JP2012093500A - Liquid crystal display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、液晶表示装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a liquid crystal display device.
近年、平面表示装置が盛んに開発されており、中でも液晶表示装置は、軽量、薄型、低消費電力等の利点から特に注目を集めている。特に、各画素にスイッチング素子として薄膜トランジスタ(TFT)を組み込んだアクティブマトリクス型液晶表示装置においては、透過型の液晶表示パネルと、バックライトとを組み合わせた構成がある。 2. Description of the Related Art In recent years, flat display devices have been actively developed. In particular, liquid crystal display devices have attracted particular attention because of their advantages such as light weight, thinness, and low power consumption. In particular, an active matrix liquid crystal display device in which a thin film transistor (TFT) is incorporated as a switching element in each pixel has a configuration in which a transmissive liquid crystal display panel and a backlight are combined.
スイッチング素子として、ポリシリコン半導体層を備えたトップゲート型ポリシリコンTFTを適用した構成においては、バックライトの高輝度化に伴い、オフ電流の増加が問題となっている。すなわち、ポリシリコン半導体層がバックライト光を吸収することにより、TFTのドレイン電流が増加する。このドレイン電流の増加は、TFTがオフの状態で顕著に現れ、光リーク電流と呼ばれる。近年では、画面の高輝度化の要求により、バックライトの輝度を増加させる傾向にあり、これに伴い光リーク電流の増加によりクロストークやフリッカーなどによって表示品位に悪影響を及ぼす恐れがある。 In a configuration in which a top gate type polysilicon TFT provided with a polysilicon semiconductor layer is applied as a switching element, an increase in off-current is a problem as the backlight brightness increases. That is, when the polysilicon semiconductor layer absorbs the backlight light, the drain current of the TFT increases. This increase in drain current is noticeable when the TFT is off, and is referred to as light leakage current. In recent years, there has been a tendency to increase the luminance of the backlight due to the demand for higher luminance of the screen, and accordingly, the display quality can be adversely affected by crosstalk or flicker due to an increase in light leakage current.
本実施形態の目的は、表示品位の良好な液晶表示装置を提供することにある。 An object of the present embodiment is to provide a liquid crystal display device with good display quality.
本実施形態によれば、
絶縁基板と、前記絶縁基板の上に島状に形成された誘電体ミラーと、前記誘電体ミラーの上に形成されソース領域及びドレイン領域を有するポリシリコン半導体層と、前記絶縁基板、前記誘電体ミラー、及び、前記ポリシリコン半導体層を覆うゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜の上に形成されたゲート電極と、前記ポリシリコン半導体層の前記ソース領域にコンタクトしたソース電極と、前記ポリシリコン半導体層の前記ドレイン領域にコンタクトしたドレイン電極と、前記ドレイン電極に電気的に接続された画素電極と、を備えた第1基板と、前記第1基板に対向して配置された第2基板と、前記第1基板と前記第2基板との間に保持された液晶層と、を備えたことを特徴とする液晶表示装置が提供される。
According to this embodiment,
An insulating substrate, a dielectric mirror formed in an island shape on the insulating substrate, a polysilicon semiconductor layer formed on the dielectric mirror and having a source region and a drain region, the insulating substrate, and the dielectric A mirror, a gate insulating film covering the polysilicon semiconductor layer, a gate electrode formed on the gate insulating film, a source electrode in contact with the source region of the polysilicon semiconductor layer, and the polysilicon semiconductor A first substrate comprising: a drain electrode in contact with the drain region of the layer; and a pixel electrode electrically connected to the drain electrode; a second substrate disposed opposite the first substrate; There is provided a liquid crystal display device comprising: a liquid crystal layer held between the first substrate and the second substrate.
以下、本実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings. In each figure, the same reference numerals are given to components that exhibit the same or similar functions, and duplicate descriptions are omitted.
図1は、本実施形態における液晶表示装置の構成を模式的に示す図である。 FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a configuration of a liquid crystal display device according to the present embodiment.
すなわち、液晶表示装置1は、アクティブマトリクスタイプの透過型の液晶表示パネルLPN、液晶表示パネルLPNに接続された駆動ICチップ2及びフレキシブル配線基板3、液晶表示パネルLPNを照明するバックライト4などを備えている。
That is, the liquid
液晶表示パネルLPNは、第1基板であるアレイ基板ARと、アレイ基板ARに対向して配置された第2基板である対向基板CTと、これらのアレイ基板ARと対向基板CTとの間に保持された図示しない液晶層と、を備えて構成されている。このような液晶表示パネルLPNは、画像を表示するアクティブエリアACTを備えている。このアクティブエリアACTは、m×n個のマトリクス状に配置された複数の画素PXによって構成されている(但し、m及びnは正の整数である)。 The liquid crystal display panel LPN is held between the array substrate AR, which is the first substrate, the counter substrate CT, which is the second substrate disposed to face the array substrate AR, and the array substrate AR and the counter substrate CT. And a liquid crystal layer (not shown). Such a liquid crystal display panel LPN includes an active area ACT for displaying an image. This active area ACT is composed of a plurality of pixels PX arranged in an m × n matrix (where m and n are positive integers).
