JP4286723B2 - 半導体表示装置 - Google Patents

Description

本明細書で開示する発明は、薄膜トランジスタを用いた半導体表示装置に関する。特に、画素スイッチング回路と駆動回路とが同一基板上に一体形成された半導体表示装置に関する。

最近安価なガラス基板上に半導体薄膜を形成した半導体装置、例えば薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を作製する技術が急速に発達してきている。その理由は、アクティブマトリクス型液晶表示装置の需要が高まってきたことによる。

アクティブマトリクス型液晶表示装置は、マトリクス状に配置された数十〜数百万個もの画素領域にそれぞれＴＦＴが配置され、各画素電極に出入りする電荷をＴＦＴのスイッチング機能により制御するものである。

ここで、薄膜トランジスタが配置されたアクティブマトリクス型液晶表示装置の基本的な構成を図１を用いて説明する。まず、液晶表示装置を基板に対して垂直な方向に切断した断面図を、図１（Ａ）に示す。この断面は、図１（Ｂ）のＡ−Ａ'で示される破線で切断した断面図に相当する。

下地基板１０１は、透光性であり、絶縁膜が基板表面に形成されている（図示せず）。１０２はＴＦＴの活性層、１０３はゲイト電極、１０４はデータ線、１０５はドレイン電極、１０６は層間絶縁膜、１０７はブラックマトリクス、１０８は透明導電性膜から成る画素電極、１０９は配向膜である。

上記のような構成を有するＴＦＴが配置された基板全体をアクティブマトリクス基板と呼ぶことにする。なお、図１（Ａ）では１つの画素のみに注目しているが、実際には、数十〜数百万個の画素スイッチングＴＦＴ（画素ＴＦＴと呼ぶ）を含む画素領域と、それらを駆動する複数のＴＦＴを含む周辺駆動回路領域とによってアクティブマトリクス基板が構成される。

一方、１１０は透光性を有する基板であり、１１１は透明導電性膜から成る対向電極、１１２は配向膜である。このような構成をとるアクティブマトリクス基板と対向する基板全体を、対向基板と呼ぶことにする。

図２（Ａ）に示すように、上記アクティブマトリクス基板および対向基板には、液晶材料の配向性を整えるためのラビングなどの配向処理が行われる。その後、アクティブマトリクス基板と対向基板との基板間隔（セルギャップ）を制御するために、アクティブマトリクス基板側に粒形のスペーサが基板全面に均一に散布される。次に、シール剤が印刷される。シール剤は、基板同士を貼り合わせる接着剤としての役割と、基板間に注入される液晶材料が基板外部に漏れないように封入するための封止剤としての役割とを果たす。

図３は、アクティブマトリクス基板の断面図である。図３に示すように、セルギャップを制御するために粒形のスペーサがアクティブマトリクス基板全面上に均一に散布されるので、画素領域のみならず周辺駆動回路領域にもスペーサが存在することになる。通常、画素ＴＦＴと駆動回路ＴＦＴとは素子の大きさにそれほど違いはない。しかし、画素領域には、画素ＴＦＴを覆うブラックマトリクス、透明導電性膜から成る画素電極等が形成される。また、反射型の液晶表示装置においては、画素領域には、反射電極が形成される。さらに、駆動回路領域には、画素ＴＦＴを駆動するＣＭＯＳ回路を構成するために接続配線が形成される。よって、画素領域と駆動回路領域とは、下地基板表面からの高さ（距離）に違いが生じてくる。

ここで、駆動回路領域に比較して画素領域の方が基板表面からの高さが高い場合を例にとることにする。粒形のスペーサは、湿式あるいは乾式法によって画素領域のみならず駆動回路領域にも散布される。粒形のスペーサが、ほぼ均一な大きさを有するとすると、スペーサの位置によって基板からの高低差が生じてくる。画素領域上と駆動回路領域上とに位置するスペーサ上面の基板からの高さをそれぞれ、ｈｐ、ｈｄとする。画素領域と駆動回路領域との大きさの違いによる高低差Δｈ＝ｈｐ−ｈｄが生じていることがわかる。

次に、図４（Ａ）に示すように、アクティブマトリクス基板と対向基板とを貼り合わせる。その後、アクティブマトリクス基板と対向基板との間に液晶材料が充填され、液晶注入口が封止材で封止される（図４（Ｂ））。こうして、図１（Ａ）に示すような構成を有するアクティブマトリクス型液晶表示装置が作製される。

しかし、上記のような構成を有する液晶表示装置には以下のような問題点がある。

画素領域と駆動回路領域との大きさの違いによる高低差Δｈのために、アクティブマトリクス基板と対向基板とを貼り合わせたときに、セルギャップを均一にすることができず、セル厚ムラが生じてしまう。その上、図４（Ａ）および（Ｂ）に示すように、対向基板にひずみが生じてしまう。セル厚ムラおよび対向基板にひずみの生じた液晶表示装置には、表示ムラが生じる、対向基板上面に干渉縞が生じるなどの欠陥が現れる。

