JP5531720B2 - 表示装置、表示装置の製造方法、及び、電子機器 - Google Patents

表示装置、表示装置の製造方法、及び、電子機器 Download PDF

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Description

本発明は、表示装置、表示装置の製造方法、及び、電子機器に関し、特に、電気光学素子を含む画素が行列状(マトリクス状)に2次元配置されてなる表示装置、当該表示装置の製造方法、及び、当該表示装置を有する電子機器に関する。
近年、画像表示を行う表示装置の分野では、画素(画素回路)が行列状に配置されてなる平面型(フラットパネル型)の表示装置が急速に普及している。平面型の表示装置の一つとして、デバイスに流れる電流値に応じて発光輝度が変化する、所謂電流駆動型の電気光学素子を画素の発光素子として用いた表示装置がある。電流駆動型の電気光学素子としては、有機材料のエレクトロルミネッセンス(Electroluminescence;EL)を利用し、有機薄膜に電界をかけると発光する現象を用いた有機EL素子が知られている。
画素の発光素子として有機EL素子を用いた有機EL表示装置は次のような特長を持っている。すなわち、有機EL素子は、10V以下の印加電圧で駆動できるために低消費電力である。有機EL素子は、自発光素子であるために液晶表示装置に比べて、画像の視認性が高く、しかもバックライト等の照明部材を必要としないために軽量化及び薄型化が容易である。更に、有機EL素子は、応答速度が数μsec程度と非常に高速であるために動画表示時の残像が発生しない。
有機EL表示装置では、液晶表示装置と同様に、その駆動方式として単純(パッシブ)マトリクス方式とアクティブマトリクス方式とを採ることができる。但し、単純マトリクス方式の表示装置は、構造が簡単であるものの、電気光学素子の発光期間が走査線(即ち、画素数)の増加によって減少するために、大型でかつ高精細な表示装置の実現が難しいなどの問題がある。
そのため、近年、電気光学素子に流れる電流を、当該電気光学素子と同じ画素内に設けられる能動素子、例えば、絶縁ゲート型電界効果トランジスタによって制御するアクティブマトリクス方式の表示装置の開発が盛んに行われている。絶縁ゲート型電界効果トランジスタとしては、一般には、TFT(Thin Film Transistor;薄膜トランジスタ)が用いられる。アクティブマトリクス方式の表示装置は、電気光学素子が1表示フレームの期間に亘って発光を持続するために、大型でかつ高精細な表示装置の実現が容易である。
アクティブマトリクス方式により駆動される、電流駆動型の電気光学素子を含む画素回路にあっては、電気光学素子に加えて、当該電気光学素子を駆動するための駆動回路を備えている。この駆動回路として、電流駆動型の電気光学素子である有機EL素子21を駆動トランジスタ22、書込みトランジスタ23、及び、保持容量24を有する構成の画素回路が知られている(例えば、特許文献1を参照)。
特許文献1には、駆動トランジスタ22のゲート電極がフローティング状態にあるときは、駆動トランジスタ22のソース電位Vsに連動してゲート電位Vgが変動する、所謂ブートストラップ動作が行われることが記載されている(特許文献1の段落番号0071等を参照)。特許文献1には更に、ブートストラップ動作により、有機EL素子21のI−V特性が経時変化しても、駆動トランジスタ22のゲート−ソース間電圧Vgsが一定に維持されるため、発光輝度が一定に保たれることが記載されている(特許文献1の段落番号0093等を参照)。
特開2008−310127号公報
上述したブートストラップ動作において、駆動トランジスタ22のソース電位Vsの変動分ΔVsに対するゲート電位Vgの変動分ΔVgの比率(=ΔVg/ΔVs)がブートストラップゲインGbとなる。そして、このブートストラップゲインGbは、保持容量24の容量値や駆動トランジスタ22のゲート電極に付く寄生容量の容量値などによって決まる。
駆動トランジスタ22のゲート電極に付く寄生容量、特に、駆動トランジスタ22のゲート−ソース間の寄生容量の容量値が大きいと、ブートストラップゲインGbが理想状態(Gb=1)から変動する、具体的には、ブートストラップゲインGbが低下する。すると、駆動トランジスタ22のゲート−ソース間電圧Vgsについて、画素間で閾値電圧Vthの差分ΔVthを維持したまま発光状態を保つことができないため、画素間で輝度にばらつきが生じる(その詳細については後述する)。この画素間での輝度のばらつきは、縦スジや横スジ、輝度ムラとなって視認される。その結果、画面のユニフォーミティが損なわれることとなる。
そこで、本発明は、駆動トランジスタのゲート−ソース間の寄生容量の容量値を低減することでブートストラップゲインを向上し、画面のユニフォーミティを損なうことなく、良質な表示画像を得ることが可能な表示装置、表示装置の製造方法、及び、電子機器を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明による表示装置は、
電気光学素子、映像信号を画素内に書き込む書込みトランジスタ、前記書込みトランジスタによって書き込まれた前記映像信号を保持する保持容量、及び、前記保持容量に保持された前記映像信号に基づいて前記電気光学素子を駆動する駆動トランジスタを含む画素が複数配置されてなり、
前記駆動トランジスタは、
チャネル領域と、
前記チャネル領域と対向して設けられたゲート電極と、
電源側の第1のソース/ドレイン領域と、
前記電気光学素子側の第2のソース/ドレイン領域と、
前記チャネル領域と前記第1、第2のソース/ドレイン領域との間に設けられた、当該ソース/ドレイン領域よりも低濃度の不純物領域とを有し、
前記第1のソース/ドレイン領域と前記チャネル領域との間に位置する前記不純物領域は、前記ゲート電極と対向する領域外に形成されている
構成となっている。
上記目的を達成するために、本発明による表示装置の製造方法は、
電気光学素子、映像信号を画素内に書き込む書込みトランジスタ、前記書込みトランジスタによって書き込まれた前記映像信号を保持する保持容量、及び、前記保持容量に保持された前記映像信号に基づいて前記電気光学素子を駆動する駆動トランジスタを含む画素が複数配置されてなる表示装置の製造に当って、
前記駆動トランジスタを形成する際に、
先ず、基板上にゲート電極及び半導体層を形成した後、前記ゲート電極の中心に対して変位した状態でフォトレジストを形成し、
しかる後、前記フォトレジストをマスクとして基板表面側から露光によりパターニングした後不純物を注入して、電源側のソース/ドレイン領域とチャネル領域との間に不純物領域を形成する。この製造方法によれば、電源側のソース/ドレイン領域とチャネル領域との間に位置する不純物領域は、ゲート電極と対向する領域外に形成される。
駆動トランジスタは、チャネル領域と第1、第2のソース/ドレイン領域との間に、当該ソース/ドレイン領域よりも低濃度の不純物領域、即ち、LDD(Lightly Doped Drain)領域を有するLDD構造を採っている。このLDD構造において、LDD領域とゲート電極とが対向していると、その対向部位に寄生容量が形成され、当該寄生容量の容量値がブートストラップゲインを決めるパラメータの1つとなる。そこで、第1のソース/ドレイン領域とチャネル領域との間に位置するLDD領域については、ゲート電極と対向する領域外に形成する。これにより、当該LDD領域とゲート電極との間、即ち、駆動トランジスタのゲート−ソース間の寄生容量の容量値を低減できるため、ブートストラップゲインを向上できる。
本発明によれば、駆動トランジスタのゲート−ソース間の寄生容量の容量値を低減することで、ブートストラップゲインを向上できるために、画面のユニフォーミティを損なうことなく、良質な表示画像を得ることができる。
