JP5609052B2 - 画像表示装置及びその製造方法並びにアクティブマトリクス基板 - Google Patents
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Description
本発明は、画像表示装置及びその画像表示装置に用いるアクティブマトリクス基板の構造に関するものである。
近年、画像表示装置として、薄膜トランジスタを用いたアクティブマトリクス型の表示装置が広く使用されている。
例えば、表示要素として液晶を用いた液晶表示装置においてカラー画像を表示する場合、カラーフィルタを用いる方式が最もよく使用されており、一般的には半導体回路である薄膜トランジスタの形成されたアクティブマトリクス基板とカラーフィルタ基板の間に液晶層を設ける構造が採用されている。
液晶表示装置用の半導体材料としては、アモルファスシリコン、多結晶シリコンなどが多く用いられており、これらの材料は光感度を持つため、半導体層に光が照射されると誤作動を起こしてしまうために遮光膜を設ける必要がある。
先に述べたような半導体回路とカラーフィルタを別々の基板上に形成して貼り合せるような構造の液晶表示装置では、貼り合せ時の位置あわせの誤差による光漏れ不良や、位置合わせの誤差に余裕を持たせるために遮光層を大きめに形成することによって開口率が低下するという問題があった。
また、アクティブマトリクス基板とカラーフィルタ基板の貼り合せにおいては、アクティブマトリクス基板とカラーフィルタを貼り合せた後に、液晶を注入する方法やアクティブマトリクス基板に液晶を滴下した後、液晶層中に気泡が生じないよう真空中でカラーフィルタ基板との貼り合せおよび位置合わせが行われている。
液晶表示装置では、カラーフィルタ基板とアクティブマトリクス基板とのギャップ制御のためにシリカガラスや樹脂等の球状の粒子からなるビーズ等が従来用いられていたが、パネルを組んだ後のセルギャップの均一性が無く、コントラストの低下が起きたり、また、ビーズがカラーフィルタ上に移動したり、分散性が悪いビーズが凝集するなどして表示欠陥の原因となっていた。
この問題の解決のため、特許文献１にはカラーフィルタ上にスペーサーを形成することが記載されている。しかし、この場合にはアクティブマトリクス基板の層間絶縁層をフォトリソグラフィ法により形成する工程と、カラーフィルタ上にスペーサーを形成するためのフォトマスク及びフォトリソグラフィ工程の二つが必要であり、さらに、カラーフィルタ上のスペーサーをアクティブマトリクス基板の所定位置に配置するには双方の基板の正確な位置合わせが必要であった。
また、上記のフォトリソグラフィ工程や位置合わせの問題は液晶表示装置に限られたものではなく、アクティブマトリクス基板とカラーフィルタ基板とをスペーサーを介して貼り合わせて形成される表示装置における問題である。
本発明は上記の問題を鑑みて、工程数を削減することで歩留りが高く、かつ半導体回路と対向基板との位置合わせ及び貼り合せが容易であり、開口率の高い表示装置を提供することである。
請求項１に記載の発明は、基板と、前記基板上の同一面に隔絶されて形成されたゲート配線及びキャパシタ配線と、前記ゲート配線及び前記キャパシタ配線を覆うように形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成された半導体活性層と、前記半導体活性層及び前記ゲート絶縁膜上でこれらと接触し、かつ互いに隔絶して形成されたソース配線及びドレイン電極と、前記半導体活性層上に前記半導体活性層及び前記ソース配線及び前記ドレイン電極と接触するように形成された保護膜と、少なくとも前記ソース配線を覆うように前記ソース配線及び前記ドレイン電極及び保護膜上に形成されたソース配線絶縁層と、対向電極が形成された対向基板と、前記基板と前記対向基板の間に形成された表示要素と、を備えた表示装置であって、
前記ソース配線絶縁層が少なくとも前記ソース配線及び前記対向基板と接しており、抵抗率が１０ １１ Ωｃｍ以上であることを特徴とする表示装置としたものである。
前記ソース配線絶縁層が少なくとも前記ソース配線及び前記対向基板と接しており、抵抗率が１０ １１ Ωｃｍ以上であることを特徴とする表示装置としたものである。
請求項２に記載の発明は、前記表示要素が、液晶層、有機ＥＬ素子、無機ＥＬ素子、電気泳動素子の何れかであることを特徴とする請求項１に記載の表示装置としたものである。
請求項３に記載の発明は、前記ソース配線絶縁層が感光性アクリル樹脂からなることを特徴とする請求項１及び２のいずれかに記載の表示装置としたものである。
請求項４に記載の発明は、前記半導体活性層が金属酸化物を主成分とする材料からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の表示装置としたものである。
請求項５に記載の発明は、前記基板が、透明な基板と、前記透明な基板上に形成された着色層と、からなるカラーフィルタ基板であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の表示装置としたものである。
請求項６に記載の発明は、前記ソース配線絶縁層は遮光材を分散した樹脂からなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の表示装置としたものである。
請求項７に記載の発明は、基板を準備する工程と、
次に、前記基板上の同一面にゲート配線及びキャパシタ配線を隔絶して形成する工程と、
次に、前記ゲート配線及び前記キャパシタ配線を覆うようにゲート絶縁膜を形成する工程と、
次に、前記ゲート絶縁膜上に半導体活性層を形成する工程と、
次に、前記半導体活性層上にソース配線及びドレイン電極を形成する工程と、
次に、前記半導体活性層上に前記ソース配線と前記ドレイン電極とを隔絶するように保護膜を形成する工程と、
次に、少なくとも前記ソース配線を覆い、かつ前記ソース配線に接するように前記ソース配線及び前記ドレイン電極及び保護膜上に抵抗率が１０ １１ Ωｃｍ以上のソース配線絶縁層を形成する工程と、
