CN1245763C - 自发光器件及采用自发光器件的电气设备 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种能够清晰地多灰度彩色显示的自发光器件以及配备有此器件的电气设备。利用时分驱动方法获得了灰度显示，其中提供在象素(104)中的EL元件(109)被控制来按时发光或不发光，从而避免受到电流控制TFT(108)的特性起伏的影响。

Description

自发光器件及采用自发光器件的电气设备
本发明涉及到借助于在衬底上制作发光元件(诸如EL(电致发光)元件)而制造的自发光器件(即EL显示器件)以及以自发光器件作为显示器(显示单元)的电气设备。此处的发光元件也称为OLED(有机发光器件)。
此发光元件除了阳极和阴极之外，还有一个含有能够提供EL(电致发光：由于施加电场而产生的发光)的EL材料层(以下称为EL层)。由EL材料产生的发光包括从单重激发态返回基态时的光发射(荧光)和从三重激发态返回基态时的发光(磷光)。本发明的自发光器件能够采用二种发光元件，一种含有荧光EL材料，另一种含有磷光EL材料。
近年来，在衬底上制作TFT的技术已经取得了很大进展，并正在开发这样制作的TFT在有源矩阵显示器件中的应用。特别是，由多晶硅膜制作的TFT的场迁移率(常常简称为迁移率)高于由非晶硅膜制作的常规TFT，因此能够高速运行。
通常如图3所示，有源矩阵自发光器件具有象素结构。在图3中，参考号301表示用作开关元件的TFT，以下称为开关TFT，302表示用作控制馈送到EL元件303的电流的元件(电流控制元件)的TFT(以下称为电流控制TFT)，而304表示电容器(存储电容器)。开关TFT 301被连接到栅引线305和源引线(数据线)306。电流控制TFT 302具有连接到EL元件303的漏区，并具有连接到电源线307的源区。
当栅引线305被选择时，开关TFT 301的栅接通，来自源引线306的数据信号被存储在电容器304中，且电流控制TFT 302的栅被接通。在开关TFT 301的栅被关闭之后，电流控制TFT 302的栅由于存储在电容器304中的电荷而保持接通，且当栅接通时，EL元件303发光。从EL元件发出的光量依赖于流过其中的电流量而变化。
换言之，在模拟驱动的灰度显示器中，从EL元件发射的先量由于利用从源引线306输入的数据信号对流入电流控制TFT 302栅的电流量进行控制而变化。
图4A示出了电流控制TFT的晶体管特性。参考号401表示的是显示所谓Id-Vg特性的曲线(也称为Id-Vg曲线)，其中Id表示漏电流，而Vg表示栅电压。利用此图可以知道给定栅电压下将有多少电流流动。
当驱动EL元件时，通常使用包围Id-Vg特性曲线的虚线402所示区域内的电压。由线402包围的区域在图4B中被放大了。
在图4B中，阴影区域被称为子阈值区域。这一术语实际上表示栅电压与阈值电压(VTH)大约相同的区域。当栅电压在这一区域中改变时，漏电流指数地改变。利用此区域的栅电压来控制电流。
当开关TFT 301接通时，输入在象素中的数据信号首先被存储在电容器304中，此信号原封不动地用作电流控制TFT 302的栅电压。此时，栅电压根据图4A所示的Id-Vg特性确定1∶1比率的漏电流。于是，根据数据信号，给定量的电流在EL元件303中流动，且EL元件以对应于这一给定量电流的数量而发光。
如上所述，利用输入的信号来控制EL元件的发光量，而对待要发射的光量的控制提供了灰度显示。这是一种所谓的模拟灰度方法，其中用信号幅度的变化来提供灰度显示。
但模拟灰度方法有一个弊端，而且无助于对付TFT特性的起伏。作为例子，让我们假设这样一种情况，其中一个开关TFT的Id-Vg特性不同于为与灰度显示器中的一个开关TFT相同的灰度而指定的相邻象素的开关TFT的Id-Vg特性(这意味着总体上向正或负偏移)。
这种情况下的开关TFT的漏电流彼此不同，取决于各个TFT之间特性差异的程度。这使施加到一个象素中的一个电流控制TFT的栅电压不同于施加到相邻象素中的其它电流控制TFT的栅电压。因此，在其二个EL元件中流动不同数量的电流，从而使它们发射不同数量的光，结果，在灰度显示中想要相同灰度的EL元件现在无法起到它们想要的作用。
即使当相同的栅电压被施加到相邻象素中的电流控制TFT时，若Id-Vg特性彼此不同，各个TFT也不能输出相同数量的漏电流。而且，如从图4A可见，此处使用的栅电压位于栅电压的变化指数地改变漏电流的区域中。因此，若Id-Vg特性中有即使稍许的差异，栅电压的质量也不总是确保输出的电流量的质量。于是可以预料，相邻象素中的EL元件可能发射数量彼此大为不同的光。
由于各个开关TFT之间的起伏和各个电流控制TFT之间的起伏的协同影响，可接受的Id-Vg特性起伏实际上处于精度甚至更窄的范围内。模拟灰度方法从而对TFT的特性起伏极为敏感，这构成了在常规有源矩阵自发光器件中获得多色显示的一个障碍。
考虑到上述问题，提出了本发明，且因此，本发明的目的是提供一种能够进行清楚的多灰度彩色显示的有源矩阵自发光器件。本发明的另一目的是提供一种用这种有源矩阵自发光器件作为显示单元的电气设备。
根据本发明人的意见，为了得到对TFT特性起伏不敏感的象素结构，仅仅使用电流控制TFT作为控制电流的开关元件的数字驱动灰度方法，比借助于控制电流量而控制从EL元件发射多少光的常规模拟驱动灰度方法更为优越。
本发明人想到了以时分方法的数字驱动灰度(以下称为时分灰度)来显示图形的有源矩阵自发光器件。
而且，借助于在视频信号输入到源驱动器电路时分割视频线，使多个数据被立即输入，在这种器件中实现了平板显示的提速。此处的视频信号指定一个待要输入到本说明书定义的源驱动器电路的数据信号。
图5A-5F示出了当图形以时分灰度被显示时，写入周期和显示周期中的整个驱动时间。此处解释的是用6位数字驱动方法以64级灰度进行显示的情况。写入周期是信号被写入到构成一帧的所有象素所需的时间长度。显示周期是象素被点亮到根据写入信号而进行显示的时间长度。
在写入周期内，EL驱动电源被关断(没有象素被点亮)，以便不对象素中的EL元件施加电压。另一方面，在显示周期内，EL驱动电源被开通，以便将电压施加到象素中的EL元件。若点亮象素的数据信号在这种状态下被输入，则象素被点亮。
图形在显示区域中被完全显示所用的时间长度是一帧。在一般的EL显示器中，振荡频率是60Hz，并如图5A所示，1秒钟有60帧。例如，如图5B所示，当在第四帧形成6位数字灰度(64级灰度)显示时，这一帧被分割成16，且写入周期对显示周期的比率被设定为6∶10，以便在写入周期(约为6.24msec)内能够将信号总共写入6次。用写入1-写入6表示6次中的写入，其中写入1完成第一次写入，写入6完成最后一次写入。各个显示周期分别用对应于写入1-写入6的显示1-显示6表示。
显示周期被设定为满足显示1∶显示2∶显示3∶显示4∶显示5∶显示6＝1∶1/2∶1/4∶1/8∶1/16∶1/32。
图5C示出了在一帧内根据6次写入(写入1-写入6)建立上述比率的显示周期。
此处，图5C底部写入的数值表示写入周期长度与显示周期长度之间的关系。
具体地说，数值表示当写入周期为63时，写入1的显示周期(显示1)是320。当每个写入周期是63时，显示2中的显示周期是160，显示3中的显示周期是80，显示4中的显示周期是40，显示5中的显示周期是20，而显示6中的显示周期是10。
一个写入周期(一个写入)和一个显示周期(一个显示)被加到一起形成一场。这意味着图5C中总共有写入周期相同但显示周期不同的6场。此处，在形成一帧的过程中首先出现的第一场被称为场1(F1)，而其余的各个场，亦即从第二场到第六场，根据它们出现的顺序被称为场2(F2)-场6(F6)。
然而，场1-场6出现的顺序并不固定。与适当的显示周期相结合，提供了来自64级灰度的所希望的灰度显示。
如图5D所示，实际时间被设定成借助于将6场不同地分散在显示周期中而使各个显示周期被组合。
在图5D中，在周期显示1内，给定的象素被点亮，然后开始写入5，并在完成将数据信号输入到所有象素之后，开始显示5。接着，在写入4中，数据信号被输入到所有象素，随之以开始显示4。以这种方式，各个给定象素在其各个场中的写入2、写入3、和写入6中被相似地相继点亮。
图5E示出了图5D所示6场中的场5。图5E的场5包括当某个栅引线被从栅电路输入的数据信号选择时数据被写入的周期(写入5)，以及当来自源引线的信号被输入到被选择的栅引线时象素被点亮的显示周期(显示5)。
图5A-5F的演示是在VGA平板显示器(分辨率为640×480)上提出的。因此有480个栅引线，且用来选择包括某些虚拟引线的所有栅引线的周期是图5E的写入周期。
在写入周期中从源引线输入的信号被称为点数据。在一个栅选择周期内从源驱动电路输入的点数据，以图5F所示的周期被取样。这表示当数据被写入在图5E的写入周期中选择的栅时，从源引线输入的信号被写入。数据被取样一次的时间长度为40nsec。
如图5F所示，来自源驱动电路的点数据被输入，使16个点数据每隔40nsec被同时输入。
一个栅选择周期中选择的点数据，被保持在图6所示源驱动电路中的各个锁存器1(6001)中，直至所有的数据被取样。在完成所有数据取样之后，锁存数据从锁存线6003被输入，且所有的数据被同时移入锁存器2(6002)。注意，移位寄存器6004响应于来自时钟线6005的时钟脉冲而选择从视频线6006输入的视频信号。
与取样周期分隔的图5F中的线数据锁存周期，是当数据要从锁存器1(6001)-锁存器2(6002)被移动时，锁存信号被输入的数据移动周期。
图7所示是根据本发明的有源矩阵自发光器件中的象素结构。在图7中，参考号701表示用作开关元件的TFT(以下称为开关TFT或象素TFT)，702表示用作控制施加到EL元件703的电流的元件(电流控制元件)的TFT(以下称为电流控制TFT或EL驱动TFT)，而704表示电容器(存储电容器或辅助电容器)。开关TFT 701被连接到栅引线705和源引线(数据线)706。电流控制TFT 702具有连接到EL元件703的漏区，并具有连接到电源线(或电流供应线)707的源区。
当栅引线705被选择时，开关TFT 701的栅被接通，来自源引线706的数据信号被存储在电容器704中，且电流控制TFT 702被接通。在开关TFT 701被关闭之后，电流控制TFT 702的栅由于存储在电容器704中的电荷而保持接通，且EL元件703在栅被接通的过程中发光。EL元件703发射多少光，依赖于其中流动的电流量而变化。
换言之，在数字驱动灰度显示器中，从源引线706输入的数据信号使电流控制TFT 702的栅接通或关闭，且当EL驱动电源被开通时，电流流动，从而引起EL元件发光。
