KR100766905B1 - 발광장치 - Google Patents

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준 고야마
쿠니타카 야마모토
토시미츠 고누마
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

본 발명의 목적은 동작 성능 및 신뢰성이 높은 EL 표시장치를 제공하는데 있다. 화소 내에 형성되는 스위칭용 TFT(201)는 멀티게이트 구조되어 있어, 오프 전류값의 감소에 중점을 둔 구조로 되어 있다. 또한, 전류제어용 TFT(202)는 스위칭용 TFT의 채널 폭보다 더 넓은 채널 폭을 가져, 대전류를 흐르게 하는데 적절한 구조로 되어 있다. 또한, 전류제어용 TFT(202)의 LDD 영역(33)은 게이트 전극(35)의 일부와 겹치도록 형성되어, 핫 캐리어 주입 방지 및 오프 전류값의 감소에 중점을 둔 구조로 되어 있다.
전기광학장치, EL 표시장치, 스위칭용 TFT, 전류제어용 TFT, LDD 영역

Description

발광장치{Light emitting device}
도 1은 본 발명의 EL(전계 발광) 표시장치의 화소부의 단면 구조를 나타내는 도면.
도 2(A) 및 도 2(B)는 EL 표시장치의 화소부의 상면 구조 및 구성을 나타내는 도면.
도 3(A)∼도 3(E)는 액티브 매트릭스형 EL 표시장치의 제작공정을 나타내는 도면.
도 4(A)∼도 4(D)는 액티브 매트릭스형 EL 표시장치의 제작공정을 나타내는 도면.
도 5(A)∼도 5(C)는 액티브 매트릭스형 EL 표시장치의 제작공정을 나타내는 도면.
도 6은 EL 모듈의 외관을 나타내는 도면.
도 7은 EL 표시장치의 회로 블록 구성을 나타내는 도면.
도 8은 EL 표시장치의 화소부의 확대도.
도 9는 EL 표시장치의 샘플링 회로의 소자 구조를 나타내는 도면.
도 10은 EL 표시장치의 화소부의 구성을 나타내는 도면.
도 11은 EL 표시장치의 단면 구조를 나타내는 도면.
도 12(A) 및 도 12(B)는 EL 표시장치의 화소부의 상면 구조 및 구성을 나타내는 도면.
도 13은 EL 표시장치의 화소부의 단면 구조를 나타내는 도면.
도 14는 EL 표시장치의 화소부의 단면 구조를 나타내는 도면.
도 15(A) 및 도 15(B)는 각각 EL 표시장치의 화소부의 상면 구조 및 구성을 나타내는 도면.
도 16(A)∼도 16(F)는 전자 장치의 구체 예를 나타내는 도면.
도 17(A) 및 도 17(B)는 EL 모듈의 외관 및 단면을 나타내는 도면.
도 18(A)∼도 18(C)는 콘택트 구조의 제작공정을 나타내는 도면.
도 19는 EL 층의 적층 구조를 나타내는 도면.
도 20(A) 및 도 20(B)는 전자 장치의 구체 예를 나타내는 도면.
도 21(A) 및 도 21(B)는 EL 표시장치의 화소부의 구성을 나타내는 도면.
도 22(A) 및 도 22(B)는 EL 표시장치의 화소부의 구성을 나타내는 도면.
도 23은 EL 표시장치의 화소부의 단면 구조를 나타내는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11: 기판 12: 하지막 20: 제1 층간절연막
41: 제1 패시베이션 막 44: 제2 층간절연막
45: 제2 패시베이션 막 46: 화소 전극 47: EL 층
48: 음극 49: 보호 전극 50: 제3 패시베이션 막
201: 스위칭용 TFT 202: 전류제어용 TFT 203: EL 소자
본 발명은 기판 상에 제조된 반도체 소자(반도체 박막을 사용한 소자)에 의해 형성된 EL(전계발광) 표시장치로 대표되는 전기광학장치, 및 그 전기광학장치를 디스플레이(표시부로도 칭함)로서 구비한 전자 기기(전자 장치)에 관한 것이다.
근년, 기판 상에 TFT(박막트랜지스터)를 형성하는 기술이 대폭으로 진보되고 있고, 액티브 매트릭스형 표시장치에의 응용 개발이 진행되고 있다. 특히, 폴리실리콘 막을 사용한 TFT는 종래의 비정질 규소막을 사용한 TFT보다 더 높은 전계 효과 이동도(이동도로도 칭함)를 가지므로, 고속 동작이 가능하다. 그 때문에, 종래, 기판의 외부에 있는 구동회로에 의해 행해지던 화소 제어를 화소와 동일 기판 상에 형성된 구동회로에 의해 행하는 것이 가능하게 된다.
이러한 유형의 액티브 매트릭스형 표시장치는, 동일 기판 상에 각종의 회로 및 소자를 통합시킴으로써 제조 비용의 절감, 표시장치의 소형화, 생산수율의 향상 및 처리량의 증대와 같은 다수의 이점이 얻어질 수 있기 때문에 주목을 받고 있다.
액티브 매트릭스형 표시장치에서는, 각 화소를 위한 TFT에 의해 스위칭 소자가 형성되고, 그러한 스위칭 소자를 사용한 드라이버 소자에 의해 전류제어가 행해지고, EL 층(전계발광 층)이 발광하게 된다. 전형적인 화소 구조가, 예를 들어, 미국 특허 제5,684,365호(일본 공개특허공고 평8-234683호)의 도 1에 개시되어 있다.
상기 미국 특허의 도 1에 도시된 바와 같이, 스위칭 소자(T1)의 드레인이 전류제어 소자(T2)의 게이트 전극에 접속되고, 또한 커패시터(Cs)에도 병렬로 접속되어 있다. 전류제어 소자(T2)의 게이트 전압은 커패시터(Cs)에 축적된 전하에 의해 유지된다.
반면에, 스위칭 소자(T1)가 비선택 상태에 있을 때, 커패시터(Cs)가 접속되지 않으면 스위칭 소자(T1)를 통해 전하가 누출되고(이 때 흐르는 전류를 오프(off) 전류라 부른다), 전류제어 소자의 게이트 전극에 인가되는 전압이 유지될 수 없게 된다. 이것은 스위칭 소자(T1)가 트랜지스터로 형성되어 있기 때문에 불가피한 문제이다. 그러나, 커패시터(Cs)가 화소 내에 형성되므로, 이것이 화소의 유효 발광 면적(유효 화상 표시 면적)을 감소시키는 요인이 된다.
또한, EL 층을 발광시키기 위해서는, 전류제어 소자(T2)에서 다량의 전류가 흐르는 것이 필요하다. 즉, TFT에 요구되는 성능이 스위칭 소자와 전류제어 소자에서 완전히 다르게 된다. 이러한 경우, 동일 구조의 TFT만으로는 모든 회로 및 소자에 요구되는 성능을 확보하는 것이 곤란하다.
본 발명은 상기한 종래 기술을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 동작 성능이 우수하고 신뢰성이 높은 전기광학장치, 특히 EL 표시장치를 제공하는데 있다. 본 발명의 다른 목적은 전기광학장치의 화질을 높임으로써 그 전기광학장치를 디스플레이로서 구비한 전자 기기(전자 장치)의 품질을 향상시키는데 있다.
상기 목적들을 달성하기 위해, 본 발명에서는, EL 표시장치의 각 화소에 포함되는 소자들에 요구되는 성능을 감안하여 최적의 구조를 가지는 TFT를 할당한다. 즉, 상이한 구조를 가지는 TFT들이 동일 화소 내에 존재한다. 구체적으로는, 오프 전류값을 충분히 낮추는 것을 가장 중요한 과제로 하는 소자(예를 들어, 스위칭 소자)는 고속 동작보다는 오프 전류값을 감소시키는데 중점을 둔 TFT 구조로 하고, 대전류를 흐르게 하는 것을 가장 중요한 과제로 하는 소자(예를 들어, 전류제어 소자)는 오프 전류값의 감소보다는 대전류 흐름과, 그것과 동시에 현저한 문제가 되는 핫 캐리어 주입으로 인한 열화(劣化)를 억제하는데 중점을 둔 TFT 구조로 한다.
본 발명에서는, 동일 기판 상에 상기한 바와 같은 적절한 TFT를 나누어 사용함으로써 EL 표시장치의 동작 성능을 높이고 그의 신뢰성을 향상시키는 것이 가능하게 된다. 본 발명의 사상은 화소부에만 한정되는 것이 아니고, 본 발명은 화소부 및 그 화소부를 구동시키는 구동회로부에 포함되는 TFT 구조의 최적화를 도모하는 점에도 특징이 있다.
