JP5459921B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

本発明は半導体素子（半導体薄膜を用いた素子）を基板上に作り込んで形成されたＥＬ
（エレクトロルミネッセンス）表示装置及びそのＥＬ表示装置を表示ディスプレイ（表示
部）として有する電子装置（電子デバイス）に関する。

近年、基板上にＴＦＴを形成する技術が大幅に進歩し、アクティブマトリクス型表示装
置への応用開発が進められている。特に、ポリシリコン膜を用いたＴＦＴは、従来のアモ
ルファスシリコン膜を用いたＴＦＴよりも電界効果移動度（モビリティともいう）が高い
ので、高速動作が可能である。そのため、従来、基板外の駆動回路で行っていた画素の制
御を、画素と同一の基板上に形成した駆動回路で行うことが可能となっている。

このようなアクティブマトリクス型表示装置は、同一基板上に様々な回路や素子を作り
込むことで製造コストの低減、表示装置の小型化、歩留まりの上昇、スループットの低減
など、様々な利点が得られるとして注目されている。

従来、アクティブマトリクス型ＥＬ表示装置の画素構造は図３に示すようなものが一般
的であった。図３において、３０１はスイッチング素子として機能するＴＦＴ（以下、ス
イッチング用ＴＦＴという）、３０２はＥＬ素子３０３に供給する電流を制御するための
素子（電流制御素子）として機能するＴＦＴ（以下、電流制御用ＴＦＴという）、３０４
はコンデンサ（保持容量）である。スイッチング用ＴＦＴ３０１はゲート配線３０５及び
ソース配線（データ配線）３０６に接続されている。また、電流制御用ＴＦＴ３０２はの
ドレインはＥＬ素子３０３に、ソースは電流供給線３０７に接続されている。

ゲート配線３０５が選択されるとスイッチング用ＴＦＴ３０１のゲートが開き、ソース
配線３０６のデータ信号がコンデンサ３０４に蓄積され、電流制御用ＴＦＴ３０２のゲー
トが開く。そして、スイッチング用ＴＦＴ３０１のゲートが閉じた後、コンデンサ３０４
に蓄積された電荷によって電流制御用ＴＦＴ３０２のゲートは開いたままとなり、その間
、ＥＬ素子３０３が発光する。このＥＬ素子３０３の発光量は流れる電流量で変化する。

このとき、ＥＬ素子３０３に供給される電流量は電流制御用ＴＦＴ３０２のゲート電圧
によって制御される。その様子を図４に示す。

図４（Ａ）は電流制御用ＴＦＴのトランジスタ特性を示すグラフであり、４０１はＩｄ
−Ｖｇ特性（又はＩｄ−Ｖｇ曲線）と呼ばれている。ここでＩｄはドレイン電流であり、
Ｖｇはゲート電圧である。このグラフにより任意のゲート電圧に対して流れる電流量を知
ることができる。

通常、ＥＬ素子を駆動するにあたって、上記Ｉｄ−Ｖｇ特性の点線４０２で示した領域
を用いる。４０２で囲んだ領域の拡大図を図４（Ｂ）に示す。

図４（Ｂ）において、斜線で示す領域はサブスレッショルド領域と呼ばれている。実際
にはしきい値電圧（Ｖｔｈ）近傍又はそれ以下のゲート電圧である領域を指し、この領域
ではゲート電圧の変化に対して指数関数的にドレイン電流が変化する。この領域を使って
ゲート電圧による電流制御を行う。

スイッチング用ＴＦＴ３０１が開いて画素内に入力されたデータ信号は、まずコンデン
サ３０４に蓄積され、そのデータ信号がそのまま電流制御用ＴＦＴ３０２のゲート電圧と
なる。このとき、図４（Ａ）に示したＩｄ−Ｖｇ特性に従ってゲート電圧に対してドレイ
ン電流が１対１で決まる。即ち、データ信号に対応して所定の電流がＥＬ素子３０３を流
れ、その電流量に対応した発光量で前記ＥＬ素子３０３が発光する。

以上のように、データ信号によってＥＬ素子の発光量が制御され、その発光量の制御に
よって階調表示がなされる。この方式はいわゆるアナログ階調と呼ばれる方式であり、信
号の振幅の変化で階調表示が行われる。

しかしながら、上記アナログ階調方式はＴＦＴの特性バラツキに非常に弱いという欠点
がある。例えばスイッチング用ＴＦＴのＩｄ−Ｖｇ特性が同じ階調を表示する隣接画素の
スイッチング用ＴＦＴと異なる場合（全体的にプラス又はマイナス側へシフトした場合）
を想定する。

その場合、各スイッチング用ＴＦＴのドレイン電流はバラツキの程度にもよるが異なる
ものとなり、各画素の電流制御用ＴＦＴには異なるゲート電圧がかかることになる。即ち
、各ＥＬ素子に対して異なる電流が流れ、結果として異なる発光量となり、同じ階調表示
を行えなくなる。

また、仮に各画素の電流制御用ＴＦＴに等しいゲート電圧がかかったとしても、電流制
御用ＴＦＴのＩｄ−Ｖｇ特性にバラツキがあれば、同じドレイン電流を出力することはで
きない。さらに、図４（Ａ）からも明らかなようにゲート電圧の変化に対して指数関数的
にドレイン電流が変化するような領域を使っているため、Ｉｄ−Ｖｇ特性が僅かでもずれ
れば、等しいゲート電圧がかかっても出力される電流量は大きく異なるといった事態が生
じうる。こうなってしまうとＥＬ素子の発光量が隣接画素で大きく異なってしまう。

実際には、スイッチング用ＴＦＴと電流制御用ＴＦＴとの、両者のバラツキの相乗効果
となるので条件的にはさらに厳しい。このように、アナログ階調方式はＴＦＴの特性バラ
ツキに対して極めて敏感であり、その点が従来のアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置の
多色カラー化における障害となっていた。

本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、鮮明な多階調カラー表示の可能なア
クティブマトリクス型ＥＬ表示装置を提供することを課題とする。そして、そのようなア
クティブマトリクス型ＥＬ表示装置を表示用ディスプレイとして具備する高性能な電子装
置（電子デバイス）を提供することを課題とする。

本出願人はＴＦＴ特性のバラツキの影響を受けにくい画素構造とするためには、電流制
御によってＥＬ素子の発光量を制御する従来のアナログ階調方式よりも、電流制御用ＴＦ
Ｔを単に電流供給用のスイッチング素子として用いたデジタル階調方式の方が良いと考え
た。

このことから、アクティブマトリクス型ＥＬ表示装置において最も好ましい階調表示方
式は分割階調表示であり、具体的には時間分割方式の階調表示（以下、時分割階調という
）を行うことが好ましいと考えた。

実際には以下のようにして時分割階調表示を行う。ここでは８ビットデジタル駆動方式
により２５６階調（１６７７万色）のフルカラー表示を行う場合について説明する。

まず、画像１フレームを８つのサブフレームに分割する。なお、表示領域の全画素にデ
ータを入力する１周期を１フレームと呼び、通常のＥＬディスプレイでは発振周波数は６
０Ｈｚ、即ち１秒間に６０フレームが形成される。１秒間のフレーム数がこれ以下になる
と視覚的にフリッカ等の画像のちらつきが目立ち始める。なお、１フレームをさらに複数
に分割したフレームをサブフレームと呼ぶ。

１つのサブフレームはアドレス期間（Ｔa）とサステイン期間（Ｔs）とに分けられる。
アドレス期間とは、１サブフレーム期間中、全画素にデータを入力するのに要する時間全
体であり、サステイン期間（点灯期間と言っても良い）とは、ＥＬ素子を発光させている
期間を示している。（図１０）

ここで１つ目のサブフレームをＳＦ１と呼び、以下２つ目のサブフレームから８つ目の
サブフレームまでをＳＦ２〜ＳＦ８と呼ぶ。また、アドレス期間（Ｔa）はＳＦ１〜ＳＦ
８まで一定である。一方、ＳＦ１〜ＳＦ８のサステイン期間（Ｔs）をそれぞれＴs1〜Ｔs
8とする。

この時、Ｔs1：Ｔs2：Ｔs3：Ｔs4：Ｔs5：Ｔs6：Ｔs7：Ｔs8＝１：１／２：１／４：１
／８：１／１６：１／３２：１／６４：１／１２８となるようにサステイン期間を設定す
る。但し、ＳＦ１〜ＳＦ８を出現させる順序はどのようにしても良い。このサステイン期
間の組み合わせで２５６階調のうち所望の階調表示を行うことができる。

まず、画素が有するＥＬ素子の対向電極（ＴＦＴに接続されていない側の電極を指す。
通常は陰極となる。）に電圧を加えない（選択しない）状態としておき、ＥＬ素子を発光
させずに各画素にデータ信号を入力していく。この期間がアドレス期間となる。そして、
全ての画素にデータが入力されてアドレス期間が終了したら、対向電極に電圧を加えて（
選択して）一斉にＥＬ素子を発光させる。この期間がサステイン期間となる。また、発光
させる（画素を点灯させる）期間はＴs1〜Ｔs8までのいずれかの期間である。ここではＴ
s8の期間、所定の画素を点灯させたとする。

次に、再びアドレス期間に入り、全画素にデータ信号を入力したらサステイン期間に入
る。このときはＴs1〜Ｔs7のいずれかの期間がサステイン期間となる。
ここではＴs7の期間、所定の画素を点灯させたとする。

以下、残りの６つのサブフレームについて同様の動作を繰り返し、順次Ｔs6、Ｔs5…Ｔ
s1とサステイン期間を設定し、それぞれのサブフレームで所定の画素を点灯させたとする
。

８つのサブフレームが出現したら１フレームを終えたことになる。このとき、サステイ
ン期間の積算によってその画素の階調を制御する。例えば、Ｔs1とＴs2を選択した場合に
は全灯を１００％としたうちの７５％の輝度を表現でき、Ｔs3とＴs5とＴs8を選択した場
合には１６％の輝度を表現できる。

なお、以上は２５６階調の場合について説明したが、他の階調表示を行うことも可能で
ある。

ｎビット（ｎは２以上の整数）の階調（２ⁿ階調）の表示を行う場合には、まず１フレ
ームをｎビットの階調に対応させてｎ個のサブフレーム（ＳＦ1、ＳＦ2、ＳＦ3…ＳＦ(n-
1)、ＳＦ(n)と表す）に分割する。階調が多くなるにつれて１フレームの分割数も増え、
駆動回路を高い周波数で駆動しなければならない。

さらに、これらｎ個の各サブフレームはアドレス期間（Ｔa）及びサステイン期間（Ｔs
）に分離される。即ち、全てのＥＬ素子に共通な対向電極に対して電圧を加えるか加えな
いかを選択することによってアドレス期間とサステイン期間を選択する。

そして、ｎ個の各サブフレームのサステイン期間（但し、ＳＦ1、ＳＦ2、ＳＦ3…ＳＦ(
n-1)、ＳＦ(n)に対応するサステイン期間を各々Ｔs1、Ｔs2、Ｔs3…Ｔs(n-1)、Ｔs(n)と
表す）をＴs1：Ｔs2：Ｔs3：…：Ｔs(n-1)：Ｔs(n)＝２⁰：２^-1：２^-2：…：２^-(n-2)：
２^-(n-1)となるように処理する。

この状態で、任意の１サブフレームでは順次画素が選択され（厳密には各画素のスイッ
チング用ＴＦＴが選択され）、電流制御用ＴＦＴのゲート電極に所定のゲート電圧（デー
タ信号に対応する）が加わる。このとき、電流制御用ＴＦＴが導通状態になるようなデー
タ信号が入力された画素のＥＬ素子は、アドレス期間終了後、そのサブフレームに割り当
てられたサステイン期間だけ発光する、即ち所定の画素が点灯する。

