JP2014154702A - 薄膜トランジスタ及び画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可撓性基板上のカラーフィルタと薄膜トランジスタとの位置ずれがなく、光照射時においても安定した動作が可能な薄膜トランジスタ及び画像表示装置を提供する。
【解決手段】薄膜トランジスタは、可撓性基板上に、カラーフィルタ層、ゲート電極、ゲート絶縁層、半導体層、保護層、ソース電極、及びドレイン電極が形成されている。半導体層は、金属酸化物材料で形成されている。ゲート電極は、少なくとも半導体層のチャネル部分と重なる範囲が不透明な金属材料で形成されている。保護層上の少なくとも半導体層のチャネル部分と重なる範囲には、不透明な絶縁材料からなる遮光層が形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、薄膜トランジスタ及び画像表示装置の構造に関するものである。

近年、液晶表示装置（ＬＣＤ）、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）表示装置、電子ペーパー表示装置等の薄膜トランジスタをスイッチング素子として使用した、アクティブマトリクス型表示装置が広く使用されている。

有機ＥＬ表示装置については、発光層を塗り分けることにより、カラー化することも可能であるが、これらの表示装置においては、カラー化を行うためにカラーフィルタが使用されている。

一般的に、着色層を有するカラーフィルタ基板と薄膜トランジスタが形成されたアクティブマトリクス基板とは対向して設けられ、その間に表示要素を挟んで使用されることが多い。

これらの基板としては、ガラス基材を用いることが多いが、従来一般的に使用されているガラス基板は重く、また厚みがある。このため、近年求められている薄型、軽量かつ湾曲可能な表示装置を実現するために、アクティブマトリクス基板及びカラーフィルタ基板を形成した後にガラスをエッチングして、ガラス基材の厚みを薄くする等の方法が行われている。

しかしながら、ガラス基板を薄くすると、破損の危険性やハンドリングが難しいなどの問題があるため、薄型、軽量かつ可撓性を持つ表示装置の基板としてプラスチック基板や極薄ガラスを用いる試みが多くなされている。

また、可撓性基板上に高性能な薄膜トランジスタを作製するために、従来多く使用されているアモルファスシリコンの〜１０倍程度の移動度を有することが知られている、酸化物材料を半導体層として使用する酸化物薄膜トランジスタの開発が盛んに行われている。

この酸化物薄膜トランジスタの半導体層としては、酸化亜鉛（ＺｎＯ）系材料の検討が進められており、特に酸化亜鉛インジウムガリウム（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ；ＩＧＺＯ）は、良好な薄膜トランジスタ特性を示す材料として注目されている。例えば、非特許文献１を参照。

プラスチック基板をアクティブマトリクス基板及びカラーフィルタ基板の基材として用いた場合、プラスチック基板はガラス基板と異なり熱安定性が低いため、作製工程中の熱伸縮により、基板内のパターンの位置合わせが非常に困難となることが知られている。そのため、ガラス基材にプラスチック基材を貼り付けて作製工程を通すなどの工夫がなされている。

このようにして、ガラス基板上にプラスチック基板を貼り付けて工程を通すことにより、作製中のプラスチック基板の熱伸縮は抑えることが可能である。しかし、ガラス基板から剥離したアクティブマトリクス基板とカラーフィルタ基板とを組み合わせた画像表示装置を作製した場合、画像表示装置作製後のプラスチック基板の熱伸縮や基板・装置の湾曲などにより、作製時に位置合わせしたアクティブマトリクス基板とカラーフィルタ基板との位置ずれが発生し、良好な色表示ができないおそれがある。

このような問題を解決するために、カラーフィルタ基板上に透明な薄膜トランジスタを設けて、薄膜トランジスタの作製時にカラーフィルタと薄膜トランジスタとの位置合わせを行うことにより、カラーフィルタと薄膜トランジスタとの位置合わせを容易に実行でき、かつ、画像表示装置とした後も基板の熱収縮や基板・装置の湾曲などにより位置ずれの生じない構造が開発されている。例えば、特許文献１を参照。

特開２００７−２９８６０１号公報

ケンジ・ノムラ（Kenji Nomura）ら著、「非晶質酸化物半導体を使った透明でフレキシブルな薄膜トランジスタの室温形成（Room-temperature fabrication of transparent flexible thin-film transistors using amorphous oxide semiconductors）」、ネイチャー（Nature）、第４３２巻（Volume 432）、第４８８〜４９２頁、２００４年１１月２５日号 ケンジ・ノムラ（Kenji Nomura）ら著、「インタフェース・アンド・バルク・エフェクト・フォー・バイアス−ライト−イルミネーション・インスタビリティ・イン・アモルファス−Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ・シン−フィルム・トランジスタ（Interface and bulk effects for bias-light-illumination instability in amorphous-In-Ga-Zn-O thin-film transistors）」、ジャーナル・オブ・ザ・ソサエティ・フォー・インフォメーション・ディスプレイ（Journal of the Society for Information Display）、第１８巻（Volume 18）、第７８９〜７９５頁、２０１０年１０月号

