薄膜晶体管装置、图像显示装置及其制造方法

专利名称：薄膜晶体管装置、图像显示装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及薄膜晶体管装置、图像显示装置及其制造方法，尤其 涉及晶体管集成电路基板和应用该基板的有源矩阵图像显示装置， 且尤其涉及薄型轻质性、耐沖击性、挠性优异、可降低制造成本的 薄膜晶体管基板、图像显示装置及其制造方法。
背景技术：
作为第一现有技术，有使用了有机半导体的薄膜晶体管(Thin Film Transistor,以下称为TFT)和应用了该薄膜晶体管的有源矩阵 型图像显示装置，例如被日本特开2004 - 134694号公报、美国专利 第6905906号公报所公开。在这些公知例中，在TFT的制造中使用 了涂敷印刷技术，能够在具有挠性的塑料基板那样的基板上低温、 低成本地制造TFT。
另外，作为第二现有技术，有使用了低温多晶Si-TFT的有源 矩阵型图像显示装置，例如在日本特开昭64 - 2088号公报、日本特 开平11 - 85065号公报、日本特开2000- 243970号公报等中被详细 记载。在这些公知例中，多晶Si-TFT的性能强，因此在图像显示 装置那样的大面积上也能集成高性能晶体管电路，能够利用多晶Si -TFT电路将显示部分和外围集成电路的任意一者内置在同一基板 上。
专利文献1:日本特开2004- 134694号公报
专利文献2:美国专利第6905906号公报
专利文献3:日本特开昭64 - 2088号公报
专利文献4:日本特开平11 - 85065号公报
专利文献5:日本特开2000 - 243970号公报

发明内容
今后期待着实现薄型轻质性、耐冲击性、可移动性、收纳性等优 异的显示装置、在曲面上进行安装的图像显示装置、弯曲使用的矩 阵传感器、在曲面上进行安装的具有集成电路的标签等，即所谓的 挠性电子设备装置。另外，这些设备是从对角数厘米开始到对角数 十厘米以上的具有较大面积的设备，因此，需要降低单位面积的制 造成本。作为用于实现这些设备的晶体管基板技术，有作为上述第一现有技术的有机TFT，但这些有机TFT的电路驱动性能大幅度低 于单晶Si晶体管，因此难以构成外围集成电路。因此，外围集成电 路由一般被称为LSI的Si集成电路构成，但存在安装可靠性的问题 和因LSI本身弯曲而碎裂的问题。因此，耐冲击性差，难以曲面利 用。
另外，作为上述第二现有技术的多晶Si-TFT的制造温度为400 °C以上，难以在如塑料基板那样的具有挠性的整个基板面制造TFT。 因此，需要在耐热性高的玻璃支承基板上制造多晶Si-TFT集成电 路后，薄膜化或除去支承基板而再次设置在挠性基板上，即所谓的 转印技术。因此，难以解决制造成本增加的问题，难以进行对角数 十厘米那样的大面积的器件的转印。
(1)以下列举本发明的主旨的一个例子。
一种薄膜晶体管(TFT (Thin Film Transistor)装置，包括具有 多个电路块的矩阵阵列部和配置在上述阵列部周边的由多个电路块 构成的外围集成电路部，其特征在于
上述矩阵图像显示阵列部的电路元件使用有机半导体TFT元件 构成，上述外围集成电路元件使用Si晶体管元件或多晶Si-TFT元 件中的至少一者构成，
上述电路元件和上述Si晶体管元件或多晶Si-TFT元件中的至 少 一者设置在同 一基板上，
上述有机半导体TFT的电极和上述Si晶体管元件或多晶Si-
TFT元件中的至少 一者的电极之间通过设于基板上的布线层连接。
本发明的薄膜晶体管装置在中央部分设有矩阵图像显示阵列部， 在其周边部也设有显示装置的緩沖放大电路、移位寄存电路、DA转换电路、译码电路、电平移位电路、帧存储器电路、电源电路、控制电路等多晶Si-TFT电路和LSI等。这些电路元件都设置在基板上。
上述阵列部的电路元件呈矩阵状设置有机半导体TF T元件。 上述外围集成电路元件包括Si晶体管元件或多晶Si-TFT元件 的任意一者。
这些电路元件和上述Si晶体管元件或多晶Si-TFT元件的任意 一者设置在同一基板上。
上述有机半导体TFT元件的电极和上述Si晶体管元件或多晶Si - TFT元件的任意一者的电极之间通过设置在基板上的布线层连接。
将构成有机TFT电路的晶体管、二极管、电容、电阻的电极部 分作为起点，使从那里延长的布线与周边的构成Si晶体管电路的晶 体管、二极管、电容、电阻体的电极连接。该布线例如使用通过印 刷形成的布线层。
"外围集成电路"例如被配置显示部的外围，包括显示装置的緩 沖放大电路、移位寄存电路、DA转换电路、译码电路、电平移位电 路、帧存储器电路、电源电路、控制电路等。这些电路的一部分也 可以使用作为LSI等元件出售的电路。
(2)上述课题可利用以下方案解决。即在第一实施例 第四实 施例中，利用低温多晶Si-TFT形成有源矩阵图像显示装置的外围 集成电路，薄膜化或除去支承基板而设置在图像显示装置基板上的 像素阵列外围之后，由涂敷印刷制造工序形成像素有机TFT电路阵 列。同样，在涂敷印刷布线工序对这些外围集成电路和像素阵列进 行连接。
在第五实施例中，利用低温多晶Si-TFT形成有源矩阵图像显
示装置的外围集成电路，将该外围集成电路设置在图像显示装置基 板上的像素阵列周边。然后，除去该外围集成电路的支承基板，通过涂敷印刷制造工序形成像素有机TFT电路。同样，在涂敷印刷布线工序对这些外围集成电路和像素阵列进行连接。
