JP2016048286A - 表示装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】一態様における課題は、光照射に起因する薄膜トランジスタの特性劣化を抑制し、安定した表示が可能な表示装置および表示装置の製造方法を提供することにある。【解決手段】実施形態によれば、表示装置は、半導体層ＳＣと、半導体層に接して設けられた絶縁層３０と、絶縁層を介して、半導体層の少なくとも一部に重畳して設けられたゲート電極ＧＥと、を有する薄膜トランジスタＴＲと、半導体層に対して、絶縁層の反対側に設けられたレンズ２０と、を備えている。レンズは、このレンズ側から半導体層に向かって入射する光を、半導体層から半導体層の平面方向に外れた位置に集光するように設けられている。【選択図】図４

Description

本発明の実施形態は、薄膜トランジスタを有する表示装置および表示装置の製造方法に関する。

近年、半導体装置として薄膜トランジスタを備えた表示装置が実用化されている。表示装置の一例として、液晶表示装置や有機エレクトロルミネッセンス表示装置等が挙げられる。

一般的な薄膜トランジスタは、アモルファスシリコンやポリシリコンなどからなる半導体層を備えている。また、最近では、酸化インジウムガリウム亜鉛（ＩＧＺＯ）を代表例とする酸化物半導体層を備えた薄膜トランジスタが盛んに検討されている。
このような薄膜トランジスタにおいては、特に半導体層の裏面側から照射された光が半導体層に入射すると、閾値電圧がシフトし、表示性能の劣化を招くことが知られている。特に、トップゲート構造の薄膜トランジスタを表示装置に用いた場合、バックライト光が半導体層に直接照射されるため、問題となる。

このような閾値電圧のシフトを抑制する目的で、半導体層の直下に金属遮光膜を配置し、バックライトからの光を遮光する技術が提案されている。しかしながら、この場合、遮光金属層の影響によりカップリングが発生し、薄膜トランジスタのオン動作に影響を与える。これにより、薄膜トランジスタの線形領域と飽和領域における閾値電圧特性が変わってしまうという問題が生じる。

また、薄膜トランジスタが設けられているガラス基板の一部をレンズ形状に加工したものが提案されている。この場合、ガラス基板に含まれるＮａなどのアルカリ金属が拡散し、薄膜トランジスタの信頼性に悪影響を及ぼし、さらにガラス基板の強度が低下し、基板割れを起こす可能性がある。

特開２０１２−０４７８４０号公報 特開２０１１−２２１３２８号公報 特開２００３−１７７２１１号公報 特開２００３−１３１０１３号公報

この発明の実施形態の課題は、光照射に起因する薄膜トランジスタの特性劣化を抑制し、安定した表示が可能な表示装置および表示装置の製造方法を提供することにある。

実施形態に係る表示装置は、半導体層と、前記半導体層に接して設けられた絶縁層と、前記絶縁層を介して、前記半導体層の少なくとも一部に重畳して設けられたゲート電極と、を有する薄膜トランジスタと、前記半導体層に対して、前記絶縁層の反対側に設けられたレンズと、を備えている。前記レンズは、前記レンズ側から前記半導体層に向かって入射する光を、前記半導体層から半導体層の平面方向に外れた位置に集光するように設けられている。

図１は、第１の実施形態に係る表示装置の一構成例を概略的に示す図。 図２は、図１に示した表示装置に適用するアレイ基板の一構成例を概略的に示す平面図。 図３は、図２の線Ａ−Ａに沿ったアレイ基板の断面図。 図４は、図２の線Ｂ−Ｂに沿ったアレイ基板の断面図。 図５は、レンズの焦点距離を説明するための概略図。 図６は、前記アレイ基板の製造工程を示す断面図。 図７は、前記アレイ基板のエッチング工程の構成例を示す断面図。 図８は、前記アレイ基板の製造工程を示す断面図。 図９は、前記アレイ基板の製造工程を示す断面図。 図１０は、前記アレイ基板の製造工程を示す断面図。 図１１は、第１の変形例に係る表示装置のアレイ基板の断面図。 図１２は、第２の変形例に係る表示装置のアレイ基板の断面図。 図１３は、第３の変形例に係る表示装置のアレイ基板の断面図。 図１４は、第４の変形例に係る表示装置のアレイ基板の一構成例を外ｙ楽的に示す平面図。 図１５は、図１４の線Ｃ−Ｃに沿ったアレイ基板の断面図。 図１６は、図１４の線Ｄ−Ｄに沿ったアレイ基板の断面図。

以下、図面を参照しながら、この発明の実施形態について詳細に説明する。
なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更であって容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の表示装置の一構成例を概略的に示す図である。ここでは、薄膜トランジスタを有する表示装置として、液晶表示装置を例に説明する。液晶表示装置１は、例えばスマートフォン、タブレット端末、携帯電話機、ノートブックタイプＰＣ、携帯型ゲーム機、電子辞書、或いはテレビ装置などの各種の電子機器に組み込んで使用することができる。

