JP2008026910A - アクティブマトリクス型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、素子形成基板にガラス基板を用いた場合にも信頼性が高く、装置全体として柔軟性の高いアクティブマトリクス型表示装置を提供する。
【解決手段】本発明は、プラスチック基板と、前記プラスチック基板上に接着層を介して設けられる薄ガラス層と、前記薄ガラス層上に画素毎に設けられるアクティブ素子と、前記薄ガラス層上に設けられ前記アクティブ素子によって駆動され画素毎に表示可能な表示部と、前記表示部上に設けられる対向基板とを具備し、前記薄ガラス層の少なくとも前記アクティブ素子に対応する領域の厚みがその他の領域の厚みよりも大きいことを特徴とするアクティブマトリクス型表示装置を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、アクティブマトリクス型表示装置及びその製造方法に関する。

現在広く用いられているアクティブマトリクス型表示装置は、アクティブ素子の素子形成プロセス時に、例えば無アルカリガラス基板等の耐熱性の高い基板を素子形成基板として用い、この耐熱性の高い基板をそのまま表示装置の支持基板として用いている。

例えば、チャネル領域を形成する半導体層として、多結晶シリコン層を用いた薄膜トランジスタを形成する場合には、各機能膜の形成時の処理温度などを考慮して、下記の順序で形成されることになる。

まず、無アルカリガラスからなる素子形成基板上に、ガラスの微量成分が溶出しないようにバリア層を形成し、その上に非晶質シリコン層を形成する。非晶質シリコン層を多結晶化するために、エキシマレーザを用いた局所短時間加熱を行い、固相または液相成長による結晶化させた後、多結晶シリコン層の形状加工を行う。そして、その上にゲート絶縁膜となる薄膜を堆積させた後、ゲート電極及びゲート配線を形成する金属膜を成膜・形状加工する。さらに、多結晶シリコン層にソース・ドレイン領域を形成するために、イオンドーピング法によりゲート電極をマスクとしてイオンの注入を行った後、活性化のための熱処理等を行っている。これにより多結晶シリコン層にチャネル領域とソース・ドレイン領域とが形成される。その後、信号線等とゲート線との層間をとるための層間絶縁膜の成膜を行った後、ソース・ドレイン領域へのコンタクトホールを形成し、金属膜を成膜後ソース・ドレイン電極となる形状加工を行って、薄膜トランジスタや配線等が形成されている。アクティブマトリクス型の液晶表示装置などを形成する際には、これらのアクティブ素子などを形成した素子形成基板はそのまま支持基板となる。

一方、特許文献１にはプラスチック基板を表示装置用の基板に用いることが開示されている。プラスチック基板に代表されるような、軽く、軟らかい基板は、例えば、携帯情報端末等の表示装置の支持基板としては好ましい。しかしながら、その耐熱性の低さやその寸法安定性の悪さから、直接、スイッチング特性に優れた多結晶ポリシリコンから成るアクティブ素子の素子形成基板として、そのまま支持基板とするのは困難である。このため、高温プロセス耐性に優れたガラスなどの素子形成基板上にアクティブ素子を形成した後に、例えば、プラスチック基板のように曲げることの可能な軟らかい支持基板に移すような方法が試みられている。例えば、ガラスからなる素子形成基板にアクティブ素子を形成し、アクティブ素子を形成した側を中間基板等に接着し、支持してから素子形成基板をエッチング等により除去し、アクティブ素子を最終的な支持基板に転写するような方法である。

しかしながら、耐熱性に優れた素子形成基板上にアクティブ素子やその配線構造を形成した後、例えばプラスチック基板にそれらを転写するプロセスにおいては、アクティブ素子を形成する時に使用した素子形成基板を除去する方法に課題が残る。

例えば、アクティブ素子を形成した際の素子形成基板を完全に除去する場合には、その素子形成基板上に形成したアクティブ素子にダメージを与えないように、素子形成基板をエッチング等することに困難を要する。

また、アクティブ素子形成時の素子形成基板を完全に除去しない場合には、最終的に表示装置の支持基板上に薄く素子形成基板が残ることから、表示装置全体として柔軟性が低下して曲げることが出来なくなり、また信頼性も低下することになる。
特開平７−４３６９６号公報

上述したように、従来、耐熱性に優れた素子形成基板上にアクティブマトリクス素子やその配線構造を形成した後、軽く、軟らかいプラスチック基板等にそれらを移すプロセスにおいては、アクティブマトリクス素子にダメージを与えずに、信頼性が高く、装置全体として柔軟性の高い表示装置を得ることが困難であった。

本発明は、素子形成基板にガラス基板を用いた場合にも信頼性が高く、装置全体として柔軟性の高いアクティブマトリクス型表示装置及びその製造方法を提供するものである。

そこで本発明は、プラスチック基板と、プラスチック基板上に接着層を介して設けられる膜厚５μｍ以上、１００μｍ以下の薄ガラス層と、薄ガラス層上に画素毎に設けられるアクティブ素子と、薄ガラス層上に設けられアクティブ素子によって駆動され画素毎に表示可能な表示部と、表示部上に設けられる対向基板とを具備し、薄ガラス層の少なくともアクティブ素子に対応する領域の厚みがその他の領域の厚みよりも大きいことを特徴とするアクティブマトリクス型表示装置を提供する。

以上詳述したように、本発明によれば、素子形成基板にガラス基板を用いた場合にも信頼性が高く、装置全体として柔軟性の高いアクティブマトリクス型表示装置及びその製造方法を提供することが出来る。

本発明は、ガラス基板を素子形成基板として用いてアクティブ素子を形成した後に、このガラス基板を薄膜化し、その後、接着層を介してプラスチック基板等の曲げることの可能な軟らかい支持基板に接着した構造を有するアクティブマトリクス型表示装置に対して、表示装置全体としての柔軟性及び強度を向上させる手段を与えるものである。

