JP2009075523A - アクティブマトリクス基板、表示装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】高精細で輝度のばらつきが少なく、製造コストを安くするこを可能にする。
【解決手段】基板と、前記基板上に形成された複数の走査線と、前記基板上に前記複数の走査線と交差するように形成された複数の信号線と、前記基板上に形成された電源供給線と、複数の前記走査線と複数の前記信号線との各交差領域の近傍に設けられて前記基板上にマトリクス状に配置される複数の画素と、を備え、前記画素のそれぞれは、電流駆動素子と、前記電源供給線から供給される電流を前記電流駆動素子に供給し、チャネル層が微結晶シリコンである駆動ＴＦＴと、ゲートが対応する走査線に接続され、ソースが対応する信号線に接続され、ドレインが前記駆動ＴＦＴのゲートに接続され、チャネル層がアモルファスシリコンであるスイッチＴＦＴと、を有する。
【選択図】図３
【解決手段】基板と、前記基板上に形成された複数の走査線と、前記基板上に前記複数の走査線と交差するように形成された複数の信号線と、前記基板上に形成された電源供給線と、複数の前記走査線と複数の前記信号線との各交差領域の近傍に設けられて前記基板上にマトリクス状に配置される複数の画素と、を備え、前記画素のそれぞれは、電流駆動素子と、前記電源供給線から供給される電流を前記電流駆動素子に供給し、チャネル層が微結晶シリコンである駆動ＴＦＴと、ゲートが対応する走査線に接続され、ソースが対応する信号線に接続され、ドレインが前記駆動ＴＦＴのゲートに接続され、チャネル層がアモルファスシリコンであるスイッチＴＦＴと、を有する。
【選択図】図３
Description
本発明は、アクティブマトリクス基板、表示装置およびその製造方法に関する。
近年、アクティブマトリクスによる有機ＥＬディスプレイなど電流駆動型表示装置の開発が盛んにおこなわれている。これは、電流駆動型表示装置は高速な応答、高いコントラスト、および薄型であるなどの特長を有するためである。
アクティブマトリクス型を用いる電流駆動型表示装置ではそれぞれの画素が複数のＴＦＴを有する回路構成となっている。電流駆動型表示装置の一つである有機ＥＬディスプレイの画素回路の基本的な構成である、２個の薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴともいう）と、１個のキャパシタとを備えた回路は、ＯＬＥＤ(Organic Light Emitting Diode)である有機ＥＬ素子と、スイッチＴＦＴと、駆動ＴＦＴと、補助容量Ｃｓと、データ線や走査線などの配線とを含む。走査線選択期間中にデータ線に表示信号に対応した電圧を印加し、スイッチＴＦＴを介して補助容量Ｃｓに信号電圧を書込む。書込まれた表示電圧は駆動ＴＦＴのゲート電極に印加され、これにより有機ＥＬ素子に流れる電流を制御して輝度を調節する。
画素回路の中にある複数のＴＦＴは一般に同一のプロセスで形成され、それぞれのＴＦＴでのチャネル層の材料の主成分、結晶性はほとんど同じである。ただし、ＴＦＴのチャネル層に、ｎチャンネルとｐチャンネル等の導電型の違いがある場合には主成分に微量にドーピングされるドーパントの種類、濃度が異なる場合はある。チャネル層の材料としてはアモルファスシリコン、微結晶シリコン、多結晶シリコンなどが用いられている。例えば、特許文献１では駆動ＴＦＴ、スイッチＴＦＴともに微結晶シリコン、あるいは駆動ＴＦＴ、スイッチＴＦＴともにアモルファスシリコンとなる例が記載されている。微結晶シリコンでは結晶粒の大きさが１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度である。
画素回路内で用いられるＴＦＴは役割がそれぞれ異なるため、それぞれのＴＦＴに求められる仕様が異なる。駆動ＴＦＴには有機ＥＬ素子に流れる電流と同じ大きさの電流が流れるため、電流駆動素子である有機ＥＬ素子で高輝度を実現するためには駆動ＴＦＴに高い駆動能力が必要となる。有機ＥＬ素子の電流発光効率は１０ｃｄ／Ａ程度であるため、サイズが１００×３００μｍ程度の画素で５００ｃｄ／ｍ２程度の高輝度を得るためには駆動ＴＦＴに１０μＡ（マイクロアンペア）程度の電流を流す必要がある。
一方、スイッチＴＦＴに必要な機能としては、走査線の選択期間中に数１０〜数１００ｆＦ程度の補助容量Ｃｓに電荷を書き込むことと、走査線の非選択期間中に補助容量Ｃｓに蓄積している電荷を保持し続けることである。補助容量Ｃｓの大きさは、画素サイズや画素数などによって異なってくる。このためには、スイッチＴＦＴとしてオン電流として０．０１μＡ〜０．１μＡ程度以上、オフ電流として０．１ｐＡ〜数ｐＡ程度以下となる必要となる。
したがって、チャネル層の材料の電流駆動能力を表す指数であるチャネル移動度が小さい、アモルファスシリコンや微結晶シリコンのような材料をチャネル層の材料として選んだ場合、駆動ＴＦＴのチャネル幅を大きくする必要があり、画素領域内へのレイアウトが難しくなる、という問題がある。一方、オフ電流が大きい多結晶シリコンのような材料を選んだ場合、スイッチＴＦＴではＴＦＴのチャネル長を長くしたり、ＴＦＴを複数個直列に接続したりしてオフ電流を低減する必要が生じるため、レイアウト上の制約が生じる、という問題がある。
特開２００５−９２１８８号公報
この問題を解決するには、駆動ＴＦＴとしてはチャネル移動度が大きい多結晶シリコンＴＦＴを、スイッチＴＦＴとしてはオフ電流が小さいアモルファスシリコンＴＦＴを用いることが望ましいが、多結晶シリコンＴＦＴとアモルファスシリコンＴＦＴとの形成プロセスは大きく異なるため、同一基板上に多結晶シリコンＴＦＴとアモルファスシリコンＴＦＴとを形成するためには工程数が増え、製造コストが高くなってしまう、という問題がある。
