２
０００Ａ（オングストローム）の厚さに形成したが、こ
れについても前述のいかなる金属も用いることも可能で
ある。

【００６６】次いで、ＣＶＤ法によりＳｉＮ_x 層を２０
００Ａ（オングストローム）の厚さに成膜し、ドライエ
ッチング法によりパタ−ニングしてスルーホールなどを
あけ、無機パッシベーション層３１０を形成した。さら
に、アクリル系の樹脂を２μｍコーテイングして成膜
し、ドライエッチング法でパタ−ニングしてスルーホー
ルなどをあけ、有機パッシベーション層３１１を形成し
た。

【００６７】本実施形態ではアクリル樹脂を用いたが、
ポリイミドやＢＣＢ（ベンゾシクロロブテン）を用いて
も良い。ＢＣＢは誘電率が３程度と小さい為、画素電極
と信号線やＴＦＴとのカップリング容量を減らすのに有
効である。また、黒色樹脂を用いても良い。また、これ
ら有機材料の積層膜でも構わない。

【００６８】さらに、画素電極層３１２をスパッタリン
グにより成膜し、パタ−ニングして形成した。本実施形
態ではＩＴＯを用いたが、Ａｌなどの高い反射率を持つ
金属を用いると、反射モ一ドの液晶との組み合わせの際
には有効である。また、有機パッシベーション層により
アレイの平坦性が良く、液晶のディスクリネーションが
少なく、良好な表示特性を得ることができる。パッシベ
ーション層もＮａ等の不純物イオンに対する阻止能の大
きいＳｉＮ_x を用いることで、長時間の駆動に際しても
表示性能の劣化が小さかった。また、画素電極のパタ−
ニングでは、本実施例ではＩＴＯを塩酸系のエッチング
液でエッチングしたが、有機パッシベーション層と無機
パッシベーション層の複合膜により、その下にある信号
緑やゲート線を腐食することがなかった。

【００６９】一方の透明基板３１３には対向電極層３１
４としてＩＴＯを１０００Ａ（オングストローム）の厚
さに形成した。透明基板としてはガラス基板、石英基
板、プラスチック基板、ＭｇＯ基板などを用いることが
できる。このガラス基板と前述のＴＦＴアレイ基板を組
み合わせ、スペーサなどを利用して適当なギャップを持
たせてＴＮ（ツイストネマチック）液晶３１５を注入し
て、液晶表示装置を完成した。

【００７０】なお、液晶層３１５としては、ＧＨ（ゲス
トホスト）モードやＯＣＢモード、ＩＰＳモード（イン
プレーンスイッチングモード；横電界モード）でも良
い。高分子分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶
などを用いることが可能である。本実施形態では液晶層
として単層の例を示しているが、多層のものであっても
良い。

【００７１】また、ＴＦＴについても本実施形態におい
ては逆スタガ型のトップゲート型を用いているが、正ス
タガでも良い。ボトムゲート型を用いても良く、半導体
部についても、アモルファスシリコン、微結晶シリコ
ン、多結晶シリコン、シリコンゲルマニウムなどを用い
ても良い。

【００７２】本実施形態の液晶表示装置では、誘電体層
３０３の図中左端にドレイン電極３０５ｂが接続され、
図中右端の位置に補助容量電極３０４ｃが配設されてい
る。更に誘電体層３０３の上面には複数の電極３０４ａ
及び３０４ｂ、同下面には複数の電極３０２ａ、３０２
ｂ、３０２ｃがそれぞれ間欠的に配設されている。電極
３０４ａ、３０４ｂと電極３０２ａ〜３０２ｃとは、隣
接する二つの電極３０２ａ、３０２ｂの間の位置に電極
３０４ａがくるように配設されており、電極３０２ｂ、
３０２ｃの間の位置に電極３０４ｂがくるように配設さ
れている。電極３０２ａの図中左右両端部付近は誘電体
材料層３０３を介して対向するドレイン電極３０５ｂと
電極３０４ａ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、電極３０２ｂは対向する電
極３０４ａと３０４ｂの間にくるように配設され、電極
３０２ｃは対向する電極３０４ｂと３０４ｃとの間にく
るように配設され、誘電体層３０３の上面と下面とにそ
れぞれ配設された電極どうしが端の部分で重なりあいな
がら互い違いの位置に配設されている。

