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Abstract
【解決手段】画像信号が供給される画素が複数設けられた画素部と、信号線を選択的に制御する信号線側駆動回路、及びゲート線を選択的に制御するゲート線側駆動回路を有する駆動回路と、画像信号を記憶する記憶回路と、記憶回路に記憶された画像信号を画素毎に比較して差分を演算する比較回路と、差分に応じて、駆動回路の制御及び画像信号の読み出しを行う表示制御回路と、を有し、表示制御回路は、差分が検出された画素のみに画像信号を供給し、画素は、ゲートがゲート線に電気的に接続され、第1端子が信号線に電気的に接続され、第2端子が画素電極に電気的に接続された薄膜トランジスタを有し、薄膜トランジスタは、酸化物半導体でなる半導体層を有する。
【選択図】図1
Description
当該液晶表示装置を具備する電子機器に関する。
、アモルファスシリコン、多結晶シリコンによって作製されている。アモルファスシリコ
ンを用いた薄膜トランジスタは、電界効果移動度が低いもののガラス基板の大面積化に対
応することができ、一方、多結晶シリコンを用いた薄膜トランジスタは電界効果移動度が
高いものの、レーザアニール等の結晶化工程が必要であり、また、しきい値ばらつきが大
きいといった問題があり、ガラス基板の大面積化には必ずしも適応しないといった特性を
有している。
スに応用する技術が注目されている。例えば、酸化物半導体膜として酸化亜鉛、In−G
a−Zn−O系酸化物半導体を用いて薄膜トランジスタを作製し、液晶表示装置のスイッ
チング素子などに用いる技術が特許文献1で開示されている。
ネル領域に用いた薄膜トランジスタよりも高い電界効果移動度が得られている。このよう
な酸化物半導体を用いて形成した薄膜トランジスタを具備する画素は、液晶表示装置等の
表示装置への応用が期待される。
両端の電極の電位を所定の期間、保持するための保持容量が、画素が占める領域の一部を
用いて設けられている。液晶材料を挟持する両端の電極の電位を保持するためには、液晶
材料を挟持する両端の電極の電荷のリークを低減する必要があり、各画素に設けられた画
素電極に接続されている薄膜トランジスタのオフ電流を低減することが重要となる。
、連続する期間の画像信号が同じ場合であっても、既に書き換えられた画像信号と同じ画
像信号に書き換える動作が生じる。結果として、連続する期間の画像信号が同じ画像信号
であっても複数回画像信号を書き換える動作により消費電力が増加することとなる。この
とき画像信号の書き換え回数を低減することで消費電力の低減を図ったとしても、画素に
画像信号を保持することがオフ電流等の増加のために難しいため、表示品位の低下が懸念
される。
う)のときに、ソースとドレインの間に流れる電流をいう。nチャネル型の薄膜トランジ
スタ(例えば、しきい値電圧が0乃至2V程度)では、ゲートとソースとの間に印加され
る電圧が負の電圧の場合に、ソースとドレインとの間を流れる電流のことをいう。
可能な液晶表示装置において、低消費電力化を図ることを課題の一とする。
択的に制御する信号線側駆動回路、及びゲート線を選択的に制御するゲート線側駆動回路
を有する駆動回路と、画像信号を記憶する記憶回路と、記憶回路に記憶された画像信号を
画素毎に比較して差分を演算する比較回路と、差分に応じて、駆動回路の制御及び画像信
号の読み出しを行う表示制御回路と、を有し、表示制御回路は、差分が検出された画素の
みに画像信号を供給し、画素は、ゲートがゲート線に電気的に接続され、第1端子が信号
線に電気的に接続され、第2端子が画素電極に電気的に接続された薄膜トランジスタを有
し、薄膜トランジスタは、酸化物半導体でなる半導体層を有する液晶表示装置である。
路を有することで、信号線及び選択線を選択的に制御する信号線側駆動回路、及びゲート
線を選択的に制御するゲート線側駆動回路を有する駆動回路と、画像信号を記憶する記憶
回路と、記憶回路に記憶された画像信号を画素毎に比較して差分を演算する比較回路と、
差分に応じて、駆動回路の制御及び画像信号の読み出しを行う表示制御回路と、を有し、
表示制御回路は、デコーダ回路を制御することにより、差分が検出された画素のみに画像
信号を供給し、画素は、第1の薄膜トランジスタ及び第2の薄膜トランジスタを有し、第
1の薄膜トランジスタのゲートは、ゲート線に電気的に接続され、第1の薄膜トランジス
タの第1端子は、信号線に電気的に接続され、第1の薄膜トランジスタの第2端子は、第
2の薄膜トランジスタの第1端子に電気的に接続され、第2の薄膜トランジスタのゲート
は、選択線に電気的に接続され、第2の薄膜トランジスタの第2端子は、画素電極に電気
的に接続されており、第1の薄膜トランジスタ及び第2の薄膜トランジスタは、酸化物半
導体でなる半導体層を有する液晶表示装置である。
スタ回路を有することで信号線を順次選択する信号線側駆動回路、及びデコーダ回路を有
することでゲート線を選択的に制御するゲート線側駆動回路を有する駆動回路と、画像信
号を記憶する記憶回路と、記憶回路に記憶された画像信号を画素毎に比較して差分を演算
する比較回路と、差分に応じて、駆動回路の制御及び画像信号の読み出しを行う表示制御
回路と、を有し、表示制御回路は、デコーダ回路を制御することにより、差分が検出され
た画素に画像信号を供給し、画素は、ゲートがゲート線に電気的に接続され、第1端子が
信号線に電気的に接続され、第2端子が画素電極に電気的に接続された薄膜トランジスタ
を有し、薄膜トランジスタは、酸化物半導体でなる半導体層を有する液晶表示装置である
。
度が1×1016/cm3以下である液晶表示装置でもよい。
である液晶表示装置でもよい。
ランジスタとともに第1の基板上に設けられており、対向電極が第2の基板上に設けられ
ており、画素電極と対向電極との間には液晶が挟持されており、対向電極は、スイッチン
グトランジスタを介して端子部と電気的に接続されており、スイッチングトランジスタが
有する半導体層は、酸化物半導体である液晶表示装置でもよい。
ランジスタで構成される画素が複数設けられた画素部と、信号線側駆動回路、及びゲート
線側駆動回路を有する駆動回路と、画像信号を記憶する記憶回路と、画像信号を画素毎に
比較して差分を演算する比較回路と、駆動回路の制御及び画像信号の読み出しを行う表示
制御回路と、を有し、比較回路において、記憶回路に記憶された連続するフレーム期間の
画像信号を読み出して画素毎に比較して差分を演算し、表示制御回路において、比較回路
で差分が検出された画素のみに画像信号を供給するよう駆動回路を制御する液晶表示装置
の駆動方法である。
示品位を低下することなく、動画、静止画等を表示する際の低消費電力化を図ることがで
きる。
の異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱すること
なくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従っ
て実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する本発
明の構成において、同じ物を指し示す符号は異なる図面間において共通とする。
瞭化のために誇張されて表記している場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定
されない。
要素の混同を避けるために付したものであり、数的に限定するものではないことを付記す
る。
本実施の形態では、液晶表示装置のブロック図、及び動画、静止画、及び部分動画の判
定等の手順について示す。まず図1では、液晶表示装置のブロック図について説明を行う
。
路1003、表示制御回路1004を有し、外部より各画素に供給される画像信号Dat
aが入力される。
有する。ゲート線側駆動回路1007A、信号線側駆動回路1007Bは、複数の画素を
有する画素部1006の画素を選択的に駆動するための駆動回路である。具体的に駆動回
路部1005は、信号線を選択的に制御する信号線側駆動回路、ゲート線を選択的に制御
するゲート線側駆動回路を有する。一例としてゲート線側駆動回路1007A及び信号線
側駆動回路1007Bとしてデコーダ回路を有する構成とすればよい。または、ゲート線
側駆動回路1007Aとしてデコーダ回路を有する構成、信号線側駆動回路1007Bと
してシフトレジスタ回路を有する構成としてもよい。
6は、同じ基板に形成される薄膜トランジスタにより回路が構成されるものでもよい。ま
たはゲート線側駆動回路1007A及び信号線側駆動回路1007Bと、画素部1006
とが別の基板に形成される構成でもよい。
半導体としたnチャネル型の薄膜トランジスタを用いる。画素部1006を構成する薄膜
トランジスタの半導体層に用いる酸化物半導体、及び酸化物半導体を半導体層に用いた薄
膜トランジスタについて説明する。
いることができる。また、カラー表示する際に画素で制御する色要素としては、RGB(
Rは赤、Gは緑、Bは青を表す)の三色に限定されない。例えば、RGBW(Wは白を表
す)、又はRGBに、イエロー、シアン、マゼンタ等を一色以上追加したものがある。な
お、色要素のドット毎にその表示領域の大きさが異なっていてもよい。ただし、本発明の
一態様はカラー表示の液晶表示装置に限定されるものではなく、モノクロ表示の液晶表示
装置に適用することもできる。
n−Zn−O、In−Al−Zn−O、Sn−Ga−Zn−O、Al−Ga−Zn−O、
Sn−Al−Zn−O、In−Zn−O、Sn−Zn−O、Al−Zn−O、Zn−Mg
−O、Sn−Mg−O、In−Mg−O、In−O、Sn−O、Zn−Oなどの酸化物半
導体を用いることができる。また、上記酸化物半導体にSiを含んでもよい。
とができる。ここで、Mは、Ga、Al、MnおよびCoから選ばれた一または複数の金
属元素を示す。例えばMとして、Ga、Ga及びAl、Ga及びMn、またはGa及びC
oなどがある。InMO3(ZnO)m(m>0)で表記される構造の酸化物半導体膜の
うち、MとしてGaを含む構造の酸化物半導体を、In−Ga−Zn−O酸化物半導体と
よび、その薄膜をIn−Ga−Zn−O膜ともよぶこととする。
ト電極(GE1)上にゲート絶縁膜(GI)を介して酸化物半導体層(OS)が設けられ
、その上にソース電極(S)及びドレイン電極(D)が設けられている。
13(A)はソースとドレインの電圧を等電位(VD=0V)とした場合を示し、図13
(B)はドレインに正の電位(VD>0V)を加えた場合を示す。
。図14(A)はゲート(G1)に正の電位(+VG)が印加された状態であり、ソース
、ドレイン間にキャリア(電子)が流れるオン状態を示している。また、図14(B)は
、ゲート(G1)に負の電位(−VG)が印加された状態であり、オフ状態(少数キャリ
アは流れない)である場合を示す。なお図14(A)、(B)でゲート(G2)は、GN
D電位が印加された状態である。
を示す。
ャップ中央に位置する真性フェルミ準位(Ei)から離れて、伝導帯寄りに位置している
。なお、酸化物半導体において水素の一部はドナーとなりn型化する一つの要因であるこ
とが知られている。
去し、酸化物半導体の主成分以外に不純物が極力含まれないように高純度化することによ
り真性(i型)とし、又は真性型とせんとしたものである。すなわち、不純物を添加して
i型化するのでなく、水素や水等の不純物を極力除去したことにより、高純度化されたi
型(真性)半導体又はそれに近づけることを特徴としている。そうすることにより、フェ
ルミ準位(EF)は真性フェルミ準位(Ei)と同じレベルにまですることができる。
4.3eVと言われている。ソース電極及びドレイン電極を構成するチタン(Ti)の仕
