JP6711657B2 - タッチパネル - Google Patents

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Description

本発明の一態様は、表示装置、タッチパネル、入力装置等の半導体装置に関する。なお、本明細書等において、半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指す。トランジスタなどの半導体素子をはじめ、半導体回路、表示装置、タッチパネル、入出力装置、撮像装置、発光装置、および電子機器は、半導体装置の一態様である。半導体回路や、表示装置、タッチパネル及び電子機器等の装置は、半導体装置を有している場合がある。
情報端末の大画面化、軽量化、および利便性のため、キーボードに代わる入力手段として、タッチセンサが搭載されている。このような情報端末としては、スマートフォン、ナビゲーションシステム、タブレット型情報端末、電子書籍端末などある。これらの情報端末では、表示部に重ねてタッチセンサを設けることから、情報端末が厚くなるという課題がある。
このような課題を解決するため、例えば、特許文献1では、画像表示のための駆動回路が作製されている基板と、座標検出素子が作製されている基板を対向することで、薄型化された表示装置が提供できるとされている。
特開2003−196023
本発明の一形態の課題は、軽量なタッチパネルを提供すること、または薄いタッチパネルを提供すること、または、新規な半導体装置を提供することである。
本発明の一形態は、第1基板、第2基板、液晶層、画素電極、コモン電極、及びタッチセンサを有するタッチパネルであって、第1基板と第2基板は互いに対向し、液晶層は第1基板と第2基板との間に設けられ、画素電極およびコモン電極は第1基板に設けられ、画素電極およびコモン電極と間の電界によって、液晶層の配向を制御することが可能とされ、タッチセンサは第2基板に設けられ、タッチセンサは、第1電極、2つの第2電極、第3電極、および第4電極を有し、第1電極と2つの第2電極とは第1導電膜から形成され、第3電極と第4電極とは第2導電膜から形成され、第1電極と2つの第2電極とは、複数の開口を有するメッシュ状の電極であり、第1電極は第1方向に延伸し、2つの第2電極は、第1電極を挟んで第2方向に沿って設けられ、2つの第2電極は第3電極によって電気的に接続され、第3電極は、第1電極と重なる領域を有し、第4電極は、液晶層を挟んで、画素電極およびコモン電極と対向するように設けられているタッチパネルである。
または、上記の形態において、第2導電膜は金属酸化物膜を有することができる。
または、上記の形態において、第2基板には、遮光層およびカラーフィルタが設けられてもよい。この場合、第1電極および2つの第2電極は、それぞれ、第1導電膜でなる部位が遮光層と重なり、かつ複数の開口がカラーフィルタと重なることができる。
本発明の一形態によって、軽量なタッチパネルを提供すること、または薄いタッチパネルを提供すること、新規な半導体装置を提供することが可能である。
タッチパネルモジュールの構成例を示す図。 タッチセンサの構成例を示す図。 タッチセンサの構成例を示す図。 タッチセンサ、カラーフィルタおよびブラックマトリクスのレイアウト例を説明する図。 タッチパネルモジュールの構成例を示す断面図。 タッチパネルモジュールの構成例を示す断面図。 タッチパネルモジュールの構成例を示す断面図。 タッチパネルモジュールの構成例を示す断面図。 タッチパネルモジュールの構成例を示す断面図。 タッチパネルモジュールの構成例を示す断面図。 トランジスタの構成例を示す上面図、及び断面図。 トランジスタの構成例を示す上面図、及び断面図。 トランジスタの構成例を示す上面図、及び断面図。 トランジスタの構成例を示す上面図、及び断面図。 トランジスタの構成例を示す上面図、及び断面図。 トランジスタの構成例を示す断面図。 タッチパネルモジュールを備えた表示モジュールの構成例を示す図。 電子機器の構成例を説明する図。
以下に、本発明の実施の形態を説明する。ただし、本発明の一形態は、以下の説明に限定されず、本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態およ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。したがって、本発明の一形態は、以下に示す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。
以下に示される複数の実施の形態は適宜組み合わせることが可能である。また1の実施の形態の中に、複数の構成例(作製方法例、動作方法例等も含む。)が示される場合は、互いに構成例を適宜組み合わせること、および他の実施の形態に記載された1または複数の構成例と適宜組み合わせることも可能である。
図面において、同一の要素または同様な機能を有する要素、同一の材質の要素、あるいは同時に形成される要素等には同一の符号を付す場合があり、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
なお、本明細書で説明する各図において、各構成の大きさ、層の厚さ、または領域は、明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。
なお、本明細書等における「第1」、「第2」等の序数詞は、構成要素の混同を避けるために付す場合があり、その場合は、数的に限定するものではない。
なお、「膜」という言葉と、「層」という言葉とは、互いに入れ替えることが可能である場合がある。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜」という用語に変更することや、「絶縁膜」という用語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能な場合がある。
〔実施の形態1〕
本実施の形態では、入力装置(タッチセンサ)の構成例、及び本発明の一態様の入力装置と表示装置(表示パネル)を備える入出力装置(タッチパネル)の構成例について説明する。
本明細書等において、タッチパネルは、表示面に画像等を表示(出力)する表示機能と、表示面に指やスタイラスなどの被検知体が触れる、または近接することを検知するタッチセンサの機能とを有する。したがって、タッチパネルは入出力装置の一態様である。
本明細書等では、タッチパネルの基板に、例えばFPC(Flexible Printed Circuit)もしくはTCP(Tape Carrier Package)などのコネクターが取り付けられたもの、または基板にCOG(Chip On Glass)方式によりIC(集積回路)が実装されたものを、タッチパネルモジュール、または単にタッチパネルと呼ぶ場合がある。
以下では、本発明の一態様のタッチセンサとして、静電容量方式のタッチセンサを適用した場合について説明する。静電容量方式には、表面型静電容量方式、投影型静電容量方式等がある。投影型静電容量方式には、主に駆動方式の違いから、自己容量方式、相互容量方式などがある。相互容量方式を用いると、同時多点検出が可能となるため好ましい。
静電容量方式のタッチセンサは、誘電体を挟む一対の導電層を備える。これらにより、容量が形成される。一対の導電層に被検知体が触れる、または近接することにより、一対の導電層間の容量の大きさが変化することを利用して、検知を行うことができる。一対の導電層は、それぞれ開口を有することが好ましい。複数の開口を有するメッシュ状の形状を有することがより好ましい。当該開口と、表示素子とが互いに重なるように配置する構成とすることが好ましい。こうすることで、表示素子からの光が当該開口を介して外部に射出されるため、一対の導電層は透光性を有する必要がなくなる。よって、一対の導電層の材料に、透光性導電性材料よりも低抵抗な金属や合金などの材料を選択することが可能となる。したがって、検出信号の遅延が低減され、タッチパネルの検出感度を高めることができる。また、タッチセンサの大型化が容易となるため、携帯型電子機器だけでなくテレビジョン等の大画面を持つ電子機器にも、タッチセンサを好適に適用することができる。
タッチセンサの一対の導電層がメッシュ状の形状を有する場合、一対の導電層は表示素子からの光の光路を避けて配置されることとなるので、原理的にモアレが生じないという効果を奏する。そのため、極めて表示品位の高いタッチパネルを実現することができる。ここでモアレとは、2以上の周期性を有するパターンを重ねたときに生じる干渉縞のことをいう。
タッチパネルの表示装置は、アクティブマトリクス型表示装置で構成することが好ましい。表示装置の表示素子としては、液晶素子、MEMS(Micro Electro Mechanical System)を利用した光学素子、有機EL(Electro Luminescence)素子や発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)等の発光素子、電気泳動素子など、様々な表示素子を用いることができる。
