JP4059731B2 - Active matrix substrate and display device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置、有機EL表示装置、無機EL表示装置、X線センサ、メモリ素子などに用いるアクティブマトリクス基板ならびに表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor、以下「TFT」と略す)を駆動素子に用いたアクティブマトリクス型の液晶表示装置は、従来のCRT(Cathode Ray Tube)と比較して、同等以上の表示品質を備えている。また、薄型、軽量、高精彩、低消費電力であるという特徴も備えており、大画面の表示装置を作製することも可能である。このため、現在あらゆる分野において、アクティブマトリクス型の液晶表示装置が、従来のCRTに替わる次世代画像表示装置として使用されている。表示媒体として有機ELを用いた有機EL表示装置なども次世代の画像表示装置として近年脚光を浴びている。
【0003】
こうした画像表示装置を、従来のCRTに替わるものとしてだけではなく、電子ペーパなど、紙に印刷された印刷物の代替物として用いることが検討されている。このため、折り曲げたり、丸めたりしても壊れず、持ち運びが可能なフレキシブルディスプレイとして、こうした画像表示装置を構成することが求められている。
【0004】
フレキシブルディスプレイを液晶表示装置や有機EL表示装置などの技術を用いて実現するには、基板が可撓性を備えていることが必要であり、従来の基板材料であるガラスなどに替えて、常温において変形しうるプラスチックやステンレスなどを基板材料として用いなければならい。このような基板上にTFTを形成するには、基板材料の変更に伴う新たな問題が生じるため、従来と異なる工夫が必要である。
【0005】
例えば、プラスチック基板をフレキシブルディスクプレイに用いる場合、プラスチック基板から生じる脱ガスおよびプラスチック基板への吸水を防止するため、ガスや水分を透過しないガスバリア層をプラスチック基板の全面に形成する必要がある。また、プラスチック基板への熱によるダメージを低減し、熱応力を抑制するために、プラスチック基板上に設けられる薄膜は低い温度で堆積する必要がある。しかし、堆積温度が低くなり過ぎると堆積される薄膜の膜質が悪くなり、スイッチング素子としてのTFTの性能や信頼性を損なう可能性がある。このため、薄膜の形成温度を従来よりも厳密に最適化しなければならない。また、基板が常温で変形し得るため、基板上に形成される薄膜の応力によって基板自体が反ってしまうことを防止する必要がある。
【0006】
これらの問題は、フレキシブルディスクプレイを実現する上で克服すべき重要な問題として認識されており、問題を解決するための種々の提案がなされてきている。そして、プラスチック基板上に従来よりも比較的低い温度でTFTアレイを形成し、正常に駆動させることに成功したという報告が、近年学会等でなされている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
いったん、プラスチックなどの常温において変形しうる材料からなる基板上にTFTアレイを形成することに成功しても、実用性を備えたフレキシブルディスプレイを実現するためには、実用状態において、その性能や信頼性に問題のないことが必要となる。具体的には、フレキシブルディスプレイが折り曲げられたり、丸められたりしても、フレキシブルディスプレイのTFTが正常に動作し、その性能や信頼性に影響を生じないことが必要である。
【0008】
しかし、従来の技術によれば、基板を折り曲げたり、丸めたりすることによって、TFTを構成する絶縁膜、半導体層、導電層などに亀裂が生じ、TFTの性能および信頼性が著しく低下するという問題が生じる。この問題を、図を参照しながら説明する。
【0009】
図10は、プラスチック基板11上に複数のTFT10がアレイ状に形成された従来のアクティブマトリクス基板101の断面を模式的に示している。また、図11は、TFT10の構造を模式的に示している。
【0010】
上述したように、プラスチック基板11を基板として用いてアクティブマトリクス基板101を形成するために、プラスチック基板11とTFT10との間には、プラスチック基板11からの脱ガスを防止し、プラスチック基板11への吸湿を防止するために、ガスバリア層4が設けられている。また、プラスチック基板11は可撓性を備えている。
【0011】
一方、TFT10は、従来の基板が変形しない表示装置に用いられるTFTと同じ構造を備えている。具体的には、図8に示すように、TFT10はゲート電極5と、ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜6と、ゲート絶縁膜上6に形成された半導体層7およびn+層8とn+層上に設けられたソースおよびドレイン電極9とを含む。
【0012】
このため、図10に示すように、プラスチック基板11の面11aが内側となるようにプラスチック基板11を丸めた場合、面11a上に形成されたTFT10には応力が働く。しかし、プラスチック基板11上に形成されたTFT10は、上述したように、従来の基板が変形しない表示装置に用いられるTFTと同じ構造を備えているので、TFT10の構造上弱い部分において破壊が生じる。例えば、ゲート電極5のエッジ部分からゲート絶縁膜6へ亀裂12が生じる。このため、TFT10がスイッチング素子として正常に機能しなくなる可能性がある。また、TFT10が正常に機能したとしても、プラスチック基板11を何度も折り曲げることによって、ゲート絶縁膜6と半導体層7との界面に応力が集中し、半導体層7の界面準位が徐々に上昇する。その結果、TFT10の閾値が徐々にシフトするというトランジスタ特性の経時変化が生じ、TFT10の信頼性に悪影響を及ぼす。
【0013】
このように、可撓性を備えた基板上にTFTを形成し、良好な初期特性が得られるアクティブマトリクス基板を作製することができたとしても、その後、アクティブマトリクス基板が曲げられることによって生じる応力による悪影響を低減させない限り、フレキシブルディスプレイを実現することは困難である。