この動作をｎ個のサブフレーム全てにおいて繰り返し、そのサステイン期間の積算によ
って各画素の階調が制御される。従って、任意の一画素に注目すると、その画素が各サブ
フレームでどれだけの期間点灯したか（どれだけのサステイン期間を経由したか）によっ
て、その一画素の階調が制御される。

以上のように、アクティブマトリクス型ＥＬ表示装置に時分割階調表示を用いる点が本
発明の最大の特徴である。この時分割階調を行うためには、１フレームを複数のサブフレ
ームに分割する必要がある。即ち、データ信号側駆動回路及びゲート信号側駆動回路の動
作周波数を従来以上に高める必要がある。

しかしながら、従来のポリシリコン膜（多結晶シリコン膜ともいう）ではそのような高
速動作の可能なＴＦＴを作製することは困難である。データ信号側駆動回路を複数に分割
して動作周波数を低減することは可能であるが、それでも十分とは言えない。

そのため、本発明は、結晶粒界の連続性が高く、結晶方位の揃った特異な結晶構造でな
る半導体膜を用いることが好ましく、それをＴＦＴの活性層とすることで非常に高い動作
速度を示すＴＦＴを用いることができる。即ち、このような動作速度の非常に速いＴＦＴ
を用いることによって、アクティブマトリクス型ＥＬ表示装置の時分割階調表示を行うこ
とも本発明の特徴の一つとなる。

以下に、本発明で用いる半導体膜を試作して観察した結果について説明する。
なお、ここでは半導体膜としてシリコン膜についての結果を例示するが、同様の特性が得
られるシリコンゲルマニウム膜を用いることもできる。

本発明で用いるシリコン膜は、微視的に見れば複数の針状又は棒状の結晶（以下、棒状
結晶という）が集まって並んだ結晶構造を有する。このことはＴＥＭ（透過型電子顕微鏡
法）による観察で容易に確認できる。

また、本発明で用いるシリコン膜についてスポット径約１．３５μmの電子線回折像を
詳細に観察した結果、僅かなゆらぎはあるものの｛１１０｝面に対応する回折斑点がきれ
いに現れており、結晶軸に多少のずれが含まれているものの主たる配向面として｛１１０
｝面を有することが確認できる。

図１９（Ａ）は本発明で用いるシリコン膜にスポット径約１．３５μmの電子線を照射
して得た電子線回折像である。一方、図１９（Ｂ）は従来のポリシリコン膜に同条件で電
子線を照射して得た電子線回折像である。なお、いずれも写真中央が電子線の照射された
位置（電子線の照射点）である。

図１９（Ａ）の方は｛１１０｝面に対応する回折斑点が比較的きれいに現れているのに
対し、図１９（Ｂ）の方はまるで不規則であり、配向面がばらばらであることが一目瞭然
である。このように本発明で用いるシリコン膜は電子線回折写真を見れば、ただちに従来
のポリシリコン膜と区別することができる。

なお、図１９（Ａ）の電子線回折像において｛１１０｝面に対応する回折斑点が現れて
いることは、｛１１０｝配向の単結晶シリコンウェハの電子線回折像と比較すれば明らか
である。また、単結晶シリコンウェハの回折斑点は鋭い点で見えるのに対し、本発明で用
いるシリコン膜の回折斑点は電子線の照射点を中心とした同心円上に広がりを有する。

これは本発明で用いるシリコン膜の特徴でもある。各結晶粒は個々に｛１１０｝面を配
向面としているため、一つの結晶粒について見れば単結晶シリコンと同様の回折斑点が得
られると予想される。しかし、実際には複数の結晶粒の集合体であるため、各結晶粒は｛
１１０｝面を配向面としているものの、それぞれが結晶軸周りに僅かな回転を含み、それ
ぞれの結晶粒に対応する回折点が同心円上に複数個現れる。それらが重なって広がりを見
せるのである。

但し、個々の結晶粒は後述するように極めて整合性の良い結晶粒界を形成するため、結
晶軸周りの僅かな回転は結晶性を損なう要因とはならない。従って、本発明で用いるシリ
コン膜の電子線回折像は、実質的には｛１１０｝配向の単結晶シリコンウェハの電子線回
折像と差異はないと言える。

以上のことから、本発明においてＴＦＴの活性層として用いるシリコン膜は、｛１１０
｝配向に対応する電子線回折像を示すシリコン膜であると言って差し支えないと考える。

次に、本発明で用いるシリコン膜の結晶粒界について述べる。なお、説明の便宜上、結
晶粒界と呼んでいるが、ある結晶粒とそこから派生した（枝分かれした）別の結晶粒との
界面とも考えられる。いずれにしても、本明細書中では前述のような界面をも含めて結晶
粒界と呼ぶ。

本出願人は個々の棒状結晶が接して形成する結晶粒界をＨＲ−ＴＥＭ（高分解能透過型
電子顕微鏡法）により観察し、結晶粒界において結晶格子に連続性があることを確認した
。これは観察される格子縞が結晶粒界において連続的に繋がっていることから容易に確認
できる。

なお、結晶粒界における結晶格子の連続性は、その結晶粒界が「平面状粒界」と呼ばれ
る粒界であることに起因する。本明細書における平面状粒界の定義は、「Characterizati
on of High-Efficiency Cast-Si Solar Cell Wafers by MBIC Measurement ；Ryuichi Sh
imokawa and Yutaka Hayashi，Japanese Journal of Applied Physics vol.27，No.5，pp
.751-758，1988」に記載された「Planar boundary 」である。

上記論文によれば、平面状粒界には双晶粒界、特殊な積層欠陥、特殊なtwist 粒界など
が含まれる。この平面状粒界は電気的に不活性であるという特徴を持つ。即ち、結晶粒界
でありながらキャリアの移動を阻害するトラップとして機能しないため、実質的に存在し
ないと見なすことができる。

特に結晶軸（結晶面に垂直な軸）が〈１１０〉軸である場合、｛２１１｝双晶粒界や｛
１１１｝双晶粒界はΣ３の対応粒界とも呼ばれる。Σ値は対応粒界の整合性の程度を示す
指針となるパラメータであり、Σ値が小さいほど整合性の良い粒界であることが知られて
いる。

本発明で用いるシリコン膜をＴＥＭにより観察した結果、結晶粒界の殆どがΣ３の対応
粒界であることが判明している。これは、二つの結晶粒の間に形成された結晶粒界におい
て、両方の結晶粒の面方位が｛１１０｝である場合、｛１１１｝面に対応する格子縞がな
す角をθとすると、θ＝７０．５°の時にΣ３の対応粒界となることから判断した。

なお、θ＝ ３８．９°の時にはΣ９の対応粒界となるが、この様な他の結晶粒界も存
在している。

この様な結晶構造（正確には結晶粒界の構造）は、結晶粒界において異なる二つの結晶
粒が極めて整合性よく接合していることを示している。即ち、結晶粒界において結晶格子
が連続的に連なり、結晶欠陥等に起因するトラップ準位を非常に作りにくい構成となって
いる。従って、この様な結晶構造を有する半導体薄膜は実質的に結晶粒界が存在しないと
見なすことができる。

またさらに、本発明で用いるシリコン膜を形成する際に７００〜１１５０℃の加熱処理
を工程途中で行うことによって、結晶粒内に存在する欠陥（積層欠陥等）が殆ど消滅する
ことがＴＥＭ観察によって確認されている。これはこの熱処理工程の前後で欠陥数が大幅
に低減されていることからも明らかである。

この欠陥数の差は電子スピン共鳴分析（Electron Spin Resonance ：ＥＳＲ）
によってスピン密度の差となって現れる。現状では本発明で用いるシリコン膜のスピン密
度は少なくとも 5×10¹⁷spins/cm³以下（好ましくは 3×10¹⁷spins/cm³以下）であること
が判明している。ただし、この測定値は現存する測定装置の検出限界に近いので、実際の
スピン密度はさらに低いと予想される。

なお、本発明で用いるシリコン膜についてのさらに詳細な説明は、本出願人による特願
平１０−０４４６５９号、特願平１０−１５２３１６号、特願平１０−１５２３０８号ま
たは特願平１０−１５２３０５号を引用すれば良い。

また、本発明で用いるシリコン膜を活性層として試作したＴＦＴは、ＭＯＳＦＥＴに匹
敵する電気特性を示す。本出願人が試作したＴＦＴ（但し、活性層の膜厚は３０ｎｍ、ゲ
ート絶縁膜の膜厚は１００ｎｍ）からは次に示す様なデータが得られている。

（１）スイッチング性能（オン／オフ動作切り換えの俊敏性）の指標となるサブスレッ
ショルド係数が、Ｎチャネル型ＴＦＴおよびＰチャネル型ＴＦＴともに60〜100mV/decade
（代表的には60〜85mV/decade ）と小さい。
（２）ＴＦＴの動作速度の指標となる電界効果移動度（μ_FE）が、Ｎチャネル型ＴＦＴ
で 200〜650cm²/Vs （代表的には 300〜500cm²/Vs ）、Ｐチャネル型ＴＦＴで100〜300cm
²/Vs（代表的には 150〜200cm²/Vs）と大きい。
（３）ＴＦＴの駆動電圧の指標となるしきい値電圧（Ｖ_th）が、Ｎチャネル型ＴＦＴで
-0.5〜1.5 Ｖ、Ｐチャネル型ＴＦＴで-1.5〜0.5 Ｖと小さい。

以上の様に、極めて優れたスイッチング特性および高速動作特性が実現可能であること
が確認されている。さらに、上記ＴＦＴを用いて試作したリングオシレータでは最大で約
１ＧＨｚの発振周波数が得られている。なお、試作したリングオシレータの構成は次の様
になっている。
段数：９段 ＴＦＴのゲート絶縁膜の膜厚：３０ｎｍ及び５０ｎｍ ＴＦＴのゲート長
（チャネル長）： ０．６μm

また、実際にシフトレジスタを試作して動作周波数を確認した結果、ゲート絶縁膜の膜
厚３０ｎｍ、ゲート長 ０．６μｍ、電源電圧５Ｖ、段数５０段のシフトレジスタにおい
て動作周波数１００ＭＨｚの出力パルスが得られている。

以上の様なリングシレータおよびシフトレジスタの驚異的なデータは、本発明で用いる
シリコン膜を活性層とするＴＦＴが、単結晶シリコンを用いたＭＯＳＦＥＴに匹敵する、
若しくは凌駕する動作性能をもつことを示唆する。

本発明を実施することで、ＴＦＴの特性バラツキに影響されない鮮明な多階調カラー表
示が可能なアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置を得ることができる。
さらに、本発明で用いるシリコン膜で活性層を形成することにより非常に動作性能の高い
ＴＦＴが作製され、アクティブマトリクス型ＥＬ表示装置のデジタル信号による時分割階
調表示をより効果的に実施することができる。そして、そのような階調表示を実現するこ
とにより電流制御用ＴＦＴの特性バラツキによる階調不良をなくし、色再現性の良い高精
細な画像を得ることができる。

また、基板上に形成されるＴＦＴ自体も各回路又は素子が必要とする性能に併せて最適
な構造のＴＦＴを配置することで、信頼性の高いアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置を
実現している。

そして、そのようなアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置を表示ディスプレイ（表示部
）として具備することで、画像品質が良く、信頼性の高い高性能な電子装置を生産するこ
とが可能となる。

ＥＬ表示装置の構成を示す図。 ＥＬ表示装置の断面構造を示す図。 従来のＥＬ表示装置における画素部の構成を示す図。 アナログ階調方式で利用するＴＦＴ特性を説明する図。 ＥＬ表示装置の作製工程を示す図。 ＥＬ表示装置の作製工程を示す図。 ＥＬ表示装置の作製工程を示す図。 ＥＬ表示装置の作製工程を示す図。 ＥＬ表示装置の画素部を拡大した図。 時分割階調方式の動作モードを説明する図。 ＥＬモジュールの外観を示す図。 ＥＬモジュールの外観を示す図。 コンタクト構造の作製工程を示す図。 ＥＬ表示装置の画素部の構成を示す図。 ＥＬ表示装置の断面構造を示す図。 ＥＬ表示装置の画素部の上面構造を示す図。 ＥＬ表示装置の画素部の上面構造を示す図。 電子装置の具体例を示す図。 本発明で用いるシリコン膜の電子線回折像を示す図面代用写真。 本発明のＥＬ表示装置の画像表示例を示す図面代用写真。

