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- H01L29/24—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only semiconductor materials not provided for in groups H01L29/16, H01L29/18, H01L29/20, H01L29/22
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- G09G3/3685—Details of drivers for data electrodes
- G09G3/3688—Details of drivers for data electrodes suitable for active matrices only
Description
の一態様の技術分野としては、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、入出力装置、それらの駆動方法、またはそれらの製造方
法、を一例として挙げることができる。
置全般を指す。トランジスタ、半導体回路、演算装置、記憶装置等は半導体装置の一態様
である。また、撮像装置、電気光学装置、発電装置(薄膜太陽電池、有機薄膜太陽電池等
を含む)、および電子機器は半導体装置を有している場合がある。
、またはテレビジョン受信機ともいう)では、解像度がフルハイビジョン(画素数192
0×1080)であるものが主流となっているが、4K(画素数3840×2160)や
、8K(画素数7680×4320)のように、高解像度な表示装置の開発が進められて
いる。
の光学変調作用を利用してバックライトからの光の透過量を制御することでコントラスト
を表現し、画像表示を行うものである。
膜を用いてチャネル形成領域が形成される薄膜トランジスタが知られている。特許文献1
には、薄膜トランジスタのチャネル形成領域に用いられる半導体膜に、非晶質シリコンを
用いる技術が開示されている。例えば液晶表示装置の場合、薄膜トランジスタは各画素の
スイッチングトランジスタとして用いられる。
ズが大きいほど、当該表示装置が有するトランジスタ等の負荷の増大が顕著となる。これ
により、特にトランジスタの電界効果移動度が低い場合は、高い駆動周波数で動作させる
ことが難しくなる場合がある。
する。または、大型化に適した表示装置およびその作製方法を提供することを課題の一と
する。または、低価格の表示装置およびその作製方法を提供することを課題の一とする。
または、生産性の高い表示装置およびその作製方法を提供することを課題の一とする。ま
たは、信頼性の高い表示装置およびその作製方法を提供することを課題の一とする。また
は、非晶質シリコン等を用いた表示装置およびその作製方法を提供することを課題の一と
する。または、金属酸化物等を用いた表示装置およびその作製方法を提供することを課題
の一とする。または、新規な表示装置およびその作製方法を提供することを課題の一とす
る。
態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課題
は、明細書、図面、請求項等の記載から抽出することが可能である。
と、第1の導電層、第2の導電層、および第3の導電層と、第1の画素電極と、を有する
表示装置であって、第1の配線は、第1の方向に延在し、かつ、第2の配線および第3の
配線と交差し、第2の配線および第3の配線は、それぞれ第1の方向と交差する第2の方
向に延在し、第1のトランジスタのゲートは、第1の配線と電気的に接続され、第1のト
ランジスタのソースまたはドレインの一方は、第1の導電層、第2の導電層、および第3
の導電層を介して第2の配線と電気的に接続され、第2の導電層は、第3の配線と重なる
領域を有し、第1の導電層、第3の導電層、および第1の画素電極は、同一の材料を含み
、第1の配線、および第2の導電層は、同一の材料を含み、第1の配線は、選択信号が供
給され、第2の配線および第3の配線は、それぞれ異なる信号が供給される表示装置であ
る。
よび第2のソースドライバと電気的に接続されていてもよい。
ンジスタと、第4の導電層、第5の導電層、および第6の導電層と、第2の画素電極と、
を有し、第4の配線は、第1の方向に延在し、かつ、第2の配線、第3の配線、第5の配
線、および第6の配線と交差し、第5の配線および第6の配線は、それぞれ第1の方向と
交差する第2の方向に延在し、第2のトランジスタのゲートは、第4の配線と電気的に接
続され、第2のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、第4の導電層、第5の導
電層、および第6の導電層を介して第5の配線と電気的に接続され、第5の導電層は、第
6の配線と重なる領域を有し、第4の導電層、第6の導電層、および第2の画素電極は、
同一の材料を含み、第4の配線、および第5の導電層は、同一の材料を含み、第4の配線
は、第1の配線と同一の選択信号が供給され、第2の配線、第3の配線、第5の配線、お
よび第6の配線は、それぞれ異なる信号が供給されていてもよい。
よび第2のソースドライバと電気的に接続されていてもよい。
ンジスタは、第2の半導体層を有し、第1の半導体層と、第2の半導体層とは、それぞれ
第3の配線と第6の配線の間に位置する部分を有していてもよい。
リコンを含んでいてもよい。
リコン、または多結晶シリコンを含んでいてもよい。
物を含んでいてもよい。
ウム、チタン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、セリ
ウム、スズ、ネオジム、またはハフニウム)を含んでいてもよい。
第1の導電層を形成する工程と、第1の絶縁層を形成する工程と、半導体層を形成する工
程と、第1のソース線および第2のソース線と、半導体層と接する領域を有する第2の導
電層および第3の導電層と、を形成する工程と、第2の絶縁層を形成する工程と、第2の
絶縁層に、第2の導電層に達する第1の開口部、第3の導電層に達する第2の開口部、お
よび第2のソース線に達する第3の開口部を形成し、第1の絶縁層および第2の絶縁層に
、第1の導電層に達する第4の開口部および第5の開口部を、第1のソース線を挟むよう
に形成する工程と、第1の開口部を介して第2の導電層と電気的に接続されるように画素
電極を形成し、第2の開口部を介して第3の導電層と電気的に接続され、第4の開口部を
介して第1の導電層と電気的に接続されるように第4の導電層を形成し、第3の開口部を
介して第2のソース線と電気的に接続され、第5の開口部を介して第1の導電層と電気的
に接続されるように第5の導電層を形成する工程と、を有する表示装置の作製方法である
。
。または、大型化に適した表示装置およびその作製方法を提供することができる。または
、低価格の表示装置およびその作製方法を提供することができる。または、生産性の高い
表示装置およびその作製方法を提供することができる。または、信頼性の高い表示装置お
よびその作製方法を提供することができる。または、非晶質シリコン等を用いた表示装置
およびその作製方法を提供することができる。または、金属酸化物等を用いた表示装置お
よびその作製方法を提供することができる。または、新規な表示装置およびその作製方法
を提供することができる。
態様は、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は
、明細書、図面、請求項等の記載から抽出することが可能である。
れず、本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなく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。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。
同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。
瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない
。
めに付すものであり、数的に限定するものではない。
するスイッチング動作等を実現することができる。本明細書におけるトランジスタは、I
GFET(Insulated Gate Field Effect Transis
tor)や薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)を
含む。
、回路動作において電流の方向が変化する場合等には入れ替わることがある。このため、
本明細書においては、「ソース」や「ドレイン」の用語は、入れ替えて用いることができ
るものとする。
ぞれ「ソース電極」、「ドレイン電極」、「ゲート電極」と言い換えることができる場合
がある。
」を介して接続されている場合が含まれる。ここで、「何らかの電気的作用を有するもの
」は、接続対象間での電気信号の授受を可能とするものであれば、特に制限を受けない。
例えば、「何らかの電気的作用を有するもの」には、電極や配線をはじめ、トランジスタ
等のスイッチング素子、抵抗素子、コイル、容量素子、その他の各種機能を有する素子等
が含まれる。
)する機能を有するものである。したがって表示パネルは出力装置の一態様である。
nted Circuit)もしくはTCP(Tape Carrier Packag
e)等のコネクターが取り付けられたもの、または基板にCOG(Chip On Gl
ass)方式等によりICが実装されたものを、表示パネルモジュール、表示モジュール
、または単に表示パネル等と呼ぶ場合がある。
する、または近づくこと等を検出する機能を有するものである。またその位置情報を検知
する機能を有していてもよい。したがってタッチセンサは入力装置の一態様である。例え
ばタッチセンサは1以上のセンサ素子を有する構成とすることができる。
タッチセンサ等と呼ぶ場合がある。また、本明細書等では、タッチセンサパネルの基板に
、例えばFPCもしくはTCP等のコネクターが取り付けられたもの、または基板にCO
G方式等によりICが実装されたものを、タッチセンサパネルモジュール、タッチセンサ
モジュール、センサモジュール、または単にタッチセンサ等と呼ぶ場合がある。
示(出力)する機能と、表示面に指やスタイラス等の被検知体が触れる、押圧する、また
は近づくこと等を検出するタッチセンサとしての機能と、を有する。したがってタッチパ
ネルは入出力装置の一態様である。
機能つき表示パネル(または表示装置)とも呼ぶことができる。
または、表示パネルの内部または表面にタッチセンサとしての機能を有する構成とするこ
ともできる。
ターが取り付けられたもの、または基板にCOG方式等によりICが実装されたものを、
タッチパネルモジュール、表示モジュール、または単にタッチパネル等と呼ぶ場合がある
。
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置について説明する。
。表示部には、選択信号が供給される配線(ゲート線、または走査線ともいう)と、画素
に書き込む信号(ビデオ信号等ともいう)が供給される配線(ソース線、信号線、データ
線等ともいう)が、それぞれ複数設けられる。ここで、ゲート線同士、およびソース線同
士は、それぞれ互いに平行に設けられ、ゲート線とソース線とは互いに交差する。
子は画素電極としての機能を有する導電層を有し、当該導電層は、トランジスタのソース
またはドレインの一方と電気的に接続する。また、トランジスタは、ゲートがゲート線と
電気的に接続し、ソースまたはドレインの他方がソース線と電気的に接続する。
向または第2の方向と呼ぶこととする。
すなわち、これらゲート線の選択期間が同一となることが好ましい。特に4本のゲート線
を一組とすると、駆動回路の構成を簡略化できるため好ましい。
選択される。そのため、これら4つの画素には、それぞれ異なるソース線を接続する構成
とする。すなわち、列ごとに4本のソース線が配列した構成とする。
ことができる。例えば4本のゲート線に同じ選択信号が供給される場合では、一水平期間
の長さを4倍にすることができる。さらに、ソース線間の寄生容量を低減できるため、ソ
ース線の負荷を低減することができる。これにより、解像度が4Kや8K等といった極め
て高解像度の表示装置であっても、電界効果移動度の低いトランジスタを用いて動作させ
ることが可能となる。もちろん、8Kを超える解像度(例えば、10K、12Kまたは1
6K等)の表示装置であっても、本発明の一態様の構成とすることで、動作させることが
可能となる。また、画面サイズが対角50インチ以上、対角60インチ以上、または対角
70インチ以上の大型の表示装置にも上述した構成を適用することが可能となる。
し、画素の右側に2本のソース線を配列することができる。つまり、画素の左外側、左内
側、右内側、右外側にそれぞれソース線を配列することができる。当該構成では、画素の
左外側のソース線と電気的に接続されるトランジスタのソースが、画素の左内側のソース
線と交差する。また、当該構成では、画素の右外側のソース線と電気的に接続されるトラ
ンジスタのソースが、画素の右内側のソース線と交差する。本発明の一態様では、画素電
極と同一の工程で形成することができる導電層と、トランジスタのゲートと同一の工程で
形成することができる導電層と、を用いて、画素の左外側のソース線と電気的に接続され
るトランジスタのソースと、画素の左内側のソース線と、を短絡することを抑制する。ま
た、本発明の一態様では、画素電極と同一の工程で形成することができる導電層と、トラ
ンジスタのゲートと同一の工程で形成することができる導電層と、を用いて、画素の右外
側のソース線と電気的に接続されるトランジスタのソースと、画素の右内側のソース線と
、を短絡することを抑制する。これにより、列ごとに4本のソース線が配列した構成とし
た場合であっても、列ごとに1本または2本のソース線が配列した構成とした場合と比較
して工程数、具体的にはフォトリソグラフィ工程の工程数が増加することを抑制すること
ができる。つまり、フォトマスクの数が増加することを抑制することができる。これによ
り、表示装置の作製コストの増加を抑制することができる。
図1に、本発明の一態様の表示装置10のブロック図を示している。表示装置10は、表
示部17と、ゲートドライバ12aと、ゲートドライバ12bと、ソースドライバ13a
と、ソースドライバ13bと、を有する。表示部17には、画素11がマトリクス状に設
けられる。なお、本明細書等において、i行j列目の画素11を画素11(i,j)と記
載する。
向する位置に設けられる例を示している。ゲートドライバ12aおよびゲートドライバ1
2bには、複数の配線GL0が接続される。図1では、配線GL0(i)を示している。
配線GL0(i)は、4本の配線(配線GL(i)、配線GL(i+1)、配線GL(i
+2)、配線GL(i+3))と電気的に接続されている。したがって、これら4本の配
線には同じ選択信号が与えられる。なお、配線GL0および配線GLは、ゲート線として
の機能を有する。
号を供給する機能を有する。これにより、表示装置10がゲートドライバを1個だけ有す
る場合より、配線GL0の充放電時間を短くすることができる。これにより、解像度が4
Kや8K等といった極めて高解像度の表示装置であっても、電界効果移動度の低いトラン
ジスタを用いて動作させることが可能となる。また、画面サイズが対角50インチ以上、
対角60インチ以上、または対角70インチ以上の大型の表示装置にも本発明の一態様の
表示装置を適用することが可能となる。
けられる例を示している。ソースドライバ13aおよびソースドライバ13bには、複数
の配線が接続される。配線は1つの画素列に対して4本設けられる。図1では、j番目の
画素列に対応する4本の配線(配線SL1(j)、配線SL2(j)、配線SL3(j)
