JP2014175342A - 薄膜トランジスタおよび画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可撓性基板上のカラーフィルタ層上に形成された薄膜トランジスタにおいて可撓性基板上に形成されたカラーフィルタと薄膜トランジスタの位置ずれが無く、透過率の高い薄膜トランジスタを提供する。
【解決手段】可撓性の第１の基板上に設けられたカラーフィルタ層とゲート電極と、キャパシタ電極と、ゲート絶縁層と、半導体層と、保護層と、ソース電極およびドレイン電極とを有する薄膜トランジスタであって、前記ゲート電極および前記キャパシタ電極の少なくとも前記ゲート絶縁層と接する面が透明導電酸化物材料で形成されており、前記ゲート電極およびキャパシタ電極上に形成される前記ゲート絶縁層の少なくとも前記ゲート電極およびキャパシタ電極と接する面が絶縁性の酸化物材料からなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、薄膜トランジスタおよび画像表示装置の構造に関するものである。

近年、液晶表示装置（ＬＣＤ）、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）表示装置、電子ペーパー表示装置などの薄膜トランジスタをスイッチング素子として使用したアクティブマトリクス型表示装置が広く使用されている。

これらの表示装置においては、カラー化を行うためにカラーフィルタが使用されている。また、有機ＥＬ表示装置については、発光層を色別に塗り分けることにより、カラー化することも可能であるが、白色ＥＬとカラーフィルタによるカラー化も好適に用いられている。

一般的には、着色層を有するカラーフィルタ基板と薄膜トランジスタの形成されたアクティブマトリクス基板を対抗して設け、その間に液晶やＥＬ発光材料のような表示要素を挟む構成として使用されることが多い。

これらの基板としては、従来はガラス基材を用いることが多いが、一般的に使用されているガラス基板は重く、また厚みがあるため、近年求められている薄型、高精細、軽量かつ可撓性を持つ表示装置を実現するために、プラスチック基板や特殊な極薄ガラスのような可撓性の基材を用いる試みが多くなされている。

しかしながら、可撓性基材をアクティブマトリクス基板およびカラーフィルタ基板のそれぞれの基材として用いた場合、作製工程中の熱伸縮やハンドリングが困難であるなどの問題によって、カラーフィルタ基板とアクティブマトリクス基板内のパターンの位置合わせが非常に困難となることが知られている。そのため、熱伸縮などの少ないガラスを支持基材として使用し、支持基材に可撓性基材を貼り付けて作製工程を通すなどの工夫がなされている。

このようにして、支持基材上に可撓性基板を貼り付けて工程を通すことにより、作製中の基板の熱伸縮は比較的抑えることが可能であるが、アクティブマトリクス基板とカラーフィルタ基板を組み合わせて可撓性の画像表示装置とした後、可撓性基板の熱伸縮や画像表示装置を湾曲させるなどの操作により、作製時に位置合わせした可撓性のアクティブマトリクス基板とカラーフィルタ基板の位置ずれが発生する恐れがある。

特に、近年求められている高精細の画像表示装置においては、消費電力の低減のため開口率を向上することが課題であり、位置ずれに対するマージンを大きく取ることは非常に困難である。

また、可撓性基板上に高性能な薄膜トランジスタを作製するために、従来多く使用されているアモルファスシリコンの〜１０倍程度の移動度を有することが知られている酸化物材料を半導体層として使用する酸化物薄膜トランジスタの開発が盛んに行われている。

酸化物薄膜トランジスタの半導体層としてはＺｎＯ系材料の検討が進められており、特にＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ（ＩＧＺＯ）は、良好な薄膜トランジスタ特性を示す材料として注目されている（非特許文献１）。

金属酸化物からなる酸化物半導体はバンドギャップエネルギーが３ｅＶ程度であり、本来は可視光領域において透明であるはずであるが、バンドギャップ近傍の裾準位の存在のため、バンドギャップエネルギー以下の光でも特性変化が生じてしまう（非特許文献２）。そのため、半導体層への光照射を防ぐためシリコンを半導体として用いたアクティブマトリクス基板と同様に遮光層を用いることが一般的である。

このような問題を解決するために、カラーフィルタ基板上に透明な薄膜トランジスタを設けることにより、薄膜トランジスタの作製時にカラーフィルタと薄膜トランジスタアレイの位置合わせを行い、カラーフィルタと薄膜トランジスタの位置合わせを容易に行い、かつ表示装置とした後も熱収縮や湾曲などにより位置ずれの生じない構造が開発されている。（特許文献１）

