JP6879678B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
本実施の形態では、表示部の駆動回路およびタッチセンサの駆動回路の機能を有する集積回路を有する半導体装置の一例について説明する。なお本実施の形態において、半導体装置は、半導体装置に電気的に接続される配線によって制御される表示部を有する。表示部を備えた半導体装置は、タッチパネルという場合がある。
以下の説明では、表示部の駆動回路およびタッチセンサの駆動回路として機能する集積回路を有する半導体装置の構成について説明する。なお集積回路が有する表示部の駆動回路は、ソースドライバとして機能する。
次いで信号出力回路110の機能について、図2(A)乃至(C)を用いて説明する。
次いで図3には、上述した信号出力回路110の具体的な回路構成の一例を示す。図3に示す信号出力回路110Aは、シフトレジスタSR、ラッチ回路LAT_A1乃至LAT_An、ラッチ回路LAT_B1乃至LAT_Bn、D/A変換(デジタル/アナログ)回路D/A_1乃至D/A_n、切り替え回路111およびバッファ回路AMP_1乃至AMP_nを有する。
次いで図10には、上述した信号出力回路110Aとは異なる具体例である、信号出力回路110Bを示す。信号出力回路110Bは、シフトレジスタSR、ラッチ回路LAT_A1乃至LAT_An、ラッチ回路LAT_B1乃至LAT_Bn、D/A変換(デジタル/アナログ)回路D/A_1乃至D/A_n、およびバッファ回路AMP_1乃至AMP_nを有する。以下、信号出力回路110Aとは異なる点について詳述し、信号出力回路110Bの動作を説明する。
本実施の形態では、上記実施の形態で説明した、半導体装置である集積回路を適用可能なタッチパネルのブロック図の構成例、表示部/センサ部が有する画素、および駆動電極/検出電極の回路構成の一例について説明する。
図14に、フルインセル型、ハイブリッドインセル型またはオンセル型の、周辺回路を含むタッチパネルのブロック図を示す。タッチパネル400は、表示部401と、センサ部402と、を有する。またタッチパネル400は、表示部401やセンサ部402を駆動するための周辺回路の一例として、表示駆動回路411、タッチセンサ駆動回路412、およびタイミングコントローラ413を有する。また周辺回路として、表示部401およびセンサ部402で必要な電源電圧を生成するための電源回路等を有していてもよい。
図16(A)の画素203Aは、液晶素子を表示部に有するタッチパネルの画素の一例であり、トランジスタ231、及び液晶素子233を有する。図示していないが、画素203Aは、容量素子を有していてもよい。
本実施の形態では、本発明の一態様に係る半導体装置の断面構造の一例について、図18を参照して説明する。
本実施の形態では、上述の実施の形態で説明した半導体装置をタッチパネルに適用する例、タッチパネルのブロック図の構成例、及びタッチパネルを電子機器に適用する例について、図19乃至図21を用いて説明する。
半導体装置のタッチパネルへの実装例について、図19(A)、(B)を用いて説明する。
以下では、図19(B)に示す各構成要素について説明する。
接続層702、接続層703および、接点704、接点705としては、異方性導電フィルム(ACF:Anisotropic Conductive Film)や、異方性導電ペースト(ACP:Anisotropic Conductive Paste)などを用いることができる。
基板200および基板210に適用可能な基板には、平坦面を有する材料を用いることができる。表示素子からの光を取り出す側の基板には、該光を透過する材料を用いる。例えば、ガラス、石英、セラミック、サファイヤ、有機樹脂などの材料を用いることができる。また、シリコンや炭化シリコンからなる単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウム等の化合物半導体基板、SOI基板等を適用することも可能であり、これらの基板上に半導体素子が設けられたものを、基板として用いてもよい。また、基板として、可撓性基板を用い、可撓性基板上に直接、トランジスタや容量素子等を形成してもよい。
トランジスタ731等に適用可能なトランジスタは、ゲート電極として機能する導電層と、半導体層と、ソース電極として機能する導電層と、ドレイン電極として機能する導電層と、ゲート絶縁層として機能する絶縁層と、を有する。上記では、ボトムゲート構造のトランジスタを適用した場合を示している。
