JP2015206819A - 表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】表示品位の良好な表示装置を提供する。
【解決手段】絶縁基板と、ポリシリコンによって形成された半導体層であって、第1不純物領域、第2不純物領域、及び、前記第1不純物領域と前記第2不純物領域との間に位置するチャネル領域を有する半導体層と、前記半導体層を覆う絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成され前記チャネル領域と対向するゲート電極と、前記第1不純物領域に電気的に接続されたソース配線と、前記第2不純物領域に電気的に接続され、映像信号に応じた画素電位が書き込まれる画素電極と、前記絶縁基板と前記半導体層との間に位置し、前記ソース配線と対向する位置からずれた位置に配置され、前記チャネル領域と前記第2不純物領域との境界を含む領域に対向する遮光膜と、を備えた表示装置。
【選択図】 図6

Description

本発明の実施形態は、表示装置に関する。
近年、薄膜トランジスタを備えた表示装置が実用化されている。表示装置の一例として、液晶表示装置や有機エレクトロルミネッセンス(EL)表示装置等が挙げられる。このような薄膜トランジスタでは、その半導体層に光が照射されることにより、リーク電流が発生し、誤動作する虞がある。このため、半導体層に向かう光を遮光する遮光膜を設ける技術が提案されている。このとき、遮光膜と半導体層との間に寄生容量が発生するが、半導体層と対向する遮光膜の面積が大きくなるほど、寄生容量は大きくなる。一般的に、遮光膜は、半導体層のほぼ全体と対向しているため、比較的大きな寄生容量を生ずる。
ところで、ゲート配線とソース配線との交差部近傍に配置された薄膜トランジスタにおいて、半導体層の少なくとも一部がソース配線と重なるレイアウトでは、ソース配線と電気的に接続された側の半導体層の電位は、ソース配線に供給される映像信号に応じて変化する。このため、半導体層と容量結合している遮光膜の電位は、映像信号に応じて変化する。また、この遮光膜は、画素電極と電気的に接続された側の半導体層とも対向している。このため、画素電極に書き込まれ保持された画素電位は、遮光膜の電位変化によって不安定となる。したがって、同一のソース配線に電気的に接続された各画素では、ソース配線に供給される映像信号に応じて、保持している画素電位が乱れ、表示品位の劣化を招く虞がある。
特許第4197016号公報
本実施形態の目的は、表示品位の良好な表示装置を提供することにある。
本実施形態によれば、
絶縁基板と、ポリシリコンによって形成された半導体層であって、第1不純物領域、第2不純物領域、及び、前記第1不純物領域と前記第2不純物領域との間に位置するチャネル領域を有する半導体層と、前記半導体層を覆う絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成され前記チャネル領域と対向するゲート電極と、前記第1不純物領域に電気的に接続されたソース配線と、前記第2不純物領域に電気的に接続され、映像信号に応じた画素電位が書き込まれる画素電極と、前記絶縁基板と前記半導体層との間に位置し、前記ソース配線と対向する位置からずれた位置に配置され、前記チャネル領域と前記第2不純物領域との境界を含む領域に対向する遮光膜と、を備えた表示装置が提供される。
本実施形態によれば、
絶縁基板と、ポリシリコンによって形成された半導体層であって、第1不純物領域、第2不純物領域、第3不純物領域、前記第1不純物領域と前記第2不純物領域との間に位置する第1チャネル領域、及び、前記第2不純物領域と前記第3不純物領域との間に位置する第2チャネル領域を有する半導体層と、前記半導体層を覆う絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成され、前記第1チャネル領域と対向する第1ゲート電極、及び、前記第1ゲート電極と電気的に接続され前記第2チャネル領域と対向する第2ゲート電極と、前記第1不純物領域に電気的に接続されたソース配線と、前記第3不純物領域に電気的に接続され、映像信号に応じた画素電位が書き込まれる画素電極と、前記絶縁基板と前記半導体層との間に位置し、前記ソース配線と対向する位置からずれた位置に配置され、前記第2チャネル領域と前記第3不純物領域との境界を含む領域に対向する遮光膜と、を備えた表示装置が提供される。
図1は、本実施形態の表示装置を構成する表示パネルPNLの構成及び等価回路を概略的に示す図である。 図2は、図1に示したアレイ基板ARにおける画素PXの基本構造を概略的に示す平面図である。 図3は、図2に示した画素PXを含む表示パネルPNLの構成を概略的に示す断面図である。 図4は、図2に示したスイッチング素子SWの等価回路を示す図である。 図5は、実験で適用したスイッチング素子SWの構成、及び、光リーク電流の測定結果を示す。 図6は、本実施形態の液晶表示装置に適用可能なスイッチング素子SWの一構成例を概略的に示す平面図である。 図7は、図6に示したスイッチング素子SWをA−B線で切断した構造を概略的に示す断面図である。 図8は、本実施形態の液晶表示装置に適用可能なスイッチング素子SWの他の構成例を概略的に示す平面図である。 図9は、本実施形態の液晶表示装置に適用可能なスイッチング素子SWの他の構成例を概略的に示す平面図である。 図10は、ダブルゲート構造のスイッチング素子SWにおける半導体層SCと遮光層LSとの位置関係を模式的に示す断面図である。 図11は、シングルゲート構造のスイッチング素子SWにおける半導体層SCと遮光層LSとの位置関係を模式的に示す断面図である。
