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JP5024529B2 - 表示装置の製造方法およびtftアレイ基板の製造方法 - Google Patents

表示装置の製造方法およびtftアレイ基板の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、表示装置の製造方法およびTFT(Thin Film Transistor(薄膜トランジスタ))アレイ基板の製造方法に関し、特には、有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイのような電流駆動型の表示装置に好適に用いられる表示装置の製造方法およびTFTアレイ基板の製造方法に関する。
表示装置の駆動基板側に設けられるマトリクスアレイには、トランジスタやダイオードを駆動素子として用いるアクティブマトリクスアレイと、交差する配線間に与えられる電圧のみで駆動するパッシブマトリクスアレイとが含まれる。前者としては、液晶ディスプレイや有機EL現象を利用して映像を表示する有機ELディスプレイが、後者としては、プラズマディスプレイやフィールドエミッションディスプレイが良く知られている。
近年、上述したアクティブマトリクスアレイを用いたフラットパネルディスプレイの1つとして、有機ELディスプレイが注目されている。有機ELディスプレイは、有機発光素子自体の発光現象を利用している為に視野角が広く、消費電力が低いなどの優れた特徴を備えている。更に、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。
有機ELディスプレイは、液晶ディスプレイに欠かせないバックライトや導光板などの部材をマトリクスアレイの裏面に設置する必要が無く、液晶ディスプレイよりも薄型化できる点も有望な特徴のひとつである。
また、アクティブマトリクス型の有機ELディスプレイは、少なくとも有機発光材料を有する有機EL素子及び有機EL素子を駆動させるためのTFTからなる駆動素子が設けられた駆動パネルを有し、この駆動パネルと封止パネルとが、有機EL素子を挟むように接着層を介して貼り合わされた構成である。
上記アクティブマトリクス型の有機ELディスプレイは、従来のパッシブマトリクス型に比べて応答速度や解像度の点で優れており、前述した特徴を有する有機ELディスプレイには特に適した駆動方式と考えられている。
また、アクティブマトリクス型の有機ELディスプレイのTFTアレイ基板は電流駆動で、このTFTアレイ基板を作製する為には、1画素当たり薄膜トランジスタが少なくとも2つ必要である。このため、電圧駆動用に作られた、1画素あたりの薄膜トランジスタが1つでよい液晶用TFTアレイ基板に比べて、配線パターンが密になるのが一般的である。
ところで、数十万から数百万以上のTFTがマトリクス状に配列されたTFTアレイ基板を、欠陥なしに製造する事は非常に困難であり、ある割合で画素に欠陥が生じる。液晶表示装置用のTFTアレイ基板に比べ配線パターンが密である有機EL用のTFTアレイ基板は、空気中の塵やエッチング中の発塵による欠陥の発生割合が液晶用よりも高い為に、歩留まりを大幅に低下させることが、深刻な問題となっている。画素に欠陥が生じると、その画素はある電位に固定されるため、常時点灯もしくは常時非点灯となり、欠陥として視認されるばかりでなく、有機EL素子も劣化し、素子の寿命上も問題がある。
近年、この問題を改善する手段として様々な手法が提案されている。例えば、輝線や滅線の原因となる配線の短絡部分を、レーザーなどで断線させることにより、常時点灯してしまう欠陥画素を、常時非点灯化し、非点灯部分を1画素に抑えることで視認されにくくする修正方法がある(例えば、特許文献1参照)。
また、隣接画素同士を接続するための連結用ダミー配線を形成するアクティブマトリクス型液晶表示装置の製造方法の例も開示されている(例えば、特許文献2参照)。
