JP2012203148A - 薄膜トランジスタおよび反射型カラー表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】薄膜トランジスタ（背面基板）とカラーフィルタの画素とを位置合わせを、より容易にする。
【解決手段】実質的に透明な第１の基板１と、上記第１の基板１上に設けられた実質的に透明なゲート電極２と、上記ゲート電極と同一層に離間して設けられた実質的に透明なキャパシタ電極３と、上記ゲート電極および上記キャパシタ電極を覆うように設けられた実質的に透明なゲート絶縁膜４と、上記ゲート絶縁膜上に設けられた半導体層５と、上記半導体層と接続した実質的に透明なソース電極６と、上記半導体層に接続すると共に上記ソース電極と離間して形成された実質的に透明なドレイン電極７と、少なくとも上記ドレイン電極上を覆うように形成された着色層１１と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、薄膜トランジスタおよび反射型カラー表示装置の構造に関する。

近年、電子書籍などの文書を読むための端末としての電子ペーパーに、白粒子と黒粒子の電気泳動現象を利用した反射型表示装置が利用されている。
このような反射型表示装置のカラー化においては、一般的にはカラーフィルタが用いられ、図５のように、カラーフィルタ基板と、反射型表示媒体を駆動する電極を有する背面基板とが別々に形成され、そのカラーフィルタ基板と上記背面基板との間に反射型表示媒体が配置される（特許文献１参照）。

特許第４４１５５２５号公報

しかしながら、カラーフィルタ基板と上記背面基板との間に反射型表示媒体を配置する構成では、反射型表示媒体を間に挟んで、背面基板とカラーフィルタ基板の画素とを位置合わせする必要があり、高精度での位置合わせが非常に困難な作業となる。 このことは、位置ずれによる混色が発生して、表示品位が低下したり、位置合わせ不良による歩留まり低下の原因となっている。

特に、カラーフィルタ基板および背面基板のどちらか一方もしくは両方がプラスチック基板のような可撓性基板であった場合は、高精度での位置合わせがさらに困難となる。
本発明は、上記のような点に着目してなされたものであり、薄膜トランジスタ（背面基板）とカラーフィルタの画素とを位置合わせを、より容易にすることを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、反射型表示媒体を駆動する薄膜トランジスタの画素電極上に着色層を設け、カラーフィルタ付き薄膜トランジスタとすることによって、位置合わせが容易で、歩留りが高く、且つ表示特性の良好な反射型カラー表示装置を提供する。

すなわち、本発明のうち請求項１に記載した発明は、実質的に透明な第１の基板と、上記第１の基板上に設けられた実質的に透明なゲート電極と、上記ゲート電極と同一層に離間して設けられた実質的に透明なキャパシタ電極と、上記ゲート電極および上記キャパシタ電極を覆うように設けられた実質的に透明なゲート絶縁膜と、上記ゲート絶縁膜上に設けられた半導体層と、上記半導体層と接続した実質的に透明なソース電極と、上記半導体層に接続すると共に上記ソース電極と離間して形成された実質的に透明なドレイン電極と、少なくとも上記ドレイン電極上を覆うように形成された着色層と、を備えることを特徴とする薄膜トランジスタを提供するものである。
これによって、少なくともドレイン電極上に着色層を設け、カラーフィルタ付き基板とすることにより、薄膜トランジスタとカラーフィルタの容易かつ正確な位置合わせが可能となり、歩留りが向上する。

また、請求項２に記載した発明は、実質的に透明な第１の基板と、上記第１の基板上に設けられた実質的に透明なゲート電極と、上記ゲート電極と同一層に離間して設けられた実質的に透明なキャパシタ電極と、上記ゲート電極および当該キャパシタ電極を覆うように設けられた実質的に透明なゲート絶縁膜と、上記ゲート絶縁膜上に設けられた半導体層と、上記半導体層と接続した実質的に透明なソース電極と、上記半導体層に接続すると共に上記ソース電極と離間して形成された実質的に透明なドレイン電極と、上記ソース電極および上記ドレイン電極上に設けられると共に上記ドレイン電極上に貫通孔を有する実質的に透明な層間絶縁膜と、上記層間絶縁膜上に上記ドレイン電極と接続するよう設けられた実質的に透明な画素電極と、少なくとも上記画素電極上に設けられた着色層と、を備えることを特徴とする薄膜トランジスタを提供するものである。

