JP2015012215A - 静電気保護回路、電気光学装置、及び電子機器 - Google Patents

静電気保護回路、電気光学装置、及び電子機器 Download PDF

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Abstract

【課題】静電気の影響をより強く抑制する静電気保護回路を提供すること。【解決手段】本発明に係る静電気保護回路は、第1の配線321に、第1のp型トランジスター310aのドレイン315aと、第1のn型トランジスター330aのゲート333a及びソース334aとが電気的に接続され、第2の配線322に、第1のp型トランジスター310aのゲート313a及びソース314aと、第1のn型トランジスター330aのドレイン335aと、第2のp型トランジスター310bのドレイン315bと、第2のn型トランジスター330bのゲート330b及びソース334bとが電気的に接続され、第3の配線323に、第2のp型トランジスター310bのゲート313b及びソース314bと、第2のn型トランジスター330bのドレイン335bとが電気的に接続されていることを特徴とする。【選択図】図6

Description

本発明は、静電気保護回路、当該静電気保護回路を搭載した電気光学装置、及び当該電気光学装置を搭載した電子機器に関する。
電気光学装置としてのアクティブ駆動型の液晶装置では、光を変調する画素や当該画素を駆動する半導体回路(走査線駆動回路、データ線駆動回路など)などを有している。当該液晶装置では、画素や半導体回路などを構成するトランジスターが静電気によって回復不能な静電ダメージを受けることがあり、静電気の影響を抑制する静電気対策が重要である。例えば、特許文献1では静電保護回路(静電気保護回路)を設けた液晶装置が提案されている。
図16は、特許文献1に記載の静電気保護回路の回路図である。図16に示すように、特許文献1に記載の静電気保護回路500は、p型トランジスター504とn型トランジスター505とを有している。p型トランジスター504のソース及びゲートは、高電位配線502に接続され、電位VHが供給されている。n型トランジスター505のソース及びゲートは、低電位配線503に接続され、電位VHよりも低電位の電位VLが供給されている。p型トランジスター504のドレイン及びn型トランジスター505のドレインは、信号配線501に接続されている。
信号配線501の電位がVL〜VHの範囲にある場合、p型トランジスター504及びn型トランジスター505はオフ状態にあり、信号配線501、高電位配線502、及び低電位配線503は電気的に干渉することはなく、液晶装置は正常に動作する。静電気によって配線501の電位がVL〜VHの範囲から逸脱すると、p型トランジスター504及びn型トランジスター505のいずれかがオン状態(導通状態)になる。例えば、静電気によって信号配線501の電位がVHよりも高くなると、p型トランジスター504がオン状態になる。静電気によって信号配線501の電位がVLよりも低くなると、n型トランジスター505がオン状態になる。このように、静電気によって信号配線501の電位が変化すると、高電位配線502及び低電位配線503のいずれかと、信号配線501とが導通状態となる。そして、静電気によって信号配線501に付加された電荷は、導通状態となった高電位配線502または低電位配線503のいずれかの側に分配され、静電気による信号配線501の電位の変化が小さくなる。静電気による信号配線501の電位の変化が小さくなるので、信号配線501に接続されている半導体回路に回復不能な静電ダメージ(静電破壊)が生じにくくなる。
特開2006−18165号公報
上述したように、特許文献1に記載の静電気保護回路500では、静電気によって信号配線501に正の電荷が付加されると、p型トランジスター504がオン状態となり、信号配線501に付加された正の電荷は、p型トランジスター504を介して高電位配線502の側に分配(放電)され、静電気による信号配線501の電位の変化が小さくなる。ところが、p型トランジスター504のキャリア(ホール)の移動度は、n型トランジスター505のキャリア(電子)の移動度よりも小さく、n型トランジスター505と比べて、p型トランジスター504では電流(電荷)が流れにくい。このため、静電気によって多量の正の電荷が信号配線501に付加されると、p型トランジスター504を介して高電位配線502の側に十分に分配(放電)されず、静電気による信号配線501の電位の変化が大きくなり、信号配線501に接続されている半導体回路や非導通状態のn型トランジスター505などに回復不能な静電ダメージ(静電破壊)が生じる恐れがあった。
本発明は、上述した課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
[適用例1]本適用例に係る静電気保護回路は、第1のp型トランジスターと、第1のn型トランジスターと、第2のp型トランジスターと、第2のn型トランジスターと、第1の配線と、第2の配線と、第3の配線と、を含み、前記第1の配線には、前記第1のp型トランジスターのソース及びドレインのうちの一方と、前記第1のn型トランジスターのゲートと、前記第1のn型トランジスターのソース及びドレインのうちの一方と、が電気的に接続され、前記第2の配線には、前記第1のp型トランジスターのゲートと、前記第1のp型トランジスターのソース及びドレインのうちの他方と、前記第1のn型トランジスターのソース及びドレインのうちの他方と、前記第2のp型トランジスターのソース及びドレインのうちの一方と、前記第2のn型トランジスターのゲートと、前記第2のn型トランジスターのソース及びドレインのうちの一方と、が電気的に接続され、前記第3の配線には、前記第2のp型トランジスターのゲートと、前記第2のp型トランジスターのソース及びドレインのうちの他方と、前記第2のn型トランジスターのソース及びドレインのうちの他方と、が電気的に接続されていることを特徴とする。
静電気によって第2の配線に正の電荷が付加されると、第1のp型トランジスターのゲートは正の電位となり、第1のn型トランジスターのゲートは負の電位となるので、第1のp型トランジスター及び第1のn型トランジスターは、共にオフ状態(非導通状態)となる。静電気によって第2の配線に負の電荷が付加されると、第1のp型トランジスターのゲートは負の電位となり、第1のn型トランジスターのゲートは正の電位となるので、第1のp型トランジスター及び第1のn型トランジスターは共にオン状態(導通状態)となる。すなわち、第1の配線と第2の配線とは導通状態になる。
静電気によって第2の配線に正の電荷が付加されると、第2のp型トランジスターのゲートは負の電位となり、第2のn型トランジスターのゲートは正の電位となるので、第2のp型トランジスター及び第2のn型トランジスターは共に導通状態となる。すなわち、第2の配線と第3の配線とは導通状態になる。静電気によって第2の配線に負の電荷が付加されると、第2のp型トランジスターのゲートは正の電位となり、第2のn型トランジスターのゲートは負の電位となるので、第2のp型トランジスター及び第2のn型トランジスターは、共に非導通状態となる。
よって、静電気によって第2の配線に負の電荷が付加されると、第1の配線と第2の配線とは導通状態となり、第2の配線に付加された負の電荷は、第1のp型トランジスター及び第1のn型トランジスターを介して、第1の配線の側に分配(放電)される。静電気によって第2の配線に正の電荷が付加されると、第2の配線と第3の配線とは導通状態となり、第2の配線に付加された正の電荷は、第2のp型トランジスター及び第2のn型トランジスターを介して第3の配線の側に分配(放電)される。
このように、本適用例に係る静電気保護回路では、静電気によって第2の配線に正または負の電荷が付加されると、2つのp型トランジスターのうち1つと2つのn型トランジスターのうちの1つとが導通状態となる。静電気によってp型トランジスターまたはn型トランジスターのいずれか一方が導通状態となる公知技術の静電気保護回路と比べて、本適用例に係る静電気保護回路では、電荷が流れる経路が増えるので、静電気によって付加された電荷の放電能力(除電能力)に優れ、当該電荷を迅速に放電することができる。
また、p型トランジスターはn型トランジスターと比べて電荷が流れにくいので、公知技術の静電気保護回路では、p型トランジスターが導通状態となった場合と、n型トランジスターが導通状態となった場合とで、静電気によって付加された電荷の放電能力が異なる。すなわち、公知技術の静電気保護回路は、静電気によって負の電荷が付加された場合と正の電荷が付加された場合とで、静電気によって付加された電荷の放電能力が異なるという非対称性が生じる。本適用例に係る静電気保護回路では、静電気によって負の電荷または正の電荷が第2の配線に付加されると、常に1つのp型トランジスターと1つのn型トランジスターとの両方が導通状態となるので、公知技術の静電気保護回路における電荷の放電能力の非対称性が解消され、静電気によって付加された電荷を安定して放電することができる。
よって、静電気によって第2の配線に付加された正または負の電荷は、本適用例に係る静電気保護回路によって、導通状態となった第1の配線または第3の配線のいずれかの側に、安定して迅速に分配(放電)されるので、静電気による第2の配線の電位の変化が小さくなる。従って、第2の配線に接続されている半導体回路に回復不能な静電ダメージ(静電破壊)が生じにくくなる。
