KR20010076294A - 표시시스템 및 전기 기구 - Google Patents

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Abstract

발광장치에서 발광소자의 휘도가 조절되는 표시시스템은 주변의 정보를 기초로 한다. 센서는 전기신호로서 주변의 정보를 얻는다. CPU는 먼저 설정된 비교자료를 기초로 하여, 정보신호를 EL소자의 휘도를 보정하기 위한 보정신호로 변환한다. 이 보정신호를 수신할 때, 전압가변기는 예정된 보정전위를 EL소자에 공급한다. 따라서, 이 표시시스템은 EL소자의 휘도를 제어할 수 있다.

Description

표시시스템 및 전기 기구{Display system and electrical appliance}
본 발명은 주변정보를 기초로 하여 밝기조정을 할 수 있는 전기기구 및 표시 시스템에 관한 것이다.
최근에, 전계발광(EL)소자를 사용한 표시장치(이하 EL표시장치)의 개발이 진행되고 있다. EL소자는 유기EL물질로부터 전계발광의 현상(형광 및 인광을 포함)을 이용하여 고안된 자가발광형이다. EL표시장치가 자가발광형이기 때문에, 액정표시장치에서처럼 백라이트(Backlight)가 필요하지 않고 큰 시야각을 가진다. 이런 이유에서, EL표시장치는 야외에서 사용되는 휴대용 장치에서 사용되기 위한 유망한 표시부로서 여겨진다.
EL표시장치의 형태에는 패시브형(단순 매트릭스형) 및 액티브형(액티브 매트릭스형)의 두 가지 형태가 있다. 이 두 가지 형태의 EL표시장치개발이 향상되고 있다. 특히, 액티브 매트릭스 EL표시장치가 현재 주목을 받고 있다. EL소자의 발광층을 형성하기 위한 유기물질은 저분자(단량체의)유기물질 및 고분자(중합체의)유기물질로 나뉘어진다. 이런 종류의 물질에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.
반도체 다이오드를 포함하며, 현재까지 공지된 EL표시장치 및 발광장치는 발광장치의 주변정보를 기초로 하여 발광장치의 발광소자의 발광을 제어하는 작용을 가지고 있지 않다.
본 발명은 위의 관점에서 구성되고, 본 발명의 목적은 예를 들어, 사용되는 EL표시장치의 주변정보 또는 EL표시장치를 사용하는 사용자의 생체정보를 기초로 한 EL표시장치 등의 발광장치의 발광제어를 할 수 있는 표시시스템을 제공하고, 표시시스템을 사용한 전기기구를 또한 제공하는 것이다.
도 1은 정보반응 EL표시시스템의 배치를 나타낸 도면;
도 2는 EL표시장치의 배치를 나타낸 도면;
도 3은 시분할 계조 표시방법의 동작을 나타낸 도면;
도 4는 EL표시장치 구조의 횡단면도;
도 5는 주변정보반응 EL표시시스템의 배치를 나타낸 도면;
도 6은 주변정보반응 EL표시시스템의 외형을 나타낸 도면;
도 7은 주변정보반응 EL표시시스템의 동작을 나타낸 순서도;
도 8은 EL표시장치 화소부의 횡단면도;
도 9는 각각 EL표시장치 패널의 상면도 및 회로도;
도 10은 EL표시장치의 제작처리를 나타낸 도면;
도 11은 EL표시장치의 제작처리를 나타낸 도면;
도 12는 EL표시장치의 제작처리를 나타낸 도면;
도 13은 EL표시장치의 기본 회로의 구조를 나타낸 도면;
도 14는 EL표시장치의 사시도;
도 15는 각각 도 A에서 나타낸 EL표시장치의 부분적으로 자른 상면도 및 횡단면도;
도 16은 생체정보반응 EL표시시스템의 외형을 나타낸 도면;
도 17은 생체정보반응 EL표시시스템의 사시도;
도 18은 생체정보반응 EL표시시스템의 동작을 나타낸 순서도;
도 19는 EL표시장치의 화소부 구조를 나타낸 횡단면도;
도 20은 전기기구의 예를 나타낸 도면; 및
도 21은 전기기구의 예를 나타낸 도면.
위의 기술(記述)된 문제점을 해결하기 위해 제공된 EL표시장치에서, 음극, EL층, 및 양극이 형성된 EL소자의 발광은 EL소자를 흐르는 전류를 조절하여 제어할 수 있고, EL소자에 흐르는 전류는 EL소자에 가해지는 전위를 변화시켜 제어할 수 있다.
본 발명에 의해, 이하에 기술되는 표시시스템이 사용된다.
먼저, EL표시장치가 사용되는 주변정보가 광다이오드 및 CdS 광전도성 셀(cell)등의 수광소자, CCD(Charge Coupled Device), 및 CMOS센서를 포함한 적어도 한 개의 센서에 의해 정보신호로서 얻어진다. 센서가 정보신호를 전기신호로서 중앙처리유닛(CPU)에 입력할 때, CPU는 EL소자의 발광을 조정하기 위해 EL소자에가해지는 전위를 제어하기 위한 신호로 전기신호를 변환한다. 이 명세서에서, CPU에 의해 출력되고 변환된 신호를 보정신호로 지칭한다. 이 보정신호는 전압 가변기에 입력되고 TFT에 연결된 측의 반대편 EL소자측에 가해지는 전위를 제어한다. 이 제어된 전위를 이하 보정전위로 지칭한다는 것을 주목하자.
EL표시 또는 전기기구는 위의 기술된 표시시스템이 주변정보를 기초로 하여 휘도(輝度)조정을 수행하기 위해 EL소자에 흐르는 전류를 제어하기 위해 사용되도록 제공될 수 있다.
이 명세서에서, 주변정보는 EL표시장치가 사용되는 환경의 주변정보, 및 EL표시장치를 사용하는 사용자의 생체정보를 포함한다. 또한, 주변정보는 밝기(가시광선 및/또는 자외선의 양), 온도, 습도 등의 정보를 포함하고, 생체정보는 사용자 눈의 충혈도, 맥박, 혈압, 체온, 홍채의 개구율 등의 정보를 포함한다.
본 발명에 의해, 디지털 구동시스템의 경우에 EL소자에 연결된 전압 가변기는 EL소자의 전위차를 제어하기 위해 주변정보를 기초로 한 보정전위를 공급하며 따라서 바라는 휘도를 얻는다. 다른 한편으로, 아날로그 구동시스템의 경우에 EL소자에 연결된 전압 가변기는 EL소자의 전위차를 제어하기 위해 주변정보를 기초로 한 보정전위를 공급하며, 아날로그신호의 전위는 조절된 전위차의 측면에서 대조가 최적화되도록 조절되고, 따라서 바라는 휘도가 얻어진다. 이런 방법들은 디지털 또는 아날로그 시스템을 사용하여 본 발명을 수행할 수 있게 한다.
위의 기술된 센서는 EL표시장치에 집적화로 형성될 수도 있다.
EL소자가 발광할 수 있도록, EL소자에 흐르는 전류를 제어하기 위한 전류제어용TFT는 전류제어용TFT의 구동을 제어하기 위한 스위치용TFT에 비해 큰 전류흐름을 가진다. TFT의 구동이 제어될 때, TFT의 게이트전극에 가해지는 전압이 TFT를 ON 또는 OFF 되도록 제어된다. 본 발명에 의해, 주변환경에 기초한 휘도를 줄일 필요성이 있을 때, 적은 전류가 전류제어 TFT에 흐르게 된다.
이 명세서에서 지칭되는 EL표시장치는 예를 들어, 삼층기저(triplet-based)의 발광장치 및/또는 단일기저의 발광장치를 포함한다.
도 1은 대략적으로 시분할 계조(階調)표시용 디지털 구동에 관하여 기술된, 본 발명에 의한 정보반응 EL표시장치용 표시시스템의 외형을 나타낸다. 도 1에 나타낸 대로, 표시시스템은 스위치장치로서 작용하는 박막 트랜지스터(2001)(이하 스위치용TFT로 지칭), EL소자(2003)에 공급되는 전류를 제어하는 장치로서 작용하는 TFT(2002)(이하 전류제어용TFT 또는 EL구동TFT로 지칭), 및 용량(2004)(보유용량 또는 보조용량으로 불림)을 가진다. 스위치용TFT(2001)는 게이트선(2005) 및 소스선(데이터 라인)(2006)에 연결된다. 전류제어용TFT(2002)의 드레인은 EL소자(2003)에 연결되는 반면에 소스는 전원공급선(2007)에 연결된다.
게이트선(2005)이 선별될 때, 스위치용TFT(2001)는 게이트에 가해진 전위에 의해 ON 되게 되고, 용량(2004)은 소스선(2006)의 데이터신호에 의해 충전하게 되며, 전류제어용TFT(2002)는 이때 게이트에 가해진 전위에 의해 ON 된다. 스위치용TFT(2001)의 OFF 후에, 전류제어용TFT(2002)의 ON 상태는 용량(2004)에 충전된 전하에 의해 유지된다. EL소자(2003)가 발광하는 반면에 전류제어용TFT(2002)는 ON상태로 유지된다. EL소자(2003)로부터 발광하는 빛의 양은 EL소자(2003)에 흐르는 전류에 의해 결정된다.
이런 상태에서 EL소자(2003)에 흐르는 전류는 전원공급선에 가해지는 전위(이 명세서에서는 EL구동전위로 지칭) 및 전압 가변기(2010)에 입력되는 보정신호에 의해 제어된 전위(이 명세서에서는 보정전위로 지칭)의 전위차에 의해 제어된다. 이 실시형태에서, EL구동전위는 일정하게 유지된다.
전압 가변기(2010)는 보정전위를 제어하기 위해 EL구동전원(2009)으로부터 공급되는 전압을 플러스 및 마이너스 수치사이에서 변환시킬 수 있다.
본 발명에 의한 계조 표시용 디지털 구동에서, 전류제어용TFT(2002)는 소스선(2006)으로부터 전류제어용TFT(2002)의 게이트에 공급되는 데이터신호에 의해 ON 또는 OFF 된다.
이 명세서에서, EL소자의 두 전극 중에서 TFT에 연결된 전극을 화소전극으로 지칭하는 반면에 다른 전극은 대향전극으로 지칭한다. 스위치(2015)가 ON될 때, 전압 가변기(2010)에 의해 제어된 보정전위는 대향전극에 가해진다. 화소전극에 가해지는 EL구동전위가 일정하기 때문에, 전류가 보정전위에 의해 EL소자에 흐르게 된다. 결론적으로, 보정전위는 EL소자(2003)가 바라는 휘도로 발광할 수 있도록 제어된다.
전압 가변기(2010)에 의해 공급되는 보정전위는 이하 기술되는 대로 결정된다.
먼저, 센서(2011)는 주변정보를 나타내는 아날로그신호를 얻어내고, A/D 변환기(2012)는 얻어진 아날로그신호를 중앙처리유닛(CPU)(2013)에 입력되는 디지털신호로 변환시킨다. 선행된 비교데이터를 기초로 하여, CPU(2013)는 입력된 디지털신호를 EL소자의 휘도를 보정하기 위한 보정신호로 변환한다. CPU(2013)에 의해 변환된 보정신호는 다시 아날로그형태로 되기 위해 D/A변환기(2014)에 입력된다. 이렇게 형성된 보정신호는 전압 가변기(2010)에 공급되며 예정된 보정전위가 보정신호에 따라 EL소자에 가해진다.
본 발명의 가장 중요한 특징은 센서(2011)를 액티브 매트릭스 EL표시장치에 첨부하고 센서(2011)에 의해 감지된 주변정보를 나타내는 신호를 근거로 전압 가변기(2010)에서 보정전위를 변화시켜 EL소자의 휘도 조정을 위의 기술된 방법에서 가능하게 한다. 따라서, 위의 기술된 표시시스템을 사용하는 EL표시에서 EL표시장치의 휘도는 주변정보를 근거로 하여 제어될 수 있다.
도 2A는 본 발명에 따른 액티브 매트릭스 EL표시장치의 배치를 대략적으로 나타낸 블록 다이어그램이다. 도 2A에 나타낸 액티브 매트릭스 EL표시장치는 기판에 부품으로서 형성된 TFT, 화소부(101), 데이터신호구동회로(102) 및 게이트신호구동회로(103)를 가진다. 데이터신호구동회로(102) 및 게이트신호구동회로(103)는 화소부(101)주위에 형성된다. 액티브 매트릭스 EL표시장치는 또한 화소부(101)에 입력되는 디지털데이터신호를 형성하기 위한 시분할 그레이스케일 데이터 신호발생회로(113)를 가진다.
다수의 화소(104)는 화소부(101)에서 매트릭스형태로 형성된다. 도 2B는 각 화소(104)의 확대된 다이어그램이다. 스위치용TFT(105) 및 전류제어용TFT(108)는 각 화소에 제공된다. 스위치용TFT(105)의 소스영역은 디지털데이터신호를 입력하는데이터배선(소스배선)(107)에 연결된다.
전류제어용TFT(108)의 게이트전극은 스위치용TFT(105)의 드레인 영역에 연결된다. 전류제어용TFT(108)의 소스영역은 전원공급선(110)에 연결되고, 전류제어용TFT(108)의 드레인 영역은 EL소자(109)에 연결된다. EL소자(109)는 전류제어용TFT(108)에 연결된 양극(화소전극) 및 양극에 반대로 EL층의 한 측에 제공되는 음극(대향전극)(111)을 가진다. 음극(111)은 전압 가변기에 연결된다.
스위치용TFT(105)는 n채널TFT 또는 p채널TFT로 될 수도 있다. 이 실시형태에서, 만약 전류제어용TFT(108)가 n채널TFT라면 전류제어용TFT(108)의 드레인이 EL소자(109)의 음극에 연결되는 연결구조가 바람직하다. 만약 전류제어용TFT(108)가 p채널TFT라면 전류제어용TFT(108)의 드레인이 EL소자(109)의 양극에 연결되는 연결구조가 바람직하다. 하지만, 전류제어용TFT(108)가 n채널TFT인 경우에서, 구조는 전류제어용TFT(108)의 소스가 EL소자(109)의 양극에 연결되게 할 수도 있다. 또한, 전류제어용TFT(108)가 p채널TFT인 경우에서, 구조는 전류제어용TFT(108)의 소스가 EL소자(109)의 음극에 연결되게 할 수도 있다.
또한, 저항체(나타내지 않음)가 전류제어용TFT(108)의 드레인영역 및 EL소자(109)의 양극(화소전극)사이에 제공될 수도 있다. 만약 이런 저항체가 제공된다면, 전류제어용TFT에서 EL소자로 공급되는 전류를 제어하여 전류제어용TFT의 특성에서 변동의 영향을 제거할 수 있다. 전류제어용TFT(108)의 ON상태의 저항에 비교해서 충분하게 큰 저항수치를 가진 저항소자는 위의 기술된 저항체로서 충분할 수도 있고, 저항값이 충분히 크기만 하면 저항소자의 구조 등이 특별히 제한되지않는다.
