CN101271669A - 光发射器件的驱动方法和光发射器件 - Google Patents

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Abstract

一种光发射器件的驱动方法，其中当N型驱动TFT连接到光发射元件的阳极或者P型驱动TFT连接到其阴极时，驱动TFT工作于饱和区，并且可以依赖于视频信号显示具有所需灰度级的图像。此外，提供了采用该驱动方法的光发射器件。根据本发明，当依赖于视频信号向驱动TFT的栅极提供具有图像数据的电势时，向相互串联连接的驱动TFT和光发射元件施加反向偏置电压。同时，当像素依赖于视频信号显示图像时，向驱动TFT和光发射元件施加正向偏置电压。

Description

光发射器件的驱动方法和光发射器件
技术领域
本发明涉及包括多个像素的光发射器件的驱动方法，其中每个像素包括光发射元件和用于向光发射元件提供电流的装置。本发明进一步涉及光发射器件。
背景技术
由于光发射元件自身发射光，因此其具有高的可见度。而且，由于其不需要背光，所以可以容易地减小使用光发射元件的显示设备的厚度，并且其视角不受限制。因此，作为CRT或LCD的替换显示设备而受人关注的使用光发射元件的光发射器件，已发展用于实际应用。可以将光发射器件分类为被动矩阵设备和主动矩阵设备。在主动矩阵设备中，在视频信号输入后可以将提供给光发射元件的电流维持在一定程度上。因此，主动矩阵设备可以灵活地应用于具有高清晰度的大面板，并且期待其在将来成为主流产品。具体地，每个制造商提供了不同的主动矩阵光发射器件的像素配置，并且采用了不同的技术措施。尽管如此，通常说来，每个像素至少包括光发射元件、用于控制输入到像素的视频信号的晶体管，和用于向光发射元件提供电流的晶体管。
对于提供在光发射器件的每个像素之中的晶体管，主要使用薄膜晶体管(TFT)，其有源层由薄的半导体膜形成。在这些TFT中，使用非晶半导体或半非晶半导体(微晶半导体)的TFT相比于使用多晶半导体的TFT，由于具有较少的制造步骤而具有可以改进成本和产量的优势。此外，这种TFT不需要形成半导体膜之后的结晶步骤，因此，其可以相对简单地用于形成大面板。
光发射器件实际使用中的问题是由于电致发光材料退化造成的光发射元件的亮度衰减。电致发光材料的退化程度依赖于光发射时间量和流过的电流量。因此，当每个像素中的灰度级依赖于所显示的图像不同时，每个像素中的光发射元件的退化程度也不同，导致亮度差异。为了抑制该亮度衰减，在下面的专利文献1中，用于控制提供给光发射元件的电流的晶体管工作于饱和区，并且因此，不考虑电致发光层的退化，在该晶体管导通时漏极电流保持恒定。
专利文献1
日本专利公开No.2002-108285
发明内容
下文中解释了这样的问题，即在像素中使用由非晶半导体或半非晶半导体形成的TFT，以及控制晶体管用于向处于饱和区的光发射元件提供电流。
非晶半导体是包括半导体的膜，其具有在非晶和结晶(包括单晶和多晶)结构之间的中间结构。半非晶半导体具有在自由能中稳定的第三态，并且其是具有短程有序和晶格畸变的一种结晶半导体。该半导体具有0.5-20nm的晶粒尺寸，并且可以分散到非单晶半导体中。而且，该半导体混合了至少1atom％的氢或者卤素，作为对悬挂键的中和剂。为方便起见，这种半导体在这里称为半非晶半导体(SAS)。当诸如氦、氩、氪或氖的惰性气体元素混合到SAS中时，增加了晶格畸变并且因此增强了稳定性，导致了极好的SAS。例如，在美国专利No.4,409,134中公开了该SAS半导体。
在由非晶半导体或半非晶半导体形成的TFT实际上用作向光发射元件提供电流的晶体管(驱动TFT)的情况中，由于N型TFT具有特定的迁移率而使用N型TFT。光发射元件包括阳极、阴极和在阳极和阴极之间提供的电致发光层。通常，阳极连接到向光发射元件提供电流的晶体管的源极或漏极。
图19A示出了P型驱动TFT和光发射元件的连接。注意到满足电势Vdd＞电势Vss。如图19A所示，P型驱动TFT 10与光发射元件11串联连接。在P型TFT中，具有较高电势的电极用作源极(S)，而具有较低电势的电极用作漏极(D)。因此，Vdd提供给P型驱动TFT 10的源极，而其漏极连接到光发射元件11的阳极，并且Vss提供给光发射元件11的阴极。
当根据输入给像素的视频信号向驱动TFT 10的栅极(G)提供电势时，在驱动TFT 10的栅极和源极之间产生了电势差(栅电压)Vgs，并且对应于Vgs的TFT 10的漏极电流提供给光发射元件11。在图19A的情况中，由于固定的电势Vdd提供给了驱动TFT 10的源极，所以栅电压Vgs仅由提供给其栅极的电势确定。
图19B示出了N型驱动TFT和光发射元件的连接。如图19B所示，N型驱动TFT 20与光发射元件21串联连接。至于N型TFT，具有较低电势的电极用作源极(S)，而具有较高电势的电极用作漏极(D)。因此，Vdd提供给N型驱动TFT 20的漏极，而其源极连接到光发射元件21的阳极，并且Vss提供给光发射元件21的阴极。
当根据输入给像素的视频信号向驱动TFT 20的栅极(G)提供电势时，在驱动TFT 20的栅极和源极之间产生了电势差(栅电压)Vgs，并且对应于该Vgs的驱动TFT 20的漏极电流提供给了光发射元件21。然而，在图19B所示的连接情况中，不同于图19A中所示的连接，向驱动TFT 20源极提供的电势不是固定的，并且由驱动TFT 20的源-漏电压(漏极电压)Vds和光发射元件21的阳极-阴极电压Vel确定。因此，栅电压Vgs不能仅由提供给其栅极的电势确定，并且即使在向像素输入具有相同图像数据的视频信号时，也不能保持驱动TFT 20的漏极电流恒定，导致了光发射元件21亮度的变化。
特别地，工作于饱和区的驱动TFT 20的漏极电压Vds高于工作在线性区的驱动TFT的漏极电压。因此，在根据视频信号向驱动TFT 20的栅极提供电势时，变得难以固定源极电势，并且因此像素不能显示具有所需灰度级的图像。
应当指出，与N型驱动TFT相同，前文所述的问题也可能在使用P型驱动TFT时发生。在像素中P型驱动TFT的漏极连接到光发射元件的阳极的情况下，在根据视频信号向P型驱动TFT的栅极提供电势时，固定源极电势是困难的。因此，像素不能显示所需的灰度级。
考虑到前文所述内容，本发明提供了光发射器件的驱动方法，其中驱动TFT工作于饱和区，并且可以在N型驱动TFT连接到光发射元件的阳极、或者P型驱动TFT连接到光发射元件的阴极时，依赖视频信号显示具有所需灰度级的图像。本发明进一步提供了使用该驱动方法的光发射器件。
发明者的一般概念是，通过利用光发射元件的非线性，依赖于具有图像数据的视频信号能够不失败地写入驱动TFT的栅电压。根据本发明，当依赖于视频信号向驱动TFT的栅极提供具有图像数据的电势时，向相互串联连接的驱动TFT和光发射元件施加反向偏置电压。同时，在像素根据视频信号显示图像时，向驱动TFT和光发射元件施加正向偏置电压。
通过参考图1A和1B更为详细地描述了本发明的驱动方法。图1A示出了N型驱动TFT和光发射元件的连接，以及在向像素输入视频信号的周期(写周期)中提供给每个元件的电势之间的关系。在写周期中，反向偏置电压施加到相互串联连接的驱动TFT 100和光发射元件101。具体地，向驱动TFT 100的源极提供电势Vss，而其漏极连接到光发射元件101的阳极，并且向光发射元件101的阴极提供高于Vss的电势Vdd。
应当指出，TFT包括三个电极：栅极、源极和漏极。除了栅极之外的两个电极(第一电极和第二电极)中的一个依赖于所提供的电平而对应于源极或者漏极。在N型TFT的情况中，具有较低电势的电极对应于源极，而具有较高电势的电极对应于漏极。在本说明书中，离光发射元件较近的电极被称作第一电极。
由于光发射元件101是非线性元件，所以其阳极-阴极电压Vel相对于驱动TFT 100的漏极电压Vds高很多。因此，驱动TFT 100和光发射元件101的连接节点(节点A)的电势近似等于Vss。即，认为节点A的电势基本上固定。注意到节点A在写周期中对应于光发射元件101的阳极和驱动TFT 100的漏极的连接点。
当此刻依赖于视频信号向驱动TFT 100的栅极提供电势Vg时，Vss和Vg之间的电势差保持在电容器102中。
图1B示出了N型驱动TFT和光发射元件的连接，以及在像素显示图像的周期(显示周期)中提供给每个元件的电势之间的关系。在显示周期中，正向偏置电压施加到相互串联连接的驱动TFT 100和光发射元件101。具体地，Vdd提供给驱动TFT 100的漏极，而其源极连接到光发射元件101的阳极，并且Vss提供给光发射元件101的阴极。