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであって、高精細で輝度ばらつきが少なく、製造コストの安い、ＯＬＥＤを備えたアクティブマトリクス基板、表示装置、およびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明の第１の態様によるアクティブマトリクス基板は、基板と、前記基板上に形成された複数の走査線と、前記基板上に前記複数の走査線と交差するように形成された複数の信号線と、前記基板上に形成された電源供給線と、複数の前記走査線と複数の前記信号線との各交差領域の近傍に設けられて前記基板上にマトリクス状に配置される複数の画素と、を備え、前記画素のそれぞれは、電流駆動素子と、前記電源供給線から供給される電流を前記電流駆動素子に供給し、チャネル層が微結晶シリコンである駆動ＴＦＴと、ゲートが対応する走査線に接続され、ソースが対応する信号線に接続され、ドレインが前記駆動ＴＦＴのゲートに接続され、チャネル層がアモルファスシリコンであるスイッチＴＦＴと、を有することを特徴とする。
また、本発明の第２の態様による表示装置は、第１の態様のアクティブマトリクス基板を備えていることを特徴とする。
また、本発明の第３の態様によるアクティブマトリクス基板の製造方法は、駆動ＴＦＴ用の第１ゲート電極を形成する工程と、スイッチＴＦＴの第２ゲート電極および走査線を形成する工程と、前記第１ゲート電極、前記第２ゲート電極、および前記走査線を覆うゲート絶縁膜を形成する工程と、前記第１および第２ゲート電極を覆う前記ゲート絶縁膜の領域上に第１および第２アモルファスシリコン層をそれぞれ形成する工程と、前記第１アモルファスシリコン層にレーザーを照射して微結晶化する工程と、を備えていることを特徴とする。
本発明によれば、高精細で輝度のばらつきが少なく、製造コストの安い、ＯＬＥＤを備えたアクティブマトリクス基板、表示装置、およびその製造方法を提供することができる。
本発明の実施形態を以下に図面を参照して詳細に説明する。
（第１実施例）
本発明の第１実施形態による有機ＥＬディスプレイを図１乃至図３を参照して説明する。本実施形態の有機ＥＬディスプレイは、複数の画素がマトリクス状に配置され、各画素がＴＦＴを含むアクティブマトリクス基板、すなわちアクティブマトリクス型のＴＦＴアレイを備えている。本実施形態に係る画素の等価回路を図１に示し、アクティブマトリクス型のＴＦＴアレイの画素の平面図を図２に示し、図２の切断線Ａ−Ａで切断した断面を図３に示す。
本発明の第１実施形態による有機ＥＬディスプレイを図１乃至図３を参照して説明する。本実施形態の有機ＥＬディスプレイは、複数の画素がマトリクス状に配置され、各画素がＴＦＴを含むアクティブマトリクス基板、すなわちアクティブマトリクス型のＴＦＴアレイを備えている。本実施形態に係る画素の等価回路を図１に示し、アクティブマトリクス型のＴＦＴアレイの画素の平面図を図２に示し、図２の切断線Ａ−Ａで切断した断面を図３に示す。
本実施形態に係る画素は、スイッチＴＦＴ２５、駆動ＴＦＴ２６と、補助容量２７と、有機ＥＬ素子３７と、を備えている。スイッチＴＦＴ２５は、ゲートが走査線１２に接続され、ソースが信号線２３に接続され、ドレインが補助容量２７に接続されている。駆動ＴＦＴ２６は、ゲートが補助容量２７に接続され、ソースが電源供給線２４に接続され、ドレインが有機ＥＬ素子３７のアノード電極に接続されている。
同一行の画素のスイッチＴＦＴ２５のゲートは同じ走査線に接続されている。また、同一列の画素のスイッチＴＦＴ２５のソースは同じ信号線に接続され、駆動ＴＦＴ２６のソースは同じ電源供給線２４に接続される構成となっている。
次に、このような構成の画素を有する有機ＥＬディスプレイの製造方法を説明する。
まず、基板１１の上に低抵抗金属からなる走査線１２、スイッチＴＦＴ２５用のゲート電極１４を形成する。基板１１には、例えばガラス基板を用いる。走査線１２、ゲート電極１４の材料としてはアルミニウムや銅、アルミニウムに微量にネオジウムなどの希土類金属を添加した合金を用いることができ、スパッタ法などにより２００ｎｍ程度の薄膜を形成した後、フォトリソグラフィ法、エッチング法によりパターニングすればよい。
続いて、高融点金属からなる駆動ＴＦＴ２６用のゲート電極１５を形成する。ゲート電極１５の材料としてはモリブデン、チタン、タングステン、タンタル、クロムやその合金を用いることができ、スパッタ法などにより２００ｎｍ程度の薄膜を形成した後、フォトリソグラフィ法、エッチング法によりパターニングすればよい。
続いて、ゲート電極１４、ゲート電極１５、および走査線１２を覆うようにゲート絶縁膜１６を形成する。ゲート絶縁膜１６としてはシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、タンタル酸化膜などを用いればよく、例えばプラズマＣＶＤ法により２００ｎｍの膜厚とすればよい。
続いて、ゲート絶縁膜１６上にアモルファスシリコン膜１７を形成する。アモルファスシリコン膜１７はプラズマＣＶＤ法により８０ｎｍの膜厚で形成すればよい。
