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Abstract
【課題】表示装置の色度ばらつきを低減させる。【解決手段】表示装置は、ゲート配線と、前記ゲート配線と交差するソース配線と、前記ゲート配線と前記ソース配線との間の第1絶縁層とを含む配線領域と、前記第1絶縁層の上の画素電極を含み、前記配線領域に隣接する開口領域と、を有し、前記第1絶縁層は第1酸化絶縁層と第1窒化絶縁層とを含み、前記第1酸化絶縁層は前記配線領域及び前記開口領域に亘って設けられ、前記第1窒化絶縁層は、前記配線領域に設けられ、前記開口領域と重なる第1開口部を有し、前記画素電極は、前記第1開口部と重なる。【選択図】図1
Description
本発明の一実施形態は、表示装置及び表示装置の製造方法に関する。
近年、一方の面から、反対側の他方の面の背景を視認可能な透明ディスプレイの開発が進んでいる。透明ディスプレイでは、表裏両面から映像を見ることができるため、透明ディスプレイを間に挟んで対向する二つの方向から映像又は文字を視認することができる。
特許文献1には、アレイ基板及び対向基板とその間の液晶層と、アレイ基板又は対向基板の側面から光が入るよう配置された光源とを備える表示装置が記載されている。
特許文献2には、ベース基板とベース基板上に配置された複数の画素を含む透明な表示装置であって、各画素が外光に対して透明な発光領域と透過領域を有し、各画素がベース基板上に配置された回路要素層を含む表示装置が記載されている。
特許文献2には、ベース基板とベース基板上に配置された複数の画素を含む透明な表示装置であって、各画素が外光に対して透明な発光領域と透過領域を有し、各画素がベース基板上に配置された回路要素層を含む表示装置が記載されている。
表示装置の画素における外光を透過する開口領域において、積層された透明電極や絶縁層の積層構造の影響により、表示部分の色度ばらつきが大きくなるという問題がある。
本発明の一実施形態では、表示装置の色度ばらつきを低減させることを目的の一つとする。
本発明の一実施形態に係る表示装置は、ゲート配線と、前記ゲート配線と交差するソース配線と、前記ゲート配線と前記ソース配線との間の第1絶縁層とを含む配線領域と、前記第1絶縁層の上の画素電極を含み、前記配線領域に隣接する開口領域と、を有し、前記第1絶縁層は第1酸化絶縁層と第1窒化絶縁層とを含み、前記第1酸化絶縁層は前記配線領域及び前記開口領域に亘って設けられ、前記第1窒化絶縁層は、前記配線領域に設けられ、前記開口領域と重なる第1開口部を有し、前記画素電極は、前記第1開口部と重なる。
以下、本発明の各実施形態について、図面等を参照しつつ説明する。但し、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲において様々な態様で実施することができ、以下に例示する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。また、図面に関して、説明をより明確にするため、実際の態様に比べて各部の幅、厚さ、形状等を模式的に表す場合があるが、それら模式的な図は一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。さらに、本明細書と各図において、既出の図に関して説明したものと同一又は類似の要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略することがある。なお、本明細書等において、序数は、部品や部位等を区別するために便宜上付与するためのものであり、優先順位や順番を示すものではない。
本発明において、ある一つの膜を加工して複数の膜を形成した場合、これら複数の膜は異なる機能、役割を有することがある。しかしながら、これら複数の膜は同一の工程で同一層として形成された膜に由来し、同一の層構造、同一の材料を有する。したがって、これら複数の膜は同一層に存在しているものと定義する。また、ある一つの膜を加工して複数の膜を形成した場合、本明細書等において、-1、-2等と区別して記載する場合がある。
なお、本明細書等において、「上」、「下」などの表現は、着目する構造体と他の構造体との相対的な位置関係を表現している。本明細書等では、側面視において、後述するアレイ基板から対向基板に向かう方向を「上」と定義し、その逆の方向を「下」と定義する。本明細書および特許請求の範囲において、ある構造体の上に他の構造体を配置する態様を表現するにあたり、単に「上に」と表記する場合、特に断りの無い限りは、ある構造体に接するように、直上に他の構造体を配置する場合と、ある構造体の上方に、さらに別の構造体を介して他の構造体を配置する場合との両方を含むものとする。
また、本明細書等において、ボトムゲート駆動とは、半導体層の下方に配置されたゲート電極層によって、オンオフが制御されるものである。また、本明細書等において、トップゲート駆動とは、半導体層の上方に配置されたゲート電極層によって、オンオフが制御されるものである。また、本明細書において、デュアルゲート駆動とは、半導体層の上下に配置されたゲート電極層に、同じ制御信号を入力することによって、オンオフが制御されるものである。
本発明の一実施形態に係る表示装置10について、図1~図8を参照して説明する。
<表示装置の概要>
図1は、本発明の一実施形態に係る表示装置10の斜視図を示す。また、図3は、本発明の一実施形態に係る表示装置10のアレイ基板150の構成を説明する平面図である。
表示装置10は、アレイ基板150、対向基板152、及びアレイ基板150と対向基板152との間の液晶層(図示されず)と、ゲート駆動回路28と、ソース駆動回路38と、を含む表示パネル102と、光源104と、表示パネル102を挟む第1透明基板151A及び第2透明基板151Bと、を含む。図1を参照する以下の説明において、表示パネル102における平面の一方向をD1方向とし、D1方向と直交する方向をD2方向とし、D1-D2平面に直交する方向をD3方向とする。
図1は、本発明の一実施形態に係る表示装置10の斜視図を示す。また、図3は、本発明の一実施形態に係る表示装置10のアレイ基板150の構成を説明する平面図である。
