JP5847061B2 - アレイ基板及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、液晶表示装置に関するものであって、より詳しく説明すると有機半導体物質からなる有機半導体層を有する有機薄膜トランジスタをスイッチング素子とする液晶表示装置用アレイ基板及びそれの製造方法に関するものである。
近来、本格的な情報化時代に入るにつれて、大量の情報を処理及び表示するディスプレイ分野が急速に発展しており、最近は特に薄型化、軽量化、低消費電力化といった優れた性能を持つ平面型表示装置として液晶表示装置、または有機電界発光素子が開発され、従来のブラウン管（ＣＲＴ）の代替品になっている。
液晶表示装置の中では、画素（ｐｉｘｅｌ）毎に電圧のオン・オフを切り替えることのできるスイッチング素子の薄膜トランジスタが備えられたアレイ基板を有するアクティブマトリクス型液晶表示装置が、解像度及び動画を具現化する能力から最も注目を集めている。
また、有機電界発光素子は高輝度や低動作電圧といった特性を持ち、自ら光を発する自発光型のため、明暗対比（ｃｏｎｔｒａｓｔ ｒａｔｉｏ）が大きく、超薄型ディスプレイの具現が可能であり、応答時間が数マイクロ秒（μｓ）程度で動画の具現化がしやすい。また、視野角が制限されることなく、低温で安定的で、直流５ないし１５Ｖの低い電圧で駆動するため、駆動回路の製作及び設計が容易である。そのため、近年、平面型表示装置として注目されている。
かかる液晶表示装置と有機電界発光素子において、画素領域のそれぞれをオン・オフ制御するため、スイッチング素子の薄膜トランジスタを備えるアレイ基板が必ず備えられている。
図１は、平面型表示装置の一つの液晶表示装置の分解斜視図である。
図１に示すように、液晶表示装置は液晶層３０を介在してアレイ基板１０とカラーフィルター基板２０が対面して貼り合わせられている。下部のアレイ基板１０は、第１透明基板１２及びその上面に縦横に交差配置されて多数の画素領域Ｐを定義する多数のゲート配線１４とデータ配線１６を有する。これら二つの配線１４、１６の交差支点には薄膜トランジスタＴｒが備えられ、各画素領域Ｐに設けられた画素電極１８と一対一対応で接続されている。
また、上部のカラーフィルター基板２０には第２透明基板２２及びその背面に前記ゲート配線１４とデータ配線１６、そして薄膜トランジスタＴｒなどの非表示領域を覆うように各画素領域Ｐを囲む格子型のブラックマトリクス２５が設けられている。それら格子内部に各画素領域Ｐに対応するように順次繰り返して配置された赤色、緑色、青色のカラーフィルターパターン２６ａ、２６ｂ、２６ｃを有するカラーフィルター層２６が設けられており、前記ブラックマトリクス２５とカラーフィルター層２６の全面にわたって透明な共通電極２８が設けられている。
そして図面には明確に示していないが、前記アレイ基板１０及びカラーフィルター基板２０は、介在された液晶層３０の液漏れ防止のため、その縁に沿ってシールパターンが形成されている。各基板１０、２０と液晶層３０の境部分には液晶の分子配列方向に信頼性を持たせる下部及び上部配向膜（不図示）が形成されている。前記基板１０、２０の外側面にはそれぞれ相互垂直な偏光軸を有する偏光板（不図示）が取り付けられている。
更に前記アレイ基板の外側面にはバックライトユニットが備えられて光を供給している。前記ゲート配線１４に薄膜トランジスタＴｒのオン・オフ信号が順次にスキャン印加され、選択された画素領域Ｐの画素電極１８にデータ配線１６の画像信号が伝送されると、画素電極１８と共通電極２８の間の垂直電界によってその間の液晶分子が駆動され、これによる光の透過率変化で様々な画像を表示することができる。
一方、かかる構成を有する液晶表示装置において、前記アレイ基板１０とカラーフィルター基板２０の母体となる第１及び第２透明基板１２、２２として一般的にガラス基板が使われている。近年、ノートパソコンやＰＤＡのような小型の携帯用端末が広く普及するに従って、これらに適用できるようにガラス基板に比べ軽量、かつ柔軟性を持って破損する恐れの少ないプラスチック基板を用いた液晶表示装置が必要となっている。
しかし、スイッチング素子の薄膜トランジスタが形成されるアレイ基板の製造は、２００℃以上の高温環境下で行われる工程が多いため、ガラス基板に比べて耐熱性及び耐化学性に劣るプラスチック基板で前記アレイ基板を製造することは難しい。
また、２００℃以下の低温工程で配線及び薄膜トランジスタを備える画素を形成する場合、電極と配線を構成する金属物質と保護層などは低温で蒸着形成されても薄膜トランジスタの特性に特に影響を与えることはない。キャリアの移動通路であるチャネルを内部に備える半導体層の場合、一般的に使用される半導体物質の非晶質シリコンを用いてこれを２００℃以下の低温工程で蒸着形成すると内部構造が緻密ではないため、移動度などの重要な特性が著しく低下し、薄膜トランジスタの信頼性が低下する。
したがって、一般的に、上部基板を構成するカラーフィルター基板をプラスチック基板で製造し、下部基板のアレイ基板は通常、ガラス基板を用いて液晶表示装置を製造しているのが現状である。
そして、これと同様な理由でもう一つの平面型表示装置である有機電界発光素子においてもスイッチング素子及び駆動素子となる薄膜トランジスタが備えられるアレイ基板の場合、通常、ガラス基板を用いている。
したがって、そのような問題を解決するため、非晶質シリコンなどの従来の非晶質シリコンの半導体物質の代わりに、２００℃以下の低温雰囲気下で形成されても信頼性の高い優れた半導体特性の有機半導体層を有する薄膜トランジスタを備えるアレイ基板が提案されている。
