JP5653730B2 - 平板表示装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、平板表示装置及びその製造方法に関し、より詳細には、表示パネルにおける光透過率を向上させることができる平板表示装置及びその製造方法に関する。

液晶（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ）の電気光学的特性を利用する液晶表示装置や有機電界発光ダイオード（ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）の自発光特性を利用する有機電界発光表示装置のような平板表示装置は、パッシブマトリクス（ｐａｓｓｉｖｅ ｍａｔｒｉｘ）方式と、アクティブマトリクス（ａｃｔｉｖｅ ｍａｔｒｉｘ）方式とに分けられる。薄膜トランジスタ（ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を含むアクティブマトリクス方式は、解像度及び動画の実現能力に優れているため、パッシブマトリクス方式に比べて多く採用されている。

アクティブマトリクス方式の液晶表示装置（ＴＦＴ−ＬＣＤ）は、２枚の基板の間に液晶が注入された表示パネルと、表示パネルの背面に位置し、光源として用いられるバックライトと、表示パネルを駆動させるための駆動部（Ｄｒｉｖｅ ＩＣ）とを備える。バックライトから提供される光が表示パネルに入射し、駆動部から提供される信号に応じて配向した液晶によって光が変調して外部に出射することにより、文字や画像が表示される。

また、アクティブマトリクス方式の有機電界発光表示装置は、有機電界発光ダイオードが形成された表示パネルと、表示パネルを駆動させるための駆動部とを備える。駆動部から提供される信号に応じて有機電界発光ダイオードから放出された光が外部に出射することにより、文字や画像が表示される。

したがって、液晶表示装置や有機電界発光表示装置のような平板表示装置では、表示パネルにおける光透過率が輝度に大きな影響を及ぼす。

大韓民国特許公開第２００２−００５７０１６号 大韓民国特許公開第２００５−００７２７００号

しかしながら、アクティブマトリクス方式の平板表示装置は、薄膜トランジスタを備えるため、製造過程において、光が透過する画素領域の基板に、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜などの絶縁層が積層構造で形成される。そのため、絶縁層により光透過率が低下し、輝度が減少するという問題がある。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、表示パネルにおける光透過率を向上させることができる平板表示装置及びその製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によって提供される平板表示装置は、第１基板と、前記第１基板上に形成され、ソース領域、ドレイン領域、及びチャネル領域を含む活性層と、前記活性層を含む前記第１基板上に形成されたゲート絶縁層と、前記チャネル領域上の前記ゲート絶縁層上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極を含む前記ゲート絶縁層上に形成された第１層間絶縁膜と、前記第１層間絶縁膜及び前記ゲート絶縁層に形成されたコンタクトホールを介して前記ソース領域及びドレイン領域の活性層に接続されたソース電極及びドレイン電極と、前記第１層間絶縁膜と前記ソース電極及びドレイン電極との間に介在し、前記第１層間絶縁膜よりも薄い第２層間絶縁膜と、前記ソース電極及びドレイン電極を含む前記第１層間絶縁膜上に形成された保護層と、前記保護層に形成されたビアホールを介して前記ソース電極または前記ドレイン電極に接続された画素電極とを備える。

上記課題を解決するために、本発明の別の観点によって提供される平板表示装置の製造方法は、第１基板上に、ソース領域、ドレイン領域、及びチャネル領域を含む活性層を形成するステップと、前記活性層を含む前記第１基板上にゲート絶縁層を形成するステップと、前記チャネル領域上の前記ゲート絶縁層上にゲート電極を形成するステップと、前記ゲート電極を含む前記ゲート絶縁層上に第１層間絶縁膜を形成するステップと、前記第１層間絶縁膜上に前記第１層間絶縁膜よりも薄い第２層間絶縁膜を形成するステップと、熱処理するステップと、前記第２層間絶縁膜、前記第１層間絶縁膜、及び前記ゲート絶縁層をパターニングして、前記ソース領域及びドレイン領域の活性層を露出させるステップと、前記第２層間絶縁膜上に、前記ソース領域及びドレイン領域の活性層に接続されるようにソース電極及びドレイン電極を形成するステップと、露出した部分の前記第２層間絶縁膜を除去するステップと、前記ソース電極及びドレイン電極を含む前記第１層間絶縁膜上に保護層を形成するステップと、前記保護層をパターニングして、前記ソース電極または前記ドレイン電極を露出させるステップと、前記保護層上に、前記ソース電極または前記ドレイン電極に接続されるように画素電極を形成するステップとを含む。