このようにカラーフィルタ上に薄膜トランジスタを形成した場合においては、可撓性基板の熱伸縮や基板を湾曲させてもカラーフィルタと薄膜トランジスタの位置ずれは発生しない。

特開２００７−２９８６０１号公報

Ｋ．Ｎｏｍｕｒａ，ｅｔ．ａｌ．，Ｎａｔｕｒｅ，４３２，４８８（２００４）． Ｋ．Ｎｏｍｕｒａ，ｅｔ．ａｌ．，Ｊ．ＳＩＤ，１８，７８９（２０１０）．

しかしながら、カラーフィルタ上に透明な薄膜トランジスタを設けた場合、透明な薄膜トランジスタの電極材料として、透明電極を使用することとなる。特に透明電極としてよく使用されるインジウムスズ酸化物は若干の黄色味を持っており、透明な薄膜トランジスタの透過率の低下や色味のシフトを引き起こすこととなる。

本発明は、以上の点を鑑み、可撓性基板上のカラーフィルタ層上に形成された薄膜トランジスタにおいて可撓性基板上に形成されたカラーフィルタと薄膜トランジスタの位置ずれが無く、透過率の高い薄膜トランジスタおよび画像表示装置を提供する。

第１の発明は、可撓性の第１の基板上に設けられたカラーフィルタ層とゲート電極と、キャパシタ電極と、ゲート絶縁層と、半導体層と、保護層と、ソース電極およびドレイン電極とを有する薄膜トランジスタであって、前記ゲート電極および前記キャパシタ電極の少なくとも前記ゲート絶縁層と接する面が透明導電酸化物材料で形成されており、前記ゲート電極およびキャパシタ電極上に形成される前記ゲート絶縁層の少なくとも前記ゲート電極およびキャパシタ電極と接する面が絶縁性の酸化物材料からなることを特徴とする薄膜トランジスタである。

ゲート電極およびキャパシタ電極の透明導電酸化物材料上に絶縁性の酸化物材料からなるゲート絶縁層を酸化性雰囲気で成膜することにより、ゲート電極およびキャパシタ電極の透明導電酸化物材料の表面の酸素欠損を低減し、より透過率の高いゲート電極／ゲート絶縁膜およびキャパシタ電極／ゲート絶縁膜とすることができ、本発明の薄膜トランジスタの透過率を向上させることが可能となる。

第２の発明は、可撓性の第１の基板上に設けられたカラーフィルタ層とゲート電極と、キャパシタ電極と、ゲート絶縁層と、半導体層と、保護層と、ソース電極およびドレイン電極とを有する薄膜トランジスタであって、前記キャパシタ電極の少なくとも前記ゲート絶縁層と接する面が透明導電酸化物材料で形成されており、前記キャパシタ電極上に形成される前記ゲート絶縁層の少なくとも前記キャパシタ電極と接する面が絶縁性の酸化物材料からなることを特徴とする薄膜トランジスタである。

第３の発明は、可撓性の第１の基板上に設けられたカラーフィルタ層とゲート電極と、キャパシタ電極と、ゲート絶縁層と、半導体層と、保護層と、ソース電極およびドレイン電極とを有する薄膜トランジスタであって、前記ゲート電極およびキャパシタ電極がインジウムスズ酸化物で形成されており、前記ゲート電極およびキャパシタ電極上に形成される前記ゲート絶縁層の前記ゲート電極およびキャパシタ電極と接する面が酸化珪素からなることを特徴とする薄膜トランジスタである。

第４の発明は、可撓性の第１の基板上に設けられたカラーフィルタ層とゲート電極と、キャパシタ電極と、ゲート絶縁層と、半導体層と、保護層と、ソース電極およびドレイン電極とを有する薄膜トランジスタであって、前記キャパシタ電極がインジウムスズ酸化物で形成されており、前記キャパシタ電極上に形成される前記ゲート絶縁層の前記キャパシタ電極と接する面が酸化珪素からなることを特徴とする薄膜トランジスタである。

第５の発明は、第１ないし第４のいずれかの発明において、前記半導体層が金属酸化物材料からなることを特徴とする薄膜トランジスタである。

第６の発明は、第１ないし第５のいずれかの発明の薄膜トランジスタをマトリクス状に配置した構造を有する画像表示装置であって、前記薄膜トランジスタ上に少なくとも表示要素と、対向電極と、対向基板となる第２の基板を有することを特徴とする画像表示装置である。

