CN101114612B - 显示器件的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提高材料的利用效率并且提供一种通过简化了的工序可以制造的显示器件及其制造技术。形成光吸收层,在光吸收层上形成绝缘层,对光吸收层及绝缘层选择性地照射激光,去除绝缘层的照射区以在绝缘层中形成开口,并且在开口中与光吸收层接触地形成导电膜。通过将导电膜与露出了的光吸收层接触地形成在开口中,光吸收层及导电膜其中间夹着绝缘层可以彼此电连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种显示器件的制造方法,该显示器件具有薄膜的叠层结构。详细地说,本发明涉及在显示器件的制造工序中将开口形成在薄膜中的工序。
背景技术
薄膜晶体管(下文中也称作“TFT”)及采用薄膜晶体管的电子电路是通过如下方法制造的:在衬底上层叠半导体膜、绝缘膜、以及导电膜等各种薄膜,并且适当地利用光刻技术形成预定图形。光刻技术是利用光将电路等的图形转印到目标衬底上的技术,所述电路等是在被称作光掩模的透明平板表面上由不透光的材料形成的。该技术已经广泛应用在半导体集成电路等的制造工序中。
在应用常规光刻技术的制造工序中,仅处理用被称作光抗蚀剂的光敏有机树脂材料形成的掩模图形就包括曝光、显影、烧成、剥离等多级工序。因此,光刻工序的数目越多,制造成本越不可避免地增加。为了解决上述问题,已经设法减少光刻工序数目来制造TFT(例如,参考专利文献1)。在专利文献1中,在使用通过光刻工序形成的抗蚀剂掩模一次之后,通过溶胀而使他的体积增大并且再次使用它作为具有不同形状的抗蚀剂掩模。
[专利文献1]日本专利申请特开2000-133636号公报
发明内容
本发明的目的在于提供一种技术,该技术在制作TFT、使用TFT的电子电路、以及由TFT形成的显示器件的工序中,可以减少光刻工序数目且简化制造工序,而且即使在使用一边长超过1米的大面积衬底时也可以以低成本实现高成品率。
在本发明中,当使中间夹着绝缘层层叠的薄膜(导电层、半导体层)彼此电连接时,在绝缘层中形成开口(所谓的接触孔)。在此情况下,通过激光的照射选择性地形成开口,而在绝缘层上不形成掩模层。在形成具有吸收被照射的光的功能的光吸收层并且在该光吸收层上层叠绝缘层之后,从绝缘层一侧对在光吸收层及绝缘层的叠层中形成开口的区域选择性地照射激光。激光透过绝缘层,但被光吸收层吸收。光吸收层因为吸收的激光的能量被加热,从而破坏层叠在其上的绝缘层。因此,在绝缘层中形成开口,并且在绝缘层下的光吸收层露出在开口的底面。
光吸收层只要由如使用导电材料的导电层或使用半导体材料的半导体层等具有导电性的材料制造,就通过在开口中与露出的光吸收层接触地形成导电膜,光吸收层及导电膜可以中间夹着绝缘层彼此电连接。换句话说,在本发明中,通过对用作半导体层的光吸收层照射激光而在光吸收层上形成的绝缘层中形成开口,通过激光烧蚀,在光吸收层的激光照射区上的绝缘层中形成开口。
因为可以利用激光来选择性地形成开口,无需形成掩模层,从而,可以减少工序及材料。另外,具有如下优点:激光可以聚焦成非常微小的光点,所以可以将要加工的绝缘层高精度地加工成预定的形状,并且在短时间中瞬间被加热,从而几乎不用加热加工区以外的区域。
另外,在无需进行光刻工序的情况下选择性地形成具有所要求的形状的导电层或半导体层等,该导电层或半导体层是用于将薄膜加工成所要求的图形的。作为光吸收层的导电层或半导体层通过如下工序来形成为所要求的形状(图形):在具有透光性的转置衬底上形成光吸收膜如导电膜或半导体膜等,从转置衬底一侧选择性地照射激光,并且将对应于激光的照射区的光吸收膜转置到被转置衬底上。在本说明书中,将在最初工序中形成作为光吸收膜的导电膜或半导体膜并且被照射激光的衬底称为转置衬底,而将最后选择性地形成有作为光吸收层的导电层或半导体层的衬底称为被转置衬底。因为可以不使用光刻工序即可选择性地形成为具有所要求的形状,所以可以实现工序的简化和低成本化等。
本发明的显示器件的制造方法之一为:形成光吸收层;在光吸收层上形成绝缘层;对光吸收层及绝缘层选择性地照射激光;去除绝缘层的照射区来在绝缘层中形成开口;以及在开口中与光吸收层接触地形成导电膜。
本发明的显示器件的制造方法之一为:形成导电层;在导电层上形成光吸收层;在光吸收层上形成绝缘层;对光吸收层及绝缘层选择性地照射激光;去除绝缘层的照射区来在绝缘层中形成开口;以及在开口中与光吸收层接触地形成导电膜。
在上文中形成的光吸收层只要吸收照射的激光即可,当使用导电材料时可成为导电层,而当使用半导体材料时可成为半导体层。该光吸收层可以用于构成显示器件的任一导电层、半导体层。例如,作为导电层,可以用于布线层、栅电极层、源电极层、漏电极层、以及像素电极层等。
在上述结构中,可以使用导电材料作为光吸收层,例如可以使用铬、钽、银、钼、镍、钛、钴、铜和铝中的一种或多种来形成。另外,也可以使用半导体材料作为光吸收层,例如可以使用无机半导体材料如硅、锗、硅锗、镓砷、氧化钼、氧化锡、氧化铋、氧化钒、氧化镍、氧化锌、砷化镓、氮化镓、氧化铟、磷化铟、氮化铟、硫化镉、碲化镉、钛酸锶等。另外,也可以在光吸收层中添加氢或惰性气体(氮(He)、氩(Ar)、氪(Kr)、氖(Ne)、氙(Xe)等)。形成开口的绝缘层可以使用透射激光的材料如具有透光性的无机绝缘材料或有机树脂等来形成。
本发明还可应用于作为具有显示功能的器件的显示器件,使用本发明的显示器件包括发光显示器件或液晶显示器件等,所述发光显示器件中发光元件和TFT相连接,并且在发光元件中包含产生被称作场致发光(以下也称作“EL”)的发光的有机物、无机物、或者有机物和无机物的混合物的层插入电极之间,所述液晶显示器件将具有液晶材料的液晶元件用作显示元件。本发明中,显示器件是指具有显示元件(液晶元件或发光元件等)的装置。另外,显示器件也可以是显示面板本身,其在衬底上形成包括显示元件如液晶元件或EL元件的多个像素和驱动该像素的外围驱动电路。而且,也可以包括安装有柔性印刷电路(FPC)或印刷线路板(PWB)的装置(如IC、电阻元件、电容元件、感应器或晶体管等)。也可以包括光学片如偏振片或相位差板等。而且,也可以包括背光灯(其可以包括导光板、棱镜片、扩散片、反射片和光源(如LED或冷阴极管等))。
注意,显示元件或显示器件可以采用各种模式并且可以具有各种元件。例如,可以使用通过电磁作用改变其对比度的显示媒体,如EL元件(有机EL元件、无机EL元件或含有机物及无机物的EL元件)、电子发射元件、液晶元件、电子墨水、栅状式光阀(GLV)、等离子体显示器(PDP)、数字微镜装置(DMD)、压电陶瓷显示器和碳纳米管等。另外,使用EL元件的显示器件包括EL显示器;使用电子发射元件的显示器件包括场致发射显示器(FED)、SED方式平面显示器(SED;表面传导电子发射显示器)等;使用液晶元件的显示器件包括液晶显示器、透射型液晶显示器、半透射型液晶显示器和反射型液晶显示器;以及使用电子墨水的显示器件包括电子纸。
另外,根据本发明可以制造具有包括半导体元件(晶体管、存储元件、二极管等)的电路的装置或具有处理器电路的芯片等半导体装置。注意,在本发明中,半导体装置是指可以通过利用半导体特性来工作的装置。
借助于本发明,可以在简化复杂的光刻工序的情况下形成构成显示器件等的布线等的构成物、以及中间夹着绝缘层使它们电连接的接触孔。因此,由于可以通过简化了的工序制造显示器件,所以可以减少材料的损失且降低成本。本发明可以高成品率地制造高性能且高可靠性的显示器件。
附图说明
图1是说明本发明的示意图;
图2是说明本发明的示意图;
图3是说明本发明的示意图;
图4是说明本发明的示意图;
图5是说明本发明的显示器件的图;
图6是说明本发明的显示器件的图;
图7是说明本发明的显示器件的图;
图8是说明本发明的显示器件的制造方法的图;
图9是说明本发明的显示器件的制造方法的图;
图10是说明本发明的显示器件的制造方法的图;
图11是说明本发明的显示器件的制造方法的图;
图12是说明本发明的显示器件的制造方法的图;
图13是说明本发明的显示器件的制造方法的图;
图14是说明本发明的显示器件的制造方法的图;
图15是说明本发明的显示器件的图;
图16是说明本发明的显示模块的结构例子的剖面图;
图17是说明本发明的显示器件的图;
图18是说明本发明的显示器件的图;
图19是说明本发明的显示器件的图;
图20是说明本发明的显示模块的结构例子的剖面图;
图21是说明本发明的显示器件的图;
图22是说明可应用到本发明的发光元件的结构的图;
图23是说明可应用到本发明的发光元件的结构的图;
图24是说明可应用到本发明的发光元件的结构的图;
图25是本发明的显示器件的俯视图;
图26是本发明的显示器件的俯视图;
图27是示出应用本发明的电子器具的主要结构的框图;
图28是示出应用本发明的电子器具的图;
图29是示出应用本发明的电子器具的图;
图30是说明可应用到本发明的激光束直接写入设备的结构的图;
图31是说明在本发明的显示面板中由TFT形成扫描线一侧驱动电路时的电路结构的图;
图32是说明在本发明的显示面板中由TFT形成扫描线一侧驱动电路时的电路结构的图(移位寄存器电路);
图33是说明在本发明的显示面板中由TFT形成扫描线一侧驱动电路时的电路结构的图(缓冲电路)。
具体实施方式
下面,将参照附图详细说明本发明的实施方式。但是,本发明并不限于以下的说明,所属技术领域的普通技术人员可以很容易地理解一个事实就是其方式和详细内容在不脱离本发明的宗旨及其范围下可以被变换为各种各样的形式。因此,本发明不应该被解释为仅限定在本实施方式所记载的内容中。另外,在以下说明的本发明的结构中,在不同的附图中共同使用相同的附图标记来表示相同的部分或具有相同功能的部分,而省略其重复说明。
实施方式1
在本实施方式中,使用图1说明目的在于以进一步简化了的工序且以低成本制造高可靠性的显示器件的接触孔的形成方法。
在使中间夹着绝缘层层叠的薄膜(导电层、半导体层)彼此电连接的情况下,在绝缘层中形成开口(所谓的接触孔)。在此情况下,通过激光的照射选择性地形成开口,而在绝缘层上不形成掩模层。在形成具有吸收被照射的光的功能的光吸收层,并且在该光吸收层上层叠绝缘层之后,从绝缘层一侧对在光吸收层及绝缘层的叠层中形成开口的区域选择性地照射激光。激光透过绝缘层,而被光吸收层吸收。光吸收层因为吸收的激光的能量而被加热,从而破坏层叠在其上的绝缘层。因此在绝缘层中形成开口,在绝缘层下的光吸收层露出在开口的底面。
光吸收层只要由如使用导电材料的导电层或使用半导体材料的半导体层等具有导电性的材料制造,就可以通过在开口中与露出的光吸收层接触地形成导电膜,光吸收层及导电膜中间夹着绝缘层彼此电连接。换句话说,在本发明中,通过对用作导电层、半导体层的光吸收层照射激光,在光吸收层上形成的绝缘层中形成开口,通过激光烧蚀,在光吸收层的激光照射区上的绝缘层中形成开口。
因为可以利用激光来选择性地形成开口,无需形成掩模层,从而,可以减少工序及材料。另外,具有如下优点:激光可以聚焦成非常微小的光点,所以可以将要加工的绝缘层高精度地加工成预定的形状,并且在短时间中瞬间被加热,几乎不用加热加工区以外的区域。
使用图1具体地说明。在本实施方式中,如图1所示,在衬底720上形成有光吸收层721、绝缘层722。在本实施方式中,将具有导电性的材料作为光吸收层721,从而光吸收层721可用作导电层。在本实施方式中,使用铬作为光吸收层721。
如图1B所示,从绝缘层722一侧对光吸收层721选择性地照射激光723,因为被照射的能量光吸收层721的照射区上的绝缘层722被去除,从而可以形成开口725。绝缘层722被分离成绝缘层727a和绝缘层727b(参照图1C)。可以在露出了光吸收层721的开口725中形成导电膜726,以使光吸收层721与导电膜726电连接(参照图1D)。
使用图30说明用于将激光(也称为激光束)写入到处理区的激光束写入设备。在本实施方式中使用激光束直接写入设备,使得激光束直接照射到处理区来进行处理。如图30所示,激光束直接写入设备1001包括:个人计算机(下文中称为PC)1002,用于执行当照射激光束时的各种控制;激光振荡器1003,用于输出激光束;激光振荡器1003的电源1004;光学系统(ND滤光器)1005,用于衰减激光束;声光调制器(AOM)1006,用于调制激光束的强度;光学系统1007,由用于放大或缩小激光束的剖面的透镜、用于改变光路的镜面等构成;具有X载物台和Y载物台的衬底移动机构1009;D/A转换部1010,用于将PC所输出的控制数据转换成数字或者模拟数据;驱动器1011,用于根据由D/A转换部所输出的模拟电压来控制声光调制器1006;以及驱动器1012,用于输出用于驱动衬底移动机构1009的驱动信号。
作为激光振荡器1003,可以使用能够振荡紫外光、可见光、或红外光的激光振荡器。作为激光振荡器,可以使用KrF、ArF、XeCl或Xe等的受激准分子激光振荡器;He、He-Cd、Ar、He-Ne或HF等的气体激光振荡器;使用在YAG、GdVO4、YVO4、YLF或YAlO3等结晶中掺杂了Cr、Nd、Er、Ho、Ce、Co、Ti或Tm的结晶的固体激光振荡器;或者GaN、GaAs、GaAlAs或InGaAsP等的半导体激光振荡器。在固体激光振荡器中,优选采用基波、基波的一次谐波至五次谐波。还可以设置有由光闸(shutter)、反射体如反射镜或半反射镜等、柱面透镜或凸透镜等构成的光学系统,以便调节从激光振荡器发射的激光的形状或激光前进的路径。
另外,也可以以脉冲振荡的激光的振荡频率设定为0.5MHz以上,以比通常使用的几十Hz至几百Hz的频带高得多的频带进行激光晶化。也可以使用脉宽设定为皮秒范围或飞秒(10-15秒)范围的脉冲激光器。
另外,既可在稀有气体或氮气等惰性气体环境中照射激光,又可在减压下照射激光。
接着,说明使用激光束直接写入设备来进行的膜的改性处理。在衬底移动机构1009上安装了衬底1008之后,PC 1002使用未图示的照相机来检测附在衬底上的标记的位置。接着,PC 1002根据所检测到的标记的位置数据以及已预先输入到PC的描画图形数据来产生用于移动衬底移动机构1009的移动数据。之后,借助于由PC 1002通过驱动器1011来控制声光调制器1006的输出光量,激光振荡器1003所输出的激光束在被光学系统1005衰减之后,在声光调制器1006中控制为预定的光量。另一方面,在光学系统1007中,改变由声光调制器1006所输出的激光束的光路及光束形状,用透镜来聚焦,然后将该聚焦的激光束照射到形成在衬底上的基底膜上,以进行改性膜的处理。此时,根据由PC 1002所产生的移动数据来控制衬底移动机构1009在X方向和Y方向上移动。结果,激光束照射到预定部分,从而进行改性膜的处理。
激光的波长越短,能够将光束聚焦成越小的直径,因此,优选照射短波长的激光束,以便处理微细宽度的区域。
另外,在膜表面的激光束的光点形状通过光学系统被加工成点形、圆形、椭圆形、矩形或线形(严格意义来讲,细长的长方形)。
另外,虽然图30所示的设备示出了以从衬底表面一侧照射激光来曝光的例子,但也可以使用适当地改变光学系统或衬底移动机构并且从衬底背面一侧照射激光来曝光的激光束直接写入设备。
注意,虽然这里移动衬底来选择性地照射激光束,但并不限定于此,可以向X-Y轴方向扫描激光束来照射激光束。在此情况下,作为光学系统1007优选使用多角镜或检流计镜。
光吸收层721可以通过蒸镀法、溅射法、PVD法(物理气相沉积)、诸如低压CVD法(LPCVD法)或等离子体CVD法等CVD法(化学气相沉积)等来形成。另外,也可以使用可以将构成物转印或绘制成所要求的图形的方法,诸如各种印刷法(丝网(孔版)印刷、胶版(平版)印刷、凸版印刷或凹版印刷等形成所要求的图形的方法)、分配器法、或选择性的涂敷法等。
可以使用铬、钼、镍、钛、钴、铜、钨和铝中的一种或多种来形成光吸收层721。另外,作为光吸收层也可以使用半导体材料,例如可以使用硅、锗、硅锗、镓砷、氧化钼、氧化锡、氧化铋、氧化钒、氧化镍、氧化锌、砷化镓、氮化镓、氧化铟、磷化铟、氮化铟、硫化镉、碲化镉、钛酸锶等的无机半导体材料。另外,也可以在光吸收层中添加氢或惰性气体(氯(He)、氩(Ar)、氪(Kr)、氖(Ne)、氙(Xe)等)。形成开口的绝缘层可以使用透射激光的材料如具有透光性的无机绝缘材料或有机树脂等形成。
另外,用作接触孔的开口的形状也可以不是其侧面垂直于底面的形状,也可以是开口的侧边具有锥形的形状。例如,开口具有研钵形状,并且开口的侧面是相对于底面具有锥形的形状也可以。
像这样,在设置于绝缘层中的开口中使在绝缘层下的光吸收层和在绝缘层上的导电膜电连接。根据激光的照射条件(能量强度、照射时间等)、及绝缘层和导电层的材料的性质(热传导率、熔点、沸点等),可以控制形成在绝缘层中的开口的大小或形状。
相对于根据激光直径而决定的照射区的开口的大小依赖于激光的能量的大小。若激光的能量充分大,则能量传达到照射区周边,因此,在绝缘层中形成比激光的照射区大的开口。而若激光的能量小,则在绝缘层中形成与照射区大致相同大小的开口。
像这样,通过控制激光的能量,可以适当地控制形成在绝缘层中的开口的大小。
也可以在通过激光的照射形成开口之后,用液体洗涤残留在开口附近的导电材料或绝缘材料(导电层或绝缘层中的被去除的部分的残留物),以去除残留物。在此情况下,既可使用水等非活性物质洗涤,又可使用与绝缘层反应(溶解)的蚀刻剂等药液洗涤。当使用蚀刻剂时开口被过蚀刻,碎屑等被去除而使表面进一步平整化。另外,也可以扩展开口。
因为可以利用激光来选择性地形成开口,无需形成掩模层,从而,可以减少工序及材料。另外,具有如下优点:激光可以聚焦成非常微小的光点,所以可以将要加工的绝缘层高精度地加工成预定的形状,并且在短时间中瞬间被加热,几乎不用加热加工区以外的区域。
像这样,可以通过激光照射在绝缘层中形成使导电层和导电层电连接的开口(接触孔),而无需进行复杂的光刻工序和形成掩模层。
据此,当使用本发明制造显示器件时可以使工序简化,所以可以减少材料的损失且降低成本。因此,可以高成品率地制造显示器件。
实施方式2
在本实施方式中,使用图2说明高可靠性的接触孔的形成方法,其目的在于以进一步简化了的工序并且以低成本制造接触孔。
在本实施方式中示出一种例子,其中在实施方式1中中间夹着绝缘层使光吸收层和导电层的叠层与导电膜电连接。
使用图2来具体说明。在本实施方式中,如图2所示,在衬底700上形成有导电层709、光吸收层701、绝缘层702。在本实施方式中使用具有导电性的材料作为光吸收层701,可以使它用作导电层。另外,导电层709也可以使用吸收激光的材料形成,并且用作光吸收层。
导电层709及光吸收层701是叠层结构,在本实施方式中,使用比较容易蒸发的低熔点金属(在本实施方式中使用铬)作为光吸收层701,并且使用比光吸收层701不容易蒸发的高熔点金属(在本实施方式中使用钨)作为导电层709。
如图2B所示,从绝缘层702一侧对光吸收层701选择性地照射激光703,因为被照射的能量光吸收层701的照射区上的绝缘层702被去除,从而可以形成开口705。绝缘层702被分离成绝缘层707a和绝缘层707b(参照图2C)。可以在露出了光吸收层701的开口705中形成导电膜706,以使导电层709、光吸收层701、以及导电膜706电连接(参照图2D)。
像这样,光吸收层可以与导电层(或半导体层)层叠,并且光吸收层本身或导电层本身也可以层叠有多个层。
也可以在通过激光的照射形成开口之后,用液体洗涤残留在开口附近的导电材料或绝缘材料(导电层或绝缘层中的被去除的部分的残留物),以去除残留物。在此情况下,既可使用水等非活性非活性物质洗涤,又可使用与绝缘层反应(溶解)的蚀刻剂等药液洗涤。当使用蚀刻剂时开口被过蚀刻,碎屑等被去除而使表面进一步平整化。另外,也可以扩展开口。