此时，节点A对应于驱动TFT 100的源极和光发射元件101的阳极的连接点。因此，保持在电容器102中的Vss和Vg之间的电势差对应于驱动TFT 100的栅电压Vgs，并且向光发射元件101提供对应于栅电压Vgs的漏极电流。这样，根据本发明，由于Vss是固定的，所以驱动TFT 100的栅电压Vgs仅由提供给其栅极的Vg确定。
注意到在本发明中，驱动TFT不限于N型TFT，也可以使用P型TFT。尽管如此，在使用P型驱动TFT的情况中，驱动TFT连接到光发射元件的阴极。
根据本发明，半非晶半导体必须仅用于沟道形成区。此外，不是所有的沟道形成区必须包括沿其厚度的半非晶半导体，半非晶半导体仅必须包含在沟道形成区的一部分中。
在本说明书中，光发射元件包括其亮度由电流或电压控制的元件。更具体地，其包括OLED(有机发光二极管)、用于FED(场发射显示器)的MIM电子源元件(电子发射元件)，等等。
光发射器件包括：具有密封在其中的光发射元件的面板，和具有包括安装在面板上的控制器的IC等的模块。此外，本发明涉及元件基板，其对应于光发射器件制造步骤中，在完成光发射元件之前的一种模式，和包括多个像素的元件基板，其中每个像素具有向光发射元件提供电流的装置。该元件基板具体上对应于诸如仅包括光发射元件的像素电极的基板，以及在形成用作像素电极的导电层之后和对其构图以形成像素电极之前的基板的任何方面。
光发射元件其中之一的OLED(有机发光二极管)，包括阳极层、阴极层和包括在施加电场时产生电致发光的电致发光材料的层(下文中称作电致发光层)。该电致发光层提供在阳极和阴极之间，并且由一层或多层形成。具体地，电致发光层包括空穴注入层、空穴输运层、光发射层、电子注入层、电子输运层等等。电致发光层中可以包括无机化合物。电致发光层中的发光包括在激发单重态返回到基态(荧光)时产生的发光和在激发三重态返回到基态(磷光)时产生的发光。
根据前文提到的本发明的配置，N型驱动TFT可以工作于饱和区，并且可以根据视频信号显示具有所需灰度级的图像。而且，由于驱动TFT工作于饱和区，所以漏极电流不依赖于漏极电压Vds变化，并且仅由栅电压Vgs确定。因此，即使在根据光发射元件的退化Vds降低，且不增加Vel时，也能维持漏极电流的相对恒定。这样，有可能抑制由于电致发光材料退化造成的光发射元件的亮度衰减和亮度改变。
附图说明
图1A和1B是示意图，每一个示出了驱动TFT和光发射元件的连接以及提供给每个元件的电势之间的关系。
图2是像素部分的电路图。
图3A和3B是示意图，每一个示出了本发明的光发射器件的驱动方法。
图4是像素部分的电路图。
图5A-5C是示意图，每一个示出了本发明的光发射器件的配置。
图6A-6E是像素的电路图。
图7A-7C是示意图，每一个示出了本发明的光发射器件的驱动方法。
图8A-8D是用于本发明的光发射器件的元件基板的示意图。
图9A和9B是驱动电路和像素部分的剖面示图。
图10A是像素的电路图，而图10B是其剖面示图。
图11A-11C是示意图，每一个示出了光发射器件的制造方法。
图12A-12C是示意图，每一个示出了光发射器件的制造方法。
图13A和13B是示意图，每一个示出了光发射器件的制造方法。
图14是像素的顶视图。
图15A-15C是像素的剖面图。
图16A和16B是示意图，每一个示出了移位寄存器的示例。
图17A是本发明的光发射器件的顶视图，而图17B是其剖面图。
图18A-18C是示图，每一个示出了使用本发明的光发射器件的电子装置。
图19A和19B是示意图，每一个示出了驱动TFT和光发射元件的连接。
图20A和20B是示意图，每一个示出了本发明的光发射器件的驱动方法。
具体实施方式
实施例模式
图2示出了通过使用本发明的驱动方法显示图像的光发射器件的像素部分的配置。如图2所示，多个像素200在像素部分中排列成矩阵，并且经由信号线S1-Sx、扫描线G1-Gy和电源线V1-Vx向每个像素200提供不同的信号和电势。
每个像素200包括光发射元件201、用于控制输入给像素200的视频信号的TFT(开关TFT)202、用于控制提供给光发射元件201的电流的驱动TFT 203。尽管图2所示的的像素200进一步包括与驱动TFT203分开的电容器204，但是本发明不限于该配置。不必与驱动TFT 203分开地形成该电容器204，并且驱动TFT 203的栅电极和有源层之间的电容(栅电容)可以代替地用作电容器204。N型TFT既用于开关TFT202，也用于驱动TFT 203。
开关TFT 202的栅极连接到扫描线Gj(j＝1到y)。开关TFT 202的源极和漏极中的一个连接到信号线Si(i＝1到x)，而其另一个连接到驱动TFT 203的栅极。驱动TFT 203的源极和漏极中的一个连接到电源线Vi(i＝1到x)，而其另一个连接到光发射元件201的阳极。电容器204两个电极中的一个连接到驱动TFT 203的栅极，而另一个连接到光发射元件201的阳极。
应当指出，图2所示的像素配置仅为可以应用本发明的驱动方法的光发射器件的示例，能够采用本发明的驱动方法的光发射器件不限于图2所示的配置。
下面描述图2所示像素部分的驱动方法。本发明的驱动方法可以分为写周期、反向偏置周期和显示周期。图3A示出了写周期Ta、反向偏置周期Tr和显示周期Td的时序的示例。
首先，当反向偏置周期Tr开始时，向相互串联连接的驱动TFT 203和光发射元件201施加反向偏置电压。具体地，向电源线V1-Vx提供电势Vss，并且向光发射元件201的阴极提供比Vss更高的电势Vdd。
然后，写周期Ta开始。注意到根据本发明的驱动方法，写周期Ta包括在反向偏置周期Tr中。当写周期Ta开始时，顺序选择扫描线G1-Gy，并且接通每个像素200的开关TFT 202。然后，随着视频信号提供给信号线S1-Sx，经由开关TFT 202向驱动TFT 203的栅极提供视频信号电势Vg。
由于光发射元件201是非线性元件，所以在施加反向偏置电压时，光发射元件201的阳极和阴极之间的电压Vel变得比驱动TFT 203的漏极电压Vds高得多。因此，光发射元件201的阳极的电势近似等于提供给电源线V1-Vx的Vss，并且Vss和视频信号电势Vg之间的电势差积累并保持在电容器204中。
当写周期Ta结束和开关TFT 202断开时，反向偏置周期Tr结束，并且然后显示周期Td开始。
在显示周期Td中，向相互串联连接的驱动TFT 203和光发射元件201施加正向偏置电压。具体地，向电源线V1-Vx提供比Vdd更高的电势Vdd’，并且向光发射元件201的阴极提供Vdd。
尽管在本实施例方式中在反向偏置周期Tr和显示周期Td中都向阴极提供了相同的电势，但本发明不限于此。在驱动TFT 203导通时，仅需要在反向偏置周期Tr中向光发射元件201施加反向偏置电压，并且在显示周期Td中向光发射元件201施加正向偏置电压。
当施加正向偏置电压时，由于驱动TFT 203是N型晶体管，所以驱动TFT 203的源极连接到光发射元件201的阳极。因此，保持在电容器204中的Vss和视频信号电势Vg之间的电势差变得与驱动TFT 203的栅电压Vgs相等。结果，驱动TFT 203向光发射元件201提供对应于栅电压Vgs的漏极电流。
图3B示出了扫描线G1-Gy和电源线V1-Vx在每个周期中的时序图。当假设一行像素具有公共的扫描线时，则在每行中写周期Ta顺序出现。每个写周期Ta包括在反向偏置周期Tr中。应当指出，写周期Ta和反向偏置周期Tr可以完全地互相重叠。然而，通过将反向偏置周期Tr设置为长于写周期Ta，有可能防止由于电源线V1-Vx的电势波动造成的噪声等等。
注意到在本发明中，驱动TFT 203不限于N型晶体管，并且也可以使用P型晶体管。在P型驱动TFT的情况中，驱动TFT连接到光发射元件的阴极。
在图3A中，在使用模拟视频信号的情况下，示出了写周期、反向偏置周期和显示周期的时序示例，然而，本发明中也可以使用数字视频信号。例如，通过使用数字视频信号获得时间灰度级显示的情况中，可以为数字信号的每一位提供写周期Ta、反向偏置周期Tr和显示周期Td，如图7A所示。
尽管在本实施例方式中，使用非晶半导体或半非晶半导体用于像素部分中的TFT，但是本发明不限于此。本发明的驱动方法还可以应用于使用多晶半导体用于像素部分中的TFT的光发射器件。
实施例1
本实施例所描述的是光发射器件的示例，其中在如图2所示的像素部分中电源线排列为与扫描线平行，并且一个扫描线驱动器电路控制扫描线和电源线。
图4示出了根据本实施例的光发射器件中的像素部分401的配置。在图4中，像素400包括如图2所示像素部分的光发射元件405、开关TFT 402、驱动TFT 403和电容器404。每个元件的连接与图2所示像素200的元件连接相同。然而，在本实施例中，电源线V1-Vy与扫描线G1-Gy平行排列。