また、画素領域に比較して駆動回路領域の方が基板表面からの高さが高い場合を例にとると、上述した高低差Δｈのために、アクティブマトリクス基板と対向基板とを貼り合わせる際に、駆動回路領域上に散布されたスペーサには必要以上の大きな力がかかることになり、画素ＴＦＴよりも複雑な構造を有する駆動回路ＴＦＴに少なからずダメージを与えることになる。その結果、製品の歩留まりに影響を及ぼすことになる。

また、図１（Ｂ）に示すように、粒形のスペーサ１１５が画素領域に存在する場合、スペーサ１１５の近傍は液晶材料の配向性が乱れるため、画像表示の乱れ（ディスクリネーション）が観測される場合がある。

上述したように、従来の粒形のスペーサを用いてセルギャップを制御する場合は、さまざまな要因により、良好な表示を得ることができないことがある。

また、一般的に製造または試作されている液晶表示装置は画素ピッチに関係なく、４〜６μｍ程度のセルギャップを確保しているようであるが、今後は、液晶パネルの高精細化が求められ、画素ピッチを更に微細化する傾向が強まってきている。

例えば、投射型液晶表示装置（プロジェクション）は、画像をスクリーンに拡大投射することを考えて可能な限り高精細な画像を表示できることが望ましい。またコストの面からも光学系を小型化する必要があり、パネルサイズを小さくすることが必要である。このため、今後は画素ピッチが４０μｍ以下、好ましくは３０μｍ以下の液晶表示装置を作製する必要がある。

このような高精細な画像を必要とする液晶表示装置には、数μｍの粒形スペーサでさえも、有効表示領域に存在する場合は表示品質の劣化につながる。

さらに、従来の粒形のスペーサは、液晶材料注入時に、液晶材料の流動によって粒形のスペーサ自体も流れてしまい、結果として均一なスペーサ散布密度を得ることができず、セル厚ムラの原因となることがあった。

また、最近注目されてきている強誘電性液晶を用いた液晶表示装置や、反射型液晶表示装置には、その特性上、小さいセルギャップが求められている。

しかし、従来のような粒形のスペーサを用いて小さく均一なセルギャップを有するセルを作製することは、一般的に困難である。

本発明は、従来の粒形のスペーサを用いては困難であった、小さく均一なセルギャップを有するセルを作製することによって、セル厚ムラおよび表示ムラのない半導体表示装置を提供することを課題とする。また、本発明は、従来の粒形のスペーサを用いた場合、基板の貼り合わせ時にＴＦＴに生じていた不必要な応力が生じないようにし、ＴＦＴにダメージを与えないようにすることを課題とする。

本発明のある実施態様によると、複数の薄膜トランジスタと前記複数の薄膜トランジスタに電気的に接続された複数の画素電極とを少なくとも有する画素領域と、前記複数の薄膜トランジスタを駆動する複数の薄膜トランジスタによって構成される複数の駆動回路を少なくとも有する、前記画素領域とは別の場所に設けられる駆動回路領域と、下地基板と、を備える第１の基板と、前記第１の基板に対向する第２の基板と、複数のギャップ保持材と、前記第１の基板に対向する第２の基板とを張り合わせるシール剤と、を少なくとも備える半導体表示素子であって、前記下地基板の表面から前記画素領域の表面までの距離と、前記下地基板の表面から前記駆動回路領域の表面までの距離とは、異なり、前記複数のギャップ保持材は、前記画素領域および前記駆動回路領域以外の領域に形成される半導体表示装置が提供される。このことによって上記課題が達成される。

本発明の別の実施態様によると、マトリクス状に配置された複数の画素電極と前記複数の画素電極のそれぞれに接続された複数の画素薄膜トランジスタとを少なくとも有する画素領域と、前記複数の画素薄膜トランジスタを駆動する複数の薄膜トランジスタによって構成される駆動回路を少なくとも有する駆動回路領域と、下地基板と、を少なくとも備えるアクティブマトリクス基板と、前記アクティブマトリクス基板に対向する対向基板と、前記アクティブマトリクス基板と前記対向基板との間に挟持された、印加電圧によって光学的応答が制御される表示媒体と、少なくとも備える半導体表示装置であって、前記下地基板の表面から前記画素領域の表面までの距離と、前記下地基板の表面から前記駆動回路領域の表面までの距離とは、異なり、前記複数のギャップ保持材は、前記画素領域および前記駆動回路領域以外の領域に形成される半導体表示装置が提供される。このことによって上記目的が達成される。

