JP2015156012A - 表示装置及び電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】色純度の調整を可能とした、新規な表示装置を提供する。または、カラーフィルタの密着性が向上した新規な表示装置を提供する。または、良好な反射表示を可能とした、新規な表示装置を提供する。
【解決手段】画素領域と、画素領域に形成されたトランジスタと、トランジスタのソース電極層またはドレイン電極層と同一平面上に形成された反射電極層と、反射電極層上の第1の絶縁層と、反射電極層と重畳し、第1の絶縁層上の有色層と、有色層上の第2の絶縁層と、第2の絶縁層上の画素電極層と、を有し、有色層は、少なくとも第1の開口部及び第2の開口部を有し、画素電極層は、第1の開口部を介してトランジスタと電気的に接続され、第2の絶縁層が、第2の開口部を介して第1の絶縁層と接する。
【選択図】図3

Description

本発明は、物、方法、又は製造方法に関する。または、本発明は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、又は組成物(コンポジション・オブ・マター)に関する。本発明の一態様は、半導体装置、表示装置、電子機器、それらの作製方法、又はそれらの駆動方法に関する。特に、本発明の一態様は、例えば、反射型液晶表示装置に関する。
なお、表示装置とは、表示素子を有する装置のことをいう。なお、表示装置は、複数の画素を駆動させる駆動回路等を含む。なお、表示装置は、別の基板上に配置された制御回路、電源回路、信号生成回路等を含む場合がある。
近年、スマートフォンを始めとした携帯情報端末の急速な普及に伴い、端末自体の高性能化も急速に進んでいる。画面は大型化、高精細化の一途を辿り、最近ではその精細度が300ppiを超えるものも出てきている。
例えば、液晶表示装置として、表示領域にRGBのサブピクセルを設け、各サブピクセルにカラーフィルタを設ける構成が一般的に用いられる。該カラーフィルタは、アクティブマトリクス基板(画素を駆動するためのトランジスタ等の素子が形成されている基板)と対向する基板(対向基板)に設けられる。
また、高精細化に伴い、アクティブマトリクス基板と、カラーフィルタが形成されている対向基板とのアライメント精度が問題視されることもある。これを解決するため、カラーフィルタをアクティブマトリクス基板側に形成する、所謂カラーフィルタ・オン・アレイ(COA)構造が注目されてきている。
COA構造を有する液晶表示装置としては、アクティブマトリクス基板側にカラーフィルタ、画素電極、反射層を具備し、対向基板側から入射した光が、画素電極、及びカラーフィルタを透過して、下層に配置された反射層で反射されて視認される反射型または半透過型の液晶表示装置が開示されている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。
特開2000−187209号公報 国際公開第2011/045953号
対向基板にカラーフィルタを有する反射型の表示装置の場合、外光などの光がカラーフィルタを通過し、反射膜等で反射し、さらにカラーフィルタを通過する。
また、COA構造を有する反射型の表示装置の場合も、外光などの光がカラーフィルタを通過し、反射膜等で反射し、さらにカラーフィルタを通過する。すなわち、外光などの光がカラーフィルタを2回通過することによって、視認者に観測される。したがって、反射光の色純度が高くなる場合がある。反射光の色純度が高い場合、室内などの外光が比較的弱い場合においては、反射光が弱く、表示が暗くなる。
反射型の表示装置の反射光の色純度の調整は、例えば、カラーフィルタの膜厚を厚くまたは薄く形成することで、行うことができる。また、カラーフィルタに用いる着色材料、例えば、顔料等を変えることで色純度を調整することができる。しかしながら、カラーフィルタの膜厚を厚くまたは薄く形成する場合、基板面内での膜厚を均一に形成するのが困難である。また、カラーフィルタに用いる着色材料を変える場合、材料変更が必要なため、開発までの期間が長くなりコスト増となる。
また、もう一つの課題として、カラーフィルタと被形成面との密着性が悪いといった問題がある。例えば、カラーフィルタとして、着色材料が分散された感光性樹脂溶液を用い、該感光性樹脂溶液を塗布乾燥して感光性樹脂膜を形成する。該感光性樹脂膜の露光時において、着色材料が分散されているために、露光時の光強度が深さ方向につれ減衰し、感光性樹脂膜と被形成面との界面付近で光硬化が不十分となり密着性が低下する場合がある。
上述の課題に鑑み、本発明の一態様は、色純度の調整を可能とした、新規な表示装置を提供することを課題の一つとする。または、本発明の一態様は、カラーフィルタの密着性が向上した新規な表示装置を提供することを課題の一つとする。または、本発明の一態様は、生産性が向上された、新規な表示装置を提供することを課題の一つとする。または、本発明の一態様は、良好な反射表示を可能とした、新規な表示装置を提供することを課題の一つとする。または、本発明の他の一態様は、良好な反射表示を可能とした、COA構造が適用された新規な表示装置を提供することを課題の一つとする。または、本発明の他の一態様は、新規な表示装置などを提供することを課題の一つとする。
なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、上記以外の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、上記以外の課題を抽出することが可能である。
本発明の一態様は、画素領域と、画素領域に形成されたトランジスタと、トランジスタのソース電極層またはドレイン電極層と、ソース電極層またはドレイン電極層上の絶縁層と、絶縁層上の画素電極層と、画素電極層及びドレイン電極層と重畳する有色層とを有し、画素電極層は、トランジスタと電気的に接続され、有色層は、少なくとも第1の開口部及び第2の開口部を有することを特徴とする表示装置である。
また、上記構成において、前記有色層は、対向基板に形成され、画素電極層が形成された基板と対向基板とが貼り合わされ、有色層が画素電極層と重畳するように位置合わせされている。上記構成において、画素電極層は、反射電極層として機能する。
また、上記構成において、有色層は、赤色の波長帯域の光を透過する材料層、緑色の波長帯域の光を透過する材料層、青色の波長帯域の光を透過する材料層を用いる。また、有色層の他の色として、シアン、マゼンダ、イエロー(黄)などを用いてもよい。また、フルカラーの表示を得るために3種類以上の有色層を用いる場合、有色層の上面形状を他の色の有色層と異ならせてもよく、例えば、有色層の開口形状を異ならせる。また、複数の有色層を形成する基板も一枚の基板に限定されず、例えば、対向基板に第1の有色層を設け、トランジスタを設ける基板に第2の有色層、及び第3の有色層を設けてもよい。
また、上記構成において、さらに第2の有色層と、第3の有色層とを有し、第2の有色層は、少なくとも第3の開口部及び第4の開口部を有し、第3の開口部及び第4の開口部の上面形状は、第1の開口部及び第2の開口部と異なることを特徴とする表示装置である。青色の有色層の開口部の面積よりも赤色の有色層の開口部の面積を大きくすることで、NTSC比を維持しつつ、反射率を改善することができる。
また、本発明の他の一態様は、画素領域と、画素領域に形成されたトランジスタと、トランジスタのソース電極層またはドレイン電極層と同一平面上に形成された反射電極層と、反射電極層上の第1の絶縁層と、反射電極層と重畳し、第1の絶縁層上の有色層と、有色層上の第2の絶縁層と、第2の絶縁層上の画素電極層と、を有し、有色層は、少なくとも第1の開口部及び第2の開口部を有し、画素電極層は、第1の開口部を介してトランジスタと電気的に接続され、第2の絶縁層が、第2の開口部を介して第1の絶縁層と接することを特徴とする表示装置である。
また、本発明の他の一態様は、画素領域と、画素領域に形成されたトランジスタと、トランジスタのソース電極層またはドレイン電極層と同一平面上に形成された反射電極層と、反射電極層上の無機絶縁材料によって形成された第1の絶縁層と、反射電極層と重畳し、第1の絶縁層上の有色層と、有色層上の有機絶縁材料によって形成された第2の絶縁層と、第2の絶縁層上の画素電極層と、を有し、有色層は、少なくとも第1の開口部及び第2の開口部を有し、画素電極層は、第1の開口部を介してトランジスタと電気的に接続され、第2の絶縁層が、第2の開口部を介して第1の絶縁層と接することを特徴とする表示装置である。
また、上記各構成において、トランジスタは、ゲート電極層と、ゲート電極層上のゲート絶縁層と、ゲート絶縁層上の半導体層と、ゲート絶縁層、及び半導体層と接するソース電極層及びドレイン電極層と、を有する構成であると好ましい。
また、上記各構成において、第1の絶縁層は、第1の開口部と重畳する位置に第3の開口部を有し、画素電極層は、第1の開口部及び第3の開口部を介してトランジスタのドレイン電極層と電気的に接続される構成であると好ましい。
また、上記各構成において、半導体層は、酸化物半導体層であると好ましい。また、該酸化物半導体層は、少なくともインジウム(In)、亜鉛(Zn)及びM(Mは、Al、Ga、Ge、Y、Zr、Sn、La、CeまたはHfを表す。)を含むIn−M−Zn酸化物で表記される酸化物を含むとよい。
また、上記各構成において、画素領域上にタッチパネルを重畳させてもよいし、タッチ入力機能を有する回路を対向基板上に設けてもよい。
また、上記各構成の表示装置を用いた電子機器も本発明の一態様に含まれる。
本発明の一態様により、色純度の調整を可能とした、新規な表示装置を提供することができる。また、本発明の一態様により、カラーフィルタの密着性が向上した新規な表示装置を提供することができる。また、本発明の一態様により、生産性が向上された、新規な表示装置を提供することができる。また、本発明の一態様により、良好な反射表示を可能とした、新規な表示装置を提供することができる。また、本発明の一態様により、新規な表示装置などを提供することができる。
なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。
表示装置の上面を説明する図。 表示装置の有色層の上面を説明する図。 表示装置の断面を説明する図。 表示装置の作製方法を説明する断面図。 表示装置の作製方法を説明する断面図。 表示装置の作製方法を説明する断面図。 表示装置の断面及び表示装置の作製方法を説明する図。 表示装置のブロック図及び画素の回路図。 表示モジュールを説明する図。 電子機器を説明する図。 実施例における光学顕微鏡観察像。 実施例における断面TEM像。 実施例における断面TEM像。 表示装置の有色層の上面を説明する図。 表示装置の作製方法を説明する断面図。 表示装置の断面を説明する図。 表示装置の断面を説明する図。 表示装置の断面を説明する図。 表示装置の断面を説明する図。 表示装置の断面を説明する図。 表示装置の上面を説明する図。 表示装置の有色層の上面を説明する図。 表示装置の断面を説明する図。 反射率の測定方法を示す図と、反射率を示すグラフである。 表示装置の観察写真と、表示装置の特性を示す図である。 表示装置の断面模式図。 表示装置の駆動方法の一例を示す概念図である。 リフレッシュ動作の前後に生じる画像の変化を示すグラフである。
以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、実施の形態は多くの異なる態様で実施することが可能であり、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、本発明は、以下の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。
また、図面において、大きさ、層の厚さ、又は領域は、明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。なお図面は、理想的な例を模式的に示したものであり、図面に示す形状又は値などに限定されない。
また、本明細書にて用いる「第1」、「第2」、「第3」という序数詞は、構成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。
また、本明細書において、「上に」、「下に」などの配置を示す語句は、構成同士の位置関係を、図面を参照して説明するために、便宜上用いている。また、構成同士の位置関係は、各構成を描写する方向に応じて適宜変化するものである。従って、明細書で説明した語句に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。
また、本明細書等において、トランジスタとは、ゲートと、ドレインと、ソースとを含む少なくとも三つの端子を有する素子である。そして、ドレイン(ドレイン端子、ドレイン領域またはドレイン電極層)とソース(ソース端子、ソース領域またはソース電極層)の間にチャネル領域を有しており、ドレインとチャネル領域とソースとを介して電流を流すことができるものである。
また、ソースやドレインの機能は、異なる極性のトランジスタを採用する場合や、回路動作において電流の方向が変化する場合などには入れ替わることがある。このため、本明細書等においては、ソースやドレインの用語は、入れ替えて用いることができるものとする。
また、本明細書等において、「電気的に接続」には、「何らかの電気的作用を有するもの」を介して接続されている場合が含まれる。ここで、「何らかの電気的作用を有するもの」は、接続対象間での電気信号の授受を可能とするものであれば、特に制限を受けない。例えば、「何らかの電気的作用を有するもの」には、電極や配線をはじめ、トランジスタなどのスイッチング素子、抵抗素子、インダクタ、キャパシタ、その他の各種機能を有する素子などが含まれる。
また、本明細書等において、画素領域とは、少なくとも画素(一つの色要素(例えばR(赤)G(緑)B(青)のいずれか1つ)の明るさを制御できる表示単位に相当するもの)を有する構成である。したがって、カラー表示装置の場合には、カラー画像の最小表示単位は、Rの画素とGの画素とBの画素との三画素から構成されるものとする。ただし、カラー画像を表示するための色要素は、三色に限定されず、三色以上を用いても良いし、RGB以外の色を用いても良い。例えば、Rの画素とGの画素とBの画素とW(白)の画素の四画素から表示単位を構成してもよい。または、ペンタイル配列のように、RGBのうち、複数の色要素で一つの表示単位を構成してもよい。
(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置について、図1乃至図6を用いて説明を行う。
図1は、本発明の一態様の表示装置の一例の上面図を表している。なお、図1に示す上面図としては、表示装置の画素領域の一部分(3画素分)を表しており、図面の煩雑を避けるため、ゲート絶縁層等の一部の構成要素を省略して図示している。
