JP2000214800A - エレクトロルミネッセンス表示装置 - Google Patents
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Abstract
Tと、電流制御性が良い第2のTFTとを備えているの
で、良好な階調表示が可能なEL表示装置を提供する。 【解決手段】 スイッチング用の第1のTFT30と、
有機EL素子駆動用の第2のTFTと、陽極61、陰極
66及び該両電極の間に挟まれた発光素子層65から成
る有機EL素子60とを備えた有機EL表示装置であっ
て、第1のTFT30はn型チャネルを有しLDD構造
を備えており、第2のTFTはp型チャネルを有してい
る構造であるので、オン電流を高くリーク電流を小さく
することができるとともに、良好な階調表示を得ること
ができる。
Description
ッセンス素子及び薄膜トランジスタを備えたエレクトロ
ルミネッセンス表示装置に関する。
tro Luminescence:以下、「EL」と称する。)素子
を用いたEL表示装置が、CRTやLCDに代わる表示
装置として注目されており、例えば、そのEL素子を駆
動させるスイッチング素子として薄膜トランジスタ(Th
in Film Transistor:以下、「TFT」と称する。)を
備えたEL表示装置の研究開発も進められている。
たEL表示装置の等価回路図を示す。
T140及び有機EL素子160からなるEL表示装置
の等価回路図であり、第n行のゲート信号線Gnと第m
列のドレイン信号線Dm付近を示している。
ドレイン信号を供給するドレイン信号線Dmとが互いに
直交しており、両信号線の交差点付近には、有機EL素
子160及びこの有機EL素子160を駆動するTFT
130,140が設けられている。
T130は、ゲート信号線Gnに接続されておりゲート
信号が供給されるゲート電極131と、ドレイン信号線
Dmに接続されておりドレイン信号が供給されるドレイ
ン電極132と、第2のTFT140のゲート電極14
1に接続されているソース電極133とからなる。
TFT140は、第1のTFT130のソース電極13
3に接続されているゲート電極141と、有機EL素子
160の陽極161に接続されたソース電極142と、
有機EL素子160に供給される駆動電源150に接続
されたドレイン電極143とから成る。
142に接続された陽極161と、コモン電極164に
接続された陰極162、及びこの陽極161と陰極16
2との間に挟まれた発光素子層163から成る。
33と第2のTFT140のゲート電極141との間に
一方の電極171が接続され他方の電極172がコモン
電極173に接続された補助容量170を備えている。
動方法について、図7に示す各信号のタイミングチャー
トに基づいて説明する。図7(a)は第n行の第1のT
FT130のゲート電極131に供給される信号VG(n)
1の、同(b)はドレイン信号線Dmのドレイン信号VD
の、同(c)は第n行の第2のTFT140のゲート電
極141に供給される信号VG(n)2のそれぞれのタイミ
ングチャートを示す。
ゲート信号VG(n)1がゲート電極131に印加される
と、第1のTFT130がオンになる。そのため、ドレ
イン信号線Dmから図7(b)に示すドレイン信号VD
がゲート電極141に供給され、ゲート電極141の電
位がドレイン信号線Dmの電位と同電位になる。そして
ゲート電極141に供給された電流値に相当する電流が
駆動電源150から有機EL素子160に供給される。
それによって有機EL素子160は発光する。
130がオンの期間には、ドレイン信号線Dmの電位と
同電位になるまで電流が流れてゲート電極141のゲー
ト容量に電荷が蓄積される。そして、第1のTFT13
0がオフになると、そのゲート容量に蓄積された電荷は
その状態を維持し、ゲート電位は、図7(c)の点線で
示すように保持される必要がある。
ではTFTのオフ時にリーク電流が流れるため、ドレイ
ン信号VDが図6(b)に示すように1水平期間(1
H)毎に変化すると、ゲート電極141の電位VG(n)2
は、図6(c)の実線に示すように変化してしまい保持
されない。
(1)ドレイン信号線Dmの電位がゲート電極141に
