JP6031954B2 - 発光素子、表示装置及び電子機器 - Google Patents

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Description

本開示は、発光素子、係る発光素子を備えた表示装置、及び、係り表示装置を備えた電子機器に関する。
近年、液晶表示装置に代わる表示装置として、有機エレクトロルミネッセンス素子(以下、単に、『有機EL素子』と略称する場合がある)を用いた有機エレクトロルミネッセンス表示装置(以下、単に、『有機EL表示装置』と略称する場合がある)が注目されている。有機EL表示装置は、自発光型であり、消費電力が低いという特性を有しており、また、高精細度の高速ビデオ信号に対しても十分な応答性を有するものと考えられており、実用化に向けての開発、商品化が鋭意進められている。
有機EL表示装置は、発光部EL、及び、発光部ELを駆動するための駆動回路を備えた発光素子を、複数、有する。例えば、3つのトランジスタ及び2つの容量部から構成された駆動回路を備えた発光素子の等価回路図を図14に示す(例えば、特開2008−287141参照)。ここで、駆動回路は、サンプリングトランジスタTr1、ドライブトランジスタTr2、スイッチングトランジスタTr3、保持容量Cs、及び、補助容量Csubから構成されている。これらのトランジスタはpチャネル型である。駆動回路は、第1走査線WS、第2走査線DS及び信号線SLに接続されている。そして、このような構成を有する有機EL表示装置にあっては、電源電圧を固定電源化することができ、有機EL表示装置の狭額縁化、長寿命化を達成することができる。また、pチャネル型トランジスタを使用することで、nチャネル型トランジスタを用いた駆動回路に比べて、トランジスタの特性バラツキが小さい。
特開2008−287141
ところで、特開2008−287141に開示された技術において、駆動回路は薄膜トランジスタ(TFTトランジスタ)から構成されている。ここで、その代わりに、シリコン半導体基板に設けられた電界効果トランジスタ(FET)から駆動回路を構成する場合、基板効果(ソース領域Sとシリコン半導体基板との間の電位差によってトランジスタの閾値電圧が変化する現象)の影響を考慮しなくてはならない。pチャネル型のMOSトランジスタにおける基板効果による閾値電圧変動後の閾値電圧V’thは、以下の式(A)で近似することができる。
V’th≒Vth(0)−γ(Vsb1/2 (A)
ここで、
sb :ソース領域とシリコン半導体基板との間の電圧
th(0):ソース領域とシリコン半導体基板との間の電圧が0ボルトのときの閾値電圧
γ :シリコン半導体基板のドーピングに依存する定数
である。
通常、pチャネル型のMOSトランジスタにおいては、シリコン半導体基板に形成されたn型ウエルを共通の基板電位とする。基板電位は駆動回路で使用される最も高い電位に固定されている。ドライブトランジスタTr2のソース領域Sの電位が一定である場合には、ソース領域Sとシリコン半導体基板(具体的には、n型ウエル)との間の電圧Vsbも一定なので、基板効果は発生しない。然るに、特開2008−287141に開示されているように、ドライブトランジスタTr2の閾値電圧補正処理を行うと、閾値電圧補正期間と発光期間とでドライブトランジスタTr2のソース領域Sの電位が異なるために、Vsbが変動し、発光部ELの発光状態に対して基板効果の影響が生じる。
図5の画素回路の動作を表したタイミングチャートを用いて、以下、基板効果の影響を説明する。尚、図5において、「DTL」を「SL」と読み替え、「SCL」を「WS」と読み替え、「CLEL_C」を「DS」と読み替える。また、ドライブトランジスタTr2のソース領域Sの電位を「ソース電位(S)」で表し、ゲート電極の電位を「ゲート電位(G)」で表している。また、これらのトランジスタTr1,Tr3をpチャネル型トランジスタとしたので、これらのトランジスタは、第1走査線WS及び第2走査線DS及び信号線SLにおける信号がローレベル(L)のときオン状態となり、ハイレベル(H)のときオフ状態となる。
図5中、時刻T4から時刻T5の間の閾値電圧補正期間においては、ドライブトランジスタTr2のゲート電位(G)を基準電圧Vofsとして、ドライブトランジスタTr2のソース領域Sを放電させる。このとき、ドライブトランジスタTr2のソース電位(S)は、ドライブトランジスタTr2がカットオフする電位まで低下する。理想的(基板効果が発生しない場合)には、ドライブトランジスタTr2がカットオフするときのソース電位(S)は、
ofs+Vth(0)
である。然るに、実際には、基板効果が発生するので、ソース電位(S)の低下に伴い、以下の式(1)に示す通り閾値電圧のエンハンス化が進行し、ドライブトランジスタTr2がカットオフした時点でのソース電位(S)は、
ofs+Vth(0)+ΔVth (1)
となっている。ΔVthは、基板効果による閾値電圧の変動分である。その後、時刻T8で発光動作に入るとき、スイッチングトランジスタTr3がオン状態となり、ドライブトランジスタTr2のソース電位(S)は電源電圧VCCまで上昇するが、この時のドライブトランジスタTr2の閾値電圧は、Vsb=0ボルトであるので、式(1)におけるΔVthの値はゼロとなる。
以上に説明した動作をトランジスタの飽和電流式で表現すると、以下のとおりとなる。尚、2つのドライブトランジスタTr2を想定し、これら2つのドライブトランジスタTr2の閾値電圧Vth(0)のそれぞれを、Vth-1(0),Vth-2(0)、[但し、Vth-1(0)<Vth-2]とする。また、閾値電圧補正のためにドライブトランジスタTr2のゲート電極に印加される電圧であるゲート電位(G)をVofsとする。
ここで、時刻T4において、スイッチングトランジスタTr3をオフ状態にすると、ドライブトランジスタTr2のソース領域Sが放電する結果、ソース電位(S)が低下し、ドライブトランジスタTr2がカットオフする。そして、閾値電圧補正処理終了時点での2つのドライブトランジスタTr2のソース電位(S)は、基板効果が無い場合、それぞれ、以下の式(2−1)、式(2−2)のとおりとなる。また、このときのゲート電極とソース領域Sとの間の電位差Vgs-1,Vgs-2は、式(2−1)、式(2−2)から、それぞれ、以下の式(3−1)、式(3−2)で表すことができる。
s-1 =Voff+Vth-1(0) (2−1)
s-2 =Voff+Vth-2(0) (2−2)
gs-1=Vth-1(0) (3−1)
gs-2=Vth-2(0) (3−2)
そして、この状態のまま発光動作に入ったとすると、発光部ELへのドライブトランジスタTr2のドレイン電流Idsは、以下の式(4−1)、式(4−2)のとおりとなるが、式(3−1)、式(3−2)から、結局、ゼロとなり、閾値電圧のバラツキ、即ち、Vth-1(0)、Vth-2(0)のバラツキが補正(キャンセル)される。尚、「μ」は、ドライブトランジスタTr2の実効的な移動度である。
ds-1=k・μ・[Vgs-1−Vth-1(0)]2 (4−1)
ds-2=k・μ・[Vgs-2−Vth-2(0)]2 (4−2)
ここで、
L :チャネル長
W :チャネル幅
ox:(ゲート絶縁層の比誘電率)×(真空の誘電率)/(ゲート絶縁層の厚さ)
としたとき、
k≡(1/2)・(W/L)・Cox
である。
一方、基板効果が発生する場合、閾値電圧補正処理の際に、基板効果の影響を受けるので、閾値電圧補正処理終了時点でのソース電位(S)は、以下の式(2−1’)、式(2−2’)で表わされる。
s-1’=Voff+Vth-1(0)+ΔVth-1 (2−1’)
s-2’=Voff+Vth-2(0)+ΔVth-2 (2−2’)
ここで、ΔVth-1,ΔVth-2は、それぞれ、基板効果による閾値電圧の変動分である。このときのVgs-1,Vgs-2は、式(2−1’)、式(2−2’)から、それぞれ、以下の式(3−1’)、式(3−2’)で表わすことができる。
gs-1=Vth-1(0)+ΔVth-1 (3−1’)
gs-2=Vth-2(0)+ΔVth-2 (3−2’)
そして、この状態のまま発光動作に入ったとすると、発光部ELへのドライブトランジスタTr2のドレイン電流Idsは、以下の式(4−1’)、式(4−2’)のとおりとなり、式(4−1)、式(4−2)とは異なり、ゼロとはならず、閾値電圧のバラツキが補正(キャンセル)されない。
