JP5211259B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
の作製方法に関する。例えば、液晶表示パネルに代表される電気光学装置を部品として搭
載した電子機器に関する。
全般を指し、電気光学装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。
画素電極の各々にスイッチング素子としてトランジスタを接続したアクティブマトリクス
型液晶表示装置が注目を集めている。
ジスタを接続するアクティブマトリクス型液晶表示装置が、既に知られている(特許文献
1及び特許文献2)。
タイプが知られている。
作用を利用して、バックライトからの光が液晶を透過して液晶表示装置外部に出力される
状態と、出力されない状態とを選択し、明と暗の表示を行わせ、さらにそれらを組み合わ
せることで、画像表示を行うものである。
表示を認識することが困難である。
素電極で反射して装置外部に出力される状態と、入射光が装置外部に出力されない状態と
を選択し、明と暗の表示を行わせ、さらにそれらを組み合わせることで、画像表示を行う
ものである。
ため、消費電力が少ないといった長所を有しており、携帯用の情報端末としての需要が高
まっている。
に向いている。一方、液晶表示装置の周囲が薄暗い、即ち外光が弱い環境では表示を認識
することが困難である。
示装置を提供することを課題の一とする。
での画像表示を可能とした液晶表示装置を提供することを課題の一とする。
外光を照明光源とする反射モードと、バックライトを用いる透過モードの両モードでの画
像表示を可能とする。
らに静止画像を表示することによって消費電力を低減できる。
表示を可能とする。
タに応じて、反射モード、透過モード、またはバックライトのオンオフ及び光量調節を行
うことが好ましい。
調節できる発光ダイオード(LED)を複数用いることが好ましい。バックライトにLE
Dを用いることによって部分的に光の強弱を調節し、コントラストが大きく、色の視認性
の高い画像表示を行うことができる。
と、を有し、表示パネルは、第1系統の副画素と、第2系統の副画素の対を複数有する。
また、第1系統の副画素は走査線と第1系統の信号線に接続され、透光性を有する第1系
統の画素電極と、トランジスタを有し、第2系統の副画素は走査線と第2系統の信号線に
接続され、可視光を反射する第2系統の画素電極と、トランジスタを有する。また、第1
系統の画素電極、及び第2系統の画素電極はそれぞれ液晶の配向状態を制御する。また、
前記画像処理回路は、画像信号を記憶する記憶回路と、記憶回路に記憶された連続するフ
レーム期間の画像信号とを比較して差分を演算する比較回路と、表示制御回路と、を有す
る。そして、比較回路が、差分を検出した連続するフレーム期間を動画期間であると判断
し、画像処理回路が前記表示パネルの第1の系統の信号線に動画を含む第1の信号を出力
し、画像処理回路が前記バックライト部に第2の信号を出力して、第2の駆動回路により
バックライト部を駆動する、動画表示モードを有する。さらに、比較回路が、差分が検出
されない連続するフレーム期間を静止画期間であると判断し、画像処理回路が表示パネル
の第2の系統の信号線に静止画を含む第1の信号を出力し、画像処理回路がバックライト
部の駆動を停止する、静止画表示モードと、を有する液晶表示装置である。
フレーム期間を静止画期間であると判断する場合であっても、外光の明るさに応じて、前
記動画表示モードで動作する、上記の液晶表示装置である。
フレーム期間を動画期間であると判断する場合であっても、外光の明るさに応じて、静止
画表示モードで動作する、上記の液晶表示装置である。
液晶素子を画素に有する上記液晶表示装置である。
を開閉自在に装着し、太陽電池からの電力を表示パネル、バックライト部、または画像処
理回路に供給する電子機器である。
の画素電極を備える副画素と、第2のトランジスタと前記第2のトランジスタと接続され
た第2の画素電極を備える副画素と、側面が反射層で覆われ前記基板と平行な上面を備え
た構造体とを有し、前記第1の画素電極は前記構造体の上面に重ねて設けられて可視光を
透過し、前記第2の画素電極は前記構造体の側面に絶縁層を介して重ねて設けられて可視
光を反射する液晶表示装置である。
傾斜面の傾斜角度と、該傾斜面と対向する傾斜面の傾斜角度とがなす角θTは、90°未
満、好ましくは10°以上60°以下であることを特徴とする液晶表示装置である。
最も屈曲している点を交点とし、相対向する2つの傾斜面がなす角度θRは90°以上、
好ましくは100°以上120°以下であることを特徴とする液晶表示装置である。
とする反射モードと、バックライトを用いる透過モードの両モードでの画像表示を可能と
した液晶表示装置を提供できる。依って、外光の明るさが様々な環境に応じて画像表示が
可能な液晶表示装置を提供することができる。また、静止画像の表示において低消費電力
を実現することもできる。
以下の説明に限定されず、その形態およ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。また、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。
本実施の形態では、静止画モードと動画モードを有する液晶表示装置について図1を用い
て説明する。
ネル120、及びバックライト部130を有する。
択回路115を有する。
1系統の走査線と第1系統の信号線とに接続された第1系統の副画素123a、並びに第
2系統の走査線と第2系統の信号線とに接続された第2系統の副画素123bを有する。
また、副画素123a、及び副画素123bは対になって画素部122にマトリクス状に
複数配置されている。
、容量素子を有する。該画素電極とそれに対向する対向電極との間に液晶層を挟持して液
晶素子が形成されており、該画素電極は液晶層を介して入射する光を反射する。
、容量素子を有する。該画素電極とそれに対向する対向電極との間に液晶層を挟持して液
晶素子が形成されており、該画素電極は透光性を有している。
素子がある。その素子は一対の電極と液晶層により構成されることが可能である。なお、
液晶の光学的変調作用は、液晶にかかる電界(即ち、縦方向の電界)によって制御される
。なお、具体的には、液晶素子の一例としては、ネマチック液晶、コレステリック液晶、
スメクチック液晶、ディスコチック液晶、サーモトロピック液晶、リオトロピック液晶、
低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶(PDLC)、強誘電液晶、反強誘電液晶、
主鎖型液晶、側鎖型高分子液晶、バナナ型液晶などを挙げることができる。また液晶の駆
動方法としては、TN(Twisted Nematic)モード、STN(Super
Twisted Nematic)モード、OCB(Optically Compe
nsated Birefringence)モード、ECB(Electricall
y Controlled Birefringence)モード、FLC(Ferro
electric Liquid Crystal)モード、AFLC(AntiFer
roelectric Liquid Crystal)モード、PDLC(Polym
er Dispersed Liquid Crystal)モード、PNLC(Pol
ymer Network Liquid Crystal)モード、ゲストホストモー
ドなどがある。
。バックライト132が発する光は光の三原色を含んでいれば良く、バックライト132
には例えば白色の発光素子133が配置されている。
画像信号には画像信号、例えば赤(R)、緑(G)、及び青(B)に対応する信号が含ま
れている。
110へ出力する。画像信号を予めデジタル信号に変換しておくことで、後に画像信号の
差分を検出する際、検出を容易に行うことができ好適である。
を生成する。LC画像信号は、表示パネル120を制御する画像信号であり、バックライ
ト信号はバックライト部130を制御する信号である。
するための複数のフレームメモリを有する。記憶回路111が有するフレームメモリの数
は特に限定されるものではなく、複数のフレームに関する画像信号を記憶できる素子であ
ればよい。なおフレームメモリは、例えばDRAM(Dynamic Random A
ccess Memory)、SRAM(Static Random Access
Memory)等の記憶素子を用いて構成すればよい。
ムメモリの数について特に限定されるものではない。またフレームメモリの画像信号は、
比較回路112及び表示制御回路113により選択的に読み出されるものである。
的に読み出して、当該画像信号の連続するフレーム間での比較を画素毎に行い、差分を検
出するための回路である。
されることとなる。当該比較回路112での画像信号の比較により、いずれかの画素で差
分が検出された際に当該差分を検出した連続するフレーム期間は、動画期間であると判断
する。一方、比較回路112での画像信号の比較により、全ての画素で差分が検出されな
い際に当該差分を検出しなかった連続するフレーム期間は、静止画期間であると判断する
。すなわち比較回路112は、連続するフレーム期間の画像信号を、比較回路112での
差分の検出によって、動画を表示するための画像信号であるか、または静止画を表示する
