JP7194772B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
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Description
、物、方法、または、製造方法に関するものである。または、本発明は、プロセス、マシ
ン、マニュファクチャ、または、組成物(コンポジション・オブ・マター)に関するもの
である。そのため、より具体的に本明細書で開示する本発明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、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。
を備えた副画素で画素を構成しているものが実用化されている。各副画素では、バックラ
イト等から照射される光の輝度をそれぞれ調整し、RGBの加法混色によってカラー表示
を実現している。
いは輝度の向上を図る表示装置が提案されている(特許文献1参照)。
素の数が増える分、各副画素を制御するための配線が増加する。配線が占める面積が増加
することで、副画素をより小さく設計する必要が生じる。副画素を小さく設計する場合、
トランジスタや保持容量の大きさが変わらないことを考慮すると、光を透過する領域を小
さくせざるを得ないこととなる。そのためバックライト等によって、透過させる光の輝度
を高める必要性が生じ、却って消費電力が上昇してしまうといった問題が生じる。
ことを課題の一とする。または、本発明の一態様は、各副画素を制御するための配線数を
少なくできる、新規な構成の表示装置等を提供することを課題の一とする。または、本発
明の一態様は、副画素中の保持容量が占める面積を小さくできる、新規な構成の表示装置
等を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、表示品位に優れた、新
規な構成の表示装置等を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、新
規な表示装置等を提供することを課題の一とする。
の存在を妨げるものではない。なお他の課題は、以下の記載で述べる、本項目で言及して
いない課題である。本項目で言及していない課題は、当業者であれば明細書又は図面等の
記載から導き出せるものであり、これらの記載から適宜抽出することができる。なお、本
発明の一態様は、上記列挙した記載、及び/又は他の課題のうち、少なくとも一つの課題
を解決するものである。
第1乃至第3の副画素は、赤、緑、又は青のいずれか一の光の透過を制御する副画素であ
り、第4の副画素は、白色の光の透過を制御する副画素であり、第4の副画素の開口部の
面積は、第1乃至第3の副画素の開口部の面積よりも小さい表示装置である。
いて、第1乃至第4の副画素は、それぞれトランジスタ及び容量素子を有し、トランジス
タは、酸化物半導体膜を有し、容量素子は、第1の電極及び第2の電極を有し、第1の電
極は、トランジスタ上に設けられた無機絶縁膜に接する金属酸化物膜であり、第2の電極
は、無機絶縁膜上に設けられ、且つトランジスタに電気的に接続された、透光性を有する
導電膜であり、第1乃至第3の副画素は、赤、緑、又は青のいずれか一の光の透過を制御
する副画素であり、第4の副画素は、白色の光の透過を制御する副画素であり、第4の副
画素の開口部の面積は、第1乃至第3の副画素の開口部の面積よりも小さい表示装置であ
る。
いて、第1乃至第4の副画素は、それぞれトランジスタ及び容量素子を有し、トランジス
タは、酸化物半導体膜を有し、容量素子は、第1の電極及び第2の電極を有し、第1の電
極は、トランジスタ上に設けられた無機絶縁膜に接する金属酸化物膜であり、第2の電極
は、無機絶縁膜上に設けられ、且つトランジスタに電気的に接続された、透光性を有する
導電膜であり、第1乃至第4の副画素は、画素において2行2列の配置となるよう設けら
れており、第1乃至第3の副画素は、赤、緑、又は青のいずれか一の光の透過を制御する
副画素であり、第4の副画素は、白色の光の透過を制御する副画素であり、第4の副画素
の開口部の面積は、第2乃至第4の副画素の開口部の面積よりも小さい表示装置である。
いて、第1乃至第4の副画素は、それぞれトランジスタ及び容量素子を有し、トランジス
タは、酸化物半導体膜を有し、容量素子は、第1の電極及び第2の電極を有し、第1の電
極は、トランジスタ上に設けられた無機絶縁膜に接する金属酸化物膜であり、第2の電極
は、無機絶縁膜上に設けられ、且つトランジスタに電気的に接続された、透光性を有する
導電膜であり、第1乃至第4の副画素は、画素において2行2列の配置となるよう設けら
れており、第1の副画素及び第2の副画素に第1のデータ信号を与える第1の配線と、第
3の副画素及び第4の副画素に第2のデータ信号を与える第2の配線と、第1の副画素及
び第3の副画素に、第1のデータ信号または第2のデータ信号の書き込みを制御する信号
を与える第3の配線と、第2の副画素及び第4の副画素に、第1のデータ信号または第2
のデータ信号の書き込みを制御する信号を与える第4の配線と、容量素子が有する第2の
電極に、定電位を与えるための第5の配線と、を有し、第1乃至第3の副画素は、赤、緑
、又は青のいずれか一の光の透過を制御する副画素であり、第4の副画素は、白色の光の
透過を制御する副画素であり、第4の副画素の開口部の面積は、第1乃至第3の副画素の
開口部の面積よりも小さい表示装置である。
ができる。または、本発明の一態様により、各副画素を制御するための配線数を少なくで
きる、新規な構成の表示装置等を提供することができる。または、本発明の一態様により
、副画素中の保持容量が占める面積を小さくできる、新規な構成の表示装置等を提供する
ことができる。または、本発明の一態様により、表示品位に優れた、新規な構成の表示装
置等を提供することができる。または、本発明の一態様により、新規な表示装置等を提供
することができる。
の存在を妨げるものではない。なお他の効果は、以下の記載で述べる、本項目で言及して
いない効果である。本項目で言及していない効果は、当業者であれば明細書又は図面等の
記載から導き出せるものであり、これらの記載から適宜抽出することができる。なお、本
発明の一態様は、上記列挙した効果、及び/又は他の効果のうち、少なくとも一つの効果
を有するものである。従って本発明の一態様は、場合によっては、上記列挙した効果を有
さない場合もある。
る態様で実施することが可能であり、趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及
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、
以下の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。なお、以下に説明する
発明の構成において、同じ物を指し示す符号は異なる図面間において共通とする。
合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。なお図面は、理想的な例を模
式的に示したものであり、図面に示す形状又は値などに限定されない。例えば、ノイズに
よる信号、電圧、若しくは電流のばらつき、又は、タイミングのずれによる信号、電圧、
若しくは電流のばらつきなどを含むことが可能である。
ドレインと、ソースとを含む少なくとも三つの端子を有する素子である。そして、ドレイ
ン(ドレイン端子、ドレイン領域又はドレイン電極)とソース(ソース端子、ソース領域
又はソース電極)の間にチャネル領域を有しており、ドレインとチャネル領域とソースと
を介して電流を流すことができるものである。
、いずれがソース又はドレインであるかを限定することが困難である。そこで、ソースと
して機能する部分、及びドレインとして機能する部分を、ソース又はドレインと呼ばず、
ソースとドレインとの一方を第1端子と表記し、ソースとドレインとの他方を第2端子と
表記する場合がある。
を避けるために付したものであり、数的に限定するものではないことを付記する。
るものの他、電気的に接続されているものを含むものとする。ここで、AとBとが電気的
に接続されているとは、AとBとの間で、何らかの電気的作用を有する対象物が存在する
とき、AとBとの電気信号の授受を可能とするものをいう。
係を、図面を参照して説明するために、便宜上用いている。また、構成同士の位置関係は
、各構成を描写する方向に応じて適宜変化するものである。従って、明細書で説明した語
句に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。
異なる回路ブロックで別々の機能を実現するよう図面で示していても、実際の回路や領域
では、同じ回路ブロック内で別々の機能を実現しうるように設けられている場合もある。
また図面における各回路ブロックの機能は、説明のため機能を特定するものであり、一つ
の回路ブロックとして示していても、実際の回路や領域では、一つの回路ブロックで行う
処理を複数の回路ブロックで行うよう設けられている場合もある。
場合が多い。よって、電圧、電位、電位差を、各々、電位、電圧、電圧差と言い換えるこ
とが可能である。なお電圧とは2点間における電位差のことをいい、電位とはある一点に
おける静電場の中にある単位電荷が持つ静電エネルギー(電気的な位置エネルギー)のこ
とをいう。
ずしも、0ボルトであるとは限定されない。
配置されている状態をいう。従って、-5°以上5°以下の場合も含まれる。また、「垂
直」とは、二つの直線が80°以上100°以下の角度で配置されている状態をいう。従
って、85°以上95°以下の場合も含まれる。
。
本実施の形態では、本発明の一態様である表示装置について、図面を用いて説明する。
図1(A)に、表示装置が有する画素部及び該画素部の駆動するための回路のブロック図
を示す。
、画素部10は画素13を有する。画素13は、副画素14R、副画素14G、副画素1
4B及び副画素14Wを有する。
示す。図1(B)では、画素13が有する副画素14R、副画素14G、副画素14B及
び副画素14Wの他、第1の配線L1乃至第5の配線L5を図示している。
ンジスタ及び容量素子(共に図示せず)を有する。このトランジスタ及び容量素子に対し
、第1の配線L1乃至第5の配線L5は、制御するための信号あるいは定電位を与える機
能を有する。
にて制御し、これらの光の加法混色に従ってカラー表示を行う機能を有する。RGBの光
の透過を制御する副画素は、光源の光を、各色を呈する光にするための、着色層としてカ
ラーフィルタを有する。なおWの光の透過を制御する副画素は、光源の光が白色であれば
、カラーフィルタを透過せずに透過させる。なお白色とは、RGBの加法混色で得られる
白色の他、補色の関係の色の混色で得られる白色でもよい。
明の一態様は、これに限定されない。1つの画素は、4種類の副画素のうち、少なくとも
、2つの副画素を有していればよい。また、それぞれの画素が有する副画素は、画素によ
って、異なっていてもよい。
の副画素と、Gの副画素と、Bの副画素と、Wの副画素を有してもよい。
よって第1のデータ信号を保持し、第1のデータ信号によって与えられた電荷量に従って
表示素子を駆動することで、赤色の光の透過を制御する機能を有する。また副画素14G
は、第2の走査信号を与えてトランジスタの導通状態を制御し、容量素子によって第1の
データ信号を保持し、第1のデータ信号によって与えられた電荷量に従って表示素子を駆
動することで、緑色の光の透過を制御する機能を有する。また副画素14Bは、第1の走
査信号を与えてトランジスタの導通状態を制御し、容量素子によって第2のデータ信号を
保持し、第2のデータ信号によって与えられた電荷量に従って表示素子を駆動することで
、青色の光の透過を制御する機能を有する。また副画素14Wは、第2の走査信号を与え
てトランジスタの導通状態を制御し、容量素子によって第2のデータ信号を保持し、第2
のデータ信号によって与えられた電荷量に従って表示素子を駆動することで、白色の光の
透過を制御する機能を有する。
素という場合がある。なお副画素14Bは、第3の副画素という場合がある。なお副画素
14Wは、第4の副画素という場合がある。
1のデータ信号を与えるための信号線としての機能を有する。また第2の配線L2は、一
例として、副画素14B、副画素14Wに第2のデータ信号を与えるための信号線として
の機能を有する。また第3の配線L3は、一例として、副画素14R、副画素14Bに第
1の選択信号を与えるための走査線としての機能を有する。また第4の配線L4は、一例
として、副画素14G、副画素14Wに第2の選択信号を与えるための走査線としての機
能を有する。また第5の配線L5は、一例として、副画素14R、副画素14G、副画素
14B及び副画素14Wに定電位を与えるための容量線としての機能を有する。
(B)は、前述した第1の配線L1及び第2の配線L2に、第1の走査信号及び第2の走
査信号を順次出力する機能を有する。また図1(A)で図示した回路12は、信号線駆動
回路としての機能を有する。具体的に図1(B)は、前述した第3の配線L3及び第4の
配線L4に、第1のデータ信号及び第2のデータ信号を順次出力する機能を有する。回路
11及び回路12は、シフトレジスタ等の回路を備え、順に信号を出力する機能を有する
。
配線L3及び第4の配線L4が延設された方向、すなわち画素の行方向(図1(A)中、
紙面水平方向)をX方向として示している。Y方向は、第1の配線L1及び第2の配線L
2が延設された方向、すなわち画素の列方向(図1(A)中、紙面垂直方向)をY方向と
して示している。
画素14R、副画素14G及び副画素14Bが占める面積よりも小さくすることを特徴の
一つとするものである。なお副画素が占める面積とは、各副画素が有するトランジスタ及
び容量素子のサイズが同じ場合、開口部の面積に置き換えることができる。
副画素14Rを、Rの副画素と略して説明する場合がある。また副画素14Gを、Gの副
画素と略して説明する場合がある。また副画素14Bを、Bの副画素と略して説明する場
合がある。また副画素14R、副画素14G及び副画素14Bを、RGBの副画素と略し
て説明する場合がある。また副画素14R、副画素14G、副画素14B及び副画素14
Wを、RGBW(赤、緑、青、白)の副画素と略して説明する場合がある。
対的にRGBの各副画素を大きくすることができ、RGBの副画素の開口部の面積を大き
くすることができる。そのため、RGBの副画素の画素を用いてカラー表示を行う場合、
色の彩度を低減することなく、カラー表示を行うことができる。
タを備えていない。そのため、Wの副画素を透過する光の強度は、RGBの各副画素を透
過する光の強度より大きい。そのため、Wの副画素の面積を他に比べて小さくしても、光
の強度のバランスを保つことができる。その結果、Wの副画素の面積を小さくしても、カ
ラー表示で得られる画像のホワイトバランス等を著しく変化させることなく、Wの副画素
が占める面積を、RGBの各副画素が占める面積よりも小さくした画素とすることができ
る。
源より射出された光の強度より小さくなって得られる白色である。本発明の一態様のよう
に、光源の光がカラーフィルタを透過せずにWの副画素から得られる白色は、光源より射
出される光の強度と同程度の光の強度を有する白色である。そのため本発明の一態様で得
られるRGBWの副画素から得られる白色は、RGBの副画素から得られる白色に比べ、
光の強度が大きい白色である。言い換えればRGBWの副画素から得られる白色は、光の
強度の低下が抑えられた白色である。そのためRGBWの副画素を用いる本発明の一態様
による構成では、カラーフィルタを透過させることなく得られる白色のため、光源から同
じ強度の光を射出して白色を得る場合に、RGBの副画素を用いて加法混色で白色を得る
場合に比べて光源の光を弱めることができる。その結果、表示装置は、消費電力の低減を
