JP2004077784A - アクティブマトリクス基板および表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】折り曲げたり丸めたりすることが可能でありながら、ＴＦＴのスイッチング素子としての性能や信頼性が損なわれないアクティブマトリクス基板を提供する。
【解決手段】アクティブマトリクス基板６１は、可撓性を有する基板５１と、基板５１上に形成された複数の走査配線と、前記走査配線と交差するよう前記基板上に形成された複数の信号配線と前記基板上に形成され、対応する走査配線に印加される信号に応答して動作する複数の薄膜トランジスタ１０と、前記薄膜トランジスタを介して対応する信号配線と電気的に接続され得る複数の画素電極とを備える。基板５１は、その基板の主面内において、他の方向に比べてヤング率の高い方向を有し、前記走査配線は前記ヤング率の高い方向に沿って伸びている。
【選択図】 図６
【解決手段】アクティブマトリクス基板６１は、可撓性を有する基板５１と、基板５１上に形成された複数の走査配線と、前記走査配線と交差するよう前記基板上に形成された複数の信号配線と前記基板上に形成され、対応する走査配線に印加される信号に応答して動作する複数の薄膜トランジスタ１０と、前記薄膜トランジスタを介して対応する信号配線と電気的に接続され得る複数の画素電極とを備える。基板５１は、その基板の主面内において、他の方向に比べてヤング率の高い方向を有し、前記走査配線は前記ヤング率の高い方向に沿って伸びている。
【選択図】 図６
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置、無機ＥＬ表示装置、Ｘ線センサ、メモリ素子などに用いるアクティブマトリクス基板ならびに表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下「ＴＦＴ」と略す）を駆動素子に用いたアクティブマトリクス型の液晶表示装置は、従来のＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）と比較して、同等以上の表示品質を備えている。また、薄型、軽量、高精彩、低消費電力であるという特徴も備えており、大画面の表示装置を作製することも可能である。このため、現在あらゆる分野において、アクティブマトリクス型の液晶表示装置が、従来のＣＲＴに替わる次世代画像表示装置として使用されている。表示媒体として有機ＥＬを用いた有機ＥＬ表示装置なども次世代の画像表示装置として近年脚光を浴びている。
【０００３】
こうした画像表示装置を、従来のＣＲＴに替わるものとしてだけではなく、電子ペーパなど、紙に印刷された印刷物の代替物として用いることが検討されている。このため、折り曲げたり、丸めたりしても壊れず、持ち運びが可能なフレキシブルディスプレイとして、こうした画像表示装置を構成することが求められている。
【０００４】
フレキシブルディスプレイを液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置などの技術を用いて実現するには、基板が可撓性を備えていることが必要であり、従来の基板材料であるガラスなどに替えて、常温において変形しうるプラスチックやステンレスなどを基板材料として用いなければならい。このような基板上にＴＦＴを形成するには、基板材料の変更に伴う新たな問題が生じるため、従来と異なる工夫が必要である。
【０００５】
例えば、プラスチック基板をフレキシブルディスクプレイに用いる場合、プラスチック基板から生じる脱ガスおよびプラスチック基板への吸水を防止するため、ガスや水分を透過しないガスバリア層をプラスチック基板の全面に形成する必要がある。また、プラスチック基板への熱によるダメージを低減し、熱応力を抑制するために、プラスチック基板上に設けられる薄膜は低い温度で堆積する必要がある。しかし、堆積温度が低くなり過ぎると堆積される薄膜の膜質が悪くなり、スイッチング素子としてのＴＦＴの性能や信頼性を損なう可能性がある。このため、薄膜の形成温度を従来よりも厳密に最適化しなければならない。また、基板が常温で変形し得るため、基板上に形成される薄膜の応力によって基板自体が反ってしまうことを防止する必要がある。
【０００６】
これらの問題は、フレキシブルディスクプレイを実現する上で克服すべき重要な問題として認識されており、問題を解決するための種々の提案がなされてきている。そして、プラスチック基板上に従来よりも比較的低い温度でＴＦＴアレイを形成し、正常に駆動させることに成功したという報告が、近年学会等でなされている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
いったん、プラスチックなどの常温において変形しうる材料からなる基板上にＴＦＴアレイを形成することに成功しても、実用性を備えたフレキシブルディスプレイを実現するためには、実用状態において、その性能や信頼性に問題のないことが必要となる。具体的には、フレキシブルディスプレイが折り曲げられたり、丸められたりしても、フレキシブルディスプレイのＴＦＴが正常に動作し、その性能や信頼性に影響を生じないことが必要である。
【０００８】
しかし、従来の技術によれば、基板を折り曲げたり、丸めたりすることによって、ＴＦＴを構成する絶縁膜、半導体層、導電層などに亀裂が生じ、ＴＦＴの性能および信頼性が著しく低下するという問題が生じる。この問題を、図を参照しながら説明する。
【０００９】
図１０は、プラスチック基板１１上に複数のＴＦＴ１０がアレイ状に形成された従来のアクティブマトリクス基板１０１の断面を模式的に示している。また、図１１は、ＴＦＴ１０の構造を模式的に示している。
【００１０】
上述したように、プラスチック基板１１を基板として用いてアクティブマトリクス基板１０１を形成するために、プラスチック基板１１とＴＦＴ１０との間には、プラスチック基板１１からの脱ガスを防止し、プラスチック基板１１への吸湿を防止するために、ガスバリア層４が設けられている。また、プラスチック基板１１は可撓性を備えている。
【００１１】
一方、ＴＦＴ１０は、従来の基板が変形しない表示装置に用いられるＴＦＴと同じ構造を備えている。具体的には、図８に示すように、ＴＦＴ１０はゲート電極５と、ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜６と、ゲート絶縁膜上６に形成された半導体層７およびｎ＋層８とｎ＋層上に設けられたソースおよびドレイン電極９とを含む。
【００１２】
このため、図１０に示すように、プラスチック基板１１の面１１ａが内側となるようにプラスチック基板１１を丸めた場合、面１１ａ上に形成されたＴＦＴ１０には応力が働く。しかし、プラスチック基板１１上に形成されたＴＦＴ１０は、上述したように、従来の基板が変形しない表示装置に用いられるＴＦＴと同じ構造を備えているので、ＴＦＴ１０の構造上弱い部分において破壊が生じる。例えば、ゲート電極５のエッジ部分からゲート絶縁膜６へ亀裂１２が生じる。このため、ＴＦＴ１０がスイッチング素子として正常に機能しなくなる可能性がある。また、ＴＦＴ１０が正常に機能したとしても、プラスチック基板１１を何度も折り曲げることによって、ゲート絶縁膜６と半導体層７との界面に応力が集中し、半導体層７の界面準位が徐々に上昇する。その結果、ＴＦＴ１０の閾値が徐々にシフトするというトランジスタ特性の経時変化が生じ、ＴＦＴ１０の信頼性に悪影響を及ぼす。
【００１３】
このように、可撓性を備えた基板上にＴＦＴを形成し、良好な初期特性が得られるアクティブマトリクス基板を作製することができたとしても、その後、アクティブマトリクス基板が曲げられることによって生じる応力による悪影響を低減させない限り、フレキシブルディスプレイを実現することは困難である。
【００１４】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、折り曲げたり丸めたりすることが可能でありながら、ＴＦＴのスイッチング素子としての性能や信頼性が損なわれないアクティブマトリクス基板、および、そのようなアクティブマトリクス基板を用いた表示装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明のアクティブマトリクス基板は、可撓性を有する基板と、前記基板上に形成された複数の走査配線と、前記走査配線と交差するよう前記基板上に形成された複数の信号配線と、前記基板上に形成され、対応する走査配線に印加される信号に応答して動作する複数の薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタを介して対応する信号配線と電気的に接続され得る複数の画素電極とを備え、前記基板は、その基板の主面内において、他の方向に比べてヤング率の高い方向を有し、前記走査配線は前記ヤング率の高い方向に沿って伸びている。