かかる有機半導体層を有する薄膜トランジスタを備えたアレイ基板の製造工程は、プラスチック基板を用いた製造のみに限られることではなく、ガラス基板を用いて製作することができることは言うまでもない。
次に、２００℃以下の低温工程で形成される有機半導体物質を用いたアレイ基板の構造について簡単に説明する。
図２は、従来の有機半導体を有する薄膜トランジスタを備えたアレイ基板の一つの画素領域を示す断面図である。
図２に示すように、従来の有機半導体層１２０を有する薄膜トランジスタＯＴｒを備えたアレイ基板は、絶縁基板１０１上の各画素領域Ｐ内に相互離隔してソース電極及びドレイン電極１１０、１１５が形成されており、ソース及びドレイン電極１１０、１１５の離隔領域に対応して有機半導体層１２０がアイランド状に形成されている。このとき、絶縁基板１０１の上部にはソース電極１１０に繋がって一方向に延長するデータ配線（不図示）が形成されている。
また、各有機半導体層１２０の上部には、これと同じ平面形状でゲート絶縁パターン１２５及び第１ゲート電極１３０が形成されている。
そして、第１ゲート電極１３０を覆い、有機絶縁物質からなる第１保護層１４０が形成されている。第１保護層１４０の上に、第１ゲート電極１３０を露出するゲートコンタクトホール１４３とドレイン電極１１５を露出する第１ホール１４５とを介して、それぞれ第１ゲート電極１３０及びドレイン電極１１５に接触する第２ゲート電極１５０及び補助パターン１５２が形成されている。
第１保護層１４０の上部には第２ゲート電極１５０に繋がるゲート配線１５４が設けられている。
更に、第２ゲート電極１５０とゲート配線１５４を覆い、補助パターン１５２を露出する第２ホール１６３を有する第２保護層１６０が備えられている。第２保護層１６０の上に、補助パターン１５２を露出する第２ホール１６３を介して、ドレイン電極１１５に繋がり補助パターン１５２に接触する画素電極１７０が各画素領域Ｐに備えられている。
一方、かかる構成を持つ従来の有機半導体層１２０を有する薄膜トランジスタＯＴｒを備えたアレイ基板において、有機半導体層１２０と共にその上部に有機半導体層１２０と同じ平面形状を持つゲート絶縁パターン１２５と第１ゲート電極１３０を形成する理由は、有機半導体層１２０を構成する有機半導体物質は、パターニングのために主に使われるフォトレジストの現像液や金属物質をエッチングするためのエッチング液に非常に弱い。特に、ソース電極１１０及びドレイン電極１１５の間の離隔領域に対応してチャンネルが形成される部分が現像液やエッチング液にさらされると、素子特性が深刻に低下するという可能性があり、それを防止するためである。
即ち、所定形状の有機半導体層１２０を形成する場合、有機半導体物質は感光性を持っていないため、これをパターニングするためには感光性物質を用いて露光、現像及びエッチング工程を進めなければならないが、一般的にパターニング工程に主に使われるフォトレジストの現像液に有機半導体物質がさらされると、有機半導体物質の内部構造が損傷するため半導体特性が低下する問題や、有機半導体物質の劣化速度を加速するため素子を駆動できる時間が非常に短くなる問題が発生し得る。これらの問題を防止するため、有機半導体層１２０とゲート絶縁パターン１２５及び第１ゲート電極１３０を同じマスク工程で同時にパターニングして形成している。
したがって、かかる従来の有機半導体層１２０を有する薄膜トランジスタＯＴｒを備えたアレイ基板は、ゲート電極を二つに分割して第１及び第２ゲート電極１３０、１５０が互いに別の層にそれぞれ形成される構造を有するため、材料費の上昇と追加工程による工程数や工程時間の増加によって、生産性が低下している問題がある。
本発明の目的は、有機半導体層の損傷なくパターニングし、ゲート電極を一体化して一つの層に単一ゲート電極を形成することで材料費を節減し、更に製造工程の単純化及び製造時間を低減して時間当たりの生産性を向上できる有機半導体層を有する薄膜トランジスタを備えたアレイ基板の製造方法を提供することである。
このような目的を達成するための本発明の一実施例に係るアレイ基板の製造方法は、多数の画素領域を有する表示領域が定義された基板上の前記各画素領域内に相互離隔するソース電極及びドレイン電極を形成する段階と；前記ソース電極及びドレイン電極の相互対面する両端に接触し、かつ、これらの両電極間の離隔領域にアイランド状で形成される有機半導体層と、それと同じ平面形状を持って完全に重なる、順次積層されたゲート絶縁膜を形成する段階と；前記ゲート絶縁膜上の前記表示領域の全面に第１保護層を形成する段階と；前記第１保護層上の前記各画素領域内に前記ゲート絶縁膜に対応してゲート電極を形成する段階と；前記ゲート電極上の前記表示領域の全面に、前記各ドレイン電極を露出するドレインコンタクトホールを有する第２保護層を形成する段階と；前記第２保護層上の前記各画素領域に前記ドレインコンタクトホールを介して前記ドレイン電極に接触する画素電極を形成する段階とを有する。
前記有機半導体層とゲート絶縁膜を形成する段階は、前記ソース電極及びドレイン電極上の全面に有機半導体物質層とゲート絶縁物質層と感光性を持つ有機絶縁物質層を順次形成する段階と；前記感光性を持つ有機絶縁物質層に対して露光及び現像を行うことで、各画素領域内にアイランド状の有機絶縁パターンを形成する段階と；前記有機絶縁パターンの外側に露出された前記ゲート絶縁物質層とその下部に位置する有機半導体物質層を第１乾式エッチングで除去することにより、アイランド状で、同じ平面積を持って完全に重なる前記有機半導体層とゲート絶縁膜を各画素領域内に形成する段階と；前記有機絶縁パターンを除去する段階とを有する。
