CN1264133C - 半导体装置及显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种半导体装置及显示装置，其以实现对于被驱动元件可稳定地供给电力的构成为目的。其特征在于：配置成矩阵状的各像素，具备有有机EL元件50、第1TFT10、第2TFT20、保持电容Cs、重设用的第3TFT30，其中，第1TFT10依据栅极信号而取入数据信号，第2TFT20的漏极连接至驱动电源线VL，源极则连接至有机EL元件50，并于栅极接收数据信号而控制由驱动电源Pvdd供给至有机EL元件50的电流。保持电容Cs的第1电极7连接至第2TFT20的栅极，第2电极8连接至第2TFT20的源极以及有机EL元件，并保持第2TFT20的Vgs。第3TFT30于保持电容Cs充电时固定第2电极电位。

Description

半导体装置及显示装置
技术领域
本发明涉及一种用以控制电致发光显示元件等的被驱动元件的电路构成。
背景技术
将自发光元件的电致发光(Electroluminescence：以下称EL)元件用于各像素以作为发光元件的EL显示装置，除为自发光型外，并且具有薄型且消耗电力小等优点，其作为替代液晶显示装置(LCD)及CRT等的显示装置而受到瞩目，且其研究仍不断进行中。
此外，其中将个别控制EL元件的薄膜晶体管(TFT)等的开关元件设置于各像素，并依每一像素控制EL元件的主动矩阵型EL显示装置，作为高精密度的显示装置而深受期待。
图13显示m行n列的主动矩阵型EL显示装置中的各像素的电路构成。在EL显示装置中，于基板上多个栅极线GL朝行方向延伸，而多个数据线DL以及驱动电源线VL则朝列方向延伸。另外，各像素具有有机EL元件50、开关用TFT(第1TFT)10、EL元件驱动用TFT(第2TFT)21以及保持电容Cs。
第1TFT10与栅极线GL与数据线DL相连接，其在栅极电极接收栅极信号(选择信号)而导通。此时，供给至数据线DL的数据信号，保持于连接在第1TFT10与第2TFT21间的保持电容Cs。对于第2TFT21的栅极，供给有与透过上述第1TFT10所供给的数据信号相对应的电压，此第2TFT21将与该电压值相对应的电流从电源线VL供给至有机EL元件50。有机EL元件50在发光层内将由阳极注入的正孔与由阴极注入的电子再结合而激发发光分子，且此发光分子由激发状态返回基底状态之际发光。有机EL元件50的发光亮度与供给至有机EL元件50的电流大致成正比，其如上述所示以于各像素中配合数据信号而控制流至有机EL元件50的电流的方式，从而能以配合该数据信号的亮度将有机EL元件发光，在整体显示装置中显示所希望的图像。
在有机EL元件50中，为了实现高显示品质，而需以配合数据信号的亮度确实地使有机EL元件50发光。因此，在主动矩阵型中，对于配置于驱动电源线VL与有机EL元件50间的第2TFT21，可要求电流在有机EL元件50流动，即使该EL元件50的阳极电位变动而其漏极电流也不会变动。
因此，如图13所示，大多采用源极连接于驱动电源线VL，且漏极连接于有机EL元件50的阳极侧，并施加与数据信号相对应的电压的栅极，以及藉由与上述源极间的电位差Vgs而能控制源极漏极间电流的pch-TFT，来作为第2TFT21。
但是，在将pch-TFT使用于第2TFT21之际，如上述所示，源极连接于驱动电源线VL，并藉由此源极与栅极间的电位差而使漏极电流，亦即供给至有机EL元件50的电流受到控制，因此具有当驱动电源线VL的电压变动时，在各元件50中的发光亮度会变动的问题。有机EL元件50是如上述所示为电流驱动型的元件，其在例如某讯框期间所显示的图像为高亮度时(例如整面白色)，相对于基板上的许多有机EL元件50，会有由单一的驱动电源Pvdd透过所对应的各驱动电源线VL一次流动许多的电流，而驱动电源线VL的电位会产生变动的情况发生。此外，离驱动电源Pvdd的距离较长，且因驱动电源线VL的配线电阻所造成的电压降显著的区域，例如在离电源较远位置的像素中，由于驱动电源线VL的电压低，而使各有机EL元件50的发光亮度比靠近电源位置的元件低。
再者，在将pch-TFT使用于第2TFT21之际，对此第2TFT21供给的数据信号，需将其极性设定成与视频(VIDEO)信号的极性相反，也需于驱动电路设置极性反转装置。
发明内容
为解决上述课题，本发明的目的是使从驱动电源线供给至被驱动元件的电力，不易受到驱动电源的电压变动的影响。
此外，本发明的另一目的，是使供给至元件驱动用薄膜晶体管的数据信号的极性，与视频信号的极性一致，并达成驱动电路的简化。
为实现上述目的，本发明是一种半导体装置，其具备有：将选择信号接收于栅极而动作，且取入数据信号的开关用薄膜晶体管；漏极连接于驱动电源，而源极连接于被驱动元件，且于栅极接收前述开关用薄膜晶体管所供给的数据信号，而控制由前述驱动电源供给至前述被驱动元件的电力的元件驱动用薄膜晶体管；第1电极连接于前述开关用薄膜晶体管与前述元件驱动用薄膜晶体管的前述栅极，而第2电极连接于前述元件驱动用薄膜晶体管的源极与前述被驱动元件之间，并依据前述数据信号而保持前述元件驱动用薄膜晶体管的栅极源极间电压的保持电容；以及用以控制前述保持电容的第2电极的电位的开关元件。
本发明的另一方案，是一种具备多个配置成矩阵状的像素的主动矩阵型显示装置，其中，各像素至少具备有：被驱动元件；将选择信号接收于栅极而动作，且取入数据信号的开关用薄膜晶体管；漏极连接于驱动电源，而源极连接于前述被驱动元件，且于栅极接收前述开关用薄膜晶体管所供给的数据信号，而控制由前述驱动电源供给至前述被驱动元件的电力的元件驱动用薄膜晶体管；第1电极连接于前述开关用薄膜晶体管与前述元件驱动用薄膜晶体管的前述栅极，而第2电极连接于前述元件驱动用薄膜晶体管的源极与前述被驱动元件之间，并依据前述数据信号而保持前述元件驱动用薄膜晶体管的栅极源极间电压的保持电容；以及用以控制前述保持电容的第2电极的电位的开关元件。