下面描述图4所示像素部分的驱动方法。本发明的驱动方法可以分为写周期Ta、反向偏置周期Tr和显示周期Td。图20A示出了写周期Ta、反向偏置周期Tr和显示周期Td的时序的示例。在所有像素中的从反向偏置周期Tr开始到结束的总周期用Tw标出。
首先，当反向偏置周期Tr开始时，向光发射元件405的阴极提供比电势Vss更高的电势Vdd，并且向电源线V1-Vy顺序提供电势Vss。因此，对于每行中的像素，反向偏置电压顺序施加到相互串联连接的驱动TFT 403和光发射元件405。
然后，写周期Ta开始。注意到在本发明的驱动方法中，对于每一行，写周期Ta包括在反向偏置周期Tr中。当写周期Ta开始时，顺序选择扫描线G1-Gy，并且接通每个像素中的开关TFT 402。然后，当视频信号提供给信号线S1-Sx时，经由开关TFT 402向驱动TFT 403的栅极提供视频信号电势Vg。
由于光发射元件405是非线性元件，所以在施加反向偏置电压时，光发射元件405的阳极-阴极电压Vel变得比驱动TFT 403的漏极电压Vds高得多。因此，光发射元件405的阳极的电势近似等于提供给电源线V1-Vy的Vss，并且Vss和视频信号电势Vg之间的电势差积累并保持在电容器404中。
当写周期Ta结束和开关TFT 402断开时，反向偏置周期Tr结束并且然后显示周期Td开始。
在显示周期Td中，向相互串联连接的驱动TFT 403和光发射元件405顺序地施加正向偏置电压。具体地，向光发射元件405的阴极提供Vdd，并且向电源线V1-Vy提供比Vdd更高的电势Vdd’。
在图4所示的光发射器件中，在反向偏置周期Tr和显示周期Td中都向阴极提供了相同的电势。
当施加正向偏置电压时，由于驱动TFT 403是N型晶体管，所以驱动TFT 403的源极连接到光发射元件405的阳极。因此，保持在电容器404中的Vss和视频信号电势Vg之间的电势差变得与驱动TFT 403的栅电压Vgs相等。结果，驱动TFT 403向光发射元件405提供对应于栅电压Vgs的漏极电流。
图20B示出了扫描线G1-Gy和电源线V1-Vy在每个周期中的时序图。当假设一行像素具有公共的扫描线时，则在每行中写周期Ta顺序出现。每个写周期Ta包括在相应的反向偏置周期Tr中。应当指出，写周期Ta和反向偏置周期Tr可以完全地互相重叠。然而，通过将反向偏置周期Tr设置为长于写周期Ta，有可能防止由于电源线V1-Vy的电势波动造成的噪声等等。
与图2所示的像素不同，在图4所示的像素中可以对每一行设置反向偏置周期Tr的时序。因此，可以增加显示周期Td在每一个帧周期中所占的比例，并且因此，可以抑制驱动器电路的工作频率。
在图20A中，在使用模拟视频信号的情况下示出了写周期、反向偏置周期和显示周期的时序示例，然而，本发明中也可以使用数字视频信号。例如，在通过使用数字视频信号获得时间灰度级显示的情况中，可以为数字信号的每一位提供写周期Ta、反向偏置周期Tr和显示周期Td，如图7B所示。
图5A示出了包括图4所示的像素部分401和驱动器电路的光发射器件的配置。在图5A中，参考数字405表示用于向信号线S1-Sx提供视频信号的信号线驱动器电路，而406表示用于控制扫描线G1-Gy和电源线V1-Vy的电势的扫描线驱动器电路。
图5B示出了信号线驱动器电路405的一部分。该信号线驱动器电路405包括移位寄存器410、用于将输出自移位寄存器410的信号反相的反相器411，和采样与输出自移位寄存器410的信号和输出自反相器411的反相信号同步的视频信号、并且向信号线S1-Sx提供视频信号的传输门。
图5C示出了扫描线驱动器电路406的一部分。该扫描线驱动器电路406包括移位寄存器415、用于将输出自移位寄存器415的信号反相的反相器416和417，和依赖于脉冲宽度控制信号来控制输出自反相器416的反相信号的脉冲宽度、并向扫描线G1-Gy提供反相信号的NOR电路。输出自反相器417的信号提供给电源线V1-Vy。
根据前文提到的配置，扫描线G1-Gy和电源线V1-Vy可以由单个扫描线驱动器电路406控制。
实施例2
本实施例所描述的是能够采用本发明的驱动方法的光发射器件的像素配置。
图6A所示像素包括光发射元件601、开关TFT 602、驱动TFT 603、用于强行中止光发射元件601的光发射的擦除TFT 604、和电容器605。开关TFT 602的栅极连接到第一扫描线Gaj(j＝1到y)，其源极和漏极中的一个连接到信号线Si(i＝1到x)，而其另一个连接到驱动TFT603的栅极。驱动TFT 603的源极和漏极中的一个连接到电源线Vj(j＝1到y)，而其另一个连接到光发射元件601的阳极。擦除TFT 604的栅极连接到第二扫描线Gbj(j＝1到y)，其源极和漏极中的一个连接到驱动TFT 603的栅极，而其另一个连接到光发射元件601的阳极。电容器605两个电极中的一个连接到光发射元件601的阳极，而其另一个连接到驱动TFT 603的栅极。
擦除TFT 604在写周期Ta中是关断的。然后，当正向偏置电压施加到相互串联连接的驱动TFT 603和光发射元件601时，擦除TFT 604导通。结果，可以使驱动TFT 603的栅电压Vgs等于0，驱动TFT 603关断，并且强行中止了光发射元件601的光发射。这样，结束了显示周期。
图6B所示像素包括光发射元件611、开关TFT 612、驱动TFT 613、用于强行中止光发射元件611的光发射的擦除TFT 614、和电容器605。开关TFT 612的栅极连接到第一扫描线Gaj(j＝1到y)，其源极和漏极中的一个连接到信号线Si(i＝1到x)，而另一个连接到驱动TFT 613的栅极。驱动TFT 613和擦除TFT 614在电源线Vj(j＝1到y)和光发射元件611之间相互串联连接。具体地，驱动TFT 613的源极和漏极中的一个连接到光发射元件611的阳极，而擦除TFT 614的源极和漏极中的一个连接到电源线Vj。擦除TFT 614的栅极连接到第二扫描线Gbj(j＝1到y)。电容器615两个电极中的一个连接到光发射元件611的阳极，而另一个连接到驱动TFT 613的栅极。
应当指出，尽管在图6B中在驱动TFT 613和电源线Vj之间提供了擦除TFT 614，但是本发明不限于擦除TFT 614这样的设置。例如，可以在光发射元件611和驱动TFT 613之间提供擦除TFT 614。在此情况中，具体地，驱动TFT 613的源极和漏极中的一个连接到电源线Vj，而擦除TFT 614的源极和漏极中的一个连接到光发射元件611的阳极。然后，电容器615两个电极中的一个连接到驱动TFT 613的栅极，而另一个连接到驱动TFT 613的源极或漏极，其未连接到电源线Vj。
擦除TFT 614在反向偏置周期Tr和显示周期Td中是导通的。然后，当反向偏置电压施加到相互串联连接的驱动TFT 613、擦除TFT 614和光发射元件611时，擦除TFT 614关断。结果，强行中止了光发射元件611的光发射，并且可以结束显示周期Td。
图7C示出了在如图6A和6B所示的像素中通过使用数字视频信号获得时间灰度级显示的情况中，写周期Ta、反向偏置周期Tr、显示周期Td和擦除周期Te的时序，该擦除周期Te通过强行中止光发射元件的光发射而出现。如图7C所示，擦除周期Te允许在结束所有行中的写周期Ta之前，从其中写周期Ta结束的第一行起，强行结束显示周期Tr。因此，可以增加灰度级而不减小写周期，导致抑制了驱动器电路的工作频率。
注意到在图6A所示像素的情况中，擦除TFT 604可以在擦除周期Te的全部时间中导通，或者其可以在擦除周期Te的开始导通，并且可以在该周期的剩余时间中关断。另一方面，在图6B所示像素的情况中，擦除TFT 604在擦除周期Te的全部时间中导通。
图6C示出了像素配置，在该配置中，在图2所示像素中的光发射元件的阳极和电源线之间加入了连接成二极管的TFT。图6C所示像素包括光发射元件621、开关TFT 622、驱动TFT 623、电容器624和整流TFT 625。开关TFT 622的栅极连接到扫描线Gj(j＝1到y)，其源极和漏极中的一个连接到信号线Si(i＝1到x)，而其另一个连接到驱动TFT 623的栅极。驱动TFT 623的源极和漏极中的一个连接到电源线Vi(i＝1到x)，而其另一个连接到光发射元件621的阳极。整流TFT 625的栅极连接到光发射元件621的阳极，其源极和漏极中的一个连接到电源线Vi，而另一个连接到光发射元件621的阳极。
在反向偏置周期中，整流TFT 625的源极连接到电源线Vi，而其栅极和漏极相互连接。因此，整流TFT 625导通，并且提供了正向偏置电流，由此，光发射元件621阳极的电势变得更接近于电源线Vi的电势。同时，在显示周期中，整流TFT 625的漏极连接到电源线Vi，而其栅极和源极相互连接。因此，反向偏置电压施加到整流TFT 625，并且整流TFT 625由而关断。根据这样的配置，在图6C所示的像素中，在通过使用模拟视频信号显示具有低灰度级的图像的情况中，即使当驱动TFT 623的漏极电流低时，也可以使得光发射元件621阳极的电势很快接近电源线Vi的电势。