薄膜トランジスタを備える平板表示装置において、ソース及びドレイン電極とゲート電極との間には、信号の干渉が最小となるように層間絶縁膜が形成される。しかし、層間絶縁膜は、光透過度の低いシリコン窒化膜を含むため、表示パネルにおける光透過率を低下させる。本発明は、層間絶縁膜をシリコン酸化膜及びシリコン窒化膜で形成するが、ソース及びドレイン電極を形成する過程において、別のマスクを用いることなく、光透過領域のシリコン窒化膜を除去することにより、表示パネルにおける光透過率を向上させることができる。

また、本発明は、シリコン窒化膜をシリコン酸化膜よりも薄く形成することにより、層間絶縁膜が形成された状態で熱処理を行ってもシリコン窒化膜が破損せず、シリコン窒化膜に含まれる水素の拡散により、活性層の電気的特性を向上させることができる。

本発明の実施形態による平板表示装置の一実施例を説明するための断面図である。 本発明の実施形態による平板表示装置の他の実施例を説明するための断面図である。 本発明の実施形態による平板表示装置の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の実施形態による平板表示装置の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の実施形態による平板表示装置の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の実施形態による平板表示装置の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の実施形態による平板表示装置の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の実施形態による平板表示装置の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の実施形態による平板表示装置の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の実施形態を説明するための平板表示装置の断面図である。 本発明の実施形態を説明するための平板表示装置の断面図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は、本発明の実施形態による平板表示装置の一実施例を説明するための断面図である。ここでは、液晶表示装置の表示パネル１００を中心に概略的に説明する。図１に示すように、下基板１０上にバッファ層１１が形成され、バッファ層１１上に、薄膜トランジスタのソース領域、ドレイン領域、及びチャネル領域を提供する活性層１２が形成される。活性層１２を含むバッファ層１１上にはゲート絶縁層１３が形成され、チャネル領域上のゲート絶縁層１３上にはゲート電極１４が形成される。ゲート電極１４を含むゲート絶縁層１３上には第１層間絶縁膜１５ａが形成される。第１層間絶縁膜１５ａ上には、コンタクトホールを介してソース領域及びドレイン領域の活性層１２に接続されたソース及びドレイン電極１６が形成され、第１層間絶縁膜１５ａとソース及びドレイン電極１６との間には第２層間絶縁膜１５ｂが形成される。ソース及びドレイン電極１６を含む第１層間絶縁膜１５ａ上には保護層１７が形成され、保護層１７上には、ビアホールを介してソース電極またはドレイン電極１６に接続された画素電極１８が形成される。

このように構成された下基板１０の上に共通電極２１の形成された上基板２０が配置され、下基板１０と上基板２０との間に液晶層３０が形成される。

表示パネル１００を用いた液晶表示装置では、下基板１０の背面に設けられたバックライトから光が表示パネル１００に入射し、駆動部から画素電極１８及び共通電極２１に印加される電圧に応じて配向した液晶層３０により光が変調した後、上基板２０を介して外部に出射することにより、文字や画像を表示する。

図２は、本発明の実施形態による平板表示装置の他の実施例を説明するための断面図である。ここでは、有機電界発光表示装置の表示パネル２００を中心に概略的に説明する。

図２に示すように、下基板４０上にバッファ層４１が形成され、バッファ層４１上に、薄膜トランジスタのソース領域、ドレイン領域、及びチャネル領域を提供する活性層４２が形成される。活性層４２を含むバッファ層４１上にはゲート絶縁層４３が形成され、チャネル領域上のゲート絶縁層４３上にはゲート電極４４が形成される。ゲート電極４４を含むゲート絶縁層４３上には第１層間絶縁膜４５ａが形成される。第１層間絶縁膜４５ａ上には、コンタクトホールを介してソース領域及びドレイン領域の活性層４２に接続されたソース及びドレイン電極４６が形成され、第１層間絶縁膜４５ａとソース及びドレイン電極４６との間には第２層間絶縁膜４５ｂが形成される。ソース及びドレイン電極４６を含む第１層間絶縁膜４５ａ上には保護層４７が形成され、保護層４７上には、ビアホールを介してソース電極またはドレイン電極４６に接続された画素電極４８が形成される。

画素電極４８を含む保護層４７上には、発光領域の画素電極４８が露出するように画素定義膜４９が形成され、露出した画素電極４８上には有機発光層５０が形成される。また、有機発光層５０を含む画素定義膜４９上にはカソード電極５１が形成される。