続いて、アモルファスシリコン膜１７のうち、駆動ＴＦＴ２６用のゲート電極１５の近傍の領域に対して微結晶シリコン膜１８に変質させる。微結晶シリコン膜に変質させる方法としては、部分的に光または熱を加えればよい。光を照射したい部分にのみ開口部を有するシャドーマスクを重ね合わせ、ハロゲンランプやレーザー光を基板上全面に照射する方法や、光を照射したい部分にのみ選択的にレーザー光を照射する方法がある。アモルファスシリコン膜１７を微結晶シリコン膜１８に変質するには、アモルファスシリコン膜１７が吸収する波長の光を入射して部分的に加熱してもよいし、アモルファスシリコン膜１７の上に薄膜金属を形成し、その金属が吸収する波長の光を入射して光を熱に変換し、部分的に加熱してもよい。光が照射されたアモルファスシリコン膜１７の近傍にはアルミニウムやアルミニウム合金などの低融点金属がないため、アモルファスシリコン膜１７が微結晶シリコン膜１８に変質する際も低融点金属のアブレーションなどによる破壊は生じない。このようにして、スイッチＴＦＴ２５および駆動ＴＦＴ２６にそれぞれ適するチャネル層を安価に形成することができる。
続いて、スイッチＴＦＴ２５用のゲート電極１４の近傍にスイッチＴＦＴ２５用のソース電極１９およびドレイン電極２０、駆動ＴＦＴ用ゲート電極１５の近傍に駆動ＴＦＴ用のソース電極２１およびドレイン電極２２、信号線２３、ならびに電源供給線２４を形成する。信号線２３はスイッチＴＦＴ２５用のソース電極１９と、電源供給線２４は駆動ＴＦＴ２６用のソース電極２１と接続されている。スイッチＴＦＴ２５用のソース電極１９およびドレイン電極２０、駆動ＴＦＴ２６用のソース電極２１およびドレイン電極２２、信号線２３、電源供給線２４の材料としてはアルミニウムやモリブデン、タンタル、チタンなどの金属およびその積層膜などを用いればよく、膜厚３００ｎｍの金属薄膜をスパッタ法により成膜した後、フォトリソグラフィ法、エッチング法によりパターニングすればよい。
このような方法により、スイッチＴＦＴ２５、駆動ＴＦＴ２６を形成することができる。また、これと同時に、駆動ＴＦＴ２６用のゲート電極１５と、スイッチＴＦＴ２５用のドレイン電極２０とがゲート絶縁膜１６を介して平面的に重なり合った部分に補助容量２７が形成される。補助容量２７は、ディスプレイ駆動中に駆動ＴＦＴ用ゲート電極１５の電位が変動することによるダイオードの動作点シフトを防ぐことを目的としている。駆動ＴＦＴ用ゲート電極１５の電位変動はスイッチＴＦＴ２５のリーク電流などにより生じるため、補助容量２７の大きさとしては例えば０．１ｐＦとすればよい。
次に、基板１１やスイッチＴＦＴ２５、駆動ＴＦＴ２６の全体を覆うようにパッシベーション膜２８を形成する。パッシベーション膜２８としてはシリコン酸化膜、シリコン窒化膜などを用いればよく、例えばプラズマＣＶＤ法により２００ｎｍの膜厚とすればよい。
次に、パッシベーション膜２８のうち、駆動ＴＦＴ用ドレイン電極２２の上の部分にコンタクトホール２９を形成し、さらに駆動ＴＦＴ用ドレイン電極２２とコンタクトするように有機ＥＬ素子のアノード電極３０を形成する。アノード電極３０としてはＩＴＯ膜や、ＩＴＯ／銀／ＩＴＯ積層膜などで、膜厚は１００ｎｍ程度とすればよい。続いて、アノード電極３０の端部を覆うようにバンク３１を環状に形成する。バンク３１はポリイミドやアクリルなどの樹脂を用いればよく、感光性を有する材料をフォトリソグラフィにより膜厚０．２μｍ〜２μｍ程度で形成することができる。
さらに、正孔輸送層３２、発光層３３、電子輸送層３４をバンク３１で覆われた部分の内側に順次形成する。形成方法としてはマスク蒸着や、インクジェットによる印刷を用いることができる。正孔輸送層３２としてはＮＰＢ(Napthylphenylbiphenyl)やＴＰＤ誘導体（［｛（Ｐｈ−Ｐｈ）２Ｎ−Ｐｈ−｝２］）などを、発光層３３としてはジフェニルキノキサリン−イリジウム化合物などのＩｒ錯体やＡｌｑ３（Ｔｒｉｓ−（８−hydroxyquinoline) aluminum）などを、電子輸送層３４としてはＡｌｑ３などを用いればよいが、これに限らない。また、必要に応じて正孔注入層や電子注入層を形成してもよい。
さらに、正孔輸送層３２や発光層３３、電子輸送層３４を覆うようにカソード電極３５を形成する。カソード電極３５としては、マグネシウム−銀等を用いればよい。さらに、全体を覆うように保護膜３６を形成する。このようにして、有機ＥＬ素子３７をそれぞれの画素ごとに形成できる。有機ＥＬ素子３７をマトリクス状に配置することで、アクティブマトリクス型のＴＦＴアレイを用いた有機ＥＬディスプレイを形成できる。
スイッチＴＦＴ２５と駆動ＴＦＴ２６はほぼ同一のプロセスで形成できるため、製造方法の大幅な増加なく形成が可能である。また、走査線としては低抵抗配線を用いることができるため、配線遅延などによる画質劣化を生じることがない。さらには、駆動ＴＦＴ２６のチャネル層としては微結晶シリコン、スイッチＴＦＴ２５のチャネル層としてはアモルファスシリコンを用いることができるため、駆動ＴＦＴ２６のチャネル幅とチャネル長をそれぞれ１００μｍ、４μｍとチャネル幅をアモルファスシリコンと比較して狭くすることができ、スイッチＴＦＴ２５としてはオフ電流の小さいアモルファスＴＦＴを用いることにより、画質劣化を生じることがない高品質なアクティブマトリクス型のＴＦＴアレイを用いた有機ＥＬを形成することができる。
以上説明したように、本実施形態によれば、高精細で輝度のばらつきが少なく、製造コストを安くすることができる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態による有機ＥＬディスプレイを図４乃至図５を参照して説明する。本実施形態の有機ＥＬディスプレイは、複数の画素がマトリクス状に配置され、各画素がＴＦＴを含むアクティブマトリクス基板、すなわちアクティブマトリクス型のＴＦＴアレイを備えている。本実施形態に係る画素の等価回路を図１に示し、アクティブマトリクス型のＴＦＴアレイの画素の平面図を図４に示し、図４の切断線Ａ−Ａで切断した断面を図５に示す。
