JP4934599B2 - アクティブマトリクス表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、アクティブマトリクス表示装置に関し、特に、階調制御性に優れた高開口率のボトムエミッション型のアクティブマトリクス表示装置に関する。
有機電界発光素子を利用したディスプレイ(有機電界発光ディスプレイ)は、次世代の表示装置として注目を集めている。
有機電界発光ディスプレイは、発光素子の光の取り出し方によってボトムエミッション型とトップエミッション型とに分類される(非特許文献1)。
ボトムエミッション型は発光素子が透明基板上に作製されており、発光素子が基板方向に発した光を基板越しに利用するのに対し、トップエミッション型は基板と反対方向への発光を利用する。
有機電界発光素子は、駆動時間とともに劣化が進行し端子間抵抗が増加する。
この劣化は駆動電流が大きいほど顕著である。
よって、表示装置の各画素における発光面積の割合(開口率)を高めることで、表示装置として一定の輝度を確保した上で発光素子の寿命を延ばすことができる。
また、各画素がフレーム保持動作をすることで、表示装置として必要な輝度を確保したまま駆動電流を低減することが可能となるため、アクティブマトリクス駆動技術も表示装置の長寿命化において重要となる。
近年は薄膜トランジスタ(Thin film transistor:TFT)による有機電界発光素子のアクティブマトリクス駆動が盛んに研究・開発されている。
チャネル層がn型半導体のトランジスタによるアクティブマトリクス駆動において最も基本的な画素回路を図1に示す。
画素ごとに二つのトランジスタ(スイッチトランジスタと駆動トランジスタ)を有している。
スイッチトランジスタのゲート電極に十分大きな電圧Vsel(>0)が印加されている間、スイッチトランジスタのドレイン−ソース電極間が導通し、駆動トランジスタのゲート電極に信号電位(=Vsig)が書き込まれる。
sigの大きさに応じて駆動トランジスタのチャネルコンダクタンスが変化し、発光輝度を制御することができる。
selが取り除かれた(Vselの印加を停止した)後はスイッチトランジスタのドレイン-ソース電極間が非導通となり、駆動トランジスタに書き込まれた信号電位が保持され、発光素子はVsigに応じた一定の輝度で発光を持続する。
また、保持容量が駆動トランジスタのゲート電極と並列に付加されることが多い。
これは駆動トランジスタのゲートリーク電流の影響や、駆動トランジスタ及びスイッチトランジスタの寄生容量の影響を軽減し、1フレーム期間にわたって駆動トランジスタのゲート電位を安定に保持するためである。
すなわち、保持容量は画素回路の階調制御性を確保する上で重要である。
ところで、透明伝導性酸化物多結晶薄膜をチャネル層に用いたトランジスタの開発が近年活発に行われている。
例えば、非特許文献2には、蛍光X線分析法による組成比がIn:Ga:Zn=1.1:1.1:0.9である透明アモルファス酸化物半導体膜をチャネル層に用いたトランジスタが開示されている。
ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極の各電極は錫ドープ酸化インジウム(ITO)である。
また、非特許文献3には、多結晶InGaZnOターゲットを用いたRFスパッタ薄膜(In−Ga−Zn−O薄膜)でチャネル層を作製したトランジスタが開示されている。
ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極の各電極はチタンと金の積層膜である。上記2種のトランジスタはn型エンハンスメントモードで動作する。
「フラットパネルディスプレイの最新動向」、東レリサーチセンター(2004) Nature、p.488−492頁、432巻(2004) Proceedings of the 2nd international TFT Conference、 6.3、 p.176-179 (2006)
トップエミッション型有機電界発光素子を用いた表示装置においては、発光素子はトランジスタや保持容量の上に形成され、基板と反対方向への発光を利用する。そのため、発光面積がトランジスタや保持容量によって狭められることがなく高開口率化が容易である。
しかし、トランジスタと有機電界発光素子との間に厚さ1μmから数μm程度の平坦化膜を形成した上でこれにコンタクトホールを形成する必要があり、プロセスが複雑になるため低コスト化が難しい。
一方、ボトムエミッション型有機電界発光素子を用いた表示装置は製造プロセスが比較的容易である。
しかし、従来、トランジスタや保持容量の各電極は発光素子から放出された可視光を透過しない金属薄膜で形成していた。そのため、トップエミッション型では問題とならなかったトランジスタと保持容量をレイアウトした領域は非発光領域となり、開口率の点で難点があった。
特に、保持容量のレイアウト面積による開口率の低下が問題となっていた。具体的に説明すると、トランジスタと保持容量のうち、前者のレイアウト面積はトランジスタのチャネル層における電荷の電界効果移動度とほぼ反比例する。
よって、ある程度以上大きな電界効果移動度を示す材料をトランジスタのチャネル層に選べば、トランジスタによる非発光領域は実用上十分小さくなる。
一方、後者は通常1pF程度の大きさが必要である。
これは、誘電体を100nm厚のSiOとした場合でも54μm四方に相当する面積が画素領域において非発光となってしまうことを意味する。
保持容量のレイアウト面積をこれ以上小さくすると駆動トランジスタのゲートリーク電流が無視できなくなり、駆動トランジスタのゲート電位が安定に保持できなくなる。したがって、画素回路の階調制御性が低下する。
以上をまとめると、階調制御性に優れた高開口率のボトムエミッション型表示装置を製造することは困難であった。
そこで、本発明は、上記課題に鑑みて、階調制御性に優れた高開口率のボトムエミッション型表示装置を提供することを目的とする。すなわち、高い階調制御性と高い開口率を両立したボトムエミッション型表示装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、ボトムエミッション型表示装置において発光素子の不良率を低減することを目的とする。
また、本発明は、ボトムエミッション型表示装置をより簡便な製造プロセスによって作製することも目的とする。
また、本発明は、ボトムエミッション型表示装置のトランジスタを外光に対しより安定にすることも目的とする。