事関数は、酸化物半導体の電子親和力(χ)とほぼ等しい。この場合、金属−酸化物半導
体界面において、電子に対してショットキー型の障壁は形成されない。
者が接触すると図13(A)で示すようなエネルギーバンド図(模式図)が示される。
子はバリア(h)をこえて酸化物半導体に注入され、ドレインに向かって流れる。この場
合、バリア(h)の高さは、ゲート電圧とドレイン電圧に依存して変化するが、正のドレ
イン電圧が印加された場合には、電圧印加のない図13(A)のバリアの高さすなわちバ
ンドギャップ(Eg)の1/2よりもバリアの高さ(h)は小さい値となる。
との界面における、酸化物半導体側のエネルギー的に安定な最低部を移動する。
であるホールは実質的にゼロであるため、電流は限りなくゼロに近い値となる。
子であっても、オフ電流が10−13A以下であり、サブスレッショルドスイング値(S
値)が0.1V/dec.(ゲート絶縁膜(膜厚100nm))が得られる。
とにより、薄膜トランジスタの動作を良好なものとすることができる。
分、水酸基又は水素化物(水素化合物ともいう)などの不純物を酸化物半導体層より意図
的に排除し、かつ不純物の排除工程によって同時に減少してしまう酸化物半導体を構成す
る成分である酸素を供給することによって、高純度化及び電気的にI型(真性)化された
酸化物半導体層である。
が好ましくは1×1016/cm3以下として、酸化物半導体に含まれる水素をゼロに近
いほど極力除去する。なお、酸化物半導体の水素濃度測定は、二次イオン質量分析法(S
IMS:Secondary Ion Mass Spectroscopy)で行えば
よい。
リア濃度は1×1014/cm3未満、好ましくは1×1012/cm3以下である。即
ち、酸化物半導体層のキャリア濃度は、限りなくゼロにする。酸化物半導体中はキャリア
が極めて少ないため、薄膜トランジスタのオフ電流を少なくすることができる。オフ電流
は少なければ少ないほど好ましい。薄膜トランジスタは、チャネル幅(W)1μmあたり
の電流値が100aA/μm以下、好ましくは10aA/μm以下、さらに好ましくは1
aA/μm以下である。
ゼロである点、及びオフ電流が極めて小さい点について、数式、及び測定データを参照し
て詳述する。
が3.05〜3.15eVを有するため、Si(珪素、シリコンともいう)に比べて、圧
倒的に真性キャリアが少ない。また、真性キャリア密度niは、Siで1010cm−3
程度であるのに対し、高純度化された酸化物半導体は10−7cm−3程度である。すな
わち、真性キャリア密度niについて、高純度化された酸化物半導体とSiとでは、17
桁程度の差があり、高純度化された酸化物半導体はシリコンと比較して真性キャリア密度
niが極端に小さいことがわかる。
ことが知られている。
似できる。
式に近似される。
)の伝導帯及び価電子帯での実効状態密度(Nc、Nv)、バンドギャップ(Eg)の値
を代入し、真性キャリア密度を計算した。計算結果について表1に示す。なおIGZOの
バンドギャップとして文献値3.05eV(IGZO1)、測定値3.15eV(IGZ
O2)について示している。
。IGZOのバンドギャップとして3.05eVを選んだ場合、SiとIGZOでは、真
性キャリア濃度におよそ17桁の差がある。
詳述する。
ャリアが十分少ないといった特徴を有している。オフ電流の下限を見積もるために、薄膜
トランジスタのチャネル幅Wが1mの高純度化された酸化物半導体を半導体層に用いて作
製した薄膜トランジスタのオフ電流を測定し、ゲート電圧を印加した際のドレイン電流に
ついてプロットした図を図19に示す。図19に示すように、オフ電流は、測定器の検出
限界である1×10−12A以下となる。このとき、薄膜トランジスタのチャネル幅Wを
1μmと見積もった場合、オフ電流は1aA以下(1×10−18A以下)である。
経てチャネルに供給されたキャリアが流れることが知られている。生成−再結合には電子
が価電子帯(Ev)から伝導帯(Ec)へ励起される直接生成再結合と、バンドギャップ
内の局在準位(Et)を介して起こる間接生成再結合が存在する。一般に、バンドギャッ
プが狭い半導体の場合、バンドギャップが広い半導体に比べてキャリア濃度が高いために
局在準位を介した生成再結合が活発であるが、高純度化された酸化物半導体のようにバン
ドギャップが広い半導体の場合は、バンドギャップが狭い半導体に比べてキャリア濃度が
低いため、生成再結合の頻度は小さく、少数キャリアが供給されにくい。結果としてキャ
リアの生成−再結合によるオフ電流も小さいものとなる。
V)が知られている。これらはSiに比べて一桁高い絶縁破壊電界強度を持つことや耐熱
性に優れることから次世代材料として期待されている。しかし、これらの材料を用いる半
導体プロセスは1000℃以上のプロセス処理を経由するため、ガラス基板上でのデバイ
ス作製は不可能である。他方、高純度化された酸化物半導体は室温乃至400℃の加熱の
スパッタリング法による薄膜形成であり、脱水、脱水素化および、過剰な酸化は450〜
700℃で処理できるため、同程度のバンドギャップを持つSiCやGaNに比べ、半導
体プロセスにおける環境への負荷が少ない。
化物半導体を薄膜トランジスタのチャネル形成領域に用いた薄膜トランジスタは、少数キ
ャリアが極めて少なく、オフ電流を極めて小さくすることができる。つまり薄膜トランジ
スタの非導通状態において、酸化物半導体層は絶縁体とみなせて回路設計を行うことがで
きる。一方で、酸化物半導体層は、薄膜トランジスタの導通状態においては、非晶質シリ
コンで形成される半導体層よりも移動度が2桁ほど高い。
た薄膜トランジスタと比べて、オフ電流が10000倍程度大きい値であると見積もって
設計等行っている。そのため、酸化物半導体を有する薄膜トランジスタでは、低温ポリシ
リコンを具備する薄膜トランジスタに比べて、保持容量が同等(0.1pF程度)である
際、電圧の保持期間を10000倍程度に引き延ばすことができる。また、アモルファス
シリコンを具備する薄膜トランジスタの場合、チャネル幅1μmあたりのオフ電流は、1
×10−13A/μm以上である。したがって、保持容量が同等(0.1pF程度)であ
る際、高純度の酸化物半導体を用いたトランジスタの方がアモルファスシリコンを用いた
薄膜トランジスタに比較して、電圧の保持期間を104倍以上に引き延ばすことができる
。
の保持時間を長くすることができる。そのため、例えば、静止画を表示する際の画像信号
の書き換えの間隔は10秒以上、好ましくは30秒以上、さらに好ましくは1分以上10
分未満とすることができる。すなわち、保持期間を長くとることができ、特に静止画の表
示を行う際に、画素電極及び対向電極への画像信号及び共通電位の供給を行う頻度を低減
することができる。そのため、低消費電力化を図ることができる。
慮して、適宜リフレッシュ動作してもよい。例えば、液晶素子の画素電極に信号を書き込
んだ直後における電圧の値(初期値)に対して所定のレベルまで電圧が下がったタイミン
グでリフレッシュ動作を行えばよい。所定のレベルとする電圧は、初期値に対してチラツ
キを感じない程度に設定することが好ましい。具体的には、表示対象が映像の場合、初期
値に対して1.0%低い状態、好ましくは0.3%低い状態となる毎に、リフレッシュ動
作(再度の画像信号の書き換え)を行うのが好ましい。また、表示対象が文字の場合、初
期値に対して10%低い状態、好ましくは3%低い状態となる毎に、リフレッシュ動作(
再度の画像信号の書き換え)を行うのが好ましい。
の表示を60フレーム/秒(1フレームあたり16msec)で行っている。これは静止
画であっても同じで、リフレッシュ動作のレートを低下させる(画像信号の書き換えの間
隔を伸ばす)と、画素の電圧が低下して表示に支障をきたすためである。一方、上述の酸
化物半導体層を具備するトランジスタを用いた場合、オフ電流が小さいため、1回の画像
信号の書き換えによる保持期間を104倍の160秒程度とすることができる。
行う際に、1回の画像信号の書き換えを行う頻度を低減することができる。例えば、一つ
の静止画像の表示期間に画像信号を書き換える回数は、1回またはn回とすることができ
る。なお、nは2以上103回以下とする。こうして、液晶表示装置の低消費電力化を図
ることができる。
フ抵抗率とは、薄膜トランジスタがオフのときのチャネル形成領域の抵抗率であり、オフ
抵抗率はオフ電流から算出することができる。
オフのときの抵抗値(オフ抵抗R)を算出することができる。そして、チャネル形成領域
の断面積Aとチャネル形成領域の長さ(ソースドレイン電極間の距離に相当する)Lが分
かればρ=RA/Lの式(Rはオフ抵抗)からオフ抵抗率ρを算出することができる。
=dWから算出することができる。また、チャネル形成領域の長さLはチャネル長Lであ
る。以上のように、オフ電流からオフ抵抗率を算出することができる。
9Ω・m以上が好ましく、1×1010Ω・m以上がより好ましい。
換え頻度を低減することができる。そのため、駆動回路部の低消費電力化を図ることがで
きる。
位以下の電位のことをいう。なお高電源電位及び低電源電位ともに、薄膜トランジスタが
動作できる程度の電位であることが望ましい。
場合が多い。よって、電圧、電位、電位差を、各々、電位、電圧と言い換えることが可能
である。
がアナログの信号の場合には、A/Dコンバータ等を介してデジタルの信号に変換して、
記憶回路1002に供給する構成とすればよい。予めデジタル信号に変換しておくことで
、後に画像信号の差分を検出する際、検出を容易に行うことができ好適である。
メモリ1008を有する。記憶回路1002が有するフレームメモリ1008の数は特に
限定されるものではなく、複数のフレームに関する画像信号を記憶できる素子であればよ
い。なおフレームメモリ1008は、例えばDRAM(Dynamic Random
Access Memory)、SRAM(Static Random Access
Memory)等の記憶素子を用いて構成すればよい。
、フレームメモリの数について特に限定されるものではない。またフレームメモリ100
8の画像信号は、比較回路1003及び表示制御回路1004により選択的に読み出され
るものである。
選択的に読み出して、連続するフレーム期間で画素毎に画像信号の比較を行い、画像信号
の差分を演算するための回路である。なお画像信号の差分は、例えば連続するフレーム期
間での画像信号の階調の差を演算して得られるものであればよい。
際に当該差分を検出した連続するフレーム期間は、動画を表示する期間であると判断され
る。また比較回路1003での画像信号の差分の演算により、一部の画素で差分が検出さ
れた際に当該差分を検出した連続するフレーム期間は、部分動画を表示する期間であると
判断される。また比較回路1003での画像信号の差分の演算により、全ての画素で差分
が検出されない際に当該差分を検出しなかった連続するフレーム期間は、静止画を表示す
る期間であると判断される。すなわち連続するフレーム期間の画像信号を、比較回路10
03での差分の演算による差分の検出によって、動画を表示するための画像信号であるか
、部分動画を表示するための画像信号であるか、または静止画を表示するための画像信号
であるか判断するものである。なお比較回路1003での演算によりにより得られる差分
は、一定のレベルを超えたときに、差分を検出したと判断されるように設定してもよい。
なお比較回路1003は、差分の大きさにかかわらず、差分の絶対値によって、差分の検
出の判断をする設定とすればよい。
に動く画像として認識される画像をいう。具体的には、1秒間に60回(60フレーム)
以上画像を切り替えることで、人間の目にはちらつきが少なく動画と認識されるものとな
