JP2023038651A - アクティブマトリクス基板および液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】フリッカの発生を抑制し得るアクティブマトリクス基板を提供する。【解決手段】各画素領域は、画素電極と、酸化物半導体層を活性層とする酸化物半導体TFTとを有し、画素電極は、酸化物半導体TFTを介して隣接する2つのソースバスラインの一方に電気的に接続され、各画素領域の酸化物半導体TFTの酸化物半導体層は、隣接する2つのゲートバスラインの一方を挟んで隣接する第1隣接画素領域の画素電極に絶縁層を介して重なり、各画素領域の画素電極は、隣接する2つのゲートバスラインの他方を挟んで隣接する第2隣接画素領域の酸化物半導体層と絶縁層を介して部分的に重なり、互いに隣接する第1ソースバスラインおよび第2ソースバスラインの間には、画素電極が第1ソースバスラインに接続された2つの画素領域からなる画素セットと、画素電極が第2ソースバスラインに接続された2つの画素領域からなる画素セットとが、交互に配列されている。【選択図】図2B
Description
本発明は、アクティブマトリクス基板および液晶表示装置に関する。
液晶表示装置等の表示装置に使用されるアクティブマトリクス基板は、画素毎に、スイッチング素子として薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor:以下、「TFT」)を備えている。TFTの活性層の材料として、非晶質シリコンや多結晶シリコンに代わって、酸化物半導体を用いることが提案されている。このようなTFTを「酸化物半導体TFT」と称する。酸化物半導体TFTの多くは、ボトムゲート型TFTであるが、トップゲート型の酸化物半導体TFTも提案されている(例えば特許文献1)。
酸化物半導体は、非晶質シリコンよりも高い移動度を有している。このため、酸化物半導体TFTは、非晶質シリコンTFTよりも高速で動作することが可能である。また、酸化物半導体膜は、多結晶シリコン膜よりも簡便なプロセスで形成されるため、大面積が必要とされる装置にも適用できる。
さらに、酸化物半導体TFTは、オフリーク特性に優れているので、酸化物半導体TFTを画素TFTとして用いると、画像の書き換え頻度を低下させて表示を行う動作モードを利用することもできる。具体的には、走査線(ゲートバスライン)を走査して信号電圧の書込みを行う駆動期間と、全ての走査線を非走査状態にして書込みを休止する休止期間とを設ける。このような駆動方式は、休止駆動または低周波駆動などと呼ばれ、液晶表示装置の消費電力を大幅に削減することが可能である(特許文献2参照)。
アクティブマトリクス基板を用いた表示装置では、寄生容量による画素電位の変動により表示品位が低下するおそれがある。この問題は、低周波駆動を行う場合に特に顕著である。低周波駆動を行うと、低周波駆動の休止期間において、寄生容量による画素電位の変動に起因して、フリッカと呼ばれる点滅のようなちらつきが画面に現れやすくなることが知られている。
本開示の一実施形態は、各画素に酸化物半導体TFTを備え、表示品位の低下を抑制し得るアクティブマトリクス基板、およびアクティブマトリクス基板を用いた液晶表示装置を提供する。
本明細書は、以下の項目に記載のアクティブマトリクス基板および液晶表示装置を開示している。
[項目1]
行方向および列方向にマトリクス状に配置された複数の画素領域を有するアクティブマトリクス基板であって、基板と、前記基板に支持された前記行方向に延びる複数のゲートバスラインおよび前記列方向に延びる複数のソースバスラインと、を備え、
各画素領域は、互いに隣接する2つのゲートバスラインおよび互いに隣接する2つのソースバスラインによって規定され、
前記各画素領域は、画素電極と、酸化物半導体層を活性層とする酸化物半導体TFTと、を有し、前記画素電極は、前記酸化物半導体TFTを介して、前記隣接する2つのソースバスラインの一方に電気的に接続され、
前記各画素領域の前記酸化物半導体TFTの前記酸化物半導体層は、前記隣接する2つのゲートバスラインの一方を挟んで隣接する第1隣接画素領域の画素電極に絶縁層を介して重なり、
前記各画素領域の前記画素電極は、前記隣接する2つのゲートバスラインの他方を挟んで隣接する第2隣接画素領域の酸化物半導体層と前記絶縁層を介して部分的に重なり、
前記複数のソースバスラインは、互いに隣接する第1ソースバスラインおよび第2ソースバスラインを含み、前記第1ソースバスラインおよび前記第2ソースバスラインの間には、前記画素電極が前記第1ソースバスラインに接続された2つの画素領域からなる画素セットと、前記画素電極が前記第2ソースバスラインに接続された2つの画素領域からなる画素セットとが、交互に配列されている、アクティブマトリクス基板。
[項目2]
前記各画素領域において、
前記酸化物半導体TFTは、前記一方のゲートバスラインに電気的に接続されたゲート電極を有し、
前記酸化物半導体TFTの前記酸化物半導体層は、前記基板の法線方向から見たとき、前記ゲート電極に重なるチャネル領域と、前記チャネル領域の両側にそれぞれ位置し、前記チャネル領域よりも比抵抗の小さい第1領域および第2領域とを含み、
前記第1領域は、前記一方のソースバスラインに電気的に接続され、前記第2領域は、前記画素電極に電気的に接続され、
前記第1領域は、前記基板の法線方向から見たとき、前記一方のゲートバスラインを横切って延び、前記第1隣接画素領域の前記画素電極に部分的に重なっている、項目1に記載のアクティブマトリクス基板。
[項目3]
前記各画素領域の前記酸化物半導体TFTにおいて、前記酸化物半導体層は、前記ゲート電極と前記基板との間に位置する、項目2に記載のアクティブマトリクス基板。
[項目4]
前記各画素領域は、
前記画素電極と、前記一方のソースバスラインとの間に形成される自ソース寄生容量Csd(A)と、
前記画素電極と、前記隣接する2つのソースバスラインの他方との間に形成される他ソース寄生容量Csd(B)と、
を有し、
前記自ソース寄生容量Csd(A)および前記他ソース寄生容量Csd(B)の一方は、前記画素電極と前記第2隣接画素領域の前記酸化物半導体層とが前記絶縁層を介して部分的に重なることによって形成される追加の寄生容量Cxを含む、項目1から3のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板。
[項目5]
前記各画素領域において、
前記画素電極に部分的に重なる前記第2隣接画素領域の前記酸化物半導体層が、前記一方のソースバスラインに電気的に接続されている場合には、前記追加の寄生容量Cxは、前記自ソース寄生容量Csd(A)に含まれる追加の自ソース寄生容量Cx(A)となり、
前記画素電極に部分的に重なる前記第2隣接画素領域の前記酸化物半導体層が、前記他方のソースバスラインに電気的に接続されている場合には、前記追加の寄生容量Cxは、前記他ソース寄生容量Csd(B)に含まれる追加の他ソース寄生容量Cx(B)となり、
各画素セットにおける前記2つの画素領域の一方は、追加の自ソース寄生容量Cx(A)を有する第1画素領域であり、前記2つの画素領域の他方は、追加の他ソース寄生容量Cx(B)を有する第2画素領域である、項目4に記載のアクティブマトリクス基板。
[項目6]
前記第1画素領域の自ソース寄生容量Csd1(A)および他ソース寄生容量Csd1(B)と、前記第2画素領域の自ソース寄生容量Csd2(A)および他ソース寄生容量Csd2(B)とは、
Csd1(A)>Csd1(B)
Csd2(A)<Csd2(B)
を満たす、項目5に記載のアクティブマトリクス基板。
[項目7]
前記各画素領域の画素容量をCpiとすると、前記各画素領域のβ値であるβ(A-B)は、下記式(1)で求められ、
β(A-B)={Csd(A)-Csd(B)}/Cpi・・・(1)
前記各画素セットにおける前記第1画素領域および前記第2画素領域のβ値を、それぞれ、β1(A-B)、β2(A-B)とすると、
前記各画素セットは、
|β1(A-B)+β2(A-B)|≦0.001
を満たすように設計されている、項目5または6に記載のアクティブマトリクス基板。
[項目8]
前記各画素セットは、
|β1(A-B)|>0.001
|β2(A-B)|>0.001
を満たすように設計されている、項目7に記載のアクティブマトリクス基板。
[項目9]
前記複数のソースバスラインは、行方向における一側端に位置する端ソースバスラインを含み、
前記アクティブマトリクス基板は、前記基板の法線方向から見たとき、前記端ソースバスラインに少なくとも部分的に重なる複数の第1ダミー金属酸化物層をさらに含み、
前記複数の第1ダミー金属酸化物層と、前記複数の画素領域における前記酸化物半導体TFTの前記酸化物半導体層とは、同じ酸化物半導体膜から互いに離隔して形成されており、
前記各第1ダミー金属酸化物層は、前記端ソースバスラインに電気的に接続されている、項目1から8のいずれか一項に記載のアクティブマトリクス基板。
[項目10]
前記アクティブマトリクス基板は、
前記端ソースバスラインと、前記複数の酸化物半導体TFTのいずれかの酸化物半導体層とを接続する複数の第1ソースコンタクト部と、
前記端ソースバスラインと、前記複数の第1ダミー金属酸化物層のいずれかとを接続する複数のダミーコンタクト部と、を備え、
前記端ソースバスラインは、前記複数のゲートバスラインによって画定される複数の部分を含み、前記複数のダミーコンタクト部のそれぞれは、前記複数の部分のうち第1ソースコンタクト部が配置されていない部分に配置されている、項目9に記載のアクティブマトリクス基板。
[項目11]
前記アクティブマトリクス基板は、列方向における一側端に位置する端部画素行と、前記端部画素行に位置する複数の端部画素電極と、複数の第2ダミー金属酸化物層と、をさらに備え、
前記複数の第2ダミー金属酸化物層と、前記複数の画素領域における前記酸化物半導体TFTの前記酸化物半導体層とは、同じ酸化物半導体膜から互いに離隔して形成されており、
前記各第2ダミー金属酸化物層は、前記複数のソースバスラインのいずれかに電気的に接続され、かつ、前記複数の端部画素電極のいずれかに部分的に重なっている、項目1から10のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板。
[項目12]
前記複数の画素領域は、前記基板の法線方向から見たときの前記画素電極と前記第2隣接画素領域の前記酸化物半導体層とが重なる部分の面積が互いに異なる2以上の画素領域を含む、項目1から11のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板。
[項目13]
行方向および列方向にマトリクス状に配置された複数の画素領域を有するアクティブマトリクス基板であって、基板と、前記基板に支持された前記行方向に延びる複数のゲートバスラインおよび前記列方向に延びる複数のソースバスラインと、を備え、
各画素領域は、互いに隣接する2つのゲートバスラインおよび互いに隣接する2つのソースバスラインによって規定され、
前記各画素領域は、画素電極と、酸化物半導体層を活性層とする酸化物半導体TFTと、を有し、前記画素電極は、前記酸化物半導体TFTを介して、前記隣接する2つのソースバスラインの一方に電気的に接続され、
前記複数のソースバスラインは、互いに隣接する第1ソースバスラインおよび第2ソースバスラインを含み、前記第1ソースバスラインおよび前記第2ソースバスラインの間には、前記画素電極が前記第1ソースバスラインに電気的に接続された2つの画素領域からなる画素セットと、前記画素電極が前記第2ソースバスラインに電気的に接続された2つの画素領域からなる画素セットとが、交互に配列されており、
前記各画素領域のβ値であるβ(A-B)は、前記画素電極と前記一方のソースバスラインとの間に形成される自ソース寄生容量Csd(A)と、前記画素電極と前記隣接する2つのソースバスラインの他方との間に形成される他ソース寄生容量Csd(B)と、画素容量Cpiとから、下記式(1)で求められ、
β(A-B)={Csd(A)-Csd(B)}/Cpi・・・(1)
各画素セットにおける前記2つの画素領域のβ値をβ1(A-B)、β2(A-B)とすると、前記各画素セットは、
β1(A-B)>0
β2(A-B)<0
|β1(A-B)+β2(A-B)|≦0.001
を満たすように設計されている、アクティブマトリクス基板。
[項目14]
前記各画素セットは、前記2つの画素領域のβ値であるβ1(A-B)、β2(A-B)が、
|β1(A-B)|>0.001
|β2(A-B)|>0.001
を満たすように設計されている、項目13に記載のアクティブマトリクス基板。
[項目15]
前記酸化物半導体層は、In-Ga-Zn-O系半導体を含む、項目1から14のいずれか一項に記載のアクティブマトリクス基板。
[項目16]
前記In-Ga-Zn-O系半導体は結晶質部分を含む、項目15に記載のアクティブマトリクス基板。
[項目17]
項目1から16のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板と、
前記アクティブマトリクス基板に対向するように配置された対向基板と、
前記アクティブマトリクス基板と前記対向基板との間に設けられた液晶層と
を備える液晶表示装置。
[項目18]
前記隣接する2つのソースバスラインには互いに異なる極性のデータ信号が供給される、項目17に記載の液晶表示装置。
[項目1]
行方向および列方向にマトリクス状に配置された複数の画素領域を有するアクティブマトリクス基板であって、基板と、前記基板に支持された前記行方向に延びる複数のゲートバスラインおよび前記列方向に延びる複数のソースバスラインと、を備え、
各画素領域は、互いに隣接する2つのゲートバスラインおよび互いに隣接する2つのソースバスラインによって規定され、
