WO2019138734A1 - 表示装置 - Google Patents

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WO2019138734A1
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WO
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tft
oxide semiconductor
display device
substrate
polysilicon
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PCT/JP2018/044508
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明紘 花田
伊藤 友幸
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株式会社ジャパンディスプレイ
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    • H10K77/111Flexible substrates

Definitions

  • the present invention relates to a display device, and more particularly to a flexible display device capable of bending a substrate.
  • the organic EL display device and the liquid crystal display device can be used by being flexibly bent by thinning the display device.
  • the substrate forming the element is formed of thin glass or thin resin.
  • the organic light emitting layer is driven by a drive transistor by a TFT (Thin Film Transistor). If noise intrudes into the drive transistor, the threshold of the drive transistor changes, and accurate luminance can not be reproduced.
  • TFT Thin Film Transistor
  • a flexible organic EL display can be formed by forming the substrate of the organic EL display with a resin such as polyimide.
  • a resin such as polyimide.
  • luminance fluctuation occurs when the organic EL display device is operated for a long time as compared with the case of a glass substrate. It is considered that this luminance fluctuation is a result of charge distribution occurring in the resin substrate by operating for a long time, and charging of the resin in the vicinity of the drive transistor affects the characteristics of the drive transistor.
  • the TFT formed of an oxide semiconductor has a feature that the leakage current is small. Therefore, low frequency driving is possible, and power consumption can be reduced. However, there is also a problem that a TFT using an oxide semiconductor is easily affected by fixed charge that is organic on a substrate or the like.
  • TFT Low-temperature polysilicon
  • LTPS Low Temperature Poly-Silicon
  • TFT using LTPS is a peripheral of a scanning line driving circuit etc. It is rational to use a TFT using an oxide semiconductor as a drive transistor or a switching transistor in a pixel region for a driver circuit, which is called a hybrid structure in this specification as polysilicon. Although described in the case of low temperature polysilicon, the same applies to other polysilicon.
  • a TFT using LTPS and a TFT using an oxide semiconductor are manufactured in a continuous process.
  • the two types of TFTs need to be configured in consideration of alleviation of the influence of charging and light shielding from the backlight.
  • the object of the present invention is to rationalize these problems in a configuration in which the influence of substrate charging is suppressed when a resin substrate is used, a configuration in which the influence of extraneous light on TFT is suppressed, and a hybrid structure. It is to realize a configuration that can be solved.
  • the present invention overcomes the above-mentioned problems, and representative means are as follows.
  • a display device having a first TFT formed of an oxide semiconductor on a substrate formed of a resin and a second TFT formed of a first polysilicon, and the first TFT The second TFT is formed in a place not overlapping in plan view, and the second TFT is formed closer to the substrate in cross section than the first TFT, and the oxide semiconductor and the substrate are formed. Between the first polysilicon and the second polysilicon formed on the same layer as the first polysilicon is formed.
  • a display device in which a first TFT formed of an oxide semiconductor is present on one surface of a substrate formed of a resin, the area being overlapped with the oxide semiconductor in a plan view.
  • a first conductive film is formed in contact with the substrate, a base film made of an inorganic material is formed on the first conductive film, the oxide semiconductor has a channel length and a channel width, and
  • a second TFT made of polysilicon is formed on the substrate in a place different from the first TFT in plan view, and the second TFT has a cross section than the first TFT.
  • the display device according to (2) which is formed close to the substrate.
  • FIG. 5 is a plan view of the vicinity of a TFT according to the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the vicinity of a TFT according to Example 2.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of the vicinity of a TFT according to a second form of Example 2;
  • FIG. 18 is a cross-sectional view of the vicinity of a TFT according to the third form of Example 2;
  • FIG. 20 is a cross-sectional view of the vicinity of a TFT according to the fourth form of Example 2;
  • It is a top view of a liquid crystal display. It is sectional drawing of the display area of a liquid crystal display device. It is an example of the voltage applied to a scanning line.
  • FIG. 1 is a plan view of an organic EL display device having a flexible substrate 100 to which the present invention is applied.
  • a display area 10 and a terminal area 30 exist.
  • scanning lines 11 extend in the lateral direction (x direction) and are arranged in the longitudinal direction (y direction).
  • the video signal lines 12 extend in the vertical direction and are arranged in the horizontal direction.
  • the power supply lines 13 extend in the vertical direction and are arranged in the horizontal direction.
  • Pixels 14 are formed in a region surrounded by the scanning line 11 and the video signal line 12 or the power supply line 13.
  • a terminal area 30 is formed in a portion other than the display area 10, and a driver IC 31 is mounted in the terminal area 30.
  • the video signal is arranged in the driver IC 31 and supplied to the display area 10.
  • a flexible wiring board 32 for supplying power and signals to the organic EL display device is connected to the terminal area 30.
  • scanning line driving circuits 20 are formed on both sides of the display area 10. Further, a current supply region 21 is formed on the upper side (the upper side in the y direction) of the display region 10. The current is supplied from the flexible wiring board 31 connected to the terminal area 30 to the current bus line, and the current bus line is wired to the current supply area 21 on the upper side (upper side in the y direction) of the display area 10. Then, current is supplied from the current supply region 21 to each pixel 14 by the power supply line 13. This is to avoid concentration of the wiring below the display area 10.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the layer structure of the display area of the organic EL display device shown in FIG.
  • the glass substrate 90 may be used as a support substrate, but in the present invention, it is removed after the flexible display device is completed. That is, since the process can not be conducted only with the resin substrate, in the manufacturing process, each element of the organic EL display device is formed on the glass substrate, and the glass is formed by laser ablation after the organic EL display device is completed. The substrate 90 is removed.
  • a TFT substrate 100 formed of resin is formed on a glass substrate 90.
  • Polyimide is used for the resin.
  • Polyimide has excellent properties as a substrate of a flexible display device due to mechanical strength, heat resistance and the like.
  • the resin substrate is described as a polyimide substrate.
  • the polyimide material containing a polyamic acid is applied by a slit coater, a rod coater, an ink jet or the like, fired, imidized and solidified.
  • the thickness of the polyimide substrate 100 is 10 ⁇ m to 20 ⁇ m.
  • polyimide is more easily charged than glass. This phenomenon is presumed to be due to the movement of charge by the potential of the electrode formed on polyimide, since polyimide is not a perfect insulator like glass.
  • a base film 101 is formed on the TFT substrate 100. This is to prevent moisture and impurities from polyimide from contaminating the semiconductor layer 107 and the organic EL layer.
  • the base film 101 is formed of, for example, a laminated film of three layers in which silicon nitride (SiN) is sandwiched by silicon oxide (SiO). In addition to this, aluminum oxide (AlOx) may be used.
  • the semiconductor layer 107 is formed on the base film 101.
  • the semiconductor layer 107 is formed of, for example, an oxide semiconductor.
  • the oxide semiconductor 107 can be formed at a temperature of approximately 350 ° C. which is a heat resistant temperature of polyimide.
  • the oxide semiconductors 108 those which are optically transparent and not crystalline are referred to as TAOS (Transparent Amorphous Oxide Semiconductor).
  • TAOS includes IGZO (Indium Gallium Zinc Oxide), ITZO (Indium Tin Zinc Oxide), ZnON (Zinc Oxide Nitride), IGO (Indium Gallium Oxide), and the like. In the present invention, an example in which IGZO is used for the oxide semiconductor 107 is described.
  • a gate insulating film 108 is formed to cover the semiconductor layer 107, and a gate electrode 109 is formed on the gate insulating film 108.
  • the gate electrode 109 is formed of, for example, MoW or the like. However, in order to reduce the resistance, a configuration in which Al is sandwiched by Ti or the like is used. After that, ion implantation of Ar atoms or the like is performed using the gate electrode 109 as a mask to form the drain 1071 and the source 1072 in the semiconductor layer 107. In the semiconductor layer 107, a portion immediately below the gate electrode 109 is a channel.
  • An interlayer insulating film 110 is formed to cover the gate electrode 109.
  • the drain electrode 111 and the source electrode 112 are formed on the interlayer insulating film 110.
  • a through hole 131 is formed in the interlayer insulating film 110 and the gate insulating film 108, a drain electrode 111 and a drain 1071 are connected, a through hole 132 is formed, and a source electrode 112 and a source 1072 are connected.
  • An organic passivation film 120 is formed to cover the drain electrode 111, the source electrode 112, and the interlayer insulating film 110.
  • the organic passivation film 120 is formed of a transparent resin such as acrylic. Since the organic passivation film 120 also serves as a planarization film, it is formed thick as 2 ⁇ m to 4 ⁇ m.
  • the reflective film 1211 and the anode 1212 are stacked on the organic passivation film 120.
  • the stacked body of the reflective film 1211 and the anode 1212 is referred to as a lower electrode 121.
  • the reflective film 1211 is formed of, for example, silver having a high reflectance
  • the anode 1212 is formed of ITO (Indium Tin Oxide).