図ることができる。
光の減衰量にもよるが、他のRGBの各副画素の1/3以上、等倍未満の面積とすればよ
い。好ましくは、Wの副画素が占める面積の大きさは、他のRGBの各副画素の1/2以
上、等倍未満の面積とすればよい。
G、副画素14B及び副画素14Wの配置を、2行2列に配置となるよう設けることを特
徴の一つとするものである。2行2列に配置する副画素の位置は、一例であり、例えば副
画素14Rと副画素14Gの位置を入れ替える等、適宜変更することができる。
画素をストライプ配置する場合と比べて、データ線、走査線及び容量線等の配線数を削減
することができる。
、データ線の数が4本、走査線の数が1本、容量線の数が1本で、計6本の配線を用いて
画素の制御を行う必要がある。
線の数が2本、容量線の数が1本で、計5本の配線を用いて画素の制御を行うことができ
る。そのため、RGBWの副画素を有する画素に接続する配線が占める面積を削減するこ
とができる。配線が占める面積を削減した分、RGBの副画素を大きくすることができる
ため、RGBの各副画素の開口部の面積を大きくすることができる。そのため、光源から
同じ強度の光を射出して白色を得る場合に、光源の光を弱めることができるため、消費電
力の低減を図ることができる。
)に示す構成であれば、図2(A)に示すように、X方向Y方向にマトリクス状に配置す
ればよい。図2(A)に示す構成に限らず、副画素の配置は適宜変更することができる。
例えば、図2(B)に示すRGBWの副画素の配置とすることもできる。
画素14G及び副画素14Bが占める面積よりも小さくすればよく、この場合、図3(A
)に示すようにRGBWの副画素をストライプ配列とすることができる。あるいは、図3
(B)に示すように、副画素14R、副画素14G及び副画素14Bをさらに分割した副
画素とすることもできる。あるいは、図3(A)、(B)では、Y方向にストライプ配列
とする構成としたが、図3(C)に示すようにX方向にストライプ配列となるよう、画素
13内のRGBWの副画素を配置する構成としてもよい。
画素が有するRGBWの各副画素に与える、第1のデータ信号及び第2のデータ信号は、
RGBの3原色にWを加えたRGBWのデータ信号である。第1のデータ信号及び第2の
データ信号は、RGBの3原色のデータ信号をもとに、生成すればよい。一例として第1
のデータ信号及び第2のデータ信号は、図33に示すブロック図の構成を用いて生成すれ
ばよい。
信号変換回路210及びバックライトユニット230を示している。信号変換回路210
は、データ信号演算回路220を有する。なお図33(A)は、表示装置100が液晶表
示装置である例を示しており、光源であるバックライトユニット230を示している。
出力する機能を有する。信号変換回路210は、RGBのデータ信号をRGBWのデータ
信号(図中、RGBW_data)に変換して、表示装置100に出力する機能を有する
回路である。また信号変換回路210は、RGBWのデータ信号をもとに、バックライト
ユニット230のバックライト(図中、back light)の光の強度を制御するた
めのバックライト制御信号BL_contを生成する機能を有する。バックライトユニッ
ト230は、バックライト制御信号BL_contをもとに、表示装置100の光源とな
る、バックライトの光の強度の強弱を制御する機能を有する。なおバックライトユニット
230は、複数の副画素に対応して分割して制御できる複数の光源を有し、各光源で個別
に光の強度の強弱を制御できる構成としてもよい。該構成により、RGBWのデータ信号
に従って光の強度の強弱をつけることができ、より低消費電力化を図ることができる。
、該ルックアップテーブルをもとにRGBのデータ信号をRGBWのデータ信号に変換し
て出力する機能を有する構成としてもよい。該構成により、複雑な演算処理をすることな
く、RGBのデータ信号をRGBWのデータ信号に変換することができる。あるいは、デ
ータ信号演算回路220は、RGBのデータ信号をもとに演算処理を行い、RGBWのデ
ータ信号を生成する構成でもよい。
る。バックライトユニット230は、一例として、Wのデータ信号の階調値が、RGBの
データ信号の階調値よりも大きい場合、すなわちWの副画素を透過する光の強度がRGB
の各副画素を透過する光の強度より大きい場合に、対応する光源の光を弱めるよう制御さ
れる。またバックライトユニット230は、Wのデータ信号の階調値が、RGBのデータ
信号の階調値よりも小さい場合、対応する光源の光を強めるよう制御される。該構成とす
ることで、Wの副画素を透過する光の強度の低下が抑制されることを利用して、光の透過
量を適宜調整することができ、消費電力の低減を図ることができる。なおRGBWのデー
タ信号による階調値の比較は、全画素での平均値をもとに算出してもよいし、任意の箇所
の画素の平均値をもとに算出する構成としてもよい。
てもよい。該構成の場合、データ信号演算回路220は、RGBのデータ信号を補正する
必要がないため、データ信号演算回路220の演算量を少なくすることができる。この場
合、RGBのデータ信号を補正しないため、Wのデータ信号をもとに、バックライトユニ
ット230によって光源の光を調整し、消費電力の低減を図ることができる。
上述した、Wの副画素の開口部の面積を、RGBの副画素の開口部の面積よりも小さくす
ること、画素を制御する配線数を削減するよう副画素の配置を2行2列の配置とすること
に加えて、本発明の一態様では、各副画素が有するトランジスタの半導体膜を酸化物半導
体膜とし、容量素子を構成する電極が、透光性を有する導電膜で構成されるものとする。
そこで、図面を用いて副画素が有するトランジスタ及び容量素子の構成について説明する
。
(A)に示す表示装置100は、画素部10と、回路11と、回路12と、各々が平行ま
たは略平行に配設され、且つ回路11によって電位が制御されるm本(mは自然数)の走
査線15と、各々が平行または略平行に配設され、且つ回路12によって電位が制御され
るn本(nは自然数)の信号線16と、を有する。さらに、画素部10はマトリクス状に
配設された複数の画素13を有する。さらに、画素13は2行2列に配設された副画素1
4を有する。また、信号線16に沿って、各々が平行または略平行に配設された容量線1
7を有する。
びバックライトユニット等を含み、表示モジュールとよばれることもある。
路構成の一例を示している。
子23と、トランジスタ21と、容量素子22と、を有する。
液晶素子23は、書き込まれるデータにより配向状態が設定される。また、複数の副画素
14のそれぞれが有する液晶素子23の一対の電極の一方に共通の電位(コモン電位:V
com)を与えてもよい。また、各行の副画素14毎の液晶素子23の一対の電極の一方
に異なる電位を与えてもよい。
機能を有する素子である。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、縦方向の電界又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2
3としては、ネマチック液晶、コレステリック液晶、スメクチック液晶、サーモトロピッ
ク液晶、ライオトロピック液晶、強誘電液晶、反強誘電液晶等が挙げられる。
ASM(Axially Symmetric Aligned Micro-cell
)モード、OCB(Optically Compensated Birefring
ence)モード、MVAモード、PVA(Patterned Vertical A
lignment)モード、IPSモード、FFSモード、またはTBA(Transv
erse Bend Alignment)モードなどを用いてもよい。ただし、これに
限定されず、液晶素子及びその駆動方式として様々なものを用いることができる。
より液晶素子を構成してもよい。ブルー相を示す液晶は、応答速度が1msec以下と短
い。またブルー相を示す液晶は、光学的等方性であるが故に、配向処理が不要であり、且
つ視野角依存性が小さい。
ン電極の一方は、信号線16に接続され、他方は液晶素子23の一対の電極の他方に接続
される。また、トランジスタ21のゲート電極は、走査線15に接続される。トランジス
タ21は、オン状態またはオフ状態になることにより、データ信号の書き込みを制御する
機能を有する。
が供給される容量線25に接続され、他方は、液晶素子23の一対の電極の他方に接続さ
れる。なお、容量線17の電位の値は、副画素14の仕様に応じて適宜設定される。容量
素子22は、書き込まれたデータを保持する保持容量としての機能を有する。
4を順次選択し、トランジスタ21をオン状態にしてデータ信号を書き込む。
になる。これを行毎に順次行うことにより、画像を表示できる。
画素でありトランジスタ31と、トランジスタ32と、トランジスタ34と、容量素子3
3と、発光素子35と、を有する。
線16に接続される。さらに、トランジスタ31のゲート電極は、走査線15に接続され
る。
を制御する機能を有する。
線37に接続され、トランジスタ34のソース電極及びドレイン電極の他方は、発光素子
35の一方の電極に接続される。さらに、トランジスタ34のゲート電極は、トランジス
タ31のソース電極及びドレイン電極の他方、及び容量素子33の一方の電極に接続され
る。
を制御する機能を有する。
配線36と接続され、トランジスタ32のソース電極及びドレイン電極の他方は、発光素
子35の一方の電極、及び容量素子33の他方の電極に接続される。さらに、トランジス
タ32のゲート電極は、走査線15に接続される。
素子35が劣化等により、発光素子35の内部抵抗が上昇した場合、トランジスタ32の
ソース電極及びドレイン電極の一方が接続された配線36に流れる電流をモニタリングす
ることで、発光素子35に流れる電流を補正することができる。配線36に与えられる電
位としては、例えば、0Vとすることができる。
他方、及びトランジスタ34のゲート電極に接続され、容量素子33の一対の電極の他方
は、トランジスタ34のソース電極及びドレイン電極の他方、及び発光素子35の一方の
電極に接続される。
持する保持容量としての機能を有する。
他方、容量素子33の他方の電極、及びトランジスタ32のソース電極及びドレイン電極
の他方に接続される。また、発光素子35の一対の電極の他方は、カソードとして機能す
る配線38に接続される。
)などを用いることができる。ただし、発光素子35としては、これに限定されず、無機
材料からなる無機EL素子を用いても良い。
源電位VSSが与えられる。図4(C)に示す構成においては、配線37に高電源電位V
DDを、配線38に低電源電位VSSを、それぞれ与える構成としている。
選択し、トランジスタ31をオン状態にしてデータ信号を書き込む。
になる。さらに、トランジスタ31は、容量素子33と接続しているため、書き込まれた
データを長時間保持することが可能となる。また、トランジスタ32により、ソース電極
とドレイン電極の間に流れる電流量が制御され、発光素子35は、流れる電流量に応じた
輝度で発光する。これを行毎に順次行うことにより、画像を表示できる。
用いた例を示したが、本発明の一態様は、これに限定されない。様々な表示素子を用いる
ことも可能である。例えば、EL(エレクトロルミネッセンス)素子(有機物及び無機物
を含むEL素子、有機EL素子、無機EL素子)、LED(白色LED、赤色LED、緑
色LED、青色LEDなど)、トランジスタ(電流に応じて発光するトランジスタ)、電
子放出素子、液晶素子、電子インク、電気泳動素子、グレーティングライトバルブ(GL
V)、プラズマディスプレイパネル(PDP)、MEMS(マイクロ・エレクトロ・メカ
ニカル・システム)を用いた表示素子、デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)、D
MS(デジタル・マイクロ・シャッター)、IMOD(インターフェアレンス・モジュレ
ーション)素子、シャッター方式のMEMS表示素子、光干渉方式のMEMS表示素子、
エレクトロウェッティング素子、圧電セラミックディスプレイ、カーボンナノチューブ、
など、電気磁気的作用により、コントラスト、輝度、反射率、透過率などが変化する表示
媒体を有するものがある。EL素子を用いた表示装置の一例としては、ELディスプレイ
などがある。電子放出素子を用いた表示装置の一例としては、フィールドエミッションデ
ィスプレイ(FED)又はSED方式平面型ディスプレイ(SED:Surface-c
onduction Electron-emitter Display)などがある
。液晶素子を用いた表示装置の一例としては、液晶ディスプレイ(透過型液晶ディスプレ
イ、半透過型液晶ディスプレイ、反射型液晶ディスプレイ、直視型液晶ディスプレイ、投
射型液晶ディスプレイ)などがある。電子インク又は電気泳動素子を用いた表示装置の一
例としては、電子ペーパーなどがある。なお、半透過型液晶ディスプレイや反射型液晶デ
ィスプレイを実現する場合には、画素電極の一部、または、全部が、反射電極としての機
能を有するようにすればよい。例えば、画素電極の一部、または、全部が、アルミニウム
、銀、などを有するようにすればよい。さらに、その場合、反射電極の下に、SRAMな
どの記憶回路を設けることも可能である。これにより、さらに、消費電力を低減すること
ができる。
次いで、副画素が有するトランジスタ及び容量素子の構成について説明する。特に本発明
の一態様では、各副画素が有するトランジスタの半導体膜を酸化物半導体膜とし、容量素
子を構成する電極が、透光性を有する導電膜で構成されるものとする特徴を有する。そし
て本発明の一態様では、容量素子を構成する透光性を有する導電膜は、工程数を増やすこ
となく、形成可能な材料を用いて作製できるものとする。以下では、素子基板側に設けら
れるトランジスタ、容量素子等、及び対向基板側に設けられるカラーフィルタ等を有する
副画素の構成について詳述する。
画素13における素子基板側の部材の配置を表す上面図を示す。また図5(B)では、上
面図に対応する回路構成を示す。また図6では、図5(A)に示す素子基板側の部材の上
面図に対応する、対向基板側の部材の配置を表す上面図を示す。また図7では、図5(A
)、図6の上面図で示す素子基板側、及び対向基板側における、鎖線A-B間、及びC-
D間の断面図について示す。
として機能する導電膜に略直交する方向に延伸して設けられている。信号線として機能す
る導電膜16_n及び16_n+1、及び容量線として機能する導電膜17pは、走査線
として機能する導電膜に略直交する方向に延伸して設けられている。なお、走査線として
機能する導電膜15_m及び15_m+1は、走査線駆動回路として機能する回路11(
図4(A)を参照。)と接続されている。また信号線として機能する導電膜16_n及び
16_n+1は、信号線駆動回路として機能する回路12(図4(A)を参照。)に接続
されている。また容量線として機能する導電膜17pは、固定電位を与える回路(図示せ
ず)に接続されている。
14B及び副画素14Wの配置例を示している。副画素14Rでは、酸化物半導体膜41
R、導電膜45R、開口部47R、導電膜49R、金属酸化物膜43RB、開口部50R
Bを有する。また副画素14Gでは、酸化物半導体膜41G、導電膜45G、開口部47
G、導電膜49G、金属酸化物膜43GW、開口部50GWを有する。また副画素14B
では、酸化物半導体膜41B、導電膜45B、開口部47B、導電膜49B、金属酸化物
膜43RB、開口部50RBを有する。また副画素14Wでは、酸化物半導体膜41W、
導電膜45W、開口部47W、導電膜49W、金属酸化物膜43GW、開口部50GWを
有する。
4R、副画素14G、副画素14B及び副画素14Wでの回路構成例を示している。副画
素14Rでは、トランジスタ21R、容量素子22R及び液晶素子23Rを有する。また
副画素14Gでは、トランジスタ21G、容量素子22G及び液晶素子23Gを有する。
