JP6320084B2 - 半導体装置の駆動方法 - Google Patents
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Description
本実施の形態では、本発明の一態様である半導体装置及び半導体装置の駆動方法について、図面を用いて説明する。なお、本実施の形態では、本発明の一態様である半導体装置を液晶表示装置として説明する。
図1(A)に、半導体装置の構成例を示す図を示す。図1(A)に示す半導体装置は、画素部100と、走査線駆動回路104と、信号線駆動回路106と、各々が平行又は略平行に配設され、且つ走査線駆動回路104によって電位が制御されるm本の走査線107と、各々が平行又は略平行に配設され、且つ信号線駆動回路106によって電位が制御されるn本の信号線109と、を有する。さらに、画素部100はマトリクス状に配設された複数の画素101を有する。また、走査線107に沿って、各々が平行又は略平行に配設されたm本の容量線115を有する。なお、容量線115は、信号線109に沿って、各々が平行又は略平行にn本配設されていてもよい。
本発明の一態様の半導体装置は、MOSキャパシタ構造の保持容量105を有していることから、保持容量105を動作させる際、保持容量105の一方の電極として機能する酸化物半導体膜119に加える電位は以下のようにする。
図2(B)で示したように、保持容量105の酸化物半導体膜119のキャリア密度を増大させ(n型化させ)、導電率を増大させた酸化物半導体膜とする場合、保持容量105のしきい値電圧(Vth_105)はマイナスシフトする。容量線115に加える電位(Vc)は、GVss以上(Vp_min−Vth_105)以下であるため、保持容量105のしきい値電圧(Vth_105)がマイナスシフトすると、容量線115に加える電位(Vp)の選択幅を広げることができるため好ましい。
次いで、半導体装置の具体的な構造について説明する。ここでは、画素101を例に説明する。画素101の上面図を図6に示す。なお、図6は、図面の明瞭化のため、当該半導体装置の構成要素(例えば、液晶素子108など)の一部を省略している。
次に、上記の半導体装置の作製方法について、図8及び図9を用いて説明する。
本発明の一態様である半導体装置において、保持容量を構成する一方の電極として機能する半導体膜(具体的には酸化物半導体膜119)と、容量線との接続は適宜変更することができる。例えば、さらに開口率を高めるために、導電膜を介せず、容量線に半導体膜が接する構造とすることができる。本構造の具体例について、図10及び図11を用いて説明する。
本発明の一態様である半導体装置において、保持容量を構成する一方の電極として機能する半導体膜(具体的には酸化物半導体膜119)と、容量線との接続は適宜変更することができる。例えば、当該半導体膜と導電膜の接触抵抗を低減させるために、導電膜を当該半導体膜の外周に沿って接して設けることができる。本構造の具体例について、図13及び図14を用いて説明する。なお、図13は本構造の画素101の上面図を示し、図14(A)は図13の一点鎖線A1−A2間、及び一点鎖線B1−B2間の断面図であり、図14(B)は図13の一点鎖線D1−D2間の断面図である。
本発明の一態様である半導体装置において、保持容量を構成する一方の電極として機能する半導体膜(具体的には酸化物半導体膜119)と、容量線との接続は適宜変更することができる。例えば、図15及び図16に示した画素101のように、信号線109を形成する工程を利用して容量線175を形成することができる。
本発明の一態様である半導体装置において、保持容量を構成する一方の電極、及び容量線を半導体膜(具体的には酸化物半導体膜)とすることができる。具体例について、図17を用いて説明する。なお、ここでは、図6及び図7で説明した酸化物半導体膜119及び容量線115と異なる、酸化物半導体膜198ついてのみ説明する。図17は、本変形例の画素101の上面図であり、図17に示した画素101において、保持容量197の一方の電極及び容量線を兼ねる酸化物半導体膜198が設けられている。酸化物半導体膜198は信号線109と平行方向に延伸した領域を有し、当該領域は容量線として機能する。酸化物半導体膜198において、画素電極121と重畳する領域は保持容量197の一方の電極として機能する。なお、酸化物半導体膜198は図17に示した画素101に設けられるトランジスタ103の酸化物半導体膜111を形成する工程を利用して形成することができる。
また、上記変形例として説明した画素101において、画素電極121と絶縁膜131との間の領域(例えば、画素電極121と絶縁膜132との間、絶縁膜132と絶縁膜131との間など)に有機絶縁膜を設けることができる。別言すると、当該有機絶縁膜は、上記画素101において部分的に設けることができる。
本発明の一態様である半導体装置において、画素内に設けられるトランジスタの形状は図6及び図7に示したトランジスタの形状に限定されず、適宜変更することができる。例えば、トランジスタにおいて、信号線109に含まれるソース電極がU字型(C字型、コの字型、又は馬蹄型)とし、ドレイン電極を含む導電膜を囲む形状のトランジスタであってもよい。このような形状とすることで、トランジスタの面積が小さくても、十分なチャネル幅を確保することが可能となり、トランジスタの導通時に流れるドレイン電流(オン電流ともいう。)の量を増やすことが可能となる。