  • the through hole 130 is formed in the organic passivation film 120, and the source electrode 112 and the lower electrode 121 are connected.
  • a bank 122 is formed to cover the lower electrode 121.
  • the bank 122 is formed of a transparent resin such as acrylic.
  • the role of the bank 122 is to prevent the organic EL layer 123 formed on the lower electrode 121 from being disconnected due to the end of the lower electrode 121 and to partition each pixel.
  • the organic EL layer 123 is formed in the hole formed in the bank 120.
  • the organic EL layer 123 is formed of a plurality of layers such as a hole injection layer, a hole transport layer, a light emitting layer, an electron transport layer, an electron injection layer, and each layer is a very thin film of about several nm to 100 nm.
  • An upper electrode (cathode) 124 is formed to cover the organic EL layer 123.
  • the cathode is commonly formed on the entire display area.
  • the cathode 124 is formed of a transparent conductive film such as IZO (Indium Zinc Oxide), ITO (Indium Tin Oxide) or the like, and may also be formed of a thin film of a metal such as silver.
  • a protective film 125 is formed of SiN using CVD to cover the cathode 124. Since the organic EL layer 123 is weak to heat, CVD for forming the protective film 125 is formed by low temperature CVD at about 100.degree. In addition to this, a transparent resin film such as acrylic may be laminated on the protective film 125 for mechanical protection.
  • the screen reflects ambient light because the reflective electrode 1211 is present.
  • a polarizing plate 127 is disposed on the surface to prevent reflection by external light.
  • the polarizing plate 127 has an adhesive material 126 on one side, and is adhered to the organic EL display device by pressure bonding to the protective film 125.
  • the thickness of the adhesive material 126 is about 30 ⁇ m, and the thickness of the polarizing plate 127 is about 100 ⁇ m.
  • the interface between the TFT substrate 100 and the glass substrate 90 made of polyimide is irradiated with a laser to remove the glass substrate 90 from the TFT substrate 100.
  • a flexible display device having a resin substrate is completed.
  • FIG. 3 and FIG. 4 are diagrams for explaining the mechanism in which the source current fluctuates in the drive TFT, taking the organic EL display device as an example.
  • FIG. 3 is an example of an equivalent circuit of the pixel portion of the organic EL display device.
  • the scanning lines 11 extend in the lateral direction.
  • the cathode line 124 extends in the lateral direction, this is a representation on an equivalent circuit, and the cathode 124 is formed on the entire surface to cover the display area 10 as described in FIG. .
  • the video signal line 12 extends in the vertical direction
  • the power supply line 13 extends in the vertical direction.
  • An area surrounded by the scanning line 11 and the video signal line 12 or the power supply line 13 is a pixel.
  • the drain of the switching transistor T 1 is connected to the video signal line 12, and the gate is connected to the scanning line 11.
  • the drain of the drive transistor T2 is connected to the power supply line 13, and the source is connected to the organic EL layer EL.
  • the gate of the drive transistor T2 is connected to the source of the switching transistor T1. Further, a storage capacitor Cs is connected between the gate and the source of the drive transistor T2.
  • the switching transistor T1 receives a scanning signal
  • a video signal is stored in the storage capacitor Cs through the switching transistor
  • the drive transistor T2 is driven in the organic EL layer EL according to the potential due to the charge stored in the storage capacitor Cs.
  • Supply current The transistor described in FIG. 2 is the drive transistor T2 in FIG. Since one electrode of the drive transistor T2 is one electrode of the storage capacitor Cs, the area is large, and the gate electrode 109 of the drive transistor T2 is largely affected by the polyimide that constitutes the TFT substrate 100.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the vicinity of the drive transistor.
  • a polyimide substrate 100 is formed on a glass substrate 90, and a base film 101 is formed thereon.
  • the semiconductor layer 107 is formed on the base film 101.
  • the semiconductor layer 107 is formed of, for example, an oxide semiconductor.
  • a gate insulating film 108 is formed on the semiconductor layer 107, and a gate electrode 109 is formed thereon.
  • a portion corresponding to the portion immediately below the gate electrode 109 is a channel, and the other portion is a source or drain.
  • the gate electrode 109 of the drive transistor extends to the other region and becomes one electrode of the storage capacitance Cs.
  • To display an image continuously on the organic EL display means to apply a DC voltage to the gate electrode 109 continuously.
  • Applying a voltage to the gate electrode 109 means that a DC voltage is continuously applied to one electrode of the storage capacitor Cs which is at the same potential.
  • the area of the storage capacitor Cs electrode is larger than the area of the gate electrode 109.
  • FIG. 4 shows that the polyimide substrate 100 in the vicinity of the TFT is positively charged as a result of the negative charge moving to one electrode side of the storage capacity through the resistance Rpi of the polyimide. Then, the source current of the TFT fluctuates under this influence.
  • Such characteristic variation of the TFT due to the influence of the charge of the substrate 100 is particularly remarkable in a TFT using an oxide semiconductor.
  • a TFT using the oxide semiconductor 107 has a feature that the leakage current is small. This means that the potential of the pixel electrode can be stably held for a long time. Therefore, low frequency driving can be performed and power consumption can be reduced by using the oxide semiconductor 107 for the TFT. However, the mobility of the oxide semiconductor 107 may not be sufficient to form a peripheral driver circuit.
  • LTPS has a large mobility.
  • LTPS has a problem in that the amount of leakage current is larger than that of an oxide semiconductor. Therefore, it is rational to use a TFT of an oxide semiconductor as a drive TFT or a switching TFT in a pixel and a TFT of LTPS to a peripheral drive circuit. This configuration is called a hybrid structure.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration in the vicinity of a TFT in the case where a TFT of the oxide semiconductor 107 and a TFT of the LTPS 102 are formed on the same substrate 100.
  • the TFTs using the oxide semiconductor 107 are formed in the display region, and the TFTs using the LTPS 102 are formed in the peripheral drive circuit. Therefore, both TFTs are actually disposed apart, but in FIG.
  • the TFT by LTPS 102 and the TFT by oxide semiconductor 107 are described side by side.
  • the left side is a TFT according to the LTPS 102
  • the right side is a TFT according to the oxide semiconductor 107.
  • a TFT substrate 100 formed of polyimide is formed on a glass substrate 90, and a base film 101 is formed thereon.
  • the configuration of the base film 101 is as described in FIG.
  • a semiconductor layer 102 of LTPS is formed on the base film 101.
  • LTPS first, a-Si is deposited on the base film 101 by CVD, and the a-Si film is converted to polysilicon by irradiating an excimer laser.
  • the LTPS is formed to a thickness of about 50 nm.
  • a first gate insulating film 103 is formed to cover the LTPS 102, and a first gate electrode 104 is formed thereon.
  • the gate electrode 104 is formed of, for example, a metal or an alloy such as Mo or MoW, or a laminated film such as Ti—Al—Ti.
  • a channel is formed in a portion corresponding to the gate electrode 104 of the LTPS 102, and a drain and a source are formed on both sides thereof.
  • a first interlayer insulating film 105 made of, for example, silicon nitride (SiN) and a second interlayer insulating film 106 made of silicon oxide (SiO) are formed to cover the first gate electrode 104.
  • the first interlayer insulating film 105 is preferably formed of SiN.
  • the oxide semiconductor 107 formed on the right side of FIG. 5 is in contact with SiN, the characteristics thereof are changed by hydrogen supplied from the SiN.
  • the second interlayer insulating film 106 is formed of SiO.
  • an oxide semiconductor 107 is formed of, for example, IGZO on the second interlayer insulating film 106.
  • the thickness of the oxide semiconductor 107 is, for example, 10 nm to 100 nm.
  • a second gate insulating film 108 is formed to cover the oxide semiconductor 107.
  • the second gate electrode 109 is formed over the second gate insulating film 108 above the oxide semiconductor 107.
  • a channel is formed in a portion corresponding to the second gate electrode 109, and a drain 1071 and a source 1072 are formed on both sides thereof.
  • a third interlayer insulating film 110 of SiO is formed to cover the second gate electrode 109. Since the third interlayer insulating film 110 is formed in the vicinity of the oxide semiconductor 107 with the second gate insulating film 108 interposed, oxygen can be supplied to the oxide semiconductor 107 so that the characteristics of the oxide semiconductor 107 can be stabilized. , SiO.
  • the third interlayer insulating film 110, the second gate insulating film 108, the second interlayer insulating film 106, the first interlayer insulating film 105, the first Through holes 115 and 116 are formed in five layers of insulating film of one gate insulating film 103. Also, in order to connect the drain electrode 113 and the source electrode 114 to the TFT on the right side, through holes 117 and 118 are formed in the third interlayer insulating film 110 and the second gate insulating film 108.
  • the through holes 115 and 116 for the LTPS 102 and the through holes 117 and 118 for the oxide semiconductor 107 are simultaneously formed.
  • a boric acid (HF) clean is performed when forming the through holes for LTPS102.