供給された電位よりも低い場合には、第1のTFT13
0を介してドレイン信号線Dmにリーク電流が流れてゲ
ート電極141の電位が低下する。また、(2)ドレイ
ン信号線Dmの電位がゲート電極141に供給された電
位よりも高い場合には第1のTFT130を介してゲー
ト電極141にリーク電流が流れ、電荷が更に蓄積され
てゲート電極141の電位が高くなる。
EL素子160に流れるべき電流よりも大きい電流が流
れることになり有機EL素子の輝度が高くなってしま
い、(2)の場合には、逆に輝度が低くなってしまう。
線で示すように、第1のTFT130のリーク電流が大
きいと、発光する表示画素が発光すべき輝度で発光する
ことが困難であるという欠点があった。
る電源からの電流を、第2のTFTのゲートに印加され
た電圧に応じて制御して有機EL素子に供給する機能を
有しており、また、その能動層は、ゲートと重畳するチ
ャネル領域は真性又は実質的に真性な領域と、その両側
の領域に不純物をドーピングしたソース及びドレイン領
域を備えている。
のTFTがn型チャネルの場合にはそのドレイン電流−
ドレイン電圧(Id−Vd)特性において、ドレイン電圧
Vdが増大しても一定のドレイン電流値Idになる、いわ
ゆる飽和する領域が極めて狭い(飽和特性が悪い)た
め、Vd値が大きくなると電流値Idが大きくなってしま
い、電圧Vdによって一定の電流が得られず電流の制御
性が悪いという欠点があった。
では結晶粒界が存在し、粒界にトラップされた電子によ
ってポテンシャルバリアが形成され空乏層が広がる。こ
のためドレイン電極エッジにおいて粒界に強い電界がか
かり、これにより加速された電子が格子と衝突する衝突
電離現象が発生するため、ドレイン電流は飽和せずに増
加する。
て為されたものであり、第1のTFT130のリーク電
流を抑制して第2のTFT140のゲート電極141の
電位を保持するとともに、第2のTFT140の電流制
御性を良くすることにより、良好な階調表示が得られる
EL表示装置を提供することを目的とする。
は、陽極と陰極との間に発光層を有するエレクトロルミ
ネッセンス素子と、非単結晶半導体膜からなる能動層の
ソースが補助容量に、前記能動層のドレインがドレイン
信号線に、前記能動層のチャネル上方に設けたゲート電
極がゲート信号線にそれぞれ接続された第1の薄膜トラ
ンジスタと、非単結晶半導体膜からなる能動層のドレイ
ンが前記エレクトロルミネッセンス素子の駆動電源に、
ゲートが前記第1の薄膜トランジスタのソースにそれぞ
れ接続された第2の薄膜トランジスタとを備えており、
前記第1の薄膜トランジスタはn型チャネルを有すると
ともに、LDD構造、マルチゲート構造またはオフセッ
ト構造のうちいずれか1つの構造を備えており、前記第
2の薄膜トランジスタはp型チャネルを備えているもの
である。
極との間に発光層を有するエレクトロルミネッセンス素
子と、非単結晶半導体膜からなる能動層のソースが補助
容量に、前記能動層のドレインがドレイン信号線に、前
記能動層のチャネル下方に設けたゲート電極がゲート信
号線にそれぞれ接続された第1の薄膜トランジスタと、
非単結晶半導体膜からなる能動層のドレインが前記エレ
クトロルミネッセンス素子の駆動電源に、ゲートが前記
第1の薄膜トランジスタのソースにそれぞれ接続された
第2の薄膜トランジスタとを備えており、前記第1の薄
膜トランジスタはn型チャネルを有するとともに、LD
D構造、マルチゲート構造またはオフセット構造のうち
いずれか1つの構造を備えており、前記第2の薄膜トラ
ンジスタはp型チャネルを備えているものである。
下に説明する。 <第1の実施の形態>図1に本発明を有機EL表示装置
に適用した場合の1表示画素を示す平面図を示し、図2
(a)に図1中のA−A線に沿った断面図を示し、図2
(b)に図1中のB−B線に沿った断面図を示す。
レイン信号線52とに囲まれた領域に表示画素が形成さ
れている。両信号線の交点付近には第1のTFT30が
備えられており、そのTFT30のソース13sは後述
の補助容量電極線54との間で補助容量をなす容量電極
55を兼ねるとともに、第2のTFT40のゲート41
に接続されている。第2のTFTのソース43sは有機
ELの陽極61に接続され、他方のドレイン43dは有