また、前記第１乾式エッチングは異方性を持つことを特徴とする。
そして、前記有機絶縁パターンを、前記第１乾式エッチングを更に行って除去したり、または前記第１乾式エッチングと異なる反応ガス雰囲気の第２乾式エッチングを行って除去することを特徴とする。
また、前記ゲート絶縁物質層を形成した後、前記有機絶縁物質層を形成する前に前記ゲート絶縁物質層に対して水素プラズマ工程を行うことで、前記ゲート絶縁物質層を表面改質して前記有機絶縁物質層との接着力を向上させる段階を有する。
そして、前記第１保護層は前記ゲート絶縁膜を構成する物質と同じものから形成することを特徴とする。
また、前記有機半導体層はペンタセン（ｐｅｎｔａｃｅｎｅ）、またはポリチオフェン（ｐｏｌｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）からなり、前記ゲート絶縁膜と第１保護層は下記の構造式１を持つ物質からなり、前記第２保護層はフォトアクリルからなることを特徴とする。
‐構造式１‐
‐構造式１‐
また、前記ソース電極及びドレイン電極を形成する段階は、前記ソース電極に繋がったデータ配線を形成する段階を有し、前記ゲート電極を形成する段階は、前記ゲート電極に繋がり、前記データ配線と交差して前記画素領域を定義するゲート配線を形成する段階を有する。
このとき、前記ゲート配線を形成する段階は、前記ゲート配線と並んで離隔する共通配線を形成する段階を有し、前記第２保護層を形成する段階は、前記ドレインコンタクトホールと共に前記共通配線を露出する共通コンタクトホールを備える段階を有し、前記画素電極を形成する段階は前記画素電極を、各画素領域で所定の間隔で離隔する多数のバー形状を持つように形成すると同時に、各画素領域内に、前記共通コンタクトホールを介して前記共通配線に接触し、前記多数のバー形状を持つ画素電極と交互に配置される多数の共通電極を形成する段階を有する。
そして、前記画素電極の上部に第３保護層を形成する段階と；前記第３保護層の上部に、前記表示領域の全面に対して板状であり、各画素領域に対してバー形状の多数の開口を持つ共通電極を形成する段階を有する。
本発明の実施例に係るアレイ基板は、多数の画素領域を有する表示領域が定義された基板上の前記各画素領域内に相互離隔するソース電極及びドレイン電極と；前記ソース電極及びドレイン電極の相互対面する両端に接触し、かつ、これらの両電極間の離隔領域にアイランド状で形成される有機半導体層、及びそれと同じ平面形状を持って完全に重なる、順次積層されたゲート絶縁膜と；前記ゲート絶縁膜と同じ物質からなり、前記ゲート絶縁膜上の前記表示領域の全面に形成された第１保護層と；前記第１保護層上の前記各画素領域内に、前記ゲート絶縁膜に対して形成されたゲート電極と；前記各ドレイン電極を露出するドレインコンタクトホールを有し、前記ゲート電極上の前記表示領域の全面に形成された第２保護層と；前記ドレインコンタクトホールを介して前記ドレイン電極に接触し、前記第２保護層上の前記各画素領域に形成された画素電極を備える。
前記有機半導体層はペンタセン（ｐｅｎｔａｃｅｎｅ）、またはポリチオフェン（ｐｏｌｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）からなり、前記ゲート絶縁膜と第１保護層は下記の構造式１を持つ物質からなり、前記第２保護層はフォトアクリルからなることを特徴とする。
‐構造式１‐
‐構造式１‐
また、前記基板上には前記ソース電極に繋がり、一方向に延長するデータ配線が設けられ、前記第１保護層上には前記ゲート電極に繋がり、前記データ配線と交差して前記画素領域を定義するゲート配線が設けられる。
そして、前記第１保護層上には前記ゲート配線と並んで離隔する共通配線が設けられ、前記画素電極は各画素領域で多数のバー形状を持ち、前記第２保護層には前記ドレインコンタクトホールと共に前記共通配線を露出する共通コンタクトホールが備えられ、前記第２保護層上に形成された前記画素電極は各画素領域で所定の間隔で離隔する多数のバー形状を持ち、前記第２保護層上には各画素領域内に前記コンタクトホールを介して前記共通配線に接触し、前記バー形状の多数の画素電極と交互するバー形状の多数の共通電極が備えられたことを特徴とする。
そして、前記画素電極上部の前記表示領域の全面に形成された第３保護層と；前記第３保護層の上部に、前記表示領域の全面に対して板状であり、各画素領域に対してバー形状の多数の開口を持って形成された共通電極を備える。
本発明では有機半導体物質からなる有機半導体層を備えながら、これに対応して一体化した一つのゲート電極のみを備えることで、ゲート電極が互いに別の層に二つに分割して備えられる従来のアレイ基板に比べ、ゲート電極の材料費が節減できる効果があり、更にゲート配線と直接繋がらない第１ゲート電極を形成するための段階を省略することで工程を単純化する効果がある。
以下、図面を参照しながら本発明に係る有機半導体層を有する薄膜トランジスタを備えたアレイ基板の構造及びそれの製造方法に関して、より詳しく説明する。
図３は、本発明の実施例に係る有機半導体層を有する薄膜トランジスタを備えたアレイ基板において、画像を表示する表示領域内の一つの画素領域を示す断面図である。説明の都合上、各画素領域Ｐ内に有機半導体層２２０を有する薄膜トランジスタＯＴｒが形成された領域をスイッチング領域ＴｒＡと称する。