トランジスタのゲート、ソースおよびドレインのほか、各種配線および電極などの導電層に用いることのできる材料としては、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。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、チタン膜上にアルミニウム膜を積層する二層構造、タングステン膜上にアルミニウム膜を積層する二層構造、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、チタン膜上に銅膜を積層する二層構造、タングステン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。なお、酸化インジウム、酸化錫または酸化亜鉛を含む透明導電材料を用いてもよい。また、マンガンを含む銅を用いると、エッチングによる形状の制御性が高まるため好ましい。
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、例えば、アクリル、エポキシなどの樹脂、シロキサン結合を有する樹脂の他、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウムなどの無機絶縁材料を用いることもできる。
液晶素子732に適用可能な液晶素子としては、FFS(Fringe Field Switching)モードが適用された素子を例示したが、これに限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(Vertical Alignment)モード、TN(Twisted Nematic)モード、IPS(In−Plane−Switching)モード、FFS(Fringe Field Switching)モード、ASM(Axially Symmetric aligned Micro−cell)モード、OCB(Optically Compensated Birefringence)モード、FLC(Ferroelectric Liquid Crystal)モード、AFLC(AntiFerroelectric Liquid Crystal)モード等が適用された液晶素子を用いることができる。
遮光層736、着色層737に適用可能な遮光層、着色層に用いることのできる材料としては、金属材料、樹脂材料、顔料または染料が含まれた樹脂材料などが挙げられる。
封止材738に適用可能な封止材は、基板同士を貼り合わせる機能を備える。封止材は空気より大きい屈折率を備える。
次いで図19(A)、(B)のタッチパネルを用いたタッチパネルモジュールの応用例について、図20を用いて説明を行う。
次いで、コンピュータ、携帯情報端末(携帯電話、携帯型ゲーム機、音響再生装置なども含む)、電子ペーパー、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)、デジタルビデオカメラなどの電子機器のタッチパネルモジュールに、上述のタッチパネルモジュールを適用した場合について説明する。
以上の実施の形態、及び実施の形態における各構成の説明について、以下に付記する。
各実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて、本発明の一態様とすることができる。また、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、互い構成例を適宜組み合わせることが可能である。
本明細書等において、「上に」、「下に」などの配置を示す語句は、構成同士の位置関係を、図面を参照して説明するために、便宜上用いている。構成同士の位置関係は、各構成を描写する方向に応じて適宜変化する。そのため、配置を示す語句は、明細書で説明した記載に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。
本明細書等において、トランジスタの接続関係を説明する際、ソースとドレインとの一方を、「ソース又はドレインの一方」(又は第1電極、又は第1端子)と表記し、ソースとドレインとの他方を「ソース又はドレインの他方」(又は第2電極、又は第2端子)と表記している。これは、トランジスタのソースとドレインは、トランジスタの構造又は動作条件等によって変わるためである。なおトランジスタのソースとドレインの呼称については、ソース(ドレイン)端子や、ソース(ドレイン)電極等、状況に応じて適切に言い換えることができる。
以下では、上記実施の形態中で言及しなかった語句の定義について説明する。