【００１６】
ある好ましい実施形態において、前記基板は、複数の第１の線材および前記第１の線材と交差するよう配置された複数の第２の線材を有する網状構造と、前記網状構造の表面に設けられた樹脂層とを含み、前記第１の線材は前記第２の線材よりも高いヤング率が有し、前記第１の線材と平行に前記走査配線が形成されている。
【００１７】
ある好ましい実施形態において、前記第１の線材および前記第２の線材は織り込まれることによって、前記網状構造を形成している。
【００１８】
ある好ましい実施形態において、前記薄膜トランジスタは前記第１の線材上に形成されている。
【００１９】
ある好ましい実施形態において、前記複数の線材または前記第１の線材の直径は１０μｍから２０００μｍである。
【００２０】
ある好ましい実施形態において、前記第１の線材の直径は、前記走査配線の幅より大きく、前記走査配線の配列ピッチのよりも小さい。
【００２１】
ある好ましい実施形態において、前記基板は、平行に配列された複数の線材と、前記線材の少なくとも一部を覆うように設けられた樹脂層とを含み、前記線材と平行に前記走査配線が形成されている。
【００２２】
ある好ましい実施形態において、前記複数の線材は前記樹脂層を介して所定の間隔で配列されている。
【００２３】
ある好ましい実施形態において、前記樹脂層は透光性を有している。
【００２４】
ある好ましい実施形態において、前記複数の線材は、前記樹脂層よりも高いヤング率を有している。
【００２５】
ある好ましい実施形態において、前記薄膜トランジスタは前記第１の線材上に形成されている。
【００２６】
ある好ましい実施形態において、前記基板は、ヤング率がいずれの方向においても実質的に等しい可撓性板と、前記可撓性板より高いヤング率を有し、前記走査配線と平行となるよう前記可撓性板に配置された複数の線材とを含む。
【００２７】
ある好ましい実施形態において、前記走査配線は金属からなり、前記信号配線は導電性樹脂からなる。
【００２８】
また、本発明の表示装置は、上記いずれかのアクティブマトリクス基板と、対向基板と、前記アクティブマトリクス基板および前記対向基板にはさまれた表示媒体層とを有する。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本願発明者の検討によれば、従来のアクティブマトリクス基板では、可撓性基板として可撓性に異方性のないものが選ばれていた。このため、ＴＦＴが破壊し易い方向にもアクティブマトリクス基板を曲げることが可能であった。
【００３０】
本願発明では、ＴＦＴの構造上弱い部分に応力が加わらないよう、アクティブマトリクス基板が曲げられる方向を規制する。このために、可撓性基板として、その基板の主面内において、他の方向に比べてヤング率の高い方向を有する基板を用いる。このような基板は、基板の折り曲げに対して異方性を備え、ヤング率の高い方向に基板の折り曲げ剛性が強く、基板を折り曲げにくい。
【００３１】
本発明のアクティブマトリクス基板では、この特性を備えた基板上に、走査配線が基板のヤング率の高い方向に沿って伸びるようにＴＦＴアレイが形成されている。走査配線は、ＴＦＴのゲート電極に信号を印加するために用いられるため、走査配線に近接してＴＦＴのゲート電極が設けられているか、または、走査配線の一部をゲート電極とし、走査配線上にＴＦＴが形成されている。このため、基板のヤング率の高い方向と走査線の伸びる方向とを同じにすることによって、走査線および走査線の近傍に設けられたＴＦＴは応力を受けにくくなり、ＴＦＴ中、構造の弱い部分において破壊が生じたり、応力の集中による特性の変化が生じたりしにくくなる。
【００３２】
（第１の実施形態）
本発明のアクティブマトリクス基板の第１の実施形態を説明する。まず図１から図３を参照して、アクティブマトリクス基板に用いられる可撓性基板５１を説明する。図１は、可撓性基板５１の断面を示している。可撓性基板５１は、複数の第１の線材１および複数の第２の線材を有する網状構造４１と、網状構造４１の表面に設けられた樹脂層３とを含む。図２および図３に示すように、網状構造４１において、複数の第１の線材１および複数の第２の線材はそれぞれ平行に配列されており、第２の線材２は第１の線材１と交差するよう配置されている。
【００３３】
第１の線材１および第２の線材は、それぞれを縦糸および横糸として、網状構造４１を形成するよう織られている。図１から図３に示す網状構造４１は、第１の線材１および第２の線材をいわゆる「平織り」にすることによって形成されている。しかし、複数の第１の線材１が平行に保たれる限り、他の織り方によって編まれていてもよい。また、樹脂層３によって、第１の線材１および第２の線材２を固定できる場合には、第１の線材１と第２の線材２とを単に交差するように配置し、樹脂層３によってこれらの線材を固定することによって網状構造４１を形成してもよい。
【００３４】
第１の線材１は、第２の線材２よりも高いヤング弾性率を有しており、第１の線材１は比較的剛性が高く、第２の線材２は比較的剛性が低い。好ましくは、第１の線材１は１×１０１０Ｐａ以上のヤング率を有しており、第２の線材２は、１×１０９Ｐａ以上のヤング率を有している。第１の線材１としては、例えば、ステンレス、銅、タングステン、チタンなどからなる細線を用いることができる。また、第２の線材２としては、例えば、ガラス、プラスチックなどからなる細線を用いることができる。図３において、第１の線材１および第２の線材２の断面は円形で示されているが、断面は、楕円、三角形、矩形、多角形などであってもよい。第１の線材１および第２の線材２の断面形状に内接する円の直径は、１０μｍから２０００μｍであることが好ましいが、第１の線材１の直径と第２の線材２の直径とは異なっていてもよい。第１の線材１の直径、第２の線材２の直径および織り方を適切に選択することによって、第１の線材１の間隔を調整することができる。また最適な線材の直径は、製造しようとしているアクティブマトリクス基板の用途によって異なる場合がある。例えば表示装置の場合には、そのサイズ、解像度によっても最適な線材の直径は異なる場合があり、その場合には用途に応じて使用する線材の径を選ぶことができる。
【００３５】
樹脂層３は、網状構造４１の表面を平坦化し、編み目が解けないように第１の線材１および第２の線材２の相対的な配置を規制する。樹脂層３としては、空アクリル樹脂、ポリイミド樹脂などの材料を用いることができる。透過型表示装置を形成する場合には、光線透過率が高い樹脂が望ましい。例えば、アクリル樹脂など、波長５００ｎｍの光を８０％以上透過する樹脂が望ましい。樹脂層３のヤング率は少なくとも第１の線材１のヤング率より小さい。
【００３６】
この可撓性基板５１では、網状構造４１を構成している第１の線材１と第２の線材２との剛性の差異から、第２の線材２が撓むように第１の線材１と平行な方向に折り曲げ易く、第１の線材１自身が撓む方向である第１の線材１と垂直な方向には曲げにくい。第２の線材２の剛性のほうが第１の線材１の剛性よりも低いからである。このため、可撓性基板５１の主面内において、他の方向に比べて、第１の線材１が伸びる方向にヤング率が高くなっている。
【００３７】
一方、可撓性基板５１のヤング率の高い方向と垂直な方向にはヤング率の低い第２の線材２が伸びている。このため、第２の線材２が撓むよう、可撓性異基板５１を曲げることが可能である。この時、第１の線材１には、第１の線材１をその長手方向と垂直な方向に撓ませる力が働くが、第１の線材１の断面のこの方向における距離は短い。また、第２の線材２に比べ、第１の線材１のヤング率は大きい。このため、第１の線材１は実質的に変形せず、第２の線材２のみが変形する。つまり、応力が第２の線材２に集中する。
【００３８】
可撓性基板５１は、以下の方法によって作製することができる。まず、例えば、第１の線材１として直径１００μｍのステンレス線を用意し、第２の線材２として、直径１００μｍのポリエーテルスルホンからなるプラスチック線を用意する。ポリーエールスルホンのガラス転移点は約２００℃である。
【００３９】
次に、第１の線材１および第２の線材２をそれぞれ、縦糸および横糸として、網状構造４１を形成するように織る。第１の線材１および第２の線材２を織るために、ステンレス製網戸やスクリーン印刷用メッシュなどの金属メッシュの作製に用いられる公知の製造技術・製造装置を用いることができる。
【００４０】
その後、架橋性樹脂をスピンコート法などで網状構造４１上に塗布し、ベーク装置で架橋性樹脂を熱硬化させた後、その表面をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法などで平坦化し、樹脂層３を形成する。
