JP2009054539A - 表示装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性が高く、発光画素の大きい表示装置およびその製造方法を提供すること
【解決手段】本発明にかかる表示装置は、複数の発光画素が設けられた表示装置であって、少なくとも発光画素となる領域に開口部１ａを有する基板１と、基板１上に形成された下地絶縁膜３と、下地絶縁膜３上に形成された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ１３）と、開口部１ａ内において、下地絶縁膜３のＴＦＴ１３が設けられた面と反対側の面に形成された有機ＥＬ素子２２と、を備え、発光画素では、有機ＥＬ素子２２の発光が、ＴＦＴ１３の設けられた側と反対の視認側から出射されているものである。
【選択図】 図２

Description

本発明は、表示装置およびその製造方法に関し、特に詳しくは発光素子を備えた表示装置およびその製造方法に関するものである。

発光素子を備えた表示装置の一つとして、有機ＥＬ（Electro Luminescence）表示装置が知られている（例えば、特許文献１）。有機ＥＬ表示装置は、有機ＥＬ自体が発光する自発光型の表示装置である。液晶表示装置と異なり、有機ＥＬ表示装置ではバックライトが不要となるため、低消費電力での表示が可能である。

有機ＥＬ表示装置では、画素となる複数の発光素子、すなわち有機ＥＬ素子がマトリクス状に配置されている。有機ＥＬ素子は、電流駆動により自発光し、その発光強度は供給された電流の大きさに応じて変化する。有機ＥＬ表示装置では、有機ＥＬ素子の発光強度を変化させることによって階調表現を行っている。

一般的に、アクティブマトリクス型の有機ＥＬ表示装置には、複数の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）が各画素に形成されている。これらのＴＦＴは、駆動回路、スイッチング素子、又は補正回路などとして機能する。これにより、所望する大きさの電流を有機ＥＬ素子に流すことができる。従来型であるボトムエミッション方式では、これらＴＦＴは有機ＥＬ素子の視認側に設けられている。そのため、ＴＦＴの制約によって、表示領域に占める発光領域の割合は小さくなってしまう。

アクティブマトリクス型の有機ＥＬ表示装置では、前述のように、発光画素の面積がＴＦＴの制約を受けてしまう。そこで、ＴＦＴの制約を受けることなく、広い発光領域を確保するための様々な技術が開発されている。そのうちの一つに、トップエミッション方式が知られている。

図７は、トップエミッション方式を用いた従来の有機ＥＬ表示装置の画素構成を示す断面模式図である。図７に示すように、トップエミッション方式の有機ＥＬ表示装置は、ガラス等の透明な絶縁基板からなる基板１の上に、下地絶縁膜３を介してＴＦＴ１３が形成されている。ＴＦＴ１３は、半導体層４、ゲート絶縁膜５、ゲート電極６、層間絶縁膜７、及び信号配線電極９を有している。下地絶縁膜３の上には、ポリシリコンから成る半導体層４が島状に形成されている。半導体層４を覆うようにゲート絶縁膜５が形成され、ゲート絶縁膜５を介して半導体層４の対面にゲート電極６が配設されている。

ゲート電極６を覆うように、層間絶縁膜７が形成される。層間絶縁膜７及びゲート絶縁膜５を貫通するコンタクトホール８が、半導体層４上に設けられている。信号配線電極９は、このコンタクトホール８を介して半導体層４と電気的に接続される。信号配線電極９を覆うように、パッシベーション膜１０が形成されている。パッシベーション膜１０の上には、有機平坦化膜２６が設けられている。有機平坦化膜２６により、ＴＦＴ１３により発生したパッシベーション膜１０上の凹凸が平坦化される。

この有機平坦化膜２６を介してＴＦＴ１３の上には、有機ＥＬ素子２２が形成されている。有機ＥＬ素子２２は、アノード電極１９、有機発光層２０、及び透明電極２１を有している。アノード電極１９は、有機平坦化膜２６及びパッシベーション膜１０を貫通するコンタクトホールを介してＴＦＴ１３の信号配線電極９の一方と接続するよう、有機平坦化膜２６の上に形成される。アノード電極１９の上には、有機発光層２０と透明電極２１とが順次積層されている。

さらに、有機平坦化膜２６の上には、封止材２３を介して封止基板２４が固着されている。封止材２３は、画素を囲むように形成されている。封止材２３は、封止基板２４と基板１とを固着し、画素を含む空間を封止する。すなわち、有機ＥＬ素子２２は、基板１、封止基板２４、封止材２３とで形成される気密空間に配置される。

このように、トップエミッション方式は、基板上に設けられたＴＦＴの上に有機ＥＬ素子を形成し、有機ＥＬ素子からの発光を基板と逆方向に取り出す構造となっている。すなわち、ＴＦＴは有機ＥＬ素子の反視認側に設けられているので、ＴＦＴの配置に関わらず広い発光領域を確保することができる。

一方、トップエミッション方式とは異なる方法を用いて、発光領域を広くする技術が特許文献２、及び特許文献３に開示されている。特許文献２、３では、基板上に設けられた有機ＥＬ素子の上にＴＦＴを形成し、有機ＥＬ素子からの発光を基板と逆方向に取り出すボトムエミッション方式の構造となっている。ＴＦＴは、プリント法を用いた埋め込み、あるいは貼り合わせにより、有機ＥＬ素子の上に形成される。特許文献２、３では、トップエミッション方式と同様、ＴＦＴが有機ＥＬ素子の反視認側に設けられているので、ＴＦＴの配置に関わらず広い発光領域を確保することが可能となる。

