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JP2018026549A - 剥離方法、表示装置、表示モジュール、及び電子機器 - Google Patents

剥離方法、表示装置、表示モジュール、及び電子機器 Download PDF

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博之 渡辺
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Abstract

【課題】剥離工程の歩留まりを高める。剥離工程を用いて形成される表示装置の量産性を高める。【解決手段】基板上に、樹脂または樹脂前駆体を含む材料を用いて、第1の層を形成する。次に、第1の層に対して、第1の加熱処理を行うことで、第1の樹脂層を形成する。次に、第1の樹脂層上に、被剥離層を形成する。そして、被剥離層と基板とを分離する。第1の加熱処理は、酸素を含む雰囲気下で行う、または、酸素を含むガスを流しながら行う。【選択図】図1

Description

本発明の一態様は、剥離方法、表示装置、表示モジュール、電子機器、及び表示装置の作製方法に関する。
なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置、電子機器、照明装置、入力装置(例えば、タッチセンサなど)、入出力装置(例えば、タッチパネルなど)、それらの駆動方法、又はそれらの製造方法を一例として挙げることができる。
なお、本明細書等において、半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指す。トランジスタ、半導体回路、演算装置、記憶装置等は半導体装置の一態様である。また、撮像装置、電気光学装置、発電装置(薄膜太陽電池、有機薄膜太陽電池等を含む)、及び電子機器は半導体装置を有している場合がある。
有機EL(Electro Luminescence)素子や、液晶素子が適用された表示装置が知られている。そのほか、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)等の発光素子を備える発光装置、電気泳動方式などにより表示を行う電子ペーパなども、表示装置の一例として挙げることができる。
有機EL素子の基本的な構成は、一対の電極間に発光性の有機化合物を含む層を挟持したものである。この素子に電圧を印加することにより、発光性の有機化合物から発光を得ることができる。このような有機EL素子が適用された表示装置は、薄型、軽量、高コントラストで且つ低消費電力な表示装置を実現できる。
また、可撓性を有する基板(フィルム)上に、トランジスタなどの半導体素子や、有機EL素子などの表示素子を形成することによりフレキシブルな表示装置が実現できる。
特許文献1では、犠牲層を介して耐熱性樹脂層及び電子素子が設けられた支持基板(ガラス基板)にレーザ光を照射して、耐熱性樹脂層をガラス基板から剥離することで、フレキシブルな表示装置を作製する方法が開示されている。
特開2015−223823号公報
本発明の一態様は、新規な剥離方法または表示装置の作製方法を提供することを課題の一つとする。本発明の一態様は、低コストで量産性の高い剥離方法または表示装置の作製方法を提供することを課題の一つとする。本発明の一態様は、歩留まりの高い剥離方法を提供することを課題の一つとする。本発明の一態様は、大判基板を用いて剥離を行うことを課題の一つとする。本発明の一態様は、大判基板を用いて表示装置を作製することを課題の一つとする。本発明の一態様は、作製工程が簡略化された表示装置の作製方法を提供することを課題の一つとする。本発明の一態様は、表示装置を低温で作製することを課題の一つとする。
本発明の一態様は、消費電力の低い表示装置を提供することを課題の一つとする。本発明の一態様は、周囲の明るさによらず、視認性の高い表示装置を提供することを課題の一つとする。本発明の一態様は、全天候型の表示装置を提供することを課題の一つとする。本発明の一態様は、利便性の高い表示装置を提供することを課題の一つとする。本発明の一態様は、信頼性の高い表示装置を提供することを課題の一つとする。本発明の一態様は、表示装置の薄型化または軽量化を課題の一つとする。本発明の一態様は、可撓性を有する、または曲面を有する表示装置を提供することを課題の一つとする。本発明の一態様は、破損しにくい表示装置を提供することを課題の一つとする。本発明の一態様は、新規な表示装置、入出力装置、または電子機器などを提供することを課題の一とする。
なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。本発明の一態様は、必ずしも、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。明細書、図面、請求項の記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
本発明の一態様は、基板上に、樹脂または樹脂前駆体を含む材料を用いて、第1の層を形成し、第1の層に対して、酸素を含むガスを流しながら第1の加熱処理を行うことで、第1の樹脂層を形成し、第1の樹脂層上に、被剥離層を形成し、被剥離層と基板とを分離する、剥離方法である。
本発明の一態様は、基板上に、樹脂または樹脂前駆体を含む材料を用いて、第1の層を形成し、第1の層に対して、酸素を含むガスを流しながら第1の加熱処理を行うことで、第1の樹脂層を形成し、基板上及び第1の樹脂層上に、第1の樹脂層の端部を覆う絶縁層を形成し、第1の樹脂層上に、絶縁層を介して、チャネル形成領域に金属酸化物を有するトランジスタを形成し、第1の樹脂層の少なくとも一部を基板から分離することで、分離の起点を形成し、トランジスタと基板とを分離する、剥離方法である。
本発明の一態様は、基板上に、樹脂または樹脂前駆体を含む材料を用いて、第1の層を形成し、第1の層に対して、酸素を含む雰囲気下で第1の加熱処理を行うことで、第1の樹脂層を形成し、基板上及び第1の樹脂層上に、第1の樹脂層の端部を覆う第2の層を形成し、第2の層に対して、第1の加熱処理の雰囲気よりも酸素の少ない雰囲気下で第2の加熱処理を行うことで、第1の樹脂層の端部を覆う第2の樹脂層を形成し、第1の樹脂層上に、第2の樹脂層を介して、チャネル形成領域に金属酸化物を有するトランジスタを形成し、第1の樹脂層の少なくとも一部を基板から分離することで、分離の起点を形成し、トランジスタと基板とを分離する、剥離方法である。
本発明の一態様は、基板上に、樹脂または樹脂前駆体を含む材料を用いて、第1の層を形成し、第1の層に対して、酸素を含むガスを流しながら第1の加熱処理を行うことで、第1の樹脂層を形成し、基板上及び第1の樹脂層上に、第1の樹脂層の端部を覆う第2の層を形成し、第2の層に対して、酸素を含むガスを流さずに、または第1の加熱処理で用いるガスよりも酸素の割合が低いガスを流しながら、第2の加熱処理を行うことで、第2の樹脂層を形成し、第1の樹脂層上に、第2の樹脂層を介して、チャネル形成領域に金属酸化物を有するトランジスタを形成し、第1の樹脂層の少なくとも一部を基板から分離することで、分離の起点を形成し、トランジスタと基板とを分離する、剥離方法である。
第2の加熱処理は、窒素ガスを流しながら行ってもよい。
第2の加熱処理は、窒素と酸素を含む混合ガスを流しながら、第1の加熱処理よりも低い温度で行ってもよい。
第2の加熱処理の温度が第1の加熱処理の温度よりも低い場合、第1の加熱処理で用いるガスと第2の加熱処理で用いるガスに含まれる酸素の割合が等しくてもよいことがある。
第1の加熱処理は、ガス流量全体に占める酸素ガス流量の割合が5%以上50%以下の混合ガスを流しながら行ってもよい。
第1の加熱処理は、窒素と酸素を含む混合ガスを流しながら350℃以上450℃以下で行ってもよい。
厚さが1μm以上3μm以下となるように、第1の樹脂層を形成してもよい。
粘度が5cP以上100cP未満の溶液を用いて、第1の層を形成してもよい。
スピンコータを用いて、第1の層を形成してもよい。
第1の加熱処理の温度以下の温度で、トランジスタを作製することが好ましい。
感光性を有する樹脂を用いて、第1の層を形成してもよい。
本発明の一態様は、第1の樹脂層と、第1の樹脂層上の第2の樹脂層と、第2の樹脂層上のトランジスタと、トランジスタと電気的に接続される表示素子と、を有する表示装置である。第1の樹脂層の第2の樹脂層とは反対側の面に対して行う、X線光電子分光分析で求められる酸素濃度が、10atomic%以上である。第1の樹脂層の厚さは、1μm以上3μm以下であることが好ましい。トランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を有することが好ましい。
本発明の一態様は、上記構成のうちいずれかの表示装置と、フレキシブルプリント基板(FPC)等の回路基板と、を有する表示モジュールである。
本発明の一態様は、上記の表示モジュールと、アンテナ、バッテリ、筐体、カメラ、スピーカ、マイク、または操作ボタンの少なくともいずれか一と、を有する、電子機器である。
本発明の一態様により、新規な剥離方法または表示装置の作製方法を提供することができる。本発明の一態様により、低コストで量産性の高い剥離方法または表示装置の作製方法を提供することができる。本発明の一態様により、歩留まりの高い剥離方法を提供することができる。本発明の一態様により、大判基板を用いて剥離を行うことができる。本発明の一態様により、大判基板を用いて表示装置を作製することができる。本発明の一態様により、作製工程が簡略化された表示装置の作製方法を提供することができる。本発明の一態様により、表示装置を低温で作製することができる。
本発明の一態様により、消費電力の低い表示装置を提供することができる。本発明の一態様により、周囲の明るさによらず、視認性の高い表示装置を提供することができる。本発明の一態様により、全天候型の表示装置を提供することができる。本発明の一態様により、利便性の高い表示装置を提供することができる。本発明の一態様により、信頼性の高い表示装置を提供することができる。本発明の一態様により、表示装置の薄型化または軽量化が可能となる。本発明の一態様により、可撓性を有する、または曲面を有する表示装置を提供することができる。本発明の一態様により、破損しにくい表示装置を提供することができる。本発明の一態様により、新規な表示装置、入出力装置、または電子機器などを提供することができる。
なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。本発明の一態様は、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。明細書、図面、請求項の記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。
表示装置の作製方法の一例を示す断面図。 表示装置の作製方法の一例を示す断面図。 表示装置の作製方法の一例を示す断面図。 表示装置の作製方法の一例を示す断面図。 表示装置の作製方法の一例を示す断面図及び上面図。 表示装置の作製方法の一例を示す断面図。 表示装置の一例を示す上面図及び断面図。 表示装置の作製方法の一例を示す断面図。 表示装置の作製方法の一例を示す断面図。 表示装置の作製方法の一例を示す断面図。 表示装置の作製方法の一例を示す断面図。 表示装置の作製方法の一例を示す断面図及び上面図。 表示装置の作製方法の一例を示す断面図。 表示装置の作製方法の一例を示す断面図。 表示装置の作製方法の一例を示す断面図。 表示装置の作製方法の一例を示す断面図。 表示装置の作製方法の一例を示す断面図及び上面図。 表示装置の作製方法の一例を示す断面図。 表示装置の作製方法の一例を示す断面図。 表示装置の一例を示す上面図及び断面図。 表示装置の作製方法の一例を示す断面図。 表示装置の作製方法の一例を示す断面図及び上面図。 表示装置の一例を示す斜視図。 表示装置の一例を示す断面図。 表示装置の一例を示す断面図。 表示装置の一例を示す断面図。 表示装置の作製方法の一例を示す断面図。 表示装置の作製方法の一例を示す断面図。 表示装置の作製方法の一例を示す断面図。 表示装置の作製方法の一例を示す断面図。 表示装置の作製方法の一例を示す断面図。 表示装置の作製方法の一例を示す断面図。 表示装置の作製方法の一例を示す断面図。 表示装置の一例及び画素の一例を示す図。 表示装置の画素回路の一例を示す回路図。 表示装置の画素回路の一例を示す回路図及び画素の一例を示す図。 表示モジュールの一例を示す図。 電子機器の一例を示す図。 電子機器の一例を示す図。 実施例1の剥離結果を示す外観写真。 実施例1の剥離結果を示す外観写真。 実施例2の剥離方法を示す断面図及び上面図。 実施例2の剥離結果を示す外観写真。 実施例2の剥離に要する力の測定に用いた装置を示す斜視図と試料を示す断面図。 実施例2の剥離に要する力の測定結果。 実施例2の試料2Aの断面STEM写真。 実施例2の試料2Cの断面STEM写真。 実施例2の試料2Eの断面STEM写真。 実施例4の各試料のXPS分析結果。
実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。また、同様の機能を指す場合には、ハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。
また、図面において示す各構成の、位置、大きさ、範囲などは、理解の簡単のため、実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。
なお、「膜」という言葉と、「層」という言葉とは、場合によっては、又は、状況に応じて、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜」という用語に変更することが可能である。または、例えば、「絶縁膜」という用語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能である。
なお、本明細書等において、「基板」は、機能回路、機能素子、及び機能膜等のうち少なくとも一つを支持する機能を有することが好ましい。なお、「基板」は、これらを支持する機能を有していなくてもよく、例えば、装置の表面を保護する機能、又は、機能回路、機能素子、及び機能膜等のうち少なくとも一つを封止する機能等を有していてもよい。
本明細書等において、金属酸化物(metal oxide)とは、広い表現での金属の酸化物である。金属酸化物は、酸化物絶縁体、酸化物導電体(透明酸化物導電体を含む)、酸化物半導体(Oxide Semiconductorまたは単にOSともいう)などに分類される。例えば、トランジスタの半導体層に金属酸化物を用いた場合、当該金属酸化物を酸化物半導体と呼称する場合がある。つまり、OS FETと記載する場合においては、金属酸化物または酸化物半導体を有するトランジスタと換言することができる。
また、本明細書等において、窒素を有する金属酸化物も金属酸化物(metal oxide)と総称する場合がある。また、窒素を有する金属酸化物を、金属酸窒化物(metal oxynitride)と呼称してもよい。
また、本明細書等において、CAAC(c−axis aligned crystal)、及びCAC(Cloud−Aligned Composite)と記載する場合がある。なお、CAACは結晶構造の一例を表し、CACは機能、または材料の構成の一例を表す。
酸化物半導体または金属酸化物の結晶構造の一例について説明する。なお、以下では、In−Ga−Zn酸化物ターゲット(In:Ga:Zn=4:2:4.1[原子数比])を用いて、スパッタリング法にて成膜された酸化物半導体を一例として説明する。上記ターゲットを用いて、基板温度を100℃以上130℃以下として、スパッタリング法により形成した酸化物半導体をsIGZOと呼称し、上記ターゲットを用いて、基板温度を室温(R.T.)として、スパッタリング法により形成した酸化物半導体をtIGZOと呼称する。例えば、sIGZOは、nc(nano crystal)及びCAACのいずれか一方または双方の結晶構造を有する。また、tIGZOは、ncの結晶構造を有する。なお、ここでいう室温(R.T.)とは、基板を意図的に加熱しない場合の温度を含む。
また、本明細書等において、CAC−OSまたはCAC−metal oxideとは、材料の一部では導電体の機能と、材料の一部では誘電体(または絶縁体)の機能とを有し、材料の全体では半導体としての機能を有する。なお、CAC−OSまたはCAC−metal oxideを、トランジスタの半導体層に用いる場合、導電体は、キャリアとなる電子(またはホール)を流す機能を有し、誘電体は、キャリアとなる電子を流さない機能を有する。導電体としての機能と、誘電体としての機能とを、それぞれ相補的に作用させることで、スイッチングさせる機能(On/Offさせる機能)をCAC−OSまたはCAC−metal oxideに付与することができる。CAC−OSまたはCAC−metal oxideにおいて、それぞれの機能を分離させることで、双方の機能を最大限に高めることができる。
また、本明細書等において、CAC−OSまたはCAC−metal oxideは、導電体領域、及び誘電体領域を有する。導電体領域は、上述の導電体の機能を有し、誘電体領域は、上述の誘電体の機能を有する。また、材料中において、導電体領域と、誘電体領域とは、ナノ粒子レベルで分離している場合がある。また、導電体領域と、誘電体領域とは、それぞれ材料中に偏在する場合がある。また、導電体領域は、周辺がぼけてクラウド状に連結して観察される場合がある。
すなわち、CAC−OSまたはCAC−metal oxideは、マトリックス複合材(matrix composite)、または金属マトリックス複合材(metal matrix composite)と呼称することもできる。
また、CAC−OSまたはCAC−metal oxideにおいて、導電体領域と、誘電体領域とは、それぞれ0.5nm以上10nm以下、好ましくは0.5nm以上3nm以下のサイズで材料中に分散している場合がある。
(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の一態様の剥離方法及び表示装置の作製方法について図1〜20を用いて説明する。
本実施の形態では、トランジスタ及び有機EL素子を有する表示装置(アクティブマトリクス型の有機EL表示装置ともいう)を例に挙げて説明する。当該表示装置は、基板に可撓性を有する材料を用いることで、フレキシブルデバイスとすることができる。なお、本発明の一態様は、有機EL素子を用いた発光装置、表示装置、及び入出力装置(タッチパネルなど)に限られず、他の機能素子を用いた半導体装置、発光装置、表示装置、及び入出力装置等の各種装置に適用することができる。
本実施の形態の剥離方法では、まず、基板上に、樹脂または樹脂前駆体を含む材料を用いて、第1の層を形成する。次に、第1の層に対して第1の加熱処理を行うことで、第1の樹脂層を形成する。次に、第1の樹脂層上に被剥離層を形成する。そして、被剥離層と基板とを分離する。ここで、第1の加熱処理は、酸素を含む雰囲気下で行う。第1の加熱処理は、酸素を含むガスを流しながら行うことが好ましい。
酸素を十分に含む雰囲気で第1の層を加熱することで形成された第1の樹脂層は、酸素を多く含み、基板から容易に剥離することができる。
本実施の形態の剥離方法では、第1の樹脂層を形成する際の加熱条件を制御することで、基板から第1の樹脂層を容易に剥離することができる。つまり、第1の樹脂層の剥離性を高めるために、第1の樹脂層の一面全体にレーザ光を照射する工程は不要である。
第1の樹脂層の一面全体にレーザ光を照射する場合、線状レーザビームを用いることが好適であるが、線状レーザビームを照射するためのレーザ装置は、装置自体が高価であり、かつ、ランニングコストが高い。本実施の形態の剥離方法では、当該レーザ装置が不要となるため、大幅にコストを抑えることが可能となる。また、大判基板への適用も容易である。
基板を介して第1の樹脂層の一面全体にレーザ光を照射する工程が無いため、基板がレーザ光の照射によるダメージを受けることを防止できる。基板を一度使用しても、強度が低下しにくいため、基板を再利用でき、コストを抑えることが可能となる。
または、本実施の形態の剥離方法では、まず、基板上に、樹脂または樹脂前駆体を含む材料を用いて、第1の層を形成する。次に、第1の層に対して第1の加熱処理を行うことで、第1の樹脂層を形成する。次に、基板上及び第1の樹脂層上に、第1の樹脂層の端部を覆う絶縁層を形成する。次に、第1の樹脂層上に、絶縁層を介して、チャネル形成領域に金属酸化物を有するトランジスタを形成する。次に、第1の樹脂層の少なくとも一部を基板から分離することで、分離の起点を形成する。そして、トランジスタと基板とを分離する。ここで、第1の加熱処理は、酸素を含む雰囲気下で行う。第1の加熱処理は、酸素を含むガスを流しながら行うことが好ましい。
基板には、第1の樹脂層が接する部分と、絶縁層が接する部分と、が設けられる。絶縁層は、第1の樹脂層の端部を覆って設けられる。絶縁層は、第1の樹脂層に比べて、基板に対する密着性が高い。第1の樹脂層の端部を覆って絶縁層を設けることで、第1の樹脂層の剥離性が高くても、第1の樹脂層が基板から意図せず剥離することを抑制できる。例えば、基板の搬送時などに第1の樹脂層が剥がれることを抑制できる。そして、分離の起点を形成することで、所望のタイミングで、基板と第1の樹脂層とを分離することができる。つまり、本実施の形態の剥離方法では、剥離のタイミングを制御でき、かつ、高い剥離性を実現できる。これにより、剥離工程、及び表示装置の作製工程の歩留まりを高めることができる。
または、本実施の形態の剥離方法では、まず、基板上に、樹脂または樹脂前駆体を含む材料を用いて、第1の層を形成する。次に、第1の層に対して、酸素を含む雰囲気下で第1の加熱処理を行うことで、第1の樹脂層を形成する。次に、基板上及び第1の樹脂層上に、第1の樹脂層の端部を覆う第2の層を形成する。次に、第2の層に対して、第1の加熱処理の雰囲気よりも酸素の少ない雰囲気下で第2の加熱処理を行うことで、第1の樹脂層の端部を覆う第2の樹脂層を形成する。次に、第1の樹脂層上に、第2の樹脂層を介して、チャネル形成領域に金属酸化物を有するトランジスタを形成する。次に、第1の樹脂層の少なくとも一部を基板から分離することで、分離の起点を形成する。そして、トランジスタと基板とを分離する。
第1の加熱処理は、酸素を含む雰囲気下で行う。第1の加熱処理は、酸素を含むガスを流しながら行うことが好ましい。
第2の加熱処理は、第1の加熱処理の雰囲気よりも酸素の少ない雰囲気下で行うことが好ましい。第2の加熱処理は、酸素を含むガスを流さずに行う、または第1の加熱処理で用いるガスよりも酸素の割合が低いガスを流しながら行うことが好ましい。
第2の樹脂層は、第1の加熱処理の雰囲気よりも酸素の少ない雰囲気下で加熱することで形成されるため、第1の樹脂層に比べて剥離性が低い。
なお、膜中または膜表面の酸素量または酸素濃度を分析することで、第1の樹脂層が、第2の樹脂層よりも酸素を多く含むことを確認できることがある。具体的には、二次イオン質量分析法(SIMS:Secondary Ion Mass Spectrometry)、X線光電子分光法(XPS:X‐ray Photoelectron Spectroscopy)などを用いた分析を利用できる。
基板上には、第1の樹脂層が接する部分と、第2の樹脂層が接する部分と、が設けられる。第2の樹脂層は、第1の樹脂層の端部を覆って設けられる。第2の樹脂層は、第1の樹脂層に比べて、基板に対する密着性が高い。第1の樹脂層の端部を覆って第2の樹脂層を設けることで、第1の樹脂層の剥離性が高くても、第1の樹脂層が基板から意図しないタイミングで剥離することを抑制できる。そして、分離の起点を形成することで、所望のタイミングで、基板と第1の樹脂層とを分離することができる。つまり、本実施の形態の剥離方法では、剥離のタイミングを制御でき、かつ、高い剥離性を実現できる。これにより、剥離工程、及び表示装置の作製工程の歩留まりを高めることができる。
なお、第1の加熱処理を行う雰囲気と第2の加熱処理を行う雰囲気が同じでも、第1の加熱処理の温度よりも第2の加熱処理の温度が十分に低いと、第1の樹脂層の剥離性と第2の樹脂層の剥離性に差をつけることができる場合がある。
第1の層及び第2の層は、それぞれ、感光性の材料を用いて形成してもよい。感光性の材料を用いることで、所望の形状の樹脂層を容易に形成することができる。