第７の発明は、第６の発明において、前記可撓性の第１の基板側から画像表示を視認することを特徴とする画像表示装置である。

第８の発明は、第６の発明において、前記可撓性の第２の基板側から画像表示を視認することを特徴とする画像表示装置である。

本発明によれば、可撓性基板上のカラーフィルタ層上に形成された薄膜トランジスタにおいて、ゲート電極やキャパシタ電極の少なくともゲート絶縁層と接する面がインジウムを含む酸化物材料等の透明導電酸化物材料で形成されており、前記ゲート電極上や前記キャパシタ電極上に形成される前記ゲート絶縁層の少なくとも前記ゲート電極や前記キャパシタ電極と接する面が酸化珪素等の絶縁性の酸化物材料で形成されていることにより、可撓性基板上に形成されたカラーフィルタと薄膜トランジスタの位置ずれが無く、透過率の高い薄膜トランジスタおよび画像表示装置を提供することが可能である。

本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタの第１の概略構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタの第２の概略構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る画像表示装置が備える薄膜トランジスタを搭載した基板の第１の概略構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る画像表示装置が備える薄膜トランジスタを搭載した基板の第２の概略構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る画像表示装置の概略構成を示す断面図である。

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、同一の構成要素については同一の符号を付け、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第１の概略構成を示す断面図である。図２は本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタの第２の概略構成を示す断面図である。図３は、本発明の実施の形態に係る画像表示装置において薄膜トランジスタを搭載する基板の概略構成を示す断面図である。図１のＡ−Ａ’は図２および図３のＡ−Ａ’に対応する。本発明の薄膜トランジスタは、可撓性の基板１の上に形成されたカラーフィルタ層２とゲート電極３と、キャパシタ電極４と、ゲート電極３およびキャパシタ電極４上に形成されたゲート絶縁層５とゲート絶縁層５上に形成された半導体層６と半導体層６に接続されたソース電極７およびドレイン電極８と、半導体層６を保護するための保護層９を備えている。

以下、本発明の各構成要素について、薄膜トランジスタの製造工程に沿って説明する。

本発明の実施の形態に係る可撓性の基板（第１の基板）１としては、具体的に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レート、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、トリアセチルセルロース、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、耐候性ポリエチレンテレフタレート、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系樹脂、可撓性を持つガラス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よいが、二種以上を積層した複合の可撓性の基板１として使用することもできる。

本発明の実施の形態に係る基板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）を形成することが好ましい。ガスバリア層としては酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化珪素（ＳｉＯ）、窒化珪素（ＳｉＮ）、酸化窒化珪素（ＳｉＯＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）およ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法およびゾル−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。

本発明の実施の形態に係るカラーフィルタ層２は、赤色着色部（Ｒ）、緑色着色部（Ｇ）、青色着色部（Ｂ）の３色、もしくは赤色着色部（Ｒ）、緑色着色部（Ｇ）、青色着色部（Ｂ）、無色部（Ｗ）の４色から形成されていることが好ましいが、これらに限定されるものではない。前記カラーフィルタの着色層（Ｒ，Ｇ，ＢまたはＲ，Ｇ，Ｂ，Ｗ）は、それぞれ所定幅の線条(ストライプ)マトリクス状、または所定サイズの矩形マトリクス状等、適宜パターン状にパターニングされている。また、カラー化を行うための着色層の他に、半導体層などへの光照射を防ぐためのブラックマトリクス（ＢＭ）を設けても良い。

カラーフィルタ層２の着色層はフォトリソ法、凸版印刷法、反転印刷法、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。また、ブラックマトリクスを設ける際も同様である。

カラーフィルタ層２の着色パターン形成後に、着色パターンを保護し、着色層によって生じる凹凸を軽減するために、前記着色層上に例えば、アクリルポリマーなどの樹脂または酸化珪素のような無機材料による保護層が好適に設けられる。

本発明の実施の形態に係るゲート電極３、キャパシタ電極４、ソース電極７およびドレイン電極８は、電極部分と配線部分は明確に分かれている必要はなく、本発明では特に各薄膜トランジスタの構成要素としては電極と呼称している。また電極と配線を区別する必要のない場合には、合わせてゲート、ソース、ドレイン等と記載する。

本発明の実施の形態に係る電極であるゲート電極３は、透明薄膜トランジスタを構成する要素であるため、透明であることが好ましいが、後述の図４に示すように、その配線抵抗を低減させるためにゲート電極３の配線部分またはその一部を導電性の高い不透明な金属材料で形成し、ゲート電極補助配線３ａを形成してもよい。また、半導体層への光照射を防止するために、ゲート電極３の少なくとも半導体層６のチャネル部分と重なる範囲を不透明な金属材料で形成することもできる。