【0014】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、折り曲げたり丸めたりすることが可能でありながら、TFTのスイッチング素子としての性能や信頼性が損なわれないアクティブマトリクス基板、および、そのようなアクティブマトリクス基板を用いた表示装置を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明のアクティブマトリクス基板は、可撓性を有する基板と、前記基板上に形成された複数の走査配線と、前記走査配線と交差するよう前記基板上に形成された複数の信号配線と、前記基板上に形成され、対応する走査配線に印加される信号に応答して動作する複数の薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタを介して対応する信号配線と電気的に接続され得る複数の画素電極とを備え、前記基板は、その基板の主面内において、他の方向に比べてヤング率の高い方向を有し、前記走査配線は前記ヤング率の高い方向に沿って伸びている。
【0016】
ある好ましい実施形態において、前記基板は、複数の第1の線材および前記第1の線材と交差するよう配置された複数の第2の線材を有する網状構造と、前記網状構造の表面に設けられた樹脂層とを含み、前記第1の線材は前記第2の線材よりも高いヤング率が有し、前記第1の線材と平行に前記走査配線が形成されている。
【0017】
ある好ましい実施形態において、前記第1の線材および前記第2の線材は織り込まれることによって、前記網状構造を形成している。
【0018】
ある好ましい実施形態において、前記薄膜トランジスタは前記第1の線材上に形成されている。
【0019】
ある好ましい実施形態において、前記複数の線材または前記第1の線材の直径は10μmから2000μmである。
【0020】
ある好ましい実施形態において、前記第1の線材の直径は、前記走査配線の幅より大きく、前記走査配線の配列ピッチのよりも小さい。
【0021】
ある好ましい実施形態において、前記基板は、平行に配列された複数の線材と、前記線材の少なくとも一部を覆うように設けられた樹脂層とを含み、前記線材と平行に前記走査配線が形成されている。
【0022】
ある好ましい実施形態において、前記複数の線材は前記樹脂層を介して所定の間隔で配列されている。
【0023】
ある好ましい実施形態において、前記樹脂層は透光性を有している。
【0024】
ある好ましい実施形態において、前記複数の線材は、前記樹脂層よりも高いヤング率を有している。
【0025】
ある好ましい実施形態において、前記薄膜トランジスタは前記第1の線材上に形成されている。
【0026】
ある好ましい実施形態において、前記基板は、ヤング率がいずれの方向においても実質的に等しい可撓性板と、前記可撓性板より高いヤング率を有し、前記走査配線と平行となるよう前記可撓性板に配置された複数の線材とを含む。
【0027】
ある好ましい実施形態において、前記走査配線は金属からなり、前記信号配線は導電性樹脂からなる。
【0028】
また、本発明の表示装置は、上記いずれかのアクティブマトリクス基板と、対向基板と、前記アクティブマトリクス基板および前記対向基板にはさまれた表示媒体層とを有する。
【0029】
【発明の実施の形態】
本願発明者の検討によれば、従来のアクティブマトリクス基板では、可撓性基板として可撓性に異方性のないものが選ばれていた。このため、TFTが破壊し易い方向にもアクティブマトリクス基板を曲げることが可能であった。
【0030】
本願発明では、TFTの構造上弱い部分に応力が加わらないよう、アクティブマトリクス基板が曲げられる方向を規制する。このために、可撓性基板として、その基板の主面内において、他の方向に比べてヤング率の高い方向を有する基板を用いる。このような基板は、基板の折り曲げに対して異方性を備え、ヤング率の高い方向に基板の折り曲げ剛性が強く、基板を折り曲げにくい。
【0031】
本発明のアクティブマトリクス基板では、この特性を備えた基板上に、走査配線が基板のヤング率の高い方向に沿って伸びるようにTFTアレイが形成されている。走査配線は、TFTのゲート電極に信号を印加するために用いられるため、走査配線に近接してTFTのゲート電極が設けられているか、または、走査配線の一部をゲート電極とし、走査配線上にTFTが形成されている。このため、基板のヤング率の高い方向と走査線の伸びる方向とを同じにすることによって、走査線および走査線の近傍に設けられたTFTは応力を受けにくくなり、TFT中、構造の弱い部分において破壊が生じたり、応力の集中による特性の変化が生じたりしにくくなる。
【0032】
(第1の実施形態)
本発明のアクティブマトリクス基板の第1の実施形態を説明する。まず図1から図3を参照して、アクティブマトリクス基板に用いられる可撓性基板51を説明する。図1は、可撓性基板51の断面を示している。可撓性基板51は、複数の第1の線材1および複数の第2の線材を有する網状構造41と、網状構造41の表面に設けられた樹脂層3とを含む。図2および図3に示すように、網状構造41において、複数の第1の線材1および複数の第2の線材はそれぞれ平行に配列されており、第2の線材2は第1の線材1と交差するよう配置されている。
【0033】
第1の線材1および第2の線材は、それぞれを縦糸および横糸として、網状構造41を形成するよう織られている。図1から図3に示す網状構造41は、第1の線材1および第2の線材をいわゆる「平織り」にすることによって形成されている。しかし、複数の第1の線材1が平行に保たれる限り、他の織り方によって編まれていてもよい。また、樹脂層3によって、第1の線材1および第2の線材2を固定できる場合には、第1の線材1と第2の線材2とを単に交差するように配置し、樹脂層3によってこれらの線材を固定することによって網状構造41を形成してもよい。
【0034】
第1の線材1は、第2の線材2よりも高いヤング弾性率を有しており、第1の線材1は比較的剛性が高く、第2の線材2は比較的剛性が低い。好ましくは、第1の線材1は1×1010Pa以上のヤング率を有しており、第2の線材2は、1×109Pa以上のヤング率を有している。第1の線材1としては、例えば、ステンレス、銅、タングステン、チタンなどからなる細線を用いることができる。また、第2の線材2としては、例えば、ガラス、プラスチックなどからなる細線を用いることができる。図3において、第1の線材1および第2の線材2の断面は円形で示されているが、断面は、楕円、三角形、矩形、多角形などであってもよい。第1の線材1および第2の線材2の断面形状に内接する円の直径は、10μmから2000μmであることが好ましいが、第1の線材1の直径と第2の線材2の直径とは異なっていてもよい。第1の線材1の直径、第2の線材2の直径および織り方を適切に選択することによって、第1の線材1の間隔を調整することができる。また最適な線材の直径は、製造しようとしているアクティブマトリクス基板の用途によって異なる場合がある。例えば表示装置の場合には、そのサイズ、解像度によっても最適な線材の直径は異なる場合があり、その場合には用途に応じて使用する線材の径を選ぶことができる。