図1において、トランジスタ150は、ゲート電極層として機能する導電層104aと、ゲート絶縁層(図1に図示せず。)と、チャネル領域が形成される半導体層108と、ソース電極層として機能する導電層110b_1と、ドレイン電極層として機能する導電層110b_2と、を有する。また、トランジスタ150のゲート電極層として機能する導電層104aを含むゲート線104が左右方向に延在し、トランジスタ150のソース電極層として機能する導電層110b_1を含むソース線110が上下方向に延在している。また、隣接する2つのゲート線104と隣接する2つのソース線110で区画された領域には、画素領域120が形成されている。このように、トランジスタ150は、画素領域120に形成される。
また、ゲート電極層として機能する導電層104aと同一工程で形成される導電層104bと、ドレイン電極層として機能する導電層110b_2と、がゲート絶縁層と同一工程で形成される絶縁層を介して積層して設けられる。導電層104b、ゲート絶縁層と同一工程で形成される絶縁層、及び導電層110b_2により容量素子152が形成される。
また、トランジスタ150には、画素電極層118が電気的に接続されている。具体的には、画素電極層118は、開口部134及び開口部138を介して、トランジスタ150のドレイン電極層として機能する導電層110b_2と電気的に接続される。
また、図1に示すように、導電層110b_1を含むソース線110と、導電層104aを含むゲート線104が交差する領域の面積を小さくすると好ましい。ソース線110及びゲート線104のそれぞれの面積を小さくすることで、ソース線110とゲート線104の間で生じうる寄生容量を低減することができる。
また、画素領域120は、トランジスタ150のソース電極層として機能する導電層110b_1、及びトランジスタ150のドレイン電極層として機能する導電層110b_2と同一工程で形成された導電層110b_3を有する。なお、導電層110b_3は、反射電極層としての機能を有する。また、導電層110b_3と重畳する位置には、有色層114が形成される。また、有色層114と重畳する位置には、画素電極層118が形成される。
図1に示す構成においては、導電層110b_3に入射する光(主に外光など)は、少なくとも画素電極層118及び有色層114を通過し、導電層110b_3で反射される。つまり、本実施の形態の一態様の表示装置としては、反射電極層として機能する導電層110b_3で反射された光を用いて、カラー表示を行う。なお、導電層110b_3は、容量線としての機能を有する。導電層110b_3は、隣接する画素間で接続されている。
また、有色層114は、第1の開口部として機能する開口部134と、第2の開口部として機能する開口部136を有する。なお、図1においては、1画素について16個の開口部136が設けられている構成について例示している。ただし、開口部136の形状または個数については、これに限定されない。
開口部134は、トランジスタ150と、画素電極層118との接続用の開口部として機能する。また、開口部136は、有色層114の色純度を調整する機能を有する。すなわち、開口部136の形状または開口部の個数により、有色層114の色純度を調整できる。
このように、有色層114が開口部136を有する構成とすることで、有色層114の色純度を簡便に調整することができる。
ここで、図1に示す表示装置の有色層114の上面形状をより具体的に説明する。図2(A)に有色層114の上面図を示す。なお、図2(A)において、有色層114以外の他の構成要素は省略して図示している。また、図2(A)においては、1画素分の上面図に相当する。
図2(A)に示す有色層114は、開口部134と開口部136を有する。また、図2(A)においては、隣接する画素、ここでは、上に隣接する画素の有色層114が重なる領域を領域141として表し、下に隣接する画素の有色層114が重なる領域を領域142として表している。このように、1つの画素に対して隣接する画素の有色層114の一部を重ねて配置することで、ゲート線104またはソース線110で反射しうる反射光を抑制することができる。すなわち、隣接する画素の有色層114を積層して設けることで、有色層114の一部を所謂ブラックマトリクス(BM)として機能させることができる。
なお、図2(A)においては、隣接する画素の双方の有色層114が、それぞれ独立して有色層114と重なる構成について例示したが、これに限定されない。例えば、隣接する画素の双方の有色層114が、それぞれ共通して有色層114と重なる構成としてもよい。ただし、隣接する画素の双方の有色層114が、それぞれ共通して有色層114と重なる構成とする場合、画素領域120または画素領域120周辺の凹凸が大きくなる場合がある。よって、画素領域120または画素領域120周辺の平坦性も考慮すると、図2(A)に示すように隣接する画素の双方の有色層114がそれぞれ独立して、有色層114と重なる構成の方が好ましい。あるいは画素領域120周辺に、ブラックマトリクス(BM)として機能する、黒色の有色層を配置する構成としてもよい。
また、図2(B)、(C)に図2(A)に示す有色層114の変形例を示す。
図2(B)に示す有色層114は、図2(A)に示す有色層114と比較して開口部134の形状、及び開口部136の形状並びに配置が異なる。また、図2(C)に示す有色層114は、図2(A)に示す有色層114と比較して開口部134の形状、及び開口部136の形状並びに開口部136の配置が異なる。このように、有色層114が有する開口部134及び開口部136の形状または個数は、有色層114の色純度を調整するために、様々な形状または配置とすることができる。また、図1及び図2(A)、(B)、(C)においては、開口部136の形状を矩形としたが、これに限定されず、例えば、円形、楕円等の形状としてもよい。
なお、画素の色によって、有色層114、開口部134、開口部136などの形状や、それらの配置が異なるようにしてもよい。例えば、Rの画素の場合は、図2(A)を採用し、Gの画素の場合には図2(B)を採用し、Bの画素の場合には図2(C)を採用してもよい。Wの画素の場合には有色層114を設けない構成、または開口部134や開口部136を他の色の画素の場合よりも大きく配置してもよい。
または、1つの画素の中に、透過領域401を有する構成にしてもよい。または、透過領域401と反射領域400とを有する半透過型の表示装置としてもよい。図2(A)(B)(C)に示す有色層114の上面形状を、半透過型に適用した場合の例を図14(A)(B)(C)に示す。図14(A)(B)(C)に示すように、透過領域401には、開口部136を設けない構成としてもよい。
次に、図1に示す表示装置の断面について、図3(A)、(B)を用いて説明する。なお、図3(A)は、図1に示す一点鎖線X1−Y1の切断面に相当する断面図である。また、図3(B)は、図1に示す一点鎖線X2−Y2の切断面に相当する断面図である。
図3(A)に示す表示装置は、第1の基板102と、第1の基板102上のゲート電極層として機能する導電層104aと、導電層104aと同一工程で形成された導電層104bと、第1の基板102及び導電層104a、104b上の絶縁層106a、106bと、導電層104aと重畳し、絶縁層106b上の半導体層108と、半導体層108及び絶縁層106b上のソース電極層として機能する導電層110a_1と、半導体層108及び絶縁層106b上のドレイン電極層として機能する導電層110a_2と、導電層110a_1、110a_2と同一工程で形成された導電層110a_3と、導電層110a_1、110a_2、110a_3上の導電層110b_1、110b_2、110b_3と、導電層110b_2上の導電層110c_1と、絶縁層106b、半導体層108、及び導電層110b_1、110b_2、110b_3、110c_1上の保護絶縁膜として機能する絶縁層112と、絶縁層112上のカラーフィルタとしての機能を有する有色層114と、有色層114上のオーバーコート層としての機能を有する絶縁層116と、絶縁層116上の画素電極層118と、画素電極層118上の液晶層166と、液晶層166上の対向電極としての機能を有する導電層164と、導電層164上の第2の基板162と、を有する。
なお、導電層104a、絶縁層106a、106b、半導体層108、及び導電層110a_1、110a_2、110b_1、110b_2によって、トランジスタ150が構成されている。また、導電層104b、絶縁層106a、106b、及び導電層110a_3、110b_3によって、容量素子152が構成されている。
なお、絶縁層106a、106bにおいて、ゲート電極層として機能する導電層104aと重畳する部分は、トランジスタ150のゲート絶縁層としての機能を有し、導電層104bと重畳する部分は、容量素子152の誘電体層としての機能を有する。
また、絶縁層106a、106bには、導電層104bに達する開口部132が設けられており、開口部132を介してトランジスタ150のドレイン電極層としての機能を有する導電層110a_2、110b_2と、導電層104bが接続されている。
なお、ここでは、開口部132が設けられている場合の例を示したが、本発明の実施形態の一態様は、これに限定されない。例えば、図16(A)に示すように、開口部を設けない構成としてもよい。その場合、導電層110b_3は、導電層110b_2と同じアイランドとなる。同様に、導電層110a_3は、導電層110a_2と同じアイランドとなる。そして、導電層104bは、容量線としての機能を有することができる。よって、そのような場合には、導電層104bは、導電層104a、または、ゲート線104と概略平行な方向に延びて配置されることが望ましい。
また、有色層114には、開口部134と開口部136が設けられている。別言すると、有色層114上の絶縁層116が、開口部134を介して絶縁層112と接する。なお、絶縁層116は、有色層114よりも絶縁層112に対する密着性が高い。したがって、有色層114と絶縁層112の密着性が十分でない場合においても、絶縁層116と絶縁層112が接触する領域を有することで、有色層114の膜剥がれを抑制することができる。
また、絶縁層112としては、無機絶縁材料により形成されると好ましい。また絶縁層116としては、有機絶縁材料により形成されると好ましい。絶縁層112を無機絶縁材料により形成することによって、半導体層108との界面特性を良好にすることができる。また、絶縁層116を有機絶縁材料により形成することによって、絶縁層116上に形成される画素電極層118の平坦性を高くすることができる。
また、有色層114に設けられた開口部136によって、有色層114の色純度を調整することができる。例えば、開口部136の形状や開口部136の面積を調整することによって、有色層114の色純度を調整できる。
このように、有色層114が開口部136を有する構造とすることで、色純度の調整を可能とした、新規な表示装置を提供することができる。また、カラーフィルタとして用いる有色層114の密着性が向上した新規な表示装置を提供することができる。
また、絶縁層112には、開口部138が設けられている。また、画素電極層118は、開口部134、138を介してトランジスタ150のドレイン電極層として機能する導電層110c_1と接続されている。
また、導電層110b_3は、反射電極層としての機能を有する。したがって、反射率の高い導電層を用いると好ましい。該反射率の高い導電層としては、例えば、アルミニウム、銀、パラジウム、銅からなる単体金属、またはこれを主成分とする合金を単層構造または積層構造として用いる。とくに導電層110b_3としては、コスト、及び加工性などの点からアルミニウムを含む材料が好ましい。また、導電層110c_1としては、耐酸化性の高い導電層を用いると好ましい。導電層110c_1に耐酸化性の高い導電層を用いることで、画素電極層118との接触抵抗を低くすることができる。このような構成とすることで、反射率が高く、且つ画素電極層との接触抵抗を低くすることができる。
別言すると、図3(A)に示す表示装置は、反射領域においては、反射率の高い導電層を用い、画素電極層との接触領域においては、耐酸化性の高い導電層を用いることで、良好な反射表示を可能とし、トランジスタと画素電極層の接触不良が低減された新規な表示装置を提供することができる。
なお、図16(B)に示すように、透過領域401を設けてもよい。
また、図3(A)に示す表示装置は、第1の基板102と、第1の基板102と対向する第2の基板162との間に液晶層166が挟持されている。
第2の基板162の下には、導電層164が形成されており、画素電極層118、液晶層166、導電層164によって、液晶素子170が構成されている。画素電極層118及び導電層164に電圧を印加することによって、液晶層166の配向状態を制御することができる。なお、図3(A)において、画素電極層118及び導電層164が液晶層166と接する構成について例示したが、これに限定されず、例えば、画素電極層118と液晶層166が接する領域、及び導電層164と液晶層166が接する領域に、それぞれ配向膜を形成してもよい。
図3(A)に示す表示装置において、反射電極層として機能する導電層110b_3と、有色層114と、画素電極層118を第1の基板102上に形成することができるため、第2の基板162側に有色層を形成する場合と比較して、アライメント精度の高い構成とすることができる。したがって、高精細(例えば300ppi以上)な表示装置においても、カラー表示が可能な反射型の液晶表示装置を提供することができる。
なお、トランジスタ150は、チャネルの上側、チャネルの下側、または、チャネルの上側と下側に、ゲート電極が設けられていてもよい。例えば、画素電極層118と同時に形成した導電層118aを配置した場合の例を図17(A)に示す。導電層118aは、トランジスタ150のゲート電極としての機能を有することができる。なお、導電層118aは、導電層104aと接続されていてもよい。その場合、同じ信号や電位が供給されることとなる。または、導電層118aは、導電層104aと異なる信号や電位が供給されていてもよい。このように、導電層118aは、画素電極層118と同時に形成し、同時に成膜して、同時にエッチングして形成するため、プロセス工程数の増加を防ぐことが出来る。ただし、本発明の実施形態の一態様は、これに限定されない。例えば、別の導電層を用いて、トランジスタ150のゲート電極としての機能を有する導電層を形成してもよい。その場合の例を、図17(B)、図18(A)に示す。導電層199、導電層199aは、導電層110c_1で用いられる材料を有することが出来る。または、導電層199、導電層199aは、導電層104a、導電層110a_1、導電層110b_1、導電層110c_1などで用いることが出来る材料として述べた材料と、同様な材料を有することが出来る。
なお、図18(B)に示すように、導電層199aと同時に形成し、同時に成膜して、同時にエッチングして形成する導電層として、導電層199bを配置してもよい。この導電層には、導電層110b_3と同様な反射率の高い材料を用いることにより、反射電極として機能を持たせることも可能である。または、導電層110b_2と重ねて配置することにより、容量素子を形成することもできる。その場合、導電層199bは、導電層104bと接続されていてもよい。