本明細書等において、スイッチとは、導通状態(オン状態)、または、非導通状態(オフ状態)になり、電流を流すか流さないかを制御する機能を有するものをいう。または、スイッチとは、電流を流す経路を選択して切り替える機能を有するものをいう。
本明細書等において、チャネル長とは、例えば、トランジスタの上面図において、半導体(またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分)とゲートとが重なる領域、またはチャネルが形成される領域における、ソースとドレインとの間の距離をいう。
本明細書等において、チャネル幅とは、例えば、半導体(またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分)とゲート電極とが重なる領域、またはチャネルが形成される領域における、ソースとドレインとが向かい合っている部分の長さをいう。
本明細書等において、画素とは、例えば、明るさを制御できる要素一つ分を示すものとする。よって、一例としては、一画素とは、一つの色要素を示すものとし、その色要素一つで明るさを表現する。従って、そのときは、R(赤)G(緑)B(青)の色要素からなるカラー表示装置の場合には、画像の最小単位は、Rの画素とGの画素とBの画素との三画素から構成されるものとする。
本明細書等において、表示素子とは、電気的作用または磁気的作用により、コントラスト、輝度、反射率、透過率などが変化する表示媒体を有するものである。表示素子の一例としては、EL(エレクトロルミネッセンス)素子、LEDチップ(白色LEDチップ、赤色LEDチップ、緑色LEDチップ、青色LEDチップなど)、トランジスタ(電流に応じて発光するトランジスタ)、電子放出素子、カーボンナノチューブを用いた表示素子、液晶素子、電子インク、エレクトロウェッティング素子、電気泳動素子、プラズマディスプレイパネル(PDP)、MEMS(マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム)を用いた表示素子(例えば、グレーティングライトバルブ(GLV)、デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)、DMS(デジタル・マイクロ・シャッター)、MIRASOL(登録商標)、IMOD(インターフェアレンス・モジュレーション)素子、シャッター方式のMEMS表示素子、光干渉方式のMEMS表示素子、圧電セラミックディスプレイなど)、カーボンナノチューブを用いた表示素子、または、量子ドットを用いた表示素子など、がある。EL素子を用いた表示装置の一例としては、ELディスプレイなどがある。電子放出素子を用いた表示装置の一例としては、フィールドエミッションディスプレイ(FED)又はSED方式平面型ディスプレイ(SED:Surface−conduction Electron−emitter Display)などがある。液晶素子を用いた表示装置の一例としては、液晶ディスプレイ(透過型液晶ディスプレイ、半透過型液晶ディスプレイ、反射型液晶ディスプレイ、直視型液晶ディスプレイ、投射型液晶ディスプレイ)などがある。電子インク、電子粉流体(登録商標)、又は電気泳動素子を用いた表示装置の一例としては、電子ペーパーなどがある。量子ドットを各画素に用いた表示装置の一例としては、量子ドットディスプレイなどがある。なお、量子ドットは、表示素子としてではなく、バックライトの一部に設けてもよい。量子ドットを用いることにより、色純度の高い表示を行うことができる。なお、半透過型液晶ディスプレイや反射型液晶ディスプレイを実現する場合には、画素電極の一部、または、全部が、反射電極としての機能を有するようにすればよい。例えば、画素電極の一部、または、全部が、アルミニウム、銀、などを有するようにすればよい。さらに、その場合、反射電極の下に、SRAMなどの記憶回路を設けることも可能である。これにより、さらに、消費電力を低減することができる。なお、LEDチップを用いる場合、LEDチップの電極や窒化物半導体の下に、グラフェンやグラファイトを配置してもよい。グラフェンやグラファイトは、複数の層を重ねて、多層膜としてもよい。このように、グラフェンやグラファイトを設けることにより、その上に、窒化物半導体、例えば、結晶を有するn型GaN半導体層などを容易に成膜することができる。さらに、その上に、結晶を有するp型GaN半導体層などを設けて、LEDチップを構成することができる。なお、グラフェンやグラファイトと、結晶を有するn型GaN半導体層との間に、AlN層を設けてもよい。