以下、本実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
図1は、本実施形態の表示装置を構成する表示パネルPNLの構成及び等価回路を概略的に示す図である。なお、ここでは、表示装置の一例として、液晶表示装置を例に説明する。
すなわち、液晶表示装置は、アクティブマトリクスタイプの透過型の表示パネルPNLを備えている。表示パネルPNLは、第1基板であるアレイ基板ARと、アレイ基板ARに対向して配置された第2基板である対向基板CTと、アレイ基板ARと対向基板CTとの間のセルギャップに保持された液晶層LQと、を備えている。アレイ基板AR及び対向基板CTは、シール材SEによって貼り合わせられている。このような表示パネルPNLは、シール材SEによって囲まれた内側に、画像を表示するアクティブエリアACTを備えている。このアクティブエリアACTは、マトリクス状に配置された複数の画素PXによって構成されている。
アレイ基板ARは、アクティブエリアACTにおいて、ゲート配線G(G1〜Gn)、容量線C(C1〜Cn)、ソース配線S(S1〜Sm)などを備えている。各ゲート配線Gは、アクティブエリアACTの外側に引き出され、ゲートドライバGDに接続されている。各ソース配線Sは、アクティブエリアACTの外側に引き出され、ソースドライバSDに接続されている。各容量線Cは、アクティブエリアACTの外側に引き出され、補助容量電圧が供給される電圧印加部VCSと電気的に接続されている。
各画素PXは、スイッチング素子SW、液晶容量CLC、液晶容量CLCと並列の蓄積容量CSなどで構成されている。液晶容量CLCは、スイッチング素子SWに接続された画素電極PEと、コモン電位の給電部VCOMと電気的に接続された共通電極CEと、画素電極PEと共通電極CEとの間に介在する液晶層LQとで構成されている。
スイッチング素子SWは、薄膜トランジスタ(TFT)によって構成され、ゲート配線G及びソース配線Sに電気的に接続されている。ゲート配線Gには、スイッチング素子SWをオンオフ制御するための制御信号が供給される。ソース配線Sには、映像信号が供給される。スイッチング素子SWは、ゲート配線Gに供給された制御信号に基づいてオンした際に、ソース配線Sに供給された映像信号に応じた画素電位を画素電極PEに書き込む。コモン電位の共通電極CEと画素電位の画素電極PEとの間の電位差により、液晶層LQに電圧が印加され、液晶層LQに含まれる液晶分子の配向が制御される。
蓄積容量CSは、液晶層LQに印加される電圧を一定期間保持するものであって、絶縁膜を介して対向する一対の電極で構成されている。例えば、蓄積容量CSは、画素電極PEと同電位の第1電極と、容量線Cの一部あるいは容量線Cと電気的に接続された第2電極と、第1電極と第2電極との間に介在する絶縁膜と、で構成されている。
なお、表示パネルPNLの詳細な構成についてはここでは説明を省略するが、TN(Twisted Nematic)モード、OCB(Optically Compensated Bend)モード、VA(Vertical Aligned)モードなどの主として縦電界を利用するモードでは、画素電極PEがアレイ基板ARに備えられる一方で、共通電極CEが対向基板CTに備えられる。また、IPS(In−Plane Switching)モード、FFS(Fringe Field Switching)モードなどの主として横電界を利用するモードでは、画素電極PE及び共通電極CEの双方がアレイ基板ARに備えられる。
図2は、図1に示したアレイ基板ARにおける画素PXの基本構造を概略的に示す平面図である。なお、ここでは、表示モードの一例として、FFSモードを適用した表示パネルPNLの画素構造について説明する。図中では、説明に必要な主要部のみを図示している。
ゲート配線G1及びゲート配線G2は、第1方向Xに沿ってそれぞれ延出している。ソース配線S1及びソース配線S2は、第2方向Yに沿ってそれぞれ延出し、ゲート配線G1及びゲート配線G2と交差している。スイッチング素子SWは、ゲート配線G1とソース配線S1との交差部付近に位置し、ゲート配線G1及びソース配線S1と電気的に接続されている。スイッチング素子SWは、半導体層SCを備えている。半導体層SCは、例えばポリシリコンによって形成されている。
図示した例のスイッチング素子SWは、第1ゲート電極WG1及び第2ゲート電極WG2を有するダブルゲート構造である。第1ゲート電極WG1及び第2ゲート電極WG2は、例えば、いずれもゲート配線G1の一部である。半導体層SCは、第1ゲート電極WG1及び第2ゲート電極WG2と交差し、一端側がソース配線S1と電気的に接続され、他端側が画素電極PEと電気的に接続されている。図示した例では、ソース配線S1は、コンタクトホールCH1を介して半導体層SCの一端側にコンタクトしている。また、半導体層SCの他端側と画素電極PEとの間には、中継電極REが位置している。中継電極REは、コンタクトホールCH2を介して半導体層SCの他端側にコンタクトしている。画素電極PEは、コンタクトホールCH3を介して中継電極REにコンタクトしている。
共通電極CEは、複数の画素電極PEと対向するように形成されている。画素電極PEの各々は、共通電極CEの上方に配置されている。画素電極PEには、共通電極CEと向かい合う複数のスリットSLが形成されている。