本発明が適用される有機EL表示装置の構成の概略を示すシステム構成図である。 本発明が適用される有機EL表示装置の画素の回路構成の一例を示す回路図である。 画素の断面構造の一例を示す断面図である。 本発明が適用される有機EL表示装置の基本的な回路動作の説明に供するタイミング波形図である。 本発明が適用される有機EL表示装置の基本的な回路動作の動作説明図(その1)である。 本発明が適用される有機EL表示装置の基本的な回路動作の動作説明図(その2)である。 駆動トランジスタの閾値電圧Vthのばらつきに起因する課題の説明に供する特性図である。 駆動トランジスタの移動度μのばらつきに起因する課題の説明に供する特性図である。 閾値補正、移動度補正の有無による映像信号の信号電圧Vsigと駆動トランジスタのドレイン−ソース間電流Idsとの関係の説明に供する特性図である。 ブートストラップ動作についての説明に供するタイミング波形図である。 ブートストラップゲインGbについての説明図である。 閾値電圧Vthのばらつきの再発についての説明に供するタイミング波形図である。 有機EL素子が劣化した場合に当該有機EL素子の動作点がシフトする様子を示す図である。 有機EL素子の高電圧化によって駆動トランジスタの電流が減少することについての説明に供するタイミング波形図である。 駆動トランジスタの従来構造を示す構成図であり、(A)に平面パターン図を、(B)に断面図をそれぞれ示している。 実施例に係る駆動トランジスタの構造を示す構成図であり、(A)に平面パターン図を、(B)に断面図をそれぞれ示している。 実施例に係る駆動トランジスタの等価回路図である。 実施例に係る駆動トランジスタの製造方法の一例を示す工程図である。 本発明が適用されるテレビジョンセットの外観を示す斜視図である。 本発明が適用されるデジタルカメラの外観を示す斜視図であり、(A)は表側から見た斜視図、(B)は裏側から見た斜視図である。 本発明が適用されるノート型パーソナルコンピュータの外観を示す斜視図である。 本発明が適用されるビデオカメラの外観を示す斜視図である。 本発明が適用される携帯電話機を示す外観図であり、(A)は開いた状態での正面図、(B)はその側面図、(C)は閉じた状態での正面図、(D)は左側面図、(E)は右側面図、(F)は上面図、(G)は下面図である。
以下、発明を実施するための形態(以下、「実施形態」と記述する)について図面を用いて詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
1.本発明が適用される有機EL表示装置
1−1.システム構成
1−2.基本的な回路動作
1−3.ブートストラップ動作について
2.実施形態に係る有機EL装置の説明
3.変形例
4.電子機器
<1.本発明が適用される有機EL表示装置>
[1−1.システム構成]
図1は、本発明が適用されるアクティブマトリクス型表示装置の構成の概略を示すシステム構成図である。
アクティブマトリクス型表示装置は、電気光学素子に流れる電流を、当該電気光学素子と同じ画素内に設けた能動素子、例えば絶縁ゲート型電界効果トランジスタにより制御する表示装置である。絶縁ゲート型電界効果トランジスタとしては、一般には、TFT(薄膜トランジスタ)が用いられる。
ここでは、一例として、デバイスに流れる電流値に応じて発光輝度が変化する電流駆動型の電気光学素子、例えば有機EL素子を画素(画素回路)の発光素子として用いたアクティブマトリクス型有機EL表示装置の場合を例に挙げて説明するものとする。
図1に示すように、本適用例に係る有機EL表示装置10は、有機EL素子を含む複数の画素20と、当該画素20が行列状に2次元配列されてなる画素アレイ部30と、当該画素アレイ部30の周辺に配置された駆動部とを有する構成となっている。駆動部は、書込み走査回路40、電源供給走査回路50及び信号出力回路60等からなり、画素アレイ部30の各画素20を駆動する。
ここで、有機EL表示装置10がカラー表示対応の場合は、1つの画素は複数の副画素(サブピクセル)から構成され、この副画素の各々が画素20に相当することになる。より具体的には、カラー表示用の表示装置では、1つの画素は、赤色光(R)を発光する副画素、緑色光(G)を発光する副画素、青色光(B)を発光する副画素の3つの副画素から構成される。
但し、1つの画素としては、RGBの3原色の副画素の組み合わせに限られるものではなく、3原色の副画素に更に1色あるいは複数色の副画素を加えて1つの画素を構成することも可能である。より具体的には、例えば、輝度向上のために白色光(W)を発光する副画素を加えて1つの画素を構成したり、色再現範囲を拡大するために補色光を発光する少なくとも1つの副画素を加えて1つの画素を構成したりすることも可能である。
画素アレイ部30には、m行n列の画素20の配列に対して、行方向(画素行の画素の配列方向)に沿って走査線31-1〜31-mと電源供給線32-1〜32-mとが画素行毎に配線されている。更に、列方向(画素列の画素の配列方向)に沿って信号線33-1〜33-nが画素列毎に配線されている。
走査線31-1〜31-mは、書込み走査回路40の対応する行の出力端にそれぞれ接続されている。電源供給線32-1〜32-mは、電源供給走査回路50の対応する行の出力端にそれぞれ接続されている。信号線33-1〜33-nは、信号出力回路60の対応する列の出力端にそれぞれ接続されている。
画素アレイ部30は、通常、ガラス基板などの透明絶縁基板上に形成されている。これにより、有機EL表示装置10は、平面型(フラット型)のパネル構造となっている。画素アレイ部30の各画素20の駆動回路は、アモルファスシリコンTFTまたは低温ポリシリコンTFTを用いて形成することができる。低温ポリシリコンTFTを用いる場合には、図1に示すように、書込み走査回路40、電源供給走査回路50及び信号出力回路60についても、画素アレイ部30を形成する表示パネル(基板)70上に実装することができる。
書込み走査回路40は、クロックパルスckに同期してスタートパルスspを順にシフト(転送)するシフトレジスタ等によって構成されている。この書込み走査回路40は、画素アレイ部30の各画素20への映像信号の書込みに際し、走査線31-1〜31-mに対して書込み走査信号WS(WS1〜WSm)を順次供給することによって画素アレイ部30の各画素20を行単位で順番に走査(線順次走査)する。
電源供給走査回路50は、クロックパルスckに同期してスタートパルスspを順にシフトするシフトレジスタ等によって構成されている。この電源供給走査回路50は、書込み走査回路40による線順次走査に同期して、第1電源電位Vccpと当該第1電源電位Vccpよりも低い第2電源電位Viniとで切り替わることが可能な電源電位DS(DS1〜DSm)を電源供給線32-1〜32-mに供給する。後述するように、電源電位DSのVccp/Viniの切替えにより、画素20の発光/非発光の制御が行なわれる。
信号出力回路60は、信号供給源(図示せず)から供給される輝度情報に応じた映像信号の信号電圧(以下、単に「信号電圧」と記述する場合もある)Vsigと基準電圧Vofsとを選択的に出力する。ここで、基準電圧Vofsは、映像信号の信号電圧Vsigの基準となる電圧(例えば、映像信号の黒レベルに相当する電圧)であり、後述する閾値補正処理の際に用いられる。
信号出力回路60から出力される信号電圧Vsig/基準電圧Vofsは、信号線33-1〜33-nを介して画素アレイ部30の各画素20に対して、書込み走査回路40による走査によって選択された画素行単位で書き込まれる。すなわち、信号出力回路60は、信号電圧Vsigを行(ライン)単位で書き込む線順次書込みの駆動形態を採っている。
(画素回路)
図2は、画素(画素回路)20の具体的な回路構成を示す回路図である。
図2に示すように、画素20は、デバイスに流れる電流値に応じて発光輝度が変化する電流駆動型の電気光学素子である有機EL素子21と、当該有機EL素子21に電流を流すことによって有機EL素子21を駆動する駆動回路とによって構成されている。有機EL素子21は、全ての画素20に対して共通に配線(所謂、ベタ配線)された共通電源供給線34にカソード電極が接続されている。
有機EL素子21を駆動する駆動回路は、駆動トランジスタ22、書込みトランジスタ23、及び、保持容量24を有する構成となっている。駆動トランジスタ22及び書込みトランジスタ23としてNチャネル型のTFTを用いることができる。但し、ここで示した、駆動トランジスタ22及び書込みトランジスタ23の導電型の組み合わせは一例に過ぎず、これらの組み合わせに限られるものではない。
尚、駆動トランジスタ22及び書込みトランジスタ23としてNチャネル型のTFTを用いると、アモルファスシリコン(a−Si)プロセスを用いて形成することができる。a−Siプロセスを用いることで、TFTを作成する基板の低コスト化、ひいては本有機EL表示装置10の低コスト化を図ることが可能になる。また、駆動トランジスタ22及び書込みトランジスタ23を同じ導電型の組み合わせにすると、両トランジスタ22,23を同じプロセスで作成することができるために低コスト化に寄与できる。
駆動トランジスタ22は、一方の電極(ソース/ドレイン電極)が有機EL素子21のアノード電極に接続され、他方の電極(ドレイン/ソース電極)が電源供給線32(32-1〜32-m)に接続されている。