本発明は、上記課題を解決するための手段として、基板上に、トランジスタと、保持容量と、発光素子とが形成されるアクティブマトリクス表示装置であって、前記トランジスタは、ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極を有し、前記保持容量は、第1電極、誘電体層及び第2電極が前記基板側からこの順に積層されて構成され、前記発光素子は、第3電極、発光層及び第4電極とが前記基板側からこの順に積層されて構成され、且つ前記保持容量を挟んで前記基板上に設けられ、前記保持容量の第1電極は、前記トランジスタのゲート電極と接続され、前記基板に対して平面視した場合、前記発光素子の発光領域は前記保持容量の電荷蓄積領域内に位置し、前記基板、前記第1電極、前記第2電極及び前記第3電極は、いずれも前記発光素子が放出した光を透過する材料で形成されていることを特徴とする。
本発明によれば、保持容量を透過した光も表示に利用することができ、開口率の高い表示装置を作製できる。
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の実施の形態を説明する。
(第1の実施形態)
図2は、本発明の第1の実施形態としての表示装置の一部を示す断面図である。
基板10上に、当該基板側から、トランジスタ20、保持容量30及び発光素子40がこの順に形成されている。
トランジスタ20は、ソース電極21、ドレイン電極22、ゲート電極23、チャネル層24、ゲート絶縁層25及びチャネル保護層26を有する。
保持容量30は、第1電極31、誘電体層32及び第2電極33を基板10側からこの順に有する。
発光素子40は、第3電極41、発光層42及び第4電極43を基板10側からこの順に有する。
トランジスタ20のドレイン電極22は発光素子の第4電極43と接続されている。本発明においては、このような回路に限定されることはない。トランジスタ20のソース電極21及びドレイン電極22のうちいずれか一方が発光素子の第3電極41及び第4電極43のうちいずれか一方と接続した回路とすることもできる。
保持容量30の少なくとも一部は基板10と発光素子40との間に設けられており、保持容量30の第2電極33と発光素子40の第3電極41との間は層間膜50で絶縁されている。
保持容量30は、不図示の配線又は外部回路によりトランジスタのゲート電極23とグランド電源などの外部の基準電源との間に接続されており、ゲート電極23に書き込まれた信号電圧を保持する。具体的には、第1電極31はゲート電極23と接続され、第2電極33は外部の基準電源と接続されることによりこれが可能となる。
発光素子40の第3電極41、層間膜50、保持容量の第2電極33、誘電体層32、第1電極31及び基板10はいずれも透明である。発光素子40の発光層42から発せられた光の少なくとも一部はこれらを通って外部に取り出される。
上記の構造は、保持容量30が可視光をまったく透過しない構造に比べて開口率を大きくすることができる。
よって、十分な保持容量による高い階調制御性と、高い開口率を両立することができる。
(第2の実施形態)
図3は、本発明の第2の実施形態としての表示装置の一部を示す断面図である。
本実施の形態は、本発明の第1の実施形態を変形したものである。
基板10上に、トランジスタ20、保持容量30及び発光素子40が形成されている。
トランジスタ20は、ソース電極21、ドレイン電極22、ゲート電極23、チャネル層24、ゲート絶縁層25及びチャネル保護層26を有する。
保持容量30は、第1電極31、誘電体層32及び第2電極33を基板10側からこの順に有する。
発光素子40は、第3電極41、発光層42及び第4電極43を基板10側からこの順に有する。
トランジスタ20のドレイン電極22は発光素子の第4電極43と接続されている。本発明においては、このような回路に限定されることはない。トランジスタ20のソース電極21及びドレイン電極22のうちいずれか一方が発光素子の第3電極41及び第4電極43のうちいずれか一方と接続した回路とすることもできる。
保持容量30の少なくとも一部は基板10と発光素子40との間に設けられており、保持容量30の第2電極33と発光素子40の第3電極41との間は層間膜50で絶縁されている。
基板10表面に対して平面視した場合、保持容量30の電荷を蓄積する領域は発光素子40の発光領域を含むか等しいことが好ましい。すなわち、基板10表面に対して平面視した場合、保持容量30の電荷蓄積領域内に発光素子40の発光領域が設けられる構成が好ましい。
本発明において、上記平面視とは、基板10表面の法線方向から見た場合の素子構成をいう。
保持容量30は、図2の実施形態と同様にトランジスタのゲート電極23と並列に接続されており、ゲート電極23に書き込まれた信号電圧を保持する。
発光素子の第3電極41、層間膜50、保持容量の第2電極33、誘電体層32、第1電極31及び基板10はいずれも透明であり、発光素子の発光層42から発せられた光の少なくとも一部はこれらを通って外部に取り出される。
もし、発光素子40の第3電極41、第4電極43及び発光層42の形成時にそれぞれの下地に段差があると、各層が段差を挟んで不連続となることがある。そのため、段差の大きさによっては接触不良や短絡などの発光素子の不良を招く場合がある。
本実施形態では発光素子の少なくとも発光部分の下を平坦とすることが可能であり、発光素子のこれらの不良を抑制することができる。
(第3の実施形態)
図4は、本発明の第3の実施形態としての表示装置の一部を示す断面図である。
本実施の形態は、本発明の第2の実施形態を変形したものである。
基板10上に、トランジスタ20、保持容量30及び発光素子40が形成されている。
トランジスタ20はソース電極21、ドレイン電極22、ゲート電極23、チャネル層24、ゲート絶縁層25及びチャネル保護層26を有する。
発光素子40は、第3電極41、発光層42及び第4電極43を基板10側からこの順に有する。
保持容量30は、第1電極31及び誘電体層32と、発光素子40の第3電極41の少なくとも一部が基板10側からこの順に積層されてなる。
トランジスタ20のドレイン電極22は発光素子の第4電極43と接続されている。本発明においては、このような回路に限定されることはない。トランジスタ20のソース電極21及びドレイン電極22のうちいずれか一方が発光素子の第3電極41及び第4電極43のうちいずれか一方と接続した回路とすることもできる。