ための画像信号であるかの判断をするものである。
判断されるように設定してもよい。なお比較回路112は、差分の大きさにかかわらず、
差分の絶対値によって、差分の検出の判断をする設定とすればよい。
の差分を検出することにより動画または静止画の判断を行う構成について示したが、外部
から静止画または動画を切り替える信号を供給することにより、動画であるか静止画であ
るかの信号を供給する構成としてもよい。
に動く画像として認識される画像をいう。具体的には、1秒間に60回(60フレーム)
以上画像を切り替えることで、人間の目にはちらつきが少なく動画と認識されるものとな
る。一方、静止画は、動画又は一画面の中に動画と静止画を含む部分動画と異なり、複数
のフレーム期間に時分割した複数の画像を高速に切り替えて動作させるものの、連続する
フレーム期間、例えばnフレーム目と、(n+1)フレーム目とで変化しない画像信号の
ことをいう。
構成とする。比較回路112での差分の演算により差分が検出された際、すなわち連続す
るフレーム間で表示される画像が動画の際、当該画像信号が記憶された記憶回路111内
のフレームメモリより画像信号を選択して表示制御回路113に出力するための回路であ
る。
すなわち連続するフレーム間で表示される画像は静止画の際、当該画像信号について表示
制御回路113に出力しない回路である。静止画の際、選択回路115では、画像信号を
フレームメモリより表示制御回路113に出力しない構成とすることにより、消費電力を
削減することができる。
作を静止画モード、比較回路112が動画と判断しておこなう動作を動画モードという。
い。モード切り替え機能は、当該表示装置の利用者が手動または外部接続機器を用いて当
該表示装置の動作モードを選択することで動画モードまたは静止画モードを切り替える機
能である。
回路113に出力することもできる。
にモード切り替え信号が入力された場合、比較回路112が連続するフレーム期間での画
像信号の差分を検出していない場合であっても、選択回路115は入力される画像信号を
順次表示制御回路113に出力するモード、すなわち動画表示モードを実行できる。また
、動画表示モードで動作している際に、モード切り替え回路から選択回路115にモード
切り替え信号が入力された場合、比較回路112が連続するフレーム期間での画像信号の
差分を検出している場合であっても、選択回路115は選択した1フレームの画像信号の
信号のみを出力するモード、すなわち静止画表示モードを実行できる。その結果、本実施
の形態の表示装置には、動画中の1フレームが静止画として表示される。
れた画像信号の供給、並びに表示パネル120の駆動回路121、及びバックライト部1
30のバックライト制御回路131を制御するための信号を供給する回路である。
ック信号CK等の制御信号の供給または停止の切り替えを制御するための信号を供給する
。また、表示制御回路113はバックライト制御回路131にバックライトの点灯、及び
消灯を制御するための信号を供給する。
画素123a、並びに第2系統の信号線に接続された第2系統の副画素123bを有し、
表示制御回路113は画像信号を出力する信号線を決定する。
号を第2系統の副画素123bに出力する。また、表示制御回路113は、比較回路11
2が動画と判断した場合は、画像信号を第1系統の副画素123aに出力する。
選択回路115を介して読み出され、表示制御回路113は該画像信号を駆動回路121
に供給し、画像信号は第1系統の副画素123aに出力される。また、表示制御回路11
3は制御信号を駆動回路121に供給することとなる。
けた表示装置は当該表示装置がおかれている環境の明るさを検知できる。その結果、測光
回路が接続された表示制御回路113は、測光回路から入力される信号に応じて、表示パ
ネル120の駆動方法を変えることができる。
ことを検知すると、表示制御回路113は、比較回路112が静止画と判断した場合であ
っても、画像信号を第1系統の副画素123aに出力し、バックライト132を点灯する
。第1系統の副画素123aは透光性の画素電極を有するため、バックライトにより視認
性の高い静止画像を提供できる。
例えば屋外の直射日光下)で利用されていることを検知すると、表示制御回路113は、
比較回路112が動画と判断した場合であっても、画像信号を第2系統の副画素123b
に出力する。第2系統の副画素123bは液晶層を介して入射する光を反射する画素電極
を有するため、極めて明るい外光下であっても視認性の高い静止画像を提供できる。
といった動作を削減することができる。また、使用環境に応じてバックライトの使用、及
び不使用を選択することができ便宜である。バックライトを用いずに静止画を表示する場
合、特に電力の消費を抑制できる。
る画像を人間の目は視認することとなる。そのため、人間の目には疲労として現れること
もあり得る。本実施の形態で説明したように、画像信号の書き込み回数を削減する構成と
することで、目の疲労を減らすといった効果もある。
。
本実施の形態では、画素接続図、タイミングチャート等を用いて、液晶表示装置の駆動方
法について説明する。まず図2には、液晶表示装置の表示パネルの概略図について示して
いる。図2には、画素部151、第1系統の走査線152(ゲート線ともいう)、第1系
統の信号線153(データ線ともいう)、第2系統の走査線154、第2系統の信号線1
55、画素156、共通電極169(コモン電極ともいう)、容量線170、第1系統の
走査線駆動回路157、第1系統の信号線駆動回路158、第2系統の走査線駆動回路1
59、第2系統の信号線駆動回路160を有する。
、画素トランジスタ163、液晶素子164、容量素子165を有する。画素トランジス
タ163はゲートが第1系統の走査線152に接続され、ソース又はドレインの一方とな
る第1端子が第1系統の信号線153に接続され、ソース又はドレインの他方となる第2
端子が、液晶素子164の一方の電極及び容量素子165の第1の電極に接続される。な
お液晶素子164の他方の電極は、共通電極169に接続されている。なお容量素子16
5の第2の電極は、容量線170に接続される。
有する。画素トランジスタ166はゲートが第2系統の走査線154に接続され、ソース
又はドレインの一方となる第1端子が第2系統の信号線155に接続され、ソース又はド
レインの他方となる第2端子が、液晶素子167の一方の電極及び容量素子168の第1
の電極に接続される。なお液晶素子167の他方の電極は、共通電極169に接続されて
いる。なお容量素子168の第2の電極は、容量線170に接続される。
走査線駆動回路157及び第2系統の走査線駆動回路159により別々に駆動される。ま
た第1系統の信号線153及び第2系統の信号線155は、第1系統の信号線駆動回路1
58及び第2系統の信号線駆動回路160により、別々の画像信号(以下、第1のdat
a、第2のdataという)が供給される。そして透過電極部161の液晶素子164及
び反射電極部162の液晶素子167では、異なる画像信号に基づいた階調の制御がなさ
れることとなる。
する薄膜トランジスタ(TFT)で構成することが好ましい。
子を有する素子であり、ドレイン領域とソース領域の間にチャネル領域を有しており、ド
レイン領域とチャネル領域とソース領域とを介して電流を流すことができる。ここで、ソ
ースとドレインとは、トランジスタの構造や動作条件等によって変わるため、いずれがソ
ースまたはドレインであるかを限定することが困難である。そこで、本書類(明細書、特
許請求の範囲又は図面など)においては、ソース及びドレインとして機能する領域を、ソ
ースもしくはドレインと呼ばない場合がある。その場合、一例としては、それぞれを第1
端子、第2端子と表記する場合がある。あるいは、それぞれを第1の電極、第2の電極と
表記する場合がある。あるいは、ソース領域、ドレイン領域と表記する場合がある。
査線駆動回路159、第2系統の信号線駆動回路160は、画素部151と同じ基板上に
設ける構成とすることが好ましいが、必ずしも同一基板上に設ける必要はない。画素部1
51と同じ基板上に第1系統の走査線駆動回路157、第1系統の信号線駆動回路158
、第2系統の走査線駆動回路159、第2系統の信号線駆動回路160を設けることで、
外部との接続端子数を削減することができ、液晶表示装置の小型化を図ることができる。
スに配置(配列)されているとは、縦方向もしくは横方向において、画素が直線上に並ん
で配置されている場合や、ギザギザな線上に配置されている場合を含む。よって、例えば
三色の色要素(例えばR(赤)G(緑)B(青))でフルカラー表示を行う場合に、カラ
ーフィルターがストライプ配列されている場合や、三つの色要素のドットがデルタ配列さ
れている場合も含む。
されている場合と、AとBとが機能的に接続されている場合と、AとBとが直接接続され
ている場合とを含むものとする。
明する。上記実施の形態でも説明したように、表示パネルの動作は大きくわけて、動画表
示期間301と静止画表示期間302に大別される。
1/60秒以下(60Hz以上)であることが望ましい。フレーム周波数を高くすること
で、画像をみる人がちらつき(フリッカ)を感じないようにすることができる。また静止
画表示期間302において、1フレーム期間の周期を極端に長く、例えば1分以上(0.