金属酸化物からなる酸化物半導体は、バンドギャップエネルギーが３ｅＶ程度であり、本来可視光領域において透明であるはずであるが、バンドギャップ近傍の裾準位の存在のため、バンドギャップエネルギー以下の光でも特性変化が生じてしまう。そのため、このような薄膜トランジスタを画像表示装置のスイッチング素子として遮光層無しに使用すると、回路が正常に動作しないため、画像の表示が非常に困難となる。例えば、非特許文献２を参照。

一般的なアクティブマトリクス基板とカラーフィルタ基板とを対向して設置した構造の画像表示装置である場合は、アクティブマトリクス基板の不透明なゲート電極とカラーフィルタ基板に設けられたブラックマトリクスにとより、半導体層への光照射を防ぐ構造となっている。しかし、プラスチック基材を用いた場合は、上述の理由により、アクティブマトリクス基板とカラーフィルタ基板との位置ずれが発生し、良好な色表示が不可能なだけでなく、半導体層への光照射による薄膜トランジスタの特性劣化も生じることとなる。

また、ゲート電極とカラーフィルタ基板とに設けられたブラックマトリクスの間には、表示要素が存在しており、ゲート電極とカラーフィルタとの間にギャップが空いているため、迷光による半導体層への光照射により薄膜トランジスタの特性劣化が生じるおそれがある。

一方、カラーフィルタ基板上に薄膜トランジスタを形成した構造の画像表示装置である場合においては、プラスチック基板が熱伸縮しても基板・装置を湾曲させてもカラーフィルタと薄膜トランジスタとの位置ずれは発生しない。このため、半導体層への光照射に対して遮光する手段を設けることで、薄型、軽量かつ可撓性の画像表示装置を作製することが可能である。

本発明の目的は、上述した内容を鑑み、可撓性基板上のカラーフィルタと薄膜トランジスタとの位置ずれがなく、光照射時においても安定した動作が可能な薄膜トランジスタ及び画像表示装置を提供することである。

上記目的を達成するための本発明の第１態様は、可撓性基板上に、カラーフィルタ層、ゲート電極、ゲート絶縁層、半導体層、保護層、ソース電極、及びドレイン電極が形成された薄膜トランジスタであって、半導体層が金属酸化物材料で形成され、ゲート電極の少なくとも半導体層のチャネル部分と重なる範囲が不透明な金属材料で形成され、保護層上の少なくとも半導体層のチャネル部分と重なる範囲に、不透明な絶縁材料からなる遮光層を有している。

また、本発明の第２態様は、可撓性基板上に、カラーフィルタ層、ゲート電極、ゲート絶縁層、半導体層、保護層、ソース電極、及びドレイン電極が形成された薄膜トランジスタであって、半導体層が金属酸化物材料で形成され、ゲート電極の少なくとも半導体層のチャネル部分と重なる範囲が不透明な金属材料で形成され、保護層の少なくとも半導体層のチャネル部分と重なる範囲が不透明な絶縁材料で形成されている。

さらに、本発明の第３態様は、可撓性基板上に、カラーフィルタ層、ゲート電極、ゲート絶縁層、半導体層、保護層、ソース電極、及びドレイン電極が形成された薄膜トランジスタであって、半導体層が金属酸化物材料で形成され、ゲート電極の少なくとも半導体層のチャネル部分と重なる範囲が不透明な金属材料で形成され、保護層は、少なくとも半導体層のチャネル部分と重なる範囲が不透明になるよう、複数の膜を積層して形成されている。

なお、上記いずれかの態様の薄膜トランジスタをマトリクス状に配置し、この配置された薄膜トランジスタ上に、表示要素、対向電極、及び対向基板を積層することによって、画像表示装置を構成することができる。
第１態様の薄膜トランジスタで構成された画像表示装置では、保護層上に形成された遮光層を、半導体層のチャネル部分と重なる範囲を覆い、かつ、マトリクス状に配置された薄膜トランジスタ間に格子状に形成してもよい。また、第２態様の薄膜トランジスタで構成された画像表示装置では、保護層を、前記半導体層のチャネル部分と重なる範囲を覆い、かつマトリクス状に配置された薄膜トランジスタ間に格子状に形成してもよい。

本発明によれば、可撓性基板上のカラーフィルタ層上に形成された薄膜トランジスタにおいて、半導体層のチャネル部分と重なる領域に遮光層を設け、ゲート側及びバックチャネル側から半導体層への光照射を防ぐ。これにより、可撓性基板上のカラーフィルタと薄膜トランジスタとの位置ずれがなく、光照射時においても安定した動作が可能な薄膜トランジスタ及び画像表示装置を作製することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタの概略平面図 図１に示す薄膜トランジスタのＡ−Ａ断面図 図１に示す薄膜トランジスタの他のＡ−Ａ断面図 本発明の一実施形態に係る他の薄膜トランジスタの概略平面図 本発明の一実施形態に係る画像表示装置の概略断面図 本発明の一実施形態に係る他の画像表示装置の概略断面図 比較例である従来の画像表示装置の概略断面図 本発明の一実施形態に係る画像表示装置における薄膜トランジスタのＶｇ−Ｉｄ特性 比較例である従来の画像表示装置における薄膜トランジスタのＶｇ−Ｉｄ特性