保持容量30の少なくとも一部は基板10と発光素子40との間に設けられている。
基板10表面に対して平面視した場合、保持容量30の電荷を蓄積する領域は発光素子40の発光領域を含むか等しい。
保持容量30は、不図示の配線又は外部回路によりトランジスタのゲート電極23と外部の基準電源との間に接続されており、ゲート電極23に書き込まれた信号電圧を保持する。具体的には、第1電極31はゲート電極23と接続され、第3電極41は外部の基準電源と接続されることによりこれが可能となる。
発光素子の第3電極41、層間膜50、保持容量の第2電極33、誘電体層32、第1電極31及び基板10はいずれも透明であり、発光素子の発光層42から発せられた光の少なくとも一部はこれらを通って外部に取り出される。
保持容量30と発光素子40を隔てる層間膜を廃し、さらに発光素子の第3電極41に保持容量の第2電極としての機能を兼ねさせることで、作製プロセスを簡略化することができる。
以上の実施形態について補足する。
トランジスタのゲート電極と保持容量の第1電極や、トランジスタのゲート絶縁層と保持容量の誘電体層など、トランジスタと保持容量との間と共通の部材で形成できる材料がある。
これらの部材を任意の組み合わせで共通化し、成膜を同時に行うことで、製造プロセスをさらに簡便にすることができる。
トランジスタのゲート電極と保持容量の第1電極を別な部材で形成する場合、前者を金属で、後者を透明導電性酸化物で作製することもできる。
トランジスタのゲート電極が特定の波長の光に対して事実上不透明である場合、トランジスタのチャネル層の光伝導を抑制できる。すなわち、外光や発光素子から発せられる光によるトランジスタの誤作動を避けることができる。
本発明は、トランジスタや保持容量を1画素あたり各一つよりも多く有する画素回路においても適用が可能である。
例えば、図1に示した画素回路構成においては、トランジスタは二つであるが、このうちの駆動トランジスタを用いて本発明を実施できる。
さらに、異なる二つ以上のトランジスタのゲート電極が一つの保持容量の同一の電極に接続されていてもよい。
さらに、上記の実施形態の構成要素について詳しく説明する。
(基板)
絶縁性で、可視光に対する透過率が高いものが望ましい。例えばガラス、プラスチックなどが用いられる。
発光素子が有機電界発光素子である場合、発光素子の劣化の抑制及び歩留まりの向上のために、十分な平坦性と、水分や酸素などに対する十分なバリア性を持っている必要がある。
平坦性やバリア性などを持たせるための層を一様に1層以上積層してある場合は、機能上、それらの層も含めて基板と呼ぶ。
(トランジスタ)
[構造]
上記説明ではトランジスタの例として逆スタガ構造のTFTを用いたが、トランジスタとしては正スタガ型、逆スタガ型、正コプラナー型、逆コプラナー型のいずれかのTFTを用いることができる。
[チャネル層]
n型又はp型の半導体材料を用いることができる。
非晶質シリコンや低温ポリシリコン、ペンタセンやポリチオフェンなどの有機半導体、酸化物半導体などが用いられる。
酸化物半導体材料としては、ZnO、In、Ga等及びこれらの混晶や非晶質固溶体などを用いることができる。
とくに、In−Ga−Zn−Oスパッタ薄膜を用いれば、電界効果移動度が十分に大きなトランジスタを作製することができる。
また、チャネル材料のスパッタ成膜が可能であるため、大面積の発光装置を作製することができる。
また、チャネル材料の成膜温度が低いため、プラスチックなどの可撓性基板上に発光装置を作製することができる。
ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極の各電極はITOなどの透明導電性酸化物でもよい。
このとき、これらの電極と保持容量の電極とを同一の部材で一括形成できるため、製造プロセスが簡便になり好ましい。
さらに、In−Ga−Zn−Oスパッタ膜において、少なくとも一部を非晶質とすることが望ましい。
これにより、エッチング加工性が向上する。
また、スパッタ膜全体が非晶質であれば、低温ポリシリコンTFTで見られるような隣接画素回路間のトランジスタ特性ばらつきを防ぐことができる。
[ソース電極及びドレイン電極]
チャネル層がn型半導体の場合、チャネル層に対する電子の注入障壁が十分小さいことが必要である。
p型半導体の場合にはホールの注入障壁が十分小さいことが必要である。
Al、Cr、W、Ti、Auなどの金属や、Al合金、WSi等のシリサイドなどが利用可能である。
また、透明導電性酸化物や、キャリア濃度が大きな透明酸化物半導体も用いることができる。
ITO、亜鉛ドープ酸化インジウム(IZO)や、In−Ga−Zn−Oスパッタ薄膜などがこれにあたる。
また、電極が複数の材料の接続により形成されていてもよい。また、複数の材料の多層膜であってもよい。
[ゲート電極]
上記ソース電極及びドレイン電極と同様の材料群から選択して用いられる。
[ゲート絶縁層]
平坦な膜が形成でき、導電性が小さい材料である必要がある。
具体的には、ゲート−ソースリーク電流Igsがドレイン-ソース電流Idsに比べて実用上十分小さい必要がある。
化学蒸着(CVD)によるSiNx、SiOx又はSiOxyで成膜が可能である。又は、RFマグネトロンスパッタによるSiOx、SiNx、SiOxy、Al、Y、HfO、Ta等又はこれらからなる多層膜でも成膜が可能である。
ゲート絶縁層は透明な誘電体であってもよい。
このときゲート絶縁層と、保持容量の誘電体や層間膜などとを同一の部材で一括形成できるため、製造プロセスが簡便になり好ましい。
[チャネル保護層及び層間膜]
チャネル保護層は、トランジスタのチャネル部分をプロセスでの薬液や使用環境の雰囲気などから保護する。
チャネル保護層には熱的及び化学的に安定な絶縁体が用いられる。
ゲート絶縁層や層間膜などと共通の透明材料を用いることで、これらと同一の部材で一括形成でき、製造プロセスが簡便になり好ましい。
層間膜が存在する場合、層間膜は保持容量と発光素子とを絶縁し隔離する。
透明な絶縁材料が用いられる。
製造プロセスが簡便になるため、トランジスタのゲート絶縁層やチャネル保護層と同様の材料群から選ばれることが好ましい。
(保持容量)
[透明電極]
可視光に対する十分な透明性と、電極としての十分な導電率を備えている必要がある。また、保持容量の短絡を防ぐために平坦に成膜できる必要がある。
透明導電性酸化物又はキャリア濃度の高い透明酸化物半導体、すなわちITO、IZO、In−Ga−Zn−Oなどのスパッタ薄膜が好適である。
