CN1601579A - 显示屏的制造方法及显示屏 - Google Patents

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齐藤裕
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Abstract

本发明提供一种显示屏的制造方法及显示屏。在该显示屏的制造方法中，将连续振荡(CW)固体激光聚光为线状并在聚光的宽度方向S上以一定的速度扫描的同时对大尺寸绝缘基板上将成为各单个显示屏的非晶态硅膜进行照射。此时，对连续振荡激光进行时间调制，以变为规定的结晶状态的功率密度对同一绝缘基板内的像素部、外围电路部进行照射，使其改性成为与作入到像素部、外围电路部的薄膜晶体管电路的必需性能相应的结晶状态的硅膜。这样一来，结果就可以在维持像素部或外围电路部所必需的具有最优结晶状态的薄膜晶体管电路的大生产率原样不变的同时，实现廉价提供具有作为显示屏的良好显示特性的产品。

Description

显示屏的制造方法及显示屏
技术领域
本发明涉及在绝缘基板上形成的非晶态或多晶半导体膜上照射激光改善膜质、扩大晶粒或进行单晶化的显示屏的制造方法及利用此制造方法制造的显示屏，特别适用于具有由单晶化半导体膜形成的薄膜晶体管等有源元件的显示屏的制造方法及利用此制造方法制造的显示屏。
背景技术
现在，液晶显示装置或有机EL显示装置，是利用在玻璃及熔融石英等的绝缘基板上的像素部(显示区域)上由非晶态硅膜形成的薄膜晶体管的开关电路形成图像。如果能够在此绝缘基板上同时形成对像素部的薄膜晶体管进行驱动的驱动电路，即扫描线驱动电路部及信号线驱动电路部以及必需的其他电路组，则可以期待飞跃式的制造成本的降低及可靠性的提高。
可是，由于现状是形成晶体管的有源层的硅膜的结晶性恶劣，以迁移率为代表的薄膜晶体管的性能低，难以制作要求高速高功能的电路。为了制作这些高速高功能的电路，高迁移率的薄膜晶体管是必需的，为了实现这一点，必须改善硅膜的结晶性。
作为改善结晶性的方法，过去是退火。这一方法是对在玻璃等绝缘基板上形成的非晶态硅膜(迁移率小于等于1cm2/Vs)使用准分子激光照射退火，使非晶态硅膜变(改性)成多晶硅膜，改善迁移率。
使用准分子激光照射得到的多晶硅膜，晶粒粒径为大约数百nm，迁移率也为大约100cm2/Vs，对于驱动像素部的薄膜晶体管而言性能是足够的，但应用于驱动显示屏的驱动电路等其性能不足。另外，在晶粒晶界上形成数十nm～100nm的突起，使薄膜晶体管的耐压降低。另外，准分子激光器，由于脉冲间的能量的散差大，除了加工容限窄之外，由于使用有毒气体而使设备成本高，并且由于必须定期更换高价的振荡管，运行费用极大。
在非专利文献1中记述了作为上述问题的解决方法的连续振荡激光退火技术。
[非专利文献1]F.Takeuchi等，“Performance of poly-Si TFTsfabricated by a Stable Scanning CW Laser Crystallzation”AM-LCD’01(TFT4-3)。
发明内容
在上述现有技术中，是利用LD(激光二极管)激发连续振荡YVO4激光的二次谐波在形成于玻璃基板上的非晶态硅膜进行扫描而使晶体在激光的扫描方向上生长，并得到超过500cm2/Vs的迁移率。在所得到的多晶硅膜不发生突起而得到这一程度的迁移率时，可以形成具有充分性能的驱动电路，可以实现也在构成显示屏的绝缘基板上直接形成驱动电路的所谓的“屏上系统”。
不过，实验表明，在上述方法中存在以下问题。就是说，在形成于基板上的非晶态硅膜中存在针孔等缺陷及异物时，会出现利用激光照射熔融的硅以这一缺陷及异物为起点凝聚成为条状的现象。一旦发生这种凝聚，凝聚区域呈扇形扩展，达到激光的照射的整个宽度，只要激光照射不停止就继续。由于发生这种凝聚的区域硅不是以膜的形式存在，此处就不能形成薄膜晶体管。存在这种凝聚区域的显示屏就成为不合格品，结果制造成品率下降。
本发明的目的是提供一种可以解决上述现有技术的缺点，根据在绝缘基板上形成的各种电路所必需的性能，在使制造成品率提高的同时，形成不出现成为耐压降低的原因的突起的多晶硅膜的显示屏的制造方法及利用此制造方法制造的显示屏。另外，在此说明书中，有时也单将硅膜称为膜。
在本发明的显示屏的制造方法中，将连续振荡(CW)固体激光聚光为线状并在聚光的宽度方向上以一定的速度扫描的同时对非晶态硅膜进行照射。此时，对连续振荡激光进行时间调制，以一定的功率密度对构成显示屏的同一绝缘基板内的照射区域(外围电路部及像素部)进行照射。在照射结束而达到下一个绝缘基板的照射区域之前，降低或停止激光输出。然后，在到达下一个照射区域的时刻，再次开始照射。激光以一定的速度扫描保持不变，对构成在大尺寸的绝缘基板上形成的各个显示屏的全部绝缘基板部分继续这一动作，并在激光照射的区域中形成薄膜晶体管。
另外，在本发明的显示屏的制造方法中，将连续振荡固体激光聚光为线状并在聚光的宽度方向上以一定的速度扫描的同时对非晶态硅膜进行照射。此时，对连续振荡激光进行时间调制，在构成显示屏的同一绝缘基板内以高功率密度或中等功率密度对外围电路部进行照射，而以低功率密度对像素部进行照射，同时，在同一绝缘基板内的照射结束而达到下一个绝缘基板的照射区域之前，降低或停止激光输出。然后，在到达下一个照射区域的时刻，再次开始照射。激光以一定的速度扫描保持不变，对构成在大尺寸的绝缘基板上形成的各个显示屏的全部绝缘基板部分继续这一动作，并在激光照射的区域中形成薄膜晶体管。
本发明的显示屏的驱动电路等的外围电路部及像素部的薄膜晶体管，是由在非晶态硅膜上将连续振荡固体激光聚光为线状、在聚光的宽度方向上以一定的速度扫描并进行时间调制的同时对非晶态硅膜进行照射而得到的横向生长多晶硅膜构成的。
另外，本发明的显示屏，是由在非晶态硅膜上通过将连续振荡固体激光聚光为线状并在聚光的宽度方向上以一定的速度扫描并对激光进行时间调制，在驱动电路等的外围电路部之中，以高功率密度对形成信号线驱动电路的薄膜晶体管的非晶态硅膜进行照射而得到的横向生长多晶硅膜构成的。而形成像素部的薄膜晶体管的非晶态硅膜是由以低功率密度的激光照射所得到的微细晶粒组成的多晶硅膜构成的。扫描线驱动电路的薄膜晶体管，是由对非晶态硅膜以中等或高功率密度激光进行照射而得到的横向生长的多晶硅膜或粒状多晶硅膜构成的。
根据本发明的显示屏的制造方法，是对在玻璃等绝缘基板上形成的非晶态硅膜上，将时间调制，即利用时间对激光的强度进行调制的连续振荡固体激光聚光为线状，对构成像素部的切换用的薄膜晶体管的形成区域、形成包含驱动电路的外围电路的区域等，经过退火改性为与构成各个薄膜晶体管的硅膜的所要求性能相应的性能。由此，可以抑制对硅膜的损伤(出现凝聚)，或者抑制已出现的损伤(凝聚部)扩大到广大范围，从而可以以高成品率制造显示屏。另外，由于这些膜的退火全部是利用固体激光作为热源实施的，所以可以降低原来实施现有的准分子激光退火所必需的运行费用。
还有，由于可以在玻璃等绝缘基板上形成高速动作的薄膜晶体管，所以可以实现内置称为所谓的屏上系统(也称为屏中系统)的驱动电路、接口电路等的液晶显示屏或有机EL显示屏。对于这样制造的显示屏，如果是液晶显示屏，就将对应的基板粘合并在两者的间隙中密封进液晶，而如果是有机EL显示屏，就涂覆发光层等并以密封壳进行密封，与外附电路及其他构成部件一起容纳于外壳中而形成显示装置。
另外，本发明并不限定于上述的构成及后述的实施例的构成。在上述中，说明的是由大尺寸的绝缘基板制造多个单个的显示屏的所谓的多块方式，但本发明并不限定于这种方式，对大尺寸的绝缘基板作为单个的显示屏也同样可以适用。
附图说明
从下面的结合附图的详细描述，很容易了解本发明的上述及其他目的、特点、方面和优点。
图1为说明适用于实施本发明的显示屏的制造方法的激光退火装置的光学系统及控制系统的一构成例的示意图。
图2为说明将线状光束照射到玻璃基板上的方法的示意图。
图3为由于膜缺陷或附着物引起的硅膜的凝聚的说明图。
图4为在现有技术中在退火时出现硅膜的凝聚的说明图。
图5为根据本发明的显示屏的制造方法的实施例1中退火时硅膜发生凝聚的说明图。
图6为利用照射激光的扫描速度和功率密度形成的硅膜的结晶的情况的说明图。
图7为根据本发明的显示屏的制造方法的实施例1的激光的扫描和硅膜的横向生长多晶膜的说明图。
图8为说明根据本发明的显示屏的制造方法的实施例1的横向生长多晶膜改性的硅结晶中作入的薄膜晶体管的配置的示意图。
图9为根据本发明的显示屏的制造方法的实施例1的激光的扫描和硅膜的粒状多晶膜的说明图。
图10为说明根据本发明的显示屏的制造方法的实施例1的粒状多晶膜改性的硅结晶中作入的薄膜晶体管的配置的示意图。
图11为说明根据本发明的显示屏的制造方法的实施例1的载台移动和照射激光的功率密度的关系的说明图。
图12为说明根据本发明的显示屏的制造方法的实施例2的载台移动和照射激光的功率密度的关系的说明图。
图13为说明根据本发明的显示屏的制造方法的实施例3的载台移动和照射激光的功率密度的关系的说明图。
图14为作为应用本发明的显示屏的液晶显示屏(LCD)的显示屏的制造工序的说明图。
图15为作为图14中说明的制造工序之一的激光退火工序的说明图。
图16为说明图14中说明的制造工序之中LCD(显示屏)工序和模块工序的斜视图。
图17为说明液晶显示屏的构造例的像素部的一像素附近的主要部分的剖面图。
图18为示出有机EL显示屏的制造工序的说明图。
图19为说明完成的有机EL显示屏的构造例的像素部的一像素附近的主要部分的剖面图。
图20为说明本发明的显示屏的制造方法的实施例4的激光退火装置的构成图。
图21为利用衍射光学元件的光束整形元件部的构成图。
图22为说明在一个显示屏内需要退火的区域的示意图。
图23为说明图22的像素部和扫描线驱动电路部及信号线驱动电路部的三个区域各自之中必需的硅膜的结晶的特征的说明图。
图24为说明显示屏的一像素的构成例的平面图。
图25为本发明的实施例4的制造过程的说明图。
图26为本发明的实施例4的制造过程的接着图25的说明图。
图27为本发明的实施例4的制造过程的接着图26的说明图。
图28为说明实施本发明的实施例4的激光退火的显示屏的示意图。
图29为本发明的实施例5的制造过程的说明图。
图30为说明本发明的实施例6的制造方法的激光退火的构成图。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明予以详细说明。
[实施例1]
图1为说明适用于实施本发明的显示屏的制造方法的激光退火装置的光学系统及控制系统的一构成例的示意图。在本构成例中，激光源使用将从设置于激光电源1内的激光器(LD)产生的红外光由光纤2导入振荡器内激发的LD激发连续振荡固体激光器3。由连续振荡固体激光器(下面也单称其为激光振荡器)3起振的连续波(CW)激光4由ND滤波器5调整输出，入射到用来进行时间调制的EO调制器6。从EO调制器6发出的激光，通过用来整形为在纵向方向上均匀的能量分布的线状光束均化器7和用来将多余的激光截断或调整聚光尺寸的矩形狭缝8。通过矩形狭缝8的激光由物镜11照射到载置于载台9上的绝缘基板10作为该狭缝的投影像。
在载台9上设置用来检出该位置的线性编码器(也称为线性标尺)12。线性编码器12与载台9的位置相对应地产生脉冲信号，发送到控制装置16。控制装置16，计数此脉冲信号，在每个预先设定的脉冲数，将用来驱动EO调制器6的控制信号发送到EO调制器驱动器15。
另外，具有用来使激光和载台9上的基板10的定位、调整通过矩形狭缝8的激光的形状的下射照明光源17及18、TV摄像机19等。从下射照明光源17及18发出的光通过半透射反射镜20、21投入到激光的光路，从激光光路将光导向TV摄像机(CCD摄像机)19是由半透射反射镜22进行。
激光振荡器3采用可产生紫外或可见光波长的连续振荡光的器件，特别是从输出的大小和输出的稳定性考虑，最优选的是激光二极管激发的YVO4激光器或激光二极管激发的YAG激光器的二次谐波(波长：532nm)。不过，并不限定于此，也可以使用氩激光器、YVO4或YAG激光器的三次谐波或四次谐波、由光纤耦合的多个半导体激光器等。