まず、本発明のアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置の回路構成を図１（Ａ）
に示す。図１（Ａ）のアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置は、基板上に形成されたＴＦ
Ｔによって画素部１０１、画素部の周辺に配置されたデータ信号側駆動回路１０２及びゲ
ート信号側駆動回路１０３が形成される。なお、データ側信号側駆動回路とゲート信号側
駆動回路はどちらも画素部を挟んで１対で設けても構わない。

データ信号側駆動回路１０２は基本的にシフトレジスタ１０２a、ラッチ（Ａ）１０２b
、ラッチ（Ｂ）１０２cを含む。また、シフトレジスタ１０２aにはクロックパルス（ＣＫ
）及びスタートパルス（ＳＰ）が入力され、ラッチ（Ａ）１０２bにはデジタルデータ信
号（Digital Data Signals）が入力され、ラッチ（Ｂ）１０２cにはラッチ信号（Latch S
ignals）が入力される。

本発明では画素部１０１に入力されるデータ信号がデジタル信号であり、また液晶表示
装置と異なり電圧階調表示ではないので、「０」または「１」の情報を有するデジタルデ
ータ信号がそのまま画素部１０１へと入力される。

画素部１０１にはマトリクス状に複数の画素１０４が配列される。画素１０４の拡大図
を図１（Ｂ）に示す。図１（Ｂ）において、１０５はスイッチング用ＴＦＴであり、ゲー
ト信号を入力するゲート配線１０６とデータ信号を入力するデータ配線（ソース配線とも
いう）１０７に接続されている。

また、１０８は電流制御用ＴＦＴであり、そのゲートはスイッチング用ＴＦＴ１０５の
ドレインに接続される。そして、電流制御用ＴＦＴ１０８のドレインはＥＬ素子１０９に
接続され、ソースは電流供給線１１０に接続される。ＥＬ素子１０９は電流制御用ＴＦＴ
１０８に接続された陽極（画素電極）と、ＥＬ層を挟んで陽極に対向して設けられた陰極
（対向電極）とでなり、陰極は所定の電源線１１１に接続されている。

また、スイッチング用ＴＦＴ１０５が非選択状態（オフ状態）にある時、電流制御用Ｔ
ＦＴ１０８のゲート電圧を保持するためにコンデンサ１１２が設けられる。このコンデン
サ１１２はスイッチング用ＴＦＴ１０５のドレインと電流供給線１１０とに接続されてい
る。

以上のような画素部に入力されるデジタルデータ信号は、時分割階調データ信号発生回
路１１３にて形成される。この回路ではアナログ信号又はデジタル信号でなるビデオ信号
（画像情報を含む信号）を、時分割階調を行うためのデジタルデータ信号に変換すると共
に、時分割階調表示を行うために必要なタイミングパルス等を発生させる回路である。

典型的には、時分割階調データ信号発生回路１１３には、１フレームをｎビット（ｎは
２以上の整数）の階調に対応したｎ個のサブフレームに分割する手段と、それらｎ個のサ
ブフレームにおいてアドレス期間及びサステイン期間を選択する手段と、そのサステイン
期間をＴs1：Ｔs2：Ｔs3：…：Ｔs(n-1)：Ｔs(n)＝２⁰：２^-1：２^-2：…：２^-(n-2)：２^-
(n-1)となるように設定する手段とが含まれる。

この時分割階調データ信号発生回路１１３は、本発明のＥＬ表示装置の外部に設けられ
ても良い。その場合、そこで形成されたデジタルデータ信号が本発明のＥＬ表示装置に入
力される構成となる。この場合、本発明のＥＬ表示装置をディスプレイとして有する電子
装置は、本発明のＥＬ表示装置と時分割階調データ信号発生回路を別の部品として含むこ
とになる。

また、時分割階調データ信号発生回路１１３をモノリシックＩＣやハイブリッドＩＣと
して本発明のＥＬ表示装置に実装しても良い。その場合、ＣＯＧ（Chip On Glass）もし
くはＴＣＰ（Tape Carrier Package）の形態で実装するか、ＭＣＭ（Multi Chip Module
）をＴＡＢ（Tape Automated Board）テープにより接続しても良い。このような構成とす
ると、ＩＣで形成されたデジタルデータ信号が本発明のＥＬ表示装置に入力される構成と
なる。この場合、本発明のＥＬ表示装置をディスプレイとして有する電子装置は、時分割
階調データ信号発生回路を含むＩＣを備えた本発明のＥＬ表示装置を部品として含むこと
になる。

また最終的には、時分割階調データ信号発生回路１１３を画素部１０４、データ信号側
駆動回路１０２及びゲート信号側駆動回路と同一の基板上にＴＦＴでもって形成しうる。
この場合、ＥＬ表示装置に画像情報を含むビデオ信号を入力すれば全て基板上で処理する
ことができる。勿論、この場合の時分割階調データ信号発生回路は前述の本発明で用いる
シリコン膜を活性層とするＴＦＴで形成することが望ましい。また、この場合、本発明の
ＥＬ表示装置をディスプレイとして有する電子装置は、時分割階調データ信号発生回路が
ＥＬ表示装置自体に内蔵されており、電子装置の小型化を図ることが可能である。

次に、本発明のアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置について、断面構造の概略を図２
に示す。

図２において、１１は基板、１２は下地となる絶縁膜（以下、下地膜という）
である。基板１１としては透光性基板、代表的にはガラス基板、石英基板、ガラスセラミ
ックス基板、又は結晶化ガラス基板を用いることができる。但し、作製プロセス中の最高
処理温度に耐えるものでなくてはならない。

また、下地膜１２は特に可動イオンを含む基板や導電性を有する基板を用いる場合に有
効であるが、石英基板には設けなくても構わない。下地膜１２としては、珪素（シリコン
）を含む絶縁膜を用いれば良い。なお、本明細書において「珪素を含む絶縁膜」とは、具
体的には酸化珪素膜、窒化珪素膜若しくは窒化酸化珪素膜（ＳｉＯｘＮｙ：ｘ、ｙは任意
の整数、で示される）など珪素に対して酸素若しくは窒素を所定の割合で含ませた絶縁膜
を指す。

２０１はスイッチング用ＴＦＴ、２０２は電流制御用ＴＦＴであり、どちらもｎチャネ
ル型ＴＦＴで形成されている。ｎチャネル型ＴＦＴの電界効果移動度はｐチャネル型ＴＦ
Ｔの電界効果移動度よりも大きいため、動作速度が早く大電流を流しやすい。また、同じ
電流量を流すにもＴＦＴサイズはｎチャネル型ＴＦＴの方が小さくできる。そのため、ｎ
チャネル型ＴＦＴを電流制御用ＴＦＴとして用いた方が画像表示部の有効発光面積が広く
なるので好ましい。

ただし、本発明において、スイッチング用ＴＦＴと電流制御用ＴＦＴをｎチャネル型Ｔ
ＦＴに限定する必要はなく、両方又はどちらか片方にｐチャネル型ＴＦＴを用いることも
可能である。

スイッチング用ＴＦＴ２０１は、ソース領域１３、ドレイン領域１４、ＬＤＤ領域１５
a〜１５d、分離領域１６及びチャネル形成領域１７a、１７bを含む活性層、ゲート絶縁膜
１８、ゲート電極１９a、１９b、第１層間絶縁膜２０、ソース配線２１並びにドレイン配
線２２を有して形成される。なお、ゲート絶縁膜１８又は第１層間絶縁膜２０は基板上の
全ＴＦＴに共通であっても良いし、回路又は素子に応じて異ならせても良い。

また、図２に示すスイッチング用ＴＦＴ２０１はゲート電極１９a、１９bが電気的に接
続されており、いわゆるダブルゲート構造となっている。勿論、ダブルゲート構造だけで
なく、トリプルゲート構造などいわゆるマルチゲート構造（直列に接続された二つ以上の
チャネル形成領域を有する活性層を含む構造）であっても良い。

マルチゲート構造はオフ電流を低減する上で極めて有効であり、スイッチング用ＴＦＴ
のオフ電流を十分に低くすれば、それだけ図１（Ｂ）に示すコンデンサ１１２に必要な容
量を小さくすることができる。即ち、コンデンサ１１２の専有面積を小さくすることがで
きるので、マルチゲート構造とすることはＥＬ素子１０９の有効発光面積を広げる上でも
有効である。

さらに、スイッチング用ＴＦＴ２０１においては、ＬＤＤ領域１５a〜１５dは、ゲート
絶縁膜１８を介してゲート電極１９a、１９bと重ならないように設ける。このような構造
はオフ電流を低減する上で非常に効果的である。また、ＬＤＤ領域１５a〜１５dの長さ（
幅）は０．５〜３．５μｍ、代表的には２．０〜２．５μｍとすれば良い。

なお、チャネル形成領域とＬＤＤ領域との間にオフセット領域（チャネル形成領域と同
一組成の半導体層でなり、ゲート電圧が印加されない領域）を設けることはオフ電流を下
げる上でさらに好ましい。また、二つ以上のゲート電極を有するマルチゲート構造の場合
、チャネル形成領域の間に設けられた分離領域１６（ソース領域又はドレイン領域と同一
の濃度で同一の不純物元素が添加された領域）がオフ電流の低減に効果的である。

次に、電流制御用ＴＦＴ２０２は、ソース領域２６、ドレイン領域２７、ＬＤＤ領域２
８及びチャネル形成領域２９を含む活性層、ゲート絶縁膜１８、ゲート電極３０、第１層
間絶縁膜２０、ソース配線３１並びにドレイン配線３２を有して形成される。なお、ゲー
ト電極３０はシングルゲート構造となっているが、マルチゲート構造であっても良い。

図１（Ｂ）に示すように、スイッチング用ＴＦＴのドレインは電流制御用ＴＦＴのゲー
トに接続されている。具体的には電流制御用ＴＦＴ２０２のゲート電極３０はスイッチン
グ用ＴＦＴ２０１のドレイン領域１４とドレイン配線（接続配線とも言える）２２を介し
て電気的に接続されている。また、ソース配線３１は図１（Ｂ）の電流供給線１１０に接
続される。

電流制御用ＴＦＴ２０２はＥＬ素子に注入される電流量を制御するための素子であり、
比較的多くの電流が流れる。そのため、チャネル幅（Ｗ）はスイッチング用ＴＦＴのチャ
ネル幅よりも大きく設計することが好ましい。また、電流制御用ＴＦＴ２０２に過剰な電
流が流れないように、チャネル長（Ｌ）は長めに設計することが好ましい。望ましくは一
画素あたり０．５〜２μＡ（好ましくは１〜１．５μＡ）となるようにする。

以上のことを踏まえると、図９に示すようにスイッチング用ＴＦＴのチャネル長をＬ１
（但しＬ１＝Ｌ１a＋Ｌ１b）、チャネル幅をＷ１とし、電流制御用ＴＦＴのチャネル長を
Ｌ２、チャネル幅をＷ２とした時、Ｗ１は０．１〜５μm（代表的には１〜３μm）、Ｗ２
は０．５〜３０μm（代表的には２〜１０μm）とするのが好ましい。また、Ｌ１は０．２
〜１８μm（代表的には２〜１５μm）、Ｌ２は０．１〜５０μm（代表的には１〜２０μm
）とするのが好ましい。

また、図２に示したＥＬ表示装置は、電流制御用ＴＦＴ２０２において、ドレイン領域
２７とチャネル形成領域２９との間にＬＤＤ領域２８が設けられ、且つ、ＬＤＤ領域２８
がゲート絶縁膜１８を挟んでゲート電極３０に重なっている領域と重なっていない領域と
を有する点にも特徴がある。