なお、導電層199aと同時に形成し、同時に成膜して、同時にエッチングして形成する導電層として、導電層199cを配置してもよい。導電層199cは、画素電極層118との接続部分に配置することが出来る。その場合の例を、図19(A)(B)に示す。この場合、導電層199aは、導電層110c_1と同様な材料を有していてもよい。なお、導電層199aは、必ずしも設けなくてもよい。その場合の例を、図20(A)(B)に示す。
次に、図3(B)に示す表示装置について、以下説明を行う。
図3(B)に示す表示装置は、第1の基板102と、第1の基板102上のゲート線104と、ゲート線104上の絶縁層106a、106bと、絶縁層106b上の導電層110a_4、110b_4と、絶縁層106b及び導電層110b_4上の絶縁層112と、絶縁層112上の有色層114と、有色層114上の有色層114a、114bと、有色層114、114a、114b上の絶縁層116と、絶縁層116上の液晶層166と、液晶層166上の導電層164と、導電層164上の第2の基板162と、を有する。なお、導電層110a_4及び導電層110b_4は、ソース線110として機能する。
図3(B)は、ゲート線104と、ソース線110として機能する導電層110a_4、110b_4との交差する領域の断面図である。
図3(B)に示すように、有色層114上に有色層114a、114bを形成することで、ゲート線104または導電層110b_4に起因する表面反射を抑制することができる。なお、有色層114aは、隣接する画素、ここでは図1に示す下側の画素の有色層である。また、有色層114bは、隣接する画素、ここでは図1に示す上側の画素の有色層である。例えば、有色層114を緑(G)色とし、有色層114aを青(B)色とし、有色層114bを赤(R)色とすることができる。
このように、少なくとも反射領域以外の箇所の有色層を積層構造とする、別言すると有色層と隣接する画素の有色層とを重畳させる構成とすることで、有色層の一部がブラックマトリクスとしての機能を有することができる。
なお、図1及び図3(A)、(B)に示す表示装置のその他の構成要素については、表示装置の作製方法において詳細に説明する。
<表示装置の作製方法>
図1、図3(A)、(B)に示す表示装置の作製方法について、図4乃至図6を用いて以下説明を行う。
まず、第1の基板102を準備する。第1の基板102としては、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を用いる。量産する上では、第1の基板102は、第8世代(2160mm×2460mm)、第9世代(2400mm×2800mm、または2450mm×3050mm)、第10世代(2950mm×3400mm)等のマザーガラスを用いることが好ましい。マザーガラスは、処理温度が高く、処理時間が長いと大幅に収縮するため、マザーガラスを使用して量産を行う場合、作製工程の加熱温度は、好ましくは600℃以下、さらに好ましくは450℃以下、さらに好ましくは350℃以下とすることが望ましい。
次に、第1の基板102上に導電層を形成し、該導電層を所望の形状に加工することで、導電層104a、104bを形成する(図4(A)参照)。
導電層104a、104bとしては、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、タングステンから選ばれた金属元素、または上述した金属元素を成分とする合金か、上述した金属元素を組み合わせた合金等を用いて形成することができる。また、導電層104a、104bは、単層構造でも、二層以上の積層構造としてもよい。例えば、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、窒化タンタル膜または窒化タングステン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、チタン膜と、そのチタン膜上にアルミニウム膜を積層し、さらにその上にチタン膜を形成する三層構造等がある。また、アルミニウムに、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた一または複数を組み合わせた合金膜、もしくは窒化膜を用いてもよい。また、導電層104a、104bは、例えば、スパッタリング法を用いて形成することができる。
次に、第1の基板102、及び導電層104a、104b上に絶縁層106a、106bを形成する(図4(B)参照)。
絶縁層106aとしては、例えば、窒化酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜などを用いればよく、PE−CVD装置を用いて積層または単層で設ける。また、絶縁層106aを積層構造とした場合、第1の窒化シリコン膜として、欠陥が少ない窒化シリコン膜とし、第1の窒化シリコン膜上に、第2の窒化シリコン膜として、水素放出量及びアンモニア放出量の少ない窒化シリコン膜を設けると好適である。この結果、絶縁層106aに含まれる水素及び窒素が、後に形成される半導体層108へ移動または拡散することを抑制できる。
絶縁層106bとしては、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜などを用いればよく、PE−CVD装置を用いて積層または単層で設ける。
絶縁層106a、106bとしては、例えば、絶縁層106aとして、厚さ400nmの窒化シリコン膜を形成し、その後、絶縁層106bとして、厚さ50nmの酸化窒化シリコン膜を形成することができる。該窒化シリコン膜と、該酸化窒化シリコン膜は、真空中で連続して形成すると不純物の混入が抑制され好ましい。なお、導電層104aと重畳する領域の絶縁層106a、106bは、トランジスタ150のゲート絶縁層として機能する。また、導電層104bと重畳する領域の絶縁層106a、106bは、容量素子152の誘電体層として機能する。
なお、窒化酸化シリコンとは、窒素の含有量が酸素の含有量より大きい絶縁材料であり、他方、酸化窒化シリコンとは、酸素の含有量が窒素の含有量より大きな絶縁材料のことをいう。
ゲート絶縁層として、上記のような構成とすることで、例えば以下のような効果を得ることができる。窒化シリコン膜は、酸化シリコン膜と比較して比誘電率が高く、同等の静電容量を得るのに必要な膜厚が大きいため、ゲート絶縁膜を物理的に厚膜化することができる。よって、トランジスタ150の絶縁耐圧の低下を抑制、さらには絶縁耐圧を向上させて、トランジスタ150の静電破壊を抑制することができる。
次に、絶縁層106b上に半導体層を成膜し、該半導体層を所望の形状に加工することで、半導体層108を形成する。なお、半導体層108は、導電層104aと重畳する位置に形成する。(図4(C)参照)。
半導体層108としては、例えば、非晶質シリコン、多結晶シリコン、単結晶シリコン等を用いることができる。また、半導体層108としては、とくに酸化物半導体を用いると好ましい。該酸化物半導体は、少なくともインジウム(In)、亜鉛(Zn)及びM(Mは、Al、Ga、Ge、Y、Zr、Sn、La、CeまたはHfを表す。)を含むIn−M−Zn酸化物で表記される酸化物を含むことが好ましい。または、InとZnの双方を含むことが好ましい。
例えば、酸化物半導体として、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、In−Zn酸化物、Sn−Zn酸化物、Al−Zn酸化物、Zn−Mg酸化物、Sn−Mg酸化物、In−Mg酸化物、In−Ga酸化物、In−Ga−Zn酸化物、In−Al−Zn酸化物、In−Sn−Zn酸化物、Sn−Ga−Zn酸化物、Al−Ga−Zn酸化物、Sn−Al−Zn酸化物、In−Hf−Zn酸化物、In−La−Zn酸化物、In−Ce−Zn酸化物、In−Pr−Zn酸化物、In−Nd−Zn酸化物、In−Sm−Zn酸化物、In−Eu−Zn酸化物、In−Gd−Zn酸化物、In−Tb−Zn酸化物、In−Dy−Zn酸化物、In−Ho−Zn酸化物、In−Er−Zn酸化物、In−Tm−Zn酸化物、In−Yb−Zn酸化物、In−Lu−Zn酸化物、In−Sn−Ga−Zn酸化物、In−Hf−Ga−Zn酸化物、In−Al−Ga−Zn酸化物、In−Sn−Al−Zn酸化物、In−Sn−Hf−Zn酸化物、In−Hf−Al−Zn酸化物を用いることができる。
なお、ここで、例えば、In−Ga−Zn酸化物とは、InとGaとZnを主成分として有する酸化物という意味であり、InとGaとZnの比率は問わない。また、InとGaとZn以外の金属元素が入っていてもよい。なお、本実施の形態においては、半導体層108として、酸化物半導体を用いる。
次に、第1の加熱処理を行うことが好ましい。第1の加熱処理は、250℃以上650℃以下、好ましくは300℃以上500℃以下の温度で、不活性ガス雰囲気、酸化性ガスを10ppm以上含む雰囲気、または減圧状態で行えばよい。また、第1の加熱処理の雰囲気は、不活性ガス雰囲気で加熱処理した後に、脱離した酸素を補うために酸化性ガスを10ppm以上含む雰囲気で行ってもよい。第1の加熱処理によって、半導体層108に用いる酸化物半導体の結晶性を高め、さらに絶縁層106a、106b、及び半導体層108から水素や水などの不純物を除去することができる。なお、半導体層108を島状に加工する前に第1の加熱工程を行ってもよい。
次に、絶縁層106a、106bの所望の領域に開口部132を形成する(図4(D)参照)。
なお、開口部132は、導電層104bに達するように形成する。開口部132の形成方法としては、例えば、ウエットエッチング、ドライエッチング、またはウエットエッチングとドライエッチングを組み合わせたエッチング方法を用いることができる。
次に、開口部132を覆うように、絶縁層106b、及び半導体層108上に導電層109a、109b、109cを形成する(図5(A)参照)。
導電層109aは、バリアメタルとしての機能を有する。導電層109aは、半導体層108と良好な接触抵抗を有する材料を用いれば良く、例えば、チタン、クロム、ニッケル、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、タンタル、タングステンからなる単体金属、またはこれを主成分とする合金を単層構造または積層構造として用いる。
導電層109bは、後に反射電極層の一部として機能するため、反射性の高い導電材料を用いるとよい。また、導電層109bは、トランジスタのソース電極層及びドレイン電極層の一部として機能するため、低抵抗材料を用いるとよい。導電層109bに用いる材料としては、例えば、アルミニウム、銀、パラジウム、銅からなる単体金属、またはこれを主成分とする合金を単層構造または積層構造として用いる。とくに導電層109bとしては、コスト、及び加工性などの点からアルミニウムを含む材料が好ましい。
導電層109cは、後に接続される画素電極層118と良好な接触抵抗が得られる材料を用いれば良く、耐酸化性の高い導電層を用いればよい。なお、耐酸化性の高い導電層としては、少なくとも導電層109bに用いる材料よりも耐酸化性が高ければよい。導電層109cとしては、例えば、チタン、クロム、ニッケル、イットリウム、モリブデン、タンタル、タングステンからなる単体金属、またはこれを主成分とする合金、あるいはこれを主成分とする金属窒化膜を単層構造または積層構造として用いる。特に導電層109cとしては、チタンまたはモリブデンのいずれか一方を含む材料で形成すると、画素電極層118として用いる材料(例えば、インジウム錫酸化物(ITO)など)と良好な接触抵抗を得られるため、好ましい。
例えば、導電層109aとしてチタン膜または窒化チタン膜を用い、導電層109bとしてアルミニウム膜または銀膜を用い、導電層109cとしてチタン膜または窒化チタン膜を用いる。あるいは、導電層109aとしてモリブデン膜または窒化モリブデン膜を用い、導電層109bとしてアルミニウム膜または銀膜を用い、導電層109cとしてモリブデン膜または窒化モリブデン膜を用いる。
なお、導電層109a、109b、109cの構造は、上記構造に限定されず、導電層109aを用いない二層構造としてもよい。該二層構造としては、例えば、導電層109bとしてアルミニウム膜を用い、導電層109cとしてチタン膜を用いる構成などが挙げられる。
また、導電層109a、109b、109cとしては、例えば、スパッタリング法を用いて形成することができる。
次に、導電層109cを所望の形状に加工し、導電層110c_1と形成する(図5(B)参照)。
導電層110c_1としては、少なくとも、後に画素電極層118と接触する領域に形成する。また、導電層110c_1と同一工程で、導電層110c_1と異なる導電層を形成してもよい。例えば、導電層110c_1と同一工程で形成される導電層としては、接続部やFPC端子部上に形成される導電層などがある。
なお、導電層110c_1の形成時において、少なくとも導電層109bの表面の一部を露出させる。導電層109bの表面が露出した領域は、後に反射電極層として機能する。導電層110c_1の形成方法としては、例えば、ドライエッチング法、ウエットエッチング法、またはプラズマ処理法などが挙げられる。また、導電層110c_1の形成時に、導電層109bの表面が粗面化する場合がある。該粗面化された表面は、入射する光を乱反射させることができる。したがって、反射電極層として、導電層109bを用いる場合、反射電極層の反射効率を向上させることができるので好適である。
次に、導電層109a、109bを所望の形状に加工し、トランジスタ150のソース電極層及びドレイン電極層として機能する導電層110a_1、110b_1、110a_2、110b_2と、反射電極層及び容量素子152の一方の電極として機能する導電層110a_3、110b_3と、を形成する。なお、この段階でトランジスタ150及び容量素子152が形成される(図5(C)参照)。
導電層110a_1、110b_1、110a_2、110b_2、110a_3、110b_3としては、導電層109a、109b上にマスクを形成し、該マスクに覆われていない領域をエッチングすることで、形成される。また、導電層110a_1、110b_1、110a_2、110b_2、110a_3、110b_3の形成時のエッチング方法としては、例えばドライエッチング法、またはウエットエッチング法を用いることができる。
また、導電層110a_1、110b_1、110a_2、110b_2、110a_3、110b_3の形成時において、半導体層108の一部がエッチングされ、凹部を有する半導体層108となる場合がある。
