CN1681361A - 显示装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种显示装置及其制造方法，可使发光组件的驱动用晶体管的图案尺寸变小，并且可提升显示像素的开口率。驱动用TFT(85)的第二主动层(111)由层积的两层多晶硅层(102P、103P)所构成。上层的多晶硅层(103P)是与构成像素选择用TFT(10)的第一主动层(110)的多晶硅层同时堆积而成的，因此与该多晶硅层具有相同膜厚。因此，第二主动层(111)形成与下层的多晶硅层(102P)的膜厚程度的厚度。第二主动层(111)的平均结晶粒径比第一主动层(110)的平均结晶粒径小。因此，驱动用TFT(85)的载流子迁移率比像素选择用TFT(10)的载流子迁移率小。由此，可实现驱动用TFT(85)的短沟道化。

Description

显示装置及其制造方法
技术领域
本发明主要涉及一种显示装置及其制造方法，特别是涉及一种在各像素具有接受电流的提供并发光的发光组件、依据栅极信号选择各像素的像素选择用晶体管、及依据经由前述像素选择用晶体管所提供的显示信号将电流提供到前述发光组件的驱动用晶体管的显示装置及其制造方法。
背景技术
近年来，使用有机电致发光(Organic Electro Luminescence：以下称“有机EL”)组件的有机EL显示装置已取代CRT及LCD的显示装置而受到瞩目，特别是作为驱动有机EL组件的开关组件正研究开发一种具备有薄膜晶体管(Thin Film Transistor：以下称“TFT”)的有机EL显示装置。
图8显示该有机EL显示装置的一像素的等效电路图。在实际的有机EL显示面板中，将该像素配置成n行m列的矩阵状。
提供栅极信号Gn的栅极信号线50与提供显示信号的漏极信号线60相互交叉。在这两根信号线的交叉点附近配置有：有机EL组件70；用以驱动该有机EL组件70的驱动用TFT80；及用以选择像素的像素选择用TFT10。
在驱动用TFT80的源极，从电源线90提供有正电源电压PVdd。而且，其漏极连接在有机EL组件70的阳极71。
通过将栅极信号线50连接在像素选择用TFT10的栅极提供栅极信号Gn，且在漏极10d连接漏极信号线60，并提供显示信号Dm。像素选择用TFT10的源极10s连接在驱动用TFT80的栅极。在此，栅极信号Gn从未示出的垂直驱动电路输出。显示信号Dm从未示出的水平驱动电路输出。
有机EL组件70由阳极71、阴极72、及形成在该阳极71与阴极72之间的发光组件层(未示出)所构成。在阴极72提供有负电源电压CV。在驱动用TFT80的驱动用TFT80栅极连接有保持电容Cs。保持电容Cs是通过保持对应于显示信号Dm的电荷，用以在一帧期间保持显示像素的显示信号而设置。
以下说明前述构成的EL显示装置的动作。栅极信号Gn在一水平期间成为高电平时，像素选择用TFT10会导通。于是，显示信号Dm从漏极信号线60经由像素选择用TFT10施加在驱动用TFT80的栅极，且保持在保持电容Cs。
而且，对应于提供到该栅极的显示信号Dm，驱动用TFT80的电导会变化，对应该电导的驱动电流会经由驱动用TFT80提供到有机EL组件70，而使有机EL组件70点亮。对应于提供到该栅极的显示信号Dm，驱动用TFT80呈不导通状态时，电流不会流通于驱动用TFT80，因此有机EL组件70会熄灭。
(专利文献1)日本特开2002-175029号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，像素选择用TFT10必须对应于栅极信号Gn以高速进行切换(开关动作，switching)，相对于此，驱动用TFT80并未被要求高速的切换，反而在与像素选择用TFT10同样地制作时，会对色阶显示造成不良影响。亦即，有机EL显示装置的色阶显示通过驱动用TFT80的电流控制而进行，但当驱动用TFT80的电流驱动能力较大时，会有难以进行电流量的控制的问题。
