JP2004109975A - フレキシブル薄膜トランジスタディスプレイの製法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ディスプレイ装置のフレキシブル金属基板として、アルミニウム合金箔、純チタン箔またはチタン合金箔である金属箔を準備する工程、フレキシブル金属基板上に絶縁層を形成する工程、および絶縁層上に薄膜トランジスタ(TFT)アレイを形成する工程からなる。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明はフレキシブルディスプレイの製法に関し、より詳細には、アルミニウム合金箔、純チタン箔またはチタン合金箔などの金属箔を基板に用いるフレキシブル薄膜トランジスタ(TFT)ディスプレイの製法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、軽量薄型化が図れることに加えて、可撓性や耐衝撃性をもたせることができるということで、フラットパネルディスプレイにプラスチック基板を用いることへの関心が高まっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、プラスチック基板上に薄膜トランジスタ(TFT)のような能動素子を、従来どおりの高温プロセスにより形成しようとすると、プラスチック基板のガラス転移温度Tgは200℃未満と極めて低いことから、寸法安定性の問題が生じてしまう。また、プラスチック基板と薄膜トランジスタの薄膜とでは熱膨張係数の差が甚だしく大きいため、製造プロセス上必要な温度サイクルを繰り返すあいだに薄膜が剥離またはクラックしてしまうという欠点もある。これらはいずれも、デバイスの歩留りおよび信頼性に深刻な影響を与えている。
【0004】
さらに、プラスチック基板は、化学物質、酸素、湿気、機械的衝撃、静電気およびその他環境的な影響を受けやすいため、プラスチックベースのディスプレイは、製品寿命が短いものとなっている。
【0005】
ところで、最近では、ディスプレイのフレキシブル基板としてステンレス箔を用いる試みがなされている。しかし、ステンレス鋼の約7.9g/cm3という高密度は、ディスプレイの軽量薄型化を図る上でネックとなっている。加えて、その熱膨張係数(約17.3E−6℃)も高いため、薄膜トランジスタの堆積に影響を及ぼす。したがって、最適な基板材料の開発は重要である。
【0006】
前述した諸問題に鑑みて、本発明の目的は、フレキシブル薄膜トランジスタディスプレイの製法を提供することである。
【0007】
本発明のもう1つの目的は、アルミニウム合金箔、純チタン箔またはチタン合金箔からなる金属基板を備えるフレキシブル薄膜トランジスタディスプレイの製法を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、ディスプレイのフレキシブル金属基板として、アルミニウム合金箔、純チタン箔またはチタン合金箔である金属箔を準備する工程、前記フレキシブル金属基板上に絶縁層を形成する工程、および前記絶縁層上に薄膜トランジスタ(TFT)アレイを形成する工程からなるフレキシブル薄膜トランジスタディスプレイの製法に関する。
【0009】
前記金属箔がアルミニウム合金箔であり、このアルミニウム合金箔がケイ素を含むのが好ましい。
【0010】
前記金属箔がアルミニウム合金箔であり、このアルミニウム合金箔がマグネシウムを含むのが好ましい。
【0011】
前記金属箔がチタン合金箔であり、このチタン合金箔がアルミニウムを含むのが好ましい。
【0012】
前記金属箔がチタン合金箔であり、このチタン合金箔がモリブデンを含むのが好ましい。
【0013】
前記金属箔の厚さが、0.05〜0.8mmであるのが好ましい。
【0014】
フレキシブル金属基板上に絶縁層を形成する前記工程が、前記フレキシブル金属基板上に金属酸化膜を形成する工程、および前記金属酸化膜上に絶縁膜を形成する工程を含むのが好ましい。
【0015】
前記金属酸化膜が、熱酸化法により形成されるAl2O3膜またはTiO2膜であるのが好ましい。
【0016】
前記絶縁膜が、堆積法によって形成されるSiO2膜、TiO2膜またはSiNx膜であることが好ましい。
【0017】
前記薄膜トランジスタアレイに電気接続される複数個の透明画素電極を形成する工程、前記フレキシブル金属基板に対向して配置される透明プラスチック基板を準備する工程、前記透明プラスチック基板の内側に共通電極を形成する工程、および前記フレキシブル金属基板と前記透明プラスチック基板とのあいだに表示層を形成する工程をさらに含むのが好ましい。