[실시형태]
도 1, 도 2(A) 및 도 2(B)를 사용하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명한다. 도 1에는 본 발명의 EL 표시장치의 화소의 단면도가 도시되어 있고, 도 2(A)에는 그의 상면도가 도시되어 있고, 도 2(B)에는 그의 회로 구성이 도시되어 있다. 실제로는, 이러한 화소가 매트릭스 형태로 다수 배열되어 화소부(화상 표시부)가 형성된다.
도 1의 단면도는 도 2(A)에 도시된 상면도의 A-A'선에 따른 단면을 나타낸 다. 도 1, 도 2(A) 및 도 2(B)에서는 공통의 부호가 사용되고 있으므로, 이들 3개의 도면을 적절히 참조할 수 있다. 또한, 도 2(A)의 상면도에는 2개의 화소가 도시되어 있는데, 모두 동일한 구조이다.
도 1에서, 부호 11은 기판을 나타내고, 부호 12는 하지막을 나타낸다. 기판(11)으로서는, 유리 기판, 유리 세라믹 기판, 석영 기판, 규소 기판, 세라믹 기판, 금속 기판 또는 플라스틱 기판(플라스틱 막을 포함하고 있는)이 사용될 수 있다.
또한, 하지막(12)은 가동(可動) 이온을 함유하는 기판 또는 도전성을 가지는 기판이 사용되는 경우에 특히 효과적이지만, 석영 기판에는 형성될 필요가 없다. 하지막(12)으로서는, 규소를 함유한 절연막이 사용될 수 있다. 본 명세서에서 "규소를 함유한 절연막"이란, 구체적으로는 산화규소막, 질화규소막 또는 잘화산화규소막(SiOxNy로 표시됨)과 같은, 규소, 산소 및 질소를 소정 비율로 함유하는 절연막을 가리킨다.
본 실시형태에서는, 화소 내에 2개의 TFT가 형성되어 있다. 부호 201은 스위칭 소자로서 기능하는 TFT(이후, 스위칭용 TFT라 칭함)를 나타내고, 부호 202는 EL 소자로 흐르는 전류의 양을 제어하는 전류제어 소자로서 기능하는 TFT(이후, 전류제어용 TFT라 칭함)를 나타내며, 양자 모두 n채널형 TFT로 형성되어 있다.
n채널형 TFT의 전계효과 이동도는 p채널형 TFT의 전계효과 이동도보다 더 크므로, 동작 속도가 빠르고 대전류가 용이하게 흐를 수 있다. 또한, 동일 양의 전 류 흐름에서도, n채널형 TFT가 보다 더 소형으로 될 수 있다. 따라서, 전류제어용 TFT로서 n채널형 TFT를 사용한 경우에 표시부의 유효 면적이 보다 더 커지므로, 바람직하다.
p채널형 TFT는 핫 캐리어 주입이 거의 문제로 되지 않고 오프 전류값이 낮다는 이점을 가지며, 스위칭용 TFT 및 전류제어용 TFT로서 p채널형 TFT를 사용하는 예들이 이미 보고되어 있다. 그러나, 본 발명에서는, LDD 영역의 위치가 상이한 구조로 함으로써, n채널형 TFT에서도 핫 캐리어 주입 및 오프 전류값의 문제가 해결된다. 본 발명은 모든 화소 내의 모든 TFT를 n채널형 TFT로 하는 점에 특징이 있다.
본 발명에서 스위칭용 TFT 및 전류제어용 TFT를 n채널형 TFT로 한정할 필요는 없고, 스위칭용 TFT 또는 전류제어용 TFT 또는 양자 모두에 p채널형 TFT를 사용하는 것도 가능하다.
스위칭용 TFT(201)는 소스 영역(13), 드레인 영역(14), LDD 영역(15a∼15d), 고농도 불순물 영역(16) 및 채널 형성 영역(17a, 17b)을 포함하는 활성층; 게이트 절연막(18); 게이트 전극(19a, 19b); 제1 층간절연막(20); 소스 배선(21); 및 드레인 배선(22)을 가지도록 형성된다.
도 2(A)에 도시된 바와 같이, 게이트 전극(19a, 19b)이, 상이한 재료(게이트 전극(19a, 19b)보다도 저항이 낮은 재료)로 형성된 게이트 배선(211)에 의해 전기적으로 접속된 이중 게이트 구조로 되어 있는 점이 본 발명의 특징이다. 물론, 이중 게이트 구조뿐만 아니라 삼중 게이트 구조와 같은 소위 멀티게이트 구조(2개 이 상의 채널 형성 영역이 직렬 접속된 활성층을 포함하는 구조)도 사용될 수 있다. 멀티게이트 구조는 오프 전류값을 낮추는데 매우 효과적이고, 본 발명에서는 화소의 스위칭용 TFT(201)를 멀티게이트 구조로 함으로써 낮은 오프 전류값의 스위칭 소자를 실현하고 있다.
활성층은 결정 구조를 포함하는 반도체막으로 형성된다. 즉, 단결정 반도체막이 사용될 수 있고, 다결정 반도체막 또는 미(微)결정 반도체막도 사용될 수 있다는 것이다. 또한, 게이트 절연막(18)은 규소를 함유한 절연막으로 형성될 수 있다. 또한, 게이트 전극, 소스 배선 및 드레인 배선 모두에 도전성 막이 사용될 수 있다.
또한, 스위칭용 TFT의 LDD 영역(15a∼15d)은 게이트 절연막(18)을 사이에 두고 게이트 전극(19a, 19b)과 겹치지 않도록 형성된다. 이러한 구조는 오프 전류값을 낮추는데 매우 효과적이다.
채널 형성 영역과 LDD 영역 사이에 오프셋 영역(채널 형성 영역과 동일한 조성의 반도체 층을 포함하고 게이트 전압이 인가되지 않는 영역)을 형성하는 것이 오프 전류값을 낮추는데 보다 바람직하다. 또한, 2개 이상의 게이트 전극을 가진 멀티게이트 구조가 사용되는 경우, 채널 형성 영역들 사이에 형성된 고농도 불순물 영역이 오프 전류값을 낮추는데 효과적이다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 스위칭용 TFT(201)로서 멀티게이트 구조의 TFT를 사용함으로써 오프 전류값이 충분히 낮은 스위칭 소자를 실현하는 것에 특징이 있다. 따라서, 종래의 예에서 설명된 것과 같은 커패시터(Cs)를 형성함이 없이 도 충분한 시간(선택되고부터 다음에 선택될 때까지의 기간) 동안 전류제어용 소자의 게이트 전압을 유지할 수 있다.
즉, 유효 발광 면적의 감소를 야기하는 커패시터를 제거하는 것이 가능하게 되고, 유효 발광 면적을 증대시키는 것이 가능하게 된다. 이것은 EL 표시장치의 화질을 보다 밝게 할 수 있다는 것을 의미한다.
다음에, 전류제어용 TFT(202)는 소스 영역(31), 드레인 영역(32), LDD 영역(33) 및 채널 형성 영역(34)을 포함하는 활성층; 게이트 절연막(18); 게이트 전극(35); 제1 층간절연막(20); 소스 배선(36); 및 드레인 배선(37)을 가지도록 형성된다. 게이트 전극(35)은 단일 게이트 구조이지만, 멀티게이트 구조도 사용될 수 있다.
도 2(A) 및 도 2(B)에 도시된 바와 같이, 스위칭용 TFT(201)의 드레인은 전류제어용 TFT(202)의 게이트에 전기적으로 접속되어 있다. 구체적으로는, 전류제어용 TFT(202)의 게이트 전극(35)이 드레인 배선(접속 배선으로도 불림)(22)을 통해 스위칭용 TFT(201)의 드레인 영역(14)에 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 소스 배선(36)은 전류 공급 배선(212)에 접속되어 있다.
전류제어용 TFT의 특징은 그의 채널 폭이 스위칭용 TFT(201)의 채널 폭보다 더 크다는 것이다. 즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 스위칭용 TFT의 채널 길이를 L1이라 하고, 그의 채널 폭을 W1이라 하고, 전류제어용 TFT의 채널 길이를 L2라 하고, 그의 채널 폭을 W2라고 할 때, W2/L2
Figure 112006082458300-pat00001
5 ×W1/L1(바람직하게는 W2/L2
Figure 112006082458300-pat00002
10 ×W1/L2)인 관계식이 성립되도록 한다. 따라서, 전류제어용 TFT에서는 스위칭용 TFT에서보다 더 많은 전류가 용이하게 흐르는 것이 가능하다.
멀티게이트 구조의 스위칭용 TFT의 채널 길이(L1)는 형성된 2개 이상의 채널 형성 영역 각각의 채널 길이의 합이다. 도 8의 경우에는 이중 게이트 구조가 형성되어 있으므로, 2개의 채널 형성 영역 각각의 채널 길이(L1a, L1b)의 합이 스위칭용 TFT의 채널 길이(L1)가 된다.