前記各画素領域は、画素電極と、酸化物半導体層を活性層とする酸化物半導体TFTと、を有し、前記画素電極は、前記酸化物半導体TFTを介して、前記隣接する2つのソースバスラインの一方に電気的に接続され、
前記各画素領域の前記酸化物半導体TFTの前記酸化物半導体層は、前記隣接する2つのゲートバスラインの一方を挟んで隣接する第1隣接画素領域の画素電極に絶縁層を介して重なり、
前記各画素領域の前記画素電極は、前記隣接する2つのゲートバスラインの他方を挟んで隣接する第2隣接画素領域の酸化物半導体層と前記絶縁層を介して部分的に重なり、
前記複数のソースバスラインは、互いに隣接する第1ソースバスラインおよび第2ソースバスラインを含み、前記第1ソースバスラインおよび前記第2ソースバスラインの間には、前記画素電極が前記第1ソースバスラインに接続された2つの画素領域からなる画素セットと、前記画素電極が前記第2ソースバスラインに接続された2つの画素領域からなる画素セットとが、交互に配列されている、アクティブマトリクス基板。
[項目2]
前記各画素領域において、
前記酸化物半導体TFTは、前記一方のゲートバスラインに電気的に接続されたゲート電極を有し、
前記酸化物半導体TFTの前記酸化物半導体層は、前記基板の法線方向から見たとき、前記ゲート電極に重なるチャネル領域と、前記チャネル領域の両側にそれぞれ位置し、前記チャネル領域よりも比抵抗の小さい第1領域および第2領域とを含み、
前記第1領域は、前記一方のソースバスラインに電気的に接続され、前記第2領域は、前記画素電極に電気的に接続され、
前記第1領域は、前記基板の法線方向から見たとき、前記一方のゲートバスラインを横切って延び、前記第1隣接画素領域の前記画素電極に部分的に重なっている、項目1に記載のアクティブマトリクス基板。
[項目3]
前記各画素領域の前記酸化物半導体TFTにおいて、前記酸化物半導体層は、前記ゲート電極と前記基板との間に位置する、項目2に記載のアクティブマトリクス基板。
[項目4]
前記各画素領域は、
前記画素電極と、前記一方のソースバスラインとの間に形成される自ソース寄生容量Csd(A)と、
前記画素電極と、前記隣接する2つのソースバスラインの他方との間に形成される他ソース寄生容量Csd(B)と、
を有し、
前記自ソース寄生容量Csd(A)および前記他ソース寄生容量Csd(B)の一方は、前記画素電極と前記第2隣接画素領域の前記酸化物半導体層とが前記絶縁層を介して部分的に重なることによって形成される追加の寄生容量Cxを含む、項目1から3のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板。
[項目5]
前記各画素領域において、
前記画素電極に部分的に重なる前記第2隣接画素領域の前記酸化物半導体層が、前記一方のソースバスラインに電気的に接続されている場合には、前記追加の寄生容量Cxは、前記自ソース寄生容量Csd(A)に含まれる追加の自ソース寄生容量Cx(A)となり、
前記画素電極に部分的に重なる前記第2隣接画素領域の前記酸化物半導体層が、前記他方のソースバスラインに電気的に接続されている場合には、前記追加の寄生容量Cxは、前記他ソース寄生容量Csd(B)に含まれる追加の他ソース寄生容量Cx(B)となり、
各画素セットにおける前記2つの画素領域の一方は、追加の自ソース寄生容量Cx(A)を有する第1画素領域であり、前記2つの画素領域の他方は、追加の他ソース寄生容量Cx(B)を有する第2画素領域である、項目4に記載のアクティブマトリクス基板。
[項目6]
前記第1画素領域の自ソース寄生容量Csd1(A)および他ソース寄生容量Csd1(B)と、前記第2画素領域の自ソース寄生容量Csd2(A)および他ソース寄生容量Csd2(B)とは、
Csd1(A)>Csd1(B)
Csd2(A)<Csd2(B)
を満たす、項目5に記載のアクティブマトリクス基板。
[項目7]
前記各画素領域の画素容量をCpiとすると、前記各画素領域のβ値であるβ(A-B)は、下記式(1)で求められ、
β(A-B)={Csd(A)-Csd(B)}/Cpi・・・(1)
前記各画素セットにおける前記第1画素領域および前記第2画素領域のβ値を、それぞれ、β1(A-B)、β2(A-B)とすると、
前記各画素セットは、
|β1(A-B)+β2(A-B)|≦0.001
を満たすように設計されている、項目5または6に記載のアクティブマトリクス基板。
[項目8]
前記各画素セットは、
|β1(A-B)|>0.001
|β2(A-B)|>0.001
を満たすように設計されている、項目7に記載のアクティブマトリクス基板。
[項目9]
前記複数のソースバスラインは、行方向における一側端に位置する端ソースバスラインを含み、
前記アクティブマトリクス基板は、前記基板の法線方向から見たとき、前記端ソースバスラインに少なくとも部分的に重なる複数の第1ダミー金属酸化物層をさらに含み、
前記複数の第1ダミー金属酸化物層と、前記複数の画素領域における前記酸化物半導体TFTの前記酸化物半導体層とは、同じ酸化物半導体膜から互いに離隔して形成されており、
前記各第1ダミー金属酸化物層は、前記端ソースバスラインに電気的に接続されている、項目1から8のいずれか一項に記載のアクティブマトリクス基板。
[項目10]
前記アクティブマトリクス基板は、
前記端ソースバスラインと、前記複数の酸化物半導体TFTのいずれかの酸化物半導体層とを接続する複数の第1ソースコンタクト部と、
前記端ソースバスラインと、前記複数の第1ダミー金属酸化物層のいずれかとを接続する複数のダミーコンタクト部と、を備え、
前記端ソースバスラインは、前記複数のゲートバスラインによって画定される複数の部分を含み、前記複数のダミーコンタクト部のそれぞれは、前記複数の部分のうち第1ソースコンタクト部が配置されていない部分に配置されている、項目9に記載のアクティブマトリクス基板。
[項目11]
前記アクティブマトリクス基板は、列方向における一側端に位置する端部画素行と、前記端部画素行に位置する複数の端部画素電極と、複数の第2ダミー金属酸化物層と、をさらに備え、
前記複数の第2ダミー金属酸化物層と、前記複数の画素領域における前記酸化物半導体TFTの前記酸化物半導体層とは、同じ酸化物半導体膜から互いに離隔して形成されており、
前記各第2ダミー金属酸化物層は、前記複数のソースバスラインのいずれかに電気的に接続され、かつ、前記複数の端部画素電極のいずれかに部分的に重なっている、項目1から10のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板。
[項目12]
前記複数の画素領域は、前記基板の法線方向から見たときの前記画素電極と前記第2隣接画素領域の前記酸化物半導体層とが重なる部分の面積が互いに異なる2以上の画素領域を含む、項目1から11のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板。
[項目13]
行方向および列方向にマトリクス状に配置された複数の画素領域を有するアクティブマトリクス基板であって、基板と、前記基板に支持された前記行方向に延びる複数のゲートバスラインおよび前記列方向に延びる複数のソースバスラインと、を備え、
各画素領域は、互いに隣接する2つのゲートバスラインおよび互いに隣接する2つのソースバスラインによって規定され、
前記各画素領域は、画素電極と、酸化物半導体層を活性層とする酸化物半導体TFTと、を有し、前記画素電極は、前記酸化物半導体TFTを介して、前記隣接する2つのソースバスラインの一方に電気的に接続され、
前記複数のソースバスラインは、互いに隣接する第1ソースバスラインおよび第2ソースバスラインを含み、前記第1ソースバスラインおよび前記第2ソースバスラインの間には、前記画素電極が前記第1ソースバスラインに電気的に接続された2つの画素領域からなる画素セットと、前記画素電極が前記第2ソースバスラインに電気的に接続された2つの画素領域からなる画素セットとが、交互に配列されており、
前記各画素領域のβ値であるβ(A-B)は、前記画素電極と前記一方のソースバスラインとの間に形成される自ソース寄生容量Csd(A)と、前記画素電極と前記隣接する2つのソースバスラインの他方との間に形成される他ソース寄生容量Csd(B)と、画素容量Cpiとから、下記式(1)で求められ、
β(A-B)={Csd(A)-Csd(B)}/Cpi・・・(1)
各画素セットにおける前記2つの画素領域のβ値をβ1(A-B)、β2(A-B)とすると、前記各画素セットは、
β1(A-B)>0
β2(A-B)<0
|β1(A-B)+β2(A-B)|≦0.001
を満たすように設計されている、アクティブマトリクス基板。
[項目14]
前記各画素セットは、前記2つの画素領域のβ値であるβ1(A-B)、β2(A-B)が、
|β1(A-B)|>0.001
|β2(A-B)|>0.001
を満たすように設計されている、項目13に記載のアクティブマトリクス基板。
[項目15]
前記酸化物半導体層は、In-Ga-Zn-O系半導体を含む、項目1から14のいずれか一項に記載のアクティブマトリクス基板。
[項目16]
前記In-Ga-Zn-O系半導体は結晶質部分を含む、項目15に記載のアクティブマトリクス基板。
[項目17]
項目1から16のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板と、
前記アクティブマトリクス基板に対向するように配置された対向基板と、
前記アクティブマトリクス基板と前記対向基板との間に設けられた液晶層と
を備える液晶表示装置。
[項目18]
前記隣接する2つのソースバスラインには互いに異なる極性のデータ信号が供給される、項目17に記載の液晶表示装置。
本発明の一実施形態によると、各画素に酸化物半導体TFTを備え、表示品位の低下を抑制し得るアクティブマトリクス基板、およびアクティブマトリクス基板を用いた液晶表示装置が提供される。
上述したように、液晶表示装置の低周波駆動を行う場合、休止期間において、ソースバスラインで電位変動が生じると、寄生容量Csdを介して画素電極の電位(画素電位)が変動することがある。この結果、各画素の輝度が変化し、フリッカと呼ばれる現象が生じ得る。
ここで、寄生容量Csdは、ある画素(自画素)の画素電極と、その画素電極にデータ信号を供給するソースバスライン(以下、「自ソースバスライン」)との間に形成される寄生容量Csd(A)と、自画素の画素電極と、その画素電極に隣接する画素電極にデータ信号を供給するソースバスライン(以下、「他ソースバスライン」)との間に形成される寄生容量Csd(B)とを含む。本明細書では、寄生容量Csd(A)を「自ソース寄生容量」と呼び、寄生容量Csd(B)を「他ソース寄生容量」と呼ぶ。
なお、自ソース寄生容量Csd(A)は、自ソースバスラインおよび自画素の画素電極をそれぞれ容量電極として構成される寄生容量(例えば後述する通常寄生容量)だけでなく、自ソースバスラインに電気的に接続された導電体(電極または配線など)と自画素の画素電極とによって構成される寄生容量も含む。同様に、他ソース寄生容量Csd(B)は、他ソースバスラインに電気的に接続された導電体(電極または配線など)と自画素の画素電極とによって構成される寄生容量も含む。
寄生容量Csdに起因する画素の輝度変化(フリッカの発生)は、下式(1)で表されるβ(A-B)(以下、「β値」)の絶対値を小さくすることで抑制され得る。例えば、β値が略0であれば、ソースバスラインの電位変動による画素の輝度変化を最小に抑えることが可能になる。なお、低周波駆動を行わない場合でも、β値を小さくすることで、寄生容量Csdに起因する表示品位の低下を抑制できる。
β(A-B)={Csd(A)-Csd(B)}/Cpi ・・・(1)
Csd(A):自ソース寄生容量
Csd(B):他ソース寄生容量
Cpi:画素容量
β(A-B)={Csd(A)-Csd(B)}/Cpi ・・・(1)
Csd(A):自ソース寄生容量
Csd(B):他ソース寄生容量
Cpi:画素容量
本明細書では、各画素の「Csd(A)/Cpi」をβ(A)(以下、「自ソースβ値」)、「Csd(B)/Cpi」をβ(B)(以下、「他ソースβ値」)と呼ぶことがある。β(A-B)は、自ソースβ値と他ソースβ値との差で表される。
β(A-B)=β(A)-β(B) ・・・(2)
β(A-B)=β(A)-β(B) ・・・(2)
式(1)、(2)の画素容量Cpiは、自画素の画素電極と共通電極とによって構成される液晶容量と、補助容量とを含む。補助容量は、例えば、横電界モードの表示装置に適用されるアクティブマトリクス基板において、自画素の画素電極と共通電極との間に形成される透明補助容量を含む。図9に、ある1つの画素(自画素)におけるCsd(A)、Csd(B)およびCpiを例示する。
従来は、表示品位の低下やフリッカの発生を抑制するために、上記式(1)に基づいて、例えば、各画素の自ソース寄生容量Csd(A)と他ソース寄生容量Csd(B)との差ΔCsdの絶対値が小さくなるように、液晶表示装置の各構成要素の材料物性、プロセス、駆動方式等を調整する手法が採られていた(特許文献2など参照)。
しかしながら、特許文献2に提案された従来の手法によると、次のような問題が生じ得る。液晶表示装置の性能に対する要望は、フリッカの抑制以外にも多岐に亘っており、所定のβ値を確保しつつ、他の要望も満足させるような材料物性、プロセス、駆動方式を選択することは困難である。また、液晶表示装置の高精細化に伴ってCpiは小さくなり、β値が増加する(上記式(1)参照)。このため、高精細化が進むと、材料や駆動方式を調整するのみでは、フリッカの発生を十分に抑制できない可能性がある。
一方、本発明者は、画素レイアウトを利用して、各画素のβ値を制御することを検討した。しかしながら、各画素のΔCsdの絶対値を抑えることを優先して画素レイアウトを設計すると、各画素の開口率が低下したり、光の利用効率が低下し、所望の表示特性が得られないおそれがある。
