JP2006251822A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】画素を構成するＴＦＴの特性ばらつきが発光素子の輝度に影響しにくく、かつ高速な信号電流の書き込み動作を行うことの出来る半導体装置を提供する。
【解決手段】第１手段への第１電流の入力を制御する第１機能と、第１手段に入力される第１電流を電圧に変換する第２機能とを有する第１の手段と、第１手段において変換された電圧を保持する機能を有する第２の手段と、電源より第１手段を介して負荷に第２電流を供給する機能を有する第３の手段と、を有し、第１手段は、第２手段における電圧の保持を制御する第３機能と、第３手段によって供給される電流を遮断することを制御する第４機能と、第１手段は、電源より第３手段を介して負荷に第２電流を供給する機能と、第１手段および第３手段に入力された電圧によって、電源より第１手段と第３手段とを介して負荷に供給される第２電流の大きさが制御される半導体装置である。
【選択図】図１
【解決手段】第１手段への第１電流の入力を制御する第１機能と、第１手段に入力される第１電流を電圧に変換する第２機能とを有する第１の手段と、第１手段において変換された電圧を保持する機能を有する第２の手段と、電源より第１手段を介して負荷に第２電流を供給する機能を有する第３の手段と、を有し、第１手段は、第２手段における電圧の保持を制御する第３機能と、第３手段によって供給される電流を遮断することを制御する第４機能と、第１手段は、電源より第３手段を介して負荷に第２電流を供給する機能と、第１手段および第３手段に入力された電圧によって、電源より第１手段と第３手段とを介して負荷に供給される第２電流の大きさが制御される半導体装置である。
【選択図】図１
Description
本発明は、半導体装置の構成に関する。本発明は特に、ガラス、プラスチック等の絶縁体上に作製される薄膜トランジスタ(以後、ＴＦＴと表記する)を有するアクティブマトリクス型半導体装置の構成に関する。また、このような半導体装置を表示部に用いた電子機器に関する。
近年、エレクトロルミネッセンス(Electro Luminescence：ＥＬ)表示装置やＦＥＤ(Field Emission Display)等、自発光型の表示装置の開発が活発化している。自発光型の表示装置の利点として、視認性が高く、液晶表示装置(ＬＣＤ)等において必要なバックライトを必要としないために薄型化に適しているとともに、視野角にほとんど制限が無い等の点が挙げられる。
ここで、ＥＬ素子とは、電場を加えることで発生するルミネッセンスが得られる発光層を有する素子を指す。この発光層においては、一重項励起状態から基底状態に戻る際の発光(蛍光)と、三重項励起状態から基底状態に戻る際の発光(燐光)とがあるが、本発明の半導体装置は、上述したいずれの発光形態であっても良い。
ＥＬ素子は、一対の電極(陽極と陰極)間に発光層が挟まれる形で構成され、通常、積層構造をとっている。代表的には、イーストマン・コダック・カンパニーのＴａｎｇらが提案した「陽極／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／陰極」という積層構造が挙げられる。この構造は非常に発光効率が高く、現在研究が進められているＥＬ素子の多くはこの構造が採用されている。
また、これ以外にも、陽極と陰極との間に、「正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層」または「正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／電子注入層」の順に積層する構造がある。本発明の半導体装置に用いるＥＬ素子の構造としては、上述の構造のいずれを採用していても良い。また、発光層に対して蛍光性色素等をドーピングしても良い。
本明細書においては、ＥＬ素子において、陽極と陰極との間に設けられる全ての層を総称してＥＬ層と呼ぶ。よって、上述の正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層は、全てＥＬ層に含まれ、陽極、ＥＬ層、および陰極で構成される発光素子をＥＬ素子と呼ぶ。
図５に、一般的な半導体装置における画素の構成を示す。なお、代表的な半導体装置として、ＥＬ表示装置を例とする。図５に示した画素は、ソース信号線５０１、ゲート信号線５０２、スイッチング用ＴＦＴ５０３、駆動用ＴＦＴ５０４、保持容量５０５、ＥＬ素子５０６、電源５０７、５０８を有している。
各部の接続関係について説明する。ここで、ＴＦＴはゲート、ソース、ドレインの３端子を有するが、ソース、ドレインに関しては、ＴＦＴの構造上、明確に区別が出来ない。よって、素子間の接続について説明する際は、ソース、ドレインのうち一方を第１の電極、他方を第２の電極と表記する。ＴＦＴのＯＮ、ＯＦＦについて、各端子の電位等について説明する際には、ソース、ドレイン等と表記する。
スイッチング用ＴＦＴ５０３のゲート電極は、ゲート信号線５０２に接続され、第１の電極はソース信号線５０１に接続され、第２の電極は駆動用ＴＦＴ５０４のゲート電極に接続されている。駆動用ＴＦＴ５０４の第１の電極は、電源５０７に接続され、第２の電極はＥＬ素子５０６の一方の電極に接続されている。ＥＬ素子５０６の他方の電極は、電源５０８に接続されている。保持容量５０５は、駆動用ＴＦＴ５０４のゲート電極と第１の電極との間に接続され、駆動用ＴＦＴ５０４のゲート・ソース間電圧を保持する。
ゲート信号線５０２の電位が変化してスイッチング用ＴＦＴ５０３がＯＮすると、ソース信号線５０１に入力されている映像信号は、駆動用ＴＦＴ５０４のゲート電極へと入力される。入力された映像信号の電位に従って、駆動用ＴＦＴ５０４のゲート・ソース間電圧が決定し、駆動用ＴＦＴ５０４のソース・ドレイン間を流れる電流(以下、ドレイン電流と表記)が決定する。この電流はＥＬ素子５０６に供給されて発光する。
ところで、多結晶シリコン(ポリシリコン 以下Ｐ−Ｓｉ)で形成されたＴＦＴは、非晶質シリコン(アモルファスシリコン 以下Ａ−Ｓｉ)で形成されたＴＦＴよりも電界効果移動度が高く、ＯＮ電流が大きいため、半導体装置に用いるトランジスタとしてより適している。
反面、ポリシリコンで形成されたＴＦＴは、結晶粒界における欠陥に起因して、その電気的特性にばらつきが生じやすいといった問題点を有している。
図５に示した画素において、画素を構成するＴＦＴのしきい値やＯＮ電流等の特性が画素ごとにばらつくと、同じ映像信号を入力した場合にも、それに応じてＴＦＴのドレイン電流の大きさが異なってくるため、ＥＬ素子５０６の輝度がばらつく。
このような問題を解決するには、ＴＦＴの特性によらず、所望の電流をＥＬ素子に供給するようにすれば良い。このような点から、ＴＦＴの特性に左右されずにＥＬ素子に流れる電流の大きさを制御することが出来る、様々な種類の電流書き込み型の画素が提案されてきている。
電流書き込み型とは、ソース信号線より画素に入力される映像信号が、通常はアナログもしくはデジタルの電圧情報で入力されるのに対し、電流で入力される方式を言う。この方式によると、ＥＬ素子に供給したい電流値を外部で信号電流として設定し、画素においてはそれに等しい電流が流れるため、ＴＦＴの特性ばらつきの影響を受けないという利点がある。
以下に、代表的な電流書き込み型の画素を数例示し、それらの構成と動作および特徴について説明する。
図６に第１の構成例を示す。図６の画素は、ソース信号線６０１、第１〜第３のゲート信号線６０２〜６０４、電流供給線６０５、ＴＦＴ６０６〜６０９、保持容量６１０、ＥＬ素子６１１、信号電流入力用電流源６１２を有する。
ＴＦＴ６０６のゲート電極は、第１のゲート信号線６０２に接続され、第１の電極はソース信号線６０１に接続され、第２の電極は、ＴＦＴ６０７の第１の電極、ＴＦＴ６０８の第１の電極、およびＴＦＴ６０９の第１の電極に接続されている。ＴＦＴ６０７のゲート電極は、第２のゲート信号線６０３に接続され、第２の電極はＴＦＴ６０８のゲート電極に接続されている。ＴＦＴ６０８の第２の電極は、電流供給線６０５に接続されている。ＴＦＴ６０９のゲート電極は、第３のゲート信号線６０４に接続され、第２の電極はＥＬ素子６１１の陽極に接続されている。保持容量６１０はＴＦＴ６０８のゲート電極と入力電極との間に接続され、ＴＦＴ６０８のゲート・ソース間電圧を保持する。電流供給線６０５およびＥＬ素子６１１の陰極には、それぞれ所定の電位が入力され、互いに電位差を有する。
図７を用いて、信号電流の書き込みから発光までの動作について説明する。図中、各部を示す図番は、図６に準ずる。図７(Ａ)〜(Ｃ)は、電流の流れを模式的に示している。図７(Ｄ)は、信号電流の書き込み時における各経路を流れる電流の関係を示しており、図７(Ｅ)は、同じく信号電流の書き込み時に、保持容量６１０に蓄積される電圧、つまりＴＦＴ６０８のゲート・ソース間電圧について示している。
まず、第１のゲート信号線６０２および第２のゲート信号線６０３にパルスが入力され、ＴＦＴ６０６、６０７がＯＮする。このとき、ソース信号線を流れる電流、すなわち信号電流をＩdataとする。
ソース信号線には、電流Ｉdataが流れているので、図７(Ａ)に示すように、画素内では、電流の経路はＩ1とＩ2とに分かれて流れる。これらの関係を図７(Ｄ)に示している。なお、Ｉdata＝Ｉ1＋Ｉ2であることは言うまでもない。
ＴＦＴ６０６がＯＮした瞬間には、まだ保持容量６１０には電荷が保持されていないため、ＴＦＴ６０８はＯＦＦしている。よって、Ｉ2＝０となり、Ｉdata＝Ｉ1となる。すなわちこの間は、保持容量６１０における電荷の蓄積による電流のみが流れている。
その後、徐々に保持容量６１０に電荷が蓄積され、両電極間に電位差が生じ始める(図７(Ｅ))。両電極の電位差がＶｔｈとなると(図７(Ｅ) Ａ点)、ＴＦＴ６０８がＯＮして、Ｉ2が生ずる。先に述べたように、Ｉdata＝Ｉ1＋Ｉ2であるので、Ｉ1は次第に減少するが、依然電流は流れており、さらに保持容量には電荷の蓄積が行われる。
保持容量６１０においては、その両電極の電位差、つまりＴＦＴ６０８のゲート・ソース間電圧が所望の電圧、つまりＴＦＴ６０８がＩdataの電流を流すことが出来るだけの電圧(ＶＧＳ)になるまで電荷の蓄積が続く。やがて電荷の蓄積が終了する(図７(Ｅ) Ｂ点)と、電流Ｉ2は流れなくなり、さらにＴＦＴ６０８はそのときのＶＧＳに見合った電流が流れ、Ｉdata＝Ｉ2となる(図７(Ｂ))。以上で信号の書き込み動作が完了する。最後に第１のゲート信号線６０２および第２のゲート信号線６０３の選択が終了し、ＴＦＴ６０６、６０７がＯＦＦする。
続いて、発光動作に移る。第３のゲート信号線６０４にパルスが入力され、ＴＦＴ６０９がＯＮする。保持容量６１０には、先ほど書き込んだＶＧＳが保持されているため、ＴＦＴ６０８はＯＮしており、電流供給線６０５から、Ｉdataの電流が流れる。これによりＥＬ素子６１１が発光する。このとき、ＴＦＴ６０８が飽和領域において動作するようにしておけば、ＴＦＴ６０８のソース・ドレイン間電圧が変化したとしても、Ｉdataは変わりなく流れることが出来る。
図１７に第２の構成例を示す。図１７の画素は、ソース信号線１７０１、第１〜第３のゲート信号線１７０２〜１７０４、電流供給線１７０５、ＴＦＴ１７０６〜１７０９、保持容量１７１０、ＥＬ素子１７１１、信号電流入力用電流源１７１２を有する。
ＴＦＴ１７０６のゲート電極は、第１のゲート信号線１７０２に接続され、第１の電極はソース信号線１７０１に接続され、第２の電極はＴＦＴ１７０８の第１の電極と、ＴＦＴ１７０９の第１の電極とに接続されている。ＴＦＴ１７０８のゲート電極は、第２のゲート信号線１７０３に接続され、第２の電極は電流供給線１７０５に接続されている。ＴＦＴ１７０７のゲート電極は、第３のゲート信号線１７０４に接続され、第１の電極は、ＴＦＴ１７０９のゲート電極に接続され、第２の電極はＴＦＴ１７０９の第２の電極と、ＥＬ素子１７１１の一方の電極とに接続されている。保持容量１７１０は、ＴＦＴ１７０９のゲート電極と第１の電極との間に接続され、ＴＦＴ１７０９のゲート・ソース間電圧を保持する。電流供給線１７０５およびＥＬ素子１７１１の他方の電極には、それぞれ所定の電位が入力され、互いに電位差を有する。
図１８を用いて、信号電流の書き込みから発光までの動作について説明する。図中、各部を示す図番は、図１７に準ずる。図１８(Ａ)〜(Ｃ)は、電流の流れを模式的に表している。図１８(Ｄ)は、信号電流の書き込み時における各経路を流れる電流の関係を示しており、図１８(Ｅ)は、同じく信号電流の書き込み時に、保持容量１７１０に蓄積される電圧、つまりＴＦＴ１７０９のゲート・ソース間電圧について示している。
まず、第１のゲート信号線１７０２および第３のゲート信号線１７０４にパルスが入力され、ＴＦＴ１７０６、１７０７がＯＮする。このとき、ソース信号線１７０１を流れる電流、すなわち信号電流をＩdataとする。
ソース信号線１７０１を流れる電流Ｉdataは、図１８(Ａ)に示すように、画素内では、電流の経路はＩ1とＩ2とに分かれて流れる。これらの関係を図１８(Ｄ)に示している。なお、Ｉdata＝Ｉ1＋Ｉ2であることは言うまでもない。
ＴＦＴ１７０６がＯＮした瞬間には、まだ保持容量１７１０には電荷が保持されていないため、ＴＦＴ１７０９はＯＦＦしている。よって、Ｉ2＝０となり、Ｉdata＝Ｉ1となる。すなわちこの間は、保持容量１７１０における電荷の蓄積による電流のみが流れている。
その後、徐々に保持容量１７１０に電荷が蓄積され、両電極間に電位差が生じ始める(図１８(Ｅ))。両電極の電位差がＶｔｈとなると(図１８(Ｅ) Ａ点)、ＴＦＴ１７０９がＯＮして、Ｉ2が生ずる。先に述べたように、Ｉdata＝Ｉ1＋Ｉ2であるので、Ｉ1は次第に減少するが、依然電流は流れており、さらに保持容量には電荷の蓄積が行われる。
保持容量１７１０においては、その両電極の電位差、つまりＴＦＴ１７０９のゲート・ソース間電圧が所望の電圧、つまりＴＦＴ１７０９がＩdataの電流を流すことが出来るだけの電圧(ＶＧＳ)になるまで電荷の蓄積が続く。やがて電荷の蓄積が終了する(図１８(Ｅ) Ｂ点)と、電流Ｉ1は流れなくなり、さらにＴＦＴ１７０９はそのときのＶＧＳに見合った電流が流れ、Ｉdata＝Ｉ2となる(図１８(Ｂ))。以上で信号の書き込み動作が完了する。最後に第１のゲート信号線１７０２および第３のゲート信号線１７０４の選択が終了し、ＴＦＴ１７０６、１７０７がＯＦＦする。
続いて、第２のゲート信号線１７０３にパルスが入力され、ＴＦＴ１７０８がＯＮする。今、保持容量１７１０には、先ほど書き込んだＶＧＳが保持されているため、ＴＦＴ１７０９はＯＮしており、電流供給線１７０５から、Ｉdataの電流が流れる。これによりＥＬ素子１７１１が発光する。このとき、ＴＦＴ１７０９が飽和領域において動作するようにしておけば、ＴＦＴ１７０９のソース・ドレイン間電圧が多少変化したとしても、Ｉdataは変わりなく流れることが出来る。
図１９に第３の構成例を示す。図１９の画素は、ソース信号線１９０１、第１および第２のゲート信号線１９０２、１９０３、電流供給線１７０４、ＴＦＴ１９０５〜１９０８、保持容量１９０９、ＥＬ素子１９１０、信号電流入力用電流源１９１１を有する。
ＴＦＴ１９０５のゲート電極は、第１のゲート信号線１９０２に接続され、第１の電極はソース信号線１９０１に接続され、第２の電極はＴＦＴ１９０６の第１の電極と、ＴＦＴ１９０７の第１の電極とに接続されている。ＴＦＴ１９０６のゲート電極は、第２のゲート信号線１９０３に接続され、第２の電極はＴＦＴ１９０７のゲート電極と、ＴＦＴ１９０８のゲート電極とに接続されている。ＴＦＴ１９０７の第２の電極と１９０８の第１の電極とはともに電流供給線１９０４に接続され、ＴＦＴ１９０８の第２の電極はＥＬ素子１９１０の陽極に接続されている。保持容量１９０９は、ＴＦＴ１９０７、１９０８のゲート電極と、ＴＦＴ１９０７の第２の電極およびＴＦＴ１９０８の第１の電極との間に接続され、ＴＦＴ１９０７，１９０８のゲート・ソース間電圧を保持する。電流供給線１９０４およびＥＬ素子１９１０の陰極には、それぞれ所定の電位が入力され、互いに電位差を有する。
図２０を用いて、信号電流の書き込みから発光までの動作について説明する。図中、各部を示す図番は、図１９に準ずる。図２０(Ａ)〜(Ｃ)は、電流の流れを模式的に表している。図２０(Ｄ)は、信号電流の書き込み時における各経路を流れる電流の関係を示しており、図２０(Ｅ)は、同じく信号電流の書き込み時に、保持容量１９０９に蓄積される電圧、つまりＴＦＴ１９０７、１９０８のゲート・ソース間電圧について示している。
まず、第１のゲート信号線１９０２および第２のゲート信号線１９０３にパルスが入力され、ＴＦＴ１９０５、１９０６がＯＮする。このとき、ソース信号線１９０１を流れる電流、すなわち信号電流をＩdataとする。