例えば、数十μｍ程度に薄膜化されたガラス基板（薄ガラス層）は、その機械的性質は、そのガラスがもつ諸物性から逸脱することはない。そして、軟らかさや曲げ耐性については、表面等に存在するクラックが起因となって進展するgriff理論に支配されており、表面にクラックが存在しない理想的な表面状態に対し
て、クラックの存在により曲げ強度等の物性値は約1/10以下に低減してしまう。

したがって、この薄ガラス層表面に存在するクラックの進展を防止する構造を、アクティブマトリクス型表示装置に導入することにより、装置全体としての柔軟性や信頼性を向上させることができる。本発明では、この薄ガラス層の接着層表面に存在するクラックの進展を防止する手段として、次のような手段を用いている。

第１には、薄ガラス層の、プラスチック基板との接着面を、薄ガラス層の厚さの５０分の１以上２分の１以下の緩やかな凹凸を有する波状の形状にするものである。これは、まずガラス基板を物理的研磨した後に、ガラス基板表面に存在するクラックを化学的研磨することにより、クラック先端部の形状を先鋭状から曲率をもつ形状にする。さらに、ガラス基板を研磨して形成した薄ガラス層の接着面全体を波状の形状にすることにより、クラックへの引張応力の一極集中を防ぐことになる。

第２には、薄ガラス層の、アクティブ素子に対応する領域を厚く、その他の領域を薄くするものである。これは、ガラス基板にアクティブ素子を形成すると、アクティブ素子を形成した領域は比較的残留応力が大きく、強度が弱くなることから、その領域を厚くして強度を持たせるものである。

第３に、薄ガラス層の、プラスチック基板と接着した側の面で、面内に圧縮応力をかけるものである。一般に、ガラスのクラックは、クラック先端部に引張応力が印加された場合に進展する。また、通常ガラス基板の表面はクラックの進展を防止するために圧縮応力を印加するよう加工されている。しかし、薄ガラス層は素子形成基板を研磨して形成するため、ガラス内部の引張応力の印加された領域が露出しており、クラックが進展しやすい。このため、薄ガラス層の研磨面に、初期状態に圧縮応力を印加すれば、薄ガラス層の研磨面に引張応力が印加されるように、アクティブマトリクス型表示装置全体を曲げた場合にも、クラックの進展を防ぐことが可能になる。圧縮応力の印加の方法としては、ガラスよりも線膨張係数の大きな材料を用いて、薄ガラス層の研磨した面に圧縮応力印加層を形成し、これを冷却して薄ガラス層の面内に圧縮応力を印加するものである。

第４に、薄ガラス層の、プラスチック基板と接着した側の面に、水分に代表されるような水酸基をもつ分子の侵入をブロックする水酸基侵入防止層を設けることである。ガラスのクラック進展に対しては、水酸基が、そのクラック進展を助長することが知られている。また、本発明のアクティブマトリクス型表示装置の薄ガラス層が、素子形成基板を研磨して形成されており、予め印加した圧縮応力がなくなっていることから、クラック進展を防ぐ層を薄ガラス層と接着層の間に設けることにより、薄ガラスのクラック進展を防止することが可能となる。

以下に、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について説明する。図１は本実施形態のアクティブマトリクス型表示装置を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ’間の断面図である。図２〜図６は本実施形態のアクティブマトリクス型表示装置のアクティブ素子を形成する工程を示す断面図であり、図７〜図１０は本実施形態のアクティブマトリクス型表示装置の転写工程を示す断面図である。なお、図１（ａ）では表示装置中の２×２の素子、図１（ｂ）、図７〜図１０では２つの素子、図２〜図６では１つの素子のみを示しているが、実際は、これらの素子が多数、２次元アレイ状に配置されている。

本実施形態では、ガラス基板を素子形成基板として用いてアクティブ素子を形成し、素子形成基板を物理的研磨し、その後に化学的研磨して薄膜化することにより、厚さの５０分の１以上２分の１以下の凹凸を有する薄ガラス層とし、アクティブマトリクス型表示装置を形成する。つまり、物理的研磨により薄ガラス層の表面に発生したクラック先端部の形状を、化学的研磨により先鋭状から曲率をもつ形状とすることにより、強度を向上させるものである。

本実施形態のアクティブマトリクス型表示装置は、図１に示すように、プラスチック基板１０１と、プラスチック基板１０１上に接着層１０２を介して設けられる薄ガラス層１０３と、薄ガラス層１０３上に設けられるアンダーコート層１０４と、アンダーコート層１０４上に画素毎に設けられる薄膜トランジスタ（アクティブ素子）１０５と、薄ガラス層１０３上に設けられ薄膜トランジスタ１０５によって駆動され画素毎に表示可能な液晶層（表示部）１０６と、液晶層１０６上に対向電極１０７を形成した対向基板１０８とを有する。薄ガラス層１０３の、プラスチック基板１０１に対向する側の面は、厚さの５０分の１以上２分の１以下の凹凸を有する。

また、アクティブ素子は、島状に設けられる活性層１１０と、その上に全面に設けられるゲート絶縁膜１１１と、ゲート絶縁膜１１１上の活性層１１０に対応する領域に設けられるゲート電極１１２と、その上に全面に設けられる層間絶縁膜１１３と、ゲート絶縁膜１１１及び層間絶縁膜１１３に開口されたコンタクトホールを介して活性層１１０と接続するソース・ドレイン電極１１４とを有する。ソース・ドレイン電極１１４の一方は画素電極１１５に接続される。