タッチパネルの表示装置には、液晶素子を用いた反射型の液晶表示装置を適用することが好ましい。反射型の液晶表示装置を用いることで、透過型の液晶表示装置に比べて消費電力を著しく低減させることが可能となる。
さらに、タッチセンサを構成する一対の導電層を、タッチパネルが有する一対の基板の内側に配置することが好ましい。この時特に、タッチセンサを構成する導電層として複数の開口を有する形状とすることが好ましい。このような導電層はその表面積を低減することができる。そのため例えば開口を有さない透光性を有する導電膜を用いた場合に比べて、表示素子を駆動させる際の電気的なノイズがタッチセンサを構成する導電層へ伝わりにくい構成とすることができる。すなわち、一対の基板の間に表示素子とタッチセンサを構成する導電層の両方を挟持しても、高い検知感度を実現することができる。その結果、薄さと、高い検知感度が両立されたタッチパネルを実現することができる。
タッチセンサを構成する一対の導電層が設けられる基板に、定電位を供給可能な導電層を設けてもよい。このような導電層は、シールド層として機能させることができる。具体的には、当該導電層により、表示素子を駆動する回路からのノイズがタッチセンサに伝わることを防ぐことができる。当該導電層により、タッチセンサを駆動した時のノイズが、表示素子や表示素子を駆動する回路などに伝わることを防ぐこともできる。そのため、例えば表示素子を駆動するタイミングと、タッチセンサを駆動するタイミングとをずらすことによりノイズの影響を抑制するなどといった対策を講じることなく、表示パネルとタッチセンサとを両方とも駆動させることや、これらを独立して駆動することなどが可能となる。したがって、例えば表示素子の駆動周波数(フレームレートともいう)を高めることで滑らかな動画表示を行うことができる。また例えばタッチセンサの駆動周波数を高くすることで、検出精度を上げることが可能となる。表示素子の駆動周波数と、タッチセンサの駆動周波数とをそれぞれ個別に自由に設定することができる。例えば、状況によりいずれか一方、または両方の駆動周波数を低く設定する期間を設けることで、消費電力の低減を図ることも可能となる。
[タッチパネルモジュールの構成例]
図1(A)は、本発明の一態様のタッチパネルモジュール10の斜視概略図である。図1(B)は、タッチパネルモジュール10の分解斜視概略図である。タッチパネルモジュール10は、基板31と基板21とが貼り合わされた構成を有する。タッチセンサ22は、基板21側に設けられている。基板31には、表示パネルを構成する回路が設けられている。
基板21には、配線29、FPC41が設けられている。基板21の基板31と対向する側の面に、タッチセンサ22が設けられている。タッチセンサ22は、電極23―25等を有する。配線29はこれら電極とFPC41とを電気的に接続する。FPC41によって、タッチセンサ22に外部信号や電力が供給され、タッチセンサ22で生成された信号が外部に出力される。なお、FPC41を備えない形態も、タッチパネルモジュール、またはタッチパネルと呼ぶ場合がある。
タッチセンサ22が形成された基板21は、単体でタッチセンサ基板、またはタッチパネルモジュールとして機能することができる。そのため、例えば、このような基板を、表示パネルの表示面側に貼り付けることで、タッチパネルを形成することもできる。
タッチセンサ22は、複数の電極23、複数の電極24、及び複数の電極25を有する。電極23は、一方向に延伸した形状を有する。複数の電極23は延伸方向と交差する方向に沿って配置されている。ここでは、複数の電極23の延伸方向を「Y方向」と呼び、Y方向と交差する方向(複数の電極23の配置方向)を「X方向」と呼ぶこととする。複数の電極24は、隣接する2つの電極23の間に位置するように設けられている。電極25は、X方向で隣接する2つの電極24を電気的に接続する。したがって、電極25によって電気的に接続されている複数の電極24はX方向に延伸された1の導電層を構成する。電極23と電極25とは互いに重なる領域を有する。電極23と電極25との間には絶縁層が設けられている。
隣接する電極23と電極24との間には容量が形成されている。例えば、投影型静電容量方式の方法を用いる場合には、電極23と電極24のうち一方を送信側の電極として、他方を受信側の電極として用いることができる。
なお、電極23、電極24、電極25に用いることができる材料は、抵抗率が低いものが望ましい。例えば、銀、銅、アルミニウムなどの金属を用いることができる。非常に細い(例えば、直径が数ナノメール)多数の導電体を用いて構成されるような金属ナノワイヤを用いてもよい。一例としては、Agナノワイヤ、Cuナノワイヤ、Alナノワイヤなどを用いてもよい。Agナノワイヤの場合、例えば光透過率は89%以上、シート抵抗値は40Ω/□以上100Ω/□以下を実現することができる。タッチパネルモジュール10を構成する配線や電極をこれらの材料で形成することができる。なお、このような金属ナノワイヤは透過率が高いため、表示素子に用いる電極、例えば、画素電極や共通電極に、当該金属ナノワイヤを用いてもよい。
基板31上には、表示部32、回路34、および配線35が設けられている。配線35はFPC42と電気的に接続されている。FPC42、および配線35を介して、表示部32および回路34に外部から信号および電力が供給される。表示部32には、複数の画素33がマトリックス状に配置されている。
表示部32でカラー表示を行う場合、画素33は、異なる色を表示する複数の副画素を含む。例えば、画素33は、異なる色を表示する3の副画素(33R、33G、33B)から構成することができる。副画素33R、副画素33G、副画素33Bの表示色は、それぞれ、赤、緑、青である。
回路34は、表示部32と同一工程で基板31に作製される。回路34としては、例えばゲート駆動回路を基板31に設ければよい。また、ソース駆動回路も基板31に設けてもよい。表示部32を駆動するための一部の回路をICチップに組み込み、このICチップをCOG方式により基板31に実装してもよいし、ICチップが実装されたFPC、TAB、またはTCP等を基板31に取り付けることもできる。
基板21、31には、平坦面を有する材料を用いることができる。表示素子からの光を取り出す側の基板には、該光を透過する材料を用いる。例えば、ガラス、石英、セラミック、サファイヤ、有機樹脂などの材料を用いることができる。ガラスとしては、例えば、無アルカリガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス等を用いることができる。可撓性及び可視光に対する透過性を有する材料としては、例えば、可撓性を有する程度の厚さのガラスや、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)等のポリエステル樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリカーボネート(PC)樹脂、ポリエーテルスルホン(PES)樹脂、ポリアミド樹脂、シクロオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂等が挙げられる。特に、熱膨張係数の低い材料を用いることが好ましく、例えば、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、PET等を好適に用いることができる。また、ガラス繊維に有機樹脂を含浸した基板や、無機フィラーを有機樹脂に混ぜて熱膨張係数を下げた基板を使用することもできる。このような材料を用いた基板は、重量が軽いため、該基板を用いたタッチパネルも軽量にすることができる。
薄い基板を用いることで、タッチパネルの軽量化、薄型化を図ることができる。さらに、可撓性を有する程度の厚さの基板を用いることで、可撓性を有するタッチパネルを実現できる。
また、発光を取り出さない側の基板は、透光性を有していなくてもよいため、上記に挙げた基板の他に、金属材料や合金材料を用いた金属基板、セラミック基板、または半導体基板等を用いることもできる。金属材料や合金材料は熱伝導性が高く、封止基板全体に熱を容易に伝導できるため、タッチパネルの局所的な温度上昇を抑制することができ、好ましい。可撓性や曲げ性を得るためには、金属基板の厚さは、10μm以上200μm以下が好ましく、20μm以上50μm以下であることがより好ましい。金属基板を構成する材料としては、特に限定はないが、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、又はアルミニウム合金もしくはステンレス等の金属の合金などを好適に用いることができる。