また副画素14Bでは、トランジスタ21B、容量素子22B及び液晶素子23Bを有す
る。また副画素14Wでは、トランジスタ21W、容量素子22W及び液晶素子23Wを
有する。
て機能する導電膜及び信号線として機能する導電膜が交差する領域に設けられている。ト
ランジスタ21R(21G、21Bあるいは21W)は、ゲート電極として機能する導電
膜15_m(または15_m+1)、ゲート絶縁膜(図5(A)に図示せず。)、ゲート
絶縁膜上に形成されたチャネル領域が形成される酸化物半導体膜(41R、41G、41
Bあるいは41W)、ソース電極及びドレイン電極として機能する一対の導電膜16_n
(または16_n+1)、及び導電膜45R(45G、45Bあるいは45W)を有する
。
機能し、酸化物半導体膜41R(41G、41Bあるいは41W)と重畳する領域がトラ
ンジスタ21R(21G、21Bあるいは21W)のゲート電極としての機能を有する。
また、導電膜16_n(または16_n+1)は、信号線として機能する導電膜としての
機能、酸化物半導体膜41R(41G、41Bあるいは41W)と重畳する領域がトラン
ジスタ21R(21G、21Bあるいは21W)のソース電極またはドレイン電極として
の機能を有する。また、図5(A)において、走査線として機能する導電膜は、上面形状
において端部が酸化物半導体膜41R(41G、41Bあるいは41W)の端部より外側
に位置する。このため、走査線として機能する導電膜はバックライトなどの光源からの光
を遮る遮光膜としての機能を有する。この結果、トランジスタに含まれる酸化物半導体膜
41R(41G、41Bあるいは41W)に光が照射されず、トランジスタの電気特性の
変動を抑制することができる。
R(49G、49Bあるいは49W)が設けられている。なお、金属酸化物膜43RB(
または43GW)上に設けられる絶縁膜において、開口部50RB(または50GW)が
設けられている。該開口部50RB(または50GW)において、金属酸化物膜43RB
(または43GW)は、絶縁膜に含まれる窒化物絶縁膜(図5に図示せず)と接する。
3GW)、及び導電膜49R(49G、49Bあるいは49W)が重なる領域で形成され
る。金属酸化物膜43RB(または43GW)、並びに導電膜49R(49G、49Bあ
るいは49W)は透光性を有する。即ち、容量素子22R(22G、22Bあるいは22
W)は透光性を有する。
電膜49R(49G、49Bあるいは49W)は、開口部47R(47G、47Bあるい
は47W)において、導電膜45R(45G、45Bあるいは45W)と接続する。すな
わち、トランジスタ21R(21G、21Bあるいは21W)、容量素子22R(22G
、22Bあるいは22W)、及び導電膜49R(49G、49Bあるいは49W)は互い
に接続する。
(14G、14Bあるいは14W)内に容量素子22R(22G、22Bあるいは22W
)を大きく(大面積に)形成することができる。従って、開口率を高めつつ、代表的には
50%以上、好ましくは60%以上とすることが可能であると共に、容量値を増大させた
表示装置を得ることができる。例えば、解像度の高い表示装置、例えば液晶表示装置にお
いては、画素の面積が小さくなり、容量素子の面積も小さくなる。このため、解像度の高
い表示装置において、容量素子に蓄積される電荷量が小さくなる。しかしながら、本実施
の形態に示す容量素子22R(22G、22Bあるいは22W)は透光性を有するため、
当該容量素子を画素に設けることで、各画素において十分な容量値を得つつ、開口率を高
めることができる。代表的には、画素密度が100ppi以上、さらには200ppi以
上、更には300ppi以上である高解像度の表示装置に好適に用いることができる。
おいて、液晶素子の液晶分子の配向を一定に保つことができる期間を長くすることができ
る。静止画を表示させる場合、当該期間を長くできるため、画像データを書き換える回数
を低減することが可能であり、消費電力を低減することができる。また、本実施の形態に
示す構造により、高解像度の表示装置においても、開口率を高めることができるため、バ
ックライトなどの光源の光を効率よく利用することができ、表示装置の消費電力を低減す
ることができる。
ートを半導体膜の片側において少なくとも有していれば良いが、半導体膜を間に挟んで存
在する一対のゲートを有していても良い。一対のゲートの一方をバックゲートとすると、
通常のゲート及びバックゲートに同じ高さの電位が与えられていても良いし、バックゲー
トにのみ接地電位などの固定の電位が与えられていても良い。バックゲートに与える電位
の高さを制御することで、トランジスタの閾値電圧を制御することができる。また、バッ
クゲートを設けることで、チャネル形成領域が増え、ドレイン電流の増加を実現すること
ができる。また、バックゲートを設けることで、半導体膜に空乏層ができやすくなるため
、S値の改善を図ることができる。
単数のゲートを有することで、単数のチャネル形成領域を有するシングルゲート構造であ
る場合を例示しているが、本発明の一態様はこの構成に限定されない。トランジスタ21
R(21G、21Bあるいは21W)のいずれかまたは全てが、接続された複数のゲート
を有することで、複数のチャネル形成領域を有する、マルチゲート構造であっても良い。
する、副画素14R、副画素14G、副画素14B及び副画素14Wの配置例を示してい
る。副画素14Rでは、カラーフィルタ53R、開口部55Rを有する。また副画素14
Gでは、カラーフィルタ53G、開口部55Gを有する。また副画素14Bでは、カラー
フィルタ53B、開口部55Bを有する。また副画素14Wでは、透光性を有する層53
W、開口部55Wを有する。
る光にするための層である。開口部55R(55G、あるいは55B)は、カラーフィル
タ53R(53Gあるいは53B)に光を透過させるための開口部である。
光性を有する層53Wに光を透過させるための開口部である。
ついて、以下に説明する。
トランジスタ21Bのゲート電極として機能する。
熱性を有している必要がある。例えば、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファ
イア基板等を、基板60として用いてもよい。また、シリコンや炭化シリコンを材料とし
た単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウム等の化合物半導体基板、
SOI基板等を適用することも可能であり、これらの基板上に半導体素子が設けられたも
のを、基板60として用いてもよい。なお、基板60として、ガラス基板を用いる場合、
第6世代(1500mm×1850mm)、第7世代(1870mm×2200mm)、
第8世代(2200mm×2400mm)、第9世代(2400mm×2800mm)、
第10世代(2950mm×3400mm)等の大面積基板を用いることで、大型の表示
装置を作製することができる。
てもよい。または、基板60とトランジスタの間に剥離層を設けてもよい。剥離層は、そ
の上に素子部を一部あるいは全部完成させた後、基板60より分離し、他の基板に転載す
るのに用いることができる。その際、トランジスタは耐熱性の劣る基板や可撓性の基板に
も転載できる。
グステンから選ばれた金属元素、または上述した金属元素を成分とする合金か、上述した
金属元素を組み合わせた合金等を用いて形成することができる。また、マンガン、ジルコ
ニウムのいずれか一または複数から選択された金属元素を用いてもよい。また、導電膜6
2は、単層構造でも、二層以上の積層構造としてもよい。例えば、シリコンを含むアルミ
ニウム膜の単層構造、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上
にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、
窒化タンタル膜または窒化タングステン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、チタ
ン膜と、そのチタン膜上にアルミニウム膜を積層し、さらにその上にチタン膜を形成する
三層構造等がある。また、アルミニウムに、チタン、タンタル、タングステン、モリブデ
ン、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた一または複数を組み合わせた合金膜、
もしくは窒化膜を用いてもよい。
酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸
化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化シリコンを添加したイ
ンジウム錫酸化物等の透光性を有する導電性材料を適用することもできる。また、上記透
光性を有する導電性材料と、上記金属元素の積層構造とすることもできる。
4、絶縁膜66は、トランジスタ21Bのゲート絶縁膜としての機能を有する。
酸化アルミニウム等の窒化物絶縁膜を用いて形成することが好ましい。
シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ガリウムまたはGa-Zn系金属酸
化物などを用いればよく、積層または単層で設ける。また、絶縁膜66としては、ハフニ
ウムシリケート(HfSiOx)、窒素が添加されたハフニウムシリケート(HfSix
OyNz)、窒素が添加されたハフニウムアルミネート(HfAlxOyNz)、酸化ハ
フニウム、酸化イットリウムなどのhigh-k材料を用いることでトランジスタのゲー
トリークを低減できる。
10nm以上300nm以下、より好ましくは50nm以上250nm以下とするとよい
。
導体膜68は、酸化物半導体膜41Bであり、導電膜62と重畳する位置に形成され、ト
ランジスタ21Bのチャネル領域として機能する。金属酸化物膜70は、導電膜76と接
続し、且つ容量素子22G及び容量素子22Wの電極として機能する。なお導電膜76は
、容量線として機能する導電膜17pである。
Zn酸化物、In-M-Zn酸化物(MはAl、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、N
d、Sn、またはHf)がある。なお、酸化物半導体膜68、及び金属酸化物膜70は、
透光性を有する。
InとMの原子数比率は、ZnおよびOを除いてのInおよびMの和を100atomi
c%としたときInが25atomic%以上、Mが75atomic%未満、さらに好
ましくはInが34atomic%以上、Mが66atomic%未満とする。
しくは2.5eV以上、より好ましくは3eV以上である。このように、エネルギーギャ
ップの広い酸化物半導体を用いることで、トランジスタのオフ電流を低減することができ
る。
しくは3nm以上100nm以下、さらに好ましくは3nm以上50nm以下とする。
:Ga:Zn=1:1:1.2、または3:1:2の原子数比のIn-Ga-Zn酸化物
を用いることができる。なお、酸化物半導体膜68、及び金属酸化物膜70の原子数比は
それぞれ、誤差として上記の原子数比のプラスマイナス20%の変動を含む。
単結晶構造は、例えば、後述するCAAC-OS(C Axis Aligned Cr
ystalline Oxide Semiconductor)、多結晶構造、後述す
る微結晶構造、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
準位密度が高く、CAAC-OSは最も欠陥準位密度が低い。なお、酸化物半導体膜68
、及び金属酸化物膜70は、結晶性が同じである。
領域、多結晶構造の領域、CAAC-OSの領域、単結晶構造の領域の二種以上を有する
混合膜であってもよい。また、混合膜は、例えば、非晶質構造の領域、微結晶構造の領域
、多結晶構造の領域、CAAC-OSの領域、単結晶構造の領域のいずれか二種以上の領
域の積層構造を有する場合がある。
酸化物半導体膜68において酸素欠損が増加し、n型化してしまう。このため、酸化物半
導体膜68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。
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/cm3以下にする。アルカリ金属及びアルカリ土類金属は、酸化
物半導体と結合するとキャリアを生成する場合があり、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、酸化物半導体膜68のアルカリ金属またはアルカリ土類
金属の濃度を低減することが好ましい。
ア密度が増加し、n型化しやすい。この結果、窒素が含まれている酸化物半導体を用いた
トランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。従って、当該酸化物半導体膜において
、窒素はできる限り低減されていることが好ましい、例えば、二次イオン質量分析法によ
り得られる窒素濃度は、5×1018atoms/cm3以下にすることが好ましい。
化物半導体膜68は、キャリア密度が1×1017個/cm3以下、好ましくは1×10
15個/cm3以下、さらに好ましくは1×1013個/cm3以下、特に好ましくは8
×1011/cm3未満、さらに好ましくは1×1011/cm3未満、さらに好ましく
は1×1010/cm3未満であり、1×10-9/cm3以上の酸化物半導体膜を用い
る。
移動度、しきい値電圧等)に応じて適切な組成のものを用いればよい。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、酸化物半導体膜68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、密度等を適切なものとすること
が好ましい。
向上させることが可能な材料で形成される膜と接しているため、酸化物半導体膜68は、
半導体として機能し、酸化物半導体膜68を有するトランジスタは、優れた電気特性を有
する。
膜を用いることで、優れた電気特性を有するトランジスタを作製することができ好ましい
。ここでは、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低い(酸素欠損の少ない)ことを高純度
真性または実質的に高純度真性とよぶ。高純度真性または実質的に高純度真性である酸化
物半導体は、キャリア発生源が少ないため、キャリア密度を低くすることができる場合が
ある。従って、当該酸化物半導体膜にチャネル領域が形成されるトランジスタは、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酸化物半導体膜は、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酸化物半導体膜は、オフ電流が著しく小さく、チャネル幅が1×1
06μmでチャネル長が10μmの素子であっても、ソース電極とドレイン電極間の電圧
(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。
従って、当該酸化物半導体膜にチャネル領域が形成されるトランジスタは、電気特性の変
動が小さく、信頼性の高いトランジスタとなる場合がある。なお、酸化物半導体膜のトラ
ップ準位に捕獲された電荷は、消失するまでに要する時間が長く、あたかも固定電荷のよ
うに振る舞うことがある。そのため、トラップ準位密度の高い酸化物半導体膜にチャネル
領域が形成されるトランジスタは、電気特性が不安定となる場合がある。不純物としては
、水素、窒素、アルカリ金属、またはアルカリ土類金属等がある。
形成される。このため、金属酸化物膜70は、酸化物半導体膜68と同様の金属元素を有
する膜である。また、酸化物半導体膜68と同様の結晶構造、または異なる結晶構造を有
する膜である。しかしながら金属酸化物膜70は、酸化物半導体膜68と同時に形成され
