JP2018116107A - 表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ポリイミドによるＴＦＴ基板と酸化物半導体によって構成されるＴＦＴを有する表示装置において、ポリイミドを変質させることなく、酸化物半導体を高温でアニールする。【解決手段】樹脂で形成されたＴＦＴ基板１００と、無機絶縁膜３０と、酸化物半導体１０５を有するＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を有する表示装置であって、前記ＴＦＴ基板１００と前記ＴＦＴの間に赤外線反射膜２０が形成され、前記赤外線反射膜２０は、波長２μｍの赤外線に対する反射率が７５％以上であることを特徴とする表示装置。【選択図】図１３

Description

本発明は樹脂基板および酸化物半導体を有する薄膜トランジスタを用いた表示装置に関する。
液晶表示装置では画素毎にスイッチング素子として薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ 以後ＴＦＴという）を配置し、データ信号の取り込みを制御している。また、駆動回路をＴＦＴによって構成する場合もある。
有機ＥＬ表示装置は画素毎にスイッチング素子としての第１ＴＦＴを配置してデータ信号の取り込みを制御し、駆動素子としての第２ＴＦＴによって発光素子への電流の制御をおこなっている。また、駆動回路をＴＦＴによって構成する場合もある。
酸化物半導体はリーク電流が小さいので、ＴＦＴを構成する半導体層として用いると、消費電力の小さな表示装置を実現することが出来る。また、リーク電流が小さいと、低周波駆動を行う場合にも有利である。
酸化物半導体を用いたＴＦＴを記載したものとして、特許文献１および特許文献２が挙げられる。特許文献１には、チャネルを構成する酸化物半導体の上に金属酸化物を形成して、これをゲート絶縁膜として用いるトップゲート型ＴＦＴの構成が記載されている。特許文献２には、酸化物半導体を用いたボトムゲート型ＴＦＴにおいて、チャネルエッチングの犠牲層として金属酸化物あるいは半導体層を用いることが記載されている。
特開２０１３−１７５７１８号公報 特開２０１１−５４８１２号公報
基板にポリイミド等の樹脂を使用することによって、フレキシブル表示装置を実現することが出来る。液晶表示装置の場合も、バックライトにシート状の有機ＥＬ照明装置を用いることによってフレキシビリティを維持することが出来る。
基板に用いる樹脂としては、機械的な強度、耐熱性等からポリイミドが最も適している。バックライトを要する液晶表示装置の場合は、特に透過率の高い透明ポリイミドが必要となる。しかし、現状では、透明ポリイミドは高耐熱性のものでも、３１０℃以上に加熱すると、透明ポリイミド(以下ポリイミドと呼ぶ)内部からガスが放出されるようになり、３５０℃以上に加熱すると、ポリイミドの材料自体の分解が始まる。またガラス転移温度を超えると材料自体に損傷が生じ、透過率の劣化が起こり、製品の品位が悪化する。
画素の制御にはＴＦＴが使用される。ＴＦＴを構成する半導体層として、ＬＴＰＳ（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）を用いる場合でも、プロセス温度が４００℃を超えるために、基板にポリイミドを用いることは困難である。
一方、ＴＦＴに用いる半導体層として酸化物半導体を用いると、３００℃程度のプロセスでＴＦＴを作成することが出来る。しかし、ＴＦＴの寿命、信頼性を考慮すると、酸化物半導体は製造工程において３５０−４００℃程度でアニールすることが望ましい。
したがって、酸化物半導体を用いて、高性能で信頼性の高いフレキシブル表示装置を実現することはポリイミドの耐熱温度の問題により困難であった。本発明は、ポリイミド等の樹脂を基板に用い、酸化物半導体をＴＦＴに用いた場合において、信頼性の高いフレキシブル表示装置を実現することである。
本発明は上記課題を克服するものであり、主な具体的な手段は次のとおりである。
（１）樹脂で形成されたＴＦＴ基板と、無機絶縁膜と、酸化物半導体を有するＴＦＴ（薄膜トランジスタ）とを有する表示装置であって、前記ＴＦＴ基板と前記ＴＦＴの間に赤外線反射膜が形成され、前記赤外線反射膜は、波長２μｍの赤外線に対する反射率が７５％以上であることを特徴とする表示装置。
（２）樹脂で形成されたＴＦＴ基板と、第１の無機絶縁膜と、第２の無機絶縁膜と、酸化物半導体を有するＴＦＴ（薄膜トランジスタ）とを有する表示装置であって、前記ＴＦＴ基板と前記第１の無機絶縁膜の間に第１の赤外線反射膜が形成され、前記第１の無機絶縁膜の上に第２の赤外線反射膜が形成され、前記第２の赤外線反射膜と前記ＴＦＴとの間に第２の無機絶縁膜が形成され、前記第１の赤外線反射膜の波長２μｍの赤外線に対する反射率が７５％以上であり、前記第２の赤外線反射膜の波長２μｍの赤外線に対する反射率が７５％以上であることを特徴とする表示装置。
