JP2000221907A - エレクトロルミネッセンス表示装置 - Google Patents

エレクトロルミネッセンス表示装置

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JP2000221907A
JP2000221907A JP11022158A JP2215899A JP2000221907A JP 2000221907 A JP2000221907 A JP 2000221907A JP 11022158 A JP11022158 A JP 11022158A JP 2215899 A JP2215899 A JP 2215899A JP 2000221907 A JP2000221907 A JP 2000221907A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 EL素子を駆動する第2のTFTの特性変動
を抑制して本来EL素子に供給されるべき電流を供給し
て表示ムラの発生しない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TFT40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2のTFT40のチャネル43cの上方に、
有機EL素子60に電流を供給する駆動電源線53の一
部を延在させた導電体56を設けて陰極66に印加され
る電圧によって生じるバックチャネルを抑制し、表示ム
ラを低減した有機EL表示装置を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、エレクトロルミネ
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。
【0002】
【従来の技術】近年、エレクトロルミネッセンス(Elec
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。
【0003】図6に有機EL表示装置の1表示画素の等
価回路図を示し、図7に有機EL表示装置の1表示画素
を示す平面図を示し、図8(a)に図7中のA−A線に
沿った断面図を示し、図8(b)に図7中のB−B線に
沿った断面図を示す。
【0004】図6及び図7に示すように、ゲート信号線
51とドレイン信号線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スイッチン
グ素子である第1のTFT130が備えられており、そ
のTFT130のソース13sは後述の保持容量電極線
54との間で容量をなす容量電極55を兼ねるととも
に、有機EL素子を駆動する第2のTFT140のゲー
ト41に接続されている。第2のTFT140のソース
43sは有機EL素子の陽極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。
【0005】また、TFTの付近には、ゲート信号線5
1と並行に保持容量電極線54が配置されている。この
保持容量電極線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容量を成してい
る。この保持容量160は、第2のTFT140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。
【0006】まず、スイッチング用のTFTである第1
のTFT130について説明する。
【0007】図8(a)に示すように、石英ガラス、無
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を備えており、有機EL素子
の駆動電源でありAlから成る駆動電源線53を配置す
る。
【0008】続いて、ゲート絶縁膜12、及びp−Si
膜からなる能動層13を順に形成し、その能動層13に
は、いわゆるLDD(Lightly Doped Drain)構造が設
けられている。即ち、ゲート電極11の両側に低濃度領
域13LDとその外側に高濃度領域のソース13s及び
ドレイン13dが設けられている。
【0009】そして、ゲート絶縁膜12、能動層13及
びストッパ絶縁膜14上の全面には、SiO2膜、Si
N膜及びSiO2膜の順に積層された層間絶縁膜15を
設け、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を設け
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を設ける。
【0010】次に、有機EL素子の駆動用のTFTであ
る第2のTFT140について説明する。
【0011】図8(b)に示すように、石英ガラス、無
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を設け、
ゲート絶縁膜12、及びp−Si膜からなる能動層43
を順に形成し、その能動層43には、ゲート電極41上
方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、その両側にイオンドーピン
グを施してソース13s及びドレイン13dが設けられ
ている。
【0012】そして、ゲート絶縁膜12及び能動層43
上の全面には、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を配置
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を形成して、その平坦化絶縁膜1
7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13sと
コンタクトしたITO(Indium Thin Oxide)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上に設ける。
【0013】有機EL素子160は、ITO等の透明電
極から成る陽極61、MTDATA(4,4-bis(3-met hy
lphenylphenylamino)biphenyl)から成る第1ホール輸
送層62、TPD(4,4,4-tris(3-methylphenylphenyla
mino)triphenylanine)からなる第2ホール輸送層6
3、キナクリドン(Quinacridone)誘導体を含むBeb
q2(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。この陰極66は、図7に示した有機EL表示装置
を形成する基板10の全面、即ち紙面の全面に設けられ
ている。
