JP4389978B2 - 表示装置および表示装置の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は表示装置およびその製造方法に関し、特には画素電極スイッチング用の画素回路を設けたアクティブマトリックス型の表示装置、およびその製造方法に関する。
近年、電子ペーパーなどのフレキシブルな可撓性を有する表示装置の開発が試みられている。このような表示装置においては、プラスチック基板上に低温プロセスで形成可能な有機薄膜トランジスタ(有機TFT:thin film transistor)が、画素電極を駆動するためのスイッチング素子として用いられている。また、このような表示装置の製造においては、低コスト化に向けて印刷プロセスの導入が鋭意行われている。
ところで、有機TFTを用いた表示装置の製造においては、層間絶縁膜に対する接続孔の形成に対して、シリコンTFTと同様にフォトリソグラフィーによるレジストのパターン形成とレジストをマスクに用いたリアクティブイオンエッチングを適用すると、レジストの現像液や剥離液等の溶媒によるダメージや、リアクティブイオンエッチングの際のプラズマダメージにより、トランジスタの特性が劣化しやすい。このため、有機TFTを用いた表示装置の製造に対しては、接続孔を備えた層間絶縁膜の形成にも印刷プロセスを適用することが求められている。
一方、このような有機TFTをスイッチング素子として用いた表示装置に対しては、150dpi以上の解像度が要求されている。この場合、1画素の大きさは200μm角以下に縮小される。このため、スイッチング素子を備えた画素回路と、その上部に層間絶縁膜を介して積層された画素電極とを接続するための接続孔に対しては、開口径を50μm以下とすることが求められている。
ところが、スクリーン印刷によって、開口径100μm程度の接続孔を備えた層間絶縁膜を印刷する場合、一般的に使用されている500メッシュのスクリーン版の乳剤パターンを支えるメッシュの交点はわずか数点となる。そのため、繰り返し印刷において乳剤部分の剥がれなどによる印刷不良が起こる。さらに、開口径50μm程度の接続孔を備えた層間絶縁膜の形成は、スクリーン印刷では事実上不可能である。
そこで、画素回路の接続部分に予めビアポストを印刷し、そこにスクリーン印刷法やインクジェット法によって層間絶縁膜を印刷する方法、およびこの方法を適用した表示装置の製造方法が提案されている(下記特許文献1、非特許文献1参照)。
特開2006−295116号公報 「Journal of Applied Physics」,2004年,vol.96,p.2286
しかしながら、上述したようなビアポストを印刷した後に層間絶縁膜を印刷する方法であっても、ビアポストのさらなる微細形成が困難である。また、高密度でビアポストが存在した状態で厚膜の層間絶縁膜印刷に適する高粘度の樹脂を印刷すると、表面平坦な層間絶縁膜を形成することが困難である。また、このような層間絶縁膜の表面平坦性の劣化は、この上部に形成する画素電極の表面平坦性を劣化させ、色ムラの要因となる。
そこで本発明は、厚膜であっても表面平坦でかつ高密度に上下層の接続部を配置することが可能な層間絶縁膜を印刷法によって形成することができ、これにより高精細で、かつ色ムラのない表示が可能な表示装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
以上のような目的を達成するための本発明の表示装置は、基板上に配列形成された画素電極スイッチング用の画素回路と、当該画素回路を覆う層間絶縁膜とを備えている。そして特に、層間絶縁膜は、画素回路の接続部分を底部に露出させた接続孔を備えており、この接続孔の底部には、画素回路のうち隣接する複数の画素回路の各接続部分が露出していることを特徴としている。
このような構成の表示装置では、隣接する複数の画素回路とこれに対応して層間絶縁膜上に設けられる複数の画素電極とが、1つの接続孔の底部においてそれぞれ独立に接続される。このため、各画素回路と画素電極との接続部分となる接続孔を、接続部分毎にそれぞれ個別に形成する場合と比較して、開口径の大きな接続孔が形成され、接続孔の形状精度に対するマージンが拡大する。
また本発明の表示装置の製造方法は、先ず基板上に画素電極スイッチング用の画素回路を配列形成する。その後、画素回路のうち隣接する複数の画素回路の一部分を底部に露出させた接続孔を有する層間絶縁膜を基板上に形成する。
このような製造方法では、接続孔が形成された層間絶縁膜を基板上に形成する手法であるため、画素回路と画素電極との接続を図るためのビアポストを形成した後に層間絶縁膜を形成する方法と比較して、厚膜であっても印刷によって容易に表面平坦な層間絶縁膜が得られる。
以上説明したように本発明によれば、厚膜であっても表面平坦な層間絶縁膜を印刷法によって形成することができ、この層間絶縁膜に対して形成される接続孔の形状精度に対するマージンを拡大することが可能である。これにより、画素回路と画素電極との微細な接続部を高密度に配置形成することが可能になる。この結果、高精細な表示装置を印刷法を適用して作製することが可能になると共に、色ムラのない表示を行うことが可能になる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の実施形態においては、液晶表示装置および電気泳動型表示装置に適する表示装置の構成を説明し、次にその製造方法を説明する。
≪第1実施形態≫
ここでは、アクティブマトリックス型の表示装置における画素電極のスイッチング素子としてボトムゲート型の薄膜トランジスタを用いた構成を説明する。
<回路構成>
図1は、第1実施形態の表示装置1の回路構成の一例を示す図である。先ずこの図に基づいて、表示装置1の回路構成を説明する。
図に示す表示装置1は、例えば液晶表示装置または電気泳動型表示装置であり、駆動側の基板3上には、表示領域3aとその周辺領域3bとが設定されている。表示領域3aには、複数の走査線5と複数の信号線7とが縦横に配線されており、それぞれの交差部に対応して1つの画素aが設けられた画素アレイ部として構成されている。また、表示領域3aには、走査線5と平行に共通配線9が配線されている。一方、周辺領域3bには、走査線5を走査駆動する走査線駆動回路5bと、輝度情報に応じた映像信号(すなわち入力信号)を信号線7に供給する信号線駆動回路7bとが配置されている。