図３に示すように、透明な絶縁基板２０１は、例えばフレキシブルな特性を持つプラスチック基板、またはガラス基板であって、その上に一方向に延長してデータ配線（不図示）が形成されている。各スイッチング領域ＴｒＡには、相互離隔してソース電極２１０及びドレイン電極２１５が形成されている。ソース電極２１０は、データ配線（不図示）から分岐した形状でデータ配線と繋がっている。
次に、各スイッチング領域ＴｒＡにおいて、相互離隔したソース電極２１０及びドレイン電極２１５の相互に対面する端面にそれぞれ接触し、かつ、これら電極２１０、２１５の間の離隔領域に対応して有機半導体物質、例えばペンタセン（ｐｅｎｔａｃｅｎｅ）、またはポリチオフェン（ｐｏｌｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）からなる有機半導体層２２０がアイランド状に形成されている。
また、各スイッチング領域ＴｒＡには有機半導体層２２０の上に有機半導体層２２０と同じ平面積で、完全に重なる形状で有機絶縁物質、例えば下記のような構造式の物質（以下、ＯＧＩと言う）からなるゲート絶縁膜２２５が形成されている。ここで、ゲート絶縁膜２２５及び第１保護層２４０は、ＯＧＩにかぎらず、ＰＩ、ＰＶＰ、ＰＶＡ、ＰＭＭＡ、ＢＣＢ、ポリプロピレン等の物質で形成されていてもよい。
‐構造式１：ＯＧＩ物質‐
‐構造式１：ＯＧＩ物質‐
このとき、本発明の実施例に係る有機半導体層２２０を有する薄膜トランジスタＯＴｒを備えたアレイ基板では、従来のようなゲート絶縁膜上に形成される第１ゲート絶縁膜が省略される。
かかる構成を持っているにもかかわらず、有機半導体層２２０のチャンネル部分は、パターニング液、またはエッチング液によって全く損傷を受けず、優れた半導体特性を有する。このような有機半導体層２２０の損傷のないパターニング工程に関しては後で製造方法を用いて詳しく説明する。
そして、ゲート絶縁膜２２５の上に表示領域の全面に対して第１保護層２４０が備えられており、第１保護層２４０の上にデータ配線（不図示）と交差して多数の画素領域Ｐを定義するゲート配線２５４が設けられており、各スイッチング領域ＴｒＡにはゲート配線２５４に繋がるゲート電極２５０が形成されている。
このとき、スイッチング領域ＴｒＡに順次積層されたソース及びドレイン電極２１０、２１５と、有機半導体層２２０と、ゲート絶縁膜２２５と、第１保護層２４０と、ゲート電極２５０はスイッチング素子である薄膜トランジスタＯＴｒを構成する。
かかる構成を持つ本発明の実施例に係るアレイ基板は、有機半導体層２２０を備え、ゲート電極が互いに別の層に二つに分割して形成される従来のアレイ基板（図２）とは異なり、一つの層、即ち第１保護層２４０の上部のみに対してゲート電極２５０が備えられる。そのため、従来に比べゲート電極２５０を形成する一つの工程を省略することができ、ゲート電極２５０を形成するための材料費を節減することができるものである。
次に、ゲート電極２５０及びゲート配線２５４の上に表示領域の全面に対して第２保護層２６０が形成されている。第２保護層２６０と共にその下部に備えられた第１保護層２４０には、各画素領域Ｐ内にドレイン電極２１５の一部上面を露出するドレインコンタクトホール２６３が備えられている。
かかるドレインコンタクトホール２６３が形成された第２保護層２６０の上部には、透明な導電性物質からなる画素電極２７０が各画素領域Ｐ内に板状で形成されることで本発明の実施例に係るアレイ基板が構成される。
一方、前述した構成を持つ本発明の実施例に係る有機半導体層２２０を有する薄膜トランジスタＯＴｒを備えたアレイ基板は、ＴＮモードの液晶表示装置用アレイ基板となる。また、その変形例として横電界モードの液晶表示装置用アレイ基板となる場合は、図４に示すように画素電極２７０は各画素領域Ｐ内で多数のバーの形状であり、このようなバー形状の画素電極２７０と交互にバー形状の共通電極２７３が更に形成される。この場合、多数のバー形状の共通電極２７３は共通配線（不図示）に繋がり、前記共通配線（不図示）はゲート配線（２５４）が形成された第１保護層２４０の上にゲート配線２５４と並んで所定の間隔で離隔形成される。
そして、他の変形例として前記アレイ基板が、フリンジフィールドスイッチングモードの液晶表示装置用アレイ基板となる場合、図５に示すように画素電極２７０の上に第３保護層２７５が更に形成され、第３保護層２７５の上に表示領域の全面に対して板状の透明な共通電極２８０が更に形成される。このとき、板状の透明な共通電極２８０は、各画素領域Ｐに対してバー形状の多数の第１開口ｏｐ１を有し、選択的にスイッチング領域ＴｒＡに対しても第２開口ｏｐ２を有することができる。
次に、前述した構成を持つ本発明の実施例に係る有機半導体層２２０を有する薄膜トランジスタＯＴｒを備えたアレイ基板の製造方法に関して説明する。変形例に係るアレイ基板に関しては、実施例との違いのみを説明する。
図６Ａないし６Ｍは本発明の実施例に係る有機半導体層を有する薄膜トランジスタを備えたアレイ基板において、薄膜トランジスタを含む一つの画素領域Ｐに関する製造工程各段階を示す断面図である。説明の都合上、各画素領域内に薄膜トランジスタＯＴｒが形成される領域をスイッチング領域ＴｒＡと定義する。
まずは図６Ａに示すように、透明な絶縁基板２０１の上部に低抵抗金属物質、例えば金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金（ＡｌＮｄ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、モリチタン（ＭｏＴｉ）のうち、一つまたは二つ以上の物質を蒸着することで、単層、または多層構造の第１金属層（不図示）を形成する。
