JP2014006891A - コントローラ、タッチパネル、及び電子機器 - Google Patents

コントローラ、タッチパネル、及び電子機器 Download PDF

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Abstract

【課題】電源オフ状態からの復帰動作を簡略にする。
【解決手段】静電容量式センサの一対の電極の一方に対する電位の供給を制御する機能を有する制御スイッチと、静電容量式センサの一対の電極の他方に流れる電流を検出する機能を有する電流検出回路と、電源供給開始信号に従って電流検出回路に対する電源電圧の供給を制御する機能を有する電源回路と、ゲートの電位が静電容量式センサの一対の電極の一方の電位に応じて変化する電源供給選択トランジスタを有し、電源供給選択トランジスタのゲートの電位に従って、電源回路に対する電源供給開始信号の出力を制御する機能を有する電源供給開始スイッチと、電流検出回路により検出された電流の値に従って、制御スイッチと電源回路を制御する機能を有する制御回路と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、コントローラに関する。また、上記コントローラを備えるタッチパネルに関する。また、上記タッチパネルをパネル部に有する電子機器に関する。
近年、タッチパネルの消費電力を低減する技術（低消費電力化技術）の開発が進められている。
上記低消費電力化技術の例としては、タッチパネルを使用していないときに、自動的に該タッチパネルを低消費電力駆動状態又は電源オフ状態にする技術が知られている。
例えば、特許文献１では、タッチ入力が一定時間行われない場合にタッチパネルを電源オフ状態にする技術が開示されている。特許文献１では、タッチ入力を検知するタッチイベント検出部を設けることにより、タッチパネルを電源オフ状態にした後、タッチイベント検出部での検出結果により、該タッチパネルを復帰させることができる。
特開２０１１−２３３１４２号公報
上記に示すように、従来のタッチパネルでは、復帰させる際に別途検出手段を設ける必要があった。このため、回路構成が複雑であり、タッチパネルを復帰させる際の動作が複雑であった。
本発明の一態様では、回路の簡略化及び復帰動作の簡略化の少なくとも一つを課題の一つとする。
本発明の一態様では、静電容量式センサの駆動に用いられるコントローラを、タッチの有無によってオン状態又はオフ状態になるスイッチを用いて電源回路の動作の開始を制御する構成により、電源オフ状態から復帰させる動作の簡略化を図る。
静電容量式センサでは、一対の電極を交差させてセンサとなる容量を構成する。一対の電極の一方に電位を供給し、一対の電極の他方に流れる電流の値を検出する。例えば、一対の電極に指が近づくと、寄生容量が生じ、上記電流の値が変化する。このため、電流値の変化によって、例えばタッチの有無を判別できる。
本発明の一態様は、静電容量式センサの動作を制御するコントローラであって、静電容量式センサの一対の電極の一方に対する電位の供給を制御する機能を有する制御スイッチと、静電容量式センサの一対の電極の他方の電位の変化により流れる電流を検出する機能を有する電流検出回路と、入力される電源供給開始信号に従って発振回路及び電流検出回路に対する電源電圧の供給を制御する機能を有する電源回路と、ゲートの電位が一対の電極の一方の電位に応じて変化する電源供給選択トランジスタを有し、電源供給選択トランジスタのゲートの電位に従って、電源回路に対する電源供給開始信号の出力を制御する機能を有する電源供給開始スイッチと、電流検出回路により検出された電流の値に従って、制御スイッチと電源回路を制御する機能を有する制御回路と、を備えるコントローラである。
本発明の一態様は、静電容量式センサと、上記コントローラと、を備えるタッチパネルである。
本発明の一態様は、上記タッチパネルを用いた表示パネルを有する電子機器である。
本発明の一態様により、別途検出手段を設けなくても、電源オフ状態後にタッチパネルを復帰させることができるため、回路を簡略化できる。また、スイッチのオンオフによりタッチパネルを復帰させることができるため、復帰動作を簡略化できる。
コントローラの例を説明するための図。 タッチパネルの例を説明するための図。 電源回路の例を説明するための図。 発振回路の例を説明するための図。 コントローラの駆動方法例を説明するためのフローチャート。 コントローラの駆動方法例を説明するための図。 コントローラの駆動方法例を説明するための図。 コントローラの駆動方法例を説明するための図。 コントローラ及びタッチパネルの構造例を説明するための図。 コントローラの構造例を説明するための断面模式図。 電子機器の例を説明するための図。
本発明に係る実施の形態の例について説明する。なお、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく実施の形態の内容を変更することは、当業者であれば容易である。よって、例えば本発明は、下記実施の形態の記載内容に限定されない。
なお、各実施の形態の内容を互いに適宜組み合わせることができる。また、各実施の形態の内容を互いに適宜置き換えることができる。
また、第１、第２などの序数は、構成要素の混同を避けるために付しており、各構成要素の数は、序数に限定されない。
（実施の形態１）
本実施の形態では、静電容量式センサを用いる場合のコントローラ及びタッチパネルの例について説明する。
まず、コントローラの例について図１を参照して説明する。図１に示すコントローラ１００は、制御スイッチ１１２と、電流検出回路１１４と、電源回路１１５と、電源供給開始スイッチ１１６と、制御回路１１８と、を備える。
さらに、コントローラ１００の例について図２を参照して説明する。図２は、タッチパネルの例を説明するための図である。
