(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、
配線と、
ソース領域、ドレイン領域、前記ソース領域と前記ドレイン領域との間に設けられたメインゲート、及び前記ソース領域と前記メインゲートとの間又は前記ドレイン領域と前記メインゲートとの間に設けられたコントロールゲートを有するボトムゲート型の第１の薄膜トランジスタと、
ソース領域、ドレイン領域、及び前記ソース領域と前記ドレイン領域との間に設けられたメインゲートを有するボトムゲート型の第２の薄膜トランジスタと、
を含む副画素が複数設けられた画素を有し、
前記発光素子と、前記第１の薄膜トランジスタが有する前記ソース領域又は前記ドレイン領域の一方が電気的に接続され、
前記第１の薄膜トランジスタが有するコントロールゲートと、前記配線が電気的に接続され、
前記第１の薄膜トランジスタが有するメインゲートと、前記第２の薄膜トランジスタが有する前記ソース領域又は前記ドレイン領域の一方が電気的に接続されることを特徴とする表示装置。
【請求項２】
発光素子と、
第１の配線と、
第２の配線と、
ソース領域、ドレイン領域、前記ソース領域と前記ドレイン領域との間に設けられたメインゲート、及び前記ソース領域と前記メインゲートとの間又は前記ドレイン領域と前記メインゲートとの間に設けられたコントロールゲートを有するボトムゲート型の第１の薄膜トランジスタと、
ソース領域、ドレイン領域、及び前記ソース領域と前記ドレイン領域との間に設けられたメインゲートを有するボトムゲート型の第２の薄膜トランジスタと、
を含む副画素が複数設けられた画素を有し、
前記発光素子と、前記第１の薄膜トランジスタが有する前記ソース領域又は前記ドレイン領域の一方が電気的に接続され、
前記第１の薄膜トランジスタの前記ソース領域又は前記ドレイン領域の他方と、前記第１の配線が電気的に接続され、
前記第１の薄膜トランジスタが有するコントロールゲートと、前記第２の配線が電気的に接続され、
前記第１の薄膜トランジスタが有するメインゲートと、前記第２の薄膜トランジスタが有する前記ソース領域又は前記ドレイン領域の一方が電気的に接続されることを特徴とする表示装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
前記副画素は、赤、緑、青のいずれか一色を表示することを特徴とする表示装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
前記副画素は、カラーフィルタ又は色変換フィルタを有することを特徴とする表示装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載の表示装置を用いることを特徴とする電子機器。
【請求項６】
請求項５において、前記電子機器は、音響再生装置、ノート型パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末又は画像再生装置であることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子を用いた表示装置及びその作製方法に関し、詳しくは多色表示を行う表示装置及びその作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光素子を用いた表示装置の開発が進められている。最近では１画素を光の３原色であるＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に対応した３つの副画素に分割し、各色の副画素を階調表示することで多色表示を行う表示装置の開発が進められている。多色表示を行うための代表的な方式には、ＲＧＢに対応する３色の発光材料を用いた発光素子を形成する方式、白色発光の発光素子とＲＧＢのカラーフィルタを組み合わせた方式、任意の色を発する発光素子と蛍光材料に代表される色変換材料とを組み合わせた方式などが挙げられる。
【０００３】
また、ＬＳＩ技術ではメインゲートの他に、メインゲートとソース領域の間、メインゲートとドレイン領域の間にコントロールゲートを有する、チャネルサイズ可変型ＭＯＳＦＥＴが知られている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００４】
【非特許文献１】Ｎａｏｋｉ  Ｎａｋａｎｏｓｅ  、外５名、ＳＳＤＭ２００３、ＰＰ．４２４−４２５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
副画素を用いて多色表示を行う際、各副画素の発光素子に同じ電流密度、若しくは同じ大きさの電流を供給しても、ＲＧＢの発光素子ごとに輝度が異なる。また、白色発光の発光素子にカラーフィルタを用いた場合や、任意の色を発する発光素子との蛍光材料に代表される色変換材料を用いた場合などは、各色のカラーフィルタ及び色変換材料の光透過率、変換効率が異なるため、得られる輝度にバラツキがでる。