本発明者は、検討を重ねた結果、従来と異なるアプローチで、寄生容量Csdに起因するフリッカを抑制し得る方法を見出し、本開示の実施形態に想到した。以下、本発明者が見出した第1および第2のアプローチを説明する。
<第1のアプローチ>
寄生容量Csdは、一般的に、小さい方が好ましいことが知られている。このような従来の知見に対し、本発明者は、各画素TFTの酸化物半導体層のレイアウトを利用して、自ソースまたは他ソースの寄生容量をあえて増加させることで、各画素の自ソース寄生容量Csd(A)と他ソース寄生容量Csd(B)とのバランスを調整できることを見出した。
寄生容量Csdは、一般的に、小さい方が好ましいことが知られている。このような従来の知見に対し、本発明者は、各画素TFTの酸化物半導体層のレイアウトを利用して、自ソースまたは他ソースの寄生容量をあえて増加させることで、各画素の自ソース寄生容量Csd(A)と他ソース寄生容量Csd(B)とのバランスを調整できることを見出した。
液晶表示装置のアクティブマトリクス基板では、通常、各画素電極と、その両側に位置する自ソースバスラインおよび他ソースバスラインとの間には、それぞれ、斜め電界による寄生容量(以下、「通常寄生容量」と呼ぶ。)が生じ得る。なお、アクティブマトリクス基板の構造によっては、通常寄生容量が極めて小さい場合がある(例えば画素電極の基板側に共通電極が存在する場合など)。
第1のアプローチでは、通常寄生容量に加えて、酸化物半導体TFTの活性層となる酸化物半導体層を利用して、さらなる寄生容量Cxを形成する。本明細書では、酸化物半導体層を容量電極とするこのような寄生容量Cxを「追加の寄生容量」と呼び、従来の構造でも形成される斜め電界による寄生容量(通常寄生容量)とを区別する。追加の寄生容量Cxは、例えば、自画素の画素電極と、他画素の酸化物半導体TFTの酸化物半導体層とを部分的に重なるように配置することで形成される重なり容量である。追加の寄生容量Cxの形成により、自ソース寄生容量Csd(A)または他ソース寄生容量Csd(B)を、所定の量増加させることができる。これにより、自ソース寄生容量Csd(A)および他ソース寄生容量Csd(B)のバランスを調整できる。
追加の寄生容量Cxは、材料や駆動方法に関わらず、各画素のレイアウトによって制御され得る。また、追加の寄生容量Cxは、酸化物半導体膜および透明導電膜で構成され、透明である。このため、追加の寄生容量Cxを形成することによる画素開口率の低下を抑制できる。
<第2のアプローチ>
上述のように、従来は、画素ごとにΔCsdの絶対値を小さく抑えて、上記式(1)のβ値を改善する手法が採られていた。
上述のように、従来は、画素ごとにΔCsdの絶対値を小さく抑えて、上記式(1)のβ値を改善する手法が採られていた。
これに対し、本発明者は、列方向に隣接し、かつ、同じソースバスラインに接続される画素電極を有する2つの画素を1セット(以下、「画素セット」と呼ぶ。)とし、画素セットとしてのβ値を制御することで、寄生容量Csdに起因するフリッカを抑制できることを見出した。本アプローチは、後述する2H-Z反転_1S駆動方式を行う表示パネルに好適に適用され得る。各画素セットの寄生容量の制御には、例えば、第1のアプローチで説明した追加の寄生容量Cxを利用することができる。
第2のアプローチを用いると、各画素セットを構成する2つの画素の輝度変化を互いに打ち消すことができるので、表示領域全体としての輝度変化を抑制することが可能になり、フリッカの発生を抑制できる。また、各画素セットPSを構成する2つの画素のβ値の絶対値が所定の値よりも大きい場合であっても、画素セットとしてのβ値の絶対値を抑えることができればよいので、設計の自由度を高めることができる。従って、高い画素開口率や光利用効率を維持しつつ、表示品位を向上させることが可能になる。
(第1の実施形態)
以下、図面を参照しながら、第1の実施形態のアクティブマトリクス基板を説明する。以下の説明では、アクティブマトリクス基板において、表示装置の画素に対応する領域を「画素領域」または「画素」と呼ぶ。
以下、図面を参照しながら、第1の実施形態のアクティブマトリクス基板を説明する。以下の説明では、アクティブマトリクス基板において、表示装置の画素に対応する領域を「画素領域」または「画素」と呼ぶ。
<アクティブマトリクス基板の基本構造>
図1は、アクティブマトリクス基板101の平面構造の一例を模式的に示す図である。アクティブマトリクス基板101は、表示に寄与する表示領域DRと、表示領域DRの外側に位置する周辺領域(額縁領域)FRとを有している。表示領域DRは、行方向および列方向にマトリクス状に配列された複数の画素領域Pを含む。画素領域P(単に「画素」と呼ぶこともある)は、表示装置の画素に対応する領域である。非表示領域FRは、表示領域DRの周辺に位置し、表示に寄与しない領域である。
図1は、アクティブマトリクス基板101の平面構造の一例を模式的に示す図である。アクティブマトリクス基板101は、表示に寄与する表示領域DRと、表示領域DRの外側に位置する周辺領域(額縁領域)FRとを有している。表示領域DRは、行方向および列方向にマトリクス状に配列された複数の画素領域Pを含む。画素領域P(単に「画素」と呼ぶこともある)は、表示装置の画素に対応する領域である。非表示領域FRは、表示領域DRの周辺に位置し、表示に寄与しない領域である。
アクティブマトリクス基板101は、表示領域DRにおいて、基板1と、基板1に支持された複数のTFT(「画素TFT」とも呼ぶ。)20と、複数の画素電極PEと、TFT20にゲート信号を供給する複数のゲートバスラインGLと、TFT20にデータ信号を供給する複数のソースバスラインSLとを備える。各画素領域Pは、例えば、隣接する2つのゲートバスラインGLと、隣接する2つのソースバスラインSLとで規定されている。本明細書では、ソースバスラインSLの延びる方向を「列方向」、ゲートバスラインGLの延びる方向を「行方向」とする。行方向は、列方向と交差する方向であればよく、列方向に直交してなくてもよい。また、本明細書では、列方向に配列された画素領域Pの列を「画素列」、行方向に配列された画素領域Pの行を「画素行」と呼ぶ。
各TFT20および各画素電極PEは、複数の画素領域Pの1つに対応して設けられている。TFT20のゲート電極は、ゲートバスラインGLの1つに電気的に接続され、ソース電極は、ソースバスラインSLの1つに電気的に接続されている。ドレイン電極は、画素電極PEと電気的に接続されている。
この例では、アクティブマトリクス基板101は、画素電極PEとその画素電極PEにデータ信号を供給するソースバスラインSLとの位置関係が2画素行ごとに異なるように構成されており、例えば、2H-Z反転駆動方式の表示装置に適用され得る。
アクティブマトリクス基板101を、FFS(Fringe Field Switching)モードなどの横電界モードの表示装置に適用する場合には、アクティブマトリクス基板101に、複数の画素領域Pに対して共通の電極(共通電極)CEが設けられる。
非表示領域FRには、ドライバなどの周辺回路が設けられ得る。例えば、ゲートバスラインGLを駆動するゲートドライバGD、ソースバスラインSLを時分割で駆動するデマルチプレクサ回路DMXなどがモノリシックに形成されていてもよい。
アクティブマトリクス基板101を用いた表示装置は、例えば、アクティブマトリクス基板101と、対向基板と、これらの間に設けられた表示媒体層とを備える。表示媒体層は液晶層、有機EL層などであってもよい。
<アクティブマトリクス基板を用いた表示装置の駆動方式>
アクティブマトリクス基板101を用いた表示装置では、線順次走査が行われる。線順次走査方式では、画素電極PEに供給されるデータ信号は、ゲートドライバGDからゲートバスラインGLに供給される制御信号によって選択されたTFT20がオン状態となったときに、そのTFT20に接続されているソースバスラインSLに供給されている信号である。したがって、あるゲートバスラインGLに接続されているTFT20が同時にオン状態となり、その時に、その行の画素領域PのそれぞれのTFT20に接続されているソースバスラインSLから対応するデータ信号が供給される。この動作を、例えば表示面の最も上側に位置する画素行から最も下側に位置する画素行まで順次行うことによって、表示領域DRに1枚の画像(フレーム)が書き込まれ、表示される。なお、1つの画素行が選択されて、次の行が選択されるまでの時間は水平走査期間(1H)と呼ばれ、ある行が選択され、再びその行が選択されるまでの時間は垂直走査期間(1V)またはフレームと呼ばれる。
アクティブマトリクス基板101を用いた表示装置では、線順次走査が行われる。線順次走査方式では、画素電極PEに供給されるデータ信号は、ゲートドライバGDからゲートバスラインGLに供給される制御信号によって選択されたTFT20がオン状態となったときに、そのTFT20に接続されているソースバスラインSLに供給されている信号である。したがって、あるゲートバスラインGLに接続されているTFT20が同時にオン状態となり、その時に、その行の画素領域PのそれぞれのTFT20に接続されているソースバスラインSLから対応するデータ信号が供給される。この動作を、例えば表示面の最も上側に位置する画素行から最も下側に位置する画素行まで順次行うことによって、表示領域DRに1枚の画像(フレーム)が書き込まれ、表示される。なお、1つの画素行が選択されて、次の行が選択されるまでの時間は水平走査期間(1H)と呼ばれ、ある行が選択され、再びその行が選択されるまでの時間は垂直走査期間(1V)またはフレームと呼ばれる。
表示装置は、通常、交流駆動される。典型的には、データ信号の極性を1フレーム毎(1垂直走査期間毎)に反転する、フレーム反転駆動が行われる。例えば、1/60sec毎に極性反転が行われている(極性反転の周期は30Hz)。また、1フレーム内においても印加される電圧の極性の異なる画素を均一に分布させるために、カラム反転(ソースライン反転)駆動が行われてもよい。カラム反転駆動は、画素電圧の極性を1フレーム毎かつ所定本数(n)のソースバスライン毎に反転させる駆動方式である。
本実施形態では、例えば、画素電極PEとその画素電極PEに対応するソースバスラインSLとの位置関係を2画素行ごとに異ならせた構造を有するアクティブマトリクス基板101を用い、かつ、1フレーム毎および1ソースバスラインSL毎(つまりn=1)に画素電圧の極性を反転させる駆動方式を行う。このような駆動方式を「2H-Z反転_1S(2H-Z inversion_1S)駆動方式」と呼ぶ。2H-Z反転_1S駆動方式は、例えば特開2009-44438号公報などに開示されている。参考のため、特開2009-44438号公報の全開示内容を本願明細書に援用する。
<アクティブマトリクス基板の画素領域の構造>
FFSモードの表示装置に適用されるアクティブマトリクス基板を例に、本実施形態のアクティブマトリクス基板101の画素領域の構造を説明する。
FFSモードの表示装置に適用されるアクティブマトリクス基板を例に、本実施形態のアクティブマトリクス基板101の画素領域の構造を説明する。
図2Aは、アクティブマトリクス基板101における複数の画素領域Pを例示する平面図である。図2Bは、図2Aに示す一部の画素領域を拡大して示す平面図であり、図2Cは、図2BのIIb-IIb’線における断面図である。
アクティブマトリクス基板101は、基板1と、基板1に支持された複数のソースバスラインSLおよび複数のゲートバスラインGLとを備える。図2Aでは、複数のゲートバスラインGLのうち、図の上側からこの順で配列された7本のゲートバスラインGL1~GL7と、複数のソースバスラインSLのうち、図の左側からこの順で配置されたソースバスラインSLa~SLdと、これらのバスラインによって画定された複数(この図では18個)の画素領域P(kj)とを示す。本明細書では、ソースバスラインSLk(この図では、kはa~dのいずれか)と、ゲートバスラインGLj(この図では、jは1~7のいずれか)とに対応付けられた画素領域を「画素領域P(kj)」と表記する。また、画素領域P(kj)の画素電極PEおよびTFT20を、それぞれ、「画素電極PE(kj)」、「TFT20(kj)」と表記することがある。例えば、画素領域P(a2)は、ゲートバスラインGL2およびソースバスラインSLaに対応付けられた画素領域であり、画素領域P(a2)のTFT20(a2)には、ゲートバスラインGL2からゲート信号が供給され、ソースバスラインSLaからデータ信号が供給される。
アクティブマトリクス基板101を用いた表示装置では、例えば、第1極性の第1データ信号が供給される第1極性ソースバスラインと、第1極性とは反対の第2極性の第2データ信号が供給される第2極性ソースバスラインとが、交互に配列されている。第1データ信号および第2データ信号の極性は、フレームごとに反転するが、図2Aでは、便宜上、第1極性を(+)、第2極性を(―)で示す。ここでは、ソースバスラインSLa、SLcが第1極性ソースバスラインであり、ソースバスラインSLb、SLdが第2極性ソースバスラインである。
各画素領域Pは、画素電極PEおよびTFT20を有する。画素電極PEは、TFT20を介して、その画素電極PEの両側に位置するソースバスラインSLのいずれか一方に電気的に接続されている。
本実施形態では、各画素領域Pの画素電極PEは、行方向に隣接する2つの画素電極PEとは異なるソースバスラインSLに接続されている。また、1つの画素列の画素電極PEは、2画素行ごとに、異なるソースバスラインSLに接続されている。つまり、各画素列において、右側に位置するソースバスラインSLに接続された2つの画素電極PEと、左側に位置するソースバスラインSLに接続された2つの画素電極PEとが、交互に配置されている。本明細書では、列方向に隣接し、かつ、同じソースバスラインSLに電気的に接続された画素電極を有する2つの画素領域からなるセットを「画素セットPS」と呼ぶ。