制御スイッチ１１２は、制御トランジスタ１１３を有する。制御スイッチ１１２は、制御トランジスタ１１３のゲートの電位に従って静電容量式センサ１８０の一対の電極の一方に対する電位の供給を制御する機能を有する。制御トランジスタ１１３がオン状態又はオフ状態になることにより、静電容量式センサ１８０の一対の電極の一方に対する信号の出力を制御する。また、制御トランジスタ１１３を、静電容量式センサ１８０の行数に応じて複数設けてよい。
制御トランジスタ１１３としては、オフ電流の低いトランジスタを用いることができる。
上記オフ電流の低いトランジスタとしては、例えばシリコンよりもバンドギャップの広い酸化物半導体を含むチャネル形成領域を有し、該チャネル形成領域が実質的にｉ型であるトランジスタを適用できる。このとき、上記酸化物半導体のキャリア密度は、１×１０１４／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１２／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１１／ｃｍ３未満とすることが好ましい。例えば、水素又は水などの不純物を可能な限り除去し、酸素を供給して酸素欠損を可能な限り減らすことにより、上記酸化物半導体を含むトランジスタを作製できる。このとき、チャネル形成領域において、ドナー不純物といわれる水素の量を１×１０１９／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１８／ｃｍ３以下に低減することが好ましい。
上記酸化物半導体としては、例えばＩｎ系金属酸化物、Ｚｎ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ系金属酸化物、又はＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系金属酸化物などを適用できる。また、上記Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系金属酸化物に含まれるＧａの一部若しくは全部の代わりに他の金属元素を含む金属酸化物を用いてもよい。
上記他の金属元素としては、例えばガリウムよりも多くの酸素原子と結合が可能な金属元素を用いればよく、例えばチタン、ジルコニウム、ハフニウム、ゲルマニウム、及び錫のいずれか一つ又は複数の元素を用いればよい。また、上記他の金属元素としては、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、及びルテチウムのいずれか一つ又は複数の元素を用いればよい。これらの金属元素は、スタビライザーとしての機能を有する。なお、これらの金属元素の添加量は、金属酸化物が半導体として機能することが可能な量である。ガリウムよりも多くの酸素原子と結合が可能な金属元素を用い、さらには金属酸化物中に酸素を供給することにより、金属酸化物中の酸素欠陥を少なくできる。
また、上記酸化物半導体を、Ｃ Ａｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ（ＣＡＡＣ−ＯＳともいう）としてもよい。また、層状の酸化物半導体を上記酸化物半導体に適用することができる。
ＣＡＡＣ−ＯＳに含まれる結晶部では、ｃ軸が酸化物半導体層の被形成面の法線ベクトル又は表面の法線ベクトルに平行な方向に揃い、且つａｂ面に垂直な方向から見て三角形状又は六角形状の原子配列を有し、ｃ軸に垂直な方向から見て金属原子又は金属原子と酸素原子が層状に配列する。なお、本明細書において、単に垂直と記載する場合、８５°以上９５°以下の範囲も含まれる。また、単に平行と記載する場合、−５°以上５°以下の範囲も含まれる。
例えば、多結晶である酸化物半導体スパッタリング用ターゲットを用いたスパッタリング法によってＣＡＡＣ−ＯＳを形成できる。スパッタリング用ターゲットにイオンが衝突すると、スパッタリング用ターゲットに含まれる結晶領域がａ−ｂ面から劈開し、ａ−ｂ面に平行な面を有する平板状又はペレット状のスパッタリング粒子として剥離することがある。この場合、平板状のスパッタリング粒子が、結晶状態を維持したまま基板に到達することにより、スパッタリング用ターゲットの結晶状態が基板に転写される。これにより、ＣＡＡＣ−ＯＳが形成される。
また、ＣＡＡＣ−ＯＳを形成するために、以下の条件を適用することが好ましい。
例えば、不純物濃度を低減してＣＡＡＣ−ＯＳを形成することにより、不純物による酸化物半導体の結晶状態の崩壊を抑制できる。例えば、成膜室内に存在する不純物（水素、水、二酸化炭素、及び窒素など）を低減することが好ましい。また、成膜ガス中の不純物を低減することが好ましい。例えば、成膜ガスとして露点が−８０℃以下、好ましくは−１００℃以下である成膜ガスを用いることが好ましい。
また、成膜時の基板加熱温度を高めることで、基板付着後にスパッタリング粒子のマイグレーションが起こる。具体的には、基板加熱温度を１００℃以上７４０℃以下、好ましくは２００℃以上５００℃以下として成膜する。成膜時の基板加熱温度を高めることで、平板状のスパッタリング粒子が基板に到達した場合、基板上でマイグレーションし、平らな面を向けて基板に付着する。
また、成膜ガス中の酸素割合を高め、電力を最適化して成膜時のプラズマダメージを軽減させることが好ましい。成膜ガス中の酸素割合は、３０体積％以上、好ましくは１００体積％とする。
上記スパッタリング用ターゲットの一例として、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ化合物ターゲットについて以下に示す。
ＩｎＯＸ粉末、ＧａＯＹ粉末、及びＺｎＯＺ粉末を所定の比率で混合し、加圧処理後、１０００℃以上１５００℃以下の温度で加熱処理をすることにより、多結晶であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ化合物ターゲットを形成する。なお、Ｘ、Ｙ、及びＺは任意の正数である。ここで、所定の比率は、例えば、ＩｎＯＸ粉末、ＧａＯＹ粉末、及びＺｎＯＺ粉末が、２：２：１、８：４：３、３：１：１、１：１：１、４：２：３又は３：１：２のｍｏｌ数比である。なお、粉末の種類、及びその混合する比率は、作製するスパッタリング用ターゲットによって適宜変更すればよい。