特開２００５−２８３８６１号公報 特開２００５−２６６６１６号公報 特開２００３−２９７９７４号公報

トップエミッション方式では、ＴＦＴ１３により、パッシベーション膜１０の表面は凹凸となっている。有機ＥＬ素子２２は、ＴＦＴ１３より遥かに薄膜である。そのため、パッシベーション膜１０の上に直接有機ＥＬ素子２２が形成されると、凹凸の段差により段切れやショートが生じてしまう。そこで、ＴＦＴ１３による凹凸を平坦化するため、有機ＥＬ素子２２の下に有機平坦化膜２６が形成されている。有機平坦化膜２６は、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の有機絶縁材料により形成される。

しかしながら、有機平坦化膜２６は、製造過程で残存あるいは吸着した水分を保持しやすい。そのため、その上部に形成された有機ＥＬ素子２２の有機発光層２０が、有機平坦化膜２６に保持された水分を吸収してしまう。有機発光層２０は、水分を吸収すると劣化し、発光しなくなる。さらに、アノード電極１９は、画素ごとに離間されたパターニング形状を有しており、フォトリソグラフィー、エッチング、及び洗浄の工程を経て形成される。そのため、アノード電極１９の形成工程において、有機平坦化膜２６はダメージを受けてしまう。例えば、ドライエッチング等により有機平坦化膜２６の表面荒れが発生し、その上部に形成された有機ＥＬ素子２２の段切れやショートが発生してしまうことがある。また、有機平坦化膜２６はエッチング液や洗浄水により膨潤し、水分を保持してしまう。

このように、有機平坦化膜２６によって有機ＥＬ素子２２の劣化が促進され易い。その結果、表示装置の表示寿命は短くなり、信頼性が低下する。

また、特許文献２、３では、プリント法を用いた埋め込み、あるいは貼り合わせにより、ＴＦＴを有機ＥＬ素子の上に形成している。しかしながら、ＴＦＴと有機ＥＬ素子との重ね合わせには、数ミクロンレベルの高い精度が要求され、表示装置の設計上において大きな制約となる。そのため、ＴＦＴと有機ＥＬ素子とが誤差範囲を超えてずれた重ね合わせがなされた場合、発光領域が減少してしまう。

本発明は、上記のような問題点を鑑みてなされたものであり、信頼性が高く、発光画素の大きい表示装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明にかかる表示装置は、複数の発光画素が設けられた表示装置であって、少なくとも前記発光画素となる領域に開口部を有する基板と、前記基板上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成された薄膜トランジスタと、前記開口部内において、前記絶縁膜の前記薄膜トランジスタが設けられた面と反対側の面に形成された発光素子と、を備え、前記発光画素では、前記発光素子の発光が、前記薄膜トランジスタの設けられた側と反対の視認側から出射されているものである。

また、本発明にかかる表示装置の製造方法は、複数の発光画素が設けられた表示装置の製造方法であって、基板上に絶縁膜を成膜する工程と、前記絶縁膜の上に薄膜トランジスタを形成する工程と、前記薄膜トランジスタを形成した後、少なくとも前記発光画素となる領域の前記基板を除去し、前記基板に開口部を形成する工程と、前記開口部内において、前記絶縁膜の前記薄膜トランジスタが設けられた面と反対側の面に発光素子を形成する工程と、を備える表示装置の製造方法。

本発明によれば、信頼性が高く、発光画素の大きい表示装置およびその製造方法を提供することができる。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を説明する。以下の説明は、本発明の実施の形態を説明するものであり、本発明が以下の実施形態に限定されるものではない。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略及び簡略化がなされている。また、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略されている。尚、各図において同一の符号を付されたものは同様の要素を示しており、適宜、説明が省略されている。

始めに、本発明に係る表示装置について図１を用いて説明する。図１は、表示装置に用いられるＴＦＴアレイ基板の構成を示す正面図である。本発明に係る表示装置は、有機ＥＬ表示装置を例として説明するが、あくまでも例示的なものであり、有機ＥＬ以外の発光層を用いることも可能である。

本発明に係る表示装置は、基板１を有している。基板１は、例えば、ＴＦＴアレイ基板等のアレイ基板である。基板１には、表示領域４１と表示領域４１を囲むように設けられた額縁領域４２とが設けられている。この表示領域４１には、複数の走査信号線４３と複数の表示信号線４４と形成されている。複数の走査信号線４３は平行に設けられている。同様に、複数の表示信号線４４は平行に設けられている。走査信号線４３と、表示信号線４４とは、互いに交差するように形成されている。走査信号線４３と表示信号線４４とは直交している。そして、隣接する走査信号線４３と表示信号線４４とで囲まれた領域が画素４７となる。従って、基板１では、画素４７がマトリクス状に配列される。

さらに、基板１の額縁領域４２には、走査信号駆動回路４５と表示信号駆動回路４６とが設けられている。走査信号線４３は、表示領域４１から額縁領域４２まで延設されている。そして、走査信号線４３は、基板１の端部で、走査信号駆動回路４５に接続される。表示信号線４４も同様に表示領域４１から額縁領域４２まで延設されている。そして、表示信号線４４は、基板１の端部で、表示信号駆動回路４６と接続される。走査信号駆動回路４５の近傍には、外部配線４８が接続されている。また、表示信号駆動回路４６の近傍には、外部配線４９が接続されている。外部配線４８、４９は、例えば、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）などの配線基板である。

