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Abstract
Description
しては、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置、電子機器、照明装置、
入力装置(例えば、タッチセンサなど)、入出力装置(例えば、タッチパネルなど)、そ
れらの駆動方法、又はそれらの製造方法を一例として挙げることができる。
トランジスタは、ガラス基板上に形成されたアモルファスシリコン、単結晶シリコン、ま
たは多結晶シリコンなどのシリコン半導体によって構成されている。また、該シリコン半
導体を用いたトランジスタは、集積回路(IC)などにも利用されている。
技術が注目されている。なお、本明細書中では、半導体特性を示す金属酸化物を酸化物半
導体と記すこととする。例えば、特許文献1及び特許文献2には、酸化物半導体として、
酸化亜鉛、またはIn-Ga-Zn系酸化物を用いたトランジスタを作製し、該トランジ
スタを表示装置の画素のスイッチング素子などに用いる技術が開示されている。
、本発明の一態様は、消費電力の低い液晶表示装置を提供することを目的の一とする。ま
たは、本発明の一態様は、高精細な液晶表示装置を提供することを目的の一とする。また
は、本発明の一態様は、信頼性の高い液晶表示装置を提供することを目的の一とする。
、必ずしも、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。明細書、図面、請求
項の記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
る。液晶素子は、画素電極、液晶層、及び共通電極を有する。走査線及び信号線は、それ
ぞれ、トランジスタと電気的に接続される。走査線及び信号線は、それぞれ、金属層を有
する。トランジスタは、画素電極と電気的に接続される。トランジスタの半導体層は、第
1の金属酸化物層と第2の金属酸化物層とを積層して有する。第1の金属酸化物層は、第
2の金属酸化物層よりも結晶性が低い領域を有する。トランジスタは、画素電極と接続さ
れる第1の領域を有する。画素電極、共通電極、及び第1の領域は、可視光を透過する機
能を有する。可視光は、第1の領域及び液晶素子を透過して、表示装置の外部に射出され
る。
る。液晶素子は、画素電極、液晶層、及び共通電極を有する。走査線及び信号線は、それ
ぞれ、トランジスタと電気的に接続される。走査線及び信号線は、それぞれ、金属層を有
する。トランジスタは、画素電極と電気的に接続される。トランジスタは、ゲート電極と
、ゲート電極上の絶縁層と、絶縁層上の半導体層と、半導体層上の一対の電極と、を有す
る。半導体層は、第1の金属酸化物層と、第1の金属酸化物層上の第2の金属酸化物層と
、を有する。第1の金属酸化物層は、第2の金属酸化物層よりも結晶性が低い領域を有す
る。トランジスタは、画素電極と接続される第1の領域を有する。画素電極、共通電極、
及び第1の領域は、可視光を透過する機能を有する。可視光は、第1の領域及び液晶素子
を透過して、表示装置の外部に射出される。
Mは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、またはスズ)と、亜鉛と、を有すること
が好ましい。例えば、インジウム、金属M、及び亜鉛の原子数の比がIn:M:Zn=4
:x:yのとき、xが1.5以上2.5以下であり、且つyが2以上4以下である。例え
ば、インジウム、金属M、及び亜鉛の原子数の比がIn:M:Zn=5:x:yのとき、
xが0.5以上1.5以下であり、且つyが5以上7以下である。
晶素子及びトランジスタよりも表示面側に位置する。
または、可視光は、液晶素子、第1の領域の順に透過して、表示装置の外部に射出されて
もよい。
呈する複数の画素が配設される方向は、信号線が伸長する方向と交差することが好ましい
。
板(Flexible printed circuit、以下、FPCと記す)もしく
はTCP(Tape Carrier Package)等のコネクタが取り付けられた
表示モジュール、またはCOG(Chip On Glass)方式もしくはCOF(C
hip On Film)方式等によりICが実装された表示モジュール等の表示モジュ
ールである。
ーカ、マイク、または操作ボタンの少なくともいずれか一と、を有する電子機器である。
発明の一態様により、消費電力の低い液晶表示装置を提供することができる。または、本
発明の一態様により、高精細な液晶表示装置を提供することができる。または、本発明の
一態様により、信頼性の高い液晶表示装置を提供することができる。
、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。明細書、図面、請求項の記載から
、これら以外の効果を抽出することが可能である。
れず、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、本発明は以下に示す実施の形態の
記載内容に限定して解釈されるものではない。
一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。また、同様の
機能を指す場合には、ハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。
の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、必ず
しも、図面に開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。
て、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜」
という用語に変更することが可能である。または、例えば、「絶縁膜」という用語を、「
絶縁層」という用語に変更することが可能である。
酸化物である。金属酸化物は、酸化物絶縁体、酸化物導電体(透明酸化物導電体を含む)
、酸化物半導体(Oxide Semiconductorまたは単にOSともいう)な
どに分類される。例えば、トランジスタの半導体層に金属酸化物を用いた場合、当該金属
酸化物を酸化物半導体と呼称する場合がある。つまり、OS FETと記載する場合にお
いては、金属酸化物または酸化物半導体を有するトランジスタと換言することができる。
de)と総称する場合がある。また、窒素を有する金属酸化物を、金属酸窒化物(met
al oxynitride)と呼称してもよい。
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~図11を用いて説明する。
まず、図1~図5を用いて、本実施の形態の表示装置について説明する。
、液晶層、及び共通電極を有する。トランジスタは、画素電極と電気的に接続される。ト
ランジスタの半導体層は、第1の金属酸化物層と第2の金属酸化物層とを積層して有する
。第1の金属酸化物層は、第2の金属酸化物層よりも結晶性が低い領域を有する。トラン
ジスタは、画素電極と接続される第1の領域を有する。画素電極、共通電極、及び第1の
領域は、可視光を透過する機能を有する。可視光は、第1の領域及び液晶素子を透過して
、表示装置の外部に射出される。
画素電極、液晶層、及び共通電極を有する。トランジスタは、画素電極と電気的に接続さ
れる。トランジスタは、ゲート電極と、ゲート電極上の絶縁層と、絶縁層上の半導体層と
、半導体層上の一対の電極と、を有する。半導体層は、第1の金属酸化物層と、第1の金
属酸化物層上の第2の金属酸化物層と、を有する。第1の金属酸化物層は、第2の金属酸
化物層よりも結晶性が低い領域を有する。トランジスタは、画素電極と接続される第1の
領域を有する。画素電極、共通電極、及び第1の領域は、可視光を透過する機能を有する
。可視光は、第1の領域及び液晶素子を透過して、表示装置の外部に射出される。
するため、当該コンタクト部を表示領域に設けることができる。これにより、画素の開口
率を高めることができる。開口率が高いほど光取り出し効率を高めることができる。光取
り出し効率を高めることができると、バックライトユニットの輝度を低減することができ
る。したがって、表示装置の消費電力を低減することができる。また、表示装置の高精細
化を実現できる。
それぞれ、トランジスタと電気的に接続される。走査線及び信号線は、それぞれ、金属層
を有する。走査線及び信号線に金属層を用いることで、走査線及び信号線の抵抗値を下げ
ることができる。
ランジスタのチャネル領域に用いる材料によっては、光が照射されることでトランジスタ
の特性が変動することがある。走査線が、トランジスタのチャネル領域と重なる部分を有
することで、外光またはバックライトの光などが、チャネル領域に照射されることを抑制
できる。これにより、トランジスタの信頼性を高めることができる。また、1つの導電膜
が、走査線としての機能と、ゲート(またはバックゲート)としての機能の双方を有して
いてもよい。
導体材料及び導電性材料を用いることができる。
きる。透光性を有する半導体材料としては、金属酸化物、または酸化物半導体(Oxid
e Semiconductor)等が挙げられる。酸化物半導体は、少なくともインジ
ウム(In)を含むことが好ましい。特にインジウム(In)及び亜鉛(Zn)を含むこ
とが好ましい。また、それらに加えて、アルミニウム(Al)、ガリウム(G)、イット
リウム(Y)、スズ(Sn)、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、シリコン、チタン
、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオ
ジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれた一種
、または複数種が含まれていてもよい。
る。透光性を有する導電性材料は、インジウム、亜鉛、錫の中から選ばれた一種、または
複数種を含むことが好ましい。具体的には、In酸化物、In-Sn酸化物(ITO:I
ndium Tin Oxideともいう)、In-Zn酸化物、In-W酸化物、In
-W-Zn酸化物、In-Ti酸化物、In-Sn-Ti酸化物、In-Sn-Si酸化
物、Zn酸化物、Ga-Zn酸化物などが挙げられる。
化物半導体を用いてもよい。当該低抵抗化させた酸化物半導体は、酸化物導電体(OC:
Oxide Conductor)ということができる。
することで、伝導帯近傍にドナー準位が形成される。酸化物半導体にドナー準位が形成さ
れることで、酸化物半導体は、導電性が高くなり導電体化する。
.5eV以上である)ため、可視光に対して透光性を有する。また、上述したように酸化
物導電体は、伝導帯近傍にドナー準位を有する酸化物半導体である。したがって、酸化物
導電体は、ドナー準位による吸収の影響は小さく、可視光に対して酸化物半導体と同程度
の透光性を有する。
有することが好ましい。同一の金属元素を有する酸化物半導体を、トランジスタを構成す
る層のうち2層以上に用いることで、製造装置(例えば、成膜装置、加工装置等)を2以
上の工程で共通で用いることが可能となるため、製造コストを抑制することができる。
の構成要素を省略して図示している。図1では、基板61を破線で示す。図2(A)及び
図3(A)は、表示装置100Aの断面図である。図2(B)は、表示装置100Aが有
するトランジスタ201の拡大図であり、図2(C)は、表示装置100Aが有するトラ
ンジスタ206の拡大図である。図3(B)は、表示装置100Aが有するトランジスタ
206の変形例である。
FPC72及びIC73が実装されている。
び青色を呈する副画素によって1つの画素が構成されることで、表示部62ではフルカラ
ーの表示を行うことができる。なお、副画素が呈する色は、赤、緑、及び青に限られない
。画素には、例えば、白、黄、マゼンタ、またはシアン等の色を呈する副画素を用いても
よい。なお、本明細書等において、副画素を単に画素と記す場合がある。
ていてもよい。または、走査線駆動回路及び信号線駆動回路の双方を有していなくてもよ