液晶表示装置の平面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 ＴＦＴ基板の断面図である。 ポリイミドからのガスでポリイミド基板と下地膜の界面に気泡が発生した例を示す断面図である。 ポリイミドからのガスの発生を温度毎にプロットした図である。 ポリイミドからの水分の発生を温度毎にプロットした図である。 ポリイミドからの水素の発生を温度毎にプロットした図である。 ポリイミドからの一酸化炭素の発生を温度毎にプロットした図である。 ポリイミドからの二酸化炭素の発生を温度毎にプロットした図である。 ポリイミド表面にＮ２Ｏプラズマ処理を施した場合の透過率の変化を示す図である。 本発明における液晶表示装置の模式断面図である。 本発明におけるＴＦＴ基板の断面図である。 実施例１の作用を占めす断面図である。 赤外線反射膜付近の膜構成を示す断面図である。 ＩＴＯの反射率、透過率、吸収率のスペクトルである。 ポリイミドの透過率に対する温度の影響を示す図である。 本発明の効果を示す図である。 実施例２のＴＦＴ基板を示す断面図である。 実施例２の作用を示す断面図である。 実施例２の他の形態を示すＴＦＴ基板の断面図である。 有機ＥＬ表示装置の平面図である。 本発明における有機ＥＬ表示装置の断面図である。
以下に実施例を用いて本発明の内容を詳細に説明する。
図１は液晶表示装置の平面図である。図１において、ＴＦＴアレイが形成されたＴＦＴ基板１００と対向基板２００が周辺においてシール材１５０によって接着している。シール材１５０の内側に液晶が封入されている。シール材１５０の内側は表示領域５００となっている。表示領域５００には、走査線１１が横方向に延在して縦方向に配列している。また、映像信号線１２が縦方向に延在して横方向に配列している。走査線１１と映像信号線１２とで囲まれた領域が画素１４となっている。
ＴＦＴ基板１００は対向基板２００よりも大きく形成され、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００が重なっていない部分は端子部となっており、液晶表示装置に電源や信号を供給するためのフレキシブル配線基板１０００が接続している。
図２は図１のＡ−Ａ断面図である。図２において、ＴＦＴ基板１００は厚さ１０μｍ程度のポリイミドで形成されている。ＴＦＴ基板１００の上にはバリア層３０が形成され、その上にＴＦＴ等のアレイ層４０が形成されている。バリア層３０は、ポリイミドからの不純物がＴＦＴ等に悪影響を及ぼさないようにブロックする役割を有している。
図２において、ＴＦＴ基板１００と対向する対向基板２００もポリイミドで形成されている。ポリイミドの内側にはバリア層２０１が形成され、その上にカラーフィルタ層２０２が形成されている。バリア層２０１は、ポリイミドからの不純物がカラーフィルタ層２０２や液晶３００に悪影響を及ぼさないようにブロックする役割を有する。
カラーフィルタ層２０２とアレイ層４０は周辺において、シール材１５０によって接着している。そして、シール材１５０の内側に液晶３００が封入されている。ＴＦＴ基板１００と対向基板２００が重なっていない部分は端子部となっており、端子１６０にはフレキシブル配線基板１０００が接続している。
図２において、対向基板２００の上には上偏光板２１０が貼り付けられており、ＴＦＴ基板１００の下には下偏光板１３０が貼り付けられている。上偏光板２１０も下偏光板１３０も０．１ｍｍ程度と厚いために、支持基板としての役割を兼用している。液晶は、自らは発光しないので、背面にバックライト２０００が配置されている。バックライト２０００は、例えば、シート状の有機ＥＬ照明装置や薄型のＬＥＤバックライトであり、液晶表示装置全体としてもフレキシビリティを維持している。
図３はＴＦＴの製造工程において、ＴＦＴ基板側が完成した状態における断面図である。図３において、ガラス基板１２０上にポリイミドによるＴＦＴ基板１００が形成されている。ＴＦＴ基板１００は製造工程では、ガラス基板１２０上に塗布され、焼成して形成される。液晶表示装置が完成後、レーザーアブレージョン等によってガラス基板１２０はＴＦＴ基板１００から分離される。
図３において、ＴＦＴ基板１００の上に４層の下地膜からなるバリア層３０が形成されている。４層の下地膜は例えば次のとおりである。第１下地膜１０１は５０ｎｍのシリコン酸化物（以後ＳｉＯと記す）、第２下地膜１０２は５０ｎｍのシリコン窒化物（以後ＳｉＮと記す）、第３下地膜１０３は３００ｎｍのＳｉＯ、第４下地膜１０４は２００ｎｍのＳｉＯである。第１下地膜１０１から第４下地膜１０４までを合わせてバリア層を形成している。以後、バリア層３０を単に下地膜３０ということもある。下地膜３０はポリイミドからの不純物が半導体層１０５を汚染することを防止する。第４下地膜１０４はポリイミドからの不純物を防ぐ役割だけでなく、この上層に形成される半導体層１０５へ酸素を供給し特性を安定化させる効果も有するため、第３下地膜１０３とは異なる成膜条件にて形成される。
下地膜１０４の上に酸化物半導体１０５が形成される。酸化物半導体１０５は例えば、例えば、ＩＧＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）が用いられる。この他の酸化物半導体としては、ＩＴＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＺｎＯＮ（Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ Ｎｉｔｒｉｄｅ）、ＩＧＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ Ｏｘｉｄｅ）等を用いることが出来る。
