JPH1195264A - 電気光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＴＦＴにおいて、ソース、ドレイン電極とチ
ャネル形成領域との距離を縮め、ドレイン電流を大きく
する。 【解決手段】 ＴＦＴのゲイト電極を金属材料やシリコ
ン等で構成し、これを陽極酸化することにより、ゲイト
電極と、その他の配線との絶縁性を向上せしめる。この
結果、ソース、ドレイン電極をチャネル形成領域に近づ
けても、ゲイト電極とソース、ドレインのリードとのシ
ョート等の不良の発生する確率が減り、より好ましく
は、ソース、ドレインのコンタクトホールをセルフアラ
イン的に形成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【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関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＴＦＴを用いたアクティブマトリ
クス型の液晶電気光学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。その代表例を図２に示す。

【０００３】図２は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、時分割駆動により、高デューティーの場合でもコ
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Ｖ_LC２０
（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(V_LC)
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
Ｖ_LCが決められる。この電荷は液晶の抵抗Ｒ_LC２４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Ｒ_GS２５
が生じた場合にはそこから電荷がもれ、Ｖ_LC２０は中途
半端な状態になってしまう。

【０００７】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。特に液晶２２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はそれぞれの電極上にラ
ビングした配向膜を設ける。このラビング処理のため発
生する静電気によりＴＦＴに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。ア
クティブマトリクス型の液晶電気光学装置においては、
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
し実際は不良が多く、必ずしも成就しないのが実情であ
る。

【０００８】また液晶材料が強誘電性液晶であると、注
入電流を大きくする必要がある。このためにはＴＦＴの
素子寸法を大きくして電流マ−ジンを大きくとらなけれ
ばならないという欠点がある。

【０００９】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発明の目的とす
る。

【００１０】加えて、一つの液晶電気光学装置に多数存
在するＴＦＴの動作不良（主として、ソース、ドレイン
間のショートやリークによる不良）が発生した場合の補
償機能を持つ液晶電気光学装置を提案するものである。

【００１１】

【問題を解決するための手段】本発明は、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複数組設
け、該複数の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である。

【００１２】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）である。

【００１３】また、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全てのゲイ
ト電極を同一の第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である。

【００１４】本発明の代表例を図１に回路として示す。
図１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。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Ｖ_DD1 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。

【００１５】また、この４つのＴＦＴのゲイト電極は同
一の信号線Ｖ_GG1 に接続されて、１つの画素部分に２組
のＣ／ＴＦＴが設けられた構成となっている。

【００１６】このような構成のＴＦＴを持つ画素部分を
マトリクス配列させて、アクティブマトリクス型液晶電
気光学装置を構成している。

【００１７】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。

【００１８】また、本発明ではこのようなＣ／ＴＦＴＦ
を複数直列に設けて、４つのＴＦＴのうちの一部が動作
不良（具体的にはソース、ドレイン間のショートやリー
ク）を起こしても、その他のＴＦＴがその動作を補償す
ることができるものであります。すなわち、画素に対し
て、このＣ／ＴＦＴを直列に設けているので、一部が常
に導通状態であっても、残りのＴＦＴで画素のＯＮ、Ｏ
ＦＦの制御ができるためであります。

【００１９】また、直列に配置しているために、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
能となった。

【００２０】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。

【００２１】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
Ｖ_DD1 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。

【００２２】また、この４つのＴＦＴのゲイト電極は同
一の信号線Ｖ_GG1 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。

【００２３】このように、本発明においては、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、複数のＴＦＴを設けても実現することができる。

【００２４】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。

【００２５】

【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であり、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。

【００２６】また、図４にその上面図と断面図、図５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。

【００２７】まずＰＴＦＴ４１とＮＴＦＴ４０の作製工
程を図５を用いて説明する。ＰＴＦＴもＮＴＦＴ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を使用して説明を行う。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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の不純物領域ドレ
イン４００、４０２、４０５、ＰＴＦＴの不純物領域４
１０、４１２、４１５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４１１と４０１がゲイト電極４１６下にはチ
ャネル形成領域４１４と４０４がセミアモルファス半導
体として形成されている。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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５(D) 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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】

【表１】

【００５０】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。

【００５１】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、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。

