JPWO2018134957A1 - 表示装置及び表示装置基板 - Google Patents
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Abstract
Description
NdやTaの添加によるアルミニウム合金の電気抵抗率の増加率は、各々、3.7μΩcm/at%、8.6μΩcm/at%である。換言すれば、Ndをアルミニウムに1at%添加することで、得られるアルミニウム合金の電気抵抗率は、計算上、6.4μΩcmとなり、悪化する。一般的に、アルミニウム合金配線の目標の電気抵抗率は、6μΩcm以下とされている。
また、本発明は、安定したタッチセンシングが可能であり、タッチセンシング感度の高く、良好な応答性が得られる表示装置及び表示装置基板を提供する。
以下の説明において、同一又は実質的に同一の機能及び構成要素には、同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化し、或いは、必要な場合のみ説明を行う。各図においては、各構成要素を図面上で認識し得る程度の大きさとするため、各構成要素の寸法及び比率を実際のものとは適宜に異ならせてある。また、必要に応じて、図示が難しい要素、例えば、表示装置を構成する絶縁層、バッファ層、半導体のチャネル層を形成する複数層の構成、また、導電層を形成する複数層の構成等の図示が省略されている。
本発明の実施形態に係る機能デバイスとしては、タッチセンシングを制御する制御部、表示装置における表示機能を行う表示素子、機械要素部品、静電容量センサや光センサ等の入力素子、アクチュエータ、記憶素子等が挙げられる。具体的に、液晶(Liquid Crystal)、発光ダイオード(LED: Light Emitting Diode)、有機EL(OLED: Organic Light Emitting Diode)、EMS(Electro Mechanical System)素子、MEMS(Micro Electro Mechanical System)素子、IMOD(Interferometric Modulation )素子、RFID(Radio Frequency Identification)素子等が挙げられる。
例えば、第1基板としてガラス基板等の可視域透明な基板を用い、第2基板としてシリコン基板等を用いて反射型の表示装置を構成することができる。
マイクロLED等の発光素子をマトリクス状に配列させた大型表示装置や、プロジェクターやヘッドマウンティングディスプレイ用の小型表示装置にも、本発明を適用できる。
(表示装置DSP1の機能構成)
以下、本発明の第1実施形態に係る表示装置DSP1を、図1から図7を参照しながら説明する。
以下に述べる各実施形態においては、特徴的な部分について説明し、例えば、通常の液晶表示装置に用いられている構成要素と本実施形態に係る表示装置との差異がない部分については説明を省略する。
本発明の実施形態に係る表示装置DSP1において、機能デバイスは液晶層であり、駆動デバイスは薄膜トランジスタ(アクティブ素子)である。
制御部120は、公知の構成を有し、映像信号制御部121(第一制御部)と、タッチセンシング制御部122(第二制御部)と、システム制御部123(第三制御部)とを備えている。
このような機能を有するシステム制御部123においては、例えば、表示装置DSP1が拾ってしまう外部環境からのノイズの周波数を検知し、ノイズ周波数とは異なるタッチセンシング駆動周波数を選択する。これによって、ノイズの影響を軽減することができる。また、このようなシステム制御部123においては、指やペン等のポインタの走査速度に合わせたタッチセンシング駆動周波数を選定することもできる。
本実施形態に係る液晶表示装置は、後述する実施形態に係る表示装置基板を具備することができる。また、以下に記載する「平面視」とは、観察者が液晶表示装置の表示面(表示装置用基板の平面)を観察する方向から見た平面を意味する。本発明の実施形態に係る液晶表示装置の表示部の形状、又は画素を規定する画素開口部の形状、液晶表示装置を構成する画素数は限定されない。ただし、以下に詳述する実施形態では、平面視、画素開口部の短辺の方向をX方向と規定し、長辺の方向(長手方向)をY方向と規定し、更に、透明基板の厚さ方向をZ方向と規定し、液晶表示装置を説明する。以下の実施形態において、上記のように規定されたX方向とY方向を切り換えて、液晶表示装置を構成してもよい。
また、第1方向に「延線」は、個々の画素形状が、例えば、くの字(dog leg pattern)に屈曲した形状であってもよいこと、あるいは、平行四辺形状でもよいことを意味しており、画素配列として第1の方向に並んでいるマトリクスであることを意味する。第2方向に「延線」の意味も同様である。画素配列の全体として、第1方向と第2方向は直交する。
X方向において、共通電極17の幅W17Aは、例えば、約3μmである。互いに隣接する共通電極17の間のピッチP17A(距離)は、例えば、約4μmである。具体的には、一つの画素上だけでなく、互いに隣接する画素間においても、X方向にてピッチP17Aで、共通電極17が互いに離間している。
図2に示す例では、一つの画素電極20に対して2つのストライプパターンを有する共通電極17が設けられているが、本発明は、この構成を限定しない。画素電極20の大きさに応じて、共通電極17の本数は、1本以上さらには3本以上であってもよい。この場合、共通電極17の幅W17A及びピッチP17Aは、画素サイズ等や設計に応じて適宜変更可能である。
