JP4334045B2 - エレクトロルミネッセンス表示装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、エレクトロルミネッセンス素子及び薄膜トランジスタを備えたエレクトロルミネッセンス表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、エレクトロルミネッセンス(Electro Luminescence:以下、「EL」と称する。)素子を用いたEL表示装置が、CRTやLCDに代わる表示装置として注目されており、例えば、そのEL素子を駆動させるスイッチング素子として薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor:以下、「TFT」と称する。)を備えたEL表示装置の研究開発も進められている。
【0003】
図4に有機EL表示装置の1表示画素を示す平面図を示し、図5に有機EL表示装置の1表示画素の等価回路図を示し、図6(a)に図4中のA−A線に沿った断面図を示し、図6(b)に図4中のB−B線に沿った断面図を示す。
【0004】
図4及び図5に示すように、ゲート信号線151とドレイン信号線152とに囲まれた領域に表示画素が形成されている。両信号線の交点付近にはスイッチング素子である第1のTFT130が備えられており、そのTFT130のソース131sは後述の保持容量電極154との間で容量をなす容量電極155を兼ねるとともに、有機EL素子を駆動する第2のTFT140のゲート142に接続されている。第2のTFT140のソース141sは有機EL素子の陽極161に接続され、他方のドレイン141dは有機EL素子を駆動する駆動電源線153に接続されている。
【0005】
また、TFTの付近には、ゲート信号線151と並行に保持容量電極154が配置されている。この保持容量電極154はクロム等から成っており、ゲート絶縁膜112を介して第1のTFT130のソース131sと接続された容量電極155との間で電荷を蓄積して容量を成している。この保持容量170は、第2のTFT140のゲート142に印加される電圧を保持するために設けられている。
【0006】
まず、スイッチング用のTFTである第1のTFT130について説明する。
【0007】
図6(a)に示すように、石英ガラス、無アルカリガラス等からなる絶縁性基板110上に、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)などの高融点金属からなるゲート電極132を兼ねたゲート信号線151及びAlから成るドレイン信号線152を備えており、有機EL素子の駆動電源でありAlから成る駆動電源線153を配置する。
【0008】
続いて、ゲート絶縁膜112、及び多結晶シリコン(Poly-Silicon、以下、「p−Si」と称する。)膜からなる能動層131を順に形成し、その能動層131には、いわゆるLDD(Lightly Doped Drain)構造が設けられている。即ち、ゲート132の両側に低濃度領域131LDとその外側に高濃度領域のソース131s及びドレイン131dが設けられている。
【0009】
そして、ゲート絶縁膜112、能動層131及びストッパ絶縁膜114上の全面には、SiO2膜、SiN膜及びSiO2膜の順に積層された層間絶縁膜115を設け、ドレイン131dに対応して設けたコンタクトホールにAl等の金属を充填してドレイン電極116を設ける。更に全面に例えば有機樹脂から成り表面を平坦にする平坦化絶縁膜117を設ける。
【0010】
次に、有機EL素子の駆動用のTFTである第2のTFT140について説明する。
【0011】
図6(b)に示すように、石英ガラス、無アルカリガラス等からなる絶縁性基板110上に、Cr、Moなどの高融点金属からなるゲート電極142を設け、ゲート絶縁膜112、及びp−Si膜からなる能動層141を順に形成し、その能動層141には、ゲート電極142上方に真性又は実質的に真性であるチャネル141cと、このチャネル141cの両側に、p型不純物のイオンドーピングを施してソース141s及びドレイン141dを設けて、p型チャネルTFTを構成する。
【0012】
そして、ゲート絶縁膜112及び能動層141上の全面には、SiO2膜、SiN膜及びSiO2膜の順に積層された層間絶縁膜115を形成し、ドレイン141dに対応して設けたコンタクトホールにAl等の金属を充填して駆動電源150に接続された駆動電源線153を配置する。更に全面に例えば有機樹脂から成り表面を平坦にする平坦化絶縁膜117を形成して、その平坦化絶縁膜117のソース141sに対応した位置にコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールを介してソース141sとコンタクトしたITO(Indium Thin Oxide)から成る透明電極、即ち有機EL素子の陽極161を平坦化絶縁膜117上に設ける。
