WO2011129228A1

WO2011129228A1 - 表示装置

Info

Publication number: WO2011129228A1
Application number: PCT/JP2011/058596
Authority: WO
Inventors: 裕之貝川; 勇夫中西
Original assignee: シャープ株式会社
Priority date: 2010-04-16
Filing date: 2011-04-05
Publication date: 2011-10-20
Also published as: US20130037903A1

Abstract

表示パネルを照らすバックライト等の光が、光センサ素子と基板との間に設けられた遮光層を透過するのを防止する構成を得る。液晶表示装置（１）は、表示パネルの一部を構成する基板（３０）上に形成されたフォトダイオード（１０）と、前記基板（３０）と前記フォトダイオード（１０）との間に形成された遮光膜（２０）と、を備えている。遮光膜（２０）の厚みを１００ｎｍ以上とする。

Description

表示装置

　本発明は、光センサ素子を有する表示装置に関する。

　従来より、表示パネルの一部を構成する基板と該基板上に形成された光センサ素子との間に遮光層を有する表示装置が知られている。このような表示装置では、例えば特開２００９－７５３８５号公報に開示されるように、基板側から入射する光を、光センサ素子と基板との間に配置された光反射膜（遮光層）によって遮光している。これにより、光センサ素子を透過した外光は、光反射膜で反射して光センサ素子に再度入射される一方、基板側から入射するバックライトの光は光反射膜によって遮られる。

　ところで、上述のように、光センサ素子と基板との間に遮光層を形成しても、遮光層の厚みが薄いと、バックライト等から入射される光が該遮光層を透過する可能性がある。そうすると、光センサ素子にノイズが生じて検出精度が低下する。

　本発明の目的は、表示パネルを照らすバックライト等の光が、光センサ素子と基板との間に設けられた遮光層を透過するのを防止する構成を得ることにある。

　本発明の一側面にかかる表示装置は、表示パネルの一部を構成する基板上に形成された光センサ素子と、前記基板と前記光センサ素子との間に配置された遮光層と、を備え、該遮光層の最小肉厚部分の厚みが１００ｎｍ以上である。

　本発明により、バックライト等の光が、光センサ素子と基板との間に設けられる遮光層を透過するのを防止できる。

図１は、実施形態にかかる液晶表示装置の表示パネルの概略構成を示す斜視図である。図２は、実施形態にかかる液晶表示装置のフォトダイオードの概略構成を示す断面図である。図３は、フォトダイオードに入射した光が遮光層で反射する様子を示す図である。図４は、遮光膜の膜厚と光透過率との関係を示すグラフである。図５は、図４の一部の範囲を拡大して示すグラフである。図６Ａは、遮光膜の製造工程において、遮光薄膜上にレジストパターンを形成した状態を示す図である。図６Ｂは、遮光膜の製造工程において、レジストパターンをマスクとして遮光薄膜をエッチングして、遮光膜を形成した状態を示す図である。図６Ｃは、遮光膜の製造工程において、遮光膜上に、凹部を形成するためのレジストパターンを形成した状態を示す図である。図６Ｄは、遮光膜の製造工程において、レジストパターンをマスクとして遮光膜をエッチングして、該遮光膜上に凹部を形成した状態を示す図である。図６Ｅは、遮光膜の製造工程において、遮光膜上のレジストパターンを除去した状態を示す図である。図７Ａは、遮光膜の別の製造工程において、遮光薄膜上にレジストパターンを形成した状態を示す図である。図７Ｂは、遮光膜の別の製造工程において、レジストパターンをマスクとして遮光薄膜をエッチングして、遮光膜を形成した状態を示す図である。図７Ｃは、遮光膜の別の製造工程において、レジストパターンの厚みの小さい部分をアッシングによって除去して島状のレジストパターンを形成した状態を示す図である。図７Ｄは、遮光膜の別の製造工程において、レジストターンをマスクとして遮光膜をエッチングして、該遮光膜上に凹部を形成した状態を示す図である。

