説明

平板表示装置及びその製造方法

【課題】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。
【解決手段】平板表示装置は、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、活性層を含む第1基板上に形成されたゲート絶縁層と、チャネル領域上のゲート絶縁層上に形成されたゲート電極と、ゲート電極を含むゲート絶縁層上に形成された第1層間絶縁膜と、第1層間絶縁膜及びゲート絶縁層に形成された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に接続されたソース電極及びドレイン電極と、第1層間絶縁膜とソース電極及びドレイン電極との間に介在する第2層間絶縁膜と、ソース電極及びドレイン電極を含む第1層間絶縁膜上に形成された保護層と、保護層に形成されたビアホールを介してソース電極またはドレイン電極に接続された画素電極とを備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【0004】
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。
【0005】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】大韓民国特許公開第2002−0057016号
【特許文献2】大韓民国特許公開第2005−0072700号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
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。
【0008】
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。
【課題を解決するための手段】
【0009】
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する第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。
【0010】
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。
【発明の効果】
【0011】
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。
【0012】
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。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】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。
【図2】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。
【図3a】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3b】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3c】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3d】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3e】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3f】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3g】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4】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。
【図5】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。
【発明を実施するための形態】
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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)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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
【表1】

【0040】
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。
【0041】
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。
【符号の説明】
【0042】
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

【特許請求の範囲】
【請求項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する第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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項4】
前記第2層間絶縁膜は、前記第1層間絶縁膜よりも薄く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。
【請求項5】
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4に記載の平板表示装置。
【請求項6】
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4に記載の平板表示装置。
【請求項7】
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。
【請求項8】
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。
【請求項9】
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。
【請求項10】
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9に記載の平板表示装置の製造方法。
【請求項11】
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9に記載の平板表示装置の製造方法。
【請求項12】
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9に記載の平板表示装置の製造方法。
【請求項13】
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9に記載の平板表示装置の製造方法。
【請求項14】
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9に記載の平板表示装置の製造方法。
【請求項15】
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9に記載の平板表示装置の製造方法。
【請求項16】
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9に記載の平板表示装置の製造方法。


【図1】
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【図2】
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【図3a】
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【図3b】
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【図3c】
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【図3d】
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【図3e】
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【図3f】
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【図3g】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2011−118384(P2011−118384A)
【公開日】平成23年6月16日(2011.6.16)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−259012(P2010−259012)
【出願日】平成22年11月19日(2010.11.19)
【出願人】(308040351)三星モバイルディスプレイ株式會社 (764)
【氏名又は名称原語表記】Samsung Mobile Display Co., Ltd.
【住所又は居所原語表記】San #24 Nongseo−Dong,Giheung−Gu,Yongin−City,Gyeonggi−Do 446−711 Republic of KOREA
【Fターム(参考)】