本実施の形態の表示装置は、トランジスタのチャネル形成領域に、金属酸化物を有することが好ましい。金属酸化物は、酸化物半導体として機能することができる。
トランジスタのチャネル形成領域に低温ポリシリコン(LTPS(Low Temperature Poly−Silicon))を用いる場合、500℃から550℃程度の温度をかける必要があるため、第1の樹脂層及び第2の樹脂層に耐熱性が求められる。また、レーザ結晶化の工程でのダメージを緩和するため、第1の樹脂層及び第2の樹脂層の厚膜化が必要となる。
一方、チャネル形成領域に金属酸化物を用いたトランジスタは、350℃以下、さらには300℃以下で形成することができる。そのため、第1の樹脂層及び第2の樹脂層に高い耐熱性は求められない。したがって、第1の樹脂層及び第2の樹脂層の耐熱温度を低くすることができ、材料の選択の幅が広がる。また、チャネル形成領域に金属酸化物を用いたトランジスタは、レーザ結晶化の工程が不要であるため、第1の樹脂層及び第2の樹脂層の厚さを薄くすることができる。第1の樹脂層及び第2の樹脂層に高耐熱性が要求されず、薄膜化できることで、デバイス作製の大幅なコストダウンが期待できる。また、LTPSを用いる場合に比べて、工程が簡略化でき好ましい。
第1の樹脂層の厚さ及び第2の樹脂層の厚さは、それぞれ、0.1μm以上3μm以下としてもよい。第1の樹脂層及び第2の樹脂層を薄く形成することで、低コストで表示装置を作製できる。また、表示装置の軽量化及び薄型化が可能となる。また、表示装置の可撓性を高めることができる。
本実施の形態では、第1の樹脂層の耐熱温度以下の温度、かつ第2の樹脂層の耐熱温度以下の温度で、トランジスタ等を形成する。樹脂層の耐熱性は、例えば、加熱による重量減少率、具体的には5%重量減少温度等で評価できる。本実施の形態の剥離方法及び表示装置の作製方法では、工程中の最高温度を低くすることができる。例えば、本実施の形態では、第1の樹脂層の5%重量減少温度及び第2の樹脂層の5%重量減少温度を、それぞれ、200℃以上550℃以下、200℃以上450℃以下、200℃以上400℃以下、または200℃以上350℃以下とすることができる。そのため、材料の選択の幅が広がる。なお、第1の樹脂層または第2の樹脂層の5%重量減少温度は、550℃より高くてもよい。
以下では、本実施の形態の表示装置の作製方法について、具体的に説明する。
なお、表示装置を構成する薄膜(絶縁膜、半導体膜、導電膜等)は、スパッタリング法、化学気相堆積(CVD:Chemical Vapor Deposition)法、真空蒸着法、パルスレーザー堆積(PLD:Pulsed Laser Deposition)法、原子層成膜(ALD:Atomic Layer Deposition)法等を用いて形成することができる。CVD法としては、プラズマ化学気相堆積(PECVD:Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)法や、熱CVD法でもよい。熱CVD法の例として、有機金属化学気相堆積(MOCVD:Metal Organic CVD)法を使ってもよい。
表示装置を構成する薄膜(絶縁膜、半導体膜、導電膜等)は、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、インクジェット、ディスペンス、スクリーン印刷、オフセット印刷、ドクターナイフ、スリットコート、ロールコート、カーテンコート、ナイフコート等の方法により形成することができる。
表示装置を構成する薄膜を加工する際には、リソグラフィ法等を用いて加工することができる。または、遮蔽マスクを用いた成膜方法により、島状の薄膜を形成してもよい。または、ナノインプリント法、サンドブラスト法、リフトオフ法などにより薄膜を加工してもよい。フォトリソグラフィ法としては、加工したい薄膜上にレジストマスクを形成して、エッチング等により当該薄膜を加工し、レジストマスクを除去する方法と、感光性を有する薄膜を成膜した後に、露光、現像を行って、当該薄膜を所望の形状に加工する方法と、がある。
リソグラフィ法において光を用いる場合、露光に用いる光は、例えばi線(波長365nm)、g線(波長436nm)、h線(波長405nm)、またはこれらを混合させた光を用いることができる。そのほか、紫外線やKrFレーザ光、またはArFレーザ光等を用いることもできる。また、液浸露光技術により露光を行ってもよい。また、露光に用いる光として、極端紫外光(EUV:Extreme Ultra−violet)やX線を用いてもよい。また、露光に用いる光に換えて、電子ビームを用いることもできる。極端紫外光、X線または電子ビームを用いると、極めて微細な加工が可能となるため好ましい。なお、電子ビームなどのビームを走査することにより露光を行う場合には、フォトマスクは不要である。
薄膜のエッチングには、ドライエッチング法、ウエットエッチング法、サンドブラスト法などを用いることができる。
[作製方法例1]
まず、作製基板14上に、第1の層24aを形成する(図1(A))。
図1(A)では塗布法を用いて作製基板14の一面全体に第1の層24aを形成する例を示す。これに限られず、印刷法等を用いて作製基板14上に第1の層24aを形成してもよい。作製基板14上に、島状の第1の層24a、開口または凹凸形状を有する第1の層24a等を形成してもよい。
第1の層24aは、各種樹脂材料(樹脂前駆体を含む)を用いて形成することができる。
第1の層24aは、熱硬化性を有する材料を用いて形成することが好ましい。
第1の層24aは、感光性を有する材料を用いて形成してもよく、感光性を有さない材料(非感光性の材料ともいう)を用いて形成してもよい。
感光性を有する材料を用いると、光を用いたリソグラフィ法により、第1の層24aの一部を除去し、所望の形状の第1の樹脂層23aを形成することができる。
第1の層24aは、ポリイミド樹脂またはポリイミド樹脂前駆体を含む材料を用いて形成されることが好ましい。第1の層24aは、例えば、ポリイミド樹脂と溶媒を含む材料、またはポリアミック酸と溶媒を含む材料等を用いて形成できる。ポリイミドは、表示装置の平坦化膜等に好適に用いられる材料であるため、成膜装置及び材料を共有することができる。そのため本発明の一態様の構成を実現するために新たな装置及び材料を必要としない。
そのほか、第1の層24aの形成に用いることができる樹脂材料としては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂、シロキサン樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、フェノール樹脂、及びこれら樹脂の前駆体等が挙げられる。
第1の層24aは、スピンコータを用いて形成することが好ましい。スピンコート法を用いることで、大判基板に薄い膜を均一に形成することができる。
第1の層24aは、粘度が5cP以上500cP未満、好ましくは5cP以上100cP未満、より好ましくは10cP以上50cP以下の溶液を用いて形成することが好ましい。溶液の粘度が低いほど、塗布が容易となる。また、溶液の粘度が低いほど、気泡の混入を抑制でき、良質な膜を形成できる。
そのほか、第1の層24aの形成方法としては、ディップ、スプレー塗布、インクジェット、ディスペンス、スクリーン印刷、オフセット印刷、ドクターナイフ、スリットコート、ロールコート、カーテンコート、ナイフコート等が挙げられる。
作製基板14は、搬送が容易となる程度に剛性を有し、かつ作製工程にかかる温度に対して耐熱性を有する。作製基板14に用いることができる材料としては、例えば、ガラス、石英、セラミック、サファイヤ、樹脂、半導体、金属または合金などが挙げられる。ガラスとしては、例えば、無アルカリガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス等が挙げられる。
次に、第1の層24aに対して第1の加熱処理を行うことで、第1の樹脂層23aを形成する(図1(B))。
第1の加熱処理は、酸素を含む雰囲気下で行う。
第1の樹脂層23aが酸素を多く含むほど、第1の樹脂層23aの剥離に要する力を小さくできる。第1の加熱処理の雰囲気の酸素の割合が高いほど、第1の樹脂層23aに多くの酸素を含ませることができ、第1の樹脂層23aの剥離性を高めることができる。
第1の加熱処理は、例えば、加熱装置のチャンバーの内部を、酸素を含む雰囲気とした状態で行うことができる。または、第1の加熱処理は、大気雰囲気下でホットプレート等を用いて行うことができる。
例えば、第1の加熱処理時の雰囲気の酸素分圧は、5%以上100%未満が好ましく、10%以上100%未満がより好ましく、15%以上100%未満がさらに好ましい。
第1の加熱処理は、加熱装置のチャンバー内に、酸素を含むガスを流しながら行うことが好ましい。第1の加熱処理は、例えば、酸素ガスのみ、または酸素ガスを含む混合ガスを流しながら行うことが好ましい。具体的には、酸素と、窒素もしくは希ガス(アルゴンなど)と、を含む混合ガスを用いることができる。
加熱装置によっては、雰囲気の酸素の割合が高くなると、加熱装置の劣化が生じる場合がある。そのため、酸素ガスを含む混合ガスを用いる際には、混合ガス流量全体に占める酸素ガス流量の割合を、5%以上50%以下とすることが好ましく、10%以上50%以下とすることがより好ましく、15%以上50%以下とすることがさらに好ましい。
第1の加熱処理の温度は、200℃以上500℃以下が好ましく、250℃以上475℃以下がより好ましく、300℃以上450℃以下がさらに好ましい。
第1の加熱処理の温度が高いほど、第1の樹脂層23aの剥離性を高めることができる。
第1の加熱処理により、第1の樹脂層23a中の脱ガス成分(例えば、水素、水等)を低減することができる。特に、第1の樹脂層23a上に形成する各層の作製温度以上の温度で加熱することが好ましい。これにより、トランジスタの作製工程における、第1の樹脂層23aからの脱ガスを大幅に抑制することができる。
例えば、トランジスタの作製温度が350℃までである場合、第1の樹脂層23aとなる膜を350℃以上450℃以下で加熱することが好ましく、350℃以上400℃以下がより好ましく、350℃以上375℃以下がさらに好ましい。これにより、トランジスタの作製工程における、第1の樹脂層23aからの脱ガスを大幅に抑制することができる。
トランジスタの作製における最高温度と、第1の加熱処理の温度を等しくすると、第1の加熱処理を行うことで表示装置の作製における最高温度が高くなることを防止できるため、好ましい。
第1の加熱処理の時間が長いほど、第1の樹脂層23aの剥離性を高めることができる。
処理時間を長くすることで、加熱温度が比較的低い場合であっても、加熱温度がより高い条件の場合と同等の剥離性を実現できる場合がある。そのため、加熱装置の構成により加熱温度を高められない場合には、処理時間を長くすることが好ましい。
第1の加熱処理の時間は、例えば、5分以上24時間以下が好ましく、30分以上12時間以下がより好ましく、1時間以上6時間以下がさらに好ましい。なお、第1の加熱処理の時間はこれに限定されない。例えば、第1の加熱処理を、RTA(Rapid Thermal Annealing)法を用いて行う場合などは、5分未満としてもよい。
加熱装置としては、電気炉や、抵抗発熱体などの発熱体からの熱伝導または熱輻射によって被処理物を加熱する装置等、様々な装置を用いることができる。例えば、GRTA(Gas Rapid Thermal Anneal)装置、LRTA(Lamp Rapid Thermal Anneal)装置等のRTA装置を用いることができる。LRTA装置は、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀ランプなどのランプから発する光(電磁波)の輻射により、被処理物を加熱する装置である。GRTA装置は、高温のガスを用いて加熱処理を行う装置である。RTA装置を用いることによって、処理時間を短縮することができるので、量産する上で好ましい。また、加熱処理はインライン型の加熱装置を用いて行ってもよい。
ここで、例えば、表示装置の平坦化層等に樹脂を用いる場合には、当該樹脂が酸化され、変質してしまうことを防ぐために、酸素がほとんど含まれない条件で、かつ、樹脂が硬化する温度範囲においてできるだけ低い温度で、加熱することが一般的である。しかしながら、本発明の一態様では、第1の樹脂層23aとなる第1の層24aの表面を露出させ、酸素を積極的に含ませた雰囲気に暴露した状態で、比較的高い温度(例えば200℃以上の温度)で加熱する。これにより、第1の樹脂層23aに、高い剥離性を付与することができる。
なお、加熱処理により、第1の樹脂層23aの厚さは、第1の層24aの厚さから変化する場合がある。例えば、第1の層24aに含まれていた溶媒が除去されることや、硬化が進行し密度が増大することにより、体積が減少し、第1の層24aよりも第1の樹脂層23aが薄くなる場合がある。または、加熱処理時に酸素が含まれることにより、体積が増大し、第1の層24aよりも第1の樹脂層23aが厚くなる場合もある。
第1の加熱処理を行う前に、第1の層24aに含まれる溶媒を除去するための熱処理(プリベーク処理ともいう)を行ってもよい。プリベーク処理の温度は用いる材料に応じて適宜決定することができる。例えば、50℃以上180℃以下、80℃以上150℃以下、または90℃以上120℃以下で行うことができる。または、第1の加熱処理がプリベーク処理を兼ねてもよく、第1の加熱処理によって、第1の層24aに含まれる溶媒を除去してもよい。
第1の樹脂層23aは、可撓性を有する。作製基板14は、第1の樹脂層23aよりも可撓性が低い。
第1の樹脂層23aの厚さは、0.01μm以上10μm未満であることが好ましく、0.1μm以上3μm以下であることがより好ましく、0.5μm以上2μm以下であることがさらに好ましい。低粘度の溶液を用いることで、第1の樹脂層23aを薄く形成することが容易となる。第1の樹脂層23aの厚さを上記範囲とすることで、表示装置の可撓性を高めることができる。また、第1の樹脂層23aの厚さが厚いと、第1の樹脂層23aの剥離に要する力が小さくなる結果が得られている(実施例2参照)。このことから、第1の樹脂層23aは1μm以上の厚さを有することが好ましいと考えられる。ただし、これに限定されず、第1の樹脂層23aの厚さは、10μm以上としてもよい。例えば、第1の樹脂層23aの厚さを10μm以上200μm以下としてもよい。第1の樹脂層23aの厚さを10μm以上とすることで、表示装置の剛性を高めることができるため好適である。
第1の樹脂層23aの熱膨張係数は、0.1ppm/℃以上50ppm/℃以下であることが好ましく、0.1ppm/℃以上20ppm/℃以下であることがより好ましく、0.1ppm/℃以上10ppm/℃以下であることがさらに好ましい。第1の樹脂層23aの熱膨張係数が低いほど、加熱により、トランジスタ等を構成する層にクラックが生じることや、トランジスタ等が破損することを抑制できる。
表示装置の表示面側に第1の樹脂層23aが位置する場合、第1の樹脂層23aは、可視光に対する透光性が高いことが好ましい。
次に、第1の樹脂層23a上に、絶縁層31を形成する(図1(C))。
絶縁層31は、第1の樹脂層23aの耐熱温度以下の温度で形成する。絶縁層31は、第1の加熱処理の温度以下の温度で形成することが好ましく、第1の加熱処理の温度より低い温度で形成してもよい。
絶縁層31は、第1の樹脂層23aに含まれる不純物が、後に形成するトランジスタ及び表示素子に拡散することを防ぐバリア層として用いることができる。例えば、絶縁層31は、第1の樹脂層23aを加熱した際に、第1の樹脂層23aに含まれる水分等がトランジスタ及び表示素子に拡散することを防ぐことが好ましい。そのため、絶縁層31は、バリア性が高いことが好ましい。
絶縁層31としては、例えば、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、窒化アルミニウム膜などの無機絶縁膜を用いることができる。また、酸化ハフニウム膜、酸化イットリウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化ガリウム膜、酸化タンタル膜、酸化マグネシウム膜、酸化ランタン膜、酸化セリウム膜、及び酸化ネオジム膜等を用いてもよい。また、上述の絶縁膜を2以上積層して用いてもよい。特に、第1の樹脂層23a上に窒化シリコン膜を形成し、窒化シリコン膜上に酸化シリコン膜を形成することが好ましい。
なお、本明細書などにおいて、酸化窒化シリコンとは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多い材料を指し、窒化酸化シリコンとは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多い材料を指す。
無機絶縁膜は、成膜温度が高いほど緻密でバリア性の高い膜となるため、高温で形成することが好ましい。
絶縁層31の成膜時の基板温度は、室温(25℃)以上350℃以下が好ましく、100℃以上300℃以下がさらに好ましい。
次に、絶縁層31上に、トランジスタ40を形成する(図1(C))。
表示装置が有するトランジスタの構造は特に限定されない。例えば、プレーナ型のトランジスタとしてもよいし、スタガ型のトランジスタとしてもよいし、逆スタガ型のトランジスタとしてもよい。また、トップゲート構造またはボトムゲート構造のいずれのトランジスタ構造としてもよい。または、チャネルの上下にゲート電極が設けられていてもよい。
ここではトランジスタ40として、金属酸化物層44を有する、ボトムゲート構造のトランジスタを作製する場合を示す。金属酸化物層44は、トランジスタ40の半導体層として機能することができる。金属酸化物は、酸化物半導体として機能することができる。
本実施の形態において、トランジスタの半導体には、酸化物半導体を用いる。シリコンよりもバンドギャップが広く、且つキャリア密度の小さい半導体材料を用いると、トランジスタのオフ状態における電流を低減できるため好ましい。
トランジスタ40は、第1の樹脂層23aの耐熱温度以下の温度で形成する。トランジスタ40は、第1の加熱処理の温度以下の温度で形成することが好ましく、第1の加熱処理の温度より低い温度で形成してもよい。
具体的には、まず、絶縁層31上に導電層41を形成する。導電層41は、導電膜を成膜した後、レジストマスクを形成し、当該導電膜をエッチングした後にレジストマスクを除去することで形成できる。
導電膜の成膜時の基板温度は、室温以上350℃以下が好ましく、室温以上300℃以下がさらに好ましい。
表示装置が有する導電層には、それぞれ、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル、銅、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、銀、タンタル、もしくはタングステン等の金属、またはこれを主成分とする合金を単層構造または積層構造として用いることができる。または、酸化インジウム、インジウム錫酸化物(ITO)、タングステンを含むインジウム酸化物、タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、チタンを含むインジウム酸化物、チタンを含むITO、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛(ZnO)、ガリウムを含むZnO、またはシリコンを含むITO等の透光性を有する導電性材料を用いてもよい。また、不純物元素を含有させる等して低抵抗化させた、多結晶シリコンもしくは酸化物半導体等の半導体、またはニッケルシリサイド等のシリサイドを用いてもよい。また、グラフェンを含む膜を用いることもできる。グラフェンを含む膜は、例えば酸化グラフェンを含む膜を還元して形成することができる。また、不純物元素を含有させた酸化物半導体等の半導体を用いてもよい。または、銀、カーボン、もしくは銅等の導電性ペースト、またはポリチオフェン等の導電性ポリマーを用いて形成してもよい。導電性ペーストは、安価であり、好ましい。導電性ポリマーは、塗布しやすく、好ましい。
続いて、絶縁層32を形成する。絶縁層32は、絶縁層31に用いることのできる無機絶縁膜を援用できる。
続いて、金属酸化物層44を形成する。金属酸化物層44は、金属酸化物膜を成膜した後、レジストマスクを形成し、当該金属酸化物膜をエッチングした後にレジストマスクを除去することで形成できる。
金属酸化物膜の成膜時の基板温度は、350℃以下が好ましく、室温以上200℃以下がより好ましく、室温以上130℃以下がさらに好ましい。
金属酸化物膜は、不活性ガス及び酸素ガスのいずれか一方または双方を用いて成膜することができる。なお、金属酸化物膜の成膜時における酸素の流量比(酸素分圧)に、特に限定はない。ただし、電界効果移動度が高いトランジスタを得る場合においては、金属酸化物膜の成膜時における酸素の流量比(酸素分圧)は、0%以上30%以下が好ましく、5%以上30%以下がより好ましく、7%以上15%以下がさらに好ましい。
金属酸化物膜は、少なくともインジウムまたは亜鉛を含むことが好ましい。特にインジウム及び亜鉛を含むことが好ましい。
金属酸化物は、エネルギーギャップが2eV以上であることが好ましく、2.5eV以上であることがより好ましく、3eV以上であることがさらに好ましい。このように、エネルギーギャップの広い金属酸化物を用いることで、トランジスタのオフ電流を低減することができる。
金属酸化物膜は、スパッタリング法により形成することができる。そのほか、PLD法、PECVD法、熱CVD法、ALD法、真空蒸着法などを用いてもよい。
続いて、導電層43a及び導電層43bを形成する。導電層43a及び導電層43bは、導電膜を成膜した後、レジストマスクを形成し、当該導電膜をエッチングした後にレジストマスクを除去することにより形成できる。導電層43a及び導電層43bは、それぞれ、金属酸化物層44と接続される。
なお、導電層43a及び導電層43bの加工の際に、レジストマスクに覆われていない金属酸化物層44の一部がエッチングにより薄膜化する場合がある。
導電膜の成膜時の基板温度は、室温以上350℃以下が好ましく、室温以上300℃以下がさらに好ましい。
以上のようにして、トランジスタ40を作製できる(図1(C))。トランジスタ40において、導電層41の一部はゲートとして機能し、絶縁層32の一部はゲート絶縁層として機能し、導電層43a及び導電層43bは、それぞれソースまたはドレインのいずれか一方として機能する。
次に、トランジスタ40を覆う絶縁層33を形成する(図1(D))。絶縁層33は、絶縁層31と同様の方法により形成することができる。
また、絶縁層33として、酸素を含む雰囲気下で成膜した酸化シリコン膜や酸化窒化シリコン膜等の酸化物絶縁膜を用いることが好ましい。さらに、当該酸化シリコン膜や酸化窒化シリコン膜上に窒化シリコン膜などの酸素を拡散、透過しにくい絶縁膜を積層することが好ましい。酸素を含む雰囲気下で形成した酸化物絶縁膜は、加熱により多くの酸素を放出しやすい絶縁膜とすることができる。このような酸素を放出する酸化絶縁膜と、酸素を拡散、透過しにくい絶縁膜を積層した状態で、加熱処理を行うことにより、金属酸化物層44に酸素を供給することができる。その結果、金属酸化物層44中の酸素欠損、及び金属酸化物層44と絶縁層33の界面の欠陥を修復し、欠陥準位を低減することができる。これにより、極めて信頼性の高い表示装置を実現できる。
以上の工程により、第1の樹脂層23a上に絶縁層31、トランジスタ40、及び絶縁層33を形成することができる(図1(D))。
この段階において、後述する方法を用いて作製基板14とトランジスタ40とを分離することで、表示素子を有さないデバイスを作製することができる。例えば、トランジスタ40や、トランジスタ40に加えて容量素子、抵抗素子、及び配線などを形成し、後述する方法を用いて作製基板14とトランジスタ40とを分離することで、半導体装置を作製することができる。
次に、絶縁層33上に絶縁層34を形成する(図1(D))。絶縁層34は、後に形成する表示素子の被形成面を有する層であるため、平坦化層として機能することが好ましい。絶縁層34は、絶縁層31に用いることのできる有機絶縁膜または無機絶縁膜を援用できる。
絶縁層34は、第1の樹脂層23aの耐熱温度以下の温度で形成する。絶縁層34は、第1の加熱処理の温度以下の温度で形成することが好ましく、第1の加熱処理の温度より低い温度で形成してもよい。
絶縁層34に有機絶縁膜を用いる場合、絶縁層34の形成時に第1の樹脂層23aにかかる温度は、室温以上350℃以下が好ましく、室温以上300℃以下がさらに好ましい。