由激光振荡器3起振的连续振荡激光4透过用来调整输出的透射率可变ND滤波器5，入射到EO调制器6。此时，考虑到EO调制器6的功率承受性，可以利用光束扩展器(未图示)将束径扩大到一直接近EO调制器6的有效直径的大小。比如，在从激光振荡器3发出的振荡激光4的束径大约为2mm，在使用有效直径15mm的EO调制器6时，光束扩展器的扩大率大约为3～5倍是合适的。
EO调制器6，是将普克尔盒(以下简称其为晶体)和偏振光光束分束器组合使用。在激光4是直线偏振光时，设定为借助经过EO调制器驱动器15在晶体上施加电压V1(通常为电压0V)，透过晶体的激光4的偏振方向不转动而保持原样不变，作为S偏振光入射到偏振光光束分束器，偏转90度。即在此状态下，由于激光4偏转90度输出，不入射到以后的光学系统，在作为绝缘基板的绝缘基板10，激光4变成为OFF状态。
另外，通过施加可以使透过EO调制器6的晶体的激光4的偏振方向转动90度的电压V2，使透过晶体的激光4的偏振方向转动90度，作为P偏振光入射到偏振光光束分束器。此时，激光4，透过EO调制器6的偏振光光束分束器一直前进。即在此状态下，因为激光4直进入射到以后的光学系统，在玻璃基板10上激光4变为ON状态。
此外，透过使施加到晶体上的电压在V1(通常为0V)和V2之间变化，可以将透过EO调制器6的激光3的透射率在T1(通常为0)和T2(此处为最大透射率，即1)之间任意设定。就是说，可以将透过EO调制器6的激光4的透射率任意设定在0至1之间。但是，这是考虑在晶体及偏振光光束分束器表面上不存在反射及吸收时的情况。
由于这些原因，使入射到EO调制器6的激光4的输出(EO调制器6的输入)定为P0，通过使施加的电压改变为V1、V2、V3、V4，作为从EO调制器6发出的激光输出，可以得到输出P1(此处为0V)、P2、P3、P4的阶梯状的脉冲输出。此处输出P2是由施加于EO调制器10的输入P0和施加电压V2时的透射率T2的积求得的，P3是P0和施加电压V3时的透射率T3的积求得的，而P4是P0和施加电压V4时的透射率T4的积求得的。当然，通过使施加到晶体上的电压连续地变化，就可以使透过的激光4的输出连续地变化，结果就可以得到具有任意的时间变化的激光4’。另外，关于激光的输出P1、P2、P3、P4见后述。
此处，作为EO调制器6，说明的是晶体(普克尔盒)和偏振光光束分束器组合，可以使用各种偏振片代替偏振光光束分束器。另外，在以后的说明中，将晶体和偏振光光束分束器(或偏振片)的组合称为EO调制器6。
另外，也可以使用AO(音响光学)调制器代替EO调制器6。但是，一般AO调制器，与EO调制器比较，驱动频率低，衍射率稍低，为70～80％，但可在本发明中使用。这样，通过使用EO调制器6或AO调制器等调制器，在从激光振荡器永远有激光输出的状态下，可以在任意时刻(或位置)对被照射部开始照射，经过任意输出变化在任意时刻结束照射。
借助EO调制器6变成ON状态的激光4’，利用光束均化器7成形为线状(实际上由于在短边方向上有宽度，正确说是矩形。在下面，除了对短边方向上的宽度特别需要，单称其为线状)光束。通常，由于从气体激光振荡器及固体激光振荡器发出的输出光束，通常具有在圆形上高斯形状的能量分布，按照其原样不能应用于本发明的激光退火。如果振荡器输出充分大，充分扩大光束径，从中心部分比较均匀的部分切出必需的形状，可以得到大致均匀的能量分布的任意形状，但由于舍去光束的边缘部分，能量的大部分变为无用。为了解决这一缺点，将高斯形状的分布变换为均匀分布，使用光束均化器7。
无论是在光束均化器7中使用的多激光阵列，Powell透镜和圆柱透镜的组合，还是衍射型光学元件等等，有种种形式，只要是可以聚光为线状并且可以在纵向方向上实现均匀的能量分布，采用何种方式都可以。无论是线状的光束的宽度(短边方向宽度)方向上的分布均匀，还是高斯分布原样不变都可以。利用光束均化器7，在矩形开口狭缝面上形成纵向方向上10mm、宽度方向60μm的线状光束。
由光束均化器7聚光成为线状的激光4’，将电动矩形开口狭缝8中不需要的部分的激光截断成形为所要求的矩形形状，由物镜11缩小投影在玻璃基板10上。在物镜11的倍率为M时，电动矩形开口狭缝8的像或通过电动矩形狭缝8的激光4’的大小，是倍率的倒数，即以1/M的大小投影。此处，通过使用20倍的物镜，在电动矩形开口狭缝8的位置原本是纵向方向10mm、宽度方向60μm的线状光束，作为纵向方向500μm、宽度方向3μm的线状光束对玻璃基板10表面进行照射。
在玻璃基板10受到激光4’照射时，在使载台9在纵向和横向平面(XY平面)内移动的同时，对所要求的位置照射激光4’，但在由于玻璃基板10表面的凹凸、起伏等等引起焦点偏离时，会发生聚光的激光4’的功率密度变动、功率密度不均匀、照射形状劣化而不能达到所期望的目的。因此，根据需要，为了可以一直对焦点位置进行照射，利用自动对焦光学系统(未图示)检测焦点位置，通过控制使在脱离焦点位置时对载台9在高度方向上进行调整，或者将光学系统在Z方向上驱动，使焦点位置(矩形开口狭缝8平面的投影位置)和玻璃基板10表面一致。
受到激光4’照射的玻璃基板10的表面，由从下射照明光源18发出的经过半透射反射镜21的照明光照明，通过CCD摄像机19进行摄像，可以利用监视器(未图示)观察。在激光照射中进行观察时，在靠近CCD摄像机19处插入激光截止滤波器，可防止由于在玻璃基板10表面反射的激光，CCD摄像机19引起晕光而不能观察，以及在极端的场合受到损伤。
玻璃基板10的定位，可利用物镜11、CCD摄像机19对在玻璃基板10上形成的定位标记或玻璃基板10的角部或特定的图形进行多处摄像并分别由图像处理装置(未图示)根据需要进行二值化处理、模式匹配处理等图像处理，计算出其位置坐标，通过对载台9进行驱动而在X-Y-θ三轴上进行。另外，θ是XY平面的倾角。
在图1中显示的物镜11是一个，在电动转换器上装载多个物镜，由控制装置(未图示)发出的信号进行切换，可以根据处理内容分别使用最合适的物镜。就是说对于将玻璃基板10载置于载台9上时的预定位、需要时进行的精密定位、激光退火处理、退火处理后的观察、以及后述的定位标记的形成等等可以分别使用最合适物镜。定位可以通过设置专用光学系统(激光器、摄像装置及照明装置)进行，也可以通过使进行激光退火的光学系统兼任定位光学系统在同一光轴上进行检测和激光照射而提高激光退火时的定位精度。
下面参照图1～图11对利用上述的光学系统的本发明的显示屏的制造方法的实施例1予以说明。此处，作为对象的基板是在厚度为0.3mm～1.0mm左右的玻璃基板的1主面上夹着绝缘体薄膜形成膜厚30nm～150nm的非晶态硅膜的基板，下面将其称为玻璃基板10。此处所谓的绝缘体薄膜是膜厚50～200nm的SiO2或SiN或是这些的复合膜。
图2为说明将线状光束照射到玻璃基板上的方法的示意图，图3为由于膜缺陷或附着物引起的硅膜的凝聚的说明图，图4为在现有技术中在退火时出现硅膜的凝聚的说明图，图5为在本实施例1中退火时硅膜发生凝聚的说明图，图6为利用照射激光的扫描速度和功率密度形成的硅膜的晶体的情况的说明图，图7为根据本实施例的制造方法的激光的扫描和硅膜的横向生长多晶膜的说明图，图8为说明利用本实施例的制造方法的横向生长多晶膜改性的硅结晶中作入的薄膜晶体管的配置的示意图，图9为根据本实施例的制造方法的激光的扫描和硅膜的粒状多晶膜的说明图，图10为说明根据本实施例的制造方法的粒状多晶膜改性的硅结晶中作入的薄膜晶体管的配置的示意图，图11为说明根据本发明的显示屏的制造方法的实施例1的载台移动和照射激光的功率密度的关系的说明图。
将玻璃基板10载置于图1的载台9上。在此玻璃基板10上，如图2(a)中的点划线划分所示，形成分别成为单个的显示屏的多个玻璃基板部分。以下，为了使说明简单，将各个玻璃基板部分称为显示屏50。各显示屏50具有像素部(显示部)51和扫描线驱动电路部52、信号线驱动电路部53、其他外围电路部54等的晶体管形成区域，如图2(b)所示，在聚光成为线状的激光40继续相对进行扫描的状态中对激光40进行时间调制，对各显示屏50内的晶体管形成区域实施退火。图中扫描方向以S表示。
此处，参照图3对未进行时间调制的场合的问题进行说明。在对形成于玻璃基板上的非晶态硅膜300以聚光成为线状的激光，如图2(b)所示，进行照射的同时，相对地进行扫描。选择使受照射的硅膜熔融，在再凝固过程中晶粒在横向方向(扫描方向：横向)上生长，形成在激光的扫描方向S上生长为带状的晶体的条件作为激光的功率密度。通常，如图3的上段所示，在激光照射区域301中形成由后述的生长成为带状的晶体构成的多晶膜。另外，在激光照射结束部分中形成突起302。
然而，如图3的下段所示，当在非晶态硅膜300中存在针孔等缺陷305或附着异物等时，熔融硅不能以膜状态存在，由于表面张力变成凝聚成为条状的棒状硅306。此棒状硅306在和激光的扫描方向S正交的方向上形成的间距为数μm～10数μm。在邻接的棒状硅306之间，露出底层的绝缘膜或玻璃基板。因此，通过通常的加工过程可以形成薄膜晶体管。就是说，发生这种凝聚的显示屏是不合格品。并且，此凝聚，如果发生，只要激光照射继续，就会继续。
设想在图4和图5中在一块大尺寸的玻璃基板9内形成70块的单个的显示屏部分而得到多面的场合，考虑在玻璃基板9内在4个场所存在缺陷或附着异物的情况。在玻璃基板9上形成的为70块的各个单独的显示屏部分，利用从左下角起到右上角止的坐标(1，1)～(10，7)表示。从玻璃基板的一端到另一端利用连续振荡激光以退火条件进行扫描时，在一旦发生凝聚的横向的列(与激光的扫描方向S平行的方向)发生凝聚以后，激光照射的显示屏全部由于凝聚而成为不合格品。在现有技术中，在退火的图4的场合，不合格品率为21/70。
与此相对，在对激光实施时间调制时，通过控制使每次在至少一个单个的显示屏部分的退火结束时，停止激光输出或将其降低到使硅膜的晶体结构不会改变(不改性)的程度，在进入到新的、下一个单个的显示屏部分的时刻变为合适的输出。由此，如图5所示，即使是在存在4个地点的缺陷或附着异物时，也只有4个单个的显示屏部分变成不合格品。此时的不合格品率为4/70。这样，对连续振荡激光实施时间调制而进行照射，对于提高成品率极为有效。
图6为以对玻璃基板上形成的非晶态硅膜进行照射的激光能量密度和扫描速度作为参数进行退火的结果的说明图。在将激光整形为线状光束使宽度方向成为3～6μm时，作为扫描速度可以使用的范围为50～1000mm/s，从稳定的退火和生产率的观点出发，200～600mm/s是合适的。另外，扫描速度300mm/s的横向生长可能的功率密度为0.4～1.0MW/cm2。在图6中，考虑的是激光的扫描速度V1一定时的退火的场合。
在激光的功率密度为P2时经过熔融和再凝固的过程，晶体在激光的扫描方向的横向方向(横向)上生长而得到带状多晶膜，所谓的准单晶膜。此准单晶膜，对形成用来构成驱动电路的晶体管，其膜质是足够的，通过使晶体的生长方向和作入此硅膜的薄膜晶体管的电流的流动方向一致，很容易得到300～400cm2/Vs左右的迁移率。
此外，在图3和图4中说明的棒状硅的阈值以下利用大于功率密度P2的功率密度P3照射时，可进一步提高膜质而得到大于等于450cm2/Vs的迁移率。此区域处于实线和虚线之间，在图3中以A表示。
当然，在以大于等于成为上述棒状硅的阈值P4的功率密度进行激光照射时，硅膜作为膜已经不存在，由于表面张力成为条状集合(凝聚)，或硅膜的一部分蒸发去掉而产生损伤。此区域在实线的上方，在图6中以B表示。
另一方面，在以低于准单晶形成的合适的功率密度P2的功率密度P1照射时，由于是只在比晶体可能在横向上生长的时间更短的时间处于熔融状态，所以成为由微细晶粒组成的粒状多晶状态。由于在形成粒状多晶的条件下照射的功率密度的作用，晶粒的大小发生变化，功率密度越大，就可以得到更大的迁移率。
所得到的迁移率的范围为数十～200cm2/Vs左右，比如可以形成具有对像素的开关使用的充分的性能的单晶膜。此区域在图6中以C表示。此区域位于虚线和点划线之间，在图6中以C表示。D表示硅膜为非晶态原样不变的区域。