在第六和第七实施例中，直接以低温制造工序在图像显示装置基板上的像素阵列外围区域形成多晶Si-TFT集成电路，然后通过涂 敷印刷工序形成有机TFT电路阵列。同样，在涂敷印刷布线工序对 这些外围集成电路和像素阵列进行连接。
在第八实施例中，排列多块根据上述实施例得到的图像显示装 置，进而构成大面积的图像显示装置。由此，能够用比以往低的成 本制造大面积图像显示装置。
根据本发明，能够提供对冲击和弯曲的耐久性高、弯曲使用或进 行曲面安装的电子装置，尤其是图像显示装置。此外，通过削减这 些电子装置的制造工序数而降低制造成本、容易进行大型化。


图1是第一实施例的显示装置的概略示意图。
图2是第一实施例的显示装置的结构概略图。
图3是第一实施例的显示装置的俯视概略图。
图4是第一实施例的显示装置的剖面结构图。
图5是第一实施例的显示装置的剖面结构图。
图6是第二实施例的显示装置的俯视概略图。
图7是第三实施例的显示装置的结构概略图。
图8是第三实施例的显示装置的俯视概略图。
图9是第四实施例的显示装置的剖面结构图。
图IO是第四实施例的显示装置的剖面结构图。
图11是第五实施例的显示装置的剖面结构图。
图12是第六实施例的显示装置的剖面结构图。
图13是第七实施例的显示装置的外围集成电路图、俯视概略图、剖面结构图。
图14是第八实施例的显示装置的剖面结构图、概略示意图。
图15a是第一实施例的显示装置的TFT基板制造工序剖面结构图。
图15b是第一实施例的显示装置的TFT基板制造工序剖面结构图。
图15c是第一实施例的显示装置的TFT基板制造工序剖面结构图。
图15d是第一实施例的显示装置的TFT基板制造工序剖面结构图。
图15e是第一实施例的显示装置的TFT基板制造工序剖面结构图。
图16a是第五实施例的显示装置的TFT基板制造工序剖面结构图。
图16b是第五实施例的显示装置的TFT基板制造工序剖面结构图。
图16c是第五实施例的显示装置的TFT基板制造工序剖面结构图。
图16d是第五实施例的显示装置的TFT基板制造工序剖面结构图。
具体实施例方式
(第一实施例)
以下使用图1 ~图5和图15a~图15e说明本发明的第一实施例。 本实施例例如为如下超薄超轻的有源矩阵反射式图像显示装置的实 施例显示器件为记忆效应电泳显示器件(electrophoretic display with memory effect)、反射式液晶显示器件等，析像度为100~ 400像素/ 英寸左右，面积为对角线数厘米至对角线数十厘米左右，厚度为2mm 以下，重量为200g以下。
首先，对本实施例的总体结构进行,述。图1是说明有源矩阵图像显示装置的结构的概略示意图，以分离了下部的像素驱动用TFT 基板和上部的显示器件的形式进行表示。上部的显示器件例如为记 忆效应电泳显示器件、反射式液晶显示器件等。另外，TFT基板以 像素电路阵列由有机TF T构成、驱动像素的外围集成电路由低温多 晶Si - TFT构成的TFT基板为例。
在图1中，像素驱动用TFT基板例如使用超薄超轻、在曲率半 径为5cm左右或其以下可弯曲使用的具有挠性的塑料制的支承基板 7。在该塑料支承基板7上具有呈矩阵状地配置有由有机TFT构成的 像素电路的像素阵列区域6、和由低温多晶Si - TFT构成的像素驱动 用外围集成电路4a和4b,这些电路由布线5连接。外围集成电路由 扫描系统(垂直系统)和信号系统(水平系统)构成。扫描系统的 外围电路是在基板上配置了多个集成电路4a的电路。信号系统的外 围电路是在基板上配置了多个集成电路4b的电路。
在上部的显示器件基板1上呈矩阵状配置有由显示器件构成的 像素2,各像素2与下部的TFT基板的各像素电路对应。这些显示 像素和TFT电路被夹在下部的支承基板(塑料基板)7和上部的支 承基板l之间，构成超薄超轻反射式图像显示装置。
上部和下部的支承基板l、 7例如可使用聚对苯二曱酸乙二酯、 聚萘二甲酸乙二酯、聚碳酸酯、聚亚胺等塑料基板，但并不限于本 实施例中的塑料基板。另外，也能够使用塑料基板以外的基板，例 如薄膜玻璃基板。另外，在下部支承基板7也能够使用金属薄膜基 板等。另外，由低温多晶Si-TFT构成的集成电^各4a和4b也可以 不像本实施例那样分割为多个进行配置，而是扫描系统和信号系统 分别由1块集成电路基板构成。此外，图1所示的像素2和布线5 等为了说明概略而进行了图示，像素2的数量和布线5的条数等并 不限于该图中所示。
图2是面板结构的概略图，图示了由虚线包围的像素21和外围 集成电路的一部分。像素驱动用外围集成电路由扫描系统(垂直系
统)电路13和信号系统(水平系统)电路10组成，由低温多晶Si -TFT构成。扫描系统电路包括地址译码器、移位寄存器、电平移 位器、緩冲电路14等，另外，信号系统电路包括地址译码器、移位 寄存器、电平移位器、DA转换电路、緩冲电路ll等。在各个緩冲 电路中示出緩沖TFT12和15的一部分。各像素的开关TFT经由漏 极线17和栅极线16,由緩沖TFT12和TFT15驱动。
接着，分别在图3和图4示出本实施例的TFT基板的一部分的 俯视图和剖面结构图。在图3中示出将像素阵列的一部分和外围緩 沖电路内的緩沖TFT的一部分具体化的俯视结构。另外，分别在图 4的(a)和图4的(b)示出图3中的点划线所示的AA，间和BB' 的剖面结构。
在图3的像素33所表示的区域示出图2的像素内等效电路的开 关TFT18的俯;〖见结构。图2的棚^及线16和漏才及线17分别对应于图 3的栅极线36和漏极线37，另外，开关TFT的沟道、源电极、以及 漏电极分别对应于图3的有才几半导体41、源电极40、以及漏电极39。
