JP4112036B2

JP4112036B2 - 表示装置

Info

Publication number: JP4112036B2
Application number: JP35895896A
Authority: JP
Inventors: 舜平山崎; 聡寺本; 正明 ▲ひろ▼木
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1996-12-30
Filing date: 1996-12-30
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2016-12-30
Also published as: JPH10197854A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本明細書で開示する発明は、アクティブマトリクス型の液晶表示装置の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス基板や石英基板上にアクティブマトリクス回路と周辺駆動回路を薄膜トランジスタでもって集積化して構成した液晶表示装置が知られている。
【０００３】
近年、画素数の増加、、表示画像の微細化、高速表示化等に伴って、上記回路を構成する薄膜トランジスタに要求される動作速度は、ますます高くなる傾向にある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
液晶表示装置は、一対の基板間に液晶が密封された構造を有している。従って、上述したような素子の高速化に伴って、素子自体の発熱が問題となる。
【０００５】
本明細書で開示する発明は、上述した周辺駆動回路を一体化したアクティブマトリクス型の液晶表示装置における発熱の問題を解決する構成を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本明細書で開示する発明は、
一対の基板間に液晶材料が挟んで保持された構成を有し、
一方の基板の液晶材料に面した表面上には薄膜トランジスタで構成された回路が配置されており、
他方の基板の液晶材料に面した表面上には酸素を意図的に含有させた窒化アルミニウム膜が形成されていることを特徴とする。
【０００７】
窒化アルミニウム膜に酸素を意図的に含有させるのは、一般に基板に利用されるガラスや石英との密着性を高めるためである。窒化アルミニウム単体であると、基板からの剥離の問題が生じる。また、対向電極として配置されるＩＴＯ膜（このＩＴＯ電極は窒化アルミニウム膜上に成膜される）の密着性を高めるためにも窒化アルミニウム膜中に酸素を含有させることが必要である。
【０００８】
また上記構成において、
液晶材料は封止材によって封止されており、
窒化アルミニウム膜は封止材の外側まで延在して形成されていることを特徴とする。
【０００９】
また、窒化アルミニウムの封止材の外側まで延在した領域には、冷却手段が配置されていることを特徴とする。この冷却手段は、ペルチェ素子のような強制的に冷却を行うものでもよいし、外部に設けられたヒートシンクのように放熱効果を高めるものえもよい。
【００１０】
上記発明においては、液晶材料を介して薄膜トランジスタの発生した熱を窒化アルミニウム膜に伝導させるので、液晶材料の厚さは、５μｍ以下であることが望ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１に示すように周辺駆動回路を構成するＴＦＴ１０２、１０３、及びアクティブマトリクス回路を構成するＴＦＴ１０４とを同一の石英基板１０１上に集積化した構造を有するアクティブマトリクス型の液晶表示装置において、対向基板１１２側に酸素を含有した窒化アルミ（ＡｌＮ）層１１３を配置する。
【００１２】
窒化アルミ層は、その熱電導率が珪素や酸化珪素に比較して極めて大きいので、素子１０２、１０３、１０４で発生した熱は、窒化アルミ層１１３を伝導して放熱される。
【００１３】
【実施例】
〔実施例１〕
図１に本明細書で開示する発明を用いた実施例を示す。図１において、１０１が石英基板、１１２が石英基板またはガラス基板である。
【００１４】
石英でなるＴＦＴ基板１０１側には、周辺駆動回路を構成するためのＰチャネル型のＴＦＴ１０２とＮチャネル型のＴＦＴ１０３が配置されている。また、アクティブマトリクス回路に配置されるＮチャネル型の薄膜トランジスタ１０４が配置されている。
【００１５】
１１０は層間絶縁膜を構成する樹脂膜である。樹脂膜としては、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、それらの材料を複合化あるいは積層化したもの等を用いることができる。ここでは、ポリイミド樹脂を利用する場合を示す。
【００１６】