図3は、図2に示した画素PXを含む表示パネルPNLの構成を概略的に示す断面図である。
アレイ基板ARは、ガラス基板や樹脂基板などの透明な第1絶縁基板10を用いて形成されている。アレイ基板ARは、第1絶縁基板10の対向基板CTに対向する側に、共通電極CE、画素電極PE、第1絶縁膜11、第2絶縁膜12、第3絶縁膜13、第4絶縁膜14、第5絶縁膜15、第1配向膜AL1などを備えている。
第1絶縁膜11は、第1絶縁基板10の内面に配置されている。第2絶縁膜12は、第1絶縁膜11の上に配置されている。第3絶縁膜13は、第2絶縁膜12の上に配置されている。第4絶縁膜14は、第3絶縁膜13の上に配置されている。第1絶縁膜11、第2絶縁膜12、及び、第3絶縁膜13は、例えばシリコン窒化物やシリコン酸化物などの無機系材料を用いて形成されている。第4絶縁膜14は、例えばアクリル樹脂などの有機系材料を用いて形成されている。なお、図示しないスイッチング素子の半導体層は第1絶縁膜11と第2絶縁膜12との間に位置し、ゲート配線やスイッチング素子のゲート電極は第2絶縁膜12と第3絶縁膜13との間に位置し、ソース配線や中継電極は第3絶縁膜13と第4絶縁膜14との間に位置している。
共通電極CEは、第4絶縁膜14の上に配置されている。共通電極CEは、透明な導電材料、例えば、インジウム・ティン・オキサイド(ITO)やインジウム・ジンク・オキサイド(IZO)などによって形成されている。共通電極CEは、第5絶縁膜15によって覆われている。第5絶縁膜15は、シリコン窒化物などの無機系材料を用いて形成されている。
画素電極PEは、第5絶縁膜15の上に配置され、共通電極CEと向かい合っている。画素電極PEには、スリットSLが形成されている。画素電極PEは、透明な導電材料、例えば、ITOやIZOなどによって形成されている。画素電極PEは、第1配向膜AL1によって覆われている。第1配向膜AL1は、第5絶縁膜15も覆っている。第1配向膜AL1は、水平配向性を示す材料によって形成され、アレイ基板ARの液晶層LQに接する面に配置されている。
一方、対向基板CTは、ガラス基板や樹脂基板などの透明な第2絶縁基板20を用いて形成されている。対向基板CTは、第2絶縁基板20のアレイ基板ARに対向する側に、ブラックマトリクス(遮光部材)BM、カラーフィルタCF1乃至CF3、オーバーコート層OC、第2配向膜AL2などを備えている。
ブラックマトリクスBMは、第2絶縁基板20の内面に配置されている。ブラックマトリクスBMは、画素の境界に沿って形成されており、ゲート配線、ソース配線、スイッチング素子などの配線部の直上に位置している。ブラックマトリクスBMは、黒色の樹脂材料や、遮光性の金属材料によって形成されている。
カラーフィルタCF1乃至CF3のそれぞれは、第2絶縁基板20の内面に配置されている。一例として、カラーフィルタCF1は、緑色に着色された樹脂材料によって形成されている。カラーフィルタCF2は、青色に着色された樹脂材料によって形成されている。カラーフィルタCF3は、赤色に着色された樹脂材料によって形成されている。
オーバーコート層OCは、カラーフィルタCF1乃至CF3を覆っている。オーバーコート層OCは、透明な樹脂材料によって形成されている。オーバーコート層OCは、第2配向膜AL2によって覆われている。第2配向膜AL2は、水平配向性を示す材料によって形成され、対向基板CTの液晶層LQに接する面に配置されている。
上述したようなアレイ基板ARと対向基板CTとは、第1配向膜AL1及び第2配向膜AL2が向かい合うように配置されている。このとき、アレイ基板ARと対向基板CTの間には、図示しない柱状スペーサなどにより、所定のセルギャップが形成される。アレイ基板ARと対向基板CTとは、セルギャップが形成された状態でシール材によって貼り合わせられている。液晶層LQは、アレイ基板ARの第1配向膜AL1と対向基板CTの第2配向膜AL2との間に形成されたセルギャップに封入された液晶分子を含む液晶組成物によって構成されている。
このような構成の表示パネルPNLに対して、その背面側には、バックライトBLが配置されている。バックライトBLとしては、種々の形態が適用可能であるが、詳細な構造については説明を省略する。バックライトBLは、表示パネルPNLに向けて光を照射する。
アレイ基板ARの外面すなわち第1絶縁基板10の外面には、第1偏光板PL1を含む第1光学素子OD1が配置されている。対向基板CTの外面すなわち第2絶縁基板20の外面には、第2偏光板PL2を含む第2光学素子OD2が配置されている。第1偏光板PL1の第1吸収軸及び第2偏光板PL2の第2吸収軸は、例えばクロスニコルの位置関係にある。
図4は、図2に示したスイッチング素子SWの等価回路を示す図である。ここでは、ダブルゲート構造であり、且つ、半導体層の不純物濃度が異なる高濃度領域及び低濃度領域を有する構造のスイッチング素子SWについて説明するが、スイッチング素子SWの構造は、図示した例に限定されるものではない。
図示した例では、スイッチング素子SWにおいて、ソース配線S1と接続される一端側端子の電位をVsとし、画素電極PEと接続される他端側端子の電位をVdとしたとき、Vd>Vsの関係にある状態は、画素電極PEにプラスフィールドの電荷が保持されている場合に相当し、Vd<Vsの関係にある状態は、画素電極PEにマイナスフィールドの電荷が保持されている場合に相当する。