次に、本実施形態のアクティブマトリクス型表示装置の、アクティブ素子の製造方法を、図２〜図６を用いて説明する。

まず、図２に示すように、十分に洗浄した無アルカリガラス基板（素子形成基板）２０１上に、トリメチルアルミなどを原料に用いたプラズマ励起有機金属化学気相堆積法（ＰＥＭＯＣＶＤ法）等を用い、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜等でアンダーコート層１０４を堆積させる。アンダーコート層１０４は、ガラス基板２０１からの微量アルカリ成分溶出などを防ぐことが出来る。

活性層１１０を形成する。ＰＥＣＶＤ法等を用いアモルファス状のシリコン膜を成長させた後、ＫｒＦなどを用いたエキシマレーザーを照射して瞬間的に溶融後結晶化させて多結晶化する。そして、フッ素系ガスによる反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ法）等を用いた異方性エッチング法により、多結晶シリコン層の素子分離を行い、活性層１１０を形成する。

図３に示すように、プラズマ励起化学気相堆積法（ＰＥＣＶＤ法）等を用いて、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜によりゲート絶縁膜１１１を、活性層１１０を覆うように成膜する。

次にゲート電極１１２を形成する。スパッタリング法等を用いて、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、またはその合金など金属膜をゲート絶縁膜１１１上に堆積させる。この金属膜上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィー法を用いてレジストパターンを形成し、例えば、溶剤に含侵させて選択的にレジストパターンのない部分の金属膜を除去する方法を用いることにより、活性層１１０に対応した形状にゲート電極１１２を、所定の形状にゲート線群２０２を加工する。

図４に示すように、活性層１１０の、後述するソース・ドレイン電極とコンタクトする領域に接合面を形成するため、不純物導入を行う。本実施形態では、不純物としてリン（Ｐ）を用いる。このとき、図４の矢印で示すように、ゲート電極１１２をマスクとして、イオンドーピング法によりイオン濃度が１０^２２ｃｍ^−３程度になるように導入し、この導入されたＰを活性化させるために熱処理を行う。

図５に示すように、常圧化学気相堆積法（ＡＰＣＶＤ法）により層間絶縁膜１１３となるシリコン酸化膜やシリコン窒化膜を、ゲート電極１１２やゲート線群２０２を覆うように成膜する。その後、層間絶縁膜１１３及びゲート絶縁膜１１１を介してソース・ドレイン電極と活性層１１０とのコンタクトを行うためのスルーホール形成を、フォトエッチングプロセスを用いて行う。

図６に示すように、層間絶縁膜１１３上に、スルーホールを介して活性層１１０と接続するよう、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ａｌ、Ｎｉなどの金属、またはその合金や積層膜などを、例えばスパッタリング法などを用いて堆積させた後、ゲート電極形成時と同様にフォトエッチングプロセスを用いて、ソース・ドレイン電極１１４と信号線群２０３の形成を行う。ソース・ドレイン電極１１４の一方は画素電極１１５と接続される。

この一連の薄膜トランジスタ及び配線形成プロセスにおいては、例えば、５００℃以上の熱工程が存在するが、本実施形態では、素子形成基板は、アモルファス薄膜トランジスタや多結晶シリコン薄膜トランジスタを製造するときに広く用いられている無アルカリガラス基板を使用することから、問題なく製造可能となる。また、多結晶シリコン薄膜トランジスタを製造する際に従来の製造方法が採用可能となる。

次に、アクティブ素子を形成した後の、本実施形態のアクティブマトリクス型表示装置の製造方法を、図７〜図１０を用いて説明する。図７〜図１０では、薄膜トランジスタの詳細は省略している。

図７に示すように、薄膜トランジスタ１０５を形成したガラス基板２０１の表面に、紫外線光を照射すると接着力が弱まる耐フッ酸性に優れた接着剤を隙間なく表面塗布して仮着層２０４とし、この仮着層２０４を挟んでガラス基板２０１と対向する位置に、接着面側を、有機材料との接着性をよくするためにコートした耐フッ酸性に優れたフッ素系樹脂シートなどからなる中間基板２０５を配置する。

図８に示すように、ガラス基板２０１面側から研磨剤を用いて物理的に研磨し、０．１ｍｍ厚程度まで、研磨剤の荒さを調整しながら研磨することにより、ガラス基板２０１を薄ガラス層１０３とする。

図９に示すように、物理的な研磨の後、これら全体をフッ酸系の溶剤に含侵させて化学的に研磨し、薄ガラス層１０３を約３０μｍ程度の厚さまで溶解させる。このとき、薄ガラス層１０３が薄くなった後は、例えばアンモニウムなどを加えたフッ酸系溶液とし、エッチングレートを調整することが望ましい。

薄ガラス層の凹凸は、薄ガラス層の厚さの５０分の１以上２分の１以下程度とすることが好ましい。凹凸の大きさが５０分の１未満であると、鏡面とほぼ同等な状態となってしまい、応力緩和の効果が期待できない。また、凹凸の大きさが２分の１より大きいと、ガラスの内部応力が凹部に集中してしまう。特に、薄ガラス層の凹凸の大きさを２０分の１以上２分の１以下とすることにより、薄ガラス層と接着層との接触面積が広がり、良好な接着特性を得ることも可能となる。

薄ガラス層の厚さは、強度を保つために約５μｍ以上とすることが好ましく、軽さ等を保つために約１００μｍ以下であることが好ましい。また、薄ガラス層の凹凸を、薄ガラス層の厚さの５０分の１以上２分の１以下程度とするためには、物理的研磨を行う際に、砥石等の研磨剤の粒径（粗さ）を、形成する凹凸の大きさと同程度とすることが好ましい。例えば、薄ガラス層の厚さを約５０μｍとし、厚さの約１０分の１の凹凸を形成する場合には、約５μｍの粒径の砥石を使用することにより、想定する凹凸を形成することが出来る。