る。一方、静止画は、動画及び部分動画と異なり、複数のフレーム期間に時分割した複数
の画像を高速に切り替えて動作させるものの、連続するフレーム期間、例えばnフレーム
目と、(n+1)フレーム目とで変化しない画像のことをいう。また部分動画は、複数の
フレームに時分割した複数の画像を高速に切り替えることで人間の目に動く画像として認
識される画像であって、連続するフレーム期間、例えばnフレーム目と、(n+1)フレ
ーム目とで各画素の画像信号が変化する領域と変化しない領域とを有する画像のことをい
う。なお比較回路1003で画像信号の差分を演算する際には、画像信号がデジタル信号
であることが好ましい。
差分が検出された画素に対して画像信号Dataを供給するために、記憶回路1002よ
り画像信号Dataを読み出し、駆動回路部1005を制御する信号を供給するための回
路である。
デルを示し、画像が動画、静止画、または部分動画の各場合における画像信号の変化につ
いて説明する。
行1列目をA1として、3行3列目までの各画素のアドレスとしてA1乃至A9と符号を
付している。なお当然であるが、実際の液晶表示装置では、画素数が数万以上の画素部と
なることが多く、各画素への画像信号の供給の頻度も増えることとなる。
ム期間毎の画像の変化、即ち各画素の画像信号の変化について図2(A)に対応させ示し
たものである。図2(B)では各フレーム期間を第1の期間T1乃至第6の期間T6とし
て、画素に入力される画像信号について表している。図2(B)では、動画、静止画、及
び部分動画について、それぞれ各画素の画像信号の変化について示している。なお各画素
での画像信号による階調は、説明のため2階調を表したものとなっており、図2(B)中
の非斜線部、斜線部で分けて表している。また図2(B)では、期間毎の画像の変化とし
て差分D1乃至D5、差分D6乃至D10、差分D11乃至D15、を表している。
行2列目のA5、3行1列目のA7、3行3列目のA9が斜線部、1行2列目のA2、2
行1列目のA4、2行3列目のA6、3行2列目のA8が非斜線部、となる画像信号が供
給されているものとなる。また図2(B)に示す動画の第2の期間T2では、1行2列目
のA2、2行1列目のA4、2行3列目のA6、3行2列目のA8が斜線部、1行1列目
のA1、1行3列目のA3、2行2列目のA5、3行1列目のA7、3行3列目のA9が
非斜線部、となる画像信号が供給されているものとなる。即ち、全ての画素において供給
される画像信号が連続する期間で切り替わることとなるため、比較回路1003によって
演算される差分D1は全ての画素で検出されることとなる。すなわち、表示制御回路10
04は、差分D1が検出された画素にのみ画像信号が供給されるよう駆動回路部1005
の制御、画像信号の記憶回路1002からの読み出しを行うこととなる。
素で画像信号が切り替わることとなる。そのため、比較回路1003での演算によって得
られる差分D2は全ての画素で検出されることとなる。すなわち、表示制御回路1004
は、差分D2が検出された画素にのみ画像信号が供給されるよう駆動回路部1005の制
御、画像信号の記憶回路1002からの読み出しを行うこととなる。同様にして、動画で
は全ての画素で画像信号の差分が検出されることにより、比較回路1003での演算によ
って差分D3乃至D5が得られることとなる。即ち、動画では、連続するフレーム間の差
分が比較回路1003での演算によって全ての画素で検出されるため、表示制御回路10
04は全ての画素に画像信号を供給するよう、駆動回路部1005の制御、記憶回路10
02からの画像信号の読み出しを行うこととなる。
2行2列目のA5、3行1列目のA7、3行3列目のA9が斜線部、1行2列目のA2、
2行1列目のA4、2行3列目のA6、3行2列目のA8が非斜線部、となる画像信号が
供給されているものとなる。また図2(B)に示す静止画の第2の期間T2では、1行1
列目のA1、1行3列目のA3、2行2列目のA5、3行1列目のA7、3行3列目のA
9が斜線部、1行2列目のA2、2行1列目のA4、2行3列目のA6、3行2列目のA
8が非斜線部、となる画像信号が供給されているものとなる。即ち、全ての画素で画像信
号が変わらないこととなるため、比較回路1003での演算によって得られる差分D6は
全ての画素で検出されないこととなる。すなわち、表示制御回路1004は、差分D6が
検出されないため、駆動回路部1005の制御、画像信号の記憶回路1002からの読み
出しを行わないこととなる。
ないこととなるため、比較回路1003での演算によって得られる差分D7は全ての画素
で検出されないこととなる。すなわち、表示制御回路1004は、差分D7が検出されな
いので画素に画像信号を供給する必要がなく、駆動回路部1005の制御、画像信号の記
憶回路1002からの読み出しを行う必要がなくなることとなる。同様にして、静止画で
は全ての画素で画像信号の差分が検出されないことにより、比較回路1003での演算に
よって得られる差分D8乃至D10が検出されないこととなる。即ち、静止画では、連続
するフレーム間の差分が比較回路1003での演算によって検出されないため、表示制御
回路1004は駆動回路部1005の制御を行うことなく、また記憶回路1002からの
画像信号の読み出しを省略することができ、低消費電力化を図ることができる。
用いることにより、画像信号の供給を制御している。前述の通り、酸化物半導体を半導体
層に用いた薄膜トランジスタでは、オフ電流を低減することができる。そのため、同じ画
像信号であれば画像信号を新たに供給することなく静止画の表示を行うことができる。
で保持する画像信号による電位を再度供給する構成(リフレッシュ動作)とすればよい。
例えば、液晶素子の画素電極に信号を書き込んだ直後における電圧の値(初期値)に対し
て所定のレベルまで電圧が下がったタイミングでリフレッシュ動作を行えばよい。所定の
レベルとする電圧は、初期値に対してチラツキを感じない程度に設定することが好ましい
。具体的には、表示対象が映像の場合、初期値に対して1.0%低い状態、好ましくは0
.3%低い状態となる毎に、リフレッシュ動作(再度の画像信号の書き換え)を行うのが
好ましい。また、表示対象が文字の場合、初期値に対して10%低い状態、好ましくは3
%低い状態となる毎に、リフレッシュ動作(再度の画像信号の書き換え)を行うのが好ま
しい。
、2行2列目のA5、3行1列目のA7、3行3列目のA9が斜線部、1行2列目のA2
、2行1列目のA4、2行3列目のA6、3行2列目のA8が非斜線部、となる画像信号
が供給されているものとなる。また図2(B)に示す部分動画の第2の期間T2では、1
行3列目のA3、2行2列目のA5、3行1列目のA7、3行3列目のA9が斜線部、1
行1列目のA1、1行2列目のA2、2行1列目のA4、2行3列目のA6、3行2列目
のA8が非斜線部、となる画像信号が供給されているものとなる。即ち、部分動画では、
一部の画素ではフレーム間の差分D11が検出され、その他の画素では比較回路1003
での演算により得られるフレーム間の差分D11が検出されない。すなわち、比較回路1
003での演算により1行1列目のA1のみ差分D11が検出されることとなる。そのた
め、表示制御回路1004は1行1列目のA1の画素のみに画像信号が供給されるよう、
駆動回路部1005の制御、記憶回路1002からの画像信号の読み出しを行うこととな
る。
画像信号が切り替わることとなるため、比較回路1003での演算によって得られる差分
D12は1行3列目のA3の画素のみで検出されることとなる。すなわち、表示制御回路
1004は、差分D12が検出された画素にのみ画像信号が供給されるよう駆動回路部1
005の制御、画像信号の記憶回路1002からの読み出しを行うこととなる。同様にし
て、部分動画では比較回路1003の演算によって一部の画素で画像信号の差分が検出さ
れることにより、差分D13乃至D15が得られることとなる。即ち、部分動画では、連
続するフレーム間の画像信号の差分が比較回路1003での演算により一部の画素で検出
されるため、表示制御回路1004は一部の画素に画像信号が供給されるよう、駆動回路
部1005の制御、記憶回路1002からの画像信号の読み出しを行うこととなる。
たは部分動画のいずれかを判別するため、フレーム間の画像信号の差分の演算を比較回路
1003で行うことで画素毎に差分を抽出し、当該差分の検出された画素に画像信号を供
給するよう制御するものである。そのため前の期間と同じ画像信号が入力される画素に再
度同じ画像信号を入力する動作を省略することによって、新たに画像信号を画素に供給す
る回数を大幅に低減することができる。その結果、駆動回路部の動作の回数を低減するこ
とができ、低消費電力化を図ることができる。
図3(A)には、表示制御回路1004、画素部1006、ゲート線側駆動回路1007
A、信号線側駆動回路1007Bを示している。画素部1006には、複数の画素300
が設けられており、各画素300にはゲート線側駆動回路1007Aよりゲート線301
が延在して接続され、信号線側駆動回路1007Bより信号線302および選択線303
が延在して接続されている。なお図3(A)では、ゲート線側駆動回路1007A、信号
線側駆動回路1007Bがそれぞれデコーダ回路304を有し、表示制御回路1004か
らのアドレス線により出力する信号が制御される構成について示している。
されている場合と、AとBとが機能的に接続されている場合と、AとBとが直接接続され
ている場合とを含むものとする。ここで、A、Bは、対象物(例えば、装置、素子、回路
、配線、電極、端子、導電膜、層、など)であるとする。したがって、所定の接続関係、
例えば、図または文章に示された接続関係に限定されず、図または文章に示された接続関
係以外のものも含むものとする。
C2b、C3、C3b、C4、C4bよりアドレス信号をNAND回路311A、311
Bに入力し、その出力を、NOR回路312を通して出力端子OUT1に出力する。図3
(B)の構成により、表示制御回路1004でアドレス線の電位を制御し、出力端子の電
位を選択的に制御することができる。
示す。図4(A)では、図3(B)のデコーダ回路304の構成に加えて、バッファ回路
490を具備する構成を示している。バッファ回路490としてインバータ回路491、
492を直列に接続し、信号をゲート線Goutに出力する構成とすればよい。またデコ
ーダ回路304を具備する信号線側駆動回路1007Bの一例として、図4(B)に示す
。図4(B)では、図3(B)のデコーダ回路304の構成に加えて、スイッチ493を
具備する構成を示している。NOR回路312の出力により、スイッチのオンまたはオフ
の状態を切り替えて画像信号Dataの信号線Soutへの出力、またNOR回路312
の出力を選択線Coutの出力とする構成とすればよい。
回路304を用いることにより、表示制御回路1004でアドレスを指定すれば任意のゲ
ート線、信号線、選択線を選択可能、すなわち任意の画素への画像信号の供給を制御する
ことができる。
の薄膜トランジスタ501、第2の薄膜トランジスタ502、液晶素子503、対向電極
504を有する。第1の薄膜トランジスタ501のゲート端子はゲート線301に接続さ
れ、第1端子は信号線302に接続され、第2端子は第2の薄膜トランジスタ502の第
2端子に接続されている。第2の薄膜トランジスタのゲート端子は、選択線303に接続
され、第1端子は液晶素子503の一方の電極(第1の電極ともよぶ)に接続される。液
晶素子の他方の電極は、対向電極504に接続される。そして画素が選択される際には、
第1の薄膜トランジスタ501及び第2の薄膜トランジスタ502が導通状態となること