さらに、ゲート配線と同一層で形成された点欠陥修復パターンとこの点欠陥修復パターン上にゲート絶縁膜を介して設けられたアイランドを備え、点欠陥として認識される画素のトラジスタ部を切断し、その後、レーザ光を照射することで、上記点欠陥修復パターンを介して隣接する画素の画素電極を短絡させる液晶表示装置の例が報告されている(例えば、特許文献3参照)。
特開平1−138539号公報 特開2003−50400号公報 特開平9−5785号公報
しかし、上述した特許文献1に記載された方法では、欠陥画素を常時非点灯化にするため、常時点灯と比較すると視認され難くはあるが、欠陥数が増加してくると視認されるようになる。
また、特許文献2に記載された方法を有機EL表示装置に適用した場合には、予め連結用ダミー配線を作製しておくことで、もともと配線パターンが密である有機EL用TFTアレイ基板のパターン密度がさらに高くなる。これにより、TFTアレイ基板作製中の不良欠陥発生率が増大することで、歩留まりが低下する、といった重大な問題が生じてしまう。
さらに、特許文献3に記載された方法を有機EL表示装置に適用した場合には、点欠陥修復パターンを予め作成することで、もともと配線パターンが密である有機EL用TFTアレイ基板のパターン密度がさらに高くなってしまう。
以上のことから、本発明は、修復用の配線パターンを予め形成することも、画素を常時非点灯化することもなく、欠陥画素を修復可能な表示装置の製造方法およびTFT基板の製造方法を提供することを目的とする。
上述したような目的を達成するために、本発明の表示装置の製造方法は、基板上に配列形成された表示素子と表示素子を駆動するための画素回路とを備え、画素回路が、表示素子を駆動する駆動トランジスタと、第1電極が電源供給線に接続され、電源供給線から駆動トランジスタに電流を選択的に供給するスイッチングトランジスタとを有する表示装置の製造方法において、画素回路を形成した後で、表示素子を形成する前に、スイッチングトランジスタの不良を検出した場合に次のような工程を順次行うことを特徴としている。まず、電源供給線から不良が生じたスイッチングトランジスタに至る電流路を断線する工程を行う。次に、画素回路を覆う状態で、基板上にパッシベーション膜を形成する工程を行う。続いて、不良が検出されたスイッチングトランジスタの第2電極上と、隣接画素のスイッチングトランジスタの第2電極上のパッシベーション膜にコンタクトホールを形成し、コンタクトホールを介して第2電極同士を導電材料により結線する工程とを行う。
このような表示装置の製造方法によれば、修復用の配線パターンを予め形成しなくても、隣接画素のスイッチングトランジスタの第2電極同士を導電材料により結線することで、欠陥画素の修復を行うことが可能である。また、欠陥画素の修復を行うことで、画素を常時非点灯化する場合と比較して、表示装置の輝度を高めることが可能である。
また、本発明は、上述した方法で製造されるTFTアレイ基板の製造方法でもある。
以上説明したように、本発明の表示装置の製造方法およびTFTアレイ基板の製造方法によれば、修復用の配線パターンを予め形成しなくても欠陥画素の修復を行うことが可能であり、表示装置の輝度を高めることができるため、表示装置の高性能化を図ることができる。
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
次に、本発明の表示装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ここでは、本発明をアクティブマトリックス型の有機EL表示装置に適用した実施の形態を説明する。この表示装置は、基板上に配列形成された表示素子と、表示素子を駆動するための画素回路とを備えている。
<画素回路>
本実施形態の表示装置の回路図は、図1に示すように、複数行の走査線WSと複数列の信号線11とがマトリックス状に配線され、これらの各交差部に電流駆動型の表示素子、例えば有機EL素子12と、この有機EL素子12を駆動する画素回路とを備えたものである。
画素10は、上記有機EL素子12を発光素子として有し、この有機EL素子12に加えて駆動トランジスタTr1、書き込みトランジスタTr2、スイッチングトランジスタTr3〜Tr5および保持容量素子Csを構成素子として有する回路構成になっている。