次に、前記基板と対向電極が形成された対向基板とを表示要素を介して張り合わせる工程と、
を有することを特徴とする表示装置の製造方法としたものである。
次に、前記基板上の同一面にゲート配線及びキャパシタ配線を隔絶して形成する工程と、
次に、前記ゲート配線及び前記キャパシタ配線を覆うようにゲート絶縁膜を形成する工程と、
次に、前記ゲート絶縁膜上に半導体活性層を形成する工程と、
次に、前記半導体活性層上にソース配線及びドレイン電極を形成する工程と、
次に、前記半導体活性層上に前記ソース配線と前記ドレイン電極とを隔絶するように保護膜を形成する工程と、
次に、少なくとも前記ソース配線を覆い、かつ前記ソース配線に接するように前記ソース配線及び前記ドレイン電極及び保護膜上に抵抗率が１０ １１ Ωｃｍ以上のソース配線絶縁層を形成する工程と、
次に、前記基板と対向電極が形成された対向基板とを表示要素を介して張り合わせる工程と、
を有することを特徴とする表示装置の製造方法としたものである。
請求項８に記載の発明は、前記基板を準備する工程が、
透明な基板を準備し、前記透明な基板上に着色層を形成する工程、
からなることを特徴とする請求項７に記載の表示装置の製造方法としたものである。
透明な基板を準備し、前記透明な基板上に着色層を形成する工程、
からなることを特徴とする請求項７に記載の表示装置の製造方法としたものである。
請求項９に記載の発明は、前記基板と対向電極が形成された対向基板とを表示要素を介して張り合わせる工程は、
前記対向基板上に前記対向電極を形成する工程と、
前記対向電極上に表示要素を形成する工程と、
前記表示要素が形成された面の前記対向電極と前記基板とを張り合わせる工程と、
からなることを特徴とする請求項７及び８のいずれかに記載の表示装置の製造方法。
前記対向基板上に前記対向電極を形成する工程と、
前記対向電極上に表示要素を形成する工程と、
前記表示要素が形成された面の前記対向電極と前記基板とを張り合わせる工程と、
からなることを特徴とする請求項７及び８のいずれかに記載の表示装置の製造方法。
請求項１０に記載の発明は、基板と、
前記基板上の同一面に隔絶されて形成されたゲート配線及びキャパシタ配線と、
前記ゲート配線及び前記キャパシタ配線を覆うように形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成された半導体活性層と、
前記半導体活性層上に形成されたソース配線及びドレイン電極と、
前記半導体活性層上に前記ソース配線と前記ドレイン電極とを隔絶するように形成された保護膜と、
少なくとも前記ソース配線を覆い、かつ前記ソース配線に接するように前記ソース配線及び前記ドレイン電極及び保護膜上に形成された抵抗率が１０ １１ Ωｃｍ以上のソース配線絶縁層と、
を備えていることを特徴とするアクティブマトリクス基板としたものである。
前記基板上の同一面に隔絶されて形成されたゲート配線及びキャパシタ配線と、
前記ゲート配線及び前記キャパシタ配線を覆うように形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成された半導体活性層と、
前記半導体活性層上に形成されたソース配線及びドレイン電極と、
前記半導体活性層上に前記ソース配線と前記ドレイン電極とを隔絶するように形成された保護膜と、
少なくとも前記ソース配線を覆い、かつ前記ソース配線に接するように前記ソース配線及び前記ドレイン電極及び保護膜上に形成された抵抗率が１０ １１ Ωｃｍ以上のソース配線絶縁層と、
を備えていることを特徴とするアクティブマトリクス基板としたものである。
本名発明によれば、ソース配線絶縁層が前記対向基板と接していることにより、ソース配線絶縁層をスペーサーとして用いることができるため、別途スペーサーを設ける工程の必要がなく、工程数を削減することが可能である。
また、スペーサーとなるソース配線絶縁層が対向基板上ではなくアクティブマトリクス基板上に形成されており、アクティブマトリクス基板と対向基板との位置あわせが容易であるため、貼り合わせが容易で、かつアクティブマトリクス基板と対向基板とのギャップを安定して制御できる。
また、カラーフィルタ上に薄膜トランジスタを形成することにより、アクティブマトリクス基板作製時に精度良くカラーフィルタと薄膜トランジスタの位置合わせを行うことが可能である。さらにアクティブマトリクス基板と対向基板との貼り合せによる誤差が生じないため、貼り合せ時の位置あわせの誤差による光漏れ不良がない。さらにドレイン電極をそのまま画素電極として使用するため工程数を削減でき、製造コストを低下することができる。
また、金属酸化物を半導体活性層として用いることにより、透明かつ優れた特性を持つ薄膜トランジスタをカラーフィルタ上に低温で作製することが可能であり、開口率が高く特性の優れた表示装置を提供することができる。
また、ソース配線絶縁層に遮光材を分散させた樹脂を用いることで、カラーフィルタ形成の際にブラックマトリクスを形成する必要がないため表示部の開口率を向上でき、さらにカラーフィルタ作製時のブラックマトリクス作製工程を省略して製造工程を短縮することができる。
また、半導体回路の形成されたアクティブマトリクス基板と対向基板との貼り合せでは、カラーフィルタと半導体回路の位置合わせはアクティブマトリクス基板の形成時に位置合わせが完了しているため、対向基板との貼り合せ時には精細な位置合わせを行う必要がなく製造が簡便である。
また、表示要素を形成した対向基板をアクティブマトリクス基板に貼り合せる方法は、対向基板とアクティブマトリクス基板との位置合わせが容易で、単に貼り合わせるだけで良く、特に液晶表示装置では対向基板とアクティブマトリクス基板とを貼り合わせてから液晶層を注入するよりも簡便であり、気泡が生じにくいため表示装置の製造に適している。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ、説明する。なお実施の形態において、同一構成要素には同一符号を付け、実施の形態の間において重複する説明は省略する。