如上所述，由于藉由保持电容，保持元件驱动用薄膜晶体管的栅极与连接于被驱动元件的源极间的电压，因此被驱动元件动作且连接于此元件的元件驱动用薄膜晶体管的源极电位在上升时，也能对于被驱动元件供给与数据信号相对应的电流，并可使用n通道型薄膜晶体管，以作为元件驱动用薄膜晶体管。再者，可使供给至被驱动元件的电力，不易受到驱动电源线中的电压变动的影响，以进行稳定的电力供给。
再者，n通道型薄膜晶体管最好具有通道区域、以及在注入高浓度不纯物的源极区域与漏极区域之间注入低浓度不纯物的LD区域。
尤其，此驱动晶体管系以设定成至少大于周边电路中的n通道晶体管的LD区域为最佳，并以大于开关晶体管的LD区域为最佳。
藉此，即使不增大晶体管，也能提高相对于在栅极接收的电压变化的电流量调整精密度。此外，可缩小配置晶体管的专有面积，且可实现因开口率增大而导致的亮度上升以及低消耗电流化。
在本发明的另一方案中，前述被驱动元件为电致发光元件。在电致发光元件中，由于以与例如供给电流相对应的亮度而发光，故藉由以上述的电路构成而进行电流供给的方式，即能以与数据信号相对应的亮度使各元件发光。
在本发明的另一方案中，前述开关元件依据前述开关用薄膜晶体管的导通关断而控制前述保持电容的第2电极的电位。
在本发明的另一方案中，藉由前述开关元件，而使前述保持电容的第2电极在前述开关用薄膜晶体管的导通动作时控制在固定电位。
在本发明的另一方案中，藉由前述开关元件，而使前述保持电容的第2电极在前述开关用薄膜晶体管的导通动作之前控制在固定电位，并于前述开关用薄膜晶体管关断之后，停止对于前述保持电容的第2电极的电位控制。
在本发明的另一方案中，前述开关元件为薄膜晶体管，其依据预定的重设信号或供给至前述开关用薄膜晶体管的选择信号，而控制前述保持电容的第2电极的电位。
藉由以上的开关元件的控制，来控制保持电容的第2电极电位，可确实且简单地于保持电容积蓄与数据信号相对应的电荷，并可维持预定期间、元件驱动用薄膜晶体管的栅极源极间电压。
在本发明的另一方案中，前述开关元件连接于前述元件驱动用薄膜晶体管的源极，且用来使电荷放电，而该电荷以预定时序积蓄于前述被驱动元件。
在本发明中，由于分别与被驱动元件对应并与该元件相连接的开关元件设于各像素，故以例如预定时序将开关元件予以导通的方式，即可藉由开关元件且不需设置其它专用的元件而使被驱动元件确实且简单地进行放电。
在本发明的另一方案中，前述开关元件连接于前述元件驱动用薄膜晶体管的源极，且用于连接至前述被驱动元件的前述元件驱动用薄膜晶体管的源极电位或电流的测定。
例如由薄膜晶体管所构成的开关元件，连接于元件驱动用薄膜晶体管的源极，因此以导通控制开关元件的方式，即能藉由此开关而检测出元件驱动用薄膜晶体管的源极电位或电流。因此，此种测定也可预先检查供给至被驱动元件的预期电力量。
此外，本发明是一种将电致发光元件配置成多个矩阵状的有机EL面板，其使用以控制供给至电致发光元件的驱动电流的驱动晶体管与各电致发光元件相对应设置，而此驱动晶体管为n通道晶体管，且在通道区域以及注入高浓度不纯物的源极与漏极区域之间设有注入低浓度不纯物的LD区域。尤其是，驱动晶体管的LD区域系以至少大于周边晶体管的LD晶体管者为佳。
以采用此种大的LD区域的方式，可确保高的开口率，同时也可精确地控制供给至电致发光元件的电流。
此外，在前述驱动晶体管的栅极，电容的一端与开关晶体管相连接，而前述电致发光元件与驱动晶体管的连接点，藉由放电晶体管连接于低电压电源，且在前述电致发光元件与驱动晶体管的连接点，最好连接有前述电容的另一端。
附图说明
图1显示驱动本发明实施型态的有机EL元件的每一像素的电路构成。
图2(a)及(b)为显示作成对本发明的各像素供给的栅极信号以及重设信号的电路构成例图。
图3为显示图2的电路的动作的时序图。
图4显示驱动本发明实施型态的有机EL元件的每一像素的其它电路构成。
图5显示驱动本发明实施型态的有机EL元件的每一像素的其它电路构成。
图6为显示具备有图4所示的电路构成的每一像素的平面构成图。
图7(a)至(c)为显示沿图6的A-A线、B-B线以及C-C线的剖面构造图。
图8为显示具备有图5所示的电路构成的每一像素的平面构成图。
图9为显示LD构造的TFT的构成例图。
图10为显示将LD区域放大的TFT的构成例图。
图11为显示作成对本发明的各像素供给的栅极信号以及重设信号的另一电路构成例图。
图12为显示作成对本发明的各像素供给的栅极信号以及重设信号的又一电路构成例图。
图13为显示现有主动矩阵型的有机EL显示装置的电路构成图。
【图号说明】
2、24、32   栅极电极           4      栅极绝缘膜
6、16、36   主动层             7      保持电容的第1电极
8           保持电容的第2电极
10          第1TFT(开关用薄膜晶体管)
14          层间绝缘膜
20、21      第2TFT(元件驱动用薄膜晶体管)
26          连接配线(连接器部)  30     第3TFT
31          电压调整用二极管    34     共通连接配线
30          第3TFT(开关用薄膜晶体管)
40、41      栅极线(GL)          42     数据线(DL)
44          驱动电源线(VL)      46     重设线(RSL)
48          电容线(SL)          50     有机EL元件
51          发光元件层          52     阳极
54          空穴传输层          55     发光层
56          电子传输层          57     阴极
61          第2平坦化绝缘层     100    垂直驱动器
110         位移缓存器          120    输出部