また、導電性の基板の表面を酸化する、又は表面に絶縁膜を形成するなどにより、絶縁処理が施された基板を用いてもよい。例えば、スピンコート法やディップ法などの塗布法、電着法、蒸着法、又はスパッタリング法などを用いて絶縁膜を形成してもよいし、酸素雰囲気で放置する又は加熱するほか、陽極酸化法などによって、基板の表面に酸化膜を形成してもよい。
可撓性を有する基板としては、上記材料を用いた層が、タッチパネルの表面を傷などから保護するハードコート層(例えば、窒化シリコン層など)や、押圧を分散可能な材質の層(例えば、アラミド樹脂層など)等と積層されて構成されていてもよい。また、水分等による表示素子の寿命の低下等を抑制するために、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜等の窒素と珪素を含む膜や、窒化アルミニウム膜等の窒素とアルミニウムを含む膜等の透水性の低い絶縁膜を有していてもよい。
基板は、複数の層を積層して用いることもできる。特に、ガラス層を有する構成とすると、水や酸素に対するバリア性を向上させ、信頼性の高いタッチパネルとすることができる。
例えば、ガラス層、接着層、及び有機樹脂層の順に積層した基板を用いることができる。当該ガラス層の厚さは、20μm以上200μm以下、好ましくは25μm以上100μm以下とする。このような厚さのガラス層は、水や酸素に対する高いバリア性と可撓性を同時に実現できる。また、有機樹脂層の厚さは、10μm以上200μm以下、好ましくは20μm以上50μm以下とする。このような有機樹脂層を設けることにより、ガラス層の割れやクラックを抑制し、機械的強度を向上させることができる。このようなガラス材料と有機樹脂の複合材料を基板に適用することにより、極めて信頼性が高いフレキシブルなタッチパネルモジュール10とすることができる。
タッチパネルモジュール10の導電層に用いる材料としては、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル、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などの金属、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ことができる。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、チタン膜上にアルミニウム膜を積層する二層構造、タングステン膜上にアルミニウム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、チタン膜上に銅膜を積層する二層構造、タングステン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。また、マンガンを含む銅を用いると、エッチングによる形状の制御性が高まるため好ましい。
また、透光性を有する導電性材料としては、酸化インジウム、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛などの導電性酸化物またはグラフェンを用いることができる。または、金、銀、白金、マグネシウム、ニッケル、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、パラジウム、またはチタンなどの金属材料や、該金属材料を含む合金材料を用いることができる。または、該金属材料の窒化物(例えば、窒化チタン)などを用いてもよい。なお、金属材料、合金材料(またはそれらの窒化物)を用いる場合には、透光性を有する程度に薄くすればよい。また、上記材料の積層膜を導電層として用いることができる。例えば、銀とマグネシウムの合金とインジウムスズ酸化物の積層膜などを用いると、導電性を高めることができるため好ましい。
タッチパネルモジュール10に用いられる絶縁材料としては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シロキサン結合を有する樹脂などの樹脂材料、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウムなどの無機絶縁材料を用いることができる。
表示パネルを液晶パネルとする場合、様々なモードの液晶パネルを適用することができる。液晶パネルには、例えばVA(Vertical Alignment)モード、TN(Twisted Nematic)モード、IPS(In−Plane−Switching)モード、FFS(Fringe Field Switching)モード、ASM(Axially Symmetric aligned Micro−cell)モード、OCB(Optically Compensated Birefringence)モード、FLC(Ferroelectric Liquid Crystal)モード、AFLC(AntiFerroelectric Liquid Crystal)モード等が適用された液晶素子を用いることができる。
また、タッチパネルモジュール10にノーマリーブラック型の液晶表示装置、例えば垂直配向(VA)モードを採用した透過型の液晶表示装置を適用してもよい。垂直配向モードとしては、MVA(Multi−Domain Vertical Alignment)モード、PVA(Patterned Vertical Alignment)モード、ASVモードなどを用いることができる。
液晶素子は、液晶の光学的変調作用によって光の透過または非透過を制御する素子である。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。液晶素子に用いる液晶としては、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶(PDLC:Polymer Dispersed Liquid Crystal)、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等を用いることができる。これらの液晶材料は、条件により、コレステリック相、スメクチック相、キュービック相、カイラルネマチック相、等方相等を示す。
また、液晶材料としては、ポジ型の液晶、またはネガ型の液晶のいずれを用いてもよく、適用するモードや設計に応じて最適な液晶材料を用いればよい。
また、横電界モードを採用する場合、配向膜を用いないブルー相を示す液晶を用いてもよい。ブルー相は液晶相の一つであり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を改善するために数重量%以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を液晶層に用いる。ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が短く、光学的等方性である。また、ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。また配向膜を設けなくてもよいのでラビング処理も不要となるため、ラビング処理によって引き起こされる静電破壊を防止することができ、作製工程中の液晶表示装置の不良や破損を軽減することができる。
図2(A)、図2(B)はタッチセンサの構成例を説明するための平面図である。図2(A)には、電極23と電極24のレイアウト例を示す。図2(B)は、電極23と電極25との交差部分を模式的に示した図である。
電極23と電極24は、基板21の同じ絶縁表面上に設けられている。電極23、電極24は同一の工程で形成される。絶縁表面上に導電膜161を形成し、導電膜161を加工することで、これらが形成される。
電極23は、タッチセンサ22のY方向電極として機能する。電極23は、複数の電極23AがY方向に並んだ構造を有する。電極23Aは、四角形状であり、格子状に配置された複数の配線23aでなる。電極24は電極23Aと同様の構造であり、格子状に配置された複数の配線24aで構成されている。タッチセンサ22のX方向電極は、複数の電極25によって接続された複数の電極24aで構成されることとなる。
電極23および電極24は四角形のメッシュ電極(網目状電極)と呼ぶことができる。電極23、電極24をこのような構造とすることで、タッチセンサ22を介して、表示部32で表示される画像を見ることが可能である。よって、電極23、電極24は光の透過性を持たなくてもよいため、導電膜161には、金属、合金、金属化合物などの抵抗率が低い導電体膜を適用することができる。
配線23a、配線24aの幅は50nm以上100μm以下とすることができる。これらの幅は、1μm以上50μm以下が好ましく、1μm以上20μm以下がより好ましい。このように、配線23a、配線24aの幅を小さくすることで、表示部32の画素33の間隔を狭めることが可能となるため、表示部32の開口率が向上される。よって、高精細な表示部32を実現できる。電極23の開口率(単位面積当たりの電極23の開口面積の割合)は20%以上100%未満とすることができる。開口率は、30%以上100%未満が好ましく、50%以上100%未満がより好ましい。電極24も同様である。
