JP4736371B2 - 電気光学装置、及び投射型表示装置 - Google Patents
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しかしながら、当該転送回路のスイッチング素子においては、ゲート配線とソース配線との間に寄生容量が生じることで、電位が変動し、所望の電位を画素に供給することが難しくなるという問題があった。
このような寄生容量を軽減する手段として、トランスミッション素子と呼ばれる回路構成が一般的に知られている。当該トランスミッション素子は、n型トランジスタとp型トランジスタを並列に配置した構成を有しており、正の寄生容量と負の寄生容量とが相殺し合うことにより、電位の変動を抑制することが可能となっている(例えば、特許文献1参照。)。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、スイッチング素子の配線平面パターンの簡素化を実現できる電気光学装置、及び投射型表示装置を提供することを目的とする。
また、近年の電気光学装置においては、画素の高精細化が要求されており、例えば、液晶ライトバルブにおいては10μm以下の画素ピッチが要求されている。本発明者は、このような高精細化に伴って、走査線や転送回路の配線幅やピッチの微細化が要求されると、上記のような複雑な回路パターンにおいては、配線抵抗の観点から良好な表示特性を有する電気光学装置を実現できないことを見出した。従って、配線が複雑となっても、良好な表示特性を得るための充分な線幅が必要となることを見出した。
そこで、本発明者は、上記に基づいて以下の手段を有する本発明を想到した。
本発明においては、「上層側」及び「下層側」とは、半導体層の鉛直方向における上下の位置関係を意味している。また、「上層側」及び「下層側」とは、半導体層を構成する層膜よりも上層側及び下層側を意味するものであり、半導体層の直上及び直下に位置する部位のみを意味するものではない。
また、本発明において、電気光学装置とは、電界により物質の屈折率が変化して光の透過率を変化させる電気光学効果を有するものの他、電気エネルギーを光学エネルギーに変換するもの等も含んで総称するものである。
ここで、「半導体層よりも上層側」とは、半導体層を構成する層膜よりも上層側を意味し、半導体層の直上に位置する部位のみを意味するものではない。
このようにすれば、下層配線を介してゲート信号をゲート電極に付与することができる。また、上層配線を介してソース信号を半導体層に付与することができる。もしくは、上層配線を介して半導体層のドレイン信号を各種素子に付与することができる。
従って、上記の電気光学装置と同様の効果が得られる。
このようにすれば、上層配線を介してゲート信号をゲート電極に付与することができる。また、下層配線を介してソース信号を半導体層に付与することができる。もしくは、下層配線を介して半導体層のドレイン信号を各種素子に付与することができる。
従って、上記の電気光学装置と同様の効果が得られる。
このようにすれば、上記の電気光学装置と同様の効果が得られるだけでなく、半導体層に光が入射することに起因する光リークを抑制できる。
このようにすれば、上記の電気光学装置と同様の効果が得られるだけでなく、下層配線が光リークを抑制すると共に、当該下層配線を介してゲート信号、ソース信号、及びドレイン信号を付与することができる。
このようにすれば、上記の電気光学装置と同様の効果が得られるだけでなく、下層配線が延在することでゲート配線が構成されているので、当該下層配線を介してゲート信号をゲート電極に付与することができる。
また、下層配線は、屈曲部を有しつつ延在することでゲート電極を構成していることが好ましい。このように、屈曲部を有することで、一方向のみに延在することなく、限られた平面パターンの中で、所定の位置にゲート電極を配置することができる。例えば、下層配線をドレイン配線やソース配線に倣う方向に形成し、屈曲部を介して、ゲート電極のみのをチャネル領域に対向する位置に配置することができる。
このようにすれば、上記の電気光学装置と同様の効果が得られるだけでなく、下層配線とコンタクトホールを介して、ゲート信号をゲート電極に付与することができる。