像这样,在设置于绝缘层中的开口中使在绝缘层下的光吸收层和在绝缘层上的导电膜电连接。在本实施方式中,通过在导电层上形成由高升华性的金属构成的光吸收层,并且利用激光向光吸收层供给能量,以在形成于光吸收层及导电层上的绝缘层中形成开口。根据激光的照射条件(能量强度、照射时间等)、及绝缘层和导电层的材料的性质(热传导率、熔点、沸点等),可以控制形成在绝缘层中的开口的大小或形状。图4示出激光的大小及被形成的开口的大小的例子。
在衬底300上层叠形成有导电层309(309a、309b、309c)、光吸收层301,并且覆盖导电层309(309a、309b、309c)及光吸收层301地形成有绝缘层302。在图4中,导电层309(309a、309b、309c)表示包括多个薄膜的叠层结构,例如可以使用钛作为导电层309a,使用铝作为导电层309b,使用钛作为导电层309c,并且使用铬作为光吸收层301。另外,也可以使用钨或钼等作为导电层309(309a、309b、309c)。当然,光吸收层301也可以具有叠层结构,可以使用铜和铬的叠层等。
将激光直径为L1的激光303选择性地照射到绝缘层302及光吸收层301。若激光303的能量大,则如图4C那样供给光吸收层301的能量也变大,并且在光吸收层301中热量传导到照射区及其周边。因此,在形成于光吸收层301上的绝缘层302中形成具有比激光303的直径L1大的直径L2的开口305。如上所述,绝缘层302被分成绝缘层307a、307b,从而形成开口305。在光吸收层301露出了的开口305中形成导电膜306,以使导电层309(309a、309b、309c)及光吸收层301与导电膜306电连接(参照图4D)。
相对于根据激光的直径而决定的照射区的开口的大小依赖于激光的能量的大小。若激光的能量充分大,则能量传达到照射区周边,因此,在绝缘层中形成比激光的照射区大的开口。而若激光的能量小,则在绝缘层中形成与照射区大致相同大小的开口。
像这样,通过控制激光的能量,也可以适当地控制形成于绝缘层中的开口的大小。
因为可以利用激光来选择性地形成开口,无需形成掩模层,从而,可以减少工序及材料。另外,具有如下优点:激光可以聚焦成非常微小的光点,所以可以将要加工的绝缘层高精度地加工成预定的形状,并且在短时间中瞬间被加热,几乎不用加热加工区以外的区域。
像这样,可以通过激光照射在绝缘层中形成导电层和使导电层电连接的开口(接触孔),而无需进行复杂的光刻工序和形成掩模层。
据此,当使用本发明制造显示器件时可以使工序简化,所以可以减少材料的损失且降低成本。因此,可以高成品率地制造显示器件。
实施方式3
在本实施方式中,使用图3说明显示器件的制造方法,其目的在于以进一步简化了的工序且以低成本制造高可靠性的显示器件。
在本实施方式中,在将薄膜加工成所要求的图形之际,将半导体层等构成物(也称作图形)选择性地形成为具有所要求的形状,而不使用光刻工序。在本发明中,构成物(也称作图形)就是构成薄膜晶体管或显示器件的导电层如布线层、栅电极层、源电极层、以及漏电极层等;半导体层;掩模层;绝缘层等,其包括形成为具有预定形状的所有构成要素。
在本实施方式中,作为光吸收层的导电层或半导体层通过如下工序来形成为所要求的性状(图形):在具有透光性的转置衬底上形成光吸收膜如导电膜或半导体膜等,从转置衬底一侧选择性地照射激光,并且将对应于激光的照射区的光吸收膜转置到被转置衬底上。在本说明书中,将在最初工序中形成作为光吸收膜的导电膜或半导体膜并且被照射激光的衬底称为转置衬底,而将最后选择性地形成有作为光吸收层的导电层或半导体层的衬底称为被转置衬底。因为可以不使用光刻工序即可选择性地形成为具有所要求的形状,所以可以实现工序的简化和低成本化。
使用图3详细说明本实施方式所示的薄膜的形成方法。在图3中,在作为转置衬底的第一衬底2201上形成光吸收膜2202,并且光吸收膜2202朝向内侧地相对设置第一衬底2201及作为被转置衬底的第二衬底2200。
从衬底2201一侧使激光2203透过衬底2201,并且将它选择性地照射到光吸收膜2202。被照射激光2203的区域的光吸收膜2202吸收激光2203,因为其热量等能量转置到第二衬底2200一侧而作为光吸收层2205。另一方面,没有被照射激光2203的区域作为光吸收膜2204a、2204b残留在第一衬底2201一侧。像这样,在将作为光吸收层2206的薄膜加工成所要求的图形之际,将导电层、半导体层等构成物(也称作图形)选择性地形成为具有所要求的形状,而不使用光刻工序。
可以与实施方式1同样地照射与实施方式1所说明的激光相同的激光,并且使用图30所示的激光束直接写入设备即可。因此,这里省略详细说明。
在利用激光进行转置后,对光吸收层可以进行加热处理,也可以照射激光。
将吸收被照射的光的材料用于作为转置物的光吸收膜2202,并且将透过被照射的光的具有透光性的衬底用作第一衬底2201。通过使用本发明可以任意转置到各种衬底上,所以衬底的材料的选择性范围扩大。另外,也可以选择廉价的材料用作衬底,所以不仅可以使它具有适于用途的广泛功能,而且可以以低成本制造显示器件。
本实施方式所示的薄膜形成方法可以用于形成构成薄膜晶体管或显示器件的导电层如布线层、栅电极层、源电极层或漏电极层;半导体层;掩模层;绝缘层等,并且形成使用所要求的材料的膜作为光吸收膜,选择该膜吸收的光来照射即可。
例如,可以使用导电材料作为光吸收膜,例如可以使用铬、钽、银、钼、镍、钛、钴、铜和铝中的一种或多种来形成。另外,也可以使用半导体材料作为光吸收膜,例如可以使用无机半导体材料,如硅、锗、硅锗、镓砷、氧化钼、氧化锡、氧化铋、氧化钒、氧化镍、氧化锌、砷化镓、氮化镓、氧化铟、磷化铟、氮化铟、硫化镉、碲化镉、钛酸锶等。另外,也可以在光吸收膜中添加氢或惰性气体(氦(He)、氩(Ar)、氪(Kr)、氖(Ne)、氙(Xe)等)。
借助于本发明,可以以所要求的形状形成构成显示器件的布线等的构成物。另外,可以简化复杂的光刻工序而通过简化了的工序制造显示器件,所以可以减少材料的损失且降低成本。因此,可以高成品率地制造高性能且高可靠性的显示器件。
实施方式4
图25A是显示了根据本发明的显示面板的结构的俯视图,其中在具有绝缘表面的衬底2700上形成有以矩阵状排列像素2702的像素部2701、扫描线一侧输入端子2703、信号线一侧输入端子2704。像素的数量可以根据各种标准来设定,若是XGA且用RGB的全彩色显示,像素数量是1024×768×3(RGB),若是UXGA且用RGB的全彩色显示,像素数量是1600×1200×3(RGB),若对应于全规格高清晰画质(Full-Spec High vision)且用RGB的全彩色显示,像素数量是1920×1080×3(RGB)即可。
像素2702是通过从扫描线一侧输入端子2703延伸的扫描线和从信号线一侧输入端子2704延伸的信号线交叉,以矩阵状排列的。像素2702中的每一个具有开关元件和连接于该开关元件的像素电极。开关元件的典型实例是TFT,通过TFT的栅电极一侧连接到扫描线并且TFT的源极或漏极一侧连接到信号线,能够利用从外部输入的信号独立地控制每一个像素。
图25A示出了用外部驱动电路控制输入到扫描线及信号线的信号的一种显示面板的结构。然而,如图26A所示,也可以通过COG(ChipOn Glass,玻璃上芯片安装)方式将驱动器IC 2751安装在衬底2700上。此外,作为其它安装方式,也可以使用如图26B所示的TAB(TapeAutomated Bonding,卷带式自动接合)方式。驱动器IC既可以是形成在单晶半导体衬底上的,又可以是在玻璃衬底上由TFT形成电路的。在图26中,驱动器IC 2751与FPC 2750连接。
此外,当由具有高结晶性的多晶(微晶)半导体形成设置在像素中的TFT时,如图25B所示,也可以在衬底3700上形成扫描线一侧驱动电路3702。在图25B中,附图标记3701是像素部,并且与图25A同样地使用外部驱动电路来控制信号线一侧驱动电路。如根据本发明形成的TFT那样,在设置在像素中的TFT由迁移度高的多晶(微晶)半导体或单晶半导体等形成的情况下,如图25C所示,也可以在衬底4700上集成地形成扫描线一侧驱动电路4702和信号线一侧驱动电路4704。
使用图8至14说明本发明的实施方式。更具体地说,说明具有应用本发明的反交错型薄膜晶体管的显示器件的制造方法。图8A、9A、10A、11A、12A和13A为显示器件的像素部的俯视图,图8B、9B、10B、11B、12B和13B是沿图8A、9A、10A、11A、12A和13A中的线A-C的剖面图,并且图8C、9C、10C、11C、12C和13C是沿图8A、9A、10A、11A、12A和13A中的线B-D的剖面图。图14A和14B也是显示器件的剖面图。
使用由钡硼硅酸盐玻璃和铝硼硅酸盐玻璃等组成的玻璃衬底;石英衬底;金属衬底;或具有在制造工序中能够承受处理温度的耐热性的塑料衬底作为衬底100。另外,可以用CMP法等来抛光衬底100的表面,以使它的表面平整。另外,也可以在衬底100上形成绝缘层。利用诸如CVD法、等离子体CVD法、溅射法、或旋转涂敷法等的各种方法,并且用包含硅的氧化物材料或氮化物材料以单层或叠层形成绝缘层。虽然可以不形成该绝缘层,但它具有阻挡来自衬底100的污染物质等的效果。
在衬底100上形成栅电极层103(103a、103b)、104(104a、104b)。栅电极层103(103a、103b)、104(104a、104b)由选自Ag、Au、Ni、Pt、Pd、Ir、Rh、Ta、W、Ti、Mo、Al和Cu的元素、以上述元素为主要成分的合金材料或者化合物材料来形成即可。另外,也可以采用以掺杂有磷等杂质元素的多晶硅膜为代表的半导体膜、或者AgPdCu合金。另外,可以采用单层结构或者多层结构,例如,氮化钨膜和钼(Mo)膜的双层结构,或者按顺序层叠50nm厚的钨膜、500nm厚的铝和硅的合金(Al-Si)膜、以及30nm厚的氮化钛膜的三层结构。此外,在采用三层结构的情况下,可以采用氮化钨代替第一导电膜的钨,可以采用铝和钛的合金(Al-Ti)膜代替第二导电膜的铝和硅的合金(Al-Si)膜,以及也可以采用钛膜代替第三导电膜的氮化钛膜。
栅电极层103a、103b、104a、104b可以通过溅射法、PVD法(物理气相沉积法)、低压CVD法(LPCVD法)或等离子体CVD法等的CVD法(化学气相沉积法)等并且使用掩模层加工来形成。另外,也可以使用可以将构成物转印或描画为所要求的图形的方法如各种印刷法(丝网(孔版)印刷、胶版(平版)印刷、凸版印刷或凹版印刷等以所要求的图形形成的方法)、液滴喷射法、分配器法、具有选择性的涂敷法等。
导电膜的加工通过使用干蚀刻或湿蚀刻进行蚀刻加工即可。可以用ICP(Inductively Coupled Plasma:感应耦合等离子体)蚀刻法,并适当地控制蚀刻条件(施加到线圈电极的电能、施加到衬底一侧电极的电能、衬底一侧电极的温度等),将电极层蚀刻成锥形。另外,作为用于蚀刻的气体,可以适当地使用以Cl2、BCl3、SiCl4或CCl4等为代表的氯基气体;以CF4、SF6或NF3等为代表的氟基气体;或者O2。
在本实施方式中,栅电极层是通过如下工序形成的:当在转置衬底上形成作为光吸收膜的导电膜之后,利用激光加工成所要求的形状且选择性地形成在被转置衬底上。在衬底101上通过溅射法、PVD法(物理气相沉积法)、低压CVD法(LPCVD法)或等离子体CVD法等的CVD法(化学气相沉积法)等来形成光吸收膜。
在作为转置衬底的衬底101上形成光吸收膜,并且作为被转置衬底的衬底100和光吸收膜朝向内侧地相对设置衬底101及衬底100。
从衬底101一侧使激光112a、112b、112c、112d透过衬底101,并且将它选择性地照射到光吸收膜。被照射激光112a、112b、112c、112d的区域的光吸收膜吸收激光112a、112b、112c、112d,因为其热量等能量转置到衬底100一侧而作为栅电极层103(103a、103b)、104(104a、104b)。另一方面,没有被照射激光112a、112b、112c、112d的区域作为光吸收膜102a、102b、102c、102d残留在衬底101一侧。像这样,通过选择性地转置光吸收膜来将栅电极层103(103a、103b)、104(104a、104b)选择性地形成为具有所要求的形状,而不使用光刻工序(参照图8A至8C)。
在利用激光进行转置后,对光吸收层可以进行加热处理,也可以照射激光。
将吸收被照射的光的材料用于作为转置物的光吸收膜,并且将透过被照射的光的具有透光性的衬底用作衬底101。通过使用本发明可以任意转置到各种衬底上,所以衬底的材料的选择性范围扩大。另外,也可以选择廉价的材料用作衬底,所以不仅可以使它具有适于用途的广泛功能,而且可以以低成本制造显示器件。
接着,在栅电极层103(103a、103b)、104(104a、104b)上形成栅极绝缘层105。栅极绝缘层105由硅的氧化物材料或氮化物材料等的材料形成即可,并且可以是叠层或单层。在本实施方式中,使用氮化硅膜和氧化硅膜的双层结构。另外,也可以采用单层的氧氮化硅膜或由三层以上构成的叠层。优选使用具有致密的膜性质的氮化硅膜。另外,在将银、铜等用于通过液滴喷射法形成的导电层的情况下,若在其上形成氮化硅膜或者NiB膜作为阻挡膜,则有防止杂质的扩散和平整表面的效果。另外,优选在反应气体中包含稀有气体元素诸如氩等,并且使该气体混合到要形成的绝缘膜中,以便在较低的成膜温度下形成具有少栅极漏电流的致密绝缘膜。
接着在栅极绝缘层105中形成开口107。通过利用液滴喷射法形成由绝缘体诸如抗蚀剂或聚酰亚胺等构成的掩模层,并且利用该掩模层通过蚀刻加工在栅极绝缘层105的一部分中形成开口107,以露出位于其下层一侧的栅电极层104的一部分。作为蚀刻加工,等离子体蚀刻(干蚀刻)或者湿蚀刻都可以采用,然而,等离子体蚀刻适于处理大面积衬底。将CF4、NF3、Cl2、BCl3等氟基或氯基气体用作蚀刻气体,并且也可以适当地添加惰性气体诸如He或Ar等。此外,当使用大气压放电的蚀刻加工时,可以进行局部地放电加工,从而不需要在整个衬底上形成掩模层。
在本实施方式中,如实施方式1所示那样利用激光形成开口107(参照图9A至9C)。从栅极绝缘层105一侧将激光106选择性地照射到栅电极层104,因为被照射的能量,栅电极层104的照射区上的栅极绝缘层105被去除,而可以形成开口107。在栅电极层104被露出的开口107中形成用作源电极层或漏电极层的导电膜,从而栅电极层104与源电极层或漏电极层可以电连接。也可以在形成半导体层之后形成开口107。
接下来,形成半导体层。根据需要形成具有一种导电类型的半导体层即可。另外,也可以制造形成了具有n型的半导体层的n沟道型TFT的NMOS结构,制造形成了具有p型的半导体层的p沟道型TFT的PMOS结构,制造包括n沟道型TFT和p沟道型TFT的CMOS结构。此外,也可以为了赋予导电性,通过掺杂工序添加赋予导电性的元素,并且在半导体层中形成杂质区,来形成n沟道型TFT和p沟道型TFT。也可以通过用PH3气体进行等离子体处理来向半导体层赋予导电性,而代替形成具有n型的半导体层。
用于形成半导体层的材料可以采用以下半导体,即利用以硅烷或锗烷为代表的半导体材料气体通过气相生长法或溅射法来制造的非晶半导体(下文中也称作“AS”)、通过利用光能或热能使所述非晶半导体结晶来形成的多晶半导体或半晶(也称作微晶或者微晶体,并且下文中也称作“SAS”)半导体等。半导体层可以通过各种方法(溅射法、LPCVD法或等离子体CVD法等)来成膜。
SAS是这样一种半导体,其具有介于非晶结构和晶体结构(包括单晶和多晶)之间的中间结构,且具有在自由能方面稳定的第三态,还包括具有短程序列和晶格畸变的结晶区。在膜内至少一部分区域可以观察到0.5至20nm的结晶区。当以硅作为主要成分时,拉曼光谱迁移到低于520cm-1的频率一侧。在X射线衍射中观察到由硅的晶格引起的衍射峰值(111)和(220)。SAS含有至少1原子%或更多的氢或卤素,以便饱和悬空键。通过使含有硅的气体辉光放电分解(等离子体CVD)来形成SAS。作为含有硅的气体使用SiH4,此外,也可以使用Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4、SiF4等作为含有硅的气体。此外,也可以混合F2或者GeF4。也可以用H2或者H2和选自He、Ar、Kr和Ne的一种或者多种稀有气体稀释该含有硅的气体。稀释比率在2倍至1000倍的范围内,压力大致在0.1Pa至133Pa的范围内,以及电源频率在1MHz至120MHz,优选在13MHz至60MHz的范围内。衬底加热温度优选为300℃以下,以及也可以在100至200℃的衬底加热温度形成。这里,作为在形成膜时主要掺杂的杂质元素,理想的是,来自大气成分的诸如氧、氮或碳等杂质为1×1020cm-3以下;尤其,氧浓度为5×1019cm-3以下,优选为1×1019cm-3以下。另外,通过添加稀有气体元素诸如氮、氩、氪或氖以进一步加强晶格畸变,稳定性加强,可得到优越的SAS。此外,作为半导体层,将利用氢基气体形成的SAS层层叠在利用氟基气体形成的SAS层之上。
作为非晶半导体可以代表性地举出氢化非晶硅,作为晶体半导体可以代表性地举出多晶硅等。多晶硅包括以在800℃以上的处理温度下形成的以多晶硅为主要材料的所谓高温多晶硅;以在600℃以下的处理温度下形成的以多晶硅为主要材料的所谓低温多晶硅;以及添加促进晶化的元素等而结晶的多晶硅等。当然还可以采用如上所述的半晶体半导体或者在半导体层的一部分中含有晶相的半导体。
当将晶体半导体层用作半导体层时,可以使用各种方法(激光晶化法、热晶化法、利用镍等促进晶化的元素的热晶化法等)作为制造该晶体半导体层的方法。另外,也可以通过向SAS的微晶半导体进行激光照射使其结晶而提高结晶性。在不导入促进晶化的元素的情况下,在向非晶硅膜照射激光之前,通过在温度500℃的氮气气氛中加热一个小时,来使非晶硅膜中含有的氢释放至1×1020atoms/cm3以下。这是因为使用激光照射含有大量氢的非晶硅膜时,该膜会被破坏的缘故。
作为将金属元素导入到非晶半导体层的方法,只要能够使得该金属元素存在于非晶半导体层的表面或者其内部就没有特别限制。例如,可以使用溅射法、CVD法、等离子体处理法(包括等离子体CVD法)、吸附法、或者涂敷金属盐溶液的方法。这些方法中,利用溶液的方法简单方便并且由于可以容易地调整金属元素的浓度所以有用。另外,此时优选在氧气气氛中通过UV光照射、热氧化法、用含有羟基自由基的臭氧水或过氧化氢的处理等形成氧化膜,以便改善非晶半导体层表面的润湿性并且将水溶液散布于非晶半导体层的整个表面上。
可以组合热处理和激光照射以使非晶半导体层结晶,或者,也可以多次单独进行热处理或激光照射。
此外,也可以通过等离子体法在衬底上直接形成晶体半导体层。或者,也可以利用线状等离子体法在衬底上选择性地形成晶体半导体层。
可以利用印刷法、分配器方法、喷涂法、旋转涂敷法、液滴喷射法等并且用有机半导体材料形成半导体。在此情况下,由于不需要上述蚀刻工序,所以可以减少工序数量。作为有机半导体可以采用如并五苯等低分子材料、高分子材料等,也可以采用诸如有机色素、导电高分子材料等材料。作为本发明的有机半导体材料优选使用由共轭双键组成其构架的π电子共轭高分子材料。代表性地,可以采用可溶的高分子材料诸如聚噻吩、聚芴、聚(3-烷基噻吩)、聚噻吩衍生物等。
此外,可以用于本发明的有机半导体材料包括通过成膜可溶性的前体之后进行处理可以形成半导体层的材料。另外,作为这种有机半导体材料可以举出聚亚噻吩基亚乙烯基(Polythienylenevinylene)、聚(2,5-亚噻吩基亚乙烯基)、聚乙炔、聚乙炔衍生物、聚丙炔亚乙烯(polyallylenevinylene)等。
将前体转换为有机半导体时,除了进行加热处理以外,还添加氯化氢气体等的反应催化剂。另外,作为溶解可溶性有机半导体材料的典型溶剂,可以使用甲苯、二甲苯、氯苯、二氯苯、苯甲醚、氯仿、二氯甲烷、γ-丁内酯、丁基溶纤剂、环己烷、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、环己酮、2-丁酮、二氧杂环己烷、二甲基甲酰胺(DMF)、或THF(四氢呋喃)等。
