JPH04368795A - 薄膜トランジスタ内蔵薄膜el素子 - Google Patents
薄膜トランジスタ内蔵薄膜el素子Info
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- JPH04368795A JPH04368795A JP3169120A JP16912091A JPH04368795A JP H04368795 A JPH04368795 A JP H04368795A JP 3169120 A JP3169120 A JP 3169120A JP 16912091 A JP16912091 A JP 16912091A JP H04368795 A JPH04368795 A JP H04368795A
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-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B33/00—Electroluminescent light sources
- H05B33/12—Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces
- H05B33/14—Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces characterised by the chemical or physical composition or the arrangement of the electroluminescent material, or by the simultaneous addition of the electroluminescent material in or onto the light source
- H05B33/145—Arrangements of the electroluminescent material
-
- G—PHYSICS
- G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
- G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
- G09G3/00—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes
- G09G3/20—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters
- G09G3/22—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters using controlled light sources
- G09G3/30—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters using controlled light sources using electroluminescent panels
-
- H—ELECTRICITY
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- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B33/00—Electroluminescent light sources
- H05B33/12—Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces
- H05B33/22—Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces characterised by the chemical or physical composition or the arrangement of auxiliary dielectric or reflective layers
-
- G—PHYSICS
- G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
- G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
- G09G2300/00—Aspects of the constitution of display devices
- G09G2300/08—Active matrix structure, i.e. with use of active elements, inclusive of non-linear two terminal elements, in the pixels together with light emitting or modulating elements
- G09G2300/0809—Several active elements per pixel in active matrix panels
- G09G2300/0842—Several active elements per pixel in active matrix panels forming a memory circuit, e.g. a dynamic memory with one capacitor
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- Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、発光層の上下に積層し
た電極から電圧を印加することによって発光するエレク
トロルミネッセンス(以下ELという)発光素子に係り
、特に薄膜トランジスタを内蔵した薄膜EL素子に関す
る。
た電極から電圧を印加することによって発光するエレク
トロルミネッセンス(以下ELという)発光素子に係り
、特に薄膜トランジスタを内蔵した薄膜EL素子に関す
る。