  • an etching stopper made of metal or the like on the portion of the oxide semiconductor 107 corresponding to the through holes 117 and 118. May form a
  • FIG. 5 when the display device is operated, charges are induced in the TFT substrate 100 corresponding to the TFT formed of the oxide semiconductor 107 as described in FIGS. 3 and 4. Due to this charge, characteristics of the TFT due to the oxide semiconductor 107 are changed. Note that in FIG. 4, only the base film 101 exists below the oxide semiconductor 107, and in FIG. 5, the second interlayer insulating film 106, the first interlayer insulating film 105, and the first gate are present below the oxide semiconductor 107. Although the four layers of the insulating film 103 and the base film 101 exist, the phenomenon that charges are induced in the TFT substrate 100 is the same.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a TFT as a comparative example for solving this problem.
  • the configuration of the TFT according to the LTPS 102 on the left side is the same as that described in FIG.
  • a shield layer 60 is formed below the oxide semiconductor 107 with the second interlayer insulating film 106 and the first interlayer insulating film 105 interposed therebetween.
  • the shield layer 60 is connected to, for example, the ground (GND) potential, and shields the charge induced in the TFT substrate 100 by the shield layer 60.
  • the shield layer 60 may be used as a bottom gate electrode (third gate electrode) in a TFT of an oxide semiconductor by applying a gate voltage.
  • the shield layer 60 is formed of the same metal material as the first gate electrode 104 at the same time as the first gate electrode 104.
  • the shield layer 60 formed of a metal also serves as a light shielding film for light from the back surface of the oxide semiconductor 107.
  • a certain area is required.
  • parasitic capacitances Cgd and Cgs When the area of the shield layer 60 is increased, large parasitic capacitances Cgd and Cgs are generated between the drain 1071 and the source 1072 of the oxide semiconductor 107, as shown in FIG.
  • the parasitic capacitances Cgd and Cgs cause problems such as the gate voltage jumping to the pixel electrode or the anode if the shield layer 60 is used as a bottom gate, and the ground potential (GND) is applied to the shield layer 60.
  • the application of the voltage causes problems such as slowing the operation speed of the TFT.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing the configuration of the first embodiment of the present invention in which the above is taken.
  • the configuration of the TFT according to the LTPS 102 on the left side is the same as the configuration described in FIG. 5 and FIG.
  • the configuration of the TFT according to the oxide semiconductor 107 on the right side in FIG. 7 is different from that in FIG.
  • the third gate electrode 60 (shield layer 60) formed under the oxide semiconductor 107 has a minimum area for serving as a bottom gate and a light shielding layer for the channel of the oxide semiconductor 107. It has become. Therefore, the charge induced in the TFT substrate 100 does not have a sufficient shielding effect. However, since the area of the third gate electrode 60 is reduced, parasitic capacitances Cgd and Cgs formed between the third gate electrode 60 and the drain 1071 or the source 1072 of the oxide semiconductor can be minimized.
  • a shield layer 50 formed of LTPS has a role as a shield against charges induced on the TFT substrate.
  • the shield layer 50 is simultaneously formed when forming the LTPS 102 for the TFT on the left side in FIG.
  • the shield layer 50 is formed of LTPS, but conductivity is imparted by doping by ion implantation.
  • a ground potential is applied to the shield layer 50.
  • the ground potential is a reference potential, not necessarily the ground potential. That is, the reference potential may be the cathode potential or the like.
  • the shield layer 50 by LTPS is a first gate insulating film in addition to the first interlayer insulating film 105 and the second interlayer insulating film 106 between the drain 1071 and the source 1072 in the oxide semiconductor 107. 103 exist.
  • the parasitic capacitance can be reduced accordingly.
  • the area of the shield layer 50 can be increased to provide a sufficient shielding effect.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a process of forming a shield layer 50 by LTPS.
  • the shield layer 50 by LTPS is patterned simultaneously with the LTPS 102 when forming the LTPS TFT. Thereafter, the TFT LTPS 102 and the shield layer 50 LTPS are covered and covered with the first gate insulating film 103. Thereafter, in order to form a channel portion in the LTPS 102, a resist 400 is formed in a portion corresponding to the channel of the LTPS 102.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a state in which the drain 1021 and the source 1022 are formed in the LTPS by ion implantation. As shown in FIG. 8, at the same time as forming the drain 1021 and the source 1022 of the TFT, conductivity is given to the LTPS constituting the shield layer 50.
  • the ion implantation shown in FIG. 8 is, for example, doped with phosphorus (P) at 1 ⁇ 10 14 ions / cm 2 . As shown in FIG. 8, no additional process is required to form the shield layer 50 in the present invention.
  • FIG. 9 is a plan view of a TFT formed of the oxide semiconductor 107.
  • a shield layer 50 of LTPS is formed in the lowermost layer.
  • a third gate electrode 60 constituting a bottom gate is present on the shield layer 50, and an oxide semiconductor 107 is formed thereon.
  • the horizontal direction (x direction) is the channel length direction
  • the vertical direction (y direction) is the channel width direction.
  • the lateral width w2 of the shield layer 50 is larger than the lateral width w1 of the third gate electrode.
  • the width w3 of the oxide semiconductor 107 in the lateral direction is larger than the width w2 of the shield layer 50
  • the width w2 of the shield layer 50 is larger than the width w3 of the oxide semiconductor 107 in the shielding effect. The bigger one is better.
  • the vertical width w5 of the shield layer 50 is larger than the width w4 of the oxide semiconductor 107. That is, since the shield layer 50 by LTPS is formed farther from the oxide semiconductor 107 than the third gate electrode 60, the area can be increased.
  • the third gate electrode 60 in FIG. 7 can be omitted.
  • the shield layer 50 by forming the shield layer 50 by LTPS, it is possible to shield the TFT using the oxide semiconductor 107 from the influence of the charge induced on the substrate and to form the shield layer. It is possible to suppress an increase in parasitic capacitance caused by the above.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing Example 2 of the present invention.
  • LTPS is used as a shield against charges induced on the TFT substrate.
  • three insulating films of the second interlayer insulating film 106, the first interlayer insulating film 105, and the first gate insulating film 103 exist between the oxide semiconductor 107 and the shield layer 50. And parasitic capacitance can be suppressed.
  • the configuration of the second embodiment shown in FIG. 10 is to further reduce the parasitic capacitance between the shield layer 70 and the oxide semiconductor 107 by forming a layer 70 for shielding under the base film 101. is there.
  • a shield layer 70 formed of a conductive material is formed under the base film 101.
  • the conductive material is preferably a metal, and as the metal, for example, the same material as the gate electrode can be used.
  • the embodiment can be used.
  • the distance between the oxide semiconductor 107 and the shield layer 70 can be further increased than in the case of 1.
  • the base film 101 is often formed of three layers of SiO / SiN / SiO, the distance can be further increased.
  • the shield layer 70 When the shield layer 70 is formed of metal, it can also have a role as a light shielding film. If the thickness of the shield layer 70 is, for example, about 50 nm, the shielding effect can be sufficiently obtained. On the other hand, in the case of having a role as a light shielding film, it is desirable that the thickness be about 100 nm.
  • the oxide semiconductor 107 has a channel length and a channel width, and the length of the shield layer 70 in the channel length direction is preferably larger than the length of the oxide semiconductor 107 in the channel length direction.
  • the width in the channel width direction of the shield layer 70 is preferably larger than the width in the channel width direction of the oxide semiconductor 107.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a second form of the second embodiment.
  • the shield layer 70 in the present embodiment is formed of metal and has a light shielding effect. Therefore, in the case where the TFT formed of the oxide semiconductor 107 does not require a bottom gate, the third gate electrode 60 having a light shielding effect can be omitted.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing a third form of the second embodiment. 12 differs from FIG. 10 in that a light shielding film 71 is formed under the LTPS 102.
  • the LTPS 102 is also affected by the charge on the TFT substrate 100.
  • a photocurrent is generated due to the light from the back surface.
  • the shield layer 71 having a shielding effect and a light shielding effect on the charge generated on the TFT substrate 100 is also formed for the LTPS 102.
  • the width of the shield layer 71 is formed so as to cover the channel of the LTPS 102 from the bottom. This is because of the shielding effect of the channel part and the shielding effect of the channel part.
  • the overlap between the shield layer 71 and the drain 1021 and the source 1021 of the LTPS is reduced to prevent the occurrence of parasitic capacitance.
  • FIG. 13 is a cross sectional view showing a fourth embodiment of the second embodiment. 13 differs from FIG. 11 in that the light shielding film 71 is formed under the LTPS 102.
  • the other configuration is the same as that of FIG.
  • the configuration of the light shielding film 71 in FIG. 13 is the same as the configuration of the light shielding film 71 described in FIG. With the configuration of FIG. 13, the influence of charging in the TFT substrate 100 can be reduced not only for the oxide semiconductor 107 but also for the LTPS 102.
  • Examples 1 and 2 are cases where the present invention is applied to an organic EL display device.