図２は、本発明の実施の形態にかかる画像表示装置のほぼ１画素分を示す概略断面図である。
図２に示すように、本発明の画像表示装置は、基板１上に形成されたゲート配線５と、キャパシタ配線６と、ゲート絶縁膜７と、半導体活性層８と、ソース配線９と、ドレイン電極１０と、保護膜１１と、ソース配線絶縁層１２と、から成るアクティブマトリクス基板１６と、対向電極１４が形成された対向基板１５とを表示要素１３を介して貼り合わせて形成される。
また、図３に示すように、本発明は基板１を透明基板とし、透明基板上にブラックマトリクス２と、着色層３と、オーバーコート層４が形成されたカラーフィルタ基板１７とし、カラーフィルタ基板１７上にゲート配線５と、キャパシタ配線６と、ゲート絶縁膜７と、半導体活性層８と、ソース配線９と、ドレイン電極１０と、保護膜１１と、ソース配線絶縁層１２と、が形成されたから成るアクティブマトリクス基板１６と、対向電極１４が形成された対向基板１５とを表示要素１３を介して貼り合わせるものであっても良い。
ここで透明基板１の透明とは可視光である波長領域４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下において透過率が７０％以上であることをいう。
本発明の実施の形態に係る基板１の材料としては、具体的には、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレンサルファイド、ポリエーテルスルホン、ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタラート、ポリエチレンナフタレート、シクロオレフィンポリマー、ポリエーテルサルフォン、ポリビニルフルオライドフィルム、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合樹脂、耐候性ポリプロピレン、ガラス繊維強化アクリル樹脂フィルム、ガラス繊維強化ポリカーボネート、透明性ポリイミド、フッ素系樹脂、環状ポリオレフィン樹脂、ガラス及び石英等を使用することができるが、本発明ではこれらに限定されるものではない。これらは単独の透明基板１として使用してもよいが、二種以上を積層した基板１として使用することもできる。
本発明の実施の形態に係る基板１が有機物フィルムである場合は、アクティブマトリクス基板１６上の素子の耐久性を向上させるために透明のガスバリア層（図示せず）を形成することができる。ガスバリア層としては酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、酸化窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）及びダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）などが挙げられるが本発明ではこれらに限定されるものではない。またこれらのガスバリア層は２層以上積層して使用することもできる。ガスバリア層は有機物フィルムを用いた透明基板１の片面だけに形成してもよいし、両面に形成しても構わない。ガスバリア層は真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、レーザーアブレーション法、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ホットワイヤーＣＶＤ法及びゾルゲル法などを用いて形成することができるが本発明ではこれらに限定されるものではない。
本発明の実施の形態に係る基板１は上記材料を用いて透明基板とし、透明基板上にブラックマトリクス２と、着色層３と、オーバーコート層４が形成されたカラーフィルタ基板１７とすることができる。
本発明の実施の形態に係るブラックマトリクス２は、クロム（Ｃｒ）、酸化クロム（ＣｒＯｘ）、ケイ化タンタル（ＴａＳｉ）、窒化ケイ化タンタル（ＴａＳｉＮ）、酸化窒化ケイ化タンタル（ＴａＳｉＮＯ）、ケイ化ジルコニウム（ＺｒＳｉ）、窒化ケイ化ジルコニウム（ＺｒＳｉＮ）、カーボンブラックを分散した樹脂などの遮光性の物質を用いることができるがこの限りではない。
また、ソース配線絶縁層１２に遮光性を持たせる場合はブラックマトリクス２を設けなくても良いが、これに限定されるものではない。
本発明の実施の形態に係る着色層３は赤色着色部（Ｒ）、緑色着色部（Ｇ）、青色着色部（Ｂ）の３色で形成されていることが好ましいが、これらに限定されるものではない。これらの着色層３は、それぞれ所定幅の線条（ストライプ）マトリクス状、または所定サイズの矩形マトリクス状等、適宜パターン状にパターニングされる。これらの着色層はフォトリソ法、凸版印刷法、反転印刷法、インクジェット法等で形成することができるが、これらに限定されるものではない。
本発明の実施の形態に係るオーバーコート層４は、着色パターン形成後に、着色パターンを保護し、着色層によって生じる凸凹を軽減するために設けられる。着色層３としてはアクリルやポリイミドなどの樹脂からなることが好ましいがこの限りではない。オーバーコート層４はスピンコート法、ダイコート法、ブレードコート法等で塗布することができるが、これらに限定されるものではない。
本発明の実施の形態に係るゲート配線５、キャパシタ配線６、ソース配線９、ドレイン電極１０、には、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化カドミウム（ＣｄＯ）、酸化インジウムカドミウム（ＣｄＩｎ２Ｏ４）、酸化カドミウムスズ（Ｃｄ２ＳｎＯ４）、酸化亜鉛スズ（Ｚｎ２ＳｎＯ４）、酸化インジウム亜鉛（Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ）等の酸化物材料でもよい。またこの酸化物材料に不純物をドープしたものも好適に用いられる。