【0002】
【従来の技術】薄膜EL素子は、電界のかかった発光層
の中を電子が加速され、その発光層中に存在する発光中
心に加速された電子が衝突して発光中心を励起し、エレ
クトロルミネッセンスにより発光するものである。上記
薄膜EL素子として、従来から図12に示すような構造
のものが知られている。図12は、従来の薄膜EL素子
の断面の概略を示すものであり、絶縁基板101上に下
部電極102を設け、その上に第1誘電体層103、発
光層104、第2誘電体層106を順次積層し、さらに
第2誘電体層の上部に上部電極107が積層して設けら
れている。発光層104は母体材料中に発光中心物資が
添加されたものであり、第1誘電体層103および第2
誘電体層106によって全体が覆われた構造となってい
る。
の中を電子が加速され、その発光層中に存在する発光中
心に加速された電子が衝突して発光中心を励起し、エレ
クトロルミネッセンスにより発光するものである。上記
薄膜EL素子として、従来から図12に示すような構造
のものが知られている。図12は、従来の薄膜EL素子
の断面の概略を示すものであり、絶縁基板101上に下
部電極102を設け、その上に第1誘電体層103、発
光層104、第2誘電体層106を順次積層し、さらに
第2誘電体層の上部に上部電極107が積層して設けら
れている。発光層104は母体材料中に発光中心物資が
添加されたものであり、第1誘電体層103および第2
誘電体層106によって全体が覆われた構造となってい
る。
【0003】上記構造を有する薄膜EL素子において、
発光中心物資として希士類フッ化物を用い、上部電極1
07と下部電極102とから発光層に2.0Mv/cm
程度の高電界を生じさせると第1誘電体層103または
第2誘電体層106と発光層104との間の界面準位か
ら発光層104中に電子が飛び出し、高電界の下で加速
されてホットエレクトロン化する。これが発光層104
中に添加された発光中心に衝突することによって発光中
心が励起され、基底状態に戻る時に発光する。
発光中心物資として希士類フッ化物を用い、上部電極1
07と下部電極102とから発光層に2.0Mv/cm
程度の高電界を生じさせると第1誘電体層103または
第2誘電体層106と発光層104との間の界面準位か
ら発光層104中に電子が飛び出し、高電界の下で加速
されてホットエレクトロン化する。これが発光層104
中に添加された発光中心に衝突することによって発光中
心が励起され、基底状態に戻る時に発光する。
【0004】このような薄膜EL素子は蒸着やスパッタ
リング法といった成膜方法を用いることにより、大面積
基板上に多数の素子を作成することができ、フラットパ
ネルディスプレイとして応用されている。ELフラット
パネルディスプレイは、基板上に平面的に配列された複
数の薄膜EL素子を有し、発光層両側の下部電極と上部
電極とが複数の帯状に形成されて、その方向が互いにほ
ぼ直角となるマトリックス構造を形成している。またこ
の薄膜EL素子を駆動する複数の駆動回路を備えており
、帯状の下部電極数がm、上部電極数がnとすれば合計
(m+n)の駆動回路を有することとなる。このような
ELフラットパネルディスプレイにおいて上記駆動回路
から下部電極と上部電極とに選択的に交流電圧を印加す
ると、電圧を印加した電極マトリックスの交点部の発光
層が発光し、発光する素子と発光しない素子との組合せ
で必要な表示を行うことができる。
リング法といった成膜方法を用いることにより、大面積
基板上に多数の素子を作成することができ、フラットパ
ネルディスプレイとして応用されている。ELフラット
パネルディスプレイは、基板上に平面的に配列された複
数の薄膜EL素子を有し、発光層両側の下部電極と上部
電極とが複数の帯状に形成されて、その方向が互いにほ
ぼ直角となるマトリックス構造を形成している。またこ
の薄膜EL素子を駆動する複数の駆動回路を備えており
、帯状の下部電極数がm、上部電極数がnとすれば合計
(m+n)の駆動回路を有することとなる。このような
ELフラットパネルディスプレイにおいて上記駆動回路
から下部電極と上部電極とに選択的に交流電圧を印加す
ると、電圧を印加した電極マトリックスの交点部の発光
層が発光し、発光する素子と発光しない素子との組合せ
で必要な表示を行うことができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構造の薄膜EL素子において発光層が発光する高
電界を生じさせるためには、200V程度の高い電圧を
上部電極と下部電極との間に印加する必要がある。この
ため、ELフラットパネルディスプレイにおける駆動回
路は200Vの交流をオンオフすることになり、スイッ
チング素子として作用する駆動用ICが高耐圧でなけれ
ばならない。高耐圧の駆動用ICは、特殊なプロセスで
の製造が必要とされるので高価であり、結果としてEL
フラットパネルディスプレイのコストが高くなるという
問題点がある。
ような構造の薄膜EL素子において発光層が発光する高
電界を生じさせるためには、200V程度の高い電圧を
上部電極と下部電極との間に印加する必要がある。この
ため、ELフラットパネルディスプレイにおける駆動回
路は200Vの交流をオンオフすることになり、スイッ
チング素子として作用する駆動用ICが高耐圧でなけれ
ばならない。高耐圧の駆動用ICは、特殊なプロセスで
の製造が必要とされるので高価であり、結果としてEL
フラットパネルディスプレイのコストが高くなるという
問題点がある。
【0006】また薄膜EL素子をマトリックス状に並べ
、ディスプレイとして用いた場合、帯状に分割した下部
電極と上部電極とを選択してすべての画素を一通り走査
する1フレームの間に1回または2回の発光しか生じさ
せることができない。このため、赤色発光EL素子や青
色発光EL素子などは発光輝度が低くディスプレイの発
光素子として使用できないという問題点がある。本発明
は上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、発
光の制御を低電圧で行なうことができ、高価格の駆動用