【0018】
前記表示層が、液晶層であるのが好ましい。
【0019】
前記薄膜トランジスタアレイに電気接続される複数個の陽極を形成する工程、前記陽極上に有機発光層を形成する工程、前記有機発光層上に陰極を形成する工程、および前記陰極上に透明プラスチック基板を形成する工程をさらに含むのが好ましい。
【0020】
前記有機発光層が、低分子材料または高分子材料を含んでいるのが好ましい。
【0021】
本発明はまた、ディスプレイのフレキシブル金属基板として、マグネシウム0.01〜1重量%および/またはケイ素0.01〜1重量%を含むアルミニウム合金箔を準備する工程、前記フレキシブル金属基板上に絶縁層を形成する工程、および前記絶縁層上に薄膜トランジスタ(TFT)アレイを形成する工程からなるフレキシブル薄膜トランジスタ(TFT)ディスプレイの製法に関する。
【0022】
前記アルミニウム合金箔の厚さが、0.05〜0.8mmであるのが好ましい。
【0023】
本発明はまた、ディスプレイのフレキシブル金属基板として、アルミニウム0.01〜20重量%および/またはモリブデン0.01〜20重量%を含むチタン合金箔を準備する工程、前記フレキシブル金属基板上に絶縁層を形成する工程、および前記絶縁層上に薄膜トランジスタ(TFT)アレイを形成する工程からなるフレキシブル薄膜トランジスタ(TFT)ディスプレイの製法に関する。
【0024】
前記チタン合金箔の厚さが、0.05〜0.8mmであるのが好ましい。
【0025】
【発明の実施の形態】
本発明がより充分に理解されるよう、以下に、図面と対応させながら例をあげて詳細に説明する。
【0026】
本発明は、薄膜トランジスタ構造をアルミニウム合金箔、純チタン箔またはチタン合金箔からなる基板上に作製する必要がある、いかなる製品にも適用され得る。以下、例にあげて本発明を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0027】
本発明にかかわるフレキシブル薄膜トランジスタディスプレイの各製造工程を図1により説明する。まず、ディスプレイのフレキシブル金属基板100となる金属箔(metal foil)100を準備する。この金属箔100は、アルミニウム合金(Al alloy)箔、純チタン(Ti)箔またはチタン合金(Ti alloy)箔とすることができ、厚さは約0.05〜0.8mmである。
【0028】
ここで、アルミニウム合金箔をフレキシブル金属基板100として用いた場合、その特性を向上させるために、当該アルミニウム合金箔が、ケイ素(Si)および/またはマグネシウム(Mg)などを含んでいるという点に注目すべきである。たとえば、マグネシウムを添加すると、アルミニウム合金箔の密度を小さくすることができるため、さらなる軽量化が図られ、また、ケイ素を添加すれば、アルミニウム合金箔の熱膨張係数を低下させることができるとともに、機械特性、たとえば、靭性や剛性などを高めることができる。なお、アルミニウム合金箔中のマグネシウムの含有量は0.01〜1重量%であるのが好ましく、ケイ素の含有量は0.01〜1重量%であるのが好ましい。
【0029】
前述したもの以外に、純チタン(Ti)箔もまた、TFT製造プロセスに適したフレキシブル金属基板100の材料である。純チタンは、高融点(約1668℃)、低密度(約4.45g/cm3)、低熱膨張係数(約8.4E−6℃)であり、なおかつ、靭性に優れるといった特性を備えているからである。剛性を高めたい場合は、アルミニウム0.01〜20重量%および/またはモリブデン0.01〜20重量%などを含むチタン合金箔を用いてもよい。このように、フレキシブル金属基板100は、アルミニウム合金箔、純チタン箔またはチタン合金箔から構成されるため、高温プロセスを用いる既存の設備をそのまま適用して処理を行うことが可能である。
【0030】
つぎに、厚さ500〜10000Åの絶縁層110をフレキシブル金属基板100上に形成する。この絶縁層110をフレキシブル金属基板100上に形成させるには、たとえば、熱酸化法を用いて金属酸化膜102をフレキシブル金属基板100表面に形成する。フレキシブル金属基板100にアルミニウム合金箔を用いた場合、金属酸化膜102は酸化アルミニウム(Al2O3)膜とする。一方、フレキシブル金属基板100に純チタン箔またはチタン合金箔を用いた場合は、金属酸化膜102は酸化チタン(TiO2)膜とする。