、配線SL4(j))と、j+1番目の画素列に対応する4本の配線(配線SL1(j+
1)、配線SL2(j+1)、配線SL3(j+1)、配線SL4(j+1))を示して
いる。異なる配線には、それぞれ異なる信号を供給することができる。例えば、配線SL
1(j)、配線SL2(j)、配線SL3(j)、および配線SL4(j)には、それぞ
れ異なる信号を供給することができる。なお、配線SL(配線SL1、配線SL2、配線
SL3、配線SL4)は、ソース線としての機能を有する。
給する機能を有する。これにより、表示装置10がソースドライバを1個だけ有する場合
より、配線SLの充放電時間を短くすることができる。これにより、解像度が4Kや8K
等といった極めて高解像度の表示装置であっても、電界効果移動度の低いトランジスタを
用いて動作させることが可能となる。また、画面サイズが対角50インチ以上、対角60
インチ以上、または対角70インチ以上の大型の表示装置にも本発明の一態様の表示装置
を適用することが可能となる。
混色を利用してカラー表示を行う場合には、画素11を副画素とも呼ぶことができる。
好ましい。表示素子として液晶素子を用いる場合には、列方向に一列に配列する画素には
、液晶素子と重ねて同じ色の光を透過する着色層を設ける構成とする。
示領域に分割して駆動することができる。しかし上記方法の場合、駆動回路の特性ばらつ
き等により、分割された表示領域の境界部が視認されてしまい、視認性が低下してしまう
場合がある。また、入力される画像データをあらかじめ分割するための画像処理等が必要
となり、高速かつ大規模な画像処理装置が必要になる。
場合であっても、表示部を複数の表示領域に分割することなく駆動することが可能となる
。
、保護回路18a、保護回路18b、保護回路19a、および保護回路19bを設けた場
合の表示装置10のブロック図を示す。保護回路18aおよび保護回路18bは、配線G
L0と電気的に接続されている。保護回路19aおよび保護回路19bは、配線SL1、
配線SL2、配線SL3、および配線SL4と電気的に接続されている。
ゲートドライバ12bの側に設けることができる。つまり、保護回路18aと、保護回路
18bは、表示部17を挟んで対向する位置に設けることができる。また、保護回路19
aは、ソースドライバ13aの側に設けることができ、保護回路19bは、ソースドライ
バ13bの側に設けることができる。つまり、保護回路19aと、保護回路19bは、表
示部17を挟んで対向する位置に設けることができる。
素11を保護することができる。これにより、表示装置10の信頼性を高めることができ
る。
い。図3では、1つの画素列あたりソース線を3本(配線SL1、配線SL2、配線SL
3)設ける構成を示す。当該構成の表示装置10において、配線GL0(i)は、3本の
配線(配線GL(i)、配線GL(i+1)、配線GL(i+2))と電気的に接続され
、これら3本の配線には同じ選択信号が与えられる。なお、本発明の一態様において、1
つの画素列あたりソース線を5本以上設けてもよい。
ゲートドライバとソースドライバの一方または両方を1個だけ配置する構成としてもよい
。
り1個ずつ配置した例を示している。つまり、画素列と同数のソースドライバ13aが、
矩形の表示部17の一辺に沿って設けられ、ソースドライバ13aと表示部17を挟んで
対向した位置に、画素列と同数のソースドライバ13bが設けられる。また、図4では、
ゲートドライバ12aとゲートドライバ12bを、それぞれ1本の配線GL0あたり1個
ずつ配置した例を示している。つまり、画素行を4で割った数のゲートドライバ12aが
、矩形の表示部17の一辺に沿って設けられ、ゲートドライバ12aと表示部17を挟ん
で対向した位置に、画素行を4で割った数のゲートドライバ12bが設けられる。このよ
うな構成とすることで、大型の表示装置であっても配線抵抗に起因した電位降下に伴う表
示ムラを軽減することができる。
スドライバが供給する信号の基準電圧を生成する機能を有する。基準電圧生成回路として
、例えばガンマリファレンス生成回路とすることができる。図5は、図4に示す構成の表
示装置10に、ソースドライバ13aに基準電圧を供給する機能を有する基準電圧生成回
路16aと、ソースドライバ13bに基準電圧を供給する機能を有する基準電圧生成回路
16bと、が設けられた場合を示している。表示装置10を図5に示す構成とすることに
より、各ソースドライバ13aから生成される信号の電圧の精度、および各ソースドライ
バ13bから生成される信号の電圧の精度を高めることができる。
13bに基準電圧を供給する機能を有する基準電圧生成回路16が設けられた場合を示し
ている。表示装置10を図6に示す構成とした場合であっても、各ソースドライバ13a
から生成される信号の電圧の精度、および各ソースドライバ13bから生成される信号の
電圧の精度を高めることができる。
以下では、表示装置10の表示部17に配置される画素の構成例について説明する。
+1,j)、画素11(i+2,j)、および画素11(i+3,j)を含む回路図を示
している。
れゲート線に対応する。例えば、図7に示す場合では、配線S1は配線SL1(j)に対
応し、配線S2は配線SL2(j)に対応し、配線S3は配線SL3(j)に対応し、配
線S4は配線SL4(j)に対応する。また、図7に示す場合では、配線G1は配線GL
(i)に対応し、配線G2は配線GL(i+1)に対応し、配線G3は配線GL(i+2
)に対応し、配線G4は配線GL(i+3)に対応する。
S1が電気的に接続され、画素11(i,j)が有するトランジスタ30のゲートには、
配線G1が電気的に接続される。画素11(i+1,j)が有するトランジスタ30のソ
ースまたはドレインの一方には、配線S2が電気的に接続され、画素11(i+1,j)
が有するトランジスタ30のゲートには、配線G2が電気的に接続される。画素11(i
+2,j)が有するトランジスタ30のソースまたはドレインの一方には、配線S3が電
気的に接続され、画素11(i+2,j)が有するトランジスタ30のゲートには、配線
G3が電気的に接続される。画素11(i+3,j)が有するトランジスタ30のソース
またはドレインの一方には、配線S4が電気的に接続され、画素11(i+3,j)が有
するトランジスタ30のゲートには、配線G4が電気的に接続される。
および液晶素子20の一方の電極(画素電極)と電気的に接続される。容量素子60の他
方の電極には、配線CSが電気的に接続され、配線CSには共通電位が供給される。
された信号の画素11への書き込みを制御する機能を有する。具体的には、トランジスタ
30をオン状態とすることにより、ソース線から供給された信号に対応する電荷を、当該
トランジスタ30と電気的に接続された容量素子60に書き込むことができる。また、ト
ランジスタ30をオフ状態とすることにより、容量素子60に書き込まれた電荷を保持す
ることができる。
できる。アモルファスシリコンを用いたトランジスタは電界効果移動度を高めることが困
難であるが、本発明の一態様の表示装置は、このようなトランジスタを用いた場合であっ
ても、4Kや8K等といった極めて高解像度とすることができる。また、画面サイズが対
角50インチ以上、対角60インチ以上、または対角70インチ以上の大型の表示装置と
することができる。
de)を含むトランジスタ(以下、OSトランジスタともいう)を用いることができる。
金属酸化物は、シリコン等の半導体よりもエネルギーギャップが大きく、OSトランジス
タは少数キャリア密度を低くすることができる。そのため、OSトランジスタがオフ状態
であるときに、OSトランジスタのソースとドレイン間を流れる電流(以下、オフ電流と
もいう)は極めて小さい。よって、トランジスタ30としてOSトランジスタを用いるこ
とにより、容量素子60に長期間電荷を保持することができる。これにより、容量素子6
0への電荷の書き込みの頻度、つまりリフレッシュ動作の頻度を減らすことができ、表示
装置10の消費電力を低減することができる。
、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)等に分類される。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、金属酸化物が増幅作用、整流作用、およ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 oxi
de semiconductor)、略してOSと呼ぶことができる。また、OS F
ET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を指す。
。また、窒素を有する金属酸化物を、金属酸窒化物(metal oxynitride
)と呼称してもよい。
)、およびCAC(Cloud-Aligned Composite)と記載する場合
がある。なお、CAACは結晶構造の一例を表し、CACは機能、または材料の構成の一
例を表す。
材料の一部では導電性の機能と、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 oxid
eを、トランジスタの活性層に用いる場合、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(On/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 oxid
e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。
電性領域、および絶縁性領域を有する。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、
およ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
matrix composite)と呼称することもできる。
例を示している。
付している。なお、以降の図でも、同一のレイヤーに設けられた構成要素には、同一のハ
ッチングを付す場合がある。
在し、列方向(縦方向)に配線S1乃至配線S4が延在している。
ランジスタ30において、配線G3上に半導体層32が設けられ、配線G3の一部がゲー
トとしての機能を有する。また、配線S3の一部がソースまたはドレインの一方としての
機能を有する。半導体層32は、配線S2と配線S3の間に位置する領域を有する。
極としての機能を有する導電層33aが、半導体層32と電気的に接続されるように設け
られる。また、画素電極としての機能を有する導電層21が設けられ、開口部38を介し
て導電層33aと導電層21が電気的に接続されている。
ランジスタ30において、配線G4上に半導体層32が設けられ、配線G4の一部がゲー
トとしての機能を有する。半導体層32は、配線S2と配線S3の間に位置する領域を有
する。
極としての機能を有する導電層33aが、半導体層32と電気的に接続されるように設け
られる。また、画素電極としての機能を有する導電層21が設けられ、開口部38を介し
て導電層33aと導電層21が電気的に接続されている。
が、半導体層32と電気的に接続されるように設けられる。導電層51は、導電層21と
同一のレイヤーに形成される導電層52と、開口部71を介して電気的に接続されている
。導電層52は、配線G4と同一のレイヤーに形成される導電層53と、開口部72を介
して電気的に接続されている。導電層53は、導電層21と同一のレイヤーに形成される
導電層54と、開口部73を介して電気的に接続されている。導電層54は、配線S4と
、開口部74を介して電気的に接続されている。
一方としての機能を有する導電層51は、導電層52、導電層53、および導電層54を
介して配線S4と電気的に接続されている。画素11(i+3,j)を図8(A)に示す
構成とする場合、導電層51、配線S3、および配線S4は同一のレイヤーに設けられ、
導電層53は配線S3と重なる領域を有するが、トランジスタ30のソースまたはドレイ
ンの一方が配線S3と短絡することを抑制することができる。また、導電層52および導
電層54は、画素電極としての機能を有する導電層21と同一の工程で形成することがで
き、導電層53は、配線G4と同一の工程で形成することができる。これにより、列ごと
に4本のソース線が配列した構成とした場合であっても、列ごとに1本または2本のソー
ス線が配列した構成とした場合と比較して工程数、具体的にはフォトリソグラフィ工程の
工程数が増加することを抑制することができる。つまり、フォトマスクの数が増加するこ
とを抑制することができる。これにより、表示装置の作製コストの増加を抑制することが
できる。
示している。図8(B)に示すように、配線G1および配線G2が行方向に延在している
。
機能を有する導電層51は、導電層52、導電層53、および導電層54を介して配線S
1と電気的に接続されている。それ以外の点は、画素11(i,j)の構成と画素11(
i+3,j)の構成は同様である。
ドレインの一方としての機能を有する。それ以外の点は、画素11(i+1,j)の構成
と画素11(i+2,j)の構成は同様である。
以下では、表示装置の断面構成の一例について説明する。
図9に、図8(A)中の切断線A1-A2に対応する断面の一例を示す。ここでは、表示
素子として透過型の液晶素子20を適用した場合の例を示している。図9において、基板
15側が表示面側となる。
液晶素子20は、基板14側に設けられた導電層21と、基板15側に設けられた導電層
23と、これらに挟持された液晶22と、を有する。また、液晶22と導電層21との間
に配向膜24aが設けられ、液晶22と導電層23との間に配向膜24bが設けられてい
る。
機能を有する。また導電層21と導電層23は、いずれも可視光を透過する機能を有する
。したがって、液晶素子20は、透過型の液晶素子である。
1と遮光層42を覆って絶縁層26が設けられ、絶縁層26を覆って導電層23が設けら
れている。また着色層41は、導電層21と重なる領域に設けられている。遮光層42は
、トランジスタ30および開口部38等を覆って設けられている。
が配置されている。さらに、偏光板39aよりも外側に、バックライトユニット90が設
けられている。
、画素11の選択トランジスタとしての機能を有する。トランジスタ30は、開口部38
を介して液晶素子20と電気的に接続されている。
スタである。トランジスタ30は、ゲートとしての機能を有する導電層31と、ゲート絶
縁層としての機能を有する絶縁層34と、半導体層32と、ソース領域およびドレイン領
域としての機能を有する一対の不純物半導体層35と、ソースおよびドレインとしての機
能を有する一対の導電層33aおよび導電層33bと、を有する。半導体層32の、導電
層31と重畳する部分は、チャネル形成領域としての機能を有する。不純物半導体層35
は半導体層32と接して設けられ、導電層33aおよび導電層33bは不純物半導体層3
5と接して設けられる。
線S3の一部に対応する。また、後述する導電層31a、導電層33cはそれぞれ、配線
CSの一部、配線S4の一部に対応する。
スシリコン、微結晶シリコン、または多結晶シリコン等を用いることができる。特に、ア
モルファスシリコンを用いると、大型の基板上に歩留り良く形成できるため好ましい。本
発明の一態様の表示装置は、電界効果移動度が比較的低いアモルファスシリコンが適用さ
れたトランジスタを用いた場合であっても、良好な表示が可能である。
。トランジスタがn型である場合には、一導電型を付与する不純物元素を添加した半導体
として、例えば、PまたはAsを添加したシリコンが挙げられる。または、トランジスタ
がp型である場合には、一導電型を付与する不純物元素として、例えばBを添加すること
も可能であるが、トランジスタはn型とすることが好ましい。なお、不純物半導体層35
は、非晶質半導体により形成してもよいし、微結晶半導体などの結晶性半導体により形成
してもよい。