ICを不要とするとともに、発光層として発光輝度の低
い材料を用いてもELディスプレイの発光素子として用
いることができる薄膜トランジスタ内蔵薄膜EL素子を
提供することを目的とする。
、ディスプレイとして用いた場合、帯状に分割した下部
電極と上部電極とを選択してすべての画素を一通り走査
する1フレームの間に1回または2回の発光しか生じさ
せることができない。このため、赤色発光EL素子や青
色発光EL素子などは発光輝度が低くディスプレイの発
光素子として使用できないという問題点がある。本発明
は上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、発
光の制御を低電圧で行なうことができ、高価格の駆動用
ICを不要とするとともに、発光層として発光輝度の低
い材料を用いてもELディスプレイの発光素子として用
いることができる薄膜トランジスタ内蔵薄膜EL素子を
提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明の薄膜トランジスタ内蔵薄膜EL素子は、
絶縁基板上に順次積層された下部電極層、第1誘電体層
、発光層、第2誘電体層、上部電極層を有し、 前記
第1誘電体層と発光層との間または発光層と第2誘電体
層との間の少なくとも一方に半導体層を介挿して積層し
、 該半導体層が発光層を積層した範囲外にまで連続
して積層された部分に該半導体層をチャネルとする薄膜
トランジスタを有するものとする。
めに、本発明の薄膜トランジスタ内蔵薄膜EL素子は、
絶縁基板上に順次積層された下部電極層、第1誘電体層
、発光層、第2誘電体層、上部電極層を有し、 前記
第1誘電体層と発光層との間または発光層と第2誘電体
層との間の少なくとも一方に半導体層を介挿して積層し
、 該半導体層が発光層を積層した範囲外にまで連続
して積層された部分に該半導体層をチャネルとする薄膜
トランジスタを有するものとする。
【0008】また前記請求項1に記載の薄膜トランジス
タ内蔵薄膜EL素子において、 前記半導体層と前記
発光層との間に両者の接触による反応を防止する薄い絶
縁層を介挿して積層したものとしてもよい。
タ内蔵薄膜EL素子において、 前記半導体層と前記
発光層との間に両者の接触による反応を防止する薄い絶
縁層を介挿して積層したものとしてもよい。
【0009】上記半導体層は、例えばアモルファスシリ
コンとすることができる。また、CdSやCdSeなど
のII−VI族半導体からなるものとすることもできる
。上記薄膜EL素子の発光層は、母体材料に希土類フッ
化物を発光中心物質として添加したものを用いることが
でき、またその他の発光中心物質を用いるものであって
もよい。その他、第1誘電体層、第2誘電体層、電極層
などは従来から知られている薄膜EL素子に用いられて
いる一般的な材料からなるものとすることができる。
コンとすることができる。また、CdSやCdSeなど
のII−VI族半導体からなるものとすることもできる
。上記薄膜EL素子の発光層は、母体材料に希土類フッ
化物を発光中心物質として添加したものを用いることが
でき、またその他の発光中心物質を用いるものであって
もよい。その他、第1誘電体層、第2誘電体層、電極層
などは従来から知られている薄膜EL素子に用いられて
いる一般的な材料からなるものとすることができる。
【0010】
【作用】上記のような構成の薄膜トランジスタ内蔵薄膜
EL素子を、等価回路で表わすと例えば図2に示すよう
な回路となり、この発光制御は次のように行なわれる。 下部電極と上部電極との間に交流電源から交流パルス電
圧を印加し、EL発光素子の発光を制御するデータ信号
は内蔵した薄膜トランジスタのゲートとソースに入力さ
れる。すなわち、発光層と誘電体層との間に積層した半
導体層は内蔵した薄膜トランジスタのドレイン電極とし
て作用するものとし、EL発光素子を非発光とするとき
には、上部電極と下部電極との間の電界によって半導体
層に生じる電圧(ドレイン電圧)よりも薄膜トランジス
タのソース電圧を高くし、薄膜トランジスタのゲートを
オン状態とする。この状態ではドレイン電極である半導
体層に集まっていた電子はソース側に移動し、その後ゲ
ートがオフ状態となると、下部電極と上部電極との間に
交流パルス電圧が印加されても発光層内を走る電子の数
が減少してしまったためEL発光素子は発光しない。一
方、EL素子を発光させるときはソース電圧をドレイン
電圧よりも低くし、ゲートをオン状態にすると、ソース
よりドレイン電極である半導体層に電子が移動し、下部
電極と上部電極との間に印加されている電圧によって電
子が発光層内を走り発光中心に衝突して発光する。ゲ−
トがこの状態でオフ状態となるとゲートまたはソースに
データ信号が入力されなくても、下部電極と上部電極か
ら印加される交流パルスによって発光が継続して生じる
。
EL素子を、等価回路で表わすと例えば図2に示すよう
な回路となり、この発光制御は次のように行なわれる。 下部電極と上部電極との間に交流電源から交流パルス電
圧を印加し、EL発光素子の発光を制御するデータ信号
は内蔵した薄膜トランジスタのゲートとソースに入力さ
れる。すなわち、発光層と誘電体層との間に積層した半
導体層は内蔵した薄膜トランジスタのドレイン電極とし
て作用するものとし、EL発光素子を非発光とするとき
には、上部電極と下部電極との間の電界によって半導体
層に生じる電圧(ドレイン電圧)よりも薄膜トランジス
タのソース電圧を高くし、薄膜トランジスタのゲートを
オン状態とする。この状態ではドレイン電極である半導
体層に集まっていた電子はソース側に移動し、その後ゲ
ートがオフ状態となると、下部電極と上部電極との間に
交流パルス電圧が印加されても発光層内を走る電子の数
が減少してしまったためEL発光素子は発光しない。一
方、EL素子を発光させるときはソース電圧をドレイン
電圧よりも低くし、ゲートをオン状態にすると、ソース
よりドレイン電極である半導体層に電子が移動し、下部
電極と上部電極との間に印加されている電圧によって電
子が発光層内を走り発光中心に衝突して発光する。ゲ−
トがこの状態でオフ状態となるとゲートまたはソースに