次に、本発明の第２実施形態による有機ＥＬディスプレイを図４乃至図５を参照して説明する。本実施形態の有機ＥＬディスプレイは、複数の画素がマトリクス状に配置され、各画素がＴＦＴを含むアクティブマトリクス基板、すなわちアクティブマトリクス型のＴＦＴアレイを備えている。本実施形態に係る画素の等価回路を図１に示し、アクティブマトリクス型のＴＦＴアレイの画素の平面図を図４に示し、図４の切断線Ａ−Ａで切断した断面を図５に示す。
次に、本実施形態の有機ＥＬディスプレイの製造方法を説明する。
まず、基板１１の上に低抵抗金属からなる第１の走査線４２、スイッチＴＦＴ２５用の第１のゲート電極４３を形成する。基板１１には、例えばガラス基板を用いる。走査線４２、スイッチＴＦＴ２５用の第１のゲート電極４３の材料としてはアルミニウムや銅、アルミニウムに微量にネオジウムなどの希土類金属を添加した合金を用いることができ、スパッタ法などにより２００ｎｍ程度の薄膜を形成した後、フォトリソグラフィ法、エッチング法によりパターニングすればよい。
続いて、高融点金属からなる第２の走査線４４、スイッチＴＦＴ用の第２のゲート電極４５、駆動ＴＦＴ２６用のゲート電極１５を形成する。第２の走査線４４、第２のゲート電極４５、ゲート電極１５の材料としてはモリブデン、チタン、タングステン、タンタル、クロムやその合金を用いることができ、スパッタ法などにより２００ｎｍ程度の薄膜を形成した後、フォトリソグラフィ法、エッチング法によりパターニングすればよい。また、第２の走査線４４は第１の走査線４２を、スイッチＴＦＴ２５用の第２のゲート電極４５はスイッチＴＦＴ２５用の第１のゲート電極４３を覆うようにすることで、第１の走査線４２、スイッチＴＦＴ用の第１のゲート電極４３は露出しないようにする。
続いて、上記スイッチＴＦＴ用の第２のゲート電極４５、駆動ＴＦＴ用ゲート電極１５および第２の走査線４２上にゲート絶縁膜１６を形成する。ゲート絶縁膜としてはシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、タンタル酸化膜などを用いればよく、例えばプラズマＣＶＤ法により２００ｎｍの膜厚とすればよい。
続いて、ゲート絶縁膜１６上にアモルファスシリコン膜１７を形成する。アモルファスシリコン膜はプラズマＣＶＤ法により８０ｎｍの膜厚で形成すればよい。
続いて、アモルファスシリコン膜１７のうち、駆動ＴＦＴ２６用のゲート電極１５の近傍の領域に対して微結晶シリコン膜１８に変質させる。微結晶シリコンに変質させる方法としては、部分的に光または熱を加えればよい。光を照射したい部分にのみ開口部を有するシャドーマスクを重ね合わせ、ハロゲンランプやレーザー光を基板上全面に照射する方法や、光を照射したい部分にのみ選択的にレーザー光を照射する方法がある。アモルファスシリコン膜１７を微結晶シリコン膜１８に変質するには、アモルファスシリコン膜１７が吸収する波長の光を入射して部分的に加熱してもよいし、アモルファスシリコン膜１７の上に薄膜金属を形成し、その金属が吸収する波長の光を入射して光を熱に変換し、部分的に加熱してもよい。光が照射されたアモルファスシリコン膜１７の近傍にはアルミニウムやアルミニウム合金などの低融点金属がないため、アモルファスシリコン膜１７が微結晶シリコン膜１８に変質する際も低融点金属のアブレーションなどによる破壊は生じない。このようにして、スイッチＴＦＴ２５および駆動ＴＦＴ２６にそれぞれ適するチャネル層を安価に形成することができる。
続いて、スイッチＴＦＴ２５用のゲート電極１４の近傍にスイッチＴＦＴ２５用のソース電極１９およびドレイン電極２０、駆動ＴＦＴ２６用のゲート電極１５の近傍に駆動ＴＦＴ２６用のソース電極２１およびドレイン電極２２、信号線２３、ならびに電源供給線２４を形成する。信号線２３はスイッチＴＦＴ２５用のソース電極１９と、電源供給線２４は駆動ＴＦＴ２６用のソース電極２１と接続されている。スイッチＴＦＴ２５用ソース電極１９およびドレイン電極２０、駆動ＴＦＴ２６用のソース電極２１およびドレイン電極２２、信号線２３、ならびに電源供給線２４の材料としてはアルミニウムやモリブデン、タンタル、チタンなどの金属およびその積層膜などを用いればよく、膜厚３００ｎｍの金属薄膜をスパッタ法により成膜した後、フォトリソグラフィ法、エッチング法によりパターニングすればよい。
このような方法により、スイッチＴＦＴ２５、駆動ＴＦＴ２６を形成することができる。また、これと同時に、駆動ＴＦＴ２６用のゲート電極１５とスイッチＴＦＴ２５用のドレイン電極２０がゲート絶縁膜１６を介して平面的に重なり合った部分に補助容量２７が形成される。補助容量２７は、ディスプレイ駆動中に駆動ＴＦＴ用ゲート電極１５の電位が変動することによるダイオードの動作点シフトを防ぐことを目的としている。駆動ＴＦＴ用ゲート電極１５の電位変動はスイッチＴＦＴ２５のリーク電流などにより生じるため、補助容量の大きさとしては例えば０．１ｐＦとすればよい。
次に、基板１１やスイッチＴＦＴ２５、駆動ＴＦＴ２６の全体を覆うようにパッシベーション膜２８を形成する。パッシベーション膜２８としてはシリコン酸化膜、シリコン窒化膜などを用いればよく、例えばプラズマＣＶＤ法により２００ｎｍの膜厚とすればよい。
次に、パッシベーション膜２８のうち、駆動ＴＦＴ２６用のドレイン電極２２の上の部分にコンタクトホール２９を形成し、さらに駆動ＴＦＴ２６用のドレイン電極２２とコンタクトするように有機ＥＬ素子３７のアノード電極３０を形成する。アノード電極３０としてはＩＴＯ膜や、ＩＴＯ／銀／ＩＴＯ積層膜などで、膜厚は１００ｎｍ程度とすればよい。このようにして、アクティブマトリクス型のＴＦＴアレイを形成している。
