JP2006330719A - 有機発光ディスプレイ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】有機発光ディスプレイ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】
基板11と、基板11にマトリックス状に配置されるものであって、スイッチングトランジスタQ1、ドライビングトランジスタQ2、及びOLEDを有する複数の画素と、を備える有機発光ディスプレイである。スイッチングトランジスタQ1は、ドライビングトランジスタQ2に比べてキャリア移動度の低いシリコンチャンネルを有する。キャリア移動度の低いスイッチングトランジスタQ1に漏れ電流が抑制され、キャリア移動度の高い多結晶シリコンにより長寿命、高速駆動が可能となる。
【選択図】図1
【解決手段】
基板11と、基板11にマトリックス状に配置されるものであって、スイッチングトランジスタQ1、ドライビングトランジスタQ2、及びOLEDを有する複数の画素と、を備える有機発光ディスプレイである。スイッチングトランジスタQ1は、ドライビングトランジスタQ2に比べてキャリア移動度の低いシリコンチャンネルを有する。キャリア移動度の低いスイッチングトランジスタQ1に漏れ電流が抑制され、キャリア移動度の高い多結晶シリコンにより長寿命、高速駆動が可能となる。
【選択図】図1
Description
本発明は、アクティブマトリックスTFT有機発光ディスプレイ及びその製造方法に関する。
有機発光ダイオード(OLED:organic light emitting diodes)を利用する能動型カラー表示装置は、各画素がアナログ画像信号をサンプリングするスイッチング(サンプリング)トランジスタ、画像信号を維持するメモリキャパシタ、及びメモリキャパシタに蓄積された画像信号電圧によってOLEDに供給される電流を制御する駆動(ドライビング:driving)トランジスタを構成する2個のトランジスタ及び1個のキャパシタからなる回路が最も一般的に用いられている。
一般的に、スイッチングトランジスタ及びドライビングトランジスタのチャンネルは、非晶質シリコンまたは多結晶シリコンで形成される。非晶質シリコンは、キャリア移動度(carrier mobility)が低くて高速駆動するのが難しいという欠点があり、特に、駆動トランジスタの大電流によって急激な品質低下が生じるために寿命が短いという短所がある。
多結晶シリコンは、キャリア移動度が高く、大電流による品質低下は非晶質シリコンに比べて顕著に低いために選好されている。しかし、多結晶シリコンの短所は、粒界を通じた電流漏れにより大きいオフ電流(off−current)が発生するという点である。
また、多結晶シリコンの他の欠点は、均質性(uniformity)が低いために画素別に均一な動作特性を得ることが困難である。このような均質性の弱点を補償するために電圧プログラム方式(Sarnoff、SID98参照)、電流プログラム方式(Sony、SID01参照)などがある。その他に多様な形態の補償手段が提案されているが、かかる補償素子により回路が複雑になって製作設計が難しくなるだけでなく、かかる補償素子による新たな問題が発生する。
現在、OLEDの研究課題は、低い漏れ電流、速い応答性、及び単純な構造のOLEDの駆動回路を開発することである。
本発明の技術的課題は、省エネ性及び長寿命の有機発光ディスプレイ、及びその製造方法を提供することである。
本発明による有機発光ディスプレイは、キャリア移動度の低い第1シリコンチャンネルを有するスイッチングトランジスタと、相対的にキャリア移動度の高い第2シリコンチャンネルを有するドライビングトランジスタと、を備える。