電流制御用ＴＦＴ２０２は、ＥＬ素子２０３を発光させるために比較的多くの電流を流
すため、ホットキャリア注入による劣化対策を講じておくことが望ましい。また、黒色を
表示する際は、電流制御用ＴＦＴ２０２をオフ状態にしておくが、その際、オフ電流が高
いときれいな黒色表示ができなくなり、コントラストの低下等を招く。従って、オフ電流
も抑える必要がある。

ホットキャリア注入による劣化に関しては、ゲート電極に対してＬＤＤ領域が重なった
構造が非常に効果的であることが知られている。しかしながら、ＬＤＤ領域全体を重ねて
しまうとオフ電流が増加してしまうため、本出願人は上記構造に加えてゲート電極に重な
らないＬＤＤ領域を直列に設けるという新規な構造によって、ホットキャリア対策とオフ
電流対策とを同時に解決している。

この時、ゲート電極に重なったＬＤＤ領域の長さは０．１〜３μm（好ましくは０．３
〜１．５μm）にすれば良い。長すぎては寄生容量を大きくしてしまい、短すぎてはホッ
トキャリアを防止する効果が弱くなってしまう。また、ゲート電極に重ならないＬＤＤ領
域の長さは１．０〜３．５μｍ（好ましくは１．５〜２．０μｍ）にすれば良い。長すぎ
ると十分な電流を流せなくなり、短すぎるとオフ電流を低減する効果が弱くなる。

また、上記構造においてゲート電極とＬＤＤ領域とが重なった領域では寄生容量が形成
されてしまうため、ソース領域２６とチャネル形成領域２９との間には設けない方が好ま
しい。電流制御用ＴＦＴはキャリア（ここでは電子）の流れる方向が常に同一であるので
、ドレイン領域側のみにＬＤＤ領域を設けておけば十分である。

また、流しうる電流量を多くするという観点から見れば、電流制御用ＴＦＴ２０２の活
性層（特にチャネル形成領域）の膜厚を厚くする（好ましくは５０〜１００ｎｍ、さらに
好ましくは６０〜８０ｎｍ）ことも有効である。逆に、スイッチング用ＴＦＴ２０１の場
合はオフ電流を小さくするという観点から見れば、活性層（特にチャネル形成領域）の膜
厚を薄くする（好ましくは２０〜５０ｎｍ、さらに好ましくは２５〜４０ｎｍ）ことも有
効である。

以上は画素内に設けられたＴＦＴの構造について説明したが、このとき同時に駆動回路
も形成される。図２には駆動回路を形成する基本単位となるＣＭＯＳ回路が図示されてい
る。

図２においては極力動作速度を落とさないようにしつつホットキャリア注入を低減させ
る構造を有するＴＦＴをＣＭＯＳ回路のｎチャネル型ＴＦＴ２０４として用いる。なお、
ここでいう駆動回路としては、図１に示したデータ信号側駆動回路１０２、ゲート信号側
駆動回路１０３を指す。勿論、他の論理回路（レベルシフタ、Ａ／Ｄコンバータ、信号分
割回路等）を形成することも可能である。

ｎチャネル型ＴＦＴ２０４の活性層は、ソース領域３５、ドレイン領域３６、ＬＤＤ領
域３７及びチャネル形成領域３８を含み、ＬＤＤ領域３７はゲート絶縁膜１８を挟んでゲ
ート電極３９と重なっている。

ドレイン領域側のみにＬＤＤ領域を形成しているのは、動作速度を落とさないための配
慮である。また、このｎチャネル型ＴＦＴ２０４はオフ電流値をあまり気にする必要はな
く、それよりも動作速度を重視した方が良い。従って、ＬＤＤ領域３７は完全にゲート電
極に重ねてしまい、極力抵抗成分を少なくすることが望ましい。即ち、いわゆるオフセッ
トはなくした方がよい。

また、ＣＭＯＳ回路のｐチャネル型ＴＦＴ２０５は、ホットキャリア注入による劣化が
殆ど気にならないので、特にＬＤＤ領域を設けなくても良い。従って活性層はソース領域
４０、ドレイン領域４１及びチャネル形成領域４２を含み、その上にはゲート絶縁膜１８
とゲート電極４３が設けられる。勿論、ｎチャネル型ＴＦＴ２０４と同様にＬＤＤ領域を
設け、ホットキャリア対策を講じることも可能である。

なお、電流制御用ＴＦＴ２０２としてｐチャネル型ＴＦＴを用いる場合には、ｐチャネ
ル型ＴＦＴ２０５と同じ構造のｐチャネル型ＴＦＴを用いれば良い。

また、ｎチャネル型ＴＦＴ２０４及びｐチャネル型ＴＦＴ２０５はそれぞれ第１層間絶
縁膜２０に覆われ、ソース配線４４、４５が形成される。また、ドレイン配線４６によっ
て両者は電気的に接続される。

次に、４７は第１パッシベーション膜であり、膜厚は１０ｎｍ〜１μm（好ましくは２
００〜５００ｎｍ）とすれば良い。材料としては、珪素を含む絶縁膜（特に窒化酸化珪素
膜又は窒化珪素膜が好ましい）を用いることができる。このパッシベーション膜４７は形
成されたＴＦＴをアルカリ金属や水分から保護する役割をもつ。最終的にＴＦＴの上方に
設けられるＥＬ層にはナトリウム等のアルカリ金属が含まれている。即ち、第１パッシベ
ーション膜４７はこれらのアルカリ金属（可動イオン）をＴＦＴ側に侵入させない保護層
としても働く。

また、４８は第２層間絶縁膜であり、ＴＦＴによってできる段差の平坦化を行う平坦化
膜としての機能を有する。第２層間絶縁膜４８としては、有機樹脂膜が好ましく、ポリイ
ミド、ポリアミド、アクリル樹脂もしくはＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）を用いると良い
。これらの有機樹脂膜は良好な平坦面を形成しやすく、比誘電率が低いという利点を有す
る。ＥＬ層は凹凸に非常に敏感であるため、ＴＦＴによる段差は第２層間絶縁膜で殆ど吸
収してしまうことが望ましい。また、ゲート配線やデータ配線とＥＬ素子の陰極との間に
形成される寄生容量を低減する上で、比誘電率の低い材料を厚く設けておくことが望まし
い。従って、膜厚は０．５〜５μm（好ましくは１．５〜２．５μm）が好ましい。

また、４９は透明導電膜でなる画素電極（ＥＬ素子の陽極）であり、第２層間絶縁膜４
８及び第１パッシベーション膜４７にコンタクトホール（開孔）を開けた後、形成された
開孔部において電流制御用ＴＦＴ２０２のドレイン配線３２に接続されるように形成され
る。なお、図２のように画素電極４９とドレイン領域２７とが直接接続されないようにし
ておくと、ＥＬ層のアルカリ金属が画素電極を経由して活性層へ侵入することを防ぐこと
ができる。

画素電極４９の上には酸化珪素膜、窒化酸化珪素膜または有機樹脂膜でなる第３層間絶
縁膜５０が０．３〜１μmの厚さに設けられる。この第３層間絶縁膜５０は画素電極４９
の上にエッチングにより開口部が設けられ、その開口部の縁はテーパー形状となるように
エッチングする。テーパーの角度は１０〜６０°（好ましくは３０〜５０°）とすると良
い。

第３層間絶縁膜５０の上にはＥＬ層５１が設けられる。ＥＬ層５１は単層又は積層構造
で用いられるが、積層構造で用いた方が発光効率は良い。一般的には画素電極上に正孔注
入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層の順に形成されるが、正孔輸送層／発光層／電子
輸送層、または正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／電子注入層のような構造
でも良い。本発明では公知のいずれの構造を用いても良いし、ＥＬ層に対して蛍光性色素
等をドーピングしても良い。

有機ＥＬ材料としては、例えば、以下の米国特許又は公開公報に開示された材料を用い
ることができる。米国特許第４，３５６，４２９号、 米国特許第４，５３９，５０７号
、 米国特許第４，７２０，４３２号、 米国特許第４，７６９，２９２号、 米国特許
第４，８８５，２１１号、 米国特許第４，９５０，９５０号、 米国特許第５，０５９
，８６１号、 米国特許第５，０４７，６８７号、 米国特許第５，０７３，４４６号、
米国特許第５，０５９，８６２号、 米国特許第５，０６１，６１７号、 米国特許第
５，１５１，６２９号、 米国特許第５，２９４，８６９号、 米国特許第５，２９４，
８７０号、特開平１０−１８９５２５号公報、特開平８−２４１０４８号公報、特開平８
−７８１５９号公報。

また、以下の論文に記載されたＥＬ材料を用いることもできる。
（１）T.Tsutsui, C.Adachi, S.Saito, Photochemical Processes in Organized Molec
ular Systems, ed.K.Honda, (Elsevier Sci.Pub., Tokyo,1991) p.437. （２）M.A.Bald
o, D.F.O'Brien, Y.You, A.Shoustikov, S.Sibley, M.E.Thompson, S.R.Forrest, Nature
395 (1998) p.151.上記論文に報告されたＥＬ材料（Ｐｔ錯体）の分子式を以下に示す。
（３）M.A.Baldo, S.Lamansky, P.E.Burrrows, M.E.Thompson, S.R.Forrest, Appl.Phy
s.Lett.,75 (1999) p.4. （４）T.Tsutsui, M.-J.Yang, M.Yahiro, K.Nakamura, T.Wata
nabe, T.tsuji, Y.Fukuda, T.Wakimoto, S.Mayaguchi, Jpn.Appl.Phys., 38 (12B) (1999
) L1502.

なお、ＥＬ表示装置には大きく分けて四つのカラー化表示方式があり、Ｒ（赤）Ｇ（緑
）Ｂ（青）に対応した三種類のＥＬ素子を形成する方式、白色発光のＥＬ素子とカラーフ
ィルター（着色層）を組み合わせた方式、青色又は青緑発光のＥＬ素子と蛍光体（蛍光性
の色変換層：ＣＣＭ）とを組み合わせた方式、陰極（対向電極）に透明電極を使用してＲ
ＧＢに対応したＥＬ素子を重ねる方式、がある。

図２の構造はＲＧＢに対応した三種類のＥＬ素子を形成する方式を用いた場合の例であ
る。なお、図２には一つの画素しか図示していないが、同一構造の画素が赤、緑又は青の
それぞれの色に対応して形成され、これによりカラー表示を行うことができる。

本発明は発光方式に関わらず実施することが可能であり、上記四つの全ての方式を本発
明に用いることができる。しかし、蛍光体はＥＬに比べて応答速度が遅く残光が問題とな
りうるので、蛍光体を用いない方式が望ましい。また、発光輝度を落とす要因となるカラ
ーフィルターもなるべく使わない方が望ましいと言える。

ＥＬ層５１の上にはＥＬ素子の陰極５２が設けられる。陰極５２としては、仕事関数の
小さいマグネシウム（Ｍｇ）、リチウム（Ｌｉ）若しくはカルシウム（Ｃａ）を含む材料
を用いる。好ましくはＭｇＡｇ（ＭｇとＡｇをＭｇ：Ａｇ＝１０：１で混合した材料）で
なる電極を用いれば良い。他にもＭｇＡｇＡｌ電極、ＬｉＡｌ電極、また、ＬｉＦＡｌ電
極が挙げられる。

陰極５２はＥＬ層５１を形成した後、大気解放しないで連続的に形成することが望まし
い。陰極５２とＥＬ層５１との界面状態はＥＬ素子の発光効率に大きく影響するからであ
る。なお、本明細書中では、画素電極（陽極）、ＥＬ層及び陰極で形成される発光素子を
ＥＬ素子と呼ぶ。

ＥＬ層５１と陰極５２とでなる積層体は、各画素で個別に形成する必要があるが、ＥＬ
層５１は水分に極めて弱いため、通常のフォトリソグラフィ技術を用いることができない
。従って、メタルマスク等の物理的なマスク材を用い、真空蒸着法、スパッタ法、プラズ
マＣＶＤ法等の気相法で選択的に形成することが好ましい。