例えば、酸化インジウムにスズ（Ｓｎ）やモリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）をドープしたもの、酸化スズにアンチモン（Ｓｂ）やフッ素（Ｆ）をドープしたもの、酸化亜鉛にインジウム、アルミニウム、ガリウム（Ｇａ）をドープしたものなどである。この中では特に酸化インジウムにスズ（Ｓｎ）をドープした酸化インジウムスズ（通称ＩＴＯ）が高い透明性と低い抵抗率のために特に好適に用いられる。また上記導電性酸化物材料と金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、コバルト（Ｃｏ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）、及びチタン（Ｔｉ）などの金属の薄膜を複数積層したものも使用できる。
この場合、金属材料の酸化や経時劣化を防ぐために導電性酸化物薄膜/金属薄膜/導電性酸化物薄膜の順に積層した３層構造が特に好適に用いられる。表示要素が透過型液晶等の透明性が必要な場合、金属薄膜層での光反射や光吸収が表示装置の視認性を妨げないために金属薄膜層はできる限り薄くすることが好ましい。具体的には１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが望ましい。また、ＰＥＤＯＴ（ポリエチレンジオキシチオフェン）等の有機導電性材料も好適に用いることができる。一方、表示要素が電気泳動素子や反射型液晶等の透明性が不必要な場合、上記材料だけでなく、不透明な材料も用いることができる。
例えば、酸化インジウムにスズ（Ｓｎ）やモリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）をドープしたもの、酸化スズにアンチモン（Ｓｂ）やフッ素（Ｆ）をドープしたもの、酸化亜鉛にインジウム、アルミニウム、ガリウム（Ｇａ）をドープしたものなどである。この中では特に酸化インジウムにスズ（Ｓｎ）をドープした酸化インジウムスズ（通称ＩＴＯ）が高い透明性と低い抵抗率のために特に好適に用いられる。また上記導電性酸化物材料と金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、コバルト（Ｃｏ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）、及びチタン（Ｔｉ）などの金属の薄膜を複数積層したものも使用できる。
この場合、金属材料の酸化や経時劣化を防ぐために導電性酸化物薄膜/金属薄膜/導電性酸化物薄膜の順に積層した３層構造が特に好適に用いられる。表示要素が透過型液晶等の透明性が必要な場合、金属薄膜層での光反射や光吸収が表示装置の視認性を妨げないために金属薄膜層はできる限り薄くすることが好ましい。具体的には１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが望ましい。また、ＰＥＤＯＴ（ポリエチレンジオキシチオフェン）等の有機導電性材料も好適に用いることができる。一方、表示要素が電気泳動素子や反射型液晶等の透明性が不必要な場合、上記材料だけでなく、不透明な材料も用いることができる。
本発明の実施の形態に係るゲート配線５、キャパシタ配線６、ソース配線９、ドレイン電極１０は全て違う材料であっても良いが、工程数を減らすためにゲート配線５とキャパシタ配線６、ソース配線９とドレイン電極１０は同一の材料であることがより望ましい。これらの透明電極は、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタ法、レーザーアブレーション法、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、ホットワイヤーＣＶＤ法またはスクリーン印刷、凸版印刷、インクジェット法等で形成することができるが、これらに限定されるものではない。
本発明の実施の形態に係るゲート配線５、キャパシタ配線６、ソース配線９はその配線途中にそれぞれゲート電極、キャパシタ電極、ソース電極として用いられる部分を有し、この部分で薄膜トランジスタと各配線とが接続されていても良い。
この場合アクティブマトリクス基板１６は、基板１上に隔絶されて形成されたゲート電極及びキャパシタ電極と、ゲート電極及びキャパシタ電極上に形成されたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に形成された半導体活性層と、半導体活性層及びゲート絶縁膜上に形成されたソース電極及びドレイン電極１０と、半導体活性層上に半導体活性層及びソース電極及びドレイン電極１０と接触するように形成された保護膜、により構成される。
この場合アクティブマトリクス基板１６は、基板１上に隔絶されて形成されたゲート電極及びキャパシタ電極と、ゲート電極及びキャパシタ電極上に形成されたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に形成された半導体活性層と、半導体活性層及びゲート絶縁膜上に形成されたソース電極及びドレイン電極１０と、半導体活性層上に半導体活性層及びソース電極及びドレイン電極１０と接触するように形成された保護膜、により構成される。
本発明の実施の形態に係るゲート絶縁膜７に使用される材料は特に限定しないが、酸化シリコン、窒化シリコン、シリコンオキシナイトライド、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化イットリウム、酸化ハフニウム、ハフニウムアルミネート、酸化ジルコニア、酸化チタン等の無機材料、または、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）等のポリアクリレート、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ＰＳ（ポリスチレン）、透明性ポリイミド、ポリエステル、エポキシ、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール等が挙げられるがこれらに限定されるものではない。ゲートリーク電流を抑えるためには、絶縁材料の抵抗率は１０１１Ωｃｍ以上、より好ましくは１０１４Ωｃｍ以上であることが望ましい。ゲート絶縁膜７は、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、レーザーアブレーション法、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、ホットワイヤーＣＶＤ法、スピンコート法、ディップコート法、スクリーン印刷法などの方法を用いて形成することができるが本発明ではこれらに限定されるものではない。これらのゲート絶縁膜７は単層として用いても構わないし、また成長方向に向けて組成を傾斜したものでも構わない。