本発明による有機発光ディスプレイの具体的な類型は、基板上に平行に配置される複数の垂直走査信号ラインと、垂直走査信号ラインに直交するように配置される水平駆動信号ラインと、前記垂直走査信号ライン及び水平駆動信号ラインによって定義される各画素領域に設けられるOLEDと、前記垂直走査信号ライン及び水平駆動信号ラインに連結されてOLEDを駆動する半導体回路部と、前記半導体回路部にOLED駆動用のパワーを供給するパワー供給ラインと、を備え、前記半導体回路部は、移動度の低い第1シリコンチャンネルを有するスイッチングトランジスタと、相対的に移動度の高い第2シリコンチャンネルを有するドライビングトランジスタと、を備える。
前記本発明において、前記基板はプラスチック基板であり、前記半導体回路部は、前記垂直走査信号ライン及び水平走査信号ラインに連結される非晶質シリコンスイッチングトランジスタと、前記OLEDに連結される多結晶シリコンドライビングトランジスタと、前記一つのメモリキャパシタと、を備える。
本発明の望ましい実施形態によれば、前記プラスチック基板上に絶縁層が形成され、前記絶縁層上に半導体回路部が設けられる。
基板と、基板上にマトリックス状に配列されるものであって、スイッチングトランジスタ、ドライビングトランジスタ、及びOLEDをそれぞれ有する複数の画素とを備える本発明による有機発光ディスプレイの製造方法は、基板上に非晶質シリコン形成段階と、前記非晶質シリコンを局部的に多結晶化して、前記各画素のスイッチングトランジスタ及びドライビングトランジスタを形成するための非晶質シリコン領域及び多結晶シリコン領域を形成する段階と、前記非晶質シリコン及び多結晶シリコンを利用して各画素のスイッチングトランジスタ及びドライビングトランジスタを備える半導体回路部を製造する段階と、前記半導体回路部上に有機発光層を備えるOLED製造段階と、を含む。
本発明は、非晶質シリコン及び多結晶シリコンの利点を共に有するように低い漏れ電流が要求されるスイッチングトランジスタには、キャリア移動度の低い非晶質シリコンによりチャンネルを構成し、耐久性と速い応答性とが要求されるドライビングトランジスタには、キャリア移動度の高い非晶質シリコンで構成する。
このような本発明によれば、漏れ電流が減少して、省エネ性、耐久性、速い応答性によって高解像及び長寿命の有機発光ディスプレイを得ることができる。
このような本発明は、オフ電流の減少のためのLDD構造を採用しないので、熱に弱いプラスチックまたはガラスを基板材料として使用できる。したがって、本発明によれば、良質の高性能有機発光ディスプレイを製造することができる。
以下、本発明による有機発光ディスプレイ、及びその製造方法を添付された図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明によるディスプレイ装置の概略的な構造を示す等価回路図であり、図2は、各画素のレイアウトを示す図面である。
ディスプレイ素子1は、プラスチック基板11をベースパネルとして利用する。基板11上には、平行な複数の垂直走査信号ライン(以下、「Xライン」と称する)Xsと、平行な複数の水平駆動信号ライン(以下、「Yライン」と称する)Ysとが相互に直交する方向に配置されてマトリックス構造を形成する。OLED駆動用の電源(パワー)を供給する電源供給ライン(以下、「ZラインZd」と称する)は、YラインYsに所定間隔をおいて、YラインYsと平行に配置される。また、ZラインZdは、XラインXs及びYラインYsに連結されてOLEDを駆動する半導体回路部に備えられる。XラインXs、YラインYs、及びZラインZdによって取り囲まれた領域に画素が設けられる。
XラインXsは、垂直走査信号が印加されるラインであり、YラインYsは、映像信号である水平駆動信号が印加されるラインである。XラインXsは垂直走査回路に連結され、YラインYsは水平駆動回路に連結される。ZラインZdは、OLED作動のための電源回路に連結される。 各画素は、2つのトランジスタQ1,Q2及び一つのキャパシタCmを備える。各画素で、XラインXs及びYラインYsにスイッチングトランジスタQ1のソース及びゲートが連結され、スイッチングトランジスタQ1のドレインはドライビングトランジスタQ2のゲートに接続される。スイッチングトランジスタQ1の作動により印加される電荷を蓄積して、各画素別イメージ情報をメモリ(記憶)するメモリキャパシタCmは、ドライビングトランジスタQ2のゲート及びソースに並列接続される。ドライビングトランジスタQ2のドレインには、OLEDのアノードが連結される。そして、OLEDのカソードKは、全体画素が共有する共通電極に該当する。ここで、スイッチングトランジスタQ1は、n型TFTであり、ドライビングトランジスタQ2は、p型TFTである。