また、導電層31上には、絶縁層34を介して導電層33cが設けられている。
。画素電極としての機能を有する導電層21は絶縁層81上に設けられている。また、絶
縁層81および絶縁層82に設けられた開口部38を介して、導電層21と導電層33a
が電気的に接続されている。絶縁層81は、平坦化層としての機能を有することが好まし
い。また絶縁層82は、トランジスタ30等へ不純物等が拡散することを抑制する保護膜
としての機能を有することが好ましい。例えば、絶縁層82に無機絶縁材料を用い、絶縁
層81に有機絶縁材料を用いることができる。
がある。
図10に、図8(A)中の切断線B1-B2に対応する断面の一例を示す。図10に示す
トランジスタ30は、ゲートとしての機能を有する導電層31と、ゲート絶縁層としての
機能を有する絶縁層34と、半導体層32と、ソース領域およびドレイン領域としての機
能を有する一対の不純物半導体層35と、ソースおよびドレインとしての機能を有する一
対の導電層33aおよび導電層51と、を有する。半導体層32の、導電層31と重畳す
る部分は、チャネル形成領域としての機能を有する。不純物半導体層35は半導体層32
と接して設けられ、導電層33aおよび導電層51は不純物半導体層35と接して設けら
れる。
場合と同様に、導電層31a、導電層33b、導電層33cはそれぞれ、配線CSの一部
、配線S3の一部、および配線S4の一部に対応する。また、導電層33bは、絶縁層3
4を介して導電層53と重なる領域を有するように設けられている。
電層51と導電層52が電気的に接続されている。絶縁層81、絶縁層82、および絶縁
層34に設けられた開口部72を介して、導電層52と導電層53が電気的に接続されて
いる。絶縁層81、絶縁層82、および絶縁層34に設けられた開口部73を介して、導
電層53と導電層54が電気的に接続されている。絶縁層81および絶縁層82に設けら
れた開口部74を介して、導電層54と導電層33cが電気的に接続されている。つまり
、前述のように、導電層52、導電層53、および導電層54を介して、トランジスタ3
0のソースまたはドレインの一方としての機能を有する導電層51と、配線S4の一部に
対応する導電層33cと、が電気的に接続されている。また、開口部72と開口部73は
、導電層33bを挟んで形成されている。以上により、トランジスタ30のソースまたは
ドレインの一方としての機能を有する導電層51が、配線S3の一部に対応する導電層3
3bと短絡することが抑制されている。なお、図10に示すように、導電層52および導
電層54は、導電層21と同一のレイヤーに形成されており、導電層53は、導電層31
および導電層31aと同一のレイヤーに形成されている。
り、例えば導電層21、導電層52、および導電層54は、それぞれ同一の材料を有する
ことができる。また、例えば導電層31、導電層31a、および導電層53は、それぞれ
同一の材料を有することができる。
図11に、図10に示す構成の変形例を示す。図11では、着色層41を基板14側に設
けた場合の例を示している。これにより、基板15側の構成を簡略化することができる。
よい。これにより、表示装置10の作製工程数を低減することができ、表示装置10の作
製コストを低減することができる。
図12に、図10に示す構成の変形例を示す。図12では、導電層52、導電層53、導
電層54、開口部72、および開口部73を省略した場合の例を示している。この場合、
導電層51と導電層33cは、導電層21と同一のレイヤーに形成された導電層55を介
して電気的に接続されている。具体的には、開口部71を介して導電層51と導電層55
が電気的に接続され、開口部74を介して導電層33cと導電層55が電気的に接続され
ている。図12に示す構成を用いる場合にも、導電層51と導電層33bが短絡すること
を抑制することができる。
図13に、図9に示す構成の変形例を、図14に、図10に示す構成の変形例を、図15
に、図11に示す構成の変形例を、図16に、図12に示す構成の変形例をそれぞれ示す
。図13乃至図16に示す構成は、不純物半導体層35を有しない点が、図9乃至図12
に示す構成と異なる。
ことが好ましい。半導体層32に金属酸化物を含む半導体を用いる、つまりトランジスタ
30をOSトランジスタとすることで、前述のように、ソース線から供給された信号に対
応する電荷を、容量素子60に長期間保持することができる。これにより、容量素子60
への電荷の書き込みの頻度、つまりリフレッシュ動作の頻度を減らすことができ、表示装
置10の消費電力を低減することができる。
以下では、上記に示す各構成要素について説明する。
表示パネルが有する基板には、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、有機樹脂等の材料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パネルを実現
できる。または、可撓性を有する程度に薄いガラス等を基板に用いることもできる。また
は、ガラスと樹脂材料とが接着層により貼り合わされた複合材料を用いてもよい。
トランジスタは、ゲートとしての機能を有する導電層と、半導体層と、ソースとしての機
能を有する導電層と、ドレインとしての機能を有する導電層と、ゲート絶縁層としての機
能を有する絶縁層と、を有する。
ば、プレーナ型のトランジスタとしてもよいし、スタガ型のトランジスタとしてもよいし
、逆スタガ型のトランジスタとしてもよい。また、トップゲート型またはボトムゲート型
のいずれのトランジスタ構造としてもよい。または、チャネルの上下にゲートが設けられ
ていてもよい。
トランジスタに用いる半導体層の結晶性は特に限定されず、非晶質半導体、結晶性を有す
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。
用いることができる。トランジスタの半導体層としてシリコンを用いる場合、シリコンと
して、特にアモルファスシリコンを用いることが好ましい。アモルファスシリコンを用い
ることで、大型の基板上に歩留り良くトランジスタを形成できるため、本発明の一態様の
表示装置の量産性を高めることができる。
用いることもできる。特に、多結晶シリコンは、単結晶シリコンに比べて低温で形成でき
、かつアモルファスシリコンに比べて高い電界効果移動度と高い信頼性を備える。
好ましい。またこのときアモルファスシリコンを用いることで、多結晶シリコンよりも低
温で形成できるため、半導体層よりも下層の配線や電極の材料、基板の材料として、耐熱
性の低い材料を用いることが可能なため、材料の選択の幅を広げることができる。例えば
、極めて大面積のガラス基板等を好適に用いることができる。一方、トップゲート型のト
ランジスタは、自己整合的に不純物領域を形成しやすいため、特性のばらつき等を低減す
ることができるため好ましい。このとき特に、多結晶シリコンや単結晶シリコン等を用い
る場合に適している場合がある。
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金属酸化物等を適用で
きる。
コンよりもバンドギャップが広く、か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を低減できるため好ましい。
フ電流により、トランジスタと直列に接続された容量に蓄積した電荷を長期間に亘って保
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、各表示部に
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。
ウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、セリウム、スズ、ネオジ
ムまたはハフニウム等の金属)を含むIn-M-Zn系酸化物で表記される膜を含むこと
が好ましい。また、該半導体層を用いたトランジスタの電気特性のばらつきを減らすため
、それらと共に、スタビライザーを含むことが好ましい。
ウム、アルミニウム、またはジルコニウム等がある。また、他のスタビライザーとしては
、ランタノイドである、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユ
ウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツ
リウム、イッテルビウム、ルテチウム等がある。
-Zn系酸化物、In-Sn-Zn系酸化物、In-Hf-Zn系酸化物、In-La-
Zn系酸化物、In-Ce-Zn系酸化物、In-Pr-Zn系酸化物、In-Nd-Z
n系酸化物、In-Sm-Zn系酸化物、In-Eu-Zn系酸化物、In-Gd-Zn
系酸化物、In-Tb-Zn系酸化物、In-Dy-Zn系酸化物、In-Ho-Zn系
酸化物、In-Er-Zn系酸化物、In-Tm-Zn系酸化物、In-Yb-Zn系酸
化物、In-Lu-Zn系酸化物、In-Sn-Ga-Zn系酸化物、In-Hf-Ga
-Zn系酸化物、In-Al-Ga-Zn系酸化物、In-Sn-Al-Zn系酸化物、
In-Sn-Hf-Zn系酸化物、In-Hf-Al-Zn系酸化物を用いることができ
る。
有する酸化物という意味であり、InとGaとZnの原子数比は問わない。例えば、原子
数比はIn:Ga:Zn=1:1:1としてもよいし、In:Ga:Zn=2:2:1と
してもよいし、In:Ga:Zn=3:1:2としてもよいし、In:Ga:Zn=4:
2:3としてもよいし、In:Ga:Zn=5:1:6としてもよいし、これらの値の近
傍としてもよい。また、InとGaとZn以外の金属元素が入っていてもよい。
体層と導電層を同一の金属元素とすることで、製造コスト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。また半導体層と導電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、半導体層と導電層は、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、トランジスタおよび容量素子の作製工程中に
、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。
eV以上、より好ましくは3eV以上であることが好ましい。このように、エネルギーギ
ャップの広い金属酸化物を用いることで、トランジスタのオフ電流を低減することができ
る。
成膜するために用いるスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比は、In≧Mを満
たすことが好ましい。このようなスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比として
、In:M:Zn=1:1:1、In:M:Zn=1:1:1.2、In:M:Zn=3
:1:2、4:2:4.1、In:M:Zn=2:1:3、In:M:Zn=3:1:2
、In:M:Zn=5:1:6、In:M:Zn=5:1:7、In:M:Zn=5:1
:8、In:M:Zn=6:1:6、In:M:Zn=5:2:5等が好ましい。なお、
成膜される半導体層に含まれる金属元素の原子数比はそれぞれ、誤差として上記のスパッ
タリングターゲットに含まれる金属元素の原子数比のプラスマイナス40%の変動を含む
。
xideであることが好ましい。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。
層は、キャリア密度が1×1017/cm3以下、好ましくは1×1015/cm3以下
、さらに好ましくは1×1013/cm3以下、より好ましくは1×1011/cm3以
下、さらに好ましくは1×1010/cm3未満であり、1×10-9/cm3以上の金
属酸化物を用いることができる。このような半導体層は、不純物濃度が低く、欠陥準位密
度が低いため、安定な特性を有する。なお、半導体層が金属酸化物である場合、不純物と
して、例えば水または水素等が挙げられる。
な金属酸化物、または実質的に高純度真性な金属酸化物と呼ぶ場合がある。
ャリア密度を低くすることができる。したがって、該金属酸化物を有するトランジスタは
、しきい値電圧がマイナスとなる電気特性(ノーマリーオンともいう)になることが少な
い。また、高純度真性または実質的に高純度真性である金属酸化物は、欠陥準位密度が低
いため、トラップ準位密度も低くなる場合がある。また、高純度真性または実質的に高純
度真性である金属酸化物を有するトランジスタは、オフ電流が著しく小さく、チャネル幅
Wが1×106μmでチャネル長Lが10μmの素子であっても、ソースとドレイン間の
電圧(ドレイン電圧)が1Vから10Vの範囲において、オフ電流が、半導体パラメータ
アナライザの測定限界以下、すなわち1×10-13A以下という特性を得ることができ
る。
の半導体特性および電気特性(電界効果移動度、しきい値電圧等)に応じて適切な組成の
材料を用いればよい。また、必要とするトランジスタの半導体特性を得るために、半導体
層のキャリア密度や不純物濃度、欠陥密度、金属元素と酸素の原子数比、原子間距離、密
度等を適切な値とすることが好ましい。
まれると、半導体層において酸素欠損が増加し、n型化してしまう場合がある。このため
、半導体層におけるシリコンや炭素の濃度(二次イオン質量分析法により得られる濃度)
を、2×1018atoms/cm3以下、好ましくは2×1017atoms/cm3
以下とすることが好ましい。
する場合があり、トランジスタのオフ電流が増大してしまうことがある。このため半導体
層における二次イオン質量分析法により得られるアルカリ金属またはアルカリ土類金属の
濃度を、1×1018atoms/cm3以下、好ましくは2×1016atoms/c
m3以下にすることが好ましい。
、微結晶構造、または非晶質構造を含む。非単結晶構造において、非晶質構造は最も欠陥
準位密度が高い。
たは、非晶質構造の酸化物膜は、例えば、完全な非晶質構造であり、結晶部を有さない。
造の領域のうち、二種以上を有する混合膜であってもよい。混合膜は、例えば上述した領
域のうち、いずれか二種以上の領域を含む単層構造、または積層構造を有する場合がある
。
トランジスタのゲート、ソースおよびドレインのほか、表示装置を構成する各種配線およ
び電極等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
ステン等の金属、またはこれを主成分とする合金等が挙げられる。またこれらの材料を含
む膜を単層で、または積層構造として用いることができる。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等の酸化物を用いてもよい。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。
線および電極等の導電層に用いることのできる、透光性を有する導電性材料としては、酸
化インジウム、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛、ガリウムを添加
した酸化亜鉛等の導電性酸化物またはグラフェンを用いることができる。または、金、銀
、白金、マグネシウム、ニッケル、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、
銅、パラジウム、またはチタン等の金属材料や、該金属材料を含む合金材料を用いること
ができる。または、該金属材料の窒化物(例えば、窒化チタン)等を用いてもよい。なお
、金属材料または合金材料(またはそれらの窒化物)を用いる場合には、透光性を有する
程度に薄くすればよい。また、上記材料の積層膜を導電層として用いることができる。例
えば、銀とマグネシウムの合金とインジウムスズ酸化物の積層膜等を用いると、導電性を
高めることができるため好ましい。これらは、表示装置を構成する各種配線および電極等
