JP4857639B2 - 表示装置及び表示装置の製造方法 - Google Patents
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Description
中でも有機EL(Electro Luminescence)現象を利用した表示装置は、有機発光素子自体の発光現象を利用しているために視野角が広く、消費電力が低いなどの優れた特徴を備えており、高精細度の高速ビデオ信号に対しても高い応答性を示すことから、特に映像分野等において、実用化に向けた開発が進められている。
この等価回路は、有機ELの発光部ELと、第1のTFTトランジスタ(MOSトランジスタ)Tr1と、第2のTFTトランジスタ(MOSトランジスタ)Tr2と、容量Cとを有して成る。第2のTFTトランジスタTr2の一方の主電極(例えばソース)が信号線Y1に接続され、他方の主電極(例えばドレイン)が蓄積容量Cを介して電流供給線Y2に接続され、ゲート電極が走査線X1に接続される。一方、発光部ELの陽極が第1のTFTトランジスタTr1を介して電流供給線Y2に接続され、第1のTFTトランジスタTr1のゲート電極が第2のTFTトランジスタTr2と容量Cの接続中点に接続される。
電流供給線Y2には常時電圧が供給されている。走査線X1に走査パルスが印加され、信号線Y1に所要の信号が供給されると、第2のTFTトランジスタTr2がオン状態になり、蓄積容量Cに所要の信号が書き込まれる。この書き込まれた信号に基づいて第1のTFTトランジスタTr1がオン状態になり、信号量に応じた電流が電流供給部Y2を通して発光部ELに供給されて、発光部ELが発光表示される。
この単位画素が複数個、2次元マトリックス状に配列されて表示装置が構成される。
薄膜トランジスタは、そのゲート電極に電圧が印加された状態が続くと閾値電圧がシフトしてしまうことから、このような表示装置においては薄膜トランジスタの閾値シフトが起きやすく、これに伴って薄膜トランジスタを流れる電流量が変動してしまい、各画素を構成する発光素子の輝度が変化してしまう。
この従来の薄膜トランジスタ101は、基板102上のモリブデン薄膜の上にゲート電極103が設けられ、このゲート電極103上及びその周囲に渡って、SiN及びSiO2によるゲート絶縁層104と、結晶性Si層105とが形成される。
結晶性Si層105のチャネル領域115上には注入ストッパ層107が設けられ、この注入ストッパ層107を挟んで両脇に、層間絶縁膜120を介して、ソース電極116とドレイン電極117が、それぞれ第1金属層109、第2金属層110、第3金属層111の積層構造によって配置形成される。更に、層間絶縁膜120とソース電極116及びドレイン電極117との上面に渡って、パッシベーション膜となるSiN層114が形成される。
また、結晶性Si層105のうち、ソース電極116とドレイン電極117に対応する両脇部は、不純物の導入によってそれぞれソース領域112及びドレイン領域113とされる。
また、最終的にチャネル領域105となる位置上に注入ストッパ層107形成し、この注入ストッパ層107をマスクとして、チャネル領域105の両脇部にドーピング(不純物導入)を行うことによって、ソース領域112及びドレイン領域113を形成し、層間絶縁膜120と、ソース電極116及びドレイン電極117と、SiN層114とを、フォトリソグラフィ及びエッチングによって形成して、ボトムゲート型の薄膜トランジスタを形成する。
この手法による場合、パルスレーザー光203は、各パルス毎に5%程度のエネルギーばらつきを持っていることに加え、レーザー光203の短軸方向(移動方向a)にもエネルギーの分布を持っており、レーザー照射端に図9Bに示すようなエネルギー強大点(破線図示)が生じることがある。
すなわち例えば、図10に示すように、表示装置121を構成する各単位画素122内の、例えば特定の薄膜トランジスタ101に対する積算照射エネルギー量が平均化するように、順次ステップさせながらレーザーパルス光(L1またはL2)の照射を行うことによって、単位領域202内の各部における照射エネルギーの平均化を図っている。
しかし、このような手法によるのみでは、十分な平均化は難しく、ステップ方向について、例えば各単位画素122内ごとに結晶性の差が現れ、これが薄膜トランジスタ101内の抵抗の差となって動作時の電流量にも変化を及ぼし、表示装置121の動作時に、各画素の輝度ムラとなって認識されてしまう。