図4は、本発明の第1実施形態に係る表示装置DSP1を部分的に示す断面図であり、図2に示すC−C’線に沿う断面図である。
表示装置DSP1に内部に光Lを供給するバックライトユニットBUは、表示装置DSP1を構成するアレイ基板200の裏面(液晶層300が配置されるアレイ基板200の透明基板の面とは反対面)に設けられている。なお、バックライトユニットBUは、表示装置DSP1の側面に設けてもよい。この場合、例えば、バックライトユニットBUから出射された光を表示装置DSP1に内部に向けて反射させる反射板、導光板、或いは、光拡散板等がアレイ基板200の透明基板22の裏面に設けられる。バックライトユニットBUの光源には、LEDを用いることができる。
表示装置基板100は、透明基板21(基板本体)と、透明基板21上に設けられたタッチセンシング配線3と、タッチセンシング配線3を覆うように形成されたカラーフィルタ51(RGB)と、カラーフィルタ51を覆うように形成された透明樹脂層16(絶縁層)とを備えている。
図5に示すように、タッチセンシング配線3は、第1導電性金属酸化物層6と第2導電性金属酸化物層4とによって銅合金層5が挟持された構成を有する。
このような配線構造は、タッチセンシング配線3だけでなく、アレイ基板200上に形成された各種配線にも適用することができる。具体的に、本発明の導電配線又は第2導電配線に対応するゲート配線10、ソース配線31、コモン配線30等においても、第1導電性金属酸化物層6と第2導電性金属酸化物層4とによって銅合金層5が挟持された配線構造を適用することができる。
以下に、銅合金層5について具体的に説明する。
具体的に、銅合金層5の組成に関し、銅合金層5は、カルシウム2at%、亜鉛0.5at%、残部が銅である銅合金を用いている。銅合金層5の電気抵抗率は、2.6μΩcmである。
そこで、第1導電性金属酸化物層と銅合金層と第2導電性金属酸化物層の3層を、例えば、室温(25℃)から200℃未満の基板温度で連続成膜を行う。更に、チャネル層のパターンを形成した後における後工程で、例えば、200℃〜350℃の低温アニーリングを施す。これにより、電気抵抗率を含む電気特性改善が可能である。
亜鉛を銅合金に添加することによって、銅に亜鉛が固溶し、銅のグレインにおける格子位置に亜鉛を置換させて銅の動きが抑えられ、主として、銅のマイグレーションを防止することができる。
カルシウムを銅合金に添加することによって、主として、CaOやCu5Ca等の析出物が形成されることによる銅の拡散を防止することができる。
電気抵抗率の小さい元素(銅の合金元素)は、パラジウム(Pd)、マグネシウム(Mg)、ベリリウム(Be)、金(Au)、カルシウム(Ca)、カドミウム(Cd)、亜鉛(Zn)、銀(Ag)が挙げられる。これら元素は、純銅に対し1at%添加したときに電気抵抗率の増加が、ほぼ1μΩcm以下となる。カルシウム(Ca)、カドミウム(Cd)、亜鉛(Zn)、銀(Ag)の電気抵抗率の増加は、0.3μΩcm/at%以下であるので、合金元素として用いることが好ましい。経済性及び環境負荷を考慮すると、亜鉛及びカルシウムを合金元素として用いることが好ましい。亜鉛及びカルシウムは、各々、4at%まで、銅への合金元素として添加することができる。
純粋な銅に対して亜鉛及びカルシウムを合計0.4at%添加された銅合金の電気抵抗率は、約1.9μΩcmとなる。従って、本発明の実施形態に係る銅合金層の電気抵抗率の下限は、1.9μΩcmとなる。なお、カルシウム(Ca)、カドミウム(Cd)、亜鉛(Zn)、銀(Ag)を合金元素として用いた場合において、銅に対する添加量が5at%を超えてくると、銅合金の電気抵抗率が顕著に増加するので、少なくとも5at%未満の添加量であることが好ましい。
本発明の実施形態においては、銅合金層は、銅に固溶域を有しかつ銅のグレインの中で銅と置換できる第1元素、及び、銅よりも電気陰性度の小さい第2元素を含む。これによって、駆動デバイスの電気特性を低下させる銅の拡散やマイグレーションを防ぐことができる。更に、本発明の実施形態は、上記銅合金層が導電性金属酸化物層で挟持された構成を有する。この構成によって、実用性が高く、高い信頼性を有する銅配線を提供することができる。
第1導電性金属酸化物層6及び第2導電性金属酸化物層4は、銅合金層5を挟持する。
第1導電性金属酸化物層6及び第2導電性金属酸化物層4は、主たる導電性金属酸化物として酸化インジウムを含有するとともに、酸化アンチモン、酸化亜鉛、及び酸化ガリウムから構成される群より選択される1種以上を含有する導電性金属酸化物である。
例えば、第1導電性金属酸化物層6及び第2導電性金属酸化物層4の各々の組成に関し、酸素をカウントしない元素の割合で、アンチモン4at%、ガリウム4at%、残部がインジウムである。
アンチモン酸化物は、銅や銅合金層を挟持する導電性金属酸化物層の金属酸化物として重要である。アンチモンは、金属元素として銅との固溶域が小さく、銅の導電性金属酸化物中への拡散を抑制する。第1導電性金属酸化物層6及び第2導電性金属酸化物層4の各々は、インジウム酸化物に加え、少なくともアンチモン酸化物を含むことが好ましい。
第1導電性金属酸化物層、銅合金層、第2導電性金属酸化物層は、真空雰囲気を維持したまま連続して成膜することが好ましい。第1導電性金属酸化物層と第2導電性金属酸化物層の膜厚は異なってもよい。例えば、表示装置基板100(第1基板)の透明基板21に近い位置に形成された第2導電性金属酸化物層4の膜厚を25nmとし、透明基板21から離れた位置に形成された第1導電性金属酸化物層6の膜厚を45nmとしてもよい。銅合金層の膜厚の膜厚範囲は、200nmから400nmとすることができる。ただし、本発明は、上述した導電配線を構成する層の各々の膜厚を規定しない。