스위치용TFT(105)가 선택되지 않은 상태(OFF상태)에 있을 때 전류제어용TFT(108)에서 게이트전압을 유지하기 위해 용량(112)이 제공된다. 용량(112)은 스위치용TFT(105) 및 전원공급선(110) 사이를 연결한다.
데이터신호구동회로(102)는 기본적으로 시프트 레지스터(shift register)(102a), 래치1(latch)(102b) 및 래치2(102c)를 가진다. 클럭펄스(CK) 및 시작펄스(SP)는 시프트 레지스터(102a)에 입력되고, 디지털데이터신호는 래치1(102b)에 입력되고, 래치신호는 래치2(102c)에 입력된다. 비록 단 한 개의 데이터신호구동회로(102)가 도 2A에 나타낸 예에서 제공되지만, 본 발명에 의해 두 개의 데이터신호구동회로가 제공될 수도 있다.
각각의 게이트신호구동회로(103)는 시프트 레지스터(나타내지 않음), 버퍼(나타내지 않음) 등을 가진다. 비록 두 개의 게이트신호구동회로(103)가 도 2A에 나타낸 예에서 제공되지만, 본 발명에 의해 단 한 개의 게이트신호구동회로가 제공될 수도 있다.
시분할 계조 데이터신호 발생회로(113)(SPC: serial-to-parallel conversion circuit)에서, 아날로그 또는 디지털비디오신호(영상정보를 포함한 신호)는 시분할 계조 표시를 위한 디지털 데이터신호로 변환된다. 동시에, 시분할 계조 표시를 위해 필요한 시간펄스 등이 화소부에 입력되기 위해 발생한다.
시분할 계조 데이터신호발생회로(113)는 한 개의 프레임주기를 n비트에 연관되는 다수의 계조수준에 연관된 다수의 서브프레임(subframe)주기로 나누는 수단,다수의 서브프레임주기의 각각에서 애드레스(address)주기 및 지속(sustain)주기를 선택하기 위한 수단, 및 Ts1:Ts2:Ts3 :...:Ts(n-1):Ts(n) = 20: 2-1: 2-2:...: 2-(n-2): 2-(n-1)등의 Ts1에서 Tsn까지의 지속주기를 설정하기 위한 수단을 포함한다.
시분할 계조 데이터신호 발생회로(113)는 본 발명의 EL표시장치의 외부에 제공될 수도 있고 집적화되어 EL표시장치에 형성될 수도 있다. 시분할 계조 데이터신호발생회로(113)가 EL표시장치의 외부에 제공되는 경우에, EL표시장치의 외부에 형성된 디지털 데이터신호는 본 발명의 EL표시장치에 입력된다.
이런 경우에, 만약 본 발명의 EL표시장치가 전기기구의 표시로서 제공된다면, 본 발명에 의한 EL표시장치 및 시분할 계조 데이터신호발생회로가 전기기구에서 구별되는 부품으로 포함된다.
시분할 계조 데이터신호 발생회로(113)가 본 발명의 EL표시장치에 장착되기 위해 IC칩의 형태로 제공될 수도 있다. 이런 경우에 IC칩에서 형성된 디지털데이터신호는 본 발명의 EL표시장치에 입력된다. 시분할 계조 데이터신호발생회로를 포함한 이런 IC칩을 가진 본 발명의 EL표시장치가 전기기구에서 부품으로서 포함될 수도 있다.
마지막으로, 시분할 계조 데이터신호발생회로(113)가 화소부(101), 데이터신호구동회로(102) 및 게이트신호구동회로(103)가 형성된 기판 위에서 TFT로 형성될 수도 있다. 이런 경우에, 만약 영상정보를 가진 비디오신호만 EL표시장치에 입력되면, 전체신호처리가 기판 위에서 이루어질 수 있다. 말할 것도 없이, 시분할 계조데이터신호 발생회로가 본 발명에서 사용되는 다결정 실리콘막이 액티브 층으로 형성되는 TFT로 형성되는 것이 요구된다. 이런 방법으로 형성된 시분할 계조 데이터신호 발생회로를 가진 본 발명의 EL표시장치가 전기기구에서 표시로서 제공될 수도 있다. 이런 경우에, 시분할 계조 데이터신호 발생회로가 EL표시장치에 결합되기 때문에 전기기구는 크기가 작게 설정될 수 있다.
다음으로 시분할 계조 표시는 도 2A, 도 2B 및 도 3을 참조로 하여 기술된다. n비트 디지털구동방법을 이용한 2n계조 등급의 전체칼라표시경우는 예시의 방법에 의해 설명한다.
먼저, 한 개의 프레임주기는 도 3에 나타낸 대로 n개의 서브프레임주기(SF1 내지 SFn)로 나누어진다. 화소부에서 모든 화소가 하나의 영상을 형성하는 시간주기를 프레임주기로 불린다. 통상적인 EL표시에서 발진주파수는 60Hz 또는 그 이상이며, 즉 60이상의 프레임주기가 1초에 설정되고, 60이상의 영상프레임이 1초에 표시된다. 만약 1초에 표시되는 영상프레임의 수가 60보다 작다면, 영상 명멸(明滅)의 인식이 상당히 증가한다. 한 프레임주기의 분할로서 형성된 다수의 주기들의 각각을 서브프레임주기로 부른다.
계조 등급의 수가 증가하면, 한 개의 프레임을 분할하는 수는 증가하고 고주파수에서 작동하는 구동회로가 필요하게 된다.
한 개의 서브프레임주기는 애드레스주기(Ta) 및 지속주기(Ts)로 분할된다. 애드레스주기는 한 개의 서브프레임주기에서 모든 화소에 데이터를 입력하기 위해필요한 시간주기이다. 지속주기는 EL소자가 발광을 하게되는 동안의 시간주기(또한 점등주기로 부름)이다. 각각 n개의 서브프레임주기(SF1 내지 SFn)에 해당하는 애드레스주기는 길이에서 서로 같다. 서브프레임주기(SF1 내지 SFn)에 각각 해당하는 지속주기(Ts)는 Ts1 내지 Tsn으로 나타낸다.
지속주기(Ts1 내지 Tsn)의 길이는 Ts1:Ts2:Ts3:...:Ts(n-1):Ts(n)= 20: 2-1: 2-2:...: 2-(n-2): 2-(n-1)등으로 설정한다. 하지만, SF1 내지 SFn은 다른 순서로 나타낼 수도 있다. 2n계조 등급의 다른 표시가 지속주기의 조합을 선택하여 이루어질 수 있다.
각 EL소자에 흐르는 전류는 보정전위 및 EL구동전위사이의 전위차에 의해 결정되고, 이 전위차를 조절하여 EL소자의 휘도를 제어한다. 즉, 보정전위는 EL소자의 휘도를 제어하기 위해 제어될 수도 있다.
이 실시형태에 의한 EL표시장치를 더욱 자세하게 설명한다.
먼저, 전원공급선(110)은 일정한 EL구동전위로 유지된다. 이때 게이트신호는 게이트배선(106)에 연결된 모든 스위치용TFT(105)를 ON하기 위해 게이트배선(106)에 입력된다.
스위치용TFT(105)가 ON이 된 후에 또는 동시에 스위치용TFT(105)의 ON에서, "0" 또는 "1"의 정보수치를 가진 디지털데이터신호는 각 화소에서 스위치용TFT(105)의 소스영역에 입력된다.
디지털데이터신호가 스위치용TFT(105)의 소스영역에 입력될 때, 디지털데이터신호는 전류제어용TFT(108)의 게이트전극에 연결된 용량(112)에 입력되고 보유된다. 한 개의 애드레스주기는 디지털데이터신호가 모든 화소에 입력되는 시간주기이다.
애드레스주기가 끝날 때, 스위치용TFT(105)는 OFF되고 용량(112)에 의해 보유된 디지털데이터신호는 전류제어용TFT(108)의 게이트전극에 입력된다.
EL소자의 양극에 공급되는 전위가 음극에 공급되는 전위보다 높은 것이 더욱 바람직하다. 이 실시형태에서, 양극은 화소전극으로 전원공급선에 연결되는 반면에 음극은 전압 가변기에 연결된다. 따라서, EL구동전위가 보정전위보다 높은 것으로 요구된다.
반대로, 만약 음극이 화소전극으로서 전원공급선에 연결되고 양극은 전압 가변기에 연결되면, EL구동전위가 보정전위보다 낮은 것이 요구된다.
본 발명에서, 보정전위는 센서에 의해 감지된 주변환경을 나타내는 신호를 기초로 전압가변기를 통해 제어된다. 예를 들어, EL표시장치의 주위공간에서 명도는 광다이오드에 의해 감지된다. CPU에 의해 감지된 명도를 나타내는 신호를 EL소자의 휘도를 제어하기 위한 보정신호로 변환될 때, 이 신호는 전압 가변기에 입력되고 신호에 따라 보정전위가 변한다. 따라서, EL구동전위 및 보정전위 사이의 전위차가 변하고 EL소자의 휘도가 변한다.
이 실시형태에서, 한 화소에 입력되는 디지털데이터신호가 "0"의 정보를 가질 때, 전류제어용TFT(108)는 OFF상태로 설정되고 전원공급선(110)에 가해지는 EL구동전위는 EL소자(109)의 양극(화소전극)에 가해지지 않는다.
반대로, 디지털데이터신호가 "1"의 정보를 가질 때, 전류제어용TFT(108)는 ON상태로 설정되고 전원공급선(110)에 가해지는 EL구동전위는 EL소자(109)의 양극(화소전극)에 가해진다.
결론적으로, "0"의 정보를 가진 디지털데이터신호가 입력되는 한 화소에서 EL소자(109)가 발광하지 않는 반면에 "1"의 정보를 가진 디지털데이터신호가 입력되는 한 화소에서 EL소자(109)는 발광한다. 지속주기는 EL소자가 발광하는 동안의 시간주기이다.
각 EL소자는 주기(Ts1 내지 Tsn)의 몇 주기 동안 발광을 하게된다. 여기서 미리 예정된 화소가 주기Tsn동안 발광하는 것으로 가정한다.
이때, 또 다른 애드레스주기가 시작되고, 데이터신호가 모든 화소에 입력되며, 다른 지속주기가 시작된다. 이 지속주기는 Ts1 내지 Ts(n-1)중에 하나이다. 여기서는 미리 예정된 화소가 주기Ts(n-1)동안 발광하는 것으로 가정한다.
남은 (n-2)개의 서브프레임주기에 연관되어 같은 동작이 반복된다. 역시 지속주기Ts(n-2), Ts(n-3)...는 연속적으로 설정되고, 각 서브프레임동안 미리 예정된 화소가 발광하는 것으로 가정한다.
n개의 서브프레임주기가 지남으로서, 한 개의 프레임주기가 끝난다. 이때, 한 화소의 그레이스케일 등급은 화소가 발광하는 동안 지속주기, 즉,"1"의 정보를 가진 디지털데이터신호가 연관된 화소에 입력된 후에 각 화소가 발광하는 동안의 시간주기를 첨가하여 결정된다. 예를 들어, 화소가 모든 지속주기동안 발광할 때 만약 n=8 이고 휘도가 100%이면, 주기Ts1 및 주기Ts2를 선택하여 75%의 휘도가 얻어지고 이들 주기동안 화소는 발광하게 되며, 16%의 휘도가 얻어지는 화소가 주기Ts3, 주기Ts5 및 주기Ts8을 선택하여 얻어진다.
본 발명에서, 도 1에 나타낸 스위치(2015)는 각각의 애드레스주기동안 OFF되고 각각의 지속주기동안에는 ON이 된다.
다음으로, 도 4는 본 발명의 액티브 매트릭스 EL표시장치의 구조를 횡단면에서 보여진 대로 나타낸 개략적인 도면이다.
도 4를 참고로, 11은 기판을 나타내고 12는 절연막을 나타낸다. 절연막(12)은 EL표시장치의 부품이 형성되는 기저(이하 기저막으로 지칭)가 된다. 기판(11)으로, 투명한 기판, 전형적으로 유리기판, 석영기판, 유리세라믹기판, 또는 결정화된 유리기판이 사용될 수도 있다. 하지만, 제작처리가 이루어지는 동안 기판은 최고처리온도에 견딜 수 있는 것이 필요하다.
기저막(12)은 특히 이동성 이온이 함유된 기판 또는 전기적으로 전도성의 기판이 사용되는 경우에 유용하다. 만약 석영기판이 사용된다면 기저막(12)을 형성할 필요는 없다. 기저막(12)은 실리콘을 함유한 절연막이 될 수도 있다. 본 명세서에서, "실리콘을 함유한 절연막"은 실리콘 및 산소 및/또는 질소가 미리 예정된 비율로 구성된 물질로 형성된 절연막, 예를 들어 실리콘 산화막, 실리콘 질화물막, 또는 실리콘 산화질화물막( SiOxNy, x 및 y는 임의의 정수)을 나타낸다.
201로 나타낸 스위치용TFT는 n채널TFT로서 형성된다. 하지만, 선택적으로 스위치용TFT가 p채널TFT로 될 수도 있다. 202로 나타낸 전류제어용TFT는 도 4에 나타낸 구조에서 p채널TFT로서 형성된다. 이런 경우에, 전류제어용TFT의 드레인은 EL소자의 양극에 연결된다.
본 발명에서, 여하간 스위치용TFT를 n채널TFT로 한정할 필요는 없고, 전류제어용TFT를 p채널TFT로 한정할 필요는 없다. n채널형 및 p채널형에 의한 스위치용TFT 및 전류제어용TFT사이의 관계는 반대가 될 수도 있거나 스위치용TFT 및 전류제어용TFT가 모두 n채널형 또는 p채널형이 될 수도 있다.
스위치용TFT(201)은 소스영역(13), 드레인영역(14), LDD(lightly doped domains)(15a 내지 15d), 고농도불순물영역(16), 및 채널형성영역(17a 및 17b)을 포함한 액티브층 및 게이트절연막(18), 게이트전극(19a 및 19b), 제 1중간절연막(20), 소스선(21), 및 드레인선(22)으로 구성되어 있다. 게이트절연막(18) 또는 제 1중간절연막(20)은 기판 위의 모든 TFT에서 공통적으로 제공될 수도 있거나, 또는 회로 또는 장치에 따라 차이가 있을 수도 있다.
도 4에 나타낸 스위치용TFT(201)의 구조는 게이트전극(19a) 및 게이트전극(19b)이 전기적으로 연결되는 즉, 소위 이중게이트구조이다. 말할 필요 없이, 스위치용TFT(201)의 구조는 이중게이트구조와는 다른 삼중게이트구조 등의 소위 다중 게이트구조(직렬로 연결된 두 개 이상의 채널형성영역을 포함한 액티브층을 포함)로서 형성될 수도 있다.
다중게이트구조는 OFF전류를 감소하는데 상당히 효과적이다. 만약 스위치용TFT의 OFF전류가 적당하게 작은 값으로 한정되면, 도 2B에 나타낸 용량(112)의 필요한 정전용량(capacitance)을 줄일 수 있다. 즉, 용량(112)이 차지하는 공간을 줄일 수 있다. 따라서, 다중게이트구조는 EL소자(109)의 효과적인 발광면적을 증가시키는데 역시 효과적이다.