電極23、24を覆って絶縁層27が設けられている。絶縁層27上に、電極25、および電極26が形成される。電極25と電極26とは同一の工程で形成される。絶縁層27上の導電膜162を形成し、導電膜162を部分的に除去し、複数の開口162aを設けることで、1の電極26に対して、複数の電極25が形成される。
電極25と電極26は画素33の表示領域と重なるため、導電膜162は透光性を有する膜とする。よって、導電膜162は、酸化インジウム、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛などの導電性金属酸化物で形成することができる。また、In−Zn−Ga酸化物等の酸化物半導体と呼ばれている金属酸化物を低抵抗化することで、導電膜162に用いることができる。
導電膜162に用いることができる金属酸化物は、酸素欠損及び/又は膜中の水素、水等の不純物濃度によって、抵抗率を制御することができる材料である。このような金属酸化物には、例えば、In−M−Zn酸化物(MはAl、Ti、Ga、Ge、Y、Zr、Sn、La、CeまたはHf等の金属)がある。金属酸化物の酸素欠損及び/又は不純物濃度が増加する処理を行うことで、金属酸化物の抵抗率を低くすることができる。例えば、導電膜162を金属酸化物から形成する場合、導電膜162の水素濃度は、8×1019atoms/cm以上、好ましくは1×1020atoms/cm以上、より好ましくは5×1020atoms/cm以上である。
イオン注入法、イオンドーピング法、プラズマイマージョンイオンインプランテーション法などを用いて、水素、ボロン、リン、または窒素を金属酸化物に注入することで、金属酸化物の低抵抗化が可能である。
また、水素を放出することが可能な絶縁膜(代表的には窒化シリコン膜)を金属酸化物膜に接して形成し、加熱処理によって、低抵抗な金属酸化物膜を形成することができる。これは、絶縁膜から金属酸化物膜に水素を供給することができるからである。水素を放出することが可能な絶縁膜は、膜中の含有水素濃度が1×1022atoms/cm以上であると好ましい。このような絶縁膜を金属酸化物膜に接して形成することで、金属酸化物膜に効果的に水素を含有させることができる。
金属酸化物膜に含まれる水素は、金属原子と結合する酸素と反応して水になると共に、酸素が脱離した格子(または酸素が脱離した部分)に酸素欠損を形成する。該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場合がある。また、水素の一部が金属原子と結合する酸素と結合することで、キャリアである電子を生成する場合がある。したがって、水素が含まれている絶縁膜と接して設けられた金属酸化物膜は、水素が含まれている絶縁膜と接していない金属酸化物膜よりもキャリア密度を高くすることができる。
また、プラズマ処理によって金属酸化物膜を低抵抗化することができる。例えば、プラズマ処理としては、希ガス(He、Ne、Ar、Kr、Xe)、水素、及び窒素の中から選ばれた一種以上を含むガスを用いたプラズマ処理が挙げられる。より具体的には、Ar雰囲気下でのプラズマ処理、Arと水素の混合ガス雰囲気下でのプラズマ処理、アンモニア雰囲気下でのプラズマ処理、Arとアンモニアの混合ガス雰囲気下でのプラズマ処理、または窒素雰囲気下でのプラズマ処理などが挙げられる。
上記プラズマ処理によって、金属酸化物膜は、酸素が脱離した格子(または酸素が脱離した部分)に酸素欠損を形成する。該酸素欠損は、キャリアを発生する要因になる場合がある。また、金属酸化物膜の近傍、より具体的には、金属酸化物膜の下側または上側に接する絶縁膜から水素が供給されると、上記酸素欠損と水素が結合することで、キャリアである電子を生成する場合がある。
絶縁層27には、電極24と電極25とを接続するための開口27aが設けられている。一対の開口27aにおいて、電極25は隣接する2つの電極24を電気的に接続する。電極26は、表示パネルの対向基板側のコモン電極として機能させることができる。
図2(B)の例では、各電極24において、1の配線24aに隣接する1の電極24との接続部を設けているが、複数の配線24aに、隣接する電極24との接続部を設けてもよい。図3に3の配線24aに接続部を設けた例を示す。図3の例では、2の中継配線24bおよび3の電極25によって、2の電極24間が接続されている。中継配線24bは、電極23、24と同じ工程で作製される。
基板21には、カラーフィルタおよびブラックマトリクスが設けられている。ブラックマトリクスは遮光層の一種であり、副画素の混色を防ぐために設けられる。図4を参照して、電極24、カラーフィルタ、およびブラックマトリクス(BM)のレイアウトについて説明する。なお、電極23のレイアウトも電極24と同様である。図4(A)は、電極24とブラックマトリクスとのレイアウト例を示す模式図であり、図4(B)は、ブラックマトリクスとカラーフィルタのレイアウト例を示す模式図である。図4(A)、図4(B)には、4の配線24aによって形成される格子部分を示している。
BM160の形状も、電極24と同様に格子状である。4の配線24aで囲まれる領域内に、2行2列に画素33が設けられる。画素33は3の副画素で構成されている。画素33の開口率を低下させないようにするため電極24の各配線24aはBM160と重なるように設けられている。BM160の開口部に、層CR、層CG、層CBが設けられている。CR層、CG層、CB層はカラーフィルタを構成する着色層である。CR層、CG層、CB層は、赤色、緑色、青色の着色層である。
なお、電極24、BM160、カラーフィルタの積層順序は適宜設定することができる。例えば、基板21側から、BM160、カラーフィルタ、電極24の順に積層することができる。あるいは、BM160、電極24、カラーフィルタの順に積層することができる。
ここでは、画素33が有する3つの副画素の面積(BM160の開口部の面積)は、同じにしているが、副画素の面積を異ならせてもよい。例えば青色は視感度が比較的低いため、層CBの面積を最も広くしてもよい。あるいは、赤や緑は視感度が比較的高いため、層CRまたは層CGの面積を小さくすることもできる。
また、画素33を構成する副画素の数は3に限定されない。例えば、4の副画素とすることができる。この場合、RGBを表示する3つの副画素に、白または黄を表示する副画素を追加することができる。
以下に、図5―図10を参照して、タッチパネルモジュール10の幾つかのデバイス構造について説明する。ここでは、タッチパネルモジュール10の表示パネルが、FFS(Fringe Field Switching)モードの液晶パネルである例を示している。
<構成例1>
図5は、タッチパネルモジュール10の断面構造の概略図である。ここでは、図5に示すタッチパネルモジュール10を「タッチパネルモジュール10―1」と呼ぶこととする。
図5には、FPC42を含む領域、回路34を含む領域、表示部32およびタッチセンサ22を含む領域、FPC41を含む領域などの断面構造を示している。また、図5には、タッチセンサ22の部位22A、22Bの断面構造を示している。部位22Aは、2の電極24が電極25で接続されている部位であり、部位22Bは、電極24の開口部である。
画素33は、3の副画素(33R、33G、33B)から構成されているとする。図5には、副画素33Rの断面構造を示している。副画素33Rは、トランジスタQ1、容量素子C1、液晶素子LC1、および層CRを有する。副画素33G、33Bも同様である。
基板21と、基板31とは、接着層141によって貼り合わされている。基板21、基板31、及び接着層141に囲まれた領域に、液晶層150が封止されている。なお、基板21、基板31に液晶層150の配向を制御するための配向膜が設けられていてもよい。
ここでは、回路34が液晶層150と重なる領域を有しているが、回路34が液晶層150と重ならないように接着層141を設けることもできる。接着層141としては、熱硬化樹脂や光硬化樹脂、2液混合型の硬化性樹脂などの硬化性樹脂を用いることができる。例えば、アクリル樹脂、ポリウレタン、エポキシ樹脂、またはシロキサン結合を有する樹脂などの樹脂を用いることができる。
基板31上には、絶縁層210−215等の絶縁層、導電層151、152、220―222等の導電層、半導体層155が設けられている。ここでは、同一の導電膜を加工して得られる複数の導電層に同じ符号を付して説明する場合がある。また、各導電層を構成する導電膜は単層、または2層であってもよい。これは、絶縁層や半導体層についても同様である。