また、前述したような順次ステップ照射手法による場合、少なくとも各単位領域について全面にレーザー光照射がなされるため、例えば逆スタガ型トランジスタなどのボトムゲート型トランジスタのように、レーザー光照射に先立ってゲート配線が形成される場合、レーザー照射による熱が伝導してしまうため、アルミニウムのような耐熱性の低い材料を、所謂ヒロックやウィスカーなどの異常結晶成長が進行して短絡の原因となるために、ゲート配線としては使用することが難しくなってしまう。
一般に低抵抗材料は耐熱性が低く、アルミニウムなどの低抵抗金属で構成された部分が短絡の原因となって歩留まりを低下させることは、深刻な問題となる。
これらの問題を特許文献1に記載の手法によって解決することは難しいことから、前述のレーザー光照射による異常結晶成長などの問題には、別の解決手法が求められている。
まず、本発明に係る表示装置の実施形態を説明する。
本実施形態に係る表示装置21は、図1に示すように、基板上に、複数の薄膜トランジスタにより形成される単位画素22が、2次元マトリクス状に多数個設けられた表示装置であって、互いに隣り合う第1及び第2の単位画素22a及び22b内が、前記基板の主面(つまり紙面)に直交する第1仮想面23について、つまり、図示より明らかなように、行と行の境界を中心に、少なくとも一部を対称な配置形状とされた構成を有する。
なお、本実施形態においては、第1及び第2の単位画素22a及び22b内で駆動素子を構成する複数の薄膜トランジスタのうち、例えばスイッチングトランジスタとなる薄膜トランジスタ1が、第1仮想面23について対称な配置形状とされている。
したがって、製造時間の短縮が図られると同時に、アモルファスシリコンによる薄膜トランジスタと比較して高い移動度を維持しながらも、閾値ばらつきの低減が図られたポリシリコンによる薄膜トランジスタを有する構成とすることができる。
なお、本実施形態に係る表示装置構成によって12インチ対角の有機ELディスプレイを作製したところ、従来に比べてレーザー照射に関わるタクトタイムを半減させることが出来、高い輝度均一性を持つことも確認できた。
次に、本発明に係る表示装置の製造方法の実施形態を説明する。
本実施形態に係る表示装置の製造方法は、図2Aに示すように、薄膜トランジスタ1と他の複数の薄膜トランジスタ(図示せず)により形成される、最終的に得る単位画素22に対応する単位領域26が、2次元マトリクス状に多数個設けられた表示装置の製造方法であって、互いに隣り合う第1及び第2の単位領域26a及び26b内を、前記基板の主面に直交する第1仮想面23について、少なくとも一部対称な配置形状として形成する。
また、本実施形態においては、エキシマレーザーによるレーザー光Lのステップ照射を、第1及び第2の単位領域26a及び26bに対して同時に行う。したがって、プロセスタクトを半減し、生産性を倍増させることができる。
パルス間のエネルギーばらつきの影響を平均化するために1箇所すなわち1単位領域につき8〜20パルス程度の照射が必要となる。
また、短軸方向のエネルギー分布が必ずしも安定でない場合には、短軸方向に含まれる画素数は1〜2画素にした方が画素間ばらつきを抑制する上で好ましく、更に必要に応じてレーザー光照射の少なくとも一部例えば半分を、最終的に表示装置21を構成する基板を180°回転させた状態で行うことにより、隣り合う画素間で対称位置に設けられる薄膜トランジスタの特性について、更なる平均化を図ることができる。
これに対しては、例えば図2Bに示すように、第1仮想面23に隣接する隣接部25内に設けられる、高耐熱性材料により構成される薄膜トランジスタのみに対してレーザー光の照射を行い、低抵抗金属材料により構成されるスイッチングトランジスタなどに例示される薄膜トランジスタに電気的に接続する低抵抗導電材を避けて照射することが好ましい。また、この場合、隣接部25内に配置される薄膜トランジスタの例えばゲート電極は、ゲート配線27に比して耐熱性の高い金属で構成することが好ましい。
しかしながら、例えばレーザー光の照射の少なくとも一部を、特性均一性が必要となる薄膜トランジスタのチャネル領域の外に対して行うことによって、エネルギーの強大値に相当するような部分を選択的に単位領域からはずして照射を行って照射領域を形成することができ、この個体差の発生や、これに基づく表示装置21の輝度ムラの発生などを回避することができる。
