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JP2008164855A - 半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】無線通信を利用した大型表示装置の高精細化を実現することを課題とする。また、画像回路部の駆動用電源電圧の生成を安定化させることを課題とする。
【解決手段】画素回路部複数個につき1つのアンテナを設け、複数の画素間でアンテナを共有することで、無線通信を利用した大型表示装置の高精細化が可能となる。よって、高画質な表示装置を提供することができる。また、バッテリを内蔵することで、画素回路部に安定した電源電圧を供給できる。よって、表示装置の表示不良を防止することができる。
【選択図】図1

Description

本発明は無線通信を利用した表示装置に関する。特に大型表示装置に関する。
近年、電磁界又は電波等の無線通信を利用した個体識別技術が注目を集めている。特に、無線通信により情報伝達を行う半導体装置として、RFID(Radio Frequency Identification)タグを利用した個体識別技術が注目を集めている。RFIDタグ(以下、単にRFIDという)は、IC(Integrated Circuit)タグ、ICチップ、RFタグ、無線タグ、電子タグとも呼ばれる。RFIDを用いた個体識別技術は、個々の対象物の生産、管理等に役立ち始めており、個体認証への応用も期待されている。
RFIDには、情報を含んだ電波又は電磁波を送信することが可能な外部からの電波又は電磁波(搬送波)の電力を利用して駆動するパッシブタイプ(受動タイプ)がある(特許文献1を参照)。パッシブタイプは、RFIDを駆動するための電源を外部からの電波又は電磁波(搬送波)の電力を利用して作り出すことで、電池を備えることのない構成を実現している。
また、近年表示装置は、持ち運びや設置のしやすさなどの利点から、パッシブタイプのRFIDの応用として、無線通信によって画像信号を直接表示装置に送信する非接触型表示装置も注目を集めている(特許文献2、特許文献3を参照)。非接触型表示装置は、電波送受信装置との距離によっては電力を受信することができなくなるため、常に無線通信が可能な距離を保つという制限がある。
一方、近年、屋外の広告や看板といった宣伝には、大型の表示装置が用いられており、大型の表示装置の開発が活発に進められている。
特表2006−503376号公報 特開2006−018132号公報 特開2004−086172号公報
しかし、例えば特許文献3に記載の、従来の無線通信を利用した表示装置では、各画素に画像信号として、電波送受信装置によって送信される、変調された搬送波(以下、無線信号とする。)を受信するためのアンテナと、アンテナで受信した無線信号を画素回路部内で解析し、表示素子の発光を制御する画素回路部と、表示素子とを有するため、1画素あたりの面積が大きく高精細化が難しいといった問題があった。
中でもアンテナは、電波送受信装置と非接触型表示装置との距離、受信する無線信号の周波数や周囲の環境、電波送受信装置のアンテナとの相性等により、電波送受信装置に合わせて適宜、形状やサイズの最適値が決定されるため、1画素内のアンテナの占有面積を縮小することは、他の回路部に比べて難しい。
一般的に、アンテナの無線信号の電力受信性能は、アンテナのサイズが最適値より小さいと低下する。回路構成によって、たとえ表示装置内の画素回路部の消費電力がある程度抑えられ、アンテナのサイズを小さく出来たとしても、画素回路部よりもアンテナの占有面積を小さくすることは難しい。そのため、大抵の場合、1画素内で占有するアンテナの面積は、画素回路部より大きくなるか同等である。よって、1画素あたりに1つのアンテナを備える構成では、たとえアンテナ以外の回路部分をいくら小さく出来たとしても、アンテナの性能による限界により高精細化が難しい。
また、無線通信を利用した大型表示装置においては、受信した無線信号から画素回路部を駆動させるのに必要な電源電圧を生成するパッシブタイプの場合、電波送受信装置と非接触型表示装置との距離や周囲の環境によって、電波送受信装置から送信される無線信号の電力が低下することが懸念される。無線信号の電力が低下すると、画素回路部を駆動させるのに必要な電源電圧を安定して生成出来ない。電源電圧の生成における不安定さは、画素回路部の制御がうまく働かず、表示不良の原因となる。
そこで本発明は、大型表示装置の高精細化を実現することを課題とする。また、画像回路部の駆動用電源電圧の生成を安定化させることを課題とする。
上記課題を鑑み、本発明は、無線通信を利用した大型表示装置において、画素回路部複数個につき1つのアンテナを設け、複数の画素間でアンテナを共有することで、従来1画素内で占有面積の大きかったアンテナの占有面積を縮小し、表示装置の高精細化を図ることを特徴とする。また、画素回路部内の電源電圧生成回路にバッテリを設けることで、無線信号が受信しにくい環境であっても、電源電圧生成回路から生成される電源電圧の安定供給化を図ることを特徴とする。
本発明の一は、信号を受信するアンテナ回路と、前記アンテナ回路より受信する信号により制御される複数の画素回路部と、前記複数の画素回路部の各々により制御される表示素子とを、複数有することを特徴とする半導体装置である。
本発明の一は、信号を受信するアンテナ回路と、前記アンテナ回路より受信する信号により制御される複数の画素回路部と、前記複数の画素回路部の各々により制御される表示素子とを、複数有し、前記アンテナ回路より受信する信号により前記複数の画素回路部のうちの一が選択され、当該画素回路部に信号が供給されることを特徴とする半導体装置である。
本発明の一は、信号を受信するアンテナ回路と、前記アンテナ回路より受信する信号により制御される複数の画素回路部と、前記複数の画素回路部の各々により制御される表示素子とを、複数有し、前記画素回路部はメモリ部を有し、前記アンテナ回路より受信する信号により前記複数の画素回路部のうちの一が選択され、当該画素回路部の前記メモリ部に格納された階調情報に基づいて前記表示素子が制御されることを特徴とする半導体装置である。
本発明の一は、信号を受信する複数のアンテナ回路と、複数の画素回路部及び表示素子とを有し、前記画素回路部の各々は前記アンテナ回路より受信する信号により前記表示素子を制御し、前記アンテナ回路の各々は複数の前記画素回路部で共有化されていることを特徴とする半導体装置である。
上記構成において、前記画素回路部は整流回路及び電源電圧生成回路を有し、前記信号より前記整流回路及び前記電源電圧生成回路を用いて電源電圧が生成される。また、上記の半導体装置は、前記電源電圧を蓄えるバッテリを有していても良い。さらに、前記バッテリと電気的に接続される太陽電池を有していても良い。また、前記太陽電池は、フォトセンサによって制御されるスイッチを介して前記バッテリと電気的に接続されていることが好ましい。
なお、本明細書において、表示装置とは表示素子を有する半導体装置を指す。
また、明細書に示すスイッチは、様々な形態のものを用いることができる。例としては、電気的スイッチや機械的なスイッチなどがある。つまり、電流の流れを制御できるものであればよく、特定のものに限定されない。例えば、スイッチとして、トランジスタ(例えば、バイポーラトランジスタ、MOSトランジスタなど)、ダイオード(例えば、PNダイオード、PINダイオード、ショットキーダイオード、MIM(Metal Insulator Metal)ダイオード、MIS(Metal Insulator Semiconductor)ダイオード、ダイオード接続のトランジスタなど)、サイリスタなどを用いることが出来る。また、これらを組み合わせた論理回路をスイッチとして用いることも可能である。
また、本発明において、トランジスタは特に限定されない。非晶質シリコンや多結晶シリコンに代表される非単結晶半導体膜を用いた薄膜トランジスタ(TFT)、半導体基板やSOI基板を用いて形成されるトランジスタ、接合型トランジスタ、バイポーラトランジスタ、ZnOやa−InGaZnOなどの化合物半導体を用いたトランジスタ、有機半導体やカーボンナノチューブを用いたトランジスタ等を適用することができる。また、トランジスタが配置されている基板の種類についても特に限定されず、例えば、単結晶基板、SOI基板、ガラス基板、プラスチック基板等を用いることができる。
本発明において接続されているとは、電気的に接続されていることと同義である。したがって、本発明が開示する構成において、所定の接続関係、例えば図または文章に示された接続関係に加え、その間に電気的な接続を可能とする他の素子(例えば、スイッチやトランジスタや容量素子やインダクタや抵抗素子やダイオードなど)が配置されていてもよい。もちろん、間に他の素子を介さずに配置されていてもよく、電気的に接続されているとは直接的に接続されている場合を含むものとする。
なお、本発明の表示装置は大型表示装置として用いる方がより効果的ではあるが、表示装置の大きさは特に問わない。
本発明により、無線通信を利用した大型表示装置の高精細化が可能となる。よって、高精細化により高画質な表示を実現することができる。また、バッテリを内蔵することで、画素回路部を駆動させるのに必要な電源電圧を安定して供給することができる。よった、表示不良を防止することができる。
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。実施の形態を説明するための全図において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の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。
(実施の形態1)
本実施の形態では、無線通信を利用した大型表示装置の高精細化を図るため、画素回路部複数個につき1つのアンテナを備えた構成、即ち複数の画素間でアンテナを共有化することで高精細化を図る表示装置の一例について説明する。
図1に、無線通信を利用した大型表示装置の構成を示す。表示装置102は、複数の画素回路部104と、無線信号を受信可能なアンテナ回路103と、各々の画素回路部104によって制御される表示素子とを有する。なお、前記アンテナ回路103は画素回路部104複数個につき1つ設けられ、複数の画素間で共有されている。図1において、無線通信は電波送信装置101から送信されている。
表示素子210を制御する画素回路部104の構成を図2に示す。表示素子210を制御する画素回路部104の構成は、整流回路201と、復調回路202と、電源電圧生成回路203と、クロック生成回路204と、制御部205と、メモリ部208と、D/Aコンバータ209とによって構成される。制御部205は、受信した無線信号を認識し判定する回路(以下、コード認識・判定回路とする)206と、コントローラ207によって構成される。
次に、図1における電波送信装置101の構成例について、図3を用いて説明する。
電波送信装置101は、送信部304、制御部305、インターフェイス部306、処理部307、アンテナ回路301によって構成されている。制御部305は、インターフェイス部306を介した処理部307の制御により、画像データの処理命令について、送信部304を制御する。なお、処理部307は電波送信装置101の外部に設けられていても良い。送信部304は、表示装置102に送信する情報として、選択したい画素回路部104のIDと、画素回路部104によって制御される表示素子210の階調情報と、画素回路部104の制御信号とを変調し、アンテナ回路301から電磁波として出力する。
そのため、電波送信装置101から送信される無線信号は、選択したい画素回路部104のID、選択したい画素回路部104によって制御される表示素子210の階調情報、画素回路部104の制御信号とを有している。無線信号にのせる情報は、特にこれに限定されるものではなく、必要であれば前述した情報以外の情報を追加してもよい。本実施の形態では、予め各画素回路部104にそれぞれIDを割当てておき、受信した無線信号と画素回路部104が有するIDが一致しなければ、図2における画素回路部104におけるメモリ部208から階調情報を出力しない構成とする。