ソース信号線１９０１を流れる電流Ｉdataは、図２０(Ａ)に示すように、画素内では、電流の経路はＩ1とＩ2とに分かれて流れる。これらの関係を図２０(Ｄ)に示している。なお、Ｉdata＝Ｉ1＋Ｉ2であることは言うまでもない。
ＴＦＴ１９０５がＯＮした瞬間には、まだ保持容量１９０９には電荷が保持されていないため、ＴＦＴ１９０７、１９０８はＯＦＦしている。よって、Ｉ2＝０となり、Ｉdata＝Ｉ1となる。すなわちこの間は、保持容量１９０９における電荷の蓄積による電流のみが流れている。
その後、徐々に保持容量１９０９に電荷が蓄積され、両電極間に電位差が生じ始める(図２０(Ｅ))。両電極の電位差がＶｔｈとなると(図２０(Ｅ) Ａ点)、ＴＦＴ１９０７がＯＮして、Ｉ2が生ずる。先に述べたように、Ｉdata＝Ｉ1＋Ｉ2であるので、Ｉ1は次第に減少するが、依然電流は流れており、さらに保持容量には電荷の蓄積が行われる。
ここで、ＴＦＴ１９０７がＯＮする一方、ＴＦＴ１９０８もＯＮし、電流が流れ始める。ただし、この電流は、図２０(Ａ)に示すように独立したパスで流れるため、Ｉdataの値は変わらず、Ｉ1、Ｉ2にも影響しない。
保持容量１９０９においては、その両電極の電位差、つまりＴＦＴ１９０７、１９０８のゲート・ソース間電圧が所望の電圧、つまりＴＦＴ１９０７がＩdataの電流を流すことが出来るだけの電圧(ＶＧＳ)になるまで電荷の蓄積が続く。やがて電荷の蓄積が終了する(図２０(Ｅ) Ｂ点)と、電流Ｉ2は流れなくなり、さらにＴＦＴ１９０７はそのときのＶＧＳに見合った電流が流れ、Ｉdata＝Ｉ2となる(図２０(Ｂ))。以上で信号の書き込み動作が完了する。最後に第１のゲート信号線１９０２および第２のゲート信号線１９０３の選択が終了し、ＴＦＴ１９０５、１９０６がＯＦＦする。
今、保持容量１９０９には、ＴＦＴ１９０７にＩｄａｔａの電流を流すことが出来るだけの電圧をゲート・ソース間に与えるだけの電荷が保持されている。ＴＦＴ１９０７，１９０８はカレントミラーを形成しているので、その電圧がＴＦＴ１９０８にも与えられ、ＴＦＴ１９０８を電流が流れる。図２０においては、この電流をＩELで表している。
ＴＦＴ１９０７とＴＦＴ１９０８のゲート長およびチャネル幅が等しければ、ＩEL＝Ｉdataとなる。つまりカレントミラーを構成するＴＦＴ１９０７、１９０８のサイズの決定の仕方によって、信号電流Ｉdataと、ＥＬ素子を流れる電流ＩELとの関係を決定することが出来る。
以上に一例を示した、電流書き込み型のメリットとして、ＴＦＴ６０８の特性等にばらつきがあった場合であっても、保持容量６１０には、電流Ｉdataを流すのに必要なゲート・ソース間電圧が保持されるため、所望の電流を正確にＥＬ素子に供給することが出来、よってＴＦＴの特性ばらつきに起因した輝度ばらつきを抑えることが可能になる点がある。
ここで、各構成の特徴を表１に示す。
まず、信号電流Ｉdataと、ＥＬ素子を流れる電流ＩELの関係について考える。アナログ階調方式の半導体装置においては、階調が電流値で表されるため、高階調のときは大きい電流が流れ、低階調のときは小さい電流が流れる。つまり、階調によって、信号電流を書き込む信号電流の大きさが異なることになる。その場合、低階調の信号を画素に書き込む場合には、高階調の信号を画素に書き込む場合よりも長い時間を要することになってしまう。また、低階調の信号は、電流が小さいため、ノイズの影響を極めて受けやすくなってしまう。
続いて、電流−電圧変換用ＴＦＴと駆動用ＴＦＴとの関係について考える。ここで、電流−電圧変換用ＴＦＴとは、ソース信号線から入力される信号電流を、電圧信号に変換するのに用いているＴＦＴであり、駆動用ＴＦＴとは、保持容量に保持された電圧に従って電流を流すためのＴＦＴである。表１には、各構成における電流−電圧変換用ＴＦＴ(変換用ＴＦＴと表記)と、駆動用ＴＦＴの図番を示している。
変換用ＴＦＴと、駆動用ＴＦＴとが共通であるとはすなわち、書き込み動作と発光動作を共通のＴＦＴが担当するということである。よって、ＴＦＴのばらつきの影響が少ない。一方、第３の構成のように、変換用ＴＦＴと駆動用ＴＦＴとが別である場合、画素内の特性ばらつきの影響を受けることになってしまう。
続いて、信号電流の書き込み時の経路について考える。第１の構成および第３の構成においては、信号電流は、電流源から電流供給線、あるいは電流供給線から電流源へと流れる。一方、第２の構成によると、信号電流の書き込み時に、信号電流は電流源から、ＥＬ素子を通って流れている。このような構成においては、低階調の信号が書き込まれた後に高階調の信号を書き込む場合、あるいはその逆の動作において、ＥＬ素子自体が負荷となるため、書き込み時間を長くする必要が生ずる。
また、第１の構成および第２の構成の場合、１行あたり３本のゲート信号線を用いて画素の制御を行っているため、従来の半導体装置と比較して、開口率が大きく低下することになる。
本発明は、信号線を増やすことなく上述の様々な問題点を解決することの出来る半導体装置を提供するものである。
従来の電流書き込み型の問題点の１つに、信号の書き込みを行うために流れる電流と、発光時にＥＬ素子を流れる電流とが等しい点があった。つまり、この問題を解決するためには、信号の書き込みを行うために流れる電流が、常に発光時にＥＬ素子を流れる電流よりも大きくすることが出来れば良い。
電流の大きさに差を付けるには、トランジスタを流れる電流の大きさに差を与えてやれば良い。そこで本発明では、トランジスタのゲート長Ｌに注目し、信号電流の書き込み時に電流が流れるトランジスタのゲート長Ｌを、発光時にＥＬ素子に供給する電流が流れるトランジスタのゲート長Ｌよりも小さくし、本来ＥＬ素子に流れる電流よりも大きな電流によって書き込みを行うようにする。これにより、低階調の場合に書き込み時間が長くなる点を解決し、さらに信号電流自体がノイズの影響を受けにくくすることが出来る。
また、書き込み時と発光時で、一部共通のトランジスタを用いているため、書き込み動作と発光動作に別のトランジスタを用いる構成よりも、トランジスタの特性ばらつきが輝度に影響しにくくすることが出来る。
本発明の構成を以下に記す。
本発明の半導体装置は、入力された信号電流を電圧に変換し、前記変換された電圧に応じた電流を電源より負荷に供給する第１の手段と、前記変換された電圧を保持する第２の手段と、前記第２の手段において、前記電圧の保持もしくは解放を選択する第３の手段と、前記信号電流が入力されている期間においては、前記電源から前記負荷への電流の供給を遮断し、前記負荷を駆動する期間においては、前記変換された電圧に応じて、前記電源より前記負荷に電流を供給する第４の手段とを有することを特徴とする。
本発明の半導体装置は、入力された信号電流を電圧に変換し、前記変換された電圧に応じた電流を電源より負荷に供給する第１の手段と、前記変換された電圧を保持する第２の手段と、前記第２の手段において、前記電圧の保持もしくは解放を選択する第３の手段と、前記信号電流が入力されている期間においては、前記電源から前記負荷への電流の供給を遮断し、前記負荷を駆動する期間においては、前記変換された電圧に応じて、前記電源より前記負荷に電流を供給する第４の手段と、前記第１の手段への、前記信号電流の入力を制御する第５の手段とを有することを特徴とする。
本発明の半導体装置は、入力された信号電流を電圧に変換し、前記変換された電圧に応じた電流を電源より負荷に供給する第１の手段と、前記変換された電圧を保持する第２の手段と、前記第２の手段において、前記電圧の保持もしくは解放を選択する第３の手段と、前記信号電流が入力されている期間においては、前記電源から前記負荷への電流の供給を遮断し、前記負荷を駆動する期間においては、前記変換された電圧に応じて、前記電源より前記負荷に電流を供給する、並列接続された第４の手段と、前記第１の手段への、前記信号電流の入力を制御する第５の手段と、前記複数の第４の手段のうち少なくとも１つを選択して、前記電源から前記負荷への電流供給経路とする複数の第６の手段とを有することを特徴とする。
本発明の半導体装置は、入力された信号電流を電圧に変換し、前記変換された電圧に応じた電流を電源より負荷に供給する、並列接続された第１の手段と、前記変換された電圧を保持する第２の手段と、前記第２の手段において、前記電圧の保持もしくは解放を選択する第３の手段と、前記信号電流が入力されている期間においては、前記電源から前記負荷への電流の供給を遮断し、前記負荷を駆動する期間においては、前記変換された電圧に応じて、前記電源より前記負荷に電流を供給する第４の手段と、前記第１の手段への、前記信号電流の入力を制御する第５の手段と、前記複数の第１の手段のうち少なくとも１つを選択して、前記電源から前記負荷への電流供給経路とする複数の第６の手段とを有することを特徴とする。
本発明の半導体装置は、入力された信号電流を電圧に変換し、前記変換された電圧に応じた電流を電源より負荷に供給する変換・駆動用トランジスタと、前記変換された電圧を保持する保持容量手段と、前記保持容量手段において、前記電圧の保持もしくは解放を選択する保持用トランジスタと、前記信号電流が入力されている期間においては、前記電源から前記負荷への電流の供給を遮断し、前記負荷を駆動する期間においては、前記変換された電圧に応じて、前記電源より前記負荷に電流を供給する駆動用トランジスタとを有することを特徴とする。
本発明の半導体装置は、入力された信号電流を電圧に変換し、前記変換された電圧に応じた電流を電源より負荷に供給する変換・駆動用トランジスタと、前記変換された電圧を保持する保持容量手段と、前記保持容量手段において、前記電圧の保持もしくは解放を選択する保持用トランジスタと、前記信号電流が入力されている期間においては、前記電源から前記負荷への電流の供給を遮断し、前記負荷を駆動する期間においては、前記変換された電圧に応じて、前記電源より前記負荷に電流を供給する駆動用トランジスタと、前記変換・駆動用トランジスタへの、前記信号電流の入力を制御するスイッチング用トランジスタとを有することを特徴とする。
本発明の半導体装置は、入力された信号電流を電圧に変換し、前記変換された電圧に応じた電流を電源より負荷に供給する変換・駆動用トランジスタと、前記変換された電圧を保持する保持容量手段と、前記保持容量手段において、前記電圧の保持もしくは解放を選択する保持用トランジスタと、前記信号電流が入力されている期間においては、前記電源から前記負荷への電流の供給を遮断し、前記負荷を駆動する期間においては、前記変換された電圧に応じて、前記電源より前記負荷に電流を供給する、並列接続された複数の駆動用トランジスタと、前記変換・駆動用トランジスタへの、前記信号電流の入力を制御するスイッチング用トランジスタと、前記複数の駆動用トランジスタのうち少なくとも１つを選択して、前記電源から前記負荷への電流供給経路とする複数の電流選択用トランジスタとを有することを特徴とする。
本発明の半導体装置は、入力された信号電流を電圧に変換し、前記変換された電圧に応じた電流を電源より負荷に供給する、並列接続された変換・駆動用トランジスタと、前記変換された電圧を保持する保持容量手段と、前記保持容量手段において、前記電圧の保持もしくは解放を選択する保持用トランジスタと、前記信号電流が入力されている期間においては、前記電源から前記負荷への電流の供給を遮断し、前記負荷を駆動する期間においては、前記変換された電圧に応じて、前記電源より前記負荷に電流を供給する駆動用トランジスタと、前記変換・駆動用トランジスタへの、前記信号電流の入力を制御するスイッチング用トランジスタと、前記複数の変換・駆動用トランジスタのうち少なくとも１つを選択して、前記電源から前記負荷への電流供給経路とする複数の電流選択用トランジスタとを有することを特徴とする。
本発明の半導体装置は、前記電源から前記負荷への電流供給経路は、複数が並列に配置され、そのうち少なくとも１つを用いて前記負荷に電流を供給することを特徴とする。
本発明の半導体装置は、前記発光素子への電流供給は、複数の前記電流供給経路を時間的に切り替え、時間的に異なる経路によってなされることを特徴とする。
本発明の半導体装置は、前記保持容量手段は、前記変換・駆動用トランジスタの前記変換・駆動用トランジスタのゲート・ソース間電圧を保持し、前記保持用トランジスタは、そのＯＮ、ＯＦＦによって前記変換・駆動用トランジスタのゲート電極とドレイン領域とを導通、もしくは非導通の状態とすることを特徴とする。
本発明の半導体装置は、前記変換・駆動用トランジスタと、前記駆動用トランジスタとは同一極性であることを特徴とする。
本発明の半導体装置は、前記変換・駆動用トランジスタと、前記駆動用トランジスタとは、前記電源から前記負荷への電流供給経路において直列に配置され、それぞれのゲート電極が電気的に接続されていることを特徴とする。
本発明の半導体装置は、前記信号電流の経路は、前記第１の手段を少なくとも経由し、 前記負荷の駆動時に前記電源から前記負荷に供給される電流の経路は、前記第１の手段と、前記第４の手段とを少なくとも経由することを特徴とする。
本発明の半導体装置は、前記信号電流の経路は、前記変換・駆動用トランジスタのソース・ドレイン間を少なくとも経由し、前記負荷の駆動時に前記電源から前記負荷に供給される電流の経路は、前記変換・駆動用トランジスタのソース・ドレイン間と、前記駆動用トランジスタのソース・ドレイン間を少なくとも経由することを特徴とする。
本発明の半導体装置は、前記信号電流ＩDataと、前記電源から前記負荷に供給される電流ＩELとの関係がＩData≧ＩELとなることを特徴とする。
本発明の半導体装置において、前記負荷は、エレクトロルミネッセンス素子を含む発光素子であることを特徴とする。
本発明によって、低階調時にも大きな電流によって書き込み動作を行うことにより、書き込み時間を高速にすることが出来る。また、信号書き込み時には変換用ＴＦＴを用い、発光時には駆動用ＴＦＴに加えて、さらに変換用ＴＦＴを用いて発光素子への電流供給を行うため、書き込み時と発光時におけるＴＦＴの特性ばらつきの影響を低減することが出来る。さらに、１行の画素を駆動するのに必要なゲート信号線は２本、あるいは１本であるため、従来代表的であった電流書き込み型の画素に比較して、高開口率を実現することが出来る。
[実施の形態１] 図１(Ａ)に、本発明の一構成について示す。図１(Ａ)の画素は、ソース信号線１０１、第１および第２のゲート信号線１０２、１０３、電流供給線１０４、第１のスイッチ素子１０５、第２のスイッチ素子１０６、駆動用ＴＦＴ１０７、変換・駆動用ＴＦＴ１０８、保持容量１０９、ＥＬ素子１１０、信号電流入力用電流源１１１とを有する。
なお、保持容量１０９は、配線、活性層、ゲート材料等とその間の絶縁層とによって容量素子として形成しても良いし、トランジスタのゲート容量を用いて省略しても良い。つまり、必要な期間、変換・駆動用ＴＦＴ１０８のゲート・ソース間電圧を保持出来るだけの能力があれば良い。
第１のスイッチ素子１０５は、第１のゲート信号線１０２によって制御される。その第１の電極はソース信号線１０１に接続され、第２の電極は駆動用ＴＦＴ１０７の第１の電極と、変換・駆動用ＴＦＴ１０８の第１の電極とに接続されている。第２のスイッチ素子１０６は、第２のゲート信号線１０３によって制御される。その第１の電極は、駆動用ＴＦＴ１０７のゲート電極と、変換・駆動用ＴＦＴ１０８のゲート電極とに接続され、第２の電極はソース信号線１０１に接続されている。駆動用ＴＦＴ１０７の第２の電極は、ＥＬ素子１１０の陽極に接続されている。変換・駆動用ＴＦＴ１０８の第２の電極は、電流供給線１０４に接続されている。保持容量１０９は、変換・駆動用ＴＦＴ１０８のゲート電極と第２の電極との間に接続され、変換・駆動用ＴＦＴ１０８のゲート・ソース間電圧を保持する。電流供給線１０４およびＥＬ素子１１０の陰極には、それぞれ所定の電位が入力され、互いに電位差を有する。
なお、保持容量１０９は、変換・駆動用ＴＦＴ１０８のゲート・ソース間に接続されていることが望ましい。
第１、第２のスイッチ素子は、他のＴＦＴと同様の構成を有するＴＦＴを用いて形成すれば良い。第１のスイッチ素子１０５、第２のスイッチ素子１０６をそれぞれ、スイッチング用ＴＦＴ１５５、保持用ＴＦＴ１５６として形成する例を図１(Ｂ)に示す。ここで、スイッチング用ＴＦＴ１５５、保持用ＴＦＴ１５６に関しては、ＯＮ、ＯＦＦによって導通、非導通を選択するスイッチとしてのみ働くので、ここではその極性を問わない。
本実施形態に限らず、スイッチ素子にＴＦＴを用いる場合、その極性は問わない。さらに、ここではトランジスタ、特にＴＦＴを用いているが、単結晶シリコンやＳＯＩ上に形成されるトランジスタを用いても構わない。