另外，无论是在何种功率密度中，为了使连续振荡激光扫描进行多晶化，不会像使用脉冲激光照射进行多晶化时，形成由于晶粒之间的冲突引起的突出，在粒状多晶膜的场合表面的粗糙度最大值Rmax为30nm左右，在准单晶的场合表面的粗糙度最大值Rmax为小于等于20nm，典型情况下为10nm左右。
下面参照图7对时间调制的连续振荡激光4照射的场合的非晶态硅膜的行为予以说明。如前所述，在本实施例中，将在玻璃基板上形成非晶态硅膜100的基板用作退火对象。
如图7(a)所示，聚光为线状的激光101在非晶态硅膜100上扫描对区域102进行照射。在聚光的激光的功率密度为图6的P2时，激光照射区域102以外的非晶态硅膜100保持原样不变，激光照射区域102以内的非晶态硅熔融。其后，由于激光101通过而急速凝固和再结晶化。此时，如图7(b)示意所示，从最初熔融的区域的硅开始冷却和凝固，形成具有随机的结晶方位的微晶104。
各微晶继续在激光的扫描方向S上生长，由于其生长速度因晶体的方位不同而异，最后只有具有最快的生长速度的结晶方位的晶粒继续生长。就是说，如图7(b)所示，具有生长速度慢的结晶方位的晶粒105，受到周围的生长速度快的结晶方位的晶粒106、107的生长的抑制，晶体生长停止。另外，具有生长速度中等的结晶方位的晶粒106继续生长，但还受到生长速度大的晶粒107、108的抑制，不久生长停止。最后具有生长速度最大的结晶方位的晶粒107、108继续生长。
但是，并不是无限制地生长，在生长10～50微米左右的长度时，不久受到新开始生长的晶粒的抑制，结果可以得到宽度为0.2μm～2μm、长度5μm～50μm的晶粒。
这些继续结晶生长到最后的晶粒107、108、109、110、111、112，在严格的意义上，是独立的晶粒，具有几乎相同的结晶方位，熔融再结晶的部分实际上大致可以看作是单晶(准单晶)。而且，在此激光退火后的表面的凸凹小于等于10nm，是极为平坦的状态。通过以如上所述方式用激光照射非晶态硅膜100，使经过激光照射的区域形成岛状退火，只有具有特定的结晶方位的晶粒生长，在严格的意义上是多晶状态，形成为具有大致接近单晶的性质的区域。特别是，在不是横切晶界的方向上，实质上可以认为是单晶。作为此时的硅膜的迁移率，可以得到大于等于400cm2/Vs，典型的为450cm2/Vs。
在对形成非晶态硅膜100的玻璃基板进行扫描的同时，重复这一步骤，通过对必需退火的部分顺序进行激光照射，可以将形成薄膜晶体管的区域全部变成为具有大致接近单晶的性质的区域。为了使具有接近单晶的性质的区域的晶粒在一定方向上生长，在形成薄膜晶体管时，通过使电流流动的方向(源漏方向)和晶粒生长方向一致，可以避免电流流过方向横切晶界。
于是，可以使在图7(b)中以虚线包围的区域(活性区域)130、131成为薄膜晶体管的活性层(活性区域)而在薄膜晶体管的作入时进行定位。经过杂质扩散工序及光刻工序，将活性区域130、131以外部分除去，利用光刻工序形成经过图8所示的栅绝缘膜(未图示)的栅电极133、具有欧姆连接的源电极134及漏电极135而完成晶体管。
图8示出在图7(b)的活性区域130中作入薄膜晶体管的场合。其中，在活性区域130中存在数个晶界。然而，由于电流在源电极134和漏电极135之间流动，电流不横切晶界，实质上可得到与以单晶构成的场合等价的迁移率。
如上所述，利用经时间调制的连续振荡固体激光以在图6中说明的密度P2进行照射熔融再结晶的部分，通过使电流的流动方向与不横切晶界的方向一致，可以作入高性能的薄膜晶体管。通过这种退火得到的迁移率，比如，在将此显示屏应用于液晶显示装置时，对于形成包含用来高速驱动液晶的驱动电路的外围电路是充分的数值，只要需要，也可以使用于像素的开关用薄膜晶体管。
其次，对于聚光的激光的功率密度为图6的P1的场合，参照图9予以说明。如图9所示，在将聚光成为线状的激光，与图7(b)一样，在连续扫描基板的同时，对非晶态硅膜上进行照射时，在激光照射区域以外的非晶态硅膜保持原样不变，激光照射区域以内的非晶态硅熔融。其后，由于激光通过而急速凝固和再结晶化。此时，与图7(b)所示一样，从最初熔融的区域的硅开始冷却和凝固，形成具有随机的结晶方位的微晶144。
由于照射的激光的功率密度小于前述的P2，熔融的硅也没有充足的时间连续地结晶生长，不处于熔融状态。因此，各粒状微细结晶144不会再生长，保持粒状微细结晶原样不变。由于随着激光的相对移动，同样的现象将一个接一个地发生，结果如图9所示的激光照射区域整个成为由微细的粒状晶粒构成的多晶硅膜。这些粒状微细晶粒的大小因照射的激光的功率密度而异，为数十nm～1000nm(1微米)的范围。
在利用由此粒状晶粒构成的多晶硅膜，将其一部分作为活性区域150、151作入薄膜晶体管时，经过杂质扩散工序及光刻工序，将活性区域150、151以外部分除去，利用光刻工序形成经过图10所示的栅绝缘膜(未图示)的栅电极153、具有欧姆连接的源电极154及漏电极155而完成晶体管。图10示出将薄膜晶体管作入图9的活性区域150中的场合。
由于此处得到的多晶膜在晶粒的大小上是各向异性的，在形成此薄膜晶体管时，控制源漏方向的必要性很小。另外，由于通过这一退火得到的多晶膜的迁移率为数十～200cm2/Vs左右，对于驱动电路用的晶体管而言其性能不足，但对于在像素部形成的各像素的开关用薄膜晶体管则已足够。
下面考虑到如上所述的退火机构对本发明的显示装置的制造方法的实施例1予以说明。在图11(a)中示出在由大尺寸的玻璃基板制造的多个显示屏部分(通常形成数十～数百块的显示屏)之中，以在激光的扫描方向上相邻的两块显示屏作为代表。另外，此处也是将构成显示屏的绝缘基板(玻璃基板)称为显示屏进行说明的。在各显示屏上形成显示部(像素部)171(171’)、扫描线驱动电路部172(172’)、信号线驱动电路部173(173’)及其他外围电路部174(174’)。
在本实施例中，在上述显示部171(171’)、扫描线驱动电路部172(172’)、信号线驱动电路部173(173’)及其他外围电路部174(174’)全部之中都形成可高速驱动的薄膜晶体管。
利用聚光为线状的激光在箭头所示的扫描方向S上进行相对扫描。另外，扫描一般为通过移动玻璃基板进行，但也可以移动激光进行。
在图11(b)和(c)中对比示出激光的扫描方向位置的功率密度和显示屏的配置。另外，此处的说明也参照图6。由于激光是定速扫描，可以将激光的扫描方向位置置换为时间。在激光到达成为对象的两块显示屏之中的图11(a)的左侧的显示屏的时刻，功率密度可利用图1中说明的EO调制器设定为0(零)或不会引起非晶态硅膜的结晶状态的变化的程度的低功率密度。
在激光接近扫描线驱动电路部172时，在EO调制器上施加电压使功率密度成为P2，功率密度为P2的激光就开始进行退火。功率密度P2是足以使熔融的硅在与激光的扫描方向的横方向(横向)上生长的功率密度。激光，即使通过扫描线驱动电路部172进入到像素部171，也可以维持功率密度P2，在通过像素部的时刻，可利用EO调制器设定为0(零)或不会引起非晶态硅膜的结晶状态的变化的程度的低功率密度。
在该状态下，激光通过左侧的显示屏，进入到右侧的显示屏，在接近右侧的显示屏的扫描线驱动电路部172’时，在EO调制器上施加电压使功率密度成为P2，功率密度为P2的激光就开始进行退火。激光，即使通过扫描线驱动电路部172’进入到像素部171’，也可以维持功率密度P2，在通过像素部171’的时刻，可利用EO调制器设定为0(零)或不会引起非晶态硅膜的结晶状态的变化的程度的低功率密度。
激光，如图11所示，包含其他外围电路部174、174’以及信号线驱动电路部173、173’，在激光照射完成时，激光相对地在与扫描方向S正交的方向上移动，对下一个显示屏列开始照射。在图11中，示出的是对整个的一块显示屏是由11次扫描进行退火，但扫描次数由连续振荡激光器的输出和显示屏的尺寸决定。
另外，在图11中，示出的是在沿着激光的扫描方向S的一定方向上进行退火，但也可以利用往复扫描进行退火。一定方向的退火在可以以高精度设定照射位置方面是有利的，但往复扫描在生产率这一点上有利。
另外，说明的是在一次扫描中在显示屏内激光一直处于ON状态进行扫描的场合，但也可如图11(c)所示，以一定周期，或以任意周期，使激光反复ON/OFF进行照射。此时，可为了重复数百μm～数mm的退火区域和5μm～10μm的非退火区域，在退火区域内形成显示屏的薄膜晶体管及外围电路部的薄膜晶体管而定位是自不待言的。
重复以上的动作，对玻璃基板的整个表面进行扫描而结束退火。由此，以功率密度P2照射的像素部、扫描线驱动电路部以及信号线驱动电路部(包含其他外围电路部)就变成迁移率为300～400cm2/Vs的多晶硅(准单晶硅)膜。
在本实施例中，就可以针对与形成构成像素部的开关用的薄膜晶体管的区域、形成包含驱动电路的外围电路的区域等的构成各自的薄膜晶体管硅膜的要求性能相应的性能进行退火而以提高的成品率来制造显示屏。
根据上述实施例1，可以提供在使显示屏的制造成品率提高的同时，根据在绝缘基板上形成的各种电路所需要的性能而形成的不出现成为耐压降低的原因的突起的多晶硅膜的显示屏。
[实施例2]
图12为说明根据本发明的显示屏的制造方法的实施例2的载台移动和照射激光的功率密度的关系的说明图。此处的说明也参照图1及图6。与实施例1一样，在图12(a)中示出在由大尺寸的玻璃基板形成的多个显示屏(通常形成数十～数百块的显示屏)之中，以相邻的两块显示屏作为代表。另外，此处所说的显示屏也与实施例1一样是指的构成各个显示屏的绝缘基板(玻璃基板)。在各显示屏上形成显示部(像素部)181(181’)、扫描线驱动电路部182(182’)、信号线驱动电路部183(183’)及其他外围电路部184(184’)。
在本实施例中，在上述像素部181(181’)、扫描线驱动电路部182(182’)、信号线驱动电路部183(183’)及其他外围电路部184(184’)全部之中都形成可用来形成可高速驱动的薄膜晶体管的准单晶膜。利用聚光为线状的激光在箭头S所示的方向上进行相对扫描。另外，扫描一般为通过移动玻璃基板进行，但也可以移动激光进行。
在图12(b)和(c)中对比示出激光的扫描方向位置的功率密度和显示屏的配置。此处，由于激光是定速扫描，可以将激光的扫描方向位置置换为时间。在图12(a)中，在激光到达成为对象的两块显示屏之中的左侧的显示屏的时刻，功率密度可利用EO调制器设定为0(零)或不会引起非晶态硅膜的结晶状态的变化的程度的低功率密度。在激光接近扫描线驱动电路部182时，在EO调制器上施加电压使功率密度成为P1，功率密度为P1的激光就开始进行退火。
如在图6中所说明的，功率密度P1是不足以使熔融的硅在与激光的扫描方向的横方向(横向)上生长的功率密度。利用此功率密度照射，可形成微细多晶膜。
激光，即使通过扫描线驱动电路部182进入到像素部181，也可以维持功率密度P1，在通过像素部的时刻，可利用EO调制器可利用EO调制器设定为0(零)或不会引起非晶态硅膜的结晶状态的变化的程度的低功率密度。
在该状态下，激光通过左侧的显示屏，进入到右侧的显示屏，在接近扫描线驱动电路部182’时，在EO调制器上施加电压使功率密度成为P1，功率密度为P1的激光就开始进行退火。激光，即使通过扫描线驱动电路部182’进入到像素部181’，也可以维持如图12(b)所示的功率密度P1，在通过像素部181’的时刻，可利用EO调制器设定为0(零)或不会引起非晶态硅膜的结晶状态的变化的程度的低功率密度。
激光，如图12(a)所示，在进入形成其他外围电路部184’以及信号线驱动电路部183’的区域时，由EO调制器设定功率密度为P2。激光在对其他外围电路部184’及信号线驱动电路部183’照射中间，维持如图12(c)所示的功率密度P2，在对左侧显示屏的激光照射完成时，利用EO调制器设定为0(零)或不会引起非晶态硅膜的结晶状态的变化的程度的低功率密度。
