JP2014138179A

JP2014138179A - 薄膜トランジスタアレイ基板及び表示装置

Info

Publication number: JP2014138179A
Application number: JP2013007744A
Authority: JP
Inventors: Hiroto Sato; 弘人佐藤; Mitsuru Nakada; 充中田
Original assignee: Nippon Hoso Kyokai NHK; Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2013-01-18
Filing date: 2013-01-18
Publication date: 2014-07-28

Abstract

【課題】フレキシブルディスプレイを駆動するための薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の湾曲耐性を向上させる。
【解決手段】プラスティック基板１０５上に応力を緩和する島状の緩衝層１０２を形成し、その上部にＴＦＴ１０１を形成することにより、半導体材料を問わず高い湾曲耐性を確保する薄膜トランジスタアレイ基板を得る。また、この薄膜トランジスタアレイ基板により高画質なフレキシブルディスプレイを実現する。
【選択図】図１

Description

本発明は、フレキシブルディスプレイの駆動に使用される薄膜トランジスタアレイ基板に関するものであり、更にそれを用いた表示装置に関するものである。

柔軟なプラスティック基板を用いた液晶や有機ＥＬディスプレイは、自由に丸められる巻物型ディスプレイや、大画面のスクリーン型ディスプレイなど、次世代ディスプレイパネルとして実現が期待されている。ガラスに比べてプラスティック基板は変形しやすいため、ディスプレイを駆動するための薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の湾曲耐性を確保することが極めて重要となる。

近年、湾曲性が高い半導体材料として、種々の有機半導体材料の研究が進められており、有機ＴＦＴ駆動のディスプレイパネルの試作が行われている。一般に有機半導体は弱い分子間相互作用により固体が構成されるため、柔軟性に優れており、フレキシブルディスプレイ用ＴＦＴ材料として有望視されている。更に可溶性の有機材料は溶液塗布により成膜することができるため、ＴＦＴアレイ基板の製造に真空プロセスを用いない印刷法を適用でき、低コストで大面積形成が可能であるという大きなメリットを有している。

一方、従来より、ガラス基板を用いたフラットパネルディスプレイ用の半導体材料としては、有機材料に比べてはるかに信頼性に優れ、更に作製プロセスも確立されているアモルファスＳｉを中心とした無機半導体材料が用いられている。また低温ポリＳｉや微結晶Ｓｉ、更には酸化物半導体であるＩｎＧａＺｎＯ（ＩＧＺＯ）など、アモルファスＳｉに比べて高移動度な半導体材料も実現しており、ディスプレイの高画質化が進められている。近年においては、これら無機半導体材料をフレキシブルディスプレイに適用しようとする試みも始まっている。

しかしながら、一般に無機半導体材料を用いたＴＦＴは、有機半導体に比べて柔軟性に劣るため、フレキシブルディスプレイへの適用には課題がある。例えばポリＳｉでは歪みに応じて移動度が変化することが知られており、湾曲により強い応力が生じるとＴＦＴ特性が変動して画質劣化を引き起こすことが予想される。特に有機ＥＬでは移動度や閾値電圧のわずかなバラツキが表示の均一性を損なうため、ＴＦＴの湾曲耐性を確保することが極めて重要となる。

同様にＩＧＺＯをフレキシブル化する検討もなされている。例えば０．１ｍｍ以下の厚さの薄板ガラスは柔軟性を有しており、この薄板ガラス上にＩＧＺＯＴＦＴを形成した例が報告されている（非特許文献１）。この例では、薄板ガラスに湾曲を与えた実験において、移動度に有意な変化は認められなかったものの、閾値電圧に影響が生じており、湾曲前（イニシャル）の閾値が２ＶのＩＧＺＯＴＦＴが、曲率半径４０ｍｍ程度の湾曲を加えることにより、閾値電圧が約３Ｖにシフトするなど、閾値電圧が湾曲とともに大きく変動することが報告されている。