図１０に示すように、十分に洗浄した後、薄ガラス層１０３のエッチングした面に、密着性に優れた接着剤を用いて、接着層１０２を全面に形成する。この接着層１０２を挟んだ対向側に、真空ラミネート技術を用いて、０．１ｍｍ程度の厚さのポリエーテルアミド樹脂（ＰＥＳ）フィルムをプラスチック基板１０１として接着する。

その後、中間基板２０５側から紫外線光を照射し、仮着層２０４の接着力を弱める処理を施す。そして、中間基板２０５をゆっくり剥していき、層間絶縁膜１１３など薄膜トランジスタ１０５の表面を露出させる。このとき、仮着層２０４の成分残りが発生するため、これを、イソプノパノールなどの有機洗浄法を用いて除去して、洗浄面を露出させる。本実施形態では層間絶縁膜１１３が露出するような構成としたがこれに限られるものではなく、薄膜トランジスタ１０５と仮着層２０４の間に、薄膜トランジスタ１０５等の保護のための保護層を設けてもよい。保護層を設けることにより、仮着層２０４の材料などについて選択の余地が広がることになる。

この後、完成したアクティブマトリクス基板と、対向電極１０７を形成した対向基板１０８とを組み合わせてセルを形成し、液晶を注入して液晶層１０６としてから封止して、本実施形態のアクティブマトリクス型表示装置を完成する。

本実施形態のアクティブマトリクス型表示装置の製造方法における、ガラス基板の研磨工程について詳細に説明する。

本実施形態では、ガラス基板の研磨工程では、物理的研磨工程と化学的研磨工程が併用される。図１１に物理的研磨工程の後の薄ガラス層を、図１２に物理的研磨工程の後に化学的研磨工程を行った後の薄ガラス層を、模式的に示す。図中、下側が研磨面である。図１１に示すように、物理的研磨工程後の薄ガラス層１０３の研磨面は、物理的研磨を行う際に用いた研磨材によって形成された多くの鋭角なクラック３０１などが存在している。通常、ガラスの研磨の際には、研磨面の平坦性をよくするために、例えば＃５００から＃１０００、＃３０００といったように、より細かい研磨材を用いて、仕上げていくことになる。しかし、薄ガラス層の研磨に多くの時間を割いて物理的研磨を行うことは、生産性を低下させる。加えて、薄膜トランジスタを形成した裏面のクラックやキズの状態確認は難しく、例えば、ガラスの強度を低下させるようなクラックとなるキズを残しやすい。そこで、本実施形態では、図１１に示されるような状態において化学的研磨を行うことにより、図１２に示されるように、鋭利な先端のない、薄ガラス層１０３の厚さの、５分の１以上２分の１以下程度の凹凸３０２を有する波状構造を形成できることになる。本実施形態では物理的研磨に多くの時間を割くことなく、強度の大きな薄ガラス層を形成可能となる。

ここで、ガラス基板を物理的に研磨してクラックが残った薄ガラス層とした場合の模式図を図１３〜図１５に示す。図中、下側が薄ガラス層の研磨面である。

このとき、例えば、薄ガラス層の研磨時のキズ残りやその後の製造工程によるキズなどにより発生したクラック３０１が、図１３に示すように存在した場合、このクラック３０１による薄ガラス層１０３の強度低下が懸念される。

図１４の実線矢印に示す方向に、薄ガラス層１０３を含む表示装置全体（図示せず）を曲げた場合には、薄ガラス層１０３の研磨面に圧縮応力が印加され、研磨面の逆の面には引張応力が印加される。そして、クラック３０１には破線矢印方向の圧縮応力が印加されるため、クラック３０１の進展はみられない。

しかしながら、図１５の実線矢印に示す方向に、薄ガラス層１０３を含む表示装置全体（図示せず）を曲げた場合には、薄ガラス層１０３の研磨面には引張応力が印加され、研磨面の逆の面に圧縮応力が印加される。そして、クラック３１先端部に破線矢印方向の引張応力が集中してしまうことなる。これは、薄ガラス層の研磨面が平坦性に優れ、かつ、クラックの数が少ない、すなわち、良好な製造状態であるほど、その少数のクラック先端部に応力が集中して、容易にガラスに破損をきたすことになる。

一方、本実施形態による薄ガラス層研磨面での波状構造を採用した場合には、薄ガラス層を含む表示装置全体をどちらの方向に曲げられたとしても、十分な化学的研磨により曲率をもつ凹部構造になっているため、先端形状の鋭いクラックがないことから、割れ等が生じる可能性が低い。

また、研磨面の凸部と凹部がそれぞれ、逆方向に応力を緩和する方向に働く。

つまり、図１６に示すように、薄ガラス層１０３の凹凸を有する研磨面全体に引張応力が働くような実線矢印方向に表示装置全体（図示せず）を曲げた場合には、凸部に引張応力が、凹部に圧縮応力が印加される。そして、図１７に示すように、薄ガラス層の凹凸を有する研磨面全体に圧縮応力が働くような実線矢印方向に表示装置全体（図示せず）を曲げた場合には、凸部に圧縮応力が、凹部に引張応力が印加される。従って、全体として、応力を緩和することができる。

さらに、図１８に模式的に示すように、薄ガラス層１０３に物理的研磨工程と化学的研磨工程とを行い凹凸を有する形状とした後に、製造時などのキズによるクラック３０１が発生したとしても、そのクラック３０１の先端部に集中する応力は、ひとつの凹凸（矢印で示す範囲）に限定されることになる。したがって、その応力は従来例と比較して、大幅に低減されることになり薄ガラス層１０３の破壊強度は大幅に増加することなる。