[適用例2]上記適用例に記載の静電気保護回路において、前記第1の配線は第1の電源配線であり、前記第2の配線は信号配線であり、前記第3の配線は第2の電源配線であることが好ましい。
第1の配線(第1の電源配線)の電位、第2の配線(信号配線)の電位、及び第3の配線(第2の電源配線)の電位を順に高く設定すると、第1のp型トランジスター及び第2のp型トランジスターのゲートは正の電位を有し、第1のn型トランジスターのゲート及び第2のn型トランジスターのゲートは負の電位を有するので、第1のp型トランジスター、第1のn型トランジスター、第2のp型トランジスター、及び第2のn型トランジスターは、全て非導通状態となる。すなわち、第1の配線の電位、第2の配線の電位、及び第3の配線の電位を順に高く設定すると、静電気保護回路に配置されているトランジスターは非導通状態となり、第1の配線と第2の配線と第3の配線とは電気的に干渉することがない。従って、そのような電位が供給されている三つの配線に上記適用例に記載の静電気保護回路を適用させると、静電気によって第2の配線の電位が変化した場合のみ静電気保護回路に配置されているトランジスターが導通状態となり、静電気によって第2の配線に付加された電荷を、導通状態となった第1の配線または第3の配線のいずれかの側に分配(放電)することができる。従って、静電気による第2の配線の電位の変化が小さくなり、第2の配線に接続されている半導体回路に回復不能な静電ダメージ(静電破壊)が生じにくくなる。
[適用例3]上記適用例に記載の静電気保護回路において、前記第1の配線及び前記第3の配線の容量は、前記第2の配線の容量よりも大きいことが好ましい。
静電気によって第2の配線に負の電荷が付加され、第1の配線と第2の配線とが導通状態になると、第1の配線の容量は第2の配線の容量よりも大きいので、第1の配線の容量が第2の配線の容量よりも小さい場合と比べて、第2の配線に付加された負の電荷を、導通状態となった第1の配線の側により多く分配(放電)し、静電気による第2の配線の電位の変化を小さくすることができる。
静電気によって第2の配線に正の電荷が付加され、第2の配線と第3の配線とが導通状態となると、第3の配線の容量は第2の配線の容量よりも大きいので、第3の配線の容量が第2の配線の容量よりも小さい場合と比べて、第2の配線に付加された正の電荷を、導通状態となった第3の配線の側により多く分配(放電)し、静電気による第2の配線の電位の変化を小さくすることができる。
[適用例4]本適用例に係る電気光学装置は、上記適用例に記載の静電気保護回路を備えていることを特徴とする。
本適用例に係る電気光学装置は、上記適用例に記載の静電気保護回路を備えているので、静電気の影響が抑制され、静電気に対する耐性、すなわち電気光学装置の信頼性を高めることができる。
[適用例5]本適用例に記載の電子機器は、上記適用例に記載の静電気保護回路、及び/または上記適用例に記載の電気光学装置を備えていることを特徴とする。
本適用例に係る電子機器は、上記適用例に記載の静電気保護回路、及び/または上記適用例に記載の静電気保護回路を有する電気光学装置を備えているので、静電気の影響が抑制され、静電気に対する耐性、すなわち電子機器の信頼性を高めることができる。
実施形態1に係る液晶装置の構成を示す概略平面図。 図1のH−H’線に沿った概略断面図。 実施形態1に係る液晶装置の主要な回路構成を示す回路図。 画素が配置された領域の等価回路図。 画素を構成する各構成要素の断面的な位置関係を示す模式断面図。 静電気保護回路の回路図。 静電気保護回路の回路図。 静電気保護回路の概略平面図。 図8のA−A'線に沿った概略断面図。 図8のB−B'線に沿った概略断面図。 静電気によって付加された電荷の流れを示す回路図。 静電気によって付加された電荷の流れを示す回路図。 静電気によって付加された電荷の流れを示す回路図。 静電気によって付加された電荷の流れを示す回路図。 実施形態2に係る投射型表示装置の構成を示す概略図。 公知技術に係る静電気保護回路の回路図。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。かかる実施形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の各図においては、各層や各部位を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部位の縮尺を実際とは異ならせしめてある。
(実施形態1)
「液晶装置の概要」
実施形態1に係る液晶装置100は、電気光学装置の一例であり、薄膜トランジスター(Thin Film Transistor;以降TFTと称す)30を備えた透過型の液晶装置である。本実施形態に係る液晶装置100は、例えば後述する投射型表示装置(液晶プロジェクター)の光変調素子として好適に使用することができるものである。
まず、本実施形態に係る電気光学装置としての液晶装置100の全体構成について、図1乃至図4を参照して説明する。図1は、液晶装置の構成を示す概略平面図である。図2は、図1のH−H’線に沿った概略断面図である。図3は、液晶装置の主要な回路構成を示す回路図である。図4は、画素が配置された領域の等価回路図である。
図1及び図2に示すように、本実施形態に係る液晶装置100は、互いに対向配置された素子基板10及び対向基板20や、これら一対の基板によって挟持された液晶層50などを有する。
素子基板10は対向基板20よりも大きく、両基板は、額縁状に配置されたシール材52を介して接着され、その隙間に正または負の誘電異方性を有する液晶が封入されて液晶層50を構成している。シール材52は、例えば熱硬化性または紫外線硬化性のエポキシ樹脂などの接着剤であり、一対の基板の間隔を一定に保持するためのスペーサー(図示省略)が混入されている。
額縁状に配置されたシール材52の内側には、同じく額縁状に遮光膜53が設けられている。遮光膜53は、例えば遮光性の金属あるいは金属化合物などからなり、遮光膜53の内側が表示領域Eとなる。表示領域Eには、画素Pがマトリックス状に複数配置されている。
素子基板10の複数の外部回路接続端子102が配列された第1の辺と該第1の辺に沿ったシール材52との間には、データ線駆動回路101が設けられている。該第1の辺に沿ったシール材52と表示領域Eとの間には、サンプリング回路7が設けられている。該第1の辺と直交し互いに対向する他の第2の辺、第3の辺に沿ったシール材52と表示領域Eとの間には、走査線駆動回路104が設けられている。該第1の辺と対向する他の第4の辺に沿ったシール材52と表示領域Eとの間には、2つの走査線駆動回路104を繋ぐ配線105が設けられている。さらに、データ線駆動回路101、サンプリング回路7、及び走査線駆動回路104と、外部回路接続端子102とを電気的に接続するための引回配線90が設けられている。
図2に示すように、素子基板10は、基板本体10a、並びに基板本体10aの液晶層50側の面に形成されたTFT30や画素電極9a、及び画素電極9aを覆う配向膜18などを有している。基板本体10aは、例えば石英やガラスなどの透明材料で構成されている。また、TFT30や画素電極9aは画素Pの構成要素である。画素Pの詳細は後述する。
さらに、ここでは図示しないが、素子基板10上には、データ線駆動回路101、サンプリング回路7、走査線駆動回路104の他に、後述する静電気保護回路300(図3参照)が設けられている。これに加えて、製造途中や出荷時の液晶装置100の品質、欠陥等を検査するための検査回路などの半導体回路が設けられていてもよい。
対向基板20は、対向基板本体20a、並びに対向基板本体20aの液晶層50側の面に順に積層された遮光膜53、絶縁膜22、対向電極23、及び配向膜24などを有している。
対向基板本体20aは、例えば石英やガラスなどの透明材料で構成されている。
遮光膜53は、図1に示すようにサンプリング回路7や走査線駆動回路104などと平面的に重なり、対向基板20側から入射する光を遮蔽して、これら回路の光による誤動作を防止する役割を有している。また、不必要な迷光が表示領域Eに入射しないように遮蔽して、表示領域Eの表示における高いコントラストを確保している。
絶縁膜22は、例えばシリコン酸化物などの無機材料からなり、光透過性を有して遮光膜53を覆うように設けられている。また、絶縁膜22は、遮光膜53によって基板上に生じる凹凸を緩和する平坦化層としても機能している。
対向電極23は、例えばITOなどの透明導電膜からなり、絶縁膜22を覆うと共に、表示領域Eに亘って形成される。対向電極23は、図1に示すように対向基板20の四隅に設けられた上下導通部106により、素子基板10側の配線に電気的に接続されている。
画素電極9aを覆う配向膜18及び対向電極23を覆う配向膜24は、液晶装置100の光学設計に基づいて設定されており、本実施形態では、シリコン酸化物などの無機材料の斜め蒸着膜(無機配向膜)で構成されている。また、配向膜18,24は、ポリイミドなどの有機配向膜を使用してもよい。
図3に示すように、走査線駆動回路104には、外部回路から外部回路接続端子102及び走査線駆動回路用電源配線94を介して、低電位電源VSSYの電位及び高電位電源VDDYの電位が供給されている。低電位電源VSSYの電位は、接地電位(基準電位)、すなわち概略0Vである。高電位電源VDDYの電位は、低電位電源VSSYの電位よりも高く、概略16Vである。さらに、走査線駆動回路104には、外部回路から外部回路接続端子102及び走査線駆動回路用信号配線95を介してYクロック信号CLY(及び反転Yクロック信号CLYB)、Yスタートパルス信号DYが供給される。走査線駆動回路104は、これらの信号に基づいて走査信号G1,・・・,Gmを順次生成して出力する。