黒色層8は、表示装置DSP1のブラックマトリクスとして機能する。黒色層は、例えば、黒色の色材を分散させた着色樹脂で構成されている。銅の酸化物や銅合金の酸化物は、十分な黒色や低い反射率を得られないが、本実施形態に係る黒色層とガラス等の基板との間の界面における可視光の反射率はほぼ3%以下に抑えられ、高い視認性が得られる。
また、タッチセンシング配線3上に、光吸収性を有する金属酸化物を形成することで、タッチセンシング配線3に用いられる銅合金層5による光反射を抑制することができる。
カラーフィルタ51を含まない表示装置基板を用いる液晶表示装置においては、赤色発光、緑色発光、及び青色発光の各々のLEDをバックライトユニットに設け、フィールドシーケンシャルの手法でカラー表示を行う。図3Aに示す透明基板21上に設けられたタッチセンシング配線3の層構成は、後述するアレイ基板200に形成されるコモン配線30(導電配線)の層構成やゲート電極25(ゲート配線10)の層構成と同じにすることができる。
図3A及び図3Bに示すように、アレイ基板200は、透明基板22(第2透明基板)と、透明基板22の表面を覆うように形成された第4絶縁層14と、第4絶縁層14上に形成されたソース配線31と、ソース配線31を覆うように第4絶縁層14上に形成された第3絶縁層13と、第3絶縁層13上に形成されたゲート配線10と、第3絶縁層13上に形成されたコモン配線30と、ゲート配線10及びコモン配線30を覆うように第3絶縁層13上に形成された第2絶縁層12と、第2絶縁層12上に形成された画素電極20と、画素電極20を覆うように第2絶縁層12上に形成された第1絶縁層11と、共通電極17を備えている。
コモン配線30の形成材料としては、上述した銅合金層5と同じ材料が採用される。また、同様に、コモン配線30の構造としては、上述した銅合金層5と同じ構造が採用される。
図3Bを参照し、共通電極17の構造と、共通電極17の周辺に位置するアレイ基板200の構成部材とを説明する。特に、コモン配線30、共通電極17、画素電極20、第1絶縁層11、及び第2絶縁層12で構成される積層構造について具体的に説明する。図3Bは、アレイ基板200を構成する画素の要部を示しており、一つの画素における、一つの共通電極17の構造を示している。図3Bに示す共通電極17の構造は、アレイ基板200における全ての画素においても適用されている。
図2に示す例では、各画素に2つのコンタクトホールH、即ち、左側コンタクトホールLH(H、第1コンタクトホール)及び右側コンタクトホールRH(H、第2コンタクトホール)が設けられており、2つのコンタクトホールHの各々に対応する位置にスルーホール20Sが設けられている。
以下の説明では、左側コンタクトホールLH及び右側コンタクトホールRHを、単に、コンタクトホールHと称することがある。
電極部17Aは、第1絶縁層11の上面11Tに形成されており、Z方向から見て、画素電極20のスルーホール20Sと重なるように配置されている。電極部17Aは、液晶層300に最も近いアレイ基板200の面に設けられている。具体的には、液晶層300とアレイ基板200との間には配向膜が形成されており、この配向膜の下に第1絶縁層11が設けられている。
電極部17Aの幅W17Aは、例えば、約3μmであり、導電接続部17Bの上端(電極部17Aと導電接続部17Bとの接続部)よりも大きく、スルーホール20Sの直径D20S(例えば、2μm)よりも大きく形成してもよい。あるいは、電極部17Aの幅W17Aよりも、スルーホール20Sの直径D20Sが大きくてもよい。スルーホール20Sの直径D20Sを、例えば、4μmとすることもできる。電極部17Aの中心(Z方向に平行な電極部17Aの中心線)から電極部17Aの外側に向けた方向(X方向)において、電極部17Aの壁部17Kは、画素電極20の内壁20Kの位置よりも突出している。
導電接続部17Bは、コンタクトホールH(貫通孔11H、12H)の内部に設けられており、コンタクトホールHを通じて、コモン配線30に電気的に接続されている。
第1絶縁層11及び第2絶縁層12に上述したコンタクトホールが形成されている状態で、第1絶縁層11上に成膜工程及びパターニング工程を施すことで、電極部17A及び導電接続部17Bは、一体的に形成されている。共通電極17は、画素電極20と同様に、ITO等の透明導電膜で形成されている。
後述する黒表示時に、上記高抵抗を介してゲート配線やソース配線を接地してもよい。この場合、画素の焼きつきを防ぐことができる。
また、タッチセンシングに関わる時定数を調整する目的で上記高抵抗を調整することができる。IGZO等の酸化物半導体をアクティブ素子のチャネル層に用いる表示装置では、タッチセンシング制御における、上記の種々の工夫が可能となる。以下の記載において、酸化物半導体を単にIGZOと呼称することがある。
次に、図4を参照して、画素電極20に接続されているアクティブ素子28の構造について説明する。
図4は、トップゲート構造を有する薄膜トランジスタ(TFT)の一例を示す。
アクティブ素子28は、チャネル層27と、チャネル層27の一端(第一端、図4におけるチャネル層27の左端)に接続されたドレイン電極26と、チャネル層27の他端(第二端、図4におけるチャネル層27の右端)に接続されたソース電極24と、第3絶縁層13を介してチャネル層27に対向配置されたゲート電極25とを備える。図4は、アクティブ素子28を構成するチャネル層27、ドレイン電極26、及びソース電極24が第4絶縁層14上に形成されている構造を示しているが、本発明はこのような構造に限定されない。第4絶縁層14を設けずに、透明基板22上にアクティブ素子28を直接形成してもよい。