かかる構成の画素10では、駆動トランジスタTr1、書き込みトランジスタTr2およびスイッチングトランジスタTr3〜Tr5の全てに、Nチャネル型のTFTが用いられている。ただし、ここでの各トランジスタの導電型の組み合わせは一例に過ぎず、これらの組み合わせに限られるものではない。
有機EL素子12は、カソード電極(陰極)が第1の電源電位Vcat(ここでは、接地電位GND)に接続されている。駆動トランジスタTr1は、有機EL素子12を電流駆動するための能動素子であり、ソース電極が有機EL素子12のアノード電極(陽極)に接続されてソースフォロア回路を形成している。
書き込みトランジスタTr2は、ソース電極が信号線11(信号電圧Vsig)に接続され、ドレイン電極が駆動トランジスタTr1のゲート電極に接続され、ゲート電極が走査線(WS線)に接続されている。
スイッチングトランジスタTr3は、上記駆動トランジスタに電流を選択的に供給し、有機EL素子12の発光時間を制御するものである。スイッチングトランジスタTr3のドレイン電極は第2の電源電位Vcc(ここでは、正の電源電位)(電源供給線)に接続され、ソース電極が駆動トランジスタTr1のドレイン電極に接続され、ゲート電極が駆動線(DS線)に接続されている。
スイッチングトランジスタTr4は、ドレイン電極が書き込みトランジスタTr2の他方の電極(駆動トランジスタTr1のゲート電極)に接続され、ソース電極が第3の電源電位Vss1(ここでは、正の電源電位)に接続され、ゲート電極がAZ(Auto Zero)2線に接続されている。
スイッチングトランジスタTr5は、ドレイン電極が駆動トランジスタTr1のソース電極と有機EL素子12のアノード電極に接続され、ソース電極が第4の電源電位Vss2(ここでは、負の電源電位)に接続され、ゲート電極がAZ(Auto Zero)1線に接続されている。
そして、本実施形態において、隣接する画素10は、駆動トランジスタTr1に電位を供給するスイッチングトランジスタTr3を隣接させた状態で配置したミラー対称となるように配置されている。これにより、後工程で、スイッチングトランジスタTr3のドレイン電極同士を結線する工程が容易になるため、好ましい。
ここで、上述したような5つのトランジスタのうち、書き込みトランジスタTr2とスイッチングトランジスタTr4、Tr5は、駆動トランジスタTr1のオン・オフを制御するためのものであり、スイッチがオン時の電流特性を必要としない。そして、トランジスタのオン電流特性はチャネル幅の大きさに依存するため、書き込みトランジスタTr2とスイッチングトランジスタTr4、Tr5は小さくてもよい。
これに対し、駆動トランジスタTr1とスイッチングトランジスタTr3は、有機EL素子12に流れ込む電流力に直接影響を与えるため、オン電流特性がとれるようにチャネル幅を十分大きくする必要がある。このため、駆動トランジスタTr1およびスイッチングトランジスタTr3の面積は、書き込みトランジスタTr2、スイッチングトランジスタTr4、Tr5と比較すると10倍近く大きく作る必要がある。
ところで、トランジスタがダストなどの影響により欠陥を生じる確率は、トランジスタの表面積に依存する。このため、駆動トランジスタTr1およびスイッチングトランジスタTr3は欠陥不良になる確率が高い。そこで、本発明では、スイッチングトランジスタTr3が欠陥不良を起こした場合の修正方法を提案する。
まず、図2(a)に示すように、上述したように、基板1上の隣接する画素10、10’は、それぞれスイッチングトランジスタTr3、Tr3’が隣接された状態で、ミラー対称となるように配置されている。スイッチングトランジスタTr3、Tr3’のゲート電極21、21’は、上記駆動線DSの一部で構成されており、ドレイン電極(第2電極)22、22’は電源供給線13(電位Vcc)に接続されている。また、ソース電極(第1電極)23、23’には、このソース電極23、23’から引き出されたコンタクト領域23a、23a’が設けられている。なお、ここでの図示は省略するが、図1で説明した他のトランジスタ(駆動トランジスタTr1、書き込みトランジスタTr2、スイッチングトランジスタTr4、5)は、上記スイッチングトランジスタTr3と同一層で構成されていることとする。