在进入右侧的显示屏，接近扫描线驱动电路部182’时，在EO调制器上施加电压使功率密度成为P2，功率密度为P2的激光就开始进行退火。功率密度P2是足以使熔融的硅在与激光的扫描方向的横方向(横向)上生长的功率密度。激光，在通过扫描线驱动电路部182’的时刻，可利用EO调制器设定为0(零)或不会引起非晶态硅膜的结晶状态的变化的程度的低功率密度。在对大尺寸的玻璃基板上的多个显示屏一列的退火完成时，激光在与扫描方向S正交的方向上相对地移动，对下面的1列多个显示屏开始照射。
另外，在图12(a)中，示出的也是对整个一块显示屏是用11次扫描进行退火，但扫描次数由连续振荡激光器的输出和显示屏的尺寸决定。另外，在图12中，说明的也是在一定方向上进行退火的场合，但也可以利用往复扫描进行退火。一定方向的退火在可以以高精度设定照射位置方面是有利的，但往复扫描在生产率这一点上有利。
在本实施例中说明的是在一次扫描中在显示屏内激光一直处于ON状态进行扫描的场合，如在图11中所说明的，也可以使激光反复ON/OFF进行照射。此时，可为了在退火区域内形成显示屏的薄膜晶体管及外围电路部的薄膜晶体管而定位是自不待言的。
重复以上的动作，对玻璃基板全面进行扫描而结束退火。由此，以功率密度P1照射的扫描线驱动电路部以及像素部就变成迁移率为10～200cm2/Vs的多晶硅膜，信号线驱动电路部成为迁移率为300～400cm2/Vs的多晶硅膜。
根据本实施例，就可以针对与形成构成像素部的开关用的薄膜晶体管的区域、形成包含驱动电路的外围电路的区域等的构成各自的薄膜晶体管硅膜的要求性能相应的性能进行退火，以高的成品率制造显示屏。
[实施例3]
图13为说明根据本发明的显示屏的制造方法的实施例3的载台移动和照射激光的功率密度的关系的说明图。此处的说明也参照图1及图6。与实施例2一样，在图13中示出在由大尺寸的玻璃基板形成的多个显示屏(通常形成数十～数百块的显示屏)之中，以相邻的两块显示屏作为代表。显示屏的意义也与上述实施例一样。在图13(a)中，在各显示屏中形成显示部(像素部)191(191’)、扫描线驱动电路部192(192’)、信号线驱动电路部193(193’)及其他外围电路部194(194’)。
在本实施例中，在上述像素部191(191’)、扫描线驱动电路部192(192’)、信号线驱动电路部193(193’)及其他外围电路部194(194’)全部之中都形成可用来形成可高速驱动的薄膜晶体管的准单晶膜。利用聚光为线状的激光在箭头S所示的方向上进行相对扫描。另外，扫描一般为通过移动玻璃基板进行，但也可以移动激光进行。
在图13(b)和(c)中对比示出激光的扫描方向位置的功率密度和显示屏的配置。此处，由于激光是定速扫描，可以将激光的扫描方向位置置换为时间。在激光到达成为对象的两块显示屏之中的左侧的显示屏的时刻，功率密度可利用EO调制器设定为0(零)或不会引起非晶态硅膜的结晶状态的变化的程度的低功率密度。在激光接近扫描线驱动电路部192时，在EO调制器上施加电压使功率密度成为P2，功率密度为P2的激光就开始进行退火。功率密度P2是足以使熔融的硅在与激光的扫描方向的横方向(横向)上生长的功率密度，可得到高迁移率的准单晶膜。激光，在通过扫描线驱动电路部192的时刻，可利用EO调制器将功率密度设定为P1。
激光进入到像素部191，维持功率密度P1，在通过像素部191的时刻，可利用EO调制器设定为0(零)或不会引起非晶态硅膜的结晶状态的变化的程度的低功率密度。功率密度P1是不足以使熔融的硅在与激光的扫描方向的横方向(横向)上生长的功率密度，利用此功率密度照射，可形成粒状微细多晶膜。
激光通过左侧的显示屏，进入到右侧的显示屏，在接近扫描线驱动电路部192’时，在EO调制器上施加电压使功率密度成为P2，功率密度为P2的激光就开始进行退火。由此，在以功率密度P2照射的区域中，硅在横向上生长形成准单晶膜。在激光通过扫描线驱动电路部192’的时刻，可利用EO调制器将功率密度设定为P1。在激光进入到像素部191’，维持功率密度P1，形成微细多晶膜，在通过像素部191’的时刻，可利用EO调制器设定为0(零)或不会引起非晶态硅膜的结晶状态的变化的程度的低功率密度。
激光，如图13(c)所示，在进入形成其他外围电路部194以及信号线驱动电路部193(193’)的区域时，由EO调制器设定功率密度为P3。此处，功率密度P3为大于功率密度P2的值，以功率密度P3照射的区域是比以功率密度P2照射的区域可以得到更大的晶粒，形成适于形成更高速的电路的准单晶膜。激光在对其他外围电路部194(194’)及信号线驱动电路部193(193’)照射中间，维持功率密度P3。
在对左侧显示屏的激光照射完成时，可利用EO调制器设定为0(零)或不会引起非晶态硅膜的结晶状态的变化的程度的低功率密度。在进入到右侧的显示屏，激光进入到形成其他外围电路部194’及信号线驱动电路部193’的区域时，利用EO调制器设定功率密度P3。激光在对其他外围电路部194’及信号线驱动电路部193’照射中间，维持功率密度P3，在对右侧显示屏的激光照射完成时，可利用图EO调制器设定为0(零)或不会引起非晶态硅膜的结晶状态的变化的程度的低功率密度。
在对一列大小的显示屏的退火完成时，激光相对地在与扫描方向S正交的方向上移动，对下面的显示屏列开始照射。另外，在图13中，示出的也是对整个的一块显示屏是由11次扫描进行退火，但扫描次数由连续振荡激光器的输出和显示屏的尺寸决定。另外，在图13中，说明的也是在一定方向上进行退火的场合，但也可以利用往复扫描进行退火。一定方向的退火在可以以高精度设定照射位置方面是有利的，但往复扫描在生产率这一点上有利。
在本实施例中说明的也是在激光的一次扫描中在显示屏内激光一直处于ON状态进行扫描的场合，如在图11中所说明的，也可以使激光反复ON/OFF进行照射。此时，也可为了在退火区域内形成显示屏的薄膜晶体管及外围电路部的薄膜晶体管而定位，这是自不待言的。
另外，说明的是功率密度P3为大于功率密度P2的场合，由于电路设计上的理由，既可以设定功率密度P2和功率密度P3相等，也可以设定功率密度P2大于功率密度P3。
重复以上的动作，对基板全面进行扫描而结束退火。由此，以功率密度P1照射的像素部就改性为迁移率为10～200cm2/Vs的多晶硅膜，信号线驱动电路部改性为迁移率为300～400cm2/Vs的多晶(准单晶)硅膜。于是，其他外围电路部及扫描线驱动电路部成为迁移率大于等于400cm2/Vs，典型的成为450cm2/Vs左右的多晶(准单晶)硅膜。
下面按照图14及图15对包含上述退火工序的显示屏的制造工序予以说明。图14为作为应用本发明的显示屏的液晶显示屏(LCD)的显示屏的制造工序的说明图。图15为作为图14中说明的制造工序之一的激光退火工序的说明图，而图16为说明图14中说明的制造工序之中LCD(显示屏)工序和模块工序的斜视图。如图14所示，首先，在玻璃基板上形成SiO2或SiN或这两者等等的绝缘膜(P-1)。在其上形成非晶态硅(α-Si)膜(P-2)，实施激光退火(P-3)。
根据本发明的激光退火，如图15所示，将玻璃基板传送到退火室(P-31)，在预定位(P-32)之后，形成定位标记(P-33)。定位标记的形成既可以利用退火用的激光进行，也可以利用喷墨这样的方式进行。另外，也可以预先利用光刻加工过程形成，在该场合，此处可以省略。
将此玻璃基板载置于在图1中说明的激光退火装置的载台9上，利用在上述中形成的定位标记进行与激光的扫描位置的定位(P-34)。按照先前所述的实施例，通过对像素部及外围电路部照射时间调制的固体连续振荡激光，可使各个目的的结晶生长(P-35)。在必需的退火结束时，将基板从激光退火装置中取出送往下一个工序(P-36)。下面返回图14。
在激光退火后，借助光刻工序之保留形成晶体管所必需的硅膜(P-4)，经过栅绝缘膜形成(P-5)，栅电极形成(P-6)，杂质扩散(P-7)和活化(P-8)，相关绝缘膜形成(P-9)，源漏电极形成(P-10)，保护膜(钝化膜)形成(P-11)而完成薄膜晶体管基板(TFT基板)。
其后，经过在图16(a)所示的TFT基板上形成取向膜，在经过摩擦工序的TFT基板200上，如图16(b)所示，叠置彩色滤光片201，在和TFT基板200之间封入液晶的LCD(显示屏)工序(P-12)，在连接信号及电源端子202之后，如图16(c)所示，和背照光(未图示)等一起组装到机架203上的模块工序(P-13)，完成在玻璃基板上形成高速驱动电路及根据需要的接口电路等的高速电路的液晶显示装置(利用所谓的屏上系统的液晶显示装置)。
图17为说明液晶显示屏的构造例的像素部的一像素附近的主要部分的剖面图。液晶显示屏的构成为将TFT基板200和CF基板(彩色滤光片)201叠置，在两基板的粘合间隙中封入液晶257。TFT基板200的构成包含在玻璃基板221上经过由SiN膜222和SiO2膜223构成的绝缘膜形成的非晶态硅膜和利用本发明的固体脉冲激光器的退火进行改性的硅膜224形成的晶体管的有源层。
并且，经栅绝缘膜225形成栅电极226，具有与硅膜224的欧姆连接的源电极227、漏电极228经通孔在层间绝缘膜229上形成。另外，透明像素电极231在保护膜(钝化膜)230上经通孔与源电极227连接而形成，在其上形成全面覆盖的取向膜232。
另一方面，CF基板201，在玻璃基板251上形成由R(红)、G(绿)、B(蓝)三色组成的彩色滤光片层252，在其上经保护膜253形成透明电极254，从而形成取向膜255。根据需要有时在彩色滤光片层252上形成在R、G、B各色的边界部设置黑色的层(黑矩阵层256)。或者，也有将此黑矩阵层设置成为在彩色滤光片层252和玻璃基板251之间在像素部具有开口。
这些，在TFT基板和CF基板之间，封入利用圆珠258保持一定的间隙的液晶257。也有时将在TFT基板侧或彩色滤光片侧形成的称为圆柱隔离子或柱状隔离子的隔离子来代替圆珠258。在CF基板201的外侧，或在TFT基板200的外侧的一方或两方粘附偏振片259。在图17中示出只在CF基板201的外侧粘附偏振片259的状态。
下面对利用有机电致发光(EL)显示屏的显示装置的制造工序予以说明。另外，有机电致发光以下也略称其为有机EL。图18为示出有机EL显示屏的制造工序的说明图。另外，图19为说明完成的有机EL显示屏的构造例的像素部的一像素附近的主要部分的剖面图。
此有机EL显示屏是在玻璃基板401上利用CVD等单元层叠SiN膜402及SiO膜403薄层用作阻挡膜(P-100)，在其上以CVD法层叠厚度约为50nm的α-Si膜(非晶态硅膜)404(P-101)。应该强调的是此处描述的阻挡膜的构成、其膜厚以及硅膜的膜厚等是一个例子，这一描述并不是对本发明进行限制。
其后，如上所述，使用时间调制的连续振荡固体激光照射而实施激光退火(P-102)，对于要形成非晶态硅膜的像素电路的部分及要形成驱动电路的部分改性为多晶硅膜405。此激光退火与前述的TFT基板的处理一样。
在对以上述方式形成的改性多晶硅膜进行成为规定的电路的岛状光刻405(P-103)、形成栅绝缘膜(未图示)(P-104)、形成栅电极406(P-105)之后，进行利用离子注入的杂质扩散(P-106)及杂质扩散区域的活化退火(P-107)、形成层间绝缘膜408(P-108)、形成源漏电极407(P-109)、形成钝化膜409(P-110)、形成透明电极410(P-111)而形成作为在像素部配置薄膜晶体管电路的有源矩阵基板的TFT基板。
为驱动有机EL显示屏必需的单位像素电路的晶体管数为2至5个，对此像素电路可以采用组合薄膜晶体管的最优电路构成。对于这种电路可以推荐以CMOS电路形成的低电流驱动电路作为一个例子。以这种CMOS电路形成的低电流驱动电路和有关该电极形成的加工技术的详情是本领域技术人员所公知的。并且在晶体管电路的制造工序过程中必须增添离子注入、活化退火等工序也是公知的。
之后在TFT基板上透明电极410的外围部形成区分每个像素的元件分离带411(P-112)。为使元件分离带411具有绝缘性，既可以使用聚酰亚胺等有机材料，也可以使用SiO2、SiN等无机材料。关于此元件分离带411的成膜及图形形成法也为本领域技术人员所公知。