表示装置10は、アレイ基板150、対向基板152、及びアレイ基板150と対向基板152との間の液晶層(図示されず)と、ゲート駆動回路28と、ソース駆動回路38と、を含む表示パネル102と、光源104と、表示パネル102を挟む第1透明基板151A及び第2透明基板151Bと、を含む。図1を参照する以下の説明において、表示パネル102における平面の一方向をD1方向とし、D1方向と直交する方向をD2方向とし、D1-D2平面に直交する方向をD3方向とする。
アレイ基板150及び対向基板152は透光性を有する。アレイ基板150及び対向基板152は、好ましくは可視光に対して透明である。対向基板152は、アレイ基板150に対向するようにD3方向に配置される。アレイ基板150と対向基板152とは間隙を有して対向配置された状態で、シール材154によって貼り合わされてもよい。
表示パネル102は、表示領域12(図3参照)と、表示領域12の外側の周辺領域14(図3参照)とを有する。表示領域12には、複数の画素PIX(図3参照)が行方向及び列方向に配置されている。ここで、行方向とはD1方向に平行な方向を指し、列方向とはD2方向に平行な方向を指すものとする。表示領域12には、行方向にm個の画素が配列され、列方向にはn個の画素が配列される。そして、mとnとの値は、垂直方向の表示解像度と水平方向の表示解像度に応じて適宜設定される。表示領域12には、D1方向にゲート配線(走査信号線ともいう)が配設され、D2方向にソース配線(データ信号線ともいう)が配設される。
アレイ基板150の周辺領域14には、ゲート駆動回路28及びソース駆動回路38が設けられる。図1は、ゲート駆動回路28及びソース駆動回路38が、集積回路(IC)で提供され、アレイ基板150にCOG(Chip on Glass)方式で実装される態様を示す。ゲート駆動回路28及びソース駆動回路38は、図示される態様に限定されず、COF(Chip on Film)方式で実装されてもよいし、アレイ基板150の薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)によって形成されてもよい。
周辺領域14には、第1配線パターン118、第2配線パターン120、及び第3配線パターン122が配設される。第1配線パターン118は、ゲート駆動回路28と表示領域12に配設されるゲート配線GLとを接続する配線により形成されるパターンである。第2配線パターン120は、コモン配線により形成されるパターンである。第2配線パターン120は、対向基板152に設けられるコモン電極218(図7参照)にコモン電圧を印加する配線として用いられる。第3配線パターン122は、ソース駆動回路38と表示領域12に配設されるデータ信号線とを接続する配線により形成されるパターンである。
光源104は、D1方向に沿った構造を有する。光源104は、例えば、D1方向に沿って配列された発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)により構成される。光源104の詳細な構造に限定はなく、D1方向に配列される発光ダイオードに加え、反射板、拡散板、レンズなどの光学部材が含まれてもよい。光源104及び光源104を制御する発光制御回路110は表示パネル102と独立した別部材として設けられていてもよく、また、光源104は、ゲート駆動回路28及びソース駆動回路38と同期する発光制御回路110により発光のタイミングが制御されるものであってもよい。光源104を制御する発光制御回路110は、表示パネル102とは別に光源104と同じく別部材として設けられていてもよく、個別部品としてアレイ基板150に実装されてもよいし、ゲート駆動回路28又はソース駆動回路38に組み込まれていてもよい。
第1透明基板151A及び第2透明基板151Bは、表示領域12及び周辺領域14を挟むように設けられる。第1透明基板151A及び第2透明基板151Bは、表示パネル102の保護部材としての機能を有する。また、図2を参照して説明されるように、第1透明基板151A及び第2透明基板151Bは光源104から出射された光を表示パネル102に導入する導光板としての機能を有する。
図2は、図1に示すA1-A2間に対応する表示装置10の断面構造を示す。図2に示すように、表示パネル102のアレイ基板150側に第1透明基板151Aが設けられ、対向基板152側に第2透明基板151Bが設けられる。第1透明基板151A及び第2透明基板151Bは、ガラス基板又はプラスチック基板が用いられる。第1透明基板151A及び第2透明基板151Bは、アレイ基板150及び対向基板152と同等の屈折率を有していることが好ましい。アレイ基板150と第1透明基板151A、及び対向基板152と第2透明基板151Bとは、図示されない透明接着剤で接着されてもよい。
表示パネル102は、アレイ基板150と、対向基板152とが対向するように配置され、その間に液晶層210が設けられる。アレイ基板150は対向基板152より大きく、周辺領域14の一部が対向基板152から露出するような大きさを有する。アレイ基板150には、駆動回路(図2では、ソース駆動回路38)が実装される。また、アレイ基板150の周縁部には、フレキシブル配線基板124が取り付けられる。
光源104は、第1透明基板151A又は第2透明基板151Bの一つの側面に隣接するように配置される。図2は、光源104が第2透明基板151Bの一つの側面に沿って配置された構成を示す。また図2は、光源104がアレイ基板150に取り付けられた構成を示すが、光源104を配置する構成に限定はなく、取り付け位置を固定できるものであれば取り付け構造に限定はない。光源104は、例えば、表示パネル102を囲む筐体によって支持されてもよい。
図2に示すように、光源104は、第2透明基板151Bの第1側面15Cに沿って配置される。図2に示すように、光源104は、第2透明基板151Bの第1側面15Cへ光Lを照射する。光源104は、第1側面15Cに向けて光Lを出射することからサイド光源と呼ばれることもある。光源104に対向する第2透明基板151Bの第1側面15Cは光入射面となる。