因此，以往为了抑制驱动用TFT80的电流驱动能力，考虑将其沟道长度设定为较长。然而，在该设计中，由于驱动用TFT80的图案尺寸会变大，且驱动用TFT80的形成区域不会透光，因此，会存在因其图案尺寸变大而造成像素的开口率(有效发光面积相对于像素的整个面积的比率)降低的问题。
解决问题的手段
因此，本发明的主要特征如下所述。亦即，本发明的显示装置具备多个像素，各像素具有：接受电流的供给并发光的发光组件；依据栅极信号选择各像素的像素选择用晶体管；及依据经由前述像素选择用晶体管所提供的显示信号将电流提供到前述发光组件的驱动用晶体管；再者，前述像素选择用晶体管具有：由半导体材料所构成的第一主动层；及夹着第一栅极绝缘层形成在该第一主动层上的第一栅极电极；前述驱动用晶体管具有：由半导体材料所构成的第二主动层；及夹着第二栅极绝缘层形成在该第二主动层上的第二栅极电极；前述第二主动层具有与前述第一主动层不同的膜厚，且构成前述第二主动层的前述半导体材料的平均结晶粒径比构成前述第一主动层的前述半导体材料的平均结晶粒径更小。
本发明的显示装置的制造方法的该显示装置具有多个像素，各像素具有：接受电流的供给并发光的发光组件；依据栅极信号选择各像素的像素选择用晶体管；及依据经由前述像素选择用晶体管所提供的显示信号将电流提供到前述发光组件的驱动用晶体管；其制造方法具有：在绝缘性基板上的整个面堆积第一非晶硅层的步骤；选择性去除前述像素选择用晶体管的形成区域的第一非晶硅层的步骤；通过在绝缘性基板上的整个面堆积第二非晶硅层，而在前述像素选择用晶体管的形成区域形成前述第二非晶硅层，在前述驱动用晶体管的形成区域，于第一非晶硅层上层积前述第二非晶硅层的步骤；对第一及第二非晶硅层照射激光，而对这些非晶硅层施以退火处理，使这些非晶硅层结晶化的步骤；将经结晶化的第一及第二非晶硅层予以图案化，以形成前述像素选择用晶体管的第一主动层及前述驱动用晶体管的第二主动层的步骤；在前述第一及第二主动层上，分别形成第一及第二栅极绝缘层的步骤；及在前述第一及第二栅极绝缘层上，分别形成第一及第二栅极电极的步骤。
发明的效果
根据本发明的显示装置及其制造方法，驱动用MOS晶体管的主动层的结晶粒径比像素选择用晶体管的主动层的结晶粒径小，因此驱动用MOS晶体管的载流子迁移率会比像素选择用晶体管的迁移率小，因而相对地可将驱动用MOS晶体管的沟道长度设计为较短，而可使其图案尺寸变小。由此，可提升像素的开口率。像素的开口率提升时，每一像素的发光亮度也会变大，也可使发光组件的发光效率具充裕度。而且，由于驱动用MOS晶体管的主动层的结晶粒径会变小，因此也可使阈值等电气特性的均一性提升。
附图说明
图1是本发明实施例的有机EL显示装置的一像素的平面图案图。
图2(a)、(b)是本发明实施例的有机EL显示装置的制造方法的剖视图。
图3(a)、(b)是本发明实施例的有机EL显示装置的制造方法的剖视图。
图4(a)、(b)是用以说明本发明实施例的有机EL显示装置的其它制造方法的剖视图。
图5(a)、(b)是用以说明本发明实施例的有机EL显示装置的其它制造方法的剖视图。
图6是显示硅平均结晶粒径与激光能量密度的关系的实验结果的图。
图7是显示硅平均结晶粒径与激光能量密度的关系的模式图。
图8是显示公知的有机EL显示装置的一像素的等效电路图。
具体实施方式
其次，参照附图详细说明本发明实施例。图1为有机EL显示装置的一像素的平面图案图。实际的有机EL显示面板中，该像素配置在n行m列的矩阵。另外，图2及图3为像素选择用TFT1与驱动用TFT85的构造及其制造方法的剖视图。而且有机EL显示装置的一像素的等效电路图与图8完全相同。