これによって、少なくとも前記画素電極上に前記着色層を設け、カラーフィルタ付き薄膜トランジスタ基板とすることにより、薄膜トランジスタとカラーフィルタの容易かつ正確な位置合わせが可能となり、歩留りが向上する。
また、正確な位置合わせが可能であることから、反射型カラー表示装置の開口率を向上し、良好な表示特性を得ることができる。

次に、請求項３に記載した発明は、請求項１又は請求項２に記載した構成に対し、 前記着色層は、少なくとも赤、緑、青の３色以上を塗り分けて形成されることを特徴とする。
次に、請求項４に記載した発明は、請求項１又は請求項２に記載した構成に対し、 前記着色層は、少なくともシアン、マゼンタ、黄の３色以上を塗り分けて形成されることを特徴とする。

次に、請求項５に記載した発明は、請求項１〜４のいずれか1項に記載した構成に対し、前記半導体層は、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。
次に、請求項６に記載した発明は、請求項１〜請求項４のいずれか1項に記載した構成に対し、前記半導体層は、有機物を主成分とする材料からなることを特徴とする。
次に、請求項７に記載した発明は、請求項１〜請求項４のいずれか1項に記載した構成に対し、前記半導体層は、ケイ素を主成分とする材料からなることを特徴とする。

次に、請求項８に記載した発明は、請求項１〜請求項７のいずれか1項に記載に対し、前記半導体層上を覆うように形成された半導体層保護膜を有することを特徴とする。
次に、請求項９に記載した発明は、反射型表示媒体及び対向電極を備える第２の基板に、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタを組み合わせ、上記反射型表示媒体は前記薄膜トランジスタを通して視認可能となっていることを特徴とする反射型カラー表示装置を提供するものである。

次に、請求項１０に記載した発明は、第１の基板、及びドレイン電極を含む複数の電極が積層されて形成された薄膜トランジスタにおいて、
上記第１の基板及び上記複数の電極を全て、実質的に透明な状態とすると共に、少なくとも上記ドレイン電極の上に着色層を積層したことを特徴とする。
次に、請求項１１に記載した発明は、第１の基板と、ドレイン電極及び画素電極を含む複数の電極が積層されて形成された薄膜トランジスタにおいて、
上記第１の基板及び上記複数の電極を全て、実質的に透明な状態とすると共に、少なくとも上記画素電極の上に着色層を積層したことを特徴とする。

本発明によれば、反射型表示媒体を駆動する電極であるドレイン電極上または画素電極上に着色層を設けることによって、カラーフィルタ付薄膜トランジスタ基板とする。この結果、薄膜トランジスタとカラーフィルタとを、容易かつ正確な位置合わせが可能となる。
また、薄膜トランジスタとカラーフィルタとの位置合わせが容易になることにより、反射型カラー表示装置の製造において、位置合わせのミスによる不良を減少できる結果、歩留りを向上させることができる。
また、薄膜トランジスタとカラーフィルタとのより正確な位置合わせが可能になることによって、反射型カラー表示装置の開口率が向上する。この結果、良好な表示特性を持つ反射型カラー表示装置を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタのほぼ１画素分の概略断面図である。 本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタのほぼ１画素分の概略断面図である。 本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタを用いた反射型カラー表示装置のほぼ１画素分の概略断面図である。 本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタを用いた反射型カラー表示装置のほぼ１画素分の概略断面図である。 従来の反射型カラー表示装置のほぼ１画素分の概略断面図の例である。