続いて、アノード電極３０の端部を覆うようにバンク３１を環状に形成する。バンク３１はポリイミドやアクリルなどの樹脂を用いればよく、感光性を有する材料をフォトリソグラフィにより膜厚０．２μｍ〜２μｍ程度で形成することができる。
さらに、正孔輸送層３２、発光層３３、電子輸送層３４をバンク３１で覆われた部分の内側に順次形成する。形成方法としてはマスク蒸着や、インクジェットによる印刷を用いることができる。正孔輸送層３２としてはＮＰＢ(Napthylphenylbiphenyl)やＴＰＤ誘導体（［｛（Ｐｈ−Ｐｈ）２Ｎ−Ｐｈ−｝２］）などを、発光層３３としてはジフェニルキノキサリン−イリジウム化合物などのＩｒ錯体やＡｌｑ３（Ｔｒｉｓ−（８−hydroxyquinoline) aluminum）などを、電子輸送層３４としてはＡｌｑ３などを用いればよいが、これに限らない。また、必要に応じて正孔注入層や電子注入層を形成してもよい。
さらに、正孔輸送層３２や発光層３３、電子輸送層３４を覆うようにカソード電極３５を形成する。カソード電極３５としては、マグネシウム−銀等を用いればよい。さらに、全体を覆うように保護膜３６を形成する。このようにして、有機ＥＬ素子３７をそれぞれの画素ごとに形成できる。有機ＥＬ素子３７をマトリクス状に配置することで、アクティブマトリクス型のＴＦＴアレイを用いた有機ＥＬディスプレイを形成できる。
スイッチＴＦＴ２５と駆動ＴＦＴ２６はほぼ同一のプロセスで形成できるため、製造方法の大幅な増加なく形成が可能である。また、走査線としては低抵抗配線を用いることができるため、配線遅延などによる画質劣化を生じることがない。さらには、駆動ＴＦＴ２６のチャネル層としては微結晶シリコン、スイッチＴＦＴ２５のチャネル層としてはアモルファスシリコンを用いることができるため、駆動ＴＦＴ２６のチャネル幅とチャネル長をそれぞれ１００μｍ、４μｍとチャネル幅をアモルファスシリコンと比較して狭くすることができ、スイッチＴＦＴ２５としてはオフ電流の小さいアモルファスＴＦＴを用いることにより、画質劣化を生じることがない高品質なアクティブマトリクス型のＴＦＴアレイを用いた有機ＥＬを形成することができる。
以上説明したように、本実施形態によれば、高精細で輝度のばらつきが少なく、製造コストを安くすることができる。
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態による有機ＥＬディスプレイを図６乃至図７を参照して説明する。本実施形態の有機ＥＬディスプレイは、複数の画素がマトリクス状に配置され、各画素がＴＦＴを含むアクティブマトリクス基板、すなわちアクティブマトリクス型のＴＦＴアレイを備えている。本実施形態に係る画素の等価回路を図１に示し、アクティブマトリクス型のＴＦＴアレイの画素の平面図を図６に示し、図６の切断線Ａ−Ａで切断した断面を図７に示す。
次に、本発明の第３実施形態による有機ＥＬディスプレイを図６乃至図７を参照して説明する。本実施形態の有機ＥＬディスプレイは、複数の画素がマトリクス状に配置され、各画素がＴＦＴを含むアクティブマトリクス基板、すなわちアクティブマトリクス型のＴＦＴアレイを備えている。本実施形態に係る画素の等価回路を図１に示し、アクティブマトリクス型のＴＦＴアレイの画素の平面図を図６に示し、図６の切断線Ａ−Ａで切断した断面を図７に示す。
まず、高融点金属からなる走査線１２、スイッチＴＦＴ２５用のゲート電極１４、駆動ＴＦＴ２６用のゲート電極１５を形成する。走査線１２、ゲート電極１４、１５の材料としてはモリブデン、チタン、タングステン、タンタル、クロムやその合金を用いることができ、スパッタ法などにより２００ｎｍ程度の薄膜を形成した後、フォトリソグラフィ法、エッチング法によりパターニングすればよい。
続いて、上記スイッチＴＦＴ用ゲート電極１４、駆動ＴＦＴ用ゲート電極１５および走査線１２上にゲート絶縁膜１６を形成する。ゲート絶縁膜としてはシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、タンタル酸化膜などを用いればよく、例えばプラズマＣＶＤ法により２００ｎｍの膜厚とすればよい。
続いて、ゲート絶縁膜１６上にアモルファスシリコン膜１７を形成する。アモルファスシリコン膜はプラズマＣＶＤ法により８０ｎｍの膜厚で形成すればよい。
続いて、アモルファスシリコン膜１７のうち、駆動ＴＦＴ用ゲート電極１５の近傍の領域に対して微結晶シリコン膜１８に変質させる。微結晶シリコンに変質させる方法としては、部分的に光または熱を加えればよい。光を照射したい部分にのみ開口部を有するシャドーマスクを重ね合わせ、ハロゲンランプやレーザー光を基板上全面に照射する方法や、光を照射したい部分にのみ選択的にレーザー光を照射する方法がある。アモルファスシリコン膜１７を微結晶シリコン膜１８に変質するには、アモルファスシリコン膜１７が吸収する波長の光を入射して部分的に加熱してもよいし、アモルファスシリコン膜１７の上に薄膜金属を形成し、その金属が吸収する波長の光を入射して光を熱に変換し、部分的に加熱してもよい。
光が照射されたアモルファスシリコン膜１７の近傍にある金属は高融点金属であるため、アモルファスシリコン膜１７が微結晶シリコン膜１８に変質する際も低融点金属のアブレーションなどによる破壊は生じない。