ds-1=k・μ・[Vgs-1−Vth-1(0)]2
=k・μ・[ΔVth-12 (4−1’)
ds-2=k・μ・[Vgs-2−Vth-2(0)]2
=k・μ・[ΔVth-22 (4−2’)
ΔIds=Ids-1−Ids-2
=k・μ・{[ΔVth-12−[ΔVth-22
即ち、閾値電圧補正処理を行っても、基板効果により、ΔIds分だけ、ドレイン電流Idsにバラツキが残る。そして、以上の結果として、画素毎の輝度バラツキが顕在化し、画面ユニフォーミティが損なわれるといった問題がある。
従って、本開示の目的は、基板効果の影響を受け難い構成、構造を有する発光素子、係る発光素子を備えた表示装置、係る表示装置を備えた電子機器を提供することにある。
上記の目的を達成するための本開示の発光素子は、発光部、及び、発光部を駆動するための駆動回路を備えた発光素子であって、
駆動回路は、少なくとも、
(A)pチャネル型の電界効果トランジスタから成る駆動トランジスタ、
(B)pチャネル型の電界効果トランジスタから成る画像信号書込みトランジスタ、
(C)pチャネル型の電界効果トランジスタから成る発光制御トランジスタ、並びに、
(D)容量部、
から構成されており、
駆動トランジスタ、画像信号書込みトランジスタ、及び、発光制御トランジスタは、それぞれ、p型シリコン半導体基板に形成されたn型ウエル内に設けられており、
駆動トランジスタの第1のソース/ドレイン領域(『一方のソース/ドレイン領域』と呼ぶ)と、駆動トランジスタが形成されたn型ウエルとは、電気的に接続されている。
上記の目的を達成するための本開示の表示装置は、本開示の発光素子が、複数、2次元マトリクス状に配列されて成る。また、上記の目的を達成するための本開示の電子機器は、本開示の表示装置を備えている。
本開示の発光素子、本開示の表示装置を構成する発光素子、本開示の電子機器を構成する発光素子(以下、これらの発光素子を総称して、『本開示の発光素子等』と呼ぶ)にあっては、駆動トランジスタの一方のソース/ドレイン領域と駆動トランジスタが形成されたn型ウエルとは電気的に接続されている。それ故、駆動トランジスタの一方のソース/ドレイン領域の電位が上昇し、あるいは又、電圧が増加したとき、n型ウエルの電位も上昇し、あるいは又、電圧が増加する。従って、基板効果(バックゲート効果あるいは基板バイアス効果とも呼ばれる)の発生を抑制することができ、駆動回路の安定した動作を達成することができるし、表示装置あるいは電子機器の消費電力の増加を招くこともない。
図1は、実施例1の表示装置あるいは電子機器に備えられた表示装置における駆動回路を備えた発光素子の模式的な一部断面図である。 図2A及び図2Bは、それぞれ、実施例1及び実施例2の表示装置あるいは電子機器に備えられた表示装置における駆動回路を構成する駆動トランジスタ及び画像信号書込みトランジスタの部分を抽出した模式的な一部断面図である。 図3は、実施例1の3Tr/2C駆動回路の等価回路図である。 図4は、実施例1の表示装置あるいは電子機器に備えられた表示装置を構成する回路の概念図である。 図5は、実施例1における駆動回路の動作を説明するためのタイミングチャートを模式的に示す図である。 図6A、図6B、図6C及び図6Dは、実施例1における駆動回路を構成する各トランジスタのオン/オフ状態等を模式的に示す図である。 図7A、図7B、図7C、図7D及び図7Eは、図6Dに引き続き、実施例1における駆動回路を構成する各トランジスタのオン/オフ状態等を模式的に示す図である。 図8は、実施例3の4Tr/2C駆動回路の等価回路図である。 図9は、実施例3における駆動回路の動作を説明するためのタイミングチャートを模式的に示す図である。 図10A、図10B、図10C及び図10Dは、実施例3における駆動回路を構成する各トランジスタのオン/オフ状態等を模式的に示す図である。 図11A、図11B、図11C及び図11Dは、図10Dに引き続き、実施例3における駆動回路を構成する各トランジスタのオン/オフ状態等を模式的に示す図である。 図12A、図12B及び図12Cは、図11Dに引き続き、実施3における駆動回路を構成する各トランジスタのオン/オフ状態等を模式的に示す図である。 図13は、3Tr/1C駆動回路の等価回路図である。 図14は、従来の3つのトランジスタ及び2つの容量部から構成された駆動回路を備えた発光素子の等価回路図である。
以下、図面を参照して、実施例に基づき本開示を説明するが、本開示は実施例に限定されるものではなく、実施例における種々の数値や材料は例示である。尚、説明は、以下の順序で行う。
1.本開示の発光素子、本開示の表示装置、本開示の電子機器、全般に関する説明
2.実施例1(本開示の発光素子、本開示の表示装置及び本開示の電子機器。3Tr/2C駆動回路)
3.実施例2(実施例1の変形)
4.実施例3(実施例1あるいは実施例2の変形。4Tr/2C駆動回路)、その他
[本開示の発光素子、本開示の表示装置、本開示の電子機器、全般に関する説明]
本開示の発光素子等にあっては、駆動トランジスタにおいて、
(A−1)第1のソース/ドレイン領域(一方のソース/ドレイン領域は、発光制御トランジスタの第2のソース/ドレイン領域(『他方のソース/ドレイン領域』と呼ぶ)に接続されており、
(A−2)第2のソース/ドレイン領域(『他方のソース/ドレイン領域』と呼ぶ)は、発光部に接続されており、
(A−3)ゲート電極は、画像信号書込みトランジスタの第2のソース/ドレイン領域(『他方のソース/ドレイン領域』と呼ぶ)に接続され、且つ、容量部の第2端(他端)に接続されており、第1ノードを構成し、
画像信号書込みトランジスタにおいて、
(B−1)第1のソース/ドレイン領域(『一方のソース/ドレイン領域』と呼ぶ)は、データ線に接続されており、
(B−2)ゲート電極は、走査線に接続されており、
発光制御トランジスタにおいて、
(C−1)第1のソース/ドレイン領域(『一方のソース/ドレイン領域』と呼ぶ)は、電流供給線に接続されており、
(C−2)ゲート電極は、発光制御線に接続されており、
容量部の第1端(一端)は、第2電流供給線に接続されている形態とすることができる。
そして、係る本開示の発光素子等の好ましい形態において、
第2容量部を更に備え、
容量部の第1端(一端)は、第2容量部を介して第2電流供給線に接続されており、且つ、駆動トランジスタの第1のソース/ドレイン領域(一方のソース/ドレイン領域及び発光制御トランジスタの第2のソース/ドレイン領域(他方のソース/ドレイン領域に接続されている形態とすることができる。
以上に説明した好ましい形態を含む本開示の発光素子等において、便宜上、駆動トランジスタが形成されているn型ウエルを『第1ウエル』、画像信号書込みトランジスタが形成されているn型ウエルを『第2ウエル』、発光制御トランジスタが形成されているn型ウエルを『第3ウエル』と呼ぶ。ここで、画像信号書込みトランジスタは第2ウエル内に形成されているが、この第2ウエルは、全ての発光素子において同じ電位とされる形態とすることが好ましい。また、電流供給線を、以下、便宜上、『第1電流供給線』と呼び、電流供給部を、以下、便宜上、『第1電流供給部』と呼ぶ場合がある。
本開示の表示装置あるいは電子機器に備えられた表示装置において、第1電流供給線は第1電流供給部に接続されており、第2電流供給線は第2電流供給部に接続されており、データ線は画像信号出力回路に接続されており、走査線は走査回路に接続されており、発光制御線は発光制御トランジスタ制御回路に接続されている。これらの第1電流供給部、画像信号出力回路、走査回路、発光制御トランジスタ制御回路、あるいは又、第2電流供給部は、通常、表示装置に含まれる。第1電流供給線と第2電流供給線とを共通化し、第1電流供給部と第2電流供給部を1つの電流供給部から構成することもできる。
駆動回路は、少なくとも、3つのトランジスタと1つの容量部から成るが、具体的には、
(A)3つのトランジスタ(駆動トランジスタ、画像信号書込みトランジスタ及び発光制御トランジスタ)と1つの容量部から成る駆動回路(『3Tr/1C駆動回路』と呼ぶ)