前記表示媒体は、印加電圧に応答して光学的特性が変調されてもよい。

前記表示媒体は、液晶材料であってもよい。

前記複数のギャップ保持材は、前記画素領域の周囲に形成されてもよい。

前記複数のギャップ保持材の配置密度は、前記画素領域において均一であってもよい。

前記ギャップ保持材は、円柱形であってもよい。

前記ギャップ保持材は、楕円柱形であってもよい。

前記ギャップ保持材は、多角柱形であってもよい。

前記ギャップ保持材は、液晶材料の注入時に前記液晶材料が流動する妨げにならない形状を有していてもよい。

前記ギャップ保持材の側面形状は、テーパ状であってもよい。

前記ギャップ保持材は、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、またはポリイミドアミドのうちの何れか一つから成ってもよい。

前記ギャップ保持材は、紫外線硬化樹脂から成ってもよい。

前記ギャップ保持材は、エポキシ樹脂から成ってもよい。

前記表示媒体は、液晶材料と高分子との混合層であってもよい。

前記表示媒体は、エレクトロルミネセンス素子であってもよい。

本発明によると、複数のギャップ保持材によってセルギャップの制御を行うので、半導体表示装置全体にわたって小さく均一なセル厚を得ることができる。

また、本発明によると、アクティブマトリクス基板と対向基板との貼り合わせ時に、画素ＴＦＴおよび駆動回路ＴＦＴには応力が生じないので、画素ＴＦＴおよび駆動回路ＴＦＴがダメージを受けることはない。

本発明によると、セル厚分布のない均一なセル厚を有する半導体表示装置が得られる。また、本発明によると、粒形状のスペーサを散布すること無しにセルギャップを確保することができるので、基板の貼り合わせ時に駆動回路ＴＦＴに不必要な力がかかることを防ぐことができ、製品の歩留まりが向上する。

本発明では、画素スイッチングＴＦＴと駆動回路ＴＦＴとを同一基板上に一体形成し、半導体表示装置を作製する。

（実施例１）

本実施例の半導体表示装置の作製方法を以下に説明する。まず、アクティブマトリクス基板の作製について図５、図６および図７を用いて説明する。それぞれの図の左側部分に駆動回路ＴＦＴの作製工程を、右側部分に画素ＴＦＴの作製工程を示すことにする。

最初に、図５（Ａ）を参照する。石英基板あるいはガラス基板５０１上に下地酸化膜として酸化珪素膜５０２を１００〜３００ｎｍの厚さに形成する。この酸化珪素膜５０２の形成方法としては、酸素雰囲気中でのスパッタ法やプラズマＣＶＤ法を用いればよい。

次に、プラズマＣＶＤ法やＬＰＣＶＤ法によってアモルファスもしくは多結晶のシリコン膜を３０〜１５０ｎｍ、好ましくは５０〜１００ｎｍの厚さに形成する。そして、熱アニールを行い、シリコン膜を結晶化させる。熱アニールは、５００℃以上、好ましくは８００〜９００℃の温度で行う。熱アニールによってシリコン膜を結晶化させた後、光アニールを行うことによって更に結晶性を高めてもよい。また、熱アニールによってシリコン膜を結晶化させる際に、特開平６−２４４１０４号広報に開示されているように、ニッケル等の元素（触媒元素）を添加することによって、シリコンの結晶化を促進させてもよい。

次に、島状の周辺駆動回路ＴＦＴの活性層（Ｐチャネル型ＴＦＴ活性層５０３、Ｎチャネル型ＴＦＴ活性層５０４）、および画素ＴＦＴ活性層５０５を形成する。図５では、便宜上、３つのＴＦＴが示されているが、実際は、数百万個のＴＦＴが同時に形成されている。

さらに、酸素雰囲気中でスパッタすることによって、厚さ５０〜２００ｎｍの酸化珪素のゲイト絶縁膜５０６を形成する。ゲイト絶縁膜を形成する方法としてプラズマＣＶＤ法を用いてもよい。プラズマＣＶＤ法によって酸化珪素膜を形成する場合には、原料ガスとして、一酸化二窒素（Ｎ _２Ｏ）、あるいは酸素（Ｏ_２）とモノシラン（ＳｉＨ_４）との混合ガスを用いるのが好ましい。

その後、ＬＰＣＶＤ法によって多結晶シリコン膜を、厚さ２００ｎｍ〜５μｍ、好ましくは２００〜６００ｎｍで基板全面に形成する。この多結晶シリコン膜は、導電性を高めるために微量の燐を含有していてもよい。この多結晶シリコン膜をエッチングすることによって、ゲイト電極５０７、５０８および４０９を形成する。

次に、図５（Ｂ）に示すように、イオンドーピング法によって全ての島状活性層にゲイト電極をマスクとした自己整合的な燐のドーピングを行う。ドーピングガスとしては、フォスフィン（ＰＨ_２）を用いる。この時の、ドーズ量は、１×１０^１２〜５×１０^１３原子／ｃｍ^２ とする。この結果、弱いＮ型領域（Ｎ−領域）５１０、５１１、５１２が形成される。

