(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と陰極との間に発光層を有するエレクトロルミネッセンス素子と、
非単結晶半導体膜からなる能動層のドレインがドレイン信号線に、ゲートがゲート信号線にそれぞれ接続された第１の薄膜トランジスタと、
非単結晶半導体膜からなる能動層のドレインが前記エレクトロルミネッセンス素子の駆動電源に、前記能動層のチャネルの下方に設けたゲートが前記第１の薄膜トランジスタのソースにそれぞれ接続された第２の薄膜トランジスタとを備えたエレクトロルミネッセンス表示装置であって、
前記第２の薄膜トランジスタの能動層に設けられたチャネルの上方には、前記駆動電源に接続された駆動電源線を前記チャネル上方にまで延在させて、該チャネルを覆う導電体を設け、前記第１の薄膜トランジスタのチャネルのゲートと反対側には該チャネルを覆う導電体を設けないことを特徴とするエレクトロルミネッセンス表示装置。
【請求項２】
陽極と陰極との間に発光層を有するエレクトロルミネッセンス素子と、
非単結晶半導体膜からなる能動層のドレインがドレイン信号線に、ゲートがゲート信号線にそれぞれ接続された第１の薄膜トランジスタと、
非単結晶半導体膜からなる能動層のドレインが前記エレクトロルミネッセンス素子の駆動電源に、前記能動層のチャネルの下方に設けたゲートが前記第１の薄膜トランジスタのソースにそれぞれ接続された第２の薄膜トランジスタとを備えたエレクトロルミネッセンス表示装置であって、
前記第２の薄膜トランジスタの能動層に設けられたチャネルの上方には、前記第２の薄膜トランジスタのゲートにコンタクトホールを介して電気的に接続され、前記チャネル上方にまで延在させて、該チャネルを覆う導電体を設け、前記第１の薄膜トランジスタのチャネルのゲートと反対側には該チャネルを覆う導電体を設けないことを特徴とするエレクトロルミネッセンス表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エレクトロルミネッセンス素子及び薄膜トランジスタを備えたエレクトロルミネッセンス表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、エレクトロルミネッセンス（Electro  Luminescence：以下、「ＥＬ」と称する。）素子を用いたＥＬ表示装置が、ＣＲＴやＬＣＤに代わる表示装置として注目されており、例えば、そのＥＬ素子を駆動させるスイッチング素子として薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor：以下、「ＴＦＴ」と称する。）を備えたＥＬ表示装置の研究開発も進められている。
【０００３】
図６に有機ＥＬ表示装置の１表示画素の等価回路図を示し、図７に有機ＥＬ表示装置の１表示画素を示す平面図を示し、図８（ａ）に図７中のＡ−Ａ線に沿った断面図を示し、図８（ｂ）に図７中のＢ−Ｂ線に沿った断面図を示す。
【０００４】
図６及び図７に示すように、ゲート信号線５１とドレイン信号線５２とに囲まれた領域に表示画素が形成されている。両信号線の交点付近にはスイッチング素子である第１のＴＦＴ１３０が備えられており、そのＴＦＴ１３０のソース１３ｓは後述の保持容量電極線５４との間で容量をなす容量電極５５を兼ねるとともに、有機ＥＬ素子を駆動する第２のＴＦＴ１４０のゲート４１に接続されている。第２のＴＦＴ１４０のソース４３ｓは有機ＥＬ素子の陽極６１に接続され、他方のドレイン４３ｄは有機ＥＬ素子を駆動する駆動電源線５３に接続されている。
【０００５】
また、ＴＦＴの付近には、ゲート信号線５１と並行に保持容量電極線５４が配置されている。この保持容量電極線５４はクロム等から成っており、ゲート絶縁膜１２を介してＴＦＴのソース１３ｓと接続された容量電極５５との間で電荷を蓄積して容量を成している。この保持容量１６０は、第２のＴＦＴ１４０のゲート電極４１に印加される電圧を保持するために設けられている。
【０００６】
まず、スイッチング用のＴＦＴである第１のＴＦＴ１３０について説明する。
【０００７】