各画素aには、例えばスイッチング素子としての薄膜トランジスタTrおよび保持容量Csからなる画素回路が設けられ、さらにこの画素回路に接続された画素電極11が設けられている。尚、画素電極11は、以降に平面図および断面図を用いて詳細に説明するように、画素回路を覆う層間絶縁膜上に設けられていることとする。
薄膜トランジスタTrは、例えば有機TFTからなり、そのゲートが走査線5に接続され、ソース/ドレインの一方が信号線7に接続され、ソース/ドレインの他方が保持容量Csと画素電極11とに接続されている。また容量素子Csのもう一方の電極は、共通配線9に接続されている。尚、共通配線9は、ここでの図示を省略した対向基板側の共通電極に接続されている。
そして、薄膜トランジスタTrを介して信号線7から書き込まれた映像信号が保持容量Csに保持され、保持された信号量に応じた電圧が画素電極11に供給される構成となっている。
以上のような回路構成において、各画素aにおける画素回路は、走査線5に対して線対称にレイアウトされており、より詳細には走査線5と平行な方向線に対して線対称にレイアウトされている。さらに、各画素aにおける画素回路は、信号線7に対して線対称にレイアウトされている。より詳細には走査線5と平行な方向線に対して線対称にレイアウトされている。
これにより、各画素aにおける画素電極11と画素回路との接続部分が、走査線5の延設方向に隣接する画素a−a間の中央で、かつ信号線7の延設方向に隣接する画素a−a間の中央に配置された状態とする。また2本の走査線5間に挟まれた2つの画素a,aで共通配線9を共有しており、通常よりも共通配線9の本数を半分に減らすことができる構成となっている。尚、各画素回路のレイアウトは、画素a−a間の中央に画素電極11と画素回路との接続部分が配置されれば良く、走査線5および信号線7に対して、画素a内に配置される電極等の部材の配置順が線対称であれば、サイズや位置が異なっていても良い。
以上のような画素回路の構成は、あくまでも一例であり、必要に応じて画素回路内に容量素子を設けたり、さらに複数のトランジスタを設けて画素回路を構成しても良い。また、周辺領域2bには、画素回路の変更に応じて必要な駆動回路を追加しても良い。
<層構成>
図2には第1実施形態の表示装置1の要部平面図を示し、図3には図2のA−A’断面図およびB−B’断面図を示す。以下、これらの図に基づいて表示装置1の層構成を説明する。尚、ここでは一例として150dpiの画素を想定し、一画素aが170μm角程度としたレイアウトの層構成を説明する。
これらの図に示すように、駆動側の基板3上の第1層目には、走査線5と共通配線9とが平行に配線されている。これらの配線5,9は、2本の走査線5間に1本の共通配線9を配置した3本を1組として複数組が配線されている。
各走査線5からは、各画素a部分において、薄膜トランジスタTrのゲート電極5gが共通配線9側に向かって延設されている。また、各共通配線9からは、各画素a部分において、容量素子Csの下部電極9cが両側の走査線5に向かう2方向に延設されている。つまり、1本の共通配線9からは、2本の走査線5間に挟まれた2つの画素aに向かって下部電極9cが延設されているのである。
以上のような走査線5および共通配線9を覆う状態で、ゲート絶縁膜101(断面図のみに図示)が設けられている。
このゲート絶縁膜101上の第2層目には、信号線7、薄膜トランジスタTrのソース/ドレイン7sd、および容量素子Csの上部電極7cが設けられている。信号線7からは、各画素a部分において薄膜トランジスタTrの一方のソース/ドレイン7sdが延設されている。また他方のソース/ドレインsdと上部電極7cとは、各画素a部分において連続したパターンとして形成されている。
ここで、信号線7から延設されるソース/ドレイン7sdは、2本の信号線7の内側に向かって延設される。一方、上部電極7cとの連続パターンとなるソース/ドレイン7sdは、2本の信号線7で挟まれた位置において、共通配線9を共有する4つの画素a間の中央部に配線されることとする。この上部電極7cおよびソース/ドレイン7sdの連続パターンが、以降に説明する画素電極11との接続部分となる。
以上説明したように、本第1実施形態においては、画素電極11との接続部分となる容量素子Csの上部電極7cおよびソース/ドレイン7sdの連続パターンが、上述した4つの画素a間の中央部に配置された構成となっている。
また、各画素aにおいては、ソース/ドレイン7sd間においてゲート電極5gに積層させる位置に、薄膜トランジスタTrの活性領域となる半導体層103が設けられている。
そして以上のような画素回路を覆う状態で、層間絶縁膜105が設けられている。この層間絶縁膜105は、画素回路と上部に設けられる画素電極との間に寄生容量が生じることのない程度に厚膜で構成され、表面平坦であることが好ましい。
ここで特に、この層間絶縁膜105には、4つの画素aにまたがる接続孔105aが複数設けられている。これらの各接続孔105aの底部には、隣接する複数の画素回路の一部分として、上述のように4つの画素a間の中央部に配置した4つの上部電極7cが露出した状態となっている。つまり、1つの接続孔105a内に、4つの画素aの各画素回路を構成する上部電極7cが露出されているのである。
これらの接続孔105aは、上部電極7cに対する接続が充分に取れる範囲であれば良く、画素開口を考慮した場合にはできるだけ小さい開口面積(開口形状)であることが好ましい。例えば、一画素aが170μm角程度と想定した本レイアウトであれば、各接続孔105aは110〜130μm程度の開口径で形成すれば良い。
そして、この層間絶縁膜105上の第3層目には、画素電極11が配列形成されている。各画素電極11は、層間絶縁膜105に設けた接続孔105aの底部において、画素回路を構成する各上部電極7cと1:1で直接接続されている。このため、1つの接続孔105a内において、4つの画素電極11の端部が各上部電極7c上に直接接続された状態となっている。尚、上部電極7cと共通配線9との間にはゲート絶縁膜101が設けられているため、画素電極11と共通配線9との絶縁性は確保される。