본 발명에서, 채널 길이(L1, L2) 및 채널 폭(W1, W2)은 특정의 수치 범위 내로 한정되는 것은 아니고, W1은 O.1∼5 ㎛(대표적으로는, 1∼3 ㎛)이고, W2는 0.5∼30 ㎛(대표적으로는, 2∼10 ㎛)인 것이 바람직하다. 이때, L1은 0.2∼18 ㎛(대표적으로는, 2∼15 ㎛)이고, L2는 0.1∼50 ㎛(대표적으로는, 1∼20 ㎛)인 것이 바람직하다.
과도한 전류 흐름을 방지하기 위해 전류제어용 TFT의 채널 길이(L2)를 더 길게 설정하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, W2/L2
Figure 112006082458300-pat00003
3(더 바람직하게는 W2/L2
Figure 112006082458300-pat00004
5)이다. 또한, 바람직하게는 화소마다의 전류 흐름이 0.5∼2 ㎂(더 바람직하게는 1∼1.5 ㎂)이 되도록 한다.
이들 수치 범위 내로 함으로써, VGA급 화소수(640 ×480)를 가진 EL 표시장치로부터 하이비젼급 화소수(1920 ×1080)를 가진 EL 표시장치에 이르는 모든 규격을 망라할 수 있다.
또한, 스위칭용 TFT에 형성된 LDD 영역의 길이(폭)는 0.5∼3.5 ㎛, 대표적으로는 2.0∼2.5 ㎛로 하는 것이 좋다.
도 1에 도시된 EL 표시장치는 전류제어용 TFT(202)에서 드레인 영역(32)과 채널 형성 영역(34) 사이에 LDD 영역(33)이 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, LDD 영역(33)은 게이트 절연막(18)을 사이에 두고 게이트 전극(35)과 겹치는 영역과, 게이트 전극(35)과 겹치지 않는 영역 모두를 가지고 있다.
전류제어용 TFT(202)는 EL 소자(203)를 발광시키기 위한 전류를 공급하는 동시에, 그의 공급량을 제어하여 계조 표시를 가능하게 한다. 따라서, 대전류가 흐를 때에도 열화(劣化)가 없고, 핫 캐리어 주입으로 인한 열화에 대한 대책을 강구하는 것이 필요하다. 또한, 검은색을 표시할 때는 전류제어용 TFT(202)를 오프 상태로 하고, 이때 오프 전류값이 높으면 선명한 검은색 표시가 불가능하게 되고, 이것은 콘트라스트 감소와 같은 문제를 초래한다. 따라서, 오프 전류값을 억제하는 것이 필요하다.
핫 캐리어 주입으로 인한 열화에 관해서는, LDD 영역이 게이트 전극과 겹치는 구조가 매우 효과적인 것으로 알려져 있으나, 전체 LDD 영역이 게이트 전극과 겹치게 되면, 오프 전류값이 증가하므로, 본 발명자는 게이트 전극과 겹치지 않는 LDD 영역이 직렬로 형성되어 있는 신규한 구조에 의해 핫 캐리어 주입과 오프 전류값 모두에 대한 대책을 일시에 해결하였다.
이때, 게이트 전극과 겹치는 LDD 영역의 길이는 0.1∼3 ㎛(바람직하게는 0.3∼1.5 ㎛)로 될 수 있다. 그 길이가 너무 길면, 기생 용량이 커지고, 그 길이가 너무 짧으면, 핫 캐리어 방지 효과가 약화된다. 또한, 게이트 전극과 겹치지 않는 LDD 영역의 길이는 1.0∼3.5 ㎛(바람직하게는 1.5∼2.0 ㎛로 설정될 수 있다. 그 길이가 너무 길면, 충분한 전류가 흐를 수 없게 되고, 그 길이가 너무 짧으면, 오 프 전류값을 감소시키는 효과가 약화된다.
상기한 구조에서 게이트 전극과 LDD 영역이 겹치는 영역에 기생 용량이 형성되므로, 이 영역이 소스 영역(31)과 채널 형성 영역(34) 사이에는 형성되지 않는 것이 바람직하다. 전류제어용 TFT의 경우에는 캐리어(이 경우에는 전자) 흐름 방향이 항상 동일하므로, 드레인 영역 측에만 LDD 영역을 형성해도 충분하다.
또한, 흐를 수 있는 전류의 양을 증대시키는 관점에서 보면, 전류제어용 TFT(202)의 활성층(특히, 채널 형성 영역)의 막 두께를 두껍게(바람직하게는 50∼100 ㎛, 더 바람직하게는 60∼80 ㎛) 하는 것도 효과적이다. 역으로, 스위칭용 TFT(201)에서는 오프 전류값을 작게 하는 관점에서 보면, 활성층(특히, 채널 형성 영역)의 막 두께를 얇게(바람직하게는 20∼50 ㎛, 더 바람직하게는 25∼40 ㎛) 하는 것도 효과적이다.
다음에, 부호 41은 제1 패시베이션 막을 나타내고, 그의 막 두께는 10 ㎚∼1 ㎛(바람직하게는 200∼500 ㎚)로 설정될 수 있다. 이 패시베이션 막의 재료로서는, 규소를 함유한 절연막(특히, 바람직하게는 질화산화규소막 또는 질화규소막)이 사용될 수 있다. 제1 패시베이션 막(41)은 제조된 TFT를 오염물 및 수분으로부터 보호하는 역할을 한다. 최종적으로 TFT 상에 형성되는 EL 층에는 나트륨과 같은 알칼리 금속이 함유된다. 즉, 제1 패시베이션 막(41)은 이들 알칼리 금속(가동 이온)이 TFT 속으로 침입하지 못하도록 하는 보호층으로서 작용한다. 본 명세서 전반에 걸쳐 "알칼리 금속"이라는 용어 내에는 알칼리 금속과 알칼리 토류 금속이 포함된다.
또한, 제1 패시베이션 막(41)이 방열(放熱) 효과를 가지게 함으로써, EL 층의 열적 열화를 방지하는데에도 효과적이다. 도 1 구조의 EL 표시장치에서는 기판(11) 측으로 광이 방출되므로, 제1 패시베이션 막(41)이 투광성을 가지는 것이 필요하다.
방열 효과를 가지는 투광성 재료로서는, B(붕소), C(탄소) 및 N(질소)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 원소와, Al(알루미늄), Si(규소) 및 P(인)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 원소를 함유하는 화합물을 들 수 있다. 예를 들어, 질화알루미늄(AlxNy)으로 대표되는 알루미늄 질화물; 탄화규소(SixCy)로 대표되는 규소 탄화물; 질화규소(SixNy)로 대표되는 규소 질화물; 질화붕소(BxNy)로 대표되는 붕소 질화물; 또는 인화붕소(BxPy)로 대표되는 붕소 인화물을 사용할 수 있다. 또한, 산화알루미늄(AlxOy)으로 대표되는 알루미늄 산화물은 투광성이 우수하고, 20 Wm-1K-1의 열전도도를 가지기 때문에, 바람직한 재료 중 하나라고 말할 수 있다. 이들 재료는 방열 효과 뿐만 아니라 수분 및 알칼리 금속과 같은 물질의 침입을 방지하는 효과도 있다. 상기한 투광성 재료에서 x 및 y는 임의의 정수(整數)이다.
상기한 화합물들은 다른 원소와 조합될 수도 있다. 예를 들어, 산화알루미늄에 질소가 첨가된 AlNxOy로 표시되는 질화산화 알루미늄을 사용하는 것도 가능하다. 이 재료도 방열 효과 뿐만 아니라 수분 및 알칼리 금속과 같은 물질의 침입응 방지하는 효과도 있다. 상기한 질화산화 알루미늄에서 x 및 y는 임의의 정수이다.
또한, 일본 공개특허공고 소62-90260호 공보에 개시된 재료들도 사용될 수 있다. 즉, Si, Al, N, O 및 M을 함유하는 화합물도 사용될 수 있다(M은 희토류 원소, 바람직하게는 Ce(세슘), Yb(이테르븀), Sm(사마륨), Er(에르븀), Y(이트륨), La(란탄), Gd(가돌리늄), Dy(디스프로슘) 및 Nd(네오디뮴)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 원소이다). 이들 재료도 방열 효과 뿐만 아니라 수분 및 알칼리 금속과 같은 물질의 침입을 방지하는 효과도 있다.