【０００６】
このような状態で白色を表示した場合、各色で副画素ごとに輝度が異なるため、白色が赤あるいは青や緑に偏り、白が正確に表示できない。
【０００７】
そのため、各副画素の輝度をそろえるには、発光素子に流れる電流、若しくは電流密度の大きさを色ごとに変える必要があった。
【０００８】
上記のような場合、各色ごとに電源を設ける必要があったため、外付け回路が大規模化し、コスト及び消費電力の増大の原因となっていた。そこで本発明は、上記のような問題点を解決することで、外付け回路を小規模化し、コスト及び消費電力を低減した表示装置の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した従来技術の課題を解決するために、本発明においては以下の手段を講じる。
【００１０】
本発明は、発光素子を駆動するトランジスタに、チャネルサイズを可変するためのコントロールゲートを有するチャネルサイズ可変型ＭＯＳトランジスタ（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｃｈａｎｎｅｌ−Ｓｉｚｅ  ＭＯＳ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ  ：  以下、ＶＳ−ＭＯＳと表記）を用いることを特徴とする。
【００１１】
ＶＳ−ＭＯＳは、従来のＭＯＳトランジスタに、チャネルサイズを可変するためのコントロールゲートを有する。より詳しくは、従来のトランジスタのゲートとソースの間、ゲートとドレインの間に１つ又は複数のコントロールゲートを有する。このコントロールゲートに印加される電圧を変化させることで、ゲート電圧を変化させることなく、又は、トランジスタのＬ／Ｗサイズを変えることなく、トランジスタのソース・ドレイン間に流れる電流値を変化させることができる。
【００１２】
このため、ＶＳ−ＭＯＳのコントロールゲートに供給される信号電圧を副画素ごとに調整することによって、発光素子に流れる電流、若しくは電流密度の大きさを調整することができ、各副画素での輝度を調整することが可能となる。
【００１３】
なお、発光素子は、有機材料、無機材料、薄膜材料、バルク材料及び分散材料などの広汎にわたる材料により構成される。そのうち、主に有機材料により構成される有機発光ダイオード（Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ  ：  ＯＬＥＤ）は代表的な発光素子として挙げられる。発光素子は、陽極及び陰極、並びに前記陽極と前記陰極との間に電界発光層が挟まれた構造を有する。電界発光層には、上記した材料から選択された１つ又は複数の材料により構成される。
【００１４】
画素には、ＯＬＥＤ素子やＦＥＤで用いる素子など、どのような表示素子を含んでいてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
上記構成を有する本発明により、外付け回路が小規模化でき、コスト及び消費電力を低減した表示装置及びその作製方法を提供することができる。また、階調再現性や色再現性を向上させた表示装置及びその作製方法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する本発明の構成において、同じものを指す符号は異なる図面間で共通して用いる。
（実施の形態１）
【００１７】
まず、ＶＳ−ＭＯＳの模式的なレイアウトの１例と回路図記号を図２に示す。図示するように、ＶＳ−ＭＯＳは、メインゲート２０１と、ソース領域２０２の間に、コントロールゲート２０４を有し、メインゲート２０１とドレイン領域２０３の間にコントロールゲート２０５を有する。ＶＳ−ＭＯＳは、上記のような構成をもち、該コントロールゲート２０４、２０５に印加される電圧を変化させることで、メインゲート２０１に印加される電圧を変化させることなく、該ソース領域２０２と該ドレイン領域２０３の間に流れる電流値を変化させることができる。
【００１８】
次に、ＶＳ−ＭＯＳを発光素子駆動用トランジスタに用いた表示装置の構成を図３に示す。表示装置は、基板３０１上に（ｍ×ｎ）個の画素３０２がマトリクス状に配置された画素部３０３を有する。画素３０２は、ＲＧＢの各色に対応した３つの副画素を有する。
なお、前記副画素とは、ＲＧＢに対応する３色の発光材料を用いた発光素子を用いるもの、白色発光の発光素子とＲＧＢのカラーフィルタを組み合わせたもの、任意の色を発する発光素子と蛍光材料に代表される色変換材料とを組み合わせた副画素などが相当する。
【００１９】