图6D示出了像素配置，在该配置中，在图6A所示像素中的光发射元件的阳极和电源线之间加入了连接成二极管的TFT。图6D所示像素包括光发射元件631、开关TFT 632、驱动TFT 633、电容器634、擦除TFT 635和整流TFT 636。开关TFT 632的栅极连接到第一扫描线Gaj(j＝1到y)，其源极和漏极中的一个连接到信号线Si(i＝1到x)，而另一个连接到驱动TFT 633的栅极。驱动TFT 633的源极和漏极中的一个连接到电源线Vj(j＝1到y)，而另一个连接到光发射元件631的阳极。擦除TFT 635的栅极连接到第二扫描线Gbj(j＝1到y)，其源极和漏极中的一个连接到驱动TFT 633的栅极，而另一个连接到光发射元件631的阳极。整流TFT 636的栅极连接到光发射元件631的阳极，其源极和漏极中的一个连接到电源线Vj，而另一个连接到光发射元件631的阳极。
图6E示出了像素配置，在该配置中，在图6B所示像素中的光发射元件的阳极和电源线之间加入了连接成二极管的TFT。图6E所示像素包括光发射元件641、开关TFT 642、驱动TFT 643、电容器644、擦除TFT 645和整流TFT 646。开关TFT 642的栅极连接到第一扫描线Gaj(j＝1到y)，其源极和漏极中的一个连接到信号线Si(i＝1到x)，而另一个连接到驱动TFT 643的栅极。驱动TFT 643和擦除TFT 645相互串联连接。驱动TFT 643的源极和漏极中的一个连接到电源线Vj，而擦除TFT 645的源极和漏极中的一个连接到光发射元件641的阳极。整流TFT 646的栅极连接到光发射元件641的阳极，其源极和漏极中的一个连接到电源线Vj，而另一个连接到光发射元件641的阳极。
尽管在图6E中，在驱动TFT 643和电源线Vj之间提供了擦除TFT645，但是本发明不限于该擦除TFT 645的这样的设置。例如，其可以提供在光发射元件641和驱动TFT 643之间。在此情况中，具体地，驱动TFT 643的源极和漏极中的一个连接到电源线Vj，而擦除TFT 645的源极和漏极中的一个连接到光发射元件641的阳极。而且，电容器644两个电极中的一个连接到驱动TFT 643的栅极，而另一个连接到驱动TFT 643的源极或漏极，其未连接到电源线Vj。
本发明的光发射器件的像素配置不限于本实施例所示出的情况。
实施例3
在使用半非晶半导体(半非晶TFT)形成的TFT用于本发明的光发射器件的情况中，可以将驱动器电路集成地形成在和像素部分相同的基板上。同时，在使用非晶半导体(非晶TFT)形成的TFT的情况中，可以将在另一基板上形成的驱动器电路安装到和像素部分相同的基板上。
图8A示出了元件基板的示例，在该示例中，像素部分6012形成在基板6011上并且连接到分开形成的信号线驱动器电路6013。像素部分6012和扫描线驱动器电路6014通过使用半非晶TFT形成。信号线驱动器电路6013由呈现出比半非晶TFT更高的迁移率的晶体管形成。结果，有可能稳定信号线驱动器电路的工作，该信号线驱动器电路需要工作于比扫描线驱动器电路更高的频率。应当指出，信号线驱动器电路6013可以由使用单晶半导体的晶体管、使用多晶半导体的TFT或者使用SOI的晶体管形成。通过FPC 6015，向像素部分6012、信号线驱动器电路6013和扫描线驱动器电路6014的每一个提供电源电势和不同的信号等等。
注意到，可以将信号线驱动器电路和扫描线驱动器电路集成地形成在和像素部分相同的基板上。
而且，在分开地形成驱动器电路的情况中，在其之上形成驱动器电路的基板不必附着于在其之上形成像素部分的基板上，例如，可以附着在FPC上。图8B示出了元件基板的示例，在该示例中，像素部分6022和扫描线驱动器电路6024形成在基板6021上，并且连接到分开形成的信号线驱动器电路6023。像素部分6022和扫描线驱动器电路6024通过使用半非晶TFT形成。信号线驱动器电路6023通过FPC 6025连接到像素部分6022。通过FPC 6025，向每一个像素部分6022、信号线驱动器电路6023和扫描线驱动器电路6024提供电源电势和不同的信号等等。
可替换地，通过使用半非晶TFT，可以仅将信号线驱动器电路的一部分或者扫描线驱动器电路的一部分形成在和像素部分相同的基板上，而其剩余部分可以分开形成并且电连接至像素部分。图8C示出了元件基板的示例，在该示例中，信号线驱动器电路的模拟开关6033a形成在和像素部分6032以及扫描线驱动器电路6034相同的基板上，而信号线驱动器电路的移位寄存器6033b分开地形成在另一基板上并附着于基板6031上。像素部分6032和扫描线驱动器电路6034由半非晶TFT形成。通过FPC 6035，向每一个像素部分6032、信号线驱动器电路和扫描线驱动器电路6034提供电源电势和不同的信号等等。
如图8A-8C所示，根据本发明，光发射器件的驱动器电路的一部分或全部可以通过使用半非晶TFT形成在和像素部分相同的基板上。
而且，信号线驱动器电路和扫描线驱动器电路都可以分开地形成，并安装到在其之上形成像素部分的基板上。图8D示出了元件基板的示例，在该示例中，包括信号线驱动器电路的芯片6043和每一个包括扫描线驱动器电路的芯片6044附着于在其之上形成像素部分6042的基板6041上。像素部分6042由半非晶TFT或非晶TFT形成。通过FPC6045，向每一个像素部分6042、包括信号线驱动器电路的芯片6043和每一个都包括扫描线驱动器电路的芯片6044提供电源电势和不同的信号等等。
分开形成的基板的连接方法没有受到专门的限制，并且可以使用已知的诸如COG，引线键合和TAB的方法。此外，就电气连接是可能的而言，连接点不限于图8A-8D所示的那些。而且，控制器、CPU、存储器等等可以分开地形成以便连接。
本发明中使用的信号线驱动器电路不仅限于仅包括模拟开关和移位寄存器的信号线驱动器电路。其可以既包括移位寄存器和模拟开关，还包括诸如缓冲器，电平移位器和源极跟随器的其他电路。并非必需提供移位寄存器和模拟开关。例如，用于选择信号线的诸如解码器的电路可用于替代移位寄存器，并且锁存器等等可用于替代模拟开关。
芯片的安装方法没有受到专门的限制，并且可以使用已知的诸如COG，引线键合和TAB的方法。此外，就电气连接是可能的而言，安装点不限于图8A-8D所示的那些。尽管信号线驱动器电路和扫描线驱动器电路每个都形成在图8A-8D所示的芯片中，但是，控制器、CPU、存储器等等可以形成在芯片中以便被安装。此外，并非全部扫描线驱动器电路都必须形成在芯片中，可以仅将一部分扫描线驱动器电路形成在芯片中。
根据本实施例，诸如驱动器电路的集成电路分开地形成在芯片中并安装。结果，相比于在和像素部分相同的基板上集成地形成所有电路的情况，可以提高产量，并且根据每个电路的特征可以容易地实现对工艺的优化。
实施例4
下面所描述的是由半非晶半导体形成的TFT的结构，其用于本发明的光发射器件。图9A示出了用于驱动器电路的TFT和用于像素部分的TFT的剖面结构。参考数字501对应于用于驱动器电路的TFT的剖面示图，502对应于用于像素部分的TFT的剖面示图，503对应于光发射元件的剖面示图，TFT 502向该光发射元件提供电流。TFT 501和502是反向交错(底部栅)TFT。
驱动器电路的TFT 501包括在基板500上形成的栅电极510、形成用于覆盖栅电极510的栅绝缘层511，和由半非晶半导体膜形成的并与栅电极510交叠的第一半导体层512，栅绝缘层511置于栅电极510和第一半导体层512之间。TFT 501进一步包括一对第二半导体层513，其中的每一个用作源极区或漏极区，以及在第一半导体层512和第二半导体层513之间形成的第三半导体层514。
尽管图9A中，栅绝缘层511由两个绝缘层形成，但是本发明不限于此设置。栅绝缘层511可以由单一绝缘层或者三层或更多层绝缘层形成。
第二半导体层513由非晶半导体膜或半非晶半导体膜形成，并且添加了赋予一种导电性的杂质。该对第二半导体层513彼此相对，其中第一半导体层512的沟道形成区置于其之间。
第三半导体层514由非晶半导体膜或半非晶半导体膜形成，并且具有与第二半导体层513相同的导电性和比第二半导体层513更低的导电性。由于第三半导体层514用作LDD区，所以其使得集中于用作漏极区的第二半导体层513末端的电场分级，从而防止了热载流子效应。然而，并非必须提供第三半导体层514，通过提供第三半导体层514既可以获得高电压TFT又改善了可靠性。在TFT 501是N型晶体管的情况中，在不添加赋予N型导电性的杂质条件下形成第三半导体层514时，可以获得N型导电性。因此，在使用N型晶体管用于TFT 501的情况中，并非必须向第三半导体层514添加赋予N型导电性的杂质。然而，向用于形成沟道区的第一半导体层512添加赋予P型导电性的杂质，使得导电性尽可能的与I型接近。