ソース配線31には高い頻度で映像信号が供給され、ソース配線31からノイズが発生し易い。トップゲート構造においては、ノイズ発生源でもあるソース配線31を、前述したタッチセンシング空間から遠ざけることができるメリットがある。
また、本発明は、トップゲート構造を有する薄膜トランジスタを限定しておらず、ボトムゲート構造を有する薄膜トランジスタを適用してもよい。
ゲート電極25の下部に位置する第3絶縁層13は、ゲート電極25と同じ幅を有する絶縁層であってもよい。この場合、例えば、ゲート電極25をマスクとして用いたドライエッチングを行い、ゲート電極25の周囲の第3絶縁層13を除去する。これによって、ゲート電極25と同じ幅を有する絶縁層を形成することができる。ゲート電極25をマスクとして用いて絶縁層をドライエッチングにて加工する技術は、一般に自己整合と呼称される。
ゲート電極25及び第3絶縁層13が同じ幅を有するように形成することで、寄生容量を低減できる。ゲート電極25は、ゲート配線10と同じ工程で、第1導電性金属酸化物層/銅合金層/第2導電性金属酸化物層の3層構成(導電配線)で形成されている。
第3絶縁層13と接触するゲート電極25の界面に、電気的性質の異なる酸化物半導体を更に挿入してもよい。あるいは、第3絶縁層13を酸化セリウムや酸化ガリウムを少なくとも含む絶縁性の金属酸化物層で形成してもよい。
ゲート配線10は、アクティブ素子28と電気的に連携されている。具体的に、ゲート配線10に接続されているゲート電極25とアクティブ素子28のチャネル層27とは、第3絶縁層13を介して対向している。映像信号制御部121からゲート電極25に供給される走査信号に応じてアクティブ素子28においてスイッチング駆動が行われる。
また、チャネル層27の下部には、遮光膜を形成してもよい。遮光膜の材料としては、モリブデン、タングステン、チタン、クロム等の高融点金属を用いることができる。
銅は、マイグレーションの観点で信頼性面に問題がある。上記の金属や半金属を銅に添加することで信頼性面を補うことができる。銅に対し上記金属や半金属を0.1at%以上添加することでマイグレーションを抑制する効果が得られる。しかし、銅に対し上記金属や半金属を4at%を超えて添加する場合では、銅の導電率の悪化が著しくなり、銅或いは銅合金を選定するメリットが得られない。
図6及び図7は、本発明の第1実施形態に係る表示装置DSP1において、タッチセンシング配線3がタッチ駆動電極として機能し、かつ、共通電極17がタッチ検出電極として機能した場合の構造を示している。
図6及び図7に示す構造に基づいて、以下の説明を行う。
なお、上述したように、タッチ駆動電極とタッチ検出電極の役割を入れ替えることができる。
図6及び図7においては、タッチセンシング配線3と共通電極17を用いたタッチセンシング技術を説明する。図6及び図7は、タッチセンシング駆動を分かり易く説明するため、アレイ基板200を構成する第1絶縁層11及び共通電極17と、表示装置基板100とを示しており、その他の構成は、省略している。
本発明の実施形態に係る表示装置DSP1においては、図2、図3A、及び図3Bに示すように、共通電極17は、検出電極として機能し、長さELを有する。この共通電極17は、駆動電極として機能するタッチセンシング配線3と、平面視、平行であり、長さELを有する共通電極17により、静電容量を十分かつ均一に確保することができる。
図6及び図7に示されるように、タッチセンシング配線3と共通電極17との間には、液晶駆動に関わる電極や配線は設けられていない。更に、図4に示されるようにソース配線31が、タッチセンシング配線3及び共通電極17(タッチ駆動配線及びタッチ検出配線)から離れている。このため、液晶駆動に関わるノイズを拾いにくい構造が実現されている。
タッチに用いられるポインタが、指である場合とペンである場合とは、接触あるいは近接するポインタの面積や容量が異なる。こうしたポインタの大ききによって、間引く配線の本数を調整できる。ペンや針先など先端が細いポインタでは、配線の間引き本数を減らして高密度のタッチセンシング配線のマトリクスを用いることができる。指紋認証時も高密度のタッチセンシング配線のマトリクスを用いることができる。
また、負の誘電率異方性を有する液晶を用いる場合でも、液晶駆動周波数とは異なるタッチ駆動周波数を選択し易い。換言すれば、図6及び図7に示すようにタッチセンシング配線3から共通電極17に向けて生じる電気力線33は、液晶層300の斜め方向或いは厚み方向に作用するが、負の誘電率異方性を有する液晶を用いれば、この電気力線33の方向に液晶分子が立ち上がらないため、表示品質に対する影響が少なくなる。
さらには、タッチセンシング配線3やコモン配線30の配線抵抗を下げて、抵抗の低下に伴ってタッチ駆動電圧を下げる場合も、液晶駆動周波数とは異なるタッチ駆動周波数を容易に設定できる。タッチセンシング配線3やコモン配線30を構成する金属層に銅や銀等の導電率の良好な金属、合金を用いることで、低い配線抵抗が得られる。
また、タッチセンシング駆動において、駆動電圧を、タッチセンシング配線3の全てに供給するのでなく、上述したように間引き駆動によってタッチ位置検出を行うことで、タッチセンシングでの消費電力を低減できる。
図3Aに示す表示装置DSP1において、カラーフィルタ51が設けられた構造が用いられている。本実施形態では、カラーフィルタが省略されてもよい。カラーフィルタ51が省略された構造では、例えば、透明基板21上に設けられたタッチセンシング配線3と、タッチセンシング配線3を覆うように形成された透明樹脂層16とを備えた構造としてもよい。