バックライト4は、アレイ基板ARの背面側に配置されている。このようなバックライト4としては、光源として発光ダイオード(LED)を備えたものが適用されるが、詳細な構造については説明を省略する。
The
図2は、図1に示した液晶表示パネルLPNの構成及び等価回路を概略的に示す図である。 FIG. 2 is a diagram schematically showing a configuration and an equivalent circuit of the liquid crystal display panel LPN shown in FIG.
液晶表示パネルLPNは、アクティブエリアACTにおいて、n本のゲート配線G(G1〜Gn)、n本の補助容量線C(C1〜Cn)、m本のソース配線S(S1〜Sm)などを備えている。ゲート配線G及び補助容量線Cは、第1方向Xに沿ってそれぞれ延在している。また、ゲート配線G及び補助容量線Cは、第1方向Xに直交する第2方向Yに沿って交互に並列配置されている。ソース配線Sは、ゲート配線G及び補助容量線Cと交差する第2方向Yに沿ってそれぞれ延在している。また、ソース配線Sは、第1方向Xに沿って並列配置されている。つまり、ゲート配線G及び補助容量線Cと、ソース配線Sとは、略直交している。 In the active area ACT, the liquid crystal display panel LPN includes n gate lines G (G1 to Gn), n auxiliary capacitance lines C (C1 to Cn), m source lines S (S1 to Sm), and the like. ing. The gate line G and the auxiliary capacitance line C extend along the first direction X, respectively. The gate lines G and the auxiliary capacitance lines C are alternately arranged in parallel along the second direction Y orthogonal to the first direction X. The source line S extends along the second direction Y that intersects the gate line G and the auxiliary capacitance line C, respectively. The source lines S are arranged in parallel along the first direction X. That is, the gate line G and the auxiliary capacitance line C and the source line S are substantially orthogonal.
各ゲート配線Gは、アクティブエリアACTの外側に引き出され、ゲートドライバGDに接続されている。各ソース配線Sは、アクティブエリアACTの外側に引き出され、ソースドライバSDに接続されている。各補助容量線Cは、補助容量電圧が印加される電圧印加部VCSと電気的に接続されている。 Each gate line G is drawn outside the active area ACT and connected to the gate driver GD. Each source line S is drawn outside the active area ACT and connected to the source driver SD. Each auxiliary capacitance line C is electrically connected to a voltage application unit VCS to which an auxiliary capacitance voltage is applied.
各画素PXは、スイッチング素子SW、画素電極PE、対向電極CEなどを備えている。保持容量Csは、例えば補助容量線Cと画素電極PEとの間に形成される。 Each pixel PX includes a switching element SW, a pixel electrode PE, a counter electrode CE, and the like. The storage capacitor Cs is formed, for example, between the storage capacitor line C and the pixel electrode PE.
スイッチング素子SWは、例えば、nチャネル薄膜トランジスタ(TFT)によって構成されている。このスイッチング素子SWは、ゲート配線G及びソース配線Sと電気的に接続されている。アクティブエリアACTには、m×n個のスイッチング素子SWが形成されている。 The switching element SW is constituted by, for example, an n-channel thin film transistor (TFT). The switching element SW is electrically connected to the gate line G and the source line S. In the active area ACT, m × n switching elements SW are formed.
画素電極PEは、アレイ基板ARに形成され、スイッチング素子SWに電気的に接続されている。アクティブエリアACTには、m×n個の画素電極PEが形成されている。対向電極CEは、例えば、コモン電位であり、液晶層LQを介して複数の画素電極PEに対して共通に形成されている。この対向電極CEは、給電部VSと電気的に接続されている。 The pixel electrode PE is formed on the array substrate AR and is electrically connected to the switching element SW. In the active area ACT, m × n pixel electrodes PE are formed. The counter electrode CE has a common potential, for example, and is formed in common to the plurality of pixel electrodes PE via the liquid crystal layer LQ. The counter electrode CE is electrically connected to the power supply unit VS.
