JP2009224595A - 有機電界発光表示装置及びその製造方法 - Google Patents

有機電界発光表示装置及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】各発光セル内に駆動用のトランジスタを配置した場合に各発光セルの開口率の低下を防止して、低消費電力で明るい表示が可能な有機電界発光表示デバイスを提供する。
【解決手段】多数の発光セルのそれぞれについて、有機電界発光部に対する通電を制御する第１のトランジスタ２０Ａと、前記第１のトランジスタの入力に与える信号をスイッチングする第２のトランジスタ２０Ｂとを設けると共に、非晶質酸化物ＴＦＴにより各トランジスタを形成し、（第１のトランジスタの出力電流）＜（第２のトランジスタの出力電流）の条件を満たすように、移動度μを作り分けて第１のトランジスタ及び第２のトランジスタを形成した。
【選択図】図４

Description

本発明は、それぞれが有機電界発光部を有する多数の発光セルが基板上に配設された有機電界発光表示装置に関する。
様々な表示装置に利用可能な有機電界発光（有機ＥＬ）表示装置については、一般的に半導体製造プロセスと同様のプロセスを用いて、半導体等の基板上にそれぞれが有機電界発光部を有する多数の発光セルを形成することにより作られる。それぞれの発光セルは表示される画像等を構成する画素の１つを表示するために利用される。
有機ＥＬは、注入型エレクトロルミネッセンスと言う、電子−正孔対の再結合で発光する現象を利用しており、発光原理がＬＥＤ（light-emitting diode）に近いことからＯＬＥＤ（Organic light-emitting diode)とも呼ばれている。
また、二次元配置された多数の発光セルのそれぞれの点灯／消灯を確実に制御するために、セル毎に独立したＴＦＴ（Thin Film Transistor）などのアクティブ駆動素子を設けたアクティブマトリックス駆動方式が一般的に用いられる。
有機ＥＬ表示装置の場合には、例えば特許文献１の図８に示されているような構成の回路がセル毎に形成される。すなわち、有機ＥＬ素子（７０）の通電を制御するためにこの素子と直列に接続された駆動用トランジスタ（８０）を設け、この駆動用トランジスタの入力には信号を保持するためのキャパシタと、信号をスイッチングするための選択用トランジスタ（１０）とが接続される。
つまり、当該セルで表示すべき信号が現れるタイミングで選択用トランジスタを一時的にオンにして必要な信号をキャパシタに保持する。これにより、当該セルの駆動用トランジスタが、入力された信号に応じた電流を有機ＥＬ素子に流すので、この有機ＥＬ素子の発光光量が電流により制御される。
ところで、多数の発光セルを並べて構成された有機ＥＬ表示装置においては、各セルの開口率を高めることが重要である。すなわち、各セルの面積が小さくなる傾向にあるので、セルの面積に対して発光する領域の面積の割合をなるべく大きくしないと、十分な光量が得られず鮮明な表示ができない。実際には、各セルを駆動する回路のトランジスタ等が大きくなると、このトランジスタ等によって光が遮られるためセルの開口率が下がり発光光量が小さくなる。
そこで、例えば特許文献１に開示された従来技術においては、駆動用トランジスタの短チャネル化を可能にするために、駆動用トランジスタのキャリア移動度を選択用トランジスタのキャリア移動度に比べて小さくしている。具体的には、トランジスタの活性層（チャネルを形成する領域）としてシリコン系半導体を用い、その結晶粒径差によりキャリア移動度の変化を得ている。
なお、特許文献２には、非晶質酸化物半導体をトランジスタの活性層に用いて構成した発光装置が開示されている。
特開２００５−３００７８６号公報 特開２００６−１８６３１９号公報
しかしながら、特許文献１のようにポリシリコンを用いてトランジスタ（ＴＦＴ）を構成すると、移動度が１００〜２００程度と大きいため、駆動用トランジスタのチャネル長（Ｌ）を大きくして電流量を制限しなければならない。このチャネル長が大きくなると、セル内の面積に占めるトランジスタの領域の割合が大きくなるため開口率が低下してしまう。従って、高精細の表示装置を実現するための有機ＥＬ表示装置を実現しようとする場合には、各セルにトランジスタを配置できない場合もある。
また、ポリシリコンを用いてトランジスタ（ＴＦＴ）を構成する場合には、レーザーアニール処理により移動度を調整することは可能であるが、全ての発光セルで一括してアニール処理を行うことが難しいため、各トランジスタの移動度やしきい値電圧の特性のばらつきが大きくなり、表示むらが発生しやすい。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、各発光セルの開口率の低下を防止すると共に、各発光セルの特性ばらつきを抑えて、低消費電力で明るい高画質表示が可能な有機電界発光表示装置を提供することを目的とする。