た酸化物半導体膜に不純物を添加し、酸素欠損を有せしめることで、導電性を有する膜と
なり、容量素子の電極として機能する。酸化物半導体膜に含まれる不純物としては、水素
がある。なお、水素の代わりに不純物として、ホウ素、リン、スズ、アンチモン、希ガス
元素、アルカリ金属、アルカリ土類金属等が含まれていてもよい。または、金属酸化物膜
70は、酸化物半導体膜68と同時に形成された膜であり、プラズマダメージ等により酸
素欠損が形成され、導電性が高められた膜である。または、金属酸化物膜70は、酸化物
半導体膜68と同時に形成された膜であり、且つ不純物を含むと共に、プラズマダメージ
等により酸素欠損が形成され、導電性が高められた膜である。
傍にドナー準位が形成される。この結果、酸化物半導体は、導電性が高くなり、導電体化
する。導電体化された酸化物半導体を金属酸化物膜と呼ぶが、酸化物導電体という場合も
ある。一般に、酸化物半導体は、エネルギーギャップが大きいため、可視光に対して透光
性を有する。一方、酸化物導電体は、伝導帯近傍にドナー準位を有する酸化物半導体であ
る。したがって、該ドナー準位による吸収の影響は小さく、可視光に対して酸化物半導体
と同程度の透光性を有する。
が、不純物濃度が異なる。具体的に金属酸化物膜70は、酸化物半導体膜68と比較して
不純物濃度が高い。例えば、酸化物半導体膜68に含まれる水素濃度は、5×1019a
toms/cm3未満、好ましくは5×1018atoms/cm3未満、好ましくは1
×1018atoms/cm3以下、より好ましくは5×1017atoms/cm3以
下、さらに好ましくは1×1016atoms/cm3以下であり、金属酸化物膜70に
含まれる水素濃度は、8×1019atoms/cm3以上、好ましくは1×1020a
toms/cm3以上、より好ましくは5×1020atoms/cm3以上である。ま
た、酸化物半導体膜68と比較して、金属酸化物膜70に含まれる水素濃度は2倍、好ま
しくは10倍以上である。
り、酸化物半導体膜にダメージを与え、酸素欠損を形成することができる。例えば、酸化
物半導体膜上に、プラズマCVD法またはスパッタリング法で膜を成膜すると、酸化物半
導体膜がプラズマに曝され、酸素欠損が生成される。または、絶縁膜84を形成するため
のエッチング処理において酸化物半導体膜がプラズマに曝されることで、酸素欠損が生成
される。または、酸化物半導体膜が水素、希ガス、アンモニア、酸素及び水素の混合ガス
等のプラズマに曝されることで、酸素欠損が生成される。この結果、酸化物半導体膜は導
電性が高くなり、導電性を有する膜となり、金属酸化物膜70として機能する。
金属酸化物膜70は、導電性の高い金属酸化物膜で形成されるともいえる。
このため、絶縁膜84の水素が酸化物半導体膜68と同時に形成された酸化物半導体膜に
拡散すると、該酸化物半導体膜において水素は酸素と結合し、キャリアである電子が生成
される。また、窒化シリコン膜をプラズマCVD法またはスパッタリング法で成膜すると
、酸化物半導体膜がプラズマに曝され、酸素欠損が生成される。当該酸素欠損に、窒化シ
リコン膜に含まれる水素が入ることで、キャリアである電子が生成される。これらの結果
、酸化物半導体膜は導電性が高くなり、金属酸化物膜70となる。
が、酸化物半導体膜68の抵抗率の1×10-8倍以上1×10-1倍未満であることが
好ましく、代表的には1×10-3Ωcm以上1×104Ωcm未満、さらに好ましくは
、抵抗率が1×10-3Ωcm以上1×10-1Ωcm未満であるとよい。
絶縁膜84と接していないことも可能である。
酸化物半導体膜68と別々の工程で形成されてもよい。その場合には、金属酸化物膜70
は、酸化物半導体膜68と、異なる材質を有していても良い。例えば、金属酸化物膜70
は、インジウム錫酸化物(以下、ITOと示す。)、または、インジウム亜鉛酸化物等を
用いて形成してもよい。
量素子が占める領域を光の透過領域とすることができるため、容量素子の占有面積を大き
くしつつ、副画素の開口率を高めることができる。
、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か
らなる単体金属、またはこれを主成分とする合金を単層構造または積層構造として用いる
。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、アルミニウム膜上にチタン膜を積
層する二層構造、タングステン膜上にチタン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、チタン膜または窒化チタン膜と、その
チタン膜または窒化チタン膜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、そのモリブデン膜または窒化モリブデン膜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を含む透明導電材料を用いてもよい
。
は、絶縁膜82及び絶縁膜84が形成されている。絶縁膜82は、絶縁膜66と同様に、
酸化物半導体膜との界面特性を向上させることが可能な材料を用いることが好ましく、酸
化物絶縁膜を用いて形成することができる。ここでは、絶縁膜82としては、絶縁膜78
、80を積層して形成する。
絶縁膜80を形成する際の、酸化物半導体膜68、及び金属酸化物膜70へのダメージ緩
和膜としても機能する。
以下の酸化シリコン、酸化窒化シリコン等を用いることができる。なお、本明細書中にお
いて、酸化窒化シリコン膜とは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多い膜を指
し、窒化酸化シリコン膜とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多い膜を指す
。
の少ないことが好ましい。
酸化窒化アルミニウム膜等がある。
いてg値が2.037以上2.039以下の第1のシグナル、g値が2.001以上2.
003以下の第2のシグナル、及びg値が1.964以上1.966以下の第3のシグナ
ルが観測される。なお、第1のシグナル及び第2のシグナルのスプリット幅、並びに第2
のシグナル及び第3のシグナルのスプリット幅は、XバンドのESR測定において約5m
Tである。また、g値が2.037以上2.039以下の第1のシグナル、g値が2.0
01以上2.003以下の第2のシグナル、及びg値が1.964以上1.966以下で
ある第3のシグナルのスピンの密度の合計が1×1018spins/cm3未満であり
、代表的には1×1017spins/cm3以上1×1018spins/cm3未満
である。
第1シグナル、g値が2.001以上2.003以下の第2のシグナル、及びg値が1.
964以上1.966以下の第3のシグナルは、窒素酸化物(NOx、xは0以上2以下
、好ましくは1以上2以下)起因のシグナルに相当する。窒素酸化物の代表例としては、
一酸化窒素、二酸化窒素等がある。即ち、g値が2.037以上2.039以下の第1の
シグナル、g値が2.001以上2.003以下の第2のシグナル、及びg値が1.96
4以上1.966以下である第3のシグナルのスピンの密度の合計が少ないほど、酸化物
絶縁膜に含まれる窒素酸化物の含有量が少ないといえる。
体膜との界面におけるキャリアのトラップを低減することが可能である。この結果、トラ
ンジスタのしきい値電圧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。
ometry)で測定される窒素濃度が6×1020/cm3以下であることが好ましい
。この結果、絶縁膜78において、窒素酸化物が生成されにくくなり、絶縁膜78と、酸
化物半導体膜68との界面におけるキャリアのトラップを低減することが可能である。ま
た、トランジスタのしきい値電圧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。
おける加熱処理において、窒素酸化物及びアンモニアが反応し、窒素酸化物が窒素ガスと
なって脱離する。この結果、絶縁膜78の窒素濃度及び窒素酸化物の含有量を低減するこ
とができる。また、絶縁膜78と、酸化物半導体膜68との界面におけるキャリアのトラ
ップを低減することが可能である。また、トランジスタのしきい値電圧のシフトを低減す
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。
に移動せず、絶縁膜78にとどまる酸素もある。また、絶縁膜78に酸素が入ると共に、
絶縁膜78に含まれる酸素が絶縁膜78の外部へ移動することで絶縁膜78において酸素
の移動が生じる場合もある。
、絶縁膜80から脱離する酸素を、絶縁膜78を介して酸化物半導体膜68に移動させる
ことができる。
を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜を用いて形成する。化学量論的組成を
満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜は、加熱により酸素の一部が脱離する。
化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜は、TDS分析にて、
酸素原子に換算しての酸素の脱離量が1.0×1018atoms/cm3以上、好まし
くは3.0×1020atoms/cm3以上である酸化物絶縁膜である。なお、上記T
DS分析時における膜の表面温度としては100℃以上700℃以下、または100℃以
上500℃以下の範囲が好ましい。
0nm以下の、酸化シリコン、酸化窒化シリコン等を用いることができる。
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、更には1×1018spins/cm3以下で
あることが好ましい。なお、絶縁膜80は、絶縁膜78と比較して酸化物半導体膜68か
ら離れているため、絶縁膜78より、欠陥密度が多くともよい。
効果を有する窒化物絶縁膜を設けることで、酸化物半導体膜68、及び金属酸化物膜70
からの酸素の外部への拡散を防ぐことができる。窒化物絶縁膜としては、窒化シリコン、
窒化酸化シリコン、窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム等がある。
窒化物絶縁膜上に、酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する酸化物絶縁膜を設けて
もよい。酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する酸化物絶縁膜としては、酸化アル
ミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化窒化ガリウム、酸化イットリウム
、酸化窒化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム等がある。また、容量素
子の容量値を制御するため、酸素、水素、水、アルカリ金属、アルカリ土類金属等のブロ
ッキング効果を有する窒化物絶縁膜上に窒化物絶縁膜または酸化絶縁膜を適宜設けてもよ
い。
容量素子の電極として機能する。導電膜86は、開口部47B(図5(A)参照。)にお
いて導電膜74に接続される。
、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸
化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、IT
O、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物等を用いることが
できる。
ては、透光性を有することが望ましく、代表的には、アクリル樹脂、ポリイミド、エポキ
シ樹脂等の有機樹脂を用いることができる。
55Wに、カラーフィルタ53B、53G、及び透光性を有する層53Wが形成されてい
る。
ーフィルタであればよく、例えば、赤色の波長帯域の光を透過するカラーフィルタ、緑色
の波長帯域の光を透過するカラーフィルタ、青色の波長帯域の光を透過するカラーフィル
タなどを用いることができる。
または黒色顔料等を含んだ有機絶縁膜などを用いることができる。
、ポリイミド、エポキシ樹脂等の有機樹脂を用いることができる。あるいは、透光性を有
する導電性材料を用いて形成してもよいし、透光性を有する導電性材料と、有機樹脂を積
層して設けてもよい。なお有機樹脂は、金属元素を含んでいてもよい。なお透光性を有す
る層53Wを有する層として、特定の波長の光を吸収する層を設ける構成としてもよい。
該構成の場合、例えば、光源の光の波長によって適切な白色が得られなくても、ホワイト
バランスを調整するできるため、色純度の高い表示を行うことができる。
縁膜92が形成されている。絶縁膜92は、平坦化層としての機能、またはカラーフィル
タ53R、53B、53G、及び透光性を有する層53Wが含有しうる不純物を液晶素子
23B側へ拡散するのを抑制する機能を有する。なおカラーフィルタ53R、53B、5
3G、及び透光性を有する層53W同士は、遮光膜BM上で重畳しない構成が好ましい。
該構成とすることで、導電膜94表面の平坦性を向上させることができる。
子が有する一対の電極の他方としての機能を有する。なお導電膜94は、導電膜86と同
じ材料で形成することができる。
材料で形成することができる。
5は、シール材(図示しない)を用いて、基板60と基板90の間に封止されている。な
お、シール材は、外部からの水分等の入り込みを抑制するために、無機材料と接触する構
成が好ましい。
持するスペーサを設けてもよい。
子を構成する電極が、透光性を有する導電膜で構成される。該構成では、容量素子が光を
透過できるため、副画素内で容量素子が占める面積を見かけ上、小さくすることができる
。RGBWの副画素で画素を構成する場合、副画素一つ当たりの面積が小さくなるが、透
光性を有する容量素子のため容量素子が占める面積を大きくとっても開口率を低下させず
に、必要な容量値を確保することができる。そのため、開口率を高めつつ、容量値を増大
させた副画素とすることができる。その結果、表示装置は、消費電力の低減を図ることが
できる。
られる、金属酸化物膜で形成するため、工程数を増やすことなく形成可能な材料を用いて
作製できる。
上記説明した図6及び図7では、透光性を有する層53Wを設ける構成について示したが
、これに限らず図8(A)に示すように、透光性を有する層53Wを設けない構成として
もよい。この場合、断面構造は、図8(A)の鎖線E-F間の断面を例に挙げると、図8
(B)に示すように表すことができる。該構成により、透光性を有する層53Wとなる部
材の削減、加えて透光性を有する層53Wを形成する工程の削減を図ることができる。
性を有する層53W同士を、遮光膜BM上で重畳しない構成について示したが、これに限
らず図9(A)に示すように、重畳させてもよい。この場合、断面構造は、図9(A)の
鎖線G-H間の断面を例に挙げると、図9(B)に示すように表すことができる。該構成
により、カラーフィルタ53R、53B、53G、及び透光性を有する層53Wを形成す
る際のマスクずれによる光漏れを抑制できる。
する層53W同士は、遮光膜BM上で重畳する構成について示したが、これに限らず図1
0(A)に示すように、一部を重畳、一部を重畳しない構成としてもよい。この場合、断
面構造は、図10(A)の鎖線G-H間、鎖線I-J間の断面を例に挙げると、図9(B
)、図10(B)に示すように表すことができる。該構成により、カラーフィルタ53R
、53B、53G、及び透光性を有する層53Wを形成する際のマスクずれによる光漏れ
を抑制できる。
性を有する層53Wは、各副画素内に区切って設ける構成について示したが、これに限ら
ず図11(A)に示すように、透光性を有する層53Wを画素13内全面に重畳させても