い。表示装置100Aが、タッチセンサ等のセンサを有する場合、表示装置100Aは、
センサ駆動回路を有していてもよい。本実施の形態では、駆動回路部64として、走査線
駆動回路を有する例を示す。走査線駆動回路は、表示部62が有する走査線に、走査信号
を出力する機能を有する。
されている。IC73は、例えば、信号線駆動回路、走査線駆動回路、及びセンサ駆動回
路のうち、一つ又は複数を有する。
C73及び駆動回路部64には外部から信号及び電力が供給される。また、FPC72を
介して、IC73から外部に信号を出力することができる。
路、走査線駆動回路、及びセンサ駆動回路のうち、一つ又は複数を有するICが実装され
ていてもよい。
号及び電力は、IC73から、またはFPC72を介して外部から、配線65に入力され
る。
である。図2(A)以降に示す表示装置の断面図では、表示部62として、1つの副画素
の表示領域68とその周囲に位置する非表示領域66を示す。
ト(図示しない)が位置する例である。バックライトユニットからの光45は、まず、基
板51に入射し、トランジスタ206と画素電極111のコンタクト部、液晶素子40、
着色層131、基板61、偏光板130の順に透過して、表示装置100Aの外部に取り
出される。
ト(図示しない)が位置する例である。バックライトユニットからの光45は、まず、基
板61に入射し、着色層131、液晶素子40、トランジスタ206と画素電極111の
コンタクト部、基板51、偏光板130の順に透過して、表示装置100Aの外部に取り
出される。
く、基板51側と基板61側のどちらも表示面側にすることができる。どちらを表示面側
にするかは、バックライトユニット、偏光板、タッチセンサ等の配置に応じて、適宜決定
することができる。
。
ジスタ206、液晶素子40、配向膜133a、配向膜133b、接続部204、接着層
141、着色層131、遮光層132、オーバーコート121、基板61、及び偏光板1
30等を有する。
タ206の拡大図を示す。
、及び半導体層231を有する。
ト絶縁層として機能する。導電層222a及び導電層222cは、それぞれ、半導体層2
31と接続している。
、半導体層231と電気的に接続されている。
11とトランジスタとのコンタクト部を表示領域68に設けることができる。したがって
、副画素の開口率を高めることができる。また、表示装置の消費電力を低減することがで
きる。
属酸化物層231a上の第2の金属酸化物層231bと、を有する。
はGa、Al、Y、またはSn)と、Znと、を有すると好ましい。
がMの原子数比より多い領域を有すると、トランジスタの電界効果移動度を高めることが
でき、好ましい。一例としては、第1の金属酸化物層231aと第2の金属酸化物層23
1bのIn、M、及びZnの原子数の比を、それぞれ、In:M:Zn=4:2:3また
はその近傍、あるいはIn:M:Zn=5:1:7またはその近傍とすると好ましい。こ
こで、近傍とは、Inが4の場合、Mが1.5以上2.5以下であり、かつZnが2以上
4以下を含み、Inが5の場合、Mが0.5以上1.5以下であり、かつZnが5以上7
以下を含む。このように、第1の金属酸化物層231aと第2の金属酸化物層231bを
概略同じ組成とすることで、同じスパッタリングターゲットを用いて形成できるため、製
造コストを抑制できる。
ーゲットを用いて成膜された膜を用いてもよいが、特に同じ組成のターゲットを用い、大
気に曝すことなく連続して成膜された積層膜を用いることが好ましい。これにより、1つ
の成膜装置で処理を行えるほか、第1の金属酸化物層231aと第2の金属酸化物層23
1bの間に不純物が残留することを抑制できる。
を含むことが好ましい。これにより、第2の金属酸化物層231bを、第1の金属酸化物
層231aよりもエッチングの耐性に優れた膜とすることができる。そのため、導電層2
22aや導電層222cを加工する際に、第2の金属酸化物層231bがエッチングによ
り消失してしまうことを防ぐことができる。したがって、図2(A)、(B)に示すよう
なチャネルエッチ構造のトランジスタを実現することができる。さらに、トランジスタの
バックチャネル側に位置する第2の金属酸化物層231bに結晶性の高い膜を用いること
で、ゲート221側の第1の金属酸化物層231aへ拡散しうる不純物を低減できるため
、信頼性の高いトランジスタを実現できる。
領域を含む膜を用いることで、第1の金属酸化物層231a中に酸素が拡散しやすくなり
、第1の金属酸化物層231aにおける酸素欠損の割合を低くすることができる。特に、
第1の金属酸化物層231aはゲート221に近い側に位置し、主としてチャネルが形成
されやすい層であるため、このような膜を用いることで信頼性の高いトランジスタを実現
できる。
らせることで作り分けることができる。例えば、第1の金属酸化物層231aと第2の金
属酸化物層231bとで、成膜ガス中の酸素ガスの流量を異ならせることができる。
に占める割合(酸素流量比ともいう)を、0%以上30%以下、好ましくは5%以上15
%以下とする。上述の酸素流量比とすることで、第1の金属酸化物層231aの結晶性を
低くすることができる。
100%以下、好ましくは50%以上100%以下、さらに好ましくは70%以上100
%以下とする。上述の酸素流量比とすることで、第2の金属酸化物層231bの結晶性を
高くすることができる。
、室温(25℃)以上200℃以下が好ましく、室温以上130℃以下がより好ましい。
基板温度を上記範囲とすることで、大面積のガラス基板を用いる場合に、基板の撓みまた
は歪みを抑制することができる。ここで、第1の金属酸化物層231aと第2の金属酸化
物層231bとで、成膜時の基板温度を同じ温度とすると、生産性を高めることができる
。また、例えば第1の金属酸化物層231aと第2の金属酸化物層231bとで成膜時の
基板温度を異ならせる場合には、第2の金属酸化物層231bの成膜時の基板温度を高く
すると、第2の金属酸化物層231bの結晶性をより高めることができる。
Composite oxide semiconductor)膜を用い、第2の金属
酸化物層231bに、CAAC-OS(c-axis-aligned crystal
line oxide semiconductor)膜を用いることが好ましい。
の導電層が、走査線としての機能と、ゲート221としての機能とを、有してもよい。ま
た、導電層222aに用いる導電層は、信号線としての機能を有していてもよい。つまり
、1つの導電層が、信号線としての機能と、導電層222aとしての機能とを、有しても
よい。走査線または信号線として機能する導電層の抵抗は十分に低いことが好ましい。そ
のため、走査線または信号線として機能する導電層は、金属、合金等を用いて形成される
ことが好ましい。走査線または信号線として機能する導電層には、可視光を遮る機能を有
する材料を用いてもよい。
性材料と比較して抵抗率が大きいことがある。よって、走査線及び信号線などのバスライ
ンは、信号遅延を防ぐため、抵抗率が小さい可視光を遮る導電性材料(金属材料)を用い
て形成することが好ましい。ただし、画素の大きさや、バスラインの幅、バスラインの厚
さなどによっては、バスラインに可視光を透過する導電性材料を用いることができる。
に照射されることを抑制できる。このように、半導体層231を、可視光を遮る導電層と
重ねると、光によるトランジスタの特性変動を抑制できる。これにより、トランジスタの
信頼性を高めることができる。
に、可視光を遮るゲート221が設けられていることで、外光及びバックライトの光が半
導体層231に照射されることを抑制できる。
スタ206の半導体層231の一部が、表示領域68に位置する例を示す。トランジスタ
の半導体層にシリコン、代表的にはアモルファスシリコン、または低温ポリシリコンなど
を用いる場合、半導体層は可視光の一部を吸収するため、当該半導体層を透過させて光を
取り出すことが難しい。また、シリコン中にリン、ボロンなどの不純物が含まれると、透
光性がさらに低下する場合がある。したがって、シリコン中に形成される低抵抗領域を透
過させて光を取り出すことはより難しい場合がある。しかしながら、本発明の一態様では
、酸化物半導体(OS)、及び酸化物導電体(OC)ともに、可視光に対して透光性を有
するため、画素または副画素の開口率を向上させることができる。
。なお、絶縁層212及び絶縁層214を、トランジスタ206の構成要素とみなすこと
もできる。トランジスタは、トランジスタを構成する半導体への不純物の拡散を抑制する
効果を奏する絶縁層で覆われていることが好ましい。絶縁層215は、平坦化層として機
能することができる。
縁層212及び絶縁層213が過剰酸素領域を有することで、半導体層231中に過剰酸
素を供給することができる。半導体層231に形成されうる酸素欠損を過剰酸素により補
填することができるため、信頼性の高いトランジスタを提供することができる。
膜等の酸化物絶縁膜を用いることが好ましい。さらに、当該酸化シリコン膜や酸化窒化シ
リコン膜上に絶縁層214として、窒化シリコン膜などの酸素を拡散、透過しにくい絶縁
膜を形成することが好ましい。酸素を含む雰囲気下で形成した酸化物絶縁膜は、加熱によ
り多くの酸素を放出しやすい絶縁膜とすることができる。このような酸素を放出する酸化
絶縁膜と、酸素を拡散、透過しにくい絶縁膜を積層した状態で、加熱処理を行うことによ
り、半導体層231に酸素を供給することができる。その結果、半導体層231中の酸素
欠損、及び半導体層231と絶縁層212の界面の欠陥を修復し、欠陥準位密度を低減す
ることができる。これにより、極めて信頼性の高い表示装置を実現できる。
ge Field Switching)モードが適用された液晶素子である。
極111と共通電極112との間に生じる電界により、液晶層113の配向を制御するこ
とができる。液晶層113は、配向膜133aと配向膜133bの間に位置する。
た上面形状を有していてもよい。図2(A)及び図3(A)では、1つの副画素の表示領
域68に、共通電極112の開口が1つ設けられている例を示す。共通電極112には、
1つまたは複数の開口を設けることができる。表示装置の高精細化に伴い、1つの副画素
の表示領域68の面積は小さくなる。そのため、共通電極112に設ける開口は複数に限
られず、1つとすることができる。すなわち、高精細な表示装置においては、画素(副画
素)の面積が小さいため、共通電極112の開口が1つであっても、副画素の表示領域全
体に亘って、液晶を配向させるために十分な電界を生成することができる。
11は、絶縁層220を介して共通電極112と重なる部分を有する。また、画素電極1
11と着色層131とが重なる領域において、画素電極111上に共通電極112が配置
されていない部分を有する。
制御することができる。表示装置100Aでは、共通電極112及び絶縁層220と液晶
層113との間に配向膜133aが位置し、オーバーコート121と液晶層113との間
に配向膜133bが位置している。
の液晶材料がある。本発明の一態様では、どちらの材料を用いることもでき、適用するモ
ード及び設計に応じて最適な液晶材料を用いることができる。
クソエレクトリック効果の影響を抑制でき、液晶層に印加される電圧の極性による透過率
の差がほとんどない。したがって、表示装置の使用者からフリッカーが視認されることを
抑制できる。フレクソエレクトリック効果とは、主に分子形状に起因し、配向歪みにより
分極が発生する現象である。ネガ型の液晶材料は、広がり変形や曲げ変形の配向歪みが生
じにくい。
られず様々なモードが適用された液晶素子を用いることができる。例えば、VA(Ver
tical Alignment)モード、TN(Twisted Nematic)モ
ード、IPS(In-Plane-Switching)モード、ASM(Axiall
y Symmetric aligned Micro-cell)モード、OCB(O
ptically Compensated Birefringence)モード、F
LC(Ferroelectric Liquid Crystal)モード、AFLC
(AntiFerroelectric Liquid Crystal)モード、EC