本発明の実施の形態に係る電極であるキャパシタ電極４は、透明薄膜トランジスタを構成する要素であるため、透明な材料で形成することにより、画素の開口率を大きくすることが可能であるため、透明な材料で形成することが好ましいが、後述の図４に示すように、その配線抵抗を低減させるためにはキャパシタ電極４の配線部分またはその一部を導電性の高い金属材料で形成し、キャパシタ電極補助配線４ａを形成してもよい。

ゲート電極３およびキャパシタ電極４としては、例えば、酸化インジウム（ＩｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などの透明性を有する酸化物材料を組み合わせて導電性の透明酸化物材料として用いることができる。特に酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）や酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）などは好適に用いることができるがこの限りではない。

ゲート電極３およびキャパシタ電極４の一部として使用する金属材料としては、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、銀（Ａｇ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、マンガン（Ｍｎ）などの導電性材料を用いることができるが、本発明ではこれらに限定されるものではない。これらの材料は単層で用いても構わないし、積層および合金等として用いても構わない。

本発明において透明であるとは、近紫外および可視光領域である４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲での透過率が７０％以上であることである。また、本発明において不透明であるとは、同様の範囲において透過率が１％以下であることを言う。

ゲート電極３およびキャパシタ電極４は、真空蒸着法、スパッタ法などの真空成膜法やゾル−ゲル法、スクリーン印刷、凸版印刷、インクジェット法などのウェット成膜法で形成することができるが、これらに限定されず、公知一般の方法を用いることができる。パターニングは、例えばフォトリソグラフィ法を用いてパターン形成部分をレジストなどにより保護し、エッチングによって不要部分を除去して行うことができるが、これについてもこの方法に限定されず、公知一般のパターニング方法を用いることができる。

次にゲート電極３およびキャパシタ電極４を覆うようにゲート絶縁層５を形成する。ゲート絶縁層５は、ゲート電極３およびキャパシタ電極４の接続部を除き、基板上全面に形成することができる。本発明の実施の形態に係るゲート絶縁層５は透明導電酸化物材料で形成されたゲート電極３およびキャパシタ電極４と接する面が酸化性雰囲気で成膜された絶縁性の酸化物材料によって形成される。

ゲート絶縁層５は酸化珪素（ＳｉＯ_ｘ）、酸化アルミニウム（ＡｌＯ_ｘ）、酸化タンタル（ＴａＯ_ｘ）、酸化イットリウム（ＹＯ_ｘ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_ｘ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ_ｘ）やこれらを組み合わせた絶縁性の酸化物材料を使用することができる。これらは、単層または２層以上積層してもよいし、成長方向に向けて組成を傾斜したものでも構わない。また、これらの絶縁性の酸化物材料の上に、窒化珪素、酸化窒化珪素や、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等のポリアクリレート、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルフェノール（ＰＶＰ）等の材料を積層してもよい。

ゲート絶縁層５は、薄膜トランジスタのゲートリーク電流を抑えるために、その抵抗率が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、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、ホットワイヤーＣＶＤ法等の真空成膜法や、スピンコート法、ダイコート法、スクリーン印刷法等のウェット成膜法を材料に応じて適宜用いて形成される。

ゲート電極３およびキャパシタ電極４の透明導電酸化物材料上に絶縁性の酸化物材料からなるゲート絶縁層５を酸化性雰囲気で成膜することにより、ゲート電極３およびキャパシタ電極４の透明導電酸化物材料の表面の酸素欠損を低減し、より透過率の高いゲート電極３／ゲート絶縁膜５およびキャパシタ電極４／ゲート絶縁膜５の積層体を形成することができ、本発明の薄膜トランジスタの透過率を向上させることが可能となる。このように、本実施形態では、ゲート電極３およびキャパシタ電極４の少なくともゲート絶縁層５と接する面が透明導電酸化物材料で形成されており、ゲート電極３およびキャパシタ電極４上に形成されるゲート絶縁層５の少なくともゲート電極３およびキャパシタ電極４と接する面が絶縁性の酸化物材料からなる。また、あるいは、キャパシタ電極４の少なくともゲート絶縁層５と接する面が透明導電酸化物材料で形成されており、キャパシタ電極４上に形成されるゲート絶縁層５の少なくともキャパシタ電極４と接する面が絶縁性の酸化物材料からなっていてもよい。