外部配線４８、４９を介して走査信号駆動回路４５、及び表示信号駆動回路４６に外部からの各種信号が供給される。走査信号駆動回路４５は外部からの制御信号に基づいて、走査信号を走査信号線４３に供給する。この走査信号によって、走査信号線４３が順次選択されていく。表示信号駆動回路４６は外部からの制御信号や、表示データに基づいて表示信号を表示信号線４４に供給する。これにより、表示データに応じた表示電圧を各画素４７に供給することができる。なお、走査信号駆動回路４５と表示信号駆動回路４６は、基板１上に配置される構成に限られるものではない。例えば、ＴＣＰ（Tape Carrier Package）により駆動回路を接続してもよい。

有機ＥＬ表示装置の場合、走査信号線４３及び表示信号線４４の他に、共通電位を供給するための共通配線（図示せず）や、電源電圧を供給するための電源電圧配線（図示せず）が設けられる。共通配線及び電源電圧配線も走査信号線４３や表示信号線４４と同様に表示領域４１から額縁領域４２まで延設されている。これによって、外部から共通電位、及び電源電圧を画素４７に供給することができる。

画素４７内には、少なくとも１つのＴＦＴ１３が形成されている。例えば、このＴＦＴ１３が有機ＥＬ素子に駆動電流を供給する駆動用ＴＦＴである場合、ＴＦＴ１３のソースに有機ＥＬ素子が接続される。具体的には、ＴＦＴ１３のソースにアノード電極（画素電極）が接続される。また、ＴＦＴ１３のゲートには、スイッチング用ＴＦＴ（図示せず）を介して表示信号が供給される。さらに、ＴＦＴ１３のドレインには電源電圧が供給される。そして、アノード電極には透明電極が対向配置される。このアノード電極と透明電極との間に有機発光層を配設することよって、有機ＥＬ素子が構成される。また、透明電極には、共通電位が供給されている。このように、アノード電極と透明電極とが有機発光層を挟んで配置される。従って、ＴＦＴ１３が有機発光層に流れる駆動電流を制御する制御素子となる。これらＴＦＴ１３及び有機ＥＬ素子の詳細な構成については後述する。

走査信号によってスイッチング用ＴＦＴがオンすると、駆動用のＴＦＴ１３のゲートには、スイッチング用ＴＦＴを介して表示電圧が供給される。ここで、表示データに基づく表示電圧で表示信号線４４を介して供給される。これにより、駆動用のＴＦＴ１３は、表示電圧に応じた駆動電流を有機ＥＬ素子に供給することができる。ここで、走査信号は、走査信号線４３を１本ずつ順次選択していく。そして、選択された走査信号線４３に接続された画素のスイッチング用ＴＦＴのみがオンする。そして、スイッチング用ＴＦＴがオンしたタイミングで、表示信号線４４からその画素に対応する表示電圧を供給する。これにより、画素毎に表示データに応じた所定の駆動電流が供給される。これにより、有機ＥＬ素子が表示データに応じた輝度で発光する。そして、走査信号により走査信号線４３を順次走査することによって、表示領域４１に所望の画像を表示することができる。

次に、本実施の形態に係る表示装置の画素４７内の構成について、図２を参照して詳細に説明する。図２は、本実施の形態に係る表示装置の構成を示す断面模式図である。図２は、基板１上の画素４７の一つを示している。図２には、例えば、ＴＦＴ１３ａとＴＦＴ１３ｂの２つのＴＦＴ１３が記載されている。ここでは、ＴＦＴ１３ａが駆動用のＴＦＴ、ＴＦＴ１３ｂがスイッチング用ＴＦＴであるとする。基板１上にはこのような画素４７がマトリクス状に複数配置されている。

図２において、ガラス等の絶縁性を有する基板１の上に、下地絶縁膜３が形成されている。下地絶縁膜３は、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ等の無機絶縁膜である。下地絶縁膜３は、基板１からの不純物が基板１上に形成される各素子へ拡散を防止するものであり、前述の構成に限定されるものではない。また、下地絶縁膜３は、後述するＴＦＴと有機ＥＬ素子とを絶縁する機能を有している。

なお、本実施の形態では、部分的に基板１の除去された開口部１ａが基板１に形成されている。開口部１ａは、少なくとも発光画素となる領域を含むように設けられている。例えば、図２に示すように、各画素４７に１つの開口部１ａがそれぞれ配設される。従って、表示領域４１には複数の開口部１ａがマトリクス状に形成される。基板１の厚みは、例えば０．１ｍｍ程度である。また、基板１と下地絶縁膜３との間には、メタル膜２が形成されている。メタル膜２は、隣接する画素４７間に配設される。すなわち、画素４７を囲むようにメタル膜２が形成されている。従って、ここでは図示していないが、表示領域４１にはメタル膜２が格子状に設けられている。メタル膜２は、開口部１ａの内側にはみ出している。さらに、額縁領域４２において、表示領域４１を囲むよう枠状にメタル膜２が配置されている。メタル膜２には、比抵抗の高い材料を用いることが好ましい。ここでは、メタル膜２は、Ｍｏ、Ｃｒなどにより例えば膜厚２０〜５０ｎｍに形成されている。

そして、下地絶縁膜３の上に、ＴＦＴ１３が形成される。具体的には、下地絶縁膜３の上に、島状の半導体層４が設けられている。半導体層４は、ポリシリコン（多結晶シリコン）により形成される。図２には記載していないが、半導体層４は、ソース／ドレイン領域、及びチャネル領域を有する。ソース／ドレイン領域には不純物が導入されている。チャネル領域は、ソース領域とドレイン領域との間に配置されている。ＴＦＴ１３がＮＭＯＳの場合、ソース／ドレイン領域のチャネル領域と接する領域に低濃度の不純物が導入されたＬＤＤ（Lightly Doped Drain）構造であることが好ましい。