そして、上記各トランジスタを備えた画素回路が設けられた状態で、通常、導通検査を行い、欠陥画素を検出する。ここでは、例えば画素10’のスイッチングトランジスタTr3’がダストにより短絡Sを起こしたとする。この場合には、電源供給線13から不良が検出されたスイッチングトランジスタに至る電流路を断線する(切断線X)。具体的には、レーザ照射によって、上記スイッチングトランジスタTr3’のドレイン電極22’を断線する。これにより、この画素10’が短絡Sにより常時点灯することが防止される、また、この際、上記スイッチングトランジスタTr3’のゲート電極21’を断線することで、駆動線DSとスイッチングトランジスタTr3’の接続を切断することが好ましい。
次いで、図2(b)に示すように、上記スイッチングトランジスタTr3、Tr3’を含む画素回路を覆う状態で、基板1上にパッシベーション膜31を形成する。続いて、レーザ照射により、不良を起こしたスイッチングトランジスタTr3’のソース電極23’のコンタクト領域23a’上と、隣接するスイッチングトランジスタTr3のソース電極23のコンタクト領域23a上のパッシベーション膜31にコンタクトホール31aを形成する。次いで、このコンタクトホール31aを介して、コンタクト領域23a、23a’同士を導電材料により結線してなる配線パターン32を形成する。
上記配線パターン32の形成方法としては、レーザCVD(Chemical Vapor Deposition)やマイクロディスペンサによる金属ナノペースト塗布法などを用いる。
ここで、この状態における図1の領域Aの要部拡大回路図を図3に示す。この図に示すように、画素10のスイッチングトランジスタTr3’に短絡Sが生じても、上述したように、電源供給線13(前記図2(b)参照)から不良が検出されたスイッチングトランジスタに至る電流路を断線し、隣接する画素10のスイッチングトランジスタTr3のソース電極22と、スイッチングトランジスタTr3’のソース電極22’とを配線パターン32により接続させる。これにより、断線した状態のままだと非点灯になる画素10’を、隣接するスイッチングトランジスタTr3から電流を取り込むことにより修正できる。
ただし、図4(a)に示すように、正常なスイッチングトランジスタTr3aを有する画素10の輝度は有機EL素子にかかる電圧“A”で決まり、図4(b)に示すように、1つのスイッチングトランジスタTr3bを2つの画素10、10’に分割した場合の輝度は電圧“B”で決まる。よって、スイッチングトランジスタTr3a、Tr3bの電圧降下が同じであれば“A=B”となるため、欠陥は完全に修正されることになるが、スイッチングトランジスタTr3a、Tr3bの電圧降下を同程度にするには条件が必要である。
ここで、スイッチングトランジスタTr3aの抵抗値をY、駆動トランジスタTr1と有機EL素子を合わせた抵抗値をXとすると、正常な画素10の駆動トランジスタTr1の電圧降下は、Y/(X+Y)となる。一方、修復した画素10’の駆動トランジスタTr1の電圧降下はY/((X/2)+Y)となる。よって、スイッチングトランジスタTr3aとTr3bの電圧降下を同じにするためには、下記数式(1)を満たすように、駆動トランジスタTr1と有機EL素子12を合わせた抵抗値と、スイッチングトランジスタTr3bの抵抗値を規定すればよい。
Figure 0005024529
上記数式(1)を満たすためには、上記数式(1)中のXがYに対して極端に小さくなるようにすればよい。つまり、駆動トランジスタTr1と有機EL素子12を合わせた抵抗値が、スイッチングトランジスタTr3bの抵抗値よりも小さくなるように設計する必要がある。