図２を用いて、信号電流の書き込みから発光までの動作について説明する。図中、各部を示す図番は、図１(Ａ)(Ｂ)に準ずる。図２(Ａ)〜(Ｃ)は、それぞれ、信号入力時、信号入力完了時、および発光時における電流の流れを模式的に示したものである。図２(Ｄ)は、信号電流の書き込み時における各経路を流れる電流の関係を、図２(Ｅ)は、同じく信号電流の書き込み時に、保持容量に蓄積される電圧、つまりＴＦＴ１０８のゲート・ソース間電圧について示している。
まず、第１のゲート信号線１０２および第２のゲート信号線１０３にパルスが入力され、スイッチング用ＴＦＴ１５５、保持用ＴＦＴ１５６がＯＮする。このとき、ソース信号線を流れる電流をＩdataとする。
ソース信号線には、電流Ｉdataが流れているので、図２(Ａ)に示すように、画素内では、電流の経路はＩ1とＩ2とに分かれて流れる。これらの関係を図２(Ｄ)に示している。なお、Ｉdata＝Ｉ1＋Ｉ2であることは言うまでもない。またこのとき、駆動用ＴＦＴ１０７に関しては、スイッチング用ＴＦＴ１５６と、保持用ＴＦＴ１５５とが共にＯＮすることによって、ゲート電極の電位と入力電極の電位は等しくなる。つまりゲート・ソース間電圧が０となっているため、自らＯＦＦしている。仮に、この状態で駆動用ＴＦＴ１０７がＯＮしていると、ＥＬ素子１１１に電流が流れるため、正確に電流ＩDataの設定が出来なくなる。
スイッチング用ＴＦＴ１５５がＯＮした瞬間には、まだ保持容量１０９には電荷が保持されていないため、変換・駆動用ＴＦＴ１０８はＯＦＦしている。よって、Ｉ2＝０となり、Ｉdata＝Ｉ1となる。すなわちこの間は、保持容量１０９における電荷の蓄積による電流のみが流れている。
その後、徐々に保持容量１０９に電荷が蓄積され、両電極間に電位差が生じ始める(図２(Ｄ))。両電極の電位差がＶｔｈを上回ると(図２(Ｅ) Ａ点)、変換・駆動用ＴＦＴ１０８がＯＮして、Ｉ2が生ずる。先に述べたように、Ｉdata＝Ｉ1＋Ｉ2であるので、Ｉ1は次第に減少するが、依然電流は流れており、さらに保持容量には電荷の蓄積が行われる。
保持容量１０９においては、その両電極間の電位差、つまり変換・駆動用ＴＦＴ１０８のゲート・ソース間電圧ＶＧＳが所望の電圧、つまり変換・駆動用ＴＦＴがＩdataを流すことが出来るだけの電圧(ＶＧＳ)になるまで電荷の蓄積が続く。やがて電荷の蓄積が終了する(図２(Ｅ) Ｂ点)と、電流Ｉ1は流れなくなり、さらに変換・駆動用ＴＦＴ１０８はそのときのＶＧＳに見合った電流が流れ、Ｉdata＝Ｉ2となる(図２(Ｂ))。次いで、第２のゲート信号線１０３の選択が終了し、保持用ＴＦＴ１５６がＯＦＦして、信号の書き込み動作が完了する。
保持容量１０９においては、その両電極間の電位差、つまり変換・駆動用ＴＦＴ１０８のゲート・ソース間電圧ＶＧＳが所望の電圧、つまり変換・駆動用ＴＦＴがＩdataを流すことが出来るだけの電圧(ＶＧＳ)になるまで電荷の蓄積が続く。やがて電荷の蓄積が終了する(図２(Ｅ) Ｂ点)と、電流Ｉ1は流れなくなり、さらに変換・駆動用ＴＦＴ１０８はそのときのＶＧＳに見合った電流が流れ、Ｉdata＝Ｉ2となる(図２(Ｂ))。次いで、第２のゲート信号線１０３の選択が終了し、保持用ＴＦＴ１５６がＯＦＦして、信号の書き込み動作が完了する。
続いて、発光動作に移る。第１のゲート信号線１０２の選択が終了すると、スイッチング用ＴＦＴ１５５がＯＦＦする。すると、電流供給線→スイッチング用ＴＦＴ１０５→電流源の電流パスが遮断されるため、今まで変換・駆動用ＴＦＴ１０８にＩdataを流すために保持容量１０９に蓄積されていた電荷の一部が、駆動用ＴＦＴ１０７のゲート電極へと移動する。これにより、駆動用ＴＦＴ１０７が自動的にＯＮする。よって、図２(Ｃ)に示すように、電流供給線→変換・駆動用ＴＦＴ１０８→駆動用ＴＦＴ１０７→ＥＬ素子１１０という電流パスが生じ、電流ＩELが流れる。よってＥＬ素子１１０が発光する。
このとき、変換・駆動用ＴＦＴ１０８のゲート電極と、駆動用ＴＦＴ１０７のゲート電極とは接続されているため、変換・駆動用ＴＦＴ１０８と、駆動用ＴＦＴ１０７とは１つのマルチゲート型ＴＦＴとして機能することになる。一般に、ＴＦＴにおいてはゲート長Ｌが大きくなると、ドレイン電流は小さくなる。この場合、信号の書き込み動作においては、電流Idataは最終的に変換・駆動用ＴＦＴ１０８のみを流れていたのに対し、発光時には変換・駆動用ＴＦＴ１０８および駆動用ＴＦＴ１０７を、電流ＩELが流れている。よって、発光時の方が、ゲート電極の本数が多くなり、結果としてゲート長Ｌが大きくなっていることから、電流の大きさは、Ｉdata＞ＩELとなる。
なお、駆動用ＴＦＴ１０７のチャネル幅Ｗと、変換・駆動用ＴＦＴ１０８のチャネル幅Ｗとは、同じ大きさとしても良いし、異なっていても良い。ゲート長Ｌに関しても同様である。
以上の手順により、信号の書き込みから発光までを行う。本発明によると、ＥＬ素子を低階調で発光させたい場合の信号書き込み時にも、ＥＬ素子を流す電流ＩELよりも大きな電流Ｉdataを用いて書き込むことが出来る。よって、信号電流がノイズに埋もれる等のトラブルを回避し、かつ迅速な書き込み動作が可能となる。
また、発光時に、駆動用ＴＦＴ１０７と変換・駆動用ＴＦＴ１０８とがマルチゲート型ＴＦＴとして動作するため、これらのＴＦＴは同極性とすることが望ましい。さらに、図２の方向に電流が流れる場合には、その極性をＰチャネル型とするのが望ましい。
なお、ＥＬ素子１１０に流れる電流の向きが図２と逆の方向に流れる場合の構成へも容易に変形出来る。この場合の構成を図３６に示す。ここでは、変換・駆動用ＴＦＴと駆動用ＴＦＴの極性は、図２と逆の極性としている。信号電流書き込み時と発光時における電流経路は、図３６(Ｂ)(Ｃ)に示すとおりである。
さらに、変換・駆動用ＴＦＴ１０８は、信号の書き込み時においても、発光時においても用いられている。つまり、信号の書き込みと発光で、一部共通のＴＦＴを用いていることによって、ＴＦＴの特性ばらつきが、信号の書き込み動作や発光に影響しにくくなっている。
また、図２(Ｂ)→(Ｃ)の状態に移る際、すなわち発光動作に移る瞬間に、保持容量１０９に蓄積された電荷の一部は、駆動用ＴＦＴ１０７のゲート電極に移動する。そのため、実際に保持容量１０９に保持されたＴＦＴ１０８のゲート・ソース間電圧は、書き込み時の所望の値よりも、発光時にはわずかに小さくなっている。よって、ＴＦＴ１０７、１０８の特性ばらつきが生じた場合にも、ＴＦＴのゲート・ソース間電圧は、わずかながら流れにくい方向にいくことになり、ＴＦＴのオフリーク電流によって黒表示の際に素子が発光することを防ぐことが出来る。
なお、本実施形態では、スイッチング用ＴＦＴ１５５および保持用ＴＦＴ１５６はそれぞれ、第１のゲート信号線１０２と第２のゲート信号線１０３によってＯＮ、ＯＦＦが制御されているが、信号書き込みが完了した後、直ちにＥＬ素子が発光する場合は、同時にＯＮ、ＯＦＦの制御が行われても良い。よって、スイッチング用ＴＦＴ１５５と、保持用ＴＦＴ１５６の極性が同じである場合には、互いのゲート電極を同一のゲート信号線に接続して制御することにより、ゲート信号線の本数を減らすことも出来る。
なおここでは、駆動用ＴＦＴ１０７と変換・駆動用ＴＦＴ１０８とが駆動する負荷として、ＥＬ素子１１０を用い、発光装置の画素への適用を前提として説明したが、本発明の用途はこれに限定されない。つまり、負荷としてダイオード、トランジスタ、容量、抵抗等、またそれらを組み合わせた回路を負荷として駆動することが可能である。これは、他の実施形態、実施例についても同様である。
[実施の形態２] 図２８(Ａ)に、本発明の第２の形態について示す。図２８(Ａ)の画素は、ソース信号線２８０１、第１および第２のゲート信号線２８０２、２８０３、電流供給線２８０４、第１のスイッチ素子２８０５、第２のスイッチ素子２８０６、駆動用ＴＦＴ２８０７、変換・駆動用ＴＦＴ２８０８、保持容量２８０９、ＥＬ素子２８１０とを有する。各ソース信号線は、信号電流入力用電流源２８１１を有する。
なお、保持容量２８０９は、配線、活性層、ゲート材料等とその間の絶縁層とによって容量素子として形成しても良いし、トランジスタのゲート容量を用いて省略しても良い。つまり、必要な期間、変換・駆動用ＴＦＴ２８０８のゲート・ソース間電圧を保持出来るだけの能力があれば良い。
第１のスイッチ素子２８０５は、第１のゲート信号線２８０２によって制御される。その第１の電極はソース信号線２８０１に接続され、第２の電極は変換・駆動用ＴＦＴ２８０８の第１の電極と、駆動用ＴＦＴ２８０７の第１の電極とに接続されている。第２のスイッチ素子２８０６は、第２のゲート信号線２８０３によって制御される。その第１の電極はソース信号線２８０１に接続され、第２の電極は変換・駆動用ＴＦＴ２８０８のゲート電極と、駆動用ＴＦＴ２８０７のゲート電極とに接続されている。駆動用ＴＦＴ２８０７の第２の電極は、電流供給線２８０４に接続され、変換・駆動用ＴＦＴ２８０８の第２の電極は、ＥＬ素子２８１０の一方の電極に接続されている。保持容量２８０９は、変換・駆動用ＴＦＴ２８０８のゲート電極と第２の電極との間に接続され、変換・駆動用ＴＦＴ２８０８のゲート・ソース間電圧を保持する。電流供給線２８０４およびＥＬ素子２８１０の他方の電極には、それぞれ所定の電位が入力され、互いに電位差を有する。
なお、保持容量２８０９は、変換・駆動用ＴＦＴ２８０８のゲート・ソース間に接続されていることが望ましい。
第１、第２のスイッチ素子は、他のＴＦＴと同様の構成を有するＴＦＴを用いて形成すれば良い。第１のスイッチ素子２８０５、第２のスイッチ素子２８０６をそれぞれ、スイッチング用ＴＦＴ２８５５、保持用ＴＦＴ２８５６として形成する例を図２８(Ｂ)に示す。ここで、スイッチング用ＴＦＴ２８５５、保持用ＴＦＴ２８５６に関しては、ＯＮ、ＯＦＦによって導通、非導通を選択するスイッチとしてのみ働くので、ここではその極性を問わない。
図２９を用いて、信号電流の書き込みから発光までの動作について説明する。
図中、各部を示す図番は、図２８(Ａ)に準ずる。図２９(Ａ)〜(Ｃ)はそれぞれ、信号入力時、信号入力完了時、および発光時における電流の経路を模式的に示したものである。図２９(Ｄ)は、信号電流の書き込み時における各経路を流れる電流の関係を、図２９(Ｅ)は、同じく信号電流の書き込み時に、保持容量に蓄積される電圧、つまり変換・駆動用ＴＦＴ２８０８のゲート・ソース間電圧について示している。
図中、各部を示す図番は、図２８(Ａ)に準ずる。図２９(Ａ)〜(Ｃ)はそれぞれ、信号入力時、信号入力完了時、および発光時における電流の経路を模式的に示したものである。図２９(Ｄ)は、信号電流の書き込み時における各経路を流れる電流の関係を、図２９(Ｅ)は、同じく信号電流の書き込み時に、保持容量に蓄積される電圧、つまり変換・駆動用ＴＦＴ２８０８のゲート・ソース間電圧について示している。
まず、第１のゲート信号線２８０２および第２のゲート信号線２８０３にパルスが入力され、スイッチング用ＴＦＴ２８５５と保持用ＴＦＴ２８５６がＯＮする。このとき、ソース信号線２８０１には、信号電流が入力されており、これをＩdataとする。
ソース信号線２８０１には、電流Ｉdataが流れている。今、画素内には、図２９(Ａ)に示すような電流経路があり、Ｉdataはこの経路を通って、Ｉ1とＩ2とに分かれる。これらの関係を図２９(Ｄ)に示している。なお、Ｉdata＝Ｉ1＋Ｉ2である。またこのとき、駆動用ＴＦＴ２８０７に関しては、スイッチング用ＴＦＴ２８５５および保持用ＴＦＴ２８５６がＯＮしているので、ゲート電極の電位と第２の電極の電位が等しくなる。つまりゲート・ソース間電圧が０であるため、駆動用ＴＦＴ２８０７は自らＯＦＦしている。仮に、この状態で駆動用ＴＦＴ２８０７がＯＮしていると、ＥＬ素子２８１０に電流が流れるため、正確に電流ＩDataの設定が出来なくなる。
スイッチング用ＴＦＴ２８５５がＯＮした瞬間には、まだ保持容量２８０９には電荷が蓄積されていないため、変換・駆動用ＴＦＴ２８０８はＯＦＦしている。よって、Ｉ2＝０となり、Ｉdata＝Ｉ1となる。つまりここでは、容量２８０９に電荷が蓄積するため、その分の電流が生じている。
その後、徐々に保持容量２８０９に電荷が蓄積され、両電極間に電位差が生じ始める。両電極の電位差がＶｔｈ、すなわち変換・駆動用ＴＦＴ２８０８のしきい値に到達する(図２９(Ｅ) Ａ点)と、変換・駆動用ＴＦＴ２８０８がＯＮして、Ｉ2が生ずる。先に述べたように、Ｉdata＝Ｉ1＋Ｉ2であるので、Ｉ1は次第に減少するが、保持容量２８０９への電荷の蓄積が完了するまでは０にはならず、依然電流が生じている。
保持容量２８０９においては、その両電極間の電位差、つまり変換・駆動用ＴＦＴ２８０８のゲート・ソース間電圧が所望の電圧、つまり変換・駆動用ＴＦＴ２８０８がＩdataを流すだけの電圧(ＶＧＳ)になるまで電荷が蓄積される。やがて電荷の蓄積が終了する(図２９(Ｅ) Ｂ点)と、電流Ｉ1は流れなくなり、かつ変換・駆動用ＴＦＴ２８０８はそのときのＶＧＳに見合った電流が流れ、Ｉdata＝Ｉ2となる(図２９(Ｂ))。次いで、第２のゲート信号線２８０３の選択が終了し、保持用ＴＦＴ２８５６がＯＦＦする。その後、第１のゲート信号線２８０２の選択が終了し、スイッチング用ＴＦＴ２８５５がＯＦＦして、信号の書き込み動作が完了する。
続いて、発光動作に移る。第１のゲート信号線２８０２の選択が終了すると、スイッチング用ＴＦＴ２８５５がＯＦＦする。すると、ソース信号線２８０１→スイッチング用ＴＦＴ２８５５→変換・駆動用ＴＦＴ２８０８→ＥＬ素子２８１０の電流パスが遮断されるため、今まで変換・駆動用ＴＦＴ２８０８にＩdataを流すために保持容量２８０９に蓄積されていた電荷の一部が、駆動用ＴＦＴ２８０７のゲート電極へと移動する。これによって、駆動用ＴＦＴ２８０７が自動的にＯＮする。よって、図２９(Ｃ)に示すように、電流供給線２８０４→駆動用ＴＦＴ２８０７→変換・駆動用ＴＦＴ２８０８→ＥＬ素子２８１０という電流パスが生じ、発光電流ＩELが流れる。よってＥＬ素子２８１０が発光する。
このとき、駆動用ＴＦＴ２８０７のゲート電極と変換・駆動用ＴＦＴ２８０８のゲート電極とは接続されているため、この２つのＴＦＴはマルチゲート型ＴＦＴとして機能することになる。一般に、ＴＦＴにおいてはゲート長Ｌが大きくなると、ドレイン電流は小さくなる。この場合、信号電流の書き込み動作においては、信号電流は最終的に変換・駆動用ＴＦＴ２８０８のみを流れていたのに対し、発光時には、発光電流は駆動用ＴＦＴ２８０７および変換・駆動用ＴＦＴ２８０８を流れている。よって、発光時の方がゲート電極の本数が多いことになり、結果としてゲート長Ｌが大きくなっていることから、電流の大きさはＩdata＞ＩELとなる。
なお、駆動用ＴＦＴ２８０７のチャネル幅Ｗと、変換・駆動用ＴＦＴ２８０８のチャネル幅Ｗとは、同じ大きさとしても良いし、異なっていても良い。ゲート長Ｌに関しても同様である。
以上の手順により、信号電流の書き込みから発光までを行う。本発明によると、ＥＬ素子を低階調で発光させたい場合の信号書き込み時にも、発光電流ＩELよりも大きな信号電流Ｉdataを用いて書き込みを行うことが出来る。さらに、ＥＬ素子が負荷となっていても、十分に大きな電流での書き込みを行うことにより、書き込み時間の短縮が可能となる。
また、発光時に、駆動用ＴＦＴ２８０７と変換・駆動用ＴＦＴ２８０８とがマルチゲート型ＴＦＴとして動作するため、これらのＴＦＴは同極性とすることが望ましい。さらに、図２９の方向に電流が流れる場合には、その極性をＮチャネル型とするのが望ましい。
また、実施形態１で説明したように、ＥＬ素子に流れる電流の向きが逆になる場合にも容易に構成が変形出来る。この場合の構成を図３７(Ａ)に示す。ここでは、変換・駆動用ＴＦＴと駆動用ＴＦＴの極性は、図２９と逆の極性としている。信号電流書き込み時、発光時の電流経路は、図３７(Ｂ)(Ｃ)に示すとおりである。その他、以後の実施例においても同様の変形が可能であるので、以降は説明を省略する。
さらに、変換・駆動用ＴＦＴ２８０８は、信号の書き込み時においても、発光時においても用いられている。つまり、信号の書き込みと発光で、一部共通のＴＦＴを用いていることによって、ＴＦＴの特性ばらつきが、信号の書き込み動作や発光に影響しにくくなっている。
また、図２９(Ｂ)→(Ｃ)の状態に移る際、すなわち発光動作に移る瞬間に、保持容量２８０９に蓄積された電荷の一部は、駆動用ＴＦＴ２８０７のゲート電極に移動する。そのため、実際に保持容量２８０９に保持されたＴＦＴ２８０８のゲート・ソース間電圧は、書き込み時の所望の値よりも、発光時にはわずかに小さくなっている。よって、ＴＦＴ２８０７、２８０８の特性ばらつきが生じた場合にも、ＴＦＴのゲート・ソース間電圧は、わずかながら流れにくい方向にいくことになり、ＴＦＴのオフリーク電流によって黒表示の際に素子が発光することを防ぐことが出来る。