象素的电流控制TFT的功能是在显示周期内对象素是被点亮(显示)或被关断(不显示)执行控制。显示周期与写入周期之间的转换由通过FPC端子向平板右侧的电源来进行。
安装在平板外面的电源(由图7的72中的709表示)用作写入周期与显示周期之间的转换的开关。在一个写入周期中，当此电源被关断(致使不向象素施加电压)时，数据信号被输入到象素。
当向所有象素输入数据完毕，使写入周期结束时，电源(图7的72中的709)被开通以便立即点亮象素(显示)。此周期对应于显示周期。EL元件发光以点亮象素的周期是6场中的显示1-显示6中的任何一个。
在分别出现所有6场之后，一帧就结束了。此时，借助于将各个显示周期加起来，象素的灰度被控制。例如，若显示1和显示2被加在一起，则相对于100％发光的完全点亮，能够得到76％的发光。若显示3和显示5被加在一起，则得到的发光为16％。
上面的描述是对于64级灰度的情况。但本发明也能够是其它灰度显示。
假设目的是N(N是等于或大于2的整数)位灰度(2n级灰度)显示，则如图8所示，首先根据N位级灰度，一帧被分割成N场(由F1、F2、F3、……、F(n-1)、F(n)组成)。随着灰度数目增加，一帧将被分割成更多的场。因此，必需以更高的频率来驱动驱动电路。
N场中的每一场被进一步分割成写入周期(Ta)和显示周期(Ts)。
N场F1、F2、F3、……、F(n-1)、和F(n)的显示周期分别由Ts1、Ts2、Ts3、……、Ts(n-1)和Ts(n)表示。N场的显示周期被设定成满足关系Ts1∶Ts2∶Ts3∶……∶Ts(n-1)∶Ts(n)＝20∶2-1∶2-2∶……∶2-(n-2)∶……∶2-(n-1)。
在此条件下，在一任意场中，象素被相继选择(严格地说，象素的开关TFT被选择)，且给定的栅电压(亦即数据信号)被施加到电流控制TFT的栅电极。当写入周期结束之后开通电源时，使电流在电流控制TFT中流动的数据信号所到达的象素的EL元件就发光。于是，在指定给此场的显示周期内，EL元件就点亮此象素。
对于所有的N场，重复此操作。一帧中各个象素的灰度依赖于各个显示周期加到一起的结果。因此，借助于控制各个场象素被点亮的时间长度(各个显示周期延续多长时间)，一任意象素的灰度就被控制。
如上所述，本发明的特点是，在有源矩阵自发光器件中，利用数字驱动时分灰度方法，能够按灰度显示图形而不受模拟驱动灰度显示中成为问题的TFT特性的影响。而且，借助于以特定的方式安排制作在象素部分各个象素中的存储电容器以便消除TFT特性的起伏，本发明成功地改善了象素的窗口比率。
在附图中：
图1A和1B示出了自发光器件的结构；
图2示出了自发光器件的剖面结构；
图3示出了常规自发光器件中象素部分的结构；
图4A和4B示出了模拟灰度方法中采用的TFT特性；
图5A-5F示出了时分灰度方法的工作模式；
图6示出了自发光器件的源驱动电路；
图7示出了自发光器件的象素部分中的象素结构；
图8示出了时分灰度方法的工作模式；
图9是自发光器件整个平板的俯视图；
图10示出了FPC输入部分的保护电路；
图11示出了自发光器件的栅驱动电路；
图12示出了自发光器件的源驱动电路；
图13A-13E示出了自发光器件的制造工艺；
图14A-14E示出了自发光器件的制造工艺；
图15A-15C示出了自发光器件的制造工艺；
图16示出了自发光器件的外貌；
图17A和17B示出了自发光器件的外貌；
图18A-18C示出了制作接触结构的工艺；
图19A和19B示出了自发光器件的象素部分的顶部结构；
图20示出了自发光器件的剖面结构；
图21示出了自发光器件的部分源驱动电路；
图22A和22B分别是展示应用了本发明的自发光器件象素部分中的驱动电路的照片和自发光器件显示的图象的照片；
图23是应用了本发明的自发光器件的照片；
图24A和24B各示出了EL元件的结构；
图25示出了EL元件的特性；
图26A-26F示出了电气设备的一些特例；
图27A和27B分别示出了EL元件与电流控制TFT之间的连接结构以及EL元件和电流控制TFT的电压-电流特性；
图28示出了EL元件与电流控制TFT的电压-电流特性；而
图29示出了电流控制TFT中的栅电压与漏电流之间的关系。
图1A和1B是示意方框图，示出了根据此实施方案模式的有源矩阵自发光器件。图1A和1B所示的有源矩阵自发光器件具有制作在衬底上的多个TFT。多个TFT构成了象素部分101和数据信号侧驱动电路102以及栅信号侧驱动电路103，其中的三个排列在象素部分外围。图中113表示的是时分灰度数据信号发生电路(SPC：串联-并联转换电路)。
数据信号侧驱动电路102具有移位寄存器电路102a、锁存器1(102b)和锁存器2(102c)。此外，驱动电路102中还包括缓冲器(未示出)。
在此实施方案的有源矩阵自发光器件中，仅仅提供了一个数据信号侧驱动电路。但也可以提供二个源信号侧驱动电路，使象素部分在其顶部和底部之间夹在二者之间。
各个栅信号侧驱动电路103具有移位寄存器、缓冲器等(都未示出)。
象素部分101具有640×480(宽度×长度)个象素。每个象素具有排列在其中的一个开关TFT和一个电流控制TFT。开关TFT 105被连接到栅引线106和源引线(数据线)107。电流控制TFT 108具有连接到EL元件109的漏区，并具有连接到电源线110的源区。
当栅引线106被选择时，开关TFT 105的栅被接通，来自源引线107的数据信号被存储在电容器112中，且电流控制TFT 108的栅被接通。亦即，从源引线107输入的数据信号引起电流在电流控制TFT108中流动，致使EL元件发光。
以下描述根据本发明的有源矩阵自发光器件的工作及其信号流。
首先描述数据信号侧驱动电路102的工作。数据信号侧驱动电路102基本上包括移位寄存器102a、锁存器1(102b)和锁存器2(102c)。时钟信号(CK)和起始脉冲(SP)被输入到移位寄存器102a。移位寄存器102a响应时钟信号(CK)和起始脉冲(SP)，相继产生时间信号。产生的时间信号通过缓冲器(未示出)被相继馈送到下游电路。
来自移位寄存器102a的时间信号被缓冲器等缓冲并放大。被馈送了时间信号的源引线由于其上连接了许多电路或元件而具有大的负载电容(寄生电容)。时间信号的上升与下降能够被大的负载电容“减弱”。因此，提供缓冲器来防止此减弱。
被缓冲器缓冲并放大了的时间信号(数字数据信号)被馈送到锁存器1(102b)。锁存器1(102b)具有用来处理6位数字信号的锁存电路。当接收到输入的时间信号时，锁存器1(102b)相继取得馈自时分灰度数据信号发生电路104的6位数字信号，并将它们保持在其中。
将数字数据信号写入到所有各级锁存器1(102b)中所需的时间长度是写入周期。具体地说，写入周期从数字数据信号开始写入锁存器1(102b)最左边级的锁存器的时刻，延伸到数字数据信号完成写入最右边级的锁存器的时刻。写入周期也可以被称为行周期。
在写入周期结束之后，利用移位寄存器102a的工作，锁存器信号开始按时被馈送到锁存器2(102c)。此时，已经被写入并保持在锁存器1(102b)中的数字数据信号被立即送到锁存器2(102c)，并被保持在锁存器2(102c)中。
数字信号已经从中被送到锁存器2(102c)的锁存器1(102b)，响应来自移位寄存器102a的时间信号，再次相继取得馈自时分灰度数据信号发生电路104的新的数字信号。
同时，锁存器2(102c)接收输入其中的锁存信号。
在各个栅信号侧驱动电路103中，来自其移位寄存器(未示出)的时间信号被馈送到其未示出的缓冲器，然后馈送到相应的栅引线(扫描线)。
时分灰度数据信号发生电路(SPC：串联-并联转换电路)113是一种用来将外部输入的数字信号的频率降低到原来频率的1/m的电路。借助于分割外部输入的数字信号，也能够将驱动电路运行所需的信号的频率降低到原来的1/m。
在本发明中，输入到象素部分的数据信号是数字信号，且不同于液晶显示器件，电压灰度显示器不被本发明采用。因此，含有“0”或“1”形式的信息的数字数据信号能够被直接输入到象素部分。
象素部分101具有多个以类矩阵方式排列的象素104。图1B示出了象素104的放大图。在图1B中，开关TFT 105被连接到栅信号被输入其中的栅引线106和视频信号被输入其中的源引线107。
电流控制TFT 108具有连接到开关TFT 105的漏区的栅。电流控制TFT 108具有连接到EL元件109的漏区，并具有连接到电源线110的源区。EL元件109由EL层、连接到电流控制TFT 108的阳极(象素电极)、以及提供成正对着阳极跨过夹在其间的EL层的阴极(对电极)。阴极被连接到给定的电源111。
开关TFT可以是n沟道TFT或p沟道TFT。
当电流控制TFT 108是n沟道TFT时，电流控制TFT 108的漏区被连接到EL元件109的阴极，而若电流控制TFT 108是p沟道TFT，则电流控制TFT 108的漏区被连接到EL元件109的阳极。
电容器112被提供来保持开关TFT 105未被选择时(处于关断状态时)的电流控制TFT的栅电压。电容器112被连接到开关TFT 105的漏区和电源线110。
待要输入到如上构成的象素部分的数字数据信号，产生于时分灰度数据信号发生电路113中。此电路将是为数字信号的视频信号(包括图象信息的信号)转换成时分灰度显示的数字数据信号。电路113还产生时分灰度显示所需的计时脉冲和其它信号。
通常，时分灰度数据信号发生电路113包括：用来将一帧分割成对应于N(N是2或更大的整数)位灰度显示的多个场的装置；用来在多个场的每一个中选择写入周期或显示周期的装置；以及用来设定显示周期以便满足关系Ts1∶Ts2∶Ts3：……∶Ts(n-1)∶Ts(n)＝20∶2-1∶2-2∶……∶2-(n-2)∶……∶2-(n-1)的装置。
时分灰度数据信号发生电路113可以被排列在本发明的自发光器件外面，或整体制作。当电路113被排列在自发光器件外面时，此电路中产生的数字数据信号被输入到本发明的自发光器件中。
接着，图2示意地示出了根据本发明的有源矩阵自发光器件的剖面结构。
在图2中，参考号11和12分别表示衬底和用作基底的绝缘膜(以下称为基底膜)。衬底11是一种透明衬底，可用作衬底11的透明衬底的典型例子包括玻璃衬底、石英衬底、玻璃陶瓷衬底和晶化玻璃衬底。但衬底材料必需耐得住制造工艺中的最高工艺温度。
当使用含有移动离子的衬底或导电衬底时，基底膜12特别有效。基底膜12不一定是石英衬底。含有硅的绝缘膜也可以被用作基底膜12。此处术语“含有硅的绝缘膜”指的是含有与硅成一定比例的氧或氮或二者的绝缘膜。其特例包括氧化硅膜、氮化硅膜和氮氧化硅膜(表示为SiOxNy，其中x和y是任意整数)。
参考号201表示开关TFT，它是n沟道TFT。但开关TFT也可以是p沟道TFT。参考号202表示的是电流控制TFT，而图2示出了电流控制TFT 202是p沟道TFT的情况。为了精心制作，此时电流控制TFT的栅电极被连接到EL元件的阳极。另一方面，若n沟道TFT被用作电流控制TFT，则其栅电极被连接到EL元件的阴极。