本実施形態において、対向電極CEは、アレイ基板ARに形成されていても良いし、対向基板CTに形成されていても良い。対向電極CEが画素電極PEとともにアレイ基板ARに形成された構成の液晶表示パネルLPNでは、これらの画素電極PEと対向電極CEとの間に形成される横電界を主に利用して液晶層LQを構成する液晶分子をスイッチングする。このような液晶モードとしては、IPS(In−Plane Switching)モード、FFS(Fringe Field Switching)モードなどがある。 In the present embodiment, the counter electrode CE may be formed on the array substrate AR, or may be formed on the counter substrate CT. In the liquid crystal display panel LPN having the configuration in which the counter electrode CE is formed on the array substrate AR together with the pixel electrode PE, the liquid crystal layer LQ is mainly used by utilizing the horizontal electric field formed between the pixel electrode PE and the counter electrode CE. The liquid crystal molecules that make up the are switched. Such a liquid crystal mode includes an IPS (In-Plane Switching) mode, an FFS (Fringe Field Switching) mode, and the like.
また、対向電極CEが対向基板CTに形成された構成の液晶表示パネルLPNでは、これらの画素電極PEと対向電極CEとの間に形成される縦電界を主に利用して液晶層LQを構成する液晶分子をスイッチングする。このような液晶モードとしては、TN(Twisted Nematic)モード、OCB(Optically Compensated Bend)モード、VA(Vertical Aligned)モードなどがある。 Further, in the liquid crystal display panel LPN having the configuration in which the counter electrode CE is formed on the counter substrate CT, the liquid crystal layer LQ is configured mainly using the vertical electric field formed between the pixel electrode PE and the counter electrode CE. Switching liquid crystal molecules. Such liquid crystal modes include a TN (Twisted Nematic) mode, an OCB (Optically Compensated Bend) mode, and a VA (Vertical Aligned) mode.
図3は、図2に示したアレイ基板ARのスイッチング素子SWを含む断面構造を概略的に示す図である。 FIG. 3 schematically shows a cross-sectional structure including switching elements SW of array substrate AR shown in FIG.
すなわち、アレイ基板ARは、ガラス基板などの光透過性を有する第1絶縁基板10を用いて形成されている。このアレイ基板ARは、第1絶縁基板10の上に配置された誘電体ミラー20、誘電体ミラー20の上に配置されたスイッチング素子SW、スイッチング素子SWに電気的に接続された画素電極PEなどを備えている。ここに示したスイッチング素子SWは、トップゲート型の薄膜トランジスタである。
That is, the array substrate AR is formed by using a first
誘電体ミラー20は、第1絶縁基板10の上面10Tに島状に形成されている。この誘電体ミラー20は、スイッチング素子SWの下地(あるいは、アンダーコート層)として機能し、バックライト光が透過して表示に寄与する開口部においては除去されている。このような誘電体ミラー20の詳細な構造については後述するが、高屈折率絶縁膜と低屈折率絶縁膜とを積層した誘電体多層膜によって形成されている。
The
スイッチング素子SWのポリシリコン半導体層SCは、誘電体ミラー20の上面20Tに形成されている。このポリシリコン半導体層SCは、チャネル領域SCCを挟んだ両側にそれぞれソース領域SCS及びドレイン領域SCDを有している。また、ポリシリコン半導体層SCは、上方に向かって順テーパ状に形成されている。つまり、ポリシリコン半導体層SCの端面SCEと誘電体ミラー20の上面20Tとのなす角度θは、鋭角である。
The polysilicon semiconductor layer SC of the switching element SW is formed on the
また、端面SCEは、誘電体ミラー20の端面20Eの直上の位置よりも内側に位置している。つまり、ポリシリコン半導体層SCは、誘電体ミラー20の上面20Tの全体に亘って形成されているわけではない。誘電体ミラー20の四方の端面20Eに繋がる額縁状の上面20Tには、ポリシリコン半導体層SCが形成されていない。
Further, the end surface SCE is located on the inner side of the position immediately above the
このような形状の誘電体ミラー20の上にポリシリコン半導体層SCを形成する技術としては、誘電体ミラー20を形成する絶縁膜及びポリシリコン半導体層SCのエッチングに際して、レジスト後退やハーフトーン露光技術などが適用可能である。