なお、表示装置102と電波送信装置101間での送受信に用いられる無線信号の周波数は、125kHz、13.56MHz、915MHz、2.45GHzなどがあり、それぞれISO規格などで設定される。勿論、画素回路部と電波送信装置間で送受信される無線信号の周波数はこれに限定されず、例えばサブミリ波である300GHz〜3THz、ミリ波である30GHz〜300GHz、マイクロ波である3GHz〜30GHz、極超短波である300MHz〜3GHz、超短波である30MHz〜300MHz、短波である3MHz〜30MHz、中波である300kHz〜3MHz、長波である30kHz〜300kHz、及び超長波である3kHz〜30kHzのいずれの周波数も用いることができる。
搬送波の変調方式は、アナログ変調であってもデジタル変調であってもよく、振幅変調、位相変調、周波数変調、及びスペクトラム拡散のいずれであってもよい。好ましくは、振幅変調又は周波数変調にするとよい。
次に、アンテナ回路103の構成例を図4に示す。
アンテナ回路103は、LC並列共振回路を構成するアンテナ402及び共振容量403によって構成される。電波送信装置101から送信される無線信号によって、アンテナ402に誘導磁場が生成され、この誘導磁場により、アンテナ402に起電力が誘導される。アンテナ回路103では、アンテナ402に誘導される起電力を電気的信号として受信する。
なお、アンテナ402が有するインダクタンスの大きさ及び共振容量403の大きさを調節することにより、アンテナ回路103での無線信号の受信効率や、アンテナ回路103で受信可能な無線信号の周波数帯を調節することができる。
本発明に用いることのできるアンテナの形状については特に限定されない。そのため、伝送方式は、電磁結合方式、電磁誘導方式又は電波方式、光方式等を用いることができる。伝送方式は、実施者が使用用途を考慮して適宜選択すればよく、伝送方式に伴って最適な長さ及び形状を有するアンテナを設ければよい。本発明では信号の伝送方式として、電波方式を用いることができ、更にはマイクロ波方式を用いることができる。
伝送方式として電磁結合方式又は電磁誘導方式(例えば、13.56MHz帯)を適用する場合には、電界密度の変化による電磁誘導を利用するため、アンテナとして機能する導電膜を輪状(例えば、ループアンテナ)又はらせん状(例えば、スパイラルアンテナ)に形成する。
伝送方式として電波方式の一種であるマイクロ波方式(例えば、UHF帯(860〜960MHz帯)又は2.45GHz帯等)を適用する場合には、信号の伝送に用いる電波の波長を考慮してアンテナとして機能する導電膜の長さや形状を適宜設定すればよい。アンテナとして機能する導電膜を例えば、線状(例えば、ダイポールアンテナ)、平坦な形状(例えば、パッチアンテナ)等に形成することができる。また、アンテナとして機能する導電膜の形状は線状に限られず、電磁波の波長を考慮して曲線状や蛇行形状又はこれらを組み合わせた形状で設けてもよい。
なお、ここでは表示装置102が有するアンテナ回路103の構成について説明したが、電波送信装置101が有するアンテナ回路301についても同様である。図3に示すようにアンテナ回路301は、LC並列共振回路を構成するアンテナ302及び共振容量303によって構成されている。
電波送信装置101から送信された無線信号は、表示装置102内のアンテナ回路103で受信される。アンテナ回路103は、画素回路部104が複数個につき1つ設けられ、複数の画素間でアンテナが共有されている。
図5に、1つのアンテナ回路103を、画素回路部104が複数個で共有している図を示す。従来、アンテナ回路103は画素回路部104が1個につき1つ設けられていたが、1画素内でアンテナ回路103が画素回路部104を占有する面積が大きかった。しかし、図5に示すように、アンテナ回路103を画素回路部104複数個につき1つ設け、複数の画素間でアンテナ回路103を共有することで、アンテナ回路103の画素回路部104における占有面積を縮小できる。よって、表示装置の高精細化を実現することができる。
図1および図5には、一例として画素回路部104が3つにつき1つのアンテナ回路103を設け、3つの画素でアンテナを共有しているが、アンテナ回路103を共有する画素回路部104の個数はこれに限定されるものではなく、適宜最適な形態で共有するように設けてよい。アンテナ回路103を共有する画素回路部104の個数が多いほど、より高精細化を図れるが、アンテナ回路103を共有する画素回路部104が2個の場合でも、従来と比較すると高精細な表示装置が実現出来る。このように、アンテナ回路103の共有は表示装置の高精細化に効果的である。
次に、図2を用いて本発明の表示装置の動作について説明する。アンテナ回路103で受信した無線信号は、画素回路部104の整流回路201および復調回路202に入力される。
整流回路201では、アンテナ回路103で受信した無線信号が入力されると、半波整流もしくは全波整流を行い直流電圧を得る。
整流された整流後の電圧は、電源電圧生成回路203の入力電圧として入力され、電源電圧生成回路203にて一定電圧が生成される。電源電圧生成回路203にて生成された一定電圧が、制御部205の電源電圧となる。
また、回路構成や受信する無線信号の周波数に応じて様々であるが、クロック生成回路204に、例えば、制御端子に加える直流電圧によって発振周波数を変化させることができる発振器(VCO:Voltage Controlled Oscillators)を用いる場合は、クロック生成回路204の電源電圧として電源電圧生成回路203にて生成された一定電圧を用いる。
復調回路202は、アンテナ回路103で受信した無線信号が入力されると、命令信号等(以下、復調信号とする。)を取り出し、制御部205のコード認識・判定回路206へ入力する。
また、回路構成や受信する無線信号の周波数に応じて様々であるが、クロック生成回路204に、設定された基準周波数や入力信号に対して、出力信号の周波数を一致させる役割を果たすPLL(Phase Locked Loop)を用いる構成のクロック生成回路204の場合、復調信号は、クロック生成回路204の入力信号として用いる。なお、この場合においても、クロック生成回路204の電源電圧として電源電圧生成回路203にて生成された一定電圧を用いる。
クロック生成回路204の構成は、先に述べたように、回路構成や受信する無線信号の周波数に応じて様々である。例えば、上述の方式以外に、電波送信装置101から送信される無線信号を直接用いて、クロックを生成するような回路構成でもよい。
クロック生成回路204にて生成されたクロック信号は、制御部205のコード認識・判定回路206およびコントローラ207に入力される。
制御部205に、電源電圧生成回路203にて生成された電源電圧が供給され、制御部205のコード認識・判定回路206へ、復調信号およびクロック生成回路204により生成されたクロック信号が入力されると、コード認識・判定回路206は、復調信号をデコードし、電波送信装置101からの命令信号を認識し、命令が適切なものかどうかを判定する。つまり、コントローラ207を用いてメモリ部208の内容を参照し(言い換えれば、個体識別情報を照会する)、送られた命令を、実行するか否かを判断する。
コントローラ207は、クロック生成回路204により生成されたクロック信号および、コード認識・判定回路206から出力された、メモリ部208に記録されている情報を読み出すあるいは聞き込む命令信号が入力されると、メモリ部208に記録されている階調情報に対してデータの読み込みを行う。また、コントローラ207は、D/Aコンバータ209の制御信号も生成している。
メモリ部208は、コントローラ207からのイネーブル信号が入力されると、指定されたアドレスのメモリを選択し、階調情報をD/Aコンバータ209へ出力する。
D/Aコンバータ209は、コントローラ207から入力される制御信号に従い、メモリ部208から出力された階調情報が入力されると、デジタル信号からアナログ信号に変換し、表示素子210へ所望の電位を供給する。このようにして、表示素子210の明るさ、色調、偏光などを変化させる。
なお、本発明の表示装置の表示素子には、LED、EL素子(有機EL素子、無機EL素子又は有機物及び無機物を含むEL素子)、液晶素子、電位インクなど、適宜最適なものを選ぶことができる。
以上のように、画素回路部複数個につき1つのアンテナを備え、複数の画素間でアンテナを共有することで、画素回路部の面積を縮小することが可能となり、大型表示装置の高精細化が実現出来る。
(実施の形態2)
本実施の形態では、バッテリを設けることで、画素回路部の駆動に必要な電源電圧を常時安定して供給することが出来る表示装置の構成について説明する。なお、実施の形態1と同様のものについては同じ番号を付し、その詳細な説明は省略する。
バッテリ252を有する画素回路部104を図6に示す。表示素子210を制御する画素回路部104は、整流回路201と、復調回路202と、電源電圧生成回路203と、クロック生成回路204と、制御部205と、メモリ部208と、D/Aコンバータ209と、バッテリ252とを有する。制御部205はコード認識・判定回路206と、コントローラ207とを有する。
なお、電源電圧生成回路203は、制御部205に一定の電源電圧を常時供給している。しかし、無線信号の受信効率が外部要因等により急に低下し、画素回路部104の受信電力が下がると、電源電圧生成回路203から出力される電圧は所望の電位より低くなる。
このような場合、電源電圧生成回路203の出力スイッチ254をオフ、バッテリ252のスイッチ255をオンとすることで、バッテリ252に蓄えられているエネルギーを制御部205に供給する。このようにして、例え電源電圧生成回路203の出力電圧が下がったとしても画素回路部104の駆動に必要な電源電圧を安定して供給することができる。なお、スイッチ255を設けることで、バッテリ252に蓄えられたエネルギーの漏洩を防止することができる。
また、上記方法に限らず、電源電圧生成回路203より供給される電源電圧の不足分のみをバッテリ252より供給しても良い。
なお、バッテリ252に蓄えられるエネルギーは、例えば電源電圧生成回路203から出力される電源電圧が画素回路部を駆動させるために必要な電源電圧より十分に大きいときに、電源電圧生成回路203から出力される電源電圧のうちの余剰分をバッテリ252に充電すれば良い。また、表示装置102に複数の画素で共有しているアンテナ回路103及び各画素回路部104が有する整流回路201とは別に、さらにアンテナ回路及び整流回路を設けることにより、無作為に生じている電波等からバッテリ252に蓄えるエネルギーを得ても良い。
バッテリーとは、充電することで連続使用時間を回復することができる電池のことをいい、バッテリーとしてはシート状に形成された電池を用いることが好ましく、例えばゲル状電解質を用いるリチウムポリマー電池や、リチウムイオン電池、リチウム2次電池等を用いることで、小型化が可能である。もちろん、充電可能な電池であれば何でもよく、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池などであってもよいし、また大容量のコンデンサーなどを用いても良い。
以上のようにして、画素回路部にバッテリを設けることで、画素回路部の駆動に必要な電源電圧を常時安定して供給することができる。
図6では、各画素回路部104ごとにバッテリ252を設けた例について示しているが、図7に示すように、画素回路部複数個につき1つのバッテリを備えてもよい。例えば、アンテナ回路103と同じ数だけ設けてもよいし、アンテナ回路103の数より少なく設けることも、多く設けることも可能である。また、このような場合、画素回路部104ごとに設けられた整流回路201及び電源電圧生成回路203も複数の画素間で共有化しても良い。
さらに、大型表示装置の場合、広告や看板といった宣伝に使用されることをが多く、屋外に設置される場面も多い。そのため、図8に示すように画素回路部104にさらに太陽電池253を設け、太陽光を利用して太陽電池253より得られるエネルギーをバッテリ252に充電しても良い。
なお、太陽電池253は、フォトセンサ251によって制御されるスイッチ256を介してバッテリ252と接続されている。フォトセンサ251によって検出した照度がある基準以上の場合はスイッチ256がオンとなり、基準以下の場合にはスイッチ256がオフとなる。このようにして、光が照射され太陽電池253が発電している時のみスイッチ256がオンとなり、太陽電池より得られるエネルギーがバッテリ252に充電される。一方、太陽電池253に発電能力がない場合にはスイッチ256はオフとなり、太陽電池253とバッテリ252との電気的接続が切断される。よって、バッテリ252に蓄えられたエネルギーの漏洩を防止することができる。