n沟道TFT的场效应迁移率高于p沟道TFT，因此可高速运行，并容易得到大的电流量。而且，当二者中流动的电流相同时，n沟道TFT的尺寸小于p沟道TFT。
但注意，没有必要将本发明的开关TFT和电流控制TFT限制为n沟道TFT，它们中的二者或一个可以是p沟道TFT。
开关TFT 201被制作成具有：包括源区13、漏区14、LDD区15a-15d、分隔区16和沟道制作区17a和17b的有源层；栅绝缘膜18；栅电极19a和19b；第一层间绝缘膜20；源引线21；以及漏引线22。对于衬底上所有的TFT，栅绝缘膜18或第一层间绝缘膜20可以是公共的，或者可以为不同的电路和元件提供不同的绝缘膜或第一层间绝缘膜。
图2所示的开关TFT具有被电连接形成所谓双栅结构的栅电极19a和19b。不用说，图2的开关TFT 201可能不总是具有双栅结构，亦即，可以是三栅结构或其它多栅结构(指一种具有有源层的结构，此有源层带有二个或更多个彼此串联连接的沟道制作区)。
在降低关态电流方面，多栅结构是非常有效的。若开关TFT的关态电流被降低得足够，则图1B所示电容器112所需的电容能够被降低同样多。换言之，能够减小电容器112占据的面积。因此，在增大EL元件109的有效发光面积方面，为开关TFT提供多栅结构也是有效的。
在开关TFT 201中，安排了LDD区15a-15d，以便不通过栅绝缘膜18而与栅电极19a和19b重叠。这种结构在降低关态电流方面非常有效。各个LDD区15a-15d的适当长度(宽度)为2.0-12.0μm，典型的是6.0-10.0μm。
在降低关态电流方面，更加可取的是在沟道制作区与LDD区之间的各个边界处提供偏离区(由与沟道制作区组成相同的半导体层构成，对其不施加栅电压)。在具有二个或更多个栅电极的多栅结构的情况下，分隔区16(用与源区或漏区相同数量的相同杂质元素掺杂的区域)在降低关态电流方面是有效的。
电流控制TFT 202被制作成具有源区26、漏区27、沟道制作区29、栅绝缘膜18、栅电极30、第一层间绝缘膜20、源引线31、和漏引线32。虽然栅电极30具有单栅结构，但也可以是多栅结构。
如图1B所示，开关TFT的漏区被连接到电流控制TFT的栅。具体地说，电流控制TFT 202的栅电极30通过漏引线(也可认为是连接引线)22，被电连接到开关TFT 201的漏区14。源引线29被连接到图1B的电源线110。
从增加能够在电流控制TFT 202中流动的电流量的观点出发，将TFT 202的有源层(特别是沟道制作区)制作得厚(50-100nm是可取的，60-80nm更可取)，是一个有效的方法。另一方面，从降低开关TFT 201的关态电流的观点出发，将TFT 201的有源层(特别是沟道制作区)制作得薄(20-50nm是可取的，25-40nm更可取)，是有效的。
上面是对提供在象素中的TFT的结构的描述。当制作TFT时，同时制作驱动电路。在图2中可以找到作为驱动电路基本单元的CMOS电路。
在图2中，用作CMOS电路的n沟道TFT 204的，是一种构造来降低热载流子注入同时尽可能避免降低运行速度的TFT。此处的驱动电路指的是图1A和1B所示的数据信号侧驱动电路102和栅信号侧驱动电路103。当然，也可以制作其它的逻辑电路(诸如电平移位器、A/D转换器、以及信号分压电路)。
n沟道TFT 204的有源层包括源区35、漏区36、LDD区37、和沟道制作区38。LDD区37通过栅绝缘膜18与栅电极39重叠。此处LDD区37也称为Lov区。
LDD区仅仅被制作在漏区侧上，以避免降低运行速度。在n沟道TFT 204中，没有多大必要考虑降低关态电流，注意运行速度倒是重要的。因此，希望将LDD区37安置成完全与栅电极重叠，从而尽可能降低电阻性分量。简而言之，这一TFT中最好不存在偏离区。
在CMOS电路的p沟道TFT 205中，热载流子注入引起的退化可忽略，因而不特别需要LDD区。其有源层因此包括源区40、漏区41和沟道制作区42。其上制作栅绝缘膜18，并在膜18上制作栅电极43。不用说，与n沟道TFT 204相似，p沟道TFT 205可以配备有LDD区作为对抗热载流子的措施。
n沟道TFT 204和p沟道TFT 205二者都被第一层间绝缘膜20覆盖，而源引线44和45被制作在此膜上。n沟道TFT 204和p沟道TFT 205彼此被漏引线46电连接。
参考号48表示第二层间绝缘膜，它具有整平膜的功能，用来整平TFT引起的高程差。第二层间绝缘膜48的优选材料是有机树脂膜，例如聚酰亚胺膜、聚酰胺膜、聚丙烯膜、或BCB(笨并环丁烯)膜。这些有机树脂膜的优点是容易形成非常平坦的表面，且其相对介电常数低。EL层对不平整性极为敏感，故希望用第二层间绝缘膜将TFT引起的高程差几乎完全吸收掉。为了减小形成在栅引线或数据引线与EL元件阴极之间的寄生电容，还希望用相对介电常数低的材料将第二层间绝缘膜制作得厚。其适当的厚度为0.5-5μm(最好是1.5-2.5μm)。
参考号49表示由导电氧化膜制作的象素电极(EL元件的阳极)。象素电极49被制作成使其被连接到制作在第二层间绝缘膜48中的接触孔(窗口)中的电流控制TFT 202的漏引线32。然后制作绝缘膜50。借助于对含有硅的绝缘膜或有机树脂膜进行图形化来制作绝缘膜50。绝缘膜50被制作来填充象素电极之间的间隙，以便防止稍后待要制作的用于发光层等的EL材料覆盖象素电极49的末端。
EL层51被制作在绝缘膜50上。EL层51可以是单层结构或叠层结构。当制作成叠层结构时，EL层能够提供更好的发光效率。通常，借助于在象素电极上顺序制作空穴注入层、空穴输运层、发光层、和电子输运层，来制作EL层。EL层可以代之以由顺序制作的空穴输运层、发光层、和电子输运层组成的叠层结构，或由顺序制作的空穴注入层、空穴输运层、发光层、电子输运层、和电子注入层组成的叠层结构。任何已知的结构都可以用于本发明的EL层，并可以用荧光颜料等进行掺杂。
例如，在下列美国专利和日本未经审查的专利公开中公布的有机EL材料可以用于EL层：美国专利No.4356429、4539507、4720432、4769292、4885211、4950950、5059861、5047687、5073446、5059862、5061617、5151629、5294869和5294870以及日本专利申请公开No.Hei 10-189525、Hei 8-241048和Hei 8-78159。
自发光器件的彩色显示方法大致分为4类，一类包括形成三种EL元件，各对应于R(红)、G(绿)、B(蓝)，一类包括发射白光的EL元件与彩色滤波器的组合，一类包括发射蓝光或蓝绿光的EL元件与荧光物质(荧光颜色转换层CCM)的组合，以及一类包括使用透明电极作为阴极(对电极)并与各对应于R、G、B的EL元件重叠。
EL元件的阴极52制作在EL层51上。含有功函数低的镁(Mg)、锂(Li)、钙(Ca)之一的材料被用作阴极52。由MgAl(含Mg和Ag的材料，其Mg∶Ag＝10∶1)制成的电极较好。MgAgAl电极、LiAl电极和LiFAl电极可以作为其它优选阴极材料的例子。
希望连续地制作EL层51和阴极52而不使其暴露于空气。这是因为阴极52与EL层51之间的界面条件对EL元件的发光效率有巨大的影响。此处的EL元件指的是由象素电极(阳极)、EL层和阴极组成的发光元件。
必需对每个象素分别制作由EL层51和阴极52组成的叠层。不幸的是，因为EL层抗潮能力极低，故此处不能使用常用的光刻技术。因此，在使用诸如金属掩模之类的物理掩模的情况下，用真空蒸发、溅射、等离子体CVD之类，来选择性地制作叠层。
虽然不是不可能用喷墨方法、丝网印刷之类的其它方法来选择性地制作EL层，但在现有条件下，无法用这些方法连续地制作EL层和阴极。于是，前面一段中给出的各个方法就较好。
参考号53表示保护电极，用来保护阴极52免受外部潮气等的影响，并将各个象素的阴极52连接到另一个阴极52。保护电极53的优选材料是含有铝(Al)、铜(Cu)、或银(Ag)的低阻材料。保护电极53可望提供散热作用以减弱EL层产生的热。对于不暴露于空气而连续制作EL层51、阴极52和保护膜53，也是有效的。
本发明是要制作一种就通常在模拟驱动的灰度显示中有间题的TFT起伏的影响而言得到了改进的有源矩阵自发光器件，此改进是由于使用了数字驱动的时分灰度显示。因此，本发明不局限于图2所示的自发光显示器件的结构。图2所示的结构仅仅是实施本发明的各种优选模式之一。
由多晶硅膜组成的上述TFT在高速下工作，且正是由于这一原因，可能遭受诸如热载流子注入引起的退化。因此，在制造呈现高可靠性且能够进行优异图形显示(高的工作性能)的自发光器件过程中，根据图2所示的不同功能，在同一个象素中安排不同的结构有差异的TFT(关态电流足够低的开关TFT与抗热载流子注入的控制TFT的组合)，是非常有效的。
在本发明的自发光器件中，各个象素具有存储电容器。图19A和19B示出了在本发明取图2所示结构情况下待要制作的电容器。在图19A和19B中，对应于图1A和1B以及图2中元件的各个元件，用图1A-2的参考号来表示。
图19A和19B中由1903表示的区域用作存储电容器。存储电容器1903被制作在电连接到电源线1902的半导体膜1904、由与栅绝缘膜相同的层组成的绝缘膜(未示出)、和栅电极29中。半导体膜1904与用来制作开关TFT和电流控制TFT的半导体膜分隔开，因此，此处称为分隔的半导体膜。具体地说，如在图19A中可见，分隔的半导体膜1904将用来制作开关TFT源区13的有源层与其漏区14，以及电流控制TFT的源区26与其漏区27隔离开。在1903表示的区域中，分隔的半导体膜1904与栅电极29重叠，以栅绝缘膜夹于其间。此处，与栅电极29重叠的部分占据整个分隔半导体膜1904的60％或更多。60％或更多的分隔半导体膜1904还与电源线1902重叠，以第一层间绝缘膜夹于其间。由栅电极29、与第一层间绝缘膜相同的层(未示出)、和电源线1902构成的电容器，也可以用作存储电容器。
[实施方案1]
以下参照图9-16以及表1-4来描述本发明的各个实施方案。此处描述的是：实施本发明过程中所用的象素部分；提供在象素部分外围的驱动电路的结构和指标(尺寸、电压数值等)；以及待要输入其中的信号。
图9是整个平板的平面图，示出了其顶部(其上待要制作阴极的平板侧)。因此，显示侧在图9的底部。图9中的参考号901表示象素部分，902表示源驱动电路，903表示栅驱动电路，而904表示柔性印刷电路(以下缩写为FPC)输入部分。本实施方案所用的FPC的间距为500μm，并具有50×2个端子。