또한, 스위치용TFT(201)에서, LDD(15a 내지 15d)의 각각은 게이트전극(19a) 또는 게이트전극(19b)에 대향되지 않도록 중간에 위치한 게이트절연막(18)과 함께 형성된다. 이런 구조는 OFF전류를 줄이는데 상당히 효과적이다. LDD영역(15a 내지 15d)의 길이(폭)는 0.5 내지 3.5㎛, 전형적으로 2.0 내지 2.5㎛로 설정될 수도 있다.
채널형성영역 및 LDD영역사이에 오프셋(offset)영역(채널형성영역과 같은 구성을 가진 반도체 층으로 형성되고, 게이트전압이 가해지지 않음)을 제공하는 것이 또한 바람직하며, 그 이유는 이런 오프셋영역이 OFF전류를 줄이는데 역시 효과적이기 때문이다. 두 개 이상의 게이트전극을 가진 다중게이트구조의 경우에, 채널형성영역(소스 또는 드레인영역에서와 같은 불순물원소가 함유된 영역)사이에 제공되는 분리영역(16)은 OFF전류를 감쇠하는데 효과적이다.
전류제어용TFT(202)는 소스영역(26), 드레인영역(27), 채널형성영역(29), 게이트절연막(18), 게이트전극(30), 제 1중간절연막(20), 소스선(31) 및 드레인선(32)으로 구성된다. 단일게이트구조로서 나타낸 게이트전극(30)은 다중게이트전극으로서 선택적으로 형성될 수도 있다.
도 2B에 나타낸 대로, 스위치용TFT의 드레인은 전류제어용TFT의 게이트에 연결된다. 더욱 구체적으로, 도 4에 나타낸 전류제어용TFT(202)의 게이트전극(30)은 드레인배선(22)(또는 연결배선으로 지칭)을 지나 스위치용TFT(201)의드레인영역(14)에 전기적으로 연결된다. 또한, 소스배선(31)은 도 2B에 나타낸 전원공급선(110)에 연결된다.
또한, 전류제어용TFT(202)에 흐르게 될 수 있는 전류를 증가시키는 점에서, 전류제어용TFT(202)(특히 채널형성영역)의 액티브층의 막 두께(바람직하게는 50 내지 100nm이고 더욱 바람직하게는 60 내지 80nm)를 증가시키는 것이 효과적이다. 반대로, 스위치용TFT(201)의 OFF전류를 줄일 때는, 액티브층(특히 채널형성영역)의 막 두께(바람직하게는 20 내지 50nm이고 더욱 바람직하게는 25 내지 40nm)를 감소시키는 것이 효과적이다.
한 화소에서의 TFT구조를 기술한다. 구동회로는 역시 TFT구조의 형성과 함께 동시에 형성된다. 도 4는 또한 구동회로를 형성하는데 기본유닛이 되는 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)회로를 나타낸다.
도 4를 참고로, 동작속도를 가능하면 많이 감쇠되지 않으면서 핫캐리어(hot carrier)주입이 감소된 구조로 된 TFT가 CMOS회로에서 n채널TFT(204)로서 사용된다. 이 설명에서 지칭된 구동회로는 도 2에 나타낸 게이트신호구동회로(103) 및 데이터신호구동회로(102)에 연관된다. 말할 필요도 없이, 다른 논리회로(레벨시프터(level shifter), A/D변환기, 신호분할회로 등)가 역시 형성될 수 있다.
n채널TFT(204)의 액티브 층은 소스영역(35), 드레인영역(36), LDD영역(37) 및 채널형성영역(38)을 포함한다. LDD영역(37)은 게이트전극(39)에 대향하고 그 중간사이에 게이트절연막(18)이 위치한다. 본 명세서에서, LDD영역(37)은 또한 Lov영역으로 지칭한다.
LDD영역(37)은 요구되는 동작속도를 유지하기 위해 주어진 고려사항 때문에 n채널TFT(204)의 드레인영역측에만 형성된다. n채널TFT(204)의 OFF전류를 특별하게 고려할 필요는 없다. 더욱 중요한 것은 동작속도의 설정이다. 따라서, 저항요소를 최소로 하기 위해 전체LDD영역(37)이 게이트전극에 대향하도록 하는 것이 요구된다. 즉, 소위 오프셋이 설정되지 않게 된다.
CMOS회로에서 핫캐리어주입에 의한 p채널TFT(205)의 기능감소는 중요하지 않고, p채널TFT(205)에 LDD영역을 특별히 제공할 필요는 없다. 따라서 p채널TFT(205)의 구조는 소스영역(40), 드레인영역(41) 및 채널형성영역(42)을 포함한 액티브층 및 게이트절연막(18)과 게이트전극(43)이 액티브층 위에 형성되는 구조이다. 말할 필요도 없이, n채널TFT(204)에서와 같은 LDD를 제공하여 핫캐리어를 방어하기 위한 수단이 제공되는 것이 가능하다.
n채널TFT(204) 및 p채널TFT(205)는 제 1중간절연막(20)으로 도포되고, 소스배선(44 및 45)이 형성된다. n채널TFT(204) 및 p채널TFT(205)는 드레인배선(46)에 의해 서로 연결된다.
제 1패시베이션막은 47에 의해 나타낸 대로 형성된다. 패시베이션막(47)의 두께는 10nm 내지 1㎛(더욱 바람직하게는 200 내지 500nm)로 설정될 수도 있다. 패시베이션막(47)의 물질로서, 실리콘을 함유한 절연막(특히 바람직하게 실리콘 산화질화물막 또는 실리콘 질화물막)이 형성될 수도 있다. 패시베이션막(47)은 형성된 TFT를 알칼리금속 및 물로부터 보호하는 작용을 한다. 알칼리금속 예를 들어, 나트륨이 TFT위에 최종적으로 형성된 EL층에 포함된다. 즉, 패시베이션막(47)은 TFT로 이동하는 이런 알칼리금속(이동성이온)을 막기 위한 보호층으로 작용한다.
제 2중간절연막(48)은 TFT의 형성으로 나타나는 평평함의 차를 보정하기 위한 평탄화(leveling)막으로서 형성된다. 바람직하게, 제 2중간절연막(48)은 폴리미드, 폴리아미드, 아크릴수지, BCB(benzocyclobutene)등이 될 수도 있는 유기수지의 막이다. 이런 유기수지막은 쉽게 평탄한 면이 형성되고 작은 상대절연상수를 가지는 장점을 가진다. EL층은 불규칙성에 의해 상당히 쉽게 영향을 받을 수 있기 때문에, 제 2중간절연막이 TFT에 의한 평평함의 차를 거의 완벽하게 보정하는 것이 요구된다. 작은 상대적 절연상수를 가진 물질의 두꺼운 층을 게이트와 데이터배선 및 EL소자의 음극 사이에 형성된 기생용량(parasitic capacitance)을 줄이는데 효과적인 제 2중간절연막으로서 형성되는 것이 요구된다. 따라서, 막의 두께는 0.5 내지 5㎛(더욱 바람직하게 1.5 내지 2.5㎛)가 바람직하다.
투명한 전도성 막으로 형성된 화소전극(49)(EL소자의 양극)이 제공된다. 접촉구멍이 제 2중간절연막(48) 및 제 1패시베이션막(47)을 지나며, 화소전극(49)은 형성된 접촉구멍에서 전류제어용TFT(202)의 드레인배선(32)에 연결되도록 형성된다. 만약 도 4에서처럼 화소전극(49) 및 드레인 영역(27)이 간접적으로 연결되면, EL층의 알칼리금속이 화소전극(49)을 지나 액티브층으로 침투되는 것을 막을 수 있다.
실리콘 산화막, 실리콘 산화질화물막 또는 유기성 수지막으로 형성되고 0.3 내지 1㎛의 두께를 가진 제 3중간절연막(50)은 화소전극(49)위에 제공된다. 개구부는 개구부 에지(edge)가 경사지는 방식으로 에칭에 의해 화소전극(49)위의 제 3중간절연막(50)에서 형성된다. 경사각은 10 내지 60°(더욱 바람직하게는 30 내지 50°)가 바람직하다.
51로 나타낸 언급된 EL층은 제 3중간절연막(50)위에 제공된다. EL층(51)은 단일층 또는 다층의 구조형태로 제공된다. 만약 EL층(51)이 다층구조이면 발광효율은 높아진다. 통상적으로, 정공주입층, 정공전송층, 발광층, 및 전자전송층이 화소전극 위에서 이런 순서대로 형성된다. 하지만, 구조가 선택적으로 정공전송층, 발광층, 및 전자전송층 또는 정공주입층, 정공전송층, 발광층, 전자전송층 및 전자주입층이 형성되도록 할 수도 있다. 본 발명에서, 다른 공지된 구조가 이용될 수도 있고 EL층이 형광도료 등으로 도핑될 수도 있다.
본 발명에서 사용되는 유기EL물질은 미국특허번호 제 4356429호, 제 4539507호, 제 4720432호, 제 4769292호, 제 4885211호, 제 4950950호, 제 5059861호, 제 5047687호, 제 5073446호, 제 5059862호, 제 5061617호, 제 5151629호, 제 5294869호 및 제 5294870호 및 일본특허공개공보 평 10-189525호, 평 8-241048호 및 평 8-78159호에 공개된 것으로부터 선택될 수도 있다.
EL표시장치용 다중칼라표시방식은 일반적으로 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)에 해당하는 EL소자의 세가지형태를 형성하는 방식, 백색발광용 EL소자 및 칼라필터의 조합을 사용한 방식, 청색 또는 청녹색발광용 EL소자 및 형광체(형광성 색변환 물질의 층:CCM)의 조합을 사용한 방식, 및 투명한 전극을 음극(대향전극)으로서 사용하여 RGB에 해당하는 EL소자를 중첩하는 방식의 네가지방식으로 나타낸다.
도 4에 나타낸 구조는 RGB에 해당하는 EL소자의 세가지형태를 형성하는 방식에 의한 예이다. 비록 단 하나의 화소가 도 4에 나타나지만, 같은 구조의 화소가 각각 적색, 녹색 및 청색을 표시할 수 있도록 형성될 수도 있고, 따라서 다중칼라표시가 가능하다.
본 발명은 발광방식에 상관없이 적용될 수 있고 위의 기술된 방식의 각각이 본 발명에서 사용될 수 있다. 하지만, 형광체는 EL물질보다 응답속도가 낮고 잔광의 문제점을 나타낸다. 따라서 형광체를 사용하지 않는 방식이 바람직하다. 또한 휘도의 감쇠를 일으키는 칼라필터의 사용을 피하는 것이 요구된다고 말할 수 있다.
EL소자의 음극(52)은 EL층(51)에 형성된다. 음극(52)을 형성하기 위해, 마그네슘(Mg), 리튬(Li) 또는 칼슘(Ca)을 함유한 작은 일함수의 물질이 사용된다. 바람직하게, MgAg(Mg:Ag=10:1의 비율로 혼합된 물질)로 형성된 전극이 사용된다. 음극(52)의 다른 예는 MgAgAl전극, LiAl전극 및 LiFAl전극이다.
EL층(51)의 형성 후에 EL층이 대기 중에 노출되지 않고 음극(52)이 즉시 형성되는 것이 요구된다. 이것은 음극(52) 및 EL층(51)사이의 접촉면상태가 EL소자의 발광효율에 상당하게 영향을 주기 때문이다. 본 명세서에서, 화소전극(양극), EL층 및 음극으로 형성된 발광소자를 EL소자로서 지칭한다.
각각 EL층(51) 및 음극(52)으로 구성된 다층구조는 각 화소에서 서로 분리되어 형성되어야한다. 하지만, EL층(51)은 수분에 의해 매우 쉽게 품질이 바뀔 수 있고 통상적인 광리소그래피 기술은 다층구조를 형성하는데 사용될 수는 없다. 따라서, 금속마스크등의 마스크와 함께, 진공기상증착법, 스퍼터링, 또는 플라즈마 화학적 기상증착법(plasma CVD)의 기상증착법에 의해 다층구조를 선택적으로 형성하는 것이 바람직하다.
부수적으로, EL층이 잉크젯방식, 스크린인쇄방식, 스핀코팅방식 등을 사용하여 선택적으로 형성된 후에 음극이 증착, 스퍼터링 또는 플라즈마CVD의 기상증착법에 의해 형성되는 것이 가능할 수도 있다.
보호전극(53)은 EL표시장치의 외부에 존재하는 습기 등으로부터 음극(52)을 보호하고 화소의 연결을 위한 전극으로서 사용되기 위해서 제공된다. 보호전극(53)을 형성하기 위해, 알루미늄(Al), 구리(Cu) 또는 은(Ag)을 함유한 낮은 저항의 물질이 사용되는 것이 바람직하다. 보호전극(53)은 역시 EL층으로부터 발생하는 열을 발산할 수 있다. 또한, EL층(51) 및 음극(52)의 형성 후에 형성된 층을 대기에 노출됨이 없이 즉시 보호전극(53)을 형성하는 것이 유익하다.
제 2패시베이션막(54)이 형성되며 제 2패시베이션막(54)의 두께는 10nm 내지 1㎛(더욱 바람직하게, 200 내지 500nm)로 설정될 수도 있다. 제 2패시베이션막(54)은 주로 EL층(51)을 습기로부터 보호한다. 제 2패시베이션막(54)을 열발산용으로 사용하는 것이 역시 유익하다. 하지만, EL층은 위에 언급한대로 열에 견고하지 않기 때문에, 상대적으로 낮은 온도(바람직하게 실온내지 120°의 범위)에서 제 2패시베이션막(54)을 형성하는 것이 요구된다. 따라서, 플라즈마CVD, 스퍼터링, 진공기상증착법, 이온도금법 또는 용액도포법(스핀코팅)이 제 2패시베이션막(54)을 형성하기 위한 방법으로 바람직하다.
본 발명의 요지는 다음과 같다. 액티브 매트릭스EL표시장치에서, 센서에 의해 환경의 변화가 감지되고, 각 EL소자의 휘도는 환경변화의 정보를 기초로 하여 EL소자에 흐르는 전류의 조절을 통해 제어된다. 따라서, 본 발명은 도 4에 나타낸 EL표시장치의 구조에 한정되지는 않는다. 도 4에 나타낸 구조는 본 발명의 바람직한 실시형태의 하나일 뿐이다.