在图3的30和31中分别示出图2的构成緩冲电路11和14的緩 冲TFT12和15的俯视结构的一部分。在图3中，开关TFT的漏电 极39经由利用相同布线层形成的漏极线37与信号系统緩沖电路内 的緩冲TFT的漏电极35a连接。另外，开关TFT的栅电极38经由 利用相同布线层形成的栅极线36与扫描系统緩冲电路内的緩沖TFT 的漏电极35b连"l妄。
接着，使用示出TFT的制造工序和剖面结构的图15a 图15e、 示出TFT基板的剖面结构的图4,说明TFT的制造方法和TFT的剖 面结构。在图4的(a)中示出在低温多晶Si-TFT集成电路中连接 了信号系统緩沖电路内緩冲TFT和像素有机TFT的剖面结构图。另 外，在图4的(b)中示出连接了扫描系统緩冲电路内緩沖TFT和像 素有机TFT的剖面结构图。
首先，低温多晶Si-TFT能够由如下那样的制造工序形成。即 4吏用图15a说明概略，例如在本实施例中，在玻璃支承基板200上
淀积非晶Si膜后，使用连续波固体激光器(CW solid - state laser), 在激光器照射光的扫描方向促进结晶生长，形成由多晶Si膜构成的 沟道层201，利用光刻制法进行图形化。此处，作为形成多晶Si膜 的其它的方法，也可以是非晶Si膜的基于脉沖激光退火的结晶化、 利用CVD法等直接淀积多晶Si膜。接着，例如使用等离子体CVD 法淀积由Si氧化膜构成的栅极绝缘膜202。接着，例如使用溅射法 等淀积由Mo、 W等金属膜构成的栅电极203,利用光刻制法进行图 形化。接着，为了形成TFT进行所需的杂质的导入和热处理，在淀 积了保护膜204之后，有选择地在源电极205和漏电极206连接区 域进行开口。接着，例如使用溅射法等淀积Al等金属膜，利用光刻 制法进行图形化，由此形成源电极205和漏电极206，利用这些电极 进行所需的连接，形成低温多晶Si-TFT集成电路。这些低温多晶 Si-TFT的制造工序除激光退火工序外，全部在工艺温度为600。C以 下的低温中形成。
接着，使用图15b 图15e说明在塑料支承基板上设置低温多晶 Si-TFT集成电路的制造工序的概略。首先，在图15b中，将低温多 晶Si-TFT集成电路基板如图15b所示的剖面形状那样取为锥形， 切出所期望的面积，如图15c那样，隔着粘合层207而粘合在另一 支承基板208上后，如图15d所示那样，用研磨、蚀刻等方法除去 或薄膜化玻璃支承基板200。这里，用图15b 图15d说明的制造工 序的顺序不限于本实施例，例如也可以将低温多晶Si-TFT基板隔 着粘合层207粘合在另一支承基板208上，用研磨、蚀刻等方法除 去或薄膜化玻璃支承基板200后，将低温多晶Si-TFT集成电路切出为所期望的面积。
进一步，如图15e所示那样，在厚度为约200μm或其以下的塑 料支承基板IIO上层叠了水分、氧等的气体阻挡层后，利用粘合等 方法设置由低温多晶Si-TFT构成的外围集成电路。接着，除去粘 合层207和支承基板208。这样，能够在塑料基板IIO上设置总计膜 厚5μm以下的非常薄的低温多晶Si-TFT集成电路基板。另外，如图15e所示，当由于栅极绝缘膜202、保护膜204的侧面形状为锥形形状而在低温多晶Si-TFT集成电路基板上延长在此后的印刷工序中形成的布线进行设置时，能够提高台阶部位的布线的覆盖性，难以引起断线等故障。
在本实施例中，在形成多晶Si膜的制法中使用连续波固体激光器，促进结晶生长，进而使源极、漏电极配置为在结晶生长方向上电流方向一致，由此能够形成场效应迁移率为300cm2/Vs以上的多晶Si-TFT,形成高性能外围集成电路。另外，作为外围集成电路也能够根据需要组合高频通信电路、高速处理器那样的高性能Si集成电路来使用。例如，为了在网络环境中使用本实施例的图像显示装置，通过在薄膜SOI( Silicon on Insulator )基板上形成由频率10GHz 以上的高频通信电路、处理器、存储器构成的Si集成电路并除去支承Si基板，形成总计膜厚5 μm以下的非常薄的单晶Si集成电路。 然后，例如如图l所示那样，在没有设置像素驱动用外围集成电路4a和4b的基板的角落设置由该单晶Si薄膜晶体管构成的高频集成 电路3，在此后的布线形成工序中连接单晶Si集成电路3和像素驱 动用外围集成电路4a和4b。
这样，在将外围集成电路设置在塑料支承基板110上之后，在支承基板110上形成有机半导体TFT和布线，形成像素电路呈矩阵状配置的像素阵列。该有机半导体TFT例如能够使用涂敷印刷制法并 将工艺温度取为200℃以下而形成。以下使用图4说明制造方法的概略。
首先，使用金属墨水材料利用印刷图形化制法形成栅电极llla、 lllb和栅极线119b。此时如图4的(b)的BB，剖^f见图所示那样，将由印刷布线形成的栅极线119b延长到低温多晶Si-TFT的漏电极 206b上部进行设置，以连接有机TFT的栅电极lllb和低温多晶Si -TFT的漏电极206b。接着，利用印刷制法局部涂敷例如有机高分子材料的栅极绝缘膜112a和112b。接着，利用金属墨水的印刷图形化技术形成源电极113a和113b、漏电极114a和114b以及漏极线118。此时如图4的(a)的AA，剖视图所示的那样，将用印刷布线 形成的漏极线118延长到低温多晶Si-TFT的漏电极206a上部进行 设置，以连接有机TFT的漏电极114a和低温多晶Si - TFT的漏电极 206a。接着，利用印刷图形化制法仅在成为有机TFT的沟道的区域 选择性地涂敷有机半导体膜115a和115b。接着，在有机TFT和低 温多晶Si-TFT的两个TFT区域使用印刷图形化法选择性地涂敷例 如由有机高分子材料构成的保护膜U6a和116b。最后，由印刷图形 化制法形成像素电极117a和117b,完成TFT基板。