ここで、第1導電型の半導体層と第2導電型の半導体層においては、主キャリアが異なっているので、本発明は、上記の電気光学装置と同様の効果が得られるだけでなく、主キャリアが異なる半導体層を備えるスイッチング素子を実現できる。
トランスミッションゲート素子の場合、逆導電型の2つのスイッチング素子を並列に接続する構成となっていることが一般に知られている。従って、必然的にゲート入力が2つ必要になる。これにより、スイッチング素子を1つのみ有する場合と比較して、配線の引き回しが混み合ってしまう。これを解消するために、配線の高精細化を図った場合では、配線抵抗が大きくなり、電気光学装置の表示特性に影響を与えてしまうという問題が顕著になる。
これに対し、本発明のスイッチング素子をトランスミッション素子に採用することにより、ゲート配線が増加した場合でも、当該ゲート配線が積層構造として構成されるので、積層構造の中でゲート配線、下層配線、上層配線の線幅や、ピッチの寸法を所望に設定できるので、当該寸法の自由度が大きくなり、配線抵抗の上昇を抑制できる。従って、制限された平面積内に充分な線幅でトランスミッション素子を形成することができる。従って、表示特性が優れた電気光学装置を実現できる。
このようにすれば、スイッチング素子の構造が立体化されたサンプルホルダ回路やデマルチプレクサ回路を実現できる。また、配線数が増加した場合でも、当該配線を積層構造として配置された回路を実現できる。また、このように積層構造を形成することにより、配線を配置するための平面面積の増加が抑制された回路を実現できる。また、積層構造の中で配線の線幅やピッチの寸法を所望に設定することができ、当該寸法の自由度が大きくなり、充分な表示特性が得られる線幅でスイッチング素子を形成できる。
このようにすれば、高精細な画像表示を実現できると共に、表示特性が優れた投射型表示装置を実現できる。
本実施形態では、電気光学装置の一形態である液晶装置について説明する。
なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
また、本明細書では、液晶装置の各構成部材における液晶層側を内側と呼び、その反対側を外側と呼ぶことにする。また、「非選択電圧印加時」および「選択電圧印加時」とは、それぞれ「液晶層への印加電圧が液晶のしきい値電圧近傍である時」および「液晶層への印加電圧が液晶のしきい値電圧に比べて十分高い時」を意味しているものとする。
最初に、本発明の第1実施形態に係る液晶装置につき、図1〜図4を参照して説明する。第1実施形態に係る液晶装置は、一対の基板により液晶層が挟持された液晶パネルと、その液晶パネルの外側に各々配置された偏光板とを有するものである。なお、本実施形態では、スイッチング素子として薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor、以下TFTという)素子を用いたアクティブマトリクス方式の透過型液晶パネルを例にして説明する。
図1は、液晶パネルの回路図である。
透過型液晶パネルの画像表示領域を構成すべくマトリクス状に配置された複数のドットには、画素電極9が形成されている。また、その画素電極9の側方には、当該画素電極9への通電制御を行うためのスイッチング素子であるTFT素子30が形成されている。このTFT素子30のソース領域には、データ線6aが電気的に接続されている。また、データ線6aは、サンプルホルダ回路70を介してデータ線駆動回路71に接続されている。
このようなトランスミッション素子70aを有するサンプルホルダ回路70は、n型トランジスタとp型トランジスタとを備えることにより、正の寄生容量と負の寄生容量を相殺させて、寄生容量に起因するデータ線6aの電位変動を抑制するようになっている。
なお、画像信号S1、S2、…、Snは、各データ線6aに対してこの順に線順次で供給してもよく、相隣接する複数のデータ線6aに対してグループ毎に供給してもよい。
また、画素電極9と容量線3bとの間には、液晶容量と並列に蓄積容量17が配置されており、液晶容量で保持された画像信号S1、S2、…、Snのリークを防止するようになっている。
このように、液晶に電圧信号が印加されると、印加された電圧レベルにより液晶分子の配向状態が変化する。これにより、液晶に入射した光が変調されて階調表示が可能となる。
図2は、液晶パネルの平面構造の説明図である。