絶縁層34に無機絶縁膜を用いる場合、成膜時の基板温度は、室温以上350℃以下が好ましく、100℃以上300℃以下がさらに好ましい。
次に、絶縁層34及び絶縁層33に、導電層43bに達する開口を形成する。
その後、導電層61を形成する(図1(E))。導電層61は、その一部が発光素子60の画素電極として機能する。導電層61は、導電膜を成膜した後、レジストマスクを形成し、当該導電膜をエッチングした後にレジストマスクを除去することにより形成できる。
導電層61は、第1の樹脂層23aの耐熱温度以下の温度で形成する。導電層61は、第1の加熱処理の温度以下の温度で形成することが好ましく、第1の加熱処理の温度より低い温度で形成してもよい。
導電膜の成膜時の基板温度は、室温以上350℃以下が好ましく、室温以上300℃以下がさらに好ましい。
次に、導電層61の端部を覆う絶縁層35を形成する(図1(E))。絶縁層35は、絶縁層31に用いることのできる有機絶縁膜または無機絶縁膜を援用できる。
絶縁層35は、第1の樹脂層23aの耐熱温度以下の温度で形成する。絶縁層35は、第1の加熱処理の温度以下の温度で形成することが好ましく、第1の加熱処理の温度より低い温度で形成してもよい。
絶縁層35に有機絶縁膜を用いる場合、絶縁層35の形成時に第1の樹脂層23aにかかる温度は、室温以上350℃以下が好ましく、室温以上300℃以下がさらに好ましい。
絶縁層35に無機絶縁膜を用いる場合、成膜時の基板温度は、室温以上350℃以下が好ましく、100℃以上300℃以下がさらに好ましい。
次に、EL層62及び導電層63を形成する(図2(A))。導電層63は、その一部が発光素子60の共通電極として機能する。
EL層62は、蒸着法、塗布法、印刷法、吐出法などの方法で形成することができる。EL層62を画素毎に作り分ける場合、メタルマスクなどの遮蔽マスクを用いた蒸着法、またはインクジェット法等により形成することができる。EL層62を画素毎に作り分けない場合には、メタルマスクを用いない蒸着法を用いることができる。
EL層62には、低分子系化合物及び高分子系化合物のいずれを用いることもでき、無機化合物を含んでいてもよい。
導電層63は、蒸着法やスパッタリング法等を用いて形成することができる。
導電層63は、第1の樹脂層23aの耐熱温度以下の温度かつEL層62の耐熱温度以下の温度で形成する。また、第1の加熱処理の温度以下の温度で形成することが好ましく、第1の加熱処理の温度より低い温度で形成してもよい。
以上のようにして、発光素子60を形成することができる(図2(A))。発光素子60は、一部が画素電極として機能する導電層61、EL層62、及び一部が共通電極として機能する導電層63が積層された構成を有する。
ここでは、発光素子60として、トップエミッション型の発光素子を作製する例を示したが、本発明の一態様はこれに限られない。
発光素子は、トップエミッション型、ボトムエミッション型、デュアルエミッション型のいずれであってもよい。光を取り出す側の電極には、可視光を透過する導電膜を用いる。また、光を取り出さない側の電極には、可視光を反射する導電膜を用いることが好ましい。
次に、導電層63を覆って絶縁層74を形成する(図2(B))。絶縁層74は、発光素子60に水などの不純物が拡散することを抑制する保護層として機能する。発光素子60は、絶縁層74によって封止される。導電層63を形成した後、大気に曝すことなく、絶縁層74を形成することが好ましい。
絶縁層74は、第1の樹脂層23aの耐熱温度以下の温度かつ発光素子60の耐熱温度以下の温度で形成する。絶縁層74は、第1の加熱処理の温度以下の温度で形成することが好ましく、第1の加熱処理の温度より低い温度で形成してもよい。
絶縁層74は、例えば、上述した絶縁層31に用いることのできるバリア性の高い無機絶縁膜が含まれる構成とすることが好ましい。また、無機絶縁膜と有機絶縁膜を積層して用いてもよい。
絶縁層74は、ALD法やスパッタリング法等を用いて形成することができる。ALD法及びスパッタリング法は低温成膜が可能であるため好ましい。ALD法を用いると絶縁層74のカバレッジが良好となり好ましい。
次に、絶縁層74上に保護層75を形成する(図2(C))。保護層75は、表示装置の最表面に位置する層として用いることができる。保護層75は、可視光に対する透過性が高いことが好ましい。
保護層75として、上述した絶縁層31に用いることのできる有機絶縁膜を用いると、表示装置の表面に傷がつくことや、クラックが生じてしまうことを抑制できるため好ましい。
図3(A)には、接着層75bを用いて絶縁層74上に基板75aを貼り合わせた例を示す。
接着層75bには、紫外線硬化型等の光硬化型接着剤、反応硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、嫌気型接着剤等の各種硬化型接着剤を用いることができる。また、接着シート等を用いてもよい。
基板75aには、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)等のポリエステル樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリカーボネート(PC)樹脂、ポリエーテルスルホン(PES)樹脂、ポリアミド樹脂(ナイロン、アラミド等)、ポリシロキサン樹脂、シクロオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂、ABS樹脂、セルロースナノファイバー等を用いることができる。基板75aには、可撓性を有する程度の厚さのガラス、石英、樹脂、金属、合金、半導体等の各種材料を用いてもよい。
次に、作製基板14と第1の樹脂層23aとを分離する(図3(B))。
例えば、第1の樹脂層23aに垂直方向に引っ張る力をかけることにより、作製基板14から第1の樹脂層23aを剥離することができる。具体的には、基板75aの上面の一部を吸着し、上方に引っ張ることにより、作製基板14から第1の樹脂層23aを引き剥がすことができる。
ここで、分離時に、分離界面に水や水溶液など、水を含む液体を添加し、該液体が分離界面に浸透するように分離を行うことで、分離を容易に行うことができる。また、分離時に生じる静電気が、トランジスタなどの機能素子に悪影響を及ぼすこと(半導体素子が静電気により破壊されるなど)を抑制できる。
分離前に、第1の樹脂層23aの一部を作製基板14から分離することで、分離の起点を形成してもよい。例えば、作製基板14と第1の樹脂層23aとの間に、刃物などの鋭利な形状の器具を差し込むことで分離の起点を形成してもよい。または、基板75a側から鋭利な形状の器具で第1の樹脂層23aを切り込み、分離の起点を形成してもよい。または、レーザアブレーション法等のレーザを用いた方法で、分離の起点を形成してもよい。
作製方法例1では、第1の樹脂層23aを形成する際に酸素を含む雰囲気下で第1の加熱処理を行うため、第1の樹脂層23aの一面全体にレーザ照射を行うことなく、作製基板14と第1の樹脂層23aとを分離することができる。そのため、低コストで表示装置を作製することができる。
作製基板14から分離することで露出した第1の樹脂層23aと、基板29とを、接着層28を用いて貼り合わせてもよい(図3(C))。基板29は、表示装置の支持基板として機能することができる。
接着層28には、接着層75bに用いることができる材料を適用することができる。基板29には、基板75aに用いることができる材料を適用することができる。
以上の工程により、トランジスタのチャネル形成領域に金属酸化物が適用され、EL素子に塗り分け方式が適用された表示装置を作製することができる。
[作製方法例2]
以降の作製方法例では、先に説明した作製方法例と同様の部分について、説明を省略することがある。
まず、作製基板14上に、第1の層24aを形成する(図4(A))。
第1の層24aに用いる材料及び方法は、作製方法例1を参照することができる。
本実施の形態では、感光性及び熱硬化性を有する材料を用いて第1の層24aを形成する。なお、第1の層24aは、非感光性の材料を用いて形成してもよい。
第1の層24aを成膜した後、溶媒を除去するための熱処理(プリベーク処理)を行い、その後フォトマスクを用いて露光を行う。続いて、現像処理を施すことで、不要な部分を除去することができる。次に、所望の形状に加工された第1の層24aに対して第1の加熱処理を行うことで、第1の樹脂層23aを形成する(図4(B))。図4(B)では、島状の第1の樹脂層23aを形成する例を示す。
なお、第1の樹脂層23aの形状は1つの島状に限られず、例えば、複数の島状、開口を有する形状などでもよい。また、ハーフトーンマスクもしくはグレートーンマスクを用いた露光技術、または多重露光技術などを用い、第1の樹脂層23aの表面に凹凸形状を形成してもよい。
第1の層24aまたは第1の樹脂層23a上にレジストマスク、ハードマスク等のマスクを形成し、エッチングすることで、所望の形状の第1の樹脂層23aを形成することができる。この方法は、非感光性の材料を用いる場合に特に好適である。マスクを極めて薄い厚さで形成し、エッチングと同時にマスクを除去することができると、マスクを除去する工程を削減でき、好ましい。
作製方法例1と同様に、第1の加熱処理は、酸素を含む雰囲気下で行う。第1の加熱処理は、酸素を含むガスを流しながら行うことが好ましい。
次に、作製基板14上及び第1の樹脂層23a上に、第2の層24bを形成する(図4(C))。作製基板14上には、第1の樹脂層23aが設けられていない部分が存在する。そのため、作製基板14上に第2の層24bが接する部分を形成することができる。
第2の層24bは、第1の層24aに用いることができる材料及び方法を適用することができる。
塗布法を用いて第2の層24bを形成することで、段差被覆性が向上し、後述する第2の樹脂層23bの表面を平坦にすることができ、好ましい。
第2の層24bは、熱硬化性を有する材料を用いて形成することが好ましい。
第2の層24bは、感光性を有する材料を用いて形成してもよく、非感光性の材料を用いて形成してもよい。
本実施の形態では、感光性及び熱硬化性を有する材料を用いて第2の層24bを形成する。
次に、第2の層24bに対して第2の加熱処理を行うことで、第2の樹脂層23bを形成する(図4(D1))。
第2の加熱処理は、第1の加熱処理の雰囲気よりも酸素の少ない雰囲気下で行う。第2の加熱処理は、酸素を含むガスを流さずに行う、または第1の加熱処理で用いるガスよりも酸素の割合が低いガスを流しながら行うことが好ましい。
第2の加熱処理は、例えば、装置のチャンバーの内部を、窒素雰囲気、または希ガス雰囲気とした状態で行うことができる。
例えば、第1の加熱処理時の雰囲気の酸素分圧は、0%以上15%未満が好ましく、0%以上10%以下がより好ましく、0%以上5%以下がさらに好ましい。
第2の加熱処理は、装置のチャンバー内に、酸素を含まないガス、または第1の加熱処理で用いるガスよりも酸素の割合が低いガスを流しながら行うことが好ましい。第2の加熱処理は、例えば、窒素ガスのみ、アルゴンガスのみ、または、酸素を含む混合ガスを流しながら行うことが好ましい。具体的には、酸素と、窒素または希ガス(アルゴンなど)と、を含む混合ガスを用いることができる。混合ガス流量全体に占める酸素ガス流量の割合は、0%より大きく15%未満が好ましく、0%より大きく10%以下がより好ましく、0%より大きく5%以下がさらに好ましい。
第2の加熱処理の温度は、200℃以上500℃以下が好ましく、250℃以上475℃以下がより好ましく、300℃以上450℃以下がさらに好ましい。
第2の加熱処理により、第2の樹脂層23b中の脱ガス成分(例えば、水素、水等)を低減することができる。特に、第2の樹脂層23b上に形成する各層の作製温度以上の温度で加熱することが好ましい。これにより、トランジスタの作製工程における、第2の樹脂層23bからの脱ガスを大幅に抑制することができる。
例えば、トランジスタの作製温度が350℃までである場合、第2の樹脂層23bとなる膜を350℃以上450℃以下で加熱することが好ましく、400℃以下がより好ましく、375℃以下がさらに好ましい。これにより、トランジスタの作製工程における、第2の樹脂層23bからの脱ガスを大幅に抑制することができる。
トランジスタの作製における最高温度と、第2の加熱処理の温度を等しくすると、第2の加熱処理を行うことで装置の作製における最高温度が高くなることを防止できるため、好ましい。
第2の加熱処理の時間が長いほど、第2の樹脂層23b中の脱ガス成分を十分に低減することができる。
処理時間を長くすることで、加熱温度が比較的低い場合であっても、加熱温度がより高い条件の場合と同等の効果が得られる場合がある。そのため、装置の構成により加熱温度を高められない場合には、処理時間を長くすることが好ましい。
第2の加熱処理の時間は、例えば、5分以上24時間以下が好ましく、30分以上12時間以下がより好ましく、1時間以上6時間以下がさらに好ましい。なお、第2の加熱処理の時間はこれに限定されない。例えば、第2の加熱処理を、RTA法を用いて行う場合などは、5分未満としてもよい。
なお、加熱処理により、第2の樹脂層23bの厚さは、第2の層24bの厚さから変化する場合がある。
第2の加熱処理を行う前に、第2の層24bに含まれる溶媒を除去するための熱処理(プリベーク処理)を行ってもよい。または、第2の加熱処理がプリベーク処理を兼ねてもよく、第2の加熱処理によって、第2の層24bに含まれる溶媒を除去してもよい。
第2の樹脂層23bは、可撓性を有する。作製基板14は、第2の樹脂層23bよりも可撓性が低い。
第2の樹脂層23bの厚さは、0.01μm以上10μm未満であることが好ましく、0.1μm以上3μm以下であることがより好ましく、0.5μm以上2μm以下であることがさらに好ましい。低粘度の溶液を用いることで、第2の樹脂層23bを薄く形成することが容易となる。第2の樹脂層23bの厚さを上記範囲とすることで、表示装置の可撓性を高めることができる。また、第2の樹脂層23bの厚さは、第1の樹脂層23aの剥離に要する力に影響しない結果が得られている(実施例2参照)。このことから、第2の樹脂層23bは第1の樹脂層23aよりも薄く形成できることが考えられる。ただし、これに限定されず、第2の樹脂層23bの厚さは、10μm以上としてもよい。例えば、第2の樹脂層23bの厚さを10μm以上200μm以下としてもよい。第2の樹脂層23bの厚さを10μm以上とすることで、表示装置の剛性を高めることができるため好適である。
第2の樹脂層23bの熱膨張係数は、0.1ppm/℃以上50ppm/℃以下であることが好ましく、0.1ppm/℃以上20ppm/℃以下であることがより好ましく、0.1ppm/℃以上10ppm/℃以下であることがさらに好ましい。第2の樹脂層23bの熱膨張係数が低いほど、加熱により、トランジスタ等を構成する層にクラックが生じることや、トランジスタ等が破損することを抑制できる。
表示装置の表示面側に第2の樹脂層23bが位置する場合、第2の樹脂層23bは、可視光に対する透光性が高いことが好ましい。
第2の樹脂層23bは、平坦化機能を有していなくてもよい。図4(D1)では、第2の樹脂層23bの上面が平坦な例を示すが、図4(D2)に示すように、第2の樹脂層23bの上面が段差を有していてもよい。
図4(D1)に示す第2の樹脂層23bは角ばっているが、第2の樹脂層23bは、第1の樹脂層23aと同様に、端部にテーパを有していてもよい。
第1の樹脂層23aと第2の樹脂層23bは、それぞれ異なる材料を用いて形成してもよく、同じ材料を用いて形成してもよい。同じ材料を用いることでコストを下げることができ好ましい。同じ材料を用いても、第1の加熱処理と第2の加熱処理の条件を変えることにより、第1の樹脂層23aと第2の樹脂層23bとで、作製基板14に対する密着性の高さを変えることができる。
次に、第2の樹脂層23b上に、絶縁層31を形成する(図4(E))。
絶縁層31は、第1の樹脂層23aの耐熱温度以下、かつ第2の樹脂層23bの耐熱温度以下の温度で形成する。第1の加熱処理の温度以下かつ第2の加熱処理の温度以下の温度で形成することが好ましく、第1の加熱処理の温度及び第2の加熱処理の温度の双方より低い温度で形成してもよい。
絶縁層31は、第1の樹脂層23a及び第2の樹脂層23bに含まれる不純物が、後に形成するトランジスタ及び表示素子に拡散することを防ぐバリア層として用いることができる。例えば、絶縁層31は、第1の樹脂層23a及び第2の樹脂層23bを加熱した際に、第1の樹脂層23a及び第2の樹脂層23bに含まれる水分等がトランジスタ及び表示素子に拡散することを防ぐことが好ましい。そのため、絶縁層31は、バリア性が高いことが好ましい。
絶縁層31には、作製方法例1で例示した材料を用いることができる。
次に、絶縁層31上に、トランジスタ40を形成する(図4(E))。
トランジスタ40は、第1の樹脂層23aの耐熱温度以下、かつ、第2の樹脂層23bの耐熱温度以下の温度で形成する。トランジスタ40は、第1の加熱処理の温度以下かつ第2の加熱処理の温度以下の温度で形成することが好ましく、第1の加熱処理の温度及び第2の加熱処理の温度の双方より低い温度で形成してもよい。
次に、作製方法例1と同様に、絶縁層33から保護層75までを形成する(図5(A))。なお、これら各構成要素を作製する際には、第1の樹脂層23aの耐熱温度以下、かつ、第2の樹脂層23bの耐熱温度以下の温度で形成する。これら各構成要素は、第1の加熱処理の温度以下かつ第2の加熱処理の温度以下の温度で形成することが好ましく、第1の加熱処理の温度及び第2の加熱処理の温度の双方より低い温度で形成してもよい。
次に、第1の樹脂層23aに分離の起点を形成する(図5(B1)、(B2))。
例えば、保護層75側から、第1の樹脂層23aの端部よりも内側に刃物などの鋭利な形状の器具65を差し込み、枠状に切れ目64を入れる。
または、第1の樹脂層23aに、枠状にレーザ光を照射してもよい。
作製方法例2では、作製基板14に、第1の樹脂層23aが接する部分と、第2の樹脂層23bが接する部分と、を設ける。酸素を含む雰囲気下で第1の加熱処理を行うことで、第1の樹脂層23aは作製基板14から剥離しやすい状態となる。一方、第1の加熱処理の雰囲気よりも酸素の少ない雰囲気下で第2の加熱処理を行うため、第2の樹脂層23bは作製基板14から剥離しにくい状態である。そのため、第1の樹脂層23aが作製基板14から意図しないタイミングで剥離することを抑制できる。そして、分離の起点を形成することで、所望のタイミングで、作製基板14と第1の樹脂層23aとを分離することができる。したがって、剥離のタイミングを制御でき、かつ、高い剥離性を実現できる。これにより、剥離工程、及び表示装置の作製工程の歩留まりを高めることができる。
次に、作製基板14とトランジスタ40とを分離する(図6(A))。
作製方法例2では、第1の樹脂層23aを形成する際に酸素を含む雰囲気下で第1の加熱処理を行うため、第1の樹脂層23aの一面全体にレーザ照射を行うことなく、作製基板14と第1の樹脂層23aとを剥離することができる。そのため、低コストで表示装置を作製することができる。
次に、作製基板14から分離することで露出した第1の樹脂層23aと、基板29とを、接着層28を用いて貼り合わせる(図6(B))。基板29は、表示装置の支持基板として機能することができる。
以上の工程により、トランジスタのチャネル形成領域に金属酸化物が適用され、EL素子に塗り分け方式が適用された表示装置を作製することができる。
[表示装置の構成例1]
図7(A)は、表示装置10Aの上面図である。図7(B)、(C)は、それぞれ、表示装置10Aの表示部381の断面図及びFPC372との接続部の断面図の一例である。
表示装置10Aは、上記の作製方法例2を用いて作製することができる。表示装置10Aは、曲がった状態に保持することや、繰り返し曲げることなどが可能である。
表示装置10Aは、保護層75及び基板29を有する。保護層75側が表示装置の表示面側である。表示装置10Aは、表示部381及び駆動回路部382を有する。表示装置10AにはFPC372が貼り付けられている。
接続体76を介して、導電層43cとFPC372とが電気的に接続されている(図7(B)、(C))。導電層43cは、トランジスタのソース及びドレインと同一の材料及び同一の工程で形成することができる。
接続体76としては、様々な異方性導電フィルム(ACF:Anisotropic Conductive Film)及び異方性導電ペースト(ACP:Anisotropic Conductive Paste)等を用いることができる。
図7(C)に示す表示装置は、トランジスタ40を有さず、トランジスタ49を有している点、及び、絶縁層33上に着色層97を有する点で、図7(B)の構成と異なる。ボトムエミッション型の発光素子60を用いる場合、発光素子60よりも基板29側に着色層97を有していてもよい。
図7(C)に示すトランジスタ49は、図7(B)に示すトランジスタ40の構成に加えて、ゲートとして機能する導電層45を有する。
トランジスタ49には、チャネルが形成される半導体層を2つのゲートで挟持する構成が適用されている。このような構成とすることで、トランジスタの閾値電圧を制御することができる。2つのゲートを接続し、これらに同一の信号を供給することによりトランジスタを駆動してもよい。このようなトランジスタは他のトランジスタと比較して電界効果移動度を高めることが可能であり、オン電流を増大させることができる。その結果、高速駆動が可能な回路を作製することができる。さらには、回路部の占有面積を縮小することが可能となる。オン電流の大きなトランジスタを適用することで、表示装置を大型化、または高精細化したときに配線数が増大したとしても、各配線における信号遅延を低減することが可能であり、表示ムラを抑制することができる。
または、2つのゲートのうち、一方に閾値電圧を制御するための電位を与え、他方に駆動のための電位を与えることで、トランジスタの閾値電圧を制御することができる。
上述の通り、酸素を含む雰囲気下で加熱処理を行うことで、第1の樹脂層23aの一面全体にレーザ照射を行うことなく、作製基板から第1の樹脂層23aを剥離することができる。そのため、本実施の形態の表示装置の作製方法を適用して作製された表示装置が有する第1の樹脂層23aは、酸素を多く含むことが分析により確認できることがある。具体的には、第1の樹脂層23aの剥離面側の表面(作製基板側の表面ともいえる。図7(B)、(C)では接着層28と接する面に相当する。)に対して、X線光電子分光法(XPS:X‐ray Photoelectron Spectroscopy)を用いた分析で、酸素濃度を求めることができる。特に、第1の樹脂層23aの接着層28側の面に対して行うX線光電子分光分析で求められる酸素濃度が、10atomic%以上であることが好ましく、15atomic%以上であることがより好ましい。
[作製方法例3]
作製方法例2では、第1の樹脂層23aと第2の樹脂層23bを形成する例を示したが、絶縁層31と作製基板14との密着性の高さによっては、第2の樹脂層23bは設けなくてもよい。
具体的には、作製基板14上に第1の樹脂層23aを形成した後、作製基板14上及び第1の樹脂層23a上に接して、絶縁層31を形成してもよい。そして、絶縁層31上に、トランジスタ40から保護層75までを形成する(図8(A))。
作製方法例3では、作製基板14に、第1の樹脂層23aが接する部分と、絶縁層31が接する部分と、を設ける。作製基板14と絶縁層31との密着性が十分に高いとき、第1の樹脂層23aの剥離性が高くても、第1の樹脂層23aが作製基板14から意図せず剥離することを抑制できる。そして、分離の起点を形成する(図8(A)の器具65参照)ことで、所望のタイミングで、作製基板14と第1の樹脂層23aとを分離することができる(図8(B))。したがって、剥離のタイミングを制御でき、かつ、高い剥離性を実現できる。これにより、剥離工程、及び表示装置の作製工程の歩留まりを高めることができる。
[作製方法例4]
まず、作製方法例2と同様に、作製基板14上に、第1の樹脂層23aから絶縁層35までを順に形成する。(図9(A))。
次に、図9(B)に示すように、保護層71を形成する。
保護層71は、剥離工程において、絶縁層35及び導電層61の表面を保護する機能を有する。保護層71には、容易に除去することのできる材料を用いることができる。
除去可能な保護層71としては、例えば水溶性樹脂をその例に挙げることができる。塗布した水溶性樹脂は表面の凹凸を被覆し、その表面の保護を容易にする。また、除去可能な保護層71として、光または熱により剥離可能な粘着剤を水溶性樹脂に積層したものを用いてもよい。