【0035】
樹脂層3は、網状構造41の表面を平坦化し、編み目が解けないように第1の線材1および第2の線材2の相対的な配置を規制する。樹脂層3としては、空アクリル樹脂、ポリイミド樹脂などの材料を用いることができる。透過型表示装置を形成する場合には、光線透過率が高い樹脂が望ましい。例えば、アクリル樹脂など、波長500nmの光を80%以上透過する樹脂が望ましい。樹脂層3のヤング率は少なくとも第1の線材1のヤング率より小さい。
【0036】
この可撓性基板51では、網状構造41を構成している第1の線材1と第2の線材2との剛性の差異から、第2の線材2が撓むように第1の線材1と平行な方向に折り曲げ易く、第1の線材1自身が撓む方向である第1の線材1と垂直な方向には曲げにくい。第2の線材2の剛性のほうが第1の線材1の剛性よりも低いからである。このため、可撓性基板51の主面内において、他の方向に比べて、第1の線材1が伸びる方向にヤング率が高くなっている。
【0037】
一方、可撓性基板51のヤング率の高い方向と垂直な方向にはヤング率の低い第2の線材2が伸びている。このため、第2の線材2が撓むよう、可撓性異基板51を曲げることが可能である。この時、第1の線材1には、第1の線材1をその長手方向と垂直な方向に撓ませる力が働くが、第1の線材1の断面のこの方向における距離は短い。また、第2の線材2に比べ、第1の線材1のヤング率は大きい。このため、第1の線材1は実質的に変形せず、第2の線材2のみが変形する。つまり、応力が第2の線材2に集中する。
【0038】
可撓性基板51は、以下の方法によって作製することができる。まず、例えば、第1の線材1として直径100μmのステンレス線を用意し、第2の線材2として、直径100μmのポリエーテルスルホンからなるプラスチック線を用意する。ポリーエールスルホンのガラス転移点は約200℃である。
【0039】
次に、第1の線材1および第2の線材2をそれぞれ、縦糸および横糸として、網状構造41を形成するように織る。第1の線材1および第2の線材2を織るために、ステンレス製網戸やスクリーン印刷用メッシュなどの金属メッシュの作製に用いられる公知の製造技術・製造装置を用いることができる。
【0040】
その後、架橋性樹脂をスピンコート法などで網状構造41上に塗布し、ベーク装置で架橋性樹脂を熱硬化させた後、その表面をCMP(Chemical Mechanical Polishing)法などで平坦化し、樹脂層3を形成する。
【0041】
次に、本実施形態のアクティブマトリクス基板61を説明する。図4は、アクティブマトリクス基板61を概略的に示している。アクティブマトリクス基板61は、可撓性基板51と、可撓性基板51上に形成された複数の走査配線5と、走査配線5と交差するよう可撓性基板51上に形成された複数の信号配線21と、可撓性基板51上に形成され、対応する走査配線に印加される信号に応答して動作する複数の薄膜トランジスタ(TFT)22と、TFT10を介して対応する信号配線21と電気的に接続され得る複数の画素電極23とを備える。走査配線5は、可撓性基板51の第1の線材1と平行に配置されている。つまり、可撓性基板51のヤング率の高い方向に沿って走査配線5は伸びている。第1の線材1の断面形状に内接する円の直径は、少なくとも走査配線5の幅よりも大きく、走査配線の配列ピッチよりも小さいことが好ましい。
【0042】
図5は、アクティブマトリクス基板61のTFT10近傍を拡大して示す断面図である。図5に示すように、走査配線5は第1の線材1上に位置していることが好ましい。TFT10は、可撓性基板51上にガスバリア層4を介して形成され、走査配線5の一部をゲート電極として有する。TFT10の素子全体の大きさは数十μm×数十μm以下である。このため、第1の線材1の断面形状に内接する円の直径が上述した好ましい寸法である場合、図5に示すように、TFT10の全体が、第1の線材1上に位置する。
【0043】
TFT10において、走査配線5上にはゲート絶縁膜6が形成され、ゲート絶縁膜6上に半導体層7が形成されている。半導体層7にはソース電極9aおよびドレイン電極9bがn+層8を介して電気的に接続されている。ソース電極9aは、信号配線21と接続され、ドレイン電極9bは画素電極23と電気的に接続されている。
【0044】
アクティブマトリクス基板61によれば、走査配線5は、可撓性基板51のヤング率の高い方向に伸びており、走査配線5の一部をゲート電極とし、走査配線5上にTFT10が形成されている。このため、走査配線5が撓むようにはアクティブマトリクス基板61を折り曲げにくく、走査配線5および走査配線5上に設けられたTFT10は応力を受けにくくなる。その結果、走査配線5が断線したり、TFT10中、構造の弱い部分において破壊が生じたり、応力の集中による特性の変化が生じたりしにくくなる。また、走査配線5はほとんど撓まないため、TiやTaなどの従来の走査配線材料を用いることが可能であり、TFT10のスイッチング素子としての特性が劣化することもない。
【0045】
一方、ヤング率の高い方向と垂直な方向に撓むように可撓性基板51を曲げることができる。可撓性基板51のこのような撓みは走査配線5と平行であるため、走査線5および走査線5上に設けられたTFT10は応力を受けにくい。したがって、TFT10を破壊することなく、可撓性基板51のヤング率の高い方向と垂直な方向にアクティブマトリクス基板61を曲げることができる。
【0046】
特に、走査配線5が可撓性基板51の第1の線材1上に形成されている場合、走査配線5およびTFT10の全体が第1の線材1上に位置する。このため、図6に示すように、第1の線材1と平行にアクティブマトリクス基板61を折り曲げても、応力によって可撓性基板51の第2の線材2のみが変形し、剛性の高い第1の線材1および第1の線材1上に位置するTFT10は、折り曲げによる応力をほとんど受けない。したがって、アクティブマトリクス基板61を用いて、折り曲げたり丸めたりすることが可能でありながら、TFTのスイッチング素子としての性能や信頼性が損なわれない表示装置を実現することができる。