【００４１】
次に、本実施形態のアクティブマトリクス基板６１を説明する。図４は、アクティブマトリクス基板６１を概略的に示している。アクティブマトリクス基板６１は、可撓性基板５１と、可撓性基板５１上に形成された複数の走査配線５と、走査配線５と交差するよう可撓性基板５１上に形成された複数の信号配線２１と、可撓性基板５１上に形成され、対応する走査配線に印加される信号に応答して動作する複数の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）２２と、ＴＦＴ１０を介して対応する信号配線２１と電気的に接続され得る複数の画素電極２３とを備える。走査配線５は、可撓性基板５１の第１の線材１と平行に配置されている。つまり、可撓性基板５１のヤング率の高い方向に沿って走査配線５は伸びている。第１の線材１の断面形状に内接する円の直径は、少なくとも走査配線５の幅よりも大きく、走査配線の配列ピッチよりも小さいことが好ましい。
【００４２】
図５は、アクティブマトリクス基板６１のＴＦＴ１０近傍を拡大して示す断面図である。図５に示すように、走査配線５は第１の線材１上に位置していることが好ましい。ＴＦＴ１０は、可撓性基板５１上にガスバリア層４を介して形成され、走査配線５の一部をゲート電極として有する。ＴＦＴ１０の素子全体の大きさは数十μｍ×数十μｍ以下である。このため、第１の線材１の断面形状に内接する円の直径が上述した好ましい寸法である場合、図５に示すように、ＴＦＴ１０の全体が、第１の線材１上に位置する。
【００４３】
ＴＦＴ１０において、走査配線５上にはゲート絶縁膜６が形成され、ゲート絶縁膜６上に半導体層７が形成されている。半導体層７にはソース電極９ａおよびドレイン電極９ｂがｎ＋層８を介して電気的に接続されている。ソース電極９ａは、信号配線２１と接続され、ドレイン電極９ｂは画素電極２３と電気的に接続されている。
【００４４】
アクティブマトリクス基板６１によれば、走査配線５は、可撓性基板５１のヤング率の高い方向に伸びており、走査配線５の一部をゲート電極とし、走査配線５上にＴＦＴ１０が形成されている。このため、走査配線５が撓むようにはアクティブマトリクス基板６１を折り曲げにくく、走査配線５および走査配線５上に設けられたＴＦＴ１０は応力を受けにくくなる。その結果、走査配線５が断線したり、ＴＦＴ１０中、構造の弱い部分において破壊が生じたり、応力の集中による特性の変化が生じたりしにくくなる。また、走査配線５はほとんど撓まないため、ＴｉやＴａなどの従来の走査配線材料を用いることが可能であり、ＴＦＴ１０のスイッチング素子としての特性が劣化することもない。
【００４５】
一方、ヤング率の高い方向と垂直な方向に撓むように可撓性基板５１を曲げることができる。可撓性基板５１のこのような撓みは走査配線５と平行であるため、走査線５および走査線５上に設けられたＴＦＴ１０は応力を受けにくい。したがって、ＴＦＴ１０を破壊することなく、可撓性基板５１のヤング率の高い方向と垂直な方向にアクティブマトリクス基板６１を曲げることができる。
【００４６】
特に、走査配線５が可撓性基板５１の第１の線材１上に形成されている場合、走査配線５およびＴＦＴ１０の全体が第１の線材１上に位置する。このため、図６に示すように、第１の線材１と平行にアクティブマトリクス基板６１を折り曲げても、応力によって可撓性基板５１の第２の線材２のみが変形し、剛性の高い第１の線材１および第１の線材１上に位置するＴＦＴ１０は、折り曲げによる応力をほとんど受けない。したがって、アクティブマトリクス基板６１を用いて、折り曲げたり丸めたりすることが可能でありながら、ＴＦＴのスイッチング素子としての性能や信頼性が損なわれない表示装置を実現することができる。
【００４７】
なお、可撓性基板５１のヤング率の高い方向と垂直な方向にアクティブマトリクス基板６１を曲げる場合、信号配線２１は撓む。信号配線２１はＴＦＴ１０のチャネル部分と近接していないため、信号配線２１の撓みがＴＦＴ１０の破壊や信頼性の低下に影響を及ぼすことは、走査配線５に比べて少ない。しかし、アクティブマトリクス基板６１を繰り返し折り曲げる場合には、信号配線２１が疲労し、断線する可能性もある。このような場合には、信号配線２１を導電性樹脂などで形成することが好ましい。
【００４８】
アクティブマトリクス基板６１を繰り返し折り曲げることにより生じる配線の断線という観点では、信号配線２１を可撓性基板５１のヤング率の高い方向に対して平行に配設し、走査配線５を導電性樹脂で形成することも考えられる。しかし、この場合には、走査配線５を導電性樹脂で形成することによるＴＦＴ１０の特性および信頼性の低下生じる可能性がある。したがって、このような構成は好ましくない。
【００４９】
可撓性基板５１を有するアクティブマトリクス基板６１は、例えば、以下の方法によって作製される。図５に示すように、まず、可撓性基板５１上にプラズマＣＶＤ法によって、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）膜からなるガスバリア層４を形成する。可撓性基板５１の耐熱温度に応じて、ガスバリア層４の形成条件を調整する。本実施形態では、可撓性基板５１の第２の線材２のガラス転移点が２００℃であるため、可撓性基板５１を２００℃よりも高い温度に晒すことは、好ましくない。このため、可撓性基板５１を２００℃に加熱し、ＳｉＨ４：１２５ｓｃｃｍ、ＮＨ３：１９０ｓｃｃｍ、Ｎ２：１０００ｓｃｃｍの流量で原料ガスをチャンバに導入し、チャンバの圧力を１３０Ｔｏｒｒに保ちながら、０．５Ｗ／ｃｍ２の出力密度で窒化シリコン膜を形成する。
【００５０】
次に、スパッタリング装置を用い、タンタルなどのゲート配線材料をターゲットとして、基板温度：１００℃、Ａｒ流量：１００ｓｃｃｍ、圧力：５ｍＴｏｒｒ、出力密度：１Ｗ／ｃｍ２の条件でガスバリア層４上に薄膜を形成する。その後、薄膜をパターニングすることによって、厚さ３００ｎｍ、幅２０μｍの走査配線５を形成する。
【００５１】
その後、プラズマＣＶＤ法により、窒化シリコンからなるゲート絶縁膜６、アモルファスシリコンからなる半導体層７および高濃度の不純物を含むアモルファスシリコンからなるｎ＋層８を形成する。ゲート絶縁膜６は、例えば、ガスバリア層４と同じ条件によって形成できる。半導体層７は、ＳｉＨ４：２００ｓｃｃｍ、Ｈ２：１８００ｓｃｃｍの流量で原料ガスをチャンバに導入し、チャンバの圧力を８０Ｔｏｒｒに保ちながら、０．１Ｗ／ｃｍ２の出力密度でパワーを印加することによって形成することできる。また、ｎ＋層８は、ＰＨ３：６ｓｃｃｍ、ＳｉＨ４：２００ｓｃｃｍ、Ｈ２：２０００ｓｃｃｍの流量で原料ガスをチャンバに導入し、チャンバの圧力を８０Ｔｏｒｒに保ちながら、０．２Ｗ／ｃｍ２の出力密度でパワーを印加することによって形成することができる。
【００５２】
その後、信号配線２１、ソース電極９ａ、ドレイン電極９ｂを走査配線５と同じ条件で形成し、ソース電極９ａおよびドレイン電極９ｂをマスクとして、ｎ＋層８をエッチングすることによって、ＴＦＴ１０が形成される。信号配線２１は導電性樹脂などを用いて形成してもよい。最後に、画素電極２３を形成することにより、アクティブマトリクス基板６１が得られる。
【００５３】
（第２の実施形態）
図７から図９を参照して、本発明のアクティブマトリクス基板の第２の実施形態を説明する。図７は可撓性基板５２を備えたアクティブマトリクス基板６２の主要部の断面を示しており、図８および図９は可撓性基板５２の平面図および断面図をそれぞれ示している。
【００５４】
アクティブマトリクス基板６２は、第１の実施形態の可撓性基板５１とは異なる構造を有する可撓性基板５２を備えている。具体的には、可撓性基板５２は、所定の間隔を隔てて平行に配列された複数の第１の線材１と、第１の線材１を保持する樹脂層３とを含む。第１の線材１は、ヤング率の高い材料で形成されていることが好ましく、第１の実施形態の第１の線材１と同じ特性を備えていることが好ましい。樹脂層３は、第１の線材１よりもヤング弾性率が低く、光透過性を備えていることが好ましい。例えば、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂などから樹脂層３は形成されている。
【００５５】
図８および図９に示すように、可撓性基板５２において、第１の線材１は、所定の間隔を隔て配設されており、第１の線材１間に設けられた樹脂層３が可撓性基板５２の表面と裏面との間で光を透過させる。したがって、可撓性基板５２は透光性を備えており、アクティブマトリクス基板６２を用いて透過型表示装置を作製するのに適している。可撓性基板５２の光透過率は、第１の線材１の太さと隣接する第１の線材１間の間隔との比率を調節することによって、任意に調節することができる。
