JP6748635B2 - アクティブマトリクスアレイ装置の製造方法とこれにより製造されたアクティブマトリクスアレイ装置 - Google Patents

アクティブマトリクスアレイ装置の製造方法とこれにより製造されたアクティブマトリクスアレイ装置 Download PDF

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Description

本発明は、アクティブマトリクスアレイ装置の製造方法に関するものであり、各マトリクス要素に設けられる制御回路を、アクティブマトリクスアレイ装置とは別の基板上に形成し、各マトリクス要素に配置するようにアクティブマトリクスアレイ装置上に実装する製造方法に関する。
アクティブマトリクスアレイ装置は、表示・発光デバイス、センサ、メモリ、アクチュエータ等の機能を持ったデバイスをマトリクスアレイ状に並べたもので、様々な分野・用途で使用されている。
アクティブマトリクスアレイ装置の構造は、表示やセンサ等のデバイスとこれを制御する回路が一つのセットとなったマトリクス要素と、個々のマトリクス要素に制御信号等を伝送するためにマトリクスの行方向と列方向に張り巡らされた導体（配線）群からなったものを基本としている。各行配線及び列配線は、マトリクス要素内或はその隣接領域で交差されている。マトリクス要素を構成する制御回路はトランジスタ１つのものから複雑な回路まで用途によって異なる。また、マトリクス要素のデバイスがセンサの場合、センサの出力信号を伝送するための配線がこの基本構造に追加される。
アクティブマトリクスアレイ装置の応用として現在最も普及している分野はディスプレイ分野である。その中でも液晶ディスプレイが最も普及している。液晶ディスプレイの場合、電極で挟まれた液晶層とそこに電圧印加するための薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）からなる画素がマトリクス要素に相当し、また行配線はゲートライン、列配線はデータライン等と呼ばれている。今後の新しい応用例としてはセンサをアクティブマトリクスアレイ化した装置が期待されている。
加えて近年、有機材料を用いた半導体技術が進み、有機半導体を用いた有機ＴＦＴをマトリクス要素の制御回路に適用できる見通しがたってきた。有機ＴＦＴは柔らかく曲げられるフィルム上に低コストで形成することが可能なため、フレキシブルなアクティブマトリクスアレイ装置という新しい応用分野の創出が期待される。
例えば既に成熟期に入っている従来のディスプレイ分野の場合、ＴＦＴの形成には高温を要するため、熱耐性の高いガラス基板上にアクティブマトリクスアレイ装置を作る必要性があることから、装置軽量化の限界や製造プロセス技術或は製造コストの面で大型化が困難であった。しかし有機ＴＦＴ技術を採用して基板を軽量化することでこの問題を回避できるため、屋外や大型商業施設・ホール等への設置を目的とする大型ディスプレイをアクティブマトリクスアレイ方式で作ることが可能になる。
このように新たな応用分野の創出が期待されるアクティブマトリクスアレイ装置だが、応用分野に関係しない共通の課題がある。それは、マトリクス要素の制御回路を形成するためのプロセスと他の部分を形成するプロセスや、これらの材料の間に類似性或は親和性が少ない点である。このことは、材料の選択やプロセス条件に関して、制御回路と他の部分が相互に制約要因となり、結果として装置の製品仕様への制限や製造コストの増加に反映される。また制御回路は、マトリクスアレイ全体に配置されるにも係らず、装置全体に対する面積比率が小さい場合が一般的である。このことは、材料の無駄の発生や直接的には見えない隠れた製造コスト増につながっている。
特開２００８−２３５８６１号公報
アクティブマトリクスアレイ装置において、その制御回路と他の部分の形成プロセスの相違点や材料の特質の違いに起因して、アクティブマトリクスアレイ装置の製品仕様に生じる制約や製造コストの増加を抑制することが、本発明が解決する課題である。
従来のアクティブマトリクスアレイ装置の製造は、同一基板上に種々のプロセス工程を重ねることで装置を作り上げる。その中の一部のプロセス工程によりトランジスタを含む制御回路部も形成される。これに対して、本発明はアクティブマトリクスアレイ装置の制御回路部を他の部分（マトリクスアレイ本体）とは別の基板上に形成し、マトリクスアレイ本体の製造プロセス工程の途中或は最終工程後に、各マトリクス要素上に実装することを主たる特徴として上記課題を解決するものである。
本発明によれば、アクティブマトリクスアレイ装置全体と比べて大幅に小さい面積の基板上に制御回路部のみをまとめて形成することが可能になるため、この部分に係る製造装置を小規模化することが可能になる。また、形成した制御回路で良品のみを選択して実装することが可能になるため、装置全体の良品歩留りを向上させることが可能になる。これらは製造コストの大幅削減につながる。特にアクティブマトリクスアレイ装置のサイズが大きいほど、あるいは制御回路が複雑なほどこの効果は大きくなる。加えて、制御回路とマトリクスアレイ本体のそれぞれの材料の特質や製造プロセスの違いから生じる制約によって実現することが困難であった装置、例えば屋外設置の大型のディスプレイを従来の液晶、有機ＥＬ、電子ペーパー等の技術で実現すること等が容易になる。
図１は本発明の基本概念を示す図
図２はアクティブマトリクスアレイ装置上の一つのマトリクス要素を示す図
図３は本発明の一実施の形態における液晶パネルの断面構造の概略を示す図