続いて、スイッチＴＦＴ用ゲート電極１４の近傍にスイッチＴＦＴ用ソース電極１９およびドレイン電極２０、駆動ＴＦＴ用ゲート電極１５の近傍に駆動ＴＦＴ用ソース電極２１およびドレイン電極２２、信号線２３、ならびに電源供給線２４を形成する。信号線２３はスイッチＴＦＴ用ソース電極１９と、電源供給線２４は駆動ＴＦＴ用ソース電極２１と接続されている。スイッチＴＦＴ用ソース電極１９およびドレイン電極２０、駆動ＴＦＴ用ソース電極２１およびドレイン電極２２、信号線２３、ならびに電源供給線２４の材料としてはアルミニウムやモリブデン、タンタル、チタンなどの金属およびその積層膜などを用いればよく、膜厚３００ｎｍの金属薄膜をスパッタ法により成膜した後、フォトリソグラフィ法、エッチング法によりパターニングすればよい。
このような方法により、スイッチＴＦＴ２５、駆動ＴＦＴ２６を形成することができる。また、これと同時に、駆動ＴＦＴ２６用のゲート電極１５とスイッチＴＦＴ２５用のドレイン電極２０とがゲート絶縁膜１６を介して平面的に重なり合った部分に補助容量２７が形成される。補助容量２７は、ディスプレイ駆動中に駆動ＴＦＴ２６用のゲート電極１５の電位が変動することによるダイオードの動作点シフトを防ぐことを目的としている。駆動ＴＦＴ２６用のゲート電極１５の電位変動はスイッチＴＦＴ２５のリーク電流などにより生じるため、補助容量２７の大きさとしては例えば０．１ｐＦとすればよい。
次に、基板１１やスイッチＴＦＴ２５、駆動ＴＦＴ２６の全体を覆うようにパッシベーション膜２８を形成する。パッシベーション膜２８としてはシリコン酸化膜、シリコン窒化膜などを用いればよく、例えばプラズマＣＶＤ法により２００ｎｍの膜厚とすればよい。
次に、パッシベーション膜２８のうち、駆動ＴＦＴ用ドレイン電極２２の上の部分にコンタクトホール２９を形成し、さらに駆動ＴＦＴ２６用のドレイン電極２２とコンタクトするように有機ＥＬ素子３７のアノード電極３０を形成する。アノード電極３０としてはＩＴＯ膜や、ＩＴＯ／銀／ＩＴＯ積層膜などで、膜厚は１００ｎｍ程度とすればよい。続いて、アノード電極３０の端部を覆うようにバンク３１を環状に形成する。バンク３１はポリイミドやアクリルなどの樹脂を用いればよく、感光性を有する材料をフォトリソグラフィにより膜厚０．２μｍ〜２μｍ程度で形成することができる。
さらに、正孔輸送層３２、発光層３３、電子輸送層３４をバンク３１で覆われた部分の内側に順次形成する。形成方法としてはマスク蒸着や、インクジェットによる印刷を用いることができる。正孔輸送層３２としてはＮＰＢ(Napthylphenylbiphenyl)やＴＰＤ誘導体（［｛（Ｐｈ−Ｐｈ）２Ｎ−Ｐｈ−｝２］）などを、発光層３３としてはジフェニルキノキサリン−イリジウム化合物などのＩｒ錯体やＡｌｑ３（Ｔｒｉｓ−（８−hydroxyquinoline) aluminum）などを、電子輸送層３４としてはＡｌｑ３などを用いればよいが、これに限らない。また、必要に応じて正孔注入層や電子注入層を形成してもよい。
さらに、正孔輸送層３２や発光層３３、電子輸送層３４を覆うようにカソード電極３５を形成する。カソード電極３５としては、マグネシウム−銀等を用いればよい。さらに、全体を覆うように保護膜３６を形成する。このようにして、有機ＥＬ素子３７をそれぞれの画素ごとに形成できる。有機ＥＬ素子３７をマトリクス状に配置することで、アクティブマトリクス型のＴＦＴアレイを有する有機ＥＬディスプレイを形成できる。
スイッチＴＦＴ２５と駆動ＴＦＴ２６は同一のプロセスで形成できるため、製造方法の大幅な増加なく形成が可能である。また、駆動ＴＦＴ２６のチャネル層としては微結晶シリコン、スイッチＴＦＴ２５のチャネル層としてはアモルファスシリコンを用いることができるため、駆動ＴＦＴ２６のチャネル幅とチャネル長をそれぞれ１００μｍ、４μｍとチャネル幅をアモルファスシリコンと比較して狭くすることができ、スイッチＴＦＴ２５としてはオフ電流の小さいアモルファスＴＦＴを用いることにより、画質劣化を生じることがない高品質なアクティブマトリクス型のＴＦＴアレイを用いた有機ＥＬを形成することができる。
以上説明したように、本実施形態によれば、高精細で輝度のばらつきが少なく、製造コストを安くすることができる。
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態による有機ＥＬディスプレイを図８に示す。本実施形態の有機ＥＬディスプレイは、複数の電流プログラム型画素がマトリクス状に配置され、各画素がＴＦＴを含むアクティブマトリクス基板、すなわちアクティブマトリクス型のＴＦＴアレイを備えている。本実施形態に係る電流プログラム型画素の等価回路を図８に示す。
次に、本発明の第４実施形態による有機ＥＬディスプレイを図８に示す。本実施形態の有機ＥＬディスプレイは、複数の電流プログラム型画素がマトリクス状に配置され、各画素がＴＦＴを含むアクティブマトリクス基板、すなわちアクティブマトリクス型のＴＦＴアレイを備えている。本実施形態に係る電流プログラム型画素の等価回路を図８に示す。
各画素は、スイッチＴＦＴ５１と、駆動ＴＦＴ５２と、第１の制御用ＴＦＴ５３と、第２の制御用ＴＦＴ５４と、有機ＥＬ素子５９と、補助容量６０と、備えている。そして各画素には、配線としては走査線５５、制御線５６、信号線５７、電源供給線５８の４つが設けられている。
スイッチＴＦＴ５１は、ゲートが走査線５５に接続され、ソースが信号線５７に接続され、ドレインが駆動ＴＦＴ５２のゲートに接続されている。駆動ＴＦＴ５２は、ソースが第１の制御用ＴＦＴ５３のドレインに接続され、ドレインが有機ＥＬ５９のアノード電極に接続されている。なお、駆動ＴＦＴ５２のゲートとドレインは補助容量６０を介して接続されている。第１の制御用ＴＦＴ５３は、ゲートが制御線５６に接続され、ソースが電源供給線５８に接続されている。第２の制御用ＴＦＴ５４は、ゲートが走査線５５に接続され、ソースが信号線５７に接続され、ドレインが駆動ＴＦＴ５２のソースに接続されている。