【００７３】この液晶表示装置では、補助容量素子を上
記誘電体層３０３、ドレイン電極３０５ｂ、補助容量電
極３０４ｃ、誘電体層３０３の上下両面に互い違いに配
設された複数の電極３０２ａ〜３０２ｃと３０４ａ及び
３０４ｂの全体で形成しており、誘電体層３０３の両端
のドレイン電極３０５ｂと補助容量電極３０４ｃとの間
に電極３０２ａ〜３０２ｃと３０４ａ及び３０４ｂを介
した直列キャパシタとなっている。

【００７４】このような構造にすることにより、誘電体
層３０３を介して対向する一組の電極、例えば電極３０
４ａの左端部と電極３０２ａの右端部とで一つのキャパ
シタが形成される。この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。いま仮に電極３０４ａの左端部と電極３０２ａ
の右端部とで形成される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。

【００７５】ここで電極３０４ａの右端部と電極３０２
ｂの左端部に着目すると、この間にも別のキャパシタが
形成される。このキャパシタでは電極３０４ａ及び電極
３０２ａでそれぞれ分極が起るため、先の電極３０４ａ
の左端部と電極３０２ａの右端部とで形成されるキャパ
シタの極性と逆向きの極性が存在する。そのため、電極
３０４ａの左右両端では逆向きの極性が存在することに
なり、これらが互いに打ち消しあうため、見かけ上は極
性が存在しないのと同じ状態になる。

【００７６】同様にして、ドレイン電極３０５ｂと電極
３０２ａとの重なり部分、電極３０４ｂ左端部と電極３
０２右端部との重なり部分、電極３０４ｂ右端部と電極
３０２ｃ左端部との重なり部分、及び電極３０２ｃ右端
部と電極３０４ｃ左端部との重なり部分にもキャパシタ
が形成されるため、誘電体層３０３には合計６個のキャ
パシタが形成される。そして各キャパシタには極性が存
在するが、これらの極性は互いに打ち消し合う関係にあ
る。そのため、補助容量素子全体としては極性が存在し
ないのと同じ状態にり、リーク電流を抑えることができ
る。

【００７７】また、この液晶表示装置では上記６個のキ
ャパシタを直列に接続したと等価の回路を形成する構成
となっているので、誘電体層３０３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。

【００７８】更に、各キャパシタの誘電体材料層１０２
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。

【００７９】なお、本実施形態では等価回路換算で直列
に接続したキャパシタの数は６個だが、これ以外にも任
意の数で形成することができる。ただし、偶数にする方
が焼き付きの少ない特性の良い表示特性を得ることがで
きる。また上部電極３０４と下部電極３０２の重なり部
分は本実施形態ではほぼ同じ大きさになるように形成し
たが、異なっていても良い。

【００８０】（第４の実施形態）次に、本発明の第４の
実施形態に係る液晶表示装置について説明する。

【００８１】図８（ａ）〜（ｃ）は本発明の第４の実施
形態に係る液晶表示装置の垂直断面図である。

【００８２】本実施形態の液晶表示装置は上記第３の実
施形態に係る液晶表示装置の変形例である。上記第３の
実施形態に係る液晶表示装置の説明と重複する内容につ
いては省略する。

【００８３】本発明の液晶表示装置では本実施形態に示
す構造とすることも可能である。

【００８４】図８（ａ）に示した液晶表示装置では、誘
電体層６０１をエッチングし、凹部を形成した後、金属
層を成膜し、その後ＣＭＰ（ケミカルメカニカルエッチ
ング）法などの平坦化処理で全く平坦な下部電極６０２
を形成する。次いで、複数の隣接するキャパシタを形成
する誘電体層６０３を成膜し、パタ−ニングした後、上
部電極６０４を形成し、パッシベーション６０５層、画
素電極層６０６を形成する。

【００８５】この構造の液晶表示装置では誘電体６０３
が、平坦な面を構成する下部電極６０２及び誘電体層６
０１上に形成される為、その上を彼覆する誘電体６０３
との間でリークが発生しにくいという特徴を持つ。