【0013】
有機EL素子160は、ITO等の透明電極から成る陽極161、MTDATA(4,4-bis(3-methylphenylphenylam ino)biphenyl)から成る第1ホール輸送層162、及びTPD(4,4,4-tris(3-methylphenylphenylamino)triphenylanine)からなる第2ホール輸送層163、キナクリドン(Quinacridone)誘導体を含むBebq2(10-ベンゾ〔h〕キノリノール−ベリリウム錯体)から成る発光層164及びBebq2から成る電子輸送層165からなる発光素子層166、マグネシウム・インジウム合金から成る陰極167がこの順番で積層形成された構造である。この陰極167は、図4に示した有機EL表示装置を形成する基板110の全面、即ち紙面の全面に設けられている。
【0014】
また有機EL素子は、陽極から注入されたホールと、陰極から注入された電子とが発光層の内部で再結合し、発光層を形成する有機分子を励起して励起子が生じる。この励起子が放射失活する過程で発光層から光が放たれ、この光が透明な陽極から透明絶縁基板を介して外部へ放出されて発光する。
【0015】
このように、第1のTFT130のソース131sから印加された電荷が保持容量170に蓄積されるとともに第2のTFT140のゲート142に印加されてその電圧に応じて有機EL素子は発光する。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、有機EL表示装置の表示画素の開口率が小さいとその有機EL素子の発光層からの光が小さい面積でしか発光されないため表示は非常に暗くなってしまう。
【0017】
そこで開口率を大きくすることが考えられるが、開口率を大きくすると表示画素内の保持容量の面積を小さくしなければならない。
【0018】
しかしながら、保持容量の面積を小さくすると保持容量が減少してしまい、保持容量170のみでは、第1のTFT130からのドレイン信号を十分に保持することができなくなり、十分に第2のTFT140のゲート142をオンさせて有機EL素子を十分な期間発光させて明るい表示を得ることができないという欠点があった。
【0019】
そこで本発明は、上記の従来の欠点に鑑みて為されたものであり、開口率を小さくすることなく、十分に電荷を保持することにより明るいEL素子の表示を得ることができるEL表示装置を提供することを目的とする。
【0020】
【課題を解決するための手段】
本発明のEL表示装置は、陽極と陰極との間に発光層を有するエレクトロルミネッセンス素子と、ドレインがドレイン信号線に接続され、ゲートがゲート信号線にそれぞれ接続された第1の薄膜トランジスタと、非単結晶半導体膜からなる能動層のドレインが前記エレクトロルミネッセンス素子の駆動電源に接続され、ゲートが前記第1の薄膜トランジスタのソースに接続された第2の薄膜トランジスタとを備えたエレクトロルミネッセンス表示装置であって、直流電圧が印加された共通電極に接続された第1の保持容量電極と前記第1の薄膜トランジスタのソースに接続された第2の保持容量電極との間で容量を成す第1の保持容量と、前記駆動電源に接続された第3の保持容量電極と前記第2の保持容量電極との間で容量を成す第2の保持容量とを備えたものである。
【0021】
更に、上述のEL表示装置はの前記第3の保持容量電極は前記駆動電源に接続された駆動電源線の一部から成るEL表示装置である。
【0022】
【発明の実施の形態】
本発明のEL表示装置について以下に説明する。
【0023】
図1に本発明を有機EL表示装置に適用した場合の1表示画素を示す平面図を示し、図2(a)に図1中のA−A線に沿った断面図を示し、図2(b)に図1中のB−B線に沿った断面図を示す。更に、図3に有機EL表示装置の等価回路図を示す。
【0024】
なお、本実施の形態においては、第1及び第2のTFT30,40ともに、ゲート電極を能動層13の下方に設けたいわゆるボトムゲート型のTFTを採用した場合であり、能動層としてp−Si膜を用いた場合を示す。またゲート電極32,42がダブルゲート構造であるTFTの場合を示す。
【0025】