以上のように、電波等より得られるエネルギーにつけ加え、太陽電池253から得られるエネルギーをバッテリ252に蓄えることで、画素回路部の駆動に必要な電源電圧をより安定して供給することができる。もちろん、太陽電池253から得られるエネルギーのみをバッテリ252に蓄えても良い。
図8では、各画素回路部104ごとにバッテリ252及び太陽電池253を設けた例について示しているが、図9に示すように、画素回路部複数個につき1つのバッテリ及び太陽電池を備えてもよい。例えば、アンテナ回路103と同じ数だけ設けてもよいし、アンテナ回路103の数より少なく設けることも、多く設けることも可能である。また、このような場合、画素回路部ごとに設けられた整流回路201及び電源電圧生成回路203も画素間で共有化しても良い。また、太陽電池は光が照射される箇所であれば、どこにいくつ設けても良い。
以上より、電源電圧生成回路にバッテリを設けることで、表示装置が無線信号を受信する受信効率が低下した場合でも、常時安定した電源電圧を生成することが出来る。よって、表示装置の表示不良を防止することができる。また、本発明の表示装置は、画素回路部複数個につき1つのアンテナを備え、複数の画素間でアンテナを共有化することで、画素回路部の面積を縮小することができる。よって、大型表示装置の高精細化が実現出来る。
(実施の形態3)
本実施の形態では、上記実施形態で示した表示装置の作製方法の一例に関して、部分断面図を用いて説明する。
まず、図10(A)に示すように、基板501の一表面に下地膜として機能する絶縁膜502と半導体膜503(例えば、非晶質珪素を含む膜)を積層して形成する。なお、絶縁膜502および半導体膜503は、連続して形成することができる。
なお、基板501は、ガラス基板、石英基板、ステンレス等の金属基板の一表面に絶縁膜を形成したもの、本工程の処理温度に耐えうる耐熱性があるプラスチック基板等を用いるとよい。このような基板501であれば、その面積や形状に大きな制限はないため、基板501として、例えば、1辺が1メートル以上であって、矩形状のものを用いれば、生産性を格段に向上させることができる。このような利点は、円形のシリコン基板を用いる場合と比較すると、大きな優位点である。
また、絶縁膜502は、CVD法やスパッタリング法等を用いて、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン(SiOxNy)(x>y>0)、窒化酸化シリコン(SiNxOy)(x>y>0)等の絶縁材料を用いて形成する。例えば、絶縁膜502を2層構造とする場合、第1層目の絶縁膜として窒化酸化シリコン膜を形成し、第2層目の絶縁膜として酸化窒化シリコン膜を形成するとよい。また、第1層目の絶縁膜として窒化シリコン膜を形成し、第2層目の絶縁膜として酸化シリコン膜を形成してもよい。絶縁膜502は、基板501からその上に形成される素子に不純物元素が混入するのを防ぐブロッキング層として機能する。このように、ブロッキング層として機能する絶縁膜502を形成することによって、基板501からNaなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属がこの上に形成される素子に悪影響を与えることを防ぐことができる。なお、基板501として石英を用いるような場合には絶縁膜502を省略してもよい。
また、半導体膜503は、スパッタリング法、LPCVD法、プラズマCVD法等により、25〜200nm(好ましくは30〜150nm)の厚さで形成する。
次に、図10(B)に示すように、半導体膜503にレーザー光を照射して結晶化を行う。なお、レーザー光の照射と、RTA又はファーネスアニール炉を用いる熱結晶化法、結晶化を助長する金属元素を用いる熱結晶化法とを組み合わせた方法等により半導体膜503の結晶化を行ってもよい。その後、得られた半導体膜を所望の形状にエッチングして、結晶化した半導体膜503a〜503cを形成し、当該半導体膜503a〜503cを覆うようにゲート絶縁膜504を形成する。
なお、ゲート絶縁膜504は、CVD法やスパッタリング法等を用いて、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン(SiOxNy)(x>y>0)、窒化酸化シリコン(SiNxOy)(x>y>0)等の絶縁材料を用いて形成する。例えば、ゲート絶縁膜504を2層構造とする場合、第1層目の絶縁膜として酸化窒化シリコン膜を形成し、第2層目の絶縁膜として窒化酸化シリコン膜を形成するとよい。また、第1層目の絶縁膜として酸化シリコン膜を形成し、第2層目の絶縁膜として窒化シリコン膜を形成してもよい。
半導体膜503a〜503cの作製工程の一例を以下に簡単に説明すると、まず、プラズマCVD法を用いて、膜厚50〜60nmの非晶質半導体膜を形成する。次に、結晶化を助長する金属元素であるニッケルを含む溶液を非晶質半導体膜上に保持させた後、非晶質半導体膜に脱水素化の処理(500℃、1時間)と、熱結晶化の処理(550℃、4時間)を行って結晶質半導体膜を形成する。その後、レーザー光を照射し、フォトリソグラフィ法を用いることよって結晶化された半導体膜503a〜503cを形成する。なお、結晶化を助長する金属元素を用いる熱結晶化を行わずに、レーザー光の照射だけで非晶質半導体膜の結晶化を行ってもよい。
なお、結晶化に用いるレーザー発振器としては、連続発振型のレーザービーム(CWレーザービーム)やパルス発振型のレーザービーム(パルスレーザービーム)を用いることができる。ここで用いることができるレーザービームは、Arレーザー、Krレーザー、エキシマレーザーなどの気体レーザー、単結晶のYAG、YVO、フォルステライト(MgSiO)、YAlO、GdVO、若しくは多結晶(セラミック)のYAG、Y、YVO、YAlO、GdVOに、ドーパントとしてNd、Yb、Cr、Ti、Ho、Er、Tm、Taのうち1種または複数種添加されているものを媒質とするレーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライトレーザー、Ti:サファイアレーザー、銅蒸気レーザーまたは金蒸気レーザーのうち一種または複数種から発振されるものを用いることができる。このようなレーザービームの基本波、及びこれらの基本波の第2高調波から第4高調波のレーザービームを照射することで、大粒径の結晶を得ることができる。例えば、Nd:YVOレーザー(基本波1064nm)の第2高調波(532nm)や第3高調波(355nm)を用いることができる。このときレーザーのパワー密度は0.01〜100MW/cm程度(好ましくは0.1〜10MW/cm)が必要である。そして、走査速度を10〜2000cm/sec程度として照射する。なお、単結晶のYAG、YVO、フォルステライト(MgSiO)、YAlO、GdVO、若しくは多結晶(セラミック)のYAG、Y、YVO、YAlO、GdVOに、ドーパントとしてNd、Yb、Cr、Ti、Ho、Er、Tm、Taのうち1種または複数種添加されているものを媒質とするレーザー、Arイオンレーザー、またはTi:サファイアレーザーは、連続発振をさせることが可能であり、Qスイッチ動作やモード同期などを行うことによって10MHz以上の発振周波数でパルス発振をさせることも可能である。10MHz以上の発振周波数でレーザービームを発振させると、半導体膜がレーザーによって溶融してから固化するまでの間に、次のパルスが半導体膜に照射される。従って、発振周波数が低いパルスレーザーを用いる場合と異なり、半導体膜中において固液界面を連続的に移動させることができるため、走査方向に向かって連続的に成長した結晶粒を得ることができる。
また、ゲート絶縁膜504は、半導体膜503a〜503cに対し高密度プラズマ処理を行い、表面を酸化又は窒化することで形成しても良い。例えば、He、Ar、Kr、Xeなどの希ガスと、酸素、酸化窒素(NO)、アンモニア、窒素、水素などの混合ガスを導入したプラズマ処理で形成する。この場合のプラズマの励起は、マイクロ波の導入により行うと、低電子温度で高密度のプラズマを生成することができる。この高密度プラズマで生成された酸素ラジカル(OHラジカルを含む場合もある)や窒素ラジカル(NHラジカルを含む場合もある)によって、半導体膜の表面を酸化又は窒化することができる。
このような高密度プラズマを用いた処理により、1〜20nm、代表的には5〜10nmの絶縁膜が半導体膜に形成される。この場合の反応は、固相反応であるため、当該絶縁膜と半導体膜との界面準位密度はきわめて低くすることができる。このような、高密度プラズマ処理は、半導体膜(結晶性シリコン、或いは多結晶シリコン)を直接酸化(若しくは窒化)するため、形成される絶縁膜の厚さは理想的には、ばらつきをきわめて小さくすることができる。加えて、結晶性シリコンの結晶粒界でも酸化が強くされることがないため、非常に好ましい状態となる。すなわち、ここで示す高密度プラズマ処理で半導体膜の表面を固相酸化することにより、結晶粒界において異常に酸化反応をさせることなく、均一性が良く、界面準位密度が低い絶縁膜を形成することができる。
なお、ゲート絶縁膜504は、高密度プラズマ処理によって形成される絶縁膜のみを用いても良いし、それにプラズマや熱反応を利用したCVD法で酸化シリコン、酸窒化シリコン、窒化シリコンなどの絶縁膜を堆積し、積層させても良い。いずれにしても、高密度プラズマで形成した絶縁膜をゲート絶縁膜の一部又は全部に含んで形成されるトランジスタは、特性のばらつきを小さくすることができる。
また、半導体膜に対し、連続発振レーザー若しくは10MHz以上の周波数で発振するレーザービームを照射しながら一方向に走査して結晶化させて得られた半導体膜503a〜503cは、そのビームの走査方向に結晶が成長する特性がある。その走査方向をチャネル長方向(チャネル形成領域が形成されたときにキャリアが流れる方向)に合わせてトランジスタを配置し、上記ゲート絶縁層を組み合わせることで、特性ばらつきが小さく、しかも電界効果移動度が高い薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)を得ることができる。
次に、ゲート絶縁膜504上に、第1の導電膜と第2の導電膜とを積層して形成する。ここでは、第1の導電膜は、CVD法やスパッタリング法等により、20〜100nmの厚さで形成する。第2の導電膜は、100〜400nmの厚さで形成する。第1の導電膜と第2の導電膜は、タンタル(Ta)、タングステン(W)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、クロム(Cr)、ニオブ(Nb)等から選択された元素又はこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成する。または、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶珪素に代表される半導体材料により形成する。第1の導電膜と第2の導電膜の組み合わせの例を挙げると、窒化タンタル膜とタングステン膜、窒化タングステン膜とタングステン膜、窒化モリブデン膜とモリブデン膜等が挙げられる。タングステンや窒化タンタルは、耐熱性が高いため、第1の導電膜と第2の導電膜を形成した後に、熱活性化を目的とした加熱処理を行うことができる。また、2層構造ではなく、3層構造の場合は、モリブデン膜とアルミニウム膜とモリブデン膜の積層構造を採用するとよい。
次に、フォトリソグラフィ法を用いてレジストからなるマスクを形成し、ゲート電極とゲート線を形成するためのエッチング処理を行って、半導体膜503a〜503cの上方にゲート電極505を形成する。ここでは、ゲート電極505として、第1の導電膜505aと第2の導電膜505bの積層構造で設けた例を示している。
次に、図10(C)に示すように、ゲート電極505をマスクとして半導体膜503a〜503cに、イオンドープ法またはイオン注入法により、n型を付与する不純物元素を低濃度に添加し、その後、フォトリソグラフィ法によりレジストからなるマスクを選択的に形成して、p型を付与する不純物元素を高濃度に添加する。n型を示す不純物元素としては、リン(P)やヒ素(As)等を用いることができる。p型を示す不純物元素としては、ボロン(B)やアルミニウム(Al)やガリウム(Ga)等を用いることができる。ここでは、n型を付与する不純物元素としてリン(P)を用い、1×1015〜1×1019/cmの濃度で含まれるように半導体膜503a〜503cに選択的に導入し、n型を示す不純物領域506を形成する。また、p型を付与する不純物元素としてボロン(B)を用い、1×1019〜1×1020/cmの濃度で含まれるように選択的に半導体膜503bに導入し、p型を示す不純物領域507を形成する。