前記のような構造の有機発光素子において、スイッチングトランジスタQ1は、キャリア移動度の低いシリコン、例えば、非晶質シリコントランジスタであり、ドライビングトランジスタQ2は、相対的にキャリア移動度の高い多結晶シリコントランジスタである。ここで、キャリア移動度の低いスイッチングトランジスタQ1は、非晶質シリコンの他に局部的に多結晶が一部混在するシリコンチャンネルを有しうる。そして、ドライビングトランジスタQ2は、スイッチングトランジスタQ1に比べてキャリア移動度の高い、例えば、純粋な多結晶シリコン、または大部分が多結晶シリコンであるが、その一部に非晶質シリコンが混在するシリコンチャンネルを有しうる。
本発明において、スイッチングトランジスタQ1のチャンネルは、画素のスイッチングに必要な最小の応答性のための低いキャリア移動度を有し、このような低いキャリア移動度は、オフ電流を抑制して漏れ電流による電力損失を減少させる。オフ電流を減らすためにCMOSにおいてチャンネルの両側にLDD(Lightly Doped Drain)領域を形成する方法が知られているが、これはLDDマスク及びLDD領域を形成するための追加工程が必要である。そして、このようなLDDは、ウェーハのように熱に強い基板を利用する半導体素子には適用できるが、プラスチックのような熱に弱い基板には適用されない。
本発明によれば、基板材料として熱に弱いガラスまたはプラスチックが利用され、このような基板上にLDD工程が必要ない非晶質シリコンスイッチングトランジスタ及び多結晶シリコンドライビングトランジスタが形成される。これまでの研究は、有機発光ディスプレイが非晶質シリコンまたは多結晶シリコンのうち何れか一つの材料のみを利用する一方、本発明は、低いキャリア移動度を有することによってオフ電流を減らすことができる非晶質シリコンと、高いキャリア移動度を有することによって速い応答性及び長寿命を有する多結晶シリコンとを複合的に利用するという点に特徴がある。
図2を参照すれば、図2の左右にYラインYs及びZラインZdが平行に配置され、これに直交する方向にXラインXsが配置される。XラインXsとYラインYsとの交差部分に非晶質シリコンスイッチングトランジスタQ1が位置し、XラインXsとZラインZdとの交差部の近くには、多結晶シリコンドライビングトランジスタQ2が配置される。スイッチングトランジスタQ1とドライビングトランジスタQ2との間には、メモリキャパシタCmが配置される。メモリキャパシタCmの一つの電極(下部電極)Cmaは、ZラインZdから延びる部分であり、もう一つの電極(上部電極)Cmbは、スイッチングトランジスタQ1のドレインQ1d及びドライビングトランジスタQ2のゲートQ2gと一体に形成される。スイッチングトランジスタQ1のゲートQ1gは、XラインXsから延びる部分である。
図2のA−A’線の断面を示す図3を参照すれば、プラスチックまたはガラス基板11にSiO2などの絶縁物質からなるバッファ層12が形成され、その上にスイッチングトランジスタQ1が形成される。スイッチングトランジスタQ1は、バッファ層12上に形成されるソースQ1s、チャンネルQ1c、及びドレインQ1dを有する非晶質シリコン層、その上のSiO2などによる第1絶縁層13、及びゲートQ1gを備える。スイッチングトランジスタQ1上には、SiO2で形成されたIMD(Intermetal Dielectric)14、その上に金属で形成されたソース電極Q1se、ドレイン電極Q1deが形成される。これらの電極Q1se,Q1deの下部は、IMD14に形成される貫通孔を通じて下部のソースQ1s及びドレインQ1dに電気的に接続される。これらの電極、メモリキャパシタの上部電極Cmb、及びZラインZdは、Mo/Al/MoまたはTi/Al−Cu合金/Tiの積層構造を有しうる。スイッチングトランジスタQ1のゲートQ1gは、前述したXラインXsから延びるものであって、タングステンなどにより形成される。