形成布线515用于覆盖第三半导体层514对。
像素部分的TFT 502包括在基板500上形成的栅电极520、用于覆盖栅电极520的栅绝缘层521，和由半非晶半导体膜形成的并与栅电极520交叠的第一半导体层522，栅绝缘层511置于其之间。TFT 502进一步包括一对第二半导体层523，其每一个用作源极区或漏极区，以及在第一半导体层522和第二半导体层523之间形成的第三半导体层524。
第二半导体层523由非晶半导体膜或半非晶半导体膜形成，并且向其添加赋予一种导电性的杂质。第二半导体层对523彼此相对，其中第一半导体层522的沟道形成区置于其之间。
第三半导体层524由非晶半导体膜或半非晶半导体膜形成，并且具有与第二半导体层523相同的导电性和比第二半导体层523更低的导电性。由于第三半导体层524用作LDD区，所以其使得集中于用作漏极区的第二半导体层523末端的电场分级，从而防止了热载流子效应。然而，并非必须提供第三半导体层524，通过提供第三半导体层524，既可以获得高电压TFT又改善了可靠性。在TFT 502是N型晶体管的情况中，在不添加赋予N型导电性的杂质条件下形成第三半导体层524时，可以获得N型导电性。因此，在使用N型晶体管用于TFT 502的情况中，并非必须向第三半导体层524添加赋予N型导电性的杂质。然而，向用于形成沟道区的第一半导体层522添加赋予P型导电性的杂质，使得导电性尽可能的与I型接近。
形成布线525用于覆盖第三半导体层对524。
第一钝化层540和第二钝化层541由绝缘膜形成，以便覆盖TFT501和502以及布线515和525。用于覆盖TFT 501和502的钝化层的数目不限于两个，也可以使用单层或者三层或更多层。例如，第一钝化层540可以由氮化硅形成，而第二钝化层541可以由氧化硅形成。由氮化硅或氧化硅形成的钝化层能够防止TFT 501和502由于湿气和氧气所引起的退化。
布线525中的任一个连接到光发射元件503的阳极530。在阳极530上形成了电致发光层531，并且在电致发光层531上形成了阴极532。
当每一个都包括沟道形成区的第一半导体层512和522通过使用半非晶半导体形成时，可以获得呈现出比使用非晶半导体的TFT更高的迁移率的TFT。结果，驱动器电路和像素部分可以集成地形成在同一基板上。
下面所描述的是本发明的光发射器件中包括的TFT的结构，其与图9A所示的TFT不同。图9B示出了用于驱动器电路的TFT和用于像素部分的TFT的剖面结构。参考数字301对应于用于驱动器电路的TFT的剖面示图，302对应于用于像素部分的TFT的剖面示图，而303对应于光发射元件303的剖面示图，TFT 302向该光发射元件提供电流。
驱动器电路的TFT 301和像素部分的TFT 302包括在基板300上形成的栅电极310和320、用于覆盖栅电极310和320的栅绝缘层311，和由半非晶半导体膜形成的并分别和栅电极310和320交叠、栅绝缘层311置于其间的第一半导体层312和322。形成由绝缘膜形成的沟道保护层330和331，用于分别覆盖第一半导体层312和322的沟道形成区。分别地，提供沟道保护层330和331，以便防止在TFT 301和302的制造步骤中，第一半导体层312和322的沟道形成区被刻蚀掉。TFT301和302分别进一步包括第二半导体层对313和323，其中的每一个用作源极区或漏极区，以及在第一半导体层312、322和第二半导体层313、323之间形成的第三半导体层314和324。
尽管图9B中栅绝缘层311由两层绝缘层形成，但是本发明不限于此设置。栅绝缘层311可以由单绝缘层或者三层或更多层绝缘层形成。
第二半导体层313和323由非晶半导体膜或半非晶半导体膜形成，并且向其添加了赋予一种导电性的杂质。第二半导体层对313和323的彼此相对，其中第一半导体层312和322的沟道形成区置于其之间。
第三半导体层314和324由非晶半导体膜或半非晶半导体膜形成，并且具有与第二半导体层313和323相同的导电性和比第二半导体层313和323更低的导电性。由于第三半导体层314和324用作LDD区，所以其使得集中于用作漏极区的第二半导体层313和323末端的电场分级，从而防止了热载流子效应。然而，并非必须提供第三半导体层314和324，通过提供第三半导体层314和324既可以获得高电压TFT又改善了可靠性。在TFT 301和302是N型晶体管的情况中，在不添加赋予N型导电性的杂质条件下形成第三半导体层314和324时，可以获得N型导电性。因此，在使用N型晶体管用于TFT 301和302的情况中，并非必须向第三半导体层314和324添加赋予N型导电性的杂质。然而，向用于形成沟道区的第一半导体层312和322添加赋予P型导电性的杂质，使得导电性尽可能的与I型接近。
形成布线315和325以便覆盖第三半导体层对314和324。
第一钝化层340和第二钝化层341由绝缘膜形成，以便覆盖TFT301和302以及布线315和325。用于覆盖TFT 301和302的钝化层的数目不限于两个，也可以使用单层或者三层或更多层。例如，第一钝化层340可以由氮化硅形成，而第二钝化层341可以由氧化硅形成。由氮化硅或氧化硅形成的钝化层能够防止TFT 301和302由于湿气和氧气所引起的退化。
布线325中的任一个连接到光发射元件303的阳极350。在阳极350上形成了电致发光层351，并且在电致发光层351上形成了阴极332。
当每一个都包括沟道形成区的第一半导体层312和322通过使用半非晶半导体形成时，可以获得呈现出比使用非晶半导体的TFT更高的迁移率的TFT。结果，驱动器电路和像素部分可以集成地形成在同一基板上。
在本实施例中所描述的是光发射器件的驱动器电路和像素部分通过使用包括半非晶半导体的TFT集成地形成在同一基板上的情况，但是本发明不限于这种设置。在由使用半非晶半导体的TFT形成像素部分后，分开形成的驱动器电路可以附着于在其之上形成像素部分的基板上。而且，可以由非晶半导体形成包括沟道的第一半导体层。在这种情况中，然而，像素部分由使用非晶半导体的TFT形成，并且分开形成的驱动器电路附着于在其之上形成像素部分的基板上。
实施例5
下面所描述的是包括在本发明的光发射器件中的像素配置。图10A示出了像素的电路图的示例，而图10B示出了对应于图10A的像素的剖面结构的示例。
在图10A和10B中，参考数字221表示用于控制输入给像素的视频信号的开关TFT，而222表示用于控制提供给光发射元件223的电流的驱动TFT。具体地，通过开关TFT 221由输入给像素的视频信号来控制漏极电流，并且向光发射元件223提供漏极电流。参考数字224表示用于在开关TFT 221关断时保持驱动TFT 222的栅电压的电容器，并非必须提供该电容器224。
更具体地，开关TFT 221的栅电极连接到扫描线Gj(j＝1到y)，其源极和漏极中的一个连接到信号线Si(i＝1到x)，而另一个连接到驱动TFT 222的栅电极。驱动TFT 222的源极和漏极中的一个连接到电源线Vi(i＝1到x)，而另一个连接到光发射元件223的阳极225。电容器224两个电极中的一个连接到驱动TFT 222的栅电极，而另一个连接到光发射元件223的阳极225。
在图10A和10B中，开关TFT 221采用了多栅极的结构，其中串联连接并且其栅电极相互连接的多个TFT具有公共的第一半导体层。通过采用多栅极结构，可以减小开关TFT 221的关断电流。尽管开关TFT 221具有图10A和10B中的结构，即其中两个TFT相互串联连接，但是本发明可以用于多栅极结构，其中三个或更多的TFT相互串联连接并且它们的栅电极相互连接。而且，开关TFT 221并非必须具有多栅极结构，同样可以使用包括单一的栅电极和沟道形成区的单栅结构的TFT。
实施例6
下面更为详细地描述了本发明的光发射器件的制造方法。
对于基板710，既可以使用玻璃、石英等等，也可以使用塑料材料。可替换地，为了获得基板710，绝缘层可形成在诸如不锈钢和铝的金属材料上。用于形成栅电极和栅布线(扫描线)的导电层形成在基板710上。对于导电层，使用了诸如铬、钼、钛、钽、钨和铝的金属材料或者这些材料的合金。可以通过溅射或者真空气相淀积形成该导电层。
将该导电层刻蚀以形成栅电极712和713。栅电极712和713优选地具有锥形的末端，以便于在其上形成第一半导体层和布线层。在导电层由铝基材料形成的情况中，其表面优选地在刻蚀步骤之后通过阳极氧化等绝缘。尽管未示出，但是可以在该步骤中同时形成连接到栅电极的布线。