As a technique for forming the polysilicon semiconductor layer SC on the
ゲート絶縁膜11は、誘電体ミラー20が形成されていない第1絶縁基板10の上面10T、誘電体ミラー20の端面20E、ポリシリコン半導体層SCが形成されていない誘電体ミラー20の上面20T、ポリシリコン半導体層SCの端面SCE及び上面SCTを覆っている。
The
スイッチング素子SWのゲート電極WGは、ゲート絶縁膜11の上に形成され、ポリシリコン半導体層SCのチャネル領域SCCの直上に位置している。このゲート電極WGは、第1層間絶縁膜12によって覆われている。また、この第1層間絶縁膜12は、ゲート絶縁膜11の上にも配置されている。これらのゲート絶縁膜11及び第1層間絶縁膜12は、例えば、シリコン酸化物及びシリコン窒化物などの無機系材料によって形成されている。
The gate electrode WG of the switching element SW is formed on the
スイッチング素子SWのソース電極WS及びドレイン電極WDは、第1層間絶縁膜12の上に形成されている。ソース電極WSは、ゲート絶縁膜11及び第1層間絶縁膜12を貫通するコンタクトホールを通してポリシリコン半導体層SCのソース領域SCSにコンタクトしている。ドレイン電極WDは、ゲート絶縁膜11及び第1層間絶縁膜12を貫通するコンタクトホールを通してポリシリコン半導体層SCのドレイン領域SCDにコンタクトしている。これらのゲート電極WG、ソース電極WS、及び、ドレイン電極WDは、例えば、モリブデン、アルミニウム、タングステン、チタンなどの導電材料によって形成されている。
The source electrode WS and the drain electrode WD of the switching element SW are formed on the first
このような構成のスイッチング素子SWは、第2層間絶縁膜13によって覆われている。つまり、ソース電極WS及びドレイン電極WDは、第2層間絶縁膜13によって覆われている。また、この第2層間絶縁膜13は、第1層間絶縁膜12の上にも配置されている。
The switching element SW having such a configuration is covered with the second
画素電極PEは、第2層間絶縁膜13の上に形成さている。この画素電極PEは、第2層間絶縁膜13を貫通するコンタクトホールを介してドレイン電極WDに接続されている。このような画素電極PEは、光透過性を有する導電材料、例えば、インジウム・ティン・オキサイド(ITO)やインジウム・ジンク・オキサイド(IZO)などによって形成されている。画素電極PEは、第1配向膜14によって覆われている。
The pixel electrode PE is formed on the second
このような本実施形態の構成によれば、スイッチング素子SWのポリシリコン半導体層SCと第1絶縁基板10との間に誘電体ミラー20が配置されているため、バックライト4からのバックライト光によってアレイ基板ARが照明された際に、スイッチング素子SWに向かうバックライト光は第1絶縁基板10を透過した後に誘電体ミラー20によって反射される。
According to such a configuration of the present embodiment, since the
このため、ポリシリコン半導体層SCに到達するバックライト光を低減することができ、光リーク電流を低減することが可能となる。これにより、クロストークやフリッカーなどに起因した表示不良の発生を抑制することができ、表示品位の良好な液晶表示装置を提供することができる。 For this reason, it is possible to reduce the backlight light reaching the polysilicon semiconductor layer SC, and to reduce the light leakage current. Thereby, it is possible to suppress the occurrence of display defects due to crosstalk, flicker, etc., and to provide a liquid crystal display device with good display quality.
また、表示に寄与する開口部においては、誘電体ミラー20が配置されていないため、バックライト光は、アレイ基板ARを透過する。このため、誘電体ミラー20を配置したことによる液晶表示パネルLPNの透過率の低下を抑制することが可能となる。
In addition, since the
一方で、ポリシリコン半導体層SCの端面SCEが誘電体ミラー20の端面20Eの直上に位置している場合、第1絶縁基板10の上面10Tとポリシリコン半導体層SCの上面SCTとの間に急峻な段差が形成されてしまい、特に、端面SCEを覆うゲート絶縁膜11の膜厚が局所的に薄くなってしまうことがある。この場合、ゲート絶縁膜11の上に形成されたゲート電極WGとポリシリコン半導体層SCとが電気的に導通してしまう(ゲートリーク)恐れがある。
On the other hand, when the end surface SCE of the polysilicon semiconductor layer SC is located immediately above the
これに対して、本実施形態の構成によれば、ポリシリコン半導体層SCの端面SCEが誘電体ミラー20の端面20Eの直上の位置よりも内側に位置しているため、ゲート絶縁膜11は、ポリシリコン半導体層SCの端面SCE及び上面SCTを、絶縁性を確保するのに必要な膜厚で被覆することができる。したがって、ゲートリークの発生を抑制することが可能となる。
On the other hand, according to the configuration of the present embodiment, since the end surface SCE of the polysilicon semiconductor layer SC is located on the inner side of the position immediately above the