スイッチング素子SWの半導体層SCは、第1不純物領域R1、第2不純物領域R2、第3不純物領域R3、第1チャネル領域CN1、及び、第2チャネル領域CN2を有している。第1チャネル領域CN1は、第1不純物領域R1と第2不純物領域R2との間に位置している。第2チャネル領域CN2は、第2不純物領域R2と第3不純物領域R3との間に位置している。第1ゲート電極WG1は、第1チャネル領域CN1と対向している。第2ゲート電極WG2は、第2チャネル領域CN2と対向している。
第1不純物領域R1、第2不純物領域R2、及び、第3不純物領域R3は、いずれも半導体層SCに不純物が注入された領域に相当する。第1不純物領域R1は、スイッチング素子SWの一端側(ソース配線側)に位置している。第3不純物領域R3は、スイッチング素子SWの他端側(画素電極側)に位置している。
第1不純物領域R1は、第1高濃度領域RH1及び第1低濃度領域RL1を有している。第3不純物領域R3は、第3高濃度領域RH3及び第3低濃度領域RL3を有している。第2不純物領域R2は、ここでは、その全体が第2低濃度領域RL2に相当する。
第1低濃度領域RL1は、第1高濃度領域RH1と第1チャネル領域CN1との間に位置している。第2不純物領域R2あるいは第2低濃度領域RL2は、第1チャネル領域CN1と第2チャネル領域CN2との間に位置している。第3低濃度領域RL3は、第3高濃度領域RH3と第2チャネル領域CN2との間に位置している。
ところで、発明者は、スイッチング素子SWの動作時に、半導体層SCに光が照射された場合に、画素電極側に位置する不純物領域において、ソース配線側に位置する不純物領域に比べて光リーク電流が相対的に発生しやすいと推察している。
ここで、上述したダブルゲート構造のスイッチング素子SWにおいて、光リーク電流(或いは光励起電流、即ち、光が照射されることによる電子の励起に起因して生じる電流、)の発生を確認するための実験を行った。この実験では、図3に示した等価回路に相当するテスト用のスイッチング素子SWを作成し、このスイッチング素子SWに対して、その上方からレーザー光を照射しながらソース配線側から画素電極側に向かって走査し、光リーク電流の大きさを測定した。
図5は、実験で適用したスイッチング素子SWの構成、及び、光リーク電流の測定結果を示す。なお、図中の横軸はレーザー光が照射された光照射位置を示しており、図中の縦軸は光リーク電流の大きさ(但し、所定の値で規格化された相対値)を示している。
図示した測定結果は、いずれの光照射位置でも光リーク電流の値がプラスの値を示している。この測定結果によれば、第3不純物領域R3に光スポットが照射された場合には、第1不純物領域R1及び第2不純物領域R2にそれぞれ光スポットが照射された場合よりも、大きな光リーク電流が流れることを示している。
一般に、液晶表示装置では、いわゆる焼き付きを防止するために交流駆動が採用される。つまり、画素電極PEには、マイナスフィールドの電荷とプラスフィールドの電荷とが交互に保持される。スイッチング素子SWのソース及びドレインは、画素電極側不純物領域とソース配線側不純物領域との間で交互に変化する。すなわち、画素電極PEにマイナスフィールドの電荷が保持される場合には、画素電極側の不純物領域がソース領域となりソース配線側の不純物領域がドレイン領域となるのに対して、画素電極PEにプラスフィールドの電荷が保持される場合には、画素電極側の不純物領域はドレイン領域となりソース配線側の不純物領域がソース領域となる。
マイナスフィールドの時には、ソース配線側に位置するドレイン領域で生じた光励起電子はソース配線に注入されるものの、ソース配線は電位を供給する側であるため、その電位はほとんど変化しない。一方、プラスフィールドの時には、画素電極側に位置するドレイン領域で生じた光励起電子はプラスフィールドの電荷を保持した画素電極に注入される。このため、画素電極に保持された画素電位が低下する。つまり、プラスフィールドの時には、マイナスフィールドの時よりも顕著に光リークが発生する。
次に、本実施形態に係るスイッチング素子SWの構成例について説明する。
図6は、本実施形態の液晶表示装置に適用可能なスイッチング素子SWの一構成例を概略的に示す平面図である。
図示した例では、半導体層SCは、略L字形に形成されている。第1不純物領域R1、第1チャネル領域CN1、第2不純物領域R2、第2チャネル領域CN2、及び、第3不純物領域R3は、この順に並んでいる。第1高抵抗領域RH1、第1低抵抗領域RL1、第1チャネル領域CN1、及び、第2不純物領域R2(あるいは、第2低抵抗領域RL2)は、第2方向Yに並んでいる。第2不純物領域R2は、約90度に屈曲している。第2不純物領域R2、第2チャネル領域CN2、第3低抵抗領域RL3、及び、第3高抵抗領域RH3は、第1方向Xに並んでいる。半導体層SCのうち、第2方向Yに延出した部分(第1高抵抗領域RH1、第1低抵抗領域RL1、第1チャネル領域CN1、及び、第2不純物領域R2の一部)については、ソース配線S1と対向している。