続いて、ゲート絶縁膜504とゲート電極505を覆うように、絶縁膜を形成する。絶縁膜は、プラズマCVD法やスパッタリング法等により、珪素、珪素の酸化物又は珪素の窒化物の無機材料を含む膜や、有機樹脂などの有機材料を含む膜を、単層又は積層して形成する。次に、絶縁膜を、垂直方向を主体とした異方性エッチングにより選択的にエッチングして、ゲート電極505の側面に接する絶縁膜508(サイドウォールともよばれる)を形成する。絶縁膜508は、LDD(Lightly Doped drain)領域を形成する際のドーピング用のマスクとして用いる。
続いて、フォトリソグラフィ法により形成したレジストからなるマスクと、ゲート電極505および絶縁膜508をマスクとして用いて、半導体膜503a、503cにn型を付与する不純物元素を高濃度に添加して、n型を示す不純物領域509を形成する。ここでは、n型を付与する不純物元素としてリン(P)を用い、1×1019〜1×1020/cmの濃度で含まれるように半導体膜503a、503cに選択的に導入し、不純物領域506より高濃度のn型を示す不純物領域509を形成する。
以上の工程により、図10(D)に示すように、nチャネル型薄膜トランジスタ500a、500cとpチャネル型薄膜トランジスタ500bが形成される。なお、これら薄膜トランジスタ500a〜500cは、本発明の表示装置における画素回路部を構成する薄膜トランジスタである。具体的には、薄膜トランジスタ500aは表示素子に接続されるトランジスタである。また、薄膜トランジスタ500b、500cはアンテナ回路により近いところに設けられているトランジスタであり、薄膜トランジスタ500cはアンテナ回路に接続されるトランジスタである。
なお、nチャネル型薄膜トランジスタ500aは、ゲート電極505と重なる半導体膜503aの領域にチャネル形成領域が形成され、ゲート電極505及び絶縁膜508と重ならない領域にソース領域又はドレイン領域を形成する不純物領域509が形成され、絶縁膜508と重なる領域であってチャネル形成領域と不純物領域509の間に低濃度不純物領域(LDD領域)が形成されている。また、nチャネル型薄膜トランジスタ500cも同様にチャネル形成領域、低濃度不純物領域及び不純物領域509が形成されている。
また、pチャネル型薄膜トランジスタ500bは、ゲート電極505と重なる半導体膜503bの領域にチャネル形成領域が形成され、ゲート電極505と重ならない領域にソース領域又はドレイン領域を形成する不純物領域507が形成されている。なお、ここでは、pチャネル型薄膜トランジスタ500cには、LDD領域を設けていないが、pチャネル型薄膜トランジスタにLDD領域を設けてもよいし、nチャネル型薄膜トランジスタにLDD領域を設けない構成としてもよい。
次に、図10(E)に示すように、半導体膜503a〜503c、ゲート電極505等を覆うように、絶縁膜を単層または積層して形成し、当該絶縁膜上に薄膜トランジスタ500a〜500cのソース領域又はドレイン領域を形成する不純物領域507、509と電気的に接続する導電膜511を形成する。絶縁膜は、CVD法、スパッタリング法、SOG法、液滴吐出法、スクリーン印刷法等により、珪素の酸化物や珪素の窒化物等の無機材料、ポリイミド、ポリアミド、ベンゾシクロブテン、アクリル、エポキシ等の有機材料やシロキサン材料等により、単層または積層で形成する。ここでは、当該絶縁膜を2層で設け、1層目の絶縁膜510aとして窒化酸化珪素膜で形成し、2層目の絶縁膜510bとして酸化窒化珪素膜で形成する。また、導電膜511は、薄膜トランジスタ500a〜500cのソース電極又はドレイン電極を形成する。
なお、絶縁膜510a、510bを形成する前、または絶縁膜510a、510bのうちの1つまたは複数の薄膜を形成した後に、半導体膜の結晶性の回復や半導体膜に添加された不純物元素の活性化、半導体膜の水素化を目的とした加熱処理を行うとよい。加熱処理には、熱アニール、レーザーアニール法またはRTA法などを適用するとよい。
また、導電膜511は、CVD法やスパッタリング法等により、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)、ニッケル(Ni)、白金(Pt)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、マンガン(Mn)、ネオジウム(Nd)、炭素(C)、シリコン(Si)から選択された元素、又はこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で、単層又は積層で形成する。アルミニウムを主成分とする合金材料とは、例えば、アルミニウムを主成分としニッケルを含む材料、又は、アルミニウムを主成分とし、ニッケルと、炭素と珪素の一方又は両方とを含む合金材料に相当する。導電膜511は、例えば、バリア膜とアルミニウムシリコン(Al−Si)膜とバリア膜の積層構造、バリア膜とアルミニウムシリコン(Al−Si)膜と窒化チタン(TiN)膜とバリア膜の積層構造を採用するとよい。なお、バリア膜とは、チタン、チタンの窒化物、モリブデン、又はモリブデンの窒化物からなる薄膜に相当する。アルミニウムやアルミニウムシリコンは抵抗値が低く、安価であるため、導電膜511を形成する材料として最適である。また、上層と下層のバリア層を設けると、アルミニウムやアルミニウムシリコンのヒロックの発生を防止することができる。また、還元性の高い元素であるチタンからなるバリア膜を形成すると、半導体膜上に薄い自然酸化膜ができていたとしても、この自然酸化膜を還元し、半導体膜と良好なコンタクトをとることができる。
次に、図11(A)に示すように、導電膜511を覆うように絶縁膜512を形成し、当該絶縁膜512上に、薄膜トランジスタのソース電極又はドレイン電極を形成する導電膜511と電気的に接続する導電膜513、514を形成する。図11(A)では、薄膜トランジスタ500aのソース電極又はドレイン電極を形成する導電膜511と電気的に接続された導電膜として導電膜513が、薄膜トランジスタ500cのソース電極又はドレイン電極を形成する導電膜511と電気的に接続された導電膜として導電膜514が図示されている。この導電膜513及び導電膜514は、上述した導電膜511で示したいずれかの材料を用いて形成することができる。
なお、絶縁膜512は、CVD法やスパッタ法等により、酸化珪素(SiOx)、窒化珪素(SiNx)、酸化窒化珪素(SiOxNy)(x>y)、窒化酸化珪素(SiNxOy)(x>y)等の酸素または窒素を有する絶縁膜やDLC(ダイヤモンドライクカーボン)等の炭素を含む膜、エポキシ、ポリイミド、ポリアミド、ポリビニルフェノール、ベンゾシクロブテン、アクリル等の有機材料またはシロキサン樹脂等のシロキサン材料からなる単層または積層構造で設けることができる。なお、シロキサン材料とは、Si−O−Si結合を含む材料に相当する。シロキサンは、シリコン(Si)と酸素(O)との結合で骨格構造が構成される。置換基として、少なくとも水素を含む有機基(例えばアルキル基、芳香族炭化水素)が用いられる。置換基として、フルオロ基を用いることもできる。または置換基として、少なくとも水素を含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい。
続いて、表示素子を形成する。ここでは、表示素子に発光素子を用いた場合について説明する。なお、導電膜513は表示素子の第1の電極として機能する。まず、図11(B)に示すように各画素が有する第1の電極の間に隔壁(絶縁層)515を形成する。なお、隔壁(絶縁層)515の断面において、隔壁(絶縁層)515の側面は、第1の電極の表面に対して10度以上60度未満、好ましくは25度以上45度以下の傾斜角度を有することが好ましい。さらには、湾曲していることが好ましい。なお、隔壁(絶縁層)515をこのような構造とすることで、後に形成される発光物質を含む層の段切れを防止することができる。
なお、隔壁(絶縁層)515には、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウムその他の無機絶縁性材料、又はアクリル酸、メタクリル酸及びこれらの誘導体、又はポリイミド、芳香族ポリアミド、ポリベンゾイミダゾールなどの耐熱性高分子、又はシロキサン材料を用いることができる。また、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラールなどのビニル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ノボラック樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂等の樹脂材料を用いることもできる。ベンゾシクロブテン、パリレン、ポリイミドなどの有機材料、重合によってできた化合物材料、水溶性ホモポリマーと水溶性共重合体を含む組成物材料等を用いてもよい。なお、作製法としては、CVD法、スパッタリング法、液滴吐出法、ディスペンサ法、印刷法等を用いることができる。また、スピンコート法で得られる薄膜なども用いることができる。
次に、薄膜トランジスタ500cのソース電極又はドレイン電極を形成する導電膜511と電気的に接続された導電膜514と後に形成されるアンテナとを接続する導電膜519を形成する。なお、導電膜519は上述した導電膜511で示したいずれかの材料を用いて形成することができる。
次に、発光素子の第1の電極として機能する導電膜513及び隔壁(絶縁層)515上に発光物質を含む層516及び第2の電極として機能する導電膜517を形成する。
なお、導電膜513と導電膜517に発光物質を含む層516が挟まれた領域では発光素子518が形成されている。
次に、発光素子518の詳細について図12を用いて説明する。なお、図11における導電膜513と導電膜517は、それぞれ図12の第1の電極1801、第2の電極1802に相当する。また、図12(A)においては、第1の電極を陽極、第2の電極を陰極とする。なお、図11では発光物質を含む層516より得られる発光を第2の電極側より取り出す場合について記載しているが、第1の電極の材料を適宜選択することで、第1の電極側から取り出すことも可能である。よって、以下では発光の取り出す側は限定せずに説明する。
図12(A)に示すように、第1の電極1801と第2の電極1802との間には、発光層1813の他、正孔注入層1811、正孔輸送層1812、電子輸送層1814、電子注入層1815等も設けられている。これらの層は、第1の電極1801の電位が第2の電極1802の電位よりも高くなるように電圧を印加したときに、第1の電極1801側から正孔が注入され第2の電極1802側から電子が注入されるように積層されている。
このような発光素子において、第1の電極1801から注入された正孔と、第2の電極1802から注入された電子とは、発光層1813において再結合し、発光物質を励起状態にする。そして、励起状態の発光物質が基底状態に戻るときに発光する。なお、発光物質とは、ルミネセンス(エレクトロルミネセンス)が得られる物質であれば良い。
発光層1813を形成する物質について特に限定はなく、発光物質のみから形成された層であっても良いが、濃度消光を生じる場合には発光物質が有するエネルギーギャップよりも大きいエネルギーギャップを有する物質(ホスト)からなる層中に発光物質が分散するように混合された層であることが好ましい。これによって、発光物質の濃度消光を防ぐことができる。なお、エネルギーギャップとは最低空分子軌道(LUMO:Lowest Unoccupied Molecular Orbital)準位と最高被占分子軌道(HOMO:Highest Occupied Molecular Orbital)準位とのエネルギー差をいう。
