JPH10197854A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 周辺駆動回路を一体化したアクティブマトリ
クス型の液晶表示装置における発熱の問題を解決する。 【解決手段】 周辺駆動回路を構成するＴＦＴ１０２、
１０３、及びアクティブマトリクス回路を構成するＴＦ
Ｔ１０４とを同一の石英基板１０１上に集積化した構造
を有するアクティブマトリクス型の液晶表示装置におい
て、対向基板１１２側に酸素を含有した窒化アルミ（Ａ
ｌＮ）層１１３を配置する。窒化アルミ層は、その熱電
導率が珪素や酸化珪素に比較して極めて大きいので、素
子１０２、１０３、１０４で発生した熱は、窒化アルミ
層１１３を伝導して放熱される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本明細書で開示する発明は、
アクティブマトリクス型の液晶表示装置の構成に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ガラス基板や石英基板上にアクティブマ
トリクス回路と周辺駆動回路を薄膜トランジスタでもっ
て集積化して構成した液晶表示装置が知られている。

【０００３】近年、画素数の増加、、表示画像の微細
化、高速表示化等に伴って、上記回路を構成する薄膜ト
ランジスタに要求される動作速度は、ますます高くなる
傾向にある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】液晶表示装置は、一対
の基板間に液晶が密封された構造を有している。従っ
て、上述したような素子の高速化に伴って、素子自体の
発熱が問題となる。

【０００５】本明細書で開示する発明は、上述した周辺
駆動回路を一体化したアクティブマトリクス型の液晶表
示装置における発熱の問題を解決する構成を提供するこ
とを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本明細書で開示する発明
は、一対の基板間に液晶材料が挟んで保持された構成を
有し、一方の基板の液晶材料に面した表面上には薄膜ト
ランジスタで構成された回路が配置されており、他方の
基板の液晶材料に面した表面上には酸素を意図的に含有
させた窒化アルミニウム膜が形成されていることを特徴
とする。

【０００７】窒化アルミニウム膜に酸素を意図的に含有
させるのは、一般に基板に利用されるガラスや石英との
密着性を高めるためである。窒化アルミニウム単体であ
ると、基板からの剥離の問題が生じる。また、対向電極
として配置されるＩＴＯ膜（このＩＴＯ電極は窒化アル
ミニウム膜上に成膜される）の密着性を高めるためにも
窒化アルミニウム膜中に酸素を含有させることが必要で
ある。

【０００８】また上記構成において、液晶材料は封止材
によって封止されており、窒化アルミニウム膜は封止材
の外側まで延在して形成されていることを特徴とする。

【０００９】また、窒化アルミニウムの封止材の外側ま
で延在した領域には、冷却手段が配置されていることを
特徴とする。この冷却手段は、ペルチェ素子のような強
制的に冷却を行うものでもよいし、外部に設けられたヒ
ートシンクのように放熱効果を高めるものえもよい。

【００１０】上記発明においては、液晶材料を介して薄
膜トランジスタの発生した熱を窒化アルミニウム膜に伝
導させるので、液晶材料の厚さは、５μｍ以下であるこ
とが望ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１に示すように周辺駆動回路を
構成するＴＦＴ１０２、１０３、及びアクティブマトリ
クス回路を構成するＴＦＴ１０４とを同一の石英基板１
０１上に集積化した構造を有するアクティブマトリクス
型の液晶表示装置において、対向基板１１２側に酸素を
含有した窒化アルミ（ＡｌＮ）層１１３を配置する。

【００１２】窒化アルミ層は、その熱電導率が珪素や酸
化珪素に比較して極めて大きいので、素子１０２、１０
３、１０４で発生した熱は、窒化アルミ層１１３を伝導
して放熱される。

【００１３】

【実施例】

〔実施例１〕図１に本明細書で開示する発明を用いた実
施例を示す。図１において、１０１が石英基板、１１２
が石英基板またはガラス基板である。

【００１４】石英でなるＴＦＴ基板１０１側には、周辺
駆動回路を構成するためのＰチャネル型のＴＦＴ１０２
とＮチャネル型のＴＦＴ１０３が配置されている。ま
た、アクティブマトリクス回路に配置されるＮチャネル
型の薄膜トランジスタ１０４が配置されている。

【００１５】１１０は層間絶縁膜を構成する樹脂膜であ
る。樹脂膜としては、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹
脂、ポリイミドアミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹
脂、それらの材料を複合化あるいは積層化したもの等を
用いることができる。ここでは、ポリイミド樹脂を利用
する場合を示す。

【００１６】また、樹脂膜以外に酸化珪素膜や窒化珪素
膜を用いることもできる。

【００１７】１０９も層間絶縁膜であって、この膜もポ
リイミド樹脂膜で構成されている。１０８は遮光膜及び
ブラックマトリクスを構成するアルミニウムでとチタン
膜との積層膜である。

