JP3544795B2

JP3544795B2 - 表示装置

Info

Publication number: JP3544795B2
Application number: JP24530096A
Authority: JP
Inventors: 修一内古閑; 知正上田; 光志池田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-09-17
Filing date: 1996-09-17
Publication date: 2004-07-21
Anticipated expiration: 2016-09-17
Also published as: JPH1091097A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トランジスタアレイ基板を用いた表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アクティブマトリクス型液晶表示装置の構成要素である薄膜トランジスタアレイは通常ガラス基板上に形成されるが、薄膜トランジスタの形成に際してはその構成要素である半導体層や絶縁層を２００〜４００℃の温度で成膜する必要がある。一般にガラス基板に熱が加わると熱収縮による変形が生じるため、このような高温成膜によってパターンのアライメント精度が劣化するおそれがある。また、ガラス基板が高温にさらされると、ガラス中の不純物が薄膜トランジシタを構成する膜中へと拡散し、素子の特性や信頼性を劣化させるおそれがある。
【０００３】
このようなガラス基板の熱収縮や不純物の熱拡散といった問題を解決するためには、不純物の含有量の少ないガラス基板を選択するか或いはプロセス温度を低温化する必要がある。しかしながら、不純物含有量の少ないガラス基板は一般に高価であり、プロセス温度の低温化は素子特性の劣化を招く。
【０００４】
一方、液晶表示装置を携帯用情報機器に用いることを考えると、耐衝撃性や軽量性といった観点からは、ガラス基板を用いるよりはプラスチック基板の方が適しているといえる。しかしながら、プラスチック基板はガラス基板に比べて膨脹係数が大きく、また高温で塑性変形を起こす。したがって、２００〜４００℃のプロセス温度が必要な薄膜トランジスタアレイの基板に用いることは非常に困難である。
【０００５】
また、薄膜トランジスタを用いた液晶表示装置は、ＭＩＭ等の２端子素子を用いた液晶表示装置や単純マトリクス型の液晶表示装置に比べて製造工程数が一般的に多く、この観点からは生産性があまり高いとは言えない。また、薄膜トランジスタアレイを基板上に形成する場合、数多くの薄膜トランジスタを欠陥なく形成しなければならず、一つの基板内で規定数以上の薄膜トランジスタが不良であれば、その基板全体が不良品となってしまい、この点も生産性低下の要因となる。さらに、対角サイズの異なる表示装置を製造する場合、薄膜トランジスタの形状が同一であっても、製造する対角サイズに合わせてその都度フォトマスクを作成しなければならず、この点も生産性低下の要因となる。
【０００６】
ところで、将来の携帯用情報機器の表示装置としては、低消費電力という観点から、バックライトが不要な反射型液晶表示装置が有望である。この反射型液晶表示装置として、３層の液晶層を積層してカラー表示を行うものがある。この場合３層それぞれに対して３枚のガラス基板上に薄膜トランジスタアレイを構成する必要があるが、そのため単層構造に比べて配線が複雑になる。また、積層方向の３層を一組として一つの画素を構成するため、ガラス基板の厚さによる視差ズレが問題となる。視差ズレを少なくするためにはガラス基板の厚さを極力薄くする必要があるが、工程数の多い薄膜トランジスタの作成を薄いガラス基板上で行うことは困難である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように、従来は、薄膜トランジスタの構成要素である半導体層や絶縁層を２００〜４００℃の温度で成膜することに起因して、ガラス基板の熱収縮によるアライメント精度が低下する、ガラス基板中の不純物の熱拡散による素子の特性や信頼性が劣化する、プラスチック基板等の低歪点の基板の採用が困難であるといった問題があり、また、製造工程等の観点から生産性の向上をはかることが困難であるという問題があった。