データ信号が入力されなくても、下部電極と上部電極か
ら印加される交流パルスによって発光が継続して生じる
。
【0011】上記のように薄膜トランジスタを内蔵する
ことによりEL素子の発光制御を、下部電極と上部電極
とに印加する交流電圧と独立して、薄膜トランジスタの
ゲートとソースに入力する信号によるものとすることが
でき、発光を低電圧で制御できることになる。したがっ
て駆動回路のスイッチング素子として作用する駆動用I
Cは高耐圧であることを要しない。
ことによりEL素子の発光制御を、下部電極と上部電極
とに印加する交流電圧と独立して、薄膜トランジスタの
ゲートとソースに入力する信号によるものとすることが
でき、発光を低電圧で制御できることになる。したがっ
て駆動回路のスイッチング素子として作用する駆動用I
Cは高耐圧であることを要しない。
【0012】また、発光層に高電界を生じさせる交流パ
ルスと、EL素子の発光を制御するデータ信号とが独立
しており、薄膜トランジスタのゲートをオフ状態として
、データ信号が入力されないときにも交流パルス電圧は
印加して発光状態または非発光状態を維持することがで
きる。これにより、EL素子をマトリックス状に配列し
たディスプレイにおいて、双方向の電極からのデータ信
号で選択されない素子についても直前の信号に基づいて
発光状態または非発光状態を維持することができ、すべ
ての素子を一通り走査する1フレームの間に2回以上多
数回の発光を生じさせることができる。したがって発光
輝度の低い青色発光EL素子や赤色発光EL素子を用い
てもディスプレイとして十分な輝度が得られる。
ルスと、EL素子の発光を制御するデータ信号とが独立
しており、薄膜トランジスタのゲートをオフ状態として
、データ信号が入力されないときにも交流パルス電圧は
印加して発光状態または非発光状態を維持することがで
きる。これにより、EL素子をマトリックス状に配列し
たディスプレイにおいて、双方向の電極からのデータ信
号で選択されない素子についても直前の信号に基づいて
発光状態または非発光状態を維持することができ、すべ
ての素子を一通り走査する1フレームの間に2回以上多
数回の発光を生じさせることができる。したがって発光
輝度の低い青色発光EL素子や赤色発光EL素子を用い
てもディスプレイとして十分な輝度が得られる。
【0013】さらに、ソース電極の電圧値を調整するこ
とによって階調表現も実現される。つまり、EL素子を
発光状態とするときに、ソース電極の電圧値はドレイン
電圧より低い値にされるが、このソース電圧をドレイン
電圧より低い値で段階的に設定することによってソース
からドレインに流れ込む電子の数が段階的に変化する。 これにより発光層内を走る電子の数が調節され、結果的
に発光層内の輝度が調節される。このように、本発明の
EL素子において、発光時のソース電圧を変調すること
により、階調表現が実現される。
とによって階調表現も実現される。つまり、EL素子を
発光状態とするときに、ソース電極の電圧値はドレイン
電圧より低い値にされるが、このソース電圧をドレイン
電圧より低い値で段階的に設定することによってソース
からドレインに流れ込む電子の数が段階的に変化する。 これにより発光層内を走る電子の数が調節され、結果的
に発光層内の輝度が調節される。このように、本発明の
EL素子において、発光時のソース電圧を変調すること
により、階調表現が実現される。
【0014】請求項2に記載の、発光層と半導体層との
間に絶縁層を介挿した薄膜トランジスタ内蔵薄膜EL素
子では、発光層と半導体層が直接には接触しない。発光
層と半導体層の材料の選択によっては互いに接触するこ
とによって構成材料が相互に拡散し、境界が乱れるとい
った現象が生じることがあるが、上記のように非接触と
されることにより、このような現象が防止され、半導体
層による薄膜EL素子の制御の信頼性を高めることがで
きる。
間に絶縁層を介挿した薄膜トランジスタ内蔵薄膜EL素
子では、発光層と半導体層が直接には接触しない。発光
層と半導体層の材料の選択によっては互いに接触するこ
とによって構成材料が相互に拡散し、境界が乱れるとい
った現象が生じることがあるが、上記のように非接触と
されることにより、このような現象が防止され、半導体
層による薄膜EL素子の制御の信頼性を高めることがで
きる。
【0015】
【実施例】以下本発明の実施例を図に基づいて説明する
。図1は本発明の第1の実施例である薄膜トランジスタ
内蔵薄膜EL素子の構成を示す概略断面図である。この
薄膜トランジスタ内蔵薄膜EL素子はガラス基板1上に
下部透明電極2、第1の誘電体層3、発光層4、半導体
層5、第2の誘電体層6、上部電極7が順次積層されて
いる。半導体層5は発光層が形成されていない範囲にま
で延長して形成されており、その端はシリコンにリン等
の不純物を多量に混入した層(n+層)からなるソース
コンタクト8と接続されており、ソースコンタクト8に
はAl等の金属でできたソース電極9が接続されている
。半導体層5の発光層4と重なっている部分は実質ドレ
イン電極となっており、そのドレイン電極部とソース電
極との間の部分にゲート絶縁膜10が積層されさらにそ
の上部にゲート電極11が積層して形成されている。 また、上記発光層4は母体材料に希士類フッ化物を発光
中心として添加した材料からなるものである。
。図1は本発明の第1の実施例である薄膜トランジスタ
内蔵薄膜EL素子の構成を示す概略断面図である。この
薄膜トランジスタ内蔵薄膜EL素子はガラス基板1上に
下部透明電極2、第1の誘電体層3、発光層4、半導体
層5、第2の誘電体層6、上部電極7が順次積層されて
いる。半導体層5は発光層が形成されていない範囲にま
で延長して形成されており、その端はシリコンにリン等
の不純物を多量に混入した層(n+層)からなるソース
コンタクト8と接続されており、ソースコンタクト8に
はAl等の金属でできたソース電極9が接続されている
。半導体層5の発光層4と重なっている部分は実質ドレ
イン電極となっており、そのドレイン電極部とソース電
極との間の部分にゲート絶縁膜10が積層されさらにそ