データ線駆動回路101には、外部回路から外部回路接続端子102及びデータ線駆動回路用電源配線91を介して、低電位電源VSSXの電位及び高電位電源VDDXの電位が供給されている。低電位電源VSSXの電位は、接地電位(基準電位)、すなわち概略0Vである。高電位電源VDDXの電位は、低電位電源VSSXの電位よりも高く、概略16Vである。さらに、データ線駆動回路101には、外部回路から外部回路接続端子102及びデータ線駆動回路用信号配線92を介してXクロック信号CLX(及び反転Xクロック信号CLXB)、及びXスタートパルス信号DXが供給される。データ線駆動回路101は、Xスタートパルス信号DXが入力されると、Xクロック信号CLX(及び反転Xクロック信号XCLXB)に基づくタイミングで、サンプリング信号S1,・・・,Snを順次生成して出力する。
サンプリング回路7は、pチャネル型又はnチャネル型の片チャネル型TFT、若しくは相補型のTFTから構成されたサンプリングスイッチ7sを複数備えている。サンプリング回路7には、外部回路接続端子102及び画像信号線96を介して、画像信号VID1〜VID6の電位が供給されている。さらに、サンプリング回路7には、データ線駆動回路101からサンプリングスイッチ7s毎にサンプリング信号S1,・・・,Snが供給される。サンプリング回路7は、サンプリング信号S1,・・・,Snが入力されると、サンプリングスイッチ7sに対応するデータ線6aにサンプリング信号S1,・・・,Snに応じて画像信号を順次供給する。
図4に示すように、画素Pが配置された領域(表示領域E)には、互いに絶縁されて直交する信号線としての複数の走査線11a及び複数のデータ線6aと、走査線11aに対して平行に延在する容量線60とが設けられている。走査線11aとデータ線6aとにより区分された領域に、画素電極9aと、TFT30と、蓄積容量70とが設けられ、これらが画素Pの画素回路を構成している。
画像信号が供給されるデータ線6aは、TFT30のソース電極に電気的に接続されている。データ線6aに書き込む画像信号VS1,VS2,…,VSnは、この順に線順次に供給してもよいし、相隣接する複数のデータ線6a同士に対して、グループ毎に供給するようにしてもよい。本実施形態では、画像信号VS1,VS2,…,VSnは、6相にシリアル−パラレル展開された画像信号VID1〜VID6の夫々に対応して、6本のデータ線6aの組に対してグループ毎に供給される。画像信号の相展開数(即ち、シリアル−パラレル展開される画像信号の系列数)は、6相に限られるものでなく、例えば、9相、12相、24相などの複数相に展開された画像信号が、その展開数に対応した数を一組としたデータ線6aの組に対して供給されるように構成してもよい。
走査信号が供給される走査線11aは、TFT30のゲート電極3aに接続されている。走査線11a及びゲート電極3aには、走査信号G1,G2,…,Gmが、この順に線順次で供給される。画素電極9aは、TFT30のドレイン電極に電気的に接続されている。
液晶装置100は、スイッチング素子であるTFT30が走査信号G1,G2,…,Gmの入力により一定期間だけオン状態とされることで、データ線6aから供給される画像信号VS1,VS2,…,VSnが所定のタイミングで、TFT30を介して画素電極9aに書き込まれる構成となっている。そして、画素電極9aを介して液晶層50に書き込まれた所定レベルの画像信号VS1,VS2,…,VSnは、画素電極9aと液晶層50を介して対向配置された対向電極23との間で一定期間保持される。
保持された画像信号VS1,VS2,…,VSnがリークするのを防止するために、画素電極9aと対向電極23との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量70が付加されている。蓄積容量70は、TFT30のドレインと容量線60との間に設けられている。
このような液晶装置100は透過型であって、電圧が印加されない時の画素Pの透過率が電圧印加時の透過率よりも大きくて明表示となるノーマリーホワイトモードや、電圧が印加されない時の画素Pの透過率が電圧印加時の透過率よりも小さくて暗表示となるノーマリーブラックモードの光学設計が採用される。光学設計に応じて、光の入射側と射出側とにそれぞれ偏光素子(図示省略)が配置されて用いられる。
「配線及び静電気保護回路」
次に、図3に戻り、液晶装置100の素子基板10に配置されている配線の概要や、静電気保護回路300の配置位置などを説明する。
液晶装置100は、サンプリング回路7に画像信号VID1〜VID6を供給するための画像信号線96、走査線駆動回路104に電源を供給するための走査線駆動回路用電源配線94、走査線駆動回路104に駆動用の信号を供給するための走査線駆動回路用信号配線95、データ線駆動回路101に電源を供給するためのデータ線駆動回路用電源配線91、及びデータ線駆動回路101に駆動用の信号を供給するためのデータ線駆動回路用信号配線92などを有している。これら配線で、外部回路接続端子102と半導体回路(データ線駆動回路101、サンプリング回路7、走査線駆動回路104等)とを接続する引回配線90(図1参照)が構成されている。
上述したように、走査線駆動回路用電源配線94には、低電位電源VSSYの電位(0V)と高電位電源VDDYの電位(概略16V)とが供給されている。データ線駆動回路用電源配線91には、低電位電源VSSXの電位(0V)と高電位電源VDDXの電位(概略16V)とが供給されている。その結果、高電位電源VDDYの電位が供給されている走査線駆動回路用電源配線94の電位、及び高電位電源VDDXの電位が供給されているデータ線駆動回路用電源配線91の電位は、低電位電源VSSYの電位が供給されている走査線駆動回路用電源配線94の電位、及び低電位電源VSSXの電位が供給されているデータ線駆動回路用電源配線91の電位よりも高くなっている。
低電位電源VSSYの電位(0V)が供給されている走査線駆動回路用電源配線94、及び低電位電源VSSXの電位(0V)が供給されているデータ線駆動回路用電源配線91は、本発明における「第1の電源配線」の一例であり、以降、低電位電源配線VSSと称す。高電位電源VDDYの電位(概略16V)が供給されている走査線駆動回路用電源配線94、及び高電位電源VDDXの電位(概略16V)が供給されているデータ線駆動回路用電源配線91は、本発明における「第2の電源配線」の一例であり、以降、高電位電源配線VDDと称す。
上述したように、走査線駆動回路用信号配線95には、Yクロック信号CLY(及び反転Yクロック信号CLYB)やYスタートパルス信号DYなどが供給されている。データ線駆動回路用信号配線92には、Xクロック信号CLX(及び反転Xクロック信号CLXB)やXスタートパルス信号DXなどが供給されている。画像信号線96には画像信号VID1〜VID6が供給されている。これらYクロック信号CLY、反転Yクロック信号CLYB、Yスタートパルス信号DY、Xクロック信号CLX、反転Xクロック信号CLXB、Xスタートパルス信号DX、及び画像信号VID1〜VID6の電位は、低電位電源配線VSSの電位(0V)から高電位電源配線VDDの電位(概略16V)の範囲にある。
Yクロック信号CLY(及び反転Yクロック信号CLYB)やYスタートパルス信号DYなどの電位が供給されている走査線駆動回路用信号配線95、Xクロック信号CLX(及び反転Xクロック信号CLXB)やXスタートパルス信号DXなどが供給されているデータ線駆動回路用信号配線92、及び画像信号VID1〜VID6が供給されている画像信号線96は、本発明における「信号配線」の一例であり、以降、信号配線Sと称す。
なお、高電位電源配線VDD及び低電位電源配線VSSには、信号配線Sと比べてより大きな電流が流れるので、高電位電源配線VDD及び低電位電源配線VSSの幅は、信号配線Sの幅と比べて大きく(広く)なっている。つまり、高電位電源配線VDD及び低電位電源配線VSSの抵抗は、信号配線Sの抵抗と比べて低抵抗になっており、さらに高電位電源配線VDD及び低電位電源配線VSSの容量は、信号配線Sの容量と比べて大きくなっている。
静電気保護回路300は、外部回路接続端子102と半導体回路(データ線駆動回路101、サンプリング回路7、走査線駆動回路104)との間の信号配線Sに配置(接続)されている。図3では図示が省略されているが、静電気保護回路300は、信号配線Sの他に、低電位電源配線VSS及び高電位電源配線VDDにも配置(接続)されている。
「画素の構成」
次に、図5を参照して、表示領域Eに配置されている画素Pの具体的な構成を説明する。図5は、画素を構成する各構成要素の断面的な位置関係を示す模式断面図であり、明示可能な尺度で表されている。
図5に示すように、画素Pは、基板本体10aに順に積層された、走査線11a等を含む第1層、TFT30等を含む第2層、データ線6a等を含む第3層、蓄積容量70等を含む第4層、及び画素電極9aや配向膜18等を含む第5層(最上層)を有している。第1層と第2層との間には下地絶縁膜12が、第2層と第3層との間には第1層間絶縁膜41が、第3層と第4層との間には第2層間絶縁膜42が、第4層と第5層との間には第3層間絶縁膜43が、それぞれ設けられており、上述した各要素が短絡することを防止している。
(第1層の構成−走査線等−)
第1層には、タングステンシリサイドからなる走査線11aが設けられている。走査線11aを構成する材料としては、タングステンシリサイドの他に、例えばチタンナイトライドやタングステンなどを使用することができる。走査線11aは、遮光性を有し、TFT30に下側から入射しようとする光を遮り、光によるTFT30の誤動作を抑制する。