【0047】
なお、可撓性基板51のヤング率の高い方向と垂直な方向にアクティブマトリクス基板61を曲げる場合、信号配線21は撓む。信号配線21はTFT10のチャネル部分と近接していないため、信号配線21の撓みがTFT10の破壊や信頼性の低下に影響を及ぼすことは、走査配線5に比べて少ない。しかし、アクティブマトリクス基板61を繰り返し折り曲げる場合には、信号配線21が疲労し、断線する可能性もある。このような場合には、信号配線21を導電性樹脂などで形成することが好ましい。
【0048】
アクティブマトリクス基板61を繰り返し折り曲げることにより生じる配線の断線という観点では、信号配線21を可撓性基板51のヤング率の高い方向に対して平行に配設し、走査配線5を導電性樹脂で形成することも考えられる。しかし、この場合には、走査配線5を導電性樹脂で形成することによるTFT10の特性および信頼性の低下生じる可能性がある。したがって、このような構成は好ましくない。
【0049】
可撓性基板51を有するアクティブマトリクス基板61は、例えば、以下の方法によって作製される。図5に示すように、まず、可撓性基板51上にプラズマCVD法によって、窒化シリコン(SiNx)膜からなるガスバリア層4を形成する。可撓性基板51の耐熱温度に応じて、ガスバリア層4の形成条件を調整する。本実施形態では、可撓性基板51の第2の線材2のガラス転移点が200℃であるため、可撓性基板51を200℃よりも高い温度に晒すことは、好ましくない。このため、可撓性基板51を200℃に加熱し、SiH4:125sccm、NH3:190sccm、N2:1000sccmの流量で原料ガスをチャンバに導入し、チャンバの圧力を130Torrに保ちながら、0.5W/cm2の出力密度で窒化シリコン膜を形成する。
【0050】
次に、スパッタリング装置を用い、タンタルなどのゲート配線材料をターゲットとして、基板温度:100℃、Ar流量:100sccm、圧力:5mTorr、出力密度:1W/cm2の条件でガスバリア層4上に薄膜を形成する。その後、薄膜をパターニングすることによって、厚さ300nm、幅20μmの走査配線5を形成する。
【0051】
その後、プラズマCVD法により、窒化シリコンからなるゲート絶縁膜6、アモルファスシリコンからなる半導体層7および高濃度の不純物を含むアモルファスシリコンからなるn+層8を形成する。ゲート絶縁膜6は、例えば、ガスバリア層4と同じ条件によって形成できる。半導体層7は、SiH4:200sccm、H2:1800sccmの流量で原料ガスをチャンバに導入し、チャンバの圧力を80Torrに保ちながら、0.1W/cm2の出力密度でパワーを印加することによって形成することできる。また、n+層8は、PH3:6sccm、SiH4:200sccm、H2:2000sccmの流量で原料ガスをチャンバに導入し、チャンバの圧力を80Torrに保ちながら、0.2W/cm2の出力密度でパワーを印加することによって形成することができる。
【0052】
その後、信号配線21、ソース電極9a、ドレイン電極9bを走査配線5と同じ条件で形成し、ソース電極9aおよびドレイン電極9bをマスクとして、n+層8をエッチングすることによって、TFT10が形成される。信号配線21は導電性樹脂などを用いて形成してもよい。最後に、画素電極23を形成することにより、アクティブマトリクス基板61が得られる。
【0053】
(第2の実施形態)
図7から図9を参照して、本発明のアクティブマトリクス基板の第2の実施形態を説明する。図7は可撓性基板52を備えたアクティブマトリクス基板62の主要部の断面を示しており、図8および図9は可撓性基板52の平面図および断面図をそれぞれ示している。
【0054】
アクティブマトリクス基板62は、第1の実施形態の可撓性基板51とは異なる構造を有する可撓性基板52を備えている。具体的には、可撓性基板52は、所定の間隔を隔てて平行に配列された複数の第1の線材1と、第1の線材1を保持する樹脂層3とを含む。第1の線材1は、ヤング率の高い材料で形成されていることが好ましく、第1の実施形態の第1の線材1と同じ特性を備えていることが好ましい。樹脂層3は、第1の線材1よりもヤング弾性率が低く、光透過性を備えていることが好ましい。例えば、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂などから樹脂層3は形成されている。
【0055】
図8および図9に示すように、可撓性基板52において、第1の線材1は、所定の間隔を隔て配設されており、第1の線材1間に設けられた樹脂層3が可撓性基板52の表面と裏面との間で光を透過させる。したがって、可撓性基板52は透光性を備えており、アクティブマトリクス基板62を用いて透過型表示装置を作製するのに適している。可撓性基板52の光透過率は、第1の線材1の太さと隣接する第1の線材1間の間隔との比率を調節することによって、任意に調節することができる。
【0056】
第1の実施形態とは異なり、可撓性基板52は第2の線材を備えていない。しかし、第1の線材1を含むため、可撓性基板は、他の方向に比べて第1の線材1が伸びる方向に高いヤング率を有する。このため、第1の実施形態と同様、第1の線材1と平行な方向に可撓性基板52を折り曲げ易く、第1の線材1と垂直な方向に可撓性基板52を折り曲げにくくなっている。また、第2の線材を用いないため、2種類の線材を織る必要がなく、可撓性基板52を作製するコストを低減することができる。
【0057】
図7に示すように、アクティブマトリクス基板62において、走査配線5は可撓性基板52の第1の線材1と平行であり、かつ、第1の線材1上に位置するよう配置されている。また、TFT10も第1の線材1上に形成されている。このため、第1の実施形態において説明したように、TFT10を破壊することなく、可撓性基板52のヤング率の高い方向と垂直な方向にアクティブマトリクス基板62を曲げることができる。
【0058】
アクティブマトリクス基板62は、例えば以下の方法によって作製することができる。まず、第1の線材1として直径100μmのステンレス線を用意し、200μm間隔で平行に配列する。その後、第1の線材1をアクリル樹脂で硬化、平坦化して可撓性基板52を作製する。
【0059】
可撓性基板52上にガスバリア層4を形成し、パッタリング装置を用いて、Ti、Taなどの金属薄膜を堆積する。この金属薄膜をパターニングして走査配線5を形成する。この時、走査配線5は第1の線材1上に位置するようにパターニングを行う。