(B)3つのトランジスタ(駆動トランジスタ、画像信号書込みトランジスタ及び発光制御トランジスタ)と2つの容量部から成る駆動回路(『3Tr/2C駆動回路』と呼ぶ)
(C)4つのトランジスタ(駆動トランジスタ、画像信号書込みトランジスタ、発光制御トランジスタ及び第2発光制御トランジスタ)と2つの容量部から成る駆動回路(『4Tr/2C駆動回路』と呼ぶ)
等から構成することができるし、4Tr/1C駆動回路、5Tr/2C駆動回路、5Tr/1C駆動回路等にも適用可能である。また、発光部は、具体的には、有機エレクトロルミネッセンス発光部(有機EL発光部)から構成することができる。駆動トランジスタの一方のソース/ドレイン領域と第1ウエルとは電気的に接続されているが、具体的には、例えば、第1ウエルの表面領域にn型を有する接続領域を設け、接続領域と駆動トランジスタの一方のソース/ドレイン領域とを接触させ、あるいは又、導電材料層を介して接続すればよいし、あるいは又、接続領域と駆動トランジスタの一方のソース/ドレイン領域とを、コンタクトホール及び配線等を介して電気的に接続すればよい。
本開示の表示装置あるいは電子機器に備えられた表示装置は、所謂モノクロ表示の構成であってもよいし、1つの画素が複数の副画素から構成されている構成、具体的には、1つの画素が、赤色発光副画素、緑色発光副画素及び青色発光副画素の3つの副画素から構成されている形態とすることもできる。更には、これらの3種の副画素に更に1種類あるいは複数種類の副画素を加えた1組(例えば、輝度向上のために白色光を発光する副画素を加えた1組、色再現範囲を拡大するために補色を発光する副画素を加えた1組、色再現範囲を拡大するためにイエローを発光する副画素を加えた1組、色再現範囲を拡大するためにイエロー及びシアンを発光する副画素を加えた1組)から構成することもできる。
本開示の表示装置あるいは電子機器に備えられた表示装置において、第1電流供給部、第2電流供給部、画像信号出力回路、走査回路、発光制御トランジスタ制御回路等の各種の回路、第1電流供給線、第2電流供給線、データ線、走査線、発光制御線等の各種の配線、発光部の構成、構造は、周知の構成、構造とすることができる。具体的には、例えば有機EL発光部から構成された発光部は、例えば、第1電極(例えば、アノード電極)、有機材料層(例えば、正孔輸送層、発光層及び電子輸送層が積層された構造を有する)、並びに、第2電極(例えば、カソード電極)等から構成することができる。駆動回路を構成する容量部や第2容量部は、一方の電極、他方の電極、及び、これらの電極に挟まれた誘電体層(絶縁層)から構成することができる。駆動回路を構成するトランジスタはシリコン半導体基板に形成され、発光部は、例えば、層間絶縁層を介して、駆動回路を構成するトランジスタの上方に形成されている。容量部や第2容量部も、通常、層間絶縁層を介して、駆動回路を構成するトランジスタの上方に形成されている。また、駆動トランジスタの他方のソース/ドレイン領域は、発光部を構成する第1電極に、例えば、コンタクトホールを介して接続されている。
実施例1は、本開示の発光素子、表示装置及び電子機器、具体的には、有機EL表示装置、及び、有機EL表示装置を備えた電子機器に関する。以下、各実施例における表示装置あるいは電子機器に備えられた表示装置を総称して、単に、『実施例の表示装置』と呼ぶ場合がある。実施例1の表示装置における駆動回路を備えた発光素子の模式的な一部断面図を図1に示し、駆動回路を構成する駆動トランジスタ及び画像信号書込みトランジスタの部分を抽出した模式的な一部断面図を図2Aに示す。また、実施例1の表示装置における駆動回路を備えた発光素子の等価回路図(但し、駆動回路を、3つのトランジスタTRDrv,TRSig,TREL_Cと2つの容量部C1,C2から成る駆動回路(3Tr/2C駆動回路)とした例)を図3に示し、表示装置を構成する回路の概念図を図4に示す。尚、図1に示す模式的な一部断面図は、図面の簡素化を図るために、異なる垂直仮想平面で表示装置を切断したときの断面図が混在している。
実施例1の表示装置は、実施例1の発光素子1が、複数、2次元マトリクス状に配列されて成る表示装置である。そして、発光素子1のそれぞれは、発光部(具体的には、有機EL発光部)ELP、及び、発光部ELPを駆動するための駆動回路を備えている。表示装置は、N×M個の2次元マトリクス状に配列された画素から構成され、1つの画素は、3つの副画素(赤色を発光する赤色発光副画素、緑色を発光する緑色発光副画素、及び、青色を発光する青色発光副画素)から構成されている。また、実施例1の電子機器は、実施例1の表示装置を備えている。
ここで、実施例の表示装置は、図4に回路の概念図を示すように、
(a)第1電流供給部101、
(b)第2電流供給部102、
(c)走査回路103、
(d)発光制御トランジスタ制御回路104、及び、
(e)画像信号出力回路105、
を備えており、更には、
(f)第1の方向にN個、第1の方向とは異なる第2の方向(具体的には、第1の方向に直交する方向)にM個、合計N×M個の、2次元マトリクス状に配列された発光素子1、
(g)第1電流供給部101に接続され、第1の方向に延びるM本の電流供給線(第1電流供給線CSL1)、
(h)第2電流供給部102に接続され、第1の方向に延びるM本の第2電流供給線CSL2
(i)走査回路103に接続され、第1の方向に延びるM本の走査線SCL、
(j)発光制御トランジスタ制御回路104に接続され、第1の方向に延びるM本の発光制御線CLEL_C、並びに、
(k)画像信号出力回路105に接続され、第2の方向に延びるN本のデータ線DTL、
を備えている。尚、図4においては、図面の簡素化のため、第1電流供給線CSL1及び第2電流供給線CSL2を纏めて1本で表している。また、図4においては、3×3個の発光素子1を図示しているが、これは、あくまでも例示に過ぎない。第1電流供給部101、第2電流供給部102、走査回路103、発光制御トランジスタ制御回路104は、第1電流供給線CSL1、第2電流供給線CSL2、走査線SCL、発光制御線CLEL_Cの一端に配されていてもよいし、両端に配されていてもよい。
そして、実施例1の発光素子1における駆動回路は、少なくとも、
(A)pチャネル型の電界効果トランジスタから成る駆動トランジスタTRDrv
(B)pチャネル型の電界効果トランジスタから成る画像信号書込みトランジスタTRSig
(C)pチャネル型の電界効果トランジスタから成る発光制御トランジスタTREL_C、並びに、
(D)容量部(以下、便宜上、『第1容量部C1』と呼ぶ)、
から構成されている。駆動トランジスタTRDrv、画像信号書込みトランジスタTRSig、及び、発光制御トランジスタTREL_Cは、それぞれ、p型シリコン半導体基板10に形成されたn型ウエル内に設けられている。即ち、これらのトランジスタは、上述したとおり、pチャネル型MOSFETから成る。駆動トランジスタTRDrvは第1ウエル11内に設けられており、画像信号書込みトランジスタTRSigは第2ウエル12内に設けられており、発光制御トランジスタTREL_Cは第3ウエル(図示せず)に設けられている。
そして、駆動トランジスタTRDrvの一方のソース/ドレイン領域23と、駆動トランジスタTRDrvが形成されたn型ウエル(第1ウエル11)とは、電気的に接続されている。具体的には、図1、図2Aに示すように、第1ウエル11の表面領域に、n+を有する接続領域25が設けられている。そして、接続領域25と駆動トランジスタTRDrvの一方のソース/ドレイン領域23とは、コンタクトホール70及び配線等(具体的には、第1容量部C1の一方の電極41)を介して電気的に接続されている。
第1容量部C1(図1には、円で囲んだ部分で示す)は、一方の電極(一端)41、他方の電極(他端)42、及び、これらの電極41,42に挟まれた誘電体層(絶縁層)43から構成されている。
第2ウエル12は、全ての発光素子1において同じ電位とされている。具体的には、第2ウエル12は、シリコン半導体基板10を介して所定の電位(基板電位であり、例えば、駆動回路で使用される最も高い電位)とされている。第3ウエルも、シリコン半導体基板10を介して所定の電位(基板電位であり、例えば、駆動回路で使用される最も高い電位)とされている。各発光素子1を構成する駆動トランジスタTRDrv、画像信号書込みトランジスタTRSig、発光制御トランジスタTREL_Cは、素子分離領域14によって囲まれている。