017Hz以下)とすることで、複数回にわたって同じ画像を切り替える場合と比較して
眼精疲労を低減しうるといったことも可能である。
を用いた際には、酸化物半導体中のキャリアを極めて少なくすることができるため、オフ
電流を少なくすることができる。よって、画素においては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、書き込み間隔も長く設定できる。よって1フレーム期間の周期
を長くすることができ、静止画表示期間302での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、より消費電力を抑制する効果を高くできる。
示するための駆動回路制御信号が第1系統の走査線駆動回路157及び第1系統の信号線
駆動回路158(以下、第1の駆動回路という)に供給され、各画素に黒の階調(代表的
には最も暗い階調)の表示をするための駆動回路制御信号が第2系統の走査線駆動回路1
59及び第2系統の信号線駆動回路160(以下、第2の駆動回路という)に供給され、
第1の駆動回路及び第2の駆動回路が動作する。また図3(A)に示す動画表示期間30
1では、バックライト制御信号により白色光のバックライトが動作する。そして、表示パ
ネルは一例として、R(赤)G(緑)B(青)のカラーフィルターにより特定の波長の光
を透過させる構成とすることでカラー表示の動画表示を行うことができる。
の透過または非透過によりカラーの静止画表示のための画像信号を書き込むための駆動回
路制御信号が第2の駆動回路に供給され、第2の駆動回路が動作する。なお第1の駆動回
路、画像信号を書き込む以外の期間での駆動回路制御回路を非動作とすることで低消費電
力化を図ることができる。また図3(A)に示す静止画表示期間302では、外光の反射
光を利用して表示を視認する構成とするため、バックライト制御信号によりバックライト
が非動作となる。そして、表示パネルはカラー表示の静止画の表示を行うことができる。
には、カラーフィルターの配置によって白黒の階調による静止画の表示であってもよい。
この場合、白黒の階調を表示するための画像信号を供給する構成とすればよい。
について図3(C)に、その詳細をタイミングチャートにて説明する。なお図3(B)及
び図3(C)に示すタイミングチャートは、説明のために誇張して表記したものであり、
特に明記する場合を除き、各信号が同期して動作するものではないことを付記する。
ける第1系統の走査線駆動回路157及び第2系統の走査線駆動回路159に供給するク
ロック信号GCK(図中、GCK1,2)、及びスタートパルスGSP(図中、GSP1
,2)、第1系統の信号線駆動回路158及び第2系統の信号線駆動回路160に供給す
るクロック信号SCK(図中、SCK1,2)、及びスタートパルスSSP(図中、SS
P1,2)、第1のdata、第2のdata、バックライトの点灯状態について示した
ものである。なおバックライトとしては、白色のLEDを用いることで低消費電力化及び
長寿命化を図ることができる。
となる。またスタートパルスGSP1,2は、垂直同期周波数に応じたパルスとなる。ま
たクロック信号SCK1,2は常時供給されるクロック信号となる。またスタートパルス
SSP1,2は、1ゲート選択期間に応じたパルスとなる。なお動画表示期間301では
、第1のdataはR(赤)G(緑)B(青)に対応する画素156の透過電極部161
に書き込まれていき、バックライト光の透過または非透過を制御することで視認者は動画
でのカラー表示を視認することができる。また、動画表示期間301では、第2のdat
aは黒の階調を表示するための画像信号であり、画素156の反射電極部162に書き込
んでいく。第2のdataとして黒の階調(代表的には最も暗い階調)を表示するための
画像信号とすることで、反射電極部162が照射された外光を反射(光漏れ)して透過電
極部161の動画の視認性を低下する現象の改善を図ることができる。
静止画書き込み期間303、静止画保持期間304に分けて説明を行う。
ック信号GCK2は一画面書き込むためのクロック信号となる。また第2系統の走査線駆
動回路159に供給するスタートパルスGSP2は、一画面書き込むためのパルスとなる
。また第2系統の信号線駆動回路160に供給するクロック信号SCK2は一画面書き込
むためのクロック信号となる。また第2系統の信号線駆動回路160に供給するスタート
パルスSSP2は、一画面書き込むためのパルスとなる。なお静止画書き込み期間303
では、反射光を利用してカラー表示するための第2のdataにより静止画を表示するた
め、バックライトが非動作となる。また静止画書き込み期間303において、第1の駆動
回路及び第1のdataは、停止しておくことで低消費電力化を図ることができる。
クロック信号GCK1,2、スタートパルスGSP1,2、クロック信号SCK1,2、
スタートパルスSSP1,2は、供給が停止されることとなる。そのため静止画保持期間
304では電力消費を低減することができ、低消費電力化を図ることができる。なお静止
画保持期間304では、静止画書き込み期間303に画素に書き込んだ画像信号が、オフ
電流が極端に小さい画素トランジスタにより保持されるため、カラー表示の静止画を1分
以上の期間保持することができる。また、静止画保持期間304は保持される画像信号が
一定の期間の経過により低下する前に、新たに静止画書き込み期間303を設けて先の期
間の画像信号と同じ画像信号を書き込み(リフレッシュ動作)、再度静止画保持期間30
4とすればよい。
する構成としてもよい。
ことができる。
である。
図4に液晶表示モジュール190の構成を示す。液晶表示モジュール190はバックライ
ト部130と、マトリクス状に配置された液晶素子と該液晶素子と重なるカラーフィルタ
が、内部に設けられた表示パネル120と、表示パネル120を挟む偏光板125a、及
び偏光板125bを有する。バックライト部130は、面状に均一な白色光を発する。例
えば導光板の端部に白色の発光素子133(例えば、白色LED)を配置し、表示パネル
120との間に拡散板134を設けたものをバックライト部130に用いることができる
。また、外部入力端子となるFPC(フレキシブルプリントサーキット)126は表示パ
ネル120に設けた端子部と電気的に接続されている。
ト部130が発する光が、表示パネル120のカラーフィルタと液晶素子により変調され
、液晶表示モジュール190から観察者に達し、観察者は映像を捉える。
反射される様子も、模式的に示してある。液晶素子を透過する光の強度は、画像信号によ
り変調されるため、観察者は外光139の反射光によっても、映像を捉えることができる
。
素を示している。図6は図5(A)の線V1−V2、線W1−W2、及び線X1−X2に
おける断面図である。
ン電極層を含む)が互いに平行(図中上下方向に延伸)かつ互いに離間した状態で配置さ
れている。複数のゲート配線層(ゲート電極層551を含む)は、ソース配線層に略直交
する方向(図中左右方向)に延伸し、かつ互いに離間するように配置されている。容量配
線層558は、複数のゲート配線層それぞれに隣接する位置に配置されており、ゲート配
線層に概略平行な方向、つまり、ソース配線層に概略直交する方向(図中左右方向)に延
伸している。
8及び透過領域499で構成されている。反射領域498と透過領域499の面積比は設
計者が表示装置の使用用途に応じて適宜設定すればよいが、例えば1:1とすれば良い。
反射領域498では画素電極層として反射電極層577が形成され、透過領域499では
画素電極層として透明電極層576が形成されている。図5及び図6のように、透明電極
層576と反射電極層577とは絶縁膜571を介して端部が重なるように積層されてい
ると、画素領域において効率的に表示領域を設けることができる。なお、図6では、層間
膜413上に、透明電極層576、絶縁膜571、反射電極層577の順に積層する例を
示したが、層間膜413上に、反射電極層577、絶縁膜571、透明電極層576の順
に積層する構造であってもよい。透過領域499においては保護絶縁層409と層間膜4
13の間にカラーフィルタ層として機能する着色層416を設ける。
ドレイン電極層565bと電気的に接続するトランジスタ560と、透明電極層576及
びソース電極層又はドレイン電極層555bと電気的に接続するトランジスタ550とを
有している。トランジスタ560は反射領域のオンオフを制御する反射領域用トランジス
タであり、トランジスタ550は透過領域のオンオフを制御する透過領域用トランジスタ
である。
膜413が設けられ、絶縁層407、409、及び層間膜413に形成された各開口(コ
ンタクトホール)において、トランジスタ550は透明電極層576と、トランジスタ5
60は反射電極層577とそれぞれ電気的に接続されている。
441上の透明電極層576及び反射電極層577と、液晶層444を介して対向してい
る。なお、図5及び図6の液晶表示装置では、透明電極層576及び反射電極層577と
液晶層444との間に配向膜460aが設けられ、共通電極層448と液晶層444との
間には配向膜460bが設けられている。配向膜460a、460bは、液晶の配向を制