書込みトランジスタ23は、一方の電極(ソース/ドレイン電極)が信号線33(33-1〜33-n)に接続され、他方の電極(ドレイン/ソース電極)が駆動トランジスタ22のゲート電極に接続されている。また、書込みトランジスタ23のゲート電極は、走査線31(31-1〜31-m)に接続されている。
駆動トランジスタ22及び書込みトランジスタ23において、一方の電極とは、ソース/ドレイン領域に電気的に接続された金属配線を言い、他方の電極とは、ドレイン/ソース領域に電気的に接続された金属配線を言う。また、一方の電極と他方の電極との電位関係によって一方の電極がソース電極ともなればドレイン電極ともなり、他方の電極がドレイン電極ともなればソース電極ともなる。
保持容量24は、一方の電極が駆動トランジスタ22のゲート電極に接続され、他方の電極が駆動トランジスタ22の他方の電極、及び、有機EL素子21のアノード電極に接続されている。
尚、有機EL素子21の駆動回路としては、駆動トランジスタ22及び書込みトランジスタ23の2つのトランジスタと保持容量24の1つの容量素子とからなる回路構成のものに限られるものではない。例えば、一方の電極が有機EL素子21のアノード電極に、他方の電極が固定電位にそれぞれ接続されることで、有機EL素子21の容量不足分を補う補助容量を必要に応じて設けた回路構成を採ることも可能である。
上記構成の画素20において、書込みトランジスタ23は、書込み走査回路40から走査線31を通してゲート電極に印加されるHighアクティブの書込み走査信号WSに応答して導通状態となる。これにより、書込みトランジスタ23は、信号線33を通して信号出力回路60から供給される、輝度情報に応じた映像信号の信号電圧Vsigまたは基準電圧Vofsをサンプリングして画素20内に書き込む。この書き込まれた信号電圧Vsigまたは基準電圧Vofsは、駆動トランジスタ22のゲート電極に印加されるとともに保持容量24に保持される。
駆動トランジスタ22は、電源供給線32(32-1〜32-m)の電位DSが第1電源電位Vccpにあるときには、一方の電極がドレイン電極、他方の電極がソース電極となって飽和領域で動作する。これにより、駆動トランジスタ22は、電源供給線32から電流の供給を受けて有機EL素子21を電流駆動にて発光駆動する。より具体的には、駆動トランジスタ22は、飽和領域で動作することにより、保持容量24に保持された信号電圧Vsigの電圧値に応じた電流値の駆動電流を有機EL素子21に供給し、当該有機EL素子21を電流駆動することによって発光させる。
駆動トランジスタ22は更に、電源電位DSが第1電源電位Vccpから第2電源電位Viniに切り替わったときには、一方の電極がソース電極、他方の電極がドレイン電極となってスイッチングトランジスタとして動作する。これにより、駆動トランジスタ22は、有機EL素子21への駆動電流の供給を停止し、有機EL素子21を非発光状態にする。すなわち、駆動トランジスタ22は、有機EL素子21の発光/非発光を制御するトランジスタとしての機能をも併せ持っている。
この駆動トランジスタ22のスイッチング動作により、有機EL素子21が非発光状態となる期間(非発光期間)を設け、有機EL素子21の発光期間と非発光期間の割合(デューティ)を制御することができる。このデューティ制御により、1表示フレーム期間に亘って画素が発光することに伴う残像ボケを低減できるために、特に動画の画品位をより優れたものとすることができる。
電源供給走査回路50から電源供給線32を通して選択的に供給される第1,第2電源電位Vccp,Viniのうち、第1電源電位Vccpは有機EL素子21を発光駆動する駆動電流を駆動トランジスタ22に供給するための電源電位である。また、第2電源電位Viniは、有機EL素子21に対して逆バイアスを掛けるための電源電位である。この第2電源電位Viniは、基準電圧Vofsよりも低い電位、例えば、駆動トランジスタ22の閾値電圧をVthとするときVofs−Vthよりも低い電位、好ましくは、Vofs−Vthよりも十分に低い電位に設定される。
(画素構造)
図3は、画素20の断面構造の一例を示す断面図である。図3に示すように、ガラス基板201上には、駆動トランジスタ22等を含む駆動回路が形成されている。そして、画素20は、ガラス基板201上に絶縁膜202、絶縁平坦化膜203及びウインド絶縁膜204がその順に形成され、当該ウインド絶縁膜204の凹部204Aに有機EL素子21が設けられた構成となっている。ここでは、駆動回路の各構成素子のうち、駆動トランジスタ22のみを図示し、他の構成素子については省略している。
有機EL素子21は、アノード電極205と、有機層(電子輸送層、発光層、ホール輸送層/ホール注入層)206と、カソード電極207とから構成されている。アノード電極205は、ウインド絶縁膜204の凹部204Aの底部に形成された金属等からなる。有機層206は、アノード電極205上に形成されている。カソード電極207は、有機層206上に全画素共通に形成された透明導電膜等からなる。
この有機EL素子21において、有機層206は、アノード電極205上にホール輸送層/ホール注入層2061、発光層2062、電子輸送層2063及び電子注入層(図示せず)が順次堆積されることによって形成される。そして、図2の駆動トランジスタ22による電流駆動の下に、駆動トランジスタ22からアノード電極205を通して有機層206に電流が流れることで、当該有機層206内の発光層2062において電子と正孔が再結合する際に発光するようになっている。
駆動トランジスタ22は、ゲート電極221と、半導体層222の両側に設けられたソース/ドレイン領域223,224と、半導体層222のゲート電極221と対向する部分のチャネル形成領域225とから構成されている。ソース/ドレイン領域223は、コンタクトホールを介して有機EL素子21のアノード電極205と電気的に接続されている。
そして、図3に示すように、ガラス基板201上に、絶縁膜202、絶縁平坦化膜203及びウインド絶縁膜204を介して有機EL素子21が画素単位で形成された後は、パッシベーション膜208を介して封止基板209が接着剤210によって接合される。この封止基板209によって有機EL素子21が封止されることにより表示パネル70が形成される。
[1−2.基本的な回路動作]
続いて、上記構成の有機EL表示装置10の基本的な回路動作について、図4のタイミング波形図を基に図5及び図6の動作説明図を用いて説明する。尚、図5及び図6の動作説明図では、図面の簡略化のために、書込みトランジスタ23をスイッチのシンボルで図示している。また、有機EL素子21の等価容量25についても図示している。
図4のタイミング波形図には、走査線31の電位(書込み走査信号)WS、電源供給線32の電位(電源電位)DS、信号線33の電位(Vsig/Vofs)、駆動トランジスタ22のゲート電位Vg及びソース電位Vsのそれぞれの変化を示している。
(前表示フレームの発光期間)
図4のタイミング波形図において、時刻t11以前は、前の表示フレームにおける有機EL素子21の発光期間となる。この前表示フレームの発光期間では、電源供給線32の電位DSが第1電源電位(以下、「高電位」と記述する)Vccpにあり、また、書込みトランジスタ23が非導通状態にある。
このとき、駆動トランジスタ22は飽和領域で動作するように設計されている。これにより、図5(A)に示すように、駆動トランジスタ22のゲート−ソース間電圧Vgsに応じた駆動電流(ドレイン−ソース間電流)Idsが、電源供給線32から駆動トランジスタ22を通して有機EL素子21に供給される。よって、有機EL素子21が駆動電流Idsの電流値に応じた輝度で発光する。
(閾値補正準備期間)
時刻t11になると、線順次走査の新しい表示フレーム(現表示フレーム)に入る。そして、図5(B)に示すように、電源供給線32の電位DSが高電位Vccpから、信号線33の基準電圧Vofsに対してVofs−Vthよりも十分に低い第2電源電位(以下、「低電位」と記述する)Viniに切り替わる。
ここで、有機EL素子21の閾値電圧をVthel、共通電源供給線34の電位(カソード電位)をVcathとする。このとき、低電位ViniをVini<Vthel+Vcathとすると、駆動トランジスタ22のソース電位Vsが低電位Viniにほぼ等しくなるために、有機EL素子21は逆バイアス状態となって消光する。