本発明の実施の形態に係る半導体活性層８としては、金属酸化物を主成分とする酸化物半導体材料が使用できる。酸化物半導体材料は亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、タングステン（Ｗ）、マグネシウム（Ｍｇ）、及びガリウム（Ｇａ）のうち１種類以上の元素を含む酸化物である、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム（ＩｎＯ）、酸化インジウム亜鉛（Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ）、酸化スズ（ＳｎＯ）、酸化タングステン（ＷＯ）、及び酸化亜鉛ガリウムインジウム（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ）などの材料が挙げられるが本発明ではこれらに限定されるものではない。これらの材料の構造は単結晶、多結晶、微結晶、結晶とアモルファスの混晶、ナノ結晶散在アモルファス、アモルファスのいずれであっても構わない。半導体活性層８の膜厚は２０ｎｍ以上が好ましい。これらの半導体活性層８は、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタ法、レーザーアブレーション法、ゾルゲル法等で形成することができるが、これらに限定されるものではない。
本発明の実施の形態に係る保護膜１１には、酸化シリコン、窒化シリコン、シリコンオキシナイトライド、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化イットリウム、酸化ハフニウム、ハフニウムアルミネート、酸化ジルコニア、酸化チタン等の無機材料、または、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）等のポリアクリレート、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ＰＳ（ポリスチレン）、透明性ポリイミド、ポリエステル、エポキシ、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール等を使用することができるがこれらに限定されるものではない。保護膜１１は本発明に係る薄膜トランジスタの半導体活性層に電気的影響を与えないために、その抵抗率が１０１１Ωｃｍ以上、特に１０１４Ωｃｍ以上であることが好ましい。保護膜１１は真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタ法、レーザーアブレーション法、プラズマＣＶＤ、光ＣＶＤ法、ホットワイヤーＣＶＤ法、スピンコート法、ディップコート法、スクリーン印刷法などの方法を用いて形成される。これらの保護膜１１は２層以上積層して用いても良いし、また有機絶縁材料に無機絶縁材料を混入させたものでも構わない。
保護膜１１は、少なくとも半導体活性層上で半導体活性層８と接触するよう形成され、ソース配線９及びドレイン電極１０とは上下どちらでも接触するように形成されていれば良い。
保護膜１１がエッチングストッパとして機能する構成の場合は、保護膜１１をパターニングした後に、半導体活性層８のチャネル領域を保護しながらソース配線９およびドレイン電極１０との接続部のみにプラズマ処理などを施し、導電性を向上させることができるため、半導体活性層８とソース配線９およびドレイン電極１０の接触抵抗の値を減少させることができる。
本発明の実施の形態に係るソース配線絶縁層１２は、ソース配線と対向基板１５およびドレイン電極１０を絶縁する絶縁層としての機能の他に、アクティブマトリクス基板１６と対向基板１５とのギャップを保持するためのスペーサーとしての機能を有する。ソース配線絶縁層１２がスペーサーとして機能することにより、別途スペーサーを設ける必要がなく、さらにドレイン電極１０を画素電極として使用するため、工程数を削減でき、歩留りを向上させることができる。また、ソース配線上全域にスペーサーが存在することにより、アクティブマトリクス基板１６と対向基板１５とのギャップを確実に保持し、強固な表示装置とすることができる。
本発明の実施の形態に係るソース配線絶縁層１２の材料としては、酸化シリコン、窒化シリコン、シリコンオキシナイトライド、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化イットリウム、酸化ハフニウム、ハフニウムアルミネート、酸化ジルコニア、酸化チタン等の無機材料、または、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）等のポリアクリレート、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ＰＳ（ポリスチレン）、透明性ポリイミド、ポリエステル、エポキシ、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール等を好適に使用することができる。また、ソース配線と対向基板１５およびドレイン電極１０を確実に絶縁するために、その抵抗率が１０１１Ωｃｍ以上、特に１０１４Ωｃｍであることが望ましい。さらに、ソース配線絶縁層９は２層以上積層して用いても良く、有機絶縁材料に無機絶縁材料を混入させても良く、カーボンブラックなどの遮光材を混入させることにより、遮光膜としての機能を付与することもできる。