御する機能を有する絶縁層であり、液晶材料によっては設けなくてもよい。
、トランジスタ550は、ゲート電極層551、ゲート絶縁層402、半導体層553、
ソース電極層又はドレイン電極層555a、及びソース電極層又はドレイン電極層555
bを含み、トランジスタ560は、ゲート電極層551、ゲート絶縁層402、半導体層
563、ソース電極層又はドレイン電極層565a、及びソース電極層又はドレイン電極
層565bを含む。また、トランジスタ550、560はそれぞれ容量を有しており、図
6に示すように、ゲート電極層551と同工程で形成された容量配線層558、ゲート絶
縁層402、及びソース電極層又はドレイン電極層555a、555b、565a、56
5bと同工程で形成された導電層579が積層し、容量を形成している。なお、容量配線
層558を覆うように、アルミニウム(Al)や銀(Ag)などの反射導電膜で形成され
る反射電極層577と同工程で形成される配線層580を形成することが好ましい。
って透過領域499において動画のカラー表示を行い、トランジスタ560のオンオフ制
御によって反射領域498において静止画のモノクロ(白黒)表示をそれぞれ行う。トラ
ンジスタ550とトランジスタ560とを別々に動作させることによって、反射領域49
8の表示と、透過領域499の表示とをそれぞれ独立して制御することができる。
、第2の基板442側に通り抜ける光によって表示を行う。液晶表示装置にカラーフィル
タとして機能する着色層を設けると、透過領域において、バックライトからの光を着色層
に透過させることでカラー表示を行うことができる。例えばフルカラー表示とする場合、
カラーフィルタは、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)を呈する材料で形成すればよく
、またイエロー、シアン、マゼンタ等を呈する材料を用いて形成してもよい。
る着色層416を設けた例である。着色層416は、カラーフィルタとして機能させるた
め、その着色された有彩色の光のみを透過する材料で形成された透光性樹脂層を用いれば
よい。着色層416は、含ませる着色材料の濃度と光の透過率の関係に考慮して、最適な
膜厚を適宜制御するとよい。有彩色の色によって有彩色の透光性樹脂層の膜厚が異なる場
合や、トランジスタに起因する凹凸を有する場合は、可視光領域の波長の光を透過する(
いわゆる無色透明)絶縁層を積層し、層間膜表面を平坦化してもよい。
き、微細なパターンの画素にも対応することができる。また、着色層416は層間膜とし
て用いてもよい。
。
77によって反射することで白表示を行う。
7は、反射領域498において、層間膜413表面を凹凸形状とすることで反射電極層5
77に凹凸形状を形成する例である。層間膜413表面の凹凸形状は、選択的にエッチン
グ加工を行うことで形成すればよい。例えば感光性の有機樹脂にフォトリソグラフィ工程
を行って凹凸形状を有する層間膜413を形成することができる。また、図8は、反射領
域498において、層間膜413上に凸形状の構造体を設けて、反射電極層577に凹凸
形状を形成する例である。なお、図8は、絶縁層480及び絶縁層482の積層によって
凸形状の構造体を形成している。例えば絶縁層480として酸化シリコン、窒化シリコン
等の無機絶縁層、絶縁層482としてポリイミド樹脂、アクリル樹脂などの有機樹脂を用
いることができる。まず、スパッタリング法により酸化シリコン膜を層間膜413上に形
成し、酸化シリコン膜上に塗布法によりポリイミド樹脂膜を形成する。酸化シリコン膜を
エッチングストッパーとして用いて、ポリイミド樹脂膜をエッチング加工する。加工され
たポリイミド樹脂層をマスクとして酸化シリコン膜をエッチング加工することで、図8に
示すような絶縁層480及び絶縁層482の積層からなる凸状の構造体を形成することが
できる。
反射させ、より良好な白表示を行うことができる。よって、白表示における視認性が向上
する。
域498においてもカラー表示を行うこともできる。図9に、透過領域499及び反射領
域498双方において、フルカラー表示を行う例を示す。
例である。反射電極層577と視認側の第2の基板442との間にカラーフィルタ470
を設けることで、反射電極層577で反射した光はカラーフィルタ470を透過するため
、カラー表示を行うことができる。
。
70を設けることで、反射領域498においてもフルカラー表示を行うことができる。
本実施の形態では、本明細書に開示する液晶表示装置に適用できるトランジスタの例を示
す。本明細書に開示する液晶表示装置に適用できるトランジスタの構造は特に限定されず
、例えばトップゲート構造、又はボトムゲート構造のスタガ型及びプレーナ型などを用い
ることができる。また、トランジスタはチャネル形成領域が一つ形成されるシングルゲー
ト構造でも、二つ形成されるダブルゲート構造もしくは三つ形成されるトリプルゲート構
造であっても良い。また、チャネル領域の上下にゲート絶縁層を介して配置された2つの
ゲート電極層を有する、デュアルゲート型でもよい。なお、図10(A)乃至(D)にト
ランジスタの断面構造の一例を以下に示す。図10(A)乃至(D)に示すトランジスタ
は、半導体として酸化物半導体を用いるものである。酸化物半導体を用いることのメリッ
トは、比較的簡単かつ低温のプロセスで高い移動度と低いオフ電流が得られることである
が、もちろん、他の半導体を用いてもよい。
であり、逆スタガ型薄膜トランジスタともいう。
絶縁層402、酸化物半導体層403、ソース電極層405a、及びドレイン電極層40
5bを含む。また、トランジスタ410を覆い、酸化物半導体層403に積層する絶縁層
407が設けられている。絶縁層407上にはさらに保護絶縁層409が形成されている
。
う)と呼ばれるボトムゲート構造の一つであり逆スタガ型薄膜トランジスタともいう。
絶縁層402、酸化物半導体層403、酸化物半導体層403のチャネル形成領域を覆う
チャネル保護層として機能する絶縁層427、ソース電極層405a、及びドレイン電極
層405bを含む。また、トランジスタ420を覆う保護絶縁層409が形成されている
。
縁表面を有する基板である基板400上に、ゲート電極層401、ゲート絶縁層402、
ソース電極層405a、ドレイン電極層405b、及び酸化物半導体層403を含む。ま
た、トランジスタ430を覆い、酸化物半導体層403に接する絶縁層407が設けられ
ている。絶縁層407上にはさらに保護絶縁層409が形成されている。
1上に接して設けられ、ゲート絶縁層402上にソース電極層405a、ドレイン電極層
405bが接して設けられている。そして、ゲート絶縁層402、及びソース電極層40
5a、ドレイン電極層405b上に酸化物半導体層403が設けられている。
である。トランジスタ440は、絶縁表面を有する基板400上に、絶縁層437、酸化
物半導体層403、ソース電極層405a、及びドレイン電極層405b、ゲート絶縁層
402、ゲート電極層401を含み、ソース電極層405a、ドレイン電極層405bに
それぞれ配線層436a、配線層436bが接して設けられ電気的に接続している。
半導体層403に用いる酸化物半導体としては、四元系金属酸化物であるIn−Sn−G
a−Zn−O系酸化物半導体や、三元系金属酸化物であるIn−Ga−Zn−O系酸化物
半導体、In−Sn−Zn−O系酸化物半導体、In−Al−Zn−O系酸化物半導体、
Sn−Ga−Zn−O系酸化物半導体、Al−Ga−Zn−O系酸化物半導体、Sn−A
l−Zn−O系酸化物半導体や、二元系金属酸化物であるIn−Zn−O系酸化物半導体
、Sn−Zn−O系酸化物半導体、Al−Zn−O系酸化物半導体、Zn−Mg−O系酸
化物半導体、Sn−Mg−O系酸化物半導体、In−Mg−O系酸化物半導体、In−G
a−O系酸化物半導体や、単元系金属酸化物であるIn−O系酸化物半導体、Sn−O系
酸化物半導体、Zn−O系酸化物半導体などを用いることができる。また、上記酸化物半
導体にSiO2を含ませてもよい。酸化物半導体層に結晶化を阻害する酸化珪素(SiO
x(X>0))を含ませることで、製造プロセス中において酸化物半導体層の形成後に加
熱処理した場合に、結晶化してしまうのを抑制することができる。なお、酸化物半導体層
は非晶質な状態であることが好ましく、一部結晶化していてもよい。ここで、例えば、I
n−Ga−Zn−O系酸化物半導体とは、少なくともInとGaとZnを含む酸化物であ
り、その組成比に特に制限はない。また、InとGaとZn以外の元素を含んでもよい。
薄膜を用いることができる。ここで、Mは、Ga、Al、MnおよびCoから選ばれた一
または複数の金属元素を示す。例えばMとして、Ga、Ga及びAl、Ga及びMn、ま
たはGa及びCoなどがある。
態における電流値(オフ電流値)を低くすることができる。よって、画像イメージデータ
等の電気信号の保持時間を長くすることができ、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。
比較的高い電界効果移動度が得られるため、高速駆動が可能である。よって、液晶表示装
