晶体管基板以及其制造方法与流程

晶体管基板以及其制造方法
1.本发明以日本专利申请2020－194461(申请日：2020年11月24日)为基础，通过该申请享受优先权的利益。本技术通过参照该申请而包含该申请的全部内容。
技术领域
2.本发明的实施方式涉及晶体管基板以及其制造方法。


背景技术：

3.近年来，使用了有机受光元件(opd:organic photo detector)的传感器装置逐渐得到普及。作为这种传感器装置，已知有将具备有机受光元件的传感器元件和将利用该传感器元件对数据进行感测时所必要的光出射的光源设置在不同的基板上的构成。


技术实现要素：

4.本公开的目的之一在于，提供能够谋求使用了有机受光元件的传感器装置的低成本化的晶体管基板以及其制造方法。
5.根据一实施方式，晶体管基板具备基板、安装在上述基板上的光源、安装在上述基板上的传感器元件，上述传感器元件具有像素电极、与上述像素电极电连接的开关元件、与上述像素电极对置的共用电极、设置在上述像素电极与上述共用电极之间的有机受光元件层，上述光源与上述有机受光元件层被设置在同一层。
6.根据一实施方式，晶体管基板的制造方法具备如下工序：第1工序，在基板上安装光源；以及第2工序，在上述基板上安装传感器元件，上述传感器元件包括：像素电极、与上述像素电极电连接的开关元件、与上述像素电极对置的共用电极、设置在上述像素电极与上述共用电极之间的有机受光元件层，并且上述有机受光元件层与上述光源被设置在同一层。
附图说明
7.图1是表示一实施方式的晶体管基板的构成例的平面图。
8.图2是表示用图1所示的a－b线切断的剖面的剖面图。
9.图3是用于说明该实施方式的有机受光元件层的层叠构造的图。
10.图4是用于说明该实施方式的有机受光元件层的别的层叠构造的图。
11.图5是表示该实施方式的晶体管基板的别的构成例的平面图。
12.图6是表示该实施方式的晶体管基板的别的构成例的剖面图。
13.图7是表示该实施方式的晶体管基板的又一别的构成例的平面图。
14.图8是表示该实施方式的晶体管基板的又一别的构成例的剖面图。
15.图9是表示该实施方式的晶体管基板的又一别的构成例的平面图。
16.图10是表示该实施方式的晶体管基板所配置的光源的配置布局的一例的平面图。
17.图11是用于对该实施方式的晶体管基板所配置的虚设传感器元件进行说明的图。
具体实施方式
18.一边参照附图一边对若干的实施方式进行说明。
19.另外，公开只不过是一例，对于本领域技术人员而言能够容易想到保持发明的主旨的适宜变更当然包含在本发明的范围中。并且，附图有时为了使说明更加明确有与实施方式相比示意地表示的情况，但只不过是一例，不限定本发明的解释。并且，在本说明书和各图中，有时对于与关于已出现的图叙述过的构成要素发挥相同或类似的功能的构成要素，赋予相同的参照附图标记，并省略重复的详细的说明。
20.图1是表示一实施方式的晶体管基板tr的构成例的平面图。本实施方式的晶体管基板tr被用于对例如手指静脉、经皮的动脉血氧饱和度(spo2)、心搏数、血压脉搏波、脂肪率等各种生物体数据进行计测/检测的传感器装置。
21.如图1所示，本实施方式的晶体管基板tr具备沿第1方向x以及第2方向y以阵列状配置的传感器元件se和光源led。本实施方式的光源led是作为自发光元件的微型led。作为微型led，能够使用可发出红外线的微型led或绿色的微型led。例如，动脉内的血红蛋白具有容易吸收绿色的光的性质，因此在用于对心搏数进行计测/检测的传感器装置中使用晶体管基板tr的情况下，对安装于晶体管基板tr的光源led使用例如绿色的微型led。
22.如图1所示，晶体管基板tr具备沿第1方向x延伸并在第2方向y上隔开间隔设置的多个扫描线gl和沿第2方向y延伸并在第1方向x上隔开间隔设置的多个信号线sl。传感器元件se以及光源led被配置于由多个扫描线gl和多个信号线sl划分的像素区域。关于详细情况，与图2的说明一起在后面叙述，但传感器元件se具备开关元件sw、像素电极pe、共用电极ce、有机受光元件层opd等。