酸化物半導体のドレイン部１０５１には、ドレイン電極１０６が、ソース部１０５２にはソース電極１０７が例えば、厚さ１５０ｎｍのＴｉによって形成される。Ｔｉが酸化物半導体１０５１、１０５２と接触する部分は、Ｔｉが酸化物半導体から酸素を奪うために、酸化物半導体は導電性となる。
酸化物半導体１０５、ドレイン電極１０６、ソース電極１０７等を覆ってゲート絶縁膜１０８が形成される。ゲート絶縁膜１０８は例えば、厚さ１００ｎｍのＳｉＯによって形成される。ゲート絶縁膜１０８の上にゲート電極１０９が形成される。ゲート電極１０９は、例えば、下層は厚さ３００ｎｍのＡｌ合金で上層が厚さ５０ｎｍのＴｉの積層膜である。
その後、ゲート電極１０９をマスクとして、酸化物半導体１０５にリン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）等のイオンインプランテーションを行って、ゲート電極１０９の直下のチャネル層以外の酸化物半導体１０５に対して導電性を付与し、ドレイン部１０５１およびソース部１０５２を形成する。その後、ゲート電極１０９およびゲート絶縁膜１０８を例えば厚さ２００ｎｍのＳｉＯによる第１層間絶縁膜１１０で覆い、さらに、例えば厚さ２００ｎｍのＳｉＮによる第２層間絶縁膜１１１で覆う。
その後、第１層間絶縁膜１１０、第２層間絶縁膜１１１およびゲート絶縁膜１０８に対してスルーホール１１２を形成し、ドレイン電極１０６１及びソース電極１０７１を形成する。ドレイン電極１０６１は映像信号線と接続し、ソース電極１０７１は画素電極と接続する。
第２層間絶縁膜１１１を覆って有機パッシベーション膜１１３をアクリル等の樹脂によって形成する。有機パッシベーション膜１１３は平坦化膜を兼ねているので、２乃至４μｍ程度と厚く形成される。有機パッシベーション膜１１３を覆って例えば厚さ７７μｍ程度のＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）で平面状にコモン電極１１４が形成される。その後、７０ｎｍ程度のＳｉＮによって容量絶縁膜１１５が形成され、その上に厚さ７７μｍ程度のＩＴＯによって画素電極１１６が形成される。画素電極は、櫛歯状あるいはストライプ状である。
画素電極１１６は有機パッシベーション膜１１３および容量絶縁膜１１５に形成されたスルーホール１１８において、ソース電極１０７１と接続する。その後、画素電極１１６を覆って配向膜１１７を形成する。配向膜１１７は液晶を初期配向させるためのもので、ラビングあるいは紫外線を用いた光配向処理によって配向処理される。
以上でＴＦＴ基板は完成する。一方、対向基板にはカラーフィルタ層等を形成し、図１あるいは図２で示すようなシール材によってＴＦＴ基板１００側と対向基板２００側を接着する。一般には、シール材１５０は対向基板２００側に形成され、対向基板２００側に、液晶を滴下して貼り合わせると、内部に液晶が封止されることになる。
図３において、半導体層１０５には酸化物半導体を用いている。酸化物半導体は３００℃程度の温度で製作することが出来るが、より信頼性を向上させるためには、できれば、途中の製造工程でより高温でアニールすることが望ましい。しかしながら、ＴＦＴ基板１００にポリイミド等の樹脂を用いた場合、３１０℃程度から、水分、水素、一酸化炭素、二酸化炭素等のガスが発生する。そうすると、図４に示すように、ガスの影響によって、ポリイミド基板１００と下地膜３０の間に気泡６０が発生することになり、下地膜３０とポリイミド基板１００の接着性の信頼性が低下する。あるいは、気泡６０によって透過率が減少し、表示品位が低下する。
図３は、ガラス基板１２０の上にポリイミドによるＴＦＴ基板１００が１０μｍ程度形成され、その上に、４層の無機膜からなる下地膜３０が形成されている状態である。この状態で、ＴＦＴ基板を３１０℃以上に加熱すると、ポリイミドからガスが放出され、気泡６０が発生する。
図５乃至９は、ＴＤＳ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄｉｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）によるポリイミド由来のガス分析の結果である。図５は、横軸はポリイミドの温度（℃）で、縦軸はポリイミドからの全ガス放出量（Ｐａ）である。ＴＤＳ法は４重極質量分析計を用いてガス種の同定やその強度の測定を行う。そのため各ガス種の存在量は検出される電流量によって評価される。図６−９の縦軸には電流量が表示されているが、これは各ガス種の放出量に読み替えることができる。図５に示すように、温度が３１０℃を超えるとポリイミドからのガスが急激に増大する。図６は、横軸はポリイミドの温度（℃）で、縦軸はポリイミドからの水（Ｈ２Ｏ）の放出量であり、単位は（Ａ Ａｍｐａｒｅ）である。図６に示すように、温度が３１０℃を超えるとポリイミドからの水の放出量が急激に増大する。
図７は図６と同じ評価を水素（Ｈ２）について行ったものである。水素の放出も３１０℃を超えると急激に増大する。図８は図６と同じ評価を一酸化炭素（ＣＯ）について行ったものである。一酸化炭素の放出も３１０℃を超えると急激に増大する。図９は図６と同じ評価を二酸化炭素（ＣＯ２）について行ったものである。二酸化炭素の放出も３１０℃を超えると急激に増大する。