また、極薄のポリイミド薄膜上にＩＧＺＯＴＦＴを形成した報告もなされている（非特許文献２）。この例では、まず、ガラス基板或いはＳｉウエハ上にポリイミドをスピンコートにより成膜し、熱処理により薄膜フィルム（７μｍ厚）を形成した。次に、Ａｌゲート電極、ＳｉＯ_ｘゲート絶縁膜、ＩＧＺＯ（３０ｎｍ厚）を積層し、ソース・ドレイン電極をトップコンタクトで形成した後、アニール処理によりＴＦＴ特性を安定化させ、支持基板から剥離して、極薄ポリイミド薄膜上のＩＧＺＯＴＦＴを完成した。これを、曲率半径１ｍｍまで湾曲させても良好なスイッチング特性が得られ、平坦な状態から曲率半径１ｍｍまで移動度がほぼ一定で変化しないことが確認された。また、湾曲前の初期状態と、半径１．５ｍｍで湾曲させた後の平坦な状況における伝達特性（ゲート電圧−ドレイン電流特性）を測定したところ、変化がほとんど無く、湾曲後も特性が維持されることが確認されている。

神谷利夫・他、「フレキシブル応用に向けた酸化物ＴＦＴ材料：現状と課題」、応用電子物性分科会誌、２０１１年、第１７巻、第４号、p.１２１〜１２６佐藤弘人・他、「極薄フィルム上に形成した酸化物半導体ＴＦＴの湾曲評価」、２０１２年映像情報メディア学会年次大会、１５−１

しかしながら、上記の種々の半導体材料や基板構成は、以下に述べるような問題を抱えている。まず湾曲性に有利な有機半導体においては、一般に無機半導体に比べて移動度が低く高画質化は困難であり、さらに耐久性やプロセス安定性にも乏しく、実用化には多くの課題を克服する必要がある。他方、薄板ガラス基板を用いた無機半導体材料素子では湾曲に対する特性劣化の課題を解決しなければならない。また、上記のポリイミド薄膜上のＩＧＺＯに関しても、３０μｍ未満の極めて薄いフィルムを用いているため、極薄フィルム自体の機械強度や耐久性、バリア性に乏しく、フレキシブルディスプレイ用基板として用いることは極めて困難である。例えば水や酸素により寿命が著しく低下する有機ＥＬに適用する場合においては、バリア性の高い基板が必要なため、プラスティック基板上には有機・無機膜の積層構造から成るバリア層を形成する必要がある。しかし極薄フィルムを用いた場合、湾曲によりバリア層自体も破壊されるため、極薄フィルムを用いたフレキシブルディスプレイの実用化自体が困難と言える。実際に極薄フィルム上にＴＦＴ構造を形成すると、半導体や絶縁膜、電極によりフィルム自体に大きな応力がかかってフィルムの変形が生じる。また極薄のフィルムの作製においては、フィルムを支持基板上に貼り付け又は塗布成膜し、これを支持基板から剥離するプロセスが必要なため、製造工程が複雑で量産化に不利であるとともに、ＴＦＴ形成後に基板から剥離する際に相対的にフィルムに強い応力がかかることになり、ＴＦＴの剥離が生じやすいなど作製プロセス上の課題も生じる。

従って、上記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、基板を湾曲させても特性変化が少なく、且つ、確立された製造プロセスにより比較的容易に作製することができる薄膜トランジスタアレイ基板を提供することにある。また、該薄膜トランジスタアレイ基板を用いることにより、自由に丸めることのできるフレキシブルな表示装置を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明に係る薄膜トランジスタアレイ基板は、柔軟なフレキシブル基板上に画素電極、配線電極、薄膜トランジスタが形成された構成を有し、更に薄膜トランジスタとフレキシブル基板の間に島状に配置された緩衝層が設けられていることを特徴とする。