本発明の有機電界発光表示装置は、それぞれが有機電界発光部を有する多数の発光セルが基板上に配設された有機電界発光表示装置であって、前記発光セルのそれぞれについて、前記有機電界発光部に対する通電を制御する第１のトランジスタと、前記第１のトランジスタの入力に与える信号をスイッチングする第２のトランジスタとが設けられ、前記第１のトランジスタ及び第２のトランジスタの各々の活性層が非晶質酸化物半導体により形成され、前記第１のトランジスタと前記第２のトランジスタとをそれぞれ同一条件で駆動したとき、（第１のトランジスタの出力電流量）＜（第２のトランジスタの出力電流量）の条件を満たすように、前記第１のトランジスタ及び第２のトランジスタが形成されている。
本発明の有機電界発光表示装置は、（前記第１のトランジスタの移動度）＜（前記第２のトランジスタの移動度）となっている。
本発明の有機電界発光表示装置は、（前記第１のトランジスタの活性層の電子キャリア濃度）＜（前記第２のトランジスタの活性層の電子キャリア濃度）となっている。
本発明の有機電界発光表示装置は、（前記第１のトランジスタのゲート絶縁膜厚）＞（前記第２のトランジスタのゲート絶縁膜厚）となっている。
本発明の有機電界発光表示装置は、（前記第１のトランジスタのゲート絶縁膜の誘電率）＜（前記第２のトランジスタのゲート絶縁膜の誘電率）となっている。
本発明の有機電界発光表示装置は、前記非晶質酸化物半導体が、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系又はＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体である。
本発明の有機電界発光表示装置の製造方法は、それぞれが有機電界発光部を有する多数の発光セルが基板上に配設され、前記発光セルのそれぞれについて、前記有機電界発光部に対する通電を制御する第１のトランジスタと、前記第１のトランジスタの入力に与える信号をスイッチングする第２のトランジスタとが設けられた有機電界発光表示装置の製造方法であって、基板上に、前記第１のトランジスタの活性層と前記第２のトランジスタの活性層とを非晶質酸化物半導体により形成する第１のステップと、前記第１のトランジスタの活性層のみを遮光用のマスクで覆った後、前記第２のトランジスタの活性層に紫外線又はプラズマを照射して、前記第２のトランジスタの活性層の電子キャリア濃度を、前記第１のトランジスタの活性層の電子キャリア濃度よりも高くする第２のステップとを含む。
本発明の有機電界発光表示装置の製造方法は、それぞれが有機電界発光部を有する多数の発光セルが基板上に配設され、前記発光セルのそれぞれについて、前記有機電界発光部に対する通電を制御する第１のトランジスタと、前記第１のトランジスタの入力に与える信号をスイッチングする第２のトランジスタとが設けられた有機電界発光表示装置の製造方法であって、基板上に、前記第１のトランジスタの活性層と前記第２のトランジスタの活性層とを非晶質酸化物半導体により形成する第１のステップと、前記第１のトランジスタの活性層のみを遮光用のマスクで覆った後、前記第２のトランジスタの活性層に紫外線又はプラズマを照射する第２のステップと、前記第２のトランジスタの活性層のみを遮光用のマスクで覆った後、前記第１のトランジスタの活性層に紫外線又はプラズマを照射する第３のステップとを含み、（前記第１のトランジスタの活性層への前記紫外線又はプラズマの照射量）＜（前記第２のトランジスタの活性層への前記紫外線又はプラズマの照射量）として、前記第２のトランジスタの活性層の電子キャリア濃度を、前記第１のトランジスタの活性層の電子キャリア濃度よりも高くする。
本発明の有機電界発光表示装置によれば、各発光セルの開口率の低下を防止して、低消費電力で明るい表示が可能になる。また、発光セル間の特性のばらつきを減らすことが可能であり、表示むらの抑制も可能になる。
本発明の有機電界発光表示装置及びその製造方法に関する具体的な実施の形態について、図１〜図８を参照しながら以下に説明する。
図１は実施の形態の有機電界発光表示装置に含まれる多数の発光セルの１つに関する基本的な回路構成を示す電気回路図である。図２は図１に示す回路に印加される信号の例を示すタイムチャートである。図３は図１に示す回路に含まれているトランジスタの電流−電圧特性を表すグラフである。図４〜６は実施の形態の有機電界発光表示装置に含まれる多数の発光セルの１つに関する３種類の回路構成を示す電気回路図である。図７は図４（ｂ）に示す回路に含まれている特性の異なる２つのトランジスタを１つの基板上に作るための製造過程の具体例（１）を表す縦断面図である。図８は図４（ｂ）に示す回路に含まれている特性の異なる２つのトランジスタを１つの基板上に作るための製造過程の具体例（２）を表す縦断面図である。