図８（ａ）に示すように、石英ガラス、無アルカリガラス等からなる絶縁性基板１０上に、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）などの高融点金属からなるゲート電極１１を兼ねたゲート信号線５１及びＡｌから成るドレイン信号線５２を備えており、有機ＥＬ素子の駆動電源でありＡｌから成る駆動電源線５３を配置する。
【０００８】
続いて、ゲート絶縁膜１２、及びｐ−Ｓｉ膜からなる能動層１３を順に形成し、その能動層１３には、いわゆるＬＤＤ（Lightly Doped Drain）構造が設けられている。即ち、ゲート電極１１の両側に低濃度領域１３ＬＤとその外側に高濃度領域のソース１３ｓ及びドレイン１３ｄが設けられている。
【０００９】
そして、ゲート絶縁膜１２、能動層１３及びストッパ絶縁膜１４上の全面には、ＳｉＯ2膜、ＳｉＮ膜及びＳｉＯ2膜の順に積層された層間絶縁膜１５を設け、ドレイン１３ｄに対応して設けたコンタクトホールにＡｌ等の金属を充填してドレイン電極１６を設ける。更に全面に例えば有機樹脂から成り表面を平坦にする平坦化絶縁膜１７を設ける。
【００１０】
次に、有機ＥＬ素子の駆動用のＴＦＴである第２のＴＦＴ１４０について説明する。
【００１１】
図８（ｂ）に示すように、石英ガラス、無アルカリガラス等からなる絶縁性基板１０上に、Ｃｒ、Ｍｏなどの高融点金属からなるゲート電極４１を設け、ゲート絶縁膜１２、及びｐ−Ｓｉ膜からなる能動層４３を順に形成し、その能動層４３には、ゲート電極４１上方に真性又は実質的に真性であるチャネル４３ｃと、このチャネル４３ｃの両側に、その両側にイオンドーピングを施してソース１３ｓ及びドレイン１３ｄが設けられている。
【００１２】
そして、ゲート絶縁膜１２及び能動層４３上の全面には、ＳｉＯ2膜、ＳｉＮ膜及びＳｉＯ2膜の順に積層された層間絶縁膜１５を形成し、ドレイン４３ｄに対応して設けたコンタクトホールにＡｌ等の金属を充填して駆動電源５０に接続された駆動電源線５３を配置する。更に全面に例えば有機樹脂から成り表面を平坦にする平坦化絶縁膜１７を形成して、その平坦化絶縁膜１７のソース４３ｓに対応した位置にコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールを介してソース１３ｓとコンタクトしたＩＴＯ（Indium Thin Oxide）から成る透明電極、即ち有機ＥＬ素子の陽極６１を平坦化絶縁膜１７上に設ける。
【００１３】
有機ＥＬ素子１６０は、ＩＴＯ等の透明電極から成る陽極６１、ＭＴＤＡＴＡ（4,4-bis(3-met hylphenylphenylamino)biphenyl）から成る第１ホール輸送層６２、ＴＰＤ（4,4,4-tris(3-methylphenylphenylamino)triphenylanine）からなる第２ホール輸送層６３、キナクリドン（Quinacridone）誘導体を含むＢｅｂｑ2（10-ベンゾ〔ｈ〕キノリノール−ベリリウム錯体）から成る発光層６４及びＢｅｂｑ2から成る電子輸送層からなる発光素子層６５、マグネシウム・インジウム合金から成る陰極６６がこの順番で積層形成された構造である。この陰極６６は、図７に示した有機ＥＬ表示装置を形成する基板１０の全面、即ち紙面の全面に設けられている。
【００１４】
また有機ＥＬ素子は、陽極から注入されたホールと、陰極から注入された電子とが発光層の内部で再結合し、発光層を形成する有機分子を励起して励起子が生じる。この励起子が放射失活する過程で発光層から光が放たれ、この光が透明な陽極から透明絶縁基板を介して外部へ放出されて発光する。
【００１５】
ここで、図３に第２のＴＦＴの特性を示す。
【００１６】
横軸に、図６中の駆動電源線５３と保持容量１７０との交点１７３における電位を基準としたゲート電圧Ｖｇｓを、縦軸にドレイン電流Ｉｄｓを示す。
【００１７】
陰極が第２のＴＦＴのチャネルの上方に無い場合では、図３中の実線で示すような特性を示す。また、陰極が有機ＥＬ表示装置の全面に形成されている場合、即ち例えばこの陰極が−１０Ｖの電位をもつ場合、ＴＦＴ特性は図３中の破線のように変化する。
【００１８】