ソース配線絶縁層１２の形成方法としては、スクリーン印刷などの各種印刷法や、フォトリソグラフィ法などの従来法を用いることができる。
ソース配線絶縁層１２の形状は、四角形、台形、円錐、円柱、半球形、などの様な底面を有するものであれば、ソース配線と対向基板１５およびドレイン電極１０を絶縁することができるため好ましい。一方、一般的なスペーサーとして用いられるビーズ状の球形は底面が小さく、ソース配線の絶縁という目的には不適当である。
また、ソース配線絶縁層１２の高さは、アクティブマトリクス基板１６と対向基板１５との間の距離が所望のギャップになるよう適宜設定される。具体的には、透過表示型であれば５μｍ程度であり、反射表示型であれば２．５μｍ程度あれば良く、透明基板１と対向基板１５との張り合わせによって多少つぶれるため、その分高めに形成しても良い。
さらに、ソース配線絶縁層１２の直径は、少なくともソース配線と対向基板１５およびドレイン電極１０を絶縁するために必要な大きさがあれば良い。
また、ソース配線絶縁層１２の高さは、アクティブマトリクス基板１６と対向基板１５との間の距離が所望のギャップになるよう適宜設定される。具体的には、透過表示型であれば５μｍ程度であり、反射表示型であれば２．５μｍ程度あれば良く、透明基板１と対向基板１５との張り合わせによって多少つぶれるため、その分高めに形成しても良い。
さらに、ソース配線絶縁層１２の直径は、少なくともソース配線と対向基板１５およびドレイン電極１０を絶縁するために必要な大きさがあれば良い。
本発明の表示装置に用いられるソース配線絶縁層１２が形成された透明薄膜トランジスタは、アクティブマトリクス基板１６とそれに対向して配置される対向基板１５と、それらの間に介在して駆動される表示要素からなる表示装置であれば適用することができる。
ソース配線絶縁層１２が形成された透明薄膜トランジスタと各種表示要素を組み合わせて形成される表示装置としては、電気泳動素子と組み合わせた電気泳動型反射表示装置、液晶と組み合わせた透過型液晶表示装置及び反射型液晶表示装置及び半透過型液晶表示装置、有機ＥＬ素子と組み合わせた有機ＥＬ表示装置、無機ＥＬ素子と組み合わせた無機ＥＬ表示装置などが挙げられる。これら表示装置としてソース配線絶縁層１２が形成された透明薄膜トランジスタを用いる場合には、上記着色層の代わりに色変換層を形成したり、又は上記着色層に他の着色部を追加若しくは置き換えたり、又は上記着色層の代わりに反射層を形成したり、又は何も形成しなくても良い。
ソース配線絶縁層１２が形成された透明薄膜トランジスタと各種表示要素を組み合わせて形成される表示装置としては、電気泳動素子と組み合わせた電気泳動型反射表示装置、液晶と組み合わせた透過型液晶表示装置及び反射型液晶表示装置及び半透過型液晶表示装置、有機ＥＬ素子と組み合わせた有機ＥＬ表示装置、無機ＥＬ素子と組み合わせた無機ＥＬ表示装置などが挙げられる。これら表示装置としてソース配線絶縁層１２が形成された透明薄膜トランジスタを用いる場合には、上記着色層の代わりに色変換層を形成したり、又は上記着色層に他の着色部を追加若しくは置き換えたり、又は上記着色層の代わりに反射層を形成したり、又は何も形成しなくても良い。
本発明の実施の形態に係る対向基板１５は、透明基板１と同様に透明であることが好ましく、具体的には、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレンサルファイド、ポリエーテルスルホン、ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタラート、ポリエチレンナフタレート、シクロオレフィンポリマー、ポリエーテルサルフォン、ポリビニルフルオライドフィルム、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合樹脂、耐候性ポリプロピレン、ガラス繊維強化アクリル樹脂フィルム、ガラス繊維強化ポリカーボネート、透明性ポリイミド、フッ素系樹脂、環状ポリオレフィン樹脂、ガラス及び石英等を使用することができるが、本発明ではこれらに限定されるものではない。これらは単独の対向基板１５として使用してもよいが、二種以上を積層した複合の対向基板１５として使用することもできる。
対向基板１５が有機物フィルムである場合は、表示装置の耐久性を向上させるためにガスバリア層（図示せず）を形成することができる。ガスバリア層としては酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、酸化窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）及びダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）などが挙げられるが本発明ではこれらに限定されるものではない。またこれらのガスバリア層は２層以上積層して使用することもできる。ガスバリア層は有機物フィルムを用いた対向基板１５の片面だけに形成してもよいし、両面に形成しても構わない。ガスバリア層は真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、レーザーアブレーション法、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ホットワイヤーＣＶＤ法及びゾルゲル法などを用いて形成することができるが本発明ではこれらに限定されるものではない。
