JP2616153B2 - Ｅｌ発光装置 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、マトリックス型EL表示装置や電子式印写装
置の露光系に用いられるEL発光装置に関し、特にEL発光
素子を駆動する薄膜トランジスタ（TFT）の半導体層と
してアモルファスシリコン（ａ−Si）を使用することが
できるEL発光装置に関するものである。
置の露光系に用いられるEL発光装置に関し、特にEL発光
素子を駆動する薄膜トランジスタ（TFT）の半導体層と
してアモルファスシリコン（ａ−Si）を使用することが
できるEL発光装置に関するものである。
（従来の技術） マトリックス型EL表示装置やEL発光素子アレイの１ビ
ット分のEL発光装置の等価回路を第６図に示す。このEL
発光装置は、第１のスイッチング素子Q1（TFT）と、該
スイッチング素子Q1のソース端子側に一方の端子を接続
する蓄積用コンデンサCsと、ゲート端子が前記第１のス
イッチング素子Q1のソース端子に接続され、且つソース
端子が前記蓄積用コンデンサCsの他方の端子に接続され
ている第２のスイッチング素子Q2（TFT）と、一方の端
子が第２のスイッチング素子Q2のドレイン端子に接続さ
れ、且つ他方の端子がEL駆動電源Vaに接続されているEL
発光素子CELとから構成されている。前記第１のスイッ
チング素子Q1はゲート端子に印加されるスイッチング信
号SCANに応じてオンし、この第１のスイッチング素子Q1
のオン・オフにより発光信号DATAに応じて蓄積用コンデ
ンサCsにデータを書き込むようになっている。すなわ
ち、第２のスイッチング素子Q2は、前記蓄積用コンデン
サCsに発光信号DATA（Ｈ）が書き込まれたとき、該電圧
がゲート端子に印加されることによりオンし、EL駆動電
源VaによりEL発光素子CELを発光させるようになってい
る。また、発光信号DATAが（Ｌ）のとき、蓄積用コンデ
ンサCsに蓄積された電荷が第１のスイッチング素子Q1を
介して放電される。
ット分のEL発光装置の等価回路を第６図に示す。このEL
発光装置は、第１のスイッチング素子Q1（TFT）と、該
スイッチング素子Q1のソース端子側に一方の端子を接続
する蓄積用コンデンサCsと、ゲート端子が前記第１のス
イッチング素子Q1のソース端子に接続され、且つソース
端子が前記蓄積用コンデンサCsの他方の端子に接続され
ている第２のスイッチング素子Q2（TFT）と、一方の端
子が第２のスイッチング素子Q2のドレイン端子に接続さ
れ、且つ他方の端子がEL駆動電源Vaに接続されているEL
発光素子CELとから構成されている。前記第１のスイッ
チング素子Q1はゲート端子に印加されるスイッチング信
号SCANに応じてオンし、この第１のスイッチング素子Q1
のオン・オフにより発光信号DATAに応じて蓄積用コンデ
ンサCsにデータを書き込むようになっている。すなわ
ち、第２のスイッチング素子Q2は、前記蓄積用コンデン
サCsに発光信号DATA（Ｈ）が書き込まれたとき、該電圧
がゲート端子に印加されることによりオンし、EL駆動電
源VaによりEL発光素子CELを発光させるようになってい
る。また、発光信号DATAが（Ｌ）のとき、蓄積用コンデ
ンサCsに蓄積された電荷が第１のスイッチング素子Q1を
介して放電される。
（発明が解決しようとする課題） 以上のようなEL発光装置によると、第２のスイッチン
グ素子Q2がオフのときには、第２のスイッチング素子Q2
のドレイン，ソース間にEL駆動電源Vaが印加されるの
で、EL駆動電源Vaの約２倍の高耐圧と低電流特性が要求
され、その仕様を満足するスイッチング素子の半導体層
は例えばカドミウムセレン（CdSe），やポリシリコン
（poly Si）等の限られた材料が使用されていた。
グ素子Q2がオフのときには、第２のスイッチング素子Q2
のドレイン，ソース間にEL駆動電源Vaが印加されるの
で、EL駆動電源Vaの約２倍の高耐圧と低電流特性が要求
され、その仕様を満足するスイッチング素子の半導体層
は例えばカドミウムセレン（CdSe），やポリシリコン