の上部にゲート電極11が積層して形成されている。 また、上記発光層4は母体材料に希士類フッ化物を発光
中心として添加した材料からなるものである。
【0016】このような構造の薄膜トランジスタ内蔵薄
膜EL素子は、特願平2−108922号に開示される
薄膜EL素子と同様に発光層4の片側に半導体層5が積
層して形成されているため、発光層4と半導体層5との
界面準位の位置をより浅い位置に形成するすることがで
き、また界面に多数の自由電子を存在させることができ
るため、発光層4を発光させるための閾値電界を従来に
比較して下げることができる。つまり、希士類フッ化物
を発光中心とする薄膜EL素子であって発光層4と誘電
体層6との間に半導体層等を介存させないものでは、発
光層4に2.0MV/cm程度の電界をかける必要があ
るが、本実施例の薄膜EL素子では発光層4に0.8M
V/cm程度の電界をかけることによって発光を開始す
る。
膜EL素子は、特願平2−108922号に開示される
薄膜EL素子と同様に発光層4の片側に半導体層5が積
層して形成されているため、発光層4と半導体層5との
界面準位の位置をより浅い位置に形成するすることがで
き、また界面に多数の自由電子を存在させることができ
るため、発光層4を発光させるための閾値電界を従来に
比較して下げることができる。つまり、希士類フッ化物
を発光中心とする薄膜EL素子であって発光層4と誘電
体層6との間に半導体層等を介存させないものでは、発
光層4に2.0MV/cm程度の電界をかける必要があ
るが、本実施例の薄膜EL素子では発光層4に0.8M
V/cm程度の電界をかけることによって発光を開始す
る。
【0017】この発光閾値電界である0.8MV/cm
程度の電界を発光層4にかけるためには下部電極2と上
部電極7との間に±100V程度の交流パルス電圧を印
加する必要があり、±100Vの交流パルス電圧は第1
誘電体層3、発光層4、第2誘電体層6で分割され、薄
膜トランジスタのドレイン電極である半導体層には約±
30V程度の交流パルス電圧がかかる。
程度の電界を発光層4にかけるためには下部電極2と上
部電極7との間に±100V程度の交流パルス電圧を印
加する必要があり、±100Vの交流パルス電圧は第1
誘電体層3、発光層4、第2誘電体層6で分割され、薄
膜トランジスタのドレイン電極である半導体層には約±
30V程度の交流パルス電圧がかかる。
【0018】次にこのような薄膜トランジスタ内蔵薄膜
EL素子の発光及び非発光の制御について図2および図
3を参照して説明する。図2はこの薄膜トランジスタ内
蔵薄膜EL素子の等価回路を示すものである。ドレイン
電極5には図3(a)のように±30Vの交流パルス電
圧がかかるとすると、ソースの電圧は図3(c)に示す
ようにドレイン電圧の最低値と同じ−30Vに設定して
おく。またゲートの電圧は図3(b)に示すように信号
非入力時に10V低い−40Vとなるように設定してお
く。
EL素子の発光及び非発光の制御について図2および図
3を参照して説明する。図2はこの薄膜トランジスタ内
蔵薄膜EL素子の等価回路を示すものである。ドレイン
電極5には図3(a)のように±30Vの交流パルス電
圧がかかるとすると、ソースの電圧は図3(c)に示す
ようにドレイン電圧の最低値と同じ−30Vに設定して
おく。またゲートの電圧は図3(b)に示すように信号
非入力時に10V低い−40Vとなるように設定してお
く。
【0019】まず薄膜EL素子を非発光状態とするとき
の制御について説明する。ドレイン電極5の電圧が負の
値になった時にソース電極9の電圧をドレイン電圧より
10V高い−20Vに設定し、ゲート電極11の電圧を
ドレイン電圧より10V高い−20Vに設定して、ゲー
トをオン状態にする。EL素子にかけられていた交流電
界により、発光層内を走りドレイン電極側に集まってい
た電子は、ゲートがオン状態でソース電極9の電圧がド
レイン電極5の電圧より高いためにソース側に移動する
。その後ゲートがオフ状態になり、ソース電圧がもとの
−30Vに戻り、EL素子に逆方向の交流電圧がかけら
れても、発光層4内を走る電子の数が少なくなってしま
ったために、発光層4は発光しない。再度交流パルスが
かけられてもゲートにデータ信号が入力されない状態で
は、素子は非発光状態を維持する。
の制御について説明する。ドレイン電極5の電圧が負の
値になった時にソース電極9の電圧をドレイン電圧より
10V高い−20Vに設定し、ゲート電極11の電圧を
ドレイン電圧より10V高い−20Vに設定して、ゲー
トをオン状態にする。EL素子にかけられていた交流電
界により、発光層内を走りドレイン電極側に集まってい
た電子は、ゲートがオン状態でソース電極9の電圧がド
レイン電極5の電圧より高いためにソース側に移動する
。その後ゲートがオフ状態になり、ソース電圧がもとの
−30Vに戻り、EL素子に逆方向の交流電圧がかけら
れても、発光層4内を走る電子の数が少なくなってしま
ったために、発光層4は発光しない。再度交流パルスが
かけられてもゲートにデータ信号が入力されない状態で
は、素子は非発光状態を維持する。
【0020】次に発光状態について説明する。ドレイン
電極5が負の値になった時に、ソース電極9の電圧をド
レイン電圧より10V低い−40Vに設定し、ゲート電
極11をソース電圧より20V高い−20Vに設定して
、ゲートをオン状態にする。ゲートがオン状態で、ドレ
イン電極5の電圧がソース電極9の電圧より高いため、
ソースよりドレイン側に電子が移動する。発光層4にか
けられている電界のためドレインに入った電子はドレイ
ン電極5と反対側の電極7の方向に発光層内を走る、発
光層内で電子は発光中心に衝突し、励起された発光中心
がエレクトロルミネッセンスを呈する。その後ゲートが
オフ状態となり、ソース電圧がもとの30Vに戻り、再
度交流パルスがかけられてもゲートにデータ信号が入力
されない状態では、素子は発光状態を維持する。 このように本実施例の薄膜トランジスタ内蔵薄膜EL素
子では、発光の制御を40V程度の低電圧で行うことが
可能となる。
電極5が負の値になった時に、ソース電極9の電圧をド
レイン電圧より10V低い−40Vに設定し、ゲート電