随后，第一绝缘层714和第二绝缘层715形成在栅电极712和713上，用以起到栅绝缘层的作用。在这种情况中，优选的是，第一绝缘层714由氧化硅膜形成，而第二钝化层715由氮化硅膜形成。这些绝缘层可以通过辉光放电分解或溅射形成。特别地，为了在低淀积温度下形成具有高密度和低栅极泄漏电流的绝缘层，可以在绝缘层中添加混合有诸如氩的惰性气体元素的反应气体。
在第一绝缘层714和第二绝缘层715之上形成第一半导体层716。该第一半导体层716由半非晶半导体(SAS)形成。
可通过硅气体的辉光放电分解获得该SAS。典型地，可以使用SiH4作为硅气体，也可以使用Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4、SiF4等。通过使用硅气体可以促进SAS的形成，而该硅气体通过添加选自氢、氢和氦、氩、氪、和氖的一种或多种惰性气体元素进行稀释。优选地以10-1000的稀释率对硅气体进行稀释。不需要说的是，在减压条件下执行通过辉光放电分解进行的膜的反应生产，但是压强可以在约0.1到133Pa的范围内。用于产生辉光放电的功率在1-120MHz的范围内，但是更加优选地，可以提供在13-60MHz范围内的RF功率。优选地在300℃或更低的温度下对基板进行加热，并且更加优选地，在100-200℃的温度下。
硅气体还可以混合以诸如CH4和C2H6的炭气体、或者诸如GeH4和GeF4的锗气体，用以将能带宽度设置在1.5-2.4eV、或者0.9-1.1eV的范围内。
当没有故意地向SAS中添加用于控制价电子的杂质元素，则SAS呈现出小的N型导电性。这是因为，由于在比形成非晶半导体的情况中更高的功率来执行辉光放电，所以氧很容易地混合进半导体层中。
当在淀积的同时或在淀积之后向包括沟道形成区的第一半导体层添加赋予P型导电性的杂质元素，则可以控制阈值电压。典型的，硼用作赋予P型导电性的杂质元素。可以在1-1000ppm的速率下向硅气体中混入诸如B2H6和BF3的杂质气体。优选的是硼的浓度是1×1014-6×1016atoms/cm3。
随后，形成第二半导体层717和第三半导体层718(图11A)。在不故意添加控制价电子的杂质元素的条件下形成第二半导体层717，并且第二半导体层717如同第一半导体层716优选地由SAS形成。第二半导体层717置于第一半导体层716和具有一种导电性并且形成源极和漏极的第三半导体层718之间，并且因而其起到缓冲层的作用。因此，在第三半导体层718具有与第一半导体层716相同的导电性时(第一半导体层716具有小的N型导电性)，并不必须提供第二半导体层717。在带有控制阈值电压的目的下，将赋予P型导电性的杂质元素添加到第三半导体层718的情况中，第二半导体层717用于逐渐地改变杂质浓度，从而导致良好的接合形成。即，第二半导体层717能够用作形成在将获得的TFT的沟道形成区和源极或漏极区之间的轻掺杂杂质区(LDD区)。
在形成N沟道TFT时，具有一种导电性的第三半导体层718可以添加以作为典型的杂质元素的磷。具体地，可以在硅气体中混入诸如PH3的杂质气体。只要可以控制价电子，可以由SAS或非晶半导体形成具有一种导电性的第三半导体层718。
如上文所阐明的，从第一绝缘层714到具有一种导电性的第三半导体层718的形成步骤可以在其不暴露在大气的条件下顺序执行。因此，可以在不被大气元素或存在于大气中的杂质元素污染其每一个表面时形成每一层，从而减小了TFT特征中的变化。
下一步，通过使用光致抗蚀剂形成掩模719。然后，刻蚀第一半导体层716、第二半导体层717和具有一种导电性的第三半导体层718，用于构图成类似岛的图形(图11B)。
其后形成了第二导电层720，用以形成连接到源极和漏极的布线。该第二导电层720由铝或者铝基导电材料形成。可替换地，第二导电层720可以具有层叠结构，其中与半导体层接触的层由钛、钽、钼、钨、铜或者这些元素的氮化物形成。例如，有可能第一层由Ta形成并且第二层由W形成，第一层由TaN形成并且第二层由Al形成，第一层由TaN形成并且第二层由Cu形成，或者第一层由Ti形成，第二层由Al形成并且第三层由Ti形成。第一层或第二层中的一个可以由AgPdCu合金形成。而且，也可以顺序层叠W、Al和Si的合金(Al-Si)和TiN。可以用氮化钨替代W，可以用Al和Ti的合金(Al-Ti)替代Al和Si的合金(Al-Si)，或者可以用Ti替代TiN。为了改善抗热性，铝可以添加以0.5-5atom％的元素，诸如钛、硅、钪、钕和铜(图11C)。
随后，形成掩模721。掩模721被构图用以形成连接源极和漏极的布线，并且还用作用于通过去掉具有一种导电性的第三半导体层718形成沟道形成区的刻蚀掩模。由铝或者铝基导电材料形成的导电层可以通过使用诸如BCl3和Cl2的氯化物气体进行刻蚀。这一蚀刻过程提供了布线723到726。通过使用诸如SF6、NF3和CF4的氟化物气体进行刻蚀来形成沟道形成区。在这种情况中，不可能具有与用作基层的第一半导体层716a和716b相关的刻蚀选择性，因此，必须适当地调节工艺时间。在该方式中，可以获得沟道刻蚀的TFT(图12A)。
下一步，由氮化硅膜形成用于保护沟道形成区的第三绝缘层727。该氮化硅膜可以通过溅射或辉光放电分解形成，并且为了阻挡大气中诸如有机材料、金属和湿气的污染物，要求该氮化硅膜具有高密度。通过使用氮化硅膜用于第三绝缘层727，可以使第一半导体层716中的氧浓度降低到5×1019atoms/cm3或更低，更优选地为1×1019atoms/cm3或更低。当使用硅作为靶通过RF溅射形成氮化硅膜时，使用其中在诸如氩的惰性气体元素中混入氮化物的溅射气体促进了氮化硅膜的较高密度。另一方面，当通过辉光放电分解形成氮化硅膜时，通过用诸如氩的惰性气体元素稀释硅气体100-500倍，获得了氮化硅膜。因此，该氮化硅膜能够在100℃或更低的低温下具有高密度。而且，由氧化硅膜形成的第四绝缘层728可以按需要层叠在第三绝缘层727上。该第三绝缘层727和第四绝缘层728对应于钝化层。
在第三绝缘层727和/或第四绝缘层728上形成了平面化层729。该平面化层729优选地由诸如丙烯酸、聚酰亚胺和聚酰胺的有机树脂形成，或者由具有Si-O键和Si-CHx键的硅氧烷基绝缘膜形成。由于这些材料是含水的，所以优选地形成第六绝缘层730作为用于防止湿气的吸收和释放的阻挡膜。可以使用前文提到的氮化硅膜用于该第六绝缘层730(图12B)。
在穿过第六绝缘层730、平面化层729、第三绝缘层727和第四绝缘层728形成接触孔之后，形成布线732(图12C)。
使用这种方式形成的沟道刻蚀TFT具有2-10cm2/V-sec的场效应迁移率，该TFT的沟道形成区由SAS形成。
下一步，在第六绝缘层730上形成阳极731用于接触布线732。对于阳极731，可以使用在氧化铟中混入了2-20％的氧化锌(ZnO)的透明导电膜，也可以使用ITO、IZO或者ITSO。可替换地，氮化钛膜或钛膜也可以用于阳极731。在这种情况中，在形成透明导电膜之后，形成氮化钛膜或钛膜以便其足够薄用以透射光(优选地，约5-30nm)。在图13A中，ITO用于阳极731。可以通过CMP或者通过聚乙烯醇的多孔体进行清洁来抛光该阳极731，使得其表面平坦。而且，阳极731的表面可以使用氧气等离子体处理，或者在通过CMP抛光之后暴露在紫外线辐射下。
如图13A所示，通过使用有机树脂膜、无机树脂膜或者硅氧烷基材料在第六绝缘层730上形成堤岸层733。注意到硅氧烷是具有通过将硅(Si)和氧(O)键合形成的骨架结构的材料，并且该材料在其取代基中至少包括氢。此外，硅氧烷在其取代基中还可以包括一种和多种选自氟、烷基族和芳烃的元素。堤岸层733包括开口部分，在此处暴露了阳极731。然后，如图13B所示，形成电致发光层734以便与位于堤岸层733的开口部分的阳极731接触。电致发光层734可以由单层或多层形成。在电致发光层734具有层叠结构的情况中，空穴注入层、空穴输运层、光发射层、电子输运层和电子注入层按照此顺序层叠在阳极731上。
随后，形成阴极735以便覆盖电致发光层734。阴极735可以由已知的具有低功函数的材料形成，例如Ca、Al、CaF、MgAg和AlLi。阳极731、电致发光层734和阴极735在堤岸层733的开口部分中互相重叠用以形成光发射元件736。
实际上，当光发射器件完成直到图13A和13B所示的步骤时，为了不使其暴露在大气中，优选地通过保护膜(层叠膜，紫外线可固化树脂膜等等)或者具有高气密性和较低脱气的覆盖材料来密封该光发射器件。