122、124    与栅极Cs保持电容
具体实施方式
以下，使用附图说明本发明的最佳实施形态(以下称实施形态)。
图1显示用以驱动本发明实施型态的有机EL元件的电路构成。此外，在此举例具体说明主动矩阵型的有机EL显示装置中的1像素的电路构成。
1像素如图1所示，具备有作为被驱动元件或显示元件的有机EL元件50、开关用薄膜晶体管(第1TFT)10、元件驱动用薄膜晶体管(第2TFT)20以及保持电容Cs，更具有重设用的薄膜晶体管(第3TFT)30以作为重设用的开关元件。
第1TFT10在此处由nch-TFT所构成，其栅极电极连接至栅极线GL，漏极则连接至数据线DL，源极则如后述所示连接至第2TFT20以及保持电容Cs。
第2TFT20在本实施形态中由nch-TFT所构成，其漏极连接至驱动电源Pvdd(实际上此处为驱动电源线VL)，源极则连接至有机EL元件50的阳极侧。再者，栅极则连接至上述第1TFT10的源极、以及以下所述的保持电容Cs的第1电极。
保持电容Cs具备第1及第2电极，其第1电极与第1TFT10的源极与第2TFT20的栅极相连接，第2电极则连接于第2TFT20的源极与有机EL元件50的阳极之间。
第3TFT(放电晶体管)30，在此处由nch-TFT所构成(然而pch-TFT也可)，其栅极连接至施加有重设信号的重设线RSL，漏极则连接至保持电容的第2电极，源极则连接至供给有用以规定保持电容的第2电极电位的电压的电容线SL。
在上述的电路构成中，当将选择信号(栅极信号)输出至栅极线GL时，第1TFT10将与此对应而呈导通状态。第3TFT30以与此第1TFT10几乎同时的时序来控制导通关断，当第1TFT10导通时，第3TFT30也因重设信号而导通，而保持电容Cs的第2电极，与连接至此第3TFT30的源极的电容线SL的固定电位Vsl(例如0V)相等。因此，当第1TFT10导通而使第1TFT10的源极电压与供给至数据线DL的数据信号的电压相等时，保持电容Cs则依据第2电极的固定电位与上述第1TFT10的源极电位间之差，实质上是依据与数据信号相对应的电压进行充电。
第2TFT20是在与保持于保持电容Cs的电荷相对应的电压施加于第2TFT20的栅极，而使该第2TFT呈导通状态时，与此栅极电压相对应的电流，从驱动电源线VL经由第2TFT20的漏极/源极间而供给至有机EL元件50。因此，使得第2TFT20的源极电位依所流动的电流量而上升。此时，第3TFT30受到关断控制，而保持电容Cs的第2电极，则由电容线SL切离。是以，保持电容Cs将呈连接至第2TFT20的栅极源极间的状态，即使源极电位上升也使栅极电位同等上升，且与数据信号相对应的第2TFT20的栅极源极间电压Vgs，藉由此保持电容Cs所维持。
因此，依据本实施形态的电路构成，即使电流流动于有机EL元件50而使第2TFT20的源极电位上升，也能藉由保持电容Cs的功能，对于有机EL元件50稳定地供给与数据信号相对应的电流。此外，由于采用nch-TFT作为第2TFT20，故可利用与视频(VIDEO)信号同一极性的数据信号。再者，连接有第2TFT20的漏极的驱动电源Pvdd，由于可例如为14V相当高的电压，故针对nch-TFT的第2TFT2也可在其饱和区域中驱动，并且可不受源极漏极间电压变动的影响而供给电流至有机EL元件50。此外，在此施加于栅极线GL的栅极信号，其中一例为，在0V至12V的范围内，数据信号为1V至6V，电容线SL的固定电位为0V程度即可驱动各电路元件。此外，由于采用nch-TFT以作为第2TFT20，故可使用与视频信号同一极性的信号以作为数据信号。
另外，如后述所示，在上述n通道型的第2TFT20中，也可采用在通道与源极/漏极间具有低浓度不纯物注入区域的所谓的LDD构造(本发明说明书中称此为LD构造)。
图2显示针对上述的各像素，用以供给所对应的栅极信号(G1至Gm)以及重设信号(RS1至RSm)的电路的概略，而图3则显示此电路的动作。在主动矩阵型的有机EL显示装置中，排列成矩阵状的像素的各第1TFT10，藉由图2概略所示的垂直驱动器100所输出的栅极信号而以每行(每一栅极线GL)依次选出，并于此时将从未图标的水平驱动器输出至各数据线DL的数据信号予以取入。
垂直驱动器100的位移缓存器100，使垂直激活脉冲以每1H(1水平扫描期间)位移，如图3所示，并针对输出部120，依序地输出位移脉冲S 1、S2、S3......Sm。
输出部120以其中一例而言，为如图2(b)所示的构成，具有2个与栅极(andgate)122、124与各行相对应，而将图3所示的栅极信号G1、G2、G3.....Gm，与重设信号RS1、RS2、RS3.....RSm依次地输出至对应的线。与栅极122取用互为前后的位移脉冲的逻辑积。对于与栅极124的其中一方的输入端子，于1H的切换期间内，供给有禁止对于栅极线GL输出栅极信号的致能信号ENB(参照图3)，而与栅极124取用此ENB与上述与栅极122间的逻辑积。从与栅极122输出的2个位移脉冲(图2中为S1与S2)的逻辑积，于本实施形态系用作为重设信号RS(在此处为RS1)。再者，与栅极124仅于依ENB信号而许可输出的期间，将上述与栅极122的逻辑积结果输出至各栅极线GL以作为栅极信号(在此处为G1)。
从与栅极122输出的重设信号RS，如上述所示藉由重设线RSL而施加于所对应的像素的第3TFT30的栅极，此外，栅极信号G施加于所对应的像素的第1TFT10的栅极。在此，依图2的电路而作成的重设信号RS与栅极信号G，与图3所示的例如供给至第1行像素的G1、RS 1比较可得知，栅极信号G的H准位期间(nch-TFT10的导通控制期间)，比重设信号的H位准期间(nch-TFT30的导通控制期间)，仅短少了依ENB信号限制的期间。