【0060】
その後、プラズマCVD法により、ゲート絶縁膜6、半導体層7、n+層8を形成し、信号配線21、ソース電極9a、ドレイン電極9bを形成した後、これらをマスクとしてn+層8をパターニングし、TFT10を作製する。最後に、画素電極23を形成することにより、アクティブマトリクス基板62が得られる。
【0061】
上記第1および第2の実施形態では、剛性の高い第1の線材上にTFTを形成することによって、アクティブマトリクス基板を曲げることによるTFTの破壊を防止したり、TFT特性および信頼性の低下を抑制したりしていた。しかし、アクティブマトリクス基板を曲げたときの極率がそれほど小さくなく、TFTに働く応力が小さい場合にはTFTは必ずしも剛性の高い第1の線材上に形成しなくてもよい。しかし、この場合であっても、走査配線が基板から剥離したり、走査配線近傍に形成されたTFTのゲート絶縁膜や半導体層への応力が集中したりすることを抑制するために、走査配線が撓むようにアクティブマトリクス基板が曲がることは規制することが好ましい。
【0062】
このため、可撓性を有する基板を備えるアクティブマトリクス基板において、基板の内部あるいは基板の外部に、走査配線と平行となるように剛性の高い線材を形成することが好ましい。この場合、基板にはヤング率がいずれの方向においても実質的に等しい可撓性板を用い、線材として可撓性板よりも高いヤング率を備えているものを用いる。このような構造によって、他の方向に比べて走査配線の伸びる方向に基板のヤング率が高くなり、走査配線が撓む方向にアクティブマトリクス基板が曲がることを規制することができる。例えば、プラスチック基板上にTFT構造を形成した後、走査配線と平行となるよう、ステンレス線などをプラスチック基板に配設して基板の折り曲げ方向を規制してもよい。
【0063】
また、ヤング率がいずれの方向においても実質的に等しい可撓性板を用意し、可撓性板の裏面に複数の溝を平行に設けることによって溝が設けられた方向と垂直な方向に撓み易く、平行な方向には撓みにくい基板を得ることができる。この基板の表面に、走査配線が溝と平行となるよう配列されたTFTのアレイを形成し、アクティブマトリクス基板を作製してもよい。この場合、溝と溝との間に形成されるリッジ上に走査配線を配置すれば、より、走査配線およびTFTに応力がかかりにくい構造となる。
【0064】
また、上記第1および第2の実施形態では、走査配線の一部をゲート電極とし、走査配線上に形成されるTFTを備えたアクティブマトリクス基板を説明した。しかし、本発明のアクティブマトリクス基板はこの構造のTFTを備えたものに限定されるわけではない。例えば、本発明のアクティブマトリクス基板は、走査配線から分枝された電極をゲート電極として有するTFTを備えていてもよい。この構造のTFTは走査配線近傍に位置するため、走査配線を第1の線材上に形成すれば、TFTも第1の線材上に位置する。したがって、第1の実施形態で詳述したように、第1の線材によって、TFTの破壊や特性および信頼性の低下を抑制することができる。
【0065】
また、第1および第2の実施形態において、第1の線材または第2の線材に加えて、第1の線材よりヤング率の小さい第3の線材を一緒に配列してもよい。
【0066】
第1および第2の実施形態ならに上述したこれらの変形例によるアクティブマトリクス基板は液晶表示装置に好適に用いられる。たとえば、対向電極およびカラーフィルタ層を設けた対向基板を用意し、上記アクティブマトリクス基板および対向基板に配向膜を設け、ラビング法による配向処理を施して配向処理面を互いに内側にしてシール材を介して張り合わせ基板間に液晶を注入することにより、本願発明による液晶表示装置が得られる。
【0067】
また、液晶表示装置に限らず、電圧が印加されることにより光学的性質が変調したり、発光したりする材料を表示媒体層として用い、対向基板と本発明のアクティブマトリクス基板との間にそのような表示媒体層を保持することにより、種々の表示装置を得ることができる。例えば表示媒体層として有機あるいは無機蛍光材料を用いた有機EL表示装置や無機EL表示装置などの表示装置にも本発明のアクティブマトリクス基板は好適に用いられる。さらに、X線センサやメモリ素子などに用いられるアクティブマトリクス基板としても好適に用いることができる。
【0068】
【発明の効果】
本発明によれば、走査線の断線やTFTの素子破壊、あるいはTFTの特性および信頼性の低下を低減し、基板を曲げることが可能なアクティブマトリクス基板を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態のアクティブマトリクス基板に用いられる可撓性基板の断面図である。
【図2】図1の可撓性基板の網状構造示す平面図である。
【図3】図1の可撓性基板の網状構造示す断面図である。
【図4】本発明の第1の実施形態のアクティブマトリクス基板を示す模式図である。
【図5】図4のアクティブマトリクス基板の主要部を示す断面図である。
【図6】図4のアクティブマトリクス基板が曲げられている状態を示す断面図である。
【図7】本発明の第2の実施形態のアクティブマトリクス基板の主要部を示す断面図である。
【図8】図7のアクティブマトリクス基板に用いられる可撓性基板を示す平面図である。
【図9】図7のアクティブマトリクス基板に用いられる可撓性基板を示す断面図である。
【図10】従来のアクティブマトリクス基板が曲げられている状態を示す断面図である。
【図11】図10のアクティブマトリクス基板の主要部を示す断面図である。
【符号の説明】
1 第1の線材
2 第2の線材
3 樹脂層
4 ガスバリア層
5 走査配線
6 ゲート絶縁膜
7 半導体層
8 n+層
9a ソース電極
9b ドレイン電極
10 TFT
21 信号配線
23 画素電極
41 網状構造
51、52 可撓性基板
61、62 アクティブマトリクス基板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an active matrix substrate and a display device used for liquid crystal display devices, organic EL display devices, inorganic EL display devices, X-ray sensors, memory elements, and the like.