[실시예 1]
본 발명은 주변정보신호를 얻기 위해 광다이오드, CdS광전도성 셀(황화카드뮴 광전도성 셀), CCD(charge-coupled device) 또는 CMOS센서 등의 수광소자로 감지하는 표시시스템을 가진 EL표시에 관한 것이다. 도 5는 개략적으로 시스템의 형태를 나타낸다. 노트북컴퓨터에서 표시부로서 장착된 EL표시장치(502)를 가진 명도반응EL표시(501)를 나타난다. 광다이오드(503)는 주변명도정보신호를 얻기 위해 주변의 명도를 감지한다. 주변정보신호는 광다이오드(503)에 의해 아날로그전기신호로서 얻어지고 A/D변환회로(504)로 입력된다. 아날로그정보신호에서 A/D변환회로(504)에 의해 변환된 디지털주변정보신호는 CPU(505)로 입력된다. CPU(505)에서, 바라는 명도를 얻기 위해서 입력된 주변정보신호는 보정신호로 변환된다. 보정신호는 아날로그보정신호로 변환되기 위해 D/A변환회로(506)에 입력된다. 아날로그보정신호가 전압가변기(507)에 입력될 때, 보정신호에 의해 결정되는 보정전위가 EL소자에 가해진다.
이 실시예의 명도반응EL표시는 CdS광전도셀 등의 수광소자, 광다이오드와는 다른 CCD 또는 사용자의 생체정보를 얻고 생체정보신호로 변환하기 위한 CMOS센서, 음성 또는 음향을 출력하기 위한 스피커 및/또는 헤드셋, 영상신호를 공급용 비디오카세트녹음기, 및 컴퓨터를 포함할 수도 있다.
도 6은 표시부(702), 광다이오드(703), 전압가변기(704), 키보드(705)등을 포함하는 명도반응EL표시장치(701)로서 나타낸 이 실시예의 명도반응EL표시장치의 외형을 나타낸다. 이 실시예에서, EL표시장치는 표시부(702)로서 사용된다.
비록 도 6에서 특별한 영역에 하나의 광다이오드(703)만 나타나지만 주변의 명도를 감지하기 위한 특정한 개수의 광다이오드(703)는 특별하게 제한되지는 않고 EL표시의 적당한 영역에 장착될 수도 있다.
다음으로 이 실시예의 명도반응EL표시의 동작 및 작용은 도 5를 참고로 기술된다. 이 실시예의 명도반응EL표시의 통상적인 사용에서, 영상신호는 외부장치로부터 EL표시장치로 공급된다. 외부장치는 예를 들어, 개인용 컴퓨터, 이동성 정보단말기, 또는 비디오카세트녹음기 이다. 사용자는 EL표시장치에서 표시되는 영상을 본다.
이 실시예의 명도반응EL표시(501)는 주변의 명도를 주변정보신호로서 감지하고, 주변정보신호를 전기신호로 변환하기 위한 광다이오드(503)를 가진다. 광다이오드(503)에 의해 얻어진 전기신호는 A/D변환기(504)에 의해 디지털주변정보신호로 변환된다. 변환된 디지털 정보신호는 CPU(505)에 입력된다. CPU(505)는 입력된 주변정보신호를 선행된 비교 데이터설정을 기초로 EL소자의 발광을 보정하기 위한 보정신호로 변환한다. CPU(505)에 의해 얻어진 보정신호는 아날로그보정신호로 변환되기 위해 D/A변환기(506)에 입력된다. 이 아날로그보정신호가 전압가변기(507)에 입력될 때, 전압가변기(507)는 예정된 보정전위를 EL소자에 공급한다.
따라서, EL구동전위 및 보정전위 사이의 전위차는 주변의 명도에 따라 EL소자의 휘도가 변하도록 제어된다. 더욱 구체적으로, 주변이 밝을 때는 EL소자의 휘도가 증가하고, 주변이 어두울 때는 휘도가 감소한다.
도 7은 이 실시예의 명도반응EL표시의 동작을 나타내는 순서도이다. 이 실시예의 명도반응EL표시에서, 외부장치(예를 들어, 개인용 컴퓨터 또는 비디오 카세트녹음기)로부터의 영상신호는 대체로 EL표시장치에 공급된다. 또한, 이 실시예에서, 광다이오드는 주변의 명도를 감지하고 전기신호로서 주변정보신호를 A/D변환기로 출력하며, A/D변환기는 변환된 디지털 전기신호를 CPU에 입력한다. 또한, CPU는 입력된 신호를 주변명도를 나타내는 보정신호로 변환하며, D/A변환기는 보정신호를 아날로그보정신호로 변환한다. 전압가변기에 이 보정신호가 공급될 때, EL소자에 바라는 보정전위가 공급되며 따라서 EL표시장치의 휘도가 제어된다.
위의 기술된 처리가 반복적으로 이루어진다.
이 실시예는 주변명도의 정보를 기초로 한 EL표시의 휘도 제어를 할 수 있도록 위의 기술된 대로 수행될 수 있다. 따라서, EL소자의 과도한 휘도를 방지하고 EL소자에 흐르는 큰 전류에 의한 EL소자의 기능감소를 막는 것이 가능하다.
도 8은 이 실시예에 의한 EL표시 화소부의 횡단면도이며, 도 9A는 EL표시 화소부의 상면도, 도 9B는 EL표시 화소부의 회로도이다. 실제로, 다수의 화소가 매트릭스의 형태로 배열되어 화소부(영상표시부)를 형성한다. 도 8은 도 9A의 A-A'선을 따라 나타낸 단면도이다. 참조부호는 상호참조를 위해 도 8, 도 9A 및 도 9B에서 공통적으로 사용된다. 도 9A의 상면도에 나타낸 두 개의 화소는 구조적으로 동일하다.
도 8을 참고로, 기판은 11로 나타내고 절연막은 12로 나타낸다. 절연막(12)은 EL표시부품이 제작된 기저(이하 기저막으로 지칭)이다. 기판(11)으로, 유리기판, 유리세라믹기판, 석영기판, 실리콘기판, 세라믹기판, 금속기판 또는 플라스틱기판(플라스틱막 포함)이 사용될 수도 있다.
기저막(12)은 특히 이동성 이온이 함유된 기판 또는 전기적으로 전도성인 기판이 사용되는 경우에 유용하다. 만약 석영기판이 사용된다면 기저막(12)을 형성할 필요가 없다. 기저막(12)은 실리콘을 함유한 절연막이 될 수도 있다. 본 명세서에서, "실리콘을 함유한 절연막"이란 미리 예정된 비율로 실리콘, 산소 및/또는 질소의 구성물질, 예를 들어 실리콘 산화막, 실리콘 질화물막, 또는 실리콘 산화질화물막( SiOxNy로 나타내는)으로 형성된 절연막을 지칭한다.
기저막(12)은 TFT에 의해 발생하는 열을 발산하기 위한 열발산효과를 가지도록 형성될 수도 있다. 이것은 TFT 또는 EL소자의 기능감소를 막는 데 효과적이다. 이런 열발산효과를 얻기 위해, 다른 공지된 물질이 사용될 수도 있다.
이 실시예에서, 두 개의 TFT가 한 화소에 형성된다. 즉, 스위치용TFT(201)가 n채널TFT로서 형성되고, 전류제어용TFT(202)는 p채널TFT로서 형성된다.
본 발명에서, 스위치용TFT를 n채널TFT로, 전류제어용TFT를 p채널TFT로 제한할 필요는 없다. 스위치용TFT를 p채널TFT로서, 전류제어용TFT를 n채널TFT로서 형성하거나 또는 스위치용TFT 및 전류제어용TFT를 n채널TFT 또는 p채널TFT로서 형성할수 있다.
스위치용TFT(201)는 소스영역(13), 드레인영역(14), LDD영역(15a 내지 15d), 고농도불순물영역(16) 및 채널형성영역(17a 및 17b)을 포함한 액티브층, 게이트 절연막(18), 게이트전극(19a 및 19b), 제 1중간절연막(20), 소스배선(21), 및 드레인배선(22)으로 구성된다.
도 9A 및 도 9B에 나타낸 대로, 게이트전극(19a 및 19b)은 다른 물질(게이트전극(19a 및 19b)의 물질보다 낮은 저항의 물질)로 형성된 게이트배선(211)에 의해 전기적으로 연결된다. 즉, 소위 이중게이트 구조로 형성된다. 말할 필요도 없이, 이중게이트구조와는 다른 삼중게이트구조 등의 소위 다중게이트구조(직렬로 연결된 두 개 이상의 채널형성영역을 포함한 액티브층을 포함)가 형성될 수도 있다. 다중게이트구조는 OFF전류를 감소시키는 데 상당히 효과적이다. 본 발명에 의해, 화소스위치장치(201)는 다중게이트구조를 형성하여 작은 OFF전류스위치장치로서 실현된다.
액티브 층은 결정구조를 포함한 반도체 막으로 형성된다. 즉, 액티브 층이 단결정 반도체막, 다결정 반도체막 또는 미세결정 반도체막으로 형성될 수도 있다. 게이트 절연막(18)은 실리콘을 함유한 절연막으로 형성될 수도 있다. 또한, 다른 전도성 막이 게이트전극, 소스배선 또는 드레인배선을 형성하기 위해 사용될 수 있다.
또한, 스위치용TFT(201)에서, 각각의 LDD(15a 내지 15d)가 LDD영역이 중간에 위치하는 게이트절연막(18)과 함께 게이트전극(19a 또는 19b)에 대향되지 않도록형성된다. 이런 구조는 OFF전류를 감소시키는 데 상당히 효과적이다. 오프셋영역이 OFF전류를 감소시키는 데 역시 효과적이기 때문에, 채널형성영역 및 LDD영역사이에 오프셋영역(채널형성영역과 같은 구성을 가진 반도체 층으로 형성되고, 게이트전압이 가해지지 않은)을 제공하는 것이 또한 바람직하다. 두 개 이상의 게이트전극을 가진 다중게이트구조의 경우에, 채널형성영역사이에 제공된 고농도불순물영역이 OFF전류를 감소시키는데 효과적이다.
위에 기술된 대로, 다중게이트구조의 TFT는 화소스위치장치(201)로서 사용되고, 따라서 적당하게 작은 OFF전류를 가진 스위치장치가 실현된다. 따라서, 전류제어용TFT용 게이트전압은 일본특허공보 평10-189252의 도 2에 나타낸 대로 용량이 없이 충분하게 긴 시간(화소가 선택된 순간에서부터 다음 화소가 선택될 때까지)동안 유지된다.
전류제어용TFT(202)는 소스영역(27), 드레인영역(26) 및 채널형성영역(29)을 포함한 액티브층, 게이트절연막(18), 게이트전극(35), 제 1중간절연막(20), 소스배선(31), 및 드레인배선(32)으로 구성된다. 단일 게이트구조로서 나타낸 게이트전극(30)은 선택적으로 다중게이트구조로서 형성될 수도 있다.
도 8에 나타낸 대로, 스위치용TFT(201)의 드레인배선(22)은 게이트배선(35)을 지나 전류제어용TFT(202)의 게이트전극(30)에 연결된다. 더욱 구체적으로, 전류제어용TFT(202)의 게이트전극(30)은 드레인배선(22)(또는 연결배선으로 지칭)을 지나 스위치용TFT(201)의 드레인영역(14)에 전기적으로 연결된다. 또한, 소스배선(31)은 전원공급선(212)에 연결된다.
전류제어용TFT(202)는 EL소자(203)에 흐르게 되는 전류를 제어하기 위한 장치이다. 만약 EL소자의 기능감소가 고려된다면, EL소자에 큰 전류가 흐르는 것은 바람직하지 않다. 따라서, 전류제어용TFT(202)에 과도한 전류가 흐르는 것을 막기 위해 긴 채널길이(L)를 가진 장치로 설정하는 것이 바람직하다. 바람직하게, 전류는 한 화소 당 0.5 내지 2㎂(더욱 바람직하게, 1 내지 1.5㎂)로 제한한다.
스위치용TFT(201)에 형성된 LDD영역의 길이(폭)는 0.5 내지 3.5㎛, 전형적으로 2.0 내지 2.5㎛로 설정될 수도 있다.
또한, 전류제어용TFT(202)에 흐르게 되는 전류증가의 관점에서, 전류제어용TFT(202)(특히 채널형성영역)의 액티브층의 막 두께(바람직하게, 50 내지 100nm이고 더욱 바람직하게는 60 내지 80nm)를 증가시키는 것이 효과적이다. 반대로, 스위치용TFT(201)의 OFF전류를 감소시킬 때, 액티브층(특히 채널형성영역)의 막 두께(바람직하게, 20 내지 50nm이고 더욱 바람직하게는 25 내지 40nm)를 줄이는 것이 효과적이다.
제 1패시베이션막이 47에 의해 나타내듯이 형성된다. 패시베이션막(47)의 두께는 10nm 내지 1㎛(더욱 바람직하게, 200 내지 500nm)로 설정될 수도 있다. 패시베이션막(47)의 물질로서, 실리콘을 함유한 절연막(특히, 실리콘 산화질화물막 또는 실리콘 질화물막)이 형성될 수도 있다.
제 2중간절연막(48)(또한 평탄화막으로 지칭)은 TFT의 형성에 의한 수평의 차를 보정하기 위해 TFT위에서 확장되어 제 1패시베이션막(47)위에 형성된다. 바람직하게, 제 2중간절연막(48)은 폴리미드, 폴리아미드, 아크릴수지,BCB(benzocyclobutene)등이 될 수도 있는 유기수지의 막이다. 말할 필요도 없이, 만약 충분하게 높은 평탄화효과가 얻어진다면 무기질 막이 선택적으로 사용될 수도 있다.
TFT의 형성에 의한 수평의 차를 제 2중간절연막(48)을 사용하여 보정하는 것이 매우 중요하다. 형성된 EL층이 매우 얇기 때문에 수평의 차이에 의한 발광결함의 가능성이 있다. 따라서, EL층의 평평함을 최대화하기 위해 화소전극이 형성된 표면이 적당하게 평평하게 되는 것이 요구된다.
투명한 전도성 막으로 형성된 화소전극(49)(EL소자의 양극에 해당)이 제공된다. 접촉구멍은 제 2중간절연막(48) 및 제 1패시베이션막(47)을 지나도록 형성되며, 화소전극(49)은 형성된 접촉구멍에서 전류제어용TFT(202)의 드레인배선(32)에 연결되도록 형성된다.
이 실시예에서, 산화인듐 및 산화주석으로 구성된 화합물의 전도성 막이 화소전극을 형성하기 위해 사용된다. 적은 양의 갈륨이 전도성 막의 화합물에 첨가될 수도 있다.
51로 나타낸 위의 언급된 EL층은 화소전극(49)위에 형성된다. 이 실시예에서, EL층(51)을 형성하기 위해 스핀코팅방법에 의해 중합유기물질이 도포(塗布)된다. 이런 중합유기물질로서, 다른 공지된 물질이 사용될 수 있다. 이 실시예에서 단일 발광층이 EL층(51)으로서 형성되는 반면에, 높은 발광효율을 얻기 위해 발광층, 정공전송층 및 전자전송층의 조합에 의해 다층구조가 형성될 수도 있다. 하지만, 만약 중합유기물질로 적층된다면, 증착법에 의해 형성된 저분자유기물질이 조합되는 것이 요구된다. 만약 스핀코팅방법이 실행되고 기저층이 유기물질을 함유한다면, EL층을 형성하기 위한 도포용 코팅액을 형성하기 위해 혼합된 유기물질인 유기용제에 의해 용해가 되는 유기물질의 결점이 있다.