なお、本実施形態ではプラスチック基板としてＰＥＳフィルムを用いたが、これに限られるものではなく、その他のプラスチック基板などでも対応可能である。例えば、約０．１ｍｍの厚さのポリエチレンテレフタレート樹脂フィルム（ＰＥＴ）でも良いし、ポリエチレンナフタレート樹脂（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、シクロオレフィンポリマー等のポリオレフィン系樹脂、アクリル樹脂、液晶ポリマー、無機材料を混合した強化プラスチック、ポリイミド等でも形成可能である。また、プラスチック基板は、板状のものでなく、フィルム状のものとしても良い。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図１９は本実施形態のアクティブマトリクス型表示装置を示す断面図である。図２０〜図２３は本実施形態のアクティブマトリクス型表示装置の製造方法を示す断面図である。なお、図１９では２つの素子、図２０〜図２３では１つの素子のみを示しているが、実際はこれらの素子が多数、２次元アレイ状に配置されている。本実施形態については、第１の実施形態と異なる点のみ説明し、同様の部分は省略する。

本実施形態では、ガラス基板を素子形成基板として用いてアクティブマトリクス素子を形成し、素子形成基板を薄膜化して薄ガラス層とするが、その際に薄ガラス層の、少なくともアクティブ素子に対応する領域を厚く、その他の領域を薄くして、アクティブマトリクス型表示装置を形成する。素子形成基板上にアクティブ素子を形成したアクティブマトリックス基板では、例えば薄膜トランジスタをアクティブ素子として用いた場合、薄膜トランジスタ部には多層の薄膜が堆積している。そのため、薄ガラス層の薄膜トランジスタの形成された領域では、素子や配線等の構造物がない大部分の領域と比較して、局所的に大きな応力が印加されていると考えられる。このため、強度補強など機械的な性質の観点から、薄膜トランジスタ部や配線部などは、薄ガラス層の厚さが、他の部分に比べて大きいことが望ましい。また、薄膜トランジスタ部の活性層などの化学的安定性を維持するためにも、水分などのブロック層となる薄ガラス層は比較的厚いことが望ましいことになる。

本実施形態のアクティブマトリクス型表示装置は、図１９に示すように、第１の実施形態のアクティブマトリクス型表示装置とほぼ同じであるが、薄ガラス層に第１の実施形態のような凹凸を形成せず、薄膜トランジスタ１０５及び配線に対応する領域の薄ガラス層４０１が厚く、その他の領域の薄ガラス層４０２が薄い点が、第１の実施形態と異なる。

次に、本実施形態のアクティブマトリクス型表示装置の製造方法を、図２０〜図２３を用いて説明する。アクティブ素子の製造方法は、第１の実施形態と同様に行えばよいため、省略する。

図２０に示すように、薄膜トランジスタ１０５を形成したガラス基板２０１の裏面に、例えば、ノボラック樹脂からなるポジ型レジスト４０３を膜厚５μｍ程度に一様に塗布する。そして、ガラス基板２０１の薄膜トランジスタ１０５を形成した側から、ポジ型レジスト４０３がパターンニングできる程度の光量で露光を行う。

図２１に示すように、現像法により薄膜トランジスタ１０５や配線等（図示せず）をマスクとして、これらにより遮光された部分のレジスト４０３のみを残したパターンを形成する。このとき、レジスト４０３のベーク温度は、１００℃程度の比較的低温とし、後にフッ酸系溶液に含浸させる際に溶解、又は剥離する程度の条件であればよい。

図２２に示すように、ガラス基板２０１のレジストパターン４０３を形成しない側の面に、紫外線光を照射すると接着力が弱まる耐フッ酸性に優れた接着剤を隙間なく表面塗布して仮着層２０４とし、この仮着層２０４を挟んでガラス基板２０１と対向する位置に、接着面側を、有機材料と接着性をよくするためにコートした耐フッ酸性に優れたフッ素系樹脂シート等からなる中間基板２０５を配置する。そして、これら全体をフッ酸系の溶剤に含侵させて、ガラス基板２０１を約３０μｍ程度の厚さとなるまで溶解させ、薄ガラス層１０３とする。ここで、ガラス基板２０１が薄くなった後には、例えばアンモニウムなどを加えたフッ酸系溶液とし、エッチングレートを調整したものが望ましい。このとき、パターン形成されたレジスト４０３については、十分な耐フッ酸性がないため、フッ酸系溶剤に含漬させた際に、しばらくして、剥離することになる。これによって、薄ガラス層１０３のうち、薄膜トランジスタ１０５に対応する領域の薄ガラス層４０１が５０μｍ程度と厚く、その他の領域の薄ガラス層４０２が２５μｍ程度と薄くなる。

図２３に示すように、十分に洗浄した後、薄ガラス層１０３をエッチングした面に、密着性に優れた接着剤を用いて、接着層１０２を全面に形成する。この接着層１０２を挟んだ対向側に、真空ラミネート技術を用いて、０．１ｍｍ程度の厚さのポリエーテルアミド樹脂（ＰＥＳ）フィルムをプラスチック基板１０１として接着する。

その後、第１の実施形態と同様にして、本実施形態のアクティブマトリクス型表示装置を完成する。

本実施形態においては、レジストで保護された部分については、ガラス基板のエッチングの際に、そのレジストが存在するためにエッチング開始が遅れ、レジストで保護された薄膜トランジスタ素子部や配線構造部などに対応する領域が厚みをもつ薄ガラス層が、自己整合的に形成可能となる。また、レジストにより形成される薄ガラス層の凸部と凹部は、ガラス基板のエッチングの初期状態で形成されることから、ガラス基板のエッチングが進むにつれて、その境界はなだらかに変化していくため、薄膜トランジスタ部や配線部を周期とした滑らかな波状構造が形成できることになる。このため、第１の実施形態で示したような、薄ガラス層が凹凸をもつ効果は、本実施形態でも得ることができる。本実施形態において、薄ガラス層の厚い領域は、断面形状が角の丸まった正方形や長方形、台形等であっても良い。また、凸部の大きさは、素子部や配線構造部と全く同じ形状でなくとも良く、多少大きい場合や小さい場合もありうる。