半導体層４上には、ゲート絶縁膜５が設けられている。ゲート絶縁膜５は、例えば膜厚７０〜１００ｎｍのＳｉＯ_２である。そして、ゲート絶縁膜５を介して半導体層４の対面にゲート電極６が形成されている。ゲート電極６は、例えば膜厚３００ｎｍのＭｏにより形成される。ゲート電極６を覆うように、層間絶縁膜７が設けられている。層間絶縁膜７は、例えば膜厚５００〜１０００ｎｍ程度のＳｉＯ_２膜により形成される。

回路を構成する信号配線電極９は、コンタクトホール８を介し、半導体層４のソース／ドレイン領域と電気的に接続される。信号配線電極９は、ソース電極あるいはドレイン電極である。信号配線電極９は、例えば、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｗ、Ａｌ、Ｔａや、これらを主成分とする合金膜、又はこれらを積層させた多層積層膜によって形成される。ここでは、膜厚５０〜１５０ｎｍのＭｏ膜、膜厚２００〜４００ｎｍのＡｌ膜、及び膜厚５０〜１５０ｎｍのＭｏ膜の積層により形成されている。さらに、これら信号配線電極９を覆うようにパッシベーション膜１０が設けられている。パッシベーション膜１０は、例えば、ＳｉＮ等からなる。

パッシベーション膜１０の上には、封止材１１を介して封止基板１２が貼着されている。封止基板１２は、ガラス基板、フレキシブル基板、メタル基板などである。封止基板１２は、表示装置の機械的強度を保つために用いられる。封止材１１は、パッシベーション膜１０と封止基板１２とを固着する。このように、ＴＦＴ１３は、パッシベーション膜１０、封止材１１、及び封止基板１２によって外部から遮断されている。

本実施の形態では、下地絶縁膜３のＴＦＴ１３が設けられた面と反対側の面に、有機ＥＬ素子２２が形成されている。具体的には、開口部１ａ内に露出した下地絶縁膜３の平坦な面（図２にける下側の面）と接触するように、アノード電極（画素電極）１９が設けられている。ここで、開口部１ａ内には、下地絶縁膜３、ゲート絶縁膜５、及び層間絶縁膜７を貫通し、信号配線電極９の一方に到達するビアホール１５が設けられている。ビアホール１５は、その側壁面がテーパー状に形成されている。アノード電極１９は、このビアホール１５を覆うように形成される。すなわち、このビアホール１５を介して、駆動用ＴＦＴ１３ａの信号配線電極９のソース電極と、有機ＥＬ素子２２のアノード電極１９とが接続される。アノード電極１９は画素電極であり、表示データに応じた所定の駆動電流が信号配線電極９を介して供給される。

アノード電極１９は、メタル膜２と離間して設けられている。すなわち、アノード電極の外側にメタル膜２が形成されている。そして、下地絶縁膜３を介してアノード電極１９がＴＦＴ１３と重複する。アノード電極１９は、光反射性を有する導電性材料、好ましくは、電子注入のしやすい仕事関数の小さな金属からなる。ここでは、Ｃｒによって例えば１００ｎｍの膜厚に形成されている。

また、開口部１ａ内には、有機発光層２０がアノード電極１９と接触するように形成されている。有機発光層２０は、一般的な、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層などを順次積層した構成を有している。さらに、開口部１ａ内には、透明電極２１が有機発光層２０に接触するように形成されている。従って、アノード電極１９と透明電極２１とが、有機発光層２０を挟んで対向配置される。

このとき、透明電極２１はアノード電極１９と電気的に接続しないように形成される。例えば図２に示すように、アノード電極１９、有機発光層２０、及び透明電極２１のパターンがそれぞれずれた位置に配置される。これにより、アノード電極１９と透明電極２１とは、その間に有機発光層２０が常に介在されているので、絶縁を保つことができる。

さらに、このとき、図２に示すように、透明電極２１とメタル膜２とが一部接触するように形成される。透明電極２１の一部とメタル膜２の一部とが重なっている。従って、隣接する画素４７の透明電極２１同士は、メタル膜２を介して繋がっている。透明電極２１には共通電位が供給される。このように、有機発光層２０はアノード電極１９と透明電極２１と挟持され、電流が供給されると発光する。透明電極２１には、一般的に、ＩＴＯやＩＺＯ等の透明導電膜が用いられる。これらの透明導電膜は、比抵抗が２００μΩ・ｃｍ程度と高く、他の金属膜（比抵抗４〜２０μΩ・ｃｍ）の１０倍以上である。そのため、表示サイズが大きくなると表示の際にムラとして視認されてしまうことがある。メタル膜２と透明電極２１とを電気的に接続することによって、透明電極２１の抵抗を低減することが可能となる。

そして、封止基板２４が、封止材２３を介して基板１と固着される。封止材２３は、有機ＥＬ素子２２を囲むよう、基板１のＴＦＴ１３が設けられた面と反対側の面に形成されている。封止材２３は、封止基板２４と基板１とを固着し、画素４７を含む空間を封止する。すなわち、有機ＥＬ素子２２は、下地絶縁膜３、基板１、封止材２３、封止基板２４とで形成される気密空間に配置される。封止基板２４には、ガラス等の透明な基板が用いられるが、カラーフィルター基板を封止基板２４としてもよい。有機ＥＬ素子２２単体でカラー表現が可能であるが、カラーフィルターを併用することによって、色度再現性を高めることができる。

このように、本実施の形態では、下地絶縁膜３のＴＦＴ１３が設けられた面と反対側の面に有機ＥＬ素子２２を形成し、有機ＥＬ素子２２からの発光をＴＦＴ１３と逆方向に取り出す構造となっている。発光画素では、有機ＥＬ素子２２からの発光が、ＴＦＴ１３の設けられた側と反対の視認側から出射される。すなわち、ＴＦＴ１３は有機ＥＬ素子２２の反視認側に設けられているので、ＴＦＴ１３の配置に関わらず広い発光領域を確保することができる。