首先详细说明本实施例的有机EL显示装置的像素构造。如图1所示，提供栅极信号Gn的栅极信号线50向行方向延伸，提供显示信号的漏极信号线60向列方向延伸，这些信号线相互立体交叉。栅极信号线50由铬层或钼层所构成，漏极信号线60由上层的铝层等所构成。
像素选择用TFT10在玻璃基板等透明绝缘性基板100上，在夹着缓冲层101而形成的多晶硅层所构成的第一主动层110上，形成第一栅极绝缘层104A，在该第一栅极绝缘层104A上，形成从栅极信号线50延伸的2个栅极电极51、52，而形成双栅极构造。在栅极电极51、52形成有层间绝缘层105(参照图3(b))。
另外，该像素选择用TFT10的源极10d经由触点(contact)16连接在漏极信号线60。构成像素选择用TFT10的漏极10s的多晶硅层延伸在保持电容区域，并隔着电容绝缘膜与该上层的保持电容线11重叠，在该重叠部分形成有保持电容Cs。且从像素选择用TFT10的漏极10s延伸的多晶硅层经由铝配线连接在驱动用TFT85的栅极电极20。
该驱动用TFT85在玻璃基板等的透明绝缘性基板100上，夹着缓冲层101而形成的多晶硅层所构成的第二主动层111上，形成第二栅极绝缘层104B，在该第二栅极绝缘层104B上，形成由铬层或钼层所构成的栅极电极20。驱动用TFT85由共通输入有栅极电极20的两个并联晶体管85A、85B所构成，各并联晶体管85A、85B的共通源极经由触点连接在提供正电源电压PVdd的电源线90。又，并联晶体管85A、85B的共通漏极经由触点连接在有机EL组件70的阳极71。在栅极电极20上形成有第二栅极绝缘层104B。
在此，第二主动层111由层积的二层多晶硅层102P、103P所构成。上层的多晶硅层103P是如后述与构成第一主动层110的多晶硅层同时堆积而成的，因此与该多晶硅层具有相同膜厚。因此，第二主动层111形成为与下层的多晶硅层102P的膜厚程度的厚度。第二主动层111的平均结晶粒径比第一主动层110的平均结晶粒径小。
其次，说明像素选择用TFT10及驱动用TFT85的构造的制造方法。首先，如图2(a)所示，通过化学气相沉积(CVD，Chemical VaporDeposition)法等将由氮化硅膜(Si3N4)及二氧化硅膜(SiO2)所构成的缓冲膜101形成在绝缘性基板100上的整个面。然后，利用CVD法将第一非晶硅层102堆积在该缓冲膜101上的整个面。
其次，如图2(b)所示，选择性蚀刻像素选择用TFT10的形成区域的第一非晶硅层102并将其予以去除。另一方面，驱动用TFT85的形成区域的第一非晶硅层102未被蚀刻而保留原状。
其次，如图3(a)所示，通过CVD法将第二非晶硅层103堆积在绝缘性基板100上的整个面。由此，在像素选择用TFT10的形成区域，仅有第二非晶硅层103形成在缓冲层103上。另一方面，在驱动用TFT85的形成区域在第一非晶硅层102上层积第二非晶硅层103。然后，进行非晶硅的脱水处理。
而且，从绝缘性基板100的上方对第一及第二非晶硅层102、103进行激光照射处理，藉此对这些非晶硅层施以激光退火处理。通过该激光退火处理，使第一及第二非晶硅层102、103结晶化，而形成多晶硅层。此时，像素选择用TFT10的形成区域的非晶硅层的厚度仅为第二非晶硅层103的厚度，相对于此，驱动用TFT85的形成区域的非晶硅层的厚度是第一及第二非晶硅层102、103的厚度总合。
由于该非晶硅层的厚度的不同，驱动用TFT85的形成区域的多晶硅层的平均结晶粒径依赖于激光退火处理时的激光能量密度，且比像素选择用TFT10的形成区域的多晶硅层的平均结晶粒径小。