本実施形態では、半導体層SCのうち、主に光リークが顕著に発生する領域は、遮光膜LSによって遮光されている。すなわち、遮光膜LSは、上述した実験に基づき、半導体層SCのうちの光リークが顕著に発生する領域、すなわち、第2チャネル領域CN2と第3不純物領域R3との境界を含む領域に対向するように配置されている。図示した例では、遮光膜LSは、第2チャネル領域CN2及び第3不純物領域R3に跨って延在しており、第2チャネル領域CN2と対向する一端部LSAと、第3不純物領域R3の第3低抵抗領域RL3と対向する他端部LSBと、を有している。つまり、遮光膜LSは、半導体層SCのうち、第2チャネル領域CN2の画素電極側の領域、及び、第3不純物領域R3の第2チャネル領域CN2と隣接する側の領域とそれぞれ対向している。その一方で、遮光膜LSは、第1不純物領域R1、第1チャネル領域CN1、第2不純物領域R2、及び、第3高抵抗領域RH3とは対向していない。また、遮光膜LSは、島状に形成され、ソース配線S1と対向する位置からずれた位置に配置されている。このため、遮光膜LSは、ソース配線S1との間、あるいは、半導体層SCのソース配線側の領域との間で不所望な寄生容量を形成することはない。さらには、遮光膜LSは、ゲート配線G1の第1方向Xに延出した部分と対向する位置からずれた位置に配置されている。このため、遮光膜LSは、ゲート配線G1との間でも不所望な寄生容量を形成することはない。
第1ゲート電極WG1は、第1チャネル領域CN1と対向している。第2ゲート電極WG2は、第2チャネル領域CN2と対向している。中継電極REは、第3不純物領域R3と対向している。中継電極REは、ソース配線S1などと同一の金属材料によって形成されている。
図7は、図6に示したスイッチング素子SWをA−B線で切断した構造を概略的に示す断面図である。
遮光膜LSは、第1絶縁基板10と半導体層SCとの間に位置している。図示した例では、遮光膜LSは、第1絶縁基板10の内面に配置され、第1絶縁膜11によって覆われている。このような遮光膜LSは、例えば、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、銀(Ag)など金属材料を用いて形成されている。
半導体層SCは、第1絶縁膜11の上に配置され、第2絶縁膜12によって覆われている。半導体層SCにおいて、その一端側から他端側に向かって、第1高濃度領域RH1、第1低濃度領域RL1、第1チャネル領域CN1、第2不純物領域R2、第2チャネル領域CN2、第3低濃度領域RL3、及び、第3高濃度領域RH3がこの順に並んでいる。第2チャネル領域CN2は、遮光膜LSの一端部LSAの直上に位置している。第3低濃度領域RL3は、遮光膜LSの他端部LSBの直上に位置している。
第1ゲート電極WG1及び第2ゲート電極WG2は、第2絶縁膜12の上に配置され、第3絶縁膜13によって覆われている。第1ゲート電極WG1は、第1チャネル領域CN1の直上に位置している。第2ゲート電極WG2は、第2チャネル領域CN2の直上に位置している。
ソース配線S1及び中継電極REは、第3絶縁膜13の上に配置され、第4絶縁膜14によって覆われている。ソース配線S1は、第2絶縁膜12及び第3絶縁膜13を貫通するコンタクトホールCH1を介して第1高濃度領域RH1にコンタクトしている。中継電極REは、第2絶縁膜12及び第3絶縁膜13を貫通するコンタクトホールCH2を介して第3高濃度領域RH3にコンタクトしている。中継電極REは、第3低濃度領域RL3、及び、第3高濃度領域RH3の直上に位置している。
なお、図示しない画素電極は、第4絶縁膜14を貫通するコンタクトホールを介して中継電極REにコンタクトしている。
第1ゲート電極WG1及び第2ゲート電極WG2を含むゲート配線G1、ソース配線S1、及び、中継電極REは、例えば、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、銀(Ag)など金属材料を用いて形成されている。
本実施形態によれば、スイッチング素子SWの半導体層SCは、その裏面側(つまりバックライトが配置される側)に配置された遮光膜LSと対向している。遮光膜LSは、半導体層SCのうち、光リークが顕著に発生する領域、特に、画素電極側に位置するチャネル領域(上記の第2チャネル領域)と不純物領域(上記の第3不純物領域)との境界を含む領域と対向するように配置されている。このため、半導体層SCにおいて光リークが発生しやすい領域に向かうバックライト光を遮光することが可能となる。したがって、スイッチング素子SWにおける光リークを抑制することが可能となる。これにより、光リークに起因したスイッチング素子SWの誤動作、及び、画素電極PEが保持している画素電位の変動を抑制することが可能となる。
なお、半導体層SCの表面側については、画素電極側に位置するチャネル領域(上記の第2チャネル領域)はゲート電極(上記の第2ゲート電極)によって遮光され、また、不純物領域(上記の第3不純物領域)は中継電極によって遮光されているため、表示パネルPNLの内部で散乱した光に起因した光リークも抑制することが可能となる。また、外部から表示パネルPNLに入射する外光は、スイッチング素子SWの直上に位置するブラックマトリクスによって遮光されるため、外光に起因した光リークも抑制することが可能となる。
一方で、遮光膜LSは、光リークがほとんど発生しない半導体層SCの領域、特に、ソース配線側の領域とは対向していない。特に、遮光膜LSは、ソース配線と対向する位置からずれた位置に配置されている。このため、遮光膜LSの設置面積を低減することができ、遮光膜と半導体層との間の寄生容量を低減することが可能となる。また、半導体層SCのうち、ソース配線側の領域と遮光膜LSとは対向していないため、ソース配線側での遮光膜LSと半導体層SCとの容量結合が防止され、ソース配線に供給される映像信号にかかわらず、遮光膜LSの電位を安定化することが可能となる。このため、遮光膜LSと容量結合している半導体層SCの画素電極側の領域の電位が安定化し、画素電極PEに保持される画素電位の乱れを抑制することが可能となる。したがって、良好な表示品位を得ることが可能となる。