置の画素部に該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。ま
た、該トランジスタは、同一基板上に駆動回路部または画素部に作り分けて作製すること
ができるため、液晶表示装置の部品点数を削減することができる。
ムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板を用いる。
を基板とゲート電極層の間に設けてもよい。下地膜は、基板からの不純物元素の拡散を防
止する機能があり、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、又は酸化窒
化シリコン膜から選ばれた一又は複数の膜による積層構造により形成することができる。
アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等の金属材料またはこれらを主成分とする合
金材料を用いて、単層でまたは積層して形成することができる。
ン層、窒化シリコン層、酸化窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、酸化アルミニウム層
、窒化アルミニウム層、酸化窒化アルミニウム層、窒化酸化アルミニウム層、又は酸化ハ
フニウム層を単層で又は積層して形成することができる。例えば、第1のゲート絶縁層と
してプラズマCVD法により膜厚50nm以上200nm以下の窒化シリコン層(SiN
y(y>0))を形成し、第1のゲート絶縁層上に第2のゲート絶縁層として膜厚5nm
以上300nm以下の酸化シリコン層(SiOx(x>0))を積層して、合計膜厚20
0nmのゲート絶縁層とする。
、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo、Wから選ばれた元素、または上述した元素を成分とす
る合金か、上述した元素を組み合わせた合金膜等を用いることができる。また、Al、C
uなどの金属層の下側又は上側の一方または双方にTi、Mo、Wなどの高融点金属層を
積層させた構成としても良い。また、Al膜に生ずるヒロックやウィスカーの発生を防止
する元素(Si、Nd、Scなど)が添加されているAl材料を用いることで耐熱性を向
上させることが可能となる。
6bのような導電膜も、ソース電極層405a、ドレイン電極層405bと同様な材料を
用いることができる。
層を含む)となる導電膜としては導電性の金属酸化物で形成しても良い。導電性の金属酸
化物としては酸化インジウム(In2O3)、酸化スズ(SnO2)、酸化亜鉛(ZnO
)、酸化インジウム酸化スズ合金(In2O3―SnO2、ITOと略記する)、酸化イ
ンジウム酸化亜鉛合金(In2O3―ZnO)またはこれらの金属酸化物材料に酸化シリ
コンを含ませたものを用いることができる。
化アルミニウム膜、または酸化窒化アルミニウム膜などの無機絶縁膜を用いることができ
る。
酸化アルミニウム膜などの無機絶縁膜を用いることができる。
を形成してもよい。平坦化絶縁膜としては、ポリイミド、アクリル、ベンゾシクロブテン
、等の有機材料を用いることができる。また上記有機材料の他に、低誘電率材料(low
−k材料)等を用いることができる。なお、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積層
させることで、平坦化絶縁膜を形成してもよい。
より、高機能な液晶表示装置を提供することができる。
本実施の形態は、酸化物半導体層を含むトランジスタ、及び作製方法の一例を、図11を
用いて詳細に説明する。上記実施の形態と同一部分又は同様な機能を有する部分、及び工
程は、上記実施の形態と同様に行うことができ、繰り返しの説明は省略する。また同じ箇
所の詳細な説明は省略する。
)に示すトランジスタ510は、図10(A)に示すトランジスタ410と同様なボトム
ゲート構造の逆スタガ型薄膜トランジスタである。
から除去し、酸化物半導体の主成分以外の不純物が極力含まれないように高純度化するこ
とによりI型(真性)の酸化物半導体、又はI型(真性)に限りなく近い酸化物半導体と
したものである。すなわち、不純物を添加してI型化するのでなく、水素や水等の不純物
を極力除去したことにより、高純度化されたI型(真性半導体)又はそれに近づけること
を特徴としている。従って、トランジスタ510が有する酸化物半導体層は、高純度化及
び電気的にI型(真性)化された酸化物半導体層である。
リア濃度は1×1014/cm3未満、好ましくは1×1012/cm3未満、さらに好
ましくは1×1011/cm3未満である。
ることができる。オフ電流は少なければ少ないほど好ましい。
たりのオフ電流密度を室温下において、10aA/μm(1×10−17A/μm)以下
にすること、さらには1aA/μm(1×10−18A/μm)以下、さらには10zA
/μm(1×10−20A/μm)以下にすることが可能である。
素部におけるトランジスタとして用いることにより、静止画領域におけるリフレッシュ動
作を少ない画像データの書き込み回数で行うことができる。
とんど見られず、オフ電流も非常に小さいままである。
程を説明する。
工程によりゲート電極層511を形成する。なお、レジストマスクをインクジェット法で
形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用し
ないため、製造コストを低減できる。
ことができる。本実施の形態では基板505としてガラス基板を用いる。
、基板505からの不純物元素の拡散を防止する機能があり、窒化シリコン膜、酸化シリ
コン膜、窒化酸化シリコン膜、又は酸化窒化シリコン膜から選ばれた一又は複数の膜によ
る積層構造により形成することができる。
ルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等の金属材料又はこれらを主成分とする合金材
料を用いて、単層で又は積層して形成することができる。
、プラズマCVD法又はスパッタリング法等を用いて、酸化シリコン層、窒化シリコン層
、酸化窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、酸化アルミニウム層、窒化アルミニウム層
、酸化窒化アルミニウム層、窒化酸化アルミニウム層、又は酸化ハフニウム層を単層で又
は積層して形成することができる。
化物半導体を用いる。このような高純度化された酸化物半導体は界面準位、界面電荷に対
して極めて敏感であるため、酸化物半導体層とゲート絶縁層との界面は重要である。その
ため高純度化された酸化物半導体に接するゲート絶縁層は、高品質化が要求される。
で絶縁耐圧の高い高品質な絶縁層を形成できるので好ましい。高純度化された酸化物半導
体と高品質ゲート絶縁層とが密接することにより、界面準位を低減して界面特性を良好な
ものとすることができるからである。
法やプラズマCVD法など他の成膜方法を適用することができる。また、成膜後の熱処理
によってゲート絶縁層の膜質、酸化物半導体との界面特性が改質される絶縁層であっても
良い。いずれにしても、ゲート絶縁層としての膜質が良好であることは勿論のこと、酸化
物半導体との界面準位密度を低減し、良好な界面を形成できるものであれば良い。
まれないようにするために、酸化物半導体膜530の成膜の前処理として、スパッタリン
グ装置の予備加熱室でゲート電極層511が形成された基板505、又はゲート絶縁層5
07までが形成された基板505を予備加熱し、基板505に吸着した水素、水分などの
不純物を脱離し排気することが好ましい。なお、予備加熱室に設ける排気手段はクライオ
ポンプが好ましい。なお、この予備加熱の処理は省略することもできる。またこの予備加
熱は、絶縁層516の成膜前に、ソース電極層515a及びドレイン電極層515bまで
形成した基板505にも同様に行ってもよい。
上30nm以下の酸化物半導体膜530を形成する(図11(A)参照。)。
入してプラズマを発生させる逆スパッタを行い、ゲート絶縁層507の表面に付着してい
る粉状物質(パーティクル、ごみともいう)を除去することが好ましい。逆スパッタとは
、アルゴン雰囲気下で基板にRF電源を用いて電圧を印加して基板近傍にプラズマを形成
して表面を改質する方法である。なお、アルゴン雰囲気に代えて窒素、ヘリウム、酸素な
どを用いてもよい。
や、三元系金属酸化物や、二元系金属酸化物や、In−O系、Sn−O系、Zn−O系な
どの酸化物半導体を用いることができる。また、上記酸化物半導体にSiO2を含んでも
よい。本実施の形態では、酸化物半導体膜530としてIn−Ga−Zn−O系酸化物タ
ーゲットを用いてスパッタリング法により成膜する。この段階での断面図が図11(A)
に相当する。また、酸化物半導体膜530は、希ガス(代表的にはアルゴン)雰囲気下、
酸素雰囲気下、又は希ガスと酸素の混合雰囲気下においてスパッタ法により形成すること
ができる。
、組成比として、In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1[mol数比]を用いる
ことができる。また、他にも、In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:2[mol数