之后在透明电极410上顺序进行有机EL材料的空穴输送层412的形成(P-113)、发光兼电子输送层413的形成(P-114)，和阴极414的形成(P-115)。在此形成之时，通过利用蒸着掩模只在特定的透明电极410上形成与发光色不同的发光兼电子输送层413可以形成多色的显示器这一点是公知的。
于是，只在像素部上利用丝网印刷等方式涂覆填充材料415(P-116)并在该填充材料415上层叠密封壳或密封板416(P-116)而结束密封。其后，根据需要经过将有机EL显示屏装入框架中的模块工序而完成有机EL显示装置。
本发明不是只对上述说明的借助真空蒸镀形成有机层的所谓的低分子型的有机EL显示屏有效，对所谓的称为高分子型的有机EL显示屏也有效。此外，本发明不是只对在上述的玻璃基板上顺序层叠构成透明电极和发光层的各种有机层和阴极，在玻璃基板侧取出EL发光的所谓的底发射型的有机EL的制造有效，而且对在上述的玻璃基板上顺序层叠构成阴极和发光层的各种有机层和阴极，在密封基板侧取出EL发光的所谓的顶发射型的有机EL的制造也有效。
根据本实施例，也可以针对与形成构成像素部的开关用的薄膜晶体管的区域、形成包含驱动电路的外围电路的区域等的构成各自的薄膜晶体管硅膜的要求性能相应的性能进行退火，而以高的成品率制造显示屏。
[实施例4]
下面再对本发明的另一实施例进行说明。本实施例与上述各实施例不同，是通过更换在光学系统中配置的衍射光学元件进行激光整形。以下就包含激光退火的工序的制造方法对本实施例予以说明。
图20为说明本发明的显示屏的制造方法的实施例4的激光退火装置的构成图。此激光退火装置的构成包含连续振荡激光振荡器501；调整连续振荡激光的输出的能量调整机构(ND滤光片)502；对连续振荡光进行时间调制的EO调制器503；向EO调制器503发送任意的时间波形脉冲的脉冲发生器504；取出偏振方向改变的光束的偏振光束分束器505；阻挡离开光轴的光束的光束衰减器506；光轴调整用镜507；激光输出监视器508；用于光束整形的衍射光学元件509；具有保持、转动、倾斜调整机构的衍射光学元件保持和调整机构510；观察整形后的光束形状的光束轮廓器511和监视器512；用来固定和扫描蒸着有非晶态硅膜513的玻璃基板514的XYZ载台515等。
由LD激发固体激光器501起振的激光由ND滤光片502输出调整。由普克尔盒和偏振光束分束器构成的EO调制器503借助从脉冲发生器发出的信号进行控制或，与上述实施例一样，反馈线性标尺的计数进行控制。另外，输出的监视器一直对光轴调整用镜507的漏光利用由光电二极管或功率表构成的激光输出监视器508进行监测。在出现输出变动时，通过控制在ND滤光片502上施加反馈对透射率进行自动调整以保持预先设定的输出。
图21为利用衍射光学元件的光束整形元件部的构成图。所谓的衍射光学元件，指的是在透明的平面基板上利用光刻工序生成可见光波长大小的阶梯图形，在通过使光通过该阶梯图形所产生的衍射光之中，只将0阶衍射光取出进行分割、聚光，在任意的投光面上以任意分割数形成任意的强度分布、形状的激光聚光图形的光学元件，主要应用于激光加工的领域。0阶衍射光的取出效率可设定为非常高，大于等于90％，与准分子激光这样的相干长度短(可干涉性低)的激光的整形光学系统中应用的多透镜阵列方式(蝇眼方式)等比较时，是可以高效率地取出激光的能量的元件。
另外，因为是利用光的衍射对激光进行整形，固体激光等相干长度长(可干涉性高)的上述多透镜阵列方式、蝇眼方式等具有也可以应用于在现有的激光整形技术中整形困难的激光的整形光学系统中的优越性。另外，因为可以以单个的元件进行激光整形，就光学系统的维护容易这一点而言，也是本方式比其他上述两种方式有利。
在本方式中，使用多个这一衍射光学元件509进行激光退火。具体言之，将激光整形为不同宽度、功率密度的多个衍射光学元件或将激光分割为多个、进行整形的多个衍射光学元件509(以下作为由衍射光学元件520、521、522、523、524构成的进行说明)固定于衍射光学元件保持和调整机构510。此衍射光学元件保持和调整机构510，具有以元件转动机构526为中心，比如，如箭头所示，以旋转器方式转动的功能。
另外，利用多个衍射光学元件520、521、522、523、524整形的激光光束的空间轮廓，由于入射到该衍射光学元件主体的光束的位置反应非常敏感，衍射光学元件保持和调整机构510，为了对该多个衍射光学元件的某一个进行更换时产生的位置偏离进行修正，设置有纵横高(XYZ)的位置和倾斜θ的控制机构(未图示)。利用图20的光束轮廓器511和监视器512对XYZ载台515上的光束轮廓进行监测，通过控制对衍射光学元件的XYZ位置及相对激光照射光轴的倾斜进行修正。
另外，在本实施例中，示出的是多个衍射光学元件520、521、522、523、524可自由转动排列的示例，不过这些衍射光学元件，也可以是将多个衍射光学元件以排列成为一列的状态安装于衍射光学元件保持和调整机构510，以滑动方式更换所要求的衍射光学元件的光学系统。
在图20中，以衍射光学元件509(520、521、522、523、524)整形为所要求的矩形形状的激光516，对在玻璃基板514上形成的非晶态硅膜513进行照射。在激光516照射玻璃基板514时的自动对焦光学系统、试样表面观察光学系统与在上述图1中说明的实施例一样。不过，在图1的实施例中，使用物镜11，试样表面观察光学系统与激光照射系统是作为同一光学系统，但利用物镜11的观察光学系统和激光照射系统也可以独立存在。
下面参照图22～图29对利用本实施例的衍射光学元件的显示屏的制造方法予以说明。图22为说明在一个显示屏内需要退火的区域的示意图。在一块显示屏即构成形成薄膜晶体管的单个的显示屏的玻璃基板内，划分为像素部540和扫描线驱动电路部541及信号线驱动电路部542三个区域。在其以外，也有其他外围电路部，此处予以省略。
图23为说明图22的像素部540和扫描线驱动电路部541及信号线驱动电路部542的三个区域各自之中必需的硅膜的结晶的特征的说明图。如图23所示，在像素部540，扫描线驱动电路部541，信号线驱动电路部542之中，分别要求不同结晶性的晶体。在像素部540中，对于进行薄膜晶体管的栅的开/关，要求迁移率为数十cm2/Vs左右的微细多晶硅膜；并且对于进行像素的开关的开/关信号处理和控制的扫描线驱动电路部541，要求迁移率为100～200cm2/Vs左右的多晶粒；而对于进行图像数据的信号处理和控制的信号线驱动电路部542，要求具有大于等于400cm2/Vs的迁移率的所谓的横向生长的准单晶。
如在上述的图6中所说明的，在激光输出和利用激光退火形成的硅膜的结晶性中存在相关关系，在激光的扫描速度一定的条件下，在功率密度低时，形成微细多晶，随着功率密度的上升，可促进硅膜的晶粒的横向生长距离。在激光振荡器的输出一定时对全部区域进行激光退火时，在将功率密度设定得高时，激光退火的宽度变窄，如果将功率密度设定得低时，相对地激光退火的宽度变宽。
即：(1)在一块显示屏内，将要求面积最广并且低迁移率的微细多晶膜的像素部540设定为低功率密度，使激光的宽度加宽而在宽范围内进行激光退火。
(2)在要求比微细多晶尺寸更大的多晶的硅膜的扫描线驱动电路部541的激光退火中，通过将激光的宽度收窄设定中等程度的功率密度而进行激光退火。
(3)要求高迁移率的信号线驱动电路部542，使激光的宽度进一步收窄，设定为足以促进晶体的横向生长的高功率密度而进行激光退火。
在可以实施上述(1)、(2)、(3)这样的激光退火时，可在没有浪费地高效率活用激光输出的同时，在一个显示屏内形成性质不同的晶体的硅膜。就是说，在短时间内高精度地形成不同功率密度、宽度的激光的技术是必需的。此时，为了将像素部540，扫描线驱动电路部541，信号线驱动电路部542的各区域整形为适于得到分别要求的晶体的功率密度而设计的多个衍射光学元件，通过以图21所示的方式保持和更换的同时进行激光退火，可以高效率(高生产率)地在一个显示屏内形成不同的晶体。
图24为说明显示屏的一像素的构成例的平面图。显示屏内的一个像素的构成包括：像素电极531；晶态半导体膜(硅膜)532；栅电极533；源电极534；漏电极535；由栅绝缘膜(未图示)和层间绝缘膜(未图示)构成的多晶硅(p-Si)薄膜晶体管(TFT)；扫描布线536；信号布线537以及用于电荷保持的存储电容538。薄膜晶体管TFT的栅电极533与扫描布线536相连接，而源电极534与像素电极531相连接。另外，漏电极535与信号布线537相连接。
像素电极531的一部分，其一个边占据达数百微米的像素区域的大部分。与此比较，由硅膜构成的半导体膜532的区域大概为10μm×4μm左右，很小。在采用准分子激光器的激光退火中，采用对多个显示屏得到多面的大尺寸的玻璃基板的整个表面汇总进行退火方式，在对整个表面进行激光退火之后的光刻工序中，由于半导体膜的大部分通过刻蚀去除，所以存在能量的大部分被浪费的缺点。
因为在只对形成薄膜晶体管TFT的栅的区域有选择地照射激光而形成晶体时，可以有效地活用能量，可以大幅度地降低激光的扫描次数，所以在生产率的提高上是有效的。由于像素部540内的激光退火区域，如图22所示，配置成为矩阵状，在设计为在对像素部540进行激光退火时使用的衍射光学元件509(图20)以与此矩阵的行或列任何一个相同的间隔将激光分割时，通过激光的扫描有选择地只对栅形成区域进行激光退火，所以可大幅度地提高生产率。
另外，在使用大尺寸的基板的制造过程中，在显示屏的品种不同时，一个显示屏的尺寸，从一块大尺寸的基板取得的显示屏的数目，是不同的。就是说，由于在像素间距上产生差异，在对像素部进行激光退火时，需要改变激光照射的间距。在这样改变品种进行激光退火时，通过将多个衍射光学元件设计成为以各自所要求的激光间距进行分割，通过以如图21所示的方式进行保持和更换，可以将品种变更时的光学系统调整时间大幅度地缩短。
通过将如上所示的本实施方式，即在更换多个衍射光学元件，变更激光的功率密度的同时进行激光退火，在所要求的区域中形成所要求的硅结晶的方式和利用衍射光学元件分割激光，有选择地只对像素部的所要求的区域进行激光退火方式合并使用，可以实现高效率和高生产率的结晶化过程，与现有技术比较，可期待生产率将有大幅度的提高。
图25、图26和图27为本实施例的制造过程的说明图，图26为接图25的制造过程，而图27为接图26的制造过程。图25～图27的(a)为示出用来说明激光退火的过程的在大尺寸的基板内形成的多个显示屏之中以邻接的4个显示屏作为代表的示意图，而图25～图27的(b)为示出用来说明图25～图27的(a)的过程的激光的形状和功率密度的说明图。
在各显示屏内，形成像素部551，扫描线驱动电路部552，信号线驱动电路部553。在本实施例中，在任意一个显示屏550内的像素部551中形成不要高速驱动的微细多晶膜；在扫描线驱动电路部552内形成用来形成与像素部相比可以高速驱动的晶体管的多晶膜；而在信号线驱动电路部553内形成用来形成可以高速驱动的晶体管的准单晶膜。
衍射光学元件570、571、572、573、574固定于具备移动和转动机构的衍射光学元件保持和调整机构575上，通过调整使激光576的光轴和衍射光学元件570的中心一致。使通过衍射光学元件570分割整形的激光577在箭头所示的方向上扫描。另外，此扫描一般为通过移动玻璃基板进行，但也可以移动激光进行扫描。此时，可设计为衍射光学元件570，将激光576四分割，同时对像素部551内邻接的4个栅区域进行照射。
另外，利用衍射光学元件570进行四分割的分割激光577，如图25(b)所示，整形为相等功率密度P1和宽度，由各激光照射形成的晶粒尺寸、结晶区域的宽度相等。将功率密度P1设定为在图23中作为像素栅部的结晶表面示出的形成微细多晶粒的程度的功率密度。另外，分割激光577的照射间距与像素部551内的邻接的栅区域间的间距X1一致。
在激光进入显示屏554的像素部565内的栅配置区域555的时刻，在图20的EO调制器503上施加电压使功率密度成为P1，并在该状态下进行扫描。在对栅部分的照射结束的时刻，将EO调制器503上的施加电压利用EO调制器设定为0(零)或不会引起非晶态硅膜的结晶状态的变化的程度的低功率密度。重复这些动作，对显示屏554的像素部565进行扫描而结束。