極11をソース電圧より20V高い−20Vに設定して
、ゲートをオン状態にする。ゲートがオン状態で、ドレ
イン電極5の電圧がソース電極9の電圧より高いため、
ソースよりドレイン側に電子が移動する。発光層4にか
けられている電界のためドレインに入った電子はドレイ
ン電極5と反対側の電極7の方向に発光層内を走る、発
光層内で電子は発光中心に衝突し、励起された発光中心
がエレクトロルミネッセンスを呈する。その後ゲートが
オフ状態となり、ソース電圧がもとの30Vに戻り、再
度交流パルスがかけられてもゲートにデータ信号が入力
されない状態では、素子は発光状態を維持する。 このように本実施例の薄膜トランジスタ内蔵薄膜EL素
子では、発光の制御を40V程度の低電圧で行うことが
可能となる。
【0021】上記のような薄膜トランジスタ内蔵薄膜E
L素子をマトリックス状に配列したELフラットパネル
ディスプレイでは、等価回路が図4に示すようになり、
配列されたそれぞれの薄膜EL素子が薄膜トランジスタ
を内蔵しており、ゲート電極は図中に示すX方向に同じ
駆動回路41−1〜41−nと接続され、ソース電極は
Y方向に同じ駆動回路42−1〜42−nと接続されて
いる。これらの双方向に配列された駆動回路から選択的
にデータ信号を出力し、それぞれの方向のデータ信号が
出力された電極の交叉部分の薄膜EL素子が選択されて
発光または非発光の状態に制御される。
L素子をマトリックス状に配列したELフラットパネル
ディスプレイでは、等価回路が図4に示すようになり、
配列されたそれぞれの薄膜EL素子が薄膜トランジスタ
を内蔵しており、ゲート電極は図中に示すX方向に同じ
駆動回路41−1〜41−nと接続され、ソース電極は
Y方向に同じ駆動回路42−1〜42−nと接続されて
いる。これらの双方向に配列された駆動回路から選択的
にデータ信号を出力し、それぞれの方向のデータ信号が
出力された電極の交叉部分の薄膜EL素子が選択されて
発光または非発光の状態に制御される。
【0022】一方、発光層の両側に積層した上部電極と
下部電極とには交流電源43から交流パルス電圧が、ソ
ース電極およびゲート電極とによる走査とは関係なく印
加されている。これによって、選択されて発光または非
発光の状態にされた一つの薄膜EL素子はゲートをオフ
状態にし、次に選択されるまでそのまま維持されるので
、直前に選択されたときの信号が非発光のときは次に選
択されるまで非発光状態を維持し、直前に選択されたと
きの信号が発光のときは上部電極と下部電極とに印加さ
れる交流パルス電圧によって多数回の発光を生じる。 これによって発光輝度の低い薄膜EL素子を用いても充
分な輝度のELディスプレイとなる。
下部電極とには交流電源43から交流パルス電圧が、ソ
ース電極およびゲート電極とによる走査とは関係なく印
加されている。これによって、選択されて発光または非
発光の状態にされた一つの薄膜EL素子はゲートをオフ
状態にし、次に選択されるまでそのまま維持されるので
、直前に選択されたときの信号が非発光のときは次に選
択されるまで非発光状態を維持し、直前に選択されたと
きの信号が発光のときは上部電極と下部電極とに印加さ
れる交流パルス電圧によって多数回の発光を生じる。 これによって発光輝度の低い薄膜EL素子を用いても充
分な輝度のELディスプレイとなる。
【0023】次に、本実施例の薄膜EL素子を用い、上
記のように駆動されるELディスプレイにおいて階調表
現を実現する方法について説明する。EL素子を発光さ
せるには、ドレイン電極5が負の値になったときに、ソ
ース電極9の電圧値をドレイン電圧より低い値にするが
、そのソース電圧を−30Vから−40Vの間で段階的
に設定する。これにより、ソースからドレインに流れ込
む電子の数が段階的に変化し、発光層内を走る電子の数
が調節され、結果的に発光層の輝度を変調することがで
きる。このように、本発明のEL素子において、発光時
のソース電圧を変調することにより、階調表現を実現す
ることができる。
記のように駆動されるELディスプレイにおいて階調表
現を実現する方法について説明する。EL素子を発光さ
せるには、ドレイン電極5が負の値になったときに、ソ
ース電極9の電圧値をドレイン電圧より低い値にするが
、そのソース電圧を−30Vから−40Vの間で段階的
に設定する。これにより、ソースからドレインに流れ込
む電子の数が段階的に変化し、発光層内を走る電子の数
が調節され、結果的に発光層の輝度を変調することがで
きる。このように、本発明のEL素子において、発光時
のソース電圧を変調することにより、階調表現を実現す
ることができる。
【0024】図5は本発明の第2の実施例である薄膜ト
ランジスタ内蔵薄膜EL素子の構成を示す概略断面図で
ある。この薄膜トランジスタ内蔵薄膜EL素子は発光層
4と半導体層5との間に厚さが50Å程度のSiO2
からなる絶縁層12が介挿して積層されている。他の部
分については図1に示す第1の実施例と同じ構成を有す
るものである。
ランジスタ内蔵薄膜EL素子の構成を示す概略断面図で
ある。この薄膜トランジスタ内蔵薄膜EL素子は発光層
4と半導体層5との間に厚さが50Å程度のSiO2
からなる絶縁層12が介挿して積層されている。他の部
分については図1に示す第1の実施例と同じ構成を有す
るものである。
【0025】このような薄膜トランジスタ内蔵薄膜EL
素子では絶縁層12が介挿されることによって発光層4
と半導体層5とが直接に接触しないようになっているの
で発光層4と半導体層5との界面で起こる反応による双
方の層の劣化が防止され、半導体層5によるEL素子の
発光の制御の信頼性を高めることが可能となる。また絶
縁層は50Å程度と薄いため、電子はこの絶縁層をトン
ネル効果によって通り、本発明の薄膜トランジスタ内蔵
薄膜EL素子としての動作を妨げない。
素子では絶縁層12が介挿されることによって発光層4
と半導体層5とが直接に接触しないようになっているの
で発光層4と半導体層5との界面で起こる反応による双
方の層の劣化が防止され、半導体層5によるEL素子の
発光の制御の信頼性を高めることが可能となる。また絶