絶縁層210上にトランジスタQ1−Q3等のトランジスタが設けられている。トランジスタQ1は液晶素子LC1を駆動するためのスイッチングトランジスタである。トランジスタQ1はnチャネル型トランジスタである。トランジスタQ2、Q3は回路34を構成するトランジスタである。トランジスタQ2はnチャネル型トランジスタであり、トランジスタQ3はpチャネル型である。ここでは、トランジスタQ2とトランジスタQ3は直列に電気的に接続され、インバータを構成している。
導電層220―222は、液晶パネルを構成する回路の電極や配線等を構成する。例えば、トランジスタQ1−Q3のゲート電極は、導電層220と導電層221との積層で構成される。これらのソース電極およびドレイン電極は導電層222で構成される。
トランジスタQ1―Q3の半導体層155は、半導体膜から形成される。この半導体膜の結晶性は、非晶質、微結晶、多結晶または単結晶である。また、半導体層155の半導体材料は、特に制約はなく、例えば、第14族の元素でなる半導体材料(シリコン、ゲルマニウム、炭化シリコン、Si−Ge)、化合物半導体、金属酸化物(酸化物半導体)等が挙げられる。
例えば、非晶質シリコンを成膜し、これを結晶化した多結晶シリコン膜から半導体層155を形成することができる。非晶質シリコン膜の結晶化方法には、波長400nm以下のレーザを照射するレーザ結晶化法、赤外光によるランプアニール結晶化法、400℃乃至600℃の熱処理による固相成長法、950℃程度の高温アニール結晶化などがある。固相成長法では、非晶質シリコン膜に、ニッケル等の触媒元素を添加した後、加熱処理を行う方法がある。また、複数の結晶化方法を用いて、非晶質シリコン膜を結晶化してもよい。例えば、ニッケル等の触媒元素を添加して、熱処理によって固相成長させて多結晶シリコン膜を得る。しかる後、多結晶シリコン膜中の欠陥を低減するため、レーザ光をこの多結晶シリコン膜に照射する。
また、単結晶(または多結晶)シリコンウェハに水素イオン等を注入して表層部を剥離して得られた単結晶(または多結晶)シリコン膜から、半導体層155を形成することもできる。
トランジスタQ2の半導体層155には、1のチャネル形成領域180、2の低濃度不純物領域181、および2の高濃度不純物領域182が形成されている。低濃度不純物領域181、および高濃度不純物領域182はn型の領域であり、ボロン(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)等が添加されている。低濃度不純物領域181はLDD(Lightly Doped Drain)領域とも呼ばれる。高濃度不純物領域182は、ソース領域、またはドレイン領域の機能を持つ。
トランジスタQ3の半導体層155はLDD領域を持たない。半導体層155には、1のチャネル形成領域190、2の高濃度不純物領域192が形成されている。高濃度不純物領域192はp型の領域であり、リン(P)、ヒ素(As)等が添加されている。高濃度不純物領域192はソース領域またはドレイン領域として機能する。
トランジスタQ1は、1の半導体層に複数のチャネル形成領域を備えるマルチチャネル構造のトランジスタである。ゲート電極に対応して、半導体層155には、2のチャネル形成領域180、4の低濃度不純物領域181、3の高濃度不純物領域182が形成されている。マルチチャネル構造とすることで、トランジスタQ1のオフ状態でのリーク電流を低減することができる。
基板31の端部には、導電層222および導電層151により、端子243が構成されている。端子243は、導電層242によって、FPC42と電気的に接続されている。
画素電極PIX(以下「電極PIX」と呼ぶ。)は、副画素ごとに設けられており、それぞれ、トランジスタQ1と電気的に接続されている。電極PIXは、櫛歯状の上面形状、またはスリットが設けられた平面形状を有する。電極PIXは導電層151で形成されている。導電層151は可視光を透過する材料で形成される。
電極COMは、表示部32で1の導電層152から形成されている。また、電極COMも電極PIXと副画素ごとに分割してもよい。この場合、列方向(または行方向)に配線を設け、同じ列(または行)の電極COMをこの配線と電気的に接続するようにしてもよい。また、電極COMも電極PIXと同様、櫛歯状の部位、または、スリットが設けられた部位を有するようにしてもよい。
電極PIX、COM、液晶層150により、液晶素子LC1が構成されている。電極PIXにおいて、絶縁層215を介して電極COMと重なっている部位が容量素子C1を構成する。可視光を反射する材料で導電層152を形成することで、反射型の液晶パネルが得られ、可視光を透過する材料で導電層152を形成することで、透過型の液晶パネルが得られる。
基板21には、タッチセンサ22、カラーフィルタおよびBM160、スペーサ185等が設けられている。基板21に、指またはスタイラスなどの検知体が直接触れる基板を取り付けてもよい。なお、タッチセンサ22が形成された基板21は、単体でタッチセンサ基板、またはタッチパネルモジュールとして用いることもできる。例えば、このような基板を、表示パネルの表示面側に貼り付けることで、タッチパネルを形成することもできる。本実施の形態では、液晶パネルを構成する対向基板(基板21)に、タッチセンサ22を設けているので、薄膜化および軽量化されたタッチパネルモジュール10―1を提供することが可能である。
図5の例では、カラーフィルタとBM160とは同じ層内に設けられている。ここでは、BM160を形成する部分には、カラーフィルタを構成する少なくとも2色の着色層が積層される。ここでは、層CRと層CBとが積層される。カラーフィルタを形成する部位には、副画素の表示色に合わせて層CR、層CB、層CGの何れか1層が設けられる。なお、図4Bの構成例と同様に、部位22Bでもカラーフィルタが存在せず、BM160が設けられている領域がある。
ここでは、層CRが設けられている。カラーフィルタとBM160とをこのような構成とすることで、製造に用いる材料の種類を少なくすることができる。なお、BM160を金属層や、カーボンブラックを含む着色層で形成することも可能である。これらの層は導電性を持つため、タッチセンサ22の動作に影響を与えてしまう。そのため、本実施の形態のように、導電性を持たない層(例えば、カラーフィルタ用の着色層)でBM160を設けることは、タッチセンサ22の検出感度の向上につながり、好ましい。
層CR、層CB、層CGを覆って絶縁層121が設けられている。絶縁層121上に電極23、24が設けられている。電極23、24を覆って絶縁層122が設けられている。絶縁層122は、図2(B)に示す絶縁層27に相当する。絶縁層122上に、電極25、26が設けられている。電極25、26を覆って絶縁層130、123が設けられている。絶縁層123上にスペーサ185が設けられている。
絶縁層121は、層CR、層CB、層CGに含まれる顔料などの不純物が液晶層150に拡散することを防ぐオーバーコートの機能を有する。絶縁層122、123は平坦化膜の機能を有する。絶縁層121―123はアクリル樹脂などの樹脂材料で形成される。ここでは、低抵抗化した金属酸化物膜を加工することとで、電極25、26を形成している。絶縁層130は金属酸化物膜を低抵抗化するために設けられており、絶縁層130は例えば、水素を放出することが可能な窒化シリコン層である。
電極26には適切な定電位が与えられる。例えば、電極26と電極COMを等電位とすればよい。これにより、液晶層150に形成される電界のうち、基板21の表面に対して垂直方向(縦方向)の成分が低減されるため、液晶層150の配向の欠陥が抑制できる。また、反転駆動によって液晶素子LC1に生じる残留DC(直流)電圧を低減できるため、フリッカの抑制につながる。よって、タッチパネルモジュール10―1の表示品位を向上することができる。また、電極26を、タッチセンサ22で発生したノイズから表示部32を遮蔽する遮蔽層として機能させることができる。また、表示部32で発生したノイズから、タッチセンサ22を遮蔽する遮蔽層として機能させることができる。また、タッチパネルモジュール10―1の検出感度を向上させることができる。
基板21の端部には、配線29が形成されている。配線29は、電極28、導電層241によって、FPC41と電気的に接続されている。配線29は、電極23、24と同じ工程で作製される。電極28は、電極25、26と同じ工程で作製される。導電層241には、異方性導電フィルム(ACF:Anisotropic Conductive Film)や、異方性導電ペースト(ACP:Anisotropic Conductive Paste)などを用いることができる。導電層242も同様である。
以下に、タッチパネルモジュール10の他の構成例を示す。これらの構成例では、BM160とカラーフィルタが異なる層に形成されている。
<構成例2>
図6に示すタッチパネルモジュール10−2では、電極23、24を形成した後、カラーフィルタを設けている。絶縁層121、電極23、24を覆って、絶縁層131が設けられている。絶縁層131上にカラーフィルタを構成する着色層が設けられる。副画素の表示色に合わせて層CR、層CB、層CGの何れか1層が設けられる。カラーフィルタを覆って絶縁層122が形成される。絶縁層122上に電極25、26が設けられている。なお、絶縁層131は設けずに、電極23、24上にカラーフィルタを設けてもよい。