本実施の形態では、一般的な表示装置の表示パネルと同様に、同じ構造を有する多数の発光セルを横方向及び縦方向に一定の間隔で二次元に並べて配置した有機電界発光表示装置に本発明を適用する場合を想定している。また、二次元配置された多数の発光セルのそれぞれの点灯／消灯及び発光量を確実に制御するために、セル毎に独立したアクティブ駆動素子を設けたアクティブマトリックス駆動方式を採用する場合を想定している。
すなわち、有機電界発光表示装置を構成する多数の発光セルのそれぞれは、図１に示すような回路構成となっている。半導体製造プロセスと同様の製造工程を用いて１つの基板上に図２に示す構成の発光セルを多数並べて配置することにより、１つの有機電界発光表示装置が構成される。この有機電界発光表示装置により画像を表示する場合には、画像を構成する各画素が、通常はそれぞれ１つの発光セルの発光により表示される。また、カラー画像を表示する場合には、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の各色に対応する３つの発光セルが１画素の表示のために用いられる。
図１を参照すると、この発光セルは、有機電界発光部として機能する有機ＥＬ素子（ＯＬＥＤ）１０、駆動用トランジスタ２０、キャパシタ３０、及びスイッチング用トランジスタ４０を備えている。有機ＥＬ素子１０は発光ダイオードと同様に陽極と陰極とを有しており、有機ＥＬ素子１０の陽極は電源ライン（直流電圧Ｖｄｄが印加される）５１と接続され、有機ＥＬ素子１０の陰極は駆動用トランジスタ２０を介してアースライン５２と接続されている。つまり、有機ＥＬ素子１０に流す電流Ｉｄｓが駆動用トランジスタ２０によって制御される。
駆動用トランジスタ２０の入力電圧（Ｖｇｓ：ゲート−ソース電圧）を保持するために、駆動用トランジスタ２０のゲート電極とアースラインとの間にキャパシタ３０が接続されている。
各発光セルの有機ＥＬ素子１０に流す電流Ｉｄｓを決定するために用いるプログラム電圧Ｖｐは信号ライン５３に印加され、このプログラム電圧Ｖｐは信号ライン５３から各発光セルのスイッチング用トランジスタ４０を介して駆動用トランジスタ２０のゲート電極及びキャパシタ３０に印加される。つまり、プログラム電圧Ｖｐを各発光セルに選択的に印加するために、スイッチング用トランジスタ４０がオンオフ制御される。スイッチング用トランジスタ４０は、選択制御ライン５４に印加される選択信号Ｖｇ−ｍによってオンオフ制御される。
例えば、１番目の発光セル、２番目の発光セル、３番目の発光セル、・・・、ｎ番目の発光セルが順番に並んで配置されている場合には、図２に示す信号Ｖｇ１、Ｖｇ２、Ｖｇ３、・・・、Ｖｇｎのようにそれぞれ少しずつずれたタイミングで一時的に高レベルになる信号が各セルに図１に示す選択信号Ｖｇ−ｍとして印加され、この選択信号Ｖｇ−ｍが高レベルになっている時に、スイッチング用トランジスタ４０がオンになってプログラム電圧Ｖｐが駆動用トランジスタ２０のゲート電極に供給される。この時にキャパシタ３０が充放電するため、プログラム電圧Ｖｐはキャパシタ３０に保持され、スイッチング用トランジスタ４０がオフになった後も駆動用トランジスタ２０のゲート電圧（Ｖｇｓ）は一定に維持される。
図１に示す駆動用トランジスタ２０における電流Ｉｄｓと電圧Ｖｄｓ（ドレイン−ソース電圧）との関係を表す特性は図３のようになっている。図３に示すように、駆動用トランジスタ２０のゲート電圧Ｖｇｓが小さいと駆動用トランジスタ２０の出力電流である電流Ｉｄｓは小さくなり、ゲート電圧Ｖｇｓが大きいと電流Ｉｄｓも大きくなる。電流Ｉｄｓが小さいと有機ＥＬ素子１０の発光量が小さくなり、電流Ｉｄｓが大きいと有機ＥＬ素子１０の発光量も大きくなる。
なお、スイッチング用トランジスタ４０についても図３と似た電流−電圧特性になる。但し、駆動用トランジスタ２０は小さい電流（Ｉｄｓ）を流せば充分であるのに対し、スイッチング用トランジスタ４０に流す電流は充分に大きくする必要がある。また、スイッチング用トランジスタ４０については高速でオンオフ状態を切り替える必要がある。このため、駆動用トランジスタ２０とスイッチング用トランジスタ４０をそれぞれ同一条件で動作させたときに、（駆動用トランジスタ２０の出力電流量）＜（スイッチング用トランジスタ４０の出力電流量）となるように、駆動用トランジスタ２０とスイッチング用トランジスタ４０がそれぞれ形成されている。
本実施の形態では、駆動用トランジスタ２０を飽和領域で使用する場合を想定している。トランジスタを飽和領域で使用する場合、そのトランジスタの出力電流Ｉｄｓは次式（１）で表される。
Ｉｄｓ＝（1／2）・μ・Cox・（Ｗ／Ｌ）・（Ｖｇｓ−Ｖｔｈ）2 ・・・（１）
