JP6101317B2 - 発光装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電流を発光素子に供給するための手段と発光素子とが、複数の各画素に備え
られた発光装置及び素子基板に関する。
発光素子は自ら発光するため視認性が高く、液晶表示装置（ＬＣＤ）で必要なバックラ
イトが要らず薄型化に最適であると共に、視野角にも制限が無い。そのため近年、発光素
子を用いた発光装置は、ＣＲＴやＬＣＤに代わる表示装置として注目されている。なお、
本明細書において発光素子は、電流または電圧によって輝度が制御される素子を意味して
おり、ＯＬＥＤ （Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）や、
ＦＥＤ （Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）に用いられているＭＩＭ型
の電子源素子（電子放出素子）等を含んでいる。
なお発光装置とは、パネルと、該パネルにコントローラを含むＩＣ等を実装した状態に
あるモジュールとを含む。さらに本発明は、該発光装置を作製する過程における、パネル
が完成する前の一形態に相当する素子基板に関し、該素子基板は、電流を発光素子に供給
するための手段を複数の各画素に備える。
発光素子の１つであるＯＬＥＤ （Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ
Ｄｉｏｄｅ）は、電場を加えることで発生するルミネッセンス（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉ
ｎｅｓｃｅｎｃｅ）が得られる電界発光材料を含む層（以下、電界発光層と記す）と、陽
極層と、陰極層とを有している。電界発光層は陽極と陰極の間に設けられており、単層ま
たは複数の層で構成されている。これらの層の中に無機化合物を含んでいる場合もある。
電界発光層におけるルミネッセンスには、一重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（
蛍光）と三重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（リン光）とが含まれる。
次に、一般的な発光装置の画素の構成とその駆動について簡単に説明する。図７に示し
た画素は、スイッチング用トランジスタ７００、駆動用トランジスタ７０１と、容量素子
７０２と、発光素子７０３とを有している。スイッチング用トランジスタ７００は、ゲー
トが走査線７０５に接続されており、ソースとドレインが一方は信号線７０４に、もう一
方は駆動用トランジスタ７０１のゲートに接続されている。駆動用トランジスタ７０１は
、ソースが電源線７０６に接続されており、ドレインが発光素子７０３の陽極に接続され
ている。発光素子７０３の陰極は対向電極７０７に接続されている。容量素子７０２は駆
動用トランジスタ７０１のゲートとソース間の電位差を保持するように設けられている。
また、電源線７０６、対向電極７０７には、電源からそれぞれ所定の電圧が印加されてお
り、互いに電位差を有している。
走査線７０５の信号によりスイッチング用トランジスタ７００がオンになると、信号線
７０４に入力されたビデオ信号が駆動用トランジスタ７０１のゲートに入力される。この
入力されたビデオ信号の電位と電源線７０６の電位差が駆動用トランジスタ７０１のゲー
ト・ソース間電圧Ｖｇｓとなり、発光素子７０３に電流が供給され、発光素子７０３が発
光する。
ところで、例えば、ポリシリコンを用いたトランジスタは、電界効果移動度が高く、オ
ン電流が大きいので、発光装置のトランジスタとして適している。また、ポリシリコンを
用いたトランジスタは、結晶粒界に形成される欠陥に起因して、その特性にばらつきが生
じやすいといった問題点を有している。
図７に示した画素において、駆動用トランジスタ７０１のドレイン電流が画素毎にばら
つくと、ビデオ信号の電位が同じであっても駆動用トランジスタ７０１のドレイン電流が
画素間で異なり、結果的に発光素子７０３の輝度ムラが生じてしまうという問題があった
。
ドレイン電流のばらつきを抑制する手段として、特願２００３−００８７１９号で提案
した、駆動用トランジスタ７０１のＬ／Ｗ（Ｌ：チャネル長、Ｗ：チャネル幅）を大きく
する方法がある。ここで、駆動用トランジスタ７０１の飽和領域におけるドレイン電流Ｉ
ｄｓは式（１）で与えられる。
Ｉｄｓ＝β（Ｖｇｓ−Ｖｔｈ）２／２・・・（１）
式１から、駆動用トランジスタ７０１の飽和領域におけるドレイン電流ＩｄｓはＶｇｓ
の僅かな変化に対しても流れる電流に大きく影響するため、発光素子７０３が発光してい
る期間に駆動用トランジスタ７０１のゲート・ソース間に保持した電圧Ｖｇｓが変化しな
いように注意する必要がある。そのためには駆動用トランジスタ７０１のゲート・ソース
間に設けられた容量素子７０２の容量を大きくすることや、スイッチング用トランジスタ
７００のオフ電流を低く抑える必要がある。
スイッチング用トランジスタ７００のオフ電流を低く抑えること、且つ、大きな容量を
充電するためにオン電流を高くすること、両方を満たすことはトランジスタ作製プロセス
においては難しい課題である。
また、スイッチング用トランジスタ７００のスイッチングや信号線、走査線の電位の変
化等に伴い、駆動用トランジスタ７０１のＶｇｓが変化してしまうという問題もある。こ
れは、駆動用トランジスタ７０１のゲートにつく寄生容量によるものである。
本発明は上述した問題に鑑み、スイッチング用トランジスタ７００のオフ電流を低く抑
える必要はなく、容量素子７０２の容量も大きくする必要はなく、寄生容量による影響も
受けにくい、且つ、駆動用トランジスタ７０１の特性のばらつきに起因する、画素間にお
ける発光素子７０３の輝度ムラを抑えることができる発光装置及び素子基板の提案を課題
とする。
本発明では、駆動用トランジスタのゲートの電位は固定し、前記駆動用トランジスタは
飽和領域で動作させ、常に電流を流せる状態にしておく。前記駆動用トランジスタと直列
に線形領域で動作する電流制御用トランジスタを配し、スイッチング用トランジスタを介
して画素の発光、非発光の信号を伝えるビデオ信号を前記電流制御用トランジスタのゲー
トに入力する。
前記電流制御用トランジスタは線形領域で動作するため前記電流制御用トランジスタのソ
ース・ドレイン間電圧Ｖｄｓは小さく、前記電流制御用トランジスタのゲート・ソース間
電圧Ｖｇｓの僅かな変動は、発光素子に流れる電流に影響しない。発光素子に流れる電流
は飽和領域で動作する前記駆動用トランジスタにより決定される。
電流制御用トランジスタのゲート・ソース間に設けられた容量素子の容量を大きくした
り、スイッチング用トランジスタのオフ電流を低く抑えたりしなくても、発光素子に流れ
る電流に影響しない。また、電流制御用トランジスタのゲートにつく寄生容量による影響
も受けない。このため、ばらつき要因が減り、画質を大いに高めることができる。
また、スイッチング用トランジスタはオフ電流を低く抑える必要がないため、トランジ
スタ作製プロセスを簡略化することができ、コスト削減、歩留まり向上に大きく貢献する
ことができる。
図１は、本発明の一実施形態を示す図である。 図２は、本発明の一実施形態を示す図である。 図３は、外部回路とパネルの概要を示す図である。 図４は、信号線駆動回路の一構成例を示す図である。 図５は、本発明の上面図の一例を示す図である。 図６は、本発明が適用可能な電子機器の例を示す図である。 図７は、従来例を示す図である。 図８は、本発明の上面図の一例を示す図である。 図９は、本発明の断面構造の一例を示す図である。 図１０は、本発明の動作タイミングの一例を示す図である。 図１１は、本発明の断面構造の一例を示す図である。 図１２は、本発明の一実施形態を示す図である。 図１３は、本発明の上面図の一例を示す図である。 図１４は、本発明の一実施形態を示す図である。 図１５は、本発明の一実施形態を示す図である。 図１６は、本発明の上面図の一例を示す図である。 図１７は、本発明の上面図の一例を示す図である。 図１８は、本発明の断面構造の一例を示す図である。 図１９は、本発明の断面構造の一例を示す図である。 図２０は、本発明の上面図の一例を示す図である。 図２１は、本発明の画素の駆動方法を示す図である。 図２２は、アクティブマトリクス型の発光装置の駆動方法を示す図である。 図２３は、ビデオ信号が電圧を用いているのか、電流を用いているのかで分類した、駆動方法の一覧を示す図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、本発明は多く