B(Electrically Controlled Birefringence)
モード、VA-IPSモード、ゲストホストモード等が適用された液晶素子を用いること
ができる。
)モードを採用した透過型の液晶表示装置を適用してもよい。垂直配向モードとしては、
MVA(Multi-Domain Vertical Alignment)モード、
PVA(Patterned Vertical Alignment)モード、ASV
(Advanced Super View)モードなどを用いることができる。
ある。液晶の光学的変調作用は、液晶にかかる電界(横方向の電界、縦方向の電界または
斜め方向の電界を含む)によって制御される。液晶素子に用いる液晶としては、サーモト
ロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶(PDLC:Polymer
Dispersed Liquid Crystal)、強誘電性液晶、反強誘電性液
晶等を用いることができる。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。
。ブルー相は液晶相の一つであり、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
物を液晶層113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
答速度が短く、光学的等方性を示す。また、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、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または破損を軽減することがで
きる。
12の双方に、可視光を透過する導電性材料を用いる。また、トランジスタ206が有す
る導電層の一つまたは複数に、可視光を透過する導電性材料を用いる。これにより、表示
領域68に、トランジスタ206の少なくとも一部を設けることができる。図2(A)、
(B)では、導電層222cに、可視光を透過する半導体材料を用いる場合を例に挙げて
説明する。
(Sn)の中から選ばれた一種以上を含む材料を用いるとよい。具体的には、酸化インジ
ウム、インジウム錫酸化物(ITO)、インジウム亜鉛酸化物、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、酸化シリコンを含むインジウム
錫酸化物(ITSO)、酸化亜鉛、ガリウムを含む酸化亜鉛などが挙げられる。なお、グ
ラフェンを含む膜を用いることもできる。グラフェンを含む膜は、例えば酸化グラフェン
を含む膜を還元して形成することができる。
導電層を用いることが好ましい。酸化物導電層は、トランジスタ206の半導体層231
に含まれる金属元素を一種類以上有することが好ましい。例えば、導電層222cは、イ
ンジウムを含むことが好ましく、In、M(MはAl、Ti、Ga、Y、Zr、La、C
e、Nd、SnまたはHf)、及びZnを含む酸化物膜であることがさらに好ましい。同
様に、画素電極111及び共通電極112は、それぞれ、インジウムを含むことが好まし
く、In、M(MはAl、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd、SnまたはHf)
、及びZnを含む酸化物膜であることがさらに好ましい。
物半導体を用いて形成してもよい。同一の金属元素を有する酸化物半導体を、表示装置を
構成する層のうち2層以上に用いることで、製造装置(例えば、成膜装置、加工装置等)
を2以上の工程で共通で用いることが可能となるため、製造コストを抑制することができ
る。
一方によって、抵抗を制御することができる半導体材料である。そのため、酸化物半導体
層へ酸素欠損及び不純物濃度の少なくとも一方が増加する処理、または酸素欠損及び不純
物濃度の少なくとも一方が低減する処理を選択することによって、酸化物導電層の有する
抵抗率を制御することができる。
高く低抵抗な酸化物半導体層、導電性を有する酸化物半導体層、または導電性の高い酸化
物半導体層ということもできる。
を低減させることができる。例えば、同一の金属組成の金属酸化物ターゲットを用いるこ
とで製造コストを低減させることができる。また、同一の金属組成の金属酸化物ターゲッ
トを用いることによって、酸化物半導体層を加工する際のエッチングガスまたはエッチン
グ液を共通して用いることができる。ただし、酸化物半導体層と、酸化物導電層は、同一
の金属元素を有していても、組成が異なる場合がある。例えば、表示装置の作製工程中に
、膜中の金属元素が脱離し、異なる金属組成となる場合がある。
体を用いると、絶縁層212から供給される水素によって、酸化物半導体の導電率を高め
ることができる。例えば、絶縁層220に水素を含む窒化シリコン膜を用い、画素電極1
11に酸化物半導体を用いると、絶縁層220から供給される水素によって、酸化物半導
体の導電率を高めることができる。
2が設けられている。着色層131は、少なくとも、副画素の表示領域68と重なる部分
に位置する。画素(副画素)が有する非表示領域66には、遮光層132が設けられてい
る。遮光層132は、トランジスタ206の少なくとも一部と重なる。
設けることが好ましい。オーバーコート121は、着色層131及び遮光層132等に含
まれる不純物が液晶層113に拡散することを抑制できる。
1、及び接着層141に囲まれた領域に、液晶層113が封止されている。
2を挟むように2つ配置する。図2(A)では、基板61側の偏光板130を図示してい
る。基板51側に設けられた偏光板よりも外側に配置されたバックライトからの光45は
偏光板を介して入射する。このとき、画素電極111と共通電極112の間に与える電圧
によって液晶層113の配向を制御し、光の光学変調を制御することができる。すなわち
、偏光板130を介して射出される光の強度を制御することができる。また、入射光は着
色層131によって特定の波長領域以外の光が吸収されるため、射出される光は例えば赤
色、青色、または緑色を呈する光となる。
ば直線偏光板と1/4波長位相差板を積層したものを用いることができる。円偏光板によ
り、表示装置の表示の視野角依存を低減することができる。
拡大図を示す。
、及び導電層222bを有する。導電層222a及び導電層222bのうち、一方はソー
スとして機能し、他方はドレインとして機能する。導電層222a及び導電層222bは
、それぞれ、半導体層231と電気的に接続される。
属酸化物層231a上の第2の金属酸化物層231bと、を有する。半導体層231の詳
細は、トランジスタ206の説明を参照できる。
い。そのため、導電層222aと導電層222bとを、同一の工程で、同一の材料(好ま
しくは金属等の抵抗率が低い材料)を用いて形成することができる。
2は互いに接続している。つまり、接続部204では、配線65が、導電層251と接続
体242を介して、FPC72と電気的に接続している。このような構成とすることで、
FPC72から、配線65に、信号及び電力を供給することができる。
206が有する導電層222aと同一の材料、同一の工程で形成することができる。導電
層251は、液晶素子40が有する画素電極111と同一の材料、同一の工程で形成する
ことができる。このように、接続部204を構成する導電層を、表示部62や駆動回路部
64に用いる導電層と同一の材料、同一の工程で作製すると、工程数の増加を防ぐことが
でき好ましい。
り、駆動回路部64が有するトランジスタと、表示部62が有するトランジスタが、同じ
構造であっても、異なる構造であってもよい。また、駆動回路部64が、複数の構造のト
ランジスタを有していてもよいし、表示部62が、複数の構造のトランジスタを有してい
てもよい。例えば、走査線駆動回路が有するシフトレジスタ回路、バッファ回路、及び保
護回路のうち、一以上の回路に、2つのゲートが電気的に接続されている構成のトランジ
スタを用いることが好ましい。
図4は、本発明の一態様が適用された副画素の上面図である。図5は、比較の副画素の上
面図である。
いて説明する。
抵抗率の低い金属膜を用いて形成されることが多い。金属膜は光を透過しないため、金属
膜を用いて形成された部分は表示領域から除外され、結果として、画素の開口率は小さく
なる。特に、高精細化に伴い、開口率の減少が顕著となる。液晶表示装置の場合、開口率
が減少すると、輝度及びコントラストを高くするためにバックライトの光量を多くする必
要があり、バックライトの消費電力の増加につながる。
タクト部のうち一つまたは複数に、可視光を透過する構成を採用する。具体的には、酸化
物半導体、酸化物導電体等の可視光を透過する材料を用いて、これら構成要素を形成する
。画素に設けられる構成要素が可視光を透過するため、開口率の向上及びバックライトの
消費電力低減が可能となる。なお、走査線、信号線、電源線、及び周辺回路については、
低抵抗化のため、金属材料を用いる。このように、機能によって材料を選択して、導電膜
を作り分けることが好ましい。
ランジスタを作製することができる。酸化物半導体は、シリコンと異なり、不純物をドー
プして低抵抗化させても、可視光に対する透光性を有するという特徴を有する。
画素の上面図を示す。図4は本発明の一態様が適用された副画素の上面図である。図5は
、比較の副画素の上面図である。
構造を、画素電極111側から見た上面図である。図4(A)、図5(A)には、副画素
の表示領域68を太い点線の枠で示す。図4(B)、図5(B)は、それぞれ、図4(A
)または図5(A)の積層構造から画素電極111を除いた上面図である。
電気的に接続されている構成のトランジスタは、他のトランジスタと比較して電界効果移
動度を高めることが可能であり、オン電流を増大させることができる。その結果、高速動
作が可能な回路を作製することができる。さらには回路部の占有面積を縮小することが可
能となる。オン電流の大きなトランジスタを適用することで、表示装置を大型化、または
高精細化して配線数が増大したとしても、各配線における信号遅延を低減することが可能
であり、表示ムラを抑制することが可能である。また、このような構成を適用することで
、信頼性の高いトランジスタを実現することができる。
ての機能を有するともいえる。ゲート221及びゲート223のうち、抵抗の低い方が、
走査線としても機能する導電層であることが好ましい。走査線228として機能する導電
層の抵抗は十分に低いことが好ましい。そのため、走査線228として機能する導電層は
、金属、合金等を用いて形成されることが好ましい。走査線228として機能する導電層
には、可視光を遮る機能を有する材料を用いてもよい。
しての機能を有するともいえる。信号線229として機能する導電層の抵抗は十分に低い
ことが好ましい。そのため、信号線229として機能する導電層は、金属、合金等を用い
て形成されることが好ましい。信号線229として機能する導電層には、可視光を遮る機
能を有する材料を用いてもよい。
は双方を積層して用いることができる。例えば、ゲート221及びゲート223のうち、
一方に酸化物導電体を用い、他方に金属材料を用いてもよい。
のうち、少なくとも一方に酸化物導電層を用いる構成とすることができる。このとき、酸
化物半導体層と酸化物導電層を、酸化物半導体を用いて形成することが好ましい。
、トランジスタが有する導電層(例えばゲート221)と同一の材料、同一の工程で形成
される導電層と電気的に接続される。図4では、容量線244と重ねて可視光を透過する
導電層222cが設けられている。図5では、容量線244と重ねて可視光を遮る導電層
222bが設けられている。図4では、導電層222cが、画素電極111と接続してい
る。図5では、導電層222bが、画素電極111と接続している。
コンタクト部を表示領域68に設けることができる。したがって、図5に示す構成に比べ
て、図4に示す構成は、副画素の開口率を高めることができる。また、表示装置の消費電
力を低減することができる。
素子を表示領域68に設けることで、開口率を10%以上、さらには20%以上高めるこ