図2に模式的に示すように、第2透明基板151Bの第1側面15Cから入射した光Lは、第2透明基板151Bの第2平面15B、第1透明基板151Aの第1平面15Aで反射しながら、第1側面15Cから遠ざかる方向(D2方向)へ伝搬する。第1透明基板151Aの第1平面15A及び第2透明基板151Bの第2平面15Bから外部へ光Lが向かうと、屈折率の大きな媒質から屈折率の小さな媒質へ進むことになる。このとき、第1平面15A及び第2平面15Bへ入射する光Lの入射角が臨界角よりも大きければ、全反射することになり、第1平面15A及び第2平面15Bで反射しながらD2方向へ導光する。
液晶層210は、高分子分散型液晶で形成される。高分子分散型液晶で形成される液晶層210は、画素PIXごとに散乱状態と非散乱状態が制御される。図2に示すように、第1平面15A及び第2平面15Bで反射しながら伝搬する光Lは、液晶層210が散乱状態となっている画素があると、少なくとも一部の光が散乱され、散乱光の入射角が臨界角よりも小さな角度となって、散乱光LA、LBがそれぞれ第1平面15A及び第2平面15Bから外部に出射され、出射された散乱光LA、LBは、観察者に観察される。表示パネル102において、散乱光LA、LBが出射される以外の領域は、アレイ基板150及び対向基板152、並びに第1透明基板151A及び第2透明基板151Bが透光性を有し(可視光に対して透明であり)、液晶層210が非散乱状態であるため実質的に透明であり、アレイ基板150から対向基板152の背景が視認でき、対向基板152からアレイ基板150の背景が視認できるようになり、観察者は表示パネル102を通して背面側を視認することができる。
図3に戻り説明する。前述のとおり、アレイ基板150は、表示領域12及び周辺領域14を含む。
表示領域12は、マトリクス状に配列された複数の画素PIXを有する。複数の画素PIXの各々は、複数のトランジスタ及び液晶素子を有する。
周辺領域14は、表示領域12を囲むように設けられる。なお、周辺領域14とは、アレイ基板150において、表示領域12からアレイ基板150の端部までの領域をいう。言い換えると、周辺領域14は、アレイ基板150上で表示領域12が設けられる以外の領域(すなわち、表示領域12の外側の領域)をいうものとする。
周辺領域14には、ゲート駆動回路28及びソース駆動回路38の他に、ゲート配線領域32(図1で示す第1配線パターン118)、ソース配線領域42(図1で示す第3配線パターン122)、コモン配線16、18、22(図1で示す第2配線パターン120)、端子部26、36、フレキシブルプリント回路24、34(図2で示すフレキシブル配線基板124)及び各種検査回路が設けられている。端子部26、36は、アレイ基板150の一辺に沿って配置されている。
端子部26には、フレキシブルプリント回路24が接続されている。フレキシブルプリント回路24は、ゲート駆動回路28、コモン配線16、18、ESD用保護回路59、QDパッド56に各種信号を供給する。ゲート駆動回路28は、複数のゲート配線GLと接続されており、複数のゲート配線GLの各々は、表示領域12における複数の画素PIXの各々と電気的に接続されている。図3では、複数のゲート配線GLが設けられた領域をゲート配線領域32(図1で示す第1配線パターン118)として表しており、複数のゲート配線GLの詳細な配置については図示を省略している。2つのゲート駆動回路28と接続されるゲート配線GLの本数は、表示領域12における画素PIXの行の数に相当する。なお、図3において、ゲート配線領域32は、表示領域12と離間して設けられている構成を示すが、実際にはゲート配線GLと画素PIXとは電気的に接続されている。
端子部36には、フレキシブルプリント回路34が接続されている。フレキシブルプリント回路34は、ソース駆動回路38に映像信号を供給する。ソース駆動回路38は、複数のソース配線SLと接続されており、複数のソース配線SLの各々は、表示領域12における複数の画素PIXの各々と電気的に接続されている。図3では、複数のソース配線SLが設けられた領域を、ソース配線領域42(図1で示す第3配線パターン122)として表しており、複数のソース配線SLの詳細な配置については図示を省略している。8つのソース駆動回路38と接続されるソース配線SLの本数は、表示領域12における画素PIXの列の数の少なくとも3倍に相当する。本実施形態では、ソース配線SLの本数は、表示領域12における画素PIXの列の数の4倍の場合について説明する。なお、図3において、ソース配線領域42は、表示領域12と離間して設けられている構成を示すが、実際にはソース配線SLと画素PIXとは電気的に接続されている。
ゲート配線領域32と表示領域12との間には、コモン配線18、ESD用保護回路46、ゲート検査回路48、及び検査ライン54が設けられている。ソース配線領域42と表示領域12との間には、コモン配線18、ESD用保護回路46、ソース検査回路52及び検査ライン54が設けられている。検査ライン54は、ESD用保護回路58と、QDパッド56と接続されている。また、コモン配線18は、ESD用保護回路59と接続されている。
コモン配線16は、アレイ基板150における周辺領域14を囲むように設けられており、2つのフレキシブルプリント回路24から信号が供給される。また、コモン配線16は、メッシュ状のコモン配線22と電気的に接続されている。
<画素回路>
図4は、本発明の一実施形態に係る表示装置10が有する画素PIXの画素回路を説明する図である。本実施形態では、4本のゲート配線に同時にオン電圧を供給し、列方向に並ぶ4つの画素を4本のソース配線によって同時に充電することが可能な表示装置10について説明する。これにより、ライン順次の水平期間よりも、1水平期間を長くすることができる。言い換えると、表示領域12に配置された全画素ラインのスキャンに必要な時間を1/4に短縮することができる。したがって、透明ディスプレイのような高速駆動パネルや、大型または高精細のパネルにおいて、画素の充電期間を十分に確保することができる。以下に、本実施形態における画素の構成について詳細に説明する。