そして、実施例1の発光素子1にあっては、図3に示すように、駆動トランジスタTRDrvにおいて、
(A−1)一方のソース/ドレイン領域23は、発光制御トランジスタTREL_Cの他方のソース/ドレイン領域37に接続されており、
(A−2)他方のソース/ドレイン領域24は、発光部ELPに接続されており、
(A−3)ゲート電極21は、画像信号書込みトランジスタTRSigの他方のソース/ドレイン領域34に接続され、且つ、第1容量部C1の他端42に接続されており、第1ノードND1を構成する。
また、画像信号書込みトランジスタTRSigにおいて、
(B−1)一方のソース/ドレイン領域33は、データ線DTLに接続されており、
(B−2)ゲート電極31は、走査線SCLに接続されており、
発光制御トランジスタTREL_Cにおいて、
(C−1)一方のソース/ドレイン領域36は、第1電流供給線CSL1に接続されており、
(C−2)ゲート電極35は、発光制御線CLEL_Cに接続されており、
第1容量部C1の一端41は、第2電流供給線CSL2に接続されている。
更には、実施例1の発光素子1は第2容量部C2を備えており、
第1容量部C1の一端41は、第2容量部C2を介して第2電流供給線CSL2に接続されており、且つ、駆動トランジスタTRDrvの一方のソース/ドレイン領域23及び発光制御トランジスタTREL_Cの他方のソース/ドレイン領域37に接続されている。即ち、第2容量部C2の一端は第2電流供給線CSL2に接続されており、第2容量部C2の他端は第1容量部C1の一端41等に接続されている。
データ線DTLには、画像信号出力回路105から、画像信号(駆動信号あるいは輝度信号)VSig及び所定の基準電位Vofsが、切り換えられ、供給される。また、第1電流供給線CSL1には、第1電流供給部101から固定電圧VCCが供給され、同様に、第2電流供給線CSL2には、第2電流供給部102から固定電圧VCCが供給される。更には、走査線SCLには、走査回路103から、順次、走査信号が供給される。発光制御線CLEL_Cには、発光制御トランジスタ制御回路104から、順次、発光制御信号が供給される。
図1に示すように、駆動トランジスタTRDrvにおいて、一方のソース/ドレイン領域23(実施例にあっては、具体的には、発光部ELPの発光時、ソース領域23として機能するソース/ドレイン領域。以下においても同様)は、コンタクトホール70を介して第1容量部C1の一方の電極41に接続されており、更には、発光制御トランジスタTREL_Cの他方のソース/ドレイン領域37(図1には図示せず)に接続されている。また、他方のソース/ドレイン領域24(実施例にあっては、具体的には、発光部ELPの発光時、ドレイン領域24として機能するソース/ドレイン領域。以下においても同様)は、別のコンタクトホール及びコンタクトパッド71を介して発光部(有機EL発光部)ELPの第1電極51に接続されている。ゲート電極21は、更に別のコンタクトホール及びコンタクトパッド72を介して第1容量部C1の他方の電極42に接続されており、第1ノードND1を構成し、更に、画像信号書込みトランジスタTRSigの他方のソース/ドレイン領域34(実施例にあっては、具体的には、画像信号の書き込み時、ドレイン領域34として機能するソース/ドレイン領域。以下においても同様)に接続されている。
更には、図1に示すように、画像信号書込みトランジスタTRSigにおいて、一方のソース/ドレイン領域33(実施例にあっては、具体的には、画像信号の書き込み時、ソース領域33として機能するソース/ドレイン領域。以下においても同様)は、コンタクトホール及びコンタクトパッド73、データ線DTLを介して画像信号出力回路105に接続されている。ゲート電極31は、別のコンタクトホール及びコンタクトパッド74、走査線SCLを介して走査回路103に接続されている。
図1において、尚、参照番号14は素子分離領域を示し、参照番号22,32はゲート絶縁層を示す。コンタクトホール及びコンタクトパッド71,72,73,74は、第1の方向に延びる走査線SCLや第1電流供給線CSL1等と短絡しないように設けられており、図1には、この状態が図示されている。
あるいは又、云い換えれば、実施例1の表示装置は、それぞれが、発光部ELP、及び、発光部ELPを駆動するための駆動回路を備えた発光素子1を、複数、有し、
駆動回路は、少なくとも、
発光部ELP、
容量部C1
pチャネル型のMOSFETから成り、容量部C1に保持された画像信号(駆動信号あるいは輝度信号)VSigに基づき、発光部ELPを駆動する駆動トランジスタTRDrv
pチャネル型のMOSFETから成り、画像信号VSigを容量部C1に保持させる画像信号書込みトランジスタTRSig、及び、
pチャネル型のMOSFETから成り、発光部ELPの発光状態の制御を行う発光制御トランジスタTREL_C
から構成されており、
駆動トランジスタTRDrvは、p型シリコン半導体基板10に形成されたn型の第1ウエル11内に形成されており、
画像信号書込みトランジスタTRSigは、p型シリコン半導体基板10に形成されたn型の第2ウエル12内に形成されており、
発光制御トランジスタTREL_Cは、p型シリコン半導体基板10に形成されたn型の第3ウエル内に形成されており、
駆動トランジスタTRDrvの一方のソース/ドレイン領域23と第1ウエル11とは電気的に接続されている。
シリコン半導体基板10に設けられた駆動トランジスタTRDrv、画像信号書込みトランジスタTRSig、及び、発光制御トランジスタTREL_C(図1には図示せず)は、層間絶縁層61によって覆われている。そして、層間絶縁層61上に、第1容量部C1の一方の電極41及び誘電体層(絶縁層)43が形成されており、誘電体層(絶縁層)43の上に第1容量部C1の他方の電極42が形成されている。また、誘電体層(絶縁層)43及び第1容量部C1の他方の電極42の上に層間絶縁層62が形成され、層間絶縁層62の上に走査線SCLが形成されている。更には、層間絶縁層62及び走査線SCLの上に層間絶縁層63が形成され、層間絶縁層63の上にデータ線DTLが形成されている。また、層間絶縁層63及びデータ線DTLの上に層間絶縁層64が形成され、層間絶縁層64の上に第1電流供給線CSL1、第2電流供給線CSL2(図1には図示せず)及び発光制御線CLEL_C(図1には図示せず)が形成されている。更には、層間絶縁層64、第1電流供給線CSL1、第2電流供給線CSL2及び発光制御線CLEL_Cの上に層間絶縁層65が形成され、層間絶縁層65の上に、発光部ELPを構成する第1電極51が形成されている。また、層間絶縁層65及び第1電極51の上に、第1電極51が底部に露出した開口部を有する層間絶縁層66が形成され、層間絶縁層66及び第1電極51の上に、発光部ELPを構成する正孔輸送層、発光層、電子輸送層(これらの積層構造体である有機材料層52)、第2電極53が形成され、第2電極53上に絶縁層67が形成されている。絶縁層67の上には、図示しない接着層を介してガラス板(図示せず)が接着されている。場合によっては、有機材料層52及び第2電極53のパターニングは不要である。走査線SCL、データ線DTL、第1電流供給線CSL1、第2電流供給線CSL2、発光制御線CLEL_Cの積層順は、上記の積層順に限定されるものではなく、本質的に任意である。第2電極53は接地ラインに接続されており、接地ラインには所定のカソード電圧Vcathが供給される。尚、図3において、符号CELは、発光部ELPの寄生容量を表す。
以上に説明した発光素子1の製造は、周知の方法に基づき行うことができるし、発光素子1の製造に用いる各種の材料も周知の材料とすることができる。
そして、データ線DTLが基準電位Vofsのとき、走査回路103は、走査線SCLに走査信号を出力して、駆動トランジスタTRDrvの閾値電圧Vthの補正処理(閾値電圧補正処理)を行う。更に、データ線DTLが画像信号VSigのとき、走査回路103は、走査線SCLに走査信号を出力して、画像信号VSigを第1容量部C1に書き込む画像信号書込み処理を行うと共に、駆動トランジスタTRDrvの移動度μのバラツキを補正する移動度補正処理を行う。発光制御トランジスタ制御回路104は、画像信号VSigが第1容量部C1に書き込まれた後、発光制御線CLEL_Cに発光制御信号を出力して、発光部ELPの発光動作を行う。