(第2層の構成−TFT等−)
次に、第2層として、ゲート電極3aを含むTFT30が設けられている。TFT30は、導電性の多結晶シリコン及びタングステンシリサイドからなるゲート電極3a、多結晶シリコンからなる半導体層1a、及びゲート電極3aと半導体層1aとを絶縁するシリコン酸化物からなるゲート絶縁膜2によって構成されている。半導体層1aは、高濃度ソース領域1dと、チャネル領域1a’と、高濃度ドレイン領域1eと、高濃度ソース領域1dとチャネル領域1a’との間に形成された接合領域(低濃度ソース領域1b)と、チャネル領域1a’と高濃度ドレイン領域1eとの間に形成された接合領域(低濃度ドレイン領域1c)とを有している。ゲート絶縁膜2は、半導体層1a及び下地絶縁膜12を覆うように設けられている。また、ゲート電極3aは、ゲート絶縁膜2を挟んで半導体層1aのチャネル領域1a’に対向配置されている。
(第1層と第2層との間の構成−下地絶縁膜等−)
走査線11aと半導体層1aとの間には、シリコン酸化物からなる下地絶縁膜12が設けられている。半導体層1aと接していない領域の下地絶縁膜12は、ゲート絶縁膜2で覆われている。走査線11a上の下地絶縁膜12及びゲート絶縁膜2には、コンタクトホール12cvが設けられている。このコンタクトホール12cvを埋めるようにゲート電極3aが設けられ、ゲート電極3aと走査線11aとは、コンタクトホール12cvを介して互いに接続され、同電位となっている。
(第3層の構成−データ線等−)
第3層には、データ線6a(ソース電極6a1)及び中継電極5a(ドレイン電極5a1)が設けられている。データ線6a及び中継電極5aは、金属等の導電材料で構成され、例えばアルミニウムからなる層と窒化チタンからなる層との二層構造を有している。データ線6aとソース電極6a1とは一体形成されており、TFT30の高濃度ソース領域1dと接する部分が、ソース電極6a1となる。中継電極5aとドレイン電極5a1とは一体形成されており、TFT30の高濃度ドレイン領域1eと接する部分が、ドレイン電極5a1となる。
(第2層と第3層との間の構成−第1層間絶縁膜−)
ゲート電極3aとデータ線6aとの間には、例えばシリコン酸化物やシリコン窒化物からなる第1層間絶縁膜41が設けられている。第1層間絶縁膜41には、TFT30の高濃度ソース領域1dとソース電極6a1とが電気的に接続するためのコンタクトホール81、及びTFT30の高濃度ドレイン領域1eとドレイン電極5a1とが電気的に接続するためのコンタクトホール83が設けられている。
(第4層の構成−蓄積容量等−)
第4層には、蓄積容量70が設けられている。蓄積容量70は、画素電極9aに接続され画素電位側容量電極としての上部電極73と、固定電位側容量電極としての下部電極71と、上部電極73と下部電極71とで挟まれた誘電体層75などで構成されている。この蓄積容量70によれば、画素電極9aにおける電位保持特性を顕著に高めることが可能となる。
上部電極73は、例えば金属等の導電材料で構成され、画素電極9aと中継電極5aとを中継接続する機能をもつ。上部電極73は、コンタクトホール89を介して画素電極9aに接続され、コンタクトホール85と中継電極5aとコンタクトホール83とを介してTFT30の高濃度ドレイン領域1eに接続されている。
下部電極71は、金属等の導電材料で構成され、例えばアルミニウムからなる層と窒化チタンからなる層との二層構造を有している。下部電極71の本線部は、走査線11aの配置方向に延在され、容量線60となる。つまり、下部電極71と容量線60とは、同電位(固定電位)になっている。
誘電体層75としては、例えばシリコン窒化物、酸化シリコン、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化タンタルなどの単層膜や、これら単層膜のうち少なくとも2種以上の単層膜を積層した多層膜を用いることができる。
(第3層と第4層との間の構成−第2層間絶縁膜−)
データ線6a及び中継電極5aと、蓄積容量70との間には、例えばシリコン窒化物やシリコン酸化物などで構成される第2層間絶縁膜42が設けられている。第2層間絶縁膜42には、中継電極5aと上部電極73とを電気的に接続するためのコンタクトホール85が設けられている。
(第5層、及び第4層と第5層との間の構成−画素電極等−)
第5層には、画素電極9aが設けられている。画素電極9aは、画素P毎に島状に形成され、画素電極9a上には配向膜18が設けられている。そして、画素電極9aと蓄積容量70との間には、例えばシリコン窒化物やシリコン酸化物などからなる第3層間絶縁膜43が設けられている。第3層間絶縁膜43には、画素電極9aと上部電極73とを電気的に接続するためのコンタクトホール89が設けられている。
なお、上述した半導体回路(データ線駆動回路101、サンプリング回路7、走査線駆動回路104など)や静電気保護回路300は、上述した画素Pと同じ構造を有し、画素Pと同じ工程で(同じ機会に)形成されている。
「静電気保護回路の概要」
図6及び図7は静電気保護回路の回路図である。図6及び図7を参照して、静電気保護回路300の概要を説明する。
図6に示すように、静電気保護回路300は、第1のp型トランジスター310aと、第1のn型トランジスター330aと、第2のp型トランジスター310bと、第2のn型トランジスター330bと、第1の配線321と、第2の配線322と、第3の配線323とを有している。
第1の配線321は、低電位電源配線VSSに電気的に接続され、低電位電源配線VSSの電位(概略0V)が供給されている。第2の配線322は、信号配線Sに電気的に接続され、信号配線Sの電位が供給されている。第3の配線323は、高電位電源配線VDDに電気的に接続され、高電位電源配線VDDの電位(概略16V)が供給されている。このため、第3の配線323に供給される電位は、第1の配線321に供給されるよりも高くなっている。また、第2の配線322に供給される信号配線Sの電位は、低電位電源配線VSSの電位(0V)から高電位電源配線VDDの電位(概略16V)の範囲にあるので、第1の配線321の電位、第2の配線322の電位、第3の配線323の電位の順に、各配線の電位が高くなる。
換言すれば、第1の配線321は低電位電源配線VSSであり、第2の配線322は信号配線Sであり、第3の配線323は高電位電源配線VDDである。上述したように、高電位電源配線VDD及び低電位電源配線VSSの幅は、信号配線Sの幅と比べて大きく、高電位電源配線VDD及び低電位電源配線VSSの容量は、信号配線Sの容量と比べて大きくなっている。よって、第1の配線321の容量及び第3の配線323の容量は、第2の配線322の容量に比べて大きくなっている。
静電気保護回路300では、第1のp型トランジスター310aと第2のn型トランジスター330bと第2のp型トランジスター310bと第1のn型トランジスター330aとが、矩形状に配置されている(図8参照)。第1のp型トランジスター310aと第1のn型トランジスター330aとは、第2の配線322の延在方向に沿って配置され、第1の配線321及び第2の配線322に電気的に接続されている。第2のn型トランジスター330bと第2のp型トランジスター310bとは、第2の配線322の延在方向に沿って配置され、第2の配線322及び第3の配線323に電気的に接続されている。また、第2の配線322を挟んで、第1のp型トランジスター310aと第2のn型トランジスター330bとは互いに対向し、第1のn型トランジスター330aと第2のp型トランジスター310bとは互いに対向している。
なお、静電気保護回路300におけるp型トランジスター310a,310b及びn型トランジスター330a,330bの配置は、図7に示す構成であってもよい。詳しくは、第2の配線322を挟んで、第1のp型トランジスター310aと第2のp型トランジスター310bとが互いに対向し、第1のn型トランジスター330aと第2のn型トランジスター330bとが互いに対向し、第1のp型トランジスター310aと第2のp型トランジスター310bと第2のn型トランジスター330と第1のn型トランジスター330aとが矩形状に配置された構成であってもよい。
p型トランジスター310a,310bでは、高電位側がソースとなり、低電位側がドレインとなる。静電気によって第2の配線322の電位が変動する場合もあるが、以降の説明では、第1のp型トランジスター310aにおいて、高電位側の配線(第2の配線322)に接続されている側をソース314a、低電位側の配線(第1の配線321)に接続されている側をドレイン315aと称す。第2のp型トランジスター310bにおいて、高電位側の配線(第3の配線323)に接続されている側をソース314b、低電位側の配線(第2の配線322)に接続されている側をドレイン315bと称す。
n型トランジスター330a,330bでは、低電位側がソースとなり、高電位側がドレインとなる。静電気によって第2の配線322の電位が変動する場合もあるが、以降の説明では、第1のn型トランジスター330aにおいて、低電位側の配線(第1の配線321)に接続されている側をソース334a、高電位側の配線(第2の配線322)に接続されている側をドレイン335aと称す。第2のn型トランジスター330bにおいて、低電位側の配線(第2の配線322)に接続されている側をソース334b、高電位側の配線(第3の配線323)に接続されている側をドレイン335bと称す。