  • the present invention can also be applied to liquid crystal display devices. That is, by using a resin substrate such as polyimide, forming a flexible display device is also performed for a liquid crystal display device.
  • the charging of the polyimide is also affected by the switching TFT. That is, the charging of the polyimide affects the threshold voltage (threshold voltage) of the switching TFT, which in turn affects the value of the video signal stored in the pixel.
  • FIG. 14 is a plan view of the liquid crystal display device.
  • the TFT substrate 100 and the counter substrate 200 are bonded by a sealing material 40, and liquid crystal is sealed inside.
  • a display area 10 is formed in a portion where the TFT substrate 100 and the counter substrate 200 overlap.
  • scanning lines 11 extend in the horizontal direction (x direction) and are arranged in the vertical direction (y direction).
  • the video signal lines 12 extend in the vertical direction (y direction) and are arranged in the horizontal direction (x direction).
  • An area surrounded by the scanning line 11 and the video signal line 12 is a pixel 14.
  • a portion where the TFT substrate 100 and the counter substrate 200 do not overlap is a terminal region 30.
  • the driver IC 31 is mounted on the terminal area 30 and the flexible wiring board 32 is connected.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view of the pixel portion of the liquid crystal display device in the present invention.
  • the TFT shown in FIG. 15 is a switching TFT
  • the cross-sectional configuration is the same as the drive TFT of FIG. That is, the TFT is a top gate, and an oxide semiconductor is used for the semiconductor layer 107.
  • the structure up to the organic passivation film 120 is the same as that of FIG.
  • a common electrode 150 is formed in a planar shape of ITO on the organic passivation film 120, and a capacitive insulating film 151 is formed of SiN so as to cover the common electrode 150.
  • the pixel electrode 152 is formed of ITO on the capacitive insulating film 151.
  • the pixel electrode 152 has a comb-like planar shape.
  • An alignment film 153 is formed to cover the pixel electrode 152 to initially align the liquid crystal.
  • a storage capacitor is formed with the capacitor insulating film 151 interposed between the pixel electrode 152 and the common electrode 150.
  • the counter substrate 200 is formed with the liquid crystal layer 300 interposed therebetween, and the color filter 201 and the black matrix 202 are formed inside the counter substrate 200.
  • An overcoat film 203 is formed to cover the color filters 201 and the black matrix 202, and an alignment film 204 is formed to cover the overcoat film 203.
  • the TFT substrate 100 and the counter substrate 200 are formed of a resin such as polyimide.
  • the TFT substrate 100 formed of polyimide is formed on a glass substrate, but after the liquid crystal display device is completed, the glass substrate is removed by laser ablation or the like.
  • FIG. 16 is a diagram showing voltages applied to scanning lines in the TFT in the case of the top gate as shown in FIG.
  • VGT is a gate voltage
  • GND is a ground potential
  • Vcom is a potential of the common electrode.
  • SIG indicates the level of the video signal, but this is not necessarily applied to the gate electrode.
  • the gate electrode that is, the scanning line, has a voltage of +9 V only when selected, but -8 V is applied most of the time. Therefore, charges as described in Example 1 are induced on the polyimide substrate.
  • This charge changes the threshold voltage of the switching TFT.
  • the change of the threshold voltage affects the reproducibility of the luminance. Therefore, by using the polyimide as described in Example 1, the amount of charge induced by the scanning line can be suppressed, and the luminance variation due to this can be suppressed. That is, the present invention can be applied to a liquid crystal display device.
  • the influence of the scanning line potential is described using the liquid crystal display device in this embodiment, the influence of the scanning line potential is the same as in the organic EL display device.
  • a liquid crystal display device as well, by adopting a hybrid configuration, the features of a TFT using an oxide semiconductor and a TFT using LTPS can be utilized. That is, an oxide semiconductor is used for the pixel region to reduce leakage current and reduce variation in potential of the pixel electrode.
  • a TFT using LTPS with high mobility in the peripheral drive circuit a high-performance drive circuit can be formed. Also, by applying the present invention to such a liquid crystal display device, the influence of charge-up on the substrate can be reduced, and a liquid crystal display device having stable characteristics can be realized.