【0014】また有機EL素子は、陽極から注入された
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。
【0015】ここで、図3に第2のTFTの特性を示
す。
【0016】横軸に、図6中の駆動電源線53と保持容
量170との交点173における電位を基準としたゲー
ト電圧Vgsを、縦軸にドレイン電流Idsを示す。
【0017】陰極が第2のTFTのチャネルの上方に無
い場合では、図3中の実線で示すような特性を示す。ま
た、陰極が有機EL表示装置の全面に形成されている場
合、即ち例えばこの陰極が−10Vの電位をもつ場合、
TFT特性は図3中の破線のように変化する。
【0018】これは、チャネル43c上方に設けられた
有機EL素子160の陰極66には電圧が印加されるが
その電圧によってチャネル43cに対してバックチャネ
ルが発生するためである。即ち、図5(b)に示したよ
うに、有機EL表示装置は基板10上に第2のTFT1
40を形成し、更にその上に有機EL素子160を設け
た構造であり、有機EL素子160の陰極66が全面に
形成されている構造であるため、その陰極66に電圧が
印加されるとその電圧によって生じる電界によって電荷
が生じ、いわゆるバックチャネルを生じてしまうためで
ある。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】ところが、第2のTF
T140は有機EL素子160を駆動する電源からの電
流を第2のTFT140のゲート41に印加された電圧
に応じて制御して有機EL素子60に供給する機能を有
しているが、この陰極の電位による特性変動の量(Δ
V)は、チャネル上にあるストッパ絶縁膜、平坦化絶縁
膜の膜厚、膜質によって決まり、これらが表示面内で変
動した場合、ΔVは容易に変動することになる。ΔVの
ばらつきはEL発光素子層に流れる電流を変動させるこ
とになるため、各表示画素ごとに発光輝度のばらつきを
生じ表示にムラが発生するという欠点があった。
【0020】そこで本発明は、上記の従来の欠点に鑑み
て為されたものであり、第2のTFTの特性の変動をな
くし本来EL素子に供給されるべき電流を供給して表示
ムラの発生しないEL表示装置を提供することを目的と
する。
【0021】
【課題を解決するための手段】本発明のEL表示装置
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
ドレインがドレイン信号線に、ゲートがゲート信号線に
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、前記能動層のチャネ
ルの下方に設けたゲートが前記第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
とを備えたエレクトロルミネッセンス表示装置であっ
て、該第2の薄膜トランジスタの能動層に設けられたチ
ャネルの上方に該チャネルを覆う導電体を設けているも
のである。
【0022】また、上述のEL表示装置の前記導電体は
前記駆動電源に接続された駆動電源線を前記チャネル上
方にまで延在させて設けたエレクトロルミネッセンス表
示装置である。
【0023】更に、上述のEL表示装置の前記導電体は
前記ゲート信号線を前記チャネル上方にまで延在させて
設けたエレクトロルミネッセンス表示装置である。
【0024】
【発明の実施の形態】本発明のEL表示装置について以
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。
【0025】図1に示すように、ゲート信号線51とド
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は保持
容量電極線54との間で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素子6
0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。
【0026】また、TFTの付近には、ゲート信号線5
1と並行に保持容量電極線54が配置されている。この
保持容量電極線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容量を成してい
る。この保持容量は、第2のTFT40のゲート電極4
1に印加される電圧を保持するために設けられている。
【0027】このように有機EL素子60及びTFT3
0,40を備えた表示画素が基板10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。
【0028】図2に示すように、有機EL表示装置は、
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。
【0029】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11,41がダブルゲート構造であるTFTの場
合を示す。スイッチング用のTFTである第1のTFT
30は、図2(a)に示すように、従来の第1のTFT
140と同じ構造であるので説明は省略する。
【0030】次に、有機EL素子60の駆動用のTFT
である第2のTFT40について説明する。
【0031】図2(b)に示すように、石英ガラス、無
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。
【0032】ゲート絶縁膜12、及びp−Si膜からな
る能動層43を順に形成する。
【0033】その能動層43には、ゲート電極41上方
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、その両側にイオンドーピング
してソース13s及びドレイン13dが設けられてい
る。
【0034】そして、ゲート絶縁膜12及び能動層43
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のドレイン43d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駆動電
源線53とコンタクトしAlからなる駆動電源線53を
形成する。このとき、同時にその駆動電源線53の一部
をチャネル43c上に延在させて覆う導電体56を形成
する。また、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13s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。