例えば、互いに隣接するソースバスラインSLbおよびソースバスラインSLcの間に位置する画素列では、画素電極PEがソースバスラインSLbに接続された2つの画素領域からなる画素セットPS(b)と、画素電極PEがソースバスラインSLcに接続された2つの画素領域からなる画素セットPS(c)とが、交互に配列されている。画素セットPS(b)の画素電極PEには、ソースバスラインSLbから第2極性のデータ信号が供給される。画素セットPS(c)の画素電極PEには、ソースバスラインSLcから第1極性のデータ信号が供給される。
本実施形態では、各画素領域の画素電極PEは、他の画素領域のTFT20の酸化物半導体層7と絶縁層を介して部分的に重なり、追加の寄生容量(ソース・ドレイン間容量)Cxを有している。例えば、画素領域P(a3)は、自画素の画素電極PE(a3)と、列方向に隣接する画素領域P(a2)のTFT20(a2)の酸化物半導体層7とが部分的に重なることによって形成された追加の寄生容量Cx(a3)を有する。
次いで、図2Bおよび図2Cを参照して、画素領域P(c4)を例に、本実施形態における画素領域Pの構造をより具体的に説明する。
図2Cに示すように、TFT20は、酸化物半導体層7と、酸化物半導体層7の一部上にゲート絶縁層9を介して配置されたゲート電極GEとを備える。TFT20は、ソース電極SEおよびドレイン電極DEをさらに有し得る。この例では、酸化物半導体層7は、ゲート電極GEと基板1との間に位置する。つまり、TFT20はトップゲート型TFTである。
酸化物半導体層7は、チャネル領域7cと、その両側にそれぞれ配置された第1領域7sおよび第2領域7dとを含む。第1領域7sおよび第2領域7dは、チャネル領域7cよりも比抵抗の小さい低抵抗領域である。第1領域7sは、対応するソースバスラインSLに電気的に接続され、第2領域7dは、対応する画素電極PEに電気的に接続されている。画素領域P(c4)においては、TFT20(c4)の第1領域7sは、ソースバスラインSLcに電気的に接続され、第2領域7dは、画素電極PE(c4)に電気的に接続されている。第1領域7sは、ソース電極SEを介してソースバスラインSLcに電気的に接続されていてもよい。第2領域7dは、ドレイン電極DEを介して画素電極PE(c4)に電気的に接続されていてもよい。
ゲート電極GEは、基板1の主面の法線方向(以下、「基板1の法線方向」と略す。)から見たとき、チャネル領域7cと重なるように配置されている。ゲート電極GEは、ゲートバスラインGLと同じ導電膜(ゲート用導電膜)を用いて形成されている。本明細書では、ゲート用導電膜を用いて形成された電極・配線を含む層を「ゲートメタル層」と呼ぶ。ゲート電極GEは、対応するゲートバスラインGLに電気的に接続されている。なお、ゲート電極GEは、対応するゲートバスラインGLと一体的に形成されていてもよい。例えば、ゲート電極GEは、対応するゲートバスラインGLの一部であってもよい。この場合、ゲートバスラインGLのうち、基板1の法線方向から見たとき酸化物半導体層7に重なる部分を「ゲート電極GE」と呼ぶ。ゲート電極GEは、基板1の法線方向から見たとき、チャネル領域7cに重なるが、低抵抗領域(第1領域7sおよび第2領域7d)には重ならないように配置されていてもよい。
ゲート絶縁層9は、チャネル領域7cを覆い、かつ、第1領域7sおよび第2領域7dを覆っていなくてもよい。このような構成は、酸化物半導体層7のうちゲート絶縁層9で覆われていない部分を低抵抗化することで得られる。図示している例では、ゲート絶縁層9は、基板1の法線方向から見たときに、ゲートメタル層に重なる領域にのみ形成されている。つまり、ゲート絶縁層9のエッジは、ゲートメタル層のエッジと整合している。このような構成は、ゲートメタル層のパターニングと同じレジストマスクを用いて、またはゲート電極GEをマスクとして用いてゲート絶縁層をパターニングすることで得られる。
本実施形態では、酸化物半導体層7、ゲート絶縁層9およびゲートメタル層は、層間絶縁層10で覆われており、ソース電極SEおよびドレイン電極DEは、層間絶縁層10上に配置されている。層間絶縁層10は、酸化物半導体層7の第1領域7sおよび第2領域7dに接していてもよい。層間絶縁層10には、酸化物半導体層7の第1領域7sの一部を露出する第1開口部10sと、第2領域7dの一部を露出する第2開口部10dとが設けられている。ソース電極SEは、層間絶縁層10上および第1開口部10s内に配置され、第1開口部10s内で第1領域7sに接続されている。ドレイン電極DEは、層間絶縁層10上および第2開口部10d内に配置され、第2開口部10d内で第2領域7dに接続されている。
ソース電極SEおよびドレイン電極DEは、ソースバスラインSLと同じ導電膜(ソース用導電膜)を用いて形成されていてもよい。本明細書では、ソース用導電膜を用いて形成された電極・配線を含む層を「ソースメタル層」と呼ぶ。ソース電極SEは、対応するソースバスラインSLcに電気的に接続されている。なお、ソース電極SEは、対応するソースバスラインSLと一体的に形成されていてもよい。例えば、ソース電極SEは、対応するソースバスラインSLの一部であってもよい。この場合、ソースバスラインSLのうち、第1領域7sに接する部分を「ソース電極SE」と呼ぶ。本明細書では、酸化物半導体層7の第1領域7sとソースバスラインSLとの接続部SCを「ソースコンタクト部」と呼ぶことがある。図示する例では、ソースコンタクト部SCは、ソースバスラインSLに重なるように配置されている。
ドレイン電極DEは、対応する画素電極PE(ここでは画素電極(c4))に電気的に接続されている。本明細書では、TFT20の第2領域7dと画素電極PEとの接続部PCを「画素コンタクト部」と呼ぶ。画素コンタクト部PCは、例えば画素領域Pの内側に置されている。なお、ソースメタル層内にドレイン電極DEを設けずに、画素コンタクト部PCにおいて、画素電極PEを酸化物半導体層7の第2領域7dの一部に直接接触させてもよい。
TFT20は、酸化物半導体層7と基板1との間に位置する導電層3を有していてもよい。導電層3は、下部絶縁層5で覆われており、酸化物半導体層7は下部絶縁層5上に配置されていてもよい。導電層3は、基板1の法線方向から見たとき、酸化物半導体層7のうち少なくともチャネル領域7cと重なるように配置されていてもよい。これにより、基板1側からの光(バックライト光)に起因する酸化物半導体層7の特性劣化を抑制できる。導電層3は、電気的にフローティング状態であってもよいし、GND電位(0V)等に固定されていてもよい。あるいは、導電層3を、図示しない接続部によってゲート電極GEに電気的に接続することで、下部ゲート電極として機能させてもよい。
ソースメタル層の上には、上部絶縁層13が設けられている。上部絶縁層13は、例えば、無機絶縁層(パッシベーション膜)を含む。上部絶縁層13は、無機絶縁層と、無機絶縁層上に形成された有機絶縁層とを含む積層構造を有していてもよい。有機絶縁層は形成されていなくてもよい。あるいは、有機絶縁層は、表示領域にのみ形成されていてもよい。
画素電極PEは、上部絶縁層13上に配置されている。画素電極PEは、隣接する画素電極PEから分離されている。画素電極PEは、上部絶縁層13に形成された画素コンタクトホールCHp内でTFT20のドレイン電極DEに電気的に接続されている。
画素電極PE上には、誘電体層17を介して共通電極CEが配置されている。図示していないが、共通電極CEには、各画素領域Pにおいて、1つまたは複数のスリット(開口部)あるいは切り欠き部が設けられている。共通電極CEは、画素領域Pごとに分離されていなくてもよい。図2Cに示すように、共通電極CEは、誘電体層17を介して各画素電極PE(図2Cでは画素電極PE(c4)、PE(c5))に部分的に重なり、補助容量Ct(図2Cでは補助容量Ct(c4)、Ct(c5))を形成している。補助容量Ctは、透明材料から構成されるので透明補助容量とも呼ばれる。透明補助容量を形成することで、画素容量Cpiが増加するので、β値を低減できる。
<追加の寄生容量Cxの構造>
ここで、本実施形態における追加の寄生容量Cxの構造を説明する。
ここで、本実施形態における追加の寄生容量Cxの構造を説明する。
本明細書では、各画素列において、ある画素領域P(自画素)と、対応するゲートバスラインGLを挟んで隣接する画素領域を「第1隣接画素領域」と呼ぶ。また、その画素領域P(自画素)と、第1隣接画素領域とは反対側に、他のゲートバスラインGLを挟んで隣接する画素領域を「第2隣接画素領域」と呼ぶ。なお、ここいう自画素は、各画素列の両端の2つの画素領域を除いた画素領域の1つである。
各画素領域PのTFT20における酸化物半導体層7の第1領域7sは、基板1の法線方向から見たとき、対応するゲートバスラインGLを横切って、第1隣接画素領域まで延び、第1隣接画素領域の画素電極PEに部分的に重なっている。第1領域7sのうち、第1隣接画素領域の画素電極PEに部分的に重なる部分7xを「重畳部分」と呼ぶ。重畳部分7xと、第1隣接画素領域の画素電極PEと、その間に位置する絶縁層(ここでは層間絶縁層10および上部絶縁層13)とによって、追加の寄生容量Cxが形成されている。つまり、酸化物半導体層7の重畳部分7xは、寄生容量を形成する透明容量電極として機能する。酸化物半導体層7の重畳部分7xは、チャネル長方向において、チャネル領域7cと、ソースコンタクト部SCとの間に位置していてもよい。
図示する例では、基板1の法線方向から見たとき、画素領域P(c4)のTFT20(c4)における酸化物半導体層7の第1領域7sは、ゲートバスラインGL4を挟んで列方向に隣接する画素領域(第1隣接画素領域)P(c5)の画素電極PE(c5)に部分的に重なる重畳部分7x(c4)を含む。酸化物半導体層7の重畳部分7x(c4)と、画素電極PE(c5)と、これらの間に位置する絶縁層とは、追加の寄生容量Cx(c5)を形成している。
また、画素領域P(c4)の画素電極PE(c4)は、基板1の法線方向から見たとき、ゲートバスラインGL3を挟んで隣接する画素領域(第2隣接画素領域)P(b3)におけるTFT20(b3)の重畳部分7x(b3)に重なっている。重畳部分7x(b3)と、画素電極PE(c4)と、これらの間に位置する絶縁層とは、追加の寄生容量Cx(c4)を形成している。
<各画素および画素セットPSの寄生容量Csdおよびβ値>
各画素領域の追加の寄生容量Cxは、自ソース寄生容量Csd(A)および他ソース寄生容量Csd(B)のいずれか一方に加算される。
各画素領域の追加の寄生容量Cxは、自ソース寄生容量Csd(A)および他ソース寄生容量Csd(B)のいずれか一方に加算される。
各画素領域(自画素)Pにおいて、第2隣接画素領域の酸化物半導体層7が、自ソースバスラインに電気的に接続されている場合には、追加の寄生容量Cxは、自ソース寄生容量Csd(A)に加算される。一方、第2隣接画素領域の酸化物半導体層が、他ソースバスラインに電気的に接続されている場合には、追加の寄生容量Cxは、他ソース寄生容量Csd(B)に加算される。本明細書では、自ソースバスラインとの間に形成された追加の寄生容量Cxを「追加の自ソース寄生容量Cx(A)」、他ソースバスラインとの間に形成された追加の寄生容量Cxを「追加の他ソース寄生容量Cx(B)」と呼ぶ。
本実施形態では、各画素セットPSを構成する2つの画素領域の一方は、追加の自ソース寄生容量Cx(A)を有し、他方は、追加の他ソース寄生容量Cx(B)を有する。従って、各画素セットPSにおいて、2つの画素領域のそれぞれにおける追加の寄生容量Cxによるβ値の変化(すなわち輝度変化)を互いに相殺させることが可能になる。
本明細書では、各画素セットPSにおける2つの画素領域のうち追加の自ソース寄生容量Cx(A)を有する画素領域を「第1画素領域」、追加の他ソース寄生容量Cx(B)を有する画素領域を「第2画素領域」と呼ぶ。
第1画素領域と第2画素領域とでは、データ信号の極性変化に伴う輝度変化の方向は互いに逆であってもよい。つまり、第1画素領域のβ値であるβ1(A-B)は正であり、第2画素領域のβ値であるβ2(A-B)は負であってもよい。この場合、2つの画素領域の輝度変化が互いに相殺されるので、フリッカの発生をより効果的に抑制できる。
以下、画素領域P(c4)および画素領域P(c5)からなる画素セットPS(c)を例に、画素セットPSのβ値をより具体的に説明する。
画素領域P(c4)では、画素電極PE(c4)は、自ソースバスラインであるソースバスラインSLcとの間に、斜め電界による通常寄生容量CAを形成し、他ソースバスラインであるソースバスラインSLbとの間に、斜め電界による通常寄生容量CBを形成している(図2B参照)。さらに、画素電極PE(c4)は、第2隣接画素領域である画素領域P(b3)におけるTFT20(b3)の酸化物半導体層7の重畳部分7x(b3)との間に追加の寄生容量Cx(c4)を形成している(図2Bおよび図2C参照)。追加の寄生容量Cx(c4)は、通常寄生容量CA、CBよりも大きくてもよい。重畳部分7x(b3)は、他ソースバスラインであるソースバスラインSLbに接続されているので、追加の寄生容量Cx(c4)は、他ソース寄生容量である。従って、追加の寄生容量Cx(c4)の形成によって、画素領域P(c4)の他ソース寄生容量Csdc4(B)が増加する。画素領域P(c4)では、他ソース寄生容量Csdc4(B)が自ソース寄生容量Csdc4(A)よりも大きくてもよい。この場合、画素領域P(c4)の他ソースβ値βc4(B)は、自ソースβ値βc4(A)よりも大きくなる。つまり、β値は負となる。