また、樹脂膜以外に酸化珪素膜や窒化珪素膜を用いることもできる。
【００１７】
１０９も層間絶縁膜であって、この膜もポリイミド樹脂膜で構成されている。１０８は遮光膜及びブラックマトリクスを構成するアルミニウムでとチタン膜との積層膜である。
【００１８】
１０９も層間絶縁膜であって、この膜もポリイミド樹脂膜で構成されている。１１１は、画素電極を構成するＩＴＯ膜である。また図示しないが、画素電極の上には、ポリイミド樹脂膜でなる配向膜が形成されている。
【００１９】
１１５で示される部分には、液晶が封止されている。１０６はアクリル系の封止材料であって、基板１０１と１１２の間隔を保持し、また液晶が外部に漏れでないようにする機能を有している。
【００２０】
１１２は対向側の基板である。この基板は石英基板またはガラス基板でもって構成される。１１３は酸素を含有した窒化アルミニウム膜である。この窒化アルミニウム膜１１３は、１０２、１０３、１０４等の素子が発する熱を吸収し、放熱する機能を有している。
【００２１】
この酸素を含有させた窒化アルミニウム膜は、スパッタ法によって成膜する。この際、雰囲気中に酸素を１０〜５０％含有させる。
【００２２】
この酸素含有させた窒化アルミニウム膜は、ＡｌＮＯ_x（０＜Ｘ＜１）で示される組成を有している。
【００２３】
本実施例では、液晶層１１５の厚さを５μｍ以下というように薄くした構成とする。こうすることで、ＴＦＴ基板側に配置された素子で発生した熱を対向基板側に配置された窒化アルミニウム膜へと効率良く伝導させることができる。
【００２４】
１１４で示されるのは、ＩＴＯ電極である。このＩＴＯ電極の液晶層側には、図示しない配向処理手段が形成されている。
【００２５】
１０５で示されるのは、ペルチャネ原理を利用した冷却手段である。この冷却手段により、窒化アルミニウム層１１３に吸収された熱を液晶パネル外部に引き出し、液晶パネル内が高温になることを防ぐ。
【００２６】
またペルチェ素子のようなアクティブな冷却手段ではなく、熱伝導率の高い金属材料等を用いた放熱手段を１０５の部分に設けるのでもよい。
【００２７】
（薄膜トランジスタの作製方法）
まず石英基板８０１上に減圧熱ＣＶＤ法により、非晶質珪素膜８０２を５００Åの厚さに成膜する。石英基板は、その表面が十分に平滑なものを用いることが重要である。
【００２８】
非晶質珪素膜の膜厚は、１００Å〜１０００Å程度とすることが好ましい。これは、後のソース及びドレイン領域の活性化工程において行われるレーザー光の照射によるアニール効果を得るには、活性層の膜厚がある程度薄くなければならないからである。
【００２９】
非晶質珪素膜８０２を成膜したら、プラズマＣＶＤ法で成膜される酸化珪素膜でもって、８０３で示すマスクを形成する。このマスクは、８０５で示される開口が形成されており、この部分で非晶質珪素膜８０２が露呈する構造となっている。
【００３０】
この開口部８０５は、図面手前側から奥行き方向に長手状を有するものとなっている。
【００３１】
マスク８０３を形成したら、重量換算で１０ｐｐｍのニッケルを含んだニッケル酢酸塩溶液をスピンコート法で塗布する。こうして、８０４で示されるようにニッケル元素が表面に接して保持された状態を得る。（図３（Ａ））
【００３２】
ここでは、溶液を用いたニッケル元素の導入方法を示すが、他にＣＶＤ法、スパッタ法、プラズマ処理、ガス吸着法等の方法により、非晶質珪素膜の表面にニッケル元素を導入することができる。
【００３３】
また、より精密にその量と位置を制御して、ニッケル元素を導入する方法として、イオン注入法による方法を挙げることができる。
【００３４】
また、ニッケル元素以外にＦｅ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた元素を利用することができる。これらの元素は、珪素の結晶化を助長する機能を有している。
【００３５】
次に６００℃、８時間の加熱処理を窒素雰囲気中で施す。この工程において、８００で示されるような基板に平行な方向への結晶成長が進行する。
【００３６】
この加熱処理による結晶化の後においては、膜中に高い密度で欠陥が含まれており、後に詳述するような結晶構造の特異性も顕著なものではない。（図３（Ａ））
【００３７】
なお、上記の加熱処理は、４５０℃〜基板の耐えうる温度（石英基板の場合は１１００℃程度）の温度範囲において行うことができる。
【００３８】
次にマスク８０３を除去する。そして、ＨＣｌを３体積％含んだ酸素雰囲気中において、９５０℃、２０分の加熱処理を施す。この工程で熱酸化膜が珪素膜の表面に２００Åの厚さに成膜される。また、この工程において、珪素膜の膜厚は４００Åに減少する。
【００３９】
この加熱処理工程は重要である。この加熱処理の工程において、結晶性珪素膜のアニールと膜中からのニッケル元素の除去が行われる。この加熱処理を施すことにより、特定の方向に幅が0.5 μｍ〜２μｍ程度の柱状に延在した多数の柱状の結晶構造体でなる特異な結晶性珪素膜を得ることができる。