なお、本実施形態では、スイッチング用ＴＦＴ２８５５および保持用ＴＦＴ２８５６はそれぞれ、第１のゲート信号線２８０２と第２のゲート信号線２８０３によってＯＮ、ＯＦＦが制御されているが、信号書き込みが完了した後、直ちにＥＬ素子が発光する場合は、同時にＯＮ、ＯＦＦの制御が行われても良い。よって、スイッチング用ＴＦＴ２８５５と、保持用ＴＦＴ２８５６の極性が同じである場合には、互いのゲート電極を同一のゲート信号線に接続して制御することにより、ゲート信号線の本数を減らすことも出来る。
前出の表１に、本発明の第１の形態および第２の形態にて示した構成を加え、比較したものを表２に示す。
また、本発明の主旨は、信号電流の入力を受けて、任意のタイミングでこの電流の保持を行い、出力するというサンプル・ホールド動作において、電流経路となるＴＦＴをマルチゲート化して用いる点にある。本明細書においては、代表的にはＥＬ素子を用いた発光装置の画素における実施形態を挙げてきたが、特に用途はこれに限られず、振幅変換回路等をはじめとしたアナログ回路に適用しても有効である。
以下に、本発明の実施例について記載する。
本実施例においては、映像信号にアナログ映像信号を用いて表示を行う半導体装置の構成について説明する。図３(Ａ)に、半導体装置の構成例を示す。基板３０１上に、複数の画素がマトリクス状に配置された画素部３０２を有し、画素部周辺には、ソース信号線駆動回路３０３および、第１、第２のゲート信号線駆動回路３０４、３０５を有している。図３(Ａ)においては、２組のゲート信号線駆動回路を用いているが、実施形態の項で説明したように、画素の駆動に複数のゲート信号線の選択を必要としない場合には、いずれか一方のみの配置でも良い。
また、ゲート信号線の両端に対称配置し、両側からゲート信号線を駆動する構成としても良い。
また、ゲート信号線の両端に対称配置し、両側からゲート信号線を駆動する構成としても良い。
ソース信号線駆動回路３０３、第１のゲート信号線駆動回路３０４、および第２のゲート信号線駆動回路３０５に入力される信号は、フレキシブルプリント基板(Flexible Print Circuit：ＦＰＣ)３０６を介して外部より供給される。
図３(Ｂ)に、ソース信号線駆動回路の構成例を示す。これは、映像信号にアナログ映像信号を用いて表示を行うためのソース信号線駆動回路であり、シフトレジスタ３１１、バッファ３１２、サンプリング回路３１３、電流変換回路３１４を有している。特に図示していないが、必要に応じてレベルシフタ等を追加しても良い。
ソース信号線駆動回路の動作について説明する。図８に、より詳細な構成を示したので、そちらを参照する。
シフトレジスタ８０１は、フリップフロップ回路(ＦＦ)等を複数段用いてなり、クロック信号(Ｓ−ＣＬＫ)、クロック反転信号(Ｓ−ＣＬＫｂ)、スタートパルス(Ｓ−ＳＰ)が入力される。これらの信号のタイミングに従って、順次サンプリングパルスが出力される。
シフトレジスタ８０１より出力されたサンプリングパルスは、バッファ８０２等を通って増幅された後、サンプリング回路へと入力される。サンプリング回路８０３は、サンプリングスイッチ(ＳＷ)を複数段用いてなり、サンプリングパルスが入力されるタイミングに従って、ある列で映像信号のサンプリングを行う。具体的には、サンプリングスイッチにサンプリングパルスが入力されると、サンプリングスイッチがＯＮし、そのときに映像信号が有する電位が、サンプリングスイッチを介して電流変換回路８０４に入力される。
電流変換回路８０４は、電流設定回路８１０を複数段用いてなり、サンプリングされた映像信号に従って、ソース信号線(Ｓi：１≦ｉ≦ｎ)に所定の電流を出力する。電流設定回路８１０の動作について、図１０を用いて以下に説明する。
図１０は、サンプリング回路および電流変換回路についてその構成を示したものである。サンプリング回路１００１の動作については上述の通りである。ここでは、サンプリングスイッチ１００２は、１個のＴＦＴを用いているが、Ｎチャネル型ＴＦＴとＰチャネル型ＴＦＴとを用いて構成したアナログスイッチ等を用いても良い。
電流変換回路１００３は、電流出力回路１００４と、リセット回路１００５とを有し、サンプリングされた電圧信号を、電流信号に変換する。電流出力回路１００４には、映像信号が入力され、その電位に従って、所定の信号電流(Ｉdata)を出力する。図１０においては、電流出力回路はオペアンプおよびＴＦＴを用いて構成されているが、特にこの構成には限定しない。入力される信号の電位に従って、所定の信号電流を出力できるものであれば良い。
電流出力回路１００４から出力された信号電流は、リセット回路１００５に入力される。リセット回路１００５は、アナログスイッチ１００６、１００７と、インバータ１００８、電源１００９とを有する。
アナログスイッチ１００６、１００７は、ともにリセット信号(Ｒｅｓ．)と、インバータ１００８によって反転されたリセット信号とを用いて制御され、一方がＯＮのとき、他方はＯＦＦといった動作をする。
通常の書き込みの際には、リセット信号は入力されておらず、従って、アナログスイッチ１００６がＯＮし、アナログスイッチ１００７はＯＦＦしている。このとき、ソース信号線には、電流出力回路１００４から出力された信号電流が出力されていく。一方、リセット信号が入力されると、アナログスイッチ１００６がＯＦＦし、アナログスイッチ１００７がＯＮする。このとき、ソース信号線の電位は、電源１００９で与えられる電位が印加され、ソース信号線がリセットされる。なお、このリセット動作は、水平帰線期間等で行われる。なお、この電源１００９の与える電位は、画素部における電流供給線にほぼ等しい電位であることが望ましい。すなわち、ソース信号線がリセットされた時、ソース信号線に流れる電流を０と出来ることが望ましい。
図３(Ｃ)に、ゲート信号線駆動回路の構成例を示す。シフトレジスタ３２１、バッファ３２２を有する。回路の動作はソース信号線駆動回路と同様であり、クロック信号とスタートパルスに従って、シフトレジスタ３２１は順次パルスを出力する。その後、バッファ３２２で増幅された後、ゲート信号線に入力されて、１行づつ選択状態としていく。選択されたゲート信号線によって制御される画素列に、順にソース信号線から信号電流が画素に書き込まれる。
なお、ここではシフトレジスタの一例として、フリップフロップを複数段用いてなるものを図示したが、デコーダ等によって、信号線を選択出来るような構成としていても良い。
本実施例においては、映像信号にデジタル映像信号を用いて表示を行う半導体装置の構成について説明する。図４(Ａ)に、半導体装置の構成例を示す。基板４０１上に、複数の画素がマトリクス状に配置された画素部４０２を有し、画素部周辺には、ソース信号線駆動回路４０３および、第１、第２のゲート信号線駆動回路４０４、４０５を有している。図４(Ａ)においては、２組のゲート信号線駆動回路を用いているが、実施形態の項で説明したように、画素の駆動に複数のゲート信号線の選択を必要としない場合には、いずれか一方のみの配置でも良い。また、ゲート信号線の両端に対称配置し、両側からゲート信号線を駆動する構成としても良い。
ソース信号線駆動回路４０３、第１のゲート信号線駆動回路４０４、および第２のゲート信号線駆動回路４０５に入力される信号は、フレキシブルプリント基板(Flexible Print Circuit：ＦＰＣ)４０６を介して外部より供給される。
図４(Ｂ)に、ソース信号線駆動回路の構成例を示す。これは、映像信号にデジタル映像信号を用いて表示を行うためのソース信号線駆動回路であり、シフトレジスタ４１１、第１のラッチ回路４１２、第２のラッチ回路４１３、定電流回路４１４を有している。特に図示していないが、必要に応じてレベルシフタ等を追加しても良い。
ゲート信号線駆動回路４０４、４０５については、実施例１にて示したものと同様で良いので、ここでは図示および説明を省略する。
ソース信号線駆動回路の動作について説明する。図９に、より詳細な構成を示したので、そちらを参照する。
シフトレジスタ９０１は、フリップフロップ回路(ＦＦ)等を複数段用いてなり、クロック信号(Ｓ−ＣＬＫ)、クロック反転信号(Ｓ−ＣＬＫｂ)、スタートパルス(Ｓ−ＳＰ)が入力される。これらの信号のタイミングに従って、順次サンプリングパルスが出力される。
シフトレジスタ９０１より出力されたサンプリングパルスは、第１のラッチ回路９０２に入力される。第１のラッチ回路９０２には、デジタル映像信号が入力されており、サンプリングパルスが入力されるタイミングに従って、各段でデジタル映像信号を保持していく。
第１のラッチ回路９０２において、最終段までデジタル映像信号の保持が完了すると、水平帰線期間中に、第２のラッチ回路９０３にラッチパルス(Ｌａｔｃｈ Ｐｕｌｓｅ)が入力され、第１のラッチ回路９０２に保持されていたデジタル映像信号は、一斉に第２のラッチ回路９０３に転送される。その後、第２のラッチ回路９０３に保持されたデジタル映像信号は、１行分が同時に、定電流回路９０４へと入力される。
第２のラッチ回路９０３に保持されたデジタル映像信号が定電流回路９０４に入力されている間、シフトレジスタ９０１においては再びサンプリングパルスが出力される。以後、この動作を繰り返し、１フレーム分の映像信号の処理を行う。
図１１は、定電流回路についてその構成を示したものである。定電流回路は、電流設定回路１１０１を複数段用いてなる。各段に設けられた電流設定回路１１０１は、第２のラッチ回路から入力されてくるデジタル映像信号が有する１または０の情報によって、ソース信号線に所定の信号電流(Ｉdata)を出力する。
電流設定回路１１０１は、信号電流を供給する定電流源１１０２、アナログスイッチ１１０３〜１１０６、インバータ１１０７、１１０８および電源１１０９を有する。図１１においては、定電流源１１０２はオペアンプおよびＴＦＴを用いて構成されているが、特にこの構成には限定しない。
第２のラッチ回路９０３から出力されてくるデジタル映像信号によって、アナログスイッチ１１０３〜１１０６のＯＮ、ＯＦＦが制御される。アナログスイッチ１１０３と１１０４とは、互いに排他的に動作し、一方がＯＮのとき、他方がＯＦＦとなる。同様に、アナログスイッチ１１０５と１１０６もまた、排他的に動作する。
第２のラッチ回路９０３に保持されたデジタル映像信号が１、すなわちここではＨレベルのとき、アナログスイッチ１１０３、１１０５がＯＮし、アナログスイッチ１１０４、１１０６はＯＦＦする。よって、定電流源１１０２より、所定の信号電流が、アナログスイッチ１１０３、１１０５を介してソース信号線に出力される。
一方、第２のラッチ回路９０３に保持されたデジタル映像信号が０、すなわちここではＬレベルのとき、アナログスイッチ１１０４、１１０６がＯＮし、アナログスイッチ１１０３、１１０５はＯＦＦする。よって、定電流源１１０２より出力される信号電流は、ソース信号線には出力されず、アナログスイッチ１１０４を介してグラウンド側に落とされる。一方、電源１１０９の電位が、アナログスイッチ１１０６を介してソース信号線に与えられる。なお、この電源１１０９の電位は、画素部における電流供給線にほぼ等しい電位であることが望ましい。すなわち、デジタル映像信号がＬレベルの時、ソース信号線に流れる電流を０と出来ることが望ましい。
前記の動作が、１水平期間内に、全段にわたって同時に行われる。よって、全てのソース信号線に出力される信号電流の値が決定する。
なお、電流設定回路においては、スイッチとしてアナログスイッチを用いていたが、トランスミッションゲート等、他の型式のものを用いても良い。また、実施例１においても述べたとおり、シフトレジスタの代わりにデコーダ等を用いて、信号線を選択出来るような構成としていても良い。
実施例２に示した、デジタル映像信号を用いた表示装置においては、表示は白、黒の２階調となる。本実施例においては、同様にデジタル映像信号を用いて多階調を表示するための駆動回路について説明する。
図１２は、３ビットデジタル階調表示を行うためのソース信号線駆動回路の構成例を示している。動作に関しては、実施例２に示した１ビットのものと同様、シフトレジスタ１２０１、第１のラッチ回路１２０２、第２のラッチ回路１２０３、定電流回路１２０４を有する。定電流回路１２０４は、実施例２と同様、電流設定回路１２１０を複数段用いてなる。
３ビットのデジタル映像信号は、ビット毎に入力され(Ｄｉｇｉｔａｌ Ｄａｔａ １〜３)、第１のラッチ回路１２０２、第２のラッチ回路１２０３は、３ビット分並列に配置され、シフトレジスタから出力されるサンプリングパルスによって、３ビット分のデジタル映像信号が同時に保持動作を行う。第２のラッチ回路１２０３に保持された３ビットデジタル映像信号は、定電流回路１２０４へと入力される。
図１３は、本実施例の定電流回路を構成する電流設定回路の構成例を示している。電流設定回路１３００は、ＴＦＴ１３０１〜１３０３、アナログスイッチ１３０４、１３０５、インバータ１３０６、１３０７、ＮＯＲ回路１３０８、電源１３０９、１３１０を有する。
３ビットデジタル映像信号はそれぞれ、ＴＦＴ１３０１〜１３０３のゲート電極と、ＮＯＲ回路１３０８に入力される。ＴＦＴ１３０１〜１３０３は、それぞれ異なるチャネル幅Ｗを有し、それぞれのＯＮ電流が４：２：１となるようにしている。
ＴＦＴ１３０１〜１３０３のゲート電極に入力されるデジタル映像信号が１、すなわちＨレベルのとき、そのＴＦＴがＯＮし、所定の電流がソース信号線に供給される。ソース信号線に供給される電流は、ＴＦＴ１３０１〜１３０３を介して供給される電流の総和となり、各ＴＦＴのＯＮ電流は、前述の通り４：２：１となっているので、２3、すなわち８段階で電流の大きさを制御出来る。
ＴＦＴ１３０１〜１３０３のゲート電極に入力されるデジタル映像信号がいずれも０、すなわちＬレベルのときは、ＴＦＴ１３０１〜１３０３は全てＯＦＦする。一方、ＮＯＲからＨレベルが出力され、アナログスイッチ１３０５がＯＮし、電源１３１０の電源電位がソース信号線に与えられる。
また、水平帰線期間中に、リセット信号(Ｒｅｓ．)が入力されると、アナログスイッチ１３０４がＯＮし、電源１３０９の電源電位がソース信号線に与えられる。
ここで、電源１３０９、１３１０の電位はそれぞれ、画素部の電流供給線と同電位としておき、ソース信号線に電源電位が与えられた時、ソース信号線に流れる電流を０と出来ることが望ましい。
以上のようにして、階調表示を行うことが出来る。なお、本実施例では３ビットデジタル階調の場合を例に挙げたが、特にこれに限定するものではなく、さらに高階調の表示をしたい場合にも同様の方法での実施が可能である。
図１に示した構成においては、保持ＴＦＴ１５６の第２の電極は、ソース信号線１０１に接続されていた。この保持ＴＦＴ１５６は、図１４(Ａ)に示すように、スイッチング用ＴＦＴ１４０１の出力電極、駆動用ＴＦＴ１４０３の入力電極に接続しても良い。
信号の書き込み、発光動作については図１４(Ｂ)〜(Ｄ)に示すが、Ｉ2の電流経路がやや異なる以外は、同様の動作であるので、ここでは説明は省略する。
また、保持ＴＦＴ１４０２の接続を本実施例のようにすることで、デジタル映像信号を用いて、時間階調方式によって駆動される半導体装置においては、この保持ＴＦＴ１４０２を、リセット用ＴＦＴとして用いることが出来る。発光期間の終了後、保持ＴＦＴ１４０２がＯＮすることにより、駆動用ＴＦＴ１４０３のゲート・ソース間電圧が０となってＯＦＦする。その結果、ＥＬ素子の発光が停止する。
なお、ここでは特に時間階調方式について詳細な説明は省略するが、２００１−５４２６号、特願２０００−８６９６８号等に記載されている方法によれば良い。
この構成を、アクティブマトリクス型の表示装置に適用した例を図３４(Ａ)(Ｂ)に示す。図３４(Ｂ)は、実際に素子、配線類をレイアウトした例であり、図３４(Ａ)は各素子の位置関係を反映して表現した等価回路図である。図中の番号は、図１４に準ずる。
なお、図１４以外の構成でも同様の動作が可能である。要は、信号電流の入力時には図３８(Ａ)のような経路が確立し、発光時には図３８(Ｂ)のような経路が確立していれば良い。従って、スイッチ素子の位置等は前記経路に矛盾のないように配置すれば良いので、図３８(Ｃ)のような接続も可能である。
本実施例では、半導体装置の作製方法について示す。なお、ここでは代表的に、駆動回路部を構成するＮチャネル型ＴＦＴおよびＰチャネル型ＴＦＴと、画素部に設けられるＴＦＴを示す。なお画素を構成するＴＦＴの一部については特に図示しないが、本実施例の作製方法に従って作製することが可能である。