その後、第１金属層（不図示）の上部にフォトレジストを塗布し、露光マスクを用いて露光し、露光されたフォトレジストを現像してフォトレジストパターン（不図示）を形成する。続いて、フォトレジストパターンをマスクとして使用して、フォトレジストパターン（不図示）の外部に露出された第１金属層（不図示）をエッチング及び該フォトレジストパターン（不図示）のストリップなどといった一連の段階を含むマスク工程を行い、第１金属層（不図示）をパターニングすることによって、一方向に延長する多数のデータ配線（不図示）を形成すると同時に、各画素領域Ｐ内のスイッチング領域ＴｒＡに該データ配線（不図示）に繋がったソース電極２１０とソース電極２１０から所定の間隔で離隔し、ソース電極２１０と相互に対面するドレイン電極２１５を形成する。
図面においては第１金属層（不図示）を単層構造に形成して単層構造のソース及びドレイン電極２１０、２１５とデータ配線（不図示）が形成されたことを一例として示しているが、ソース及びドレイン電極２１０、２１５とデータ配線（不図示）は二層、または多層構造になるように形成することもできる。
次に、図６Ｂに示すように、相互離隔するソース及びドレイン電極２１０、２１５とデータ配線（不図示）の上に液状の有機半導体物質、例えばペンタセン（ｐｅｎｔａｃｅｎｅ）、またはポリチオフェン（ｐｏｌｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）を、インクジェット装置、ノズルコーティング装置、バーコーティング装置、スリットコーティング装置、スピンコーティング装置、またはプリンティング装置などを用いて全面にコーティングした後に該液状の有機半導体物質を乾燥させたり、固体または粉末状の有機半導体物質を真空雰囲気下で熱蒸着させたりすることで、基板２０１の全面に有機半導体物質層２１８を形成する。
その後、有機半導体物質層２１８の上に有機絶縁物質、例えばＯＧＩ物質を前述したインクジェット装置、ノズルコーティング装置、バーコーティング装置、スリットコーティング装置、スピンコーティング装置、またはプリンティング装置などを用いて全面にコーティングすることで、ゲート絶縁物質層２２２を形成する。
次に、図６Ｃに示すように、ゲート絶縁物質層２２２の表面に対し、水素プラズマ処理を行うことで表面を改質する。このようにＯＧＩ物質からなるゲート絶縁物質層２２２に対し、水素プラズマ処理を行って表面を改質する理由は、以後の段階で形成される感光性を持つ有機物質層（図６Ｄの２９０）との接触特性を向上させ、優れた接着力を持つようにするためである。
このとき、表面改質のための水素プラズマ処理工程を必ず行う必要はなく、場合によっては省略してもよい。
次に、図６Ｄに示すように、表面改質されたゲート絶縁物質層２２２の上に感光性を持つ有機物質であって、ＫＯＨ水溶液を現像液とする物質、例えばフォトアクリルを塗布することで感光性有機物質層２９０を形成する。
その後、感光性有機物質層２９０の上に光透過領域ＴＡと光遮断領域ＢＡを有する露光マスク２９５を位置合わせし、露光マスク２９５を介して感光性有機物質層２９０に対して露光を行う。
図６Ｄにおいては、有機物質層２９０として、露光された部分が現像で除去されるポジティブ感光性を持つフォトアクリルを用いたものを一例として示しているが、現像後に露光部分が残るネガティブ感光性を持つ感光性有機物質を用いることもできる。この場合には、露光マスク２９５に代わって透過領域ＴＡと遮断領域ＢＡの位置が変わった露光マスクを用いて露光を行うと、同じ結果を得ることができる。
次に、図６Ｅに示すように、露光を行った感光性有機物質層（図６Dの２９０）をＫＯＨ水溶液を含む現像液にさらし、露光部分が現像液と反応して除去されるようにすることで、各スイッチング領域ＴｒＡに有機パターン２９１を形成する。
ＫＯＨ水溶液を含む現像液は感光性有機物質層（図６Dの２９０）だけと反応し、その下部に位置するＯＧＩ物質からなるゲート絶縁物質層２２２とは反応しないため、現像液がゲート絶縁物質層２２２を透過して有機半導体物質層２１８と反応するなどの現象は発生しない。
次に、図６Ｆないし６Ｈに示すように、有機パターン２９１の外側に露出されたゲート絶縁物質層（図６Ｅの２２２）と、その下部に位置する有機半導体物質層（図６Ｅの２１８）を、有機パターン２９１をマスクとして利用する乾式エッチングで順次除去する。それにより、各スイッチング領域ＴｒＡにおいて、ソース及びドレイン電極２１０、２１５に接触し、かつ、ソース及びドレイン電極２１０、２１５間の離隔領域に対応してアイランド状を呈している有機半導体層２２０と、その上部に有機半導体層２２０と同じ平面積を持って完全に重なる形状のゲート絶縁膜２２５を形成する。
前記乾式エッチングは、例えばリアクティブイオンエッチング、またはイオンアクセラレーターエッチングのように異方性に優れたものであることが望ましい。このような異方性を持つ乾式エッチングは基板２０１面に対し、垂直方向に優れたエッチング力を持ち、基板２０１面の水平方向には殆どエッチングが行われない。
そのため、エッチング防止の役割を持つ有機パターン２９１の下部に形成されるゲート絶縁膜２２５と有機半導体層２２０には、アンダーカットが形成されておらず、有機パターン２９１と同じ平面積を持って完全に重なる形状を有することができる。
ゲート絶縁物質層（図６Ｅの２２２）と有機半導体物質層（図６Ｅの２１８）のパターニングのための乾式エッチングを行う際、感光性を持つ有機物質からなる有機パターン２９１も前記乾式エッチングによって厚さが減少することになる。そのため、有機パターン２９１の厚さは減少する。