这样，能够对低温多晶Si-TFT的漏电极206a、 206b与印刷布 线118、 119b进行连接。在进行该印刷布线之前，在低温多晶Si-TFT的漏电极206a、 206b上进行用于改善印刷材料的浸润性的表面 处理，然后进行金属墨水的印刷，由此也能够更可靠地进行这些连 接。
在图4的(a )和(b )中示出了低温多晶Si - TFT的漏电极和有 机半导体TFT的各电极的连接例，但可以因电路结构并根据需要对 低温多晶Si - TFT的栅电极和有机半导体TFT的各电极进行连接。 例如在图5中示出连接低温多晶Si-TFT的栅电极203c和有机半导 体TFT的栅电极111c的例子。示出将栅电极203c在相同的布线层 203d引出并经由Al电极与引出了有机半导体的栅电极111c的布线 层119c连接的剖面结构。
根据本实施例得到的效果如下所述。在现有的制造方法中，利用 安装技术在像素阵列周边设置Si集成电路芯片来连接像素阵列电路 和外围集成电路。因此，如本实施例那样，当在可在曲率半径5cm 左右或其以下使用的具有挠性的塑料基板上制造超薄超轻的图像显 示装置时，在冲击或装置弯曲时，存在连接部损坏的问题和外围Si 集成电路芯片碎裂的问题。本实施例的TFT基板的结构，具有如下 结构特征将低温多晶Si-TFT集成电路和单晶Si薄膜集成电路除 去制造时的玻璃支承基板和Si支承基板并将集成电路的总计厚度薄 膜化至5 n m以下而设置在塑料基板上，此后由涂敷印刷制法形成有机TFT和布线，将该涂敷印刷布线延长至低温多晶Si-TFT、单晶 Si薄膜集成电路的电极上部而进行连接，等等。因此，可回避现有 技术中的问题点，实现对于沖击和弯曲的耐久性高、可弯曲使用和 曲面安装的有源矩阵反射式图像显示装置。通过对其的应用，能够 实现被称为电子书那样的能够如纸那样弯曲而用于读书、浏览彩色 照片的显示装置。
作为在本实施例中使用的电极布线材料，可使用Ag墨水、Au 墨水等金属墨水、导电性有机材料、透明电极材料等。作为其涂敷 印刷制法，例如可使用喷墨法、胶印(offset printing )法、静电复印 (electro photographic)法、喷胶(dispenser)法等通常的印刷制法 和电镀法等。作为栅极绝缘膜可使用有机高分子绝缘膜、涂敷型Si 氧化膜、涂敷型高介电常数绝缘膜等。作为有机半导体可使用并五 笨(pentacene)或其孑汙生物、口卜淋(porphyrin)等那冲羊的j氐分子有 机材料、P3HT(聚參吩poly ( 3 - hexyl thiophene ) ) 、 F8T2 (药 胺共聚物fl丽ene - thiophene copolymer )等高分子有机材料。
在以上叙述的本实施例中，可在不损害本发明的主旨的范围内变 更材料、显示器件、制造方法等。另外，制造的装置的尺寸也不限 于本实施例的尺寸，也能够活用涂敷印刷技术的优点来制造例如具 有对角lm以上的面积的装置。另外，多晶Si-TFT和有机TFT的 结构也不限于本实施例。例如，在图4的(a)中，也可以为多晶Si -TFT的栅电极203a相对于多晶Si沟道层201a位于下部的底栅结 构、有机TFT的栅电极llla相对于有冲几半导体层115a位于上部的 顶栅结构。显示器件也不限于本实施例，例如也可以对透射式液晶 器件应用本实施例的TFT基板，提供超轻超薄的透射式液晶显示装 置。此外，在本实施例中，作为有机TFT的制造方法以涂敷印刷法 为例子，但不限于此，不言而喻，例如组合蒸镀、溅射等真空成膜 和光刻、蚀刻等图形化法而形成有机TFT和布线也可获得本发明的 效果。
(第二实施例)
以下使用图4和图6说明本发明的第二实施例。本实施例在与第 一实施例相同的超薄超轻的有源矩阵反射式图像显示装置中，利用 能够提高对位精度的自校准制造方法制造TFT基板。
图6示出将图2所示的像素阵列和外围緩冲电路内的緩冲TFT 的一部分具体化后的俯视图的一部分。图6中的点划线所示的AA' 间和BB，间的剖面结构如图4的(a)和(b)所示，与第一实施例 相同。另外，到将由低温多晶Si-TFT构成的外围集成电路粘合在 支承基板为止的制造方法也与第 一 实施例相同。
有机TFT的制造方法和使用的材料除以下说明的自校准工序以 外与第一实施例相同。以下，说明自校准工序的概略。即到利用印刷图形化法局部涂敷图4的栅极绝缘膜112a和112b的工序为止与 第一实施例相同。然后，进行仅在要被曝光的区域涂敷材料那样的 表面处理后，从基板110的背面进行曝光。此时，图6的栅电极58 和栅极线56成为曝光掩模。然后，利用印刷图形化法涂敷漏极线57、 漏电极59、以及源电极60的电极布线材料。此时，4又在没有栅电极 58和栅极线56的图案的区域，高精度且与栅电极58自校准来涂敷 源电极60、漏电极59以及漏极线57。经过以上的制造工序，经由 栅极线56连接有机TFT的栅电极58和低温多晶Si - TFT的漏电极 55b,另外，经由漏极线57连接有机TFT的漏电极59和低温多晶 Si-TFT的漏电极55a。