第1の配線321には、第1のp型トランジスター310aのドレイン315aと、第1のn型トランジスター330aのゲート333aと、第1のn型トランジスター330aのソース334aとが電気的に接続されている。
なお、第1のp型トランジスター310aのドレイン315aは、本発明における「第1のp型トランジスターのソース及びドレインのうちの一方」の一例である。第1のn型トランジスター330aのソース334aは、本発明における「第1のn型トランジスターのソース及びドレインのうちの一方」の一例である。
第2の配線322には、第1のp型トランジスター310aのゲート313aと、第1のp型トランジスター310aのソース314aと、第1のn型トランジスター330aのドレイン335aと、第2のp型トランジスター310bのドレイン315bと、第2のn型トランジスター330bのゲート333bと、第2のn型トランジスター330bのソース334bとが電気的に接続されている。
なお、第1のp型トランジスター310aのソース314aは、本発明における「第1のp型トランジスターのソース及びドレインのうちの他方」の一例である。第1のn型トランジスター330aのドレイン335aは、本発明における「第1のn型トランジスターのソース及びドレインのうちの他方」の一例である。第2のp型トランジスター310bのドレイン315bは、本発明における「第2のp型トランジスターのソース及びドレインのうちの一方」の一例である。第2のn型トランジスター330bのソース334bは、本発明における「第2のn型トランジスターのソース及びドレインのうちの一方」の一例である。
第3の配線323には、第2のp型トランジスター310bのゲート313bと、第2のp型トランジスター310bのソース314bと、第2のn型トランジスター330bのドレイン335bとが電気的に接続されている。
なお、第2のp型トランジスター310bのソース314bは、本発明における「第2のp型トランジスターのソース及びドレインのうちの他方」の一例である。第2のn型トランジスター330bのドレイン335bは、本発明における「第2のn型トランジスターのソース及びドレインのうちの他方」の一例である。
このように、第1のp型トランジスター310aでは、ゲート313aとソース314aとが第2の配線322に電気的に接続され、同電位となる。第1のn型トランジスター330aでは、ゲート333aとソース334aとが第1の配線321に電気的に接続され、同電位となる。第2のp型トランジスターでは、ゲート313bとソース314bとが第3の配線323に電気的に接続され、同電位となる。第2のn型トランジスター330bでは、ゲート333bとソース334bとが第2の配線322に電気的に接続され、同電位となる。その結果、p型トランジスター310a,310bでは、ドレイン315a,315bに対するゲート313a,313bの電位によって、半導体層311のチャネル領域311a(図8参照)の抵抗が変化する。n型トランジスター330a,330bでは、ドレイン335a,335bに対するゲート333a,333bの電位によって、半導体層331のチャネル領域331a(図8参照)の抵抗が変化する。
「静電気保護回路の構成」
図8は静電気保護回路の概略平面図であり、図9は図8のA−A'線に沿った概略断面図であり、図10は図8のB−B'線に沿った概略断面図である。
図8乃至図10を参照して、静電気保護回路300の構成を具体的に説明する。
最初に図8を参照して、静電気保護回路300の平面的な構成を説明する。
図8に示すように、A−A'線に沿って、第1のn型トランジスター330aと、第2のp型トランジスター310bとが配置されている。B−B'線に沿って、第1のp型トランジスター310aと、第2のn型トランジスター330bとが配置されている。
第1のp型トランジスター310aにおいて、半導体層311は、矩形状であり、高濃度ドレイン領域311eとチャネル領域311aと高濃度ソース領域311dとを有し、高濃度ドレイン領域311eがドレイン315aとなり、高濃度ソース領域311dがソース314aとなる。高濃度ドレイン領域311eの一部は第1の配線321と重なり、当該重なった部分にコンタクトホールCTDが配置されている。高濃度ソース領域311dの一部は、第2の配線322と重なり、当該重なった部分にコンタクトホールCTSが配置されている。ゲート電極343は、第1のp型トランジスター310aの半導体層311のチャネル領域311aと、第2の配線322と、第2のn型トランジスター330bの半導体層331のチャネル領域331aとに重なるように配置されている。半導体層311のチャネル領域311aと重なった部分のゲート電極343が、ゲート313aとなる。ゲート電極343は、W字形状を有し、第1のp型トランジスター310aの高濃度ソース領域311dと、第2のn型トランジスター330bの高濃度ソース領域331dとに重ならないようになっている。ゲート電極343と第2の配線322とが重なった部分に、コンタクトホールCTG2が配置されている。
第1のn型トランジスター330aにおいて、半導体層331は、矩形状であり、高濃度ドレイン領域331eとチャネル領域331aと高濃度ソース領域331dとを有し、高濃度ドレイン領域331eがドレイン335aとなり、高濃度ソース領域331dがソース334aとなる。高濃度ソース領域331dの一部は第1の配線321に重なり、当該重なった部分にコンタクトホールCTSが配置されている。高濃度ドレイン領域331eの一部は第2の配線322に重なり、当該重なった部分にコンタクトホールCTDが配置されている。ゲート電極333は、半導体層331のチャネル領域331aと、第1の配線321とに重なるように配置されている。半導体層331のチャネル領域331aと重なった部分のゲート電極333が、ゲート333aとなる。ゲート電極333は、U字形状を有し、高濃度ソース領域331dと重ならないようになっている。ゲート電極333と第1の配線321とが重なった部分に、コンタクトホールCTG1が配置されている。
第2のp型トランジスター310bにおいて、半導体層311は、矩形状であり、高濃度ドレイン領域311eとチャネル領域311aと高濃度ソース領域311dとを有し、高濃度ドレイン領域311eがドレイン315bとなり、高濃度ソース領域311dがソース314bとなる。高濃度ドレイン領域311eの一部は第2の配線322に重なり、当該重なった部分にコンタクトホールCTDが配置されている。高濃度ソース領域311dの一部は第3の配線323に重なり、当該重なった部分にコンタクトホールCTSが配置されている。ゲート電極313は、半導体層311のチャネル領域311aと、第3の配線323とに重なるように配置されている。半導体層311のチャネル領域311aと重なった部分のゲート電極313が、ゲート313bとなる。ゲート電極313は、U字形状を有し、高濃度ソース領域311dと重ならないようになっている。ゲート電極313と第3の配線323とが重なった部分に、コンタクトホールCTG3が配置されている。
第2のn型トランジスター330bにおいて、半導体層331は、矩形状であり、高濃度ドレイン領域331eとチャネル領域331aと高濃度ソース領域331dとを有し、高濃度ドレイン領域331eがドレイン335bとなり、高濃度ソース領域331dがソース334bとなる。高濃度ソース領域331dの一部は第2の配線322に重なり、当該重なった部分にコンタクトホールCTSが配置されている。高濃度ドレイン領域331eの一部は第3の配線323に重なり、当該重なった部分にコンタクトホールCTDが配置されている。半導体層331のチャネル領域331aと重なった部分のゲート電極343が、ゲート333bとなる。
なお、半導体層311,331の高濃度ソース領域311d,331dとチャネル領域311a,331aとの間に接合領域(低濃度ソース領域)を設けてもよいし、半導体層311,331の高濃度ドレイン領域311e,331eとチャネル領域311a,331aとの間に接合領域(低濃度ドレイン領域)を設けてもよい。
また、図8に示す静電気保護回路300では、第1の配線321が第2の配線322の左側に配置され、第3の配線323が第2の配線322の右側に配置されているが、第1の配線321が第2の配線322の右側に配置され、第3の配線323が第2の配線322の左側に配置されている構成であってもよい。
次に、図9及び図10を参照して、静電気保護回路300の断面的な構成を説明する。
上述したように、静電気保護回路300を構成するp型トランジスター310a,310bやn型トランジスター330a,330bは、画素Pと同じ工程で(同じ機会に)形成され、画素Pと同じ材料で構成されている。
図9及び図10に示すように、基板本体10aを覆う下地絶縁膜12の上に設けられた半導体層331,311は、ゲート絶縁膜2で覆われている。ゲート絶縁膜2の上には、ゲート電極3aと同じ工程で形成されたゲート電極313,333,343が設けられている。ゲート絶縁膜2を介して、半導体層331,311に対向配置された部分のゲート電極313,333,343が、ゲート313a,313b,333a,333bとなる。ゲート電極313,333,343及びゲート絶縁膜2は、第1層間絶縁膜41で覆われている。第1層間絶縁膜41の上には、データ線6aや中継電極5aと同じ工程で形成された配線321,322,323が設けられている。配線321,322,323には、第2層間絶縁膜42と第3層間絶縁膜43と配向膜18とが、順に積層されている。