（poly Si）等の限られた材料が使用されていた。
しかしながら、カドミウムセレン（CdSe）は経時変化
に対してドレイン電圧−ドレイン電流特性が不安定であ
り、EL発光素子CELの輝度を一定に保つことが困難であ
るという問題点があった。また、ポリシリコン（poly S
i）を着膜する場合、プロセス温度を高く設定する必要
があるので、EL発光素子CELとスイッチング素子Q2とを
同一基板上に一体化して大面積デバイスとして形成する
のに適さないという問題点があった。
に対してドレイン電圧−ドレイン電流特性が不安定であ
り、EL発光素子CELの輝度を一定に保つことが困難であ
るという問題点があった。また、ポリシリコン（poly S
i）を着膜する場合、プロセス温度を高く設定する必要
があるので、EL発光素子CELとスイッチング素子Q2とを
同一基板上に一体化して大面積デバイスとして形成する
のに適さないという問題点があった。
そこで、上記のようなカドミウムセレン（CdSe）やポ
リシリコン（poly Si）の欠点を解消するため、第７図
に示すように、半導体層４にアモルファスシリコン（ａ
−Si）を使用し、第２のスイッチング素子Q2を高耐圧と
するために、第２のスイッチング素子Q2のゲート電極
２′をソース電極6b側にオフセットする構造のスイッチ
ング素子が提案されている。しかしながらこの構造のド
レイン電圧，ドレイン電流特性は、第３図に示すよう
に、オフ時の耐圧及びオフ電流については十分な特性を
もつが、ドレイン電圧が負極性のときにドレイン電流の
電流値が小さいという性質を有している。すなわち、第
３図の点線Ａで示すように、EL発光素子CELを駆動時に
必要な交流信号に対し、ドレイン側が負極性のときのド
レイン電流が十分とれない。そのため、EL発光素子CEL
の輝度を上げるためには、駆動電圧を上げなければなら
ず損失電力が大きくなるという欠点があった。また、ス
イッチング素子Q2にもさらに高い耐圧性が要求される。
リシリコン（poly Si）の欠点を解消するため、第７図
に示すように、半導体層４にアモルファスシリコン（ａ
−Si）を使用し、第２のスイッチング素子Q2を高耐圧と
するために、第２のスイッチング素子Q2のゲート電極
２′をソース電極6b側にオフセットする構造のスイッチ
ング素子が提案されている。しかしながらこの構造のド
レイン電圧，ドレイン電流特性は、第３図に示すよう
に、オフ時の耐圧及びオフ電流については十分な特性を
もつが、ドレイン電圧が負極性のときにドレイン電流の
電流値が小さいという性質を有している。すなわち、第
３図の点線Ａで示すように、EL発光素子CELを駆動時に
必要な交流信号に対し、ドレイン側が負極性のときのド
レイン電流が十分とれない。そのため、EL発光素子CEL
の輝度を上げるためには、駆動電圧を上げなければなら
ず損失電力が大きくなるという欠点があった。また、ス
イッチング素子Q2にもさらに高い耐圧性が要求される。
本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、EL発光素
子を駆動する薄膜トランジスタの半導体層をアモルファ
スシリコン（ａ−Si）で形成可能とするとともに、十分
な高耐圧特性及びドレイン電流特性を有するEL発光装置
を提供することを目的とする。
子を駆動する薄膜トランジスタの半導体層をアモルファ
スシリコン（ａ−Si）で形成可能とするとともに、十分
な高耐圧特性及びドレイン電流特性を有するEL発光装置
を提供することを目的とする。
（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため本発明は、EL駆動電源にEL発
光素子及びスイッチング素子を直列に接続し、前記スイ
ッチング素子の第１のゲート電極に印加される電圧によ
り前記EL発光素子への通電を制御するEL発光装置であっ
て、次の構成を含む。
光素子及びスイッチング素子を直列に接続し、前記スイ
ッチング素子の第１のゲート電極に印加される電圧によ
り前記EL発光素子への通電を制御するEL発光装置であっ