次に、図５（Ｃ）に示すように、Ｐチャネル型ＴＦＴの活性層５０３を覆うフォトレジストのマスク５１３、および画素ＴＦＴの活性層５０５のうち、ゲイト電極５０９を覆うフォトレジストのマスク５１４を形成する。ゲイト電極を覆うフォトレジストのマスクは、ゲイト電極と平行に、ゲイト電極の端から３μｍ離れた部分までを覆う。そして、再びイオンドーピング法によって燐を注入する。ドーピングガスは、フォスフィンを用いる。ドーズ量は、１×１０^１４〜５×１０^１５原子／ｃｍ^２ とする。この結果、強いＮ型領域（Ｎ＋領域）のソース／ドレイン５１５、５１６が形成される。画素ＴＦＴの活性層５０５の弱いＮ型領域（Ｎ−領域）５１２のうちマスク５１４で覆われていた領域５１７は、今回のドーピングでは燐が注入されない。したがって、領域５１７は、弱いＮ型領域のままである。

次に、図６（Ａ）に示すように、Ｎチャネル型ＴＦＴの活性層５０４、５０５をフォトレジストのマスク５１８で覆う。そして、ジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）をドーピングガスとしてイオンドーピングを行い、島状領域５０３に硼素を注入する。ドーズ量は、５×１０^１４〜８×１０^１５原子／ｃｍ^２とする。今回のドーピングでは、硼素のドーズ量が前述の図５（Ｃ）で示される工程においてドーピングされた燐のドーズ量を上回るため、先に形成されていた弱いＮ型領域５１０は、強いＰ型領域５１９に反転する。

以上のドーピングにより、強いＮ型領域（ソース／ドレイン）５１５，５１６、強いＰ型領域（ソース／ドレイン）５１９、弱いＮ型領域（低濃度不純物領域）５１７が形成される。本実施例においては、低濃度不純物領域５１７の幅ｘは、約３μｍである（図６（Ａ））。

その後、４５０〜８５０℃で、０．５〜３時間熱アニールを施すことにより、ドーピング不純物を活性化させ、かつシリコンの結晶性を回復させる。この熱アニール処理により、ドーピングによるシリコン膜のダメージを回復させる。

次に、図６（Ｂ）示すように、プラズマＣＶＤ法によって全面に酸化珪素の層間絶縁膜５２０を形成する。層間絶縁膜５２０の厚さは、３００〜６０００ｎｍとする。この層間絶縁膜５２０は、窒化珪素膜、あるいは酸化珪素膜と窒化珪素膜との多層膜であってもよい。次に、層間絶縁膜５２０をウエットエッチング法によってエッチングし、ソース／ドレインにコンタクトホールを形成する。

その後、スパッタ法によって、厚さ２００〜６００ｎｍのチタン膜を形成し、これをエッチングして駆動回路の電極・配線５２１，５２２，５２３、および画素ＴＦＴの電極・配線５２４，５２５を形成する。上記駆動回路の電極・配線５２１，５２２，５２３、および画素ＴＦＴの電極・配線５２４，５２５は、Ｔｉ−Ａｌ−Ｔｉといった多層膜で構成されてもよい。さらに、図６（Ｃ）に示すように、厚さ１００〜３００ｎｍのポリイミド膜５２６を形成する。このポリイミド膜上に、フォトレジスト５２７を形成し、フォトリソグラフィー法によって画素ＴＦＴの電極５２５まで達するコンタクトホールを形成する。次に、図７（Ａ）に示すように、スパッタ法によりＩＴＯ（インディウム錫酸化物）膜５２８を厚さ５０〜１５０ｎｍに形成する。その後、図７（Ｂ）に示すように、マスク５２９を形成し、エッチングすることによって画素電極５３０を形成する（図７（Ｃ））。画素領域においては、それぞれの画素電極に少なくとも１つ以上のＴＦＴが配置され、電気的に接続されている。駆動回路としては、シフトレジスタやアドレスデコーダなどが用いられる。また、その他の回路が必要に応じて構成される。

このようにして、複数の駆動回路ＴＦＴ（駆動回路領域）と複数の画素ＴＦＴ（画素領域）とが同一基板上に一体形成されたアクティブマトリクス基板が作製される。なお本実施例では、画素数は、縦１０２４×横７６８とした。なお、本明細書では、最端部の画素ＴＦＴを含む画素ＴＦＴが存在する領域を画素領域と呼び、最端部の駆動回路ＴＦＴを含む駆動回路ＴＦＴが存在する領域を駆動回路領域と呼ぶことにする。

ＴＦＴ基板を良く洗浄し、ＴＦＴ形成時の表面処理に用いられたエッチング液、レジスト剥離液等の各種薬品を十分に洗浄する。

次に、ギャップ保持材の形成工程を説明する。以下の説明には、駆動回路領域と、画素領域の構成を、図８に示すように簡略化することにする。なお図８では、便宜上、それぞれの部分の縮尺は異なって示されている。