[0002]
[Prior art]
An active matrix type liquid crystal display device using a thin film transistor (hereinafter abbreviated as “TFT”) as a driving element has a display quality equivalent to or higher than that of a conventional CRT (Cathode Ray Tube). Yes. In addition, it has features of being thin, lightweight, high-definition, and low power consumption, so that a large-screen display device can be manufactured. For this reason, in all fields, active matrix liquid crystal display devices are currently used as next-generation image display devices that replace conventional CRTs. In recent years, organic EL display devices using organic EL as a display medium have been attracting attention as next-generation image display devices.
[0003]
The use of such an image display device as an alternative to a printed material printed on paper, such as electronic paper, as well as a replacement for a conventional CRT is being studied. For this reason, it is required to configure such an image display device as a flexible display that can be carried without being broken even if it is bent or rolled.
[0004]
In order to realize a flexible display using a technology such as a liquid crystal display device or an organic EL display device, the substrate needs to be flexible. Instead of glass, which is a conventional substrate material, room temperature is required. As a substrate material, plastic or stainless that can be deformed must be used. In order to form a TFT on such a substrate, a new problem arises due to a change in the substrate material, and therefore, a different contrivance is required.
[0005]
For example, when a plastic substrate is used for a flexible display, it is necessary to form a gas barrier layer that does not transmit gas or moisture on the entire surface of the plastic substrate in order to prevent degassing and water absorption to the plastic substrate. Further, in order to reduce damage to the plastic substrate due to heat and suppress thermal stress, the thin film provided on the plastic substrate needs to be deposited at a low temperature. However, if the deposition temperature is too low, the film quality of the deposited thin film is deteriorated, which may impair the performance and reliability of the TFT as a switching element. For this reason, the formation temperature of the thin film must be optimized more strictly than before. Further, since the substrate can be deformed at room temperature, it is necessary to prevent the substrate itself from being warped by the stress of the thin film formed on the substrate.
[0006]
These problems are recognized as important problems to be overcome in realizing flexible disk play, and various proposals for solving the problems have been made. In recent years, academic societies and others have reported that a TFT array is formed on a plastic substrate at a relatively lower temperature than before and has been successfully driven.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Once a TFT array is successfully formed on a substrate made of a material that can be deformed at room temperature, such as plastic, in order to realize a flexible display with practicality, its performance and reliability in practical use. It is necessary that there is no problem with sex. Specifically, even if the flexible display is bent or rounded, it is necessary that the TFT of the flexible display operates normally and does not affect its performance and reliability.
[0008]
However, according to the conventional technology, when the substrate is bent or rounded, the insulating film, the semiconductor layer, the conductive layer, etc. constituting the TFT are cracked, and the performance and reliability of the TFT are remarkably lowered. Occurs. This problem will be described with reference to the drawings.
[0009]
FIG. 10 schematically shows a cross section of a conventional
[0010]
As described above, since the
[0011]
On the other hand, the TFT 10 has the same structure as a TFT used in a display device in which a conventional substrate is not deformed. Specifically, as shown in FIG. 8, the TFT 10 includes a
[0012]
Therefore, as shown in FIG. 10, when the
[0013]
As described above, even if an active matrix substrate capable of obtaining good initial characteristics can be manufactured by forming TFTs on a flexible substrate, stress generated by bending the active matrix substrate thereafter. It is difficult to realize a flexible display unless the adverse effects due to the above are reduced.
[0014]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and its purpose is to provide an active device that can be bent and rounded while maintaining the performance and reliability of a TFT switching element. It is an object of the present invention to provide a matrix substrate and a display device using such an active matrix substrate.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The active matrix substrate of the present invention includes a flexible substrate, a plurality of scanning wirings formed on the substrate, a plurality of signal wirings formed on the substrate so as to intersect the scanning wirings, A plurality of thin film transistors formed on a substrate and operating in response to a signal applied to a corresponding scanning line; and a plurality of pixel electrodes that can be electrically connected to the corresponding signal line through the thin film transistor; The substrate has a direction with a higher Young's modulus in the main surface of the substrate as compared with other directions, and the scanning wiring extends along the direction with the higher Young's modulus.
[0016]
In a preferred embodiment, the substrate is provided on a surface of the network structure having a plurality of first wire rods and a plurality of second wire rods arranged to intersect the first wire rods. The first wire has a higher Young's modulus than the second wire, and the scanning wiring is formed in parallel with the first wire.
[0017]
In a preferred embodiment, the first wire and the second wire are woven to form the network structure.
[0018]
In a preferred embodiment, the thin film transistor is formed on the first wire.
[0019]
In a preferred embodiment, the plurality of wires or the first wire has a diameter of 10 μm to 2000 μm.
[0020]
In a preferred embodiment, the diameter of the first wire rod is larger than the width of the scanning wiring and smaller than the arrangement pitch of the scanning wiring.
[0021]
In a preferred embodiment, the substrate includes a plurality of wires arranged in parallel and a resin layer provided so as to cover at least a part of the wires, and the scanning wiring is formed in parallel with the wires. ing.