このように構成された下基板４０の上に封止基板６０が配置され、シール材により下基板４０と封止基板６０とが互いに貼り合わされる。

表示パネル２００を用いた有機電界発光表示装置では、画素電極４８及びカソード電極５１に所定の電圧が印加されると、画素電極４８を介して注入される正孔と、カソード電極５１を介して注入される電子とが有機発光層５０で再結合し、この過程で発生するエネルギーの差により、有機発光層５０から放出された光が下基板４０を介して外部に出射することにより、文字や画像を表示する。

次に、上記のように構成された平板表示装置の製造過程に基づいて本発明をより詳細に説明する。

図３ａ〜図３ｇは、本発明の実施形態による平板表示装置の製造方法を説明するための断面図である。

図３ａに示すように、基板１０上にバッファ層１１を形成し、バッファ層１１上に、薄膜トランジスタのソース領域、ドレイン領域、及びチャネル領域を提供する活性層１２を形成する。活性層１２を含むバッファ層１１上にゲート絶縁層１３を形成し、チャネル領域上のゲート絶縁層１３上にゲート電極１４を形成する。

基板１０は、ガラスやプラスチックのような透明基板を使用する。活性層１２は、ポリシリコンのような半導体で形成し、必要によって結晶化及びイオン注入を行う。

続いて、図３ｂに示すように、ゲート電極１４を含むゲート絶縁層１３上に層間絶縁膜１５を形成する。層間絶縁膜１５は、ゲート電極１４とソース及びドレイン電極１６との間の信号の干渉が防止されるように、第１層間絶縁膜１５ａと第２層間絶縁膜１５ｂとの積層構造で形成する。第２層間絶縁膜１５ｂは、第１層間絶縁膜１５ａよりも薄く、好ましくは、第１層間絶縁膜１５ａの６０％〜８５％の厚さに形成する。例えば、第１層間絶縁膜１５ａは、厚さが３０００Å程度のシリコン酸化膜（ＳｉＯ）で形成し、第２層間絶縁膜１５ｂは、厚さが２０００Å〜２６００Å程度のシリコン窒化膜（ＳｉＮ）で形成可能である。

続いて、図３ｃに示すように、活性層１２を再結晶化させるために、急速熱処理（ｒａｐｉｄ ｔｈｅｒｍａｌ ａｎｎｅａｌｉｎｇ）工程を行う。熱処理によりシリコン窒化膜（ＳｉＮ）１５ｂに含まれる水素（Ｈ）原子が活性層１２に拡散し、シリコン（Ｓｉ）のダングリングボンド（ｄａｎｇｌｉｎｇ ｂｏｎｄ）と結合することにより、活性層１２の欠陥が改善され、面抵抗、移動度（ｍｏｂｉｌｉｔｙ）、散布度などの電気的特性を向上させることができる。

一般に、シリコン窒化膜は、膜質が硬いことから、４０００Å以上に厚く形成された場合、高温における熱膨張係数の差によって亀裂が生じる、または変形する。しかし、本発明の実施形態では、シリコン窒化膜１５ｂを比較的薄く形成するため、高温の熱処理過程で亀裂が生じる、または変形することはない。したがって、層間絶縁膜１５が形成された状態で熱処理を行うことが可能になるため、上記のように水素（Ｈ）原子の拡散による電気的特性の改善効果が得られる。仮に、層間絶縁膜１５を形成する前に熱処理を行うと、露出したゲート電極１４が酸化する可能性があり、水素（Ｈ）原子の拡散による電気的特性の改善効果は期待できない。

続いて、図３ｄに示すように、第２層間絶縁膜１５ｂ、第１層間絶縁膜１５ａ、及びゲート絶縁層１３をパターニングして、ソース領域及びドレイン領域の活性層１２が露出するようにコンタクトホール１５ｃを形成する。

続いて、図３ｅに示すように、コンタクトホール１５ｃが埋め込まれるように第２層間絶縁膜１５ｂ上に金属層を形成した後、パターニングして、ソース領域及びドレイン領域の活性層１２に接続されたソース及びドレイン電極１６を形成する。金属層は、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、及びチタン（Ｔｉ）の積層構造で形成し、塩素（Ｃｌ）系のガスを使用してパターニングすることができる。

続いて、図３ｆに示すように、ソース及びドレイン電極１６をマスクとして用いたドライエッチングにより、露出した部分の第２層間絶縁膜１５ｂを除去する。このとき、シリコン酸化膜１５ａとシリコン窒化膜１５ｂとはエッチング比の差が大きいため、フッ素（ＳＦ_６）系のガスを使用してエッチングすると、シリコン酸化膜１５ａは損失せず、塩素（Ｃｌ）系のエッチング副生成物も容易に除去することができる。