除去可能な保護層71として、通常の状態ではその接着力が強く、熱を加える、または光を照射することによりその接着力が弱くなる性質を有する基材を用いてもよい。例えば、加熱することにより接着力が弱くなる熱剥離テープや、紫外光を照射することにより接着力が弱くなるUV剥離テープ等を用いてもよい。また、通常の状態で接着力が弱い弱粘性テープ等を用いることができる。
続いて、作製方法例2と同様の方法により、作製基板14とトランジスタ40とを分離する(図9(C))。
作製基板14と絶縁層31とを分離した後、保護層71を除去する。
その後、EL層62及び導電層63を形成することで発光素子60を作製し、発光素子60を封止することで、表示装置を作製することができる。発光素子60の封止には、絶縁層74、保護層75、並びに、基板75a及び接着層75b等のうち、一種以上を用いることができる。
EL層62及び導電層63の形成時に、第1の樹脂層23aをステージに固定した状態で成膜してもよいが、支持基板にテープ等を用いて固定し、支持基板を成膜装置のステージに配置した状態で成膜することが好ましい。支持基板に第1の樹脂層23aを固定することにより、第1の樹脂層23aの装置内、及び装置間における搬送を容易とすることができる。支持基板には、作製基板14に用いることができる基板を適用できる。
作製方法例4では、作製基板14を剥離した後にEL層等を成膜し、表示素子を形成することができる。EL層等の積層構造に密着性の低い部分がある場合、剥離後にこれらの層を形成することで、剥離の歩留まりの低下を抑制できる。作製方法例4を用いることで、材料の選択の自由度がより高まり、より低コストで信頼性の高い表示装置を実現することができる。
[作製方法例5]
まず、作製方法例2と同様に、作製基板14上に、島状の第1の樹脂層23aを形成する。そして、作製基板14上及び第1の樹脂層23a上に、第2の樹脂層23bを形成する(図10(A))。
具体的には、作製基板14上に第1の層24aを形成し、所望の形状の第1の層24aに対して第1の加熱処理を行うことで、第1の樹脂層23aを形成する。第1の加熱処理は、酸素を含む雰囲気下で行う。そして、作製基板14上及び第1の樹脂層23a上に第2の層24bを形成し、第2の層24bに対して第2の加熱処理を行うことで、第2の樹脂層23bを形成する。第2の加熱処理は、第1の加熱処理の雰囲気よりも酸素の少ない雰囲気下で行う。
次に、作製方法例2と同様に、第2の樹脂層23b上に、絶縁層31を形成する(図10(B))。
次に、絶縁層31上にトランジスタ80を形成する(図10(B))。
ここではトランジスタ80として、金属酸化物層83と2つのゲートを有するトランジスタを作製する場合を示す。
トランジスタ80は、第1の樹脂層23aの耐熱温度以下、かつ第2の樹脂層23bの耐熱温度以下の温度で形成する。トランジスタ80は、第1の加熱処理の温度以下かつ第2の加熱処理の温度以下の温度で形成することが好ましく、第1の加熱処理の温度及び第2の加熱処理の温度の双方より低い温度で形成してもよい。
具体的には、まず、絶縁層31上に導電層81を形成する。導電層81は、導電膜を成膜した後、レジストマスクを形成し、当該導電膜をエッチングした後にレジストマスクを除去することで形成できる。
続いて、絶縁層82を形成する。絶縁層82は、絶縁層31に用いることのできる無機絶縁膜を援用できる。
続いて、金属酸化物層83を形成する。金属酸化物層83は、金属酸化物膜を成膜した後、レジストマスクを形成し、当該金属酸化物膜をエッチングした後にレジストマスクを除去することで形成できる。金属酸化物層83は、金属酸化物層44に用いることのできる材料を援用できる。
続いて、絶縁層84及び導電層85を形成する。絶縁層84は、絶縁層31に用いることのできる無機絶縁膜を援用できる。絶縁層84及び導電層85は、絶縁層84となる絶縁膜と、導電層85となる導電膜とを成膜した後、レジストマスクを形成し、当該絶縁膜及び当該導電膜をエッチングした後にレジストマスクを除去することにより形成できる。
次に、金属酸化物層83、絶縁層84、及び導電層85を覆う絶縁層33を形成する。絶縁層33は、絶縁層31と同様の方法により形成することができる。
絶縁層33は、水素を含むことが好ましい。絶縁層33に含まれる水素が、絶縁層33と接する金属酸化物層83に拡散し、金属酸化物層83の一部が低抵抗化する。絶縁層33に接する金属酸化物層83は低抵抗領域として機能するため、トランジスタ80のオン電流の増大及び電界効果移動度の向上が可能である。
次に、絶縁層33に、金属酸化物層83に達する開口を形成する。
続いて、導電層86a及び導電層86bを形成する。導電層86a及び導電層86bは、導電膜を成膜した後、レジストマスクを形成し、当該導電膜をエッチングした後にレジストマスクを除去することにより形成できる。導電層86a及び導電層86bは、それぞれ、絶縁層33の開口を介して金属酸化物層83と電気的に接続される。
以上のようにして、トランジスタ80を作製できる(図10(B))。トランジスタ80において、導電層81の一部はゲートとして機能し、絶縁層84の一部はゲート絶縁層として機能し、絶縁層82の一部はゲート絶縁層として機能し、導電層85の一部はゲートとして機能する。金属酸化物層83はチャネル領域と低抵抗領域とを有する。チャネル領域は絶縁層84を介して導電層85と重なる。低抵抗領域は導電層86aと接続される部分と、導電層86bと接続される部分と、を有する。
次に、絶縁層33上に絶縁層34から発光素子60までを形成する(図10(C))。これらの工程は作製方法例1を参照できる。
また、図10(A)〜(C)までの工程とは独立して、図11(A)、(B)の工程を行う。作製基板14上に、第1の樹脂層23aを形成する工程と同様に、作製基板91上に、島状の第1の樹脂層93aを形成する。そして、作製基板14上及び第1の樹脂層23a上に、第2の樹脂層23bを形成する工程と同様に、作製基板91上及び第1の樹脂層93a上に、第2の樹脂層93bを形成する(図11(A))。
具体的には、作製基板91上に第1の層を形成し、所望の形状の第1の層に対して第1の加熱処理を行うことで、第1の樹脂層93aを形成する。第1の加熱処理は、酸素を含む雰囲気下で行う。そして、作製基板91上及び第1の樹脂層93a上に第2の層を形成し、第2の層に対して第2の加熱処理を行うことで、第2の樹脂層93bを形成する。第2の加熱処理は、第1の加熱処理の雰囲気よりも酸素の少ない雰囲気下で行う。
第1の樹脂層93aと第2の樹脂層93bは、それぞれ異なる材料を用いて形成してもよく、同じ材料を用いて形成してもよい。同じ材料を用いることでコストを下げることができ好ましい。同じ材料を用いても、第1の加熱処理と第2の加熱処理の条件を変えることにより、第1の樹脂層93aと第2の樹脂層93bとで、作製基板91に対する密着性の高さを変えることができる。
第1の樹脂層23a、第2の樹脂層23b、第1の樹脂層93a、及び第2の樹脂層93bは、それぞれ異なる材料を用いて形成してもよく、同じ材料を用いて形成してもよい。同じ材料を用いることでコストを下げることができ好ましい。同じ材料を用いても、各樹脂層に対する加熱処理の条件を変えることにより、各樹脂層の剥離性の制御が可能である。
次に、第2の樹脂層93b上に絶縁層95を形成する。次に、絶縁層95上に、着色層97及び遮光層98を形成する(図11(B))。
絶縁層95については、絶縁層31の記載を援用できる。
着色層97として、カラーフィルタ等を用いることができる。着色層97は発光素子60の表示領域と重なるように配置する。
遮光層98として、ブラックマトリクス等を用いることができる。遮光層98は、絶縁層35と重なるように配置する。
次に、作製基板14のトランジスタ80等が形成されている面と、作製基板91の着色層97等が形成されている面とを、接着層99を用いて貼り合わせる(図11(C))。
次に、第1の樹脂層23aに分離の起点を形成する(図12(A)、(B))。作製基板14と作製基板91はどちらを先に分離してもよい。ここでは、作製基板91よりも先に作製基板14を分離する例を示す。
例えば、作製基板14側から、第1の樹脂層23aに、枠状にレーザ光66を照射する(図12(B)に示すレーザ光の照射領域67参照)。作製基板14及び作製基板91にガラスなどの硬質基板を用いる場合に好適である。
分離の起点を形成するために用いるレーザには特に限定はない。例えば、連続発振型のレーザやパルス発振型のレーザを用いることができる。レーザ光の照射条件(周波数、パワー密度、エネルギー密度、ビームプロファイル等)は、作製基板や第1の樹脂層の厚さ、材料等を考慮して適宜制御する。
作製方法例5では、作製基板14に、第1の樹脂層23aが接する部分と、第2の樹脂層23bが接する部分と、を設ける。酸素を含む雰囲気下で第1の加熱処理を行うことで、第1の樹脂層23aは作製基板14から剥離しやすい状態となる。一方、第1の加熱処理の雰囲気よりも酸素の少ない雰囲気下で第2の加熱処理を行うため、第2の樹脂層23bは作製基板14から剥離しにくい状態である。そのため、第1の樹脂層23aが作製基板14から意図しないタイミングで剥離することを抑制できる。同様に、作製基板91上には、第1の樹脂層93aが接する部分と、第2の樹脂層93bが接する部分と、を設ける。第1の樹脂層93aは作製基板91から剥離しやすい状態であり、第2の樹脂層93bは作製基板91から剥離しにくい状態である。そのため、第1の樹脂層93aが作製基板91から意図しないタイミングで剥離することを抑制できる。
そして、第1の樹脂層23aまたは第1の樹脂層93aの一方のみに分離の起点を形成する。第1の樹脂層23aと第1の樹脂層93aとで、分離の起点を形成するタイミングを変えることができるため、作製基板14と作製基板91をそれぞれ別工程で剥離することができる。これにより、剥離工程、及び表示装置の作製工程の歩留まりを高めることができる。
レーザ光66は、第1の樹脂層23aの一面全体に照射する必要はなく、部分的に照射する。そのため、高価かつランニングコストの高いレーザ装置は不要である。
次に、作製基板14とトランジスタ80とを分離する(図13(A))。ここでは、枠状にレーザ光66を照射した内側の部分(図12(B)に示すレーザ光の照射領域67の内側の部分ともいえる。)が、作製基板14から剥離される例を示す。また、図13(A)では、枠状にレーザ光66を照射した外側の部分において、接着層99中で分離が生じる(接着層99が凝集破壊する)例を示すが、これに限られない。例えば、照射領域67の外側において、接着層99は絶縁層95または絶縁層33との間で分離が生じる(界面破壊または接着破壊が生じるともいう)場合がある。
作製方法例5では、第1の樹脂層23aを形成する際に酸素を含む雰囲気下で第1の加熱処理を行うため、第1の樹脂層23aの一面全体にレーザ照射を行うことなく、作製基板14と第1の樹脂層23aとを剥離することができる。そのため、低コストで表示装置を作製することができる。
次に、作製基板14から分離することで露出した第1の樹脂層23aと、基板29とを、接着層28を用いて貼り合わせる(図13(B))。基板29は、表示装置の支持基板として機能することができる。
次に、第1の樹脂層93aに分離の起点を形成する(図14(A))。
図14(A)では、基板29側から、第1の樹脂層93aの端部よりも内側に刃物などの鋭利な形状の器具65を差し込み、枠状に切れ目を入れる。基板29に樹脂を用いる場合に好適である。
または、第1の樹脂層23aに分離の起点を形成した際と同様に、作製基板91側から、第1の樹脂層93aに、枠状にレーザ光を照射してもよい。
分離の起点を形成することで、所望のタイミングで、作製基板91と第1の樹脂層93aとを分離することができる。したがって、剥離のタイミングを制御でき、かつ、高い剥離性を実現できる。これにより、剥離工程、及び表示装置の作製工程の歩留まりを高めることができる。
次に、作製基板91とトランジスタ80とを分離する(図14(B))。ここでは、枠状に切れ目を入れた内側の部分が、作製基板91から剥離される例を示す。
作製方法例5では、第1の樹脂層93aを形成する際に酸素を含む雰囲気下で第1の加熱処理を行うため、第1の樹脂層93aの一面全体にレーザ照射を行うことなく、作製基板91と第1の樹脂層93aとを剥離することができる。そのため、低コストで表示装置を作製することができる。
次に、作製基板91から分離することで露出した第1の樹脂層93aと、基板22とを、接着層13を用いて貼り合わせる(図15(A))。基板22は、表示装置の支持基板として機能することができる。
図15(A)において、発光素子60の発光は、着色層97、第2の樹脂層93b、及び第1の樹脂層93aを通して、表示装置の外部に取り出される。そのため、第1の樹脂層93a及び第2の樹脂層93bの可視光の透過率はそれぞれ高いことが好ましい。本発明の一態様の剥離方法では、第1の樹脂層93a及び第2の樹脂層93bの厚さを薄くすることができる。そのため、第1の樹脂層93a及び第2の樹脂層93bの可視光の透過率を高め、発光素子60の光取り出し効率の低下を抑制できる。
第1の樹脂層93a及び第2の樹脂層93bの一方または双方を除去してもよい。これにより、発光素子60の光取り出し効率をさらに高めることができる。図15(B)では、第1の樹脂層93a及び第2の樹脂層93bの双方を除去し、接着層13を用いて絶縁層95に基板22を貼り合わせた例を示す。
接着層13には、接着層75bに用いることができる材料を適用できる。
基板22には、基板75aに用いることができる材料を適用できる。
作製方法例5は、本発明の一態様の剥離方法を2回行って表示装置を作製する例である。本発明の一態様では、表示装置を構成する機能素子等は、全て作製基板上で形成するため、精細度の高い表示装置を作製する場合においても、可撓性を有する基板には、高い位置合わせ精度が要求されない。よって、簡便に可撓性を有する基板を貼り付けることができる。
[変形例]
作製方法例5(図11(C))では、接着層99が、作製基板14と第2の樹脂層23bとが接している部分、及び作製基板91と第2の樹脂層93bとが接している部分の双方と重ねて設けられる場合を示した。
作製基板14と第2の樹脂層23bの密着性、及び作製基板91と第2の樹脂層93bの密着性は、それぞれ、作製基板14と第1の樹脂層23aの密着性、及び作製基板91と第1の樹脂層93aの密着性よりも高い。
作製基板と第2の樹脂層の界面で分離を行うと、剥離不良が生じるなど、剥離の歩留まりが低下することがある。そのため、第1の樹脂層に分離の起点を枠状に形成した後、第1の樹脂層と重なる部分のみを作製基板から剥離する工程が好適である。
一方、図16(A)、(B)に示すように、接着層99を、作製基板14と第2の樹脂層23bとが接している部分、及び作製基板91と第2の樹脂層93bとが接している部分とは重ねない構成とすることができる。
例えば、流動性の低い接着剤、または接着シートなどを接着層99に用いると、接着層99を島状に形成することが容易である(図16(A))。
または、枠状の隔壁98aを形成し、隔壁98aに囲まれた内側に接着層99を充填し硬化してもよい(図16(B))。
隔壁98aを表示装置の構成要素として用いる場合、隔壁98aには、硬化した樹脂を用いることが好ましい。このとき、隔壁98aも、作製基板14と第2の樹脂層23bとが接している部分、及び作製基板91と第2の樹脂層93bとが接している部分とは重ねないことが好ましい。
隔壁98aを表示装置の構成要素として用いない場合、隔壁98aには、未硬化または半硬化の樹脂を用いることが好ましい。このとき、隔壁98aを作製基板14と第2の樹脂層23bとが接している部分、及び作製基板91と第2の樹脂層93bとが接している部分の一方または双方と重ねてもよい。
本実施の形態では、隔壁98aに未硬化の樹脂を用い、隔壁98aが、作製基板14と第2の樹脂層23bとが接している部分、及び作製基板91と第2の樹脂層93bとが接している部分と重ならない例を示す。
接着層99が、作製基板14と第2の樹脂層23bとが接している部分、及び作製基板91と第2の樹脂層93bとが接している部分と重ならない構成における分離の起点の形成方法について説明する。以下では、作製基板91を作製基板14よりも先に剥離する例を示す。
図17(A)〜(E)では、作製基板91と第1の樹脂層93aとを分離する場合のレーザ光66の照射位置を説明する。
図17(A)に示すように、第1の樹脂層93aと接着層99とが重なる領域の少なくとも1か所に、レーザ光66を照射することで、分離の起点を形成できる。
分離の起点に、作製基板91と第1の樹脂層93aを引き離す力が集中することが好ましいため、接着層99の中央部よりも端部近傍に分離の起点を形成することが好ましい。特に、端部近傍の中でも、辺部近傍に比べて、角部近傍に分離の起点を形成することが好ましい。
図17(B)〜(E)に、レーザ光の照射領域67の一例を示す。
図17(B)では、接着層99の角部に1か所、レーザ光の照射領域67を示す。
連続的もしくは断続的にレーザ光を照射することで、実線状もしくは破線状の分離の起点を形成することができる。図17(C)では、接着層99の角部に3か所、レーザ光の照射領域67を示す。図17(D)では、レーザ光の照射領域67が、接着層99の一辺に接し、かつ接着層99の一辺に沿って伸びている例を示す。図17(E)に示すように、レーザ光の照射領域67が、接着層99と第1の樹脂層93aとが重なる領域だけでなく、硬化状態でない隔壁98aと第1の樹脂層93aとが重なる領域に位置してもよい。
その後、作製基板91と第1の樹脂層93aとを分離することができる(図18(A))。なお、作製基板14側に隔壁98aの一部が残存することがある。隔壁98aは、除去してもよいし、除去せず、次の工程に進んでもよい。以降の図では、簡略化のため、隔壁98aを示さない。
次に、作製基板91から分離することで露出した第1の樹脂層93aと、基板22とを、接着層13を用いて貼り合わせる(図18(B))。
接着層99と同様に、接着層13も、作製基板14と第2の樹脂層23bとが接している部分とは重ねない構成とする。
隔壁98bを表示装置の構成要素として用いる場合、隔壁98bには、硬化した樹脂を用いることが好ましい。このとき、隔壁98bも、作製基板14と第2の樹脂層23bとが接している部分とは重ねないことが好ましい。
隔壁98bを表示装置の構成要素として用いない場合、隔壁98bには、未硬化または半硬化の樹脂を用いることが好ましい。このとき、隔壁98bを作製基板14と第2の樹脂層23bとが接している部分と重ねてもよい。
本実施の形態では、隔壁98bに未硬化の樹脂を用い、隔壁98bが、作製基板14と第2の樹脂層23bとが接している部分と重なる例を示す。
これにより、図19(A)に示すように、第1の樹脂層23aと接着層13とが重なる領域の少なくとも1か所に、レーザ光66を照射することで、分離の起点を形成できる。
そして、作製基板14と第1の樹脂層23aとを分離することができる(図19(B))。
[表示装置の構成例2]
図20(A)は、表示装置10Bの上面図である。図20(B)は、表示装置10Bの表示部381の断面図及びFPC372との接続部の断面図の一例である。
表示装置10Bは、上記の作製方法例5を用いて作製することができる。表示装置10Bは、曲がった状態に保持することや、繰り返し曲げることなどが可能である。
表示装置10Bは、基板22及び基板29を有する。基板22側が表示装置10Bの表示面側である。表示装置10Bは、表示部381及び駆動回路部382を有する。表示装置10BにはFPC372が貼り付けられている。
接続体76を介して、導電層86cとFPC372とが電気的に接続されている(図20(B))。導電層86cは、トランジスタのソース及びドレインと同一の材料及び同一の工程で形成することができる。
上述の通り、酸素を含む雰囲気下で加熱処理を行うことで、第1の樹脂層の一面全体にレーザ照射を行うことなく、作製基板から第1の樹脂層を剥離することができる。そのため、本実施の形態の表示装置の作製方法を適用して作製された表示装置が有する第1の樹脂層は、酸素を多く含むことが分析により確認できることがある。具体的には、第1の樹脂層の剥離面側の表面に対して、XPSを用いた分析で、酸素濃度を求めることができる。第1の樹脂層23aの接着層28側の面に対して行うX線光電子分光分析で求められる酸素濃度が、10atomic%以上であることが好ましく、15atomic%以上であることがより好ましい。第1の樹脂層93aの接着層13側の面に対して行うX線光電子分光分析で求められる酸素濃度が、10atomic%以上であることが好ましく、15atomic%以上であることがより好ましい。
以上のように、本実施の形態の剥離方法は、樹脂層を形成する際の加熱条件によって、樹脂層の作製基板に対する剥離性を制御する。線状レーザビームの照射など、高価な装置が必要な処理が不要であるため、低コストである。また、作製基板に対する剥離性の異なる樹脂層を2層積層することで、所望のタイミングで、作製基板と樹脂層とを分離することができる。したがって、本実施の形態の剥離方法を用いて、低コストかつ量産性高く表示装置等を作製できる。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
(実施の形態2)
本実施の形態では、本発明の一態様の剥離方法及び表示装置の作製方法について図21及び図22を用いて説明する。
本実施の形態では、トランジスタのチャネル形成領域に、低温ポリシリコン(LTPS)を用いる場合について説明する。
LTPSを用いる場合、第1の樹脂層及び第2の樹脂層は、耐熱性の高い材料を用い、厚膜で形成することが好ましい。これにより、高温プロセスが可能となり、かつ、レーザ結晶化の工程でのダメージを緩和することができる。
まず、作製基板14上に、第1の層24aを形成する(図21(A))。
第1の層24aの材料及び形成方法は、実施の形態1を参照することができる。本実施の形態で用いる第1の層24aの材料の耐熱性は、十分に高いことが好ましい。
次に、所望の形状の第1の層24aに対して第1の加熱処理を行うことで、第1の樹脂層23aを形成する(図21(B))。ここでは、島状の第1の樹脂層23aを形成する。
第1の加熱処理は、酸素を含む雰囲気下で行う。
第1の加熱処理の条件は、実施の形態1を参照することができる。
本実施の形態では、第1の層24aの材料に耐熱性の高い材料を用いるため、実施の形態1に示した加熱温度よりも高い温度で、第1の加熱処理を行うことができる。例えば、第1の加熱処理の温度は、400℃以上600℃以下が好ましく、450℃以上550℃以下がより好ましい。
第1の樹脂層23aの厚さは、10μm以上200μm以下であることが好ましく、10μm以上100μm以下であることがより好ましく、10μm以上50μm以下であることがさらに好ましい。第1の樹脂層23aが十分に厚いことで、レーザ結晶化の工程でのダメージを緩和することができる。
第1の樹脂層23aの5%重量減少温度は、400℃以上600℃以下が好ましく、450℃以上600℃以下がより好ましく、500℃以上600℃以下がさらに好ましい。
次に、作製基板14上及び第1の樹脂層23a上に、第2の層24bを形成する(図21(C))。
第2の層24bは、第1の層24aの形成に用いることができる材料及び方法を適用することができる。特に、本実施の形態で用いる第2の層24bの材料は、耐熱性が十分に高いことが好ましい。
次に、第2の層24bに対して第2の加熱処理を行うことで、第2の樹脂層23bを形成する(図21(D))。
第2の加熱処理は、第1の加熱処理の雰囲気よりも酸素の少ない雰囲気下で行う。
第2の加熱処理の条件は、実施の形態1を参照することができる。
本実施の形態では、第2の層24bの材料に耐熱性の高い材料を用いるため、実施の形態1に示した加熱温度よりも高い温度で、第2の加熱処理を行うことができる。例えば、第2の加熱処理の温度は、400℃以上600℃以下が好ましく、450℃以上550℃以下がより好ましい。
第2の樹脂層23bの厚さは、10μm以上200μm以下であることが好ましく、10μm以上100μm以下であることがより好ましく、10μm以上50μm以下であることがさらに好ましい。第2の樹脂層23bが十分に厚いことで、レーザ結晶化の工程でのダメージを緩和することができる。
なお、第1の樹脂層23a及び第2の樹脂層23bのうち一方が十分に厚い場合(例えば、20μm以上)、他方の厚さが10μm未満であっても構わないことがある。