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ、説明する。なお、本実施の形態において、同一の構成要素については同一の符号を付け、実施の形態の間において重複する説明は省略する。

１．薄膜トランジスタの構造
図１は、本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタを示す概略平面図である。図２は、図１に示す薄膜トランジスタのＡ−Ａ断面図である。図３は、図１に示す薄膜トランジスタの他のＡ−Ａ断面図である。図２に示す本実施形態の薄膜トランジスタは、可撓性基板１と、カラーフィルタ層２と、ゲート電極３と、ゲート絶縁層４と、半導体層５と、ソース電極７と、ドレイン電極８と、遮光層１４とを備えている。図３に示す本実施形態の薄膜トランジスタは、これらの構成に保護層６をさらに備えている。

カラーフィルタ層２は、可撓性基板１の上に形成されている。カラーフィルタ層２の上には、ゲート電極３が形成され、かつ、このゲート電極３を覆うようにゲート絶縁層４が形成されている。ゲート絶縁層４の上には、半導体層５と、半導体層５に接続されたソース電極７及びドレイン電極８とが、それぞれ形成されている。そして、図２に示す薄膜トランジスタは、半導体層５の上に遮光層１４が形成されており、図３に示す薄膜トランジスタは、半導体層５の上に保護層６及び遮光層１４が順に形成されている。

ゲート電極３は、少なくとも半導体層５のチャネル部分と重なる範囲が不透明な金属材料で形成される。これにより、ゲート側から入射する光を遮光することができる。また、遮光層１４は、少なくとも半導体層５のチャネル部分と重なる範囲に、かつ、不透明な絶縁材料によって形成される。これにより、半導体層５のバックチャネル側から入射する光を遮光することが可能である。また、絶縁材料を用いることにより、電極間の短絡によるリーク電流や寄生容量等を生じるおそれがないため、薄膜トランジスタの動作に影響を与えることのない遮光層１４を形成することができる。

本実施形態の遮光層１４は、半導体層５の上（図２）又は保護層６の上（図３）における少なくとも半導体層５のチャネル部分と重なる範囲に形成される。半導体層５の上に直接形成される場合には、一部分（不透明な絶縁材料の部分）が遮光層の機能を有した保護層６であるとも言えるし、一部分が保護層の機能を有した遮光層１４とも言える。このようにすれば、保護層と遮光層とを別々に分けて形成することなく１つの層で保護機能と遮光機能を実現できる。また、薄膜トランジスタ作製の工程数を少なくすることができる。なお、この遮光層１４は、少なくとも半導体層のチャネル部分と重なる範囲、かつ、マトリクス状に配置された薄膜トランジスタ間に格子状に形成されてもよい（図４）。

薄膜トランジスタとカラーフィルタとの間に表示要素が設けられる従来構造の薄膜トランジスタにおいては、カラーフィルタにブラックマトリクスを設けて半導体層へ照射される光を低減する手法が用いられているが、遮光層の位置が半導体層から離れているため、迷光が半導体層に照射され、薄膜トランジスタの性能が劣化するおそれがある。本実施形態の薄膜トランジスタの構成においては、ゲート電極３及び半導体層５又は保護層６の上に形成された不透明の絶縁材料からなる遮光層１４で半導体層５へ照射される光を遮光するため、半導体層５と遮光層１４との間の距離が非常に近く、迷光よる半導体層５への影響を従来と比較して大幅に少なくすることができる。

２．薄膜トランジスタの各構成要素の具体例
以下、本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタの各構成要素を、構成要素の積層順に説明する。

本実施形態の可撓性基板１の基材としては、具体的にはポリメチルメタクリレート、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレンサルファイド、ポリエーテルスルホン、ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、シクロオレフィンポリマー、ポリエーテルサルフォン、トリアセチルセルロース、ポリビニルフルオライドフィルム、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合樹脂、耐候性ポリエチレンテレフタレート、耐候性ポリプロピレン、ガラス繊維強化アクリル樹脂フィルム、ガラス繊維強化ポリカーボネート、透明性ポリイミド、フッ素系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、可撓性を持つガラス等、を使用することができる。ただし、可撓性基板１として使用可能な基材は、これらに限定されるものではなく、またこれらの基材は単独で基板として使用することも、二種以上の基材を積層した複合基板として使用することもできる。

可撓性基板１が有機物フィルムである場合は、薄膜トランジスタの耐久性を向上させるために、透明のガスバリア層（図示せず）を形成することが好ましい。ガスバリア層としては、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化シリコン（ＳｉＯ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、及びダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、これらのガスバリア層は、２層以上積層して使用することもできる。ガスバリア層は、有機物フィルムを用いた可撓性基板１の片面だけに形成してもよいし、両面に形成してもよい。ガスバリア層は、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、レーザーアブレーション法、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ホットワイヤーＣＶＤ法、及びゾル−ゲル法等を用いて形成することができるが、これらに限定されるものではない。