本発明の実施の形態に係る対向電極１４としては、透過型液晶表示装置として使用する場合は、透明な導電材料が使用される。具体的には、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化カドミウム（ＣｄＯ）、酸化インジウムカドミウム（ＣｄＩｎ２Ｏ４）、酸化カドミウムスズ（Ｃｄ２ＳｎＯ４）、酸化亜鉛スズ（Ｚｎ２ＳｎＯ４）、酸化インジウム亜鉛（Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ）等の酸化物材料でもよい。またこの酸化物材料に不純物をドープしたものも好適に用いられる。例えば、酸化インジウムにスズ（Ｓｎ）やモリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）をドープしたもの、酸化スズにアンチモン（Ｓｂ）やフッ素（Ｆ）をドープしたもの、酸化亜鉛にインジウム、アルミニウム、ガリウム（Ｇａ）をドープしたものなどである。この中では特に酸化インジウムにスズ（Ｓｎ）をドープした酸化インジウムスズ（通称ＩＴＯ）が高い透明性と低い抵抗率のために特に好適に用いられる。また上記導電性酸化物材料と金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、コバルト（Ｃｏ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）、及びチタン（Ｔｉ）などの金属の薄膜を複数積層したものも使用できる。この場合、金属材料の酸化や経時劣化を防ぐために導電性酸化物薄膜/金属薄膜/導電性酸化物薄膜の順に積層した３層構造が特に好適に用いられる。また金属薄膜層での光反射や光吸収が表示品位を低下させないよう金属薄膜層はできる限り薄くすることが好ましい。具体的には１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが望ましい。またＰＥＤＯＴ（ポリエチレンジオキシチオフェン）等の有機導電性材料も好適に用いることができる。これらの透明な導電材料は、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタ法、レーザーアブレーション法、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、ホットワイヤーＣＶＤ法またはスクリーン印刷、凸版印刷、インクジェット法等で形成することができるが、これらに限定されるものではない。反射型液晶表示装置として使用する場合、アクティブマトリクス基板１６が透明であれば、対向電極１４は透明な導電材料でなくても良い。
半導体回路の形成されたアクティブマトリクス基板１６と対向基板１５との貼り合せに関しては、カラーフィルタと半導体回路の位置合わせはアクティブマトリクス基板１６の作製時に位置合わせが完了しているため、対向基板１５との貼り合せ時には精細な位置合わせを行う必要がない。
液晶表示装置として用いる場合、液晶層の注入に関しては、アクティブマトリクス基板１６と対向基板１５を貼り合せ時にシールの一部に開口部を設けて、後から注入しても良いし、アクティブマトリクス基板１６上に液晶を滴下した後に、対向基板１５と貼り合せを行っても良い。特に、対向電極、配向膜、液晶層を塗布した対向基板１５をアクティブマトリクス基板１６に貼り合せる方法は、対向基板１５とアクティブマトリクス基板１６とを位置合わせせずに単に貼り合わせるだけで良く、対向基板１５とアクティブマトリクス基板１６とを貼り合わせてから液晶層を注入するよりも簡便であり、気泡が生じにくいため好適に用いることができる。
以下、本発明を実施例を用いて説明する。なお、本発明は実施例に限定されるわけではない。
〔実施例１〕
本実施例では図３に示す液晶表示装置を作製した。
本実施例では図３に示す液晶表示装置を作製した。
透明基板１として、厚さ０．７ｍｍのコーニング社製無アルカリガラス１７３７を用いて、透明基板１の一方の面にフォトリソグラフィ法によりブラックマトリクス２を含むカラーフィルタ層を形成した。具体的には、ブラックマトリクス２、赤、緑、青の順番で着色層３の形成を行った。それぞれの着色層はスピンコート法により塗布を行い、露光、現像により所望の形状にパターニングし、焼成を行うことで形成した。着色層３を形成後、オーバーコート層４（図示せず）として透明な熱硬化性樹脂を塗布し、焼成を行い、カラーフィルタ基板１７を得た。
その後、カラーフィルタ基板１７上にＤＣマグネトロンスパッタリング法によりＩＴＯを１００ｎｍの膜厚に成膜し、フォトリソグラフィ法により所望の形状にパターニングを行った。具体的には、ＩＴＯ膜上にポジ型レジストを膜厚１μｍになるよう塗布し、所望の形状がパターニングされたマスクを用いて露光を行い、その後、アルカリ現像液を用いて現像を行うことで所望の形状のレジストパターンを形成した。その後、ＩＴＯエッチング液に基板を浸漬し、不要なＩＴＯを溶解させた。剥離液を使用してレジストパターンを除去し、所望の形状のゲート配線５およびキャパシタ配線６を形成した。
ゲート配線５およびキャパシタ配線６を形成した基板１上にＲＦマグネトロンスパッタリング法により酸化窒化シリコン（ＳｉＯＮ）を３００ｎｍの膜厚で成膜し、ゲート絶縁膜７とした。
引き続き、ゲート絶縁膜７の上に酸化亜鉛インジウムガリウム（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ）をＲＦマグネトロンスパッタリング法により４０ｎｍの膜厚で成膜し、前記ゲート配線５およびキャパシタ配線６の形成で述べた手法と同様に、フォトリソグラフィ法により所望の形状にパターニングを行い、半導体活性層８を形成した。
さらに、ＲＦマグネトロンスパッタリング法により、ＳｉＯＮ膜を１００ｎｍの膜厚で成膜し、その上にポジレジストを塗布し、露光、現像を行い、ＣＦ４ガスを用いてドライエッチングを行うことでＳｉＯＮ膜を除去し、保護膜１１のパターンを形成した。
その後、フォトリソグラフィ法およびエッチング法によりソース配線９およびドレイン電極１０を形成した。具体的には、ＤＣマグネトロンスパッタリング法により、ＩＴＯ膜を１００ｎｍの膜厚で成膜し、ＩＴＯ膜上にポジ型レジストを膜厚１μｍになるよう塗布し、露光、現像を行いソース配線９およびドレイン電極１０のパターンを形成した。次に、ＩＴＯエッチング液に基板を浸漬し、不要なＩＴＯを溶解させ、剥離液を使用してレジストパターンを除去し、所望の形状のソース配線９およびドレイン電極１０を形成した。