<構成例3>
図7に示すタッチパネルモジュール10−3では、電極25、26の上方にカラーフィルタが設けられている。具体的には、絶縁層123上にカラーフィルタを構成する着色層が設けられている。副画素の表示色に合わせて、部位22Bの絶縁層122上に層CR、層CB、層CGの何れか1層が設けられる。カラーフィルタを覆って絶縁層124が形成されている。
<構成例4>
図8に示すタッチパネルモジュール10−4は、タッチパネルモジュール10−3の変形例であり、絶縁層130上にカラーフィルタを構成する着色層が設けられている。副画素の表示色に合わせて、絶縁層130上に層CR、層CB、層CGの何れか1層が設けられる。カラーフィルタ、電極25、26を覆って、絶縁層123が設けられている。なお、部位22Bにでもカラーフィルタが存在しない領域がある。
<構成例5>
図9に示すタッチパネルモジュール10−5では、電極25、26の形成前にカラーフィルタが形成される。絶縁層122上にカラーフィルタが設けられている。副画素の表示色に合わせて、絶縁層122上に層CR、層CB、層CGの何れか1層が設けられる。部位22Aには、絶縁層122上に、電極25が設けられている。部位22Bには、層CR上に電極26が設けられている。なお、部位22Bのカラーフィルタが存在しない領域では、電極26は絶縁層122上面と接することとなる。
<構成例6>
図10に示すタッチパネルモジュール10−6は、タッチパネルモジュール10−5と同様に、電極25、26の形成前にカラーフィルタが形成される。タッチパネルモジュール10−6では、絶縁層123の形成後に、電極25、26を形成している点で、タッチパネルモジュール10−5と異なる。電極25が設けられる部位の絶縁層123は除去される。つまり、電極25は絶縁層123の開口の内の絶縁層122上に設けられ、電極26は絶縁層123上に設けられる。
なお、上記の構成例1−6において、電極25、26を上掲したインジウム錫酸化物、亜鉛酸化物などの導電性酸化物で形成する場合は、絶縁層130は形成しなくてもよい。
〔実施の形態2〕
本実施の形態では、タッチパネルモジュール10に適用可能なトランジスタについて説明する。
図11−図16を参照して、薄膜の多結晶シリコン(ポリシリコン)膜を用いたnチャネル型のトランジスタの構成例を示す。
図11(A)はトランジスタ70Aの上面図である。図11(B)は図11(A)のL1−L2線による断面図であり、図11(C)は図11(A)のW1−W2線による断面図である。なお、図11(B)は、チャネル長L方向のトランジスタ70Aの断面図であり、図11(C)では、チャネル幅W方向のトランジスタ70Aの断面図である。
トランジスタ70Aは、絶縁表面を有する基板72上に、ゲートとして機能する導電層73と、導電層73上の絶縁層74と、絶縁層74を間に介して導電層73と重畳する半導体層75と、半導体層75上の絶縁層76と、絶縁層76を間に介して半導体層75と重畳し、なおかつゲートとして機能する導電層77と、導電層77上の絶縁層78と、絶縁層78上の絶縁層79と、絶縁層78および絶縁層79に設けられた開口において半導体層75に電気的に接続され、なおかつソース電極またはドレイン電極として機能する導電層80および導電層81とを有する。
また、半導体層75は、導電層77と重畳する位置にチャネル形成領域82と、チャネル形成領域82を間に挟むように位置する一対のLDD領域83と、チャネル形成領域82、LDD領域83を間に挟むように位置する一対の不純物領域84とを有する。一対の不純物領域84はソース領域またはドレイン領域として機能する。また、LDD領域83、および不純物領域84には、n型の導電性を付与する不純物元素、例えば、リン(P)、ヒ素(As)等が添加されている。
トランジスタ70Aは、第1の導電層(導電層73)上に第1の絶縁層(絶縁層74)を有し、第1の絶縁層(絶縁層74)上にチャネル形成領域82を有する半導体層75を有し、半導体層75上に第2の絶縁層(絶縁層76)を有し、第2の絶縁層(絶縁層76)上に第2の導電層(導電層77)を有し、第2の導電層(導電層77)は、第2の絶縁層(絶縁層76)を介して半導体層75の側面を覆い、半導体層75は、チャネル幅方向の断面において、第1の導電層(導電層73)と第2の導電層(導電層77)とで囲まれた構造、即ちS−channel構造を有する。
S−channel構造とすることで、電流は半導体層75の全体(バルク)を流れる。半導体層75の内部を電流が流れることで、界面散乱の影響を受けにくいため、高いオン電流を得ることができる。なお、半導体層75を厚くすると、オン電流を向上させることができる。
また、トランジスタをS−channel構造とすることで、上下からの半導体層75への不純物混入の影響を排除できる効果などを併せて有する。また、第1の導電層(導電層73)と第2の導電層(導電層77)は、上下からの光が半導体層に照射されることを防ぐことができるので、光励起が抑えられ、オフ電流の増加を防止できる。
ここではnチャネル型のトランジスタの例を示しているが、n型の導電型を半導体層75に付与する不純物元素に代えてp型の導電型を付与する不純物元素、例えば、ボロン(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)等を添加すれば、pチャネル型のトランジスタを作製することができる。また、nチャネル型のトランジスタ70Aのチャネル形成領域82にp型の導電型を付与する不純物元素を微量に添加してもよい。
なお、半導体層75は、様々な技術により結晶化しても良い。様々な結晶化方法として、レーザ光を用いたレーザ結晶化法、触媒元素を用いる結晶化法がある。或いは、触媒元素を用いる結晶化法とレーザ結晶化法とを組み合わせて用いることもできる。また、基板72として石英のような耐熱性に優れている基板を用いる場合、電熱炉を使用した熱結晶化方法、赤外光を用いたランプアニール結晶化法、触媒元素を用いる結晶化法、950℃程度の高温アニールを組み合わせた結晶化法を用いても良い。
非晶質シリコン膜にレーザ光を照射して多結晶シリコン膜とし、多結晶シリコン膜をトランジスタ70Aのチャネル形成領域82として用いる場合、レーザ光を照射して形成される粒界は、多結晶シリコン膜の下方まで到達しているため、半導体膜界面よりも半導体膜のバルクを電流が流れる。従ってレーザ光の照射エネルギーのバラツキによる影響が低減できる。
従来は、チャネル形成領域に低濃度の不純物元素を添加してしきい値制御を行っていたが、一対のゲート電極で半導体層を挟む構造の場合、半導体層と絶縁層の界面にキャリアが発生する確率が高く、キャリアが絶縁層や絶縁層と半導体層との界面に注入され、しきい値が上昇してしまうという問題があった。また、このチャネル領域のエネルギーバンド構造によると、キャリアの通り道は、半導体層と絶縁層との界面付近だけである。このため、ドレインに印加された電圧によって加速されたホットキャリアが絶縁層と半導体層との界面や絶縁層に注入されることによる移動度やドレイン電流の低下が大きな問題となっていた。
トランジスタ70Aには、半導体膜に垂直方向からのゲート電界に加えて、側面方向からのゲート電界が印加される。すなわち、半導体膜の全体にゲート電界が印加させることとなり、電流は半導体膜のバルクを流れる。これによって、トランジスタの電界効果移動度の向上を図ることが可能となる。また、不純物のバラツキもバルク全体に効くため、電気特性の変動の抑制を図ることができる。
トランジスタ70Aは、ゲートとして機能する導電層77と、バックゲートとして機能する導電層73を有する構成であるが、他の構成でもよい。例えば、用いる回路によっては、バックゲートとして機能する導電層73を省略したトランジスタを部分的に設けてもよい。
また、ゲートとして機能する導電層77は、テーパー部を有する構成としている。テーパー部を有するゲート電極を用い、半導体層に不純物元素をドーピングして自己整合的に不純物領域を形成すると、ホットキャリア劣化の少ない半導体装置を実現できる。
また、トランジスタ70Aでは、ゲートとして機能する導電層77と、バックゲートとして機能する導電層73とが電気的に接続されているが、それぞれに異なる電位を与えるようにすることともできる。そのような例を図12に示す。図12(A)はトランジスタ70Bの上面図である。図12(B)は図12(A)のL1−L2線による断面図であり、図12(C)は図12(A)のW1−W2線による断面図である。
また、図12に示すトランジスタ70Bは、トランジスタ70Aとは絶縁層74の種類が異なる。トランジスタ70Bでは、絶縁層74としてプラズマCVD法などで得られる絶縁膜が用いられている。バックゲートとして機能する導電層73の存在により絶縁膜表面に凸部が形成され、その上に半導体膜が形成されるため、半導体膜表面にも下地の表面形状が反映されている。