また、十分に薄く可視光を透過する金属又は合金の薄膜も用いることができる。
製造プロセスが簡便になるため、トランジスタのソース電極、ドレイン電極及びゲート電極のいずれかの電極と同様の材料群から選ばれることが好ましい。
[誘電体層]
十分な透明性を有する、リーク電流の小さい材料であることが必須である。
ゲート絶縁層と同様の材料群から選択される単層/多層膜を用いることができる。
透明電極や層間膜との積層構造において、可視光の反射損失が少ないものが好ましい。
屈折率がそれぞれn(1)、n(2)である2種の物質の平滑な界面への垂直入射における反射率は次式で表される。
R={(n(1)−n(2))/(n(1)+n(2))}
たとえば、誘電体層をSiNx(屈折率〜2.1)で形成すると、保持容量の電極がITO(屈折率〜2)である場合、界面1箇所あたりの反射率は0.06%程度である。
図3のような構造で層間膜50もSiNxで作製するとITO−SiNx界面が4箇所できるが、これらの反射損失の合計は0.3%未満となる。
また保持容量の可視光透過率を大きくするため、第1電極、第2電極、誘電体層及び層間膜のいずれかにおいて、それぞれの膜厚方向に屈折率を連続的又は段階的に変化させ反射防止構造にしてもよい。
(発光素子)
[電極]
第3電極には透明であることが求められる。
第4電極は特に透明である必要はない。発光素子からの光の利用効率を高めるため、可視光に対する反射率が高いことが望ましい。
第3電極及び第4電極は透明導電性酸化物又は金属のいずれかから選ばれる。
発光層への効率的な電荷注入のために、これらの電極のうち一方は低仕事関数(電子注入性)、もう一方は高仕事関数(ホール注入性)にすることが好ましい。
これらの性質を増強するために、発光層と電極との間に仕事関数を調節する材料層を挟むこともできる。組み合わせ例には以下のようなものがある:
第3電極=透明導電性酸化物(高仕事関数)、第4電極=金属膜(低仕事関数)
第3電極=透明金属薄膜(低仕事関数)、第4電極=金属膜(高仕事関数)
第3電極=透明導電性酸化物+電子注入層(低仕事関数)(例:ITO+Mg10Å)、第4電極=金属+ホール注入層(高仕事関数)(例:Al+WO
[発光層]
実際には良好な発光効率を得るために積層膜が多く用いられるが、説明の便宜上本発明では第3電極、第4電極の間の構造を無視し、一体として発光層と呼ぶ。
各説明図においても同様である。
積層構造としては以下のようなものが用いられる。
ホール輸送層/発光層兼電子輸送層(電子輸送機能を有する発光層)、
ホール輸送層/発光層/電子輸送層、
ホール注入層/ホール輸送層/発光層/電子輸送層、
ホール注入層/ホール輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層。
発光層は有機材料であるのが好ましい。この場合、真空蒸着、塗布法、印刷法などにより形成でき、形成プロセスにおける最高温度が低くプラスチックなどの基板上にも形成できる。
塗布法や印刷法などで形成できる発光層材料によれば、低コストで大面積にわたって発光層を形成でき、さらに好ましい。
(実施例1)
(作製法と構成)
図5から図7を用いて、本発明の実施例1の発光装置の作製法を説明する。
各図の左半分に平面図を、各平面図におけるA−A’断面を右半分にそれぞれ示す。
まず、図5(a)に示すように、基板10(コーニング社製1737ガラス基板)上に、駆動トランジスタのゲート電極23とスイッチトランジスタのゲート電極23aを形成する。その際、チタンと金積層膜をチタン及び金をターゲットとして用いてスパッタ法により形成する。
図5(b)に示すように、ITOからなる保持容量の第1電極31をITOターゲットを用いてスパッタ法により形成し、駆動トランジスタのゲート電極23と接続する。
図5(c)に示すように、駆動トランジスタのゲート絶縁層25とスイッチトランジスタのSiOからなるゲート絶縁層25aをSiOターゲットを用いてスパッタ法により形成する。スパッタ用のガスとしてはAr、Oを用いることができる。
そして、保持容量のSiNからなる誘電体層32をSiNターゲットを用いてスパッタ法により形成する。スパッタ用のガスとしてはArを用いることができる。
図6(a)に示すように、In−Ga−Zn−Oからなる駆動トランジスタのチャネル層24とスイッチトランジスタのチャネル層24aをIn−Ga−Zn−Oターゲットを用いてスパッタ法により形成する。スパッタ用のガスとしてはAr、Oを用いることができる。
図6(b)に示すように、駆動トランジスタのソース電極21並びにドレイン電極22及びスイッチトランジスタのソース電極21a並びにドレイン電極22aを、チタンと金の積層膜をスパッタ法により形成する。スパッタ用のガスとしてはArを用いることができる。
このとき、スイッチトランジスタのソース電極21aは駆動トランジスタのゲート電極23へと延在しており、両者が接続される。
保持容量のITOからなる第2電極33をスパッタ法により形成し、保持容量30を得る。
図6(c)に示すように、SiOからなる駆動トランジスタのチャネル保護層26及びスイッチトランジスタのチャネル保護層26aをスパッタ法により形成し、駆動トランジスタ20とスイッチトランジスタ20aを得る。
SiNからなる層間膜50をスパッタ法により形成する。
図7(a)に示すように、発光素子のITOからなる第3電極41をスパッタ法により形成する。
図7(b)に示すように、感光性ポリイミドにより隔壁(不図示)を特定の形状に形成し、所望の領域にのみ発光素子の発光層42が形成されるようにする。
この隔壁内部に、以下の水溶液を以下の順で塗布し、不活性雰囲気中で乾燥させて発光素子の発光層42を得る。
ホール注入層の材料としてPoly(3,4−ethylendioxythiophene)−poly(styrenesulfonate)(PEDOT:PSS)水溶液を用いる。
また発光層の材料としてLUMATION green 1303(The Dow Chemical Company社製)溶液を用いる。
図7(c)に示すように、リチウムドープアルミニウム膜からなる発光素子の第4電極43をリチウムドープアルミニウムを蒸着源に用いて真空蒸着法により形成し、発光素子40を得る。
第4電極43は駆動トランジスタのドレイン電極22と電気的に接続している。
(駆動形態)
図8は、本実施例により得られた発光装置の等価回路を示す回路図である。