本実施形態では、レジストのソフトベークによる選択性を用いたが、これに限られるものではなく、例えばレジストの残渣等が問題になる場合には、パターン形成したレジストに対して、ある程度対フッ酸性がある１４０℃程度のハードベークを行う。そして、レジストへの影響を低減できるアンモニウムなどを添加したフッ酸系溶液を用いて、一度、ガラス基板を５μｍほどエッチングした後、このレジストの剥離を行った後、ガラス基板のエッチングを行うことにより同様な構造を得ることができる。

また、本実施形態では、薄膜トランジスタ部、及び信号線やゲート線の配線部を形成後に、これらが形成されない側の面から露光したため、これらすべてを包含する部分の薄ガラス層を厚膜化したが、これに限られるものではない。例えば、アクティブマトリクス型表示装置において、信号線方向に、より柔軟性を待たせる構造が必要な場合には、信号線直下の薄ガラス層が厚いと、その柔軟性を阻害することになる。したがって、信号線形成前にガラス基板裏面へのレジストパターン形成を行い、その後に、信号線形成を行うことも可能である。同様にして、アクティブ素子のみに対応する領域の薄ガラス層を厚く形成することも可能である。また、薄ガラス層の厚くする領域の厚さと、薄ガラス層の薄い領域の厚さとは、これらの厚みの差が、厚い領域の厚さの約５０分の１以上２分の１以下であることが好ましい。この理由は、第１の実施形態と同様な理由である。

また、波状形状の周期性や、表示装置の特性に応じて、裏面パターン形成時に通常のフォトエッチングプロセスと同様にマスクを用いた露光を行い、任意のパターン形成を行っても構わない。第１の実施形態に示した、厚さの５０分の１以上２分の１以下の凹凸を有する薄ガラス層を形成するプロセスとして、通常のフォトエッチングプロセスと同様にマスクを用いたレジストの露光を行い、薄ガラス層の凹凸形成を行っても良い。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図２４は本実施形態のアクティブマトリクス型表示装置を示す断面図である。図２７〜図２９は本実施形態のアクティブマトリクス型表示装置の製造方法を示す断面図である。なお、図２４、図２６〜図２９では２つの素子のみを示しているが、実際はこれらの素子が多数、２次元アレイ状に配置されている。また、薄膜トランジスタの詳細は省略している。本実施形態については、第１の実施形態と異なる点のみ説明し、同様の部分は省略する。

本実施形態では、ガラス基板を素子形成基板として用いてアクティブ素子を形成し、素子形成基板を薄膜化して薄ガラス層とした後、ガラスよりも線膨張係数の大きな材料を用いて、薄ガラス層の研磨した面に圧縮応力印加層を形成し、これを冷却して薄ガラス層の表面に圧縮応力を印加するものである。

多くのガラス基板は、その強度を上げるために、図２５に示されるように両側の表面に、圧縮応力が印加されるように処理されている。これは、ガラス基板の破壊につながるクラック進展が、クラック先端部へ引張応力が印加されることが原因であるためである。通常アクティブマトリクス型表示装置に用いられる無アルカリガラス基板についても、上記の圧縮応力が両面に印加されている。ガラス基板に薄膜トランジスタ等を形成し薄膜化して薄ガラス層とした場合、図２６に示すように、薄ガラス層１０３の薄膜トランジスタ１０５を形成した側の面には、圧縮応力が印加されている状態になっている。しかしながら、薄ガラス層１０３の薄膜トランジスタ１０５を形成しない側の面は、薄膜化されることにより、引張応力が印加されてしまう。従って、クラックがある場合には、初期状態から、引張応力がかかっていることになり、これに加えて、表示装置全体を曲げることなどにより引張応力が加わることで、容易にクラック先端部に大きな引張応力が印加されることになる。

よって、薄ガラス層とした後に、薄膜トランジスタを形成した面とは反対側の薄ガラス層表面に、圧縮応力印加層を形成することで、薄ガラス層の機械的強度を向上させることができる。薄ガラス層とプラスチック基板とを接着する接着層により多少の圧縮応力を印加することも可能であるが、強力な圧縮応力を印加することは出来ない。本実施形態の構成とすることにより、接着層として、例えばエポキシ系の接着剤などの軟らかい材料を用いた場合でも、接着層で応力が緩和されることなく、薄ガラス層に圧縮応力を与えることができる。このとき、圧縮応力印加層については、ガラス基板よりも線膨張係数が大きいこと、そして、圧縮応力印加層を形成した後に冷却処理して、圧縮応力印加層の収縮により薄ガラス層に圧縮応力を印加することが重要となる。

次に、本実施形態のアクティブマトリクス型表示装置の製造方法を、図２７〜図２９を用いて説明する。アクティブ素子の製造方法は、第１の実施形態と同様に行えばよいため、省略する。本実施形態では、反射型液晶表示装置とし、圧縮応力印加層と反射層を兼ねた場合を示す。

図２７に示すように、ガラス基板２０１の薄膜トランジスタ１０５を形成した側の面に、紫外線光を照射すると接着力が弱まる耐フッ酸性に優れた接着剤を隙間なく表面塗布して仮着層２０４とし、この仮着層２０４を挟んでガラス基板２０１と対向する位置に、接着面側を、有機材料と接着性をよくするためにコートした耐フッ酸性に優れたフッ素系樹脂シート等からなる中間基板２０５を配置する。