また、発光物質についても特に限定はなく、所望の発光波長の発光をし得る物質を用いればよい。例えば、赤色系の発光を得たいときには、4−ジシアノメチレン−2−イソプロピル−6−[2−(1,1,7,7−テトラメチルジュロリジン−9−イル)エテニル]−4H−ピラン(略称:DCJTI)、4−ジシアノメチレン−2−メチル−6−[2−(1,1,7,7−テトラメチルジュロリジン−9−イル)エテニル]−4H−ピラン(略称:DCJT)、4−ジシアノメチレン−2−tert−ブチル−6−[2−(1,1,7,7−テトラメチルジュロリジン−9−イル)エテニル]−4H−ピラン(略称:DCJTB)やペリフランテン、2,5−ジシアノ−1,4−ビス[2−(10−メトキシ−1,1,7,7−テトラメチルジュロリジン−9−イル)エテニル]ベンゼン等、600nmから680nmに発光スペクトルのピークを有する発光を呈する物質を用いることができる。また、緑色系の発光を得たいときは、N,N’−ジメチルキナクリドン(略称:DMQd)、クマリン6やクマリン545T、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Alq)、N,N’−ジフェニルキナクリドン(略称:DPQd)等、500nmから550nmに発光スペクトルのピークを有する発光を呈する物質を用いることができる。また、青色系の発光を得たいときは、9,10−ビス(2−ナフチル)−tert−ブチルアントラセン(略称:t−BuDNA)、9,9’−ビアントリル、9,10−ジフェニルアントラセン(略称:DPA)や9,10−ビス(2−ナフチル)アントラセン(略称:DNA)、ビス(2−メチル−8−キノリノラト)−4−フェニルフェノラト−ガリウム(BGaq)、ビス(2−メチル−8−キノリノラト)−4−フェニルフェノラト−アルミニウム(BAlq)等、420nmから500nmに発光スペクトルのピークを有する発光を呈する物質を用いることができる。
発光物質を分散状態にするために用いる物質についても特に限定はなく、例えば、9,10−ジ(2−ナフチル)−2−tert−ブチルアントラセン(略称:t−BuDNA)等のアントラセン誘導体、または4,4’−ビス(N−カルバゾリル)ビフェニル(略称:CBP)等のカルバゾール誘導体の他、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)ピリジナト]亜鉛(略称:Znpp)、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンゾオキサゾラト]亜鉛(略称:ZnBOX)等の金属錯体等を用いることができる。
第1の電極1801を形成する陽極材料は特に限定はされないが、仕事関数の大きい(仕事関数4.0eV以上)金属、合金、電気伝導性化合物、及びこれらの混合物などを用いることが好ましい。このような陽極材料の具体例としては、金属材料の酸化物として、インジウム錫酸化物(略称:ITO)、酸化珪素を含有するインジウム錫酸化物(略称:ITSO)、酸化インジウムに2〜20[wt%]の酸化亜鉛(ZnO)を混合したターゲットを用いて形成されるインジウム亜鉛酸化物(略称:IZO)の他、金(Au)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)、タングステン(W)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、銅(Cu)、パラジウム(Pd)、または金属材料の窒化物(例えば、TiN)等を挙げることができる。
一方、第2の電極1802を形成する物質としては、仕事関数の小さい(仕事関数3.8eV以下)金属、合金、電気伝導性化合物、及びこれらの混合物などを用いることができる。このような陰極材料の具体例としては、周期表の1族または2族に属する元素、すなわちリチウム(Li)やセシウム(Cs)等のアルカリ金属またはマグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)等のアルカリ土類金属、及びこれらを含む合金(Mg:Ag、Al:Li)が挙げられる。また、第2の電極1802と発光層1813との間に、電子注入性に優れた層を当該第2の電極と積層して設けることにより、仕事関数の大小に関わらず、Al、Ag、ITOや酸化珪素を含有するITO等の第1の電極1801の材料として挙げた材料も含めた様々な導電性材料を第2の電極1802として用いることができる。また、後述する電子注入層1815に、特に電子を注入する機能に優れた材料を用いることにより同様の効果を得ることができる。
なお、発光した光を外部に取り出すために、第1の電極1801と第2の電極1802のいずれか一方または両方がITO等の透明電極、または可視光が透過出来るような数〜数十nmの厚さで形成された電極であることが好ましい。
第1の電極1801と発光層1813との間には、図12(A)に示すように正孔輸送層1812を有する。正孔輸送層とは、第1の電極1801から注入された正孔を発光層1813へ輸送する機能を有する層である。このように、正孔輸送層1812を設け、第1の電極1801と発光層1813とを離すことによって、発光が金属に起因して消光することを防ぐことができる。
なお、正孔輸送層1812には、正孔輸送性の高い物質を用いて形成することが好ましく、特に1×10−6cm/Vs以上の正孔移動度を有する物質を用いて形成することが好ましい。なお、正孔輸送性の高い物質とは、電子よりも正孔の移動度が高い物質をいう。正孔輸送層1812を形成するのに用いることができる物質の具体例としては、4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:NPB)、4,4’−ビス[N−(3−メチルフェニル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:TPD)、4,4’,4’’−トリス(N,N−ジフェニルアミノ)トリフェニルアミン(略称:TDATA)、4,4’,4’’−トリス[N−(3−メチルフェニル)−N−フェニルアミノ]トリフェニルアミン(略称:MTDATA)、4,4’−ビス{N−[4−(N,N−ジ−m−トリルアミノ)フェニル]−N−フェニルアミノ}ビフェニル(略称:DNTPD)、1,3,5−トリス[N,N−ジ(m−トリル)アミノ]ベンゼン(略称:m−MTDAB)、4,4’,4’’−トリス(N−カルバゾリル)トリフェニルアミン(略称:TCTA)、フタロシアニン(略称:HPc)、銅フタロシアニン(略称:CuPc)、バナジルフタロシアニン(略称:VOPc)等が挙げられる。また、正孔輸送層1812は、以上に述べた物質から成る層を二以上組み合わせて形成した多層構造の層であってもよい。
また、第2の電極1802と発光層1813との間には、図12(A)に示すように電子輸送層1814を有していてもよい。ここで、電子輸送層とは、第2の電極1802から注入された電子を発光層1813へ輸送する機能を有する層である。このように、電子輸送層1814を設け、第2の電極1802と発光層1813とを離すことによって、発光が金属に起因して消光することを防ぐことができる。
電子輸送層1814について特に限定はなく、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Alq)、トリス(4−メチル−8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Almq)、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]−キノリナト)ベリリウム(略称:BeBq)、ビス(2−メチル−8−キノリノラト)−4−フェニルフェノラト−アルミニウム(略称:BAlq)など、キノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体等によって形成されたものを用いることができる。この他、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)−ベンゾオキサゾラト]亜鉛(略称:Zn(BOX))、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)−ベンゾチアゾラト]亜鉛(略称:Zn(BTZ))などのオキサゾール系、チアゾール系配位子を有する金属錯体等によって形成されたものであってもよい。また、2−(4−ビフェニリル)−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール(略称:PBD)や、1,3−ビス[5−(p−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール−2−イル]ベンゼン(略称:OXD−7)、3−(4−tert−ブチルフェニル)−4−フェニル−5−(4−ビフェニリル)−1,2,4−トリアゾール(略称:TAZ)、3−(4−tert−ブチルフェニル)−4−(4−エチルフェニル)−5−(4−ビフェニリル)−1,2,4−トリアゾール(略称:p−EtTAZ)、バソフェナントロリン(略称:BPhen)、バソキュプロイン(略称:BCP)等を用いて形成されたものであってもよい。電子輸送層1814は、以上に記載したような正孔の移動度よりも電子の移動度が高い物質を用いて形成することが好ましい。また、電子輸送層1814は、10−6cm/Vs以上の電子移動度を有する物質を用いて形成することがより好ましい。なお、電子輸送層1814は、以上に述べた物質から成る層を二以上組み合わせて形成した多層構造であってもよい。
さらに、第1の電極1801と正孔輸送層1812との間には、図12(A)に示すように、正孔注入層1811を有していてもよい。ここで、正孔注入層とは、陽極として機能する電極から正孔輸送層1812へ正孔の注入を促す機能を有する層である。
正孔注入層1811について特に限定はなく、モリブデン酸化物(MoOx)やバナジウム酸化物(VOx)、ルテニウム酸化物(RuOx)、タングステン酸化物(WOx)、マンガン酸化物(MnOx)等の金属酸化物によって形成されたものを用いることができる。この他、フタロシアニン(略称:HPc)や銅フタロシアニン(CuPc)等のフタロシアニン系の化合物、4,4−ビス(N−(4−(N,N−ジ−m−トリルアミノ)フェニル)−N−フェニルアミノ)ビフェニル(略称:DNTPD)等の芳香族アミン系の化合物、或いはポリ(エチレンジオキシチオフェン)/ポリ(スチレンスルホン酸)水溶液(PEDOT/PSS)等の高分子等によっても正孔注入層1811を形成することができる。
また、前記金属酸化物と、正孔輸送性の高い物質とを混合したものを、第1の電極1801と正孔輸送層1812との間に設けても良い。このような層は、厚膜化しても駆動電圧の上昇を伴わないため、層の膜厚を調整することでマイクロキャビティ効果や光の干渉効果を利用した光学設計を行うことができる。そのため、色純度に優れ、視野角に依存する色変化などが小さい高品質な発光素子を作製することができる。また、第1の電極1801の表面に成膜時に発生する凹凸や電極表面に残った微少な残渣の影響で第1の電極1801と第2の電極1802がショートすることを防ぐ膜厚を選ぶことができる。
また、第2の電極1802と電子輸送層1814との間には、図12(A)に示すように、電子注入層1815を有していてもよい。ここで、電子注入層とは、陰極として機能する電極から電子輸送層1814へ電子の注入を促す機能を有する層である。なお、電子輸送層を特に設けない場合は、陰極として機能する電極と発光層との間に電子注入層を設け、発光層への電子の注入を補助してもよい。
電子注入層1815について特に限定はなく、フッ化リチウム(LiF)、フッ化セシウム(CsF)、フッ化カルシウム(CaF)等のようなアルカリ金属又はアルカリ土類金属の化合物を用いて形成されたものを用いることができる。この他、Alqまたは4,4−ビス(5−メチルベンズオキサゾル−2−イル)スチルベン(BzOs)等のように電子輸送性の高い物質と、マグネシウムまたはリチウム等のようにアルカリ金属又はアルカリ土類金属とを混合したものも、電子注入層1815として用いることができる。
なお、正孔注入層1811、正孔輸送層1812、発光層1813、電子輸送層1814、電子注入層1815は、それぞれ、蒸着法、インクジェット法、または塗布法等、いずれの方法で形成しても構わない。また、第1の電極1801または第2の電極1802についても、スパッタ法または蒸着法等、いずれの方法を用いて形成しても構わない。