なお、図5(C)に示す断面構造を形成する場合、ハーフトーンマスク(または、グレートーンマスク、位相差マスクなど)を用いて形成してもよい。その場合、図5(A)の次には、導電層109a、109b、109cのエッチングにより、図15に示すような断面構造となる。その後、レジストをアッシングすることなどにより、レジストを一回り小さくして、その後、一部の導電層のみをエッチングする。その結果、図5(C)に示すような断面構造となる。このように、ハーフトーンマスク(または、グレートーンマスク、位相差マスクなど)を用いることにより、プロセス工程数を削減することが出来る。この場合には、導電層110c_1の下には、必ず、導電層110b_2などが設けられている構成となる。ただし、本発明の実施形態の一態様は、これに限定されない。例えば、導電層110c_1の下に導電層110b_2などが設けられておらず、例えば、導電層110c_1の下に絶縁膜が設けられていてもよい。または、例えば、図15に示すような断面構造の後、導電層をエッチングせずに、上に絶縁層112を成膜してもよい。
次に、半導体層108、導電層110b_1、110b_2、110b_3、110c_1、及び絶縁層106b上に絶縁層112を形成する(図5(D)参照)。
絶縁層112としては、半導体層108として用いる酸化物半導体との界面特性を向上させるため、酸素を含む無機絶縁材料を用いることができる。また、絶縁層112としては、例えば、PE−CVD法を用いて形成することができる。
絶縁層112の一例としては、厚さ50nm以上500nm以下の酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜等を用いることができる。本実施の形態においては、絶縁層112として、厚さ450nmの酸化窒化シリコン膜を用いる。
また、絶縁層112上にさらに、絶縁層を形成してもよい。該絶縁層としては、外部からの不純物、例えば、水、アルカリ金属、アルカリ土類金属等が、半導体層108として用いる酸化物半導体へ拡散するのを防ぐ材料で形成される。該絶縁層の一例としては、厚さ50nm以上500nm以下の窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜等を用いることができる。
また、反射電極層として機能する導電層110b_3上の絶縁層112は、薄く形成すると好ましい。例えば、導電層110b_3上の絶縁層112の膜厚としては、好ましくは、1nm以上100nm以下、さらに好ましくは、5nm以上50nm以下とすると良い。導電層110b_3上の絶縁層112を薄く形成することで、導電層110b_3と有色層114の間の光路長を短くすることができる。反射電極層として機能する導電層110b_3上の絶縁層112を薄く形成する方法としては、例えば、絶縁層112形成後に、導電層110b_3上以外の領域にマスクを形成し、導電層110b_3上の絶縁層112をエッチングする。
次に、絶縁層112上の所望の形状の有色層114を形成する。その後、有色層114を覆うように絶縁層116を形成する(図6(A)参照)。
有色層114としては、特定の波長帯域の光を透過する機能を有していればよく、例えば、赤色の波長帯域の光を透過する赤色(R)のカラーフィルタ、緑色の波長帯域の光を透過する緑色(G)のカラーフィルタ、青色の波長帯域の光を透過する青色(B)のカラーフィルタなどを用いることができる。各カラーフィルタは、様々な材料を用いて、印刷法、インクジェット法、フォトリソグラフィ技術を用いたエッチング方法などでそれぞれ所望の位置に形成する。
なお、有色層114としては、第1の開口部として機能する開口部134、及び第2の開口部として機能する開口部136を有する。
絶縁層116としては、例えば、アクリル系樹脂等の有機絶縁材料を用いることができる。絶縁層116を形成することによって、例えば、有色層114中に含まれる不純物等を液晶層166側に拡散することを抑制することができる。また、絶縁層116を形成することによって、トランジスタ150または、有色層114に起因する凹凸等を平坦化することができる。
なお、絶縁層116としては、有色層114が有する開口部134と概略同じ位置に開口部を有すると好ましい。該開口部は、絶縁層112の表面の一部が露出するように形成される。
次に、開口部138を形成する(図6(B)参照)。
開口部138は、導電層110c_1が露出するように所望の領域に形成する。また、開口部138の形成方法としては、例えば、ドライエッチング法を用いることができる。ただし、開口部138の形成方法としては、これに限定されず、ウエットエッチング法、またはドライエッチング法とウエットエッチング法を組み合わせた形成方法としてもよい。
次に、開口部134、138を覆うように、絶縁層116上の所望の領域に画素電極層118を形成する(図6(C)参照)。
画素電極層118としては、可視光において、透光性を有する材料を用いればよい。画素電極層118としては、例えば、インジウム(In)、亜鉛(Zn)、錫(Sn)の中から選ばれた一種を含む材料を用いるとよい。画素電極層118としては、例えば、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物(ITO)、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性材料を用いることができる。また、画素電極層118としては、例えば、スパッタリング法を用いて形成することができる。
なお、画素電極層118は、開口部134、138を介して導電層110c_1と接続される。すなわち、画素電極層118と、トランジスタ150のドレイン電極層として機能する導電層110a_2、110b_2が電気的に接続される。
以上の工程によって、第1の基板102上の構造を形成することができる。
次に、第1の基板102と第2の基板162を貼り合わせ、液晶層166を形成する。
なお、第2の基板162は、導電層164を有する。導電層164は、液晶素子170の電極の他方として機能するため、透光性を有する材料で形成するとよい。導電層164に用いることのできる材料としては、画素電極層118に用いることのできる材料を適用することができる。
また、液晶層166の形成方法としては、ディスペンサ法(滴下法)や、第1の基板102と第2の基板162を貼り合わせてから毛細管現象を用いて液晶を注入する注入法を用いることができる。
液晶層166に用いることができる材料としては、特に限定されず、例えば、ネマチック液晶材料やコレステリック液晶材料等を用いれば良い。また、液晶層166に用いることができる材料としては、例えば、高分子分散型液晶、ポリマー分散型液晶、または高分子ネットワーク型液晶等を用いてもよい。
以上の工程で、図1、図3(A)、(B)に示す表示装置を作製することができる。
また、本実施の形態においては、図示していないが、必要であれば、配向膜、偏光板、または円偏光板(楕円偏光板を含む)、位相差板(λ/4板、λ/2板)などの光学フィルムを適宜設けてもよい。また、偏光板または円偏光板に反射防止膜を設けてもよい。例えば、表面の凹凸により反射光を拡散し、映り込みを低減できるアンチグレア処理を施すことができる。
なお、本実施の形態において、反射型の表示装置の場合について述べたが、本発明の実施形態の一態様は、これに限定されない。例えば、画素の開口部において、透過領域を有していてもよい。例えば、画素の開口部において、一部において反射領域を有し、別の一部において、透過領域を有していてもよい。したがって、本発明の一態様は、半透過型の表示装置に適用することもできる。
なお、本実施の形態において、有色層114において、開口部136が設けられている場合の例を示したが、本発明の実施形態の一態様は、これに限定されない。場合によっては、または、状況に応じて、有色層114において、開口部136が設けられていなくてもよい。例えば、R画素、G画素、B画素の内の少なくとも一つにおいて、開口部136が設けられていなくてもよい。または、画素の開口部において、透過領域と反射領域とを有する場合、反射領域においては、有色層114の開口部136が設けられ、透過領域においては、有色層114の開口部136が設けられていなくてもよい。
なお、本実施の形態において、第1の基板102上に有色層114が設けられている場合の例を示したが、本発明の実施形態の一態様は、これに限定されない。場合によっては、または、状況に応じて、第1の基板102上に有色層114が設けられていなくてもよい。例えば、R画素、G画素、B画素の他に、W画素(白画素)を設ける場合、第1の基板102上に有色層114が設けられていなくてもよい。
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
(実施の形態2)
本実施の形態においては、実施の形態1に示す表示装置の変形例について、図7を用いて以下説明を行う。なお、実施の形態1に示す機能と同様の箇所については、同様の符号を用い、その詳細な説明は省略する。
図7(A)は、図1に示す一点鎖線X1−Y1の切断面に相当する断面図である。また、図7(B)は、図7(A)に示す表示装置の作製方法の一例を説明する断面図である。
図7(A)に示す表示装置は、第1の基板202と、第1の基板202上の接着層203と、接着層203上の絶縁層205と、絶縁層205上のゲート電極層として機能する導電層104aと、導電層104aと同一工程で形成された導電層104bと、絶縁層205及び導電層104a、104b上の絶縁層106a、106bと、導電層104aと重畳し、絶縁層106b上の半導体層108と、半導体層108及び絶縁層106b上のソース電極層として機能する導電層110a_1と、半導体層108及び絶縁層106b上のドレイン電極層として機能する導電層110a_2と、導電層110a_1、110a_2と同一工程で形成された導電層110a_3と、導電層110a_1、110a_2、110a_3上の導電層110b_1、110b_2、110b_3と、導電層110b_2上の導電層110c_1と、絶縁層106b、半導体層108、及び導電層110b_1、110b_2、110b_3、110c_1上の保護絶縁膜として機能する絶縁層112と、絶縁層112上のカラーフィルタとしての機能を有する有色層114と、有色層114上のオーバーコート層としての機能を有する絶縁層116と、絶縁層116上の画素電極層118と、画素電極層118上の液晶層166と、液晶層166上の対向電極としての機能を有する導電層164と、導電層164上の絶縁層209と、絶縁層209上の接着層207と、接着層207上の第2の基板262と、を有する。
なお、導電層104a、絶縁層106a、106b、半導体層108、及び導電層110a_1、110a_2、110b_1、110b_2によって、トランジスタ150が構成されている。また、導電層104b、絶縁層106a、106b、及び導電層110a_3、110b_3によって、容量素子152が構成されている。
なお、ゲート電極層として機能する導電層104aと重畳する位置の絶縁層106a、106bは、トランジスタ150のゲート絶縁層としての機能を有する。また、導電層104bと重畳する位置の絶縁層106a、106bは、容量素子152の誘電体層としての機能を有する。
また、絶縁層106a、106bには、導電層104bに達する開口部132が設けられており、開口部132を介してトランジスタ150のドレイン電極層としての機能を有する導電層110a_2、110b_2と、導電層104bが接続されている。
また、有色層114には、開口部134と開口部136が設けられている。別言すると、有色層114上の絶縁層116が、開口部134を介して絶縁層112と接する。なお、絶縁層116は、有色層114よりも絶縁層112に対する密着性が高い。したがって、有色層114と絶縁層112の密着性が十分でない場合においても、絶縁層116と絶縁層112が接触する領域を有することで、有色層114の膜剥がれを抑制することができる。
また、有色層114に設けられた開口部136によって、有色層114の色純度を調整することができる。例えば、開口部136の形状や開口部136の面積を調整することによって、有色層114の色純度を調整できる。
このように、有色層114が開口部136を有する構造とすることで、色純度の調整を可能とした、新規な表示装置を提供することができる。また、カラーフィルタとして用いる有色層114の密着性が向上した新規な表示装置を提供することができる。
なお、図7(A)に示す表示装置は、図3(A)に示す表示装置と以下の点が異なる。図7(A)に示す表示装置は、第1の基板102の代わりに第1の基板202が設けられ、第2の基板162の代わりに第2の基板262が設けられる。また、図7(A)に示す表示装置は、第1の基板202と導電層104a、104bの間に接着層203及び絶縁層205が設けられる。また、図7(A)に示す表示装置は、第2の基板262と導電層164の間に接着層207及び絶縁層209が設けられる。
第1の基板202及び第2の基板262としては、可撓性を有する材料を用いることができる。また、第1の基板202及び第2の基板262としては、可撓性を有し、且つ靱性が高い材料を用いることが好ましい。該可撓性を有する材料としては、例えば、有機樹脂や可撓性を有する程度の厚さのガラスを用いることができる。
第1の基板202及び第2の基板262として有機樹脂を用いると、ガラスに比べて有機樹脂は比重が小さいため、ガラスを用いる場合に比べて表示装置を軽量化できるため好ましい。
可撓性を有する材料としては、例えば、可撓性を有する程度の厚さのガラスや、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)等のポリエステル樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリカーボネート(PC)樹脂、ポリエーテルスルホン(PES)樹脂、ポリアミド樹脂、シクロオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂等が挙げられる。とくに、熱膨張係数の低い材料を用いることが好ましく、例えば、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、PET等を好適に用いることができる。また、ガラス繊維に有機樹脂を含浸した基板や、無機フィラーを有機樹脂に混ぜて熱膨張係数を下げた基板を使用することもできる。
可撓性を有する材料として、材料中に繊維体が含まれている場合、繊維体は有機化合物、または無機化合物の高強度繊維を用いる。高強度繊維とは、具体的には引張弾性率またはヤング率の高い繊維のことをいい、代表例としては、ポリビニルアルコール系繊維、ポリエステル系繊維、ポリアミド系繊維、ポリエチレン系繊維、アラミド系繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、ガラス繊維、または炭素繊維が挙げられる。ガラス繊維としては、Eガラス、Sガラス、Dガラス、Qガラス等を用いたガラス繊維が挙げられる。これらは、織布または不織布の状態で用い、この繊維体に樹脂を含浸させ樹脂を硬化させた構造物を用いてもよい。繊維体と樹脂からなる構造物を用いると、曲げや局所的押圧による破壊に対する信頼性が向上するため、好ましい。