具体的に考えてみると、まず、有機EL素子12の抵抗値が、駆動トランジスタTr1またはスイッチングトランジスタTr3bの抵抗値に比べて極端に小さいと仮定したとき、駆動トランジスタTr1とスイッチングトランジスタTr3bの抵抗値が同じである場合には、上述した方法により修復したスイッチングトランジスタTr3bの電圧降下は、リペアを行っていないスイッチングトランジスタTr3aの電圧降下に対して33%増加することになる。つまり、この場合、修復された画素10’の輝度は、正常画素10の66%になってしまう。
しかし、駆動トランジスタTr1のオン電流を、スイッチングトランジスタTr3bのオン電流の5倍にすると、駆動トランジスタTr1の抵抗値はスイッチングトランジスタTr3bの抵抗値の1/5になるから、上記数式(1)に当てはめて計算を行うと、修復前後でのスイッチングトランジスタTr3の電圧降下増加分を9%に抑えることができる。この場合、修復後の輝度は正常な画素の輝度の91%となる。この程度であれば、肉眼では欠陥として認識できないので、完全に修復されたといえる。
実際に、駆動トランジスタTr1のオン特性を増大させるためには、駆動トランジスタTr1のゲート電圧(Vg-high)をあげる、チャネル幅を広くする、移動度が高い駆動トランジスタTr1を作製するなどがあげられる。チャネル幅を大きく作製すると、歩留まりの低下とトレードオフとなってしまうため、駆動トランジスタTr1のみ移動度を向上させる方法がより最適である。
具体的な方法としては、エキシマレーザアニール(ELA)などによってTFTのチャネル層を結晶化する際に、駆動トランジスタTr1の上部のみを反射防止膜で覆ったり、CW(Continuous Wave)レーザーなどを用いてTFTのチャネル層を結晶化する際に、駆動トランジスタTr1の上部のみに重ねて照射したりすることで、駆動トランジスタTr1のみ結晶化をより進行させる方法が考えられる。
上述したような修復を行った後には、引き続き次の表示素子を形成する工程を行う。すなわち、図5に示したように、上記パッシベーション膜31(前記図2(b)参照)上に層間絶縁膜41を形成し、層間絶縁膜41にコンタクトプラグ42を介して駆動トランジスタTr2に接続された下部電極43をパターン形成する。次に、この下部電極43の周囲を絶縁膜パターン44で覆った後、絶縁膜パターン44から露出する下部電極43上に少なくとも発光層を含む有機層45を積層形成する。次に、有機層45と絶縁膜パターン44とを覆う状態で、上部電極46を形成する。これにより、下部電極43によって駆動トランジスタTr2に接続された有機EL素子(表示素子)11を形成する。
以上のようにして、本実施形態の表示装置およびTFTアレイ基板が製造される。なお、ここでの図示は省略したが、有機EL素子12を保護膜および封止樹脂によって、対向基板により封止してもよい。
以上のような表示装置の製造方法およびTFTアレイ基板の製造方法によれば、修復用の配線パターンを予め形成しなくても、隣接画素10,10’のスイッチングトランジスタのソース電極23、23’同士を導電材料により結線することで、欠陥画素の修復を行うことが可能である。また、欠陥画素の修復を行うことで、画素を常時非点灯化する場合と比較して、表示装置の輝度を高めることが可能である。したがって、表示装置の高性能化を図ることができる。
なお、上述した実施形態においては、スイッチングトランジスタTr3がNMOSトランジスタである例について説明したが、スイッチングトランジスタTr3がPMOSトランジスタである場合には、電源供給線13に接続される第1電極がソース電極となることから、不良が検出されたスイッチングトランジスタTr3’のドレイン電極(第2電極)と、隣接画素のスイッチングトランジスタTr3のドレイン電極(第2電極)とを結線して修復する。
また、上述した実施形態においては、1画素中に5つのTFTを備えた画素回路を有する表示装置の製造方法を例にとり説明したが、図6に示すように、1画素中に3つのTFTを備えた画素回路を有する表示装置であっても本発明は適用可能である。また、図7に示すように、1画素中に4つのTFTを備えた画素回路を有する表示装置であっても本発明は適用可能である。