また、発光素子の層構造は、図12(A)に記載したものに限定されず、図12(B)に示すように陰極として機能する電極から順に作製してもよい。つまり、第1の電極1801を陰極とし、第1の電極1801上に電子注入層1815、電子輸送層1814、発光層1813、正孔輸送層1812、正孔注入層1811、第2の電極1802の順で積層しても良い。なお、第2の電極1802は陽極として機能する。
なお、発光素子は、発光層が一層のものについて記載したが、複数の発光層を有するものであってもよい。複数の発光層を設け、それぞれの発光層からの発光を混合することで、白色光を得ることができる。たとえば2層の発光層を有する発光素子の場合、第1の発光層と第2の発光層との間には、間隔層や、正孔を発生する層及び電子を発生する層を設けることが好ましい。このような構成により、外部に射出したそれぞれの発光は、視覚的に混合され、白色光として視認される。よって、白色光を得ることができる。
図11における発光物質を含む層516は、少なくとも発光層を有していれば良い。また、図11では発光を第2の電極側から取り出すため、導電膜517は透光性を有する物質から形成すれば良い。
次に、導電膜517、隔壁(絶縁層)515及び導電膜519を覆うように絶縁膜520が形成されている。この絶縁膜520は保護膜として機能し、発光物質を含む層516の劣化を促進させる原因となる水分や酸素等の物質の透過を防ぐ役割を果たしている。
ただし、絶縁膜520は導電膜519上に開口部を有し、図11(C)に示すようにこの開口部において基板521上に設けられたアンテナとして機能する導電層522と導電膜519とが樹脂524中に含まれる導電性粒子523により接続されている。なお、トランジスタを有する層525と、アンテナとして機能する導電層522が設けられた基板521とは、接着性を有する樹脂524により貼り合わされている。
また、銀ペースト、銅ペースト、カーボンペースト等の導電性接着剤や半田接合を行う方法を用いてアンテナとして機能する導電層522と導電膜519とを接続してもよい。
なお、アンテナとして機能する導電膜519は、CVD法、スパッタリング法、スクリーン印刷やグラビア印刷等の印刷法、液滴吐出法、ディスペンサ法、メッキ法等を用いて、導電性材料により形成する。導電性材料は、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、銀(Ag)、銅(Cu)、金(Au)、白金(Pt)ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)から選択された元素、又はこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で、単層構造又は積層構造で形成する。
例えば、スクリーン印刷法を用いてアンテナとして機能する導電膜519を形成する場合には、粒径が数nmから数十μmの導電体粒子を有機樹脂に溶解または分散させた導電性のペーストを選択的に印刷することによって設けることができる。導電体粒子としては、銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)およびチタン(Ti)等のいずれか一つ以上の金属粒子やハロゲン化銀の微粒子、または分散性ナノ粒子を用いることができる。また、導電性ペーストに含まれる有機樹脂は、金属粒子のバインダー、溶媒、分散剤および被覆材として機能する有機樹脂から選ばれた一つまたは複数を用いることができる。代表的には、エポキシ樹脂、珪素樹脂等の有機樹脂が挙げられる。また、導電膜の形成にあたり、導電性のペーストを押し出した後に焼成することが好ましい。例えば、導電性のペーストの材料として、銀を主成分とする微粒子(例えば粒径1nm以上100nm以下)を用いる場合、150〜300℃の温度範囲で焼成することにより硬化させて導電膜を得ることができる。また、はんだや鉛フリーのはんだを主成分とする微粒子を用いてもよく、この場合は粒径20μm以下の微粒子を用いることが好ましい。はんだや鉛フリーはんだは、低コストであるといった利点を有している。
また、基板521には、上述した基板501で示したいずれかの材料を用いて形成することができる。
以上の工程により、本発明の表示装置を作製することができる。なお、本実施の形態では、薄膜トランジスタを有する層が形成される第1の基板と、アンテナとして機能する導電膜が形成される第2の基板とを導電性粒子を含む樹脂により貼り合わせる例について説明したが、アンテナを薄膜トランジスタと同じ基板上に形成してもよい。
また、基板上に薄膜トランジスタを有する層やアンテナを形成した後に前記基板を剥離により除去しても良い。また、ガラス基板上に薄膜トランジスタを有する層を設けた後に、当該ガラス基板をトランジスタが設けられた面と反対側から研磨することにより表示装置の薄膜化、小型化を行っても良い。このように、本発明の表示装置の作製方法は上記に限られるものではない。
また、本実施形態は本明細書中の他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることが可能である。
(実施の形態4)
本実施形態では、上記実施形態とは異なる本発明の表示装置が有するトランジスタの作製方法について説明する。本発明の表示装置が有するトランジスタは、上記実施形態で説明した絶縁基板上の薄膜トランジスタの他、単結晶基板上のMOSトランジスタで構成することもできる。
本実施形態では、本発明の表示装置が有するトランジスタの作製方法の一例に関して、図13乃至図15に示す部分断面図を用いて説明する。
まず、半導体基板900に素子を分離した領域902、903(以下、領域902、903とも記す)を形成する(図13(A)参照)。半導体基板900に設けられた領域902、903は、それぞれ絶縁膜901(フィールド酸化膜ともいう)によって分離されている。なお、ここでは、半導体基板900としてn型の導電型を有する単結晶Si基板を用い、半導体基板900の領域903にpウェル904を設けた例を示している。
基板900は、半導体基板であれば特に限定されず用いることができる。例えば、n型又はp型の導電型を有する単結晶Si基板、化合物半導体基板(GaAs基板、InP基板、GaN基板、SiC基板、サファイア基板、ZnSe基板等)、貼り合わせ法またはSIMOX(Separation by Implanted Oxygen)法を用いて作製されたSOI(Silicon on Insulator)基板等を用いることができる。
素子分離領域902、903は、選択酸化法(LOCOS(Local Oxidation of Silicon)法)又はトレンチ分離法等を適宜用いることができる。
また、半導体基板900の領域903に形成されたpウェルは、半導体基板900にp型の導電型を有する不純物元素を選択的に導入することによって形成することができる。p型を示す不純物元素としては、ボロン(B)やアルミニウム(Al)やガリウム(Ga)等を用いることができる。
なお、本実施形態では、半導体基板900としてn型の導電型を有する半導体基板を用いているため、領域902には不純物元素の導入を行っていないが、n型を示す不純物元素を導入することにより領域902にnウェルを形成してもよい。n型を示す不純物元素としては、リン(P)やヒ素(As)等を用いることができる。一方、p型の導電型を有する半導体基板を用いる場合には、領域902にn型を示す不純物元素を導入してnウェルを形成し、領域903には不純物元素の導入を行わない構成としてもよい。
次に、図13(B)に示すように領域902、903を覆うように絶縁膜905、906をそれぞれ形成する。
絶縁膜905、906は、例えば、熱処理を行い半導体基板900に設けられた領域902、903の表面を酸化させることにより酸化珪素膜で形成することができる。また、熱酸化法により酸化珪素膜を形成した後に、窒化処理を行うことによって酸化珪素膜の表面を窒化させることにより、酸化珪素膜と酸素と窒素を有する膜(酸窒化珪素膜)との積層構造で形成してもよい。
他にも、上述したように、プラズマ処理を用いて絶縁膜905、906を形成してもよい。例えば、半導体基板900に設けられた領域902、903の表面に高密度プラズマ処理により酸化処理又は窒化処理を行うことにより、絶縁膜905、906として酸化珪素(SiOx)膜又は窒化珪素(SiNx)膜で形成することができる。また、高密度プラズマ処理により領域902、903の表面に酸化処理を行った後に、再度高密度プラズマ処理を行うことによって窒化処理を行ってもよい。この場合、領域902、903の表面に接して酸化珪素膜が形成され、当該酸化珪素膜上に(酸窒化珪素膜)が形成され、絶縁膜905、906は酸化珪素膜と酸窒化珪素膜とが積層された膜となる。また、熱酸化法により領域902、903の表面に酸化珪素膜を形成した後に高密度プラズマ処理により酸化処理又は窒化処理を行ってもよい。
なお、絶縁膜905、906は、後に完成されるトランジスタにおいてゲート絶縁膜として機能する。
次に、図13(C)に示すように領域902、903の上方に形成された絶縁膜905、906を覆うように導電膜を形成する。ここでは、導電膜として、導電膜907と導電膜908を順に積層して形成した例を示している。もちろん、導電膜は、単層又は3層以上の積層構造で形成してもよい。
導電膜907、908としては、タンタル(Ta)、タングステン(W)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、クロム(Cr)、ニオブ(Nb)等から選択された元素またはこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成することができる。また、これらの元素を窒化した金属窒化膜で形成することもできる。他にも、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶珪素に代表される半導体材料により形成することもできる。
ここでは、導電膜907として窒化タンタルを用いて形成し、その上に導電膜908としてタングステンを用いて積層構造で設ける。また、他にも、導電膜907として、窒化タングステン、窒化モリブデン又は窒化チタンから選ばれた単層又は積層膜を用い、導電膜908として、タンタル、モリブデン、チタンから選ばれた単層又は積層膜を用いることができる。
次に、積層して設けられた導電膜907、908を選択的にエッチングして除去することによって、領域902、903の上方の一部に導電膜907、908を残存させ、図14(A)に示すようにそれぞれゲート電極909、910を形成する。
次に、領域902を覆うようにレジストマスク911を選択的に形成し、当該レジストマスク911、ゲート電極910をマスクとして領域903に不純物元素を導入することによって不純物領域を形成する(図14(B)参照)。不純物元素としては、n型を付与する不純物元素又はp型を付与する不純物元素を用いる。n型を示す不純物元素としては、リン(P)やヒ素(As)等を用いることができる。p型を示す不純物元素としては、ボロン(B)やアルミニウム(Al)やガリウム(Ga)等を用いることができる。ここでは、不純物元素として、リン(P)を用いる。
不純物元素を導入することによって、図14(B)に示すように領域903にソース領域又はドレイン領域を形成する不純物領域912とチャネル形成領域913が形成される。
次に、図14(C)に示すように領域903を覆うようにレジストマスク914を選択的に形成し、当該レジストマスク914、ゲート電極909をマスクとして領域902に不純物元素を導入することによって不純物領域を形成する。不純物元素としては、n型を付与する不純物元素又はp型を付与する不純物元素を用いる。n型を示す不純物元素としては、リン(P)やヒ素(As)等を用いることができる。p型を示す不純物元素としては、ボロン(B)やアルミニウム(Al)やガリウム(Ga)等を用いることができる。ここでは、図14(C)で領域903に導入した不純物元素と異なる導電型を有する不純物元素(例えば、ボロン(B))を導入する。その結果、領域902にソース領域又はドレイン領域を形成する不純物領域915とチャネル形成領域916を形成される。
次に、図15に示すように絶縁膜905、906、ゲート電極909、910を覆うように第2の絶縁膜917を形成し、当該第2の絶縁膜917上に領域902、903にそれぞれ形成された不純物領域912、915と電気的に接続する配線918を形成する。