続いて、図３ｇに示すように、ソース及びドレイン電極１６を含む第１層間絶縁膜１５ａ上に保護層１７を形成した後、パターニングして、ソース電極またはドレイン電極１６が露出するようにビアホールを形成する。ビアホールが埋め込まれるように、保護層１７上にＩＴＯ、ＩＺＯなどの透明導電層を形成した後、パターニングして、ソース電極またはドレイン電極１６に接続された画素電極１８を形成する。

ここで、再び図１を参照すると、上基板２０上に共通電極２１が形成される。下基板１０と上基板２０とが対向するように配置され、下基板１０及び上基板２０の縁に沿ってシール材（図示せず）が形成される。さらに、下基板１０と上基板２０との間の空間に液晶層３０を注入すると、液晶表示装置の表示パネル１００が完成する。

一方、再び図２を参照すると、画素電極４８を含む保護層４７上に画素定義膜４９が形成された後、発光領域の画素電極４８が露出される。露出した画素電極４８上に有機発光層５０が形成され、有機発光層５０を含む画素定義膜４９上にカソード電極５１が形成される。さらに、下基板４０の上に封止基板６０を配置し、下基板４０と封止基板６０とをシール材（図示せず）で貼り合わせると、有機電界発光表示装置の表示パネル２００が完成する。

本発明は、層間絶縁膜をシリコン酸化膜１５ａ、４５ａ及びシリコン窒化膜１５ｂ、４５ｂで形成するが、ソース及びドレイン電極１６、４６を形成する過程において、別のマスクを用いることなく、光透過領域のシリコン窒化膜１５ｂ、４５ｂを除去する。光透過領域のシリコン窒化膜１５ｂ、４５ｂが除去されることにより、表示パネルにおける光透過率が向上し、表示装置の輝度及び画質を向上させることができる。

仮に、図４のように、光透過領域のシリコン窒化膜１５ｂが除去されていない場合、シリコン窒化膜１５ｂは、シリコン酸化膜１５ａに比べて透過率が７％程度低く、光の波動（ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ）を増加させるため、光透過率が低下する。図４の平板表示装置は、生産性向上のために、蒸着比及びエッチング比がシリコン酸化膜１５ａに比べて高いシリコン窒化膜１５ｂをより厚く形成した構造である。ここで、ガラス基板１０の透過率が９２．４％である場合、基板１０上に厚さ１５００Åのシリコン酸化膜１５ａが形成されると、透過率は９２．０％程度とほとんど変わらないが、基板１０上に厚さ１５００Åのシリコン酸化膜１５ａ及び厚さ６０００Åのシリコン窒化膜１５ｂが形成されると、透過率は８５．４％程度と急激に減少する。

実際に、光透過率を測定した結果、下記の表１から分かるように、赤色（ＲＥＤ）画素の場合、図４の構造に比べて、図１の構造において８％程度という透過率の改善効果があることが確認された。

図４の構造において、図５のように、光透過領域Ｌのシリコン酸化膜１５ａ及びシリコン窒化膜１５ｂを除去することで光透過率を向上させることができるが、この場合、シリコン窒化膜１５ｂ、シリコン酸化膜１５ａ、及びゲート絶縁層１３をエッチングするのに長時間を要するため生産性が低下し、上述のような熱処理効果などは得られない。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１０，４０ 下基板
１１，４１ バッファ層
１２，４２ 活性層
１３，４３ ゲート絶縁層
１４，４４ ゲート電極
１６，４６ ソース及びドレイン電極
１７，４７ 保護層
１８，４８ 画素電極
２０ 上基板
２１ 共通電極
３０ 液晶層
４９ 画素定義膜
５０ 有機発光層
５１ カソード電極
６０ 封止基板
１００，２００ 表示パネル
１５ａ，４５ａ 第１層間絶縁膜
１５ｂ，４５ｂ 第２層間絶縁膜

Claims (15)