図9に示すように、A−A’線に沿って、第1のn型トランジスター330aと第2のp型トランジスター310bとが配置されている。第1のn型トランジスター330aは、半導体層331(高濃度ソース領域331d、チャネル領域331a、高濃度ドレイン領域331e)と、ゲート絶縁膜2と、チャネル領域331aに対向配置されたゲート電極333(ゲート333a)とで構成される。第2のp型トランジスター310bは、半導体層311(高濃度ドレイン領域311e、チャネル領域311a、高濃度ソース領域311d)と、ゲート絶縁膜2と、チャネル領域311aに対向配置されたゲート電極313(ゲート313b)とで構成される。
第1のn型トランジスター330aにおいて、第1層間絶縁膜41には、ゲート電極333を露出させるコンタクトホールCTG1が形成されている、ゲート絶縁膜2及び第1層間絶縁膜41には、高濃度ソース領域331dを露出させるコンタクトホールCTS、及び高濃度ドレイン領域331eを露出させるコンタクトホールCTDが形成されている。ゲート電極333(ゲート333a)と高濃度ソース領域331d(ソース334a)とは、コンタクトホールCTG1と、第1の配線321と、コンタクトホールCTSとを介して電気的に接続されている。つまり、第1の配線321、ゲート333a、及びソース334aは、同じ電位になっている。
第2のp型トランジスター310bにおいて、第1層間絶縁膜41には、ゲート電極313を露出させるコンタクトホールCTG3が形成されている、ゲート絶縁膜2及び第1層間絶縁膜41には、高濃度ドレイン領域311eを露出させるコンタクトホールCTD、及び高濃度ソース領域311dを露出させるコンタクトホールCTSが形成されている。ゲート電極313(ゲート313b)と高濃度ソース領域311d(ソース314b)とは、コンタクトホールCTG3と、第3の配線323と、コンタクトホールCTSとを介して電気的に接続されている。つまり、第3の配線323、ゲート313b、及びソース314bは、同じ電位になっている。
第1のn型トランジスター330aの高濃度ドレイン領域331e(ドレイン335a)と、第2のp型トランジスター310bの高濃度ドレイン領域311eとは、2個のコンタクトホールCTDと、第2の配線322とを介して電気的に接続されている。つまり、第2の配線322と、第1のn型トランジスター330aのドレイン335aと、第2のp型トランジスター310bのドレイン315bとは、同じ電位になっている。
図10に示すように、B−B’線に沿って、第1のp型トランジスター310aと第2のn型トランジスター330bとが配置されている。第1のp型トランジスター310aは、半導体層311(高濃度ドレイン領域311e、チャネル領域311a、高濃度ソース領域311d)と、ゲート絶縁膜2と、チャネル領域311aに対向配置されたゲート電極343(ゲート313a)とで構成される。第2のn型トランジスター330bは、半導体層331(高濃度ソース領域331d、チャネル領域331a、高濃度ドレイン領域331e)と、ゲート絶縁膜2と、チャネル領域331aに対向配置されたゲート電極343(ゲート333b)とで構成される。
第1のp型トランジスター310aにおいて、第1層間絶縁膜41には、ゲート電極343を露出させるコンタクトホールCTG2が形成されている、ゲート絶縁膜2及び第1層間絶縁膜41には、高濃度ドレイン領域311eを露出させるコンタクトホールCTD、及び高濃度ソース領域311dを露出させるコンタクトホールCTSが形成されている。ゲート電極343(ゲート313a)と高濃度ソース領域311d(ソース314a)とは、コンタクトホールCTG2と、第2の配線322と、コンタクトホールCTSとを介して電気的に接続されている。高濃度ドレイン領域311e(ドレイン315a)と第1の配線321とは、コンタクトホールCTDを介して電気的に接続されている。つまり、ドレイン315aと第1の配線321とは、同じ電位になっている。
第2のn型トランジスター330bにおいて、ゲート絶縁膜2及び第1層間絶縁膜41には、高濃度ソース領域331dを露出させるコンタクトホールCTS、及び高濃度ドレイン領域311eを露出させるコンタクトホールCTDが形成されている。ゲート電極343(ゲート333b)と高濃度ソース領域331d(ソース334b)とは、コンタクトホールCTG2と、第2の配線322と、コンタクトホールCTSとを介して電気的に接続されている。高濃度ドレイン領域331e(ドレイン335b)と第3の配線323とは、コンタクトホールCTDを介して電気的に接続されている。つまり、ドレイン335bと第3の配線323とは、同じ電位になっている。
さらに、第1のp型トランジスター310aのゲート313a及びソース314aと、第2のn型トランジスター330bのゲート333b及びソース334bとは、第2の配線322を介して電気的に接続され、同じ電位になっている。
「静電気保護回路の動作」
図11乃至図14は、図6に対応する静電気保護回路の回路図であり、静電気で付加された電荷の流れを示している。図11乃至図14では、静電気によって付加された電荷の流れが、破線で示されている。
以下、図11乃至図14を参照して、各配線321,322,323に静電気が作用した場合の静電気保護回路300の動作、及び静電気によって付加された電荷の流れを説明する。
上述したように、液晶装置100の動作時には、第1の配線321には低電電源配線VSSの電位(概略0V)が供給され、第2の配線322には信号配線Sの電位(概略0V〜16V)が供給され、第3の配線323には高電位電源配線VDDの電位(概略16V)が供給される。このような電位が供給されると、ゲート313aはドレイン315aに対して正の電位を有するので第1のp型トランジスター310aがオフ状態(非導通状態)となり、ゲート333aはドレイン335aに対して負の電位を有するので第1のn型トランジスター330aがオフ状態(非導通状態)となり、ゲート313bはドレイン315bに対して正の電位を有するので第2のp型トランジスター310bがオフ状態(非導通状態)となり、ゲート330bはドレイン335bに対して負の電位を有するので第2のn型トランジスター330bがオフ状態となる。つまり、第1のp型トランジスター310aと、第1のn型トランジスター330aと、第2のp型トランジスター310bと、第2のn型トランジスター330bとは、全てオフ状態(非導通状態)となるので、第1の配線321(低電位信号配線VSS)と第2の配線322(信号配線S)と第3の配線323(高電位電源配線VDD)とは、電気的に干渉することがなく、液晶装置100は正常に動作する。
このように、第1の配線321の電位、第2の配線322の電位、及び第3の配線323の電位が、この順で高くなると、静電気保護回路300に配置されているp型トランジスター310a,310bやn型トランジスター330a,330bは、全て非導通状態となる。例えば、半導体回路を有する電気光学装置や、半導体回路を有する電子デバイスなどにおいて、このような電位関係にある3本の配線が存在するのであれば、当該3本の配線に静電気保護回路300を配置(接続)しても、当該3本の配線は電気的に干渉することが無い。すなわち、静電気保護回路300は電気光学装置や電子デバイスの動作に影響しないので、電気光学装置や電子デバイスは正常に動作する。
以下に詳細を述べるが、静電気保護回路300によって電気光学装置や電子デバイスへの静電気の影響が小さくなり、電気光学装置や電子デバイスに搭載されている半導体回路に回復不能な静電ダメージ(静電破壊)が生じにくくなる。
液晶装置100が非動作時には、第1の配線321(低電位信号配線VSS)と第2の配線322(信号配線S)と第3の配線323(高電位電源配線VDD)とは、電位が確定しないフローティング状態になる。例えば、静電気によって第2の配線322に正の電荷PCが付加されると(正の静電気が作用すると)、第2の配線322は、第1の配線321の電位及び第3の配線323に対して正の電位を有するようになる。静電気によって第2の配線322に負の電荷NCが付加されると(負の静電気が作用すると)、第2の配線322は、第1の配線321及び第3の配線323に対して負の電位を有するようになる。
図11は、液晶装置100が非動作時に、静電気によって第2の配線322(信号配線S)に付加された正の電荷PCの流れを示している。
図11において、静電気によって第2の配線322(信号配線S)に正の電荷PCが付加されると、第2の配線322に接続されている第1のp型トランジスター310aのゲート313a及びソース314aと、第1のn型トランジスター330aのドレイン335aと、第2のp型トランジスター310bのドレイン315bと、第2のn型トランジスター330bのゲート333b及びソース334bとは、第1の配線321及び第3の配線323に対して正の電位を有するようになる。
このため、ゲート313aはドレイン315aに対して正の電位を有するので、第1のp型トランジスター310aがオフ状態(非導通状態)となる。ゲート333aはドレイン335aに対して負の電位を有するので、第1のn型トランジスター330aがオフ状態(非導通状態)となる。ゲート313bはドレイン315bに対して負の電位を有するので、第2のp型トランジスター310bがオン状態(導通状態)となる。ゲート333bはドレイン335bに対して正の電位を有するので、第2のn型トランジスター330bがオン状態(導通状態)となる。つまり、第1の配線321に正の電荷PCが付加されると、第1のp型トランジスター310a及び第1のn型トランジスター330aは非導通状態となり、第2のp型トランジスター310b及び第2のn型トランジスター330bは導通状態となる。その結果、第2の配線322(信号配線S)と第3の配線323(高電位電源配線VDD)とは導通状態となり、静電気によって第2の配線322(信号配線S)に付加された正の電荷PCは、第2のp型トランジスター310b及び第2のn型トランジスター330bを介して、第3の配線323(高電位電源配線VDD)の側に流れる(分配される)。