因此，以受G1、RS1控制的第1行的像素为例，首先藉由重设信号RS1将第3TFT30控制导通。换言之，保持电容Cs的第2电极固定于保持电容线的电位后，第1TFT10会因栅极信号G1而导通，且与在数据线DL中的数据信号几乎相同的电压，将被施加于保持电容Cs的第1电极。此外，重设信号RS于栅极信号G成为L位准(TFT关断位准)后再成为L准位。亦即，保持电容Cs的第2电极，于第1TFT10关断而至第1电极侧的电位决定前，维持在固定电位Vsl。因此，可确实地防止因在第1TFT10的导通期间中第3TFT30关断而使保持电容Cs的第1电极电位变动，使得藉由导通中的第1TFT10而一度保持于数据线DL的数据信号泄漏的情况发生。
图4及图5显示本实施形态中可采用的另一种每一像素的电路构成。此外，与图1共通的部分，标记相同的符号，并省略其说明。
在图4的电路构成中，与图1相异之处，是在图4中驱动电源线VL与有机EL元件50之间并列设置多个(在此处为2个)nch-TFT，其它则包含动作与图1相同。以将第2TFT20设定为多个(k个)的方式，使各第2TFT20所流动的电流相等为「i」时，则总计最大将对有机EL元件50供给「k×i」的电流。例如以k＝2时为例，其中一方的第2TFT20即使发生完全不动作的情况，相对于由其它有机EL元件50所供给的「2×i」电流，也可对有机EL元件50供给「i」的电流。在仅仅采用1个第2TFT20之际，此TFT20如发生不良时，则电流值为「0」，亦即成为像素缺陷。因此，与此种情况相较，则可如图4所示藉由设置多个第2TFT20，缓和各有机EL元件50的各像素的发光亮度不均匀，并且可更加减少像素所产生的缺陷的比重，以实现可靠性高的电路构成。
在图5电路构成中，与图1相异之处，是第3TFT30的栅极与第1TFT10的栅极共同连接于栅极线GL，且由相同的栅极信号G所控制。如图3的时序图所示，虽然藉由将第3TFT30的导通期间设定成比第1TFT10的导通期间长，而使保持电容Cs所保持的电位的变动更确实地降低，但即使以相同时序导通控制第1TFT10与第3TFT30作为图5所示的电路构成，第3TFT30比第1TFT10更快关断的可能性也极低，而可于保持电容Cs正确地累积与数据信号相对应的电荷，并驱动第2TFT20。另外在图5所示的电路构成中，由后述图8也可得知，可将1像素内的配线以及第3TFT30所需的配置空间抑制在最小限度，并且比较图1与图4的构成，可将有机EL元件50的配置区域(发光区域)亦即开口率予以增大。
图6是显示具备图4所示的电路构成的每一像素的平面构成的例子。此外，图7(a)显示沿图6A-A线的第1TFT10的剖面；图7(b)显示沿图6B-B线的第2TFT20的剖面；图7(c)显示沿图6C-C线的第3TFT30的剖面的一例。
在图6的构成中，当然如所对应的图4所示，各像素于像素区域内具备有机EL元件50、第1、第2及第3TFT10、20、30、以及保持电容。在图6的例中，栅极线(GL)40朝行方向延伸，且2个栅极电极2由此栅极线40朝该TFT10的主动层6的形成区域上延伸而采用双栅极构造的TFT。此外，形成有与栅极线40平行且于行方向用以驱动第3TFT30的重设线(RSL)46，而在第3TFT30的主动层36上从此重设线46延伸有栅极电极32。
此外，将数据信号供给至第1TFT10的数据线(DL)42，与将来自驱动电源Pvdd的电流供给至第2TFT20的驱动电源线(VL)44，分别配置在像素的列方向。再者，藉由第3TFT30(在此处为TFT30的漏极)而对保持电容Cs的第2电极8，用以供给固定电位Vsl的电容线(SL)48，与上述数据线42以及驱动电源线44并列配置于列方向。
再者，在驱动电源线44与有机EL元件50之间，并列连接有2个第2TFT20，其中1个第2TFT20如图6所示，2个并列成一直线状设置，以使各通道长方向沿着列方向(在此处为与像素长度方向一致，且与数据线42以及驱动电源线44的延伸方向一致)，并从与保持电容Cs的第1电极7之间的接触部分拉出与2个TFT20共通的栅极电极24，以覆盖第2TFT20的主动层16。当然，第2TFT20虽不限定于此种配置，但藉由将通道长方向配置成沿着像素延长方向的方式，而期能以增长第2TFT20的通道长度来提高可靠度时，可将此种第2TFT20有效地配置于限定的1像素内。再者，如后所述在采用将非晶硅予以激光退火处理而多晶化所获得的多晶硅来作为主动层16时，将激光退火的扫描方向设定成列方向，并如图6所示，将第2TFT20的较长通道长度方向朝向列方向，并且，藉由采用将2个第2TFT20间隔配置于列方向的构成，对于各TFT20的主动层16照射多次的脉冲激光的可能性将升高，并可使TFT20的特性的参差在像素间平均化(可使参差缩小)。
其次，再参照图7说明像素的各电路元件的剖面构造。如图7(a)至(c)所示，在本实施形态中，不论第1、第2及第3TFT10、20、30，均采用使栅极电极(2、24、32)挟持栅极绝缘膜4于其间，并配置于主动层(6、16、36)的上方的所谓的顶栅极型的TFT构造(当然也可为底栅极型)。
在第1、第2及第3TFT10、20、30的各主动层6、16、36中，采用将形成于玻璃等的透明绝缘基板1上的a-Si，以相同的激光退火处理步骤予以多晶化，并将所获得的p-Si予以图案化所获得的层。此外，在此任一个TFT的主动层，其源极区域、漏极区域均藉由相同的掺杂步骤而掺杂有n型不纯物，任一者均构成为nch-TFT。
在第1TFT10中，于2处从栅极线40突出形成有栅极电极2，并形成电路式双栅极构造的TFT。主动层6在其栅极电极2正下方区域成为未掺杂有不纯物的真性的通道区域6c，而在通道区域6c的两侧，则形成有在此处掺杂磷(P)等不纯物的漏极区域6d、源极区域6s，并构成nch-TFT。
第1TFT10的漏极区域6d，藉由开口于该层间绝缘膜14与门极绝缘膜4的接触孔，与形成于覆盖第1TFT10整体而形成的层间绝缘膜14上且用以供给与像素相对应的颜色的数据信号的数据线42相连接。