本実施形態の液晶パネルでは、TFTアレイ基板上に、インジウム錫酸化物(Indium Tin Oxide、以下ITOという)等の透明導電性材料からなる矩形状の画素電極9(破線9aによりその輪郭を示す)が、マトリクス状に配列形成されている。また、画素電極9の縦横の境界に沿って、データ線6a、走査線3aおよび容量線3bが設けられている。本実施形態では、各画素電極9の形成された領域がドットであり、マトリクス状に配置されたドット毎に表示を行うことが可能な構造になっている。
図3は、液晶パネルの断面構造の説明図であって、図2のA−A’線における側面断面図である。
図3に示すように、液晶パネル60は、TFTアレイ基板10と、これに対向配置された対向基板20と、これらの間に挟持された液晶層50とを主体として構成されている。TFTアレイ基板10は、ガラスや石英等の透光性材料からなる基板本体10A、およびその内側に形成されたTFT素子30や画素電極9、配向膜16などを主体として構成されている。一方の対向基板20は、ガラスや石英等の透光性材料からなる基板本体20A、およびその内側に形成された共通電極21や配向膜22などを主体として構成されている。
なお、TFTアレイ基板10の配向膜16による配向規制方向と、対向基板20の配向膜22による配向規制方向は、約90°ねじれた状態で配置されている。これにより、本実施形態の液晶パネル60は、ツイステッドネマチックモードで動作するようになっている。
偏光板は、その吸収軸方向の直線偏光を吸収し、透過軸方向の直線偏光を透過する機能を有する。液晶パネル60の両面に各々配置された偏光板は、各々の吸収軸及び透過軸が直交するように配置されている。
なお、液晶パネル60と偏光板との間には、サファイヤガラスや水晶等の熱伝導率が高い光透過性材料で構成された支持基板を配置してもよい。また、偏光板と液晶パネル60との間に位相差板等の光学補償板を配置してもよい。
次に、図4を参照し、トランスミッション素子の構造について説明する。
図4(a)は、トランスミッション素子の平面図である。図4(b)はトランスミッション素子の断面構造の説明図であって図4(a)のB−B’線における側面断面図である。
なお、図4(a)においては、トランスミッション素子を構成する各種配線の積層構造を説明するために、当該配線を透過した図となっている。
ここで、n型トランジスタ75nは、第1半導体層(第1導電型の半導体層)80n及びゲート電極81nによって構成され、p型トランジスタ75pは、第2半導体層(第2導電型の半導体層)80p及びゲート電極81pによって構成されている。なお、第1半導体層80nとゲート電極81nとの間と、第2半導体層80pとゲート電極81pとの間には、ゲート絶縁膜が形成されている。
また、トランスミッション素子70aは、このようなn型トランジスタ75n及びp型トランジスタ75pに接続されたドレイン配線(上層配線)82と、ソース配線(上層配線)83と、ゲート下層引出線(下層配線)84と、ゲート上層引出線(上層配線)85とを具備し、更に遮光層90を備えた構成となっている。
また、このような積層構造においては、各種配線層や半導体層の上層及び下層に、層間絶縁膜が形成されている。また、層間絶縁膜にコンタクトホールが形成されることにより、各種配線同士の導通や、配線と半導体層との導通が得られている。
また、ゲート電極81n、81pは、データ線駆動回路71の駆動信号が付与される配線である。
第1半導体層80n及び第2半導体層80pは、シリコン原子を主成分とする材料とする層膜であり、各種真空成膜法によって形成されると共に、所定領域に不純物がドーピングされたものである。
ここで、第1半導体層80nは、リン原子等の5価の原子がシリコン層にドーピングされて形成されたソース領域及びドレイン領域と、当該ソース領域と当該ドレイン領域との間に位置するチャネル領域とからなる。そして、チャネル領域に対向する位置にゲート絶縁膜を介してゲート電極81nが配置されることで、n型トランジスタ80nが構成される。当該n型トランジスタ80nにおいては、主として電子をキャリアとするスイッチング素子として機能する。
一方、第2半導体層80pは、ボロン原子等の3価の原子がシリコン層にドーピングされて形成されたソース領域及びドレイン領域と、当該ソース領域と当該ドレイン領域との間に位置するチャネル領域とからなる。そして、チャネル領域に対向する位置にゲート絶縁膜を介してゲート電極81pが配置されることで、p型トランジスタ80pが構成される。当該p型トランジスタ80pにおいては、主としてホールをキャリアとするスイッチング素子として機能する。