在此实施方案中，如图10所示的PFC输入部分的保护电路，被提供在图9的某些PFC输入部分(1)904a和PFC输入部分(2)904b中。在标号1-100的PFC输入部分(1)904a和PFC输入部分(2)904b(图9中各个输入部分上方)之中，输入部分1-19和82-100没有PFC输入部分的保护电路。
表1示出了此实施方案中所用的PFC输入端子的指标。注意表1中的“端子号”对应于图9中上述PFC输入部分(1)904a和PFC输入部分(2)904b。
表1
  端子编号   端子符号   电压(范围)[V]   备注(信号名称等)
  焊点(虚拟端子)
  1   EL_CATH   大约4(0.0-9.0)/9   EL驱动直流电源(正端)
  2   EL_ANOD   9   EL驱动直流电源(负端)
  3   S_LATb   0.0/9.0   源驱动电路的反销存信号
  4   S_LAT   0.0/9.0   源驱动电路的销存信号
  5   VD_16   0.0/9.0   数字视频信号16
  6   VD_15   0.0/9.0   数字视频信号15
  7   VD_14   0.0/9.0   数字视频信号14
  8   VD_13   0.0/9.0   数字视频信号13
  9   VD_12   0.0/9.0   数字视频信号12
  10   VD_11   0.0/9.0   数字视频信号11
  11   VD_10   00/9.0   数字视频信号10
  12   VD_09   0.0/9.0   数字视频信号9
  13   VD_08   0.0/9.0   数字视频信号8
  14   VD_07   0.0/9.0   数字视频信号7
  15   VD_06   0.0/9.0   数字视频信号6
  16   VD_05   0.0/9.0   数字视频信号5
  17   VD_04   0.0/9.0   数字视频信号4
  18   VD_03   0.0/9.0   数字视频信号3
  19   VD_02   0.0/9.0   数字视频信号2
  20   VD_01   0.0/9.0   数字视频信号1
  21   S_GND   0   源驱动电路的负电源
  22   S_VDD   9   源驱动电路的正电源
  23   S_left   0.0或9.0   源驱动电路扫描方向开关(0.0：向右扫描，9.0：向左扫描)
  24   S_SP   0.0/9.0   源驱动电路开始脉冲
  25   S_CKb   0.0/9.0   源驱动电路反转时钟信号
  26   S_CK   0.0/9.0   源驱动电路时钟信号
  27   VD_01   0.0/9.0   数字视频信号1
  28   VD_02   0.0/9.0   数字视频信号2
  29   VD_03   0.0/9.0   数字视频信号3
  30   VD_04   0.0/9.0   数字视频信号4
  31   VD_05   0.0/9.0   数字视频信号5
  32   VD_06   0.0/9.0   数字视频信号6
  33   VD_07   0.0/9.0   数字视频信号7
  34   VD_08   0.0/9.0   数字视频信号8
  35   VD_09   0.0/9.0   数字视频信号9
  36   VD_10   0.0/9.0   数字视频信号10
  37   VD_11   0.0/9.0   数字视频信号11
  38   VD_12   0.0/9.0   数字视频信号12
  39   VD_13   0.0/9.0   数字视频信号13
  40   VD_14   0.0/9.0   数字视频信号14
  41   VD_15   0.0/9.0   数字视频信号15
  42   VD_16   0.0/9.0   数字视频信号16
  43   G_GND   0   栅驱动电路的负电源
  44   G_VDD   10   栅驱动电路的正电源
  45   G_UP   0.0或10.0   栅驱动电路扫描方向开关(0.0：向右扫描，9.0：向左扫描)
  46   G_CKb   0.0/10.0   栅驱动电路反转时钟信号
  47   G_CK   0.0/10.0   栅驱动电路时钟信号
  48   G_SP   0.0/10.0   栅驱动电路开始脉冲
  49   EL_ANOD   9   EL驱动直流电源(正端)
  50   EL_CATH   大约4(0.0-9.0)/9   EL驱动直流电源(负端)
  焊点(虚拟端子)
接着，图11示出了图9的栅驱动电路103的详细电路图。在栅驱动电路中，正的电源电压为10V，负的电源电压为0V，而输入到栅驱动电路的工作时钟频率为250kHz。这些驱动电路具有转换扫描方向的功能。
在图11中，参考号g-chsw-a表示扫描方向改变开关；g-sftr-b、g-sftr-c和gfstr-d各表示部分移位寄存器；g-nand-e表示NAND电路；而g-buff-f、g-buff-i、g-buff-k、g-buff-m、g-buff-n、g-buff-p表示缓冲器。g-clk-g和g-clk-h表示时钟电路。
在此实施方案中，图11中被虚线包围的部分，亦即由g-sftr-b、g-sftr-c、gfstr-d、g-clk-g和g-clk-h组成的部分，用作移位寄存器(11001)。
表2示出了包括在构成此实施方案栅驱动电路的移位寄存器、NAND电路以及缓冲器中的TFT的尺寸。移位寄存器、NAND电路和缓冲器使用p沟道TFT和n沟道TFT，二者都示于表2中。表2中的符号对应于图11的参考号。表2中的L[μm]表示TFT的沟道长度，而W[μm]表示TFT的沟道宽度。
表2
  Pch-TFT   L[μm]   W[μm]   Nch-TFT   L[μm]   Lov[μm]   W[μm]
  g_chsw_a   4.5   20   g_chsw_a   5   0.5   10
  g_sftr_b   4.5   16   g_sftr_b   5   0.5   8
  g_sftr_c   4.5   40   g_sftr_c   5   0.5   20
  g_sftr_d   4.5   10   g_sftr_d   5   0.5   5
  g_nand_e   4.5   22   g_nand_e   5   0.5   22
  g_buff_f   4.5   50   g_buff_f   5   0.5   25
图12所示是图9的源驱动电路902的详细电路图。在源驱动电路中，正的电源电压为9V，负的电源电压为0V，而输入到源驱动电路的工作时钟频率为12.5MHz。源驱动电路具有转换扫描方向的功能。
在图12中，参考号s-chsw-a表示扫描方向改变开关；s-sftr-b、s-sftr-c和s-sftr-d各表示部分移位寄存器；s-nand-e所示NAND电路；而s-buf1-f、s-buf1-g、s-buf1-h、s-buf1-i、s-buf2-n、和s-buf3-t表示缓冲器。s-lat1-j、s-lat1-k、和s-lat1-m各表示第一级锁存器(以下称为锁存器1)，而s-lat2-p、s-lat2-rj、和s-lat2-s各表示第二级锁存器(以下称为锁存器2)。
在此实施方案中，图12中被虚线包围的部分，亦即由s-sftr-b、s-sftr-c、和s-sftr-d组成的部分，用作移位寄存器(12001)。
表3示出了包括在构成此实施方案的源驱动电路的移位寄存器、NAND电路、以及缓冲器中的TFT的尺寸。移位寄存器、NAND电路和缓冲器使用p沟道TFT和n沟道TFT，二者都示于表3中。表3中的符号对应于图12的参考号。表3中的L[μm]表示TFT的沟道长度，而W[μm]表示TFT的沟道宽度。n沟道TFT的沟道长度包括Lov区。
表3
  Pch-TFT   L[μm]   W[μm]   Nch-TFT   L[μm]   Lov[μm]   W[μm]
  s_chsw_a   4.5   60   s_chsw_a   5   0.5   40
  s_sftr_b   4.5   50   s_sftr_b   5   0.5   25
  s_sftr_c   4.5   100   s_sftr_c   5   0.5   50
  s_sftr_d   4.5   30   s_sftr_d   5   0.5   15
  s_nand_e   4.5   50   s_nand_e   5   0.5   50
  s_buf1_f   4.5   100   s_buf1_f   5   0.5   50
  s_buf1_g   4.5   100   s_buf1_g   5   0.5   50
  s_buf1_h   4.5   300   s_bufl_h   5   0.5   150
  s_buf1_i   4.5   400   s_buf1_i   5   0.5   200
  s_lat1_j   4.5   16   s_lat1_j   5   0.5   8
  s_lat1_k   4.5   16   s_lat1_k   5   05   8
  s_lat1_m   4.5   4   s_lat1_m   5   0.5   2
  s_buf2_n   4.5   30   s_buf2_n   5   0.5   15
  s_lat2_p   4.5   16   s_lat2_p   5   0.5   8
  s_lat2_r   4.5   16   s_lat2_r   5   0.5   8
  s_lat2_s   4.5   4   s_lat2_s   5   0.5   2
  s_buf3_t   4.5   30   s_buf3_t   5   0.5   15
根据此实施方案的平板中的各个象素取图7所示象素(71)的结构。此处，电流控制TFT 702是p沟道TFT(L＝5.0μm，W＝15.0μm)，而开关TFT 701是n沟道TFT(L＝4.0μm(不包括Loff＝2.0μm×2×2)，W＝3μm)。辅助电容器704的面积为S≈0.008×0.036mm2(在LDD Si-Ga-Al中)。
根据此实施方案的显示平板的指标示于表4
表4
  屏幕尺寸   对角线4.0英寸
  象素数目   640×480
  象素间距   126μm
  灰度   64(6位)
  窗口比率   60％
  源驱动电路的工作时钟频率   12.5MHz
  栅驱动电路的工作时钟频率   252kHz