図１に示すように、液晶表示装置１は、アレイ基板ＳＵＢ１と、液晶層を挟んでアレイ基板に対向する図示しない対向基板と、を備えている。液晶表示装置１は、光透過性を有する絶縁基板１５と、絶縁基板１５上に設けられ、画像を表示する表示部（アクティブエリア）ＡＣＴと、表示部ＡＣＴを駆動する駆動回路ＧＤ、ＳＤと、を備えている。表示部ＡＣＴは、マトリクス状に配置された複数の表示画素ＰＸを備えている。絶縁基板１５の背面側には、後述するバックライト１２が対向配置されている。

表示部ＡＣＴには、ゲート配線Ｇ（Ｇ１〜Ｇｎ）、ソース配線（信号線）Ｓ（Ｓ１〜Ｓｍ）、電源配線ＶＣＯＭなどが形成されている。各ゲート配線Ｇは、表示部ＡＣＴの外側に引き出され、ゲート駆動回路ＧＤに接続されている。各ソース配線Ｓは、表示部ＡＣＴの外側に引き出され、ソース駆動回路ＳＤに接続されている。電源配線ＶＣＯＭは、後述する対向電極と電気的に接続されている。
駆動回路ＧＤ、ＳＤは、表示部ＡＣＴの外側で絶縁基板１５上に一体的に形成され、これらの駆動回路ＧＤ、ＳＤにコントローラ１１が接続されている。

各表示画素ＰＸは、液晶容量ＣＬＣ、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）ＴＲ、液晶容量ＣＬＣと並列の蓄積容量ＣＳなどを備えている。液晶容量ＣＬＣは、薄膜トランジスタＴＲに接続された画素電極ＰＥと、コモン電位の電源配線ＶＣＯＭと電気的に接続された対向電極ＣＥと、液晶層とを備えている。
薄膜トランジスタＴＲは、ゲート配線Ｇ及びソース配線Ｓに電気的に接続されている。ゲート配線Ｇには、ゲート駆動回路ＧＤから、薄膜トランジスタＴＲをオンオフ制御するための制御信号が供給される。ソース配線Ｓには、ソース駆動回路ＳＤから、映像信号が供給される。薄膜トランジスタＴＲは、ゲート配線Ｇに供給された制御信号に基づいてオンした際、ソース配線Ｓに供給された映像信号に応じた画素電位を画素電極ＰＥに書き込む。コモン電位の対向電極ＣＥと画素電位の画素電極ＰＥとの間の電位差により、液晶層に印加される電圧が制御される。

蓄積容量ＣＳは、液晶層に印加される電圧を一定期間保持するものであって、絶縁層を介して対向する一対の電極で構成されている。本実施形態では、蓄積容量ＣＳは、画素電極ＰＥと、絶縁層を介して画素電極ＰＥに対向する対向電極ＣＥと、これらの電極間に設けられた絶縁層と、で構成されている。
ゲート駆動回路ＧＤおよびソース駆動回路ＳＤは、それぞれスイッチング素子として機能する複数の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）ＴＲを備えている。

図２は、液晶表示装置１に適用可能なアレイ基板の一構成例を概略的に示す平面図、図３は、図２の線Ａ−Ａに沿ったアレイ基板および薄膜トランジスタの断面図、図４は、図２の線Ｂ−Ｂに沿ったアレイ基板および薄膜トランジスタの断面図である。
アレイ基板ＳＵＢ１は、光透過性を有する絶縁基板１５を用いて形成されている。絶縁基板１５としては、ガラス基板、あるいは、ポリイミド等の樹脂基板により形成されたフレキシブルな絶縁基板を用いることができる。

アレイ基板ＳＵＢ１は、絶縁基板１５の上に、各表示画素ＰＸを構成する薄膜トランジスタＴＲ、ゲート配線Ｇ、ソース配線Ｓ、画素電極ＰＥ、対向電極ＣＥ、薄膜トランジスタＴＲに対向するレンズ、並びに、ゲート駆動回路ＧＤおよびソース駆動回路ＳＤを構成する複数の薄膜トランジスタＴＲを備えている。

図２ないし図４に示す構成例では、第１絶縁層としての絶縁基板１５は、樹脂基板、例えば、ポリイミドによりフレキシブルに形成されている。絶縁基板１５の内面１５Ａは、第２絶縁層（アンダーコート層）１６により覆われている。第２絶縁層１６は、シリコン酸化物（ＳｉＯ_ｘ）層１７、シリコン窒化物（ＳｉＮ_ｙ）層１８、シリコン酸化物（ＳｉＯ_ｘ）層１９などを順次積層して形成されている。第２絶縁層１６は、絶縁基板１５と屈折率が相違している。絶縁基板１５の屈折率は１．６、シリコン酸化物層１７、１９の屈折率は１．５、シリコン窒化物層１８の屈折率は１．９程度である。
本実施形態において、絶縁基板１５および第２絶縁層１６により、レンズ（レンズ層）２０が形成されている。このレンズ２０については後で詳細に説明する。