また、本発明に係る薄膜トランジスタアレイ基板は、緩衝層が有機高分子材料を主成分とすることを特徴とする。

また、本発明に係る薄膜トランジスタアレイ基板は、緩衝層が二層以上の多層構造から成ることを特徴とする。

また、本発明に係る薄膜トランジスタアレイ基板は、緩衝層の薄膜トランジスタと接する面に無機材料がさらに設けられていることを特徴とする。

また、本発明に係る薄膜トランジスタアレイ基板は、緩衝層の表面がフレキシブル基板表面と同じ高さになっていることを特徴とする。

また、本発明に係る薄膜トランジスタアレイ基板は、薄膜トランジスタが緩衝層の内部に設けられていることを特徴とする。

また、本発明に係る表示装置は、前記薄膜トランジスタアレイ基板が内蔵されることを特徴とする。

本発明によれば、フレキシブル基板上に島状に配置された柔軟で伸縮性に優れた緩衝層を形成し、その上部にＴＦＴを形成することにより、基板との応力を大幅に低減し、無機半導体材料を用いたＴＦＴでも優れた湾曲耐性を確保することが可能な薄膜トランジスタアレイ基板ができる。また、作製プロセスへの適用性を有し、有機ＥＬ素子に対しても十分なバリア性を有するフレキシブル基板を適用することにより、湾曲化が可能であり、高画質なフレキシブルディスプレイを実現することが可能となる。

本発明の実施の形態１の薄膜トランジスタアレイ基板の模式的断面図である。本発明の実施の形態１の薄膜トランジスタアレイ基板を基板表面側から見た図である。本発明の実施の形態２の薄膜トランジスタアレイ基板の模式的断面図である。本発明の実施の形態３の薄膜トランジスタアレイ基板の模式的断面図である。本発明の実施の形態３の薄膜トランジスタアレイ基板の別の例を示す模式的断面図である。本発明の実施の形態３の薄膜トランジスタアレイ基板のさらに別の例を示す模式的断面図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明による薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アレイ基板の実施の形態１の構成を示す模式的断面図である。また、図２は、図１のＴＦＴアレイ基板を上部から示した平面構成図である。図１は、図２のＡ−Ａにおける断面図に相当する。ここでＴＦＴアレイ基板構造とは、ＴＦＴ及び電極が形成されたフレキシブル基板を含む全体を示すものとして定義される。本実施形態１のＴＦＴアレイ基板は、フレキシブル基板１０５上に形成された配線電極１０３、画素電極１０４、緩衝層１０２、及び緩衝層１０２上に形成されたＴＦＴ１０１で構成される。

ＴＦＴ１０１はゲート電極、ゲート絶縁膜、半導体層、ソース・ドレイン電極という一般的なＴＦＴの基本構成を持つものとする。また、ＴＦＴ１０１は配線電極１０３及び画素電極１０４と、微細配線１０６及び１０７により各々電気的に接続されている。なお微細配線１０６、１０７はＴＦＴ１０１のソース・ドレイン電極を兼ねていても良い。

ＴＦＴ１０１は上述のとおり一般的なＴＦＴの基本構成を持っており、ゲート電極が半導体層の下部に配置されるボトムゲート構造、またはゲート電極が半導体層の上部に配置されるトップゲート構造などが考えられ、また緩衝層１０２上に複数のＴＦＴを配置することも可能である。

図面において、配線電極１０３は、走査線や電源線、データ線、保持容量線などＴＦＴアレイ基板上に形成される全ての配線を代表的に示したものであり、１画素あたり複数本形成されていても良い。

例えば、配線電極が走査線１０８（破線で示す）の場合には、図２の配線電極１０３と交差する方向に延在し、その一部がゲート電極を兼ねてＴＦＴ１０１を貫くように配線されていても良い。

またＴＦＴ１０１は緩衝層１０２上に形成されており、図２に示されたように、少なくとも半導体層は緩衝層１０２が形成された範囲より狭い領域に形成されることにより、湾曲により加えられる歪みを緩衝層１０２により吸収させることが可能となる。