Ｖｐ＝Ｖｇｓ−Ｖｔｈ
Cox＝ε0・εr／ｄ
μ：移動度
Ｗ：トランジスタのチャネル幅
Ｌ：トランジスタのチャネル長さ（ドレイン−ソース間の距離）
Ｖｔｈ：トランジスタのしきい値電圧
Ｖｐ：プログラム電圧
ε0・εr：ゲート絶縁膜材料の誘電率
ｄ：ゲート絶縁膜厚
従って、電流Ｉｄｓの調整に利用可能なパラメータとしては、Ｗ／Ｌ、μ、ｄ、εr、Ｖｐがあり、これらを調整することで、トランジスタの出力電流量を調整することが可能である。
なお、上述したように、スイッチング用トランジスタ４０は、高速スイッチング動作を行う必要があるため、その出力電流量を、駆動用トランジスタ２０の出力電流量よりも充分に大きくする必要があり、一般的には、駆動用トランジスタ２０のチャネル長Ｌが、スイッチング用トランジスタ４０のチャネル長Ｌよりも充分大きな値となるように設計される。しかし、チャネル長Ｌの増大は開口率の低下を招くため好ましくない。
また、プログラム電圧Ｖｐについては、これを小さくすればチャネル長Ｌを小さくすることができるが、この場合、発生するノイズが増えて表示品質に悪影響を及ぼすので、プログラム電圧Ｖｐをあまり下げることはできない。
そこで、本実施形態では、（駆動用トランジスタ２０の移動度μ）＜（スイッチング用トランジスタ４０の移動度μ）とすることで、（駆動用トランジスタ２０の出力電流量）＜（スイッチング用トランジスタ４０の出力電流量）を実現したまま、駆動用トランジスタ２０のチャネル長Ｌを小さくすることを可能にしている。
また、本実施形態では、駆動用トランジスタ２０及びスイッチング用トランジスタ４０の各々の活性層を非晶質酸化物半導体により形成することで、各トランジスタの移動度の調整を容易にすると共に、この移動度の調整に伴う各トランジスタの特性バラつきを抑えることを可能にしている。非晶質酸化物半導体としては、ＩＺＯ（Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ）系やＩＧＺＯ（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ）系等の酸化物半導体を用いることができる。
例えば電流Ｉｄｓを固定値とし、Ｖｐ,Ｗ,Ｃｏｘをそれぞれ固定値とすると、式（１）により、駆動用トランジスタ２０の移動度μを小さくすれば、チャネル長Ｌを小さくできるのでセルの開口率を上げることができる。移動度μを小さくすると、応答速度が低下するが駆動用トランジスタ２０は電流を高速で変化させる必要がないので問題はない。一方、スイッチング用トランジスタ４０についてはプログラム電圧（Ｖｐ）を印加するセルの選択状態を高速で切り替える必要があるので、移動度μを大きくして高速動作ができる方が望ましい。また、スイッチング用トランジスタ４０のチャネルサイズは、もともと駆動用トランジスタ２０と比べて非常に小さい。このため、スイッチング用トランジスタ４０については、その移動度μを大きくしたとしても開口率にはほとんど影響しない。
駆動用トランジスタ２０及びスイッチング用トランジスタ４０の移動度μを調整する方法については、駆動用トランジスタ２０を構成する活性層の電子キャリア濃度と、スイッチング用トランジスタ４０を構成する活性層の電子キャリア濃度とが異なるようにこれらを形成することが考えられる。この方法については後で説明する。
上記のような工夫を適用して構成した１つの発光セルの３種類の構成例が図４〜図６に示されている。
図４に示す構成例では、図１の場合と同様に１つの発光セルの中に、有機ＥＬ素子１０と、駆動用トランジスタ２０Ａと、キャパシタ３０と、スイッチング用トランジスタ４０Ａとを作り込んである。この発光セルにおいて、スイッチング用トランジスタ４０Ａの出力電流量が、駆動用トランジスタ２０Ａの出力電流量の４０倍となるように設計を行う場合を考える。
この場合、スイッチング用トランジスタ４０Ａと駆動用トランジスタ２０Ａのチャネル長Ｌだけを変えて出力電流量を変えようとすると、駆動用トランジスタ２０Ａのチャネル長Ｌは、スイッチング用トランジスタ４０Ａのチャネル長Ｌの４０倍必要になる。例えば、図４（ａ）において、スイッチング用トランジスタ４０Ａのチャネル幅Ｗを５（μｍ）、チャネル長Ｌを５（μｍ）とすると、駆動用トランジスタ２０Ａのチャネル幅Ｗは５（μｍ）、チャネル長Ｌは２００（μｍ）となる。又、このときの駆動用トランジスタ２０Ａとスイッチング用トランジスタ４０Ａのそれぞれの移動度μを「１０」とする。
図４（ａ）の構成例に対し、駆動用トランジスタ２０Ａの移動度μを１／１０の「１」にすると、図４（ｂ）に示すように、駆動用トランジスタ２０Ａのチャネル長Ｌを図４（ａ）のときの１／１０の２０（μｍ）にすることができる。つまり、駆動用トランジスタ２０Ａの移動度μをスイッチング用トランジスタ４０Ａの移動度μよりも小さくすることにより、駆動用トランジスタ２０Ａのチャネル長Ｌを図４（ａ）の場合よりも小さくすることができ、開口率を向上させることができる。