【0035】有機EL素子60の構造も従来の技術で説
明した構造と同じであるので説明を省略する。
【0036】このように、第2のTFT40のチャネル
43c上方に駆動電源53の一部からなる導電体56を
形成することにより、陰極66に印加される電圧による
電界によって生じるバックチャネルを抑制することがで
きる。即ち、陰極の電位による電界やチャネル上部の膜
質、膜厚等の変動による影響を受けず、本来のTFT特
性を保持することができることになる。従って、陰極の
電位による電界やチャネル上部の膜質、膜厚等の変動等
に起因する表示ムラを防止することができる。
【0037】また、第2のTFT40がp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
層を備えたp型チャネルTFTとすれば、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、V
d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。
【0038】特に多結晶シリコンTFTでは、従来の技
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を用いるこ
とが好ましい。 <第2の実施の形態>図4に本発明のEL表示装置の表
示画素付近の平面図を示し、図5に図4中のC−C線に
沿った断面図を示す。
【0039】本実施の形態が第1の実施の形態と異なる
点は、図4に示すように、第2のTFT40のチャネル
43c上方に設けた導電体56が第2のTFT40のゲ
ート電極41の一部が延在して設けられている点であ
る。
【0040】図4及び図5に示すように、第2のTFT
は、ゲート電極41、ゲート絶縁膜12を積層した上に
設けたp−Siから成る能動層を備えている。そして、
その能動層には不純物がドーピングされているソース4
3s及びドレイン43dを備えている。
【0041】ゲート絶縁膜12及び層間絶縁膜15に設
けたコンタクトホールを介してゲート電極41とコンタ
クトした導電体56をチャネル43c上方にまで延在さ
せて設ける。即ち、ゲート電極41と同じ電位の導電体
56を設ける。
【0042】このように、ゲート電極41と同電位の導
電体56を設けることにより、従来発生していたバック
チャネルを抑制することができる。
【0043】そのため、有機EL素子60に本来供給さ
れるべき電流が供給されて発光するので、各表示画素に
おける発光輝度のばらつきが無くなり、表示ムラの発生
しない有機EL表示装置を得ることができる。
【0044】また、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。
【0045】なお、上述の各実施の形態においては、能
動層としてp−Si膜を用いたが、微結晶シリコン膜又
は非晶質シリコン膜を用いても良い。
【0046】更に、上述の各実施の形態においては、有
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。
【0047】
【発明の効果】本発明のEL表示装置は、高速の書き込
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。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のEL表示装置の第1の実施の形態を示
す平面図である。
【図2】本発明のEL表示装置の第1の実施の形態を示
す断面図である。
【図3】本発明のEL表示装置に備えられたTFTの特
性図である。
【図4】本発明のEL表示装置の第2の実施の形態を示
す平面図である。
【図5】本発明のEL表示装置の第2の実施の形態を示
す断面図である。
【図6】EL表示装置の等価回路図である。
【図7】従来のEL表示装置の平面図である。
【図8】従来のEL表示装置の断面図である。
【符号の説明】
11,41 ゲート 13s、43s ソース 13d、43d ドレイン 13c、43c チャネル 13s、43s LDD領域 30 第1のTFT 40 第2のTFT 50 駆動電源 56 導電体 60 有機EL素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H05B 33/26 H01L 29/78 617N Fターム(参考) 3K007 AB17 BA06 CC00 DA01 DB03 EB00 EC03 FA01 GA04 5C058 AA12 AB01 AB06 BA35 5C094 AA04 AA06 AA07 AA09 AA13 AA48 AA54 BA03 BA09 BA12 BA27 CA19 CA24 CA25 DA13 DB04 EA01 EA04 EA07 EA10 FA01 FB12 FB14 FB16 5F110 AA18 AA30 BB20 CC07 CC08 DD02 DD03 DD05 DD13 DD14 EE04 EE28 EE30 EE37 GG02 GG13 GG14 GG15 GG35 HJ18 HL03 NN03 NN23 NN24 NN27 NN44 NN72 QQ19

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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
    る能動層のドレインがドレイン信号線に、ゲートがゲー
    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、前記能動
    層のチャネルの下方に設けたゲートが前記第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たエレクトロルミネッセンス表示装
    置であって、該第2の薄膜トランジスタの能動層に設け
    られたチャネルの上方に該チャネルを覆う導電体を設け
    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。
  2. 【請求項2】 前記導電体は前記駆動電源に接続された
    駆動電源線を前記チャネル上方にまで延在させて設けた
    ことを特徴とする請求項1に記載のエレクトロルミネッ
    センス表示装置。
  3. 【請求項3】 前記導電体は前記ゲート信号線を前記チ
    ャネル上方にまで延在させて設けたことを特徴とする請
    求項1に記載のエレクトロルミネッセンス表示装置。
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