JP4957214B2 - 半導体装置及び半導体装置の製造方法並びに電気光学装置 - Google Patents
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例えば、透過型の液晶表示装置では、一方の基板の外側からバックライト光を照射し、このバックライト光を変調して画像の表示を行っている。そして、近年、透過型の液晶表示装置においても、より鮮明な画像表示を行うためにバックライト光の光量が増大しており、経年による画像表示の品質を確保するために、バックライト光の光量を一定に保つことが求められている。一方、TFT素子では、チャネル領域に光が照射されると、チャネル領域内にキャリアが生成されることで光励起による電流が発生する。そのため、TFT素子のOFF電流が増大し、TFT特性のON/OFF比が充分取れない等の問題が発生する。そこで、チャネル領域を保護する目的で、チャネル領域下に遮光膜を形成することが行なわれている。
また、液晶表示装置は、透光性を有する基板上に平面状に配置された複数の単位領域ごとに設けられた複数の駆動素子と、該複数の駆動素子を接続する接続線と、受光した光を電気信号に変換する受光素子とを備え、該受光素子が、平面視で前記駆動素子の下面の全面及び前記接続線の下面を覆うことを特徴とする。
すなわち、各駆動素子の下面を覆う受光素子は、駆動素子の下面に向かう光を遮光する。これにより、受光素子は、駆動素子の下面の全面及び接続線の下面を覆う遮光膜として機能する。そして、受光素子により受光した光量に応じて発生した電気信号は、駆動素子を接続する接続線の下面に沿って複数の単位領域が配置された領域の外部に伝達される。このため、発生した電気信号を単位領域が配置された領域の外部に伝達させるために別途配線を形成する必要がなくなる。これにより、単位領域において駆動素子や接続線、受光素子などによって占有される面積を小さくし、単位領域中における光が透過可能な面積の割合である開口率を向上させることができる。
この発明では、一方向に沿って配置された駆動素子ごとに、駆動素子に向かう光の検出を行う。
この発明では、他の接続線の下面も受光素子で被覆することで、受光面積をより大きくして、光の検出精度をより向上させることができる。
この発明では、接続線の下面に沿って複数の単位領域が配置された領域の外部まで電気信号を伝達させて端子部から取り出すので、単位領域の開口率の低下を防止できる。
この発明では、受光素子で発生した電気信号を接続線から取り出すことができ、端子部の配置数の削減が図れる。
この発明では、駆動素子及び接続線の下面を受光素子で覆っているので、単位領域における開口率を向上させることができると共に、光の検出精度が向上する。
この発明では、平面視で駆動素子を覆う遮光膜と重なる領域内で受光素子の面積を増大させることで、受光素子による光の検出精度が向上する。
以下、本発明における半導体装置を備える液晶表示装置の第1の実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするために縮尺を適宜変更している。ここで、図1は液晶表示装置を示す等価回路図、図2はサブ画素領域を示す平面構成図、図3は図2のA−A矢視断面図で、図4は画像表示領域の外部における素子基板を示す断面図であるある。
本実施形態における液晶表示装置(電気光学装置)1は、透過型のカラー液晶表示装置であって、R(赤)、G(緑)、B(青)の各色光を出力する3個のサブ画素領域で1個の画素を構成する液晶表示装置である。ここで、表示を構成する最小単位となる表示領域を「サブ画素領域(単位領域)」と称する。
走査線駆動回路15は、走査線(接続線)16を介して走査信号G1、G2、…、Gmを各サブ画素領域に供給する構成となっている。ここで、走査線駆動回路15は、走査信号G1〜Gmを所定のタイミングでパルス的に線順次で供給する。
液晶表示装置1は、図2及び図3に示すように、素子基板(半導体装置)21と、素子基板21と対向配置された対向基板22と、素子基板21及び対向基板22の間に挟持された液晶層23と、素子基板21の外面側(液晶層23と反対側)に設けられた偏光板24と、対向基板22の外面側に設けられた偏光板25とを備えている。また、液晶表示装置1は、素子基板21の外面に設けられて素子基板21の外面側から照明光を照射する照明手段26を備えている。