とができる。これにより、バックライトの消費電力を10%以上、さらには20%以上削
減することができる。
化するかを見積もると、以下のようになる。
精細度が136ppi、表示領域の対角寸法が65インチ、解像度が8Kである、TNモ
ードの液晶表示装置に適用する場合について説明する。
り、保持容量は、ゲート配線と、ソース配線またはドレイン配線と、の間で形成すること
ができる。また、120Hz駆動を想定しているため、1つの副画素に信号線を2本配置
している。また、トランジスタは、BGTC型のチャネルエッチ構造である。
トの開口率は、47.1%である。保持容量及びトランジスタと画素電極とのコンタクト
部を、可視光を透過する構成にすることで、開口率を1.26倍にすることができ、バッ
クライトの消費電力を約21%削減できると見込まれる。
次に、本実施の形態の表示装置の各構成要素に用いることができる材料等の詳細について
、説明を行う。なお、既に説明した構成要素については説明を省略する場合がある。また
、以降に示す表示装置及びタッチパネル、並びにそれらの構成要素にも、以下の材料を適
宜用いることができる。
本発明の一態様の表示装置が有する基板の材質などに大きな制限はなく、様々な基板を用
いることができる。例えば、ガラス基板、石英基板、サファイア基板、半導体基板、セラ
ミック基板、金属基板、またはプラスチック基板等を用いることができる。
に、可撓性を有する程度の厚さの基板を用いることで、可撓性を有する表示装置を実現で
きる。
にトランジスタ等を転置することで、作製される。作製基板を用いることにより、特性の
よいトランジスタの形成、消費電力の小さいトランジスタの形成、壊れにくい表示装置の
製造、表示装置への耐熱性の付与、表示装置の軽量化、または表示装置の薄型化を図るこ
とができる。トランジスタが転置される基板には、トランジスタを形成することが可能な
基板に限られず、紙基板、セロファン基板、石材基板、木材基板、布基板(天然繊維(絹
、綿、麻)、合成繊維(ナイロン、ポリウレタン、ポリエステル)もしくは再生繊維(ア
セテート、キュプラ、レーヨン、再生ポリエステル)などを含む)、皮革基板、またはゴ
ム基板などを用いることができる。
本発明の一態様の表示装置が有するトランジスタは、トップゲート型またはボトムゲート
型のいずれの構造としてもよい。または、チャネルの上下にゲート電極が設けられていて
もよい。トランジスタに用いる半導体材料は特に限定されず、例えば、酸化物半導体、シ
リコン、ゲルマニウム等が挙げられる。
晶性を有する半導体(微結晶半導体、多結晶半導体、単結晶半導体、または一部に結晶領
域を有する半導体)のいずれを用いてもよい。結晶性を有する半導体を用いると、トラン
ジスタ特性の劣化を抑制できるため好ましい。
きる。代表的には、シリコンを含む半導体、ガリウムヒ素を含む半導体またはインジウム
を含む酸化物半導体などを半導体層に適用できる。
。特にシリコンよりもバンドギャップの大きな酸化物半導体を適用することが好ましい。
シリコンよりもバンドギャップが広く、且つキャリア密度の小さい半導体材料を用いると
、トランジスタのオフ状態における電流(オフ電流)を低減できるため好ましい。
実現できる。
って保持することが可能である。このようなトランジスタを画素に適用することで、表示
した画像の階調を維持しつつ、駆動回路を停止することも可能となる。その結果、極めて
消費電力の低減された表示装置を実現できる。
を有することが好ましい。これにより、トランジスタのオフ電流を低くすることができる
。よって、画像信号等の電気信号の保持時間を長くすることができ、電源オン状態では書
き込み間隔も長く設定できる。よって、リフレッシュ動作の頻度を少なくすることができ
るため、消費電力を抑制する効果を奏する。
駆動が可能である。このような高速駆動が可能なトランジスタを表示装置に用いることで
、表示部のトランジスタと、駆動回路部のトランジスタを同一基板上に形成することがで
きる。すなわち、駆動回路として、別途、シリコンウェハ等により形成された半導体装置
を用いる必要がないため、表示装置の部品点数を削減することができる。また、表示部に
おいても、高速駆動が可能なトランジスタを用いることで、高画質な画像を提供すること
ができる。
表示装置が有する各絶縁層、オーバーコート、スペーサ等に用いることのできる絶縁材料
としては、有機絶縁材料または無機絶縁材料を用いることができる。有機絶縁材料として
は、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミ
ドイミド樹脂、シロキサン樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、及びフェノール樹脂等が挙
げられる。無機絶縁層としては、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、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、酸化ハフニウム膜、酸化イットリウム膜、
酸化ジルコニウム膜、酸化ガリウム膜、酸化タンタル膜、酸化マグネシウム膜、酸化ラン
タン膜、酸化セリウム膜、及び酸化ネオジム膜等が挙げられる。
トランジスタのゲート、ソース、ドレインのほか、表示装置が有する各種配線及び電極等
の導電層には、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル、銅、イットリウム、ジルコニ
ウム、モリブデン、銀、タンタル、またはタングステンなどの金属、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ことができる。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、タングステン膜上にチタン膜を積層する二層構造、
モリブデン膜上に銅膜を積層した二層構造、モリブデンとタングステンを含む合金膜上に
銅膜を積層した二層構造、銅-マグネシウム-アルミニウム合金膜上に銅膜を積層する二
層構造、チタン膜または窒化チタン膜と、そのチタン膜または窒化チタン膜上に重ねてア
ルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にチタン膜または窒化チタン膜を形成す
る三層構造、モリブデン膜または窒化モリブデン膜と、そのモリブデン膜または窒化モリ
ブデン膜上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にモリブデン膜ま
たは窒化モリブデン膜を形成する三層構造等がある。例えば、導電層を三層構造とする場
合、一層目及び三層目には、チタン、窒化チタン、モリブデン、タングステン、モリブデ
ンとタングステンを含む合金、モリブデンとジルコニウムを含む合金、または窒化モリブ
デンでなる膜を形成し、二層目には、銅、アルミニウム、金または銀、或いは銅とマンガ
ンの合金等の低抵抗材料でなる膜を形成することが好ましい。なお、ITO、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、インジウム亜鉛酸
化物、ITSO等の透光性を有する導電性材料を用いてもよい。
接着層141としては、熱硬化樹脂、光硬化樹脂、または2液混合型の硬化性樹脂などの
硬化性樹脂を用いることができる。例えば、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂
、またはシロキサン樹脂などを用いることができる。
接続体242としては、例えば、異方性導電フィルム(ACF:Anisotropic
Conductive Film)、または異方性導電ペースト(ACP:Aniso
tropic Conductive Paste)などを用いることができる。
着色層131は特定の波長域の光を透過する有色層である。着色層131に用いることの
できる材料としては、金属材料、樹脂材料、及び顔料または染料が含まれた樹脂材料など
が挙げられる。
遮光層132は、例えば、隣接する異なる色の着色層131の間に設けられる。例えば、
金属材料、または、顔料もしくは染料を含む樹脂材料を用いて形成されたブラックマトリ
クスを遮光層132として用いることができる。なお、遮光層132は、駆動回路部64
など、表示部62以外の領域にも設けると、導波光などによる光漏れを抑制できるため好
ましい。
法、化学気相堆積(CVD:Chemical Vapor Deposition)法
、真空蒸着法、パルスレーザー堆積(PLD:Pulsed Laser Deposi
tion)法、原子層成膜(ALD:Atomic Layer Deposition
)法等を用いて形成することができる。CVD法の例として、プラズマ化学気相堆積(P
ECVD)法及び熱CVD法等が挙げられる。熱CVD法の例として、有機金属化学気相
堆積(MOCVD:Metal Organic CVD)法が挙げられる。
ディップ、スプレー塗布、インクジェット印刷、ディスペンス、スクリーン印刷、オフセ
ット印刷、ドクターナイフ、スリットコート、ロールコート、カーテンコート、ナイフコ
ート等の方法により形成することができる。
たは、遮蔽マスクを用いた成膜方法により、島状の薄膜を形成してもよい。または、ナノ
インプリント法、サンドブラスト法、もしくはリフトオフ法などにより薄膜を加工しても
よい。フォトリソグラフィ法としては、加工したい薄膜上にレジストマスクを形成して、
エッチング等により当該薄膜を加工し、レジストマスクを除去する方法と、感光性を有す
る薄膜を成膜した後に、露光、現像を行って、当該薄膜を所望の形状に加工する方法と、
がある。
)、g線(波長436nm)、h線(波長405nm)、及びこれらを混合させた光が挙
げられる。そのほか、紫外線、KrFレーザ光、またはArFレーザ光等を用いることも
できる。また、液浸露光技術により露光を行ってもよい。露光に用いる光としては、極端
紫外光(EUV:Extreme Ultra-violet)及びX線等が挙げられる
。また、露光に用いる光に換えて、電子ビームを用いることもできる。極端紫外光、X線
または電子ビームを用いると、極めて微細な加工が可能となるため好ましい。なお、電子
ビームなどのビームを走査することにより露光を行う場合には、フォトマスクは不要であ
る。
などを用いることができる。
図6~図8に、表示装置の一例をそれぞれ示す。図6は、表示装置100Bの断面図であ
る。図7は、表示装置100Cの断面図である。図8(A)は、表示装置100Dの断面
図である。なお、表示装置100B、表示装置100C、及び表示装置100Dの斜視図
は、図1に示す表示装置100Aと同様であるため、ここでの説明は省略する。
異なる。
、表示装置100Bのトランジスタ201及びトランジスタ206は、2つのゲートを有
する。上述の通り、2つのゲートは電気的に接続されていることが好ましい。これにより
、トランジスタの電界効果移動度を高めることができる。
一例である。
206、液晶素子40、容量素子219、配向膜133a、配向膜133b、接続部20
4、接着層141、着色層131、遮光層132、オーバーコート121、基板61、及
び偏光板130等を有する。
、及び半導体層231を有する。
11、共通電極112、及び液晶層113を有する。液晶層113は、画素電極111と
共通電極112の間に位置する。
1と電気的に接続される。
8は、絶縁層213を介して重なっている。
光を透過する導電性材料を用いる。導電層218と導電層222cは同一の工程及び同一
の材料で形成することができる。これにより、画素電極111とトランジスタ206のコ
ンタクト部、及び、容量素子219を表示領域68に配置することができる。したがって
、開口率を高めることができる。
できる。これにより、液晶層113の厚さのばらつきを抑制することができる。
。
形成し、続けて、スパッタリング法を用いて、ゲート221として、Cu膜等の金属膜を
形成する。当該金属膜は、走査線としても機能する。また、当該金属膜を用いて、同一工
程で、周辺回路のトランジスタにおけるゲート配線も形成することができる。