  驱动电路电压   12V
  显示区电压   6V
  占空比   61.5％
  彩色   单色
在此实施方案中，平板尺寸为87mm×100mm。而屏幕尺寸为61mm×81mm(对角线尺寸为4.0英尺)。象素间距为126μm，且各个象素被排列成条。窗口比率约为60％。
在此实施方案中，象素区域可以被分类成光透射受TFT和引线阻碍的区域以及对应于其余象素部分的区域，后者被称为透射区。各透射区的总面积对整个象素部分面积的比率被称为窗口比率(或有效发光面积)。包含在一屏中的象素的数目由(d2+640+d2)×(d2+480+d2)，亦即307200+(d)4496计算，其中d表示虚拟个数。
根据此实施方案中的指标，平板具有640×480的VGA分辨率，并以单色显示。可显示64级灰度(6位)，且其占空系数为62.5％。
此实施方案中的窗口比率与平板尺寸有关。但若象素间距为100-140μm，则窗口比率可以是50-80％。
[实施方案2]
在实施方案1中，用来将电压施加到提供在平板外面的EL元件的电源(图7中的709)，在显示周期中被关断，而在写入周期中被开通。根据这一方法，在写入周期之后开始显示时开通电源，导致电流迅速增大。这有时超过用来对整个平板负载进行充电的可变电压源的能力。
结果，无法向整个平板施加必需的电压，造成平板显示质量不能令人满意。
为了防止写入周期与显示周期之间的电流迅速增大，电源(图7中的709)在实施方案2中被保持开通。
但此方法导致包括写入周期在内的持续显示。若显示周期比写入周期短，例如图5C中的写入4、写入5和写入6，则显示4、显示5和显示6被同化为写入周期，从而无法区分。
换言之，实施此实施方案要求考虑(1)借助于减少象素的数目而缩短写入周期、(2)借助于改进包括在驱动电路中的TFT的能力而提高运行速度、以及(3)借助于将驱动电路安装在平板外面而提高运行速度。
[实施方案3]
以下参照图13A-15C来描述本发明的实施方案3。此处的描述是关于同时制造象素部分的TFT和提供在象素部分外围中的驱动电路的TFT的方法。为了简化描述，作为基本单元的CMOS电路被示为驱动电路。
首先，如图13A所示，在玻璃衬底500上制作厚度为300nm的基底膜501。在此实施方案中，层状氮氧化硅膜被用作基底膜501。此时，与玻璃衬底500接触的基底膜层含有10-25％重量比的氮。这对于使基底膜501具有散热效果是有效的，并可以提供DLC(类金刚石碳)膜。
接着，用熟知的薄膜淀积方法，在基底膜501上制作厚度为50nm的非晶硅膜(未示出)。此膜不必局限于非晶硅膜，可以是任何半导体膜，只要含有非晶结构(包括微晶半导体膜)即可。也可以是含有非晶结构的化合物半导体膜，例如非晶硅锗膜。其适当的膜厚为20-100nm。
根据日本专利申请公开No.Hei 7-130652所公开的技术，非晶硅膜被晶化以形成结晶硅膜(也称为多晶硅膜)502。其他可用的熟知晶化方法是使用激光的方法和使用红外光的方法。(图13A)
如图13B所示，结晶硅膜502被图形化以形成岛状半导体膜503-506。(图13B)
在结晶硅膜502上，从氧化硅膜形成厚度为130nm的保护膜507。100-200nm(最好是130-170nm)范围内的保护膜厚度是适当的。其它的膜，如果是含硅的绝缘膜，也可以使用。保护膜507被制作来防止结晶硅膜在掺杂时暴露于等离子体以及精确地控制浓度。
用产生p型导电的杂质元素(以下称为p型杂质元素)，通过保护膜507对半导体膜503-506进行掺杂。p型杂质元素的例子包括周期表中的III族元素，典型的是硼。在此实施方案中，用等离子体掺杂方法来进行硼掺杂，其中对双硼烷(B2H6)进行等离子体激活而无须经过质量分离。当然也可以选择涉及到质量分离的离子注入方法。(图13C)。
通过这一掺杂步骤，半导体膜503-506获得了浓度为1×1015-1×1017原子/cm3(典型的是1×1016-1×1017原子/cm3)的p型杂质元素。此处用于掺杂的p型杂质元素，被用来调整TFT的阈值电压。
接着，在保护膜507上制作光刻胶掩模508a和508b。用产生n型导电的杂质元素(以下称为n型杂质元素)，通过保护膜507，对光刻胶掩模508a和508b进行掺杂。n型杂质元素的例子包括周期表中的V族元素，典型的是磷或砷。在此实施方案中，用等离子体掺杂方法来进行磷掺杂，其中对磷烷(PH3)进行等离子体激活而无须经过质量分离。致使浓度为1×1018原子/cm3的磷被包含在薄膜中。当然也可以选择涉及到质量分离的离子注入方法。(图13D)。
剂量被调整成使通过这一掺杂步骤形成的n型杂质区509含有浓度为2×1016-5×1019原子/cm3(典型的是5×1017-5×1018原子/cm3)的n型杂质元素。
此时可以激活掺杂过程中所用的n型杂质元素和p型杂质元素。可以用熟知的激活方法来激活。通常，单独或组合使用激光退火、灯退火和炉子退火。
接着，如图13E所示，制作栅绝缘膜510以覆盖半导体膜503-506。栅绝缘膜510的适当材料是含有硅的厚度为10-200nm，最好是50-150nm的绝缘膜。栅绝缘膜可以是单层结构或叠层结构。在此实施方案中使用厚度为110nm的氮氧化硅膜。
然后制作厚度为200-400nm的导电膜，并对其进行图形化以形成栅电极511-515。栅电极可以由单层导电膜构成。但若有需要，栅电极也可以是具有二层、三层、或更多层的叠层导电膜。任何已知的导电膜都可以用作栅电极材料。
通常使用的导电膜是：由选自钽(Ta)、钛(Ti)、钼(Mo)、钨(W)、铬(Cr)、和硅(Si)的元素组成的膜；由选自上述的元素的氮化物组成的膜(例如氮化钽膜、氮化钨膜和氮化钛膜)；含有上述元素的组合的合金膜(例如Mo-W合金膜和Mo-Ta合金膜)；以及选自上述的元素的硅化物组成的膜(例如硅化钨膜和硅化钛膜)。这些当然可以用作单层或叠层。
此实施方案所用的是由厚度为50nm的氮化钽(TaN)膜和厚度为350nm的钽(Ta)膜组成的叠层膜。用溅射方法来制作叠层膜。若溅射气体中加入了诸如Xe和Ne之类的惰性气体，则能够防止应力引起的薄膜剥离。
栅电极512被制作成与部分n型杂质区509重叠，以栅绝缘膜夹于其间。此重叠部分稍后形成与栅电极重叠的LDD区。
如图14A所示，然后用栅电极511-515作为掩模，以自对准方式执行n型杂质元素(此实施方案中为磷)掺杂。磷的剂量被调整成使这样形成的杂质区516-523的磷浓度为n型杂质区509中的浓度的一半或十分之一(典型的是三分之一到四分之一)。具体地说，优选浓度是1×1016-5×1018原子/cm3(典型的是3×1017-3×1018原子/cm3)。
然后，如图14B所示，用栅电极511-515作为掩模，以自对准方式，对栅绝缘膜507进行腐蚀。腐蚀之后留在栅电极紧邻下方的各个膜是栅绝缘膜524-528。
接着，如图14C所示制作光刻胶掩模529。用p型杂质元素(此实施方案中为硼)来进行掺杂，以形成含有高的硼浓度的杂质区530-533。此处借助于使用双硼烷(B2H6)的离子掺杂来进行硼掺杂，使各个区含有浓度为3×1020-3×1021原子/cm3(典型的是5×1020-1×1021原子/cm3)的硼。
杂质区530-533已经被掺杂成具有浓度为1×1016-5×1018原子/cm3的磷。但这一掺杂中的硼浓度至少是其中磷浓度的300倍或更多。在先前磷掺杂中形成的n型杂质区于是被完全转变为具有p型导电，且被转变的区域用作p型杂质区。
接着，如图14D所示，制作光刻胶掩模534a-534d。用n型杂质元素(此实施方案中为磷)进行掺杂，以形成含有高浓度磷的杂质区535-539。利用磷烷(PH3)，再次使用离子掺杂方法，将这些区域的磷浓度调整为1×1020-1×1021原子/cm3(典型的是2×1020-5×1021原子/cm3)。
540-543表示的区域，与杂质区530-533相似地用磷掺杂。但区域540-543的磷浓度相对于p型杂质元素浓度足够低。因此，区域540-543的导电性保持p型，并未转变成n型导电性。
通过这一掺杂步骤，制作了n沟道TFT的源区和漏区。在开关TFT中，部分地留下了图14A步骤中制作的n型杂质区519-521。保留的区域对应于图2中开关TFT的LDD区15a-15d。
在清除光刻胶掩模534a-534d之后，制作保护膜544，并激活掺杂过程中所用的n型或p型杂质元素。可以单独或组合使用炉子退火、激光退火、和灯退火来激活杂质元素。在此实施方案中，用电炉在550℃的氮气中进行4小时炉子退火。(图14E)。
接着，如图15A所示，制作第一层间绝缘膜545。第一层间绝缘膜可以包括保护膜544。第一层间绝缘膜545可以是含硅的单层或具有这种绝缘膜的组合的叠层膜。第一层间绝缘膜的适当厚度是400nm-1.5μm。此实施方案使用叠层结构，其中厚度为200nm的氮氧化硅膜被制作成保护膜544，并在其上制作厚度为500nm的氧化硅膜。
在第一层间绝缘膜545中制作接触孔，以形成源引线546-549以及漏引线550-552。在此实施方案中，这些电极具有4层叠层结构，其制作方法是借助于用溅射方法相继制作厚度为60nm的钛膜、40nm的氮化钛膜、300nm的含有2％重量比硅的铝膜和100nm的另一个钛膜。不用说，也可以用其它的导电膜。而且，可以在引线上制作钝化膜。
然后在300-450℃的含有3％的氢的气氛中，对膜进行4小时热处理，以便使膜氢化。这一步骤是为了用热处理激活的氢来终止半导体的悬挂键。其它的氢化方法包括等离子体氢化(使用等离子体激活的氢)。
作为变通，氢化处理可以预先中断第一层间绝缘膜545的形成。为了精心制作，可以在制作保护膜544之后和制作第一层间绝缘膜545之前执行上述氢化处理。
或者可以在制作厚度为50-500nm(典型的是200-300nm)的钝化膜之后进行氢化处理。此时，可以用氮化硅膜或氮氧化硅膜作为钝化膜。
接着，如图15B所示，由有机树脂制作第二层间绝缘膜553。可用的有机树脂包括聚酰亚胺、聚酰胺、丙烯酸树脂、和BCB(笨并环丁烯)。第二层间绝缘膜553的主要作用是整平，因此具有优异整平作用的丙烯酸树脂是特别优选的。在此实施方案中，丙烯酸树脂膜被制作得足够厚，以便满意地整平TFT引起的高程差。丙烯酸树脂膜的适当厚度是1-5μm(最好是2-4μm)。
然后在第二层间绝缘膜553中制作达及漏引线552的接触孔，以便从导电氧化膜形成象素电极554。在此实施方案中，含有氧化铟和氧化锡的化合物的导电氧化膜，被制作成厚度为110nm，作为象素电极554。
然后如图15C所示，制作绝缘膜555和556。借助于对厚度为200-300nm的含硅绝缘膜进行图形化，或借助于对同样厚度的有机树脂膜进行图形化，来制作绝缘膜555和556。绝缘膜555被制作来填充各个象素之间的间隙，以便防止稍后要制作的用于发光层等的有机EL材料覆盖象素电极554的末端。绝缘膜556被制作来填充象素电极554中的凹下部分，并具有避免EL元件阴极与象素电极之间短路的作用。
