CN1743858A - Tft阵列试验方法以及试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可以抽取TFT阵列的保持电容的电容值及其不均一的试验装置。本发明可以通过以下试验方法等解决上述问题，所述试验方法是将具备驱动晶体管以及保持电容的像素配置成矩阵状的自发光型元件驱动用TFT阵列基板的试验方法，上述驱动晶体管具有由第一构造材料构成的闸极、以及由第二构造材料构成的源极以及汲极，上述保持电容具有由上述第一构造材料构成的第一电极、以及由上述第二构造材料构成的第二电极；所述试验方法包含：对上述保持电容施加第一电压的第一步骤；在上述第一步骤之后，对上述保持电容施加第二电压的第二步骤；在施加上述第二电压之后，测定流动于上述像素的电荷量的第三步骤；以及根据上述电荷量、以及上述第一电压和上述第二电压的电位差，计算上述保持电容的电容值的第四步骤。

Description

TFT阵列试验方法以及试验装置
技术领域
本发明是关于一种TFT阵列试验方法以及装置，特别是关于一种在同一步骤中制造驱动晶体管和保持电容的自发光型元件用TFT阵列基板的试验方法以及试验装置。
背景技术
在个人电脑的监视器、或电视机、行动电话等中所使用的纯平显示器(FPD)由液晶或EL元件等显示元件、电气控制显示元件状态的薄膜晶体管阵列(TFT阵列)构成。TFT阵列基板16的构成为，如图1所示，多个像素27排列为矩阵状，闸极控制线22和数据线20矩阵状配置，并连接于各像素27。各像素的控制如下进行：通过闸极控制线22和数据线20选择控制对象像素，通过施加于数据线20的电压设定显示亮度。
近年来，备受注目的显示元件是有机EL元件般自发光型元件。这是因为自发光型元件具有自发光的性质，因此显示色域较广，适合FPD的小型轻量化。自发光型元件具有亮度随驱动电流而变化的特性。因此，自发光型元件用TFT阵列需要通过施加于数据线20的电压，控制自发光型元件的驱动电流的控制电路。
图2表示由两个P通道型多晶硅TFT构成的代表性EL元件用TFT阵列16的像素27的构成例。另外，本例中虽然表示P通道型TFT构成的电路构成例，但也同样适用于N通道型TFT。并且，虽然揭示了使用多晶硅作为TFT的硅层的情况，但也可以为非晶硅层。
像素选择晶体管23的闸极连接于闸极控制线22，汲极连接于数据线20。像素选择晶体管23的源极连接于驱动晶体管24的闸极以及保持电容25的第一电极。驱动晶体管24的源极以及保持电容25的第二电极连接于电源线21。驱动晶体管24的汲极在完成FPD时连接于EL元件26，但根据TFT阵列16的状态，由于没有密封EL元件26，因此为开放状态。
接着，说明像素27的动作。闸极控制线22一般施加有FPD内部逻辑电路的正电源电压中5～10V左右范围内的断开电压(通常)，因此各像素的像素选择晶体管23成为断开状态。进行像素控制时，首先对连接于作为控制对象的像素27(选择像素)的闸极控制线22施加接通电压(例如-5V)。于是，像素选择晶体管23的汲极与源极间成为导通状态。继而，对数据线20施加相应于期望发光亮度的电压V。于是，保持电容25被充电，驱动晶体管的闸极与源极间电压保持为电源线21的电位和数据线20的电位V的差。由于保持电容25连接于驱动晶体管24的闸极和源极，因此驱动晶体管24的汲极与源极间流动有相应于电压V的EL元件驱动电流。但是，根据TFT阵列的状态，由于没有密封EL元件，汲极为开放状态，因此驱动电流不流动。
TFT阵列16形成于玻璃基板上。图3(b)表示形成有TFT阵列的玻璃基板的剖面图，(a)表示对应的电路。另外，(a)中由于布局的关系，电源线21分为两根表示，但两者为电气连接的同一根线。