緩衝層１０２は、フレキシブル基板１０５上にフレキシブル基板より薄膜化され、かつ島状に形成されており、フレキシブル基板が湾曲される際に、その上に形成されるＴＦＴ１０１の湾曲による歪みを分散し、湾曲の影響を大幅に低減する機能を有する。

湾曲時の歪みを十分に分散するためには、緩衝層１０２の面積をできるだけ小さくした方が望ましく、最も望ましくは分割された緩衝層一領域につき一つのＴＦＴ１０１が上部に形成される構成である。

しかしながら画素の微細化などにより十分な湾曲耐性が確保できる場合においては、上述したとおり緩衝層一領域に複数のＴＦＴ１０１が形成されていても良く、例えば一画素を駆動するための複数のＴＦＴ全てが緩衝層一領域内に形成されていても良いが、画素領域の面積としては５００μｍ×５００μｍ以下であることが望ましい。なお、フレキシブル基板１０５全面上に緩衝層１０２を形成した場合は、湾曲による歪みが分散されず、所定の作用・効果が得られない。

また上述のとおり、緩衝層１０２は微小領域で歪みを分散させることで湾曲の影響を低減させるため、緩衝層１０２はフレキシブル基板１０５よりも柔軟性のある構造とする。なお、緩衝層１０２の柔軟性は、緩衝層材料の種類、厚み、製法等により設定される。緩衝層１０２の材料としては、フレキシブル基板１０５に使用し得る材料とほぼ同じ材料の選択肢となるが、できるだけ柔軟な有機材料を適用することが好ましい。

緩衝層１０２の材料としては有機高分子材料が有望であり、例えばメタクリル樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリ塩化ビニル、酢酸ビニル、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、セルロース樹脂、ポリエチレン、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリプロピレン、メラミン樹脂、ポリエステル、ポリビニルブチラール、ポリビニルカルバゾール、ポリビニールアセテート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリイミド、ポリエーテルイミド、アセチルセルロース、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、各種の天然ゴムや合成ゴム、またはこれらの共重合体や変性体などを用いることができるが、これらに限定されるものではない。

また緩衝層１０２の形成手法としては、例えば上記の材料を含む溶液を塗布した後に乾燥や硬化させる方法が有効であるが、緩衝層材料として、紫外線硬化や熱硬化、あるいは反応硬化などにより形成される材料を用いることも可能である。

緩衝層１０２の厚みは十分な緩衝を得るために数ｎｍ〜数１００μｍの範囲で自由に設定することが可能であるが、実施の形態１においては緩衝層１０２を厚くすると、緩衝層側面の段差により電極配線の断線が生じる虞がある。よって、実際には微細配線の膜厚を考慮すると１μｍ以下が好ましく、なお好ましくは５０ｎｍ〜５００ｎｍとすることが望まれる。なお、必要に応じて、緩衝層１０２の側面にテーパーを形成して段差を緩和してもよい。

緩衝層１０２を島状に形成するためには、塗布成膜後にフォトリソグラフィーやレーザー照射などによりエッチング加工する方法が容易であるが、インクジェットやノズルコートなどを含む印刷技術を用いてエッチング無しで形成することも可能である。またエッチング法としてはドライエッチング、ウェットエッチングのどちらの手法を用いても構わない。

また緩衝層１０２の成膜については、ディッピングやスプレーコーティング、バーコーティング、ダイコーティング、フレキソ印刷、インクジェット、スパッタ、ＣＶＤ、真空蒸着、スピンコート法など、あらゆる塗布技術や印刷手法、成膜技術を用いて形成することが可能である。