接着，对象素电极554的表面进行臭氧处理。通过在象素电极暴露于氧气的情况下进行紫外辐照，来提供此实施方案中的臭氧处理。然后，用甩涂方法制作空穴注入层557和发光层558。在此实施方案中，从聚噻吩(PEDOT)制作厚度为30nm的空穴注入层557，并从聚对乙烯苯(PPV)制作厚度为80nm的发光层558。
此实施方案的EL层具有由发光层和空穴注入层组成的二层结构。但EL层还可以包括空穴输运层、电子注入层、电子输运层等。已经报道了用于EL层结构的许多种层的组合，且其任何一种都可以用于本发明。而且，EL材料不局限于聚合物材料，而是可以包括单体材料，且可以用无机材料的组合来代替有机材料的组合。
接着，从具有低功函数的导电膜制作厚度为400nm的阴极559。适当的导电膜是功函数为2.0-3.0的导电膜，例如含有周期表中I族或II族元素的导电膜。在阴极559上制作钝化膜也是有效的。
这样就完成了如图15C所示构成的有源矩阵衬底。顺便说一下，借助于采用多工作室的薄膜淀积装置(即在线系统)，连续执行制作绝缘膜555和556之后直至制作阴极559的各个步骤而不使各个薄膜暴露于空气，是有效的。
实际上，在得到图15C的结构之后，最好用高度气密性的保护膜(叠层膜、可紫外固化的树脂膜等)或诸如陶瓷密封外壳之类的外壳元件将器件封装起来以免暴露于空气。此时，若以惰性气氛充满外壳元件内部，或里面安置了吸潮材料(例如氧化钡)，则能够改善EL层的可靠性(寿命)。
在借助于封装或其它手段增强了气密性之后，接插件(柔性印刷电路FPC)被固定，它把制作在衬底上的元件或电路的端子引线连接到外部信号端子。于是，器件就被完成为产品。此处，可以发货的器件被称为自发光器件(或EL模块)。
以下参照透视图16来描述根据此实施方案的有源矩阵自发光器件的结构。根据此实施方案的有源矩阵自发光器件，由制作在玻璃衬底601上的象素部分602、栅侧驱动电路603、和源侧驱动电路604组成。象素部分的开关TFT 605是n沟道TFT，并被安置在连接到栅侧驱动电路603的栅引线606与连接到源侧驱动电路604的源引线607之间的交点处。开关TFT 605具有连接到电流控制TFT 608的栅的漏区。
电流控制TFT 608的源，被连接到电源线609。在根据此实施方案的结构中，电源线609具有地电位。电流控制TFT 608具有连接到EL元件610的漏区。给定的电压(此实施方案中为10-12V)被施加到EL元件610的阴极。
用作外部输入/输出端子的FPC 611配备有用来将信号传送到驱动电路的输入/输出引线(连接引线)612和613以及连接到电源线609的输入/输出引线614。
下面参照图17A和17B来描述此实施方案的包括外壳元件的自发光器件。如有需要，将使用图16中的参考号。
在衬底1200上制作象素部分1201、数据信号侧驱动电路1202、和栅信号侧驱动电路1203。来自各个驱动电路的引线，通过输入/输出引线612-614，被连接到FPC和外部设备。
此时提供外壳元件1204，使之至少包围象素部分，最好是包围象素部分和驱动电路。外壳元件1204的形状被制成具有内尺寸大于EL元件外尺寸的凹下部分，或被制成片状。用粘合剂1205将外壳元件1204粘合到衬底1200，使得在外壳元件1204与衬底1200之间形成气密空间。EL元件被完全密封在气密空间中，完全隔断了外部空气。可以提供多个外壳元件1204。
外壳元件1204的优选材料是诸如玻璃和聚合物之类的绝缘物质。其例子有非晶玻璃(例如硼硅酸盐玻璃和石英)、晶化玻璃、陶瓷玻璃、有机树脂(诸如丙烯酸树脂、苯乙烯树脂、聚碳酸酯树脂、和环氧树脂)、以及硅树脂。也可以使用陶瓷。若粘合剂1205是绝缘物质，则也可以使用诸如不锈钢合金之类的金属材料作为外壳元件。
由环氧树脂或丙烯酸树脂制成的粘合剂可以被用作粘合剂1205。可热固化的树脂或可光固化的树脂也可以用作粘合剂1205。但要求粘合剂材料至少能透过氧和潮气。
外壳元件与衬底1200之间的间隙1206被惰性气体(例如氩、氦或氮)充满是可取的。此间隙可以不总是用气体充满，也可以用惰性液体(例如以全氟烷为例的液态碳氟化合物)来充满。日本专利申请公开No.Hei 8-78519公开了一种适当的惰性液体。
在间隙1206中放置干燥剂也是有效的。日本专利申请公开No.Hei 9一148066公开了一种适当的干燥剂材料。通常采用氧化钡。
如图17B所示，象素部分配备有多个象素，每个象素都有独立的EL元件。所有象素都具有保护膜1207作为各个象素的公共电极。在此实施方案中，最好连续制作EL层、阴极(MgAg电极)和保护电极而不使他们暴露于空气。但也可以借助于用同一个掩模制作EL层和阴极而用另一个掩模制作保护电极，来得到图17B的结构。
此时，EL层和阴极仅仅被制作在象素部分上，而不必制作在驱动电路上。虽然制作在驱动电路上的EL层和阴极当然不引起任何麻烦，但考虑到EL层含有碱金属，还是不把他们制作在驱动电路上为好。
在1208表示的区域内，保护电极1207通过由与象素电极相同的材料制作的连接引线1209，被连接到输入/输出引线1210。输入/输出引线1210是用来将给定电压(在此实施方案中是地电位OV)施加到保护电极1207的电源线。输入/输出引线1210通过导电胶材料1211，被连接到FPC 611。
下面是参照图18A-18C对制作区域1208中的接触结构的工艺的描述。
首先，在根据此实施方案的自发光器件的制造工艺之后，得到图15A所示的状态。此时，衬底的一端(图17B中1209表示的区域)被清除了第一层间绝缘膜544及其栅绝缘膜514，输入/输出引线1210被制作在其上。不用说，图15A的输入/输出引线1210以及源引线和漏引线被同时制作。(图18A)。
接着，对图15B中的第二层间绝缘膜553进行局部腐蚀。在窗口1302上制作连接引线1209，以得到图18B所示的结构。图15B中的连接引线1209和象素电极554被同时制作。(图18B)
在这种情况下，EL元件待要被制作在象素部分(对应于第三层间绝缘膜、EL层和阴极的制作)。当制作这些膜时，图13A-13E所示的区域被掩模等覆盖，使第三绝缘膜和EL元件不被制作在此区域中。在制作阴极557之后，用另一个掩模制作保护电极558。保护电极558于是通过连接引线1209，被电连接到输入/输出引线1210。其上进一步制作第二钝化膜559，以得到图18C的状态。
通过上述各个步骤，得到了图17B中1208表示的区域中的接触结构。输入/输出引线1210通过外壳元件1204与衬底1200之间的间隙(此间隙被粘合剂1205充满。换言之，粘合剂1205必须足够厚，以便满意地整平输入/输出引线引起的高程差)，被连接到FPC 611。虽然此处仅仅提到输入/输出引线1210，但其它的输入/输出引线612-614也同样通过外壳元件1204下方，被连接到FPC 611。
[实施方案4]
此实施方案描述根据实施方案3制造的有源矩阵自发光器件象素结构的例子。此描述将参照图19A和19B。在图19A和19B中，用图1A-2的参考号来表示对应于图1A和1B以及图2中元件的元件。
在图19A和19B中，1901表示的引线是用来电连接开关TFT 201的栅电极的栅引线。开关TFT 201具有连接到源引线21的源区13，并具有连接到漏引线22的漏区14。漏引线22被电连接到电流控制TFT 202的栅电极29。电流控制TFT 202具有电连接到电源线1902的源区26，并具有电连接到漏引线31的漏区27。
此时，在1903表示的区域中制作存储电容器。存储电容器1903被制作在通过接触孔1906、由与栅绝缘膜相同的层组成的绝缘膜(未示出)、以及栅电极29电连接到电源线1902的半导体膜1904中。半导体膜1904和用来制作开关TFT和电流控制TFT的半导体膜，被同时淀积。然后，半导体膜1904与用来制作开关TFT和电流控制TFT的半导体膜被分隔开，因此，在此处被称为分隔半导体膜。具体地说，如图19A可见，分隔的半导体膜1904与用来制作开关TFT源区13及其漏区14以及电流控制TFT的源区26及其漏区27的有源层隔离。在1903表示的区域中，分隔的半导体膜1904与栅电极29重叠，以栅绝缘膜夹于其间。此时与栅电极29重叠的部分占据整个分隔半导体膜1904的60％或更多。60％或更多的分隔半导体膜1904还与电源线1902重叠，以第一层间绝缘膜夹于其间。由栅电极29、与第一层间绝缘膜相同的层(未示出)、以及电源线1902构成的电容器，也可以被用作存储电容器。
注意，包含分隔半导体膜1904、栅绝缘膜和栅电极29的存储电容器，与图13A-15C所示的TFT同时制作。
具体地说，如图13D所示，用n型杂质对图13A-13C中制作的分隔半导体膜进行掺杂。而且，如图13E所示，在分隔半导体膜1904上方制作栅电极。此外，在栅电极上方制作层间绝缘膜，并在层间绝缘膜上方制作电源线1902。以这种方式制作存储电容器。
根据此实施方案的结构对于大面积图形显示区域特别有效。其理由如下。
本发明的自发光器件在一帧被分成多个场的情况下被驱动，因此，为了驱动象素部分而施加到驱动电路的负载大。为了减轻负载，必须尽可能减小象素部分的负载(TFT的引线电阻、寄生电容即引线电容)。
加到TFT引线中的数据引线和栅引线的寄生电容，大部分形成在各个引线与制作在引线上的EL元件的阴极之间。由于介电常数低的有机树脂膜被制作成厚度为1.5-2.5μm的第二层间绝缘膜，故此处形成的寄生电容可忽略。
既然寄生电容不成问题，将本发明应用于象素部分面积大的自发光器件的最大障碍就是数据引线和栅引线的引线电阻了。当然，借助于将数据信号侧驱动电路分成多个并行处理的电路，或借助于提供数据信号侧驱动电路和栅信号侧驱动电路，使之将象素部分夹于其间，以双向传送信号并明显降低驱动电路的运行频率，能够降低引线电阻。但这引起另一个问题，即驱动电路占据的面积增大。
因此，利用本发明的结构尽可能多地降低栅引线的引线电阻，在实施本发明的过程中是非常有效的。具有此实施方案公开的结构的显示器件，能够用本说明书所公开的数字驱动方法来驱动。但如有需要，也能够用诸如模拟驱动方法之类的其它方法来驱动。此实施方案还可以与实施方案1-3的任何一种结构自由地组合。
[实施方案5]
实施方案5参照图20来描述不同于图2所述来构成象素部分的情况。在图20中，用相同的参考号表示与图2相同的结构，如果需要，可参见图2。
根据图20所示的自发光器件，电流控制TFT 202的沟道制作区28与栅电极29重叠，以栅绝缘膜18夹于其间。