て、次の構成を含む。
直列接続された第１のコンデンサ及び第２のコンデン
サを前記スイッチング素子に対して並列になるように前
記EL発光素子に接続する。
サを前記スイッチング素子に対して並列になるように前
記EL発光素子に接続する。
前記スイッチング素子は、EL発光素子接続側にオフセ
ット部を有し、このオフセット部に電圧を印加する第２
のゲート電極を形成し、この第２のゲート電極と前記第
１のコンデンサと第２のコンデンサの接続点とを接続す
る。
ット部を有し、このオフセット部に電圧を印加する第２
のゲート電極を形成し、この第２のゲート電極と前記第
１のコンデンサと第２のコンデンサの接続点とを接続す
る。
（作用） 本発明によれば、スイッチング素子がオフセット部を
有することにより、高耐圧のスイッチング素子を得るこ
とができる。また、オフセット部に接続された第２のゲ
ート電極には、EL発光素子，第１のコンデンサ及び第２
のコンデンサで分圧されたEL駆動電源の電圧が常時印加
されているので、負極性ドレイン電圧領域においてもオ
ン状態を維持することができ、十分なドレイン電流を確
保することができる。
有することにより、高耐圧のスイッチング素子を得るこ
とができる。また、オフセット部に接続された第２のゲ
ート電極には、EL発光素子，第１のコンデンサ及び第２
のコンデンサで分圧されたEL駆動電源の電圧が常時印加
されているので、負極性ドレイン電圧領域においてもオ
ン状態を維持することができ、十分なドレイン電流を確
保することができる。
（実施例） 本発明の一実施例について第１図を参照しながら説明
する。
する。
第１図は本発明の実施例に係るEL発光装置の等価回路
図であり、マトリックス型EL表示装置やEL発光素子アレ
イの１ビット分の回路を示すものである。
図であり、マトリックス型EL表示装置やEL発光素子アレ
イの１ビット分の回路を示すものである。
第１のスイッチング素子Q1（TFT）は、ドレイン側の
情報信号線Ｘに発光信号DATAが供給されるように構成さ
れ、ソース側には一端が接地された蓄積用コンデンサCs
が接続されている。第１のスイッチング素子Q1のゲート
に接続されたスイッチング信号線Ｙには、スイッチング
信号SCANが印加されるようになっている。また、第１の
スイッチング素子Q1のソース側は第２のスイッチング素
子Q2（TFT）の第１ゲートG1に接続されている。第２の
スイッチング素子Q2のドレイン側にはEL発光素子CELを
介してEL駆動電源Va（Va＝Vpk sin（ωｔ））が接続さ
れている。また、第２のスイッチング素子Q2のソース側
は接地されている。
情報信号線Ｘに発光信号DATAが供給されるように構成さ
れ、ソース側には一端が接地された蓄積用コンデンサCs
が接続されている。第１のスイッチング素子Q1のゲート
に接続されたスイッチング信号線Ｙには、スイッチング
信号SCANが印加されるようになっている。また、第１の
スイッチング素子Q1のソース側は第２のスイッチング素
子Q2（TFT）の第１ゲートG1に接続されている。第２の
スイッチング素子Q2のドレイン側にはEL発光素子CELを
介してEL駆動電源Va（Va＝Vpk sin（ωｔ））が接続さ
れている。また、第２のスイッチング素子Q2のソース側
は接地されている。
第２のスイッチング素子Q2には、通常の第１ゲートG1
の他に第２ゲートG2が形成されている。そして、この第
２ゲートG2は、コンデンサC1とコンデンサC2との接続部
に接続されている。コンデンサC1の端子は接地され、コ
ンデンサC2の端子は第２のスイッチング素子Q2のドレイ
ン側に接続されることにより、前記第２ゲートG2にはEL
駆動電源VaをEL発光素子CEL,コンデンサC1及びコンデン
サC2で分割した電圧値が常時印加するようになってい
る。すなわち、第２ゲートG2に印加する電圧の制御は、
EL駆動電源Vaを利用するように構成されている。
の他に第２ゲートG2が形成されている。そして、この第
２ゲートG2は、コンデンサC1とコンデンサC2との接続部