の異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱すること
なくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従っ
て、本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
（実施の形態１）
図１に、本発明の発光装置が有する画素の一実施形態を示す。図１に示す画素は、発光素
子１０４と、ビデオ信号の画素への入力を制御するためのスイッチング素子として用いる
トランジスタ（スイッチング用トランジスタ）１０１と、発光素子１０４に流れる電流値
を制御する駆動用トランジスタ１０２、発光素子１０４への電流の供給を制御する電流制
御用トランジスタ１０３とを有している。さらに本実施の形態のように、ビデオ信号の電
位を保持するための容量素子１０５を画素に設けても良い。
駆動用トランジスタ１０２及び電流制御用トランジスタ１０３は同じ極性を有する。本
発明では、駆動用トランジスタ１０２を飽和領域で、電流制御用トランジスタ１０３を線
形領域で動作させる。
また、駆動用トランジスタ１０２のＬをＷより長く、電流制御用トランジスタ１０３の
ＬをＷと同じか、それより短くてもよい。より望ましくは、駆動用トランジスタ１０２の
Ｗに対するＬの比が５以上にするとよい。また、駆動用トランジスタ１０２のチャネル長
をＬ１、チャネル幅をＷ１、電流制御用トランジスタ１０３のチャネル長をＬ２、チャネ
ル幅をＷ２とすると、Ｌ１／Ｗ１：Ｌ２／Ｗ２＝Ｘ：１のとき、Ｘは５以上６０００以下
とするのが望ましい。例としては、Ｌ１／Ｗ１＝５００μｍ／３μｍ、Ｌ２／Ｗ２＝３μ
ｍ／１００μｍという場合が挙げられる。
また、駆動用トランジスタ１０２にはエンハンスメント型トランジスタを用いてもよい
し、ディプリーション型トランジスタを用いてもよい。
また、スイッチング用トランジスタ１０１はＮ型トランジスタを用いてもよいし、Ｐ型
トランジスタを用いてもよい。
スイッチング用トランジスタ１０１のゲートは、走査線Ｇｊ（ｊ＝１〜ｙ）に接続され
ている。スイッチング用トランジスタ１０１のソースとドレインは、一方が信号線Ｓｉ（
ｉ＝１〜ｘ）に、もう一方が電流制御用トランジスタ１０３のゲートに接続されている。
駆動用トランジスタ１０２のゲートは第２の電源線Ｗｉ（ｉ＝１〜ｘ）に接続されている
。そして駆動用トランジスタ１０２及び電流制御用トランジスタ１０３は、第１の電源線
Ｖｉ（ｉ＝１〜ｘ）から供給される電流が、駆動用トランジスタ１０２及び電流制御用ト
ランジスタ１０３のドレイン電流として発光素子１０４に供給されるように、第１の電源
線Ｖｉ（ｉ＝１〜ｘ）、発光素子１０４と接続されている。本実施の形態では、電流制御
用トランジスタ１０３のソースが第１の電源線Ｖｉ（ｉ＝１〜ｘ）に接続され、駆動用ト
ランジスタ１０２のドレインが発光素子１０４の画素電極に接続される。
なお駆動用トランジスタ１０２のソースを第１の電源線Ｖｉ（ｉ＝１〜ｘ）に接続し、
電流制御用トランジスタ１０３のドレインを発光素子１０４の画素電極に接続してもよい
。
発光素子１０４は陽極と陰極との間に設けられた電界発光層とからなる。図１のように
、陽極が駆動用トランジスタ１０２と接続している場合、陽極が画素電極、陰極が対向電
極となる。発光素子１０４の対向電極と、第１の電源線Ｖｉ（ｉ＝１〜ｘ）のそれぞれに
は、発光素子１０４に順バイアス方向の電流が供給されるように、電位差が設けられてい
る。なお、対向電極は第３の電源線に接続されている。
容量素子１０５が有する２つの電極は、一方は第１の電源線Ｖｉ（ｉ＝１〜ｘ）に接続
されており、もう一方は電流制御用トランジスタ１０３のゲートに接続されている。容量
素子１０５はスイッチング用トランジスタ１０１が非選択状態（オフ状態）にある時、容
量素子１０５の電極間の電位差を保持するために設けられている。なお図１では容量素子
１０５を設ける構成を示したが、本発明はこの構成に限定されず、容量素子１０５を設け
ない構成にしても良い。
図１では駆動用トランジスタ１０２および電流制御用トランジスタ１０３をＰ型トラン
ジスタとし、駆動用トランジスタ１０２のドレインと発光素子１０４の陽極とを接続した
。逆に駆動用トランジスタ１０２および電流制御用トランジスタ１０３をＮ型トランジス
タとするならば、駆動用トランジスタ１０２のソースと発光素子１０４の陰極とを接続す
る。この場合、発光素子１０４の陰極が画素電極、陽極が対向電極となる。
次に、図１に示した画素の駆動方法について説明する。図１に示す画素は、その動作を
書き込み期間、データ保持期間とに分けて説明することができる。
まず書き込み期間において走査線Ｇｊ（ｊ＝１〜ｙ）が選択されると、走査線Ｇｊ（ｊ
＝１〜ｙ）にゲートが接続されているスイッチング用トランジスタ１０１がオンになる。
そして、信号線Ｓｉ（ｉ＝１〜ｘ）に入力されたビデオ信号が、スイッチング用トランジ
スタ１０１を介して電流制御用トランジスタ１０３のゲートに入力される。なお、駆動用
トランジスタ１０２はゲートが第１の電源線Ｖｉ（ｉ＝１〜ｘ）に接続されているため、
常にオン状態である。
ビデオ信号によって電流制御用トランジスタ１０３がオンになる場合は、第１の電源線
Ｖｉ（ｉ＝１〜ｘ）を介して電流が発光素子１０４に供給される。このとき電流制御用ト
ランジスタ１０３は線形領域で動作しているため、発光素子１０４に流れる電流は、飽和
領域で動作する駆動用トランジスタ１０２と発光素子１０４の電圧電流特性によって決ま
る。そして発光素子１０４は、供給される電流に見合った高さの輝度で発光する。
またビデオ信号によって電流制御用トランジスタ１０３がオフになる場合は、発光素子
１０４への電流の供給は行なわれず、発光素子１０４は発光しない。
データ保持期間では、走査線Ｇｊ（ｊ＝１〜ｙ）の電位を制御することでスイッチング用
トランジスタ１０１をオフにし、書き込み期間において書き込まれたビデオ信号の電位を
保持する。書き込み期間において電流制御用トランジスタ１０３をオンにした場合、ビデ
オ信号の電位は容量素子１０５によって保持されているので、発光素子１０４への電流の
供給は維持されている。逆に、書き込み期間において電流制御用トランジスタ１０３をオ
フにした場合、ビデオ信号の電位は容量素子１０５によって保持されているので、発光素
子１０４への電流の供給は行なわれていない。
なお素子基板は、本発明の発光装置を作製する過程における、発光素子が形成される前
の一形態に相当する。
本発明の発光装置において用いられるトランジスタは、単結晶シリコンを用いて形成さ
れたトランジスタであっても良いし、ＳＯＩを用いたトランジスタであっても良いし、多
結晶シリコンやアモルファスシリコンを用いた薄膜トランジスタであっても良い。また、
有機半導体を用いたトランジスタであっても良いし、カーボンナノチューブを用いたトラ
ンジスタであってもよい。また本発明の発光装置の画素に設けられたトランジスタは、シ
ングルゲート構造を有していても良いし、ダブルゲート構造やそれ以上のゲート電極を有
するマルチゲート構造であっても良い。
上記構成により、電流制御用トランジスタ１０３は線形領域で動作するため電流制御用
トランジスタ１０３のソース・ドレイン間電圧Ｖｄｓは小さく、電流制御用トランジスタ
１０３のゲート・ソース間電圧Ｖｇｓの僅かな変動は、発光素子１０４に流れる電流に影
響しない。発光素子１０４に流れる電流は飽和領域で動作する駆動用トランジスタ１０２
により決定される。よって、電流制御用トランジスタ１０３のゲート・ソース間に設けら
れた容量素子１０５の容量を大きくしたり、スイッチング用トランジスタ１０１のオフ電
流を低く抑えなくても、発光素子１０４に流れる電流に影響しない。また、電流制御用ト
ランジスタ１０３のゲートにつく寄生容量による影響も受けない。このため、ばらつき要
因が減り、画質を大いに高めることができる。
なおアクティブマトリクス型の発光装置は、ビデオ信号の入力後も発光素子への電流の
供給をある程度維持することができるので、パネルの大型化、高精細化に柔軟に対応する
ことができ、今後の主流となりつつある。具体的に提案されている、アクティブマトリク
ス型発光装置における画素の構成は、発光装置のメーカーによって異なっており、それぞ
れに特色のある技術的工夫が凝らされている。図２２に、アクティブマトリクス型の発光
装置における駆動方法の分類を、体系的に示す。
図２２に示すように、アクティブマトリクス型の発光装置における駆動方法は、大まか
に、ビデオ信号がデジタルのものと、アナログのものとに分類できる。そしてアナログに