在此实施方案中，接触孔被制作在第二层间绝缘膜47中，以形成象素电极54。此实施方案中的象素电极54由厚度为200nm的铝合金膜(含有1％重量比的钛的铝膜)制成。任何金属材料都可以被用作象素电极材料，但反射率高的材料较好。
然后制作绝缘膜49和50。借助于对含有硅的厚度为200-300nm的绝缘膜或厚度相同的有机树脂膜进行图形化，来制作绝缘膜49和50。在绝缘膜49和50上进一步制作EL层51。
在完成EL层51的制作时，在其上制作空穴注入层55和阳极56。在此实施方案中，空穴注入层55由厚度为30nm的聚噻吩(PEDOT)制成，而阳极56由厚度为110nm的含有氧化铟和氧化锡的化合物的导电氧化膜制成。这样就制作了EL元件206。注意此情况下阴极和阳极的位置与图2情况相反。
根据此实施方案的结构，各个象素产生的红光、绿光或蓝光向与制作TFT的侧相反的衬底侧发射。因此，各个象素中几乎所有区域，包括制作TFT的区域，都能够是有效发光区域。结果，象素的有效发光面积以及被显示图形的亮度和反差比(亮度/暗度比率)被大幅度改善。
此实施方案的结构能够与实施方案1-4的任何一种结构自由地组合。
[实施方案6]
图21示出了用于本发明的部分源驱动电路。在图21中，参考号2601和2602分别表示移位寄存器和锁存器1。此实施方案的结构能够与实施方案1-5的任何一种结构自由地组合。
[实施方案7]
图22A是用于本发明的驱动电路的照片，而图22B示出了正显示静止图象的屏幕的照片。示于图23中的是根据本发明制造的有源矩阵自发光器件的外形照片。此实施方案的结构能够与实施方案1-6的任何一种结构自由地组合。
[实施方案8]
在根据实施方案1的图2所示的结构中，使用提供在有源层与衬底11之间的能够为基底膜12高速散热的材料，是有效的。特别是其中长时间流过比较大量电流的电流控制TFT，容易产生热，因此，自身产生的热引起的退化可以是电流控制TFT的问题。于是，若基底膜如在此实施方案中那样具有散热作用，则能够遏制TFT的热退化。
具有散热作用的透光材料的例子是含有下列元素的绝缘膜：选自B(硼)、C(碳)、和N(氮)中的至少一种元素；选自Al(铝)、Si(硅)、和P(磷)中的至少一种元素。
例如，能够使用氮化铝(AlxNy)为代表的铝的氮化物、碳化硅(SixCy)为代表的硅的碳化物、氮化硅(SixNy)为代表的硅的氮化物、氮化硼(BxNy)为代表的硼的氮化物、或磷化硼(BxPy)为代表的硼的磷化物。氧化铝(AlxOy)为代表的铝的氧化物在光透射性方面是优异的，且热导率为20Wm-1K-1，使之成为基底膜的优选材料。上述透光材料中的符号x和y表示任意整数。
上述化合物可以与其它元素组合。例如，可以将氮加入到氧化铝中，且得到的表示为AlNxOy的氮氧化铝能够被用作基底膜。此材料除了散热作用之外，还具有防止潮气、碱金属等内部渗漏的作用。上述氮氧化铝中的符号x和y表示任意整数。
也能够使用日本专利申请公开No.Sho 62-90260中公开的材料。亦即，能够使用含有Si、Al、N、O或M的绝缘膜作为基底膜(M是至少一种稀土元素，最好是选自Ce(铈)、Yb(镱)、Sm(钐)、Er(饵)、Y(钇)、La(镧)、Gd(钆)、Dy(镝)、Nd(钕)的元素)。这些材料除了散热作用之外，还具有防止潮气、碱金属等内部渗漏的作用。
另一种可用的基底膜材料是碳膜，至少包括金刚石薄膜或非晶碳膜(特别是特性相似于金刚石并称为类金刚石碳的非晶碳膜)。碳膜具有极高的热导率，因而作为散热层非常有效。但当制作得厚时，碳膜变成带褐色并失去透明性。因此希望制作尽可能薄的碳膜(最好是5-100nm)。
具有散热作用的上述材料之一被制作成单独使用的薄膜。作为变通，可以将几种上述材料制作成薄膜，使各个薄膜层叠成含硅的绝缘膜。
此实施方案的结构能够与实施方案1-7的任何一种结构自由地组合。
[实施方案9]
虽然有机EL材料作为实施方案3所述的本发明EL层材料较好，但当使用无机EL材料时，也能够实施本发明。但无机EL材料目前具有非常高的驱动电压，因此必须使用具有能够经得住这种高驱动电压的耐压特性的TFT。
如果将来开发了具有比较低的驱动电压的无机EL材料，则也能够被用于本发明中。
此实施方案的结构能够与实施方案1-8的任何一种结构自由地组合。
[实施方案10]
图24A和24B示出了实施本发明时使用的EL元件的结构的例子。图24A示出了使用单体EL材料的情况，其中在衬底上制作ITO电极(在图24A中示为ITO)。然后从酞花青铜(CuPc)制作阳极的缓冲层，从a-NPD制作空穴输运层，并从Alq制作发光层。用蒸发方法来制作这些层，并被连续层叠在制作于衬底上的ITO电极上。蒸发过程中的真空为2×10-6乇或更低。
图24B示出了当使用聚合物EL材料时的元件结构。ITO电极被制作在衬底上，用甩涂方法制作聚合物层，并用蒸发方法制作(金属)阴极。蒸发过程中的真空为4×10-6乇或更低。在此实施方案中，发光层为所有象素共用，从而产生单色显示平板。当用蒸发方法制作阴极时，使用金属掩模，使金属阴极仅仅被淀积在必要的位置上。在完成EL元件之后，用树脂密封元件。
此实施方案的结构能够与实施方案1-9的任何一种结构自由地组合。
[实施方案11]
图25示出了实施方案10所述的EL元件的特性。此图是借助于在EL元件被施加给定电压时测量其电流密度和亮度而得到的。在图中，单体EL元件和聚合物EL元件在10mA/cm2的电流密度下都达到几百烛光，这意味着对于EL显示应用来说，二者都表现了足够的效率。
此实施方案的结构能够与实施方案1-10的任何一种结构自由地组合。
[实施方案12]
实施本发明而制造的有源矩阵自发光显示器(或EL模块)，由于自身发光，故在明亮环境中的可见度方面优越于液晶显示器件。因此，本发明能够在直视EL显示器(意指其中组合有自发光器件的显示器)中实施。EL显示器的例子包括个人计算机的监视器、用来接收电视广播的监视器、广告显示监视器等。
本发明还能够在以包括上述EL显示器的显示器作为其组成部分的各种电气设备中实施。
作为这种电气设备的例子有EL显示器，摄象机、数码相机、风镜式显示器(亦即头戴显示器)、运载工具导航系统、个人计算机、手提信息终端(诸如车载计算机、蜂窝电话和电子记事本)、配备有记录媒质的放象机(具体地说是配备有诸如压缩磁盘(cD)、激光盘(LD)、或数字视盘(DVD)之类的重现记录媒质的显示器的设备)。图26A-26F示出了一些这样的电气设备。
图26A示出了一种个人计算机，它由主机2001、机箱2002、显示器件2003、键盘2004等组成。本发明能够用于显示器件2003。
图26B示出了一种摄象机，它由机身2101、显示器件2102、音频输入单元2103、操作开关2104、电池2105、图象接收单元2106等组成。本发明能够用于显示器件2102。利用本发明，显示器件2102可以是对角线尺寸为4英寸的平板。
图26C示出了一种风镜式显示器，它由主体2201、显示器件2202、臂部2203等组成。本发明能够用于显示器件2202。
图26D示出了一种手提(移动)计算机，它由主体2301、相机单元2302、图象接收单元2303、操作开关2304、显示器件2305等组成。本发明能够用于显示器件2305。
图26E示出了一种配备有记录媒质的放象机(具体地说是DVD放象机)。此放象机由主体2401、记录媒质(CD、LD、DVD等)2402、操作开关2403、显示器件(a)2404、显示器件(b)2405等组成。显示器件(a)主要显示图象信息，而显示器件(b)主要显示文本信息。本发明能够用于显示器件(a)和(b)。本发明还能够应用于其它配备有记录媒质的放象机，例如CD机和游戏机。
图26F示出了一种EL显示器，它由机箱2501、支持底座2502、显示器件2503等组成。本发明能够用于显示器件2503。在显示器件的图象显示区面积为对角线尺寸10英寸或更大的情况下，实施方案5所示的象素结构是有效的。
若从EL材料发射的光的亮度将来得到改进，则本发明能够用于正面或背面型投影仪。
如上所述，本发明的应用范围是如此的广，以至于能够应用于所有领域的电子设备。此实施方案所示的电子设备可以借助于组合实施方案1-11的结构而得到。
[实施方案13]
实施方案13描述了当采用根据本发明的EL显示器的驱动方法时，用来驱动电流控制TFT的电压-电流特性范围。
在EL元件中，即使外加电压的最小变化也能够指数地改变流过EL元件的电流。从另一个观点看，当流过EL元件的电流量改变时，施加到EL元件的电压数值不太变化。EL元件的亮度基本上随流过EL元件的电流量正比地增大。因此，借助于控制流过EL元件的电流量(电流数值)来控制EL元件的亮度，比借助于控制施加到EL元件的电压幅度(电压数值)来控制EL元件的亮度更为容易，且更不至于受到TFT特性起伏的影响。
参照图27A和27B。图27A示出了作为根据本发明的图3所示EL显示器的一部分的电流控制TFT 108和EL元件110。图27B示出了图27A所示电流控制TFT 108和EL元件110的电压-电流特性。在图27B中，电流控制TFT 108的电压-电流特性曲线示出了施加在源区与漏区之间的电压VDS与流过电流控制TFT 108的漏区的电流量的关系。图27B中的多个曲线的施加在电流控制TFT 108的源区与栅电极之间的电压VGS是彼此不同的。
如图27A所示，施加在EL元件110的象素电极与对电极111之间的电压被给定为VEL，而施加在连接到电源线的端子2601与EL元件110的对电极111之间的电压被给定为VT。VT的数值被电源线的电位固定。如上所述，VDS是施加在电流控制TFT 108的源区与漏区之间的电压。VGS是施加在电流控制TFT 108的栅电极与源区之间的电压，具体地说，是施加在电流控制TFT 108的源区与连接到电流控制TFT108的栅电极的引线2602之间的电压。
电流控制TFT 108可以是n沟道TFT或p沟道TFT。
电流控制TFT 108与EL元件110彼此串联连接。因此，相同的电流量流过二个元件(电流控制TFT 108与EL元件110)。电流控制TFT 108与EL元件110在对应于二个元件电压-电流特性曲线之间的交点(工作点)的电压下被驱动。在图27B中，VEL等于对电极111电位与工作点电位之间的电压。VDS等于电流控制TFT 108的端子2601处的电位与工作点电位之间的电压。简而言之，VT等于VEL与VDS之和。
现考虑VGS被改变的情况。如从图27B可知，电流控制TFT 108的|VGS-VTH|，亦即|VGS|，随流过电流控制TFT 108的电流的数值增加而增大。VTH是电流控制TFT 108的阈值电压。因此，如从图27B可见，在工作点处，|VGS|的增大自然引起流过EL元件110的电流数值的增加。EL元件110的亮度正比于流过EL元件的电流数值而增加。
由于|VGS|的增大引起流过EL元件110的电流数值增加，故VEL的数值根据电流数值的增大而增加。VT的数值被电源线电位固定，致使当VEL增大时，VDS降低。