また、光の取り出し効率向上のためには、可撓性を有する材料の屈折率は高い方が好ましい。例えば、有機樹脂に屈折率の高い無機フィラーを分散させることで、該有機樹脂のみからなる基板よりも屈折率の高い基板を実現できる。とくに粒子径40nm以下の無機フィラーを使用すると、光学的な透明性を失わないため、好ましい。
第1の基板202及び第2の基板262として、上記可撓性を有する材料の表面に、表示装置の表面を傷などから保護するハードコート層(例えば、窒化シリコン層など)や、押圧を分散可能な材質の層(例えば、アラミド樹脂層など)等と積層されて構成されていてもよい。
接着層203、207としては、例えば、紫外線硬化型等の光硬化型接着剤、反応硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、嫌気型接着剤などの各種硬化型接着剤を用いることができる。これら接着剤としてはエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、イミド樹脂、PVC(ポリビニルクロライド)樹脂、PVB(ポリビニルブチラル)樹脂、EVA(エチレンビニルアセテート)樹脂等が挙げられる。特に、エポキシ樹脂等の透湿性が低い材料が好ましい。また、二液混合型の樹脂を用いてもよい。また、接着シート等を用いてもよい。
接着層203、207としては、樹脂材料中に乾燥剤を含んでいてもよい。該乾燥剤としては、例えば、アルカリ土類金属の酸化物(酸化カルシウムや酸化バリウム等)のように、化学吸着によって水分を吸着する物質を用いることができる。または、ゼオライトやシリカゲル等のように、物理吸着によって水分を吸着する物質を用いてもよい。乾燥剤が含まれていると、水分などの不純物が表示装置内部に入り込むことを抑制できる。
絶縁層205、209としては、例えば、無機絶縁材料を用いることができる。該無機絶縁材料としては、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム等を単層または多層で形成することができる。絶縁層205、209としては、バッファ層としての機能を有する。
絶縁層205、209の形成方法は、特に限定されないが、スパッタリング法、蒸着法、液滴吐出法(インクジェット法等)、印刷法(スクリーン印刷、オフセット印刷等)等を用いればよい。
ここで、図7(A)に示す表示装置の作製方法の一例について、図7(B)を用いて説明を行う。
図7(B)に示すように、第1の基板102上に剥離層211を形成する。次に、剥離層211上に絶縁層205を形成する。
第1の基板102としては、実施の形態1に記載の材料を援用して用いることができる。
剥離層211としては、例えば、タングステン、モリブデン、チタン、タンタル、ニオブ、ニッケル、コバルト、ジルコニウム、亜鉛、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、シリコンから選択された元素、該元素を含む合金材料、または該元素を含む化合物材料を含み、単層または積層された構造を用いることができる。また、シリコンを含む層の場合、該シリコンを含む層の結晶構造としては、非晶質、微結晶、多結晶、単結晶のいずれでもよい。
なお、第1の基板102と剥離層211の間に、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜等の絶縁膜を形成しても良い。該絶縁膜を形成すると第1の基板102に含まれうる不純物が剥離層211側へ入り込むのを抑制することができるため、好適である。
剥離層211としては、スパッタリング法、プラズマCVD法、塗布法、印刷法等により形成できる。なお、塗布法は、スピンコーティング法、液滴吐出法、ディスペンス法を含む。
剥離層211が単層構造の場合、タングステン、モリブデン、またはタングステンとモリブデンの混合物を含む層を形成することが好ましい。また、タングステンの酸化物もしくは酸化窒化物を含む層、モリブデンの酸化物もしくは酸化窒化物を含む層、またはタングステンとモリブデンの混合物の酸化物もしくは酸化窒化物を含む層を形成してもよい。なお、タングステンとモリブデンの混合物とは、例えば、タングステンとモリブデンの合金に相当する。
また、剥離層211として、タングステンを含む層とタングステンの酸化物を含む層の積層構造を形成する場合、タングステンを含む層を形成し、その上層に酸化物で形成される絶縁層を形成することで、タングステン層と絶縁層との界面に、タングステンの酸化物を含む層が形成されることを活用してもよい。また、タングステンを含む層の表面を、熱酸化処理、酸素プラズマ処理、亜酸化窒素(NO)プラズマ処理、オゾン水等の酸化力の強い溶液での処理等を行ってタングステンの酸化物を含む層を形成してもよい。またプラズマ処理や加熱処理は、酸素、窒素、亜酸化窒素単独、あるいは該ガスとその他のガスとの混合気体雰囲気下で行ってもよい。上記プラズマ処理や加熱処理により、剥離層211の表面状態を変えることにより、剥離層211と後に形成される絶縁層205との密着性を制御することが可能である。
本実施の形態において、剥離層211として、スパッタリング法により、厚さ30nmのタングステン膜を形成する。
絶縁層205としては、上記列挙した材料を用いることで形成することができる。例えば、本実施の形態において、絶縁層205として、プラズマCVD法によって成膜温度を250℃以上400℃以下として形成することで、緻密で透水性の低い膜とすることができる。なお、絶縁層205の厚さは10nm以上3000nm以下、さらには200nm以上1500nm以下が好ましい。本実施の形態においては、プラズマCVD法によって、厚さ600nmの酸化窒化シリコン膜を形成し、その後該酸化窒化シリコン膜上に厚さ200nmの窒化シリコン膜を形成する。
次に、絶縁層205上に導電層104a、104bを形成する。これ以降の工程については、実施の形態1に示す構成と同様であるため、実施の形態1の記載を参酌することで形成することができる。
次に、トランジスタ150、容量素子152等が形成された素子基板上(図7(B)においては、絶縁層116及び画素電極層118)に接着層となる材料を塗布し、該接着層を介して支持基板と貼り合わせる。そして、第1の基板102上の剥離層211と絶縁層205の間で剥離し、露出した絶縁層205と第1の基板202を、接着層203を用いて貼り合わせる。
なお、上記剥離層211と絶縁層205の間で剥離する工程は、様々な方法を適宜用いることができる。例えば、剥離層211として、被剥離層(図7(B)では絶縁層205、以下、被剥離層と記載する場合もある。)と接する側に金属酸化膜を含む層を形成した場合は、該金属酸化膜を結晶化により脆弱化して、被剥離層を第1の基板102から剥離することができる。
また、第1の基板102として、耐熱性の高い基板を用いる場合、該耐熱性の高い基板と被剥離層の間に、剥離層211として水素を含む非晶質シリコン膜を形成した場合はレーザ光の照射またはエッチングにより該非晶質シリコン膜を除去することで、被剥離層を第1の基板102から剥離することができる。
また、剥離層211として、被剥離層と接する側に金属酸化膜を含む層を形成し、該金属酸化膜を結晶化により脆弱化し、さらに剥離層の一部を溶液やNF、BrF、ClF等のフッ化ガスを用いたエッチングで除去した後、脆弱化された金属酸化膜において剥離することができる。
また、剥離層211として窒素、酸素や水素等を含む膜(例えば、水素を含む非晶質シリコン膜、水素含有合金膜、酸素含有合金膜など)を用い、剥離層211にレーザ光を照射して剥離層211内に含有する窒素、酸素や水素をガスとして放出させ被剥離層と基板との剥離を促進する方法を用いてもよい。
また、上記剥離する工程を複数組み合わせることでより容易に剥離を行うことができる。例えば、レーザ光の照射、ガスや溶液などによる剥離層へのエッチング、鋭いナイフやメスなどによる機械的な削除を行い、剥離層と被剥離層とを剥離しやすい状態にしてから、物理的な力(機械等による)によって剥離を行うこともできる。
また、剥離層211と被剥離層との界面に液体を浸透させて第1の基板102から被剥離層を剥離してもよい。また、剥離を行う際に水などの液体をかけながら剥離してもよい。また、剥離層211をタングステン膜で形成した場合は、アンモニア水と過酸化水素水の混合溶液によりタングステン膜をエッチングしながら剥離を行うとよい。
なお、第1の基板102と被剥離層の界面で剥離が可能な場合には、剥離層211を設けなくてもよい。例えば、第1の基板102としてガラスを用い、ガラスに接してポリイミド等の有機樹脂を形成し、該有機樹脂上に絶縁膜やトランジスタ等を形成する。この場合、有機樹脂を加熱することにより、第1の基板102と有機樹脂の界面で剥離することができる。または、第1の基板102と有機樹脂の間に金属層を設け、該金属層に電流を流すことで該金属層を加熱し、金属層と有機樹脂の界面で剥離を行ってもよい。
以上の工程によって、第1の基板102上に形成されるトランジスタ150、容量素子152等を、可撓性を有する第1の基板202に転置することができる。
なお、第2の基板162から第2の基板262に転置する場合においても、同様の手法により行うことができる。なお、第2の基板262としては、トランジスタ150、容量素子152等の素子が形成されていないため、第2の基板262上に導電層164を直接形成してもよい。この場合、接着層207及び絶縁層209が設けられない構成となる。
次に、第1の基板202と第2の基板262を貼り合わせ、第1の基板202と第2の基板262の間に液晶層166を注入することで、図7(A)に示す表示装置を形成することができる。
本実施の形態に示す表示装置には、可撓性を有する材料による第1の基板202及び第2の基板262が用いられることにより、所謂フレキシブル性を有する表示装置とすることができる。また、第1の基板202及び第2の基板262に、それぞれ、可撓性を有し、且つ靱性が高い材料を用いる場合においては、耐衝撃性に優れ、破損しにくい表示装置を実現できる。
また、図7(A)に示す表示装置としては、開口部134および開口部136を介して絶縁層116と絶縁層112が接する。したがって、有色層114の密着性が向上しているため、フレキシブル性を有する構成においても、有色層114の膜剥がれを抑制することができる。これは本発明の一態様で得られる優れた効果である。このように、本発明の一態様の表示装置は、有色層114の密着性が向上することによって、可撓性を有する構造において、とくに優れた効果を奏する。
なお、他の図面、例えば、図16、図17、図18、図19、図20などにおいても、同様に、可撓性を有する材料を用いて構成された基板を用いてもよい。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
(実施の形態3)
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置について、図8を用いて説明を行う。なお、実施の形態1及び実施の形態2に示す機能と同様の箇所については、同様の符号を用い、その詳細な説明は省略する。
図8(A)に示す表示装置は、表示素子の画素領域を有する画素部(以下、画素部302という)と、画素部302の外側に配置され、画素部302を駆動するための回路を有する回路部(以下、駆動回路部304という)と、素子の保護機能を有する回路(以下、保護回路部306という)と、端子部307と、を有する。なお、保護回路部306は、設けない構成としてもよい。
駆動回路部304の一部、または全部は、画素部302と同一基板上に形成されていることが望ましい。これにより、部品数や端子数を減らすことが出来る。駆動回路部304の一部、または全部が、画素部302と同一基板上に形成されていない場合には、駆動回路部304の一部、または全部は、COG(Chip On Glass)やTAB(Tape Automated Bonding)によって、実装することができる。
画素部302は、X行(Xは2以上の自然数)Y列(Yは2以上の自然数)に配置された複数の表示素子を駆動するための回路(以下、画素回路308という)を有し、駆動回路部304は、画素を選択する信号(走査信号)を出力する回路(以下、ゲートドライバ304aという)、画素の表示素子を駆動するための信号(データ信号)を供給するための回路(以下、ソースドライバ304b)などの駆動回路を有する。
ゲートドライバ304aは、シフトレジスタ等を有する。ゲートドライバ304aは、端子部307を介して、シフトレジスタを駆動するための信号が入力され、信号を出力する。例えば、ゲートドライバ304aは、スタートパルス信号、クロック信号等が入力され、パルス信号を出力する。ゲートドライバ304aは、走査信号が与えられる配線(以下、ゲート線GL_1乃至GL_Xという。また、ゲート線を走査線ともいう場合もある。)の電位を制御する機能を有する。なお、ゲートドライバ304aを複数設け、複数のゲートドライバ304aにより、ゲート線GL_1乃至GL_Xを分割して制御してもよい。または、ゲートドライバ304aは、初期化信号を供給することができる機能を有する。ただし、これに限定されず、ゲートドライバ304aは、別の信号を供給することも可能である。
ソースドライバ304bは、シフトレジスタ等を有する。ソースドライバ304bは、端子部307を介して、シフトレジスタを駆動するための信号の他、データ信号の元となる信号(画像信号)が入力される。ソースドライバ304bは、画像信号を元に画素回路308に書き込むデータ信号を生成する機能を有する。また、ソースドライバ304bは、スタートパルス、クロック信号等が入力されて得られるパルス信号に従って、データ信号の出力を制御する機能を有する。また、ソースドライバ304bは、データ信号が与えられる配線(以下、ソース線DL_1乃至DL_Yという。また、ソース線をデータ線ともいう場合もある。)の電位を制御する機能を有する。または、ソースドライバ304bは、初期化信号を供給することができる機能を有する。ただし、これに限定されず、ソースドライバ304bは、別の信号を供給することも可能である。
ソースドライバ304bは、例えば複数のアナログスイッチなどを用いて構成される。ソースドライバ304bは、複数のアナログスイッチを順次オン状態にすることにより、画像信号を時分割した信号をデータ信号として出力できる。また、シフトレジスタなどを用いてソースドライバ304bを構成してもよい。
複数の画素回路308のそれぞれは、走査信号が与えられる複数のゲート線GLの一つを介してパルス信号が入力され、データ信号が与えられる複数のソース線DLの一つを介してデータ信号が入力される。また。複数の画素回路308のそれぞれは、ゲートドライバ304aによりデータ信号のデータの書き込み及び保持が制御される。例えば、m行n列目の画素回路308は、ゲート線GL_m(mはX以下の自然数)を介してゲートドライバ304aからパルス信号が入力され、ゲート線GL_mの電位に応じてソース線DL_n(nはY以下の自然数)を介してソースドライバ304bからデータ信号が入力される。