図3Aに示す表示装置DSP1において、表示装置基板100(第1基板)の透明基板21とタッチセンシング配線3との界面に、黒色層8や反射防止膜を形成することができる。黒色層8は、例えば、樹脂にカーボン、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、或いは、複数の有機顔料の混合物を分散して形成できる。この場合も、上述した実施形態と同様の効果が得られる。
また、本発明は、タッチセンシング機能を有していない表示装置にも適用可能である。この場合、図3Aに示す表示装置DSP1からタッチセンシング配線3が除かれた構造が採用される。換言すると、第1基板には導電配線を設けず、第2基板であるアレイ基板200に導電配線が設けられた構造が採用される。
以下、図面を参照しながら本発明の第2実施形態について説明する。
第2実施形態においては、第1実施形態と同一部材には同一符号を付して、その説明は省略または簡略化する。
図8は、本発明の第2実施形態に係る表示装置DSP2を部分的に示す断面図である。図9は、本発明の第2実施形態に係るアレイ基板500を部分的に示す断面図である。
第1タッチセンシング配線3と第2タッチセンシング配線2との間には、第1タッチセンシング配線3を覆うように絶縁層I(タッチ配線絶縁層)が設けられており、第1タッチセンシング配線3と第2タッチセンシング配線2とは、絶縁層Iによって互いに電気的に絶縁されている。
図8に示す構造では、第1透明樹脂層108と第2透明樹脂層105とが貼り合わされている。具体的に、透湿性の低い第1透明樹脂層108を介して、有機ELである発光層92を備えるアレイ基板500と、第1タッチセンシング配線3及び第2タッチセンシング配線2を具備する表示装置基板400と、が貼り合わされている。即ち、発光層92(機能デバイス)は、表示装置基板400と対向する前記アレイ基板500の面に設けられている。
X方向に延在する複数の第1タッチセンシング配線3及びY方向に延在する複数の第2タッチセンシング配線2の各々は電気的に独立している。第1タッチセンシング配線3と第2タッチセンシング配線2は、平面視、直交している。例えば、第1タッチセンシング配線3をタッチ検出電極として用い、第2タッチセンシング配線2をタッチ駆動電極として用いることができる。タッチセンシング制御部122は、タッチ信号として、第1タッチセンシング配線3と第2タッチセンシング配線2との交点における、第1タッチセンシング配線3と第2タッチセンシング配線2との間の静電容量C2の変化を検出する。
また、第1タッチセンシング配線3の役割と第2タッチセンシング配線2の役割とを入れ替えてもよい。具体的に、第1タッチセンシング配線3をタッチ駆動電極として用い、第2タッチセンシング配線2をタッチ検出電極として用いてもよい。
次に、表示装置DSP2を構成するアレイ基板500の構造について説明する。
アレイ基板500の基板45としては、透明基板を用いる必要はなく、例えば、アレイ基板500に適用可能な基板として、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板、シリコン、炭化シリコンやシリコンゲルマニウムなどの半導体基板、あるいはプラスチック基板等が挙げられる。
アレイ基板500においては、第4絶縁層14、第4絶縁層14上に形成されたアクティブ素子68、第4絶縁層14及びアクティブ素子68を覆うように形成された第3絶縁層13、アクティブ素子68のチャネル層58に対向するように第3絶縁層13上に形成されたゲート電極95、第3絶縁層13及びゲート電極95を覆うように形成された第2絶縁層12、及び第2絶縁層12上に形成された平坦化層96が、基板45上に、順に積層されている。
更に、下部電極88、バンク94、及び平坦化層96を覆うようにホール注入層91が形成されている。ホール注入層91上には、順に、発光層92、上部電極87、及び封止層109が積層されている。
下部電極88は、後述するように、銀あるいは銀合金層が導電性金属酸化物層によって挟持された構成を有する。
平坦化層96の材料としては、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリアミド樹脂等を用いてもよい。低誘電率材料(low−k材料)を用いることもできる。
なお、視認性向上のため、平坦化層96や封止層109、あるいは、基板45のいずれかが、光散乱の機能を有してもよい。あるいは、基板45の上方に光散乱層を形成してもよい。
なお、図8において、符号290は、下部電極88、ホール注入層91、発光層92、及び上部電極87で構成された発光領域を示している。
図9に示すように、アレイ基板500は、機能デバイスである発光層92(有機EL層)を含む。発光層92は、一対の電極間に電界が与えられた時に、陽極(例えば、下部電極)から注入されるホールと、陰極(例えば、上部電極、画素電極)から注入される電子が再結合することにより励起され、発光する表示機能層である。
発光層92は、少なくとも、発光の性質を有する材料(発光材料)を含有するとともに、好ましくは、電子輸送性を有する材料とを含有する。発光層92は、陽極と陰極の間に形成される層であり、下部電極88(陽極)の上にホール注入層91が形成されている場合は、ホール注入層91と上部電極87(陰極)との間に発光層92が形成される。また、陽極の上にホール輸送層が形成されている場合は、ホール輸送層と陰極との間に発光層92が形成される。上部電極87と下部電極88の役割は入れ替えることができる。