TFT阵列16的控制电路形成于涂有覆膜层31的玻璃基板30上。首先，在和晶体管23、24的闸极层23g、24g相对的位置上形成有未掺杂的多晶硅层23p、24p，在汲极和源极的位置上形成有p型半导体层(掺杂有硼的多晶硅层)。并且，保持电容25使用和第一电极25g相对的位置上的多晶硅层25p作为第二电极，将绝缘层32和多晶硅层内产生的空乏层用作介电层，即由所谓的MOS电容构成。
各层均由第一绝缘层32覆盖，但汲极23d、24d以及源极23s、24s分别设有金属布线层20m、28、29、21m。金属布线层20m、21m分别连接于数据线20、电源线21。在第一绝缘层32的上层上形成有由构造材料形成的晶体管23、24的闸极层23g、24g，以及由同一构造材料形成的保持电容25的第二电极25g。虽然没有图示，但驱动晶体管24的闸极层24g和像素选择晶体管23的源极层电气连接。并且，为构成图2的电路，需要电气连接金属布线层21m和第二电极25g，但无需一定电气连接金属布线层21m和第二电极25g，根据使用特点有时也施加不同的电压。通过覆盖闸极层23g、24g以及第二电极25g，形成第二绝缘层33，进而在其上层形成有保护层34。
自图3可知，保持电容25由第一电极25g和第二电极25p形成，但接近第二电极25p设置p型半导体层23s并相对而配置金属层25g的构造和驱动晶体管24中的闸极层24g和多晶硅层24p、以及与多晶硅层24p接近而配置的p型半导体层24s、24d等构造相同。这样，TFT阵列上的驱动晶体管24和保持电容25可以由同一构造形成，因此于共通的步骤中制造的情况较多。
在共通的步骤中形成，具有相同的介电材料(绝缘层32)以及相同的绝缘层厚的驱动晶体管24的闸极电容和保持电容25的每单位面积的电容值或其电压依赖性等电气特性大致相等。
在此，本申请中，构造材料是指构成晶体管或保持电容的各极的材料。例如，像素选择晶体管23的闸极的构造材料为构成闸极23g的金属，汲极和源极的构造材料为构成汲极23d以及源极23s的p型半导体。另外，像素选择晶体管23的闸极的构造材料无需一定为金属，也可以是钨硅、或多晶硅等材料。同样地，保持电容25的第一电极的构造材料是构成电极25g的金属，第二电极的构造材料是构成电极23s的p型半导体。构造材料、膜厚等物理尺寸、用来将构造材料形成于基板上的制造方法可以根据晶体管或保持电容所要求的电气特性，适当选择。
【专利文献1】日本专利特开平2003-295790号公报
【专利文献2】日本专利特开平2003-337546号公报
[发明所欲解决的问题]
由于TFT阵列基板16具有较大面积，因此难以全面均匀地制造基板上机能零件(晶体管或保持电容)的电气特性。因此，流动于各像素的驱动晶体管24的汲极与源极间的驱动电流不均一，其结果为，会存在于发光亮度产生不均一的问题。此不均一较小时在实用方面不会造成影响，但如果不均一为规定以上，就不适合用作产品。因此，需要对所制造的TFT阵列进行良否判断。
一般，由于如有机EL材料般自发光型元件价格高昂，因此较为理想的是在密封自发光材料前判断TFT阵列是否良好。然而，根据密封EL元件26前的状态，驱动晶体管24的汲极端子为开放状态，因此存在无法直接测定驱动电流的问题。
发明内容
可以通过一种试验方法解决上述问题，所述试验方法是将具备驱动晶体管以及保持电容的像素配置成矩阵状的自发光型元件驱动用TFT阵列基板的试验方法，上述驱动晶体管具有由第一构造材料构成的闸极、以及由第二构造材料构成的源极以及汲极，上述保持电容具有由上述第一构造材料构成的第一电极、以及由上述第二构造材料构成的第二电极；所述试验方法包含：对上述保持电容施加第一电压的第一步骤；在上述第一步骤之后，对上述保持电容施加第二电压的第二步骤；在施加上述第二电压之后，测定流动于上述像素的电荷量的第三步骤；以及根据上述电荷量、以及上述第一电压和上述第二电压的电位差，计算上述保持电容的电容值的第四步骤。