以上のような画素電極11は、例えば液晶表示装置であれば、ここでの図示を省略した配向膜で覆われていることとする。
また、以上のような駆動側の基板3における画素電極11の形成面側には、ここでの図示を省略した対向基板が設けられている。この対向基板の画素電極11に向かう面上には、全画素に共通の共通電極が設けられている。そして、例えば液晶表示装置であれば、共通電極を覆う状態で配向膜が設けられ、二つの基板の画素電極11−共通電極間に、配向膜を介して液晶層(例えばポリマー分散型液晶)が挟持される。一方、電気泳動型表示装置であれば、これらの画素電極11−共通電極間に、シリコーンイオン中に帯電したグラファイト微粒子と酸化チタン微粒子とを分散させたマイクロカプセルが挟持される。
<製造方法>
図4には、上記表示装置1の製造工程図を示す。この製造工程図は、図2のA−A’断面に対応する図であり、以下図4と共に図2の平面図を参照して表示装置1の製造方法を説明する。尚、図2を用いたレイアウトの詳細な説明の重複は省略する。
先ず、図4(1)に示すように、駆動側の基板3を用意する。この基板としては、ポリエーテルスルホン(PES)からなるプラスチック基板が用いられる。この他にも、支持基板としては、ガラスやポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリイミド(PI)、ポリカーボネート(PC)、ポリアクリレート(PAR)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリエチレンテレフタラート(PET)などのプラスチックまたは金属フォイルを用いることもできる。
次に、この基板3上に、第1層目の配線として、走査線5および走査線5から延設されたゲート電極5g、さらには共通配線9および共通配線9から延設された容量素子Csの下部電極9cをパターン形成する。
ここでは、例えば先ずダイコート法により、基板3上に銀インクを塗布し、150℃で熱処理することで、銀からなる導電性膜を50nmの膜厚で成膜する。次いで、スクリーン印刷法によりレジストインクを導電性膜上にパターン形成する。続いて、印刷したレジストパターンをマスクにして銀エッチング液を用いたウェットエッチングにより、導電性膜をパターニングすることにより、上述した第1層目の配線をパターン形成する。
尚、エッチングのマスクに用いるレジストパターンの形成方法としては、インクジェット法、フォトリソグラフィー法、レーザー描画法を用いてもよい。さらにはインクジェット法、スクリーン印刷法、マイクロコンタクトプリンティング法、オフセット印刷法による直接パターンニングを用いることもできる。ただし、以降に形成されるさらに上層の配線および電極との間に良好な絶縁特性を確保するためには、ここで形成するゲート電極5g他の表面が平坦で、かつ膜厚が100nm以下と出来るだけ薄いことが好ましい。
また、これらの第1層目の配線材料は、銀以外にも、金、白金、パラジウム、銅、ニッケル、アルミニウム等の金属や、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)/ポリ(4−スチレンスルホナート)[PEDOT/PSS]、ポリアニリン(PANI)からなる導電性有機材料を用いることもできる。
次に、第1層目の配線を覆う状態でゲート絶縁膜101を形成する。
ここでは、例えばダイコート法により架橋性高分子材料ポリビニルフェノール(PVP)を塗布し、150℃で熱処理することによりゲート絶縁膜101を形成する。このゲート絶縁膜101は、トランジスタの低電圧動作のために1μm以下の膜厚で、かつ表面平坦に形成されることが望ましい。
このようなゲート絶縁膜101の形成方法としては、この他にもグラビアコート法、ロールコート法、キスコート法、ナイフコート法、ダイコート法、スリットコート法、ブレードコート法、スピンコート法、インクジェット法を用いることもできる。また、ゲート絶縁膜101の材質としては、PVPの他にも、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリレート、ポリビニルアルコール、エポキシ樹脂、ノボラック樹脂などを用いることができる。
次いで、ゲート絶縁膜101上に、第2層目の配線として、信号線7、薄膜トランジスタTrのソース/ドレイン7sd、および容量素子Csの上部電極7cをパターン形成する。
ここでは、例えば先ずダイコート法により、銀インクを均一に塗布し、150℃で熱処理することで、銀からなる導電性膜を50nmの膜厚で成膜する。次いで、スクリーン印刷法によりレジストインクを導電性膜上にパターン形成する。続いて、印刷したレジストパターンをマスクにして銀エッチング液を用いたウェットエッチングにより、導電性膜をパターニングすることにより、上述した第2層目の配線をパターン形成する。
尚、これら第2層目の配線の形成においてエッチングのマスクに用いるレジストパターンの形成方法としては、インクジェット法、フォトリソグラフィー法、レーザー描画法を用いてもよい。さらには、インクジェット法、スクリーン印刷法、マイクロコンタクトプリンティング法、オフセット印刷法による直接パターンニングを用いても良いことは、第1層目の形成と同様である。
ここで、ソース/ドレイン7sdを含む第2層目の配線としては、銀の他にp型半導体と良好なオーミック接触を有する金、白金、パラジウム、銅、ニッケル等の金属や、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)/ポリ(4−スチレンスルホナート)[PEDOT/PSS]、ポリアニリン(PANI)からなる導電性有機材料を用いることもできる。
次いで、各画素aにおけるソース/ドレイン7sd−7sd間において、ゲート電極5gに積層させる位置に、半導体層103を形成する。この半導体層103は、有機半導体層103であることとする。
ここでは、例えばインクジェット法により、ペンタセン誘導体の0.5wt%トルエン溶液を塗布した後、100℃で溶媒を揮発させて50nmの膜厚の有機半導体層103を形成する。必要に応じて撥水性の隔壁等を用いることにより容易に有機半導体層103をパターニングすることができる。