このように、ポリイミドからガスが発生すると、図４に示すような気泡６０が発生する。ポリイミド基板１００と下地膜３０との接着力が大きいと、気泡６０の発生を抑えられる場合がある。例えば、ポリイミド基板１００の上に下地膜３０を形成する前に、Ｎ２Ｏプラズマをポリイミド基板１００に施しておくと、表面に凹凸が形成され、その結果、ポリイミド基板１００と下地膜３０との間に気泡６０が発生することを抑えることが出来る場合がある。
しかし、このような方法は、ポリイミド基板１００の表面を粗らすことになり、ポリイミド基板１００の透過率を低下させる。図１０はこの状態を評価する構成を示す図である。図１０において、ガラス基板１２０の上にＴＦＴ基板１００としてのポリイミドが形成され、その上に下地膜３０が形成されている。サンプルの一方は、ポリイミド基板１００と下地膜３０の間に特別な処理を加えないものである。サンプルの他方は、下地膜３０を形成する前に、ポリイミド基板１００の表面に対しＮ２Ｏプラズマ処理をし、ポリイミド基板１００と下地膜３０との間の接着力を上げている。
図１０では、この２つのサンプルについて、透過率を測定した一例である。測定波長λは４５０ｎｍである。図１０の表において、Ｎ２Ｏプラズマ処理をしたサンプルは、透過率が７８％であり、Ｎ２Ｏプラズマ処理をしない場合のサンプルにおける透過率８９％よりも大幅に低下している。液晶表示装置は、バックライトを使用して画像を表示するので、ＴＦＴ基板の透過率の低下は画面の輝度を低下させることになり、引いては、消費電力の増大を招く。
本発明は、酸化物半導体に対して高温アニールを行うと同時に、ポリイミドの温度を３１０℃以上に上げないようにする構成を実現するものであり、フレキシブル液晶表示装置の信頼性と高画質を同時に実現するものである。
図１１は、本発明による液晶表示装置の断面図である。図１１に示す断面が図２に示す液晶表示装置の断面図と異なる点は、ポリイミドで形成されたＴＦＴ基板１００と下地膜３０との間に赤外線反射膜２０が形成されていることである。図１１の赤外線反射膜２０は例えば、厚さ７７μｍのＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）である。図１１において、赤外線反射膜２０はＴＦＴ基板１００全面を覆っているが、少なくとも表示領域は覆っている必要がある。
図１１において、酸化物半導体はアレイ層４０内に形成されている。酸化物半導体をアニールするために、表示面側から赤外線ＩＲ（Ｉｎｆｒａ Ｒｅｄ）によって酸化物半導体を加熱する。この場合、酸化物半導体は３１０℃以上の温度によってアニールすることが望ましい。しかし、３１０℃以上になると、ポリイミドからのガスが急激に増大する。
これを対策するために、図１１では、赤外線反射膜２０をポリイミド基板１００と下地膜３０との間に配置している。赤外線反射膜２０は赤外線を反射するので、ポリイミドは温度上昇を免れる。一方、反射した赤外線は再び酸化物半導体を加熱するので、酸化物半導体はより高温になる。このような原理によって、ポリイミドはガスが発生しない程度の温度に抑え、酸化物半導体を高温でアニールすることが可能になる。
図１２は本発明のＴＦＴ基板の断面図である。図１２が図３と異なる点は、ＴＦＴ基板であるポリイミド基板１００と下地膜３０との間に赤外線反射膜２０として、ＩＴＯが形成されていることである。ＩＴＯの厚さは例えば１００ｎｍである。図１２ではガラスは省略されているが、その他の構成は図３と同様である。
図１３は赤外線反射膜２０の作用を説明する図である。図１３は、酸化物半導体１０５を覆ってゲート絶縁膜１０８を形成した状態を示す断面である。この状態において、酸化物半導体１０５をアニールするために、ゲート絶縁膜１０８側から矢印で示す赤外線を照射する。酸化物半導体１０５を十分に安定化させるためには、３１０℃以上、可能であれば、３５０℃乃至４００℃程度でアニールすることが望ましい。図１３は、矢印で示す赤外線を、酸化物半導体を３６０℃程度に加熱することが出来るように照射している状態を示す。
図１３において、赤外線は酸化物半導体を加熱するとともに、酸化物半導体の下層にも透過していく。しかし、赤外線が赤外線反射膜２０に到達すると、反射する。したがって、赤外線はポリイミド基板１００には一部しか到達せず、ポリイミドは、赤外線反射膜２０の作用により、赤外線反射膜より上層に形成された膜ほどは加熱されない。
一方、赤外線反射膜２０によって反射した赤外線は再び酸化物半導体１０５を加熱する。したがって、酸化物半導体１０５は効率的に加熱されることになる。その結果、酸化物半導体１０５を３６０℃でアニールした場合であっても、ポリイミド基板１００は３１０℃よりも低い温度に維持することが出来る。
図１４は、図１３に示す構成において、ガラス基板１２０上にポリイミド基板１００を形成し、ポリイミド基板１００に赤外線反射膜２０としてのＩＴＯを形成し、その上にＳｉＯ、ＳｉＮ、ＳｉＯ等の積層膜からなる下地膜３０を形成した状態までを示す断面図である。図１４において、ポリイミドの厚さｔ１は１０μｍ、ＩＴＯの厚さｔ２は１００ｎｍ、下地膜３０の厚さｔ３は４００ｎｍ（ＳｉＯ/ＳｉＮ/ＳｉＯ=５０ｎｍ/５０ｎｍ/３００ｎｍ）である。
赤外線反射膜２０としてのＩＴＯはポリイミド基板１００上にＣＶＤ、蒸着、スプレー法あるいはスパッタリング等種々の方法で被着することが出来るが、スパッタリングで形成することが最も望ましい。スパッタリングは粒子エネルギーが大きいので、ポリイミド基板１００との密着力を大きくできる。また、ＣＶＤ等に比べて膜密度も大きくすることが出来る。したがって、赤外線反射膜２０としてのＩＴＯをバリア膜としても使用することが出来る。