在此，流动于驱动晶体管24的汲极以及源极间的驱动电流I当晶体管24的动作点在饱和区域(|Vds|＞|Vgs|-|Vth|，|Vgs|＞|Vth|，其中Vth表示阈值电压，Vgs表示闸极和源极间的电压，Vds表示汲极和源极间的电压)内时，可以如下表示。
I＝μ·W·Cox·(1+λ·Vds)·(Vgs-Vth)2/2L
其中，μ表示通道部的少数载体的漂流移动度，W表示通道宽度，Cox表示每单位面积的闸极绝缘膜电容，λ表示通道长调变系数，L表示通道长。
并且，晶体管24的动作点为线形区域(|Vds|≤|Vgs|-|Vth|)内时，驱动电流I可以如下表示。
I＝μ·W·Cox·(Vgs-Vth-Vds/2)·Vds/L
即，可以知道在有机EL元件驱动时，无论为线形区域或饱和区域的哪一个区域，驱动晶体管24的驱动电流都和每单位面积的闸极绝缘膜电容Cox成正比关系。
另一方面，保持电容25的电容值Cs可以表示为：
Cs＝Cox·W’·L’(其中，W’·L’为保持电容的面积)，可以知道Cs也和Cox成正比关系。
即，驱动电流I和电容值Cs都和Cox成正比关系。
并且，也可以认为，根据段落编号0009的说明，同一像素内，即接近100μm左右的区域内配置的驱动晶体管的闸极电容和保持电容大致具有相同的Cox(将此概念称为匹配)。因此，可以通过抽取保持电容值Cs在FPD面内的相对变动，推断驱动晶体管的电流I在FPD面内的相对变动。
求得的电流值的不均一为其在FPD面内的相对变动，因此通过抽取在TFT阵列基板的状态下也可以测定的保持电容25的电容值Cs的不均一，可以推断流动于驱动晶体管24的驱动电流I的不均一。进一步，由于EL元件通过相应于驱动电流的光量发光，因此通过抽取保持电容25的电容值Cs的不均一，可以推断有机EL的亮度不均一。
[发明效果]
可以测定TFT阵列的保持电容的电容值，抽取驱动电流值的不均一。进而，可以推断有机EL的亮度不均一。
附图说明
图1是TFT阵列以及试验装置的概要构成图。
图2是TFT阵列各像素的电路图。
图3是像素的剖面图。
图4是试验装置的动作流程图。
图5是表示试验装置和各像素电气连接的电路图。
图6是闸极与源极间电容Cgs的说明图。
图7是闸极与源极间电压Vgs和闸极与源极间电容Cgs的关系图。
符号说明
10        可变电压电源
11        控制机构
14        电荷量计
16        TFT阵列
18        处理机构
23        像素选择晶体管
24        驱动晶体管
25        保持电容
27        像素
具体实施方式
以下，参照图式，表示本发明的代表性实施例。
图1是TFT阵列基板16和试验装置17的概要构成图。试验装置17具备：对TFT阵列16的数据线20施加电压的可变电压电源10；测定流动于像素的电荷量的电荷量计14；连接于可变电压电源10、闸极控制线22以及电源线21，控制这些元件进行试验的控制装置11；以及连接于控制装置11的处理装置18。处理装置18具备存储器和处理器，具有将根据测定结果计算保持电容25的电容值的计算结果储存在存储器中，并抽取电容值的不均一的机能。另外，可变电压电源10也可以切换多数固定电压电源而加以利用。并且，也可以代替电荷量计14，设置电流计，测定电流量的时间经过，积分测定结果而求出电荷量。TFT阵列基板16的构成和背景技术中的说明相同。
图5是表示TFT阵列16的像素27和试验装置17的主要元件电气连接的关系的电路图。像素选择晶体管23的闸极连接于闸极控制线22，汲极连接于数据线20。闸极控制线22连接于可变电压电源10和电荷量计14。像素选择晶体管23的源极连接于驱动晶体管24的闸极以及保持电容25的第一电极。驱动晶体管24的源极以及保持电容25的第二电极连接于电源线21。电源线21连接于电源12。