図1及び図2に示すように、ゲート信号線51とドレイン信号線52とに囲まれた領域に表示画素が形成されている。両信号線の交点付近には第1のTFT30が備えられており、そのTFT30のソース31sは保持容量電極54との間で容量をなす容量電極55を兼ねるとともに、第2のTFT40のゲート42に接続されている。第2のTFTのソース41sは有機EL素子60の陽極61に接続され、他方のドレイン41dは有機EL素子を駆動する駆動電源線53に接続されている。
【0026】
また、TFTの付近には、ゲート信号線51と並行に第1の保持容量電極54が配置されている。この第1の容量電極54はクロム等から成っており、ゲート絶縁膜12を介して第1のTFT30のソース31sと接続され多結晶シリコン膜から成る第2の保持容量電極55との間で電荷を蓄積して容量を成している。この第1及び第2の保持容量電極からなる容量が第1の保持容量70である。
【0027】
また、第1のTFT30のソース31sと接続され多結晶シリコン膜から成る第2の保持容量電極55と第3の保持容量電極90との間で電荷を蓄積して容量を成している。これが第2の保持容量80である。
【0028】
こうして形成されるこれらの第1及び第2の保持容量70,80は、それらの容量の合計が第2のTFT40のゲート電極42に印加される電圧を保持するように機能する。
【0029】
図3に示すように、第1の保持容量70及び第2の保持容量80の一方の電極71,81、即ち図1及び図2中の第2の保持容量電極55は第1のTFT30のソース33に接続されている。また、第1の保持容量70の他方の電極72、即ち第1の保持容量電極54は隣接する各表示画素に設けられた第1の保持容量電極54と接続されてコモン電極73に接続されている。このコモン電極73には一定の電位が印加されている。また、第2の保持容量80の他方の電極82、即ち第3の保持容量電極90は有機EL素子60の駆動電源50に接続された駆動電源線53に接続されている。
【0030】
このように有機EL素子60及びTFT30,40を備えた表示画素が基板10上にマトリクス状に配置されることにより有機EL表示装置が形成される。
【0031】
図2に示すように、有機EL表示装置は、ガラスや合成樹脂などから成る基板10、又は導電性を有する基板あるいは半導体等の基板上にSiO2やSiNなどの絶縁膜を形成した基板10上に、TFT及び有機EL素子を順に積層形成して成る。
【0032】
スイッチング用のTFTである第1のTFT30は、図1及び図2(a)に示すように、石英ガラス、無アルカリガラス等からなる絶縁性基板10上に、Cr、Moなどの高融点金属からなるゲート電極32を兼ねたゲート信号線51及びAlから成るドレイン信号線52を備えており、有機EL素子の駆動電源でありAlから成る駆動電源線53を配置する。また、ゲート電極と同層にCr、Moなどの高融点金属から成る第1の保持容量電極54が設けられている。
【0033】
続いて、ゲート絶縁膜12、及びp−Si膜からなる能動層31を順に積層する。ゲート電極32の上方であって能動層31上には、ソース31s及びドレイン31dを形成する際のイオン注入時にチャネル31cにイオンが入らないようにチャネル31cを覆うマスクとして機能するSiO2膜から成るストッパ絶縁膜14が設けられる。その能動層31にはいわゆるLDD構造が設ける。即ち、ゲート32の両側に低濃度領域31LDとその外側に高濃度領域の31s及びドレイン31dが設けられている。また、能動層のp−Si膜は第1の保持容量電極54上にまで延在されており、第2の保持容量電極55としてゲート絶縁膜12を介して第1の保持容量電極54との間で第1の保持容量70を成す。
【0034】
そして、ゲート絶縁膜12、能動層31及びストッパ絶縁膜14上の全面には、SiO2膜、SiN膜及びSiO2膜の順に積層された層間絶縁膜15を設け、ドレイン41dに対応して設けたコンタクトホールにAl等の金属を充填してドレイン電極16を設ける。更に全面に例えば有機樹脂から成り表面を平坦にする平坦化絶縁膜17を設ける。
【0035】
次に、有機EL素子60の駆動用のTFTである第2のTFT40について説明する。
【0036】
図2(b)に示すように、石英ガラス、無アルカリガラス等からなる絶縁性基板10上に、Cr、Moなどの高融点金属からなるゲート電極42を形成する。
【0037】
ゲート絶縁膜12、及びp−Si膜からなる能動層41を順に形成する。
【0038】
その能動層41には、ゲート電極42上方に真性又は実質的に真性であるチャネル41cと、このチャネル41cの両側に、その両側をレジストにてカバーしてp型不純物である例えばボロン(B)をイオンドーピングしてソース41s及びドレイン41dが設けられている。
【0039】