なお、ＥＬ層を選択的に形成する方法として、インクジェット法やスクリーン印刷法等
を用いることも可能であるが、これらは現状では陰極の連続形成ができないので、上述の
方法の方が好ましいと言える。

また、５３は保護電極であり、陰極５２を外部の水分等から保護すると同時に、各画素
の陰極５２を接続するための電極である。保護電極５３としては、アルミニウム（Ａｌ）
、銅（Ｃｕ）若しくは銀（Ａｇ）を含む低抵抗な材料を用いることが好ましい。この保護
電極５３にはＥＬ層の発熱を緩和する放熱効果も期待できる。また、上記ＥＬ層５１、陰
極５２を形成した後、大気解放しないで連続的に保護電極５３まで形成することも有効で
ある。

また、５４は第２パッシベーション膜であり、膜厚は１０ｎｍ〜１μm（好ましくは２
００〜５００ｎｍ）とすれば良い。第２パッシベーション膜５４を設ける目的は、ＥＬ層
５１を水分から保護する目的が主であるが、放熱効果をもたせることも有効である。但し
、上述のようにＥＬ層は熱に弱いので、なるべく低温（好ましくは室温から１２０℃まで
の温度範囲）で成膜するのが望ましい。従って、プラズマＣＶＤ法、スパッタ法、真空蒸
着法、イオンプレーティング法又は溶液塗布法（スピンコーティング法）が望ましい成膜
方法と言える。

なお、図２に図示されたＴＦＴは全て、前述の本発明で用いるシリコン膜を活性層とし
て有することは言うまでもない。

本発明の主旨の一つは、ＴＦＴの活性層として結晶粒界の連続性が高く、結晶方位の揃
った特異な結晶構造でなるシリコン膜を用いることで高い動作速度を示すＴＦＴを形成し
、それにより駆動回路一体型のアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置の時分割階調表示を
行うというものである。従って、図２のＥＬ表示装置の構造に限定されるものではなく、
図２の構造は本発明を実施する上での好ましい形態の一つに過ぎない。

上記本発明で用いるシリコン膜を用いたＴＦＴは、高い動作速度を示すが故にホットキ
ャリア注入などの劣化も起こりやすい。そのため、図２のように、画素内において機能に
応じて構造の異なるＴＦＴ（オフ電流の十分に低いスイッチング用ＴＦＴと、ホットキャ
リア注入に強い電流制御用ＴＦＴ）を形成することは、高い信頼性を有し、且つ、良好な
画像表示が可能な（動作性能の高い）ＥＬ表示装置を作製する上で非常に有効である。

本発明の実施例について図５〜図８を用いて説明する。ここでは、画素部とその周辺に
設けられる駆動回路部のＴＦＴを同時に作製する方法について説明する。但し、説明を簡
単にするために、駆動回路に関しては基本単位であるＣＭＯＳ回路を図示することとする
。

まず、図５（Ａ）に示すように、下地膜（図示せず）を表面に設けた基板５０１を用意
する。本実施例では結晶化ガラス上に下地膜として１００ｎｍ厚の窒化酸化珪素膜を２０
０ｎｍ厚の窒化酸化珪素膜とを積層して用いる。この時、結晶化ガラス基板に接する方の
窒素濃度を１０〜２５ｗｔ％としておくと良い。勿論、下地膜を設けずに石英基板上に直
接素子を形成しても良い。

次に基板５０１の上に４５ｎｍの厚さのアモルファスシリコン膜５０２を公知の成膜法
で形成する。なお、アモルファスシリコン膜に限定する必要はなく、非晶質構造を含む半
導体膜（微結晶半導体膜を含む）であれば良い。さらに非晶質シリコンゲルマニウム膜な
どの非晶質構造を含む化合物半導体膜でも良い。

ここから図５（Ｃ）までの工程は本出願人による特開平１０−２４７７３５号公報を完
全に引用することができる。同公報ではＮｉ等の元素を触媒として用いた半導体膜の結晶
化方法に関する技術を開示している。

まず、開口部５０３a、５０３bを有する保護膜５０４を形成する。本実施例では１５０
ｎｍ厚の酸化珪素膜を用いる。そして、保護膜５０４の上にスピンコート法によりニッケ
ル（Ｎｉ）を含有する層（Ｎｉ含有層）５０５を形成する。このＮｉ含有層の形成に関し
ては、前記公報を参考にすれば良い。

次に、図５（Ｂ）に示すように、不活性雰囲気中で５７０℃１４時間の加熱処理を加え
、アモルファスシリコン膜５０２を結晶化する。この際、Ｎｉが接した領域（以下、Ｎｉ
添加領域という）５０６a、５０６bを起点として、基板と概略平行に結晶化が進行し、棒
状結晶が集まって並んだ結晶構造でなるポリシリコン膜５０７が形成される。この時点に
おいて、電子線回折写真には図１９（Ａ）に示したような｛１１０｝配向に対応する回折
斑点が観測されることが判っている。

次に、図５（Ｃ）に示すように、保護膜５０４をそのままマスクとして１５族に属する
元素（好ましくはリン）をＮｉ添加領域５０６a、５０６bに添加する。
こうして高濃度にリンが添加された領域（以下、リン添加領域という）５０８a、５０８b
が形成される。

次に、図５（Ｃ）に示すように、不活性雰囲気中で６００℃１２時間の加熱処理を加え
る。この熱処理によりポリシリコン膜５０７中に存在するＮｉは移動し、最終的には殆ど
全て矢印が示すようにリン添加領域５０８a、５０８bに捕獲されてしまう。これはリンに
よる金属元素（本実施例ではＮｉ）のゲッタリング効果による現象であると考えられる。

この工程によりポリシリコン膜５０９中に残るＮｉの濃度はＳＩＭＳ（質量二次イオン
分析）による測定値で少なくとも２×１０¹⁷atoms/cm³にまで低減される。Ｎｉは半導体
にとってライフタイムキラーであるが、この程度まで低減されるとＴＦＴ特性には何ら悪
影響を与えることはない。また、この濃度は殆ど現状のＳＩＭＳ分析の測定限界であるの
で、実際にはさらに低い濃度（２×１０¹⁷atoms/cm³以下）であると考えられる。

こうして触媒を用いた結晶化され、且つ、その触媒がＴＦＴの動作に支障を与えないレ
ベルにまで低減されたポリシリコン膜５０９が得られる。その後、このポリシリコン膜５
０９のみを用いた活性層５１０〜５１３をパターニング工程により形成する。なお、この
時、後のパターニングにおいてマスク合わせを行うためのマーカーを、上記ポリシリコン
膜を用いて形成すると良い。（図５（Ｄ））

次に、図５（Ｅ）に示すように、５０ｎｍ厚の窒化酸化シリコン膜をプラズマＣＶＤ法
により形成し、その上で酸化雰囲気中で９５０℃１時間の加熱処理を加え、熱酸化工程を
行う。なお、酸化雰囲気は酸素雰囲気でも良いし、ハロゲン元素を添加した酸素雰囲気で
も良い。

この熱酸化工程では活性層と上記窒化酸化シリコン膜との界面で酸化が進行し、約１５
ｎｍ厚のポリシリコン膜が酸化されて約３０ｎｍ厚の酸化シリコン膜が形成される。即ち
、３０ｎｍ厚の酸化シリコン膜と５０ｎｍ厚の窒化酸化シリコン膜が積層されてなる８０
ｎｍ厚のゲート絶縁膜５１４が形成される。また、活性層５１０〜５１３の膜厚はこの熱
酸化工程によって３０ｎｍとなる。

次に、図６（Ａ）に示すように、レジストマスク５１５を形成し、ゲート絶縁膜５１４
を介してｐ型を付与する不純物元素（以下、ｐ型不純物元素という）を添加する。ｐ型不
純物元素としては、代表的には１３族に属する元素、典型的にはボロンまたはガリウムを
用いることができる。この工程（チャネルドープ工程という）はＴＦＴのしきい値電圧を
制御するための工程である。

なお、本実施例ではジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）を質量分離しないでプラズマ励起したイオンド
ープ法でボロンを添加する。勿論、質量分離を行うイオンインプランテーション法を用い
ても良い。この工程により１×１０¹⁵〜１×１０¹⁸atoms/cm³（代表的には５×１０¹⁶〜
５×１０¹⁷atoms/cm³）の濃度でボロンを含む不純物領域５１６〜５１８が形成される。

次に、図６（Ｂ）に示すように、レジストマスク５１９a、５１９bを形成し、ゲート絶
縁膜５１４を介してｎ型を付与する不純物元素（以下、ｎ型不純物元素という）を添加す
る。なお、ｎ型不純物元素としては、代表的には１５族に属する元素、典型的にはリン又
は砒素を用いることができる。なお、本実施例ではフォスフィン（ＰＨ₃）を質量分離し
ないでプラズマ励起したプラズマドーピング法を用い、リンを１×１０¹⁸atoms/cm³の濃
度で添加する。勿論、質量分離を行うイオンインプランテーション法を用いても良い。

この工程により形成されるｎ型不純物領域５２０、５２１には、ｎ型不純物元素が２×
１０¹⁶〜５×１０¹⁹atoms/cm³（代表的には５×１０¹⁷〜５×１０¹⁸atoms/cm³）の濃度で
含まれるようにドーズ量を調節する。

次に、図６（Ｃ）に示すように、添加されたｎ型不純物元素及びｐ型不純物元素の活性
化工程を行う。活性化手段を限定する必要はないが、ゲート絶縁膜５１４が設けられてい
るので電熱炉を用いたファーネスアニール処理が好ましい。また、図６（Ａ）の工程でチ
ャネル形成領域となる部分の活性層／ゲート絶縁膜界面にダメージを与えてしまっている
可能性があるため、なるべく高い温度で加熱処理を行うことが望ましい。

本実施例の場合には耐熱性の高い結晶化ガラスを用いているので、活性化工程を８００
℃１時間のファーネスアニール処理により行う。なお、処理雰囲気を酸化性雰囲気にして
熱酸化を行っても良いし、不活性雰囲気で加熱処理を行っても良い。但し、この活性化工
程は必須ではない。

この工程によりｎ型不純物領域５２０、５２１の端部、即ち、ｎ型不純物領域５２０、
５２１の周囲に存在するｎ型不純物元素を添加していない領域（図６（Ａ）の工程で形成
されたｐ型不純物領域）との境界部（接合部）が明確になる。
このことは、後にＴＦＴが完成した時点において、ＬＤＤ領域とチャネル形成領域とが非
常に良好な接合部を形成しうることを意味する。

次に、２００〜４００ｎｍ厚の導電膜を形成し、パターニングしてゲート電極５２２〜
５２５を形成する。なお、ゲート電極は単層の導電膜で形成しても良いが、必要に応じて
二層、三層といった積層膜とすることが好ましい。ゲート電極の材料としては公知の導電
膜を用いることができる。

具体的には、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン
（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、導電性を有するシリコン（Ｓｉ）から選ばれた元素でなる膜、
または前記元素の窒化物でなる膜（代表的には窒化タンタル膜、窒化タングステン膜、窒
化チタン膜）、または前記元素を組み合わせた合金膜（代表的にはＭｏ−Ｗ合金、Ｍｏ−
Ｔａ合金）、または前記元素のシリサイド膜（代表的にはタングステンシリサイド膜、チ
タンシリサイド膜）を用いることができる。勿論、単層で用いても積層して用いても良い
。

本実施例では、５０ｎｍ厚の窒化タングステン（ＷＮ）膜と、３５０ｎｍ厚のタングス
テン（Ｗ）膜とでなる積層膜を用いる。これはスパッタ法で形成すれば良い。また、スパ
ッタガスとしてＸｅ、Ｎｅ等の不活性ガスを添加すると応力による膜はがれを防止するこ
とができる。