第2の樹脂層23bの5%重量減少温度は、400℃以上600℃以下が好ましく、450℃以上600℃以下がより好ましく、500℃以上600℃以下がさらに好ましい。
第1の樹脂層23aと第2の樹脂層23bは、それぞれ異なる材料を用いて形成してもよく、同じ材料を用いて形成してもよい。同じ材料を用いることでコストを下げることができ好ましい。同じ材料を用いても、第1の加熱処理と第2の加熱処理の条件を変えることにより、第1の樹脂層23aと第2の樹脂層23bとで、作製基板14に対する密着性の高さを変えることができる。
次に、第2の樹脂層23b上に、絶縁層31を形成する(図21(E))。
絶縁層31は、第1の樹脂層23aの耐熱温度以下、かつ第2の樹脂層23bの耐熱温度以下の温度で形成する。第1の加熱処理の温度以下かつ第2の加熱処理の温度以下の温度で形成することが好ましく、第1の加熱処理の温度及び第2の加熱処理の温度の双方より低い温度で形成してもよい。
絶縁層31は、第1の樹脂層23a及び第2の樹脂層23bに含まれる不純物が、後に形成するトランジスタ及び表示素子に拡散することを防ぐバリア層として用いることができる。例えば、絶縁層31は、第1の樹脂層23a及び第2の樹脂層23bを加熱した際に、第1の樹脂層23a及び第2の樹脂層23bに含まれる水分等がトランジスタ及び表示素子に拡散することを防ぐことが好ましい。そのため、絶縁層31は、バリア性が高いことが好ましい。
絶縁層31には、実施の形態1で例示した材料を用いることができる。
次に、絶縁層31上に、トランジスタ90を形成する(図21(E))。
ここではトランジスタ90として、チャネル形成領域にLTPSを有する、トップゲート構造のトランジスタを作製する場合を示す。
まず、絶縁層31上に、スパッタリング法、またはCVD法などを用いて、半導体膜を形成する。本実施の形態では、プラズマCVD装置を用いて、厚さ50nmの非晶質シリコン膜を成膜する。
次に、非晶質シリコン膜に対して加熱処理を行うことが好ましい。これにより、非晶質シリコン膜中から、水素を脱離させることができる。具体的には、400℃以上550℃以下の温度で加熱することが好ましい。例えば、非晶質シリコン膜の含有水素量を5atom%以下とすることで、結晶化工程での製造歩留まりを高めることができる。なお、非晶質シリコン膜の含有水素量が低い場合、加熱処理を省略してもよい。
本実施の形態では、第1の樹脂層23a及び第2の樹脂層23bの耐熱性が高いため、高い温度で加熱処理を行い、非晶質シリコン膜中から、水素を十分に脱離させることができる。
次に、半導体膜を結晶化させることで、結晶構造を有する半導体膜を形成する。
半導体膜の上方よりレーザ光を照射することで半導体膜を結晶化させることができる。レーザ光としては、例えば、193nm、248nm、308nm、または351nmの波長を用いることができる。または、金属の触媒元素を用いて、半導体膜を結晶化させてもよい。
本実施の形態では、第1の樹脂層23a及び第2の樹脂層23bを厚膜で形成するため、結晶化の際のダメージを緩和することができる。
次に、結晶構造を有する半導体膜にチャネルドープを行ってもよい。
次に、半導体膜を加工し、島状の半導体膜を形成する。
半導体膜の加工方法としては、ウエットエッチング法及びドライエッチング法のいずれか一方または双方を用いることができる。
次に、絶縁層31及び半導体膜上に絶縁層84及び導電層85を形成する。絶縁層84は、絶縁層31に用いることのできる無機絶縁膜を援用できる。絶縁層84及び導電層85は、絶縁層84となる絶縁膜と、導電層85となる導電膜とを成膜した後、マスクを形成し、当該絶縁膜及び当該導電膜をエッチングした後にマスクを除去することにより形成できる。
半導体膜の一部に不純物元素を添加することで、チャネル領域83a及び低抵抗領域83c(ソース領域及びドレイン領域ともいえる)を形成する。不純物元素を複数回添加することで、LDD(Lightly Doped Drain)領域83bを形成してもよい。絶縁層84及び導電層85、さらにはこれらを作製するために用いたマスクは、不純物元素の添加の際のマスクとして機能することができる。
nチャネル型のトランジスタを作製する場合、不純物元素としては、半導体膜にn型の導電性を付与する不純物元素を用いる。例えば、P、As、Sb、S、Te、Se等の元素を用いることができる。
pチャネル型のトランジスタを作製する場合、不純物元素としては、半導体膜にp型の導電性を付与する不純物元素を用いる。例えば、B、Al、Ga等の元素を用いることができる。
次に、半導体層、絶縁層84、及び導電層85を覆う絶縁層33を形成する。絶縁層33は、絶縁層31と同様の方法により形成することができる。
次に、加熱処理を行う。これにより、半導体層に添加した不純物元素を活性化させる。当該加熱処理は、導電層85の酸化を防ぐため、絶縁層33を形成した後に行うことが好ましい。
本実施の形態では、第1の樹脂層23a及び第2の樹脂層23bの耐熱性が高いため、不純物元素の活性化のための加熱処理を高温で行うことができる。これにより、トランジスタの特性を高めることができる。
絶縁層33は、水素を含む絶縁膜を有していてもよい。トランジスタ90上に水素を含む絶縁膜を形成した状態で、加熱処理を行うことで、水素を含む絶縁膜から半導体層中(特にチャネル領域83a中)に水素を供給し、半導体層中の欠陥を水素で終端することができる。当該加熱処理は、水素を脱離させるために非晶質シリコン膜に対して行った加熱処理よりも低い温度で行う。
本実施の形態では、第1の樹脂層23a及び第2の樹脂層23bの耐熱性が高いため、水素化のための加熱処理を高温で行うことができる。これにより、トランジスタの特性を高めることができる。
次に、絶縁層33に、半導体層の低抵抗領域83cに達する開口を形成する。
続いて、導電層86a及び導電層86bを形成する。導電層86a及び導電層86bは、導電膜を成膜した後、レジストマスクを形成し、当該導電膜をエッチングした後にレジストマスクを除去することにより形成できる。導電層86a及び導電層86bは、それぞれ、絶縁層33の開口を介して低抵抗領域83cと電気的に接続される。
以上のようにして、トランジスタ90を作製できる(図21(E))。トランジスタ90において、導電層85の一部はゲートとして機能し、絶縁層84の一部はゲート絶縁層として機能する。半導体層はチャネル領域83a、LDD領域83b、及び低抵抗領域83cを有する。チャネル領域83aは絶縁層84を介して導電層85と重なる。低抵抗領域83cは導電層86aと接続される部分と、導電層86bと接続される部分と、を有する。
次に、絶縁層33上に絶縁層34から保護層75までを形成する(図22(A1))。これらの工程は実施の形態1を参照できる。
次に、第1の樹脂層23aに分離の起点を形成する(図22(A1)、(A2))。
例えば、保護層75側から、第1の樹脂層23aの端部よりも内側に刃物などの鋭利な形状の器具65を差し込み、枠状に切れ目64を入れる。
本実施の形態では、作製基板14上に、第1の樹脂層23aが接する部分と、第2の樹脂層23bが接する部分と、を設ける。そのため、第1の樹脂層23aが作製基板14から意図しないタイミングで剥離することを抑制できる。そして、分離の起点を形成することで、所望のタイミングで、作製基板14と第1の樹脂層23aとを分離することができる。したがって、剥離のタイミングを制御でき、かつ、高い剥離性を実現できる。これにより、剥離工程、及び表示装置の作製工程の歩留まりを高めることができる。
次に、作製基板14とトランジスタ90とを分離する(図22(B))。
第1の樹脂層23aを形成する際に酸素を含む雰囲気下で第1の加熱処理を行うため、第1の樹脂層23aの一面全体にレーザ照射を行うことなく、作製基板14と第1の樹脂層23aとを剥離することができる。そのため、低コストで表示装置を作製することができる。
以上のように、耐熱性の高い材料を用い、第1の樹脂層及び第2の樹脂層を、厚膜で形成することで、トランジスタにLTPSが適用された表示装置を作製することができる。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
(実施の形態3)
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置とその作製方法について図面を用いて説明する。
本実施の形態の表示装置は、可視光を反射する第1の表示素子と、可視光を発する第2の表示素子とを有する。
本実施の形態の表示装置は、第1の表示素子が反射する光と、第2の表示素子が発する光のうち、いずれか一方、または両方により、画像を表示する機能を有する。
第1の表示素子には、外光を反射して表示する素子を用いることができる。このような素子は光源を持たない(人工光源を使用しない)ため、表示の際の消費電力を極めて小さくすることが可能となる。
第1の表示素子には、代表的には反射型の液晶素子を用いることができる。または、第1の表示素子として、シャッター方式のMEMS(Micro Electro Mechanical System)素子、光干渉方式のMEMS素子の他、マイクロカプセル方式、電気泳動方式、エレクトロウェッティング方式、電子粉流体(登録商標)方式等を適用した素子などを用いることができる。
第2の表示素子には、発光素子を用いることが好ましい。このような表示素子が射出する光は、その輝度や色度が外光に左右されることがないため、色再現性が高く(色域が広く)、コントラストの高い、鮮やかな表示を行うことができる。
第2の表示素子には、例えばOLED(Organic Light Emitting Diode)、LED(Light Emitting Diode)、QLED(Quantum−dot Light Emitting Diode)などの自発光性の発光素子を用いることができる。
本実施の形態の表示装置は、第1の表示素子のみを用いて画像を表示する第1のモード、第2の表示素子のみを用いて画像を表示する第2のモード、並びに、第1の表示素子及び第2の表示素子を用いて画像を表示する第3のモードを有し、これらのモードを自動または手動で切り替えて使用することができる。
第1のモードでは、第1の表示素子と外光を用いて画像を表示する。第1のモードは光源が不要であるため、極めて低消費電力なモードである。例えば、表示装置に外光が十分に入射されるとき(明るい環境下など)は、第1の表示素子が反射した光を用いて表示を行うことができる。例えば、外光が十分に強く、かつ外光が白色光またはその近傍の光である場合に有効である。第1のモードは、文字を表示することに適したモードである。また、第1のモードは、外光を反射した光を用いるため、目に優しい表示を行うことができ、目が疲れにくいという効果を奏する。
第2のモードでは、第2の表示素子による発光を利用して画像を表示する。そのため、照度や外光の色度によらず、極めて鮮やかな(コントラストが高く、且つ色再現性の高い)表示を行うことができる。例えば、夜間や暗い室内など、照度が極めて低い場合などに有効である。また周囲が暗い場合、明るい表示を行うと使用者が眩しく感じてしまう場合がある。これを防ぐために、第2のモードでは輝度を抑えた表示を行うことが好ましい。これにより、眩しさを抑えることに加え、消費電力も低減することができる。第2のモードは、鮮やかな画像(静止画及び動画)などを表示することに適したモードである。
第3のモードでは、第1の表示素子による反射光と、第2の表示素子による発光の両方を利用して表示を行う。第1のモードよりも鮮やかな表示をしつつ、第2のモードよりも消費電力を抑えることができる。例えば、室内照明下や、朝方や夕方の時間帯など、照度が比較的低い場合、外光の色度が白色ではない場合などに有効である。
このような構成とすることで、周囲の明るさによらず視認性が高く、利便性の高い表示装置または全天候型の表示装置を実現できる。
本実施の形態の表示装置は、第1の表示素子を有する第1の画素と、第2の表示素子を有する第2の画素とをそれぞれ複数有する。第1の画素と第2の画素は、それぞれ、マトリクス状に配置されることが好ましい。
第1の画素及び第2の画素は、それぞれ、1つ以上の副画素を有する構成とすることができる。例えば、画素には、副画素を1つ有する構成(白色(W)など)、副画素を3つ有する構成(赤色(R)、緑色(G)、及び青色(B)の3色、または、黄色(Y)、シアン(C)、及びマゼンタ(M)の3色など)、または、副画素を4つ有する構成(赤色(R)、緑色(G)、青色(B)、白色(W)の4色、または、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)、黄色(Y)の4色など)を適用できる。
本実施の形態の表示装置は、第1の画素と第2の画素のどちらでも、フルカラー表示を行う構成とすることができる。または、本実施の形態の表示装置は、第1の画素では白黒表示またはグレースケールでの表示を行い、第2の画素ではフルカラー表示を行う構成とすることができる。第1の画素を用いた白黒表示またはグレースケールでの表示は、文書情報など、カラー表示を必要としない情報を表示することに適している。
図23〜図26を用いて、本実施の形態の表示装置の構成例について説明する。
<構成例1>
図23は、表示装置300の斜視概略図である。表示装置300は、基板351と基板361とが貼り合わされた構成を有する。図23では、基板361を破線で明示している。
表示装置300は、表示部362、回路364、配線365等を有する。図23では表示装置300にIC(集積回路)373及びFPC372が実装されている例を示している。そのため、図23に示す構成は、表示装置300、IC、及びFPCを有する表示モジュールということもできる。
回路364としては、例えば走査線駆動回路を用いることができる。
配線365は、表示部362及び回路364に信号及び電力を供給する機能を有する。当該信号及び電力は、FPC372を介して外部から、またはIC373から配線365に入力される。
図23では、COG(Chip On Glass)方式またはCOF(Chip on Film)方式等により、基板351にIC373が設けられている例を示す。IC373は、例えば走査線駆動回路または信号線駆動回路などを有するICを適用できる。なお、表示装置300及び表示モジュールは、ICを設けない構成としてもよい。また、ICを、COF方式等により、FPCに実装してもよい。
図23には、表示部362の一部の拡大図を示している。表示部362には、複数の表示素子が有する電極311bがマトリクス状に配置されている。電極311bは、可視光を反射する機能を有し、液晶素子180の反射電極として機能する。
また、図23に示すように、電極311bは開口451を有する。さらに表示部362は、電極311bよりも基板351側に、発光素子170を有する。発光素子170からの光は、電極311bの開口451を介して基板361側に射出される。発光素子170の発光領域の面積と開口451の面積とは等しくてもよい。発光素子170の発光領域の面積と開口451の面積のうち一方が他方よりも大きいと、位置ずれに対するマージンが大きくなるため好ましい。特に、開口451の面積は、発光素子170の発光領域の面積に比べて大きいことが好ましい。開口451が小さいと、発光素子170からの光の一部が電極311bによって遮られ、外部に取り出せないことがある。開口451を十分に大きくすることで、発光素子170の発光が無駄になることを抑制できる。
図24に、図23で示した表示装置300の、FPC372を含む領域の一部、回路364を含む領域の一部、及び表示部362を含む領域の一部をそれぞれ切断したときの断面の一例を示す。
図24に示す表示装置300は、基板351と基板361の間に、トランジスタ201、トランジスタ203、トランジスタ205、トランジスタ206、液晶素子180、発光素子170、絶縁層220、着色層131、着色層134等を有する。基板361と絶縁層220は接着層141を介して接着されている。基板351と絶縁層220は接着層142を介して接着されている。
基板361には、着色層131、遮光層132、絶縁層121、及び液晶素子180の共通電極として機能する電極113、配向膜133b、絶縁層117等が設けられている。基板361の外側の面には、偏光板135を有する。絶縁層121は、平坦化層としての機能を有していてもよい。絶縁層121により、電極113の表面を概略平坦にできるため、液晶層112の配向状態を均一にできる。絶縁層117は、液晶素子180のセルギャップを保持するためのスペーサとして機能する。絶縁層117が可視光を透過する場合は、絶縁層117を液晶素子180の表示領域と重ねて配置してもよい。
液晶素子180は反射型の液晶素子である。液晶素子180は、画素電極として機能する電極311a、液晶層112、電極113が積層された積層構造を有する。電極311aの基板351側に接して、可視光を反射する電極311bが設けられている。電極311bは開口451を有する。電極311a及び電極113は可視光を透過する。液晶層112と電極311aの間に配向膜133aが設けられている。液晶層112と電極113の間に配向膜133bが設けられている。
液晶素子180において、電極311bは可視光を反射する機能を有し、電極113は可視光を透過する機能を有する。基板361側から入射した光は、偏光板135により偏光され、電極113、液晶層112を透過し、電極311bで反射する。そして液晶層112及び電極113を再度透過して、偏光板135に達する。このとき、電極311bと電極113の間に与える電圧によって液晶の配向を制御し、光の光学変調を制御することができる。すなわち、偏光板135を介して射出される光の強度を制御することができる。また光は着色層131によって特定の波長領域以外の光が吸収されることにより、取り出される光は、例えば赤色を呈する光となる。
図24に示すように、開口451には可視光を透過する電極311aが設けられていることが好ましい。これにより、開口451と重なる領域においてもそれ以外の領域と同様に液晶層112が配向するため、これらの領域の境界部で液晶の配向不良が生じ、意図しない光が漏れてしまうことを抑制できる。
接続部207において、電極311bは、導電層221bを介して、トランジスタ206が有する導電層222aと電気的に接続されている。トランジスタ206は、液晶素子180の駆動を制御する機能を有する。
接着層141が設けられる一部の領域には、接続部252が設けられている。接続部252において、電極311aと同一の導電膜を加工して得られた導電層と、電極113の一部が、接続体243により電気的に接続されている。したがって、基板361側に形成された電極113に、基板351側に接続されたFPC372から入力される信号または電位を、接続部252を介して供給することができる。
接続体243としては、例えば導電性の粒子を用いることができる。導電性の粒子としては、有機樹脂またはシリカなどの粒子の表面を金属材料で被覆したものを用いることができる。金属材料としてニッケルや金を用いると接触抵抗を低減できるため好ましい。またニッケルをさらに金で被覆するなど、2種類以上の金属材料を層状に被覆させた粒子を用いることが好ましい。また接続体243として、弾性変形、または塑性変形する材料を用いることが好ましい。このとき導電性の粒子である接続体243は、図24に示すように上下方向に潰れた形状となる場合がある。こうすることで、接続体243と、これと電気的に接続する導電層との接触面積が増大し、接触抵抗を低減できるほか、接続不良などの不具合の発生を抑制することができる。
接続体243は、接着層141に覆われるように配置することが好ましい。例えば硬化前の接着層141に、接続体243を分散させておけばよい。
発光素子170は、ボトムエミッション型の発光素子である。発光素子170は、絶縁層220側から画素電極として機能する電極191、EL層192、及び共通電極として機能する電極193の順に積層された積層構造を有する。電極191は、絶縁層214に設けられた開口を介して、トランジスタ205が有する導電層222aと接続されている。トランジスタ205は、発光素子170の駆動を制御する機能を有する。絶縁層216が電極191の端部を覆っている。電極193は可視光を反射する材料を含み、電極191は可視光を透過する材料を含む。電極193を覆って絶縁層194が設けられている。発光素子170が発する光は、着色層134、絶縁層220、開口451、電極311a等を介して、基板361側に射出される。
液晶素子180及び発光素子170は、画素によって着色層の色を変えることで、様々な色を呈することができる。表示装置300は、液晶素子180を用いて、カラー表示を行うことができる。表示装置300は、発光素子170を用いて、カラー表示を行うことができる。
トランジスタ201、トランジスタ203、トランジスタ205、及びトランジスタ206は、いずれも絶縁層220の基板351側の面上に形成されている。これらのトランジスタは、同一の工程を用いて作製することができる。
液晶素子180と電気的に接続される回路は、発光素子170と電気的に接続される回路と同一面上に形成されることが好ましい。これにより、2つの回路を別々の面上に形成する場合に比べて、表示装置の厚さを薄くすることができる。また、2つのトランジスタを同一の工程で作製できるため、2つのトランジスタを別々の面上に形成する場合に比べて、作製工程を簡略化することができる。
液晶素子180の画素電極は、トランジスタが有するゲート絶縁層を挟んで、発光素子170の画素電極とは反対に位置する。
ここで、チャネル形成領域に金属酸化物を有し、オフ電流が極めて低いトランジスタ206を適用した場合、またはトランジスタ206と電気的に接続される記憶素子を適用した場合などでは、液晶素子180を用いて静止画を表示する際に画素への書き込み動作を停止しても、階調を維持させることが可能となる。すなわち、フレームレートを極めて小さくしても表示を保つことができる。本発明の一態様では、フレームレートを極めて小さくでき、消費電力の低い駆動を行うことができる。
トランジスタ203は、画素の選択、非選択状態を制御するトランジスタ(スイッチングトランジスタ、または選択トランジスタともいう)である。トランジスタ205は、発光素子170に流れる電流を制御するトランジスタ(駆動トランジスタともいう)である。
絶縁層220の基板351側には、絶縁層211、絶縁層212、絶縁層213、絶縁層214等の絶縁層が設けられている。絶縁層211は、その一部が各トランジスタのゲート絶縁層として機能する。絶縁層212は、トランジスタ206等を覆って設けられる。絶縁層213は、トランジスタ205等を覆って設けられている。絶縁層214は、平坦化層としての機能を有する。なお、トランジスタを覆う絶縁層の数は限定されず、単層であっても2層以上であってもよい。
各トランジスタを覆う絶縁層の少なくとも一層に、水や水素などの不純物が拡散しにくい材料を用いることが好ましい。これにより、絶縁層をバリア膜として機能させることができる。このような構成とすることで、トランジスタに対して外部から不純物が拡散することを効果的に抑制することが可能となり、信頼性の高い表示装置を実現できる。
トランジスタ201、トランジスタ203、トランジスタ205、及びトランジスタ206は、ゲートとして機能する導電層221a、ゲート絶縁層として機能する絶縁層211、ソース及びドレインとして機能する導電層222a及び導電層222b、並びに、半導体層231を有する。ここでは、同一の導電膜を加工して得られる複数の層に、同じハッチングパターンを付している。
トランジスタ201及びトランジスタ205は、トランジスタ203及びトランジスタ206の構成に加えて、ゲートとして機能する導電層223を有する。
トランジスタ201及びトランジスタ205には、チャネルが形成される半導体層を2つのゲートで挟持する構成が適用されている。このような構成とすることで、トランジスタの閾値電圧を制御することができる。2つのゲートを接続し、これらに同一の信号を供給することによりトランジスタを駆動してもよい。このようなトランジスタは他のトランジスタと比較して電界効果移動度を高めることが可能であり、オン電流を増大させることができる。その結果、高速駆動が可能な回路を作製することができる。さらには、回路部の占有面積を縮小することが可能となる。オン電流の大きなトランジスタを適用することで、表示装置を大型化、または高精細化したときに配線数が増大したとしても、各配線における信号遅延を低減することが可能であり、表示ムラを抑制することができる。
または、2つのゲートのうち、一方に閾値電圧を制御するための電位を与え、他方に駆動のための電位を与えることで、トランジスタの閾値電圧を制御することができる。