이실시예에서 사용될 수 있는 전형적인 중합유기물질의 예는 폴리파라페닐렌비닐렌(PPV)수지, 폴리비닐카르바졸(PVK)수지, 및 폴리오레핀수지등의 고분자물질이다. 이런 중합유기물질로 전자전송층, 발광층, 정공전송층 또는 정공주입층을 형성하기 위해, 진공 중에서 물질의 중합 전조체를 도포하고 가열(소성)하여 중합유기물질로 변환한다.
더욱 구체적으로, 발광층으로, 적색발광층으로 시아노폴리페닐렌비닐렌, 녹색발광층으로 폴리페닐렌비닐렌, 청색발광층으로 폴리페닐렌비닐렌 또는 폴리알킬페닐렌이 사용될 수도 있다. 막의 두께는 30 내지 150nm(바람직하게, 40 내지 100nm)로 설정될 수도 있다. 또한, 중합전조체인 폴리테트라하이드로티오페닐페닐렌이 가열로 폴리페닐렌비닐렌을 형성하여 정공전송층으로 사용될 수도 있다. 이 발광층의 막두께는 30 내지 100nm(바람직하게, 40 내지 80nm)로 설정될 수도 있다.
중합유기물질을 사용하여 백색발광을 역시 이룰 수 있다. 이런 효과의 기술로서, 일본특허공개공보 평 8-96959호, 평 7-220871호, 및 평 9-63770호에 공개된 것을 인용할 수도 있다. 중합유기물질은 주요물질이 용해된 용액에 형광안료를 첨가하여 쉽게 색을 조절할 수 있다. 따라서, 특히 백색발광에 효과적이다.
중합유기물질을 사용한 EL소자의 제작의 예를 기술한다. 하지만, 저분자유기물질을 역시 사용할 수도 있다. 또한, 무기물질이 EL층을 형성하기 위해 이용될 수도 있다. 본 발명에 의한 EL층 물질로서 사용할 수 있는 유기물질의 예를 설명한다. 이 실시예에서 사용되는 물질은 유기물질에 제한되지는 않는다.
바람직하게, 습기가 적은 건조분위기가 EL층(51)이 형성될 때의 처리분위기로서 사용되며, EL층을 불활성가스의 분위기에서 형성되는 것이 요구된다. EL층은 습기 또는 산소의 존재에 의해 쉽게 기능감소가 될 수 있다. 따라서 가능한 이런 원인을 제거하는 것이 필요하다. 예를 들어, 건조한 질소분위기, 건조한 아르곤분위기 등이 바람직하다. 바람직하게, 이런 분위기에서 처리가 이루어지기 위해, 각각의 도포실 및 소성실이 불활성가스가 채워진 청정부스의 내부에 위치되고 처리가 불활성가스분위기에서 이루어진다.
EL층(51)이 위의 기술된 방법으로 형성된 후에, 광차폐 전도성막으로 형성된 음극, 보호전극(나타내지 않은) 및 제 2패시베이션막(54)이 형성된다. 이 실시예에서, MgAg의 전도성막이 음극(52)을 형성하기 위해 사용된다. 두께 10nm 내지 1㎛(바람직하게 200 내지 500nm)의 실리콘 질화물막이 제 2패시베이션막(54)으로 형성된다. 위에 언급된 대로 EL층은 열에 견고하지 않기 때문에, 낮은 온도(바람직하게 실내온도에서 120℃의 범위)에서 음극(52) 및 제 2패시베이션막(54)을 형성하는 것이 요구된다. 따라서, 플라즈마CVD, 진공기상증착법, 또는 용액도포법(spin coating)이 음극(52) 및 제 2패시베이션막(54)을 형성하는 방법으로 바람직하다.
위의 기술된 대로 형성된 요소를 가진 기판을 액티브매트릭스기판으로 지칭한다. 대향기판(64)은 액티브매트릭스기판에 대향하여 제공된다. 이 실시예에서, 유리기판이 대향기판(64)으로 사용된다.
액티브매트릭스기판 및 대향기판(64)은 밀폐공간(63)을 형성하기 위해 밀봉물질(나타내지 않음)에 의해 서로 결합된다. 이 실시예에서, 밀폐공간(63)은 아르곤가스로 채워진다. 말할 필요가 없이, 산화바륨과 같은 건조제가 밀폐공간(63)에 제공될 수 있다.
[실시예 2]
본 발명의 이 실시예는 도 10A 내지 도 12C를 사용하여 설명한다. 화소부 및 화소부 주위에 형성된 구동회로영역의 TFT를 동시에 제작하는 방법을 여기서 설명한다. 간단히 설명하기 위해, CMOS회로를 구동회로용 기본회로로서 나타낸다.
먼저, 도 10A에 나타낸 대로, 기저막(301)이 유리기판(300)위에 300nm의 두께로 형성된다. 기저막(301)으로 100nm의 두께를 가진 실리콘 산화질화물막이 200nm의 두께를 가진 실리콘 산화질화물막에 적층 된다. 유리기판(300)에 접촉하는 막에서 질소농도는 10% 및 25%사이에서 설정되는 것이 유용하다. 말할 필요도 없이, 소자는 기저막을 제공하지 않고 석영기판 위에 형성될 수 있다.
또한, 기저막(301)의 부분으로, 도 4에 서 나타낸 제 1패시베이션막(47)과 같은 물질로 구성된 절연막을 제공하는 것이 효과적이다. 전류제어용TFT는 큰 전류가 흐르도록 구성되어 있기 때문에 열이 발생하며, 가능한 밀착된 곳에 열발산 효과를 가진 절연막을 제공하는 것이 효과적이다.
다음으로, 비정질 실리콘막(도면에 나타내지 않음)이 공지된 기술에 의해 기저막(301)위에 50nm의 두께로 형성된다. 비정질 실리콘막에 한정할 필요는 없고, 비정질구조(미세결정질 반도체막을 포함)를 가진 반도체막의 다른 막이 사용될 수도 있다. 덧붙여서, 비정질 실리콘 게르마늄막과 같은 비정질구조를 가진 화합물 반도체막이 역시 사용될 수도 있다. 또한, 막의 두께는 20 내지 100nm로 형성될 수도 있다.
이때 비정질 실리콘막이 공지된 방법에 의해 결정화되고, 결정질실리콘막(중합결정질실리콘막 또는 폴리크리스탈실리콘막으로 지칭)(302)을 형성한다. 전기로를 사용한 열결정화, 레이저를 사용한 레이저 어닐링 결정화, 및 자외선램프를 사용한 램프 어닐링 결정화가 공지된 결정화방법이다. 이 실시예에서 결정화는 XeCl가스를 사용한 엑시머레이저 광을 사용하여 이루어진다.
선형으로 형성된 발진형 엑시머레이저 광이 이 실시예에서 사용되지만, 장방형이 사용될 수도 있고, 연속발진형 아르곤레이저 광 및 연속발진형 엑시머레이저 광이 역시 사용될 수 있다.
이 실시예에서, 비록 결정질 실리콘막이 TFT의 액티브층으로 사용되지만, 비정질 실리콘막이 사용될 수 있다. 또한, 비정질 실리콘에 의해 OFF전류를 감소시킬 필요성이 있을 때 스위치용TFT의 액티브층을 형성하고, 결정질 실리콘막에 의해 전류제어용TFT의 액티브층을 형성하는 것이 가능하다. 비정질 실리콘막에서는 캐리어이동성이 낮기 때문에 전류가 흐르기가 어렵고, OFF전류는 쉽게 흐르지 않는다. 다른 말로 해서, 쉽게 전류가 흐르지 않는비정질실리콘막 및 쉽게 전류가 흐르는 결정질 실리콘막의 장점으로 구성될 수 있다.
다음으로, 도 10B에 나타낸 대로 보호막(303)이 130nm의 두께를 가진 실리콘산화막으로 결정질 실리콘막(302)위에 형성된다. 이 두께는 100 내지 200nm(바람직하게 130 내지 170nm사이)의 범위에서 선택될 수도 있다. 또한, 다른 막으로 실리콘을 함유한 절연막이 제공되어 사용될 수도 있다. 보호막(303)은 불순물이 첨가되는 동안 결정질 실리콘막이 플라즈마에 직접 노출되지 않도록 하고, 불순물의 미세한 농도조절을 할 수있도록 형성된다.
레지스트마스크(304a 및 304b)는 이때 보호막(303)위에 형성되고, n형 전도성을 부여하는 불순물원소(이하 n형 불순물원소로 지칭)가 보호막(303)을 거쳐 첨가된다. 주기율표의 15족에 속하는 원소가 일반적으로 n형 불순물원소로서 사용되고, 전형적으로 인 또는 비소가 사용될 수 있다는 것을 주목하자. 포스핀( PH3)이 질량분리가 없이 활성화된 플라즈마로 이 실시예에서 인이atoms/㎤의 농도로 첨가되는 플라즈마도핑방법이 사용된다는 것을 주목하자. 질량분리가 일어나는 이온주입법이 물론 사용될 수도 있다.
선량은 n형 불순물원소가 n형 불순물영역에서내지atoms/㎤(전형적으로및atoms/㎤)의 농도로 함유되도록 조절된다.
다음으로, 도 10C에 나타낸 대로 보호막(303), 레지스트 마스크(304a 및 304b)가 제거되고, 첨가된 15족 원소의 활성화가 이루어진다. 활성화의 공지된 기술이 활성화의 수단으로 사용될 수도 있지만, 이 실시예에서는 활성화가 엑시머 레이저광의 조사에 의해 이루어진다. 물론, 발진형 엑시머 레이저 및 연속발진형 엑시머레이저를 사용할 수도 있고, 엑시머 레이저의 광을 사용하는 데 다른 제약이 있을 필요는 없다. 목적은 첨가된 불순물원소의 활성화에 있고, 조사는 결정질 실리콘막이 용해되지 않는 에너지정도에서 이루어지는 것이 바람직하다. 레이저조사는 보호막(303)에서 역시 이루어질 수도 있다는 것을 주목하자.
열처리에 의한 활성화는 레이저광에 의한 불순물원소의 활성화와 함께 이루어질 수도 있다. 활성화가 열처리에 의해 이루어질 때, 열에 대한 기판의 견고함을 고려해서 450 내지 550℃의 범위에서 열처리가 이루어지는 것이 유용하다.
n형 불순물영역(305)의 단부부분의 경계부분(연결부분), 즉 n형 불순물영역(305)의 주위에 n형 불순물원소가 첨가되지 않은 영역이 이 처리에 의해 형성된다. 이것은 TFT가 후에 완성된다는 관점에서 LDD영역 및 채널형성영역사이에 극히 좋은 연결을 의미한다.
다음으로 도 10D에 나타낸 대로, 결정질 실리콘막의 불필요한 부분은 제거되고, 섬형 반도체막(이하 액티브 층으로 지칭)(306 내지 309)이 형성된다.
이때, 도 10E에 나타낸 대로 게이트절연막(310)이 형성되고 액티브 층(306 내지 309)을 덮는다. 실리콘을 포함하고 10 내지 200nm(바람직하게는 50 내지 150nm사이)의 두께를 가진 절연막이 게이트절연막(310)으로 사용될 수도 있다. 단일층 구조 또는 적층 구조가 사용될 수도 있다. 이 실시예에서는 110nm의 두꺼운 실리콘 산화질화물막이 사용된다.
그 이후에, 200 내지 400nm의 두께를 가진 전도성 막이 형성되고 게이트전극(311 내지 315)을 형성하기 위해 패터닝이 된다. 이들 게이트전극(311 내지 315)의 각 단부부분은 테이퍼(taper)질 수도 있다. 이 실시예에서, 납배선을 제공하기 위해 게이트전극에 전기적으로 연결된 게이트전극 및 배선(이하 게이트배선으로 지칭)은 서로 다른 물질로 형성된다. 더욱 구체적으로, 게이트배선은 게이트보다 낮은 저항을 가진 물질로 형성된다. 따라서, 미세처리가 가능한 물질이 게이트전극으로 사용되고, 반면에 게이트배선은 작은 배선저항을 제공할 수 있지만 미세처리에는 적합하지 않은 물질로 형성된다. 물론 게이트전극 및 게이트배선을 같은 물질로 형성할 수 있다.
비록 게이트전극이 단일층의 전도성막으로 형성될 수 있지만, 만약 필요하다면 게이트전극을 위해 두 개, 세 개 이상의 층으로 된 적층막을 형성하는 것이 바람직하다. 다른 공지된 전도성물질이 게이트전극으로 사용될 수 있다. 하지만, 미세처리가 가능한 물질, 더욱 구체적으로 선폭이 2㎛이하로 패터닝이 될 수 있는 물질을 사용하는 것이 바람직하다.
전형적으로, 탄탈(Ta), 티탄(Ti), 몰리브뎀(Mo), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 및 실리콘(Si)으로부터 선택된 원소로 구성된 막, 이런 원소의 질화물막(전형적으로 탄탈질화물막, 텅스텐질화물막, 또는 티탄질화물막), 이런 원소의 조합된 합금막(전형적으로 Mo-W합금, Mo-Ta합금), 또는 이런 원소의 규화물막(전형적으로 텅스텐규화물막 또는 티탄규화물막)을 사용할 수 있다. 물론, 막은 단일층 또는 적층으로서 사용될 수도 있다.
이 실시예에서, 50nm의 두께를 가진 탄탈질화물(TaN)막 및 350nm의 두께를 가진 탄탈(Ta)막의 적층막이 사용된다. 이 적층막은 스퍼터링방법에 의해 형성될 수도 있다. Xe, Ne등의 불활성가스가 스퍼터링가스로서 첨가되고, 응력에 의한 막의 벗겨짐을 방지할 수 있다.
이때 게이트전극(312)이 n형 불순물 영역(305)의 일부 및 게이트 절연막(310)과 겹치고 중간에 위치하기 위해 형성된다. 이 겹치는 일부분은 나중에 게이트전극을 감싸는 LDD영역이 된다. 또한 게이트전극(313 및 314)은 횡단면도에 의해 두 개의 전극으로 보이지만, 실제로는 전기적으로 서로 연결되어 있다.
다음으로, n형 불순물원소(이 실시예에서는 인)가 도 11A에 나타낸 대로 마스크처럼 게이트전극(311 내지 315)에 자가배열방식으로 첨가된다. 첨가는 인이 n형 불순물 영역(305)의 농도에 1/10 내지 1/2(전형적으로 1/4 및 1/3사이)로 불순물영역(316 내지 323)에 첨가되도록 한다. 구체적으로,내지atoms/㎤(전형적으로내지atoms/㎤)의 농도가 바람직하다.
다음으로 도 11B에 나타낸 대로 게이트전극을 덮는 형태로 레지스트 마스크(324a 내지 324d)가 형성되고, n형 불순물원소가 첨가되어 높은 농도의 인을 함유한 불순물영역(325 내지 329)을 형성한다. 포스핀을 사용한 이온도핑이 역시 여기서 이루어지며, 이 영역의 인의 농도가내지atoms/㎤(전형적으로및atoms/㎤사이)가 되도록 조절된다.
n채널형 TFT의 소스영역 또는 드레인영역이 이 처리에 의해 형성되고, 도 11A의 처리에 의해 형성된 n형 불순물영역(319 내지 321)의 일부만이 남는다. 이 남겨진 영역은 도 4에서 스위치용TFT(201)의 LDD영역(15a 내지 15d)에 해당한다.