次に、各スイッチング領域ＴｒＡに、アイランド状の有機半導体層２２０とゲート絶縁膜２２５が形成された基板２０１に対して更に乾式エッチングを行うことによってゲート絶縁膜２２５の上部に残存している有機パターン２９１を完全に除去し、ゲート絶縁膜２２５を露出する。このとき、乾式エッチングを更に行うことで、ゲート絶縁膜２２５の前記水素プラズマ処理によって改質された表面部分を完全に除去することが望ましい。
一方、前記乾式エッチングは反応ガスを変えて行うこともできる。即ち、有機パターン２９１の外部に露出されたゲート絶縁物質層（図６Ｅの２２２）とその下部に位置する有機半導体物質層（図６Ｅの２１８）を除去する場合、ゲート絶縁物質層（図６Ｅの２２２）及び有機半導体物質層（図６Ｅの２１８）に更に反応し、有機パターン２９１に比べゲート絶縁物質層２２２に対するエッチング速度が速い第１反応ガス雰囲気で１次乾式エッチングを行い、その後、有機パターン２９１を除去してゲート絶縁膜２２５を露出する段階では、ゲート絶縁膜２２５に対するエッチング速度に比べ、有機パターン２９１に更に反応して相対的に速いエッチング速度でエッチングされる第２反応ガス雰囲気で２次乾式エッチングを行うこともできる。
次に、図６Ｉに示すように、露出されたアイランド状のゲート絶縁膜２２５の上に有機絶縁物質、より正確にはゲート絶縁膜２２５を構成するものと同一物質、即ちＯＧＩ物質をコーティングすることで表示領域の全面に平らな表面を持つ第１保護層２４０を形成する。このとき、第１保護層２４０は平らな表面を持ちながら、ゲート絶縁膜２２５の上部において最少の厚さを有するようにすることが望ましい。
その理由は、本発明の実施例、または変形例に係るアレイ基板の製造特性上、ゲート電極（図６Ｊの２５０）は第１保護層２４０上に形成され、第１保護層２５０の厚さが増加するにしたがって有機半導体層２２０との離隔距離が増加するため、その増加距離を最小化にするためである。
次に、図６Ｊに示すように、第１保護層２４０の上に低抵抗金属物質、例えば金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金（ＡｌＮｄ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、モリチタン（ＭｏＴｉ）のうち、一つまたは二つ以上の物質を連続蒸着することで、単層、または多層構造の第２金属層（不図示）を形成する。
その後、前記第２金属層（不図示）に対してマスク工程を行い、パターニングすることによって前記データ配線（不図示）と交差して多数の画素領域Ｐを定義するゲート配線２５４を形成すると同時に、各スイッチング領域ＴｒＡにおいては、ゲート配線２５４から分岐した形状で、アイランド状のゲート絶縁膜２２５に対してゲート電極２５０を形成する。
このとき、スイッチング領域ＴｒＡに順次積層されたソース及びドレイン電極２１０、２１５と、有機半導体層２２０と、ゲート絶縁膜２２５と、第１保護層及びゲート電極２５０はスイッチング素子である薄膜トランジスタＯＴｒを構成する。
本実施例においてはゲート配線２５４とゲート電極２５０が単層構造に形成されたことを一例として示しているが、第２金属層（不図示）を二層以上の多層構造に形成した場合、ゲート配線２５４及びゲート電極２５０は多層構造をなすことができる。
一方、本発明の一変形例である横電界型の液晶表示装置用アレイ基板（図４）の場合、ゲート配線２５４及びゲート電極２５０を形成する段階で、第１保護層２４０の上にゲート配線２５４と所定の間隔で離隔する共通配線（不図示）を更に形成する。
次に、図６Ｋに示すように、ゲート配線２５４及びゲート電極２５０の上に、例えばフォトアクリルのような感光性を持つ有機絶縁物質を塗布することで、平らな表面を持つ第２保護層２６０を形成する。この場合、感光性を持つ有機絶縁物質は露光部分が現像後に残るネガティブタイプであることが望ましい。
次に、図６Ｌに示すように、感光性を持つフォトアクリルからなる第２保護層２６０に対し、透過領域と遮断領域を有する露光マスクを用いて露光した後に現像工程を行うことによって、ドレイン電極２１５の一端上面に対応する部分に第１保護層２４０を露出するホール（不図示）を形成し、続いて乾式エッチングを行って前記ホール（不図示）の内部に露出された第１保護層２４０をエッチングすることで、ドレイン電極２１５を露出するドレインコンタクトホール２６３を形成する。
このとき、表示領域にゲート配線２５４と共通配線（不図示）が形成される本発明の一変形例である横電界型の液晶表示装置用アレイ基板（図４）の場合、ドレインコンタクトホール２６３の他、各画素領域Ｐの内部に前記共通配線（不図示）を露出する共通コンタクトホール（不図示）を更に形成することもできる。
次に、図６Ｍに示すようにドレインコンタクトホール２６３が備えられた第２保護層２６０の上に透明な導電性物質、例えば酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、または酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）を蒸着して透明な導電性物質層（不図示）を形成する。
その後、前記透明な導電性物質層（不図示）を、マスク工程を通じてパターニングすることでドレインコンタクトホール２６３を介してドレイン電極２１５に接触する板状の画素電極２７０を各画素領域Ｐに形成する。