を積層して形成する。次に、半導体層231として、スパッタリング法を用いて、CAC
-OS膜とCAAC-OS膜を積層して形成する。CAC-OS膜上に、薬液耐性及びプ
ラズマ耐性の高いCAAC-OS膜を形成することで、トランジスタ作製工程中に、半導
体層231がダメージを受けにくくなる。次に、ソース電極またはドレイン電極である導
電層222cとして、スパッタリング法を用いて、インジウム亜鉛酸化物膜を形成する。
半導体層231と導電層222cとは、それぞれ、ウエットエッチングによって形成する
ことができる。導電層222cを形成する際に、半導体層231がエッチングされないよ
う選択比を高めるため、エッチング液に、半導体層231を形成する際とは異なる材料を
用いることが好ましい。また、当該インジウム亜鉛酸化物膜を用いて、同一工程で、容量
素子が有する他方の電極(導電層218)も形成することができる。
を形成する。また、当該金属膜を用いて、同一工程で、周辺回路のトランジスタにおける
ソース配線及びドレイン配線も形成することができる。
を用いて、酸化窒化シリコン膜と窒化シリコン膜とを積層して形成する。その後、平坦化
機能を有する絶縁層215として、アクリル樹脂を塗布し、開口部(コンタクト開口)を
形成する。そして、画素電極111として、ITO膜を形成する。
属膜を用いることが好ましい。これにより、バックライトからの光がチャネル形成領域に
照射されることを抑制できる。図7において、トランジスタ206と画素電極111との
コンタクト部、及び、容量素子219は、可視光を透過できる構成である。
と共通電極112の配置及び形状が異なる。
またはスリットが設けられた上面形状を有していてもよい。
面上に設けられている。
揃っている形状であってもよい。この場合の断面図を図8(B)に示す。
いてもよい。この場合の断面図を図8(C)に示す。
られていない部分を有していてもよい。この場合の断面図を図8(D)に示す。
を適用することができる。
図9(A)、(B)に画素の配置例を示す。図9(A)、(B)では、赤色の副画素R、
緑色の副画素G、及び青色の副画素Bによって1つの画素が構成される例を示す。図9(
A)、(B)では、複数の走査線81がx方向に伸長しており、複数の信号線82がy方
向に伸長しており、走査線81と信号線82は交差している。
4、及び液晶素子40を有する。トランジスタ206のゲートは、走査線81と電気的に
接続される。トランジスタ206のソース及びドレインのうち、一方は、信号線82と電
気的に接続され、他方は、容量素子34の一方の電極及び液晶素子40の一方の電極と電
気的に接続される。容量素子34の他方の電極及び液晶素子40の他方の電極には、それ
ぞれ、定電位が与えられる。
2は極性が同じ信号である。信号B1と信号B2は極性が同じ信号である。信号A1と信
号B1は互いに極性の異なる信号である。信号A2と信号B2は互いに極性の異なる信号
である。
一点鎖線の枠内に示すように、信号A1が入力される副画素における、信号B1が入力さ
れる信号線82近傍では、液晶が、信号A1と信号B1の双方の電位の影響を受けやすく
なる。これにより、液晶の配向不良が生じやすくなる。
号線82が伸長する方向と概略平行である。図9(A)の一点鎖線の枠内に示すように、
副画素の長辺側に、異なる色を呈する副画素が隣接する。
号線82が伸長する方向と交差する。図9(B)の一点鎖線の枠内に示すように、副画素
の短辺側に、同じ色を呈する副画素が隣接する。
、短辺であると、長辺である場合(図9(A))に比べて、液晶の配向不良が生じやすい
領域を狭くすることができる。図9(B)に示すように、液晶の配向不良が生じやすい領
域が同一の色を呈する副画素間に位置すると、異なる色を呈する副画素間に位置する場合
(図9(A))に比べて、表示装置の使用者に、表示不良を視認されにくくなる。本発明
の一態様において、同一の色を呈する複数の副画素が配設される方向は、信号線82が伸
長する方向と交差することが好ましい。
本発明の一態様は、タッチセンサが搭載された表示装置(入出力装置またはタッチパネル
ともいう)に適用することができる。上述の各表示装置の構成を、タッチパネルに適用す
ることができる。本実施の形態では、表示装置100Aにタッチセンサを搭載する例を主
に説明する。
指やスタイラスなどの被検知体の近接または接触を検知することのできる様々なセンサを
、検知素子として適用することができる。
式、光学方式、感圧方式など様々な方式を用いることができる。
。
型静電容量方式としては、自己容量方式、相互容量方式等がある。相互容量方式を用いる
と、同時多点検知が可能となるため好ましい。
る構成、表示素子を支持する基板及び対向基板の一方または双方に検知素子を構成する電
極等を設ける構成等、様々な構成を適用することができる。
である。図10(B)は、図10(A)を展開した斜視概略図である。なお、明瞭化のた
め、代表的な構成要素のみを示している。図10(B)では、基板61及び基板162を
破線で輪郭のみ明示している。
ある。
設けられている。
の配線138を有する。FPC72bは、複数の配線137及び複数の配線138の各々
と電気的に接続する。FPC72bにはIC73bが設けられている。
は、表示部62及び駆動回路部64を有する。基板51上には、配線65等が設けられて
いる。FPC72aは、配線65と電気的に接続される。FPC72aにはIC73aが
設けられている。
号及び電力は、外部またはIC73aから、FPC72aを介して配線65に入力される
。
できる。
図11に、タッチパネルの一例を示す。図11(A)は、タッチパネル350Bの斜視図
である。図11(B)は、図11(A)を展開した斜視概略図である。なお、明瞭化のた
め、代表的な構成要素のみを示している。図11(B)では、基板61を破線で輪郭のみ
明示している。
る、インセル型のタッチパネルである。
る。このような構成は、別々に作製された表示装置と検知素子とを貼り合わせる構成に比
べて、タッチパネルを薄型化もしくは軽量化することができる、または、タッチパネルの
部品点数を少なくすることができる。
入力装置376の配線137及び配線138等は、表示装置379に設けられたFPC7
2と電気的に接続する。例えば、接続部63では、配線137(または配線138)の1
つと、基板51側に設けられた導電層とが、接続体を介して電気的に接続している。
ここでは基板51側)にのみ配置することができる。また、タッチパネル350Bに2以
上のFPCを取り付ける構成としてもよいが、図11(A)、(B)に示すように、タッ
チパネル350Bには1つのFPC72を設け、FPC72から、表示装置379と入力
装置376の両方に信号を供給する構成とすると、構成をより簡略化できるため好ましい
。基板51側と基板61側の双方にFPCを接続する場合に比べて、電子機器に組み込み
やすく、また、部品点数を削減できる。
るICをさらにFPC72上に設けてもよい。または、入力装置376を駆動するICを
基板51上に実装してもよい。
料を用いる。なお、入力装置が有する導電層を非表示領域66にのみ配置してもよい。入
力装置が有する導電層を表示領域68と重ねない構成とすることで、入力装置が有する導
電層の材料の可視光の透過性が限定されない。入力装置が有する導電層に、金属等の抵抗
率の低い材料を用いることができる。例えば、タッチセンサの配線及び電極として、メタ
ルメッシュを用いることが好ましい。これにより、タッチセンサの配線及び電極の抵抗を
下げることができる。また、大型の表示装置のタッチセンサとして好適である。なお、一
般的に金属は反射率が大きい材料であるが、酸化処理などを施すことにより暗色にするこ
とができる。したがって、表示面側から視認した場合においても、外光の反射による視認
性の低下を抑えることができる。
積層で形成してもよい。暗色層の一例としては、酸化銅を含む層、塩化銅または塩化テル
ルを含む層などがある。また、暗色層を、Ag粒子、Agファイバー、Cu粒子等の金属
微粒子、カーボンナノチューブ(CNT)、グラフェン等のナノ炭素粒子、並びに、PE
DOT、ポリアニリン、ポリピロールなどの導電性高分子などを用いて形成してもよい。
開口率を高めることができる。これにより、表示装置の消費電力を低減させることができ
る。
いて、1つの実施の形態の中に、複数の構成例が示される場合は、構成例を適宜組み合わ
せることが可能である。
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置で行うことができる動作モードについて図
12を用いて説明する。
作する通常動作モード(Normal mode)と、低速のフレーム周波数で動作する
アイドリング・ストップ(IDS)駆動モードと、を例示して説明する。
き換えを停止する駆動方法のことをいう。一旦画像データの書き込みをして、その後、次
の画像データの書き込みまでの間隔を延ばすことで、その間の画像データの書き込みに要
する分の消費電力を削減することができる。IDS駆動モードは、例えば、通常動作モー
ドの1/100乃至1/10程度のフレーム周波数とすることができる。静止画は、連続
するフレーム間でビデオ信号が同じである。よって、IDS駆動モードは、静止画を表示
する場合に特に有効である。IDS駆動を用いて画像を表示させることで、消費電力が低
減されるとともに、画面のちらつき(フリッカー)が抑制され、眼精疲労も低減できる。
説明するタイミングチャートである。なお、図12(A)では、第1の表示素子501(
ここでは反射型の液晶素子)と、第1の表示素子501に電気的に接続される画素回路5
06と、を示している。また、図12(A)に示す画素回路506では、信号線SLと、
ゲート線GLと、信号線SL及びゲート線GLに接続されたトランジスタM1と、トラン
ジスタM1に接続される容量素子CsLCとを示している。
オフ電流は小さいほど好ましい。トランジスタM1としては、チャネルが形成される半導
体層に金属酸化物を有するトランジスタを用いることが好ましい。金属酸化物が増幅作用
、整流作用、及びスイッチング作用の少なくとも1つを有する場合、当該金属酸化物を、
金属酸化物半導体(metal oxide semiconductor)または酸化
物半導体(oxide semiconductor)、略してOSと呼ぶことができる
。以下、トランジスタの代表例として、チャネルが形成される半導体層に酸化物半導体を
用いたトランジスタ(「OSトランジスタ」ともいう。)を用いて説明する。OSトラン
ジスタは、多結晶シリコンなどを用いたトランジスタよりも非導通状態時のリーク電流(
オフ電流)が極めて低い特徴を有する。トランジスタM1にOSトランジスタを用いるこ
とでノードND1に供給された電荷を長期間保持することができる。
る。したがって、適切にIDS駆動を行うには、液晶素子LCの抵抗率を1.0×101
4Ω・cm以上とすることが好ましい。
酸化物、In及びZnを含む酸化物などを好適に用いることができる。また、上記In、
Ga、及びZnを含む酸化物としては、代表的には、In:Ga:Zn=4:2:4.1
[原子数比]近傍の組成を用いることができる。
の波形を示すタイミングチャートである。通常駆動モードでは通常のフレーム周波数(例
えば60Hz)で動作する。図12(B)に期間T1からT3までを表す。各フレーム期
間でゲート線GLに走査信号を与え、信号線SLからデータD1をノードND1に書き込
む動作を行う。この動作は、期間T1からT3までで同じデータD1を書き込む場合、ま
たは異なるデータを書き込む場合でも同じである。
与える信号の波形を示すタイミングチャートである。IDS駆動では低速のフレーム周波
数(例えば1Hz)で動作する。1フレーム期間を期間T1で表し、その中でデータの書
き込み期間を期間TW、データの保持期間を期間TRETで表す。IDS駆動モードは、
期間TWでゲート線GLに走査信号を与え、信号線SLのデータD1を書き込み、期間T
RETでゲート線GLをローレベルの電圧に固定し、トランジスタM1を非導通状態とし
て一旦書き込んだデータD1を保持させる動作を行う。なお、低速のフレーム周波数とし
ては、例えば、0.1Hz以上60Hz未満とすればよい。