次に、時刻t12で走査線31の電位WSが低電位側から高電位側に遷移することで、図5(C)に示すように、書込みトランジスタ23が導通状態となる。このとき、信号出力回路60から信号線33に対して基準電圧Vofsが供給された状態にあるために、駆動トランジスタ22のゲート電位Vgが基準電圧Vofsになる。また、駆動トランジスタ22のソース電位Vsは、基準電圧Vofsよりも十分に低い電位Viniにある。
このとき、駆動トランジスタ22のゲート−ソース間電圧VgsはVofs−Viniとなる。ここで、Vofs−Viniが駆動トランジスタ22の閾値電圧Vthよりも大きくないと、後述する閾値補正処理を行うことができないために、Vofs−Vini>Vthなる電位関係に設定する必要がある。
このように、駆動トランジスタ22のゲート電位Vgを基準電圧Vofsに固定し、ソース電位Vsを低電位Viniに固定して(確定させて)初期化する処理が、後述する閾値補正処理(閾値補動作)を行う前の準備(閾値補正準備)の処理である。従って、基準電圧Vofs及び低電位Viniが、駆動トランジスタ22のゲート電位Vg及びソース電位Vsの各初期化電位となる。
(閾値補正期間)
次に、時刻t13で、図5(D)に示すように、電源供給線32の電位DSが低電位Viniから高電位Vccpに切り替わると、駆動トランジスタ22のゲート電位Vgが保たれた状態で閾値補正処理が開始される。すなわち、ゲート電位Vgから駆動トランジスタ22の閾値電圧Vthを減じた電位に向けて駆動トランジスタ22のソース電位Vsが上昇を開始する。
ここでは、便宜上、駆動トランジスタ22のゲート電極の初期化電位Vofsを基準とし、当該初期化電位Vofsから駆動トランジスタ22の閾値電圧Vthを減じた電位に向けてソース電位Vsを変化させる処理を閾値補正処理と呼んでいる。この閾値補正処理が進むと、やがて、駆動トランジスタ22のゲート−ソース間電圧Vgsが駆動トランジスタ22の閾値電圧Vthに収束する。この閾値電圧Vthに相当する電圧は保持容量24に保持される。
尚、閾値補正処理を行う期間(閾値補正期間)において、電流が専ら保持容量24側に流れ、有機EL素子21側には流れないようにするために、有機EL素子21がカットオフ状態となるように共通電源供給線34の電位Vcathを設定しておくこととする。
次に、時刻t14で走査線31の電位WSが低電位側に遷移することで、図6(A)に示すように、書込みトランジスタ23が非導通状態となる。このとき、駆動トランジスタ22のゲート電極が信号線33から電気的に切り離されることによってフローティング状態になる。しかし、ゲート−ソース間電圧Vgsが駆動トランジスタ22の閾値電圧Vthに等しいために、当該駆動トランジスタ22はカットオフ状態にある。従って、駆動トランジスタ22にドレイン−ソース間電流Idsは流れない。
(信号書込み&移動度補正期間)
次に、時刻t15で、図6(B)に示すように、信号線33の電位が基準電圧Vofsから映像信号の信号電圧Vsigに切り替わる。続いて、時刻t16で、走査線31の電位WSが高電位側に遷移することで、図6(C)に示すように、書込みトランジスタ23が導通状態になって映像信号の信号電圧Vsigをサンプリングして画素20内に書き込む。
この書込みトランジスタ23による信号電圧Vsigの書込みにより、駆動トランジスタ22のゲート電位Vgが信号電圧Vsigとなる。そして、映像信号の信号電圧Vsigによる駆動トランジスタ22の駆動の際に、当該駆動トランジスタ22の閾値電圧Vthが保持容量24に保持された閾値電圧Vthに相当する電圧と相殺される。この閾値キャンセルの原理の詳細については後述する。
このとき、有機EL素子21はカットオフ状態(ハイインピーダンス状態)にある。従って、映像信号の信号電圧Vsigに応じて電源供給線32から駆動トランジスタ22に流れる電流(ドレイン−ソース間電流Ids)は有機EL素子21の等価容量25に流れ込み、当該等価容量25の充電が開始される。
有機EL素子21の等価容量25が充電されることにより、駆動トランジスタ22のソース電位Vsが時間の経過と共に上昇していく。このとき既に、駆動トランジスタ22の閾値電圧Vthの画素毎のばらつきがキャンセルされており、駆動トランジスタ22のドレイン−ソース間電流Idsは当該駆動トランジスタ22の移動度μに依存したものとなる。駆動トランジスタ22の移動度μは、当該駆動トランジスタ22のチャネルを構成する半導体薄膜の移動度である。
ここで、映像信号の信号電圧Vsigに対する保持容量24の保持電圧Vgsの比率、即ち、書込みゲインGが1(理想値)であると仮定する。すると、駆動トランジスタ22のソース電位VsがVofs−Vth+ΔVの電位まで上昇することで、駆動トランジスタ22のゲート‐ソース間電圧VgsはVsig−Vofs+Vth−ΔVとなる。
すなわち、駆動トランジスタ22のソース電位Vsの上昇分ΔVは、保持容量24に保持された電圧(Vsig−Vofs+Vth)から差し引かれるように、換言すれば、保持容量24の充電電荷を放電するように作用し、負帰還がかけられたことになる。従って、ソース電位Vsの上昇分ΔVは負帰還の帰還量となる。
このように、駆動トランジスタ22に流れるドレイン−ソース間電流Idsに応じた帰還量ΔVでゲート‐ソース間電圧Vgsに負帰還をかけることで、駆動トランジスタ22のドレイン−ソース間電流Idsの移動度μに対する依存性を打ち消すことができる。この打ち消す処理が、駆動トランジスタ22の移動度μの画素毎のばらつきを補正する移動度補正処理である。
より具体的には、駆動トランジスタ22のゲート電極に書き込まれる映像信号の信号振幅Vin(=Vsig−Vofs)が高い程ドレイン−ソース間電流Idsが大きくなるため、負帰還の帰還量ΔVの絶対値も大きくなる。従って、発光輝度レベルに応じた移動度補正処理が行われる。
また、映像信号の信号振幅Vinを一定とした場合、駆動トランジスタ22の移動度μが大きいほど負帰還の帰還量ΔVの絶対値も大きくなるため、画素毎の移動度μのばらつきを取り除くことができる。従って、負帰還の帰還量ΔVは、移動度補正の補正量とも言える。移動度補正の原理の詳細については後述する。
(発光期間)
次に、時刻t17で走査線31の電位WSが低電位側に遷移することで、図6(D)に示すように、書込みトランジスタ23が非導通状態となる。これにより、駆動トランジスタ22のゲート電極は、信号線33から電気的に切り離されるためにフローティング状態になる。
ここで、駆動トランジスタ22のゲート電極がフローティング状態にあるときは、駆動トランジスタ22のゲート−ソース間に保持容量24が接続されていることにより、駆動トランジスタ22のソース電位Vsの変動に連動してゲート電位Vgも変動する。このように、駆動トランジスタ22のゲート電位Vgがソース電位Vsの変動に連動して変動する動作が、保持容量24によるブートストラップ動作である。
駆動トランジスタ22のゲート電極がフローティング状態になり、それと同時に、駆動トランジスタ22のドレイン−ソース間電流Idsが有機EL素子21に流れ始めることにより、当該電流Idsに応じて有機EL素子21のアノード電位が上昇する。
そして、有機EL素子21のアノード電位がVthel+Vcathを越えると、有機EL素子21に駆動電流が流れ始めるため有機EL素子21が発光を開始する。また、有機EL素子21のアノード電位の上昇は、即ち、駆動トランジスタ22のソース電位Vsの上昇に他ならない。そして、駆動トランジスタ22のソース電位Vsが上昇すると、保持容量24のブートストラップ動作により、駆動トランジスタ22のゲート電位Vgも連動して上昇する。
このとき、ブートストラップゲインが1(理想値)であると仮定した場合、ゲート電位Vgの上昇量はソース電位Vsの上昇量に等しくなる。故に、発光期間中、駆動トランジスタ22のゲート‐ソース間電圧Vgsは、Vsig−Vofs+Vth−ΔVで一定に保持される。そして、時刻t18で信号線33の電位が映像信号の信号電圧Vsigから基準電圧Vofsに切り替わる。
以上説明した一連の回路動作において、閾値補正準備、閾値補正、信号電圧Vsigの書込み(信号書込み)、及び、移動度補正の各処理動作は、1水平走査期間(1H)において実行される。また、信号書込み及び移動度補正の各処理動作は、時刻t6−t7の期間において並行して実行される。
〔分割閾値補正〕
尚、ここでは、閾値補正処理を1回だけ実行する駆動法を採る場合を例に挙げて説明したが、この駆動法は一例に過ぎず、この駆動法に限られるものではない。例えば、閾値補正処理を移動度補正及び信号書込み処理と共に行う1H期間に加えて、当該1H期間に先行する複数の水平走査期間に亘って分割して複数回閾値補正処理を実行する、所謂分割閾値補正を行う駆動法を採ることも可能である。