分類される発光装置は、さらに、発光素子に流す電流値をアナログ的に変調させる電流変
調と、インバータのオンとオフの長さを変化させることで、階調を表現する時間変調とに
分類される。電流変調の発光装置は、Ｔｒ特性補正回路ありのものと、なしのものに分類
できる。Ｔｒ特性補正回路とは、駆動用トランジスタの特性ばらつきを補正する回路であ
り、閾値のみ補正する回路や電流値（閾値、移動度等すべて含む）を補正する回路がある
。
電流変調に分類されるＴｒ特性補正回路ありの発光装置は、さらに電圧プログラミング
で閾値補正をするものと、電流プログラミングで電流値補正をするものとに分類される。
電圧プログラミングは、ビデオ信号を電圧で入力し、駆動用トランジスタの閾値のばらつ
きを補正するものである。一方、電流プログラミングは、駆動用トランジスタの電流値（
閾値、移動度もすべて含む）のばらつきを補正するものである。ビデオ信号は電流で入力
する。発光素子は電流駆動素子であり、電流によって発光輝度が決まるのでデータとして
電流値を用いた方が直接的である。
そして、電流プログラミングで電流値補正をする発光装置は、さらに電流ミラー型と、
電流ミラーを用いないタイプに分類される。電流ミラー型は、カレントミラー回路を利用
したピクセル回路で、電流を設定するトランジスタと発光素子への電流供給を行うトラン
ジスタを別々に配置する。ミラーとなる２つのトランジスタの特性が揃っていることが大
前提となる。電流ミラーを用いないタイプの発光装置は、カレントミラー回路を用いず、
１つのトランジスタで電流設定と発光素子への電流供給を行う。
一方、デジタルに分類される発光装置は、面積階調と時間諧調に分類される。面積階調
は画素内にサブピクセルを設け、その発光面積に１：２：４：８：…のように重みをつけ
て、その選択により階調表示を行うものである。時間諧調は、１フレームを幾つかのサブ
フレームに分け、それぞれの発光時間に１：２：４：８：…のように重みをつけ、その選
択によって階調表示を行うものである。
時間諧調は、ＤＰＳ （Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐｅｒｉｏｄ Ｓｅｐａｒａｔｅｄ）駆動と
、ＳＥＳ （Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ｅｒａｓｉｎｇ Ｓｃａｎ）駆動とに分類され
る。ＤＰＳ駆動は、サブフレームがそれぞれ、データ書き込み期間（Ａｄｄｒｅｓｓｉｎ
ｇ Ｐｅｒｉｏｄ）と発光期間（Ｌｉｇｈｔｉｎｇ Ｐｅｒｉｏｄ）の２つの部分より構
成される。ＤＰＳ駆動については、”Ｍ． Ｍｉｚｕｋａｍｉ ｅｔ ａｌ．， ６−Ｂ
ｉｔ Ｄｉｇｉｔａｌ ＶＧＡ ＯＬＥＤ， ＳＩＤ ’００ Ｄｉｇｅｓｔ， ｐ．
９１２”に記載されている。ＳＥＳ駆動は、消去用トランジスタを用いることで、データ
書き込み期間と発光期間を重ねることができ、発光素子の発光期間を長くすることができ
る。ＳＥＳ駆動については、”Ｋ． Ｉｎｕｋａｉ ｅｔ ａｌ．， ４．０−ｉｎ．
ＴＦＴ−ＯＬＥＤ Ｄｉｓｐｌａｙｓ ａｎｄ ａ Ｎｏｖｅｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｄｒ
ｉｖｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ， ＳＩＤ ’００ Ｄｉｇｅｓｔ， ｐ． ９２４”に記載
されている。
ＳＥＳ駆動はさらに、定電流駆動と定電圧駆動とに分類される。定電流駆動は発光素子
を一定電流で駆動するものであり、発光素子の抵抗変化によらず、一定電流が流れる。定
電圧駆動は、発光素子を一定電圧で駆動するものである。
定電流駆動の発光装置は、さらにＴｒ特性補正回路ありのものと、なしのものとに分類
される。Ｔｒ特性補正回路ありの発光装置は、国際公開番号ＷＯ０３／０２７９９７に記
載されている発光装置の駆動（ＣＣＴ１）のものと、特願２００２−０５６５５５号公報
に記載されている発光装置の駆動（ＣＣＳＰ）のものとがある。Ｔｒ特性補正回路なしの
発光装置は、さらに、駆動Ｔｒ ロングチャネル長のものと、発光時ゲート電位固定法の
ものとに分類される。駆動Ｔｒ ロングチャネル長については、特願２００２−０２５０
６５号公報に記載されている。駆動Ｔｒ ロングチャネル長は、定電流駆動時の駆動用ト
ランジスタの特性ばらつきを抑制するものである。ゲート長を超ロングにすることで、閾
値近傍のＶｇｓを使わないため各画素の発光素子に流れる電流値のばらつきを低減できる
。
発光時ゲート電位固定法は、発光素子の発光期間、駆動用トランジスタのゲートを駆動
用トランジスタがオンする電位で固定することで、駆動用トランジスタのＶｇｓを一定に
し、表示不良を改善するものである。データは駆動用トランジスタと直列に配置された電
流制御用トランジスタのゲートに入力される。そして発光時ゲート電位固定法の発光装置
の発光装置にも、駆動Ｔｒ ロングチャネル長のものがある。本発明の発光装置は、発光
時ゲート電位固定法の駆動Ｔｒ ロングチャネル長に分類される。
図２３に、ビデオ信号がデジタルの発光装置において、ビデオ信号が電圧を用いている
のか、電流を用いているのかで分類した、駆動方法の一覧を示す。図２３に示すように、
発光素子の発光時において、画素に入力されるビデオ信号が定電圧（ＣＶ）のものと、定
電流（ＣＣ）のものとがある。
ビデオ信号が定電圧（ＣＶ）のものには、発光素子に印加される電圧が一定のもの（Ｃ
ＶＣＶ）と、発光素子に流れる電流が一定のもの（ＣＶＣＣ）とがある。またビデオ信号
が定電流（ＣＣ）のものには、発光素子に印加される電圧が一定のもの（ＣＣＣＶ）と、
発光素子に流れる電流が一定のもの（ＣＣＣＣ）とがある。
（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の発光装置が有する画素の、図１とは異なる形態について説
明する。
図２に示す画素は、発光素子２０４と、スイッチング用トランジスタ２０１と、駆動用
トランジスタ２０２と、電流制御用トランジスタ２０３と、電流制御用トランジスタ２０
３を強制的にオフするためのトランジスタ（消去用トランジスタ）２０６とを有している
。上記素子に加えて容量素子２０５を画素に設けても良い。
駆動用トランジスタ２０２及び電流制御用トランジスタ２０３は同じ極性を有する。本
発明では、駆動用トランジスタ２０２を飽和領域で、電流制御用トランジスタ２０３を線
形領域で動作させる。
また、駆動用トランジスタ２０２のＬをＷより長く、電流制御用トランジスタ２０３の
ＬをＷと同じか、それより短くてもよい。より望ましくは、駆動用トランジスタ２０２の
Ｗに対するＬの比が５以上にするとよい。
また、駆動用トランジスタ２０２にはエンハンスメント型トランジスタを用いてもよい
し、ディプリーション型トランジスタを用いてもよい。
また、スイッチング用トランジスタ２０１及び消去用トランジスタ２０６はＮ型トラン
ジスタを用いてもよいし、Ｐ型トランジスタを用いてもよい。
スイッチング用トランジスタ２０１のゲートは、第１の走査線Ｇａｊ（ｊ＝１〜ｙ）に
接続されている。スイッチング用トランジスタ２０１のソースとドレインは、一方が信号
線Ｓｉ（ｉ＝１〜ｘ）に、もう一方が電流制御用トランジスタ２０３のゲートに接続され
ている。また消去用トランジスタ２０６のゲートは、第２の走査線Ｇｅｊ（ｊ＝１〜ｙ）
に接続されており、ソースとドレインは、一方が第１の電源線Ｖｉ（ｉ＝１〜ｘ）に、他
方が電流制御用トランジスタ２０３のゲートに接続されている。駆動用トランジスタ２０
２のゲートは第２の電源線Ｗｉ（ｉ＝１〜ｘ）に接続されている。そして駆動用トランジ
スタ２０２及び電流制御用トランジスタ２０３は、第１の電源線Ｖｉ（ｉ＝１〜ｘ）から
供給される電流が、駆動用トランジスタ２０２及び電流制御用トランジスタ２０３のドレ
イン電流として発光素子２０４に供給されるように、第１の電源線Ｖｉ（ｉ＝１〜ｘ）、
発光素子２０４と接続されている。本実施の形態では、電流制御用トランジスタ２０３の
ソースが第１の電源線Ｖｉ（ｉ＝１〜ｘ）に接続され、駆動用トランジスタ２０２のドレ
インが発光素子２０４の画素電極に接続される。
なお駆動用トランジスタ２０２のソースを第１の電源線Ｖｉ（ｉ＝１〜ｘ）に接続し、
電流制御用トランジスタ２０３のドレインを発光素子２０４の画素電極に接続してもよい
。
発光素子２０４は陽極と陰極との間に設けられた電界発光層とからなる。図２のように
陽極が駆動用トランジスタ２０２と接続している場合、陽極が画素電極、陰極が対向電極
となる。発光素子２０４の対向電極と、第１の電源線Ｖｉ（ｉ＝１〜ｘ）のそれぞれには