또한, 다이아몬드 박막 또는 비정질 탄소(특히, 다이아몬드의 특성에 가까운 특성을 가지는 것, 다이아몬드와 닮은 탄소(diamond-like carbon)로 불림)와 같은 탄소막도 사용될 수 있다. 이들은 열전도율이 매우 높고, 방열층으로서 매우 효과적이다. 막 두께가 두껍게 되면, 갈색을 띠어 투과율이 감소되므로, 가능한 한 얇은 막 두께(바람직하게는 5∼100 ㎚)를 사용하는 것이 좋다.
제1 패시베이션 막(41)의 목적은 오염물질 및 수분으로부터 TFT를 보호하는 것이므로, 이 효과를 상실하지 않도록 되어야 한다. 따라서, 상기한 방열 효과를 가지는 재료로 만들어진 박막이 단독으로 사용될 수 있지만, 그러한 박막과, 알칼리 금속 및 수분에 대한 차폐성을 가지는 박막(대표적으로, 질화규소막(SixNy) 또는 질화산화규소막(SiOxNy))을 적층시키는 것이 효과적이다. 상기한 질화규소 및 질화산화규소막에서 x 및 y는 임의의 정수이다.
부호 42는 컬러 필터를 나타내고, 부호 43은 형광체(형광 색소 층으로도 불 림)을 나타낸다. 양자는 동일한 색의 조합이고, 적색(R), 녹색(G) 또는 청색(B)의 색소를 함유한다. 컬러 필터(42)는 색 순도를 증대시키기 위해 형성되고, 형광제(43)는 색 변환을 행하기 위해 형성된다.
EL 표시장치에는 크게 나누어 다음의 4가지 컬러 표시방식이 있다. 즉, R, G 및 B에 대응하는 3종류의 EL 소자를 형성하는 방식, 백색 발광 EL 소자를 컬러 필터와 조합시키는 방식, 청색 또는 청녹색 발광 EL 소자와 형광체(형광성 색 변환 층(CCM))를 조합시키는 방식, 및 음극(대향 전극)에 투명 전극을 사용하고 R, G 및 B에 대응하는 EL 소자를 중첩시키는 방식이 있다.
도 1의 구조는 청색 발광 EL 소자와 형광체를 조합시키는 방식을 사용하는 경우의 예이다. 여기서는 청색 발광 층이 EL 소자(203)로서 사용되고, 자외광을 포함한 청색 영역 파장을 가지는 광이 형성되고, 형광체(43)는 그 광에 의해 활성화되어 적색, 녹색 또는 청색 광을 방출한다. 컬러 필터(42)에 의해 광의 색 순도가 증대되고, 그러한 광이 출력된다.
본 발명은 발광 방식에 관계없이 실시될 수 있고, 상기한 4가지 방식 모두가 본 발명에 사용될 수 있다.
또한, 컬러 필터(42) 및 형광체(43)를 형성한 후에, 제2 층간절연막(44)에 의해 평탄화를 행한다. 제2 층간절연막(44)으로서는 유기 수지 막이 바람직하고, 폴리이미드, 폴리아미드, 아크릴, BCB(벤조시클로부텐) 중의 하나가 사용될 수 있다. 물론, 충분한 평탄화가 가능하다면 무기 막도 사용할 수 있다.
TFT로 인한 단차를 제2 층간절연막(44)으로 평탄화하는 것은 매우 중요하다. 후에 형성되는 EL 층은 매우 얇기 때문에, 단차의 존재로 인해 발광 불량이 일어나는 경우가 있다. 따라서, 화소 전극을 형성하기 전에 평탄화를 행하여 EL 층을 가능한 한 평탄한 표면에 형성하도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 제2 층간절연막(44)상에 높은 방열 효과를 가지는 절연막(이후, 방열층이라 칭함)을 형성하는 것이 효과적이다. 5 ㎚∼1 ㎛(대표적으로는 20∼300 ㎚)의 막 두께가 바람직하다. 이러한 방열층은 EL 소자에 의해 발생된 열을 방출하여 EL 소자에 열이 축적되지 않도록 기능한다. 또한, 유기 수지 막으로 형성한 경우에는, 제2 층간절연막(44)이 열에 약하기 때문에, 방열층은 EL 소자에 의해 발생된 열로 인한 악영향을 제2 층간절연막(44)에 부여하지 않도록 작용한다.
상기한 바와 같이 EL 표시장치의 제조 시에 유기 수지 막에 의해 TFT의 평탄화를 행하는 것이 효과적이지만, EL 소자에 의해 발생된 열로 인한 유기 수지 막의 열화를 고려한 종래의 구조는 존재하지 않는다. 따라서, 방열층을 형성하는 것은 그러한 점을 해결하는데 매우 효과적이라고 말할 수 있다.
또한, 수분, 산소 또는 알칼리 금속에 대하여 불투과성인 재료(제1 패시베이션막(41)의 것과 유사한 재료)가 방열층으로 사용되면, 상기한 바와 같이 열로 인한 EL 소자 및 유기 수지 막의 열화를 방지하는 동시에, EL 층 내의 알칼리 금속이 TFT 쪽으로 확산하지 못하도록 하는 보호층으로도 기능할 수 있다. 또한, 방열층은 수분 및 산소가 TFT로부터 EL 층 내로 침입하지 못하도록 하는 보호층으로도 기능한다.
특히, 방열 효과가 요구된다면, 다이아몬드 막 또는 다이아몬드와 닮은 탄 소(diamond-like carbon) 막과 같은 탄소막이 바람직하고, 수분과 같은 물질의 침입을 방지하기 위해서는 탄소막과 질화규소막(또는 질화산화규소막)과의 적층 구조를 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
그리하여, 높은 방열 효과를 가지고 수분 및 알칼리 금속을 차단할 수 있는 절연막에 의해 TFT 측과 EL 소자 측이 분리되는 구조가 효과적이다.
부호 45는 투명 도전 막으로 된 화소 전극(EL 소자의 양극)을 나타낸다. 제2 층간절연막(44) 및 제1 패시베이션 막(41)에 콘택트 홀을 형성한 후, 화소 전극(45)을 전류제어용 TFT(202)의 드레인 배선(37)에 접속되도록 형성한다.
그리고, 화소 전극(45)상에 EL 층(유기 재료가 바람직함)(46), 음극(47) 및 보호 전극(48)을 순서대로 형성한다. EL 층(46)으로서는 단층 구조 또는 적층 구조가 사용될 수 있지만, 적층 구조를 사용하는 경우가 더 많다. 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층, 정공 주입층 또는 정공 수송층과 같은 층들의 조합과 같은 각종 적층 구조가 제안되어 있지만, 본 발명에서는 어느 구조라도 사용될 수 있다. EL 층에 형광성 색소를 도핑하는 것도 행해질 수 있다. 본 명세서의 전반에 걸쳐 화소 전극(양극), EL 층 및 음극에 의해 형성된 발광 소자를 EL 소자라 부른다.
이미 공지된 모든 EL 재료가 본 발명에 사용될 수 있다. 유기 재료가 그러한 재료로서 널리 알려져 있고, 구동 전압을 고려하면 유기 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 하기의 미국 특허 및 일본 특허출원에 개시된 재료들이 유기 EL 재료로서 사용될 수 있다.
미국 특허 제4,356,429호, 미국 특허 제4,539,507호, 미국 특허 제4,720,432 호, 미국 특허 제4,769,292호, 미국 특허 제4,885,211호, 미국 특허 제4,950,950호, 미국 특허 제5,059,861호, 미국 특허 제5,047,687호, 미국 특허 제 5,073,446호, 미국 특허 제5,059,862호, 미국 특허 제5,061,617호, 미국 특허 제5,151,629호, 미국 특허 제5,294,869호, 미국 특허 제5,294,870호, 일본 공개특허공고 평10-189525호, 일본 공개특허공고 평8-241048호, 일본 공개특허공고 평8-78159호.
구체적으로는, 아래의 일반식으로 표시되는 것과 같은 유기 재료가 정공 주입층의 유기 재료로서 사용될 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112006082458300-pat00005
식 1에서, Q는 N 또는 C-R(탄소 체인)이고, M은 금속, 금속 산화물 또는 금속 할로겐화물이고, R은 수소, 알킬, 아르알킬, 아릴 또는 알칼릴이고, T1 및 T2는 수소, 알킬 또는 할로겐과 같은 치환기를 포함하는 불포화 6원 고리이다.
또한, 아래의 일반식으로 표시되는 테트라아릴디아민을 포함하는 것이 바람직한 방향족 제3 아민이 정공 수송층의 유기 재료로서 사용될 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112006082458300-pat00006
식 2에서, Are는 아릴렌 기이고, n은 1∼4의 정수이고, Ar, R7, R8, R9는 각각 각종 선택된 아릴 기이다.