またこの時、ゲート電極５２３、５２５はそれぞれｎ型不純物領域５２０、５２１の一
部とゲート絶縁膜５１４を挟んで重なるように形成する。この重なった部分が後にゲート
電極と重なったＬＤＤ領域となる。なお、ゲート電極５２４a、５２４bは断面では二つに
見えるが、実際は電気的に接続されている。

次に、図７（Ａ）に示すように、ゲート電極５２２〜５２５をマスクとして自己整合的
にｎ型不純物元素（本実施例ではリン）を添加する。こうして形成される不純物領域５２
６〜５３２にはｎ型不純物領域５２０、５２１の１／２〜１／１０（代表的には１／３〜
１／４）の濃度でリンが添加されるように調節する。
具体的には、１×１０¹⁶〜５×１０¹⁸atoms/cm³（典型的には３×１０¹⁷〜３×１０¹⁸ato
ms/cm³）の濃度が好ましい。

次に、図７（Ｂ）に示すように、ゲート電極を覆う形でレジストマスク５３３a〜５３
３dを形成し、ｎ型不純物元素（本実施例ではリン）を添加して高濃度にリンを含む不純
物領域５３４〜５４０を形成する。ここでもフォスフィン（ＰＨ₃）を用いたイオンドー
プ法で行い、この領域のリンの濃度は１×１０²⁰〜１×１０²¹atoms/cm³（代表的には２
×１０²⁰〜５×１０²⁰atoms/cm³）となるように調節する。

この工程によってｎチャネル型ＴＦＴのソース領域若しくはドレイン領域が形成される
が、スイッチング用ＴＦＴは、図７（Ａ）の工程で形成したｎ型不純物領域５２９〜５３
１の一部を残す。この残された領域が、図２におけるスイッチング用ＴＦＴのＬＤＤ領域
１５a〜１５dに対応する。

次に、図７（Ｃ）に示すように、レジストマスク５３３a〜５３３dを除去し、新たにレ
ジストマスク５４１を形成する。そして、ｐ型不純物元素（本実施例ではボロン）を添加
し、高濃度にボロンを含む不純物領域５４２、５４３を形成する。ここではジボラン（Ｂ
₂Ｈ₆）を用いたイオンドープ法により３×１０²⁰〜３×１０²¹atoms/cm³（代表的には５
×１０²⁰〜１×１０²¹atoms/cm³ノ）濃度となるようにボロンを添加する。

なお、不純物領域５４２、５４３には既に１×１０²⁰〜１×１０²¹atoms/cm³の濃度で
リンが添加されているが、ここで添加されるボロンはその少なくとも３倍以上の濃度で添
加される。そのため、予め形成されていたｎ型の不純物領域は完全にＰ型に反転し、Ｐ型
の不純物領域として機能する。

次に、図７（Ｄ）に示すように、レジストマスク５４１を除去した後、第１層間絶縁膜
５４４を形成する。第１層間絶縁膜５４４としては、珪素を含む絶縁膜を単層で用いるか
、その中で組み合わせた積層膜を用いれば良い。また、膜厚は４００ｎｍ〜１．５μmと
すれば良い。本実施例では、２００ｎｍ厚の窒化酸化珪素膜の上に８００ｎｍ厚の酸化珪
素膜を積層した構造とする。

その後、それぞれの濃度で添加されたｎ型またはｐ型不純物元素を活性化する。活性化
手段としては、ファーネスアニール法が好ましい。本実施例では電熱炉において窒素雰囲
気中、５５０℃、４時間の熱処理を行う。

さらに、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で、３００〜４５０℃で１〜１２時間の熱
処理を行い水素化処理を行う。この工程は熱的に励起された水素により半導体膜の不対結
合手を水素終端する工程である。水素化の他の手段として、プラズマ水素化（プラズマに
より励起された水素を用いる）を行っても良い。

なお、水素化処理は第１層間絶縁膜５４４を形成する間に入れても良い。即ち、２００
ｎｍ厚の窒化酸化珪素膜を形成した後で上記のように水素化処理を行い、その後で残り８
００ｎｍ厚の酸化珪素膜を形成しても構わない。

次に、図８（Ａ）に示すように、第１層間絶縁膜５４４に対してコンタクトホールを形
成し、ソース配線５４５〜５４８と、ドレイン配線５４９〜５５１を形成する。なお、本
実施例ではこの電極を、Ｔｉ膜を１００ｎｍ、Ｔｉを含むアルミニウム膜を３００ｎｍ、
Ｔｉ膜１５０ｎｍをスパッタ法で連続形成した３層構造の積層膜とする。勿論、他の導電
膜でも良い。

次に、５０〜５００ｎｍ（代表的には２００〜３００ｎｍ）の厚さで第１パッシベーシ
ョン膜５５２を形成する。本実施例では第１パッシベーション膜５５２として３００ｎｍ
厚の窒化酸化シリコン膜を用いる。これは窒化シリコン膜で代用しても良い。

この時、窒化酸化シリコン膜の形成に先立ってＨ₂、ＮＨ₃等水素を含むガスを用いてプ
ラズマ処理を行うことは有効である。この前処理により励起された水素が第１層間絶縁膜
５４４に供給され、熱処理を行うことで、第１パッシベーション膜５５２の膜質が改善さ
れる。それと同時に、第１層間絶縁膜５４４に添加された水素が下層側に拡散するため、
効果的に活性層を水素化することができる。

次に、図８（Ｂ）に示すように、有機樹脂からなる第２層間絶縁膜５５３を形成する。
有機樹脂としてはポリイミド、アクリルもしくはＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）を使用す
ることができる。特に、第２層間絶縁膜５５３はＴＦＴが形成する段差を平坦化する必要
があるので、平坦性に優れたアクリル膜が好ましい。
本実施例では２．５μmの厚さでアクリル膜を形成する。

次に、第２層間絶縁膜５５３、第１パッシベーション膜５５２にドレイン配線５５１に
達するコンタクトホールを形成し、画素電極（陽極）５５４を形成する。本実施例では酸
化インジウム・スズ（ＩＴＯ）膜を１１０ｎｍの厚さに形成し、パターニングを行って画
素電極とする。また、酸化インジウムに２〜２０％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合した透明
導電膜を用いても良い。この画素電極がＥＬ素子の陽極となる。

次に、珪素を含む絶縁膜（本実施例では酸化珪素膜）を５００ｎｍの厚さに形成し、画
素電極５５４に対応する位置に開口部を形成して第３層間絶縁膜５５５を形成する。開口
部を形成する際、ウェットエッチング法を用いることで容易にテーパー形状の側壁とする
ことができる。開口部の側壁が十分になだらかでないと段差に起因するＥＬ層の劣化が顕
著な問題となってしまう。

次に、ＥＬ層５５６及び陰極（ＭｇＡｇ電極）５５７を、真空蒸着法を用いて大気解放
しないで連続形成する。 なお、ＥＬ層５５６の膜厚は８００〜２００ｎｍ（典型的には
１００〜１２０ｎｍ）、陰極５５７の厚さは１８０〜３００ｎｍ（典型的には２００〜２
５０ｎｍ）とすれば良い。

この工程では、赤色に対応する画素、緑色に対応する画素及び青色に対応する画素に対
して順次ＥＬ層及び陰極を形成する。但し、ＥＬ層は溶液に対する耐性に乏しいためフォ
トリソグラフィ技術を用いずに各色個別に形成しなくてはならない。そこでメタルマスク
を用いて所望の画素以外を隠し、必要箇所だけ選択的にＥＬ層及び陰極を形成するのが好
ましい。

即ち、まず赤色に対応する画素以外を全て隠すマスクをセットし、そのマスクを用いて
赤色発光のＥＬ層及び陰極を選択的に形成する。次いで、緑色に対応する画素以外を全て
隠すマスクをセットし、そのマスクを用いて緑色発光のＥＬ層及び陰極を選択的に形成す
る。次いで、同様に青色に対応する画素以外を全て隠すマスクをセットし、そのマスクを
用いて青色発光のＥＬ層及び陰極を選択的に形成する。なお、ここでは全て異なるマスク
を用いるように記載しているが、同じマスクを使いまわしても構わない。また、全画素に
ＥＬ層及び陰極を形成するまで真空を破らずに処理することが好ましい。

なお、ＥＬ層５５６としては公知の材料を用いることができる。公知の材料としては、
駆動電圧を考慮すると有機材料を用いるのが好ましい。例えば正孔注入層、正孔輸送層、
発光層及び電子注入層でなる４層構造をＥＬ層とすれば良い。
また、本実施例ではＥＬ素子の陰極としてＭｇＡｇ電極を用いた例を示すが、公知の他の
材料であっても良い。

また、保護電極５５８としてはアルミニウムを主成分とする導電膜を用いれば良い。保
護電極５５８はＥＬ層及び陰極を形成した時とは異なるマスクを用いて真空蒸着法で形成
すれば良い。また、ＥＬ層及び陰極を形成した後で大気解放しないで連続的に形成するこ
とが好ましい。

最後に、窒化珪素膜でなる第２パッシベーション膜５５９を３００ｎｍの厚さに形成す
る。実際には保護電極５５８がＥＬ層を水分等から保護する役割を果たすが、さらに第２
パッシベーション膜５５９を形成しておくことで、ＥＬ素子の信頼性をさらに高めること
ができる。

こうして図８（Ｃ）に示すような構造のアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置が完成す
る。なお、実際には、図８（Ｃ）まで完成したら、さらに外気に曝されないように気密性
の高い保護フィルム（ラミネートフィルム、紫外線硬化樹脂フィルム等）やセラミックス
製シーリングカンなどのハウジング材でパッケージング（封入）することが好ましい。そ
の際、ハウジング材の内部を不活性雰囲気にしたり、内部に吸湿性材料（例えば酸化バリ
ウム）を配置することでＥＬ層の信頼性（寿命）が向上する。

また、パッケージング等の処理により気密性を高めたら、基板上に形成された素子又は
回路から引き回された端子と外部信号端子とを接続するためのコネクター（ＴＡＢテープ
もしくはフレキシブルプリントサーキット：ＦＰＣ）を取り付けて製品として完成する。
このような出荷できる状態にまでしたＥＬ表示装置を本明細書中ではＥＬモジュールとい
う。

ここで本実施例のアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置の構成を図１１の斜視図を用い
て説明する。本実施例のアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置は、ガラス基板６０１上に
形成された、画素部６０２と、ゲート信号側駆動回路６０３と、データ信号側駆動回路６
０４で構成される。画素部のスイッチング用ＴＦＴ６０５はｎチャネル型ＴＦＴであり、
ゲート側駆動回路６０３に接続されたゲート配線６０６、データ信号側駆動回路６０４に
接続されたデータ配線６０７の交点に配置されている。また、スイッチング用ＴＦＴ６０
５のドレインは電流制御用ＴＦＴ６０８のゲートに接続されている。

さらに、電流制御用ＴＦＴ６０８のソースは電流供給線６０９に接続され、電流制御用
ＴＦＴ６０８のドレインはＥＬ素子６１０に接続されている。また、このＥＬ素子６１０
のカソード（陰極）には所定の電圧が加えられる。

そして、外部入出力端子となるＦＰＣ６１１には駆動回路まで信号を伝達するための入
力配線（接続配線）６１２、６１３、及び電流供給線６０９に接続された入力配線６１４
が設けられている。

さらに、ハウジング材をも含めた本実施例のＥＬモジュールについて図１２（Ａ）、（
Ｂ）を用いて説明する。なお、必要に応じて図１１で用いた符号を引用することにする。

基板１２００上には画素部１２０１、データ信号側駆動回路１２０２、ゲート信号側駆
動回路１２０３が形成されている。それぞれの駆動回路からの各種配線は、入力配線６１
２〜６１４を経てＦＰＣ６１１に至り外部機器へと接続される。