また、上記変形例として説明した画素101において、酸化物半導体膜111が、ゲート絶縁膜127とソース電極として機能する領域を含む信号線109及びドレイン電極として機能する領域を含む導電膜113との間に位置するトランジスタを用いたが、その代わりに、酸化物半導体膜111が、ソース電極として機能する領域を含む信号線109及びドレイン電極として機能する領域を含む導電膜113と、絶縁膜129の間に位置するトランジスタを用いることができる。
また、上記変形例として説明した画素101において、トランジスタ103として、チャネルエッチ型のトランジスタを示したが、その代わりに、チャネル保護型のトランジスタを用いることができる。チャネル保護膜を設けることで、酸化物半導体膜111の表面は、信号線109及び導電膜113の形成工程で用いるエッチャントやエッチングガスに曝されず、酸化物半導体膜111及びチャネル保護膜の間の不純物を低減できる。この結果、トランジスタ103のソース電極及びドレイン電極の間に流れるリーク電流を低減することが可能である。
また、上記変形例として説明した画素101において、トランジスタ103として、1つのゲート電極を有するトランジスタを示したが、酸化物半導体膜111を介して対向する2つのゲート電極を有するトランジスタ(デュアルゲートトランジスタ)を用いることができる。
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置であり、上記実施の形態と異なる構造の半導体装置について、図面を用いて説明する。本実施の形態で説明する半導体装置は、上記実施の形態と比較して保持容量の構造が異なる。なお、本実施の形態で説明する半導体装置において、上記実施の形態で説明した半導体装置と同様の構成は、上記実施の形態を参照することができる。
本実施の形態で説明する画素の上面図を図18に示す。図18に示した画素201は、図6に示した画素101の保持容量105を保持容量205とした構成である。図18に示した画素201は、図6に示した画素101と比較して、二点鎖線内の領域において絶縁膜232(図示せず)が酸化物半導体膜119に接して設けられている。つまり、図18に示した画素201は、二点鎖線内の領域において絶縁膜229(図示せず)及び絶縁膜231(図示せず)が除去されている。従って、保持容量205は、一方の電極として機能する酸化物半導体膜119と、他方の電極である画素電極121と、誘電体膜である絶縁膜232(図示せず)とで構成されている。
次いで、本実施の形態における半導体装置の作製方法について、図20及び図21を用いて説明する。
本実施の形態で説明した半導体装置は、保持容量が設けられる領域の構造を適宜変更することができる。具体例について、図22を用いて説明する。図22に示す画素201は、図6及び図7に示した画素101の保持容量105が設けられる領域において、ゲート絶縁膜127の構造が異なる保持容量245を有する。
本実施の形態では、上記実施の形態で説明した半導体装置に含まれているトランジスタ及び保持容量において、半導体膜である酸化物半導体膜に適用可能な一態様について説明する。
上記実施の形態で一例を示したトランジスタ及び保持容量を用いて表示機能を有する半導体装置(表示装置ともいう。)を作製することができる。また、トランジスタを含む駆動回路の一部又は全体を、画素部と同じ基板上に一体形成し、システムオンパネルを形成することができる。本実施の形態では、上記実施の形態で一例を示したトランジスタを用いた表示装置の例について、図面を用いて説明する。
本発明の一態様である半導体装置は、さまざまな電子機器(遊技機も含む)に適用することができる。電子機器としては、テレビジョン装置(テレビ、又はテレビジョン受信機ともいう。)、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、遊技機(パチンコ機、スロットマシン等)、ゲーム筐体が挙げられる。これらの電子機器の一例を図28に示す。
101 画素
102 基板
103 トランジスタ
104 走査線駆動回路
105 保持容量
106 信号線駆動回路
107 走査線
108 液晶素子
109 信号線
111 酸化物半導体膜
113 導電膜
115 容量線
117 開口
119 酸化物半導体膜
121 画素電極
123 開口
125 導電膜
126 絶縁膜
127 ゲート絶縁膜
128 絶縁膜
129 絶縁膜
130 絶縁膜
131 絶縁膜
132 絶縁膜
133 絶縁膜
143 開口
145 保持容量
146 保持容量
150 基板
152 遮光膜
154 対向電極
156 配向膜
158 配向膜
160 液晶
165 保持容量
167 導電膜
174 保持容量
175 容量線
197 保持容量
198 酸化物半導体膜
199 導電膜
201 画素
205 保持容量
226 絶縁膜
227 絶縁膜
228 絶縁膜
229 絶縁膜
230 絶縁膜
231 絶縁膜
232 絶縁膜
233 絶縁膜
245 保持容量
297 トランジスタ
299a 酸化物半導体膜
299b 酸化物半導体膜