なお、LEDチップが有するGaN半導体層は、MOCVDで成膜してもよい。ただし、グラフェンを設けることにより、LEDチップが有するGaN半導体層は、スパッタ法で成膜することも可能である。また、MEMS(マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム)を用いた表示素子においては、表示素子が封止されている空間(例えば、表示素子が配置されている素子基板と、素子基板に対向して配置されている対向基板との間)に、乾燥剤を配置してもよい。乾燥剤を配置することにより、MEMSなどが水分によって動きにくくなることや、劣化しやすくなることを防止することができる。
本明細書等において、AとBとが接続されている、とは、AとBとが直接接続されているものの他、電気的に接続されているものを含むものとする。ここで、AとBとが電気的に接続されているとは、AとBとの間で、何らかの電気的作用を有する対象物が存在するとき、AとBとの電気信号の授受を可能とするものをいう。
AMP_1 バッファ回路
AMP_10 バッファ回路
AMP_11 バッファ回路
AMP_20 バッファ回路
AMP_221 バッファ回路
AMP_230 バッファ回路
AMP_231 バッファ回路
AMP_240 バッファ回路
LAT_A1 ラッチ回路
LAT_A6 ラッチ回路
LAT_A7 ラッチ回路
LAT_A12 ラッチ回路
LAT_A240 ラッチ回路
LAT_An ラッチ回路
LAT_B1 ラッチ回路
LAT_B10 ラッチ回路
LAT_B11 ラッチ回路
LAT_B20 ラッチ回路
LAT_B221 ラッチ回路
LAT_B230 ラッチ回路
LAT_B231 ラッチ回路
LAT_B240 ラッチ回路
LAT_Bn ラッチ回路
10 半導体装置
100 集積回路
101 ゲートドライバ
102 表示部/センサ部
103 画素
110 信号出力回路
110A 信号出力回路
110B 信号出力回路
111 回路
120 入力部
130 コントローラ
140 信号検出回路
150 信号送信回路
160 ホスト
170 配線
172 スイッチ
173 記憶回路
180 配線
190 配線
200 基板
203A 画素
203B 画素
210 基板
220 FPC
221 トランジスタ
222 トランジスタ
223 発光素子
231 トランジスタ
233 液晶素子
400 タッチパネル
400A タッチパネル
400B タッチパネル
401 表示部
402 センサ部
411 表示駆動回路
412 タッチセンサ駆動回路
413 タイミングコントローラ
414 ゲートドライバ
415 ソースドライバ
416 検出回路
417 送信回路
420 ホストコントローラ
440 IC
451 基板
452 対向基板
453 FPC
454 IC
454A IC
454B IC
455 IC
455B IC
456 表示部
457 タッチセンサ部
458 ゲートドライバ
459 PCB
460 IC
500 基板
501 チャネル形成領域
502 低濃度不純物領域
503 高濃度不純物領域
504a ゲート絶縁膜
504b ゲート絶縁膜
505a ゲート電極層
505b ゲート電極層
506a ソース電極層
506b ドレイン電極層
506c ソース電極層
506d ドレイン電極層
507 金属間化合物領域
508a サイドウォール絶縁膜
508b サイドウォール絶縁膜
509 素子分離絶縁膜
510 トランジスタ
511 チャネル形成領域
512 低濃度不純物領域
513 高濃度不純物領域
517 金属間化合物領域
520 トランジスタ
521 層間絶縁膜
522 層間絶縁膜
523 配線
700 端子部
702 接続層
703 接続層
704 接点
705 接点
710 端子部
720 端子部
730 表示部/センサ部
731 トランジスタ
732 液晶素子
733 導電層
734 導電層
735 液晶
736 遮光層
737 着色層
738 封止材
901 筐体
902 筐体
903a 表示部
903b 表示部
904 選択ボタン
905 キーボード
910 筐体
911 バンド
912 留め具
913 表示部
914 操作部
915 センサ
916 時計表示部
917 アイコン
920 テレビジョン装置
921 筐体
922 表示部
923 スタンド
924 リモコン操作機
930 本体
931 表示部
932 スピーカー
933 マイク
934 操作ボタン
941 本体
942 表示部
943 操作スイッチ