【0031】
ついで、蒸着法により金属酸化膜102の表面に絶縁膜104を形成する。こうすることにより、絶縁層110の絶縁特性が高められる。絶縁膜104は、たとえば、酸化ケイ素(SiO2)膜、酸化チタン(TiO2)膜または窒化ケイ素(SiNx)膜とすることができる。つまり、絶縁層110は、積層構造(stack
structure)とすることができる。
【0032】
続いて図2に示すように、TFTアレイ210を絶縁層110上に形成する。TFTアレイ210のTFT構造は、ボトムゲート型またはトップゲート型のいずれであってもよく、ここではボトムゲート型を用いて例示するが、本発明はこれに限定されるものではない。このボトムゲート型TFT構造は、ゲート電極22、ゲート絶縁層24、半導体層26およびソース/ドレイン領域28/30から構成される。なお、TFTプロセスは本発明には重要ではないため、その説明は省略する。
【0033】
ここで強調すべき点は、本発明におけるアルミニウム合金箔、純チタン箔またはチタン合金箔からなるフレキシブル金属基板は、高融点(600℃以上)という特性を有しているため、アモルファスシリコン薄膜トランジスタ(αSi−TFT)または低温ポリシリコン薄膜トランジスタ(LTPS−TFT)などのような高温のTFTプロセスを用いることができる、ということである。したがって、本発明にかかわる方法は、フレキシブル薄膜トランジスタディスプレイなどのフレキシブルディスプレイの製造に適用され得る。
【0034】
以下、フレキシブルな反射型液晶ディスプレイ(Reflective Liquid Crystal Display=RLCD)およびフレキシブルな有機ELディスプレイ(Organic Electroluminesence Display=OLED)を例にあげ、図3および4と対応させながら本発明の応用例について説明する。
【0035】
応用例1
図3は、本発明をフレキシブル反射型液晶ディスプレイに応用した場合の製造工程を説明する素子の局部断面図である。
【0036】
まず、複数個の透明画素電極310を形成して、TFTアレイ210と電気接続させる。透明画素電極310は、酸化インジウム・スズ(ITO)または酸化インジウム・亜鉛(IZO)をスパッタリングで形成したものとすることができる。ついで、フレキシブル金属基板100に対向して配置される透明プラスチック基板340の内側に共通電極330を形成する。この透明プラスチック基板340は上基板となる。また、共通電極330は、酸化インジウム・スズ(ITO)または酸化インジウム・亜鉛(IZO)をスパッタリングにより形成したものとすることができる。最後に、液晶などの表示材料を金属基板100と透明プラスチック基板340とのあいだに注入し、表示層420として形成する。
【0037】
なお、前記説明では液晶を例にとっているが、その他の表示材料、たとえば、電気泳動型のマイクロカプセルなどを使用することも可能である。
【0038】
応用例2
図4は、本発明をフレキシブル有機ELディスプレイに応用した場合の製造工程を説明する素子の局部断面図である。
【0039】
まず、複数個の陽極410を形成して、TFTアレイ210と電気接続させる。陽極410は、酸化インジウム・スズ(ITO)電極とすることができる。ついで、蒸着法などにより、たとえば、有機発光層(organic electroluminescence layer)である発光層420を陽極410上に形成する。有機発光層420は、低分子または高分子材料からなるものである。そして、有機発光層420上に陰極430を形成する。陰極430は金属電極とすることができる。最後に、透明プラスチック基板440を陰極430上に載置する。
【0040】
以上、実施の形態を例示しつつ本発明を説明してきたが、本発明は、ここに開示したものに限定されず、当業者にとって自明であるような各種の改変および均等な変更をカバーするものである。つまり、本発明についての特許請求の範囲は、かかる改変および均等な変更を全て含むものとなるよう、最も広い意味に解釈がなされるべきである。