【００８６】図８（ｂ）に示した液晶表示装置では、誘
電体は凸部を形成する下部電極６０２を被覆した形にな
っているが、誘電体層６０３と上部電極層６０４の間に
誘電体層６０７を形成している。このため、誘電体層６
０３において下部電極６０２の段差を彼覆する部分が誘
電体６０７により上部電極６０４との間にかかる電界が
緩和されるため、リークが発生し難くなっている。

【００８７】図８（ｃ）に示した液晶表示装置では、誘
電体層６０３を島状にパタ−ニングし、その間に誘電体
層６０７を形成している。このような構造にすることに
より隣接する複数のキャパシタを形成する誘電体６０３
の間の寄生容量が減少される。

【００８８】誘電体層６０７としては誘電体６０３より
も低誘電率である方が良い。本実施形態ではＢＣＢを用
いたが、本実施形態で述べたいかなる誘電体を用いるこ
とも可能である。また、隣接して形成される複数のキャ
パシタと画素電極６０６の間にパッシベーション層を２
層（６０５ａ，６０５ｂ）設け、その間にシールド電極
層６０８を形成した。シールド電極６０８は駆動する
際、グランド電位、あるいは適当な電位に固定した。こ
れにより、上部電極６０４と画素電極６０６の間のカッ
プリング容量を小さくすることができる。またシールド
電極６０８はＴＦＴと画素電極の間にも形成した。これ
により、ＴＦＴと画素電極の間のカップリング容量を小
さくすることができる。

【００８９】なお、本実施形態では一画素について１つ
のＴＦＴと誘電体素子が接続されているが、一画素に複
数のＴＦＴと誘電体素子が接続していても良い。これに
よりＴＦＴ、誘電体アレイの冗長性が増し、表示素子に
おけるＴＦＴまたは誘電体素子部の不良による点欠陥を
防ぐことができる。逆に一つのＴＦＴからチェイン数の
異なる複数の誘電体を介して複数の画素に接続しても良
い。このような構成とすることにより分割画素を構成
し、それぞれ、キャパシタを直列接続する数に応じた電
位を液晶に保持できるので、面積階調が可能となる。例
えば反強誘電性液晶などの２値状態しかとらない液晶と
組み合わせると有効である。

【００９０】（第５の実施形態）次に、本発明の第５の
実施形態に係る液晶表示装置について説明する。

【００９１】図９は本発明の第５の実施形態に係る液晶
表示装置の垂直断面図であり、図１０は同液晶表示装置
の平面図である。

【００９２】以下、本実施形態に係る液晶表示装置の製
造方法について説明する。

【００９３】まず、透明基板４０１の上にＰｔが厚さ１
μｍになるようにスパッタリングして成膜し、パタ−ニ
ングして、電極層４０２、４０４を形成した。金属層４
０２、４０４としては前述の実施形態で述べたいかなる
金属を用いても良い。

【００９４】次にＳｒＴｉＯ₃ を１μｍの厚さに成膜
し、パタ−ニングして誘電体層４０３を形成した。誘電
体材料としては前述の実施形態におけるいかなる誘電体
も利用できる。この後、金属層４０５をスパッタリング
により成膜し、パターニングして、ＴＦＴのドレイン電
極及び信号線電極４０５ａ、ソース電極４０５ｂ及び誘
電体と画素電極の接続電極４０５ｃを形成した。

【００９５】本実施形態ではＭｏＴａを用いたが、前述
の実施形態で用いたいかなる金属材料をも用いることが
できる。

【００９６】次いで、コンタクト層４０６を厚さ５００
Ａ（オングストローム）、アモルファスシリコン層４０
７を厚さ３０００Ａ（オングストローム）、絶縁体層４
０８を厚さ３０００Ａ（オングストローム）、ゲート電
極層４０９を厚さ２０００Ａ（オングストローム）にな
るように形成し、ＴＦＴを形成した。これは、前述のＴ
ＦＴの形成と同様である。従って、ＴＦＴとしては前述
の実施形態でのべた他のいかなる構造にしても良い。製
造工程的にはさらに、無機パッシベーション層４１０、
有機パッシベーション層４１１、画素電極層４１２を形
成したが、これについても前述の実施形態と全く同じ工
程である。すなわち、材料としても前述で述べたいかな
る材料を用いても良い。

【００９７】これを前述の実施形態と同様の対向基板と
組み合わせ、適当なギャップを持たせて液晶を注入し
て、液晶表示装置を作成した。液晶材料、液晶層の構造
に関しても前述の実施形態と同様の複数のパターンとす
ることが可能である。