【００５２】図４において、Ｙ軸方向にＶ_DD1 、Ｖ_DD2
を有するＹ軸方向の配線（以下Ｙ線ともいう）４３、４
４を形成した。なおＸ軸方向はＶ_GG1 、Ｖ_GG2 とＸ軸方
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Ｙ線Ｖ_DD1 と
Ｘ線Ｖ_GG1 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、ＰＴＦＴ４
１はソース, ドレインである４０５、４１５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４００、４１０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Ｘ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Ｙ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ＮＴＦＴ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Ｔ
ＦＴでＣ／ＴＦＴを構成させることができた。

【００５３】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。

【００５４】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。

【００５５】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。

【００５６】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。

【００５７】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。

【００５８】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。

【００５９】本発明の特長は、１つの画素に複数のＴＦ
Ｔが相補構成をして設けられていること、また電極６は
液晶電位Ｖ_LCを構成するが、それは、ＰＴＦＴがオンで
ありＮＴＦＴがオフか、またはＰＴＦＴがオフでありＮ
ＴＦＴがオンか、のいずれのレベルに固定されることで
ある。

【００６０】以下、図６を用いて本実施例のＣ／ＴＦＴ
の動作原理を説明する。図３に示されている一対の信号
線Ｖ_DD1 、Ｖ_DD2、Ｖ_GG1 、Ｖ_GG2 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６にＡ点（Ｖ_DD1 と
Ｖ_GG1 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６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６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Ｖ_DD1 またはＶ_DD2に加える信号電圧
のをその強弱に応じた信号電圧波形にすればよい。例え
ば図３の場合において、Ａ点の液晶の透過率を大きくと
りたいのならば、図６のＶ_DD1 の液晶の透過率に応じて
高い電圧の信号電圧を加えればよく、逆に液晶の透過率
を小さくとりたいのならば低い電圧の信号電圧を加えれ
ばよい。（すなわち、Ｖ_DD1 、Ｖ_DD2の印加電圧によ
り、階調表示をさせることができる。）

【００６１】一方、Ｖ_GG1 、Ｖ_GG2 に加える信号電圧は
Ｃ／ＴＦＴのスレッシュホールド電圧Ｖ_thよりも大きく
なければならない（Ｖ_GG≫Ｖ_th )。さらに図６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Ｖ_OFFSET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。

【００６２】このような駆動おいて、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Ｖ_DD1 またはＶ_DD2の印加電圧がＶ_GG1 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。本発明のようにＶ_DD1 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。

【００６３】同時にこれら４つのＴＦＴは全体でＣ／Ｔ
ＦＴ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。

【００６４】〔実施例２〕本実施例は、図７(A) にその
平面図を、図７(B) にＡ−Ａ^, の断面図を、図７(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。

【００６５】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Ｖ_DD1 、Ｖ_DD2と画素電極６との
間に直列に設けた構成としている。

【００６６】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。

【００６７】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。

【００６８】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。

【００６９】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。

【００７０】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。

【００７１】さらにＮＴＦＴは図示さていないが、ＰＴ
ＦＴ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。

【００７２】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。

【００７３】本発明においては、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。

【００７４】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】

【発明の効果】このような構成をとることによって、Ｐ
ＴＦＴ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。

【００７６】また、本発明ではこのようなＣ／ＴＦＴＦ
を複数直列に設けて、４つのＴＦＴのうちの一部が動作
不良（具体的にはソース、ドレイン間のショートやリー
ク）を起こしても、その他のＴＦＴがその動作を補償す
ることができるものであります。すなわち、画素に対し
て、このＣ／ＴＦＴを直列に設けているので、一部が常
に導通状態であっても、残りのＴＦＴで画素のＯＮ、Ｏ
ＦＦの制御ができるためであります。

【００７７】また、直列に配置しているために、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
能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を２×２のマトリックスに組んだ
場合の説明図である。

【図２】本発明を使用しない従来の例を示す。

【図３】本発明の実施例の一例を示す。

【図４】本実施例１の上面図並びに断面図を示す。

【図５】ＴＦＴの作製工程図の一例をしめす。

【図６】Ｃ／ＴＦＴを駆動させる信号の一例を示す。

【図７】本実施例２の上面図並びに断面図を示す。

【符号の説明】

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

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【手続補正書】

【提出日】平成１０年８月１９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に形成された画素電極と、 前記基板上に形成された配線と、 前記画素電極と前記配線との間に直列に接続された同じ
   伝導型を有する複数の薄膜トランジスタとを有し、 前記複数の薄膜トランジスタのチャネル領域は、同じ結
   晶性を有する半導体膜を用いていることを特徴とする電
   気光学装置