在本实施方式中,半导体层及具有一种导电类型的半导体层是通过如下工序形成的:当在转置衬底上形成作为光吸收膜的半导体膜之后,利用激光加工成所要求的形状且选择性地转置到被转置衬底上。在衬底114上通过溅射法、PVD法(物理气相沉积法)、低压CVD法(LPCVD法)或等离子体CVD法等的CVD法(化学气相沉积法)等来形成作为光吸收膜的半导体膜。
在作为转置衬底的衬底114上形成光吸收膜,并且作为被转置衬底的衬底100和光吸收膜朝向内侧地相对设置衬底114及衬底100。
从衬底114一侧使激光115a、115b透过衬底114,并且将它选择性地照射到光吸收膜。被照射激光115a、115b的区域的光吸收膜吸收激光115a、115b,因为其热量等能量转置到衬底100一侧而作为具有一种导电类型的半导体层110a、110b、111a、111b。另一方面,没有被照射激光115a、115b的区域作为光吸收膜113a至113f残留在衬底114一侧。半导体层108及109也与具有一种导电类型的半导体层同样通过利用激光的转置法来形成。像这样,通过选择性地转置光吸收膜来将半导体层108、109、具有一种导电类型的半导体层110a、110b、111a、111b选择性地形成为具有所要求的形状,而不使用光刻工序(参照图10A至10C)。
在利用激光进行转置后,对光吸收层可以进行加热处理,也可以照射激光。
将吸收被照射的光的材料用于作为转置物的光吸收膜,并且将透过被照射的光的具有透光性的衬底用作衬底114。通过使用本发明可以任意转置到各种衬底上,所以衬底的材料的选择性范围扩大。另外,也可以选择廉价的材料用作衬底,所以不仅可以使它具有适于用途的广泛功能,而且可以以低成本制造显示器件。
在本实施方式中,形成非晶半导体层作为半导体层108、109及具有一种导电类型的半导体层110a、110b、111a、111b。在本实施方式中,作为具有一种导电类型的半导体膜,形成具有n型的半导体膜,该半导体膜包含赋予n型的杂质元素的磷(P)。具有一种导电类型的半导体膜用作源区及漏区。根据需要形成具有一种导电类型的半导体膜即可,可以形成具有n型的半导体膜或具有p型的半导体膜,具有n型的半导体膜具有赋予n型的杂质元素(P、As),并且具有p型的半导体膜具有赋予p型的杂质元素(B)。
在衬底100上形成源电极层或漏电极层116、117、118、119。作为源电极层或漏电极层116、117、118、119,可以使用选自Ag(银)、Au(金)、Cu(铜)、W(钨)、Al(铝)、Mo(钼)、Ta(钽)、Ti(钛)等的元素;以上述元素为主要成分的合金材料或化合物材料等。另外,也可以组合具有透光性的铟锡氧化物(ITO)、含有氧化硅的铟锡氧化物(ITSO)、有机铟、有机锡、氧化锌、氮化钛等。
源电极层或漏电极层116、117、118、119可以通过溅射法、PVD法(物理气相沉积法)、低压CVD法(LPCVD法)或等离子体CVD法等的CVD法(化学气相沉积法)等并且使用掩模层加工来形成。另外,也可以使用可以将构成物转印或描画为所要求的图形的方法如各种印刷法(丝网(孔版)印刷、胶版(平版)印刷、凸版印刷或凹版印刷等以所要求的图形形成的方法)、液滴喷射法、分配器法、具有选择性的涂敷法等。
导电膜的加工通过使用干蚀刻或湿蚀刻进行蚀刻加工即可。可以用ICP(Inductively Coupled Plasma:感应耦合等离子体)蚀刻法,并适当地控制蚀刻条件(施加到线圈电极的电能、施加到衬底一侧电极的电能、衬底一侧电极的温度等),将电极层蚀刻成锥形。另外,作为用于蚀刻的气体,可以适当地使用以Cl2、BCl3、SiCl4或CCl4等为代表的氯基气体;以CF4、SF6或NF3等为代表的氟基气体;或者O2。
在本实施方式中,源电极层或漏电极层是通过如下工序形成的:当在转置衬底上形成作为光吸收膜的导电膜之后,利用激光加工成所要求的形状且选择性地形成在被转置衬底上。在衬底121上通过溅射法、PVD法(物理气相沉积法)、低压CVD法(LPCVD法)或等离子体CVD法等的CVD法(化学气相沉积法)等来形成光吸收膜。
在作为转置衬底的衬底121上形成光吸收膜,并且作为被转置衬底的衬底100和光吸收膜朝向内侧地相对设置衬底121及衬底100。
从衬底121一侧使激光122a、122b、122c、122d透过衬底121,并且将它选择性地照射到光吸收膜。被照射激光122a、122b、122c、122d的区域的光吸收膜吸收激光122a、122b、122c、122d,因为其热量等能量转置到衬底100一侧而作为源电极层或漏电极层116、117、118、119。另一方面,没有被照射激光122a、122b、122c、122d的区域作为光吸收膜120a、120b、120c、120d、120e、120f残留在衬底121一侧。像这样,通过选择性地转置光吸收膜来将源电极层或漏电极层116、117、118、119选择性地形成为具有所要求的形状,而不使用光刻工序(参照图11A至11C)。
在利用激光进行转置后,对光吸收层可以进行加热处理,也可以照射激光。
将吸收被照射的光的材料用于作为转置物的光吸收膜,并且将透过被照射的光的具有透光性的衬底用作衬底121。通过使用本发明可以任意转置到各种衬底上,所以衬底的材料的选择性范围扩大。另外,也可以选择廉价的材料用作衬底,所以不仅可以使它具有适于用途的广泛功能,而且可以以低成本制造显示器件。
源电极层或漏电极层116也用作源极布线层,源电极层或漏电极层118也用作电源线。
在形成于栅极绝缘层105中的开口107中使源电极层或漏电极层117和栅电极层104电连接。源电极层或漏电极层118的一部分形成电容元件。
通过以上工序制造作为反交错型薄膜晶体管的晶体管139a、139b(参照图11A至11C)。
在栅极绝缘层105及晶体管139a、139b上形成绝缘层123。
绝缘层123可以使用溅射法、PVD法(物理气相沉积法)、低压CVD法(LPCVD法)或等离子体CVD法等的CVD法(化学气相沉积法)等来形成。另外,也可以使用液滴喷射法、印刷法(丝网印刷或胶版印刷等形成图形的方法)、旋转涂敷法等涂敷法、浸渍法、分配器法等。
绝缘层123可以由选自氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、氧化铝、氮化铝、氧氮化铝、类金刚石碳(DLC)、含氮碳(CN)、聚硅氮烷、和含有无机绝缘材料的其它物质中的材料形成。另外,也可以使用包含硅氧烷的材料。另外,也可以使用有机绝缘材料,作为有机材料,可以使用聚酰亚胺、丙烯酸、聚酰胺、聚酰亚胺酰胺、抗蚀剂、或苯并环丁烯。此外,也可以使用噁唑树脂,例如,可以使用光固化聚苯并噁唑等。
接着在绝缘层123中形成开口125。在本实施方式中,如实施方式1所示那样利用激光形成开口125。从绝缘层123一侧将激光124选择性地照射到源电极层或漏电极层119,因为被照射的能量,源电极层或漏电极层119的照射区上的绝缘层123被去除,而可以形成开口125(参照图12A至12C)。
在源电极层或漏电极层119露出了的开口125中形成用作像素电极的发光元件的第一电极层126,从而可以使源电极层或漏电极层119和第一电极层126电连接。
如实施方式3所示,可以通过当在转置衬底上形成具有导电性的光吸收膜之后照射激光束,将它加工成所要求的形状并在被转置衬底上选择性地形成第一电极层126。
在本实施方式中,在形成导电膜之后,利用掩模层将该导电膜加工成所要求的形状,而形成第一电极层。
第一电极层126可以使用溅射法、PVD法(物理气相沉积法)、低压CVD法(LPCVD法)或等离子体CVD法等的CVD法(化学气相沉积法)等来形成。作为形成第一电极层126的导电材料,可以使用铟锡氧化物(ITO)、含有氧化硅的铟锡氧化物(ITSO)、氧化锌(ZnO)等。更优选地,使用在ITO中包含2至10重量%的氧化硅的靶,通过溅射法使用包含氧化硅的氧化铟锡。除此之外,也可以使用在ZnO中掺杂有镓(Ga)的导电材料;使用包含氧化硅且在氧化铟中混合有2至20wt%的氧化锌(ZnO)的靶来形成的作为氧化物导电材料的铟锌氧化物(IZO)。
作为掩模层,使用诸如环氧树脂、酚醛树脂、酚醛清漆树脂、丙烯酸树脂、三聚氰胺树脂或者聚氨酯树脂等树脂材料。此外,采用有机材料诸如苯并环丁烯、聚对二甲苯、氟化亚芳基醚或者具有透光性的聚酰亚胺;由诸如硅氧烷基聚合物等的聚合组成的化合物材料;或含有聚合物水溶性均聚物以及水溶性共聚物的组合物材料等通过液滴喷射法形成。或者,也可以采用市场上销售的含有光敏剂的抗蚀剂材料,例如,可以采用正性抗蚀剂或负性抗蚀剂。采用任一材料,其表面张力和粘性都可以通过调节溶剂的浓度或添加界面活性剂等来适当地调节。
第一电极层126的加工通过使用干蚀刻或湿蚀刻进行蚀刻加工即可。可以用ICP(Inductively Coupled Plasma:感应耦合等离子体)蚀刻法,并适当地控制蚀刻条件(施加到线圈电极的电能、施加到衬底一侧电极的电能、衬底一侧电极的温度等),将电极层蚀刻成锥形。另外,作为用于蚀刻的气体,可以适当地使用以Cl2、BCl3、SiCl4或CCl4等为代表的氯基气体;以CF4、SF6或NF3等为代表的氟基气体;或者O2。
也可以采用CMP法或者利用聚乙烯醇基多孔体来拭净并抛光第一电极层126,以便使其表面平整化。此外,在用CMP法抛光之后,也可以在第一电极层126的表面进行紫外线照射或者氧等离子体处理等。
通过上述工序,底栅型的TFT和第一电极层126被连接到衬底100上的用于显示面板的TFT衬底被制成。此外,在本实施方式中的TFT是反交错型的。
接着,选择性地形成绝缘层131(也称作隔壁)。以在第一电极层126上具有开口部的方式形成绝缘层131。在本实施方式中,在整个表面上形成绝缘层131,并且利用抗蚀剂等的掩模进行蚀刻来加工。当采用液滴喷射法、印刷法或分配器方法等可以选择性地直接形成绝缘层131的方法时,不一定必须进行蚀刻加工。
可以用以下材料形成绝缘层131:氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、氧化铝、氮化铝、氧氮化铝、以及其他无机绝缘材料;丙烯酸、甲基丙烯酸、以及其衍生物;耐热高分子诸如聚酰亚胺、芳香族聚酰胺、聚苯并咪唑等;由以硅氧烷基材料为初始材料而形成的由硅、氧、氢构成的化合物中包含Si-O-Si键的无机硅氧烷;或者有机硅氧烷基绝缘材料,其中与硅结合的氢被有机基团诸如甲基或者苯基取代。也可以通过利用光敏性材料诸如丙烯酸和聚酰亚胺,或者利用非光敏性材料来形成。绝缘层131优选具有其曲率半径连续变化的形状,从而形成在其上的电致发光层132和第二电极层133的覆盖率提高。
另外,通过液滴喷射法喷射组合物来形成绝缘层131之后,用压力挤压该绝缘层的表面以进行平整化,以便提高平整性。作为挤压的方法,可以用辊状物体在其表面上扫描来减少凹凸,或者也可以用平板形物体垂直按压其表面等。另外,也可以利用溶剂等软化或者溶化其表面,用气刀消除表面上的凹凸。此外,也可以用CMP法抛光其表面。当通过液滴喷射法产生凹凸时,可以将该工序应用于平整其表面。当通过该工序提高平整性时,可以防止显示面板的显示不均匀等,因此,可以显示高清晰度的图像。
在作为用于显示面板的TFT衬底的衬底100上形成发光元件(参照图14A和14B)。
在形成电致发光层132之前,通过在大气压下以200℃的温度进行热处理来去除在第一电极层134和绝缘层131中或者其表面吸附的水分。此外,优选在减压下以200到400℃的温度,更优选以250到350℃的温度进行热处理,然后通过真空蒸镀法或者在低压下实施的液滴喷射法,不暴露于大气中地形成电致发光层132。
作为电致发光层132,通过使用蒸镀掩模的气相沉积法等选择性地分别形成呈现红(R)、绿(G)和蓝(B)发光的材料。与彩色滤光器相同,通过液滴喷射法可以形成呈现红(R)、绿(G)和蓝(B)发光的材料(低分子材料或高分子材料等)。在此情况下,由于即便不使用掩模也可以分别涂敷RGB,所以是优选的。在电致发光层132上层叠形成第二电极层133,以完成使用发光元件且具有显示功能的显示器件。
尽管未图示,覆盖第二电极层133地设置钝化膜是有效的。在构成显示器件时设置的钝化(保护)膜可以具有单层结构或多层结构。钝化膜可以由包含氮化硅(SiN)、氧化硅(SiO2)、氧氮化硅(SiON)、氮氧化硅(SiNO)、氮化铝(AlN)、氧氮化铝(AlON)、含氮量多于含氧量的氮氧化铝(AlNO)、氧化铝、类金刚石碳(DLC)或者含氮碳膜(CNx)的绝缘膜构成,并且采用该绝缘膜的单层或组合该绝缘膜的叠层。例如,可以采用诸如含氮碳(CNx)和氮化硅(SiN)的叠层,或者可以采用有机材料,还可以采用高分子诸如苯乙烯聚合物等的叠层。此外,也可以使用硅氧烷材料。
此时,优选采用具有良好覆盖性的膜作为钝化膜,使用碳膜、尤其DLC膜是有效的。DLC膜由于可以在从室温到100℃以下的温度范围内成膜,因此在具有低耐热性的电致发光层上方也容易形成。可以通过等离子体CVD法(代表性的是RF等离子体CVD法、微波CVD法、电子回旋共振(ECR)CVD法、热灯丝CVD法等)、燃烧火焰法、溅射法、离子束蒸镀法、激光蒸镀法等来形成DLC膜。作为用于形成膜的反应气体,使用氢气体和烃基气体(例如CH4、C2H2、C6H6等),并且通过辉光放电使该反应气体离子化,使该离子加速以与施加有负自偏压的阴极相撞来形成DLC膜。此外,通过采用C2H2气体和N2气体作为反应气体来形成CN膜即可。DLC膜由于具有对于氧的高阻挡效果,从而能够抑制电致发光层的氧化。因此,可以防止在随后进行的密封工序中电致发光层氧化的问题。
形成密封材料并用密封衬底进行密封。之后,也可以将柔性线路板连接到与栅电极层103电连接而形成的栅极布线层,以与外部电连接。这与也是源极布线层的源极层或漏极层116电连接而形成的源极布线层也是相同的。
在具有元件的衬底100和密封衬底之间封入充填剂来密封。也可以采用滴落法来封入充填剂。也可以充填氮等的惰性气体代替充填剂。此外,通过在显示器件内设置干燥剂,可以防止由水分引起的发光元件的劣化。干燥剂可以在密封衬底一侧或具有元件的衬底100一侧设置,也可以在密封材料所形成的区域中的衬底上形成凹部来设置。此外,若在对应于和显示无关的区域诸如密封衬底的驱动电路区或布线区等设置干燥剂,即使干燥剂是不透明的物质也不会降低开口率。也可以使充填剂含有吸湿性材料从而具有干燥剂的功能。通过上述工序,完成使用发光元件并且具有显示功能的显示器件。
在本实施方式中,尽管示出了开关TFT是单栅极结构的例子,但也可以应用多栅极结构诸如双栅极结构等。在通过利用SAS或者晶体半导体制造半导体的情况下,也可以通过添加赋予一种导电类型的杂质来形成杂质区。在此情况下,半导体层也可以具有不同浓度的杂质区。例如,可以使半导体层中的沟道区附近、与栅电极层层叠的区域为低浓度杂质区,以及使其外侧区域为高浓度杂质区。
本实施方式可以与实施方式1至3适当地组合来实施。
借助于本发明,可以以所要求的形状形成构成显示器件的布线等的构成物。另外,可以简化复杂的光刻工序而通过简化了的工序制造显示器件,所以可以减少材料的损失且降低成本。因此,可以高成品率地制造高性能且高可靠性的显示器件。
实施方式5
在本实施方式中,说明目的在于以进一步简化了的工序且以低成本制造高可靠性的显示器件的例子。详细地说,说明将发光元件用于显示元件的发光显示器件。使用图15详细说明本实施方式中的显示器件的制造方法。
在具有绝缘表面的衬底150上通过溅射法、PVD法(物理气相沉积)、诸如低压CVD法(LPCVD法)或等离子体CVD法等CVD法(化学气相沉积)等使用氮氧化硅膜以10至200nm(优选以50至150nm)的厚度形成基底膜151a,并且使用氧氮化硅膜以50至200nm(优选以100至150nm)的厚度层叠基底膜151b作为基底膜。或者,也可以使用丙烯酸、甲基丙烯酸、以及它们的衍生物;聚酰亚胺、芳香族聚酰胺或聚苯并咪唑等的耐热性高分子;或者硅氧烷树脂。此外,也可以使用下列树脂材料:聚乙烯醇或聚乙烯醇缩丁醛等的乙烯基树脂、环氧树脂、酚醛树脂、酚醛清漆树脂、丙烯酸树脂、三聚氰胺树脂、以及聚氨酯树脂等。此外,还可以使用苯并环丁烯、聚对二甲苯、氟化亚芳基醚或聚酰亚胺等的有机材料;含有水溶性聚合物均聚物和水溶性共聚物的组合物材料;等等。此外,也可以使用噁唑树脂,例如,可以使用光固化型聚苯并噁唑等。
此外,也可以使用液滴喷射法、印刷法(丝网印刷或胶版印刷等形成图形的方法)、旋转涂敷法等涂敷法、浸渍法、分散器法等。在本实施方式中,使用等离子体CVD法形成基底膜151a和151b。作为衬底150,可以使用玻璃衬底、石英衬底、硅衬底、金属衬底、或其表面形成有绝缘膜的不锈钢衬底。另外,还可以使用具有耐热性的塑料衬底,它能够耐受本实施方式的处理温度,也可以使用薄膜之类的柔性衬底。作为塑料衬底,可以使用由PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)或PES(聚醚砜)构成的衬底,而作为柔性衬底,可以使用丙烯酸等的合成树脂。因为在本实施方式中制造的显示器件具有一种结构,其中来自发光元件的光通过衬底150射出,所以该衬底150需要具有透光性。
作为基底膜,可以使用氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、氮氧化硅等,并且可以为单层结构或者双层或三层的叠层结构。
接下来,在基底膜上形成半导体膜。半导体膜通过各种方法(溅射法、LPCVD法或等离子体CVD法等)以25至200nm(优选以30至150nm)的厚度形成即可。在本实施方式中,优选使用通过激光晶化使非晶半导体膜晶化而形成的晶体半导体膜。
也可以在这样所获得的半导体膜中掺杂微量的杂质元素(硼或磷),以控制薄膜晶体管的阈值电压。也可以对在执行晶化工序之前的非晶半导体膜进行该杂质元素的掺杂。如果在非晶半导体膜的状态下掺杂杂质元素,还可以通过其后进行的用于晶化的加热处理,激活杂质。此外,还可以改善掺杂时产生的缺陷等。
接下来,将晶体半导体膜蚀刻加工成所要求的形状,以形成半导体层。
对于蚀刻加工,可以采用等离子体蚀刻(干蚀刻)和湿蚀刻中的任一个,然而,等离子体蚀刻适合于处理大面积的衬底。作为蚀刻气体,使用CF4或NF3等氟基气体、或者Cl2或BCl3等氯基气体,还可以适当地添加He或Ar等惰性气体。此外,当采用大气压力放电的蚀刻加工时,能够进行局部放电加工,从而不需要在衬底的整个表面上形成掩模层。
在本发明中,形成布线层或电极层的导电层、用于形成预定图形的掩模层等也可以通过能够选择性地形成图形的方法比如液滴喷射法形成。液滴喷射(喷出)法(根据其方式也被称作喷墨法)可以通过有选择性地喷射(喷出)为特定目的而调制的组合物的液滴,以形成预定的图形(导电层或绝缘层等)。此时,也可以对被形成区域执行控制润湿性或密合性的处理。此外,可以转印(转置)或绘制图形的方法例如印刷法(丝网印刷或胶版印刷等形成图形的方法)、分配器法等也都可以使用。
形成覆盖半导体层的栅极绝缘层。栅极绝缘层通过等离子体CVD法或溅射法等以10至150nm的厚度由含硅的绝缘膜形成。栅极绝缘层由以氮化硅、氧化硅、氧氮化硅或氮氧化硅为代表的硅的氧化物材料或氮化物材料等材料形成即可,并且可以是叠层或单层。另外,绝缘层可以采用氮化硅膜、氧化硅膜和氮化硅膜这三层的叠层结构、氧氮化硅膜的单层结构、或由两层该膜构成的叠层结构。
接下来,在栅极绝缘层上形成栅电极层。栅电极层可以通过溅射法、蒸镀法、CVD法等方法来形成。栅电极层由选自钽(Ta)、钨(W)、钛(Ti)、钼(Mo)、铝(Al)、铜(Cu)、铬(Cr)、钕(Nd)的元素、或者以上述元素为主要成分的合金材料或化合物材料形成即可。此外,作为栅电极层,也可以使用以掺杂了磷等杂质元素的多晶硅膜为代表的半导体膜或AgPdCu合金。此外,栅电极层可以为单层或叠层。