図4は、本発明の一実施形態に係る表示装置10が有する画素PIXの画素回路を説明する図である。本実施形態では、4本のゲート配線に同時にオン電圧を供給し、列方向に並ぶ4つの画素を4本のソース配線によって同時に充電することが可能な表示装置10について説明する。これにより、ライン順次の水平期間よりも、1水平期間を長くすることができる。言い換えると、表示領域12に配置された全画素ラインのスキャンに必要な時間を1/4に短縮することができる。したがって、透明ディスプレイのような高速駆動パネルや、大型または高精細のパネルにおいて、画素の充電期間を十分に確保することができる。以下に、本実施形態における画素の構成について詳細に説明する。
図4において、4つの画素PIX1~PIX4が列方向(D2方向)に配列されている。4つの画素PIX1~PIX4の各々は、4本のゲート配線GL1~GL4の各々と電気的に接続されている。また、4つの画素PIX1~PIX4の各々は、4本のソース配線SL1~SL4の各々と電気的に接続されている。4つの画素PIX1~PIX4の各々は、容量配線CWと接続されている。以降の説明において、画素PIX1~PIX4を各々区別しない場合には、画素PIXと記載する。ゲート配線GL1~GL4の各々、及びソース配線SL1~SL4の各々についても区別しない場合には、ゲート配線GL及びソース配線SLと記載する。
画素PIXは、トランジスタTr、液晶素子LE、及び保持容量Cを有する。トランジスタTrのゲートは、ゲート配線GLと接続され、トランジスタTrのソースは、ソース配線SLと接続され、トランジスタTrのドレインは液晶素子LEの一方の電極及び保持容量Cの一方の電極と接続される。液晶素子LEの他方の電極は、コモン配線CLと接続される。保持容量Cの他方の電極は、容量配線CWと接続される。
トランジスタTrは、オン状態とオフ状態とを切り替えることにより、ソース配線から供給された映像信号の画素への書き込み時間を制御する機能を有する。トランジスタTrをオン状態とすることにより、ソース配線から供給された映像信号に対応する電位を、トランジスタTrと電気的に接続された保持容量Cに書き込むことができる。また、トランジスタTrをオフ状態とすることにより、保持容量Cに保持された電位を保持することができる。
図5は、本発明の一実施形態に係る表示装置10のタイミングチャートである。通常、ゲート配線GLは、1行ずつオン電圧が供給されることで、D2方向に並ぶ画素列を同一のソース配線で順次充電する。これに対し、本実施形態では、4本のゲート配線GLに同時にオン電圧が供給されることで、4つの画素の各々のトランジスタTrが同時にオン状態となる。この状態で、異なるソース配線SL1~SL4に対して同時に映像信号が供給される。これにより、D2方向に並ぶ4つの画素を同時に駆動することが可能となる。
図4に示すように、1列の画素を挟むように、ソース配線SL1及びソース配線SL3と、ソース配線SL2及びソース配線SL4とが設けられている。言い換えると、1列の画素と1列の画素との間には、4本のソース配線SL1~SL4が配置されることになる。
ソース配線SL1とソース配線SL3とは、交差する領域を有する。また、ソース配線SL2とソース配線SL4とは、交差する領域を有する。言い換えると、ソース配線SL1とソース配線SL3とを入れ替えて配置し、ソース配線SL2とソース配線SL4とを入れ替えて配置している。これにより、ソース配線SL1~SL4の抵抗や、容量の均一化を図ることができる。また、表示パネルの製造時等における静電気による不良を抑制することができる。
<画素の平面レイアウト>
図6は、本発明の一実施形態に係る表示装置10における画素PIXの平面レイアウトを表す。図6において、PIX-B1、PIX-B2を平面視した構成を示す。
図6は、本発明の一実施形態に係る表示装置10における画素PIXの平面レイアウトを表す。図6において、PIX-B1、PIX-B2を平面視した構成を示す。
図6に示すように、第1方向D1に沿って、ゲート配線GLn-1~GLn+1が配置されている。また、第2方向D2に沿って、ソース配線S1~S4が配置されている。ここで、画素PIX-B1の開口領域は、隣接するゲート配線GLn-1と、ゲート配線GLnと、ソース配線S3と、ソース配線S4とによって囲まれた領域である。画素PIX-B1は、領域250に配置されたトランジスタTrによって制御される。
図6では画素PIX周囲に4本のソース配線S1からS4を配置しているが、ソース配線の数は限定されるものではなく、例えば1つの画素PIXの周囲に1本のソース配線のみを設置してもよい。
図6において、各画素PIXは周囲をゲート配線GL又はソース配線SLを有する配線領域と、配線領域に隣接し、前記配線の無い開口領域に分けることができる。開口領域は基板背面からの外光を透過できるようになっており、背面から外光が当たると表示領域12が透明であるように見える。
図6中、開口領域中の二重の破線は、後述する配線部に積層された絶縁層のうち開口部では除去される膜の端部を示している。これより内側においては配線領域で積層されている絶縁層の一部が開口領域においては除去されていることを示す。例えば外側の破線OLは第1絶縁層(ゲート絶縁層)203における第1窒化絶縁層203a(図7参照)の端部を表し、内側の破線ILは第2絶縁層205(パッシベーション層)としての第2窒化絶縁層205bの端部を表す(図7参照)。
後述するが、第1絶縁層(ゲート絶縁層)203における第1窒化絶縁層203a(図7参照)は、開口領域においては破線OLを境界として除去されており、除去された部分を第1開口部と呼ぶ。また、第2絶縁層205(パッシベーション層)としての第2窒化絶縁層205bも破線ILを境界として除去される場合があり(図7参照)、除去された部分を第2開口部と呼ぶ。ただし、第2窒化絶縁層205bは除去されずに残されることがあり、この場合、第2開口部は存在しなくなる(図8参照)。
<画素の断面構造>
本発明の一実施形態に係る表示装置10における画素PIXの積層構造について説明する。図7は、本発明の一実施形態に係る表示装置10における画素PIXの断面の模式図である。