駆動トランジスタのソース電極21及び保持容量の第2電極33をともに接地し、発光素子の第3電極41を正のDC電源VDDに接続しておく。スイッチトランジスタのドレイン電極22aに信号電圧Vsigを印加しておく。
スイッチトランジスタのゲート電極23aに、正のパルス状電圧Vselを印加すると、保持容量30に電位Vsigが書き込まれ、駆動トランジスタのゲート電極23の電位を保持する。
その結果、ゲート電極23aへの電圧を取り除いた(電圧の印加を停止した)後も、発光素子はVsigの大きさに応じた輝度の発光を維持する。
(利点)
第3電極、第2電極、誘電体層、第1電極及び基板が可視光を透過するので、開口率の高い表示装置が得られる。
発光素子は有機電界発光素子であるので、プラスチックなどの基板上にも表示装置が作製できる。
トランジスタのゲート電極が金属であるので、トランジスタの光伝導を抑制できる。
(実施例2)
実施例1とほぼ同様の作製手順で作製できるが、基板10表面に対して平面視した場合、保持容量30の電荷を蓄積する領域は、発光素子40の発光領域を含む。
すなわち、平面視した場合、発光素子の第3電極41と第4電極43の対向する領域は保持容量の第1電極31と第2電極33の対向する領域(保持容量の電荷蓄積領域)に含まれる。
(作製法と構成)
図9から図11を用いて、本発明を適用できる発光装置の作製法を説明する。
各図の左半分に平面図を、各平面図におけるA−A’断面を右半分にそれぞれ示す。
図9(a)に示すように、基板10(コーニング社製1737)上に、チタンと金の積層膜からなる駆動トランジスタのゲート電極23とスイッチトランジスタのゲート電極23aをスパッタ法により形成する。
SiOからなる駆動トランジスタのゲート絶縁層25とスイッチトランジスタのゲート絶縁層25aをSiOターゲットを用いてスパッタ法により形成する。
In−Ga−Zn−Oからなる駆動トランジスタのチャネル層24とスイッチトランジスタのチャネル層24aをIn−Ga−Zn−Oターゲットを用いてスパッタ法により形成する。
図9(b)に示すように、チタンと金の積層膜からなる駆動トランジスタのソース電極21並びにドレイン電極22及びスイッチトランジスタのソース電極21a並びにドレイン電極22aを形成する。その際、チタンと金のターゲットを用いてスパッタ積層法により形成する。
このときスイッチトランジスタのソース電極21aは駆動トランジスタのゲート電極23へと延在しており、両者が接続される。
図9(c)に示すように、SiOからなる駆動トランジスタのチャネル保護層26及びスイッチトランジスタのチャネル保護層26aを形成し、駆動トランジスタ20とスイッチトランジスタ20aを得る。その際、SiOターゲットを用いてスパッタ法により形成する。
図10(a)に示すように、ITOからなる保持容量の第1電極31をITOスパッタ法により形成する。これは駆動トランジスタのゲート電極23へと延在しており、ゲート電極23と第1電極31との電気的な接続が得られる。
図10(b)に示すように、保持容量の誘電体層32をSiNスパッタ薄膜にて形成する。
図10(c)に示すように、第2電極33をITOスパッタ薄膜にて形成し保持容量30を得る。
図11(a)に示すように、SiNからなる層間膜50をスパッタ法により形成する。
図11(b)に示すように、ITOからなる発光素子の第3電極41をスパッタ法により形成する。
図11(c)に示すように、感光性ポリイミドにより隔壁(不図示)を特定の形状に形成し、所望の領域にのみ発光素子の発光層42が形成されるようにする。
この隔壁内部に、実施例1と同様の材料と手順で発光素子の発光層42を得る。
図11(d)に示すように、リチウムドープアルミニウムからなる発光素子の第4電極43をリチウムドープアルミニウムを蒸着源に用いて真空蒸着法により形成し、発光素子40を得る。
第4電極43は駆動トランジスタのドレイン電極22と接続している。
平面視した場合、発光素子の第3電極41と第4電極43の対向する領域は、保持容量の第1電極31と第2電極33の対向する領域に含まれる。
(利点)
実施例1に記した利点を全て有する。
発光領域下部を平坦にすることができ、発光素子の不良を抑制することができる。
(実施例3)
実施例2と同様、透明容量が発光素子の発光部分の下部すべてにあるが、保持容量の第2電極と層間膜の形成を省き、より簡易なプロセスで作製できる。
(作製法と構成)
図12から図14を用いて、本発明を適用できる発光装置の作製法を説明する。
各図の左半分に平面図を、各平面図におけるA−A’断面を右半分にそれぞれ示す。
図12(a)に示すように、基板10(コーニング社製1737)上に、チタンと金の積層膜からなる駆動トランジスタのゲート電極23とスイッチトランジスタのゲート電極23aを形成する。その際、チタンと金のターゲットを用いてスパッタ法により形成する。
図12(b)に示すように、SiOからなる駆動トランジスタのゲート絶縁層25とスイッチトランジスタのゲート絶縁層25aをSiOターゲットを用いてスパッタ法により形成する。
図12(c)に示すように、In−Ga−Zn−Oからなる駆動トランジスタのチャネル層24とスイッチトランジスタのチャネル層24aをIn−Ga−Zn−Oターゲットを用いてスパッタ法により形成する。
図13(a)に示すように、チタンと金の積層膜からなる駆動トランジスタのソース電極21並びにドレイン電極22及びスイッチトランジスタのソース電極21a並びにドレイン電極22aを形成する。その際、チタンと金のターゲットを用いてスパッタ積法により形成する。
このとき、スイッチトランジスタのソース電極21aは駆動トランジスタのゲート電極23へと延在しており、両者が電気的に接続される。
図13(b)に示すように、SiOからなる駆動トランジスタのチャネル保護層26及びスイッチトランジスタのチャネル保護層26aを形成し、駆動トランジスタ20とスイッチトランジスタ20aを得る。その際、SiOターゲットを用いてスパッタ法により形成する。
図13(c)に示すように、保持容量の第1電極31をITOスパッタ薄膜にて形成する。
これは駆動トランジスタのゲート電極23へと延在しており、ゲート電極23と第1電極31との電気的接続が得られる。
図14(a)に示すように、SiNからなる保持容量の誘電体層32をSiNターゲットを用いてスパッタ法により形成する。