縁層は50Å程度と薄いため、電子はこの絶縁層をトン
ネル効果によって通り、本発明の薄膜トランジスタ内蔵
薄膜EL素子としての動作を妨げない。
【0026】次に図1または図5に示す薄膜トランジス
タ内蔵薄膜EL素子の製造方法について説明する。製造
方法及びその工程は例えば次のようなものとすることが
できる。 (1) ガラス基板1上にEB蒸着法またはスッパタリ
ング法によりITOの透明導電膜を着膜し、フォトリソ
エッチング法により下部透明電極2を形成する。 (2) SiN等の第1誘電体層3をスパッタリング法
やプラズマCVD法により着膜する。 (3) ソースコンタクト用のn+層をCVD法により
着膜しフォトリソエッチング法でソースコンタクト8を
形成する。 (4) ZnS;TbF3 などからなる発光層をEB
蒸着法やスッパタリング法で着膜する。 (5) 発光層のフォトリソ工程を行う前にSiO2
等の絶縁層をトンネル層としてスパッタリング法やプラ
ズマCVD法により50Å程度の厚さに着膜する。 (6) その後フォトリソエッチング法により最初にト
ンネル層12を、発光層を形成する形にパターン化する
。 (7) 次に発光層を同じパターンに形成する。 (8) アモルファスシリコン等の半導体層とゲート絶
縁膜のSiNをCVD法やEB蒸着法やスパッタリング
法、抵抗加熱蒸着法などの方法によって連続着膜する。 フォトリソエッチング法で最初にゲート絶縁膜10を形
成し、次に半導体層5を形成する。 (9) Ta等のメタルを着膜した後、フォトリソエッ
チング法でゲート電極11を形成する。 (10)SiN等の第2誘電体層6をスパッタリング法
やプラズマCVD法により着膜する。 (11)Al等の電極をEB蒸着法またはスパッタリン
グ法により着膜して、フォトリソエッチング法により上
部電極7とソース電極9を形成して素子が完成する。 なお、図1に示すような発光層4と半導体層5との間に
絶縁層12を有しないものについては上記製造方法にお
ける(5)(6)の工程を行なわれないものとして製造
することができる。
タ内蔵薄膜EL素子の製造方法について説明する。製造
方法及びその工程は例えば次のようなものとすることが
できる。 (1) ガラス基板1上にEB蒸着法またはスッパタリ
ング法によりITOの透明導電膜を着膜し、フォトリソ
エッチング法により下部透明電極2を形成する。 (2) SiN等の第1誘電体層3をスパッタリング法
やプラズマCVD法により着膜する。 (3) ソースコンタクト用のn+層をCVD法により
着膜しフォトリソエッチング法でソースコンタクト8を
形成する。 (4) ZnS;TbF3 などからなる発光層をEB
蒸着法やスッパタリング法で着膜する。 (5) 発光層のフォトリソ工程を行う前にSiO2
等の絶縁層をトンネル層としてスパッタリング法やプラ
ズマCVD法により50Å程度の厚さに着膜する。 (6) その後フォトリソエッチング法により最初にト
ンネル層12を、発光層を形成する形にパターン化する
。 (7) 次に発光層を同じパターンに形成する。 (8) アモルファスシリコン等の半導体層とゲート絶
縁膜のSiNをCVD法やEB蒸着法やスパッタリング
法、抵抗加熱蒸着法などの方法によって連続着膜する。 フォトリソエッチング法で最初にゲート絶縁膜10を形
成し、次に半導体層5を形成する。 (9) Ta等のメタルを着膜した後、フォトリソエッ
チング法でゲート電極11を形成する。 (10)SiN等の第2誘電体層6をスパッタリング法
やプラズマCVD法により着膜する。 (11)Al等の電極をEB蒸着法またはスパッタリン
グ法により着膜して、フォトリソエッチング法により上
部電極7とソース電極9を形成して素子が完成する。 なお、図1に示すような発光層4と半導体層5との間に
絶縁層12を有しないものについては上記製造方法にお
ける(5)(6)の工程を行なわれないものとして製造
することができる。
【0027】図6は、本発明の第3の実施例である薄膜
トランジスタ内蔵薄膜EL素子を示す概略断面図である
。この薄膜トランジスタ内蔵薄膜EL素子は発光層4と
ガラス基板1側にある第1誘電体層3との間に半導体層
5を積層し、この半導体層5がドレイン電極として作用
する薄膜トランジスタを備えたものである。このような
構成としても図1に示す薄膜トランジスタ内蔵薄膜EL
素子と同じ機能を有するものとすることができる。
トランジスタ内蔵薄膜EL素子を示す概略断面図である
。この薄膜トランジスタ内蔵薄膜EL素子は発光層4と
ガラス基板1側にある第1誘電体層3との間に半導体層
5を積層し、この半導体層5がドレイン電極として作用
する薄膜トランジスタを備えたものである。このような
構成としても図1に示す薄膜トランジスタ内蔵薄膜EL
素子と同じ機能を有するものとすることができる。
【0028】図7は、本発明の第4の実施例である薄膜
トランジスタ内蔵薄膜EL素子を示す概略断面図である
。この薄膜トランジスタ内蔵薄膜EL素子は、発光層4
と半導体層5との間に絶縁層12を設けた例であって、
その他の構成は図6に示す実施例と同じものである。
トランジスタ内蔵薄膜EL素子を示す概略断面図である
。この薄膜トランジスタ内蔵薄膜EL素子は、発光層4
と半導体層5との間に絶縁層12を設けた例であって、
その他の構成は図6に示す実施例と同じものである。
【0029】図8は、本発明の第5の実施例である薄膜
トランジスタ内蔵薄膜EL素子を示す概略断面図であり
、発光層4の両側に半導体層5、15を積層し、上部電
極側にある半導体層5がドレイン電極として作用する薄
膜トランジスタとを備えたものである。図9は、本発明
の第6の実施例である薄膜トランジスタ内蔵薄膜EL素
子を示す概略断面図であり、発光層4と半導体層5、1
5との間に絶縁層12、22を設けた例であって、その
他の構成は図8に示す実施例と同じものである。
トランジスタ内蔵薄膜EL素子を示す概略断面図であり
、発光層4の両側に半導体層5、15を積層し、上部電
極側にある半導体層5がドレイン電極として作用する薄
膜トランジスタとを備えたものである。図9は、本発明
の第6の実施例である薄膜トランジスタ内蔵薄膜EL素