の導電層や、表示素子が有する導電層(画素電極や共通電極としての機能を有する導電層
)にも用いることができる。
各絶縁層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、エポキシ等の樹脂
、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、酸化アルミニウム等の無機絶縁材料を用いることもできる。
化学量論的組成よりも過剰に酸素を含有する領域(過剰酸素領域)を有することが好まし
い。例えば、半導体層32と接する領域を有する絶縁層34および絶縁層82は、過剰酸
素領域を有することが好ましい。これにより、絶縁層34および絶縁層82から半導体層
32に酸素を供給することができる。半導体層32が金属酸化物を含む場合、当該金属酸
化物中に酸素欠損が形成されると、当該酸素欠損に水素等の不純物が入ることにより、キ
ャリアである電子が生成される場合がある。これにより、トランジスタの電気特性が劣化
する場合がある。半導体層と接する領域を有する絶縁層が過剰酸素領域を有する場合、絶
縁層から半導体層へ酸素を供給することができ、酸素欠損を補填することができる。これ
により、トランジスタの電気特性の劣化を抑制することができる。なお、絶縁層に過剰酸
素領域を設けるには、例えば、酸素雰囲気下で絶縁層を形成すればよい。または、成膜後
の絶縁層を酸素雰囲気下で熱処理すればよい。
液晶素子としては、例えば垂直配向(VA:Vertical Alignment)モ
ードが適用された液晶素子を用いることができる。垂直配向モードとしては、MVA(M
ulti-Domain Vertical Alignment)モード、PVA(P
atterned Vertical Alignment)モード、ASV(Adva
nced Super View)モード等を用いることができる。
VAモードのほかに、TN(Twisted Nematic)モード、IPS(In-
Plane-Switching)モード、FFS(Fringe Field Swi
tching)モード、ASM(Axially Symmetric aligned
Micro-cell)モード、OCB(Optically Compensate
d Birefringence)モード、FLC(Ferroelectric Li
quid Crystal)モード、AFLC(AntiFerroelectric
Liquid Crystal)モード、ECB(Electrically Cont
rolled Birefringence)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。
である。なお、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。なお、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)、高分子ネット
ワーク型液晶(PNLC:Polymer Network Liquid Cryst
al)、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。
適用するモードや設計に応じて最適な液晶材料を用いればよい。
用する場合、配向膜を用いないブルー相を示す液晶を用いてもよい。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
を改善するために数重量%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
である。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や破損を軽減することができる。
子等がある。
を設ける。また偏光板よりも外側に、バックライトを設ける。バックライトとしては、直
下型のバックライトであってもよいし、エッジライト型のバックライトであってもよい。
LED(Light Emitting Diode)を有する直下型のバックライトを
用いると、ローカルディミングが容易となり、コントラストを高めることができるため好
ましい。また、エッジライト型のバックライトを用いると、バックライトを含めたモジュ
ールの厚さを低減できるため好ましい。
とができる。
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
れた樹脂材料等が挙げられる。
遮光層として用いることのできる材料としては、カーボンブラック、チタンブラック、金
属、金属酸化物、複数の金属酸化物の固溶体を含む複合酸化物等が挙げられる。遮光層は
、樹脂材料を含む膜であってもよいし、金属等の無機材料の薄膜であってもよい。また、
遮光層に、着色層の材料を含む膜の積層膜を用いることもできる。例えば、ある色の光を
透過する着色層に用いる材料を含む膜と、他の色の光を透過する着色層に用いる材料を含
む膜との積層構造を用いることができる。着色層と遮光層とを同じ材料で形成することで
、同じ装置を用いることができるほか工程を簡略化できるため好ましい。
以下では、表示装置10の作製方法例について説明する。
法、化学気相堆積(CVD:Chemical Vapor Deposition)法
、真空蒸着法、パルスレーザ堆積(PLD:Pulsed Laser Deposit
ion)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(PE
CVD)法および熱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
ット印刷等の方法、またはドクターナイフ、スリットコート、ロールコート、カーテンコ
ート、ナイフコートにより形成することができる。
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等により薄膜を加工してもよい。
長365nm)、g線(波長436nm)、h線(波長405nm)、およびこれらを混
合させた光が挙げられる。そのほか、紫外光、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)およびX
線等が挙げられる。また、露光には、光ではなく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、電子ビーム等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。
等を用いることができる。
図10に示す構成の、画素11(i+3,j)等の作製方法の一例を図17乃至図19に
示す。表示装置10の作製の際は、まず、基板14上に導電層を成膜する。次に、フォト
リソグラフィ法等によりパターニングを行い、エッチング法等により当該導電層を加工す
ることにより、導電層31、導電層31a、および導電層53を形成する(図17(A)
)。前述のように、導電層31は配線G3の一部に対応し、導電層31aは配線CSの一
部に対応する。
ランジスタのゲート絶縁層としての機能を有する。
ンを用いる場合、モノシラン等を原料としてCVD法等により成膜することができる。こ
れにより、半導体層に含まれるシリコンの未結合手(ダングリングボンド)を水素により
終端させ、熱力学的に安定化することができる。このように、水素を含んだアモルファス
シリコンを水素化アモルファスシリコンと呼ぶ。
純物半導体層として例えば水素化アモルファスシリコンを用いる場合、トランジスタをn
型とする際は、モノシラン等の原料中にホスフィンまたはアルシン等を添加して、CVD
法等により成膜することができる。また、トランジスタをp型とする際は、モノシラン等
の原料中にジボラン等を添加して、CVD法等により不純物半導体層を成膜することがで
きる。
ング法等により加工することにより、半導体層32および不純物半導体層35を形成する
(図17(B))。
ソグラフィ法等によりパターニングを行い、エッチング法等により当該導電層を加工する
ことにより、導電層51、導電層33a、導電層33b、および導電層33cを形成する
(図17(C))。前述のように、導電層51はトランジスタ30のソースまたはドレイ
ンの一方として機能し、導電層33aはトランジスタ30のソースまたはドレインの他方
、および容量素子60の一方の電極としての機能を有する。また、導電層33bは配線S
3の一部に対応し、導電層33cは配線S4の一部に対応する。また、導電層33bは、
導電層53と重なる領域を有するように形成される。
機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishment)
法等により、絶縁層81に対して平坦化処理を行う。
り絶縁層81および絶縁層82を加工することにより、導電層51に達する開口部71、
導電層33aに達する開口部38、および導電層33cに達する開口部74を形成する。
また、エッチング法等により絶縁層81、絶縁層82、および絶縁層34を加工すること
により、導電層53に達する開口部72および開口部73を、導電層33bを挟むように
形成する(図18(A))。以上により、開口部38、および開口部71乃至開口部74
が形成される。
。その後、フォトリソグラフィ法等によりパターニングを行い、エッチング法等により当
該導電層を加工することにより、導電層21、導電層52、および導電層54を形成する
(図18(B))。導電層21は、開口部38を介して導電層33aと電気的に接続され
る。導電層52は、開口部71を介して導電層51と電気的に接続され、開口部72を介
して導電層53と電気的に接続される。導電層54は、開口部73を介して導電層53と
電気的に接続され、開口部74を介して導電層33cと電気的に接続される。前述のよう
に、導電層21は、表示装置10に設けられた液晶素子の画素電極としての機能を有する
。また、トランジスタ30のソースまたはドレインの一方としての機能を有する導電層5
1は、配線S4の一部に対応する導電層33cと、導電層52、導電層53、および導電
層54を介して電気的に接続されている。
着色層41、絶縁層26、導電層23、および配向膜24bを形成する(図19(B))
。着色層41は、フォトリソグラフィ法、印刷法、またはインクジェット法を用いて形成
することができる。例えばインクジェット法を用いることにより、着色層41を室温で形
成、低真空度で形成、または大型基板上に形成することができる。これにより、解像度が
4Kや8K等といった極めて高解像度の表示装置にも、着色層41を形成することができ
る。また、画面サイズが対角50インチ以上、対角60インチ以上、または対角70イン
チ以上の大型の表示装置にも着色層41を形成することができる。また、レジストマスク
を用いなくても着色層41を形成することができるため、表示装置10の作製工程数を低
減することができ、作製コストを低減することができる。
図示せず)を用いて液晶22を封止する。その後、偏光板39a、偏光板39b、および
バックライトユニット90を形成する。以上により、図10に示す構成の表示装置10を
作製することができる。
、すなわちフォトマスクのマスク枚数が少ないほど、作製コストを低くすることができる
。
成工程(図17((A))、半導体層32等の形成工程(図17(B))、導電層33a
等の形成工程(図17(C))、開口部38等の形成工程(図18(A))、および導電
層21等の形成工程(図18(B))の、計5つのフォトリソグラフィ工程を経ることで
表示装置10を作製できる。すなわち、5枚のフォトマスクにより、バックプレーン基板
を作製することができる。
0に示す構成の画素11を設けなくてもよく、例えばすべての画素11の構成を図9に示
す構成とすることができる。この場合であっても、バックプレーン基板を作製する際には
、計5つのフォトリソグラフィ工程を経る必要がある。つまり、フォトマスクは5枚必要
となる。以上より、1つの画素列あたりソース線を4本設ける構成とする場合であっても
、1つの画素列あたりソース線を1本または2本設ける場合と同じ枚数のフォトマスクで
表示装置を作製することができる。これにより、1つの画素列あたりソース線を4本設け
る構成の表示装置の作製コストが、1つの画素列あたりソース線を1本または2本設ける
構成の表示装置の作製コストより増加することを抑制することができる。
図14に示す構成の、画素11(i+3,j)等の作製方法の一例を図20乃至図22に
示す。図20(A)、(B)、(C)、図21(A)、(B)、および図22(A)、(
B)は、それぞれ図17(A)、(B)、(C)、図18(A)、(B)、および図19
(A)、(B)に対応する。図20乃至図22に示す作製方法は、図20(B)に示す工
程において不純物半導体層35を形成しない点が、先述の作製方法と異なる。
金属酸化物を用いることができる。この場合、当該半導体層は、スパッタリング法により
成膜することができる。半導体層として例えばIn-Ga-Zn系酸化物を用いる場合、
In-Ga-Zn系酸化物をターゲットに用いたスパッタリング法により半導体層を成膜
することができる。その他の工程は、図17乃至図19に示す作製方法と同様に行うこと
ができる。
ゲート線やソース線等の配線に用いることのできる導電層は、金属や合金等の低抵抗な材
料を用いると、配線抵抗を低減することができるため好ましい。また、大画面の表示装置
を作製する場合には、配線の幅を大きくすることも有効である。しかしながら、このよう
な導電層は可視光を透過しないため、透過型の液晶表示装置においては、配線自体の幅が
大きくなることや、配線数の増加に伴い、開口率の低下を招く場合がある。
に取り出すことができる。
導電層33は、その端部が逆テーパ形状を有している。導電層33は、例えば導電層33
a、導電層33b、導電層33cとみなすことができる。または、導電層33は、例えば
導電層51とみなすことができる。
面との角度を言う。テーパ角は、0度より大きく、180度未満である。また、テーパ角
が90度よりも小さい場合を順テーパ、90度よりも大きい場合を逆テーパと呼ぶ。
ニットから入射される光50の一部は、導電層33の側面で反射し、液晶22に到達する
。その結果、導電層33の側面が垂直である場合、および順テーパ形状である場合に比べ
て、光取り出し効率を高めることができる。
上120度以下、より好ましくは95度以上110度以下とすることが好ましい。
合の例を示している。導電層33に加えて導電層31も逆テーパ形状とすることで、より
効果的に光取り出し効率を高めることができる。
合わせて実施することができる。
本実施の形態では、上記実施の形態に示した表示装置等に用いることができるトランジス
タの一例について、図面を用いて説明する。
以下では、図9乃至図12等に示したトランジスタの変形例について説明する。
層37を有する。
37は、不純物半導体層35のエッチングの際に、半導体層32がエッチングにより消失
することを防ぐためのエッチングストッパとしての機能を有する。なお、図24(A)に
おいて、半導体層37が左右に分離している例を示しているが、半導体層37の一部が半
導体層32のチャネル形成領域を覆っていてもよい。
。これにより、半導体層37をLDD(Lightly Doped Drain)領域
として機能させることができ、トランジスタを駆動させたときのホットチャネル効果を抑
制することができる。
が設けられている。絶縁層84は、不純物半導体層35のエッチングの際のエッチングス
トッパとしての機能を有する。
半導体層32pは、結晶性の高い半導体膜を含む。例えば半導体層32pは、多結晶半導
体または単結晶半導体を含む。これにより、電界効果移動度の高いトランジスタとするこ
とができる。
を有する。例えば図24(D)に示すトランジスタは、半導体層32となる半導体膜に対
してレーザ光などを照射することにより、局所的に結晶化することにより形成することが