図14(b)に示すように、ITOからなる発光素子の第3電極41を、ITOターゲットを用いてスパッタ法により形成する。このとき、第3電極41は保持容量の第1電極31に対する対向電極としても機能し、保持容量30が得られる。即ち、第3電極41は、発光素子の第3電極41と、保持容量の第1電極31に対する対向電極とを兼ねる構成とすることができる。
図14(c)に示すように、感光性ポリイミドにより隔壁(不図示)を特定の形状に形成し、所望の領域にのみ発光素子の発光層42が形成されるようにする。
この隔壁内部に発光素子の発光層42を形成する。
リチウムドープアルミニウムからなる発光素子の第4電極43をリチウムドープアルミニウムを蒸着源に用いて真空蒸着法により形成し、発光素子40を得る。第4電極43は駆動トランジスタのドレイン電極22と接続している。
平面視した場合、発光素子の第3電極41と第4電極43の対向する領域は、保持容量の第1電極31と第3電極41の対向する領域に含まれる。
(駆動形態)
図15は、本実施例により得られた発光装置の等価回路を示す回路図である。
駆動トランジスタのソース電極21及び保持容量の第2電極33をともに接地し、発光素子の第3電極41を正のDC電源VDDに接続しておく。スイッチトランジスタのドレイン電極22aに信号電圧Vsigを印加しておく。
スイッチトランジスタのゲート電極23aに、正のパルス状電圧Vselを印加すると、保持容量の第1電極31に電位Vsigが書き込まれ、駆動トランジスタのゲート電極23の電位を保持する。
その結果、ゲート電極23aへのパルス電圧がオフになった後も、Vsigの大きさに応じた輝度の発光を維持する。
(利点)
実施例2に記した利点を全て有する。
保持容量の第2電極と層間膜を形成する必要がないので、実施例2より少ないプロセス数で発光装置が実現できる。
(実施例4)
図16は、本発明を適用できる別な発光装置を示す断面図である。
本発明に示す本実施例以降の特徴は、トランジスタと保持容量において共通化できる部材を共通化し、一括形成した点である。
(作製法と構成)
図17から図19を用いて、本発明を適用できる発光装置の作製法を説明する。各図の左半分に平面図を、各平面図におけるA−A’断面を右半分にそれぞれ示す。
図17(a)に示すように、基板10(コーニング社製1737)上にITOスパッタ薄膜を形成しエッチングする。このようにすることにより、駆動トランジスタのゲート電極23及びスイッチトランジスタのゲート電極23a及び保持容量の第1電極31をそれぞれ得る。
これらは単一のスパッタ薄膜から1回のエッチングで同時に得られる。また、駆動トランジスタのゲート電極23は保持容量の第1電極31と一体に形成される。
図17(b)に示すように、駆動トランジスタのゲート絶縁層、スイッチトランジスタのゲート絶縁層及び保持容量の誘電体層として、SiOからなる共通誘電体層60をSiOターゲットを用いてスパッタ薄膜により形成する。
エッチングにより駆動トランジスタのゲート電極23上の共通誘電体層60の一部にコンタクトホール61を設ける。
図17(c)に示すように、スパッタ法で形成したIn−Ga−Zn−O膜をエッチングすることにより、駆動トランジスタのチャネル層24とスイッチトランジスタのチャネル層24aをそれぞれ得る。
図18(a)に示すように、スパッタ法で形成したITO膜をエッチングする。このようにすることにより、駆動トランジスタのソース電極21並びにドレイン電極22、スイッチトランジスタのソース電極21a並びにドレイン電極22a及び保持容量の第2電極33をそれぞれ得る。
このときスイッチトランジスタのソース電極21aはコンタクトホール61へ延在しており、スイッチトランジスタと駆動トランジスタの電気的な接続が得られる。
図18(b)に示すように、駆動トランジスタのチャネル保護層26、スイッチトランジスタのチャネル保護層26a及び層間膜50として、SiOからなる共通誘電体層62を形成する。その際、SiOターゲットを用いてスパッタ法により形成する。
これにより、駆動トランジスタ20及びスイッチトランジスタ20aが得られる。
エッチングにより駆動トランジスタのドレイン電極22上の共通誘電体層62の一部にコンタクトホール63を設ける。
図18(c)に示すように、ITOからなる発光素子の第3電極41をITOターゲットを用いてスパッタ法により形成する。
図19(a)に示すように、感光性ポリイミドにより隔壁(不図示)を特定の形状に形成し、所望の領域にのみ発光素子の発光層42が形成されるようにする。
この隔壁内部に発光素子の発光層42を形成する。
図19(b)に示すように、発光素子の第4電極43をリチウムドープアルミニウム真空蒸着膜により形成し、発光素子40を得る。
第4電極43はコンタクトホール63へ延在しており、駆動トランジスタ20と発光素子40の接続が得られる。
平面視した場合、発光素子の第3電極41と第4電極43の対向する領域は、保持容量の第1電極31と第2電極33の対向する領域に含まれる。
本実施例により得られる発光装置の等価回路は図8のとおりである。
(利点)
実施例2に記した利点を全て有する。
ゲート電極と保持容量の第1電極、ゲート絶縁層と誘電体層、ソース・ドレイン電極と第2電極、チャネル保護層と層間絶縁層とがそれぞれ同一部材であるので、実施例2より大幅に少ないプロセス数で発光装置が実現できる。
(実施例5)
(作製法と構成)
図20を用いて、本発明を適用できる発光装置の作製法を説明する。
基板10(コーニング社製1737)上に、ITOからなる保持容量の第1電極31及びSiOからなる誘電体層32を、ITOターゲット及びSiOターゲットを用いてスパッタ法によりそれぞれ形成する。
この上にITO膜をスパッタ法により形成し、その後エッチングによりパターニングすることにより、トランジスタのゲート電極23及び保持容量の第2電極33をそれぞれ得る。ゲート絶縁膜23は第1電極31と断面図外で接続されている。
トランジスタのゲート絶縁層及び保持容量と発光素子を隔てる層間膜として、SiOからなる共通誘電体層64をSiOターゲットを用いてスパッタ薄膜により形成する。
この上にIn−Ga−Zn−O膜をスパッタ法により形成し、その後エッチングによりパターニングして、トランジスタのチャネル層24を形成する。
この上にITO膜をITOターゲットを用いてスパッタ法により形成し、その後エッチングによりパターニングして、トランジスタのソース電極21並びにドレイン電極22及び発光素子の第3電極41を得る。
トランジスタのチャネル保護層26をSiOスパッタ薄膜により形成する。