青色発光を与える発光材料としては、例えば、ナフタレン、ペリレン、ピレン、アントラセン、クマリン、クリセン、p−ビス(2−フェニルエテニル)ベンゼン及びそれらの誘導体等が挙げられる。緑色発光を与える発光材料としては、例えば、キナクリドン誘導体、クマリン誘導体、Al(C9H6NO)3等のアルミニウム錯体等が挙げられる。
赤色発光を与える発光材料としては、例えば、DCM(4−(dicyanomethylene)−2−methyl−6−(p−dimethylaminostyryl)−4H−pyran)系化合物、ベンゾピラン誘導体、ローダミン誘導体、ベンゾチオキサンテン誘導体、アザベンゾチオキサンテン等が挙げられる。
上記の発光層92を構成する有機EL層の構成や発光材料等は、上記材料に限られない。
下部電極88は、反射層を導電性金属酸化物層とで挟持する3層構造を有する。なお、上部電極87と下部電極88の間に、発光層92のほかに電子注入層、電子輸送層、ホール輸送層などを挿入してもよい。
ホール注入層91には、酸化タングステンや酸化モリブデン等の高融点金属酸化物を用いることができる。反射層には、光の反射率が高い銀合金、アルミニウム合金等が適用できる。なお、ITO等の導電性金属酸化物は、アルミニウムとの密着性が良くない。電極やコンタクトホール等の界面が、例えば、ITOとアルミニウム合金の場合は電気的接続不良を生じ易い。銀や銀合金は、ITO等の導電性金属酸化物との密着性が良好で、かつ、ITO等の導電性金属酸化物はオーミックコンタクトを得やすい。
次に、図9を参照して、表示装置DSP2において下部電極88(画素電極)に接続されているアクティブ素子68の構造について説明する。
図9は、アクティブ素子68の一例として、トップゲート構造が採用された薄膜トランジスタ(TFT)の構造を示している。なお、図9においては、説明を簡略にするため、表示装置基板400と封止層109を省略している。
例えば、IGZOと称される酸化物半導体は、スパッタリングなどの真空成膜で一括して形成される。酸化物半導体が成膜された後においては、TFT等のパターン形成後の熱処理も一括して行われる。このため、チャネル層に関わる電気的特性(例えば、Vth)のばらつきが極めて少ない。有機ELやLEDの駆動はその輝度のばらつきを抑えるため、前記薄膜トランジスタのVthのばらつきを小さい範囲に抑える必要がある。
もう一つの例として、表示装置基板400とアレイ基板500とが向かい合う面に、表示装置基板400及びアレイ基板500の各々に薄膜トランジスタを形成してもよい。この場合、各薄膜トランジスタは、酸化物半導体で形成されたチャネル層を備えることができる。
例えば、上記の複合酸化物にさらにSnを添加してもよい。この場合、In2O3、Ga2O3、Sb2O3、及びSnO2を含む4元系の組成を含む複合酸化物が得られ、あるいは、In2O3、Sb2O3、及びSnO2を含む3元系の組成を含む複合酸化物が得られ、キャリア濃度を調整することが可能となる。In2O3、Ga2O3、Sb2O3、Bi2O3と価数の異なるSnO2は、キャリアドーパントの役割を果たす。
例えば、酸化インジウム、酸化ガリウム、及び酸化アンチモンを含む3元系金属酸化物に酸化錫を加えて得られたターゲットを用いてスパッタリング成膜を行う。これにより、キャリア濃度が向上した複合酸化物を成膜することができる。同様に、例えば、酸化インジウム、酸化ガリウム、酸化ビスマスの3元系金属酸化物に酸化錫を加えて得られたターゲットを用いてスパッタリング成膜を行うことで、キャリア濃度が向上した複合酸化物を成膜することができる。
上記第2実施形態においては、駆動デバイスとして、発光層92がアレイ基板500(第2基板)に形成された構成について説明した。駆動デバイスは、アレイ基板500に形成されているだけでなく、表示装置基板400(第1基板)にも形成されてもよい。この場合、表示装置基板400及びアレイ基板500の各々に駆動デバイスを形成し、駆動デバイスが形成された面が向かい合うように、表示装置基板400及びアレイ基板500を貼り合わせてもよい。このように2つの基板に形成された駆動デバイスに印加される電気信号を供給する第2導電配線は、2つの基板の各々に形成することができる。表示装置基板400上に形成された駆動デバイスにより、導電配線であるタッチ配線にタッチ駆動電圧を印加することができる。駆動デバイスは、酸化物半導体で形成されたチャネル層を備える薄膜トランジスタとすることができる。この場合も、上述した実施形態と同様の効果が得られる。
なお、上記実施形態では、発光層92として有機エレクトロルミネセンス層(有機EL)を採用した構造を説明した。発光層92は、無機の発光ダイオード層であってもよい。また、発光層92は、無機のLEDチップがマトリクス状に配列された構造を有してもよい。この場合、赤色発光、緑色発光、青色発光の各々微小なLEDチップをアレイ基板500上にマウントしてもよい。LEDチップをアレイ基板500に実装する方法としては、フェースダウンによる実装を行ってもよい。即ち、発光ダイオード層(機能デバイス)は、表示装置基板400と対向する前記アレイ基板500の面に設けられている。
上述した実施形態においては、第1タッチセンシング配線3(第1導電配線)と第2タッチセンシング配線2(第3導電配線)との間に生じる静電容量の変化を検出し、タッチセンシングを行っている。第1タッチセンシング配線3及び第2タッチセンシング配線2のうち一方の導電配線を、例えば、RFID(ICカードなど)のリーダーにも用いることができる。