一方、他の変形例として横電界型の液晶表示装置用アレイ基板を製造する場合、図４を参照すると、画素電極２７０を形成する段階で、画素電極２７０を各画素領域Ｐ内でその一端が繋がった多数のバー形状になるように形成すると同時に、前記共通コンタクトホール（不図示）を介して前記共通配線（不図示）に接触し、バー形状の多数の画素電極２７０と交互に配置されるバー形状の多数の共通電極２７３を形成する。この場合、画素電極２７０と共通電極２７３を必ず透明な導電性物質にする必要はなく、不透明な金属物質、例えばモリブデン（Ｍｏ）、モリチタン（ＭｏＴｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金（ＡｌＮｄ）、銅（Ｃｕ）のうち、一つまたは二つ以上の物質から構成することもできる。また、バー形状の前記画素電極２７０及び共通電極２７３は、単層構造でも良いし、多層構造でも良い。
また、他の変形例としてフリンジフィールドスイッチングモードの液晶表示装置用アレイ基板を製造する場合は、図５を参照すると、板状の画素電極２７０が形成された状態でその上部に有機絶縁物質を塗布して第３保護層２７５を形成し、それをパターニングして各画素領域Ｐ内の前記画素電極２７０に対してバー形状の多数の第１開口ｏｐ１を所定の間隔で離隔形成する。
このとき、共通電極２８０はスイッチング領域ＴｒＡに対応する第２開口ｏｐ２を更に備えるように形成することもできる。このように第２開口ｏｐ２を形成する理由は、前記共通電極２８０が薄膜トランジスタＯＴｒと重なることで発生する寄生容量による薄膜トランジスタＯＴｒの特性低下を抑えるためである。
かかる変形例に係るフリンジフィールドスイッチングモードの液晶表示装置用アレイ基板の場合、画素電極２７０と共通電極２８０は透明な導電性物質からなることが望ましい。
本発明の実施例及び変形例に係るアレイ基板は、有機半導体物質からなる有機半導体層２２０を備えながら、これに対応する一つのゲート電極２５０を備える。そのため、互いに別の層に二つに分割してゲート電極が備えられる従来のアレイ基板（図２）に比べ、ゲート電極２５０の形成のための材料費を節減することができ、ゲート配線２５４に直接繋がらない第１ゲート電極を形成するための段階を省略することによって工程を単純化する効果がある。
図７は、本発明の実施例に係る有機半導体層を有する薄膜トランジスタを備えたアレイ基板において電流‐電圧の特性を示すグラフであって、ソース及びドレイン電極間の電圧差Ｖｄｓを−１Ｖ（７０１）、−１０Ｖ（７０２）、−２０Ｖ（７０３）、−３０Ｖ（７０４）に印加した場合のゲート電圧に対するドレイン電流変化Ｉds（左側軸、上側４つの曲線に関する。）及びゲート絶縁膜を通じた漏れ電流Ｉgs（右側軸、下側４つの曲線に関する。）を示す。
図７に示すように本発明の実施例に係るアレイ基板は、薄膜トランジスタのオン状態、即ちゲート電圧Ｖgsが−４０Ｖないし０Ｖのとき、ソース及びドレイン電極間の電圧差Ｖｄｓが−１０Ｖ、−２０Ｖ、−３０Ｖとなるようにした場合、ドレイン電流Ｉｄｓは凡そ１０−４Ａであり、ドレイン電流Ｉｄｓのオン・オフ比、即ちＩｏｎ／Ｉｏｆｆは凡そ１０４Ａである。また、ドレイン電流Ｉｄｓはゲート電圧Ｖｇｓの大きさが変化するとき、特定区間に対してリニア的に減少する形で、特に特定大きさのゲート電圧Ｖｇｓに対して不規則なムラが無く、安定的に段々減少する形で形成されていることがわかる。
また、ソース及びドレイン電極間に電圧を印加していない状態で、ゲート電圧Ｖｇｓを変化させ、ゲート絶縁膜を通じて流れる漏れ電流を測定した場合、漏れ電流Ｉｇｓは１０−１１Ａないし１０−１４Ａ程度の値を持つので、漏れ電流特性も良好な状態であることがわかる。
２０１：基板、２１０：ソース電極、２１５：ドレイン電極、２２０：有機半導体層、２２５：ゲート絶縁膜、２４０：第１保護層、２５０：ゲート電極、２５４：ゲート配線、２６０：第２保護層、２６３：ドレインコンタクトホール、２７０：画素電極、Ｐ：画素領域、Ｔｒ：薄膜トランジスタ、ＴｒＡ：スイッチング領域
Claims (15)
- 基板上に導電性物質を形成し、前記導電性物質をエッチングすることにより、前記基板上の画素領域内にソース電極及びドレイン電極を形成する段階と；
前記ソース電極及びドレイン電極を有する前記基板上に、有機半導体層及び下記の構造式１を持つゲート絶縁膜を形成する段階と；
前記ゲート絶縁膜上に感光性有機物質層を形成する段階と；
前記有機半導体層と前記ゲート絶縁膜をエッチングすることにより、前記ソース電極及びドレイン電極の相互に対面する両端に接触し、アイランド形状を有する前記有機半導体層を形成する段階であって、前記ゲート絶縁膜は前記アイランド形状を有する、段階と；
前記ゲート絶縁膜上の前記表示領域の全面に第１保護層を形成する段階と；
前記第１保護層上の前記各画素領域内に前記ゲート絶縁膜に対してゲート電極を形成する段階と；
前記ゲート電極上の前記表示領域の全面に、前記各ドレイン電極を露出するドレインコンタクトホールを有する第２保護層を形成する段階と；
前記第２保護層上の前記各画素領域に前記ドレインコンタクトホールを介して前記ドレイン電極に接触する画素電極を形成する段階と、
を有する、
アレイ基板の製造方法。
‐構造式１‐
- 前記有機半導体層とゲート絶縁膜を形成する段階は、
前記ゲート絶縁膜上に感光性有機物質層を形成する段階の後に、前記感光性有機物質層を露光及び現像を行うことで、前記画素領域に、有機絶縁パターンを形成する段階と；
前記有機絶縁パターンをエッチングマスクとして使用し、前記有機絶縁パターンの外側に露出された前記ゲート絶縁物質層と前記有機半導体物質層を第１乾式エッチングで除去することにより、アイランド形状を有し、互いに重なる前記有機半導体層と前記ゲート絶縁膜を前記画素領域内に形成する段階と；