感光性ポリイミドにより隔壁(不図示)を特定の形状に形成し、所望の領域にのみ発光素子の発光層42が形成されるようにする。
この隔壁内部に発光素子の発光層42を形成する。
リチウムドープアルミニウムからなる発光素子の第4電極43をリチウムドープアルミニウムを蒸着源として用いて真空蒸着法により形成する。このとき、第4電極43はトランジスタのドレイン電極22へ延在しており、トランジスタと発光素子の電気的な接続が得られる。
平面視した場合、発光素子の第3電極41と第4電極43の対向する領域は、保持容量の第1電極31と第2電極33の対向する領域に含まれる。
(利点)
実施例2に記した利点を全て有する。
ゲート電極と保持容量の第2電極、ゲート絶縁層と層間膜、ソース・ドレイン電極と発光素子の第3電極がそれぞれ同一部材であるので、実施例2より少ないプロセス数で発光装置が実現できる。
(実施例6)
(作製法と構成)
図21を用いて、本発明を適用できる発光装置の作製法を説明する。
基板10(コーニング社製1737)上に、トランジスタのゲート電極23及びゲート絶縁膜25をITOスパッタ薄膜及びSiOスパッタ薄膜によりそれぞれ形成する。
この上に、In−Ga−Zn−O膜を、In−Ga−Zn−Oターゲットを用いてスパッタ法により形成し、その後エッチングによりパターニングして、トランジスタのチャネル層24を形成する。
この上にITOスパッタ法により形成し、その後エッチングすることによりパターニングして、トランジスタのソース電極21並びにドレイン電極22及び保持容量の第1電極31をそれぞれ得る。第1電極31はゲート電極23と断面図外で接続されている。
トランジスタのチャネル保護層及び保持容量の誘電体膜として、SiOからなる共通誘電体層66をSiOターゲットを用いてスパッタ法により形成する。ドレイン電極22上の共通誘電体層66の一部にコンタクトホール67を設ける。
ITOからなる保持容量の第2電極33、SiOからなる層間膜50及びITOからなる発光素子の第3電極41を、ITOターゲット及びSiOターゲットを用いてスパッタ法によりそれぞれ形成する。
感光性ポリイミドにより隔壁(不図示)を特定の形状に形成し、所望の領域にのみ発光素子の発光層42が形成されるようにする。
この隔壁内部に発光素子の発光層42を形成する。
リチウムドープアルミニウムからなる発光素子の第4電極43をリチウムドープアルミニウム蒸着源を用いて真空蒸着法により形成する。このとき、第4電極43はコンタクトホール67へ延在しており、トランジスタのドレイン電極22との電気的な接続が得られる。
平面視した場合、発光素子の第3電極41と第4電極43の対向する領域は、保持容量の第1電極31と第2電極33の対向する領域に含まれる。
(利点)
実施例2に記した利点を全て有する。
ソース・ドレイン電極と保持容量の第1電極、チャネル保護層と誘電体層がそれぞれ同一部材であるので、実施例2より少ないプロセス数で発光装置が実現できる。
(実施例7)
(作製法と構成)
図22を用いて、本発明を適用できる発光装置の作製法を説明する。
基板10上にITO膜をITOターゲットを用いてスパッタ法により形成し、その後エッチングすることによりパターニングして、トランジスタのゲート電極23及び保持容量の第1電極31をそれぞれ得る。
トランジスタのゲート電極23は保持容量の第1電極31と断面図外でつながっており、一体である。
トランジスタのゲート絶縁層及び保持容量の誘電体層として、SiOからなる共通誘電体層60をSiOターゲットを用いてスパッタ法により形成する。
この上にIn−Ga−Zn−O膜をIn−Ga−Zn−Oターゲットを用いてスパッタ法により形成し、その後エッチングすることによりパターニングして、トランジスタのチャネル層24を得る。
この上にITO膜をITOターゲットを用いてスパッタ法により形成し、その後エッチングすることによりパターニングして、トランジスタのソース電極21並びにドレイン電極22及び発光素子の第3電極41をそれぞれ得る。
第1電極31、共通誘電体層60及び第3電極41により保持容量30が形成される。
SiOからなるトランジスタのチャネル保護層26をSiOターゲットを用いてスパッタ法により形成する。
これによりトランジスタ20が得られる。
感光性ポリイミドにより隔壁(不図示)を特定の形状に形成し、所望の領域にのみ発光素子の発光層42が形成されるようにする。
この隔壁内部に発光素子の発光層42を形成する。
リチウムドープアルミニウムからなる発光素子の第4電極43をリチウムドープアルミニウムを蒸着源として真空蒸着法により形成する。このとき、第4電極43はトランジスタのドレイン電極22の一部へ延在しており、トランジスタと発光素子の電気的な接続が得られる。
平面視した場合、発光素子の第3電極41と第4電極43の対向する領域は、保持容量の第1電極31と第3電極41の対向する領域に含まれる。
(利点)
実施例3に記した利点を全て有する。
ゲート電極と保持容量の第1電極、ゲート絶縁層と誘電体層、ソース電極、ドレイン電極及び第2電極がそれぞれ同一部材であるので、実施例3より大幅に少ないプロセス数で発光装置が実現できる。
(実施例8)
(作製法と構成)
図23を用いて、本発明を適用できる発光装置の作製法を説明する。
基板10(コーニング社製1737)上に、ITOからなる保持容量の第1電極31及びSiOからなる誘電体層32を、ITOターゲット及びSiOターゲットを用いてスパッタ法によりそれぞれ形成する。
この上にITO膜をITOターゲットを用いてスパッタ法により形成し、その後エッチングすることによりパターニングして、トランジスタのゲート電極23及び発光素子の第3電極41をそれぞれ得る。ゲート電極23は第1電極31と断面図外で接続されている。
第1電極31、誘電体層32及び第3電極41により保持容量30が形成される。
SiOからなるトランジスタのゲート絶縁層25及びIn−Ga−Zn−Oからなるチャネル層24を、SiOターゲット及びIn−Ga−Zn−Oターゲットを用いてスパッタ法によりそれぞれ形成する。
ITOからなるトランジスタのソース電極21及びドレイン電極22を、ITOターゲットを用いてスパッタ法により形成する。
SiOからなるトランジスタのチャネル保護層26をSiOターゲットを用いてスパッタ法により形成する。
感光性ポリイミドにより隔壁(不図示)を特定の形状に形成し、所望の領域にのみ発光素子の発光層42が形成されるようにする。
この隔壁内部に発光素子の発光層42を形成する。