まず、図８（Ｂ）に示すように、スピンコート法によって感光性ポリイミド膜８０１を厚さ２．２μｍに形成した。その後、感光性ポリイミド膜８０１の膜厚をアクティブマトリクス基板全面に渡って均一にするために、３０分間、常温で放置した（レベリング）。そして、上面に感光性ポリイミド膜８０１が形成されたアクティブマトリクス基板を１２０℃で３分間プリベークした。

次に、感光性ポリイミド膜８０１をパターンニングする。図８（Ｃ）に示すように、感光性ポリイミド膜８０１をフォトマスク８０２で覆い、アクティブマトリクス基板上部より紫外線を照射した。その後、現像処理を行い、２８０℃で１時間ポストベークを施した。こうして、図８（Ｄ）に示すように、パターンニングされたセルギャップ保持材８０３を形成した。

図９（Ａ）に、本実施例のアクティブマトリクス基板の上面図を示す。図９（Ｂ）に、本実施例のアクティブマトリクス基板の図９（Ａ）で点線で示された部分を拡大した斜視図を示す。なお、図９（Ａ）および（Ｂ）では、便宜上、ギャップ保持材８０３、画素領域、および駆動回路領域の縮尺は異なって示されている。本実施例では、図９（Ａ）および（Ｂ）に示されるようにギャップ保持材８０３の形状は円柱形であり、円柱の直径は１０μｍ、高さは２．２μｍである。複数のギャップ保持材８０３が３０μｍの一定間隔をおいて、最端部の画素ＴＦＴから約７０μｍの間隔をおいて、画素領域を取り囲むように形成された。なお、液晶材料注入口付近では、ギャップ保持材８０３を配置する密度を他の部分よりも低くしてある。また、ギャップ保持材の配置密度は、画素領域において均一であることが好ましい。

なお、本発明によるギャップ保持材８０３は、その高さ精度が需要である。本実施例では、ギャップ保持材の高さ精度は、±０．１μｍとした。一方、ギャップ保持材の位置の精度に関しては、±１０μｍ程度の精度で十分である。本実施例では、ギャップ保持材８０３は画素領域と駆動回路領域との間に形成される。本実施例では、画素領域と駆動回路領域との間隔は、約４００ｎｍであり、ギャップ保持材８０３の直径に比較して十分大きい。よって、ギャップ保持材８０３の位置の精度はそれほど重要ではない。しかし、ギャップ保持材８０３が画素領域内および駆動回路領域内に形成されることはない。

本実施例では、ギャップ保持材の形状は、円柱状としたが、ギャップ保持材の形状は、楕円形、流線形、あるいは、三角形、四角形などの多角形状であってもよく、アクティブマトリクス基板（第１の基板）と対向基板（第２の基板）とのギャップを制御できる形状であれば、いかなる形状を有することも許される。また、本実施例では、ギャップ保持材は全て同形で、一定間隔をおいて形成されたが、複数種の形状を有したギャップ保持材が異なる間隔をおいて形成されてもよい。また、本実施例では、複数のセルギャップ保持材が画素領域から一定間隔をおいて形成されたが、複数のセルギャップ保持材が画素領域から複数の異なる間隔をおいて形成されてもよい。また、本実施例では、複数のセルギャップ保持材を画素領域と駆動回路領域との間に形成したが、セルギャップを制御できる位置であるならば、画素領域内と駆動回路領域内以外ならどこに形成されてもよい。

次に、配向膜をアクティブマトリクス基板上および対向基板上に形成する。配向膜には、ポリイミド系の垂直配向膜を用いた。このポリイミド系の垂直配向膜をスピンコート法、フレキソ印刷法、あるいはスクリーン印刷法のいずれかによってアクティブマトリクス基板上および対向基板上にコートする。本実施例では、スピンコート法によって配向膜を形成した。配向膜の厚さは、１００ｎｍとした。その後、１８０℃の熱風を送り込むことによって加熱（ベーク）し、ポリイミドを硬化させた。

次に、配向膜が形成された対向基板表面を、毛足の長さ２〜３ｍｍのバフ布（レイヨン、ナイロン等の繊維）で一定方向に擦るラビング処理を行った。なお、本実施例では、アクティブマトリクス基板側のラビング処理は行わない。

その次に、アクティブマトリクス基板の外枠上にシール剤１００１を塗布した（図１０（Ａ））。その後、アクティブマトリクス基板と対向基板とを貼り合わせた（図１０（Ｂ））。

次に、表示媒体としての液晶材料を液晶注入口１００２より注入する。よって、アクティブマトリクス基板と対向基板との間に液晶材料が狭持された状態となる。本実施例では、ギャップ保持材の形状は円柱形であるので、液晶材料注入時に生じる液晶材料とギャップ保持材の表面との流動抵抗が小さい。よって、基板全面に渡って均一に液晶材料を注入することができた。なお、ギャップ保持剤の形状および配置は、この流動抵抗が小さくなるのが好ましい。