次に、本実施形態に適用可能な誘電体ミラー20の第1構成例について説明する。
Next, a first configuration example of the
図4は、誘電体ミラー20の第1構成例を概略的に示す断面図である。なお、ここでは、説明に必要な主要部のみを図示しており、ポリシリコン半導体層SCのチャネル領域SCCに跨るゲート電極WGを含む断面を図示している。
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a first configuration example of the
第1絶縁基板10は、例えば、厚さ0.7mmのガラス基板である。誘電体ミラー20は、第1絶縁基板10の上に配置されている。ポリシリコン半導体層SCは、誘電体ミラー20の上に配置され、49nmの膜厚を有している。ゲート絶縁膜11は、例えば、195nmの膜厚のSiO2薄膜であり、第1絶縁基板10、誘電体ミラー20、及び、ポリシリコン半導体層SCを覆っている。ゲート電極WGは、ゲート絶縁膜11の上に配置されている。
The first insulating
誘電体ミラー20は、第1絶縁基板10の上に形成された第1シリコン窒化物層21、第1シリコン窒化物層21の上に積層された第1シリコン酸化物層22、第1シリコン酸化物層22の上に積層された第2シリコン窒化物層23、第2シリコン窒化物層23の上に積層された第2シリコン酸化物層24、第2シリコン酸化物層24の上に積層された第3シリコン窒化物層25、第3シリコン窒化物層25の上に積層された第3シリコン酸化物層26によって構成されている。
The
第1シリコン窒化物層21、第2シリコン窒化物層23、及び、第3シリコン窒化物層25は、例えば、1.89の屈折率を有する60nmの膜厚のSiN薄膜である。第1シリコン酸化物層22、第2シリコン酸化物層24、及び、第3シリコン酸化物層26は、例えば、1.55の屈折率を有する73nmの膜厚のSiO2薄膜である。
The first
このような高屈折率絶縁膜と低屈折率絶縁膜との積層体からなる誘電体ミラー20によれば、特定波長の光を効率よく反射することができる。このとき、高屈折率絶縁膜及び低屈折率絶縁膜の光学膜厚(n・d;nは絶縁膜の屈折率であり、dは絶縁膜の膜厚である)は、反射すべき光の波長である特定波長の1/4に設定することが望ましい。
According to the
本実施形態において適用されるバックライト4は、発光ダイオードからなる白色光源を備えている。このようなバックライト4の発光スペクトルは、450nm付近に光強度が最も高い発光ピークを有している。このため、高屈折率絶縁膜及び低屈折率絶縁膜の光学膜厚は、約113nm(=450nm/4)に設定される。
The
本実施形態では、高屈折率絶縁膜であるSiN薄膜の光学膜厚は113.4nm(=60nm*1.89)であり、低屈折率絶縁膜であるSiO2薄膜の光学膜厚は113.2nm(=73nm*1.55)である。このような構成の誘電体ミラー20によれば、バックライト4の光強度が最も高い450nm付近の光を選択的に反射することが可能となる。
In this embodiment, the optical film thickness of the SiN thin film that is the high refractive index insulating film is 113.4 nm (= 60 nm * 1.89), and the optical film thickness of the SiO 2 thin film that is the low refractive index insulating film is 113.nm. 2 nm (= 73 nm * 1.55). According to the
図示した例では、誘電体ミラー20は、高屈折率絶縁膜であるSiN薄膜と低屈折率絶縁膜であるSiO2薄膜とのセットを3サイクル積層した構成であるが、少なくとも1サイクル以上の構成であれば、バックライト光を反射する効果(つまり、ポリシリコン半導体層SCに到達するバックライト光を低減することによる光リーク電流の低減効果)が得られる。また、サイクル数が増えるほど(つまり、誘電体ミラー20を構成する高屈折率絶縁膜及び低屈折率絶縁膜の層数が増えるほど)、反射率が増加し、光リーク電流の低減効果が高まる。
In the illustrated example, the
図5は、バックライト4の発光スペクトルと、第1構成例における誘電体ミラー20の反射スペクトルとの関係の一例を示す図である。この図5では、横軸は波長(nm)であり、縦軸は反射スペクトルの反射率である。なお、図中において、「BL」とは、バックライト4の発光スペクトルであり、縦軸は図示しないが光強度(a.u.)である。図中の「1サイクル」、「2サイクル」、及び、「3サイクル」は、それぞれの構成の誘電体ミラー20を適用した場合に第1絶縁基板10側から入射した光の第1絶縁基板10側での反射率を計算した反射スペクトルである。また、図中の「0サイクル」は、誘電体ミラー20に代えてアンダーコート層を適用した場合に第1絶縁基板10側から入射した光の第1絶縁基板10側での反射率を計算した反射スペクトルである。なお、他の条件は同一であり、ポリシリコン半導体層SCの膜厚は49nmであり、ゲート絶縁膜は195nmの膜厚のSiO2薄膜である。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the relationship between the emission spectrum of the
「1サイクル」、「2サイクル」、または、「3サイクル」の誘電体ミラー20を適用した構成は、本実施形態に相当する。「1サイクル」の誘電体ミラー20を適用した構成とは、第1シリコン窒化物層21及び第1シリコン酸化物層22からなる誘電体ミラー20を適用し、ポリシリコン半導体層SCが第1シリコン酸化物層22上に形成された構成に相当する。「2サイクル」の誘電体ミラー20を適用した構成とは、第1シリコン窒化物層21、第1シリコン酸化物層22、第2シリコン窒化物層23、及び、第2シリコン酸化物層24からなる誘電体ミラー20を適用し、ポリシリコン半導体層SCが第2シリコン酸化物層24上に形成された構成に相当する。「3サイクル」の誘電体ミラー20を適用した構成とは、図4に示した構成に相当する。「0サイクル」は、本実施形態とは異なり、アンダーコート層として、第1絶縁基板10の全面に形成された50nmの膜厚のSiN薄膜と、このSiN薄膜の全面に形成された100nmの膜厚のSiO薄膜とを備え、ポリシリコン半導体層SCがSiO薄膜上に形成された構成に相当する。