在本实施方式中,栅电极层形成为具有锥形形状。然而,本发明不局限于此,栅电极层也可以具有叠层结构,其中只有一层具有锥形形状,而另一层通过各向异性蚀刻具有垂直的侧面。如本实施方式,锥形角度在层叠的栅电极层之间可以不同,也可以相同。由于具有锥形形状,由此,在其上层叠的膜的覆盖性提高,并且缺陷减少,从而可靠性提高。
通过在形成栅电极层时的蚀刻工序,栅极绝缘层在一定程度上被蚀刻,其厚度有可能变薄(所谓的膜厚度的降低)。
通过将杂质元素添加到半导体层中,形成杂质区。可以通过控制其浓度,将杂质区成为高浓度杂质区及低浓度杂质区。将具有低浓度杂质区的薄膜晶体管称作LDD(轻掺杂漏)结构。此外,低浓度杂质区可以与栅电极重叠地形成,并且将这种薄膜晶体管称作GOLD(栅极重叠的LDD)结构。此外,通过将磷(P)等用于杂质区,使薄膜晶体管的极性成为n型。在成为p型的情况下,添加硼(B)等即可。
在本实施方式中,中间夹着栅极绝缘层,杂质区重叠于栅电极层的区域示为Lov区,而中间夹着栅极绝缘层,杂质区没有重叠于栅电极层的区域示为Loff区。在图15中,杂质区由阴影线和空白表示,然而这不意味着在空白部分中没有添加杂质元素,而是为了能够直观了解该区域的杂质元素的浓度分布反映着掩模或掺杂条件。注意,此情况在本说明书中的其他附图上也是相同的。
为了激活杂质元素,可以进行加热处理、强光照射或激光照射。在激活的同时,可以恢复对于栅极绝缘层的等离子体损害或对于栅极绝缘层和半导体层之间的界面的等离子体损害。
接着,形成覆盖栅电极层和栅极绝缘层的第一层间绝缘层。在本实施方式中,使用绝缘膜167和绝缘膜168的叠层结构。绝缘膜167及绝缘膜168可以通过溅射法或等离子体CVD且使用氮化硅膜、氮氧化硅膜、氧氮化硅膜或氧化硅膜等来形成,并且还可以以单层、或者三层以上的叠层结构形成其他含有硅的绝缘膜。
进而,在氮气环境中以300至550℃进行1到12小时的热处理,进行使半导体层氢化的工序。优选在400至500℃的温度下进行该热处理。在这一工序中,使用包含在作为层间绝缘层的绝缘膜167中的氢饱和半导体层中的悬空键。在本实施方式中,加热处理是在410℃下进行的。
绝缘膜167和绝缘膜168还可以由选自氮化铝(AlN)、氧氮化铝(AlON)、氮含量高于氧含量的氮氧化铝(AlNO)、氧化铝、类金刚石碳(DLC)、含氮碳(CN)、聚硅氮烷、或含有无机绝缘材料的其它物质中的材料形成。另外,也可以使用包含硅氧烷的材料。另外,也可以使用有机绝缘材料,作为有机材料,可以使用聚酰亚胺、丙烯酸、聚酰胺、聚酰亚胺酰胺、抗蚀剂、或苯并环丁烯。此外,也可以使用噁唑树脂,例如,可以使用光固化聚苯并噁唑等。
接着,在绝缘膜167、绝缘膜168、以及栅极绝缘层中形成到达半导体层的接触孔(开口)。
在本实施方式中,如实施方式1所示那样利用激光形成开口。从绝缘膜167、绝缘膜168一侧将激光选择性地照射到半导体层中的源区及漏区,因为被照射的能量,半导体层中的源区及漏区的照射区上的绝缘膜167、绝缘膜168、以及栅极绝缘层被去除,而可以形成开口。
在半导体层中的源区及漏区露出了的开口中形成源电极层或漏电极层,从而可以使半导体层中的源区及漏区与源电极层或漏电极层电连接。
源电极层或漏电极层可以在通过PVD法、CVD法、蒸镀法等形成导电膜之后,将该导电膜加工成所要求的形状来形成。另外,导电膜可以通过液滴喷射法、印刷法、分配器法或电镀法等选择性地形成在预定的位置上。而且,还可以使用回流法或大马士革(damascene)法。作为源电极层或漏电极层的材料,使用Ag、Au、Cu、Ni、Pt、Pd、Ir、Rh、W、Al、Ta、Mo、Cd、Zn、Fe、Ti、Si、Ge、Zr、或Ba等金属;或者它们的合金或其金属氮化物。此外,也可以采用这些材料的叠层结构。
构成本实施方式中所示的显示器件的栅电极层、半导体层、源电极层、漏电极层也可以如实施方式3所示那样形成,即通过在将使用导电材料或半导体材料的光吸收膜形成于转置衬底上之后照射激光,加工成所要求的形状且选择性地形成在被转置衬底上。因为不使用光刻工序,而工程简化且可以防止材料的损失,因此可以实现低成本化。
通过以上工序,能够制造出有源矩阵衬底,其中在外围驱动电路区域204中有作为在Lov区中有p型杂质区的p沟道型薄膜晶体管的薄膜晶体管285、和作为在Lov区中有n沟道型杂质区的n沟道型薄膜晶体管的薄膜晶体管275;以及在像素区206中有作为在Loff区中有n型杂质区的多沟道型的n沟道型薄膜晶体管的薄膜晶体管265、和作为在Lov区中有p型杂质区的p沟道型薄膜晶体管的薄膜晶体管255。
在像素区中的薄膜晶体管的结构不局限于本实施方式,而可以使用形成有一个沟道形成区的单栅极结构、形成有两个沟道形成区的双栅极结构或形成有三个沟道形成区的三栅极结构。另外,在外围驱动电路区中的薄膜晶体管也可以为单栅极结构、双栅极结构或三栅极结构。
接着,作为第二层间绝缘层形成绝缘膜181。图15显示了用于通过划线分离的分离区201、用作FPC的贴附部的外部端子连接区202、用作外围部分的引线区的布线区203、外围驱动电路区204、以及像素区206。布线179a和179b设置在布线区203中,以及与外部端子连接的端子电极层178设置在外部端子连接区202中。
绝缘膜181可以由选自氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氮化铝(AlN)、含有氮的氧化铝(也称为氧氮化铝)(AlON)、含有氧的氮化铝(也称为氮氧化铝)(AlNO)、氧化铝、类金刚石碳(DLC)、含氮碳膜(CN)、磷硅玻璃(PSG)、硼磷硅玻璃(BPSG)、氧化铝膜、以及含有无机绝缘材料的其它物质中的材料形成。另外,还可以使用硅氧烷树脂。另外,也可以使用有机绝缘材料,有机材料可以是光敏的,也可以是非光敏的,可以使用聚酰亚胺、丙烯酸、聚酰胺、聚酰亚胺酰胺、抗蚀剂、苯并环丁烯、聚硅氮烷、或低介电常数(Low-k)材料。此外,也可以使用噁唑树脂,例如,可以使用光固化聚苯并噁唑等。对于为平整化所设置的层间绝缘层要求具有高耐热性、高绝缘性、以及高平整度,由此,作为绝缘膜181的形成方法优选使用以旋转涂敷法为代表的涂敷法。
绝缘膜181还可以使用浸渍法、喷涂法、刮刀、辊涂机、幕涂机、刮刀涂布机、CVD法或蒸镀法等来形成。该绝缘膜181也可以通过液滴喷射法来形成。当使用液滴喷射法时,可以节省材料溶液。另外,还可以使用如液滴喷射法那样能够转印或绘制图形的方法,例如印刷法(丝网印刷或胶版印刷等形成图形的方法)或分配器法等。
在像素区206的绝缘膜181中形成微细的开口,即接触孔。源电极层或漏电极层在形成于绝缘膜181中的开口中与第一电极层185电连接。如实施方式1所示,可以通过照射激光形成形成于绝缘膜181中的开口。在本实施方式中,使用相对容易蒸发的低熔点金属(在本实施方式中使用铬)作为源电极层或漏电极层。从绝缘膜181一侧将激光选择性地照射到源电极层或漏电极层,因为被照射的能量,源电极层或漏电极层的照射区上的绝缘膜181被去除,而可以形成开口。在源电极层或漏电极层被露出的开口中形成第一电极层185,从而源电极层或漏电极层与第一电极层185可以电连接。
第一电极层185用作阳极或阴极,该第一电极层185通过使用总膜厚度在100至800nm的范围内的以以下材料为主要成分的膜或它们的层叠膜来形成即可:选自Ti、Ni、W、Cr、Pt、Zn、Sn、In和Mo中的元素;氮化钛、TiSiXNY、WSiX、氮化钨、WSiXNY或NbN等以上述元素为主要成分的合金材料或者化合物材料。
在本实施方式中,将发光元件用作显示元件,并且因为具有来自发光元件的光从第一电极层185一侧射出的结构,所以第一电极层185具有透光性。通过形成透明导电膜并且使它蚀刻成所要求的形状来形成第一电极层185。
在本发明中,作为透光性电极层的第一电极层185具体地说使用由具有透光性的导电材料构成的透明导电膜即可,可以使用含有氧化钨的铟氧化物、含有氧化钨的铟锌氧化物、含有氧化钛的铟氧化物或含有氧化钛的铟锡氧化物等。当然,也可以使用铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)或添加了氧化硅的铟锡氧化物(ITSO)等。
另外,即使是没有透光性的金属膜之类的材料,也通过将其膜厚度设成较薄(优选为5至30nm左右的厚度)以使成为能够透射光的状态,可以从第一电极层185射出光。此外,作为可以用于第一电极层185的金属薄膜,可以使用由钛、钨、镍、金、铂、银、铝、镁、钙或锂、以及它们的合金构成的导电膜等。
第一电极层185可以通过蒸镀法、溅射法、CVD法、印刷法、分配器法或液滴喷射法等来形成。在本实施方式中,第一电极层185是通过溅射法使用含有氧化钨的铟锌氧化物制造的。第一电极层185优选以100至800nm的范围内的总膜厚使用。第一电极层185也可以通过如实施方式3所示的工序来选择性地形成,即通过当在转置衬底上形成具有导电性的光吸收膜之后照射激光束,加工成所要求的形状并选择性地形成于被转置衬底。
第一电极层185可以通过CMP法或通过使用聚乙烯醇类多孔体拭净并抛光,以便使其表面平整化。此外,还可以在进行使用CMP法的抛光后,对第一电极层185的表面进行紫外线照射或氧等离子体处理等。
还可以在形成第一电极层185之后进行加热处理。通过该加热处理,包含在第一电极层185中的水分被排放。由此,在第一电极层185中不会产生脱气等,从而即使在第一电极层上形成容易被水分劣化的发光材料,该发光材料也不会劣化,因此,可以制造高可靠性的显示器件。
接下来,形成覆盖第一电极层185的端部、以及源电极层或漏电极层的绝缘层186(也称为隔壁、势垒等)。
作为绝缘层186,可以使用氧化硅、氮化硅、氧氮化硅或氮氧化硅等,并且可以为单层或如双层、三层的叠层结构。另外,作为绝缘层186的其他材料,可以使用选自氮化铝、氧含量高于氮含量的氧氮化铝、氮含量高于氧含量的氮氧化铝或氧化铝、类金刚石碳(DLC)、含氮碳、聚硅氮烷、含有无机绝缘材料的其它物质中的材料。也可以使用含有硅氧烷的材料。此外,也可以使用有机绝缘材料,有机材料可以是光敏性或非光敏性的,可以采用聚酰亚胺、丙烯酸、聚酰胺、聚酰亚胺酰胺、抗蚀剂、或苯并环丁烯。此外,也可以使用噁唑树脂,例如,可以使用光固化型聚苯并噁唑等。
绝缘层186可以通过溅射法、PVD法(物理气相沉积)、诸如低压CVD法(LPCVD法)或等离子体CVD法等CVD(化学气相沉积)法、能够选择性地形成图形的液滴喷射法、能够转印或绘制图形的印刷法(丝网印刷或胶版印刷等形成图形的方法)、分配器法、诸如旋转涂敷法等的涂敷法、或浸渍法等来形成。
用于加工成所要求的形状的蚀刻加工,可以使用等离子体蚀刻(干蚀刻)或湿蚀刻中的任一个。对于处理大面积衬底,等离子体蚀刻更合适。作为蚀刻气体,使用氟基气体如CF4或NF3等或氯基气体如Cl2或BCl3等,还可以在其中适当地添加惰性气体如He或Ar等。此外,当使用大气压放电的蚀刻加工时,可以实现局部的放电加工,而不需要在衬底的整个表面上形成掩模层。
在图15A中所示的连接区205中,以与第二电极层相同的工序及相同的材料形成的布线层电连接到以与栅电极层相同的工序及相同的材料形成的布线层。
在第一电极层185上形成发光层188。注意,虽然在图15中仅显示了一个像素,但在本实施方式中分别形成对应于R(红)、G(绿)和B(蓝)每一种颜色的场致发光层。
接着,在发光层188上设置由导电膜构成的第二电极层189。作为第二电极层189,使用Al、Ag、Li、Ca、它们的合金或化合物,诸如MgAg、MgIn、AlLi、CaF2、或者氮化钙即可。如此,形成了由第一电极层185、发光层188、以及第二电极层189构成的发光元件190(参照图15B)。
在图15中所示的本实施方式的显示器件中,从发光元件190射出的光在沿图15B中的箭头所示的方向上从第一电极层185一侧透射而射出。
在本实施方式中,绝缘层也可以作为钝化膜(保护膜)设置在第二电极层189上。像这样覆盖第二电极层189而设置钝化膜是有效的。钝化膜可以由含有氮化硅、氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氮化铝、氧氮化铝、氮含量高于氧含量的氮氧化铝或氧化铝、类金刚石碳(DLC)或含氮碳的绝缘膜组成,并且可以使用该绝缘膜的单层或组合它的叠层。也可以使用硅氧烷树脂。
此时,优选使用具有良好的覆盖性的膜作为钝化膜,使用碳膜,尤其使用DLC膜是有效的。DLC膜能够在从室温到100℃以下的温度范围内形成,因此,该DLC膜也可以容易地形成在具有低耐热性的发光层188的上方。DLC膜可以通过等离子体CVD法(典型地,RF等离子体CVD法、微波CVD法、电子回旋共振(ECR)CVD法或热丝CVD法等)、燃烧火焰法、溅射法、离子束蒸镀法或激光蒸镀法等来形成。作为用于成膜的反应气体,使用氢气和烃基气体(例如,CH4、C2H2和C6H6等),并且通过辉光放电来使离子化,将离子加速撞击在施加了负的自偏压的阴极上来成膜。另外,CN膜通过使用C2H4气体和N2气体作为反应气体来形成即可。DLC膜对于氧气具有高阻挡效果,所以能够抑制发光层188的氧化。因此,可以防止产生后续的密封工序之中发光层188会氧化的问题。
通过由密封材料192固定如上那样形成有发光元件190的衬底150和密封衬底195来密封发光元件(参照图15)。作为密封材料192,典型地,优选使用可见光固化树脂、紫外线固化树脂或热固化树脂。例如,可以使用双酚A型液体树脂、双酚A型固体树脂、含溴环氧树脂、双酚F型树脂、双酚AD型树脂、酚醛树脂、甲酚型树脂、酚醛清漆型树脂、环状脂肪族环氧树脂、Epi-Bis型环氧树脂、缩水甘油酯树脂、缩水甘油胺系树脂、杂环环氧树脂、改性环氧树脂等环氧树脂。另外,在由密封材料包围的区域可以填充填料193,也可以通过在氮气环境中密封来封入氮气等。因为本实施方式采用了底部发射型,所以填料193不需要具有透光性,然而,当具有透过填料193提的结构时,该填料需要具有透光性。典型地,使用可见光固化环氧树脂、紫外线固化环氧树脂、或热固化环氧树脂即可。通过以上工序,完成具有使用本实施方式的发光元件的显示功能的显示器件。另外,填料可以以液状滴落而填充在显示器件中。可以通过使用具有吸湿性的物质如干燥剂等作为填料,获得进一步的吸水效果,而可以防止元件的劣化。
在EL显示面板中设置干燥剂,以防止由于水分所引起的元件的劣化。在本实施方式中,干燥剂设置在凹部中,该凹部围绕像素区而形成在密封衬底上,因此不防碍薄型设计。另外,干燥剂也形成在对应于栅极布线层的区域中,并形成较大的吸水面积,所以具有高吸水效果。另外,由于在没有直接发光的栅极布线层上形成干燥剂,所以不会降低取光效率。
另外,在本实施方式中,虽然示出了由玻璃衬底密封发光元件的情况,然而,密封处理是保护发光元件免受水分的影响的处理,并且可以使用下列方法中的任一方法:由覆盖材料机械封入的方法、用热固化树脂或紫外线固化树脂来封入的方法、以及由具有高阻挡能力的薄膜如金属氧化物或金属氮化物等来密封的方法。作为覆盖材料,可以使用玻璃、陶瓷、塑料或金属,但是当光发射到覆盖材料一侧时必须使用具有透光性的材料。另外,覆盖材料和形成有上述发光元件的衬底使用热固化树脂或紫外线固化树脂等密封材料彼此贴合,并且通过热处理或紫外线照射处理固化树脂来形成封闭空间。在该封闭空间中设置以氧化钡为代表的吸湿材料也是有效的。该吸湿材料可以接触地设置在密封材料上,或设置在隔壁上或周围部,以便不遮挡来自发光元件的光。而且,也能够由热固化树脂或紫外线固化树脂填充在覆盖材料和形成有发光元件的衬底之间的空间。在此情况下,在热固化树脂或紫外线固化树脂中添加以氧化钡为代表的吸湿材料是有效的。
另外,源电极层或漏电极层与第一电极层也可以中间夹着布线层连接,而没有直接接触地电连接。
本实施方式所示的结构如下:在外部端子连接区202中,端子电极层178经由各向异性导电层196连接到FPC 194,以电连接到外部。另外,如在作为显示器件的俯视图的图15A中所示,在本实施方式中制造的显示器件除了具有信号线驱动电路的外围驱动电路区204和外围驱动电路区209之外,还设置具有扫描线驱动电路的外围驱动电路区207和外围驱动电路区208。
在本实施方式中,使用如上所述的电路形成显示器件,然而,本发明不局限于此,还可以将通过上述的COG方式或TAB方式安装的IC芯片作为外围驱动电路。另外,栅极线驱动电路和源极线驱动电路可以有多个或一个。
此外,在本发明的显示器件中,对于画面显示的驱动方法没有特别限制,例如使用点顺序驱动方法、线顺序驱动方法或面积顺序驱动方法等即可。典型地,使用线顺序驱动方法,并且适当地使用分时灰度驱动方法和面积灰度驱动方法即可。另外,输入到显示器件的源极线中的视频信号可以是模拟信号或数字信号,根据该视频信号而适当地设计驱动电路等即可。
本实施方式可以与实施方式1至3适当地组合来实施。
借助于本发明,可以以所要求的形状形成构成显示器件的布线等的构成物。另外,可以简化复杂的光刻工序而通过简化了的工序制造显示器件,所以可以减少材料的损失且降低成本。因此,可以高成品率地制造高性能且高可靠性的显示器件。
实施方式6
可以应用本发明来形成薄膜晶体管,并可以用该薄膜晶体管来形成显示器件。然而,当采用发光元件且将n沟道型晶体管用作驱动该发光元件的晶体管时,从该发光元件发射的光进行底部发射、顶部发射、以及双向发射中的任一种发射。这里,参照图17来说明对应于各个发射类型的发光元件的叠层结构。
另外,在本实施方式中,使用应用了本发明的沟道保护型薄膜晶体管461、471、以及481。薄膜晶体管481被设置在具有透光性的衬底480上,并且由栅电极层493、栅极绝缘膜497、半导体层482、具有n型的半导体层495a、具有n型的半导体层495b、源电极层或漏电极层487a、源电极层或漏电极层487b、沟道保护层496、绝缘层499、以及布线层498形成。栅电极层、半导体层、源电极层、漏电极层等也可以如实施方式3所示那样通过在转置衬底上形成具有导电性的光吸收膜之后照射激光,加工成所要求的形状而选择性地形成在被转置衬底上。因为工程简化且可以防止材料的损失,因此可以实现低成本化。
在本实施方式所示的图17A至17C中,在绝缘层499中形成到达源电极层或漏电极层487b的接触孔(开口)。
在本实施方式中,如实施方式1所示那样利用激光形成开口。从绝缘层499一侧将激光选择性地照射到源电极层或漏电极层487b,因为被照射的能量,源电极层或漏电极层487b的照射区上的绝缘层499被去除,而可以形成开口。
在源电极层或漏电极层487b被露出的开口中形成布线层498,从而源电极层或漏电极层487b与布线层498可以电连接。因为布线层498与发光元件的第一电极层484彼此接触而形成,所以薄膜晶体管481和发光元件通过布线层498电连接。
在本实施方式中,使用非晶半导体层作为半导体层。然而,不局限于本实施方式,也可以使用晶体半导体层作为半导体层,并且可以使用具有n型的半导体层作为具有一种导电类型的半导体层。代替形成具有n型的半导体层,也可以通过利用用PH3气体的等离子体处理来使半导体层赋予导电性。在采用多晶硅之类的晶体半导体层的情况下,也可以通过将杂质引入(添加)到晶体半导体层中来形成具有一种导电类型的杂质区,而不形成具有一种导电类型的半导体层。而且,也可以使用并五苯等的有机半导体,当通过液滴喷射法等选择性地形成有机半导体时,可以简化加工工序。
这里说明将晶体半导体层用作半导体层的情况。首先,使非晶半导体层结晶,以形成晶体半导体层。在晶化工序中,对非晶半导体层添加促进晶化的元素(也称为催化元素或金属元素),并且进行热处理(在550℃至750℃下进行3分钟至24小时),来使非晶半导体层结晶。作为促进晶化的元素,具体地说,作为促进所述硅的晶化的金属元素,可以使用选自铁(Fe)、镍(Ni)、钴(Co)、钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、锇(Os)、铱(Ir)、铂(Pt)、铜(Cu)及金(Au)中的一种或多种元素。