【００５６】
第１の実施形態とは異なり、可撓性基板５２は第２の線材を備えていない。しかし、第１の線材１を含むため、可撓性基板は、他の方向に比べて第１の線材１が伸びる方向に高いヤング率を有する。このため、第１の実施形態と同様、第１の線材１と平行な方向に可撓性基板５２を折り曲げ易く、第１の線材１と垂直な方向に可撓性基板５２を折り曲げにくくなっている。また、第２の線材を用いないため、２種類の線材を織る必要がなく、可撓性基板５２を作製するコストを低減することができる。
【００５７】
図７に示すように、アクティブマトリクス基板６２において、走査配線５は可撓性基板５２の第１の線材１と平行であり、かつ、第１の線材１上に位置するよう配置されている。また、ＴＦＴ１０も第１の線材１上に形成されている。このため、第１の実施形態において説明したように、ＴＦＴ１０を破壊することなく、可撓性基板５２のヤング率の高い方向と垂直な方向にアクティブマトリクス基板６２を曲げることができる。
【００５８】
アクティブマトリクス基板６２は、例えば以下の方法によって作製することができる。まず、第１の線材１として直径１００μｍのステンレス線を用意し、２００μｍ間隔で平行に配列する。その後、第１の線材１をアクリル樹脂で硬化、平坦化して可撓性基板５２を作製する。
【００５９】
可撓性基板５２上にガスバリア層４を形成し、パッタリング装置を用いて、Ｔｉ、Ｔａなどの金属薄膜を堆積する。この金属薄膜をパターニングして走査配線５を形成する。この時、走査配線５は第１の線材１上に位置するようにパターニングを行う。
【００６０】
その後、プラズマＣＶＤ法により、ゲート絶縁膜６、半導体層７、ｎ＋層８を形成し、信号配線２１、ソース電極９ａ、ドレイン電極９ｂを形成した後、これらをマスクとしてｎ＋層８をパターニングし、ＴＦＴ１０を作製する。最後に、画素電極２３を形成することにより、アクティブマトリクス基板６２が得られる。
【００６１】
上記第１および第２の実施形態では、剛性の高い第１の線材上にＴＦＴを形成することによって、アクティブマトリクス基板を曲げることによるＴＦＴの破壊を防止したり、ＴＦＴ特性および信頼性の低下を抑制したりしていた。しかし、アクティブマトリクス基板を曲げたときの極率がそれほど小さくなく、ＴＦＴに働く応力が小さい場合にはＴＦＴは必ずしも剛性の高い第１の線材上に形成しなくてもよい。しかし、この場合であっても、走査配線が基板から剥離したり、走査配線近傍に形成されたＴＦＴのゲート絶縁膜や半導体層への応力が集中したりすることを抑制するために、走査配線が撓むようにアクティブマトリクス基板が曲がることは規制することが好ましい。
【００６２】
このため、可撓性を有する基板を備えるアクティブマトリクス基板において、基板の内部あるいは基板の外部に、走査配線と平行となるように剛性の高い線材を形成することが好ましい。この場合、基板にはヤング率がいずれの方向においても実質的に等しい可撓性板を用い、線材として可撓性板よりも高いヤング率を備えているものを用いる。このような構造によって、他の方向に比べて走査配線の伸びる方向に基板のヤング率が高くなり、走査配線が撓む方向にアクティブマトリクス基板が曲がることを規制することができる。例えば、プラスチック基板上にＴＦＴ構造を形成した後、走査配線と平行となるよう、ステンレス線などをプラスチック基板に配設して基板の折り曲げ方向を規制してもよい。
【００６３】
また、ヤング率がいずれの方向においても実質的に等しい可撓性板を用意し、可撓性板の裏面に複数の溝を平行に設けることによって溝が設けられた方向と垂直な方向に撓み易く、平行な方向には撓みにくい基板を得ることができる。この基板の表面に、走査配線が溝と平行となるよう配列されたＴＦＴのアレイを形成し、アクティブマトリクス基板を作製してもよい。この場合、溝と溝との間に形成されるリッジ上に走査配線を配置すれば、より、走査配線およびＴＦＴに応力がかかりにくい構造となる。
【００６４】
また、上記第１および第２の実施形態では、走査配線の一部をゲート電極とし、走査配線上に形成されるＴＦＴを備えたアクティブマトリクス基板を説明した。しかし、本発明のアクティブマトリクス基板はこの構造のＴＦＴを備えたものに限定されるわけではない。例えば、本発明のアクティブマトリクス基板は、走査配線から分枝された電極をゲート電極として有するＴＦＴを備えていてもよい。この構造のＴＦＴは走査配線近傍に位置するため、走査配線を第１の線材上に形成すれば、ＴＦＴも第１の線材上に位置する。したがって、第１の実施形態で詳述したように、第１の線材によって、ＴＦＴの破壊や特性および信頼性の低下を抑制することができる。
【００６５】
また、第１および第２の実施形態において、第１の線材または第２の線材に加えて、第１の線材よりヤング率の小さい第３の線材を一緒に配列してもよい。
【００６６】
第１および第２の実施形態ならに上述したこれらの変形例によるアクティブマトリクス基板は液晶表示装置に好適に用いられる。たとえば、対向電極およびカラーフィルタ層を設けた対向基板を用意し、上記アクティブマトリクス基板および対向基板に配向膜を設け、ラビング法による配向処理を施して配向処理面を互いに内側にしてシール材を介して張り合わせ基板間に液晶を注入することにより、本願発明による液晶表示装置が得られる。
【００６７】
また、液晶表示装置に限らず、電圧が印加されることにより光学的性質が変調したり、発光したりする材料を表示媒体層として用い、対向基板と本発明のアクティブマトリクス基板との間にそのような表示媒体層を保持することにより、種々の表示装置を得ることができる。例えば表示媒体層として有機あるいは無機蛍光材料を用いた有機ＥＬ表示装置や無機ＥＬ表示装置などの表示装置にも本発明のアクティブマトリクス基板は好適に用いられる。さらに、Ｘ線センサやメモリ素子などに用いられるアクティブマトリクス基板としても好適に用いることができる。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば、走査線の断線やＴＦＴの素子破壊、あるいはＴＦＴの特性および信頼性の低下を低減し、基板を曲げることが可能なアクティブマトリクス基板を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態のアクティブマトリクス基板に用いられる可撓性基板の断面図である。
【図２】図１の可撓性基板の網状構造示す平面図である。
【図３】図１の可撓性基板の網状構造示す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態のアクティブマトリクス基板を示す模式図である。
【図５】図４のアクティブマトリクス基板の主要部を示す断面図である。
【図６】図４のアクティブマトリクス基板が曲げられている状態を示す断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態のアクティブマトリクス基板の主要部を示す断面図である。
【図８】図７のアクティブマトリクス基板に用いられる可撓性基板を示す平面図である。
【図９】図７のアクティブマトリクス基板に用いられる可撓性基板を示す断面図である。
【図１０】従来のアクティブマトリクス基板が曲げられている状態を示す断面図である。
【図１１】図１０のアクティブマトリクス基板の主要部を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 第１の線材
２ 第２の線材
３ 樹脂層
４ ガスバリア層
５ 走査配線
６ ゲート絶縁膜
７ 半導体層
８ ｎ＋層
９ａ ソース電極
９ｂ ドレイン電極
１０ ＴＦＴ
２１ 信号配線
２３ 画素電極
４１ 網状構造
５１、５２ 可撓性基板
６１、６２ アクティブマトリクス基板
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置、無機ＥＬ表示装置、Ｘ線センサ、メモリ素子などに用いるアクティブマトリクス基板ならびに表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下「ＴＦＴ」と略す）を駆動素子に用いたアクティブマトリクス型の液晶表示装置は、従来のＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）と比較して、同等以上の表示品質を備えている。また、薄型、軽量、高精彩、低消費電力であるという特徴も備えており、大画面の表示装置を作製することも可能である。このため、現在あらゆる分野において、アクティブマトリクス型の液晶表示装置が、従来のＣＲＴに替わる次世代画像表示装置として使用されている。表示媒体として有機ＥＬを用いた有機ＥＬ表示装置なども次世代の画像表示装置として近年脚光を浴びている。