この分割閾値補正の駆動法によれば、高精細化に伴う多画素化によって1水平走査期間に割り当てられる時間が短くなったとしても、閾値補正期間として複数の水平走査期間に亘って十分な時間を確保することができるために、閾値補正処理を確実に行うことができる。
〔閾値キャンセルの原理〕
ここで、駆動トランジスタ22の閾値キャンセル(即ち、閾値補正)の原理について説明する。駆動トランジスタ22は、飽和領域で動作するように設計されているために定電流源として動作する。これにより、有機EL素子21には駆動トランジスタ22から、次式(1)で与えられる一定のドレイン−ソース間電流(駆動電流)Idsが供給される。
ds=(1/2)・μ(W/L)Cox(Vgs−Vth2 ……(1)
ここで、Wは駆動トランジスタ22のチャネル幅、Lはチャネル長、Coxは単位面積当たりのゲート容量である。
図7に、駆動トランジスタ22のドレイン−ソース間電流Ids対ゲート−ソース間電圧Vgsの特性を示す。
この特性図に示すように、駆動トランジスタ22の閾値電圧Vthの画素毎のばらつきに対するキャンセル処理を行わないと、閾値電圧VthがVth1のとき、ゲート−ソース間電圧Vgsに対応するドレイン−ソース間電流IdsがIds1になる。
これに対して、閾値電圧VthがVth2(Vth2>Vth1)のとき、同じゲート−ソース間電圧Vgsに対応するドレイン−ソース間電流IdsがIds2(Ids2<Ids1)になる。すなわち、駆動トランジスタ22の閾値電圧Vthが変動すると、ゲート−ソース間電圧Vgsが一定であってもドレイン−ソース間電流Idsが変動する。
一方、上記構成の画素(画素回路)20では、先述したように、発光時の駆動トランジスタ22のゲート−ソース間電圧VgsはVsig−Vofs+Vth−ΔVである。従って、これを式(1)に代入すると、ドレイン−ソース間電流Idsは、次式(2)で表される。
ds=(1/2)・μ(W/L)Cox(Vsig−Vofs−ΔV)2 ……(2)
すなわち、駆動トランジスタ22の閾値電圧Vthの項がキャンセルされており、駆動トランジスタ22から有機EL素子21に供給されるドレイン−ソース間電流Idsは、駆動トランジスタ22の閾値電圧Vthに依存しない。その結果、駆動トランジスタ22の製造プロセスのばらつきや経時変化等により、駆動トランジスタ22の閾値電圧Vthが画素毎に変動したとしても、ドレイン−ソース間電流Idsが変動しないために、有機EL素子21の発光輝度を一定に保つことができる。
〔移動度補正の原理〕
次に、駆動トランジスタ22の移動度補正の原理について説明する。図8に、駆動トランジスタ22の移動度μが相対的に大きい画素Aと、駆動トランジスタ22の移動度μが相対的に小さい画素Bとを比較した状態で特性カーブを示す。駆動トランジスタ22をポリシリコン薄膜トランジスタなどで構成した場合、画素Aや画素Bのように、画素間で移動度μがばらつくことは避けられない。
画素Aと画素Bで移動度μにばらつきがある状態で、駆動トランジスタ22のゲート電極に例えば両画素A,Bに同レベルの信号振幅Vin(=Vsig−Vofs)を書き込んだ場合を考える。この場合、何ら移動度μの補正を行わないと、移動度μの大きい画素Aに流れるドレイン−ソース間電流Ids1′と移動度μの小さい画素Bに流れるドレイン−ソース間電流Ids2′との間には大きな差が生じてしまう。このように、移動度μの画素毎のばらつきに起因してドレイン−ソース間電流Idsに画素間で大きな差が生じると、画面のユニフォーミティ(一様性)が損なわれる。
ここで、先述した式(1)のトランジスタ特性式から明らかなように、移動度μが大きいとドレイン−ソース間電流Idsが大きくなる。従って、負帰還における帰還量ΔVは移動度μが大きくなるほど大きくなる。図8に示すように、移動度μの大きな画素Aの帰還量ΔV1は、移動度の小さな画素Bの帰還量ΔV2に比べて大きい。
そこで、移動度補正処理によって駆動トランジスタ22のドレイン−ソース間電流Idsに応じた帰還量ΔVでゲート−ソース間電圧Vgsに負帰還をかけることにより、移動度μが大きいほど負帰還が大きくかかることになる。その結果、移動度μの画素毎のばらつきを抑制することができる。
具体的には、移動度μの大きな画素Aで帰還量ΔV1の補正をかけると、ドレイン−ソース間電流IdsはIds1′からIds1まで大きく下降する。一方、移動度μの小さな画素Bの帰還量ΔV2は小さいために、ドレイン−ソース間電流IdsはIds2′からIds2までの下降となり、それ程大きく下降しない。結果的に、画素Aのドレイン−ソース間電流Ids1と画素Bのドレイン−ソース間電流Ids2とはほぼ等しくなるために、移動度μの画素毎のばらつきが補正される。
以上をまとめると、移動度μの異なる画素Aと画素Bがあった場合、移動度μの大きい画素Aの帰還量ΔV1は移動度μの小さい画素Bの帰還量ΔV2に比べて大きくなる。つまり、移動度μが大きい画素ほど帰還量ΔVが大きく、ドレイン−ソース間電流Idsの減少量が大きくなる。
従って、駆動トランジスタ22のドレイン−ソース間電流Idsに応じた帰還量ΔVで、ゲート−ソース間電圧Vgsに負帰還をかけることで、移動度μの異なる画素のドレイン−ソース間電流Idsの電流値が均一化される。その結果、移動度μの画素毎のばらつきを補正することができる。すなわち、駆動トランジスタ22に流れる電流(ドレイン−ソース間電流Ids)に応じた帰還量ΔVで、駆動トランジスタ22のゲート−ソース間電圧Vgsに負帰還をかける処理が移動度補正処理となる。
ここで、図2に示した画素(画素回路)20において、閾値補正、移動度補正の有無による映像信号の信号電圧Vsigと駆動トランジスタ22のドレイン−ソース間電流Idsとの関係について図9を用いて説明する。
図9において、(A)は閾値補正及び移動度補正を共に行わない場合、(B)は移動度補正を行わず、閾値補正のみを行った場合、(C)は閾値補正及び移動度補正を共に行った場合をそれぞれ示している。図9(A)に示すように、閾値補正及び移動度補正を共に行わない場合には、閾値電圧Vth及び移動度μの画素A,B毎のばらつきに起因してドレイン−ソース間電流Idsに画素A,B間で大きな差が生じることになる。
これに対し、閾値補正のみを行った場合は、図9(B)に示すように、ドレイン−ソース間電流Idsのばらつきをある程度低減できるものの、移動度μの画素A,B毎のばらつきに起因する画素A,B間でのドレイン−ソース間電流Idsの差は残る。そして、閾値補正及び移動度補正を共に行うことで、図9(C)に示すように、閾値電圧Vth及び移動度μの画素A,B毎のばらつきに起因する画素A,B間でのドレイン−ソース間電流Idsの差をほぼ無くすことができる。従って、どの階調においても有機EL素子21の輝度ばらつきは発生せず、良好な画質の表示画像を得ることができる。
また、図2に示した画素20は、閾値補正及び移動度補正の各補正機能に加えて、先述した保持容量24によるブートストラップ動作の機能を備えていることで、次のような作用効果を得ることができる。
すなわち、有機EL素子21のI−V特性の経時変化に伴って駆動トランジスタ22のソース電位Vsが変化したとしても、保持容量24によるブートストラップ動作により、駆動トランジスタ22のゲート−ソース間電位Vgsを一定に維持することができる。従って、有機EL素子21に流れる電流は変化せず一定となる。その結果、有機EL素子21の発光輝度も一定に保たれるために、有機EL素子21のI−V特性が経時変化したとしても、それに伴う輝度劣化のない画像表示を実現できる。
[1−3.ブートストラップ動作について]
ここで、先述したブートストラップ動作について、図10のタイミング波形図を用いて詳細に説明する。
先述した回路動作の説明からも明らかなように、信号書込み&移動度補正期間が終了した時点で、駆動トランジスタ22のゲート電極には、映像信号の信号電圧Vsigが書き込まれている。このとき、駆動トランジスタ22のソース電位Vsは、閾値補正処理の完了時からそれぞれ移動度μに応じた電位の上昇量ΔVsだけ上昇した電位Vs1(=Vofs−Vth+ΔVs)にある。
ここで、書込みトランジスタ23が非導通状態になると、駆動トランジスタ22のゲート−ソース間電圧Vgsは、保持容量24によって保持されるため、ソース電位Vsは、駆動トランジスタ22に流れる電流Idsに応じた電位Voledまで上昇する。このときの上昇量は、理想的には、ソース電位 s の上昇量Voled−Vs1と同じであるが、駆動トランジスタ22及び書込みトランジスタ23に寄生容量が存在する場合、ソース電位Vsの上昇量よりも少なくなる。