图6在通过激光退火处理使非晶硅层结晶化时，对于非晶硅层的几个膜厚(40hm、43nm、46nm、49nm、55nm)显示激光退火处理的平均结晶粒径与激光能量密度的关系的图。由图可得知，关于各膜厚，激光退火处理后的平均结晶粒径相对于激光能量密度，至特定的激光能量密度为止随着能量密度的增加而增加，而在该特定的激光能量密度以上，随着能量密度的增加而减少。亦即，激光退火处理后的平均结晶粒径相对于激光能量密度以上述特定的激光能量密度描绘出具有峰值的曲线。而且，非晶硅层的膜厚增加时，该曲线朝右方向(能量密度高的方向)位移。
图7是显示该平均结晶粒径与激光能量密度的关系图。由该图可得知，非晶硅层的膜厚T1的曲线在某能量密度E0中与非晶硅层的膜厚T2(T2＞T1)的曲线交叉。且在低激光能量密度E1(E1＜E2＝的激光能量密度范围内，在该同一激光能量密度E1下，具有厚的膜厚T2的非晶硅层在激光退火处理后的平均结晶粒径较小。另一方面，在高激光能量密度E2(E2＞E0)的激光能量密度范围内，在该同一激光能量密度E2下，具有薄的膜厚T1的非晶硅层反而在激光退火处理后的平均结晶粒径较小。
因此，在本实施例中，利用上述低激光能量密度范围进行激光照射，而使驱动用TFT85的形成区域的非晶硅层的平均结晶粒径比像素选择用TFT10的形成区域的非晶硅层的平均结晶粒径小。
例如，将驱动用TFT85的形成区域的非晶硅层的厚度设定为49nm，将像素选择用TFT10的形成区域的非晶硅层的厚度设定为43nm时，如的形成区域的非晶硅层的平均结晶粒径在200nm以下，另一方面，像素选择用TFT10的形成区域的非晶硅层的平均结晶粒径在400nm左右。
其次，如图3(b)所示，将结晶化的第一及第二非晶硅层102、103予以图案化，以形成驱动用TFT85的主动层110、像素选择用TFT10的主动层111。驱动用TFT85的主动层111由利用上述激光退火处理将第一及第二非晶硅层102、103予以结晶化的多晶硅层102P、103P所形成。像素选择用TFT10的主动层110是利用上述激光退火处理将第二非晶硅层103予以结晶化而形成的。
然后，在像素选择用TFT10的主动层110上形成第一栅极绝缘膜104A，在驱动用TFT85的主动层111上形成第二栅极绝缘膜104B。且在第一栅极绝缘膜104A上形成栅极电极51、52，在第二栅极绝缘膜104B形成栅极电极20。且在整个面形成层间绝缘层105。
如上所述根据本实施例，驱动用TFT85的主动层111(多晶硅层)的平均结晶粒径比像素选择用TFT10的主动层110(多晶硅层)的平均结晶粒径小。因此，驱动用TFT85的主动层111内的载流子迁移率会比像素选择用TFT10的主动层110内的载流子迁移率小。
其次，针对像素选择用TFT10及驱动用TFT85的构造的其它制造方法加以说明。首先，如图4(a)所示，通过CVD法等将由氮化硅膜(Si3N4)及二氧化硅膜(SiO2)所构成的缓冲膜101形成在绝缘性基板100上的整个面。然后，利用CVD法将非晶硅层120堆积在该缓冲膜101上的整个面。
其次，如图4(b)所示，选择性将像素选择用TFT10的形成区域的非晶硅层120蚀刻至其膜厚的部分厚度，并使具有薄的膜厚的非晶硅层130残留。另一方面，驱动用TFT85的形成区域的非晶硅层120未被蚀刻而以膜厚较厚的状态直接残留。
其次，如图5(a)所示，从绝缘性基板100的上方对膜厚不同的非晶硅层120、130进行激光照射处理，藉此对这些非晶硅层施以激光退火处理。通过该激光退火处理，使非晶硅层120、130结晶化，而形成多晶硅层。此时，由于该非晶硅层的厚度的不同，驱动用TFT85的形成区域的多晶硅层的平均结晶粒径比像素选择用TFT10的形成区域的多晶硅层的平均结晶粒径小。