その後、液晶材料注入口に封止剤（図示せず）を塗布し、紫外線を照射することによって封止剤を硬化させ、液晶材料をセル内に完全に封止した。

作製されたセルを用いて実際にその表示特性を調べたところ、セル表面には干渉縞が観察されなかった。また、ディスクリネーションのない良好な表示が得られた。

（実施例２）

本実施例では、アクティブマトリクス基板上に複数の画素ＴＦＴおよび複数の駆動回路ＴＦＴを形成する工程までは実施例１と同じであるので、ここでは省略する。

図７（Ｃ）に示すように、画素ＴＦＴと駆動回路ＴＦＴとがアクティブマトリクス基板上に一体形成された後、セルギャップ保持材がアクティブマトリクス基板上に形成される。以下に本実施例におけるギャップ保持材の形成工程を説明する。

図１１を参照する。まず、図１１（Ｂ）に示すように、スピンコート法によって感光性ポリイミド膜１１０１を厚さ２．２μｍに形成した。その後、感光性ポリイミド膜１１０１の膜厚をアクティブマトリクス基板全面に渡って均一にするために、３０分間、常温で放置した（レベリング）。そして、上面に感光性ポリイミド膜１１０１が形成されたアクティブマトリクス基板を１２０℃で３分間プリベークした。

次に、感光性ポリイミド膜１１０１をパターンニングする。図１１（Ｃ）に示すように、感光性ポリイミド膜１１０１をフォトマスク１１０２で覆い、アクティブマトリクス基板上部より紫外線を照射した。その後現像処理を行い、フォトマスクを除去し、２８０℃で１時間ポストベークを施した。以上の工程によって、円柱状のギャップ保持材１１０３が形成される。その後、図１２（Ａ）に示すように、レジスト膜１２０１を均一に塗布し、所望の形状にパターンニングする。本実施例では、図１２（Ａ）に示すように、円柱形のギャップ保持材１１０３の上面に、レジスト膜１２０１が形成された。次に、図１２（Ｂ）に示すように、酸素プラズマを照射し、ギャップ保持材１１０３の形状を加工する。よって、図１２（Ｃ）に示すような、側面がテーパ状となったギャップ保持材１２０２を形成した。図１２（Ｄ）にギャップ保持材１２０２の拡大図を示す。ギャップ保持材１２０２の形状は、下面の直径３０μｍ、上面の直径２０μｍ、高さ２．２μｍの円錐形の上部を平らにしたような形状とした。

図１３に本実施例のアクティブマトリクス基板の上面図を示す。上記の工程によって、パターンニングされたセルギャップ保持材１２０２が形成された。図１３に示すように、本実施例では、複数のギャップ保持材１２０２が画素領域を２重に取り囲むように形成されている。

その後、実施例１と同様の方法で、配向膜がアクティブマトリクス基板上および対向基板上に形成される。

次に、配向膜が形成された対向基板表面をラビング処理し、アクティブマトリクス基板上にシール剤１３０１を塗布した（図１３）。その後、アクティブマトリクス基板と対向基板とを貼り合わせた（図示せず）。

次に、表示媒体としての液晶材料を液晶注入口より注入した。本実施例では、ギャップ保持材１２０２の側面は、テーパがついた形状となっているので、液晶材料注入時に、液晶材料とギャップ保持材１２０２との間に生じる抵抗が少なくなる。よって、基板全体に渡って均一に液晶材料を注入することができた。その後、液晶注入口を封止材（図示せず）で封止することによって液晶材料をセル内に完全に封止した。

本実施例のように、ギャップ保持材１２０２の数を増やす、特に画素領域付近にギャップ保持材１２０２を増やすことによって、より均一なセル厚を実現できる。作製されたセルを用いて実際にその表示特性を調べたところ、セル表面には干渉縞が観察されなかった。また、ディスクリネーションのない良好な表示が得られた。

（実施例３）

本実施例では、セルギャップ保持材の数および配置のみが実施例１と異なる。それ以外は実施例１あるいは２と同じであるので省略する。

図１４に示すように、本実施例では、ギャップ保持材１４０１が画素領域を取り囲むように形成され、ギャップ保持材１４０２が駆動回路領域を取り囲むように形成されている。ギャップ保持材１４０１および１４０２の形状は、直径３０μｍ、高さ２．２μｍの円柱形とした。。

次に、配向膜が形成された対向基板表面をラビング処理し、アクティブマトリクス基板上にシール剤１４０３を塗布した（図１４）。その後、アクティブマトリクス基板と対向基板とを貼り合わせた（図示せず）。

次に、表示媒体としての液晶材料を液晶注入口より注入し、液晶注入口を封止材（図示せず）で封止することによって液晶材料をセル内に完全に封止した。

作製されたセルを用いて実際にその表示特性を調べたところ、セル表面には干渉縞が観察されなかった。また、ディスクリネーションのない良好な表示が得られた。

（実施例４）

本実施例では、アクティブマトリクス基板上に複数の画素ＴＦＴおよび複数の駆動回路ＴＦＴを形成する工程までは実施例１と同じであるので、ここでは省略する。

図７（Ｃ）に示すように、画素ＴＦＴと駆動回路ＴＦＴとがアクティブマトリクス基板上に一体形成された後、セルギャップ保持材がアクティブマトリクス基板上に形成される。以下に本実施例におけるギャップ保持材の形成工程を説明する。