接着，激光通过邻接的显示屏550的信号线驱动电路部553，一直进入到像素部551的最初的栅配置区域557为止，将EO调制器503上的施加电压设定为0(零)或不会引起硅膜变化的程度。于是，在进入到像素部551内的栅配置区域557的时刻再开始照射。重复此一动作，在粗箭头方向上一行扫描完成时，激光相对扫描方向在直行方向上移动，再开始同样的照射。
另外，在图25(a)中，示出的是利用一次扫描对一个显示屏内的像素部551、565进行激光退火，但实际的扫描次数由显示屏的像素数和分割的光束数决定。另外，激光退火，既可以只对一定方向进行，也可以进行往复扫描，任何一种都可以。一定方向的激光退火在可以以高精度设定激光的照射位置方面是有利的，但往复扫描时在生产率这一点上有利。这样对大尺寸的玻璃基板全面进行扫描，像素部551、565的激光退火结束。
之后，保持多个衍射光学元件的衍射光学元件保持和调整机构575以转动机构为轴进行转动，更换进行激光整形的元件。衍射光学元件保持和调整机构575，一直转动到衍射光学元件571的中心与激光的光轴一致为止，在一致的时刻转动终止。
图26为本实施例的制造方法的接图25的说明图，图26(a)是在与衍射光学元件571的中心与激光光轴一致的状态下进行利用激光576的激光退火过程的图25(a)一样的示意图，图26(b)为图26(a)的过程的激光的形状和功率密度的说明图。
另外，优选的是在元件更换时，通过提高衍射光学元件保持和调整机构575的转动机构的精度，只借助转动作业进行更换，但也可以通过使图20中说明的光束轮廓器511在照射面上移动而在对激光的轮廓进行观察的同时进行元件的更换作业。
下面，如图26(a)中的粗箭头所示，在玻璃基板的整个表面上，进行扫描线驱动电路部552的激光退火。此时，将利用衍射光学元件571进行整形的激光578，如图26(b)所示，设定为比对像素部551进行激光退火时的功率密度P1更高的功率密度P2。在功率密度变高时，激光退火宽度减小，可以形成在图23中作为扫描线驱动电路部的结晶表面示出的多晶粒的硅膜。
在激光578进入到成为对象的显示屏554的扫描线驱动电路部558时，在图20的EO调制器503上施加电压使功率密度成为P2，功率密度为P2的激光就开始进行退火。在激光578通过扫描线驱动电路部558的时刻，可利用EO调制器设定为0(零)或不会引起非晶态硅膜的结晶状态的变化的程度的低功率密度。
在该状态下，激光通过图26(a)的下侧的显示屏554，进入到上侧的显示屏550，在接近扫描线驱动电路部552时，在EO调制器503上施加电压使激光578的功率密度成为P2，功率密度为P2的激光就开始进行退火。在通过扫描线驱动电路部552的时刻，可利用EO调制器设定为0(零)或不会引起非晶态硅膜的结晶状态的变化的程度的低功率密度。
重复该动作，在扫描方向上一行的照射完成时，激光相对于扫描方向在其正交方向上移动，再开始照射。另外，在图26(a)中，示出的是利用2次激光扫描对一个显示屏内的扫描线驱动电路部552和558进行退火，但实际的扫描次数由显示屏的扫描线驱动电路部的宽度和激光的宽度决定。另外，此激光退火，既可以只沿着一定方向进行，也可以进行往复扫描，任何一种都可以。一定方向的激光退火在可以以高精度设定激光的照射位置方面是有利的，但往复扫描时在生产率这一点上有利。这样对基板全面进行扫描，扫描线驱动电路部552、558的激光退火结束。
之后，如图27(a)所示，衍射光学元件保持和调整机构575以转动机构为轴进行转动，更换进行激光整形的元件。衍射光学元件保持和调整机构575，一直转动到衍射光学元件572的中心与激光的光轴一致为止，在一致时刻转动停止。
下面，在玻璃基板的整个表面上，进行信号线驱动电路部560的激光退火。此时，将利用衍射光学元件572进行整形的激光579，如图27(b)所示，设定为比对扫描线驱动电路部552(558)进行激光退火时的功率密度P2更高的功率密度P3。在功率密度变高时，激光退火宽度减小，是足以形成在图23中作为信号线驱动电路部的结晶表面示出的横向生长的多晶粒的硅膜(横向生长多晶硅膜)的功率密度。
激光579，如图27(a)中的粗箭头所示，在与上述扫描线驱动电路部的扫描方向正交的方向上扫描。此时，激光或载台515(图20)在与刚才的扫描线驱动电路部进行激光退火时的扫描方向正交的方向上进行扫描或者在扫描线驱动电路部的激光退火结束之后，在进行信号线驱动电路部560(553)的激光退火之前，利用传送自动装置(未图示)将玻璃基板在载台上转动90度载置，使激光或载台在和扫描线驱动电路部的扫描方向平行的方向上扫描，使用任何一种方式都可以。
在利用衍射光学元件572整形的激光579的扫描进入到成为对象的显示屏559的信号线驱动电路部560时，如图27(b)所示，在EO调制器503(图20)上施加电压使功率密度成为P3，功率密度为P3的激光就开始进行退火。在通过信号线驱动电路部560的时刻，可利用EO调制器503设定为0(零)或不会引起非晶态硅膜的变化的程度的低功率密度。在该状态下，激光通过图27(a)的左侧的显示屏559，进入到右侧的显示屏550，在接近扫描线驱动电路部553时，在EO调制器503上施加电压使功率密度成为P3，功率密度为P3的激光就开始进行退火。在通过信号线驱动电路部553的时刻，可利用EO调制器503设定为0(零)或不会引起非晶态硅膜的变化的程度的低功率密度。重复此一动作，在激光的扫描的一行的照射完成时，激光相对扫描方向在正交方向上移动，再开始照射。
另外，在图27(a)中，示出的是利用3次激光扫描对一个显示屏内的信号线驱动电路部553、560进行激光退火，但实际的扫描次数由显示屏内的信号线驱动电路部553、560的宽度和激光579的宽度决定。另外，此激光退火，既可以与上述一样只对一定方向进行，也可以进行往复扫描，任何一种都可以。一定方向的退火在可以以高精度设定照射位置方面是有利的，但往复扫描时在生产率这一点上有利。这样对基板全面进行扫描，扫描线驱动电路部553、560的激光退火结束。
图28为说明实施本实施例的激光退火的显示屏的示意图。在利用图28的任意一个显示屏550进行说明时，在显示屏550内的像素部551内的薄膜晶体管的栅配置区域557上有选择地形成微细多晶粒，在扫描线驱动电路部552上形成多晶粒，而在信号线驱动电路部553上形成横向生长的准单晶粒。
根据本实施例，也可以针对与形成构成像素部的开关用的薄膜晶体管的区域、形成包含驱动电路的外围电路的区域等的构成各自的薄膜晶体管硅膜的要求性能相应的性能进行退火，而以高的成品率制造显示屏。
[实施例4]
下面对变更显示屏的品种进行激光退火的实施例5进行说明。图29为本发明的实施例5的制造过程的说明图，图29(a)为示出用来说明激光退火的过程的在大尺寸的基板内形成的多个显示屏之中以邻接的4个显示屏作为代表的示意图，而图29(b)为示出用来说明图29(a)的过程的激光的形状和功率密度的说明图。
在图29中未示出，与上述的实施例4的步骤一样，保持多个衍射光学元件570～574的衍射光学元件保持和调整机构575以转动机构为轴进行转动，更换进行激光整形的衍射光学元件。此保持和调整机构575，一直转动到所选择的衍射光学元件573的中心与激光576的光轴一致为止，在一致时刻转动停止。
如图29(a)所示，此处的显示屏与上述实施例的显示屏的品种不同，成为激光退火对象的一个显示屏内的像素间距为X2。衍射光学元件573将激光576进行四分割，分割的激光580的间隔设计成为与构成邻接的像素部的薄膜晶体管的栅区域间的间距X2一致。
另外，在本实施例中，激光的分割数为4，但实际的分割数是由激光输出和分割的每一个激光的结晶化需要的功率密度决定的。另外，功率密度，如图29(b)所示，设定为在上述的像素部的栅区域中形成时的功率密度P1，但也可以设定为不同的功率密度及激光宽度。在利用任意一个显示屏561说明退火过程时，与前述实施例一样，在利用EO调制器503(图20)对激光进行调制的同时，只对显示屏561内的像素部562的栅配置区域有选择地照射分割激光580进行激光退火。在对玻璃基板内的像素部562的激光退火全部结束时，更换衍射光学元件，进行扫描线驱动电路部563、信号线驱动电路部564的激光退火。
另外，在本实施例中，激光退火的顺序是以像素部562→扫描线驱动电路部563→信号线驱动电路部564的顺序进行，但这一顺序也可以变更。如上所述，在多个衍射光学元件进行更换的同时，在一个显示屏内以高生产率形成不同的晶体。根据本实施例，也可以针对与形成构成像素部的开关用的薄膜晶体管的区域、形成包含驱动电路的外围电路的区域等的构成各自的薄膜晶体管硅膜的要求性能相应的性能进行退火，而以高的成品率制造显示屏。
[实施例6]
下面对本发明的另一实施例进行说明。实施例6与上述实施例不同，合并使用时间调制的固体连续振荡激光器和固体脉冲激光器作为振荡器，通过更换配置于光学系统中的衍射光学元件进行激光整形，利用整形的激光照射基板，在一个显示屏内形成不同结晶性的晶体。
图30为说明根据本发明的显示屏的制造方法的实施例6的激光退火装置的构成图。此激光退火装置，基本上与图20一样。与图20不同之处在于在从连续振荡激光器501输出的连续振荡激光582的退火光学系统中配置有偏振光束分束器518，将固体脉冲激光583导入到连续振荡激光的光轴，以同样的整形光学系统进行整形。连续振荡激光501和固体脉冲激光517的光轴，在偏振光束分束器518以下完全一致。另外，在固体脉冲激光517和偏振光束分束器518的光轴中配置有调整激光583的输出的能量调整机构(ND滤光片)580、用来使连续振荡激光582和固体脉冲激光583的衍射光学元件上的束径一致的光束扩展器581这一点也与图20有别。
在偏振光束分束器518的下游，如图30所示，配置有光束分束器519和激光输出监视器508对激光输出进行监测。在本实施例中，是以使连续振荡激光和固体脉冲激光的光轴一致进行退火的例子说明的，但也可以使连续振荡激光的光学系统与脉冲激光的光学系统分开构成，通过移动载台515进行激光切换。利用衍射光学元件509，以所要求的分割数整形成为所要求的矩形形状的激光516，对形成于玻璃基板514上的非晶态硅膜513进行照射。
关于在激光516对玻璃基板514进行照射时的自动对焦光学系统、显示屏表面观察光学系统，与前述实施例5一样。但是，在前述实施例中，使用的是在图1中说明的物镜11，描述的是试样表面观察系统和照射系统同时进行的示例，不过利用物镜11的观察光学系统和照射系统也可以独立存在。
一般，在以脉冲激光进行硅膜的退火时，脉冲宽度和形成的多晶膜的结晶性相关。在以脉冲宽度为数十纳秒(ns)左右的激光对非晶态硅膜进行照射时，硅膜经过熔融、再凝固过程而多晶化，形成在图23中所说明的那种微细多晶粒、多晶粒。晶粒的尺寸取决于激光的波长、脉冲宽度和多重照射次数，在选择最优参数进行激光退火时，可以得到由数百nm左右大小的晶体构成的多晶硅膜。
如上所述，在非晶硅膜的激光退火工序中广泛采用的准分子激光器，由于脉冲间的能量散差大，工艺容限窄，并且能量的散差与利用通过退火所得到的多晶硅膜形成的晶体管的性能散差有直接关系。与此相对，由于固体脉冲激光的脉冲间的能量散差小，工艺容限宽，并且可以稳定地得到相同性能的多晶硅膜，可用来代替现有技术中的准分子激光退火，应用于像素晶体管的形成。
在以借助衍射光学元件在像素部中形成的最优多晶的能量密度对脉冲激光进行整形和分割，选择性地对像素部栅区域进行退火时，和在上述实施例中说明的利用连续振荡固体激光进行像素部的退火一样，可以得到高效率(高生产率)的稳定的多晶膜。
在本实施例中，也可以针对与形成构成像素部的开关用的薄膜晶体管的区域、形成包含驱动电路的外围电路的区域等的构成各自的薄膜晶体管硅膜的要求性能相应的性能进行退火，而以高的成品率制造显示屏。
虽然本说明书只就几个实施方式进行了描述和说明，但应该理解，在不脱离后附的权利要求的范围的情况下可进行各种改变和修改。因此，本发明并不受限于此处所描述和示出的细节，而是力求覆盖在后附的权利要求的范围内的一切改变和修改。