ここで、有機半導体層103としては、上記ペンタセン誘導体の他に、ポリチオフェン、フルオレン−チオフェンコポリマー、ポリアリルアミン等の高分子材料、または、ペンタセン、ルブレン、チオフェンオリゴマー、ナフタセン誘導体等の低分子材料を用いてもよい。
また、有機半導体層103の形成方法としては、上記インクジェット法の他に、スピンコート法、ディスペンサー法、フレキソ印刷法、グラビア印刷法、オフセット印刷法等の印刷方法により形成してもよい。また、低分子系の材料であればシャドウマスクを用いた真空蒸着法により有機半導体層103をパターン形成してもよい。
以上の後、図4(2)に示すように、第2層目の配線および有機半導体層103を覆う状態で、層間絶縁膜105を形成する。
ここでは、スクリーン印刷法により予め接続孔105aが設けられた形状の層間絶縁膜105をパターン形成する。先の図2の平面図に示したように、150dpiの画素を想定して一画素aが170um角の場合であれば、先ず、150μm角の乳剤パターンを有するスクリーン版を用いてポリイミドからなる樹脂ペーストを印刷する。この際、乳剤パターンが、先の層構成で説明し他ように4つの画素a間の中央に配置された上部電極7c上を覆うようにする。次に、樹脂ペーストを120℃で焼成する。
これにより、4つの画素aにまたがる接続孔105aを有する層間絶縁膜105を印刷形成し、接続孔105aの底部に4つの画素aの上部電極7cを露出させる。
尚、乳剤パターンが150μm角であれば、印刷された樹脂ペーストは焼成時に粘度が下がり基板3上でダレるため110〜130μm角程度に狭められた開口径で接続孔105aがパターン形成される。また印刷の際に、640番、840番等の高精細メッシュを使用すれば、繰り返し印刷の信頼性を確保した上で乳剤パターンを小さくすることができる。このため、100μm角程度の開口径の接続孔を形成することができ、200dpi以上の高精細な表示装置の駆動基板(ディスプレイバックプレーン)の作製も可能である。
上記印刷に用いる樹脂ペーストは、上記のもの以外に、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂などを使用することができるが、ボトムゲート構造の薄膜トランジスタTrは、有機半導体層103の上に層間絶縁膜105が形成されるため、樹脂ペーストに含まれる溶媒や樹脂の加熱処理でトランジスタ特性が劣化しない材料を選択することが好ましい。
尚、層間絶縁膜105の形成は、スクリーン印刷法に限定されることなく、インクジェット法、ディスペンサー法などの印刷方法で作製することができる。
その後、図4(3)に示すように、接続孔105aの底部において各上部電極7cに対して独立して接続させた形状の画素電極11を、層間絶縁膜105上にパターン形成する。
ここでは、導電性ペーストを用いたスクリーン印刷法により画素電極11をパターン形成する。導電性ペーストとしては、例えば銀ペースト(一例として藤倉化成社製XA−9024:商品名)を用い、印刷後に150℃で熱処理を行う。尚、ここでは、接続孔105a内において画素電極11がパターニングされるため、接続孔105aが画素電極11で塞がれることはない。このため、接続孔105a内に空気が残留することにより加熱硬化後に画素回路との接続不良(特開2001−274547参照)が起こることを防止できる。
以上のような画素電極11の形成に用いる導電性ペーストは、銀ペースト以外にも、金ペースト、白金ペースト、銅ペースト、ニッケルペースト、パラジウムペーストまたはそれらの合金材料を用いても良い。また、画素電極11の形成には、スクリーン印刷以外にも、インクジェット法、スクリーン印刷法、マイクロコンタクトプリンティング法、オフセット印刷法による直接パターンニングを適用しても良い。また、画素電極11の材質は、形成方法によって、金属またはポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)/ポリ(4−スチレンスルホナート)[PEDOT/PSS]、ポリアニリン(PANI)からなる導電性有機材料等を適宜選択することができる。
以上の後には、液晶表示装置であれば、画素電極11を覆う配向膜を形成して駆動基板を完成させる。その後は、共通電極上を配向膜で覆ってなる対向基板と、以上のようにして作製した駆動基板との間に液晶層を狭持させて表示装置を完成させる。
また、電気泳動型表示装置であれば、画素電極11が形成された駆動基板と、共通電極が設けられた対向基板との間にシリコーンイオン中に帯電したグラファイト微粒子と酸化チタン微粒子とを分散させたマイクロカプセルを挟持させて表示装置を完成させる。
以上説明した第1実施形態では、画素電極11と画素電極スイッチング用の画素回路との間の層間絶縁膜105に接続孔105aが設けられており、各接続孔105aの底部において、4つの画素aの画素回路を構成する容量素子の上部電極7cと、4つの画素電極11とを夫々独立に接続させた構成である。
このため、画素回路と画素電極11との接続部に対して接続孔を1:1で設ける場合と比較して開口径の大きな接続孔105aを形成することができ、接続孔105aの形状精度に対するマージンの拡大を図ることが可能になる。また、このような表示装置1の製造においては、1つの接続孔105a内において複数の接続を独立に図る構成であるため、画素回路を形成した後に、接続孔105aを有する層間絶縁膜105を形成する手法を適用できる。したがって、コンタクトとなるビアポストを形成した後に層間絶縁膜を形成する方法と比較して、厚膜であっても印刷によって容易に表面平坦な層間絶縁膜105を得ることができる。
以上より、厚膜であっても表面平坦でかつ高密度に上下層の接続部を配置することが可能な層間絶縁膜105を印刷法によって形成することができ、これにより高精細で、かつ色ムラのない表示が可能な表示装置を得ることが可能になる。そして、印刷法のみの適用によって、電子ペーパーなどのフレキシブルな可撓性を有する高精細な表示装置を低コストで作製することが可能になる。
≪第2実施形態≫