ΔCsdc4=Csdc4(A)-Csdc4(B)<0
Csdc4(A):通常寄生容量CAを含む。
Csdc4(B):通常寄生容量CBおよび追加の他ソース寄生容量Cx(c4)を含む。
βc4(A-B)=Csdc4(A)/Cpic4-Csdc4(B)/Cpic4
=βc4(A)-βc4(B)<0
ΔCsdc4=Csdc4(A)-Csdc4(B)<0
Csdc4(A):通常寄生容量CAを含む。
Csdc4(B):通常寄生容量CBおよび追加の他ソース寄生容量Cx(c4)を含む。
βc4(A-B)=Csdc4(A)/Cpic4-Csdc4(B)/Cpic4
=βc4(A)-βc4(B)<0
一方、画素領域P(c5)も、斜め電界による通常寄生容量CA、CBに加えて、追加の寄生容量Cx(c5)を有する。追加の寄生容量Cx(c5)は、画素電極PE(c5)と、画素領域P(c4)におけるTFT20(c4)の酸化物半導体層7の重畳部分7x(c4)とが重なることによって形成されている。重畳部分7x(c4)は、自ソースバスラインであるソースバスラインSLcに接続されているので、追加の寄生容量Cx(c5)は、自ソース寄生容量である。従って、追加の寄生容量Cx(c5)の形成によって、画素領域P(c5)の自ソース寄生容量Csdc5(A)が増加する。画素領域P(c5)では、自ソース寄生容量Csdc5(A)が他ソース寄生容量Csdc5(B)よりも大きくてもよい。この場合、画素領域P(c5)の自ソースβ値βc5(A)は、他ソースβ値βc5(B)よりも大きくなる。つまり、β値は正となる。
ΔCsdc5=Csdc5(A)-Csdc5(B)>0
Csdc5(A):通常寄生容量CAおよび追加の他ソース寄生容量Cx(c5)を含む。
Csdc5(B):通常寄生容量CBを含む。
βc5(A-B)=Csdc5(A)/Cpic5-Csdc5(B)/Cpic5
=βc5(A)-βc5(B)>0
ΔCsdc5=Csdc5(A)-Csdc5(B)>0
Csdc5(A):通常寄生容量CAおよび追加の他ソース寄生容量Cx(c5)を含む。
Csdc5(B):通常寄生容量CBを含む。
βc5(A-B)=Csdc5(A)/Cpic5-Csdc5(B)/Cpic5
=βc5(A)-βc5(B)>0
この画素セットPS(c)では、画素領域P(c4)の追加の寄生容量Cx(c4)による他ソースβ値の増加分の一部または全部が、画素領域P(c5)の追加の寄生容量Cx(c5)の自ソースβ値の増加分によって相殺され得る。この結果、画素セットとしてのβ値(βPS(A-B))の絶対値を低減できる。βPS(A-B)の絶対値は、例えば、0.001以下であってもよい。
βPS(A-B)=βc4(A-B)+βc5(A-B)
|βPS(A-B)|≦0.001
βPS(A-B)=βc4(A-B)+βc5(A-B)
|βPS(A-B)|≦0.001
上記例では、βc4(A-B)が負、βc5(A-B)が正である。このように、画素セットを構成する2つの画素領域のβ値の一方が正で、他方が負である場合には、画素セットとしてのβ値の絶対値を、各画素領域のβ値の絶対値よりも小さくできる。
|βPS(A-B)|<|βc4(A-B)|
|βPS(A-B)|<|βc5(A-B)|
なお、各画素領域のβ値の絶対値は、例えば0.001以上であっても構わない。
|βPS(A-B)|<|βc4(A-B)|
|βPS(A-B)|<|βc5(A-B)|
なお、各画素領域のβ値の絶対値は、例えば0.001以上であっても構わない。
このように、本実施形態によると、画素セットPSとしてのβ値の絶対値を低減することで、寄生容量Csdに起因するフリッカの発生を抑制できる。画素領域Pごとに容量の差ΔCsdを低減しなくてもよいので、設計の自由度が高い。例えば、図2A~図2Cに示したように、平面視において、画素電極と、隣接する画素領域のTFTの半導体層とを部分的に重ねて配置することで、高い画素開口率を確保しつつ、寄生容量Csdに起因するフリッカの発生を抑制できる。
また、本実施形態における追加の寄生容量Cxは、透明導電膜である画素電極PEと、透明酸化物半導体膜である酸化物半導体層7とを容量電極とする透明な寄生容量である。このため、追加の寄生容量Cxを形成しても、光の透過率は低下しない。なお、画素TFTとしてシリコンTFTを用いた場合には、シリコン半導体膜を用いて寄生容量を形成すると、光の透過率のロスが生じ得る。
各画素領域Pの追加の寄生容量Cxは、例えば、画素電極PEと第2隣接画素領域のTFT20の酸化物半導体層7との重なり面積によって容易に調整され得る。従って、各画素セットにおいて、2つの画素領域の追加の寄生容量Cx(重なり面積)を調整することで、各画素セットPSのβ値を制御することが可能である。
各画素セットPSにおいて、第1画素領域に形成される追加の自ソース寄生容量Cx(A)と、第2画素領域に形成される追加の他ソース寄生容量Cx(B)とは、実質的に同じ大きさであってもよい。または、2つの画素領域の通常寄生容量などの他の寄生容量の差を考慮して、互いに異なる大きさを有してもよい。例えば、バスラインのレイアウトや、タッチ配線などの影響で、その画素セットPSの通常寄生容量CA(PS)が通常寄生容量CB(PS)よりも大きい場合には、追加の自ソース寄生容量Cx(A)が、追加の他ソース寄生容量Cx(B)よりも小さくなるように設計してもよい。
追加の寄生容量Cxの面積は、特に限定しないが、それぞれ、画素電極PEの面積の0.1%以上10%以下であってもよい。なお、画素電極PEの面積は、例えば数百μm2~数千μm2であってもよい。酸化物半導体層7の配線幅(低抵抗領域の幅)は、特に限定しないが、例えば3μm程度であり得る。
各画素領域Pにおいて、追加の寄生容量Cxは、通常寄生容量CA、CBのそれぞれよりも大きいことが好ましい。これにより、追加の寄生容量Cxを調整することで、より効果的に、画素セットPSとしてのβ値を制御できる。
各画素領域Pのレイアウトは、図示する例に限定されない。TFT20および画素電極PEは、TFT20の酸化物半導体層7が、基板1の法線方向から見たとき、他の画素領域Pの画素電極PEに重なる部分を有するように配置されていればよい。図示する例では、酸化物半導体層7は、基板1の法線方向から見たとき、列方向に延びる部分と行方向に延びる部分とから構成されるL字形であるが、酸化物半導体層7の平面形状はこれに限定されない。酸化物半導体層7は、例えば、斜め方向(列方向および行方向に交差する方向)に延びる部分を含んでもよいし、ソースバスラインSL上を重なって延びる部分を含んでもよい。
各画素領域Pに配置されるTFT20の構造も特に限定されない。この例では、TFT20はトップゲート型のTFTであるが、酸化物半導体層と基板との間にゲート電極が位置するボトムゲート型TFTであってもよい。ただし、トップゲート型TFTであれば、酸化物半導体層7のうちチャネル領域7c以外の領域を容易に低抵抗化することができ、この領域を、透明な容量電極として使用できるので有利である。
本実施形態では、画素電極PE上に共通電極CEが配置されることが好ましい。画素電極PE上に共通電極CEが配置されていると、TFT20と酸化物半導体層7と画素電極PEとの重なりによる透明な容量電極を形成しやすい。また、画素電極PE上に共通電極CEが配置されていると、画素電極PEの基板1側に共通電極CEが配置される場合と比べて、画素電極PEと各ソースバスラインSLとの間に生じる通常寄生容量CA、CBが大きくなる。このため、追加の寄生容量Cxの形成によって、より効果的にフリッカを抑制できる。なお、アクティブマトリクス基板は、共通電極CEを備えていなくてもよい。そのようなアクティブマトリクス基板は、縦電界モードの表示装置に適用され得る。縦電界モードの表示装置では、共通電極CEは対向基板側に設けられる。
<β値の設計例>
ここで、画素セットのβ値の設計範囲の一例を表1に示す。表1には、参考例として、従来の手法を用いて、表示パネルのβ値を設計した例も併せて示す。
ここで、画素セットのβ値の設計範囲の一例を表1に示す。表1には、参考例として、従来の手法を用いて、表示パネルのβ値を設計した例も併せて示す。
参考例では、各画素領域のβ値の絶対値が0.001以下になるように設計されている。これに対し、実施例では、各画素セットのβ値の絶対値が0.001以下になるように設計されている。実施例では、第1画素領域のβ値が正で、第2画素領域のβ値が負であればよい。好ましくは、第1画素領域および第2画素領域のβ値の絶対値は、0.001よりも大きく、0.004以下になるように設計される。0.004以下であれば、各画素領域の輝度変化を抑えることができる。0.001超であれば、第1画素領域および第2画素領域の輝度変化を相殺することで、より顕著な効果が得られる。
<表示装置>
本実施形態のアクティブマトリクス基板101は、例えば液晶表示装置に適用され得る。図3は、アクティブマトリクス基板101を用いた液晶表示装置1000の模式的な断面図である。液晶表示装置1000は、アクティブマトリクス基板101と、アクティブマトリクス基板101に対向するように配置された対向基板201と、アクティブマトリクス基板101と対向基板201との間に設けられた液晶層LC層とを備える。
本実施形態のアクティブマトリクス基板101は、例えば液晶表示装置に適用され得る。図3は、アクティブマトリクス基板101を用いた液晶表示装置1000の模式的な断面図である。液晶表示装置1000は、アクティブマトリクス基板101と、アクティブマトリクス基板101に対向するように配置された対向基板201と、アクティブマトリクス基板101と対向基板201との間に設けられた液晶層LC層とを備える。
本実施形態は、2H-Z反転_1S駆動方式の表示装置に好適に適用される。2H-Z反転_1S駆動方式では、追加の寄生容量Cxによって、各画素セットを構成する2つの画素領域の輝度変化の方向(β値の正負)を、容易に異ならせることができる。
本実施形態のアクティブマトリクス基板101は、例えば、低周波駆動(例えば60Hz未満)を行う表示装置に特に好適に適用される。低周波駆動を行う場合、休止期間中の画素の輝度変化によってフリッカが発生しやすいので、追加の寄生容量Cxの形成によるフリッカ低減効果がより顕著に得られる。
本実施形態は、低周波駆動を行わない表示装置にも適用され得る。本実施形態によると、寄生容量による画素電位の変動を低減できることから、低周波駆動を行わない場合であっても、画素電位の変動によるフリッカの発生や表示品位の低下を抑制し得る。画素セットとしてのβ値(βPS(A-B))の好ましい範囲は、駆動周波数によって異なり得る。例えば、駆動周波数が低いほど、βPS(A-B)の絶対値をより小さく(0に近く)することが求められる。本実施形態によると、駆動方法や駆動周波数に応じて要求されるβPS(A-B)が得られるように、画素セットごとに、2つの画素領域の追加の寄生容量Cxの大きさを調整すればよいので、種々の表示装置に広く適用され得る。
本実施形態は、高精細なアクティブマトリクス基板に特に好適に適用され得る。高精細化に伴い、上記式(1)のCpiが小さくなるため、β値が大きくなりやすく、フリッカも生じやすい。このため、追加の寄生容量Cxの形成によるフリッカ低減効果がより顕著に得られる。
(変形例)
以下、図面を参照しながら、本実施形態のアクティブマトリクス基板の変形例を説明する。
以下、図面を参照しながら、本実施形態のアクティブマトリクス基板の変形例を説明する。
<変形例1>
表示領域に配列された複数の画素列のうち、行方向の両端(右端および左端)に位置する2つの画素列では、通常寄生容量など寄生容量が、他の画素列とは異なることがある。変形例1では、端部画素列においても、他の画素列と同様のバランスで自ソースおよび他ソースの寄生容量が得られるように、ダミーパターンを形成する。
表示領域に配列された複数の画素列のうち、行方向の両端(右端および左端)に位置する2つの画素列では、通常寄生容量など寄生容量が、他の画素列とは異なることがある。変形例1では、端部画素列においても、他の画素列と同様のバランスで自ソースおよび他ソースの寄生容量が得られるように、ダミーパターンを形成する。
図4Aは、変形例1のアクティブマトリクス基板102の一部の画素領域を示す拡大平面図である。図4Bは、図4Aに示すIVb-IVb’線における断面図である。以降の図面では、図2A、図2Bと同様の構成要素には同じ参照符号を付している。同様の構成要素については、適宜説明を省略する。
図4Aは、行方向における一側端(この例では左端)に位置する端ソースバスラインSLAを含む3本のソースバスラインSLA~SLC、4本のゲートバスラインGL1~GL4と、これらのバスラインで規定される8つの画素領域Pとを示す。端ソースバスラインSLAと、その内側のソースバスラインSLBとの間の画素列Mを「端部画素列」と呼ぶ。図4Aでも、ソースバスラインSLkおよびゲートバスラインGLjに対応付けられた画素領域を、画素領域P(kj)と表記する。
本変形例のアクティブマトリクス基板102は、互いに間隔を空けて配置された複数の第1ダミー金属酸化物層De1と、複数の第1ダミーコンタクト部DC1とを有する。
各第1ダミー金属酸化物層De1は、基板1の法線方向から見たとき、端ソースバスラインSLAに少なくとも部分的に重なるように配置された島状のパターンを有する。各第1ダミー金属酸化物層De1は、TFT20の酸化物半導体層7と同じ酸化物半導体膜から形成されている。各第1ダミー金属酸化物層De1は、いずれの酸化物半導体層7とも離隔して配置されている。各第1ダミー金属酸化物層De1の比抵抗は、酸化物半導体層7の低抵抗領域と同程度であってもよい。例えば、各第1ダミー金属酸化物層De1は導電体層であってもよい。
各第1ダミー金属酸化物層は、対応する第1ダミーコンタクト部DC1において、端ソースバスラインSLAに電気的に接続されている。この例では、各第1ダミー金属酸化物層De1は、層間絶縁層10に形成された開口部10e内で、端ソースバスラインSLAに電気的に接続されている。