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１は本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタのほぼ１画素分の概略断面図である。
本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタは、図１に示すように、実質的に透明な第１の基板１上に、実質的に透明なゲート電極２、実質的に透明なキャパシタ電極３が形成され、その上に、実質的に透明なゲート絶縁膜４が形成されている。また、上記ゲート絶縁膜４の上に、半導体層５、実質的に透明なソース電極６、実質的に透明なドレイン電極７が形成されている。半導体層５は、ソース電極６及びドレイン電極７に接続しているが、ソース電極６とドレイン電極７とは離間して配置されている。また、上記半導体層５を覆うようにして半導体層保護膜８が形成されている。さらに、少なくともドレイン電極７上を覆うようにして着色層１１が形成されている。
ここで、実質的に透明とは、可視光である波長領域４００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲において透過率が７０％以上であることをいう。

上記着色層１１が少なくともドレイン電極７と厚さ方向で対向するように形成された上記薄膜トランジスタを、カラーフィルタ付き薄膜トランジスタ基板とする。これによって、薄膜トランジスタ作製工程において、カラーフィルタと薄膜トランジスタの位置合わせが完了する。この結果、従来の反射型カラー表示装置で必要であった、反射型表示要素を挟んだ状態での困難な位置合わせ工程を行う必要がなくなり、歩留りを向上できる。

図２に本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタの別例を示す。
この薄膜トランジスタは、図２に示すように、実質的に透明な第１の基板１上に、実質的に透明なゲート電極２、実質的に透明なキャパシタ電極３が形成され、その上に、実質的に透明なゲート絶縁膜４が形成されている。また、上記ゲート絶縁膜４の上に、半導体層５、実質的に透明なソース電極６、実質的に透明なドレイン電極７が形成されている。半導体層５は、ソース電極６及びドレイン電極７に接続しているが、ソース電極６とドレイン電極７とは離間して配置されている。また、上記半導体層５を覆うようにして半導体層保護膜８が形成されている。さらに、実質的に透明な層間絶縁膜９、実質的に透明な画素電極１０が積層されており、上記画素電極上に着色層１１を形成している。

以上のように、本実施形態の薄膜トランジスタは、図１または図２のように、着色層１１をドレイン電極７または画素電極１０上に形成されることで、カラーフィルタ付薄膜トランジスタとなる。この結果、薄膜トランジスタ作製工程において、カラーフィルタと薄膜トランジスタの位置合わせが完了するため、従来の反射型カラー表示装置で必要であった、反射型表示要素を挟んだ状態での困難な位置合わせ工程を行う必要が無くなる。したがって、歩留りの向上および正確な位置合わせ精度による開口率が向上し、より良好な表示品質を得ることができる。

次に、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタを構成する材料について説明する。
上記実質的に透明な基板１としては、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。これらは単独の基板１として使用してもよいが、二種以上を積層した複合基板１として使用することもできる。

上記基板１が有機物フィルムである場合は、薄膜トランジスタ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）を形成すると良い。ガスバリア層としては、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、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。

上記実質的に透明なゲート電極２、キャパシタ電極３、ソース電極６、ドレイン電極７、画素電極１０には、例えば、酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）、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（ＣｄＩｎ_２Ｏ_４）、酸化カドミウムスズ（Ｃｄ_２ＳｎＯ_４）、酸化亜鉛スズ（Ｚｎ_２ＳｎＯ_４）、酸化インジウム亜鉛（Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ）等の酸化物材料が適用できる。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反射型カラー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。金属薄膜層は、具体的には１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが望ましい。また、これらの金属材料を細線として使用し、透明導電膜材料と積層することで実質的に透明な電極としても良い。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用いることができる。

ゲート電極２、キャパシタ電極３、ソース電極６、ドレイン電極７、画素電極１０は、全て同じ材料であっても構わないし、また全て異なる材料であっても構わない。しかし、工程数を削減するためには、ゲート電極２とキャパシタ電極３、ソース電極６とドレイン電極７は同一の材料であることが好ましい。
実質的に透明なゲート電極２、キャパシタ電極３、ソース電極６、ドレイン電極７、画素電極１０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法、凸版印刷法、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。

上記実質的に透明なゲート絶縁膜４に使用される材料は、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（ＳｉＮ_ｘＯ_ｙ）、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１０^１１Ωｃｍ以上、より好ましくは１０^１４Ωｃｍ以上であることが望ましい。