然后，如图5(b)所示，将结晶化的非晶硅层120、130予以图案化，以形成驱动用TFT85的主动层121、像素选择用TFT10的主动层131。然后，在像素选择用TFT10的主动层131上形成第一栅极绝缘膜104A，在驱动用TFT85的主动层121上形成第二栅极绝缘膜104B。且在第一栅极绝缘膜104A上形成栅极电极51、52，而在第二栅极绝缘膜104B形成栅极电极20。且在整个面形成层间绝缘层105。
其次，说明本发明的其它实施例。该实施例中，与上述实施例相反，是利用图7的高激光能量密度E2(E2＞E0)的激光能量密度范围。亦即，如前所述，在该高激光能量密度范围内，在该同一激光能量密度E2下，具有薄的膜厚T1的非晶硅层在激光退火处理后的平均结晶粒径比具有厚的膜厚T2的非晶硅层小。
因此，将作为像素选择用TFT10的主动层的非晶硅层形成较厚，且将作为驱动用TFT85的非晶硅层形成较薄，并以同一激光能量密度E2(E2＞E0)，对这些的非晶硅层施以激光照射的激光退火处理。其它构造与上述实施例完全相同，且其制造方法也可直接利用上述实施例的制造方法。
亦即，为了使作为像素选择用TFT10的主动层的非晶硅层形成较厚，且将作为驱动用TFT85的非晶硅层形成较薄，则可与上述实施例相反地，首先在整个面堆积非晶硅层，然后去除驱动用TFT85的形成区域的非晶硅层，再堆积其它的非晶硅层即可。或者，首先在整个面堆积非晶硅层，然后将驱动用TFT85的形成区域的非晶硅层蚀刻至途中也可。

Claims (13)

1.一种显示装置，其具有多个像素，各像素具有：接受电流的供给而发光的发光组件；依据栅极信号选择各像素的像素选择用晶体管；及依据经由前述像素选择用晶体管所提供的显示信号将电流提供到前述发光组件的驱动用晶体管；
再者，前述像素选择用晶体管具有：由半导体材料所构成的第一主动层；及夹着第一栅极绝缘层而形成在该第一主动层上的第一栅极电极；前述驱动用晶体管具有：由半导体材料所构成的第二主动层；及夹着第二栅极绝缘层而形成在该第二主动层上的第二栅极电极；
前述第二主动层具有与前述第一主动层不同的膜厚，且构成前述第二主动层的前述半导体材料的平均结晶粒径比构成前述第一主动层的前述半导体材料的平均结晶粒径更小。
2.如权利要求1所述的显示装置，其中，前述第二主动层具有比前述第一主动层更大的膜厚。
3.如权利要求1所述的显示装置，其中，前述第二主动层具有比前述第一主动层更小的膜厚。
4.如权利要求1所述的显示装置，其中，前述半导体材料是硅。
5.如权利要求4所述的显示装置，其中，构成前述第二主动层的前述半导体材料的粒径在200nm以下。
6.如权利要求1至3中任一项所述的显示装置，其中，前述发光组件是有机电致发光组件。
7.一种显示装置的制造方法，该显示装置具有多个像素，各像素具有：接受电流的提供并发光的发光组件；依据栅极信号选择各像素的像素选择用晶体管；及依据经由前述像素选择用晶体管所提供的显示信号将电流提供到前述发光组件的驱动用晶体管；其制造方法包含：
在绝缘性基板上的整个面堆积第一非晶硅层的步骤；
选择性去除前述像素选择用晶体管的形成区域的第一非晶硅层的步骤；
通过在绝缘性基板上的整个面堆积第二非晶硅层，而在前述像素选择用晶体管的形成区域形成前述第二非晶硅层，在前述驱动用晶体管的形成区域，于第一非晶硅层上层积前述第二非晶硅层的步骤；
以同一的激光能量密度对第一及第二非晶硅层照射激光，并对这些非晶硅层施以退火处理，使这些非晶硅层结晶化的步骤；
将经结晶化的第一及第二非晶硅层予以图案化，以形成前述像素选择用晶体管的第一主动层及前述驱动用晶体管的第二主动层的步骤；
在前述第一及第二主动层上，分别形成第一及第二栅极绝缘层的步骤；