薄膜トランジスタＴＲは、第２絶縁層１６上に設けられた半導体層ＳＣ、ゲート絶縁層３０を挟んで半導体層ＳＣの上に設けられたゲート電極ＧＥ、半導体層ＳＣおよびゲート電極ＧＥを覆う第３絶縁層（層間絶縁層）３２上に設けられたソース電極ＳＥおよびドレイン電極ＤＥを有し、トップゲート型のトランジスタを構成している。

薄膜トランジスタＴＲを構成する半導体層として、例えば、酸化物半導体層ＳＣを用いている。酸化物半導体層ＳＣは、例えば、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）、スズ（Ｓｎ）から選ばれた少なくとも１つを含む酸化物によって形成されている。酸化物半導体層ＳＣを形成する代表的な例としては、例えば、酸化インジウムガリウム亜鉛（ＩｎＧａＺｎＯ）、酸化インジウムガリウム（ＩｎＧａＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩｎＺｎＯ）、酸化亜鉛スズ（ＺｎＳｎＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などが挙げられる。

酸化物半導体層ＳＣは、例えば、ほぼ矩形の島状にパターニングされ、比較的高抵抗なチャネル領域ＳＣＣと、このチャネル領域ＳＣＣよりも低抵抗であってチャネル領域ＳＣＣを挟んだ両側にそれぞれ位置するソース領域ＳＣＳ及びドレイン領域ＳＣＤと、を有している。なお、本実施形態において、層とは、膜あるいはフィルムを含む概念として用いている。

酸化物半導体層ＳＣのチャネル領域ＳＣＣの上に、ゲート絶縁層３０が形成されている。ゲート絶縁層３０は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ_ｘ）を主成分とする酸化シリコン層を含んでいる。ゲート電極ＧＥは、ゲート絶縁層３０上に形成されている。つまり、チャネル領域ＳＣＣとゲート電極ＧＥとは、ゲート絶縁層３０を介して対向している。

ゲート電極ＧＥは、配線材料によって形成され、例えば、モリブデン、タングステン、アルミニウム、チタンなどの金属材料、これらの金属材料を含む積層膜、あるいは合金などによって形成されている。ゲート電極ＧＥおよびゲート絶縁層３０は、例えば、矩形状にパターニングされ、チャネル領域ＳＣＣのチャネル長Ｌとほぼ等しい幅に形成されている。ゲート電極ＧＥは、例えばゲート電極ＧＥと同一層に設けられたゲート配線Ｇと電気的に接続されている。

酸化物半導体層ＳＣのソース領域ＳＣＳおよびドレイン領域ＳＣＤ、およびゲート電極ＧＥは、第３絶縁層（層間絶縁層）３２によって覆われている。また、第３絶縁層３２は、ゲート絶縁層３０の側面や、第２絶縁層１６の表面も覆っている。第３絶縁層３２を形成する材料としては、シリコン酸化物（ＳｉＯ_x）、シリコン酸窒化物（ＳｉＯ_xＮ_y）、シリコン窒化物（ＳｉＮ_ｙ）等が利用可能である。

薄膜トランジスタＴＲを構成するソース電極ＳＥ及びドレイン電極ＤＥは、第３絶縁層３２の上に形成されている。ソース電極ＳＥは、第３絶縁層３２を貫通するコンタクトホールＣＨ１を介して酸化物半導体層ＳＣのソース領域ＳＣＳにコンタクトしている。ソース電極ＳＥは、ソース配線Ｓに接続される。ドレイン電極ＤＥは、第３絶縁層３０を貫通するコンタクトホールＣＨ２を介して酸化物半導体層ＳＣのドレイン領域ＳＣＤにコンタクトしている。これらのソース電極ＳＥ及びドレイン電極ＤＥは、同一の配線材料によって形成されている。

第３絶縁層３２上に第４絶縁層（パッシベーション層）３４が形成され、ソース電極ＳＥおよびドレイン電極ＤＥを覆っている。更に、第４絶縁層３４上に、対向電極ＣＥ、これを覆う第５絶縁層（層間容量層）３６、この第５絶縁層３６を挟んで対向電極ＣＥに対向する画素電極ＰＥ、更に、画素電極ＰＥおよび第５絶縁層を覆う配向膜３８が設けられている。
画素電極ＰＥは、第４絶縁層３４を貫通するコンタクトホールＣＨ３を介して、薄膜トランジスタＴＲのドレイン電極ＤＥにコンタクトしている。