また、遮光膜LSの設置面積を低減することにより、表示に寄与する面積の低減を抑制することが可能となる。
次に、スイッチング素子SWの他の構成例について説明する。
図8は、本実施形態の液晶表示装置に適用可能なスイッチング素子SWの他の構成例を概略的に示す平面図である。
図示した構成例は、図6に示した構成例と比較して、遮光膜LSが第1方向Xに拡張された点で相違している。すなわち、遮光膜LSは、第2不純物領域R2、第2チャネル領域CN2、及び、第3不純物領域R3に跨って延在している。より具体的には、遮光膜LSは、第2チャネル領域CN2の全体と対向し、第2不純物領域R2と対向する一端部LSAと、第3不純物領域R3(第3低抵抗領域RL3)と対向する他端部LSBと、を有している。つまり、遮光膜LSは、半導体層SCのうち、第2不純物領域R2の第2チャネル領域CN2と隣接する側の領域、第2チャネル領域CN2、及び、第3不純物領域R3の第2チャネル領域CN2と隣接する側の領域とそれぞれ対向している。その一方で、遮光膜LSは、第1不純物領域R1、第1チャネル領域CN1、及び、第3高抵抗領域RH3とは対向していない。また、遮光膜LSは、ソース配線S1と対向する位置、及び、ゲート配線G1の第1方向Xに延出した部分と対向する位置からずれた位置に配置されている。
このような構成例においても、上述した構成例と同様の効果が得られる。加えて、第2チャネル領域CN2の直下、あるいは、第2ゲート電極WG2の直下において、遮光膜LSに起因した段差が緩和され、薄膜の途切れを抑制することが可能となる。
このような遮光膜LSにおいて、第2不純物領域R2と第2チャネル領域CN2との境界から一端部LSAまでの第1方向Xに沿った距離Aは、第2チャネル領域CN2と第3不純物領域R3との境界から他端部LSBまでの第1方向Xに沿った距離Bよりも短い。すなわち、距離Aについては、先に形成する遮光膜LSと後に形成する半導体層SCとの加工精度の誤差を許容するために、約1μm以下の長さに設定されていれば良い。一方、距離Bについては、遮光膜LSと半導体層SCとの加工精度の誤差に加えて、上記の通り、光リークが顕著に発生する領域を確実に遮光するための長さが必要であり、距離Aよりも長く、約4μm程度に設定されることが望ましい。これにより、半導体層SCでの光リークを抑制できるとともに、遮光膜LSでの段差を緩和することが可能となる。
図9は、本実施形態の液晶表示装置に適用可能なスイッチング素子SWの他の構成例を概略的に示す平面図である。
図示した構成例は、図8に示した構成例と比較して、遮光膜LSがさらに第1方向X及び第2方向Yに拡張された点で相違している。すなわち、遮光膜LSは、第2不純物領域R2、第2チャネル領域CN2、及び、第3不純物領域R3に跨って延在している。より具体的には、遮光膜LSは、第2チャネル領域CN2の全体と対向し、第2不純物領域R2と対向する一端部LSAと、第3不純物領域R3(第3低抵抗領域RL3)と対向する他端部LSBと、を有している。また、遮光膜LSは、ゲート電極WG1の一部、及び、中継電極REの一部と対向する領域まで延在している。その一方で、遮光膜LSは、第1不純物領域R1、第1チャネル領域CN1、及び、第3高抵抗領域RH3とは対向していない。また、遮光膜LSは、ソース配線S1と対向する位置、及び、ゲート配線G1の第1方向Xに延出した部分と対向する位置からずれた位置に配置されている。
このような構成例においても、上述した構成例と同様の効果が得られる。加えて、ゲート配線G1と遮光膜LSとの間に比較的大きな寄生容量が形成される。このため、アレイ基板ARを製造する過程において、特に、ゲート配線等を形成した後のプロセスでゲート配線が帯電したとしても、スイッチング素子に形成された寄生容量で電荷を吸収することができ、スイッチング素子などの静電破壊を抑制することが可能となる。なお、遮光膜LSの設置面積については、ブラックマトリクスBMと対向する範囲内で拡大することが可能である。
次に、本実施形態のバリエーションについて説明する。
図10は、ダブルゲート構造のスイッチング素子SWにおける半導体層SCと遮光層LSとの位置関係を模式的に示す断面図である。なお、図中の遮光層LSと半導体層SCとの間には上記の第1絶縁膜が介在し、半導体層SCと第1ゲート電極WG1及び第2ゲート電極WG2との間には上記の第2絶縁膜が介在しているが、図示を省略している。
図中の(A)で示したスイッチング素子SWでは、半導体層SCは、第1不純物領域R1、第1ゲート電極WG1と重なる第1チャネル領域CN1、第2不純物領域R2、第2ゲート電極WG2と重なる第2チャネル領域CN2、及び、第3不純物領域R3を有している。第1不純物領域R1、第2不純物領域R2、及び、第3不純物領域R3は、いずれも比較的高濃度の不純物を含む高濃度領域に相当する。第1不純物領域R1はソース配線と電気的に接続され、第3不純物領域R3は画素電極と電気的に接続される。このようなスイッチング素子SWにおいては、遮光層LSは、少なくとも、半導体層SCの第2チャネル領域CN2及び第3不純物領域R3に跨って対向している。遮光層LSは、図中の破線で示したように拡張しても良い。すなわち、遮光層LSの一端部LSAは、第2チャネル領域CN2の直下に位置していても良いし、第2不純物領域R2の直下に位置していても良い。遮光層LSの他端部LSBは、第3不純物領域R3の直下に位置している。