チャネル形成領域が上記ＣＡＡＣ−ＯＳであるトランジスタは、可視光や紫外光の照射による電気特性の変動が低いため、信頼性が高い。
上記酸化物半導体を含むトランジスタは、バンドギャップが広いため熱励起によるリーク電流が少ない。さらに、正孔の有効質量が１０以上と重く、トンネル障壁の高さが２．８ｅＶ以上と高く、トンネル障壁の幅が２５ｎｍ以上と厚い。これにより、トンネル電流が少ない。さらに、半導体層中のキャリアが極めて少ない。よって、オフ電流を低くできる。例えば、室温（２５℃）でチャネル幅１μｍあたり１×１０−１９Ａ（１００ｚＡ）以下である。より好ましくは１×１０−２２Ａ（１００ｙＡ）以下である。トランジスタのオフ電流は、低ければ低いほどよいが、トランジスタのオフ電流の下限値は、約１×１０−３０Ａ／μｍであると見積もられる。
電流検出回路１１４は、静電容量式センサ１８０の一対の電極の他方に流れる電流を検出する機能を有する。
電源回路１１５は、入力される電源供給開始信号に従って電流検出回路１１４に対する電源電圧の供給を制御する機能を有する。
電源回路１１５は、例えば図３に示すように、供給される電源電圧ＰＷＲを元に定電位を生成するバイアス発生回路３０１と、供給される電源電圧ＰＷＲを元にコントローラ１００に用いる電源電圧を生成する電源電圧生成回路３０２と、コントローラ１００の各回路ブロックに対する電源電圧の供給を制御する電源供給制御スイッチ３０３と、電源供給開始信号に従って電源電圧生成回路３０２の動作の停止及び開始を制御する電源制御回路３０４により構成される。図３に示す電源回路１１５では、バイアス発生回路３０１により生成された電位が電源供給制御スイッチ３０３により電源制御回路３０４に間欠的に供給され、該間欠的に供給される電位が電源供給開始信号となる。電源供給制御スイッチ３０３は、電源電圧を必要とする回路ブロック毎に設けられる。なお、バイアス発生回路３０１を電源回路１１５に設けず、別途設けてもよい。
電源供給開始スイッチ１１６は、電源供給選択トランジスタ１１７を有する。電源供給選択トランジスタ１１７のゲートの電位は、静電容量式センサ１８０の一対の電極の一方の電位に応じて変化する。電源供給開始スイッチ１１６は、電源供給選択トランジスタ１１７のゲートの電位に従って、電源回路１１５に対する電源供給開始信号の出力を制御する機能を有する。なお、図１及び図２において、電源供給選択トランジスタ１１７がＰチャネル型であるが、電源供給選択トランジスタ１１７がＮチャネル型としてもよい。また、電源供給選択トランジスタ１１７の数は、制御トランジスタ１１３の数と異なっていてもよい。また電源供給開始スイッチ１１６を電源回路１１５に設けてもよい。
制御回路１１８は、電流検出回路１１４により検出された電流の値に従って、制御トランジスタ１１３のゲートの電位、及び電源回路を制御する機能を有する。
さらに、コントローラ１００は、接続端子１５１を介して静電容量式センサ１８０の一対の電極の一方に電気的に接続される。接続端子１５１は、電源供給選択トランジスタ１１７のゲートに電気的に接続される。
さらに、コントローラ１００は、接続端子１５２を介して静電容量式センサ１８０の一対の電極の他方に電気的に接続される。
さらに、図２に示すように、コントローラ１００に、演算回路１１９、インターフェース１２０、ノイズフィルタ１２１、増幅回路１２２、ＡＤコンバータ（ＡＤＣともいう）１２３、及び発振回路１２５の一つ又は複数を設けてもよい。
演算回路１１９は、インターフェース１２０から入力される信号、及び電流検出回路１１４からノイズフィルタ１２１、増幅回路１２２、及びＡＤコンバータ１２３を介して入力される信号に従って演算処理を実行する機能を有する。例えば、演算回路１１９により座標データなどを生成できる。演算回路１１９による演算処理結果に応じたデータ信号は、制御回路１１８に入力される。これにより、制御回路１１８は、電流検出回路１１４により検出された電流の値に応じて動作が制御される。また、上記演算処理結果に応じたデータ信号を、インターフェース１２０を介して出力してもよい。また、制御回路１１８又は演算回路１１９にカウンタを設け、基準となるカウント値から、タッチが無い場合にカウント値を減らしていくことにより、タッチが無い時間を計ってもよい。
発振回路１２５は、静電容量式センサ１８０の一対の電極の一方に出力するパルス信号を生成する機能を有する。このとき、制御トランジスタ１１３は、発振回路１２５と静電容量式センサ１８０との導通を制御する機能を有する。例えば、接続端子１５１は、制御トランジスタ１１３のソース及びドレインを介して発振回路１２５に接続される。さらに、電源供給選択トランジスタ１１７のゲートは、制御トランジスタ１１３のソース及びドレインを介して発振回路１２５に接続される。
発振回路１２５は、例えば図４に示すように、パルス信号を生成するパルス発生回路２０１と、制御回路１１８に従って上記パルス信号の出力先を選択するセレクタ２０２により構成できる。セレクタ２０２は、制御回路１１８からの信号に従って出力する制御スイッチ１１２を選択する機能を有する。例えば、セレクタ２０２により複数行の静電容量式センサ１８０の一対の電極の一方に順次パルスを入力できる。また、セレクタ２０２により複数行の静電容量式センサ１８０の一対の電極の一方に同時に順次パルスを入力することもできる。また、図４に限定されず、シフトレジスタなどを用いて発振回路１２５を構成してもよい。シフトレジスタを用いて発振回路１２５を構成する場合、クロック信号の供給を制御することにより、シフトレジスタのパルスの出力先を制御できる。
次に、コントローラ及びタッチパネルの駆動方法例について、図５のフローチャート、及び図６乃至図８の模式図を参照して説明する。なお、電源供給選択トランジスタ１１７をＰチャネル型とし、演算回路１１９がカウンタを有するとして説明する。
まず、図５に示すようにステップＳ１として通常モードに移行する。