第1TFT10的源极区域6s，兼用保持电容Cs的第1电极7。在第1电极7之上形成有挟持栅极绝缘膜4而由与栅极线40等同一材料所构成的第2电极8，并由第1及第2电极7、8挟持栅极绝缘膜4而重叠的区域构成保持电容Cs。第1电极7朝第2TFT20的形成区域(主动层16)延伸，并藉由连接配线26，与第2TFT20的栅极电极24相连接。此外，第2电极8于此第2电极8以与门极电极2、覆盖栅极线40而形成的层间绝缘膜14的上层，藉由后述的与数据线42等同时形成的共通连接配线34，与第3TFT30的漏极36d、第2TFT20的源极16s、以及与有机EL元件50的后述的阳极52相连接。
2个第2TFT20的主动层16，其栅极电极24的下方通道区域16c，而在通道区域16c的两侧，分别形成掺杂有磷(P)等不纯物的漏极区域16d、源极区域16s，并构成nch-TFT。2个第2TFT20的各漏极区域16d，在图6及图7(b)的例中相互共通，其藉由在层间绝缘膜14以与门极绝缘膜4开口的1个共通接触孔，与兼用漏极电极的驱动电源线44相连接。另一方面，2个第2TFT20的源极区域16s，分别藉由在层间绝缘膜14以与门极绝缘膜4开口的接触孔，与上述共通连接配线34相连接。
第3TFT30如图7(c)所示，在与第1及第2TFT10、20基本上相同的构成中，与重设线(RSL)46一体的栅极电极32的下方成为通道区域36c，并在通道区域36c的两侧形成有掺杂磷等不纯物的源极区域36s以及漏极区域36d，并构成nch-TFT。
第3TFT30的源极区域36s，藉由在层间绝缘膜14以与门极绝缘膜4开口的接触孔，与兼用源极电极的电容线(SL)48相连接。此外，第3TFT30的漏极区域36d，藉由在层间绝缘膜14以与门极绝缘膜4开口的接触孔，与兼用漏极电极的上述共通连接配线34相连接。
第1TFT10的栅极电极2(栅极线40)、第2TFT20的栅极电极24(包含来自连接部26的配线部)、第3TFT30的栅极电极32(重设线48)以及保持电容Cs的第2电极8，分别采用例如Cr而同时图案化形成。此外，数据线42、驱动电源线44、电容线48以及共通连接配线34、连接配线26，系分别采用例如A1等而同时图案化形成。另外，如图6所示，连接于第2TFT20的源极区域16s的共通连接配线34，沿着像素长度方向(在此为列方向)配置，从而将后述的有机EL元件50的阳极52与第2TFT20的栅极电极形成区域之间予以覆盖，并且能够发挥从有机EL元件50出射至玻璃基板1侧的光将第2TFT20的通道区域16c加以遮光的功能。
分别与第3TFT30的源极区域36s、保持电容Cs的第2电极8以及第2TFT20的源极区域16s相连接的上述共通连接配线34，藉由在跟随包含此配线34、数据线42、驱动电源线44、电容线48的基板整体而形成的第1平坦化绝缘层18开口的接触孔，如图7(b)所示与有机EL元件50的阳极52相连接。
如以上所示在本实施形态中，于1像素内虽分别形成有第1、第2以及第3TFT10、20、30的3种类的TFT，但藉由采用可使用nch-TFT作为第2TFT20的电路构成，可使3种类的此等TFT10、20、30经由同一步骤而同时形成。因此，如能同时形成，则可防止因TFT数增加所导致的步骤增加。
有机EL元件50在由ITO(Indium Tin Oxide)等所构成的透明的阳极52，与例如由A1等的金属所构成的阴极57之间形成有采用有机化合物的发光元件层(有机层)51而构成，在本实施形态中，如图3(b)所示由基板1侧依阳极52、发光元件层51、阴极57的顺序层积。另外，如图7(b)所示，于上述第1平坦化绝缘层18之上，形成有仅在有机EL元件50的阳极52的形成中央区域开口的第2平坦化绝缘层61，而此第2平坦化绝缘层61覆盖阳极52的边缘，且覆盖配线区域及第1及第2及第3TFT形成区域、保持电容形成区域，以防止阳极52与最上层的阴极57之间的短路或发光元件层51的断线。
发光元件层51，在此例中，藉由例如真空蒸镀从阳极侧依序层积例如空穴传输层54、有机发光层55、电子传输层56。发光层55在各像素分配给不同的例如R(红)、G(绿)、B(蓝)等彩色显示装置时，在各分配的发光色系采用不同的材料。其它的空穴传输层54、电子传输层56，则如图7(b)所示，可对全像素共通形成，此外，各颜色采用与发光层55同样别的材料也可。兹就用于各层的材料举例如下。
空穴传输层54：NBP、
发光层55：红(R).....主材料(Alq3)掺杂红色的掺杂物(DCJTB)、
          绿(G).....主材料(Alq3)掺杂绿色的掺杂物
     (Coumarin6)、
          蓝(R).....主材料(Alq3)掺杂蓝色的掺杂物(Perylene)、
电子传输层56：Alq3、
此外，也可在阴极57与电子传输层56之间形成采用例如氟化锂(LiF)等的电子植入层。此外，空穴传输层也可由采用各个不同材料的第1及第2空穴传输层所构成。此外，各发光元件层51至少具备含有发光材料的发光层55，但依据所使用的材料未必需要上述空穴传输层或电子传输层等。此外，以上分别以略称所记载的材料的正式名称如下：
「NBP」.....N，N′-Di((naphthalene-1-yl)-N，N′-diphenyl-benzidine)、
「Alq3」.....Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum、
「DCJTB」....(2-(1，1-Dimethylethyl)-6-(2-(2，3，6，7-tetrahydro-1，1，7，7-tetramethyl-1H，5H，benzo[ij]quinolizin-9-yl)ethenyl)-4H-pyran-4-ylidene)propanedinitrile、
「Coumarin6」.....3-(2-Benzothiazolyl)-7-(diethylamino)coumarin、