23.开关元件sw由例如薄膜晶体管(tft)构成，与扫描线gl以及信号线sl电连接。扫描线gl与在第1方向x上排列的传感器元件se各自的开关元件sw电连接。信号线sl与在第2方向y上排列的传感器元件se各自的开关元件sw电连接。各个像素电极pe通过接触孔ch1而与开关元件sw连接。各个像素电极pe与共用电极ce对置。有机受光元件层opd被各像素电极pe和共用电极ce夹持。有机受光元件层opd在接收到光时产生空穴以及电子的对。通过由有机受光元件层opd产生的空穴以及电子的对，电流流过，与该电流的强度相应的电信号经由信号线sl被读出，由此计测并检测各种生物体数据。
24.光源led通过焊料等连接导电部件so而与下部电极ue电连接。下部电极ue通过接触孔ch2而与电源布线pl连接。电源布线pl与信号线sl同样沿着第2方向y延伸。电源布线pl在安装有光源led的区域中具有沿着第1方向x的规定的线宽w1，在其以外的区域中具有比上述的规定的线宽w1细的线宽w2。由此，能够抑制在安装有光源led的区域中在某部位具有电源布线pl但在别的部位没有电源布线pl等因电源布线pl的有无而产生阶差的情况。
25.另外，图1中例示了在3
×
3的像素区域中配置有一个光源led和八个传感器元件se的情况，但是光源led和传感器元件se的配置布局不限定于此。例如，光源led的配置数也可以根据所需光源量来决定。
26.并且，本实施方式的晶体管基板tr如上述那样在用于计测/检测各种生物体数据的传感器装置中使用，不需要显示图像，因此设置于晶体管基板tr的光源led无需输出模拟灰度，光源led可以(经由连接导电部件so以及下部电极ue)与电源布线pl直接连接。
27.进而，在本实施方式的晶体管基板tr中，不能在配置有光源led的像素区域中配置
传感器元件se，因此从该像素区域不能取得感测数据，但可以例如计算由位于周围的八个传感器元件se取得的感测数据的中央值并将其作为该像素区域的感测数据。
28.图2是表示用图1所示的a－b线切断后的晶体管基板tr的剖面的剖面图。
29.图2所示的晶体管基板tr具备绝缘基板11。作为绝缘基板11，只要是能够承受tft工序中的处理温度者，则不特别限定材质，但能够主要使用石英、无碱玻璃等的玻璃基板、或聚酰亚胺等树脂基板。树脂基板具有可挠性，能够构成片状的晶体管基板tr。另外，作为树脂基板，不限于聚酰亚胺，也可以使用其他的树脂材料。
30.绝缘基板11上设置有三层层叠构造的底涂层12。省略详细的图示，但底涂层12具有由硅氧化物(sio2)形成的最下层、由硅氮化物(sin)形成的中层以及由硅氧化物(sio2)形成的最上层。最下层为了提高与作为基材的绝缘基板11的密接性而被设置。中层作为来自外部的水分以及杂质的阻挡膜而被设置。最上层作为为了使中层内含有的氢原子不向后述的半导体层sc侧扩散的阻挡膜而被设置。
31.另外，底涂层12不限定于该构造。底涂层12也可以还有层叠，也可以是单层构造或二层构造。例如，在绝缘基板11是玻璃基板的情况下，硅氮化膜的密接性较好，因此可以在该绝缘基板11上直接形成硅氮化膜。
32.在绝缘基板11之上配置有遮光膜13。遮光膜13的位置与后面形成tft的场所一致。遮光膜13只要由金属材料或黑色材料等具有遮光性的材料形成即可。根据这样的遮光膜13，能够抑制光向tft的沟道背面侵入，因此能够抑制由可能从绝缘基板11侧入射的光引起的tft特性的变化。另外，在将遮光膜13由导电材料形成的情况下，通过对该遮光膜13赋予规定的电位，能够对tft赋予背栅效应。
33.在底涂层12之上形成tft。作为tft以在半导体层sc中利用多晶硅的多晶硅tft为例。但是，半导体层sc不限定于多晶硅，也可以是氧化物半导体或无定形硅。在本实施方式中，半导体层sc利用低温多晶硅而形成。tft可以使用nchtft、pchtft中的任一个。并且，可以将nchtft和pchtft同时形成。以下，说明作为tft而使用nchtft的情况。
34.nchtft的半导体层sc具有第1区域、第2区域、第1区域与第2区域之间的沟道区域、分别设置在沟道区域与第1区域之间以及沟道区域与第2区域之间的低浓度杂质区域。第1区域以及第2区域中的一方作为源极区域发挥功能，另一方作为漏极区域发挥功能。
35.栅极绝缘膜gi使用硅氧化膜，栅极电极ge由mow(钼钨)形成。另外，栅极电极ge除了作为tft的栅极电极的功能以外，还具有作为后述的保持电容电极的功能。这里例示了顶栅型的tft，但tft也可以是底栅型的tft。
36.栅极绝缘膜gi以及栅极电极ge之上设置有钝化层14。钝化层14在栅极绝缘膜gi以及栅极电极ge之上例如依次层叠硅氮化膜以及硅氧化膜而构成。