【００１８】１０９も層間絶縁膜であって、この膜もポ
リイミド樹脂膜で構成されている。１１１は、画素電極
を構成するＩＴＯ膜である。また図示しないが、画素電
極の上には、ポリイミド樹脂膜でなる配向膜が形成され
ている。

【００１９】１１５で示される部分には、液晶が封止さ
れている。１０６はアクリル系の封止材料であって、基
板１０１と１１２の間隔を保持し、また液晶が外部に漏
れでないようにする機能を有している。

【００２０】１１２は対向側の基板である。この基板は
石英基板またはガラス基板でもって構成される。１１３
は酸素を含有した窒化アルミニウム膜である。この窒化
アルミニウム膜１１３は、１０２、１０３、１０４等の
素子が発する熱を吸収し、放熱する機能を有している。

【００２１】この酸素を含有させた窒化アルミニウム膜
は、スパッタ法によって成膜する。この際、雰囲気中に
酸素を１０〜５０％含有させる。

【００２２】この酸素含有させた窒化アルミニウム膜
は、ＡｌＮＯ_x （０＜Ｘ＜１）で示される組成を有して
いる。

【００２３】本実施例では、液晶層１１５の厚さを５μ
ｍ以下というように薄くした構成とする。こうすること
で、ＴＦＴ基板側に配置された素子で発生した熱を対向
基板側に配置された窒化アルミニウム膜へと効率良く伝
導させることができる。

【００２４】１１４で示されるのは、ＩＴＯ電極であ
る。このＩＴＯ電極の液晶層側には、図示しない配向処
理手段が形成されている。

【００２５】１０５で示されるのは、ペルチャネ原理を
利用した冷却手段である。この冷却手段により、窒化ア
ルミニウム層１１３に吸収された熱を液晶パネル外部に
引き出し、液晶パネル内が高温になることを防ぐ。

【００２６】またペルチェ素子のようなアクティブな冷
却手段ではなく、熱伝導率の高い金属材料等を用いた放
熱手段を１０５の部分に設けるのでもよい。

【００２７】（薄膜トランジスタの作製方法）まず石英
基板８０１上に減圧熱ＣＶＤ法により、非晶質珪素膜８
０２を５００Åの厚さに成膜する。石英基板は、その表
面が十分に平滑なものを用いることが重要である。

【００２８】非晶質珪素膜の膜厚は、１００Å〜１００
０Å程度とすることが好ましい。これは、後のソース及
びドレイン領域の活性化工程において行われるレーザー
光の照射によるアニール効果を得るには、活性層の膜厚
がある程度薄くなければならないからである。

【００２９】非晶質珪素膜８０２を成膜したら、プラズ
マＣＶＤ法で成膜される酸化珪素膜でもって、８０３で
示すマスクを形成する。このマスクは、８０５で示され
る開口が形成されており、この部分で非晶質珪素膜８０
２が露呈する構造となっている。

【００３０】この開口部８０５は、図面手前側から奥行
き方向に長手状を有するものとなっている。

【００３１】マスク８０３を形成したら、重量換算で１
０ｐｐｍのニッケルを含んだニッケル酢酸塩溶液をスピ
ンコート法で塗布する。こうして、８０４で示されるよ
うにニッケル元素が表面に接して保持された状態を得
る。（図８（Ａ））

【００３２】ここでは、溶液を用いたニッケル元素の導
入方法を示すが、他にＣＶＤ法、スパッタ法、プラズマ
処理、ガス吸着法等の方法により、非晶質珪素膜の表面
にニッケル元素を導入することができる。

【００３３】また、より精密にその量と位置を制御し
て、ニッケル元素を導入する方法として、イオン注入法
による方法を挙げることができる。

【００３４】また、ニッケル元素以外にＦｅ、Ｃｏ、Ｒ
ｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選
ばれた元素を利用することができる。これらの元素は、
珪素の結晶化を助長する機能を有している。

【００３５】次に６００℃、８時間の加熱処理を窒素雰
囲気中で施す。この工程において、８００で示されるよ
うな基板に平行な方向への結晶成長が進行する。

【００３６】この加熱処理による結晶化の後において
は、膜中に高い密度で欠陥が含まれており、後に詳述す
るような結晶構造の特異性も顕著なものではない。（図
８（Ａ））

【００３７】なお、上記の加熱処理は、４５０℃〜基板
の耐えうる温度（石英基板の場合は１１００℃程度）の
温度範囲において行うことができる。

【００３８】次にマスク８０３を除去する。そして、Ｈ
Ｃｌを３体積％含んだ酸素雰囲気中において、９５０
℃、２０分の加熱処理を施す。この工程で熱酸化膜が珪
素膜の表面に２００Åの厚さに成膜される。また、この
工程において、珪素膜の膜厚は４００Åに減少する。