  • Opposite substrate 201: color filter, 202: black matrix, 203: overcoat film, 204: alignment film, 300: liquid crystal layer, 301: liquid crystal molecule, 400: resist, 500: charging, 1021: drain, 1022: source, 1071 ... drain, 1 22 ... Source, 1211 ... reflective electrode, 1212 ... anode, T1 ... driving transistor, T2 ... switching transistors, Cs ... storage capacitor, EL ... organic EL layer

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Abstract

本発明の課題は、ポリイミド基板を用いた表示装置において、基板が帯電することによるTFTの特性変動を抑制することである。本発明の概要は、樹脂で形成された基板100の一方の面に酸化物半導体107によって形成された第1のTFTと第1のポリシリコン102によって形成された第2のTFTが存在する表示装置であって、前記第1のTFTと前記第2のTFTは平面で視て別な場所に形成され、前記第2のTFTは前記第1のTFTよりも、断面で視て、前記基板100に近く形成され、前記酸化物半導体107はチャネル長とチャネル幅を有し、前記酸化物半導体107と前記基板100の間には、前記第1のポリシリコン102と同じ材料で形成され、前記第1のポリシリコン100が形成されているのと同じ層の上に形成された第2のポリシリコン50が存在していることを特徴とする表示装置である。

Description

表示装置
 本発明は表示装置に係り、特に基板を湾曲させることができるフレキシブル表示装置に関する。
 有機EL表示装置や液晶表示装置は表示装置を薄くすることによって、フレキシブルに湾曲させて使用することができる。この場合、素子を形成する基板を薄いガラスあるいは薄い樹脂によって形成する。
 有機EL表示装置では、TFT(Thin Film Transistor)による駆動トランジスタによって有機発光層を駆動する。駆動トランジスタにノイズが侵入すると、駆動トランジスタの閾値が変化し、正確な輝度の再現が出来なくなる。
 引用文献1には、トップゲートタイプのTFTを用いて駆動トランジスタを形成した有機EL表示装置において、外部からのノイズによる駆動トランジスタの閾値の変動を抑えるために、TFTより下層にシールド用の金属薄膜を用いることが記載されている。
特開2017-505457号公報
 有機EL表示装置の基板をポリイミド等の樹脂で形成すればフレキシブルな有機EL表示装置を形成することが出来る。しかし、樹脂を用いた基板では、ガラス基板の場合に比較して、有機EL表示装置を長時間動作させた場合、輝度変動が生ずることがわかった。この輝度変動は、長時間動作させることによって樹脂基板内に電荷の分布が生じ、駆動トランジスタ付近の樹脂の帯電が駆動トランジスタの特性に影響を与える結果であると考えられる。
 酸化物半導体で構成したTFTは、リーク電流が小さいという特徴を有している。したがって、低周波駆動が可能であり、消費電力の低減を図ることが出来る。しかし、酸化物半導体によるTFTは、基板等に有機された固定電荷による影響を受けやすいという問題もある。
 また、酸化物半導体を用いたTFTを液晶表示装置に用いるような場合は、バックライトからの影響を受けやすい。したがって、遮光層を設けることが必要になる。
 低温ポリシリコン(以後LTPS(Low Temperature Poly-Siliconという)によるTFTは、リーク電流が比較的大きいが、移動度が高いという特性がある。したがって、LTPSを用いたTFTを走査線駆動回路等の周辺駆動回路に用い、酸化物半導体を用いたTFTを画素領域の駆動トランジスタあるいはスイッチングトランジスタとして用いることが合理的である。このような構成をハイブリッド構造と呼んでいる。本明細書では、ポリシリコンとして低温ポリシリコンの場合で説明するが、他のポリシリコンの場合についても同様である。
 ハイブリッド構造においては、LTPSを用いたTFTと酸化物半導体を用いたTFTとは連続したプロセスで製造される。この場合、2種類のTFTについて、帯電による影響の軽減、バックライトからの遮光等を考慮した構成とする必要がある。
 本発明の課題は、樹脂基板を用いた場合の、基板の帯電による影響を抑制した構成、外光によるTFTへの影響を抑制する構成、さらには、ハイブリッド構造において、これらの問題を合理的に解決することが出来る構成を実現することである。
 本発明は上記課題を克服するものであり、代表的な手段は次のとおりである。
 (1)樹脂で形成された基板上に酸化物半導体によって形成された第1のTFTと第1のポリシリコンによって形成された第2のTFTを有する表示装置であって、前記第1のTFTと前記第2のTFTは平面で視て重ならない場所に形成され、前記第2のTFTは前記第1のTFTよりも、断面で視て、前記基板に近く形成され、前記酸化物半導体と前記基板の間には、前記第1のポリシリコンと同じ材料で形成され、前記第1のポリシリコンが形成されているのと同じ層の上に形成された第2のポリシリコンが存在していることを特徴とする表示装置。
 (2)樹脂で形成された基板の一方の面に酸化物半導体によって形成された第1のTFTが存在する表示装置であって、平面で視て、前記酸化物半導体と重複した領域に、前記基板と接触して第1の導電膜が形成され、前記第1の導電膜の上に、無機材料からなる下地膜が形成され、前記酸化物半導体はチャネル長とチャネル幅を有し、前記第1の導電膜の前記チャネル長方向の長さは、前記酸化物半導体の前記チャネル方向の長さよりも大きいことを特徴とする表示装置。
 (3)前記基板には、平面で視て、前記第1のTFTとは別な場所にポリシリコンによる第2のTFTが形成され、前記第2のTFTは前記第1のTFTよりも、断面で視て、前記基板に近く形成されていることを特徴とする(2)に記載の表示装置。
有機EL表示装置の平面図である。 有機EL表示装置の表示領域の断面図である。 有機EL表示装置の画素部の等価回路である。 基板の帯電を説明する断面図である。 基板の帯電の影響を説明する断面図である。 比較例によるTFT付近の断面図である。 本発明によるTFT付近の断面図である。 本発明の製造プロセスの一部を示す断面図である。 本発明によるTFT付近の平面図である。 実施例2によるTFT付近の断面図である。 実施例2の第2の形態によるTFT付近の断面図である。 実施例2の第3の形態によるTFT付近の断面図である。 実施例2の第4の形態によるTFT付近の断面図である。 液晶表示装置の平面図である。 液晶表示装置の表示領域の断面図である。 走査線に印加される電圧の例である。
 以下に実施例を用いて本発明の内容を詳細に説明する。
 図1は本発明が適用されるフレキシブル基板100を有する有機EL表示装置の平面図である。図1の有機EL表示装置は、表示領域10と端子領域30が存在している。表示領域10には横方向(x方向)に走査線11が延在し、縦方向(y方向)に配列している。また、映像信号線12が縦方向に延在して横方向に配列している。そして、電源線13が縦方向に延在し、横方向に配列している。走査線11と、映像信号線12または電源線13で囲まれた領域に画素14が形成されている。
 図1において、表示領域10以外の部分に端子領域30が形成され、端子領域30にはドライバIC31が搭載されている。映像信号はドライバIC31においてアレンジされ、表示領域10に供給される。また、端子領域30には、有機EL表示装置に電源や信号を供給するためのフレキシブル配線基板32が接続している。
 図1において、表示領域10の両側には走査線駆動回路20が形成されている。また、表示領域10の上側(y方向上側)には、電流供給領域21が形成されている。電流は端子領域30に接続しているフレキシブル配線基板31から電流バスラインに供給され、電流バスラインは、表示領域10の上側(y方向の上側)の電流供給領域21に配線される。そして、電流は、電流供給領域21から電源線13によって各画素14に供給される。表示領域10の下側に配線が集中することを回避するためである。
 図2は、図1に示す有機EL表示装置の表示領域の層構造の例を示す断面図である。図2において、ガラス基板90は、支持基板として使用される場合もあるが、本発明では、フレキシブル表示装置が完成した後除去される。つまり、樹脂基板だけでは、プロセスを通すことが出来ないので、製造工程では、ガラス基板の上に有機EL表示装置の各要素を形成し、有機EL表示装置が完成した後、レーザアブレーション等によってガラス基板90が除去される。
 図2において、ガラス基板90の上に樹脂で形成されたTFT基板100が形成されている。樹脂にはポリイミドが使用されている。ポリイミドは機械的強度、耐熱性等から、フレキシブル表示装置の基板としては、すぐれた性質を有している。以後、樹脂基板はポリイミド基板として説明する。
 ポリアミド酸を含むポリイミド材料は、スリットコーター、ロッドコーターあるいはインクジェット等によって塗布され、焼成されてイミド化して固化する。ポリイミド基板100の厚さは10μm乃至20μmである。しかし、ポリイミドはガラスに比べて帯電をしやすい。この現象は、ポリイミドは、ガラスのような完全な絶縁物ではないので、上に形成される電極の電位によって電荷が移動するためであると推測される。
 図2において、TFT基板100の上に、下地膜101が形成されている。ポリイミドからの水分や不純物が半導体層107や有機EL層を汚染することを防止するためである。下地膜101は、例えば、酸化シリコン(SiO)によって窒化シリコン(SiN)をサンドイッチしたような3層の積層膜で形成される。これに加えて、酸化アルミニウム(AlOx)が使用される場合もある。
 下地膜101の上に半導体層107が形成されている。半導体層107は例えば酸化物半導体で形成される。酸化物半導体107は、ポリイミドの耐熱温度である350℃程度の温度で形成することが可能である。酸化物半導体108のうち光学的に透明でかつ結晶質でないものをTAOS(Transparent Amorphous Oxide Semiconductor)と呼ぶ。TAOSには、IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide)、ITZO(Indium Tin Zinc Oxide)、ZnON(Zinc Oxide Nitride)、IGO(Indium Gallium Oxide)等がある。本発明では、酸化物半導体107にIGZOを用いた例で説明する。
 半導体層107を覆ってゲート絶縁膜108が形成され、ゲート絶縁膜108の上にゲート電極109が形成される。ゲート電極109は、例えば、MoW等で形成されるが、抵抗を小さくしたい場合は、AlをTi等でサンドイッチした構成が用いられる。その後、ゲート電極109をマスクにして、Ar原子等のイオンインプランテーションを行い、半導体層107に、ドレイン1071とソース1072を形成する。半導体層107の内、ゲート電極109の直下がチャネルとなる。