４つのＴＦＴのうち、スイッチＴＦＴ５１のゲート電極と、走査線５５、制御線５６の材料としてはアルミニウムや銅、アルミニウムに微量にネオジウムなどの希土類金属を添加した合金を用いる。また、駆動ＴＦＴ５２、第１の制御用ＴＦＴ５３、第２の制御用ＴＦＴ５４のゲート電極の材料としては、高融点金属であるモリブデン、チタン、タングステン、タンタル、クロムやその合金などを用いる。
また、スイッチＴＦＴ５１のチャネル層としてはアモルファスシリコンを、駆動ＴＦＴ５２、第１の制御用ＴＦＴ５３、第２の制御用ＴＦＴ５４のチャネル層としては微結晶シリコンを用いる。
アクティブマトリクス型のＴＦＴアレイを用いた有機ＥＬディスプレイの形成方法としては、第１実施形態や第２実施形態と同様の方法を用いればよい。
スイッチＴＦＴ５１、駆動ＴＦＴ５２、第１の制御用ＴＦＴ５３、第２の制御用ＴＦＴ５４はほぼ同一のプロセスで形成できるため、製造方法の大幅な増加なく形成が可能である。また、走査線、制御線としては低抵抗配線を用いることができるため、配線遅延などによる画質劣化を生じることがない。高い駆動能力が必要な、駆動ＴＦＴ５２、第１の制御用ＴＦＴ５３、第２の制御用ＴＦＴ５４のチャネル層としては微結晶シリコンを、オフ電流が小さいことが必要なスイッチＴＦＴ５１のチャネル層としてはアモルファスシリコンを用いることができる。このため、駆動ＴＦＴ５２、第１の制御用ＴＦＴ５３、第２の制御用ＴＦＴ５４のチャネル幅とチャネル長をそれぞれ１００μｍ、４μｍとチャネル幅をアモルファスシリコンと比較して狭くすることができる一方、スイッチＴＦＴ５１としてはオフ電流の小さいアモルファスＴＦＴを用いることにより、画質劣化を生じることがない高品質なアクティブマトリクス型のＴＦＴアレイを用いた有機ＥＬを形成することができる。
以上説明したように、本実施形態によれば、高精細で輝度のばらつきが少なく、製造コストを安くすることができる。
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態による有機ＥＬディスプレイを図９に示す。本実施形態の有機ＥＬディスプレイは、複数の電流プログラム型画素がマトリクス状に配置され、各画素がＴＦＴを含むアクティブマトリクス基板、すなわちアクティブマトリクス型のＴＦＴアレイを備えている。本実施形態に係る電流プログラム型画素の等価回路を図９に示す。
次に、本発明の第５実施形態による有機ＥＬディスプレイを図９に示す。本実施形態の有機ＥＬディスプレイは、複数の電流プログラム型画素がマトリクス状に配置され、各画素がＴＦＴを含むアクティブマトリクス基板、すなわちアクティブマトリクス型のＴＦＴアレイを備えている。本実施形態に係る電流プログラム型画素の等価回路を図９に示す。
各画素は、スイッチＴＦＴ６１と、駆動ＴＦＴ６２と、制御用ＴＦＴ６３と、有機ＥＬ素子６９と、補助容量７０と、備えている。そして各画素には、配線としては走査線６５、制御線６６、信号線６７、電源供給線６８の４つが設けられている。
スイッチＴＦＴ６１は、ゲートが走査線６５に接続され、ソースが信号線６７に接続され、ドレインが駆動ＴＦＴ６２のゲートに接続されている。駆動ＴＦＴ６２は、ソースが電源供給線６８に接続され、ドレインが有機ＥＬ６９のアノード電極に接続されている。なお、駆動ＴＦＴ６２のゲートとドレインは補助容量７０を介して接続されている。制御用ＴＦＴ６３は、ゲートが制御線６６に接続され、ソースが電源供給線５８に接続され、ドレインが駆動ＴＦＴ６２のゲートに接続されている。
３つのＴＦＴのうち、スイッチＴＦＴ６１のゲート電極と、走査線６５、制御線６６の材料としてはアルミニウムや銅、アルミニウムに微量にネオジウムなどの希土類金属を添加した合金を用いる。また、駆動ＴＦＴ６２、制御用ＴＦＴ６３のゲート電極の材料としては、高融点金属であるモリブデン、チタン、タングステン、タンタル、クロムやその合金などを用いる。
また、スイッチＴＦＴ６１のチャネル層としてはアモルファスシリコンを、駆動ＴＦＴ６２、制御用ＴＦＴ６３のチャネル層としては微結晶シリコンを用いる。
アクティブマトリクス型のＴＦＴアレイを用いた有機ＥＬディスプレイの形成方法としては、実施例１や実施例２と同様の方法を用いればよい。
スイッチＴＦＴ６１、駆動ＴＦＴ６２、制御用ＴＦＴ６３はほぼ同一のプロセスで形成できるため、製造方法の大幅な増加なく形成が可能である。また、走査線、制御線としては低抵抗配線を用いることができるため、配線遅延などによる画質劣化を生じることがない。高い駆動能力が必要な、駆動ＴＦＴ６２、制御用ＴＦＴ６３のチャネル層としては微結晶シリコンを、オフ電流が小さいことが必要なスイッチＴＦＴ６１のチャネル層としてはアモルファスシリコンを用いることができる。このため、駆動ＴＦＴ６２、制御用ＴＦＴ６３のチャネル幅とチャネル長をそれぞれ１００μｍ、４μｍとチャネル幅をアモルファスシリコンと比較して狭くすることができる一方、スイッチＴＦＴ６１としてはオフ電流の小さいアモルファスＴＦＴを用いることにより、画質劣化を生じることがない高品質なアクティブマトリクス型のＴＦＴアレイを用いた有機ＥＬを形成することができる。
以上説明したように、本実施形態によれば、高精細で輝度のばらつきが少なく、製造コストを安くすることができる。
１１ 基板
１２ 走査線
１４ スイッチＴＦＴ用のゲート電極
１５ 駆動ＴＦＴ用のゲート電極
１６ ゲート絶縁膜
１７ アモルファスシリコン膜