また、このような第2半導体層80p及び第1半導体層80nにおいては、その膜厚は約40nmであることが好ましい。
なお、このようなn型及びp型のソース領域とドレイン領域とにおいては、不純物濃度を異ならせた高濃度領域と低濃度領域を形成してもよい。
また、平面パターンにおいて、ゲート電極81n、81pは、ドレイン配線82とソース配線83の間に位置していると共に、第1半導体層80n及び第2半導体層80pのチャネル領域に対向して位置している。また、ゲート電極81n、81pは、ドレイン配線82の端部近傍とソース配線83の端部近傍に屈曲部Kを有している。このような屈曲部Kを備えることにより、ゲート電極81nは、ゲート上層引出線85と対向配置することが可能となっている。また、ゲート電極81pは、ゲート下層引出線84と対向配置することが可能となっている。
ゲート電極81n、81pの材料としては、Al等の低抵抗金属材料を採用することが好ましい。また、当該ゲート電極81n、81pの形状はトランジスタ特性に影響を与えることから、良好なカバレッジ形状となるように形成されている。
また、図4(b)に示すように、ゲート電極81n、81pの線幅dは3.50μmとなっている。また、その膜厚は3500nmとなっている。
また、ソース配線83は、第1半導体層80n及び第2半導体層80pの上層に設けられた配線であり、コンタクトホール87n、87pを介して、第1半導体層80n及び第2半導体層80pにおける各々のソース領域に導通している。
また、ドレイン配線82及びソース配線83は、各種真空成膜法によってAl等の低抵抗金属材料を全面成膜した後に、フォトリソグラフィ技術によってパターニングして形成されるものである。
また、コンタクトホール86n、87nとゲート電極81n、81pの間隔eは1.50μmとなっている。また、コンタクトホール86n、87nと、第1半導体層80n及び第2半導体層80pの端面との間隔fは0.25μmとなっている。
また、遮光層90は、ドレイン配線82の線幅と同じになるように形成され、その平面的な配置もドレイン配線82と同じになっている。また、当該遮光層90によって、第1半導体層80n及び第2半導体層80pの光リークを抑制するようになっている。
このようなゲート下層引出線84及び遮光層90の材料としては、遮光性に優れた材料を採用することが好ましく、本実施形態ではWSiを採用している。従って、ゲート下層引出線84は、ゲート電極81pにゲート信号を付与するだけでなく、遮光層としての機能を有する。
また、ゲート下層引出線84及び遮光層90の線幅gは4.0μmとなっている。
また、ゲート上層引出線85は、ドレイン配線82及びソース配線83と同時に形成される。即ち、Al材料を成膜した後に、フォトリソグラフィ技術によってパターニング形成されるものである。従って、ゲート上層引出線85の膜厚もドレイン配線82及びソース配線83と同じである。
このように構成されたトランスミッション素子70aにおいては、上記のような積層構造が形成されていることから、幅10μm以下の平面パターンに形成することが可能となる。
また、ゲート電極81nは、半導体層80n、80pよりも上層側に設けられたゲート上層引出線85に接続されているので、当該ゲート上層引出線85を介してゲート信号をゲート電極81nに付与することができる。
次に、本発明の第2実施形態に係る液晶装置につき、図5を参照して説明する。
本実施形態と第1実施形態とは、トランスミッション素子の構造のみが相違している。
本実施形態においては、相違する部分についてのみ説明し、同一構成には同一符号を付して説明を簡略化する。
図5(a)は、トランスミッション素子の平面図である。図5(b)はトランスミッション素子の断面構造の説明図であって図5(a)のC−C’線における側面断面図である。
なお、図5(a)においては、トランスミッション素子を構成する各種配線の積層構造を説明するために、当該配線を透過した図となっている。
具体的に説明すると、ゲート下層引出線84n、84pの各々は、屈曲部L1、L2を有しており、当該屈曲部L1、L2を介してゲート電極81n、81pが半導体層80n、80pの各々のチャネル領域に対向配置するようになっている。