これは、チャネル４３ｃ上方に設けられた有機ＥＬ素子１６０の陰極６６には電圧が印加されるがその電圧によってチャネル４３ｃに対してバックチャネルが発生するためである。即ち、図５（ｂ）に示したように、有機ＥＬ表示装置は基板１０上に第２のＴＦＴ１４０を形成し、更にその上に有機ＥＬ素子１６０を設けた構造であり、有機ＥＬ素子１６０の陰極６６が全面に形成されている構造であるため、その陰極６６に電圧が印加されるとその電圧によって生じる電界によって電荷が生じ、いわゆるバックチャネルを生じてしまうためである。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、第２のＴＦＴ１４０は有機ＥＬ素子１６０を駆動する電源からの電流を第２のＴＦＴ１４０のゲート４１に印加された電圧に応じて制御して有機ＥＬ素子６０に供給する機能を有しているが、この陰極の電位による特性変動の量（ΔＶ）は、チャネル上にあるストッパ絶縁膜、平坦化絶縁膜の膜厚、膜質によって決まり、これらが表示面内で変動した場合、ΔＶは容易に変動することになる。ΔＶのばらつきはＥＬ発光素子層に流れる電流を変動させることになるため、各表示画素ごとに発光輝度のばらつきを生じ表示にムラが発生するという欠点があった。
【００２０】
そこで本発明は、上記の従来の欠点に鑑みて為されたものであり、第２のＴＦＴの特性の変動をなくし本来ＥＬ素子に供給されるべき電流を供給して表示ムラの発生しないＥＬ表示装置を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明のＥＬ表示装置は、陽極と陰極との間に発光層を有するエレクトロルミネッセンス素子と、非単結晶半導体膜からなる能動層のドレインがドレイン信号線に、ゲートがゲート信号線にそれぞれ接続された第１の薄膜トランジスタと、非単結晶半導体膜からなる能動層のドレインが前記エレクトロルミネッセンス素子の駆動電源に、前記能動層のチャネルの下方に設けたゲートが前記第１の薄膜トランジスタのソースにそれぞれ接続された第２の薄膜トランジスタとを備えたエレクトロルミネッセンス表示装置であって、該第２の薄膜トランジスタの能動層に設けられたチャネルの上方に該チャネルを覆う導電体を設けているものである。
【００２２】
また、上述のＥＬ表示装置の前記導電体は前記駆動電源に接続された駆動電源線を前記チャネル上方にまで延在させて設けたエレクトロルミネッセンス表示装置である。
【００２３】
更に、上述のＥＬ表示装置の前記導電体は前記ゲート信号線を前記チャネル上方にまで延在させて設けたエレクトロルミネッセンス表示装置である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明のＥＬ表示装置について以下に説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１に本発明を有機ＥＬ表示装置に適用した場合の１表示画素を示す平面図を示し、図２（ａ）に図１中のＡ−Ａ線に沿った断面図を示し、図２（ｂ）に図１中のＢ−Ｂ線に沿った断面図を示す。
【００２５】
図１に示すように、ゲート信号線５１とドレイン信号線５２とに囲まれた領域に表示画素が形成されている。両信号線の交点付近には第１のＴＦＴ３０が備えられており、そのＴＦＴ３０のソース１３ｓは保持容量電極線５４との間で容量をなす容量電極５５を兼ねるとともに、第２のＴＦＴ４０のゲート４１に接続されている。第２のＴＦＴのソース４３ｓは有機ＥＬ素子６０の陽極６１に接続され、他方のドレイン４３ｄは有機ＥＬ素子を駆動する駆動電源線５３に接続されている。
【００２６】
また、ＴＦＴの付近には、ゲート信号線５１と並行に保持容量電極線５４が配置されている。この保持容量電極線５４はクロム等から成っており、ゲート絶縁膜１２を介してＴＦＴのソース１３ｓと接続された容量電極５５との間で電荷を蓄積して容量を成している。この保持容量は、第２のＴＦＴ４０のゲート電極４１に印加される電圧を保持するために設けられている。
【００２７】
このように有機ＥＬ素子６０及びＴＦＴ３０，４０を備えた表示画素が基板１０上にマトリクス状に配置されることにより有機ＥＬ表示装置が形成される。
【００２８】