そして、ゲート絶縁膜12及び能動層41上の全面に、SiO2膜、SiN膜及びSiO2膜の順に積層された層間絶縁膜15を形成し、ドレイン41dに対応して設けたコンタクトホールにAl等の金属を充填して駆動電源50に接続された駆動電源線53を形成する。更に全面に例えば有機樹脂から成り表面を平坦にする平坦化絶縁膜17を形成する。そして、その平坦化絶縁膜17及び層間絶縁膜15のソース41sに対応した位置にコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールを介してソース41sとコンタクトしたITOから成る透明電極、即ち有機EL素子の陽極61を平坦化絶縁膜17上に形成する
【0040】
有機EL素子60の構造は従来の技術で説明した構造と同じであるので説明を省略する。
【0041】
このように、ゲート絶縁膜12を介して第1の保持容量電極54及び第2の保持容量電極55からなる第1の保持容量70と、層間絶縁膜15を介して第2の保持容量電極55及び第3の保持容量電極90からなる保持容量80とを設けることにより、開口率を低下させることなく保持容量を大きくすることができ明るい表示を得ることができる。この結果、保持容量電極の面積を増大させる必要がなく第2のTFT40のゲート42に印加される電圧を十分な期間保持することができるので、電流が流れている期間のみ発光する有機EL素子60に十分な期間発光する電流を供給することができることになり、明るい表示を得ることができる。
【0042】
なお、本願においては、ドレインはTFTに電流が流れ込む電極を意味し、ソースはTFTから電流が流れ出す電極を意味するものとする。
【0043】
また、上述の実施の形態においては、ゲート電極32,42がダブルゲート構造の場合について説明したが、本願発明はそれに限定されるものではなく、シングルゲートあるいは3つ以上のマルチゲート構造を有していても本願と同様の効果を奏することが可能である。
【0044】
また、上述の実施の形態においては、第2のTFTがp型チャネルTFTの場合を示したが、第2のTFTはn型チャネルTFTでも良い。
【0045】
また、上述の実施の形態においては、能動層としてp−Si膜を用いたが、微結晶シリコン膜又は非晶質シリコン膜を用いても良い。
【0046】
更に、上述の実施の形態においては、有機EL表示装置について説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、発光層が無機材料から成る無機EL表示装置にも適用が可能であり、同様の効果が得られる。
【0047】
【発明の効果】
本発明のEL表示装置は、開口率を低下させることなく保持容量を大きくすることができるので、有機EL素子に十分な期間発光する電流を供給することができることになり明るい表示を得ることができるEL表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のEL表示装置の実施の形態を示す平面図である。
【図2】 本発明のEL表示装置の実施の形態を示す断面図である。
【図3】 本発明のEL表示装置の等価回路図である。
【図4】 従来のEL表示装置の平面図である。
【図5】 従来のEL表示装置の等価回路図である。
【図6】 従来のEL表示装置の断面図である。
【符号の説明】
30 第1のTFT
31s、41s ソース
31d、41d ドレイン
31c、41c チャネル
31LD LDD領域
32、42 ゲート
40 第2のTFT
50 駆動電源
54 第1の保持容量電極
55 第2の保持容量電極
60 有機EL素子
70 第1の保持容量
80 第2の保持容量
90 第3の保持容量電極
Claims (2)
- 陽極と陰極との間に発光層を有するエレクトロルミネッセンス素子と、能動層のドレインがドレイン信号線に接続され、ゲートがゲート信号線にそれぞれ接続された第1の薄膜トランジスタと、非単結晶半導体膜からなる能動層のドレインが前記エレクトロルミネッセンス素子の駆動電源に接続され、ゲートが前記第1の薄膜トランジスタのソースに接続された第2の薄膜トランジスタとを備えたエレクトロルミネッセンス表示装置であって、直流電圧が印加された共通電極に接続された第1の保持容量電極と前記第1の薄膜トランジスタのソースに接続された第2の保持容量電極との間で容量を成す第1の保持容量と、前記駆動電源に接続された第3の保持容量電極と前記第2の保持容量電極との間で容量を成す第2の保持容量とを備えたことを特徴とするエレクトロルミネッセンス表示装置。
- 前記第3の保持容量電極は前記駆動電源に接続された駆動電源線の一部から成ることを特徴とする請求項1に記載のエレクトロルミネッセンス表示装置。
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