このとき少なくとも画素部、好ましくは駆動回路及び画素部を囲むようにしてハウジン
グ材１２０４を設ける。なお、ハウジング材１２０４はＥＬ素子の外寸よりも内寸が大き
い凹部を有する形状又はシート形状であり、接着剤１２０５によって、基板１２００と共
同して密閉空間を形成するようにして基板１２００に固着される。このとき、ＥＬ素子は
完全に前記密閉空間に封入された状態となり、外気から完全に遮断される。なお、ハウジ
ング材１２０４は複数設けても構わない。

また、ハウジング材１２０４の材質はガラス、ポリマー等の絶縁性物質が好ましい。例
えば、非晶質ガラス（硼硅酸塩ガラス、石英等）、結晶化ガラス、セラミックスガラス、
有機系樹脂（アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ系樹
脂等）もしくはシリコーン系樹脂が挙げられる。また、セラミックスを用いても良い。ま
た、接着剤１２０５が絶縁性物質であるならステンレス合金等の金属材料を用いることも
可能である。

また、接着剤１２０５の材質は、エポキシ系樹脂、アクリレート系樹脂等の接着剤を用
いることが可能である。さらに、熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂を接着剤として用いること
もできる。但し、可能な限り酸素、水分を透過しない材質であることが必要である。

さらに、ハウジング材と基板１２００との間の空隙１２０６は不活性ガス（アルゴン、
ネオン、ヘリウムもしくは窒素）を充填しておくことが望ましい。また、ガスに限らず不
活性液体（パーフルオロアルカンに代表されるの液状フッ素化炭素等）を用いることも可
能である。不活性液体に関しては特開平８−７８５１９号で用いられているような材料で
良い。

また、空隙１２０６に乾燥剤を設けておくことも有効である。乾燥剤としては特開平９
−１４８０６６号公報に記載されているような材料を用いることができる。典型的には酸
化バリウムを用いれば良い。

また、図１２（Ｂ）に示すように、画素部には個々に孤立したＥＬ素子を有する複数の
画素が設けられ、それらは全て保護電極１２０７を共通電極として有している。本実施例
では、ＥＬ層、陰極（ＭｇＡｇ電極）及び保護電極を大気解放しないで連続形成すること
が好ましいとしたが、ＥＬ層と陰極とを同じマスク材を用いて形成し、保護電極だけ別の
マスク材で形成すれば図１２（Ｂ）の構造を実現することができる。

このとき、ＥＬ層と陰極は画素部のみ設ければよく、駆動回路の上に設ける必要はない
。勿論、駆動回路上に設けられていても問題とはならないが、ＥＬ層にアルカリ金属が含
まれていることを考慮すると設けない方が好ましい。

なお、保護電極１２０７は１２０８で示される領域において、画素電極と同一材料でな
る接続配線１２０９を介して入力配線１２１０に接続される。入力配線１２１０は保護電
極１２０７に所定の電圧（本実施例では接地電位、具体的には０Ｖ）を与えるための電流
供給線であり、導電性ペースト材料１２１１を介してＦＰＣ６１１に接続される。

ここで領域１２０８におけるコンタクト構造を実現するための作製工程について図１３
を用いて説明する。

まず、本実施例の工程に従って図８（Ａ）の状態を得る。このとき、基板端部（図１２
（Ｂ）において１２０８で示される領域）において第１層間絶縁膜５４４及びゲート絶縁
膜５１４を除去し、その上に入力配線１２１０を形成する。勿論、図８（Ａ）のソース配
線及びドレイン配線と同時に形成される。（図１３（Ａ））

次に、図８（Ｂ）において第２層間絶縁膜５５３及び第１パッシベーション膜５５２を
エッチングする際に、１３０１で示される領域を除去し、且つ開孔部１３０２を形成する
。そして、開孔部１３０２を覆うようにして接続配線１２０９を形成する。勿論、この接
続配線１２０９は図８（Ｂ）において画素電極５５４と同時に形成される。（図１３（Ｂ
））

この状態で画素部ではＥＬ素子の形成工程（第３層間絶縁膜、ＥＬ層及び陰極の形成工
程）が行われる。この際、図１３に示される領域ではマスク等を用いて第３層間絶縁膜や
ＥＬ素子が形成されないようにする。そして、陰極５５７を形成した後、別のマスクを用
いて保護電極５５８を形成する。これにより保護電極５５８と入力配線１２１０とが接続
配線１２０９を介して電気的に接続される。
さらに、第２パッシベーション膜５５９を設けて図１３（Ｃ）の状態を得る。

以上の工程により図１２（Ｂ）の１２０８で示される領域のコンタクト構造が実現され
る。そして、入力配線１２１０はハウジング材１２０４と基板１２００との間を隙間（但
し接着剤１２０５で充填されている。即ち、接着剤１２０５は入力配線の段差を十分に平
坦化しうる厚さが必要である。）を通ってＦＰＣ６１１に接続される。なお、ここでは入
力配線１２１０について説明したが、他の入力配線６１２〜６１４も同様にしてハウジン
グ材１２０４の下を通ってＦＰＣ６１１に接続される。

本実施例では、画素の構成を図１（Ｂ）に示した構成と異なるものとした例を図１４に
示す。

本実施例では、図１（Ｂ）に示した二つの画素を、接地電位を与えるための電流供給線
１１０について対称となるように配置する。即ち、図１４に示すように、電流供給線１１
０を隣接する二つの画素間で共通化することで必要とする配線の本数を低減する。なお、
画素内に配置されるＴＦＴ構造等はそのままで良い。

このような構成とすれば、より高精細な画素部を作製することが可能となり、画像の品
質が向上する。

また、電流供給線１１０を共通化することで、電流供給線１１０の線幅のマージンが広
がり、画像の明るさを落とすことなく電流供給線１１０の線幅を広げることができる。そ
れにより電流供給線１１０の電圧降下の影響を低減することができ、画素の位置によって
電流供給線１１０から供給される電圧が異なるようなことを防ぐことが可能である。

なお、本実施例の構成は実施例１の作製工程に従って容易に実現することが可能である
。

本実施例では、図１と異なる構造の画素部を形成する場合について図１５を用いて説明
する。なお、第２層間絶縁膜４８を形成する工程までは実施例１に従えば良い。また、第
２層間絶縁膜４８で覆われたスイッチング用ＴＦＴ２０１、電流制御用ＴＦＴ２０２は図
１と同じ構造であるので、ここでの説明は省略する。

本実施例の場合、第２層間絶縁膜４８及び第１パッシベーション膜４７に対してコンタ
クトホールを形成したら、画素電極６１を形成する。本実施例では画素電極６１として、
２００ｎｍ厚のアルミニウム合金膜（１wt%のチタンを含有したアルミニウム膜）を設け
る。なお、画素電極の材料としては金属材料であれば如何なる材料でも良いが、反射率の
高い材料であることが好ましい。

そして、その上に酸化珪素膜でなる第３層間絶縁膜６２を３００ｎｍの厚さに形成し、
陰極６３として２３０ｎｍ厚のＭｇＡｇ電極、ＥＬ層６４として下から電子輸送層２０ｎ
ｍ、発光層４０ｎｍ、正孔輸送層３０ｎｍを形成する。但し、ＥＬ層６４は陰極６３より
も若干大きいパターンとなるように形成しておく必要がある。こうすることで陰極６３が
後に形成する陽極６５と短絡することを防ぐことができる。

このとき、陰極６３とＥＬ層６４はマルチチャンバー方式（クラスターツール方式とも
いう）の真空蒸着機を用いて大気解放しないで連続的に形成するが、まず第１マスクで全
画素に陰極６３を形成し、次いで第２マスクで赤色発光のＥＬ層を形成する。そして、第
２マスクを精密に制御しながらずらして順次緑色発光のＥＬ層、青色発光のＥＬ層を形成
する。

なお、ＲＧＢに対応する画素がストライプ状に並んでいる時は上記のような方法で第２
マスクをずらすだけで良いが、いわゆるデルタ配置と呼ばれる画素構造を実現するには、
緑色発光のＥＬ層用に第３マスク、青色発光のＥＬ層用に第４マスクを別途用いても構わ
ない。

こうしてＥＬ層６４まで形成したら、その上に透明導電膜（本実施例ではＩＴＯ膜に１
０wt%の酸化亜鉛を含有させた薄膜）でなる陽極６５を１１０ｎｍの厚さに形成する。こ
うしてＥＬ素子２０６が形成され、実施例１に示した材料でもって第２パッシベーション
膜６６を形成すれば図１５に示すような構造の画素が完成する。

本実施例の構造とした場合、各画素で生成された赤色、緑色又は青色の光はＴＦＴが形
成された基板とは反対側に放射される。そのため、画素内のほぼ全域、即ちＴＦＴが形成
された領域をも有効な発光領域として用いることができる。その結果、画素の有効発光面
積が大幅に向上し、画像の明るさやコントラスト比（明暗の比）が向上する。

なお、本実施例の構成は、実施例１、２のいずれの構成とも自由に組み合わせることが
可能である。

本実施例では、実施例１によって作製されたアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置の画
素構造の一例を説明する。説明には図１６を用いる。なお、図１６において図１又は図２
と対応する部分には適宜、図１又は図２の符号を引用する。

図１６において、２０１はスイッチング用ＴＦＴであり、ソース領域１３、ドレイン領
域１４、ゲート配線（ゲート電極を兼ねる）１０６を含む。また、２０２は電流制御用Ｔ
ＦＴであり、ソース領域２６、ドレイン領域２７、ゲート電極３０を含む。また、電流制
御用ＴＦＴ２０２と画素電極４９はドレイン配線３２を介して電気的に接続される。なお
、５１，５２で示される点線はＥＬ層５１と陰極５２の形成位置を示している。そして、
画素電極４９、ＥＬ層５１及び陰極５２でＥＬ素子２０３を形成している。

このとき、スイッチング用ＴＦＴ２０１のドレイン配線２２はコンタクト部１６０１に
て電流制御用ＴＦＴ２０２のゲート電極３０に電気的に接続される。また、そのゲート電
極３０は電流制御用ＴＦＴ２０２のソース配線３１と重なる部分において保持容量１１２
を形成する。このソース配線３１は電流供給線１１０に接続されている。

なお、本実施例において図１６に示した画素構造は本発明を何ら限定するものではなく
、好ましい一例に過ぎない。スイッチング用ＴＦＴ、電流制御用ＴＦＴ又は保持容量をど
のような位置に形成するかは実施者が適宜設計すれば良い。本実施例は、実施例１〜３の
いずれの構成とも自由に組み合わせて実施することが可能である。

本実施例では、アクティブマトリクス型ＥＬ表示装置の画素構造を実施例４とは異なる
構造とした場合の一例を説明する。具体的には、図１６に示した画素構造において、ゲー
ト配線の材料を異なるものとした例を図１７に示す。なお、図１７は図１６のゲート配線
の構成のみが異なるだけでその他は同じであるので、特に詳細な説明は省略する。

図１７において、７１a、７１bは実施例１のゲート電極と同様に窒化タングステン膜と
タングステン膜の積層膜で形成されたゲート電極である。これらは図１７に示すように各
々孤立したパターンとしても良いし、各々電気的に接続されたパターンとしても良いが、
形成された時点では電気的にフローティング状態にある。

ゲート電極７１a、７１bとしては窒化タンタル膜とタンタル膜の積層膜やモリブデンと
タングステンの合金膜など他の導電膜を用いても良い。しかしながら、３μm以下（好ま
しくは２μm以下）の微細な線幅を形成しうる加工性に優れた膜であることが望ましい。
また、ゲート絶縁膜を拡散して活性層中へ侵入するような元素を含む膜でないことが望ま
しい。

これに対して、ゲート配線７２としてゲート電極７１a、７１bよりも低抵抗な導電膜、
代表的にはアルミニウムを主成分とする合金膜や銅を主成分とする合金膜を用いる。ゲー
ト配線７２には特に微細な加工性は要求されない。また、活性層と重なることもないので
絶縁膜中を拡散しやすいアルミニウムや銅を含んでいても問題とはならない。