端ソースバスラインSLAには、第1ダミーコンタクト部DC1に加えて、いずれかのTFT20と接続するためのソースコンタクト部SC(第1ソースコンタクト部SC1と呼ぶ。)も配置されている。
図示する例では、端ソースバスラインSLAは、複数のゲートバスラインGLの間にそれぞれ位置する複数の部分w1~w4を含み、各第1ダミーコンタクト部DC1は、これらの部分のうち第1ソースコンタクト部SC1が配置されていない部分(この例では部分w3、w4)に配置されている。第1ダミーコンタクト部DC1および第1ソースコンタクト部SC1は、2画素行ごと(2つの部分wごと)に交互に配置されていてもよい。
このような構成により、端部画素列Mの位置する画素電極PEのうち第1ソースコンタクト部SC1に隣接しない画素電極を、第1ダミーコンタクト部DC1に隣接させることができる。図示する例では、端部画素列Mの画素電極PE(A2)、(B3)は、第1ソースコンタクト部SC1に隣接している。一方、画素電極PE(B4)、PE(A5)は、第1ソースコンタクト部SC1には隣接していないが、第1ダミーコンタクト部DC1に隣接している。第1ダミーコンタクト部DC1を配置することで、端部画素列Mにおける各画素領域Pにおいても、他の画素列と同様の方法で、他ソース寄生容量と自ソース寄生容量とのバランスを制御できる。
図4Bを参照して、より具体的に説明する。端部画素列以外の画素列の画素電極(この例では画素電極PE(C4))は、斜め上方向に隣接する画素領域P(B3)の酸化物半導体層7と通常寄生容量(この例では通常寄生容量CB)を形成している。これに対し、端部画素列Mの画素電極PE(この例では画素電極PE(B4))の斜め上方向にはTFTが配置されていないので、画素領域P(B4)の通常寄生容量CBは、画素領域P(C4)よりも小さくなる。この寄生容量の不足分(この例では他ソース寄生容量の不足分)を、画素電極PE(B4)と第1ダミー金属酸化物層De1との間に形成される斜め電界による寄生容量Cyによって補うことができる。
図5は、変形例1の他のアクティブマトリクス基板103を説明するための平面図である。
図5に示すように、端部画素列Mの画素セットPS(M)に形成される追加の寄生容量Cxの面積と、他の画素列の画素セットPSに形成される追加の寄生容量Cxの面積とを互いに異ならせることで、端部画素列Mの一部の画素領域の寄生容量の不足分を補ってもよい。
この例では、画素領域P(B3)および画素領域P(B4)からなる画素セットPS(M)において、画素領域P(B4)の通常寄生容量(ここでは通常寄生容量CB)の不足分を補うように、画素領域P(B3)の追加の他ソース寄生容量Cx(B3)の面積を、他の画素セットの追加の他ソース寄生容量(例えばCx(C3))の面積よりも大きくしている。これにより、画素セットPS(M)としてのβ値を、他の画素列の画素セットと同様の値に設定できる。
<変形例2>
表示領域に配列された複数の画素行のうち列方向の一側端(上端または下端)に位置する画素行では、各画素領域に追加の寄生容量Cxが形成されない。そこで、変形例2では、端部画素行において、他の画素列と同様の追加の寄生容量が得られるように、ダミーパターンを形成する。
表示領域に配列された複数の画素行のうち列方向の一側端(上端または下端)に位置する画素行では、各画素領域に追加の寄生容量Cxが形成されない。そこで、変形例2では、端部画素行において、他の画素列と同様の追加の寄生容量が得られるように、ダミーパターンを形成する。
図6Aは、変形例2のアクティブマトリクス基板104の一部の画素領域を示す拡大平面図である。図6Bは、図6Aに示すVIb-VIb’線における断面図である。
図6Aは、列方向における一端(この例では上端)に位置する端ゲートバスラインGLeおよびその内側に位置するゲートバスラインGLfと、3本のソースバスラインSL1~SL3と、これらのバスラインで規定される複数の画素領域Pとを示す。端ゲートバスラインGLeのゲートバスラインGLfと反対側に位置する画素行Nを「端部画素行」、端部画素行Nに位置する複数の画素領域P(N)を「端部画素領域」と呼ぶ。
本変形例のアクティブマトリクス基板104は、互いに間隔を空けて配置された複数の第2ダミー金属酸化物層De2と、複数の第2ダミーコンタクト部DC2とを有する。
各第2ダミー金属酸化物層De2は、対応する第2ダミーコンタクト部DC2において、複数のソースバスラインSLの1つに電気的に接続されている。また、各第2ダミー金属酸化物層De2の一部は、端部画素領域P(N)の画素電極PE(N)の1つに、絶縁層(ここでは層間絶縁層10および上部絶縁層13)を介して重なっている。これにより、各端部画素領域P(N)に追加の寄生容量Czが形成される。
各第2ダミー金属酸化物層De2は、各画素領域PにおけるTFT20の酸化物半導体層7とは、同じ酸化物半導体膜から形成されている。各第2ダミー金属酸化物層De2は、いずれの酸化物半導体層7とも離隔して配置されている。各第2ダミー金属酸化物層De2の比抵抗は、酸化物半導体層7の低抵抗領域と同程度(例えば導電体)であってもよい。
各画素列は、端部画素領域P(N)と、端部画素領域P(N)に列方向に隣接する画素領域P(N-1)とを含む画素セットPS(N)を含む。各画素セットPS(N)において、端部画素領域P(N)の追加の寄生容量Cz(この例では追加の他ソース寄生容量)と、画素領域P(N―1)の追加の寄生容量Cx(この例では追加の自ソース寄生容量)とを相殺させることができる。従って、画素セットPS(N)としてのβ値を制御することが可能である。
図7は、変形例2の他のアクティブマトリクス基板105を説明するための平面図である。
図7に例示するように、各画素セットPS(N)において、画素領域(N-1)に形成される追加の寄生容量Cx(この例では、追加の自ソース寄生容量)を、他の画素セットにおける追加の自ソース寄生容量よりも小さくしてもよい。これにより、画素セットPS(N)としての他ソースおよび自ソースの寄生容量のバランスを調整できるので、画素セットPS(N)のβ値の絶対値を小さくできる。
なお、本実施形態のアクティブマトリクス基板は、変形例1および変形例2の構造を併せ持つことも可能である。例えば、アクティブマトリクス基板に、変形例1の第1ダミー金属酸化物層De1と変形例2の第2ダミー金属酸化物層De2とを両方形成してもよい。これにより、表示領域全体に亘って、より効果的にフリッカの発生を抑制できる。
(アクティブマトリクス基板の製造方法)
次に、図2A~図2Cに示したアクティブマトリクス基板101を例に、本実施形態のアクティブマトリクス基板の製造方法の一例を説明する。図8は、アクティブマトリクス基板101の製造方法の一例を説明するためのプロセスフローを示す図である。なお、一部の画素領域Pにおける各画素電極PEおよび各酸化物半導体層7の配置および形状を適宜変更することで、アクティブマトリクス基板103、105も同様の方法で製造され得る。また、アクティブマトリクス基板102、104を製造する場合には、各酸化物半導体TFTの酸化物半導体膜を用いて、第1および第2ダミー金属酸化物層(以下の説明では、「ダミー用金属酸化物層」と総称する。)となる半導体パターンを形成してもよい。
次に、図2A~図2Cに示したアクティブマトリクス基板101を例に、本実施形態のアクティブマトリクス基板の製造方法の一例を説明する。図8は、アクティブマトリクス基板101の製造方法の一例を説明するためのプロセスフローを示す図である。なお、一部の画素領域Pにおける各画素電極PEおよび各酸化物半導体層7の配置および形状を適宜変更することで、アクティブマトリクス基板103、105も同様の方法で製造され得る。また、アクティブマトリクス基板102、104を製造する場合には、各酸化物半導体TFTの酸化物半導体膜を用いて、第1および第2ダミー金属酸化物層(以下の説明では、「ダミー用金属酸化物層」と総称する。)となる半導体パターンを形成してもよい。
・STEP1:導電層3の形成
基板1上に、例えばスパッタリング法で、第1導電膜(厚さ:例えば50nm以上500nm以下)m1を形成する。次いで、公知のフォトリソ工程により、第1導電膜のパターニング(例えばウェットエッチング)を行うことにより、複数の導電層3を含む下部メタル層を形成する。各導電層3は、画素TFTの遮光層となる。
基板1上に、例えばスパッタリング法で、第1導電膜(厚さ:例えば50nm以上500nm以下)m1を形成する。次いで、公知のフォトリソ工程により、第1導電膜のパターニング(例えばウェットエッチング)を行うことにより、複数の導電層3を含む下部メタル層を形成する。各導電層3は、画素TFTの遮光層となる。
基板1としては、透明で絶縁性を有する基板、例えばガラス基板、シリコン基板、耐熱性を有するプラスチック基板(樹脂基板)などを用いることができる。
第1導電膜の材料は、特に限定されず、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、クロム(Cr)、チタン(Ti)、銅(Cu)等の金属又はその合金、若しくはその金属窒化物を含む膜を適宜用いることができる。また、これら複数の膜を積層した積層膜を用いてもよい。
・STEP2:下部絶縁層5の形成
次いで、下部メタル層を覆うように、下部絶縁層5(厚さ:例えば200nm以上600nm以下)を形成する。
次いで、下部メタル層を覆うように、下部絶縁層5(厚さ:例えば200nm以上600nm以下)を形成する。
下部絶縁層5は例えばCVD法で形成される。下部絶縁層5としては、酸化珪素(SiOx)層、窒化珪素(SiNx)層、酸化窒化珪素(SiOxNy;x>y)層、窒化酸化珪素(SiNxOy;x>y)層等を適宜用いることができる。下部絶縁層5は単層であってもよいし、積層構造を有していてもよい。例えば、基板側(下層)に、基板1からの不純物等の拡散防止のために窒化珪素(SiNx)層、窒化酸化珪素層等を形成し、その上の層(上層)に、絶縁性を確保するために酸化珪素(SiO2)層、酸化窒化珪素層等を形成してもよい。ここでは、下部絶縁層5として、窒化珪素(SiNx)層(厚さ:50~600nm)を下層、酸化珪素(SiO2)層(厚さ:50~600nm)を上層とする積層膜を形成してもよい。下部絶縁層5として(下部絶縁層5が積層構造を有する場合には、その最上層として)、酸化珪素膜などの酸化物膜を用いると、後で形成される酸化物半導体層のチャネル領域に生じた酸化欠損を酸化物膜によって低減できるので、チャネル領域の低抵抗化を抑制できる。
・STEP3:酸化物半導体層7の形成
続いて、下部絶縁層5の上に酸化物半導体膜を形成する。この後、酸化物半導体膜のアニール処理を行ってもよい。酸化物半導体膜の厚さは、例えば15nm以上200nm以下であってもよい。
続いて、下部絶縁層5の上に酸化物半導体膜を形成する。この後、酸化物半導体膜のアニール処理を行ってもよい。酸化物半導体膜の厚さは、例えば15nm以上200nm以下であってもよい。
続いて、公知のフォトリソ工程により酸化物半導体膜のパターニングを行う。酸化物半導体膜のパターニングは、例えば、燐酸、硝酸および酢酸を含むPAN系エッチング液、あるいは、シュウ酸系エッチング液を用いたウェットエッチングで行ってもよい。これにより、複数の酸化物半導体層7を得る。各酸化物半導体層7は、画素TFTの活性層となる。また、酸化物半導体膜のパターニングにより、複数の酸化物半導体層7に加えて、ダミー金属酸化物層となる複数のダミー用半導体層を形成してもよい。
酸化物半導体膜は、例えばスパッタ法で形成され得る。ここでは、酸化物半導体膜として、In、GaおよびZnを含むIn-Ga-Zn-O系半導体膜(厚さ:50nm)膜を形成する。
・STEP4:ゲート絶縁層およびゲートメタル層の形成
次いで、各画素TFTの酸化物半導体層7を覆うように、ゲート絶縁膜(厚さ:例えば80nm以上250nm以下)およびゲート用導電膜(厚さ:例えば50nm以上500nm以下)をこの順で形成する。
次いで、各画素TFTの酸化物半導体層7を覆うように、ゲート絶縁膜(厚さ:例えば80nm以上250nm以下)およびゲート用導電膜(厚さ:例えば50nm以上500nm以下)をこの順で形成する。
ゲート絶縁膜として、下部絶縁層5と同様の絶縁膜(下部絶縁層5として例示した絶縁膜)を用いることができる。ここでは、ゲート絶縁膜として、酸化珪素(SiO2)層を形成する。絶縁膜として、酸化珪素膜などの酸化物膜を用いると、酸化物半導体層7のチャネル領域に生じた酸化欠損を酸化物膜によって低減できるので、チャネル領域の低抵抗化を抑制できる。
ゲート用導電膜として、例えば、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)等の金属またはこれらの合金を用いることができる。ゲート用導電膜は、異なる導電材料から形成された複数の層を含む積層構造を有していてもよい。ここでは、ゲート用導電膜として、Ti膜を下層、Cu膜を上層とするCu/Ti積層膜、あるいは、Mo膜を下層、Cu膜を上層とするCu/Mo積層膜を用いる。
この後、ゲート用導電膜上にレジスト層を形成し、レジスト層をマスクとしてゲート用導電膜のパターニングを行うことで、各画素TFTのゲート電極GEと、複数のゲートバスラインGLとを含むゲートメタル層を形成する。次いで、上記レジスト層またはゲートメタル層をマスクとして、ゲート絶縁膜のエッチングを行い、各画素TFTのゲート絶縁層9を得る。これにより、各酸化物半導体層7のうちゲート絶縁層9を介してゲート電極GEに重なる領域はチャネル領域7cとなる。
・STEP5:酸化物半導体層7の低抵抗化処理、および層間絶縁層10の形成