另外，如上所述，驱动晶体管24的闸极与源极间存在闸极绝缘膜产生的电容Cgs，因此，如图6所示，驱动晶体管24的闸极与源极间并联有保持电容25和闸极与源极间电容。从而，由试验装置17测定的电容严密地说是保持电容25的电容值Cs和驱动晶体管24的闸极与源极间电容28的电容值Cgs的合成值。因为闸极与源极间的电容28的电容值Cgs也是和每单位面积的闸极绝缘膜电容Cox成正比的值，因此不需要将像素的电气特性不均一进行试验，从而对两者加以处理。在本说明书和权利要求范围内，除特别指定的情况以外，“保持电容的电容值”不仅是指保持电容25的电容值Cs这一单独电容值，也是指包含保持电容25的电容值Cs以及驱动晶体管24的闸极与源极间电容28的电容值Cgs的和的概念。
接着，参照图4的流程图说明试验步骤。首先，测定第一行第一列像素的保持电容25。控制装置11对电源线21施加7V(Vo)(步骤40)，将可变电压电源10的输出电压设定为2V(第一电压V1)(步骤41)。其后，对闸极控制线22施加-5V，接通像素选择晶体管23，充电保持电容25(步骤42)。此时保持电容两端的电压为5V(＝Vo-V1)。其后，暂时将闸极控制线22的施加电压设定为7V，断开像素选择晶体管23(步骤43)。将可变电压电源10的电压设定为5V(第二电压V2)(步骤44)，再次使闸极控制线22的施加电压为-5V。于是，像素选择晶体管23的汲极与源极间电压Vds会产生3V(＝V2-V1)的电位差，因此数据线20流动有电流。流动于所述像素27的电流伴随储存在保持电容25中的电荷的减少而减少，像素选择晶体管23的源极电压Vs继续流动直至成为可变电压电源的输出电压V2。用电荷量计14测定通过流动于所述像素27的电流而流动的总电荷量Q(步骤45)。总电荷量Q可以用Cs和V2-V1的积表示，因此可以根据所测定的总电荷量Q，求出Cs＝Q/(V2-V1)(步骤46)。
对第一行各列的像素依序进行同样的测定步骤，然后依序对第二行、第三行......最终行各列的像素进行测定步骤，针对所有像素，求出保持电容25的电容值Cs，并储存在处理机构18的存储器内(步骤47)。此时，根据TFT阵列16上的副像素的实际排列，将电容值Cs的面内分布数据设为2维排列，从而进行储存。本实施例的试验装置17具有将此2维排列状储存的电容值Cs的大小关系通过灰度显示而进行显示的机能。
接着，对电容值Cs的排列实施过滤处理(步骤48)。本实施例的试验装置中，针对各像素，求出所述像素和位于所述像素上下左右周边4像素的合计5像素的接通电阻的平均值。其中，所述过滤处理的目的在于删除2维排列较大梯度的信息，因此也可以适用其它2维低通滤波处理。
最后，处理装置18求出过滤处理前的排列的各排列要素和过滤处理后的排列的各排列要素的差分，抽取电容值Cs的不均一(步骤49)。并且，将不均一的大小为阈值以上的像素判定为不良像素。
此时，用来进行良否判定的阈值由如下决定。即，对预先知道存在有亮度不均一的TFT阵列进行上述电容值Cs的测定和不均一的抽取。并且，求出对应于存在亮度不均一的像素的排列像素的差分值和不存在亮度不均一的像素的差分值的平均值差分。将此差分值设为良否判定的阈值。
本实施例中，测定所有像素的保持电容25，抽取不均一，但为了缩短试验时间，也可以使用每隔数个像素进行测定的测定结果而进行判定。当预先知道会有不均一倾向时，可以集中特定部分进行测定以及不均一的抽取。并且，在对不均一的抽取(步骤49)中，也可以并不是求出上述各排列要素之间的差分，而是求出各排列要素之间的比。进而，用来进行像素良否判定的阈值并不一定需要如上述般根据经验求得，也可以将相当于全测定像素的保持电容的电容值的平均值的规定比例(例如3％)的值设为阈值。