 ゲート電極109を覆って層間絶縁膜110が形成される。層間絶縁膜110の上にドレイン電極111とソース電極112が形成される。層間絶縁膜110およびゲート絶縁膜108にスルーホール131を形成し、ドレイン電極111とドレイン1071を接続し、スルーホール132を形成してソース電極112とソース1072を接続している。
 ドレイン電極111、ソース電極112、層間絶縁膜110を覆って有機パッシベーション膜120が形成される。有機パッシベーション膜120は、アクリル等の透明樹脂で形成される。有機パッシベーション膜120は平坦化膜を兼ねているので、2μm乃至4μmと、厚く形成される。
 有機パッシベーション膜120の上に、反射膜1211とアノード1212が積層して形成される。反射膜1211とアノード1212の積層体を下部電極121と呼ぶ。反射膜1211は例えば反射率の高い銀で形成され、アノード1212はITO(Indium Tin Oxide)で形成される。なお、有機パッシベーション膜120にスルーホール130を形成して、ソース電極112と下部電極121を接続している。
 下部電極121を覆って、バンク122が形成される。バンク122は、アクリル等の透明樹脂で形成される。バンク122の役割は、下部電極121の上に形成される有機EL層123が下部電極121の端部によって段切れ生ずることを防止することと、各画素を区画することである。
 バンク120に形成されたホールに有機EL層123を形成する。有機EL層123は、ホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層等の複数の層で形成され、各層は数nm~100nm程度の非常に薄い膜である。
 有機EL層123を覆って上部電極(カソード)124が形成される。カソードは表示領域全面に共通に形成される。カソード124は、透明導電膜であるIZO(Indium Zinc Oxide)、ITO(Indium Tin Oxide)等によって形成されるほか、銀等の金属の薄膜で形成される場合もある。
 その後、カソード124側からの水分の侵入を防止するために、カソード124を覆って保護膜125を、CVDを用いてSiNによって形成する。有機EL層123は熱に弱いために保護膜125を形成するためのCVDは100℃程度の低温CVDによって形成される。保護膜125には、この他、機械的な保護のために、アクリル等の透明樹脂膜が積層される場合もある。
 トップエミッション型の有機EL表示装置は、反射電極1211が存在しているために、画面は、外光を反射する。これを防止するために、表面に偏光板127を配置して、外光による反射を防止している。偏光板127は、一方の面に粘着材126を有しており、保護膜125に圧着することによって、有機EL表示装置に接着させている。粘着材126の厚さは30μm程度であり、偏光板127の厚さは100μm程度である。
 このようにしてガラス基板上にフレキシブル表示装置を形成した後、ポリイミドによるTFT基板100とガラス基板90の界面にレーザを照射してTFT基板100からガラス基板90を除去する。これによって、樹脂基板を有するフレキシブル表示装置が完成する。
 図3および図4は、有機EL表示装置を例にとって、駆動TFTにおいてソース電流が変動するメカニズムを説明する図である。図3は有機EL表示装置の画素部の等価回路の例である。図3において、走査線11が横方向に延在している。また、カソード線124が横方向に延在しているが、これは、等価回路上での表現であり、カソード124は図2で説明したとおり、表示領域10を覆って全面に形成されている。映像信号線12が縦方向に延在し、また、電源線13が縦方向に延在している。走査線11と映像信号線12あるいは電源線13によって囲まれた領域が画素になっている。
 図3において、スイッチングトランジスタT1のドレインが映像信号線12と接続し、ゲートが走査線11と接続している。駆動トランジスタT2のドレインが電源線13と接続し、ソースが有機EL層ELと接続している。駆動トランジスタT2のゲートはスイッチングトランジスタT1のソースと接続している。また、駆動トランジスタT2のゲートとソースの間に蓄積容量Csが接続されている。
 図3において、スイッチングトランジスタT1が走査信号を受けると、スイッチングトランジスタを通して映像信号が蓄積容量Csに蓄積され、駆動トランジスタT2は、蓄積容量Csに蓄積された電荷による電位にしたがって、有機EL層ELに電流を供給する。図2で説明したトランジスタは図3における駆動トランジスタT2である。駆動トランジスタT2の一方の電極は蓄積容量Csの一方の電極となっているので、面積が大きく、駆動トランジスタT2のゲート電極109は、TFT基板100を構成するポリイミドの影響を大きく受ける。
 図4は、駆動トランジスタ付近の模式断面図である。図4において、ガラス基板90の上にポリイミド基板100が形成され、その上に下地膜101が形成されている。下地膜101の上に半導体層107が形成されている。半導体層107は例えば、酸化物半導体で形成されている。半導体層107の上にゲート絶縁膜108が形成され、その上にゲート電極109が形成されている。半導体層108において、ゲート電極109の直下に相当する部分がチャネルになっており、他の部分は、ソースあるいはドレインとなっている。駆動トランジスタのゲート電極109は他の領域に延在して蓄積容量Csの一方の電極となっている。
 有機EL表示装置に連続して画像を表示させるということは、ゲート電極109に連続して直流電圧を印加するということである。ゲート電極109に電圧を印加するということは、同じ電位にある、蓄積容量Csの一方の電極に連続して直流電圧が印加されているということである。そして、蓄積容量Csの電極の面積のほうがゲート電極109の面積よりも大きい。
 そうすると、図4に示すように、TFT基板100であるポリイミドの一部が帯電することになる。帯電をする電荷はポリイミド基板100の別な場所、例えば、TFTの部分から移動する。図4においては、ポリイミドの抵抗Rpiを通してマイナス電荷が蓄積容量の一方の電極側に移動した結果TFT付近のポリイミド基板100がプラスに帯電したことを示している。そうすると、TFTのソース電流がこの影響を受けて変動することになる。このような、基板100の帯電の影響によるTFTの特性変動は、特に酸化物半導体を用いたTFTにおいて顕著である。
 酸化物半導体107を用いたTFTは、リーク電流が小さいという特徴を有している。これは、画素電極の電位を長時間安定して保持できることを意味する。したがって、TFTに酸化物半導体107を用いることによって、低周波駆動を行い、消費電力を低減することが出来る。しかし、酸化物半導体107の移動度は、周辺駆動回路を構成するには十分でない場合がある。
 一方、LTPSは、移動度が大きい。しかし、LTPSは、酸化物半導体に比べてリーク電流が多いという問題を有している。そこで、酸化物半導体によるTFTを、画素における駆動TFTあるいはスイッチングTFTに用い、LTPSによるTFTを周辺駆動回路に用いることが合理的である。この構成をハイブリッド構造と呼ぶ。
 図5は、酸化物半導体107によるTFTとLTPS102によるTFTを同じ基板100上に形成した場合のTFT付近の構成を示す断面図である。酸化物半導体107を用いたTFTは表示領域に形成され、LTPS102を用いたTFTは、周辺駆動回路に形成されるので、実際には、両TFTは離れて配置されるが、図5では、層構成をわかり易くするために、LTPS102によるTFTと酸化物半導体107によるTFTを隣り合わせて記載している。
 図5において、左側はLTPS102によるTFTであり、右側が酸化物半導体107によるTFTである。図5において、ガラス基板90の上にポリイミドで形成されたTFT基板100が形成され、その上に下地膜101が形成されている。下地膜101の構成は図2で説明したとおりである。下地膜101の上にLTPSによる半導体層102が形成されている。LTPSは、まず、a-Siを下地膜101の上にCVDによって被着し、このa-Si膜にエキシマレーザを照射することによってポリシリコンに変換したものである。LTPSは50nm程度の厚さで形成される。
 LTPS102を覆って第1ゲート絶縁膜103が形成され、その上に第1ゲート電極104が形成されている。ゲート電極104は例えばMo、MoW等の金属又は合金、あるいは、Ti-Al-Ti等の積層膜によって形成される。図5において、LTPS102のゲート電極104に対応する部分にチャネルが形成され、その両脇にドレインおよびソースが形成される。
 第1ゲート電極104を覆って例えば窒化シリコン(SiN)による第1層間絶縁膜105、及び、酸化シリコン(SiO)による第2層間絶縁膜106が形成される。LTPSによるTFTの特性の安定化のためには、第1層間絶縁膜105はSiNで形成されるのが好ましい。一方、図5の右側に形成される酸化物半導体107は、SiNと接触すると、SiNから供給される水素によって特性が変動する。これを防止するために、第2層間絶縁膜106をSiOで形成している。
 図5の右側において、第2層間絶縁膜106の上に酸化物半導体107が例えばIGZOによって形成されている。酸化物半導体107の厚さは例えば10nmから100nmである。酸化物半導体107を覆って第2ゲート絶縁膜108が形成されている。そして、酸化物半導体107の上方で、第2ゲート絶縁膜108の上に第2ゲート電極109が形成されている。酸化物半導体107において、第2ゲート電極109に対応する部分にチャネルが形成され、その両脇にドレイン1071およびソース1072が形成される。
 第2ゲート電極109を覆ってSiOによる第3層間絶縁膜110が形成されている。第3層間絶縁膜110は第2ゲート絶縁膜108を挟んで酸化物半導体107の近くに形成されるので、酸化物半導体107に酸素を供給し、酸化物半導体107の特性を安定化できるように、SiOで形成される。
 図5の左側のTFTに、ドレイン電極111およびソース電極112を接続するために、第3層間絶縁膜110、第2ゲート絶縁膜108、第2層間絶縁膜106、第1層間絶縁膜105、第1ゲート絶縁膜103の5層の絶縁膜にスルーホール115、116を形成する。また、右側のTFTにドレイン電極113及びソース電極114を接続するために、第3層間絶縁膜110、第2ゲート絶縁膜108にスルーホール117、118を形成する。
 図5において、LTPS102用のスルーホール115、116、及び、酸化物半導体107用スルーホール117、118は同時に形成される。LTPS102用スルーホールを形成する時に、佛酸(HF)洗浄をおこなう。この時に同時に洗浄される酸化物半導体107用スルーホールを介して酸化物半導体107が消失することを防止するために、スルーホール117、118に対応する酸化物半導体107の部分に金属等によるエッチングストッパーを形成する場合もある。