続いて、感光性アクリル樹脂を５μｍの膜厚で塗布し、露光、現像、焼成を行い、ソース配線絶縁層１２を形成した。
その後、配向膜（図示せず）を形成し、対向電極１４、配向膜（図示せず）、液晶層１３の形成された対向基板１５を貼り合せ、周辺部をシールして本実施例の液晶表示装置を得た。得られた液晶表示装置は従来の液晶表示装置と比較して、スペーサーを形成する工程を別途設けないため製造工程が少なくて済み、またスペーサーが形成されたカラーフィルタ基板１７と対向基板１５との貼り合わせの際に正確な位置合わせをする必要がなく製造が容易であり、さらに薄膜トランジスタをカラーフィルタ上に形成したため開口率が高く、液晶表示装置として優れたものであった。
１・・・基板
２・・・ブラックマトリクス
３・・・着色層
４・・・オーバーコート層
５・・・ゲート配線
６・・・キャパシタ配線
７・・・ゲート絶縁膜
８・・・半導体活性層
９・・・ソース配線
１０・・・ドレイン電極
１１・・・保護膜
１２・・・ソース配線絶縁層
１３・・・表示要素
１４・・・対向電極
１５・・・対向基板
１６・・・アクティブマトリクス基板
１７・・・カラーフィルタ基板
２・・・ブラックマトリクス
３・・・着色層
４・・・オーバーコート層
５・・・ゲート配線
６・・・キャパシタ配線
７・・・ゲート絶縁膜
８・・・半導体活性層
９・・・ソース配線
１０・・・ドレイン電極
１１・・・保護膜
１２・・・ソース配線絶縁層
１３・・・表示要素
１４・・・対向電極
１５・・・対向基板
１６・・・アクティブマトリクス基板
１７・・・カラーフィルタ基板
Claims (10)
- 基板と、
前記基板上の同一面に隔絶されて形成されたゲート配線及びキャパシタ配線と、
前記ゲート配線及び前記キャパシタ配線を覆うように形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成された半導体活性層と、
前記半導体活性層及び前記ゲート絶縁膜上でこれらと接触し、かつ互いに隔絶して形成されたソース配線及びドレイン電極と、
前記半導体活性層上に前記半導体活性層及び前記ソース配線及び前記ドレイン電極と接触するように形成された保護膜と、
少なくとも前記ソース配線を覆うように前記ソース配線及び前記ドレイン電極及び保護膜上に形成されたソース配線絶縁層と、
対向電極が形成された対向基板と、
前記基板と前記対向基板の間に形成された表示要素と、
を備えた表示装置であって、
前記ソース配線絶縁層が少なくとも前記ソース配線及び前記対向基板と接しており、抵抗率が１０ １１ Ωｃｍ以上であることを特徴とする表示装置。 - 前記表示要素が、液晶層、有機ＥＬ素子、無機ＥＬ素子、電気泳動素子の何れかであることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
- 前記ソース配線絶縁層が感光性アクリル樹脂からなることを特徴とする請求項１及び２のいずれかに記載の表示装置。
- 前記半導体活性層が金属酸化物を主成分とする材料からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の表示装置。
- 前記基板が、透明な基板と、前記透明な基板上に形成された着色層と、
からなるカラーフィルタ基板であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の表示装置。 - 前記ソース配線絶縁層は遮光材を分散した樹脂からなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の表示装置。
- 基板を準備する工程と、
次に、前記基板上の同一面にゲート配線及びキャパシタ配線を隔絶して形成する工程と、
次に、前記ゲート配線及び前記キャパシタ配線を覆うようにゲート絶縁膜を形成する工程と、
次に、前記ゲート絶縁膜上に半導体活性層を形成する工程と、
次に、前記半導体活性層上にソース配線及びドレイン電極を形成する工程と、
次に、前記半導体活性層上に前記ソース配線と前記ドレイン電極とを隔絶するように保護膜を形成する工程と、
次に、少なくとも前記ソース配線を覆い、かつ前記ソース配線に接するように前記ソース配線及び前記ドレイン電極及び保護膜上に抵抗率が１０ １１ Ωｃｍ以上のソース配線絶縁層を形成する工程と、
次に、前記基板と対向電極が形成された対向基板とを表示要素を介して張り合わせる工程と、
を有することを特徴とする表示装置の製造方法。 - 前記基板を準備する工程が、
透明な基板を準備し、前記透明な基板上に着色層を形成する工程、
からなることを特徴とする請求項７に記載の表示装置の製造方法。 - 前記基板と対向電極が形成された対向基板とを表示要素を介して張り合わせる工程は、
前記対向基板上に前記対向電極を形成する工程と、
前記対向電極上に表示要素を形成する工程と、
前記表示要素が形成された面の前記対向電極と前記基板とを張り合わせる工程と、
からなることを特徴とする請求項７及び８のいずれかに記載の表示装置の製造方法。 - 基板と、
前記基板上の同一面に隔絶されて形成されたゲート配線及びキャパシタ配線と、
前記ゲート配線及び前記キャパシタ配線を覆うように形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成された半導体活性層と、
前記半導体活性層上に形成されたソース配線及びドレイン電極と、
前記半導体活性層上に前記ソース配線と前記ドレイン電極とを隔絶するように形成された保護膜と、
少なくとも前記ソース配線を覆い、かつ前記ソース配線に接するように前記ソース配線及び前記ドレイン電極及び保護膜上に形成された抵抗率が１０ １１ Ωｃｍ以上のソース配線絶縁層と、
を備えていることを特徴とするアクティブマトリクス基板。
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