(ブートストラップゲインGbについて)
図11に示すように、駆動トランジスタ22及び書込みトランジスタ23には寄生容量Cgs,Cgd,Cwsが存在する。寄生容量Cgsは、駆動トランジスタ22のゲート−ソース間の寄生容量である。寄生容量Cgdは、駆動トランジスタ22のゲート−ドレイン間の寄生容量である。寄生容量Cwsは書込みトランジスタ23のゲート−ドレイン間の寄生容量である。
ここで、駆動トランジスタ22のブートストラップ動作前のゲート電位Vg、ソース電位VsをそれぞれVg1,Vs1とし、ブートストラップ動作後のゲート電位Vg、ソース電位VsをそれぞれVg2,Vs2とする。
今、駆動トランジスタ22のソース電位Vsが電位Vs1から電位Vs2に上昇したとすると、ゲート電位Vgは(Cs+Cgs)/(Cs+Cgs+Cgd+Cws)×(Vs2−Vs1)しか上昇しない。このときの係数、即ち、(Cs+Cgs)/(Cs+Cgs+Cgd+Cws)がブートストラップゲインGbであり、当該ブートストラップゲインGbは必ず1以下になる。従って、ゲート電位Vgの上昇量ΔVsは、ソース電位Vsの上昇量ΔVgよりも小さくなる。
このように、駆動トランジスタ22及び書込みトランジスタ23に寄生容量が存在した場合に、ゲート電位Vgの上昇量ΔVgがソース電位Vsの上昇量ΔVsよりも少なくなる。その結果、ブートストラップ動作により、駆動トランジスタ22のゲート−ソース間電圧Vgsが、移動度補正処理の完了時点のゲート−ソース間電圧Vgsよりも小さくなってしまう。従って、駆動トランジスタ22のゲート電極に付く寄生容量が大きく、ブートストラップゲインGbが小さい場合は、所望の発光輝度が得られないといった不具合が生じる。
(閾値電圧Vthのばらつきの再発について)
また、図12に示すように、駆動トランジスタ22の閾値電圧VthがVtha,Vthbで異なる場合を考える。閾値補正動作の完了後には、閾値電圧VthがVthaのトランジスタと、閾値電圧VthがVthbのトランジスタのゲート−ソース間電圧Vgsの差はVthb−Vthaとなっている。移動度補正動作でも、ソース電位Vsの上昇量ΔVsは閾値電圧Vthに依存しないため、ゲート−ソース間電圧Vgsの差はVthb−Vthaを維持している。
ブートストラップ動作時は、駆動トランジスタ22の電流Idsで決まる電圧Voledまでソース電位Vsが上昇するので、ソース電位Vsの上昇量ΔVsaと上昇量ΔVsbとは閾値電圧Vthの差Vthb−Vthaだけ異なる。このとき、ゲート電位Vgの上昇量ΔVgは、ソース電位Vsの上昇量ΔVsによって決まる。
従って、図12に示すように、ブートストラップ動作後のゲート−ソース間電圧Vgsの差分は、(Cs+Cgs)/(Cs+Cgs+Cgd+Cws)×(Vthb−Vtha)になり、閾値補正後よりも小さくなってしまう。このため、閾値補正処理を行ったにも拘わらず、閾値電圧Vthのばらつきが発生してしまい、寄生容量が大きい場合はこの変化量も大きくなるため、輝度ムラの原因となる。
(有機EL素子21の電圧Voledの高電圧化について)
また、有機EL素子21が劣化した場合には、図13に示すように、有機EL素子21の動作点が、電圧Voled1から電圧Voled2にシフトする、即ち、高電圧化する。ここで、有機EL素子21の電圧Voledの高電圧化の場合について考える。
有機EL素子21が劣化していない画素では、ブートストラップ動作のときのソース電位Vsの上昇量はΔVsaである。これに対して、有機EL素子21が劣化した画素では、ソース電位Vsの上昇量ΔVsbは、ΔVsa+Voled2−Voled1になる。従って、ゲート電位Vgの上昇量ΔVgは、図14に示すようになり、駆動トランジスタ22のゲート−ソース間電圧Vgsも、(Cs+Cgs)/(Cs+Cgs+Cgd+Cws)×(Voled2−Voled1)だけ小さくなってしまう。この結果、寄生容量が大きいと、ゲート−ソース間電圧Vgsの低下量も大きくなる。つまり、駆動トランジスタ22の電流Idsが低下してしまうため、焼きつきの原因になってしまう。
(駆動トランジスタの従来構造)
図15に、従来例に係る駆動トランジスタの平面パターン図(A)及び断面図(B)を示す。図15において、図3と同等部分には同一符号を付して示している。
従来例に係る駆動トランジスタ22Aは、LDD(Lightly Doped Drain)構造を採用した、例えばボトムゲート型トランジスタである。具体的には、駆動トランジスタ22Aにおいて、ゲート電極221がチャネル領域(図3のチャネル形成領域に相当)225に対して基板側に配置されている。また、チャネル領域225とソース/ドレイン領域223,224との間に、低濃度の不純物領域、即ち、LDD領域226,227が設けられている。
この駆動トランジスタ22Aにおいて、一方のソース/ドレイン領域224には、コンタクト部228を介して金属配線229が電気的に接続されている。そして、遮光対策のために、金属配線229をチャネル領域225の上まで延在させ、当該チャネル領域225の上方を覆うようにしたシールド構造が採られている。
上記構成の従来例に係る駆動トランジスタ22Aにおいて、LDD領域226,227がゲート電極221に対してオーバーラップして形成されている。従って、LDD領域226,227とゲート電極221との間にそれぞれ容量が形成され、駆動トランジスタ22Aの寄生容量となる。これらの寄生容量が、先述した駆動トランジスタ22のゲート−ドレイン間の寄生容量Cgd及びゲート−ソース間の寄生容量Cgsとなる。そして、駆動トランジスタ22のゲート−ドレイン間の寄生容量Cgdの容量値が大きいと、ブートストラップゲインGbの低下を招く。
ここで、LDD領域226,227がゲート電極221に対してオーバーラップして形成されるのは次の理由による。
LDD領域226,227を形成するには、先ず、ゲート電極221をマスクとして裏面から露光する。次に、パターニングした後不純物を注入してLDD領域226,227を形成する。このとき、裏面から露光されて形成されるパターンは、光の回り込みや、その後の熱処理等のため、ゲート電極221の配線よりも少し細くなってしまう。従って、LDD領域226,227がゲート電極221に対してオーバーラップして形成される状況、即ち、LDD領域226,227がゲート電極221と対向する領域内に形成される状況は必ず発生する。
ここでは、ボトムゲート型トランジスタの場合を例に挙げて、LDD領域226,227がゲート電極221に対してオーバーラップして形成される理由について説明したが、ボトムゲート型トランジスタに限られるものではない。すなわち、LDD領域226,227がゲート電極221に対してオーバーラップして形成される状況については、ゲート電極221がチャネル領域225に対して基板と反対側に配置されるトップゲート型トランジスタの場合にも言えることである。
<2.実施形態に係る有機EL装置の説明>
実施形態に係る有機EL装置は、図1に示すシステム構成を前提とし、当該システム構成における、画素を構成する駆動トランジスタ22の構造を特徴としている。以下に、特徴とする駆動トランジスタ22の具体的な構造について説明する。
実施形態に係る駆動トランジスタ22Bは、例えば、チャネル領域に対してゲート電極が基板側に配置されたボトムゲート型のトランジスタである。そして、駆動トランジスタ22Bは、電源側の第1のソース/ドレイン領域、及び、電気光学素子側の第2のソース/ドレイン領域とチャネル領域との間に、当該ソース/ドレイン領域よりも低濃度の不純物領域、即ち、LDD領域を設け、ここに高電界が集中しないようにしたLDD構造を採っている。
このLDD構造を採る駆動トランジスタ22Bにおいて、LDD領域とゲート電極とが対向していると、その対向部位に寄生容量が形成される。先述したように、駆動トランジスタ22Bのゲート電極に付く寄生容量の容量値がブートストラップゲインGbを決めるパラメータの1つとなる。
そこで、電源側の第1のソース/ドレイン領域とチャネル領域との間に位置するLDD領域については、ゲート電極と対向する領域外に形成する。これにより、電源側のLDD領域とゲート電極との間に形成される寄生容量、即ち、駆動トランジスタ22Bのゲート−ドレイン間の寄生容量の容量値を低減できるため、ブートストラップゲインGbを向上できる。その結果、画面のユニフォーミティを損なうことなく、良質な表示画像を得ることができる。