　本発明の一実施形態にかかる表示装置は、表示パネルの一部を構成する基板上に形成された光センサ素子と、前記基板と前記光センサ素子との間に形成された遮光層とを備え、該遮光層の最小肉厚部分の厚みが１００ｎｍ以上である（第１の構成）。

　この構成によって、基板と光センサ素子との間に配置される遮光層は、光を遮るのに十分な厚みを有しているため、基板側から入射されるバックライト等の光が遮光層を透過するのを防止できる。すなわち、図４及び図５に示すように、遮光層は、その厚みが１００ｎｍ以上であれば、可視光をほとんど透過しないため、光センサ素子にバックライトの光が到達するのを防止できる。したがって、上述の構成により、光センサ素子の検出精度の低下を防止できる。

　前記第１の構成において、前記遮光層の最小肉厚部分の厚みが１１５ｎｍ以上であるのが好ましい（第２の構成）。

　これにより、図４及び図５に示すように、可視光だけでなく赤外光も遮光層によって遮ることができる。したがって、上記の構成により、可視光及び赤外光が光センサ素子に入射されるのを防止でき、該光センサ素子の検出精度の低下をより確実に防止することができる。

　前記第１または第２の構成において、前記遮光層の光センサ素子側の面には、凹凸部が設けられていて、前記遮光層の光センサ素子側の面は、該光センサ素子を透過した外光を該光センサ素子に入射させるように反射する反射部を構成していて、前記遮光層の最小肉厚部分は、凹部分であるのが好ましい（第３の構成）。

　これにより、反射部によって、光センサ素子を透過した光を再度、該光センサ素子に入射することが可能になる。このとき、反射部の凹凸によって光の反射角度が変わるため、光センサ素子を通過する光の経路の長さが変わり、該光センサ素子でより長波長の光も検出することが可能になる。

　そして、このような構成において、前記第１または第２の構成のように、遮光層の最小肉厚部分の厚みを、可視光を利用する光センサの場合は１００ｎｍ以上、赤外光を利用する光センサの場合は１１５ｎｍ以上にすることで、バックライト等の光が遮光層を透過するのをより確実に防止できる。

　第３の構成において、前記光センサ素子は、シリコン層を備えていて、該シリコン層は、前記遮光層の凹凸部に沿うような凹凸部を有するのが好ましい（第４の構成）。

　これにより、光センサ素子のシリコン層が平面の場合に比べて、シリコン層の表面積を増大させることができる。すなわち、上述の構成により、フォトダイオードの受光面積を増大させることができ、該フォトダイオードの性能向上を図れる。

　以下、本発明の半導体装置の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、各図中の構成部材の寸法は、実際の構成部材の寸法及び各構成部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。

　図１に、実施形態にかかる液晶表示装置１（表示装置）の表示パネルの概略構成を示す。この表示パネルは、アクティブマトリクス基板３と、対向基板４と、それらの間に挟みこまれる液晶層（図示省略）とを備えている。また、本実施形態の液晶表示装置１の表示パネルは、外光に反応して信号を出力するフォトダイオード１０（光センサ素子）を備えた光センサ付きの表示パネルである。なお、表示パネルには、液晶表示装置１の図示しないバックライト装置から光が照射される。

　アクティブマトリクス基板３は、多くの画素がマトリクス状に形成された基板３０を備えている。また、アクティブマトリクス基板３には、各画素に対応して画素電極や薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下、“ＴＦＴ”と呼ぶ）が設けられている。さらに、アクティブマトリクス基板３には、フォトダイオード１０も設けられている。一方、対向基板４は、特に図示しないが、画素電極に対向する対向電極と、着色層を有するカラーフィルタと、を備えている。

　前記液晶表示装置１は、アクティブマトリクス基板３のＴＦＴを、該アクティブマトリクス基板３に設けられたドライバ５からの信号に応じて駆動させることにより、液晶層内の液晶を制御し、表示パネルに画像を表示するように構成されている。

　図２に、アクティブマトリクス基板３に設けられているフォトダイオード１０の概略構成を示す。以下の説明で用いる全図において、図中の導体及び半導体のみにハッチングが施されている。