表示装置が有するトランジスタの構造に限定はない。回路364が有するトランジスタと、表示部362が有するトランジスタは、同じ構造であってもよく、異なる構造であってもよい。回路364が有する複数のトランジスタは、全て同じ構造であってもよく、2種類以上の構造が組み合わせて用いられていてもよい。同様に、表示部362が有する複数のトランジスタは、全て同じ構造であってもよく、2種類以上の構造が組み合わせて用いられていてもよい。
導電層223には、酸化物を含む導電性材料を用いることが好ましい。導電層223を構成する導電膜の成膜時に、酸素を含む雰囲気下で成膜することで、絶縁層212に酸素を供給することができる。成膜ガス中の酸素ガスの割合を90%以上100%以下の範囲とすることが好ましい。絶縁層212に供給された酸素は、後の熱処理により半導体層231に供給され、半導体層231中の酸素欠損の低減を図ることができる。
特に、導電層223には、低抵抗化された金属酸化物を用いることが好ましい。このとき、絶縁層213に水素を放出する絶縁膜、例えば窒化シリコン膜等を用いることが好ましい。絶縁層213の成膜中、またはその後の熱処理によって導電層223中に水素が供給され、導電層223の電気抵抗を効果的に低減することができる。
絶縁層213に接して着色層134が設けられている。着色層134は、絶縁層214に覆われている。
基板351と基板361が重ならない領域には、接続部204が設けられている。接続部204では、配線365が接続層242を介してFPC372と電気的に接続されている。接続部204は接続部207と同様の構成を有している。接続部204の上面は、電極311aと同一の導電膜を加工して得られた導電層が露出している。これにより、接続部204とFPC372とを接続層242を介して電気的に接続することができる。
基板361の外側の面に配置する偏光板135として直線偏光板を用いてもよいが、円偏光板を用いることもできる。円偏光板としては、例えば直線偏光板と1/4波長位相差板を積層したものを用いることができる。これにより、外光反射を抑制することができる。また、偏光板の種類に応じて、液晶素子180に用いる液晶素子のセルギャップ、配向、駆動電圧等を調整することで、所望のコントラストが実現されるようにする。
なお、基板361の外側には各種光学部材を配置することができる。光学部材としては、偏光板、位相差板、光拡散層(拡散フィルムなど)、反射防止層、及び集光フィルム等が挙げられる。また、基板361の外側には、ゴミの付着を抑制する帯電防止膜、汚れを付着しにくくする撥水性の膜、使用に伴う傷の発生を抑制するハードコート膜等を配置してもよい。
基板351及び基板361には、それぞれ、ガラス、石英、セラミック、サファイヤ、有機樹脂などを用いることができる。基板351及び基板361に可撓性を有する材料を用いると、表示装置の可撓性を高めることができる。
液晶素子180としては、例えば垂直配向(VA:Vertical Alignment)モードが適用された液晶素子を用いることができる。垂直配向モードとしては、MVA(Multi−Domain Vertical Alignment)モード、PVA(Patterned Vertical Alignment)モード、ASV(Advanced Super View)モードなどを用いることができる。
液晶素子180には、様々なモードが適用された液晶素子を用いることができる。例えばVAモードのほかに、TN(Twisted Nematic)モード、IPS(In−Plane−Switching)モード、FFS(Fringe Field Switching)モード、ASM(Axially Symmetric aligned Micro−cell)モード、OCB(Optically Compensated Birefringence)モード、FLC(Ferroelectric Liquid Crystal)モード、AFLC(AntiFerroelectric Liquid Crystal)モード等が適用された液晶素子を用いることができる。
液晶素子は、液晶の光学的変調作用によって光の透過または非透過を制御する素子である。液晶の光学的変調作用は、液晶にかかる電界(横方向の電界、縦方向の電界または斜め方向の電界を含む)によって制御される。液晶素子に用いる液晶としては、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶(PDLC:Polymer Dispersed Liquid Crystal)、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等を用いることができる。これらの液晶材料は、条件により、コレステリック相、スメクチック相、キュービック相、カイラルネマチック相、等方相等を示す。
液晶材料としては、ポジ型の液晶、またはネガ型の液晶のいずれを用いてもよく、適用するモードや設計に応じて最適な液晶材料を用いることができる。
液晶の配向を制御するため、配向膜を設けることができる。なお、横電界方式を採用する場合、配向膜を用いないブルー相を示す液晶を用いてもよい。ブルー相は液晶相の一つであり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を改善するために数重量%以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を液晶に用いる。ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が短く、光学的等方性である。また、ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。また配向膜を設けなくてもよいのでラビング処理も不要となるため、ラビング処理によって引き起こされる静電破壊を防止することができ、作製工程中の液晶表示装置の不良や破損を軽減することができる。
反射型の液晶素子を用いる場合には、表示面側に偏光板135を設ける。またこれとは別に、表示面側に光拡散板を配置すると、視認性を向上させられるため好ましい。
偏光板135よりも外側に、フロントライトを設けてもよい。フロントライトとしては、エッジライト型のフロントライトを用いることが好ましい。LEDを備えるフロントライトを用いると、消費電力を低減できるため好ましい。
発光素子、トランジスタ、絶縁層、導電層、接着層、接続層等に用いることができる材料については、それぞれ、実施の形態1の説明を参照できる。
<構成例2>
図25に示す表示装置300Aは、トランジスタ201、トランジスタ203、トランジスタ205、及びトランジスタ206を有さず、トランジスタ281、トランジスタ284、トランジスタ285、及びトランジスタ286を有する点で、主に表示装置300と異なる。
なお、図25では、絶縁層117及び接続部207等の位置も図24と異なる。図25では、画素の端部を図示している。絶縁層117は、着色層131の端部に重ねて配置されている。また、絶縁層117は、遮光層132の端部に重ねて配置されている。このように、絶縁層117は、表示領域と重ならない部分(遮光層132と重なる部分)に配置されてもよい。
トランジスタ284及びトランジスタ285のように、表示装置が有する2つのトランジスタは、部分的に積層して設けられていてもよい。これにより、画素回路の占有面積を縮小することが可能なため、精細度を高めることができる。また、発光素子170の発光面積を大きくでき、開口率を向上させることができる。発光素子170は、開口率が高いと、必要な輝度を得るための電流密度を低くできるため、信頼性が向上する。
トランジスタ281、トランジスタ284、及びトランジスタ286は、導電層221a、絶縁層211、半導体層231、導電層222a、及び導電層222bを有する。導電層221aは、絶縁層211を介して半導体層231と重なる。導電層222a及び導電層222bは、半導体層231と電気的に接続される。トランジスタ281は、導電層223を有する。
トランジスタ285は、導電層222b、絶縁層217、半導体層261、導電層223、絶縁層212、絶縁層213、導電層263a、及び導電層263bを有する。導電層222bは、絶縁層217を介して半導体層261と重なる。導電層223は、絶縁層212及び絶縁層213を介して半導体層261と重なる。導電層263a及び導電層263bは、半導体層261と電気的に接続される。
導電層221aは、ゲートとして機能する。絶縁層211は、ゲート絶縁層として機能する。導電層222aはソースまたはドレインの一方として機能する。トランジスタ286が有する導電層222bは、ソースまたはドレインの他方として機能する。
トランジスタ284とトランジスタ285が共有している導電層222bは、トランジスタ284のソースまたはドレインの他方として機能する部分と、トランジスタ285のゲートとして機能する部分を有する。絶縁層217、絶縁層212、及び絶縁層213は、ゲート絶縁層として機能する。導電層263a及び導電層263bのうち、一方はソースとして機能し、他方はドレインとして機能する。導電層223は、ゲートとして機能する。
<構成例3>
図26に、表示装置300Bの表示部の断面図を示す。
図26に示す表示装置300Bは、基板351と基板361の間に、トランジスタ40、トランジスタ80、液晶素子180、発光素子170、絶縁層220、着色層131、着色層134等を有する。
トランジスタ40及びトランジスタ80の構成及び作製方法については、実施の形態1を参照できる。
液晶素子180では、外光を電極311bが反射し、基板361側に反射光を射出する。発光素子170は、基板361側に光を射出する。液晶素子180及び発光素子170の構成については、構成例1を参照できる。
基板361には、着色層131、絶縁層121、及び液晶素子180の共通電極として機能する電極113、配向膜133bが設けられている。
液晶層112は、配向膜133a及び配向膜133bを介して、電極311a及び電極113の間に挟持されている。
トランジスタ40は、絶縁層212及び絶縁層213で覆われている。絶縁層213と着色層134は、接着層142によって、絶縁層194と貼り合わされている。
表示装置300Bは、液晶素子180を駆動するトランジスタ40と発光素子170を駆動するトランジスタ80とを、異なる面上に形成するため、それぞれの表示素子を駆動するために適した構造、材料を用いて形成することが容易である。
<表示装置300の作製方法例>
次に、図27〜図30を用いて、本実施の形態の表示装置の作製方法について、具体的に説明する。以下では、図24に示す表示装置300の作製方法の一例について説明する。図27〜図30では特に表示装置300の表示部362に着目して、作製方法を説明する。なお、図27〜図30ではトランジスタ203の図示を省略する。
まず、基板361上に、着色層131を形成する(図27(A))。着色層131は、感光性の材料を用いて形成することで、フォトリソグラフィ法等により島状に加工することができる。なお、図24に示す回路364等では、基板361上に遮光層132を設ける。
次に、着色層131及び遮光層132上に、絶縁層121を形成する。
絶縁層121は、平坦化層として機能することが好ましい。絶縁層121には、アクリル、エポキシなどの樹脂を好適に用いることができる。
絶縁層121には、無機絶縁膜を適用してもよい。絶縁層121としては、例えば、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、窒化アルミニウム膜などの無機絶縁膜を用いることができる。また、酸化ハフニウム膜、酸化イットリウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化ガリウム膜、酸化タンタル膜、酸化マグネシウム膜、酸化ランタン膜、酸化セリウム膜、及び酸化ネオジム膜等を用いてもよい。また、上述の絶縁膜を2以上積層して用いてもよい。
次に、電極113を形成する。電極113は、導電膜を成膜した後、レジストマスクを形成し、当該導電膜をエッチングした後にレジストマスクを除去することにより形成できる。電極113は、可視光を透過する導電性材料を用いて形成する。
次に、電極113上に、絶縁層117を形成する。絶縁層117には、有機絶縁膜を用いることが好ましい。
次に、電極113及び絶縁層117上に、配向膜133bを形成する(図27(A))。配向膜133bは、樹脂等の薄膜を形成した後に、ラビング処理を行うことで形成できる。
また、図27(A)を用いて説明した工程とは独立して、図27(B)から図30(A)までに示す工程を行う。
まず、実施の形態1の作製方法例2と同様に、作製基板14上に、第1の層24aを形成する(図27(B))。次に、所望の形状に加工された第1の層24aに対して第1の加熱処理を行うことで、第1の樹脂層23aを形成する(図27(C))。図27(C)では、島状の第1の樹脂層23aを形成する例を示す。第1の加熱処理は、酸素を含む雰囲気下で行う。次に、作製基板14上及び第1の樹脂層23a上に、第2の層24bを形成する(図27(D))。次に、第2の層24bに対して第2の加熱処理を行うことで、第2の樹脂層23bを形成する(図27(E))。第2の加熱処理は、第1の加熱処理の雰囲気よりも酸素の少ない雰囲気下で行う。
次に、第2の樹脂層23b上に電極311aを形成し、電極311a上に電極311bを形成する(図27(F))。電極311bは、電極311a上に開口451を有する。電極311a及び電極311bは、それぞれ、導電膜を成膜した後、レジストマスクを形成し、当該導電膜をエッチングした後にレジストマスクを除去することにより形成できる。電極311aは、可視光を透過する導電性材料を用いて形成する。電極311bは、可視光を反射する導電性材料を用いて形成する。
第2の樹脂層23b上に、絶縁膜を形成し、当該絶縁膜上に電極311aを形成してもよい。絶縁膜としては、絶縁層121に用いることができる無機絶縁膜が好適である。絶縁層は、第1の樹脂層23a及び第2の樹脂層23bに含まれる不純物が、後に形成するトランジスタ及び表示素子に拡散することを防ぐバリア層として用いることができる。
次に、絶縁層220を形成する(図28(A))。そして、絶縁層220に電極311bに達する開口を設ける。
絶縁層220は、第1の樹脂層23a及び第2の樹脂層23bに含まれる不純物が、後に形成するトランジスタ及び表示素子に拡散することを防ぐバリア層として用いることができる。絶縁層220は、例えば、第1の樹脂層23a及び第2の樹脂層23bを加熱した際に、第1の樹脂層23a及び第2の樹脂層23bに含まれる水分等がトランジスタ及び表示素子に拡散することを防ぐことが好ましい。そのため、絶縁層220は、バリア性が高いことが好ましい。
絶縁層220としては、絶縁層121に用いることができる無機絶縁膜及び樹脂等を用いることができる。
次に、絶縁層220上に、トランジスタ205及びトランジスタ206を形成する。
トランジスタに用いる半導体材料は特に限定されず、例えば、第14族の元素、化合物半導体または酸化物半導体を半導体層に用いることができる。代表的には、シリコンを含む半導体、ガリウムヒ素を含む半導体、またはインジウムを含む酸化物半導体等を適用できる。
ここではトランジスタ206として、半導体層231として金属酸化物層を有する、ボトムゲート構造のトランジスタを作製する場合を示す。トランジスタ205は、トランジスタ206の構成に導電層223及び絶縁層212を追加した構成であり、2つのゲートを有する。金属酸化物は、酸化物半導体として機能することができる。
具体的には、まず、絶縁層220上に、導電層221a及び導電層221bを形成する。導電層221a及び導電層221bは、導電膜を成膜した後、レジストマスクを形成し、当該導電膜をエッチングした後にレジストマスクを除去することで形成できる。ここで、絶縁層220の開口を介して、導電層221bと電極311bとが接続する。
続いて、絶縁層211を形成する。
絶縁層211としては、例えば、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、窒化アルミニウム膜などの無機絶縁膜を用いることができる。また、酸化ハフニウム膜、酸化イットリウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化ガリウム膜、酸化タンタル膜、酸化マグネシウム膜、酸化ランタン膜、酸化セリウム膜、及び酸化ネオジム膜等を用いてもよい。また、上述の絶縁膜を2以上積層して用いてもよい。
無機絶縁膜は、成膜温度が高いほど緻密でバリア性の高い膜となるため、高温で形成することが好ましい。無機絶縁膜の成膜時の基板温度は、室温(25℃)以上350℃以下が好ましく、100℃以上300℃以下がさらに好ましい。
続いて、半導体層231を形成する。本実施の形態では、半導体層231として、金属酸化物層を形成する。金属酸化物層は、金属酸化物膜を成膜した後、レジストマスクを形成し、当該金属酸化物膜をエッチングした後にレジストマスクを除去することで形成できる。
続いて、導電層222a及び導電層222bを形成する。導電層222a及び導電層222bは、導電膜を成膜した後、レジストマスクを形成し、当該導電膜をエッチングした後にレジストマスクを除去することにより形成できる。導電層222a及び導電層222bは、それぞれ、半導体層231と接続される。ここで、トランジスタ206が有する導電層222aは、導電層221bと電気的に接続される。これにより、接続部207では、電極311bと導電層222aを電気的に接続することができる。
なお、導電層222a及び導電層222bの加工の際に、レジストマスクに覆われていない半導体層231の一部がエッチングにより薄膜化する場合がある。
以上のようにして、トランジスタ206を作製できる(図28(A))。トランジスタ206において、導電層221aの一部はゲートとして機能し、絶縁層211の一部はゲート絶縁層として機能し、導電層222a及び導電層222bは、それぞれソースまたはドレインのいずれか一方として機能する。
次に、トランジスタ206を覆う絶縁層212を形成する。絶縁層212は、トランジスタ205及びトランジスタ206がそれぞれ有する半導体層231、導電層222a、及び導電層222bを覆うように形成される。次に、トランジスタ205の導電層223を絶縁層212上に形成する。
絶縁層212は、絶縁層211と同様の方法により形成することができる。
トランジスタ205が有する導電層223は、導電膜を成膜した後、レジストマスクを形成し、当該導電膜をエッチングした後にレジストマスクを除去することにより形成できる。
以上のようにして、トランジスタ205を作製できる(図28(A))。トランジスタ205において、導電層221aの一部及び導電層223の一部はゲートとして機能し、絶縁層211の一部及び絶縁層212の一部はゲート絶縁層として機能し、導電層222a及び導電層222bは、それぞれソースまたはドレインのいずれか一方として機能する。
次に、トランジスタ205及びトランジスタ206を覆う絶縁層213を形成する(図28(A))。絶縁層213は、絶縁層211と同様の方法により形成することができる。
また、絶縁層212として、酸素を含む雰囲気下で成膜した酸化シリコン膜や酸化窒化シリコン膜等の酸化物絶縁膜を用いることが好ましい。さらに、当該酸化シリコン膜や酸化窒化シリコン膜上に、絶縁層213として、窒化シリコン膜などの酸素を拡散、透過しにくい絶縁膜を積層することが好ましい。酸素を含む雰囲気下で形成した酸化物絶縁膜は、加熱により多くの酸素を放出しやすい絶縁膜とすることができる。このような酸素を放出する酸化絶縁膜と、酸素を拡散、透過しにくい絶縁膜を積層した状態で、加熱処理を行うことにより、金属酸化物層に酸素を供給することができる。その結果、金属酸化物層中の酸素欠損、及び金属酸化物層と絶縁層212の界面の欠陥を修復し、欠陥準位を低減することができる。これにより、極めて信頼性の高い表示装置を実現できる。
次に、絶縁層213上に、着色層134を形成し(図28(A))、その後、絶縁層214を形成する(図28(B))。着色層134は、電極311bの開口451と重なるように配置する。
着色層134は、着色層131と同様の方法により形成することができる。絶縁層214は、後に形成する表示素子の被形成面を有する層であるため、平坦化層として機能することが好ましい。絶縁層214は、絶縁層121に用いることのできる樹脂または無機絶縁膜を援用できる。
次に、絶縁層212、絶縁層213、及び絶縁層214に、トランジスタ205が有する導電層222aに達する開口を形成する。
次に、電極191を形成する(図28(B))。電極191は、導電膜を成膜した後、レジストマスクを形成し、当該導電膜をエッチングした後にレジストマスクを除去することにより形成できる。ここで、トランジスタ205が有する導電層222aと電極191とが接続する。電極191は、可視光を透過する導電性材料を用いて形成する。
次に、電極191の端部を覆う絶縁層216を形成する(図28(B))。絶縁層216は、絶縁層121に用いることのできる樹脂または無機絶縁膜を援用できる。絶縁層216は、電極191と重なる部分に開口を有する。
次に、EL層192及び電極193を形成する(図28(B))。電極193は、その一部が発光素子170の共通電極として機能する。電極193は、可視光を反射する導電性材料を用いて形成する。
EL層192の形成後に行う各工程は、EL層192にかかる温度が、EL層192の耐熱温度以下となるように行う。電極193は、蒸着法やスパッタリング法等を用いて形成することができる。
以上のようにして、発光素子170を形成することができる(図28(B))。発光素子170は、一部が画素電極として機能する電極191、EL層192、一部が共通電極として機能する電極193が積層された構成を有する。発光素子170は、発光領域が着色層134及び電極311bの開口451と重なるように作製する。
次に、電極193を覆って絶縁層194を形成する(図28(B))。絶縁層194は、発光素子170に水などの不純物が拡散することを抑制する保護層として機能する。発光素子170は、絶縁層194によって封止される。電極193を形成した後、大気に曝すことなく、絶縁層194を形成することが好ましい。
絶縁層194は、例えば、上述した絶縁層121に用いることができる無機絶縁膜を適用することができる。特に、バリア性の高い無機絶縁膜が含むことが好ましい。また、無機絶縁膜と有機絶縁膜を積層して用いてもよい。
絶縁層194の成膜時の基板温度は、EL層192の耐熱温度以下の温度であることが好ましい。絶縁層194は、ALD法やスパッタリング法等を用いて形成することができる。ALD法及びスパッタリング法は低温成膜が可能であるため好ましい。ALD法を用いると絶縁層194のカバレッジが良好となり好ましい。
次に、絶縁層194の表面に、接着層142を用いて基板351を貼り合わせる(図28(C))。
接着層142には、紫外線硬化型等の光硬化型接着剤、反応硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、嫌気型接着剤等の各種硬化型接着剤を用いることができる。また、接着シート等を用いてもよい。
基板351には、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)等のポリエステル樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリカーボネート(PC)樹脂、ポリエーテルスルホン(PES)樹脂、ポリアミド樹脂(ナイロン、アラミド等)、ポリシロキサン樹脂、シクロオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂、ABS樹脂、セルロースナノファイバー等を用いることができる。基板351には、ガラス、石英、樹脂、金属、合金、半導体等の各種材料を用いてもよい。基板351には、可撓性を有する程度の厚さのガラス、石英、樹脂、金属、合金、半導体等の各種材料を用いてもよい。
次に、第1の樹脂層23aに分離の起点を形成し、作製基板14を剥離する(図29(A))。
次に、第1の樹脂層23a及び第2の樹脂層23bを除去することが好ましい。例えば、ドライエッチング法などを用いて第1の樹脂層23a及び第2の樹脂層23bを除去することができる。これにより、電極311aが露出する(図29(B))。
第2の樹脂層23bと電極311aの間に絶縁膜を有する場合、当該絶縁膜を除去してもよいし、残してもよい。絶縁膜を除去する際は、ドライエッチング法などを用いることができる。