図３では、同じ色の副画素を横に並べた横ストライプ配列が図示されているが、本発明はこれに限定されない。たとえば、副画素を各行で半副画素毎にずらしたデルタ配列、１副画素毎にずらしたモザイク配列、又は４つの副画素で１画素を構成するスクエア配列を用いてもよい。更に、図３では、画素３０２は３つの副画素を有し、前記副画素はＲＧＢの各色に対応した光を発するが、本発明はこれに限定されない。画素３０２の副画素の個数、及び副画素から発せられる光の色は任意に設定することができる。
【００２０】
前記副画素には、図１（Ａ）（Ｂ）に示した回路などが用いられる。また、前記副画素には駆動用トランジスタ１２１、前記駆動用トランジスタ１２１のドレインに接続された発光素子１２２、前記駆動用トランジスタ１２１のソースに接続された発光素子用電源線１２３、前記駆動用トランジスタ１２１のコントロールゲートに接続されたコントロールゲート用信号線１２４、１２５、１２６を有し、前記駆動用トランジスタ１２１にＶＳ−ＭＯＳを用いることを特徴とする。
【００２１】
前記コントロールゲート用信号線１２４、１２５、１２６でコントロールゲートに供給される信号電圧を副画素ごとに調整することによって、発光素子１２２に流れる電流の大きさ、又は電流密度が調整され、各副画素が同じ輝度になり、ＲＧＢのどの色にも偏っていない白色が表現できる。
つまり、コントロールゲートに印加される電圧を任意に調整することで、ホワイトバランスを調整することができ、所望の色彩で表示が可能になる。
【００２２】
また、駆動用トランジスタ１２１にＶＳ−ＭＯＳを用いることにより、劣化にも対応できる。各色の発光素子ごとに劣化にバラツキがある場合も、表示時間の経過とともにコントロールゲートの電圧を任意に調整することにより、劣化による輝度低下、ホワイトバランスの悪化も改善することができる。
【００２３】
なお、本発明において接続されているとは、電気的に接続されていることと同義である。したがって、本発明が開示する構成において所定の接続関係に加え、その間に電気的な接続を可能とする他の素子（例えば、別の素子やスイッチなど）が配置されていてもよい。
（実施の形態２）
【００２４】
本発明では以下のような工程で作成されたトランジスタを用いてもよく、ＶＳ−ＭＯＳを作成する場合の工程を以下に説明する。
【００２５】
ここで液滴吐出法とは、インクジェット法やディスペンサー法に代表される方式のことをいう。
【００２６】
基板４０１上に液滴吐出法により、導電性材料を含む組成物を吐出して、後にゲート電極として機能する導電層４０２、及びコントロールゲートとして機能する導電層４０３を形成する。（図４（Ａ）参照）
【００２７】
その後、絶縁膜として機能する絶縁層４０４を形成する。この絶縁層４０４は単層でも良いし、複数の絶縁膜を積層させても良い。さらに、Ｉ型アモルファスシリコン層４０５、Ｎ型アモルファスシリコン層４０６を形成する。その後、マスクとしてレジストなど用いて、Ｉ型アモルファスシリコン層４０５とＮ型アモルファスシリコン層４０６を加工し、マスクとして用いたレジスト等を除去する。（図４（Ｂ）参照）
【００２８】
その後、導電性材料を含む組成物を吐出して、後にソース、又はドレイン電極などとして機能する導電層４０７を形成する。さらに、前記導電層４０７をマスクにしてＮ型アモルファスシリコン層４０６をパターン加工する。（図４（Ｃ）参照）
【００２９】
上記工程を経て、Ｎ型アモルファスシリコンを用いたチャネルエッチ型の半導体装置を形成することができる。
【００３０】
更に、絶縁層５０１を形成する。この絶縁層５０１には、たとえば酸化膜、窒化膜といった無機系の絶縁膜や、アクリルや、シロキサンといった有機系の絶縁膜を用いても良く、それらの積層でも良い。その後、前記絶縁層５０１に開口部５０２を形成し、導電層４０７と接するように、導電性材料を含む組成物を吐出して、導電層５０３を形成する。（図５（Ａ）参照）導電層５０３には、透光性の材料を用いると好ましく、具体的には、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＩＴＯと酸化珪素から構成されるＩＴＳＯなどを用いて形成するとよい。
【００３１】
その後、土手として機能する絶縁層５０４を形成する。（図５（Ｂ）参照）その後、発光層５０５を、導電層５０６を形成する。（図５（Ｃ）参照）
【００３２】
なお、本実施の形態では、Ｎ型アモルファスシリコンを用いた場合の半導体装置の作成方法を説明したが、本発明には、Ｐ型アモルファスシリコンで形成される半導体装置を用いても良い。
【００３３】
また、本発明において、適用可能なトランジスタの種類に限定はなく、非晶質シリコンや多結晶シリコンに代表される非単結晶半導体膜を用いた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、半導体基板やＳＯＩ基板を用いて形成されるＭＯＳ型トランジスタ、接合型トランジスタ、バイポーラトランジスタ、有機半導体やカーボンナノチューブを用いたトランジスタ、その他のトランジスタを適用することができる。また、トランジスタが配置されている基板の種類に限定はなく、単結晶基板、ＳＯＩ基板、ガラス基板などに配置することができる。