 図5において、表示装置を動作させると、図3及び図4で説明したように、酸化物半導体107で形成されたTFTに対応するTFT基板100に電荷が誘起される。この電荷によって、酸化物半導体107によるTFTの特性が変動する。なお、図4では、酸化物半導体107の下に下地膜101のみが存在し、図5では酸化物半導体107の下には、第2層間絶縁膜106、第1層間絶縁膜105、第1ゲート絶縁膜103、下地膜101の4層が存在しているが、TFT基板100に電荷が誘起される現象は同じである。
 図6は、この問題を対策するための、比較例としてのTFTの断面図である。図6において、左側のLTPS102によるTFTの構成は図5で説明したのと同様である。図6の右側のTFTにおいて、第2層間絶縁膜106及び第1層間絶縁膜105を挟んで、酸化物半導体107の下方にシールド層60が形成されている。シールド層60は、例えば、グランド(GND)電位に接続され、このシールド層60によって、TFT基板100に誘起された電荷をシールドする。なお、シールド層60は、ゲート電圧を印加することによって、酸化物半導体によるTFTにおけるボトムゲート電極(第3ゲート電極)とする場合もある。
 シールド層60は、第1ゲート電極104と同じ金属材料で、第1ゲート電極104と同時に形成される。また、金属で形成されたシールド層60は、酸化物半導体107に対する背面からの光に対する遮光膜としての役割も有する。一方、シールド層60によって、十分なシールド効果を得ようとすると、ある程度の面積が必要である。
 シールド層60の面積を大きくすると、図6に示すように、酸化物半導体107のドレイン1071およびソース1072との間に大きな寄生容量、Cgd及びCgsが発生する。この寄生容量Cgd及びCgsは、仮に、シールド層60をボトムゲートとして使用する場合は、画素電極あるいはアノードへのゲート電圧の飛び込み等の問題を引き起こし、また、シールド層60にグランド電位(GND)を印加する場合は、TFTの動作速度を遅くする等の問題を引き起こす。
 図7は、これを対策した本発明の実施例1の構成を示す断面図である。図7において、左側のLTPS102によるTFTの構成は、図5及び図6で説明した構成と同じである。図7における右側の酸化物半導体107によるTFTの構成が図6と異なっている。
 図7において、酸化物半導体107の下方に形成された、第3ゲート電極60(シールド層60)は、酸化物半導体107のチャネルに対するボトムゲート及び遮光層としての役割を持つための最低限の面積となっている。したがって、TFT基板100に誘起された電荷に対しては充分なシールド効果を有していない。しかし、第3ゲート電極60は、面積を小さくしているので、酸化物半導体のドレイン1071あるいはソース1072等との間に形成される寄生容量Cgd、Cgsは最低限に抑えることが出来る。
 図7において、LTPSで形成されたシールド層50がTFT基板に誘起された電荷に対するシールドの役割を持っている。シールド層50は、図7における左側のTFT用のLTPS102を形成する時に同時に形成される。シールド層50はLTPSで形成されているが、イオンインプランテーションによるドーピングによって導電性が付与されている。
 シールド層50には、例えば、グランド電位(GND)が印加される。ここで、グランド電位とは基準電位のことであり、必ずしもアース電位のことではない。つまり、基準電位は、カソード電位等であることもありうる。
 図7に示すように、LTPSによるシールド層50は、酸化物半導体107におけるドレイン1071とソース1072との間に、第1層間絶縁膜105、第2層間絶縁膜106に加え、第1ゲート絶縁膜103が存在している。その分、寄生容量を小さくすることが出来る。一方、酸化物半導体107との間の寄生容量を小さくできるために、シールド層50の面積を大きくして、十分なシールド効果を付与することが出来る。
 図8は、LTPSによるシールド層50を形成するプロセスを示す断面図である。LTPSによるシールド層50は、LTPSTFTを形成する時のLTPS102と同時にパターニングされる。その後、TFT用LTPS102及びシールド層50用LTPSを覆って第1ゲート絶縁膜103で覆う。その後、LTPS102にチャネル部を形成するために、LTPS102のチャネルに対応する部分にレジスト400を形成する。
 その後、イオンインプランテーションによって、レジスト400が存在している部分以外のLTPSに、リン(P)、ボロン(B)等をドープして導電性を付与する。図8はイオンインプランテーションによってLTPSにドレイン1021及びソース1022を形成している状態を示す断面図である。図8に示すように、TFTのドレイン1021及びソース1022を形成すると同時に、シールド層50を構成するLTPSに対して導電性を付与する。
 図8に示すイオンインプランテーションは、例えば、リン(P)を1×1014ions/cmドープしている。図8に示すように、本発明におけるシールド層50の形成には、追加のプロセスは不要である。
 図9は、酸化物半導体107によるTFTの平面図である。図9において、最下層にLTPSによるシールド層50が形成されている。シールド層50の上にボトムゲートを構成する第3ゲート電極60が存在し、その上に酸化物半導体107が形成されている。図9において、横方向(x方向)がチャネル長方向であり、縦方向(y方向)がチャネル幅方向である。
 図9に示すように、シールド層50の横方向の幅w2は、第3ゲート電極の横方向の幅w1よりも大きい。図9では、酸化物半導体107の横方向の幅w3はシールド層50の幅w2よりも大きいが、シールド効果としては、シールド層50の幅w2が酸化物半導体107の横方向の幅w3よりも大きいほうがよい。シールド層50の縦方向の幅w5は酸化物半導体107の幅w4よりも大きい。つまり、LTPSによるシールド層50は、第3ゲート電極60よりも、酸化物半導体107から離れて形成されているので、面積を広くすることが出来る。
 なお、図6において、ボトムゲート60が不要な場合、あるいは、遮光膜としてのボトムゲート60が不要な場合は、図7における第3ゲート電極60を省略することが出来る。
 このように、本発明によれば、シールド層50をLTPSによって形成することにより、酸化物半導体107を用いたTFTを基板に誘起された電荷の影響からシールドすることが出来るとともに、シールド層を形成したことに起因する寄生容量の増大を抑制することが出来る。
 図10は、本発明の実施例2を示す断面図である。実施例1では、TFT基板に誘起される電荷に対するシールドとして、LTPSを用いている。実施例1では、酸化物半導体107とシールド層50との間に、第2層間絶縁膜106、第1層間絶縁膜105、第1ゲート絶縁膜103の3層の絶縁膜が存在しているので、寄生容量を抑制することが出来る。
 図10に示す実施例2の構成は、シールドのための層70を、下地膜101の下に形成することによって、シールド層70と酸化物半導体107との間の寄生容量をさらに低減するものである。図7において、下地膜101の下に、導電性材料で形成されたシールド層70が形成されている。導電性材料は、金属であることが好ましく、金属として、例えば、ゲート電極と同じ材料を使用することが出来る。
 図10において、酸化物半導体107とシールド層70との間には第2層間絶縁膜106、第1層間絶縁膜105、第1ゲート絶縁膜103、下地膜101が存在しているので、実施例1の場合よりもさらに、酸化物半導体107とシールド層70との距離を大きくすることが出来る。また、下地膜101は、SiO/SiN/SiOの3層で形成されることが多いので、さらに、距離を大きくすることが出来る。
 シールド層70を金属で形成する場合は、遮光膜としての役割も持たせることが出来る。シールド層70の厚さは例えば、50nm程度あれば、シールド効果は充分に得ることが出来る。一方、遮光膜としての役割を持たせる場合は、100nm程度あることが望ましい。
 酸化物半導体107はチャネル長とチャネル幅を持ち、シールド層70のチャネル長方向の長さは、酸化物半導体107のチャネル長方向の長さよりも大きいほうがよい。また、シールド層70のチャネル幅方向の幅は、酸化物半導体107のチャネル幅方向の幅よりも大きいほうがよい。
 図11は、実施例2の第2の形態を示す断面図である。本実施例におけるシールド層70は金属で形成され、遮光効果を有する。したがって、酸化物半導体107によるTFTがボトムゲートを必要としない場合は、遮光効果を兼ねた第3ゲート電極60を省略することが出来る。
 図11において、酸化物半導体107に下方には、絶縁層を挟んで、シールド層70のみが存在している。したがって、寄生容量は図10の場合よりもさらに低減することが出来る。シールド層70の構成は図10で説明したのと同様である。
 図12は、実施例2の第3の形態を示す断面図である。図12が図10と異なる点は、LTPS102の下に遮光膜71が形成されていることである。LTPS102についても、TFT基板100における帯電の影響を受ける。また、LTPS102についても、背面からの光による光電流が発生する。図12は、LTPS102についても、TFT基板100に発生する電荷に対するシールド効果と遮光効果を兼ねたシールド層71を形成している。
 図12において、シールド層71の幅は、LTPS102のチャネルを下からカバーする程度の面積に形成されている。チャネル部分のシールドとチャネル部分の遮光効果のためである。一方、平面で視た場合、シールド層71と、LTPSのドレイン1021およびソース1021との重複は小さくし、寄生容量の発生を防止している。
 図13は、実施例2の第4の形態を示す断面図である。図13が図11と異なる点は、LTPS102の下に遮光膜71が形成されていることである。その他の構成は図11と同じである。図13における遮光膜71の構成は、図12で説明した遮光膜71の構成と同じである。図13の構成によって、TFT基板100における帯電の影響を酸化物半導体107に対してのみでなく、LTPS102に対しても軽減することが出来る。
 実施例1及び2は有機EL表示装置について本発明を適用した場合である。本発明は、液晶表示装置についても適用することが出来る。すなわち、ポリイミド等の樹脂基板を使用することによって、フレキシブル表示装置とすることは液晶表示装置についても行われるからである。
 但し、液晶表示装置は、画素領域においては、有機EL表示装置におけるような駆動トランジスタは存在せず、スイッチングTFTのみが存在する。しかし、スイッチングTFTにおいても、ポリイミドの帯電の影響は受ける。すなわち、ポリイミドが帯電することによって、スイッチングTFTのスレッショルド電圧(閾値電圧)が影響を受け、これによって、画素に蓄積される映像信号の値が影響を受けるからである。
 図14は液晶表示装置の平面図である。図14において、TFT基板100と対向基板200がシール材40によって接着し、内部に液晶が封入されている。TFT基板100と対向基板200が重なっている部分に表示領域10が形成されている。表示領域10には走査線11が横方向(x方向)に延在し、縦方向(y方向)に配列している。また、映像信号線12が縦方向(y方向)に延在し、横方向(x方向)に配列している。走査線11と映像信号線12で囲まれた領域が画素14になっている。