在本第二实施例中，使用自校准涂敷印刷制造方法，因此可以相对于栅电极58消除对位偏差而高精度地涂ft用于形成源电极60和 漏电极59的材料。因此，能够降低有机TFT的栅电极和源极以及漏 电极间的寄生电容，实现高性能的有机TFT和高精细的图像显示装 置。不言而喻，除此之外还能获得与第一实施例相同的发明效果。
(第三实施例)
以下使用图l、图4、图7以及图8说明本发明的第三实施例。 本实施例的显示器件为有机发光二极管、析像度为50~ 300像素/英 寸左右、面积为对角数厘米至数十厘米左右、厚度为lmm以下、重量为100g以下的超薄超轻的全色有源矩阵有机电致发光图像显示装置。
本实施例的整体结构与第一实施例相同，如图1的概略示意图所示那样，由下部的像素驱动用TFT基板和上部的显示器件构成，但 与第 一 实施例不同的是，上部的显示器件为有机发光二极管。
图7是面板结构概略图。在像素83内示出了等效电路，各像素 由显示发光二极管80、开关TFT78、发光二极管驱动TFT81、保持 电容79构成，由呈矩阵状地配置了这些像素的阵列84构成显示部， 图7示出其像素阵列的一部分。该开关TFT和发光二极管驱动TFT 由有机TFT构成，显示发光二极管为由高分子有机材料构成的有机 发光二极管、由低分子有机材料构成的有机发光二极管等。保持电 容为开关TFT、发光二极管驱动TFT、布线的寄生电容，但根据需 要也可形成为电容元件。另外，图7所示的像素电路是作为有机发 光二极管驱动电路最基本的结构，但在此例如也可由有机TFT构成 补偿发光二极管驱动TFT81的阈值电压偏差和移位的电路、电压可 编程电路、电流可编程电路、数字信号驱动电路等改善显示特性的 各种像素电路，并内置于像素内。
像素驱动用外围集成电路由扫描系统(垂直系统)电路73、信 号系统(水平系统)电路70组成，由低温多晶Si-TFT构成。扫描 系统电路包括地址译码器、移位寄存器、电平移位器、緩沖电路74 等，另外，信号系统电路包括地址译码器、移位寄存器、电平移位 器、DA转换电路、像素驱动信号发生电路、緩沖电路71等。在各 緩沖电路中示出了緩冲TFT72和75的一部分。各4象素的开关TFT78 经由漏极线77和栅极线76由緩冲TFT驱动。
接着，在图8中示出将图7所示的像素阵列和外围緩冲电路内的 緩冲TFT具体化后的俯视图的一部分。本实施例的TFT基板制造方 法与第一实施例相同，因此图8中的点划线所示的AA，间和BB，间 的剖面结构与第一实施例相同，分别如图4的(a)和(b)所示。 图8以5 x 3示出像素93的阵列的一部分。在该像素区域示出图7
的像素等效电路的开关TFT78和发光二极管驱动TFT81的俯视结 构。图7的栅极线76和漏极线77分别对应图8的4册才及线96和漏极 线97。另外，开关TFT78的沟道、源电极、漏电极分别对应图8的 有机半导体101、源电极100、漏电极99。另外，发光二极管驱动 TFT81的沟道、源电极、漏电极分别对应图8的有机半导体102、与 电源线连接的源电极104、漏电极103，该漏电极与发光二极管的正 极连接。
分别在图8的90和91中示出图7的构成緩沖电路71和74的緩 冲TFT72和75的俯—见结构的一部分。在图8中，开关TFT的漏电 极99经由在相同布线层形成的漏极线97与信号系统緩沖电路内的 緩沖TFT的漏电极95a连接。另外，开关TFT的栅电极98经由在 相同布线层形成的栅极线96与扫描系统緩冲电路内的緩冲TFT的漏 电极95b连接。
在本实施例中，在图4的支承基板IIO上设置作为外围集成电路 的低温多晶Si-TFT基板的制法、根据需要设置单晶Si薄膜集成电 路的制法、制造构成像素电路的有机TFT的方法与第一实施例相同， 其剖面结构图与图4相同。因此，图8中的点划线所示的AA，间和 BB，间的剖面结构分别对应于图4的(a)和(b)。尤其在本实施 例中，为了提高像素电路的性能，在图8的有机半导体101和102 的膜形成中使用涂敷型并五苯来控制印刷后的溶剂干燥过程，促进 结晶生长使得其方向与源极漏电极间的电流方向一致。结果，将有 TFT的场效应迁移率提高至lcmVVs以上。
本实施例的TFT基板的结构与第一实施例相同，也具有如下结 构性特征将低温多晶Si-TFT集成电路和单晶Si薄膜集成电路除 去或薄膜化制造时的玻璃支承基板和Si支承基板而设置在塑料基板 上，此后使用涂敷印刷制法形成有机TFT和布线，将该涂敷印刷布 线延长至低温多晶Si-TFT和单晶Si薄膜集成电路的电极上部进行 连接，等等。因此，能够回避现有技术中的问题点，实现对于沖击 和弯曲的耐久性高、可弯曲使用和曲面安装的全色有源矩阵有机电
致发光图像显示装置。通过对其的应用能够实现超薄超轻、移动性 优良的装置，实现可欣赏高画质动图像、电视、电影的显示装置。
(第四实施例)
以下使用图9、图10说明本发明的第四实施例。本实施例在第 一至第三实施例所示的超薄超轻的有源矩阵图像显示装置中，变更 了一部分TFT基板的制造方法。图9示出在用本实施例的制造方法 制造的情况下图3的AA，间剖面结构，另外图IO示出在用本实施例 的制造方法制造的情况下图3的BB，间剖面结构。
以下说明变更后的制造方法的概略。即在用第一实施例的图15a 说明了的低温多晶Si-TFT的制造方法中，选择性地在源电极和漏 电极连接区域开口后，不形成由Al等金属膜构成的源电极205和漏 电极206,将低温多晶Si-TFT集成电路加工成所期望的面积后，将 其设置在图15e所示的支承基板110上。在此后形成的有机半导体 TFT的电极和布线时，在相同层形成低温多晶Si-TFT电极。