【００３９】この加熱処理工程は重要である。この加熱
処理の工程において、結晶性珪素膜のアニールと膜中か
らのニッケル元素の除去が行われる。この加熱処理を施
すことにより、特定の方向に幅が0.5 μｍ〜２μｍ程度
の柱状に延在した多数の柱状の結晶構造体でなる特異な
結晶性珪素膜を得ることができる。

【００４０】熱酸化膜を形成することの効果は、２つあ
る。１つは、ニッケル元素が熱酸化膜中に取り込まれる
ことにより、珪素膜中のニッケル元素を減少させるとい
う効果である。

【００４１】もう一つは、熱酸化膜の形成に従って、余
剰であったり、また結合が不安定であったりする珪素原
子が熱酸化膜の形成に消費され、そのことにより欠陥が
大きく減少し、結晶性が高まるという効果である。

【００４２】熱酸化膜を形成したら、この熱酸化を除去
する。この熱酸化膜中には、比較的高濃度にニッケル元
素が含まれている。従って、この熱酸化膜を除去するこ
とにより、最終的にデバイス特性にニッケル元素の影響
が及ぶことを抑制することができる。

【００４３】こうして厚さ４００Åの珪素膜を得たら、
次にパターニングを施すことにより、薄膜トランジスタ
の活性層を形成する。図８には、８０６と８０７で示さ
れる活性層が示されている。

【００４４】ここで重要なのは、上記の結晶成長方向
（先の円柱状の結晶構造体の延在方向に一致する）に合
わせて、ソース／ドレインを結ぶ方向、あるいはチャネ
ルにおけるキャリアの移動方向を設定することである。

【００４５】図８（Ｂ）において、８０６はＰチャネル
型の薄膜トランジスタの活性層であって、８０７はＮチ
ャネル型の薄膜トランジスタの活性層である。

【００４６】なお、図には２つの薄膜トランジスタの作
製工程が示されているのみであるが、実際には図２に例
示するようなニッケル添加領域が基板上に多数設けら
れ、多数の薄膜トランジスタが同時に形成される。

【００４７】活性層を形成したら、ゲイト絶縁膜の一部
となる酸化珪素膜をプラズマＣＶＤ法によって３００Å
の厚さに成膜する。さらに再度の熱酸化をＨＣｌを３体
積％含んだ酸素雰囲気中において行い、熱酸化膜を３０
０Åの厚さに成膜する。こうして、ＣＶＤ酸化珪素膜と
熱酸化膜とでなる厚さ６００Åでなるゲイト絶縁膜が得
られる。また、この再度の熱酸化膜の形成に従い、活性
層の厚さは２５０Åに減少する。

【００４８】次にアルミニウムでなるゲイト電極８０８
と８０９を形成する。このゲイト電極の形成後、陽極酸
化を行いまず多孔質状の陽極酸化膜８１０、８１１を形
成する。さらに再度の陽極酸化を行い緻密な膜質を有す
る陽極酸化膜８１２、８１３を形成する。陽極酸化膜の
膜質の違いは、電解溶液の種類により選択することがで
きる。

【００４９】次に露呈したゲイト絶縁膜を除去する。図
８（Ｂ）には、残存したゲイト絶縁膜８１４と８１５と
が示されている。

【００５０】この状態で導電型を付与するためのドーピ
ングをプラズマドーピング法でもって行う。ここでは、
まずＮチャネル型の薄膜トランジスタとなる領域をレジ
ストマスクでマスクし、Ｂ（ボロン）のドーピングを行
う。そして、Ｐチャネル型の薄膜トランジスタとなる領
域をレジストマスクでマスクし、Ｐ（リン）のドーピン
グを行う。

【００５１】この工程におけるドーピングは、ソース及
びドレイン領域を形成するために条件で行う。この工程
でＰチャネル型のＴＦＴのソース領域８１６、ドレイン
領域８１７、さらにＮチャネル型のＴＦＴのソース領域
８１９、ドレイン領域８１８が自己整合的に形成され
る。

【００５２】こうして図８（Ｂ）に示す状態を得る。次
に多孔質状の陽極酸化膜８１０、８１１を除去する。

【００５３】次に再度のドーピングをライトドーピング
の条件でもって行う。この工程において、低濃度不純物
領域８２０、８２１、８２３、８２４が自己整合的に形
成される。また、チャネル形成領域８２５と８２６が自
己整合的に形成される。

【００５４】ここで、ドレイン領域側の低濃度不純物領
域がＬＤＤ（ライトドープドレイン）と称される領域と
なる。

【００５５】ドーピングの終了後、レーザー光を照射す
ることにより、ドーピングされた元素の活性化とドーピ
ング時に生じた活性層の損傷のアニールを行う。なお、
この工程は紫外光や赤外光の照射による方法を用いて行
ってもよい。