为了从晶体半导体层去除或减少促进晶化的元素,与晶体半导体层接触而形成包含杂质元素的半导体层,并将它用作吸杂装置(gettering sink)。作为杂质元素,可以使用赋予n型的杂质元素、赋予p型的杂质元素、或稀有气体元素等。例如,可以采用选自磷(P)、氮(N)、砷(As)、锑(Sb)、铋(Bi)、硼(B)、氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)中的一种或多种元素。在包含促进晶化的元素的晶体半导体层上形成具有n型的半导体层,并且进行热处理(在550℃至750℃下进行3分钟至24小时)。包含在晶体半导体层中的促进晶化的元素移动到具有n型的半导体层中,从而晶体半导体层中的促进晶化的元素被去除或减少,以形成半导体层。另一方面,具有n型的半导体层变成包含作为促进晶化的元素的金属元素且具有n型的半导体层,并且之后被加工成所要求的形状,以成为具有n型的半导体层。具有n型的半导体层也用作半导体层的吸杂装置,也用作源区或漏区。
也可以通过多个加热处理来执行半导体层的晶化工序和吸杂工序,并且也可以通过一次加热处理来执行晶化工序和吸杂工序。在此情况下,在形成非晶半导体层、添加促进晶化的元素、并且形成用作吸杂装置的半导体层之后,执行加热处理即可。
在本实施方式中,通过层叠多个层来形成栅极绝缘层,从栅电极层493一侧形成氮氧化硅膜和氧氮化硅膜作为栅极绝缘膜497,以使它具有双层的叠层结构。优选在同一个室内保持真空并且在相同的温度下一边改变反应气体一边连续形成层叠的绝缘层。当在保持真空的状态下连续形成时,可以防止层叠的膜之间的界面被污染。
也可以用液滴喷射法滴落聚酰亚胺或聚乙烯醇等,来形成沟道保护层496。结果,可以省略曝光工序。作为沟道保护层,可以使用由无机材料(氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、氮氧化硅等)、光敏或非光敏有机材料(有机树脂材料)(聚酰亚胺、丙烯酸、聚酰胺、聚酰亚胺酰胺、抗蚀剂、苯并环丁烯等)、低介电常数材料等的一种或多种构成的膜;或这些膜的叠层等。另外,也可以采用硅氧烷材料。作为制造方法,可以采用诸如等离子体CVD法或热CVD法等的气相生长方法或溅射法。另外,也可以采用液滴喷射法、分配器法、或印刷法(诸如丝网印刷或胶版印刷等的形成图形的方法)。也可以使用通过涂敷法得到的SOG膜等。
首先,使用图17A来说明向衬底480一侧发射光的情况,亦即进行底部发射的情况。在此情况下,与薄膜晶体管481电连接地与源电极层或漏电极层487b相接触而按顺序层叠布线层498、第一电极层484、电致发光层485、以及第二电极层486。光透过的衬底480被要求至少相对于可见光具有透光性。
接着,使用图17B说明向与衬底460相反一侧发射光的情况,亦即进行顶部发射的情况。可以以与上述的薄膜晶体管481相同的方式形成薄膜晶体管461。与薄膜晶体管461电连接的布线层462与第一电极层463相接触,从而电连接。第一电极层463、电致发光层464、以及第二电极层465按顺序被层叠。布线层462是具有反射性的金属层,并如箭头所示的方向上反射从发光元件发射的光。因为布线层462重叠于第一电极层463,因此,即使在用透光材料形成第一电极层463且光透过其中时,该光也被布线层462反射,而从与衬底460相反一侧射出。当然,也可以用具有反射性的金属膜形成第一电极层463。由于从发光元件射出的光透过第二电极层465而发射,故用至少对于可见区具有透光性的材料形成第二电极层465。
最后,使用图17C说明从衬底470一侧和其相反一侧二者发射光的情况,亦即双向发射的情况。薄膜晶体管471也是沟道保护型薄膜晶体管。在电连接到薄膜晶体管471的半导体层的源电极层或漏电极层上电连接有布线层475、第一电极层472。第一电极层472、电致发光层473、以及第二电极层474按顺序被层叠。此时,若第一电极层472和第二电极层474都用至少在可见区具有透光性的材料形成,或形成为具有能够透光的厚度,就实现双向发射。在此情况下,光透过其中的绝缘层和衬底470也需要至少相对于可见区的光具有透光性。
本实施方式可以分别与实施方式1至5自由地组合来实施。
借助于本发明,可以以所要求的形状形成构成显示器件的布线等的构成物。另外,可以简化复杂的光刻工序而通过简化了的工序制造显示器件,所以可以减少材料的损失且降低成本。因此,可以高成品率地制造高性能且高可靠性的显示器件。
实施方式7
在本实施方式中,说明目的在于以进一步简化了的工序且以低成本制造高可靠性的显示器件的例子。详细地说,说明将发光元件用于显示元件的发光显示器件。
在本实施方式中,使用图22说明一种发光元件的结构,该发光元件可以应用作本发明的显示器件的显示元件。
图22显示了发光元件的元件结构,其中混合有机化合物和无机化合物而形成的电致发光层860夹在第一电极层870和第二电极层850之间。如图所示,电致发光层860由第一层804、第二层803、以及第三层802构成。
首先,第一层804为具有向第二层803传输空穴的功能的层,并且至少包括第一有机化合物和相对于第一有机化合物呈现出电子接收性能的第一无机化合物。重要的是第一无机化合物不仅与第一有机化合物混合,而且第一无机化合物相对于第一有机化合物呈现出电子接收性能。通过具有这种结构,在本来几乎没有固有的载流子的第一有机化合物中产生大量的空穴载流子,从而呈现出优异的空穴注入性能及空穴传输性能。
因此,第一层804不仅获得被认为是通过混合有机化合物和无机化合物而获得的效果(耐热性的提高等),而且可以获得优异的导电性(在第一层804中,尤其是空穴注入性能及传输性能)。该优异的导电性是不能从常规的空穴传输层得到的效果,常规的空穴传输层中只混合了互相没有电子相互作用的有机化合物和无机化合物。通过该效果,可以使得驱动电压比以前降低。另外,由于可以在不导致驱动电压的上升的情况下形成厚的第一层804,从而也可以抑制由灰尘等造成的元件的短路。
如上所述,由于在第一有机化合物中产生空穴载流子,所以,优选使用具有空穴传输性能的有机化合物作为第一有机化合物。作为具有空穴传输性能的有机化合物,例如,可以举出酞菁(缩写:H2Pc)、酞菁铜(缩写:CuPc)、酞菁氧钒(缩写:VOPc)、4,4,’4”-三(N,N-二苯氨基)三苯胺(缩写:TDATA)、4,4’,4”-三[N-(3-甲基苯基)-N-苯氨基]-三苯胺(缩写:MTDATA)、1,3,5-三[N,N-二(间甲苯基)氨基]苯(缩写:m-MTDAB)、N,N’-二苯基-N,N’-双(3-甲基苯基)-1,1’-联苯-4,4’-二胺(缩写:TPD)、4,4’-双[N-(1-萘基)-N-苯氨基]联苯(缩写:NPB)、4,4’-双{N-[4-二(间甲苯基)氨基]苯基-N-苯氨}联苯(缩写:DNTPD)、以及4,4’,4”-三(N-咔唑基)三苯胺(缩写:TCTA)等,然而不局限于此。另外,在上述化合物中,以TDATA、MTDATA、m-MTDAB、TPD、NPB、DNTPD和TCTA等为代表的芳香族胺化合物容易产生空穴载流子,所以是适宜用作第一有机化合物的化合物。
另一方面,第一无机化合物可以是任何材料,只要该材料容易从第一有机化合物接收电子即可,从而可以使用各种金属氧化物或金属氮化物,但是,周期表中第4族至第12族中任一种的过渡金属氧化物容易呈现出电子接收性能,所以是很优选的。具体地,可以举出氧化钛、氧化锆、氧化钒、氧化钼、氧化钨、氧化铼、氧化钌、以及氧化锌等。此外,在上述金属氧化物中,周期表中第4族至第8族中任一种的过渡金属氧化物具有更高电子接收性能的较多,它们是优选的化合物。特别地,氧化钒、氧化钼、氧化钨和氧化铼可以用于真空蒸镀并且容易使用,所以很优选。
另外,所述第一层804也可以通过层叠多个层来形成,每层应用上述有机化合物和无机化合物的组合。此外,也可以还包括其他有机化合物或其他无机化合物。
接着,说明第三层802。第三层802是具有向第二层803传输电子的功能的层,并且至少包括第三有机化合物和相对于第三有机化合物呈现出电子给予性能的第三无机化合物。重要的是第三无机化合物不仅与第三有机化合物混合,而且第三无机化合物相对于第三有机化合物呈现出电子给予性能。通过具有这种结构,在本来几乎没有固有载流子的第三有机化合物中产生大量的电子载流子,从而呈现出优异的电子注入性能及电子传输性能。
因此,第三层802不仅获得被认为是通过混合无机化合物而获得的效果(耐热性的提高等),而且可以获得优异的导电性(在第三层802中,尤其是电子注入性能和传输性能)。该优异的导电性是不能从常规的电子传输层得到的效果,常规的电子传输层中只混合了互相没有电子相互作用的有机化合物和无机化合物。通过该效果,可以使得驱动电压比以前降低。另外,由于可以在不导致驱动电压的上升的情况下形成厚的第三层802,从而也可以抑制由灰尘等造成的元件的短路。
如上所述,由于在第三有机化合物中产生电子载流子,所以,优选使用具有电子传输性能的有机化合物作为第三有机化合物。作为具有电子传输性能的有机化合物,例如,可以举出三(8-羟基喹啉)合铝(缩写:Alq3)、三(4-甲基-8-羟基喹啉)合铝(缩写:Almq3)、双(10-羟基苯并[h]喹啉)铍(缩写:BeBq2)、双(2-甲基-8-羟基喹啉)(4-联苯氧基)铝(缩写:BAlq)、双[2-(2’-羟基苯基)苯并噁唑]锌(缩写:Zn(BOX)2)、双[2-(2’-羟基苯基)苯并噻唑]锌(缩写:Zn(BTZ)2)、红菲咯啉(缩写:BPhen)、浴铜灵(缩写:BCP)、2-(4-联苯基)-5-(4-叔丁基苯基)-1,3,4-噁二唑(缩写:PBD)、1,3-双[5-(4-叔丁基苯基)-1,3,4-噁二唑-2-基]苯(缩写:OXD-7)、2,2’,2”-(1,3,5-苯三基(benzenetriyl))-三(1-苯基-1H-苯并咪唑)(缩写:TPBI)、3-(4-联苯基)-4-苯基-5-(4-叔丁基苯基)-1,2,4-三唑(缩写:TAZ)、以及3-(4-联苯基)-4-(4-乙基苯基)-5-(4-叔丁基苯基)-1,2,4-三唑(缩写:p-EtTAZ)等,然而不局限于此。另外,在上述化合物中,下列的化合物容易产生电子载流子:包括以Alq3、Almq3、BeBq2、BAlq、Zn(BOX)2以及Zn(BTZ)2等为代表的具有芳环的螯合配体的螯合金属络合物;以BPhen和BCP等为代表的具有菲咯啉骨架的有机化合物;以及以PBD和OXD-7等为代表的具有噁二唑骨架的有机化合物,它们为适宜用作第三有机化合物的化合物组。
另一方面,第三无机化合物可以是任何材料,只要该材料容易对第三有机化合物给予电子即可,从而可以使用各种金属氧化物或金属氮化物,但是,碱金属氧化物、碱土金属氧化物、稀土金属氧化物、碱金属氮化物、碱土金属氮化物、以及稀土金属氮化物容易呈现出电子给与性能,所以是很优选的。具体地,可以举出氧化锂、氧化锶、氧化钡、氧化铒、氮化锂、氮化镁、氮化钙、氮化钇和氮化镧等。特别地,氧化锂、氧化钡、氮化锂、氮化镁和氮化钙可真空蒸镀并且容易处理,所以是很优选的。
另外,第三层802可以通过层叠多个层来形成,每层应用上述有机化合物和无机化合物的组合。或者,也可以进一步包括其他有机化合物或其他无机化合物。
接着,说明第二层803。第二层803是具有发光功能的层,并且包括具有发光性的第二有机化合物。此外,还可以具有包括第二无机化合物的结构。第二层803可以使用各种具有发光性的有机化合物和无机化合物来形成。但是,第二层803与第一层804或第三层802相比,被认为难以流过电流,因此,其厚度优选大致为10nm至100nm。
对于第二有机化合物没有特别的限定,只要是具有发光性的有机化合物即可,例如,可以举出9,10-二(2-萘基)蒽(缩写:DNA)、9,10-二(2-萘基)-2-叔丁基蒽(缩写:t-BuDNA)、4,4’-双(2,2-二苯基乙烯基)联苯(缩写:DPVBi)、香豆素30、香豆素6、香豆素545、香豆素545T、二萘嵌苯、红荧烯、吡啶醇、2,5,8,11-四(叔丁基)二萘嵌苯(缩写:TBP)、9,10-二苯基蒽(缩写:DPA)、5,12-二苯基并四苯、4-(二氰基亚甲基)-2-甲基-[对(二甲基氨基)苯乙烯基]-4H-吡喃(缩写:DCM1)、4-(二氰基亚甲基)-2-甲基-6-[2-(久洛尼定-9-基)乙烯基]-4H-吡喃(缩写:DCM2)、以及4-(二氰基亚甲基)-2,6-双[对(二甲基氨基)苯乙烯基]-4H-吡喃(缩写:BisDCM)等。另外,也可以使用能发射磷光的化合物,例如双[2-(4’,6’-二氟苯基)吡啶-N,C2’]铱(吡啶甲酸盐)(缩写:FIrpic)、双{2-[3’,5’-双(三氟甲基)苯基]吡啶-N,C2’}铱(吡啶甲酸盐)(缩写:Ir(CF3ppy)2(pic))、三(2-苯基吡啶-N,C2’)铱(缩写:Ir(ppy)3)、双(2-苯基吡啶-N,C2’)铱(乙酰基丙酮盐)(缩写:Ir(ppy)2(acac))、双[2-(2’-噻吩基)吡啶-N,C3’]铱(乙酰基丙酮盐)(缩写:Ir(thp)2(acac))、双(2-苯基喹啉-N,C2’)铱(乙酰基丙酮盐)(缩写:Ir(pq)2(acac))、以及双[2-(2’-苯基噻吩基)吡啶-N,C3’]铱(乙酰基丙酮盐)(缩写:Ir(btp)2(acac))等。
除了单重态激发发光材料之外,还可以将含有金属络合物等的三重态激发发光材料用于第二层803。例如,在发出红、绿和蓝光的像素中,亮度半衰时间比较短的发出红光的像素由三重态激发发光材料形成,并且余下的像素由单重态激发发光材料形成。三重态激发发光材料具有良好的发光效率,从而具有得到相同的亮度时具有更低的耗电量的特征。亦即,当三重态激发发光材料用作红色像素时,给发光元件提供少量的电流即可,因而,可以提高可靠性。作为低耗电量化,发出红光的像素和发出绿光的像素可以由三重态激发发光材料形成,发出蓝光的像素可以由单重态激发发光材料形成。由三重态激发发光材料形成人的视觉灵敏度高的绿光发光元件,由此,可以进一步实现低耗电量化。
此外,不仅是呈现上述发光的第二有机化合物,第二层803还可以添加有其他有机化合物。作为可以添加的有机化合物,例如可以使用上述的TDATA、MTDATA、m-MTDAB、TPD、NPB、DNTPD、TCTA、Alq3、Almq3、BeBq2、BAlq、Zn(BOX)2、Zn(BTZ)2、BPhen、BCP、PBD、OXD-7、TPBI、TAZ、p-EtTAZ、DNA、t-BuDNA以及DPVBi等,还有4,4’-双(N-咔唑基)-联苯(缩写:CBP)和1,3,5-三[4-(N-咔唑基)-苯基]苯(缩写:TCPB)等,然而,不局限于此。注意,如此添加到第二有机化合物以外的有机化合物优选具有比第二有机化合物的激发能大的激发能,并且,其添加量比第二有机化合物大,以使第二有机化合物有效地发光(由此,可以防止第二有机化合物的浓缩猝灭)。此外,作为其他功能,也可以与第二有机化合物一起呈现发光(由此,还可以发光白色光等)。
第二层803可以具有在每个像素中形成发光波长带不同的发光层而进行彩色显示的结构。典型的是形成与R(红)、G(绿)、B(蓝)各种颜色对应的发光层。在此情况下,通过采用在像素的光发射一侧设置透过该发光波长带的光的滤波器的结构,可以实现提高彩色纯度和防止像素部的镜面化(映入)。通过设置滤波器,能够省略在常规技术中所必需的园偏光板等,可以不损失发光层发出的光。而且,可以降低从倾斜方向看像素部(显示屏面)时发生的色调变化。
低分子系有机发光材料或高分子系有机发光材料都可以用作第二层803的材料。与低分子系有机发光材料相比,高分子系有机发光材料物理性强度大,元件的耐久性高。另外,由于能够通过涂敷进行成膜,所以,比较容易制作元件。
发光颜色取决于形成发光层的材料,因而可以通过选择发光层的材料来形成显示所要求的发光的发光元件。作为可用于形成发光层的高分子系电致发光材料,可以举出聚对亚苯基亚乙烯基类材料、聚对亚苯基类材料、聚噻吩类材料或者聚芴类材料等。
作为聚对亚苯基亚乙烯基类材料,可以举出聚(对亚苯基亚乙烯基)[PPV]的衍生物,如聚(2,5-二烷氧基-1,4-亚苯基亚乙烯基)[RO-PPV]、聚(2-(2’-乙基-己氧基)-5-甲氧基-1,4-亚苯基亚乙烯基)[MEH-PPV]、聚(2-(二烷氧基苯基)-1,4-亚苯基亚乙烯基)[ROPh-PPV]等。作为聚对亚苯基类材料,可以举出聚对亚苯基[PPP]的衍生物,如聚(2,5-二烷氧基-1,4-亚苯基)[RO-PPP]、聚(2,5-二己氧基-1,4-亚苯基)等。作为聚噻吩类材料,可以举出聚噻吩[PT]的衍生物,如聚(3-烷基噻吩)[PAT]、聚(3-己基噻吩)[PHT]、聚(3-环己基噻吩)[PCHT]、聚(3-环己基-4-甲基噻吩)[PCHMT]、聚(3,4-二环己基噻吩)[PDCHT]、聚[3-(4-辛基苯基)噻吩][POPT]、聚[3-(4-辛基苯基)-2,2-双噻吩][PTOPT]等。作为聚芴类材料,可以举出聚芴[PF]的衍生物,如聚(9,9-二烷基芴)[PDAF]、聚(9,9-二辛基芴)[PDOF]等。
作为所述第二无机化合物,可以使用任何无机材料,只要第二有机化合物的发光不容易被该无机化合物猝灭即可,可以使用各种金属氧化物或金属氮化物。特别是,周期表第13族或第14族的金属氧化物不容易对第二有机化合物的发光进行淬灭,所以优选,具体而言,氧化铝、氧化镓、氧化硅和氧化锗是优选的。但是,第二无机化合物不局限于此。
另外,第二层803可以层叠多个层而形成,每层应用上述有机化合物和无机化合物的组合。此外,也可以进一步包含其他有机化合物或无机化合物。发光层的层结构可以变化,只要在不脱离本发明的要旨的范围内,可以允许一些变形,例如,代替不具有特定的电子注入区和发光区,可以具有用于注入电子的电极层或使发光性材料分散等。
由上述材料形成的发光元件,通过正向偏压来发光。使用发光元件形成的显示器件的像素,可以由单纯矩阵方式或有源矩阵方式驱动。无论是哪一种,在某个特定的时机施加正向偏压来使每个像素发光,但是,在某一定期间处于非发光状态。通过在该非发光时间内施加反向的偏压,可以提高发光元件的可靠性。发光元件中,有在一定驱动条件下发光强度降低的劣化、以及像素内非发光区扩大而表观上亮度降低的劣化模式,但是,通过进行正向及反向施加偏压的交流驱动,可以延迟劣化的进度,以提高发光显示器件的可靠性。此外,数字驱动、模拟驱动都可以适用。
也可以在密封衬底上形成彩色滤光片(着色层)。彩色滤光片(着色层)可以通过蒸镀法或液滴喷射法形成,若使用彩色滤光片(着色层),也可以进行高清晰度的显示。这是因为,可以使用彩色滤光片(着色层)进行修正,使在每个RGB的发光光谱上宽峰变为陡峭的峰的缘故。
可以形成显示单色发光的材料并且组合彩色滤光片或彩色转换层来进行全彩色显示。彩色滤光片(着色层)或彩色转换层,例如,形成在密封衬底上,并且附着在元件衬底上即可。
当然,也可以进行单色发光的显示。例如,也可以使用单色发光,形成区域彩色型(area color type)显示器件。区域彩色型适宜于无源矩阵型的显示部,并且可以主要显示文字或符号。
选择第一电极层870及第二电极层850的材料时,需要考虑其功函数,并且,根据像素结构,第一电极层870及第二电极层850都可以是阳极或阴极。当驱动薄膜晶体管的极性为p沟道型时,如图22A所示,优选将第一电极层870用作阳极,并且将第二电极层850用作阴极。此外,当驱动薄膜晶体管的极性为n沟道型时,如图22B所示,优选将第一电极层870用作阴极,并且将第二电极层850用作阳极。对可以用于第一电极层870及第二电极层850的材料进行说明。当第一电极层870和第二电极层850用作阳极时,优选使用具有较大功函数的材料(具体地,功函数为4.5eV以上的材料),而当第一电极层870和第二电极层850用作阴极时,优选使用具有较小功函数的材料(具体地,功函数为3.5eV以下的材料)。但是,由于第一层804的空穴注入和空穴传输性能或第三层802的电子注入和传输性能卓越,所以第一电极层870或第二电极层850的功函数几乎不受限制,可以使用各种各样的材料。