次に、アレイ基板ＳＵＢ１に設けられたレンズ２０について詳細に説明する。
図２ないし図４に示すように、絶縁基板１５の内面１５Ａに断面が円弧状の凹部４０が形成されている。凹部４０は、薄膜トランジスタＴＲの酸化物半導体層ＳＣのチャネル長と平行な方向に、すなわち、ゲート配線Ｇと平行な方向に連続して延びている。絶縁基板１５上に形成されたシリコン酸化物層１７の一部は、凹部４０内に埋め込まれ、バックライト１２側が凸となる第１レンズ２０ａを形成している。シリコン酸化物層１７上に形成されたシリコン窒化物層１８の一部は、第１レンズ２０ａの凹部に埋め込まれ、バックライト１２側が凸となる第２レンズ２０ｂを形成している。更に、シリコン窒化物層１８上に積層されたシリコン酸化物層１９の一部は、第２レンズ２０ｂの凹部に埋め込まれ、バックライト１２側が凸となる第３レンズ２０ｃを形成している。なお、シリコン酸化物層１９は、シリコン酸化物層１７およびシリコン窒化物層１８に比較して充分に厚いため、上面側は、凹部を有することなく、ほぼ平坦に形成されている。

上記の第１、第２、第３レンズ２０ａ、２０ｂ、２０ｃを重ねてレンズ２０が構成されている。特に、シリコン酸化物層１７、１９とシリコン窒化物層１８との屈折率差を利用し、上記のような加工形状にすることで光学レンズの役割を果たす。レンズ２０は、薄膜トランジスタＴＲのチャネル長方向に平行な軸を有するシリンドリカルレンズを構成している。レンズ２０は、少なくとも酸化物半導体層ＳＣのチャネル領域と対向する位置、あるいは、重なる位置、に形成されている。本実施形態では、レンズ２０の少なくとも第１レンズ２０ａは、酸化物半導体層ＳＣの幅よりも充分に大きな幅を有し、酸化物半導体層ＳＣ全体に対向している。更に、第１レンズ２０ａの一側縁は、酸化物半導体層ＳＣの一側縁とほぼ整列して位置している。

更に、レンズ２０は、バックライト１２から酸化物半導体層ＳＣに向かって入射する平行光を、酸化物半導体層ＳＣから平面方向にずれた位置に集光するように、所望の曲率半径に形成されている。言い換えると、レンズ２０は、このレンズ２０側から酸化物半導体層ＳＣに入射する平行光の焦点が、酸化物半導体層ＳＣとゲート電極ＧＥとが重畳する領域から外れた位置に結ぶように、形成されている。バックライト１２からの平行光が酸化物半導体層ＳＣ、少なくともチャネル領域、に照射されないように焦点が調整されたレンズ２０が形成されている。

図５に示すように、第２レンズ２０ｂを例にとって説明すると、シリコン酸化物層１７の屈折率ｎ１を１．５、シリコン窒化物層１８の屈折率ｎ２を１．９、第２レンズ２０ｂの曲率半径を０．２μｍとすると、レンズの焦点距離ｆは、
ｆ＝ｎ１・Ｒ／（ｎ２−ｎ１）から０．７５μｍとなる。このような焦点距離ｆおよび光路を考慮し、バックライト１２からの平行光が酸化物半導体層Ｓｃに照射されないように、レンズ２０を配置および調整している。

次に、本実施形態の表示装置に適用するアレイ基板ＳＵＢ１の製造方法についてその一例を説明する。
図６（ａ）に示すように、まず、ガラス基板５０を用意し、このガラス基板５０上にポリイミドを塗布、焼成して絶縁基板１５を形成する。次いで、図６（ｂ）に示すように、例えば、エッチングにより、絶縁基板１５の表面に所望形状の凹部４０を形成する。

凹部４０の形成は、図７（ａ）に示すように、レンズよりも小さなマスクパターンを用いて絶縁基板１５上にレジストパターン５２を作成し、このレジストパターンを通して、絶縁基板１５の表面を等方性エッチングすることで、断面円弧状の細長い凹部４０を加工することができる。
あるいは、図７（ｂ）に示すように、ハーフトーンマスク５４やグレイトーンマスクを用い、形状がなまることを考慮し、中心から傾斜が出来るように球面状の凹部を加工するようにしてもよい。
また、フェムト秒レーザー、エキシマーレーザー、電子線描画装置を用いて凹部４０を加工することも可能である。更に、微細なレンズ構造を形成する場合には、ナノインプリントリソグラフィーや、極端紫外線（ＥＵＶ）リソグラフィーを用いても良い。

次いで、図８（ａ）に示すように、例えば、プラズマＣＶＤ法などを用いて、絶縁基板１５の内面１５Ａ上にシリコン酸化物層（ＳｉＯ_ｘ）１７を形成する。この際、シリコン酸化物層１７の一部は凹部４０内に湾曲して成膜され、第１レンズ２０ａを形成する。
続いて、図８（ｂ）に示すように、シリコン酸化物層１７に重ねて、シリコン窒化物層１８、シリコン酸化物層１９を順に積層形成する。この際、シリコン窒化物層１８の一部、およびシリコン酸化物層１９の一部は、凹部４０内に湾曲して成膜され、それぞれ第２レンズ２０ｂ、第３レンズ２０ｃを形成する。これにより、第１ないし第３レンズ２０ａ、２０ｂ、２０ｃを重ねて、レンズ２０を形成する。