に接続されている。コンデンサC1の端子は接地され、コ
ンデンサC2の端子は第２のスイッチング素子Q2のドレイ
ン側に接続されることにより、前記第２ゲートG2にはEL
駆動電源VaをEL発光素子CEL,コンデンサC1及びコンデン
サC2で分割した電圧値が常時印加するようになってい
る。すなわち、第２ゲートG2に印加する電圧の制御は、
EL駆動電源Vaを利用するように構成されている。
次に第２のスイッチング素子Q2の構造について説明す
る。
る。
第２のスイッチング素子Q2は、第２図に示すように、
基板１上にクロム（Cr）等の金属からなる第１ゲート電
極２（第１図における第１ゲートG1）,SiNxからなる絶
縁層3,アモルファスシリコン（ａ−Si）からなる半導体
層4,上記絶縁層5,ドレイン電極6aおよびソース電極6bを
順次積層して構成されている。このスイッチング素子Q2
は，ドレイン電極6aと第１ゲート電極２とが重なり合わ
ないように構成し、ドレイン電極側をオフセット構造と
することにより、高耐圧とすることができる。
基板１上にクロム（Cr）等の金属からなる第１ゲート電
極２（第１図における第１ゲートG1）,SiNxからなる絶
縁層3,アモルファスシリコン（ａ−Si）からなる半導体
層4,上記絶縁層5,ドレイン電極6aおよびソース電極6bを
順次積層して構成されている。このスイッチング素子Q2
は，ドレイン電極6aと第１ゲート電極２とが重なり合わ
ないように構成し、ドレイン電極側をオフセット構造と
することにより、高耐圧とすることができる。
そして、上部絶縁層5,ドレイン電極6a及びソース電極
6b上にポリイミドを塗布して絶縁層７を形成し、この絶
縁層７上の前記オフセット部に対応する位置に第２ゲー
ト電極８（第１図における第２ゲートG2）が形成されて
いる。
6b上にポリイミドを塗布して絶縁層７を形成し、この絶
縁層７上の前記オフセット部に対応する位置に第２ゲー
ト電極８（第１図における第２ゲートG2）が形成されて
いる。
次に上述の第２のスイッチング素子Q2の動作について
第１図を参照して説明する。基本的な動作は第６図の従
来例で説明したスイッチング素子Q2と同様である。
第１図を参照して説明する。基本的な動作は第６図の従
来例で説明したスイッチング素子Q2と同様である。
すなわち、第１ゲートG1にデータ電圧が印加されて第
２のスイッチング素子Q2がオン状態になっている場合に
おいて、第２のスイッチング素子Q2のドレイン側にかか
るEL駆動電源Va（Va＝Vpk sin（ωｔ））が正極性であ
れば、第３図に示すようにEL発光素子を駆動するに充分
な電流が流れる。
２のスイッチング素子Q2がオン状態になっている場合に
おいて、第２のスイッチング素子Q2のドレイン側にかか
るEL駆動電源Va（Va＝Vpk sin（ωｔ））が正極性であ
れば、第３図に示すようにEL発光素子を駆動するに充分
な電流が流れる。
また、第２のスイッチング素子Q2がオン状態になって
いる場合において、第２のスイッチング素子Q2のドレイ
ン側にかかるEL駆動電源Va（Va＝Vpk sin（ωｔ））が
負極性であれば、第１ゲートG1−ドレイン間電圧Vgd1は
常に正極性となる。従来のスイッチング素子Q2の構造
（第７図）でソース，ドレイン間電流が十分流れないの
は、第１ゲートG1−ドレイン間でオフセット構造をと
り、その領域の抵抗により電流が制限されているためで
ある。そこで、この領域に第２ゲートG2を設け、この第
２ゲートG2にEL発光素子CEL,コンデンサC1及びコンデン
サC2でEL駆動電源Vaを分割した電圧値が印加されるよう
にすると、ドレイン電極が負極性のときには、第２ゲー
トG2−ドレイン間電圧Vgd2は常に正極性となり、スイッ
チング素子Q2のオン状態を維持する。その結果、ドレイ
ン電極が負極性のときのソース，ドレイン間電流を、第
３図に示すように、従来のオフセット構造による点線Ａ
から実線Ｂに増大させることができる。
いる場合において、第２のスイッチング素子Q2のドレイ
ン側にかかるEL駆動電源Va（Va＝Vpk sin（ωｔ））が