、発光素子２０４に順バイアス方向の電流が供給されるように、電位差が設けられている
。なお、対向電極は第３の電源線に接続されている。
容量素子２０５が有する２つの電極は、一方は第１の電源線Ｖｉ（ｉ＝１〜ｘ）に接続
されており、もう一方は電流制御用トランジスタ２０３のゲートに接続されている。
図２では駆動用トランジスタ２０２および電流制御用トランジスタ２０３をＰ型トラン
ジスタとし、駆動用トランジスタ２０２のドレインと発光素子２０４の陽極とを接続した
。逆に駆動用トランジスタ２０２および電流制御用トランジスタ２０３をＮ型トランジス
タとするならば、駆動用トランジスタ２０２のソースと発光素子２０４の陰極とを接続す
る。この場合、発光素子２０４の陰極が画素電極、陽極が対向電極となる。
図２に示す画素は、その動作を書き込み期間、データ保持期間、消去期間とに分けて説
明することができる。書き込み期間とデータ保持期間におけるスイッチング用トランジス
タ２０１、駆動用トランジスタ２０２及び電流制御用トランジスタ２０３の動作について
は、図１の場合と同様である。
図２１（Ａ）に、書き込み期間においてビデオ信号によって電流制御用トランジスタ２
０３がオンの場合の動作を、図２１（Ｂ）に、書き込み期間において電流制御用トランジ
スタ２０３がオフの場合の動作を示す。また図２１（Ｃ）に、保持期間において電流制御
用トランジスタ２０３がオンの場合の動作を、図２１（Ｄ）に、消去期間における動作を
示す。なお、図２１（Ａ）〜図２１（Ｄ）では動作を分かり易くするために、スイッチン
グ素子として用いるスイッチング用トランジスタ２０１と、電流制御用トランジスタ２０
３と、消去用トランジスタ２０６とをスイッチとして示す。
まず書き込み期間において第１の走査線Ｇａｊ（ｊ＝１〜ｙ）が選択されると、第１の
走査線Ｇａｊ（ｊ＝１〜ｙ）にゲートが接続されているスイッチング用トランジスタ２０
１がオンになる。そして、信号線Ｓｉ（ｉ＝１〜ｘ）に入力されたビデオ信号が、スイッ
チング用トランジスタ２０１を介して電流制御用トランジスタ２０３のゲートに入力され
る。なお、駆動用トランジスタ２０２はゲートが第１の電源線Ｖｉ（ｉ＝１〜ｘ）に接続
されているため、常にオン状態である。
ビデオ信号によって電流制御用トランジスタ２０３がオンになる場合は、図２１（Ａ）
に示すように、第１の電源線Ｖｉ（ｉ＝１〜ｘ）を介して電流が発光素子２０４に供給さ
れる。このとき電流制御用トランジスタ２０３は線形領域で動作しているため、発光素子
２０４に流れる電流は、飽和領域で動作する駆動用トランジスタ２０２と発光素子２０４
の電圧電流特性によって決まる。そして発光素子２０４は、供給される電流に見合った高
さの輝度で発光する。
また、図２１（Ｂ）に示すように、ビデオ信号によって電流制御用トランジスタ２０３
がオフになる場合は、発光素子２０４への電流の供給は行なわれず、発光素子２０４は発
光しない。
データ保持期間では、第１の走査線Ｇａｊ（ｊ＝１〜ｙ）の電位を制御することでスイ
ッチング用トランジスタ２０１をオフにし、書き込み期間において書き込まれたビデオ信
号の電位を保持する。書き込み期間において電流制御用トランジスタ２０３をオンにした
場合、ビデオ信号の電位は容量素子２０５によって保持されているので、図２１（Ｃ）に
示すように、発光素子２０４への電流の供給は維持されている。逆に、書き込み期間にお
いて電流制御用トランジスタ２０３をオフにした場合、ビデオ信号の電位は容量素子２０
５によって保持されているので、発光素子２０４への電流の供給は行なわれていない。
消去期間では、図２１（Ｄ）に示すように、第２の走査線Ｇｅｊ（ｊ＝１〜ｙ）が選択
されて消去用トランジスタ２０６がオンになり、電源線Ｖｉ（ｉ＝１〜ｘ）の電位が消去
用トランジスタ２０６を介して電流制御用トランジスタ２０３のゲートに与えられる。よ
って、電流制御用トランジスタ２０３がオフになるため、発光素子２０４に強制的に電流
が供給されない状態を作り出すことができる。
以下に、本発明の実施例について記載する。
アクティブマトリクス型表示装置に本発明の画素構成が使用される場合、その構成と駆
動について説明する。
図３に外部回路のブロック図とパネルの概略図を示す。
図３に示すように、アクティブマトリクス型表示装置は外部回路３００４及びパネル３
０１０を有する。外部回路３００４はＡ／Ｄ変換部３００１、電源部３００２及び信号生
成部３００３を有する。Ａ／Ｄ変換部３００１はアナログ信号で入力された映像データ信
号をデジタル信号（ビデオ信号）に変換し、信号線駆動回路３００６へ供給する。電源部
３００２はバッテリーやコンセントより供給された電源から、それぞれ所望の電圧値の電
源を生成し、信号線駆動回路３００６、走査線駆動回路３００７、発光素子３０１１、信
号生成部３００３等に供給する。信号生成部３００３には、電源、映像信号及び同期信号
等が入力され、各種信号の変換を行う他、信号線駆動回路３００６及び走査線駆動回路３
００７を駆動するためのクロック信号等を生成する。
外部回路３００４からの信号及び電源はＦＰＣを通し、パネル３０１０内のＦＰＣ接続
部３００５から内部回路等に入力される。
また、パネル３０１０は基板３００８上に、ＦＰＣ接続部３００５、内部回路が配置さ
れ、また、発光素子３０１１を有する。内部回路は信号線駆動回路３００６、走査線駆動
回路３００７及び画素部３００９を有する。図３には例として実施形態１に記載の画素を
採用しているが、前記画素部３００９に本発明の実施形態に挙げたいずれかの画素構成を
採用することができる。
基板中央には画素部３００９が配置され、その周辺には、信号線駆動回路３００６及び
走査線駆動回路３００７が配置されている。発光素子３０１１及び、前記発光素子の対向
電極は画素部３００９全体面に形成されている。
より詳しく、図４に信号線駆動回路３００６のブロック図を示す。
信号線駆動回路３００６はＤ−フリップフロップ４００１を複数段用いてなるシフトレ
ジスタ４００２、データラッチ回路４００３、ラッチ回路４００４、レベルシフタ４００
５及びバッファ４００６等を有する。
入力される信号はクロック信号線（Ｓ−ＣＫ）、反転クロック信号線（Ｓ−ＣＫＢ）、
スタートパルス（Ｓ−ＳＰ）、ビデオ信号（ＤＡＴＡ）及びラッチパルス（ＬａｔｃｈＰ
ｕｌｓｅ）とする。
まず、クロック信号、クロック反転信号及びスタートパルスのタイミングに従って、シ
フトレジスタ４００２より、順次サンプリングパルスが出力される。サンプリングパルス
はデータラッチ回路４００３へ入力され、そのタイミングで、ビデオ信号を取り込み、保
持する。この動作が一列目から順に行われる。
最終段のデータラッチ回路４００３においてビデオ信号の保持が完了すると、水平帰線
期間中にラッチパルスが入力され、データラッチ回路４００３において保持されているビ
デオ信号は一斉にラッチ回路４００４へと転送される。その後、レベルシフタ４００５に
おいてレベルシフトされ、バッファ４００６において整形された後、信号線Ｓ１からＳｎ
へ一斉に出力される。その際、走査線駆動回路３００７によって選択された行の画素へ、
Ｈレベル、Ｌレベルが入力され、発光素子３０１１の発光、非発光を制御する。
本実施例にて示したアクティブマトリクス型表示装置はパネル３０１０と外部回路３０
０４が独立されているが、これらを同一基板上に一体形成して作製してもよい。また、表
示装置は例として、ＯＬＥＤを使用したものとしたが、ＯＬＥＤ以外の発光素子を利用し
た発光装置でもよい。また、信号線駆動回路３００６内にレベルシフタ４００５及びバッ
ファ４００６が無くてもよい。
本実施例では、図２に示した画素の、上面図の一実施例について説明する。図５に本実
施例の画素の上面図を示す。
５００１は信号線、５００２は第１の電源線、５０１１は第２の電源線に相当し、５０
０４は第１の走査線、５００３は第２の走査線に相当する。本実施例では、信号線５００
１と第１の電源線５００２と第２の電源線５０１１は同じ導電膜で形成し、第１の走査線
５００４と第２の走査線５００３は同じ導電膜で形成する。また５００５はスイッチング
用トランジスタであり、第１の走査線５００４の一部がそのゲート電極として機能する。
また５００６は消去用トランジスタであり、第２の走査線５００３の一部がそのゲート電
極として機能する。５００７は駆動用トランジスタ、５００８は電流制御用トランジスタ
に相当する。駆動用トランジスタ５００７は、そのＬ／Ｗが電流制御用トランジスタ５０
０８よりも大きくなるように、活性層が曲がりくねっている。例えば、駆動用トランジス
タ５００７はＬ＝２００［ｎｍ］、Ｗ＝４［ｎｍ］、電流制御用トランジスタ５００８は
Ｌ＝６［ｎｍ］、Ｗ＝１２［ｎｍ］のようなサイズにする。５００９は画素電極に相当し