図１５を参照する。画素ＴＦＴおよび駆動回路ＴＦＴが形成されたアクティブマトリクス基板上に、印刷法によってギャップ保持材１５０３を形成する。本実施例では、ギャップ保持材１５０３にはポリイミド樹脂を用いた。図１５（Ｂ）に示すように、アクティブマトリクス基板上をスクリーン１５０１で覆い、ポリイミド樹脂を印刷し、ギャップ保持材１５０２を形成した。本実施例では、一度の印刷で、１．１μｍのギャップ保持材１５０２が形成される。よって、ポリイミド膜の印刷の後、しばらくの間ベークし、さらにポリイミド膜を重ねて印刷するという工程を繰り返して所望の高さを有するギャップ保持材１５０３を形成した。

図１６に、ギャップ保持材１５０３が形成されたアクティブマトリクス基板の上面図を示す。本実施例では、ギャップ保持材１５０３は、長軸３０μｍ、短軸１５μｍ、高さ２．２μｍの楕円柱形であり、画素領域を取り囲むように形成された。また、本実施例では、ギャップ保持材１５０３は、液晶材料注入時に、ギャップ保持材１５０３と液晶材料との間に生じる抵抗が小さくなるように配置されている。つまり、液晶注入口から注入される液晶材料の流動方向と、ギャップ保持材の長軸が平行になるように配置されている（図１６（Ｂ））。

次に、配向膜をアクティブマトリクス基板上および対向基板上に形成する。配向膜には、ポリイミド系の垂直配向膜を用いた。このポリイミド系の垂直配向膜をスピンコート、フレキソ印刷、あるいはスクリーン印刷のいずれかによってアクティブマトリクス基板上および対向基板上にコートした（図示せず）。配向膜の厚さは、１００ｎｍとした。その後、１８０℃の熱風を送り込むことによってベークを行い、配向膜を形成した。

その次に、アクティブマトリクス基板の外枠上にシール剤１６０１を塗布し、アクティブマトリクス基板と対向基板とを貼り合わせた（図示せず）。

次に、液晶材料注入口より液晶材料を注入する。本実施例では、セルギャップ保持材１５０３は、楕円柱形であり、かつ上で説明したように液晶材料注入時に液晶材料とギャップ保持材との間に生じる抵抗が少なくなるように配置されている。よって、液晶材料を基板全体に渡って均一に注入することができた。

その後、液晶材料注入口に封止剤（図示せず）を塗布し、紫外線を照射することによって封止剤を硬化させ、液晶材料をセル内に完全に封止した。

（実施例５）

実施例１〜４ではプレーナ型ＴＦＴを例にとって説明してきたが、本発明は当然の如くＴＦＴの構造には何ら影響されない。したがって、画素領域および駆動回路領域の個々のＴＦＴが逆スタガ型ＴＦＴであっても、あるいはマルチゲイト型ＴＦＴであってもよい。

上記実施例１〜４では、ギャップ保持材にはポリイミドを用いたが、アクリル、ポリアミド、またはポリイミドアミドなどの樹脂を用いてもよい。また、ギャップ保持材に熱硬化樹脂を用いてもよい。

なお、上記実施例１〜４では、表示媒体として液晶材料を用いる場合につて説明してきたが、本発明のギャップ保持材は、液晶材料と高分子との混合層、いわゆる高分子分散型液晶表示装置にも用いることができる。また、本発明の半導体表示装置の表示媒体は、印加電圧に応答して光学的特性が変調され得るその他のいかなる表示媒体を用いてもよい。例えば、エレクトロルミネセンス素子などを表示媒体として用いてもよい。

また、上記実施例１〜４では特に示さないが、カラー表示を行う必要がある場合には、対向基板側にカラーフィルタを設ければ良い。カラーフィルタには、厚さが均一で平坦であること、耐熱性および耐薬品性に優れていること等が要求される。

なお、上記実施例１〜４では、画素領域の高さが駆動回路領域の高さよりも高い場合について本発明のギャップ保持材の効果を説明してきた。しかし、駆動回路領域の高さが画素領域の高さよりも高い場合にも、本発明のギャップ保持材は同じ効果を奏することは当業者にとって理解される。