で、液晶素子503の第1の電極側に画像信号を供給する構成とすることができる。
は、画素部に配置される薄膜トランジスタのリーク電流等を考慮して、所定の期間の間電
荷を保持できるように設定すればよい。保持容量の大きさは、薄膜トランジスタのオフ電
流等を考慮して設定すればよい。本実施の形態では、薄膜トランジスタとして高純度の酸
化物半導体層を有するトランジスタを用いていることにより、各画素における液晶容量に
対して1/3以下、好ましくは1/5以下の容量の大きさを有する保持容量を設ければ充
分である。
3Ω・cmを越えていることであり、さらに好ましくは1×1014Ω・cmを越えてい
ることである。なお、本明細書における固有抵抗の値は、20℃で測定した値とする。な
お液晶の固有抵抗は、電極間に挟持して液晶素子(液晶セルともいう)とした際、配向膜
、シール材等の部材に起因して不純物の混入もあり得るため、1×1011Ω・cm以上
、より好ましくは1×1012Ω・cmを越えていることとなることもある。
晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等を用いる。これらの液晶材料は、条件により、コレ
ステリック相、スメクチック相、キュービック相、カイラルネマチック相、等方相等を示
す。
素子の動作状態を保持する電圧が経時的に低下する現象を緩和できる。その結果、保持期
間を長くとれるため、画像信号を書き換える頻度を低減でき、液晶表示装置の低消費電力
化を図ることができる。
つであり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移す
る直前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を
改善するために5重量%以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を用いて液晶層に用い
る。ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が1msec以下
と短く、光学的等方性であるため配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。また配
向膜を設けなくてもよいのでラビング処理も不要となるため、ラビング処理によって引き
起こされる静電破壊を防止することができ、作製工程中の液晶表示装置の不良や破損を軽
減することができる。よって液晶表示装置の生産性を向上させることが可能となる。特に
、酸化物半導体層を用いる薄膜トランジスタは、静電気の影響により薄膜トランジスタの
電気的な特性が著しく変動して設計範囲を逸脱する恐れがある。よって酸化物半導体層を
用いる薄膜トランジスタを有する液晶表示装置にブルー相の液晶材料を用いることはより
効果的である。
ミネッセンス素子(EL素子ともいう)などの発光素子を用いたEL表示装置にも適用可
能である。
制御により、選択した画素の第1の薄膜トランジスタ501及び第2の薄膜トランジスタ
502を導通状態にして、画像信号を液晶素子503に供給することができる。そのため
動画、または部分動画を表示の際に、連続するフレーム間での画像信号の差分が検出され
た画素のみに画像信号を供給する構成とすることができる。
ンジスタ502として酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタとすることで、オフ電流を
低減することができる。そのため、保持容量で電圧を保持できる期間を長く取ることがで
き、静止画を表示する際の低消費電力化を図ることができる液晶表示装置とすることがで
きる。
である。
本実施の形態では、上記実施の形態で述べた構成に加え、静止画を表示する際の保持特性
を向上できる構成について、説明する。本実施の形態では、上記実施の形態の構成と併せ
て説明することのできる液晶表示装置の概略図、回路図等について示し、本実施形態の構
成による効果について説明する。
第1の基板101には、画素部103、ゲート線側駆動回路104、信号線側駆動回路1
05、端子部106、スイッチングトランジスタ107を有する。第2の基板102には
、共通接続部108(コモンコンタクトともいう)、対向電極109を有する。
えうる程度の耐熱性を有していることが必要となる。アルミノシリケートガラス、アルミ
ノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスのような電子工業用に使われるガラス基
板(「無アルカリガラス基板」とも呼ばれる)、石英基板、セラミック基板、プラスチッ
ク基板等を用いることができる。
5、及びスイッチングトランジスタ107は、第1の基板101上に形成される薄膜トラ
ンジスタにより構成されるものでもよい。なお、ゲート線側駆動回路104、及び信号線
側駆動回路105は、第1の基板101上に形成する薄膜トランジスタで構成する必要は
なく、第1の基板101の外部に設けられる別の基板等に形成する薄膜トランジスタで形
成すればよい。
選択線、及び画素が設けられる。
ソース端子及びドレイン端子間の二端子間の導通または非導通を選択して、スイッチング
動作を実現しうる薄膜トランジスタを意味する。一例としては、薄膜トランジスタが線形
領域で動作するようゲート端子に印加する電位を調整して動作させた素子であればよい。
なおスイッチングトランジスタ107のゲート端子に印加する電位は、端子部106より
供給される構成とすればよい。また、スイッチングトランジスタ107の端子部106に
接続されるソース端子またはドレイン端子の一方の端子を第1の端子、スイッチングトラ
ンジスタ107の共通接続部108を介して対向電極に接続される側の他方の端子を第2
の端子と呼ぶことにする。なおスイッチングトランジスタ107の第1の端子からは、対
向電極109に供給する共通電位(コモン電位ともいう)が供給され、ゲート端子に印加
される電位によりスイッチングトランジスタ107の導通または非導通が制御されること
となる。
型の構造でもよい。または、チャネル領域が複数の領域に分かれて直列に接続された、ダ
ブルゲート型の構造でもよい。または、ゲート電極がチャネル領域の上下に設けられたデ
ュアルゲート型の構造でもよい。また、スイッチングトランジスタを構成する半導体層を
複数の島状の半導体層にわけて形成し、スイッチング動作を実現してもよい。
ーダ回路を制御するための信号(アドレス信号)、画像信号(ビデオ電圧、ビデオ信号、
ビデオデータともいう)、対向電極109に供給する共通電位、並びにスイッチングトラ
ンジスタ107を動作させるための信号等が供給されることとなる。
、一例としてはグラウンド電位であってもよい。
子と、第2の基板102での対向電極と、の電気的な接続を図るために設けられており、
スイッチングトランジスタ107及び共通接続部108を介して、端子部106より共通
電位が対向電極に供給されることとなる。共通接続部108の具体的な一例としては、絶
縁性球体に金属薄膜が被覆された導電粒子により電気的な接続を図ればよい。なお、共通
接続部108は、第1の基板101及び第2の基板102の間で複数箇所設けられる構成
としてもよい。
。また対向電極109及び画素部103が有する画素電極は、多様な開口パターンを有す
る形状としてもよい。
ングトランジスタ107を第1の基板101上に形成する場合、または画素部103及び
スイッチングトランジスタ107を第1の基板101に形成する場合、各回路を構成する
薄膜トランジスタは、半導体層を酸化物半導体としたnチャネル型の薄膜トランジスタを
用いる。なお、薄膜トランジスタの半導体層に酸化物半導体を用いる利点については上記
実施の形態1で述べた説明の通りである。
作製した場合、オフ電流値が小さくほとんどリークがないため、当該スイッチング素子に
接続されるノードの電荷のリークを限りなく低減することができ、当該ノードでの電位の
保持時間を長くすることができる。
の構成を詳細にした回路図について示す。
102が設けられている。また第1の基板101には、画素部103、ゲート線側駆動回
路104、信号線側駆動回路105、端子部106、スイッチングトランジスタ107を
有する。第2の基板102には、共通接続部108、対向電極109を有する。
12、複数の選択線114が縦横に設けられており、ゲート線111、信号線112、及
び選択線114には、上記実施の形態1の図5で説明した第1の薄膜トランジスタ、第2
の薄膜トランジスタ、第1の電極と第2の電極との間に液晶が挟持されて形成される液晶
素子を有する画素113が設けられている様子を示している。なお、液晶素子の第1の電
極は、画素電極に相当する。なお液晶素子の第2の電極は、前述の対向電極109に相当
する。
グトランジスタ107と同様に、半導体層として酸化物半導体を用いて形成される。酸化
物半導体を用いることにより、画素を構成する第1の薄膜トランジスタ、第2の薄膜トラ
ンジスタを流れるオフ電流を大幅に低減し、画素電極に供給される電位の保持期間を長く
することができる。
)には、第1の薄膜トランジスタ501、第2の薄膜トランジスタ502、スイッチング
トランジスタ107に着目して示しており、第1の薄膜トランジスタ501のゲート端子
はゲート線111に接続され、第1端子は信号線112に接続され、第2端子は第2の薄
膜トランジスタ502の第2端子に接続されている。第2の薄膜トランジスタ502のゲ
ート端子は、選択線114に接続され、第1端子が画素電極121に接続される。またス
イッチングトランジスタ107のゲート端子が端子部106の端子106Aに接続され、
スイッチングトランジスタ107の第1の端子が端子部106の端子106Bに接続され
、スイッチングトランジスタ107の第2の端子が共通接続部108を介して電気的に対
向電極122に接続される。なお画素電極121と対向電極122との間には、液晶12
3が挟持され、画素電極121、対向電極122、及び液晶123を併せて液晶素子と呼
ぶこともある。
ばよい。なお、液晶の光学的変調作用は、液晶にかかる電圧、及び画素電極と対向電極と
の配置等によって制御されるものであればよい。
おいて、スイッチングトランジスタ107を非導通状態となるよう制御する。このとき静
止画の表示期間には、第1の薄膜トランジスタ501及び第2の薄膜トランジスタ502
も全ての画素において非導通状態となっている。すなわち液晶123の両端の電極、即ち
画素電極121及び対向電極122の電位を浮遊状態とすることで新たに電位を供給する
ことなく、静止画の表示を行うことができる。そしてゲート線側駆動回路104、信号線
側駆動回路105の動作を停止することにより低消費電力化を図ることができる。
なるよう制御することが好ましい。
・cm]程度である。静止画の表示期間では、液晶123の両端の電極、即ち画素電極1
21及び対向電極122を、オフ電流のほとんどない、すなわち高抵抗の薄膜トランジス
タによって浮遊状態としている。そのため液晶123の両端に印加される電圧による液晶
123を流れる電流を低減することができる。
液晶表示装置とすることができる。
膜トランジスタを具備する画素において、オフ電流を低減することができる。そのため、
保持容量で電圧を保持できる期間を長く取ることができ、静止画を表示する際の低消費電
力化を図ることができる液晶表示装置とすることができる。
である。
本実施の形態では、上記実施の形態1で述べた駆動回路、及び画素部での画素の構成とは
異なる構成について図面を参照して説明する。
駆動回路1007A、信号線側駆動回路1007Bを示している。画素部1006には、