The configuration in which the “1 cycle”, “2 cycle”, or “3 cycle”
図示したように、バックライト4の発光スペクトルは450nm付近に発光ピークを有しているのに対して、「1サイクル」の反射スペクトルでは波長450nmにおける反射率が約10%であり、「2サイクル」の反射スペクトルでは波長450nmにおける反射率が約20%であり、「3サイクル」の反射スペクトルでは波長450nmにおける反射率が約30%である。このように、サイクル数が増えるほど、特定波長(ここでは450nm)付近の光に対する反射率が増加することが確認された。
As shown in the figure, the emission spectrum of the
図6は、光リーク電流の測定結果を示す図である。ここでは、「1サイクル」、「2サイクル」、及び、「3サイクル」のそれぞれの誘電体ミラー20を適用した構成の複数の試作機、及び、「0サイクル」の構成の複数の試作機について、それぞれ同一条件で光リーク電流を測定した。 FIG. 6 is a diagram showing the measurement result of the light leakage current. Here, a plurality of prototypes configured to apply the respective dielectric mirrors 20 of “1 cycle”, “2 cycles”, and “3 cycles” and a plurality of prototypes configured of “0 cycle” The light leakage current was measured under the same conditions.
「0サイクル」での光リーク電流の平均値を100%としたとき、「1サイクル」での光リーク電流は17%低減し、「2サイクル」での光リーク電流は22%低減し、「3サイクル」での光リーク電流は25%低減することが確認された。 When the average value of the light leakage current in “0 cycle” is 100%, the light leakage current in “1 cycle” is reduced by 17%, the light leakage current in “2 cycles” is reduced by 22%, It was confirmed that the light leakage current in “3 cycles” was reduced by 25%.
図7は、シリコン窒化物層の屈折率による光リーク電流の変化をシミュレーションした結果を示す図である。ここでは、第1シリコン酸化物層22、第2シリコン酸化物層24、及び、第3シリコン酸化物層26は、いずれも上記の通り、1.55の屈折率を有する73nmの膜厚のSiO2薄膜である。第1シリコン窒化物層21、第2シリコン窒化物層23、及び、第3シリコン窒化物層25は、いずれも光学膜厚は一定(約113nm)であるが、屈折率が1.89から2.2までの範囲で異なるSiN薄膜を適用した。
FIG. 7 is a diagram showing the result of simulating the change in the light leakage current due to the refractive index of the silicon nitride layer. Here, as described above, the first
第1シリコン窒化物層21、第2シリコン窒化物層23、及び、第3シリコン窒化物層25が、1.89の屈折率を有する60nmの膜厚のSiN薄膜である場合、「0サイクル」での光リーク電流を100%としたとき、「1サイクル」での光リーク電流は約5%低減し、「2サイクル」での光リーク電流は約15%低減し、「3サイクル」での光リーク電流は約25%低減した。
When the first
第1シリコン窒化物層21、第2シリコン窒化物層23、及び、第3シリコン窒化物層25が、2.0の屈折率を有する56nmの膜厚のSiN薄膜である場合、「0サイクル」での光リーク電流を100%としたとき、「1サイクル」での光リーク電流は約7%低減し、「2サイクル」での光リーク電流は約22%低減し、「3サイクル」での光リーク電流は約40%低減した。
When the first
第1シリコン窒化物層21、第2シリコン窒化物層23、及び、第3シリコン窒化物層25が、2.1の屈折率を有する54nmの膜厚のSiN薄膜である場合、「0サイクル」での光リーク電流を100%としたとき、「1サイクル」での光リーク電流は約10%低減し、「2サイクル」での光リーク電流は約30%低減し、「3サイクル」での光リーク電流は約50%低減した。
When the first
第1シリコン窒化物層21、第2シリコン窒化物層23、及び、第3シリコン窒化物層25が、2.2の屈折率を有する51nmの膜厚のSiN薄膜である場合、「0サイクル」での光リーク電流を100%としたとき、「1サイクル」での光リーク電流は約13%低減し、「2サイクル」での光リーク電流は約37%低減し、「3サイクル」での光リーク電流は約58%低減した。
When the first
このように、「1サイクル」の誘電体ミラー20を適用した場合であっても、シリコン窒化物層の屈折率を1.89とした場合に5%の光リーク電流を低減でき、また、シリコン窒化物層の屈折率を2.2まで増加した場合には13%の光リーク電流を低減できる。つまり、サイクル数が同一であっても、誘電体ミラー20を構成する高屈折率絶縁膜の屈折率と低屈折率絶縁膜の屈折率との差が大きくなるほど、反射率が増加し、光リーク電流の低減効果が増大することが確認された。また、サイクル数が多いほど、反射率が増加し、光リーク電流の低減効果が増大することも確認された。換言すると、高屈折率絶縁膜の屈折率と低屈折率絶縁膜の屈折率との差が大きければ、同一の反射率を得るためのサイクル数を低減することができ、つまり、誘電体ミラー20を構成する層数を低減することができる。