比]、又はIn2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:4[mol数比]の組成比を有す
るターゲットを用いてもよい。酸化物ターゲットの充填率は90%以上100%以下、好
ましくは95%以上99.9%以下である。充填率の高い金属酸化物ターゲットを用いる
ことにより、成膜した酸化物半導体膜は緻密な膜となる。
化物などの不純物が除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
ましくは200℃以上400℃以下とする。基板を加熱しながら成膜することにより、成
膜した酸化物半導体膜に含まれる不純物濃度を低減することができる。また、スパッタリ
ングによる損傷が軽減される。そして、成膜室内の残留水分を除去しつつ水素及び水分が
除去されたスパッタガスを導入し、上記ターゲットを用いて基板505上に酸化物半導体
膜530を成膜する。成膜室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプ、例
えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプを用いることが好
ましい。また、排気手段としては、ターボポンプにコールドトラップを加えたものであっ
てもよい。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素原子、水(H2O)
など水素原子を含む化合物(より好ましくは炭素原子を含む化合物も)等が排気されるた
め、当該成膜室で成膜した酸化物半導体膜に含まれる不純物の濃度を低減できる。
、直流(DC)電源0.5kW、酸素(酸素流量比率100%)雰囲気下の条件が適用さ
れる。なお、パルス直流電源を用いると、成膜時に発生する粉状物質(パーティクル、ご
みともいう)が軽減でき、膜厚分布も均一となるために好ましい。
体層に加工する。また、島状の酸化物半導体層を形成するためのレジストマスクをインク
ジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマ
スクを使用しないため、製造コストを低減できる。
膜530の加工時に同時に行うことができる。
ッチングでもよく、両方を用いてもよい。例えば、酸化物半導体膜530のウェットエッ
チングに用いるエッチング液としては、燐酸と酢酸と硝酸を混ぜた溶液、例えばITO0
7N(関東化学社製)などを用いることができる。
導体層の脱水化または脱水素化を行うことができる。第1の加熱処理の温度は、400℃
以上750℃以下、または400℃以上基板の歪み点未満とする。ここでは、加熱処理装
置の一つである電気炉に基板を導入し、酸化物半導体層に対して窒素雰囲気下450℃に
おいて1時間の加熱処理を行った後、大気に触れることなく、酸化物半導体層への水や水
素の再混入を防ぎ、酸化物半導体層531を得る(図11(B)参照。)。
輻射によって、被処理物を加熱する装置を備えていてもよい。例えば、GRTA(Gas
Rapid Thermal Anneal)装置、LRTA(Lamp Rapid
Thermal Anneal)装置等のRTA(Rapid Thermal An
neal)装置を用いることができる。LRTA装置は、ハロゲンランプ、メタルハライ
ドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧
水銀ランプなどのランプから発する光(電磁波)の輻射により、被処理物を加熱する装置
である。GRTA装置は、高温のガスを用いて加熱処理を行う装置である。高温のガスに
は、アルゴンなどの希ガス、または窒素のような、加熱処理によって被処理物と反応しな
い不活性気体が用いられる。
板を移動させて入れ、数分間加熱した後、基板を移動させて高温に加熱した不活性ガス中
から出すGRTAを行ってもよい。
に、水、水素などが含まれないことが好ましい。または、加熱処理装置に導入する窒素、
またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスの純度を、6N(99.9999%)以上
、好ましくは7N(99.99999%)以上、(即ち不純物濃度を1ppm以下、好ま
しくは0.1ppm以下)とすることが好ましい。
度のN2Oガス、又は超乾燥エア(露点が−40℃以下、好ましくは−60℃以下)を導
入してもよい。酸素ガスまたはN2Oガスには、水、水素などが含まれないことが好まし
い。または、加熱処理装置に導入する酸素ガスまたはN2Oガスの純度を、6N以上、好
ましくは7N以上、(即ち、酸素ガスまたはN2Oガス中の不純物濃度を1ppm以下、
好ましくは0.1ppm以下)とすることが好ましい。酸素ガス又はN2Oガスの作用に
より、脱水化または脱水素化処理による不純物の排除工程によって同時に減少してしまっ
た酸化物半導体を構成する主成分材料である酸素を供給することによって、酸化物半導体
層を高純度化及び電気的にI型(真性)化する。
半導体膜530に行うこともできる。その場合には、第1の加熱処理後に、加熱装置から
基板を取り出し、フォトリソグラフィ工程を行う。
層上にソース電極層及びドレイン電極層を積層させた後、あるいは、ソース電極層及びド
レイン電極層上に絶縁層を形成した後、のいずれで行っても良い。
膜530に第1の加熱処理を行う前でも行った後に行ってもよい。
部材の材料が、酸化物、窒化物、金属など材料を問わず、膜厚の厚い結晶領域(単結晶領
域)、即ち、膜表面に垂直にc軸配向した結晶領域を有する酸化物半導体層を形成しても
よい。例えば、3nm以上15nm以下の第1の酸化物半導体膜を成膜し、窒素、酸素、
希ガス、または乾燥空気の雰囲気下で450℃以上850℃以下、好ましくは550℃以
上750℃以下の第1の加熱処理を行い、表面を含む領域に結晶領域(板状結晶を含む)
を有する第1の酸化物半導体膜を形成する。そして、第1の酸化物半導体膜よりも厚い第
2の酸化物半導体膜を形成し、450℃以上850℃以下、好ましくは600℃以上70
0℃以下の第2の加熱処理を行い、第1の酸化物半導体膜を結晶成長の種として、上方に
結晶成長させ、第2の酸化物半導体膜の全体を結晶化させ、結果として膜厚の厚い結晶領
域を有する酸化物半導体層を形成してもよい。
びドレイン電極層515b(これと同じ層で形成される配線を含む)となる導電膜を形成
する。ソース電極層515a、及びドレイン電極層515bに用いる導電膜としては、実
施の形態4に示したソース電極層405a、ドレイン電極層405bに用いる材料を用い
ることができる。
チングを行ってソース電極層515a、ドレイン電極層515bを形成した後、レジスト
マスクを除去する(図11(C)参照。)。
ーザ光やArFレーザ光を用いるとよい。酸化物半導体層531上で隣り合うソース電極
層の下端部とドレイン電極層の下端部との間隔幅によって後に形成されるトランジスタの
チャネル長Lが決定される。なお、チャネル長L=25nm未満の露光を行う場合には、
数nm〜数10nmと極めて波長が短い超紫外線(Extreme Ultraviol
et)を用いて第3のフォトリソグラフィ工程でのレジストマスク形成時の露光を行うと
よい。超紫外線による露光は、解像度が高く焦点深度も大きい。従って、後に形成される
トランジスタのチャネル長Lを10nm以上1000nm以下とすることも可能であり、
回路の動作速度を高速化でき、さらにオフ電流値が極めて小さいため、低消費電力化も図
ることができる。また、フォトリソグラフィ工程で用いるフォトマスク数及び工程数を削
減するため、透過した光が複数の強度となる露光マスクである多階調マスクによって形成
されたレジストマスクを用いてエッチング工程を行ってもよい。多階調マスクを用いて形
成したレジストマスクは複数の膜厚を有する形状となり、エッチングを行うことでさらに
形状を変形することができるため、異なるパターンに加工する複数のエッチング工程に用
いることができる。よって、一枚の多階調マスクによって、少なくとも二種類以上の異な
るパターンに対応するレジストマスクを形成することができる。よって露光マスク数を削
減することができ、対応するフォトリソグラフィ工程も削減できるため、工程の簡略化が
可能となる。
とのないようエッチング条件を最適化することが望まれる。しかしながら、導電膜のみを
エッチングし、酸化物半導体層531を全くエッチングしないという条件を得ることは難
しく、導電膜のエッチングの際に酸化物半導体層531は一部のみがエッチングされ、溝
部(凹部)を有する酸化物半導体層531となることもある。
Zn−O系酸化物半導体を用いたので、導電膜のエッチャントとして過水アンモニア水(
アンモニア、水、過酸化水素水の混合液)を用いる。
る酸化物半導体層の表面に付着した吸着水などを除去してもよい。プラズマ処理を行った
場合、大気に触れることなく、酸化物半導体層の一部に接する保護絶縁膜となる絶縁層5
16を形成する。
、水素等の不純物を混入させない方法を適宜用いて形成することができる。絶縁層516
に水素が含まれると、その水素が酸化物半導体層へ侵入する、又は水素が酸化物半導体層