299c 酸化物半導体膜
901 基板
902 画素部
903 信号線駆動回路
904 走査線駆動回路
905 シール材
906 基板
908 液晶
910 トランジスタ
911 トランジスタ
913 液晶素子
915 接続端子電極
916 端子電極
917 導電膜
918 FPC
918a FPC
918b FPC
919 異方性導電剤
922 ゲート絶縁膜
923 絶縁膜
924 絶縁膜
925 シール材
926 保持容量
927 酸化物半導体膜
929 容量線
930 電極
931 電極
932 絶縁膜
933 絶縁膜
935 スペーサ
950 配線
951 絶縁膜
952 配線
954 開口
956 開口
958 導電膜
971 ソース電極
973 ドレイン電極
975 共通電位線
977 共通電極
985 共通電位線
987 共通電極
9000 テーブル
9001 筐体
9002 脚部
9003 表示部
9004 表示ボタン
9005 電源コード
9033 留め具
9034 スイッチ
9035 電源スイッチ
9036 スイッチ
9038 操作スイッチ
9100 テレビジョン装置
9101 筐体
9103 表示部
9105 スタンド
9107 表示部
9109 操作キー
9110 リモコン操作機
9201 本体
9202 筐体
9203 表示部
9204 キーボード
9205 外部接続ポート
9206 ポインティングデバイス
9630 筐体
9631 表示部
9631a 表示部
9631b 表示部
9632a 領域
9632b 領域
9633 太陽電池
9634 充放電制御回路
9635 バッテリー
9636 DCDCコンバータ
9637 コンバータ
9638 操作キー
9639 ボタン
Claims (5)
- トランジスタと、保持容量と、前記トランジスタ及び前記保持容量と電気的に接続された表示素子と、を含む画素を複数備える画素部を有し、
前記保持容量は、容量線と電気的に接続され、一方の電極として機能する透光性を有する半導体膜と、前記トランジスタを介して信号線から所定の電位が供給され、他方の電極として機能する画素電極と、前記一方の電極及び前記他方の電極の間に設けられた誘電体膜と、を有し、
前記画素部に画像が表示される期間にあっては、
前記トランジスタのゲート電極を有する走査線に、前記トランジスタのしきい値電圧以上の電位を供給して前記トランジスタを導通状態にし、前記信号線から前記画素電極に所定の電位を供給し、
前記容量線に、前記画素電極と前記容量線との電位差が前記保持容量のしきい値電圧以上となる電位を供給し、
前記画素電極と前記容量線との電位差を前記保持容量に一定期間保持し、前記表示素子を介して前記画像を前記画素部に表示し、
前記画像の表示が停止される期間にあっては、
前記画像の表示を停止した後、前記容量線に、前記信号線から前記画素電極に供給される前記所定の電位よりも高い電位を一定期間供給し、前記画素電極と前記容量線との電位差を保持することを特徴とする半導体装置の駆動方法。 - 請求項1において、
前記一定期間内においては、前記画素電極の電位と、前記表示素子に含まれ、前記画素電極と対向して設けられる導電膜の電位と、を同電位にすることを特徴とする半導体装置の駆動方法。 - トランジスタと、保持容量と、前記トランジスタ及び前記保持容量と電気的に接続された液晶素子と、を含む画素を複数備える画素部と、
前記液晶素子を通過して前記画素部に光を照射する光源と、を有し、
前記保持容量は、容量線と電気的に接続され、一方の電極として機能する透光性を有する半導体膜と、前記トランジスタを介して信号線から所定の電位が供給され、他方の電極として機能する画素電極と、前記一方の電極及び前記他方の電極の間に設けられた誘電体膜と、を有し、
前記液晶素子は、前記画素電極及び前記透光性を有する半導体膜間に配置された液晶を含み、
前記画素部に画像が表示される期間にあっては、
前記光源を点灯し、
前記トランジスタのゲート電極を有する走査線に、前記トランジスタのしきい値電圧以上の電位を供給して前記トランジスタを導通状態にし、前記信号線から前記画素電極に所定の電位を供給し、
前記容量線に、前記画素電極と前記容量線との電位差が前記保持容量のしきい値電圧以上となる電位を供給し、
前記画素電極と前記容量線との電位差を前記保持容量に一定期間保持し、前記液晶素子を介して前記画像を前記画素部に表示し、
前記画像の表示が停止される期間にあっては、
前記光源を消灯して前記画像の表示を停止した後、前記容量線に、前記信号線から前記画素電極に供給される前記所定の電位よりも高い電位を一定期間供給し、前記画素電極と前記容量線との電位差を保持することを特徴とする半導体装置の駆動方法。 - 請求項3において、
前記一定期間内においては、前記画素電極の電位と、前記液晶素子に含まれ、前記画素電極と対向して設けられる導電膜の電位とを同電位にすることを特徴とする半導体装置の駆動方法。 - 請求項1乃至請求項4のいずれか一において、
前記半導体装置の電源を遮断する前は、前記容量線に、前記信号線から前記画素電極に供給される前記所定の電位よりも高い電位を一定期間供給することを特徴とする半導体装置の駆動方法。
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