図8(A)に示す保護回路部306は、例えば、ゲートドライバ304aと画素回路308の間の配線であるゲート線GLに接続される。または、保護回路部306は、ソースドライバ304bと画素回路308の間の配線であるソース線DLに接続される。または、保護回路部306は、ゲートドライバ304aと端子部307との間の配線に接続することができる。または、保護回路部306は、ソースドライバ304bと端子部307との間の配線に接続することができる。なお、端子部307は、外部の回路から表示装置に電源及び制御信号、及び画像信号を入力するための端子が設けられた部分をいう。
保護回路部306は、自身が接続する配線に一定の範囲外の電位が与えられたときに、該配線と別の配線とを導通状態にする回路である。
図8(A)に示すように、画素部302と駆動回路部304にそれぞれ保護回路部306を設けることにより、ESD(Electro Static Discharge:静電気放電)などにより発生する過電流に対する表示装置の耐性を高めることができる。ただし、保護回路部306の構成はこれに限定されず、例えば、ゲートドライバ304aに保護回路部306を接続する構成、またはソースドライバ304bに保護回路部306を接続する構成とすることもできる。あるいは、端子部307に保護回路部306を接続する構成とすることもできる。
また、図8(A)においては、ゲートドライバ304aとソースドライバ304bによって駆動回路部304を形成している例を示しているが、この構成に限定されない。例えば、ゲートドライバ304aのみを形成し、別途用意されたソースドライバが形成された基板(例えば、単結晶半導体膜、多結晶半導体膜で形成された駆動回路基板)を実装する構成としても良い。
また、図8(A)に示す複数の画素回路308は、例えば、図8(B)に示す構成とすることができる。
図8(B)に示す画素回路308は、液晶素子170と、トランジスタ150と、容量素子152と、を有する。なお、液晶素子170、トランジスタ150、及び容量素子152は、実施の形態1に示す図3の構成の表示装置を用いることができる。
液晶素子170の一対の電極の一方の電位は、画素回路308の仕様に応じて適宜設定される。液晶素子170は、書き込まれるデータにより配向状態が設定される。なお、複数の画素回路308のそれぞれが有する液晶素子170の一対の電極の一方に共通の電位(コモン電位)を与えてもよい。また、各行の画素回路308の液晶素子170の一対の電極の一方に異なる電位を与えてもよい。
例えば、液晶素子170を備える表示装置の駆動方法としては、TNモード、STNモード、VAモード、ASM(Axially Symmetric Aligned Micro−cell)モード、OCB(Optically Compensated Birefringence)モード、FLC(Ferroelectric Liquid Crystal)モード、AFLC(AntiFerroelectric Liquid Crystal)モード、MVAモード、PVA(Patterned Vertical Alignment)モード、IPSモード、FFSモード、又はTBA(Transverse Bend Alignment)モードなどを用いてもよい。また、表示装置の駆動方法としては、上述した駆動方法の他、ECB(Electrically Controlled Birefringence)モード、PDLC(Polymer Dispersed Liquid Crystal)モード、PNLC(Polymer Network Liquid Crystal)モード、ゲストホストモードなどがある。ただし、これに限定されず、液晶素子及びその駆動方式として様々なものを用いることができる。
また、ブルー相(Blue Phase)を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物により液晶素子を構成してもよい。ブルー相を示す液晶は、応答速度が1msec以下と短い。また、ブルー相を示す液晶は、光学的等方性であるため、配向処理が不要であり、且つ視野角依存性が小さい。
m行n列目の画素回路308において、トランジスタ150のソース及びドレインの一方は、ソース線DL_nに電気的に接続され、他方は液晶素子170の一対の電極の他方に電気的に接続される。また、トランジスタ150のゲートは、ゲート線GL_mに電気的に接続される。トランジスタ150は、オン状態又はオフ状態になることにより、データ信号のデータの書き込みを制御する機能を有する。
容量素子152の一対の電極の一方は、電位が供給される配線(以下、電位供給線VL)に電気的に接続され、他方は、液晶素子170の一対の電極の他方に電気的に接続される。なお、電位供給線VLの電位の値は、画素回路308の仕様に応じて適宜設定される。容量素子152は、書き込まれたデータを保持する保持容量としての機能を有する。
例えば、図8(A)の画素回路308を有する表示装置では、ゲートドライバ304aにより各行の画素回路308を順次選択し、トランジスタ150をオン状態にしてデータ信号のデータを書き込む。
データが書き込まれた画素回路308は、トランジスタ150がオフ状態になることで保持状態になる。これを行毎に順次行うことにより、画像を表示できる。
本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。
(実施の形態4)
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置を用いることのできる表示モジュール及び電子機器について、図9及び図10を用いて説明を行う。
図9に示す表示モジュール8000は、上部カバー8001と下部カバー8002との間に、FPC8003に接続されたタッチパネル8004、FPC8005に接続された表示パネル8006、バックライトユニット8007、フレーム8009、プリント基板8010、バッテリー8011を有する。
本発明の一態様の表示装置は、例えば、表示パネル8006に用いることができる。
上部カバー8001及び下部カバー8002は、タッチパネル8004及び表示パネル8006のサイズに合わせて、形状や寸法を適宜変更することができる。
タッチパネル8004は、抵抗膜方式または静電容量方式のタッチパネルを表示パネル8006に重畳して用いることができる。また、表示パネル8006の対向基板(封止基板)に、タッチパネル機能を持たせるようにすることも可能である。また、表示パネル8006の各画素内に光センサを設け、光学式のタッチパネルとすることも可能である。
バックライトユニット8007は、光源8008を有する。なお、図9において、バックライトユニット8007上に光源8008を配置する構成について例示したが、これに限定されない。例えば、バックライトユニット8007の端部に光源8008を配置し、さらに光拡散板を用いる構成としてもよい。
なお、バックライトユニット8007は、反射型の液晶表示装置の場合、設けない構成としてもよい。バックライトユニット8007は、例えば、透過型の液晶表示装置、または半透過型の液晶表示装置の場合、設けられる。
フレーム8009は、表示パネル8006の保護機能の他、プリント基板8010の動作により発生する電磁波を遮断するための電磁シールドとしての機能を有する。またフレーム8009は、放熱板としての機能を有していてもよい。
プリント基板8010は、電源回路、ビデオ信号及びクロック信号を出力するための信号処理回路を有する。電源回路に電力を供給する電源としては、外部の商用電源であっても良いし、別途設けたバッテリー8011による電源であってもよい。バッテリー8011は、商用電源を用いる場合には、省略可能である。
また、表示モジュール8000は、偏光板、位相差板、プリズムシートなどの部材を追加して設けてもよい。
図10(A)乃至図10(H)は、電子機器を示す図である。これらの電子機器は、筐体5000、表示部5001、スピーカ5003、LEDランプ5004、操作キー5005(電源スイッチ、又は操作スイッチを含む)、接続端子5006、センサ5007(力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、におい又は赤外線を測定する機能を含むもの)、マイクロフォン5008、等を有することができる。
図10(A)はモバイルコンピュータであり、上述したものの他に、スイッチ5009、赤外線ポート5010、等を有することができる。図10(B)は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置(たとえば、DVD再生装置)であり、上述したものの他に、第2表示部5002、記録媒体読込部5011、等を有することができる。図10(C)はゴーグル型ディスプレイであり、上述したものの他に、第2表示部5002、支持部5012、イヤホン5013、等を有することができる。図10(D)は携帯型遊技機であり、上述したものの他に、記録媒体読込部5011、等を有することができる。図10(E)はテレビ受像機能付きデジタルカメラであり、上述したものの他に、アンテナ5014、シャッターボタン5015、受像部5016、等を有することができる。図10(F)は携帯型遊技機であり、上述したものの他に、第2表示部5002、記録媒体読込部5011、等を有することができる。図10(G)はテレビ受像器であり、上述したものの他に、チューナ、画像処理部、等を有することができる。図10(H)は持ち運び型テレビ受像器であり、上述したものの他に、信号の送受信が可能な充電器5017、等を有することができる。
図10(A)乃至図10(H)に示す電子機器は、様々な機能を有することができる。例えば、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、タッチパネル機能、カレンダー、日付又は時刻などを表示する機能、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、無線通信機能、無線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、無線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、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、等を有することができる。さらに、複数の表示部を有する電子機器においては、一つの表示部を主として画像情報を表示し、別の一つの表示部を主として文字情報を表示する機能、または、複数の表示部に視差を考慮した画像を表示することで立体的な画像を表示する機能、等を有することができる。さらに、受像部を有する電子機器においては、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、撮影した画像を記録媒体(外部又はカメラに内蔵)に保存する機能、撮影した画像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(A)乃至図10(H)に示す電子機器が有することのできる機能はこれらに限定されず、様々な機能を有することができる。
本実施の形態において述べた電子機器は、何らかの情報を表示するための表示部を有することを特徴とする。
本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。
(実施の形態5)
本実施の形態においては、実施の形態1に示す表示装置の変形例について、図21乃至23を用いて以下説明を行う。なお、実施の形態1に示す機能と同様の箇所については、同様の符号を用い、その詳細な説明は省略する。
図21は、本発明の一態様の表示装置の一例の上面図を表している。なお、図21に示す上面図としては、表示装置の画素領域の一部分(3画素分)を表しており、図面の煩雑を避けるため、ゲート絶縁層等の一部の構成要素を省略して図示している。また、図23(A)は、図21に示す一点鎖線X6−Y6の切断面に相当する断面図である。また、図23(B)は、図21に示す一点鎖線X7−Y7の切断面に相当する断面図である。
本実施の形態においては、画素電極層を反射電極として用い、対向基板である基板162に有色層とBM180とスペーサ181を形成する例であり、有色層の開口と重なる位置やスペーサ181と重なる位置を点線で示している。
トランジスタ150は、導電層として膜厚400nmのタングステンを用いる以外は、実施の形態1と同じ構成であるため、ここでは詳細な説明は省略する。なお、トランジスタ150のチャネル長Lは3μm、チャネル幅Wは3μmとする。また、トランジスタ150の半導体層は、スパッタリング装置を用い、厚さ50nmのIn−Ga−Zn酸化物(In:Ga:Zn=1:1:1(原子%))を形成する。
また、トランジスタ150と開口部138を介して電気的に接続する画素電極層118は、ゲート線104の一部と重なっており、広い反射面積を確保している。なお、トランジスタ150は、BM180と重なる位置となるよう位置合わせされている。BM180としては、スパッタリング装置を用い、厚さ200nmのチタン膜を用いる。
また、本実施の形態においては、図22に示すように、画素の色によって、有色層114の開口部の形状が異なる例である。
図22(A)には、Bの画素の対向基板側の構成を示している。図22(A)において、画素領域120の面積に対する有色層114の面積の比率は、74.6%である。なお、有色層114の面積は、画素領域120の面積からBM180の面積を引いたものとして算出している。また、図22(B)には、Rの画素及びGの画素の対向基板側の構成を示している。図22(B)において、画素領域120の面積に対する有色層114の面積の比率は、44.4%である。このように、Rの画素及びGの画素の有色層114の上面形状をBの画素の有色層114の上面形状と異ならせ、Bの画素の有色層114の面積をRの画素の有色層114またはGの画素の有色層114よりも大きくすることでNTSC比を維持しつつ、反射率を改善することができる。
また、図22(A)及び図22(B)においては、位置関係を分かりやすくするために、図中鎖線で開口部138と重なる領域を示しており、実際に対向基板側の構成に開口部138があるのではない。また、図21においても、位置関係を分かりやすくするために、点線で開口部136、スペーサ181を図示しているが位置を示しているのみであり、トランジスタが形成される基板側の構成に開口部136やスペーサ181があるのではない。
また、図22(A)及び図22(B)に示した開口部の上面形状は一例であって、特に限定されず、例えば三角形や、円形や、楕円形や、多角形などにしてもよく、それらを複数種組み合わせてもよい。また、少なくともBの画素の有色層114の開口部のトータル面積をRの画素の有色層114の開口部及びGの画素の有色層114の開口部よりも小さくする。