、電界発光層や陰極（共に図示せず）と重なる領域（発光エリア）５０１０において発光
する。
なお本発明の上面図は一実施例であり、本発明はこれに限定されないことは言うまでも
ない。
本実施例では、図２に示した画素の、図５とは異なる上面図の一実施例について説明す
る。図８に本実施例の画素の上面図を示す。
８００１は信号線、８００２は第１の電源線、８０１１は第２の電源線に相当し、８０
０４は第１の走査線、８００３は第２の走査線に相当する。本実施例では、信号線８００
１と第１の電源線８００２と第２の電源線８０１１は同じ導電膜で形成し、第１の走査線
８００４と第２の走査線８００３は同じ導電膜で形成する。また８００５はスイッチング
用トランジスタであり、第１の走査線８００４の一部がそのゲート電極として機能する。
また８００６は消去用トランジスタであり、第２の走査線８００３の一部がそのゲート電
極として機能する。８００７は駆動用トランジスタ、８００８は電流制御用トランジスタ
に相当する。駆動用トランジスタ８００７は、そのＬ／Ｗが電流制御用トランジスタ８０
０８よりも大きくなるように、活性層が曲がりくねっている。例えば、駆動用トランジス
タ８００７はＬ＝２００［ｎｍ］、Ｗ＝４［ｎｍ］、電流制御用トランジスタ８００８は
Ｌ＝６［ｎｍ］、Ｗ＝１２［ｎｍ］のようなサイズにする。８００９は画素電極に相当し
、電界発光層や陰極（共に図示せず）と重なる領域（発光エリア）８０１０において発光
する。また、８０１２は容量手段であり、第２の電源線８０１１と電流制御用トランジス
タ８００８との間のゲート絶縁膜によってなる。
なお本発明の上面図は一実施例であり、本発明はこれに限定されないことは言うまでも
ない。
本実施例では、画素の断面構造について説明する。
図９（Ａ）に、駆動用トランジスタ９０２１がＰ型で、発光素子９０２２から発せられ
る光が陽極９０２３側に抜ける場合の、画素の断面図を示す。図９（Ａ）では、発光素子
９０２２の陽極９０２３と駆動用トランジスタ９０２１が電気的に接続されており、陽極
９０２３上に電界発光層９０２４、陰極９０２５が順に積層されている。陰極９０２５は
仕事関数が小さく、なおかつ光を反射する導電膜であれば公知の材料を用いることができ
る。例えば、Ｃａ、Ａｌ、ＣａＦ、ＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ等が望ましい。そして電界発光層
９０２４は、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていて
もどちらでも良い。複数の層で構成されている場合、陽極９０２３上にホール注入層、ホ
ール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層の順に積層する。なおこれらの層を全て設
ける必要はない。陽極９０２３は光を透過する透明導電膜を用いて形成し、例えばＩＴＯ
の他、酸化インジウムに２〜２０％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合した透明導電膜を用いて
も良い。
陽極９０２３と、電界発光層９０２４と、陰極９０２５とが重なっている部分が発光素
子９０２２に相当する。図９（Ａ）に示した画素の場合、発光素子９０２２から発せられ
る光は、白抜きの矢印で示すように陽極９０２３側に抜ける。
図９（Ｂ）に、駆動用トランジスタ９００１がＮ型で、発光素子９００２から発せられ
る光が陽極９００５側に抜ける場合の、画素の断面図を示す。図９（Ｂ）では、発光素子
９００２の陰極９００３と駆動用トランジスタ９００１が電気的に接続されており、陰極
９００３上に電界発光層９００４、陽極９００５が順に積層されている。陰極９００３は
仕事関数が小さく、なおかつ光を反射する導電膜であれば公知の材料を用いることができ
る。例えば、Ｃａ、Ａｌ、ＣａＦ、ＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ等が望ましい。そして電界発光層
９００４は、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていて
もどちらでも良い。複数の層で構成されている場合、陰極９００３上に電子注入層、電子
輸送層、発光層、ホール輸送層、ホール注入層の順に積層する。なおこれらの層を全て設
ける必要はない。陽極９００５は光を透過する透明導電膜を用いて形成し、例えばＩＴＯ
の他、酸化インジウムに２〜２０％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合した透明導電膜を用いて
も良い。
陰極９００３と、電界発光層９００４と、陽極９００５とが重なっている部分が発光素
子９００２に相当する。図９（Ｂ）に示した画素の場合、発光素子９００２から発せられ
る光は、白抜きの矢印で示すように陽極９００５側に抜ける。
なお本実施例では、駆動用トランジスタと発光素子が電気的に接続されている例を示し
たが、駆動用トランジスタと発光素子との間に電流制御用トランジスタが接続されている
構成であってもよい。
本発明の画素構成を用いた駆動タイミングの一例を、図１０を用いて説明する。
図１０（Ａ）はデジタル時間階調方式を用い、４ビット階調を表現する場合の例である
。データ保持期間Ｔｓ１〜Ｔｓ４は、その長さの比をＴｓ１：Ｔｓ２：Ｔｓ３：Ｔｓ４＝
２３：２２：２１：２０＝８：４：２：１としている。
動作について説明する。まず、書き込み期間Ｔｂ１において、１行目から順に第１の走
査線が選択され、スイッチング用トランジスタがオンする。次に、信号線よりビデオ信号
が各画素に入力され、その電位によって各画素の発光、非発光が制御される。ビデオ信号
の書き込みが完了した行においては、直ちにデータ保持期間Ｔｓ１へと移る。同じ動作が
、最終行まで行われ、期間Ｔａ１が終了する。このとき、データ保持期間Ｔｓ１が終了し
た行から順に書き込み期間Ｔｂ２へ移る。
ここで、書き込み期間よりも短いデータ保持期間を有するサブフレーム期間（ここでは
Ｔｓ４が該当する）においては、データ保持期間の終了後、直ちに次の期間が開始しない
よう、消去期間２１０２を設ける。消去期間において発光素子は、強制的に非発光状態と
される。
ここでは４ビット階調を表現する場合について説明したが、ビット数及び階調数はこれ
に限定されない。また、発光の順番はＴｓ１〜Ｔｓ４である必要はなく、ランダムでもよ
いし、複数に分割して発光をしてもよい。
また、図１０（Ｂ）に書き込みパルス及び消去パルスの例を示す。前記消去パルスは消
去パルス１に示すように、１行ずつパルスを入力し、消去期間中は容量手段等によって保
持してもよいし、消去パルス２に示すように、消去期間中ずっと、Ｈレベルを入力しつづ
けてもよい。尚、図１０（Ｂ）に示すパルスはいずれもスイッチング用トランジスタ及び
消去用トランジスタがＮ型である場合であり、前記スイッチング用トランジスタ及び前記
消去用トランジスタがＰ型である場合は、図１０（Ｂ）のパルスはいずれもＨレベルとＬ
レベルが反転する。
本発明の発光装置を用いた表示装置は様々な電子機器の表示部に用いることができる。
特に低消費電力が要求されるモバイル機器には本発明の表示装置を用いることが望ましい
。
具体的に前記電子機器として、携帯情報端末（携帯電話、モバイルコンピュータ、携帯
型ゲーム機または電子書籍等）、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレ
イ、表示ディスプレイ、ナビゲーションシステム等が挙げられる。これら電子機器の具体
例を図６に示す。
図６（Ａ）表示ディスプレイであり、筐体６００１、音声出力部６００２、表示部６０
０３等を含む。本発明の発光装置は表示部６００３に用いることができる。表示装置は、
パソコン用、ＴＶ放送受信用、広告表示用など全ての情報表示装置が含まれる。
図６（Ｂ）はモバイルコンピュータであり、本体６１０１、スタイラス６１０２、表示部
６１０３、操作ボタン６１０４、外部インターフェイス６１０５等を含む。本発明の発光
装置は表示部６１０３に用いることができる。
図６（Ｃ）はゲーム機であり、本体６２０１、表示部６２０２、操作ボタン６２０３等
を含む。本発明の発光装置は表示部６２０２に用いることができる。
図６（Ｄ）は携帯電話であり、本体６３０１、音声出力部６３０２、音声入力部６３０
３、表示部６３０４、操作スイッチ６３０５、アンテナ６３０６等を含む。本発明の発光
装置は表示部６３０４に用いることができる。
以上のように、本発明の発光装置の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に