中の酸素を引き抜くことで、酸化物半導体層のバックチャネルが低抵抗化(N型化)して
しまい、寄生チャネルが形成されるおそれがある。よって、絶縁層516はできるだけ水
素を含まない膜になるように、成膜方法に水素を用いないことが重要である。
ング法を用いて成膜する。成膜時の基板温度は、室温以上300℃以下とすればよく、本
実施の形態では100℃とする。酸化シリコン膜のスパッタ法による成膜は、希ガス(代
表的にはアルゴン)雰囲気下、酸素雰囲気下、または希ガスと酸素の混合雰囲気下におい
て行うことができる。また、ターゲットとして酸化シリコンターゲットまたはシリコンタ
ーゲットを用いることができる。例えば、シリコンターゲットを用いて、酸素を含む雰囲
気下でスパッタ法により酸化シリコンを形成することができる。酸化物半導体層に接して
形成する絶縁層516は、水分や、水素イオンや、OH−などの不純物を含まず、これら
が外部から侵入することをブロックする無機絶縁膜を用い、代表的には酸化シリコン膜、
酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、または酸化窒化アルミニウム膜などを用いる
。
ためには、吸着型の真空ポンプ(クライオポンプなど)を用いることが好ましい。クライ
オポンプを用いて排気した成膜室で成膜した絶縁層516に含まれる不純物の濃度を低減
できる。また、絶縁層516の成膜室内の残留水分を除去するための排気手段としては、
ターボポンプにコールドトラップを加えたものであってもよい。
の不純物が除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
00℃以上400℃以下、例えば250℃以上350℃以下)を行う。例えば、窒素雰囲
気下で250℃、1時間の第2の加熱処理を行う。第2の加熱処理を行うと、酸化物半導
体層の一部(チャネル形成領域)が絶縁層516と接した状態で加熱される。
水分、水酸基又は水素化物(水素化合物ともいう)などの不純物を酸化物半導体層より意
図的に排除し、かつ不純物の排除工程によって同時に減少してしまう酸化物半導体を構成
する主成分材料の一つである酸素を供給することができる。よって、酸化物半導体層は高
純度化及び電気的にI型(真性)化する。
の加熱処理によって酸化物半導体層中に含まれる水素、水分、水酸基又は水素化物などの
不純物を酸化物絶縁層に拡散させ、酸化物半導体層中に含まれる該不純物をより低減させ
る効果を奏する。
、例えば、RFスパッタ法を用いて窒化シリコン膜を形成する。RFスパッタ法は、量産
性がよいため、保護絶縁層の成膜方法として好ましい。保護絶縁層は、水分などの不純物
を含まず、これらが外部から侵入することをブロックする無機絶縁膜を用い、窒化シリコ
ン膜、窒化アルミニウム膜などを用いる。本実施の形態では、保護絶縁層として、窒化シ
リコン膜を用いて保護絶縁層506を形成する(図11(E)参照。)。
100℃〜400℃の温度に加熱し、水素及び水分が除去された高純度窒素を含むスパッ
タガスを導入しシリコン半導体のターゲットを用いて窒化シリコン膜を成膜する。この場
合においても、絶縁層516と同様に、処理室内の残留水分を除去しつつ保護絶縁層50
6を成膜することが好ましい。
時間以下での加熱処理を行ってもよい。この加熱処理は一定の加熱温度を保持して加熱し
てもよいし、室温から、100℃以上200℃以下の加熱温度への昇温と、加熱温度から
室温までの降温を複数回くりかえして行ってもよい。
ンジスタを用いることにより、オフ状態における電流値(オフ電流値)をより低くするこ
とができる。よって、画像イメージデータ等の電気信号の保持時間を長くすることができ
、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より少なくするこ
とができるため、消費電力を抑制する効果を高くできる。
速駆動が可能である。よって、液晶表示装置の画素部に該トランジスタを用いることで、
色分離を抑制することができ、高画質な画像を提供することができる。また、該トランジ
スタは、同一基板上に駆動回路部または画素部に作り分けて作製することができるため、
液晶表示装置の部品点数を削減することができる。
本実施の形態では、半透過型液晶表示装置の1画素当たりの反射光量と透過光量を向上せ
しめる画素構成について、図13、図14、及び図15を用いて説明する。
13における一点破線で示したS1−S2部、T1−T2部、及びU1−U2部の断面構
成を示している。本実施の形態で説明する画素は、基板800上に、画素電極として透明
電極823と反射電極825が、絶縁層824を間に挟んで積層されている。
ンタクトホール855を介して、トランジスタ851のドレイン電極857に接続されて
いる。ドレイン電極857は、絶縁膜を介して容量配線853と重畳し、保持容量871
を構成している。(図14(A)参照)。
電極856は、配線854に接続されている。トランジスタ851は、他の実施の形態で
説明したトランジスタを用いることができる(図13参照)。
ンタクトホール865を介して、トランジスタ861のドレイン電極867に接続されて
いる(図14(E)参照)。ドレイン電極867は、絶縁膜を介して容量配線863と重
畳し、保持容量872を構成している。
66は、配線864に接続されている。トランジスタ861は、他の実施の形態で説明し
たトランジスタを用いることができる(図13参照)。
として機能させることができる。反射電極825には複数の開口部826が設けられてい
る(図13参照)。開口部826には反射電極825が存在せず、構造体820及び透明
電極823が突出している(図14(B)参照)。開口部826から、バックライトの光
を透過させることで、画素電極を透過型液晶表示装置の画素電極として機能させることが
できる。
層824で電気的に分離されている。また、透明電極823に与える電位をトランジスタ
851で制御し、反射電極825に与える電位をトランジスタ861で制御できるため、
反射電極825と透明電極823の電位をそれぞれ独立して制御することができる。この
ため、半透過型液晶表示装置を透過型として機能させている場合に、反射電極上の液晶表
示を黒表示となるようにすることができる。
、構造体820及び透明電極823が突出していない構造を有する本発明の一実施形態で
ある。図14(B)では、バックライト射出光口841と開口部826はほぼ同一サイズ
であるのに対して、図15では、バックライト射出光口841のサイズと開口部826の
サイズが異なり、バックライト入射光口842からの距離も異なる。従って、図15と比
較して図14(B)のほうが透過光量を大きくすることができ、好ましい断面形状と言え
る。
るT1−T2部の断面図であり、画素電極と構造体820の構成を示している。図14(
C)は、部位880の拡大図であり、図14(D)は、部位881の拡大図である。
上面に凹凸状の湾曲面を有している。反射電極825にその凹凸形状の湾曲面を反映させ
ることで、反射領域の面積を増やし、また、表示映像以外の写り込みが軽減されるため、
表示映像の視認性を高めることができる。断面形状において湾曲面を有する反射電極82
5の最も屈曲している点から、相対向する2つの傾斜面がなす角度θRは、90°以上、
好ましくは100°以上120°以下とするとよい。(図14(D)参照)
図示せず)側にバックライト入射光口842を有している。また、構造体820の上部は
、反射電極825の表面よりも上方に位置し、反射電極の上端部よりも突出した形状、即
ち、構造体820の上端部と反射電極の上端部との距離Hが0.1μm以上3μm以下、
好ましくは0.3μm以上2μm以下である。また、バックライト射出光口841の面積
よりも、バックライト入射光口842の面積が大きく形成されている。構造体820の側
面(バックライト射出光口841とバックライト入射光口842以外の面)には、反射層
821が形成されている。構造体820は、酸化珪素(SiOx)、窒化珪素(SiNx
)、酸化窒化珪素(SiNO)などの、透光性を有する材料を用いることができる。反射
層821は、アルミニウム(Al)や銀(Ag)などの、光の反射率が高い材料を用いる
ことができる。
体820に入射する。入射した透過光831の一部はそのままバックライト射出光口84
1から射出されるが、一部は反射層821によりバックライト射出光口841に向かって
反射され、一部はさらに反射して、バックライト入射光口842へ戻ってしまう。
る構造体820の断面形状を見ると、左右に相対向する側面は傾斜面となっている。それ
ぞれの側面のなす角度θTを、90°未満、好ましくは10°以上60°以下とすること
で、バックライト入射光口842から入射した透過光831を効率よくバックライト射出
光口841へ導くことができる。
SR、透過電極として機能する電極面積(開口部826の面積)をSTとした場合、両電
極の合計面積が100%(SR+ST=100%)となる。本実施の形態で示した画素構
成を有する半透過型液晶表示装置は、透過電極として機能する電極面積STが、バックラ
イト入射光口842の面積に相当するため、開口部826の面積を大きくすることなく、