従来のアクティブマトリクス型液晶表示装置の断面図および平面図である。 従来のアクティブマトリクス型液晶表示装置の作製工程を示す図である。 従来のアクティブマトリクス型液晶表示装置の断面図である。 本発明によるアクティブマトリクス型液晶表示装置の断面図である。 本発明によるアクティブマトリクス型液晶表示装置の作製工程を示す図である。 本発明によるアクティブマトリクス型液晶表示装置の作製工程を示す図である。 本発明によるアクティブマトリクス型液晶表示装置の作製工程を示す図である。 本発明によるギャップ保持材の作製工程を示す図である。 本発明によるアクティブマトリクス型液晶表示装置の上面図および斜視図である。 本発明によるアクティブマトリクス型液晶表示装置の上面図および断面図である。 本発明によるアクティブマトリクス型液晶表示装置の作製工程を示す図である。 本発明によるアクティブマトリクス型液晶表示装置の作製工程を示す図および本発明によるギャップ保持材の拡大図である。 本発明によるアクティブマトリクス型液晶表示装置の上面図である。 本発明によるアクティブマトリクス型液晶表示装置の上面図である。 本発明によるアクティブマトリクス型液晶表示装置の作製工程を示す図である。 本発明によるアクティブマトリクス型液晶表示装置の上面図および斜視図である。

符号の説明

１０１、１１０、４０１ 基板
１０２ ＴＦＴ活性層
１０３ ゲイト電極
１０４ データ線
１０５ ドレイン電極
１０６ 層間絶縁膜
１０７ ブラックマトリクス
１０８ 画素電極
１０９、１１２ 配向膜
１１１ 対向電極
８０３、１１０３．１２０２、１４０１、１５０３ ギャップ保持材

Claims (12)

1. 複数の薄膜トランジスタと、前記複数の薄膜トランジスタに電気的に接続された複数の画素電極と、を有する第１の基板と、
   前記第１の基板に対向して設けられ、平坦なカラーフィルタを含む第２の基板と、
   画素領域に配置され、前記第１の基板と前記第２の基板との基板間隔を保持する、側面がテーパー状の複数のギャップ保持材と、
   前記複数のギャップ保持材を覆って設けられた垂直配向膜と、を備えたことを特徴とする半導体表示装置。
2. 複数の薄膜トランジスタと、前記複数の薄膜トランジスタに電気的に接続された複数の画素電極と、を有する第１の基板と、
   前記第１の基板に対向して設けられ、平坦なカラーフィルタを含む第２の基板と、
   画素領域に配置され、前記第１の基板と前記第２の基板との基板間隔を保持する、側面がテーパー状の複数のギャップ保持材と、
   前記複数のギャップ保持材を覆って設けられた垂直配向膜と、
   前記複数の画素電極の下に設けられた平坦な膜と、を備えたことを特徴とする半導体表示装置。
3. 複数の薄膜トランジスタと、前記複数の薄膜トランジスタに電気的に接続された複数の画素電極と、を有する第１の基板と、
   前記第１の基板に対向して設けられ、平坦なカラーフィルタを含む第２の基板と、
   画素領域に配置され、前記第１の基板と前記第２の基板との基板間隔を保持する、側面がテーパー状の複数のギャップ保持材と、
   前記複数のギャップ保持材を覆って設けられた垂直配向膜と、
   前記複数の画素電極の下に設けられた平坦な膜と、
   当該平坦な膜の下に設けられた窒化珪素膜と、を備えたことを特徴とする半導体表示装置。
4. 複数の薄膜トランジスタと、前記複数の薄膜トランジスタに電気的に接続された複数の画素電極と、を有する第１の基板と、
   前記第１の基板に対向して設けられ、平坦なカラーフィルタを含む第２の基板と、
   画素領域に配置され、前記第１の基板と前記第２の基板との基板間隔を保持する、側面がテーパー状の複数のギャップ保持材と、
   前記複数のギャップ保持材を覆って設けられた垂直配向膜と、
   前記複数の画素電極の下に設けられた平坦な膜と、
   当該平坦な膜の下に設けられた、窒化珪素膜と酸化珪素膜との多層膜と、を備えたことを特徴とする半導体表示装置。
5. 請求項１において、
   前記複数の画素電極の下に、窒化珪素膜、または窒化珪素膜と酸化珪素膜との多層膜を備えたことを特徴とする半導体表示装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一において、
   前記複数の薄膜トランジスタの活性層は、結晶化されたシリコン膜を用いて形成されることを特徴とする半導体表示装置。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか一において、
   前記複数のギャップ保持材は、ポリイミド、アクリル、ポリアミドまたはポリイミドアミドからなることを特徴とする半導体表示装置。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれか一において、
   前記垂直配向膜は、ポリイミドからなることを特徴とする半導体表示装置。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれか一において、
   前記複数の薄膜トランジスタは、逆スタガ型であることを特徴とする半導体表示装置。
10. 請求項１乃至請求項９のいずれか一において、
    セルギャップは４〜６μｍであることを特徴とする半導体表示装置。
11. 請求項１乃至請求項１０のいずれか一において、
    前記複数のギャップ保持材の高さの精度は±０．１μｍであることを特徴とする半導体表示装置。
12. 請求項１乃至請求項１１のいずれか一において、
    前記複数のギャップ保持材の位置の精度は±１０μｍであることを特徴とする半導体表示装置。

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