ここでは、アクティブマトリックス型の表示装置における画素電極のスイッチング素子としてトップゲート型の薄膜トランジスタを用いた表示装置の構成を説明する。
<回路構成>
第2実施形態の表示装置の回路構成は、第1実施形態において図1を用いて説明したと同様であって良く、ここでの重複する説明は省略する。
<層構成>
図5には第2実施形態の表示装置1’の要部平面図を示し、図6には図5のC−C’断面図およびD−D’断面図を示す。以下、これらの図に基づいて表示装置1’の層構成を説明する。尚、ここでは一例として150dpiの画素を想定し、一画素aが170μm角程度としたレイアウトの層構成を説明する。
これらの図に示すように、駆動側の基板3上の第1層目には、信号線7、薄膜トランジスタTrのソース/ドレイン7sd、および容量素子Csの下部電極7c’が設けられている。信号線7からは、各画素a部分において薄膜トランジスタTrの一方のソース/ドレイン7sdが延設されている。また他方のソース/ドレインsdと下部電極7c’とは、各画素a部分において連続したパターンとして形成されている。
ここで、信号線7から延設されるソース/ドレイン7sdは、2本の信号線7の内側に向かって延設される。一方、下部電極7c’との連続パターンとなるソース/ドレイン7sdは、2本の信号線7で挟まれた位置において、次に説明する共通配線9を共有する4つの画素a間の中央部に配線されることとする。この下部電極7c’およびソース/ドレイン7sdとの連続パターンが、以降に説明する画素電極11との接続部分となる。
また、各画素aのソース/ドレイン7sd間には、薄膜トランジスタTrの活性領域となる半導体層103が設けられている。
以上のような信号線7、ソース/ドレイン7sd、下部電極7sc’、および半導体層103を覆う状態で、ゲート絶縁膜101が設けられている。このゲート絶縁膜101は、以降に説明する画素電極11と、これに接続される下部電極7c’およびソース/ドレイン7sdと連続パターンとの層間に配置される層間絶縁膜の1つとなる。
そこで特に、このゲート絶縁膜101には、4つの画素aにまたがる接続孔101aが複数設けられている。これらの各接続孔101aの底部には、隣接する複数の画素回路の一部分として、上述のように2本の信号線7間において共通配線9を共有する4つの画素a間の中央部に配置した4つの下部電極7c’が露出した状態となっている。つまり、1つの接続孔101a内に、4つの画素aの各画素回路を構成する下部電極7c’が露出されているのである。
このゲート絶縁膜101上の第2層目には、走査線5と共通配線9とが平行に配線されている。これらの配線5,9は、2本の走査線5間に1本の共通配線9を配置した3本を1組として複数組が配線されている。
各走査線5からは、各画素a部分において、薄膜トランジスタTrのゲート電極5gが共通配線9側に向かって延設されている。また、各共通配線9からは、各画素a部分において、容量素子Csの上部電極9c’が両側の走査線5に向かう2方向に延設されている。つまり、1本の共通配線9からは、2本の走査線5間に挟まれた2つの画素aに向かって上部電極9c’が延設されているのである。
尚、これらの第2層目の走査線5、ゲート電極5g、および上部電極9c’は、ゲート絶縁膜101上に配置されている。また共通配線9は、ゲート絶縁膜101に設けた接続孔101aの底部において、下部電極7c’に対して絶縁された位置に配線されることとする。
以上のような容量素子Csと薄膜トランジスタTrとからなる各画素回路においては、連続パターンとして設けられた容量素子Csの下部電極7c’とソース/ドレイン7sdとが、画素電極11との接続部分となる。そして、この接続部分が、上述した4つの画素a間の中央部に配置された構成となっている。
そして以上のような画素回路を覆う状態で、層間絶縁膜105が設けられている。この層間絶縁膜105は、画素回路と上部に設けられる画素電極との間に寄生容量が生じることのない程度に厚膜で構成され、表面平坦であることが好ましい。
ここで特に、この層間絶縁膜105には、4つの画素aにまたがる接続孔105aが、ゲート絶縁膜101に設けた接続孔101aに重ねて設けられている。以下、接続孔101aと接続孔105aとの重なった部分を接続孔105a’と称する。これらの各接続孔105a’の底部には、隣接する複数の画素回路の一部分として、上述のように4つの画素a間の中央部に配置した4つの下部電極7c’が露出した状態となっている。つまり、1つの接続孔105a’内に、4つの画素aの各画素回路を構成する下部電極7c’が露出されているのである。
これらの接続孔105a’は、共通配線9は露出させても良いが上部電極9c’を露出しない形状であって、かつ開口底部に接続が十分に取れる面積で下部電極7c’が露出する形状であることとする。例えば、一画素aが170μm角程度と想定した本レイアウトであれば、開口の形状が110〜130μm程度の開口径となれば良い。
そして、この層間絶縁膜105上の第3層目には、画素電極11が配列形成されている。各画素電極11は、接続孔105a’の底部において、画素回路を構成する各下部電極7c’と1:1で直接接続されている。このため、1つの接続孔105a’内において、4つの画素電極11の端部が各下部電極7c’上に直接接続された状態となっている。
以上のような画素電極11は、例えば液晶表示装置であれば、ここでの図示を省略した配向膜で覆われていることとする。
また、以上のような駆動側の基板3における画素電極11の形成面側には、ここでの図示を省略した対向基板が設けられている。この対向基板の画素電極11に向かう面上には、共通電極が設けられている。そして、例えば液晶表示装置であれば、共通電極を覆う状態で配向膜が設けられ、二つの基板の画素電極11−共通電極間に、配向膜を介して液晶層が挟持される。一方、電気泳動型表示装置であれば、これらの画素電極11−共通電極間に、シリコーンイオン中に帯電したグラファイト微粒子と酸化チタン微粒子とを分散させたマイクロカプセルが挟持される。
<製造方法>
図7には、上記表示装置1’の製造工程図を示す。この製造工程図は、図5のC−C’断面に対応する図であり、以下図7と共に図5の平面図を参照して表示装置1’の製造方法を説明する。尚、図5を用いたレイアウトの詳細な説明の重複は省略する。