ＩＴＯの多結晶膜は表面が凹凸になるので、その上にそのまま下地膜３０を構成するＳｉＯを被着しても強い密着力を維持できる。一方、赤外線反射膜２０としてのＩＴＯに成膜後になんらかの表面汚染が懸念される場合は、Ｎ２Ｏプラズマ処理による表面清浄化を行うことも可能である。この場合でも、ＩＴＯは酸素との反応によるアッシング反応は生じないので、光を散乱するような凹凸は形成されない。したがって、透過率の減少は無い。
ここで、赤外線反射膜２０としてのＩＴＯの厚さが問題となる。ＩＴＯを赤外線反射膜２０として用いるためには、ある程度の厚さが必要である。この点からは５０ｎｍ以上であることが望ましい。また、赤外線反射膜２０はポリイミド基板２０を覆って全面に、あるいは少なくとも表示領域に形成されるので、可視光に対しては高い透過率を確保しなければならない。この点からは、赤外線反射膜２０としてのＩＴＯの厚さは２００ｎｍ以下とすることが望ましい。
つまり、赤外線反射膜２０の特性としては、可視光（例えば波長４５０ｎｍ）に対しては、反射率は２５％以下、赤外線（例えば、波長２μｍ）に対しては、反射率は７５％以上であることが望ましい。一方、透過率は、この逆に可視光に対しては高く（例えば波長４５０ｎｍの光に対して７０％以上）、赤外線（例えば波長2μｍ）に対しては１０％以下とすることが望ましい。
図１５は赤外線反射膜２０としてのＩＴＯの特性を示すグラフである。図１５において、横軸は波長（μｍ）であり、ログスケールで記載している。縦軸は反射率（％）、透過率（％）、吸収率（％）である。図１５はＩＴＯの厚さが７７ｎｍの場合の例である。このように、ＩＴＯは、可視光では全波長にわたって反射率は２５％以下と低く、例えば、波長が１．５μｍの赤外線に対する反射率は７５％以上、２μｍの赤外線に対する反射率は８５％と高いために、本発明における赤外線反射膜としては好適である。逆に、可視光領域、例えば波長が４５０ｎｍの光に対しては、７０％以上と高い透過率を有し、例えば波長が１．５μｍの赤外線に対して透過率は５％以下、波長が２μｍ以上の赤外線は殆ど透過しない。したがって、赤外線を用いる場合は、波長が１．５μｍ以上、より好ましくは、２μｍ以上のものを用いるのがよい。
図１６及び図１７は本発明の効果を示す例である。図１７は、炉中で、厚さ１０μｍのポリイミド基板１００を３１０℃および３３０℃で加熱した場合において、ポリイミド基板１００の透過率の変化を測定したものである。透過率は、波長毎に測定している。図１６のグラフに示すように、３３０℃に加熱した場合は、３１０℃に加熱した場合よりも透過率は低下している。つまり、温度３３０℃で加熱した場合の方がポリイミドのダメージが大きいので、ポリイミドにおける光の散乱が大きくなり、透過率が低下したものである。
図１７は、厚さ１０μｍのポリイミド基板１００の上に、赤外線反射膜２０としてのＩＴＯを７７μｍ被着した場合において、ポリイミド基板１００等を赤外線を用いて加熱した場合の例である。ＩＴＯは反応性スパッタリングを用いて被着している。図１７では矢印で示す赤外線をＩＴＯ側から照射して測定している。図１７のグラフにおける温度は、赤外線反射膜２０が存在しない場合に、赤外線によって、ポリイミド基板１００の温度を３１０℃および３３０℃に加熱する場合のパワーを入力したときの、透過率の変化を波長毎に測定したものである。
図１７は、３１０℃の場合と３３０℃の場合を比較しも、透過率はほとんど差が無かったことを示している。つまり、例えば、ポリイミド基板１００が本来３３０℃になるべきパワーを入力しても、赤外線反射膜２０によって赤外線が反射し、ポリイミド基板１００が３３０℃まで温度が上昇しないために、ポリイミドの変質が免れていることを示している。
さらに、図１７を図１６と比較すると、図１７においては、３１０℃及び３３０℃のいずれの場合も、図１６における３１０℃及び３３０℃の場合よりも、透過率が高い。つまり、図１６においては、３１０℃の場合にも、若干のポリイミドの変質があって、これが透過率に影響を与えているが、図１７においては、赤外線反射膜２０の存在によって、３１０℃、３３０℃いずれのパワーを注入した場合も、ポリイミドの変質が生じていないために、高い透過率を維持していることを示している。つまり、赤外線反射膜２０の効果は非常に大きいことがわかる。
このように、赤外線反射膜２０を半導体層とポリイミドとの間に配置することによって、赤外線によって酸化物半導体を３１０℃以上でアニールしても、ポリイミドの変質を免れるので、信頼性が高く、かつ、高性能の液晶表示装置を実現することが出来る。
図１８は実施例２におけるＴＦＴ基板の断面図である。図１８が実施例１における図１２と異なる点は、第３下地膜１０３と第４下地膜１０４の間に第２赤外線反射膜５０が形成されていることである。第２赤外線反射膜５０は、平面で視て少なくとも酸化物半導体１０５のチャネル部と重複している。しかし、第２赤外線反射膜５０は表示領域全面を覆っているわけではない。図１８における第２赤外線反射膜５０は赤外領域で吸収率が低ければ金属でもよい。本実施例では波長２μｍの赤外線に対し吸収率が０．１以下のアルミニウム（Ａｌ）膜厚２００ｎｍを用いたが、５０ｎｍ乃至４００ｎｍとすることも出来る。５０ｎｍ以下だと赤外線に対する反射率が低下し、あまり厚いとプロセス負荷が増大する。