本発明の一実施形態に係る表示装置10における画素PIXの積層構造について説明する。図7は、本発明の一実施形態に係る表示装置10における画素PIXの断面の模式図である。
前述の通り、画素PIXは外光を透過する開口領域(図7右側)とそれ以外の配線領域(図7左側)を有する。トランジスタTrや、ゲート配線GL及びソース配線SL等の配線の多くは配線領域に配置される。
図7に示すように、アレイ基板150の上に、トランジスタTrが設けられている。トランジスタTrは、アレイ基板150の上に設けられた導電層202と、導電層202と対向して設けられた酸化物半導体層204と、導電層202と酸化物半導体層204との間に設けられた第1絶縁層203と、酸化物半導体層204の上に設けられた導電層206-3及び導電層206-4と、を有する。ここで、導電層202は、ゲート配線GL(ゲート電極層)として機能し、導電層206-4はソース配線SL(ソース電極層)として機能する。本実施形態では、トランジスタTrとして、ボトムゲート型のトランジスタを用いる例について説明する。
透明ディスプレイを構成するトランジスタTrに用いる半導体層として、透光性を有する酸化物半導体を用いる。酸化物半導体は成膜過程において、酸素欠陥が生じやすいという性質がある。そのため、酸素欠陥を修復するために、酸化絶縁層と、酸化物半導体層とを接して設けることが好ましい。酸化物半導体層と酸化絶縁層とが接することにより、透明ディスプレイの製造工程における熱処理により、酸化シリコン膜から酸素が放出されることで、酸素によって酸素欠陥を修復することができる。酸化物半導体層と接する酸化絶縁層として、例えば、酸化シリコンを用いることが好ましい。
ボトムゲート構造のトランジスタでは、酸化シリコン層をゲート絶縁層として用いる場合、酸化シリコン層がアレイ基板と接する場合がある。しかしながら、アレイ基板に含まれる不純物元素が、酸化シリコン層を通じて酸化物半導体層に到達してしまうおそれがある。ゲート絶縁層として、ゲート電極層側から窒化シリコン層と酸化シリコン層とを積層する場合、窒化シリコン層とアレイ基板とが接することにより、アレイ基板に含まれる不純物元素をブロックすることができる。
このように、第1絶縁層(ゲート絶縁層)として窒化シリコンなどの窒化絶縁層と酸化シリコンなどの酸化絶縁層とを積層して設ける場合、窒化絶縁層と酸化絶縁層との屈折率の違いに起因して、透明ディスプレイの色度ばらつきが大きくなってしまうという問題がある。従って、後述するように本発明の実施形態においては、開口領域における絶縁層のうち窒化絶縁層の一部又は全部を除去することができる。
基板150と導電層202との間には下地絶縁層201が形成されてもよい。配線領域における下地絶縁層201は酸化シリコン、窒化シリコンなどからなり、膜厚は50nm以上300nm以下であり、好ましくは100nm以上200nm以下である。
第1窒化絶縁層203a及び第1酸化絶縁層203bは、第1絶縁層203の一部として導電層202と導電層206-4との間に用いられる。ここで、配線領域における第1窒化絶縁層203aの膜厚は100nm以上500nm以下、好ましくは200nm以上400nm以下であり、第1酸化絶縁層203bの膜厚は20nm以上400nm以下、好ましくは100nm以上300nm以下である。また、配線領域における第1絶縁層203の全体の膜厚は、例えば、120nm以上900nm以下、好ましくは300nm以上600nm以下であることが好ましい。
トランジスタTrの上には第2絶縁層205が設けられている。第2絶縁層205は、パッシベーション層として機能する。第2絶縁層205は、第2酸化絶縁層205a及び第2窒化絶縁層205bにより構成される。第2酸化絶縁層205aと、第1酸化絶縁層203bとにより、酸化物半導体層204を挟むことにより、プロセス中に、第1酸化絶縁層203b及び第2酸化絶縁層205aから酸素が放出された場合、酸化物半導体層204の酸素欠陥を修復できる。
第2絶縁層205(パッシベーション層)として用いられる第2窒化絶縁層205bの厚さは50nm以上400nm以下、好ましくは50nm以上200nm以下であり、第2酸化絶縁層205aの膜厚は100nm以上500nm以下、好ましくは200nm以上400nm以下である。また、配線領域において、第2絶縁層205全体の膜厚は、例えば、150nm以上900nm以下、好ましくは300nm以上600nm以下である。
また、第2絶縁層205の上において、酸化物半導体層204と対向する位置に導電層208が設けられている。導電層208は、バックゲート電極として機能する。本実施形態では、トランジスタTrをボトムゲート駆動のトランジスタであるとして説明するが、これに限定されず、トップゲート駆動のトランジスタであってもよいし、デュアルゲート駆動のトランジスタであってもよい。
導電層208及び第2絶縁層205の上に、平坦化膜207が設けられてもよい。平坦化膜207は、トランジスタTrを構成する各種配線の凹凸を緩和するために設けられている。表示装置10を、透明ディスプレイに適用する場合、画素PIXの開口領域において、平坦化膜207は除去されることが好ましい。これにより、開口領域において平坦化膜207により光が吸収されてしまうことを抑制することができる。
平坦化膜207及び第2絶縁層205の上に、透明導電層212が設けられている。透明導電層212の上に、導電層214が設けられている。透明導電層212及び導電層214は、容量配線CW(図4参照)として機能する。透明導電層212及び導電層214の上に絶縁層209(容量絶縁層)が設けられている。絶縁層209の上に画素電極216が設けられている。画素電極216は、第2絶縁層205、209に設けられた開口を介して導電層206-3と接続されており、開口領域と重なっている。絶縁層209(容量絶縁層)の膜厚は100nmから300nm、好ましくは150nmから250nmである。なお、絶縁層209は、開口領域では除去されてもよい。