37.在钝化层14之上设置有tft的第1电极e1以及第2电极e2。并且，在钝化层14之上设置有电源布线pl。第1电极e1、第2电极e2以及电源布线pl分别采用三层层叠构造(ti系/al系/ti系)，具有由ti(钛)、包含ti的合金等以ti为主成分的金属材料构成的最下层、由al(铝)、包含al的合金等以al为主成分的金属材料构成的中层、由ti、包含ti的合金等以ti为主成分的金属材料构成的最上层。
38.第1电极e1与半导体层sc的第1区域连接，第2电极e2与半导体层sc的第2区域连接。例如在半导体层sc的第1区域作为漏极区域发挥功能的情况下，第1电极e1为漏极电极，
第2电极e2为源极电极。第1电极e1与钝化层14以及tft的栅极电极ge(保持电容电极)一起形成保持电容。第1电极e1被施加基准电压。
39.在钝化层14、第1电极e1、第2电极e2以及电源布线pl之上设有平坦化膜15。平坦化膜15在传感器元件se的像素电极pe与tft接触的区域以及光源led的下部电极ue与电源布线pl接触的区域中被除去，具有开口(接触孔ch1以及ch2)。作为平坦化膜15，大多使用感光性丙烯酸等有机绝缘材料。其与通过cvd等形成的无机绝缘材料相比，布线阶差的覆盖性和表面的平坦性出色。
40.在传感器元件se中，在平坦化膜15之上设有像素电极pe。像素电极pe通过形成于平坦化膜15的接触孔ch1而与第1电极e1连接。在光源led中，在平坦化膜15之上设有下部电极ue。下部电极ue通过形成于平坦化膜15的接触孔ch2而与电源布线pl连接。
41.平坦化膜15、像素电极pe、下部电极ue通过无机绝缘膜16而被覆盖。无机绝缘膜16在有机受光元件层opd与像素电极pe接触的区域以及连接导电部件so与下部电极ue接触的区域中被除去，具有开口。无机绝缘膜16由例如硅氮化膜形成。
42.像素电极pe以及无机绝缘膜16通过由多个层形成的有机受光元件层opd而被覆盖。在传感器元件se中，像素电极pe在形成于无机绝缘膜16的开口处与有机受光元件层opd接触。并且在下部电极ue之上且形成于无机绝缘膜16的开口处，设有连接导电部件so。在连接导电部件so之上设有光源led。关于详细情况在后叙述，但期望的是，光源led是只向正上方向出射光而不将光向横方向出射的类型的光源。
43.另外，由于有机受光元件层opd不能够承受高温工艺，因此期望的是，在安装完光源led后形成有机受光元件层opd。此时，有机受光元件层opd使光源led的上部表面(出射面)露出。
44.在有机受光元件层opd以及光源led之上，一个共用电极ce以覆盖有机受光元件层opd以及光源led的方式被设置。关于传感器元件se，共用电极ce作为与像素电极pe对置的电极被设置。关于光源led，共用电极ce作为与下部电极ue对置的上部电极被设置。
45.在图2中省略了图示，但用于对共用电极ce进行电源供给的电源布线例如与第1电极e1、第2电极e2、电源布线pl被设置在同一层。该电源布线可以按照每个像素区域被设置多个，也可以设为在整个像素区域中共用而仅设置一个。但是，在设为在整个像素区域中共用而仅设置一个电源布线的情况下，越是从该电源布线离开的位置的像素区域，则通过基于共用电极ce的电阻的压降，导致所施加的电压越变小。因此，期望的是，用于对共用电极ce进行电源供给的电源布线按照每个像素区域被设置，该情况下，与在整个像素区域中共用的情况相比能够谋求低电阻化。
46.共用电极ce为了将来自光源led的出射光取出，需要作为透明电极而被形成。共用电极ce作为透明导电材料使用例如ito而形成。
47.在共用电极ce之上设有密封层17。密封层17是为了抑制水分从外部向有机受光元件层opd侵入而设置的。密封层17成为有机绝缘膜18以及夹持有机绝缘膜18的一对无机绝缘膜19的层叠构造。在密封层17之上，设有作为保护膜发挥功能的树脂层20。
48.以上说明的晶体管基板tr能够通过例如以下那样的制造方法来制造。这里，仅说明晶体管基板tr的制造方法中的主要的工序。
49.首先，在配置传感器元件se的像素区域中，在绝缘基板11之上形成遮光膜13。之