機EL素子を駆動する駆動電源線53に接続されてい
る。
1と並行に補助容量電極線54が配置されている。この
補助容量電極線54はクロム等から成っており、ゲート
絶縁膜12を介してTFTのソース13sと接続された
容量電極55との間で電荷を蓄積して補助容量を成して
いる。この補助容量は、第2のTFT40のゲート電極
41に印加される電圧を保持するために設けられてい
る。
ガラスや合成樹脂などから成る基板又は導電性を有する
基板あるいは半導体基板等の基板10上に、TFT及び
有機EL素子を順に積層形成して成る。ただし、基板1
0として導電性を有する基板及び半導体基板を用いる場
合には、これらの基板10上にSiO2やSiNなどの
絶縁膜を形成した上にTFT及び有機EL表示装置を形
成する。
TFT30,40ともに、ゲート電極を能動層13の下
方に設けたいわゆるボトムゲート型のTFTであり、能
動層として多結晶シリコン(Poly-Silicon、以下、「p
−Si」と称する。)膜を用いた場合を示す。またゲー
ト電極11がダブルゲート構造であるTFTの場合を示
す。
のTFT30について説明する。
アルカリガラス等からなる絶縁性基板10上に、クロム
(Cr)、モリブデン(Mo)などの高融点金属からな
るゲート電極11を兼ねたゲート信号線51及びAlか
ら成るドレイン信号線52を形成する。そして有機EL
素子の駆動電源であり駆動電源に接続されAlから成る
駆動電源線53を形成する。
膜からなる能動層13を順に形成する。
ghtly Doped Drain)構造が形成されている。即ち、ゲ
ート電極11上のチャネル13c上のストッパ絶縁膜1
4をマスクにしてイオンドーピングし、更にゲート電極
11及びその両側のゲート電極11から一定の距離まで
をレジストにてカバーしイオンドーピングしてゲート電
極11の両側に低濃度領域13LD(図中左上方から右
下方に向かう斜線で表示)とその外側に高濃度領域(図
中右上方から左下方に向かう斜線で表示)のソース13
s及びドレイン13dが設けられている。
びストッパ絶縁膜14上の全面に、SiO2膜、SiN
膜及びSiO2膜の順に積層された層間絶縁膜15を形
成し、ドレイン13dに対応して設けたコンタクトホー
ルにAl等の金属を充填してドレイン電極16を形成す
る。更に全面に例えば有機樹脂から成り表面を平坦にす
る平坦化絶縁膜17を形成する。
る第2のTFT40について説明する。
アルカリガラス等からなる絶縁性基板10上に、Cr、
Moなどの高融点金属からなるゲート電極41を形成す
る。
る能動層43を順に形成する。
に真性又は実質的に真性であるチャネル43cと、この
チャネル43cの両側に、その両側をレジストにてカバ
ーしてイオンドーピングしてソース13s及びドレイン
13dが設けられている。
上の全面に、SiO2膜、SiN膜及びSiO2膜の順に
積層された層間絶縁膜15を形成し、ドレイン43dに
対応して設けたコンタクトホールにAl等の金属を充填
して駆動電源50に接続された駆動電源線53を形成す
る。更に全面に例えば有機樹脂から成り表面を平坦にす
る平坦化絶縁膜17を形成する。そして、その平坦化絶
縁膜17のソース43sに対応した位置にコンタクトホ
ールを形成し、このコンタクトホールを介してソース1
3sとコンタクトしたITOから成る透明電極、即ち有
機EL素子の陽極61を平坦化絶縁膜17上に形成す
る。
り、ITO(Indium Thin Oxide)等の透明電極から成
る陽極61、MTDATA(4,4-bis(3-methy lphenylp
henylamino)biphenyl)から成る第1ホール輸送層6
2、TPD(4,4,4-tris(3-methylphenylphenylamino)t
riphenylanine)からなる第2ホール輸送層63、キナ
クリドン(Quinacridone)誘導体を含むBebq2(10-
ベンゾ〔h〕キノリノール−ベリリウム錯体)から成る
発光層64及びBebq2から成る電子輸送層からなる
発光素子層65、マグネシウム・インジウム合金から成
る陰極66がこの順番で積層形成された構造である。
ホールと、陰極から注入された電子とが発光層の内部で
再結合し、発光層を形成する有機分子を励起して励起子