１８ 微結晶シリコン膜
１９ スイッチＴＦＴ用のソース電極
２０ スイッチＴＦＴ用のドレイン電極
２１ 駆動ＴＦＴ用のソース電極
２２ 駆動ＴＦＴ用のドレイン電極
２３ 信号線
２４ 電源供給線
２５ スイッチＴＦＴ
２６ 駆動ＴＦＴ
２７ 補助容量
２８ パッシベーション膜
２９ コンタクトホール
３０ アノード電極
３１ バンク
３２ 正孔輸送層
３３ 発光層
３４ 電子輸送層
３５ カソード電極
３６ 保護膜
３７ 有機ＥＬ素子
４２ 第１の走査線
４３ スイッチＴＦＴ用の第１のゲート電極
４４ 第２の走査線
４５ スイッチＴＦＴ用の第２のゲート電極
５１ スイッチＴＦＴ
５２ 駆動ＴＦＴ
５３ 第１の制御用ＴＦＴ
５４ 第２の制御用ＴＦＴ
５５ 走査線
５６ 制御線
５７ 信号線
５８ 電源供給線
５９ 有機ＥＬ素子
６０ 補助容量
６１ スイッチＴＦＴ
６２ 駆動ＴＦＴ
６３ 制御用ＴＦＴ
６５ 走査線
６６ 制御線
６７ 信号線
６８ 電源供給線
６９ 有機ＥＬ素子
７０ 補助容量
１２ 走査線
１４ スイッチＴＦＴ用のゲート電極
１５ 駆動ＴＦＴ用のゲート電極
１６ ゲート絶縁膜
１７ アモルファスシリコン膜
１８ 微結晶シリコン膜
１９ スイッチＴＦＴ用のソース電極
２０ スイッチＴＦＴ用のドレイン電極
２１ 駆動ＴＦＴ用のソース電極
２２ 駆動ＴＦＴ用のドレイン電極
２３ 信号線
２４ 電源供給線
２５ スイッチＴＦＴ
２６ 駆動ＴＦＴ
２７ 補助容量
２８ パッシベーション膜
２９ コンタクトホール
３０ アノード電極
３１ バンク
３２ 正孔輸送層
３３ 発光層
３４ 電子輸送層
３５ カソード電極
３６ 保護膜
３７ 有機ＥＬ素子
４２ 第１の走査線
４３ スイッチＴＦＴ用の第１のゲート電極
４４ 第２の走査線
４５ スイッチＴＦＴ用の第２のゲート電極
５１ スイッチＴＦＴ
５２ 駆動ＴＦＴ
５３ 第１の制御用ＴＦＴ
５４ 第２の制御用ＴＦＴ
５５ 走査線
５６ 制御線
５７ 信号線
５８ 電源供給線
５９ 有機ＥＬ素子
６０ 補助容量
６１ スイッチＴＦＴ
６２ 駆動ＴＦＴ
６３ 制御用ＴＦＴ
６５ 走査線
６６ 制御線
６７ 信号線
６８ 電源供給線
６９ 有機ＥＬ素子
７０ 補助容量
Claims (8)
- 基板と、
前記基板上に形成された複数の走査線と、
前記基板上に前記複数の走査線と交差するように形成された複数の信号線と、
前記基板上に形成された電源供給線と、
複数の前記走査線と複数の前記信号線との各交差領域の近傍に設けられて前記基板上にマトリクス状に配置される複数の画素と、
を備え、
前記画素のそれぞれは、
電流駆動素子と、
前記電源供給線から供給される電流を前記電流駆動素子に供給し、チャネル層が微結晶シリコンである駆動ＴＦＴと、
ゲートが対応する走査線に接続され、ソースが対応する信号線に接続され、ドレインが前記駆動ＴＦＴのゲートに接続され、チャネル層がアモルファスシリコンであるスイッチＴＦＴと、
を有することを特徴とするアクティブマトリクス基板。 - 前記駆動ＴＦＴのゲート電極が高融点金属であり、前記スイッチＴＦＴのゲート電極および前記走査線はＡｌまたはＡｌ合金からなることを特徴とする請求項１記載のアクティブマトリクス基板。
- 前記駆動ＴＦＴのゲート電極が高融点金属であり、前記スイッチＴＦＴのゲート電極および前記走査線はＡｌと高融点金属の積層、またはＡｌ合金と高融点金属の積層からなることを特徴とする請求項１記載のアクティブマトリクス基板。
- 前記駆動ＴＦＴのゲート電極および前記スイッチＴＦＴのゲート電極ならびに前記走査線は高融点金属からなることを特徴とする請求項１記載のアクティブマトリクス基板。
- 前記駆動ＴＦＴのゲート電極および前記スイッチＴＦＴのゲート電極ならびに前記走査線はモリブデン−タングステン合金からなることを特徴とする請求項１記載のアクティブマトリクス基板。
- 前記電流駆動素子は有機ＥＬ素子であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板。
- 請求項１乃至６のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板を備えていることを特徴とする表示装置。
- 駆動ＴＦＴ用の第１ゲート電極を形成する工程と、
スイッチＴＦＴの第２ゲート電極および走査線を形成する工程と、
前記第１ゲート電極、前記第２ゲート電極、および前記走査線を覆うゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記第１および第２ゲート電極を覆う前記ゲート絶縁膜の領域上に第１および第２アモルファスシリコン層をそれぞれ形成する工程と、
前記第１アモルファスシリコン層にレーザーを照射して微結晶化する工程と、
を備えていることを特徴とするアクティブマトリクス基板の製造方法。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011061978A1 (ja) * | 2009-11-19 | 2011-05-26 | シャープ株式会社 | 半導体装置の製造方法、半導体装置、及び表示装置 |
| WO2018040379A1 (zh) * | 2016-08-31 | 2018-03-08 | 深圳市华星光电技术有限公司 | 一种有机发光显示装置及其制造方法 |
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2007
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