このような屈曲部L1、L2を有することにより、ゲート下層引出線84pは、ソース配線83と同幅、同位置に配置することが可能となると共に、ゲート下層引出線84nは、ドレイン配線82が延在する一方向上において同幅で配置することが可能となっている。また、半導体層80n、80pの各々のチャネル領域に対向するようにゲート電極81n、81pが構成可能となっている。
また、トランジスタ75n’、75p’の幅は、上記の第1実施形態に記載したように、ドレイン配線82の線幅と、ソース配線83の線幅と、両配線の間隔との和の値となっており、例えば10μmとなっている。
従って、屈曲部L1、L2が形成されることにより、このような幅の中にトランジスタ75n’、75p’を形成することが可能となっている。
また、ゲート下層引出線84n、84pの各々は、ゲート電極81n、81pの線幅よりも太く形成されており、配線抵抗の低減化が施されている。
また、このような積層構造においては、各種配線層や半導体層の上層及び下層に、層間絶縁膜が形成されている。また、層間絶縁膜にコンタクトホールが形成されることにより、ソース配線83と半導体層80n、80pのドレイン領域との導通や、ドレイン配線82と半導体層80n、80pのソース領域との導通が得られている。
また、ゲート上層引出線が不要となり、これと接続するコンタクトホールも不要となるので、配線パターンのレイアウトを簡素化できる。
このようにすれば、トランスミッション素子70aの構造が立体化されたデマルチプレクサ回路を実現できる。また、デマルチプレクサ回路における配線数が増加した場合でも、当該配線を積層構造として配置された回路を実現できる。また、デマルチプレクサ回路において、配線の線幅やピッチの寸法を所望に設定することができ、当該寸法の自由度が大きくなり、充分な表示特性が得られる線幅でトランスミッション素子70aを形成できる。
このようなスイッチング素子は、液晶装置の駆動回路に用いるだけでなく、画素を構成する各ドットのスイッチング素子として用いてもよい。
このような電気光学装置としては、有機EL(エレクトロルミネッセンス)表示装置、電気泳動表示装置、プラズマ発光や電子放出による蛍光等を用いた装置(例えば、PDP、FED、SED)、等を例示できる。
次に、図6を参照し、上記の液晶装置を備えた投射型表示装置について説明する。
図6は、投射型表示装置の要部を示す概略構成図である。この投射型表示装置は、上述した実施形態に係る液晶装置を光変調手段として備えたものである。
このように、投射型表示装置のライトバルブ822,823,824として、上述した実施形態に係る液晶装置を使用すれば、高精細な画像表示を実現できると共に、寄生容量に起因する電位変動が抑制されているので、表示特性が優れた投射型表示装置を実現できる。
Claims (13)
- 平面視で一方向に配置された第1導電型トランジスタと第2導電型トランジスタからなるトランスミッション素子を備えた電気光学装置であって、
前記トランスミッション素子は、下層側から上層側へ、下層配線、前記第1導電型トランジスタの第1導電型半導体層及び前記第2導電型トランジスタの第2導電型半導体層、並びに上層配線、がこの順に設けられ、
前記上層配線は、前記第1導電型半導体層及び前記第2導電型半導体層のソース領域に接続されたソース配線と、前記第1導電型半導体層及び前記第2導電型半導体層のドレイン領域に接続されたドレイン配線と、を有し、
前記ソース配線及び前記ドレイン配線は、平面視で前記一方向に沿って設けられ、
前記下層配線は、前記ソース配線又は前記ドレイン配線と平面的に重なるように前記一方向に延在して設けられ、前記第1導電型トランジスタ及び前記第2導電型トランジスタのゲート電極の一方に電気的に接続されており、
前記第1導電型トランジスタ及び前記第2導電型トランジスタのゲート電極は、それぞれ前記第1導電型半導体層及び前記第2導電型半導体層と前記上層配線との間に形成されていることを特徴とする電気光学装置。 - 平面視で一方向に配置された第1導電型トランジスタと第2導電型トランジスタからなるトランスミッション素子を備えた電気光学装置であって、