複数の画素300が設けられており、各画素300にはゲート線側駆動回路1007Aよ
りゲート線301が延在して接続され、信号線側駆動回路1007Bより信号線302が
延在して接続されている。
る。なお薄膜トランジスタ1601の半導体層は、実施の形態1と同様に、酸化物半導体
とすることによって、オフ電流を極めて小さくすることができ、静止画を表示する際に画
像信号の供給を行う頻度を低減することができる。
側駆動回路1007Bがシフトレジスタ回路1604を有し、表示制御回路1004から
のアドレス線またはシフトレジスタ回路の制御信号(クロック信号、スタートパルス等)
により、画素に供給される画像信号の制御をする構成について示している。
パルスSP等により、1段目の出力端子より、順次パルスを出力する回路であればよく、
例えばパルス出力回路(フリップフロップ回路ともいう)をカスケード接続したシフトレ
ジスタ回路を用いて構成すればよい。
数を削減した点、及び信号線側駆動回路1007Bにシフトレジスタ回路1604を設け
る点にある。そのため、本実施の形態では、図16での変更点について詳述し、本実施の
形態とすることにより図3(A)とは異なる効果について詳述する。
に接続されたゲート線を、ゲート線側駆動回路1007Aのデコーダ回路1603により
選択することとなる。また図16では、図3(A)と異なり信号線側駆動回路1007B
がシフトレジスタ回路1604を有しており、信号線側駆動回路1007Bでは比較回路
1003での演算により差分を検出しない画素もシフトレジスタ回路1604により順次
選択することとなる。しかしながら図16の構成では、選択線を削除している点、及び画
素の薄膜トランジスタとして数を削減した点により、配線数の削減、及び画素の開口率の
向上を図ることができる。また本実施の形態の構成であっても、ゲート線側駆動回路10
07Aのデコーダ回路1603で選択的にゲート線の駆動を行うことにより、低消費電力
化を図ることができる。
度の高い液晶表示装置を作製する際、好適である。なお本実施の形態の構成では、信号線
側駆動回路1007Bによって1画素単位で選択的に駆動することができなくなるものの
、ゲート線側駆動回路1007Aのデコーダ回路1603で選択的にゲート線側駆動回路
の駆動を行うことにより低消費電力化を図ることができる。そのため、行方向に画像が切
り替わる液晶表示装置に用いる際に特に好適である。
た薄膜トランジスタとすることで、オフ電流を低減することができる。そのため、保持容
量で電圧を保持できる期間を長く取ることができ、静止画を表示する際の低消費電力化を
図ることができる液晶表示装置とすることができる。
である。
本実施の形態では、上記実施の形態で述べた液晶表示装置を電子計算機(パーソナルコン
ピュータ)用途のモニター(PCモニターともいう)に用いた際の効果について一例を挙
げて説明する。
り、ウインドウ型表示部1703が表示部1702にある例について示している。表示部
1702は、上記実施の形態1の液晶表示装置を用いるものである。
ル、例えばアイコン、画像等であってもよい。
から実線部1705に移動させた際の図を表したものである。図17(B)でのウインド
ウ型表示部1703の移動により、当該移動の期間においては、上記実施の形態1で説明
した部分動画を表示するといった状況となり、図17(C)に示す領域1707が比較回
路によって画像信号の差分が検出される領域、図17(C)に示す領域1708が比較回
路によって画像信号の差分が検出されない領域となる。なお、領域1707はウインドウ
型表示部の移動に伴い動画と見なせる領域であり、動画領域ということもある。また領域
1708はウインドウ型表示部の移動がなく画像信号に変化のない領域であり、静止画領
域ということもある。
画領域、静止画領域での画像信号の書き換えの頻度について、例えばフレーム期間毎に模
式的に示した図である。図18(A)中、Wは画像信号の書き換え期間であることをあら
わし、Hは画像信号を保持する期間であることを示している。また、図18(A)中、期
間1801は1フレーム期間を表したものであるが、別の期間であってもよい。
、比較回路で連続するフレーム間の画像信号に差分を検出した場合、即ち動画領域では画
素に供給される画像信号の書き換えはフレーム期間毎に行われることとなる。そのため動
画領域では書き換えが頻繁になされることとなる。また実施の形態1で説明した液晶表示
装置の構成においては、比較回路で連続するフレーム間の画像信号に差分を検出しない場
合、即ち静止画領域では画素に供給される画像信号の書き換えは、画像信号が切り替わる
期間のみ(図18(A)では期間1801)で行い、後の期間は供給された画像信号を保
持する期間となる。
かかわらず、画像信号を定期的に書き換えた際の図について、示したものである。動画領
域と静止画領域とが混在する画像を表示するために画像信号は、定期的に各画素に書き換
えられることとなる。
行うといった動作を削減することができる。複数回の画像信号の書き換えを視認する際、
人間の目には疲労として現れることもあり得る。本実施の形態で説明したように、画像信
号の書き換え回数を削減する構成とすることで、目の疲労を減らすといった効果もある。
に設けることで、薄膜トランジスタのオフ電流を低減することができる。そのため、保持
容量で電圧を保持できる期間を長く取ることができ、静止画を表示する際の低消費電力化
を図ることができる液晶表示装置とすることができる。
である。
本実施の形態は、本明細書で開示する液晶表示装置に適用できる薄膜トランジスタの例を
示す。
する。
示す薄膜トランジスタ410、420は、チャネルエッチ型と呼ばれるボトムゲート構造
の一つであり逆スタガ型薄膜トランジスタともいう。図7(A)乃至(E)において、薄
膜トランジスタ410はスイッチングトランジスタであり、薄膜トランジスタ420は画
素トランジスタである。
て説明したが、必要に応じて、チャネル形成領域を複数有するマルチゲート構造の薄膜ト
ランジスタも形成することができる。
作製する工程を説明する。
工程によりゲート電極層411、ゲート電極層421を形成する。なお、レジストマスク
をインクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成すると
フォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
とも、後の加熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有していることが必要となる。バリウムホ
ウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板を用いることができる。
のものを用いると良い。また、ガラス基板には、例えば、アルミノシリケートガラス、ア
ルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスなどのガラス材料が用いられている
。
縁体でなる基板を用いても良い。他にも、結晶化ガラスなどを用いることができる。
に設けてもよい。下地膜は、基板400からの不純物元素の拡散を防止する機能があり、
窒化珪素膜、酸化珪素膜、窒化酸化珪素膜、又は酸化窒化珪素膜から選ばれた一又は複数
の膜による積層構造により形成することができる。
タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等の金属材料又は
これらを主成分とする合金材料を用いて、単層で又は積層して形成することができる。
ミニウム層上にモリブデン層が積層された2層の積層構造、または銅層上にモリブデン層
を積層した二層構造、または銅層上に窒化チタン層若しくは窒化タンタルを積層した二層
構造、窒化チタン層とモリブデン層とを積層した二層構造とすることが好ましい。3層の
積層構造としては、タングステン層または窒化タングステンと、アルミニウムと珪素の合
金またはアルミニウムとチタンの合金と、窒化チタンまたはチタン層とを積層した積層と
することが好ましい。
る。
、窒化珪素層、酸化窒化珪素層、窒化酸化珪素層、又は酸化アルミニウム層を単層で又は
積層して形成することができる。例えば、成膜ガスとして、SiH4、酸素及び窒素を用
いてプラズマCVD法により酸化窒化珪素層を形成すればよい。またゲート絶縁層として
酸化ハフニウム(HfOx)、酸化タンタル(TaOx)等のHigh−k材料を用いる
こともできる。ゲート絶縁層402の膜厚は、100nm以上500nm以下とし、積層
の場合は、例えば、膜厚50nm以上200nm以下の第1のゲート絶縁層と、第1のゲ
ート絶縁層上に膜厚5nm以上300nm以下の第2のゲート絶縁層の積層とする。
下の酸化窒化珪素層を形成する。
ってもよい。ここで高密度プラズマ装置は、1×1011/cm3以上のプラズマ密度を
達成できる装置を指している。例えば、3kW〜6kWのマイクロ波電力を印加してプラ
ズマを発生させて、絶縁層の成膜を行う。
スを導入し、10Pa〜30Paの圧力下で高密度プラズマを発生させてガラス等の絶縁
表面を有する基板上に絶縁層を形成する。その後、モノシランガスの供給を停止し、大気
に曝すことなく亜酸化窒素(N2O)と希ガスとを導入して絶縁層表面にプラズマ処理を
行ってもよい。少なくとも亜酸化窒素(N2O)と希ガスとを導入して絶縁層表面に行わ
れるプラズマ処理は、絶縁層の成膜より後に行う。上記プロセス順序を経た絶縁層は、膜
厚が薄く、例えば100nm未満であっても一定の信頼性を確保することができる絶縁層
である。
酸化窒素(N2O)との流量比は、1:10から1:200の範囲とする。また、チャン
バーに導入する希ガスとしては、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、キセノンなどを用い
ることができるが、中でも安価であるアルゴンを用いることが好ましい。
段差被覆性に優れている。また、高密度プラズマ装置により得られる絶縁層は、薄い膜の
厚みを精密に制御することができる。
は膜質が大きく異なっており、同じエッチャントを用いてエッチング速度を比較した場合
において、平行平板型のPCVD装置で得られる絶縁層の10%以上または20%以上エ
ッチング速度が遅く、高密度プラズマ装置で得られる絶縁層は緻密な層と言える。
導体)は界面準位、界面電荷に対して極めて敏感であるため、ゲート絶縁層との界面は重
要である。そのため高純度化された酸化物半導体に接するゲート絶縁層(GI)は、高品
質化が要求される。従ってμ波(2.45GHz)を用いた高密度プラズマCVDは、緻
密で絶縁耐圧の高い高品質な絶縁層を形成できるので好ましい。高純度化された酸化物半
導体と高品質ゲート絶縁層とが密接することにより、界面準位を低減して界面特性を良好
なものとすることができるからである。ゲート絶縁層としての膜質が良好であることは勿
論のこと、酸化物半導体との界面準位密度を低減し、良好な界面を形成できることが重要
である。
0を形成する。酸化物半導体膜430の形成後に脱水化または脱水素化のための加熱処理
を行っても酸化物半導体膜を非晶質な状態とするため、膜厚を50nm以下と薄くするこ
とが好ましい。酸化物半導体膜の膜厚を薄くすることで酸化物半導体層の形成後に加熱処
理した場合に、結晶化してしまうのを抑制することができる。
プラズマを発生させる逆スパッタを行い、ゲート絶縁層402の表面に付着しているゴミ
を除去することが好ましい。逆スパッタとは、ターゲット側に電圧を印加せずに、アルゴ
ン雰囲気下で基板側にRF電源を用いて電圧を印加して基板近傍にプラズマを形成して表
面を改質する方法である。なお、アルゴン雰囲気に代えて窒素、ヘリウム、酸素などを用