在图22A和22B中的发光元件具有从第一电极层870提取光的结构,所以,第二电极层850未必需要具有透光性。作为第二电极层850,在总膜厚度为100nm至800nm的范围内使用以如下材料为主要成分的膜或其层叠膜即可:选自Ti、Ni、W、Cr、Pt、Zn、Sn、In、Ta、Al、Cu、Au、Ag、Mg、Ca、Li或Mo中的元素或者氮化钛、TiSiXNY、WSiX、氮化钨、WSiXNY、NbN等以所述元素为主要成分的合金材料或化合物材料。
第二电极层850可以使用蒸镀法、溅射法、CVD法、印刷法、分配器法或液滴喷射法等来形成。
此外,如果使用像用于第一电极层870的材料那样具有透光性的导电材料作为第二电极层850,则成为从第二电极层850也提取光的结构,可以使其具有由发光元件发射的光从第一电极层870和第二电极层850的双方发出的双面发射结构。
另外,通过改变第一电极层870或第二电极层850的种类,本发明的发光元件具有各种变化形式。
图22B所示为从第一电极层870一侧依次设置第三层802、第二层803以及第一层804而形成电致发光层860的情形。
如上所述,在本发明的发光元件中,夹在第一电极层870和第二电极层850之间的层由电致发光层860构成,所述电致发光层860包括复合了有机化合物和无机化合物的层。所述发光元件为有机-无机复合型发光元件,其中设置有通过混合有机化合物和无机化合物得到不能单独得到的高载流子注入性能和载流子传输性能的功能的层(即,第一层804及第三层802)。另外,当设置在第一电极层870一侧时,上述第一层804和第三层802特别需要是复合有机化合物和无机化合物的层,当设置在第二电极层850一侧时,可以仅含有有机化合物或无机化合物。
另外,电致发光层860是混合有有机化合物和无机化合物的层,作为其形成方法可以使用各种方法。例如,可以举出通过电阻加热使有机化合物和无机化合物双方蒸发来共蒸镀的方法。此外,还可以通过电阻加热而蒸发有机化合物,而通过电子束(EB)而蒸发无机化合物,来将它们共蒸镀。此外,还可以举出在通过电阻加热而蒸发有机化合物的同时溅射无机化合物,来同时沉积二者的方法。另外,也可以通过湿法来成膜。
此外,对于第一电极层870及第二电极层850也可以同样使用通过电阻加热的蒸镀法、EB蒸镀法、溅射、湿法等。另外,第一电极层870及第二电极层850也可以如实施方式3所示那样通过在转置衬底上形成具有导电性的光吸收膜之后照射激光,加工成所要求的形状而选择性地形成在被转置衬底上。
图22C示出在图22A中将具有反射性的电极层用作第一电极层870并且将具有透光性的电极层用作第二电极层850,其中由发光元件发射的光被第一电极层870反射,然后透过第二电极层850而发射。相同地,图22D示出在图22B中将具有反射性的电极层用作第一电极层870并且将具有透光性的电极层用作第二电极层850,其中由发光元件发射的光被第一电极层870反射,然后透过第二电极层850而发射。
本实施方式可以与说明具有上述发光元件的显示器件的实施方式自由地组合来实施。本实施方式可以分别与上述实施方式1至5自由地组合来实施。
借助于本发明,可以以所要求的形状形成构成显示器件等的布线等的构成物。另外,可以简化复杂的光刻工序而通过简化了的工序制造显示器件,所以可以减少材料的损失且降低成本。因此,可以高成品率地制造高性能且高可靠性的显示器件。
实施方式8
在本实施方式中,说明目的在于以进一步简化了的工序且以低成本制造高可靠性的显示器件的例子。详细地说,说明将发光元件用于显示元件的发光显示器件。在本实施方式中,使用图23和24说明一种发光元件的结构,该发光元件可以应用作本发明的显示器件的显示元件。
利用电致发光的发光元件根据其发光材料是有机化合物还是无机化合物来进行区别,一般来说,前者被称为有机EL元件,而后者被称为无机EL元件。
根据元件的结构,将无机EL元件分类为分散型无机EL元件和薄膜型无机EL元件。分散型无机EL元件和薄膜型无机EL元件的差异在于,前者具有将发光材料的粒子分散在粘合剂中的电致发光层,而后者具有由发光材料的薄膜构成的电致发光层。然而,它们的共同点在于,两个都需要由高电场加速的电子。作为得到的发光的机制,有两种类型:利用施主能级和受主能级的施主-受主复合发光、以及利用金属离子的内层电子跃迁的局部发光。一般地,在很多情况下,将施主-受主复合发光使用于分散型无机EL元件,而且将局部发光使用于薄膜型无机EL元件。
可以用于本发明的发光材料由母体材料和成为发光中心的杂质元素构成。可以通过改变所包含的杂质元素,获得各种发光颜色的发光。作为发光材料的制造方法,可以使用固相法、液相法(共沉淀法)等的各种方法。此外,还可以使用诸如喷雾热分解法、复分解法、利用前体的热分解反应的方法、反胶团(reverse micelle)法、组合上述方法和高温烧成的方法、或冷冻干燥法等的液相法等。
在固相法中,通过以下方法使母体材料包含杂质元素:称母体材料及杂质元素或含有杂质元素的化合物的重量,在研钵中混合,在电炉中加热,并且进行烧成而使其进行反应。烧成温度优选为700至1500℃。这是因为在温度过低的情况下固相反应不能进行,而在温度过高的情况下母体材料会分解的缘故。另外,也可以在粉末状态下进行烧成,然而优选在颗粒状态下进行烧成。该方法需要在比较高的温度下进行烧成,然而,因为该方法很简单,所以生产率好,并且适合于大量生产。
液相法(共沉淀法)是一种方法,即在溶液中使母体材料或含有母体材料的化合物及杂质元素或含有杂质元素的化合物反应,并使它干燥,然后进行烧成。通过该方法,发光材料的粒子均匀地分布,粒径小,并且即使在烧成温度低的情况下,也可以进行反应。
作为用于发光材料的母体材料,可以使用硫化物、氧化物或氮化物。作为硫化物,例如可以使用硫化锌(ZnS)、硫化镉(CdS)、硫化钙(CaS)、硫化钇(Y2S3)、硫化镓(Ga2S3)、硫化锶(SrS)或硫化钡(BaS)等。此外,作为氧化物,例如可以使用氧化锌(ZnO)或氧化钇(Y2O3)等。此外,作为氮化物,例如可以使用氮化铝(AlN)、氮化镓(GaN)或氮化铟(InN)等。而且,可以使用硒化锌(ZnSe)或碲化锌(ZnTe)等,也可以使用硫化钙-镓(CaGa2S4)、硫化锶-镓(SrGa2S4)或硫化钡-镓(BaGa2S4)等的三元系混晶。
作为局部发光的发光中心,可以使用锰(Mn)、铜(Cu)、钐(Sm)、铽(Tb)、铒(Er)、铥(Tm)、铕(Eu)、铈(Ce)或镨(Pr)等。另外,也可以添加卤素如氟(F)或氯(Cl)。卤素还可以用作电荷补偿。
另一方面,作为施主-受主复合发光的发光中心,可以使用包含形成施主能级的第一杂质元素及形成受主能级的第二杂质元素的发光材料。作为第一杂质元素,例如,可以使用氟(F)、氯(Cl)或铝(Al)等。作为第二杂质元素,例如,可以使用铜(Cu)或银(Ag)等。
在通过固相法合成施主-受主复合发光的发光材料的情况下,分别称母体材料、第一杂质元素或含有第一杂质元素的化合物、以及第二杂质元素或含有第二杂质元素的化合物的重量,在研钵中混合,然后在电炉中加热并且进行烧成。作为母体材料,可以使用上述母体材料。作为第一杂质元素或含有第一杂质元素的化合物,例如,可以使用氟(F)、氯(Cl)或硫化铝(Al2S3)等。作为第二杂质元素或含有第二杂质元素的化合物,例如,可以使用铜(Cu)、银(Ag)、硫化铜(Cu2S)或硫化银(Ag2S)等。烧成温度优选为700至1500℃。这是因为在温度过低的情况下固相反应不能进行,而在温度过高的情况下母体材料会分解的缘故。另外,烧成可以以粉末状态进行,但是,优选以颗粒状态进行烧成。
另外,作为在利用固相反应的情况下的杂质元素,可以组合由第一杂质元素和第二杂质元素构成的化合物。在这种情况下,由于杂质元素容易扩散并且固相反应容易进行,可以获得均匀的发光材料。而且,由于过剩杂质元素不会进入,所以可以获得具有高纯度的发光材料。作为由第一杂质元素和第二杂质元素构成的化合物,例如,可以使用氯化铜(CuCl)或氯化银(AgCl)等。
注意,这些杂质元素的浓度相对于母体材料有0.01至10atom%即可,优选在0.05至5atom%的范围内。
在薄膜型无机EL元件的情况下,电致发光层是包含上述发光材料的层,其可通过真空蒸镀法如电阻加热蒸镀法或电子束蒸镀(EB蒸镀)法等、物理气相生长法(PVD)如溅射法等、化学气相生长法(CVD)如有机金属CVD法或氢化物输送低压CVD法等、或原子层外延法(ALE)等形成。
图23A至23C示出了可用作发光元件的薄膜型无机EL元件的一例。在图23A至23C中,发光元件包括第一电极层50、电致发光层52和第二电极层53。
图23B和23C所示的发光元件具有在图23A的发光元件中的电极层和电致发光层之间设置绝缘层的结构。图23B所示的发光元件在第一电极层50和电致发光层52之间具有绝缘层54,图23C所示的发光元件在第一电极层50和电致发光层52之间具有绝缘层54a,并且在第二电极层53和电致发光层52之间具有绝缘层54b。像这样,绝缘层可以仅设置在电致发光层和夹住电致发光层的一对电极层中的一个电极层之间,或者可以设置在电致发光层和两个电极层之间。而且,绝缘层可以是单层或有多个层构成的叠层。
另外,尽管在图23B中与第一电极层50相接触地设置绝缘层54,但可以通过颠倒绝缘层和电致发光层的顺序而与第二电极层53相接触地设置绝缘层54。
在采用分散型无机EL元件的情况下,将粒子状的发光材料分散在粘合剂中以形成膜状的电致发光层。当通过发光材料的制造方法不能获得具有所需粒子尺寸的粒子时,发光材料通过用研钵等压碎而加工成粒子状即可。粘合剂指的是用于以分散状态固定粒状的发光材料并且保持作为电致发光层的形状的物质。发光材料被粘合剂均匀分散并固定在电致发光层中。
在采用分散型无机EL元件的情况下,作为形成电致发光层的方法,可以使用可以选择性地形成电致发光层的液滴喷出法或印刷法(如丝网印刷或胶版印刷等)、旋转涂敷法等涂敷法、浸渍法或分配器法等。膜厚没有特别限制,然而,优选在10至1000nm的范围内。另外,在包含发光材料及粘合剂的电致发光层中,发光材料的比例可以设为50wt%以上至80wt%以下。
图24A至24C示出可用作发光元件的分散型无机EL元件的一例。在图24A中,发光元件具有第一电极层60、电致发光层62和第二电极层63的叠层结构,其中由粘合剂保持的发光材料61包含在电致发光层62中。
另外,第一电极层50、60、第二电极层53、63也可以如实施方式3所示那样通过在转置衬底上形成具有导电性的光吸收膜之后照射激光,加工成所要求的形状而选择性地形成在被转置衬底上。
作为可用于本实施方式的粘合剂,可以使用有机材料或无机材料,并且也可以使用有机材料和无机材料的混合材料。作为有机材料,可以使用像氰乙基纤维素基树脂那样具有比较高介电常数的聚合物;诸如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯基树脂、硅酮树脂、环氧树脂或偏二氟乙烯等树脂。此外,也可以使用耐热高分子化合物如芳香族聚酰胺或聚苯并咪唑等,或者硅氧烷树脂。注意,硅氧烷树脂相当于包括Si-O-Si键的树脂。硅氧烷的骨架结构由硅(Si)和氧(O)的键构成。作为取代基,使用至少含有氢的有机基(如烷基或芳烃)。也可以使用氟基团作为取代基。此外,作为取代基,也可以使用至少含有氢的有机基和氟基团。而且,也可以使用乙烯基树脂如聚乙烯醇或聚乙烯醇缩丁醛等、酚醛树酯、酚醛清漆树脂、丙烯酸树脂、三聚氰胺树脂、聚氨酯树脂、噁唑树脂(聚苯并噁唑)等树脂材料。介电常数也可以通过合适地将这些树脂与具有高介电常数的微粒如钛酸钡(BaTiO3)或钛酸锶(SrTiO3)等相混合来调节。
包含在粘合剂中的无机材料可以由以下材料组成:选自氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiNx)、含氧及氮的硅、氮化铝(AlN)、含氧及氮的铝或氧化铝(Al2O3)、氧化钛(TiO2)、BaTiO3、SrTiO3、钛酸铅(PbTiO3)、铌酸钾(KNbO3)、铌酸铅(PbNbO3)、氧化钽(Ta2O5)、钽酸钡(BaTa2O6)、钽酸锂(LiTaO3)、氧化钇(Y2O3)、氧化锆(ZrO2)、以及其它包含无机绝缘材料的物质。借助于在有机材料中(通过添加等)包含具有高介电常数的无机材料,可以进一步控制由发光材料及粘合剂构成的电致发光层的介电常数,并且可以进一步提高介电常数。通过在采用无机材料和有机材料的混合层作为粘合剂从而提高其介电常数时,可以由发光材料产生大电荷。
在制造工序中,发光材料被分散在包含粘合剂的溶液中。然而,作为可用在本实施方式中的包含粘合剂的溶液的溶剂,适当地选择这样一种溶剂即可,其溶解粘合剂材料并且可以产生具有适合于形成电致发光层的方法(各种湿法)和所需膜厚度的粘度的溶液。在可以使用有机溶剂等,例如使用硅氧烷树脂作为粘合剂的情况下,可以使用丙二醇一甲基醚、丙二醇一甲基醚乙酸酯(也称为PGMEA)或3-甲氧基-3-甲基-1-丁醇(也称为MMB)等。
图24B和24C所示的发光元件具有在图24A的发光元件中的电极层和电致发光层之间设置绝缘层的结构。图24B所示的发光元件在第一电极层60和电致发光层62之间具有绝缘层64。图24C所示的发光元件在第一电极层60和电致发光层62之间具有绝缘层64a,并且在第二电极层63和电致发光层62之间具有绝缘层64b。像这样,绝缘层可以设置在电致发光层和夹住电致发光层的一对电极层中的一个电极层之间,或者可以设置在电致发光层和两个电极层之间。而且,绝缘层可以是单层或由多个层构成的叠层。
另外,尽管在图24B中与第一电极层60相接触地设置绝缘层64,但也可以通过颠倒绝缘层和电致发光层的顺序而与第二电极层63相接触地设置绝缘层64。
尽管在图23中的绝缘层54、以及在图24中的绝缘层64没有特别限制,但优选具有高绝缘抗性和致密膜质量,而且更优选具有高介电常数。例如,可以使用氧化硅(SiO2)、氧化钇(Y2O3)、氧化钛(TiO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化铪(HfO2)、氧化钽(Ta2O5)、钛酸钡(BaTiO3)、钛酸锶(SrTiO3)、钛酸铅(PbTiO3)、氮化硅(Si3N4)或氧化锆(ZrO2)等,或者它们的混合膜或两种以上的层叠膜。这些绝缘膜可以通过溅射、蒸镀或CVD等形成。另外,绝缘层也可以通过在粘合剂中分散这些绝缘材料的粒子形成。粘合剂材料通过使用与包含在电致发光层中的粘合剂相同的材料和相同的方法形成即可。其膜厚度没有特别限制,但是优选在10至1000nm的范围内。
本实施方式所示的发光元件可以通过在夹住电致发光层的一对电极层之间施加电压而获得发光,但是,发光元件通过直流驱动或交流驱动都可以工作。
借助于本发明,可以以所要求的形状形成构成显示器件等的布线等的构成物。另外,可以简化复杂的光刻工序而通过简化了的工序制造显示器件,所以可以减少材料的损失且降低成本。因此,可以高成品率地制造高性能且高可靠性的显示器件。
本实施方式可以分别与上述实施方式1至5适当地自由地组合来实施。
实施方式9
在本实施方式中,说明目的在于以进一步简化了的工序并且以低成本制造高可靠性的显示器件的例子。详细地说,说明将液晶显示元件用于显示元件的液晶显示器件。
图19A是液晶显示器件的俯视图,而图19B是沿图19A中的线G-H的剖面图。
如图19A所示,使用密封材料692将像素区606、作为扫描线驱动电路的驱动电路区608a和驱动电路区608b密封在衬底600和对置衬底695之间,并且在衬底600上设置有由驱动器IC形成的作为信号线驱动电路的驱动电路区607。在像素区606中设置有晶体管622以及电容元件623,并且在驱动电路区608b中设置有具有晶体管620以及晶体管621的驱动电路。作为衬底600,可以适用与上述实施方式相同的绝缘衬底。此外,通常担心由合成树脂形成的衬底与其他衬底相比其耐热温度低,但是通过在使用耐热性高的衬底的制造工序之后进行转置,也可以采用由合成树脂形成的衬底。
在像素区606中,中间夹着基底膜604a、基底膜604b地设置有成为开关元件的晶体管622。在本实施方式中,作为晶体管622使用多栅型薄膜晶体管(TFT),该晶体管622包括具有用作源区及漏区的杂质区的半导体层、栅极绝缘层、具有两层的叠层结构的栅电极层、源电极层及漏电极层,并且其中源电极层或漏电极层与半导体层的杂质区和像素电极层630接触而电连接。
源电极层及漏电极层具有叠层结构,并且源电极层或漏电极层644a、644b在形成于绝缘层615中的开口中与像素电极层630电连接。如实施方式2所示,可以通过照射激光形成形成于绝缘层615中的开口。在本实施方式中,使用相对容易蒸发的低熔点金属(在本实施方式中使用铬)作为源电极层或漏电极层644b,并且使用比源电极层或漏电极层644b不容易蒸发的高熔点金属(在本实施方式中使用钨)作为源电极层或漏电极层644a。从绝缘层615一侧将激光选择性地照射到源电极层或漏电极层644a、644b,因为被照射的能量,源电极层或漏电极层644b的照射区上的绝缘层615被去除,而可以形成开口。在源电极层或漏电极层644a、644b被露出的开口中形成像素电极层630,从而源电极层或漏电极层644a、644b与像素电极层630可以电连接。
薄膜晶体管可以以多个方法来制作。例如作为激活层,适用晶体半导体膜。在晶体半导体膜上中间夹着栅极绝缘膜地设置栅电极。可以使用该栅电极对该激活层添加杂质元素。像这样,借助于进行使用栅电极的杂质元素的添加,不需要形成用于添加杂质元素的掩模。栅电极可以具有单层结构或叠层结构。杂质区通过控制其浓度,可以成为高浓度杂质区及低浓度杂质区。将如此具有低浓度杂质区的薄膜晶体管称为LDD(Lightly doped drain;轻掺杂漏)结构。此外,低浓度杂质区可以与栅电极重叠地形成,将这种薄膜晶体管称为GOLD(GateOverlaped LDD;栅极重叠轻掺杂漏)结构。此外,薄膜晶体管的极性通过将磷(P)等添加到杂质区来成为n型。当使薄膜晶体管的极性成为p型时,添加硼(B)等即可。然后,形成覆盖栅电极等的绝缘膜611以及绝缘膜612。使用混入于绝缘膜611(以及绝缘膜612)中的氢元素,可以使晶体半导体膜的悬空键饱和。
为了进一步提高平整性,也可以形成绝缘层615作为层间绝缘层。作为绝缘层615,可以使用有机材料、无机材料或它们的叠层结构。绝缘层615例如可以由选自氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氮化铝、氧氮化铝、氮含量比氧含量高的氮氧化铝或氧化铝、类金刚石碳(DLC)、聚硅氮烷、含氮碳(CN)、PSG(磷硅玻璃)、BPSG(硼磷硅玻璃)、氧化铝、其他含有无机绝缘材料的物质中的材料形成。另外,也可以使用有机绝缘材料。有机材料可以是光敏性或非光敏性的,可以使用聚酰亚胺、丙烯酸、聚酰胺、聚酰亚胺酰胺、抗蚀剂、苯并环丁烯、硅氧烷树脂等。注意,硅氧烷树脂相当于含有Si-O-Si键的树脂。硅氧烷的骨架结构由硅(Si)和氧(O)的键构成。作为取代基,使用至少包含氢的有机基(例如,烷基或芳烃)。作为取代基,也可以使用氟基团。或者,作为取代基,也可以使用至少包含氢的有机基和氟基团。
另外,通过使用晶体半导体膜,可以在相同衬底上集成地形成像素区和驱动电路区。在此情况下,同时形成像素区中的晶体管和驱动电路区608b中的晶体管。用于驱动电路区608b的晶体管构成CMOS电路。构成CMOS电路的薄膜晶体管为GOLD结构,然而也可以使用如晶体管622的LDD结构。
在像素区中的薄膜晶体管的结构不局限于本实施方式,并且可以具有形成有一个沟道形成区的单栅极结构,形成有两个沟道形成区的双栅极结构,或形成有三个沟道形成区的三栅极结构。另外,在外围驱动电路区中的薄膜晶体管也可以具有单栅极结构、双栅极结构、或三栅极结构。
注意,本发明不局限于本实施方式所示的薄膜晶体管,也可以对顶栅型(例如,正交错型)、底栅型(例如,反交错型)、具有在沟道区的上下中间夹着栅极绝缘膜配置的两个栅极层的双栅型、或者其他结构适用本发明。