及在前述第一及第二栅极绝缘层上，分别形成第一及第二栅极电极的步骤。
8.一种显示装置的制造方法，该显示装置具有多个像素，各像素具有：接受电流的供给并发光的发光组件；依据栅极信号选择各像素的像素选择用晶体管；及依据经由前述像素选择用晶体管所提供的显示信号将电流提供到前述发光组件的驱动用晶体管；其制造方法包括：
在绝缘性基板上的整个面堆积第一非晶硅层的步骤；
选择性将前述像素选择用晶体管的形成区域的第一非晶硅层蚀刻至其膜厚的部分厚度，以在像素选择用晶体管的形成区域形成薄的非晶硅层，而在驱动用晶体管的形成区域残留厚的非晶硅层的步骤；
以同一的激光能量密度对前述薄的非晶硅层及厚的非晶硅层照射激光，并对这些非晶硅层施以退火处理，使这些非晶硅层结晶化的步骤；
将经结晶化的前述非晶硅层予以图案化，以形成前述像素选择用晶体管的第一主动层及前述驱动用晶体管的第二主动层的步骤；
在前述第一及第二主动层上，分别形成第一及第二栅极绝缘层的步骤；及
在前述第一及第二栅极绝缘层上，分别形成第一及第二栅极电极的步骤。
9.如权利要求7或8所述的显示装置的制造方法，其中，该激光能量密度设定为使构成前述第二主动层的硅的平均结晶粒径比构成前述第一主动层的硅的平均结晶粒径更小。
10.一种显示装置的制造方法，该显示装置具有多个像素，各像素具有：接受电流的供给并发光的发光组件；依据栅极信号选择各像素的像素选择用晶体管；及依据经由前述像素选择用晶体管所提供的显示信号将电流提供到前述发光组件的驱动用晶体管；其制造方法包括：
在绝缘性基板上的前述像素选择用晶体管的形成区域形成第一非晶硅层的步骤；
在绝缘性基板上的前述驱动用晶体管的形成区域形成具有比前述第一非晶硅层更厚的膜厚的第二非晶硅层的步骤；
以同一的激光能量密度对第一及第二非晶硅层照射激光，并对这些非晶硅层施以退火处理，使这些非晶硅层结晶化的步骤；
将经结晶化的前述第一及第二非晶硅层予以图案化，以形成前述像素选择用晶体管的第一主动层及前述驱动用晶体管的第二主动层的步骤；
在前述第一及第二主动层上，分别形成第一及第二栅极绝缘层的步骤；及
在前述第一及第二栅极绝缘层上，分别形成第一及第二栅极电极的步骤；设定激光能量密度为使构成前述第二主动层的硅的平均结晶粒径比构成前述第一主动层的硅的平均结晶粒径更小。
11.一种显示装置的制造方法，该显示装置具有多个像素，各像素具有：接受电流的供给并发光的发光组件；依据栅极信号选择各像素的像素选择用晶体管；及依据经由前述像素选择用晶体管所提供的显示信号将电流提供到前述发光组件的驱动用晶体管；其制造方法具有：
在绝缘性基板上的前述像素选择用晶体管的形成区域形成第一非晶硅层的步骤；
在绝缘性基板上的前述驱动用晶体管的形成区域形成具有比前述第一非晶硅层更薄的膜厚的第二非晶硅层的步骤；
以同一的激光能量密度对第一及第二非晶硅层照射激光，并对这些非晶硅层施以退火处理，使这些非晶硅层结晶化的步骤；
将经结晶化的前述第一及第二非晶硅层予以图案化，以形成前述像素选择用晶体管的第一主动层及前述驱动用晶体管的第二主动层的步骤；
在前述第一及第二主动层上，分别形成第一及第二栅极绝缘层的步骤；及
在前述第一及第二栅极绝缘层上，分别形成第一及第二栅极电极的步骤；设定激光能量密度为使构成前述第二主动层的硅的平均结晶粒径比构成前述第一主动层的硅的平均结晶粒径更小。
12.如权利要求7、8、10、11中任一项所述的显示装置的制造方法，其中，构成前述第二主动层的硅的粒径在200nm以下。
13.如权利要求7、8、10、11中任一项所述的显示装置的制造方法，其中，前述发光组件为有机电致发光组件。
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