「BAlq」.....(1，1′-Bisphenyl-4-01ato)bis(2-methyl-8-quinolinplate-N1，08)Aluminum。
然而，发光元件层51的构成，当然不限于此等构成、此等材料。
其次，参照图8说明本发明实施型态的像素的其它的构成。图8显示具备图5所示的电路构成的每一像素的平面构成的例子，对于与图6及图7共同的部分则标记相同的符号。与上述图6的平面构成相异之处，主要有：兼用第1TFT10的栅极电极2以供给栅极信号G的栅极线41，兼用第3TFT30的栅极电极32；以及在驱动电源线44与有机EL元件50的阳极52之间，配置有单一的第2TFT20。各TFT10、20、以及30、电容Cs、有机EL元件50的基本的剖面构造，系几乎与图7(a)至(c)相同。当然，在图8的构成中，第2TFT20由nch-TFT所构成，其栅极源极间电压，藉由保持电容Cs而维持于与数据信号相对应的电压。
在图8的构成例中，与图6比较即可得知，配置成行方向的配线，藉由栅极线41兼用第1TFT10的栅极电极2与第3TFT30的栅极电极32的方式，而能在各行以1条栅极线41，将各像素的形成区域予以扩大。第3TFT30的主动层36，在图8的例中，与第1TFT10的主动层6平行地配置于由此主动层6与栅极线41相距的位置。对于第1TFT10供给数据信号的数据线42，横越过此第3TFT30的主动层36的上方。再者，第3TFT30的漏极侧，与该数据线42平行，而连接至排列于列方向的电容线48。此第3TFT30的漏极区域36d，藉由共通连接配线34，在图8中分别连接至沿着驱动电源线44的长度方向而配置的保持电容Cs的第2电极8、第2TFT20的源极区域16s、以及有机EL元件50的阳极52。
比较图8与图6即可明了，在驱动电源线44的行方向的配置间距几乎相同。在图8中，于1像素内确保宽广的有机EL元件50的阳极52的形成面积，而得以实现更高的开口率，亦即更高亮度的显示。
此外，在以上说明第1至第3TFT10、20、30的主动层中虽分别以采用多晶硅为例进行说明，但当然也可将非晶硅采用于主动层。在采用将多晶硅用于主动层的TFT时，将于同一基板形成用以驱动各像素的上述垂直驱动器或水平驱动器以及将相同多晶硅用于主动层的TFT。此时，在驱动器部的TFT中大多采用CMOS构造，且需形成nch-TFT以及pch-TFT两方。另一方面，将非晶硅用于各像素的TFT时，用以驱动各像素的驱动器可采用专用的外接IC。因此，如本发明般在各像素形成3种类的TFT时，由于任一TFT均能够以nch-TFT构成，故与采用pch-TFT于第2TFT20时的情况相比较，可更简化制造作业。
此外，针对各TFT而言，也可适当地于通道区域与漏极区域之间或通道区域与源极区域之间形成LD(LingtlyDoped)区域。
其次，在本实施形态中，再就设于各像素的重设用的第3TFT30的其它用途进行说明。第3TFT30系如上所述，在通常的显示期间中，当然系为了使第2TFT20的栅极源极间电压保持在保持电容Cs，而如上所述以与第1TFT10同样的时序进行导通关断控制，但在其它期间中，也可用于其它用途。
具体而言，为了以预定时序进行强制放电而可采用积蓄在有机EL元件50的阳极—阴极间的电荷。在第2TFT20的栅极源极间电压Vgs藉由保持电容Cs维持于预定位准期间中，在有机EL元件50的阳极52与阴极57之间，持续流动有与此Vgs相对应的电流，并于该像素的显示期间终了时点于阳极—阴极间留下某种程度的电荷。由于此种残存电荷，在该像素中，下一个显示期间中的显示内容将受到此残存电荷的影响，亦即可能发生所谓残像般的现象。于是，在每预定期间，例如1垂直扫描期间1次，例如在该归线中，如使全像素的第3TFT30同时或依序地导通，则可将有机EL元件50的阳极连接至电容线48，且将阳极电位设定为电容线48的电位，例如0V。如能执行此种控制，则在1显示期间终了后，到下一个显示期间开始前，可藉由第3TFT30而使有机EL元件50中的残存电荷放电，并可进行无残像的高品质显示。再者，由于有机EL元件50所流动的电流量愈多愈会使特性恶化，故若将不需要的电荷予以放电，则可防止在有机EL元件50中不需要的电荷继续流动，而延长有机EL元件50的寿命。
至于其它的用途，有在例如工厂出货前，将第3TFT30用于各像素的检查。亦即，如将第1TFT10导通后并写入检查用的数据信号以使第2TFT20导通，则与所写入的检查用数据相对应的电流会由驱动电源线44流至第2TFT20的漏极源极间。因此，第2TFT20的源极电压，由于应该会成为与供给至有机EL元件50的电流量相对应的电压，故此时可将第3TFT30予以导通控制，并可确实且简易地检查是否可将此第2TFT20的源极电压(或流动于源极的电压)，藉由电容线48的电压测定等，而对有机EL元件供给适当的电流。
其次，针对上述第2TFT20的其它构造进行说明。图9为此第2TFT20的构成例，其与图7构成相异之处，在于第2TFT20系由具有轻掺杂(LD：Lightly Dope：通常称的为LDD)区域的所谓的LDD型的TFT所构成。此外，在此图中，以第2TFT20为单栅极的一般的构成，并于此设置LD区域16LD。亦即，在玻璃基板1上形成主动层16，并覆盖此主动层16而形成栅极绝缘膜4。在主动层16的中央部分的栅极绝缘膜4的上方配置有栅极电极24。
此外，在主动层16的两端部，设有以高浓度掺杂不纯物的漏极区域16d、源极区域16s。再者，主动层16的栅极电极24的下方部分成为通道区域16c，其与此主动层16的通道区域16c以及与源极区域16s、漏极区域16d之间，成为由此低浓度不纯物注入所形成的LD区域16LD。
藉由采用具有比此种周边晶体管更大的LD区域的TFT以作为第2TFT的方式，除可增大耐压外，还可增大相对于栅极电压的变化的电流量的变化。