 TFT基板100と対向基板200が重なっていない部分が端子領域30となっている。端子領域30には、ドライバIC31が載置され、フレキシブル配線基板32が接続している。
 図15は、本発明における液晶表示装置の画素部の断面図である。図15に示すTFTはスイッチングTFTであるが、断面構成は図2の駆動TFTと同じである。すなわち、TFTはトップゲートで、半導体層107には酸化物半導体が用いられている。図15において、有機パッシベーション膜120までは、図2と同じ構成である。
 図15において、有機パッシベーション膜120の上にはITOによってコモン電極150が平面状に形成され、コモン電極150を覆って容量絶縁膜151がSiNによって形成されている。容量絶縁膜151の上にITOによって画素電極152が形成されている。画素電極152は櫛歯状の平面形状となっている。画素電極152を覆って液晶を初期配向させるための配向膜153が形成されている。
 画素電極152に映像信号が印加されると、画素電極152とコモン電極150の間に矢印のような電気力線が発生して液晶分子301を回転させて画素における光の透過率を制御する。また、画素電極152とコモン電極150の間に容量絶縁膜151を挟んで保持容量が形成される。
 図15において、液晶層300を挟んで対向基板200が形成され、対向基板200の内側にカラーフィルタ201とブラックマトリクス202が形成されている。カラーフィルタ201とブラックマトリクス202を覆ってオーバーコート膜203が形成され、オーバーコート膜203を覆って配向膜204が形成されている。
 図15において、TFT基板100および対向基板200はポリイミド等の樹脂で形成されている。製造工程においては、ポリイミドで形成されたTFT基板100はガラス基板の上に形成されるが、液晶表示装置が完成した後、レーザアブレーション等によってガラス基板は除去されている。
 図15におけるゲート電極109には、走査線11と同じ電位が印加される。図16は図15に示すようなトップゲートの場合のTFTにおいて、走査線に印加される電圧を示す図である。図16において、VGTはゲート電圧であり、GNDはグラウンド電位であり、Vcomはコモン電極の電位である。SIGは映像信号のレベルを示すが、これはゲート電極に印加されるわけではない。図16に示すように、ゲート電極、すなわち走査線は選択された時のみ、+9Vの電圧になるが、殆どの時間は-8Vが印加されている。したがって、ポリイミド基板に実施例1で説明したような電荷が誘起される。
 この電荷は、スイッチングTFTの閾値電圧を変化させる。閾値電圧が変化するということは、輝度の再現性に影響を与えることである。したがって、実施例1で説明したようなポリイミドを用いることによって、走査線によって誘起される電荷の量を抑えることが出来、これに起因する輝度変動を抑えることが出来る。つまり、本発明は、液晶表示装置にも適用することが出来る。
 なお、本実施例では、走査線電位による影響を、液晶表示装置を用いて説明したが、走査線電位の影響は有機EL表示装置においても同様である。
 また、液晶表示装置についても、ハイブリッド構成とすることによって、酸化物半導体を用いたTFTと、LTPSを用いたTFTの特徴を生かした構成とすることが出来る。すなわち、画素領域には酸化物半導体を用いて、リーク電流が小さく、画素電極の電位変動の小さい構成とする。また、周辺駆動回路には、移動度の大きいLTPSを用いたTFTを配置することによって、高性能な駆動回路を形成することが出来る。そして、このような液晶表示装置についても、本発明を適用することによって、基板におけるチャージアップの影響を軽減し、安定した特性を有する液晶表示装置を実現することが出来る。
 10…表示領域、 11…走査線、 12…映像信号線、 13…電源線、 14…画素、 20…周辺駆動回路、 21…電流供給領域、 30…端子領域、 31…ドライバIC、 32…フレキシブル配線基板、 40…シール材、 50…シールド層、 60…シールド層(第3ゲート電極)、 70…金属シールド層、 71…LTPS用金属シールド層、 90…ガラス基板、 100…TFT基板、 101…下地膜、 102…LTPS半導体層、 103…第1ゲート絶縁膜、 104…第1ゲート電極、 105…第1層間絶縁膜、 106…第2層間絶縁膜、 107…酸化物半導体、 108…第2ゲート絶縁膜、 109…第2ゲート電極、 110…第3層間絶縁膜、 111…第1ドレイン電極、 112…第1ソース電極、 113…第2ドレイン電極バンク、 114…第2ソース電極、 120…有機パッシベーション膜、 121…下部電極、 122…バンク、 123…有機EL層、 124…上部電極、 125…保護層、 126…粘着材、 127…円偏光板、 130…スルーホール、 131…スルーホール、 132…スルーホール、 150…コモン電極、 151…容量絶縁膜、 152…画素電極、 153…配向膜、 200…対向基板、 201…カラーフィルタ、 202…ブラックマトリクス、 203…オーバーコート膜、 204…配向膜、 300…液晶層、 301…液晶分子、 400…レジスト、 500…帯電、 1021…ドレイン、 1022…ソース、 1071…ドレイン、 1022…ソース、 1211…反射電極、 1212…アノード、 T1…駆動トランジスタ、 T2…スイッチングトランジスタ、 Cs…蓄積容量、 EL…有機EL層

Claims (20)

  1.  樹脂で形成された基板上に酸化物半導体によって形成された第1のTFTと第1のポリシリコンによって形成された第2のTFTを有する表示装置であって、
     前記第1のTFTと前記第2のTFTは平面で視て重ならない場所に形成され、
     前記第2のTFTは前記第1のTFTよりも、断面で視て、前記基板に近く形成され、
     前記酸化物半導体と前記基板の間には、前記第1のポリシリコンと同じ材料で形成され、前記第1のポリシリコンが形成されているのと同じ層の上に形成された第2のポリシリコンが存在していることを特徴とする表示装置。
  2.  前記第2のポリシリコンの前記酸化物半導体のチャネル長方向の長さは、前記酸化物半導体のチャネル長方向の長さよりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  3.  前記第2のポリシリコンの前記酸化物半導体のチャネル幅方向の幅は、前記酸化物半導体のチャネル幅方向の幅よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  4.  前記酸化物半導体の下層には、絶縁膜を挟んで、前記第2のTFTのゲート電極と同じ材料で同じ層の上に形成された金属層が形成され、
     前記金属層の前記酸化物半導体のチャネル長方向の長さは、前記酸化物半導体の前記チャネル長方向の長さよりも小さいことを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  5.  前記酸化物半導体の下層には、絶縁膜を挟んで、前記第2のTFTのゲート電極と同じ材料で同じ層の上に形成された金属層が形成され、
     前記金属層の前記酸化物半導体のチャネル長方向の長さは、前記第2のポリシリコンの前記チャネル長方向の長さよりも小さいことを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  6.  前記酸化物半導体の下層には、絶縁膜を挟んで、前記第2のTFTのゲート電極と同じ材料で同じ層の上に形成された金属層が形成され、
     前記金属層には、ゲート電位が供給されることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  7.  前記酸化物半導体の下層には、絶縁膜を挟んで、前記第2のTFTのゲート電極と同じ材料で同じ層の上に形成された金属層が形成され、
     前記金属層には、基準電位が供給されることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  8.  前記第2のポリシリコンには基準電位が供給されることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  9.  前記第1のTFTはトップゲートであることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  10.  前記第2のTFTはトップゲートであることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  11.  樹脂で形成された基板上に酸化物半導体によって形成された第1のTFTを有する表示装置であって、
     平面で視て、前記酸化物半導体と重複した領域に、前記基板と接触して第1の導電膜が形成され、前記第1の導電膜の上に、無機材料からなる下地膜が形成され、
     前記酸化物半導体はチャネル長とチャネル幅を有し、
     前記第1の導電膜の前記チャネル長方向の長さは、前記酸化物半導体の前記チャネル長方向の長さよりも大きいことを特徴とする表示装置。
  12.  前記第1の導電膜の前記チャネル幅方向の幅は、前記酸化物半導体の前記チャネル幅方向の幅よりも大きいことを特徴とする請求項11に記載の表示装置。
  13.  前記第1の導電膜は金属で形成されていることを特徴とする請求項11に記載の表示装置。
  14.  前記第1の導電膜には基準電位が印加されていることを特徴とする請求項11に記載の表示装置。
  15.  前記基板には、平面で視て、前記第1のTFTとは重ならない場所にポリシリコンによる第2のTFTが形成され、
     前記第2のTFTは前記第1のTFTよりも、断面で視て、前記基板に近く形成されていることを特徴とする請求項11に記載の表示装置。
  16.  平面で視て、前記ポリシリコンと重複する部分を有し前記基板と前記下地膜の間には、第1の導電膜と同じ材料で形成された第2の導電膜が形成されていることを特徴とする請求項11に記載の表示装置。
  17.  前記ポリシリコンは、チャネル長とチャネル幅を有し、
     前記第2の導電膜の前記チャネル長さ方向の長さは、前記ポリシリコンの前記チャネル長さ方向の長さよりも小さいことを特徴とする請求項11に記載の表示装置。
  18.  前記第2の導電膜には基準電位が印加されることを特徴とする請求項11に記載の表示装置。
  19.  前記酸化物半導体と前記下地膜の間には、前記第2のTFTのゲート電極と同じ材料で、同じ層の上に形成された金属膜が形成され、
     前記金属膜の前記チャネル長さ方向の長さは、前記酸化物半導体の前記チャネル長さ方向の長さよりも小さいことを特徴とする請求項15に記載の表示装置。
  20.  前記金属膜にはゲート電位が供給されることを特徴とする請求項19に記載の表示装置。
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