次に、半導体層６を形成する。本発明の実施の形態に係る半導体層６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。酸化物半導体材料は亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、タングステン（Ｗ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、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、例えば、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）、及び酸化亜鉛インジウムガリウム（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ）などの材料が挙げられる。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６は、ＣＶＤ法、スパッタリング法、パルスレーザー堆積法、真空蒸着法などの真空成膜法や、有機金属化合物を前駆体とするゾルゲル法や化学浴堆積法、また、金属酸化物の微結晶およびナノ結晶を分散させた溶液を塗布する方法等のウェット成膜法を用いることができるが、これらに限定されず、公知一般の方法を用いることができる。

半導体層６のパターニングには、例えばフォトリソグラフィ法を用いてパターン形成部分をレジストなどにより保護し、エッチングによって不要部分を除去して行うことができるが、印刷法などを用いて成膜とパターニングを同時に行っても良い。これについてもこの方法に限定されず、公知一般のパターニング方法を用いることができる。

本発明の実施の形態におけるソース電極７およびドレイン電極８は、それぞれ半導体層６と接続されるように形成される。ソース電極７およびドレイン電極８は、透明薄膜トランジスタを構成する要素であるため、透明な材料で形成することにより、画素の開口率を大きくすることが可能であるため、透明な材料で形成することが好ましいが、その配線抵抗を低減させるために、ソース電極７の配線部分またはその一部およびドレイン電極８の一部を導電性の高い金属材料で形成し、ソース電極補助配線およびドレイン電極補助配線を形成してもよい。

ソース電極７およびドレイン電極８については、前述したゲート電極３およびキャパシタ電極４と同様の材料および形成方法で使用することができる。

本発明の実施の形態における保護層９は半導体層６のバックチャネル部を保護するために形成される。保護層９は少なくとも半導体層４のチャネル部分と重なる領域であるバックチャネル部分を覆うように形成される。保護層９はソース電極７およびドレイン電極８の下に設けても良いし、ソース電極７およびドレイン電極８の上に設けても良い。図１には、保護層９がソース電極７およびドレイン電極８の上に設けられた場合の構成が示されており、図２には保護層９がソース電極７およびドレイン電極８の下に設けられた場合の構成が示されている。

保護層９としては、酸化珪素、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、酸化ジルコニウム、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）、ＰＶＰ（ポリビニルフェノール）等の絶縁材料が挙げられるがこれらに限定されるものではない。保護層９の材料の抵抗率は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。

保護層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法、光ＣＶＤ法、ホットワイヤーＣＶＤ法等の真空成膜法や、スピンコート法、ダイコート法、スクリーン印刷法等のウェット成膜法を材料に応じて適宜用いて形成される。これらの保護層９は単層として用いても構わないし、２層以上積層して用いることもできる。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。

図３に示すように、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタを用いて画像表示装置とするために薄膜トランジスタ上に層間絶縁膜１０と、画素電極１１を形成する。さらに対向基板１４と画素電極１１の間に画像を表示するための表示要素１２を設け本発明の画像表示装置とする。

本発明の実施の形態に係る層間絶縁膜１０は、ソース電極７を他の電極と絶縁するために設けられる。層間絶縁膜１０は、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、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、酸化ジルコニウム、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）、ＰＶＰ（ポリビニルフェノール）透明性ポリイミド、ポリエステル、エポキシ樹脂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、保護層９が層間絶縁膜１０としての働きをなす場合は保護層９兼層間絶縁膜１０として用いることができる。

層間絶縁膜１０はその抵抗率が１０^１１Ωｃｍ以上、特に１０^１４Ωｃｍ以上であることが好ましい。層間絶縁膜１０はゲート絶縁層５あるいは保護層９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。また、２層以上積層して用いても良い。

層間絶縁膜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、光ＣＶＤ法、ホットワイヤーＣＶＤ法等のドライ成膜法や、スピンコート法、ディップコート法、スクリーン印刷法等のウェット成膜法を材料に応じて適宜用いて形成される。

層間絶縁膜１０は、ドレイン電極８上に開口部を有しており、ドレイン電極８と画素電極１１を接続させることができる。開口部は層間絶縁膜１０の形成と同時または形成後にフォトリソグラフィ法やエッチング等の公知の方法を用いて設けられる。層間絶縁膜１０を用いることにより、ソース電極７上にも画素電極を形成することが可能になるため、画像表示装置の開口率を向上させることができる。