【００５６】次に層間絶縁膜として窒化珪素膜８２７を
プラズマＣＶＤ法により１５００Åの厚さに成膜し、さ
らにポリイミド樹脂による層間絶縁膜８２８を形成す
る。層間絶縁膜に樹脂を利用すると、その表面を平坦に
することができる。

【００５７】ポリイミド樹脂の他には、ポリアミド樹
脂、ポリイミドアミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹
脂等を利用することができる。

【００５８】次にコンタクト用の開口を形成し、Ｐチャ
ネル型ＴＦＴのソース電極（及びソース配線）８２９、
ドレイン電極（及びドレイン配線）８３０を形成する。
さらにＮチャネル型ＴＦＴのソース電極（及びソース配
線）８３２、ドレイン電極（及びドレイン配線）８３１
を形成する。

【００５９】こうして、Ｐチャネル型の薄膜トランジス
タとＮチャネル型の薄膜トランジスタとを集積化した構
成を得る。

【００６０】ここで示した方法により得られる薄膜トラ
ンジスタは、数十ＭＨｚ以上の速度で動作させることが
できる。しかし、高速動作に従う発熱も大きなものとな
る。従って、このような高速動作を行わすことができる
薄膜トランジスタを利用する場合に図１に示すような構
成とすることは有用である。

【００６１】図２に一枚の基板上に薄膜トランジスタで
もって色々な機能を有す回路を集積化した構成を有する
アクティブマトリクス型の液晶表示装置のブロック図を
示す。

【００６２】図２に示すような回路構成が複雑化する
と、それだけ素子や回路の発熱の問題が顕在化するの
で、本明細書で開示する発明をりようした放熱構造は有
用なものとなる。

【００６３】（実施例２〕本実施例は、反射型の液晶表
示装置の場合の例である。反射型の液晶表示装置の場
合、画素電極に反射性のものを用いる。ここでは、表面
に微妙な凹凸を形成し、入射光を乱反射するようにした
アルミニウム膜を画素電極として利用する。

【００６４】〔実施例３〕本実施例は、図１に示す構成
において、薄膜トランジスタに形式として、ボトムゲイ
ト型のものを利用した場合の例である。ボトムゲイト型
のものであっても高速動作をさせれば発熱が問題にな
る。従って、図１に示すような窒化アルミニウム膜１１
３を用いた放熱構造は有用なものとなる。

【００６５】〔応用例〕本明細書で開示する発明の放熱
構造を有したアクティブマトリクス型の液晶表示装置
は、以下に示すような装置に応用することができる。

【００６６】例えば、モバイルコンピュータと呼ばれる
携帯型の情報端末、カーナビゲーシンシステムの表示装
置、プロジェクション型の表示装置。

【００６７】

【発明の効果】本明細書で開示する発明を利用すること
により、周辺駆動回路を一体化したアクティブマトリク
ス型の液晶表示装置における発熱の問題を解決すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 アクティブマトリクス型の液晶表示装置の断
面の概略を示す図。

【図２】 アクティブマトリクス型の液晶表示装置の構
成を示すブロック図。

【図３】 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。

【符号の説明】

１０１ ＴＦＴ側石英基板 １０２、１０３、１０４ 薄膜トランジスタ １０５ 冷却手段 １０６ 封止材料 １０７ 樹脂層間絶縁膜 １０８ 遮光膜 １０９ 樹脂層間絶縁膜 １１０ 樹脂層間絶縁膜 １１１ 画素電極 １１２ 対向基板 １１３ 酸素を含有した窒化アルミ
ニウム膜 １１４ ＩＴＯ膜 １１５ 液晶層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 29/78 ６１９Ａ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一対の基板間に液晶材料が挟んで保持され
   た構成を有し、 一方の基板の液晶材料に面した表面上には薄膜トランジ
   スタで構成された回路が配置されており、 他方の基板の液晶材料に面した表面上には酸素を意図的
   に含有させた窒化アルミニウム膜が形成されていること
   を特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】請求項１において、 液晶材料は封止材によって封止されており、 窒化アルミニウム膜は封止材の外側まで延在して形成さ
   れていることを特徴とする液晶表示装置。
3. 【請求項３】請求項２において、窒化アルミニウムの封
   止材の外側まで延在した領域には、冷却手段が配置され
   ていることを特徴とする液晶表示装置。
4. 【請求項４】請求項１において、液晶材料の厚さは５μ
   ｍ以下であることを特徴とする液晶表示装置。
5. 【請求項５】請求項１において、薄膜トランジスタ回路
   で発生した熱は、対向する基板側に配置された窒化アル
   ミニウム膜によって放熱されることを特徴とする液晶表
   示装置。