用いることが可能である。
図１１を用いて、本発明の発光装置の、画素の断面構造について説明する。図１１に、
基板７０００上に形成されている駆動用トランジスタ７００１を示す。駆動用トランジス
タ７００１は第１の層間絶縁膜７００２で覆われており、第１の層間絶縁膜７００２上に
は樹脂等で形成されたカラーフィルタ７００３と、コンタクトホールを介して駆動用トラ
ンジスタ７００１のドレインと電気的に接続されている配線７００４が形成されている。
なお、駆動用トランジスタ７００１と配線７００４の間に電流制御用トランジスタが設け
られていても良い。
そしてカラーフィルタ７００３及び配線７００４を覆うように、第１の層間絶縁膜７０
０２上に、第２の層間絶縁膜７００５が形成されている。なお、第１の層間絶縁膜７００
２または第２の層間絶縁膜７００５は、プラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、酸化
珪素、窒化珪素または酸化窒化珪素膜を単層でまたは積層して用いることができる。また
酸素よりも窒素のモル比率が高い酸化窒化珪素膜上に、窒素よりも酸素のモル比率が高い
酸化窒化珪素膜を積層した膜を第１の層間絶縁膜７００２または第２の層間絶縁膜７００
５として用いても良い。或いは第１の層間絶縁膜７００２または第２の層間絶縁膜７００
５として、有機樹脂膜を用いても良い。
第２の層間絶縁膜７００５上には、コンタクトホールを介して配線７００４に電気的に
接続されている配線７００６が形成されている。配線７００６の一部は発光素子の陽極と
して機能している。配線７００６は、第２の層間絶縁膜７００５を間に挟んで、カラーフ
ィルタ７００３と重なる位置に形成する。
また第２の層間絶縁膜７００５上には隔壁として用いる有機樹脂膜７００８が形成され
ている。有機樹脂膜７００８は開口部を有しており、該開口部において陽極として機能す
る配線７００６と電界発光層７００９と陰極７０１０が重なり合うことで発光素子７０１
１が形成されている。電界発光層７００９は、発光層単独かもしくは発光層を含む複数の
層が積層された構成を有している。なお、有機樹脂膜７００８及び陰極７０１０上に、保
護膜を成膜しても良い。この場合、保護膜は水分や酸素などの発光素子の劣化を促進させ
る原因となる物質を、他の絶縁膜と比較して透過させにくい膜を用いる。代表的には、例
えばＤＬＣ膜、窒化炭素膜、ＲＦスパッタ法で形成された窒化珪素膜等を用いるのが望ま
しい。また上述した水分や酸素などの物質を透過させにくい膜と、該膜に比べて水分や酸
素などの物質を透過させやすい膜とを積層させて、保護膜として用いることも可能である
。
また有機樹脂膜７００８は、電界発光層７００９が成膜される前に、吸着した水分や酸
素等を除去するために真空雰囲気下で加熱しておく。具体的には、１００℃〜２００℃、
０．５〜１時間程度、真空雰囲気下で加熱処理を行なう。望ましくは３×１０−７Ｔｏｒ
ｒ以下とし、可能であるならば３×１０−８Ｔｏｒｒ以下とするのが最も望ましい。そし
て、有機樹脂膜に真空雰囲気下で加熱処理を施した後に電界発光層を成膜する場合、成膜
直前まで真空雰囲気下に保つことで、信頼性をより高めることができる。
また有機樹脂膜７００８の開口部における端部は、有機樹脂膜７００８上に一部重なっ
て形成されている電界発光層７００９に、該端部において穴があかないように、丸みを帯
びさせることが望ましい。具体的には、開口部における有機樹脂膜の断面が描いている曲
線の曲率半径が、０．２〜２μｍ程度であることが望ましい。
上記構成により、後に形成される電界発光層や陰極のカバレッジを良好とすることがで
き、配線７００６と陰極７０１０が電界発光層７００９に形成された穴においてショート
するのを防ぐことができる。また電界発光層７００９の応力を緩和させることで、発光領
域が減少するシュリンクとよばれる不良を低減させることができ、信頼性を高めることが
できる。
なお図１１では、有機樹脂膜７００８として、ポジ型の感光性のアクリル樹脂を用いた
例を示している。感光性の有機樹脂には、光、電子、イオンなどのエネルギー線が露光さ
れた箇所が除去されるポジ型と、露光された箇所が残るネガ型とがある。本発明ではネガ
型の有機樹脂膜を用いても良い。また感光性のポリイミドを用いて有機樹脂膜７００８を
形成しても良い。ネガ型のアクリルを用いて有機樹脂膜７００８を形成した場合、開口部
における端部が、Ｓ字状の断面形状となる。このとき開口部の上端部及び下端部における
曲率半径は、０．２〜２μｍとすることが望ましい。
配線７００６は透明導電膜を用いることができる。ＩＴＯの他、酸化インジウムに２〜
２０％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合した透明導電膜を用いても良い。図１１では配線７０
０６としＩＴＯを用いている。配線７００６は、その表面が平坦化されるように、ＣＭＰ
法、ポリビニルアルコール系の多孔質体で拭浄して研磨しても良い。またＣＭＰ法を用い
た研磨後に、配線７００６の表面に紫外線照射、酸素プラズマ処理などを行ってもよい。
また陰極７０１０は、光が透過する程度の膜厚とし、仕事関数の小さい導電膜であれば
公知の他の材料を用いる。例えば、Ｃａ、Ａｌ、ＣａＦ、ＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ等が望まし
い。なお陰極側から光を得るためには、膜厚を薄くする方法の他に、Ｌｉを添加すること
で仕事関数が小さくなったＩＴＯを用いる方法もある。本発明で用いる発光素子は、陽極
側と陰極側の両方から光が発せられる構成であれば良い。
なお、実際には図１１まで完成したら、さらに外気に曝されないように気密性が高く、
脱ガスの少ない保護フィルム（ラミネートフィルム、紫外線硬化樹脂フィルム等）や透光
性のカバー材７０１２でパッケージング（封入）することが好ましい。その際、カバー材
の内部を不活性雰囲気にしたり、内部に吸湿性材料（例えば酸化バリウム）を配置したり
すると発光素子の信頼性が向上する。そして本発明では、カバー材７０１２にカラーフィ
ルタ７０１３を設けても良い。
なお、本発明は上述した作製方法に限定されず、公知の方法を用いて作製することが可
能である。
本実施例では、図２に示した画素において、駆動用トランジスタ２０２と電流制御用ト
ランジスタ２０３の位置を入れ替えた場合の、画素の構成について説明する
図１２に本実施例の画素の回路図を示す。なお図２において既に示した素子や配線につ
いては、図１２においても同じ符号を付して示す。図１２に示した画素と図２に示した画
素は、第１の電源線Ｖｉ（ｉ＝１〜ｘ）から供給される電流が、駆動用トランジスタ２０
２及び電流制御用トランジスタ２０３のドレイン電流として、発光素子２０４に供給され
るところは同じである。ただし図１２では、駆動用トランジスタ２０２のソースが第１の
電源線Ｖｉ（ｉ＝１〜ｘ）に接続され、電流制御用トランジスタのドレインが発光素子２
０４の画素電極に接続されている点において、図２に示す画素と異なっている。
本実施例のように、駆動用トランジスタ２０２のソースを第１の電源線Ｖｉに接続する
ことで、駆動用トランジスタ２０２のゲート・ソース間電圧Ｖｇｓが固定される。つまり
、発光素子２０４が劣化しても、当然、飽和領域で動作する駆動用トランジスタ２０２の
ゲート・ソース間電圧Ｖｇｓは変動せずに固定されたままである。よって、本実施例では
、発光素子２０４が劣化しても、飽和領域で動作する駆動用トランジスタ２０２のドレイ
ン電流が変動するのを防ぐことができる。
本実施例では、図１２に示した画素の、上面図の一実施例について説明する。ただし本
実施例では、図１２に示した画素において、発光素子２０４の画素電極と電流制御用トラ
ンジスタ２０３のドレインとの間に抵抗を設ける例について示す。図１３に本実施例の画
素の上面図を示す。
５１０１は信号線、５１０２は第１の電源線、５１１１は第２の電源線に相当し、５１
０４は第１の走査線、５１０３は第２の走査線に相当する。本実施例では、信号線５１０
１と第１の電源線５１０２と第２の電源線５１１１は同じ導電膜で形成し、第１の走査線
５１０４と第２の走査線５１０３は同じ導電膜で形成する。また５１０５はスイッチング
用トランジスタであり、第１の走査線５１０４の一部がそのゲート電極として機能する。
また５１０６は消去用トランジスタであり、第２の走査線５１０３の一部がそのゲート電
極として機能する。５１０７は駆動用トランジスタ、５１０８は電流制御用トランジスタ
に相当する。また５１１２は容量素子に相当し、５１１３は半導体膜で形成された抵抗に
相当する。駆動用トランジスタ５１０７は、そのＬ／Ｗが電流制御用トランジスタ５１０