다음으로 도 11C에 나타낸 대로, 레지스트마스크(324a 내지 324d)는 제거되고, 새로운 마스크(332)가 형성된다. p형 불순물원소(이 실시예에서는 붕소)가 이때 첨가되며, 높은 농도로 붕소를 함유한 불순물영역(333 내지 336)이 형성된다.붕소는 디보란( B2H6)을 사용한 이온도핑에 의해내지atoms/㎤(전형적으로및atoms/㎤사이)의 농도로 불순물영역(333 내지 336)을 형성하도록 첨가된다.
인이 이미 불순물영역(333 내지 336)에내지atoms/㎤의 농도로 첨가되지만, 붕소는 여기에 인의 농도에 적어도 세배 이상으로 첨가된다. 따라서, 이미 형성된 n형 불순물영역을 p형으로 완전히 전환하고, p형 불순물영역으로서 작용한다.
다음으로, 레지스트 마스크(332)를 제거한 후에 각각의 농도로 액티브 층에 첨가된 n형 및 p형 불순물원소를 활성화한다. 노(爐)어닐링, 레이저 어닐링 또는 램프 어닐링이 활성화의 수단으로 사용될 수 있다. 이 실시예에서, 열처리는 전기로의 질소분위기에서 4시간동안 550℃에서 이루어진다.
이때, 주변분위기에서 최대한 산소를 제거하는 것이 중요하다. 이것은 비록 적은 양의 산소가 존재해도 게이트전극의 노출된 표면은 산화가 되고 저항이 증가하며 후에 게이트전극과 함께 옴(ohm)접촉을 이루기가 어렵게 된다. 따라서, 활성화처리를 위한 주변분위기의 산소농도는 1ppm이하, 바람직하게는 0.1ppm이하로 설정한다.
활성화처리가 완성된 후에, 300nm의 두께를 가진 게이트배선(337)은 도 11D에 나타낸 대로 형성된다. 게이트배선(337)용 물질로서, 주성분(구성의 50 내지 100%)으로 알루미늄 또는 구리를 함유한 금속막이 사용될 수 있다.게이트배선(337)은 도9에 나타낸 게이트배선(211)처럼 배열되고, 스위치용TFT의 게이트전극(19a 및 19b)(도 10E에서 게이트전극(313 및 314)에 해당)을 위한 전기연결을 제공한다.
위의 기술된 구조는 게이트배선의 배선저항을 현저하게 줄이고, 따라서 큰 면적의 영상표시영역(화소부)이 형성된다. 더욱 구체적으로, 이 실시예에 의한 화소구조는 10인치 이상의 대각선크기(또는 30인치 이상)를 갖는 스크린을 가진 EL표시장치를 실현하기 위해 유용하다.
제 1중간절연막(338)이 도 12A에 나타낸 대로, 그 다음으로 형성된다. 실리콘을 포함한 단일층 절연막이 제 1중간절연막(338)으로 사용되고, 반면에 두 종류 이상의 실리콘을 포함한 절연막의 조합인 적층막이 사용될 수도 있다. 또한, 400nm 및 1.5㎛사이의 막두께가 사용될 수도 있다. 200nm의 실리콘 산화질화물막 위에 800nm의 실리콘 산화막의 적층구조가 이 실시예에서 사용된다.
또한, 열처리가 3 내지 100%사이의 수소가 함유된 분위기에서 300 내지 450℃사이에서 1내지 12시간동안 수소첨가가 이루어진다. 이 처리는 반도체막에서 미결합의 수소단부를 열적으로 활성화된 수소첨가로 처리하는 것이다. 수소첨가의 다른 수단으로 플라즈마수소첨가(플라즈마에 의해 활성화된 수소를 사용)가 역시 이루어질 수도 있다.
수소첨가처리는 제 1중간절연막(338)의 형성동안에 삽입될 수도 있다는 것을 주목하자. 즉, 200nm실리콘 산화질화물막이 형성된 후에 위의 수소첨가처리가 이루어질 수도 있고, 이때 남은 800nm의 실리콘산화막이 형성될 수도 있다.
다음으로, 접촉구멍이 제 1중간절연막(338) 및 게이트절연막(310)에 형성되고, 소스배선(339 내지 342) 및 드레인배선(343 내지 345)이 형성된다. 이 실시예에서, 이 전극은 100nm의 두께를 가진 티탄막, 300nm의 두께를 가지며 티탄을 포함한 알루미늄막, 및 150nm의 두께를 가진 티탄막이 스퍼터링방법으로 연속적으로 형성되는 삼층구조의 적층막이 형성된다. 물론, 다른 전도성막이 사용될 수도 있다.
제 1패시베이션막(346)이 50 내지 500nm(전형적으로 200 및 300nm사이)의 두께로 형성된다. 이 실시예에서 300nm두께의 실리콘 산화질화물막이 제 1패시베이션막(346)으로 사용된다. 이 막은 역시 실리콘질화물막으로 대용될 수도 있다. 물론 도 4의 제 1패시베이션막(47)과 동일한 물질이 사용될 수 있다.
실리콘 산화질화물막이 형성되기 전에 H2또는 NH3등의 수소를 함유한 가스를 사용한 플라즈마처리를 이루는 것이 효과적이라는 것을 주목하자. 이 전처리에 의해 활성화된 수소는 제 1중간절연막(338)에 공급되고, 제 1패시베이션막(346)의 품질이 열처리를 통하여 향상된다. 동시에, 제 1중간절연막(338)에 첨가된 수소는 하부 측으로 확산되고, 액티브층이 효과적으로 수소첨가가 될 수 있다.
다음으로, 도 12B에 나타낸 대로, 유기수지로 구성된 제 2중간절연막(347)이 형성된다. 유기수지로서, 폴리미드, 폴리아미드, 아크릴, BCB 등이 사용될 수 있다. 특별하게, 제 2중간절연막(347)은 평탄화를 위해 주로 사용되기 때문에, 평탄화 성질이 뛰어난 아크릴이 바람직하다. 이 실시예에서, 아크릴 막은 TFT에 의해 형성된 계단진 부분을 평탄화하는데 충분한 두께로 형성된다. 두께는 1 내지 5㎛(더욱 바람직하게, 2 내지 4㎛)로 형성되는 것이 적당하다.
그 이후에, 접촉구멍이 제 2중간절연막(347) 및 제 1패시베이션막(346)에서 형성되고 이때 드레인배선(345)에 전기적으로 연결된 화소전극(348)이 형성된다. 이 실시예에서, 인듐주석산화막(ITO)이 화소전극으로서 110nm의 두께로 형성되고 패터닝이 된다. 2 내지 20%의 산화아연(ZnO)이 인듐주석산화막에 혼합된 투명한 전도성막이 역시 사용될 수 있다. 이 화소전극은 EL소자의 양극이다. 349는 화소전극(348)에 인접한 화소전극의 단부부분이다.
다음으로, EL층(350) 및 음극(MgAg전극)(351)은 공기누출이 없이 진공증착법을 사용하여 형성된다. EL층(350)의 두께는 80 내지 200nm(100 내지 120nm)이고, 음극(351)은 180 내지 300nm(200 내지 250nm)이다.
이처리에서, EL층 및 음극은 적색에 해당하는 화소, 녹색에 해당하는 화소, 및 청색에 해당하는 화소에서 연속적으로 형성된다. 하지만, EL층은 용제의 내구성에서는 나쁘기 때문에, 광리소그래피 기술을 사용하지 않고 각 색에 대해 독립적으로 EL층 및 음극을 형성해야한다. 따라서, 금속마스크를 사용하여 바라는 화소를 제외한 나머지 화소를 가리고, 선택적으로 바라는 화소에서 EL층 및 음극을 형성하는 것이 바람직하다.
자세하게, 마스크는 적색에 해당하는 화소를 제외한 나머지 화소를 감추기 위해 먼저 설정되고, 적색발광의 EL층 및 음극이 마스크에 의해 선택적으로 형성된다. 그 이후에, 마스크는 녹색에 해당하는 화소를 제외한 나머지 화소를 감추기 위해 설정되고, 녹색발광의 EL층 및 음극이 마스크에 의해 선택적으로 형성된다. 그이후에, 마스크는 청색에 해당하는 화소를 제외한 나머지 화소를 감추기 위해 설정되고, 청색발광의 EL층 및 음극이 마스크에 의해 선택적으로 형성된다. 이 경우에, 다른 마스크가 각각의 색에 대해 사용된다. 대신에, 같은 마스크가 모든 색에 대해 사용될 수도 있다. 바람직하게, 처리는 EL층 및 음극이 모든 화소에서 형성될 때까지 진공을 유지하며 이루어진다.
공지된 물질이 EL층(350)을 위해 사용될 수 있다. 바람직하게, 공지된 물질은 구동전압을 고려해서 유기물질이다. 예를 들어, EL층(350)은 위의 발광층으로만 구성된 단일층 구조로 형성될 수 있다. 필요하면, 전자주입층, 전자전송층, 정공전송층, 정공주입층 및 전자차단층이 제공될 수 있다. 이 실시예에서, EL소자(351)의 음극으로 MgAg전극을 사용하는 것은 예이고 다른 공지된 물질이 사용될 수 있다.
보호전극(352)으로서, 알루미늄을 주요성분으로 함유한 전도성막이 사용될 수 있다. 보호전극(352)은 EL층 및 음극이 형성될 때 다른 마스크로 진공증착법을 사용하여 형성한다. 또한, 보호전극은 EL층 및 음극이 형성된 후에 진공이 유지된 상태에서 연속적으로 형성된다.
마지막으로, 실리콘 질화물로 형성된 제 2패시베이션막(353)이 300nm의 두께로 형성된다. 실제로, 보호전극(352)은 습기로부터 EL층을 보호하는 역할을 한다. 덧붙여서, 제 2패시베이션막(353)을 형성하여 EL층의 신뢰도를 향상할 수 있다.
도 12C에 나타낸 대로 구조화된 액티브 매트릭스EL표시장치가 완성된다. 실제로, 장치가 도 12C에 나타낸 대로 완성이 될 때 대기에 노출이 되지 않도록, 높은 기밀성의 보호막(적층막, 자외선 경화수지막 등) 또는 세라믹 밀봉통과 같은 하우징물질에 의해 포장(봉입)된다. 이런 상태에서, EL소자의 신뢰도(수명)는 하우징물질의 내부를 불활성분위기로 만들거나 또는 흡습성물질(예를 들어, 산화바륨)이 첨가되어 향상시킬 수 있다.
이런방법에서, 도 12C에 나타낸 구조를 가진 액티브매트릭스EL표시장치가 완성된다. 이 실시예의 액티브 매트릭스EL표시장치에서, 최적의 구조를 가진 TFT가 화소부 뿐만아니라 구동회로부분에 위치하여, 매우 높은 신뢰도가 얻어지며 동작특성이 역시 향상된다.
먼저, 최대한 동작속도를 떨어뜨리지 않도록 핫캐리어주입을 줄이기 위한 구조를 가진 TFT가 구동회로를 형성하는 CMOS회로의 n채널TFT(205)로서 사용된다. 여기서 구동회로는 시프트 레지스터(shift register), 버퍼(buffer), 레벨 시프트(level shift), 견본회로(견본 및 저장회로)등을 포함한다. 디지털구동이 되는 경우에, D/A변환기와 같은 신호변환회로가 역시 포함될 수 있다.
이 실시예의 경우에, 도 12C에 나타낸 대로 n채널TFT(205)의 액티브층은 소스영역(355), 드레인영역(356), LDD영역(357) 및 채널형성영역(358)을 포함하며, LDD영역(357)은 게이트전극(312)과 중첩되고 그사이에는 게이트절연막(311)이 위치한다.
동작속도를 떨어뜨리지 않아야 하므로 LDD영역은 드레인영역측에만 형성된다. 이 n채널TFT(205)에서, OFF전류값에 너무 주의할 필요는 없고, 대신에 동작속도에 중요성을 두는 것이 좋다. 따라서, LDD영역(357)이 게이트전극과 완전히 중첩되게 형성하여 저항요소를 줄이는 것이 요구된다. 즉, 소위 오프셋을 제거하는 것이 바람직하다.
또한, 핫캐리어주입에 의한 기능감소는 CMOS회로의 p채널TFT(206)에서 거의 인식되지 않기 때문에, LDD영역은 특히 제공될 필요는 없다. 물론, 핫캐리어에 대한 대책으로 n채널TFT(205)와 비슷한 LDD영역이 제공될 수 있다.
구동회로사이에서, 견본회로는 큰 전류가 채널형성영역에서 양방향으로 흐른다는 점에서 다른 견본회로와 비교해서 다소 독특하다는 것을 주목하자. 즉, 소스영역 및 드레인영역의 역할이 상호교환된다. 또한, OFF전류의 값을 최대한 작게 조절할 필요가 있고, 견본회로에서 스위치용TFT 및 전류제어용TFT사이의 중간정도에서 작용하는 TFT를 사용하는 것이 바람직하다.
따라서, 견본회로를 형성하는 n채널형 TFT가 도 13에 나타낸 구조로 배치된다. 도 13에 나타낸 대로, LDD영역(901a 및 901b)의 일부가 게이트절연막(902)이 중간에 위치되고 게이트전극(903)과 중첩된다. 이 효과는 위의 설명한 전류제어용TFT(202)에 동일한 설명으로 나타난다. 채널형성영역(904)은 견본회로의 경우에 중간에 위치하고, 이것이 차이점이다.
실제로, 도 12C의 단계까지 마친 후에, 액티브매트릭스기판 및 대향기판이 밀봉제에 의해 접착된다. 이런 상태에서, EL소자의 신뢰도(수명)은 액티브매트릭스기판 및 대향기판에 의한 기밀공간의 내부를 불활성분위기로 만들거나 또는 흡습성물질(예를 들어, 산화바륨)을 첨가하여 향상시킬 수 있다.
[실시예 3]
이 실시예의 액티브 매트릭스EL표시장치의 외형은 도 14의 사시도를 참고로하여 기술된다. 이 실시예의 액티브 매트릭스EL표시장치는 유리기판(601)위에 형성된 화소부(602), 게이트구동회로(603) 및 소스구동회로(604)에 의해 구성된다. 화소부의 스위치용TFT(605)는 n채널TFT이고 게이트구동회로(603)에 연결된 게이트배선(606) 및 소스구동회로(604)에 연결된 소스배선(607)의 교차점에 위치한다. 스위치용TFT(605)의 드레인은 전류제어용TFT(608)의 게이트에 연결된다.