　フォトダイオード１０は、基板３０上に設けられた遮光膜２０（遮光層）の上方に形成されている。すなわち、フォトダイオード１０と基板３０との間には、遮光膜２０が設けられている。基板３０は、アクティブマトリクス基板３のベース基板となる透光性のガラス基板である。遮光膜２０は、タンタル（Ｔａ）またはチタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）等を主成分とする金属膜（例えば、Ｍｏ、Ｗ／ＴａＮ、ＭｏＷ、Ｔｉ／Ａｌなど）からなる。この遮光膜２０によって、図示しないバックライト装置の照明光が、フォトダイオード１０に入力されるのを防止することができる。さらに、遮光膜２０は、入射する光を反射する反射膜としても機能する。すなわち、遮光膜２０のフォトダイオード１０側の面が反射部に対応する。

　また、遮光膜２０には、基板３０とは反対側の面、すなわちフォトダイオード１０側の面に凹凸部２１が形成されている。すなわち、遮光膜２０のフォトダイオード１０側の面には、複数の凹部２２が設けられていて、これにより、該遮光膜２０の表面に凹凸部２１が形成されている。これらの凹部２１は、後述するように、基板３０側から入射される光が可視光の場合には、遮光膜２０の厚みが１００ｎｍ以上になるように形成されている。一方、基板３０側から入射される光が赤外光の場合には、遮光膜２０の厚みが１１５ｎｍ以上になるように形成されている。

　基板３０上及び遮光膜２０上には、フォトダイオード１０のベースとなるベースコート２５が形成されている。このベースコート２５は、例えばシリコン酸化膜などからなる絶縁膜である。ベースコート２５は、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって、遮光膜２０を覆うように形成されている。そのため、ベースコート２５の表面にも、遮光膜２０の凹凸部２１の形状に沿った凹凸が形成されている。

　ベースコート２５上には、シリコン膜２６（シリコン層）が形成されている。このシリコン膜２６も、ベースコート２５と同様、ＣＶＤ方によって、該ベースコート２５上に形成されているため、該ベースコート２５の表面の凹凸に応じた凹凸部２７を有している。また、シリコン膜２６には、面方向に沿って、ｎ型の半導体領域２６ａ、真性半導体領域２６ｂ及びｐ型の半導体領域２６ｃが順に形成されている。すなわち、ｎ型の半導体領域２６ａ及びｐ型の半導体領域２６ｃは、シリコン膜２６の面方向の端部に形成されていて、該シリコン膜２６の凹凸部２７には、真性半導体領域２６ｂが位置している。これにより、従来のフォトダイオードと同様、フォトダイオード１０に光が入射されると、該フォトダイオード１０のシリコン膜２６内に光電流が生じる。

　上述のような構成において、図３に拡大して示すように、フォトダイオード１０側から光が入射する（図中の白抜き矢印）と、遮光膜２０の表面（反射部）で反射する（図中の斜線矢印）。このとき、遮光膜２０のフォトダイオード１０側の面に凹凸部２１が設けられているため、凸の平面部分で反射した光がシリコン膜２６を通過する長さＸに対して、凹凸部の段差部分で反射した光がシリコン膜２６を通過する長さＹの方が長くなる。これにより、フォトダイオード１０の真性半導体領域２６ｂを通過する長波長の光量が増える。したがって、フォトダイオード１０の長波長側の光に対する感度を向上させることができる。

　一方、図示しないバックライト装置から基板３０側に入射される光は、遮光膜２０によって遮られる。これにより、バックライト装置から入射される光は、フォトダイオード１０に到達しないため、フォトダイオード１０にノイズが生じにくくなり、該フォトダイオード１０の感度の向上を図れる。

　また、上述のように、遮光膜２０のフォトダイオード１０側の面に凹凸部２１を設けることで、該フォトダイオード１０のシリコン膜２６の表面積を増大させることができる。すなわち、フォトダイオード１０のシリコン膜２６も凹凸を有するため、基板３０上の形成領域が同じ面積であれば、フォトダイオードのシリコン膜が平面である場合に比べて、シリコン膜２６の表面積を増大させることができる。これにより、フォトダイオード１０の受光面積を増大させることができ、該フォトダイオード１０の性能向上を図れる。