또한, EL 층, 전자 수송층 또는 전자 주입층의 유기 재료로서는 금속 옥시노이드 화합물이 사용될 수 있다. 아래의 일반식으로 표시되는 것과 같은 재료가 금속 옥시노이드 화합물로서 사용될 수 있다.
[화학식 3]
Figure 112006082458300-pat00007
R2∼R7은 치환될 수 있고, 다음과 같은 금속 옥시노이드 회힙물도 사용될 수 있다.
[화학식 4]
Figure 112006082458300-pat00008
식 4에서, R2∼R7은 상기한 바와 같이 정의되고, L1∼L5는 1∼12개의 탄소 원소를 함유하는 탄수화물 기이며, L1과 L2 모두 또는 L2와 L3 모두는 벤조 고리로 형성된다. 또한, 다음과 같은 금속 옥시노이드 화합물도 사용될 수 있다.
[화학식 5]
Figure 112006082458300-pat00009
화학식 5에서, R2∼R6은 치환될 수 있다. 그리하여, 유기 리간드(ligand)를 가진 배위 화합물이 유기 EL 재료로서 포함될 수 있다. 상기한 예들은 단지 본 발명의 EL 재료로서 사용될 수 있는 유기 EL 재료의 일부 예에 불과할 뿐이고, EL 재료를 이들에 한정할 필요는 전혀 없다.
또한, EL 층을 형성하기 위해 잉크 제트법을 사용하는 경우, EL 재료로서 중합체 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 대표적인 중합체 재료로서는, 폴리파라페 닐렌 비닐렌(PPV) 및 폴리플루오렌과 같은 중합체 재료를 들 수 있다. 컬러화를 위해서는, 예를 들어, 적색 발광재료에 시아노-폴리페닐렌 비닐렌을, 녹색 발광재료에 폴리페닐렌 비닐렌을, 청색 발광재료에 폴리페닐렌 비닐렌 및 폴리알킬페닐렌을 사용하는 것이 바람직하다. 잉크 제트법에 사용될 수 있는 유기 EL 재료와 관해서는, 일본 공개특허공고 평10-012377호 공보에 개시된 모든 재료를 인용할 수 있다.
또한, 음극(47)으로서는, 마그네슘(Mg), 리튬(Li), 세슘(Cs), 바륨(Ba), 칼륨(K), 베릴륨(Be) 또는 칼슘(Ca)과 같은 낮은 일 함수 재료를 함유하는 재료가 사용된다. 바람직하게는, MgAg(Mg:Ag = 10:1의 비율로 Mg와 Ag가 혼합된 재료)로 된 전극이 사용될 수도 있다. 또한, 또 다른 예로서, MgAgAl 전극, LiAl 전극 및 LiFAl 전극을 들 수 있다. 보호 전극(48)은 음극(47)으로의 외부 수분의 침입에 대한 보호막이 되도록 형성되는 전극이고, 알루미늄(Al) 또는 은(Ag)을 함유한 재료가 사용된다. 보호 전극(48)은 방열 효과도 가진다.
EL 층(46)과 음극(47)을 대기에의 노출 없이 연속적으로 형성하는 것이 바람직하다. 즉, EL 층 및 음극이 어떠한 유형의 적층 구조를 가지더라도, 멀티체임버(클러스터 공구로도 불림)형의 성막장치에서 모두 연속적으로 형성되는 것이 바람직하다. 이것은, EL 층으로서 유기 재료를 사용할 경우에는 그것이 수분에 매우 약하기 때문에 EL 층이 대기에 노출되었을 때 수분을 흡수하는 것을 피하기 위한 것이다. 또한, EL 층(46)과 음극(47)뿐만 아니라 그 위에 있는 보호 전극(48)까지 연속적으로 형성하는 것이 더욱 바람직하다.
EL 층은 열에 매우 약하기 때문에, 성막방법으로서 진공 증착법(특히, 분자 단위 수준의 매우 얇은 막을 형성하는데 유기 분자 빔 증착법이 효과적이다), 스퍼터링법, 플라즈마 CVD법, 스핀 코팅법, 스크린 인쇄법 또는 이온 도금법을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 잉크 제트법에 의해 EL 층을 형성하는 것도 가능하다. 잉크 제트법에는, 공동화(cavitation)를 이용하는 버블 제트법(일본 공개특허공고 평5-116297호 공보 참조)과, 피에조 소자를 이용하는 피에조 방법(일본 공개특허공고 평8-290647호 공보 참조)이 있고, 유기 EL 재료가 열에 약하다는 사실을 고려할 때 피에조 방법이 바람직하다.
부호 49는 제2 패시베이션 막을 나타내고, 그의 막 두께는 10 ㎚∼1 ㎛(바람직하게는 200∼500 ㎚)로 설정될 수 있다. 제2 패시베이션 막(49)을 형성하는 목적은 주로 EL 층(46)을 수분으로부터 보호하는 것이지만, 제1 패시베이션 막(41)과 마찬가지로 제2 패시베이션 막(49)이 방열 효과를 가지도록 만들어지는 것이 좋다. 따라서, 제2 패시베이션 막(49)의 형성 재료로서는, 제1 패시베이션 막(41)에 사용된 것과 동일한 재료가 사용될 수 있다. EL 층(46)으로서 유기 재료가 사용되는 경우에는 그 층이 산소와의 결합으로 인해 열화되기 때문에, 산소를 쉽게 방출하지 않는 절연막을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기한 바와 같이 EL 층이 열에 약하기 때문에, 가능한 한 낮은 온도(바람직하게는 실온으로부터 120℃까지의 온도 범위)에서 성막하는 것이 바람직하다. 따라서, 플라즈마 CVD법, 스퍼터링법, 진공 증착법, 이온 도금법 또는 용액 도포법(스핀 코팅법)이 바람직한 성막방법이라 말할 수 있다.
본 발명의 EL 표시장치는 상기한 바와 같은 구조의 화소를 포함하는 화소부를 가지고 있고, 그의 화소에는 기능에 따라 상이한 구조를 가지는 TFT가 배치되어 있다. 충분히 낮은 오프 전류값을 가지는 스위칭용 TFT와 핫 캐리어 주입에 대하여 강한 전류제어용 TFT가 동일 화소 내에 형성될 수 있고, 그리하여, 신뢰성이 높고 양호한 화상 표시를 할 수 있는 EL 표시장치가 형성될 수 있다.
도 1의 화소 구조에서의 가장 중요한 점은 멀티게이트 구조의 TFT가 스위칭용 TFT로서 사용된다는 것이고, LDD 영역의 배치와 같은 것과 관련해서는 도 1의 구조에 한정될 필요는 없다.
이하, 상기한 구조를 가지는 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명한다.
[실시예 1]
본 실시예를 도 3(A)∼도 5(C)를 사용하여 설명한다. 본 실시예에서는, 화소부와 그 화소부의 주변에 형성된 구동회로부의 TFT를 동시에 제작하는 방법에 관하여 설명한다. 설명을 간단히 하기 위해, 구동회로에 관해서는 기본 회로인 CMOS 회로를 나타내고 있다.
먼저, 도 3(A)에 도시된 바와 같이, 유리 기판(300)상에 하지막(301)을 300 ㎚의 두께로 형성한다. 본 실시예에서는 하지막(301)으로서 질화산화규소막을 성막하였다. 이때, 유리 기판(300)과 접촉하는 막의 질소 농도를 10∼25 중량%로 하는 것이 좋다.
또한, 하지막(301)의 일부로서, 도 1에 도시된 제1 패시베이션 막(41)과 동 일한 재료로 이루어진 방열층(放熱層)을 형성하는 것이 효과적이다. 전류제어용 TFT에서는 큰 전류가 흘러 열이 쉽게 발생되므로, 전류제어용 TFT에 가능한 한 가깝게 방열층을 형성하는 것이 효과적이다.
그 다음, 공지의 성막법에 의해 하지막(301)상에 비정질 규소막(도시되지 않음)을 50 ㎚의 두께로 형성한다. 이것은 비정질 규소막에 한정될 필요는 없고, 비정질 구조를 함유한 반도체막(미(微)결정 반도체막을 포함)이라면 다른 막을 형성할 수도 있다. 또한, 비정질 규소 게르마늄 막과 같은 비정질 구조를 함유한 화합물 반도체막도 사용될 수 있다. 또한, 그의 막 두께는 20∼100 ㎚로 할 수도 있다.
그 다음, 공지의 방법으로 비정질 규소막을 결정화하여 결정성 규소막(다결정성 규소막 또는 폴리실리콘 막이라 부르기도 함)(302)을 형성한다. 공지의 결정화 방법으로서는, 전기로(爐)를 사용한 열 결정화법, 레이저를 사용한 레이저 어닐 결정화법 및 적외선 램프를 사용한 램프 어닐 결정화법이 있다. 본 실시예에서는 XeCl 가스를 이용한 엑시머 레이저로부터의 광을 사용하여 결정화를 행하였다.