できる。これにより、電界効果移動度の高いトランジスタを実現できる。
のチャネル形成領域に、結晶性の半導体層32pを有する。
のチャネル形成領域に、結晶性の半導体層32pを有する。
以下では、図13乃至図16等に示したトランジスタの変形例について説明する。
)、(C)を用いて説明する。図25(A)はトランジスタ200aの上面図である。図
25(B)は、図25(A)に示す一点鎖線X1-X2間における切断面の断面図に相当
し、図25(C)は、図25(A)に示す一点鎖線Y1-Y2間における切断面の断面図
に相当する。なお、図25(A)において、煩雑になることを避けるため、トランジスタ
200aの構成要素の一部(ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層等)を省略して図
示している。なお、以下において、一点鎖線X1-X2方向をチャネル長方向、一点鎖線
Y1-Y2方向をチャネル幅方向と呼称する場合がある。なお、トランジスタの上面図に
おいては、以降の図面においても図25(A)と同様に、構成要素の一部を省略して図示
する場合がある。
層221上の絶縁層211と、絶縁層211上の半導体層231と、半導体層231上お
よび絶縁層211上の導電層222aと、半導体層231上および絶縁層211上の導電
層222bと、半導体層231上、導電層222a上、および導電層222b上の絶縁層
212と、絶縁層212上の導電層223と、を有する。
する場合、当該基板は実施の形態1に示した基板14と同様の材料を含む基板とすること
ができる。
様の材料を含むことができる。絶縁層211は、例えば実施の形態1に示した絶縁層34
と同様の材料を含むことができる。導電層222aおよび導電層222bは、例えば実施
の形態1に示した導電層33および導電層51と同様の材料を含むことができる。絶縁層
212は、実施の形態1に示した絶縁層82と同様の材料を含むことができる。
を含む半導体層を用いることができる。本実施の形態では、半導体層231が金属酸化物
を含む半導体層であるとして説明を行う。
35を介して、導電層221と電気的に接続される。
し、絶縁層212は、トランジスタ200aの第2のゲート絶縁層としての機能を有する
。また、トランジスタ200aにおいて、導電層221は、第1のゲートとしての機能を
有し、導電層222aは、ソースまたはドレインの一方としての機能を有し、導電層22
2bは、ソースまたはドレインの他方としての機能を有する。また、トランジスタ200
aにおいて、導電層223は、第2のゲートとしての機能を有する。
アルゲート構造を有する。
場合、トランジスタ200aは、いわゆるチャネルエッチ型のトランジスタであり、ボト
ムゲート構造を有する。
23と対向するように位置し、2つのゲートの機能を有する導電層に挟まれている。導電
層223のチャネル長方向の長さ、および導電層223のチャネル幅方向の長さは、半導
体層231のチャネル長方向の長さ、および半導体層231のチャネル幅方向の長さより
もそれぞれ長く、半導体層231の全体は、絶縁層212を介して導電層223に覆われ
ている。
けられる開口部235において接続され、かつ半導体層231の側端部よりも外側に位置
する領域を有する。
電層221および導電層223の電界によって電気的に囲むことができる。トランジスタ
200aのように、第1のゲートおよび第2のゲートの電界によって、チャネル形成領域
が形成される半導体層を、電気的に囲むトランジスタのデバイス構造をsurround
ed channel(s-channel)構造と呼ぶことができる。
有する導電層221によってチャネルを誘起させるための電界を効果的に半導体層231
に印加することができるため、トランジスタ200aの電流駆動能力が向上し、高いオン
電流特性を得ることが可能となる。また、オン電流を高くすることが可能であるため、ト
ランジスタ200aを微細化することが可能となる。また、トランジスタ200aは、半
導体層231が、第1のゲートの機能を有する導電層221および第2のゲートの機能を
有する導電層223によって囲まれた構造を有するため、トランジスタ200aの機械的
強度を高めることができる。
能力が高いので、トランジスタ200aを駆動回路、代表的にはゲートドライバに用いる
ことで、額縁幅の狭い(狭額縁ともいう)表示装置を提供することができる。
、(B)、(C)を用いて説明する。図26(A)はトランジスタ200bの上面図であ
る。図26(B)は、図26(A)に示す一点鎖線X1-X2間における切断面の断面図
に相当し、図26(C)は、図26(A)に示す一点鎖線Y1-Y2間における切断面の
断面図に相当する。
縁層212が積層構造である点において、トランジスタ200aと異なる。
層212aと、絶縁層212a上の絶縁層212bを有する。絶縁層212は、半導体層
231に酸素を供給する機能を有する。すなわち、絶縁層212は、酸素を有する。また
、絶縁層212aは、酸素を透過することのできる絶縁層である。なお、絶縁層212a
は、後に形成する絶縁層212bを形成する際の、半導体層231へのダメージ緩和膜と
しても機能する。
nm以下の酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜等を用いることができる。
り、シリコンのダングリングボンドに由来するg=2.001に現れる信号のスピン密度
が3×1017spins/cm3以下であることが好ましい。これは、絶縁層212a
に含まれる欠陥の密度が多いと、該欠陥に酸素が結合してしまい、絶縁層212aにおけ
る酸素の透過性が減少してしまうためである。
12aの外部に移動せずに、酸素が絶縁層212aにとどまる場合もある。また、絶縁層
212aに酸素が入ると共に、絶縁層212aに含まれる酸素が絶縁層212aの外部へ
移動することで、絶縁層212aにおいて酸素の移動が生じる場合もある。絶縁層212
aとして酸素を透過することができる酸化物絶縁層を形成すると、絶縁層212a上に設
けられる、絶縁層212bから脱離する酸素を、絶縁層212aを介して半導体層231
に移動させることができる。
いることができる。なお、当該窒素酸化物に起因する準位密度は、金属酸化物の価電子帯
の上端のエネルギーと金属酸化物の伝導帯の下端のエネルギーの間に形成され得る場合が
ある。上記酸化物絶縁層として、窒素酸化物の放出量が少ない酸化窒化シリコン膜、また
は窒素酸化物の放出量が少ない酸化窒化アルミニウム膜等を用いることができる。
:Thermal Desorption Spectroscopy)において、窒素
酸化物の放出量よりアンモニアの放出量が多い膜であり、代表的にはアンモニアの放出量
が1×1018/cm3以上5×1019/cm3以下である。なお、アンモニアの放出
量は、膜の表面温度が50℃以上650℃以下、好ましくは50℃以上550℃以下の加
熱処理による放出量とする。
はNO2またはNOは、絶縁層212a等に準位を形成する。当該準位は、半導体層23
1のエネルギーギャップ内に位置する。そのため、窒素酸化物が、絶縁層212aおよび
半導体層231の界面に拡散すると、当該準位が絶縁層212a側において電子をトラッ
プする場合がある。この結果、トラップされた電子が、絶縁層212aおよび半導体層2
31界面近傍に留まるため、トランジスタのしきい値電圧をプラス方向にシフトさせてし
まう。
aに含まれる窒素酸化物は、加熱処理において、絶縁層212bに含まれるアンモニアと
反応するため、絶縁層212aに含まれる窒素酸化物が低減される。このため、絶縁層2
12aおよび半導体層231の界面において、電子がトラップされにくい。
のシフトを低減することが可能であり、トランジスタの電気特性の変動を低減することが
できる。
cm3以下である。
VD法を用いて、上記酸化物絶縁層を形成することで、緻密であり、かつ硬度の高い膜を
形成することができる。
ある。上記の酸化物絶縁層は、加熱により酸素の一部が脱離する。なお、TDSにおいて
、上記の酸化物絶縁層は、酸素の放出量が1.0×1019atoms/cm3以上、好
ましくは3.0×1020atoms/cm3以上の領域を有する。また、上記の酸素の
放出量は、TDSにおける加熱処理の温度が50℃以上650℃以下、または50℃以上
550℃以下の範囲での総量である。また、上記の酸素の放出量は、TDSにおける酸素
原子に換算しての総量である。
400nm以下の、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜等を用いることができる。
り、シリコンのダングリングボンドに由来するg=2.001に現れる信号のスピン密度
が1.5×1018spins/cm3未満、さらには1×1018spins/cm3
以下であることが好ましい。なお、絶縁層212bは、絶縁層212aと比較して半導体
層231から離れているため、絶縁層212aより、欠陥密度が多くともよい。
め、絶縁層212aと絶縁層212bの界面が明確に確認できない場合がある。したがっ
て、本実施の形態においては、絶縁層212aと絶縁層212bの界面は、破線で図示し
ている。なお、本実施の形態においては、絶縁層212aと絶縁層212bの2層構造に
ついて説明したが、これに限定されず、例えば、絶縁層212aの単層構造、あるいは3
層以上の積層構造としてもよい。
1と、半導体層231_1上の半導体層231_2と、を有する。なお、半導体層231
_1および半導体層231_2は、それぞれ同じ元素を有する。例えば、半導体層231
_1および半導体層231_2は、上述の半導体層231が有する元素を有することが好
ましい。
が大きい領域を有すると好ましい。一例としては、半導体層231_1および半導体層2
31_2のIn、M、およびZnの原子数の比を、In:M:Zn=4:2:3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以下であることを意味する。または、半導体層231_1
および半導体層231_2のIn、M、およびZnの原子数の比を、In:M:Zn=5
:1:6またはその近傍とすると好ましい。このように、半導体層231_1および半導
体層231_2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、製造コストを抑制することが可能である。また、同じスパッタリングター
ゲットを用いる場合、同一チャンバーにて真空中で連続して半導体層231_1および半
導体層231_2を成膜することができるため、半導体層231_1と半導体層231_
2との界面に不純物が取り込まれるのを抑制することができる。
てもよい。なお、半導体層231_1および半導体層231_2の結晶性は、例えば、X
線回折(XRD:X-Ray Diffraction)を用いて分析する、あるいは、
透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Micro
scope)を用いて分析することで解析できる。
1よりも結晶性の高い半導体層231_2にも過剰酸素を拡散させることができる。この
ように、結晶構造が異なる半導体層の積層構造とし、結晶性の低い領域を過剰酸素の拡散
経路とすることで、信頼性の高いトランジスタを提供することができる。
より、半導体層231に混入しうる不純物を抑制することができる。特に、半導体層23
1_2の結晶性を高めることで、導電層222aおよび導電層222bを形成する際のダ
メージを抑制することができる。半導体層231の表面、すなわち半導体層231_2の
表面は、導電層222aおよび導電層222bを形成する際のエッチャントまたはエッチ
ングガスに曝される。しかしながら、半導体層231_2は、結晶性が高い領域を有する
場合、結晶性が低い半導体層231_1と比較してエッチング耐性に優れる。したがって
、半導体層231_2は、エッチングストッパとしての機能を有する。
で、キャリア密度が高くなる場合がある。
対してフェルミ準位が相対的に高くなる場合がある。これにより、半導体層231_1の
伝導帯の下端が低くなり、半導体層231_1の伝導帯下端と、ゲート絶縁層(ここでは
、絶縁層211)中に形成されうるトラップ準位とのエネルギー差が大きくなる場合があ
る。該エネルギー差が大きくなることにより、ゲート絶縁層中にトラップされる電荷が少
なくなり、トランジスタのしきい値電圧の変動を小さくできる場合がある。また、半導体
層231_1のキャリア密度が高くなると、半導体層231の電界効果移動度を高めるこ
とができる。
したが、これに限定されず、3層以上積層する構成にしてもよい。
a_1上の導電層222a_2と、導電層222a_2上の導電層222a_3と、を有
する。また、トランジスタ200bが有する導電層222bは、導電層222b_1と、
導電層222b_1上の導電層222b_2と、導電層222b_2上の導電層222b
_3と、を有する。
222b_3としては、チタン、タングステン、タンタル、モリブデン、インジウム、ガ
リウム、錫、および亜鉛の中から選ばれるいずれか一つまたは複数を有することが好まし
い。また、導電層222a_2および導電層222b_2としては、銅、アルミニウム、
および銀の中から選ばれるいずれか一つまたは複数を有することが好ましい。
び導電層222b_3にIn-Sn酸化物またはIn-Zn酸化物を用い、導電層222
a_2および導電層222b_2に銅を用いることができる。
域を有し、導電層222a_3は、導電層222a_2の上面および側面を覆い、かつ導
電層222a_1と接する領域を有する。また、導電層222b_1の端部は、導電層2
22b_2の端部よりも外側に位置する領域を有し、導電層222b_3は、導電層22
2b_2の上面および側面を覆い、かつ導電層222b_1と接する領域を有する。
半導体層231への銅の拡散を抑制できるため好ましい。
、(B)、(C)を用いて説明する。図27(A)はトランジスタ200cの上面図であ
る。図27(B)は、図27(A)に示す一点鎖線X1-X2間における切断面の断面図
に相当し、図27(C)は、図27(A)に示す一点鎖線Y1-Y2間における切断面の
断面図に相当する。
層224上の絶縁層211と、絶縁層211上の半導体層231と、半導体層231上お
よび絶縁層211上の絶縁層216と、半導体層231上および絶縁層216上の導電層
222aと、半導体層231上および絶縁層216上の導電層222bと、絶縁層216
、導電層222a、および導電層222b上の絶縁層212と、絶縁層212上の導電層
223と、を有する。
スタ200cの第1のゲートとしての機能を有する導電層221は、開口部235を介し
て、トランジスタ200cの第2のゲートとしての機能を有する導電層223と電気的に
接続される。また、絶縁層216は、開口部238aおよび開口部238bを有する。ト
ランジスタ200cのソースまたはドレインの一方としての機能を有する導電層222a
は、開口部238aを介して、半導体層231と電気的に接続される。トランジスタ20
0cのソースまたはドレインの他方としての機能を有する導電層222bは、開口部23
8bを介して、半導体層231と電気的に接続される。
216を有しない場合、エッチング法等により導電層222aおよび導電層222bを形
成する際に、半導体層231のチャネル形成領域にダメージが与えられる場合がある。こ
れにより、トランジスタの電気特性が不安定となる場合がある。絶縁層216を形成し、
開口部238aおよび開口部238bを設けた後に導電層を成膜し、当該導電層をエッチ
ング法等により加工して導電層222aおよび導電層222bを形成することにより、半
導体層231のチャネル形成領域へのダメージを抑制することができる。これにより、ト
ランジスタの電気特性を安定化させ、信頼性の高いトランジスタを実現できる。
有することで、半導体層231のチャネル形成領域に酸素を供給することができる。よっ