　上述のような構成を有する遮光膜２０の膜厚は、基板３０側から入射される光が可視光の場合には１００ｎｍ以上とし、基板３０側から入射される光が赤外光の場合は１１５ｎｍ以上とする。すなわち、遮光膜２０の厚みが最も小さい部分（凹部２２が形成されている部分、最小肉厚部分）の膜厚を、入射される光が可視光の場合には１００ｎｍ以上に形成し、入射される光が赤外光の場合には１１５ｎｍ以上に形成する。よって、遮光膜２０の最小肉厚を、１１５ｎｍとすれば、基板３０側から可視光及び赤外光が入射されても、それらの光を遮ることができる。

　上述の各膜厚は、光が透過しないような遮光膜２０の厚みとして、発明者らの鋭意努力によって見出されたものである。図４及び図５に、遮光膜の膜厚と光透過率との関係を示す。なお、これらの図４及び図５では、遮光膜をＭｏによって形成し、該遮光膜に波長５５０ｎｍの可視光及び波長８５０ｎｍの赤外光をそれぞれ照射して光の透過率（％）を求めた。図５は、図４のグラフの一部の範囲（遮光膜の膜厚が９０ｎｍ～１５０ｎｍの範囲）を拡大して示すグラフである。

　これらの図４及び図５に示すように、遮光膜の膜厚が小さくなると、光の透過率は大きくなる。図５に示すように、可視光の場合には、遮光膜の膜厚が１００ｎｍ以上で光の透過率がほぼ０％になる。また、赤外光の場合には、遮光膜の膜厚が１１５ｎｍ以上で光の透過率がほぼ０％になる。したがって、可視光の場合には、遮光膜２０の凹凸部２１で最も厚みの小さい部分（すなわち凹部２２の部分）の膜厚が１００ｎｍ以上であれば、可視光が遮光膜２０を透過しない。また、赤外光の場合には、遮光膜２０の最小膜厚（凹部２２の部分の膜厚）が１１５ｎｍ以上であれば、赤外光が遮光膜２０を透過しない。

　（遮光膜の製造方法）
　次に、上述のような構成を有する遮光膜２０の製造方法について、以下で説明する。図６Ａ～図６Ｅは、遮光膜２０の製造工程を簡略的に示す図である。

　図６Ａに示すように、まず、基板３０上にＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やスパッタ法等によって、例えばＭｏ等の金属材料からなる遮光薄膜３１を形成する。その後、遮光薄膜３１上に、フォトリソグラフィ法によって、遮光膜２０を形成する予定の領域（以下、形成予定領域という）を覆うレジストパターン３２を形成する。

　そして、レジストパターン３２をマスクとして、図６Ｂに示すように、遮光薄膜３１をエッチングする。これにより、遮光膜２０が得られる。その後、レジストパターン３２を除去する。

　次に、図６Ｃに示すように、遮光膜２０上に、フォトリソグラフィ法によって、遮光膜２０の凹部２２の形成予定領域で開口しているレジストパターン３３を形成する。図６Ｄに示すように、このレジストパターン３３をマスクとして、遮光膜２０をエッチングし、該遮光膜２０上に複数の凹部２２を形成する。このとき、基板３０側から入射する可視光を遮光膜２０によって遮る場合には、遮光膜２０の凹部２２での厚みが１００ｎｍ以上になるようにエッチングする。一方、基板３０側から入射する赤外光を遮光膜２０によって遮る場合には、遮光膜２０の凹部２２での厚みが１１５ｎｍ以上になるようにエッチングする。その後、レジストパターン３３を除去することにより、図６Ｅに示すように、表面に凹凸部２１を有する遮光膜２０が形成される。