図５に示す構成例では、図１の場合と同様に１つの発光セルの中に、有機ＥＬ素子１０と、駆動用トランジスタ２０Ｂと、キャパシタ３０と、スイッチング用トランジスタ４０Ｂとを作り込んである。この発光セルにおいて、スイッチング用トランジスタ４０Ｂの出力電流量が、駆動用トランジスタ２０Ｂの出力電流量の２０倍となるように設計を行う場合を考える。
この場合、スイッチング用トランジスタ４０Ｂと駆動用トランジスタ２０Ｂのチャネル長Ｌだけを変えて出力電流量を変えようとすると、駆動用トランジスタ２０Ｂのチャネル長Ｌは、スイッチング用トランジスタ４０Ｂのチャネル長Ｌの２０倍必要になる。例えば、図５（ａ）において、スイッチング用トランジスタ４０Ｂのチャネル幅Ｗを５（μｍ）、チャネル長Ｌを５（μｍ）とすると、駆動用トランジスタ２０Ｂのチャネル幅Ｗは５（μｍ）、チャネル長Ｌは１００（μｍ）となる。又、このときの駆動用トランジスタ２０Ｂとスイッチング用トランジスタ４０Ｂのそれぞれのゲート絶縁膜厚ｄを「１」とする。
図５（ａ）の構成例に対し、駆動用トランジスタ２０Ｂのゲート絶縁膜厚ｄを５倍にすると、図５（ｂ）に示すように、駆動用トランジスタ２０Ｂのチャネル長Ｌを図５（ａ）のときの１／５の２０（μｍ）にすることができる。つまり、駆動用トランジスタ２０Ｂのゲート絶縁膜厚ｄをスイッチング用トランジスタ４０Ｂのゲート絶縁膜厚ｄよりも大きくすることにより、駆動用トランジスタ２０Ｂのチャネル長Ｌを図５（ａ）の場合よりも小さくすることができ、開口率を向上させることができる。
なお、実際には、ゲート絶縁膜厚ｄはあまり大きく変更することができず、ゲート絶縁膜厚ｄの調整だけでは開口率を充分に向上させられない。このため、現実的なデバイスを構成する場合には、図４（ｂ）と同様に互いに移動度μが異なる駆動用トランジスタ２０Ａとスイッチング用トランジスタ４０Ａとを作り、更に、（駆動用トランジスタ２０Ａのゲート絶縁膜厚ｄ）＞（スイッチング用トランジスタ４０Ａのゲート絶縁膜厚ｄ）とする。これにより、移動度μだけを調整する場合と比べて、駆動用トランジスタ４０Ａのチャネル長Ｌを更に小さくすることができ、更なる開口率の向上を図ることができる。
図６に示す構成例では、図１の場合と同様に１つの発光セルの中に、有機ＥＬ素子１０と、駆動用トランジスタ２０Ｃと、キャパシタ３０と、スイッチング用トランジスタ４０Ｃとを作り込んである。この発光セルにおいて、スイッチング用トランジスタ４０Ｃの出力電流量が、駆動用トランジスタ２０Ｃの出力電流量の４０倍となるように設計を行う場合を考える。
この場合、スイッチング用トランジスタ４０Ｃと駆動用トランジスタ２０Ｃのチャネル長Ｌだけを変えて出力電流量を変えようとすると、駆動用トランジスタ２０Ｃのチャネル長Ｌは、スイッチング用トランジスタ４０Ｃのチャネル長Ｌの４０倍必要になる。例えば、図６（ａ）において、スイッチング用トランジスタ４０Ｃのチャネル幅Ｗを５（μｍ）、チャネル長Ｌを５（μｍ）とすると、駆動用トランジスタ２０Ｃのチャネル幅Ｗは５（μｍ）、チャネル長Ｌは２００（μｍ）となる。又、このときの駆動用トランジスタ２０Ｃとスイッチング用トランジスタ４０Ｃのそれぞれのゲート絶縁膜誘電率εを「２０」とする。
図６（ａ）の構成例に対し、駆動用トランジスタ２０Ｃのゲート絶縁膜誘電率εを１／４にすると、図６（ｂ）に示すように、駆動用トランジスタ２０Ｃのチャネル長Ｌを図６（ａ）のときの１／４の５０（μｍ）にすることができる。つまり、駆動用トランジスタ２０Ｃのゲート絶縁膜誘電率εをスイッチング用トランジスタ４０Ｃのゲート絶縁膜誘電率εよりも小さくすることにより、駆動用トランジスタ２０Ｃのチャネル長Ｌを図６（ａ）の場合よりも小さくすることができ、開口率を向上させることができる。
なお、実際には、ゲート絶縁膜に使用できる材料は限られているため、ゲート絶縁膜誘電率εを大きく変更することは難しく、ゲート絶縁膜誘電率εの調整だけでは開口率を充分に向上させられない。このため、現実的なデバイスを構成する場合には、図４（ｂ）と同様に互いに移動度μが異なる駆動用トランジスタ２０Ａとスイッチング用トランジスタ４０Ａとを作り、更に、（駆動用トランジスタ２０Ａのゲート絶縁膜誘電率ε）＜（スイッチング用トランジスタ４０Ａのゲート絶縁膜誘電率ε）とする。これにより、移動度μだけを調整する場合と比べて、駆動用トランジスタ４０Ａのチャネル長Ｌを更に小さくすることができ、更なる開口率の向上を図ることができる。
なお、ゲート絶縁膜として利用可能な各材料（ＳｉＯ２，ＳｉＯＮ，ＳｉＮ）の誘電率εに関しては「ＳｉＯ２＜ＳｉＯＮ＜ＳｉＮ」の関係があるので、例えば図６（ｂ）に示す駆動用トランジスタ２０Ｃのゲート絶縁膜の材料として「ＳｉＯ２」を採用し、スイッチング用トランジスタ４０Ｃのゲート酸化膜の材料として「ＳｉＯＮ」又は「ＳｉＮ」を採用することが考えられる。