可以通过使用五个掩模形成元件基板，该元件基板中由相同类型的TFT构成了像素部分和驱动器电路，这五个掩模是：栅电极形成掩模，半导体区形成掩模，布线形成掩模，接触孔形成掩模和阳极形成掩模。
尽管在本实施例中，通过使用包括半非晶半导体的TFT在同一基板上形成了光发射器件的驱动器电路和像素部分，但是本发明不限于此。像素部分可由使用非晶半导体的TFT形成，并且分开形成的驱动器电路可以附着于在其之上形成像素部分的基板上。
图11A-11C、图12A-12C和图13A和13B示出了具有图9A所示结构的TFT的制造方法，尽管可以相似地制造具有图9B所示结构的TFT。然而，图9B所示的TFT与图11A-11C、图12A-12C和图13A和13B所示的TFT不同，其不同之处在于在包括SAS的第一半导体层312和322上形成沟道保护层330和331，以便分别与栅电极310和320交迭。
在图12A和12B中，在第三绝缘层(第一钝化层)和第四绝缘层(第二钝化层)中形成接触孔之后，形成阳极和堤岸。该堤岸可以由诸如丙烯酸、聚酰亚胺和聚酰胺的有机树脂形成，或者由具有Si-O键和Si-CHx键的硅氧烷基绝缘膜形成。特别地，通过使用光敏材料优选地在阳极上形成开口部分，使得开口部分的侧壁具有连续的弯曲。
实施例7
本实施例中所描述的是图10A和10B所示像素的顶视图。
图14是本实施例的像素的顶视图。Si、Vi和Gj分别对应于信号线、电源线和扫描线。在本实施例中，信号线Si和电源线Vi由相同的导电层形成。扫描线Gj和布线250也是由相同的导电层形成。扫描线Gj的一部分用作开关TFT 221的栅电极。布线250的一部分用作驱动TFT 222的栅电极，并且其另一部分用作电容器224的第一电极。在阳极225一侧的驱动TFT 222的有源层的一部分251用作电容器224的第二电极。电容器224由位于阳极225一侧的有源层的部分251、布线250的一部分和栅绝缘层(未示出)形成。参考数字225表示阳极，并且在阳极225、电致发光层和阴极(此两者未示出)的交迭区域(光发射区)发射光。
无需说的是，本实施例所示的顶视图仅为一个示例，并且本发明不限于此。
实施例8
N型晶体管用于在本发明的光发射器件中所使用的半非晶TFT和非晶TFT。本实施例中所描述的是作为示例的采用N型驱动TFT的像素的剖面结构。
图15A是像素的剖面示图，其中使用了N型驱动晶体管7001，并且在阴极7003的方向发射来自光发射元件7002的光。在图15A中，电致发光层7004和阴极7003按此顺序层叠在与驱动TFT 7001电连接的阳极7005上。该阳极7005优选地由难以透光的材料形成，并且可以使用，例如氮化钛或者钛。电致发光层7004可以由单层或者多层形成。阴极7003可以由已知的材料形成，只要该材料是具有低功函数的导电膜。例如，理想地使用Ca、Al、CaF、MgAg、AlLi等等，然而，其形成为足够薄以便于透射光(优选地，约5-30nm)。例如，可以利用具有20nm厚度的Al作为阴极7003。然后，形成透明导电层7007以便覆盖该阴极7003。对于该透明导电层7007，可以使用ITO、IZO或者ITSO，也可以使用其中在氧化铟中混入2-20％的氧化锌(ZnO)的透明导电膜。
阴极7003、电致发光层7004和阳极7005的交迭区域对应于光发射元件7002。在图15A所示像素的情况中，在如轮廓线箭头所示的阴极7003的方向中发射来自光发射元件7002的光。
图15B是像素的剖面示图，其中使用了N型驱动晶体管7011，并且在阴极7013的方向中发射来自光发射元件7012的光。在图15A中，电致发光层7014和阴极7013按此顺序层叠在与驱动TFT 7011电连接的阳极7015上。该阳极7015由透射光的透明导电膜形成，并且例如，可以使用ITO、IZO或者ITSO，也可以使用其中在氧化铟中混入2-20％的氧化锌(ZnO)的透明导电膜。如图15A，电致发光层7014可以由单层或者多层形成。阴极7013可以由已知材料形成，只要该材料是如图15A的具有低功函数、并且反射光的导电膜。
阳极7015、电致发光层7014和阴极7013的交迭区域对应于光发射元件7012。在图15B所示像素的情况中，在如轮廓线箭头所示的阳极7015的方向中发射来自光发射元件7012的光。
图15C是像素的剖面示图，其中使用了N型驱动晶体管7021，并且在阳极7025和阴极7023的方向中发射来自光发射元件7022的光。在图15C中，电致发光层7024和阴极7023按此顺序层叠在与驱动TFT7021电连接的阳极7025上。该阳极7025可以由如图15B的透射光的透明导电膜形成，并且如图15A，电致发光层7024可以由单层或者多层形成。阴极7023可以由已知材料形成，只要该材料是具有低功函数的导电膜，然而，其形成以便足够薄从而透射光。例如，可以利用具有20nm厚度的Al作为阴极7023。
阴极7023、电致发光层7024和阳极7025的交迭区域对应于光发射元件7022。在图15C所示像素的情况中，在如轮廓线箭头所示的阳极7025和阴极7023的方向中发射来自光发射元件7022的光。
尽管驱动TFT电连接到本实施例中的光发射元件，但是其他TFT可以串联连接在驱动TFT和光发射元件之间。
注意到在图15A-15C所示的所有像素中，可以形成保护层以便覆盖光发射元件。使用相比于其他绝缘膜能够使诸如湿气和氧气这些物质难以透过的膜形成该保护层，以便防止这种物质吸收到光发射元件中并加速光发射元件的退化。典型地，理想地使用由RF溅射形成的DLC膜、氮化碳膜、氮化硅膜。对于保护层，还有可能使用由难以透过湿气、氧气等的层和容易透过湿气、氧气等的层的叠层。
为了获得来自图15B和15C的阴极侧的光，可以使用添加Li以降低功函数的ITO，替代减小阴极的膜厚度。
本发明的光发射器件不限于图15A-15C所示的结构，并且基于本发明的范围的不同变化是可能的。
实施例9
本实施例中所描述的是使用具有相同导电性的TFT的移位寄存器的示例。图16A示出了本实施例的移位寄存器的配置。图16A所示移位寄存器根据第一时钟信号CLK、第二时钟信号CLKb和启动脉冲信号SP工作。参考数字1401表示脉冲输出电路，其具体配置示于图16B中。
脉冲输出电路1401包括TFT 801-806和电容器807。TFT 801的栅极连接到节点2，其源极连接到TFT 805的栅极，并向其漏极提供电势Vdd。TFT 802的栅极连接到TFT 806的栅极，其漏极连接到TFT 805的栅极，并向其漏极提供电势Vss。TFT 803的栅极连接到节点3，其源极连接到TFT 806的栅极，并向其漏极提供电势Vdd。TFT 804的栅极连接到节点2，其漏极连接到TFT 805的栅极，并向其源极提供电势Vss。TFT 805的栅极连接到电容器807的一个电极，其漏极连接到节点1，并且其源极连接到电容器807的另一个电极和节点4。TFT 806的栅极连接到电容器807的一个电极，其漏极连接到节点4，并向其源极提供电势Vss。
下面描述图16B所示脉冲输出电路1401的工作。这里假设CLK、CLKb和SP的H电平是Vdd，并且它们的L电平是Vss。为了简便起见，进一步假设Mss等于0。
当SP到达H电平时，TFT 801导通，并且因此，TFT 805的栅极电势开始上升。最后，在TFT 805的栅极电势变得等于Vdd-Vth(Vth是TFT801-806的阈值电压)时，TFT 801关断并且进入浮置状态。另一方面，当SP到达H电平时，TFT 804导通。结果，TFT 802和806的栅电势下降到Vss，并且TFT 802和806关断。此时TFT 803的栅极电势是L电平，并且TFT 803是关断的。
然后，SP变为L电平，TFT 801和804关断，并且因此TFT 805的栅极电势保持等于Vdd-Vth。在TFT 805的栅极-源极电压高于阈值电压Vth的情况中，TFT 805导通。
随后，当提供给节点1的CLK从L电平变为H电平时，由于TFT 805导通，所以节点4，即TFT 805的源极电压开始上升。由于电容器807，TFT 805的栅极和源极容性耦合，因此，随着节点4的电势增加，处于浮置状态中的TFT 805的栅极电势再次开始上升。最后，TFT 805的栅极电势变得高于Vdd+Vth，并且节点4的电势变得等于Vdd。在脉冲输出电路1401的后续阶段中，类似地执行上文所述的操作，并且顺序地输出脉冲。
实施例10
在本实施例中，通过参考图17A和17B描述面板的外部，其为本发明的光发射器件的一种模式。图17A是面板的顶视图，其中TFT和光发射元件形成在第一基板上，并且由置于第一基板和第二基板之间的密封部件密封。图17B是沿图17A的A-A’线切开得到的剖面图。