まず、図２１(Ａ)に示すように、コーニング社の＃７０５９ガラスや＃１７３７ガラスなどに代表されるバリウムホウケイ酸ガラス、またはアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラスから成る基板５００１上に酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜などの絶縁膜から成る下地膜５００２を形成する。例えば、プラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4、ＮＨ3、Ｎ2Ｏから作製される酸化窒化シリコン膜５００２ａを１０〜２００[nm](好ましくは５０〜１００[nm])形成し、同様にＳｉＨ4、Ｎ2Ｏから作製される酸化窒化水素化シリコン膜５００２ｂを５０〜２００[nm](好ましくは１００〜１５０[nm])の厚さに積層形成する。本実施例では下地膜５００２を２層構造として示したが、前記絶縁膜の単層膜または２層以上積層させた構造として形成しても良い。
島状半導体層５００３〜５００６は、非晶質構造を有する半導体膜をレーザー結晶化法や公知の熱結晶化法を用いて作製した結晶質半導体膜で形成する。この島状半導体層５００３〜５００６の厚さは２５〜８０[nm](好ましくは３０〜６０[nm])の厚さで形成する。結晶質半導体膜の材料に限定はないが、好ましくはシリコンまたはシリコンゲルマニウム(ＳｉＧｅ)合金などで形成すると良い。
レーザー結晶化法で結晶質半導体膜を作製する場合は、パルス発振型または連続発光型のエキシマレーザーやＹＡＧレーザー、ＹＶＯ4レーザーを用いる。これらのレーザーを用いる場合には、レーザー発振器から放射されたレーザー光を光学系で線状に集光し、半導体膜に照射する方法を用いると良い。結晶化の条件は実施者が適宣選択するものであるが、エキシマレーザーを用いる場合はパルス発振周波数３００[Hz]とし、レーザーエネルギー密度を１００〜４００[mJ/cm2](代表的には２００〜３００[mJ/cm2])とする。また、ＹＡＧレーザーを用いる場合にはその第２高調波を用いパルス発振周波数３０〜３００[kHz]とし、レーザーエネルギー密度を３００〜６００[mJ/cm2](代表的には３５０〜５００[mJ/cm2])とすると良い。そして幅１００〜１０００[μm]、例えば４００[μm]で線状に集光したレーザー光を基板全面に渡って照射し、この時の線状レーザー光の重ね合わせ率(オーバーラップ率)を５０〜９０[％]として行う。
なお、レーザーは連続発振またはパルス発振の気体レーザーもしくは固体レーザーを用いることができる。気体レーザーとして、エキシマレーザー、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザなどがあり、固体レーザーとして、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザー、ＹＡｌＯ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザなどが挙げられる。固体レーザーとしては、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ又はＴｍがドーピングされたＹＡＧ、ＹＶＯ4、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ3などの結晶を使ったレーザー等も使用可能である。当該レーザーの基本波はドーピングする材料によって異なり、１[μm]前後の基本波を有するレーザー光が得られる。基本波に対する高調波は、非線形光学素子を用いることで得ることができる。
非晶質半導体膜の結晶化に際し、大粒径に結晶を得るためには、連続発振が可能な固体レーザーを用い、基本波の第２高調波〜第４高調波を適用するのが好ましい。代表的には、Ｎｄ:ＹＶＯ4レーザー(基本波１０６４[nm])の第２高調波(５３２[nm])や第３高調波(３５５[nm])を適用するのが望ましい。具体的には、出力１０Ｗの連続発振のＹＶＯ4レーザから射出されたレーザー光を非線形光学素子により高調波に変換する。また、共振器の中にＹＶＯ4結晶と非線形光学素子を入れて、高調波を射出する方法もある。そして、好ましくは光学系により照射面にて矩形状または楕円形状のレーザー光に成形して、被処理体に照射する。このときのエネルギー密度は０．０１〜１００[MW/cm2]程度(好ましくは０．１〜１０[MW/cm2])が必要である。そして、１０〜２０００[cm/s]程度の速度でレーザー光に対して相対的に半導体膜を移動させて照射する。
次いで、島状半導体層５００３〜５００６を覆うゲート絶縁膜５００７を形成する。ゲート絶縁膜５００７はプラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、厚さを４０〜１５０[nm]としてシリコンを含む絶縁膜で形成する。本実施例では、１２０[nm]の厚さで酸化窒化シリコン膜で形成する。勿論、ゲート絶縁膜はこのような酸化窒化シリコン膜に限定されるものでなく、他のシリコンを含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。例えば、酸化シリコン膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法でＴＥＯＳ(Tetraethyl Orthosilicate)とＯ2とを混合し、反応圧力４０[Pa]、基板温度３００〜４００[℃]とし、高周波(１３．５６[MHz])、電力密度０．５〜０．８[W/cm2]で放電させて形成することが出来る。このようにして作製される酸化シリコン膜は、その後４００〜５００[℃]の熱アニールによりゲート絶縁膜として良好な特性を得ることが出来る。
そして、ゲート絶縁膜５００７上にゲート電極(ゲート)を形成するための第１の導電膜５００８と第２の導電膜５００９とを形成する。本実施例では、第１の導電膜５００８をＴａで５０〜１００[nm]の厚さに形成し、第２の導電膜５００９をＷで１００〜３００[nm]の厚さに形成する。
Ｔａ膜はスパッタ法で、ＴａのターゲットをＡｒでスパッタすることにより形成する。この場合、Ａｒに適量のＸｅやＫｒを加えると、Ｔａ膜の内部応力を緩和して膜の剥離を防止することが出来る。また、α相のＴａ膜の抵抗率は２０[μΩcm]程度でありゲート電極に使用することが出来るが、β相のＴａ膜の抵抗率は１８０[μΩcm]程度でありゲート電極とするには不向きである。α相のＴａ膜を形成するために、Ｔａのα相に近い結晶構造をもつ窒化タンタルを１０〜５０[nm]程度の厚さでＴａの下地に形成しておくとα相のＴａ膜を容易に得ることが出来る。
Ｗ膜を形成する場合には、Ｗをターゲットとしたスパッタ法で形成する。その他に６フッ化タングステン(ＷＦ6)を用いる熱ＣＶＤ法で形成することも出来る。いずれにしてもゲート電極として使用するためには低抵抗化を図る必要があり、Ｗ膜の抵抗率は２０[μΩcm]以下にすることが望ましい。Ｗ膜は結晶粒を大きくすることで低抵抗率化を図ることが出来るが、Ｗ中に酸素などの不純物元素が多い場合には結晶化が阻害され高抵抗化する。このことより、スパッタ法による場合、純度９９．９９９９または９９．９９[％]のＷターゲットを用い、さらに成膜時に気相中からの不純物の混入がないように十分配慮してＷ膜を形成することにより、抵抗率９〜２０[μΩcm]を実現することが出来る。
なお、本実施例では、第１の導電膜５００８をＴａ、第２の導電膜５００９をＷとしたが、特に限定されず、いずれもＴａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕなどから選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料もしくは化合物材料で形成してもよい。また、リン等の不純物元素をドーピングしたポリシリコン膜に代表される半導体膜を用いてもよい。本実施例以外の他の組み合わせの一例で望ましいものとしては、第１の導電膜５００８を窒化タンタル(ＴａＮ)で形成し、第２の導電膜５００９をＷとする組み合わせ、第１の導電膜５００８を窒化タンタル(ＴａＮ)で形成し、第２の導電膜５００９をＡｌとする組み合わせ、第１の導電膜５００８を窒化タンタル(ＴａＮ)で形成し、第２の導電膜５００９をＣｕとする組み合わせが挙げられる。
次に、レジストによるマスク５０１０を形成し、電極及び配線を形成するための第１のエッチング処理を行う。本実施例ではＩＣＰ(Inductively Coupled Plasma：誘導結合型プラズマ)エッチング法を用い、エッチング用ガスにＣＦ4とＣｌ2を混合し、１[Pa]の圧力でコイル型の電極に５００[W]のＲＦ(１３．５６[MHz])電力を投入してプラズマを生成して行う。基板側(試料ステージ)にも１００[W]のＲＦ(１３．５６[MHz])電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。ＣＦ4とＣｌ2を混合した場合にはＷ膜及びＴａ膜とも同程度にエッチングされる。
上記エッチング条件では、レジストによるマスクの形状を適したものとすることにより、基板側に印加するバイアス電圧の効果により第１の導電層及び第２の導電層の端部がテーパー形状となる。テーパー部の角度は１５〜４５°となる。ゲート絶縁膜上に残渣を残すことなくエッチングするためには、１０〜２０[％]程度の割合でエッチング時間を増加させると良い。Ｗ膜に対する酸化窒化シリコン膜の選択比は２〜４(代表的には３)であるので、オーバーエッチング処理により、酸化窒化シリコン膜が露出した面は２０〜５０[nm]程度エッチングされることになる。こうして、第１のエッチング処理により第１の導電層と第２の導電層から成る第１の形状の導電層５０１１〜５０１６(第１の導電層５０１１ａ〜５０１６ａと第２の導電層５０１１ｂ〜５０１６ｂ)を形成する。このとき、ゲート絶縁膜５００７においては、第１の形状の導電層５０１１〜５０１６で覆われない領域は２０〜５０[nm]程度エッチングされ薄くなった領域が形成される。(図２１(Ｂ))
そして、第１のドーピング処理を行いＮ型を付与する不純物元素を添加する。ドーピングの方法はイオンドープ法もしくはイオン注入法で行えば良い。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０13〜５×１０14[atoms/cm2]とし、加速電圧を６０〜１００[keV]として行う。Ｎ型を付与する不純物元素として１５族に属する元素、典型的にはリン(Ｐ)または砒素(Ａｓ)を用いるが、ここではリン(Ｐ)を用いる。この場合、導電層５０１１〜５０１４がＮ型を付与する不純物元素に対するマスクとなり、自己整合的に第１の不純物領域５０１７〜５０２４が形成される。第１の不純物領域５０１７〜５０２４には１×１０20〜１×１０21[atoms/cm3]の濃度範囲でＮ型を付与する不純物元素を添加する。(図２１(Ｂ))
次に、図２１(Ｃ)に示すように、レジストマスクは除去しないまま、第２のエッチング処理を行う。エッチングガスにＣＦ4とＣｌ2とＯ2とを用い、Ｗ膜を選択的にエッチングする。この時、第２のエッチング処理により第２の形状の導電層５０２６〜５０３１(第１の導電層５０２６ａ〜５０３１ａと第２の導電層５０２６ｂ〜５０３１ｂ)を形成する。このとき、ゲート絶縁膜５００７においては、第２の形状の導電層５０２６〜５０３１で覆われない領域はさらに２０〜５０[nm]程度エッチングされ薄くなった領域が形成される。
Ｗ膜やＴａ膜のＣＦ4とＣｌ2の混合ガスによるエッチング反応は、生成されるラジカルまたはイオン種と反応生成物の蒸気圧から推測することが出来る。ＷとＴａのフッ化物と塩化物の蒸気圧を比較すると、Ｗのフッ化物であるＷＦ6が極端に高く、その他のＷＣｌ5、ＴａＦ5、ＴａＣｌ5は同程度である。従って、ＣＦ4とＣｌ2の混合ガスではＷ膜及びＴａ膜共にエッチングされる。しかし、この混合ガスに適量のＯ2を添加するとＣＦ4とＯ2が反応してＣＯとＦになり、ＦラジカルまたはＦイオンが多量に発生する。その結果、フッ化物の蒸気圧が高いＷ膜のエッチング速度が増大する。一方、ＴａはＦが増大しても相対的にエッチング速度の増加は少ない。また、ＴａはＷに比較して酸化されやすいので、Ｏ2を添加することでＴａの表面が酸化される。Ｔａの酸化物はフッ素や塩素と反応しないためさらにＴａ膜のエッチング速度は低下する。従って、Ｗ膜とＴａ膜とのエッチング速度に差を作ることが可能となりＷ膜のエッチング速度をＴａ膜よりも大きくすることが可能となる。
そして、図２２(Ａ)に示すように第２のドーピング処理を行う。この場合、第１のドーピング処理よりもドーズ量を下げて高い加速電圧の条件としてＮ型を付与する不純物元素をドーピングする。例えば、加速電圧を７０〜１２０[keV]とし、１×１０13[atoms/cm2]のドーズ量で行い、図２１(Ｂ)で島状半導体層に形成された第１の不純物領域の内側に新たな不純物領域を形成する。ドーピングは、第２の形状の導電層５０２６〜５０２９を不純物元素に対するマスクとして用い、第１の導電層５０２６ａ〜５０２９ａの下側の領域にも不純物元素が添加されるようにドーピングする。こうして、第３の不純物領域５０３２〜５０３５が形成される。この第３の不純物領域５０３２〜５０３５に添加されたリン(Ｐ)の濃度は、第１の導電層５０２６ａ〜５０２９ａのテーパー部の膜厚に従って緩やかな濃度勾配を有している。なお、第１の導電層５０２６ａ〜５０２９ａのテーパー部と重なる半導体層において、第１の導電層５０２６ａ〜５０２９ａのテーパー部の端部から内側に向かって若干、不純物濃度が低くなっているものの、ほぼ同程度の濃度である。
図２２(Ｂ)に示すように第３のエッチング処理を行う。エッチングガスにＣＨＦ6を用い、反応性イオンエッチング法(ＲＩＥ法)を用いて行う。第３のエッチング処理により、第１の導電層５０２６ａ〜５０３１ａのテーパー部を部分的にエッチングして、第１の導電層が半導体層と重なる領域が縮小される。第３のエッチング処理によって、第３の形状の導電層５０３７〜５０４２(第１の導電層５０３７ａ〜５０４２ａと第２の導電層５０３７ｂ〜５０４２ｂ)を形成する。このとき、ゲート絶縁膜５００７においては、第３の形状の導電層５０３７〜５０４２で覆われない領域はさらに２０〜５０[nm]程度エッチングされ薄くなった領域が形成される。
第３のエッチング処理によって、第３の不純物領域５０３２〜５０３５においては、第１の導電層５０３７ａ〜５０４０ａと重なる第３の不純物領域５０３２ａ〜５０３５ａと、第１の不純物領域と第３の不純物領域との間の第２の不純物領域５０３２ｂ〜５０３５ｂとが形成される。
そして、図２２(Ｃ)に示すように、Ｐチャネル型ＴＦＴを形成する島状半導体層５００４、５００６に第1の導電型とは逆の導電型の第４の不純物領域５０４３〜５０５４を形成する。第３の形状の導電層５０３８ｂ、５０４０ｂを不純物元素に対するマスクとして用い、自己整合的に不純物領域を形成する。このとき、Ｎチャネル型ＴＦＴを形成する島状半導体層５００３、５００５および配線部５０４１、５０４２はレジストマスク５２００で全面を被覆しておく。不純物領域５０４３〜５０５４にはそれぞれ異なる濃度でリンが添加されているが、ジボラン(Ｂ2Ｈ6)を用いたイオンドープ法で形成し、そのいずれの領域においても不純物濃度が２×１０20〜２×１０21[atoms/cm3]となるようにする。
以上までの工程でそれぞれの島状半導体層に不純物領域が形成される。島状半導体層と重なる第３の形状の導電層５０３７〜５０４０がゲート電極として機能する。また、５０４２は島状の第１走査線として機能する。５０４１は島状の第３走査線と第３の形状の導電層５０４０を接続する配線として機能する。
レジストマスク５２００を除去した後、導電型の制御を目的として、それぞれの島状半導体層に添加された不純物元素を活性化する工程を行う。この工程はファーネスアニール炉を用いる熱アニール法で行う。その他に、レーザーアニール法、またはラピッドサーマルアニール法(ＲＴＡ法)を適用することが出来る。熱アニール法では酸素濃度が１[ppm]以下、好ましくは０．１[ppm]以下の窒素雰囲気中で４００〜７００[℃]、代表的には５００〜６００[℃]で行うものであり、本実施例では５００[℃]で４時間の熱処理を行う。ただし、第３の形状の導電層５０３７〜５０４２に用いた配線材料が熱に弱い場合には、配線等を保護するため層間絶縁膜(シリコンを主成分とする)を形成した後で活性化を行うことが好ましい。レーザーアニール法を用いる場合、結晶化の際に用いたレーザーを使用することが可能である。活性化の場合は、移動速度は結晶化と同じにし、０．０１〜１００[MW/cm2]程度(好ましくは０．０１〜１０[MW/cm2])のエネルギー密度が必要となる。