通常モードでは、電源回路１１５による電源電圧の供給を開始する。さらに、図６に示すように、制御回路１１８により制御スイッチ１１２をオン状態にして静電容量式センサ１８０の一対の電極の一方にパルス信号を出力する。
次に、図５に示すステップＳ２としてタッチの有無を判定する。タッチの有無は、電流検出回路１１４により検出された電流値の変化の有無によって生成されたデータ信号を演算回路１１９に出力することにより判定できる。なお、静電容量式センサ１８０が行列方向に複数配置されている場合、電流検出回路１１４により検出された電流値の変化の有無により、タッチした静電容量式センサ１８０の座標データも判別できる。
このとき、タッチが無い場合には、ステップＳ３＿ａとして演算回路１１９のカウント値を１つ減らす。さらに、ステップＳ４としてカウント値が一定値以下になったかどうか判定する。なお、タッチが有った場合には、ステップＳ３＿ｂとしてカウント値をリセットし、通常モードを維持する。
ステップＳ４でカウント値が一定値以下の場合、ステップＳ５として低消費電力モードに移行する。低消費電力モードとは、例えば電源電圧の供給の停止、静電容量式センサ１８０に対するパルス信号の出力の停止などを実行するモードである。なお、カウント値が一定値よりも大きい場合には、通常モードを維持する。
低消費電力モードでは、図７に示すように、静電容量式センサ１８０の一対の電極の一方の電位をハイレベルの電位（Ｈ）にした後、制御回路１１８により制御スイッチ１１２をオフ状態にする。例えば、発振回路１２５により、パルスを静電容量式センサ１８０の一対の電極の一方に入力することにより、静電容量式センサ１８０の一対の電極の一方の電位をハイレベルの電位にできる。また、発振回路１２５により、複数行の静電容量式センサ１８０の一対の電極の一方にパルスを入力できる。静電容量式センサ１８０が容量を構成しているため、静電容量式センサ１８０の一対の電極の一方の電位は保持される。このとき、制御トランジスタ１１３のオフ電流が低いため、静電容量式センサ１８０の一対の電極の一方の電位を一定期間保持できる。
静電容量式センサ１８０の一対の電極の一方の電位がハイレベルの電位（Ｈ）のとき、電源供給開始スイッチ１１６がオフ状態になる。このとき、電源回路１１５による電源電圧の供給を停止又は電源電圧が供給される回路（例えば電流検出回路１１４、演算回路１１９、発振回路１２５などを含む１以上の回路）を低消費電力駆動状態にし、コントローラを低消費電力状態にする。以上により低消費電力モードになる。
次に、図５に示すステップＳ６として、タッチの有無を判定する。
タッチが有った場合、例えば図８に示すように、タッチにより電流値が変化した静電容量式センサ１８０の一対の電極の一方の電位が変化する（ここでは一例としてローレベルの電位（Ｌ）とする）。このとき、上記一対の電極の一方を有する静電容量式センサ１８０に対応する電源供給開始スイッチ１１６がオン状態になり、電源回路１１５に電源供給開始信号が入力される。なお、静電容量式センサ１８０の大きさは、図８に示す大きさに限定されない。
電源供給開始信号が入力された電源回路１１５は、各回路ブロックに対する電源電圧の供給を再開する。以上により通常モードに復帰できる。なお、タッチが無い場合には終了となり、低消費電力モードを維持する。
以上が、コントローラ及びタッチパネルの駆動方法例の説明である。
図１乃至図８に示すように、本実施の形態では、コントローラに電源供給開始スイッチを設ける。さらに、低消費電力モードのときにタッチがあった場合に電源供給開始スイッチをオン状態にして電源回路による電源電圧の供給を再開させ、通常モードに復帰させる。上記に示すように、別途検出手段を設けずにタッチの有無によって電源供給開始スイッチのオン状態及びオフ状態を自動的に制御できるため、回路を簡略化できる。また、スイッチのオンオフにより復帰動作を行うことができるため、復帰動作を簡略化できる。
（実施の形態２）
本実施の形態では、コントローラ及びタッチパネルの構造例について説明する。
本実施の形態のタッチパネルは、図９（Ａ）に示すように、コントローラ４０１と、センサパネル４０２と、を備える。
コントローラ４０１としては、実施の形態１に示すコントローラ１００を適用できる。
センサパネル４０２は、行方向に配置された複数の電極４１１と、列方向に配置された複数の電極４１２と、を有する。複数の電極４１１の一つは、絶縁層を介してと複数の電極４１２の一つと交差する。電極４１１は、行方向に矩形状領域を複数有し、電極４１２は、列方向に矩形状領域を複数有する。電極４１１が有する複数の矩形状領域の間の領域は、電極４１２が有する複数の矩形状領域の間の領域に重畳する。そして、静電容量式センサとなる容量が、電極４１１が有する複数の矩形状領域と電極４１２が有する複数の矩形状領域の間に構成される。例えば静電容量式センサが相互容量式センサの場合、電極４１１が送信電極としての機能を有し、電極４１２が受信電極としての機能を有する。
センサパネル４０２は、フレキシブルプリント基板（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）ＦＰＣ４０３を介してコントローラ４０１に電気的に接続される。センサパネル４０２は、コントローラ４０１により動作が制御される。
さらに、図９（Ａ）に示す静電容量式センサの原理について図９（Ｂ）を参照して説明する。
図９（Ｂ）に示すように、電極４１１と電極４１２が形成する容量を容量Ｃｓとする。電極４１１は、制御スイッチ１１２に接続され、電極４１２は、電流検出回路１１４に接続される。このとき、指４０４が近づくことにより、指４０４と電極４１１の間に寄生容量である容量Ｃｆが生じ、電極４１２に流れる電流の値が変化する。このため、電極４１２に流れる電流値の変化を電流検出回路１１４により検出することにより、指４０４がセンサパネルにタッチしたか否かを判別できる。
次に、本実施の形態のコントローラの構造例について図１０を参照して説明する。