負極性であれば、第１ゲートG1−ドレイン間電圧Vgd1は
常に正極性となる。従来のスイッチング素子Q2の構造
（第７図）でソース，ドレイン間電流が十分流れないの
は、第１ゲートG1−ドレイン間でオフセット構造をと
り、その領域の抵抗により電流が制限されているためで
ある。そこで、この領域に第２ゲートG2を設け、この第
２ゲートG2にEL発光素子CEL,コンデンサC1及びコンデン
サC2でEL駆動電源Vaを分割した電圧値が印加されるよう
にすると、ドレイン電極が負極性のときには、第２ゲー
トG2−ドレイン間電圧Vgd2は常に正極性となり、スイッ
チング素子Q2のオン状態を維持する。その結果、ドレイ
ン電極が負極性のときのソース，ドレイン間電流を、第
３図に示すように、従来のオフセット構造による点線Ａ
から実線Ｂに増大させることができる。
その結果、EL発光素子を駆動するのに十分な電流値を
得るための負極性側ドレイン電圧は、従来のオフセット
構造を有するスイッチング素子を使用した場合に比較し
て低く設定することができ、EL駆動電源Vaを低減するこ
とができる。この場合におけるEL駆動電源Vaと発光輝度
Ｌとの関係は、第４図の点線の特性から実線の特性ヘシ
フトさせることができる。
得るための負極性側ドレイン電圧は、従来のオフセット
構造を有するスイッチング素子を使用した場合に比較し
て低く設定することができ、EL駆動電源Vaを低減するこ
とができる。この場合におけるEL駆動電源Vaと発光輝度
Ｌとの関係は、第４図の点線の特性から実線の特性ヘシ
フトさせることができる。
第５図は本発明をｍ×ｎ個のビット数を有するマトリ
ックス型EL表示装置に応用したときの駆動回路を示して
いる。すなわち、第１図に示した一画素の駆動回路を上
下，左右に複数個並べ、左右方向に並んだ各駆動回路の
ゲートをスイッチング信号線Ｙに接続し、上下方向に並
んだ各駆動回路の情報信号線Ｘを共通にしたものであ
る。第１図と同一部分については、同一符号を付して詳
細な説明を省略する。
ックス型EL表示装置に応用したときの駆動回路を示して
いる。すなわち、第１図に示した一画素の駆動回路を上
下，左右に複数個並べ、左右方向に並んだ各駆動回路の
ゲートをスイッチング信号線Ｙに接続し、上下方向に並
んだ各駆動回路の情報信号線Ｘを共通にしたものであ
る。第１図と同一部分については、同一符号を付して詳
細な説明を省略する。
以上述べたEL発光装置によると、次のような効果を奏
することができる。
することができる。
第２のスイッチング素子Q2の半導体層としてアモルフ
ァスシリコン（ａ−Si）を使用することができる。アモ
ルファスシリコン（ａ−Si）は低温プロセスで形成可能
なので、EL発光素子とスイッチング素子とを一体形成す
るマトリックス型EL表示装置やEL発光素子アレイの大面
積化に適している。
ァスシリコン（ａ−Si）を使用することができる。アモ
ルファスシリコン（ａ−Si）は低温プロセスで形成可能
なので、EL発光素子とスイッチング素子とを一体形成す
るマトリックス型EL表示装置やEL発光素子アレイの大面
積化に適している。
オフセット構造をとることにより、第２のスイッチン
グ素子Q2の耐圧を高めることができる。
グ素子Q2の耐圧を高めることができる。
第２のスイッチング素子Q2のオフセット部にゲート電
極を形成したので、負極性ドレイン電圧側においてEL発
光素子を駆動するに充分な電流特性を確保することがで
きる。
極を形成したので、負極性ドレイン電圧側においてEL発
光素子を駆動するに充分な電流特性を確保することがで
きる。
（発明の効果） 本発明によれば、スイッチング素子がオフセット部を
有することにより、高耐圧のスイッチング素子を得るこ
とができ、また、オフセット部にはEL発光素子，第１の
コンデンサ及び第２のコンデンサで分圧されたEL駆動電
源の電圧が常時印加されているので、負極性ドレイン電
圧領域においてもオン状態を維持することができ、十分
なドレイン電流を確保することができる。
有することにより、高耐圧のスイッチング素子を得るこ
とができ、また、オフセット部にはEL発光素子，第１の