て、当該チャネル形成領域に形成され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、信頼性の高い表示装置を提供することができる。
加することが好ましい。具体的には、酸素欠損を形成する元素、または酸素欠損と結合す
る元素を添加すると好ましい。これにより、詳細は後述するが、半導体層231の、導電
層222aと重なる領域(ソース領域またはドレイン領域の一方)、および導電層222
bと重なる領域(ソース領域またはドレイン領域の他方)の導電性を高くすることができ
る。これにより、トランジスタ200cの電流駆動能力が向上し、高いオン電流特性を得
ることが可能となる。
ルゲート構造を有する。
-channel構造をとる。このような構成を有することで、トランジスタ200cに
含まれる半導体層231を、導電層221および導電層223の電界によって電気的に取
り囲むことができる。
電層223によってチャネルを誘起させるための電界を効果的に半導体層231に印加す
ることができる。これにより、トランジスタ200cの電流駆動能力が向上し、高いオン
電流特性を得ることが可能となる。また、オン電流を高くすることが可能であるため、ト
ランジスタ200cを微細化することが可能となる。また、トランジスタ200cは、半
導体層231が、導電層221、および導電層223によって取り囲まれた構造を有する
ため、トランジスタ200cの機械的強度を高めることができる。
場合、トランジスタ200cは、いわゆるチャネル保護型のトランジスタであり、ボトム
ゲート構造を有する。
いて説明する。
トランジスタ200eの断面図である。なお、トランジスタ200dは、先に示すトラン
ジスタ200bの変形例であり、トランジスタ200eは、先に示すトランジスタ200
cの変形例である。したがって、図28(A)、(B)、(C)、(D)において、トラ
ンジスタ200bおよびトランジスタ200cと同様の機能を有する部分については、同
様の符号を付し、詳細な説明を省略する。
B)はトランジスタ200dのチャネル幅方向の断面図である。また、図28(C)はト
ランジスタ200eのチャネル長方向の断面図であり、図28(D)はトランジスタ20
0eのチャネル幅方向の断面図である。
導電層223、および開口部235が設けられない。また、トランジスタ200dは、ト
ランジスタ200bと比較し、絶縁層212、導電層222a、および導電層222bの
構成が異なる。
の絶縁層212dとを有する。絶縁層212cとしては、半導体層231に酸素を供給す
る機能と、不純物(代表的には、水、水素等)の入り込みを抑制する機能と、を有する。
絶縁層212cとしては、酸化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、または窒化酸
化アルミニウム膜を用いることができる。特に、絶縁層212cとしては、反応性スパッ
タリング法によって形成される酸化アルミニウム膜であることが好ましい。なお、反応性
スパッタリング法で酸化アルミニウム膜を形成する方法の一例としては、以下に示す方法
が挙げられる。
と、を混合したガスを導入する。続けて、スパッタリングチャンバーに配置されたアルミ
ニウムターゲットに電圧を印加することで、酸化アルミニウム膜を成膜することができる
。なお、アルミニウムターゲットに電圧を印加する電源としては、DC電源、AC電源、
またはRF電源が挙げられる。特に、DC電源を用いると生産性が向上するため好ましい
。
。絶縁層212dとしては、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜
を用いることができる。特に、絶縁層212dとして、PECVD法によって形成される
窒化シリコン膜を用いることが好ましい。PECVD法によって形成される窒化シリコン
膜は、高い膜密度を得られやすいため好ましい。なお、PECVD法によって形成される
窒化シリコン膜は、膜中の水素濃度が高い場合がある。
ているため、絶縁層212dに含まれる水素は、半導体層231側に拡散しない、または
拡散し難い。
を有するトランジスタである。シングルゲート構造を有するトランジスタとすることで、
マスク枚数を低減できるため、生産性を高めることができる。
絶縁層216、および絶縁層212の構成が異なる。具体的には、トランジスタ200e
は、絶縁層216の代わりに絶縁層216aを有し、絶縁層212の代わりに絶縁層21
2dを有する。また、トランジスタ200eにおいて、半導体層231は、半導体層23
1_1と半導体層231_2を有する。
資を行わずに、既存の生産ラインを用いて製造することができる。例えば、水素化アモル
ファスシリコンの生産ラインを、酸化物半導体の生産ラインに簡易的に置き換えることが
可能となる。
、(B)、(C)を用いて説明する。図29(A)はトランジスタ200fの上面図であ
る。図29(B)は、図29(A)に示す一点鎖線X1-X2間における切断面の断面図
に相当し、図29(C)は、図29(A)に示す一点鎖線Y1-Y2間における切断面の
断面図に相当する。
221と、導電層221上および絶縁層224上の絶縁層211と、絶縁層211上の半
導体層231と、半導体層231上の絶縁層212と、絶縁層212上の導電層223と
、絶縁層211上、半導体層231上、および導電層223上の絶縁層215を有する。
なお、半導体層231は、導電層223と重なるチャネル形成領域231iと、絶縁層2
15と接するソース領域231sと、絶縁層215と接するドレイン領域231dと、を
有する。
およびドレイン領域231dと、が接することで、絶縁層215中の窒素または水素がソ
ース領域231sおよびドレイン領域231d中に添加される。ソース領域231sおよ
びドレイン領域231dは、窒素または水素が添加されることで、キャリア密度が高くな
る。
ス領域231sに電気的に接続される導電層222aを有してもよい。また、トランジス
タ200fは、絶縁層215に設けられた開口部236bを介してドレイン領域231d
に電気的に接続される導電層222bを有してもよい。
ト絶縁層としての機能を有する。また、絶縁層215は保護絶縁層としての機能を有する
。
とで、半導体層231が有するチャネル形成領域231i中に過剰酸素を供給することが
できる。よって、チャネル形成領域231i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、信頼性の高い表示装置を提供することができる。
される絶縁層211に過剰酸素を供給してもよい。この場合、絶縁層211中に含まれる
過剰酸素は、半導体層231が有するソース領域231s、およびドレイン領域231d
にも供給されうる。ソース領域231s、およびドレイン領域231d中に過剰酸素が供
給されると、ソース領域231s、およびドレイン領域231dの抵抗が高くなる場合が
ある。
ことで、チャネル形成領域231iにのみ選択的に過剰酸素を供給させることが可能とな
る。あるいは、チャネル形成領域231i、ソース領域231s、およびドレイン領域2
31dに過剰酸素を供給させたのち、ソース領域231sおよびドレイン領域231dの
キャリア密度を選択的に高めることで、ソース領域231s、およびドレイン領域231
dの抵抗が高くなることを抑制することができる。
ぞれ、酸素欠損を形成する元素、または酸素欠損と結合する元素を有すると好ましい。当
該酸素欠損を形成する元素、または酸素欠損と結合する元素としては、代表的には水素、
ホウ素、炭素、窒素、フッ素、リン、硫黄、塩素、チタン、希ガス元素等が挙げられる。
また、希ガス元素の代表例としては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、および
キセノン等がある。上記酸素欠損を形成する元素、または酸素欠損と結合する元素が、絶
縁層215中に1つまたは複数含まれる場合、絶縁層215からソース領域231s、お
よびドレイン領域231dに拡散する、および/または不純物添加処理によりソース領域
231s、およびドレイン領域231d中に添加される。
れ、酸素欠損が形成される。または、不純物元素が金属酸化物に添加されると、金属酸化
物中の金属元素と結合していた酸素が不純物元素と結合し、金属元素から酸素が脱離され
、酸素欠損が形成される。これらの結果、金属酸化物においてキャリア密度が増加し、導
電性が高くなる。
トとしての機能を有し、導電層222aは、ソースとしての機能を有し、導電層222b
は、ドレインとしての機能を有する。
設けられる。また、導電層221は、開口部237を介して、導電層223と電気的に接
続される。よって、導電層221と導電層223には、同じ電位が与えられる。なお、開
口部237を設けずに、導電層221と、導電層223と、に異なる電位を与えてもよい
。または、開口部237を設けずに、導電層221を遮光膜として用いてもよい。例えば
、導電層221を遮光性の材料により形成することで、チャネル形成領域231iに照射
される下方からの光を抑制することができる。
能を有する導電層221と、第2のゲートとしての機能を有する導電層223のそれぞれ
と対向するように位置し、2つのゲートとしての機能を有する導電層に挟まれている。
ランジスタ200cと同様にs-channel構造をとる。このような構成を有するこ
とで、トランジスタ200fに含まれる半導体層231を、第1のゲートとしての機能を
有する導電層221および第2のゲートとしての機能を有する導電層223の電界によっ
て電気的に取り囲むことができる。
電層223によってチャネルを誘起させるための電界を効果的に半導体層231に印加す
ることができる。これにより、トランジスタ200fの電流駆動能力が向上し、高いオン
電流特性を得ることが可能となる。また、オン電流を高くすることが可能であるため、ト
ランジスタ200fを微細化することが可能となる。また、トランジスタ200fは、半
導体層231が、導電層221、および導電層223によって取り囲まれた構造を有する
ため、トランジスタ200fの機械的強度を高めることができる。
電層223の形成方法から、TGSA(Top Gate Self Aligned)
型のFETと呼称してもよい。
を2層以上積層する構成にしてもよい。
設けられているが、これに限られることなく、絶縁層212が半導体層231を覆う構成
にすることもできる。また、導電層221を設けない構成にすることもできる。
能である。
本実施の形態では、トランジスタの半導体層に用いることのできる多結晶シリコンの結晶
化方法およびレーザ結晶化装置の一例について説明する。
該非晶質シリコン層にレーザ光を照射して結晶化することが好ましい。例えば、レーザ光
を線状ビームとし、当該線状ビームを非晶質シリコン層に照射しながら基板を移動させる
ことで、基板上の所望の領域に多結晶シリコン層を形成することができる。
てレーザ光が相対的に移動しながら複数回照射される方法であるため、レーザ光の出力変
動およびそれに起因するビームプロファイルの変化による結晶性のばらつきが生じやすい
。例えば、当該方法で結晶化させた半導体層を表示装置の画素が有するトランジスタに用
いると、結晶性のばらつきに起因したランダムな縞模様が画像を表示する際に見えること
がある。
ムの長さは、レーザ発振器の出力と光学系の構成によって制限される。したがって、大型
基板の処理では基板面内を折り返してレーザ照射することが現実的である。そのため、レ
ーザ光をオーバーラップして照射する領域が生じる。当該領域の結晶性は、他の領域の結
晶性と異なりやすいため、当該領域では表示ムラが生じることがある。
照射を行って結晶化させてもよい。局所的なレーザ照射では、結晶性のばらつきの少ない
多結晶シリコン層を形成しやすい。
説明する図である。
クロレンズアレイ823に入射する。マイクロレンズアレイ823は、レーザ光826を
集光して複数のレーザビーム827を形成する。
質シリコン層840に複数のレーザビーム827を照射することで、複数の多結晶シリコ
ン層841を同時に形成することができる。
合わせて設けることが好ましい。または、画素ピッチの整数倍の間隔で設けてもよい。い
ずれの場合においても、レーザ照射とステージ815のX方向またはY方向の移動を繰り
返すことで、全ての画素に対応した領域に多結晶シリコン層を形成することができる。
クロレンズを有するとき、まず所定の開始位置でレーザ光を照射し、M行N列の多結晶シ
リコン層841を形成することができる。そして、行方向にN列分の距離だけ移動させて
レーザ光を照射し、さらにM行N列の多結晶シリコン層841を形成することで、M行2
N列の多結晶シリコン層841を形成することができる。当該工程を繰り返し行うことで
所望の領域に複数の多結晶シリコン層841を形成することができる。また、折り返して
レーザ照射工程を行う場合は、行方向にN列分の距離だけ移動させてレーザ照射を行い、
さらに列方向にM行分の距離の移動とレーザ光の照射を繰り返せばよい。
815を一方向に移動させながらレーザ照射を行う方法でも、画素ピッチで多結晶シリコ
ン層を形成することができる。
程度の面積とすることができる。または、一つのトランジスタのチャネル形成領域全体が
含まれる程度の面積とすることができる。または、一つのトランジスタのチャネル形成領
域の一部が含まれる程度の面積とすることができる。これらは、必要とするトランジスタ
の電気特性に応じて使い分ければよい。
ム827のサイズは、一つの画素内の各トランジスタの半導体層全体が含まれる程度の面
積とすることができる。また、レーザビーム827のサイズは、複数の画素が有するトラ
ンジスタの半導体層全体が含まれる程度の面積としてもよい。
マスク824を設けてもよい。マスク824には、各マイクロレンズに対応した複数の開
口部が設けられる。当該開口部の形状はレーザビーム827の形状に反映させることがで
き、図31(A)のようにマスク824が円形の開口部を有する場合は、円形のレーザビ
ーム827を得ることができる。また、マスク824が矩形の開口部を有する場合は、矩
形のレーザビーム827を得ることができる。マスク824は、例えば、トランジスタの
チャネル形成領域のみを結晶化させたい場合などに有効である。なお、マスク824は、
図31(B)に示すように光学系ユニット821とミラー822との間に設けてもよい。
晶化装置の主要な構成を説明する斜視図である。レーザ結晶化装置は、X-Yステージの
構成要素である移動機構812、移動機構813およびステージ815を有する。また、
レーザビーム827を成形するためのレーザ発振器820、光学系ユニット821、ミラ
ー822、マイクロレンズアレイ823を有する。
移動機構812および移動機構813に動力を与える機構としては、例えば、モータで駆
動するボールネジ機構816などを用いることができる。移動機構812および移動機構
813のそれぞれの移動方向は垂直に交わるため、移動機構813に固定されるステージ
815はX方向およびY方向に自在に移動させることができる。
できる。また、ステージ815は、必要に応じて加熱機構を有していてもよい。なお、図
示はしていないが、ステージ815はプッシャーピンおよびその上下機構を有し、基板8
30などを搬出入する際は、基板830などを上下に移動させることができる。
ルスレーザが好ましいがCWレーザであってもよい。代表的には、波長351nm-35
3nm(XeF)、308nm(XeCl)などの紫外光を照射できるエキシマレーザを
用いることができる。または、固体レーザ(YAGレーザ、ファイバーレーザなど)の二
倍波(515nm、532nmなど)または三倍波(343nm、355nmなど)を用
いてもよい。また、レーザ発振器820は複数であってもよい。
を有し、レーザ発振器820から出力されるレーザ光825のエネルギーの面内分布を均
一化させつつ伸張させることができる。
が略45°となるように設置する。マイクロレンズアレイ823には、例えば、石英板の
上面または上下面に複数の凸レンズが設けられたような形状とすることができる。