図２に示すように、有機ＥＬ表示装置は、ガラスや合成樹脂などから成る基板又は導電性を有する基板あるいは半導体基板等の基板１０上に、ＴＦＴ及び有機ＥＬ素子を順に積層形成して成る。ただし、基板１０として導電性を有する基板及び半導体基板を用いる場合には、これらの基板１０上にＳｉＯ2やＳｉＮなどの絶縁膜を形成した上にＴＦＴ及び有機ＥＬ表示装置を形成する。
【００２９】
本実施の形態においては、第１及び第２のＴＦＴ３０，４０ともに、ゲート電極を能動層１３の下方に設けたいわゆるボトムゲート型のＴＦＴであり、能動層として多結晶シリコン（Poly-Silicon、以下、「ｐ−Ｓｉ」と称する。）膜を用いた場合を示す。またゲート電極１１，４１がダブルゲート構造であるＴＦＴの場合を示す。スイッチング用のＴＦＴである第１のＴＦＴ３０は、図２（ａ）に示すように、従来の第１のＴＦＴ１４０と同じ構造であるので説明は省略する。
【００３０】
次に、有機ＥＬ素子６０の駆動用のＴＦＴである第２のＴＦＴ４０について説明する。
【００３１】
図２（ｂ）に示すように、石英ガラス、無アルカリガラス等からなる絶縁性基板１０上に、Ｃｒ、Ｍｏなどの高融点金属からなるゲート電極４１を形成する。
【００３２】
ゲート絶縁膜１２、及びｐ−Ｓｉ膜からなる能動層４３を順に形成する。
【００３３】
その能動層４３には、ゲート電極４１上方に真性又は実質的に真性であるチャネル４３ｃと、このチャネル４３ｃの両側に、その両側にイオンドーピングしてソース１３ｓ及びドレイン１３ｄが設けられている。
【００３４】
そして、ゲート絶縁膜１２及び能動層４３上の全面に、ＳｉＯ2膜、ＳｉＮ膜及びＳｉＯ2膜の順に積層された層間絶縁膜１５を形成し、ドレイン４３ｄに対応して設けたコンタクトホールにＡｌ等の金属を充填して駆動電源５０に接続された駆動電源線５３を形成する。更に全面に例えば有機樹脂から成り表面を平坦にする平坦化絶縁膜１７を形成する。そして、その平坦化絶縁膜１７のドレイン４３ｄに対応した位置にコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールを介して駆動電源線５３とコンタクトしＡｌからなる駆動電源線５３を形成する。このとき、同時にその駆動電源線５３の一部をチャネル４３ｃ上に延在させて覆う導電体５６を形成する。また、その平坦化絶縁膜１７のソース４３ｓに対応した位置にコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールを介してソース１３ｓとコンタクトしたＩＴＯから成る透明電極、即ち有機ＥＬ素子の陽極６１を平坦化絶縁膜１７上に形成する。
【００３５】
有機ＥＬ素子６０の構造も従来の技術で説明した構造と同じであるので説明を省略する。
【００３６】
このように、第２のＴＦＴ４０のチャネル４３ｃ上方に駆動電源５３の一部からなる導電体５６を形成することにより、陰極６６に印加される電圧による電界によって生じるバックチャネルを抑制することができる。即ち、陰極の電位による電界やチャネル上部の膜質、膜厚等の変動による影響を受けず、本来のＴＦＴ特性を保持することができることになる。従って、陰極の電位による電界やチャネル上部の膜質、膜厚等の変動等に起因する表示ムラを防止することができる。
【００３７】
また、第２のＴＦＴ４０がｐ型を呈する不純物をドーピングしたソース及びドレインを備えた能動層を備えたｐ型チャネルＴＦＴとすれば、Ｉd−Ｖd特性において飽和する領域を広くすることができるため、Ｖdに応じてＩdが変化しにくくなる、即ちドレイン電圧の変化に応じたドレイン電流値のばらつきが少なくなるので有機ＥＬ素子の発光輝度が再現性良く均一にすることができることから良好な階調表示を容易に得ることができる。
【００３８】
特に多結晶シリコンＴＦＴでは、従来の技術の欄で説明したように、結晶粒界が存在し、粒界にトラップされた電子によってポテンシャルバリアが形成され空乏層が広がる。このためドレイン電極エッジにおいて粒界に強い電界がかかり、これにより加速された電子が格子と衝突する衝突電離現象が発生するが、その現象はｎ型チャネルＴＦＴの場合に比べｐ型チャネルの場合の方が著しく小さいことから、ドレイン電流は飽和する領域を示し良好な飽和特性を得ることができることから、第２のＴＦＴとしてｐ型チャネルＴＦＴを用いることが好ましい。