が生じる。この励起子が放射失活する過程で発光層から
光が放たれ、この光が透明な陽極から透明絶縁基板を介
して外部へ放出されて発光する。
す。なお、本実施の形態における有機EL表示装置の等
価回路は前述の図6と同じである。
TFTのゲート電極に供給される信号VG(n)1の、同
(b)は第m列のドレイン信号VDの、同(c)は第n
行の第2のTFTのゲート電極の信号VG(n)2のそれぞ
れのタイミングチャートを示す。
に接続されたゲート11にゲート信号が供給されると第
1のTFT30が1水平期間(1H)オン状態を保ちそ
の後オフになる。そのオン状態になったとき図3(c)
に示すようにドレイン信号線Dmから図3(b)に示す
ドレイン信号がソース43sを介してゲート電極41に
供給され、そのゲート電極41の電位がドレイン信号線
Dmの電位と同電位になる。こうしてゲート電極41に
電位が供給されると第2のTFT40がオン状態とな
り、ゲート電極41の電流値に相当する電流が駆動電源
50からドレイン43d及びソース43sを介して有機
EL素子60の陽極61に供給される。そうして有機E
L素子60が発光する。
上にマトリクス状に配置されることにより、有機EL表
示装置が形成される。
FT30がn型を呈する不純物をドーピングしたソース
及びドレインを備えた能動層13を備えたLDD構造で
あるn型チャネルTFTであるので、電界移動度が高く
第1のTFT30のリーク電流を抑制することができ
る。即ち高速で書き込みができるとともに電圧保持特性
が良いため、図3(b)に示すようにドレイン信号が1
Hごとに変化する信号に追従して書き込みをすることが
でき、図3(c)の点線で示す従来のようにゲート電極
41の電位が変化することなく、実線で示したように電
位を保持することができるとともに、更に図8中の実線
で示すように高いオン電流を得ることができるため、発
光すべき電流を低下させることなく安定して有機EL素
子に供給することができる。
純物をドーピングしたソース及びドレインを備えた能動
層を備えたp型チャネルTFTであるので、図9中に実
線で示すように、Id−Vd特性において飽和する領域を
広くすることができるため、Vdに応じてIdが変化しに
くくなる、即ちドレイン電圧の変化に応じたドレイン電
流値のばらつきが少なくなるので有機EL素子の発光輝
度が再現性良く均一にすることができることから良好な
階調表示を容易に得ることができる。
術の欄で説明したように、結晶粒界が存在し、粒界にト
ラップされた電子によってポテンシャルバリアが形成さ
れ空乏層が広がる。このためドレイン電極エッジにおい
て粒界に強い電界がかかり、これにより加速された電子
が格子と衝突する衝突電離現象が発生するが、その現象
はn型チャネルTFTの場合に比べp型チャネルの場合
の方が著しく小さいことから、ドレイン電流は飽和する
領域を示し良好な飽和特性を得ることができることか
ら、第2のTFTとしてp型チャネルTFTを用いる。
構造を備えた第1のTFT及びp型チャネルを有する第
2のTFTを備えたことにより、高速の書き込みが可能
でリーク電流を低減できるとともに、再現性の良い発光
輝度を得ることができる有機EL表示装置が得られる。 <第2の実施の形態>図4に本発明のEL表示装置の第
1のTFTの断面図を示す。
点は、図4に示すように、第1のTFTがn型チャネル
であってダブルゲート構造及びオフセット構造を有する
点である。
ト電極11、ゲート絶縁膜12を積層した上に設けたp
−Siから成る能動層のうち、ゲート電極11の上方及
びゲート電極11の両側に、真性又は実質的に真性な領
域13OSが形成されている。この領域がいわゆるオフセ
ット領域である。更に図の斜線で示す領域にはリン等の
n型の不純物がドーピングされているソース13s及び
ドレイン13dである。こうして、第1のTFTはオフ
セット領域を備えたいわゆるオフセット構造を備えてい
る。
TFTがダブルゲート構造及びオフセット構造とを備え
ることにより、電界移動度が高くリーク電流を小さくで
き、更に第2のTFTを第1の実施の形態と同様にp型
チャネルを備えたTFTとすることによりドレイン電圧
に対するドレイン電流のばらつきが少なく有機EL素子
の発光輝度が再現性良く均一にすることができ良好な階