図４ａは同マトリクス要素制御回路の上面図
図４ｂは同マトリクス要素制御回路を図４ａ中の線Ａに沿って切出した断面図
図４ｃは同マトリクス要素制御回路を図４ａ中の線Ｂに沿って切出した断面図
図５は同マトリクス要素制御回路をマトリクス要素に実装した状態を線Ｃに沿って見た断面図
図６は同マトリクス要素制御回路をマトリクス要素に実装した状態を線Ｄに沿って見た断面図
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
本実施例では、アクティブマトリクスアレイ装置として大型の液晶ディスプレイパネルを、マトリクス要素である画素の制御回路として有機ＴＦＴとした場合の応用例について説明する。
図１は本発明の基本概念を示したもので、液晶ディスプレイパネル本体１００、マトリクス要素制御回路としての有機ＴＦＴ３００、複数の有機ＴＦＴを形成した基板４００を上面から見た図である。マトリクス要素制御回路は本実施例においては有機ＴＦＴ一つのみの構成になっており、別基板上４００に有機ＴＦＴプロセスにより形成を行う。図１においては、形成した有機ＴＦＴを基板４００から分離して、液晶ディスプレイパネル本体１００上の所定の位置にフェイスダウンで実装した様子を示している。
図２はマトリクス要素である画素上に有機ＴＦＴ３００をフェイスダウン実装した状態の上面を示している。図では示されていないが、ゲート線２１０、データ線２２０、画素電極２３０は、有機ＴＦＴ３００のそれぞれゲート電極、ソース電極、ドレイン電極に電気的に接続される。
図３は本実施例である液晶ディスプレイパネル１００の断面構造の概略を示している。図では液晶ディスプレイパネルの表示面が下側になっており、本実施例の製造工程において液晶ディスプレイパネルの基板層１１０，液晶層１２０，配線・電極層１３０，有機ＴＦＴ３００，カバーフィルム層１４０が示されている。本図においては、液晶ディスプレイパネルを構成する上で必要な偏光板やカラーフィルタ等の一般的な部材は省略されている。即ち、基板層１１０は偏光板，透明基板，カラーフィルタ，対抗電極，配向膜等が積層されており、配線・電極層１３０は配向膜上に画素電極２３０，ゲートライン２１０，データライン２２０が所定のレイアウトで作り込まれており、カバーフィルム層１４０は有機ＴＦＴの封止膜上に偏光板を積層したものとなっている。
液晶ディスプレイパネル１００の製造工程において、有機ＴＦＴ３００は配線・電極層１３０を形成した後に実装を行い、その上部にカバーフィルム層１４０を形成する。本実施例においては、あらかじめ形成した基板層１１０と、配線・電極層１３０に有機ＴＦＴ３００を実装しカバーフィルム層１４０を形成した積層基板との間に液晶を注入する方法と採った。しかし、これらの工程の順序は本発明の本質とは関係が無く、使用する材料等に応じて工程順は最適化され得るものであり、本発明の適用範囲を制限するものではない。
図４ａは有機ＴＦＴ３００を上から見た図である。図中の線Ａ及び線Ｂに沿って切出した断面構造を図４ｂ及び図４ｃに示している。本実施例においては、有機ＴＦＴ３００はボトムゲート・トップコンタクト型の構造を採用しており、ガラス基板４００の上にポリミド系の薄膜フィルム３００ｂを貼付けた基板上に有機ＴＦＴプロセスにより形成される。図４ａ，４ｂ，４ｃにおいて、ゲート電極３１０，ゲート絶縁膜３２０，有機半導体３３０，ソース電極３４０，ドレイン電極３５０，絶縁カバー膜３６０，ゲート電極引出しビアメタル３７０，ソース電極引出しビアメタル３８０，ドレイン電極引出しビアメタル３９０が示されている。
ガラス基板４００上に形成した有機ＴＦＴはダイシング等で一つずつ分離する。その際に、ガラス基板は完全に切断せずにポリミド系薄膜フィルム３００ｂから上部の有機ＴＦＴの層にのみに切り込みを入れ、ポリミド系薄膜フィルム３００ｂから上部を有機ＴＦＴ３００としてガラス基板４００から剥がして、アクティブマトリクスアレイ装置本体１００上に実装する。
図５及び図６は有機ＴＦＴが液晶ディスプレイパネル１００に実装され、有機ＴＦＴの各電極が液晶ディスプレイパネル１００の配線や画素電極に接続されている様子を示した図で、それぞれ図２中に示す線Ｃ及び線Ｄにそって切出した断面の構造を示している。ゲート電極３１０はゲート電極引出しビア３７０及びゲート線接続ビアメタル２４０を介してゲート線２１０と接続される。ソース電極３４０はソース引出しビアメタル３８０及びデータ線接続ビアメタル２５０を介してデータ線２２０と接続される。ドレイン電極３５０はドレイン電極引出しビアメタル３９０及び画素電極接続ビア２６０を介して画素電極２３０に接続される。図５及び６では、配向膜２００及び絶縁層２７０も図示されている。
作用及び効果
本実施例において、画素を制御する有機ＴＦＴを液晶ディスプレイ本体とは別の基板上に作り込むため、必ずしも一枚の基板上に作り込む必要はない。必要な画素数に対して、最も生産効率の高い基板サイズにて必要な枚数を作るという方法が可能である。また、画素数を固定すれば、ディスプレイのサイズに関係なく有機ＴＦＴ製造に関わるコストは一定になる。屋外用のディスプレイとして画面サイズが１００インチであっても４００インチであっても、ＴＦＴに関わるコストは変わらないという効果が得られる。
一方で本実施例においては、ガラス基板を用いることが必須ではないため、ロールツーロール方式や印刷技術等と組み合わせてディスプレイを製造することが可能になる。このことは従来のアクティブマトリクスアレイ型のディスプレイの軽量且つ巨大化を可能にするものである。