本実施の形態では、タッチセンサの駆動方法の例について、図面を参照して説明する。
図13(A)は、相互容量方式のタッチセンサの構成を示すブロック図である。図13(
A)では、パルス電圧出力回路551、電流検出回路552を示している。なお図13(
A)では、パルス電圧が与えられる電極521、電流の変化を検知する電極522をそれ
ぞれ、X1乃至X6、Y1乃至Y6のそれぞれ6本の配線として示している。また図13
(A)は、電極521及び電極522が重畳することで形成される容量553を図示して
いる。なお、電極521と電極522とはその機能を互いに置き換えてもよい。
路である。X1乃至X6の配線にパルス電圧が印加されることで、容量553を形成する
電極521と電極522の間に電界が生じる。この電極間に生じる電界が遮蔽等により容
量553の相互容量に変化を生じさせることを利用して、被検知体の近接または接触を検
出することができる。
電流の変化を検出するための回路である。Y1乃至Y6の配線では、被検知体の近接また
は接触がないと検出される電流値に変化はないが、検出する被検知体の近接または接触に
より相互容量が減少する場合には電流値が減少する変化を検出する。なお電流の検出は、
積分回路等を用いて行えばよい。
示す基板51上または基板61上に形成してもよい。例えば、表示部62や駆動回路部6
4などと同時に形成すると、工程を簡略化できることに加え、タッチセンサの駆動に用い
る部品数を削減することができるため好ましい。また、パルス電圧出力回路551及び電
流検出回路552の一方または両方を、IC73に実装してもよい。
晶シリコンや単結晶シリコンなどの結晶性シリコンを用いると、パルス電圧出力回路55
1や電流検出回路552等の回路の駆動能力が向上し、タッチセンサの感度を向上させる
ことができる。
のタイミングチャートを示す。図13(B)では、1フレーム期間で各行列での被検知体
の検出を行うものとする。また図13(B)では、被検知体を検出しない場合(非タッチ
)と被検知体を検出する場合(タッチ)との2つの場合について示している。なおY1乃
至Y6の配線については、検出される電流値に対応する電圧値とした波形を示している。
Y6の配線での波形が変化する。被検知体の近接または接触がない場合には、X1乃至X
6の配線の電圧の変化に応じてY1乃至Y6の波形が一様に変化する。一方、被検知体が
近接または接触する箇所では、電流値が減少するため、これに対応する電圧値の波形も変
化する。
ることができる。
図14(A)は、表示装置の構成例を示すブロック図である。図14(A)ではゲート駆
動回路GD(走査線駆動回路)、ソース駆動回路SD(信号線駆動回路)、複数の画素p
ixを有する表示部を示している。なお図14(A)では、ゲート駆動回路GDに電気的
に接続されるゲート線x_1乃至x_m(mは自然数)、ソース駆動回路SDに電気的に
接続されるソース線y_1乃至y_n(nは自然数)に対応して、画素pixではそれぞ
れに(1,1)乃至(n,m)の符号を付している。
号のタイミングチャート図である。図14(B)では、1フレーム期間ごとにデータ信号
を書き換える場合と、データ信号を書き換えない場合と、に分けて示している。なお図1
4(B)では、帰線期間等の期間を考慮していない。
順に走査信号が与えられる。走査信号がHレベルの期間である水平走査期間1Hでは、各
列のソース線y_1乃至y_nにデータ信号Dが与えられる。
る走査信号を停止する。また水平走査期間1Hでは、各列のソース線y_1乃至y_nに
与えるデータ信号を停止する。
トランジスタとしてチャネルが形成される半導体層に酸化物半導体を適用する場合に有効
である。酸化物半導体が適用されたトランジスタはシリコン等の半導体が適用されたトラ
ンジスタに比べて極めてオフ電流を小さくすることが可能である。そのため、1フレーム
期間ごとにデータ信号の書き換えを行わずに前の期間に書き込んだデータ信号を保持させ
ることができ、例えば1秒以上、好ましくは5秒以上に亘って画素の階調を保持すること
もできる。
リコンなどを適用する場合には、画素が有する保持容量の大きさをあらかじめ大きくして
おくことが好ましい。保持容量が大きいほど、画素の階調を長時間に亘って保持すること
ができる。保持容量の大きさは、保持容量に電気的に接続するトランジスタや表示素子の
リーク電流に応じて設定すればよいが、例えば、1画素あたりの保持容量を5fF以上5
pF以下、好ましくは10fF以上5pF以下、より好ましくは20fF以上1pF以下
とすると、1フレーム期間ごとにデータ信号の書き換えを行わずに前の期間に書き込んだ
データ信号を保持させることができ、例えば数フレームまたは数10フレームの期間に亘
って画素の階調を保持することが可能となる。
図15(A)乃至(D)は、一例として図13(A)、(B)で説明したタッチセンサと
、図14(A)、(B)で説明した表示部を1sec.(1秒間)駆動する場合に、連続
するフレーム期間の動作について説明する図である。なお図15(A)では、表示部の1
フレーム期間を16.7ms(フレーム周波数:60Hz)、タッチセンサの1フレーム
期間を16.7ms(フレーム周波数:60Hz)とした場合について示している。
、表示期間と平行してタッチ検知期間を設けることができる。そのため図15(A)に示
すように、表示部及びタッチセンサの1フレーム期間を共に16.7ms(フレーム周波
数:60Hz)と設定することができる。また、タッチセンサと表示部のフレーム周波数
を異ならせてもよい。例えば図15(B)に示すように、表示部の1フレーム期間を8.
3ms(フレーム周波数:120Hz)と設定し、タッチセンサの1フレーム期間を16
.7ms(フレーム周波数:60Hz)とすることもできる。また、図示しないが、表示
部のフレーム周波数を33.3ms(フレーム周波数:30Hz)としてもよい。
周波数を大きく(例えば60Hz以上または120Hz以上)し、静止画像の表示の際に
はフレーム周波数を小さく(例えば60Hz以下、30Hz以下、または1Hz以下)す
ることで、表示装置の消費電力を低減することができる。またタッチセンサのフレーム周
波数を切り替え可能な構成とし、待機時と、タッチを感知した時とでフレーム周波数を異
ならせてもよい。
の期間に書き換えたデータ信号を保持することで、表示部の1フレーム期間を16.7m
sよりも長い期間とすることができる。そのため、図15(C)に示すように、表示部の
1フレーム期間を1sec.(フレーム周波数:1Hz)と設定し、タッチセンサの1フ
レーム期間を16.7ms(フレーム周波数:60Hz)とすることもできる。
号を保持する構成については、先に説明のIDS駆動モードを参照することができる。な
お、IDS駆動モードについては、表示部におけるデータ信号の書き換えを特定の領域だ
け行う、部分IDS駆動モードとしてもよい。部分IDS駆動モードとは、表示部におけ
るデータ信号の書き換えを特定の領域だけ行い、それ以外の領域においては、前の期間に
書き換えたデータ信号を保持する構成である。
動を行う場合、継続してタッチセンサの駆動を行うことができる。そのため、図15(D
)に示すようにタッチセンサにおける被検知体の近接または接触を検知したタイミングで
、表示部のデータ信号を書き換えることもできる。
データ信号の書き換え時に生じるノイズがタッチセンサに伝わることで、タッチセンサの
感度を低下させてしまう恐れがある。したがって、表示部のデータ信号の書き換え期間と
、タッチセンサのセンシング期間とをずらすように駆動することが好ましい。
互に行う例を示している。また、図16(B)では、表示部のデータ信号の書き換え動作
を2回行うごとに、タッチセンサのセンシングを1回行う例を示している。なお、これに
限られず3回以上の書き換え動作を行うごとにタッチセンサのセンシングを1回行う構成
としてもよい。
半導体を用いる場合、オフ電流を極めて低減することが可能なため、データ信号の書き換
えの頻度を十分に低減することができる。具体的には、データ信号の書き換えを行った後
、次にデータ信号を書き換えるまでの間に、十分に長い休止期間を設けることが可能とな
る。休止期間は、例えば0.5秒以上、1秒以上、または5秒以上とすることができる。
休止期間の上限は、トランジスタに接続される容量や表示素子等のリーク電流によって制
限されるが、例えば1分以下、10分以下、1時間以下、または1日以下などとすること
ができる。
ている。図16(C)では、表示部はデータ信号を書き換えたのち、次のデータ信号の書
き換え動作までの期間は、書き換え動作を停止する休止期間が設けられている。休止期間
では、タッチセンサがフレーム周波数iHz(iは表示装置のフレーム周波数以上、ここ
では0.2Hz以上)で駆動することができる。また図16(C)に示すように、タッチ
センサのセンシングを休止期間に行い、表示部のデータ信号の書き換え期間には行わない
ようにすると、タッチセンサの感度を向上させることができ好ましい。また、図16(D
)に示すように、表示部のデータ信号の書き換えとタッチセンサのセンシングを同時に行
うと、駆動のための信号を簡略化することができる。
号の供給を停止するだけでなく、ゲート駆動回路GD及びソース駆動回路SDの一方また
は双方の動作を停止してもよい。さらに、ゲート駆動回路GD及びソース駆動回路SDの
一方または双方への電力供給を停止してもよい。このようにすることで、ノイズをより低
減し、タッチセンサの感度をさらに良好なものとすることができる。また、表示装置の消
費電力をさらに低減することができる。
する。よって、表示部とタッチセンサの距離を極めて近づけることができる。このとき、
表示部の駆動時のノイズがタッチセンサに伝搬しやすくなり、タッチセンサの感度が低下
してしまう恐れがある。本実施の形態で例示した駆動方法を適用することで、薄型化と高
い検出感度を両立した、タッチセンサを有する表示装置を実現できる。
本実施の形態では、本発明の一態様で開示されるトランジスタの半導体層に用いることが
できる金属酸化物について説明する。なお、トランジスタの半導体層に金属酸化物を用い
る場合、当該金属酸化物を酸化物半導体と読み替えてもよい。
結晶酸化物半導体としては、CAAC-OS(c-axis-aligned crys
talline oxide semiconductor)、多結晶酸化物半導体、n
c-OS(nanocrystalline oxide semiconductor
)、擬似非晶質酸化物半導体(a-like OS:amorphous-like o
xide semiconductor)、及び非晶質酸化物半導体などがある。
ud-Aligned Composite oxide semiconductor
)を用いてもよい。
半導体またはCAC-OSを好適に用いることができる。また、非単結晶酸化物半導体と
しては、nc-OSまたはCAAC-OSを好適に用いることができる。
ましい。CAC-OSを用いることで、トランジスタに高い電気特性または高い信頼性を
付与することができる。
、材料の一部では絶縁性の機能とを有し、材料の全体では半導体としての機能を有する。
なお、CAC-OSまたはCAC-metal oxideを、トランジスタのチャネル
形成領域に用いる場合、導電性の機能は、キャリアとなる電子(またはホール)を流す機
能であり、絶縁性の機能は、キャリアとなる電子を流さない機能である。導電性の機能と
、絶縁性の機能とを、それぞれ相補的に作用させることで、スイッチングさせる機能(O
n/Offさせる機能)をCAC-OSまたはCAC-metal oxideに付与す
ることができる。CAC-OSまたはCAC-metal oxideにおいて、それぞ
れの機能を分離させることで、双方の機能を最大限に高めることができる。
領域を有する。導電性領域は、上述の導電性の機能を有し、絶縁性領域は、上述の絶縁性
の機能を有する。また、材料中において、導電性領域と、絶縁性領域とは、ナノ粒子レベ
ルで分離している場合がある。また、導電性領域と、絶縁性領域とは、それぞれ材料中に
偏在する場合がある。また、導電性領域は、周辺がぼけてクラウド状に連結して観察され
る場合がある。