図中の(B)で示したスイッチング素子SWでは、上記の(A)で示したスイッチング素子と比較して、第1不純物領域R1が第1高濃度領域RH1及び第1低濃度領域RL1を含み、また、第3不純物領域R3が第3低濃度領域RL3及び第3高濃度領域RH3を含む点で相違している。つまり、半導体層SCは、第1高濃度領域RH1(第1不純物領域R1)、第1低濃度領域RL1(第1不純物領域R1)、第1ゲート電極WG1と重なる第1チャネル領域CN1、第2低濃度領域RL2(第2不純物領域R2)、第2ゲート電極WG2と重なる第2チャネル領域CN2、第3低濃度領域RL3(第3不純物領域R3)、及び、第3高濃度領域RH3(第3不純物領域R3)を有している。第1低濃度領域RL1、第2低濃度領域RL2、及び、第3低濃度領域RL3は、いずれも同等の濃度の不純物を含み、第1高濃度領域RH1及び第3高濃度領域RH3よりも不純物濃度が低い領域に相当する。第1高濃度領域RH1はソース配線と電気的に接続され、第3高濃度領域RH3は画素電極と電気的に接続される。このようなスイッチング素子SWにおいては、遮光層LSは、少なくとも、半導体層SCの第2チャネル領域CN2及び第3低濃度領域RL3に跨って対向している。遮光層LSは、図中の破線で示したように拡張しても良く、遮光層LSの一端部LSAは、第2チャネル領域CN2の直下あるいは第2低濃度領域RL2の直下のいずれに位置していても良い。また、遮光層LSの他端部LSBは、第3低濃度領域RL3の直下あるいは第3高濃度領域RH3の直下のいずれに位置していても良い。
図中の(C)で示したスイッチング素子SWでは、上記の(B)で示したスイッチング素子と比較して、第2不純物領域R2が第2高濃度領域RH2及び第2低濃度領域RL2を含み、しかも、第2高濃度領域RH2が第2低濃度領域RL2の中途に位置している点で相違している。つまり、半導体層SCは、第1高濃度領域RH1(第1不純物領域R1)、第1低濃度領域RL1(第1不純物領域R1)、第1ゲート電極WG1と重なる第1チャネル領域CN1、第2低濃度領域RL2(第2不純物領域R2)、第2高濃度領域RH2(第2不純物領域R2)、第2低濃度領域RL2(第2不純物領域R2)、第2ゲート電極WG2と重なる第2チャネル領域CN2、第3低濃度領域RL3(第3不純物領域R3)、及び、第3高濃度領域RH3(第3不純物領域R3)を有している。このようなスイッチング素子SWにおいては、遮光層LSは、少なくとも、半導体層SCの第2チャネル領域CN2及び第3低濃度領域RL3に跨って対向している。遮光層LSは、図中の破線で示したように拡張しても良く、遮光層LSの一端部LSAは、第2チャネル領域CN2の直下あるいは第2低濃度領域RL2の直下あるいは第2高濃度領域RH2の直下のいずれに位置していても良い。また、遮光層LSの他端部LSBは、第3低濃度領域RL3の直下あるいは第3高濃度領域RH3の直下のいずれに位置していても良い。
図中の(D)で示したスイッチング素子SWでは、上記の(A)で示したスイッチング素子と比較して、第1チャネル領域CN1が第1ゲート電極WG1と重なる位置よりも第1不純物領域R1側及び第2不純物領域R2側にそれぞれ拡張され、第2チャネル領域CN2が第2ゲート電極WG2と重なる位置よりも第2不純物領域R2側及び第3不純物領域R3側にそれぞれ拡張されている点で相違している。このようなスイッチング素子SWにおいては、遮光層LSは、少なくとも、半導体層SCの第2チャネル領域CN2及び第3不純物領域R3に跨って対向している。遮光層LSは、図中の破線で示したように拡張しても良く、遮光層LSの一端部LSAは、第2チャネル領域CN2の直下あるいは第2不純物領域R2の直下のいずれに位置していても良い。また、遮光層LSの他端部LSBは、第3不純物領域R3の直下に位置している。
以上説明した実施形態では、ダブルゲート構造のスイッチング素子を例に説明したが、シングルゲート構造のスイッチング素子についても本実施形態は適用可能である。すなわち、発明者が検討したところでは、光リークが顕著に発生する領域は、画素電極側に位置するチャネル領域と不純物領域との境界を含む領域である。したがって、シングルゲート構造のスイッチング素子においても、当該領域が遮光膜LSによって遮光される一方で、半導体層のソース配線側に位置する領域が遮光膜LSと対向しない構造を適用することで、上記の本実施形態で説明したのと同様の効果が得られる。
以下に、シングルゲート構造のスイッチング素子SWのバリエーションについて説明する。
図11は、シングルゲート構造のスイッチング素子SWにおける半導体層SCと遮光層LSとの位置関係を模式的に示す断面図である。なお、図中の遮光層LSと半導体層SCとの間には上記の第1絶縁膜が介在し、半導体層SCとゲート電極WGとの間には上記の第2絶縁膜が介在しているが、図示を省略している。
図中の(A)で示したスイッチング素子SWでは、半導体層SCは、第1不純物領域R1、ゲート電極WGと重なるチャネル領域CN、及び、第2不純物領域R2を有している。第1不純物領域R1及び第2不純物領域R2は、いずれも比較的高濃度の不純物を含む高濃度領域に相当する。第1不純物領域R1はソース配線と電気的に接続され、第2不純物領域R2は画素電極と電気的に接続される。このようなスイッチング素子SWにおいては、遮光層LSは、半導体層SCのチャネル領域CN及び第2不純物領域R2に跨って対向している。遮光層LSの一端部LSAはチャネル領域CNの直下に位置し、遮光層LSの他端部LSBは第2不純物領域R2の直下に位置している。