メモリキャパシタCmの誘電層は、IMD14の一部であり、下部電極Cmaは、前述したように多結晶シリコンドライビングトランジスタQ2のゲートと一体にタングステンにより形成される。
ZラインZdと一体に形成される上部電極Cmb、ソース電極Q1se、及びドレイン電極Q1deの上には第2絶縁層17第3絶縁層18が形成され、その上には正孔輸送層(HTL)、OLEDのカソードとしての共通電極K、及び第4絶縁層19が設けられる。第4絶縁層19は、OLEDを保護するパッシベーション層である。
図2のB−B線の断面図を示す図4は、ドライビングトランジスタQ2及びOLEDの全体積層構造を示す。
基板11上にバッファ層12が形成され、その上にスイッチングトランジスタQ1と同時に形成されるドライビングトランジスタQ2が形成される。ドライビングトランジスタQ2のシリコン層は、多結晶シリコンであって、スイッチングトランジスタQ1の製作時に利用されたシリコン層と同時に形成された後、別途のアニーリングによって多結晶化されたものである。多結晶シリコンは、ソースQ2s、チャンネルQ2c、及びドレインQ2dを備え、その上にSiO2などによる第1絶縁層13及びゲートQ2gを備える。ゲートQ2gは、前述したようにメモリキャパシタCmの上部電極Cmbとタングステンなどにより一体に形成される。
多結晶ドライビングトランジスタQ2上には、スイッチングトランジスタQ1を覆うSiO2で形成されたIMD14、その上に金属で形成されたソース電極Q2se、及びドレイン電極Q2deが形成される。これらの電極Q2se,Q2deの下部は、IMD14に形成される貫通孔を通じて下部のソースQ2s及びドレインQ2dに電気的に接続され、その上には第2絶縁層17、第3絶縁層18が形成される。
第3絶縁層18上にHTLが形成され、HTLの上の所定領域に発光層(EM)、電子輸送層(ETL)が形成され、その上にカソードである共通電極Kが形成される。共通電極Kの上には、前述した第4絶縁層19が形成される。一方、第2絶縁層17、第3絶縁層18の間には、ドレイン電極Q2deに連結され、OLEDの下部に位置するアノードAnが設けられる。アノードAnは、第3絶縁層18に形成されたウィンドウ18aによりHTLに物理的に接触して電気的に連結される。
前述した構造の電界発光ディスプレイのレイアウトは、実現可能な本発明の具体的な一例であって、このようなレイアウト及びその修正は本発明の技術的範囲を制限しない。
このような本発明の電界発光ディスプレイは、プラスチックなど熱に弱い基板上に漏れ電流が少なく、長寿命のOLED駆動用の半導体回路部を有する点に特徴がある。
このような本発明による電界発光ディスプレイの製造方法は次の通りである。
図5Aないし図5Pは、本発明による半導体回路部の製造工程を示す図面である。図5Aに示したように、ガラスまたはプラスチック基板11上にSiO2バッファ層12をCVD(chemical vapor deposition)法などによって形成する。図5Aないし図5Pは、有機発光ディスプレイの単位画素に該当する部分の一部を示す。
図5Bに示したように、バッファ層12上に非晶質シリコンa−Siを形成する。
図5Cに示したように、マスク(図示せず)を利用したELA(エキシマ・レーザーを使った熱処理:Excimer Laser Annealing)によって非晶質シリコンa−Siに対して選択的なアニーリングを行って、ドライビングトランジスタが形成された部分の非晶質シリコンa−Siを多結晶シリコンp−Siに変換する。