본 실시예에서는 선 형상으로 가공된 펄스 발진형 엑시머 레이저광을 사용하지만, 직사각형 형상도 사용될 수 있고, 연속 발진형 아르곤 레이저광 및 연속 발진형 엑시머 레이저광도 사용될 수 있다.
본 실시예에서는 결정성 규소막을 TFT의 활성층으로 사용하지만, 비정질 규소막을 활성층으로 사용하는 것도 가능하다. 그러나, 전류제어용 TFT는 큰 전류를 흐르게 할 필요성이 있으므로, 전류가 쉽게 흐를 수 있는 결정성 규소막을 사용하 는 것이 보다 더 유효하다.
오프 전류를 감소시킬 필요가 있는 스위칭용 TFT의 활성층을 비정질 규소막으로 형성하고, 전류제어용 TFT의 활성층을 결정성 규소막으로 형성하는 것이 효과적이다. 비정질 규소막은 캐리어 이동도가 낮기 때문에 전류가 흐르기 어려워 오프 전류가 쉽게 흐르지 못한다. 즉, 전류가 흐르기 어려운 비정질 규소막과 전류가 흐르기 쉬운 결정성 규소막 모두의 이점이 최대한으로 발휘될 수 있다.
그 다음, 도 3(B)에 도시된 바와 같이, 결정성 규소막(302)상에 산화규소막으로 된 보호막(303)을 130 ㎚의 두께로 형성한다. 이 두께는 100∼200 ㎚(바람직하게는 130∼170 ㎚)의 범위 내에서 선택될 수 있다. 또한, 규소를 함유한 절연막이라면 다른 막을 형성할 수도 있다. 보호막(303)은 불순물의 첨가 시에 결정성 규소막이 플라즈마에 직접 노출되지 않도록 하고 또한 불순물의 섬세한 농도 제어를 가능하게 하기 위해 형성된다.
그리고, 보호막(303)상에 레지스트 마스크(304a, 304b)를 형성하고, n형 도전성을 부여하는 불순물 원소(이후, n형 불순물 원소라 칭함)를 첨가한다. n형 불순물 원소로서는, 주기율표 15족에 속하는 원소, 전형적으로는 인 또는 비소가 사용될 수 있다. 본 실시예에서는 질량 분리 없이 포스핀(PH3)을 플라즈마 여기하는 플라즈마 도핑법을 사용하고, 인을 1 ×1018 원자/㎤의 농도로 첨가하였다. 물론, 질량 분리를 행하는 이온 주입법이 사용될 수도 있다.
이 공정에 의해 형성되는 n형 불순물 영역(305, 306)에는 n형 불순물 원소가 2 ×1016∼5 ×1019 원자/㎤(대표적으로는 5 ×1017∼5 ×1018 원자/㎤)의 농도로 함유되도록 도즈량을 조절한다.
그 다음, 도 3(C)에 도시된 바와 같이, 보호막(303)을 제거하고, 첨가된 주기율표 15족 원소를 활성화시킨다. 활성화 수단으로서는 공지의 활성화 기술을 사용할 수 있으나, 본 실시예에서는 엑시머 레이저광의 조사에 의해 활성화를 행하였다. 펄스 발진형 레이저와 연속 발진형 레이저 모두가 사용될 수 있고, 엑시머 레이저광에 한정될 필요는 없다. 그러나, 첨가된 불순물 원소의 활성화가 목적이므로, 결정성 규소막이 용융되지 않는 정도의 에너지로 레이저광 조사를 행하는 것이 바람직하다. 보호막(303)을 그대로 둔 채 레이저광 조사를 행할 수도 있다.
레이저광에 의한 불순물 원소의 활성화와 함께 열처리에 의한 활성화를 행할 수도 있다. 열처리에 의해 활성화를 행할 때에는, 기판의 내열성을 고려하여 450∼550℃ 정도로 열처리를 행하는 것이 좋다.
이 공정에 의해, n형 불순물 영역(305, 306)의 엣지(edge), 즉, n형 불순물 영역(305, 306)의 주변에 존재하는 n형 불순물 원소가 첨가되지 않은 영역과의 경계부(접합부)가 명확하게 된다. 이것은 후에 TFT가 완성된 시점에서 LDD 영역과 채널 형성 영역 사이에 매우 양호한 접합부가 형성될 수 있다는 것을 의미한다.
그 다음, 도 3(D)에 도시된 바와 같이, 결정성 규소막의 불필요한 부분을 제거하여, 섬 형상의 반도체막(이후, 활성층이라 칭함)(307∼310)을 형성한다.
그 다음, 도 3(E)에 도시된 바와 같이, 활성층(307∼310)을 덮도록 게이트 절연막(311)을 형성한다. 게이트 절연막(311)으로서는, 규소를 함유하고 두께가 10∼200 ㎚, 바람직하게는 50∼150 ㎚인 절연막이 사용될 수 있다. 이것은 단층 구조이어도 좋고 또는 적층 구조이어도 좋다. 본 실시예에서는 두께 110 ㎚의 질화산화규소막을 사용하였다.
그 다음, 두께 200∼400 ㎚의 도전막을 형성하고, 패터닝하여 게이트 전극(312∼316)을 형성한다. 본 실시예에서는, 게이트 전극과 그 게이트 전극에 접속된 인출 배선(이후, 게이트 배선이라 칭힘)을 상이한 재료로 형성하였다. 구체적으로는, 게이트 전극의 것보다 저항이 낮은 재료를 게이트 배선에 사용한다. 그 이유는, 게이트 전극으로서는 미세 가공될 수 있는 재료를 사용하고, 게이트 배선에는 미세 가공될 수 없을지라도 배선 저항이 낮은 재료를 사용하여야 하기 때문이다. 물론, 게이트 전극과 게이트 배선을 동일한 재료로 형성할 수도 있다.
또한, 게이트 배선을 단층의 도전막으로 형성할 수도 있고, 필요한 경우에는 2층 또는 3층의 적층막을 사용하는 것이 바람직할 수도 있다. 게이트 전극의 재료로서는 공지의 모든 도전막을 사용할 수 있다. 그러나, 상기한 바와 같이, 미세 가공될 수 있는 재료, 구체적으로는, 2 ㎛ 이하의 선 폭으로 패터닝될 수 있는 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
대표적으로는, 탄탈(Ta), 티탄(Ti), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W) 및 크롬(Cr)으로 이루어진 군에서 선택된 재료의 막, 또는 상기 원소들의 질화물 막(대표적으로, 질화 탄탈 막, 질화 텅스텐 막 또는 질화 티탄 막), 또는 상기 원소들을 조합한 합금막(대표적으로, Mo-W 합금막 또는 Mo-Ta 합금막), 또는 상기 원소들의 규화물 막(대표적으로 규화 텅스텐 막 또는 규화 티탄 막), 또는 도전성을 가지는 규소막이 사용될 수 있다. 물론, 단층 막 또는 적층 막이 사용될 수 있다.
본 실시예에서는, 두께 50 ㎚의 질화탄탈(TaN)막과 두께 350 ㎚의 Ta 막으로 된 적층막을 사용하였다. 이 막은 스퍼터링법에 의해 형성하는 것이 좋다. 또한, 스퍼터링 가스로서 Xe 또는 Ne와 같은 불활성 가스를 첨가하면, 응력으로 인한 막의 벗겨짐이 방지될 수 있다.
이때, 게이트 전극(313, 316)은 각각 게이트 절연막(311)을 사이에 두고 n형 불순물 영역(305, 306)의 일부와 겹치도록 형성된다. 이 겹침 부분은 후에 게이트 전극과 겹치는 LDD 영역이 된다.
그 다음, 도 4(A)에 도시된 바와 같이, 게이트 전극(312∼316)을 마스크로 하여 자기정합적으로 n형 불순물 원소(본 실시예에서는 인)를 첨가한다. 이렇게 하여 형성되는 불순물 영역(317∼323)에는 n형 불순물 영역(305, 306)의 농도의 1/10∼1/2(대표적으로는 1/4∼1/3)의 농도로 인이 첨가되도록 조절한다. 구체적으로는, 1 ×1016∼5 ×1018 원자/㎤(대표적으로는 3 ×1017∼3 ×1018 원자/㎤)의 농도가 바람직하다.