本実施形態のカラーフィルタ層２は、赤色着色部、緑色着色部、及び青色着色部の３色、もしくは赤色着色部、緑色着色部、青色着色部、及び無色部の４色から形成されていることが好ましいが、これらに限定されるものではない。上述した各着色部（赤色、緑色、青色、無色）は、それぞれ所定幅の線条（ストライプ）マトリクス状、又は所定サイズの矩形マトリクス状等のパターン状に、適宜パターニングされている。これらの着色部は、フォトリソ法、凸版印刷法、反転印刷法、インクジェット法等で形成することができるが、これらに限定されるものではない。着色パターン形成後に、着色パターンを保護し、着色部によって生じる凸凹を軽減するために、着色部上に例えば、アクリルやポリイミド等の樹脂によって保護層が好適に設けられる。

本実施形態における薄膜トランジスタの各入出力端子は、電極部分と配線部分とを明確に分ける必要がないため、ゲート電極３、ソース電極７、及びドレイン電極８と表記している。また、電極か配線かを特に区別する必要のない場合には、単にゲート、ソース、及びドレインと記載している。

ゲート電極３は、半導体層５の遮光層として機能するため、少なくとも半導体層５のチャネル部分と重なる範囲は、不透明な金属材料で形成される必要がある。従って、ゲート電極３及びそれらに接続される配線には、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、銀（Ａｇ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、マンガン（Ｍｎ）等の導電性材料を用いることができる。ただし、ゲート電極３等に用いることができる導電性材料は、これらに限定されるものではなく、またこれらの導電性材料は、単層で用いても構わないし、積層及び合金等として用いても構わない。

また、ゲート電極３は、透明な電極材料を積層して使用することができる。例えば、酸化インジウム（ＩｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）等を、上記の導電性材料と組み合わせて用いることができるが、この限りではない。

また、ゲート電極３は、半導体層５の遮光層として機能するため、少なくとも半導体層５のチャネル部分と重なる範囲においては不透明である必要がある。ここで、本発明における不透明とは、近紫外及び可視光領域である波長領域３５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲内での透過率が１％以下、すなわち光学濃度（ＯＤ値）が２以上、好ましくは透過率が０．１％以下、すなわちＯＤ値が３以上であることを指す。

ゲート電極３は、真空蒸着法、スパッタ法等の真空成膜法や、ゾル−ゲル法、スクリーン印刷、凸版印刷、インクジェット法等のウェット成膜法で形成することができる。しかし、ゲート電極３は、これらの形成方法に限定されず、公知一般の方法を用いることができる。ゲート電極３のパターニングは、例えば、フォトリソグラフィ法を用いてパターン形成部分をレジスト等により保護し、エッチングによって不要部分を除去して行うことができる。しかし、ゲート電極３は、このパターニング方法に限定されず、公知一般のパターニング方法を用いることができる。

本実施形態におけるゲート電極３を覆うように形成されるゲート絶縁層４は、ゲート電極３と他の電極との接続部分を除いた、可撓性基板１（カラーフィルタ層２）上の全面に形成することができる。このゲート絶縁層４に使用される材料としては、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化イットリウム、酸化ハフニウム、ハフニウムアルミネート、酸化ジルコニア、酸化チタン等の無機材料、又はＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）等のポリアクリレート、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ＰＶＰ（ポリビニルフェノール）等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。ゲートリーク電流を抑えるために、ゲート絶縁層４に用いられる絶縁材料の抵抗率は、１０^１１Ωｃｍ以上、できれば１０^１４Ωｃｍ以上であることが望ましい。

ゲート絶縁層４は、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタ法、レーザーアブレーション法、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、ホットワイヤーＣＶＤ法等の真空成膜法や、スピンコート法、ダイコート法、スクリーン印刷法等のウェット成膜法を材料に応じて適宜用いて形成される。これらのゲート絶縁層４は、単層として用いても構わないし、２層以上積層して用いることもできる。また、成長方向に向けて組成を傾斜したものでも構わない。

本実施形態の半導体層５としては、金属酸化物を主成分とする酸化物半導体材料が使用できる。この酸化物半導体材料は、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、タングステン、マグネシウム（Ｍｇ）、及びガリウム（Ｇａ）のうち１種類以上の元素を含む酸化物であり、例えば、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム亜鉛（Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ）、酸化スズ、酸化タングステン（ＷＯ）、及び酸化亜鉛インジウムガリウム（ＩＧＺＯ）等の材料が挙げられる。これらの材料の構造は、単結晶、多結晶、微結晶、結晶とアモルファスの混晶、ナノ結晶散在アモルファス、アモルファスのいずれであっても構わない。

半導体層５は、ＣＶＤ法、スパッタリング法、パルスレーザー堆積法、真空蒸着法等の真空成膜法や、有機金属化合物を前駆体とするゾルゲル法や化学浴堆積法、また金属酸化物の微結晶及びナノ結晶を分散させた溶液を塗布する方法等のウェット成膜法を、用いて形成することができる。しかし、半導体層５の形成方法は、これらの方法に限定されず、公知一般の方法を用いることができる。