図5Dに示したように、非晶質シリコンa−Si及び多結晶シリコンp−SiをパターニングしてスイッチングトランジスタQ1及びドライビングトランジスタQ2に用いられるシリコン島(silicon island)を形成する。両シリコンのパターニングは、従来のフォトリソグラフィ法などの公知のパターニング法を利用して同時に行われる。
図5Eに示したように、CVD法などによって前記積層上にSiO2などのゲート絶縁層13を形成する。
図5Fに示したように、ゲート絶縁層13上にモリブデンまたはタングステンなどの金属層を蒸着法またはスパッタリング法などで形成した後、これをフォトレジストを用いた湿式エッチング法によりパターニングして、XラインXs、連結されるゲートQ1g,Q2g、及びメモリキャパシタの下部電極Cmaを形成する。
図5Gに示したように、イオン注入法などによってゲートQ1g,Q2gに覆われていない非晶質シリコンa−Siにリン(P+)イオンを注入してスイッチングトランジスタQ1のソースQ1s及びドレインQ1dを得る。ここで、ゲート絶縁層上にドライビングトランジスタの多結晶シリコンを保護するマスク層を追加した後にドーピングすることによって、ドライビングトランジスタの単結晶上にはドーピングされないようにすることができる。
図5Hに示したように、スイッチングトランジスタQ1を保護するするフォトレジストマスクを形成した後、ホウ素(B+)イオンを注入してドライビングトランジスタQ2のp型ソースQ2s及びドレインQ2dを得る。この時、先行工程でドライビングトランジスタがN型にドーピングされている場合、十分なB+イオンのドーピングによってp型に反転される。このようなP+及びB+イオンのドーピングが完了した後、アニーリングによってスイッチングトランジスタQ1及びドライビングトランジスタQ2の多結晶シリコンを活性化する。図5Hの工程は、選択的な工程であって、省略可能である。省略される場合、図5Gの工程で非晶質シリコンa−Si及び多結晶シリコンp−Siに対するドーピングが行われねばならず、その結果物である両トランジスタは何れもNPN型となる。
図5Iに示したように、前記基板に形成される積層物の最上面にCVD法などによりSiO2を蒸着してIMD14層を形成した後、ここにスイッチングトランジスタQ1、ドライビングトランジスタQ2などの接触のためのコンタクトホール14aを形成する。
図5Jに示したように、IMD14上に金属層を形成した後にこれをパターニングして、YラインYs、ZラインZd、スイッチングトランジスタQ1のドレイン電極Q1de及びソース電極Q1se、ドライビングトランジスタQ2のドレイン電極Q2de及びソース電極Q2se、及びメモリキャパシタCmの上部電極Cmbなどを形成する。
図5Kに示したように、前記積層上にSiO2第2絶縁膜17を形成した後、ここにドライビングトランジスタQ2のドレイン電極Q2deを露出するコンタクトホール17aを形成する。
図5Lに示したように、第2絶縁膜17上にITOなどの導電性物質層を形成した後、これをパターニングしてOLEDのアノードAnを形成する。
図5Mに示したように、前記積層上に第3絶縁層18を形成した後、OLED領域でITOアノードAnが露出されるウィンドウ18aを形成する。
図5Nに示したように、第3絶縁層18及びITOアノードAnの上面全体にHTLを形成する。
図5Oに示したように、HTL上にEM、ETLを順次に形成する。
図5Pに示したように、ETLを含む積層の最上面にOLEDのカソードである共通電極Kと、その上の第4絶縁層19とを形成して、所望の有機発光ディスプレイを得る。
以上、画素を駆動するトランジスタ及びキャパシタの製造過程について説明したが、本発明によれば、プラスチック基板に非晶質シリコン及び多結晶シリコンによるスイッチングトランジスタ及びドライビングトランジスタが形成される。
このような本願発明の理解を助けるためにいくつかの模範的な実施形態が説明され、添付された図面に示されたが、このような実施形態は、単に広い発明を例示し、それに制限されないという点を理解しなければならない。また、本発明は、図示及び説明された構造及び配列に限定されないという点も理解しなければならない。これは多様な他の修正が当業者により行われうるためである。