【０００８】
また、薄膜トランジスタアレイ基板を複数積層して構成した表示装置においては、配線が複雑になるといった問題や厚さの薄い基板を用いることが困難であるといった問題があった。
【０００９】
本発明の第１の目的は、プラスチック基板等の低歪点の基板の採用等、広範な基板材料が選択可能であり、さらに生産性の向上をはかることも可能なトランジスタアレイ基板を備えた表示装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の第２の目的は、トランジスタアレイ基板を複数積層して構成した表示装置において、多層配線における配線の複雑さを改善することが可能あり、厚さの薄い基板を用いることが可能な表示装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明におけるトランジスタアレイ基板は、電極配線として用いる導電性線材及びこの導電性線材の周囲に能動層が形成される半導体層を付着して構成され前記導電性線材を共通として軸方向に複数設けたトランジスタからなるトランジスタアレイと、このトランジスタアレイを表面に設置する基板とを有することを特徴とする。
【００１２】
上記発明によれば、上記トランジスタアレイを予め用意しておき、これを基板上に搭載することによりトランジスタアレイ基板或いはトランジスタアレイ基板の一部が構成される。したがって、絶縁層や半導体層等の形成といった高温プロセスを基板上で行う必要がないので、プラスチック基板等の低歪点の基板の採用等、広範な基板材料の選択が可能となる。また、工程数の多いトランジスタアレイの作成を基板上で行わなくてもよいので、生産性の向上をはかることが可能となる。
【００１３】
また、本発明における表示装置は、電極配線として用いる導電性線材及びこの導電性線材の周囲に能動層が形成される半導体層を付着して構成され前記導電性線材を共通として軸方向に複数設けたトランジスタからなるトランジスタアレイと、このトランジスタアレイを表面に設置する基板と、前記基板上に形成され前記トランジスタに夫々接続された複数の画素とを有するトランジスタアレイ基板を複数積層してなり、前記トランジスタが前記画素を駆動するスイッチング素子として働くことを特徴とする。
【００１４】
上記発明によれば、トランジスタアレイを予め用意しておき、これを基板上に搭載することによりトランジスタアレイ基板或いはトランジスタアレイ基板の一部が構成されるので、工程数の多いトランジスタアレイの作成を基板上で行わなくてもよく、厚さの薄い基板を採用することが可能であり、基板の厚みに起因する視差ズレを低減することが可能となる。また、導電性線材を基板外への引出し用の配線に利用することができ、配線の複雑さが低減され効果的な配線を行うことが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて、本発明の実施形態の説明を行う。
図１は、後述する各実施形態において用いる線状素子の構成及びその製造工程を示したものである。各工程図（ａ）〜（ｄ）では、線状素子の軸方向に沿った断面及び軸方向に垂直な方向の断面を示してある。以下、図１（ａ）〜（ｄ）にしたがって、製造工程の説明をする。
【００１６】
まず、導電性線材２として、Ｃｕ、Ａｌ、Ｗ、Ｔａ、Ａｕ等の低抵抗の金属を用いた針金状の金属線を用意する。この導電性線材２は薄膜トランジスタのゲート電極及びこれを接続するゲート配線となるものである（ａ）。
【００１７】
つぎに、導電性線材２の周囲に、ゲート絶縁層３、半導体層４、コンタクト層５及びソース・ドレインの電極層６を順次形成する。ゲート絶縁層３としては、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜又はこれらの積層膜の他、導電性線材２の陽極酸化膜等を用いることができる。半導体層４としては、水素を含有したアモルファスシリコン層（以下、ａ−Ｓｉ：Ｈ層）やポリシリコン層等を用いることができる。コンタクト層５としては、リンをドープしたａ−Ｓｉ：Ｈ層等を用いることができる。これら各層３〜５は、従来と同様の温度で高温成膜される。なお、図１の例では各層を導電性線材２の周囲に同心円状に形成しているが、各層間にショートが生じない限り必ずしも同心円状である必要はなく、偏心した状態で形成してもよい（ｂ）。