また、図４（ｂ）に示すような移動度μの調整と、図５（ｂ）に示すようなゲート絶縁膜厚ｄの調整と、図６（ｂ）に示すようなゲート絶縁膜誘電率εの調整とを組み合わせて必要なサイズの駆動用トランジスタ２０及びスイッチング用トランジスタ４０を形成することで、更なる開口率の向上を実現することができる。
次に、前述の駆動用トランジスタ２０及びスイッチング用トランジスタ４０として互いに電子キャリア濃度が異なる素子を作るために利用可能な製造工程の具体例について説明する。
（製造工程の具体例１）
図７に示すように、基板６０上に絶縁膜を形成後、その上に、トランジスタを構成するゲート電極６１、６２を電極材料の成膜及びパターニングにより形成する。更に、これらの上にゲート絶縁膜６３、６４を、絶縁材料の成膜及びパターニングにより形成する。次に、これらの上に２つの活性層６５、６６を形成する。活性層６５、６６の形成に関しては次のように処理する。
ＩｎＧａＺｎＯ４の組成を有する多結晶焼結体をターゲットとして、高周波マグネトロンスパッタ真空蒸着法により処理する。この例では次の条件を用いた。
アルゴン（Ａｒ）流量：１２ｓｃｃｍ
酸素（Ｏ２）流量 ：１．４ｓｃｃｍ
高周波パワー ：２００Ｗ
圧力 ：０．４Ｐａ
この処理の結果、活性層６５は次のような特性になった（活性層６６も同様）。
電気伝導度 ：５．７×１０−３Ｓｃｍ−１
電子キャリア濃度：１×１０１６ｃｍ−３
ホール移動度 ：３．０ｃｍ２／Ｖ・Ｓ
次に、図７に示すように活性層６６と対向する箇所に開口部６７ａを有する紫外線マスク６７を配置して活性層６５の表面を覆い、紫外線（ＵＶ）光源６８を用いて紫外線光（１１．６ｍＷ）を活性層６６にのみ１分間照射した。
この処理の結果、活性層６６は次のような特性になった。
電気伝導度 ：４．０×１０１Ｓｃｍ−１
電子キャリア濃度：３×１０１９ｃｍ−３
ホール移動度 ：８．３ｃｍ２／Ｖ・Ｓ
なお、紫外線の照射量を増やしたところ、電子キャリア濃度もその照射量に応じて増加することが分かった。
そこで、このようにして形成された活性層６５をチャネルとして用いて駆動用トランジスタ２０Ａを構成し、活性層６６をチャネルとして用いてスイッチング用トランジスタ４０Ａを構成する。これにより、電子キャリア濃度が小さい活性層６５を用いた駆動用トランジスタ２０Ａは移動度μが小さくなり、電子キャリア濃度が大きい活性層６６を用いたスイッチング用トランジスタ４０Ａは移動度μが大きくなるので、例えば図４（ｂ）に示す構成のように、駆動用トランジスタ２０Ａのチャネル長を小さくして開口率の低下を防止すると共に、スイッチング用トランジスタ４０Ａの高速動作を可能にすることができる。
また、図７に示すような紫外線光の照射工程については、多数の発光セルについて一括して処理することができるので、セル間の特性のばらつきが小さくなり、表示むらが低減される。
（製造工程の具体例２）
図８に示すように、基板７０上に絶縁膜を形成後、その上に、トランジスタを構成するゲート電極７１、７２を電極材料の成膜及びパターニングにより形成する。更に、これらの上にゲート絶縁膜７３、７４を、絶縁材料の成膜及びパターニングにより形成する。次に、これらの上に２つの活性層７５、７６を形成する。活性層７５、７６の形成に関しては次のように処理する。
ＩｎＧａＺｎＯ４の組成を有する多結晶焼結体をターゲットとして、高周波マグネトロンスパッタ真空蒸着法により処理する。この例では次の条件を用いた。
アルゴン（Ａｒ）流量：１２ｓｃｃｍ
酸素（Ｏ２）流量 ：１．４ｓｃｃｍ
高周波パワー ：２００Ｗ
圧力 ：０．４Ｐａ
この処理の結果、活性層７５は次のような特性になった（活性層７６も同様）。
電気伝導度 ：５．７×１０−３Ｓｃｍ−１
電子キャリア濃度：１×１０１６ｃｍ−３
ホール移動度 ：３．０ｃｍ２／Ｖ・Ｓ
次に、図８に示すように活性層７６と対向する箇所に開口部７７ａを有するマスク７７を配置して活性層７５の表面を覆い、Ａｒプラズマ装置７８を用いてアルゴンプラズマを（１５０Ｗ，０．１Ｔｏｒｒ）の条件で活性層７６にのみ３０秒間照射した。
この処理の結果、活性層７６は次のような特性になった。
電気伝導度 ：１．０×１０２Ｓｃｍ−１
電子キャリア濃度：８×１０１９ｃｍ−３
ホール移動度 ：１９．２ｃｍ２／Ｖ・Ｓ
なお、プラズマの照射時間を延ばしたところ、電子キャリア濃度もその照射時間に応じて増加することが分かった。