調表示を得ることができる有機EL表示装置が得られ
る。 <第3の実施の形態>本実施の形態においては、第1及
び第2のTFT30,40ともに、ゲート電極を能動層
13の上に設けたいわゆるトップゲート型のTFTを用
いた場合を示す。なお、ゲート電極11がダブルゲート
構造であるTFTの場合を示す。
し、図5(b)に第2のTFTの断面図を示す。
上に、p−Siから成る能動層を形成し、その能動層1
3には、ゲート絶縁膜12を介して形成した2つのゲー
ト電極11と重畳するチャネル13cと、その両側にリ
ン等のn型の低濃度不純物をドーピングした低濃度領域
13LDを形成している。更に、n型の不純物をドーピ
ングした高濃度領域のソース13s及びドレイン13d
を形成する。
造を有するスイッチング用の第1のTFTが形成され
る。
上に、第1のTFTの能動層13の形成と同時に能動層
43を形成する。この能動層43には、第1のTFTと
同様に、ゲート絶縁膜12を介して形成した2つのゲー
ト電極41と重畳するチャネル43cと、その両側にボ
ロン(B)等のp型の不純物をドーピングしてソース4
3s及びドレイン43dを形成する。ソース43sは有
機EL素子の陽極61に接続されている。なお、有機E
L素子の構造は第1の実施の形態の場合と同様であるの
で説明は省略する。
素子駆動用の第2のTFTが形成される。
1及び第2のTFTの場合も、前述のボトムゲート構造
を有する場合と同様に、電界移動度が高いので書き込み
が速くリーク電流が少ないので電圧保持特性が良い第1
のTFT、及び飽和特性がよく電流値のばらつきの小さ
い第2のTFTを得ることができる。
好な階調表示を得ることができる有機EL表示装置を得
ることができる。
1のTFTはダブルゲート構造について説明したが、本
発明はそれに限定されるものではなく、ゲート電極が3
つ以上のマルチゲート構造においても適用が可能であ
る。
動層としてp−Si膜を用いたが、微結晶シリコン膜又
は非晶質シリコンを用いても良い。
機EL表示装置について説明したが、本発明はそれに限
定されるものではなく、発光層が無機材料から成る無機
EL表示装置にも適用が可能であり、同様の効果が得ら
れる。
みと保持特性が良い第1のTFTと、電流制御性が良い
第2のTFTとを備えているので、良好な階調表示が可
能なEL表示装置を得ることができる。
ャートである。
ートである。
Claims (2)
- 【請求項1】 陽極と陰極との間に発光層を有するエレ
クトロルミネッセンス素子と、非単結晶半導体膜からな
る能動層のソースが補助容量に、前記能動層のドレイン
がドレイン信号線に、前記能動層のチャネル上方に設け
たゲート電極がゲート信号線にそれぞれ接続された第1
の薄膜トランジスタと、非単結晶半導体膜からなる能動
層のドレインが前記エレクトロルミネッセンス素子の駆
動電源に、ゲートが前記第1の薄膜トランジスタのソー
スにそれぞれ接続された第2の薄膜トランジスタとを備
えており、前記第1の薄膜トランジスタはn型チャネル
を有するとともに、LDD構造、マルチゲート構造また
はオフセット構造のうちいずれか1つの構造を備えてお
り、前記第2の薄膜トランジスタはp型チャネルを備え
ていることを特徴とするエレクトロルミネッセンス表示
装置。 - 【請求項2】 陽極と陰極との間に発光層を有するエレ
クトロルミネッセンス素子と、非単結晶半導体膜からな
る能動層のソースが補助容量に、前記能動層のドレイン
がドレイン信号線に、前記能動層のチャネル下方に設け
たゲート電極がゲート信号線にそれぞれ接続された第1
の薄膜トランジスタと、非単結晶半導体膜からなる能動
層のドレインが前記エレクトロルミネッセンス素子の駆
動電源に、ゲートが前記第1の薄膜トランジスタのソー
スにそれぞれ接続された第2の薄膜トランジスタとを備
えており、前記第1の薄膜トランジスタはn型チャネル
を有するとともに、LDD構造、マルチゲート構造また
はオフセット構造のうちいずれか1つの構造を備えてお
り、前記第2の薄膜トランジスタはp型チャネルを備え
ていることを特徴とするエレクトロルミネッセンス表示
装置。
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