【0041】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の方法によれば、アルミニウム合金箔、純チタン箔またはチタン合金箔などの金属箔を基板に用いた、新規なフレキシブルTFTディスプレイが作製できる。また、金属箔は、融点が600℃以上と高いうえ、熱膨張係数が従来のプラチック基板に比べて低いことから、高温のTFTプロセスに用いられる既存の設備によって処理をするのに適している。したがって、本発明によれば、デバイスの信頼性と歩留りを向上させることができるとともに、従来技術の欠点を改善することが可能となる。さらに、アルミニウム合金箔、純チタン箔およびチタン合金箔は低価格であるので、製造コスト引下げにもつながる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態にかかわる製造工程を説明するための素子の局部断面図である。
【図2】本発明の一実施の形態にかかわる製造工程を説明するための素子の局部断面図である。
【図3】本発明の応用例1にかかわる製造工程を説明するための素子の局部断面図である。
【図4】本発明の応用例2にかかわる製造工程を説明するための素子の局部断面図である。
【符号の説明】
100 フレキシブル金属基板
102 金属酸化膜
104 絶縁膜
110 絶縁層
210 TFTアレイ
22 ゲート電極
24 絶縁層
26 半導体層
28 ソース領域
30 ドレイン領域
310 透明画素電極
320 表示層
330 共通電極
340 透明プラスチック基板
410 陽極
420 有機発光層
430 陰極
440 透明プラスチック基板
Claims (17)
- ディスプレイのフレキシブル金属基板として、アルミニウム合金箔、純チタン箔またはチタン合金箔である金属箔を準備する工程、
前記フレキシブル金属基板上に絶縁層を形成する工程、および
前記絶縁層上に薄膜トランジスタアレイを形成する工程
からなるフレキシブル薄膜トランジスタディスプレイの製法。 - 前記金属箔がアルミニウム合金箔であり、このアルミニウム合金箔がケイ素を含む請求項1記載の製法。
- 前記金属箔がアルミニウム合金箔であり、このアルミニウム合金箔がマグネシウムを含む請求項1記載の製法。
- 前記金属箔がチタン合金箔であり、このチタン合金箔がアルミニウムを含む請求項1記載の製法。
- 前記金属箔がチタン合金箔であり、このチタン合金箔がモリブデンを含む請求項1記載の製法。
- 前記金属箔の厚さが、0.05〜0.8mmである請求項1記載の製法。
- フレキシブル金属基板上に絶縁層を形成する前記工程が、
前記フレキシブル金属基板上に金属酸化膜を形成する工程、および
前記金属酸化膜上に絶縁膜を形成する工程
を含む請求項1記載の製法。 - 前記金属酸化膜が、熱酸化法により形成されるAl2O3膜またはTiO2膜である請求項7記載の製法。
- 前記絶縁膜が、堆積法によって形成されるSiO2膜、TiO2膜またはSiNx膜である請求項7記載の製法。
- 前記薄膜トランジスタアレイに電気接続される複数個の透明画素電極を形成する工程、
前記フレキシブル金属基板に対向して配置される透明プラスチック基板を準備する工程、
前記透明プラスチック基板の内側に共通電極を形成する工程、および
前記フレキシブル金属基板と前記透明プラスチック基板とのあいだに表示層を形成する工程
をさらに含む請求項1記載の製法。 - 前記表示層が、液晶層である請求項10記載の製法。
- 前記薄膜トランジスタアレイに電気接続される複数個の陽極を形成する工程、
前記陽極上に有機発光層を形成する工程、
前記有機発光層上に陰極を形成する工程、および
前記陰極上に透明プラスチック基板を形成する工程
をさらに含む請求項1記載の製法。 - 前記有機発光層が、低分子材料または高分子材料を含んでなる請求項12記載の製法。
- ディスプレイのフレキシブル金属基板として、マグネシウム0.01〜1重量%および/またはケイ素0.01〜1重量%を含むアルミニウム合金箔を準備する工程、
前記フレキシブル金属基板上に絶縁層を形成する工程、および
前記絶縁層上に薄膜トランジスタアレイを形成する工程
からなるフレキシブル薄膜トランジスタディスプレイの製法。 - 前記アルミニウム合金箔の厚さが、0.05〜0.8mmである請求項14記載の製法。
- ディスプレイのフレキシブル金属基板として、アルミニウム0.01〜20重量%および/またはモリブデン0.01〜20重量%を含むチタン合金箔を準備する工程、
前記フレキシブル金属基板上に絶縁層を形成する工程、および
前記絶縁層上に薄膜トランジスタアレイを形成する工程、
からなるフレキシブル薄膜トランジスタディスプレイの製法。 - 前記チタン合金箔の厚さが、0.05〜0.8mmである請求項16記載の製法。
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