第2の絶縁膜917は、CVD法やスパッタ法等により、酸化珪素(SiOx)、窒化珪素(SiNx)、酸化窒化珪素(SiOxNy)(x>y)、窒化酸化珪素(SiNxOy)(x>y)等の酸素または窒素を有する絶縁膜やDLC(ダイヤモンドライクカーボン)等の炭素を含む膜、エポキシ、ポリイミド、ポリアミド、ポリビニルフェノール、ベンゾシクロブテン、アクリル等の有機材料またはシロキサン樹脂等のシロキサン材料からなる単層または積層構造で設けることができる。なお、シロキサン材料とは、Si−O−Si結合を含む材料に相当する。シロキサンは、シリコン(Si)と酸素(O)との結合で骨格構造が構成される。置換基として、少なくとも水素を含む有機基(例えばアルキル基、芳香族炭化水素)が用いられる。置換基として、フルオロ基を用いることもできる。または置換基として、少なくとも水素を含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい。
配線918は、CVD法やスパッタリング法等により、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)、ニッケル(Ni)、白金(Pt)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、マンガン(Mn)、ネオジウム(Nd)、炭素(C)、シリコン(Si)から選択された元素、又はこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で、単層又は積層で形成する。アルミニウムを主成分とする合金材料とは、例えば、アルミニウムを主成分としニッケルを含む材料、又は、アルミニウムを主成分とし、ニッケルと、炭素と珪素の一方又は両方とを含む合金材料に相当する。配線918は、例えば、バリア膜とアルミニウムシリコン(Al−Si)膜とバリア膜の積層構造、バリア膜とアルミニウムシリコン(Al−Si)膜と窒化チタン(TiN)膜とバリア膜の積層構造を採用するとよい。なお、バリア膜とは、チタン、チタンの窒化物、モリブデン、又はモリブデンの窒化物からなる薄膜に相当する。アルミニウムやアルミニウムシリコンは抵抗値が低く、安価であるため、配線918を形成する材料として最適である。また、上層と下層のバリア層を設けると、アルミニウムやアルミニウムシリコンのヒロックの発生を防止することができる。また、還元性の高い元素であるチタンからなるバリア膜を形成すると、結晶質半導体膜上に薄い自然酸化膜ができていたとしても、この自然酸化膜を還元し、結晶質半導体膜と良好なコンタクトをとることができる。
以上のようにして、単結晶基板を用いてMOSトランジスタを作製することができる。なお、トランジスタの構造は上記の構造に限定されるものではく、例えば、逆スタガ構造、フィンFET構造等でも良い。なお、フィンFET構造では、トランジスタサイズの微細化に伴う短チャネル効果を抑制することができる。
また、本実施形態は本明細書中の他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることが可能である。
(実施の形態5)
本実施形態では、上記実施形態とは異なる本発明の表示装置が有するトランジスタの作製方法について説明する。本発明の表示装置におけるトランジスタは、上記実施形態で説明した単結晶基板上のMOSトランジスタとは異なる作製方法で設けられたMOSトランジスタで構成することもできる。
本実施形態では、本発明の表示装置が有するトランジスタの作製方法の一例に関して、図16乃至図19に示す部分断面図を用いて説明する。
まず、図16(A)に示すように基板1200上に絶縁膜を形成する。ここでは、n型の導電型を有する単結晶Siを基板1200として用い、当該基板1200上に絶縁膜1201と絶縁膜1202を形成する。例えば、基板1200に熱処理を行うことにより絶縁膜1201として酸化珪素(SiOx)を形成し、当該絶縁膜1201上にCVD法を用いて窒化珪素(SiNx)を成膜する。
また、基板1200は、半導体基板であれば特に限定されず用いることができる。例えば、n型又はp型の導電型を有する単結晶Si基板、化合物半導体基板(GaAs基板、InP基板、GaN基板、SiC基板、サファイア基板、ZnSe基板等)、貼り合わせ法またはSIMOX(Separation by IMplanted OXygen)法を用いて作製されたSOI(Silicon on Insulator)基板等を用いることができる。
また、絶縁膜1202は、絶縁膜1201を形成した後に高密度プラズマ処理により当該絶縁膜1201を窒化することにより設けてもよい。なお、基板1200上に設ける絶縁膜は単層又は3層以上の積層構造で設けてもよい。
次に、図16(B)に示すように絶縁膜1202上に選択的にレジストマスク1203のパターンを形成し、当該レジストマスク1203をマスクとして選択的にエッチングを行うことによって、基板1200に選択的に凹部1204を形成する。基板1200、絶縁膜1201、1202のエッチングとしては、プラズマを利用したドライエッチングにより行うことができる。
次に、図16(C)に示すようにレジストマスク1203のパターンを除去した後、基板1200に形成された凹部1204を充填するように絶縁膜1205を形成する。
絶縁膜1205は、CVD法やスパッタリング法等を用いて、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン(SiOxNy)(x>y>0)、窒化酸化シリコン(SiNxOy)(x>y>0)等の絶縁材料を用いて形成する。ここでは、絶縁膜1205として、常圧CVD法または減圧CVD法によりTEOS(テトラエトキシシラン)ガスを用いて酸化珪素膜を形成する。
次に、図17(A)に示すように研削処理、研磨処理又はCMP(Chemical Mechanical Polishing)処理を行うことによって、基板1200の表面を露出させる。ここでは、基板1200の表面を露出させることにより、基板1200の凹部1204に形成された絶縁膜1206間に領域1207、1208が設けられる。なお、絶縁膜1206は、基板1200の表面に形成された絶縁膜1205が研削処理、研磨処理又はCMP処理により除去されることにより得られたものである。続いて、p型の導電型を有する不純物元素を選択的に導入することによって、領域1208にpウェル1209を形成する。
p型を示す不純物元素としては、ボロン(B)やアルミニウム(Al)やガリウム(Ga)等を用いることができる。ここでは、不純物元素として、ボロン(B)を領域1208に導入する。
なお、本実施形態では、基板1200としてn型の導電型を有する半導体基板を用いているため、領域1207には不純物元素の導入を行っていないが、n型を示す不純物元素を導入することにより領域1207にnウェルを形成してもよい。n型を示す不純物元素としては、リン(P)やヒ素(As)等を用いることができる。
一方、p型の導電型を有する半導体基板を用いる場合には、領域1207にn型を示す不純物元素を導入してnウェルを形成し、領域1208には不純物元素の導入を行わない構成としてもよい。
次に、図17(B)に示すように基板1200の領域1207、1208の表面上に絶縁膜1210、1211をそれぞれ形成する。
絶縁膜1210、1211は、例えば、熱処理を行い基板1200に設けられた領域1207、1208の表面を酸化させることにより酸化珪素膜で絶縁膜1210、1211を形成することができる。また、熱酸化法により酸化珪素膜を形成した後に、窒化処理を行うことによって酸化珪素膜の表面を窒化させることにより、酸化珪素膜と酸素と窒素を有する膜(酸窒化珪素膜)との積層構造で形成してもよい。
他にも、上述したように、プラズマ処理を用いて絶縁膜1210、1211を形成してもよい。例えば、基板1200に設けられた領域1207、1208の表面に高密度プラズマ処理により酸化処理又は窒化処理を行うことにより、絶縁膜1210、1211として酸化珪素(SiOx)膜又は窒化珪素(SiNx)膜で形成することができる。また、高密度プラズマ処理により領域1207、1208の表面に酸化処理を行った後に、再度高密度プラズマ処理を行うことによって窒化処理を行ってもよい。この場合、領域1207、1208の表面に接して酸化珪素膜が形成され、当該酸化珪素膜上に(酸窒化珪素膜)が形成され、絶縁膜1210、1211は酸化珪素膜と酸窒化珪素膜とが積層された膜となる。また、熱酸化法により領域1207、1208の表面に酸化珪素膜を形成した後に高密度プラズマ処理により酸化処理又は窒化処理を行ってもよい。
なお、基板1200の領域1207、1208に形成された絶縁膜1210、1211は、後に完成されるトランジスタにおいてゲート絶縁膜として機能する。
次に、図17(C)に示すように基板1200に設けられた領域1207、1208の上方に形成された絶縁膜1210、1211を覆うように導電膜を形成する。ここでは、導電膜として、導電膜1212と導電膜1213を順に積層して形成した例を示している。もちろん、導電膜は、単層又は3層以上の積層構造で形成してもよい。
導電膜1212、1213としては、タンタル(Ta)、タングステン(W)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、クロム(Cr)、ニオブ(Nb)等から選択された元素またはこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成することができる。また、これらの元素を窒化した金属窒化膜で形成することもできる。他にも、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶珪素に代表される半導体材料により形成することもできる。
ここでは、導電膜1212として窒化タンタルを用いて形成し、その上に導電膜1213としてタングステンを用いて積層構造で設ける。また、他にも、導電膜1212として、窒化タンタル、窒化タングステン、窒化モリブデン又は窒化チタンから選ばれた単層又は積層膜を用い、導電膜1213として、タングステン、タンタル、モリブデン、チタンから選ばれた単層又は積層膜を用いることができる。
次に、図18(A)に示すように積層して設けられた導電膜1212、1213を選択的にエッチングして除去することによって、基板1200の領域1207、1208の上方の一部に導電膜1212、1213を残存させ、それぞれゲート電極として機能する導電膜1214、1215を形成する。また、ここでは、基板1200において、導電膜1214、1215と重ならない領域1207、1208の表面が露出するようにする。
具体的には、基板1200の領域1207において、導電膜1214の下方に形成された絶縁膜1210のうち当該導電膜1214と重ならない部分を選択的に除去し、導電膜1214と絶縁膜1210の端部が概略一致するように形成する。また、領域1208において、導電膜1215の下方に形成された絶縁膜1211のうち当該導電膜1215と重ならない部分を選択的に除去し、導電膜1215と絶縁膜1211の端部が概略一致するように形成する。
この場合、導電膜1214、1215の形成と同時に重ならない部分の絶縁膜等を除去してもよいし、導電膜1214、1215を形成後残存したレジストマスク又は当該導電膜1214、1215をマスクとして重ならない部分の絶縁膜等を除去してもよい。
次に、図18(B)に示すように基板1200の領域1207、1208に不純物元素を選択的に導入する。ここでは、領域1208に導電膜1215をマスクとしてn型を付与する低濃度の不純物元素を選択的に導入し、不純物領域1217を形成する。一方、領域1207には導電膜1214をマスクとしてp型を付与する低濃度の不純物元素を選択的に導入し、不純物領域1216を形成する。n型を付与する不純物元素としては、リン(P)やヒ素(As)等を用いることができる。p型を付与する不純物元素としては、ボロン(B)やアルミニウム(Al)やガリウム(Ga)等を用いることができる。
次に、導電膜1214、1215の側面に接するサイドウォール1218を形成する。具体的には、プラズマCVD法やスパッタリング法等により、珪素、珪素の酸化物又は珪素の窒化物の無機材料を含む膜や、有機樹脂などの有機材料を含む膜を、単層又は積層して形成する。そして、当該絶縁膜を、垂直方向を主体とした異方性エッチングにより選択的にエッチングして、導電膜1214、1215の側面に接するように形成することができる。なお、サイドウォール1218は、LDD(Lightly Doped drain)領域を形成する際のドーピング用のマスクとして用いる。また、ここでは、サイドウォール1218は、導電膜1214、1215の下方に形成された絶縁膜や浮遊ゲート電極の側面にも接するように形成されている。