発光素子の第4電極43をリチウムドープアルミニウム真空蒸着膜により形成する。このとき、第4電極43はトランジスタのドレイン電極22へ延在しており、トランジスタと発光素子の電気的な接続が得られる。
平面視した場合、発光素子の第3電極41と第4電極43の対向する領域は、保持容量の第1電極31と第3電極41の対向する領域に含まれる。
(利点)
実施例3に記した利点を全て有する。
ゲート電極と発光素子の第1電極が同一部材であるので、実施例3より少ないプロセス数で発光装置が実現できる。
(実施例9)
(作製法と構成)
図24を用いて、本発明を適用できる発光装置の作製法を説明する。
基板10(コーニング社製1737)上に、ITOからなるトランジスタのゲート電極23及びSiOからなるゲート絶縁膜25を、ITOターゲット及びSiOターゲットを用いてスパッタ法によりそれぞれ形成する。
この上にIn−Ga−Zn−O膜をIn−Ga−Zn−Oターゲットを用いてスパッタ法によりを形成し、その後エッチングすることによりパターニングして、トランジスタのチャネル層24を形成する。
この上にITO膜をITOターゲットを用いてスパッタ法により形成し、その後エッチングすることによりパターニングして、トランジスタのソース電極21並びにドレイン電極22及び保持容量の第1電極31をそれぞれ得る。第1電極31はゲート電極23と断面図外で接続されている。
トランジスタのチャネル保護層及び保持容量の誘電体膜として、SiOからなる共通誘電体層66をSiOターゲットを用いてスパッタ法により形成する。ドレイン電極22上の一部の共通誘電体層66にコンタクトホール67を設ける。
発光素子の第1電極41をITOスパッタ薄膜により形成する。第1電極31、共通誘電体層66及び第3電極41により保持容量30が形成される。
感光性ポリイミドにより隔壁(不図示)を特定の形状に形成し、所望の領域にのみ発光素子の発光層42が形成されるようにする。
この隔壁内部に発光素子の発光層42を形成する。
発光素子の第4電極43をリチウムドープアルミニウム真空蒸着膜により形成する。このとき、第4電極43はコンタクトホール67へ延在しており、トランジスタのドレイン電極22との接続が得られる。
平面視した場合、発光素子の第3電極41と第4電極43の対向する領域は、保持容量の第1電極31と第3電極41の対向する領域に含まれる。
(利点)
実施例3に記した利点を全て有する。
ソース・ドレイン電極と保持容量の第1電極、チャネル保護層と誘電体層がそれぞれ同一部材であるので、実施例3より少ないプロセス数で発光装置が実現できる。
本発明は、表示装置に利用可能であり、特に、有機電界発光ディスプレイをはじめとする各種フラットパネルディスプレイに幅広く用いられる。
nチャネルトランジスタを用いたアクティブマトリクス駆動有機電界発光ディスプレイの最も基本的な画素回路図である。 本発明の第1の実施形態としての発光装置の断面図である。 本発明の第2の実施形態としての発光装置の断面図である。 本発明の第3の実施形態としての発光装置の断面図である。 本発明の実施例1の発光装置の作製方法を示す図である。 本発明の実施例1の発光装置の作製方法を示す図である。 本発明の実施例1の発光装置の作製方法を示す図である。 本発明の実施例1の発光装置の等価回路図である。 本発明の実施例2の発光装置の作製方法を示す図である。 本発明の実施例2の発光装置の作製方法を示す図である。 本発明の実施例2の発光装置の作製方法を示す図である。 本発明の実施例3の発光装置の作製方法を示す図である。 本発明の実施例3の発光装置の作製方法を示す図である。 本発明の実施例3の発光装置の作製方法を示す図である。 本発明の実施例3の発光装置の等価回路図である。 本発明の実施例4の発光装置の断面図である。 本発明の実施例4の発光装置の作製方法を示す図である。 本発明の実施例4の発光装置の作製方法を示す図である。 本発明の実施例4の発光装置の作製方法を示す図である。 本発明の実施例5の発光装置の断面図である。 本発明の実施例6の発光装置の断面図である。 本発明の実施例7の発光装置の断面図である。 本発明の実施例8の発光装置の断面図である。 本発明の実施例9の発光装置の断面図である。
符号の説明
10 基板
20 トランジスタ
21 ソース電極
22 ドレイン電極
23 ゲート電極
24 チャネル層
25 ゲート絶縁層
30 保持容量
31 第1電極
32 誘電体層
33 第2電極
40 発光素子
41 第3電極
42 発光層
43 第4電極

Claims (6)

  1. 基板上に、トランジスタと、保持容量と、発光素子とが形成されるアクティブマトリクス表示装置であって、
    前記トランジスタは、ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極を有し、
    前記保持容量は、第1電極、誘電体層及び第2電極が前記基板側からこの順に積層されて構成され、
    前記発光素子は、第3電極、発光層及び第4電極とが前記基板側からこの順に積層されて構成され、且つ前記保持容量を挟んで前記基板上に設けられ、
    前記保持容量の第1電極は、前記トランジスタのゲート電極と接続され、
    前記基板に対して平面視した場合、前記発光素子の発光領域は前記保持容量の電荷蓄積領域内に位置し、
    前記基板、前記第1電極、前記第2電極及び前記第3電極は、いずれも前記発光素子が放出した光を透過する材料で形成されていることを特徴とするアクティブマトリクス表示装置。
  2. 前記第3電極の一部が前記第2電極を兼ねることを特徴とする請求項1記載のアクティブマトリクス表示装置。
  3. 前記発光層は、有機材料で形成されることを特徴とする請求項1または2に記載のアクティブマトリクス表示装置。
  4. 前記トランジスタのチャネル層は、In、Ga及びZnを含み、
    かつ少なくとも一部が非晶質の酸化物であることを特徴とする請求項1からのいずれか1項記載のアクティブマトリクス表示装置。
  5. 前記ゲート電極と前記第1電極の材料は同一の透明の導電性酸化物であり、同一の工程で作製されることを特徴とする請求項1からのいずれか1項記載のアクティブマトリクス表示装置。
  6. 前記ゲート電極の材料は金属であり、前記第1電極の材料は透明導電性酸化物であることを特徴とする請求項1記載のアクティブマトリクス表示装置。
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