以下、タイミングチャートである図5、駆動回路の動作を模式的に示す図6A、図6B、図6C、図6D、図7A、図7B、図7C、図7D及び図7Eを参照して、実施例1の発光素子1の動作説明を行うが、時刻T1から時刻T9までを1フィールドとしている。尚、タイミングチャートは、時間軸Tに沿って、走査線SCL及び発光制御線CLEL_Cに送出される走査信号及び発光制御信号の波形を表しているし、駆動トランジスタTRDrvのゲート電極21の電位[ゲート電位(G)]の変化及びソース領域23の電位[ソース電位(S)]の変化も表している。更には、データ線DTLに送出される画像信号VSig、基準電位Vofsの波形も表している。画像信号においては、1水平走査期間(1H期間)内で、画像信号VSigと基準電位Vofsが交互に切り換わる。画像信号書込みトランジスタTRSig及び発光制御トランジスタTREL_Cをpチャネル型MOSFETとしたので、これらのトランジスタは、走査信号及び発光制御信号がローレベル(L)のときオン状態となり、ハイレベル(H)のときオフ状態となる。
各画素を構成する発光素子は、線順次駆動される。即ち、第m行目(但し、m=1,2,3・・・M)に配列されたN個の画素(3×N個の副画素)のそれぞれを構成する発光素子が同時に駆動される。換言すれば、1つの行を構成する各発光素子にあっては、その発光/非発光のタイミングは、それらが属する行単位で制御される。尚、1つの行を構成する各画素について画像信号を書き込む処理は、全ての画素について同時に画像信号を書き込む処理(同時書込み処理)であってもよいし、各画素毎に順次画像信号を書き込む処理(順次書込み処理)であってもよい。いずれの書き込み処理とするかは、発光素子や駆動回路の構成に応じて適宜選択すればよい。場合によっては、第m行目に配列された各発光素子の水平走査期間(第m番目の水平走査期間)が終了するまでに、各種の処理(後述する閾値電圧補正処理、画像信号書込み処理、移動度補正処理)を行ってもよい。尚、画像信号書込み処理や移動度補正処理は、第m番目の水平走査期間内に行われる必要がある。一方、発光素子や駆動回路の種類によっては、閾値電圧補正処理やこれに伴う前処理を第m番目の水平走査期間より先行して行うことができる。そして、以上の各種の処理が全て終了した後、第m行目に配列された各発光素子を構成する発光部を発光させる。尚、上述した各種の処理が全て終了した後、直ちに発光部を発光させてもよいし、所定の期間(例えば、所定の行数分の水平走査期間)が経過した後に発光部を発光させてもよい。この所定の期間は、表示装置の仕様や発光素子、駆動回路の構成等に応じて、適宜設定することができる。
[時刻T1以前]
1フィールドが始まる時刻T1よりも以前では、画像信号書込みトランジスタTRSigがオフ状態にある一方、発光制御トランジスタTREL_Cはオン状態である。従って、駆動トランジスタTRDrvは、オン状態の発光制御トランジスタTREL_Cを介して第1電流供給部101に接続されているので、駆動トランジスタTRDrvのゲート電極/ソース領域間の電位差Vgs(以下、単に『電位差Vgs』と呼ぶ場合がある)に応じてドレイン電流I’dsが発光部ELPに供給されている。従って、時刻T1以前の段階では、発光部ELPは発光状態にある(図6A参照)。
[時刻T1
時刻T1において、発光制御線CLEL_Cの電位がローレベルからハイレベルに切り換えられる(図6B参照)。これにより、発光制御トランジスタTREL_Cがオフ状態となり、駆動トランジスタTRDrvが第1電流供給部101から切り離されるので、発光部ELPは非発光状態となる。
[時刻T2
続いて時刻T2に進むと、発光制御線CLEL_Cの電位がハイレベルからローレベルに切り換えられる(図6C参照)。これにより、発光制御トランジスタTREL_Cがオン状態となる。その結果、駆動トランジスタTRDrvのソース電位(S)が電位VCCまで引き上げられる。そして、これに連動して、駆動トランジスタTRDrvのゲート電位(G)も上方にシフトする。
[時刻T3
時刻T3にあっては、データ線DTLは基準電位Vofsにある。そして、走査線SCLの電位がローレベルに切り換わり、画像信号書込みトランジスタTRSigがオン状態となる(図6D参照)。その結果、駆動トランジスタTRDrvのゲート電位(G)は基準電位Vofsとなる。この段階で、駆動トランジスタTRDrvにおける電位差Vgsは(VCC−Vofs)となり、駆動トランジスタTRDrvの閾値電圧Vthよりも充分に大きいので、駆動トランジスタTRDrvはオン状態に置かれる。尚、(VCC−Vofs)>|Vth|を満足するように、基準電圧Vofsの値を設定する。この状態では、発光部ELPに不要な電流が流れてしまうので、これを防ぐため、時刻T3から時刻T4までの期間を出来る限り短くすることが好ましいし、|Vofs|の値を、|Vofs|の値よりも若干大きい値に設定することが好ましい。時刻T2から時刻T3を越えた期間が、閾値電圧補正のための準備期間であり、駆動トランジスタTRDrvのソース領域23及びゲート電極21のそれぞれの電位を、VCC及びVofsにリセットしている。
[時刻T4
時刻T4では、発光制御線CLEL_Cの電位がハイレベルとなり、発光制御トランジスタTREL_Cがオフ状態となる。一方、画像信号書込みトランジスタTRSigはオン状態のままである(図7A参照)。その結果、第1容量部C1や第2容量部C2に蓄えられていた電荷が駆動トランジスタTRDrv、発光部ELPを経由して放電される。そして、駆動トランジスタTRDrvのゲート電位(G)をVofsに固定したまま、駆動トランジスタTRDrvが第1電流供給部101から切り離されるので、駆動トランジスタTRDrvのソース電位(S)が低下していく。やがて、駆動トランジスタTRDrvがカットオフした時点で、即ち、ソース電位(S)が(Vofs+|Vth|)に達した時点で、駆動トランジスタTRDrvには電流が流れなくなる。駆動トランジスタTRDrvがカットオフしたとき、ソース領域23とゲート電極21との間には、丁度、駆動トランジスタTRDrvの閾値電圧Vth相当の電位差が生じる。この電位差は、駆動トランジスタTRDrvのソース領域23とゲート電極21との間に接続された第1容量部C1に保持される。
[時刻T5
時刻T5では、走査線SCLの電位がハイレベルとなり、画像信号書込みトランジスタTRSigがオフ状態となる(図7B参照)。駆動トランジスタTRDrvのゲート電極21がデータ線DTLから切り離され、閾値電圧補正処理が完了する。以上のように、時刻T4から時刻T5までの期間が、閾値電圧補正処理のための期間である。
[時刻T6
時刻T6では、走査線SCLの電位がローレベルとなり、画像信号書込みトランジスタTRSigがオン状態となる(図7C参照)。このとき、データ線DTLの電位は、基準電位Vofsから画像信号VSigに切り換わっている。よって、駆動トランジスタTRDrvのゲート電位(G)はVSigとなる。そして、第1容量部C1と第2容量部C2の容量比で決まるカップリングに基づき、駆動トランジスタTRDrvにおける電位差Vgsは、以下の式(A)に示す値となる。ここで、「CS」は第1容量部C1の容量値を示し、「Csub」は第2容量部C2の容量値を示す。
gs =|Vth|+Vgs’ (A)
但し、
gs’=(Vofs−VSig){Csub/(CS+Csub)}
[時刻T7
続いて、時刻T7では、走査線SCLの電位がハイレベルとなり、画像信号書込みトランジスタTRSigがオフ状態となり、画像信号VSigの書き込み処理が完了する。即ち、画像信号書込みトランジスタTRSigがオン状態である短い時刻T6から時刻T7の期間で、駆動トランジスタTRDrvのゲート電位(G)を画像信号VSigとする画像信号の書き込み処理を行っている。これにより、駆動トランジスタTRDrvにおける電位差Vgsは、(Vth+VSig)となる。但し、この値は、Vofsを0ボルトとしたときの値である。