アレイ基板150と対向するように対向基板152が設けられている。対向基板152には、遮光層219及びコモン電極218が設けられている。遮光層219は、ブラックマトリクスとして機能する。図7に示す構造では、遮光層219は、導電層206-4と重なる領域に設けられる。遮光層219は、ゲート配線GL、及びソース配線SL1~ソース配線SL4を覆うように、格子状に配置される。コモン電極218は、表示領域12の全面に広がる大きさを有する。遮光層219は、金属膜で形成されていてもよく、透明導電膜で形成されるコモン電極218に接して設けられることで、補助電極としての機能を有する。アレイ基板150と対向基板152との間には液晶層210が設けられており、シール材154(図1参照)によって封止されてもよい。画素電極216と、液晶層210と、コモン電極218とにより、液晶素子LEが構成される。
<開口部の断面構造>
図7により開口領域の断面について説明する。従来の透明ディスプレイにおいては、外光が透過する開口領域においても、配線領域にて使用されていた絶縁層がアレイ基板150上に積層されていた。すなわち下地絶縁層201が形成され、下地絶縁層201上には第1窒化絶縁層203a及び第1酸化絶縁層203bからなる第1絶縁層203(ゲート絶縁層)が形成されている。第1絶縁層203上には、第2酸化絶縁層205a及び第2窒化絶縁層205bからなる第2絶縁層205(パッシベーション層)が形成される。さらに第2絶縁層205上には絶縁層209(容量絶縁層)が形成され、その上に画素電極としての導電層216が形成される。
図7により開口領域の断面について説明する。従来の透明ディスプレイにおいては、外光が透過する開口領域においても、配線領域にて使用されていた絶縁層がアレイ基板150上に積層されていた。すなわち下地絶縁層201が形成され、下地絶縁層201上には第1窒化絶縁層203a及び第1酸化絶縁層203bからなる第1絶縁層203(ゲート絶縁層)が形成されている。第1絶縁層203上には、第2酸化絶縁層205a及び第2窒化絶縁層205bからなる第2絶縁層205(パッシベーション層)が形成される。さらに第2絶縁層205上には絶縁層209(容量絶縁層)が形成され、その上に画素電極としての導電層216が形成される。
しかし、開口領域に形成される絶縁層は、絶縁層内の各層間における光の干渉などによる透過光への影響を抑えるため、絶縁層同士の屈折率差、或いはアレイ基板150や対向基板152との屈折率差が小さい材料を使用することが好ましい。かかる観点から、開口領域における絶縁層は、配線領域に積層された絶縁層のうち、いずれか1層から窒化絶縁層を除去することが好ましい。
図7で表される態様では、開口領域において、配線領域にて使用された絶縁層から全ての窒化絶縁層が除去されている。すなわち開口領域に亘って、下地絶縁層201上には第1絶縁層203を構成する第1酸化絶縁層203b、第2絶縁層205を構成する第2酸化絶縁層205aのみが絶縁層として残存し、その上に画素電極216が形成される。
ここで、前述の通り図6における開口領域の破線において、外側の破線OLは第1窒化絶縁層203aの端部を、内側の破線ILは第2窒化絶縁層205bの端部を表している。そして、開口領域における第1窒化絶縁層203aが除去されている部分(図7においてOLより右側)を第1開口部と呼び、第2窒化絶縁層205bが除去されている部分(図7においてILより右側)を第2開口部と呼ぶ。図7において、開口領域は第1開口部及び第2開口部と重なり、第1開口部と第2開口部とは大部分が重なっている。図6及び図7に示す態様では、開口領域において第2開口部のほうが第1開口部より内側に位置しているが、この位置関係に限定されるものではない。
こうして形成された開口領域は、酸化絶縁層と窒化絶縁層との屈折率差に起因する色度のばらつきが抑えられ、良好な透光性を示すことができる。
図8は本発明の別の実施態様における画素の断面図を示す。この態様では、第2絶縁層205を構成する第2窒化絶縁層205bを残している。第2絶縁層205を構成する第2窒化絶縁層205bは配線領域におけるトランジスタの特性変動を効果的に防止するため、他の絶縁層中における窒化絶縁層より優先して残しておく必要性が高い場合がある。
本発明者の研究によると、本発明の表示装置10に係る画素PIXで使用される絶縁層のうち、色度のばらつきには第1絶縁層203を構成する第1窒化絶縁層203aの影響が大きく、この第1窒化絶縁層203aを抜くだけでも、色度ばらつきを大きく改善できることが見出された。
第2絶縁層205を構成する第2窒化絶縁層205bを残す場合は、第2窒化絶縁層205b上に新たにキャップド酸化物層602を設けることができる。これは、第2窒化絶縁層205bの上層となる絶縁層209として窒化絶縁層を使用した場合に、開口領域における絶縁層209をエッチングにより除去する工程で、第2窒化絶縁層205bが一緒に除去されないように、エッチング耐性のあるキャップド酸化物層602を第2窒化絶縁層205b上に設けたものである。
このように、第2窒化絶縁層205bを残す場合は、第2開口部は存在しない。
<表示装置の各部材の材質>
アレイ基板150、対向基板152として、ガラス基板、石英基板、およびサファイア基板など、透光性を有し、可撓性を有しない剛性基板を用いることができる。一方、アレイ基板150、対向基板152が可撓性を有する必要がある場合は、アレイ基板150、対向基板152としてポリイミド基板、アクリル基板、シロキサン基板、またはフッ素樹脂基板など、樹脂を含み、可撓性を有するフレキシブル基板を用いることができる。アレイ基板150、対向基板152の耐熱性を向上させるために、上記の樹脂に不純物を導入してもよい。また、表示装置10を透明ディスプレイや大型または高精細のディスプレイに適用する場合には、アレイ基板150及び対向基板152として、ガラス基板を用いることが好ましい。また、第1透明基板151A及び第2透明基板151Bについては、アレイ基板150及び対向基板152を保護するために設ける。そのため、例えば、透光性を有するガラス基板、プラスチック基板等を用いることが好ましい。