另外，可以使用本试验方法中测定的电容值，判断驱动晶体管24的阈值电压Vth是否在规定范围内。如图7所示，驱动晶体管24的闸极与源极间电容Cgs根据闸极与源极间电压Vgs而变化，于(1)所示之阈值区域(|Vgs|≤|Vth|)，闸极与源极间电容Cgs成为非常小的预定值Cgso。另一方面，于(3)所示之线形区域(|Vds|≤|Vgs|-|Vth|)，如果将饱和电压设为VSAT＝Vgs-Vth，那么就成为
Cgs＝2VSAT·(3VSAT-2Vds)·Cox/3(2VSAT-Vds)2+Cgso
于(2)所示之饱和区域(|Vds|＞|Vgs|-|Vth|，|Vgs|＞|Vth|)，成为
Cgs＝2Cox/3+Cgso
均为大于Cgso的值。
如上所述，由本实施例的测定方法测定的电容为保持电容25的电容值Cs和驱动晶体管24的闸极与源极间电容28的电容值Cgs的合成值，因此保持电容25的充电电压Vc小于驱动晶体管24的阈值电压Vth时，闸极与源极间电容28的电容值成为Cgso，因此合成值变小。由于充电电压Vc为电源12的输出电压Vo和可变电压电源10的电压V1、V2的差(Vo-V1、V1-V2)，因此除所述差同时于(2)饱和区域或(3)线形区域以外，所测定的电容值成为大幅小于设计上的逻辑值的值。从而，设定V1、V2并测定电容值，以使成为容许Vo-V1、V1-V2任一者的阈值电压Vth的上限值或下限值，从而可以参照驱动晶体管24的阈值电压Vth是否于容许范围内而进行判断。
以上，参照特定实施例详细说明了本发明的技术思想，但本发明所属领域的业者应了解在不脱离申请专利范围的主旨以及范围的情况下，可以添加各种变更以及改变。

Claims (4)

1.一种试验方法，其特征在于：其是将像素配置成矩阵状的自发光型元件驱动用TFT阵列基板的试验方法，所述像素具备驱动晶体管，所述驱动晶体管具有由第一构造材料构成的闸极、以及由第二构造材料构成的源极以及汲极；以及
保持电容，其具有由上述第一构造材料构成的第一电极、以及由上述第二构造材料构成的第二电极；且，所述试验方法包含
对上述保持电容施加第一电压的第一步骤；
在上述第一步骤之后，对上述保持电容施加第二电压的第二步骤；
在施加上述第二电压之后，测定流动于上述像素的电荷量的第三步骤；以及
根据上述电荷量、以及上述第一电压和上述第二电压的电位差，计算上述保持电容的电容值的第四步骤。
2.根据权利要求1所述的试验方法，其特征在于进一步包含：
对多数像素实施上述第一至第四步骤的步骤；
产生根据像素配置排列上述多数像素的上述电容值的第一排列的步骤；
对上述第一排列实施规定过滤，产生第二排列的步骤；以及
比较上述第一排列和上述第二排列，抽取上述保持电容的电容值的不均一的步骤。
3.一种试验装置，其特征在于：其是将像素配置成矩阵状的自发光型元件驱动用TFT阵列基板的试验装置，所述像素具备驱动晶体管，所述驱动晶体管具有由第一构造材料构成的闸极、以及由第二构造材料构成的源极以及汲极；以及
保持电容，其具有由上述第一构造材料构成的第一电极、以及由上述第二构造材料构成的第二电极；且，所述试验装置具有
对上述像素施加第一以及第二电压的一个或多数电源；
测定流动于上述像素间的电荷量的测定机构；
对于规定像素，在施加上述第一电压之后，施加上述第二电压，在施加上述第二电压后，通过上述测定机构测定电荷量的控制机构；以及
根据上述电荷量、以及上述第一电压和第二电压的电位差，求出上述保持电容的电容值的处理机构。
4.根据权利要求3所述的试验装置，其特征在于：上述控制机构进一步具有测定多数上述像素的上述电流量的机能，且
上述处理机构进一步具有抽取上述像素的上述保持电容的电容值的不均一的机能。
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