【００１８】
つぎに、ソース・ドレインの電極層６のパターン及び素子分離のためのレジストパターン７を形成する（ｃ）。
つぎに、レジストパターン７をマスクとして半導体層４及びコンタクト層５をパターニングし、素子分離を行う。レジストパターン７を剥離後、ソース・ドレインの電極層６をマスクとしてコンタクト層５をエッチングし、ソース及びドレイン領域を形成する（ｄ）。
【００１９】
以上のようにして、図１（ｄ）に示すように、導電性線材２の周囲にゲート絶縁層３、半導体層４、コンタクト層５及びソース・ドレインの電極層６が積層形成された薄膜トランジスタ１が作成される。なお、図１では単一の薄膜トランジスタ１のみ示しているが、実際には導電性線材２の軸方向に同一構成の薄膜トランジスタが複数形成されている。
【００２０】
つぎに、本発明の第１実施形態を図２及び図３を参照して説明する。本実施形態は、図１に示した線状素子を用いてアクティブマトリクス型の液晶表示装置を構成したものである。以下、図２（ａ）〜図３（ｄ）にしたがって、本実施形態をその製造工程にしたがって説明する。なお、図では簡単のため５×５のマトリクスについて示しているが、実際には数１００×数１００あるいはそれ以上のマトリクスが構成される（他の実施形態においても同様）。
【００２１】
まず、図１で示したような薄膜トランジスタ１及び導電性線材２からなる複数の線状素子を、低歪点基板１１上に一定の間隔を隔てて搭載する（ａ）。他方の低歪点基板２１上には、信号線２２、画素電極２３及び画素電極２３と薄膜トランジスタ１とを接続する電極２４を形成する。したがって、ここでは一画素は、この画素電極２３、この上に形成された液晶層、画素電極に対向する電極から構成されることになる。低歪点基板１１及び２１には、プラスチック等を用いた透明な基板を用いることができる。また、信号線２２及び接続用の電極２４にはＡｌ、Ａｕ、Ｃｕ等を用いることができ、画素電極２３にはＩＴＯ等の透明導電性薄膜等を用いることができる（ｂ）。
【００２２】
つぎに、図２（ａ）に示した低歪点基板１１と図２（ｂ）に示した低歪点基板２１とを圧着して薄膜トランジスタアレイ基板を形成する。この圧着により、低歪点基板１１上に形成された薄膜トランジスタ１のソース電極と低歪点基板２１上に形成された信号線２２とが接続されるとともに、低歪点基板１１上に形成された薄膜トランジスタ１のドレイン電極と低歪点基板２１上に形成された画素電極２３とが接続される。なお、導電性線材２の周囲には、図１に示すようにゲート絶縁層３が形成されているので、ゲート配線と信号線との交差部においても、このゲート絶縁層３によって両者の絶縁性は確保される（ｃ）。
【００２３】
つぎに、低歪点基板１１及び低歪点基板２１を貼り合わせた薄膜トランジスタアレイ基板１０と、対向面に対向電極３２が形成された対向基板３１との間に液晶を封入して液晶層３３を形成し、アクティブマトリクス型の液晶表示装置が完成する（ｄ）。
【００２４】
以上のように低歪点基板１１及び低歪点基板２１を貼り合わせて形成した薄膜トランジスタアレイ基板１０においては、その熱変形は、低歪点基板１１及び低歪点基板２１の性質だけによって決まるものではなく、ゲート配線として用いる導電性線材２及び信号線２２の熱変形に関する性質との複合的な性質によって決まることになる。一般に導電性線材２や信号線２２の構成材料となる金属は、プラスチックのような樹脂に比べて熱膨脹係数が小さく、そのため熱変形に対しても強い。したがって、上記のような薄膜トランジスタアレイ基板を用いた場合には、図３（ｄ）の液晶を充填する際の熱工程等においても、熱変形を抑えることができる。
【００２５】
つぎに、本発明の第２実施形態を図４を参照して説明する。本実施形態は、図１に示した線状素子を用いてアクティブマトリクス型の液晶表示装置を構成したものである。以下、図４（ａ）〜（ｄ）にしたがって、本実施形態をその製造工程にしたがって説明する。