図２８に示すように、ガラス基板２０１を、研磨剤を用いて０．１ｍｍ厚程度まで、研磨剤の荒さを調整しながら研磨して、薄ガラス層１０３とする。その後、これら全体をフッ酸系の溶剤に含侵させて、薄ガラス層１０３を約３０μｍ程度の厚さまで溶解させる。このとき、ガラス基板が薄くなった後には、例えばアンモニウムなどを加えたフッ酸系溶液とし、エッチングレートを調整したものが望ましい。その後、十分に洗浄してから、薄ガラス層１０３の薄膜トランジスタ１０５を形成していない面、すなわち、エッチングされた面に、アルミニウム(
Ａｌ)をスパッタ法により約１００ｎｍ程度成膜して圧縮応力印加層５０１とす
る。このとき、基板温度を１００℃程度とする。

次に、圧縮応力印加層５０１を成膜した面に密着性に優れた接着剤を用いて、接着層１０２を全面に形成する。この接着層１０２を挟んだ対向側に、真空ラミネート技術を用いて、０．１ｍｍ程度の厚さのポリエーテルアミド樹脂（ＰＥＳ）フィルムをプラスチック基板１０１として接着する。このとき、約１００℃程度の高温状態のままで、貼り合わせ処理を行う。

そして、図２９に示すように降温速度が約１０℃／分程度で室温（例えば約２３℃）まで降温させる。通常、ガラスとアルミニウムとは、線膨張係数差が１桁以上異なる。例えば、多くのガラス基板については、その線膨張係数は１０^−７／℃台であるのに対し、アルミニウムの線膨張係数は２ｘ１０^―５／℃程度である。このため、図中矢印で示すように、圧縮応力印加層５０１は降温工程で収縮し、薄ガラス層１０３はそれ程収縮しないことから、圧縮応力印加層５０１を成膜した後の降温工程で、薄ガラス層１０３の圧縮応力印加層側の面には圧縮応力が印加されることになる。

その後、第１の実施形態と同様にして、本実施形態のアクティブマトリクス型表示装置を完成する。

本実施形態では、薄ガラス層とプラスチック基板との接着後の降温工程の際に、応力緩和のために、アクティブマトリクス基板全体が反るような現象が発生する可能性がある。これを防止するためには、例えば、約１．１ｍｍ厚さ程度の十分な板厚を持ち、かつ、表面平滑性に優れたガラス基板に、本アクティブマトリクス基板を挟み込んで、降温させると良い。

本実施形態では、薄ガラス層の接着層と接する面に圧縮応力印加層を設けることにより、圧縮応力の印加されていない薄ガラス層裏面側でも、クラックを進展させるような引張応力の存在を防ぐことができる。

本実施形態では、反射型液晶表示装置の場合を示した為圧縮応力印加層としてアルミニウムを用いたが、圧縮応力印加層の材料はこれに限られるものではない。例えば、モリブデンや銅など、ガラスと比較し線膨張係数が大きな材料であれば良い。また、成膜方法としてはスパッタリング法を用いたが、これに限定されるものではなく、化学的蒸着法などを用いても良い。ただし、線膨張係数の差による圧縮応力が薄ガラス層表面に印加されることが必要となるため、例えば１５０℃程度の、薄ガラス層にダメージを与えない程度の加熱が可能な成膜方法が望ましい。さらに、本実施形態では、圧縮応力印加層として、光透過性のない金属材料を用いたが、透過型液晶表示装置のように、光透過性が必要な場合、光透過性材料を用いる必要がある。このとき、薄ガラス層より線膨張係数が大きなガラス等を、例えばＲＦスパッタリング法を用いて成膜することで対応できる。例えば、素子形成基板として、アルミノボウ珪酸塩系のガラス材料を用いた場合、圧縮応力印加層として、線膨張係数の大きな鉛カリソーダ等の鉛系ガラスや、ソーダ石灰等の青板ガラス等を用いることができる。このとき、圧縮応力印加層を成膜した後には高温プロセスや化学的処理がほとんどないため、鉛系ガラスや青板ガラスなど、耐熱性や耐薬品性に劣るガラス材料を用いても問題ない。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図３０は本実施形態のアクティブマトリクス型表示装置を示す断面図である。図３０では、２つの素子のみを示しているが、実際はこれらの素子が多数、２次元アレイ状に配置されている。また、アクティブ素子の詳細は省略している。本実施形態については、第１の実施形態と異なる点のみ説明し、同様の部分は省略する。

本実施形態は、薄ガラス層の、プラスチック基板と接着する接着層側の面に存在するクラックの進展を助長する水酸基をもつ分子の進入を防ぐ、水酸基侵入防止層を設けるものである。薄ガラス層の、アクティブ素子を形成する側の面では、第１の実施形態で示したように、ガラス基板側からの微量アルカリ成分等の溶出を防ぐために、シリコン酸化膜などのアンダーコート層を形成している。これは、薄ガラス層側から見ると、アクティブ素子側から侵入してくる水酸基をもつ分子の侵入を防ぐことになる。しかしながら、薄ガラス層の研磨面側では、表面に存在するクラックへの水酸基を有する分子の侵入を防ぐ層が存在しない。このため、例えば、空気中の水分や接着層に含まれる水酸基をもつ分子が容易にクラック先端部に侵入するため、破壊につながるクラックの進展を助長することになる。したがって、薄ガラス層の研磨面に水酸基をもつ分子の侵入を防ぐ層を導入することは、ガラス層の強度向上に大きく貢献する。

本実施形態のアクティブマトリクス型表示装置は、図３０に示すように、薄ガラス層１０３に第１の実施形態のような凹凸を形成せず、薄ガラス層１０３と接着層１０２との間に水酸基侵入防止層６０１を設けた点が、第１の実施形態と異なる。