As described above, even when the “1-cycle”
次に、本実施形態に適用可能な誘電体ミラー20の第2構成例について説明する。
Next, a second configuration example of the
図8は、誘電体ミラー20の第2構成例を概略的に示す断面図である。なお、ここでは、説明に必要な主要部のみを図示しており、ポリシリコン半導体層SCのチャネル領域SCCに跨るゲート電極WGを含む断面を図示している。この第2構成例は、図4に示した第1構成例と比較して、誘電体ミラー20が単一の高屈折率絶縁膜及び単一の低屈折率絶縁膜によって構成されている点で相違している。なお、この第2構成例において、第1構成例と同一の構成については同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。
FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing a second configuration example of the
誘電体ミラー20は、第1絶縁基板10の上に形成されたシリコン窒化物層21、及び、シリコン窒化物層21の上に積層されたシリコン酸化物層22によって構成されている。シリコン窒化物層21及びシリコン酸化物層22のそれぞれの光学膜厚は約113nmであり、特定波長450nmの光を反射するように最適化されている。
The
シリコン酸化物層22は、例えば、1.54の屈折率を有する73nmの膜厚のSiO2薄膜である。シリコン窒化物層21については、その屈折率は、1.89以上2.6以下としている。なお、シリコン窒化物層21の膜厚は、光学膜厚が約113nmとなるように、屈折率に応じて適宜決定される。
The
上記の通り、誘電体ミラー20を構成する高屈折率絶縁膜の屈折率と低屈折率絶縁膜の屈折率との差が大きくなるほど、反射率が増加するため、光リーク電流の低減効果が増大する。このため、シリコン窒化物層21の屈折率はできるだけ高いことが望ましい。なお、シリコン窒化物層21の屈折率を向上するためには、例えば、シリコン窒化物層21をCVD法により成膜する際に、ガス流量を調整し、シリコン(Si)に膜質を近づけることで実現可能である。但し、シリコン窒化物層21の屈折率を過度に増大すると、絶縁性が保てず、スイッチング素子SWにおいて通常のTFT特性が得られないことから、シリコン窒化物層21の屈折率は、2.6以下とすることが望ましい。
As described above, the greater the difference between the refractive index of the high-refractive index insulating film and the refractive index of the low-refractive index insulating film that constitutes the
図9は、バックライト4の発光スペクトルと、第2構成例における誘電体ミラー20の反射スペクトルとの関係の一例を示す図である。この図9では、横軸は波長(nm)であり、縦軸は反射スペクトルの反射率である。なお、図中において、「BL」とは、バックライト4の発光スペクトルであり、縦軸は図示しないが光強度(a.u.)である。図中のそれぞれの反射スペクトルは、シリコン窒化物層21の屈折率及び膜厚がそれぞれ異なる条件の構成の誘電体ミラー20を適用した場合に、第1絶縁基板10側から入射した光の第1絶縁基板10側での反射率を計算したものである。なお、他の条件は同一であり、シリコン酸化物層22は1.54の屈折率を有する73nmの膜厚のSiO2薄膜であり、ポリシリコン半導体層SCの膜厚は49nmであり、ゲート絶縁膜は195nmの膜厚のSiO2薄膜である。
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of the relationship between the emission spectrum of the
屈折率1.89のシリコン窒化物層21は、光学膜厚が約113nmとなるように、60nmの膜厚を有している。同様に、屈折率2.0のシリコン窒化物層21は56nmの膜厚を有し、屈折率2.2のシリコン窒化物層21は51nmの膜厚を有し、屈折率2.4のシリコン窒化物層21は47nmの膜厚を有し、屈折率2.6のシリコン窒化物層21は43nmの膜厚を有し、屈折率2.8のシリコン窒化物層21は40nmの膜厚を有し、屈折率3.0のシリコン窒化物層21は37nmの膜厚を有し、屈折率3.2のシリコン窒化物層21は35nmの膜厚を有し、屈折率3.4のシリコン窒化物層21は33nmの膜厚を有している。
The
図示したように、バックライト4の発光スペクトルは450nm付近に発光ピークを有しているのに対して、シリコン窒化物層21の屈折率n及び膜厚d(nm)について、(n,d)=(1.89,60)での反射スペクトルでは波長450nmにおける反射率が8%であり、同様に、(n,d)=(2.0,56)での反射率が10%であり、(n,d)=(2.2,51)での反射率が14%であり、(n,d)=(2.4,47)での反射率が18%であり、(n,d)=(2.6,43)での反射率が22%であり、(n,d)=(2.8,40)での反射率が27%であり、(n,d)=(3.0,37)での反射率が32%であり、(n,d)=(3.2,35)での反射率が36%であり、(n,d)=(3.4,33)での反射率が40%である。
As shown in the figure, the emission spectrum of the
このように、誘電体ミラー20を構成するシリコン窒化物層21の屈折率が高い場合ほど、その反射スペクトルにおいて特定波長(ここでは450nm)付近の光に対する反射率が増加することが確認された。
Thus, it was confirmed that the higher the refractive index of the