よい。この場合、断面構造は、図11(A)の鎖線K-L間の断面を例に挙げると、図1
1(B)に示すように表すことができる。該構成とすることで、マスク数の削減を図るこ
とができる。
次いで素子基板側での各部材の作製方法について説明する。ここでは、上記図7に示す基
板60上に設けられた各部材の作製方法について、図12乃至図15を用いて説明する。
なお、素子基板である基板60上に設けられた部材としては、基板60と配向膜88に挟
まれた領域にある部材のことをさす。なお以下では、素子基板側にある部材の作製方法に
ついて、図7で示した図5(A)における鎖線A-B、C-Dにおける断面構造を用い、
説明する。
パッタリング法、化学気相堆積(CVD)法、真空蒸着法、パルスレーザー堆積(PLD
)法を用いて形成することができる。あるいは、塗布法や印刷法で形成することができる
。成膜方法としては、スパッタリング法、プラズマ化学気相堆積(PECVD)法が代表
的であるが、熱CVD法でもよい。熱CVD法の例として、MOCVD(有機金属化学堆
積)法やALD(原子層成膜)法を使ってもよい。
ンバー内に送り、基板近傍または基板上で反応させて基板上に堆積させることで成膜を行
う。このように、熱CVD法は、プラズマを発生させない成膜方法であるため、プラズマ
ダメージにより欠陥が生成されることが無いという利点を有する。
次にチャンバーに導入され、そのガス導入の順序を繰り返すことで成膜を行う。例えば、
それぞれのスイッチングバルブ(高速バルブともよぶ)を切り替えて2種類以上の原料ガ
スを順番にチャンバーに供給し、複数種の原料ガスが混ざらないように第1の原料ガスと
同時またはその後に不活性ガス(アルゴン、或いは窒素など)などを導入し、第2の原料
ガスを導入する。なお、同時に不活性ガスを導入する場合には、不活性ガスはキャリアガ
スとなり、また、第2の原料ガスの導入時にも同時に不活性ガスを導入してもよい。また
、不活性ガスを導入する代わりに真空排気によって第1の原料ガスを排出した後、第2の
原料ガスを導入してもよい。第1の原料ガスが基板の表面に吸着して第1の単原子層を成
膜し、後から導入される第2の原料ガスと反応して、第2の単原子層が第1の単原子層上
に積層されて薄膜が形成される。
に優れた薄膜を形成することができる。薄膜の厚さは、ガス導入順序を繰り返す回数によ
って調節することができるため、精密な膜厚調節が可能であり、微細なトランジスタを作
製する場合に適している。
工することで、導電膜62を形成する。なお、導電膜62は、所望の領域に第1のパター
ニングによるマスクの形成を行い、該マスクに覆われていない領域をエッチングすること
で形成することができる。(図12(B)参照。)。
法等を用いて形成することができる。
ができる。この場合には、WF6ガスとB2H6ガスを順次繰り返し導入して初期タング
ステン膜を形成し、その後、WF6ガスとH2ガスを同時に導入してタングステン膜を形
成する。なお、B2H6ガスに代えてSiH4ガスを用いてもよい。
を形成する(図12(C)参照。)。
CVD法等により形成することができる。なお、絶縁膜64及び絶縁膜66は、真空中で
連続して形成すると不純物の混入が抑制され好ましい。
合、原料ガスとしては、シリコンを含む堆積性気体及び酸化性気体を用いることが好まし
い。シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、シラン、ジシラン、トリシラン、フッ
化シラン等がある。酸化性気体としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素、二酸化窒素等が
ある。
用いて形成することができる。
いて、酸化ハフニウム膜を形成する場合には、溶媒とハフニウム前駆体化合物を含む液体
(ハフニウムアルコキシド溶液、代表的にはテトラキスジメチルアミドハフニウム(TD
MAH))を気化させた原料ガスと、酸化剤としてオゾン(O3)の2種類のガスを用い
る。なお、テトラキスジメチルアミドハフニウムの化学式はHf[N(CH3)2]4で
ある。また、他の材料液としては、テトラキス(エチルメチルアミド)ハフニウムなどが
ある。
いて、酸化アルミニウム膜を形成する場合には、溶媒とアルミニウム前駆体化合物を含む
液体(トリメチルアルミニウムTMAなど)を気化させた原料ガスと、酸化剤としてH2
Oの2種類のガスを用いる。なお、トリメチルアルミニウムの化学式はAl(CH3)3
である。また、他の材料液としては、トリス(ジメチルアミド)アルミニウム、トリイソ
ブチルアルミニウム、アルミニウムトリス(2,2,6,6-テトラメチル-3,5-ヘ
プタンジオナート)などがある。
いて、酸化シリコン膜を形成する場合には、ヘキサクロロジシランを被成膜面に吸着させ
、吸着物に含まれる塩素を除去し、酸化性ガス(O2、一酸化二窒素)のラジカルを供給
して吸着物と反応させる。
ブレーション法、熱CVD法等などを用いて形成することができる。
スを適宜用いる。なお、希ガス及び酸素の混合ガスの場合、希ガスに対して酸素のガス比
を高めることが好ましい。
度を150℃以上750℃以下、好ましくは150℃以上450℃以下、さらに好ましく
は200℃以上350℃以下として、酸化物半導体膜を成膜することで、CAAC-OS
膜を形成することができる。
る。例えば、成膜室内に存在する不純物濃度(水素、水、二酸化炭素及び窒素など)を低
減すればよい。また、成膜ガス中の不純物濃度を低減すればよい。具体的には、露点が-
80℃以下、好ましくは-100℃以下である成膜ガスを用いる。
を成膜する場合には、In(CH3)3ガスとO3ガスを順次繰り返し導入してInO2
層を形成し、その後、Ga(CH3)3ガスとO3ガスを同時に導入してGaO層を形成
し、更にその後Zn(CH3)2ガスとO3ガスを同時に導入してZnO層を形成する。
なお、これらの層の順番はこの例に限らない。また、これらのガスを混ぜてInGaO2
層やInZnO2層、GaInO層、ZnInO層、GaZnO層などの混合化合物層を
形成してもよい。なお、O3ガスに変えてAr等の不活性ガスでバブリングしたH2Oガ
スを用いてもよいが、Hを含まないO3ガスを用いる方が好ましい。また、In(CH3
)3ガスにかえて、In(C2H5)3ガスを用いてもよい。また、Ga(CH3)3ガ
スにかえて、Ga(C2H5)3ガスを用いてもよい。また、Zn(CH3)2ガスを用
いてもよい。
69を形成する。なお、酸化物半導体膜68、69は、所望の領域に第2のパターニング
によるマスクの形成を行い、該マスクに覆われていない領域をエッチングすることで形成
することができる。エッチングとしては、ドライエッチング、ウエットエッチング、また
は双方を組み合わせたエッチングを用いることができる(図12(D)参照。)。
離させ、酸化物半導体膜68、69に含まれる水素濃度及び水濃度を低減してもよい。こ
の結果、高純度化された酸化物半導体膜68、69を形成することができる。該加熱処理
の温度は、代表的には、250℃以上650℃以下、好ましくは300℃以上500℃以
下とする。なお、該加熱処理の温度を、代表的には、300℃以上400℃以下、好まし
くは320℃以上370℃以下とすることで、大面積基板においても基板の反りやシュリ
ンクを低減することが可能であり、歩留まりが向上する。
で、短時間に限り、基板の歪み点以上の温度で熱処理を行うことができる。そのため加熱
処理時間を短縮することが可能であり、加熱処理中の基板の反りを低減することが可能で
あり、大面積基板において特に好ましい。
1ppm以下、好ましくは10ppb以下の空気)、または希ガス(アルゴン、ヘリウム
等)の雰囲気下で行えばよい。なお、上記窒素、酸素、超乾燥空気、または希ガスに水素
、水等が含まれないことが好ましい。また、窒素または希ガス雰囲気で加熱処理した後、
酸素または超乾燥空気雰囲気で加熱してもよい。この結果、酸化物半導体膜中に含まれる
水素、水等を脱離させると共に、酸化物半導体膜中に酸素を供給することができる。この
結果、酸化物半導体膜中に含まれる酸素欠損量を低減することができる。
化物半導体膜68、69に含まれる水素、水等を脱離させることが可能であるため、当該
加熱処理は不要である。
A)参照。)。
ることができる。
なお、導電膜72、74、76は、所望の領域に第3のパターニングによるマスクの形成
を行い、該マスクに覆われていない領域をエッチングすることで、形成することができる
(図13(B)参照。)。
うに、絶縁膜77、79が積層された絶縁膜81を形成する(図13(C)参照。)。絶
縁膜81は、スパッタリング法、CVD法、蒸着法等を用いて形成することができる。
とが好ましい。絶縁膜77を形成した後、大気開放せず、原料ガスの流量、圧力、高周波
電力及び基板温度の一以上を調整して、絶縁膜79を連続的に形成することで、絶縁膜7
7、79における界面の大気成分由来の不純物濃度を低減することができると共に、絶縁
膜79に含まれる酸素を酸化物半導体膜68、69に移動させることが可能であり、酸化
物半導体膜68、69の酸素欠損量を低減することができる。
好ましくは40以上80以下とし、処理室内の圧力を100Pa未満、好ましくは50P
a以下とするCVD法を用いることで、窒素を含み、且つ欠陥量の少ない酸化物絶縁膜を
形成することができる。
が好ましい。シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、シラン、ジシラン、トリシラ
ン、フッ化シラン等がある。酸化性気体としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素、二酸化
窒素等がある。
ができる。また、絶縁膜77を設けることで、後に形成する絶縁膜79の形成工程におい
て、酸化物半導体膜68、69へのダメージ低減が可能である。
180℃以上280℃以下、さらに好ましくは200℃以上240℃以下に保持し、処理
室に原料ガスを導入して処理室内における圧力を100Pa以上250Pa以下、さらに
好ましくは100Pa以上200Pa以下とし、処理室内に設けられる電極に0.17W
/cm2以上0.5W/cm2以下、さらに好ましくは0.25W/cm2以上0.35
W/cm2以下の高周波電力を供給する条件により、酸化シリコン膜または酸化窒化シリ
コン膜を形成する。
が好ましい。シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、シラン、ジシラン、トリシラ
ン、フッ化シラン等がある。酸化性気体としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素、二酸化
窒素等がある。
解効率が高まり、酸素ラジカルが増加し、原料ガスの酸化が進むため、絶縁膜79中にお
ける酸素含有量が化学量論比よりも多くなる。しかしながら、基板温度が、上記絶縁膜7
9の成膜温度であると、シリコンと酸素の結合力が弱いため、加熱により酸素の一部が脱
離する。この結果、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含み、加熱により酸
素の一部が脱離する酸化物絶縁膜を形成することができる。また、酸化物半導体膜68、
69上に絶縁膜77が設けられている。このため、絶縁膜79の形成工程において、絶縁
膜77が酸化物半導体膜68、69の保護膜となる。この結果、酸化物半導体膜68、6
9へのダメージを低減しつつ、高いパワー密度の高周波電力を用いて絶縁膜79を形成す
ることができる。
流量を増加することで、絶縁膜79の欠陥量を低減することが可能である。代表的には、
ESR測定により、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6×1017spins/cm3未満、好ましくは3×1017spi
ns/cm3以下、好ましくは1.5×1017spins/cm3以下である欠陥量の
少ない酸化物絶縁膜を形成することができる。この結果トランジスタの信頼性を高めるこ
とができる。
、好ましくは200℃以上450℃以下、更に好ましくは300℃以上450℃以下とす
る。なお、該加熱処理の温度を、代表的には、300℃以上400℃以下、好ましくは3
20℃以上370℃以下とすることで、大面積基板においても基板の反りやシュリンクを
低減することが可能であり、歩留まりが向上する。
、短時間に限り、基板の歪み点以上の温度で熱処理を行うことができる。そのため加熱処
理時間を短縮することができる。
m以下、好ましくは10ppb以下の空気)、または希ガス(アルゴン、ヘリウム等)の
雰囲気下で行えばよい。なお、上記窒素、酸素、超乾燥空気、または希ガスに水素、水等
が含まれないことが好ましい。
動させ、酸化物半導体膜68、69に含まれる酸素欠損を低減することが可能である。こ
の結果、酸化物半導体膜68、69に含まれる酸素欠損量をさらに低減することができる
。
を有する絶縁膜83を後に形成し、加熱処理を行うと、絶縁膜77、79に含まれる水、
水素等が、酸化物半導体膜68、69に移動し、酸化物半導体膜68、69に欠陥が生じ
てしまう。しかしながら、当該加熱により、絶縁膜77、79に含まれる水、水素等を脱
離させることが可能であり、トランジスタの電気特性のばらつきを低減すると共に、しき
い値電圧の変動を抑制することができる。
69に酸素を移動させ、酸化物半導体膜68、69に含まれる酸素欠損を低減することが
可能であるため、当該加熱処理を行わなくともよい。
体膜68、69はダメージを受け、酸化物半導体膜68のバックチャネル(酸化物半導体
膜68において、ゲート電極として機能する導電膜62と対向する面と反対側の面)側に
酸素欠損が生じる。しかし、絶縁膜79に化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素
を含む酸化物絶縁膜を適用することで、加熱処理によって当該バックチャネル側に生じた
酸素欠損を修復することができる。これにより、酸化物半導体膜68に含まれる欠陥を低
減することができるため、トランジスタの信頼性を向上させることができる。
層された絶縁膜82、及び開口部50GWを形成する。なお、絶縁膜82、及び開口部5
0GWは、所望の領域に第4のパターニングによるマスクの形成を行い、該マスクに覆わ
れていない領域をエッチングすることで、形成することができる(図14(A)参照。)
。
50GWの形成方法としては、例えば、ドライエッチング法を用いることができる。ドラ
イエッチング法により、絶縁膜81をエッチングすることが好ましい。この結果、酸化物
半導体膜69はエッチング処理においてプラズマに曝されるため、酸化物半導体膜69の
酸素欠損を増加させることが可能である。ただし、開口部50GWの形成方法としては、
これに限定されず、ウエットエッチング法、またはドライエッチング法とウエットエッチ
ング法を組み合わせた形成方法としてもよい。
。)。
カリ土類金属等が、酸化物半導体膜へ拡散するのを防ぐ材料を用いることが好ましく、更
には水素を含むことが好ましく、代表的には窒素を含む無機絶縁材料、例えば窒化物絶縁
膜を用いることができる。絶縁膜83としては、例えば、CVD法、スパッタリング法を
用いて形成することができる。
プラズマに曝され、酸化物半導体膜に酸素欠損が生成される。また、絶縁膜83は、外部
からの不純物、例えば、水、アルカリ金属、アルカリ土類金属等が、酸化物半導体膜へ拡
散するのを防ぐ材料で形成される膜であり、更には水素を含む。このため、絶縁膜83の
水素が酸化物半導体膜69に拡散すると、該酸化物半導体膜69において水素は酸素と結
合し、キャリアである電子が生成される。または、酸化物半導体膜に含まれる酸素欠損に
水素が入ることで、キャリアである電子が生成される。これらの結果、酸化物半導体膜6
9は、導電性が高くなり、金属酸化物膜70となる。
しく、例えば基板温度100℃以上400℃以下、より好ましくは300℃以上400℃