在图9所示的实施例中，在有机半导体TFT制造方法中，延长 用涂敷印刷制法形成的漏极线138，同时形成低温多晶Si-TFT的源 电极215和漏电极216。另外，在图10所示的实施例中，延长用涂 敷印刷制法形成的栅极线149,同时形成低温多晶Si-TFT的源电极 225和漏电极226。此处取代涂敷印刷制法，例如使用现有的溅射法 等淀积A1等金属膜，使用光刻制法进行图形化，由此也能够同时形 成有机半导体TFT的栅电极141和栅极线149以及低温多晶Si-TFT 的源电极225和漏电极226。
在本实施例中也能够同样获得在第一 ~第三实施例得到的效果。 此外，在本实施例中在相同布线层进行了多晶Si-TFT的电极和有 机半导体TFT的电极的连接，因此能够更可靠地连接二者。 (第五实施例)
以下使用作为制造工序剖视图的图16a 图16d和图ll说明本 发明的第五实施例。本实施例在第一 ~第三的实施例所示的超轻超 薄的有源矩阵图像显示装置中，变更了低温多晶Si-TFT基板的制造方法和向支承基板上设置该外围集成电路基板的方法。在用本实
施例的制造方法制造的情况下，图11示出图3、图6或图8的AA，
间剖面结构。
以下，使用图16a~图16d说明将低温多晶Si-TFT集成电路设 置在塑料支承基板上的制造工序的概略。即首先在图16a中，例如 在玻璃支承基板230上形成低温多晶Si-TFT的制造方法与第一 ~ 第三实施例相同，但淀积了保护膜234后的选择性地在源电极235 和漏电极236连接区域开口时，同时在连接图11的布线158和电极 236的区域238中，使开口部贯通至到达玻璃支承基板230。然后， 使用与第一 第三实施例相同的方法，例如使用溅射法，设置由Al 等金属构成的源电极235和漏电极236,形成低温多晶Si-TFT。接 着，在本实施例中，淀积第二保护膜237并将其平坦化。
接着如图16b所示，使低温多晶Si-TFT集成电路基板的剖面 形状带有锥形来切出所期望的面积。然后如图16c所示，在厚度约 200Mm或其以下的塑料支承基板150上层叠水分、氧等的气体阻挡 层后，使切出的低温多晶Si-TFT集成电路基板上下翻转，并利用 粘合等方法设置在塑料支承基板150上。进一步，如图16d所示， 用研磨、蚀刻等方法除去低温多晶Si-TFT集成电路的玻璃支承基 板230。此时在连接区域238中，填充电极236的金属材料直至贯通 到玻璃支承基板，因此露出。这样，能够将总计膜厚5|am以下的非 常薄的低温多晶Si-TFT集成电路基板设置在塑料基板150上。另 外，栅极绝缘膜232、保护膜234、 237的侧面形状成为锥形形状， 因此当将在此后的印刷工序中形成的布线延长到低温多晶Si - TFT 集成电路基板上进行设置时，能够提高台阶部位的布线的覆盖性， 难以引起断线等故障。
接着，如图11所示，与第一实施例同样地使用涂敷印刷制法形 成有机TFT和布线，连接低温多晶Si - TFT集成电路和有机TFT像 素电路阵列。在图11中示出经由漏极线158连接了低温多晶Si-TFT 的漏电极236和有机半导体TFT的漏电才及154的剖面结构。在连接区域238中，低温多晶Si-TFT的漏电极236的金属材料露出，因 此能够与有机半导体TFT的漏电极154进行良好的连接。
在本实施例中也能够同样获得在第一 ~第三实施例得到的效果。 此外，在本实施例中将低温多晶Si-TFT集成电路粘合在塑料基板 150上后，除去集成电路的玻璃支承基板，因此与第一 第三实施例 相比具有能够简化支承基板的除去工序的效果。
(第六实施例)
以下使用图12说明本发明的第六实施例。本实施例在第一 第 三实施例所示的超薄超轻的有源矩阵图像显示装置中，通过将低温 多晶Si-TFT基板的制造温度取为40(TC以下的低温，直接在基板 16 0上形成低温多晶S i - TF T基板，省略外围集成电路的粘合工序。 图12示出用本实施例的制造方法制造的情况下的图3、图6或图8 的AA'间剖面结构。
以下，说明低温多晶Si-TFT的制造方法的概略。即例如在本 实施例中，在可在曲率半径为5cm左右或其以下使用的具有挠性的 耐热性3O(TC以上的支承基板160上，层叠了兼具支承基板的保护功 能和水分、氧等的气体阻挡功能的保护膜247后，使用CVD法等直 接淀积多晶Si膜并进行图形化，由此形成由多晶Si膜构成的沟道层 241。作为形成多晶Si膜的其它方法，也可是非晶Si膜的基于激光 退火的结晶化。接着，例如使用溅射法、CVD法等层叠由Si氧化膜 构成的栅极绝缘膜242。接着，例如使用溅射法等淀积由Mo、 W等 金属膜构成的栅电极243并图形化。接着，在为了形成TFT而进行 必要的杂质的导入并淀积保护膜244之后，选择性地在源电极245 和漏电极246连接区域开口 。接着，例如使用賊射法等淀积Al等金 属膜并进行图形化，由此形成源电极245和漏电极246。此时在本实 施例中，也同时形成有机半导体TFT的栅电极161。在图12虽未图 示，但在图3、图6或图8的BB，间剖面结构中，由相同A1金属层 连接多晶Si-TFT的漏电极246和有机半导体TFT的栅电极161。 这样，形成由低温多晶Si-TFT构成的外围集成电路。
接着，使用涂敷印刷制法，用与第一~第三实施例相同的制造方