次に、露出した電極311a(または絶縁膜)の表面に、配向膜133aを形成する(図30(A))。配向膜133aは、樹脂等の薄膜を成膜した後に、ラビング処理を行うことにより形成できる。
そして、図27(A)を用いて説明した工程が完了した基板361と、図30(A)までの工程が完了した基板351とを、液晶層112を挟んで貼り合わせる(図30(B))。図30(B)では示さないが、図24等に示すように、基板351と基板361とは接着層141で貼り合わされる。接着層141は、接着層142に用いることのできる材料を援用できる。
図30(B)に示す液晶素子180は、一部が画素電極として機能する電極311a(及び電極311b)、液晶層112、一部が共通電極として機能する電極113が積層された構成を有する。液晶素子180は、着色層131と重なるように作製する。
基板361の外側の面には、偏光板135を配置する。
以上により、表示装置300を作製することができる。
<表示装置300Bの作製方法例>
次に、図31〜図33を用いて、本実施の形態の表示装置の作製方法について、具体的に説明する。以下では、図26に示す表示装置300Bの作製方法の一例について説明する。なお、表示装置300の作製方法例と同様の部分については、説明を省略することがある。
まず、表示装置300の作製方法例と同様に、基板361上に、着色層131、絶縁層121、電極113、及び配向膜133bを順に形成する(図31(A))。
また、図31(A)を用いて説明した工程とは独立して、図31(B)に示す工程を行う。
まず、基板351上に、トランジスタ80を形成する。トランジスタ80の構成及び作製方法は、実施の形態1を参照することができる。
次に、絶縁層214、絶縁層216、発光素子170、及び絶縁層194を形成する(図31(B))。絶縁層214、絶縁層216、発光素子170、及び絶縁層194の構成及び作製方法は、表示装置300の作製方法例を参照することができる。
また、図31(A)を用いて説明した工程、及び図31(B)を用いて説明した工程とは独立して、図31(C)から図31(D)までに示す工程を行う。
まず、実施の形態1の作製方法例2と同様に、作製基板14上に、島状の第1の樹脂層23aを形成する。そして、作製基板14上及び第1の樹脂層23a上に、第2の樹脂層23bを形成する(図31(C))。
具体的には、作製基板14上に第1の層24aを形成し、所望の形状の第1の層24aに対して第1の加熱処理を行うことで、第1の樹脂層23aを形成する。第1の加熱処理は、酸素を含む雰囲気下で行う。そして、作製基板14上及び第1の樹脂層23a上に第2の層24bを形成し、第2の層24bに対して第2の加熱処理を行うことで、第2の樹脂層23bを形成する。第2の加熱処理は、第1の加熱処理の雰囲気よりも酸素の少ない雰囲気下で行う。
次に、第2の樹脂層23b上に電極311aを形成し、電極311a上に電極311bを形成する(図31(D))。電極311a及び電極311bは、それぞれ、導電膜を成膜した後、レジストマスクを形成し、当該導電膜をエッチングした後にレジストマスクを除去することにより形成できる。電極311aは、可視光を透過する導電性材料を用いて形成する。電極311bは、可視光を反射する導電性材料を用いて形成する。
第2の樹脂層23b上に、絶縁膜を形成し、当該絶縁膜上に電極311aを形成してもよい。絶縁膜としては、絶縁層121に用いることができる無機絶縁膜が好適である。絶縁層は、第1の樹脂層23a及び第2の樹脂層23bに含まれる不純物が、後に形成するトランジスタ及び表示素子に拡散することを防ぐバリア層として用いることができる。
次に、絶縁層220を形成する(図31(D))。そして、絶縁層220に電極311bに達する開口を設ける。
次に、絶縁層220上に、トランジスタ40を形成する(図31(D))。トランジスタ40の構成及び作製方法は、実施の形態1を参照することができる。
次に、トランジスタ40を覆う絶縁層212を形成し、絶縁層212上に絶縁層213を形成し、絶縁層213上に着色層134を形成する(図31(D))。
図31(B)を用いて説明した工程が完了した基板351と、図31(D)までの工程が完了した作製基板14とを、接着層142を用いて貼り合わせる(図32(A))。
次に、第1の樹脂層23aに分離の起点を形成し、作製基板14を剥離する(図32(B))。
次に、第1の樹脂層23a及び第2の樹脂層23bを除去することが好ましい。例えば、ドライエッチング法などを用いて第1の樹脂層23a及び第2の樹脂層23bを除去することができる。これにより、電極311aが露出する(図33(A))。
第2の樹脂層23bと電極311aの間に絶縁膜を有する場合、当該絶縁膜を除去してもよいし、残してもよい。絶縁膜を除去する際は、ドライエッチング法などを用いることができる。
次に、露出した電極311a(または絶縁膜)の表面に、配向膜133aを形成する(図33(B))。
そして、図31(A)を用いて説明した工程が完了した基板361と、図33(B)までの工程が完了した基板351とを、液晶層112を挟んで貼り合わせる(図33(C))。図33(C)では示さないが、基板351と基板361とは接着層で貼り合わされる。
図33(C)に示す液晶素子180は、一部が画素電極として機能する電極311a(及び電極311b)、液晶層112、一部が共通電極として機能する電極113が積層された構成を有する。液晶素子180は、着色層131と重なるように作製する。
以上により、表示装置300Bを作製することができる。
以上のように、本実施の形態の表示装置は、2種類の表示素子を有し、複数の表示モードを切り替えて使用することができるため、周囲の明るさによらず視認性が高く、利便性が高い。
実施の形態1で説明した方法を用いることで、第1の樹脂層23aの一面全体にレーザ照射を行うことなく、作製基板14と第1の樹脂層23aとを剥離することができる。そのため、低コストで表示装置を作製することができる。また、第1の樹脂層23aが作製基板14から意図しないタイミングで剥離することを抑制できる。剥離のタイミングを制御でき、かつ、高い剥離性を実現できるため、剥離工程、及び表示装置の作製工程の歩留まりを高めることができる。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
(実施の形態4)
本実施の形態では、実施の形態3で説明した表示装置の、より具体的な構成例について図34〜図36を用いて説明する。
図34(A)は、表示装置400のブロック図である。表示装置400は、表示部362、回路GD、及び回路SDを有する。表示部362は、マトリクス状に配列した複数の画素410を有する。
表示装置400は、複数の配線G1、複数の配線G2、複数の配線ANO、複数の配線CSCOM、複数の配線S1、及び複数の配線S2を有する。複数の配線G1、複数の配線G2、複数の配線ANO、及び複数の配線CSCOMは、それぞれ、矢印Rで示す方向に配列した複数の画素410及び回路GDと電気的に接続する。複数の配線S1及び複数の配線S2は、それぞれ、矢印Cで示す方向に配列した複数の画素410及び回路SDと電気的に接続する。
なお、ここでは簡単のために回路GDと回路SDを1つずつ有する構成を示したが、液晶素子を駆動する回路GD及び回路SDと、発光素子を駆動する回路GD及び回路SDとを、別々に設けてもよい。
画素410は、反射型の液晶素子と、発光素子を有する。
図34(B1)〜(B4)に、画素410が有する電極311の構成例を示す。電極311は、液晶素子の反射電極として機能する。図34(B1)、(B2)の電極311には、開口451が設けられている。
図34(B1)、(B2)には、電極311と重なる領域に位置する発光素子360を破線で示している。発光素子360は、電極311が有する開口451と重ねて配置されている。これにより、発光素子360が発する光は、開口451を介して表示面側に射出される。
図34(B1)では、矢印Rで示す方向に隣接する画素410が異なる色に対応する画素である。このとき、図34(B1)に示すように、矢印Rで示す方向に隣接する2つの画素において、開口451が一列に配列されないように、電極311の異なる位置に設けられていることが好ましい。これにより、2つの発光素子360を離すことが可能で、発光素子360が発する光が隣接する画素410が有する着色層に入射してしまう現象(クロストークともいう)を抑制することができる。また、隣接する2つの発光素子360を離して配置することができるため、発光素子360のEL層を遮蔽マスク等により作り分ける場合であっても、高い精細度の表示装置を実現できる。
図34(B2)では、矢印Cで示す方向に隣接する画素410が異なる色に対応する画素である。図34(B2)においても同様に、矢印Cで示す方向に隣接する2つの画素において、開口451が一列に配列されないように、電極311の異なる位置に設けられていることが好ましい。
非開口部の総面積に対する開口451の総面積の比の値が小さいほど、液晶素子を用いた表示を明るくすることができる。また、非開口部の総面積に対する開口451の総面積の比の値が大きいほど、発光素子360を用いた表示を明るくすることができる。
開口451の形状は、例えば多角形、四角形、楕円形、円形または十字等の形状とすることができる。また、細長い筋状、スリット状、市松模様状の形状としてもよい。また、開口451を隣接する画素に寄せて配置してもよい。好ましくは、開口451を同じ色を表示する他の画素に寄せて配置する。これにより、クロストークを抑制できる。
また、図34(B3)、(B4)に示すように、電極311が設けられていない部分に、発光素子360の発光領域が位置していてもよい。これにより、発光素子360が発する光は、表示面側に射出される。
図34(B3)では、矢印Rで示す方向に隣接する2つの画素410において、発光素子360が一列に配列されていない。図34(B4)では、矢印Rで示す方向に隣接する2つの画素410において、発光素子360が一列に配列されている。
図34(B3)の構成は、隣接する2つの画素410が有する発光素子360どうしを離すことができるため、上述の通り、クロストークの抑制、及び、高精細化が可能となる。また、図34(B4)の構成では、発光素子360の矢印Cに平行な辺側に、電極311が位置しないため、発光素子360の光が電極311に遮られることを抑制でき、高い視野角特性を実現できる。
回路GDには、シフトレジスタ等の様々な順序回路等を用いることができる。回路GDには、トランジスタ及び容量素子等を用いることができる。回路GDが有するトランジスタは、画素410に含まれるトランジスタと同じ工程で形成することができる。
回路SDは、配線S1と電気的に接続される。回路SDには、例えば、集積回路を用いることができる。具体的には、回路SDには、シリコン基板上に形成された集積回路を用いることができる。
例えば、COG方式またはCOF方式等を用いて、画素410と電気的に接続されるパッドに回路SDを実装することができる。具体的には、異方性導電膜を用いて、パッドに集積回路を実装できる。
図35は、画素410の回路図の一例である。図35では、隣接する2つの画素410を示している。
画素410は、スイッチSW1、容量素子C1、液晶素子340、スイッチSW2、トランジスタM、容量素子C2、及び発光素子360等を有する。また、画素410には、配線G1、配線G2、配線ANO、配線CSCOM、配線S1、及び配線S2が電気的に接続されている。また、図35では、液晶素子340と電気的に接続する配線VCOM1、及び発光素子360と電気的に接続する配線VCOM2を示している。
図35では、スイッチSW1及びスイッチSW2にトランジスタを用いた場合の例を示している。
スイッチSW1のゲートは、配線G1と接続されている。スイッチSW1のソース及びドレインのうち一方は、配線S1と接続され、他方は、容量素子C1の一方の電極、及び液晶素子340の一方の電極と接続されている。容量素子C1の他方の電極は、配線CSCOMと接続されている。液晶素子340の他方の電極が配線VCOM1と接続されている。
スイッチSW2のゲートは、配線G2と接続されている。スイッチSW2のソース及びドレインのうち一方は、配線S2と接続され、他方は、容量素子C2の一方の電極、及びトランジスタMのゲートと接続されている。容量素子C2の他方の電極は、トランジスタMのソースまたはドレインの一方、及び配線ANOと接続されている。トランジスタMのソースまたはドレインの他方は、発光素子360の一方の電極と接続されている。発光素子360の他方の電極は、配線VCOM2と接続されている。
図35では、トランジスタMが半導体を挟む2つのゲートを有し、これらが接続されている例を示している。これにより、トランジスタMが流すことのできる電流を増大させることができる。
配線G1には、スイッチSW1を導通状態または非導通状態に制御する信号を与えることができる。配線VCOM1には、所定の電位を与えることができる。配線S1には、液晶素子340が有する液晶の配向状態を制御する信号を与えることができる。配線CSCOMには、所定の電位を与えることができる。
配線G2には、スイッチSW2を導通状態または非導通状態に制御する信号を与えることができる。配線VCOM2及び配線ANOには、発光素子360が発光する電位差が生じる電位をそれぞれ与えることができる。配線S2には、トランジスタMの導通状態を制御する信号を与えることができる。
図35に示す画素410は、例えば反射モードの表示を行う場合には、配線G1及び配線S1に与える信号により駆動し、液晶素子340による光学変調を利用して表示することができる。また、透過モードで表示を行う場合には、配線G2及び配線S2に与える信号により駆動し、発光素子360を発光させて表示することができる。また両方のモードで駆動する場合には、配線G1、配線G2、配線S1及び配線S2のそれぞれに与える信号により駆動することができる。
なお、図35では一つの画素410に、一つの液晶素子340と一つの発光素子360とを有する例を示したが、これに限られない。図36(A)は、一つの画素410に一つの液晶素子340と4つの発光素子360(発光素子360r、360g、360b、360w)を有する例を示している。図36(A)に示す画素410は、図35とは異なり、1つの画素で発光素子を用いたフルカラーの表示が可能である。
図36(A)では図35の例に加えて、画素410に配線G3及び配線S3が接続されている。
図36(A)に示す例では、例えば4つの発光素子360に、それぞれ赤色(R)、緑色(G)、青色(B)、及び白色(W)を呈する発光素子を用いることができる。また液晶素子340として、白色を呈する反射型の液晶素子を用いることができる。これにより、反射モードの表示を行う場合には、反射率の高い白色の表示を行うことができる。また透過モードで表示を行う場合には、演色性の高い表示を低い電力で行うことができる。
図36(B)に、図36(A)に対応した画素410の構成例を示す。画素410は、電極311が有する開口部と重なる発光素子360wと、電極311の周囲に配置された発光素子360r、発光素子360g、及び発光素子360bとを有する。発光素子360r、発光素子360g、及び発光素子360bは、発光面積がほぼ同等であることが好ましい。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
(実施の形態5)
本実施の形態では、本発明の一態様の表示モジュール及び電子機器について説明する。
図37に示す表示モジュール8000は、上部カバー8001と下部カバー8002との間に、FPC8003に接続されたタッチパネル8004、FPC8005に接続された表示パネル8006、フレーム8009、プリント基板8010、及びバッテリ8011を有する。
例えば、本発明の一態様の剥離方法を用いて作製された表示装置を、表示パネル8006に用いることができる。これにより、高い歩留まりで表示モジュールを作製することができる。
上部カバー8001及び下部カバー8002は、タッチパネル8004及び表示パネル8006のサイズに合わせて、形状や寸法を適宜変更することができる。
タッチパネル8004としては、抵抗膜方式または静電容量方式のタッチパネルを表示パネル8006に重畳して用いることができる。また、タッチパネル8004を設けず、表示パネル8006に、タッチパネル機能を持たせるようにすることも可能である。
フレーム8009は、表示パネル8006の保護機能の他、プリント基板8010の動作により発生する電磁波を遮断するための電磁シールドとしての機能を有する。またフレーム8009は、放熱板としての機能を有していてもよい。
プリント基板8010は、電源回路、ビデオ信号及びクロック信号を出力するための信号処理回路を有する。電源回路に電力を供給する電源としては、外部の商用電源であっても良いし、別途設けたバッテリ8011による電源であってもよい。バッテリ8011は、商用電源を用いる場合には、省略可能である。
また、表示モジュール8000は、偏光板、位相差板、プリズムシートなどの部材を追加して設けてもよい。
本発明の一態様により、曲面を有し、信頼性の高い電子機器を作製できる。また、本発明の一態様により、可撓性を有し、信頼性の高い電子機器を作製できる。
電子機器としては、例えば、テレビジョン装置、デスクトップ型もしくはノート型のパーソナルコンピュータ、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。
また、本発明の一態様の表示装置は、外光の強さによらず、高い視認性を実現することができる。そのため、携帯型の電子機器、装着型の電子機器(ウェアラブル機器)、及び電子書籍端末などに好適に用いることができる。
図38(A)、(B)に示す携帯情報端末800は、筐体801、筐体802、表示部803、表示部804、及びヒンジ部805等を有する。
筐体801と筐体802は、ヒンジ部805で連結されている。携帯情報端末800は、折り畳んだ状態(図38(A))から、図38(B)に示すように展開させることができる。
本発明の一態様の剥離方法を用いて作製された表示装置を、表示部803及び表示部804のうち少なくとも一方に用いることができる。これにより、高い歩留まりで携帯情報端末を作製することができる。
表示部803及び表示部804は、それぞれ、文書情報、静止画像、及び動画像等のうち少なくとも一つを表示することができる。表示部に文書情報を表示させる場合、携帯情報端末800を電子書籍端末として用いることができる。
携帯情報端末800は折り畳むことができるため、可搬性が高く、汎用性に優れる。
筐体801及び筐体802は、電源ボタン、操作ボタン、外部接続ポート、スピーカ、マイク等を有していてもよい。
図38(C)に示す携帯情報端末810は、筐体811、表示部812、操作ボタン813、外部接続ポート814、スピーカ815、マイク816、カメラ817等を有する。
本発明の一態様の剥離方法を用いて作製された表示装置を、表示部812に用いることができる。これにより、高い歩留まりで携帯情報端末を作製することができる。
携帯情報端末810は、表示部812にタッチセンサを備える。電話を掛ける、或いは文字を入力するなどのあらゆる操作は、指やスタイラスなどで表示部812に触れることで行うことができる。
また、操作ボタン813の操作により、電源のON、OFF動作や、表示部812に表示される画像の種類の切り替えを行うことができる。例えば、メール作成画面から、メインメニュー画面に切り替えることができる。
また、携帯情報端末810の内部に、ジャイロセンサまたは加速度センサ等の検出装置を設けることで、携帯情報端末810の向き(縦か横か)を判断して、表示部812の画面表示の向きを自動的に切り替えることができる。また、画面表示の向きの切り替えは、表示部812に触れること、操作ボタン813の操作、またはマイク816を用いた音声入力等により行うこともできる。
携帯情報端末810は、例えば、電話機、手帳または情報閲覧装置等から選ばれた一つまたは複数の機能を有する。具体的には、スマートフォンとして用いることができる。携帯情報端末810は、例えば、移動電話、電子メール、文章閲覧及び作成、音楽再生、動画再生、インターネット通信、ゲームなどの種々のアプリケーションを実行することができる。
図38(D)に示すカメラ820は、筐体821、表示部822、操作ボタン823、シャッターボタン824等を有する。またカメラ820には、着脱可能なレンズ826が取り付けられている。
本発明の一態様の剥離方法を用いて作製された表示装置を、表示部822に用いることができる。これにより、高い歩留まりでカメラを作製することができる。
ここではカメラ820を、レンズ826を筐体821から取り外して交換することが可能な構成としたが、レンズ826と筐体821とが一体となっていてもよい。
カメラ820は、シャッターボタン824を押すことにより、静止画、または動画を撮像することができる。また、表示部822はタッチパネルとしての機能を有し、表示部822をタッチすることにより撮像することも可能である。
なお、カメラ820は、ストロボ装置や、ビューファインダーなどを別途装着することができる。または、これらが筐体821に組み込まれていてもよい。
図39(A)〜(E)は、電子機器を示す図である。これらの電子機器は、筐体9000、表示部9001、スピーカ9003、操作キー9005(電源スイッチ、または操作スイッチを含む)、接続端子9006、センサ9007(力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、においまたは赤外線を測定する機能を含むもの)、マイクロフォン9008等を有する。
本発明の一態様の剥離方法を用いて作製された表示装置を、表示部9001に好適に用いることができる。これにより、高い歩留まりで電子機器を作製することができる。
図39(A)〜(E)に示す電子機器は、様々な機能を有することができる。例えば、様々な情報(静止画、動画、テキスト画像など)を表示部に表示する機能、タッチパネル機能、カレンダー、日付または時刻などを表示する機能、様々なソフトウェア(プログラム)によって処理を制御する機能、無線通信機能、無線通信機能を用いて様々なコンピュータネットワークに接続する機能、無線通信機能を用いて様々なデータの送信または受信を行う機能、記録媒体に記録されているプログラムまたはデータを読み出して表示部に表示する機能、等を有することができる。なお、図39(A)〜(E)に示す電子機器が有する機能はこれらに限定されず、その他の機能を有していてもよい。
図39(A)は腕時計型の携帯情報端末9200を、図39(B)は腕時計型の携帯情報端末9201を、それぞれ示す斜視図である。
図39(A)に示す携帯情報端末9200は、移動電話、電子メール、文章閲覧及び作成、音楽再生、インターネット通信、コンピュータゲームなどの種々のアプリケーションを実行することができる。また、表示部9001はその表示面が湾曲して設けられ、湾曲した表示面に沿って表示を行うことができる。また、携帯情報端末9200は、通信規格された近距離無線通信を実行することが可能である。例えば無線通信可能なヘッドセットと相互通信することによって、ハンズフリーで通話することもできる。また、携帯情報端末9200は、接続端子9006を有し、他の情報端末とコネクターを介して直接データのやりとりを行うことができる。また接続端子9006を介して充電を行うこともできる。なお、充電動作は接続端子9006を介さずに無線給電により行ってもよい。
図39(B)に示す携帯情報端末9201は、図39(A)に示す携帯情報端末と異なり、表示部9001の表示面が湾曲していない。また、携帯情報端末9201の表示部の外形が非矩形状(図39(B)においては円形状)である。
図39(C)〜(E)は、折り畳み可能な携帯情報端末9202を示す斜視図である。なお、図39(C)が携帯情報端末9202を展開した状態の斜視図であり、図39(D)が携帯情報端末9202を展開した状態または折り畳んだ状態の一方から他方に変化する途中の状態の斜視図であり、図39(E)が携帯情報端末9202を折り畳んだ状態の斜視図である。
携帯情報端末9202は、折り畳んだ状態では可搬性に優れ、展開した状態では、継ぎ目のない広い表示領域により表示の一覧性に優れる。携帯情報端末9202が有する表示部9001は、ヒンジ9055によって連結された3つの筐体9000に支持されている。ヒンジ9055を介して2つの筐体9000間を屈曲させることにより、携帯情報端末9202を展開した状態から折りたたんだ状態に可逆的に変形させることができる。例えば、携帯情報端末9202は、曲率半径1mm以上150mm以下で曲げることができる。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