層を形成することができる。
合わせて実施することができる。
以下では、本発明の一態様で開示されるトランジスタに用いることができるCAC-OS
の構成について説明する。
、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
2nm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。
び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等から選ばれた一種、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、およびZ2は0よりも大きい実数)
とする。)等と、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、およ
びZ4は0よりも大きい実数)とする。)等と、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。
合がある。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。
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、および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
シウム等から選ばれた一種、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、およ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、および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、および断面方向において、配向性を有さないnc(nano-c
rystal)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等が主成分であ
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。
等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、InX2ZnY2
OZ2、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、金属酸
化物としての導電性が発現する。従って、InX2ZnY2OZ2、またはInOX1が
主成分である領域が、金属酸化物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。
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等が主成
分である領域が、金属酸化物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。
nX2ZnY2OZ2、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)、およ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。
合わせて実施することができる。
本実施の形態では、上記実施の形態で説明した表示装置の他の構成例について説明する。
部17を有する。表示部17は、配線GLおよび配線SLと接続された複数の画素11を
有する。
g)テープ121aおよび複数のTABテープ121bが設けられている。TABテープ
121aとTABテープ121bは、表示部17を挟んで対向する位置に設けられている
。TABテープ121aには、ゲートドライバ12a等が形成された集積回路が実装され
ており、TABテープ121bには、ゲートドライバ12b等が形成された集積回路が実
装されている。ゲートドライバ12aおよびゲートドライバ12bは複数の配線GLと接
続されており、配線GLに選択信号を供給する機能を有する。
aが設けられており、複数のプリント基板131bおよび複数のTABテープ132bが
設けられている。プリント基板131aおよびTABテープ132aと、プリント基板1
31bおよびTABテープ132bとは、表示部17を挟んで対向する位置に設けられて
いる。
された信号をTABテープ132aに分配する機能を有する。プリント基板131bはそ
れぞれ複数のTABテープ132bと接続され、外部から入力された信号をTABテープ
132bに分配する機能を有する。また、TABテープ132aには、ソースドライバ1
3a等が形成された集積回路が実装されており、TABテープ132bには、ソースドラ
イバ13b等が形成された集積回路が実装されている。ソースドライバ13aおよびソー
スドライバ13bは複数の配線SLと接続されており、配線SLに信号を供給する機能を
有する。
すように複数のプリント基板131aおよび複数のプリント基板131bを設けることが
好ましい。これにより、表示装置10への画像データの入力を容易に行うことができる。
ースドライバ13bは、COG(Chip On Glass)方式、COF(Chip
On Film)方式等により、基板14上に設けることもできる。
合わせて実施することができる。
本実施の形態では、本発明の一態様の電子機器について、図面を参照して説明する。
たがって、高い解像度が実現された電子機器である。また高い解像度と、大きな画面が両
立された電子機器とすることができる。
、16K8K、またはそれ以上の解像度を有する映像を表示させることができる。また、
表示部の画面サイズとしては、対角20インチ以上、または対角30インチ以上、または
対角50インチ以上、対角60インチ以上、または対角70インチ以上とすることもでき
る。
ソナルコンピュータ、コンピュータ用等のモニタ、デジタルサイネージ(Digital
Signage:電子看板)、パチンコ機等の大型ゲーム機等の比較的大きな画面を有
する電子機器の他、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、等が挙げられる。
たは、自動車の内装もしくは外装の曲面に沿って組み込むことができる。
ことで、表示部で映像や情報等の表示を行うことができる。また、電子機器がアンテナお
よび二次電池を有する場合、アンテナを、非接触電力伝送に用いてもよい。
、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、
放射線、流量、湿度、傾度、振動、においまたは赤外線を測定する機能を含むもの)を有
していてもよい。
静止画、動画、テキスト画像等)を表示部に表示する機能、タッチパネル機能、カレンダ
ー、日付または時刻等を表示する機能、様々なソフトウェア(プログラム)を実行する機
能、無線通信機能、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す機能等
を有することができる。
01に表示部7000が組み込まれている。ここでは、スタンド7103により筐体71
01を支持した構成を示している。
レビジョン装置7100は、高解像度の画像を表示することができる。また、テレビジョ
ン装置7100は、高解像度の画像を大画面で表示することができる。
ッチや、別体のリモコン操作機7111により行うことができる。または、表示部700
0にタッチセンサを備えていてもよく、指等で表示部7000に触れることで操作しても
よい。リモコン操作機7111は、当該リモコン操作機7111から出力する情報を表示
する表示部を有していてもよい。リモコン操作機7111が有する操作キーまたはタッチ
パネルにより、チャンネルおよび音量の操作を行うことができ、表示部7000に表示さ
れる映像を操作することができる。
により一般のテレビ放送の受信を行うことができる。また、モデムを介して有線または無
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)または双
方向(送信者と受信者間、あるいは受信者間同士等)の情報通信を行うことも可能である
。
コンピュータ7200は、筐体7211、キーボード7212、ポインティングデバイス
7213、外部接続ポート7214等を有する。筐体7211に、表示部7000が組み
込まれている。
ート型パーソナルコンピュータ7200は、高解像度の画像を表示することができる。ま
た、ノート型パーソナルコンピュータ7200は、高解像度の画像を大画面で表示するこ
とができる。
看板)の一例を示す。
よびスピーカ7303等を有する。さらに、LEDランプ、操作キー(電源スイッチ、ま
たは操作スイッチを含む)、接続端子、各種センサ、マイクロフォン等を有することがで
きる。
である。デジタルサイネージ7400は、柱7401の曲面に沿って設けられた表示部7
000を有する。
ることができる。これにより、デジタルサイネージ7300およびデジタルサイネージ7
400は、高解像度の画像を表示することができる。また、デジタルサイネージ7300
およびデジタルサイネージ7400は、高解像度の画像を大画面で表示することができる
。
部7000が広いほど、人の目につきやすく、例えば、広告の宣伝効果を高めることがで
きる。
示するだけでなく、使用者が直感的に操作することができ、好ましい。また、路線情報も
しくは交通情報等の情報を提供するための用途に用いる場合には、直感的な操作によりユ
ーザビリティを高めることができる。
サイネージ7400は、ユーザが所持するスマートフォン等の情報端末機7311または
情報端末機7411と無線通信により連携可能であることが好ましい。例えば、表示部7
000に表示される広告の情報を、情報端末機7311または情報端末機7411の画面
に表示させることができる。また、情報端末機7311または情報端末機7411を操作
することで、表示部7000の表示を切り替えることができる。
311または情報端末機7411の画面を操作手段(コントローラ)としたゲームを実行
させることもできる。これにより、不特定多数のユーザが同時にゲームに参加し、楽しむ
ことができる。
合わせて実施することができる。
晶ディスプレイモジュールのデータ書き込み時間に関し、概算を行った結果について説明
する。
:H)を用いた、大型且つ高解像度のディスプレイを、本発明の一態様を適用することで
動作させることができるかどうかについて確認した。
、極めて高解像度である。また、8K4Kディスプレイに関する国際規格として、Rec
ommendation ITU-R BT.2020-2がある。この規格において、
駆動方法はプログレッシブ方式であり、フレーム周波数は最大120Hzとされている。
る場合、フレーム期間中に画像の書き換え動作が間に合わず、駆動できないことがある。
このとき、画素領域を複数(例えば4つ)に分断し、それぞれに走査線駆動回路(ゲート
ドライバともいう)および信号線駆動回路(ソースドライバともいう)を配置する構成を
適用することができる。このような構成は、複数の画素領域で同時に画像を書き換えるこ
とで、電界効果移動度の低いトランジスタを適用した場合であっても、フレーム期間中の
画像の書き換えを実現するものである。
Cおよびそれに付随する部材の増大に伴うコストの増大、配線数の増大に伴う開口率の低
下、ICを実装することによる額縁面積の増大、分割された画素領域間を同期させる回路
が別途必要であること、分割された画素領域の境界部が視認されてしまうことによる視認
性の低下などが懸念される。また、入力される画像データを分割するための画像処理など
が必要となり、高速且つ大規模な画像処理回路が必要となることが懸念される。
る構成に加えて、2本または4本のゲート線に同時に選択信号を供給し、列方向に隣接す
る2つまたは4つの画素が同時に選択される構成を検討した。同時に選択される2つまた
は4つの画素は、それぞれ異なるソース線と接続される。すなわち列ごとに2本または4
本のソース線が配列される。本実施例では、これらの構成における画素レイアウトを用い
て、データ書き込み時間の概算を行った。
場合と、金属酸化物を用いる場合について検討した。
て作製したトランジスタの実測値から、設計パラメータである電界効果移動度を変化させ
た疑似パラメータを用いてデータ書き込み時間を見積もった。
しては、In-Ga-Zn酸化物を用いた。1種類目は、In、Ga、およびZnの原子
数比がIn:Ga:Zn=1:1:1またはその近傍である金属酸化物を単層で半導体層
に用いる場合である。2種類目は、In、Ga、およびZnの原子数比がIn:Ga:Z
n=4:2:3またはその近傍である金属酸化物を積層で半導体層に用いる場合である。
具体的には、第1の金属酸化物層に、CAC-OS(Cloud-Aligned Co
mposite oxide semiconductor)膜を用い、第2の金属酸化
物層に、CAAC-OS(c-axis-aligned crystalline o
xide semiconductor)膜を用いる場合を想定した。
たトランジスタを想定したパラメータであるが、本実施例では、水素化アモルファスシリ
コンを半導体層に用いる場合にも同様のパラメータを用いた。
図34(A)は、本実施例で用いたディスプレイモジュールの構成を示すブロック図であ
る。当該構成では、ゲート線1本ずつに選択信号が供給され、画素が1つずつ選択される
。ゲートドライバおよびソースドライバはともに外付けである。ゲート線には、2つのゲ
ートドライバIC(Gate Driver IC(External))から同じ信号
が供給される。ソース線には、1つのソースドライバIC(Source Driver
IC(External))から信号が供給される。画素領域は分割されていない。画
素領域のサイズは対角65インチであり、有効画素数は7680×RGB(H)×432
0(V)である。
ンジスタM1、容量素子C1、および液晶素子LCを有する。トランジスタM1のゲート
は、ゲート線GL(i)と接続されている。トランジスタM1のソースおよびドレインの
うち一方は、ソース線SL(j)と接続され、他方は、容量素子C1の一方の電極、およ
び液晶素子LCの一方の電極と接続されている。容量素子C1の他方の電極は、配線CS
COMと接続されている。液晶素子LCの他方の電極は、配線TCOMと接続されている
。
素レイアウトを示す。図35(A)は、ゲート線GL(i)から画素電極までの積層構造
を、画素電極側から見た上面図である。図35(B)は、図35(A)から画素電極(P
ixel electrode)を除いた上面図である。
トップコンタクト構造のチャネルエッチ型のトランジスタである。トランジスタM1のチ
ャネル長Lは4μm、チャネル幅Wは8μm、ゲートと重なるLDD領域(以下、オーバ
ーラップLDD領域Lov)は2μmである。ゲート線GL(i)の幅は10μm、配線
CSCOMの幅は3.5μmである。ソース線SL(j)の幅は、10μmであるが、他
の配線(ゲート線GL(i)や配線CSCOM)とのクロス部では、4μmである。開口
率は、45.6%である。
について説明する。
果移動度のパラメータのみを変化させることで、画素のゲート線の充電時間とソース線お
よび画素の充電時間を概算した。本実施例において、データ書き込み時間とは、ゲート線
の充電時間、並びに、ソース線および画素の充電時間の合計に相当する。また、本実施例
において、ゲート線の充電時間は、ゲート線の電位が入力電圧の最大値の75%に達する
までの時間であり、ソース線および画素の充電時間は、ソース線の電位が入力電圧の最大
値の99%に達するまでの時間である。
たはその近傍である金属酸化物を積層で半導体層に用いた場合の電界効果移動度を1とし
て規格化した値(規格化移動度)を用いた。トランジスタのサイズは変えていない。画素
領域全体の負荷については以下の通りである。ゲート線の寄生抵抗Rglは3.60kΩ