いてもよい。
Zn−O系、In−Al−Zn−O系、Sn−Ga−Zn−O系、Al−Ga−Zn−O
系、Sn−Al−Zn−O系、In−Zn−O系、Sn−Zn−O系、Al−Zn−O系
、In−O系、Sn−O系、Zn−O系の酸化物半導体膜を用いる。本実施の形態では、
酸化物半導体膜430としてIn−Ga−Zn−O系金属酸化物ターゲットを用いてスパ
ッタ法により成膜する。この段階での断面図が図7(A)に相当する。また、酸化物半導
体膜430は、希ガス(代表的にはアルゴン)雰囲気下、酸素雰囲気下、又は希ガス(代
表的にはアルゴン)及び酸素雰囲気下においてスパッタ法により形成することができる。
また、スパッタ法を用いる場合、SiO2を2重量%以上10重量%以下含むターゲット
を用いて成膜を行い、酸化物半導体膜430に結晶化を阻害するSiを含ませ、後の工程
で行う脱水化または脱水素化のための加熱処理の際に酸化物半導体が結晶化してしまうの
を抑制することが好ましい。
:ZnO=1:1:1[mol%]、In:Ga:Zn=1:1:0.5[atom%]
)を用いて、基板とターゲットの間との距離を100mm、圧力0.2Pa、直流(DC
)電源0.5kW、アルゴン及び酸素(アルゴン:酸素=30sccm:20sccm、
酸素流量比率40%)雰囲気下で成膜する。なお、パルス直流(DC)電源を用いると、
成膜時に発生する粉状物質(パーティクル、ゴミともいう)が軽減でき、膜厚分布も均一
となるために好ましい。In−Ga−Zn−O系膜の膜厚は、5nm以上200nm以下
とする。本実施の形態では、酸化物半導体膜として、In−Ga−Zn−O系金属酸化物
ターゲットを用いてスパッタ法により膜厚20nmのIn−Ga−Zn−O系膜を成膜す
る。また、In、Ga、及びZnを含む金属酸化物ターゲットとして、In:Ga:Zn
=1:1:1[atom%]、又はIn:Ga:Zn=1:1:2[atom%]の組成
比を有するターゲットを用いることもできる。
さらにパルス的にバイアスを与えるパルスDCスパッタ法がある。RFスパッタ法は主に
絶縁膜を成膜する場合に用いられ、DCスパッタ法は主に金属膜を成膜する場合に用いら
れる。
装置は、同一チャンバーで異なる材料膜を積層成膜することも、同一チャンバーで複数種
類の材料を同時に放電させて成膜することもできる。
や、グロー放電を使わずマイクロ波を用いて発生させたプラズマを用いるECRスパッタ
法を用いるスパッタ装置がある。
とを化学反応させてそれらの化合物薄膜を形成するリアクティブスパッタ法や、成膜中に
基板にも電圧をかけるバイアススパッタ法もある。
体層に加工する。また、島状の酸化物半導体層を形成するためのレジストマスクをインク
ジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマ
スクを使用しないため、製造コストを低減できる。
1の加熱処理の温度は、400℃以上750℃以下、好ましくは400℃以上基板の歪み
点未満とする。ここでは、加熱処理装置の一つである電気炉に基板を導入し、酸化物半導
体層に対して窒素雰囲気下450℃において1時間の加熱処理を行った後、大気に触れる
ことなく、酸化物半導体層への水や水素の混入を防ぎ、酸化物半導体層431、432を
得る(図7(B)参照。)。
輻射によって、被処理物を加熱する装置を備えていてもよい。例えば、GRTA(Gas
Rapid Thermal Annealing)装置、LRTA(Lamp Ra
pid Thermal Annealing)装置等のRTA(Rapid Ther
mal Annealing)装置を用いることができる。LRTA装置は、ハロゲンラ
ンプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナト
リウムランプ、高圧水銀ランプなどのランプから発する光(電磁波)の輻射により、被処
理物を加熱する装置である。GRTA装置は、高温のガスを用いて加熱処理を行う装置で
ある。気体には、アルゴンなどの希ガス、または窒素のような、加熱処理によって被処理
物と反応しない不活性気体が用いられる。
板を移動させて入れ、数分間加熱した後、基板を移動させて高温に加熱した不活性ガス中
から出すGRTAを行ってもよい。GRTAを用いると短時間での高温加熱処理が可能と
なる。
に、水、水素などが含まれないことが好ましい。または、加熱処理装置に導入する窒素、
またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスの純度を、6N(99.9999%)以上
、好ましくは7N(99.99999%)以上、(即ち不純物濃度を1ppm以下、好ま
しくは0.1ppm以下)とすることが好ましい。
が結晶化し、微結晶層または多結晶層となる場合もある。例えば、結晶化率が90%以上
、または80%以上の微結晶の酸化物半導体層となる場合もある。また、第1の加熱処理
の条件、または酸化物半導体層の材料によっては、結晶成分を含まない非晶質の酸化物半
導体層となる場合もある。また、非晶質の酸化物半導体の中に微結晶部(粒径1nm以上
20nm以下(代表的には2nm以上4nm以下))が混在する酸化物半導体層となる場
合もある。また、RTA(GRTA、LRTA)を用いて高温の加熱処理を行うと、酸化
物半導体層の表面側に縦方向(膜厚方向)の針状結晶が生じる場合もある。
半導体膜430に行うこともできる。その場合には、第1の加熱処理後に、加熱装置から
基板を取り出し、フォトリソグラフィ工程を行う。
半導体層上にソース電極及びドレイン電極を積層させた後、ソース電極及びドレイン電極
上に保護絶縁膜を形成した後、のいずれで行っても良い。
脱水化または脱水素化処理を行う前でも行った後に行ってもよい。
エッチングを用いてもよい。
ば塩素(Cl2)、三塩化硼素(BCl3)、四塩化珪素(SiCl4)、四塩化炭素(
CCl4)など)が好ましい。
F6)、三弗化窒素(NF3)、トリフルオロメタン(CHF3)など)、臭化水素(H
Br)、酸素(O2)、これらのガスにヘリウム(He)やアルゴン(Ar)などの希ガ
スを添加したガス、などを用いることができる。
ing)法や、ICP(Inductively Coupled Plasma:誘導
結合型プラズマ)エッチング法を用いることができる。所望の加工形状にエッチングでき
るように、エッチング条件(コイル型の電極に印加される電力量、基板側の電極に印加さ
れる電力量、基板側の電極温度等)を適宜調節する。
ンモニア過水(31重量%過酸化水素水:28重量%アンモニア水:水=5:2:2)な
どを用いることができる。また、ITO07N(関東化学社製)を用いてもよい。
て除去される。その除去された材料を含むエッチング液の廃液を精製し、含まれる材料を
再利用してもよい。当該エッチング後の廃液から酸化物半導体層に含まれるインジウム等
の材料を回収して再利用することにより、資源を有効活用し低コスト化することができる
。
液、エッチング時間、温度等)を適宜調節する。
成する。金属導電膜をスパッタ法や真空蒸着法で形成すればよい。金属導電膜の材料とし
ては、Al、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo、Wからから選ばれた元素、または上述した
元素を成分とする合金か、上述した元素を組み合わせた合金膜等が挙げられる。また、マ
ンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウム、トリウムのいずれか一または複数か
ら選択された材料を用いてもよい。また、金属導電膜は、単層構造でも、2層以上の積層
構造としてもよい。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、アルミニウム膜
上にチタン膜を積層する2層構造、Ti膜と、そのTi膜上に重ねてアルミニウム膜を積
層し、さらにその上にTi膜を成膜する3層構造などが挙げられる。また、Alに、チタ
ン(Ti)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、クロム(C
r)、Nd(ネオジム)、Sc(スカンジウム)から選ばれた元素を単数、又は複数組み
合わせた膜、合金膜、もしくは窒化膜を用いてもよい。
に持たせることが好ましい。
エッチングを行ってソース電極層415a、ドレイン電極層415b、ソース電極層42
5a、及びドレイン電極層425bを形成した後、レジストマスクを除去する(図7(C
)参照。)。
うにそれぞれの材料及びエッチング条件を適宜調節する。
はIn−Ga−Zn−O系酸化物を用いて、エッチャントとしてアンモニア過水(アンモ
ニア、水、過酸化水素水の混合液)を用いる。
エッチングされ、溝部(凹部)を有する酸化物半導体層となることもある。また、ソース
電極層415a、ドレイン電極層415b、ソース電極層425a、及びドレイン電極層
425bを形成するためのレジストマスクをインクジェット法で形成してもよい。レジス
トマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを
低減できる。
した光が複数の強度となる露光マスクである多階調マスクによって形成されたレジストマ
スクを用いてエッチング工程を行ってもよい。多階調マスクを用いて形成したレジストマ
スクは複数の膜厚を有する形状となり、エッチングを行うことでさらに形状を変形するこ
とができるため、異なるパターンに加工する複数のエッチング工程に用いることができる
。よって、一枚の多階調マスクによって、少なくとも二種類以上の異なるパターンに対応
するレジストマスクを形成することができる。よって露光マスク数を削減することができ
、対応するフォトリソグラフィ工程も削減できるため、工程の簡略化が可能となる。
マ処理によって露出している酸化物半導体層の表面に付着した吸着水などを除去する。ま
た、酸素とアルゴンの混合ガスを用いてプラズマ処理を行ってもよい。
縁膜となる酸化物絶縁層416を形成する。
層416に水、水素等の不純物を混入させない方法を適宜用いて形成することができる。
酸化物絶縁層416に水素が含まれると、その水素の酸化物半導体層への侵入、又は水素
による酸化物半導体層中の酸素引き抜き、が生じ酸化物半導体層のバックチャネルが低抵
抗化(N型化)してしまい、寄生チャネルが形成される。よって、酸化物絶縁層416は
できるだけ水素を含まない膜になるように、成膜の際には極力水素を用いないことが重要
である。
を用いて成膜する。成膜時の基板温度は、室温以上300℃以下とすればよく、本実施の
形態では100℃とする。酸化珪素膜のスパッタ法による成膜は、希ガス(代表的にはア
ルゴン)雰囲気下、酸素雰囲気下、または希ガス(代表的にはアルゴン)及び酸素雰囲気
下において行うことができる。また、ターゲットとして酸化珪素ターゲットまたは珪素タ
ーゲットを用いることができる。例えば、珪素ターゲットを用いて、酸素、及び窒素雰囲
気下でスパッタ法により酸化珪素を形成することができる。低抵抗化した酸化物半導体層
に接して形成する酸化物絶縁層416は、水分や、水素イオンや、OH−などの不純物を
含まず、これらが外部から侵入することをブロックする無機絶縁膜を用い、代表的には酸
化珪素膜、窒化酸化珪素膜、酸化アルミニウム膜、または酸化窒化アルミニウムなどを用
いる。
00℃以上400℃以下、例えば250℃以上350℃以下)を行う。例えば、窒素雰囲
気下で250℃、1時間の第2の加熱処理を行う。第2の加熱処理を行うと、酸化物半導
体層の一部(チャネル形成領域)が酸化物絶縁層416と接した状態で加熱される。
のための加熱処理を行って低抵抗化した後、酸化物半導体膜の一部を選択的に酸素過剰な