本発明は、有機発光ディスプレイ関連の技術分野に好適に用いられる。
1 ディスプレイ素子、
11 プラスチック基板、
12 バッファ層、
13、17、18、19 第1絶縁層、
14 IMD、
14a、17a コンタクトホール、
18a ウィンドウ、
An アノード、
Cm キャパシタ、
K 共通電極、
Q1 スイッチングトランジスタ、
Q2 ドライビングトランジスタ、
Xs Xライン、
Ys Yライン、
Zd Zライン。
11 プラスチック基板、
12 バッファ層、
13、17、18、19 第1絶縁層、
14 IMD、
14a、17a コンタクトホール、
18a ウィンドウ、
An アノード、
Cm キャパシタ、
K 共通電極、
Q1 スイッチングトランジスタ、
Q2 ドライビングトランジスタ、
Xs Xライン、
Ys Yライン、
Zd Zライン。
Claims (9)
- 基板と、
基板にマトリックス状に配置されるものであって、スイッチングトランジスタ、ドライビングトランジスタ、及びOLEDを有する複数の画素と、を備え、
前記スイッチングトランジスタは、ドライビングトランジスタに比べてキャリア移動度の低いチャンネルを有することを特徴とする有機発光ディスプレイ。 - 前記スイッチングトランジスタのチャンネルは、非晶質シリコンで形成され、
前記ドライビングトランジスタのチャンネルは、多結晶シリコンで形成されることを特徴とする請求項1に記載の有機発光ディスプレイ。 - 前記基板は、ガラスまたはプラスチック基板であることを特徴とする請求項1に記載の有機発光ディスプレイ。
- 基板上に平行に配置される複数の垂直走査信号ラインと、
前記垂直走査信号ラインに直交するように配置される水平駆動信号ラインと、
前記垂直走査信号ラインと水平走査信号ラインとによって定義される各画素領域に設けられるOLEDと、
前記垂直走査信号ライン及び前記水平駆動信号ラインに連結されてOLEDを駆動する半導体回路部と、
前記半導体回路部にOLED駆動用の電源を供給する電源供給ラインと、を備え、
前記半導体回路部は、キャリア移動度の低い第1シリコンチャンネルを有するスイッチングトランジスタと、相対的にキャリア移動度の高い第2シリコンチャンネルを有するドライビングトランジスタと、を備えることを特徴とする有機発光ディスプレイ。 - 前記スイッチングトランジスタは、非晶質シリコンチャンネルを備え、
前記ドライビングトランジスタは、多結晶シリコンチャンネルを備えることを特徴とする請求項4に記載の有機発光ディスプレイ。 - 前記基板は、ガラスまたはプラスチック基板であることを特徴とする請求項4または請求項5に記載の有機発光ディスプレイ。
- 基板上にマトリックス状に配列されるものであって、スイッチングトランジスタ、ドライビングトランジスタ、及びOLEDをそれぞれ備える複数の画素が形成されている有機発光ディスプレイの製造方法において、
前記基板上に非晶質シリコンを形成する段階と、
前記非晶質シリコンを局部的に多結晶化して、前記各画素のスイッチングトランジスタ及びドライビングトランジスタを形成するための非晶質シリコン領域及び多結晶シリコン領域を形成する段階と、
前記非晶質シリコン及び多結晶シリコンを利用して、各画素のスイッチングトランジスタ及びドライビングトランジスタを備える半導体回路部を製造する段階と、
前記半導体回路部上に有機発光層を備えるOLEDを製造する段階と、を含むことを特徴とする有機発光ディスプレイの製造方法。 - 前記基板は、プラスチックまたはガラスであることを特徴とする請求項7に記載の有機発光ディスプレイの製造方法。
- 前記非晶質シリコンの局部多結晶化は、ELAによって行われることを特徴とする請求項7または請求項8に記載の有機発光ディスプレイの製造方法。
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