一方、電気光学素子側の第2のソース/ドレイン領域とチャネル領域との間に位置するLDD領域については、その一部をゲート電極と対向する領域内に形成する。このとき、電気光学素子側のLDD領域とゲート電極との間には寄生容量が形成されるものの、当該寄生容量はブートストラップゲインGbを上げる方向に作用する。しかも、電気光学素子(有機EL素子21)側のLDD構造については従来のままの構造であるため、LDD構造がチャネル領域225に関して非対称であることに伴う駆動トランジスタ22Bの特性の劣化を最小限に抑えることができる。
[実施例]
(駆動トランジスタの構造)
駆動トランジスタ22Bの具体的な実施例について、図16を用いて説明する。図16は、実施例に係る駆動トランジスタ22Bの構造を示す構成図である。図16において、(A)は平面パターン図を、(B)は断面図をそれぞれ示しており、図15と同等部分には同一符号を付して示している。
図16に示すように、実施例に係る駆動トランジスタ22Bは、ゲート電極221がチャネル領域(チャネル形成領域)225に対して基板側に配置されたボトムゲート型のトランジスタとなっている。そして、実施例に係る駆動トランジスタ22Bは、チャネル領域225とソース/ドレイン領域223,224との間に、当該ソース/ドレイン領域223,224よりも低濃度の不純物領域、即ち、LDD領域226,227を設けたLDD構造を採っている。
このLDD構造を採る実施例に係る駆動トランジスタ22Bにおいて、電源側のLDD領域226、即ち、電源側のソース/ドレイン領域223とチャネル領域225との間に位置するLDD領域226は、ゲート電極221と対向する領域外に形成されている。一方、有機EL素子側のLDD領域227、即ち、有機EL素子側のソース/ドレイン領域224とチャネル領域225との間に位置するLDD領域227は、その一部がゲート電極221と対向する領域内に位置するように形成されている。すなわち、LDD領域226とLDD領域227とは、チャネル領域225に関して非対称なLDD構造となっている。
この実施例に係る駆動トランジスタ22Bにおいては、有機EL素子21側のソース/ドレイン領域224には、コンタクト部228を介して金属配線229が電気的に接続されている。そして、駆動トランジスタ22Bでは、遮光対策のために、金属配線229をチャネル領域225の上まで延在させ、当該チャネル領域225の上方を覆うようにしたシールド構造が採られている。
上述したように、駆動トランジスタ22Bにおいて、電源側のLDD領域226をゲート電極221と対向する領域外に形成するようにしたことにより、ゲート電極221とLDD領域226との間に形成される寄生容量の容量値を低減できる。このゲート電極221とLDD領域226との間に形成される寄生容量は、駆動トランジスタ22Bのゲート−ドレイン間に形成される寄生容量である。
前にも述べたように、ブートストラップゲインGbは、駆動トランジスタ22のゲート電極に付く寄生容量のトータルの容量値で決まる。具体的には、ブートストラップゲインGbは、(Cs+Cgs)/(Cs+Cgs+Cgd+Cws)で与えられる。ここで、Csは保持容量24の容量値、Cgsは駆動トランジスタ22のゲート−ソース間の寄生容量の容量値、Cgdは駆動トランジスタ22のゲート−ドレイン間の寄生容量の容量値、Cwsは書込みトランジスタ23のゲート−ドレイン間の寄生容量の容量値である。
上記の式から明らかなように、駆動トランジスタ22Bのゲート−ドレイン間の寄生容量の容量値Cgdが小さくなると、ブートストラップゲインGbが上がる。従って、電源側のLDD領域226をゲート電極221と対向する領域外に形成し、駆動トランジスタ22Bのゲート−ドレイン間の寄生容量の容量値Cgdを低減することにより、ブートストラップゲインGbを向上できる。その結果、画面のユニフォーミティを損なうことなく、良質な表示画像を得ることができる。
一方、有機EL素子側のLDD領域227については、従来と同様の構造、即ち、LDD領域227の一部がゲート電極221と対向する領域内に位置するように形成されているため、ゲート電極221とLDD領域227との間に寄生容量が従来と同様に形成される。このゲート電極221とLDD領域227との間に形成される寄生容量は、駆動トランジスタ22Bのゲート−ソース間に形成される寄生容量であり、上記の式から明らかなように、ブートストラップゲインGbを上げる方向に作用する。
実施例に係る駆動トランジスタ22Bにおいては、LDD領域226がゲート電極221と対向する領域外に位置することで、図17に示すように、電源側、即ち、ソース/ドレイン領域223側には、抵抗成分Rが付いたような構造となる。しかし、有機EL素子21側のLDD構造については従来のままの構造であり、駆動トランジスタ22Bは飽和領域で動作することになるため、実効的なゲート−ソース間電圧Vgsが減少しても駆動トランジスタ22Bに流れる電流IdsはVgsの減少の影響を受けない。
従って、LDD領域226とLDD領域227とがチャネル領域225に関して非対称なLDD構造を採ることで駆動トランジスタ22Bの特性が若干劣化したとしても、その影響が回路動作に及ぶことはない。換言すれば、電源側のLDD領域226がゲート電極221と対向する領域外に位置することで、駆動トランジスタ22Bの特性が若干劣化しても、その影響を受けることなく、駆動トランジスタ22Bのゲート−ドレイン間の寄生容量の容量値Cgdの低減に伴う作用、効果を得ることができる。
(駆動トランジスタの製造方法)
次に、実施例に係る駆動トランジスタ22Bの製造方法について、図18の工程図を用いて説明する
先ず、ゲート電極221及び半導体層222を形成し(工程1)、次いで、ゲート電極221の中心Oから所定量dだけ電源側に変位した状態でフォトレジストP1を形成する(工程2)。次いで、フォトレジストP1をマスクとし、基板表面側からの露光により、ゲート電極221よりも外側にパターニングした後、不純物を注入してLDD領域226,227を形成する(工程3)。ここで、所定量dについては、電源側のLDD領域226がゲート電極221と対向する領域外となる値に設定される。
続いて、ソース/ドレイン領域223,224を形成するためのフォトレジストP2を形成する(工程4)。次いで、フォトレジストP2をマスクとして、基板表面側からの露光により、ソース/ドレイン領域223,224のパターンを形成し、更に不純物を注入することによってソース/ドレイン領域223,224を形成する(工程5)。
上述したように、ゲート電極221及び半導体層222を形成した後、ゲート電極221の中心Oに対して電源側に変位した状態でフォトレジストP1を形成する。そして、フォトレジストP1をマスクとして基板表面側からの露光によってパターニングした後、不純物を注入してLDD領域226,227を形成する。この製造プロセスにより、LDD領域226,227を形成することで、電源側のLDD領域226について、ゲート電極221と対向する領域外に形成することができる。
<3.変形例>
上記実施形態では、駆動トランジスタ22がボトムゲート型トランジスタである場合を例に挙げたが、本発明は、ゲート電極がチャネル領域に対して基板と反対側に配置されたトップゲート型トランジスタに対しても同様に適用可能である。
また、上記実施形態では、有機EL素子21の駆動回路が、基本的に、駆動トランジスタ22および書込みトランジスタ23の2つのトランジスタからなる画素構成の場合を例に挙げて説明したが、本発明はこの画素構成のものに限られるものではない。すなわち、本発明は、画素が複数のゲートを持つ構造の書込みトランジスタ23を有する構成の表示装置全般に対して適用可能である。
更に、上記実施形態では、画素20の電気光学素子として、有機EL素子を用いた有機EL表示装置に適用した場合を例に挙げて説明したが、本発明はこの適用例に限られるものではない。具体的には、本発明は、無機EL素子、LED素子、半導体レーザー素子など、デバイスに流れる電流値に応じて発光輝度が変化する電流駆動型の電気光学素子(発光素子)を用いた表示装置全般に対して適用可能である。
<4.適用例>
以上説明した本発明による表示装置は、電子機器に入力された映像信号、若しくは、電子機器内で生成した映像信号を、画像若しくは映像として表示するあらゆる分野の電子機器の表示装置に適用することが可能である。一例として、図19〜図23に示す様々な電子機器、例えば、デジタルカメラ、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話等の携帯端末装置、ビデオカメラなどの表示装置に適用することが可能である。