また、液晶表示装置1には、素子基板21と対向基板22とが対向する領域の縁端に沿ってシール材(図示略)が設けられており、このシール材、素子基板21及び対向基板22によって液晶層23が封止されている。
また、素子基板21は、下地保護膜32の内側の表面に配置された受光素子41と、第1層間絶縁膜33の内側の表面に配置された半導体層42及び容量電極43と、ゲート絶縁膜34の内側の表面に配置された走査線16及び容量線18と、第2層間絶縁膜35の内側の表面に配置されたデータ線14及び接続電極44と、第3層間絶縁膜36の内側の表面に配置された画素電極11とを備えている。
第1層間絶縁膜33は、例えばSiO2などの透光性材料で構成されており、下地保護膜32上に形成された受光素子41を覆うように設けられている。
ゲート絶縁膜34は、例えばSiO2などの透光性材料で構成されており、第1層間絶縁膜33上に形成された半導体層42及び容量電極43を覆うように設けられている。
第3層間絶縁膜36は、例えばSiO2などの透光性材料で構成されており、第2層間絶縁膜35上に形成されたデータ線14及び接続電極44を覆うように設けられている。
配向膜37は、例えばポリイミドなどの樹脂材料で構成されており、第3層間絶縁膜36上に形成された画素電極11を覆うように設けられている。また、配向膜37の表面には、図2に示すサブ画素領域の短軸方向(Y軸方向)を配向方向とする配向処理が施されている。
そして、受光素子41は、図2から図4に示すように、半導体層45と、一対の取出電極46、47と、取出電極46、47にそれぞれ接続された一対の端子電極(端子部)48、49とを備えている。
取出電極47は、画像表示領域の外側においてp型半導体層45cの上面に形成されており、取出電極46と同様に、例えばAlやTi、Ta、Moなどの金属材料で構成されている。また、取出電極47は、p型半導体層45cと接続している。
端子電極49は、第3層間絶縁膜36の上面に形成されており、端子電極48と同様に、例えばITOなどの透光性の導電材料で構成されている。また、端子電極49は、第3層間絶縁膜36を貫通するコンタクトホールH4を介して取出電極47と接続している。
そして、端子電極48、49は、後述する光源61から照射される照明光の光量を制御する照明制御部(図示略)に接続されており、半導体層45で受光した照明光の光量情報をこの照明制御部に出力する構成となっている。
また、半導体層42は、不純物イオンを打ち込むことによって形成されたソース領域42b及びドレイン領域42cを有している。そして、半導体層42を主体としてTFT素子12が構成される。なお、チャネル領域42aは、ポリシリコンに不純物イオンを打ち込まないことによって形成される。ここで、半導体層42は、ソース領域及びドレイン領域に不純物濃度が相対的に高い高濃度領域と相対的に低い低濃度(LDD(Lightly Doped Drain))領域とを形成したLDD構造としてもよい。
容量線18は、平面視でY軸方向に沿って配置されており、走査線16と同様に、例えばAlやTi、Ta、Moなどの金属材料で構成されている。また、容量線18は、平面視でゲート絶縁膜34を介して容量電極43と重なる領域に他の領域よりも幅の広い幅広部18aが形成されている。この幅広部18aとゲート絶縁膜34を介して対向配置された容量電極43とにより、蓄積容量17が構成される。
以上より、走査線16、容量線18及びデータ線14は、平面視でほぼ格子状に配線されている。
接続電極44は、平面視でX軸方向に沿って配置されており、第2層間絶縁膜35を貫通するコンタクトホールH2を介して半導体層42のドレイン領域42cに接続されている。
遮光膜52は、基板本体51の表面のうち平面視でサブ画素領域の縁部と重なる領域に形成されており、サブ画素領域を縁取っている。また、遮光膜52は、画像表示領域内において、平面視で受光素子41の半導体層45を覆うように設けられている。