【０００３】
こうした画像表示装置を、従来のＣＲＴに替わるものとしてだけではなく、電子ペーパなど、紙に印刷された印刷物の代替物として用いることが検討されている。このため、折り曲げたり、丸めたりしても壊れず、持ち運びが可能なフレキシブルディスプレイとして、こうした画像表示装置を構成することが求められている。
【０００４】
フレキシブルディスプレイを液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置などの技術を用いて実現するには、基板が可撓性を備えていることが必要であり、従来の基板材料であるガラスなどに替えて、常温において変形しうるプラスチックやステンレスなどを基板材料として用いなければならい。このような基板上にＴＦＴを形成するには、基板材料の変更に伴う新たな問題が生じるため、従来と異なる工夫が必要である。
【０００５】
例えば、プラスチック基板をフレキシブルディスクプレイに用いる場合、プラスチック基板から生じる脱ガスおよびプラスチック基板への吸水を防止するため、ガスや水分を透過しないガスバリア層をプラスチック基板の全面に形成する必要がある。また、プラスチック基板への熱によるダメージを低減し、熱応力を抑制するために、プラスチック基板上に設けられる薄膜は低い温度で堆積する必要がある。しかし、堆積温度が低くなり過ぎると堆積される薄膜の膜質が悪くなり、スイッチング素子としてのＴＦＴの性能や信頼性を損なう可能性がある。このため、薄膜の形成温度を従来よりも厳密に最適化しなければならない。また、基板が常温で変形し得るため、基板上に形成される薄膜の応力によって基板自体が反ってしまうことを防止する必要がある。
【０００６】
これらの問題は、フレキシブルディスクプレイを実現する上で克服すべき重要な問題として認識されており、問題を解決するための種々の提案がなされてきている。そして、プラスチック基板上に従来よりも比較的低い温度でＴＦＴアレイを形成し、正常に駆動させることに成功したという報告が、近年学会等でなされている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
いったん、プラスチックなどの常温において変形しうる材料からなる基板上にＴＦＴアレイを形成することに成功しても、実用性を備えたフレキシブルディスプレイを実現するためには、実用状態において、その性能や信頼性に問題のないことが必要となる。具体的には、フレキシブルディスプレイが折り曲げられたり、丸められたりしても、フレキシブルディスプレイのＴＦＴが正常に動作し、その性能や信頼性に影響を生じないことが必要である。
【０００８】
しかし、従来の技術によれば、基板を折り曲げたり、丸めたりすることによって、ＴＦＴを構成する絶縁膜、半導体層、導電層などに亀裂が生じ、ＴＦＴの性能および信頼性が著しく低下するという問題が生じる。この問題を、図を参照しながら説明する。
【０００９】
図１０は、プラスチック基板１１上に複数のＴＦＴ１０がアレイ状に形成された従来のアクティブマトリクス基板１０１の断面を模式的に示している。また、図１１は、ＴＦＴ１０の構造を模式的に示している。
【００１０】
上述したように、プラスチック基板１１を基板として用いてアクティブマトリクス基板１０１を形成するために、プラスチック基板１１とＴＦＴ１０との間には、プラスチック基板１１からの脱ガスを防止し、プラスチック基板１１への吸湿を防止するために、ガスバリア層４が設けられている。また、プラスチック基板１１は可撓性を備えている。
【００１１】
一方、ＴＦＴ１０は、従来の基板が変形しない表示装置に用いられるＴＦＴと同じ構造を備えている。具体的には、図８に示すように、ＴＦＴ１０はゲート電極５と、ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜６と、ゲート絶縁膜上６に形成された半導体層７およびｎ＋層８とｎ＋層上に設けられたソースおよびドレイン電極９とを含む。
【００１２】
このため、図１０に示すように、プラスチック基板１１の面１１ａが内側となるようにプラスチック基板１１を丸めた場合、面１１ａ上に形成されたＴＦＴ１０には応力が働く。しかし、プラスチック基板１１上に形成されたＴＦＴ１０は、上述したように、従来の基板が変形しない表示装置に用いられるＴＦＴと同じ構造を備えているので、ＴＦＴ１０の構造上弱い部分において破壊が生じる。例えば、ゲート電極５のエッジ部分からゲート絶縁膜６へ亀裂１２が生じる。このため、ＴＦＴ１０がスイッチング素子として正常に機能しなくなる可能性がある。また、ＴＦＴ１０が正常に機能したとしても、プラスチック基板１１を何度も折り曲げることによって、ゲート絶縁膜６と半導体層７との界面に応力が集中し、半導体層７の界面準位が徐々に上昇する。その結果、ＴＦＴ１０の閾値が徐々にシフトするというトランジスタ特性の経時変化が生じ、ＴＦＴ１０の信頼性に悪影響を及ぼす。
【００１３】
このように、可撓性を備えた基板上にＴＦＴを形成し、良好な初期特性が得られるアクティブマトリクス基板を作製することができたとしても、その後、アクティブマトリクス基板が曲げられることによって生じる応力による悪影響を低減させない限り、フレキシブルディスプレイを実現することは困難である。
【００１４】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、折り曲げたり丸めたりすることが可能でありながら、ＴＦＴのスイッチング素子としての性能や信頼性が損なわれないアクティブマトリクス基板、および、そのようなアクティブマトリクス基板を用いた表示装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明のアクティブマトリクス基板は、可撓性を有する基板と、前記基板上に形成された複数の走査配線と、前記走査配線と交差するよう前記基板上に形成された複数の信号配線と、前記基板上に形成され、対応する走査配線に印加される信号に応答して動作する複数の薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタを介して対応する信号配線と電気的に接続され得る複数の画素電極とを備え、前記基板は、その基板の主面内において、他の方向に比べてヤング率の高い方向を有し、前記走査配線は前記ヤング率の高い方向に沿って伸びている。
【００１６】
ある好ましい実施形態において、前記基板は、複数の第１の線材および前記第１の線材と交差するよう配置された複数の第２の線材を有する網状構造と、前記網状構造の表面に設けられた樹脂層とを含み、前記第１の線材は前記第２の線材よりも高いヤング率が有し、前記第１の線材と平行に前記走査配線が形成されている。
【００１７】
ある好ましい実施形態において、前記第１の線材および前記第２の線材は織り込まれることによって、前記網状構造を形成している。
【００１８】
ある好ましい実施形態において、前記薄膜トランジスタは前記第１の線材上に形成されている。
【００１９】
ある好ましい実施形態において、前記複数の線材または前記第１の線材の直径は１０μｍから２０００μｍである。
【００２０】
ある好ましい実施形態において、前記第１の線材の直径は、前記走査配線の幅より大きく、前記走査配線の配列ピッチのよりも小さい。
【００２１】
ある好ましい実施形態において、前記基板は、平行に配列された複数の線材と、前記線材の少なくとも一部を覆うように設けられた樹脂層とを含み、前記線材と平行に前記走査配線が形成されている。
【００２２】
ある好ましい実施形態において、前記複数の線材は前記樹脂層を介して所定の間隔で配列されている。
【００２３】
ある好ましい実施形態において、前記樹脂層は透光性を有している。
【００２４】
ある好ましい実施形態において、前記複数の線材は、前記樹脂層よりも高いヤング率を有している。
【００２５】
ある好ましい実施形態において、前記薄膜トランジスタは前記第１の線材上に形成されている。
【００２６】
ある好ましい実施形態において、前記基板は、ヤング率がいずれの方向においても実質的に等しい可撓性板と、前記可撓性板より高いヤング率を有し、前記走査配線と平行となるよう前記可撓性板に配置された複数の線材とを含む。
【００２７】
ある好ましい実施形態において、前記走査配線は金属からなり、前記信号配線は導電性樹脂からなる。
【００２８】
また、本発明の表示装置は、上記いずれかのアクティブマトリクス基板と、対向基板と、前記アクティブマトリクス基板および前記対向基板にはさまれた表示媒体層とを有する。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本願発明者の検討によれば、従来のアクティブマトリクス基板では、可撓性基板として可撓性に異方性のないものが選ばれていた。このため、ＴＦＴが破壊し易い方向にもアクティブマトリクス基板を曲げることが可能であった。
