(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、能動層のドレインがドレイン信号線に接続され、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接続され、ゲートが前記第１の薄膜トランジスタのソースに接続された第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、直流電圧が印加された共通電極に接続された第１の保持容量電極と前記第１の薄膜トランジスタのソースに接続された第２の保持容量電極との間で容量を成す第１の保持容量と、前記駆動電源に接続された第３の保持容量電極と前記第２の保持容量電極との間で容量を成す第２の保持容量とを備えた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】
前記第３の保持容量電極は前記駆動電源に接続された駆動電源線の一部から成ることを特徴とする請求項１に記載の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４に有機ＥＬ表示装置の１表示画素を示す平面図を示し、図５に有機ＥＬ表示装置の１表示画素の等価回路図を示し、図６（ａ）に図４中のＡ−Ａ線に沿った断面図を示し、図６（ｂ）に図４中のＢ−Ｂ線に沿った断面図を示す。
【０００４】
図４及び図５に示すように、ゲート信号線１５１とドレイン信号線１５２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１３１ｓは後述の保持容量電極１５４との間で容量をなす容量電極1５５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１４２に接続されている。第２のＴＦＴ１４０のソース１４１ｓは有機ＥＬ素子の陽極１６１に接続され、他方のドレイン１４１ｄは有機ＥＬ素子を駆動する駆動電源線１５３に接続されている。
【０００５】
また、ＴＦＴの付近には、ゲート信号線１５１と並行に保持容量電極１５４が配置されている。この保持容量電極１５４はクロム等から成っており、ゲート絶縁膜１１２を介して第１のＴＦＴ１３０のソース１３１ｓと接続された容量電極１５５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１７０は、第２のＴＦＴ１４０のゲート１４２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６（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１１０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１３２を兼ねたゲート信号線１５１及びＡｌから成るドレイン信号線１５２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１５３を配置する。
【０００８】
続いて、ゲート絶縁膜１１２、及び多結晶シリコン（Poly-Silicon、以下、「ｐ−Ｓｉ」と称する。）膜からなる能動層１３１を順に形成し、その能動層１３１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１３２の両側に低濃度領域１３１ＬＤとその外側に高濃度領域のソース１３１ｓ及びドレイン１３１ｄが設けられている。
【０００９】
そして、ゲート絶縁膜１１２、能動層１３１及びストッパ絶縁膜１１４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１１５を設け、ドレイン１３１ｄ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１１６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１１７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６（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１１０上に、Ｃｒ、Ｍｏなどの高融点金属からなるゲート電極１４２を設け、ゲート絶縁膜１１２、及びｐ−Ｓｉ膜からなる能動層１４１を順に形成し、その能動層１４１には、ゲート電極１４２上方に真性又は実質的に真性であるチャネル１４１ｃと、このチャネル１４１ｃの両側に、ｐ型不純物のイオンドーピングを施してソース１４１ｓ及びドレイン１４１ｄを設けて、ｐ型チャネルＴＦＴを構成する。
【００１２】
そして、ゲート絶縁膜１１２及び能動層１４１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１１５を形成し、ドレイン１４１ｄ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１５０に接続された駆動電源線１５３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１１７を形成して、その平坦化絶縁膜１１７のソース１４１ｓ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１４１ｓ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１６１を平坦化絶縁膜１１７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１６１、ＭＴＤＡＴＡ（4,4-bis(3-methylphenylphenylam ino)biphenyl）から成る第１ホール輸送層１６２、及びＴＰＤ（4,4,4-tris(3-methylphenylphenylamino)triphenylanine）からなる第２ホール輸送層１６３、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１６４及びＢｅｂｑ2から成る電子輸送層１６５からなる発光素子層１６６、マグネシウム・インジウム合金から成る陰極１６７がこの順番で積層形成された構造である。この陰極１６７は、図４に示した有機ＥＬ表示装置を形成する基板１１０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】