以下、図面を参照しながら本発明の第3実施形態について説明する。
第3実施形態においては、第1実施形態及び第2実施形態と同一部材には同一符号を付して、その説明は省略または簡略化する。
図10は、本発明の第3実施形態に係る表示装置DSP3を部分的に示す断面図である。図11は、本発明の第3実施形態に係る表示装置DSP3を構成する表示装置基板600を部分的に示す断面図であり、符号Pで示されたタッチセンシング配線(第1導電配線)を拡大して示す拡大断面図である。図12は、本発明の第3実施形態に係る表示装置を構成するアレイ基板700を部分的に示す平面図であり、図10に示すD−D’線に沿う図である。図13は、本発明の第3実施形態に係る表示装置を部分的に示す断面図であり、図12に示すE−E’線に沿う図である。
図10〜図12に示すように、第3実施形態に係る表示装置DSP3は、表示装置基板600(第1基板)と、アレイ基板700(第2基板)と、表示装置基板600とアレイ基板700との間に配置された液晶層800とを有している。
表示装置基板600は、透明基板65(基板本体)と、透明基板65上に配置された第1タッチセンシング配線611とを備える。アレイ基板700は、透明基板62と、第2タッチセンシング配線774(導電配線、第3導電配線)と、ソース配線66(導電配線、第2導電配線)とを備える。表示装置基板600及びアレイ基板700は、液晶層800を介して貼り合わされている。
図13において、紙面奥に位置する第1タッチセンシング配線611(破線で示す)と、アレイ基板700に配設される絶縁層723上の第2タッチセンシング配線774と間における静電容量C3の変化を検知することでタッチセンシングが行われる。第1タッチセンシング配線611と第2タッチセンシング配線774とは、観察者から見た平面視において直交している。
アレイ基板700上には、絶縁層721を介して画素電極71に液晶駆動電圧を印加する薄膜トランジスタ73(アクティブ素子)が配設される。薄膜トランジスタ73は、ゲート電極76、ソース電極77、ドレイン電極78、及びチャネル層79を具備する。ゲート電極76は、ゲート配線75と電気的に連携されている。ソース電極77は、ソース配線66と電気的に連携されている。
第1タッチセンシング配線611、ソース配線66、及び第2タッチセンシング配線774の各々は、銅合金層5が第1導電性金属酸化物層6と第2導電性金属酸化物層4によって挟持された構成を有する。
亜鉛とガリウムとアンチモンとを合計した添加量の下限は、0.2at%である。この添加量が0.2at%未満である場合、導電性金属酸化物層をアニール処理する等の熱処理において、酸化インジウム複合酸化物のグレインが異常成長しやすく、不安定な導電性金属酸化物層となりやすい。
第3実施形態の薄膜トランジスタが備えるチャネル層を形成する酸化物半導体に関し、金属元素の原子比(酸素をカウントしない原子比)は、In:Ga:Sb=1:1:1とした。酸化物半導体における酸化アンチモンは、酸化亜鉛に置き換えることができる。ゲート絶縁層は、酸化セリウムで形成した。
第3実施形態では、ソース配線66が第2導電配線である。第2導電配線は、第1実施形態や第2実施形態と同じく、第1導電性金属酸化物層と第2導電性金属酸化物層とによって銅合金層が挟持された構成である。ソース電極77、ドレイン電極78は、ソース配線66を形成する同じ工程にて、上記導電配線と同じ構成・材料で形成される。当実施形態での導電配線は、映像信号を前記薄膜トランジスタに送る役目を担う。
上述した液晶駆動方法を本発明に適用する場合、いずれの方法においても、一画素あたりのアクティブ素子(TFT)の個数は、1以上、複数であってもよい。本発明には、上記の液晶駆動技術を適用することができる。
3、611 第1タッチセンシング配線(導電配線、第1導電配線)
4 第2導電性金属酸化物層
5 銅合金層
6 第1導電性金属酸化物層
8 黒色層
9 側面
10、75 ゲート配線
11 第1絶縁層(絶縁層)
12 第2絶縁層(絶縁層)
13 第3絶縁層(絶縁層)
14 第4絶縁層(絶縁層)
16 透明樹脂層
17、72 共通電極
17A 電極部
17B 導電接続部
17K 壁部
20 画素電極
20K 内壁
20S スルーホール
21、22、44、62、65 透明基板
24、77 ソース電極
25、76、95 ゲート電極
26、56、78 ドレイン電極
27 チャネル層
28、68 アクティブ素子
30 コモン配線
31、66 ソース配線
45 基板
51 カラーフィルタ
58 チャネル層
71 画素電極
73 薄膜トランジスタ
79 チャネル層
87 上部電極
88 下部電極
91 ホール注入層
92 発光層
93 コンタクトホール
94 バンク
96 平坦化層
100、400、600 表示装置基板
105 第2透明樹脂層
108 第1透明樹脂層
109 封止層
110 表示部
120 制御部
121 映像信号制御部
122 タッチセンシング制御部
123 システム制御部
200、500、700 アレイ基板
300、800 液晶層
604 第1光吸収層
605 第2光吸収層
721 絶縁層
723 絶縁層
Claims (15)
- 表示装置であって、
第1基板と、
機能デバイスと、
導電配線と、前記導電配線に印加される電気信号に応じて前記機能デバイスを駆動する駆動デバイスとを有し、前記第1基板に対向配置された第2基板と、
を備え、
前記導電配線は、第1導電性金属酸化物層と第2導電性金属酸化物層とによって銅合金層が挟持された3層で構成されており、