半導体層５のパターニングには、例えば、フォトリソグラフィ法を用いてパターン形成部分をレジスト等により保護し、エッチングによって不要部分を除去して行う方法を用いることができるが、印刷法等を用いて成膜とパターニングを同時に行ってもよい。このパターニングについても、この方法に限定されず、公知一般のパターニング方法を用いることができる。

本実施形態の図３の構成で用いられる保護層６は、半導体層５のチャネル部分と重なる領域であるバックチャネル部を保護するために、少なくともバックチャネル部分を覆うように形成される。また、保護層６は、下部保護層と上部保護層とを分けて形成してもよい。この保護層６に使用される材料としては、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化イットリウム、酸化ハフニウム、ハフニウムアルミネート、酸化ジルコニア、酸化チタン等の無機材料、又はＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）等のポリアクリレート、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ＰＶＰ（ポリビニルフェノール）等の絶縁材料が挙げられるが、これらに限定されるものではない。保護層６に用いられる材料の抵抗率は、１０^１１Ωｃｍ以上、できれば１０^１４Ωｃｍ以上であることが望ましい。

また、保護層６は、少なくとも半導体層５のチャネル部分と重なる範囲を不透明な材料で形成することにより、半導体層５のバックチャネル側から入射する光を防ぐことが可能となる。すなわち、このような材料で構成することで、保護層６を、保護層兼遮光層としても機能させることができる。

保護層６は、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタ法、レーザーアブレーション法、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、ホットワイヤーＣＶＤ法等の真空成膜法や、スピンコート法、ダイコート法、スクリーン印刷法等のウェット成膜法を、その材料に応じて適宜用いられて形成される。この保護層６は、単層として用いてもよいし、２層以上積層して用いてもよい。不透明な材料部分を２層以上の膜を積層して形成することによって、保護効果の高い保護層兼遮光層として機能させることができるため、より性能の優れた薄膜トランジスタを実現することができる。また、保護層６は、成長方向に向けて組成を傾斜したものであっても構わない。

本実施形態の半導体層５と接続されるソース電極７及びドレイン電極８は、保護層６の上下どちらに設けてもよい。例えば、ソース電極７を保護層６の下に設け、ドレイン電極８を保護層６上に設ける構成でもよいし、ドレイン電極８を保護層６の下に設け、ソース電極７を保護層６上に設ける構成でもよい。

ソース電極７及びドレイン電極８、及びそれらに接続される配線には、アルミニウム、銅、モリブデン、銀、クロム、銅、金、白金、チタン、タングステン、マンガン等の導電性材料を用いることができる。ただし、ソース電極７及びドレイン電極８等に用いることができる導電性材料は、これらに限定されるものではなく、透明な電極材料も使用することができる。例えば、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウムスズ、酸化インジウム亜鉛等を用いることができる。これらの材料は単層で用いても構わないし、積層及び合金等として用いても構わない。

このソース電極７及びドレイン電極８は、真空蒸着法、スパッタ法等の真空成膜法や、ゾル−ゲル法、スクリーン印刷、凸版印刷、インクジェット法等のウェット成膜法で形成することができる。しかし、ソース電極７及びドレイン電極８は、これらの形成方法に限定されず、公知一般の方法を用いることができる。ソース電極７及びドレイン電極８のパターニングは、例えば、フォトリソグラフィ法を用いてパターン形成部分をレジスト等により保護し、エッチングによって不要部分を除去して行うことができる。しかし、ソース電極７及びドレイン電極８は、このパターニング方法に限定されず、公知一般のパターニング方法を用いることができる。

本実施形態に係る薄膜トランジスタを用いて画像表示装置を構成するにあたっては、マトリクス状に配置された複数の薄膜トランジスタのそれぞれについて、ドレイン電極８と接続された画素電極１０、ソース電極７と画素電極１０とを絶縁するための層間絶縁層９、画像を表示するための表示要素１１、表示要素１１に積層される対向電極１２及び対向基板１３が、図２又は図３の構成上にさらに形成される（図５又は図６を参照）。なお、画像表示装置には、キャパシタ電極（図示せず）をさらに形成することが好ましい。

この層間絶縁層９には、酸化シリコン、窒化シリコン、シリコンオキシナイトライド、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化イットリウム、酸化ハフニウム、ハフニウムアルミネート、酸化ジルコニア、酸化チタン等の無機材料、又はＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）等のポリアクリレート、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＰＶＰ（ポリビニルフェノール）透明性ポリイミド、ポリエステル、エポキシ樹脂等を使用することができるが、これらに限定されるものではない。層間絶縁層９は、ソース電極７と画素電極１０とを絶縁するために、その抵抗率が１０^１１Ωｃｍ以上、特に１０^１４Ωｃｍ以上であることが好ましい。層間絶縁層９は、ゲート絶縁層４又は保護層６と同じ材料であってもよいし、異なる材料であってもよいし、また２層以上積層して用いてもよい。