そこで、このようにして形成された活性層７５をチャネルとして用いて駆動用トランジスタ２０Ａを構成し、活性層７６をチャネルとして用いてスイッチング用トランジスタ４０Ａを構成する。これにより、電子キャリア濃度が小さい活性層７５を用いた駆動用トランジスタ２０Ａは移動度μが小さくなり、電子キャリア濃度が大きい活性層７６を用いたスイッチング用トランジスタ４０Ａは移動度μが大きくなるので、例えば図４（ｂ）に示す構成のように、駆動用トランジスタ２０Ａのチャネル長を小さくして開口率の低下を防止すると共に、スイッチング用トランジスタ４０Ａの高速動作を可能にすることができる。
また、図８に示すようなＡｒプラズマの照射工程については、多数の発光セルについて一括して処理することができるので、セル間の特性のばらつきが小さくなり、表示むらが低減される。
なお、図７及び図８に示した例では、ＩｎＧａＺｎＯ４の組成を有する物質を用いて非晶質酸化物ＴＦＴを構成する場合を想定しているが、ＩＺＯ系の組成を有する物質を利用して非晶質酸化物ＴＦＴを構成しても良い。
また、図７及び図８に示した例では、活性層６５,７５に対して紫外線又はアルゴンのプラズマの照射を行わないことで、活性層６６，７６と、活性層６５，７５との電子キャリア濃度を変えるようにしているが、活性層６６，７６と、活性層６５，７５の双方に対して紫外線又はアルゴンのプラズマの照射を行って、電子キャリア濃度に差を付けることも可能である。
この場合には、例えば、活性層６５を遮光用のマスクで覆った後、活性層６６にのみ紫外線を照射し、その後、活性層６６を遮光用のマスクで覆った後、活性層６５にのみ紫外線を照射する。そして、（活性層６５への紫外線の照射量）＜（活性層６６への紫外線の照射量）とすることで、活性層６６の電子キャリア濃度を活性層６５の電子キャリア濃度よりも大きくすることができる。
また、例えば、活性層７５を遮光用のマスクで覆った後、活性層７６にのみアルゴンのプラズマを照射し、その後、活性層７６を遮光用のマスクで覆った後、活性層７５にのみアルゴンのプラズマを照射する。そして、（活性層７５へのプラズマの照射時間）＜（活性層７６へのプラズマの照射時間）とすることで、活性層７６の電子キャリア濃度を活性層７５の電子キャリア濃度よりも大きくすることができる。
以上のように、本実施形態の有機電界発光表示装置によれば、各発光セル内の駆動用トランジスタ２０の移動度μをスイッチング用トランジスタ４０の移動度μよりも小さくしているので、駆動用トランジスタ４０のサイズを小さくすることが可能である。この結果、駆動用トランジスタ４０のサイズ縮小によるコスト削減が可能となり、又、サイズ縮小による開口率向上によって、表示輝度を向上させることもできる。
また、本実施形態の有機電界発光表示装置では、各発光セル内において、駆動用トランジスタ２０とスイッチング用トランジスタ４０の活性層を非晶質酸化物半導体により形成している。この非晶質酸化物半導体を用いたことにより、例えば紫外線照射やプラズマ照射などにより全ての発光セルを一括して処理することが可能となる。このため、移動度を調整するときのプロセスが簡単になり低コスト化が可能になる。更に、セル間の特性のばらつきが小さくなるため高品質の表示が可能になる。また、非晶質酸化物半導体は、その移動度が１０程度であるため、駆動用トランジスタ２０とスイッチング用トランジスタ４０の電流量の調整もやりやすい。
また、本実施形態の有機電界発光表示装置では、駆動用トランジスタ２０の移動度μを小さくすることにより、プログラム電圧（Ｖｐ）を小さくすることなしに階調を制御することが可能になり、ノイズが少なく高品質の階調表示が可能になる。また、駆動用トランジスタ２０のゲート絶縁膜厚やを相対的に厚くすることにより、プログラム電圧（Ｖｐ）を小さくすることなしに階調を制御することが可能になり、更にゲート電極のリーク電流を抑制できるためノイズが少なく高品質の階調表示が可能になる。
実施の形態の有機電界発光表示デバイスに含まれる多数の発光セルの１つに関する基本的な回路構成を示す電気回路図である。 図１に示す回路に印加される信号の例を示すタイムチャートである。 図１に示す回路に含まれているトランジスタの電流−電圧特性を表すグラフである。 実施の形態の有機電界発光表示デバイスに含まれる多数の発光セルの１つに関する回路構成例を示す電気回路図である。 実施の形態の有機電界発光表示デバイスに含まれる多数の発光セルの１つに関する回路構成例を示す電気回路図である。 実施の形態の有機電界発光表示デバイスに含まれる多数の発光セルの１つに関する回路構成例を示す電気回路図である。 図１（ａ）に示す回路に含まれている特性の異なる２つのトランジスタを１つの基板上に作るための製造過程の具体例（１）を表す縦断面図である。 図１（ａ）に示す回路に含まれている特性の異なる２つのトランジスタを１つの基板上に作るための製造過程の具体例（２）を表す縦断面図である。
符号の説明
１０ 有機ＥＬ素子
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ 駆動用トランジスタ