図12は、液晶装置100が非動作時に静電気によって第2の配線322(信号配線S)に付加された負の電荷NC流れを示している。
図12において、静電気によって第2の配線322(信号配線S)に負の電荷NCが付加されると、第2の配線322に接続されている第1のp型トランジスター310aのゲート313a及びソース314bと、第1のn型トランジスター330aのドレイン335bと、第2のp型トランジスター310bのドレイン315bと、第2のn型トランジスター330bのゲート333b及びソース334bとは、第1の配線321及び第3の配線323に対して負の電位を有するようになる。
このため、ゲート313aはドレイン315aに対して負の電位となるので、第1のp型トランジスター310aがオン状態(導通状態)となる。ゲート333aはドレイン335aに対して正の電位となるので、第1のn型トランジスター330aがオン状態(導通状態)となる。ゲート313bはドレイン315bに対して正の電位となるので、第2のp型トランジスター310bがオフ状態(非導通状態)となる。ゲート333bはドレイン335bに対して負の電位となるので、第2のn型トランジスター330bがオフ状態(非導通状態)となる。つまり、第1の配線321に負の電荷NCが付加されると、第1のp型トランジスター310a及び第1のn型トランジスター330aは導通状態となり、第2のp型トランジスター310b及び第2のn型トランジスター330bは非導通状態となる。その結果、第1の配線321(低電位電源配線VSS)と第2の配線322(信号配線S)とは導通状態となり、静電気によって第2の配線322(信号配線S)に付加された負の電荷NCは、第1のp型トランジスター310a及び第1のn型トランジスター330aを介して、第1の配線321(低電位電源配線VSS)の側に流れる(分配される)。
このように、静電気によって第2の配線322に正の静電気PCまたは負の静電気NCのいずれかが付加されると、2つのp型トランジスター310a,310bのうちの1つと、2つのn型トランジスター330a、330bのうちの1つとが導通状態となる。静電気によって第2の配線に付加された電荷PC,NCは、導通状態となったp型トランジスター310a,310b及びn型トランジスター330a、330bを介して、第1の配線321または第3の配線323のいずれかの側に分配(放電)される。
一方、図16に示す公知技術の静電気保護回路500では、静電気によって付加された電荷によって、p型トランジスター504またはn型トランジスター505のいずれか一方が導通状態となる。さらに、p型トランジスター504とn型トランジスター505とではキャリアの移動度が異なり、p型トランジスター504はn型トランジスター505と比べて電荷(電流)が流れにくい。このため、静電気保護回路500では、p型トランジスター504が導通状態となった場合と、n型トランジスター505が導通状態となった場合とで、静電気によって付加された電荷の流れやすさが異なる。換言すれば、静電気保護回路500では、静電気によって正の電荷が付加された場合と、負の電荷が付加された場合とで、静電気によって付加された電荷の放電能力(除電能力)に非対称性が生じる。
本実施形態の静電気保護回路300は、静電気によって付加された電荷の極性に関係なく、2つのp型トランジスター310a,310bのうちの1つと、2つのn型トランジスター330a、330bのうちの1つとが導通状態となる。すなわち、p型トランジスター及びn型トランジスターの両方が導通状態となるので、公知技術の静電気保護回路500における放電能力の非対称性が解消され、静電気によって付加された正の電荷または負の電荷を安定して、導通状態となった第1の配線321または第3の配線323のいずれかの側に分配(放電)することができる。さらに、本実施形態の静電気保護回路300は、公知技術の静電気保護回路500と比べて、静電気によって付加された電荷を流す経路が多くなるので、静電気によって付加された電荷を導通状態となった第1の配線321または第3の配線323のいずれかの側に迅速に分配(放電)することができる。従って、本実施形態の静電気保護回路300は、公知技術の静電気保護回路500と比べて、静電気によって付加された電荷の放電能力(除電能力)に優れている。
さらに、第1の配線321(低電位電源配線VSS)の容量及び第3の配線323(高電位電源配線VDD)の容量は、第2の配線322(信号配線S)の容量よりも大きくなっているので、第1の配線321の容量及び第3の配線323の容量が第2の配線322の容量よりも小さい場合と比べて、より多くの電荷PC,NCを第2の配線322の側から、導通状態となった第1の配線321または第3の配線323のいずれかの側に分配(放電)することができる。
よって、本実施形態の静電気保護回路300では、2つのp型トランジスター310a,310bのうちの1つと、2つのn型トランジスター330a、330bのうちの1つとが導通状態となるので、p型トランジスター504またはn型トランジスター505のいずれか一方が導通状態となる公知技術の静電気保護回路500(図16)と比べて、静電気によって付加された電荷PC,NCを第2の配線322の側から、導通状態となった第1の配線321または第3の配線323のいずれかの側に安定して、迅速に分配(放電)し、静電気による第2の配線322(信号配線S)の電位の変化をより小さくすることができる。従って、信号配線Sに接続されている半導体回路(データ線駆動回路101、サンプリング回路7、走査線駆動回路104など)に回復不能な静電ダメージ(静電破壊)がより生じにくくなる。
図13は、液晶装置100が非動作時に静電気によって第1の配線321(低電位電源配線VSS)に付加された正の電荷PCの流れを示している。
図13において、第1の配線321(低電位電源配線VSS)に正の電荷PCが付加されると、第1の配線321に接続されている第1のp型トランジスター310aのドレイン315aと、第1のn型トランジスター330aのゲート333a及びソース334bとが、第2の配線322に対して正の電位を有するようになる。
このため、ゲート313aはドレイン315aに対して負の電位を有するので、第1のp型トランジスター310aがオン状態(導通状態)となる。ゲート333aはドレイン335aに対して正の電位を有するので、第1のn型トランジスター330aがオン状態(導通状態)となる。つまり、静電気によって第1の配線321(低電位電源配線VSS)に正の電荷PCが付加された場合においても、第1の配線321(低電位電源配線VSS)と第2の配線322(信号配線S)とは導通状態になり、静電気によって第1の配線321(低電位電源配線VSS)に付加された正の電荷PCは、第1のp型トランジスター310a及び第1のn型トランジスター330aを介して、第2の配線322(信号配線S)の側に流れる(分配される)。
本実施形態の静電気保護回路300では、静電気によって第1のp型トランジスター310a及び第1のn型トランジスター330aの両方が導通状態となるので、静電気によってp型トランジスター504またはn型トランジスター505のいずれか一方が導通状態となる公知技術の静電気保護回路500(図16)と比べて、第1の配線321(低電位電源配線VSS)に付加された正の電荷PCを、第2の配線322(信号配線S)の側に安定してより迅速に分配(放電)し、静電気による第1の配線321(低電位電源配線VSS)の電位の変化をより小さくすることができる。従って、低電位電源配線VSSに接続されている半導体回路(データ線駆動回路101、走査線駆動回路104など)に回復不能な静電ダメージ(静電破壊)がより生じにくくなる。
図14では、液晶装置100が非動作時に静電気によって第3の配線323(高電位電源配線VDD)に付加された負の電荷NCの流れが示されている。
図14において、静電気によって第3の配線323(高電位電源配線VDD)に負の電荷NCが付加されると、第3の配線323に接続されている第2のp型トランジスター310bのゲート313b及びソース314bと、第2のn型トランジスター330bのドレイン335bとが、第2の配線322に対して負の電位を有するようになる。
このため、ゲート313bはドレイン315bに対して正の電位を有するので、第2のp型トランジスター310bがオン状態(導通状態)となる。ゲート333bはドレイン335bに対して正の電位を有するので、第2のn型トランジスター330bがオン状態(導通状態)となる。つまり、静電気によって第3の配線323(高電位電源配線VDD)に負の電荷NCが付加された場合においても、第3の配線323(高電位電源配線VSS)と第2の配線322(信号配線S)とは導通状態となり、静電気によって第3の配線323(高電位電源配線VDD)に付加された負の電荷NCは、第2のp型トランジスター310b及び第2のn型トランジスター330bを介して、第2の配線322(信号配線S)の側に流れる(分配される)。