先ず、図7(1)に示すように、駆動側の基板3を用意する。この基板としては、第1実施形態と同様のポリエーテルスルホン(PES)からなるプラスチック基板が用いられる。この他にも、支持基板としては、ガラスやポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリイミド(PI)、ポリカーボネート(PC)、ポリアクリレート(PAR)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリエチレンテレフタラート(PET)などのプラスチックまたは金属フォイルを用いることもできる。
次に、この基板3上に、第1層目の配線として、信号線7、薄膜トランジスタTrのソース/ドレイン7sd、および容量素子Csの下部電極7c’をパターン形成する。
ここでは、例えば先ずダイコート法により、銀インクを均一に塗布し、150℃で熱処理することで、銀からなる導電性膜を50nmの膜厚で成膜する。次いで、スクリーン印刷法によりレジストインクを導電性膜上にパターン形成する。続いて、印刷したレジストパターンをマスクにして銀エッチング液を用いたウェットエッチングにより、導電性膜をパターニングすることにより、上述した第1層目の配線をパターン形成する。
尚、これら第1層目の配線の形成においてエッチングのマスクに用いるレジストパターンの形成方法としては、インクジェット法、フォトリソグラフィー法、レーザー描画法を用いてもよい。さらには、インクジェット法、スクリーン印刷法、マイクロコンタクトプリンティング法、オフセット印刷法による直接パターンニングを用いても良い。
ここで、ソース/ドレイン7sdを含む第1層目の配線としては、銀の他にp型半導体と良好なオーミック接触を有する金、白金、パラジウム、銅、ニッケル等の金属や、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)/ポリ(4−スチレンスルホナート)[PEDOT/PSS]、ポリアニリン(PANI)からなる導電性有機材料を用いることもできる。
次いで、各画素aにおけるソース/ドレイン7sd−7sd間に半導体層103をパターン形成する。この半導体層103は、有機半導体層103であることとする。
ここでは、例えばインクジェット法により、ペンタセン誘導体の0.5wt%トルエン溶液を塗布した後、100℃で溶媒を揮発させて50nmの膜厚の有機半導体層103を形成する。必要に応じて撥水性の隔壁等を用いることにより容易に有機半導体層103をパターニングすることができる。
ここで、有機半導体層103としては、上記ペンタセン誘導体の他に、ポリチオフェン、フルオレン−チオフェンコポリマー、ポリアリルアミン等の高分子材料、または、ペンタセン、ルブレン、チオフェンオリゴマー、ナフタセン誘導体等の低分子材料を用いてもよい。
また、有機半導体層103の形成方法としては、上記インクジェット法の他に、スピンコート法、ディスペンサー法、フレキソ印刷法、グラビア印刷法、オフセット印刷法等の印刷方法により形成してもよい。また、低分子系の材料であればシャドウマスクを用いた真空蒸着法により有機半導体層103をパターン形成してもよい。
次に、第1層目の配線および有機半導体層103を覆う状態でゲート絶縁膜101を形成する。
ここでは、例えばスクリーン印刷法により、下部電極7c’上を開口する接続孔101aを有する形状に、架橋性高分子材料ポリビニルフェノール(PVP)を印刷し、その後150℃で熱処理することにより、ゲート絶縁膜101を形成する。この際、4つの画素aにまたがって各画素aの下部電極7c’を露出させるように、接続孔101aを形成する。また、接続孔101aの開口径が、後の工程で形成する層間絶縁膜の接続孔よりも大きくなるようにスクリーン版を設計する。例えば、150dpiの画素を想定して一画素aが170μm角の場合であれば、170μm角の乳剤パターンを有するスクリーン版を用いる。
尚、このゲート絶縁膜はトランジスタの低電圧動作のために1μm以下の膜厚で、かつ平坦であることが望ましい。
以上のようなゲート絶縁膜101を構成する材料としては、PVPの他にも、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリレート、ポリビニルアルコール、エポキシ樹脂、ノボラック樹脂、フッ素樹脂などを用いることができる。また、このようなゲート絶縁膜101の形成は、スクリーン印刷法に限定されることなく、その他にグラビア印刷法、オフセット印刷法、インクジェット法、ディスペンサー法を用いることもできる。
次に、図7(2)に示すように、ゲート絶縁膜101上に、第2層目の配線として、走査線5および走査線5から延設されたゲート電極5g、さらには共通配線9および共通配線9から延設された容量素子Csの上部電極9c’をパターン形成する。
ここでは、例えば先ずダイコート法により、ゲート絶縁膜101上に銀インクを塗布し、150℃で熱処理することで、銀からなる導電性膜を50nmの膜厚で成膜する。次いで、スクリーン印刷法によりレジストインクを導電性膜上にパターン形成する。続いて、印刷したレジストパターンをマスクにして銀エッチング液を用いたウェットエッチングにより、導電性膜をパターニングすることにより、上述した第2層目の配線をパターン形成する。
尚、エッチングのマスクに用いるレジストパターンの形成方法としては、インクジェット法、フォトリソグラフィー法、レーザー描画法を用いてもよい。さらにはインクジェット法、スクリーン印刷法、マイクロコンタクトプリンティング法、オフセット印刷法による直接パターンニングを用いることもできる。ただし、以降に形成されるさらに上層の配線および電極との間に良好な絶縁特性を確保するためには、ここで形成するゲート電極5g他の表面が平坦で、かつ膜厚が100nm以下と出来るだけ薄いことが好ましい。
また、これらの第2層目の配線材料は、銀以外にも、金、白金、パラジウム、銅、ニッケル、アルミニウム等の金属や、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)/ポリ(4−スチレンスルホナート)[PEDOT/PSS]、ポリアニリン(PANI)からなる導電性有機材料を用いることもできる。