ゲート絶縁膜４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。ゲート絶縁膜４の厚さは、５０ｎｍ以上２μｍ以下であることが望ましい。ゲート絶縁膜４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。

半導体層５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。酸化物半導体材料としては、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。半導体層５の膜厚は２０ｎｍ以上が好ましい。

また半導体層５としては、有機物を主成分とする有機半導体材料が使用できる。有機半導体材料としては、半導体性を示すπ共役有機高分子、例えば、ポリピロール類、ポリチオフェン類、ポリアニリン類、ポリアリルアミン類、フルオレン類、ポリカルバゾール類、ポリインドール類、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）類などや、π共役系を持つ低分子物質、例えば、ペンタセンなどの多環芳香族の誘導体、フタロシアニン誘導体、ペリレン誘導体、テトラチアフルバレン誘導体、テトラシアノキノジメタン誘導体、フラーレン類、カーボンナノチューブ類などを用いることができるが、この限りではない。
また半導体層５としては、シリコンを主成分とするシリコン系半導体材料が使用できる。シリコン系半導体材料としては、水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）、微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）、多結晶シリコン（ｐ−Ｓｉ）、単結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）などを用いることができるがこの限りではない。

金属酸化物を主成分とする半導体層５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。有機物を主成分とする半導体層５の形成法は、真空蒸着法、ＣＶＤ法、溶液を用いた印刷法等を用いることができる。ただし、生産性、低コスト化等の観点から、溶媒に可溶な半導体あるいは半導体前駆体を用いて塗工する方法を用いることがより好ましい。印刷法を用いる場合は、特に限定されることはないが、凸版印刷、凹版印刷、平版印刷、反転オフセット印刷、スクリーン印刷法、インクジェット、熱転写印刷、ディスペンサ、スピンコート、ダイコート、マイクログラビアコート、ディップコート等を用いることができ、以上の印刷法を組み合わせて用いても良い。シリコン材料を主成分とする半導体層５は、スパッタ法、ＣＶＤ法などで形成することができ、エキシマーレーザーアニールなどの方法により、成膜後に結晶化処理を行うこともできるが、特にこれらに限定されるものではない。

また半導体層５が光感度を持つ場合は、薄膜トランジスタ素子の光照射による誤作動を防止するために、遮光層（不図示）を設けると良い。遮光層を設ける場所については、特に限定しないが、反射型カラー表示装置の表示明度を低下させないよう、半導体層５の領域のみ、もしくは半導体層５のチャネル領域のみを遮光するなど、なるべくその領域を小さくすることが好ましい。
また、本発明の実施形態に係る薄膜トランジスタには、図２のように、半導体層５のチャネル領域を保護するための半導体層保護層８を設けても良い。

半導体層保護膜８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。半導体層保護膜８は、本実施形態に係る薄膜トランジスタの半導体層５に電気的影響を与えないために、その抵抗率が１０^１１Ωｃｍ以上、特に１０^１４Ωｃｍ以上であることが好ましい。半導体層保護膜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、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、凸版印刷法、インクジェット法などの方法を用いて形成される。半導体層保護膜８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。

その半導体層保護膜８は、少なくとも半導体層５上面と接触するように形成され、ソース電極６およびドレイン電極７とは上下どちらで接触するように形成しても良い。
実質的に透明なソース電極６および実質的に透明なドレイン電極７の材料および形成方法は、前述したとおりである。
ここで、本発明の実施形態に係る薄膜トランジスタを図１に示すような構成とする場合、ドレイン電極７が反射型表示媒体を駆動する電極となるため、ドレイン電極７の面積をできる限り大きく設計することが好ましい。

また、本発明の実施形態に係る薄膜トランジスタは、図２に示すように、実質的に透明な層間絶縁膜９を設け、さらにその上にドレイン電極７と接続された実質的に透明な画素電極１０を形成しても良い。この場合には、開口率を向上させることができる。
上記実質的に透明な層間絶縁膜９は、ソース電極６と画素電極１０とを絶縁するために、少なくともソース電極６上を覆うように形成される。