またこの第２赤外線反射膜５０は半導体層１０５に近いことから、上述と逆に赤外線の吸収率の高い材料(概ね波長２μｍの赤外線に対し吸収率が０．４以上の材料)を用いることで上下から赤外線を吸収して熱源となり、半導体層１０５を至近距離からアニールする効果を与えることも可能である。
図１８における第１下地膜１０１及第２下地膜１０２の厚さは実施例１における図１２と同じである。しかし、第３下地膜１０３の厚さは５００ｎｍであり、図１２の場合よりも厚くなっている。図１８において、第３下地膜１０３の上にＡｌによる第２赤外線反射膜５０が形成され、これを覆って、第４下地膜１０４が形成されている。第４下地膜１０４は、Ａｌによる第２赤外線反射膜５０と上に形成される酸化物半導体１０５との絶縁を十分に行うために、ＳｉＯによって３００ｎｍ程度の厚さで形成され、実施例１の図１２の第４下地膜１０４よりも厚くなっている。また、第４下地膜１０４を厚くするのは、第２赤外線反射膜５０の影響による第４下地膜１０４の段切れを防止するためでもある。
液晶表示装置の場合、ＴＦＴが形成されている部分は、対向基板に形成されたブラックマトリクスによって遮光されるので、図１８のように、酸化物半導体１０５の下層のみに第２赤外線反射膜５０が形成されている場合は、液晶表示装置の透過率には影響を与えない。なお、第２赤外線反射膜５０は、Ａｌに限らず、赤外線の反射率の高い金属であれば、他の金属でもよい。液晶表示装置で多用されるＭｏ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔｉあるいはこれらの合金(例えばＡｌ−Ｓｉ系)を使用することも出来る。また、これらの材料を積層した構成でもよい。例えば下層にＡｌ１５０ｎｍ、上層にＴｉ５０ｎｍを積層した構造があげられる。
図１９は、第２赤外線反射膜５０の効果を示す断面図である。図１９において、酸化物半導体１０５を矢印で示す赤外線によって加熱してアニールしている。実施例１で説明したように、ＩＴＯで形成され、ポリイミド基板１００と第１下地膜１０１の間に形成された赤外線反射膜（以後、本実施例では第１赤外線反射膜ともいう）２０によって、赤外線が反射される。図１９では、これに加えて酸化物半導体１０５の下層に形成されたＡｌによる第２赤外線反射膜５０によって、酸化物半導体５０を透過した赤外線が反射し、黒矢印で示すように、酸化物半導体１０５を背面からも加熱する。したがって、酸化物半導体１０５を前面、背面の両側から効率的に加熱することが出来、十分なアニールを行うことが出来る。一方、酸化物半導体１０５を効率的に加熱できる分、赤外線のパワーを小さくすることが出来るので、ポリイミド基板１００への熱によるダメージをより軽減することが出来る。
酸化物半導体１０５で形成されたＴＦＴの下層に第２赤外線反射膜５０を用いることは、次のような利点もある。すなわち、液晶表示装置では、背面からバックライトを照射する。酸化物半導体１０５がバックライトに長時間さらされると特性が劣化する。第２赤外線反射膜５０を金属で形成することによって、バックライトを遮光し、酸化物半導体１０５の特性劣化を免れることが出来る。
一方、第２赤外線反射膜５０として、第１赤外線反射膜２０と同様にＩＴＯを用いることも出来る。図１５に示したように、ＩＴＯは、赤外線に対しては高い反射率を有しているので、効率的に酸化物半導体１０５を加熱することが出来る。この場合のＩＴＯの厚さも、５０ｎｍ乃至２００ｎｍである。
図２０は、本実施例における第２の形態を示す断面図である。図２０が図１８と異なる点は、第２赤外線反射膜５０が可視光を透過するＩＴＯ等による透明導電膜等で形成されている点である。図２０において、第２赤外線反射膜５０としてのＩＴＯは透明であるので、ＴＦＴ基板１００全面、あるいは表示領域全面に形成することが出来る。したがって、ＴＦＴ基板１００全面において、赤外線を第１の赤外線反射膜、第２の赤外線反射膜の両方で反射することが出来るので、ポリイミドで形成されたＴＦＴ基板１００を赤外線からより安全に保護することが出来る。一方、酸化物半導体１０５が形成された部分では、第１赤外線反射膜２０と第２赤外線反射膜５０からの反射光によって、酸化物半導体１０５が背面からも加熱されるために、より高温でアニールすることが出来る。
第２赤外線反射膜５０を構成するＩＴＯの厚さも５０ｎｍ乃至２００ｎｍである。そして第２赤外線反射膜５０としてのＩＴＯの特性も実施例１で説明したのと同様である。また、ＩＴＯの形成方法も第１赤外線反射膜２０と同様にスパッタリングで形成することが望ましい。理由は実施例１において述べたと同様である。なお、図２０に示す本実施形態においても、図１８の場合と同様、第３下地膜１０３の厚さは５００ｎｍ程度であり、第４下地膜１０４の厚さは３００ｎｍの程度である。理由は、図１８において述べたと同様である。
以上にように、本実施例によれば、少なくとも、酸化物半導体１０５が形成された部分においては、赤外線は、第１赤外線反射膜２０、第２赤外線反射膜５０において、２度反射されるので、酸化物半導体１０５をより効果的に加熱し、アニールすることが出来る。また、第２赤外線反射５０膜を可視光に対する透明膜で形成すれば、ポリイミド基板１００の全面を赤外線から保護することが出来、ポリイミドの劣化を防止することが出来る。