（実施の形態３）
【００３４】
次に、本発明を用いた場合の画素回路について、図６を用いて説明する。図６（Ａ）は、信号線６１１４、電源線６１１５、６１１７、走査線６１１６の各配線で囲まれた領域に、画素６１０１に対するビデオ信号の入力を制御するトランジスタ６１１０、発光素子６１１３に流れる電流値を制御するトランジスタ６１１１、該トランジスタ６１１１のコントロールゲートに信号を供給するコントロールゲート用信号線６１００、該トランジスタ６１１１のゲート・ソース間電圧を保持する容量素子６１１２を有する。なお、容量素子６１１２は、該トランジスタ６１１１のゲート容量や他の寄生容量で賄うことも可能である。
【００３５】
図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示した画素６１０１に、トランジスタ６１１８と走査線６１１９を新たに設けた構成の画素回路である。該トランジスタ６１１８の配置により、強制的に発光素子６１１３に電流が流れない状態を作ることができるため、全ての画素に対する信号の書き込みを待つことなく、書き込み期間の開始と同時又は直後に点灯期間を開始することができる。従って、デューティ比が向上して、動画の表示は特に良好に行うことができる。
【００３６】
なお、本発明を用いた表示装置には、アナログのビデオ信号、デジタルのビデオ信号のどちらを用いてもよい。なかでも、アナログのビデオ信号を用いた場合と、デジタルのビデオ信号を用いて定電流駆動を行う場合などでは、該トランジスタ６１１１により、発光素子６１１３に流れる電流の値を調整できるため、該トランジスタ６１１１にＶＳ−ＭＯＳを用いることが望ましい。
【００３７】
また、アナログで駆動する場合、従来は図７（Ａ）に示したように、発光素子駆動用トランジスタのゲート電圧（ビデオ信号）の大きさを色ごと（ＲＧＢ）で変えていた。本発明では、図７（Ｂ）のように、色ごと（ＲＧＢ）で変える必要が無い。そのため、外付け回路が小規模化でき、コストも低減される。
（実施の形態４）
【００３８】
本実施の形態では、実施の形態３、図６（Ａ）で説明した回路図を、低温ポリシリコン薄膜トランジスタを用いて実施する場合の副画素レイアウトの１例を図８（Ａ）に示す。また、該レイアウト図に示した、駆動用トランジスタの断面図を図８（Ｂ）に示す。なお、副画素のレイアウトはこれに限定されない。
（実施の形態５）
【００３９】
本発明を用いた表示装置の回路構成について、図９を用いて説明する。走査線駆動回路９０１、シフトレジスタやサンプリング回路等から構成される信号線駆動回路９０２、ビデオ線９０３、コントロールゲート用信号線９０４、及び複数の副画素がマトリクス状に配置された画素部９０５から構成される。図示したように、副画素は色ごとに接続される、コントロールゲート用信号線９０４は異なる。
【００４０】
また、本発明を用いた表示装置の構成について、図１０を用いて説明する。図１０は、半導体装置の概略を説明する上面図であり、基板１０１０上に、画素部（表示部）１００２、保護回路１００３、１００４が設けられ、引き回し配線を介して、信号線側のドライバＩＣ１００７、走査線側のドライバＩＣ１００８と接続される。画素部１００２を構成する素子として、非晶質半導体又は微結晶半導体を用いる場合、図示するように、ＣＯＧ方式やＴＡＢ方式等の公知の方式によりドライバＩＣ１００７、１００８を実装し、これらのドライバＩＣを駆動回路として用いるとよい。なお、画素部１００２を構成する素子として、微結晶質半導体を用いる場合、走査線側の駆動回路を該微結晶半導体で構成し、信号線側にドライバＩＣ１００７を実装してもよい。
【００４１】
上記とは別の構成として、走査側及び信号線側の駆動回路の一部を同一基板上に作り込む、若しくは、一部をドライバＩＣで代用した構成でもよい。つまり、ドライバＩＣを実装するにあたり、その構成は様々であり、本発明はいずれの構成を用いてもよい。
（実施の形態６）
【００４２】
本発明を適用して作製される電子機器の一例として、デジタルカメラ、カーオーディオなどの音響再生装置、ノート型パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（携帯電話、携帯型ゲーム機等）、家庭用ゲーム機などの記録媒体を備えた画像再生装置などが挙げられる。それら電子機器の具体例を図１１、１２に示す。
【００４３】