続いて、本実施の形態に係る表示装置の製造方法について、図３〜図６を用いて詳細に説明する。図３〜図６は、本実施の形態に係る表示装置の製造工程を示す断面図である。なお、図３〜図６に示す断面は、図２と同様に、基板１上の一つの画素４７を示している。

まず初めに、ガラス等の透明な絶縁性の基板１全面に、メタル膜２を形成する。メタル膜２として、電気的比抵抗値の低い材料を用いることが好ましい。ここでは、スパッタ法により、例えば膜厚２０〜５０ｎｍのＭｏ膜、あるいはＣｒ膜を基板１全面に成膜する。次に、下地絶縁膜３をメタル膜２の上に形成し、さらにその上に半導体層４を形成する。下地絶縁膜３として、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ等の無機絶縁膜を用いることができる。ここでは、下地絶縁膜３となる無機絶縁膜と、半導体層４となる非結晶シリコン薄膜とを、ＣＶＤ法などにより連続して基板１全面に成膜する。その後、エキシマレーザー等を照射し、非結晶シリコンをポリシリコン化する。これにより、図３（ａ）に示す構成となる。

次に、写真製版によって所望のレジストパターンを半導体層４の上に形成する。このレジストパターンを介して、半導体層４をエッチングする。ここでは、フッ化ガス（ＣＦ_４やＳＦ_６など）と酸素（Ｏ_２）との混合ガスを用いたドライエッチングを行う。これにより、ＴＦＴ１３の形成領域に、島状の半導体層４がそれぞれパターニングされる。そして、レジストパターンを除去した後、半導体層４上にゲート絶縁膜５を形成する。例えば、ＣＶＤによって、ＳｉＯ_２を７０〜１００ｎｍの膜厚となるよう基板１全面に成膜する。これにより、図３（ｂ）のように、半導体層４がゲート絶縁膜５に覆われる。

ゲート絶縁膜５の形成後、ゲート電極６を形成する。具体的には、ゲート絶縁膜５の上に、ゲート電極６となる材料を成膜する。ここでは、膜厚３００ｎｍのＭｏを基板１全面にスパッタ成膜する。そして、写真製版によって所望のレジストパターンをゲート絶縁膜５の上に形成する。このレジストパターンを介して、ゲート電極６のエッチングを行う。

続いて、レジストパターンをゲート電極６上に形成した状態で、これらをマスクとして、半導体層４に不純物を導入する。ＰＭＯＳのＴＦＴ１３ではボロン（Ｂ）等の不純物元素、ＮＭＯＳのＴＦＴ１３ではリン（Ｐ）等の不純物元素を導入する。ここでの導入方法は、質量分離を行うイオン注入、質量分離を行わないイオンドーピングのいずれの方法を用いてもよい。このとき、ゲート電極６のパターニングを２回に分割して行うことにより、ＰＭＯＳのＴＦＴ１３とＮＭＯＳのＴＦＴ１３とを同一基板１上に形成することができる。不純物導入後、レジストパターンを除去する。これにより、半導体層４にソース／ドレイン領域が自己整合的に形成され、図３（ｃ）に示す構成となる。

なお、ソース／ドレイン領域のチャネル領域と接する領域に低濃度の不純物を導入し、ＬＤＤ構造としてもよい。特に、ＮＭＯＳでは、トランジスタ性能としての性能を向上させるためにＬＤＤ構造とすることが望ましい。

ゲート電極６を覆うように、層間絶縁膜７を形成する。例えば、膜厚５００〜１００ｎｍのＳｉＯ_２膜をＣＶＤ法などにより基板１全面に成膜する。そして、写真製版、エッチング、レジスト除去の工程を経て、各ソース／ドレイン領域と導通をとるためのコンタクトホール８を形成する。ここでは、ドライエッチングを行う。これにより、図３（ｄ）に示すように、半導体層４上にコンタクトホール８が形成され、ソース／ドレイン領域の半導体層４表面が一部露出する。なお、図示していないが、ゲート電極６と導通をとるためのコンタクトホールも同時に形成される。

コンタクトホール８を形成した後、層間絶縁膜７上に信号配線電極９となる材料を成膜する。信号配線電極９となる材料として、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｗ、Ａｌ、Ｔａやこれらを主成分とする合金膜、あるいはこれらの積層膜が用いられる。ここでは、スパッタ法等により、膜厚５０〜１５０ｎｍのＭｏと、膜厚２００〜４００ｎｍのＡｌと、膜厚５０〜１５０ｎｍのＭｏとを基板１全面に積層して成膜する。この上に、写真製版によりレジストパターンを形成し、このレジストパターンを介してエッチングを行う。ここでは、ＳＦ_６とＯ_２の混合ガス、又はＣｌ_２とＯ_２の混合ガスを用いてドライエッチングする。これにより、図３（ｅ）のように、コンタクトホール８を介して半導体層４のソース／ドレイン領域と接続する信号配線電極９が形成される。図示していないが、ゲート電極６と接続する信号配線電極も同時に形成される。

次に、信号配線電極９上に、パッシベーション膜１０を基板１全面に成膜する。パッシベーション膜１０には、ＳｉＮ等を用いることができる。これにより、図４（ｆ）に示すように、信号配線電極９がパッシベーション膜１０に覆われる。その後、半導体層４に導入した不純物を活性化させるため、４５０℃に加熱された窒素雰囲気中で１時間アニールを行う。アニール後、ここでは図示していないが、額縁領域４２に端子などの開口を行う。