層間絶縁層９は、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタ法、レーザーアブレーション法、プラズマＣＶＤ、光ＣＶＤ法、ホットワイヤーＣＶＤ法等のドライ成膜法や、スピンコート法、ディップコート法、スクリーン印刷法等のウェット成膜法を、その材料に応じて適宜用いて形成される。

また、層間絶縁層９は、ドレイン電極８の上に開口部を有しており、ドレイン電極８と画素電極１０とを接続させることができる。開口部は、層間絶縁層９の形成と同時に、又は形成後にフォトリソグラフィ法やエッチング等の公知の方法を用いて設けられる。層間絶縁層９を用いることにより、ソース電極７の上にも画素電極を形成することが可能になるため、画像表示装置の開口率を向上させることができる。

画素電極１０は、層間絶縁層９の上に導電性材料を成膜し、この導電性材料を所定の画素形状にパターニングして形成される。図５及び図６に示すように、ドレイン電極８が露出するように開口部が形成されている層間絶縁層９の上に画素電極１０を形成することにより、ドレイン電極８と画素電極１０とを導通させることができる。

画素電極１０には、例えば、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウムスズ、酸化インジウム亜鉛等の、透明な電極材料が用いられる。これらの電極材料は単層で用いても構わないし、積層及び合金等として用いても構わない。

画素電極１０は、真空蒸着法、スパッタ法等の真空成膜法や、ゾル−ゲル法、スクリーン印刷、凸版印刷、インクジェット法等のウェット成膜法で形成することができる。ただし、画素電極１０の形成方法は、これらに限定されず、公知一般の方法を用いることができる。画素電極１０のパターニングは、例えばフォトリソグラフィ法を用いてパターン形成部分をレジスト等により保護し、エッチングによって不要部分を除去して行うことができる。ただし、画素電極１０のパターニングについても、この方法に限定されず、公知一般のパターニング方法を用いることができる。

画素電極１０の上に設けられる表示要素１１には、例えば、液晶、有機エレクトロルミネッセンス、及び電気泳動方式（電子ペーパー）の表示要素等が挙げられる。表示要素１１の上に対向電極１２及び対向基板１３を積層する方法としては、画素電極１０上に対向基板１３、対向電極１２、表示要素１１が順に形成された積層体を貼り合わせる方法や、画素電極１０の上に表示要素１１、対向電極１２、対向基板１３を順番に積層する方法等、表示要素１１の種類により適宜選択すればよい。

本実施形態の遮光層１４は、半導体層５の上（図２、図５）又は保護層６の上（図３、図６）における少なくとも半導体層５のチャネル部分と重なる範囲に形成される。この遮光層１４は、半導体層５の遮光層として機能するため、不透明な絶縁材料が用いられる。例えば、遮光層１４として、酸化クロム（ＣｒＯｘ）、ケイ化タンタル（ＴａＳｉ）、窒化ケイ化タンタル（ＴａＳｉＮ）、酸化窒化ケイ化タンタル（ＴａＳｉＮＯ）、ケイ化ジルコニウム（ＺｒＳｉ）、窒化ケイ化ジルコニウム（ＺｒＳｉＮ）、カーボンブラックを分散した樹脂等を用いることができる。また、遮光層１４を多層にする場合、全ての層で不透明な絶縁材料を用いる必要はなく、上記以外の材料として、酸化シリコン、窒化シリコン、シリコンオキシナイトライド、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化イットリウム、酸化ハフニウム、ハフニウムアルミネート、酸化ジルコニア、酸化チタン等の無機材料、又はＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）等のポリアクリレート、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ＰＳ（ポリスチレン）、透明性ポリイミド、ポリエステル、エポキシ、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール等を積層して使用することができるが、これらに限定されるものではない。

透過型の画像表示装置を作製する場合には、対向電極１２に、例えば、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウムスズ、酸化インジウム亜鉛等の、透明な電極材料が使用される。これらの電極材料は、単層で用いても構わないし、積層及び合金等として用いても構わない。
一方、反射型の画像表示装置を作製する場合は、対向電極１２が透明である必要はないため、透明導電材料に加え、アルミニウム、銅、モリブデン、銀、クロム、銅、金、白金、チタン、タングステン、マンガン等の金属材料も使用することができる。

本発明の画像表示装置の構成に用いられる対向基板１３には、可撓性基板１と同様の可撓性を有する基材を使用することができる。また、図示しないキャパシタ電極及びそれらに接続される配線は、ソース電極７やドレイン電極８と同様の導電性材料を用いることができ、同様の形成方法やパターニング方法を用いることができる。

３．実施例及び比較例
＜実施例＞
本発明の実施例として、図６に示す画像表示装置を作製した。
可撓性基板１として膜厚３０μｍの透明性ポリイミドを用いた。可撓性基板１は、そのままではハンドリングが困難であるため、支持基材としてガラス基材を用いて、その上に貼り付けて画像表示装置の作製を行った。