縁性領域とは、それぞれ0.5nm以上10nm以下、好ましくは0.5nm以上3nm
以下のサイズで材料中に分散している場合がある。
有する成分により構成される。例えば、CAC-OSまたはCAC-metal oxi
deは、絶縁性領域に起因するワイドギャップを有する成分と、導電性領域に起因するナ
ローギャップを有する成分と、により構成される。当該構成の場合、キャリアを流す際に
、ナローギャップを有する成分において、主にキャリアが流れる。また、ナローギャップ
を有する成分が、ワイドギャップを有する成分に相補的に作用し、ナローギャップを有す
る成分に連動してワイドギャップを有する成分にもキャリアが流れる。このため、上記C
AC-OSまたはCAC-metal oxideをトランジスタのチャネル形成領域に
用いる場合、トランジスタのオン状態において高い電流駆動力、つまり大きなオン電流、
及び高い電界効果移動度を得ることができる。
(matrix composite)または金属マトリックス複合材(metal m
atrix composite)と呼称することもできる。
好ましくは、1nm以上2nm以下またはその近傍のサイズで偏在した材料の一構成であ
る。なお、以下では、金属酸化物において、一つあるいはそれ以上の金属元素が偏在し、
該金属元素を有する領域が、0.5nm以上10nm以下、好ましくは、1nm以上2n
m以下またはその近傍のサイズで混合した状態をモザイク状またはパッチ状ともいう。
亜鉛を含むことが好ましい。また、それらに加えて、アルミニウム、ガリウム、イットリ
ウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマ
ニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タン
タル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれた一種または複数種が含まれて
いてもよい。
a-Zn酸化物を、特にCAC-IGZOと呼称してもよい。)とは、インジウム酸化物
(以下、InOX1(X1は0よりも大きい実数)とする。)、またはインジウム亜鉛酸
化物(以下、InX2ZnY2OZ2(X2、Y2、及びZ2は0よりも大きい実数)と
する。)と、ガリウム酸化物(以下、GaOX3(X3は0よりも大きい実数)とする。
)、またはガリウム亜鉛酸化物(以下、GaX4ZnY4OZ4(X4、Y4、及びZ4
は0よりも大きい実数)とする。)などと、に材料が分離することでモザイク状となり、
モザイク状のInOX1、またはInX2ZnY2OZ2が、膜中に均一に分布した構成
(以下、クラウド状ともいう。)である。
またはInOX1が主成分である領域とが、混合している構成を有する複合金属酸化物で
ある。なお、本明細書において、例えば、第1の領域の元素Mに対するInの原子数比が
、第2の領域の元素Mに対するInの原子数比よりも大きいことを、第1の領域は、第2
の領域と比較して、Inの濃度が高いとする。
がある。代表例として、InGaO3(ZnO)m1(m1は自然数)、またはIn(1
+x0)Ga(1-x0)O3(ZnO)m0(-1≦x0≦1、m0は任意数)で表さ
れる結晶性の化合物が挙げられる。
igned crystal)構造を有する。なお、CAAC構造とは、複数のIGZO
のナノ結晶がc軸配向を有し、かつa-b面においては配向せずに連結した結晶構造であ
る。
、Zn、及びOを含む材料構成において、一部にGaを主成分とするナノ粒子状に観察さ
れる領域と、一部にInを主成分とするナノ粒子状に観察される領域とが、それぞれモザ
イク状にランダムに分散している構成をいう。従って、CAC-OSにおいて、結晶構造
は副次的な要素である。
例えば、Inを主成分とする膜と、Gaを主成分とする膜との2層からなる構造は、含ま
ない。
主成分である領域とは、明確な境界が観察できない場合がある。
、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン
、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネ
シウムなどから選ばれた一種、または複数種が含まれている場合、CAC-OSは、一部
に該金属元素を主成分とするナノ粒子状に観察される領域と、一部にInを主成分とする
ナノ粒子状に観察される領域とが、それぞれモザイク状にランダムに分散している構成を
いう。
することができる。また、CAC-OSをスパッタリング法で形成する場合、成膜ガスと
して、不活性ガス(代表的にはアルゴン)、酸素ガス、及び窒素ガスの中から選ばれたい
ずれか一つまたは複数を用いればよい。また、成膜時の成膜ガスの総流量に対する酸素ガ
スの流量比は低いほど好ましく、例えば酸素ガスの流量比を0%以上30%未満、好まし
くは0%以上10%以下とすることが好ましい。
とつであるOut-of-plane法によるθ/2θスキャンを用いて測定したときに
、明確なピークが観察されないという特徴を有する。すなわち、X線回折から、測定領域
のa-b面方向、及びc軸方向の配向は見られないことが分かる。
射することで得られる電子線回折パターンにおいて、リング状に輝度の高い領域と、該リ
ング領域に複数の輝点が観測される。従って、電子線回折パターンから、CAC-OSの
結晶構造が、平面方向、及び断面方向において、配向性を有さないnc(nano-cr
ystal)構造を有することがわかる。
分光法(EDX:Energy Dispersive X-ray spectros
copy)を用いて取得したEDXマッピングにより、GaOX3が主成分である領域と
、InX2ZnY2OZ2、またはInOX1が主成分である領域とが、偏在し、混合し
ている構造を有することが確認できる。
ZO化合物と異なる性質を有する。つまり、CAC-OSは、GaOX3などが主成分で
ある領域と、InX2ZnY2OZ2、またはInOX1が主成分である領域と、に互い
に相分離し、各元素を主成分とする領域がモザイク状である構造を有する。
などが主成分である領域と比較して、導電性が高い領域である。つまり、InX2ZnY
2OZ2、またはInOX1が主成分である領域を、キャリアが流れることにより、酸化
物半導体としての導電性が発現する。従って、InX2ZnY2OZ2、またはInOX
1が主成分である領域が、酸化物半導体中にクラウド状に分布することで、高い電界効果
移動度(μ)が実現できる。
1が主成分である領域と比較して、絶縁性が高い領域である。つまり、GaOX3などが
主成分である領域が、酸化物半導体中に分布することで、リーク電流を抑制し、良好なス
イッチング動作を実現できる。
InX2ZnY2OZ2、またはInOX1に起因する導電性とが、相補的に作用するこ
とにより、高いオン電流(Ion)、及び高い電界効果移動度(μ)を実現することがで
きる。
ィスプレイをはじめとするさまざまな半導体装置に最適である。
本実施の形態では、本発明の一態様の電子機器について説明する。
ソナルコンピュータ、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカ
メラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生
装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。
、電話機、手帳、または情報閲覧装置等から選ばれた一つまたは複数の機能を有する。具
体的には、スマートフォンまたはスマートウォッチとして用いることができる。本実施の
形態の携帯情報端末は、例えば、移動電話、電子メール、文章閲覧及び作成、音楽再生、
動画再生、インターネット通信、ゲームなどの種々のアプリケーションを実行することが
できる。図17(A)~(C)に示す携帯情報端末は、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、日付また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
または受信を行う機能、記録媒体に記録されているプログラムまた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。なお、図17(A)~(C)に示す携
帯情報端末が有する機能はこれらに限定されず、その他の機能を有していてもよい。
、音楽再生、インターネット通信、コンピュータゲームなどの種々のアプリケーションを
実行することができる。また、図17(A)~(C)に示す携帯情報端末は、通信規格さ
れた近距離無線通信を実行することが可能である。例えば、図17(C)に示す腕時計型
の携帯情報端末820は、無線通信可能なヘッドセットと相互通信することによって、ハ
ンズフリーで通話することもできる。
3、外部接続ポート814、スピーカ815、マイク816等を有する。携帯情報端末8
00の表示部812は平面を有する。
3、外部接続ポート814、スピーカ815、マイク816、カメラ817等を有する。
携帯情報端末810の表示部812は曲面を有する。
11、表示部812、スピーカ815、操作キー818(電源スイッチまたは操作スイッ
チを含む)等を有する。携帯情報端末820の表示部812の外形は円形状である。携帯
情報端末820の表示部812は、平面を有する。
が高い表示部を有する携帯情報端末を作製することができる。
或いは文字を入力するなどのあらゆる操作は、指やスタイラスなどで表示部812に触れ
ることで行うことができる。
される画像の種類の切り替えを行うことができる。例えば、メール作成画面から、メイン
メニュー画面に切り替えることができる。
ことで、携帯情報端末の向き(縦か横か)を判断して、表示部812の画面表示の向きを
自動的に切り替えることができる。また、画面表示の向きの切り替えは、表示部812に
触れること、操作ボタン813の操作、またはマイク816を用いた音声入力等により行
うこともできる。
込まれている。表示部7102では、映像を表示することが可能である。本発明の一態様
の表示装置を表示部7102に用いることができる。これにより、開口率が高い表示部を
有するテレビジョン装置を作製することができる。また、ここでは、スタンド7103に
より筐体7101を支持した構成を示している。
コン操作機7111により行うことができる。リモコン操作機7111が備える操作キー
により、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部7102に表示される映像を
操作することができる。また、リモコン操作機7111に、当該リモコン操作機7111
から出力する情報を表示する表示部を設ける構成としてもよい。
より一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線又は無線によ
る通信ネットワークに接続することにより、一方向(送信者から受信者)又は双方向(送
信者と受信者間、あるいは受信者間同士など)の情報通信を行うことも可能である。
03、キーボード7204、外部接続ポート7205、ポインティングデバイス7206
等を含む。なお、コンピュータは、本発明の一態様の表示装置をその表示部7203に用
いることにより作製される。これにより、開口率が高い表示部を有するコンピュータを作
製することができる。
03、シャッターボタン7304等を有する。またカメラ7300には、着脱可能なレン
ズ7306が取り付けられている。
率が高い表示部を有するカメラを作製することができる。
が可能な構成としたが、レンズ7306と筐体7301とが一体となっていてもよい。
像することができる。また、表示部7302はタッチパネルとしての機能を有し、表示部
7302をタッチすることにより撮像することも可能である。
ができる。または、これらが筐体7301に組み込まれていてもよい。
討し、表示領域に配置するトランジスタと画素電極のコンタクト部の光の透過率の評価を
行った結果について説明する。
ある。
、液晶素子40、容量素子219、配向膜133a、配向膜133b、接続部204、接