前記トランスミッション素子は、下層側から上層側へ、下層配線、前記第1導電型トランジスタの第1導電型半導体層及び前記第2導電型トランジスタの第2導電型半導体層、並びに上層配線、がこの順に設けられ、
前記上層配線は、前記第1導電型半導体層及び前記第2導電型半導体層のソース領域に接続されたソース配線と、前記第1導電型半導体層及び前記第2導電型半導体層のドレイン領域に接続されたドレイン配線と、を有し、
前記ソース配線及び前記ドレイン配線は、平面視で前記一方向に沿って設けられ、
前記下層配線は、前記ソース配線又は前記ドレイン配線と平面的に重なるように前記一方向に延在して設けられ、前記第1導電型トランジスタ及び前記第2導電型トランジスタのゲート電極に電気的に接続されており、
前記第1導電型トランジスタ及び前記第2導電型トランジスタのゲート電極は、それぞれ前記下層配線と同層に形成されていることを特徴とする電気光学装置。 - 前記第1導電型トランジスタ及び前記第2導電型トランジスタの前記ゲート電極は、前記上層配線の下層側に前記一方向に延在して設けられ、前記第1導電型トランジスタ及び前記第2導電型トランジスタのチャネルの方向は前記一方向と直交していることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電気光学装置。
- 前記第1導電型トランジスタ及び前記第2導電型トランジスタの前記ゲート電極は、前記上層配線又は前記下層配線と平面的に重なる領域に向けて屈曲する屈曲部を有していることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の電気光学装置。
- 前記一方向と直交する方向の前記トランスミッション素子の総幅は、前記一方向と直交する方向の前記ソース配線及び前記ドレイン配線の線幅と、前記ソース配線と前記ドレイン配線の間隔との和に等しいことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の電気光学装置。
- 前記下層配線の前記一方向と直交する方向の線幅が、前記下層配線と平面的に重なる前記ソース配線又は前記ドレイン配線の前記一方向と直交する方向の線幅と等しいことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の電気光学装置。
- 前記第1導電型トランジスタ及び前記第2導電型トランジスタの前記ゲート電極は、前記一方向と直交する方向の線幅が前記ソース配線と前記ドレイン配線の間隔よりも大きく、一部が前記ソース配線及び前記ドレイン配線と平面的に重なるように設けられていることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の電気光学装置。
- 前記第1導電型半導体層及び前記第2導電型半導体層は、それぞれ前記ソース配線、前記ドレイン配線及びこれらの間の領域と平面的に重なるように配置されていることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の電気光学装置。
- 前記第1導電型半導体層及び前記第2導電型半導体層の下層側で、前記ソース配線又は前記ドレイン配線と平面的に重なる領域に遮光層が形成されており、
前記遮光層は前記下層配線と同層に形成されることを特徴とする請求項1に記載の電気光学装置。 - 前記第1導電型半導体層及び前記第2導電型半導体層の下層側で、前記ソース配線又は前記ドレイン配線と平面的に重なる領域に遮光層が形成されており、
前記遮光層は前記下層配線の下層に形成されることを特徴とする請求項2に記載の電気光学装置。 - 前記下層配線は、遮光層であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電気光学装置。
- 前記上層配線は、前記第1導電型トランジスタ又は前記第2導電型トランジスタの前記ゲート電極の他方に接続されたゲート上層引出線を有し、
前記ゲート上層引出線は前記ソース配線又は前記ドレイン配線の前記一方向に隣接し、前記一方向に沿って設けられていることを特徴とする請求項1に記載の電気光学装置。 - 請求項1から請求項12のいずれか一項に記載の電気光学装置を光変調手段として備えたことを特徴とする投射型表示装置。
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