さらに、３〜１００[％]の水素を含む雰囲気中で、３００〜４５０[℃]で１〜１２時間の熱処理を行い、島状半導体層を水素化する工程を行う。この工程は熱的に励起された水素により半導体層のダングリングボンドを終端する工程である。水素化の他の手段として、プラズマ水素化(プラズマにより励起された水素を用いる)を行っても良い。
次いで、図２３(Ａ)に示すように、第１の層間絶縁膜５０５５を酸化窒化シリコン膜から１００〜２００[nm]の厚さで形成する。その上に有機絶縁物材料から成る第２の層間絶縁膜５０５６を形成した後、第１の層間絶縁膜５０５５、第２の層間絶縁膜５０５６、およびゲート絶縁膜５００７に対してコンタクトホールを形成し、配線５０５７、電流供給線５０５８、接続配線５０５９をパターニング形成した後、接続配線５０６２に接する画素電極５０６４をパターニング形成する。
第２の層間絶縁膜５０５６としては、有機樹脂を材料とする膜を用い、その有機樹脂としてはポリイミド、ポリアミド、アクリル、ＢＣＢ(ベンゾシクロブテン)等を使用することが出来る。特に、第２の層間絶縁膜５０５６は平坦化の意味合いが強いので、平坦性に優れたアクリルが好ましい。本実施例ではＴＦＴによって形成される段差を十分に平坦化しうる膜厚でアクリル膜を形成する。好ましくは１〜５[μm](さらに好ましくは２〜４[μm])とすれば良い。
コンタクトホールの形成は、ドライエッチングまたはウエットエッチングを用い、Ｎ型の不純物領域５０１７、５０１８、５０２１、５０２２またはＰ型の不純物領域５０４３、５０４８、５０４９、５０５４に達するコンタクトホール、配線５０４２に達するコンタクトホール（図示せず）、電源供給線に達するコンタクトホール(図示せず)、およびゲート電極に達するコンタクトホール(図示せず)をそれぞれ形成する。
また、配線(接続配線、信号線を含む)５０５７〜５０６２として、Ｔｉ膜を１００[nm]、Ｔｉを含むアルミニウム膜を３００[nm]、Ｔｉ膜１５０[nm]をスパッタ法で連続形成した３層構造の積層膜を所望の形状にパターニングしたものを用いる。勿論、他の導電膜を用いても良い。
また、本実施例では、画素電極５０６４としてＩＴＯ膜を１１０[nm]の厚さに形成し、パターニングを行った。画素電極５０６４を接続配線５０６２と接して重なるように配置することでコンタクトを取っている。また、酸化インジウムに２〜２０[％]の酸化亜鉛(ＺｎＯ)を混合した透明導電膜を用いても良い。この画素電極５０６４が発光素子の陽極となる。(図２３(Ａ))
次に、図２３(Ｂ)に示すように、珪素を含む絶縁膜(本実施例では酸化珪素膜)を５００[nm]の厚さに形成し、画素電極５０６４に対応する位置に開口部を形成して、バンクとして機能する第３の層間絶縁膜５０６５を形成する。開口部を形成する際、ウエットエッチング法を用いることで容易にテーパー形状の側壁とすることが出来る。開口部の側壁が十分になだらかでないと段差に起因する有機発光層の劣化が顕著な問題となってしまうため、注意が必要である。
次に、有機発光層５０６６および陰極(ＭｇＡｇ電極)５０６７を、真空蒸着法を用いて大気解放しないで連続形成する。なお、有機発光層５０６６の膜厚は８０〜２００[nm](典型的には１００〜１２０[nm])、陰極５０６７の厚さは１８０〜３００[nm](典型的には２００〜２５０[nm])とすれば良い。
この工程では、赤色に対応する画素、緑色に対応する画素および青色に対応する画素に対して順次、有機発光層を形成する。但し、有機発光層は溶液に対する耐性に乏しいためフォトリソグラフィ技術を用いずに各色個別に形成しなくてはならない。そこでメタルマスクを用いて所望の画素以外を隠し、必要箇所だけ選択的に有機発光層を形成するのが好ましい。
即ち、まず赤色に対応する画素以外を全て隠すマスクをセットし、そのマスクを用いて赤色発光の有機発光層を選択的に形成する。次いで、緑色に対応する画素以外を全て隠すマスクをセットし、そのマスクを用いて緑色発光の有機発光層を選択的に形成する。次いで、同様に青色に対応する画素以外を全て隠すマスクをセットし、そのマスクを用いて青色発光の有機発光層を選択的に形成する。なお、ここでは全て異なるマスクを用いるように記載しているが、同じマスクを使いまわしても構わない。
ここではＲＧＢに対応した３種類の発光素子を形成する方式を用いたが、白色発光の発光素子とカラーフィルタを組み合わせた方式、青色または青緑発光の発光素子と蛍光体(蛍光性の色変換層：ＣＣＭ)とを組み合わせた方式、陰極(対向電極)に透明電極を利用してＲＧＢに対応した発光素子を重ねる方式などを用いても良い。
なお、有機発光層５０６６としては公知の材料を用いることが出来る。公知の材料としては、駆動電圧を考慮すると有機材料を用いるのが好ましい。例えば正孔注入層、正孔輸送層、発光層および電子注入層でなる４層構造を有機発光層とすれば良い。
次に、メタルマスクを用いて陰極５０６７を形成する。なお本実施例では陰極５０６７としてＭｇＡｇを用いたが、本発明はこれに限定されない。陰極５０６７として他の公知の材料を用いても良い。
最後に、窒化珪素膜でなるパッシベーション膜５０６８を３００[nm]の厚さに形成する。パッシベーション膜５０６８を形成しておくことで、有機発光層５０６６を水分等から保護することができ、発光素子の信頼性をさらに高めることが出来る。
こうして図２３(Ｂ)に示すような構造の半導体装置が完成する。
ところで、本実施例の半導体装置は、画素部だけでなく駆動回路部にも最適な構造のＴＦＴを配置することにより、非常に高い信頼性を示し、動作特性も向上しうる。また結晶化工程においてＮｉ等の金属触媒を添加し、結晶性を高めることも可能である。それによって、信号線駆動回路の駆動周波数を１０[MHz]以上にすることが可能である。
まず、極力動作速度を落とさないようにホットキャリア注入を低減させる構造を有するＴＦＴを、駆動回路部を形成するＣＭＯＳ回路のＮチャネル型ＴＦＴとして用いる。なお、ここでいう駆動回路としては、シフトレジスタ、バッファ、レベルシフタ、線順次駆動におけるラッチ、点順次駆動におけるトランスミッションゲートなどが含まれる。
本実施例の場合、Ｎチャネル型ＴＦＴの活性層は、ソース領域(ソース)、ドレイン領域(ドレイン)、ゲート絶縁膜を間に挟んでゲート電極と重なるオーバーラップＬＤＤ領域(ＬOV領域)、ゲート絶縁膜を間に挟んでゲート電極と重ならないオフセットＬＤＤ領域(ＬOFF領域)およびチャネル形成領域を含む。
また、ＣＭＯＳ回路のＰチャネル型ＴＦＴは、ホットキャリア注入による劣化が殆ど気にならないので、特にＬＤＤ領域を設けなくても良い。勿論、Ｎチャネル型ＴＦＴと同様にＬＤＤ領域を設け、ホットキャリア対策を講じることも可能である。
その他、駆動回路において、チャネル形成領域を双方向に電流が流れるようなＣＭＯＳ回路、即ち、ソース領域とドレイン領域の役割が入れ替わるようなＣＭＯＳ回路が用いられる場合、ＣＭＯＳ回路を形成するＮチャネル型ＴＦＴは、チャネル形成領域の両サイドにチャネル形成領域を挟む形でＬＤＤ領域を形成することが好ましい。このような例としては、点順次駆動に用いられるトランスミッションゲートなどが挙げられる。また駆動回路において、オフ電流を極力低く抑える必要のあるＣＭＯＳ回路が用いられる場合、ＣＭＯＳ回路を形成するＮチャネル型ＴＦＴは、ＬOV領域を有していることが好ましい。このような例としては、やはり、点順次駆動に用いられるトランスミッションゲートなどが挙げられる。
なお、実際には図２３(Ｂ)の状態まで完成したら、さらに外気に曝されないように、気密性が高く、脱ガスの少ない保護フィルム(ラミネートフィルム、紫外線硬化樹脂フィルム等)や透光性のシーリング材でパッケージング(封入)することが好ましい。その際、シーリング材の内部を不活性雰囲気にしたり、内部に吸湿性材料(例えば酸化バリウム)を配置したりすると発光素子の信頼性が向上する。
また、パッケージング等の処理により気密性を高めたら、基板上に形成された素子又は回路から引き回された端子と外部信号端子とを接続するためのＦＰＣを取り付けて製品として完成する。このような出荷出来る状態にまでした状態を本明細書中では半導体装置という。
また、本実施例で示す工程に従えば、半導体装置の作製に必要なフォトマスクの数を抑えることが出来る。その結果、工程を短縮し、製造コストの低減及び歩留まりの向上に寄与することが出来る。
本実施例では、本発明を用いて半導体装置を作製した例について、図１５を用いて説明する。
図１５（Ａ）は、ＴＦＴが形成された素子基板をシーリング材によって封止することによって形成された半導体装置の上面図であり、図１５(Ｂ)は、図１５(Ａ)のＡ−Ａ’における断面図、図１５(Ｃ)は図１５(Ａ)のＢ−Ｂ’における断面図である。
基板４００１上に設けられた画素部４００２と、ソース信号線駆動回路４００３と、第１及び第２のゲート信号線駆動回路４００４ａ、ｂとを囲むようにして、シール材４００９が設けられている。また画素部４００２と、ソース信号線駆動回路４００３と、第１及び第２のゲート信号線駆動回路４００４ａ、ｂとの上にシーリング材４００８が設けられている。よって画素部４００２と、ソース信号線駆動回路４００３と、第１及び第２のゲート信号線駆動回路４００４ａ、ｂとは、基板４００１とシール材４００９とシーリング材４００８とによって、充填材４２１０で密封されている。
また基板４００１上に設けられた画素部４００２と、ソース信号線駆動回路４００３と、第１及び第２のゲート信号線駆動回路４００４ａ、ｂとは、複数のＴＦＴを有している。図１５(Ｂ)では代表的に、下地膜４０１０上に形成された、ソース信号線駆動回路４００３に含まれるＴＦＴ(但し、ここではＮチャネル型ＴＦＴとＰチャネル型ＴＦＴを図示する)４２０１及び画素部４００２に含まれるＴＦＴ４２０２を図示した。
ＴＦＴ４２０１及び４２０２上には層間絶縁膜(平坦化膜)４３０１が形成され、その上にＴＦＴ４２０２のドレインと電気的に接続する画素電極(陽極)４２０３が形成される。画素電極４２０３としては仕事関数の大きい透明導電膜が用いられる。透明導電膜としては、酸化インジウムと酸化スズとの化合物、酸化インジウムと酸化亜鉛との化合物、酸化亜鉛、酸化スズまたは酸化インジウムを用いることができる。また、前記透明導電膜にガリウムを添加したものを用いても良い。
そして、画素電極４２０３の上には絶縁膜４３０２が形成され、絶縁膜４３０２は画素電極４２０３の上に開口部が形成されている。この開口部において、画素電極４２０３の上には有機発光層４２０４が形成される。有機発光層４２０４は公知の有機発光材料または無機発光材料を用いることができる。また、有機発光材料には低分子系(モノマー系)材料と高分子系(ポリマー系)材料があるがどちらを用いても良い。
有機発光層４２０４の形成方法は公知の蒸着技術もしくは塗布法技術を用いれば良い。また、有機発光層の構造は正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層または電子注入層を自由に組み合わせて積層構造または単層構造とすれば良い。
有機発光層４２０４の上には遮光性を有する導電膜(代表的にはアルミニウム、銅もしくは銀を主成分とする導電膜またはそれらと他の導電膜との積層膜)からなる陰極４２０５が形成される。また、陰極４２０５と有機発光層４２０４の界面に存在する水分や酸素は極力排除しておくことが望ましい。従って、有機発光層４２０４を窒素または希ガス雰囲気で形成し、酸素や水分に触れさせないまま陰極４２０５を形成するといった工夫が必要である。本実施例ではマルチチャンバー方式(クラスターツール方式)の成膜装置を用いることで上述のような成膜を可能とする。そして陰極４２０５は所定の電圧が与えられている。
以上のようにして、画素電極(陽極)４２０３、有機発光層４２０４及び陰極４２０５からなる発光素子４３０３が形成される。そして発光素子４３０３を覆うように、絶縁膜４３０２上に保護膜４２０９が形成されている。保護膜４２０９は、発光素子４３０３に酸素や水分等が入り込むのを防ぐのに効果的である。
４００５ａは電源線に接続された引き回し配線であり、ＴＦＴ４２０２の入力電極に接続されている。引き回し配線４００５ａはシール材４００９と基板４００１との間を通り、異方導電性フィルム４３００を介してＦＰＣ４００６が有するＦＰＣ用配線４３０１に電気的に接続される。
シーリング材４００８としては、ガラス材、金属材(代表的にはステンレス材)、セラミックス材、プラスチック材(プラスチックフィルムも含む)を用いることができる。プラスチック材としては、ＦＲＰ(Fiberglass‐Reinforced‐Plastics)板、ＰＶＦ(ポリビニルフルオライド)フィルム、マイラーフィルム、ポリエステルフィルムまたはアクリル樹脂フィルムを用いることができる。また、アルミニウムホイルをＰＶＦフィルムやマイラーフィルムで挟んだ構造のシートを用いることもできる。
但し、発光素子からの光の放射方向がカバー材側に向かう場合にはカバー材は透明でなければならない。その場合には、ガラス板、プラスチック板、ポリエステルフィルムまたはアクリルフィルムのような透明物質を用いる。
また、充填材４２１０としては窒素やアルゴンなどの不活性な気体の他に、紫外線硬化樹脂または熱硬化樹脂を用いることができ、ＰＶＣ(ポリビニルクロライド)、アクリル、ポリイミド、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、ＰＶＢ(ポリビニルブチラル)またはＥＶＡ(エチレンビニルアセテート)を用いることができる。本実施例では充填材として窒素を用いた。
また充填材４２１０を吸湿性物質(好ましくは酸化バリウム)もしくは酸素を吸着しうる物質にさらしておくために、シーリング材４００８の基板４００１側の面に凹部４００７を設けて吸湿性物質または酸素を吸着しうる物質４２０７を配置する。そして、吸湿性物質または酸素を吸着しうる物質４２０７が飛び散らないように、凹部カバー材４２０８によって吸湿性物質または酸素を吸着しうる物質４２０７は凹部４００７に保持されている。なお凹部カバー材４２０８は目の細かいメッシュ状になっており、空気や水分は通し、吸湿性物質または酸素を吸着しうる物質４２０７は通さない構成になっている。吸湿性物質または酸素を吸着しうる物質４２０７を設けることで、発光素子４３０３の劣化を抑制できる。
図１５(Ｃ)に示すように、画素電極４２０３が形成されると同時に、引き回し配線４００５ａ上に接するように導電性膜４２０３ａが形成される。
また、異方導電性フィルム４３００は導電性フィラー４３００ａを有している。基板４００１とＦＰＣ４００６とを熱圧着することで、基板４００１上の導電性膜４２０３ａとＦＰＣ４００６上のＦＰＣ用配線４３０１とが、導電性フィラー４３００ａによって電気的に接続される。
図２８(Ｂ)に示した構成では、保持用ＴＦＴ２８５６の第１の電極は、ソース信号線２８０１に接続されていた。この保持用ＴＦＴ２８５６の接続を変更した例を図３０(Ａ)に示す。ここでは、保持用ＴＦＴ３００６の第１の電極は、スイッチング用ＴＦＴ３００５の第２の電極と、駆動用ＴＦＴ３００７の第１の電極とに接続されている。
信号電流の書き込み、および発光動作については図３０(Ｂ)〜(Ｄ)に示すが、Ｉ1の電流経路がやや異なる以外は同様の動作であるので、ここでは説明を省略する。
また、保持用ＴＦＴ３００６の接続を本実施例のようにすることで、デジタル映像信号を用いて、時間階調方式によって駆動される発光装置においては、この保持用ＴＦＴ３００６を、リセット用ＴＦＴとして用いることが出来る。発光期間の終了後、保持用ＴＦＴ３００６がＯＮすることにより、駆動用ＴＦＴ３００７のゲート・ソース間電圧が０となってＯＦＦする。その結果、ＥＬ素子３０１０への電流経路が遮断される。また、保持容量３００９に蓄積されていた電荷も、保持容量３００９→保持用ＴＦＴ３００６→変換・駆動用ＴＦＴ３００８という経路をたどって放電される。以上の結果、発光期間が終了する。
なお、ここでは特に時間階調方式について詳細な説明は省略するが、特開２００１−５４２６号、特願２０００−８６９６８号等に記載されている方法によれば良い。
なお、図３０以外の構成でも同様の動作が可能である。要は、信号電流の入力時には図３９(Ａ)のような経路が確立し、発光時には図３９(Ｂ)のような経路が確立していれば良い。従って、スイッチ素子の位置等は前記経路に矛盾のないように配置すれば良い。
まず、実施形態２で示した画素について考える。信号電流の書き込み時には、スイッチング用ＴＦＴ２８５５および保持用ＴＦＴ２８５６がＯＮしているため、駆動用ＴＦＴ２８０７はゲート電極と第２の電極とが同電位となっている。つまりゲート・ソース間電圧が０となってＯＦＦしている。
しかし、製造プロセス不良等の原因によってＴＦＴのゲート・ソース間電圧が０であってもドレイン電流が流れてしまう場合(ノーマリーオン)がある。このような場合、駆動用ＴＦＴ２８０７は信号電流の書き込み時にもＯＮしてしまうことになる。