次に、図８（ｃ）に示すように、例えば、スパッタリングにより絶縁層１６（シリコン酸化物層１９）の表面上に酸化インジウムガリウム亜鉛（ＩｎＧａＺｎＯ）からなる半導体層５６を成膜した後、図９（ａ）に示すように、半導体層５６を島状にパターニングして複数の酸化物半導体層ＳＣを形成する。この際、酸化物半導体層ＳＣの一側縁が、レンズ２０の一側縁とほぼ重なる位置に酸化物半導体層ＳＣを形成する。

図９（ｂ）に示すように、酸化物半導体層ＳＣに重ねて、絶縁層１６（シリコン酸化物層１９）の表面上にゲート絶縁層３０を成膜する。このゲート絶縁層３０は、例えば、プラズマＣＶＤ法などを用いて、酸化シリコン（ＳｉＯ_ｘ）により形成した。

次いで、ゲート絶縁層３０の上にゲート電極ＧＥを形成するためのゲート層を形成する。ゲート層は、スパッタ法などを用いて形成した。図９（ｃ）に示すように、図示しないレジストパターンをマスクとして、ゲート層およびゲート絶縁層３０を一括してパターニングし、ゲート絶縁層３０、ゲート電極ＧＥおよびゲート配線Ｇを形成するとともに、酸化物半導体層ＳＣのソース領域ＳＣＳおよびドレイン領域ＳＣＤとなる領域を露出させる。

これらのゲート絶縁層３０およびゲート層のパターニングには、プラズマドライエッチング法の一種である反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ）を用いた。このとき、エッチングガスとしては、還元性のフッ素を少なくとも含むガス、あるいは、還元性のフッ素及び水素を少なくとも含むガスなどが適用可能である。具体的には、少なくともフッ素を含むガスの例としては、六フッ化硫黄（ＳＦ₆）及び酸素（Ｏ₂）の混合ガスが挙げられる。

その後、露出させた酸化物半導体層ＳＣを、例えば、シラン（ＳｉＨ₄）、アンモニア（ＮＨ₃）、水素（Ｈ₂）等を含む還元ガスに晒す。例えば、シラン（ＳｉＨ₄）ガスを含むプラズマを、露出させた酸化物半導体層ＳＣに印加する。これにより、酸化物半導体層ＳＣは還元ガス中の水素（Ｈ2）によって還元され、低抵抗化される。つまり、比較的高抵抗な状態に維持された領域を挟んだ両側に低抵抗な領域が形成される。低抵抗な領域はそれぞれソース領域ＳＣＳ及びドレイン領域ＳＣＤに相当し、これらの間の高抵抗な領域はチャネル領域ＳＣＣに相当する。

続いて、図１０（ａ）に示すように、ゲート電極ＧＥ、ゲート絶縁層３０、ゲート絶縁層３０から露出した酸化物半導体層ＳＣ、さらには酸化物半導体層ＳＣが形成されていない絶縁層１６の上に、層間絶縁層３２を成膜する。この層間絶縁層３２は、例えば、プラズマＣＶＤ法などを用いて、酸化シリコン（ＳｉＯ_x）により形成した。

次いで、層間絶縁層３２に、酸化物半導体層ＳＣのソース領域ＳＣＳに到達する第１コンタクトホールＣＨ１、およびドレイン領域ＳＣＤに到達する第２コンタクトホールＣＨ２をそれぞれ形成する。続いて、第１コンタクトホールＣＨ１からソース領域ＳＣＳにコンタクトしたソース電極ＳＥ、および、第２コンタクトホールＣＨ２からドレイン領域ＳＣＤにコンタクトしたドレイン電極ＤＥを形成する。これらのソース電極ＳＥおよびドレイン電極ＤＥは、スパッタ法などを用いて層間絶縁層３２上に金属膜を成膜した後、この金属膜をパターニングすることによって形成した。金属膜は、例えば、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）などの積層膜を用いることができる。この際、ソース配線Ｓを一緒に形成する。

図１０（ｂ）に示すように、ソース電極ＳＥ、ドレイン電極ＤＥ、ソース配線Ｓ、および層間絶縁層３２上に第４絶縁層（パッシベーション層）３４を成膜する。続いて、第４絶縁層３４上に、対向電極ＣＥ、層間容量層３６、画素電極ＰＥ、配向膜３８を順に成膜、パターニングする。その後、ガラス基板５０を絶縁基板１５から剥離する。
以上の工程により、薄膜トランジスタＴＲを備えたアレイ基板ＳＵＢ１が製造される。

以上のように構成された液晶表示装置１によれば、薄膜トランジスタＴＲの半導体層ＳＣに対向して、ゲート電極と反対側にレンズ２０を設け、このレンズ側から半導体層ＳＣに向かう光を、半導体層から平面方向にずれた位置に集光する。これにより、バックライトからの平行光が半導体層ＳＣに照射されないようにすることができる。その結果、光照射に起因する薄膜トランジスタの特性劣化を防止し、安定した表示が可能な表示装置およびその製造方法を提供することができる。