着層141、着色層131、遮光層132、オーバーコート121、基板61、及び偏光
板130等を有する。
、及び半導体層231を有する。
11、共通電極112、及び液晶層113を有する。液晶層113は、画素電極111と
共通電極112の間に位置する。
1と電気的に接続される。
17aは、容量素子219が有する一対の電極の他方として機能する。導電層222cと
導電層217aは、絶縁層213を介して重なっている。導電層217bと導電層218
とは接続されている。
層218には、可視光を透過する導電性材料を用いる。導電層217aと導電層217b
は同一の工程及び同一の材料で形成することができる。導電層218と導電層222cは
同一の工程及び同一の材料で形成することができる。これにより、画素電極111とトラ
ンジスタ206のコンタクト部、導電層217bと導電層218のコンタクト部、及び、
容量素子219を表示領域68に配置することができる。したがって、開口率を高めるこ
とができる。
る。
TSO)を形成し、続けて、ゲート221として、スパッタリング法を用いて、Cu膜等
の金属膜を形成する。当該金属膜は、走査線としても機能する。また、当該金属膜を用い
て、同一工程で、周辺回路のトランジスタにおけるゲート配線も形成することができる。
を積層して形成する。次に、半導体層231として、スパッタリング法を用いて、CAC
-OS膜とCAAC-OS膜を積層して形成する。CAC-OS膜上に、薬液耐性及びプ
ラズマ耐性の高いCAAC-OS膜を形成することで、トランジスタ作製工程中に、半導
体層231がダメージを受けにくくなる。次に、ソース電極またはドレイン電極である導
電層222cとして、スパッタリング法を用いて、インジウム亜鉛酸化物膜を形成する。
半導体層231と導電層222cとは、それぞれ、ウエットエッチングによって形成する
ことができる。導電層222cを形成する際に、半導体層231がエッチングされないよ
う選択比を高めるため、エッチング液に、半導体層231を形成する際とは異なる材料を
用いることが好ましい。また、当該インジウム亜鉛酸化物膜を用いて、同一工程で、導電
層218も形成することができる。
を形成する。また、当該金属膜を用いて、同一工程で、周辺回路のトランジスタにおける
ソース配線及びドレイン配線も形成することができる。
を用いて、酸化窒化シリコン膜と窒化シリコン膜とを積層して形成する。その後、平坦化
機能を有する絶縁層215として、アクリル樹脂を塗布し、開口部(コンタクト開口)を
形成する。そして、画素電極111として、ITO膜を形成する。
ることが好ましい。これにより、バックライトからの光がチャネル形成領域に照射される
ことを抑制できる。図7において、トランジスタ206と画素電極111とのコンタクト
部、及び、容量素子219は、可視光を透過できる構成である。
した結果について、図20に示す。なお、図20には、ガラス(基板51)の光の透過率
についても示す。透過率は、分光光度計U-4100(株式会社日立ハイテクサイエンス
社製)を用いて測定した。
が、可視光を透過することを確認できた。これにより、トランジスタ206と画素電極1
11とのコンタクト部、及び、容量素子219等を、可視光を透過する材料を用いて形成
することで、バックライトの消費電力を削減できることが示唆された。
討し、表示領域に配置するトランジスタの光の透過率の評価を行った結果について説明す
る。
)を用いて、本実施例の表示装置の表示部が有するトランジスタの作製方法を説明する。
図21(A2)、(B2)、(C2)及び図22(A2)、(B2)、(C2)、(D2
)を用いて、本実施例の表示装置の走査線駆動回路部が有するトランジスタの作製方法を
説明する。
する(図21(A1)、(A2))。導電層217sは、可視光を透過する導電性材料(
例えば、ITSO)を用いて形成する。導電層224sは、金属など、導電層217sよ
りも抵抗の低い導電性材料を用いて形成することが好ましい。例えば、導電層224sと
して、スパッタリング法を用いて、Cu膜等の金属膜を形成する。
、(B2))。表示部には、島状の導電層217を形成し(図21(B1))、走査線駆
動回路部には、島状の導電層217と島状の導電層224との積層構造を形成する(図2
1(B2))。ゲートの形成には、多階調マスク(ハーフトーンマスク、グレートーンマ
スク等)を用いることが好ましい。多階調マスクを用いると、マスクの数を増やすことな
く、表示部に可視光を透過するゲートを形成し、走査線駆動回路部に抵抗の低いゲート及
びゲート配線を形成できる。
31を形成する(図21(C1)、(C2))。本実施例では、絶縁層213として、窒
化シリコン膜と酸化窒化シリコン膜とを積層して形成する。本実施例では、半導体層23
1として、スパッタリング法を用いて、CAC-OS膜とCAAC-OS膜を積層して形
成する。CAC-OS膜上に、薬液耐性及びプラズマ耐性の高いCAAC-OS膜を形成
することで、トランジスタ作製工程中に、半導体層231がダメージを受けにくくなる。
酸化物半導体を用いることで、可視光を透過する半導体層231を形成できる。
(A1)、(A2))。導電層222sは、可視光を透過する導電性材料を用いて形成す
る。本実施例では、導電層222sとして、インジウム亜鉛酸化物膜を形成する。導電層
222tは、金属など、導電層222sよりも抵抗の低い導電性材料を用いて形成するこ
とが好ましい。
22(B1)、(B2))。表示部及び走査線駆動回路部には、それぞれ半導体層231
の一部と接続する、島状の導電層222b及び島状の導電層222cを形成する(図22
(B1)、(B2))。表示部において、導電層222tが残存する部分は、島状の導電
層222bの一部と接続する島状の導電層222aのみであり、トランジスタの多くの部
分が可視光を透過する構成である(図22(B1))。一方、走査線駆動回路部において
、島状の導電層222b及び島状の導電層222c上には、導電層222tを加工するこ
とで形成された、島状の導電層222a及び島状の導電層222dが設けられる(図22
(B2))。ソース及びドレインの形成には、ゲートの形成と同様に、多階調マスクを用
いることが好ましい。多階調マスクを用いると、マスクの数を増やすことなく、表示部に
可視光を透過するソース及びドレインを形成し、駆動回路部に抵抗の低いソース、ドレイ
ン、ソース配線、及びドレイン配線を形成できる。半導体層231、ソース、及びドレイ
ンは、それぞれ、ウエットエッチングによって形成することができる。ソース及びドレイ
ンを形成する際に、半導体層231がエッチングされないよう選択比を高めるため、エッ
チング液に、半導体層231を形成する際とは異なる材料を用いることが好ましい。
3を形成する。ゲート223は、可視光を透過する導電性材料を用いて形成する。本実施
例では、絶縁層212として、PECVD装置を用いて、酸化窒化シリコン膜と窒化シリ
コン膜とを積層して形成する。図22(C1)、(C2)に示すように、ゲート223は
、走査線駆動回路部にのみ設けてもよい。また、図22(D1)、(D2)に示すように
、ゲート223は、表示部と走査線駆動回路部との双方に設けてもよい。
率の測定した結果について、図23に示す。なお、図23には、ガラス(基板51)の光
の透過率についても示す。透過率は、分光光度計U-4100(株式会社日立ハイテクサ
イエンス社製)を用いて測定した。
が、可視光を透過することを確認できた。これにより、表示部のトランジスタの多くの部
分を、可視光を透過する材料を用いて形成することで、バックライトの消費電力を削減で
きることが示唆された。
40 液晶素子
45 光
51 基板
61 基板
62 表示部
63 接続部
64 駆動回路部
65 配線
66 非表示領域
68 表示領域
72 FPC
72a FPC
72b FPC
73 IC
73a IC
73b IC
81 走査線
82 信号線
100A 表示装置
100B 表示装置
100C 表示装置
100D 表示装置
111 画素電極
112 共通電極
113 液晶層
121 オーバーコート
127 電極
128 電極
130 偏光板
131 着色層
132 遮光層
133a 配向膜
133b 配向膜
137 配線
138 配線
139 領域
140 領域
141 接着層
162 基板
201 トランジスタ
204 接続部
206 トランジスタ
212 絶縁層
213 絶縁層
214 絶縁層
215 絶縁層
217 導電層
217a 導電層
217b 導電層
217s 導電層
218 導電層
219 容量素子
220 絶縁層
221 ゲート
222a 導電層
222b 導電層
222c 導電層
222d 導電層
222s 導電層
222t 導電層
223 ゲート
224 導電層
224s 導電層
228 走査線
229 信号線
231 半導体層
231a 第1の金属酸化物層
231b 第2の金属酸化物層
242 接続体
244 容量線
251 導電層
350A タッチパネル
350B タッチパネル
370 表示装置
375 入力装置
376 入力装置
379 表示装置
501 表示素子
506 画素回路
521 電極
522 電極
551 パルス電圧出力回路
552 電流検出回路
553 容量
800 携帯情報端末
810 携帯情報端末
811 筐体
812 表示部
813 操作ボタン
814 外部接続ポート
815 スピーカ
816 マイク
817 カメラ
818 操作キー
820 携帯情報端末
7100 テレビジョン装置
7101 筐体
7102 表示部
7103 スタンド
7111 リモコン操作機
7200 コンピュータ
7201 本体
7202 筐体
7203 表示部
7204 キーボード
7205 外部接続ポート
7206 ポインティングデバイス
7300 カメラ
7301 筐体
7302 表示部
7303 操作ボタン
7304 シャッターボタン
7306 レンズ
Claims (4)
- トランジスタと、前記トランジスタと電気的に接続される画素電極と、を有し、
前記トランジスタのチャネルが形成される半導体層は、第1の金属酸化物層と前記第1の金属酸化物層上の第2の金属酸化物層とを有し、
前記第1の金属酸化物層は、前記第2の金属酸化物層よりも結晶性が低い領域を有し、
前記第2の金属酸化物層は、c軸配向性を有する結晶領域を有し、
前記トランジスタのゲート電極は、ゲート絶縁層として機能する絶縁層を介して前記半導体層と重なりを有するように前記半導体層の下方に配置され、
前記トランジスタのソース電極及びドレイン電極の一方として機能する領域を有する第3の金属酸化物層は、前記画素電極と接する領域を有し、
前記画素電極及び前記第3の金属酸化物層は、可視光を透過する機能を有し、
前記トランジスタのソース電極及びドレイン電極の他方として機能する領域を有する導電層は、可視光を遮る機能を有し、
前記導電層と前記第3の金属酸化物層とは、前記第2の金属酸化物層の上面に接して配置される領域と、前記絶縁層の上面に接して配置される領域と、を有する、表示装置。 - 請求項1において、
前記第1の金属酸化物層と前記第2の金属酸化物層と前記第3の金属酸化物層とは、インジウムと、金属M(Mは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、またはスズ)と、亜鉛と、を有し、
前記第3の金属酸化物層の水素濃度は、前記第1の金属酸化物層及び前記第2の金属酸化物層の水素濃度よりも大きい、表示装置。 - 請求項2において、
前記第1の金属酸化物層と前記第2の金属酸化物層と前記第3の金属酸化物層とは、前記インジウム、前記金属M、及び前記亜鉛の原子数の比がIn:M:Zn=4:x:yのとき、前記xが1.5以上2.5以下であり、且つ前記yが2以上4以下である、表示装置。 - 請求項2において、
前記第1の金属酸化物層と前記第2の金属酸化物層と前記第3の金属酸化物層とは、前記インジウム、前記金属M、及び前記亜鉛の原子数の比がIn:M:Zn=5:x:yのとき、前記xが0.5以上1.5以下であり、且つ前記yが5以上7以下である、表示装置。
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