また、図23(A)に示す表示装置は、第1の基板102と、第1の基板102上のゲート電極層として機能する導電層104aと、導電層104aと同一工程で形成された導電層104bと、第1の基板102及び導電層104a、104b上の絶縁層106a、106bと、導電層104aと重畳し、絶縁層106b上の半導体層108と、半導体層108及び絶縁層106b上のソース電極層として機能する導電層110a_1と、半導体層108及び絶縁層106b上のドレイン電極層として機能する導電層110a_2と、半導体層108、及び導電層110a_1、110a_2上の保護絶縁膜として機能する絶縁層112と、絶縁層112上に感光性樹脂を用いる絶縁層116と、絶縁層116上の画素電極層118と、画素電極層118上の液晶層166と、液晶層166上の対向電極としての機能を有する導電層164と、スペーサ181と、BM180と、カラーフィルタとしての機能を有する有色層114と、有色層114を覆うオーバーコート層182と、導電層164上の対向基板である第2の基板162と、を有する。このとき、オーバーコート層182は、開口部136を介して対向基板である第2の基板162と接する。
オーバーコート層182は、アクリル系樹脂材料をスピンコーター装置により塗布し、その後オーブン装置にて乾燥しアクリル系樹脂膜を用いる。また、有色層114は、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の3色を用い、緑色(G)、赤色(R)、青色(B)の順に所望の位置に露光、及び現像を行うことで形成する。また、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)のカラーフィルタは、それぞれ膜厚が0.8μmとなるように形成する。
なお、導電層104a、絶縁層106a、106b、半導体層108、及び導電層110a_1、110a_2、によって、トランジスタ150が構成されている。また、導電層104b、絶縁層106a、106b、及び導電層110a_2によって、容量素子152が構成されている。容量素子152は、面積が大きく、容量素子の容量が大きい。このため、画素電極の電位を保持する時間を長くすることが可能であり、リフレッシュレートを低減する駆動モードを適用できる。さらに、液晶表示装置においてリフレッシュレートを低減する駆動モードを適用した場合であっても、液晶層に印加された電圧の変化を長期間抑制することが可能であるため、使用者による画像のちらつきの知覚をより防止することができる。したがって、低消費電力化と表示品質の向上を図ることができる。
ここで、リフレッシュレートを低減する効果に関して説明する。なお、リフレッシュレートとは、1秒間あたりの画像の切り換え回数であり、駆動周波数と呼ぶこともある。このような人の目で知覚することが難しいような高速の画面の切り換えが、目の疲労の原因として考えられている。
目の疲労には、神経系の疲労と、筋肉系の疲労の2種類がある。神経系の疲労は、長時間液晶表示装置の発光、点滅画面を見続けることで、その明るさが眼の網膜や神経、脳を刺激して疲れさせるものである。筋肉系の疲労は、ピント調節のときに使用する毛様体の筋肉を酷使することにより疲れさせるものである。
図27(A)に、従来の液晶表示装置の表示を表す模式図を示す。図27(A)に示すように、従来の液晶表示装置の表示では、1秒間に60回の画像の書き換えが行われている。このような画面を長時間見続けることにより、使用者の眼の網膜や神経、脳を刺激して眼の疲労が引き起こされるおそれがあった。
本実施の形態では、液晶表示装置の画素部のトランジスタ150に、オフ電流の極めて低いトランジスタ、例えば酸化物半導体を用いたトランジスタを適用する。また、液晶素子は、面積の大きい容量素子を有する。これらによって、容量素子に蓄積された電荷のリークを抑制することが可能となるため、フレーム周波数を下げても、液晶表示装置の輝度の維持が可能となる。
つまり、図27(B)に示すように、例えば、5秒間に1回の画像の書き換えが可能となるため、極力同じ映像を見ることが可能となり、使用者に視認される画面のちらつきが低減される。これにより、使用者の眼の網膜や神経、脳の刺激が低減され、神経系の疲労が軽減される。
本実施の形態は、目に優しい液晶表示装置を実現できる。
また、リフレッシュ動作の前後に生じる画像の変化が、使用する者に弁別されないように、リフレッシュを行う必要がある。本実施の形態で得られる表示装置は、リフレッシュ動作の前後に生じる画像の変化がほとんどなく、良好な表示を得ることができる。
また、第2の基板162に形成されている有色層114には、複数の開口部136が設けられている。有色層114に設けられた開口部136の形状や面積を適宜設計することによって、有色層114の色純度を調整することができる。このように、有色層114が開口部136を有する構造とすることで、色純度の調整を可能とした、新規な表示装置を提供することができる。
また、絶縁層112には、開口部138が設けられている。また、画素電極層118は、開口部138を介してトランジスタ150のドレイン電極層として機能する導電層110a_2と接続されている。絶縁層116は、ランダムな凹凸が形成されるように感光性樹脂を用いてもよい。また、ランダムな凹凸を形成する場合、絶縁層116の表面のランダムな凹凸に沿って画素電極層118がランダムな凹凸を有する反射電極となり、視野角依存性を改善させることができる。
本実施の形態では、画素電極層118を反射電極層としての機能させるため、反射率の高い導電層を用いる。該反射率の高い導電層としては、例えば、アルミニウム、銀、パラジウム、銅からなる単体金属、またはこれを主成分とする合金を単層構造または積層構造として用いる。
図23(B)は、ゲート線104と、ソース線110として機能する導電層110a_2との交差する領域の断面図である。
また、図23(B)に示す表示装置は、第1の基板102と、第1の基板102と対向する第2の基板162との間に設けられたスペーサ181によって間隔が保持されている。配向膜を形成する場合には、有機樹脂膜を用いてパターニングする、或いは感光性樹脂を用いて柱状構造を形成してスペーサとした後、配向膜を形成すればよい。
図23(B)に示すように、BM180を形成することで、ゲート線104または導電層110a_2に起因する表面反射を抑制することができる。
このように、少なくとも反射領域以外の箇所はBM180を形成すると好ましい。
本実施の形態は、他の実施の形態と自由に組み合わせることができる。
本実施例においては、本発明の一態様である表示装置を作製し、光学顕微鏡による観察、及び断面観察を行った。以下に本実施例で作製した試料の詳細について説明を行う。
なお、本実施例においては、図1乃至図3に示す表示装置と同様の構造の表示装置を作製した。したがって、図1乃至図3で用いた符号と同様の機能を有する場合、同様の符号を用いる。
本実施例で観察した試料の作製方法について、以下説明を行う。
第1の基板102としては、ガラス基板を用いた。その後、第1の基板102上に導電層104a、104b、104cを形成した。導電層104a、104b、104cとしては、スパッタリング法によりタングステン膜(W)を200nm形成した。
その後、第1の基板102及び導電層104a、104b、104c上にゲート絶縁層として機能する絶縁層106a、106bを形成した。絶縁層106aとしては、厚さ400nmの窒化シリコン膜を、絶縁層106bとしては、厚さ50nmの酸化窒化シリコン膜を、それぞれ形成した。
なお、絶縁層106aの窒化シリコン膜は、第1の窒化シリコン膜、第2の窒化シリコン膜、及び第3の窒化シリコン膜の3層積層構造とした。
第1の窒化シリコン膜としては、流量200sccmのシラン、流量2000sccmの窒素、及び流量100sccmのアンモニアガスを原料ガスとしてプラズマCVD装置の反応室に供給し、反応室内の圧力を100Paに制御し、27.12MHzの高周波電源を用いて2000Wの電力を供給して、厚さが50nmとなるように形成した。第2の窒化シリコン膜としては、流量200sccmのシラン、流量2000sccmの窒素、及び流量2000sccmのアンモニアガスを原料ガスとしてプラズマCVD装置の反応室に供給し、反応室内の圧力を100Paに制御し、27.12MHzの高周波電源を用いて2000Wの電力を供給して、厚さが300nmとなるように形成した。第3の窒化シリコン膜としては、流量200sccmのシラン、及び流量5000sccmの窒素を原料ガスとしてプラズマCVD装置の反応室に供給し、反応室内の圧力を100Paに制御し、27.12MHzの高周波電源を用いて2000Wの電力を供給して、厚さが50nmとなるように形成した。なお、第1の窒化シリコン膜、第2の窒化シリコン膜、及び第3の窒化シリコン膜形成時の基板温度は350℃とした。
絶縁層106bとして形成した酸化窒化シリコン膜としては、流量20sccmのシラン、流量3000sccmの一酸化二窒素を原料ガスとしてプラズマCVD装置の反応室に供給し、反応室内の圧力を40Paに制御し、27.12MHzの高周波電源を用いて100Wの電力を供給して、酸化窒化シリコン膜を形成した。なお、酸化窒化シリコン膜形成時の基板温度は350℃とした。
次に、絶縁層106a、106bを介して導電層104aと重なる位置に半導体層108を形成した。半導体層108としては、厚さ35nmの酸化物半導体膜をスパッタリング法で形成した。
酸化物半導体膜は、スパッタリングターゲットをIn:Ga:Zn=1:1:1(原子数比)の金属酸化物ターゲットとし、流量100sccmの酸素及び流量100sccmのアルゴンをスパッタリングガスとしてスパッタリング装置の反応室内に供給し、反応室内の圧力を0.6Paに制御し、2.5kWの交流電力を供給して形成した。なお、酸化物半導体膜を形成する際の基板温度を170℃とした。
次に、絶縁層106a、106bの所望の位置に開口部132を形成した。なお、開口部132は、導電層104bに達する。
開口部132は、ドライエッチング装置を用いて形成した。
次に、半導体層108及び絶縁層106a、106b上に導電層を形成した。該導電層として、厚さ50nmのタングステン膜上に厚さ400nmのアルミニウム膜を形成し、該アルミニウム膜上に厚さ100nmのチタン膜を形成した。
次に、上記厚さ100nmのチタン膜を所望の領域以外をドライエッチング装置にて除去し、導電層110_1を形成した。なお、導電層110_1としては、厚さ100nmのチタン膜となる。
次に、上記厚さ50nmのタングステン膜と厚さ400nmのアルミニウム膜を所望の形状にドライエッチング装置にて加工し、導電層110a_1、110a_2、110a_3、110a_4、110b_1、110b_2、110b_3、110b_4を形成した。なお、導電層110a_1、110a_2、110a_3、110a_4としては、厚さ50nmのタングステン膜となる。また、導電層110b_1、110b_2、110b_3、110b_4としては、厚さ400nmのアルミニウム膜となる。
また、導電層110a_1、110b_1は、トランジスタのソース電極層として機能し、導電層110a_2、110b_2は、トランジスタのドレイン電極層として機能し、導電層110a_3、110b_3は、反射電極層として機能し、導電層110a_4、110b_4は、ソース線の一部として機能する。
次に、半導体層108、導電層110b_1、110b_2、110b_3、110c_1を覆うように絶縁層112を形成した。
絶縁層112としては、第1の酸化物絶縁膜、第2の酸化物絶縁膜、及び窒化物絶縁膜の3層の積層構造を形成した。
第1の酸化物絶縁膜としては、厚さ50nmの酸化窒化シリコン膜を形成した。第2の酸化物絶縁膜としては、厚さ400nmの酸化窒化シリコン膜を形成した。なお、第1の酸化物絶縁膜と、第2の酸化物絶縁膜は、大気に曝すことなく、真空中で連続的にプラズマCVD装置により形成した。また、第1の酸化物絶縁膜と第2の酸化物絶縁膜は同種の材料により形成したため、その界面が明確にわからない場合がある。
第1の酸化物絶縁膜は、流量30sccmのシラン及び流量4000sccmの一酸化二窒素を原料ガスとし、反応室の圧力を40Pa、基板温度を220℃とし、150Wの高周波電力を平行平板電極に供給したプラズマCVD法により形成した。
第2の酸化物絶縁膜は、流量160sccmのシラン及び流量4000sccmの一酸化二窒素を原料ガスとし、反応室の圧力を200Pa、基板温度を220℃とし、1500Wの高周波電力を平行平板電極に供給したプラズマCVD法により形成した。当該条件により、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含み、加熱により酸素の一部が脱離する酸化窒化シリコン膜を形成することができる。
次に、加熱処理を行い、第1の酸化物絶縁膜及び第2の酸化物絶縁膜から水、窒素、水素等を脱離させると共に、第2の酸化物絶縁膜に含まれる酸素の一部を半導体層108として用いた酸化物半導体膜へ供給した。ここでは、窒素及び酸素雰囲気で、350℃、1時間の加熱処理を行った。
次に、第2の酸化物絶縁膜上に厚さ100nmの窒化物絶縁膜を形成した。窒化物絶縁膜としては、厚さ100nmの窒化シリコン膜を形成した。また、窒化物絶縁膜は、流量50sccmのシラン、流量5000sccmの窒素、及び流量100sccmのアンモニアガスを原料ガスとし、反応室の圧力を100Pa、基板温度を350℃とし、1000Wの高周波電力を平行平板電極に供給したプラズマCVD法により形成した。
次に、絶縁層112上の所望の領域に有色層114を形成した。
有色層114としては、着色材料が分散された感光性樹脂溶液を用い、該感光性樹脂溶液をスピンコーター装置により塗布し、その後オーブン装置にて乾燥して感光性樹脂膜を形成した。該感光性樹脂膜は、所謂カラーフィルタとして機能する。なお、本実施例においては、カラーフィルタは、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の3色を用い、緑色(G)、赤色(R)、青色(B)の順に所望の位置に露光、及び現像を行うことで形成した。また、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)のカラーフィルタは、それぞれ膜厚が0.8μmとなるように形成した。また、有色層114としては、上記各色とも開口部134と開口部136が設けられるように形成した。
次に、絶縁層112及び有色層114上にオーバーコートとしての機能を有する絶縁層116を形成した。なお、絶縁層116としては、アクリル系樹脂材料をスピンコーター装置により塗布し、その後オーブン装置にて乾燥しアクリル系樹脂膜を形成した。また、絶縁層116は、膜厚が2.5μmとなるように形成した。また、絶縁層116は、有色層114の開口部134の内側に開口部が設けられるように形成した。
次に、絶縁層112の開口部134と重畳する位置に開口部138を形成した。開口部138は、導電層110c_1に達するように形成した。なお、開口部138の形成は、ドライエッチング装置を用いた。
次に、開口部138を覆うように、絶縁層116上に画素電極層118を形成した。画素電極層118としては、スパッタリング法により厚さ100nmの酸化インジウム−酸化スズ−酸化シリコン化合物(ITO−SiO、以下ITSO)の導電膜を形成した。なお、該導電膜に用いたターゲットの組成は、In:SnO:SiO=85:10:5[重量%]とした。