図１１（Ａ）はテレビ受像機であり、筐体９５０１、表示部９５０２等を含む。図１１（Ｂ）はパーソナルコンピュータ用のモニタであり、筐体９６０１、表示部９６０２等を含む。図１１（Ｃ）はノート型パーソナルコンピュータであり、筐体９８０１、表示部９８０２等を含む。本発明は、上記電子機器の表示部の作製に適用される。上記の電子機器の表示部は、携帯端末と比較すると大型であるため、必然的に、所謂第４世代、第５世代以降の大型のガラス基板を用いることになる。従って、材料の利用効率が高く、またフォトリソグラフィ工程を用いる場合と比較して工程数を削減することが可能な液滴吐出法で配線を形成する本発明を用いると、低価格化が実現される。また、作製工程や費用の面から、非晶質半導体や微結晶半導体をチャネル部としたトランジスタにより構成することが好ましい。
【００４４】
図１２（Ａ）は携帯端末のうちの携帯電話であり、筐体９１０１、表示部９１０２等を含む。図１２（Ｂ）は携帯端末のうちのＰＤＡであり、筐体９２０１、表示部９２０２等を含む。図１２（Ｃ）はビデオカメラであり、表示部９７０１、９７０２等を含む。本発明は、上記電子機器の表示部の作製に適用される。上記電子機器は、携帯端末であるため、その画面が比較的小型である。従って、表示部と同一の基板上に、多結晶半導体をチャネルとした薄膜トランジスタを用いた駆動回路やＣＰＵ等の機能回路、多層配線を搭載して、小型化を図ることが好ましい。この際、工程数を削減することができる液滴吐出法で配線を形成する本発明を用いると、低価格化が実現される。さらに、上記電子機器は携帯端末であるため、薄型、軽量、小型の点で付加価値を図るために、発光素子を用いた表示部とするとよい。本実施の形態は、上記の実施の形態と自由に組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の回路図。
【図２】本発明に用いるＶＳ−ＭＯＳの模式的なレイアウト図、及び回路記号。
【図３】本発明の表示装置の示す図。
【図４】チャネルエッチ型の薄膜トランジスタの作製方法を説明する図。
【図５】チャネルエッチ型の薄膜トランジスタの作製方法を説明する図。
【図６】本発明を用いた画素回路図。
【図７】本発明を用いた場合の発光素子駆動トランジスタゲート電圧、輝度特性の図。
【図８】本発明を用いた画素のレイアウト図。
【図９】本発明を用いた表示装置の回路図。
【図１０】本発明を用いた表示装置の図。
【図１１】本発明が適用される電子機器の図。
【図１２】本発明が適用される電子機器の図。
【符号の説明】
【００４６】
１２１  駆動用トランジスタ
１２２  発光素子
１２３  発光素子用電源線
１２４  コントロールゲート用信号線
２０１  メインゲート
２０２  ソース領域
２０３  ドレイン領域
２０４  コントロールゲート
２０５  コントロールゲート
３０１  基板
３０２  画素
３０３  画素部
４０１  基板
４０２  導電層
４０３  導電層
４０４  絶縁層
４０５  Ｉ型アモルファスシリコン層
４０６  Ｎ型アモルファスシリコン層
４０７  導電層
５０１  絶縁膜
５０２  開口部
５０３  導電層
５０４  絶縁膜
５０５  発光層
５０６  導電層
９０１  走査線駆動回路
９０２  信号線駆動回路
９０３  ビデオ線
９０４  コントロールゲート用信号線
９０５  画素部
１００２  画素部
１００３  保護回路
１００４  保護回路
１００７  ドライバＩＣ
１００８  ドライバＩＣ
１０１０  基板
６１００  コントロールゲート用信号線
６１０１  画素
６１１０  トランジスタ
６１１１  トランジスタ
６１１２  容量素子
６１１３  発光素子
６１１４  信号線
６１１５  電源線
６１１６  走査線
６１１７  電源線
６１１８  トランジスタ
６１１９  走査線
９１０１  筐体
９１０２  表示部
９２０１  筐体
９２０２  表示部
９５０１  筐体
９５０２  表示部
９６０１  筐体
９６０２  表示部
９７０１  表示部
９７０２  表示部
９８０１  筐体
９８０２  表示部
【図１】
0004700320.tif 000002
【図２】
0004700320.tif 000003
【図３】
0004700320.tif 000004
【図４】
0004700320.tif 000005
【図５】
0004700320.tif 000006
【図６】
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【図７】
0004700320.tif 000008
【図８】
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【図９】
0004700320.tif 000010
【図１０】
0004700320.tif 000011
【図１１】
0004700320.tif 000012
【図１２】
0004700320.tif 000013