図１０（Ａ）に示すコントローラは、チャネル形成領域にシリコンを含むトランジスタ８０１と、チャネル形成領域に酸化物半導体を含むトランジスタ８０２を積層し、さらに、トランジスタ８０２の上に複数の配線層を積層した構造である。
トランジスタ８０１は、埋め込み絶縁層を有する半導体基板に設けられる。トランジスタ８０１は、例えば図１に示す電源供給選択トランジスタ１１７に相当する。
トランジスタ８０２は、絶縁層に埋め込まれた導電層８１１ａと、導電層８１１ａの上に設けられた絶縁層８１４と、絶縁層８１４を挟んで導電層８１１ａに重畳する半導体層８１３と、半導体層８１３に電気的に接続する導電層８１５ａ、８１５ｂと、半導体層８１３、導電層８１５ａ、８１５ｂの上に設けられた絶縁層８１６と、絶縁層８１６を挟んで半導体層８１３に重畳する導電層８１８により構成される。このとき、導電層８１１ａは、バックゲート電極としての機能を有する。絶縁層８１４は、ゲート絶縁層としての機能を有する。半導体層８１３は、チャネル形成層としての機能を有する。導電層８１５ａ、８１５ｂは、ソース電極又はドレイン電極としての機能を有する。絶縁層８１６は、ゲート絶縁層としての機能を有する。導電層８１８は、ゲート電極としての機能を有する。トランジスタ８０２は、例えば図１に示す制御トランジスタ１１３に相当する。
絶縁層８１４は、水素などの不純物をブロックする機能を有することが好ましい。例えば、酸化アルミニウム層、窒化シリコン層などは、水素をブロックする機能を有する。図１０（Ａ）に示すコントローラでは、半導体層８１３が絶縁層８１４、８１６に覆われているため、トランジスタ８０２に対する、外部（例えばトランジスタ８０１）から水素などの不純物の拡散が抑制される。
さらに、導電層８１５ａは、絶縁層８１４を貫通して設けられた開口部で、導電層８１１ａと同一の導電膜により形成される導電層８１１ｂに電気的に接続され、導電層８１１ｂは、トランジスタ８０１のゲート電極に電気的に接続される。
さらに、トランジスタ８０２の上層には、配線層８２２、８２４、８２６が順に積層して設けられる。配線層８２２は、絶縁層に埋め込まれた配線層８２１により導電層８１５ｂに電気的に接続される。配線層８２４は、絶縁層に埋め込まれた配線層８２３により配線層８２２に電気的に接続される。配線層８２６は、絶縁層に埋め込まれた配線層８２５により配線層８２４に電気的に接続される。例えば、配線層８２６を図１に示す接続端子１５１として用いてもよい。
さらに、図１０（Ｂ）に示すコントローラは、トランジスタ８０１と、トランジスタ８０２を積層し、さらに、トランジスタ８０１とトランジスタ８０２の間に積層された複数の配線層を設けた構造である。さらに、図１０（Ｂ）では、端子部８０３も示す。
トランジスタ８０１の上層には、配線層８３１ａ、８３３ａ、８３５ａが順に積層して設けられる。配線層８３１ａは、トランジスタ８０１のゲート電極に電気的に接続される。配線層８３３ａは、絶縁層に埋め込まれた配線層８３２ａにより配線層８３１ａに電気的に接続される。配線層８３５ａは、絶縁層に埋め込まれた配線層８３４ａにより配線層８３３ａに電気的に接続される。
さらに、導電層８１５ａは、絶縁層８１４を貫通して設けられた開口部で、導電層８１１ａと同一の導電膜により形成される導電層８１１ｂに電気的に接続され、導電層８１１ｂは、絶縁層に埋め込まれた配線層８３６ａにより配線層８３５ａに電気的に接続される。
さらに、トランジスタ８０２の上層には、配線層８３８ａが積層して設けられる。配線層８３８ａは、絶縁層に埋め込まれた配線層８３７ａにより導電層８１５ｂに電気的に接続される。
また、端子部８０３には、配線層８３１ａと同一の導電膜により形成される配線層８３１ｂ、配線層８３３ａと同一の導電膜により形成される配線層８３３ｂ、配線層８３５ａと同一の導電膜により形成される８３５ｂ、導電層８１１ａと同一の導電膜により形成される導電層８１１ｃ、導電層８１５ａと同一の導電膜により形成される導電層８１５ｃ、配線層８３７ａと同一の導電膜により形成される配線層８３７ｂ、配線層８３８ａと同一の導電膜により形成される配線層８３８ｂが順に積層して設けられる。配線層８３３ｂは、絶縁層に埋め込まれ、配線層８３２ａと同一の導電膜により形成される配線層８３２ｂにより配線層８３１ｂに電気的に接続される。配線層８３５ｂは、絶縁層に埋め込まれ、配線層８３４ａと同一の導電膜により形成される配線層８３４ｂにより配線層８３３ｂに電気的に接続される。導電層８１１ｃは、絶縁層に埋め込まれ、配線層８３６ａと同一の導電膜により形成される配線層８３６ｂにより配線層８３５ｂに電気的に接続される。導電層８１５ｃは、絶縁層８１４を貫通して設けられた開口部で導電層８１１ｃに電気的に接続される。配線層８３８ｂは、絶縁層に埋め込まれ、配線層８３７ａと同一の導電膜により形成される配線層８３７ｂにより導電層８１５ｃに電気的に接続される。例えば、配線層８３８ｂを図１に示す接続端子１５１又は１５２として用いてもよい。
さらに、各構成要素について説明する。
導電層８１１ａ乃至８１１ｃ、８１８、配線層８３１ａ乃至８３８ａ、８３１ｂ乃至８３８ｂとしては、例えばモリブデン、チタン、クロム、タンタル、マグネシウム、銀、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、ルテニウム、又はスカンジウムなどの金属材料を含む層を適用できる。また、導電層８１１ａ乃至８１１ｃ、８１８、配線層８３１ａ乃至８３８ａ、８３１ｂ乃至８３８ｂとしてグラフェンなどを用いてもよい。
絶縁層８１４、絶縁層８１６を含む各絶縁層としては、例えば酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、酸化アルミニウム層、窒化アルミニウム層、酸化窒化アルミニウム層、窒化酸化アルミニウム層、酸化ハフニウム層、酸化ガリウム層などを用いることができる。また、酸化ガリウム、Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２の原子比であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物などの酸化物層を用いることができる。