【００２６】
まず、図１で示したような薄膜トランジスタ１及び導電性線材２からなる複数の線状素子を、図２（ａ）と同様にして、低歪点基板１１上に一定の間隔を隔てて搭載する。他方の低歪点基板４１上には信号線４２を形成する。そして、低歪点基板１１及び４１を圧着することにより、低歪点基板１１上に形成された薄膜トランジスタ１のソース電極と低歪点基板４１上に形成された信号線４２とを接続する（ａ）。
【００２７】
つぎに、低歪点基板４１にスルーホール４１ａを形成する（ｂ）。
つぎに、ＩＴＯ等の透明導電性薄膜を堆積した後これをパターニングして画素電極４３を形成し、薄膜トランジスタ１のドレイン電極と画素電極４３とをスルーホール４１ａを通して接続する（ｃ）。
【００２８】
つぎに、低歪点基板１１及び低歪点基板４１を貼り合わせた薄膜トランジスタアレイ基板１０と、対向面に抵抗電極３２が形成された対向基板３１との間に液晶を封入して液晶層３３を形成し、アクティブマトリクス型の液晶表示装置が完成する（ｄ）。
【００２９】
本実施形態によれば、画素電極４３として例えばＩＴＯを用い、このＩＴＯの抵抗を十分に下げなければならない場合、基板を昇温する必要がある。この昇温によって基板が熱変形するおそれがあるが、低歪点基板１１及び低歪点基板４１の間に網目状に金属配線（導電性線材２及び信号線４２）が形成されているので、このときの基板の熱変形を抑制することができる。
【００３０】
また、本実施形態によれば、信号線４２と画素電極４３とは低歪点基板４１によって完全に分離されているので、信号線４２と画素電極４３との短絡を防止することができる。したがって、画素電極を図２及び図３に示した第１実施形態に比べて大きく作成することが可能であり、液晶表示装置の開口率を高めることができる。
【００３１】
さらに、反射型液晶表示装置として使用する場合、低歪点基板４１に着色された基板例えば黒色の基板を用い、画素電極４３に透明導電性薄膜を用いれば、液晶層３３が透過状態のときに黒表示を行うことができる。
【００３２】
つぎに、本発明の第３実施形態を図５〜図７を参照して説明する。本実施形態は、図１に示した線状素子を用いて薄膜トランジスタアレイ基板を形成し、この薄膜トランジスタアレイ基板を積層して各基板間に液晶を封入し、アクティブマトリクス型の反射型カラー液晶表示装置を構成したものである。
【００３３】
図５は薄膜トランジスタアレイ基板の全体的な構成を示したものであり、図６は図５の一部をさらに詳細に示したものである。薄膜トランジスタアレイ基板５０の構成は、透明な低歪点基板５１上に、薄膜トランジスタ１及び導電性線材２からなる線状素子、薄膜トランジスタ１のソースに接続される信号線５２、薄膜トランジスタ１のドレインに接続電極５４を介して接続される透明導電性薄膜を用いた画素電極５３を形成したものとなっている。ゲート配線となる各導電性線材２は、低歪点基板５１の周縁部において束ねられ、ゲート配線束５５となる。また、各信号線５２の端部には導電性線材２と同様の針金状の線材が接続され、これらの線材を束ねて信号線束５６としている。
【００３４】
ここで、図５及び図６に示した薄膜トランジスタアレイ基板の製造方法について簡単に説明する。基板上には予め画素電極５３をパターン形成しておき、この上に薄膜トランジスタ１及び導電性線材２からなる線状素子を位置を合わせて搭載する。薄膜トランジスタ１の長さは、図６に示すように画素電極５３の幅と同程度であってもよく、この場合には位置合わせ精度は画素電極の寸法程度となる。続いて、金属層を堆積した後これをパターニングして、薄膜トランジスタ１のソースに接続される信号線５２及び薄膜トランジスタ１のドレインと画素電極５３とを接続する接続電極５４を形成する。このように画素電極５３と信号線５２及び接続電極５４のパターニングのみで薄膜トランジスタアレイ基板５０を作成することができるが、画素電極５３と信号線５２及び接続電極５４は基板を昇温せずに形成することができるので、プラスチック基板等の低歪点基板を用いることができる。
【００３５】