【００９８】本実施形態に係る液晶表示装置の特徴は、
誘電体の容量をその堆積方向（図中上下方向）ではな
く、図中左右の電極４０２、４０４の間で横方向に形成
していることにある。

【００９９】このため、電極４０２、４０４のパタ−ニ
ングを変えることだけで誘電体層の膜厚を変えることが
できる。特に５μｍ〜１０μｍ程度の大きな膜厚を得る
ことも容易である。本実施形態では電極４０２と４０４
の間の距離を１０μｍとした。

【０１００】本実施形態の液晶表示装置では、補助容量
素子の誘電体層４０３と、この誘電体層４０３の両面に
配置すべき電極４０２及び４０３とをこの液晶表示装置
の長手方向、即ち図中水平方向に配設したので、液晶表
示装置の厚さと無関係に誘電体層４０３の厚さを大きく
することができる。その結果、この補助容量素子の保持
能力を大きくすることができる。

【０１０１】また、電極４０２、４０４の高さを十分高
くしたので、水平方向に配置した補助容量素子のうち、
誘電体層４０３の幅を十分確保することができた。その
ため、この補助容量素子の幅を十分大きくとることがで
き、その結果、この補助容量素子の保持能力を大きくす
ることができる。

【０１０２】（第６の実施の形態）次に、本発明の第６
の実施形態に係る液晶表示装置について説明する。

【０１０３】図１１は本発明の第６の実施形態に係る液
晶表示装置の垂直断面図であり、図１２は同液晶表示装
置の平面図である。

【０１０４】以下、本実施形態に係る液晶表示装置の製
造方法について説明する。

【０１０５】透明な基板の上にＩＴＯを２０００Ａ（オ
ングストローム）の厚さにスパッタリングして成膜した
後、パタ−ニングして誘電体下部電極５０２及びＴＦＴ
のドレイン、信号線電極５０５ａ、ソース電極５０５ｂ
を形成した。透明な基板としては石英を用いたが、前述
の実施形態で述べた他のいかなる基板を用いることもで
きる。

【０１０６】次に、ＳｒＴｉＯ₃ を３０００Ａ（オング
ストローム）の厚さにスパッタリングして成膜し、次い
でパタ−ニングして縞状の誘電体層５０３を形成した。
次に誘電体上部電極５０４を形成した。本実施形態では
ＩＴＯを用いた。誘電体層５０３、及び上下電極層につ
いても前述の実施形態で述べたいかなる材料も使用可能
である。

【０１０７】特に、反射型モードの液晶を用いる場合
は、下部電極をＰｔとＴｉ（Ｔｉの上にＰｔ）の積層
膜、上部電極をＡｌとＰｔ（Ｐｔの上にＡｌ）の積層膜
にするのが好ましい。

【０１０８】次にコンタクト層５０６を厚さ５００Ａ
（オングストローム）、アモルファスシリコン層５０７
を３０００Ａ（オングストローム）、絶縁体層５０８を
３０００Ａ（オングストローム）、ゲート金属層５０９
を２０００Ａ（オングストローム）の厚さにそれぞれ形
成してＴＦＴを形成したが、これも前述の実施形態の工
程と同様である。ＴＦＴの構造についても前述の実施形
態と同様のいかなる構造も使用可能である。

【０１０９】次にパッシベーション層５１０を２０００
Ａ（オングストローム）の厚さに形成した。パッシベー
ション５１０にはＳｉＮ_x を用いたが、前述の実施形態
と同様、有機材料を用いても良いし、これらを積層して
用いても良い。

【０１１０】これを前述の実施形態と同様な対向基板と
組み合わせ、適当なギャップを持たせてＴＮ液晶を注入
し、液晶表示装置を完成した。液晶材料、液晶層の構造
に関しても前述の実施形態と同様に複数のパターンが使
用可能である。

【０１１１】本実施形態の特徴を示す回路図を図１３に
示す。図１３では直列に接続したキャパシティの数が５
個の場合が示されている。

【０１１２】本実施形態では、誘電体層の作るチェイン
状に直列接続されたキャパシティの一つ−つ５２４ａ〜
５２４ｅが液晶５２５ａ〜５２５ｃとそれぞれ直列にな
っている。