加速試験として、薄膜トランジスタのゲートバイアスストレス試験を実施した。８５℃、Ｖｇｓ＝−３０Ｖ、Ｖｓｄ＝０Ｖの条件において、１００００秒後の閾値電圧のシフト量は、従来構造の表示装置が−１０Ｖであるのに対して、本実施形態の表示装置は、−２Ｖのシフト量となり、大きく低減できた。

また、本実施形態によれば、レンズ２０は、絶縁基板上に設けられた絶縁層によって形成している。そのため、ガラス基板に含まれるＮａなどのアルカリ金属が拡散し、薄膜トランジスタの信頼性に悪影響を及ぼすことがなく、更に、絶縁基板の強度が低下することもない。従って、信頼性の高い表示装置が得られる。

第１の実施形態において、薄膜トランジスタＴＲの半導体層は、酸化物半導体層としたが、これに限定されることなく、半導体層として、アモルファスシリコン、低温ポリシリコン等を用いてもよい。また、第１の実施形態では、フレキシブル絶縁基板および絶縁層の一部をレンズ形状に加工する構成としているが、これに限らず、例えば、ガラス基板に有機膜をコーディングし、このコーティングにレンズを加工する構成としてもよい。

次に、種々の変形例に係る表示装置について説明する。なお、以下に説明する変形例において、前述した第１の実施形態と同一の部分には、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略し、第１の実施形態と異なる部分を中心に詳しく説明する。

（第１の変形例）
レンズ２０を形成する第２絶縁層１６は、３層の積層構造に限らず、２層あるいは４層以上の積層構造としてもよい。また、積層する絶縁層の組合わせは、種々選択可能である。
図１１は、第１の変形例に係るアレイ基板ＳＵＢ１を示す断面図である。第１の変形例では、レンズ２０を形成する第２絶縁層１６は、屈折率の異なるシリコン酸化物（ＳｉＯ_ｘ）層１７、シリコン窒化物（ＳｉＮ_ｙ）層１８、シリコン酸化物（ＳｉＯ_ｘ）層２１、シリコン窒化物（ＳｉＮ_ｙ）層２２、シリコン酸化物（ＳｉＯ_ｘ）層１９の５層を順に積層して形成している。絶縁基板１５の凹部４０内に埋め込まれた各絶縁層により、第１、第２、第３、第４、第５レンズ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅがそれぞれ形成され、これらのレンズを積層してレンズ２０を形成している。

レンズ２０は、薄膜トランジスタＴＲのチャネル長方向に平行な軸を有するシリンドリカルレンズを構成している。レンズ２０は、少なくとも酸化物半導体層ＳＣのチャネル領域と対向する位置、あるいは、重なる位置、に形成されている。レンズ２０は、バックライト１２から酸化物半導体層ＳＣに向かって入射する平行光を、酸化物半導体層ＳＣから平面方向にずれた位置に集光するように、所望の曲率半径に形成されている。言い換えると、バックライト１２からの平行光が酸化物半導体層ＳＣ、少なくともチャネル領域、に照射されないように焦点が調整されたレンズ２０が形成されている。

（第２の変形例）
アレイ基板のレンズ２０は、薄膜トランジスタＴＲに対して、１つに限らず、複数のレンズを設けてもよい。図１２は、第２の変形例に係るアレイ基板ＳＵＢ１を示す断面図である。第２の変形例によれば、アレイ基板ＳＵＢ１は、１つの薄膜トランジスタＴＲに対して、例えば、２つのレンズ２０、２５を設けている。

絶縁基板１５の内面Ａに２つの凹部４０ａ、４０ｂが並んで形成されている。各凹部４０ａ、４０ｂは、断面が円弧状に形成され、薄膜トランジスタＴＲの酸化物半導体層ＳＣのチャネル長と平行な方向に、すなわち、ゲート配線と平行な方向に連続して延びている。また、凹部４０ａ、４０ｂは、酸化物半導体層ＳＣのチャネル長方向と直交する方向、すなわち、酸化物半導体層ＳＣの幅方向、に並んで位置し、互いに、側縁同士が接している。そして、凹部４０ａと凹部４０ｂ間の境界、つまり、互いに接している一側縁が、酸化膜半導体層ＳＣの中心線と対向している。

絶縁基板１５の内面１５Ａ上に設けられた第２絶縁層１６は、屈折率が異なるシリコン窒化物（ＳｉＮ_ｙ）層１８およびシリコン酸化物（ＳｉＯ_ｘ）層１９を順に積層して形成されている。絶縁基板１５上に形成されたシリコン窒化物層１８酸化物層１７の一部は、凹部４０ａ、４０ｂ内に埋め込まれ、バックライト１２側が凸となる第１レンズ２０ａ、２５ａを形成している。シリコン窒化物層１８上に積層されたシリコン酸化物層１９の一部は、第１レンズ２０ａ、２５ａの凹部に埋め込まれ、バックライト１２側が凸となる第２レンズ２０ｂ、２５ｂを形成している。なお、シリコン酸化物層１９は、シリコン窒化物層１８に比較して充分に厚いため、上面側は、凹部を有することなく、ほぼ平坦に形成されている。