カラーフィルタ層53は、各サブ画素領域に対応して配置されており、例えばアクリルなどで構成されて各サブ画素領域で表示する色に対応する色材を含有している。
配向膜55は、配向膜37と同様に、例えばポリイミドなどの樹脂材料で構成されており、共通電極54を覆うように設けられている。また、配向膜55の表面には、配向膜37の配向方向と反平行となるように、図2に示すサブ画素領域の短軸方向(Y軸方向)を配向方向とする配向処理が施されている。
偏光板24、25は、その透過軸が互いにほぼ直交するように設けられている。ここで、偏光板24、25の内側の一方または双方には、光学補償フィルム(図示略)を配置してもよい。光学補償フィルムを配置することで、液晶表示装置1を斜視した場合の液晶層23の位相差を補償することができ、光漏れを減少させてコントラストを増加させることができる。光学補償フィルムとしては、負の一軸性媒体と正の一軸性媒体とを組み合わせたものや、各方向の屈折率がnx>nz>nyである二軸性媒体が用いられる。
次に、以上のような構成の素子基板21の製造方法について、図5及び図6を参照しながら説明する。ここで、図5及び図6は、TFT素子12の製造工程を示す工程図である。
まず、基板本体31上に下地保護膜32を形成する。ここでは、CVD(Chemical Vapor Deposition:化学蒸着)法やスパッタリング法などを用いて下地保護膜32を形成する。
次に、第1層間絶縁膜33上に半導体層42及び容量電極43を構成する多結晶半導体層65を形成する。ここでは、最初にPECVD(Plasma Enhancement Chemical Vapor Deposition:プラズマCVD)法などを用いてアモルファスシリコンからなる非晶質半導体層を堆積する。そして、例えばエキシマレーザなど照射して非晶質半導体層を結晶化させて、多結晶半導体層を形成する。次に、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングし、多結晶半導体層65を形成する。
次に、ゲート絶縁膜34上に走査線16を形成する。ここでは、ゲート絶縁膜34上にスパッタ法などを用いて走査線16を構成する金属膜を形成し、フォトリソグラフィ技術などを用いてこの金属膜をパターニングし、走査線16を形成する(図5(b))。
次に、走査線16及びゲート絶縁膜34を被覆する第2層間絶縁膜35を形成する。ここでは、CVD法などを用いて第2層間絶縁膜35を形成する。そして、第2層間絶縁膜35及びゲート絶縁膜34を貫通するコンタクトホールH1、H2を形成すると共に、画像表示領域の外部に位置する半導体層45を被覆している第1層間絶縁膜33、ゲート絶縁膜34及び第2層間絶縁膜35を除去する。さらに、画像表示領域の外部に位置する半導体層45のp型半導体層45c及び真性層45bの一部を除去し、n型半導体層45aを露出させる(図6(a))。ここで、n型半導体層45aをp型半導体層45cよりも厚くしているので、パターニング時にn型半導体層45aを確実に残存させることができる。
そして、第3層間絶縁膜36上に画素電極11及び端子電極48、49を形成する。ここでは、第3層間絶縁膜36上に画素電極11及び端子電極48、49を構成するITO膜を形成し、フォトリソグラフィ技術を用いてITO膜をパターニングし、画素電極11及び端子電極48、49を形成する(図6(c))。ここで、画素電極11が、第3層間絶縁膜36を貫通するコンタクトホールH5を介して接続電極44と接続される。また、端子電極48が第3層間絶縁膜36を貫通するコンタクトホールH3を介して取出電極46に接続され、端子電極49がコンタクトホールH4を介して取出電極47に接続される。
そして、素子基板21と別途形成した対向基板22とを上述したシール材で貼り合わせ、液晶を注入してこれを封止することで、液晶層23を形成する。さらに、素子基板21及び対向基板22の外面に偏光板24、25を設ける。以上のようにして、図2及び図3に示すような液晶表示装置1を製造する。
また、半導体層45は、受光した光の光量に応じた電気信号を発生させ、走査線16の下面に沿ってこの電気信号を伝達させる。そして、この電気信号を画像表示領域外に設けられた端子電極48、49から取り出す。