半導体層８１３としては、例えば図１に示す制御トランジスタ１１３のチャネル形成層に適用可能な材料の層を用いることができる。さらに、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝３：１：２の原子比であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物層とＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１の原子比であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物層の積層により、半導体層８１３を構成してもよい。
半導体層８１３として酸化物半導体層を用いる場合、例えば脱水化・脱水素化を行い、酸化物半導体層中の水素、水、水酸基、又は水素化物（水素化合物ともいう）などの不純物を排除し、且つ酸化物半導体層に酸素を供給すると、酸化物半導体層を高純度化させることができる。例えば、酸化物半導体層に接する層として酸素を含む層を用い、また、加熱処理を行うことにより、酸化物半導体層を高純度化させることができる。
また、形成直後の酸化物半導体層は、化学量論的組成より酸素が多い過飽和の状態であることが好ましい。例えば、スパッタリング法を用いて酸化物半導体層を形成する場合、成膜ガスの酸素の占める割合が多い条件で形成することが好ましく、特に酸素雰囲気（例えば酸素ガス１００％）で成膜を行うことが好ましい。
また、スパッタリング法を用いて酸化物半導体膜を成膜する際に、基板温度を１００℃以上５００℃以下、好ましくは２００℃以上３５０℃以下にして酸化物半導体膜を成膜してもよい。
また、酸化物半導体層に十分な酸素が供給されて酸素を過飽和の状態とするために、酸化物半導体層に接する絶縁層（絶縁層８１４、８１６）として過剰酸素を含む絶縁層を形成してもよい。
例えば、スパッタリング法を用いて膜中に酸素が多く含まれる成膜条件で絶縁膜を成膜することにより、過剰酸素を含む絶縁層を形成できる。また、より多くの過剰酸素を絶縁層に含ませたい場合には、イオン注入法やイオンドーピング法やプラズマ処理によって酸素を添加すればよい。また、酸化物半導体層に酸素を添加してもよい。
また、スパッタリング装置において、成膜室内の残留水分は、少ないことが好ましい。このため、スパッタリング装置に吸着型の真空ポンプを用いることが好ましい。また、コールドトラップを用いてもよい。
また、トランジスタの作製において、加熱処理を行うことが好ましい。このときの加熱処理の温度は、３５０℃以上基板の歪み点未満の温度、さらには、３５０℃以上４５０℃以下であることが好ましい。なお、加熱処理を複数回行ってもよい。
上記加熱処理に用いられる加熱処理装置としては、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）装置又はＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）装置などのＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）装置を用いてもよい。なお、これに限定されず、電気炉など、別の加熱処理装置を用いてもよい。
また、上記加熱処理を行った後、その加熱温度を維持しつつ、又はその加熱温度から降温する過程で該加熱処理を行った炉と同じ炉に高純度の酸素ガス、高純度のＮ２Ｏガス、又は超乾燥エア（露点が−４０℃以下、好ましくは−６０℃以下の雰囲気）を導入するとよい。このとき、酸素ガス又はＮ２Ｏガスは、水及び水素などを含まないことが好ましい。また、加熱処理装置に導入する酸素ガス又はＮ２Ｏガスの純度は、６Ｎ以上、好ましくは７Ｎ以上であると良い。すなわち、酸素ガス又はＮ２Ｏガス中の不純物濃度は、１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下であることが好ましい。この工程により、酸化物半導体層に酸素が供給され、酸化物半導体層中の酸素欠乏に起因する欠陥を低減できる。なお、上記高純度の酸素ガス、高純度のＮ２Ｏガス、又は超乾燥エアの導入は、上記加熱処理時に行ってもよい。
高純度化させた半導体層の水素濃度は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳともいう）の測定値において、５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらには５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらには５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることが好ましい。
導電層８１５ａ乃至８１５ｃとしては、例えばモリブデン、チタン、クロム、タンタル、マグネシウム、銀、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、ルテニウム、又はスカンジウムなどの金属材料を含む層を適用できる。また、導電層８１５ａ乃至８１５ｃとして金属酸化物などを用いてもよい。
以上がコントローラの構造例の説明である。
図９及び図１０を参照して説明したように、本実施の形態のコントローラ及びタッチパネルの一例では、異なるトランジスタを積層させて構成することにより、回路面積を小さくできる。
（実施の形態３）
本実施の形態では、本発明の一態様であるタッチパネルを用いた表示パネルを有する電子機器の例について、図１１を参照して説明する。
図１１（Ａ）に示す電子機器は、携帯型情報端末の一例である。
図１１（Ａ）に示す電子機器は、筐体１０１１と、筐体１０１１に設けられたパネル１０１２と、ボタン１０１３と、スピーカー１０１４と、を具備する。