[0022]
In a preferred embodiment, the plurality of wires are arranged at a predetermined interval through the resin layer.
[0023]
In a preferred embodiment, the resin layer has translucency.
[0024]
In a preferred embodiment, the plurality of wires have a higher Young's modulus than the resin layer.
[0025]
In a preferred embodiment, the thin film transistor is formed on the first wire.
[0026]
In a preferred embodiment, the substrate has a flexible plate whose Young's modulus is substantially equal in any direction, a Young's modulus higher than the flexible plate, and is parallel to the scanning wiring. A plurality of wires arranged on the flexible plate.
[0027]
In a preferred embodiment, the scanning wiring is made of metal, and the signal wiring is made of a conductive resin.
[0028]
The display device of the present invention includes any one of the active matrix substrates described above, a counter substrate, and the display matrix layer sandwiched between the active matrix substrate and the counter substrate.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
According to the study of the present inventors, a conventional active matrix substrate has been selected as a flexible substrate having no anisotropy in flexibility. For this reason, it was possible to bend the active matrix substrate in the direction in which the TFT is easily broken.
[0030]
In the present invention, the direction in which the active matrix substrate is bent is regulated so that stress is not applied to a weak portion of the TFT structure. For this purpose, a substrate having a direction with a higher Young's modulus in the main surface of the substrate than the other directions is used as the flexible substrate. Such a substrate has anisotropy with respect to the bending of the substrate, the bending rigidity of the substrate is strong in the direction with a high Young's modulus, and the substrate is difficult to be bent.
[0031]
In the active matrix substrate of the present invention, the TFT array is formed on the substrate having this characteristic so that the scanning wiring extends along the direction in which the Young's modulus of the substrate is high. Since the scanning wiring is used to apply a signal to the gate electrode of the TFT, the TFT gate electrode is provided close to the scanning wiring, or a part of the scanning wiring is used as a gate electrode, A TFT is formed on the substrate. For this reason, by making the direction in which the Young's modulus of the substrate is high and the direction in which the scanning line extends the same, the TFT provided in the vicinity of the scanning line and the scanning line becomes less susceptible to stress, and the TFT has a weak structure. In this case, it is difficult to cause breakdown or change in characteristics due to stress concentration.
[0032]
(First embodiment)
A first embodiment of an active matrix substrate of the present invention will be described. First, a
[0033]
The
[0034]
The
[0035]
The
[0036]
In this
[0037]
On the other hand, the
[0038]
The
[0039]
Next, the
[0040]
Thereafter, a crosslinkable resin is applied onto the
[0041]
Next, the
[0042]
FIG. 5 is an enlarged sectional view showing the vicinity of the
[0043]
In the
[0044]
According to the
[0045]
On the other hand, the
[0046]
In particular, when the
[0047]
When the
[0048]
From the viewpoint of disconnection of the wiring caused by repeatedly bending the
[0049]
The
[0050]
Next, using a sputtering apparatus, a thin film is formed on the
[0051]
Thereafter, the gate insulating film 6 made of silicon nitride, the
[0052]
Thereafter, the
[0053]
(Second Embodiment)
A second embodiment of the active matrix substrate of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 shows a cross section of the main part of the
[0054]
The
[0055]
As shown in FIG. 8 and FIG. 9, in the
[0056]
Unlike the first embodiment, the
[0057]
As shown in FIG. 7, in the
[0058]
The
[0059]
The
[0060]
Thereafter, the gate insulating film 6, the
[0061]
In the first and second embodiments, by forming the TFT on the first rigid wire, the TFT can be prevented from being broken by bending the active matrix substrate, and the TFT characteristics and reliability can be reduced. It was suppressed. However, when the active matrix substrate is bent so that the polarities are not so small and the stress acting on the TFT is small, the TFT does not necessarily have to be formed on the first rigid wire. However, even in this case, in order to suppress the separation of the scanning wiring from the substrate and the concentration of stress on the gate insulating film and the semiconductor layer of the TFT formed in the vicinity of the scanning wiring, It is preferable to restrict the bending of the active matrix substrate such that the substrate is bent.
[0062]
For this reason, in an active matrix substrate including a flexible substrate, it is preferable to form a highly rigid wire material inside the substrate or outside the substrate so as to be parallel to the scanning wiring. In this case, a flexible plate having substantially the same Young's modulus in any direction is used as the substrate, and a wire having a higher Young's modulus than the flexible plate is used as the wire. With such a structure, the Young's modulus of the substrate becomes higher in the direction in which the scanning wiring extends than in other directions, and the bending of the active matrix substrate in the direction in which the scanning wiring is bent can be restricted. For example, after the TFT structure is formed on the plastic substrate, the bending direction of the substrate may be regulated by arranging a stainless steel wire or the like on the plastic substrate so as to be parallel to the scanning wiring.
[0063]
Also, a flexible plate having substantially the same Young's modulus in any direction is prepared, and a plurality of grooves are provided in parallel on the back surface of the flexible plate to bend in a direction perpendicular to the direction in which the grooves are provided. It is easy to obtain a substrate that is not easily bent in a parallel direction. An active matrix substrate may be manufactured by forming an array of TFTs in which the scanning wirings are arranged in parallel with the grooves on the surface of the substrate. In this case, if the scanning wiring is disposed on the ridge formed between the grooves, the structure is more difficult to apply stress to the scanning wiring and the TFT.
[0064]
In the first and second embodiments, the active matrix substrate including the TFT formed on the scanning wiring using a part of the scanning wiring as the gate electrode has been described. However, the active matrix substrate of the present invention is not limited to the one having the TFT of this structure. For example, the active matrix substrate of the present invention may include a TFT having an electrode branched from a scanning wiring as a gate electrode. Since the TFT with this structure is located in the vicinity of the scanning wiring, if the scanning wiring is formed on the first wire, the TFT is also located on the first wire. Therefore, as described in detail in the first embodiment, the first wire rod can suppress the breakdown of TFT and the deterioration of characteristics and reliability.