第１および第２レンズ２０ａ、２０ｂを重ねてレンズ２０が構成され、第１および第２レンズ２５ａ、２５ｂを重ねてレンズ２５が構成されている。特に、シリコン酸化物層、１９とシリコン窒化物層１８との屈折率差を利用し、上記のような加工形状にすることで光学レンズの役割を果たす。レンズ２０、２５は、薄膜トランジスタＴＲのチャネル長方向に平行な軸を有するシリンドリカルレンズを構成している。レンズ２０、２５は、少なくとも酸化物半導体層ＳＣのチャネル領域と対向する位置、あるいは、重なる位置、に形成されている。本実施形態では、レンズ２０、２５の少なくとも第１レンズ２０ａ，２５ａは、酸化物半導体層ＳＣの幅よりも大きな幅を有し、酸化物半導体層ＳＣ全体に対向している。更に、第１レンズ２０ａ、２５ａの互いに接する一側縁は、酸化物半導体層ＳＣの中心線とほぼ整列して位置している。

レンズ２０、２５は、バックライト１２から酸化物半導体層ＳＣに向かって入射する平行光を、酸化物半導体層ＳＣから平面方向にずれた位置に集光するように、所望の曲率半径に形成されている。すなわち、レンズ２０、２５は、これらのレンズ２０、２５側から酸化物半導体層ＳＣに入射する平行光の焦点が、酸化物半導体層ＳＣとゲート電極ＧＥとが重畳する領域から外れた位置に結ぶように、形成されている。

（第３の変形例）
前述した第２の変形例において、第２絶縁層１６は、２層の絶縁層の積層構造としたが、これに限らず、３層以上の積層構造としてもよい。図１３に示す第３の変形例によれば、レンズ２０、２５を形成する第２絶縁層１６は、屈折率の異なるシリコン酸化物（ＳｉＯ_ｘ）層１７、シリコン窒化物（ＳｉＮ_ｙ）層１８、シリコン酸化物（ＳｉＯ_ｘ）層１９の３層を順に積層して形成している。絶縁基板１５の凹部４０ａ、４０ｂ内に埋め込まれた各絶縁層により、第１レンズ２０ａ、２５ａ、第２レンズ２０ｂ、２５ｂ、第３レンズ２０ｃ、２５ｃがそれぞれ形成され、これらのレンズを積層して２つのシリンドリカルレンズ２０、２５を形成している。

（第４の変形例）
図１４は、第４の変形例に係る液晶表示装置に適用可能なアレイ基板の一構成例を概略的に示す平面図、図１５は、図１４の線Ｃ−Ｃに沿ったアレイ基板および薄膜トランジスタの断面図、図１６は、図１４の線Ｄ−Ｄに沿ったアレイ基板および薄膜トランジスタの断面図である。
アレイ基板ＳＵＢ１のレンズは、シリンドリカルレンズに限定されることなく、円形、楕円形等の他の形状のレンズを用いることができる。
図１４ないし図１６に示すように、第４の変形例によれば、レンズ２０は、ほぼ楕円形に形成され、１つの薄膜トランジスタＴＲに対して、１つのレンズ２０が設けられている。

絶縁基板１５の内面１５Ａに断面が円弧状で、かつ、楕円形の輪郭を有する凹部４０が形成されている。凹部４０は、楕円の長軸Ｄ１が薄膜トランジスタＴＲの酸化物半導体層ＳＣのチャネル長Ｌと平行な方向に、すなわち、ゲート配線Ｇと平行な方向に延びる向きに形成されている。絶縁基板１５上に形成されたシリコン酸化物層１７の一部は、凹部４０内に埋め込まれ、バックライト１２側が凸となる楕円形の第１レンズ２０ａを形成している。シリコン酸化物層１７上に形成されたシリコン窒化物層１８の一部は、第１レンズ２０ａの凹部に埋め込まれ、バックライト１２側が凸となる第２レンズ２０ｂを形成している。更に、シリコン窒化物層１８上に積層されたシリコン酸化物層１９の一部は、第２レンズ２０ｂの凹部に埋め込まれ、バックライト１２側が凸となる第３レンズ２０ｃを形成している。なお、シリコン酸化物層１９は、シリコン酸化物層１７およびシリコン窒化物層１８に比較して充分に厚いため、上面側は、凹部を有することなく、ほぼ平坦に形成されている。

第１、第２、第３レンズ２０ａ、２０ｂ、２０ｃを重ねてほぼ楕円形のレンズ２０が構成されている。レンズ２０は、シリコン酸化物層１７、１９とシリコン窒化物層１８との屈折率差を利用し、上記のような加工形状にすることで光学レンズの役割を果たす。レンズ２０は、少なくとも酸化物半導体層ＳＣのチャネル領域ＳＣＣと対向する位置、あるいは、重なる位置、に形成されている。本変形例では、レンズ２０の少なくとも第１レンズ２０ａは、酸化物半導体層ＳＣの幅よりも充分に大きな幅（短軸Ｄ２方向の幅）を有し、チャネル領域ＳＣＣ全体に対向している。レンズ２０の短軸Ｄ２方向の一端縁は、酸化物半導体層ＳＣの一側縁とほぼ整列して位置している。