Claims (21)

1.一种显示屏的制造方法，包含：在构成显示屏的绝缘基板上形成非晶态硅膜的工序；在该非晶态硅膜上照射激光而变成多晶硅膜的工序；以及在该多晶硅膜中制作薄膜晶体管的工序，其特征在于：
在上述绝缘基板内的像素区域及外围电路区域上，以经过熔融再凝固过程可横向生长的功率密度和同一扫描速度照射时间调制的连续振荡激光，形成沿着上述扫描方向的横向生长多晶硅膜，并在上述横向生长多晶硅膜中制作上述薄膜晶体管。
2.一种显示屏的制造方法，包含：在构成显示屏的绝缘基板上形成非晶态硅膜的工序；在该非晶态硅膜上照射激光而变成多晶硅膜的工序；以及在该多晶硅膜中制作薄膜晶体管的工序，其特征在于：
上述激光是时间调制的连续振荡激光，在同一上述绝缘基板内以多种功率密度和同一扫描速度照射上述激光，在同一上述绝缘基板内的多个区域中形成分别不同的结晶状态的多晶硅膜，在上述分别不同的结晶状态的多晶硅膜中制作上述薄膜晶体管。
3.一种显示屏的制造方法，包含：在构成显示屏的绝缘基板上形成非晶态硅膜的工序；在该非晶态硅膜上照射激光而变成多晶硅膜的工序；以及在该多晶硅膜中制作薄膜晶体管的工序，其特征在于：
上述激光是时间调制的连续振荡激光，在同一上述绝缘基板内以第1功率密度和第2功率密度这样的两阶段的功率密度和同一扫描速度照射上述激光，在同一上述绝缘基板内的第1区域中以第1功率密度形成第1多晶硅膜，在第2区域中以第2功率密度形成第2多晶硅膜，在上述第1多晶硅膜及上述第2多晶硅膜中制作上述薄膜晶体管。
4.如权利要求3所述的显示屏的制造方法，其特征在于：
上述第1区域是像素区域及扫描线驱动电路区域，上述第1多晶膜是粒状微细多晶膜；上述第2区域是包含信号线驱动电路的区域，而上述第2多晶膜是横向生长多晶膜。
5.如权利要求3所述的显示屏的制造方法，其特征在于：上述第1区域是像素区域，上述第1多晶膜是粒状微细多晶膜；上述第2区域是包含扫描线及信号线驱动电路的区域，上述第2多晶膜是横向生长多晶膜。
6.一种显示屏的制造方法，包含：在构成显示屏的绝缘基板上形成非晶态硅膜的工序；在该非晶态硅膜上照射激光而变成多晶硅膜的工序；以及在该多晶硅膜中制作薄膜晶体管的工序，其特征在于：
上述激光是时间调制的连续振荡激光，在同一上述绝缘基板内以三阶段的功率密度和同一扫描速度照射上述激光，在同一上述绝缘基板内的第1区域中以第1功率密度形成第1多晶硅膜，在第2区域中以第2功率密度形成第2多晶硅膜，并在第3区域中以第3功率密度形成第3多晶硅膜，在上述第1多晶硅膜、第2多晶硅膜及第3多晶硅膜中制作上述薄膜晶体管。
7.如权利要求6所述的显示屏的制造方法，其特征在于：上述第1区域是像素区域，上述第1多晶膜是粒状微细多晶膜；上述第2区域是扫描线驱动电路区域，上述第2多晶膜是横向生长多晶膜；上述第3区域是包含信号线驱动电路的区域，上述第3多晶膜是横向生长多晶膜，且上述第3区域的晶粒比上述第2区域的晶粒大。
8.一种显示屏的制造方法，包含：在构成显示屏的绝缘基板上形成非晶态硅膜的工序；在该非晶态硅膜上照射激光而变成多晶硅膜的工序；以及在该多晶硅膜中制作薄膜晶体管的工序，其特征在于：
上述激光是时间调制的连续振荡激光，将上述激光用m种衍射光学元件以m阶段的功率密度整形为线状之后，照射至上述非晶态硅膜，在同一上述绝缘基板内的m种区域中形成m种多晶膜，并在上述m种区域中分别制作上述薄膜晶体管，m是自然数。
9.如权利要求8所述的显示屏的制造方法，其特征在于：至少对一种或一种以上的上述区域照射用衍射光学元件整形为n分割的激光而同时形成n个多晶膜，且上述多晶膜是粒状微细多晶膜，n是自然数。
10.如权利要求8所述的显示屏的制造方法，其特征在于：在上述m为2时，上述第1区域是像素区域，上述第1多晶膜是粒状微细多晶膜；上述第2区域是包含扫描线驱动电路及信号线驱动电路的区域，上述第2多晶膜是横向生长多晶膜。
11.如权利要求8所述的显示屏的制造方法，其特征在于：在上述m为3时，上述第1区域是像素区域，上述第1多晶膜是粒状微细多晶膜；上述第2区域是扫描线驱动电路区域，上述第2多晶膜是横向生长多晶膜；上述第3区域是信号线驱动电路的区域，上述第3多晶膜是横向生长多晶膜，且上述第3区域的晶粒比上述第2区域的晶粒大。
12.一种显示屏的制造方法，包含：在构成显示屏的绝缘基板上形成非晶态硅膜的工序；在该非晶态硅膜上照射激光而变成多晶硅膜的工序；以及在该多晶硅膜中制作薄膜晶体管的工序，其特征在于：
上述激光是固体脉冲激光和时间调制的连续振荡激光，在用衍射光学元件以三阶段的功率密度进行照射上述激光时，用第1衍射光学元件将上述固体脉冲激光进行n分割，对第1区域以第1功率密度进行照射而同时形成n个多晶膜，用第2衍射光学元件对第2区域以第2功率密度照射上述连续振荡激光而形成第2多晶膜，用第3衍射光学元件对第3区域以第3功率密度照射上述连续振荡激光而形成第3多晶膜，n是自然数。
13.如权利要求12所述的显示屏的制造方法，其特征在于：上述第1区域是像素区域，上述第1多晶膜是粒状微细多晶膜；上述第2区域是扫描线驱动电路区域，上述第2多晶膜是横向生长多晶膜；上述第3区域是包含信号线驱动电路的区域，上述第3多晶膜是横向生长多晶膜；且上述第3区域的晶粒比上述第2区域的晶粒大。
14.一种显示屏，在驱动电路部和像素部中具有将在绝缘基板上形成的非晶态硅膜以激光照射而多晶化的多晶硅膜中制作的薄膜晶体管；其特征在于：构成上述驱动电路部及上述像素部的薄膜晶体管的上述多晶硅膜的表面粗糙度的最大值都小于等于30nm。
15.一种显示屏，具有在绝缘基板上以薄膜晶体管构成的像素部、扫描线驱动电路部及信号线驱动电路部，其特征在于：分别构成上述像素部、扫描线驱动电路部及信号线驱动电路部的上述薄膜晶体管在多晶硅膜中制作，且构成上述薄膜晶体管的多晶硅膜是由至少两种大小的晶粒的任一种构成的。
16.如权利要求15所述的显示屏，其特征在于：构成上述像素部的薄膜晶体管的多晶硅膜是粒状微细结晶膜，而构成上述扫描线驱动电路部及信号线驱动电路部的薄膜晶体管的多晶硅膜是大粒径带状多晶膜。
17.如权利要求15所述的显示屏，其特征在于：构成上述像素部和上述扫描线驱动电路部的薄膜晶体管的多晶硅膜是粒状微细结晶膜，而构成上述信号线驱动电路部的薄膜晶体管的多晶硅膜是大粒径带状多晶膜。
18.如权利要求15所述的显示屏，其特征在于：构成上述像素部、扫描线驱动电路部及信号线驱动电路部的薄膜晶体管的多晶硅膜是由具有至少两种迁移率的多晶硅膜的任一种构成的。
19.如权利要求15所述的显示屏，其特征在于：构成上述像素部的薄膜晶体管的多晶硅膜的迁移率为10～200cm2/Vs，而构成上述扫描线驱动电路部及信号线驱动电路部的薄膜晶体管的多晶硅膜的迁移率大于等于200cm2/Vs。
20.如权利要求15所述的显示屏，其特征在于：构成上述像素部和上述扫描线驱动电路部的薄膜晶体管的多晶硅膜的迁移率为10～200cm2/Vs，而构成上述信号线驱动电路部的薄膜晶体管的多晶硅膜的迁移率大于等于200cm2/Vs。
21.如权利要求15所述的显示屏，其特征在于：构成上述像素部的薄膜晶体管的多晶硅膜的迁移率为10～200cm2/Vs，构成上述扫描线驱动电路部的薄膜晶体管的多晶硅膜的迁移率为200～400cm2/Vs，而构成上述信号线驱动电路部的薄膜晶体管的多晶硅膜的迁移率大于等于400cm2/Vs。
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Address after: Chiba County, Japan