【００３０】
本願発明では、ＴＦＴの構造上弱い部分に応力が加わらないよう、アクティブマトリクス基板が曲げられる方向を規制する。このために、可撓性基板として、その基板の主面内において、他の方向に比べてヤング率の高い方向を有する基板を用いる。このような基板は、基板の折り曲げに対して異方性を備え、ヤング率の高い方向に基板の折り曲げ剛性が強く、基板を折り曲げにくい。
【００３１】
本発明のアクティブマトリクス基板では、この特性を備えた基板上に、走査配線が基板のヤング率の高い方向に沿って伸びるようにＴＦＴアレイが形成されている。走査配線は、ＴＦＴのゲート電極に信号を印加するために用いられるため、走査配線に近接してＴＦＴのゲート電極が設けられているか、または、走査配線の一部をゲート電極とし、走査配線上にＴＦＴが形成されている。このため、基板のヤング率の高い方向と走査線の伸びる方向とを同じにすることによって、走査線および走査線の近傍に設けられたＴＦＴは応力を受けにくくなり、ＴＦＴ中、構造の弱い部分において破壊が生じたり、応力の集中による特性の変化が生じたりしにくくなる。
【００３２】
（第１の実施形態）
本発明のアクティブマトリクス基板の第１の実施形態を説明する。まず図１から図３を参照して、アクティブマトリクス基板に用いられる可撓性基板５１を説明する。図１は、可撓性基板５１の断面を示している。可撓性基板５１は、複数の第１の線材１および複数の第２の線材を有する網状構造４１と、網状構造４１の表面に設けられた樹脂層３とを含む。図２および図３に示すように、網状構造４１において、複数の第１の線材１および複数の第２の線材はそれぞれ平行に配列されており、第２の線材２は第１の線材１と交差するよう配置されている。
【００３３】
第１の線材１および第２の線材は、それぞれを縦糸および横糸として、網状構造４１を形成するよう織られている。図１から図３に示す網状構造４１は、第１の線材１および第２の線材をいわゆる「平織り」にすることによって形成されている。しかし、複数の第１の線材１が平行に保たれる限り、他の織り方によって編まれていてもよい。また、樹脂層３によって、第１の線材１および第２の線材２を固定できる場合には、第１の線材１と第２の線材２とを単に交差するように配置し、樹脂層３によってこれらの線材を固定することによって網状構造４１を形成してもよい。
【００３４】
第１の線材１は、第２の線材２よりも高いヤング弾性率を有しており、第１の線材１は比較的剛性が高く、第２の線材２は比較的剛性が低い。好ましくは、第１の線材１は１×１０１０Ｐａ以上のヤング率を有しており、第２の線材２は、１×１０９Ｐａ以上のヤング率を有している。第１の線材１としては、例えば、ステンレス、銅、タングステン、チタンなどからなる細線を用いることができる。また、第２の線材２としては、例えば、ガラス、プラスチックなどからなる細線を用いることができる。図３において、第１の線材１および第２の線材２の断面は円形で示されているが、断面は、楕円、三角形、矩形、多角形などであってもよい。第１の線材１および第２の線材２の断面形状に内接する円の直径は、１０μｍから２０００μｍであることが好ましいが、第１の線材１の直径と第２の線材２の直径とは異なっていてもよい。第１の線材１の直径、第２の線材２の直径および織り方を適切に選択することによって、第１の線材１の間隔を調整することができる。また最適な線材の直径は、製造しようとしているアクティブマトリクス基板の用途によって異なる場合がある。例えば表示装置の場合には、そのサイズ、解像度によっても最適な線材の直径は異なる場合があり、その場合には用途に応じて使用する線材の径を選ぶことができる。
【００３５】
樹脂層３は、網状構造４１の表面を平坦化し、編み目が解けないように第１の線材１および第２の線材２の相対的な配置を規制する。樹脂層３としては、空アクリル樹脂、ポリイミド樹脂などの材料を用いることができる。透過型表示装置を形成する場合には、光線透過率が高い樹脂が望ましい。例えば、アクリル樹脂など、波長５００ｎｍの光を８０％以上透過する樹脂が望ましい。樹脂層３のヤング率は少なくとも第１の線材１のヤング率より小さい。
【００３６】
この可撓性基板５１では、網状構造４１を構成している第１の線材１と第２の線材２との剛性の差異から、第２の線材２が撓むように第１の線材１と平行な方向に折り曲げ易く、第１の線材１自身が撓む方向である第１の線材１と垂直な方向には曲げにくい。第２の線材２の剛性のほうが第１の線材１の剛性よりも低いからである。このため、可撓性基板５１の主面内において、他の方向に比べて、第１の線材１が伸びる方向にヤング率が高くなっている。
【００３７】
一方、可撓性基板５１のヤング率の高い方向と垂直な方向にはヤング率の低い第２の線材２が伸びている。このため、第２の線材２が撓むよう、可撓性異基板５１を曲げることが可能である。この時、第１の線材１には、第１の線材１をその長手方向と垂直な方向に撓ませる力が働くが、第１の線材１の断面のこの方向における距離は短い。また、第２の線材２に比べ、第１の線材１のヤング率は大きい。このため、第１の線材１は実質的に変形せず、第２の線材２のみが変形する。つまり、応力が第２の線材２に集中する。
【００３８】
可撓性基板５１は、以下の方法によって作製することができる。まず、例えば、第１の線材１として直径１００μｍのステンレス線を用意し、第２の線材２として、直径１００μｍのポリエーテルスルホンからなるプラスチック線を用意する。ポリーエールスルホンのガラス転移点は約２００℃である。
【００３９】
次に、第１の線材１および第２の線材２をそれぞれ、縦糸および横糸として、網状構造４１を形成するように織る。第１の線材１および第２の線材２を織るために、ステンレス製網戸やスクリーン印刷用メッシュなどの金属メッシュの作製に用いられる公知の製造技術・製造装置を用いることができる。
【００４０】
その後、架橋性樹脂をスピンコート法などで網状構造４１上に塗布し、ベーク装置で架橋性樹脂を熱硬化させた後、その表面をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法などで平坦化し、樹脂層３を形成する。
【００４１】
次に、本実施形態のアクティブマトリクス基板６１を説明する。図４は、アクティブマトリクス基板６１を概略的に示している。アクティブマトリクス基板６１は、可撓性基板５１と、可撓性基板５１上に形成された複数の走査配線５と、走査配線５と交差するよう可撓性基板５１上に形成された複数の信号配線２１と、可撓性基板５１上に形成され、対応する走査配線に印加される信号に応答して動作する複数の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）２２と、ＴＦＴ１０を介して対応する信号配線２１と電気的に接続され得る複数の画素電極２３とを備える。走査配線５は、可撓性基板５１の第１の線材１と平行に配置されている。つまり、可撓性基板５１のヤング率の高い方向に沿って走査配線５は伸びている。第１の線材１の断面形状に内接する円の直径は、少なくとも走査配線５の幅よりも大きく、走査配線の配列ピッチよりも小さいことが好ましい。
【００４２】
図５は、アクティブマトリクス基板６１のＴＦＴ１０近傍を拡大して示す断面図である。図５に示すように、走査配線５は第１の線材１上に位置していることが好ましい。ＴＦＴ１０は、可撓性基板５１上にガスバリア層４を介して形成され、走査配線５の一部をゲート電極として有する。ＴＦＴ１０の素子全体の大きさは数十μｍ×数十μｍ以下である。このため、第１の線材１の断面形状に内接する円の直径が上述した好ましい寸法である場合、図５に示すように、ＴＦＴ１０の全体が、第１の線材１上に位置する。
【００４３】
ＴＦＴ１０において、走査配線５上にはゲート絶縁膜６が形成され、ゲート絶縁膜６上に半導体層７が形成されている。半導体層７にはソース電極９ａおよびドレイン電極９ｂがｎ＋層８を介して電気的に接続されている。ソース電極９ａは、信号配線２１と接続され、ドレイン電極９ｂは画素電極２３と電気的に接続されている。
【００４４】
アクティブマトリクス基板６１によれば、走査配線５は、可撓性基板５１のヤング率の高い方向に伸びており、走査配線５の一部をゲート電極とし、走査配線５上にＴＦＴ１０が形成されている。このため、走査配線５が撓むようにはアクティブマトリクス基板６１を折り曲げにくく、走査配線５および走査配線５上に設けられたＴＦＴ１０は応力を受けにくくなる。その結果、走査配線５が断線したり、ＴＦＴ１０中、構造の弱い部分において破壊が生じたり、応力の集中による特性の変化が生じたりしにくくなる。また、走査配線５はほとんど撓まないため、ＴｉやＴａなどの従来の走査配線材料を用いることが可能であり、ＴＦＴ１０のスイッチング素子としての特性が劣化することもない。