【００４０】
熱酸化膜を形成することの効果は、２つある。１つは、ニッケル元素が熱酸化膜中に取り込まれることにより、珪素膜中のニッケル元素を減少させるという効果である。
【００４１】
もう一つは、熱酸化膜の形成に従って、余剰であったり、また結合が不安定であったりする珪素原子が熱酸化膜の形成に消費され、そのことにより欠陥が大きく減少し、結晶性が高まるという効果である。
【００４２】
熱酸化膜を形成したら、この熱酸化を除去する。この熱酸化膜中には、比較的高濃度にニッケル元素が含まれている。従って、この熱酸化膜を除去することにより、最終的にデバイス特性にニッケル元素の影響が及ぶことを抑制することができる。
【００４３】
こうして厚さ４００Åの珪素膜を得たら、次にパターニングを施すことにより、薄膜トランジスタの活性層を形成する。図３には、８０６と８０７で示される活性層が示されている。
【００４４】
ここで重要なのは、上記の結晶成長方向（先の円柱状の結晶構造体の延在方向に一致する）に合わせて、ソース／ドレインを結ぶ方向、あるいはチャネルにおけるキャリアの移動方向を設定することである。
【００４５】
図３（Ｂ）において、８０６はＰチャネル型の薄膜トランジスタの活性層であって、８０７はＮチャネル型の薄膜トランジスタの活性層である。
【００４６】
なお、図には２つの薄膜トランジスタの作製工程が示されているのみであるが、実際には図２に例示するようなニッケル添加領域が基板上に多数設けられ、多数の薄膜トランジスタが同時に形成される。
【００４７】
活性層を形成したら、ゲイト絶縁膜の一部となる酸化珪素膜をプラズマＣＶＤ法によって３００Åの厚さに成膜する。さらに再度の熱酸化をＨＣｌを３体積％含んだ酸素雰囲気中において行い、熱酸化膜を３００Åの厚さに成膜する。こうして、ＣＶＤ酸化珪素膜と熱酸化膜とでなる厚さ６００Åでなるゲイト絶縁膜が得られる。また、この再度の熱酸化膜の形成に従い、活性層の厚さは２５０Åに減少する。
【００４８】
次にアルミニウムでなるゲイト電極８０８と８０９を形成する。このゲイト電極の形成後、陽極酸化を行いまず多孔質状の陽極酸化膜８１０、８１１を形成する。さらに再度の陽極酸化を行い緻密な膜質を有する陽極酸化膜８１２、８１３を形成する。陽極酸化膜の膜質の違いは、電解溶液の種類により選択することができる。
【００４９】
次に露呈したゲイト絶縁膜を除去する。図３（Ｂ）には、残存したゲイト絶縁膜８１４と８１５とが示されている。
【００５０】
この状態で導電型を付与するためのドーピングをプラズマドーピング法でもって行う。ここでは、まずＮチャネル型の薄膜トランジスタとなる領域をレジストマスクでマスクし、Ｂ（ボロン）のドーピングを行う。そして、Ｐチャネル型の薄膜トランジスタとなる領域をレジストマスクでマスクし、Ｐ（リン）のドーピングを行う。
【００５１】
この工程におけるドーピングは、ソース及びドレイン領域を形成するために条件で行う。この工程でＰチャネル型のＴＦＴのソース領域８１６、ドレイン領域８１７、さらにＮチャネル型のＴＦＴのソース領域８１９、ドレイン領域８１８が自己整合的に形成される。
【００５２】
こうして図３（Ｂ）に示す状態を得る。次に多孔質状の陽極酸化膜８１０、８１１を除去する。
【００５３】
次に再度のドーピングをライトドーピングの条件でもって行う。この工程において、低濃度不純物領域８２０、８２１、８２３、８２４が自己整合的に形成される。また、チャネル形成領域８２５と８２６が自己整合的に形成される。
【００５４】
ここで、ドレイン領域側の低濃度不純物領域がＬＤＤ（ライトドープドレイン）と称される領域となる。
【００５５】
ドーピングの終了後、レーザー光を照射することにより、ドーピングされた元素の活性化とドーピング時に生じた活性層の損傷のアニールを行う。なお、この工程は紫外光や赤外光の照射による方法を用いて行ってもよい。
【００５６】
次に層間絶縁膜として窒化珪素膜８２７をプラズマＣＶＤ法により１５００Åの厚さに成膜し、さらにポリイミド樹脂による層間絶縁膜８２８を形成する。層間絶縁膜に樹脂を利用すると、その表面を平坦にすることができる。
【００５７】
ポリイミド樹脂の他には、ポリアミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等を利用することができる。
【００５８】
次にコンタクト用の開口を形成し、Ｐチャネル型ＴＦＴのソース電極（及びソース配線）８２９、ドレイン電極（及びドレイン配線）８３０を形成する。さらにＮチャネル型ＴＦＴのソース電極（及びソース配線）８３２、ドレイン電極（及びドレイン配線）８３１を形成する。
【００５９】
こうして、Ｐチャネル型の薄膜トランジスタとＮチャネル型の薄膜トランジスタとを集積化した構成を得る。