層間絶縁膜９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。層間絶縁膜９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、凸版印刷法、インクジェット法などの方法を用いて形成される。層間絶縁膜９はゲート絶縁膜４または半導体層保護膜８と同じ材料であっても構わないし、異なる材料であっても構わない。これらの層間絶縁膜９は単層で用いても良いし、２層以上積層して用いても良い。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。

上記着色層１１は、樹脂材料に対し目的の色の顔料を分散させる、または被染色体を形成し目的の色の染色液で染色するなどして形成することができる。なお、着色層の色としては、赤、緑、青もしくはシアン、マゼンタ、黄色などの加法混色または減法混色の原理を利用した配色を採用することができる。これらの着色層１１の配色の組み合わせに対し、透明な画素を追加して、光の利用効率を高めることにより、明度を向上させることも可能である。

着色層１１が、反射型表示媒体の駆動電極の上、すなわち図１におけるドレイン電極７、または図２における画素電極１０上に形成されることによって、カラーフィルタ付き薄膜トランジスタとすることができる。このように、カラーフィルタ付き薄膜トランジスタとすることにより、反射型表示媒体を駆動する電極（図１におけるドレイン電極７、または図２における画素電極１０）とカラーフィルタの精密な位置合わせを、薄膜トランジスタの製造工程内で完了することが可能である。この結果、反射型表示媒体を駆動する電極とカラーフィルタの位置ずれによる歩留りの低下を防ぐことができる。

また、精密な位置合わせが可能となって、反射型表示媒体の駆動電極とカラーフィルタの位置ずれによる混色などが発生しないため、開口率が向上し、良好な表示品位を得ることができる。
本発明の実施形態に係る着色層１１の各色の間には、ブラックマトリクス（黒色）のパターンを設けることもできるし、着色層１１の各色の端部を重ねてブラックマトリクスとすることもできる。また、ブラックマトリクスを設けない構成も利用できる。

特に、ブラックマトリクスを設けない構成は、表示方式や電極間距離、駆動電圧などによっても変化するが、反射型表示媒体の表示切り替えがされる領域が、駆動電極からの漏れ電場によって、駆動電極の面積よりも大きくなることが知られており、その領域を表示に利用することで、開口率をさらに大きくし、明度を向上させることが可能となるため、好適に利用できる。したがって、着色層１１の各色の間にブラックマトリクスを設けない場合は、駆動電極の大きさにもよるが着色層１１は駆動電極よりも大きくすることができる。

着色層１１として樹脂材料に顔料を混入したものを使用する場合、樹脂材料としては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。また、顔料としてはペリレン系、アントラキノン系、ジアントラキノン系、アゾ系、ジアゾ系、キナクリドン系、アントラセン系などの赤色系顔料、ハロゲン化フタロシアニン系などの緑色系顔料、金属フタロシアニン系、インダンスロン系、インドフェノール系などの青色系顔料、その他紫色系、黄色系、シアニン系、マゼンタ系などの顔料を使用することができる。これらに限定されるものではない。これらの顔料は単独で用いても良いし、それぞれを混合し、目的の色として使用することもできる。着色層１１の材料には、これらの樹脂材料、顔料に適宜、添加物を混入し、光硬化性や熱硬性を付与して利用することも好適に利用できる。

着色層１１として被染色体を染色液で染色したものを使用する場合、被染色体としては、ゼラチン、ガゼイン、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ポリビニルピロリドン、ポリイミド、ポリアミド、ポリ尿素、ポリウレタン、アクリル樹脂やこれらの誘導体を使用することができる。また、染色液としては、カヤノールミーリングレッドＲＳ（日本化薬製）、ブリリアントインドブルー（ヘキスト製）、スミノールイエローＭＲ（住友化学製）、カヤノールサヤニンＢ６（日本化薬製）など利用することができるが、この限りではない。