【０１１３】さらに、５２４ａ〜５２４ｅが直列になっ
ているため、ＴＦＴから誘電体と液晶にある一種類の電
界を書込んでも液晶には３種類の電界をかけることがで
きる。

【０１１４】もちろん、一般に（２ｎ−１）個（ｎ≧
１）の直列容量を形成すればｎ個の電界を加えることが
できる。そのため、本構成では面積階調が可能となる。
これにより、例えば反強誘電性液晶などの２値しかとら
ない液晶材料などでも多階調表示が可能となる。

【０１１５】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明により、高
保持率を有し、階調制御が可能で、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。

【０１１６】即ち、請求項１記載の本発明によれば、前
記第１の容量素子と第２の容量素子の二つの容量素子を
前記液晶層に対して直列に配設し、第１の容量素子の極
性と第２の容量素子の極性とが互いに逆向きになるよう
に配設しているので、容量素子の極性が相殺され、容量
素子全体としての極性がほぼゼロになる。その結果、容
量素子からのリーク電流を大きくすることなく保持能力
を高くすることができる。またリーク電流による液晶の
焼き付けを防止することができる。

【０１１７】更に、二つの容量素子を組み合わせて用い
ることにより必要な保持能力を確保しているので、誘電
体の膜厚を厚くする必要がなく、製造コストが安価に抑
えられる。

【０１１８】請求項２記載の本発明によれば、前記第１
の容量素子と第２の容量素子の二つの容量素子を前記液
晶層に対して並列に配設し、第１の容量素子の極性と第
２の容量素子の極性とが互いに逆向きになるように配設
しているので、容量素子の極性が相殺され、容量素子全
体としての極性がほぼゼロになる。その結果、容量素子
からのリーク電流を大きくすることなく保持能力を高く
することができる。またリーク電流による液晶の焼き付
けを防止することができる。

【０１１９】更に、二つの容量素子を組み合わせて用い
ることにより必要な保持能力を確保しているので、誘電
体の膜厚を厚くする必要がなく、製造コストが安価に抑
えられる。

【０１２０】請求項３記載の本発明によれば、前記第１
の容量素子と第２の容量素子の二つの容量素子を前記液
晶層に対して並列に配設し、第１の容量素子の極性と第
２の容量素子の極性とが互いに逆向きになるように配設
しているので、容量素子の極性が相殺され、容量素子全
体としての極性がほぼゼロになる。その結果、容量素子
からのリーク電流を大きくすることなく保持能力を高く
することができる。またリーク電流による液晶の焼き付
けを防止することができる。

【０１２１】更に、二つの容量素子を組み合わせて用い
ることにより必要な保持能力を確保しているので、誘電
体の膜厚を厚くする必要がなく、製造コストが安価に抑
えられる。

【０１２２】請求項４記載の本発明によれば、前記第１
の容量素子と第２の容量素子の二つの容量素子を前記液
晶層に対して並列に配設し、第１の容量素子の極性と第
２の容量素子の極性とが互いに逆向きになるように配設
しているので、容量素子の極性が相殺され、容量素子全
体としての極性がほぼゼロになる。その結果、容量素子
からのリーク電流を大きくすることなく保持能力を高く
することができる。またリーク電流による液晶の焼き付
けを防止することができる。

【０１２３】更に、二つの容量素子を組み合わせて用い
ることにより必要な保持能力を確保しているので、誘電
体の膜厚を厚くする必要がなく、製造コストが安価に抑
えられる。

【０１２４】請求項５記載の本発明によれば、請求項１
又は３記載の液晶表示装置において、前記容量素子とし
て、前記第１の電極と前記印加手段との間に配設された
誘電体層の一方の面上に、所定の間隔を隔てて間欠的に
複数の電極板を配設し、もう一方の面上に前記電極版の
隣接する二つの電極板に跨る位置に複数の電極板を配設
したものを採用する。

【０１２５】この容量素子では誘電体層の両面にそれぞ
れ互い違いの位置に電極板が配設されており、複数の容
量素子を直列に接続したのと同様の電気容量を確保でき
るので、保持能力を高くすることができる。