また緩衝層１０２は複数の材料を積層した構造となっていても良く、また一層に複数の材料の混合物で形成されても良い。緩衝層１０２の積層としては、例えば伸縮性の異なる材料を積層し、湾曲による歪みを効果的に抑制するなどの手法を適用することが可能である。また緩衝層１０２の剥離を防ぐため、フレキシブル基板１０５やＴＦＴ１０１と緩衝層１０２の界面に密着性の強い材料を適用する手法も有効である。

また緩衝層材料の表面形態などにより十分なＴＦＴ特性が得られない場合、緩衝層１０２の上部に有機または無機の平坦化層（積層構造を含む）などをさらに設けるのも有効であり、例えばＳｉＯ_ｘ、ＳｉＮ_ｘ、Ｔａ_２Ｏ_５、Ａｌ_２Ｏ_３などの酸化物や窒化物などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。

ＴＦＴ１０１の材料としては、Ｓｉ系の無機半導体材料（アモルファスＳｉ、単結晶Ｓｉ、多結晶Ｓｉなど）や、ＧａＺｎＯ、ＩｎＯ、ＩｎＧａＺｎＯ、ＩｎＧａＯ、ＩｎＺｎＯ、ＺｎＯを含む酸化物半導体材料、ＧａＡｓ、ＧａＮなどその他の無機半導体材料、全ての有機半導体材料など、いかなる半導体材料でも適用することができる。

ＴＦＴ１０１内のゲート電極やソース・ドレイン電極、配線電極１０３、画素電極１０４の材料としては、金属や酸化物材料、有機半導体材料など伝導性を有するあらゆる配線材料を適用することが可能であるが、その一例として金、銀、銅、亜鉛、アルミニウム、イリジウム、カルシウム、ニッケル、ベリリウム、マグネシウム、モリブデン、ロジウム、チタン、タンタル、白金、クロム、タングステン、鉄、スズなどの金属やそれらの合金（例えばニクロム、コンスタンタン、黄銅など）や、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＩＧＺＯ等の酸化物、ポリエチレンジオキシチオフェンなどの導電性高分子材料、カーボンナノチューブやフラーレン、グラフェンなど炭素で構成される材料や、これらの複合材料等が考えられるが、ここに記載された材料に限定されるものではなく、種々の材料を適用することが可能である。

本発明におけるフレキシブル基板１０５とは、柔軟性・湾曲性を有する基板であって、例えば薄板ガラスや、ステンレスなどの薄膜金属基板、あるいは、プラスティック基板等の極薄のフィルムを除く有機材料を用いた基板のことである。なお、有機材料を用いた基板の上に極めて薄い無機絶縁物層（例えば数１０ｎｍ〜数１００ｎｍのＳｉＯ_ｘ、ＳｉＮ_ｘ等）を形成し、バリア性を高めたフレキシブル基板も含まれる。

フレキシブル基板１０５はできるだけ剛性が強い方が耐湾曲性に優れるため、基板材料に有機材料を適用する場合、一般には基板の厚みが２０μｍ以上であることが望ましく、特に十分な湾曲耐性を得るためには５０μｍ以上であるとなお望ましい。

フレキシブル基板に有機材料を適用した場合においては、その主成分となる材料として例えばメタクリル樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリ塩化ビニル、酢酸ビニル、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、セルロース樹脂、ポリエチレン、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリプロピレン、メラミン樹脂、ポリエステル、ポリビニルブチラール、ポリビニルカルバゾール、ポリビニールアセテート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリイミド、ポリエーテルイミド、アセチルセルロース、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、各種の天然ゴムや合成ゴム、またはこれらの共重合体や変性体などを用いることができるが、これらに限定されるものではない。

本実施の形態１のＴＦＴアレイ基板は、フレキシブル基板上に島状の緩衝層を設け、その上にＴＦＴを形成することにより、湾曲による応力が緩和され、高い湾曲耐性を確保できる効果がある。

上記のとおり構成された本実施の形態１によるＴＦＴアレイ基板を、さらに、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、各種電子ペーパー（電子粉琉体）に適用することにより、湾曲耐性に優れたフレキシブルディスプレイ（表示素子及び表示装置）を構成することができる。