【００４５】
一方、ヤング率の高い方向と垂直な方向に撓むように可撓性基板５１を曲げることができる。可撓性基板５１のこのような撓みは走査配線５と平行であるため、走査線５および走査線５上に設けられたＴＦＴ１０は応力を受けにくい。したがって、ＴＦＴ１０を破壊することなく、可撓性基板５１のヤング率の高い方向と垂直な方向にアクティブマトリクス基板６１を曲げることができる。
【００４６】
特に、走査配線５が可撓性基板５１の第１の線材１上に形成されている場合、走査配線５およびＴＦＴ１０の全体が第１の線材１上に位置する。このため、図６に示すように、第１の線材１と平行にアクティブマトリクス基板６１を折り曲げても、応力によって可撓性基板５１の第２の線材２のみが変形し、剛性の高い第１の線材１および第１の線材１上に位置するＴＦＴ１０は、折り曲げによる応力をほとんど受けない。したがって、アクティブマトリクス基板６１を用いて、折り曲げたり丸めたりすることが可能でありながら、ＴＦＴのスイッチング素子としての性能や信頼性が損なわれない表示装置を実現することができる。
【００４７】
なお、可撓性基板５１のヤング率の高い方向と垂直な方向にアクティブマトリクス基板６１を曲げる場合、信号配線２１は撓む。信号配線２１はＴＦＴ１０のチャネル部分と近接していないため、信号配線２１の撓みがＴＦＴ１０の破壊や信頼性の低下に影響を及ぼすことは、走査配線５に比べて少ない。しかし、アクティブマトリクス基板６１を繰り返し折り曲げる場合には、信号配線２１が疲労し、断線する可能性もある。このような場合には、信号配線２１を導電性樹脂などで形成することが好ましい。
【００４８】
アクティブマトリクス基板６１を繰り返し折り曲げることにより生じる配線の断線という観点では、信号配線２１を可撓性基板５１のヤング率の高い方向に対して平行に配設し、走査配線５を導電性樹脂で形成することも考えられる。しかし、この場合には、走査配線５を導電性樹脂で形成することによるＴＦＴ１０の特性および信頼性の低下生じる可能性がある。したがって、このような構成は好ましくない。
【００４９】
可撓性基板５１を有するアクティブマトリクス基板６１は、例えば、以下の方法によって作製される。図５に示すように、まず、可撓性基板５１上にプラズマＣＶＤ法によって、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）膜からなるガスバリア層４を形成する。可撓性基板５１の耐熱温度に応じて、ガスバリア層４の形成条件を調整する。本実施形態では、可撓性基板５１の第２の線材２のガラス転移点が２００℃であるため、可撓性基板５１を２００℃よりも高い温度に晒すことは、好ましくない。このため、可撓性基板５１を２００℃に加熱し、ＳｉＨ４：１２５ｓｃｃｍ、ＮＨ３：１９０ｓｃｃｍ、Ｎ２：１０００ｓｃｃｍの流量で原料ガスをチャンバに導入し、チャンバの圧力を１３０Ｔｏｒｒに保ちながら、０．５Ｗ／ｃｍ２の出力密度で窒化シリコン膜を形成する。
【００５０】
次に、スパッタリング装置を用い、タンタルなどのゲート配線材料をターゲットとして、基板温度：１００℃、Ａｒ流量：１００ｓｃｃｍ、圧力：５ｍＴｏｒｒ、出力密度：１Ｗ／ｃｍ２の条件でガスバリア層４上に薄膜を形成する。その後、薄膜をパターニングすることによって、厚さ３００ｎｍ、幅２０μｍの走査配線５を形成する。
【００５１】
その後、プラズマＣＶＤ法により、窒化シリコンからなるゲート絶縁膜６、アモルファスシリコンからなる半導体層７および高濃度の不純物を含むアモルファスシリコンからなるｎ＋層８を形成する。ゲート絶縁膜６は、例えば、ガスバリア層４と同じ条件によって形成できる。半導体層７は、ＳｉＨ４：２００ｓｃｃｍ、Ｈ２：１８００ｓｃｃｍの流量で原料ガスをチャンバに導入し、チャンバの圧力を８０Ｔｏｒｒに保ちながら、０．１Ｗ／ｃｍ２の出力密度でパワーを印加することによって形成することできる。また、ｎ＋層８は、ＰＨ３：６ｓｃｃｍ、ＳｉＨ４：２００ｓｃｃｍ、Ｈ２：２０００ｓｃｃｍの流量で原料ガスをチャンバに導入し、チャンバの圧力を８０Ｔｏｒｒに保ちながら、０．２Ｗ／ｃｍ２の出力密度でパワーを印加することによって形成することができる。
【００５２】
その後、信号配線２１、ソース電極９ａ、ドレイン電極９ｂを走査配線５と同じ条件で形成し、ソース電極９ａおよびドレイン電極９ｂをマスクとして、ｎ＋層８をエッチングすることによって、ＴＦＴ１０が形成される。信号配線２１は導電性樹脂などを用いて形成してもよい。最後に、画素電極２３を形成することにより、アクティブマトリクス基板６１が得られる。
【００５３】
（第２の実施形態）
図７から図９を参照して、本発明のアクティブマトリクス基板の第２の実施形態を説明する。図７は可撓性基板５２を備えたアクティブマトリクス基板６２の主要部の断面を示しており、図８および図９は可撓性基板５２の平面図および断面図をそれぞれ示している。
【００５４】
アクティブマトリクス基板６２は、第１の実施形態の可撓性基板５１とは異なる構造を有する可撓性基板５２を備えている。具体的には、可撓性基板５２は、所定の間隔を隔てて平行に配列された複数の第１の線材１と、第１の線材１を保持する樹脂層３とを含む。第１の線材１は、ヤング率の高い材料で形成されていることが好ましく、第１の実施形態の第１の線材１と同じ特性を備えていることが好ましい。樹脂層３は、第１の線材１よりもヤング弾性率が低く、光透過性を備えていることが好ましい。例えば、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂などから樹脂層３は形成されている。
【００５５】
図８および図９に示すように、可撓性基板５２において、第１の線材１は、所定の間隔を隔て配設されており、第１の線材１間に設けられた樹脂層３が可撓性基板５２の表面と裏面との間で光を透過させる。したがって、可撓性基板５２は透光性を備えており、アクティブマトリクス基板６２を用いて透過型表示装置を作製するのに適している。可撓性基板５２の光透過率は、第１の線材１の太さと隣接する第１の線材１間の間隔との比率を調節することによって、任意に調節することができる。
【００５６】
第１の実施形態とは異なり、可撓性基板５２は第２の線材を備えていない。しかし、第１の線材１を含むため、可撓性基板は、他の方向に比べて第１の線材１が伸びる方向に高いヤング率を有する。このため、第１の実施形態と同様、第１の線材１と平行な方向に可撓性基板５２を折り曲げ易く、第１の線材１と垂直な方向に可撓性基板５２を折り曲げにくくなっている。また、第２の線材を用いないため、２種類の線材を織る必要がなく、可撓性基板５２を作製するコストを低減することができる。
【００５７】
図７に示すように、アクティブマトリクス基板６２において、走査配線５は可撓性基板５２の第１の線材１と平行であり、かつ、第１の線材１上に位置するよう配置されている。また、ＴＦＴ１０も第１の線材１上に形成されている。このため、第１の実施形態において説明したように、ＴＦＴ１０を破壊することなく、可撓性基板５２のヤング率の高い方向と垂直な方向にアクティブマトリクス基板６２を曲げることができる。
【００５８】
アクティブマトリクス基板６２は、例えば以下の方法によって作製することができる。まず、第１の線材１として直径１００μｍのステンレス線を用意し、２００μｍ間隔で平行に配列する。その後、第１の線材１をアクリル樹脂で硬化、平坦化して可撓性基板５２を作製する。
【００５９】
可撓性基板５２上にガスバリア層４を形成し、パッタリング装置を用いて、Ｔｉ、Ｔａなどの金属薄膜を堆積する。この金属薄膜をパターニングして走査配線５を形成する。この時、走査配線５は第１の線材１上に位置するようにパターニングを行う。
【００６０】
その後、プラズマＣＶＤ法により、ゲート絶縁膜６、半導体層７、ｎ＋層８を形成し、信号配線２１、ソース電極９ａ、ドレイン電極９ｂを形成した後、これらをマスクとしてｎ＋層８をパターニングし、ＴＦＴ１０を作製する。最後に、画素電極２３を形成することにより、アクティブマトリクス基板６２が得られる。
【００６１】
上記第１および第２の実施形態では、剛性の高い第１の線材上にＴＦＴを形成することによって、アクティブマトリクス基板を曲げることによるＴＦＴの破壊を防止したり、ＴＦＴ特性および信頼性の低下を抑制したりしていた。しかし、アクティブマトリクス基板を曲げたときの極率がそれほど小さくなく、ＴＦＴに働く応力が小さい場合にはＴＦＴは必ずしも剛性の高い第１の線材上に形成しなくてもよい。しかし、この場合であっても、走査配線が基板から剥離したり、走査配線近傍に形成されたＴＦＴのゲート絶縁膜や半導体層への応力が集中したりすることを抑制するために、走査配線が撓むようにアクティブマトリクス基板が曲がることは規制することが好ましい。