以下の温度で加熱して成膜することが好ましい。また高温で成膜する場合は、酸化物半導
体膜68として用いる酸化物半導体から酸素が脱離し、キャリア濃度が上昇する現象が発
生することがあるため、このような現象が発生しない温度とする。
開口部47Bを形成する。なお、絶縁膜84、及び開口部47Bは、所望の領域に第5の
パターニングによるマスクの形成を行い、該マスクに覆われていない領域をエッチングす
ることで、形成することができる(図14(C)参照。)。
、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸
化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、IT
O、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物等を用いることが
できる。導電膜85は、例えば、スパッタリング法を用いて形成することができる。
86は、所望の領域に第6のパターニングによるマスクの形成を行い、該マスクに覆われ
ていない領域をエッチングすることで形成することができる(図15(B)参照。)。
化物半導体膜と同時に、画素電極が形成されるため、6枚のフォトマスクを用いてトラン
ジスタ及び容量素子を作製することが可能である。画素電極は容量素子の一方の電極とし
て機能する。そのため、容量素子を形成するために、新たに導電膜を形成する工程が不要
であり、作製工程を削減できる。また、容量素子は透光性を有する。この結果、容量素子
の占有面積を大きくしつつ、画素の開口率を高めることが可能である。
次いで対向基板側での各部材の作製方法について説明する。ここでは、上記図7に示す基
板90上に設けられた遮光膜及びカラーフィルタの作製方法について、図16至図17を
用いて説明する。なお、対向基板である基板90上に設けられた部材としては、基板90
と配向膜96に挟まれた領域にある部材のことをさす。なお以下では、対向基板側にある
部材の作製方法について、図7で示した図6における鎖線A-B、C-Dにおける断面構
造を用い、説明する。
きる。次に、基板90上に遮光膜BMを形成する(図16(A)参照。)。
ジェット法、フォトリソグラフィ技術を用いたエッチング方法などでそれぞれ所望の位置
に形成する。
ィルタ53G、53Bを形成する(図16(B)参照。)。なお図示していないが開口部
55Rにカラーフィルタ53Rを形成する。
性を有する層53Wは、一例として、アクリル樹脂、を用いることができる。
(A)参照。)。
を用いることができる。絶縁膜92を形成することによって、例えば、カラーフィルタ5
3G、53B中に含まれる不純物等を液晶層95側に拡散することを抑制することができ
る。ただし、絶縁膜92は、必ずしも設ける必要はない。
参照。)。導電膜94としては、導電膜86に示す材料を援用することができる。
しては、ディスペンサ法(滴下法)や、基板60と基板90とを貼り合わせてから毛細管
現象を用いて液晶を注入する注入法を用いることができる。
画素の開口部の面積よりも小さくすること、(2)画素を制御する配線数を削減するよう
副画素の配置を2行2列の配置とすること、(3)各副画素が有するトランジスタの半導
体膜を酸化物半導体膜とし、容量素子を構成する電極が、透光性を有する導電膜で構成す
ること、の少なくともいずれか一を特徴とする。そのため、(1)彩度を低減することな
く、カラー表示を行うことができ、(2)4つの副画素を駆動するための配線数を削減す
ることができ、(3)必要な容量値を削減することなく、開口率を高め、工程数の増加を
抑制することができる、表示装置とすることができる。その結果、表示装置は、消費電力
の低減を図ることができる。
ここで、酸化物半導体で形成される膜(以下、酸化物半導体膜(OS)という。)及び酸
化物導電体で形成される膜(以下、酸化物導電体膜(OC)という。)それぞれにおける
、抵抗率の温度依存性について、図34を用いて説明する。図34において、横軸に測定
温度を示し、縦軸に抵抗率を示す。また、酸化物半導体膜(OS)の測定結果を丸印で示
し、酸化物導電体膜(OC)の測定結果を四角印で示す。
Zn=1:1:1.2のスパッタリングターゲットを用いたスパッタリング法により厚さ
35nmのIn-Ga-Zn酸化物膜を形成し、原子数比がIn:Ga:Zn=1:4:
5のスパッタリングターゲットを用いたスパッタリング法により厚さ20nmのIn-G
a-Zn酸化物膜を形成し、450℃の窒素雰囲気で加熱処理した後、450℃の窒素及
び酸素の混合ガス雰囲気で加熱処理し、さらにプラズマCVD法で酸化窒化シリコン膜を
形成して、作製された。
Zn=1:1:1のスパッタリングターゲットを用いたスパッタリング法により厚さ10
0nmのIn-Ga-Zn酸化物膜を形成し、450℃の窒素雰囲気で加熱処理した後、
450℃の窒素及び酸素の混合ガス雰囲気で加熱処理し、プラズマCVD法で窒化シリコ
ン膜を形成して、作製された。
物半導体膜(OS)における抵抗率の温度依存性より小さい。代表的には、80K以上2
90K以下における酸化物半導体膜(OC)の抵抗率の変化率は、±20%未満である。
または、150K以上250K以下における抵抗率の変化率は、±10%未満である。即
ち、酸化物導電体は、縮退半導体であり、伝導帯端とフェルミ準位とが一致または略一致
していると推定される。このため、酸化物導電体膜を、配線、電極、画素電極等に用いる
ことが可能である。
と適宜組み合わせて用いることができる。
本実施の形態では、実施の形態1で説明した素子基板、及び/又は対向基板に形成した部
材の変形例について、図18乃至図25を用いて説明する。
実施の形態1の図7に示す画素部が有するトランジスタ21B(21R、21Bあるいは
21W)の変形例として、図18に示したように、酸化物半導体膜68と重なる位置に絶
縁膜98を設ける構成としてもよい。
される。有機樹脂で構成される絶縁膜98は、有機絶縁膜という場合がある。
絶縁膜98を有する。絶縁膜98は、500nm以上と厚さが厚いため、ゲート電極とし
て機能する導電膜62に負の電圧が印加されることによって発生する電場の影響が絶縁膜
98の表面にまで影響せず、絶縁膜98の表面に正の電荷が帯電しにくい。また、空気中
に含まれる正の荷電粒子が、絶縁膜98の表面に吸着しても、絶縁膜98は、500nm
以上と厚さが厚いため、絶縁膜98の表面に吸着した正の荷電粒子の電場は、酸化物半導
体膜68及び絶縁膜84の界面まで影響しにくい。この結果、酸化物半導体膜68及び絶
縁膜84の界面において、実質的に正のバイアスが印加された状態とならず、トランジス
タのしきい値電圧の変動が少ない。
の電気特性のばらつきを低減することが可能である。また、ノーマリーオフ特性を有し、
信頼性の高いトランジスタを作製することができる。また、絶縁膜98は、印刷法、塗布
法等を用いて形成することが可能であるため、作製時間を短縮することが可能である。
と同様に、絶縁膜98を形成する構成とすることができる。
に含まれる配向膜96とが接する構造であってもよい。この場合、絶縁膜98は、スペー
サとして機能するため、液晶表示装置のセルギャップを絶縁膜98で維持することができ
る。
実施の形態1の図12(D)に示す酸化物半導体膜68,69の変形例として、図20(
A)、(B)に示すように、酸化物半導体膜を積層構造とすることができる。
Bで形成され、酸化物半導体膜69が酸化物半導体膜69A、69Bで形成されている。
以上から構成される。酸化物半導体膜68B、69Bは、酸化物半導体膜68A、69A
を構成する元素の一種以上から構成されるため、酸化物半導体膜68A、69Aと酸化物
半導体膜68B、69Bとの界面において、界面散乱が起こりにくい。従って、該界面に
おいてはキャリアの動きが阻害されないため、トランジスタの電界効果移動度が高くなる
。
a:Zn=1:1:1.2、または3:1:2の原子数比のIn-Ga-Zn酸化物を用
いることができる。また、酸化物半導体膜68B、69BとしてIn:Ga:Zn=1:
3:n(nは2以上8以下の整数)、1:6:m(mは2以上10以下の整数)、または
1:9:6の原子数比のIn-Ga-Zn酸化物を用いることができる。
導体膜68A、6Aへのダメージ緩和膜としても機能する。
、69Bの2層構造としたが、図20(B)に示すように酸化物半導体膜68C、69C
を加えた3層構造としてもよい。
実施の形態1の図13(B)に示すトランジスタ21Bの変形例として、図21(A)、
(B)に示すように、酸化物半導体膜上に保護膜として機能する絶縁膜を設けたチャネル
保護構造とすることができる。
する絶縁膜101が形成されている。絶縁膜101は、例えば、絶縁膜82と同様に形成
することができる。
護膜として機能する絶縁膜に開口部を設けて得られる絶縁膜101A乃至101Eを有す
る構成としてもよい。
実施の形態1の図15(B)に示す導電膜86の変形例について、図22(A)乃至(C
)を用いて説明する。
上に設けられるよう形成されている。そのため、トランジスタ21Bは、信頼性が高く、
オン電流が大きく、電界効果移動度の高いデュアルゲート構造のトランジスタとすること
ができ、表示品質の優れた表示装置を作製することができる。
に設ける導電膜86_Bを画素電極として用いる導電膜86と電気的に別にした構成とし
てもよい。該構成とすることで、導電膜86と導電膜86_Bとを別電位として制御する
ことができる。
膜76と重なる領域を境に分離する構成としてもよい。
実施の形態1の図7のA-Bにおける断面図の変形例について、図23(A)、(B)を
用いて説明する。
となるよう電極を形成し、対になる電極を平面状に形成する構成としてもよい。この場合
、画素電極として機能する導電膜86と対になるコモン電極を金属酸化物膜70Fで構成
すればよい。
を示す)となるよう電極を形成し、コモン電極とする構成としてもよい。この場合、トラ
ンジスタ21Bが有する導電膜74を金属酸化物膜70Fに接続し、金属酸化物膜70G
を画素電極として用いる構成とすればよい。
実施の形態1の図7のA-Bにおける断面図の変形例について、図24を用いて説明する
。特に基板90側に設けた遮光膜BM及びカラーフィルタ53R及び53Bを基板60側
に設けた変形例について説明する。
形成を行いやすくすることができる。
実施の形態1の図7のA-Bにおける断面図の変形例について、図25(A)、(B)を
用いて説明する。
ている。EL素子113は、EL素子113を設ける面の平坦性を向上させるための絶縁
膜110を形成した後に、形成する。絶縁膜110上では、隔壁層としての機能を有する
絶縁膜114を形成する。そして一方の電極として機能する導電膜86上にEL層111
及び他方の電極として機能する導電層112を形成する。
することができる。なお図25(A)、(B)中、矢印は光の射出を表している。
と適宜組み合わせて用いることができる。
実施の形態では、上記実施の形態で説明した表示装置に含まれているトランジスタにおい
て、酸化物半導体膜に適用可能な一態様について説明する。
多結晶構造の酸化物半導体(以下、多結晶酸化物半導体という。)、微結晶構造の酸化物
半導体(以下、微結晶酸化物半導体という。)、及び非晶質構造の酸化物半導体(以下、
非晶質酸化物半導体という。)の一以上で構成されてもよい。また、酸化物半導体膜は、
CAAC-OS膜で構成されていてもよい。また、酸化物半導体膜は、非晶質酸化物半導
体及び結晶粒を有する酸化物半導体で構成されていてもよい。以下に、代表例として、C
AAC-OS及び微結晶酸化物半導体について説明する。
ron Microscope)によって観察すると、明確な結晶部同士の境界、即ち結
晶粒界(グレインバウンダリーともいう。)を確認することができない。そのため、CA
AC-OS膜は、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。
)すると、結晶部において、金属原子が層状に配列していることを確認できる。金属原子
の各層は、CAAC-OS膜の膜を形成する面(被形成面ともいう。)または上面の凹凸
を反映した形状であり、CAAC-OS膜の被形成面または上面と平行に配列する。
M観察)すると、結晶部において、金属原子が三角形状または六角形状に配列しているこ
とを確認できる。しかしながら、異なる結晶部間で、金属原子の配列に規則性は見られな
い。
6(a)をさらに拡大した断面TEM像であり、理解を容易にするために原子配列を強調
表示している。
m)の局所的なフーリエ変換像である。図26(c)より、各領域においてc軸配向性が
確認できる。また、A-O間とO-A’間とでは、c軸の向きが異なるため、異なるグレ
インであることが示唆される。また、A-O間では、c軸の角度が14.3°、16.6
°、26.4°のように少しずつ連続的に変化していることがわかる。同様に、O-A’
間では、c軸の角度が-18.3°、-17.6°、-15.9°と少しずつ連続的に変
化していることがわかる。
測される。例えば、CAAC-OS膜の上面に対し、例えば1nm以上30nm以下の電
子線を用いる電子回折(ナノビーム電子回折ともいう。)を行うと、スポットが観測され
る(図27(A)参照。)。
いることがわかる。
内に収まる大きさである。従って、CAAC-OS膜に含まれる結晶部は、一辺が10n
m未満、5nm未満または3nm未満の立方体内に収まる大きさの場合も含まれる。ただ
し、CAAC-OS膜に含まれる複数の結晶部が連結することで、一つの大きな結晶領域
を形成する場合がある。例えば、平面TEM像において、2500nm2以上、5μm2
以上または1000μm2以上となる結晶領域が観察される場合がある。
置を用いて構造解析を行うと、例えばInGaZnO4の結晶を有するCAAC-OS膜
のout-of-plane法による解析では、回折角(2θ)が31°近傍にピークが
現れる場合がある。このピークは、InGaZnO4の結晶の(009)面に帰属される
ことから、CAAC-OS膜の結晶がc軸配向性を有し、c軸が被形成面または上面に概
略垂直な方向を向いていることが確認できる。
ane法による解析では、2θが56°近傍にピークが現れる場合がある。このピークは
、InGaZnO4の結晶の(110)面に帰属される。InGaZnO4の単結晶酸化
物半導体膜であれば、2θを56°近傍に固定し、試料面の法線ベクトルを軸(φ軸)と
して試料を回転させながら分析(φスキャン)を行うと、(110)面と等価な結晶面に
帰属されるピークが6本観察される。これに対し、CAAC-OS膜の場合は、2θを5
6°近傍に固定してφスキャンした場合でも、明瞭なピークが現れない。
規則であるが、c軸配向性を有し、かつc軸が被形成面または上面の法線ベクトルに平行
な方向を向いていることがわかる。従って、前述の断面TEM観察で確認された層状に配
列した金属原子の各層は、結晶のab面に平行な面である。
った際に形成される。上述したように、結晶のc軸は、CAAC-OS膜の被形成面また
は上面の法線ベクトルに平行な方向に配向する。従って、例えば、CAAC-OS膜の形
状をエッチングなどによって変化させた場合、結晶のc軸がCAAC-OS膜の被形成面
または上面の法線ベクトルと平行にならないこともある。
例えば、CAAC-OS膜の結晶部が、CAAC-OS膜の上面近傍からの結晶成長によ
って形成される場合、上面近傍の領域は、被形成面近傍の領域よりもc軸配向した結晶部
の割合が高くなることがある。また、不純物の添加されたCAAC-OS膜は、不純物が
添加された領域が変質し、部分的にc軸配向した結晶部の割合の異なる領域が形成される
こともある。
による解析では、2θが31°近傍のピークの他に、2θが36°近傍にもピークが現れ
る場合がある。2θが36°近傍のピークは、CAAC-OS膜中の一部に、c軸配向性
を有さない結晶が含まれることを示している。CAAC-OS膜は、2θが31°近傍に
ピークを示し、2θが36°近傍にピークを示さないことが好ましい。