このような工程を経てＴＦＴ１３を形成した後、パッシベーション膜１０の上に封止層を形成する。封止材１１を介して封止基板１２をパッシベーション膜１０上に貼り合わせる。封止基板１２として、例えばガラス基板を用いる。また、封止材１１としては、エポキシ樹脂を用いることができ、基板１と封止基板１２を貼り合わせる機能を果たす。これにより、図４（ｇ）に示すように、ＴＦＴ１３は封止基板１２と基板１に挟まれた状態で保持される。このように、ＴＦＴ１３形成後、封止基板によってＴＦＴ１３を封止することで、ＴＦＴ１３は外部に曝されることがない。従って、別場所における生産や基板切断を可能とし、生産性を有利に導くことができる。

続いて、基板１を所望とする厚さとなるまで薄く加工する。例えば、酸化セリウムなどの研磨剤を用いて、基板１のＴＦＴ１３が設けられていない側の面を全面的に研磨する。ここでは、厚さ０．１ｍｍ程度となるまで研磨し、基板１の板厚を薄くする。加工後の基板１の板厚は、後の工程で形成される有機ＥＬ素子２２の膜厚より薄くしないことが望ましい。これにより、図４（ｈ）に示す構成となる。

その後、基板１に開口部１ａを形成する。フッ酸混合液を用いてケミカルエッチングを行う。このとき、基板１と下地絶縁膜３との間に設けられたメタル膜２が、エッチングストッパーとなる。従って、メタル膜２は、下地絶縁膜３までエッチングされるのを防止する。すなわち、基板１が選択的にエッチングされる。ここで、あらかじめ基板１の表面には、画素を囲むよう、フッ酸に耐性を有するマスキングフィルム１４を貼っておく。マスキングフィルム１４に覆われた領域では、基板１は除去されずに残存する。これにより、マスキングフィルム１４に覆われずに基板１表面が露出した領域では、基板１が除去される。そして、図４（ｉ）に示すように、メタル膜２の露出した開口部１ａが形成される。複数の開口部１ａはマトリクス状に形成される。

開口部１ａを形成した後、マスキングフィルム１４を基板１から剥離する。そして、写真製版もしくは印刷によって、開口部１ａ内のメタル膜２が露出した表面にレジストマスクを形成する。このレジストマスクを介して、メタル膜２のエッチングを行う。これにより、図５（ｊ）のようにメタル膜２がパターニングされ、発光画素となる領域のメタル膜２が除去される。このとき、メタル膜２が開口部１ａの内側にはみ出すよう、開口部１ａより若干小さい領域のメタル膜２を除去する。また、隣接する画素間など未発光領域となる部分には、メタル膜２ができる限り残存するように、パターニングすることが好ましい。このように、下地絶縁膜３の平坦な面の表面が露出する。

そして、開口部１ａ内において露出した下地絶縁膜３の面から、ビアホール１５を形成する。例えば、写真製版もしくは印刷によって、レジストマスクを形成する。このレジストマスクを介したドライエッチングにより、下地絶縁膜３、ゲート絶縁膜５、及び層間絶縁膜７を除去し、ビアホール１５を形成する。若しくは、レーザー光を照射して、ビアホール１５を直接開口してもよい。このとき、ビアホール１５の側壁面が、後述するアノード電極１９の形成工程において、アノード電極１９が断絶しない程度のテーパー角を有するように形成しておく。すなわち、ビアホール１５の開口を広くする。これにより、図５（ｋ）のように、ビアホール１５が形成され、信号配線電極９の表面が露出する。

次に、有機ＥＬ素子２２となる部分を形成する。以降の工程については真空中にて実施する。まず、基板１の洗浄を行い、表面に付着したゴミ等を取り除く。洗浄後、基板１表面に吸着している水分を除去する。水分除去の方法として、スピン乾燥、オーブン乾燥等があるが、真空中での加熱は特に効果的である。水分除去には、１８０℃以上の加熱温度が好ましい。ただし、温度が高すぎると、封止材１１やＴＦＴ１３の劣化が起こり得るので、ここでは２００℃程度の温度で加熱する。

充分に水分を除去した後、真空中のままで、アノード電極１９を形成する。スパッタ等により、アノード電極１９となる材料を、開口部１ａ内の下地絶縁膜３表面に成膜する。アノード電極１９を各画素４７に形成するため、所望となる領域が開口した蒸着マスク１６を介して成膜する。このとき、メタル膜２と接触しないよう離間してアノード電極１９を形成する。ここでは、例えばＣｒを１００ｎｍの膜厚で成膜する。なお、基板１の板厚は、有機ＥＬ素子２２の厚さより大きい程度に薄く加工されている。即ち、有機ＥＬ素子２２の厚みは、開口部１ａの外側の基板１の厚みより小さい。従って、蒸着マスク１６を開口部１ａの外側の部分で基板１とコンタクトするように設置して、基板１に保持させることができる。これにより、図５（ｌ）に示すように、ビアホール１５を介して信号配線電極９と接続するアノード電極１９が形成される。

そして、アノード電極１９の表面から、有機発光層２０を形成する。マスク蒸着法、インクジェット法、あるいは印刷法などによって有機発光層２０を形成することができる。ここでは、マスク蒸着法により有機発光層２０を形成する。所望となる領域が開口した蒸着マスク１７を用いて、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層などを順次積層し、有機発光層２０を形成する。アノード電極１９形成する際の蒸着マスク１６と同様に、蒸着マスク１７は基板１に保持させることができる。蒸着マスク１７のマスク開口部は、蒸着マスク１６のマスク開口部の位置から若干ずれた位置に配置されている。従って、有機発光層２０のパターン端部がアノード電極１９のパターン端部とずれるように形成される。これにより、図６（ｍ）に示すように有機発光層２０が開口部１ａ内に形成される。