Co-patentee after: IPS Pioneer Support Society

Patentee after: Hitachi Displays, Ltd.

Address before: Chiba County, Japan

Patentee before: Hitachi Displays, Ltd.

C56 Change in the name or address of the patentee

Owner name: APAN DISPLAY EAST, INC.

Free format text: FORMER NAME: HITACHI DISPLAY CO., LTD.

Owner name: JAPAN DISPLAY, INC.

Free format text: FORMER NAME: APAN DISPLAY EAST, INC.

CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: Chiba County, Japan

Patentee after: JAPAN DISPLAY Inc.

Patentee after: Panasonic Liquid Crystal Display Co.,Ltd.

Address before: Chiba County, Japan

Patentee before: Japan Display East Inc.

Patentee before: Panasonic Liquid Crystal Display Co.,Ltd.

Address after: Chiba County, Japan

Patentee after: Japan Display East Inc.

Patentee after: Panasonic Liquid Crystal Display Co.,Ltd.

Address before: Chiba County, Japan

Patentee before: Hitachi Displays, Ltd.

Patentee before: Panasonic Liquid Crystal Display Co.,Ltd.

CP02 Change in the address of a patent holder

Address after: Tokyo, Japan

Patentee after: JAPAN DISPLAY Inc.

Patentee after: Panasonic Liquid Crystal Display Co.,Ltd.

Address before: Chiba County, Japan

Patentee before: JAPAN DISPLAY Inc.

Patentee before: Panasonic Liquid Crystal Display Co.,Ltd.

EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20050330

Assignee: BOE TECHNOLOGY GROUP Co.,Ltd.

Assignor: JAPAN DISPLAY Inc.|Panasonic Liquid Crystal Display Co.,Ltd.

Contract record no.: 2013990000688

Denomination of invention: Display panel and method for manufacturing the same

Granted publication date: 20091021

License type: Common License

Record date: 20131016

LICC Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20091021

Termination date: 20200806