なお、筐体１０１１に、外部機器に接続するための接続端子及び操作ボタンが設けられていてもよい。
パネル１０１２は、表示パネル（ディスプレイ）である。
さらに、本発明の一態様であるタッチパネルを用いてパネル１０１２を構成してもよい。これにより、表示パネルにおいてタッチ検出を行うことができる。
ボタン１０１３は、筐体１０１１に設けられる。例えば、ボタン１０１３が電源ボタンであれば、ボタン１０１３を押すことにより、電子機器をオン状態にするか否かを制御することができる。
スピーカー１０１４は、筐体１０１１に設けられる。スピーカー１０１４は音声を出力する。
なお、筐体１０１１にマイクが設けられていてもよい。筐体１０１１にマイクを設けられることにより、例えば図１１（Ａ）に示す電子機器を電話機として機能させることができる。
図１１（Ａ）に示す電子機器は、例えば電話機、電子書籍、パーソナルコンピュータ、及び遊技機の一つ又は複数としての機能を有する。
図１１（Ｂ）に示す電子機器は、折り畳み式の情報端末の一例である。
図１１（Ｂ）に示す電子機器は、筐体１０２１ａと、筐体１０２１ｂと、筐体１０２１ａに設けられたパネル１０２２ａと、筐体１０２１ｂに設けられたパネル１０２２ｂと、軸部１０２３と、ボタン１０２４と、接続端子１０２５と、記録媒体挿入部１０２６と、スピーカー１０２７と、を備える。
筐体１０２１ａと筐体１０２１ｂは、軸部１０２３により接続される。
パネル１０２２ａ及びパネル１０２２ｂは、表示パネル（ディスプレイ）である。
さらに、本発明の一態様であるタッチパネルを用いてパネル１０２２ａ及び１０２２ｂを構成してもよい。これにより、表示パネルにおいてタッチ検出を行うことができる。
図１１（Ｂ）に示す電子機器は、軸部１０２３を有するため、パネル１０２２ａとパネル１０２２ｂを対向させて折り畳むことができる。
ボタン１０２４は、筐体１０２１ｂに設けられる。なお、筐体１０２１ａにボタン１０２４を設けてもよい。例えば、電源ボタンとしての機能を有するボタン１０２４を設けることより、ボタン１０２４を押すことで電子機器に対する電源電圧の供給を制御できる。
接続端子１０２５は、筐体１０２１ａに設けられる。なお、筐体１０２１ｂに接続端子１０２５が設けられていてもよい。また、接続端子１０２５が筐体１０２１ａ及び筐体１０２１ｂの一方又は両方に複数設けられていてもよい。接続端子１０２５は、図１１（Ｂ）に示す電子機器と他の機器を接続するための端子である。
記録媒体挿入部１０２６は、筐体１０２１ａに設けられる。筐体１０２１ｂに記録媒体挿入部１０２６が設けられていてもよい。また、記録媒体挿入部１０２６が筐体１０２１ａ及び筐体１０２１ｂの一方又は両方に複数設けられていてもよい。例えば、記録媒体挿入部にカード型記録媒体を挿入することにより、カード型記録媒体のデータを電子機器に読み出し、又は電子機器内のデータをカード型記録媒体に書き込むことができる。
スピーカー１０２７は、筐体１０２１ｂに設けられる。スピーカー１０２７は、音声を出力する。なお、筐体１０２１ａにスピーカー１０２７を設けてもよい。
なお、筐体１０２１ａ又は筐体１０２１ｂにマイクを設けてもよい。筐体１０２１ａ又は筐体１０２１ｂにマイクが設けられることにより、例えば図１１（Ｂ）に示す電子機器を電話機として機能させることができる。
図１１（Ｂ）に示す電子機器は、例えば電話機、電子書籍、パーソナルコンピュータ、及び遊技機の一つ又は複数としての機能を有する。
図１１（Ｃ）に示す電子機器は、据え置き型情報端末の一例である。図１１（Ｃ）に示す電子機器は、筐体１０３１と、筐体１０３１に設けられたパネル１０３２と、ボタン１０３３と、スピーカー１０３４と、を具備する。
パネル１０３２は、表示パネル（ディスプレイ）である。
さらに、本発明の一態様であるタッチパネルを用いてパネル１０３２を構成してもよい。これにより、表示パネルにおいてタッチ検出を行うことができる。
なお、筐体１０３１の甲板部１０３５にパネル１０３２と同様のパネルを設けてもよい。
さらに、筐体１０３１に券などを出力する券出力部、硬貨投入部、及び紙幣挿入部などを設けてもよい。
ボタン１０３３は、筐体１０３１に設けられる。例えば、ボタン１０３３が電源ボタンであれば、ボタン１０３３を押すことで電子機器に対する電源電圧の供給を制御できる。
スピーカー１０３４は、筐体１０３１に設けられる。スピーカー１０３４は、音声を出力する。
図１１（Ｃ）に示す電子機器は、例えば現金自動預け払い機、チケットなどの注文をするための情報通信端末（マルチメディアステーションともいう）、又は遊技機としての機能を有する。
図１１（Ｄ）は、据え置き型情報端末の一例である。図１１（Ｄ）に示す電子機器は、筐体１０４１と、筐体１０４１に設けられたパネル１０４２と、筐体１０４１を支持する支持台１０４３と、ボタン１０４４と、接続端子１０４５と、スピーカー１０４６と、を備える。
なお、筐体１０４１に外部機器に接続させるための接続端子を設けてもよい。
パネル１０４２は、表示パネル（ディスプレイ）としての機能を有する。
さらに、本発明の一態様であるタッチパネルを用いてパネル１０４２を構成してもよい。これにより、表示パネルにおいてタッチ検出を行うことができる。
ボタン１０４４は、筐体１０４１に設けられる。例えば、ボタン１０４４が電源ボタンであれば、ボタン１０４４を押すことで電子機器に対する電源電圧の供給を制御できる。
接続端子１０４５は、筐体１０４１に設けられる。接続端子１０４５は、図１１（Ｄ）に示す電子機器と他の機器を接続するための端子である。例えば、接続端子１０４５により図１１（Ｄ）に示す電子機器とパーソナルコンピュータを接続すると、パーソナルコンピュータから入力されるデータ信号に応じた画像をパネル１０４２に表示させることができる。例えば、図１１（Ｄ）に示す電子機器のパネル１０４２が接続する他の電子機器のパネルより大きければ、当該他の電子機器の表示画像を拡大することができ、複数の人が同時に視認しやすくなる。
スピーカー１０４６は、筐体１０４１に設けられる。スピーカー１０４６は、音声を出力する。