時刻T6から時刻T7までの画像信号書込み期間では、同時に、駆動トランジスタTRDrvの移動度μに対する補正も行われている。この移動度補正分が、タイミングチャートでは、ΔVで表されている。即ち、画像信号書込み期間では、駆動トランジスタTRDrvのゲート電位(G)がVSigとされるが、このとき、同時に、駆動トランジスタTRDrvを経由して電流が流れるので、ソース電位(S)もΔVだけ変化する。従って、駆動トランジスタTRDrvにおける電位差Vgsは、正確には、(VSig+Vth−ΔV)となる。この変化分ΔVは、丁度、駆動トランジスタTRDrvの移動度μのバラツキを打ち消す方向に作用する。即ち、駆動トランジスタTRDrvの移動度μが比較的大きい場合、このΔVも大きくなり、電位差Vgsが、その分、小さくなるので、移動度μの影響を抑えることができる。逆に、移動度μが小さい駆動トランジスタTRDrvにあっては、ΔVが小さいため、電位差Vgsはそれほど小さくならない。よって、移動度μの大小に依存して電位差Vgsが変化し、移動度μのバラツキを平均化している。尚、移動度補正の時間(t)は数マイクロ秒と非常に短い時間である。移動度補正後の電流値Idsは、以下の式(B)のとおりとなる。
ds =k・μ[Vgs’/{1+(Vgs’・k・μ・t/(CS+Csub))} (B)
[時刻T8
時刻T8では、発光制御線CLEL_Cの電位がローレベルになり、発光制御トランジスタTREL_Cがオン状態となる。その結果、駆動トランジスタTRDrvのソース領域23が第1電流供給部101に接続されるので、駆動トランジスタTRDrvに電流が流れ始め、発光部ELPが発光を始める。このとき、ブートストラップ効果により、駆動トランジスタTRDrvのゲート電位(G)も上昇するため、第1容量部C1に保持された電位差Vgsは、(VSig+Vth−ΔV)の値を維持する。
このときのドレイン電流Idsと電位差Vgsとの関係は、駆動トランジスタTRDrvの一方のソース/ドレイン領域23と第1ウエル11とが電気的に接続されているが故に、前述した基板効果による閾値電圧の変動分が無くなり、前述した式(4−1)、式(4−2)のとおりとなり、結局、閾値電圧のバラツキが補正(キャンセル)される。即ち、発光部ELPに供給されるドレイン電流Idsは駆動トランジスタTRDrvの閾値電圧Vthに依存せず、基本的に、画像信号VSigによって決まる。換言すると、発光部ELPは画像信号VSigに応じた輝度で発光する。
[時刻T9
最後に時刻T9に至ると、発光制御線CLEL_Cの電位がハイレベルとなって、発光制御トランジスタTREL_Cがオフ状態となり、発光が終了すると共に、1フィールドが完了する。その後、次のフィールドに移って、再び、閾値電圧補正処理、画像信号書込み処理、移動度補正処理及び発光動作が繰り返される。
以上のとおり、実施例1の表示装置にあっては、駆動回路を構成する駆動トランジスタの一方のソース/ドレイン領域と第1ウエルとは電気的に接続されているが故に、駆動トランジスタの一方のソース/ドレイン領域の電位が上昇し、あるいは又、電圧が増加したとき、第1ウエルの電位も上昇し、あるいは又、電圧が増加する。従って、基板効果の発生を抑制することができ、駆動回路の安定した動作を達成することができるし、表示装置の消費電力の増加を招くこともない。また、駆動トランジスタの一方のソース/ドレイン領域と第1ウエルとは電気的に接続されているが故に、発光部ELPに劣化が生じた場合、発光部ELPのI−V特性が劣化するので、第1電極の電位をより高くした場合であっても、何らの問題も生じない。加えて、駆動トランジスタTRDrvに印加される電圧振幅は、最大でも(VCC−Vcath)程度、具体的には、10ボルト前後であり、駆動トランジスタTRDrvの耐圧に対して十分にマージンを確保することができる。
実施例2は、実施例1の変形である。実施例2の表示装置における駆動回路を構成する駆動トランジスタTRDrv及び画像信号書込みトランジスタTRSigの部分を抽出した模式的な一部断面図を図2Bに示す。実施例2にあっては、実施例1と同様に、第1ウエル11の表面領域にn+型の導電型を有する接続領域25を設ける。ここで、実施例1と相違する点は、接続領域25及びソース領域23の表面に導電材料層26(具体的には、金属シリサイド層)を形成する点にあり、これによって、駆動トランジスタTRDrvの一方のソース/ドレイン領域(ソース領域23)と第1ウエル11とを確実に電気的に接続することができる。
導電材料層26の形成は、具体的には、サリサイド(SALICIDE=Self-ALIgned SiliCIDE)プロセスに基づき行うことができる。即ち、駆動トランジスタTRDrvのゲート絶縁層22の形成、ゲート電極21の形成、イオン注入に基づくソース/ドレイン領域23,24の形成、イオン注入に基づく接続領域25の形成、ゲートサイドウオール28,38の形成を実行した後、全面に金属層(例えばコバルト層)を形成する。そして、熱処理を施すことで、シリコン半導体基板10におけるシリコン原子と金属層における金属原子を反応させ、金属シリサイド層を形成することで、導電材料層26を形成する。尚、このとき、ゲート電極21の頂面にも金属シリサイド層を形成してもよい。その後、シリコン原子と未反応の金属層を除去し、更に、金属シリサイド層をアニール処理することで金属シリサイド層を安定化させる。こうして、駆動トランジスタTRDrvの一方のソース/ドレイン領域(ソース領域23)と第1ウエル11とを確実に電気的に接続する導電材料層26を得ることができる。
実施例3は、実施例1あるいは実施例2の変形である。実施例3の表示装置における駆動回路を備えた発光素子の等価回路図(但し、駆動回路を、4つのトランジスタTRDrv,TRSig,TREL_C,TREL_C_2と2つの容量部C1,C2から成る駆動回路(4Tr/2C駆動回路)とした例)を図8に示す。尚、実施例3における駆動回路は、第2発光制御トランジスタTREL_C_2を備えている点を除き、実施例1あるいは実施例2における駆動回路と同様の構成、構造を有する。ここで、第2発光制御トランジスタTREL_C_2のゲート電極は、第2発光制御線CLEL_C_2に接続されており、一方のソース/ドレイン領域は、駆動トランジスタTRDrvの他方のソース/ドレイン領域(ドレイン領域24)に接続されており、他方のソース/ドレイン領域は電位VSSとされている。第2発光制御線CLEL_C_2は、発光制御トランジスタ制御回路104に接続されている。
以下、タイミングチャートである図9、駆動回路の動作を模式的に示す図10A、図10B、図10C、図10D、図11A、図11B、図11C、図11D、図12A、図12B及び図12Cを参照して、実施例3の発光素子の動作説明を行う。
[時刻t1以前]
1フィールドが始まる時刻t1よりも以前では、画像信号書込みトランジスタTRSig及び第2発光制御トランジスタTREL_C_2がオフ状態にある一方、発光制御トランジスタTREL_Cはオン状態である。従って、駆動トランジスタTRDrvは、オン状態の発光制御トランジスタTREL_Cを介して第1電流供給部101に接続されているので、駆動トランジスタTRDrvの電位差Vgsに応じてドレイン電流I’dsが発光部ELPに供給されている。従って、時刻t1以前の段階では、発光部ELPは発光状態にある(図10A参照)。
[時刻t1
時刻t1において、発光制御線CLEL_Cの電位がローレベルからハイレベルに切り換えられる(図10B参照)。これにより、発光制御トランジスタTREL_Cがオフ状態となり、駆動トランジスタTRDrvが第1電流供給部101から切り離されるので、発光部ELPは非発光状態となる。
[時刻t2
続いて時刻t2に進むと、第2発光制御線CLEL_C_2の電位がハイレベルからローレベルに切り換えられる(図10C参照)。これにより、第2発光制御トランジスタTREL_C_2がオン状態となる。その結果、発光部ELPの第1電極(アノード電極)51の電位はVSSとなる。
[時刻t3
その後の時刻t3において、データ線DTLの電位がVofsとされる。
[時刻t4