スイッチング用ＴＦＴ２８５５や保持用ＴＦＴ２８５６に関しては、仮にノーマリーオンとなった場合にも、ゲート信号線の電位を変更することによって正常動作は可能であるが、駆動用ＴＦＴ２８０７に関しては、そのゲート・ソース間電圧は保持用ＴＦＴ２８５６のＯＮ、ＯＦＦに依存する部分があり、信号線の電位を変更しても解決出来ない。よって、図３１(Ａ)に示すように、発光用ＴＦＴ３１１２を、電流供給線３１０５と駆動用ＴＦＴ３１０８との間に配置することによって、このような問題を解決しても良い。
なお、発光用ＴＦＴ３１１２は、駆動用ＴＦＴ３１０８と直列に接続し、駆動用ＴＦＴ３１０８から漏れてくる電流を遮断出来る場所であればどこに挿入しても良い。また、発光用ＴＦＴ３１１２は単なるスイッチ素子として用いられるため、その極性は問わない。
動作について、図３１(Ｂ)〜(Ｄ)に示す。信号電流の書き込み時には、発光用ＴＦＴ３１１２をＯＦＦするようにしておき、発光時にＯＮするようにする。それ以外の動作は実施形態に示したものと同様で良い。
また、前述のように、スイッチング用ＴＦＴ３１０６と保持用ＴＦＴ３１０７とは、同一のゲート信号線によって制御されるようにしても良い。このようにすることで、ゲート信号線の本数を減らし、開口率を高めることが出来る。
また、実施例７でも述べたように、スイッチング用ＴＦＴ３１０６や保持用ＴＦＴ３１０７の接続を変更しても良い。実施形態１や実施例４に対しても同様の変更が可能である。
実施形態２にて、図２８で示した構成の場合、信号電流の書き込み時においては、駆動用ＴＦＴ２８０７はゲート・ソース間電圧が０であるため、ＯＦＦしていた。その後、スイッチング用ＴＦＴ２８５５がＯＦＦすると、保持容量２８０９に蓄積されていた電荷の一部が、駆動用ＴＦＴ２８０７のゲート電極に移動することによって、駆動用ＴＦＴ２８０７がＯＮして発光する。
ここで、駆動用ＴＦＴ２８０７のゲート電極に寄生する容量を考慮した場合、信号電流の書き込み時には、駆動用ＴＦＴ２８０７のゲート電極には電荷が蓄積されず、発光時には駆動用ＴＦＴ２８０７のゲート電極に電荷が移動していることになる。その電荷の供給元は保持容量２８０９であるから、この電荷の移動により、本来保持容量２８０９にて保持されているべき電圧(ＶＧＳ)は、駆動用ＴＦＴ２８０７のゲート寄生容量分だけ小さくなる。
これを解決するためには、あらかじめ駆動用ＴＦＴ２８０７がＯＮしていれば良い。本実施例においては、そのような動作を行う場合の構成について示す。
図３２(Ａ)に構成を示す。図２８に示した構成に加えて、第３のゲート信号線３２０４、発光用ＴＦＴ３２１０、補正用ＴＦＴ３２１１が追加されている。第３のゲート信号線３２０４によって、発光用ＴＦＴ３２１０が制御され、補正用ＴＦＴ３２１１は、スイッチング用ＴＦＴ３２０６と同じく第１のゲート信号線３２０２によって制御される。発光用ＴＦＴ３２１０は、スイッチング用ＴＦＴ３２０６の第２の電極と、駆動用ＴＦＴ３２０８の第１の電極との間に配置され、補正用ＴＦＴ３２１１は、駆動用ＴＦＴ３２０８の第１の電極と、ＥＬ素子３２１３の一方の電極との間に配置されている。なお、ここで追加したＴＦＴは、単なるスイッチ素子として用いるので、その極性は問わない。
まず、信号電流の書き込み動作から説明する。第１のゲート信号線３２０２および第２のゲート信号線３２０３が選択され、スイッチング用ＴＦＴ３２０６、保持用ＴＦＴ３２０７、および補正用ＴＦＴ３２１１がＯＮし、ソース信号線３２０１より信号電流が入力される。
ここで、信号電流Ｉdataは、Ｉ1とＩ2とに分かれて流れる。書き込み開始直後は、保持容量３２１２にはまだ電荷の蓄積がないため、駆動用ＴＦＴ３２０８および変換・駆動用ＴＦＴ３２０９はいずれもＯＦＦしており、この時点ではＩ2＝０である。よって、Ｉdata＝Ｉ1となり、この期間は、保持容量への電荷の蓄積に伴う電荷の移動による電流が生ずるのみである。
その後、徐々に保持容量３２１２に電荷が蓄積され、両電極間に電位差が生じ始める。両電極間の電位差が変換・駆動用ＴＦＴ３２０９のしきい値に到達すると、変換・駆動用ＴＦＴ３２０９がＯＮして、Ｉ2が生ずる。先に述べたように、Ｉdata＝Ｉ1＋Ｉ2であるので、Ｉ1は次第に減少するが、保持容量３２１２への電荷の蓄積が完了するまでは０にはならず、依然電流が生じている。
一方、駆動用ＴＦＴ３２０８のゲート・ソース間電圧は、実施形態等においては信号電流の書き込み中は０となっていたが、本実施例の場合には発光用ＴＦＴ３２１０が配置され、これがＯＦＦしていることから、駆動用ＴＦＴ３２０８のゲート・ソース間には電位差が生じてＯＮする。かつ、補正用ＴＦＴ３２１１がＯＮしているため、図３２(Ｂ)に示すように、電流供給線３２０５→駆動用ＴＦＴ３２０８→補正用ＴＦＴ３２１１→ＥＬ素子３２１３という電流パスが生じ、電流Ｉ3が生ずる。なお、Ｉ3はＩdata、Ｉ1、Ｉ2には影響しない、独立した電流である。
保持容量３２１２においては、その両電極間の電位差、つまり変換・駆動用ＴＦＴ３２０９のゲート・ソース間電圧が所望の電圧、つまり変換・駆動用ＴＦＴ３２０９がＩdataを流すだけの電圧(ＶＧＳ)になるまで電荷が蓄積される。やがて電荷の蓄積が終了すると、電流Ｉ1は流れなくなり、かつ変換・駆動用ＴＦＴ３２０９はそのときのＶＧＳに見合った電流が流れ、Ｉdata＝Ｉ2となる(図３２(Ｂ))。次いで、第２のゲート信号線３２０３の選択が終了し、保持用ＴＦＴ３２０７がＯＦＦして、信号の書き込み動作が完了する。
続いて、発光動作に移る。第１のゲート信号線３２０２の選択が終了し、スイッチング用ＴＦＴ３２０６、補正用ＴＦＴ３２１１がＯＦＦする。一方、第３のゲート信号線３２０４が選択され、発光用ＴＦＴ３２１０がＯＮする。今、保持容量３２１２には、変換・駆動用ＴＦＴ３２０９のゲート・ソース間電圧が保持されており、かつ駆動用ＴＦＴ３２０８のゲート電極には、既に電荷が流入した状態となっているため、電流供給線→駆動用ＴＦＴ３２０８→発光用ＴＦＴ３２１０→変換・駆動用ＴＦＴ３２０９→ＥＬ素子という電流パスが生じ、発光電流ＩELが流れる。よってＥＬ素子３２１３が発光する。
このとき、駆動用ＴＦＴ３２０８のゲート電極と変換・駆動用ＴＦＴ３２０９のゲート電極とは接続されているため、この２つのＴＦＴはマルチゲート型ＴＦＴとして機能することになる。一般に、ＴＦＴにおいてはゲート長Ｌが大きくなると、ドレイン電流は小さくなる。この場合、信号電流の書き込み動作においては、信号電流は最終的に変換・駆動用ＴＦＴ３２０９のみを流れていたのに対し、発光時には、駆動用ＴＦＴ３２０８および変換・駆動用ＴＦＴ３２０９を流れている。よって、発光時の方がゲート電極の本数が多いことになり、結果としてゲート長Ｌが大きくなっていることから、電流の大きさはＩdata＞ＩELとなる。
本実施例によると、信号電流の書き込み時にも駆動用ＴＦＴ３２０８はＯＮしているため、そのゲート電極には電荷が流入しており、発光時に保持容量３２１２からの電荷の移動が生じないため、駆動用ＴＦＴ３２０８のゲート寄生容量が階調に影響を及ぼすことがない。
また、前述のように、スイッチング用ＴＦＴ３２０６と保持用ＴＦＴ３２０７とは、同一のゲート信号線によって制御されるようにしても良い。このようにすることで、ゲート信号線の本数を減らし、開口率を高めることが出来る。
また、実施例７でも述べたように、スイッチング用ＴＦＴ３２０６や保持用ＴＦＴ３２０７の接続を変更しても良い。実施形態１や実施例４に対しても同様の変更が可能である。
本実施例においては、変換・駆動用ＴＦＴおよび駆動用ＴＦＴにＰチャネル型ＴＦＴを用い、実施形態１とは異なる構成について説明する。なお、変換・駆動用ＴＦＴおよび駆動用ＴＦＴ以外のＴＦＴは、単なるスイッチ素子として用いるので、その極性は問わない。
図３３(Ａ)に構成を示す。図３３(Ａ)の画素は、ソース信号線３３０１、第１〜第３のゲート信号線３３０２〜３３０４、電流供給線３３０５、スイッチング用ＴＦＴ３３０６、保持用ＴＦＴ３３０７、駆動用ＴＦＴ３３０８、変換・駆動用ＴＦＴ３３０９、発光用ＴＦＴ３３１０、制御用ＴＦＴ３３１１、保持容量３３１２、ＥＬ素子３３１３とを有する。
スイッチング用ＴＦＴ３３０６のゲート電極は、第１のゲート信号線３３０２に接続され、第１の電極は、ソース信号線３３０１に接続され、第２の電極は、変換・駆動用ＴＦＴ３３０９の第１の電極と、発光用ＴＦＴ３３１０の第１の電極とに接続されている。変換・駆動用ＴＦＴ３３０９の第２の電極は、駆動用ＴＦＴ３３０８の第１の電極に接続され、変換・駆動用ＴＦＴ３３０９および駆動用ＴＦＴ３３０８のゲート電極は互いに接続されている。駆動用ＴＦＴ３３０８の第２の電極は、ＥＬ素子３３１３の一方の電極に接続されている。保持用ＴＦＴ３３０７のゲート電極は、第２のゲート信号線３３０３に接続され、第１の電極は、変換・駆動用ＴＦＴ３３０９のゲート電極と、駆動用ＴＦＴ３３０８のゲート電極とに接続され、第２の電極は、変換・駆動用ＴＦＴ３３０９の第２の電極と、駆動用ＴＦＴ３３０８の第１の電極とに接続されている。発光用ＴＦＴ３３１０のゲート電極は、第３のゲート信号線３３０４に接続され、第２の電極は電流供給線３３０５に接続されている。制御用ＴＦＴ３３１１のゲート電極は、第１のゲート信号線３３０２に接続され、第１の電極は、変換・駆動用ＴＦＴ３３０９の第２の電極と、駆動用ＴＦＴ３３０８の第１の電極と、保持用ＴＦＴ３３０７の第２の電極に接続されている。電流供給線３３０５およびＥＬ素子３３１３の第２の電極には、それぞれ所定の電位が入力され、互いに電位差を有する。また、制御用ＴＦＴ３３１１の第２の電極には、ある一定電位が入力されている。この電位は、ソース信号線３３０１の電位よりも常に低くなっていれば良く、特に限定はしない。また、保持用ＴＦＴ３３０７の第２の電極は、駆動用ＴＦＴ３３０８の第１の電極および変換・駆動用ＴＦＴ３３０９の第２の電極に接続されているが、制御用ＴＦＴ３３１１の第２の電極、つまりある一定電位に接続していても良い。
図３３(Ｂ)〜(Ｄ)を用いて、信号電流の書き込みから発光までの動作について説明する。まず、第１および第２のゲート信号線が選択され、スイッチング用ＴＦＴ３３０６、制御用ＴＦＴ３３１１、および保持用ＴＦＴ３３０７がＯＮし、ソース信号線３３０１より信号電流が入力される(図３３(Ｂ))。
ここで、映像信号電流Ｉdataは、Ｉ1とＩ2とに分かれて流れる。書き込み開始直後は、保持容量３３１２にはまだ電荷の蓄積がないため、駆動用ＴＦＴ３３０８および変換・駆動用ＴＦＴ３３０９はいずれもＯＦＦしており、この時点ではＩ2＝０である。駆動用ＴＦＴ３３０８は、保持用ＴＦＴ３３０７がＯＮしているため、ゲート・ソース間電圧が０となり、自らＯＦＦしている。よって、Ｉdata＝Ｉ1となり、この期間は、保持容量への電荷の蓄積に伴う電荷の移動による電流が生ずるのみである。
その後、徐々に保持容量３３１２に電荷が蓄積され、両電極間に電位差が生じ始める。両電極間の電位差が変換・駆動用ＴＦＴ３３０９のしきい値に到達すると、変換・駆動用ＴＦＴ３３０９がＯＮして、Ｉ2が生ずる。先に述べたように、Ｉdata＝Ｉ1＋Ｉ2であるので、Ｉ1は次第に減少するが、保持容量３３１２への電荷の蓄積が完了するまでは０にはならず、依然電流が生じている。
また、駆動用ＴＦＴ３３０８は、保持用ＴＦＴ３３０７がＯＮしていることによってゲート・ソース間電圧が０となっているため、ＯＦＦしている。よって信号電流Ｉdataは、制御用ＴＦＴ３３１１を通って流れ、ＥＬ素子３３１３には流れ込まない。
保持容量３３１２においては、その両電極間の電位差、つまり変換・駆動用ＴＦＴ３３０９のゲート・ソース間電圧が所望の電圧、つまり変換・駆動用ＴＦＴ３３０９がＩdataを流すだけの電圧(ＶＧＳ)になるまで電荷が蓄積される。やがて電荷の蓄積が終了すると、電流Ｉ1は流れなくなり、かつ変換・駆動用ＴＦＴ３３０９はそのときのＶＧＳに見合った電流が流れ、Ｉdata＝Ｉ2となる(図３３(Ｃ))。次いで、第２のゲート信号線３３０３の選択が終了し、保持用ＴＦＴ３３０７がＯＦＦする。その後、第１のゲート信号線３３０２の選択が終了し、スイッチング用ＴＦＴ３３０６および制御用ＴＦＴ３３１１がＯＦＦして、信号の書き込み動作が完了する。
続いて、発光動作に移る。信号電流の書き込み動作が終了すると、ソース信号線３３０１→スイッチング用ＴＦＴ３３０６→変換・駆動用ＴＦＴ３３０９→制御用ＴＦＴ３３１１→電源の電流パスが遮断されるため、今まで変換・駆動用ＴＦＴ３３０９にＩdataを流すために保持容量３３１２に蓄積されていた電荷の一部が、駆動用ＴＦＴ３３０８のゲート電極へと移動する。これによって、駆動用ＴＦＴ３３０８が自動的にＯＮする。続いて、第３のゲート信号線が選択されて発光用ＴＦＴ３３１０がＯＮすると、図３３(Ｄ)に示すように、電流供給線３３０５→発光用ＴＦＴ３３１０→変換・駆動用ＴＦＴ３３０９→駆動用ＴＦＴ３３０８→ＥＬ素子３３１３という電流パスが生じ、発光電流ＩELが流れる。よってＥＬ素子３３１３が発光する。
このとき、駆動用ＴＦＴ３３０８のゲート電極と変換・駆動用ＴＦＴ３３０９のゲート電極とは接続されているため、この２つのＴＦＴはマルチゲート型ＴＦＴとして機能することになる。一般に、ＴＦＴにおいてはゲート長Ｌが大きくなると、ドレイン電流は小さくなる。この場合、信号電流の書き込み動作においては、信号電流は最終的に変換・駆動用ＴＦＴ３３０９のみを流れていたのに対し、発光時には、駆動用ＴＦＴ３３０８および変換・駆動用ＴＦＴ３３０９を流れている。よって、発光時の方がゲート電極の本数が多いことになり、結果としてゲート長Ｌが大きくなっていることから、電流の大きさはＩdata＞ＩELとなる。
なお、信号電流の入力時には図３９(Ａ)のような経路が確立し、発光時には図３９(Ｂ)のような経路が確立していれば良い。従って、スイッチ素子の位置等は前記経路に矛盾のないように配置すれば良い。
本実施例によると、信号電流の書き込み時には、信号電流ＩdataはＥＬ素子３３１３に流れ込まない。よって、ＥＬ素子３３１３が負荷として影響することがないため、信号電流の書き込みをより高速にすることが出来る。
また、前述のように、スイッチング用ＴＦＴ３３０６と保持用ＴＦＴ３３０７とは、同一のゲート信号線によって制御されるようにしても良い。このようにすることで、ゲート信号線の本数を減らし、開口率を高めることが出来る。
また、実施形態や他の実施例における構成においても、本実施例を適用して、変換・駆動用ＴＦＴおよび駆動用ＴＦＴをＰチャネル型として構成することが出来る。
また、同様に図２８に示した構成において、変換・駆動用ＴＦＴおよび駆動用ＴＦＴをＰチャネル型として構成することも可能である。その場合の一構成例を図３７(Ａ)に示す。変換・駆動用ＴＦＴおよび駆動用ＴＦＴを除く、スイッチ素子として用いるＴＦＴの位置は、信号電流入力時に図３７(Ｂ)のような経路が確立し、発光時には図３７(Ｃ)のような経路が確立するように配置されていれば良い。
なお、本実施例では、信号電流ＩDataはＥＬ素子に流れ込まない。もし、信号電流ＩDataがＥＬ素子に流れ込むと、ＥＬ素子が定常状態となるまでの時間が、保持容量への電荷の書き込み時間、つまり本来の電流設定の時間に加わることになり、結果として信号書き込み期間が長く必要になってしまう。そこで、これまでの実施例で挙げてきた回路において、信号電流ＩDataがＥＬ素子に流れる構成をとっているもの、例えば図２８、図３０等においても、信号の書き込み時間を短くしたい場合には、図４０のようにすれば良い。
図４０(Ａ)は、図２８の回路に上記の手段を適用した例である。ＥＬ素子の共通電極と接続されていない方の端子と、ある電位を持ったノード(電源線等が望ましい)を、ＴＦＴを介して接続する。信号電流の書き込み時にＴＦＴはＯＮし、発光時にはＯＦＦする。信号電流書き込み時と発光時のそれぞれにおける電流経路は、図４０(Ｂ)(Ｃ)に示すとおりである。
信号電流書き込み時にＴＦＴをＯＮすると、点Ａの電位はすばやく点Ｂの電位に固定される。そのため、すばやく定常状態とすることが出来、信号電流書き込みが短い時間で完了出来る。
点Ｂの電位は任意であるが、表示に影響を与えないようにするには、ＥＬ素子が発光しないような電位とすることが望ましい。また、点Ｃの電位、つまりＥＬ素子の一方の電極(図４０の場合は陰極)よりも低くしておけば、信号電流の書き込み時には、ＥＬ素子に逆バイアスを印加することも可能である。
ＴＦＴを用いて回路を構成する場合の１つの問題として、素子間の特性ばらつきがある。通常、近接配置された素子においては、その特性ばらつきは比較的小さく出来るが、画素部の素子特性のばらつきを考えた場合、例えば、隣接した画素間での特性ばらつきが生じていると、そのばらつきがわずかであっても、表示ムラとして認識されてしまう。