次に、図7(3)に示すように、第2層目の配線を覆う状態で、層間絶縁膜105を形成する。
ここでは、スクリーン印刷法により予め接続孔105aが設けられた形状の層間絶縁膜105をパターン形成する。先の図5の平面図に示したように、150dpiの画素を想定して一画素aが170um角の場合であれば、先ず、150μm角の乳剤パターンを有するスクリーン版を用いてポリイミドからなる樹脂ペーストを印刷する。この際、乳剤パターンが、先の層構成で説明し他ように4つの画素a間の中央に配置された下部電極7c’上を覆うようにする。次に、樹脂ペーストを120℃で焼成する。
これにより、4つの画素aにまたがる接続孔105aを有する層間絶縁膜105を印刷形成し、この接続孔105aとゲート絶縁膜101の接続孔101aとが重なる接続孔105a’の底部に、4つの画素aの下部電極7c’を露出させる。
尚、乳剤パターンが150μm角であれば、印刷された樹脂ペーストは焼成時に粘度が下がり基板3上でダレるため110〜130μm角程度に狭められた開口径で接続孔105aがパターン形成される。また印刷の際に、640番、840番等の高精細メッシュを使用すれば、繰り返し印刷の信頼性を確保した上で乳剤パターンを小さくすることができる。このため、100μm角程度の開口径の接続孔を形成することができ、200dpi以上の高精細な表示装置の駆動基板(ディスプレイバックプレーン)の作製も可能である。
また印刷に用いる樹脂ペーストは、上記のもの以外に、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂などを使用することができる。
尚、層間絶縁膜105の形成は、スクリーン印刷法に限定されることなく、インクジェット法、ディスペンサー法などの印刷方法で作製することができる。
その後、図7(4)に示すように、接続孔105a’の底部において各下部電極7c’に対して独立して接続させた形状の画素電極11を、層間絶縁膜105上にパターン形成する。
ここでは、導電性ペーストを用いたスクリーン印刷法により画素電極11をパターン形成する。導電性ペーストとしては、例えば銀ペースト(一例として藤倉化成社製XA−9024:商品名)を用い、印刷後に150℃で熱処理を行う。尚、ここでは、接続孔105a’内において画素電極11がパターニングされるため、接続孔105aが画素電極11で塞がれることはない。このため、接続孔105a内に空気が残留することにより加熱硬化後に画素回路との接続不良(特開2001−274547参照)が起こることを防止できる。
以上のような画素電極11の形成に用いる導電性ペーストは、銀ペースト以外にも、金ペースト、白金ペースト、銅ペースト、ニッケルペースト、パラジウムペーストまたはそれらの合金材料を用いても良い。また、画素電極11の形成には、スクリーン印刷以外にも、インクジェット法、スクリーン印刷法、マイクロコンタクトプリンティング法、オフセット印刷法による直接パターンニングを適用しても良い。また、画素電極11の材質は、形成方法によって、金属またはポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)/ポリ(4−スチレンスルホナート)[PEDOT/PSS]、ポリアニリン(PANI)からなる導電性有機材料等を適宜選択することができる。
以上の後には、液晶表示装置であれば、画素電極11を覆う配向膜を形成して駆動基板を完成させる。その後は、共通電極上を配向膜で覆ってなる対向基板と、駆動基板との間に液晶層を狭持させて表示装置を完成させる。
また、電気泳動型表示装置であれば、画素電極11が形成された駆動基板と、共通電極が設けられた対向基板との間にシリコーンイオン中に帯電したグラファイト微粒子と酸化チタン微粒子とを分散させたマイクロカプセルを挟持させて表示装置を完成させる。
以上説明した第2実施形態では画素電極11と画素電極スイッチング用の画素回路との間の層間絶縁膜105およびゲート絶縁膜101に、接続孔105a’が設けられており、各接続孔105’の底部において、4つの画素aの画素回路を構成する容量素子Csの下部電極7c’と、4つの画素電極11とを夫々独立に接続させた構成である。
このため、第1実施形態と同様に、画素回路と画素電極11との接続部に対して接続孔を1:1で設ける場合と比較して開口径の大きな接続孔105a’を形成することができ、接続孔105a’の形状精度に対するマージンの拡大を図ることが可能になる。また、このような表示装置1’の製造においては、1つの接続孔105a内において複数の接続を独立に図る構成であるため、画素回路を形成した後に、接続孔105aを有する層間絶縁膜105を形成する手法を適用できる。したがって、コンタクトとなるビアポストを形成した後に層間絶縁膜を形成する方法と比較して、厚膜であっても印刷によって容易に表面平坦な層間絶縁膜105を得ることができる。
以上から、第1実施形態と同様に、厚膜であっても表面平坦でかつ高密度に上下層の接続部を配置することが可能な層間絶縁膜105を印刷法によって形成することができ、これにより高精細で、かつ色ムラのない表示が可能な表示装置を得ることが可能になる。そして、印刷法のみの適用によって、電子ペーパーなどのフレキシブルな可撓性を有する高精細な表示装置を低コストで作製することが可能になる。
また、本第2実施形態においては、画素電極11のスイッチング素子としてトップゲート構造の薄膜トランジスタTrを用いたことにより、画素電極11と半導体層103との間がゲート電極5gによってシールドされる。これにより、半導体層103に形成されるチャネル領域が、画素電極11の電位に影響されることを防止でき、意図しないトランジスタの閾値電圧シフトを抑制できるため、安定した表示を行うことが可能になる。