シリコン、遷移金属元素などの酸化物半導体膜の主成分以外の元素である。特に、シリコ
ンなどの、酸化物半導体膜を構成する金属元素よりも酸素との結合力の強い元素は、酸化
物半導体膜から酸素を奪うことで酸化物半導体膜の原子配列を乱し、結晶性を低下させる
要因となる。また、鉄やニッケルなどの重金属、アルゴン、二酸化炭素などは、原子半径
(または分子半径)が大きいため、酸化物半導体膜内部に含まれると、酸化物半導体膜の
原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。なお、酸化物半導体膜に含まれる不純
物は、キャリアトラップやキャリア発生源となる場合がある。
半導体膜中の酸素欠損は、キャリアトラップとなることや、水素を捕獲することによって
キャリア発生源となることがある。
実質的に高純度真性と呼ぶ。高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体膜
は、キャリア発生源が少ないため、キャリア密度を低くすることができる。従って、当該
酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、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
性である酸化物半導体膜は、キャリアトラップが少ない。そのため、当該酸化物半導体膜
を用いたトランジスタは、電気特性の変動が小さく、信頼性の高いトランジスタとなる。
なお、酸化物半導体膜のキャリアトラップに捕獲された電荷は、放出するまでに要する時
間が長く、あたかも固定電荷のように振る舞うことがある。そのため、不純物濃度が高く
、欠陥準位密度が高い酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、電気特性が不安定となる
場合がある。
の変動が小さい。
ない場合がある。微結晶酸化物半導体膜に含まれる結晶部は、1nm以上100nm以下
、または1nm以上10nm以下の大きさであることが多い。特に、1nm以上10nm
以下、または1nm以上3nm以下の微結晶であるナノ結晶(nc:nanocryst
al)を有する酸化物半導体膜を、nc-OS(nanocrystalline Ox
ide Semiconductor)膜と呼ぶ。また、nc-OS膜は、例えば、TE
Mによる観察像では、結晶粒界を明確に確認できない場合がある。
3nm以下の領域)において原子配列に周期性を有する。また、nc-OS膜は、異なる
結晶部間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見られない。従
って、nc-OS膜は、分析方法によっては、非晶質酸化物半導体膜と区別が付かない場
合がある。例えば、nc-OS膜に対し、結晶部よりも大きい径のX線を用いるXRD装
置を用いて構造解析を行うと、out-of-plane法による解析では、結晶面を示
すピークが検出されない。また、nc-OS膜に対し、結晶部よりも大きいプローブ径(
例えば50nm以上)の電子線を用いる電子回折(制限視野電子回折ともいう。)を行う
と、ハローパターンのような回折パターンが観測される。一方、nc-OS膜に対し、結
晶部の大きさと近いか結晶部より小さいプローブ径の電子線を用いるナノビーム電子回折
を行うと、スポットが観測される。また、nc-OS膜に対しナノビーム電子回折を行う
と、円を描くように(リング状に)輝度の高い領域が観測される場合がある。また、nc
-OS膜に対しナノビーム電子回折を行うと、リング状の領域内に複数のスポットが観測
される場合がある(図27(B)参照。)。
ため、nc-OS膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも欠陥準位密度が低くなる。ただし、
nc-OS膜は、異なる結晶部間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、nc-O
S膜は、CAAC-OS膜と比べて欠陥準位密度が高くなる。
AC-OS膜のうち、二種以上を有する積層膜であってもよい。
が可能となる場合がある。
2の下の試料室174と、試料室174の下の光学系176と、光学系176の下の観察
室180と、観察室180に設置されたカメラ178と、観察室180の下のフィルム室
182と、を有する透過電子回折測定装置を示す。カメラ178は、観察室180内部に
向けて設置される。なお、フィルム室182を有さなくても構わない。
透過電子回折測定装置内部では、電子銃室170に設置された電子銃から放出された電子
が、光学系172を介して試料室174に配置された物質188に照射される。物質18
8を通過した電子は、光学系176を介して観察室180内部に設置された蛍光板192
に入射する。蛍光板192では、入射した電子の強度に応じたパターンが現れることで透
過電子回折パターンを測定することができる。
を撮影することが可能である。カメラ178のレンズの中央、および蛍光板192の中央
を通る直線と、蛍光板192の上面と、の為す角度は、例えば、15°以上80°以下、
30°以上75°以下、または45°以上70°以下とする。該角度が小さいほど、カメ
ラ178で撮影される透過電子回折パターンは歪みが大きくなる。ただし、あらかじめ該
角度がわかっていれば、得られた透過電子回折パターンの歪みを補正することも可能であ
る。なお、カメラ178をフィルム室182に設置しても構わない場合がある。例えば、
カメラ178をフィルム室182に、電子184の入射方向と対向するように設置しても
よい。この場合、蛍光板192の裏面から歪みの少ない透過電子回折パターンを撮影する
ことができる。
ルダは、物質188を通過する電子を透過するような構造をしている。ホルダは、例えば
、物質188をX軸、Y軸、Z軸などに移動させる機能を有していてもよい。ホルダの移
動機能は、例えば、1nm以上10nm以下、5nm以上50nm以下、10nm以上1
00nm以下、50nm以上500nm以下、100nm以上1μm以下などの範囲で移
動させる精度を有すればよい。これらの範囲は、物質188の構造によって最適な範囲を
設定すればよい。
方法について説明する。
を変化させる(スキャンする)ことで、物質の構造が変化していく様子を確認することが
できる。このとき、物質188がCAAC-OS膜であれば、図27(A)に示したよう
な回折パターンが観測される。または、物質188がnc-OS膜であれば、図27(B
)に示したような回折パターンが観測される。
と同様の回折パターンが観測される場合がある。したがって、CAAC-OS膜の良否は
、一定の範囲におけるCAAC-OS膜の回折パターンが観測される領域の割合(CAA
C化率ともいう。)で表すことができる場合がある。例えば、良質なCAAC-OS膜で
あれば、CAAC化率は、50%以上、好ましくは80%以上、さらに好ましくは90%
以上、より好ましくは95%以上となる。なお、CAAC-OS膜と異なる回折パターン
が観測される領域の割合を非CAAC化率と表記する。
における450℃加熱処理後のCAAC-OS膜を有する各試料の上面に対し、スキャン
しながら透過電子回折パターンを取得した。ここでは、5nm/秒の速度で60秒間スキ
ャンしながら回折パターンを観測し、観測された回折パターンを0.5秒ごとに静止画に
変換することで、CAAC化率を導出した。なお、電子線としては、プローブ径が1nm
のナノビームを用いた。なお、同様の測定は6試料に対して行った。そしてCAAC化率
の算出には、6試料における平均値を用いた。
AC化率は75.7%(非CAAC化率は24.3%)であった。また、450℃加熱処
理後のCAAC-OS膜のCAAC化率は85.3%(非CAAC化率は14.7%)で
あった。成膜直後と比べて、450℃加熱処理後のCAAC化率が高いことがわかる。即
ち、高い温度(例えば400℃以上)における加熱処理によって、非CAAC化率が低く
なる(CAAC化率が高くなる)ことがわかる。また、500℃未満の加熱処理において
も高いCAAC化率を有するCAAC-OS膜が得られることがわかる。
パターンであった。また、測定領域において非晶質酸化物半導体膜は、確認することがで
きなかった。したがって、加熱処理によって、nc-OS膜と同様の構造を有する領域が
、隣接する領域の構造の影響を受けて再配列し、CAAC化していることが示唆される。
S膜の平面TEM像である。図28(B)と図28(C)とを比較することにより、45
0℃加熱処理後のCAAC-OS膜は、膜質がより均質であることがわかる。即ち、高い
温度における加熱処理によって、CAAC-OS膜の膜質が向上することがわかる。
なる場合がある。
と適宜組み合わせて用いることができる。
実施の形態1で述べたように、酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、オフ状態におけ
る電流値(オフ電流値)を低く制御することができる。よって、画像信号等の電気信号の
保持時間を長くすることができ、書き込み間隔も長く設定できる。
も2つの駆動方法(モード)で表示を行う表示装置とすることができる。第1の駆動モー
ドは、従来の表示装置の駆動方法であり、1フレームごとにデータを逐次書き換える駆動
方法である。第2の駆動モードは、データの書き込み処理を実行した後、データの書き換
えを停止する駆動方法である。すなわち、リフレッシュレートを低減した駆動モードであ
る。
データに変化がないため、1フレームごとにデータの書き換えを行う必要がない。そこで
、静止画を表示する際は、第2の駆動モードで動作させると、画面のちらつきをなくすと
ともに、電力消費を削減することができる。
量が大きい。このため、画素電極の電位を保持する時間を長くすることが可能であり、リ
フレッシュレートを低減する駆動モードを適用できる。さらに、表示装置においてリフレ
ッシュレートを低減する駆動モードを適用した場合であっても、画素で保持する電圧の変
化を長期間抑制することが可能であるため、使用者による画像のちらつきの知覚をより防
止することができる。したがって、低消費電力化と表示品質の向上を図ることができる。
、表示装置の発光、点滅画面を見続けることで、その明るさが眼の網膜や神経、脳を刺激
して疲れさせるものである。筋肉系の疲労は、ピント調節のときに使用する毛様体の筋肉
を酷使することにより疲れさせるものである。
、従来の表示装置の表示では、1秒間に60回の画像の書き換えが行われている。このよ
うな画面を長時間見続けることにより、使用者の眼の網膜や神経、脳を刺激して眼の疲労
が引き起こされるおそれがあった。
酸化物半導体を用いたトランジスタを適用する。また、表示装置の画素が有する容量素子
は、面積の大きい容量素子とすることができる。これらによって、容量素子に蓄積された
電荷のリークを抑制するとともに、電位の変化がゆるやかにすることが可能となるため、
フレーム周波数を下げても、表示装置の輝度を抑制することが可能となる。
るため、極力同じ映像を見ることが可能となり、使用者に視認される画面のちらつきが低
減される。これにより、使用者の眼の網膜や神経、脳の刺激が低減され、神経系の疲労が
軽減される。
と適宜組み合わせて用いることができる。
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置が適用された電子機器の構成例について説
明する。また、本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置を適用した表示モジュール
について、図30を用いて説明を行う。
間に、FPC8003に接続されたタッチパネル8004、FPC8005に接続された
表示パネル8006、バックライトユニット8007、フレーム8009、プリント基板
8010、バッテリー8011を有する。なお、バックライトユニット8007、バッテ
リー8011、タッチパネル8004などは、設けられない場合もある。
006のサイズに合わせて、形状や寸法を適宜変更することができる。
006に重畳して用いることができる。また、表示パネル8006の対向基板(封止基板
)に、タッチパネル機能を持たせるようにすることも可能である。または、表示パネル8
006の各画素内に光センサを設け、光学式のタッチパネルとすることも可能である。ま
たは、表示パネル8006の各画素内にタッチセンサ用電極を設け、容量型式のタッチパ
ネルとすることも可能である。
ユニット8007の端部に設け、光拡散板を用いる構成としてもよい。
により発生する電磁波を遮断するための電磁シールドとしての機能を有する。またフレー
ム8009は、放熱板としての機能を有していてもよい。
処理回路を有する。電源回路に電力を供給する電源としては、外部の商用電源であっても
良いし、別途設けたバッテリー8011による電源であってもよい。バッテリー8011
は、商用電源を用いる場合には、省略可能である。
加して設けてもよい。
ある。これらの電子機器は、筐体5000、表示部5001、スピーカー5003、LE
Dランプ5004、操作キー5005(電源スイッチ、又は操作スイッチを含む)、接続
端子5006、センサ5007(力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、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、におい又は赤外線を測定する機能を含むもの)、マイクロフ
ォン5008、等を有することができる。
、赤外線ポート5010、等を有することができる。図31(B)は記録媒体を備えた携
帯型の画像再生装置(たとえば、DVD再生装置)であり、上述したものの他に、第2表
示部5002、記録媒体読込部5011、等を有することができる。図31(C)はゴー
グル型ディスプレイであり、上述したものの他に、第2表示部5002、支持部5012
、イヤホン5013、等を有することができる。図31(D)は携帯型遊技機であり、上
述したものの他に、記録媒体読込部5011、等を有することができる。図31(E)は
テレビ受像機能付きデジタルカメラであり、上述したものの他に、アンテナ5014、シ
ャッターボタン5015、受像部5016、等を有することができる。図31(F)は携
帯型遊技機であり、上述したものの他に、第2表示部5002、記録媒体読込部5011
、等を有することができる。図31(G)はテレビ受像器であり、上述したものの他に、
チューナ、画像処理部、等を有することができる。図31(H)は持ち運び型テレビ受像
器であり、上述したものの他に、信号の送受信が可能な充電器5017、等を有すること
ができる。図32(A)はディスプレイであり、上述したものの他に、支持台5018、
等を有することができる。図32(B)はカメラであり、上述したものの他に、外部接続
ポート5019、シャッターボタン5015、受像部5016、等を有することができる
。図32(C)はコンピュータであり、上述したものの他に、ポインティングデバイス5
020、外部接続ポート5019、リーダ/ライタ5021、等を有することができる。
図32(D)は携帯電話機であり、上述したものの他に、送信部、受信部、携帯電話・移
動端末向けの1セグメント部分受信サービス用チューナ、等を有することができる。
々な機能を有することができる。例えば、様々な情報(静止画、動画、テキスト画像など
)を表示部に表示する機能、タッチパネル機能、カレンダー、日付又は時刻などを表示す
る機能、様々なソフトウェア(プログラム)によって処理を制御する機能、無線通信機能
、無線通信機能を用いて様々なコンピュータネットワークに接続する機能、無線通信機能
を用いて様々なデータの送信又は受信を行う機能、記録媒体に記録されているプログラム
又はデータを読み出して表示部に表示する機能、等を有することができる。さらに、複数