亦即，如将TFT20的栅极长度(通道长度方向)增长，则将相对于栅极电压的电流量变化的范围增大，可提高电流量对于栅极电压变化的调整精密度。在本实施形态中，以设定为较大LD构造的方式，可获得与增长度时栅极长度时同样的效果。
实际上在将栅极电极24的幅度加宽并增长栅极长度的情况下，必须将幅宽(栅极长度较长)的栅极24予以卷绕以确保与其它的绝缘。但是，藉由LD构造，如实质上能获得与增长栅极长度时相同的效果，则无须特别将遮旋光性的栅极电极24的宽度加宽，即能提高1像素内的开口率。
此外，此种LD构造也有采用于第1TFT10或驱动电路的TFT中的情况。
在本实施形态中，将第2TFT20中的LD的区域，增大为比第1TFT10或驱动电路的TFT大。
例如，在将第1TFT10或驱动电路中TFT的LD区域的长度设定为图9的长度时，则将第2TFT20的LD区域增大成如图10所示。藉此，可更精密地进行电流量的控制，而且晶体管的大小本身，相较而言几乎无变更必要。此外，如采用与其它TFT10等的栅极同等宽度的栅极，则设计将变得更容易。
因此，由于以设定成为LDD构造的方式，无须将栅极24过于加宽，即能增大开口率。由于每一像素的发光面积会因此而增大，故无须变更流动至各有机EL元件的电流，即得以增大亮度。此外，由于开口率相反地会提高，故为实现同一亮度而可抑制供给至有机EL元件的电流，并可抑制有机EL元件的恶化。此外，实质上，由于可将栅极长度增长，亦即将通道长度(包含LD区域)增长，故可抑制有关藉由准分子激光退火处理的主动层的再结晶化(多晶化)的特性参差不齐的产生。
此外，在图11中，显示其它实施形态的构成。在此电路中，相对于图1的电路，具有电压调整用的二极管31。亦即，在保持电容Cs，以及第3TFT(放电晶体管)30与有机EL元件50之间设有二极管31。此二极管31由具有与第2TFT20同一构成的TFT所形成，并使该TFT的栅极漏极间形成短路。
藉由设置此二极管31，而可将第2TFT20的栅极电压设定成有机EL元件50的阈值(VtF)与二极管31的阈值(Vtn)与视频信号之和，并且即使有机EL元件50或TFT晶体管的阈值参差不齐或恶化，第2TFT20也经常能释放与视频信号相符的电流。
亦即，藉由设置二极管31，可几乎与元件特性的参差不齐或恶化无关，而控制驱动电流，并且提供一种不会有颜色不均匀的显示装置。
此外，在此电路中，设有第3TFT30。再者，藉由此第3TFT30，将有机EL元件50的阳极侧电位设定成作为接地电位的电容线SL的电压，并进行驱动有机EL元件50之际的初期设定。如此，可藉由强制性将有机EL元件50的阳极侧电位设定成某电位的方式(拔除电荷)，而得以抑制残像减少。此外，藉由将第3TFT30的源极侧电位设定成比有机EL的阴极侧电位更低的电位，则可对有机EL元件中至少包含有机发光膜的有机膜施加反偏差。藉此，将可促进有机膜的特性复原，并延缓膜特性的恶化速度。
此外，由于在各像素具有第3TFT30，故也可使连接至栅极线方向的全像素的重设线RSL活性化，而控制不使其发光的时间。藉此，除了可进行亮度的调整外，同时也可达到低消耗电力化的目的。再者，藉由在各RGB将重设线RSL予以接线，并变更使各RGB导通的时间，而得以控制各RGB的发光时间。藉此，可进行白平衡的调整，并防止画质的恶化。
此外，在图12中，显示将图11的第3TFT30的栅极连接至栅极线GL而非重设线RSL的例子。在此构成中，也可获得与图11情况相同的作用效果。亦即，当栅极线GL升起时，则第1TFT10将导通，而数据线DL的第2TFT20的栅极电压将设定成数据线DL的电压。此外，由于第3TFT30导通，故来自电源线VL的电流会经由第2TFT20、第3TFT30流动至低电压(接地电位)的电容线SL。
其次，藉由数据线DL降落，而使第1、第3TFT10、30关断，而来自第2TFT20的电流则流动于有机EL元件50并发光。
此时，有机EL元件50的上侧(连接至第2TFT20的侧)的电位，将成为有机EL元件50中的电压降VtF以上的电压。另一方面，由于二极管31中的电压降Vtn存在，故第2TFT20的栅极电压，在电流流动于有机EL元件50时变为有机EL元件50的阈值(VtF)+二极管31的阈值(Vtn)+视频信号的电压(Vvideo)，且如上所述与元件特性的参差不齐或恶化无关，可控制驱动电流，并获得颜色不均匀较少的显示装置。
发明的效果：
如以上的说明，在本发明中，可对电致发光元件等的被驱动元件稳定地供给电力。
此外，在例如显示装置中，无须形成使视频信号的极性反转，即可利用使被驱动元件动作所需的数据信号。

Claims (31)

1.一种半导体装置，其特征在于，具备有：
将选择信号接收于栅极而动作，且取入数据信号的开关用薄膜晶体管；
漏极连接于驱动电源，而源极连接于被驱动元件，且于栅极接收由前述开关用薄膜晶体管所供给的数据信号，而控制由前述驱动电源供给至前述被驱动元件的电力的元件驱动用薄膜晶体管；
第1电极连接于前述开关用薄膜晶体管与前述元件驱动用薄膜晶体管的前述栅极，而第2电极连接于前述元件驱动用薄膜晶体管的源极与前述被驱动元件之间，并依据前述数据信号而保持前述元件驱动用薄膜晶体管的栅极源极间电压的保持电容；
以及用以控制前述保持电容的第2电极的电位的开关元件。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：
前述元件驱动用薄膜晶体管为n通道型薄膜晶体管。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于：
前述n通道型的元件驱动用薄膜晶体管系具有在通道区域以及注入高浓度不纯物的源极区域与漏极区域之间注入低浓度不纯物的轻掺杂区域。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于：
前述n通道型的元件驱动用薄膜晶体管的轻掺杂区域，系设定成至少大于周边电路中的n通道薄膜晶体管的轻掺杂区域。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于：