（実施の形態２）
以下に、本発明の実施の形態２について説明をする。図３は本発明の実施の形態２のＴＦＴアレイ基板の模式的断面図である。実施の形態１と同一の構成については同一の符号を付し、説明は省略する。実施の形態２に係るＴＦＴアレイ基板の構成は、実施の形態１にかかる構成と比較して、緩衝層１０２がフレキシブル基板１０５内部に埋め込まれている点が相違する。他の部分の機能、構成は図1の実施の形態１と全て同じである。

本実施の形態２では、緩衝層１０２の表面がフレキシブル基板１０５の表面とほぼ同じ高さとなっており、その上に形成されるＴＦＴ１０１、各種の配線及び電極（１０３、１０４、１０６、１０７）は、従来の平坦な基板に形成したＴＦＴの作製技術を、そのまま適用することが可能である。

緩衝層１０２を形成するまでの方法としては、まず、フレキシブル基板１０５の表面をフォトリソグラフィーなどにより緩衝層１０２を形成する範囲をパターニングし、ドライエッチング法やウェットエッチング法などを用いて、基板表面を所定の深さまで部分的に除去する。あるいは各種レーザーなどにより直接描画する手法により、緩衝層１０２を形成する範囲を部分的に除去する手法も適用可能である。更に金型を用いて表面加工する種々の技術を応用することも可能であり、例えば緩衝層の領域に対応した凸状構造が形成された金型を用い、加熱しながらフレキシブル基板表面を直接加工する手法や、注形法などフレキシブル基板の形成時に表面加工を施す手段を適用することもできる。

次に緩衝層材料を埋め込む。緩衝層材料の形成方法は実施の形態１で示したあらゆる手法を適用することが可能であるが、特にインクジェットやノズルコートなどで塗布する手法が効果的である。

緩衝層１０２とフレキシブル基板１０５の表面の高さを一致させる手法として、直接緩衝層１０２を形成する際に揃える手法の他にも、緩衝層１０２を若干厚めに形成した後に表面を研磨やエッチングなどにより揃える手法や、緩衝層１０２の膜厚を小さく設計しておいてフレキシブル基板１０５の表面を研磨やエッチングする手法、またはフレキシブル基板１０５及び緩衝層１０２の両方を研磨やエッチングする手法なども適用可能である。

本実施の形態２では、フレキシブル基板１０５の内部に緩衝層１０２を形成することで、各種電極や配線に対する段差の影響を小さくする効果も期待できる。また、フレキシブル基板１０５の表面のエッチング深さに応じて、緩衝層１０２の厚みを大きくすることも可能であり、電極配線に対する段差を考慮することなく、湾曲による歪みを十分低減させるための緩衝層１０２の最適な厚みを設計することができる。

なお、本実施の形態２では緩衝層１０２とフレキシブル基板１０５の表面の高さが一致しているが、緩衝層１０２の方がフレキシブル基板１０５表面より高い位置にあっても、その反対にフレキシブル基板１０５より緩衝層１０２が低い位置に形成されてあっても構わない。

本実施の形態２のＴＦＴアレイ基板は、湾曲による応力が緩和される効果に加えて、平坦性が向上することにより、電極配線の断線が回避されるとともに、従来の平坦基板でのＴＦＴ製造技術をそのまま適用できる効果がある。

上記のとおり構成された本実施の形態２によるＴＦＴアレイ基板を、さらに、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、各種電子ペーパー（電子粉琉体）に適用することにより、湾曲耐性に優れたフレキシブルディスプレイ（表示素子及び表示装置）を構成することができる。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について説明する。図４は本発明の実施の形態３のＴＦＴアレイ基板の模式的断面図の一例である。実施の形態１と同一の構成については同一の符号を付し、説明は省略する。実施の形態３に係るＴＦＴアレイ基板は、ＴＦＴ１０１が緩衝層１０２の内部に形成され、少なくともその側面を緩衝層１０２で覆った構成となっている。他の部分の機能、構成は実施の形態１、２と同じである。