전류제어용TFT(608)의 소스는 전원공급선(609)에 연결된다. 용량(615)은 전류제어용TFT(608)의 게이트영역 및 전원공급선(609)사이를 연결한다. 이 실시예의 구조에서, EL구동전위는 전원공급선(609)에 공급된다. EL소자(610)는 전류제어용TFT(608)의 드레인에 연결된다. 전류제어용TFT에 연결된 측에 대향하는 EL소자(610)의 측에서, 전압가변기(나타내지 않은)는 주변정보르 기초로 한 보정전위를 EL소자에 공급하기 위해 연결된다.
외부입력/출력 단자로서 제공된 유연하게 프린트된 회로(FPC)(611)는 구동회로에 신호를 전송하기 위해 입력 및 출력배선(연결배선)(612 및 613), 및 전원공급선(609)에 연결된 입력/출력배선(614)을 가진다.
하우징부재를 포함한, 이 실시예의 EL표시장치는 도 15A 및 도 15B를 참고로 하여 기술된다. 도 14에 사용된 참조부호는 필요할 때 참조한다.
화소부(1501), 데이터 신호구동회로(1502) 및 게이트신호구동회로(1503)은 기판(1500)에 형성된다. 배선은 구동회로로부터 입력 및 출력배선(612 및 614)를 지나 FPC(611)로 연장되어 외부장치와 연결된다.
하우징부재(1504)는 적어도 화소부, 바람직하게는 구동회로 및 화소부를 감싸도록 제공된다. 하우징부재(1504)는 EL소자배열의 외부크기보다 큰 내부크기를 가진 리세스(recess)를 가지도록 하는 형태, 또는 시트(sheet)형태를 가진다. 하우징부재(1504)는 이런 방법으로 접착제(1505)에 의해 기판(1500)위에 접착되고 기판(1500)과 함께 밀폐공간을 형성한다. EL소자는 외부대기로부터 완전히 차단되도록 하는 밀봉방법으로 밀폐공간에 형성된다. 다수의 하우징부재(1504)가 제공될 수도 있다.
바람직하게, 하우징부재(1504)의 물질은 유리 또는 폴리머와 같은 절연물질이다. 예를 들어, 비정질유리(붕소규화물유리, 석영 등), 결정질유리, 세라믹유리, 유기수지(아크릴수지, 스티렌, 폴리카보네이트수지, 에폭시수지 등), 및 실리콘수지로부터 선택될 수도 있다. 또한, 세라믹물질이 사용될 수도 있다. 만약 접착제(1505)가 절연물질이면, 스테인레스 강처럼 금속물질이 사용될 수도 있다.
접착제(1505)로서, 에폭시접착제, 아크릴접착제가 사용될 수도 있다. 또한, 열경화성수지 접착제 또는 광경화성수지접착제가 접착제(1505)로서 사용될 수도 있다. 하지만, 접착물질은 최대한 산소 또는 습기의 침투를 방지하는 것이 필요하다.
바람직하게, 하우징부재(1504) 및 기판(1500)사이의 공간(1506)은 불활성가스(아르곤, 헬륨, 질소 등)로 채워진다. 또한, 공간은 일본특허공개공보 평 8-78519호에 공개된 기술에서 사용된 불활성액체(과플로오르알칸에 의해 대표되는 불화탄소의 액체)로 채워질 수도 있다.
공간(1506)에 건조제를 제공하는 것이 역시 유용하다. 건조제는 일본특허공개공보 평 9-148066호에 기술된 건조제가 될 수도 있다. 전형적으로, 산화바륨이사용될 수도 있다.
도 15B에 나타낸 대로, 따로따로의 EL소자를 가진 다수의 화소가 화소부에 제공되고, 공통전극으로서 보호전극(1507)을 가진다. 바람직하게, 이 실시예에서 EL층, 음극(MgAg전극) 및 보호전극이 대기에 노출되지 않고 연속적으로 형성된다.
하지만, 만약 EL층 및 음극이 동일한 마스크부재를 사용해 형성될 수도 있다면, 보호전극은 다른 마스크부재를 사용하여 형성될 수도 있다. 따라서, 도 15B에 나타낸 구조가 실현될 수 있다.
EL층 및 음극은 화소부를 따라 형성될 수도 있고 구동회로에 형성될 필요는 없다. 만약 구동회로 위에 형성된다고 해도 문제점은 없다. 하지만, EL층이 알칼리금속을 포함하기 때문에, EL층 및 음극영역을 구동회로에 형성되는 것을 피하는 것이 요구된다.
1508로 나타내는 영역에서, 보호전극(1507)은 화소전극과 동일한 물질로 구성된 연결배선(1508)을 지나 입력/출력배선(1509)에 연결된다. 입력/출력배선(1509)은 예정된 전압(이 실시예에서는 접지전위, 0V)을 보호전극(1507)에 공급하기 위한 전원공급선이다. 입력/출력배선(1509)은 비등방성전도막(1510)을 지나 FPC(611)에 전기적으로 연결된다.
도 15를 나타낸 위의 기술에서, FPC(611)는 외부장치의 단자에 연결되어 화소부에 영상표시를 할 수 있다. 본 명세서에서는, 영상표시가 FPC에 연결에 의해 할 수 있는 물품, 즉 액티브매트릭스기판 및 대향기판이 서로 접속(FPC로 접속)된 물품을 EL표시장치로서 정의한다.
이 실시예의 배치는 실시예 1 또는 실시예 2의 배치와 함께 자유롭게 조합될 수 있다.
[실시예 4]
이 실시예는 사용자의 생체정보가 감지되고 EL소자의 휘도가 사용자의 생체정보를 기초로 하여 제어되는 표시시스템을 가진 EL표시에 관한 것이다. 도 16은 대략적으로 이 시스템의 외형을 나타낸다. 가글(goggle)형 EL표시(1601)는 EL표시장치(1602-L) 및 다른 EL표시장치(1602-R)을 가진다. 본 명세서에서, 어떤 참조번호 뒤의 "-R" 및 "-L"은 각각 오른쪽 눈 및 왼쪽 눈에 해당하는 요소를 나타낸다. CCD-L(1603-L) 및 CCD-R(1603-R)은 각각 생체정보신호(L) 및 생체정보신호(R)를 얻기 위해 사용자의 왼쪽 및 오른쪽 눈의 영상을 형성한다. 생체정보신호(L) 및 생체정보신호(R)는 A/D변환기(1604)에 의해 디지털전기신호(L 및 R)로 변환된다. 이때 이신호는 CPU(1605)에 입력된다. CPU(1605)는 입력된 디지털전기신호(L 및 R)를 사용자눈의 충혈도에 해당하는 보정신호(L 및 R)로 변환한다. 보정신호(L 및 R)는 D/A변환기(1606)에 입력되고 디지털보정신호(L 및 R)로 변환된다. 디지털보정신호(L 및 R)가 전압가변기(1607)에 입력될 때, 전압가변기(1607)는 디지털보정신호(L 및 R)에 따른 보정전위(L 및 R)를 EL소자에 공급한다. 사용자의 왼쪽 눈 및 오른쪽 눈은 각각 (1608-L) 및 (1608-R)에 해당한다.
이 실시예의 가글형 EL표시는 이 실시예의 사용된 CCD뿐만 아니라 사용자의 생체정보를 나타내는 신호를 얻고 전기신호로 변환하기 위한 CMOS센서를 포함한 센서, 음성 또는 음향을 출력하기 위한 스피커 및/또는 헤드셋, 영상신호를 공급하기위한 비디오카세트녹음기, 및 컴퓨터를 가질 수도 있다.
도 17은 이 실시예의 가글형 EL표시(1701)의 사시도이다.
가글형 EL표시(1701)는 EL표시장치L(1702-L), EL표시장치R(1702-R), CCD-L(1703-L), CCD-R(1703-R), 전압가변기-L(1704-L) 및 전압가변기-R(1704-R)을 가진다. 가글형 EL표시(1701)는 또한 다른 요소(도 17에 나타내지 않음)인 A/D변환기, CPU, 및 D/A변환기를 가진다.
사용자 눈의 상태를 감지하는 CCD-L(1703-L) 및 CCD-R(1703-R)의 위치는 도 17에 예시한 위치에 한정되지는 않는다. 주변상태를 감지하기 위한, 실시예 1에서 기술한 것의 센서는 이 실시예의 시스템에 첨가될 수도 있다.
이 실시예의 가글형 EL표시의 동작 및 작용은 도 16을 참조하여 설명한다. 이 실시예의 가글형 EL표시의 통상적인 사용에서, 영상신호(L) 및 영상신호(R)은 외부장치로부터 EL표시장치(1602-L) 및 다른 EL표시장치(1602-R)로 공급된다. 외부장치는 예를 들어, 개인용 컴퓨터, 휴대용 정보단말기, 또는 비디오카세트녹음기이다. 사용자는 EL표시장치(1602-L) 및 다른 EL표시장치(1602-R)에 표시된 영상을 본다.
이 실시예의 가글형 EL표시(1601)는 사용자 눈의 영상을 형성하고, 영상으로부터 생체정보를 감지하며, 정보를 나타내는 전기신호를 얻기 위한 CCD-L(1603-L) 및 CCD-R(1603-R)을 가진다. 눈의 영상으로부터 얻어진 전기신호는 동공을 제외한 사용자 눈의 백안(白眼)에서 감지되는 색을 나타내는 신호이다.
CCD-L(1603-L) 및 CCD-R(1603-R)에 의해 각각 아날로그전기신호로서 얻어진신호는 A/D변환기(1604)에 입력되고 디지털전기신호로 변환된다. 이런 디지털전기신호는 CPU(1605)에 입력되고 보정신호로 변환된다.
CPU(1605)는 눈의 백안으로부터 얻어진 백안정보신호의 적색정보신호의 혼합으로부터 사용자 눈의 충혈도를 규명하며, 따라서 사용자가 눈의 피로를 느끼는지의 여부를 판단한다. CPU(1605)에서, 사용자 눈의 피로정도에 의한 EL소자의 휘도를 조정하기 위한 비교자료가 먼저 설정된다. 따라서, CPU는 사용자 눈의 피로정도에 따라 EL소자의 휘도를 조정하기 위해 입력된 신호를 보정신호로 변환한다. D/A변환기에 의해 보정신호는 전압가변기(1607)에 입력되는 아날로그 보정신호로 변환된다.
아날로그 보정신호를 수신할 때, 전압가변기(1607)는 예정된 보정전위를 EL소자에 공급하며, 따라서 EL소자의 휘도가 제어된다.
도 18은 이 실시예의 가글형 EL표시의 동작을 나타내는 순서도이다. 이 실시예의 가글형 EL표시에서, 외부장치의 영상신호는 EL표시장치에 공급된다. 동시에, CCD에 의해 사용자생체정보가 얻어지고, CCD로부터 A/D변환기로 전기신호가 입력된다. 전기신호는 A/D변환기에 의해 디지털신호로 변환되고, 또한 CPU에 의해 사용자생체정보를 반영한 보정신호로 변환된다. 보정신호는 D/A변환기에 의해 전압가변기에 입력되는 아날로그보정신호로 변환된다. 따라서 보정된 전위는 EL소자의 휘도를 제어하기 위해 EL소자에 공급된다.
위의 기술된 처리는 반복적으로 이루어진다.
사용자에 관한 사용자생체정보는 눈의 충혈도에 한정되지는 않는다. 사용자생체정보는 사용자의 여러 가지부분, 예를 들어 머리, 눈, 귀, 및 입으로부터 얻어질 수 있다.
위의 설명한 대로, 사용자 눈에서 충혈도의 비정상을 인식할 때, EL표시장치의 휘도가 비정상에 따라 줄어들 수 있다. 따라서, 표시는 사용자신체의 비정상에 따라 반응적으로 이루어지고, 영상은 쉽게 눈에 표시될 수 있다.
이 실시예의 배치는 실시예 1 내지 실시예 3의 다른 배치와 자유롭게 조합될 수 있다.
[실시예 5]
도 8을 참고하여 위에 설명한 실시예 1의 화소부에 접촉구조를 향상하기 위한 제작처리가 도 19를 참고하여 이하에서 설명한다. 도 19의 참고문자는 도 8의 참고문자에 해당한다. 화소전극(양극)(43)이 도 19A에 나타낸 대로 형성된 상태는 실시예 1에 기술된 처리에서 얻어진다.
다음으로, 접촉부(1900)는 도 19B에 나타낸 대로 아크릴수지로 채워지고 접촉구멍보호부(1901)가 형성된다.
이 실시예에서, 아크릴수지는 스핀코팅에 의해 도포되고 막이 형성되며, 레지스트 마스크에 의해 노출이 이어진다. 도 19B에 나타낸, 접촉구멍보호부(1901)가 에칭에 의해 형성된다.
바람직하게, 횡단면도에 나타낸 대로 화소전극이상으로 돌출된 접촉구멍보호부(1901)의 두께는 0.3 내지 1㎛로 설정된다. 접촉구멍보호부(1901)가 형성된 후에, EL층(45)은 도 19C에 나타낸 대로 형성되고 음극(46)이 역시 형성된다.EL층(45) 및 음극(46)은 실시예 1에서 설명한 방법에 의해 형성된다.
유기수지는 접촉구멍보호부(1901)의 물질로서 바람직하다. 폴리미드, 폴리아미드, 아크릴수지, BCB 등이 사용된다. 만약 이런 유기수지가 사용된다면, 점도는 10-3Paㆍs 내지 10-1Paㆍs로 설정될 수도 있다.
도 19C에 나타낸 구조가 위의 설명된 방법으로 형성되며, 따라서 EL층(45)이 단절되면 화소전극(43) 및 음극(46)사이에서 발생하는 단락(短絡)의 문제점을 해결한다.
이 실시예의 배치는 실시예 1 내지 실시예 4의 다른 배치와 자유롭게 조합될 수 있다.
[실시예 6]
본 발명에 의해 제작된 EL표시장치는 자가발광형이고, 따라서 액정표시장치에 비해서 밝은 곳에서 영상표시의 더욱 뛰어난 인식률을 가진다. 또한, EL표시장치는 넓은 시야각을 가진다. 따라서, EL표시장치는 여러 가지 전기장치의 표시부에 적용될 수 있다. 예를 들어, 큰 크기의 스크린으로 TV방송을 시청하기 위해, 본 발명에 의한 EL표시장치는 30인치 또는 그 이상의 대각선크기(전형적으로 40인치 또는 그 이상)를 가진 EL표시장치의 표시부(프레임내에 설치된 EL표시장치의 표시)에 사용될 수 있다.
EL표시는 개인용 컴퓨터용 표시, TV방송수신용 표시, 광고표시용 표시등의 정보표시용으로 사용되는 모든 종류의 표시를 포함한다. 또한, 본 발명에 의한 EL표시장치는 다른 여러 가지 전기장치의 표시부로서 사용될 수 있다.