そこで、このような隣接間ばらつきによる表示ムラを改善する方法として、使用するＴＦＴをある期間ごとに切り替えて使用するようにする。このようにすると、ＴＦＴの特性ばらつきが時間的に平均化され、表示ムラを認識されにくくすることが出来る。ここで、切り替えの対象となるＴＦＴは、表示ムラに影響を与える可能性のあるものとする。つまり、単なるスイッチ素子として用いるＴＦＴは、特に切り替えを行う必要はない。
例として、図２４に示すような構成を提案する。図２４(Ａ)は、図１(Ａ)に示した構成に対して適用した例である。図１(Ａ)の回路では、変換・駆動用ＴＦＴ１０８と、駆動用ＴＦＴ１０７の特性に違いがあると、表示ムラが生ずる可能性がある。そこで、駆動用ＴＦＴ１０７を、図２４(Ａ)で２４０７で示すように複数個(図では例として３個)並列に配置し、そのそれぞれに電流が流れるようにしている。さらにスイッチ素子２４１３によって、各経路の導通、遮断の制御を行うようにしている。ただし、スイッチ素子２４１３は、並列接続したＴＦＴの電流経路を選択、制御出来る部位であるならば図２４の位置には限定しない。
駆動方法の基本的な部分は図１に示したものと同様であるが、発光時には、スイッチ素子２４１３のうち少なくとも１つがＯＮし、その経路を通って発光素子２４１０に電流が供給される。
なお、スイッチ素子２４１３のうち複数を同時にＯＮし、複数の経路を通って発光素子２４１０に電流が供給されても良い。
例えば、１フレーム期間、あるいは１サブフレーム期間ごとにスイッチ素子２４１３によって電流経路を変える。このようにすることで、ＴＦＴに隣接間ばらつきがあったとしても、それぞれ異なるばらつきを持ったＴＦＴを経時的に切り替えて用いているため、表示ムラが時間的に平均化される。これにより、表示ムラが認識されにくくなるという効果が得られる。
図２４(Ｂ)は、駆動用ＴＦＴ２４０７は１つのみであるが、変換・駆動用ＴＦＴ２４０８が複数個(図では例として３個)並列に配置され、スイッチ素子２４１３によって電流の経路の切り替えを行うようにしたものである。図２４(Ａ)と回路構成は異なっているが、時間的に異なる電流経路を切り替えて用いることによって、表示ムラを平均化出来るという効果は同様である。ここでは、電流書込み時には、スイッチ素子２４１３を全て導通し、発光時には少なくとも１つを導通する。
なお、電流書込み時に、スイッチ素子２４１３のうち一部のみを導通するようにしても良いが、全て導通することによって書込み時の電流経路が増え、より短い期間での書込み動作が可能となるため、より望ましい。
なお発光時には、スイッチ素子２４１３のうち複数を同時にＯＮし、複数の経路を通って発光素子２４１０に電流が供給されても良い。
電流経路を切り替えるためのスイッチ素子２４１３は、電流選択用ゲート信号線２４１２に入力されるパルスのタイミングによって制御される。このパルスは、例えば図２５に示すように、書込用ゲート信号線駆動回路によって生成されるゲート信号線選択パルスをラッチ回路２５０１等で保持しておき、外部から電流選択用信号線２５０２にタイミングパルスを入力して、所望のタイミングでいずれかのスイッチ素子が導通するようにすれば良い。あるいは全画素におけるスイッチ素子２４１３が一斉に切り替わるような動作であっても良い。
また、ここで設けられたスイッチ素子２４１３は、発光素子に供給される電流の値を制御するものではなく、あくまで複数の電流経路のうち１つを選択するためのスイッチとしてのみの機能を有するものであり、その極性は問わない。
なお、ここで提案した構成は、他の構成の画素においても容易に適用が可能である。図２６(Ａ)に示した構成は、図５に示した構成に本実施例で提案した構成を適用したものであり、スイッチ素子２６０６によって、電流経路が選択され、複数個(図では例として３個)並列に配置された駆動用ＴＦＴ２６０５のうち少なくとも１つを経由して発光素子２６０８に電流が供給される。
図２６(Ｂ)は、図６に示した構成に本実施例で提案した構成を適用したものであり、ＴＦＴ６０８を複数個(図では例として３個)並列に配置した変換用ＴＦＴ２６１７とスイッチ素子２６１８とを有する。スイッチ素子２６１８によって電流経路が選択され、変換用ＴＦＴ２６１７のいずれか１つを経由して発光素子２６２１に電流が供給される。
なお、電流書込み時には、スイッチ素子２６１８をより多く導通し、発光時にはより少なく導通することにより、書込み動作のための映像信号電流をより大きく出来る。よって、より短い期間で書込み動作が行える。
図２７(Ａ)は、図１７に示した構成に本実施例で提案した構成を適用したものであり、ＴＦＴ１７０９を複数個(図では例として３個)並列に配置した変換用ＴＦＴ２７０８とスイッチ素子２７０９とを有する。スイッチ素子２７０９によって電流経路が選択され、変換用ＴＦＴ２７０８の少なくとも１つを経由して発光素子２７１２に電流が供給される。
なお、電流書込み時には、スイッチ素子２７０９をより多く導通し、発光時にはより少なく導通することにより、書込み動作のための映像信号電流をより大きく出来る。よって、より短い期間で書込み動作が行える。
図２７(Ｂ)は、図１９に示した構成に本実施例で提案した構成を適用したものであり、ＴＦＴ１９０８を複数個(図では例として３個)並列に配置した変換用ＴＦＴ２７２８とスイッチ素子２７２９とを有する。スイッチ素子２７２９によって電流経路が選択され、変換用ＴＦＴ２７２８のいずれか１つを経由して発光素子２７３１に電流が供給される。
なお、図２７(Ｂ)では、駆動用ＴＦＴの方に対して切り替えを適用したが、変換・駆動用ＴＦＴの方に適用しても良い。
図３５は、図３０に示した構成に本実施例で提案した構成を適用したものであり、ＴＦＴ３００７を複数個(図では例として３個)並列に配置した駆動用ＴＦＴ３５０８と第３のスイッチ素子３５０９とを有する。第３のスイッチ素子３５０９によって電流経路が選択され、駆動用ＴＦＴ３５０８のいずれか１つを経由して発光素子３５１１に電流が供給される。
本実施例では、数例の構成の画素においてのみ例示してきたが、並列配置したＴＦＴを時間的に切り替えて用いることによって、特性ばらつきを平均化するといった手法は、他の回路にも容易に適用が可能である。
本発明において、三重項励起子からの燐光を発光に利用できる有機発光材料を用いることで、外部発光量子効率を飛躍的に向上させることができる。これにより、発光素子の低消費電力化、長寿命化、および軽量化が可能になる。
ここで、三重項励起子を利用し、外部発光量子効率を向上させた報告を示す。
(T.Tsutsui, C.Adachi, S.Saito, Photochemical Processes in Organized Molecular Systems, ed.K.Honda, (Elsevier Sci.Pub., Tokyo,1991) p.437.)
(T.Tsutsui, C.Adachi, S.Saito, Photochemical Processes in Organized Molecular Systems, ed.K.Honda, (Elsevier Sci.Pub., Tokyo,1991) p.437.)
上記の論文により報告された有機発光材料(クマリン色素)の分子式を以下に示す。
(M.A.Baldo, D.F.O’Brien, Y.You, A.Shoustikov, S.Sibley, M.E.Thompson, S.R.Forrest, Nature 395 (1998) p.151.)
上記の論文により報告された有機発光材料(Ｐｔ錯体)の分子式を以下に示す。
(M.A.Baldo, S.Lamansky, P.E.Burrrows, M.E.Thompson, S.R.Forrest, 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.)
上記の論文により報告された有機発光材料(Ｉｒ錯体)の分子式を以下に示す。
以上のように三重項励起子からの燐光発光を利用できれば原理的には一重項励起子からの蛍光発光を用いる場合より３〜４倍の高い外部発光量子効率の実現が可能となる。
発光素子を用いた半導体装置は自発光型であるため、液晶ディスプレイに比べ、明るい場所での視認性に優れ、視野角が広い。従って、様々な電子機器の表示部に用いることができる。
本発明の半導体装置を用いた電子機器として、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ(ヘッドマウントディスプレイ)、ナビゲーションシステム、音響再生装置(カーオーディオ、オーディオコンポ等)、ノート型パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等)、記録媒体を備えた画像再生装置(具体的にはDigital Versatile Disc(ＤＶＤ)等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを備えた装置)などが挙げられる。特に、斜め方向から画面を見る機会が多い携帯情報端末は、視野角の広さが重要視されるため、自発光型の半導体装置を用いることが望ましい。それら電子機器の具体例を図１６に示す。
図１６(Ａ)は発光素子表示装置であり、筐体３００１、支持台３００２、表示部３００３、スピーカー部３００４、ビデオ入力端子３００５等を含む。本発明の半導体装置は表示部３００３に用いることができる。半導体装置は自発光型であるためバックライトが必要なく、液晶ディスプレイよりも薄い表示部とすることができる。なお、発光素子表示装置は、パソコン用、ＴＶ放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用表示装置が含まれる。
図１６(Ｂ)はデジタルスチルカメラであり、本体３１０１、表示部３１０２、受像部３１０３、操作キー３１０４、外部接続ポート３１０５、シャッター３１０６等を含む。本発明の半導体装置は表示部３１０２に用いることができる。
図１６(Ｃ)はノート型パーソナルコンピュータであり、本体３２０１、筐体３２０２、表示部３２０３、キーボード３２０４、外部接続ポート３２０５、ポインティングマウス３２０６等を含む。本発明の半導体装置は表示部３２０３に用いることができる。
図１６(Ｄ)はモバイルコンピュータであり、本体３３０１、表示部３３０２、スイッチ３３０３、操作キー３３０４、赤外線ポート３３０５等を含む。本発明の半導体装置は表示部３３０２に用いることができる。
図１６(Ｅ)は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置(具体的にはＤＶＤ再生装置)であり、本体３４０１、筐体３４０２、表示部Ａ３４０３、表示部Ｂ３４０４、記録媒体(ＤＶＤ等)読込部３４０５、操作キー３４０６、スピーカー部３４０７等を含む。表示部Ａ３４０３は主として画像情報を表示し、表示部Ｂ３４０４は主として文字情報を表示するが、本発明の半導体装置はこれら表示部Ａ、Ｂ３４０３、３４０４に用いることができる。なお、記録媒体を備えた画像再生装置には家庭用ゲーム機器なども含まれる。
図１６(Ｆ)はゴーグル型ディスプレイ(ヘッドマウントディスプレイ)であり、本体３５０１、表示部３５０２、アーム部３５０３を含む。本発明の半導体装置は表示部３５０２に用いることができる。
図１６(Ｇ)はビデオカメラであり、本体３６０１、表示部３６０２、筐体３６０３、外部接続ポート３６０４、リモコン受信部３６０５、受像部３６０６、バッテリー３６０７、音声入力部３６０８、操作キー３６０９、接眼部３６１０等を含む。本発明の半導体装置は表示部３６０２に用いることができる。
図１６(Ｈ)は携帯電話であり、本体３７０１、筐体３７０２、表示部３７０３、音声入力部３７０４、音声出力部３７０５、操作キー３７０６、外部接続ポート３７０７、アンテナ３７０８等を含む。本発明の半導体装置は表示部３７０３に用いることができる。なお、表示部３７０３は黒色の背景に白色の文字を表示することで携帯電話の消費電流を抑えることができる。
なお、将来的に有機発光材料の発光輝度が高くなれば、出力した画像情報を含む光をレンズ等で拡大投影してフロント型若しくはリア型のプロジェクターに用いることも可能となる。
また、上記電子機器はインターネットやＣＡＴＶ(ケーブルテレビ)などの電子通信回線を通じて配信された情報を表示することが多くなり、特に動画情報を表示する機会が増してきている。有機発光材料の応答速度は非常に高いため、自発光型の半導体装置は動画表示に好ましい。
また、自発光型の半導体装置は発光している部分が電力を消費するため、発光部分が極力少なくなるように情報を表示することが望ましい。従って、携帯情報端末、特に携帯電話や音響再生装置のような文字情報を主とする表示部に半導体装置を用いる場合には、非発光部分を背景として文字情報を発光部分で形成するように駆動することが望ましい。
以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に用いることが可能である。また、本実施例の電子機器は実施例１〜１２に示したいずれの構成の半導体装置を用いても良い。
Claims (15)
- 第１手段、第２手段、および第３手段を有し、
前記第１手段は、前記第１手段への第１電流の入力を制御する第１機能と、前記第１手段に入力される前記第１電流を電圧に変換する第２機能とを有し、
前記第２手段は、前記第１手段において変換された前記電圧を保持する機能を有し、
前記第１手段は、前記第２手段における前記電圧の保持を制御する第３機能と、前記第３手段によって供給される電流を遮断することを制御する第４機能とを有し、
前記第１手段が有する前記第１機能、前記第２機能、前記第３機能、および前記第４機能は、前記第１手段に入力される信号によって制御され、
前記第３手段は、電源より前記第１手段を介して負荷に第２電流を供給する機能を有し、
前記第１手段は、前記電源より前記第３手段を介して前記負荷に前記第２電流を供給する機能を有し、
前記第２手段において保持された前記電圧は、前記第１手段および前記第３手段に入力され、
前記第１手段および前記第３手段に入力された前記電圧によって、前記電源より前記第１手段と前記第３手段とを介して前記負荷に供給される前記第２電流の大きさが制御されることを特徴とする半導体装置。 - 請求項１において、
前記第１手段は、第１スイッチと第２スイッチとを有することを特徴とする半導体装置。 - 請求項２において、
前記第１スイッチがオンすることにより、前記第１手段が有する前記第１機能が制御されることを特徴とする半導体装置。 - 請求項２において、
前記第１スイッチおよび前記第２スイッチがオンすることにより、前記第１手段が有する前記第１機能が制御されることを特徴とする半導体装置。 - 請求項２乃至請求項４のいずれか一において、
前記第２スイッチがオフすることにより、前記電圧が前記第２手段において保持されることを特徴とする半導体装置。 - 請求項２乃至請求項４のいずれか一において、
前記第１スイッチおよび前記第２スイッチがオフすることにより、前記電圧が前記第２手段において保持されることを特徴とする半導体装置。 - 請求項２乃至請求項６のいずれか一において、
前記第１スイッチおよび前記第２スイッチがオンすることにより、前記第１手段が有する前記第２機能が制御されることを特徴とする半導体装置。 - 請求項２乃至請求項７のいずれか一において、
前記第２スイッチがオンすることにより、前記第１手段が有する前記第４機能が制御されることを特徴とする半導体装置。 - 請求項２乃至請求項７のいずれか一において、
前記第１スイッチおよび前記第２スイッチがオンすることにより、前記第１手段が有する前記第４機能が制御されることを特徴とする半導体装置。 - 請求項１乃至請求項９のいずれか一において、
前記第２手段は、電流供給手段を有することを特徴とする半導体装置。 - 請求項１乃至請求項１０のいずれか一において、
前記第２スイッチがオンすることにより、前記電流供給手段がオフすることを特徴とする半導体装置。 - 請求項１乃至請求項１１のいずれか一において、
前記第１スイッチおよび前記第２スイッチがオンすることにより、前記電流供給手段がオフすることを特徴とする半導体装置。 - 請求項１乃至請求項１２のいずれか一において、
前記電流供給手段がオフすることにより、前記第１手段が有する前記第４機能が制御されることを特徴とする半導体装置。 - 請求項１乃至請求項１３のいずれか一において、
前記第１電流の大きさは、前記第２電流の大きさよりも大きいことを特徴とする半導体装置。 - 請求項１乃至請求項１４のいずれか一において、
前記負荷は、エレクトロルミネッセンス素子を有することを特徴とする半導体装置。
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