可撓性基板１上に、赤、緑、青、及び無色の感光性材料をそれぞれ、塗布、露光、現像、及び焼成することによりパターニングし、その上にオーバーコート層を塗布してカラーフィルタ層２を形成した。カラーフィルタ層２の上に、ＤＣマグネトロンスパッタ法を用いてモリブデンを２００ｎｍの膜厚で成膜し、フォトリソグラフィ法により所望の形状にパターニングを行った。具体的には、感光性ポジ型フォトレジストを塗布後、マスク露光及びアルカリ現像液による現像を行い、所望形状のレジストパターンを形成した。さらにモリブデンエッチング液によりエッチングを行い、不要なモリブデンを溶解させた。その後、レジスト剥離液によりフォトレジストを除去し、所望形状のモリブデン電極とした。（以下、このようなパターニング方法をフォトリソグラフィ法として説明を省略する）。さらに、その上にＤＣマグネトロンスパッタリングにより、酸化インジウムスズを１００ｎｍの膜厚で成膜し、上述のフォトリソグラフィ法によりパターニングを行い、モリブデンと、酸化インジウムスズとからなるゲート電極３及びキャパシタ電極を形成した。

次に、ゲート電極３及びキャパシタ電極の上に、ゲート絶縁層４としてＰＥＣＶＤ法により酸化シリコンを４００ｎｍの膜厚で成膜した。その後、スパッタリング法により、酸化亜鉛インジウムガリウムを４０ｎｍの膜厚で成膜し、フォトリソグラフィ法によりパターニングを行い、半導体層５とした。半導体層５は、そのチャネル部分の範囲がゲート電極３のモリブデンで形成された領域と重なるように位置合わせされている。

続いて、ＰＥＣＶＤ法により酸化シリコンを１５０ｎｍの膜厚で成膜し、その上にカーボンブラックを分散した感光性樹脂を塗布し、露光、現像、及び焼成を行い所望形状の遮光層１４を形成した。その後、遮光層１４をマスクとして、ドライエッチングにより酸化シリコンの不要な部分を除去し、保護層６及び遮光層１４とした。モリブデンを１００ｎｍの膜厚で成膜し、フォトリソグラフィ法によりパターニングを行い、ソース電極７及びドレイン電極８を形成した。次に、ネガ型の感光性樹脂を塗布し、露光、現像、及び焼成を行い、層間絶縁層９を形成した。

層間絶縁層９の上に酸化インジウムスズを１００ｎｍの膜厚で成膜し、フォトリソグラフィ法によりパターニングを行い、画素電極１０とした。その後、表示要素１１、対向電極１２、及び対向基板１３として、電気泳動表示要素である電子ペーパー前面板を貼り付け、可撓性基材１をガラス基材から剥離して、実施例の画像表示装置とした。

＜比較例＞
本発明の画像表示装置と比較する一例として、図７に示す構成の従来の画像表示装置を作製した。
可撓性基板１として膜厚３０μｍの透明性ポリイミドを用いた。可撓性基板１は、そのままではハンドリングが困難であるため、支持基材としてガラス基材を用いて、その上に貼り付けて画像表示装置の作製を行った。

可撓性基板１上に、赤、緑、青、及び無色の感光性材料をそれぞれ、塗布、露光、現像、及び焼成することによりパターニングし、その上にオーバーコート層を塗布してカラーフィルタ層２を形成した。カラーフィルタ層２の上に、ＤＣマグネトロンスパッタ法を用いてモリブデンを２００ｎｍの膜厚で成膜し、フォトリソグラフィ法により所望の形状にパターニングを行った。さらに、その上にＤＣマグネトロンスパッタリングにより酸化インジウムスズを１００ｎｍの膜厚で成膜し、上述のようなフォトリソグラフィ法によりパターニングを行い、モリブデンと酸化インジウムスズとからなるゲート電極３及びキャパシタ電極を形成した。

次に、ゲート電極３及びキャパシタ電極の上に、ゲート絶縁層４としてＰＥＣＶＤ法により酸化シリコンを４００ｎｍの膜厚で成膜した。その後、スパッタリング法により、酸化亜鉛インジウムガリウムを４０ｎｍの膜厚で成膜し、フォトリソグラフィ法によりパターニングを行い、半導体層５とした。半導体層５は、そのチャネル部分の範囲がゲート電極３のモリブデンで形成された領域と重なるように位置合わせされている。

続いて、ＰＥＣＶＤ法により酸化シリコンを１５０ｎｍの膜厚で成膜し、フォトリソ法及びドライエッチング法を用いて不要な部分を除去し、保護層６を形成した。モリブデンを１００ｎｍの膜厚で成膜し、フォトリソグラフィ法によりパターニングを行い、ソース電極７及びドレイン電極８を形成した。次に、ネガ型の感光性樹脂を塗布し、露光、現像、及び焼成を行い、層間絶縁層９を形成した。

層間絶縁層９上に酸化インジウムスズを１００ｎｍの膜厚で成膜し、フォトリソグラフィ法によりパターニングを行い、画素電極１０とした。その後、表示要素１１、対向電極１２、及び対向基板１３として、電気泳動表示要素である電子ペーパー前面板を貼り付け、比較例の画像表示装置とした。