接着,通过印刷法或液滴喷射法,覆盖像素电极层630地形成称为取向膜的绝缘层631。另外,如果使用丝网印刷法或胶版印刷法,则可以选择性地形成绝缘层631。然后,进行研磨处理。如果液晶形态例如为VA形态,则有时不进行该研磨处理。用作取向膜的绝缘层633也是与绝缘层631同样的。接着,通过液滴喷射法,将密封材料692形成在形成有像素的区域的周边区域。
之后,中间夹着间隔物637将设置有用作取向膜的绝缘层633、用作对置电极的导电层634、用作彩色滤光片的着色层635、偏光片641(也称为偏振片)的对置衬底695和作为TFT衬底的衬底600贴在一起,并且在其空隙中设置液晶层632。由于本实施方式的液晶显示器件是透射型,所以在与衬底600的具有元件的表面相反一侧也设置偏光片(偏振片)643。偏光片可以通过粘合层设置在衬底上。在密封材料中也可以混入填料,并且还在对置衬底695上可以形成屏蔽膜(黑矩阵)等。另外,在液晶显示器件为全彩色显示的情况下,由呈现红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)的材料形成彩色滤光片等即可,而在液晶显示器件为单色显示的情况下,不形成着色层或由呈现至少一种颜色的材料形成彩色滤光片等即可。
另外,当在背光灯中配置RGB的发光二极管(LED)等,并且采用通过分时进行彩色显示的继时加法混色法(field sequential method:场序法)时,有时不设置彩色滤光片。因为黑矩阵减少由晶体管或CMOS电路的布线引起的外光的反射,所以优选与晶体管或CMOS电路重叠地设置。另外,也可以与电容元件重叠地形成黑矩阵。这是因为可以防止构成电容元件的金属膜引起的反射的缘故。
作为形成液晶层的方法,可以使用分配器法(滴落法)或者注入法,该注入法是在将具有元件的衬底600和对置衬底695贴在一起后,利用毛细现象注入液晶的方法。当处理不容易适用注入法的大型衬底时,可以适用滴落法。
间隔物也可以通过散布几μm的粒子来设置,但在本实施方式中在衬底的整个表面上形成树脂膜后,将其蚀刻加工来形成隔离物。在使用旋涂器涂敷这种隔离物的材料后,通过曝光和显影处理将此形成为预定的图形。而且,通过用洁净烘箱等以150至200℃加热它并使它固化。这样制造的间隔物可以根据曝光和显影处理的条件而具有不同形状,但是,间隔物的形状优选为顶部平整的柱状,这样可以当与相对一侧的衬底贴在一起时,确保作为液晶显示器件的机械强度。间隔物的形状可以为圆锥、角锥等而没有特别的限制。
接着,在与像素区电连接的端子电极层678a、678b上,中间夹着各向异性导电体层696设置作为用于连接的布线衬底的FPC 694。FPC694具有传达来自外部的信号或电位的作用。通过上述工序,可以制造具有显示功能的液晶显示器件。
另外,作为晶体管所具有的布线、栅电极层、像素电极层630、作为对置电极层的导电层634,可以从铟锡氧化物(ITO)、在氧化铟中混合了氧化锌(ZnO)的IZO(indium zinc oxide;铟锌氧化物)、在氧化铟中混合了氧化硅(SiO2)的导电材料、有机铟、有机锡、含有氧化钨的铟氧化物、含有氧化钨的铟锌氧化物、含有氧化钛的铟氧化物、含有氧化钛的铟锡氧化物、或者钨(W)、钼(Mo)、锆(Zr)、铪(Hf)、钒(V)、铌(Nb)、钽(Ta)、铬(Cr)、钴(Co)、镍(Ni)、钛(Ti)、铂(Pt)、铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)等的金属、其合金或其金属氮化物中选择。
也可以在偏振片和液晶层之间具有相位差板的状态下层叠它们。
另外,本实施方式虽然示出TN型液晶面板,但是上述工序也可以同样地应用于其他方式的液晶面板。例如,本实施方式可以应用于与玻璃衬底平行地施加电场来使液晶取向的横向电场方式的液晶面板。另外,本实施方式可以应用于VA(垂直定向)方式的液晶面板。
图5和图6示出VA型液晶面板的像素结构。图5是平面图,并且图6示出对应于在图5中所示的切断线I-J的剖面结构。在以下所示的说明中参照该两个图来说明。
在该像素结构中,在一个像素中具有多个像素电极,并且TFT连接到各个像素电极上。由不同的栅极信号驱动地构成各个TFT。换句话说,具有如下结构,即在被多区设计的像素中独立控制施加给各个像素电极的信号。
像素电极层1624在开口(接触孔)1623中通过布线层1618与TFT1628连接。另外,像素电极层1626在开口(接触孔)1627中通过布线层1619与TFT 1629连接。TFT 1628的栅极布线层1602和TFT 1629的栅电极层1603彼此分离,以便不同的栅极信号供应到它们。另一方面,TFT 1628和TFT 1629共同使用用作数据线的布线层1616。
像素电极层1624和像素电极层1626也可以如实施方式3所示那样通过在转置衬底上形成具有导电性的光吸收膜之后照射激光,加工成所要求的形状而选择性地形成在被转置衬底上。像这样,通过使用本发明,可以简化工序且防止材料的损失,从而可以以低成本且生产性好地制造显示器件。
像素电极层1624和像素电极层1626的形状不同,并且由槽缝1625分离。包围以V字形扩展的像素电极层1624的外侧地形成有像素电极层1626。通过使用TFT 1628及TFT 1629改变施加给像素电极层1624和像素电极层1626的电压的时机,来控制液晶的取向。在对置衬底1601上形成有遮光膜1632、着色层1636、对置电极层1640。另外,在着色层1636和对置电极层1640之间形成有平整化膜1637,从而防止液晶的取向无序。图7示出对置衬底一侧的结构。对置电极层1640是在不同的像素之间共同使用的电极,并且形成有槽缝1641。通过将该槽缝1641和像素电极层1624及像素电极层1626一侧的槽缝1625相互咬合地配置,而可以有效地产生斜向电场并控制液晶的取向。据此,可以根据地点改变液晶的取向方向,从而扩张视野角。
像这样,可以使用复合了有机化合物和无机化合物的复合材料作为像素电极层来制造液晶面板。通过使用这种像素电极层,可以无须使用以铟为主要成分的透明导电膜而解除在原材料方面的瓶颈。
本实施方式可以与上述实施方式1至3适当地自由地组合来实施。
借助于本发明,可以以所要求的形状形成构成显示器件的布线等的构成物。另外,可以简化复杂的光刻工序而通过简化了的工序制造显示器件,所以可以减少材料的损失且降低成本。因此,可以高成品率地制造高性能且高可靠性的显示器件。
实施方式10
在本实施方式中说明目的在于以进一步简化了的工序并且以低成本制造高可靠性的显示器件的例子。详细地说,说明将液晶显示元件用于显示元件的液晶显示器件。
在图18所示的显示器件中,在衬底250上设置有像素区中的反交错型薄膜晶体管的晶体管220、像素电极层251、绝缘层252、绝缘层253、液晶层254、间隔物281、绝缘层235、对置电极层256、彩色滤光片258、黑矩阵257、对置衬底210、偏振片(偏光片)231、偏振片(偏光片)233,在密封区中设置密封材料282、端子电极层287、各向异性导电层288、FPC 286。
在本实施方式中制造的作为反交错型薄膜晶体管的晶体管220的栅电极层、半导体层、源电极层、漏电极层、以及像素电极层251也可以如实施方式3所示那样形成,即通过在将使用导电材料或半导体材料的光吸收膜形成于转置衬底上之后照射激光,加工成所要求的形状且选择性地形成在被转置衬底上。如此使用本发明,工程简化且可以防止材料的损失,从而可以以低成本且生产性好地制造显示器件。
在本实施方式中,将非晶半导体用作半导体层,并且根据需要,形成具有一种导电类型的半导体层即可。在本实施方式中,层叠半导体层和非晶n型半导体层,所述非晶n型半导体层用作具有一种导电类型的半导体层。另外,可以制造形成有n型半导体层的n沟导型薄膜晶体管的NMOS结构、形成有p型半导体层的p沟道型薄膜晶体管的PMOS结构、以及n沟道型薄膜晶体管和p沟道型薄膜晶体管的CMOS结构。
另外,为了赋予导电性,通过掺杂来添加赋予导电性的元素,在半导体层中形成杂质区,而可以形成n沟道型薄膜晶体管和p沟道型薄膜晶体管。代替形成n型半导体层,可以通过使用PH3气体进行等离子体处理,对半导体层赋予导电性。
在本实施方式中,晶体管220是n沟道型反交错型薄膜晶体管。此外,也可以使用在半导体层的沟道区上设置有保护层的沟道保护型反交错型薄膜晶体管。
接着,对于背光灯单元352的结构给予说明。背光灯单元352包括作为发出荧光的光源361的冷阴极管、热阴极管、发光二极管、无机EL、有机EL、将荧光高效率地导入到导光板365的灯光反射器362、在全反射荧光的同时将光引导到整个显示面板的导光板365、减少明亮度的不均匀的扩散板366、再利用泄漏到导光板365的下面的光的反射板364。
用于调整光源361的亮度的控制电路连接到背光灯单元352。通过来自控制电路的信号供给,可以控制光源361的亮度。
晶体管220的源电极层或漏电极层在形成于绝缘层252中的开口中与像素电极层251电连接。可以通过如实施方式1所示那样照射激光来形成形成于绝缘层252中的开口。在本实施方式中,使用比较容易蒸发的低熔点金属(在本实施方式中使用铬)作为源电极层或漏电极层。从绝缘层252一侧对源电极层或漏电极层选择性地照射激光,因为被照射的能量源电极层或漏电极层的照射区上的绝缘层252被去除,从而可以形成开口。可以在露出了源电极层或漏电极层的开口中形成像素电极层251,以使源电极层或漏电极层与像素电极层251电连接。
本实施方式可以与实施方式1至3适当地组合来实施。
借助于本发明,可以以所要求的形状形成构成显示器件的布线等的构成物。另外,可以简化复杂的光刻工序而通过简化了的工序制造显示器件,所以可以减少材料的损失且降低成本。因此,可以高成品率地制造高性能且高可靠性的显示器件。
实施方式11
在本实施方式中说明目的在于以进一步简化了的工序并且以低成本制造高可靠性的显示器件的一例。
图21示出了一种应用本发明的有源矩阵型电子纸。尽管图21示出了有源矩阵型电子纸,但本发明也可应用于无源矩阵型电子纸。
作为电子纸可以使用扭转球(twist ball)显示方式。扭转球显示方式就是通过如下工序进行显示的方式:将涂成黑白的球形粒子布置在第一电极层及第二电极层之间,在第一电极层及第二电极层之间产生电位差而控制所述球形粒子的方向。
晶体管581是非共面型薄膜晶体管,包括栅电极层582、栅极绝缘层584、布线层585a、布线层585b、以及半导体层586。另外,布线层585b与第一电极层587a在形成于绝缘层598中的开口中彼此接触并电连接。在第一电极层587a、587b和第二电极层588之间设置有球形粒子598,该球形粒子598包括具有黑色区590a及白色区590b且周围充满了液体的空穴594,并且在球形粒子589的周围填充有树脂等填料595(参照图21)。
在本实施方式中,栅电极层、半导体层、源电极层、漏电极层、以及电极层等也可以如实施方式3所示那样形成,即通过在将具有导电性的光吸收膜形成于转置衬底上之后照射激光,加工成所要求的形状且选择性地形成在被转置衬底上。借助于使用本发明,工程简化且可以防止材料的损失,从而可以实现低成本化。
布线层585b在形成于绝缘层598中的开口中与第一电极层587a电连接。可以通过如实施方式1所示那样照射激光来形成形成于绝缘层598中的开口。在本实施方式中,使用比较容易蒸发的低熔点金属(在本实施方式中使用铬)作为布线层585b。从绝缘层598一侧对布线层585b选择性地照射激光,因为被照射的能量布线层585b的照射区上的绝缘层598被去除,从而可以形成开口。可以在露出了布线层585b的开口中形成第一电极层587a,以使布线层585b与第一电极层587a电连接。
此外,还可以代替扭转球而使用电泳元件。使用透明液体和直径为10μm至200μm左右的微囊,该微囊中密封有带正电的白色微粒和带负电的黑色微粒。在设置在第一电极层和第二电极层之间的微囊中,当由第一电极层和第二电极层施加电场时,白色微粒和黑色微粒各自移动至相反方向,从而可以显示白色或黑色。利用这种原理的显示元件就是电泳显示元件,其通常被称为电子纸。电泳显示元件具有比液晶显示元件高的反射率,从而不需要辅助光,耗电量低,并且在昏暗的地方也能辨别显示部。另外,即使在电源未供应给显示部的情况下,也能够保持显示过一次的图像,因此,即使在将具有显示功能的显示器件从电波发射源远离时,也能够存储显示过的图像。
晶体管可以具有任意结构,只要晶体管能用作开关元件。作为半导体层,可以使用各种半导体如非晶半导体、晶体半导体、多晶半导体和微晶半导体等,或者也可以使用有机化合物形成有机晶体管。
在本实施方式中,具体示出了显示器件的结构是有源矩阵型的情况,但是本发明当然也可以应用于无源矩阵型显示器件。无源矩阵型显示器件中也可以通过在具有导电性的光吸收膜形成于转置衬底上之后照射激光,将布线层、电极层等加工成所要求的形状且选择性地形成在被转置衬底上。
本实施方式可以与上述实施方式1至3适当地自由地组合来实施。
借助于本发明,可以以所要求的形状形成构成显示器件的布线等的构成物。另外,可以简化复杂的光刻工序而通过简化了的工序制造显示器件,所以可以减少材料的损失且降低成本。因此,可以高成品率地制造高性能且高可靠性的显示器件。
实施方式12
接着说明在根据实施方式4至11制造的显示面板上安装用于驱动的驱动电路的方式。
首先,使用图26A来说明采用COG方式的显示器件。在衬底2700上设置有用来显示字符和图像等的信息的像素部2701。将设置有多个驱动电路的衬底分割成矩形,且分割后的驱动电路(也称为驱动器IC)2751被安装在衬底2700上。图26A示出了安装多个驱动器IC 2751和在驱动器IC 2751端部上的FPC 2750的方式。此外,也可以驱动器IC的尺寸与在信号线一侧上的像素部的边长大致相同,从而将胶带安装在单个驱动器IC的端部上。
另外,也可以采用TAB方式。在此情况下,如图26B所示那样贴合多个胶带,且将驱动器IC安装在该胶带上即可。相似于COG方式的情况,也可以将单个驱动器IC安装在单个胶带上。在此情况下,从强度上来看,优选一起贴合用来固定驱动器IC的金属片等。
从提高生产性的观点来看,优选将这些安装在显示面板上的多个驱动器IC形成在一边长为300mm至1000mm以上的矩形衬底上。
换言之,在衬底上形成包括驱动电路部和输入-输出端子作为一个单元的多个电路图形,并最终分割取出即可。考虑到像素部的一边长或像素间距,将驱动器IC可以形成为长边为15至80mm且短边为1至6mm的矩形,或者可以形成为与像素区的一边长相同,或形成为像素部的一边长加上各个驱动电路的一边长。
驱动器IC在外部尺寸方面胜于IC芯片的优点是长边的长度。当采用长边长度为15至80mm的驱动器IC时,根据像素部安装的所要求的驱动器IC的数目少于当采用IC芯片时的数目。因此,可以提高制造成品率。另外,当在玻璃衬底上形成驱动器IC时,由于对用作母体的衬底的形状没有限制,故不会降低生产性。与从圆形硅片取得IC芯片的情况相比,这是一个很大的优点。
另外,当扫描线驱动电路3702如图25B所示那样集成地形成在衬底上时,形成有信号线一侧的驱动电路的驱动器IC被安装在像素部3701外侧的区域上。这些驱动器IC是信号线一侧的驱动电路。为了形成对应于RGB全彩色的像素区,XGA级要求3072个信号线,而UXGA级要求4800个信号线。以这样的数目形成的信号线在像素部3701的端部分成几个区块并形成引线,并且对应于驱动器IC的输出端子的间距而聚集。
驱动器IC优选由形成在衬底上的晶体半导体形成,并且该晶体半导体优选借助于照射连续发光的激光来形成。因此,使用连续发光的固体激光器或气体激光器作为所述产生激光的振荡器。当采用连续发光的激光器时,晶体缺陷很少,所以能够用具有大晶粒尺寸的多晶半导体层来制造晶体管。此外,由于迁移率或响应速度良好,故能够实现高速驱动,从而与常规元件相比可以进一步提高元件工作频率。因此,由于特性变化很小而可以得到高可靠性。另外,优选使晶体管的沟道长度方向和激光的扫描方向一致,以便进一步提高工作频率。这是因为在用连续发光激光器进行激光晶化的工序中,当晶体管的沟道长度方向与激光在衬底上的扫描方向大致平行(优选为-30度以上至30度以下)时,可以得到最高迁移率的缘故。注意,沟道长度方向与在沟道形成区中的电流流动方向,即电荷所移动的方向一致。这样制造的晶体管具有由其中晶粒在沟道长度方向上延伸存在的多晶半导体层构成的激活层,这意味着晶粒界面大致沿沟道长度方向上形成。
为了执行激光晶化,优选将激光大幅度缩窄,且该激光的形状(射束点)优选具有相同于驱动器IC的短边的宽度,大致为1mm以上至3mm以下。此外,为了确保照射的对象有足够和有效的能量密度,激光的照射区优选为线形。但此处所用的术语“线形”指的不是严格意义上的线条,而是具有大纵横比的长方形或长椭圆。例如,线形指的是纵横比为2以上(优选为10以上至10000以下)的形状。像这样,借助于使激光的形状(射束点)的宽度与驱动器IC的短边的长度相同,可以提供提高生产性的显示器件的制造方法。
如图26A和26B所示,可以安装驱动器IC作为扫描线驱动电路及信号线驱动电路。在此情况下,优选在扫描线一侧和信号线一侧采用具有不同规格的驱动器IC。
在像素区中,信号线和扫描线交叉而形成矩阵,且对应于各个交叉处地布置晶体管。本发明的特征在于,使用将非晶半导体或半定形(semi-amorphous)半导体作为沟道部的TFT作为配置在像素区中的晶体管。使用等离子体CVD法或溅射法等的方法来形成非晶半导体。能够用等离子体CVD法以300℃以下的温度形成半定形半导体,例如,即使在无碱玻璃衬底的外部尺寸为550mm×650mm的情况下,也在短时间内形成为了形成晶体管所要求的膜厚度。这种制造技术的特点在制造大画面的显示器件时很有效。此外,借助于用SAS来构成沟道形成区,半定形TFT可以获得2至10cm2/V·sec的场效应迁移率。当采用本发明时,由于可以以良好的可控性来形成具有所要求的形状的图形,故可以稳定地形成微细的布线,而没有产生短路等缺陷。像这样,可以制造其中实现了面板上系统(system on panel)的显示面板。
通过使用具有由SAS形成的半导体层的TFT,扫描线一侧驱动电路也可以集成地形成在衬底上。在使用具有由AS形成的半导体层的TFT的情况下,优选将驱动器IC安装在扫描线一侧驱动电路及信号线一侧驱动电路上。
在此情况下,优选在扫描线一侧和信号线一侧使用具有不同规格的驱动器IC。例如,构成扫描线一侧的驱动器IC的晶体管被要求承受大约30V的电压,但驱动频率为100kHz以下,不要求较高速的工作。因此,优选将构成扫描线一侧的驱动器的晶体管的沟道长度(L)设定得足够长。另一方面,信号线一侧的驱动器IC的晶体管承受大约12V的电压即可,但驱动频率在3V下大约为65MHz,因而要求高速工作。因此,优选用微米规则来设定构成信号线一侧的驱动器的晶体管的沟道长度等。
对安装驱动器IC的方法没有特别的限制,可以采用诸如COG法、线接合法、或TAB法。
借助于将驱动器IC的厚度设定为与对置衬底相同的厚度,它们之间的高度大致相同,这有助于显示器件整体的薄型化。另外,通过各个衬底由同一种材料制造,即使当在显示器件中产生温度改变时,也不产生热应力,因而不会损害由TFT组成的电路的特性。而且,如本实施方式所述那样使用具有比IC芯片长的驱动器IC来安装驱动电路,可以减小相对于一个像素区的驱动器IC的数目。
如上所述,可以将驱动电路组合在显示面板上。
实施方式13
本实施方式示出以下例子:在根据实施方式4至11制造的显示面板(EL显示面板、液晶显示面板)中使用非晶半导体或SAS形成半导体层,并且在衬底上形成扫描线一侧的驱动电路。
图31示出由使用SAS的n沟道型TFT构成的扫描线一侧驱动电路的框图,其中可以得到1至15cm2/V·sec的场效应迁移率。
在图31中,附图标记8500所示的区块相当于输出一段取样脉冲的脉冲输出电路,并且移位寄存器由n个脉冲输出电路构成。附图标记8501表示缓冲电路,以及像素8502连接在其前端。