前記銅合金層は、銅に固溶する第1元素と、銅及び前記第1元素より電気陰性度が小さい第2元素とを含み、
前記第1元素及び前記第2元素は、銅に添加する場合の電気抵抗率上昇率が1μΩcm/at%以下の元素であり、
前記銅合金層の電気抵抗率は、1.9μΩcmから6μΩcmの範囲内にある
表示装置。 - 表示装置であって、
第1導電配線を有する第1基板と、
機能デバイスと、
第2導電配線と、前記第2導電配線に印加される電気信号に応じて前記機能デバイスを駆動する駆動デバイスとを有し、前記第1基板に対向配置された第2基板と、
を備え、
前記第1導電配線及び前記第2導電配線の各々は、第1導電性金属酸化物層と第2導電性金属酸化物層とによって銅合金層が挟持された3層で構成されており、
前記銅合金層は、銅に固溶する第1元素と、銅及び前記第1元素より電気陰性度が小さい第2元素とを含み、
前記第1元素及び前記第2元素は、銅に添加する場合の電気抵抗率上昇率が1μΩcm/at%以下の元素であり、
前記銅合金層の電気抵抗率は、1.9μΩcmから6μΩcmの範囲内にある
表示装置。 - 前記第1基板又は前記第2基板に設けられ、平面視、前記第1導電配線が延在する方向に対して直交する方向に延在する第3導電配線と、
前記第1導電配線と前記第3導電配線との間の静電容量の変化を検知してタッチセンシングを行う制御部と、
を備え、
前記第3導電配線は、第1導電性金属酸化物層と第2導電性金属酸化物層とによって銅合金層が挟持された3層で構成されており、
前記銅合金層は、銅に固溶する第1元素と、銅及び前記第1元素より電気陰性度が小さい第2元素とを含み、
前記第1元素及び前記第2元素は、銅に添加する場合の電気抵抗率上昇率が1μΩcm/at%以下の元素であり、
前記銅合金層の電気抵抗率は、1.9μΩcmから6μΩcmの範囲内にある
請求項2に記載の表示装置。 - 前記第1元素は亜鉛であり、前記第2元素はカルシウムである
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の表示装置。 - 前記第1導電性金属酸化物層及び前記第2導電性金属酸化物層は、
主たる導電性金属酸化物として酸化インジウムを含有するとともに、酸化アンチモン、酸化亜鉛、及び酸化ガリウムから構成される群より選択される1種以上を含有する導電性金属酸化物である
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の表示装置。 - 前記駆動デバイスは、ゲート絶縁層と接触しかつ酸化物半導体で構成されたチャネル層を有するとともに、前記機能デバイスを駆動する薄膜トランジスタであり、
前記駆動デバイスは、前記第1基板と対向する前記第2基板の面に設けられている
請求項1又は請求項2に記載の表示装置。 - 前記駆動デバイスは、ゲート絶縁層上に設けられたゲート電極を備え、
前記ゲート電極は、前記導電配線の一部を構成する
請求項1に記載の表示装置。 - 前記駆動デバイスは、ゲート絶縁層上に設けられたゲート電極を備え、
前記ゲート電極は、前記第2導電配線の一部を構成する
請求項2に記載の表示装置。 - 前記酸化物半導体は、
酸化インジウム、酸化ガリウム、酸化亜鉛から構成される群より選択される1種以上を含有し、少なくとも、酸化アンチモン、酸化ビスマスのうちいずれかを含む
請求項6に記載の表示装置。 - 前記ゲート絶縁層は、酸化セリウムを含む酸化物、あるいは、酸化セリウムを含む酸窒化物である
請求項6に記載の表示装置。 - 前記機能デバイスは、有機エレクトロルミネセンス層であり、
前記有機エレクトロルミネセンス層は、前記第1基板と対向する前記第2基板の面に設けられている
請求項6に記載の表示装置。 - 前記機能デバイスは、発光ダイオード層であり、
前記発光ダイオード層は、前記第1基板と対向する前記第2基板の面に設けられている
請求項6に記載の表示装置。 - 前記機能デバイスは、液晶層であり、
前記液晶層は、前記第1基板と前記第2基板との間に配設される、
請求項6に記載の表示装置。 - 表示装置基板であって、
基板本体と、
前記基板本体上に設けられたブラックマトリクスと、
平面視、前記ブラックマトリクスに対応する位置に設けられた第1タッチセンシング配線と、
を備え、
前記第1タッチセンシング配線は、第1導電性金属酸化物層と第2導電性金属酸化物層とによって銅合金層が挟持された3層で構成されており、
前記銅合金層は、銅に固溶する第1元素と、銅及び前記第1元素より電気陰性度が小さい第2元素とを含み、
前記第1元素及び前記第2元素は、銅に添加する場合の電気抵抗率上昇率が1μΩcm/at%以下の元素であり、
前記銅合金層の電気抵抗率は、1.9μΩcmから6μΩcmの範囲内にある
表示装置基板。 - 前記第1タッチセンシング配線を覆う絶縁層と、
平面視、前記第1タッチセンシング配線が延在する方向に対して直交する方向に延在し、前記ブラックマトリクスに対応する位置にて前記絶縁層上に設けられた第2タッチセンシング配線と、
を備え、
前記第2タッチセンシング配線は、第1導電性金属酸化物層と第2導電性金属酸化物層とによって銅合金層が挟持された3層で構成されており、
前記銅合金層は、銅に固溶する第1元素と、銅及び前記第1元素より電気陰性度が小さい第2元素とを含み、
前記第1元素及び前記第2元素は、銅に添加する場合の電気抵抗率上昇率が1μΩcm/at%以下の元素であり、
前記銅合金層の電気抵抗率は、1.9μΩcmから6μΩcmの範囲内にある
請求項14に記載の表示装置基板。
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