以上の工程により、第1の基板102上に素子を作製した。これを試料とし、光学顕微鏡観察を行った。
なお、本実施例においては、第1の基板102上に形成された素子の観察を行うため、絶縁層116及び画素電極層118の上方に形成される液晶層166、導電層164、第2の基板162を形成しない構造とした。
本実施例で作製した試料の光学顕微鏡写真を図11(A)(B)(C)に示す。なお、図11(A)(B)(C)に示す光学顕微鏡写真は、反射の明視野像である。
また、図11(A)、(B)、(C)は、実施の形態1の図2(A)、(B)、(C)に示すように、有色層114の開口部134と、開口部136の形状及び配置を異ならせた試料の光学顕微鏡写真である。なお、有色層114の開口部134と開口部136の形状及び配置の変更方法としては、露光マスクの形状を変えることで行った。
図11(A)、(B)、(C)に示すように、有色層114の開口部134、136がいずれの形状においても、有色層114の膜剥がれがみられず、良好な形状であることが確認された。また、目視による観察においては、図11(A)、(B)、(C)ともに、良好な色純度であることが確認された。
また、図11(A)、(B)、(C)は、概略画素3つ分の上面を観察している。図11(A)、(B)、(C)において、それぞれ、上段が有色層114として赤色(R)のカラーフィルタを用いた画素領域、中段が有色層114として緑色(G)のカラーフィルタを用いた画素領域、下段が有色層114として青色(B)のカラーフィルタを用いた画素領域を、それぞれ観察した。
なお、図11(A)に示す有色層114の面積率としては、反射電極層として用いた導電層110b_3の1画素あたりに占める面積に対して76%であった。また、図11(B)に示す有色層114の面積率としては、反射電極層として用いた導電層110b_3の1画素あたりに占める面積に対して63%であった。また、図11(C)に示す有色層114の面積率としては、反射電極層として用いた導電層110b_3の1画素あたりに占める面積に対して41%であった。このように、有色層114の開口部136の形状及び配置を変えることで、簡便に有色層114の面積率を変更することができた。
次に、本実施例で作製した試料の断面観察結果を図12、及び図13(A)、(B)に示す。なお、断面観察としては、透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscope)を用いた。また、図12は、2枚のTEM像を一部重ねあわせて表示させている。また、図12、及び図13(A)、(B)において、界面等を明確に表すために、明るさ、及びコントラスト等を調整している。
なお、図12は、図11(A)に示す一点鎖線X3−Y3の断面結果である。また、図13(A)は、図11(A)に示す一点鎖線X4−Y4の断面結果である。また、図13(B)は、図11(A)に示す一点鎖線X5−Y5の断面結果である。
なお、図12、及び図13(A)、(B)において、Sub.は、第1の基板102を表す。また、GIは、ゲート絶縁層として機能する絶縁層106a、106bを表す。また、SiONは、絶縁層112として用いた酸化窒化シリコン膜を表し、SiNは、絶縁層112として用いた窒化シリコン膜を表す。また、Wは、導電層104a、104b、104c、110a_1、110a_2、110a_3、110a_4として用いたタングステン膜を表し、Alは、導電層110b_1、110b_2、110b_3、110b_4として用いたアルミニウム膜を表し、Tiは導電層110c_1として用いたチタン膜を表す。また、IGZOは、半導体層108として用いた酸化物半導体膜を表す。また、CF(R)は、赤色の有色層114を表し、CF(G)は、緑色の有色層114を表し、CF(B)は、青色の有色層114を表す。また、OCは、オーバーコートとしての機能を有する絶縁層116として用いたアクリル系樹脂膜を表す。また、ITSOは、画素電極層118として用いた酸化インジウム−酸化スズ−酸化シリコン化合物膜を表す。また、Ptは、断面観察用の導電膜として用いたプラチナコーティングを表し、Cは、断面観察用の導電膜として用いたカーボンコーティングを表す。
図12、及び図13(A)、(B)に示すTEM像の結果より、本実施例の表示装置は、良好な断面形状が得られることが確認された。
また、図13(A)に示すTEM像の結果より、本実施例の表示装置は、反射領域以外の箇所であるゲート線、ソース線、またはゲート線とソース線が交差する領域において、有色層114として用いたカラーフィルタCF(G)とカラーフィルタCF(R)が積層して設けられている。また、本実施例の表示装置は、反射領域以外の箇所であるゲート線、ソース線、またはゲート線とソース線が交差する領域において、有色層114として用いたカラーフィルタCF(R)とカラーフィルタCF(B)が積層して設けられている。
また、図13(B)に示すTEM像の結果より、本実施例の表示装置は、有色層114として用いたカラーフィルタCF(G)が開口部を有し、該開口部を介して、絶縁層112として用いた窒化シリコン膜(SiN)と、オーバーコート(OC)として機能する絶縁層116として用いたアクリル系樹脂膜が接している構造であった。したがって、有色層114の密着性が向上し、膜剥がれ等がなく良好な断面形状であることが確認できた。
以上、本実施例に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。
本実施例においては、本発明の一態様である表示装置を作製し、映像表示されている画素領域の写真撮影や、反射率の測定を行った。以下に本実施例で作製した試料の詳細について説明を行う。
なお、本実施例においては、実施の形態5に示した図21乃至図23に示す表示装置を実際に作製した。また、有色層の形状がR、G、Bの画素で全て同じ表示装置も作製した。本実施例においては、色の異なる有色層で開口の形状を一部変更したレイアウトとし、有色層の形成を対向基板上に形成し、画素電極を反射電極として用いる、などの画素構成のレイアウトが一部異なる以外は、図1乃至図3に示す表示装置と同一であるため、図1乃至図3で用いた符号と同様の機能を有する場合、同様の符号を用いる。
作製した2種類の試料である表示パネルを図24(A)に示すように、測定装置(LCD評価装置:製品名LCD−7200)を用いてデテクターを表示パネルの中央に重なる位置として、表示パネル面に対して垂直に設置し、パネルの中央に光源からの光が15度以上70度以下の範囲で照射されるように変化させて反射率を測定した。その結果を図24(B)に示す。
図24(B)において上の曲線データが実施の形態5に示した表示装置であり、下の曲線データは、R、G、Bの画素で有色層の形状が同一であり、図22(A)に示す有色層の形状とした表示装置である。
また、実施の形態5に示した表示装置の表示を撮影した写真図が、図25(A)である。
また、2種類の表示装置の特性値を表にして示した図が図25(B)である。図25(B)において、実施の形態5に示した表示装置は高い反射率を有しているため、高反射LCD(High reflective LCD)と表記し、もう一方の表示装置を高色域LCD(High color gamut LCD)と表記している。
さらに、これらのパネルにタッチパネルを搭載し、タッチ入力可能な表示装置にすることもできる。図26にタッチパネルとした場合の構成例の模式図を示す。図26に示すように、表示装置は、基板102上に画素電極層118と、画素電極層118上に重なる有色層114、異なる色の有色層114の間にBM180と、基板162と、基板102と基板162の間に液晶と、基板162上に光学フィルム183と、タッチパネル184と、偏光フィルム185とを有する構造となっている。なお、図26において基板102上に形成されている画素電極層118と電気的に接続するトランジスタは図示していない。
なお、図24、及び図25のデータは、タッチパネルを搭載する前に測定したデータである。
これらのデータからわかるように高精細な表示ができる反射型の液晶表示装置を実現することができる。
さらに、これらの表示パネルは、容量が大きい容量素子を有しているため、画素電極の電位を保持する時間を長くすることが可能であり、リフレッシュレートを低減する駆動モードを適用できる。さらに、液晶表示装置においてリフレッシュレートを低減する駆動モードを適用した場合であっても、液晶層に印加された電圧の変化を長期間抑制することが可能であるため、使用者による画像のちらつきの知覚をより防止することができる。したがって、低消費電力化と表示品質の向上を図ることができる。
本実施例の表示装置において、リフレッシュ動作の前後に生じる画像の変化を確認した結果を図28に示す。図28に示すように、リフレッシュ動作の前後に生じる画像の変化は、白表示、グレー表示、黒表示のいずれにおいてもほとんどない。
本実施例の表示装置は、リフレッシュレートを1Hz以下に低減する駆動モードを適用でき、目に優しい反射型の液晶表示装置とすることができる。また、本実施例の表示装置は、低消費電力をも実現した反射型の液晶表示装置ということもできる。
102 基板
104 ゲート線
104a 導電層
104b 導電層
104c 導電層
106a 絶縁層
106b 絶縁層
108 半導体層
109a 導電層
109b 導電層
109c 導電層
110 ソース線
110_1 導電層
110a_1 導電層
110a_2 導電層
110a_3 導電層
110a_4 導電層
110b_1 導電層
110b_2 導電層
110b_3 導電層
110b_4 導電層
110c_1 導電層
112 絶縁層
114 有色層
114a 有色層
114b 有色層
116 絶縁層
118 画素電極層
118a 導電層
120 画素領域
132 開口部
134 開口部
136 開口部
138 開口部
141 領域
142 領域
150 トランジスタ
152 容量素子
162 基板
164 導電層
166 液晶層
170 液晶素子
180 BM
181 スペーサ
182 オーバーコート層
183 光学フィルム
184 タッチパネル
185 偏光フィルム
199 導電層
199a 導電層
199b 導電層
199c 導電層
202 基板
203 接着層
205 絶縁層
207 接着層
209 絶縁層
211 剥離層
262 基板
302 画素部
304 駆動回路部
304a ゲートドライバ
304b ソースドライバ
306 保護回路部
307 端子部
308 画素回路
400 反射領域
401 透過領域
5000 筐体
5001 表示部
5002 表示部
5003 スピーカ
5004 LEDランプ
5005 操作キー
5006 接続端子
5007 センサ
5008 マイクロフォン
5009 スイッチ
5010 赤外線ポート
5011 記録媒体読込部
5012 支持部
5013 イヤホン
5014 アンテナ
5015 シャッターボタン
5016 受像部
5017 充電器
8000 表示モジュール
8001 上部カバー
8002 下部カバー
8003 FPC
8004 タッチパネル
8005 FPC
8006 表示パネル
8007 バックライトユニット
8008 光源
8009 フレーム
8010 プリント基板
8011 バッテリー

Claims (9)

  1. 画素領域と、
    前記画素領域に形成されたトランジスタと、
    前記トランジスタのソース電極層またはドレイン電極層と同一平面上に形成された反射電極層と、
    前記反射電極層上の第1の絶縁層と、
    前記反射電極層と重畳し、前記第1の絶縁層上の有色層と、
    前記有色層上の第2の絶縁層と、
    前記第2の絶縁層上の画素電極層と、を有し、
    前記有色層は、少なくとも第1の開口部及び第2の開口部を有し、
    前記画素電極層は、前記第1の開口部を介して前記トランジスタと電気的に接続され、
    前記第2の絶縁層が、前記第2の開口部を介して前記第1の絶縁層と接する、
    ことを特徴とする表示装置。
  2. 画素領域と、
    前記画素領域に形成されたトランジスタと、
    前記トランジスタのソース電極層またはドレイン電極層と同一平面上に形成された反射電極層と、
    前記反射電極層上の無機絶縁材料によって形成された第1の絶縁層と、
    前記反射電極層と重畳し、前記第1の絶縁層上の有色層と、
    前記有色層上の有機絶縁材料によって形成された第2の絶縁層と、
    前記第2の絶縁層上の画素電極層と、を有し、
    前記有色層は、少なくとも第1の開口部及び第2の開口部を有し、
    前記画素電極層は、前記第1の開口部を介して前記トランジスタと電気的に接続され、
    前記第2の絶縁層が、前記第2の開口部を介して前記第1の絶縁層と接する、
    ことを特徴とする表示装置。
  3. 請求項1または請求項2において、
    前記トランジスタは、
    ゲート電極層と、前記ゲート電極層上のゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層上の半導体層と、前記ゲート絶縁層、及び前記半導体層と接する前記ソース電極層及び前記ドレイン電極層と、を有する、
    ことを特徴とする表示装置。
  4. 請求項1または請求項2において、
    前記第1の絶縁層は、
    前記第1の開口部と重畳する位置に第3の開口部を有し、
    前記画素電極層は、
    前記第1の開口部及び前記第3の開口部を介して前記トランジスタの前記ドレイン電極層と電気的に接続される、
    ことを特徴とする表示装置。
  5. 請求項3において、
    前記半導体層は、酸化物半導体膜である、
    ことを特徴とする表示装置。
  6. 請求項5において、
    前記酸化物半導体膜は、
    少なくともインジウム(In)、亜鉛(Zn)及びM(Mは、Al、Ga、Ge、Y、Zr、Sn、La、CeまたはHfを表す。)を含むIn−M−Zn酸化物で表記される酸化物であることを特徴とする表示装置。
  7. 画素領域と、
    前記画素領域に形成されたトランジスタと、
    前記トランジスタのソース電極層またはドレイン電極層と、
    前記ソース電極層または前記ドレイン電極層上の絶縁層と、
    前記絶縁層上の画素電極層と、
    前記ドレイン電極層及び前記画素電極層と重畳する有色層と、
    を有し、
    前記画素電極層は、前記トランジスタと電気的に接続され、
    前記有色層は、少なくとも第1の開口部及び第2の開口部を有することを特徴とする表示装置。
  8. 請求項7において、さらに第2の有色層と、第3の有色層とを有し、
    前記第2の有色層は、少なくとも第3の開口部及び第4の開口部を有し、
    前記第3の開口部及び前記第4の開口部の上面形状は、前記第1の開口部及び前記第2 の開口部と異なることを特徴とする表示装置。
  9. 請求項7または請求項8において、前記画素電極層は反射電極層であることを特徴とする表示装置。
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