さらに、有機発光層２０の表面から透明電極２１を形成する。蒸着マスク１８を用いて、透明電極２１となる材料をスパッタ法などにより成膜する。透明電極２１となる材料として、例えばＩＴＯやＩＺＯを使用する。蒸着マスク１８は、蒸着マスク１６、１７と同様、基板１に保持させることができる。蒸着マスク１８のマスク開口部は、蒸着マスク１６、１７のマスク開口部の位置から若干ずれた位置に配置されている。すなわち、有機発光層２０のアノード電極１９からのずれ方向と同じ方向に、透明電極２１のパターン端部を、有機発光層２０のパターン端部とずらすように形成する。このとき、メタル膜２と一部が接触するように透明電極２１を形成することが望ましい。これにより、図６（ｎ）に示すように透明電極２１が開口部１ａ内に形成され、有機発光層２０がアノード電極１９と透明電極２１との間に挟まれる。

このように、基板１に開口部１ａを形成することにより、露出した下地絶縁膜３の平坦な面に有機ＥＬ素子２２を形成するので、段切れやショート等が発生しない。すなわち、有機ＥＬ素子２２の下には有機平坦化膜を設ける必要がない。従って、有機平坦化膜に保持された水分を吸着して有機発光層２０が劣化してしまうなど、有機平坦化膜により生ずる問題を回避することができる。また、有機ＥＬ素子２２の形成には、通常の生産プロセスを利用することができる。特別な生産方法を用いる必要がないので、歩留まり低下に繋がる懸念はない。

有機ＥＬ素子２２を開口部１ａ内に形成した後、開口部１ａを封止するための封止層を形成する。封止材２３を介して封止基板２４を基板１と貼り合せる。封止基板２４として、例えばガラス等の透明な基板を用いる。有機ＥＬ素子２２を囲むよう、基板１のＴＦＴ１３と反対側の面に封止材２３を形成する。封止材２３は、封止基板２４と基板１とを固着し、画素４７を含む空間を封止する。これにより、図６（ｏ）に示すように、有機ＥＬ素子２２は、下地絶縁膜３、基板１、封止材２３、封止基板２４とで形成される気密空間に封止される。有機ＥＬ素子２２の封止後は、大気中に解放してよい。以上の工程を経て、本実施の形態に係る表示装置が完成する。

このように、本実施の形態では、ＴＦＴ１３を形成した後、基板１の裏面から開口部１ａを形成して下地絶縁膜３を露出する。その後、開口部１ａ内、すなわち下地絶縁膜３のＴＦＴ１３が設けられた面と反対側の面に有機ＥＬ素子２２を形成する。そして、有機ＥＬ素子２２からの発光を、ＴＦＴ１３と逆方向に取り出す。これにより、ＴＦＴ１３を有機ＥＬ素子２２の反視認側に設けることができるので、ＴＦＴ１３の配置に関わらず広い発光領域を確保することができる。また、有機ＥＬ素子２２は、基板１に開口部１ａを形成することにより露出した、下地絶縁膜３の平坦な面に形成するので、有機平坦化膜による平坦化が不要である。これにより、有機平坦化膜により生ずる問題を回避することができる。例えば、有機平坦化膜からの吸水による有機発光層２０の劣化を防止することができる。従って、表示装置の信頼性を向上することが可能となる。従って、信頼性が高く発光画素の大きい表示装置およびその製造方法を提供することができる。

また、本実施の形態では、基板１と下地絶縁膜３との間にメタル膜２を設けている。これにより、開口部１ａをケミカルエッチング等によって開口する際、メタル膜２をエッチングストッパーとすることができる。その後、メタル膜２をパターニングして、発光画素となる領域を除去するとともに、透明電極２１の一部と接続するように形成する。これにより、透明電極２１の比抵抗値を低減することができ、表示ムラ等を抑制することができえる。従って、表示性能が向上する。

なお、上記の説明では、ＴＦＴ１３ａが駆動用のＴＦＴ、ＴＦＴ１３ｂがスイッチング用ＴＦＴであるとしたが、ＴＦＴ１３ａがスイッチング用のＴＦＴ、ＴＦＴ１３ｂがスイッチング用とは別のＴＦＴであってもよい。この場合、ＴＦＴ１３ａが有機ＥＬ素子２２に対してスイッチング素子として機能する。

ＴＦＴ１３又は有機ＥＬ素子２２を封止する封止層として、封止基板を用いる場合について例示的に説明したが、これに限るものではない。無機絶縁膜、有機絶縁膜、透明基板、メタル板などを封止層として形成してもよい。また、パッシベーション膜１０の上に封止材１１及び封止基板１２による封止層を形成し、ＴＦＴ１３を封止したが、封止層を形成しなくてもよい。封止層が無くても表示性能は損なわれるものではない。そのため、封止の必要が無い場合は、封止層を設けずに表示装置を形成してもよい。

本実施の形態では、開口部１ａを画素ごとに形成する場合について例示的に説明したが、これに限られるものではない。少なくとも画素４７となる領域に開口部が形成されていればよい。例えば、表示領域４１全体を含む大きな開口部を設けてもよい。その場合、画素４７を囲むように封止材２３を形成し、封止基板２４と下地絶縁膜３あるいはメタル膜２とを固着する。または、あらかじめ封止基板２４の一部が掘り込まれ、凹部が形成された封止基板２４を用いて、封止する。さらに、有機ＥＬ素子２２上全体に封止材１１を直接形成し、封止基板２４を直接貼り合わせてもよい。この場合、有機ＥＬ素子２２の周囲に気密空間は形成されず、有機ＥＬ素子２２は封止材１１に覆われ密封される。