1画素を複数のスキャン照射によってアニールすることも可能ではあるが、その場合にも、レーザーエネルギーの不均一な前述の照射端が、均一なトランジスタ特性の要求される薄膜トランジスタ1のチャネル部には照射されないようにする必要がある。
これにより、最終的に得る表示装置21における2画素分を同時に結晶化してタクトタイムを半減し生産性を倍増させることが可能となる。また、この場合、スキャン方向に直交する幅方向についてのレーザーエネルギー分布が必ずしも一定でなくとも、分布が左右対称であれば26a、26bの二領域の素子特性は一定に保たれるため、使用できるレーザーの自由度が広がる。
このゲート電極3上には、図5Bに示すように、例えば、SiN及びSiO2によるゲート絶縁層4を介して、結晶性のSi層5が形成される。
結晶性Si層5はアモルファスSiを形成した後にレーザー照射を行うことにより結晶化される。レーザーを使用した結晶化の方法としては、直接アモルファスシリコンの吸収波長のレーザーを照射しても構わないし、この上に光−熱変換層を形成した後に光―熱変換層の吸収波長のレーザー照射を行い、アモルファスシリコンを光―熱変換層で発生する熱により結晶化させ、その後に光―熱変換層を除去する手法を取っても構わない。
この際、レーザー照射による熱によって、ゲート配線を構成するアルミニウムがダメージを受けないように、先のアルミニウムの積層構造からなるゲート配線27にはレーザーが照射されないようにすることが好ましい。
したがって、特にこの結晶化における均一性を向上させる必要がある場合は、例えばゲート電極3をより幅広に設けるなどして、最終的にチャネル領域を構成するよりもレーザー光のスキャン上流側に、ゲート絶縁層に比して高い熱伝導率を有する伝熱部材を設けることによって、チャネル領域に相当する部分にレーザー光Lが到達する前にゲート電極3を熱的に飽和させたプリアニール状態とすることができ、チャネル領域の結晶性について均一性の向上を図ることができる。
続いて、このアモルファスSi層6上の、最終的にチャネル領域となる部分に対応させて、例えばSiNによるエッチングストップ層7を形成する。Si層5及びアモルファスSi層6では、エッチングストップ層7の直下にチャネル領域15が形成され、その両側にソース領域12及びドレイン領域13が形成される。
その後、このエッチングストップ層7と周辺のアモルファスSi層6の露出部とに渡って、n+アモルファスSi層8を形成する。
具体的には、図6Aに示すように、最終的にゲート配線27が形成される位置に予めモリブデンによるMo層18とアルミニウムによるAl層19とによる低抵抗導電膜を積層形成し、この上に、前述の薄膜トランジスタ1の形成と共通のMo薄膜から成るゲート電極3と、ゲート絶縁層4を所定の形状に形成する。このようにして形成されたゲート配線27上には、図6Bに示すように、第1金属層9と、第2金属層10と、第3金属層11と、SiN層14が積層形成される。
また、前述したように、低抵抗導電材を含むゲート配線27、つまり本例ではMo層18及びAl層19による低抵抗導電膜を回避してレーザー光照射を行うことにより、配線の歩留まり低下を抑制しながらも薄膜トランジスタ1の結晶化を好適に行うことが可能となる。
Claims (2)
- 基板上に、有機EL素子及び複数の薄膜トランジスタを有する単位画素が、2次元マトリックス状に多数個設けられた表示装置であって、
互いに隣り合う2行の第1及び第2の単位画素が、行と行の境界を中心に対称な配置形状として形成され、
前記2行のそれぞれにおいて、各単位画素が、行方向に同一の配置形状として形成され、
前記2行の単位画素の前記薄膜トランジスタが、2行の前記単位画素にわたる長軸幅を有するパルスレーザーの照射で結晶化された薄膜半導体層によるチャネル領域を有する
表示装置。 - 基板上に、有機EL素子及び複数の薄膜トランジスタを有する単位画素が、2次元マトリックス状に多数個設けられた表示装置の製造方法であって、
互いに隣り合う2行の第1及び第2の単位画素を、行と行の境界を中心に対称な配置形状として形成し、
前記2行のそれぞれにおいて、各単位画素を、行方向に同一の配置形状として形成し、
前記2行の単位画素の前記薄膜トランジスタに対し、2行の前記単位画素にわたる長軸幅を有するパルスレーザーを照射して結晶化した薄膜半導体層によるチャネル領域を形成する
表示装置の製造方法。
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