이런 전기장치는 비디오카메라, 디지털카메라, 가글형 표시(헤드장착형 표시), 차량항법시스템, 차량오디오장치, 게임기, 휴대용 정보단말기(이동성 컴퓨터, 이동성 전화기, 휴대용 게임기, 전자책 등),녹음매체를 포함한 영상재생장치(더욱 구체적으로, 컴팩트 디스크(CD), 레이저디스크(LD), 디지털 비디오 디스크(DVD), 및 재생된 영상을 표시하기 위한 표시등의 녹음매체를 재생할 수 있는 장치) 등을 포함한다. 특히, 휴대용 정보단말기의 경우에 경사진 방향에서 보게되기도 하는 휴대용 정보단말기는 자주 넓은 시야각을 요구하기 때문에, EL표시장치의 사용이 바람직하다. 도 20A 내지 도 20E은 각각 이런 전기장치의 여러 가지 특수한 예를 나타낸다.
도 20A는 프레임(2001), 지지대(2002), 표시부(2003) 등을 포함한 EL표시를 나타낸다. 본 발명은 표시부(2003)에 적용된다. EL표시장치는 자가발광형이고 따라서 백라이트(BACK LIGHT)가 필요 없다. 따라서, EL표시장치의 표시부는 액정표시장치의 표시부보다 얇은 두께를 가질 수 있다.
도 20B는 본체(2101), 표시부(2102), 오디오 입력부(2103), 작동스위치(2104), 축전기(2105), 영상수신부(2106) 등을 포함한 비디오카메라를 나타낸다. 본 발명에 의한 EL표시장치는 표시부(2102)로서 사용된다.
도 20C는 본체(2201), 신호케이블(2202), 헤드장착형 밴드(2203), 표시부(2204), 광학계(2205), EL표시장치(2206) 등을 포함한 헤드장착형 EL표시의 부분(오른쪽 절반)을 나타낸다. 본 발명은 EL표시장치(2206)에 적용할 수 있다.
도 20D는 본체(2301), 녹음매체(CD, LD, DVD등)(2302), 작동스위치(2303), 표시부(a)(2304), 다른 표시부(b)(2305)등을 포함한, 녹음매체를 포함한 영상재생장치(더욱 구체적으로, DVD재생장치)를 나타낸다. 표시부(a)는 주로 영상정보를 표시하기 위해 사용되고, 반면에 표시부(b)는 주로 문자정보를 표시하기 위해 사용된다. 본 발명에 의한 EL표시장치는 표시부(a) 및 표시부(b)로서 사용될 수 있다. 녹음매체를 포함한 영상재생장치는 또한 CD재생장치, 게임기 등을 포함한다.
도 20E는 본체(2401), 카메라부분(2402), 영상수신부(2403), 작동스위치(2404), 표시부(2405)등을 포함한 휴대용(이동성) 컴퓨터를 나타낸다. 본 발명에 의한 EL표시장치는 표시부(2405)로서 사용된다.
미래에 EL물질로부터 발광되는 높은 휘도의 광이 사용될 때, 본 발명에 의한 EL표시장치는 출력영상정보를 포함한 광이 렌즈 등의 수단에 의해 확대되고 투사되는 전방형 또는 후방형 프로젝터에 적용될 수 있다.
언급된 전기장치는 인터넷, CATV(cable television system)와 같은 장거리통신경로를 통해 전해지는 정보표시용 및 특히 동영상정보를 표시하기 위해 사용된다. EL물질이 높은 반응속도를 나타내기 때문에, EL표시장치는 동영상을 표시하는데 적합하다. 하지만, 만약 화소사이의 윤곽이 불명료하게 되면, 전체 동영상은 명료(明瞭)하게 표시될 수 없다. 본 발명에 의한 EL표시장치는 화소사이의 윤곽을 명료하게 하기 때문에, 본 발명의 EL표시장치를 전기장치의 표시부에 적용하는 것이 특히 유용하다.
발광하는 EL표시장치의 부분은 전력을 소모하고, 따라서 발광부분이 가능한작게 하는 방법으로 정보를 표시하는 것이 요구된다. 따라서, EL표시장치가 주로 문자정보를 표시하는 표시부, 예를 들어 휴대용 정보단말기, 및 특히 이동성 전화기 또는 차량오디오장치의 표시부에 적용될 때, 문자정보가 발광부에 의해 형성되고 발광되지 않는 부분이 배경에 해당하도록 EL표시장치를 구동하는 것이 요구된다.
도 21A를 참고로 하여, 본체(2601), 오디오출력부(2602), 오디오입력부(2603), 표시부(2604), 작동스위치(2605), 및 안테나(2606)를 포함한 이동성전화기를 나타낸다. 본 발명에 의한 EL표시장치는 표시부(2604)로서 사용될 수 있다. 표시부(2604)는 검은색 배경에 흰색문자를 표시하여 이동성전화기의 소모전력을 줄일 수 있다.
도 21B는 본체(2701), 표시부(2702), 및 작동스위치(2703 및 2704)를 포함한 차량오디오장치를 나타낸다. 본 발명에 의한 EL표시장치는 표시부(2702)로서 사용될 수 있다. 비록 분리형 차량오디오장치가 본 실시예에서 나타나지만, 본 발명은 고정형 오디오장치에도 역시 적용된다. 표시부(2702)는 휴대용의 오디오에서 특히 유용한 검은색 배경에 흰색문자를 표시하여 전력소모를 줄일 수 있다.
위의 설정으로, 본 발명은 모든 분야의 광범위한 전기장치에 여러 가지로 적용될 수 있다. 본 실시예의 전기장치는 실시예 1 내지 실시예 5의 구조를 자유롭게 조합하여 얻어질 수 있다.
본 발명의 정보반응 EL표시시스템에서, EL표시장치의 휘도는 주변정보 및/또는 CCD와 같은 센서에 의해 얻어진 사용자생체정보를 기초로 하여 조절될 수 있다. 따라서, EL소자의 과도한 발광을 막고 EL소자에 흐르는 큰 전류에 의한 EL소자의 기능감소를 방지한다. 또한, 영상이 눈에 편하게 표시되도록 휘도는 사용자 눈의 비정상에 반응하여 줄어든다.

Claims (39)

  1. 발광장치를 포함한 표시시스템으로서,
    상기 발광장치의 휘도가 주변의 정보신호를 얻어 제어되는 것을 특징으로 하는 표시시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 정보신호가 사용자 생체정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 발광장치가 EL표시장치라는 것을 특징으로 하는 표시시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 표시시스템이 비디오카메라, 디지털카메라, 헤드장착형 표시, 차량항법시스템, 이동성 전화기, 및 개인용 컴퓨터로 구성된 군으로부터 선택된 것에 일체가 되는 것을 특징으로 하는 표시시스템.
  5. 발광장치;
    주변의 정보신호를 얻기 위한 센서;
    상기 센서로부터 공급된 전기신호를 보정신호로 변환하기 위한 CPU; 및
    상기 보정신호에 기초한 보정전위를 제어하기 위한 전압가변기를 포함하는것을 특징으로 하는 표시시스템.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 정보신호가 사용자 생체정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시시스템.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 발광장치, 상기 센서, 상기 CPU 및 상기 전압가변기가 동일한 기판 위에 형성되는 것을 특징으로 하는 표시시스템.
  8. 제 5항에 있어서, 상기 발광장치가 EL표시장치라는 것을 특징으로 하는 표시시스템.
  9. 제 5항에 있어서, 상기 표시시스템이 비디오카메라, 디지털카메라, 헤드장착형 표시, 차량항법시스템, 이동성 전화기, 및 개인용 컴퓨터로 구성된 군으로부터 선택된 것에 일체가 되는 것을 특징으로 하는 표시시스템.
  10. EL층이 중간에 위치하는 두 전극을 가진 EL소자; 및
    상기 EL소자의 상기 두 전극의 한쪽에 전기적으로 연결된 전류제어용TFT를 포함한 표시시스템으로서,
    상기 EL소자의 상기 두 전극의 다른 쪽에 공급되는 전위가 주변의 정보신호를 기초로 하여 조절되는 것을 특징으로 하는 표시시스템.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 정보신호가 사용자 생체정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시시스템.
  12. 제 10항에 있어서, 상기 표시시스템이 비디오카메라, 디지털카메라, 헤드장착형 표시, 차량항법시스템, 이동성 전화기, 및 개인용 컴퓨터로 구성된 군으로부터 선택된 것에 일체가 되는 것을 특징으로 하는 표시시스템.
  13. 기판 위에 적어도 한 개의 화소TFT, 적어도 액티브 층을 포함하는 상기 TFT, 및 중간에 위치하는 게이트 절연막과 함께 상기 액티브 층에 인접한 게이트전극;
    양극 및 음극사이에 적어도 EL층을 포함하고, 상기 양극 및 상기 음극의 한쪽이 전기적으로 상기 액티브 층에 연결되는 EL소자; 및
    주변의 정보신호를 얻기 위한 센서를 포함하는 액티브 매트릭스 표시장치로서,
    상기 양극 및 상기 음극의 다른 쪽에 공급되는 전위가 주변의 정보신호를 기초로 하여 상기 정보신호를 보정전위로 변환하여 조절되는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 표시장치.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 표시장치 및 상기 센서가 동일한 기판 위에서 형성되는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 표시장치.
  15. 제 13항에 있어서, 상기 센서가 CCD 또는 광다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 표시장치.
  16. 제 13항에 있어서, 상기 정보신호가 사용자 생체정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 표시장치.
  17. 제 13항에 있어서, 상기 표시장치가 비디오카메라, 디지털카메라, 헤드장착형 표시, 차량항법시스템, 이동성 전화기, 및 개인용 컴퓨터로 구성된 군으로부터 선택된 것에 일체가 되는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 표시장치.
  18. 기판 위에 적어도 한 개의 화소TFT, 적어도 액티브 층을 포함하는 상기 TFT, 및 중간에 위치하는 게이트 절연막과 함께 상기 액티브 층에 인접한 게이트전극;
    양극 및 음극사이에 적어도 EL층을 포함하고, 상기 양극 및 상기 음극의 한쪽이 전기적으로 상기 액티브 층에 연결되는 EL소자; 및
    주변의 정보신호를 얻기 위한 센서를 포함하는 액티브 매트릭스 표시장치로서,
    상기 정보신호가 보정전위로 변환되며 상기 보정전위가 상기 양극 및 상기 음극의 다른 쪽에 공급되는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 표시장치.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 표시장치 및 상기 센서가 동일한 기판 위에 형성되는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 표시장치.
  20. 제 18항에 있어서, 상기 센서가 CCD 또는 광다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 표시장치.
  21. 제 18항에 있어서, 상기 정보신호가 사용자 생체정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 표시장치.
  22. 제 18항에 있어서, 상기 표시장치가 비디오카메라, 디지털카메라, 헤드장착형 표시, 차량항법시스템, 이동성 전화기, 및 개인용 컴퓨터로 구성된 군으로부터 선택된 것에 일체가 되는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 표시장치.
  23. 기판 위에 적어도 한 개의 화소TFT, 적어도 액티브 층을 포함하는 상기 TFT, 및 중간에 위치하는 게이트 절연막과 함께 상기 액티브 층에 인접한 게이트전극;
    양극 및 음극사이에 적어도 EL층을 포함하고, 상기 양극 및 상기 음극의 한쪽이 전기적으로 상기 액티브 층에 연결되는 EL소자; 및
    주변의 정보신호를 얻기 위한 센서;
    상기 정보신호를 보정신호로 변환하기 위한 CPU;
    상기 보정신호를 보정전위로 변환하기 위한 전압가변기를 포함하는 액티브매트릭스 표시장치로서,
    상기 보정전위가 상기 양극 및 상기 음극의 다른 쪽에 공급되는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 표시장치.
  24. 제 23항에 있어서, 상기 표시장치, 상기 센서, 상기 CPU, 및 상기 전압가변기가 동일한 기판 위에 형성되는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 표시장치.
  25. 제 23항에 있어서, 상기 센서 및 상기 CPU사이에 위치한 A/D변환기, 및 상기 CPU 및 상기 전압가변기사이에 위치한 D/A변환기를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 표시장치.
  26. 제 23항에 있어서, 상기 센서가 CCD 또는 광다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 표시장치.
  27. 제 23항에 있어서, 상기 정보신호가 사용자 생체정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 표시장치.
  28. 제 23항에 있어서, 상기 표시장치가 비디오카메라, 디지털카메라, 헤드장착형 표시, 차량항법시스템, 이동성 전화기, 및 개인용 컴퓨터로 구성된 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 표시장치.
  29. 기판 위에 적어도 한 개의 화소TFT, 적어도 액티브 층을 포함하는 상기 TFT, 및 중간에 위치하는 게이트 절연막과 함께 상기 액티브 층에 인접한 게이트전극;
    양극 및 음극사이에 적어도 EL층을 포함하고, 상기 양극 및 상기 음극의 한쪽이 전기적으로 상기 액티브 층에 연결되는 EL소자; 및
    주변의 정보신호를 얻기 위한 센서를 포함하는 액티브 매트릭스 표시장치로서,
    상기 양극 및 상기 음극의 다른 쪽의 전위가 상기 정보신호로부터 변환된 보정전위에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 표시장치.
  30. 제 29항에 있어서, 상기 표시장치 및 상기 센서가 동일한 기판 위에서 형성되는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 표시장치.
  31. 제 29항에 있어서, 상기 센서가 CCD 또는 광다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 표시장치.
  32. 제 29항에 있어서, 상기 정보신호가 사용자 생체정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 표시장치.
  33. 제 29항에 있어서, 상기 표시장치가 비디오카메라, 디지털카메라, 헤드장착형 표시, 차량항법시스템, 이동성 전화기, 및 개인용 컴퓨터로 구성된 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 표시장치.
  34. 기판 위에 적어도 한 개의 화소TFT, 적어도 액티브 층을 포함하는 상기 TFT, 및 중간에 위치하는 게이트 절연막과 함께 상기 액티브 층에 인접한 게이트전극;
    양극 및 음극사이에 적어도 EL층을 포함하고, 상기 양극 및 상기 음극의 한쪽이 전기적으로 상기 액티브 층에 연결되는 EL소자; 및
    주변의 정보신호를 얻기 위한 센서;
    상기 정보신호를 보정신호로 변환하기 위한 CPU;
    상기 보정신호를 보정전위로 변환하기 위한 전압가변기를 포함하는 액티브 매트릭스 표시장치로서,
    상기 양극 및 상기 음극의 다른 쪽의 전위가 상기 보정전위에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 표시장치.
  35. 제 34항에 있어서, 상기 표시장치, 상기 센서, 상기 CPU, 및 상기 전압가변기가 동일한 기판 위에 형성되는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 표시장치.
  36. 제 34항에 있어서, 상기 센서 및 상기 CPU사이에 위치한 A/D변환기, 및 상기 CPU 및 상기 전압가변기사이에 위치한 D/A변환기를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 표시장치.
  37. 제 34항에 있어서, 상기 센서가 CCD 또는 광다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 표시장치.
  38. 제 34항에 있어서, 상기 정보신호가 사용자 생체정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 표시장치.
  39. 제 34항에 있어서, 상기 표시장치가 비디오카메라, 디지털카메라, 헤드장착형 표시, 차량항법시스템, 이동성 전화기, 및 개인용 컴퓨터로 구성된 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 표시장치.
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