続く時刻t4にあっては、発光制御線CLEL_Cの電位がハイレベルからローレベルに切り換えられる(図10D参照)。その結果、駆動トランジスタTRDrvの電位差Vgsに応じた電流が駆動トランジスタTRDrvを流れる。但し、第2発光制御トランジスタTREL_C_2がオン状態となっているので、発光部ELPのアノード電位は電位VSSのままである。ここで、電位VSSは、VSS<VEL+Vcathの条件を満足するように設定されている。従って、発光部ELPには逆バイアスが加わり、発光部ELPは非発光状態のままである。そして、駆動トランジスタTRDrvを流れる電流は、第2発光制御トランジスタTREL_C_2へとを流れる。
[時刻t5
その後の時刻t5にあっては、走査線SCLの電位がローレベルに切り換わり、画像信号書込みトランジスタTRSigがオン状態となる(図11A参照)。その結果、駆動トランジスタTRDrvのゲート電位(G)は基準電位Vofsとなる。また、ソース電位(S)は電位VCC、ドレイン領域の電位は電位VSSである。この段階で、駆動トランジスタTRDrvにおける電位差Vgsは(VCC−Vofs)となり、駆動トランジスタTRDrvの閾値電圧Vthよりも充分に大きいので、駆動トランジスタTRDrvはオン状態に置かれる。尚、実施例1と同様に、(VCC−Vofs)>|Vth|を満足するように、基準電圧Vofsの値を設定する。
[時刻t6
その後の時刻t6にあっては、発光制御線CLEL_Cの電位がローレベルからハイレベルに切り換えられる(図11B参照)。その結果、発光制御トランジスタTREL_Cがオフ状態となる。このとき、第1容量部C1から、駆動トランジスタTRDrvを経由して第2発光制御トランジスタTREL_C_2へと電流が流れる。尚、画像信号書込みトランジスタTRSigはオン状態のままである。そして、駆動トランジスタTRDrvのゲート電位(G)をVofsに固定したまま、駆動トランジスタTRDrvが第1電流供給部101から切り離されるので、駆動トランジスタTRDrvのソース電位(S)が低下していく。やがて、駆動トランジスタTRDrvがカットオフした時点で、即ち、ソース電位(S)が(Vofs+|Vth|)に達した時点で、駆動トランジスタTRDrvには電流が流れなくなる。駆動トランジスタTRDrvがカットオフしたとき、ソース領域とゲート電極との間には、丁度、駆動トランジスタTRDrvの閾値電圧Vth相当の電位差が生じる。この電位差は、駆動トランジスタTRDrvのソース領域とゲート電極との間に接続された第1容量部C1に保持される。
[時刻t7
続く時刻t7では、走査線SCLの電位がハイレベルとなり、画像信号書込みトランジスタTRSigがオフ状態となる(図11C参照)。駆動トランジスタTRDrvのゲート電極がデータ線DTLから切り離され、閾値電圧補正処理が完了する。以上のように、時刻t6から時刻t7までの期間が、閾値電圧補正処理のための期間である。この期間においては、第1容量部C1から、駆動トランジスタTRDrvを経由して第2発光制御トランジスタTREL_C_2へと電流が流れる。これにより、駆動トランジスタTRDrvのソース電位(S)は、時間の経過と共に下降する。
[時刻t8
続く時刻 8 では、データ線DTLの電位が、基準電位Vofsから画像信号VSigに切り換えられる。
[時刻t9
続く時刻t9では、走査線SCLの電位がローレベルとなり、画像信号書込みトランジスタTRSigがオン状態となる(図11D参照)。その結果、駆動トランジスタTRDrvのゲート電位(G)はVSigとなり、駆動トランジスタTRDrvの閾値電圧Vthよりも大きくなる。それ故、第1容量部C1から、駆動トランジスタTRDrvを経由して第2発光制御トランジスタTREL_C_2へと電流が流れる。これにより、駆動トランジスタTRDrvのソース電位(S)は、時間の経過と共に下降する。
[時刻t10
続く時刻t10では、走査線SCLの電位がハイレベルとなり、画像信号書込みトランジスタTRSigがオフ状態となり、画像信号VSigの書き込み処理が完了する(図12A)。即ち、画像信号書込みトランジスタTRSigがオン状態である時刻t9から時刻t10の期間で、駆動トランジスタTRDrvのゲート電位(G)を画像信号VSigとする画像信号書込み処理を行っている。これにより、駆動トランジスタTRDrvにおける電位差Vgsは、(Vth+VSig)となる。但し、この値は、Vofsを0ボルトとしたときの値である。
時刻t9から時刻t10までの画像信号書込み期間では、同時に、駆動トランジスタTRDrvの移動度μに対する補正も行われている。即ち、画像信号書込み期間では、駆動トランジスタTRDrvのゲート電位(G)がVSigとされるが、このとき、同時に、駆動トランジスタTRDrvを経由して電流が流れるので、ソース電位(S)もΔVだけ変化する。従って、駆動トランジスタTRDrvにおける電位差Vgsは、正確には、(VSig+Vth−ΔV)となる。この変化分ΔVは、丁度、駆動トランジスタTRDrvの移動度μのバラツキを打ち消す方向に作用する。即ち、駆動トランジスタTRDrvの移動度μが比較的大きい場合、このΔVも大きくなり、電位差Vgsが、その分、小さくなるので、移動度μの影響を抑えることができる。逆に、移動度μが小さい駆動トランジスタTRDrvにあっては、ΔVが小さいため、電位差Vgsはそれほど小さくならない。よって、移動度μの大小に依存して電位差Vgsが変化し、移動度μのバラツキを平均化している。尚、移動度補正の時間(t)は数マイクロ秒と非常に短い時間である。移動度補正後の電流値Idsは、前記の式(B)のとおりとなる。
[時刻t11
続く時刻t11では、第2発光制御線CLEL_C_2の電位がハイレベルになり、第2発光制御トランジスタTREL_C_2がオフ状態となる(図12B参照)。
[時刻t12
続く時刻t12では、発光制御線CLEL_Cの電位がローレベルになり、発光制御トランジスタTREL_Cがオン状態となる(図12C参照)。その結果、駆動トランジスタTRDrvのソース領域が第1電流供給部101に接続されるので、駆動トランジスタTRDrvに電流が流れ始め、発光部ELPが発光を始める。このとき、ブートストラップ効果により、駆動トランジスタTRDrvのゲート電位(G)も上昇するため、第1容量部C1に保持された電位差Vgsは、(VSig+Vth−ΔV)の値を維持する。
このときのドレイン電流Idsと電位差Vgsとの関係は、駆動トランジスタTRDrvの一方のソース/ドレイン領域と第1ウエルとが電気的に接続されているが故に、前述した基板効果による閾値電圧の変動分が無くなり、前述した式(4−1)、式(4−2)のとおりとなり、結局、閾値電圧のバラツキが補正(キャンセル)される。即ち、発光部ELPに供給されるドレイン電流Idsは駆動トランジスタTRDrvの閾値電圧Vthに依存せず、基本的に、画像信号VSigによって決まる。換言すると、発光部ELPは画像信号VSigに応じた輝度で発光する。その後、発光制御線CLEL_Cの電位がハイレベルとなって、発光制御トランジスタTREL_Cがオフ状態となり、発光が終了すると共に、1フィールドが完了する。そして、次のフィールドに移って、再び、閾値電圧補正処理、画像信号書込み処理、移動度補正処理及び発光動作が繰り返される。
以上、本開示の表示装置及び電子機器を好ましい実施例に基づき説明したが、本開示の表示装置及び電子機器は、これらの実施例に限定するものではない。実施例において説明した表示装置や駆動回路の構成、構造は例示であり、適宜、変更することができるし、駆動方法も例示であり、適宜、変更することができる。
例えば、図13に等価回路図を示すように、3つのトランジスタ(駆動トランジスタ、画像信号書込みトランジスタ及び発光制御トランジスタ)と1つの容量部から駆動回路を構成することもできる。尚、この駆動回路の動作の詳細については、特開2011−209434に記載されている。ここで、容量部C1の一端は、発光制御線CLEL_Cに、直接、接続されている。また、発光制御線CLEL_Cには、発光制御トランジスタ制御回路104から、画像信号VSigの書き込み処理時及び駆動トランジスタTRDrvにドレイン電流Idsを流すときには高電位VH(一定値)が印加され、それ以外のときには低電位VL(一定値)が印加される。発光部ELPの閾値電圧をVth-ELとしたとき、
H≧Vth-EL+Vcath
L<Vth-EL+Vcath
とされている。