状態とする。その結果、ゲート電極層411と重なるチャネル形成領域413はI型とな
り、ソース電極層415aに重なる高抵抗ソース領域414aと、ドレイン電極層415
bに重なる高抵抗ドレイン領域414bとが自己整合的に形成される。以上の工程で薄膜
トランジスタ410が形成される。同様に、ゲート電極層421と重なるチャネル形成領
域423はI型となり、ソース電極層425aに重なる高抵抗ソース領域424aと、ド
レイン電極層425bに重なる高抵抗ドレイン領域424bとが自己整合的に形成される
。以上の工程で薄膜トランジスタ420が形成される。
においては、不純物が酸化物半導体に添加されていると、不純物と酸化物半導体の主成分
との結合が、強電界(B:バイアス)と高温(T:温度)により切断され、生成された未
結合手がしきい値電圧(Vth)のシフトを誘発することとなる。これに対して、酸化物
半導体の不純物、特に水素や水等を極力除去し、上述の高密度プラズマCVDを用いて緻
密で絶縁耐圧の高い高品質な絶縁膜とし、酸化物半導体との界面特性を良好にすることに
より、BT試験に対しても安定な薄膜トランジスタを得ることができる。
てもよい。本実施の形態では150℃で10時間加熱処理を行う。この加熱処理は一定の
加熱温度を保持して加熱してもよいし、室温から、100℃以上200℃以下の加熱温度
への昇温と、加熱温度から室温までの降温を複数回くりかえして行ってもよい。また、こ
の加熱処理を、酸化物絶縁層の形成前に、減圧下で行ってもよい。減圧下で加熱処理を行
うと、加熱時間を短縮することができる。この加熱処理よって、酸化物半導体層から酸化
物絶縁層中に水素がとりこまれ、ノーマリーオフとなる薄膜トランジスタを得ることがで
きる。よって液晶表示装置の信頼性を向上できる。
畳した酸化物半導体層において高抵抗ドレイン領域414b、424b(又は高抵抗ソー
ス領域414a、424a)を形成することにより、薄膜トランジスタの信頼性の向上を
図ることができる。具体的には、高抵抗ドレイン領域414b、424bを形成すること
で、ドレイン電極層415b、425bから高抵抗ドレイン領域414b、424b、チ
ャネル形成領域413、423にかけて、導電性を段階的に変化させうるような構造とす
ることができる。そのため、ドレイン電極層415b、425bを高電源電位VDDを供
給する配線に接続して動作させる場合、ゲート電極層411、421とドレイン電極層4
15b、425bとの間に高電界が印加されても高抵抗ドレイン領域がバッファとなり局
所的な高電界が印加されず、トランジスタの耐圧を向上させた構成とすることができる。
体層の膜厚が15nm以下と薄い場合は膜厚方向全体にわたって形成されるが、酸化物半
導体層の膜厚が30nm以上50nm以下と厚い場合は、酸化物半導体層の一部、ソース
電極層又はドレイン電極層と接する領域及びその近傍が低抵抗化した高抵抗ソース領域又
は高抵抗ドレイン領域が形成され、酸化物半導体層においてゲート絶縁層に近い領域はI
型とすることもできる。
用いて窒化珪素膜を形成する。RFスパッタ法は、量産性がよいため、保護絶縁層の成膜
方法として好ましい。保護絶縁層は、水分や、水素イオンや、OH−などの不純物を含ま
ず、これらが外部から侵入することをブロックする無機絶縁膜を用い、窒化珪素膜、窒化
アルミニウム膜、窒化酸化珪素膜、酸化窒化アルミニウムなどを用いる。本実施の形態で
は、保護絶縁層として保護絶縁層403を、窒化珪素膜を用いて形成する(図7(D)参
照)。
うに、薄膜トランジスタ420の保護絶縁層403上に平坦化絶縁層404を形成する。
、エポキシ等の、耐熱性を有する有機材料を用いることができる。また上記有機材料の他
に、低誘電率材料(low−k材料)、シロキサン系樹脂、PSG(リンガラス)、BP
SG(リンボロンガラス)等を用いることができる。なお、これらの材料で形成される絶
縁膜を複数積層させることで、平坦化絶縁層404を形成してもよい。
i結合を含む樹脂に相当する。シロキサン系樹脂は置換基としては有機基(例えばアルキ
ル基やアリール基)を用いても良い。また、有機基はフルオロ基を有していても良い。
G法、スピンコート法、ディップ法、スプレー塗布法、液滴吐出法(インクジェット法、
スクリーン印刷、オフセット印刷等)などの方法や、ドクターナイフ、ロールコーター、
カーテンコーター、ナイフコーター等の器具を用いることができる。
ングを行って酸化物絶縁層416、保護絶縁層403、平坦化絶縁層404の一部を除去
して、ドレイン電極層425bに達する開口を形成する。
In2O3)や酸化インジウム酸化スズ合金(In2O3―SnO2、ITOと略記する
)などをスパッタ法や真空蒸着法などを用いて形成する。または、透光性を有する導電膜
として、窒素を含ませたAl−Zn−O系膜、即ちAl−Zn−O−N系膜や、窒素を含
ませたZn−O系膜や、窒素を含ませたSn−Zn−O系膜を用いてもよい。なお、Al
−Zn−O−N系膜の亜鉛の組成比(原子%)は、47原子%以下とし、膜中のアルミニ
ウムの組成比(原子%)より大きく、膜中のアルミニウムの組成比(原子%)は、膜中の
窒素の組成比(原子%)より大きい。このような材料のエッチング処理は塩酸系の溶液に
より行う。しかし、特にITOのエッチングは残渣が発生しやすいので、エッチング加工
性を改善するために酸化インジウム酸化亜鉛合金(In2O3―ZnO)を用いても良い
。
(EPMA:Electron Probe X−ray MicroAnalyzer
)を用いた分析により評価するものとする。
り透光性を有する導電膜の不要な部分を除去して画素電極427を形成し、レジストマス
クを除去する(図7(E)参照。)。
ソグラフィ工程で行う例を示すが、別工程で行ってもよく、この場合、フォトリソグラフ
ィ工程が第6工程となる。
において、実施の形態1の構成と組み合わせることで、静止画表示を行う際、低消費電力
化を図りつつ、且つ画像の乱れの低減を図ることができる。
本実施の形態は、本明細書で開示する液晶表示装置に適用できる薄膜トランジスタの他の
例を示す。
する。
て説明したが、必要に応じて、チャネル形成領域を複数有するマルチゲート構造の薄膜ト
ランジスタも形成することができる。
作製する工程を説明する。
工程によりゲート電極層241、ゲート電極層261を形成する。本実施の形態では、ゲ
ート電極層241、ゲート電極層261として、膜厚150nmのタングステン膜を、ス
パッタ法を用いて形成する。
本実施の形態では、ゲート絶縁層292としてプラズマCVD法により膜厚100nm以
下の酸化窒化珪素層を形成する。
より金属導電膜上にレジストマスクを形成し、選択的にエッチングを行ってソース電極層
245a、265a、ドレイン電極層245b、265bを形成した後、レジストマスク
を除去する(図8(A)参照。)。
半導体膜295としてIn−Ga−Zn−O系金属酸化物ターゲットを用いてスパッタ法
により成膜する。酸化物半導体膜295を第3のフォトリソグラフィ工程により島状の酸
化物半導体層に加工する。
1の加熱処理の温度は、400℃以上750℃以下、好ましくは400℃以上基板の歪み
点未満とする。ここでは、加熱処理装置の一つである電気炉に基板を導入し、酸化物半導
体層に対して窒素雰囲気下450℃において1時間の加熱処理を行った後、大気に触れる
ことなく、酸化物半導体層への水や水素の混入を防ぎ、酸化物半導体層296、297を
得る(図8(C)参照。)。
を移動させて入れ、数分間加熱した後、基板を移動させて高温に加熱した不活性ガス中か
ら出すGRTAを行ってもよい。GRTAを用いると短時間での高温加熱処理が可能とな
る。
。
層246に水、水素等の不純物を混入させない方法を適宜用いて形成することができる。
酸化物絶縁層246に水素が含まれると、その水素の酸化物半導体層への侵入、又は水素
による酸化物半導体層中の酸素引き抜き、が生じ酸化物半導体層のバックチャネルが低抵
抗化(N型化)してしまい、寄生チャネルが形成される。よって、酸化物絶縁層246は
できるだけ水素を含まない膜になるように、成膜の際は極力、水素を用いないことが重要
である。
を用いて成膜する。成膜時の基板温度は、室温以上300℃以下とすればよく、本実施の
形態では100℃とする。酸化珪素膜のスパッタ法による成膜は、希ガス(代表的にはア
ルゴン)雰囲気下、酸素雰囲気下、または希ガス(代表的にはアルゴン)及び酸素雰囲気
下において行うことができる。また、ターゲットとして酸化珪素ターゲットまたは珪素タ
ーゲットを用いることができる。例えば、珪素ターゲットを用いて、酸素、及び窒素雰囲
気下でスパッタ法により酸化珪素を形成することができる。低抵抗化した酸化物半導体層
に接して形成する酸化物絶縁層246は、水分や、水素イオンや、OH−などの不純物を
含まず、これらが外部から侵入することをブロックする無機絶縁膜を用い、代表的には酸
化珪素膜、窒化酸化珪素膜、酸化アルミニウム膜、または酸化窒化アルミニウムなどを用
いる。
00℃以上400℃以下、例えば250℃以上350℃以下)を行う。例えば、窒素雰囲
気下で250℃、1時間の第2の加熱処理を行う。第2の加熱処理を行うと、酸化物半導
体層の一部(チャネル形成領域)が酸化物絶縁層246と接した状態で加熱される。
のための加熱処理を行って低抵抗化した後、酸化物半導体膜を酸素過剰な状態とする。そ
の結果、I型の酸化物半導体層242、262が形成される。以上の工程で薄膜トランジ
スタ240、260が形成される。
てもよい。本実施の形態では150℃で10時間加熱処理を行う。この加熱処理は一定の
加熱温度を保持して加熱してもよいし、室温から、100℃以上200℃以下の加熱温度
への昇温と、加熱温度から室温までの降温を複数回くりかえして行ってもよい。また、こ
の加熱処理を、酸化物絶縁層の形成前に、減圧下で行ってもよい。減圧下で加熱処理を行
うと、加熱時間を短縮することができる。この加熱処理よって、酸化物半導体層から酸化
物絶縁層中に水素がとりこまれ、ノーマリーオフとなる薄膜トランジスタを得ることがで
きる。よって液晶表示装置の信頼性を向上できる。
用いて窒化珪素膜を形成する。本実施の形態では、保護絶縁層として保護絶縁層293を
、窒化珪素膜を用いて形成する(図8(D)参照。)。
図8(E)に示すように、薄膜トランジスタ260の保護絶縁層293上に平坦化絶縁層
294を形成する。
ングを行って平坦化絶縁層294、保護絶縁層293、及び酸化物絶縁層246の一部を
除去して、ドレイン電極層265bに達する開口を形成する。
マスクを形成し、エッチングにより不要な部分を除去して画素電極267を形成し、レジ
ストマスクを除去する(図8(E)参照。)。
ソグラフィ工程で行う例を示すが、別工程で行ってもよく、この場合、フォトリソグラフ
ィ工程が6工程となる。
において、実施の形態1の構成と組み合わせることで、静止画表示を行う際、低消費電力
化を図ることができる。
本実施の形態は、本明細書で開示する液晶表示装置に適用できる薄膜トランジスタの例を
示す。
に示す。図9は、図7と工程が一部異なる点以外は同じであるため、同じ箇所には同じ符
号を用い、同じ箇所の詳細な説明は省略する。
の酸化物半導体層に加工する。
1の加熱処理の温度は、400℃以上750℃以下、好ましくは425℃以上750℃以
下とする。なお、425℃以上であれば加熱処理時間は1時間以下でよいが、425℃未
満であれば加熱処理時間は、1時間よりも長時間行うこととする。ここでは、加熱処理装
置の一つである電気炉に基板を導入し、酸化物半導体層に対して窒素雰囲気下において加
熱処理を行った後、大気に触れることなく、酸化物半導体層への水や水素の混入を防ぎ、