トランジスタ70Bも、チャネル形成領域が、ゲートとして機能する導電層77とバックゲートとして機能する導電層73で囲まれたS−channel構造となっている。
また、図13(A)には、トランジスタ70Cの上面図を示す。図13(B)は、図13(A)のL1−L2線による断面図である。図13(C)は、図13(A)のW1−W2線による断面図である。
トランジスタ70Cは、基板72上に形成されている。トランジスタ70Cは、導電層73、導電層77、半導体層75、導電層80、導電層81を有する。導電層77は、ゲートとして機能し、導電層77a、77bを有する。
半導体層75は絶縁層74を間に介して導電層73と重畳し、絶縁層76を介して導電層77と重畳する。絶縁層74、76に開口95、96が設けられている。開口95、96において、導電層77と導電層73とが電気的に接続されている。導電層77は、絶縁層78、79に覆われている。絶縁層79上に、ソース電極またはドレイン電極として機能する導電層80、81が設けられている。絶縁層78、絶縁層79には、開口93、94が設けられている。開口93において、導電層80が、半導体層75に電気的に接続され、開口94において導電層81が半導体層75に電気的に接続されている。
半導体層75は、チャネル形成領域82と、LDD領域83と、不純物領域84とを有する。導電層77bと重なっていない導電層77aを介して不純物をイオンドーピングすることでLDD領域83、不純物領域84を自己整合的に形成することができる。よって、導電層77aとオーバーラップするLDD領域83の長さを正確に制御することができるので、ホットキャリア劣化を抑制して、寿命時間を延長し、信頼性の高い半導体装置を歩留まり良く作製できる。
トランジスタ70Cでは、ゲートとして機能する導電層77、導電層77と電気的に接続されたバックゲートである導電層73によって、半導体層75のチャネル形成領域82のチャネル幅方向を電気的に取り囲む構造としている。つまり当該構造は、チャネル形成領域の上面、下面及び側面から、チャネル形成領域を包み込む構造とすることができる。そのため、オン電流を高めることができ、チャネル幅方向のサイズ縮小を図ることができる。また、チャネル形成領域を導電膜で取り囲む構成とするため、チャネル形成領域の遮光を容易に行うことができ、チャネル形成領域に意図しない光が照射されることによる光励起を抑制することができる。
またトランジスタ70Cでは、チャネル幅方向での半導体層75の側端部における意図しない導電率の上昇による導通状態を抑制することができる。またLDD領域83、及び不純物領域84に添加した不純物元素の分布ばらつきの影響を小さくすることができる。
なお図13(A)―図13(C)に示すトランジスタ70Cは、一例であり他の構成とすることもできる。例えば、トランジスタ70Cでは、ゲートとバックゲートとを電気的に接続する構成としたが、トランジスタ70Bのように、ゲートとバックゲートとを電気的に接続せずに、これらに別々の電位を与えることができる構成も有効である。当該構成は、特にnチャネル型トランジスタのみで構成する回路に有効である。つまり、バックゲートに電圧を印加することでトランジスタのしきい値電圧を制御できるため、しきい値電圧の異なるトランジスタでインバータ回路などのロジック回路を構成することができる。このようなロジック回路を、画素を駆動するための駆動回路に適用することで駆動回路が占める面積を縮小することができるため、表示装置の狭額縁化を実現することができる。また、バックゲートの電圧をトランジスタがオフになるような電圧にすることで、トランジスタをオフ状態にした際のオフ電流をより小さくすることができる。そのため、表示装置のリフレッシュレートを大きくしても、書き込んだ電圧を保持し続けさせることができる。そのため、書き込み回数を少なくすることによる表示装置の低消費電力化を見込むことができる。
図14(A)―図14(C)、図15(A)―図15(C)にトランジスタの他の構成例を示す。
図14(A)―図14(C)に示すトランジスタ70Dが、トランジスタ70Cと異なる点は、ゲートとなる導電層77を単層で形成している点にある。また開口95、96の位置を、チャネル形成領域82により近づけた点にある。このようにすることで、トランジスタ70Dのチャネル形成領域の上面、下面及び側面から、チャネル形成領域に向けて電界をかけやすくすることができる。また、当該構成としても、トランジスタ70Cと同様にS−channel構造であるため、その効果を奏することができる。
図15(A)―図15(C)に示すトランジスタ70Eが、トランジスタ70Cと異なる点は、トランジスタ70Eのバックゲートとなる導電層73を導電層73aおよび導電層73bで構成し、導電層73bを導電層73aで取り囲む構造としている点にある。当該構成としても、トランジスタ70Cと同様にS−channel構造であるため、その効果を奏することができる。
加えてトランジスタ70Eでは、導電層73bに可動性の元素(例えば、銅(Cu))を用いた場合においても、可動性の元素が半導体膜に進入し半導体膜が劣化することを防止できる。
なお配線の被形成面にある、バリア膜として機能する導電層73aの材料としては、高融点材料であるタングステン(W)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)のいずれか、あるいはその合金(例えば、W‐Mo、Mo‐Cr、Ta‐Mo)、あるいはその窒化物(例えば、窒化タングステン、窒化チタン、窒化タンタル)等を用いることができる。形成方法としてはスパッタ法、CVD法等を用いることができる。また導電層73bの材料としては、銅(Cu)が好ましいが、低抵抗材料であれば特に限られない。例えば、銀(Ag)、アルミニウム(Al)、金(Au)、及びそれらの合金等を用いることもできる。導電層73bを形成する方法としてはスパッタ法が好ましいが、レジストマスクにダメージを与えない条件を選択することで、CVD法を用いることもできる。
ここでは、同一基板上にnチャネル型のトランジスタ70と、pチャネル型のトランジスタ71とを構成する一例を示す。nチャネル型のトランジスタと、pチャネル型のトランジスタを組みわせることでCMOS回路などを作製することができる。そのような例を図16(A)に示す。
図16(A)に示すnチャネル型のトランジスタ70と、pチャネル型のトランジスタ71とは、トランジスタ70Aと同様にS−channel構造である。トランジスタ70、71は、絶縁表面を有する基板72上に形成されている。
トランジスタ70は、ゲートとして機能する導電層73と、導電層73上の絶縁層74と、絶縁層74を間に介して導電層73と重畳する半導体層75と、半導体層75上の絶縁層76と、絶縁層76を間に介して半導体層75と重畳し、なおかつゲートとして機能する導電層77aおよび導電層77bと、導電層77aおよび導電層77b上の絶縁層78と、絶縁層78上の絶縁層79と、絶縁層78および絶縁層79に設けられた開口において半導体層75に電気的に接続され、なおかつソース電極またはドレイン電極として機能する導電層80および導電層81とを有する。
導電層77bは、チャネル長方向における幅が導電層77aよりも短く、導電層77aおよび導電層77bは、絶縁層76側から順に積層されている。また、半導体層75は、導電層77bと重畳する位置にチャネル形成領域82と、チャネル形成領域82を間に挟むように位置する一対のLDD領域83と、チャネル形成領域82、LDD領域83を間に挟むように位置する一対の不純物領域84とを有する。一対の不純物領域84はソース領域またはドレイン領域として機能する。
また、トランジスタ71は、ゲートとして機能する導電層85と、導電層85上の絶縁層74と、絶縁層74を間に介して導電層85と重畳する半導体層86と、半導体層86上の絶縁層76と、絶縁層76を間に介して半導体層86と重畳し、なおかつゲートとして機能する導電層87aおよび導電層87bと、導電層87aおよび導電層87b上の絶縁層78と、絶縁層78上の絶縁層79と、絶縁層78および絶縁層79に設けられた開口において半導体層86に電気的に接続され、なおかつソース電極またはドレイン電極として機能する導電層88および導電層89とを有する。
導電層87bは、チャネル長方向における幅が導電層87aよりも短く、導電層87aおよび導電層87bは、絶縁層76側から順に積層されている。また、半導体層86は、導電層87bと重畳する位置にチャネル形成領域90と、チャネル形成領域90を間に挟むように位置する一対の不純物領域91とを有する。一対の不純物領域91はソース領域またはドレイン領域として機能する。