图32示出脉冲输出电路8500的具体结构,其中电路由n沟道型TFT 8601至8613构成。此时,TFT的尺寸根据使用SAS的n沟道型TFT的工作特性来确定即可。例如,当将沟道长度设定为8μm时,沟道宽度可以设定为10至80μm的范围。
另外,图33示出缓冲电路8501的具体结构。缓冲电路也同样地由n沟道型TFT 8620至8635构成。此时,TFT的尺寸可以根据使用SAS的n沟道型TFT的工作特性来确定。例如,当沟道长度设定为10μm时,沟道宽度可以设定为10至1800μm的范围。
为了实现这种电路,需要通过布线使TFT相连接。
以上述工序,可以将驱动电路组合在显示面板上。
实施方式14
使用图16来说明本实施方式。图16示出了使用根据本发明制造的TFT衬底2800来构成EL显示模块的一个例子。在图16中,在TFT衬底2800上形成有由像素构成的像素部。
在图16中,在像素部的外侧且在驱动电路和像素之间设置有其结构与形成在像素中的TFT相同的TFT、或者通过将所述TFT的栅极连接到源极或漏极而以与二极管相同的方式工作的保护电路部2801。由单晶半导体形成的驱动器IC、由多晶半导体膜形成在玻璃衬底上的保留驱动器(stick driver)IC、或由SAS形成的驱动电路等被应用于驱动电路2809。
TFT衬底2800中间夹着通过液滴喷射法形成的间隔物2806a和间隔物2806b固定到密封衬底2820。间隔物优选被设置,以便即使当衬底薄或像素部的面积加大时,也将两个衬底之间的间隔保持为恒定。在分别连接到TFT 2802、TFT 2803的发光元件2804、发光元件2805上且在TFT衬底2800和密封衬底2820之间的空间,可以填充至少相对于可见光具有透光性的树脂材料并使此树脂材料固化,或者也可以填充无水化的氮或惰性气体。
图16示出了发光元件2804和发光元件2805具有沿图中的箭头所示的方向发光的顶部发射型结构的情况。借助于使各个像素发射红色、绿色、蓝色的不同颜色的光,可以执行多彩色显示。另外,此时,借助于在密封衬底2820一侧形成对应于各种颜色的着色层2807a、2807b和2807c,可以提高发射到外部的光的颜色纯度。此外,着色层2807a、2807b和2807c可以彼此组合,以将该像素用作白光发射元件。
作为外部电路的驱动电路2809通过布线衬底2810连接到设置在外部电路衬底2811的一端处的扫描线或信号线连接端子。此外,也可以具有以下结构:与TFT衬底2800相接触或靠近TFT衬底2800地设置热管2813和散热板2812以提高散热效果,其中热管2813是具有管形的用于将热量传导到装置外的高效热传导装置。
另外,图16示出了顶部发射的EL模块,但也可以借助于改变发光元件的结构或外部电路衬底的设置而采用底部发射结构。当然,也可以采用双向发射结构,其中,光从顶面和底面双侧发射。在顶部发射结构的情况下,也可以着色成为隔壁的绝缘层并将它用作黑矩阵。可以用液滴喷射法来形成此隔壁,并且借助于将颜料类的黑色树脂和炭黑等混合到诸如聚酰亚胺等的树脂材料中来形成即可,还可以采用其叠层。
此外,在EL显示模块中,也可以用相位差板或偏振片来遮挡从外部入射的光的反射光。在顶部发射型显示器件中,也可以着色成为隔壁的绝缘层,并将它用作黑矩阵。也可以通过液滴喷射法等来形成该隔壁,并且也可以借助于将炭黑等混合到颜料类的黑色树脂或诸如聚酰亚胺等的树脂材料中来形成,还可以采用其叠层。也可以通过液滴喷射法将不同的材料多次喷射到同一个区域,以形成隔壁。将λ/4板和λ/2板用作相位差板,并设计成能够控制光即可。作为其结构,从TFT元件衬底一侧按顺序层叠发光元件、密封衬底(密封材料)、相位差板(λ/4板、λ/2板)、以及偏振片,其中,从发光元件发射的光通过它们从偏振片一侧发射到外部。将上述相位差板或偏振片设置在光向外发射的一侧即可,或在光从两侧发射的双向发射型显示器件中,也可以设置在两侧。此外,也可以在偏振片的外侧设置抗反射膜。据此,可以显示分辨率更高且更精确的图像。
在TFT衬底2800中,可以借助于用密封材料或具有粘结性的树脂将树脂薄膜贴合到形成有像素部的一侧,来形成密封结构。虽然在本实施方式中示出了使用玻璃衬底的玻璃密封,但也可以采用诸如使用树脂的树脂密封、使用塑料的塑料密封、以及使用薄膜的薄膜密封等的各种密封方法。优选在树脂薄膜的表面上设置气体阻挡膜,该气体阻挡膜防止水分渗透进入树脂薄膜中。通过采用薄膜密封结构,可以进一步实现薄型化及轻量化。
本实施方式可以与实施方式1至8、实施方式12、13分别组合来实施。
实施方式15
使用图20A和20B来说明本实施方式。图20A和20B示出了用根据本发明制造的TFT衬底2600来构成液晶显示模块的一个例子。
图20A示出了液晶显示模块的一个例子,其中,TFT衬底2600和对置衬底2601被密封材料2602牢固地固定,且在它们之间设置有像素部2603和液晶层2604,以形成显示区。为了执行彩色显示,着色层2605是必须的。在RGB方式的情况下,在各个像素中设置有对应于红、绿、蓝各种颜色的着色层。TFT衬底2600和对置衬底2601的外侧设置有偏振片2606和2607、以及扩散板2613。光源由冷阴极管2610和反射片2611构成。电路衬底2612通过柔性线路板2609与TFT衬底2600连接,并且在电路衬底2612中安装有诸如控制电路和电源电路等外部电路。另外,也可以在偏振片和液晶层之间具有相位差板的状态下层叠它们。
液晶显示模块可以采用TN(扭曲向列相)模式、IPS(平面内转换)模式、FFS(边缘电场转换)模式、MVA(多畴垂直取向)模式、PVA(垂直取向构型)模式、ASM(轴对称排列微胞)模式、OCB(光学补偿双折射)模式、FLC(铁电性液晶)模式、AFLC(反铁电性液晶)模式等。
图20B示出了一个例子,其中,将OCB模式应用于图20A的液晶显示模块,致使此液晶显示模块成为FS-LCD(Field sequential-LCD;场顺序液晶显示器件)。FS-LCD在一帧周期内分别执行红色、绿色、以及蓝色发光,用分时方法来合成图像,而能够执行彩色显示。而且,用发光二极管或冷阴极管等来执行各种发光,因而不需要彩色滤光片。因此,由于不需要排列三原色的彩色滤光片来限定各种颜色的显示区,所以哪个区域都可以执行三种颜色的显示。另一方面,在一帧周期内执行三种颜色的发光,因此要求液晶高速响应。当将用FS方式的FLC模式及OCB模式应用于本发明的显示器件时,可以完成高性能且高画质的显示器件或液晶电视装置。
OCB模式的液晶层具有所谓的π单元结构。在π单元结构中,液晶分子被取向成其预倾角相对于有源矩阵衬底和对置衬底之间的中心平面对称。当对衬底之间未施加电压时,π单元结构中的取向是倾斜取向,且当施加电压时转入弯曲取向。当成为弯曲取向时显示白色。而且,若进一步施加电压,弯曲取向的液晶分子垂直于两个衬底而取向,并且处于光不能透过的状态。另外,通过使用OCB模式,可以实现比常规的TN模式高大约10倍的响应速度。
另外,作为一种对应于FS方式的模式,还可以采用HV(Half V)-FLC和SS(Surface Stabilized表面稳定态)-FLC等,这些模式采用能够高速工作的强介电液晶(FLC:铁电性液晶)。将粘度比较低的向列相液晶可以用于OCB模式,而将具有介电相的近晶相液晶可以用于HV-FLC或SS-FLC。
另外,借助于使液晶显示模块的单元间隙变窄,来提高液晶显示模块的光学响应速度。或者,借助于降低液晶材料的粘度,也可以提高光学响应速度。在TN模式液晶显示模块的像素区的像素间距为30μm以下的情况下,提高光学响应速度的上述方法更为有效。另外,借助于一瞬提高(或降低)外加电压的过驱动法(overdrive method),能够进一步实现高速化。
图20B的液晶显示模块是透射型液晶显示模块,其中设置有红色光源2910a、绿色光源2910b、以及蓝色光源2910c作为光源。为了分别控制红色光源2910a、绿色光源2910b、以及蓝色光源2910c的开通或关断,而设置有控制部2912。各种颜色的发光由控制部2912控制,光进入液晶,并且用分时方法来合成图像,从而执行彩色显示。
如上那样利用本发明,可以制造高分辨率且高可靠性的液晶显示模块。
本实施方式能够与实施方式1至3、实施方式9至13分别组合来实施。
实施方式16
通过使用根据本发明制造的显示器件,可以制造电视装置(也只称为电视机、或电视接收机)。图27为示出了电视装置的主要结构的框图。
图25A是显示了根据本发明的显示面板的结构的俯视图,其中在具有绝缘表面的衬底2700上形成有以矩阵状排列像素2702的像素部2701、扫描线一侧输入端子2703、信号线一侧输入端子2704。像素的数量可以根据各种标准来设定,若是XGA且用RGB的全彩色显示,像素数量是1024×768×3(RGB),若是UXGA且用RGB的全彩色显示,像素数量是1600×1200×3(RGB),若对应于全规格高清晰画质且用RGB的全彩色显示,像素数量是1920×1080×3(RGB)即可。
像素2702是通过从扫描线一侧输入端子2703延伸的扫描线和从信号线一侧输入端子2704延伸的信号线交叉,以矩阵状排列的。像素部2701的像素中的每一个具有开关元件和连接于该开关元件的像素电极层。开关元件的典型实例是TFT。通过TFT的栅电极层一侧连接到扫描线并且TFT的源极或漏极一侧连接到信号线,能够利用从外部输入的信号独立地控制每一个像素。
图25A示出了用外部驱动电路控制输入到扫描线及信号线的信号的一种显示面板的结构。然而,如图26A所示,也可以通过COG(ChipOn Glass,玻璃上芯片安装)方式将驱动器IC 2751安装在衬底2700上。此外,作为其它安装方式,也可以使用如图26B所示的TAB(TapeAutomated Bonding,卷带式自动接合)方式。驱动器IC既可以是形成在单晶半导体衬底上的,又可以是在玻璃衬底上由TFT形成电路的。在图26中,驱动器IC 2751与FPC(柔性印刷电路)2750连接。
此外,当由具有结晶性的半导体形成设置在像素中的TFT时,如图25B所示,也可以在衬底3700上形成扫描线一侧驱动电路3702。在图25B中,与图25A同样地使用连接于信号线一侧输入端子3704的外部驱动电路来控制像素部3701。在设置在像素中的TFT由迁移度高的多晶(微晶)半导体或单晶半导体等形成的情况下,如图25C所示,也可以在衬底4700上集成地形成像素部4701、扫描线一侧驱动电路4702、信号线一侧驱动电路4704。
图27中的显示面板可以具有如下结构:如图25A所示的结构,其中只形成有像素部901并且扫描线一侧驱动电路903和信号线一侧驱动电路902通过如图26B所示的TAB方式或如图26A所示的COG方式安装;如图25B所示的结构,其中形成TFT,在衬底上形成像素部901和扫描线一侧驱动电路903,且另外安装信号线一侧驱动电路902作为驱动器IC;或者如图25C所示的结构,其中将像素部901、信号线一侧驱动电路902和扫描线一侧驱动电路903集成地形成在衬底上等。但是,任一结构都可以采用。
在图27中,作为其他外部电路的结构,在视频信号的输入一侧包括放大由调谐器904接收的信号中的视频信号的视频信号放大电路905、将从视频信号放大电路905输出的信号转换为与红、绿和蓝每种颜色对应的色度信号的视频信号处理电路906、以及将视频信号转换为驱动器IC的输入规格的控制电路907等。控制电路907将信号分别输出到扫描线一侧和信号线一侧。在进行数字驱动的情况下,也可以具有如下结构,即在信号线一侧设置信号分割电路908并且将输入数字信号分成m个来供给。
由调谐器904接收的信号中的音频信号被传送到音频信号放大电路909并且通过音频信号处理电路910供给到扬声器913。控制电路911从输入部912接收接收站(接收频率)和音量的控制信息,并且将信号传送到调谐器904或音频信号处理电路910。
如图28A和28B所示,将上述显示模块嵌入在框体中,从而可以完成电视装置。作为显示模块使用液晶显示模块,可以完成液晶电视装置。作为显示模块使用EL显示模块,可以完成EL电视装置、等离子体电视装置或电子纸等。在图28A中,由显示模块形成主屏2003,并且作为其辅助设备设置有扬声器部2009和操作开关等。以这种方式,根据本发明可以完成电视装置。
在框体2001中组合有显示面板2002,并且可以由接收器2005接收普通的电视广播,而且,通过调制解调器2004连接到采用有线或无线方式的通讯网络,可以进行单方向(从发送者到接收者)或双方向(在发送者和接收者之间或在接收者之间)的信息通信。可以使用安装在框体中的开关或另行提供的遥控器2006来操作电视装置。也可以在遥控器2006中设置有用于显示输出信息的显示部2007。
另外,除了主屏2003之外,电视装置也可以包括由第二显示面板形成的子屏2008来显示频道或音量等。在这种结构中,可以使用本发明的液晶显示面板形成主屏2003及子屏2008,并且可以使用具有较好可视角度的EL显示面板形成主屏2003,而使用能够较低耗电量显示的液晶显示面板形成子屏2008。另外,为了优先降低耗电量,可以使用液晶显示面板形成主屏2003,并且使用EL显示面板形成子屏2008并使子屏可以闪亮。通过使用本发明,甚至当使用这种大尺寸衬底并且使用许多TFT和电子部件时,也可以形成高可靠性的显示器件。
图28B显示了具有尺寸例如为20至80英寸的大型显示部的电视装置,其包括框体2010、显示部2011、遥控装置2012即操作部、以及扬声器部2013等。将本发明应用于显示部2011的制造中。图28B的电视装置是挂壁式的,所以不需要大的设置空间。
当然,本发明不局限于电视装置,并且可以应用于各种各样的用途,如个人计算机的监视器、尤其是特大面积的显示媒体如火车站或机场等中的信息显示板或者街头上的广告显示板等。
本实施方式可以与上述实施方式1至15适当地自由地组合来实施。
实施方式17
作为根据本发明的电子器具,可以举出电视装置(简单地称为电视,或者电视接收机)、数码相机、数码摄像机、便携式电话机(简单地称为移动电话机、手机)、PDA等的便携式信息终端、便携式游戏机、用于计算机的监视器、计算机、汽车音响等的声音再现装置、家用游戏机等的具备记录媒体的图像再现装置等。对于其具体例子将参照图29来说明。
图29A所示的便携式信息终端设备包括主体9201、显示部9202等。对于显示部9202可以应用本发明的显示器件。结果,可以通过简化了的工序以低成本制造,所以可以廉价提供高可靠性的便携式信息终端设备。
图29B所示的数码摄像机包括显示部9701、显示部9702等。对于显示部9701可以应用本发明的显示器件。结果,可以通过简化了的工序以低成本来制造,所以可以廉价提供高可靠性的数码摄像机。
图29C所示的移动电话机包括主体9101、显示部9102等。对于显示部9102可以应用本发明的显示器件。结果,可以通过简化了的工序以低成本来制造,所以可以廉价提供高可靠性的移动电话机。
图29D所示的便携式电视装置包括主体9301、显示部9302等。对于显示部9302可以应用本发明的显示器件。结果,可以通过简化了的工序以低成本来制造,所以可以廉价提供高可靠性的电视装置。此外,可以将本发明的显示器件广泛地应用于如下的电视装置:安装到移动电话机等的便携式终端的小型电视装置;能够搬运的中型电视装置;以及大型电视装置(例如40英寸以上)。
图29E所示的便携式计算机包括主体9401、显示部9402等。对于显示部9402可以应用本发明的显示器件。结果,可以通过简化了的工序以低成本来制造,所以可以廉价提供高可靠性的计算机。
像这样,通过采用本发明的显示器件,可以提供可以显示优良可视性的高画质图像的具有高性能的电子器具。
本实施方式可以与上述的实施方式1至16适当地自由地组合来实施。
实施例1
在本实施例中示出利用本发明在绝缘层中形成开口的例子。
在玻璃衬底上形成导电层、光吸收层和绝缘层的叠层。分别使用溅射法形成钼膜(膜厚度为300nm)作为导电层、铬膜(膜厚度为20nm)作为光吸收层、以及作为含氮硅膜的氧氮化硅膜(膜厚度为1000nm)作为绝缘层。
从绝缘层一侧使激光透过绝缘层并将它照射到光吸收层。激光被光吸收层吸收,其热量传导到绝缘层,以在绝缘层中形成开口。在本实施例中,在以下情况下在绝缘层中形成开口:作为激光使用连续振荡的YAG激光的基波;作为激光使用脉冲振荡的YAG激光的二次谐波、三次谐波。
在使用连续振荡的YAG激光的基波作为激光时,激光照射条件是:激光输出为480W、照射时间为1.4ms。因为开口的直径是100μm,所以若换算为能量密度,能量密度成为3×105W/cm2(焦耳换算为5×102J/cm2)。
在使用脉冲振荡的YAG激光的二次谐波或三次谐波作为激光时,激光照射条件是:激光输出为2μJ、激光脉冲宽度为5ns。因为开口的直径是15μm,所以若换算为能量密度,能量密度成为2×108W/cm2(焦耳换算为1J/cm2)左右。
如本实施例所示,可以证实:借助于本发明,即使绝缘层不吸收激光,也可以通过在绝缘层下形成光吸收层,激光透过绝缘层而照射光吸收层,在绝缘层中形成开口。
因为可以利用激光来选择性地形成开口,无需形成掩模层,从而,可以减少工序及材料。另外,具有如下优点:激光可以聚焦成非常微小的光点,所以可以将要加工的绝缘层高精度地加工成预定的形状,并且在短时间中瞬间被加热,几乎不用加热加工区以外的区域。
像这样,可以通过激光照射在绝缘层中形成导电层和使导电层电连接的开口(接触孔),而无需进行复杂的光刻工序和形成掩模层。
据此,当使用本发明制造显示器件时可以使工序简化,所以可以减少材料的损失且降低成本。因此,可以高成品率地制造显示器件。
Claims (14)
1.一种显示器件的制造方法,包括如下工序:
在第一衬底上形成栅电极;
在栅电极上形成栅绝缘膜;
在栅绝缘膜上形成半导体层;
在第一衬底上提供第二衬底,第二衬底上形成了光吸收层,从而使光吸收层面对半导体层;
选择性转移所述光吸收层以在半导体层上形成源电极和漏电极;
将惰性气体加入源电极和漏电极;
在所述源电极和漏电极上形成绝缘层;
对所述源电极和漏电极之一及所述绝缘层选择性地照射激光,去除所述绝缘层的照射区,以在所述绝缘层中形成开口;以及
在所述开口中形成导电膜从而使之与所述源电极和漏电极之一接触。
2.一种显示器件的制造方法,包括如下工序:
形成导电层;
在所述导电层上形成光吸收层;
将惰性气体加入所述光吸收层;
在所述光吸收层上形成绝缘层;
对所述光吸收层及所述绝缘层选择性地照射激光,去除所述绝缘层的照射区,以在所述绝缘层中形成开口;以及
在所述开口中与所述光吸收层接触地形成导电膜。
3.根据权利要求1所述的显示器件的制造方法,其中所述光吸收层是使用导电材料来形成的。
4.根据权利要求2所述的显示器件的制造方法,其中所述光吸收层是使用导电材料来形成的。
5.根据权利要求3所述的显示器件的制造方法,其中所述光吸收层是使用铬、钽、银、钼、镍、钛、钴、铜、和铝中的一种或多种来形成的。
6.根据权利要求4所述的显示器件的制造方法,其中所述光吸收层是使用铬、钽、银、钼、镍、钛、钴、铜、和铝中的一种或多种来形成的。
7.根据权利要求1所述的显示器件的制造方法,其中所述光吸收层是使用半导体材料来形成的。
8.根据权利要求2所述的显示器件的制造方法,其中所述光吸收层是使用半导体材料来形成的。
9.根据权利要求7所述的显示器件的制造方法,其中所述光吸收层是使用硅来形成的。
10.根据权利要求8所述的显示器件的制造方法,其中所述光吸收层是使用硅来形成的。
11.根据权利要求1所述的显示器件的制造方法,其中所述绝缘层透射所述激光。
12.根据权利要求2所述的显示器件的制造方法,其中所述绝缘层透射所述激光。
13.根据权利要求1所述的显示器件的制造方法,其中所述惰性气体选自氦、氩、氪、氖和氙。
14.根据权利要求2所述的显示器件的制造方法,其中所述惰性气体选自氦、氩、氪、氖和氙。
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