図中の(B)で示したスイッチング素子SWでは、上記の(A)で示したスイッチング素子と比較して、第1不純物領域R1が第1高濃度領域RH1及び第1低濃度領域RL1を含み、また、第2不純物領域R2が第2低濃度領域RL2及び第2高濃度領域RH2を含む点で相違している。つまり、半導体層SCは、第1高濃度領域RH1(第1不純物領域R1)、第1低濃度領域RL1(第1不純物領域R1)、ゲート電極WGと重なるチャネル領域CN、第2低濃度領域RL2(第2不純物領域R2)、及び、第2高濃度領域RH2(第2不純物領域R2)を有している。第1低濃度領域RL1及び第2低濃度領域RL2は、いずれも同等の濃度の不純物を含み、第1高濃度領域RH1及び第2高濃度領域RH2よりも不純物濃度が低い領域に相当する。第1高濃度領域RH1はソース配線と電気的に接続され、第2高濃度領域RH2は画素電極と電気的に接続される。このようなスイッチング素子SWにおいては、遮光層LSは、少なくとも、半導体層SCのチャネル領域CN及び第2低濃度領域RL2に跨って対向している。遮光層LSは、図中の破線で示したように拡張しても良く、遮光層LSの一端部LSAは、チャネル領域CNの直下に位置し、また、遮光層LSの他端部LSBは、第2低濃度領域RL2の直下あるいは第2高濃度領域RH2の直下のいずれに位置していても良い。
図中の(C)で示したスイッチング素子SWでは、上記の(A)で示したスイッチング素子と比較して、チャネル領域CNがゲート電極WGと重なる位置よりも第1不純物領域R1側及び第2不純物領域R2側にそれぞれ拡張されている点で相違している。このようなスイッチング素子SWにおいては、遮光層LSは、半導体層SCのチャネル領域CN及び第2不純物領域R2に跨って対向している。遮光層LSの一端部LSAはチャネル領域CNの直下に位置し、遮光層LSの他端部LSBは第2不純物領域R2の直下に位置している。
上記実施形態では、表示装置として、液晶表示装置を例に説明したが、有機EL表示装置などの他の表示装置についても本実施形態は適用可能である。有機EL表示装置では、自発光素子からの放射光が表示パネル内を伝播し、スイッチング素子SWの半導体層SCに照射されることが想定されるが、上記の実施形態で説明した構成を適用することにより、半導体層SCにおける光リークが発生しやすい領域の表面側及び裏面側に向かう光を遮光することができ、上記したのと同様の効果が得られる。
以上説明したように、本実施形態によれば、表示品位の良好な表示装置を提供することができる。
なお、この発明は、上記実施形態そのものに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
PNL…表示パネル AR…アレイ基板 CT…対向基板 LQ…液晶層
SW…スイッチング素子 WG1…第1ゲート電極 WG2…第2ゲート電極
SC…半導体層 CN1…第1チャネル領域 CN2…第2チャネル領域
R1…第1不純物領域 R2…第2不純物領域 R3…第3不純物領域
LS…遮光膜

Claims (5)

  1. 絶縁基板と、
    ポリシリコンによって形成された半導体層であって、第1不純物領域、第2不純物領域、及び、前記第1不純物領域と前記第2不純物領域との間に位置するチャネル領域を有する半導体層と、
    前記半導体層を覆う絶縁膜と、
    前記絶縁膜上に形成され前記チャネル領域と対向するゲート電極と、
    前記第1不純物領域に電気的に接続されたソース配線と、
    前記第2不純物領域に電気的に接続され、映像信号に応じた画素電位が書き込まれる画素電極と、
    前記絶縁基板と前記半導体層との間に位置し、前記ソース配線と対向する位置からずれた位置に配置され、前記チャネル領域と前記第2不純物領域との境界を含む領域に対向する遮光膜と、
    を備えた表示装置。
  2. 前記遮光膜は、前記チャネル領域と対向する一端部と、前記第2不純物領域と対向する他端部とを有する、請求項1に記載の表示装置。
  3. 絶縁基板と、
    ポリシリコンによって形成された半導体層であって、第1不純物領域、第2不純物領域、第3不純物領域、前記第1不純物領域と前記第2不純物領域との間に位置する第1チャネル領域、及び、前記第2不純物領域と前記第3不純物領域との間に位置する第2チャネル領域を有する半導体層と、
    前記半導体層を覆う絶縁膜と、
    前記絶縁膜上に形成され、前記第1チャネル領域と対向する第1ゲート電極、及び、前記第1ゲート電極と電気的に接続され前記第2チャネル領域と対向する第2ゲート電極と、
    前記第1不純物領域に電気的に接続されたソース配線と、
    前記第3不純物領域に電気的に接続され、映像信号に応じた画素電位が書き込まれる画素電極と、
    前記絶縁基板と前記半導体層との間に位置し、前記ソース配線と対向する位置からずれた位置に配置され、前記第2チャネル領域と前記第3不純物領域との境界を含む領域に対向する遮光膜と、
    を備えた表示装置。
  4. 前記遮光膜は、前記第2チャネル領域または前記第2不純物領域と対向する一端部と、前記第3不純物領域と対向する他端部とを有する、請求項3に記載の表示装置。
  5. 前記第2不純物領域と対向する一端部及び前記第3不純物領域と対向する他端部を有する前記遮光膜において、前記第2不純物領域と前記第2チャネル領域との境界から前記一端部までの距離は、前記第2チャネル領域と前記第3不純物領域との境界から前記他端部までの距離よりも短い、請求項4に記載の表示装置。
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