本実施例の構造とする場合、実施例１の図７（Ｄ）の工程において第１層間絶縁膜５４
４を形成する前に活性化工程を行えば良い。この場合、ゲート電極７１a、７１bが露呈し
た状態で熱処理を加えることになるが、十分に不活性な雰囲気、好ましくは酸素濃度が１
ppm以下である不活性雰囲気で熱処理を行う分にはゲート電極７１a、７１bが酸化される
ことはない。即ち、酸化により抵抗値が増加することもないし、除去の困難は絶縁膜（酸
化膜）で覆われてしまうようなこともない。

そして、活性化工程が終了したら、アルミニウム又は銅を主成分とする導電膜を形成し
、パターニングによりゲート配線７２を形成すればよい。この時点でゲート電極７１a、
７１bとゲート配線７２との接触する部分では良好なオーミックコンタクトが確保され、
ゲート電極７１a、７１bに所定のゲート電圧を加えることが可能となる。

本実施例の構造は、特に画像表示領域の面積が大きくなった場合において有効である。
その理由を以下に説明する。

本発明のＥＬ表示装置は１フレームを複数のサブフレームに分割して駆動するため、画
素部を駆動する駆動回路にかかる負担は大きい。これを低減するには画素部が有する負荷
（配線抵抗、寄生容量またはＴＦＴの書き込み容量など）を可能な限り低減することが好
ましい。

ＴＦＴの書き込み容量は本発明で用いるシリコン膜によって非常に動作性能の高いＴＦ
Ｔが実現できるためさほど問題とはならない。また、データ配線やゲート配線に付加され
る寄生容量は大部分がそれら配線の上に形成されたＥＬ素子の陰極（または保護電極）と
の間で形成されるが、この点については第２層間絶縁膜として比誘電率の低い有機樹脂膜
を１．５〜２．５μmという厚さで形成するので寄生容量は殆ど無視できる。

このことより本発明を画素部の面積の大きいＥＬ表示装置に実施する上で最も障害とな
るのはデータ配線やゲート配線の配線抵抗となる。勿論、データ信号側駆動回路を複数に
分割して並列処理をさせたり、画素部を挟んでデータ信号側駆動回路やゲート信号側駆動
回路を設けて双方向から信号を送り、実質的に駆動回路の動作周波数を落とすようなこと
も可能である。但し、その場合は駆動回路の専有面積が大きくなるなど別の問題が生じて
しまう。

従って、本実施例のような構造によってゲート配線の配線抵抗を極力低減することは、
本発明を実施する上で非常に有効である。なお、本実施例において図１７に示した画素構
造は本発明を何ら限定するものではなく、好ましい一例に過ぎない。また、本実施例は、
実施例１〜３のいずれの構成とも自由に組み合わせて実施することが可能である。

実施例１の図２に示した構造において、活性層と基板１１との間に設けられる下地膜１
２として、放熱効果の高い材料を用いることは有効である。特に電流制御用ＴＦＴは長時
間に渡って比較的多くの電流を流すことになるため発熱しやすく、自己発熱による劣化が
問題となりうる。そのような場合に、本実施例のように下地膜が放熱効果を有することで
ＴＦＴの熱劣化を抑制することができる。

放熱効果をもつ透光性材料としては、Ｂ（ホウ素）、Ｃ（炭素）、Ｎ（窒素）
から選ばれた少なくとも一つの元素と、Ａｌ（アルミニウム）、Ｓｉ（珪素）、Ｐ（リン
）から選ばれた少なくとも一つの元素とを含む絶縁膜が挙げられる。

例えば、窒化アルミニウム（ＡｌｘＮｙ）に代表されるアルミニウムの窒化物、炭化珪
素（ＳｉｘＣｙ）に代表される珪素の炭化物、窒化珪素（ＳｉｘＮｙ）
に代表される珪素の窒化物、窒化ホウ素（ＢｘＮｙ）に代表されるホウ素の窒化物、リン
化ホウ素（ＢｘＰｙ）に代表されるホウ素のリン化物を用いることが可能である。また、
酸化アルミニウム（ＡｌｘＯｙ）に代表されるアルミニウムの酸化物は透光性に優れ、熱
伝導率が２０Ｗｍ^-1Ｋ^-1であり、好ましい材料の一つと言える。なお、上記透光性材料に
おいて、ｘ、ｙは任意の整数である。

また、上記化合物に他の元素を組み合わせることもできる。例えば、酸化アルミニウム
に窒素を添加して、ＡｌＮｘＯｙで示される窒化酸化アルミニウムを用いることも可能で
ある。この材料にも放熱効果だけでなく、水分やアルカリ金属等の侵入を防ぐ効果がある
。なお、上記窒化酸化アルミニウムにおいて、ｘ、ｙは任意の整数である。

また、特開昭６２−９０２６０号公報に記載された材料を用いることができる。即ち、
Ｓｉ、Ａｌ、Ｎ、Ｏ、Ｍを含む絶縁膜（但し、Ｍは希土類元素の少なくとも一種、好まし
くはＣｅ（セリウム），Ｙｂ（イッテルビウム），Ｓｍ（サマリウム），Ｅｒ（エルビウ
ム），Ｙ（イットリウム）、Ｌａ（ランタン）、Ｇｄ（ガドリニウム）、Ｄｙ（ジスプロ
シウム）、Ｎｄ（ネオジウム）から選ばれた少なくとも一つの元素）を用いることもでき
る。これらの材料にも放熱効果だけでなく、水分やアルカリ金属等の侵入を防ぐ効果があ
る。

また、少なくともダイヤモンド薄膜又はアモルファスカーボン膜（特にダイヤモンドに
特性の近いもの、ダイヤモンドライクカーボンと呼ばれる。）を含む炭素膜を用いること
もできる。これらは非常に熱伝導率が高く、放熱層として極めて有効である。但し、膜厚
が厚くなると褐色を帯びて透過率が低下するため、なるべく薄い膜厚（好ましくは５〜１
００ｎｍ）で用いることが好ましい。

また、上記放熱効果をもつ材料からなる薄膜を単体で用いることもできるが、これらの
薄膜と、珪素を含む絶縁膜とを積層して用いても良い。

なお、本実施例の構成は、実施例１〜５のいずれの構成とも自由に組み合わせて実施す
ることが可能である。

実施例１ではＥＬ層として有機ＥＬ材料を用いることが好ましいとしたが、本発明は無
機ＥＬ材料を用いても実施できる。但し、現在の無機ＥＬ材料は非常に駆動電圧が高いた
め、そのような駆動電圧に耐えうる耐圧特性を有するＴＦＴを用いなければならない。

または、将来的にさらに駆動電圧の低い無機ＥＬ材料が開発されれば、本発明に適用す
ることは可能である。

また、本実施例の構成は、実施例１〜６のいずれの構成とも自由に組み合わせることが
可能である。

本発明を実施して形成されたアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置（ＥＬモジュール）
は、自発光型であるため液晶表示装置に比べて明るい場所での視認性に優れている。その
ため本発明は直視型のＥＬディスプレイ（ＥＬモジュールを組み込んだ表示ディスプレイ
を指す）の表示部として用いることが可能である。ＥＬディスプレイとしてはパソコンモ
ニタ、ＴＶ放送受信用モニタ、広告表示モニタ等が挙げられる。

また、本発明は上述のＥＬディスプレイも含めて、表示ディスプレイを部品として含む
あらゆる電子装置の表示部として用いることが可能である。

そのような電子装置としては、ＥＬディスプレイ、ビデオカメラ、デジタルカメラ、頭
部取り付け型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ等）、カーナビゲーション、パ
ーソナルコンピュータ、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話または電子書籍
等）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはコンパクトディスク（ＣＤ）、レーザ
ーディスク（ＬＤ）又はデジタルビデオディスク（ＤＶＤ）等の記録媒体を再生し、その
画像を表示しうるディスプレイを備えた装置）などが挙げられる。それら電子装置の例を
図１８に示す。

図１８（Ａ）はパーソナルコンピュータであり、本体２００１、筐体２００２、表示部
２００３、キーボード２００４を含む。本発明は表示部２００３に用いることができる。

図１８（Ｂ）はビデオカメラであり、本体２１０１、表示部２１０２、音声入力部２１
０３、操作スイッチ２１０４、バッテリー２１０５、受像部２１０６を含む。本発明を表
示部２１０２に用いることができる。

図１８（Ｃ）は頭部取り付け型のＥＬディスプレイの一部（右片側）であり、本体２３
０１、信号ケーブル２３０２、頭部固定バンド２３０３、表示モニタ２３０４、光学系２
３０５、表示部２３０６等を含む。本発明は表示部２３０６に用いることができる。

図１８（Ｄ）は記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはＤＶＤ再生装置）
であり、本体２４０１、記録媒体（ＣＤ、ＬＤまたはＤＶＤ等）２４０２、操作スイッチ
２４０３、表示部（ａ）２４０４、表示部（ｂ）２４０５を含む。表示部（ａ）は主とし
て画像情報を表示し、表示部（ｂ）は主として文字情報を表示するが、本発明はこれら表
示部（ａ）、（ｂ）に用いることができる。なお、記録媒体を備えた画像再生装置として
は、ＣＤ再生装置、ゲーム機器などに本発明を用いることができる。

図１８（Ｅ）は携帯型（モバイル）コンピュータであり、本体２５０１、カメラ部２５
０２、受像部２５０３、操作スイッチ２５０４、表示部２５０５を含む。本発明は表示部
２５０５に用いることができる。

また、将来的にＥＬ材料の発光輝度が高くなれば、フロント型若しくはリア型のプロジ
ェクターに用いることも可能となる。

以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子装置に適用すること
が可能である。また、本実施例の電子装置は実施例１〜７のどのような組み合わせからな
る構成を用いても実現することができる。

図２０に示した写真は本発明のＥＬ表示装置であり、本発明の時分割階調方式により画
像を表示している。なお、図２０（Ａ）は発光層として低分子系有機材料であるＡｌｑ₃
（トリス−８−キノリノラトアルミニウム錯体）を用いており、図２０（Ｂ）は発光層と
して高分子系有機材料であるＰＰＶ（ポリパラフェニレンビニレン）を用いている。また
、図２０に示したＥＬ表示装置の仕様は次の表のようになっている。

Claims (3)

1. 基板上方の、トランジスタ及び第１の配線と、
   前記トランジスタ及び前記第１の配線上方の、第１の絶縁層と、
   前記第１の絶縁層上方の、第１の電極及び第２の配線と、
   前記第１の電極の端部を覆う領域と、前記第２の配線の端部を覆う領域と、を有する第２の絶縁層と、
   前記第１の電極及び前記第２の絶縁層上方の、有機物を有する層と、
   前記有機物を有する層上方の、第２の電極と、
   前記第２の配線、前記第２の絶縁層、及び前記第２の電極上方の、第３の電極と、を有し、
   前記第２の配線は、前記第１の配線と電気的に接続され、
   前記第３の電極は、前記第２の配線と電気的に接続されていることを特徴とする表示装置。
2. 基板上方の、トランジスタ及び第１の配線と、
   前記トランジスタ及び前記第１の配線上方の、第１の絶縁層と、
   前記第１の絶縁層上方の、第１の電極及び第２の配線と、
   前記第１の電極の端部を覆う領域と、前記第２の配線の端部を覆う領域と、を有する第２の絶縁層と、
   前記第１の電極及び前記第２の絶縁層上方の、有機物を有する層と、
   前記有機物を有する層上方の、第２の電極と、
   前記第２の配線、前記第２の絶縁層、及び前記第２の電極上方の、第３の電極と、を有し、
   前記第１の絶縁層は、開口部を有し、
   前記第２の配線は、前記開口部において前記第１の配線と接する領域を有し、
   前記第３の電極は、前記開口部において前記第２の配線と接する領域を有することを特徴とする表示装置。
3. 請求項１又は２において、
   前記第２の絶縁層の端部は、角度が１０°以上６０°以下のテーパー形状を有することを特徴とする表示装置。

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