図４の構成例は、図３の実施の形態２において、緩衝層１０２をフレキシブル基板１０５の内部に埋め込み形成した後、さらに緩衝層１０２の内部をエッチングなどにより除去し、ＴＦＴ１０１の厚みに相当する深さの凹部を形成する。次いで、ＴＦＴ１０１を凹部内に形成し、その後に微細配線１０６、１０７を形成する手法により作製することができる。

なお、図４の構成例は、実施の形態２（図３）の緩衝層１０２の内部にＴＦＴ１０１を形成したが、表面が平坦なフレキシブル基板１０５の表面上に緩衝層１０２を形成した実施の形態１（図１）においても、同様に、緩衝層１０２の厚さを適切に調整した上で、その内部にＴＦＴ１０１を形成することができる。

図４ではＴＦＴ１０１の側面も緩衝層１０２に覆われているため、湾曲の歪みをより効果的に低減させることができる。

図５は、実施の形態３のＴＦＴアレイ基板の模式的断面図の別の例である。この例では、ＴＦＴ１０１の周囲を、側面・表面を含めて緩衝層１０２で覆った構成となっている。

図５の構成例は、緩衝層１０２の形成後にＴＦＴ１０１を形成し、再度緩衝層１０２を形成する手法、あるいは図４のように緩衝層１０２の内部を除去した後ＴＦＴ１０１を形成し、再度緩衝層１０２を形成する手法を用いることが可能である。ＴＦＴとの接続は、何れの手法においても緩衝層１０２にビアを形成後、微細電極１０６、１０７が形成される。

なお、図５の構成例は、実施の形態２（図３）の緩衝層１０２がフレキシブル基板１０５の内部に埋め込まれた構造を前提としたが、表面が平坦なフレキシブル基板１０５の表面上に緩衝層１０２を形成した実施の形態１（図１）においても、同様に、ＴＦＴ１０１の周囲を、側面・表面を含めて緩衝層１０２で覆った構造を実現できる。

図５では、ＴＦＴ１０１の周囲を、側面・表面を含めて緩衝層１０２で覆った構成となっており、湾曲の歪みをより効果的に低減させることができ、より湾曲耐性を高めることができる。

図６は、実施の形態３のＴＦＴアレイ基板の模式的断面図のさらに別の例である。この例では、ＴＦＴ１０１の周囲を、側面・表面を含めて緩衝層１０２で覆った図５の構成において、微細電極１０６、１０７のためのビアの形成を省いた構成となっている。

図６の構成例は、図４のように緩衝層１０２の内部を除去した後ＴＦＴ１０１を形成し、次いで、ビアの形成をすることなく微細電極１０６、１０７を形成し、その後、ＴＦＴ１０１及び微細電極１０６、１０７を覆うように、再度緩衝層１０２を形成するという手順で、ＴＦＴアレイ基板を形成することができる。

図６では、ＴＦＴ１０１の周囲を、側面・表面を含めて緩衝層１０２で覆った構成となっており、湾曲の歪みをより効果的に低減させることができるとともに、ビア形成が省略でき、製造工程の簡略化が図られる。また、微細電極１０６、１０７の平坦化が確保でき、デバイスの信頼性を高めることができる。

なお、図６の構成例は、実施の形態２（図３）の緩衝層１０２がフレキシブル基板１０５の内部に埋め込まれた構造を前提としたが、表面が平坦なフレキシブル基板１０５の表面上に緩衝層１０２を形成した実施の形態１（図１）においても、同様に、ＴＦＴ１０１の周囲を、側面・表面を含めて緩衝層１０２で覆った構造を実現できる。