次に層間絶縁膜１０上に導電性材料を成膜し、所定の画素形状にパターニングして本発明の実施の形態に係る画素電極１１を形成する。

画素電極１１は透明性を持つ導電性材料によって形成される。例えば、酸化インジウム（ＩｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などの透明性を有する酸化物材料を組み合わせて導電性の透明酸化物材料として用いることができる。特に酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）や酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）などは好適に用いる。また、微細な銀ナノワイヤーやカーボンナノチューブなどを分散した膜も透明性を持つ導電性材料として用いることができるがこの限りではない。

画素電極１１は、真空蒸着法、スパッタ法などの真空成膜法やゾル−ゲル法、スクリーン印刷、凸版印刷、インクジェット法などのウェット成膜法で形成することができるが、これらに限定されず、公知一般の方法を用いることができる。パターニングは、例えばフォトリソグラフィ法を用いてパターン形成部分をレジストなどにより保護し、エッチングによって不要部分を除去して行うことができるが、これについてもこの方法に限定されず、公知一般のパターニング方法を用いることができる。

さらに、画素電極１１上に表示要素１２、対向電極１３および対向基板１４を設けることで、図５に示したような、薄膜トランジスタをマトリクス状に配置した構造を有する本発明の画像表示装置とすることができる。表示要素の例としては、液晶、有機エレクトロルミネッセンス、および電気泳動方式（電子ペーパー）の表示要素等が挙げられる。対向基板（第２の基板）１４は、例えば可撓性の基板である。図４、図５では、画像表示装置内で引き回される配線の抵抗を低減するために、ゲート電極補助配線３ａおよびキャパシタ電極補助配線４ａの上を透明導電材料で覆うようにして、ゲート電極３およびキャパシタ電極４を形成している。

表示要素１２、対向電極１３および対向基板１４の積層方法としては、画素電極１１上に対向基板１４、対向電極１３、表示要素１２の形成された積層体を貼り合わせる方法や、画素電極１１上に表示要素１２を形成し、対向電極１３の形成された対向基板１４を貼り合せる方法、画素電極１１上に表示要素１２、対向電極１３、対向基板１４を順次積層する方法など、表示要素の種類により適宜選択すればよい。

本発明の実施の形態における対向電極１３は、透過型の画像表示装置として用いる際は、画素電極１１と同様に透明な導電材料が使用される。

また、本発明の画像表示装置を反射型の表示要素１０を用いて作製する場合は、対向電極１３は、透明である必要は無く、透明導電材料に加え、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、銀（Ａｇ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、マンガン（Ｍｎ）などの金属材料も使用することができる。

反射型の画像表示する際には対向電極１３を反射電極として使用することも可能である。その場合は、反射率の高いＡｌやＡｇ、その合金が好適に用いられる。

本発明の実施の形態における対向基板１４は、前述の基板１と同様に可撓性の基板を使用することができる。

本発明の実施例として、図５に示す画像表示装置を作製した。
可撓性の基板１として膜厚３０μｍの透明性ポリイミドを用いた。可撓性の基板１は、ガラス上に透明性ポリイミド原料を塗布し、その後焼成して作製した。ガラス基材はそのまま支持基材として使用し、画像表示装置作製の工程を行った。

基板１上に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、無色（Ｗ）の感光性材料をそれぞれ、塗布、露光、現像、焼成することにより、所望の形状にパターニングし、カラーフィルタ層の着色層を形成した。その上に、オーバーコート層を塗布してカラーフィルタ層２とした。

カラーフィルタ層２上に、ＤＣマグネトロンスパッタ法を用いてＡｌ合金を２００ｎｍの膜厚で成膜し、フォトリソグラフィ法により所望の形状にパターニングを行った。具体的には、感光性ポジ型フォトレジストを塗布後、マスク露光、アルカリ現像液による現像を行い、所望の形状のレジストパターンを形成した。さらにエッチング液によりエッチングを行い、不要なＡｌ合金を溶解させた。その後、レジスト剥離液によりフォトレジストを除去し、所望の形状のＡｌ合金の電極を形成し、ゲート電極補助配線３ａおよびキャパシタ電極補助配線４ａを形成した（以下、このようなパターニング方法をフォトリソグラフィ法として省略する）。さらにその上にＤＣマグネトロンスパッタリングにより透明導電材料であるＩＴＯを１００ｎｍの膜厚で成膜し、前述のようなフォトリソグラフィ法によりパターニングを行い、Ａｌ合金補助配線とＩＴＯからなるゲート電極３およびキャパシタ電極４を形成した。