続いて、各酸化物半導体層7の低抵抗化処理を行い、低抵抗領域を形成してもよい。低抵抗化処理として、例えばプラズマ処理を行ってもよい。これにより、基板1の主面の法線方向から見たとき、各酸化物半導体層7のうちチャネル領域7cの両側に位置し、露出している領域は、チャネル領域7cよりも比抵抗の低い低抵抗領域となる。低抵抗領域は、導電体領域(例えばシート抵抗:200Ω/□以下)であってもよい。低抵抗領域は、チャネル領域7cのソース側に位置する第1領域7sと、ドレイン側に位置する第2領域7dとを含む。
続いて、各酸化物半導体層7の低抵抗化処理を行い、低抵抗領域を形成してもよい。低抵抗化処理として、例えばプラズマ処理を行ってもよい。これにより、基板1の主面の法線方向から見たとき、各酸化物半導体層7のうちチャネル領域7cの両側に位置し、露出している領域は、チャネル領域7cよりも比抵抗の低い低抵抗領域となる。低抵抗領域は、導電体領域(例えばシート抵抗:200Ω/□以下)であってもよい。低抵抗領域は、チャネル領域7cのソース側に位置する第1領域7sと、ドレイン側に位置する第2領域7dとを含む。
複数のダミー用半導体層を形成した場合、本低抵抗化処理により、ダミー用半導体層も低抵抗化してもよい。これにより、低抵抗なダミー金属酸化物層を得る。
次いで、各画素TFTの酸化物半導体層7およびゲート絶縁層9と、ゲートメタル層とを覆う層間絶縁層10を形成する。層間絶縁層10として、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜などの無機絶縁層を単層又は積層させて形成することができる。無機絶縁層の厚さは100nm以上500nm以下でもよい。層間絶縁層10を窒化シリコン膜などの酸化物半導体を還元させる絶縁膜を用いて形成すると、酸化物半導体層7のうち層間絶縁層10と接する領域(ここでは低抵抗領域)の比抵抗を低く維持できるので好ましい。ここでは、層間絶縁層10として、例えばCVD法で、SiO2層を下層、SiNx層を上層とする積層膜を形成する。
なお、プラズマ処理を行う代わりに、窒化シリコン膜などの酸化物半導体を還元させる絶縁膜を含む層間絶縁層10と酸化物半導体層7の露出領域とを接触させることで、酸化物半導体層7の露出領域を低抵抗化させてもよい。
この後、例えばドライエッチングで、層間絶縁層10のパターニングを行う。これにより、層間絶縁層10に、各酸化物半導体層7の第1領域7sの一部を露出する第1開口部10sと、第2領域7dの一部を露出する第2開口部10dとを形成する。各ダミー金属酸化物層の一部を露出する開口部10eも同時に形成してもよい。
・STEP6:ソースメタル層の形成
次いで、層間絶縁層10上にソース用導電膜(厚さ:例えば50nm以上500nm以下)を形成し、ソース用導電膜のパターニングを行う。これにより、各画素TFTのソース電極SEおよびドレイン電極DEと、複数のソースバスラインSLとを含むソースメタル層を形成する。このようにして、各画素領域に、画素TFTとしてTFT20が製造される。
次いで、層間絶縁層10上にソース用導電膜(厚さ:例えば50nm以上500nm以下)を形成し、ソース用導電膜のパターニングを行う。これにより、各画素TFTのソース電極SEおよびドレイン電極DEと、複数のソースバスラインSLとを含むソースメタル層を形成する。このようにして、各画素領域に、画素TFTとしてTFT20が製造される。
ソース用導電膜として、例えば、アルミニウム(Al)、クロム(Cr)、銅(Cu)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)あるいはタングステン(W)から選ばれた元素、またはこれらの元素を成分とする合金などを用いることができる。例えば、チタン膜-アルミニウム膜-チタン膜の3層構造、モリブデン膜-アルミニウム膜-モリブデン膜などの3層構造などを有していてもよい。ここでは、Ti膜(厚さ:15~70nm)を下層、Cu膜(厚さ:200~400nm)を上層とする積層膜を用いる。
・STEP7:上部絶縁層13の形成
次に、層間絶縁層10およびソースメタル層を覆うように上部絶縁層13を形成する。ここでは、上部絶縁層13として、無機絶縁層(厚さ:例えば100nm以上500nm以下)および有機絶縁層(厚さ:例えば1~3μm、好ましくは2~3μm)をこの順で形成する。なお、有機絶縁層のうち非表示領域に位置する部分全体を除去してもよい。あるいは、有機絶縁層を形成しなくてもよい。
次に、層間絶縁層10およびソースメタル層を覆うように上部絶縁層13を形成する。ここでは、上部絶縁層13として、無機絶縁層(厚さ:例えば100nm以上500nm以下)および有機絶縁層(厚さ:例えば1~3μm、好ましくは2~3μm)をこの順で形成する。なお、有機絶縁層のうち非表示領域に位置する部分全体を除去してもよい。あるいは、有機絶縁層を形成しなくてもよい。
無機絶縁層として、層間絶縁層10と同様の無機絶縁膜(層間絶縁層10として例示した絶縁膜)を用いることができる。ここでは、無機絶縁層として、例えば、SiNx層(厚さ:300nm)をCVD法で形成する。有機絶縁層は、例えば、感光性樹脂材料を含む有機絶縁膜(例えばアクリル系樹脂膜)であってもよい。
この後、有機絶縁層のパターニングを行う。これにより、各画素領域Pにおいて、有機絶縁層に、無機絶縁層の一部を露出する開口部を形成する。続いて、有機絶縁層をマスクとして、無機絶縁層のパターニングを行う。これにより、上部絶縁層13に、各TFT20のドレイン電極DEの一部を露出する画素コンタクトホールCHpが形成される。
・STEP8:画素電極PEの形成
続いて、上部絶縁層13上および画素コンタクトホールCHp内に、第1透明導電膜(厚さ:20~300nm)を形成する。第1透明電極膜の材料としては、インジウム-錫酸化物(ITO)、インジウム-亜鉛酸化物、ZnO等の金属酸化物を用いることができる。この後、第1透明導電膜のパターニングを行う。例えば、シュウ酸系エッチング液を用いて、第1透明導電膜のウェットエッチングを行ってもよい。これにより、各画素領域Pに画素電極PEを形成する。各画素領域Pにおいて、画素電極PEは、画素コンタクトホールCHp内で、対応するTFT20のドレイン電極DEに接続される。
続いて、上部絶縁層13上および画素コンタクトホールCHp内に、第1透明導電膜(厚さ:20~300nm)を形成する。第1透明電極膜の材料としては、インジウム-錫酸化物(ITO)、インジウム-亜鉛酸化物、ZnO等の金属酸化物を用いることができる。この後、第1透明導電膜のパターニングを行う。例えば、シュウ酸系エッチング液を用いて、第1透明導電膜のウェットエッチングを行ってもよい。これにより、各画素領域Pに画素電極PEを形成する。各画素領域Pにおいて、画素電極PEは、画素コンタクトホールCHp内で、対応するTFT20のドレイン電極DEに接続される。
・STEP9:誘電体層17の形成
次いで、画素電極PEを覆うように誘電体層(厚さ:50~500nm)17を形成する。誘電体層17の材料は、上部絶縁層13の無機絶縁層の材料として例示した材料と同じであってもよい。ここでは、誘電体層17として、例えばCVD法でSiN膜を形成する。
次いで、画素電極PEを覆うように誘電体層(厚さ:50~500nm)17を形成する。誘電体層17の材料は、上部絶縁層13の無機絶縁層の材料として例示した材料と同じであってもよい。ここでは、誘電体層17として、例えばCVD法でSiN膜を形成する。
・STEP10:共通電極CEの形成
続いて、誘電体層17上に、共通電極CEを形成する。
続いて、誘電体層17上に、共通電極CEを形成する。
まず、誘電体層17上に、第2透明導電膜(厚さ:20~300nm)を形成する。第2透明導電膜の材料は、第1透明導電膜の材料として例示した材料と同じ(例えばITO)であってもよい。この後、第2透明導電膜のパターニングを行う。パターニングでは、例えば、シュウ酸系エッチング液を用いてウェットエッチングを行ってもよい。これにより、共通電極CEを得る。共通電極CEは、画素領域Pごとに、1つまたは複数のスリット(開口部)あるいは切り欠き部を有する。このようにして、アクティブマトリクス基板101が製造される。
なお、本実施形態のアクティブマトリクス基板の製造方法は、上記方法に限定されない。各画素セットのβ値の絶対値が所定の範囲となるように、各バスライン、画素電極PE、TFT20等が配置されていればよく、公知の他の製造方法を採用することも可能である。
<酸化物半導体>
本実施形態における各TFTの酸化物半導体層に含まれる酸化物半導体(金属酸化物、または酸化物材料ともいう。)は、非晶質酸化物半導体であってもよいし、結晶質部分を有する結晶質酸化物半導体であってもよい。結晶質酸化物半導体としては、多結晶酸化物半導体、微結晶酸化物半導体、c軸が層面に概ね垂直に配向した結晶質酸化物半導体などが挙げられる。
本実施形態における各TFTの酸化物半導体層に含まれる酸化物半導体(金属酸化物、または酸化物材料ともいう。)は、非晶質酸化物半導体であってもよいし、結晶質部分を有する結晶質酸化物半導体であってもよい。結晶質酸化物半導体としては、多結晶酸化物半導体、微結晶酸化物半導体、c軸が層面に概ね垂直に配向した結晶質酸化物半導体などが挙げられる。
酸化物半導体層は、2層以上の積層構造を有していてもよい。酸化物半導体層が積層構造を有する場合には、酸化物半導体層は、非晶質酸化物半導体層と結晶質酸化物半導体層とを含んでいてもよい。あるいは、結晶構造の異なる複数の結晶質酸化物半導体層を含んでいてもよい。また、複数の非晶質酸化物半導体層を含んでいてもよい。酸化物半導体層が上層と下層とを含む2層構造を有する場合、2層のうちゲート電極側に位置する層(ボトムゲート構造なら下層、トップゲート構造なら上層)に含まれる酸化物半導体のエネルギーギャップは、ゲート電極と反対側に位置する層(ボトムゲート構造なら上層、トップゲート構造なら下層)に含まれる酸化物半導体のエネルギーギャップよりも小さくてもよい。ただし、これらの層のエネルギーギャップの差が比較的小さい場合には、ゲート電極側に位置する層の酸化物半導体のエネルギーギャップが、ゲート電極と反対側に位置する層の酸化物半導体のエネルギーギャップよりも大きくてもよい。
非晶質酸化物半導体および上記の各結晶質酸化物半導体の材料、構造、成膜方法、積層構造を有する酸化物半導体層の構成などは、例えば特開2014-0073911号公報に記載されている。参考のために、特開2014-0073911号公報の開示内容の全てを本明細書に援用する。
酸化物半導体層は、例えば、In、GaおよびZnのうち少なくとも1種の金属元素を含んでもよい。本実施形態では、酸化物半導体層は、例えば、In-Ga-Zn-O系の半導体(例えば酸化インジウムガリウム亜鉛)を含む。ここで、In-Ga-Zn-O系の半導体は、In(インジウム)、Ga(ガリウム)、Zn(亜鉛)の三元系酸化物であって、In、GaおよびZnの割合(組成比)は特に限定されず、例えばIn:Ga:Zn=2:2:1、In:Ga:Zn=1:1:1、In:Ga:Zn=1:1:2等を含む。このような酸化物半導体層は、In-Ga-Zn-O系の半導体を含む酸化物半導体膜から形成され得る。
In-Ga-Zn-O系の半導体は、非晶質でもよいし、結晶質でもよい。結晶質In-Ga-Zn-O系の半導体としては、c軸が層面に概ね垂直に配向した結晶質In-Ga-Zn-O系の半導体が好ましい。
なお、結晶質In-Ga-Zn-O系の半導体の結晶構造は、例えば、上述した特開2014-0073911号公報、特開2012-134475号公報、特開2014-2090627号公報などに開示されている。参考のために、特開2012-134475号公報および特開2014-2090627号公報の開示内容の全てを本明細書に援用する。In-Ga-Zn-O系半導体層を有するTFTは、高い移動度(a-SiTFTに比べ20倍超)および低いリーク電流(a-SiTFTに比べ100分の1未満)を有しているので、駆動TFT(例えば、複数の画素を含む表示領域の周辺に、表示領域と同じ基板上に設けられる駆動回路に含まれるTFT)および画素TFT(画素に設けられるTFT)として好適に用いられる。
酸化物半導体層は、In-Ga-Zn-O系半導体の代わりに、他の酸化物半導体を含んでいてもよい。例えばIn-Sn-Zn-O系半導体(例えばIn2O3-SnO2-ZnO;InSnZnO)を含んでもよい。In-Sn-Zn-O系半導体は、In(インジウム)、Sn(スズ)およびZn(亜鉛)の三元系酸化物である。あるいは、酸化物半導体層は、In-Al-Zn-O系半導体、In-Al-Sn-Zn-O系半導体、Zn-O系半導体、In-Zn-O系半導体、Zn-Ti-O系半導体、Cd-Ge-O系半導体、Cd-Pb-O系半導体、CdO(酸化カドミウム)、Mg-Zn-O系半導体、In-Ga-Sn-O系半導体、In-Ga-O系半導体、Zr-In-Zn-O系半導体、Hf-In-Zn-O系半導体、Al-Ga-Zn-O系半導体、Ga-Zn-O系半導体、In-Ga-Zn-Sn-O系半導体、In-W-Zn-O系半導体などを含んでいてもよい。
本発明の実施形態は、アクティブマトリクス基板、特に高精細なアクティブマトリクス基板に好適に適用され得る。このようなアクティブマトリクス基板は、液晶表示装置、有機エレクトロルミネセンス(EL)表示装置および無機エレクトロルミネセンス表示装置等の表示装置、イメージセンサー装置等の撮像装置、画像入力装置、指紋読み取り装置、半導体メモリ等の種々の電子装置に適用される。
1 :基板
3 :導電層
5 :下部絶縁層
7 :酸化物半導体層
7c :チャネル領域
7s :第1領域(低抵抗領域)
7d :第2領域(低抵抗領域)
7x :酸化物半導体層の重畳部分(透明容量電極)
9 :ゲート絶縁層
10 :層間絶縁層
10s、10d、10e :開口部
13 :上部絶縁層
17 :誘電体層
20 :TFT(画素TFT)