그 다음, 도 4(B)에 도시된 바와 같이, 게이트 전극들을 덮도록 레지스트 마스크(324a∼324d)를 형성하고, n형 불순물 원소(본 실시예에서는 인)를 첨가하여, 고농도로 인을 함유한 불순물 영역(325∼331)을 형성한다. 여기서도, 포스핀(PH3)을 사용한 이온 도핑법으로 행하고, 이들 영역의 인의 농도가 1 ×1020∼1 ×1021 원 자/㎤(대표적으로는 2 ×1020∼5 ×1020 원자/㎤)로 되도록 이온 도핑을 조절한다.
이 공정에 의해 n채널형 TFT의 소스 영역 및 드레인 영역이 형성되고, 스위칭용 TFT에서는 도 4(A)의 공정에서 형성된 n형 불순물 영역(320∼322)의 일부가 잔존한다. 이들 잔존 영역이 도 1의 스위칭용 TFT의 LDD 영역(15a∼15d)에 대응한다.
그 다음, 도 4(C)에 도시된 바와 같이, 레지스트 마스크(324a∼324d)를 제거하고, 새로운 레지스트 마스크(332)를 형성한다. 이어서, p형 불순물 원소(본 실시예에서는 붕소)를 첨가하여, 고농도로 붕소를 함유한 불순물 영역(333, 334)을 형성한다. 여기서는, 디보란(B2H6)을 사용한 이온 도핑법에 의해 3 ×1020∼3 ×1021 원자/㎤(대표적으로는 5 ×1020∼1 ×1021 원자/㎤)의 농도로 붕소를 첨가한다.
불순물 영역(333, 334)에는 인이 1 ×1016∼5 ×1018 원자/㎤의 농도로 이미 첨가되어 있지만, 여기서 첨가되는 붕소가 인의 농도의 적어도 3배의 농도로 첨가되기 때문에, 이미 형성되어 있는 n형 불순물 영역이 p형으로 완전히 반전하여 p형 불순물 영역으로서 기능한다.
그 다음, 레지스트 마스크(332)를 제거한 후, 다양한 농도로 첨가된 n형 및 p형 불순물 원소를 활성화시킨다. 활성화 수단으로서는 노 어닐, 레이저 어닐 또는 램프 어닐을 행할 수 있다. 본 실시예에서는, 전기로에서 질소 분위기 중에 550℃로 4시간 열처리를 행하였다.
이때 분위기 중의 산소를 가능한 한 많이 제거하는 것이 중요하다. 이것은 산소가 조금이라도 존재하면 게이트 전극의 노출된 표면이 산화하여 저항의 증가를 초래하는 동시에 후에 옴 접촉(ohmic contact)을 이루기가 더욱 곤란하게 되기 때문이다. 따라서, 상기한 활성화 공정에서의 처리 분위기 중의 산소 농도를 1 ppm 이하, 바람직하게는 0.1 ppm 이하로 하는 것이 바람직하다.
활성화 공정을 완료한 후에, 두께 300 ㎚의 게이트 배선(335)을 형성한다. 게이트 배선(335)의 재료로서는, 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu)를 주성분(조성으로서 50∼100%를 포함)으로 하는 금속막이 사용될 수 있다. 도 2의 게이트 배선(211)과 같이, 스위칭용 TFT의 게이트 전극(314, 315)(도 2의 게이트 전극(19a, 19b)에 대응함)을 전기적으로 접속하도록 하는 배치로 게이트 배선(335)을 형성한다.(도 4(D))
이러한 구조로 함으로써 게이트 배선의 배선 저항이 극히 작게 될 수 있으므로, 면적이 큰 화상 표시 영역(화소부)을 형성할 수 있다. 즉, 본 실시예의 화소 구조는 화면 크기가 대각선 10인치 이상(또한, 대각선 30인치 이상)인 EL 표시장치를 실현할 수 있기 때문에 매우 효과적이다.
그 다음, 도 5(A)에 도시된 바와 같이, 제1 층간절연막(336)을 형성한다. 제1 층간절연막(336)으로서는 규소를 함유한 절연막을 단층으로 사용하지만, 적층 막을 중간에 조합할 수도 있다. 또한, 400 ㎚∼1.5 ㎛의 막 두께가 사용될 수 있다. 본 실시예에서는, 두께 200 ㎚의 질화산화규소막 상에 두께 800 ㎚의 산화규소막을 적층한 구조가 사용되었다.
또한, 3∼100%의 수소를 함유한 분위기에서 300∼400℃로 1∼12시간 열처리하여 수소화 처리를 행한다. 이 공정은 열적으로 활성화된 수소에 의해 반도체막 중의 댕글링 본드(dangling bond)를 수소 종단하는 공정이다. 다른 수소화 수단으로서, 플라즈마 수소화(플라즈마에 의해 활성화된 수소를 사용)를 행할 수도 있다.
수소화 처리는 제1 층간절연막(336)의 형성 공정 중에 개재될 수도 있다. 즉, 두께 200 ㎚의 질화산화규소막을 형성한 후에 상기한 바와 같이 수소화 처리를 행하고, 이어서 두께 800 ㎚의 산화규소막을 형성할 수도 있다.
그 다음, 제1 층간절연막(336)에 콘택트 홀을 형성하고, 소스 배선(337∼340) 및 드레인 배선(341∼343)을 형성한다. 본 실시예에서는, 이들 배선으로서, 스퍼터링법에 의해 연속적으로 형성된 100 ㎚의 티탄 막, 300 ㎚의 티탄 함유 알루미늄 막 및 150 ㎚의 티탄 막의 3층 구조의 적층막을 사용하였다. 물론, 다른 도전막도 사용될 수 있고, 은, 팔라듐 및 구리를 함유한 합금막도 사용될 수 있다.
그 다음, 제1 패시베이션 막(344)을 50∼500 ㎚(대표적으로는 200∼300 ㎚)의 두께로 형성한다. 본 실시예에서는 제1 패시베이션 막(344)으로서 두께 300 ㎚의 질화산화규소막을 사용하였다. 이것은 질화규소막으로 대체될 수도 있다. 물론, 도 1의 제1 패시베이션 막(41)과 동일한 재료를 사용하는 것도 가능하다.
질화산화규소막을 형성하기 전에 H2 또는 NH3과 같은 수소 함유 가스를 사용하여 플라즈마 처리를 행하는 것이 효과적이다. 이 전(前)처리에 의해 활성화된 수소가 제1 층간절연막(336)에 공급되고, 열처리를 행함으로써 제1 패시베이션 막(344)의 막질이 개선된다. 그와 동시에, 제1 층간절연막(336)에 첨가된 수소가 하층 측으로 확산하여, 활성층이 효과적으로 수소화될 수 있다.
그 다음, 도 5(B)에 도시된 바와 같이, 컬러 필터(345) 및 형광체(346)를 형성한다. 이들에는 공지의 재료가 사용될 수 있다. 또한, 이들은 별도로 패터닝되어 형성되거나, 또는 연속적으로 형성된 후 함께 패터닝될 수도 있다. 그 성막 방법으로서는, 스크린 인쇄법, 잉크 제트법 또는 마스크 증착법(마스크재를 사용한 선택적 성막 방법) 등의 방법이 사용될 수 있다.
각각의 막 두께는 0.5∼5 ㎛(대표적으로는 1∼2 ㎛)의 범위 내에서 선택될 수 있다. 특히, 형광체(346)의 최적 막 두께는 사용되는 재료에 따라 다르다. 즉, 막 두께가 너무 얇으면 색변환 효율이 나빠지고, 막 두께가 너무 두꺼우면 단차가 커져서 투과 광량이 떨어진다. 따라서, 최적의 막 두께는 양 특성의 균형을 고려하여 결정되어야 한다.
본 실시예에서는, EL 층으로부터 발생한 광을 색변환하는 컬러화 방식을 예로 들어 설명하지만, R, G 및 B에 대응하는 EL 층을 개별로 제조하는 방식을 채용하는 경우에는 컬러 필터 및 형광체가 생략될 수 있다.
그 다음, 유기 수지로 제2 층간절연막(347)을 형성한다. 유기 수지로서는, 폴리이미드, 폴리아미드, 아크릴 및 BCB(벤조시클로부텐)와 같은 재료가 사용될 수 있다. 특히, 제2 층간절연막(347)은 평탄화의 의미가 강하므로, 평탄성이 우수한 아크릴이 바람직하다. 본 실시예에서는, 컬러 필터(345)와 형광체(346) 사이의 단차를 충분히 평탄화할 수 있는 막 두께로 아크릴 막을 형성하였다. 이 두께는 1∼ 5 ㎛(더욱 바람직하게는 2∼4 ㎛)가 바람직하다.