、ゲート線の寄生容量Cglは255pF、ソース線の寄生抵抗Rslは5.80kΩ、
ソース線の寄生容量Cslは147pF、画素の寄生容量Cpixは216.6fFであ
る。なお、本実施例において、画素の寄生容量Cpixは、容量素子の保持容量、液晶素
子の容量、およびノードAの寄生容量を含む。なお、本実施例において、ノードAとは、
各画素における、トランジスタのソースまたはドレイン、容量素子の一方の電極、および
液晶素子の一方の電極が接続されるノードである。
:Ga:Zn=4:2:3またはその近傍である金属酸化物を積層で半導体層に用いた場
合に相当する(図36では「CAC\CAAC」と記す)。このとき、データ書き込み時
間は3.55μsであり、60Hz駆動時の1水平期間3.85μsよりも短く、60H
z駆動で動作可能であることが見積もられた。また、当該データ書き込み時間は、120
Hz駆動時の1水平期間1.93μsより長く、120Hz駆動での動作が難しいことが
見積もられた。
In:Ga:Zn=1:1:1またはその近傍である金属酸化物を単層で半導体層に用い
た場合に相当する(図36では「IGZO(111)」と記す)。このとき、データ書き
込み時間は4.17μsであり、60Hz駆動時の1水平期間3.85μsよりも長く、
120Hz駆動だけでなく60Hz駆動での動作も難しいことが見積もられた。
き込み時間の概算について説明する。
て作製したトランジスタの実測値から、設計パラメータである電界効果移動度を変化させ
ることで、画素のゲート線の充電時間とソース線および画素の充電時間を概算した。トラ
ンジスタのサイズおよび保持容量の大きさは変えていない。実際に水素化アモルファスシ
リコンを半導体層に用いる場合には、より大きなトランジスタサイズおよび保持容量が必
要となるため、データ書き込み時間は本実施例の結果よりも長くする必要がある。画素領
域全体の負荷については以下の通りである。ゲート線の寄生抵抗Rglは3.60kΩ、
ゲート線の寄生容量Cglは255pF、ソース線の寄生抵抗Rslは5.80kΩ、ソ
ース線の寄生容量Cslは147pF、画素の寄生容量Cpixは216.6fFである
。
水素化アモルファスシリコンを半導体層に用いた場合に相当する。このとき、データ書き
込み時間はそれぞれ、19.66μs、16.19μs、13.81μsであり、120
Hz駆動時の1水平期間1.93μsおよび60Hz駆動時の1水平期間3.85μsよ
り長く、120Hz駆動だけでなく、60Hz駆動での動作も難しいことが見積もられた
。
図38(A)は、本実施例で用いたディスプレイモジュールの構成を示すブロック図であ
る。当該構成では、2本のゲート線に同時に選択信号が供給され、列方向に隣接する画素
が2つ同時に選択される。ゲートドライバおよびソースドライバはともに外付けである。
ゲート線には、2つのゲートドライバICから同じ信号が供給される。ゲート線GL0(
i)は、ゲート線GL(i)およびゲート線GL(i+1)と電気的に接続されており、
i行目と(i+1)行目の2行の画素は同時に駆動する。ソース線には、1つのソースド
ライバICから信号が供給される。画素領域は分割されていない。画素領域のサイズは対
角65インチであり、有効画素数は7680×RGB(H)×4320(V)である。
。
ジスタM1、容量素子C1、および液晶素子LCを有する。トランジスタM1のゲートは
、ゲート線GL(i)と接続されている。トランジスタM1のソースおよびドレインのう
ち一方は、ソース線SL1(j)と接続され、他方は、容量素子C1の一方の電極、およ
び液晶素子LCの一方の電極と接続されている。容量素子C1の他方の電極は、配線CS
COMと接続されている。液晶素子LCの他方の電極は、配線TCOMと接続されている
。
、トランジスタM2、容量素子C2、および液晶素子LCを有する。トランジスタM2の
ゲートは、ゲート線GL(i+1)と接続されている。トランジスタM2のソースおよび
ドレインのうち一方は、ソース線SL2(j)と接続され、他方は、容量素子C2の一方
の電極、および液晶素子LCの一方の電極と接続されている。容量素子C2の他方の電極
は、配線CSCOMと接続されている。液晶素子LCの他方の電極は、配線TCOMと接
続されている。
画素レイアウトを示す。図39(A)は、ゲート線GL(i)から画素電極までの積層構
造を、画素電極側から見た上面図である。図39(B)は、図39(A)から画素電極を
除いた上面図である。
トップコンタクト構造のチャネルエッチ型のトランジスタである。トランジスタM1のチ
ャネル長Lは4μm、チャネル幅Wは8μm、オーバーラップLDD領域Lovは2μm
である。ゲート線GL(i)の幅は10μm、配線CSCOMの幅は3.5μmである。
ソース線SL1(j)およびソース線SL2(j)の幅は、どちらも10μmであるが、
ゲート線とのクロス部では、どちらも4μmである。開口率は、37.3%である。
について説明する。
果移動度のパラメータのみを変化させることで、画素のゲート線の充電時間とソース線お
よび画素の充電時間を概算した。ここでは、In、Ga、およびZnの原子数比がIn:
Ga:Zn=4:2:3またはその近傍である金属酸化物を積層で半導体層に用いた場合
の電界効果移動度を1として規格化した値(規格化移動度)を用いた。トランジスタのサ
イズは変えていない。画素領域全体の負荷については以下の通りである。ゲート線の寄生
抵抗Rglは3.60kΩ、ゲート線の寄生容量Cglは364pF、ソース線の寄生抵
抗Rslは4.83kΩ、ソース線の寄生容量Cslは182pF、画素の寄生容量Cp
ixは191fFである。
:Ga:Zn=4:2:3またはその近傍である金属酸化物を積層で半導体層に用いた場
合に相当する(図40では「CAC\CAAC」と記す)。このとき、データ書き込み時
間は3.49μsであり、120Hz駆動時の1水平期間3.83μsよりも短く、12
0Hz駆動で動作可能であることが見積もられた。
In:Ga:Zn=1:1:1またはその近傍である金属酸化物を単層で半導体層に用い
た場合に相当する(図40では「IGZO(111)」と記す)。このとき、データ書き
込み時間は4.02μsであり、60Hz駆動時の1水平期間7.66μsよりも短く、
60Hz駆動で動作可能であることが見積もられた。また、当該データ書き込み時間は、
120Hz駆動時の1水平期間3.83μsより長く、120Hz駆動での動作が難しい
ことが見積もられた。
36に比べて2倍にすることができる。そのため、電界効果移動度の低いトランジスタを
用いて、高解像度の表示装置を動作させることが容易となる。
つに書き込みを行う構成では難しかった120Hz駆動での動作が、2つの画素に同時に
書き込む構成にすることで実現できると示された。
素1つずつに書き込みを行う構成では難しかった60Hz駆動での動作が、2つの画素に
同時に書き込む構成にすることで実現できると示された。
き込み時間の概算について説明する。
て作製したトランジスタの実測値から、設計パラメータである電界効果移動度を変化させ
ることで、画素のゲート線の充電時間とソース線および画素の充電時間を概算した。トラ
ンジスタのサイズおよび保持容量の大きさは変えていない。画素領域全体の負荷について
は以下の通りである。ゲート線の寄生抵抗Rglは3.60kΩ、ゲート線の寄生容量C
glは364pF、ソース線の寄生抵抗Rslは4.83kΩ、ソース線の寄生容量Cs
lは182pF、画素の寄生容量Cpixは191fFである。
水素化アモルファスシリコンを半導体層に用いた場合に相当する。このとき、データ書き
込み時間はそれぞれ、17.98μs、14.89μs、12.78μsであり、120
Hz駆動時の1水平期間3.83μsおよび60Hz駆動時の1水平期間7.66μsよ
り長く、120Hz駆動だけでなく、60Hz駆動での動作も難しいことが見積もられた
。
を半導体層に用いる場合(図40の結果参照)とは異なり、2つの画素を同時に書き込む
構成にしても、60Hz駆動での動作が難しいことが見積もられた。
本実施例で用いたディスプレイモジュールの構成を示すブロック図は、ソースドライバ1
3が1個のみ設けられる構成とした他は図1と同様である。画素領域のサイズは対角65
インチであり、有効画素数は7680×RGB(H)×4320(V)である。また、画
素領域に設けられた画素の回路図は図7と同様であり、画素レイアウトは図8(A)、(
B)と同様である。
それぞれ、ボトムゲートトップコンタクト構造のチャネルエッチ型のトランジスタであり
、サイズは同様である。具体的には、画素に設けられた各トランジスタのチャネル長Lは
いずれも4μm、チャネル幅Wは8μm、オーバーラップLDD領域Lovは3μmであ
る。各ゲート線の幅は10μm、各配線CSの幅は5μmである。各ソース線の幅は4μ
mである。開口率は、29%である。
について説明する。
させることで、画素のゲート線の充電時間とソース線および画素の充電時間を概算した。
ここでは、In、Ga、およびZnの原子数比がIn:Ga:Zn=4:2:3またはそ
の近傍である金属酸化物を積層で半導体層に用いた場合の電界効果移動度を1として規格
化した値(規格化移動度)を用いた。トランジスタのサイズは変えていない。画素領域全
体の負荷については以下の通りである。ゲート線の寄生抵抗Rglは3.53kΩ、ゲー
ト線の寄生容量Cglは518pF、ソース線の寄生抵抗Rslは10.28kΩ、ソー
ス線の寄生容量Cslは170pF、画素の寄生容量Cpixは99.7fFである。
:Ga:Zn=4:2:3またはその近傍である金属酸化物を積層で半導体層に用いた場
合に相当する(図42では「CAC\CAAC」と記す)。このとき、データ書き込み時
間は5.05μsであり、120Hz駆動時の1水平期間7.61μsよりも短く、12
0Hz駆動で動作可能であることが見積もられた。
In:Ga:Zn=1:1:1またはその近傍である金属酸化物を単層で半導体層に用い
た場合に相当する(図42では「IGZO(111)」と記す)。このとき、データ書き
込み時間は5.22μsであり、120Hz駆動時の1水平期間7.61μsよりも短く
、120Hz駆動で動作可能であることが見積もられた。
36に比べて4倍にすることができる。そのため、電界効果移動度の低いトランジスタを
用いて、高解像度の表示装置を動作させることが容易となる。
りも移動度が小さいIGZO(111)を半導体層に用いる場合であっても、120Hz
駆動での動作が実現できると示された。
き込み時間の概算を説明する。
たトランジスタの実測値から、設計パラメータである電界効果移動度を変化させることで
、画素のゲート線の充電時間とソース線および画素の充電時間を概算した。トランジスタ
のサイズおよび保持容量の大きさは変えていない。画素領域全体の負荷については以下の
通りである。ゲート線の寄生抵抗Rglは3.53kΩ、ゲート線の寄生容量Cglは5
18pF、ソース線の寄生抵抗Rslは10.28kΩ、ソース線の寄生容量Cslは1
70pF、画素の寄生容量Cpixは99.7fFである。
水素化アモルファスシリコンを半導体層に用いた場合に相当する。このとき、データ書き
込み時間はそれぞれ、11.66μs、10.06μs、9.01μsであり、60Hz
駆動時の1水平期間15.3μsよりも短く、60Hz駆動で動作可能であることが見積
もられた。また、当該データ書き込み時間は、120Hz駆動時の1水平期間7.61μ
sより長く、120Hz駆動での動作が難しいことが見積もられた。
いる場合、4つの画素を同時に書き込む構成を適用することで、60Hz駆動での動作が
実現できると示された。
ルファスシリコンを用いる場合であっても、対角65インチかつ解像度8K4Kといった
、大型で高解像度のディスプレイを動作させることができると見積もられた。
11 画素
12a ゲートドライバ
12b ゲートドライバ
13 ソースドライバ
13a ソースドライバ
13b ソースドライバ
14 基板
15 基板
16 基準電圧生成回路
16a 基準電圧生成回路
16b 基準電圧生成回路
17 表示部
18a 保護回路
18b 保護回路
19a 保護回路
19b 保護回路
20 液晶素子
21 導電層
22 液晶
23 導電層
24a 配向膜
24b 配向膜
26 絶縁層
30 トランジスタ
31 導電層
31a 導電層
32 半導体層
32p 半導体層
33 導電層
33a 導電層
33b 導電層
33c 導電層
34 絶縁層
35 不純物半導体層
37 半導体層
38 開口部
39a 偏光板
39b 偏光板
41 着色層
42 遮光層
50 光
51 導電層
52 導電層
53 導電層
54 導電層
55 導電層
60 容量素子
71 開口部
72 開口部
73 開口部
74 開口部
81 絶縁層
82 絶縁層
84 絶縁層
90 バックライトユニット
121a TABテープ
121b TABテープ
131a プリント基板
131b プリント基板
132a TABテープ
132b TABテープ
200a トランジスタ
200b トランジスタ
200c トランジスタ
200d トランジスタ
200e トランジスタ
200f トランジスタ
211 絶縁層
212 絶縁層
212a 絶縁層
212b 絶縁層
212c 絶縁層
212d 絶縁層
215 絶縁層
216 絶縁層
216a 絶縁層
221 導電層
222a 導電層
222a_1 導電層
222a_2 導電層
222a_3 導電層
222b 導電層
222b_1 導電層
222b_2 導電層
222b_3 導電層
223 導電層
224 絶縁層
231 半導体層
231_1 半導体層
231_2 半導体層
231d ドレイン領域
231i チャネル形成領域
231s ソース領域
235 開口部
236a 開口部
236b 開口部
237 開口部
238a 開口部
238b 開口部
812 移動機構
813 移動機構
815 ステージ
816 ボールネジ機構
820 レーザ発振器
821 光学系ユニット
822 ミラー
823 マイクロレンズアレイ
824 マスク
825 レーザ光
826 レーザ光
827 レーザビーム
830 基板
840 非晶質シリコン層
841 多結晶シリコン層
7000 表示部
7100 テレビジョン装置
7101 筐体
7103 スタンド
7111 リモコン操作機
7200 ノート型パーソナルコンピュータ
7211 筐体
7212 キーボード
7213 ポインティングデバイス
7214 外部接続ポート
7300 デジタルサイネージ
7301 筐体
7303 スピーカ
7311 情報端末機
7400 デジタルサイネージ
7401 柱
7411 情報端末機
Claims (1)
- 複数の画素がマトリクス状に配置された表示装置であって、
平面視において第1の方向に延伸する領域を有する第1のソース線と、
平面視において前記第1の方向に延伸する領域を有し、且つ前記第1のソース線と隣に位置する領域を有する第2のソース線と、
平面視において前記第1の方向に交差する第2の方向に延伸する領域を有する、第1のゲート線及び第2のゲート線と、
前記第1のソース線及び前記第1のゲート線と電気的に接続する第1のトランジスタを有する第1の画素と、
前記第1の方向において前記第1の画素と隣接し、且つ、前記第2のソース線及び前記第2のゲート線と電気的に接続する第2のトランジスタを有する第2の画素と、を有し、
前記第1のトランジスタのチャネル形成領域を有する半導体層は、前記第1のソース線と異なるレイヤーに設けられた第1の導電層を介して、前記第1のソース線と電気的に接続され、
平面視において、前記第1の導電層は、前記第1の方向に延伸する領域を有し、
前記第1のソース線は、部分的に拡幅した領域し、
前記部分的に拡幅した領域は、前記第1の導電層と重なりを有し、且つ前記第2のソース線と重なりを有さない、表示装置。
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