法形成像素阵列区域的有机半导体TFT电路。但是，在本实施例中， 在上述低温多晶Si - TFT的源电极245和漏电极246的制造工序中， 也同时形成有机半导体TFT的栅电极161，因此能够省略第一 第 三实施例所需要的有机半导体TFT的栅电极制造工序。以下说明有 机半导体TFT的制法方法的概略。首先，使用印刷制法局部涂敷例 如由高分子有机材料构成的栅极绝缘膜162。接着，使用金属墨水的 印刷图形化制法形成源电极163、漏电极164以及漏极线168。此时， 将用印刷布线形成的漏极线168延长到低温多晶Si-TFT的漏电极 246上部进行设置，以连接有机TFT的漏电极164和低温多晶Si-TFT的漏电极246。接着，使用印刷图形化制法仅在成为有机TFT 的沟道的区域选择性涂敷有机半导体膜165。接着，在有机TFT和 低温多晶Si-TFT这两个TFT区域使用印刷图形化制法选择性涂敷 例如由高分子有机材料构成的保护膜166。最后，使用印刷图形化制 法形成像素电极167，完成TFT基板。
在本实施例中也能够同样获得在第一 ~第三实施例得到的效果。 此外，在本实施例中，除了保护膜247,低温多晶Si-TFT的栅极绝 缘膜242和保护膜244兼作有机半导体TFT的保护膜，因此与第一 ~ 第三实施例相比，能够获得更高的对水分、氧等的气体阻挡效果。
(第七实施例)
以下使用图13说明本发明中的第七实施例。本实施例在第一~ 第六实施例的外围集成电路应用本发明，制造具有n型沟道的低温 多晶Si-TFT和具有p型沟道的有机半导体TFT并组合，由此构成 互补型TFT电路。作为制造方法，以第六实施例的制造方法为例。
作为互补型TFT电路的1个例子，在图13的(a)中示出2输 入NAND门的电路图。分别用PTFT和NTFT表示构成电路的p型 沟道TFT区域和n型沟道TFT区域。用2个由有机半导体TFT形成 的p型沟道TFT和2个由低温多晶Si - TFT形成的n型沟道TFT构 成2输入互补型TFT-NAND门。用IN1、 IN2表示输入端子，用
OUT表示输出端子。
图13的(b)示出将本电路具体化后的平面结构的相当于1个门 的部分的俯视图，图13的(c)示出该俯视图的CC'间剖面结构。各 个TFT的制造方法如在第六实施例中说明了的方法。用图13的(b) 的171b和172b和图13的(c)的171表示有机半导体TFT的栅电 极。低温多晶Si-TFT的栅电极用图13的(b)的253b、 254b和图 13的(c)的253、 354表示。该栅电极171b、 172b与253b、 254b 连接，分别构成输入端子INI和IN2。另外，有机半导体TFT的漏 电极175b与低温多晶Si-TFT的漏电极257b连接，构成输出端子 OUT。另外，有机半导体TFT的源电极174b和低温多晶Si-TFT 的源电极256b分别与电源线连接，构成2输入的互补型TFT - NAND 门。
在本实施例中，不仅在像素阵列电路形成有机半导体TFT，在外 围集成电路的内部也形成有机半导体TFT,与低温多晶Si-TFT组 合，由互补型TFT电路构成外围集成电路的一部分，由此降低外围 集成电路的功耗，还能够使外围集成电路具有各种功能。在本实施 例中，以第六实施例的制造方法为例，但也可以是此外的第一~第 五实施例的制造方法。例如，在外围设置n型沟道低温多晶Si-TFT 基板后，制造p型沟道有机半导体TFT，使用布线进行连接，由此 能够构成互补型TFT电路。这样也能获得与本实施例相同的效果。 (第八实施例)
以下使用图14"说明本发明中的第八实施例。本实施例应用按上 述第一 ~第七实施例形成的超薄超轻有源矩阵图像显示装置，将多 个上述图像显示装置排列而形成例如纵向1.5m、 4黄向2m左右的大 型图像显示装置。以下说明结构的概略。
在图14的(a)示出1块有源矩阵图像显示装置300的用虚线包 围的部分的剖面概略图。在本实施例中，在即4吏曲率半径为5mm以 下也可使用的程度的具有挠性的支承基板301上形成有图像显示装 置。通过弯折该挠性基板301,能够将外围集成电路302和用于电源、数据传输的线缆304折入另一支承基板305的背面侧。因此，能够 构成边框2mm以下的图像显示装置，使得从正面侧看不到像素阵列 303以外的外围区域。在图14的(b)中示出将这样加工后的图像显 示装置在支承基板310上无间隙地规则排列的图。各个图像显示装 置300的线缆304由于位于本图像装置的背面侧，因此以从正面侧 的显示面看不到的状态与供给电源、图像数据的图像驱动装置连接。 按时间序列从该图像驱动装置发送显示数据，使得整体作为1块大 型显示装置发挥功能。这样，能够容易地构成大型的图像显示装置。
在以上的第一 第八实施例中，以任一图像显示装置为例，但不 限于此。例如除了显示器件，能够实现内置了通信用无源元件、传 感器、电池等的显示之外的功能并且对冲击和弯曲的耐久性高的超 薄超轻的系统显示装置。另外，通过将由有机半导体TFT构成的集 成电路阵列基板应用于传感器阵列、致动器(actuator)阵列、具有 RF-ID功能的卡、具有RF-ID功能的电子标签等，能够实现对沖 击和弯曲的耐久性高、可弯曲使用、或进行曲面安装的电子装置。
本实施例中相关技术方案如下所述。
1. 一种图像显示装置的制造方法，该图像显示装置具有由多个 像素构成的图像显示部和由在显示部周边配置的多个电路块构成的 外围集成电路，上述显示部的像素电路具有有机半导体TFT元件， 上述外围集成电路具有Si晶体管元件或多晶Si-TFT元件，上述方 法的特征在于包括以下步骤