上記構成を有する薄膜トランジスタアレイ基板を図７に示すように積層し、各薄膜トランジスタアレイ基板５０ａ、５０ｂ及び５０ｃ並びに透明基板６１の各基板間に液晶を封入し（ただし、図７では液晶層は図示していない）、アクティブマトリクス型の反射型カラー液晶表示装置が構成される。液晶材料には色素が添加されており、例えば透明基板６１と薄膜トランジスタアレイ基板５０ａとの間にはシアンの色素、薄膜トランジスタアレイ基板５０ａと５０ｂとの間にはマゼンタの色素、薄膜トランジスタアレイ基板５０ｂと５０ｃとの間にはイエローの色素が添加されている。また、薄膜トランジスタアレイ基板５０ａ及び５０ｂ並びに透明基板６１の裏面側には透明な対向電極が形成され、これらの対向電極と薄膜トランジスタアレイ基板５０ａ、５０ｂ及び５０ｃに形成された画素電極との間に適当な電圧を印加することによりカラー表示が得られる。
【００３６】
ゲート配線束５５及び信号線束５６は、各薄膜トランジスタアレイ基板５１ａ、５１ｂ及び５１ｃの角部で折り曲げられている。ゲート配線束５５及び信号線束５６を構成する線材は針金状であり、容易に駆動回路（駆動回路は、例えば表示に無関係な基板の裏側に設置される。）付近に配線することが可能である。
【００３７】
このように、薄膜トランジスタ１及び導電性線材２からなる線状素子を予め用意しておき、これを用いて各薄膜トランジスタアレイ基板５０ａ、５０ｂ及び５０ｃを形成すればよいので、製造工程を大幅に簡略化することができる。したがって、厚さの薄い基板を採用することが可能であり、液晶層を複数重ねても基板の厚みに起因する視差ズレを低減することが可能となる。また、針金状の導電性線材を束ねて基板外への引出し用配線に用いるので、多層配線における配線の複雑さを低減することができる。
【００３８】
なお、以上の説明した各実施形態では液晶表示装置（ＬＣＤ）について説明したが、本発明はＬＣＤのみならず、ＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）やＦＥＤ（フィールドエミッションディスプレイ）等、マトリクス駆動を行う他の表示装置に適用することも可能である。
その他、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲内において、種々変形して実施可能である。
【００３９】
【発明の効果】
本発明では、半導体層の形成等の高温プロセスを基板上で行う必要がないので、プラスチック基板等の低歪点の基板の採用等、広範な基板材料の選択が可能となり、また、工程数の多いトランジスタアレイの作成を基板上で行わなくてもよいので、生産性の向上をはかることが可能となる。
【００４０】
また、本発明では、工程数の多いトランジスタアレイの作成を基板上で行わなくてもよいので、厚さの薄い基板を採用することが可能であり、基板の厚みに起因する視差ズレを低減することが可能となる。また、導電性線材を基板外への引出し用の配線に利用することができ、効果的な配線を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】各実施形態において用いる線状素子の構成及びその製造工程を示した図。
【図２】本発明の第１実施形態に係る製造工程を示した図。
【図３】本発明の第１実施形態に係る製造工程を示した図。
【図４】本発明の第２実施形態に係る製造工程を示した図。
【図５】本発明の第３実施形態に係る図であり、トランジスタアレイ基板の構成を示した図。
【図６】図５に示したトランジスタアレイ基板の一部をさらに詳細に示した図。
【図７】図５に示したトランジスタアレイ基板を複数積層して液晶表示装置を構成した図。
【符号の説明】
１…薄膜トランジスタ
２…導電性線材
１０、５０…トランジスタアレイ基板
１１、５１…基板

Claims

電極配線として用いる導電性線材及びこの導電性線材の周囲に能動層が形成される半導体層を付着して構成され前記導電性線材を共通として軸方向に複数設けたトランジスタからなるトランジスタアレイと、このトランジスタアレイを表面に設置する基板と、前記基板上に形成され前記トランジスタに夫々接続された複数の画素とを有するトランジスタアレイ基板を複数積層してなり、前記トランジスタが前記画素を駆動するスイッチング素子として働くことを特徴とする表示装置。