アレイ基板150、対向基板152として、ガラス基板、石英基板、およびサファイア基板など、透光性を有し、可撓性を有しない剛性基板を用いることができる。一方、アレイ基板150、対向基板152が可撓性を有する必要がある場合は、アレイ基板150、対向基板152としてポリイミド基板、アクリル基板、シロキサン基板、またはフッ素樹脂基板など、樹脂を含み、可撓性を有するフレキシブル基板を用いることができる。アレイ基板150、対向基板152の耐熱性を向上させるために、上記の樹脂に不純物を導入してもよい。また、表示装置10を透明ディスプレイや大型または高精細のディスプレイに適用する場合には、アレイ基板150及び対向基板152として、ガラス基板を用いることが好ましい。また、第1透明基板151A及び第2透明基板151Bについては、アレイ基板150及び対向基板152を保護するために設ける。そのため、例えば、透光性を有するガラス基板、プラスチック基板等を用いることが好ましい。
窒化絶縁層201、203a、205b、絶縁層209として、窒化シリコン(SiNx)、窒化酸化シリコン(SiNxOy)、窒化アルミニウム(AlNx)、窒化酸化アルミニウム(AlNxOy)、を用いる。本実施形態では、窒化絶縁層201、203a、205b、絶縁層209として、窒化シリコンを用いる。窒化シリコン層は、例えば、気相成長法(Chemical Vapor Deposition:CVD)法により形成される。
第1酸化絶縁層203b、第2酸化絶縁層205aとして、酸化シリコン(SiOx)、酸化窒化シリコン(SiOxNy)、酸化アルミニウム(AlOx)、酸化窒化アルミニウム(AlOxNy)、を用いる。本実施形態では、第1酸化絶縁層203b、第2酸化絶縁層205aとして、酸化シリコンを用いる。酸化シリコン層は、例えば、CVD法により形成される。
上記のSiOxNy及びAlOxNyは、酸素(O)よりも少ない比率(x>y)の窒素(N)を含有するシリコン化合物及びアルミニウム化合物である。また、SiNxOy及びAlNxOyは、窒素よりも少ない比率(x>y)の酸素を含有するシリコン化合物及びアルミニウム化合物である。
平坦化膜207として、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、又はシロキサン樹脂などの有機絶縁材料を用いることができる。
キャップド酸化物層602は、好ましくは酸化シリコンにより構成されることができる。膜厚は隣接する窒化膜より十分に薄いほうが好ましく、例えば、10nm以上50nm以下であることができる。
導電層202、206-3、206-4、208及び214として、一般的な金属材料を用いることができる。これらの部材として、例えば、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、銅(Cu)、クロム(Cr)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、ビスマス(Bi)、銀(Ag)、及びこれらの合金又は化合物が用いられる。上記の部材として、上記の材料が単層で用いられてもよく、積層で用いられてもよい。
酸化物半導体層204として、半導体の特性を有する酸化物半導体を用いることができる。酸化物半導体層204は透光性を有する。例えば、酸化物半導体層204として、インジウム(In)を含む2種類以上の金属を含む酸化物半導体が用いられる。酸化物半導体層204として、例えば、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、亜鉛(Zn)、および酸素(O)を含む酸化物半導体を酸化物半導体層204として用いてもよい。特に、In:Ga:Zn:O=1:1:1:4の組成比を有する酸化物半導体を用いてもよい。ただし、本実施形態で使用される酸化物半導体層204は上記の組成に限定されるものではなく、上記とは異なる組成の酸化物半導体を用いることもできる。
例えば、移動度を向上させるためにInの比率を上記より大きくしてもよい。また、バンドギャップを大きくし、光照射による影響を小さくするためにGaの比率を上記より大きくしてもよい。酸化物半導体層204はアモルファスであってもよく、多結晶であってもよい。酸化物半導体層204はアモルファスと結晶の混相であってもよい。
透明導電層212、画素電極216、及びコモン電極218として、酸化インジウム及び酸化スズの混合物(ITO)及び酸化インジウム及び酸化亜鉛の混合物(IZO)を用いることができる。当該透明導電層として、上記以外の材料が用いられてもよい。ブラックマトリクスBMに用いる遮光層219は黒色の樹脂又は金属材料で形成することができる。ブラックマトリクスBMはコモン電極218と接して形成される。透明導電膜で形成されるコモン電極218に対し、ブラックマトリクスBMを金属材料で形成することで、抵抗損失を低減するための補助電極としての機能を持たせることができる。ブラックマトリクスBMを形成する金属材料としては、アルミニウムに対して相対的に反射率が低い、クロム、モリブデン、チタンなどを単層で、又は積層して用いてもよい。積層の場合はアルミニウムを用いてもよい。
表示装置10を透明ディスプレイに適用する場合、液晶層210として、高分子分散型液晶を用いることが好ましい。高分子分散型液晶は、バルク及び微粒子を含む。微粒子は、バルク内で画素電極216とコモン電極218との電位差に応じて配向が変化する。画素PIX毎に、画素電極216の電位が個別に制御されることで、画素PIX毎に少なくとも透光及び分散のいずれかの度合いが制御される。液晶層(微粒子)の散乱度は、各画素電極216の電圧とコモン電極218の電圧に応じて制御される。例えば、液晶層は各画素Pixの電圧とコモン電極218との間の電圧が大きくなるほど散乱度が大きくなるような高分子分散型液晶を用いてもよいし、各画素電極216の電圧とコモン電極218との間の電圧が小さくなるほど散乱度が大きくなるような高分子分散型液晶を用いてもよい。
液晶層210において、バルク及び微粒子の常光屈折率は互いに等しい。画素電極216とコモン電極218との間に電圧が印加されていない状態では、あらゆる方向においてバルク及び微粒子との間の屈折率差がゼロに近くなる。液晶層210は、光源104から射出された光を散乱しない非散乱状態(透明状態)となる。光源104から射出された光は、第1透明基板151Aの第1平面15A及び第2透明基板151Bの第2平面15Bで反射しながら、光源104から遠ざかる方向に伝播する。液晶層210が光源104から射出された光Lを散乱しない非散乱状態(透明状態)であると、アレイ基板150から対向基板152の背景が視認され、対向基板152からもアレイ基板150の背景が視認される。