步骤(a),在第一支承基板上形成上述Si晶体管元件或上述多 晶Si-TFT元件后，减小上述第一支承基板的未形成有上述元件的 一侧的面的厚度，然后将形成有上述元件的一侧的面固定在第二支 承基板上，
或者是当在上述第一支承基板上形成上述Si晶体管元件或上述 多晶Si-TFT元件中的至少一者之后，在上述Si晶体管元件或上述 多晶Si-TFT元件中的至少一者的与上述第一支承基板侧相反的一 侧设置第二支承基板，然后，使上述第一支承基板的未形成有上述元件 一 侧的面的厚度变薄或除去上述第 一 支承基板；
步骤(b),在上述步骤(a)之后，通过在上述第二支承基板上利用印刷而形成有机半导体TFT和布线层，来形成矩阵阵列部；
步骤(c)，通过在上述第二支承基板上形成的布线层来连接上述有机半导体TFT元件的电极和上述Si晶体管元件或上述多晶Si-TFT元件中的至少一者的电极。
2.根据上述l中记载的图像显示装置的制造方法，其特征在于
上述Si晶体管是除去了薄膜SOI基板的支承Si基板的单晶Si薄膜晶体管。
权利要求
1.一种薄膜晶体管装置，包括具有多个电路块的矩阵阵列部和配置在上述矩阵阵列部周边的由多个电路块构成的外围集成电路部，其特征在于上述矩阵阵列部的电路元件使用有机半导体薄膜晶体管元件而构成，上述外围集成电路元件使用硅晶体管元件或多晶硅薄膜晶体管元件中的至少一者而构成，上述电路元件和上述硅晶体管元件或多晶硅薄膜晶体管元件中的至少一者设置在同一基板上，上述有机半导体薄膜晶体管元件的电极和上述硅晶体管元件或多晶硅薄膜晶体管元件中的至少一者的电极之间通过设于基板上的布线层连接。
2. 根据权利要求1所述的薄膜晶体管装置，其特征在于 上述矩阵阵列部和上述外围集成电路部之间有台阶，为了减轻横跨该台阶而布线的上述布线层的上述台阶处的影响而设置有用于使 台阶处的高度差緩和的锥形部，并在该锥形部上设有上述布线层的 一部分。
3. 根据权利要求1所述的薄膜晶体管装置，其特征在于 上述硅晶体管是除去了薄膜SOI基板的支承硅基板后的单晶硅薄膜晶体管。
4. 一种图像显示装置，包括具有多个像素的显示部和配置在上 述显示部周边的由多个电路块构成的外围集成电路部，其特征在于上述显示部的像素电路元件使用有机半导体薄膜晶体管元件而 构成，上述外围集成电路部使用硅晶体管元件或多晶硅薄膜晶体管元 件中的至少一者而构成，上述电路元件和上述硅晶体管元件或多晶硅薄膜晶体管元件中 的至少一者设置在同一基板上， 上述有机半导体薄膜晶体管元件的电极和上述硅晶体管元件或 多晶硅薄膜晶体管元件中的至少 一 者的电极之间通过设于基板上的 布线层连接。
5. 根据权利要求4所述的图像显示装置，其特征在于上述硅晶体管是除去了薄膜SOI基板的支承硅基板后的单晶硅 薄膜晶体管。
6. —种薄膜晶体管装置的制造方法， 上述薄膜晶体管装置包括 具有多个电路块的矩阵阵列部、和配置在上述矩阵阵列部周边的具有多个电路块的外围集成电路部，其中，上述矩阵阵列部的电路使用有机半导体薄膜晶体管元件而 形成，上述外围集成电路使用硅晶体管元件或多晶硅薄膜晶体管元 件而形成，上述制造方法的特征在于，包括以下步骤步骤(a),在第一支承基板上形成上述硅晶体管元件或上述多 晶硅薄膜晶体管元件中的至少 一 者，形成配置在上述阵列部周边的 具有多个电路块的外围集成电路部，然后，使上述第一支承基板的 厚度变薄或除去上述第一支承基板而将上述硅晶体管元件或上述多 晶硅薄膜晶体管元件中的至少 一者设置在第二支承基板上，或者是当在上述第一支承基板上形成上述硅晶体管元件或上述 多晶硅薄膜晶体管元件中的至少一者之后，在上述硅晶体管元件或上述多晶硅薄膜晶体管元件中的至少 一 者的与上述第 一 支承基板侧 相反的一侧设置第二支承基板，然后，使上述第一支承基板的未形 成有上述元件 一侧的面的厚度变薄或除去上述第 一 支承基板；步骤(b)，在上述步骤(a)之后，通过在上迷第二支承基板上 利用印刷而形成有机半导体薄膜晶体管和布线层，来形成矩阵阵列 部；步骤(c)，通过在上述第二支承基板上形成的布线层将上述有 机半导体薄膜晶体管元件的电极和上述硅晶体管元件或上述多晶硅 薄膜晶体管元件中的至少 一 者的电极之间连接起来。
7. 根据权利要求6所述的薄膜晶体管装置的制造方法，其特征 在于还包括使上述第一支承基板的形成有上述硅晶体管元件或上述 多晶硅薄膜晶体管元件中的至少 一者的 一侧与上述第二支承基板表面相对，将上述硅晶体管元件或上述多晶硅薄膜晶体管元件固定在 上述第二支承基板表面上的步骤。
8. 根据权利要求6所述的薄膜晶体管装置的制造方法，其特征 在于上述硅晶体管是除去了薄膜SOI基板的支承硅基板的单晶硅薄 膜晶体管。
全文摘要
本发明提供一种图像显示装置，包括由多个像素构成的显示部和进行显示部的控制的外围集成电路，在对冲击和弯曲的耐久性高的支承基板上设置显示装置，由有机半导体薄膜晶体管构成像素电路，由低温多晶硅薄膜晶体管构成外围集成电路，除去制造该外围集成电路时的支承基板而设置在显示装置的支承基板，用相同布线连接像素电路和外围集成电路。由此，能够提高超薄超轻图像显示装置的对冲击和弯曲的耐久性，能够弯曲使用和曲面安装，并通过削减制造工序数来降低制造成本，易于大型化。
文档编号H01L27/28GK101202296SQ20071019684
公开日2008年6月18日 申请日期2007年12月11日 优先权日2006年12月11日
发明者安藤正彦, 川崎昌宏, 芝健夫, 藤森正成 申请人:株式会社日立制作所