如图27B所示，电流控制TFT的电压-电流特性可以根据VGS和VDS的数值被分成二个区域。|VGS-VTH|＜|VDS|的区域是饱和区，而|VGS-VTH|＞|VDS|的区域是线性区。
在饱和区中，下列表示式1成立
[表示式1]
IDS＝β(VGS-VTH)2/2
其中，IDS是流过电流控制TFT 108沟道制作区的电流的数值，且β＝μCoW/L，其中μ是电流控制TFT 108的迁移率，Co是单位面积的栅电容，而W/L是沟道制作区的沟道宽度W对其沟道长度L的比率。
在线性区中，下列表示式2成立
[表示式2]
IDS＝β{(VCS-VTH)VDS-VDS 2/2}
如在表示式1可见，饱和区中的电流数值很难被VDS改变，而仅仅决定于VGS。
另一方面，表示式2显示电流数值决定于线性区中的VDS和VGS。当|VCS|增大时，电流控制TFT 108开始在线性区电压下工作，逐渐增大VEL。因此，VDS根据VEL的增加而被降低。在线性区中，当VDS降低时，电流量被降低。于是难以借助于增大|VGS|来增大电流数值。当|VGS|＝∞时，电流达到最大值IMAX。换言之，无论|VGS|数值大到何种程度，都不可能流动大于IMAX的电流。IMAX是当VEL＝VT时流过EL元件110的电流数值。
借助于这样控制|VGS|的数值，能够将工作点设定在饱和区或线性区中。
理想地说，各个电流控制TFT的特性是完全相同的。但实际上，各个电流控制TFT的阈值VTH和迁移率μ常常彼此不同。如从表示式1和2可见，当电流控制TFT的阈值VTH和迁移率μ彼此不同时，尽管给予相同的VGS，通过电流控制TFT的沟道制作区仍然流过不同的电流量。
图28示出了阈值VTH和迁移率μ彼此不同的电流控制TFT的电压-电流特性。实线2701表示理想的电流-电压特性，而实线2702和2703表示电流控制TFT的电流-电压特性，其中阈值VTH和迁移率μ偏离理想数值。在饱和区中，电流-电压特性曲线2702和2703偏离理想电流-电压特性曲线2701相同的电流数值ΔI1。电流-电压特性曲线2702上的工作点2705处于饱和区中，而电流-电压特性曲线2703上的工作点2706处于线性区中。在此条件下，ΔI2和ΔI3分别被给定为理想电流-电压特性曲线2701上工作点2705处的电流数值与工作点2704处的电流数值之间的差值以及工作点2706处的电流数值与工作点2704处的电流数值之间的差值。线性区工作点2706处的电流数值小于饱和区工作点2705处的电流数值。
因此，当采用根据本发明的数字驱动方法时，借助于驱动电流控制TFT和EL元件，使工作点处于线性区中，能够消除灰度显示中由电流控制TFT特性起伏造成的EL元件亮度的不规则性。
另一方面，在常规模拟驱动方法的情况下，最好将电流控制TFT和EL元件驱动成使工作点处于电流数值仅仅由|VGS|决定的饱和区中。
为了总结上述的运行分析，图29示出了表示电流控制TFT的电流数值与栅电压|VGS|之间的关系的曲线。当|VGS|增大并超过电流控制TFT的阈值的绝对值，亦即|VTH|时，电流开始流过电流控制TFT。此时的|VGS|被称为点亮开始电压。|VGS|被进一步增大，直至达到满足|VGS-VTH|＝|VDS|的数值(此数值暂时用A表示)，离开饱和区2801而达到线性区2802。当|VGS|被更进一步增大时，电流数值增大，直至最终饱和。此时|VGS|＝∞。
图29表明，在|VGS|≤|VTH|的区域中，几乎没有电流流动。|VTH|≤|VGS|≤A的区域是饱和区，在此区域中，电流数值由|VGS|改变。另一方面，A≤|VGS|的区域是线性区，其中流过EL元件的电流的数值由|VGS|和|VDS|改变。
根据本发明的数字驱动方法，最好使用|VGS|≤|VTH|区域中和A≤|VGS|的线性区域中的电压。
此实施方案能够与本发明的任何其它实施方案自由地组合。
[实施方案14]
若利用磷光从三重激发发光的EL材料被用于本发明，则能够大幅度提高发光外量子效率。这使EL元件功耗更小，寿命更长，另外还重量轻。
在下列报道中采用三重激发来改进发光外量子效率。
(T.Tsutsui，C.Adachi，S.Saito，Photochemical Processesin Organized Molecular Systems，ed.K.Honda，(ElsevierSci.Pub.，Tokyo，1991)p.437。)
上述论文报道的EL材料(香豆素颜料)的分子式如下。
[化学式1]
(M.A.Baldo，D.F.O’Brien，Y.You，A.Shoustikov，S.Sibley，M.E.Thompson，S.R.Fortest，Nature 395(1998)p.151)。
上述论文报道的EL材料(Pt络合物)的分子式如下。
[化学式2]
(M.A.Baldo，S.Lamansky，P.E.Burrows，M.E.Thompson，S.R.Fortest，Appl.Phys.Lett.，75(1999)p.4)。
(T.Tsutsui，M.J.Yang，M.Yahiro，K.Nakamura，T.Watanabe，T.Tsuji，Y.Fukuda，T.Wakimoto，S.Mayaguchi，Jpn.Appl.Phys.，38(12B)(1999)L1502)。
上述论文报道的EL材料(Ir络合物)的分子式如下。
[化学式3]
若如上所述能够利用三重激发的磷光发光，则理论上有可能得到比利用单重激发的荧光发光情况高3-4倍的发光外量子效率。
此实施方案能够与本发明的任何其它实施方案自由地组合.
本发明的实施使得有可能得到能够清晰地多灰度彩色显示且不受TFT特性起伏影响的有源矩阵自发光器件。具体地说，此有源矩阵自发光器件采用了利用数字信号的时分灰度显示，而不是常规的模拟灰度显示。这样就消除了由电流控制TFT特性起伏造成的灰度缺乏，从而显示彩色重现性极好且分辨率高的图象。
而且，制作在衬底上的各个TFT的结构不同，使具有电路或元件中所需性能最佳的结构的TFT被分配给电路或元件。这提供了高可靠性的有源矩阵自发光器件。
配备有这种有源矩阵自发光器件作为显示器的电气设备，能够显示高质量的图象，并能够表现高的可靠性和高的性能。

Claims (13)

1.一种具有至少一个自发光器件的电子器件，它包含：
制作在绝缘表面上的第一半导体小岛，所述第一半导体小岛具有至少第一和第二杂质区以及其间的沟道区；
制作在所述绝缘表面上的第二半导体小岛，所述第二半导体小岛与所述第一半导体小岛分隔开；
制作在所述第一半导体小岛和所述第二半导体小岛上的绝缘膜；
制作在所述第一半导体小岛上方的栅电极，以所述绝缘膜夹于其间；
制作在所述第二半导体小岛上方的形成电容器的电极，以所述绝缘膜夹于其间，其中所述栅电极和所述形成电容器的电极被制作在相同的导电层中，并彼此电连接；
发光元件，它包含阴极、阳极、和插入在所述阴极和所述阳极之间的发光材料，其中所述第一和第二杂质区之一被电连接到所述阴极和所述阳极之一；以及
与所述第一和第二杂质区中的另一个电连接的电流馈线，
其中所述第二半导体小岛被该电流馈线所覆盖。
2.根据权利要求1的电子器件，其特征是，其中所述电子器件选自蜂窝电话、个人计算机、摄象机、风镜式显示器、手提计算机、DVD、和EL显示器。
3.根据权利要求1的电子器件，其特征是，还包含具有电连接到所述栅电极的漏区的开关薄膜晶体管。
4.根据权利要求1所述的电子器件，其中一个电容器包括所述形成电容器的电极和所述第二半导体小岛，以置于期间的所述绝缘膜。
5.根据权利要求4的电子器件，其特征是，进一步包括在所述形成电容器的电极上形成的一个层间绝缘膜。
6.一种具有至少一个自发光器件的电子器件，它包含：
制作在衬底上方的栅引线；
制作在所述衬底上方且包括至少一个第一薄膜晶体管的第一开关元件，其中所述第一薄膜晶体管的栅电极被电连接到所述栅引线；
延伸跨过所述栅引线的源引线；
制作在所述衬底上方且包括至少一个第二薄膜晶体管的第二开关元件，所述第二薄膜晶体管包含具有至少第一和第二杂质区以及沟道区的半导体小岛、制作在所述半导体小岛上的栅绝缘膜、以及制作在所述栅绝缘膜上的栅电极，其中所述栅电极通过至少所述第一开关元件被电连接到所述源引线；
延伸跨过所述栅引线且电连接到第二薄膜晶体管的所述第一和第二杂质区之一的电流馈线；
电连接在第二薄膜晶体管的所述栅电极与所述电流馈线之间的电容器，其中所述电容器被所述电流馈线覆盖；以及
发光元件，它包含阴极、阳极、和插入在所述阴极和所述阳极之间的发光材料，其中所述第一和第二杂质区中的另一个被电连接到所述阴极和所述阳极之一。
7.根据权利要求6的电子器件，其特征是，其中所述电子器件选自蜂窝电话、个人计算机、摄象机、风镜式显示器、手提计算机、DVD、和EL显示器。
8.根据权利要求6的电子器件，其特征是，其中所述半导体小岛包含结晶硅。
9.根据权利要求6的电子器件，其特征是，还包含制作在所述衬底上方的驱动电路，所述驱动电路包含具有结晶沟道区的薄膜晶体管。
10.一种具有至少一个自发光器件的电子器件，它包含：
制作在衬底上方的栅引线；
制作在所述衬底上方且包括至少一个第一薄膜晶体管的第一开关元件，其中所述第一薄膜晶体管的栅电极被电连接到所述栅引线；
延伸跨过所述栅引线的源引线；
制作在所述衬底上方且包括至少一个第二薄膜晶体管的第二开关元件，所述第二薄膜晶体管包含具有至少第一和第二杂质区以及沟道区的半导体小岛、制作在所述半导体小岛上的栅绝缘膜、以及制作在所述栅绝缘膜上的栅电极，其中所述栅电极通过至少所述第一开关元件被电连接到所述源引线；
延伸跨过所述栅引线且电连接到第二薄膜晶体管的所述第一和第二杂质区之一的电流馈线；
电容器，它具有：包含与所述半导体小岛相同的材料的第一电极、包含与第二薄膜晶体管的所述栅电极相同的材料且电连接到第二薄膜晶体管的所述栅电极的第二电极、以及包含与所述第一和第二栅电极之间的所述栅绝缘膜相同的材料的绝缘膜，其中所述电容器位于所述电流馈线下方；以及
发光元件，它包含阴极、阳极、和插入在所述阴极和所述阳极之间的发光材料，其中所述第一和第二杂质区中的另一个被电连接到所述阴极和所述阳极之一，
其中所述第一电极与所述半导体小岛分隔开，并被电连接到所述电流馈线。
11.根据权利要求10的电子器件，其特征是，其中所述电子器件选自蜂窝电话、个人计算机、摄象机、风镜式显示器、手提计算机、DVD、和EL显示器。
12.根据权利要求10的电子器件，其特征是，其中所述半导体小岛包含结晶硅。
13.根据权利要求10的电子器件，其特征是，还包含制作在所述衬底上方的驱动电路，所述驱动电路包含具有结晶沟道区的薄膜晶体管。
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