【０１２６】また、この容量素子内に形成される極性は
互いに逆方向のものが同数形成されるので互いに相殺さ
れ、リーク電流がほぼゼロになる。

【０１２７】更に、厚い誘電体層は使用していないので
製造コストの上昇を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】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２】本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置の
等価回路である。

【図３】本発明の第１の実施形態の変形例に係る液晶表
示装置の等価回路である。

【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】本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置の
等価回路である。

【図６】本発明の第３の実施形態に係る液晶表示装置の
垂直断面図である。

【図７】本発明の第３の実施形態に係る液晶表示装置の
平面図である。

【図８】本発明の第４の実施形態に係る液晶表示装置の
垂直断面図である。

【図９】本発明の第５の実施形態に係る液晶表示装置の
垂直断面図である。

【図１０】本発明の第６の実施形態に係る液晶表示装置
の平面図である。

【図１１】本発明の第６の実施形態に係る液晶表示装置
の垂直断面図である。

【図１２】本発明の第５の実施形態に係る液晶表示装置
の平面図である。

【図１３】本発明の第５の実施形態に係る液晶表示装置
の等価回路である。

【図１４】従来のＴＦＴアレイの断面図である。

【図１５】従来のＴＦＴアレイの等価回路である。

【符号の説明】

１０１ａ・・・ゲート電極 １０１ｂ・・・補助容量電極 １０１ｃ・・・補助容量中間電極 １０２ ・・・ゲート絶緑膜 １０２ａ・・・ゲート電極 １０２ｂ・・・補助容量素子 １０２ｃ・・・補助容量素子 １０３ ・・・アモルファスシリコン層 １０４ａ・・・ドレイン電極 １０４ｂ・・・ソース電極 １０５ ・・・パッシベーション層 １０５ａ・・・パッシベーション層 １０５ｂ・・・パッシベーション層 １０６ ・・・画素電極 １０７ ・・・補助容量下部接続電極 ２０１ ・・・ＴＦＴ ２０２ ・・・液晶容量

───────────────────────────────────────────────────── 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 (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の電極と第２の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第１の電極に前記表示信号に応
   じた電圧を印加する印加手段と、 前記第１の電極と前記印加手段との間に配設された第１
   の容量素子と、 前記第１の容量素子と前記第１の電極との間に配設さ
   れ、前記第１の容量素子の極性と逆向きの極性を有する
   第２の容量素子と、を具備することを特徴とする液晶表
   示装置。
2. 【請求項２】 第１の電極と第２の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第１の電極に前記表示信号に応
   じた電圧を印加する印加手段と、 前記第１の電極と前記印加手段との間に配設された第１
   の容量素子と、 前記第１の容量素子と前記第１の電極との間に並列に配
   設され、前記第１の容量素子の極性と逆向きの極性を有
   する第２の容量素子と、を具備することを特徴とする液
   晶表示装置。
3. 【請求項３】 第１の電極と第２の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第１の電極に前記表示信号に応
   じた電圧を印加する印加手段と、 前記第１の電極と前記印加手段との間に前記液晶層と並
   列に配設された第１の容量素子と、 前記第１の容量素子と前記第１の電極との間に配設さ
   れ、前記第１の容量素子の極性と逆向きの極性を有する
   第２の容量素子と、を具備することを特徴とする液晶表
   示装置。
4. 【請求項４】 第１の電極と第２の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第１の電極に前記表示信号に応
   じた電圧を印加する印加手段と、 前記第１の電極と前記印加手段との間に前記液晶層と並
   列に配設された第１の容量素子と、 前記第１の容量素子と前記第１の電極との間に前記液晶
   層と並列に配設され、前記第１の容量素子の極性と逆向
   きの極性を有する第２の容量素子と、を具備することを
   特徴とする液晶表示装置。
5. 【請求項５】 請求項１又は３記載の液晶表示装置であ
   って、前記容量素子が、 前記第１の電極と前記印加手段との間に配設された誘電
   体層と、 前記誘電体層の一方の面上に配設され、複数の第１中間
   電極がそれぞれ所定の間隔を隔てて配設された第１の電
   極層と、 前記誘電体層のもう一方の面上に配設され、複数の第２
   中間電極のそれぞれが、前記第１の電極層上の隣接する
   二つの電極に跨がる位置に配設された第２の電極層と、 を具備することを特徴とする液晶表示装置。