＜第２の実施の形態＞
図４に本発明のＥＬ表示装置の表示画素付近の平面図を示し、図５に図４中のＣ−Ｃ線に沿った断面図を示す。
【００３９】
本実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、図４に示すように、第２のＴＦＴ４０のチャネル４３ｃ上方に設けた導電体５６が第２のＴＦＴ４０のゲート電極４１の一部が延在して設けられている点である。
【００４０】
図４及び図５に示すように、第２のＴＦＴは、ゲート電極４１、ゲート絶縁膜１２を積層した上に設けたｐ−Ｓｉから成る能動層を備えている。そして、その能動層には不純物がドーピングされているソース４３ｓ及びドレイン４３ｄを備えている。
【００４１】
ゲート絶縁膜１２及び層間絶縁膜１５に設けたコンタクトホールを介してゲート電極４１とコンタクトした導電体５６をチャネル４３ｃ上方にまで延在させて設ける。即ち、ゲート電極４１と同じ電位の導電体５６を設ける。
【００４２】
このように、ゲート電極４１と同電位の導電体５６を設けることにより、従来発生していたバックチャネルを抑制することができる。
【００４３】
そのため、有機ＥＬ素子６０に本来供給されるべき電流が供給されて発光するので、各表示画素における発光輝度のばらつきが無くなり、表示ムラの発生しない有機ＥＬ表示装置を得ることができる。
【００４４】
また、第２のＴＦＴを第１の実施の形態と同様にｐ型チャネルを備えたＴＦＴとすることによりドレイン電圧に対するドレイン電流のばらつきが少なく有機ＥＬ素子の発光輝度が再現性良く均一にすることができ良好な階調表示を得ることができる有機ＥＬ表示装置が得られる。
【００４５】
なお、上述の各実施の形態においては、能動層としてｐ−Ｓｉ膜を用いたが、微結晶シリコン膜又は非晶質シリコン膜を用いても良い。
【００４６】
更に、上述の各実施の形態においては、有機ＥＬ表示装置について説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、発光層が無機材料から成る無機ＥＬ表示装置にも適用が可能であり、同様の効果が得られる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明のＥＬ表示装置は、高速の書き込みと保持特性が良い第１のＴＦＴと、電流制御性が良い第２のＴＦＴとを備えているので、良好な階調表示が可能なＥＬ表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＥＬ表示装置の第１の実施の形態を示す平面図である。
【図２】本発明のＥＬ表示装置の第１の実施の形態を示す断面図である。
【図３】本発明のＥＬ表示装置に備えられたＴＦＴの特性図である。
【図４】本発明のＥＬ表示装置の第２の実施の形態を示す平面図である。
【図５】本発明のＥＬ表示装置の第２の実施の形態を示す断面図である。
【図６】ＥＬ表示装置の等価回路図である。
【図７】従来のＥＬ表示装置の平面図である。
【図８】従来のＥＬ表示装置の断面図である。
【符号の説明】
１１，４１          ゲート
１３ｓ、４３ｓ      ソース
１３ｄ、４３ｄ      ドレイン
１３ｃ、４３ｃ      チャネル
１３ｓ、４３ｓ      ＬＤＤ領域
３０                第１のＴＦＴ
４０                第２のＴＦＴ
５０                駆動電源
５６                導電体
６０                有機ＥＬ素子
【図１】
0003649927.tif 000002
【図２】
0003649927.tif 000003
【図３】
0003649927.tif 000004
【図４】
0003649927.tif 000005
【図５】
0003649927.tif 000006
【図６】
0003649927.tif 000007
【図７】
0003649927.tif 000008
【図８】
0003649927.tif 000009