（反射型カラー表示装置）
図３および図４は本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタを用いた反射型カラー表示装置のほぼ１画素分を示す概略断面図である。
本発明の実施形態に係る反射型カラー表示装置は、図３および図４に示すように、反射型表示媒体１２と、対向電極１３を有する第２の基板１４と、本発明の実施の形態に係る上述した薄膜トランジスタを組み合わせて構成される。
上記反射型表示媒体１２には、例えば、電気泳動方式、高分子分散型液晶方式、高分子ネットワーク型液晶方式、コレステリック液晶方式を用いることができる。特に電気泳動方式としては、荷電した粒子をマイクロカプセル内に封じたマイクロカプセル型電気泳動方式を好適に用いることができるが、この限りではない。

上記対向電極１３としては、酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）、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（ＣｄＩｎ_２Ｏ_４）、酸化カドミウムスズ（Ｃｄ_２ＳｎＯ_４）、酸化亜鉛スズ（Ｚｎ_２ＳｎＯ_４）、酸化インジウム亜鉛（Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ）等の導電性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）が低い抵抗率のために特に好適に用いられる。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）などの金属材料や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用いることができる。上記の導電性酸化物材料、金属材料および有機導電性材料の薄膜は、単独で用いても良いし、複数積層しても良い。

上記第２の基板１４としては、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。これらは単独で使用しても良いが、二種以上を積層し、第２の基板１４として使用することもできる。

第２の基板１４が有機物フィルムである場合は、反射型カラー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）を形成しても良い。ガスバリア層としては、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、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第２の基板１４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。
以下、本発明を実施例１および実施例２を用いて説明する。

実施例１では、図３に示すような、上記実施の形態に係る薄膜トランジスタを用いた反射型カラー表示装置を作製した。
まず、実施的に透明な第１の基板１としてコーニング社製の無アルカリガラスＥＡＧＬＥ ＸＧ（厚さ０．７ｍｍ）を用いた。次に、第１の基板１上に、ＩＴＯをＤＣマグネトロンスパッタリング法で、膜厚１００ｎｍに成膜し、目的の形状にパターニングを行い、実質的に透明なゲート電極２および実質的に透明なキャパシタ電極３とした。

次に、ゲート電極２およびキャパシタ電極３を覆うようにプラズマＣＶＤ法によってＳｉＮを４００ｎｍの膜厚で成膜し、実質的に透明なゲート絶縁膜４とした。
次に、ゲート絶縁膜４上に半導体層５として、ＩｎＧａＺｎＯ_４のターゲットを用いて、アモルファスＩｎＧａＺｎＯをＤＣスパッタリング法によって膜厚３０ｎｍで成膜して、目的の形状にパターニングを行うことで、半導体層５とした。

次に、半導体層５上に、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）のターゲットを用いてＲＦスパッタリング法によってＳｉＯＮを１００ｎｍの膜厚で成膜し、半導体層５のチャネル領域を覆うよう目的の形状にパターニングを行って、実質的に透明な保護層８とした。
次に、ＩＴＯをＤＣマグネトロンスパッタリング法によって１００ｎｍの膜厚で成膜し、目的の形状にパターニングを行い、実質的に透明なソース電極６および実質的に透明なドレイン電極７を形成した。

次に、ドレイン電極７上に、樹脂材料に赤色顔料を分散して調整した赤色着色層材料を塗布し、目的の形状にパターニングを行って、赤色の着色層１１とした。緑色、青色、透明の着色層も同様に形成した。すなわち、カラーフィルタとして、赤、緑、青、透明の４色からなる着色層１１を形成することで、カラーフィルタ付き薄膜トランジスタ基板とした。
また、第２の基板１４として、ポリエチレンテレフタラートフィルム（厚さ１２５μｍ）を用いた。第２の基板１４上（図３は、組み付けた状態であるので下方となっている。）に、ＩＴＯをＤＣマグネトロンスパッタリング法により、５０ｎｍの膜厚で成膜して、対向電極１３とした。

次に、負に荷電した酸化チタン粒子と、正に荷電したカーボンブラック粒子をそれぞれ白色粒子、黒色粒子として有機溶剤中に分散させた分散液を、尿素樹脂中に封じて粒系が５０〜１００μｍ程度のマイクロカプセルを形成し、そのマイクロカプセルを対向電極１３上に緻密に一層敷き詰め、反射型表示媒体１２とすることで、反射型表示媒体１２、対向電極１３を備えた第２の基板１４を作製した。
そして、上記第２の基板１４を先に述べたカラーフィルタ付薄膜トランジスタと貼り合せ、図３に示すような、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタを用いた反射型カラー表示装置を作製した。その薄膜トランジスタを用いた反射型カラー表示装置について駆動を行ったところ、反射型のカラー表示を得ることができた。