尚、上述した第1実施形態および第2実施形態においては、走査線5方向および信号線7方向に隣接する4つの画素で1つの接続孔を共有する構成を説明した。しかしながら本発明は、どちらか一方に隣接して配置された2つの画素で1つの接続孔を共有する構成であっても良く、同様の効果を得ることができる。例えば、走査線5の延設方向に隣接して配置された2つの画素で1つの接続孔を共有する場合、これらの2つの画素は信号線7に対して線対称にレイアウトされる。一方、信号線7の延設方向に隣接して配置された2つの画素で1つの接続孔を共有する場合、これらの2つの画素は走査線5に対して線対称にレイアウトされ、1本の共通配線9を共有することができる。
また、上述した第1実施形態および第2実施形態においては、接続孔105aを備えた層間絶縁膜105の形成に、印刷法を適用する手順を説明した。しかしながら、層間絶縁膜を形成し、その後この層間絶縁膜に接続孔を設ける手順であっても、接続孔の形状精度に対するマージンの拡大を図る効果を得ることができる。
また、上述下第1実施形態および第2実施形態においては、液晶表示装置または電気泳動型表示装置に本発明を適用した構成を説明した。しかしながら本発明は、画素電極スイッチング用の画素回路と、これを覆う層間絶縁膜と、この上部に配置された画素電極を備えたアクティブマトリックス型の表示装置に広く適用可能である。このような表示装置の他の例としては、有機電界発光素子を配列形成してなる表示装置が例示される。
この表示装置においては、少なくとも2つの薄膜トランジスタと容量素子とで画素回路が構成される。そして、これを覆う層間絶縁膜上に、接続孔を介して画素回路に接続された画素電極が設けられ、各画素電極上に有機発光材料層を介して共通電極層を設けた構成となっている。このような構成において、各画素回路と画素電極との接続部を、上述した実施形態と同様に、層間絶縁膜に設けた1つの接続孔内で複数の画素回路と画素電極とを1:1で独立に接続させれば良く、同様の効果を得ることが可能である。
実施形態の表示装置の回路構成を説明する図である。 第1実施形態の表示装置の層構成を説明する平面図である。 第1実施形態の表示装置の層構成を説明する断面図である。 第1実施形態の表示装置の製造工程図である。 第2実施形態の表示装置の層構成を説明する平面図である。 第2実施形態の表示装置の層構成を説明する断面図である。 第2実施形態の表示装置の製造工程図である。
符号の説明
1,1’…表示装置、3…基板、5…走査線、7…信号線、7sd…ソース/ドレイン(接続部)、7c…上部電極(接続部)、7sc’…下部電極(接続部)、9…共通配線、11…画素電極、101…ゲート絶縁膜、105…層間絶縁膜、105a,105a’…接続孔、Cs…容量素子(画素回路)、Tr…薄膜トランジスタ(画素回路)

Claims (11)

  1. 基板上に配列形成された画素電極スイッチング用の画素回路と、当該画素回路を覆う層間絶縁膜とを備えた表示装置において、
    前記層間絶縁膜は、前記画素回路の接続部分を底部に露出させた接続孔を備え、
    前記接続孔の底部には、前記画素回路のうち隣接する複数の画素回路の各接続部分が露出している
    ことを特徴とする表示装置。
  2. 請求項1記載の表示装置において、
    前記層間絶縁膜上には、前記接続孔の底部において前記各画素回路にそれぞれ独立して接続された複数の画素電極が配列している
    ことを特徴とする表示装置。
  3. 請求項2記載の表示装置において、
    前記隣接する複数の画素回路における前記画素電極との接続部分が、隣接する画素間の中央に配置されている
    ことを特徴とする表示装置。
  4. 請求項1記載の表示装置において、
    前記画素回路は、複数の走査線と複数の信号線との各交差部に配置され、
    前記走査線の延設方向に隣接して配置された画素回路が、前記信号線に対して線対称にレイアウトされると共に、
    前記接続孔が、前記走査線の延設方向に隣接して配置された複数の画素回路にまたがって配置されている
    ことを特徴とする表示装置。
  5. 請求項1記載の表示装置において、
    前記画素回路は、複数の走査線と複数の信号線との各交差部に配置され、
    前記信号線の延設方向に隣接して配置された画素回路が、前記走査線に対して線対称にレイアウトされると共に、
    前記接続孔が、前記信号線の延設方向に隣接して配置された複数の画素回路にまたがって配置されている
    ことを特徴とする表示装置。
  6. 請求項1記載の表示装置において、
    前記画素回路は、複数の走査線と複数の信号線との各交差部に配置され、
    前記走査線の延設方向に隣接して配置された画素回路が、前記信号線に対して線対称にレイアウトされ、
    前記信号線の延設方向に隣接して配置された画素回路が、前記走査線に対して線対称にレイアウトされると共に、
    前記接続孔が、前記信号線の延方方向と前記走査線の延設方向とに隣接して配置された複数の画素回路にまたがって配置されている
    ことを特徴とする表示装置。
  7. 請求項5,6のうちの1項に記載の表示装置において、
    前記画素回路に接続される共通配線が、隣接して配置される2本の走査線間に配置された2つの画素回路で共有されている
    ことを特徴とする表示装置。
  8. 請求項1記載の表示装置において、
    前記層間絶縁膜は、有機材料で構成されている
    ことを特徴とする表示装置。
  9. 基板上に画素電極スイッチング用の画素回路を配列形成する工程と、前記画素回路における接続部分を底部に露出させた接続孔を備えた層間絶縁膜を前記基板上に形成する工程とを行う表示装置の製造方法において、
    前記接続孔の底部には、前記画素回路のうち隣接する複数の画素回路の各接続部分を露出させる
    ことを特徴とする表示装置の製造方法。
  10. 請求項9記載の表示装置の製造方法において、
    前記層間絶縁膜を形成した後、前記接続孔の底部において前記各画素回路にそれぞれ独立して接続された複数の画素電極を当該層間絶縁膜上に配列形成する
    ことを特徴とする表示装置の製造方法。
  11. 請求項9記載の表示装置の製造方法において、
    前記層間絶縁膜の形成は、印刷法を適用して行われる
    ことを特徴とする表示装置の製造方法。
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