本実施形態の静電気保護回路300では、静電気によって第2のp型トランジスター310b及び第2のn型トランジスター330bの両方が導通状態となるので、静電気によってp型トランジスター504またはn型トランジスター505のいずれか一方が導通状態となる公知技術の静電気保護回路500(図16)と比べて、第3の配線323(低電位電源配線VSS)に付加された負の電荷NCを、第2の配線322(信号配線S)の側に安定してより迅速に分配(放電)し、静電気による第3の配線323(高電位電源配線VDD)の電位の変化をより小さくすることができる。従って、高電位電源配線VDDに接続されている半導体回路(データ線駆動回路101、走査線駆動回路104など)に回復不能な静電ダメージ(静電破壊)がより生じにくくなる。
(実施形態2)
「電子機器」
図15は電子機器としての投射型表示装置(液晶プロジェクター)の構成を示す概略図である。図15に示すように、本実施形態の電子機器としての投射型表示装置1000は、システム光軸Lに沿って配置された偏光照明装置1100と、光分離素子としての2つのダイクロイックミラー1104,1105と、3つの反射ミラー1106,1107,1108と、5つのリレーレンズ1201,1202,1203,1204,1205と、3つの光変調手段としての透過型の液晶ライトバルブ1210,1220,1230と、光合成素子としてのクロスダイクロイックプリズム1206と、投射レンズ1207とを備えている。
偏光照明装置1100は、超高圧水銀灯やハロゲンランプなどの白色光源からなる光源としてのランプユニット1101と、インテグレーターレンズ1102と、偏光変換素子1103とから概略構成されている。
ダイクロイックミラー1104は、偏光照明装置1100から射出された偏光光束のうち、赤色光(R)を反射させ、緑色光(G)と青色光(B)とを透過させる。もう1つのダイクロイックミラー1105は、ダイクロイックミラー1104を透過した緑色光(G)を反射させ、青色光(B)を透過させる。
ダイクロイックミラー1104で反射した赤色光(R)は、反射ミラー1106で反射した後にリレーレンズ1205を経由して液晶ライトバルブ1210に入射する。
ダイクロイックミラー1105で反射した緑色光(G)は、リレーレンズ1204を経由して液晶ライトバルブ1220に入射する。
ダイクロイックミラー1105を透過した青色光(B)は、3つのリレーレンズ1201,1202,1203と2つの反射ミラー1107,1108とからなる導光系を経由して液晶ライトバルブ1230に入射する。
液晶ライトバルブ1210,1220,1230は、クロスダイクロイックプリズム1206の色光ごとの入射面に対してそれぞれ対向配置されている。液晶ライトバルブ1210,1220,1230に入射した色光は、映像情報(映像信号)に基づいて変調されクロスダイクロイックプリズム1206に向けて射出される。このプリズムは、4つの直角プリズムが貼り合わされ、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって3つの色光が合成されて、カラー画像を表す光が合成される。合成された光は、投射光学系である投射レンズ1207によってスクリーン1300上に投射され、画像が拡大されて表示される。
液晶ライトバルブ1210,1220,1230には、上述した液晶装置100が適用されている。液晶装置100は、静電気保護回路300を有し、半導体回路(データ線駆動回路101、サンプリング回路7、走査線駆動回路104など)は静電気の影響を受けにくくなっている。従って、当該液晶装置が適用された投射型表示装置1000は、静電気の影響を受けにくく、高い信頼性を有する。
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う液晶装置及び該液晶装置を適用する電子機器もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
上記実施形態以外にも様々な変形例が考えられる。以下、変形例を挙げて説明する。
(変形例1)
静電気保護回路300は、液晶装置に適用させることに限定されず、例えば、有機エレクトロルミネッセンス素子を有する発光装置に適用させることができる。静電気保護回路300によって、静電気の影響を受けにくい高い信頼性の発光装置を提供することができる。
さらに、静電気保護回路300は、半導体回路を有する電子デバイスに適用させてもよい。例えば、半導体基板に形成したMOSトランジスターによる集積回路の静電気保護回路も本発明の適用範囲である。
(変形例2)
静電気保護回路300は、第1の配線321、第1の配線321の電位よりも高い電位の第2の配線322、及び第2の配線322の電位よりも高い電位の第3の配線323に接続すればよく、このような電位が供給されている配線が存在すれば、静電気保護回路300を液晶装置(電気光学装置)の任意の場所に配置することができる。
具体的には、実施形態1では、静電気保護回路300は、外部回路接続端子102と半導体回路(データ線駆動回路101、サンプリング回路7、走査線駆動回路104)との間の配線に配置(接続)されていたが、これに限定されない。例えば、静電気保護回路300を半導体回路の内部の配線に配置(接続)することができるし、静電気保護回路300を半導体回路と表示領域Eとの間の配線に配置(接続)することもできる。
さらに、実施形態1では、上記第1の配線321を低電位電源配線VSS、第2の配線322を信号配線S、及び第3の配線323を高電位電源配線VDDとしたが、これに限定されない。例えば、複数の信号配線Sのうち、最も低い電位が供給されている信号配線Sを上記第1の配線321として、最も高い電位が供給されている信号配線Sを上記第3の配線323とし、他の信号配線Sを上記第2の配線322としても良い。
(変形例3)
実施形態1に係る液晶装置が適用される電子機器は、実施形態2の投射型表示装置1000に限定されない。例えば、投射型表示装置1000の他に、投射型のHUD(ヘッドアップディスプレイ)、HMD(ヘッドマウントディスプレイ)、電子ブック、パーソナルコンピューター、デジタルスチルカメラ、液晶テレビ、ビューファインダー型あるいはモニター直視型のビデオレコーダー、カーナビゲーションシステム、POSなどの情報端末機器、及び電子手帳などの電子機器に、実施形態1に係る液晶装置を適用させることができる。
さらに、実施形態1に係る静電気保護回路300が搭載された電子機器においても、静電気の影響が抑制され、高い信頼性を有するようになる。すなわち、静電気保護回路300、及び/または静電気保護回路300を有する電気光学装置を備えている電子機器であれば、静電気の影響が抑制され、高い信頼性を有するようになる。
300…静電気保護回路、310a…第1のp型トランジスター、313a…ゲート、314a…ソース、315a…ドレイン、310b…第2のp型トランジスター、313b…ゲート、314b…ソース、315b…ドレイン、330a…第1のn型トランジスター、333a…ゲート、334a…ソース、335a…ドレイン、330b…第2のn型トランジスター、333b…ゲート、334b…ソース、335b…ドレイン、311…p型トランジスターの半導体層、311a…チャネル領域、311d…高濃度ソース領域、311e…高濃度ドレイン領域、331…n型トランジスターの半導体層、331a…チャネル領域、331d…高濃度ソース領域、331e…高濃度ドレイン領域、321…第1の配線、322…第2の配線、323…第3の配線、VSS…低電位電源配線、VDD…高電位電源配線、S…信号配線。

Claims (5)

  1. 第1のp型トランジスターと、
    第1のn型トランジスターと、
    第2のp型トランジスターと、
    第2のn型トランジスターと、
    第1の配線と、
    第2の配線と、
    第3の配線と、
    を含み、
    前記第1の配線には、前記第1のp型トランジスターのソース及びドレインのうちの一方と、前記第1のn型トランジスターのゲートと、前記第1のn型トランジスターのソース及びドレインのうちの一方と、が電気的に接続され、
    前記第2の配線には、前記第1のp型トランジスターのゲートと、前記第1のp型トランジスターのソース及びドレインのうちの他方と、前記第1のn型トランジスターのソース及びドレインのうちの他方と、前記第2のp型トランジスターのソース及びドレインのうちの一方と、前記第2のn型トランジスターのゲートと、前記第2のn型トランジスターのソース及びドレインのうちの一方と、が電気的に接続され、
    前記第3の配線には、前記第2のp型トランジスターのゲートと、前記第2のp型トランジスターのソース及びドレインのうちの他方と、前記第2のn型トランジスターのソース及びドレインのうちの他方と、が電気的に接続されていることを特徴とする静電気保護回路。
  2. 前記第1の配線は、第1の電源配線であり、
    前記第2の配線は、信号配線であり、
    前記第3の配線は、第2の電源配線であることを特徴とする請求項1に記載の静電気保護回路。
  3. 前記第1の配線及び前記第3の配線の容量は、前記第2の配線の容量よりも大きいことを特徴とする請求項1または2に記載の静電気保護回路。
  4. 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の静電気保護回路を備えていることを特徴とする電気光学装置。
  5. 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の静電気保護回路、及び/または請求項4に記載の電気光学装置を備えていることを特徴とする電子機器。
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