レンズ２０は、バックライト１２から酸化物半導体層ＳＣに向かって入射する平行光を、酸化物半導体層ＳＣから平面方向にずれた位置に集光するように、所望の曲率半径に形成されている。レンズ２０は、このレンズ２０側から酸化物半導体層ＳＣに入射する平行光の焦点が、酸化物半導体層ＳＣとゲート電極ＧＥとが重畳する領域から外れた位置に結ぶように、形成されている。これにより、バックライト１２からの平行光が酸化物半導体層ＳＣ、少なくともチャネル領域ＳＣＣ、に照射されないように焦点が調整されたレンズ２０が形成されている。

以上のように構成された第１ないし第４の変形例においても、バックライト１２からの平行光が半導体層ＳＣに照射されないようにすることができ、光照射に起因する薄膜トランジスタの特性劣化を防止し、安定した表示が可能な表示装置を提供することができる。また、絶縁基板上に設けられた絶縁層によってレンズ２０、２５を形成していることから、薄膜トランジスタの信頼性低下、絶縁基板の強度低下を生じることがなく、信頼性の高い表示装置が得られる。

上述した実施形態および変形例においては、薄膜トランジスタを含む表示装置の開示例として液晶表示装置を示したが、その他の適用例として、有機ＥＬ表示装置、その他の自発光型表示装置、或いは電気泳動素子等を有する電子ペーパー型表示装置等、あらゆるフラットパネル型の表示装置が挙げられる。また、中小型の表示装置から大型の表示装置まで、特に限定することなく上記実施形態と同様の構成或いは製造工程を適用可能であることは言うまでもない。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

本発明の実施形態として上述した各構成及び製造工程を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての構成及び製造工程も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。また、上述した実施形態によりもたらされる他の作用効果について本明細書の記載から明らかなもの、又は当業者において適宜想到し得るものついては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。

１…表示装置、１５…絶縁基板、ＳＵＢ１…アレイ基板、ＡＣＴ…表示部、
Ｇ…ゲート配線、Ｓ…ソース配線、ＴＲ…薄膜トランジスタ、ＰＸ…表示画素、
ＧＥ…ゲート電極、ＳＣ…半導体層、ＳＥ…ソース電極、ＤＥ…ドレイン電極、
ＰＥ…画素電極、ＣＥ…対向電極、１２…バックライト、１６…第２絶縁層、
１７…バックライト、２０、２５…レンズ、２０ａ、２５ａ…第１レンズ、
２０ｂ、２５ｂ…第２レンズ、２０ｃ…第３レンズ、３０…ゲート絶縁層、

Claims (9)

1. 半導体層と、前記半導体層に接して設けられた絶縁層と、前記絶縁層を介して、前記半導体層の少なくとも一部に重畳して設けられたゲート電極と、を有する薄膜トランジスタと、
   前記半導体層に対して、前記絶縁層の反対側に設けられたレンズと、を備え、
   前記レンズは、前記レンズ側から前記半導体層に向かって入射する光を、前記半導体層から前記半導体層の平面方向に外れた位置に集光するように設けられていることを特徴とする表示装置。
2. 前記レンズは、前記薄膜トランジスタのチャネル長方向に平行な軸を有するシリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記レンズは、略円形状のレンズで形成され、前記半導体層と前記ゲート電極との重畳領域を包含する位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
4. フレキシブルな絶縁基板と、この絶縁基板上に積層された複数の絶縁層と、を備え、前記半導体層は、前記絶縁層上に設けられ、前記レンズは、前記複数の絶縁層により形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の表示装置。
5. 前記レンズは、前記絶縁基板に形成された凹部と、前記凹部に重ねて積層された前記複数の絶縁層とにより形成されていることを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
6. 前記複数の絶縁層は、順次積層された酸化物層および窒化物層を含んでいることを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
7. 前記半導体層は、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）から選ばれた少なくとも１つを含む酸化物半導体層でなることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の表示装置。
8. 第１絶縁層を成膜し、
   前記第１絶縁層の表面に凹部を形成し、
   前記凹部を埋めるように、前記第１絶縁層と屈折率の異なる第２絶縁層を前記第１絶縁層上に成膜して、前記凹部、第１および第２絶縁層によりレンズを形成し、
   前記第２絶縁層上に薄膜トランジスタの半導体層、ゲート絶縁層、ゲート電極を形成し、
   前記レンズと薄膜トランジスタとを、前記レンズ側から前記半導体層に向かって入射する光を、前記レンズにより前記半導体層から外れた位置に導く位置関係に形成することを特徴とする表示装置の製造方法。
9. 前記第２絶縁層として、酸化物層および窒化物層を前記凹部に重ねて積層することを特徴とする請求項８に記載の表示装置の製造方法。

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