図４〜図６はＴＦＴ１０１、緩衝層１０２及び微細電極１０６、１０７の構成が図１〜図３と異なるだけであり、その他の内容に関しては図１〜図３の実施形態で示したものと何ら変わるものではない。

さらに上記のように構成された本実施の形態３によるＴＦＴアレイ基板を、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、各種電子ペーパー（電子粉琉体）に適用することにより、湾曲耐性に優れたフレキシブルディスプレイ（表示素子及び表示装置）を構成することができる。

なお、本実施の形態１〜３におけるＴＦＴアレイ基板においては、緩衝層による部分を除けば既存のＴＦＴアレイ基板に用いられる全ての構成要素を組み込むことが可能であり、また既成のＴＦＴアレイ基板の作製に用いられるあらゆる製造方法を適用することができる。同様に、本発明のフレキシブルディスプレイ（表示素子及び表示装置）においては、既存のフレキシブルディスプレイに用いられる全ての構成要素を組み込むことが可能であり、また既成のフレキシブルディスプレイの作製に用いられるあらゆる製造方法を適用することができる。

本発明の一実施例として、次のＴＦＴアレイ基板の試作を行った。図面として図１を参照する。まず有機・無機積層構造であるバリア層（ＳｉＯ_ｘ）が形成されたＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）基板１０５を準備し、その上部に緩衝層材料として熱硬化性樹脂材料（ポリイミド）をスピンコート法により塗布し、ヒーター上で１３０℃以下に加熱して硬化させ、１μｍの厚さの熱硬化性樹脂層を形成した。その上部にスパッタ法によりＳｉＯ_ｘを５０ｎｍ成膜した。さらにその上部にレジスト材料を塗布し、露光・現像によりパターニングし、緩衝層の形成範囲の上部にレジストを形成した。次にドライエッチング法によりＳｉＯ_ｘ及び熱硬化性樹脂を順次除去し、レジストを剥離させることにより緩衝層１０２を島状に形成した。その上部にメタルマスクを用いてＡｌゲート電極（３０ｎｍ）、次いでＤＣスパッタ法によりＳｉＯ_ｘゲート絶縁膜（１００ｎｍ）を形成した。更にメタルマスクを介してスパッタ法によりＩＧＺＯを５０ｎｍ成膜し、Ａｌソース・ドレイン電極（３０ｎｍ）を形成した。

作製したＴＦＴ素子を曲率半径２ｃｍ程度に湾曲させても特にＴＦＴの剥離は見られなかった。また伝達特性を測定した結果、湾曲時と湾曲の無い状態における伝達特性に良い一致性が見られた。さらに、従来技術（非特許文献１）では閾値に大幅な変化が生じたのに対して、本実施例では閾値もずれがなく、良好なＴＦＴ特性が維持されることが確認された。

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。

１０１薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）
１０２緩衝層
１０３配線電極
１０４画素電極
１０５フレキシブル基板
１０６、１０７微細電極
１０８配線電極（走査線）

Claims

柔軟なフレキシブル基板上に画素電極、配線電極、及び薄膜トランジスタが形成された構成を有し、更に前記薄膜トランジスタと前記フレキシブル基板の間に島状に配置された緩衝層が設けられていることを特徴とする薄膜トランジスタアレイ基板。
前記緩衝層が有機高分子材料を主成分とすることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタアレイ基板。
前記緩衝層が二層以上の多層構造から成ることを特徴とする請求項１乃至２のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタアレイ基板。
前記緩衝層の前記薄膜トランジスタと接する面に無機材料がさらに設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載に記載の薄膜トランジスタアレイ基板。
前記緩衝層の表面が前記フレキシブル基板表面と同じ高さになっていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載に記載の薄膜トランジスタアレイ基板。
前記薄膜トランジスタが前記緩衝層の内部に設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載に記載の薄膜トランジスタアレイ基板。
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタアレイ基板が内蔵されることを特徴とする表示装置。