子を示す概略断面図であり、発光層4と半導体層5、1
5との間に絶縁層12、22を設けた例であって、その
他の構成は図8に示す実施例と同じものである。
【0030】図10は、本発明の第7の実施例である薄
膜トランジスタ内蔵薄膜EL素子を示す概略断面図であ
り、発光層4の両側に半導体層5、15を積層し、ガラ
ス基板側にある半導体層5がドレイン電極として作用す
る薄膜トランジスタとを備えたものである。図11は、
本発明の第8の実施例である薄膜トランジスタ内蔵薄膜
EL素子を示す概略断面図であり、図10に示す実施例
において発光層4と半導体層5、15との間に絶縁層1
2、22を設けた例である。
膜トランジスタ内蔵薄膜EL素子を示す概略断面図であ
り、発光層4の両側に半導体層5、15を積層し、ガラ
ス基板側にある半導体層5がドレイン電極として作用す
る薄膜トランジスタとを備えたものである。図11は、
本発明の第8の実施例である薄膜トランジスタ内蔵薄膜
EL素子を示す概略断面図であり、図10に示す実施例
において発光層4と半導体層5、15との間に絶縁層1
2、22を設けた例である。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の薄膜トラ
ンジスタ内蔵薄膜EL素子では、発光層と誘電体層との
間に半導体層を有し、この半導体層をドレイン電極とす
る薄膜トランジスタを備えているので、この薄膜トラン
ジスタのソースとゲートにかける電圧によって薄膜EL
素子の発光または非発光を制御することができる。これ
により従来の薄膜EL素子に比べて低電圧で薄膜EL素
子の発光制御が可能となり、高価な高耐圧の駆動用IC
が不要となる。
ンジスタ内蔵薄膜EL素子では、発光層と誘電体層との
間に半導体層を有し、この半導体層をドレイン電極とす
る薄膜トランジスタを備えているので、この薄膜トラン
ジスタのソースとゲートにかける電圧によって薄膜EL
素子の発光または非発光を制御することができる。これ
により従来の薄膜EL素子に比べて低電圧で薄膜EL素
子の発光制御が可能となり、高価な高耐圧の駆動用IC
が不要となる。
【0032】また、発光層に高電界を生じさせる交流パ
ルス電圧の印加と独立して発光または非発光を制御でき
るので、薄膜EL素子をマトリックス状に配列したEL
ディスプレイとしたときに、すべての素子を選択して走
査する1フレームの間にそれぞれの薄膜EL素子は多数
回の発光が生じるものとすることができる。これにより
発光輝度が低い赤色発光薄膜EL素子や青色発光薄膜E
L素子を用いてもELディスプレイとして充分な輝度が
得られる。
ルス電圧の印加と独立して発光または非発光を制御でき
るので、薄膜EL素子をマトリックス状に配列したEL
ディスプレイとしたときに、すべての素子を選択して走
査する1フレームの間にそれぞれの薄膜EL素子は多数
回の発光が生じるものとすることができる。これにより
発光輝度が低い赤色発光薄膜EL素子や青色発光薄膜E
L素子を用いてもELディスプレイとして充分な輝度が
得られる。
【図1】本発明の第1の実施例である薄膜トランジスタ
内蔵薄膜EL素子の構成を示す概略断面図である。
内蔵薄膜EL素子の構成を示す概略断面図である。
【図2】上記実施例の薄膜トランジスタ内蔵薄膜EL素
子の等価回路を示す図である。
子の等価回路を示す図である。
【図3】上記実施例の薄膜トランジスタ内蔵薄膜EL素
子の駆動波形の一例を示す概略図である。
子の駆動波形の一例を示す概略図である。
【図4】上記実施例の薄膜トランジスタ内蔵薄膜EL素
子をマトリックス状に配列してなるELディスプレイの
等価回路を示す図である。
子をマトリックス状に配列してなるELディスプレイの
等価回路を示す図である。
【図5】本発明の第2の実施例である薄膜トランジスタ
内蔵薄膜EL素子の構成を示す概略断面図である。
内蔵薄膜EL素子の構成を示す概略断面図である。
【図6】本発明の第3の実施例である薄膜トランジスタ
内蔵薄膜EL素子の構成を示す概略断面図である。
内蔵薄膜EL素子の構成を示す概略断面図である。
【図7】本発明の第4の実施例である薄膜トランジスタ
内蔵薄膜EL素子の構成を示す概略断面図である。
内蔵薄膜EL素子の構成を示す概略断面図である。
【図8】本発明の第5の実施例である薄膜トランジスタ
内蔵薄膜EL素子の構成を示す概略断面図である。
内蔵薄膜EL素子の構成を示す概略断面図である。
【図9】本発明の第6の実施例である薄膜トランジスタ
内蔵薄膜EL素子の構成を示す概略断面図である。
内蔵薄膜EL素子の構成を示す概略断面図である。
【図10】本発明の第7の実施例である薄膜トランジス
タ内蔵薄膜EL素子の構成を示す概略断面図である。
タ内蔵薄膜EL素子の構成を示す概略断面図である。
【図11】本発明の第8の実施例である薄膜トランジス
タ内蔵薄膜EL素子の構成を示す概略断面図である。
タ内蔵薄膜EL素子の構成を示す概略断面図である。
【図12】従来の薄膜EL素子の構成を示す概略断面図
である。
である。
1 ガラス基板(絶縁基板)
2 下部電極
3 第1誘電体層
4 発光層
5 半導体層
6 第2誘電体層
7 上部電極
8 ソースコンタクト
9 ソース電極
10 ゲート絶縁膜
11 ゲート電極
12 絶縁層(トンネル層)
15 半導体層
22 絶縁層(トンネル層)
Claims (2)
- 【請求項1】 絶縁基板上に順次積層された下部電極
層、第1誘電体層、発光層、第2誘電体層、上部電極層
を有し、前記第1誘電体層と発光層との間または発光層
と第2誘電体層との間の少なくとも一方に半導体層を介
挿して積層し、該半導体層が発光層を積層した範囲外に
まで連続して積層された部分に該半導体層をチャネルと
する薄膜トランジスタを有することを特徴とする薄膜ト
ランジスタ内蔵薄膜EL素子。 - 【請求項2】 前記請求項1に記載の薄膜トランジス
タ内蔵薄膜EL素子において、前記半導体層と前記発光
層との間に両者の接触による反応を防止する薄い絶縁層
を介挿して積層したことを特徴とする薄膜トランジスタ
内蔵薄膜EL素子。
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