実施例１では、図４に示すような、上記実施の形態に係る薄膜トランジスタを用いた反射型カラー表示装置を作製した。
まず、実施的に透明な第１の基板１として、コーニング社製の無アルカリガラスＥＡＧＬＥ ＸＧ（厚さ０．７ｍｍ）を用いた。次に、第１の基板１上に、ＩＴＯをＤＣマグネトロンスパッタリング法で膜厚１００ｎｍに成膜し、目的の形状にパターニングを行い、実質的に透明なゲート電極２および実質的に透明なキャパシタ電極３とした。

次に、ゲート電極２およびキャパシタ電極３を覆うようにプラズマＣＶＤ法によってＳｉＮを４００ｎｍの膜厚で成膜し、実質的に透明なゲート絶縁膜４とした。
次に、ゲート絶縁膜４上に半導体層５として、ＩｎＧａＺｎＯ_４のターゲットを用いて、アモルファスＩｎＧａＺｎＯをＤＣスパッタリング法で膜厚３０ｎｍで成膜し、目的の形状にパターニングを行い、半導体層５とした。

次に、半導体層５上に、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）のターゲットを用いてＲＦスパッタリング法によってＳｉＯＮを１００ｎｍの膜厚で成膜し、半導体層５のチャネル領域を覆うよう目的の形状にパターニングを行い、実質的に透明な保護層８とした。
次に、ＩＴＯをＤＣマグネトロンスパッタリング法によって１００ｎｍの膜厚で成膜し、目的の形状にパターニングを行い、実質的に透明なソース電極６および実質的に透明なドレイン電極７を形成した。

次に、ソース電極６およびドレイン電極７上に感光性アクリル樹脂を５μｍの厚さで塗布し、画素内のソース電極を覆いドレイン電極上に貫通孔を有する目的の形状にパターニングを行った後、焼成を行い、実質的に透明な層間絶縁膜９とした。
次に、層間絶縁膜９上に、ＤＣマグネトロンスパッタリング法によってＩＴＯを５０ｎｍの膜厚で成膜し、目的の形状にパターニングを行い、実質的に透明な画素電極１０とした。

次に、画素電極１０上に、樹脂材料に赤色顔料を分散して調整した赤色着色層材料を塗布し、目的の形状にパターニングを行い、赤色の着色層１１とした。緑色、青色、透明の着色層も同様に形成した。このように、赤、緑、青、透明の４色からなる着色層１１を形成し、カラーフィルタ付き薄膜トランジスタ基板とした。
また、第２の基板１４として、ポリエチレンテレフタラートフィルム（厚さ１２５μｍ）を用いた。第２の基板１４上（図４では下方を向いている。）にＩＴＯをＤＣマグネトロンスパッタリング法により、５０ｎｍの膜厚で成膜し、対向電極１３とした。

次に、負に荷電した酸化チタン粒子と、正に荷電したカーボンブラック粒子をそれぞれ白色粒子、黒色粒子として有機溶剤中に分散させた分散液を、尿素樹脂中に封じて粒系が５０〜１００μｍ程度のマイクロカプセルを形成し、そのマイクロカプセルを対向電極１３上に緻密に一層敷き詰め、反射型表示媒体１２とすることで、反射型表示媒体１２、対向電極１３を備えた第２の基板１４を作製した。
そして、上記第２の基板１４を、先に述べたカラーフィルタ付き薄膜トランジスタと貼り合せ、図４に示すような、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタを用いた反射型カラー表示装置を作製した。そして、その反射型カラー表示装置の駆動を行ったところ、表示の明るい良好な反射型のカラー表示を得ることができた。