【００６０】
ここで示した方法により得られる薄膜トランジスタは、数十ＭＨｚ以上の速度で動作させることができる。しかし、高速動作に従う発熱も大きなものとなる。従って、このような高速動作を行わすことができる薄膜トランジスタを利用する場合に図１に示すような構成とすることは有用である。
【００６１】
図２に一枚の基板上に薄膜トランジスタでもって色々な機能を有す回路を集積化した構成を有するアクティブマトリクス型の液晶表示装置のブロック図を示す。
【００６２】
図２に示すような回路構成が複雑化すると、それだけ素子や回路の発熱の問題が顕在化するので、本明細書で開示する発明をりようした放熱構造は有用なものとなる。
【００６３】
（実施例２〕
本実施例は、反射型の液晶表示装置の場合の例である。反射型の液晶表示装置の場合、画素電極に反射性のものを用いる。ここでは、表面に微妙な凹凸を形成し、入射光を乱反射するようにしたアルミニウム膜を画素電極として利用する。
【００６４】
〔実施例３〕
本実施例は、図１に示す構成において、薄膜トランジスタに形式として、ボトムゲイト型のものを利用した場合の例である。ボトムゲイト型のものであっても高速動作をさせれば発熱が問題になる。従って、図１に示すような窒化アルミニウム膜１１３を用いた放熱構造は有用なものとなる。
【００６５】
〔応用例〕
本明細書で開示する発明の放熱構造を有したアクティブマトリクス型の液晶表示装置は、以下に示すような装置に応用することができる。
【００６６】
例えば、モバイルコンピュータと呼ばれる携帯型の情報端末、カーナビゲーシンシステムの表示装置、プロジェクション型の表示装置。
【００６７】
【発明の効果】
本明細書で開示する発明を利用することにより、周辺駆動回路を一体化したアクティブマトリクス型の液晶表示装置における発熱の問題を解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】アクティブマトリクス型の液晶表示装置の断面の概略を示す図。
【図２】アクティブマトリクス型の液晶表示装置の構成を示すブロック図。
【図３】薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
【符号の説明】
１０１ＴＦＴ側石英基板
１０２、１０３、１０４薄膜トランジスタ
１０５冷却手段
１０６封止材料
１０７樹脂層間絶縁膜
１０８遮光膜
１０９樹脂層間絶縁膜
１１０樹脂層間絶縁膜
１１１画素電極
１１２対向基板
１１３酸素を含有した窒化アルミニウム膜
１１４ＩＴＯ膜
１１５液晶層

Claims

第１基板上に配置された薄膜トランジスタと、
前記薄膜トランジスタと電気的に接続する第１電極と、
前記第１電極上の第１配向膜と、
前記第１配向膜上の液晶材料と、
前記液晶材料上の第２配向膜と、
前記第２配向膜上の第２電極と、
前記第２電極上の酸素を含有する窒化アルミニウム膜と、
前記窒化アルミニウム膜上の第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板の間に配置された前記液晶材料を封止する封止材とを有し、
前記第１基板上には周辺駆動回路とアクティブマトリクス回路が形成されており、
前記薄膜トランジスタは前記アクティブマトリクス回路を構成し、
前記窒化アルミニウム膜は前記薄膜トランジスタで発生した熱を前記液晶材料を介して吸収し放熱することを特徴とする表示装置。
第１基板上に配置された薄膜トランジスタと、
前記薄膜トランジスタと電気的に接続する第１電極と、
前記第１電極上の第１配向膜と、
前記第１配向膜上の液晶材料と、
前記液晶材料上の第２配向膜と、
前記第２配向膜上の第２電極と、
前記第２電極上の酸素を含有する窒化アルミニウム膜と、
前記窒化アルミニウム膜上の第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板の間に配置された前記液晶材料を封止する封止材と、
前記窒化アルミニウム膜に前記第２電極を介して配置された冷却手段または放熱手段とを有し、
前記第１基板上には周辺駆動回路とアクティブマトリクス回路が形成されており、
前記薄膜トランジスタは前記アクティブマトリクス回路を構成し、
前記窒化アルミニウム膜は前記薄膜トランジスタで発生した熱を前記液晶材料を介して吸収し放熱することを特徴とする表示装置。
請求項２において、前記窒化アルミニウム膜は前記封止材の外側まで延在して形成され、前記窒化アルミニウム膜の封止材の外側まで延在した領域には前記冷却手段または前記放熱手段が配置されていることを特徴とする表示装置。
請求項２または請求項３において、前記冷却手段はペルチェ素子であることを特徴とする表示装置。
請求項１乃至請求項４のいずれか一において、前記窒化アルミニウム膜はＡｌＮＯｘ（０＜Ｘ＜１）で示される組成であることを特徴とする表示装置。