8000 タッチパネルモジュール
8001 上部カバー
8002 下部カバー
8005 フレーム
8006 プリント基板
8007 バッテリー
8011 タッチパネル
8012 FPC
Claims (4)
- 集積回路と、表示部と、センサ部と、を有し、
前記集積回路は、第1の回路と、第2の回路と、コントローラと、を有し、
前記表示部または前記センサ部は、前記第1の回路に電気的に接続されたn本(nは2以上の自然数)の第1の配線と、前記第1の配線の一部との間で容量を形成する第2の配線と、を有し、
前記第1の回路は、前記第1の配線に表示を行うためのビデオ信号を出力する機能と、前記第1の配線に容量値の変化を検出するための駆動信号を出力する機能と、を有し、
前記第2の回路は、前記第2の配線と電気的に接続され、前記容量の変化を検出する機能を有し、
前記第1の回路は、シフトレジスタと、第1のラッチ回路と、第2のラッチ回路と、D/A変換回路と、切り替え回路と、バッファ回路と、を有し、
前記第1のラッチ回路は、(j×p)本(j、pは2以上の自然数)の第3の配線に電気的に接続され、
前記第3の配線は、前記コントローラから前記第1のラッチ回路に前記ビデオ信号となるpビットのデジタル信号を伝える機能、および前記コントローラから前記バッファ回路に前記駆動信号を伝える機能を有し、
前記第1のラッチ回路は、前記シフトレジスタが出力する(n/j)段(n/jは整数)分のパルス信号に応じて前記第3の配線の前記デジタル信号をj列毎に保持する機能を有し、
前記第2のラッチ回路は、ラッチ信号に応じて前記第1のラッチ回路の前記デジタル信号を保持する機能を有し、
前記D/A変換回路は、前記第2のラッチ回路の前記デジタル信号を基にアナログ信号のビデオ信号を生成する機能を有し、
前記切り替え回路は、前記ビデオ信号を前記バッファ回路に伝えるか、前記駆動信号を前記バッファ回路に伝えるか、を切り替える機能を有し、
前記バッファ回路は、増幅した前記ビデオ信号、または増幅した前記駆動信号を前記第1の配線に出力する機能を有し、
前記第1の配線は、j列毎に前記第3の配線のいずれか一の前記駆動信号が伝わる、半導体装置。 - 集積回路と、表示部と、センサ部と、を有し、
前記集積回路は、第1の回路と、第2の回路と、コントローラと、を有し、
前記表示部または前記センサ部は、前記第1の回路に電気的に接続されたn本(nは2以上の自然数)の第1の配線と、前記第1の配線の一部との間で容量を形成する第2の配線と、を有し、
前記第1の回路は、前記第1の配線に表示を行うためのビデオ信号を出力する機能と、前記第1の配線に容量値の変化を検出するための駆動信号を出力する機能と、を有し、
前記第2の回路は、前記第2の配線と電気的に接続され、前記容量の変化を検出する機能を有し、
前記第1の回路は、シフトレジスタと、第1のラッチ回路と、第2のラッチ回路と、D/A変換回路と、切り替え回路と、バッファ回路と、を有し、
前記第1のラッチ回路は、第3の配線に電気的に接続され、
前記第3の配線は、前記コントローラから前記第1のラッチ回路に前記ビデオ信号となるデジタル信号を伝える機能を有し、
前記第1のラッチ回路は、前記シフトレジスタが出力するパルス信号に応じて前記第3の配線の前記デジタル信号を保持する機能を有し、
前記第2のラッチ回路は、h本(hは2以上の自然数)の第4の配線に電気的に接続され、
前記第4の配線は、前記第1のラッチ回路の前記デジタル信号を保持するためのラッチ信号を前記コントローラから前記第2のラッチ回路に伝える機能と、前記コントローラから前記第2のラッチ回路に前記駆動信号を伝える機能と、を有し、
前記D/A変換回路は、前記第2のラッチ回路が出力する前記デジタル信号を基にアナログ信号であるビデオ信号を生成する機能を有し、
前記バッファ回路は、増幅した前記ビデオ信号、または増幅した前記駆動信号を前記第1の配線に出力する機能を有し、
前記第1の配線は、(n/h)列(n/hは整数)毎に前記第4の配線のいずれか一の駆動信号が伝わる、半導体装置。 - 請求項1または2において、
前記表示部または前記センサ部は、コモン電極、画素電極及び液晶を有する液晶素子を有し、
前記第2の配線は、前記コモン電極に電気的に接続される配線である半導体装置。 - 請求項1乃至3のいずれか一において、
前記表示部または前記センサ部はトランジスタを有し、
前記第1の配線と、前記第2の配線とは、前記トランジスタが形成される基板側に設けられる半導体装置。
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