次に、ゲート電極３およびキャパシタ電極４の上に、ゲート絶縁層５として、ＰＥＣＶＤ法により酸化珪素（ＳｉＯ_ｘ）を４００ｎｍの膜厚で成膜した。

その後、スパッタリング法により酸化亜鉛インジウムガリウム（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ）を４０ｎｍの膜厚で成膜し、フォトリソグラフィ法によりパターニングを行い、半導体層６とした。

続いて、ＰＥＣＶＤ法により酸化珪素を１５０ｎｍの膜厚で成膜し、フォトリソグラフィ法およびＣＦ_４ガスを用いたドライエッチング法により不要な酸化珪素を除去し、保護層９を形成した。

ＩＴＯを１００ｎｍの膜厚で成膜し、フォトリソグラフィ法によりパターニングを行い、ソース電極７およびドレイン電極８を形成した。さらにＡｌ合金を２００ｎｍの膜厚で成膜し、パターニングを行い、ソース電極補助配線を形成した。

次に、ネガ型の感光性樹脂を塗布し、露光、現像、焼成を行い、層間絶縁膜１０を形成した。

層間絶縁膜１０上にＩＴＯを１００ｎｍの膜厚で成膜し、フォトリソグラフィ法によりパターニングを行って画素電極１１を形成した。

表示要素１２、対向電極１３、対向基板１４として、電気泳動表示要素である電子ペーパー表示要素を貼り付けた。その後、可撓性の基材１を支持基材であるガラス基材から剥離して、実施例の可撓性の画像表示装置とした。

比較例

本発明の比較例の画像表示装置を作製した。可撓性の基板１として膜厚３０μｍの透明性ポリイミドを用いた。可撓性の基板１は、ガラス上に透明性ポリイミド原料を塗布し、その後焼成して作製した。ガラス基材はそのまま支持基材として使用し、画像表示装置作製の工程を行った。

基板１上に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、無色（Ｗ）の感光性材料をそれぞれ、塗布、露光、現像、焼成することにより、所望の形状にパターニングし、カラーフィルタ層の着色層を形成した。その上に、オーバーコート層を塗布してカラーフィルタ層２とした。

カラーフィルタ層２上に、ＤＣマグネトロンスパッタ法を用いてＡｌ合金を２００ｎｍの膜厚で成膜し、フォトリソグラフィ法により所望の形状にパターニングを行った。具体的には、感光性ポジ型フォトレジストを塗布後、マスク露光、アルカリ現像液による現像を行い、所望の形状のレジストパターンを形成した。さらにエッチング液によりエッチングを行い、不要なＡｌ合金を溶解させた。その後、レジスト剥離液によりフォトレジストを除去し、所望の形状のＡｌ合金の電極を形成し、ゲート電極補助配線３ａおよびキャパシタ電極補助配線４ａを形成した（以下、このようなパターニング方法をフォトリソグラフィ法として省略する）。さらにその上にＤＣマグネトロンスパッタリングにより透明導電材料であるＩＴＯを１００ｎｍの膜厚で成膜し、前述のようなフォトリソグラフィ法によりパターニングを行い、Ａｌ合金補助配線とＩＴＯからなるゲート電極３およびキャパシタ電極４を形成した。

次に、ゲート電極３およびキャパシタ電極４の上に、ゲート絶縁層５として、ＰＥＣＶＤ法により窒化珪素（ＳｉＮ_ｘ）を４００ｎｍの膜厚で成膜した。

その後、スパッタリング法により酸化亜鉛インジウムガリウム（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ）を４０ｎｍの膜厚で成膜し、フォトリソグラフィ法によりパターニングを行い、半導体層６とした。

続いて、ＰＥＣＶＤ法により酸化珪素を１５０ｎｍの膜厚で成膜し、フォトリソグラフィ法およびＣＦ_４ガスを用いたドライエッチング法により不要な酸化珪素を除去し、保護層９を形成した。

ＩＴＯを１００ｎｍの膜厚で成膜し、フォトリソグラフィ法によりパターニングを行い、ソース電極７およびドレイン電極８を形成した。さらにＡｌ合金を２００ｎｍの膜厚で成膜し、パターニングを行い、ソース電極補助配線を形成した。