本発明の薄膜トランジスタを用いた反射型カラー表示装置は、薄膜トランジスタの反射型表示媒体の駆動電極上に着色層を形成し、カラーフィルタ付き薄膜トランジスタとすることにより、薄膜トランジスタ作製工程中で、カラーフィルタと薄膜トランジスタとの位置合わせが完了するため、従来の反射型カラー表示装置で歩留り低下の要因となっていたカラーフィルタ基板と薄膜トランジスタ基板の困難な位置合わせを行う必要が無いため、歩留り高く、反射型カラー表示装置を製造することができる。また、高精度での位置合わせにより、開口率の高い良好な表示品位を実現することができた。

本発明は、薄膜トランジスタを用いた反射型カラー表示装置に好適に用いることができる。

１・・・第１の基板、２・・・ゲート電極、３・・・キャパシタ電極、４・・・ゲート絶縁膜、５・・・半導体層、６・・・ソース電極、７・・・ドレイン電極、８・・・半導体層保護膜、９・・・層間絶縁膜、１０・・・画素電極、１１・・・着色層、１２・・・反射型表示媒体、１３・・・対向電極、１４・・・第２の基板

Claims (11)

1. 実質的に透明な第１の基板と、上記第１の基板上に設けられた実質的に透明なゲート電極と、上記ゲート電極と同一層に離間して設けられた実質的に透明なキャパシタ電極と、上記ゲート電極および上記キャパシタ電極を覆うように設けられた実質的に透明なゲート絶縁膜と、上記ゲート絶縁膜上に設けられた半導体層と、上記半導体層と接続した実質的に透明なソース電極と、上記半導体層に接続すると共に上記ソース電極と離間して形成された実質的に透明なドレイン電極と、少なくとも上記ドレイン電極上を覆うように形成された着色層と、を備えることを特徴とする薄膜トランジスタ。
2. 実質的に透明な第１の基板と、上記第１の基板上に設けられた実質的に透明なゲート電極と、上記ゲート電極と同一層に離間して設けられた実質的に透明なキャパシタ電極と、上記ゲート電極および当該キャパシタ電極を覆うように設けられた実質的に透明なゲート絶縁膜と、上記ゲート絶縁膜上に設けられた半導体層と、上記半導体層と接続した実質的に透明なソース電極と、上記半導体層に接続すると共に上記ソース電極と離間して形成された実質的に透明なドレイン電極と、上記ソース電極および上記ドレイン電極上に設けられると共に上記ドレイン電極上に貫通孔を有する実質的に透明な層間絶縁膜と、上記層間絶縁膜上に上記ドレイン電極と接続するよう設けられた実質的に透明な画素電極と、少なくとも上記画素電極上に設けられた着色層と、を備えることを特徴とする薄膜トランジスタ。
3. 前記着色層は、少なくとも赤、緑、青の３色以上を塗り分けて形成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の薄膜トランジスタ。
4. 前記着色層は、少なくともシアン、マゼンタ、黄の３色以上を塗り分けて形成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の薄膜トランジスタ。
5. 前記半導体層は、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１〜４のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。
6. 前記半導体層は、有機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〜請求項４のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。
7. 前記半導体層は、ケイ素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〜請求項４のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。
8. 前記半導体層上を覆うように形成された半導体層保護膜を有することを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。
9. 反射型表示媒体及び対向電極を備える第２の基板に、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタを組み合わせ、上記反射型表示媒体は前記薄膜トランジスタを通して視認可能となっていることを特徴とする反射型カラー表示装置。
10. 第１の基板、及びドレイン電極を含む複数の電極が積層されて形成された薄膜トランジスタにおいて、
    上記第１の基板及び上記複数の電極を全て、実質的に透明な状態とすると共に、少なくとも上記ドレイン電極の上に着色層を積層したことを特徴とする薄膜トランジスタ。
11. 第１の基板と、ドレイン電極及び画素電極を含む複数の電極が積層されて形成された薄膜トランジスタにおいて、
    上記第１の基板及び上記複数の電極を全て、実質的に透明な状態とすると共に、少なくとも上記画素電極の上に着色層を積層したことを特徴とする薄膜トランジスタ。
    
    
    
    
    
    

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