上記照明制御部は、電気信号から照明手段26による照明光の光量を算出し、光源61から照射される照明光の光量を制御する。
以上のような構成の液晶表示装置1は、例えば図7に示すような携帯電話機(電子機器)100の表示部101として用いられる。この携帯電話機100は、表示部101、複数の操作ボタン102、受話口103、送話口104及び上記表示部101を有する本体部を備えている。
また、画像表示領域の外部まで電気信号を伝達させてから端子電極48、49で電気信号を取り出していると共に、画像表示領域内において平面視で半導体層45が遮光膜52で覆われているため、サブ画素領域の開口率の低下を防止できる。
次に、本発明における半導体装置を備える液晶表示装置の第2の実施形態を、図面に基づいて説明する。ここで、図8は、サブ画素領域を示す平面図である。なお、本実施形態では、第1の実施形態と受光素子の構成が異なるため、この点を中心に説明すると共に、上記実施形態で説明した構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
すなわち、受光素子111は、TFT素子12、走査線16及びデータ線14の下面の全面を被覆している。したがって、液晶表示装置は、1つの受光素子111を備えていることになる。
以上のような構成の素子基板110の製造方法は、上述した第1の実施形態と同様である。
次に、本発明における半導体装置を備える液晶表示装置の第3の実施形態を、図面に基づいて説明する。ここで、図9は、素子基板を示す断面図である。なお、本実施形態では、第1の実施形態と受光素子の構成が異なるため、この点を中心に説明すると共に、上記実施形態で説明した構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
すなわち、受光素子121は、半導体層122が下地保護膜32上から順に積層されたn型半導体層122a及びp型半導体層122bを有する。ここで、半導体層122の層厚は、例えば500nm〜1000nmとなっている。
以上のような構成の素子基板120の製造方法は、上述した第1の実施形態と同様である。
次に、本発明における半導体装置を備える液晶表示装置の第4の実施形態を、図面に基づいて説明する。ここで、図10はサブ画素領域を示す平面図であり、図11は素子基板を示す断面図である。なお、本実施形態では、第1の実施形態と受光素子の構成が異なるため、この点を中心に説明すると共に、上記実施形態で説明した構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
すなわち、受光素子131のp型半導体層45cは、平面視で走査線16の分岐部16aの基端部と重なる領域において第1層間絶縁膜33及びゲート絶縁膜34を貫通するコンタクトホールH6を介して走査線16に接続されている。また、受光素子131は、画像表示領域外に形成された取出電極46及び端子電極48を備えている。したがって、半導体層45において発生した電気信号は、走査線16及び端子電極48を介して取り出される構成となっている。ここで、走査線16は、各サブ画素領域に設けられたTFT素子12と接続しており、走査信号G1〜Gmを各TFT素子12に供給する。そのため、受光素子131は、走査線16への走査信号G1〜Gmの非供給時に電気信号を走査線16及び端子電極48を介して取り出すように構成されている。これにより、TFT素子12の誤動作を防止する。
以上のような構成の素子基板130の製造方法は、上述した第1の実施形態と同様である。
例えば、上記実施形態では、半導体層がn型半導体層を最下層としているが、p型半導体層を最下層としてもよい。
また、受光素子は、TFT素子を接続する配線の下面をTFT素子の下面の全面と共に覆う構成であればよく、TFT素子の下面の全面とデータ線の下面、あるいは容量線の下面とを覆う構成としてもよい。ここで、受光素子は、TFT素子の下面の前面を覆って画像表示領域の外部に電気信号を伝達できれば、走査線やデータ線、あるいは容量線の下面の全面を覆わなくてもよい。