８よりも大きくなるように、活性層が曲がりくねっている。例えば、駆動用トランジスタ
５１０７はＬ＝２００［ｎｍ］、Ｗ＝４［ｎｍ］、電流制御用トランジスタ５１０８はＬ
＝６［ｎｍ］、Ｗ＝１２［ｎｍ］のようなサイズにする。５１０９は画素電極に相当し、
画素電極５１０９と、電界発光層（図示せず）と、陰極（図示せず）とが重なる領域（発
光エリア）において、発光する。
抵抗５１１３を設けることで、発光素子の画素電極５１０９として用いる導電膜を成膜
した後、該導電膜をパターニングして画素電極を形成する前において、該導電膜に帯電し
た電荷により駆動用トランジスタ５１０７のドレインの電位が急激に変化し、駆動用トラ
ンジスタ５１０７が破壊されるのを防ぐことができる。また、ＥＬが蒸着されるまでの静
電対策として用いることができる。
なお本発明の上面図は一実施例であり、本発明はこれに限定されないことは言うまでも
ない。
本実施例では、図２に示した画素において、第１走査線Ｇａｊ（ｊ＝１〜ｙ）または第
２走査線Ｇｅｊ（ｊ＝１〜ｙ）を共有している画素が、さらに第２の電源線Ｗｉ（ｉ＝１
〜ｘ）を共有している場合の、画素の構成について説明する。
図１４（Ａ）に本実施例の画素の回路図を示す。なお図２において既に示した素子や配
線については、図１４（Ａ）においても同じ符号を付して示す。ただし図１４（Ａ）では
、第１の走査線Ｇａｊ（ｊ＝１〜ｙ）と、第２の走査線Ｇｅｊ（ｊ＝１〜ｙ）とを共有し
ている画素が、さらに、第２の電源線Ｗｊ（ｊ＝１〜ｘ）を共有している。そして第２の
電源線Ｗｊ（ｊ＝１〜ｘ）が、信号線Ｓｉ（ｉ＝１〜ｘ）及び第１の電源線Ｖｉ（ｉ＝１
〜ｘ）と交差しており、同じ第２の走査線Ｇｅｊ（ｊ＝１〜ｙ）を共有している画素は、
互いに異なる信号線Ｓｉ（ｉ＝１〜ｘ）を有している。
次に図１４（Ｂ）に、図１４（Ａ）に示した画素において、駆動用トランジスタ２０２
のゲートに印加される電圧を、赤色、緑色、青色の画素ごとに分けることで、ホワイトバ
ランス調節する方法を採用した場合の、画素の構成を示す。図１４（Ｂ）では、赤色に対
応した画素２１０において、赤色（Ｒ）用の第２の電源線Ｗｒｊが、駆動用トランジスタ
２０２のゲートに接続されている。また、緑色に対応した画素２１１において、緑色（Ｇ
）用の第２の電源線Ｗｇｊが、駆動用トランジスタ２０２のゲートに接続されている。ま
た、青色に対応した画素２１２において、青色（Ｂ）用の第２の電源線Ｗｂｊが、駆動用
トランジスタ２０２のゲートに接続されている。
本実施例では、図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）に示した画素において、発光素子と駆動用
トランジスタ２０２のドレインとの間に抵抗を設けた場合の、画素の構成について説明す
る。
図１５（Ａ）に、図１４（Ａ）の画素に抵抗を設けた画素の構成を示す。なお図１４（
Ａ）において既に示した素子や配線については、図１５（Ａ）においても同じ符号を付し
て示す。図１５（Ａ）は図１４（Ａ）と異なり、発光素子２０４の画素電極と駆動用トラ
ンジスタ２０２のドレインとの間に、抵抗２０９を有する。
次に図１５（Ｂ）に、図１５（Ａ）に示した画素において、駆動用トランジスタ２０２
のゲートに印加される電圧を、赤色、緑色、青色の画素ごとに分けることで、ホワイトバ
ランス調節する方法を採用した場合の、画素の構成を示す。図１５（Ｂ）では、赤色に対
応した画素２１０において、赤色（Ｒ）用の第２の電源線Ｗｒｊが、駆動用トランジスタ
２０２のゲートに接続されている。また、緑色に対応した画素２１１において、緑色（Ｇ
）用の第２の電源線Ｗｇｊが、駆動用トランジスタ２０２のゲートに接続されている。ま
た、青色に対応した画素２１２において、青色（Ｂ）用の第２の電源線Ｗｂｊが、駆動用
トランジスタ２０２のゲートに接続されている。
抵抗２０９を設けることで、発光素子２０４の画素電極として用いる導電膜を成膜した
後、該導電膜をパターニングして画素電極を形成する前において、該導電膜に帯電した電
荷により駆動用トランジスタ２０２のドレインの電位が急激に変化し、駆動用トランジス
タ２０２が破壊されるのを防ぐことができる。また、ＥＬが蒸着されるまでの静電対策と
して用いることができる。
次に、図１５（Ａ）に示した画素の、上面図の一実施例について説明する。図１６に本
実施例の画素の上面図を示す。
５２０１は信号線、５２０２は第１の電源線、５２１１は第２の電源線に相当し、５２
０４は第１の走査線、５２０３は第２の走査線に相当する。本実施例では、信号線５２０
１と第１の電源線５２０２は同じ導電膜で形成し、第１の走査線５２０４と第２の走査線
５２０３と第２の電源線５２１１は同じ導電膜で形成する。また５２０５はスイッチング
用トランジスタであり、第１の走査線５２０４の一部がそのゲート電極として機能する。
また５２０６は消去用トランジスタであり、第２の走査線５２０３の一部がそのゲート電
極として機能する。５２０７は駆動用トランジスタ、５２０８は電流制御用トランジスタ
に相当する。また、５２１２は容量素子に相当し、５２１３は半導体膜で形成された抵抗
に相当する。駆動用トランジスタ５２０７は、そのＬ／Ｗが電流制御用トランジスタ５２
０８よりも大きくなるように、活性層が曲がりくねっている。例えば、駆動用トランジス
タ５２０７はＬ＝２００［ｎｍ］、Ｗ＝４［ｎｍ］、電流制御用トランジスタ５２０８は
Ｌ＝６［ｎｍ］、Ｗ＝１２［ｎｍ］のようなサイズにする。５２０９は画素電極に相当し
、画素電極５２０９と、電界発光層（図示せず）と、陰極（図示せず）とが重なる領域（
発光エリア）において、発光する。
次に、図１５（Ｂ）に示した画素の、上面図の一実施例について説明する。図１７に本
実施例の画素の上面図を示す。
５３０１は信号線、５３０２は第１の電源線、５３１１ｒは赤色の画素に対応する第２
の電源線、５３１１ｇは緑色の画素に対応する第２の電源線、５３１１ｂは青色の画素に
対応する第２の電源線に相当し、５３０４は第１の走査線、５３０３は第２の走査線に相
当する。本実施例では、信号線５３０１と第１の電源線５３０２は同じ導電膜で形成し、
第１の走査線５３０４と第２の走査線５３０３と第２の電源線５３１１ｒ、５３１１ｇ、
５３１１ｂは同じ導電膜で形成する。また５３０５はスイッチング用トランジスタであり
、第１の走査線５３０４の一部がそのゲート電極として機能する。また５３０６は消去用
トランジスタであり、第２の走査線５３０３の一部がそのゲート電極として機能する。５
３０７は駆動用トランジスタ、５３０８は電流制御用トランジスタに相当する。また、５
３１２は容量素子に相当し、５３１３は半導体膜で形成された抵抗に相当する。駆動用ト
ランジスタ５３０７は、そのＬ／Ｗが電流制御用トランジスタ５３０８よりも大きくなる
ように、活性層が曲がりくねっている。例えば、駆動用トランジスタ５３０７はＬ＝２０
０［ｎｍ］、Ｗ＝４［ｎｍ］、電流制御用トランジスタ５３０８はＬ＝６［ｎｍ］、Ｗ＝
１２［ｎｍ］のようなサイズにする。５３０９は画素電極に相当し、画素電極５３０９と
、電界発光層（図示せず）と、陰極（図示せず）とが重なる領域（発光エリア）において
、発光する。
なお本発明の上面図は一実施例であり、本発明はこれに限定されないことは言うまでも
ない。
本発明の発光装置は、画素が有するトランジスタの数が４つなので、例えば、対角４〜
４．３インチ、隣接する発光素子を分離するための、隔壁として用いる層間膜の幅を２０
μｍとし、ＶＧＡ（６４０×４８０）２００ｄｐｉで、画素のサイズを４５×１３５μｍ
とすることができる。
図１８（Ａ）に、駆動用トランジスタ９０１１がＮ型で、発光素子９０１２から発せら
れる光が陰極９０１３側に抜ける場合の、画素の断面図を示す。図１８（Ａ）では、駆動
用トランジスタ９０１１のドレインと電気的に接続された透明導電膜９０１７上に、発光
素子９０１２の陰極９０１３が成膜されており、陰極９０１３上に電界発光層９０１４、
陽極９０１５が順に積層されている。そして陽極９０１５を覆うように、光を反射または
遮蔽するための遮蔽膜９０１６が成膜されている。陰極９０１３は、仕事関数が小さく、
なおかつ光を反射する導電膜であれば公知の材料を用いることができる。例えば、Ｃａ、
Ａｌ、ＣａＦ、ＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ等が望ましい。ただしその膜厚は、光を透過する程度
とする。例えば２０ｎｍの膜厚を有するＡｌを、陰極９０１３として用いることができる
。そして電界発光層９０１４は、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるよ
うに構成されていてもどちらでも良い。陽極９０１５は光を透過する必要はないが、例え
ばＩＴＯ、ＩＴＳＯ、酸化インジウムに２〜２０％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したＩＺ
Ｏ等の透明導電膜を用いても良いし、ＴｉまたはＴｉＮを用いても良い。そして遮蔽膜９
０１６は、例えば光を反射する金属等を用いることができるが、金属膜に限定されない。
例えば黒の顔料を添加した樹脂等を用いることもできる。
陰極９０１３と、電界発光層９０１４と、陽極９０１５とが重なっている部分が発光素
子９０１２に相当する。図１８（Ａ）に示した画素の場合、発光素子９０１２から発せら
れる光は、白抜きの矢印で示すように陰極９０１３側に抜ける。
図１８（Ｂ）に、駆動用トランジスタ９０３１がＰ型で、発光素子９０３２から発せら
れる光が陰極９０３５側に抜ける場合の、画素の断面図を示す。図１８（Ｂ）では、駆動
用トランジスタ９０３１のドレインと電気的に接続された配線９０３６上に、発光素子９
０３２の陽極９０３３が成膜されており、陽極９０３３上に電界発光層９０３４、陰極９
０３５が順に積層されている。上記構成によって、陽極９０３３において光が透過しても
、該光は配線９０３６において反射される。陰極９０３５は、図１８（Ａ）の場合と同様
に、仕事関数が小さい導電膜であれば公知の材料を用いることができる。ただしその膜厚
は、光を透過する程度とする。例えば２０ｎｍの膜厚を有するＡｌを、陰極９０３５とし
て用いることができる。そして電界発光層９０３４は、図１８（Ａ）と同様に、単数の層
で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていてもどちらでも良い。陽
極９０３３は光を透過する必要はないが、図１８（Ａ）と同様に、透明導電膜を用いて形
成することができるし、ＴｉＮまたはＴｉを用いることもできる。
陽極９０３３と、電界発光層９０３４と、陰極９０３５とが重なっている部分が発光素
子９０３２に相当する。図１８（Ｂ）に示した画素の場合、発光素子９０３２から発せら
れる光は、白抜きの矢印で示すように陰極９０３５側に抜ける。
なお本実施例では、駆動用トランジスタと発光素子が電気的に接続されている例を示し
たが、駆動用トランジスタと発光素子との間に電流制御用トランジスタが接続されている
構成であってもよい。
本実施例では、駆動用トランジスタと電流制御用トランジスタが共にボトムゲート型の
場合の、画素の断面構造について説明する。
なお本発明で用いることができるトランジスタは、アモルファスシリコンで形成されて
いても良い。アモルファスシリコンでトランジスタを形成すると、結晶化のプロセスを設
けずに済むので、作製方法を簡略化することができ、低コスト化が図れる。ただしアモル
ファスシリコンで形成されたトランジスタはＰ型よりもＮ型の方が移動度は高く、発光装
置の画素に用いるのにより適している。本実施例では、駆動用トランジスタがＮ型の場合
における、画素の断面構造について説明する。
図１９（Ａ）に、本実施例の画素の断面図を示す。６５０１は駆動用トランジスタ、６
５０２は電流制御用トランジスタに相当する。駆動用トランジスタ６５０１は、絶縁表面
を有する基板６５００上に形成されたゲート電極６５０３と、ゲート電極６５０３を覆う
ように基板６５００上に形成されたゲート絶縁膜６５０４と、ゲート絶縁膜６５０４を間
に挟んでゲート電極６５０３と重なる位置に形成された半導体膜６５０５とを有している
。半導体膜６５０５は、ソース又はドレインとして機能する、導電型を付与する不純物が
添加された２つの不純物領域６５０６ａ、６５０６ｂを有している。そして不純物領域６
５０６ａは配線６５０８と接続されている。
電流制御用トランジスタ６５０２は、駆動用トランジスタ６５０１と同様に、絶縁表面
を有する基板６５００上に形成されたゲート電極６５１０と、ゲート電極６５１０を覆う
ように基板６５００上に形成されたゲート絶縁膜６５０４と、ゲート絶縁膜６５０４を間
に挟んでゲート電極６５１０と重なる位置に形成された半導体膜６５１１とを有している
。半導体膜６５１１は、ソース又はドレインとして機能する、導電型を付与する不純物が
添加された２つの不純物領域６５１２ａ、６５１２ｂを有している。そして不純物領域６
５１２ａは、配線６５１３を介して駆動用トランジスタ６５０１が有する不純物領域６５
０６ｂと接続されている。
駆動用トランジスタ６５０１及び電流制御用トランジスタ６５０２は、共に絶縁膜で形
成された保護膜６５０７で覆われている。そして、保護膜６５０７に形成されたコンタク
トホールを介して、配線６５０８が陽極６５０９と接続されている。また、駆動用トラン
ジスタ６５０１及び電流制御用トランジスタ６５０２と、保護膜６５０７は層間絶縁膜６
５２０で覆われている。層間絶縁膜６５２０は開口部を有しており、該開口部において陽
極６５０９が露出している。陽極６５０９上には電界発光層６５２１と、陰極６５２２が
形成されている。
なお、図１９（Ａ）では、駆動用トランジスタと電流制御用トランジスタが共にＮ型で
ある場合について説明したが、Ｐ型であってもよい。この場合、駆動用トランジスタの閾
値を制御するための不純物はＰ型を用いる。
本実施例では、図２に示した画素の、上面図の一実施例について説明する。図２０に本
実施例の画素の上面図を示す。
５４０１は信号線、５４０２は第１の電源線、５４１１ａ、５４１１ｂは第２の電源線
に相当し、５４０４は第１の走査線、５４０３は第２の走査線に相当する。本実施例では
、信号線５４０１と第１の電源線５４０２と第２の電源線５４１１ａは同じ導電膜で形成
し、第１の走査線５４０４と第２の走査線５４０３と第２の電源線５４１１ｂは同じ導電
膜で形成する。また５４０５はスイッチング用トランジスタであり、第１の走査線５４０
４の一部がそのゲート電極として機能する。また５４０６は消去用トランジスタであり、
第２の走査線５４０３の一部がそのゲート電極として機能する。５４０７は駆動用トラン
ジスタ、５４０８は電流制御用トランジスタに相当する。また５４１２は容量素子に相当
し、５４１３は半導体膜で形成された抵抗に相当する。駆動用トランジスタ５４０７は、
そのＬ／Ｗが電流制御用トランジスタ５４０８よりも大きくなるように、活性層が曲がり
くねっている。例えば、駆動用トランジスタ５４０７はＬ＝２００［ｎｍ］、Ｗ＝４［ｎ
ｍ］、電流制御用トランジスタ５４０８はＬ＝６［ｎｍ］、Ｗ＝１２［ｎｍ］のようなサ
イズにする。５４０９は画素電極に相当し、画素電極５４０９と、電界発光層（図示せず
）と、陰極（図示せず）と重なる領域（発光エリア）５４１０において、発光する。
なお本発明の上面図は一実施例であり、本発明はこれに限定されないことは言うまでも
ない。

Claims (1)

  1. 第１のトランジスタと、
    第２のトランジスタと、
    発光素子と、
    前記発光素子の発光又は非発光を制御する電位を供給する機能を有する第１の配線と、
    前記発光素子に流れる電流を決定する電位を供給する機能を有する第２の配線と、
    電源電位を供給する機能を有する第３の配線と、を有し、
    前記第１のトランジスタのゲートは、前記第１の配線と電気的に接続され、
    前記第１のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記発光素子と電気的に接続され、
    前記第１のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第２のトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、
    前記第２のトランジスタのゲートは、前記第２の配線と電気的に接続され、
    前記第２のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第３の配線と電気的に接続され、
    前記第１のトランジスタの半導体層は、チャネル長がチャネル幅と同じ、又は、前記チャネル長が前記チャネル幅より短く、
    前記第２のトランジスタの半導体層は、チャネル長がチャネル幅より長く、且つ、チャネル形成領域が曲がりくねった形状を有し、
    前記第３の配線は、前記第２のトランジスタの半導体層と重なるように配置されており、
    前記第１のトランジスタは、発光時に線形領域で動作し、
    前記第２のトランジスタは、前記発光時に飽和領域で動作することを特徴とする発光装置。
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