酸化物半導体層を得る。その後、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)を導入して冷却を行う。酸
素ガスまたはN2Oガスに、水、水素などが含まれないことが好ましい。または、加熱処
理装置に導入する酸素ガスまたはN2Oガスの純度を、6N(99.9999%)以上、
好ましくは7N(99.99999%)以上、(即ち酸素ガスまたはN2Oガス中の不純
物濃度を1ppm以下、好ましくは0.1ppm以下)とすることが好ましい。
ermal Annealing)装置、LRTA(Lamp Rapid Therm
al Annealing)装置等のRTA(Rapid Thermal Annea
ling)装置を用いることができる。LRTA装置は、ハロゲンランプ、メタルハライ
ドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧
水銀ランプなどのランプから発する光(電磁波)の輻射により、被処理物を加熱する装置
である。また、LRTA装置は、ランプだけでなく、抵抗発熱体などの発熱体からの熱伝
導または熱輻射によって、被処理物を加熱する装置を備えていてもよい。GRTAとは高
温のガスを用いて加熱処理を行う方法である。ガスには、アルゴンなどの希ガス、または
窒素のような、加熱処理によって被処理物と反応しない不活性気体が用いられる。RTA
法を用いて、600℃〜750℃で数分間加熱処理を行ってもよい。
しくは200℃以上300℃以下の温度で酸素ガスまたはN2Oガス雰囲気下での加熱処
理を行ってもよい。
半導体膜に行うこともできる。その場合には、第1の加熱処理後に、加熱装置から基板を
取り出し、フォトリソグラフィ工程を行う。
抗化、即ちI型化させる。よって、全体がI型化した酸化物半導体層472、482を得
る。
スクを形成し、選択的にエッチングを行ってソース電極層475a、485a、ドレイン
電極層475b、485bを形成し、スパッタ法で酸化物絶縁層416を形成する。以上
の工程で、薄膜トランジスタ470、480を形成することができる。
、または窒素ガス雰囲気下で加熱処理(好ましくは150℃以上350℃未満)を行って
もよい。例えば、窒素雰囲気下で250℃、1時間の加熱処理を行う。
てもよい。本実施の形態では150℃で10時間加熱処理を行う。この加熱処理は一定の
加熱温度を保持して加熱してもよいし、室温から、100℃以上200℃以下の加熱温度
への昇温と、加熱温度から室温までの降温を複数回くりかえして行ってもよい。また、こ
の加熱処理を、酸化物絶縁層の形成前に、減圧下で行ってもよい。減圧下で加熱処理を行
うと、加熱時間を短縮することができる。この加熱処理よって、酸化物半導体層から酸化
物絶縁層中に水素がとりこまれ、ノーマリーオフとなる薄膜トランジスタを得ることがで
きる。よって液晶表示装置の信頼性を向上できる。
して保護絶縁層403を、窒化珪素膜を用いて形成する。
図9に示すように、薄膜トランジスタ480の保護絶縁層403上に平坦化絶縁層404
を形成する。
行って平坦化絶縁層404、保護絶縁層403、及び酸化物絶縁層416の一部を除去し
て、ドレイン電極層485bに達する開口を形成する。
を形成し、エッチングにより不要な部分を除去して画素電極487、導電層417を形成
し、レジストマスクを除去する(図9参照)。
において、実施の形態1の構成と組み合わせることで、静止画表示を行う際、低消費電力
化を図ることができる。
本実施の形態においては、上記実施の形態で説明した液晶表示装置を具備する電子機器の
例について説明する。
、操作キー9635、接続端子9636、記録媒体読込部9672、等を有することがで
きる。図10(A)に示す携帯型遊技機は、記録媒体に記録されているプログラム又はデ
ータを読み出して表示部に表示する機能、他の携帯型遊技機と無線通信を行って情報を共
有する機能、等を有することができる。なお、図10(A)に示す携帯型遊技機が有する
機能はこれに限定されず、様々な機能を有することができる。
3、操作キー9635、接続端子9636、シャッターボタン9676、受像部9677
、等を有することができる。図10(B)に示すテレビ受像機能付きデジタルカメラは、
静止画を撮影する機能、動画を撮影する機能、撮影した画像を自動または手動で補正する
機能、アンテナから様々な情報を取得する機能、撮影した画像、又はアンテナから取得し
た情報を保存する機能、撮影した画像、又はアンテナから取得した情報を表示部に表示す
る機能、等を有することができる。なお、図10(B)に示すテレビ受像機能付きデジタ
ルカメラが有する機能はこれに限定されず、様々な機能を有することができる。
、操作キー9635、接続端子9636、等を有することができる。図10(C)に示す
テレビ受像機は、テレビ用電波を処理して画像信号に変換する機能、画像信号を処理して
表示に適した信号に変換する機能、画像信号のフレーム周波数を変換する機能、等を有す
ることができる。なお、図10(C)に示すテレビ受像機が有する機能はこれに限定され
ず、様々な機能を有することができる。
、操作キー9635、接続端子9636、ポインティングデバイス9681、外部接続ポ
ート9680等を有することができる。図11(A)に示すコンピュータは、様々な情報
(静止画、動画、テキスト画像など)を表示部に表示する機能、様々なソフトウェア(プ
ログラム)によって処理を制御する機能、無線通信又は有線通信などの通信機能、通信機
能を用いて様々なコンピュータネットワークに接続する機能、通信機能を用いて様々なデ
ータの送信又は受信を行う機能、等を有することができる。なお、図11(A)に示すコ
ンピュータが有する機能はこれに限定されず、様々な機能を有することができる。
3、操作キー9635、マイクロフォン9638、外部接続ポート9680等を有するこ
とができる。図11(B)に示した携帯電話は、様々な情報(静止画、動画、テキスト画
像など)を表示する機能、カレンダー、日付又は時刻などを表示部に表示する機能、表示
部に表示した情報を操作又は編集する機能、様々なソフトウェア(プログラム)によって
処理を制御する機能、等を有することができる。なお、図11(B)に示した携帯電話が
有する機能はこれに限定されず、様々な機能を有することができる。
示部9631、操作キー9635等を有することができる。図11(C)に示した電子ペ
ーパーは、様々な情報(静止画、動画、テキスト画像など)を表示する機能、カレンダー
、日付又は時刻などを表示部に表示する機能、表示部に表示した情報を操作又は編集する
機能、様々なソフトウェア(プログラム)によって処理を制御する機能、等を有すること
ができる。なお、図11(C)に示した電子ペーパーが有する機能はこれに限定されず、
様々な機能を有することができる。
ができる。
である。
102 基板
103 画素部
104 ゲート線側駆動回路
105 信号線側駆動回路
106 端子部
107 スイッチングトランジスタ
108 共通接続部
109 対向電極
111 ゲート線
112 信号線
113 画素
114 選択線
121 画素電極
122 対向電極
123 液晶
200 基板
201 画素部
240 薄膜トランジスタ
241 ゲート電極層
242 酸化物半導体層
246 酸化物絶縁層
247 導電層
260 薄膜トランジスタ
261 ゲート電極層
267 画素電極
292 ゲート絶縁層
293 保護絶縁層
294 平坦化絶縁層
295 酸化物半導体膜
296 酸化物半導体層
300 画素
301 ゲート線
302 信号線
303 選択線
304 デコーダ回路
312 NOR回路
490 バッファ回路
400 基板
491 インバータ回路
492 インバータ回路
402 ゲート絶縁層
403 保護絶縁層
404 平坦化絶縁層
410 薄膜トランジスタ
493 スイッチ
411 ゲート電極層
413 チャネル形成領域
416 酸化物絶縁層
417 導電層
420 薄膜トランジスタ
421 ゲート電極層
423 チャネル形成領域
427 画素電極
430 酸化物半導体膜
431 酸化物半導体層
450 窒素雰囲気
470 薄膜トランジスタ
471 ゲート電極層
472 酸化物半導体層
480 薄膜トランジスタ
487 画素電極
501 薄膜トランジスタ
502 薄膜トランジスタ
503 液晶素子
504 対向電極
1000 液晶表示装置
1001 表示パネル
1002 記憶回路
1003 比較回路
1004 表示制御回路
1005 駆動回路部
1006 画素部
1008 フレームメモリ
106A 端子
106B 端子
1211 画素トランジスタ
1261 スイッチングトランジスタ
1601 薄膜トランジスタ
1602 液晶素子
1603 デコーダ回路
1604 シフトレジスタ回路
1701 筐体
1702 表示部
1703 ウインドウ型表示部
1704 点線部
1705 実線部
1707 領域
1708 領域
1801 期間
245a ソース電極層
245b ドレイン電極層
265a ソース電極層
265b ドレイン電極層
311A NAND回路
414a 高抵抗ソース領域
414b 高抵抗ドレイン領域
415a ソース電極層
415b ドレイン電極層
424a 高抵抗ソース領域
424b 高抵抗ドレイン領域
425a ソース電極層
425b ドレイン電極層
475a ソース電極層
475b ドレイン電極層
485a ソース電極層
485b ドレイン電極層
9630 筐体
9631 表示部
9633 スピーカ
9635 操作キー
9636 接続端子
9638 マイクロフォン
9672 記録媒体読込部
9676 シャッターボタン
9677 受像部
9680 外部接続ポート
9681 ポインティングデバイス
1007A ゲート線側駆動回路
1007B 信号線側駆動回路
Claims (3)
- 第1の画素と、第2の画素と、トランジスタと、を有し、
コモン電位が前記トランジスタを介して前記第1の画素及び前記第2の画素に供給される表示装置であって、
連続する2つのフレーム期間において前記第1の画素に対応する画像信号が異なり且つ前記第2の画素に対応する画像信号が異なる場合には、前記第1の画素に画像信号が供給され、前記第2の画素に画像信号が供給され、前記トランジスタはオンであり、
連続する2つのフレーム期間において前記第1の画素に対応する画像信号が同じであり且つ前記第2の画素に対応する画像信号が同じである場合には、前記第1の画素に画像信号は供給されず、前記第2の画素に画像信号は供給されず、前記トランジスタはオフであり、
連続する2つのフレーム期間において前記第1の画素に対応する画像信号が異なり且つ前記第2の画素に対応する画像信号が同じである場合には、前記第1の画素に画像信号が供給され、前記第2の画素に画像信号が供給されず、前記トランジスタはオンであることを特徴とする表示装置。 - 複数の画素と、トランジスタと、を有し、
コモン電位が前記トランジスタを介して前記複数の画素に供給される表示装置であって、
動画を表示する場合、前記複数の画素に画像信号が供給され、前記トランジスタはオンであり、
静止画を表示する場合、前記複数の画素に画像信号が供給されず、前記トランジスタはオフであり、
部分動画を表示する場合、前記複数の画素のうち動画領域に対応する画素に画像信号が供給され、前記複数の画素のうち静止画領域に対応する画素に画像信号が供給されず、前記トランジスタはオンであることを特徴とする表示装置。 - 請求項1又は請求項2において、
前記トランジスタのチャネル形成領域は、酸化物半導体を有することを特徴とする表示装置。
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