前記有機絶縁パターンを除去する段階
を有する請求項１に記載のアレイ基板の製造方法。 - 前記第１乾式エッチングは、互いに重なる前記有機半導体層及び前記ゲート絶縁膜に関して異方性を持つことを特徴とする請求項２に記載のアレイ基板の製造方法。
- 前記有機絶縁パターンを、前記第１乾式エッチングを更に行って除去し、または前記第１乾式エッチングと異なる反応ガス雰囲気の第２乾式エッチングを行って除去することを特徴とする請求項２に記載のアレイ基板の製造方法。
- 前記ゲート絶縁物質層を形成した後、前記有機絶縁物質層を形成する前に前記ゲート絶縁物質層に対して水素プラズマ工程を行うことで、前記ゲート絶縁物質層を表面改質して前記有機絶縁物質層との接着力を向上させる段階を有する請求項２に記載のアレイ基板の製造方法。
- 前記第１保護層は、前記ゲート電極及び前記ゲート絶縁膜間の前記第１保護層の厚さを最少にするために、前記ゲート絶縁膜を構成する物質と同じものから形成することを特徴とする請求項２に記載のアレイ基板の製造方法。
- 前記有機半導体層はペンタセン（ｐｅｎｔａｃｅｎｅ）、またはポリチオフェン（ｐｏｌｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）からなり、
第１保護層は下記の構造式１を持つＯＧＩ物質、ＰＩ、ＰＶＰ、ＰＶＡ、ＰＭＭＡ、ＢＣＢ、ポリプロピレンのうちの少なくとも１つの物質
からなり、
前記第２保護層はフォトアクリルからなることを特徴とする請求項１に記載のアレイ基板の製造方法。
‐構造式１‐
- 前記ソース電極及びドレイン電極を形成する段階は、前記ソース電極に繋がったデータ配線を形成する段階を有し、
前記ゲート電極を形成する段階は、前記ゲート電極に繋がり、前記データ配線と交差して前記画素領域を定義するゲート配線を形成する段階を有する請求項１に記載のアレイ基板の製造方法。 - 前記ゲート配線を形成する段階は、前記ゲート配線と並んで離隔する共通配線を形成する段階を有し、
前記第２保護層を形成する段階は、前記ドレインコンタクトホールと共に前記共通配線を露出する共通コンタクトホールを備える段階を有し、
前記画素電極を形成する段階は前記画素電極を、各画素領域で所定の間隔で離隔する多数のバー形状を持つように形成すると同時に、各画素領域内に、前記共通コンタクトホールを介して前記共通配線に接触し、前記多数のバー形状を持つ画素電極と交互に配置される多数の共通電極を形成する段階を有する請求項８に記載のアレイ基板の製造方法。 - 前記画素電極の上部に第３保護層を形成する段階と；
前記第３保護層の上部に、前記表示領域の全面に対して板状であり、各画素領域に対してバー形状の多数の開口を持つ共通電極を形成する段階を有する請求項８に記載のアレイ基板の製造方法。 - 多数の画素領域を有する表示領域が定義された基板上の前記各画素領域内に相互離隔するソース電極及びドレイン電極と；
下記の構造式１を持ち、前記ソース電極及びドレイン電極の相互対面する両端に接触し、かつ、これらの両電極間の離隔領域にアイランド状で形成される有機半導体層、及びそれと同じ平面形状を持って完全に重なる、順次積層されたゲート絶縁膜と；
前記ゲート絶縁膜上の前記表示領域の全面に形成された第１保護層と；
前記第１保護層上の前記各画素領域内に、前記ゲート絶縁膜に対して形成されたゲート電極と；
前記各ドレイン電極を露出するドレインコンタクトホールを有し、前記ゲート電極上の前記表示領域の全面に形成された第２保護層と；
前記ドレインコンタクトホールを介して前記ドレイン電極に接触し、前記第２保護層上の前記各画素領域に形成された画素電極を備える、
アレイ基板。
‐構造式１‐
- 前記有機半導体層はペンタセン（ｐｅｎｔａｃｅｎｅ）、またはポリチオフェン（ｐｏｌｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）からなり、
第１保護層は下記の構造式１を持つＯＧＩ物質、ＰＩ、ＰＶＰ、ＰＶＡ、ＰＭＭＡ、ＢＣＢ、ポリプロピレンのうちの少なくとも１つの物質からなり、
前記第２保護層はフォトアクリルからなることを特徴とする請求項１１に記載のアレイ基板。
‐構造式１‐
- 前記基板上には前記ソース電極に繋がり、一方向に延長するデータ配線が設けられ、
前記第１保護層上には前記ゲート電極に繋がり、前記データ配線と交差して前記画素領域を定義するゲート配線が設けられる請求項１１に記載のアレイ基板。 - 前記第１保護層上には前記ゲート配線と並んで離隔する共通配線が設けられ、
前記画素電極は各画素領域で多数のバー形状を持ち、
前記第２保護層には前記ドレインコンタクトホールと共に前記共通配線を露出する共通コンタクトホールが備えられ、
前記第２保護層上に形成された前記画素電極は各画素領域で所定の間隔で離隔する多数のバー形状を持ち、
前記第２保護層上には各画素領域内に前記コンタクトホールを介して前記共通配線に接触し、前記バー形状の多数の画素電極と交互するバー形状の多数の共通電極が備えられたことを特徴とする請求項１１に記載のアレイ基板。 - 前記画素電極上部の前記表示領域の全面に形成された第３保護層と；
前記第３保護層の上部に、前記表示領域の全面に対して板状であり、各画素領域に対してバー形状の多数の開口を持って形成された共通電極を備える請求項１１に記載のアレイ基板。
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