実施例１および実施例２では、本発明を液晶表示装置について説明した。本発明は、有機ＥＬ表示装置についても適用することが出来る。図２１は有機ＥＬ表示装置の平面図である。図２１において、表示領域５００には、走査線１１が横方向に延在し、縦方向に配列している。また、映像信号線１２と電源線１３のペアが縦方向に延在し、横方向に配列している。走査線１１と映像信号線１２および電源線１３のペアに囲まれた領域に画素１４が形成されている。表示領域５００の両側には走査線駆動回路５０１が組み込まれており、端子部には有機ＥＬ表示装置に電源や信号を供給するフレキシブル配線基板１０００が接続している。
図２２は図２１のＢ−Ｂ断面図である。図２２において、ＴＦＴ基板１００はポリイミドで形成されている。ポリイミド基板１００の上には、赤外線反射膜２０が例えばＩＴＯで形成されている。赤外線反射膜２０の上には下地膜３０が形成されている。下地膜の３０上には、酸化物半導体で構成されたＴＦＴを含むアレイ層４０が形成されている。
アレイ層４０の上には、発光層を含む有機ＥＬ層４００が形成されている。有機ＥＬ層４００は次のような構成になっている。すなわち、ＩＴＯや反射電極等を含みカソードとして作用する下部電極の上に複数の層からなる有機ＥＬ膜が形成されており、有機ＥＬ層の上には透明電極からなり、アノードとして作用する上部電極が形成されている。
有機ＥＬ層４００の上にはＳｉＮ等の無機膜およびアクリル等の有機膜が積層された保護層４１０が形成されている。有機ＥＬ層４００を主に水分から保護し、かつ、有機ＥＬ層を機械的に保護するためである。保護層４１０の上には、円偏光板４２０が貼り付けられている。円偏光板４２０は、外光が反射電極で反射して、画質を劣化させることを防止する反射防止膜として作用している。円偏光板４２０の上には、保護フィルム４３０が貼り付けられている。一方、ポリイミドで形成されたＴＦＴ基板１００の下には、支持基板１４０が貼り付けられている。ポリイミド基板１００等は薄いので、取扱いに不便な場合があるので、支持基板１４０が使用されている。逆に、有機ＥＬ表示装置をフレキシブルな表示装置として使用したい場合は、支持基板１４０は省略される。
図２２に示すように、ＴＦＴ基板１００としてポリイミドが使用され、アレイ層４０に形成されているＴＦＴは酸化物半導体から構成されているので、実施例１や実施例２で説明したように、酸化物半導体をアニールする必要性と、ポリイミドの耐熱性とのジレンマが生ずる。このように、有機ＥＬ表示装置に生ずるジレンマも液晶表示装置について説明した実施例１および実施例２で説明した、赤外線反射膜によって解決することが出来る。
液晶表示装置について説明した実施例１の図１２において、ＴＦＴ基板１００から有機パッシベーション膜１１３までの構成は、有機ＥＬ表示装置についても同様である。したがって、ＴＦＴ基板１００と第１下地膜１０１との間に赤外線反射膜２０を配置することによって酸化物半導体に対して必要なアニールを行うとともに、ポリイミドの耐熱性の問題を解決することが出来る。
有機ＥＬ表示装置は、光をＴＦＴ基板１００側に放射するボトムエミッションタイプと、光をＴＦＴ基板１００とは反対側に放射するトップエミッションタイプとが存在する。トップエミッションタイプは、発光面積を大きくとることができるので、現在は主流となっている。トップエミッションタイプでは、光が基板１００側を通過することはないので、赤外線反射膜２０として可視光を透過させるという制約はない。したがって、赤外線反射膜２０として、ＩＴＯのみでなく、光を透過しない金属、例えばＴｉ、Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒあるいはこれらの合金、さらには前述の材料の積層構造も用いることが出来る。
また、有機ＥＬ表示装置についても、液晶表示装置について説明した図１８、図２０等の構造を採用することが出来る。すなわち、有機ＥＬ表示装置についても、図１８および２０において、ＴＦＴ基板１００から有機パッシベーション膜１１３までの構成は同じ構成だからである。つまり、有機ＥＬ表示装置についても、図１８および図２０に示したように、第１赤外線反射膜２０と第２赤外線反射膜５０を用いることで、さらに効果を上げることが出来る。
さらに、トップエミッションタイプの有機ＥＬ表示装置では、ＴＦＴ基板１００側に光が向かわないので、第１赤外線反射膜２０、第２赤外線反射膜５０とも、ＩＴＯの他、可視光を透過しない金属あるいは合金、それらの積層膜を用いることもできる。
このように、有機ＥＬ表示装置の場合も、ＴＦＴ基板１００と酸化物半導体１０５との間に赤外線反射膜２０、５０を配置することによって、酸化物半導体１０５を十分にアニールするとともに、ポリイミド基板１００の熱変質を防止することが出来る。
実施例１乃至３では、ポリイミド等の樹脂基板１００と第１下地膜１０１との間に第１赤外線反射膜２０が存在している。しかし、第１赤外線反射膜２０は、ポリイミド基板１００と第１下地膜１０１の間に存在せずに、複数の下地膜の間に存在してもよい。言い換えると、赤外線反射膜とポリイミド等の樹脂基板の間にＳｉＯあるいはＳｉＮ等の下地膜が存在してもよい。