また、本実施形態のアクティブマトリクス型表示装置の製造方法は、ガラス基板を薄膜化して薄ガラス層１０３とした後に、薄ガラス層１０３に第１の実施形態のような凹凸を形成せず、水酸基侵入防止層６０１を形成した点が第１の実施形態と異なる。水酸基侵入防止層６０１は、ジクロドキシプロピルトリメチルシランなどといったシランカップリング剤をガラスの研磨面側に塗布し、７０℃程度の比較的低温で１時間ほど処理すればよい。水酸基侵入防止層６０１を設けることにより、薄ガラス層１０３の研磨面側では、薄ガラス層１０３最表面に位置する水酸基侵入防止層６０１で、酸素原子とシランカップリング剤の水素原子が水素結合を形成する。このため、水酸基侵入防止層６０１の表面は、アルキル基が存在することになるため、水酸基をもつ分子の進入を防ぐことが可能になる。

水酸基侵入防止層６０１としては、シランカップリング剤を用いることが出来、好ましくはグリシドキシプロピル−トリメトキシシランやメタクリロキシプロピル−トリメトキシシラン、トリメトキシシリルプロピル−エチレンジアミン、トリデカフルオロクチル−トリエトキシシランから選ばれる少なくとも一種を含む層を用いることが出来る。

なお、上述した各実施形態では、表示部として液晶層を用いた液晶表示装置の例を示したが、本発明は液晶表示装置に限られるものではなく、マトリックス駆動が必要なデバイス全般に応用できることは言うまでもない。例えば、有機ＥＬなどの自発光タイプの表示装置や、電気泳動素子を用いたもの、また、液晶を用いた場合でも、対向電極をなくして素子回路領域側に櫛型の一対の画素電極を設け表示面方向に電界を印加して液晶を駆動する方法を適用しても良い。表示部として有機ＥＬを用いた場合には、電流駆動型の周辺ドライバー回路や、画素内に２〜６トランジスタによる選択用スイッチと電流供給用駆動トランジスタおよびトランジスタ特性ばらつき補正回路などを用いた構成等が好ましいが、これらの回路構成は従来用いられている回路を用いれば良い。また、アクティブ素子として薄膜トランジスタを複数用いた回路としても良い。

本発明の第１の実施形態に係るアクティブマトリクス型表示装置を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ’間の断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るアクティブマトリクス型表示装置のアクティブ素子の形成方法の１工程を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るアクティブマトリクス型表示装置のアクティブ素子の形成方法の１工程を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るアクティブマトリクス型表示装置のアクティブ素子の形成方法の１工程を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るアクティブマトリクス型表示装置のアクティブ素子の形成方法の１工程を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るアクティブマトリクス型表示装置のアクティブ素子の形成方法の１工程を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るアクティブマトリクス型表示装置の転写方法の１工程を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るアクティブマトリクス型表示装置の転写方法の１工程を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るアクティブマトリクス型表示装置の転写方法の１工程を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るアクティブマトリクス型表示装置の転写方法の１工程を示す断面図である。 物理的研磨工程の後の薄ガラス層を模式的に示す断面図である。 物理的研磨工程の後に、化学的研磨工程を行った後の薄ガラス層を模式的に示す断面図である。 ガラス基板に物理的研磨工程を行いクラックが残った状態の薄ガラス層を模式的に示す断面図である。 ガラス基板に物理的研磨工程を行いクラックが残った状態の薄ガラス層を模式的に示す断面図である。 ガラス基板に物理的研磨工程を行いクラックが残った状態の薄ガラス層を模式的に示す断面図である。 薄ガラス層の凹凸による応力の緩和を説明する断面図である。 薄ガラス層の凹凸による応力の緩和を説明する断面図である。 薄ガラス層の凹凸による応力の緩和を説明する断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るアクティブマトリクス型表示装置を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るアクティブマトリクス型表示装置の製造方法の１工程を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るアクティブマトリクス型表示装置の製造方法の１工程を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るアクティブマトリクス型表示装置の製造方法の１工程を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るアクティブマトリクス型表示装置の製造方法の１工程を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態に係るアクティブマトリクス型表示装置を示す断面図である。 通常のガラス基板に印加された応力の状態を説明する断面図である。 通常のガラス基板を薄膜化して薄ガラス層とした場合に、薄ガラス層に印加される応力の状態を説明する断面図である。 本発明の第３の実施形態に係るアクティブマトリクス型表示装置の製造方法の１工程を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態に係るアクティブマトリクス型表示装置の製造方法の１工程を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態に係るアクティブマトリクス型表示装置の製造方法の１工程を示す断面図である。 本発明の第４の実施形態に係るアクティブマトリクス型表示装置を示す断面図である。

符号の説明

１０１…プラスチック基板
１０２…接着層
１０３…薄ガラス層
１０４…アンダーコート層
１０５…薄膜トランジスタ
１０６…液晶層
１０７…対向電極
１０８…対向基板
１１０…活性層
１１１…ゲート絶縁膜
１１２…ゲート電極
１１３…層間絶縁膜
１１４…ソース・ドレイン電極
１１５…画素電極
２０１…ガラス基板
２０２…ゲート線群
２０３…信号線群
２０４…仮着層
２０５…中間基板
３０１…クラック
３０２…凹凸
４０１…薄ガラス層の厚い領域
４０２…薄ガラス層の薄い領域
４０３…レジスト
５０１…圧縮応力印加層
６０１…水酸基侵入防止層

Claims (1)

1. プラスチック基板と、
   前記プラスチック基板上に接着層を介して設けられる膜厚５μｍ以上、１００μｍ以下の薄ガラス層と、
   前記薄ガラス層上に画素毎に設けられるアクティブ素子と、
   前記薄ガラス層上に設けられ前記アクティブ素子によって駆動され画素毎に表示可能な表示部と、
   前記表示部上に設けられる対向基板と
   を具備し、
   前記薄ガラス層の少なくとも前記アクティブ素子に対応する領域の厚みがその他の領域の厚みよりも大きいことを特徴とするアクティブマトリクス型表示装置。

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