Claims (4)

  1. アクティブマトリクス基板上に、相互に直交する複数の行配線と複数の列配線と、縦方向および横方向に配列された複数のマトリクス要素とが形成されたアクティブマトリクスアレイ装置の製造方法であって、
    前記マトリクス要素の制御回路を、前記アクティブマトリクス基板とは別の別基板におけるフィルム膜上に複数個形成する第１の工程と、
    複数個の前記制御回路を、一つずつ前記フィルム膜ごと切り離す第２の工程と、
    前記切り離された複数個の制御回路それぞれを、前記アクティブマトリクス基板上の前記マトリクス要素が形成される領域に配置して、前記行配線と前記列配線、および、前記マトリクス要素の電極部分と接続する第３の工程と、を有すること特徴とするアクティブマトリクスアレイ装置の製造方法。
  2. 前記第１の工程において形成された前記制御回路それぞれに対して所定の動作試験を行い、
    前記第３の工程において、良品の前記制御回路のみを選択して前記アクティブマトリクス基板上に配置する、請求項１に記載のアクティブマトリクスアレイ装置の製造方法。
  3. 前記制御回路が有機半導体で形成された有機ＴＦＴである、請求項１または２に記載のアクティブマトリクスアレイ装置の製造方法。
  4. 前記別基板は、ガラス基板上に前記フィルム膜を貼り付けて構成されており、前記制御回路を前記フィルム膜ごと切り離す際に、前記ガラス基板を切断せずに、前記ガラス基板から前記制御回路と前記フィルム膜とを剥離する、請求項１〜３のいずれかに記載のアクティブマトリクスアレイ装置の製造方法。
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