このように、第１のＴＦＴ１３０のソース１３１ｓから印加された電荷が保持容量１７０に蓄積されるとともに第２のＴＦＴ１４０のゲート１４２に印加されてその電圧に応じて有機ＥＬ素子は発光する。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、有機ＥＬ表示装置の表示画素の開口率が小さいとその有機ＥＬ素子の発光層からの光が小さい面積でしか発光されないため表示は非常に暗くなってしまう。
【００１７】
そこで開口率を大きくすることが考えられるが、開口率を大きくすると表示画素内の保持容量の面積を小さくしなければならない。
【００１８】
しかしながら、保持容量の面積を小さくすると保持容量が減少してしまい、保持容量１７０のみでは、第１のＴＦＴ１３０からのドレイン信号を十分に保持することができなくなり、十分に第２のＴＦＴ１４０のゲート１４２をオンさせて有機ＥＬ素子を十分な期間発光させて明るい表示を得ることができないという欠点があった。
【００１９】
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、開口率を小さくすることなく、十分に電荷を保持することにより明るいＥＬ素子の表示を得ることができるＥＬ表示装置を提供することを目的とする。
【００２０】
【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、ドレインがドレイン信号線に接続され、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接続され、ゲートが前記第１の薄膜トランジスタのソースに接続された第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、直流電圧が印加された共通電極に接続された第１の保持容量電極と前記第１の薄膜トランジスタのソースに接続された第２の保持容量電極との間で容量を成す第１の保持容量と、前記駆動電源に接続された第３の保持容量電極と前記第２の保持容量電極との間で容量を成す第２の保持容量とを備えたものである。
【００２１】
更に、上述のＥＬ表示装置はの前記第３の保持容量電極は前記駆動電源に接続された駆動電源線の一部から成るＥＬ表示装置である。
【００２２】
【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。
【００２３】
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。更に、図３に有機ＥＬ表示装置の等価回路図を示す。
【００２４】
なお、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を採用した場合であり、能動層としてｐ−Ｓｉ膜を用いた場合を示す。またゲート電極３２，４２がダブルゲート構造であるＴＦＴの場合を示す。
【００２５】
図１及び図２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３１ｓは保持容量電極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４２に接続されている。第２のＴＦＴのソース４１ｓは有機ＥＬ素子６０の陽極６１に接続され、他方のドレイン４１ｄ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と並行に第１の保持容量電極５４が配置されている。この第１の容量電極５４はクロム等から成っており、ゲート絶縁膜１２を介して第１のＴＦＴ３０のソース３１ｓと接続され多結晶シリコン膜から成る第２の保持容量電極５５との間で電荷を蓄積して容量を成している。この第１及び第２の保持容量電極からなる容量が第１の保持容量７０である。
【００２７】
また、第１のＴＦＴ３０のソース３１ｓと接続され多結晶シリコン膜から成る第２の保持容量電極５５と第３の保持容量電極９０との間で電荷を蓄積して容量を成している。これが第２の保持容量８０である。
【００２８】
こうして形成されるこれらの第１及び第２の保持容量７０，８０は、それらの容量の合計が第２のＴＦＴ４０のゲート電極４２に印加される電圧を保持するように機能する。
【００２９】
図３に示すように、第１の保持容量７０及び第２の保持容量８０の一方の電極７１，８１、即ち図１及び図２中の第２の保持容量電極５５は第１のＴＦＴ３０のソース３３に接続されている。また、第１の保持容量７０の他方の電極７２、即ち第１の保持容量電極５４は隣接する各表示画素に設けられた第１の保持容量電極５４と接続されてコモン電極７３に接続されている。このコモン電極７３には一定の電位が印加されている。また、第２の保持容量８０の他方の電極８２、即ち第３の保持容量電極９０は有機ＥＬ素子６０の駆動電源５０に接続された駆動電源線５３に接続されている。
【００３０】
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。
【００３１】
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１０、又は導電性を有する基板あるいは半導体等の基板上にＳｉＯ2やＳｉＮなどの絶縁膜を形成した基板１０上に、ＴＦＴ及び有機ＥＬ素子を順に積層形成して成る。
【００３２】