１１…走査線、 １２…映像信号線、 １３…電源線、 １４…画素、 ２０…赤外線反射膜、 ３０…バリア層、 ４０…アレイ層、 ５０…第２赤外線反射膜、 ６０…気泡、 １００…ＴＦＴ基板、 １０１…第１下地膜、 １０２…第２下地膜、 １０３…第３下地膜、 １０４…第４下地膜、 １０５…酸化物半導体、 １０６…ドレイン電極、 １０７…ソース電極、 １０８…ゲート絶縁膜、 １０９…ゲート電極、 １１０…第１層間絶縁膜間、 １１１…第２層間絶縁膜、 １１２…スルーホール、 １１３…有機パッシベーション膜、 １１４…コモン電極、 １１５…容量絶縁膜、 １１６…画素電極、 １１７…配向膜、 １１８…スルーホール、 １２０…ガラス基板、 １３０…下偏光板、 １４０…支持基板、 １５０…シール材、 １６０…端子、 ２００…対向基板、 ２０１…バリア層、 ２０２…カラーフィルタ層、 ２１０…上偏光板、 ３００…液晶層、 ４００…有機ＥＬ層、 ４１０…保護層、 ４２０…円偏光板、 ４３０…カバーフィルム、 ５００…表示領域、 ５０１…周辺回路、 １０００…フレキシブル配線基板、 １０５１…酸化物半導体ドレイン部、 １０５２…酸化物半導体ソース部、 １０６１…ドレイン電極、 １０７１…ソース電極、 ２０００…バックライト

Claims (23)

  1. 樹脂で形成された基板と、無機絶縁膜と、半導体層を有するＴＦＴ（薄膜トランジスタ）とを有する表示装置であって、
    前記基板と前記ＴＦＴの間に赤外線反射膜が形成されていることを特徴とする表示装置。
  2. 前記赤外線反射膜は、波長２μｍの赤外線に対する反射率が７５％以上であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
  3. 前記赤外線反射膜は、波長２μｍの赤外線に対する透過率は５％以下であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
  4. 前記赤外線反射膜は、波長４５０ｎｍの光に対する反射率は２５％以下であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
  5. 前記半導体層は酸化物半導体よりなることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
  6. 前記赤外線反射膜はＩＴＯであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の表示装置。
  7. 前記ＩＴＯの厚さは５０ｎｍ乃至２００ｎｍであることを特徴とする請求項６に記載の表示装置。
  8. 前記赤外線反射膜は金属であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
  9. 前記金属の厚さは５０ｎｍ乃至４００ｎｍであることを特徴とする請求項８に記載の表示装置。
  10. 前記赤外線反射膜は前記基板に接触していることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
  11. 前記表示装置は液晶表示装置であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
  12. 前記表示装置は有機ＥＬ表示装置であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
  13. 前記樹脂はポリイミドであることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の表示装置。
  14. 樹脂で形成された基板と、第１の無機絶縁膜と、第２の無機絶縁膜と、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）とを有する表示装置であって、
    前記基板と前記第１の無機絶縁膜の間に第１の赤外線反射膜が形成され、前記第１の無機絶縁膜の上に第２の赤外線反射膜が形成され、前記第２の赤外線反射膜と前記ＴＦＴとの間に第２の無機絶縁膜が形成されていることを特徴とする表示装置。
  15. 前記第１の熱線赤外線反射膜の波長２μｍの赤外線に対する反射率が７５％以上であり、
    前記第２の熱線赤外線反射膜の波長２μｍの赤外線に対する反射率が７５％以上であることを特徴とする請求項１４に記載の表示装置。
  16. 前記第１の赤外線反射膜は、表示領域全面を覆っていることを特徴とする請求項１４に記載の表示装置。
  17. 前記第１の赤外線反射膜はＩＴＯであることを特徴とする請求項１４に記載の表示装置。
  18. 前記第２の赤外線反射膜は表示領域全面を覆っていることを特徴とする請求項１４に記載の表示装置。
  19. 前記第２の赤外線反射膜はＩＴＯであることを特徴とする請求項１４に記載の表示装置。
  20. 前記第２の赤外線反射膜は、平面で視て、前記ＴＦＴのチャネルと重複し、表示領域全面とは重複していないことを特徴とする請求項１４に記載の表示装置。
  21. 前記第２の赤外線反射膜は金属または合金の単層膜あるいは積層膜で形成されていることを特徴とする請求項２０に記載の表示装置。
  22. 前記第２の赤外線反射膜はＡｌで形成されていることを特徴とする請求項２０に記載の表示装置。
  23. 前記樹脂はポリイミドであることを特徴とする請求項１４乃至２２のいずれか１項に記載の表示装置。
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