次に、ネガ型の感光性樹脂を塗布し、露光、現像、焼成を行い、層間絶縁膜１０を形成した。

層間絶縁膜１０上にＩＴＯを１００ｎｍの膜厚で成膜し、フォトリソグラフィ法によりパターニングを行って画素電極１１を形成した。

表示要素１２、対向電極１３、対向基板１４として、電気泳動表示要素である電子ペーパー表示要素を貼り付けた。その後、可撓性の基材１を支持基材であるガラス基材から剥離して、実施例の可撓性の画像表示装置とした。

[発明の効果]
本発明の実施例と比較例について、比較したところ、比較例においては、ゲート電極３およびキャパシタ電極４においては可視光領域における短波長側の透過率が低下して黄色味が増し、画像表示装置の表示においても暗く、黄色味の強い表示となった。一方、実施例の画像表示装置においては、良好な透過性を有しており、良好な表示が得られた。

以上の結果より、本発明を用いることにより、可撓性基板上のカラーフィルタ層上に形成された透明薄膜トランジスタにおいて、カラーフィルタと薄膜トランジスタの位置ずれが無く、透過率の高い薄膜トランジスタおよび画像表示装置を提供することが可能である。

本発明は、液晶表示装置（ＬＣＤ）、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）表示装置、電子ペーパー表示装置などの表示装置に適用可能である。

１・・・基板
２・・・カラーフィルタ層
３・・・ゲート電極
４・・・キャパシタ電極
５・・・ゲート絶縁層
６・・・半導体層
７・・・ソース電極
８・・・ドレイン電極
９・・・保護層
１０・・・層間絶縁膜
１１・・・画素電極
１２・・・表示要素
１３・・・対向電極
１４・・・対向基板
３ａ・・・ゲート電極補助配線
４ａ・・・キャパシタ電極補助配線

Claims (8)

1. 可撓性の第１の基板上に設けられたカラーフィルタ層とゲート電極と、キャパシタ電極と、ゲート絶縁層と、半導体層と、保護層と、ソース電極およびドレイン電極とを有する薄膜トランジスタであって、
   前記ゲート電極および前記キャパシタ電極の少なくとも前記ゲート絶縁層と接する面が透明導電酸化物材料で形成されており、前記ゲート電極およびキャパシタ電極上に形成される前記ゲート絶縁層の少なくとも前記ゲート電極およびキャパシタ電極と接する面が絶縁性の酸化物材料からなることを特徴とする薄膜トランジスタ。
2. 可撓性の第１の基板上に設けられたカラーフィルタ層とゲート電極と、キャパシタ電極と、ゲート絶縁層と、半導体層と、保護層と、ソース電極およびドレイン電極とを有する薄膜トランジスタであって、
   前記キャパシタ電極の少なくとも前記ゲート絶縁層と接する面が透明導電酸化物材料で形成されており、前記キャパシタ電極上に形成される前記ゲート絶縁層の少なくとも前記キャパシタ電極と接する面が絶縁性の酸化物材料からなることを特徴とする薄膜トランジスタ。
3. 可撓性の第１の基板上に設けられたカラーフィルタ層とゲート電極と、キャパシタ電極と、ゲート絶縁層と、半導体層と、保護層と、ソース電極およびドレイン電極とを有する薄膜トランジスタであって、
   前記ゲート電極およびキャパシタ電極がインジウムスズ酸化物で形成されており、前記ゲート電極およびキャパシタ電極上に形成される前記ゲート絶縁層の前記ゲート電極およびキャパシタ電極と接する面が酸化珪素からなることを特徴とする薄膜トランジスタ。
4. 可撓性の第１の基板上に設けられたカラーフィルタ層とゲート電極と、キャパシタ電極と、ゲート絶縁層と、半導体層と、保護層と、ソース電極およびドレイン電極とを有する薄膜トランジスタであって、
   前記キャパシタ電極がインジウムスズ酸化物で形成されており、前記キャパシタ電極上に形成される前記ゲート絶縁層の前記キャパシタ電極と接する面が酸化珪素からなることを特徴とする薄膜トランジスタ。
5. 前記半導体層が金属酸化物材料からなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタをマトリクス状に配置した構造を有する画像表示装置であって、前記薄膜トランジスタ上に少なくとも表示要素と、対向電極と、対向基板となる可撓性の第２の基板とを有することを特徴とする画像表示装置。
7. 前記可撓性の第１の基板側から画像表示を視認することを特徴とする請求項６に記載の画像表示装置。
8. 前記可撓性の第２の基板側から画像表示を視認することを特徴とする請求項６に記載の画像表示装置。

Images