スイッチング用のＴＦＴである第１のＴＦＴ３０は、図１及び図２（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、Ｃｒ、Ｍｏなどの高融点金属からなるゲート電極３２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。また、ゲート電極と同層にＣｒ、Ｍｏなどの高融点金属から成る第１の保持容量電極５４が設けられている。
【００３３】
続いて、ゲート絶縁膜１２、及びｐ−Ｓｉ膜からなる能動層３１を順に積層する。ゲート電極３２の上方であって能動層３１上には、ソース３１ｓ及びドレイン３１ｄを形成する際のイオン注入時にチャネル３１ｃにイオンが入らないようにチャネル３１ｃを覆うマスクとして機能するＳｉＯ2膜から成るストッパ絶縁膜１４が設けられる。その能動層３１にはいわゆるＬＤＤ構造が設ける。即ち、ゲート３２の両側に低濃度領域３１ＬＤとその外側に高濃度領域の３１ｓ及びドレイン３１ｄが設けられている。また、能動層のｐ−Ｓｉ膜は第１の保持容量電極５４上にまで延在されており、第２の保持容量電極５５としてゲート絶縁膜１２を介して第１の保持容量電極５４との間で第１の保持容量７０を成す。
【００３４】
そして、ゲート絶縁膜１２、能動層３１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４１ｄ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。
【００３５】
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。
【００３６】
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４２を形成する。
【００３７】
ゲート絶縁膜１２、及びｐ−Ｓｉ膜からなる能動層４１を順に形成する。
【００３８】
その能動層４１には、ゲート電極４２上方に真性又は実質的に真性であるチャネル４１ｃと、このチャネル４１ｃの両側に、その両側をレジストにてカバーしてｐ型不純物である例えばボロン（Ｂ）をイオンドーピングしてソース４１ｓ及びドレイン４１ｄが設けられている。
【００３９】
そして、ゲート絶縁膜１２及び能動層４１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４１ｄ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及び層間絶縁膜１５のソース４１ｓ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４１ｓ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
【００４０】
有機ＥＬ素子６０の構造は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。
【００４１】
このように、ゲート絶縁膜１２を介して第１の保持容量電極５４及び第２の保持容量電極５５からなる第１の保持容量７０と、層間絶縁膜１５を介して第２の保持容量電極５５及び第３の保持容量電極９０からなる保持容量８０とを設けることにより、開口率を低下させることなく保持容量を大きくすることができ明るい表示を得ることができる。この結果、保持容量電極の面積を増大させる必要がなく第２のＴＦＴ４０のゲート４２に印加される電圧を十分な期間保持することができるので、電流が流れている期間のみ発光する有機ＥＬ素子６０に十分な期間発光する電流を供給することができることになり、明るい表示を得ることができる。
【００４２】
なお、本願においては、ドレインはＴＦＴに電流が流れ込む電極を意味し、ソースはＴＦＴから電流が流れ出す電極を意味するものとする。
【００４３】
また、上述の実施の形態においては、ゲート電極３２，４２がダブルゲート構造の場合について説明したが、本願発明はそれに限定されるものではなく、シングルゲートあるいは３つ以上のマルチゲート構造を有していても本願と同様の効果を奏することが可能である。
【００４４】
また、上述の実施の形態においては、第２のＴＦＴがｐ型チャネルＴＦＴの場合を示したが、第２のＴＦＴはｎ型チャネルＴＦＴでも良い。
【００４５】
また、上述の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、開口率を低下させることなく保持容量を大きくすることができるので、有機ＥＬ素子に十分な期間発光する電流を供給することができることになり明るい表示を得ることができる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表示装置の等価回路図である。
【図４】  従来のＥＬ表示装置の平面図である。
【図５】  従来のＥＬ表示装置の等価回路図である。
【図６】  従来のＥＬ表示装置の断面図である。
【符号の説明】
３０                    第１のＴＦＴ
３１ｓ、４１ｓ          ソース
３１ｄ、４１ｄ          ドレイン
３１ｃ、４１ｃ          チャネル
３１ＬＤ                ＬＤＤ領域
３２、４２              ゲート
４０                    第２のＴＦＴ
５０                    駆動電源
５４                    第１の保持容量電極
５５                    第２の保持容量電極
６０                    有機ＥＬ素子
７０                    第１の保持容量
８０                    第２の保持容量
９０                    第３の保持容量電極
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図１】
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