＜効果検証＞
本発明の効果を検証するため、本発明の実施例及び比較例について、擬似太陽光を照射しながら薄膜トランジスタの特性を測定した。擬似太陽光には、１ＳＵＮ（ＡＭ１．５）を使用した。

図８は、実施例である本発明の画像表示装置における薄膜トランジスタの擬似太陽光照射時のＶｇ−Ｉｄ特性を示す図である。また、図９は、比較例である従来の画像表示装置における薄膜トランジスタの擬似太陽光照射時のＶｇ−Ｉｄ特性を示す図である。
両者を比較すると、比較例である従来の画像表示装置のＶｇ−Ｉｄ特性は、擬似太陽光を照射することによってしきい値がマイナス側にシフトし、劣化していることが理解できる。一方、実施例である本発明の画像表示装置のＶｇ−Ｉｄ特性は、擬似太陽光を照射しても劣化しておらず、半導体層への光照射を抑えることにより、良好な特性が得られている。

以上の検証結果より、本発明のように、可撓性基板に積層されたカラーフィルタ層上に形成された薄膜トランジスタにおいて、半導体層のチャネル部分と重なる領域に遮光層を設け、半導体層への光照射を防ぐ構成を用いることにより、可撓性基板上にカラーフィルタと薄膜トランジスタとの位置ずれがなく、光照射時においても安定した動作が可能な薄膜トランジスタ及び画像表示装置を実現することができる。

本発明は、液晶表示装置、有機エレクトロルミネッセンス表示装置、電子ペーパー表示装置等の薄膜トランジスタとして利用可能であり、特に可撓性基板上のカラーフィルタと薄膜トランジスタとの位置ずれをなくし、光照射時においても安定した動作を行いたい場合に有用である。

１ 可撓性基板
２ カラーフィルタ層
３ ゲート電極
４ ゲート絶縁層
５ 半導体層
６ 保護層
７ ソース電極
８ ドレイン電極
９ 層間絶縁層
１０ 画素電極
１１ 表示要素
１２ 対向電極
１３ 対向基板
１４ 遮光層

Claims (8)

1. 可撓性基板上に、カラーフィルタ層、ゲート電極、ゲート絶縁層、半導体層、保護層、ソース電極、及びドレイン電極が形成された薄膜トランジスタであって、
   前記半導体層は、金属酸化物材料で形成され、
   前記ゲート電極は、少なくとも前記半導体層のチャネル部分と重なる範囲が不透明な金属材料で形成され、
   前記保護層上の少なくとも前記半導体層のチャネル部分と重なる範囲に、不透明な絶縁材料からなる遮光層を有していることを特徴とする、薄膜トランジスタ。
2. 可撓性基板上に、カラーフィルタ層、ゲート電極、ゲート絶縁層、半導体層、保護層、ソース電極、及びドレイン電極が形成された薄膜トランジスタであって、
   前記半導体層は、金属酸化物材料で形成され、
   前記ゲート電極は、少なくとも前記半導体層のチャネル部分と重なる範囲が不透明な金属材料で形成され、
   前記保護層は、少なくとも前記半導体層のチャネル部分と重なる範囲が不透明な絶縁材料で形成されていることを特徴とする、薄膜トランジスタ。
3. 可撓性基板上に、カラーフィルタ層、ゲート電極、ゲート絶縁層、半導体層、保護層、ソース電極、及びドレイン電極が形成された薄膜トランジスタであって、
   前記半導体層は、金属酸化物材料で形成され、
   前記ゲート電極は、少なくとも前記半導体層のチャネル部分と重なる範囲が不透明な金属材料で形成され、
   前記保護層は、少なくとも前記半導体層のチャネル部分と重なる範囲が不透明になるよう、複数の膜を積層して形成されていることを特徴とする、薄膜トランジスタ。
4. 請求項１に記載の薄膜トランジスタをマトリクス状に配置した構造を有する画像表示装置であって、
   前記薄膜トランジスタ上に、表示要素、対向電極、及び対向基板を積層したことを特徴とする、画像表示装置。
5. 請求項２に記載の薄膜トランジスタをマトリクス状に配置した構造を有する画像表示装置であって、
   前記薄膜トランジスタ上に、表示要素、対向電極、及び対向基板を積層したことを特徴とする、画像表示装置。
6. 請求項３に記載の薄膜トランジスタをマトリクス状に配置した構造を有する画像表示装置であって、
   前記薄膜トランジスタ上に、表示要素、対向電極、及び対向基板を積層したことを特徴とする、画像表示装置。
7. 前記保護層上に形成された前記遮光層が、前記半導体層のチャネル部分と重なる範囲を覆い、かつ、マトリクス状に配置された薄膜トランジスタ間に格子状に形成されていることを特徴とする、請求項４に記載の画像表示装置。
8. 前記保護層が、前記半導体層のチャネル部分と重なる範囲を覆い、かつマトリクス状に配置された前記薄膜トランジスタ間に格子状に形成されていることを特徴とする、請求項５に記載の画像表示装置。