后，以覆盖绝缘基板11以及遮光膜13的方式形成底涂层12。接着，在配置传感器元件se的像素区域中，在底涂层12之上形成tft。该tft与遮光膜13在俯视中重叠。并且，在配置光源led的像素区域中，在与上述的tft同一层中形成电源布线pl。接着，以覆盖tft以及电源布线pl的方式形成平坦化膜15。
50.在平坦化膜15中配置有传感器元件se的像素区域、即tft与像素电极pe接触的区域中，形成接触孔ch1。并且，在平坦化膜15中配置有光源led的像素区域、即电源布线pl与下部电极ue接触的区域中，形成接触孔ch2。之后，像素电极pe以及下部电极ue分别被形成在平坦化膜15之上。像素电极pe通过接触孔ch1而与tft连接，下部电极ue通过接触孔ch2而与电源布线pl连接。
51.接着，以覆盖像素电极pe、下部电极ue以及平坦化膜15的方式形成无机绝缘膜16。在无机绝缘膜16中配置有传感器元件se的像素区域、即像素电极pe与有机受光元件层opd接触的区域中，设有开口。并且，在无机绝缘膜16中配置有光源led的像素区域、即光源led的安装区域中，形成开口。在光源led的安装区域，经由焊料等连接导电部件so而安装光源led。光源led经由连接导电部件so而与下部电极ue以及电源布线pl电连接。
52.在光源led被安装后，在像素电极pe以及无机绝缘膜16之上形成有机受光元件层opd。此时，有机受光元件层opd以使光源led的出射面露出的方式被形成。接着，在有机受光元件层opd以及光源led之上形成共用电极ce。而后，在共用电极ce之上形成密封膜17以及保护膜20，制造晶体管基板tr。
53.这里，说明由多个层构成的有机受光元件层opd的层叠构造的一例。
54.图3是用于说明有机受光元件层opd的层叠构造的一例的图。图3的层叠构造是在传感器元件se中像素电极pe作为阴极发挥功能且共用电极ce作为阳极发挥功能的情况下的层叠构造。该情况下，在有机受光元件层opd中，如图3所示，电子传输层etl、活性层al、空穴传输层htl依次被层叠。电子传输层etl与像素电极pe在无机绝缘膜16所形成的开口处接触。活性层al在接收到光时通过电荷分离使电子以及空穴的对产生。产生的电子通过电子传输层etl被传输。产生的空穴通过空穴传输层htl被传输。
55.图4是用于说明有机受光元件层opd的层叠构造的别的例子的图。图4的层叠构造是在传感器元件se中像素电极pe作为阳极发挥功能且共用电极ce作为阴极发挥功能的情况下的层叠构造。该情况下，在有机受光元件层opd中，如图4所示空穴传输层htl、活性层al、电子传输层etl依次被层叠。空穴传输层htl与像素电极pe在无机绝缘膜16所形成的开口处接触。活性层al在接收到光时通过电荷分离使电子以及空穴的对产生。产生的电子通过电子传输层etl被传输。产生的空穴通过空穴传输层htl被传输。
56.另外，在传感器元件se中像素电极pe以及共用电极ce是作为阳极发挥功能还是作为阴极发挥功能，能够通过对于经由第1电极e1向像素电极pe施加的基准电压而言对共用电极ce施加了怎样的电压来适当选择。
57.如以上说明的那样，一实施方式的晶体管基板tr在同一基板上具备通过接收光来产生电流并通过读出与该电流的强度相应的电信号从而能够计测/检测各种生物体数据的传感器元件se、以及出射传感器元件se的感测所需要的光的光源led。由此，构成传感器元件se的有机受光元件层opd能够兼做安装光源led时所需的平坦化膜。
58.并且，通过由有机受光元件层opd兼做安装光源led时所需的平坦化膜，能够对设
置在有机受光元件层opd的上表面的电极与设置在光源led的上表面的电极进行共用化。由此，能够将各种构成共用化，因此能够谋求晶体管基板tr的低成本化，进而能够谋求使用了有机受光元件的传感器装置的低成本化。
59.另外，为了对各种生物体数据进行计测/检测，传感器元件se需要接收被检测对象反射的光，即使来自光源led的光直接入射，也不能对检测对象的生物体数据进行计测/检测。并且，若来自光源led的光向传感器元件se直接入射，则有可能导致意料外的电流向晶体管基板tr流过，还可能导致晶体管基板tr故障。因此，本实施方式的晶体管基板tr设为，安装使光只向正上方向照射的类型的光源led，并且通过无机绝缘膜16将传感器元件se与光源led之间绝缘，但是晶体管基板tr的构成不限定于此。