本発明の実施形態に係る表示装置の製造方法が適用される画素回路を示す回路図である。 本発明の実施形態に係る表示装置の製造方法を示す製造工程図である。 本発明の実施形態に係る表示装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る表示装置の製造方法を示す回路図(その1)である。 本発明の実施形態に係る表示装置の製造方法を示す回路図(その2)である。 本発明の表示装置の製造方法が適用される他の画素回路を示す回路図(その1)である。 本発明の表示装置の製造方法が適用される他の画素回路を示す回路図(その2)である。
符号の説明
1…基板、10,10’…画素、12…有機EL素子、22,22’…ドレイン電極、23,23’…ソース電極(第2電極)、23a,23a’…コンタクト領域、31…パッシベーション膜、31a…コンタクトホール、Tr1…駆動トランジスタ、Tr3…スイッチングトランジスタ

Claims (6)

  1. 基板上に配列形成された表示素子と当該表示素子を駆動するための画素回路とを備え、当該画素回路が、前記表示素子を駆動する駆動トランジスタと、第1電極が電源供給線に接続され、当該電源供給線から前記駆動トランジスタに電流を選択的に供給するスイッチングトランジスタとを有する表示装置の製造方法において、
    前記画素回路を形成した後で、前記表示素子を形成する前に、前記スイッチングトランジスタの不良を検出した場合に、
    前記電源供給線から不良が生じた前記スイッチングトランジスタに至る電流路を断線する工程と、
    前記電流路を断線した後に、前記画素回路を覆う状態で、前記基板上にパッシベーション膜を形成する工程と、
    断線したスイッチングトランジスタの第2電極上と、隣接画素のスイッチングトランジスタの第2電極上の前記パッシベーション膜にコンタクトホールを形成し、当該コンタクトホールを介して前記第2電極同士を導電材料により結線する工程とを行う
    ことを特徴とする表示装置の製造方法。
  2. 請求項1記載の表示装置の製造方法において、
    隣接する画素が、前記スイッチングトランジスタを隣接させた状態で、ミラー対称となるように配置されている
    ことを特徴とする表示装置の製造方法。
  3. 請求項1記載の表示装置の製造方法において、
    前記スイッチングトランジスタの第2電極には、コンタクト領域が設けられている
    ことを特徴とする表示装置の製造方法。
  4. 請求項1記載の表示装置の製造方法において、
    前記駆動トランジスタのオン電流が前記スイッチングトランジスタのオン電流よりも高くなるように構成されている
    ことを特徴とする表示装置の製造方法。
  5. 請求項1記載の表示装置の製造方法において、
    前記表示素子は有機電界発光素子である
    ことを特徴とする表示装置の製造方法。
  6. 基板上に配列形成された表示素子と当該表示素子を駆動するための画素回路とを備え、当該画素回路が、画素情報に応じて前記表示素子を駆動する駆動トランジスタと、第1電極が電源供給線に接続され、当該電源供給線から前記駆動トランジスタに電流を選択的に供給するスイッチングトランジスタとを有するTFTアレイ基板の製造方法において、
    前記画素回路を形成した後で、前記表示素子を形成する前に、前記スイッチングトランジスタの不良を検出した場合に、
    前記電源供給線から不良が生じた前記スイッチングトランジスタに至る電流路を断線する工程と、
    前記電流路を断線した後に、前記画素回路を覆う状態で、前記基板上にパッシベーション膜を形成する工程と、
    断線したスイッチングトランジスタの第2電極上と、隣接画素のスイッチングトランジスタの第2電極上の前記パッシベーション膜にコンタクトホールを形成し、当該コンタクトホールを介して前記第2電極同士を導電材料により結線する工程とを行う
    ことを特徴とするTFTアレイ基板の製造方法。
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