図16(A)では、ゲートとして機能する導電層77a、77bと、バックゲートとして機能する導電層73を有する構成を示しているが、他の構成でもよい。例えば、図16(B)に図示するように、バックゲートとして機能する導電層73を省略してもよい。また、図16(A)では、ゲートとして機能する導電層87a、87bと、バックゲートとして機能する導電層85を有する構成を示しているが、他の構成でもよい。例えば、図16(B)に図示するように、バックゲートとして機能する導電層85を省略してもよい。
〔実施の形態3〕
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置、または表示システムを有する表示モジュール及び電子機器について、図17及び図18を用いて説明を行う。
図17に示す表示モジュール8000は、上部カバー8001と下部カバー8002との間に、タッチパネル8004、フレーム8009、プリント基板8010、バッテリ8011を有する。表示モジュール8000は、偏光板、位相差板、プリズムシートなどの光学部材をさらに有していてもよい。
タッチパネル8004に本発明の一態様のタッチパネルモジュールが適用される。タッチパネル8004はFPC8012、8013が接続されている。上部カバー8001及び下部カバー8002は、タッチパネル8004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。
フレーム8009は、タッチパネル8004の保護機能の他、プリント基板8010の動作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。
プリント基板8010は、電源回路、ビデオ信号及びクロック信号を出力するための信号処理回路を有する。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8011による電源であってもよい。商用電源を用いる場合には、バッテリ8011は省略可能である。
また、透過型の液晶素子を用いた場合には、図17に示すようにバックライトユニット8007を設ければよい。バックライトユニット8007は、光源8008を有する。なお、図17において、バックライトユニット8007上に光源8008を配置する構成について例示したが、これに限定さない。例えば、端部に光源を設けた光拡散板をバックライトユニット8007して用いてもよい。また、バックライトユニット8007とタッチパネル8004との間に、波長変換部材を設けてもよい。波長変換部材は、蛍光顔料、蛍光染料、量子ドット等の波長変換物質を含む。波長変換物質は、バックライトユニット8007の光を吸収し、該光の一部または全部を別の波長の光に変換することができる。また、波長変換物質である量子ドットは、直径が1nm以上100nm以下の粒子である。量子ドットを有する波長変換部材を用いることで、表示装置の色再現性を高めることができる。さらに、波長変換部材は、導光板として機能させてもよい。
上記実施の形態1のタッチパネルモジュールは、各種電子機器の表示部に適用することができる。図18(A)―図18(H)に電子機器の例を示す。これらの電子機器は、筐体5000、表示部5001、スピーカ5003、LED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。
図18(A)はモバイルコンピュータであり、上述したものの他に、スイッチ5009、赤外線ポート5010等を有することができる。図18(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18(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18(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18(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、撮像部5016等を有することができる。図18(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18(G)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18(H)は腕時計型情報端末であり、上述したものの他に、バンド5018、留め金5019等を有することができる。ベゼル部分を兼ねる筐体5000に搭載された表示部5001は、非矩形状の表示領域を有している。表示部5001は、時刻を表すアイコン5020、その他のアイコン5021等を表示することができる。
図18(A)乃至図18(H)に示す電子機器は、様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、一つの表示部に主として画像情報を表示し、別の一つの表示部に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、撮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18(A)乃至図18(H)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。
10 タッチパネルモジュール
20 タッチパネル
21 基板
22 タッチセンサ
22A、22B 部位
23 電極
23a 配線
23A 電極
24 電極
24a 配線
24A 電極
24b 中継配線
25 電極
26 電極
27 絶縁層
27a 開口
28 電極
29 配線
31 基板
32 表示部
33 画素
121―124、130、131 絶縁層
141 接着層
150 液晶層
151 導電層
152 導電層
155 半導体層
160 ブラックマトリクス(BM)
161、162 導電膜
162a 開口
180 チャネル形成領域
181 低濃度不純物領域
182 高濃度不純物領域
185 スペーサ
190 チャネル形成領域
192 高濃度不純物領域
210 絶縁層
210−215 絶縁層
215 絶縁層
220―222、241、242 導電層
243 端子

Claims (3)

  1. 第1基板、第2基板、液晶層、画素電極、コモン電極、および、タッチセンサを有し、
    前記第1基板は、前記第2基板対向し、
    前記液晶層は前記第1基板と前記第2基板との間に設けられ、
    前記画素電極および前記コモン電極は前記第1基板に設けられ、
    前記画素電極前記コモン電極と間の電界によって、前記液晶層の配向を制御するタッチパネルであって、
    前記タッチセンサは前記第2基板に設けられ、
    前記タッチセンサは、第1電極、2つの第2電極、および、第3電極を有し、
    前記第1電極と前記第2電極とは第1導電膜から形成され、
    前記第3電極と第4電極とは第2導電膜から形成され、
    前記第4電極は、前記第3電極と離間し、且つ、前記第3電極の周囲を囲むように配置され、
    前記第1電極と前記第2電極とは、複数の開口を有するメッシュ状の電極であり、
    前記第1電極は第1方向に延伸し、
    つの前記第2電極は、前記第1電極を挟んで第2方向に沿って設けられ、
    つの前記第2電極は、前記第3電極によって電気的に接続され、
    前記第3電極は、前記第1電極と重なる領域を有し、
    前記第4電極は、前記液晶層を挟んで、前記画素電極および前記コモン電極と対向するように設けられているタッチパネル。
  2. 第1基板、第2基板、液晶層、画素電極、コモン電極、および、タッチセンサを有し、
    前記第1基板は、前記第2基板と対向し、
    前記液晶層は、前記第1基板と前記第2基板との間に設けられ、
    前記画素電極および前記コモン電極は、前記第1基板に設けられ、
    前記画素電極と前記コモン電極との間の電界によって、前記液晶層の配向を制御するタッチパネルであって、
    前記タッチセンサは、前記第2基板に設けられ、
    前記タッチセンサは、第1電極、2つの第2電極、および、第3電極を有し、
    前記第3電極と第4電極とは、同じ導電膜から形成され、
    前記第4電極は、前記第3電極と離間し、且つ、前記第3電極の周囲を囲むように配置され、
    2つの前記第2電極は、前記第3電極によって電気的に接続され、
    前記第3電極は、前記第1電極と重なる領域を有し、
    前記第4電極は、前記液晶層を挟んで、前記画素電極および前記コモン電極と対向するように設けられているタッチパネル。
  3. 請求項1又は請求項2において、
    前記第1基板は、トランジスタと、絶縁膜と、を有し、
    前記画素電極は、前記絶縁膜に設けられた開口部を介して前記トランジスタのソース又はドレインと電気的に接続され、
    前記第3電極は、前記トランジスタのチャネル形成領域と重なる領域と、前記開口部と重なる領域と、を有するタッチパネル。
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