【００６２】
このため、可撓性を有する基板を備えるアクティブマトリクス基板において、基板の内部あるいは基板の外部に、走査配線と平行となるように剛性の高い線材を形成することが好ましい。この場合、基板にはヤング率がいずれの方向においても実質的に等しい可撓性板を用い、線材として可撓性板よりも高いヤング率を備えているものを用いる。このような構造によって、他の方向に比べて走査配線の伸びる方向に基板のヤング率が高くなり、走査配線が撓む方向にアクティブマトリクス基板が曲がることを規制することができる。例えば、プラスチック基板上にＴＦＴ構造を形成した後、走査配線と平行となるよう、ステンレス線などをプラスチック基板に配設して基板の折り曲げ方向を規制してもよい。
【００６３】
また、ヤング率がいずれの方向においても実質的に等しい可撓性板を用意し、可撓性板の裏面に複数の溝を平行に設けることによって溝が設けられた方向と垂直な方向に撓み易く、平行な方向には撓みにくい基板を得ることができる。この基板の表面に、走査配線が溝と平行となるよう配列されたＴＦＴのアレイを形成し、アクティブマトリクス基板を作製してもよい。この場合、溝と溝との間に形成されるリッジ上に走査配線を配置すれば、より、走査配線およびＴＦＴに応力がかかりにくい構造となる。
【００６４】
また、上記第１および第２の実施形態では、走査配線の一部をゲート電極とし、走査配線上に形成されるＴＦＴを備えたアクティブマトリクス基板を説明した。しかし、本発明のアクティブマトリクス基板はこの構造のＴＦＴを備えたものに限定されるわけではない。例えば、本発明のアクティブマトリクス基板は、走査配線から分枝された電極をゲート電極として有するＴＦＴを備えていてもよい。この構造のＴＦＴは走査配線近傍に位置するため、走査配線を第１の線材上に形成すれば、ＴＦＴも第１の線材上に位置する。したがって、第１の実施形態で詳述したように、第１の線材によって、ＴＦＴの破壊や特性および信頼性の低下を抑制することができる。
【００６５】
また、第１および第２の実施形態において、第１の線材または第２の線材に加えて、第１の線材よりヤング率の小さい第３の線材を一緒に配列してもよい。
【００６６】
第１および第２の実施形態ならに上述したこれらの変形例によるアクティブマトリクス基板は液晶表示装置に好適に用いられる。たとえば、対向電極およびカラーフィルタ層を設けた対向基板を用意し、上記アクティブマトリクス基板および対向基板に配向膜を設け、ラビング法による配向処理を施して配向処理面を互いに内側にしてシール材を介して張り合わせ基板間に液晶を注入することにより、本願発明による液晶表示装置が得られる。
【００６７】
また、液晶表示装置に限らず、電圧が印加されることにより光学的性質が変調したり、発光したりする材料を表示媒体層として用い、対向基板と本発明のアクティブマトリクス基板との間にそのような表示媒体層を保持することにより、種々の表示装置を得ることができる。例えば表示媒体層として有機あるいは無機蛍光材料を用いた有機ＥＬ表示装置や無機ＥＬ表示装置などの表示装置にも本発明のアクティブマトリクス基板は好適に用いられる。さらに、Ｘ線センサやメモリ素子などに用いられるアクティブマトリクス基板としても好適に用いることができる。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば、走査線の断線やＴＦＴの素子破壊、あるいはＴＦＴの特性および信頼性の低下を低減し、基板を曲げることが可能なアクティブマトリクス基板を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態のアクティブマトリクス基板に用いられる可撓性基板の断面図である。
【図２】図１の可撓性基板の網状構造示す平面図である。
【図３】図１の可撓性基板の網状構造示す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態のアクティブマトリクス基板を示す模式図である。
【図５】図４のアクティブマトリクス基板の主要部を示す断面図である。
【図６】図４のアクティブマトリクス基板が曲げられている状態を示す断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態のアクティブマトリクス基板の主要部を示す断面図である。
【図８】図７のアクティブマトリクス基板に用いられる可撓性基板を示す平面図である。
【図９】図７のアクティブマトリクス基板に用いられる可撓性基板を示す断面図である。
【図１０】従来のアクティブマトリクス基板が曲げられている状態を示す断面図である。
【図１１】図１０のアクティブマトリクス基板の主要部を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 第１の線材
２ 第２の線材
３ 樹脂層
４ ガスバリア層
５ 走査配線
６ ゲート絶縁膜
７ 半導体層
８ ｎ＋層
９ａ ソース電極
９ｂ ドレイン電極
１０ ＴＦＴ
２１ 信号配線
２３ 画素電極
４１ 網状構造
５１、５２ 可撓性基板
６１、６２ アクティブマトリクス基板
Claims (15)
- 可撓性を有する基板と、
前記基板上に形成された複数の走査配線と、
前記走査配線と交差するよう前記基板上に形成された複数の信号配線と、
前記基板上に形成され、対応する走査配線に印加される信号に応答して動作する複数の薄膜トランジスタと、
前記薄膜トランジスタを介して対応する信号配線と電気的に接続され得る複数の画素電極とを備え、
前記基板は、その基板の主面内において、他の方向に比べてヤング率の高い方向を有し、前記走査配線は前記ヤング率の高い方向に沿って伸びている、アクティブマトリクス基板。 - 前記基板は、複数の第１の線材および前記第１の線材と交差するよう配置された複数の第２の線材を有する網状構造と、前記網状構造の表面に設けられた樹脂層とを含み、前記第１の線材は前記第２の線材よりも高いヤング率が有し、前記第１の線材と平行に前記走査配線が形成されている請求項１に記載のアクティブマトリクス基板。
- 前記第１の線材および前記第２の線材は織り込まれることによって、前記網状構造を形成している請求項２に記載のアクティブマトリクス基板。
- 前記薄膜トランジスタは前記第１の線材上に形成されている請求項２または３に記載のアクティブマトリクス基板。
- 前記第１の線材の直径は１０μｍから２０００μｍである請求項２から４のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板。
- 前記基板は、平行に配列された複数の線材と、前記線材の少なくとも一部を覆うように設けられた樹脂層とを含み、前記線材と平行に前記走査配線が形成されている請求項１に記載のアクティブマトリクス基板。
- 前記複数の線材は前記樹脂層を介して所定の間隔で配列されている請求項６に記載のアクティブマトリクス基板。
- 前記樹脂層は透光性を有している請求項７に記載のアクティブマトリクス基板。
- 前記複数の線材は、前記樹脂層よりも高いヤング率を有している、請求項６に記載のアクティブマトリクス基板。
- 前記薄膜トランジスタは前記第１の線材上に形成されている請求項６から９のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板
- 前記線材の直径は１０μｍから２０００μｍである請求項６から１０のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板。
- 前記基板は、ヤング率がいずれの方向においても実質的に等しい可撓性板と、前記可撓性板より高いヤング率を有し、前記走査配線と平行となるよう前記可撓性板に配置された複数の線材とを含む請求項１に記載のアクティブマトリクス基板。
- 前記第１の線材の直径は、前記走査配線の幅より大きく、前記走査配線の配列ピッチのよりも小さい請求項２から４のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板。
- 前記走査配線は金属からなり、前記信号配線は導電性樹脂からなる請求項１から１３のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板。
- 請求項１から１４に記載のアクティブマトリクス基板と、対向基板と、前記アクティブマトリクス基板および前記対向基板にはさまれた表示媒体層とを有する表示装置。
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