60.例如也可以构成为，如图5以及图6所示，通过在传感器元件se的受光面与光源led的出射面以外设置黑色材料bm，从而抑制光从光源led向传感器元件se直接入射，并且保持传感器元件se与光源led之间的绝缘性。在该构成中，如图5以及图6所示，黑色材料bm以格子状设置，并遍及整个像素区域地以覆盖无机绝缘膜16、接触孔ch1以及ch2的方式被设置。
61.或者，也可以构成为，如图7以及图8所示通过仅在光源led的周围设置黑色材料bm，从而抑制光从光源led向传感器元件se直接入射，并且保持传感器元件se与光源led之间的绝缘性。在该构成中，如图7以及图8所示黑色材料bm在配置有光源led的像素区域中以覆盖无机绝缘膜16的方式被设置。
62.即使是图5～图8所示的构成，晶体管基板tr也在同一基板上具备传感器元件se和光源led。并且，能够由有机受光元件层opd兼做安装光源led时所需的平坦化膜、并对设置在有机受光元件层opd的上表面的电极与设置在光源led的上表面的电极进行共用化这一点也没有改变。因此，即使是图5～图8所示的构成，也能够谋求晶体管基板tr的低成本化。
63.在以上说明的本实施方式中，假设光源led在上表面和下表面具备被施加电源电压的电极(下部电极ue和共用电极ce)，但是光源led也可以使用在下表面具有被施加电源电压的两个电极的所谓的倒装片型的光源led。图9是表示倒装片型的光源led在下表面具备被施加电源电压的两个电极ue1以及ue2的情况的构成的平面图。
64.该情况下，如图9所示，光源led在下表面具备两个电极ue1以及ue2，这两个下部电极ue1以及ue2分别连接于沿着扫描线gl在第1方向x上延伸的2根电源布线pl1以及pl2。连接到倒装片型的光源led的电源布线例如电源布线pl1是阳极电源布线或阴极电源布线，电源布线pl2是阴极电源布线或阳极电源布线。即使是该构成，晶体管基板tr也在同一基板上具备传感器元件se和光源led。并且，有机受光元件层opd在兼做安装光源led时所需的平坦化膜这一点上也没有变化，因此能够谋求晶体管基板tr的低成本化。
65.图10是表示设置于晶体管基板tr的许多光源led的配置布局的一例的平面图。图10的(a)中示出了许多光源led被配置为正方形的配置布局。另外，在图10的(a)中设想了在3
×
3的像素区域中配置有一个光源led的情况。图10的(a)所示的配置布局是主要对所需光源量高、光源led的配置数多的情况有效的配置布局。另一方面，在图10的(b)中示出了许多的光源led被六方配置(交错配置)的配置布局。图10的(b)所示的配置布局是主要对所需光源量低、光源led的配置数少的情况有效的配置布局。另外，在图10的(b)所示的配置布局中，优选的是，采用将配置有光源led的像素连接而形成的形状接近正三角形、接近最密填充构造的构造。但是，配置光源led的像素的第1方向x的间距和第2方向y的间距也可以不相
等。
66.图11是用于对在晶体管基板tr上设置的虚设传感器元件dse进行说明的图。虚设传感器元件dse是指，配置于配置有传感器元件se的像素区域的一部分且不作为传感器元件se发挥功能者。虚设传感器元件dse通过仅在例如该像素区域中代替有机受光元件层opd配置黑色材料bm而形成。或者，虚设传感器元件dse通过仅在该像素区域中不将开关元件sw与像素电极pe电连接而形成。
67.通过形成虚设传感器元件dse，能够对形成虚设传感器元件dse的区域和不形成虚设传感器元件dse的区域的检测强度附加强弱。例如如图11所示，在设3
×
3的像素区域为一个检测区域的情况下，能够使形成有虚设传感器元件dse的检测区域的检测强度与不形成虚设传感器元件dse的检测区域的检测强度相比相对较低。
68.根据以上说明的一实施方式，能够提供能够谋求使用了有机受光元件的传感器装置的低成本化的晶体管基板以及其制造方法。
69.说明了本发明的若干实施方式，但这些实施方式是作为例子提示的，不意图限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种各样的形态实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种省略、替换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围及主旨中，并且包含在权利要求书记载的发明及其等价的范围中。