続いて、当該サイドウォール1218、導電膜1214、1215をマスクとして基板1200の領域1207、1208に不純物元素を導入することによって、ソース領域又はドレイン領域として機能する不純物領域を形成する(図18(C)参照)。ここでは、基板1200の領域1208にサイドウォール1218と導電膜1215をマスクとして高濃度のn型を付与する不純物元素を導入し、領域1207にサイドウォール1218と導電膜1214をマスクとして高濃度のp型を付与する不純物元素を導入する。
その結果、基板1200の領域1207には、ソース領域又はドレイン領域を形成する不純物領域1220と、LDD領域を形成する低濃度不純物領域1221と、チャネル形成領域1222が形成される。また、基板1200の領域1208には、ソース領域又はドレイン領域を形成する不純物領域1223と、LDD領域を形成する低濃度不純物領域1224と、チャネル形成領域1225が形成される。
なお、本実施形態では、導電膜1214、1215と重ならない基板1200の領域1207、1208を露出させた状態で不純物元素の導入を行っている。従って、基板1200の領域1207、1208にそれぞれ形成されるチャネル形成領域1222、1225は導電膜1214、1215と自己整合的に形成することができる。
次に、図19(A)に示すように基板1200の領域1207、1208上に設けられた絶縁膜や導電膜等を覆うように第2の絶縁膜1226を形成し、当該絶縁膜1226に開口部1227を形成する。
第2の絶縁膜1226は、CVD法やスパッタ法等により、酸化珪素(SiOx)、窒化珪素(SiNx)、酸化窒化珪素(SiOxNy)(x>y)、窒化酸化珪素(SiNxOy)(x>y)等の酸素または窒素を有する絶縁膜やDLC(ダイヤモンドライクカーボン)等の炭素を含む膜、エポキシ、ポリイミド、ポリアミド、ポリビニルフェノール、ベンゾシクロブテン、アクリル等の有機材料またはシロキサン樹脂等のシロキサン材料からなる単層または積層構造で設けることができる。なお、シロキサン材料とは、Si−O−Si結合を含む材料に相当する。シロキサンは、シリコン(Si)と酸素(O)との結合で骨格構造が構成される。置換基として、少なくとも水素を含む有機基(例えばアルキル基、芳香族炭化水素)が用いられる。置換基として、フルオロ基を用いることもできる。または置換基として、少なくとも水素を含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい。
次に、図19(B)に示すようにCVD法を用いて開口部1227に導電膜1228を形成し、当該導電膜1228と電気的に接続するように絶縁膜1226上に導電膜1229a〜1229dを選択的に形成する。
導電膜1228、1229a〜1229dは、CVD法やスパッタリング法等により、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)、ニッケル(Ni)、白金(Pt)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、マンガン(Mn)、ネオジウム(Nd)、炭素(C)、シリコン(Si)から選択された元素、又はこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で、単層又は積層で形成する。アルミニウムを主成分とする合金材料とは、例えば、アルミニウムを主成分としニッケルを含む材料、又は、アルミニウムを主成分とし、ニッケルと、炭素と珪素の一方又は両方とを含む合金材料に相当する。導電膜1228、1229a〜1229dは、例えば、バリア膜とアルミニウムシリコン(Al−Si)膜とバリア膜の積層構造、バリア膜とアルミニウムシリコン(Al−Si)膜と窒化チタン(TiN)膜とバリア膜の積層構造を採用するとよい。なお、バリア膜とは、チタン、チタンの窒化物、モリブデン、又はモリブデンの窒化物からなる薄膜に相当する。アルミニウムやアルミニウムシリコンは抵抗値が低く、安価であるため、導電膜1228を形成する材料として最適である。また、上層と下層のバリア層を設けると、アルミニウムやアルミニウムシリコンのヒロックの発生を防止することができる。また、還元性の高い元素であるチタンからなるバリア膜を形成すると、結晶質半導体膜上に薄い自然酸化膜ができていたとしても、この自然酸化膜を還元し、結晶質半導体膜と良好なコンタクトをとることができる。ここでは、導電膜1228はCVD法によりタングステン(W)を選択成長することにより形成することができる。
以上の工程により、基板1200の領域1207に形成されたp型のトランジスタと、領域1208に形成されたn型のトランジスタとを具備する表示装置を得ることができる。
なお、トランジスタの構造は上記の構造に限定されるものではく、例えば、逆スタガ構造、フィンFET構造等でも良い。なお、フィンFET構造では、トランジスタサイズの微細化に伴う短チャネル効果を抑制することができる。
また、本実施形態は本明細書中の他の実施の形態の記載と適宜組み合わることができる。
(実施の形態6)
本実施形態では、本発明の表示装置の応用例について説明する。
図20に、本発明に係る表示装置を、建造物に設けた例について示す。図20において、表示パネル2002は柱状体2001の曲面に合わせて湾曲されている。なお、このような場合における表示装置には、プラスチック基板等の可撓性を有する基板上に設けられた本発明の表示装置を用いれば良い。ここでは、柱状体2001を電柱として説明する。
図20に示す表示パネル2002は、本発明の表示装置であり、人間の視点より高い位置に設けられている。電柱のように屋外で繰り返し林立している建造物に表示パネル2002を設置することで、不特定多数の視認者に対し表示パネル2002を介して情報を提供することができる。そのため、表示パネルを広告として利用することが適している。また、本発明の表示装置は、外部通信を利用して画像を表示させるため、外部からの制御により同じ画像を表示させること、瞬時に画像を切替えることなどが容易である。また、高精細化が可能であるため、様々な位置から画像を認識することが容易となる。よって、極めて効率的な情報表示及び広告効果が期待できる。
図21は、本発明に係る表示装置を列車車両に設けた例について示した図である。
図21(a)は、列車車両のドア2101のガラスに表示パネル2102を設けた例について示した図である。表示パネル2102は本発明の表示装置であり、無線通信により画像を表示させるため、従来の紙による広告に比べ広告を切替る際に必要となる人件費がかからないという利点がある。また、表示パネル2102は、外部からの信号により表示される画像の切り替えを瞬時に行なうことが可能であるため、たとえば電車の乗降客の客層が入れ替わる時間帯ごとに表示パネルの画像を切り替えることができる。また、高精細化が可能であるため、様々な位置から画像を認識することが容易となる。よって、極めて効率的な情報表示及び広告効果が期待できる。
図21(b)は、列車車両のドア2101のガラスの他に、ガラス窓2103及び天井2104に表示パネル2102を設けた例について示した図である。このように、本発明に係る表示装置は、従来では設置が困難であった場所に容易に設けることが可能であるため、効果的な広告効果を得ることができる。また、本発明に係る表示装置は、外部からの信号により表示部で表示される画像の切り替えを瞬時に行なうことが可能であるため、広告切替え時に生じていたコストや時間を削減でき、より柔軟な広告の運用および情報伝達が可能となる。
上記に限らず、本発明に係る表示装置は、様々な場所に設けることができる。また、本発明の表示装置は大型表示装置として用いる方がより効果的ではあるが、表示装置の大きさは特に問わない。例えば、紙幣、硬貨、有価証券類、無記名債券類、証書類(運転免許証や住民票等)、包装用容器類(包装紙やボトル等)、記録媒体(DVDソフトやビデオテープ等)、乗物類(自転車等)、身の回り品(鞄や眼鏡等)、食品類、植物類、動物類、人体、衣類、生活用品類、電子機器等の商品や荷物の荷札等のあらゆる物品の表示部として設けることも可能である。なお、電子機器とは、液晶表示装置、EL表示装置、テレビジョン装置(単にテレビ、テレビ受像機、テレビジョン受像機とも呼ぶ)及び携帯電話等を指す。
また、本実施形態は本明細書中の他の実施の形態の記載と適宜組み合わることができる。
本発明の表示装置を説明する図。 本発明の表示装置を説明する図。 本発明の表示装置を説明する図。 本発明の表示装置を説明する図。 本発明の表示装置を説明する図。 本発明の表示装置を説明する図。 本発明の表示装置を説明する図。 本発明の表示装置を説明する図。 本発明の表示装置を説明する図。 本発明の表示装置の部分断面図。 本発明の表示装置の部分断面図。 本発明の表示装置が有する表示素子の一例を説明する図。 本発明の半導体装置が有するトランジスタの部分断面図。 本発明の半導体装置が有するトランジスタの部分断面図。 本発明の半導体装置が有するトランジスタの部分断面図。 本発明の半導体装置が有するトランジスタの部分断面図。 本発明の半導体装置が有するトランジスタの部分断面図。 本発明の半導体装置が有するトランジスタの部分断面図。 本発明の半導体装置が有するトランジスタの部分断面図。 本発明の表示装置の応用例を示す図。 本発明の表示装置の応用例を示す図。
符号の説明
101 電波送信装置
102 表示装置
103 アンテナ回路
104 画素回路部
201 整流回路
202 復調回路
203 電源電圧生成回路
204 クロック生成回路
205 制御部
206 コード認識・判定回路
207 コントローラ
208 メモリ部
209 D/Aコンバータ
210 表示素子
251 フォトセンサ
252 バッテリ
253 太陽電池
254 出力スイッチ
255 スイッチ
256 スイッチ
301 アンテナ回路
302 アンテナ
303 共振容量
304 送信部
305 制御部
306 インターフェイス部
307 処理部
402 アンテナ
403 共振容量

Claims (7)

  1. 信号を受信するアンテナ回路と、
    前記アンテナ回路より受信する信号により制御される複数の画素回路部と、
    前記複数の画素回路部の各々により制御される表示素子とを、複数有することを特徴とする半導体装置。
  2. 信号を受信するアンテナ回路と、
    前記アンテナ回路より受信する信号により制御される複数の画素回路部と、
    前記複数の画素回路部の各々により制御される表示素子とを、複数有し、
    前記アンテナ回路より受信する信号により前記複数の画素回路部のうちの一が選択され、当該画素回路部に信号が供給されることを特徴とする半導体装置。
  3. 信号を受信するアンテナ回路と、
    前記アンテナ回路より受信する信号により制御される複数の画素回路部と、
    前記複数の画素回路部の各々により制御される表示素子とを、複数有し、
    前記画素回路部はメモリ部を有し、
    前記アンテナ回路より受信する信号により前記複数の画素回路部のうちの一が選択され、当該画素回路部の前記メモリ部に格納された階調情報に基づいて前記表示素子が制御されることを特徴とする半導体装置。
  4. 請求項1乃至請求項3のいずれか一項において、
    前記画素回路部は整流回路及び電源電圧生成回路を有し、
    前記信号より前記整流回路及び前記電源電圧生成回路を用いて電源電圧が生成されることを特徴とする半導体装置。
  5. 請求項4において、
    前記半導体装置は、さらに前記電源電圧を蓄えるバッテリを有することを特徴とする半導体装置。
  6. 請求項5において、
    前記半導体装置は、前記バッテリと電気的に接続される太陽電池を有することを特徴とする半導体装置。
  7. 請求項6において、
    前記バッテリは、フォトセンサによって制御されるスイッチを介して前記太陽電池と電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。

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