コンデンサ及び第２のコンデンサで分圧されたEL駆動電
源の電圧が常時印加されているので、負極性ドレイン電
圧領域においてもオン状態を維持することができ、十分
なドレイン電流を確保することができる。
従って、スイッチング素子の半導体層として各種の材
料、例えばアモルファスシリコン（ａ−Si）を使用する
ことにより、特性がよく且つ製造が容易な大面積デバイ
スを得ることができ、マトリックス型EL表示装置やEL発
光素子アレイの製造に適しているという効果がある。
料、例えばアモルファスシリコン（ａ−Si）を使用する
ことにより、特性がよく且つ製造が容易な大面積デバイ
スを得ることができ、マトリックス型EL表示装置やEL発
光素子アレイの製造に適しているという効果がある。
第１図は本発明の一実施例に係るEL発光装置の等価回路
図、第２図は本実施例におけるオフセット構造のスイッ
チング素子Q2の断面説明図、第３図はオフセット構造の
スイッチング素子Q2のドレイン電圧−ドレイン電流特性
図、第４図は駆動電圧（Va）とEL発光装置の輝度（Ｌ）
との関係を示すグラフ、第５図は本実施例をマトリック
ス型EL表示装置に応用した場合の等価回路図、第６図は
従来のEL発光装置の等価回路図，第７図は従来のオフセ
ット構造のスイッチング素子Q2の断面説明図である。 Q1……第１のスイッチング素子 Q2……第２のスイッチング素子 G1……第１ゲート G2……第２ゲート CEL……EL発光素子 Cs……蓄積コンデンサ C1……コンデンサ C2……コンデンサ Va……EL駆動電源 ２……第１ゲート電極 ４……半導体層（アモルファスシリコン） 6a……ドレイン電極 6b……ソース電極 ７……絶縁層 ８……第２ゲート電極
図、第２図は本実施例におけるオフセット構造のスイッ
チング素子Q2の断面説明図、第３図はオフセット構造の
スイッチング素子Q2のドレイン電圧−ドレイン電流特性
図、第４図は駆動電圧（Va）とEL発光装置の輝度（Ｌ）
との関係を示すグラフ、第５図は本実施例をマトリック
ス型EL表示装置に応用した場合の等価回路図、第６図は
従来のEL発光装置の等価回路図，第７図は従来のオフセ
ット構造のスイッチング素子Q2の断面説明図である。 Q1……第１のスイッチング素子 Q2……第２のスイッチング素子 G1……第１ゲート G2……第２ゲート CEL……EL発光素子 Cs……蓄積コンデンサ C1……コンデンサ C2……コンデンサ Va……EL駆動電源 ２……第１ゲート電極 ４……半導体層（アモルファスシリコン） 6a……ドレイン電極 6b……ソース電極 ７……絶縁層 ８……第２ゲート電極
Claims (1)
- 【請求項１】EL駆動電源にEL発光素子及びスイッチング
素子を直列に接続し、前記スイッチング素子の第１のゲ
ート電極に印加される電圧により前記EL発光素子への通
電を制御するEL発光装置であって、 直列接続された第１のコンデンサ及び第２のコンデンサ
を前記スイッチング素子に対して並列になるように前記
EL発光素子に接続し、 前記スイッチング素子は、EL発光素子接続側にオフセッ
ト部を有し、このオフセット部に電圧を印加する第２の
ゲート電極を形成し、この第２のゲート電極と前記第１
のコンデンサと第２のコンデンサの接続点とを接続する ことを特徴とするEL発光装置。
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|---|---|---|---|
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1993
- 1993-03-31 US US08/040,569 patent/US5386179A/en not_active Expired - Lifetime
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| US5386179A (en) | 1995-01-31 |
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