そして、受光素子は、画像表示領域の外部に取出電極や端子電極を設けずに、画像表示領域の外部において半導体層に接続される引出配線を設け、この引出配線から電気信号を取り出す構成としてもよい。
さらに、受光素子を構成する半導体層は、平面視で対向基板に設けられた遮光膜によって被覆されればよく、画像表示領域内において平面視で遮光膜と同一の形状であってもよい。このように遮光膜により被覆される範囲内で半導体層の面積を増大させることにより、受光素子による光の検出精度が向上する。
また、駆動素子としてTFT素子を用いているが、画素電極をスイッチング制御する素子であれば、TFD(Thin Film Diode:薄膜ダイオード)など他の駆動素子であってもよい。
そして、半導体装置は、液晶表示装置に用いられる素子基板を構成しているが、これに限られない。
そして、液晶層として、TNモードで動作する液晶を用いているが、TNモードに限らず、負の誘電率異方性を有するVAN(Vertical Aligned Nematic)モードやECB(Electrically Controlled Birefringence)モード、OCB(Optical Compensated Bend)モードなど、他の液晶を用いてもよい。
そして、液晶表示装置は、R、G、Bの3色の色表示を行うカラー液晶表示装置としているが、R、G、Bのいずれかまたは他の1色の色表示を行う単色の表示装置や、2色や4色以上の色表示を行う表示装置であってもよい。ここで、対向基板にカラーフィルタ層を設けずに、素子基板にカラーフィルタ層を設けてもよい。
そして、電気光学装置としては、一対の電極の間に電界を発生させることにより電気光学層の光学特性を変化させるものであれば、液晶表示装置に限らず、有機EL(エレクトロルミネッセンス)装置や電気泳動表示装置など、他の電気光学装置であってもよい。
Claims (7)
- 透光性を有する基板上に平面状に配置された複数の単位領域ごとに設けられた複数の駆動素子と、該複数の駆動素子を接続する接続線と、受光した光を電気信号に変換する受光素子とを備え、
前記受光素子が、半導体層と、前記複数の単位領域が配置された領域の外部に設けられて前記電気信号を取り出す端子部とを含み、
前記受光素子の前記半導体層が、平面視で前記駆動素子の下面の全面及び前記接続線の下面を覆うことを特徴とする半導体装置。 - 前記接続線が、前記複数の単位領域のうち一方向に沿って配置された該単位領域に設けられた前記駆動素子を接続することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記複数の単位領域のうち他の一方向に沿って配置された該単位領域に設けられた前記駆動素子を接続する他の接続線を備え、
前記前記半導体層が、平面視で前記他の接続線の下面も覆うことを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。 - 前記受光素子が、前記接続線に接続されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 透光性を有する基板上に、受光した光を電気信号に変換する受光素子を形成する工程と、
前記受光素子が形成された前記基板のうち平面状に配置された複数の単位領域ごとに駆動素子を形成する工程と、
前記複数の駆動素子を接続する接続線を形成する工程とを備え、
前記受光素子が、半導体層と、前記複数の単位領域が配置された領域の外部に設けられて前記電気信号を取り出す端子部とを含んでおり、
前記複数の駆動素子及び前記接続線を、平面視で前記半導体層と重なる領域内に形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項1から4のいずれか1項に記載の半導体装置を備えることを特徴とする電気光学装置。
- 前記半導体装置と対向配置される対向基板と、前記半導体装置及び前記対向基板の間で挟持された液晶層とを備え、
前記対向基板が、前記複数の単位領域が配置された領域において平面視で前記駆動素子及び前記受光素子を覆う遮光膜を有することを特徴とする請求項6に記載の電気光学装置。
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