図１１（Ｄ）に示す電子機器は、例えば出力モニタ、パーソナルコンピュータ、及びテレビジョン装置の一つ又は複数としての機能を有する。
以上が図１１に示す電子機器の例の説明である。
図１１を参照して説明したように、本実施の形態に係る電子機器では、パネルに本発明の一態様であるタッチパネルを用いた表示パネルを設けることにより、タッチ検出が可能となる。
１００ コントローラ
１１２ 制御スイッチ
１１３ 制御トランジスタ
１１４ 電流検出回路
１１５ 電源回路
１１６ 電源供給開始スイッチ
１１７ 電源供給選択トランジスタ
１１８ 制御回路
１１９ 演算回路
１２０ インターフェース
１２１ ノイズフィルタ
１２２ 増幅回路
１２３ ＡＤコンバータ
１２５ 発振回路
１５１ 接続端子
１５２ 接続端子
１８０ 静電容量式センサ
２０１ パルス発生回路
２０２ セレクタ
３０１ バイアス発生回路
３０２ 電源電圧生成回路
３０３ 電源供給制御スイッチ
３０４ 電源制御回路
４０１ コントローラ
４０２ センサパネル
４０３ ＦＰＣ
４０４ 指
４１１ 電極
４１２ 電極
８０１ トランジスタ
８０２ トランジスタ
８０３ 端子部
８１１ａ 導電層
８１１ｂ 導電層
８１１ｃ 導電層
８１３ 半導体層
８１４ 絶縁層
８１５ａ 導電層
８１５ｂ 導電層
８１５ｃ 導電層
８１６ 絶縁層
８１８ 導電層
８２１ 配線層
８２２ 配線層
８２３ 配線層
８２４ 配線層
８２５ 配線層
８２６ 配線層
８３１ａ 配線層
８３１ｂ 配線層
８３２ａ 配線層
８３２ｂ 配線層
８３３ａ 配線層
８３３ｂ 配線層
８３４ａ 配線層
８３４ｂ 配線層
８３５ａ 配線層
８３５ｂ 配線層
８３６ａ 配線層
８３６ｂ 配線層
８３７ａ 配線層
８３７ｂ 配線層
８３８ａ 配線層
８３８ｂ 配線層
１０１１ 筐体
１０１２ パネル
１０１３ ボタン
１０１４ スピーカー
１０２１ａ 筐体
１０２１ｂ 筐体
１０２２ａ パネル
１０２２ｂ パネル
１０２３ 軸部
１０２４ ボタン
１０２５ 接続端子
１０２６ 記録媒体挿入部
１０２７ スピーカー
１０３１ 筐体
１０３２ パネル
１０３３ ボタン
１０３４ スピーカー
１０３５ 甲板部
１０４１ 筐体
１０４２ パネル
１０４３ 支持台
１０４４ ボタン
１０４５ 接続端子
１０４６ スピーカー

Claims (7)

  1. 静電容量式センサの動作を制御する機能を有するコントローラであって、
    前記静電容量式センサの一対の電極の一方に対する電位の供給を制御する機能を有する制御スイッチと、
    前記静電容量式センサの一対の電極の他方に流れる電流を検出する機能を有する電流検出回路と、
    電源供給開始信号に従って前記電流検出回路に対する電源電圧の供給を制御する機能を有する電源回路と、
    ゲートの電位が前記静電容量式センサの一対の電極の一方の電位に応じて変化する電源供給選択トランジスタを有し、前記電源供給選択トランジスタのゲートの電位に従って、前記電源回路に対する前記電源供給開始信号の出力を制御する機能を有する電源供給開始スイッチと、
    前記電流検出回路により検出された電流の値に従って、前記制御スイッチと前記電源回路を制御する機能を有する制御回路と、を備えることを特徴とするコントローラ。
  2. 前記制御スイッチは、
    チャネル幅１μｍあたりのオフ電流が１００ｚＡ以下であり、ゲートの電位が前記制御回路により制御され、オン状態又はオフ状態になることにより、前記電位の供給を制御する制御トランジスタを有する請求項１に記載のコントローラ。
  3. 前記制御トランジスタのチャネル形成領域は、酸化物半導体を含み、
    前記酸化物半導体は、
    シリコンよりもバンドギャップが広く、且つｃ軸が被形成面の法線ベクトル又は表面の法線ベクトルに平行な方向に揃い、且つａｂ面に垂直な方向から見て三角形状又は六角形状の原子配列を有し、前記ｃ軸に垂直な方向から見て金属原子が層状又は金属原子と酸素原子とが層状に配列する層を含むことを特徴とする請求項２に記載のコントローラ。
  4. 静電容量式センサと、
    コントローラと、を有し、
    前記コントローラは、
    前記静電容量式センサの一対の電極の一方に対する電位の供給を制御する機能を有する制御スイッチと、
    前記静電容量式センサの一対の電極の他方に流れる電流を検出する機能を有する電流検出回路と、
    電源供給開始信号に従って前記電流検出回路に対する電源電圧の供給を制御する機能を有する電源回路と、
    ゲートの電位が前記静電容量式センサの一対の電極の一方の電位に応じて変化する電源供給選択トランジスタを有し、前記電源供給選択トランジスタのゲートの電位に従って、前記電源回路に対する前記電源供給開始信号の出力を制御する機能を有する電源供給開始スイッチと、
    前記電流検出回路により検出された電流の値に従って、前記制御スイッチと前記電源回路を制御する機能を有する制御回路と、を備えることを特徴とするタッチパネル。
  5. 前記制御スイッチは、
    チャネル幅１μｍあたりのオフ電流が１００ｚＡ以下であり、ゲートの電位が前記制御回路により制御され、オン状態又はオフ状態になることにより、前記電位の供給を制御する制御トランジスタを有する請求項４に記載のタッチパネル。
  6. 前記制御トランジスタのチャネル形成領域は、酸化物半導体を含み、
    前記酸化物半導体は、
    シリコンよりもバンドギャップが広く、且つｃ軸が被形成面の法線ベクトル又は表面の法線ベクトルに平行な方向に揃い、且つａｂ面に垂直な方向から見て三角形状又は六角形状の原子配列を有し、前記ｃ軸に垂直な方向から見て金属原子が層状又は金属原子と酸素原子とが層状に配列する層を含むことを特徴とする請求項５に記載のタッチパネル。
  7. 請求項４乃至６のいずれか一項に記載のタッチパネルを用いた表示パネルを有する電子機器。
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