このように、あらゆる分野の電子機器の表示装置として本発明による表示装置を用いることにより、各種の電子機器における表示画像の画質を改善できる。すなわち、先述した実施形態の説明から明らかなように、本発明による表示装置は、ブートストラップゲインGbを向上し、画面のユニフォーミティを損なうことなく、良質な表示画像を得ることができるため、各種の電子機器において、表示画像の画質を向上できる。
本発明による表示装置は、封止された構成のモジュール形状のものをも含む。例えば、画素アレイ部30に透明なガラス等の対向部が貼り付けられて形成された表示モジュールが該当する。この透明な対向部には、カラーフィルタ、保護膜等、更には、上記した遮光膜が設けられてもよい。尚、表示モジュールには、外部から画素アレイ部への信号等を入出力するための回路部やFPC(フレキシブルプリントサーキット)等が設けられていてもよい。
以下に、本発明が適用される電子機器の具体例について説明する。
図19は、本発明が適用されるテレビジョンセットの外観を示す斜視図である。本適用例に係るテレビジョンセットは、フロントパネル102やフィルターガラス103等から構成される映像表示画面部101を含み、その映像表示画面部101として本発明による表示装置を用いることにより作製される。
図20は、本発明が適用されるデジタルカメラの外観を示す斜視図であり、(A)は表側から見た斜視図、(B)は裏側から見た斜視図である。本適用例に係るデジタルカメラは、フラッシュ用の発光部111、表示部112、メニュースイッチ113、シャッターボタン114等を含み、その表示部112として本発明による表示装置を用いることにより作製される。
図21は、本発明が適用されるノート型パーソナルコンピュータの外観を示す斜視図である。本適用例に係るノート型パーソナルコンピュータは、本体121に、文字等を入力するとき操作されるキーボード122、画像を表示する表示部123等を含み、その表示部123として本発明による表示装置を用いることにより作製される。
図22は、本発明が適用されるビデオカメラの外観を示す斜視図である。本適用例に係るビデオカメラは、本体部131、前方を向いた側面に被写体撮影用のレンズ132、撮影時のスタート/ストップスイッチ133、表示部134等を含み、その表示部134として本発明による表示装置を用いることにより作製される。
図23は、本発明が適用される携帯端末装置、例えば携帯電話機を示す外観図であり、(A)は開いた状態での正面図、(B)はその側面図、(C)は閉じた状態での正面図、(D)は左側面図、(E)は右側面図、(F)は上面図、(G)は下面図である。本適用例に係る携帯電話機は、上側筐体141、下側筐体142、連結部(ここではヒンジ部)143、ディスプレイ144、サブディスプレイ145、ピクチャーライト146、カメラ147等を含んでいる。そして、ディスプレイ144やサブディスプレイ145として本発明による表示装置を用いることにより本適用例に係る携帯電話機が作製される。
10…有機EL表示装置、20…画素、21…有機EL素子、22,22A,22B…駆動トランジスタ、23…書込みトランジスタ、24…保持容量、30…画素アレイ部、40…書込み走査回路、50…電源供給走査回路、60…信号出力回路、70…表示パネル、221…ゲート電極、223,224…ソース/ドレイン領域、225…チャネル領域(チャネル形成領域)、226,227…LDD領域

Claims (6)

  1. 電気光学素子、映像信号を画素内に書き込む書込みトランジスタ、前記書込みトランジスタによって書き込まれた前記映像信号を保持する保持容量、及び、前記保持容量に保持された前記映像信号に基づいて前記電気光学素子を駆動する駆動トランジスタを含み、
    前記書込みトランジスタが非導通状態にあるときに、前記駆動トランジスタのソース電位に追従してゲート電位が変動するブートストラップ動作を行う画素が複数配置されてなり、
    前記駆動トランジスタは、
    チャネル領域と、
    前記チャネル領域と対向して設けられたゲート電極と、
    電源側の第1のソース/ドレイン領域と、
    前記電気光学素子側の第2のソース/ドレイン領域と、
    前記チャネル領域と前記第1、第2のソース/ドレイン領域との間に設けられた、当該ソース/ドレイン領域よりも低濃度の不純物領域とを有し、
    前記第1のソース/ドレイン領域と前記チャネル領域との間に位置する前記不純物領域は、前記ゲート電極と対向する領域外に形成され
    前記第2のソース/ドレイン領域と前記チャネル領域との間に位置する前記不純物領域は、その一部が前記ゲート電極と対向する領域内に形成されている
    表示装置。
  2. 前記駆動トランジスタは、前記ゲート電極が前記チャネル領域に対して基板側に配置されたボトムゲート型トランジスタである
    請求項1に記載の表示装置。
  3. 前記第2のソース/ドレイン領域と前記チャネル領域との間に位置する前記不純物領域と前記ゲート電極との間に寄生容量が存在し、
    前記寄生容量の容量値は、前記書込みトランジスタが非導通状態にあるときに、前記駆動トランジスタのソース電位に追従してゲート電位が変動するブートストラップ動作時のゲインを決めるパラメータの1つとなる
    請求項1または請求項2に記載の表示装置。
  4. 前記駆動トランジスタの前記ソース電位は、当該駆動トランジスタに流れる電流に応じて変動する
    請求項に記載の表示装置。
  5. 電気光学素子、映像信号を画素内に書き込む書込みトランジスタ、前記書込みトランジスタによって書き込まれた前記映像信号を保持する保持容量、及び、前記保持容量に保持された前記映像信号に基づいて前記電気光学素子を駆動する駆動トランジスタを含み、
    前記書込みトランジスタが非導通状態にあるときに、前記駆動トランジスタのソース電位に追従してゲート電位が変動するブートストラップ動作を行う画素が複数配置されてなり、
    前記駆動トランジスタは、
    チャネル領域と、
    前記チャネル領域と対向して設けられたゲート電極と、
    電源側の第1のソース/ドレイン領域と、
    前記電気光学素子側の第2のソース/ドレイン領域と、
    前記チャネル領域と前記第1、第2のソース/ドレイン領域との間に設けられた、当該ソース/ドレイン領域よりも低濃度の不純物領域とを有し、
    前記第1のソース/ドレイン領域と前記チャネル領域との間に位置する前記不純物領域は、前記ゲート電極と対向する領域外に形成され、
    前記第2のソース/ドレイン領域と前記チャネル領域との間に位置する前記不純物領域は、その一部が前記ゲート電極と対向する領域内に形成されている
    表示装置の製造に当って、
    前記第1のソース/ドレイン領域と前記チャネル領域との間に位置する前記不純物領域を形成する際に、
    先ず、基板上にゲート電極及び半導体層を形成した後、前記ゲート電極の中心に対して変位した状態でフォトレジストを形成し、
    しかる後、前記フォトレジストをマスクとして基板表面側から露光により前記半導体層をパターニングした後不純物を注入して、電源側のソース/ドレイン領域とチャネル領域との間に不純物領域を形成する
    表示装置の製造方法。
  6. 電気光学素子、映像信号を画素内に書き込む書込みトランジスタ、前記書込みトランジスタによって書き込まれた前記映像信号を保持する保持容量、及び、前記保持容量に保持された前記映像信号に基づいて前記電気光学素子を駆動する駆動トランジスタを含み、
    前記書込みトランジスタが非導通状態にあるときに、前記駆動トランジスタのソース電位に追従してゲート電位が変動するブートストラップ動作を行う画素が複数配置されてなり、
    前記駆動トランジスタは、
    チャネル領域と、
    前記チャネル領域と対向して設けられたゲート電極と、
    電源側の第1のソース/ドレイン領域と、
    前記電気光学素子側の第2のソース/ドレイン領域と、
    前記チャネル領域と前記第1、第2のソース/ドレイン領域との間に設けられた、当該ソース/ドレイン領域よりも低濃度の不純物領域とを有し、
    前記第1のソース/ドレイン領域と前記チャネル領域との間に位置する前記不純物領域は、前記ゲート電極と対向する領域外に形成され
    前記第2のソース/ドレイン領域と前記チャネル領域との間に位置する前記不純物領域は、その一部が前記ゲート電極と対向する領域内に形成されている
    表示装置を有する電子機器。
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