３０ キャパシタ
４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ スイッチング用トランジスタ
５１ 電源ライン
５２ アースライン
５３ 信号ライン
５４ 選択制御ライン
６０，７０ 基板
６１，６２，７１，７２ ゲート電極
６３，６４，７３，７４ 絶縁膜
６５，６６ 活性層
６７ 紫外線マスク
６７ａ 開口部
６８ 紫外線光源
７５，７６ 活性層
７７ マスク
７７ａ 開口部
７８ Ａｒプラズマ装置

Claims (8)

  1. それぞれが有機電界発光部を有する多数の発光セルが基板上に配設された有機電界発光表示装置であって、
    前記発光セルのそれぞれについて、前記有機電界発光部に対する通電を制御する第１のトランジスタと、前記第１のトランジスタの入力に与える信号をスイッチングする第２のトランジスタとが設けられ、
    前記第１のトランジスタ及び第２のトランジスタの各々の活性層が非晶質酸化物半導体により形成され、
    前記第１のトランジスタと前記第２のトランジスタとをそれぞれ同一条件で駆動したとき、（第１のトランジスタの出力電流量）＜（第２のトランジスタの出力電流量）の条件を満たすように、前記第１のトランジスタ及び第２のトランジスタが形成されている有機電界発光表示装置。
  2. 請求項１記載の有機電界発光表示装置であって、
    （前記第１のトランジスタの移動度）＜（前記第２のトランジスタの移動度）となっている有機電界発光表示装置。
  3. 請求項２記載の有機電界発光表示装置であって、
    （前記第１のトランジスタの活性層の電子キャリア濃度）＜（前記第２のトランジスタの活性層の電子キャリア濃度）となっている有機電界発光表示装置。
  4. 請求項２又は３記載の有機電界発光表示装置であって、
    （前記第１のトランジスタのゲート絶縁膜厚）＞（前記第２のトランジスタのゲート絶縁膜厚）となっている有機電界発光表示装置。
  5. 請求項２〜４のいずれか１項記載の有機電界発光表示装置であって、
    （前記第１のトランジスタのゲート絶縁膜の誘電率）＜（前記第２のトランジスタのゲート絶縁膜の誘電率）となっている有機電界発光表示装置。
  6. 請求項１〜５のいずれか１項記載の有機電界発光表示装置であって、
    前記非晶質酸化物半導体が、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系又はＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体である有機電界発光表示装置。
  7. それぞれが有機電界発光部を有する多数の発光セルが基板上に配設され、前記発光セルのそれぞれについて、前記有機電界発光部に対する通電を制御する第１のトランジスタと、前記第１のトランジスタの入力に与える信号をスイッチングする第２のトランジスタとが設けられた有機電界発光表示装置の製造方法であって、
    基板上に、前記第１のトランジスタの活性層と前記第２のトランジスタの活性層とを非晶質酸化物半導体により形成する第１のステップと、
    前記第１のトランジスタの活性層のみを遮光用のマスクで覆った後、前記第２のトランジスタの活性層に紫外線又はプラズマを照射して、前記第２のトランジスタの活性層の電子キャリア濃度を、前記第１のトランジスタの活性層の電子キャリア濃度よりも高くする第２のステップとを含む有機電界発光表示装置の製造方法。
  8. それぞれが有機電界発光部を有する多数の発光セルが基板上に配設され、前記発光セルのそれぞれについて、前記有機電界発光部に対する通電を制御する第１のトランジスタと、前記第１のトランジスタの入力に与える信号をスイッチングする第２のトランジスタとが設けられた有機電界発光表示装置の製造方法であって、
    基板上に、前記第１のトランジスタの活性層と前記第２のトランジスタの活性層とを非晶質酸化物半導体により形成する第１のステップと、
    前記第１のトランジスタの活性層のみを遮光用のマスクで覆った後、前記第２のトランジスタの活性層に紫外線又はプラズマを照射する第２のステップと、
    前記第２のトランジスタの活性層のみを遮光用のマスクで覆った後、前記第１のトランジスタの活性層に紫外線又はプラズマを照射する第３のステップとを含み、
    （前記第１のトランジスタの活性層への前記紫外線又はプラズマの照射量）＜（前記第２のトランジスタの活性層への前記紫外線又はプラズマの照射量）として、前記第２のトランジスタの活性層の電子キャリア濃度を、前記第１のトランジスタの活性層の電子キャリア濃度よりも高くする有機電界発光表示装置の製造方法。
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