　なお、特に図示しないが、上述のように遮光膜２０を形成した後、該遮光膜２０上にＣＶＤ法によってベースコート２５及びシリコン膜２６を形成する。そして、該シリコン膜２６の一部を、イオン注入等によってドープすることにより、ｎ型半導体領域２６ａ及びｐ型半導体領域２６ｃを形成する。これにより、図２に示すようなフォトダイオード１０が形成される。

　（実施形態の効果）
　本実施形態では、遮光膜２０のフォトダイオード１０側の面に凹凸部２１を形成し、該フォトダイオード１０においてより長波長の光を感度良く検出できるようにした。これにより、フォトダイオード１０の長波長側の検出精度の向上を図れる。そして、本実施形態では、上述のような構成において、遮光膜２０の最も厚みの小さい部分（すなわち凹凸部２１を形成する凹部２２の部分）の膜厚を、基板３０側から照射される光が可視光の場合には１００ｎｍ以上にし、赤外光の場合には１１５ｎｍ以上にする。これにより、遮光膜２０を可視光または赤外光が透過するのを防止することができる。したがって、フォトダイオード１０にバックライト装置等の光が入射するのを防止することができ、該フォトダイオード１０の検出精度の向上を図れる。

　（実施形態の変形例）
　この変形例では、図７Ａ～図７Ｄに示すように、遮光膜２０の形成方法が上述の実施形態とは異なる。すなわち、上述の実施形態では、図６Ａ～図６Ｅに示すように、遮光膜２０を形成するために、レジストパターン３２，３３を２度、形成している。しかしながら、この変形例では、１回のレジストパターンの形成によって遮光膜２０を形成する。以下の説明において、上述の実施形態と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

　まず、図７Ａに示すように、基板３０上に、遮光薄膜３１を形成する。そして、遮光薄膜３１上に、フォトリソグラフィ法によって、遮光膜２０の凹部２２の形成予定領域における厚みがそれ以外の部分の厚みよりも小さくなるように、レジストパターン４１を形成する。すなわち、レジストパターン４１は、部分的に厚みが小さい複数の凹部４２を有している。

　そして、図７Ｂに示すように、レジストパターン４１をマスクとして、遮光薄膜３１をエッチングする。これにより、遮光膜２０が形成される。

　次に、図７Ｃに示すように、酸素ガスをプラズマ化させてフォトレジストを分解するプラズマアッシングによって、主にレジストパターン４１の厚みが小さい部分を除去する。これにより、島状のレジストパターン４３が形成される。その後、図７Ｄに示すように、レジストパターン４３をマスクとして、遮光膜２０をエッチングする。こうすることで、レジストパターン４３のない部分には、凹部２２が形成される。そして、レジストパターン４３を除去することにより、図６Ｅに示す形状の遮光膜２０が得られる。

　［その他の実施形態］
　以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。

　前記実施形態では、遮光膜２０のフォトダイオード１０側の面に凹凸部２１を設けている。しかし、遮光膜の表面に凹凸部を設けなくてもよい。その場合でも、遮光膜の最小膜厚を、可視光が入射される場合には１００ｎｍ以上、赤外光が入射される場合には１１５ｎｍ以上とすればよい。

　本発明による表示装置は、遮光膜を有する半導体装置を備えた表示装置に利用可能である。

Claims

　表示パネルの一部を構成する基板上に形成された光センサ素子と、
　前記基板と前記光センサ素子との間に形成された遮光層と、を備え、
　前記遮光層の最小肉厚部分の厚みが１００ｎｍ以上である、表示装置。
　前記遮光層の最小肉厚部分の厚みが１１５ｎｍ以上である、請求項１に記載の表示装置。
　前記遮光層の光センサ素子側の面には、凹凸部が設けられていて、
　前記遮光層の光センサ素子側の面は、該光センサ素子を透過した外光を該光センサ素子に入射させるように反射する反射部を構成していて、
　前記遮光層の最小肉厚部分は、凹部分である、請求項１または２に記載の表示装置。
　前記光センサ素子は、シリコン層を備えていて、
　前記シリコン層は、前記遮光層の凹凸部に沿うような凹凸部を有する、請求項３に記載の表示装置。