本発明に係る表示装置は、有機ＥＬ表示装置を例として説明したが、無機ＥＬ表示装置などの有機ＥＬ以外の発光層を用いた表示装置であってもよい。また、表示材料としてコロイド粒子や超微粒子などを用いた、電子ペーパー等の表示装置にも適用することが可能である。

以上の説明は、本発明の実施の形態を説明するものであり、本発明が以上の実施の形態に限定されるものではない。また、当業者であれば、以上の実施の形態の各要素を、本発明の範囲において、容易に変更、追加、変換することが可能である。

本実施の形態に係る表示装置に用いられるＴＦＴアレイ基板の構成を示す正面図である。 本実施の形態に係る表示装置の構成を示す断面模式図である。 本実施の形態に係る表示装置の製造工程を示す断面図である。 本実施の形態に係る表示装置の製造工程を示す断面図である。 本実施の形態に係る表示装置の製造工程を示す断面図である。 本実施の形態に係る表示装置の製造工程を示す断面図である。 トップエミッション方式を用いた従来の有機ＥＬ表示装置の画素構成を示す断面模式図である。

符号の説明

１ 基板、１ａ 開口部、２ メタル膜、３ 下地絶縁膜、４ 半導体層、
５ ゲート絶縁膜、６ ゲート電極、７ 層間絶縁膜、８ コンタクトホール、
９ 信号配線電極、１０ パッシベーション膜、１１ 封止材、
１２ 封止基板、１３、１３ａ、１３ｂ ＴＦＴ、１４ マスキングフィルム、
１５ ビアホール、１６、１７、１８ 蒸着マスク、１９ アノード電極、
２０ 有機発光層、２１ 透明電極、２２ 有機ＥＬ素子、２３封止材、
２４ 封止基板、２６有機平坦化膜、４１ 表示領域、４２ 額縁領域、
４３ ゲート配線、４４ ソース配線、４５ 走査信号駆動回路、
４６ 表示信号駆動回路、４７ 画素、４８、４９ 外部回路

Claims (12)

1. 複数の発光画素が設けられた表示装置であって、
   少なくとも前記発光画素となる領域に開口部を有する基板と、
   前記基板上に形成された絶縁膜と、
   前記絶縁膜上に形成された薄膜トランジスタと、
   前記開口部内において、前記絶縁膜の前記薄膜トランジスタが設けられた面と反対側の面に形成された発光素子と、を備え、
   前記発光画素では、前記発光素子の発光が、前記薄膜トランジスタの設けられた側と反対の視認側から出射されている表示装置。
2. 前記発光素子は、
   前記絶縁膜を貫通し前記薄膜トランジスタの信号配線電極に到達するビアホールを介して、前記薄膜トランジスタに接続する画素電極と、
   前記画素電極の視認側に設けられた透明電極と、
   前記画素電極と前記透明電極との間に配置された発光層と、を含む請求項１に記載の表示装置。
3. 前記発光画素の外側の領域において、前記基板と前記絶縁膜との間に形成されたメタル膜をさらに備える請求項１又は２に記載の表示装置。
4. 前記メタル膜は、前記透明電極の一部と接続することを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
5. 前記基板の視認側に設けられ、前記発光素子への水分の浸入を防止する第１封止層をさらに備える請求項１乃至４のいずれか一項に記載の表示装置。
6. 前記基板の反視認側に設けられ、前記薄膜トランジスタを外部から遮断する第２封止層をさらに備える請求項１乃至５のいずれか一項に記載の表示装置。
7. 複数の発光画素が設けられた表示装置の製造方法であって、
   基板上に絶縁膜を成膜する工程と、
   前記絶縁膜の上に薄膜トランジスタを形成する工程と、
   前記薄膜トランジスタを形成した後、少なくとも前記発光画素となる領域の前記基板を除去し、前記基板に開口部を形成する工程と、
   前記開口部内において、前記絶縁膜の前記薄膜トランジスタが設けられた面と反対側の面に発光素子を形成する工程と、を備える表示装置の製造方法。
8. 前記発光素子を形成する工程では、
   前記絶縁膜を貫通し前記薄膜トランジスタの信号配線電極に到達するビアホールを介して、前記薄膜トランジスタに接続する画素電極を、前記開口部内の前記絶縁膜表面に形成する工程と、
   前記画素電極の表面に発光層を形成する工程と、
   前記発光層の表面に透明電極を形成する工程と、を含む請求項７に記載の表示装置の形成方法。
9. 前記絶縁膜の成膜前に、前記基板上にメタル膜を成膜する工程をさらに備え、
   前記基板に開口部を形成する工程では、前記メタル膜をエッチングストッパーとして前記基板をエッチングして前記開口部を形成した後、少なくとも前記発光画素となる領域の前記メタル膜を除去する請求項７又は８に記載の表示装置の製造方法。
10. 前記透明電極を形成する工程では、前記メタル膜の一部と接続するように前記透明電極を形成する請求項９に記載の表示装置の製造方法。
11. 前記発光素子の形成後、前記開口部を封止する第１封止層を形成する工程をさらに備える請求項７乃至１０のいずれか一項に記載の表示装置の製造方法。
12. 前記開口部の形成前に、前記薄膜トランジスタの上に、前記薄膜トランジスタを外部から遮断する第２封止層を形成する工程をさらに備える請求項７乃至１１のいずれか一項に記載の表示装置の製造方法。

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