或いは、バックライトの輝度を上げたりすることなく、透過光量を向上させることができ
る。つまり、見かけ上の両電極の合計面積を100%以上(SR+ST≧100%)とす
ることができる。
液晶表示装置を得ることができる。
本実施の形態においては、上記実施の形態で説明した液晶表示装置を具備する電子機器の
例について説明する。
1、操作キー9632、太陽電池9633、充放電制御回路9634を有することができ
る。図12(A)に示した電子書籍は、様々な情報(静止画、動画、テキスト画像など)
を表示する機能、カレンダー、日付又は時刻などを表示部に表示する機能、表示部に表示
した情報を操作又は編集する機能、様々なソフトウェア(プログラム)によって処理を制
御する機能、等を有することができる。なお、図12(A)では充放電制御回路9634
の一例としてバッテリー9635、DCDCコンバータ(以下、コンバータ9636と略
記)を有する構成について示している。
置を用いる場合、比較的明るい状況下での使用も予想され、太陽電池9633による発電
、及びバッテリー9635での充電を効率よく行うことができ、好適である。なお太陽電
池9633は、筐体9630の表面及び裏面に効率的なバッテリー9635の充電を行う
構成とすることができるため好適である。なおバッテリー9635としては、リチウムイ
オン電池を用いると、小型化を図れる等の利点がある。
にブロック図を示し説明する。図12(B)には、太陽電池9633、バッテリー963
5、コンバータ9636、コンバータ9637、スイッチSW1乃至SW3、表示部96
31について示しており、バッテリー9635、コンバータ9636、コンバータ963
7、スイッチSW1乃至SW3が充放電制御回路9634に対応する箇所となる。
太陽電池で発電した電力は、バッテリー9635を充電するための電圧となるようコンバ
ータ9636で昇圧または降圧がなされる。そして、表示部9631の動作に太陽電池9
633からの電力が用いられる際にはスイッチSW1をオンにし、コンバータ9637で
表示部9631に必要な電圧に昇圧または降圧をすることとなる。また、表示部9631
での表示を行わない際には、SW1をオフにし、SW2をオンにしてバッテリー9635
の充電を行う構成とすればよい。
る。バッテリー9635に蓄電された電力は、スイッチSW3をオンにすることでコンバ
ータ9637により昇圧または降圧がなされる。そして、表示部9631の動作にバッテ
リー9635からの電力が用いられることとなる。
テリー9635の充電を行う構成であってもよい。また他の充電手段を組み合わせて行う
構成としてもよい。
である。
101 画像信号供給源
102 A/D変換回路
110 画像処理回路
111 記憶回路
112 比較回路
113 表示制御回路
115 選択回路
120 表示パネル
121 駆動回路
122 画素部
123a 副画素
123b 副画素
125a 偏光板
125b 偏光板
126 FPC(フレキシブルプリントサーキット)
130 バックライト部
131 バックライト制御回路
132 バックライト
133 発光素子
134 拡散板
135 光
139 外光
151 画素部
152 走査線
153 信号線
154 走査線
155 信号線
156 画素
157 走査線駆動回路
158 信号線駆動回路
159 走査線駆動回路
160 信号線駆動回路
161 透過電極部
162 反射電極部
163 画素トランジスタ
164 液晶素子
165 容量素子
166 画素トランジスタ
167 液晶素子
168 容量素子
169 共通電極
170 容量線
190 液晶表示モジュール
301 動画表示期間
302 静止画表示期間
303 静止画書き込み期間
304 静止画保持期間
400 基板
401 ゲート電極層
402 ゲート絶縁層
403 酸化物半導体層
405a ソース電極層
405b ドレイン電極層
407 絶縁層
409 保護絶縁層
410 トランジスタ
413 層間膜
416 着色層
420 トランジスタ
427 絶縁層
430 トランジスタ
436a 配線層
436b 配線層
437 絶縁層
440 トランジスタ
441 第1の基板
442 第2の基板
444 液晶層
448 共通電極層
460a 配向膜
460b 配向膜
470 カラーフィルタ
480 絶縁層
482 絶縁層
498 反射領域
499 透過領域
505 基板
506 保護絶縁層
507 ゲート絶縁層
510 トランジスタ
511 ゲート電極層
515a ソース電極層
515b ドレイン電極層
516 絶縁層
530 酸化物半導体膜
531 酸化物半導体層
550 トランジスタ
551 ゲート電極層
553 半導体層
555a ソース電極層又はドレイン電極層
555b ソース電極層又はドレイン電極層
558 容量配線層
560 トランジスタ
563 半導体層
565a ソース電極層又はドレイン電極層
565b ソース電極層又はドレイン電極層
571 絶縁膜
576 透明電極層
577 反射電極層
579 導電層
580 配線層
800 基板
820 構造体
821 反射層
822 有機樹脂膜
823 透明電極
824 絶縁層
825 反射電極
826 開口部
827 絶縁膜
828 絶縁膜
831 透過光
832 反射光
841 バックライト射出光口
842 バックライト入射光口
851 トランジスタ
852 配線
853 容量配線
854 配線
855 コンタクトホール
856 ソース電極
857 ドレイン電極
858 ゲート電極
861 トランジスタ
862 配線
863 容量配線
864 配線
865 コンタクトホール
866 ソース電極
867 ドレイン電極
868 ゲート電極
871 保持容量
872 保持容量
880 部位
881 部位
9630 筐体
9631 表示部
9632 操作キー
9633 太陽電池
9634 充放電制御回路
9635 バッテリー
9636 コンバータ
9637 コンバータ
Claims (3)
- 表示パネルと、バックライト部と、画像処理回路と、を有し、
前記表示パネルは、第1の画素と、第2の画素と、駆動回路と、を有し、
前記第1の画素は、透光性を有する第1の電極と、第1の信号線及び前記第1の電極と電気的に接続された第1のトランジスタと、を有し、
前記第2の画素は、反射性を有する第2の電極と、第2の信号線及び前記第2の電極と電気的に接続された第2のトランジスタと、を有し、
前記第1のトランジスタ及び前記第2のトランジスタは、酸化物半導体を有し、
前記画像処理回路は、記憶回路と、比較回路と、表示制御回路と、を有し、
前記記憶回路は、画像信号を記憶する機能を有し、
前記比較回路は、前記記憶回路に記憶された連続するフレーム期間の画像信号を比較して差分を演算する機能を有し、
前記表示制御回路は、前記表示パネル及び前記バックライト部を制御する機能を有し、
前記比較回路おける演算により差分が検出された場合は、前記表示制御回路から前記駆動回路を介して前記第1の信号線に動画を表示するための第1の信号が出力され、且つ、前記表示制御回路から前記バックライト部に第2の信号が出力され、
前記比較回路における演算により差分が検出されない場合は、前記表示制御回路から前記駆動回路を介して前記第2の信号線に静止画を表示するための第3の信号が出力され、且つ、前記第3の信号が出力された後、前記駆動回路へのスタートパルス又はクロック信号の供給が停止されることを特徴とする半導体装置。 - 表示パネルと、バックライト部と、画像処理回路と、を有し、
前記表示パネルは、第1の画素と、第2の画素と、駆動回路と、を有し、
前記第1の画素は、透光性を有する第1の電極と、第1の信号線及び前記第1の電極と電気的に接続された第1のトランジスタと、を有し、
前記第2の画素は、反射性を有する第2の電極と、第2の信号線及び前記第2の電極と電気的に接続された第2のトランジスタと、を有し、
前記画像処理回路は、記憶回路と、比較回路と、表示制御回路と、を有し、
前記記憶回路は、画像信号を記憶する機能を有し、
前記比較回路は、前記記憶回路に記憶された連続するフレーム期間の画像信号を比較して差分を演算する機能を有し、
前記表示制御回路は、前記表示パネル及び前記バックライト部を制御する機能を有し、
前記比較回路おける演算により差分が検出された場合は、前記表示制御回路から前記駆動回路を介して前記第1の信号線に動画を表示するための第1の信号が出力され、且つ、前記表示制御回路から前記バックライト部に第2の信号が出力され、
前記比較回路における演算により差分が検出されない場合は、前記表示制御回路から前記駆動回路を介して前記第2の信号線に静止画を表示するための第3の信号が出力され、且つ、前記第3の信号が出力された後、前記駆動回路へのスタートパルス又はクロック信号の供給が停止されることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1において、
前記酸化物半導体は、インジウム、ガリウム、及び亜鉛を有することを特徴とする半導体装置。
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