提供密封部件4005以便环绕形成在第一基板4001上的像素部分4002和扫描线驱动器电路4004。第二基板4006形成在像素部分4002和扫描线驱动器电路4004上。因此，像素部分4002和扫描线驱动器电路4004以及填充部件4007通过第一基板4001、密封部件4005和第二基板4006密封。在不同于由密封部件4005所环绕的区域的第一基板4001上的区域里，安装了通过使用多晶半导体在另一基板上形成的信号线驱动器电路4003。在本实施例中，使用多晶半导体的TFT形成的信号线驱动器电路安装在第一基板4001上，然而，信号线驱动器电路可以由单晶半导体形成，并且安装在第一基板4001上。在图17B中，示出了由多晶半导体形成的TFT 4009，作为信号线驱动器电路4003中包括的TFT的示例。
在第一基板4001上形成的像素部分4002和扫描线驱动器电路4004包括多个TFT，并且在图17B中示出了作为示例的像素部分4002中包括的TFT 4010。注意到，本实施例中假设TFT 4010是驱动TFT。该TFT 4010对应于使用半非晶半导体的TFT。
参考数字4011对应于光发射元件，并且光发射元件4011的像素电极通过布线4017电连接到TFT 4010的漏极。在本实施例中，光发射元件4011的反向电极和透明导电层4012相互电连接。光发射元件4011的结构不限于本实施例所示的结构。其可以依赖于从光发射元件4011发射的光的方向和TFT 4010的导电性任意地改变。
尽管没有在图17B的剖面示图中示出，但是通过引线4014和4015，从连接端4016提供来自分开形成的信号线驱动器电路4003和扫描线驱动器电路4004或像素部分4002的不同信号和电势。
在本实施例中，连接端4016由和光发射元件4011的像素电极相同的导电层形成。引线4014由和布线4017相同的导电层形成。而且，引线4015由和TFT 4010的栅电极相同的导电层形成。
连接端4016通过各向异性的导电层4019电连接到FPC 4018的端。
对于第一基板4001和第二基板4006，可以使用玻璃、金属(典型地，不锈钢)、陶瓷或者塑料。作为塑料材料，可以使用FRP(玻璃纤维增强塑料)板、PVF(聚氟乙烯)膜、迈拉膜、聚酯膜或者丙烯酸树脂膜。可替换地，也可以使用夹在PVF膜或迈拉膜之间的铝箔。
然而，对于在光发射元件发射光的方向上的基板，使用诸如玻璃板、塑料板、聚酯膜和丙烯酸膜的光透射材料。
对于填充部件4007，可以使用诸如氖和氩的惰性气体，也可以使用紫外线可固化树脂和热可固化树脂。这些树脂包括PCV(聚氯乙稀)、丙稀、聚酰亚胺、环氧树脂、硅树脂、PVB(聚乙烯醇缩丁醛)和EVA(乙烯醋酸乙烯酯)。在本实施例中，氮用作填充部件4007。
尽管信号线驱动器电路4003分开地形成并且安装在图17的第一基板4001上，但是本发明不限于此配置。也可以分开地形成并安装扫描线驱动器电路，或者可以分开地形成并安装仅仅信号线驱动器电路的一部分或扫描线驱动器电路的一部分。
在本实施例的模式中，光发射器件的驱动器电路和像素部分通过使用包括半非晶半导体的TFT形成在同一基板上。然而，本发明不限于此配置。像素部分可以通过使用包括半非晶半导体的TFT形成，而分开形成的驱动器电路可以安装到在其之上形成像素部分的基板上。
结合其他实施例所描述的配置可以实现本实施例。
实施例11
使用光发射元件的光发射器件自身发射光，因此，与液晶显示器相比，其具有在亮光下的高可见度和宽视角。因此，其可以应用于各自电子装置的显示部分。
本发明的光发射器件可以应用于各种电子装置，如摄像机、数字相机，目镜式显示器(头戴式显示器)、导航系统、音频再现设备(车内音响系统、组合式立体声等等)、笔记本个人电脑、游戏机、便携式信息终端(移动电脑、移动电话、便携式游戏机、电子书等等)和提供有记录介质的图像再现设备(具体地，能够再现诸如DVD(数字化多功能光盘)的记录介质并且包括用于显示再现图像的显示器的设备)。特别地，本发明的光发射器件理想地用于常常从斜的方向观看该设备的显示屏、和需要宽视角的便携式电子设备。而且，根据本发明，不需要形成半导体层后的结晶步骤，并且从而可以相对容易地形成大面板。因此，本发明的光发射器件在形成使用具有10-50英寸尺寸的大面板的电子装置中是非常有用的。图18A-18C示出了这种电子装置的示例。
图18A示出了包括外壳2001、支撑底座2002、显示部分2003、扬声器部分2004、视频输入端2005等等的显示设备。本发明的光发射器件可以应用到显示部分2003中用以完成本发明的显示设备。由于光发射器件自身发射光并且不需要背光，因此可以使其显示部分比液晶显示器更薄。应当指出，光发射显示设备包括所有的信息显示设备，如用于个人电脑、TV广播接收或者广告显示的信息显示设备。
图18B示出了包括主机体2201、外壳2202、显示部分2203、键盘2204、外部连接端口2205、指向鼠标2206等等的笔记本个人电脑。本发明的光发射器件可以应用到显示部分2203中用以完成本发明的笔记本个人电脑。
图18C示出了提供有记录介质的便携式图像再现设备(具体地，DVD再现设备)，该设备包括主体2401、外壳2402、显示部分A 2403、显示部分B 2404、记录介质(DVD等)读取部分2405、操作键2406、扬声器部分2407等等。显示部分A 2403主要显示图像数据，而显示部分B 2404主要显示字符数据。应当指出，提供有记录介质的图像再现设备包括家用视频游戏机等等。本发明的光发射器件可以应用到显示部分A 2403和显示部分B 2404，用以完成本发明的图像播放设备。
由于在光发射器件中光发射部分消耗功率，所以理想地显示数据使得光发射部件占有尽可能小的面积。因此，在光发射器件用于主要显示字符数据的显示部分时，诸如移动电话或者音频再现设备的显示部分，优选地驱动该显示部分使得字符数据通过使用作为背景的非光发射部分来发射光。
如上文所阐明的，本发明的应用范围如此之广以致于能够应用到所有领域的电子装置中。本实施例所示的电子装置可以包括具有任何一个实施例1-10中所描述的配置的光发射器件。
本申请基于在2003年8月8日提交到日本专利局的日本专利申请No.2003-289569，其内容在此引入作为参考。
尽管通过参考附图，以实施例模式和实施例的方法充分地描述了本发明，但是应当理解，对于本领域的技术人员，不同的变化和修改将是显而易见的。因此，除非这些变化和修改偏离了下文中定义的本发明的范围，否则它们应如下文中所涵盖的内容来定义。

Claims (11)

1. 一种包括光发射元件、第一至第三TFT和电源线的光发射器件，
其中第一至第三TFT是N型TFT；
第一TFT的源极或漏极连接到第二TFT的栅极；
第二TFT的源极和漏极中的一个连接到电源线，而其另一个连接到光发射元件的阳极；并且
第三TFT的栅极连接到光发射元件的阳极，第三TFT的源极和漏极中的一个连接到电源线，而其另一个连接到光发射元件的阳极。
2. 根据权利要求1的光发射器件，其中通过使用半非晶半导体形成第一至第三TFT。
3. 根据权利要求1的光发射器件，其中通过使用非晶半导体形成第一至第三TFT。
4. 一种包括光发射元件、第一至第四TFT和电源线的光发射器件，
其中第一至第四TFT是N型TFT；
第一TFT的源极或漏极连接到第二TFT的栅极；
第二TFT的源极和漏极中的一个连接到电源线，而其另一个连接到光发射元件的阳极；
第三TFT的栅极连接到光发射元件的阳极，第三TFT的源极和漏极中的一个连接到电源线，而其另一个连接到光发射元件的阳极；并且
第四TFT的源极和漏极中的一个连接到第二TFT的栅极，而其另一个连接到光发射元件的阳极。
5. 根据权利要求4的光发射器件，其中通过使用半非晶半导体形成第一至第四TFT。
6. 根据权利要求4的光发射器件，其中通过使用非晶半导体形成第一至第四TFT。
7. 根据权利要求4的光发射器件，其中为了保持第二TFT的栅电极和光发射元件的阳极之间的电势差提供了电容器。
8. 一种包括光发射元件、第一至第四TFT和电源线的光发射器件，
其中第一至第四TFT是N型TFT；
第一TFT的源极或漏极连接到第二TFT的栅极；
第二TFT和第三TFT在电源线和光发射元件的阳极之间相互串联连接；并且
第四TFT的栅极连接到光发射元件的阳极，第四TFT的源极和漏极中的一个连接到电源线，而其另一个连接到光发射元件的阳极。
9. 根据权利要求8的光发射器件，其中通过使用半非晶半导体形成第一至第四TFT。
10. 根据权利要求8的光发射器件，其中通过使用非晶半导体形成第一至第四TFT。
11. 根据权利要求8的光发射器件，其中为了保持第二TFT的栅电极和光发射元件的阳极之间的电势差提供了电容器。
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