1. 第１基板と、
   前記第１基板上に形成され、ソース領域、ドレイン領域、及びチャネル領域を含む活性層と、
   前記活性層を含む前記第１基板上に形成されたゲート絶縁層と、
   前記チャネル領域上の前記ゲート絶縁層上に形成されたゲート電極と、
   前記ゲート電極を含む前記ゲート絶縁層上に形成された第１層間絶縁膜と、
   前記第１層間絶縁膜及び前記ゲート絶縁層に形成されたコンタクトホールを介して前記ソース領域及びドレイン領域の活性層に接続されたソース電極及びドレイン電極と、
   前記第１層間絶縁膜と前記ソース電極及びドレイン電極との間に介在し、前記第１層間絶縁膜よりも薄い第２層間絶縁膜と、
   前記ソース電極及びドレイン電極を含む前記第１層間絶縁膜上に形成された保護層と、
   前記保護層に形成されたビアホールを介して前記ソース電極または前記ドレイン電極に接続された画素電極とを備えることを特徴とする平板表示装置。
2. 前記第１基板に対向するように配置された第２基板と、
   前記第２基板上に形成された共通電極と、
   前記第１基板と前記第２基板との間に介在する液晶層とをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の平板表示装置。
3. 前記画素電極を含む前記保護層上に形成され、発光領域の前記画素電極が露出するようにパターニングされた画素定義膜と、
   露出した前記画素電極上に形成された有機発光層と、
   前記有機発光層上に形成されたカソード電極とをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の平板表示装置。
4. 前記第２層間絶縁膜の厚さは、前記第１層間絶縁膜の６０％〜８５％であることを特徴とする請求項１に記載の平板表示装置。
5. 前記第１層間絶縁膜がシリコン酸化膜であり、前記第２層間絶縁膜がシリコン窒化膜であることを特徴とする請求項１に記載の平板表示装置。
6. 前記活性層は、ポリシリコンで形成されていることを特徴とする請求項１に記載の平板表示装置。
7. 前記画素電極は、透明導電層で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の平板表示装置。
8. 第１基板上に、ソース領域、ドレイン領域、及びチャネル領域を含む活性層を形成するステップと、
   前記活性層を含む前記第１基板上にゲート絶縁層を形成するステップと、
   前記チャネル領域上の前記ゲート絶縁層上にゲート電極を形成するステップと、
   前記ゲート電極を含む前記ゲート絶縁層上に第１層間絶縁膜を形成するステップと、
   前記第１層間絶縁膜上に前記第１層間絶縁膜よりも薄い第２層間絶縁膜を形成するステップと、
   熱処理するステップと、
   前記第２層間絶縁膜、前記第１層間絶縁膜、及び前記ゲート絶縁層をパターニングして、前記ソース領域及びドレイン領域の活性層を露出させるステップと、
   前記第２層間絶縁膜上に、前記ソース領域及びドレイン領域の活性層に接続されるようにソース電極及びドレイン電極を形成するステップと、
   露出した部分の前記第２層間絶縁膜を除去するステップと、
   前記ソース電極及びドレイン電極を含む前記第１層間絶縁膜上に保護層を形成するステップと、
   前記保護層をパターニングして、前記ソース電極または前記ドレイン電極を露出させるステップと、
   前記保護層上に、前記ソース電極または前記ドレイン電極に接続されるように画素電極を形成するステップとを含むことを特徴とする平板表示装置の製造方法。
9. 第２基板上に共通電極を形成するステップと、
   前記第１基板と前記第２基板とを対向するように配置し、前記第１基板及び前記第２基板の縁に沿ってシール材を形成するステップと、
   前記第１基板と前記第２基板との間の空間に液晶層を注入するステップとをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の平板表示装置の製造方法。
10. 前記画素電極を含む前記保護層上に画素定義膜を形成した後、発光領域の前記画素電極を露出させるステップと、
    露出した前記画素電極上に有機発光層を形成するステップと、
    前記有機発光層上にカソード電極を形成するステップとをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の平板表示装置の製造方法。
11. 前記活性層は、ポリシリコンで形成することを特徴とする請求項８に記載の平板表示装置の製造方法。
12. 前記第２層間絶縁膜は、前記第１層間絶縁膜の６０％〜８５％の厚さに形成することを特徴とする請求項８に記載の平板表示装置の製造方法。
13. 前記第１層間絶縁膜がシリコン酸化膜で形成され、前記第２層間絶縁膜がシリコン窒化膜で形成されることを特徴とする請求項８に記載の平板表示装置の製造方法。
14. 前記露出した部分の第２層間絶縁膜は、前記ソース電極及びドレイン電極をマスクとして用いたドライエッチングにより除去されることを特徴とする請求項８に記載の平板表示装置の製造方法。
15. 前記画素電極は、透明導電層で形成されることを特徴とする請求項８に記載の平板表示装置の製造方法。