電圧が印加された画素電極216とコモン電極218との間では、微粒子の光軸は、画素電極216とコモン電極218との間に発生する電界によって傾くことになる。バルクの光軸は、電界によって変化しないため、バルクの光軸と微粒子の光軸の向きは互いに異なる。電圧が印加された画素電極216がある画素PIXにおいて、光源104から射出された光が散乱される。上述したように散乱された光源104から射出された光の一部が、アレイ基板150及び対向基板152から外部に放射され、観察者に観察される。
電圧が印加されていない画素電極216がある画素PIXでは、アレイ基板150側から対向基板152側の背景が視認され、対向基板152側からアレイ基板150側の背景が視認される。そして、本実施形態の表示装置10は、映像信号が入力されると、画像が表示される画素PIXの画素電極216に電圧が印加され、映像信号に基づく画像が背景とともに視認される。このように、高分子分散型液晶が散乱状態にあるとき、表示領域12において画像が表示される。
本実施例では、絶縁層及び絶縁層に含まれる各絶縁層の構成を変え、色度ばらつきについて行った光学シミュレーションについて説明する。
画素PIXの開口部分が、下記表1の実施例1及び2並びに比較例Aに示される構成を有するディスプレイにつき、光学シミュレーションモデルを行った。ここで、実施例1は全ての窒化膜を除去した例(図7に相当)であり、実施例2は第1絶縁層の第1窒化絶縁層203a及び容量絶縁層となる窒化絶縁層209を除去した例(図8に相当)であり、比較例Aは窒化膜を除去しない従来の膜構成を表す。
ここで、絶縁層膜として使用された酸化ケイ素及び窒化ケイ素は、波長630nmでの屈折率がそれぞれ1.47及び2.02であった。
ここで、絶縁層膜として使用された酸化ケイ素及び窒化ケイ素は、波長630nmでの屈折率がそれぞれ1.47及び2.02であった。
複数の画素PIXの開口領域おける色度のばらつきを確認するため、転送行列法を用いて、色度を算出する光学シミュレーションを行った。
実施例1及び2では、色度のばらつきに差は見られなかった。また、実施例1及び2のいずれも比較例Aより色度のばらつきは小さいものであった。
実施例1及び2では、色度のばらつきに差は見られなかった。また、実施例1及び2のいずれも比較例Aより色度のばらつきは小さいものであった。
以上、好適な実施の形態を説明したが、本開示はこのような実施の形態に限定されるものではない。実施の形態で開示された内容はあくまで一例にすぎず、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。本開示の趣旨を逸脱しない範囲で行われた適宜の変更についても、当然に本開示の技術的範囲に属する。
10:表示装置、12:表示領域、14:周辺領域、16:コモン配線、18:コモン配線、22:コモン配線、24:フレキシブルプリント回路、26:端子部、28:ゲート駆動回路、32:ゲート配線領域、34:フレキシブルプリント回路、36:端子部、38:ソース駆動回路、42:ソース配線領域、46:ESD用保護回路、48:ゲート検査回路、52:ソース検査回路、54:検査ライン、56:QDパッド、58:ESD用保護回路、59:ESD用保護回路、102:表示パネル、104:光源、150:アレイ基板、152:対向基板、202:導電層、203:第1絶縁層、204:酸化物半導体層、205:第2絶縁層、206:導電層、207:平坦化膜、208:導電層、209:絶縁層、210:液晶層、212:透明導電層、214:導電層、215:開口、216:画素電極、218:コモン電極、219:遮光層、GL:ゲート配線、SL:ソース配線、CL:コモン配線、CW:容量配線、C:保持容量、LE:液晶素子、PIX:画素
Claims (6)
- ゲート配線と、前記ゲート配線と交差するソース配線と、前記ゲート配線と前記ソース配線との間の第1絶縁層と、を含む配線領域と、
前記第1絶縁層の上の画素電極を含み、前記配線領域に隣接する開口領域と、
を有し、
前記第1絶縁層は、第1酸化絶縁層と、第1窒化絶縁層と、を含み、
前記第1酸化絶縁層は、前記配線領域及び前記開口領域に亘って設けられ、
前記第1窒化絶縁層は、前記配線領域に設けられ、前記開口領域と重なる第1開口部を有し、
前記画素電極は、前記第1開口部と重なる、
表示装置。 - 前記ソース配線と前記画素電極との間に第2絶縁層をさらに含み、
前記第2絶縁層は、第2酸化絶縁層と、第2窒化絶縁層と、を含み、
前記第2酸化絶縁層は、前記配線領域及び前記開口領域に亘って設けられ、
前記第2窒化絶縁層は、前記配線領域に設けられ、前記開口領域と重なる第2開口部を有する、
請求項1に記載の表示装置。 - 前記第1開口部と前記第2開口部とは重なり、
前記第2開口部の端部が前記第1開口部の端部より、前記開口領域において内側に位置している、
請求項2に記載の表示装置。 - 前記ソース配線と前記画素電極との間に第2絶縁層をさらに含み、
前記第2絶縁層は、第2酸化絶縁層と、第2窒化絶縁層と、を含み、かつ前記配線領域及び前記開口領域に亘って設けられる、
請求項1に記載の表示装置。 - 前記配線領域と前記開口領域とを有する第1基板と、
前記第1基板に対向して設けられ前記画素電極に対向するコモン電極を有する第2基板と、
前記第1基板と前記第2基板との間に設けられた液晶層と、
前記第1基板の側面又は前記第2基板との側面に向かって光が入るように配置される光源と、
をさらに有する、請求項1の表示装置。 - 前記液晶層は、高分子分散型液晶であり、
前記高分子分散型液晶が散乱状態にあるとき、前記光源から出射される光を散乱し、
前記高分子分散型液晶が非散乱状態にあるとき、前記開口領域を通して前記第1基板から前記第2基板の背景が視認され、前記第2基板から前記第1基板の背景が視認される、請求項5の表示装置。
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