図10は、TFT特性のドレイン電圧10V、ゲート絶縁膜80nm、トランジスタのチャネル幅4.5μm、チャネル長3μmでのシミュレーション結果を示す図である。 FIG. 10 is a diagram showing simulation results for a TFT characteristic drain voltage of 10 V, a gate insulating film of 80 nm, a transistor channel width of 4.5 μm, and a channel length of 3 μm.
図の縦軸はドレイン電流Id(a.u.)であり、横軸はゲート電圧Vg(V)である。図中のAは、第1絶縁基板10の上に形成されるシリコン窒化物層21の屈折率をシリコン(Si)と同等(ここでは、εr=12)とした場合のTFT特性のシミュレーション結果に相当する。図中のBは、第1絶縁基板10の上に、シリコン窒化物層21に代えて、シリコンを形成した場合のTFT特性のシミュレーション結果に相当する。他の条件については、両者ともに同一である。
In the figure, the vertical axis represents the drain current Id (au), and the horizontal axis represents the gate voltage Vg (V). A in the figure is a simulation result of TFT characteristics when the refractive index of the
絶縁体であるシリコン窒化物層21を適用した場合には、その屈折率をシリコンと同等まで上げても正常なTFT特性(εr=7.5のシリコン窒化物層21を適用した場合のTFT特性と略同等のTFT特性)が得られることが確認された。一方で、半導体であるシリコンを適用した場合には、オフ電流が増加し、オン電流が減少するため、液晶表示パネルのスイッチング素子として十分なTFT特性が得られない。
When the
このように、誘電体ミラー20を構成する高屈折率絶縁膜の屈折率と低屈折率絶縁膜の屈折率との差を、絶縁性を確保できる範囲でできるだけ大きく設定することにより、TFT特性を損なうことなく、特定波長の光を選択的反射することが可能となり、光リーク電流の発生を抑制することが可能となる。したがって、クロストークやフリッカーの発生を抑制することが可能となる。
Thus, by setting the difference between the refractive index of the high-refractive index insulating film and the refractive index of the low-refractive index insulating film constituting the
以上説明したように、本実施形態によれば、表示品位の良好な液晶表示装置を提供することができる。 As described above, according to this embodiment, it is possible to provide a liquid crystal display device with good display quality.
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 In addition, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
LPN…液晶表示パネル
AR…アレイ基板 CT…対向基板 LQ…液晶層
PE…画素電極
SW…スイッチング素子 SC…ポリシリコン半導体層
20…誘電体ミラー 21…シリコン窒化物層 22…シリコン酸化物層
LPN ... Liquid crystal display panel AR ... Array substrate CT ... Counter substrate LQ ... Liquid crystal layer PE ... Pixel electrode SW ... Switching element SC ...
Claims (5)
前記第1基板に対向して配置された第2基板と、
前記第1基板と前記第2基板との間に保持された液晶層と、
を備えたことを特徴とする液晶表示装置。 An insulating substrate, a dielectric mirror formed in an island shape on the insulating substrate, a polysilicon semiconductor layer formed on the dielectric mirror and having a source region and a drain region, the insulating substrate, and the dielectric A mirror, a gate insulating film covering the polysilicon semiconductor layer, a gate electrode formed on the gate insulating film, a source electrode in contact with the source region of the polysilicon semiconductor layer, and the polysilicon semiconductor A first substrate comprising: a drain electrode in contact with the drain region of the layer; and a pixel electrode electrically connected to the drain electrode;
A second substrate disposed opposite the first substrate;
A liquid crystal layer held between the first substrate and the second substrate;
A liquid crystal display device comprising:
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