本実施例では、作製基板上に樹脂層を形成する際のベーク条件が、樹脂層の剥離性に与える影響について、評価を行った。
<1.ベーク雰囲気>
まず、樹脂層を形成する際のベーク雰囲気が異なる2つの試料について比較した。
各試料の作製基板には、厚さ約0.7mmのガラス基板を用いた。各試料の作製基板上には、樹脂層として、ポリイミド樹脂膜を形成した。感光性を有し、かつポリイミド樹脂前駆体を含む材料を用いてポリイミド樹脂膜を形成した。当該材料を塗布した際の膜厚は約2.0μmであった。ベーク後のポリイミド樹脂膜の厚さは約1.5μmであった。
試料1Aには、窒素ガスと酸素ガスの混合ガス(580NL/min、酸素濃度20%)を流しながら、450℃で1時間のベークを行った。
試料1Bには、窒素ガス(600NL/min)を流しながら、450℃で1時間のベークを行った。ベーク中の装置内の酸素濃度は、0.01%〜0.02%程度であった。
そして、樹脂層にUV剥離テープを貼り付け、該テープを手で引っ張ることで、作製基板から該テープを剥離した。
図40(A)に、試料1Aの剥離結果を示し、図40(B)に試料1Bの剥離結果を示す。各図において実線より上側がテープ側であり、下側がガラス側である。
図40(A)に示すように、試料1Aは、剥離後、テープ側に樹脂層23が残っており、作製基板14と樹脂層23との界面で分離させることができた。
図40(B)に示すように、試料1Bは、剥離後、作製基板14側に樹脂層23が残っており、作製基板14と樹脂層23との界面で分離させることができなかった。
試料1Aと試料1Bは、樹脂層23形成時のベーク雰囲気が異なる。このことから、酸素を十分に含む雰囲気でベークを行って樹脂層23を形成することで、作製基板14から樹脂層23を剥離することが容易になると考えられる。また、酸素の少ない雰囲気でベークを行って樹脂層23を形成することで、作製基板14から樹脂層23が意図せず剥がれることを抑制できると考えられる。
<2.ベーク温度と樹脂層の厚さ>
次に、樹脂層を形成する際のベーク温度と、樹脂層の膜厚が異なる9つの試料について比較した。
各試料の作製基板には、厚さ約0.7mmのガラス基板を用いた。各試料の作製基板上には、樹脂層として、ポリイミド樹脂膜を形成した。感光性を有し、かつポリイミド樹脂前駆体を含む材料を用いてポリイミド樹脂膜を形成した。当該材料を塗布した後、窒素ガスと酸素ガスの混合ガス(580NL/min、酸素濃度20%)を流しながら、1時間ベークを行うことで、樹脂層を形成した。
各試料のベーク温度と、樹脂層の材料を塗布した際の膜厚を表1に示す。例えば、表1において、膜厚2.0μmとは、樹脂層の材料(ポリイミド樹脂前駆体を含む材料)を厚さ2.0μmとなるように塗布したことを指し、ベーク後に得られる樹脂層の厚さは2.0μmよりも薄い。
次に、接着層を用いて、樹脂層とフィルムとを貼り合わせた。
接着層としては、厚さ約5μmの熱硬化性のエポキシ樹脂を用いた。フィルムは、厚さ約23μmのフィルムと厚さ約100μmの保護フィルムの積層構造である。
次に、フィルム側から、樹脂層の端部よりも内側にカッターで枠状に切れ目を入れた。そして、フィルムを手で引っ張って、作製基板からフィルムを剥離した。
各試料の剥離結果を表2に示す。作製基板と樹脂層の界面で剥離できた試料は、丸印で示す。作製基板と樹脂層の界面で剥離できなかった試料はバツ印で示す。
図41に、試料1E(樹脂層の塗布時の膜厚2.0μm、ベーク温度450℃)の剥離結果を示す。カッターで入れた枠状の切れ目の内側の部分について、作製基板14から樹脂層23を剥離できた。
本実施例では、樹脂層の厚さによらず、450℃ベークを行った試料では、作製基板から樹脂層を剥離することができた。樹脂層の厚さによらず、350℃ベークまたは400℃ベークを行った試料では、作製基板から樹脂層を剥離することができなかった。
以上の結果から、酸素を十分に含む雰囲気で、高い温度でベークを行って樹脂層を形成することで、樹脂層の厚さによらず、作製基板から樹脂層を剥離することが容易になると考えられる。また、酸素を十分に含む雰囲気でも、低温でベークを行って樹脂層を形成することで、作製基板から樹脂層が意図せず剥がれることを抑制できると考えられる。
本実施例では、本発明の一態様の剥離方法を用いて、作製基板から樹脂層を剥離した結果について説明する。
まず、図42(A1)、(A2)に示すように、作製基板14上に、フォトリソグラフィ法を用いて、島状の第1の樹脂層23aを形成した。次に、作製基板14上及び第1の樹脂層23a上に第2の樹脂層23bを形成した。第2の樹脂層23bは、第1の樹脂層23aを覆うように形成した。作製基板14は、第1の樹脂層23aが接する部分と、第2の樹脂層23bが接する部分を有する。
作製基板14としては、5インチ角、厚さ約0.7mmのガラス基板を用いた。
感光性を有し、かつ、ポリイミド樹脂前駆体を含む材料を塗布した後、島状に加工し、450℃、窒素ガスと酸素ガスの混合ガス(580NL/min、酸素濃度20%)を流しながら、1時間のベークを行うことで第1の樹脂層23aを形成した。当該材料の塗布時の膜厚は試料によって異なる(表3参照)。
感光性を有し、かつ、ポリイミド樹脂前駆体を含む材料を塗布した後、450℃、窒素及び酸素の混合雰囲気下で、1時間のベークを行うことで第2の樹脂層23bを形成した。当該材料の塗布時の膜厚は試料によって異なる(表3参照)。
次に、接着層26を用いて、第2の樹脂層23bとフィルム27とを貼り合わせた(図42(B))。
接着層26としては、厚さ約5μmの熱硬化性のエポキシ樹脂を用いた。フィルム27は、厚さ約23μmのフィルムと厚さ約100μmの保護フィルムの積層構造である。
次に、フィルム27側から、第1の樹脂層23aの端部よりも内側に器具65(ここではカッター)で枠状に切れ目64を入れた(図42(C1)、(C2))。そして、フィルム27を手で引っ張って、作製基板14からフィルム27を剥離した(図42(D))。
図43に、各試料の剥離後の外観写真を示す。全ての試料について、切れ目64の内側の部分では、作製基板14から樹脂層23を残膜なく剥離できた。
[剥離試験]
本実施例の試料について、作製基板14から被剥離層を剥離するのに要する力の評価を行った。評価には、図44(A)に示すような治具を用いた。図44(A)に示す治具は、複数のガイドローラ154と、サポートローラ153を有する。測定方法としては、まず、作製基板14上に予め形成された被剥離層150にテープ151を貼り付け、端部を一部剥離しておく。次に、テープ151をサポートローラ153に引っ掛けるように作製基板14を治具に取り付け、テープ151及び被剥離層150が作製基板14に対して垂直方向になるようにする。ここで、テープ151を作製基板14に対して垂直方向に引っ張り(速度20mm/min)、被剥離層150を作製基板14から剥離する際に、垂直方向に引っ張る力を測定することで、剥離に要する力を測定することができる。ここで、剥離が進行している間、第1の樹脂層23aが露出した状態で作製基板14がガイドローラ154に沿ってその面方向に走行する。サポートローラ153及びガイドローラ154は、被剥離層150及び作製基板14の走行中の摩擦の影響を無くすために回転可能に設けられている。
剥離試験には、島津製作所製の小型卓上試験機(EZ−TEST EZ−S−50N)及び日本工業規格(JIS)の規格番号JIS Z0237に準拠する粘着テープ・粘着シート試験方法を用いた。各試料の寸法は、126mm×25mmとした。
被剥離層150の積層構造を図44(B)に示す。
被剥離層150は、作製基板14上の第1の樹脂層23a、第1の樹脂層23a上の第2の樹脂層23b、第2の樹脂層23b上の接着層26、及び接着層26上のフィルム27を有する。第1の樹脂層23aと第2の樹脂層23bの塗布時の膜厚は、各試料によって異なり、詳細は表3の通りである。
図45に剥離試験の結果を示す。図45に示す通り、剥離に要する力は、第1の樹脂層23aの膜厚が厚いほど、小さい傾向があった。また、剥離に要する力は、第2の樹脂層23bの膜厚が変化しても違いが生じなかった。
図46〜図48に、試料2A、試料2C、試料2Eの剥離前後の断面STEM写真を示す。
図46(A)は試料2A、図47(A)は試料2C、図48(A)は試料2Eの剥離前の断面STEM写真である。
図46(A)に示す通り、試料2Aでは、第1の樹脂層23aと第2の樹脂層23bの積層構造の厚さが、約2.58μmであった。
図47(A)に示す通り、試料2Cでは、第1の樹脂層23aと第2の樹脂層23bの積層構造の厚さが、約1.82μmであった。
図48(A)に示す通り、試料2Eでは、第1の樹脂層23aと第2の樹脂層23bの積層構造の厚さが、約1.40μmであった。
図46(B)は試料2A、図47(B)は試料2C、図48(B)は試料2Eの剥離後の作製基板14側の断面STEM写真である。
各試料において、剥離後のガラス表面に、樹脂層の存在は確認されなかった。
図46(C)は試料2A、図47(C)は試料2C、図48(C)は試料2Eの剥離後のフィルム27側の断面STEM写真である。
図46(C)に示す通り、試料2Aでは、厚さ約2.50μmの、第1の樹脂層23aと第2の樹脂層23bの積層構造が、フィルム27側に存在していることがわかった。
図47(C)に示す通り、試料2Cでは、厚さ約1.85μmの、第1の樹脂層23aと第2の樹脂層23bの積層構造が、フィルム27側に存在していることがわかった。
図48(C)に示す通り、試料2Eでは、厚さ約1.40μmの、第1の樹脂層23aと第2の樹脂層23bの積層構造が、フィルム27側に存在していることがわかった。
断面観察の結果から、各試料において、作製基板14と第1の樹脂層23aとの界面で、剥離していることが確認できた。
本実施例では、作製基板上に樹脂層を形成する際のベーク条件が、樹脂層の剥離性に与える影響について、評価を行った。本実施例では、実施例1とは異なる材料を用いて、樹脂層を形成した結果について説明する。
各試料の作製基板には、厚さ約0.7mmのガラス基板を用いた。各試料の作製基板上には、樹脂層として、ポリイミド樹脂膜を形成した。ポリイミド樹脂膜は、スピンコート法を用いて形成した。室温で、塗布量40ml、塗布時間12.5sec、塗布時の回転数を、試料3Aでは500rpm、試料3B及び試料3Cでは1000rpmとして、成膜した。3つの試料のベーク後の樹脂層の膜厚が同程度となるように成膜条件を決定した。ポリイミド樹脂膜は、非感光性の可溶性ポリイミド樹脂を含む材料を用いて形成した。
試料3Aには、窒素ガスと酸素ガスの混合ガス(580NL/min、酸素濃度20%)を流しながら、180℃で30分のベークを行った後、同じ混合ガスを流しながら、450℃で1時間のベークを行った。ベーク後の樹脂層の厚さは、約1.11μmであった。
試料3Bには、窒素ガスと酸素ガスの混合ガス(580NL/min、酸素濃度20%)を流しながら、180℃で30分のベークを行った後、同じ混合ガスを流しながら、400℃で1時間のベークを行った。ベーク後の樹脂層の厚さは、約1.01μmであった。
試料3Cには、窒素ガスと酸素ガスの混合ガス(580NL/min、酸素濃度20%)を流しながら、180℃で30分のベークを行った後、同じ混合ガスを流しながら、350℃で1時間のベークを行った。ベーク後の樹脂層の厚さは、約1.07μmであった。
試料3A、試料3B、及び試料3Cについて、実施例2と同様の方法で、剥離試験を行ったところ、作製基板と樹脂層との界面で分離させることができた。
試料3Aの剥離に要する力は0.091Nであった。試料3Bの剥離に要する力は0.169Nであった。試料3Aと試料3Bの厚さに大きな差は無いため、高温でベークを行うことで、剥離に要する力が小さくなったと考えることができる。
本実施例では、非感光性の材料を用いて樹脂層を形成した。一方、実施例1では、感光性を有する材料を用いて樹脂層を形成した。これらから、樹脂層に用いる材料の感光性を問わず、酸素を十分に含む雰囲気で、高い温度でベークを行って樹脂層を形成することで、作製基板から樹脂層を剥離できることがわかった。
実施例1では、450℃ベークを行った試料のみが、作製基板と樹脂層との界面で分離させることができ、350℃ベークまたは400℃ベークを行った試料では、当該界面で分離させることができなかった。
一方、本実施例では、450℃に限らず、350℃ベークまたは400℃ベークを行った試料でも、作製基板と樹脂層との界面で分離させることができた。このことから、ベーク温度の好ましい範囲は、樹脂層に用いる材料によって異なることが考えられる。
以上の結果から、酸素を十分に含む雰囲気で、高い温度でベークを行って樹脂層を形成することで、作製基板から樹脂層を剥離できることがわかった。
本実施例では、作製基板上に樹脂層を形成し、樹脂層の作製基板側の表面に対して、X線光電子分光分析を行った結果について説明する。
樹脂層の作製基板側の表面は、剥離工程により露出する面に相当する。
本実施例では、6つの試料(試料4A〜試料4F)と、1つの比較試料を作製した。
試料4A〜試料4Fは、特別な処理(レーザ光を樹脂層の一面全体に照射する処理など)をしなくても、作製基板と樹脂層との界面で分離させることができる。比較試料は、特別な処理を施さない場合、作製基板と樹脂層との界面で分離させることができない。
各試料の作製基板には、厚さ約0.7mmのガラス基板を用いた。
各試料の作製基板上には、樹脂層として、ポリイミド樹脂膜を形成した。ポリイミド樹脂膜は、スピンコート法を用いて形成した。
試料4A、試料4B、試料4C、及び比較試料では、感光性を有し、かつポリイミド樹脂前駆体を含む材料を用いて、ポリイミド樹脂膜を形成した。当該材料を、塗布した際の膜厚が約2.0μmとなるように成膜した。
試料4A、試料4B、及び試料4Cには、窒素ガスと酸素ガスの混合ガス(580NL/min、酸素濃度20%)を流しながら、450℃でベークを行った。ベーク時間は、試料4Aは1時間、試料4Bは2時間、試料4Cは3時間である。
比較試料には、窒素ガス(600NL/min)を流しながら、450℃で1時間のベークを行った。ベーク中の装置内の酸素濃度は、0.01%〜0.02%程度であった。
試料4D、試料4E、及び試料4Fは、3つの試料のベーク後の樹脂層の膜厚が同程度となるように成膜条件を決定した。具体的には、室温で、塗布量40ml、塗布時間12.5sec、塗布時の回転数を、試料4D及び4Eでは1000rpm、試料4Fでは500rpmとして、成膜した。ポリイミド樹脂膜は、非感光性の可溶性ポリイミド樹脂を含む材料を用いて形成した。
試料4D、試料4E、及び試料4Fには、窒素ガスと酸素ガスの混合ガス(580NL/min、酸素濃度20%)を流しながら、180℃で30分のベークを行った後、同じ混合ガスを流しながら、1時間のベークを行った。1時間のベークの温度は、試料4Dは350℃、試料4Eは400℃、試料4Fは450℃である。
各試料において、作製基板側の表面に対して、X線光電子分光分析を行った。
各試料における酸素濃度を、図49(A)、(B)に示す。
比較試料の酸素濃度は、約6.8atomic%であった。試料4A〜試料4Fの酸素濃度は、いずれも15atomic%を超えていた。試料4A〜試料4Fの酸素濃度は、比較試料の酸素濃度に比べて高い。
試料4D〜試料4Fは、ベーク後の樹脂層の膜厚が同程度となるように作製した試料である。別途、試料4D〜試料4Fと同様の構成の試料の剥離に要する力を評価した。剥離に要する力は、試料4Dの構成が一番大きく、試料4Fの構成が一番小さい結果が得られた。このことと、図49(B)の結果から、酸素濃度が高いほど、剥離に要する力が小さい傾向が確認できた。そのため、樹脂層の剥離面側の表面に対して行うX線光電子分光分析で求められる酸素濃度は高いことが好ましいと示唆された。
10A 表示装置
10B 表示装置
13 接着層
14 作製基板
22 基板
23 樹脂層
23a 第1の樹脂層
23b 第2の樹脂層
24a 第1の層
24b 第2の層
26 接着層
27 フィルム
28 接着層
29 基板
31 絶縁層
32 絶縁層
33 絶縁層
34 絶縁層
35 絶縁層
40 トランジスタ
41 導電層
43a 導電層
43b 導電層
43c 導電層
44 金属酸化物層
45 導電層
49 トランジスタ
60 発光素子
61 導電層
62 EL層
63 導電層
64 切れ目
65 器具
66 レーザ光
67 照射領域
71 保護層
74 絶縁層
75 保護層
75a 基板
75b 接着層
76 接続体
80 トランジスタ
81 導電層
82 絶縁層
83 金属酸化物層
83a チャネル領域
83b LDD領域
83c 低抵抗領域
84 絶縁層
85 導電層
86a 導電層
86b 導電層
86c 導電層
90 トランジスタ
91 作製基板
93a 第1の樹脂層
93b 第2の樹脂層
95 絶縁層
97 着色層
98 遮光層
98a 隔壁
98b 隔壁
99 接着層
112 液晶層
113 電極
117 絶縁層
121 絶縁層
131 着色層
132 遮光層
133a 配向膜
133b 配向膜
134 着色層
135 偏光板
141 接着層
142 接着層
150 被剥離層
151 テープ
153 サポートローラ
154 ガイドローラ
170 発光素子
180 液晶素子
191 電極
192 EL層
193 電極
194 絶縁層
201 トランジスタ
203 トランジスタ
204 接続部
205 トランジスタ
206 トランジスタ
207 接続部
211 絶縁層
212 絶縁層
213 絶縁層
214 絶縁層
216 絶縁層
217 絶縁層
220 絶縁層
221a 導電層
221b 導電層
222a 導電層
222b 導電層
223 導電層
231 半導体層
242 接続層
243 接続体
252 接続部
261 半導体層
263a 導電層
263b 導電層
281 トランジスタ
284 トランジスタ
285 トランジスタ
286 トランジスタ
300 表示装置
300A 表示装置
300B 表示装置
311 電極
311a 電極
311b 電極
340 液晶素子
351 基板
360 発光素子
360b 発光素子
360g 発光素子
360r 発光素子
360w 発光素子
361 基板
362 表示部
364 回路
365 配線
372 FPC
373 IC
381 表示部
382 駆動回路部
400 表示装置
410 画素
451 開口
800 携帯情報端末
801 筐体
802 筐体
803 表示部
804 表示部
805 ヒンジ部
810 携帯情報端末
811 筐体
812 表示部
813 操作ボタン
814 外部接続ポート
815 スピーカ
816 マイク
817 カメラ
820 カメラ
821 筐体
822 表示部
823 操作ボタン
824 シャッターボタン
826 レンズ
8000 表示モジュール
8001 上部カバー
8002 下部カバー
8003 FPC
8004 タッチパネル
8005 FPC
8006 表示パネル
8009 フレーム
8010 プリント基板
8011 バッテリ
9000 筐体
9001 表示部
9003 スピーカ
9005 操作キー
9006 接続端子
9007 センサ
9008 マイクロフォン
9055 ヒンジ
9200 携帯情報端末
9201 携帯情報端末
9202 携帯情報端末

Claims (18)

  1. 基板上に、樹脂または樹脂前駆体を含む材料を用いて、第1の層を形成し、
    前記第1の層に対して、酸素を含むガスを流しながら第1の加熱処理を行うことで、第1の樹脂層を形成し、
    前記第1の樹脂層上に、被剥離層を形成し、
    前記被剥離層と前記基板とを分離する、剥離方法。
  2. 基板上に、樹脂または樹脂前駆体を含む材料を用いて、第1の層を形成し、
    前記第1の層に対して、酸素を含むガスを流しながら第1の加熱処理を行うことで、第1の樹脂層を形成し、
    前記基板上及び前記第1の樹脂層上に、前記第1の樹脂層の端部を覆う絶縁層を形成し、
    前記第1の樹脂層上に、前記絶縁層を介して、チャネル形成領域に金属酸化物を有するトランジスタを形成し、
    前記第1の樹脂層の少なくとも一部を前記基板から分離することで、分離の起点を形成し、
    前記トランジスタと前記基板とを分離する、剥離方法。
  3. 基板上に、樹脂または樹脂前駆体を含む材料を用いて、第1の層を形成し、
    前記第1の層に対して、酸素を含む雰囲気下で第1の加熱処理を行うことで、第1の樹脂層を形成し、
    前記基板上及び前記第1の樹脂層上に、前記第1の樹脂層の端部を覆う第2の層を形成し、
    前記第2の層に対して、前記第1の加熱処理の雰囲気よりも酸素の少ない雰囲気下で第2の加熱処理を行うことで、前記第1の樹脂層の端部を覆う第2の樹脂層を形成し、
    前記第1の樹脂層上に、前記第2の樹脂層を介して、チャネル形成領域に金属酸化物を有するトランジスタを形成し、
    前記第1の樹脂層の少なくとも一部を前記基板から分離することで、分離の起点を形成し、
    前記トランジスタと前記基板とを分離する、剥離方法。
  4. 基板上に、樹脂または樹脂前駆体を含む材料を用いて、第1の層を形成し、
    前記第1の層に対して、酸素を含むガスを流しながら第1の加熱処理を行うことで、第1の樹脂層を形成し、
    前記基板上及び前記第1の樹脂層上に、前記第1の樹脂層の端部を覆う第2の層を形成し、
    前記第2の層に対して、酸素を含むガスを流さずに、または前記第1の加熱処理で用いるガスよりも酸素の割合が低いガスを流しながら、第2の加熱処理を行うことで、第2の樹脂層を形成し、
    前記第1の樹脂層上に、前記第2の樹脂層を介して、チャネル形成領域に金属酸化物を有するトランジスタを形成し、
    前記第1の樹脂層の少なくとも一部を前記基板から分離することで、分離の起点を形成し、
    前記トランジスタと前記基板とを分離する、剥離方法。
  5. 請求項3または4において、
    前記第2の加熱処理は、窒素ガスを流しながら行う、剥離方法。
  6. 請求項3乃至5のいずれか一において、
    前記第2の加熱処理は、窒素と酸素を含む混合ガスを流しながら、前記第1の加熱処理よりも低い温度で行う、剥離方法。
  7. 請求項1乃至6のいずれか一において、
    前記第1の加熱処理は、ガス流量全体に占める酸素ガス流量の割合が5%以上50%以下の混合ガスを流しながら行う、剥離方法。
  8. 請求項1乃至7のいずれか一において、
    前記第1の加熱処理は、窒素と酸素を含む混合ガスを流しながら350℃以上450℃以下で行う、剥離方法。
  9. 請求項1乃至8のいずれか一において、
    厚さが1μm以上3μm以下となるように、前記第1の樹脂層を形成する、剥離方法。
  10. 請求項1乃至9のいずれか一において、
    粘度が5cP以上100cP未満の溶液を用いて、前記第1の層を形成する、剥離方法。
  11. 請求項1乃至10のいずれか一において、
    スピンコータを用いて、前記第1の層を形成する、剥離方法。
  12. 請求項1乃至11のいずれか一において、
    前記第1の加熱処理の温度以下の温度で、前記トランジスタを作製する、剥離方法。
  13. 請求項1乃至12のいずれか一において、
    感光性を有する樹脂を用いて、前記第1の層を形成する、剥離方法。
  14. 第1の樹脂層と、
    前記第1の樹脂層上の第2の樹脂層と、
    前記第2の樹脂層上のトランジスタと、
    前記トランジスタと電気的に接続される表示素子と、を有する表示装置であり、
    前記第1の樹脂層の前記第2の樹脂層とは反対側の面に対して行う、X線光電子分光分析で求められる酸素濃度が、10atomic%以上である、表示装置。
  15. 請求項14において、
    前記第1の樹脂層の厚さは、1μm以上3μm以下である、表示装置。
  16. 請求項14または15において、
    前記トランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を有する、表示装置。
  17. 請求項14乃至16のいずれか一に記載の表示装置と、
    フレキシブルプリント基板と、を有する、表示モジュール。
  18. 請求項17に記載の表示モジュールと、
    アンテナ、バッテリ、筐体、カメラ、スピーカ、マイク、又は操作ボタンの少なくともいずれか一と、を有する、電子機器。
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