実施例においては、各種トランジスタをpチャネル型として説明したが、場合によっては、駆動トランジスタ以外のトランジスタをnチャネル型のトランジスタから構成してもよい。また、本開示の表示装置は、例えば、テレビジョン受像機やデジタルカメラを構成するモニター装置、ビデオカメラを構成するモニター装置、パーソナルコンピュータを構成するモニター装置、PDA(携帯情報端末,Personal Digital Assistant)、携帯電話機やスマートホン、携帯型の音楽プレーヤ、ゲーム機、電子ブック、電子辞書における各種表示部、電子ビューファインダー(Electronic View Finder,EVF)や頭部装着型ディスプレイ(Head Mounted Display,HMD)に適用することができる。即ち、本開示の電子機器として、テレビジョン受像機やデジタルカメラ、ビデオカメラ、パーソナルコンピュータ、PDA、携帯電話機やスマートホン、携帯型の音楽プレーヤ、ゲーム機、電子ブック、電子辞書、電子ビューファインダーや頭部装着型ディスプレイを挙げることができ、これらの電子機器に本開示の表示装置が備えられている。実施例においては、表示部を、専ら、有機エレクトロルミネッセンス発光部から構成されているとして説明したが、発光部は、その他、無機エレクトロルミネッセンス発光部、LED発光部、半導体レーザー発光部等の自発光型の発光部から構成することもできる。
尚、本開示は、以下のような構成を取ることもできる。
「1]《発光素子》
発光部、及び、発光部を駆動するための駆動回路を備えた発光素子であって、
駆動回路は、少なくとも、
(A)pチャネル型の電界効果トランジスタから成る駆動トランジスタ、
(B)pチャネル型の電界効果トランジスタから成る画像信号書込みトランジスタ、
(C)pチャネル型の電界効果トランジスタから成る発光制御トランジスタ、並びに、
(D)容量部、
から構成されており、
駆動トランジスタ、画像信号書込みトランジスタ、及び、発光制御トランジスタは、それぞれ、p型シリコン半導体基板に形成されたn型ウエル内に設けられており、
駆動トランジスタの一方のソース/ドレイン領域と、駆動トランジスタが形成されたn型ウエルとは、電気的に接続されている発光素子。
[2]駆動トランジスタにおいて、
(A−1)一方のソース/ドレイン領域は、発光制御トランジスタの他方のソース/ドレイン領域に接続されており、
(A−2)他方のソース/ドレイン領域は、発光部に接続されており、
(A−3)ゲート電極は、画像信号書込みトランジスタの他方のソース/ドレイン領域に接続され、且つ、容量部の他端に接続されており、第1ノードを構成し、
画像信号書込みトランジスタにおいて、
(B−1)一方のソース/ドレイン領域は、データ線に接続されており、
(B−2)ゲート電極は、走査線に接続されており、
発光制御トランジスタにおいて、
(C−1)一方のソース/ドレイン領域は、電流供給線に接続されており、
(C−2)ゲート電極は、発光制御線に接続されており、
容量部の一端は、第2電流供給線に接続されている[1]に記載の発光素子。
[3]第2容量部を更に備え、
容量部の一端は、第2容量部を介して第2電流供給線に接続されており、且つ、駆動トランジスタの一方のソース/ドレイン領域及び発光制御トランジスタの他方のソース/ドレイン領域に接続されている[2]に記載の発光素子。
[4]《表示装置》
[1]乃至[3]のいずれか1項に記載の発光素子が、複数、2次元マトリクス状に配列されて成る表示装置。
[5]《電子機器》
[4]に記載の表示装置を備えた電子機器。
1・・・発光素子、10・・・半導体基板、11・・・第1ウエル、12・・・第2ウエル、13・・・素子分離領域、21・・・駆動トランジスタのゲート電極、22・・・駆動トランジスタのゲート絶縁層、23・・・駆動トランジスタの一方のソース/ドレイン領域、24・・・駆動トランジスタの他方のソース/ドレイン領域、25・・・接続領域、26・・・導電材料層、28,38・・・ゲートサイドウオール、31・・・画像信号書込みトランジスタのゲート電極、32・・・画像信号書込みトランジスタのゲート絶縁層、33・・・画像信号書込みトランジスタの一方のソース/ドレイン領域、34・・・画像信号書込みトランジスタの他方のソース/ドレイン領域、35・・・発光制御トランジスタのゲート電極、36・・・発光制御トランジスタの一方のソース/ドレイン領域、37・・・発光制御トランジスタの他方のソース/ドレイン領域、41・・・容量部を構成する一方の電極、42・・・容量部を構成する他方の電極、43・・・容量部を構成する誘電体層(絶縁層)、51・・・発光部の第1電極、52・・・有機材料層、53・・・発光部の第2電極、61,62,63,64,65,66,67・・・絶縁層あるいは層間絶縁層、70・・・コンタクトホール、71,72,73,74・・・コンタクトホール及びコンタクトパッド、101・・・第1電流供給部、102・・・第2電流供給部、103・・・走査回路、104・・・発光制御トランジスタ制御回路、105・・・画像信号出力回路、TRDrv・・・駆動トランジスタ、TRSig・・・画像信号書込みトランジスタ、TREL_C・・・発光制御トランジスタ、TREL_C_2・・・第2発光制御トランジスタ、C1・・・容量部(第1容量部、コンデンサ部、保持容量)、C2・・・第2容量部(補助容量部)、ELP・・・発光部(有機エレクトロルミネッセンス発光部)、CEL・・・発光部の寄生容量、ND1・・・第1ノード、ND2・・・第2ノード、CSL1・・・第1電流供給線、CSL2・・・第2電流供給線、SCL・・・走査線、DTL・・・データ線、CLEL_C・・・発光制御線、CLEL_C_2・・・第2発光制御線

Claims (4)

  1. 発光部、及び、発光部を駆動するための駆動回路を備えた発光素子であって、
    駆動回路は、少なくとも、
    (A)pチャネル型の電界効果トランジスタから成る駆動トランジスタ、
    (B)pチャネル型の電界効果トランジスタから成る画像信号書込みトランジスタ、
    (C)pチャネル型の電界効果トランジスタから成る発光制御トランジスタ、並びに、
    (D)容量部、
    から構成されており、
    駆動トランジスタは、p型シリコン半導体基板に形成されたn型の第1ウエル内に設けられており、
    画像信号書込みトランジスタは、p型シリコン半導体基板に形成されたn型の第2ウエル内に設けられており、
    発光制御トランジスタは、p型シリコン半導体基板に形成されたn型の第3ウエル内に設けられており、
    第1ウエルの表面領域には、駆動トランジスタと離間して、n型を有する接続領域が設けられており、
    駆動トランジスタの第1のソース/ドレイン領域の表面から、第1ウエルの表面上、接続領域の表面わたり金属シリサイド層から成る導電材料層が形成されている発光素子。
  2. 駆動トランジスタにおいて、
    (A−1)第1のソース/ドレイン領域は、発光制御トランジスタの第2のソース/ドレイン領域に接続されており、
    (A−2)第2のソース/ドレイン領域は、発光部に接続されており、
    (A−3)ゲート電極は、画像信号書込みトランジスタの第2のソース/ドレイン領域に接続され、且つ、容量部の第2端に接続されており、第1ノードを構成し、
    画像信号書込みトランジスタにおいて、
    (B−1)第1のソース/ドレイン領域は、データ線に接続されており、
    (B−2)ゲート電極は、走査線に接続されており、
    発光制御トランジスタにおいて、
    (C−1)第1のソース/ドレイン領域は、電流供給線に接続されており、
    (C−2)ゲート電極は、発光制御線に接続されており、
    容量部の第1端は、第2電流供給線に接続されている請求項1に記載の発光素子。
  3. 第2容量部を更に備え、
    容量部の第1端は、第2容量部を介して第2電流供給線に接続されており、且つ、駆動トランジスタの第1のソース/ドレイン領域及び発光制御トランジスタの第2のソース/ドレイン領域に接続されている請求項2に記載の発光素子。
  4. 請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の発光素子が、複数、2次元マトリクス状に配列されて成る表示装置。
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