の表示部を有する電子機器においては、一つの表示部を主として画像情報を表示し、別の
一つの表示部を主として文字情報を表示する機能、または、複数の表示部に視差を考慮し
た画像を表示することで立体的な画像を表示する機能、等を有することができる。さらに
、受像部を有する電子機器においては、静止画を撮影する機能、動画を撮影する機能、撮
影した画像を自動または手動で補正する機能、撮影した画像を記録媒体(外部又はカメラ
に内蔵)に保存する機能、撮影した画像を表示部に表示する機能、等を有することができ
る。なお、図31(A)乃至図31(H)、図32(A)乃至図32(D)に示す電子機
器が有することのできる機能はこれらに限定されず、様々な機能を有することができる。
ることを特徴とする。
)は、筐体5022、表示部5023、操作部であるリモコン装置5024、スピーカー
5025等を含む。表示装置は、壁かけ型として建物と一体となっており、設置するスペ
ースを広く必要とすることなく設置可能である。
す。表示モジュール5026は、ユニットバス5027と一体に取り付けられており、入
浴者は表示モジュール5026の視聴が可能になる。
形態はこれに限定されず、様々な建造物に表示装置を設置することができる。
ール5028は、自動車の車体5029に取り付けられており、車体の動作又は車体内外
から入力される情報をオンデマンドに表示することができる。なお、ナビゲーション機能
を有していてもよい。
ある。図32(H)は、旅客用飛行機の座席上部の天井5030に表示モジュール503
1を設けたときの、使用時の形状について示した図である。表示モジュール5031は、
天井5030とヒンジ部5032を介して一体に取り付けられており、ヒンジ部5032
の伸縮により乗客は表示モジュール5031の視聴が可能になる。表示モジュール503
1は乗客が操作することで情報を表示する機能を有する。
たがこれに限定されず、自動二輪車、自動四輪車(自動車、バス等を含む)、電車(モノ
レール、鉄道等を含む)、船舶等、様々なものに設置することができる。
いて、その一部分を取り出して、発明の一態様を構成することは可能である。したがって
、ある部分を述べる図または文章が記載されている場合、その一部分の図または文章を取
り出した内容も、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成す
ることが可能であるものとする。そのため、例えば、能動素子(トランジスタ、ダイオー
ドなど)、配線、受動素子(容量素子、抵抗素子など)、導電層、絶縁層、半導体層、有
機材料、無機材料、部品、装置、動作方法、製造方法などが単数又は複数記載された図面
または文章において、その一部分を取り出して、発明の一態様を構成することが可能であ
るものとする。例えば、N個(Nは整数)の回路素子(トランジスタ、容量素子等)を有
して構成される回路図から、M個(Mは整数で、M<N)の回路素子(トランジスタ、容
量素子等)を抜き出して、発明の一態様を構成することは可能である。別の例としては、
N個(Nは整数)の層を有して構成される断面図から、M個(Mは整数で、M<N)の層
を抜き出して、発明の一態様を構成することは可能である。さらに別の例としては、N個
(Nは整数)の要素を有して構成されるフローチャートから、M個(Mは整数で、M<N
)の要素を抜き出して、発明の一態様を構成することは可能である。
いて、少なくとも一つの具体例が記載される場合、その具体例の上位概念を導き出すこと
は、当業者であれば容易に理解される。したがって、ある一つの実施の形態において述べ
る図または文章において、少なくとも一つの具体例が記載される場合、その具体例の上位
概念も、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが
可能である。
は、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能
である。したがって、ある内容について、図に記載されていれば、文章を用いて述べてい
なくても、その内容は、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を
構成することが可能である。同様に、図の一部を取り出した図についても、発明の一態様
として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能である。
L2 配線
L3 配線
L4 配線
L5 配線
10 画素部
11 回路
12 回路
13 画素
14 副画素
14B 副画素
14G 副画素
14R 副画素
14W 副画素
15 走査線
15_m 導電膜
16 信号線
16_n 導電膜
17 容量線
17p 導電膜
21 トランジスタ
21_A トランジスタ
21_B トランジスタ
21B トランジスタ
21G トランジスタ
21R トランジスタ
21W トランジスタ
22 容量素子
22B 容量素子
22G 容量素子
22R 容量素子
22W 容量素子
23 液晶素子
23B 液晶素子
23G 液晶素子
23R 液晶素子
23W 液晶素子
25 容量線
31 トランジスタ
32 トランジスタ
33 容量素子
34 トランジスタ
35 発光素子
36 配線
37 配線
38 配線
41B 酸化物半導体膜
41G 酸化物半導体膜
41R 酸化物半導体膜
41W 酸化物半導体膜
43RB 金属酸化物膜
43GW 金属酸化物膜
45B 導電膜
45G 導電膜
45R 導電膜
45W 導電膜
47B 開口部
47G 開口部
47R 開口部
47W 開口部
49B 導電膜
49G 導電膜
49R 導電膜
49W 導電膜
50RB 開口部
50GW 開口部
53B カラーフィルタ
53G カラーフィルタ
53R カラーフィルタ
53W 透光性を有する層
55B 開口部
55G 開口部
55R 開口部
55W 開口部
60 基板
62 導電膜
64 絶縁膜
66 絶縁膜
67 酸化物半導体膜
68 酸化物半導体膜
68A 酸化物半導体膜
68B 酸化物半導体膜
68C 酸化物半導体膜
69 酸化物半導体膜
69A 酸化物半導体膜
69B 酸化物半導体膜
69C 酸化物半導体膜
70 金属酸化物膜
170 電子銃室
70F 金属酸化物膜
70G 金属酸化物膜
71 導電膜
172 光学系
72 導電膜
174 試料室
74 導電膜
176 光学系
76 導電膜
77 絶縁膜
178 カメラ
78 絶縁膜
79 絶縁膜
180 観察室
80 絶縁膜
81 絶縁膜
182 フィルム室
82 絶縁膜
83 絶縁膜
84 絶縁膜
184 電子
85 導電膜
86 導電膜
86_A 導電膜
86_B 導電膜
86_C 導電膜
88 配向膜
188 物質
90 基板
192 蛍光板
92 絶縁膜
94 導電膜
95 液晶層
96 配向膜
98 絶縁膜
100 表示装置
101 絶縁膜
101A 絶縁膜
101E 絶縁膜
110 絶縁膜
111 EL層
112 導電層
113 EL素子
114 絶縁膜
200 表示コントローラ
210 信号変換回路
220 データ信号演算回路
230 バックライトユニット
5000 筐体
5001 表示部
5002 表示部
5003 スピーカー
5004 LEDランプ
5005 操作キー
5006 接続端子
5007 センサ
5008 マイクロフォン
5009 スイッチ
5010 赤外線ポート
5011 記録媒体読込部
5012 支持部
5013 イヤホン
5014 アンテナ
5015 シャッターボタン
5016 受像部
5017 充電器
5018 支持台
5019 外部接続ポート
5020 ポインティングデバイス
5021 リーダ/ライタ
5022 筐体
5023 表示部
5024 リモコン装置
5025 スピーカー
5026 表示モジュール
5027 ユニットバス
5028 表示モジュール
5029 車体
5030 天井
5031 表示モジュール
5032 ヒンジ部
8000 表示モジュール
8001 上部カバー
8002 下部カバー
8003 FPC
8004 タッチパネル
8005 FPC
8006 表示パネル
8007 バックライトユニット
8008 光源
8009 フレーム
8010 プリント基板
8011 バッテリー
Claims (5)
- 信号線及び第1の走査線と電気的に接続された第1のトランジスタを有する第1の画素と、
前記信号線及び第2の走査線と電気的に接続された第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の画素は、
前記第1の走査線の上方の第1の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜の上方に設けられ、かつ、前記第1のトランジスタのチャネル形成領域を有する第1の酸化物半導体膜と、
前記第1の酸化物半導体膜の上方の酸化物絶縁膜と、
前記酸化物絶縁膜の上方の窒化物絶縁膜と、
前記窒化物絶縁膜の上方の、画素電極及び分離された有機絶縁膜と、
前記分離された有機絶縁膜の上方の配向膜と、
前記配向膜の上方の液晶層と、
前記窒化物絶縁膜の下方、かつ、前記第1の絶縁膜の上方に設けられた、金属酸化物膜及び配線と、を有し、
前記第1の酸化物半導体膜、前記画素電極、及び前記金属酸化物膜は、透光性を有し、
前記画素電極及び前記分離された有機絶縁膜の各々は、前記窒化物絶縁膜に接する領域を有し、
前記画素電極は、前記窒化物絶縁膜を介して前記金属酸化物膜と重なる領域を有し、かつ、容量素子の一方の電極としての機能を有し、
前記分離された有機絶縁膜は、前記第1の酸化物半導体膜と重なる領域を有し、かつ、前記第2のトランジスタが有する第2の酸化物半導体膜と重なる領域を有さず、
前記配向膜は、前記分離された有機絶縁膜に接する領域を有し、
前記金属酸化物膜は、コモン電極としての機能と、前記容量素子の他方の電極としての機能と、を有し、
前記配線は、前記金属酸化物膜に接する領域を有し、かつ、前記信号線と平行に延伸する領域、前記第1の走査線と重なる領域、及び前記第2の走査線と重なる領域を有する、液晶表示装置。 - 信号線及び第1の走査線と電気的に接続された第1のトランジスタを有する第1の画素と、
前記信号線及び第2の走査線と電気的に接続された第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の画素は、
前記第1の走査線の上方の第1の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜の上方に設けられ、かつ、前記第1のトランジスタのチャネル形成領域を有する第1の酸化物半導体膜と、
前記第1の酸化物半導体膜の上方の酸化物絶縁膜と、
前記酸化物絶縁膜の上方の窒化物絶縁膜と、
前記窒化物絶縁膜の上方の、画素電極及び分離された有機絶縁膜と、
前記分離された有機絶縁膜の上方の配向膜と、
前記配向膜の上方の液晶層と、
前記窒化物絶縁膜の下方、かつ、前記第1の絶縁膜の上方に設けられた、金属酸化物膜及び配線と、を有し、
前記第1の酸化物半導体膜、前記画素電極、及び前記金属酸化物膜は、透光性を有し、
前記画素電極及び前記分離された有機絶縁膜の各々は、前記窒化物絶縁膜に接する領域を有し、
前記画素電極は、前記窒化物絶縁膜を介して前記金属酸化物膜と重なる領域を有し、かつ、容量素子の一方の電極としての機能を有し、
前記分離された有機絶縁膜は、前記第1の酸化物半導体膜と重なる領域を有し、かつ、前記第2のトランジスタが有する第2の酸化物半導体膜と重なる領域を有さず、
前記配向膜は、前記分離された有機絶縁膜に接する領域を有し、
前記金属酸化物膜は、コモン電極としての機能と、前記容量素子の他方の電極としての機能と、を有し、
前記配線は、前記金属酸化物膜に接する領域を有し、かつ、前記信号線と平行に延伸する領域、前記第1の走査線と重なる領域、及び前記第2の走査線と重なる領域を有し、
前記配線は、前記信号線と同じ材料を有する、液晶表示装置。 - 信号線及び第1の走査線と電気的に接続された第1のトランジスタを有する第1の画素と、
前記信号線及び第2の走査線と電気的に接続された第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の画素は、
前記第1の走査線の上方の第1の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜の上方に設けられ、かつ、前記第1のトランジスタのチャネル形成領域を有する第1の酸化物半導体膜と、
前記第1の酸化物半導体膜の上方の酸化物絶縁膜と、
前記酸化物絶縁膜の上方の窒化物絶縁膜と、
前記窒化物絶縁膜の上方の、画素電極及び有機絶縁膜と、
前記有機絶縁膜の上方の配向膜と、
前記配向膜の上方の液晶層と、
前記窒化物絶縁膜の下方、かつ、前記第1の絶縁膜の上方に設けられた、金属酸化物膜及び配線と、を有し、
前記第1の酸化物半導体膜、前記画素電極、及び前記金属酸化物膜は、透光性を有し、
前記画素電極及び前記有機絶縁膜の各々は、前記窒化物絶縁膜に接する領域を有し、
前記画素電極は、前記窒化物絶縁膜を介して前記金属酸化物膜と重なる領域を有し、かつ、容量素子の一方の電極としての機能を有し、
前記有機絶縁膜は、前記第1の酸化物半導体膜と重なる領域を有し、かつ、前記第2のトランジスタが有する第2の酸化物半導体膜と重なる領域を有さず、
前記有機絶縁膜は、スペーサとしての機能を有し、
前記配向膜は、前記有機絶縁膜に接する領域を有し、
前記金属酸化物膜は、コモン電極としての機能と、前記容量素子の他方の電極としての機能と、を有し、
前記配線は、前記金属酸化物膜に接する領域を有し、かつ、前記信号線と平行に延伸する領域、前記第1の走査線と重なる領域、及び前記第2の走査線と重なる領域を有する、液晶表示装置。 - 信号線及び第1の走査線と電気的に接続された第1のトランジスタを有する第1の画素と、
前記信号線及び第2の走査線と電気的に接続された第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の画素は、
前記第1の走査線の上方の第1の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜の上方に設けられ、かつ、前記第1のトランジスタのチャネル形成領域を有する第1の酸化物半導体膜と、
前記第1の酸化物半導体膜の上方の酸化物絶縁膜と、
前記酸化物絶縁膜の上方の窒化物絶縁膜と、
前記窒化物絶縁膜の上方の、画素電極及び有機絶縁膜と、
前記有機絶縁膜の上方の配向膜と、
前記配向膜の上方の液晶層と、
前記窒化物絶縁膜の下方、かつ、前記第1の絶縁膜の上方に設けられた金属酸化物膜及び配線と、を有し、
前記第1の酸化物半導体膜、前記画素電極、及び前記金属酸化物膜は、透光性を有し、
前記画素電極及び前記有機絶縁膜の各々は、前記窒化物絶縁膜に接する領域を有し、
前記画素電極は、前記窒化物絶縁膜を介して前記金属酸化物膜と重なる領域を有し、かつ、容量素子の一方の電極としての機能を有し、
前記有機絶縁膜は、前記第1の酸化物半導体膜と重なる領域を有し、かつ、前記第2のトランジスタが有する第2の酸化物半導体膜と重なる領域を有さず、
前記有機絶縁膜は、スペーサとしての機能を有し、
前記配向膜は、前記有機絶縁膜に接する領域を有し、
前記金属酸化物膜は、コモン電極としての機能と、前記容量素子の他方の電極としての機能と、を有し、
前記配線は、前記金属酸化物膜に接する領域を有し、かつ、前記信号線と平行に延伸する領域、前記第1の走査線と重なる領域、及び前記第2の走査線と重なる領域を有し、
前記配線は、前記信号線と同じ材料を有する、液晶表示装置。 - 請求項1乃至4のいずれか一において、
前記第1の走査線と前記第1の絶縁膜との間に第2の絶縁膜を有し、
前記第1の絶縁膜及び前記前記第2の絶縁膜は、前記第1のトランジスタのゲート絶縁膜としての機能を有する、液晶表示装置。
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