101~105 :アクティブマトリクス基板
Cx :追加の寄生容量
CA、CB :通常寄生容量
Ct :補助容量
CE :共通電極
CHp :画素コンタクトホール
Cy :第1ダミー金属酸化物層による寄生容量
Cz :第2ダミー金属酸化物層による追加の寄生容量
DE :ドレイン電極
DC :ダミーコンタクト部
DR :表示領域
De1 :第1ダミー金属酸化物層
De2 :第2ダミー金属酸化物層
GE :ゲート電極
GL :ゲートバスライン
GLe :端ゲートバスライン
P :画素領域
PC :画素コンタクト部
PE :画素電極
PS :画素セット
SC :ソースコンタクト部
SC1 :第1ソースコンタクト部
SE :ソース電極
SL :ソースバスライン
SLA :端ソースバスライン
M :端部画素列
N :端部画素行
3 :導電層
5 :下部絶縁層
7 :酸化物半導体層
7c :チャネル領域
7s :第1領域(低抵抗領域)
7d :第2領域(低抵抗領域)
7x :酸化物半導体層の重畳部分(透明容量電極)
9 :ゲート絶縁層
10 :層間絶縁層
10s、10d、10e :開口部
13 :上部絶縁層
17 :誘電体層
20 :TFT(画素TFT)
101~105 :アクティブマトリクス基板
Cx :追加の寄生容量
CA、CB :通常寄生容量
Ct :補助容量
CE :共通電極
CHp :画素コンタクトホール
Cy :第1ダミー金属酸化物層による寄生容量
Cz :第2ダミー金属酸化物層による追加の寄生容量
DE :ドレイン電極
DC :ダミーコンタクト部
DR :表示領域
De1 :第1ダミー金属酸化物層
De2 :第2ダミー金属酸化物層
GE :ゲート電極
GL :ゲートバスライン
GLe :端ゲートバスライン
P :画素領域
PC :画素コンタクト部
PE :画素電極
PS :画素セット
SC :ソースコンタクト部
SC1 :第1ソースコンタクト部
SE :ソース電極
SL :ソースバスライン
SLA :端ソースバスライン
M :端部画素列
N :端部画素行
Claims (18)
- 行方向および列方向にマトリクス状に配置された複数の画素領域を有するアクティブマトリクス基板であって、基板と、前記基板に支持された前記行方向に延びる複数のゲートバスラインおよび前記列方向に延びる複数のソースバスラインと、を備え、
各画素領域は、互いに隣接する2つのゲートバスラインおよび互いに隣接する2つのソースバスラインによって規定され、
前記各画素領域は、画素電極と、酸化物半導体層を活性層とする酸化物半導体TFTと、を有し、前記画素電極は、前記酸化物半導体TFTを介して、前記隣接する2つのソースバスラインの一方に電気的に接続され、
前記各画素領域の前記酸化物半導体TFTの前記酸化物半導体層は、前記隣接する2つのゲートバスラインの一方を挟んで隣接する第1隣接画素領域の画素電極に絶縁層を介して重なり、
前記各画素領域の前記画素電極は、前記隣接する2つのゲートバスラインの他方を挟んで隣接する第2隣接画素領域の酸化物半導体層と前記絶縁層を介して部分的に重なり、
前記複数のソースバスラインは、互いに隣接する第1ソースバスラインおよび第2ソースバスラインを含み、前記第1ソースバスラインおよび前記第2ソースバスラインの間には、前記画素電極が前記第1ソースバスラインに接続された2つの画素領域からなる画素セットと、前記画素電極が前記第2ソースバスラインに接続された2つの画素領域からなる画素セットとが、交互に配列されている、アクティブマトリクス基板。 - 前記各画素領域において、
前記酸化物半導体TFTは、前記一方のゲートバスラインに電気的に接続されたゲート電極を有し、
前記酸化物半導体TFTの前記酸化物半導体層は、前記基板の法線方向から見たとき、前記ゲート電極に重なるチャネル領域と、前記チャネル領域の両側にそれぞれ位置し、前記チャネル領域よりも比抵抗の小さい第1領域および第2領域とを含み、
前記第1領域は、前記一方のソースバスラインに電気的に接続され、前記第2領域は、前記画素電極に電気的に接続され、
前記第1領域は、前記基板の法線方向から見たとき、前記一方のゲートバスラインを横切って延び、前記第1隣接画素領域の前記画素電極に部分的に重なっている、請求項1に記載のアクティブマトリクス基板。 - 前記各画素領域の前記酸化物半導体TFTにおいて、前記酸化物半導体層は、前記ゲート電極と前記基板との間に位置する、請求項2に記載のアクティブマトリクス基板。
- 前記各画素領域は、
前記画素電極と、前記一方のソースバスラインとの間に形成される自ソース寄生容量Csd(A)と、
前記画素電極と、前記隣接する2つのソースバスラインの他方との間に形成される他ソース寄生容量Csd(B)と、
を有し、
前記自ソース寄生容量Csd(A)および前記他ソース寄生容量Csd(B)の一方は、前記画素電極と前記第2隣接画素領域の前記酸化物半導体層とが前記絶縁層を介して部分的に重なることによって形成される追加の寄生容量Cxを含む、請求項1から3のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板。 - 前記各画素領域において、
前記画素電極に部分的に重なる前記第2隣接画素領域の前記酸化物半導体層が、前記一方のソースバスラインに電気的に接続されている場合には、前記追加の寄生容量Cxは、前記自ソース寄生容量Csd(A)に含まれる追加の自ソース寄生容量Cx(A)となり、
前記画素電極に部分的に重なる前記第2隣接画素領域の前記酸化物半導体層が、前記他方のソースバスラインに電気的に接続されている場合には、前記追加の寄生容量Cxは、前記他ソース寄生容量Csd(B)に含まれる追加の他ソース寄生容量Cx(B)となり、
各画素セットにおける前記2つの画素領域の一方は、追加の自ソース寄生容量Cx(A)を有する第1画素領域であり、前記2つの画素領域の他方は、追加の他ソース寄生容量Cx(B)を有する第2画素領域である、請求項4に記載のアクティブマトリクス基板。 - 前記第1画素領域の自ソース寄生容量Csd1(A)および他ソース寄生容量Csd1(B)と、前記第2画素領域の自ソース寄生容量Csd2(A)および他ソース寄生容量Csd2(B)とは、
Csd1(A)>Csd1(B)
Csd2(A)<Csd2(B)
を満たす、請求項5に記載のアクティブマトリクス基板。 - 前記各画素領域の画素容量をCpiとすると、前記各画素領域のβ値であるβ(A-B)は、下記式(1)で求められ、
β(A-B)={Csd(A)-Csd(B)}/Cpi・・・(1)
前記各画素セットにおける前記第1画素領域および前記第2画素領域のβ値を、それぞれ、β1(A-B)、β2(A-B)とすると、
前記各画素セットは、
|β1(A-B)+β2(A-B)|≦0.001
を満たすように設計されている、請求項5または6に記載のアクティブマトリクス基板。 - 前記各画素セットは、
|β1(A-B)|>0.001
|β2(A-B)|>0.001
を満たすように設計されている、請求項7に記載のアクティブマトリクス基板。 - 前記複数のソースバスラインは、行方向における一側端に位置する端ソースバスラインを含み、
前記アクティブマトリクス基板は、前記基板の法線方向から見たとき、前記端ソースバスラインに少なくとも部分的に重なる複数の第1ダミー金属酸化物層をさらに含み、
前記複数の第1ダミー金属酸化物層と、前記複数の画素領域における前記酸化物半導体TFTの前記酸化物半導体層とは、同じ酸化物半導体膜から互いに離隔して形成されており、
前記各第1ダミー金属酸化物層は、前記端ソースバスラインに電気的に接続されている、請求項1から8のいずれか一項に記載のアクティブマトリクス基板。 - 前記アクティブマトリクス基板は、
前記端ソースバスラインと、前記複数の酸化物半導体TFTのいずれかの酸化物半導体層とを接続する複数の第1ソースコンタクト部と、
前記端ソースバスラインと、前記複数の第1ダミー金属酸化物層のいずれかとを接続する複数のダミーコンタクト部と、を備え、
前記端ソースバスラインは、前記複数のゲートバスラインによって画定される複数の部分を含み、前記複数のダミーコンタクト部のそれぞれは、前記複数の部分のうち第1ソースコンタクト部が配置されていない部分に配置されている、請求項9に記載のアクティブマトリクス基板。 - 前記アクティブマトリクス基板は、列方向における一側端に位置する端部画素行と、前記端部画素行に位置する複数の端部画素電極と、複数の第2ダミー金属酸化物層と、をさらに備え、
前記複数の第2ダミー金属酸化物層と、前記複数の画素領域における前記酸化物半導体TFTの前記酸化物半導体層とは、同じ酸化物半導体膜から互いに離隔して形成されており、
前記各第2ダミー金属酸化物層は、前記複数のソースバスラインのいずれかに電気的に接続され、かつ、前記複数の端部画素電極のいずれかに部分的に重なっている、請求項1から10のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板。 - 前記複数の画素領域は、前記基板の法線方向から見たときの前記画素電極と前記第2隣接画素領域の前記酸化物半導体層とが重なる部分の面積が互いに異なる2以上の画素領域を含む、請求項1から11のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板。
- 行方向および列方向にマトリクス状に配置された複数の画素領域を有するアクティブマトリクス基板であって、基板と、前記基板に支持された前記行方向に延びる複数のゲートバスラインおよび前記列方向に延びる複数のソースバスラインと、を備え、
各画素領域は、互いに隣接する2つのゲートバスラインおよび互いに隣接する2つのソースバスラインによって規定され、
前記各画素領域は、画素電極と、酸化物半導体層を活性層とする酸化物半導体TFTと、を有し、前記画素電極は、前記酸化物半導体TFTを介して、前記隣接する2つのソースバスラインの一方に電気的に接続され、
前記複数のソースバスラインは、互いに隣接する第1ソースバスラインおよび第2ソースバスラインを含み、前記第1ソースバスラインおよび前記第2ソースバスラインの間には、前記画素電極が前記第1ソースバスラインに電気的に接続された2つの画素領域からなる画素セットと、前記画素電極が前記第2ソースバスラインに電気的に接続された2つの画素領域からなる画素セットとが、交互に配列されており、
前記各画素領域のβ値であるβ(A-B)は、前記画素電極と前記一方のソースバスラインとの間に形成される自ソース寄生容量Csd(A)と、前記画素電極と前記隣接する2つのソースバスラインの他方との間に形成される他ソース寄生容量Csd(B)と、画素容量Cpiとから、下記式(1)で求められ、
β(A-B)={Csd(A)-Csd(B)}/Cpi・・・(1)
各画素セットにおける前記2つの画素領域のβ値をβ1(A-B)、β2(A-B)とすると、前記各画素セットは、
β1(A-B)>0
β2(A-B)<0
|β1(A-B)+β2(A-B)|≦0.001
を満たすように設計されている、アクティブマトリクス基板。 - 前記各画素セットは、前記2つの画素領域のβ値であるβ1(A-B)、β2(A-B)が、
|β1(A-B)|>0.001
|β2(A-B)|>0.001
を満たすように設計されている、請求項13に記載のアクティブマトリクス基板。 - 前記酸化物半導体層は、In-Ga-Zn-O系半導体を含む、請求項1から14のいずれか一項に記載のアクティブマトリクス基板。
- 前記In-Ga-Zn-O系半導体は結晶質部分を含む、請求項15に記載のアクティブマトリクス基板。
- 請求項1から16のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板と、
前記アクティブマトリクス基板に対向するように配置された対向基板と、
前記アクティブマトリクス基板と前記対向基板との間に設けられた液晶層と
を備える液晶表示装置。 - 前記隣接する2つのソースバスラインには互いに異なる極性のデータ信号が供給される、請求項17に記載の液晶表示装置。
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---|---|---|---|
JP2021145486A Pending JP2023038651A (ja) | 2021-09-07 | 2021-09-07 | アクティブマトリクス基板および液晶表示装置 |
Country Status (2)
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JP (1) | JP2023038651A (ja) |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP6799123B2 (ja) * | 2018-09-19 | 2020-12-09 | シャープ株式会社 | アクティブマトリクス基板およびその製造方法 |
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2021
- 2021-09-07 JP JP2021145486A patent/JP2023038651A/ja active Pending
-
2022
- 2022-09-06 US US17/903,085 patent/US20230082232A1/en active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
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US20230082232A1 (en) | 2023-03-16 |
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