前述被驱动元件为电致发光元件。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于：
前述开关元件依据前述开关用薄膜晶体管的导通关断而控制前述保持电容的第2电极的电位。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于：
藉由前述开关元件，而使前述保持电容的第2电极在前述开关用薄膜晶体管的导通动作时控制在固定电位。
8.如权利要求6所述的装置，其特征在于：
藉由前述开关元件，而使前述保持电容的第2电极在前述开关用薄膜晶体管的导通动作之前控制在固定电位，并于前述开关用薄膜晶体管关断之后，停止对前述保持电容的第2电极的电位控制。
9.如权利要求6所述的装置，其特征在于：
前述开关元件为薄膜晶体管，且依据预定的重设信号或供给至前述开关用薄膜晶体管的选择信号，控制前述保持电容的第2电极的电位。
10.如权利要求1至9中任一项所述的装置，其特征在于：
前述开关元件连接于前述元件驱动用薄膜晶体管的源极，并且用来以预定时序使积蓄于前述被驱动元件的电荷进行放电。
11.如权利要求1至9中任一项所述的装置，其特征在于：
前述开关元件连接于前述元件驱动用薄膜晶体管的源极，并且用于连接至前述被驱动元件的前述元件驱动用薄膜晶体管的源极电位或电流的测定。
12.如权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于：
前述被驱动元件为电致发光元件。
13.如权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于：
前述开关元件依据前述开关用薄膜晶体管的导通关断而控制前述保持电容的第2电极的电位。
14.如权利要求10所述的装置，其特征在于：
前述开关元件连接于前述元件驱动用薄膜晶体管的源极，并且用于连接至前述被驱动元件的前述元件驱动用薄膜晶体管的源极电位或电流的测定。
15.一种显示装置，是具备多个配置成矩阵状的像素的主动矩阵型显示装置，其特征在于：
各像素至少具备有：
被驱动元件；
于栅极接收选择信号而动作，且取入数据信号的开关用薄膜晶体管；
漏极连接于驱动电源，而源极连接于前述被驱动元件，且于栅极接收由前述开关用薄膜晶体管所供给的数据信号，而控制由前述驱动电源供给至前述被驱动元件的电力的元件驱动用薄膜晶体管；
第1电极连接于前述开关用薄膜晶体管与前述元件驱动用薄膜晶体管的前述栅极，而第2电极连接于前述元件驱动用薄膜晶体管的源极与前述被驱动元件之间，并配合前述数据信号而保持前述元件驱动用薄膜晶体管的栅极源极间电压的保持电容；
以及用以控制前述保持电容的第2电极的电位的开关元件。
16.如权利要求15所述的装置，其特征在于：
前述元件驱动用薄膜晶体管为n通道型薄膜晶体管。
17.如权利要求16所述的装置，其特征在于：
前述n通道型的元件驱动用薄膜晶体管系具有在通道区域以及注入高浓度不纯物的源极区域与漏极区域之间注入低浓度不纯物的轻掺杂区域。
18.如权利要求17所述的装置，其特征在于：
前述n通道型的元件驱动用薄膜晶体管的轻掺杂区域，系设定成至少大于周边电路中的n通道薄膜晶体管的轻掺杂区域。
19.如权利要求18所述的装置，其特征在于：
前述被驱动元件为电致发光元件。
20.如权利要求19所述的装置，其特征在于：
前述开关元件依据前述开关用薄膜晶体管的导通关断而控制前述保持电容的第2电极的电位。
21.如权利要求20所述的装置，其特征在于：
藉由前述开关元件，而使前述保持电容的第2电极在前述开关用薄膜晶体管的导通动作时控制在固定电位。
22.如权利要求20所述的装置，其特征在于：
藉由前述开关元件，而使前述保持电容的第2电极在前述开关用薄膜晶体管的导通动作之前控制在固定电位，并于前述开关用薄膜晶体管关断之后，停止对前述保持电容的第2电极的电位控制。
23.如权利要求20所述的装置，其特征在于：
前述开关元件为薄膜晶体管，且依据预定的重设信号或供给至前述开关用薄膜晶体管的选择信号，控制前述保持电容的第2电极的电位。
24.如权利要求15至23中任一项所述的装置，其特征在于：
前述开关元件连接于前述元件驱动用薄膜晶体管的源极，并且用来以预定时序使积蓄于前述被驱动元件的电荷进行放电。
25.如权利要求15至23中任一项所述的装置，其特征在于：
前述开关元件连接于前述元件驱动用薄膜晶体管的源极，并且用于连接至前述被驱动元件的前述元件驱动用薄膜晶体管的源极电位或电流的测定。
26.如权利要求15至17中任一项所述的装置，其特征在于：
前述被驱动元件为电致发光元件。
27.如权利要求15至18中任一项所述的装置，其特征在于：
前述开关元件依据前述开关用薄膜晶体管的导通关断而控制前述保持电容的第2电极的电位。
28.如权利要求24所述的装置，其特征在于：
前述开关元件连接于前述元件驱动用薄膜晶体管的源极，并且用于连接至前述被驱动元件的前述元件驱动用薄膜晶体管的源极电位或电流的测定。
29.一种显示装置，是将电致发光元件配置成多个矩阵状的显示装置，其特征在于：
使用以控制供给至电致发光元件的驱动电流的驱动晶体管与各电致发光元件相对应设置，
而此驱动晶体管为n通道晶体管，且在通道区域以及注入高浓度不纯物的源极与漏极区域之间设有注入低浓度不纯物的轻掺杂区域。
30.如权利要求29所述的显示装置，其特征在于：此驱动晶体管的轻掺杂区域，系至少设定成大于周边电路中的n通道晶体管的轻掺杂区域。
31.如权利要求29或30所述的显示装置，其特征在于：
在前述驱动晶体管的栅极，电容的一端与开关晶体管相连接，
前述电致发光元件与驱动晶体管的连接点，藉由放电晶体管连接于低电压电源，
且在前述电致发光元件与驱动晶体管的连接点，连接有前述电容的另一端。
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