[0065]
In the first and second embodiments, in addition to the first wire or the second wire, a third wire having a Young's modulus smaller than that of the first wire may be arranged together.
[0066]
The active matrix substrate according to these modified examples described above according to the first and second embodiments is preferably used for a liquid crystal display device. For example, a counter substrate provided with a counter electrode and a color filter layer is prepared, an alignment film is provided on the active matrix substrate and the counter substrate, an alignment process is performed by a rubbing method, and the alignment processing surfaces are set inside to each other through a sealing material. The liquid crystal display device according to the present invention can be obtained by injecting liquid crystal between the laminated substrates.
[0067]
In addition to a liquid crystal display device, a material that modulates optical properties or emits light when a voltage is applied is used as a display medium layer, and is interposed between the counter substrate and the active matrix substrate of the present invention. By holding such a display medium layer, various display devices can be obtained. For example, the active matrix substrate of the present invention is also suitably used for display devices such as organic EL display devices and inorganic EL display devices using organic or inorganic fluorescent materials as the display medium layer. Furthermore, it can also be suitably used as an active matrix substrate used for X-ray sensors, memory elements, and the like.
[0068]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to realize an active matrix substrate capable of bending a substrate while reducing disconnection of scanning lines, element destruction of TFTs, or deterioration of TFT characteristics and reliability.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a flexible substrate used for an active matrix substrate according to a first embodiment of the present invention.
2 is a plan view showing a network structure of the flexible substrate of FIG. 1; FIG.
3 is a cross-sectional view showing a network structure of the flexible substrate of FIG. 1. FIG.
FIG. 4 is a schematic view showing an active matrix substrate according to the first embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view showing a main part of the active matrix substrate of FIG. 4;
6 is a cross-sectional view showing a state in which the active matrix substrate of FIG. 4 is bent.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a main part of an active matrix substrate according to a second embodiment of the present invention.
8 is a plan view showing a flexible substrate used for the active matrix substrate of FIG. 7. FIG.
9 is a cross-sectional view showing a flexible substrate used in the active matrix substrate of FIG.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a state in which a conventional active matrix substrate is bent.
11 is a cross-sectional view showing a main part of the active matrix substrate of FIG.
[Explanation of symbols]
1 First wire
2 Second wire
3 Resin layer
4 Gas barrier layer
5 Scanning wiring
6 Gate insulation film
7 Semiconductor layer
8 n + layer
9a Source electrode
9b Drain electrode
10 TFT
21 Signal wiring
23 Pixel electrode
41 Reticulated structure
51, 52 Flexible substrate
61, 62 Active matrix substrate
Claims (11)
前記基板上に形成された複数の走査配線と、
前記走査配線と交差するよう前記基板上に形成された複数の信号配線と、
前記基板上に形成され、対応する走査配線に印加される信号に応答して動作する複数の薄膜トランジスタと、
前記薄膜トランジスタを介して対応する信号配線と電気的に接続され得る複数の画素電極とを備え、
前記基板は、その基板の主面内において、他の方向に比べてヤング率の高い方向を有し、前記走査配線は前記ヤング率の高い方向に沿って伸びており、
前記基板は、複数の第1の線材および前記第1の線材と交差するよう配置された複数の第2の線材を有する網状構造と、前記網状構造の表面に設けられた樹脂層とを含み、前記第1の線材は前記第2の線材よりも高いヤング率を有し、前記第1の線材と平行に前記走査配線が形成されており、
前記薄膜トランジスタは前記第1の線材上に形成されている、アクティブマトリクス基板。A flexible substrate;
A plurality of scanning lines formed on the substrate;
A plurality of signal wirings formed on the substrate to intersect the scanning wirings;
A plurality of thin film transistors formed on the substrate and operating in response to signals applied to corresponding scanning lines;
A plurality of pixel electrodes that can be electrically connected to the corresponding signal wiring through the thin film transistor;
In the main surface of the substrate, the substrate has a direction having a higher Young's modulus compared to other directions, and the scanning wiring extends along the direction in which the Young's modulus is high ,
The substrate includes a network structure having a plurality of first wire rods and a plurality of second wire rods arranged to intersect the first wire rods, and a resin layer provided on a surface of the network structure, The first wire has a higher Young's modulus than the second wire, and the scanning wiring is formed in parallel with the first wire,
The thin film transistor is an active matrix substrate formed on the first wire .
前記基板上に形成された複数の走査配線と、 A plurality of scanning wirings formed on the substrate;
前記走査配線と交差するよう前記基板上に形成された複数の信号配線と、 A plurality of signal wirings formed on the substrate to intersect the scanning wirings;
前記基板上に形成され、対応する走査配線に印加される信号に応答して動作する複数の薄膜トランジスタと、 A plurality of thin film transistors formed on the substrate and operating in response to signals applied to corresponding scanning lines;
前記薄膜トランジスタを介して対応する信号配線と電気的に接続され得る複数の画素電極とを備え、 A plurality of pixel electrodes that can be electrically connected to the corresponding signal wiring through the thin film transistor;
前記基板は、その基板の主面内において、他の方向に比べてヤング率の高い方向を有し、前記走査配線は前記ヤング率の高い方向に沿って伸びており、 In the main surface of the substrate, the substrate has a direction having a higher Young's modulus compared to other directions, and the scanning wiring extends along the direction in which the Young's modulus is high,
前記基板は、平行に配列された複数の線材と、前記線材の少なくとも一部を覆うように設けられた樹脂層とを含み、前記線材と平行に前記走査配線が形成されており、 The substrate includes a plurality of wires arranged in parallel and a resin layer provided so as to cover at least a part of the wires, and the scanning wiring is formed in parallel with the wires,
前記薄膜トランジスタは前記複数の線材上に形成されているアクティブマトリクス基板。 The thin film transistor is an active matrix substrate formed on the plurality of wires.
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