그 다음, 제2 층간절연막(347) 및 제1 패시베이션 막(344)에 드레인 배선(343)에 이르는 콘택트 홀을 형성하고, 화소 전극(348)을 형성한다. 본 실시예에서는, 산화인듐-산화주석 화합물(ITO) 막을 110 ㎚의 두께로 형성하고, 패터닝하여 화소 전극을 형성하였다. 화소 전극(348)은 EL 소자의 양극이 된다. 산화인듐-산화아연 화합물 막 또는 산화갈륨을 함유한 산화아연 막과 같은 다른 재료도 사용될 수 있다. 본 실시예에서는, 화소 전극(348)이 드레인 배선(343)을 통해 전류제어용 TFT의 드레인 영역(331)에 전기적으로 접속된 구조로 되어 있다. 이 구조는 다음과 같은 이점들을 가진다.
화소 전극(348)은 EL 층(발광 층) 또는 전하 수송 층과 같은 유기 재료와 직접 접속되어 있기 때문에, EL 층에 함유된 가동(可動) 이온이 화소 전극 전체에 걸쳐 확산하는 것이 가능하다. 즉, 본 실시예의 구조에서는, 화소 전극(348)을 활성층의 일부인 드레인 영역(331)에 직접 접속함이 없이, 개재된 드레인 배선(343)에 의한 활성층에의 가동 이온의 침입이 방지될 수 있다.
그 다음, 도 5(C)에 도시된 바와 같이, EL 층(349), 음극(MgAg 전극)(350) 및 보호 전극(351)을 대기에의 노출 없이 형성한다. 이때, EL 층(349) 및 음극(350)을 형성하기 전에 화소 전극(348)에 열처리를 행하여 수분을 완전히 제거하는 것이 바람직하다. EL 층(349)으로서는 공지의 재료가 사용될 수 있다.
EL 층(349)으로서는 본 명세서의 실시형태의 부분에서 설명된 재료가 사용될 수 있다. 본 실시예에서는, 도 19에 도시된 바와 같이, 정공 주입층, 정공 수송 층, 발광 층 및 전자 수송층의 4층 구조를 가지는 EL 층이 사용되지만, 전자 수송층이 형성되지 않는 경우와 전자 주입층도 형성되는 경우가 있다. 또한, 정공 주입층이 생략되는 경우도 있다. 이들 유형의 조합의 여러 예들이 이미 보고되어 있고, 이들 중 어느 구성이라도 사용될 수 있다.
정공 주입층 또는 정공 수송층으로서는 TPD(트리페닐아민 유전체)와 같은 아민이 사용될 수 있고, 또한 히드라존(대표적으로는 DEH), 스틸벤(대표적으로는 STB), 스타버스트(대표적으로는 m-MTDATA)가 사용될 수도 있다. 특히, 유리 전이 온도가 높고 결정화가 어려운 스타버스트 재료가 바람직하다. 또한, 폴리아닐린(PAni), 폴리티오펜(PEDOT) 및 구리 프탈로시아닌(CuPc)도 사용될 수 있다.
발광 층 중의 적색 발광 층으로서는 BPPC, 페릴렌 및 DCM이 사용될 수 있고, 특히, Eu(DBM)3(Phen)으로 나타내어지는 Eu 착체(錯體)(상세한 것은 Kido, J., et al., Appl. Phys., vol. 35, pp. L394-6, 1996을 참조할 것)가 620 ㎚의 파장에 섬세한 발광을 가지고 단색성이 높다.
또한, 녹색 발광 층으로서는, 대표적으로 퀴나크리돈(quinacridone) 또는 코우마린(coumarin)이 수 몰%의 수준으로 첨가된 Alq3(8-하이드록시퀴놀린 알루미늄)이 사용될 수 있다. 그의 화학식은 다음과 같이 표시된다.
[화학식 6]
Figure 112006082458300-pat00010
또한, 청색 발광 층으로서는, 아미노 치환 DSA가 DSA(디스틸 아릴렌 유도체)에 첨가된 디스틸 아릴렌 아미노 유도체가 사용될 수 있다. 특히, 고성능 재료인 디스틸 비페닐(DPVBi)을 사용하는 것이 바람직하다. 그의 화학식은 다음과 같이 표시된다.
[화학식 7]
Figure 112006082458300-pat00011
또한, 제2 패시베이션 막(352)으로서 두께 300 ㎚의 질화규소막을 형성하는데, 이 막은 보호 전극(351)을 형성한 후에 대기에의 노출 없이 연속적으로 형성될 수 있다. 제2 패시베이션 막(352)의 재료로서는, 물론, 도 1의 제2 패시베이션 막(49)의 것과 동일한 재료가 사용될 수도 있다.
본 실시예에서는, 정공 주입층, 정공 수송층, 발광 층 및 전자 주입층으로 이루어진 4층 구조가 사용되지만, 많은 조합의 예들이 이미 보고되어 있고, 이들 중 어느 구성이라도 사용될 수 있다. 또한, 본 실시예에서는, EL 소자의 음극으로 서 MgAg 전극을 사용하지만, 다른 공지의 재료가 사용될 수도 있다.
또한, 보호 전극(351)은 MgAg 전극(350)의 열화를 방지하기 위해 형성되고, 알루미늄을 주성분으로 하는 금속막이 대표적이다. 물론, 다른 재료도 사용될 수 있다. 또한, EL 층(349) 및 MgAg 전극(350)은 수분에 매우 약하기 때문에, 보호 전극(351)에 이르기까지 대기에의 노출 없이 연속적으로 형성하여 EL 층을 외부 공기로부터 보호하도록 하는 것이 바람직하다.
EL 층(349)의 막 두께는 10∼400 ㎚(대표적으로는 60∼160 ㎚)로 할 수 있고, MgAg 전극(350)의 두께는 180∼300 ㎚(대표적으로는 200∼250 ㎚)로 할 수 있다.
이렇게 하여, 도 5(C)에 도시된 바와 같은 구조를 가지는 액티브 매트릭스형 EL 표시장치가 완성된다. 본 실시예의 액티브 매트릭스형 EL 표시장치는, 화소부 뿐만 아니라 구동회로부에도 최적의 구조를 가진 TFT를 배치함으로써, 매우 높은 신뢰성을 나타내고, 동작 특성도 향상될 수 있다.
먼저, 동작 속도의 저하 없이 핫 캐리어 주입을 최대한으로 감소시키는 구조를 가지는 TFT가 구동회로를 형성하는 CMOS 회로의 n채널형 TFT로서 사용된다. 여기서 말하는 구동회로는 시프트 레지스터, 버퍼, 레벨 시프터, 샘플링 회로(전달 게이트라고도 불림)를 포함한다. 디지털 구동이 행해지는 경우에는, D/A 컨버터와 같은 신호 변환 회로도 포함된다.
본 실시예의 경우에는, 도 5(C)에 도시된 바와 같이, n채널형 TFT(205)의 활성층이 소스 영역(355), 드레인 영역(356), LDD 영역(357) 및 채널 형성 영역(358) 을 포함하고, LDD 영역(357)이 게이트 절연막(311)을 사이에 두고 게이트 전극(313)과 겹쳐 있다.
드레인 영역 측에만 LDD 영역을 형성하는 것은 동작 속도를 저하시키지 않는 것을 고려한 것이다. 또한, 이 n채널형 TFT(205)에서는 오프 전류값에 관심을 기울일 필요는 없고, 오히려 동작 속도를 중시하는 것이 좋다. 따라서, LDD 영역(357)이 게이트 전극과 전체적으로 겹쳐 저항 성분을 최대한 감소시키는 것이 바람직하다. 즉, 모든 오프셋을 제거하는 것이 좋다.
핫 캐리어 주입에 의한 CMOS 회로의 p채널형 TFT(206)의 열화가 거의 무시되기 때문에, LDD 영역이 형성되지 않는다. 물론, n채널형 TFT(205)와 마찬가지로 LDD 영역을 형성하여 핫 캐리어 대책을 강구할 수도 있다.
구동회로 중에서도 샘플링 회로는 다른 회로와 비교할 때에 다소 특별한 것이고, 채널 형성 영역에서 양 방향으로 큰 전류가 흐른다. 즉, 소스 영역과 드레인 영역의 역할이 바뀐다. 또한, 오프 전류값을 최대한으로 억제하는 것이 필요하고, 그러한 의미에서 스위칭용 TFT와 전류제어용 TFT 사이의 중간 정도의 기능을 가지는 TFT를 배치하는 것이 바람직하다.
따라서, 샘플링 회로를 형성하는 n채널형 TFT로서, 도 9에 도시된 구조를 가지는 TFT를 배치하는 것이 바람직하다. 도 9에 도시된 바와 같이, LDD 영역(901a, 901b)의 일부가 게이트 절연막(902)을 사이에 두고 게이트 전극(903)과 겹쳐 있다. 이것의 효과는 전류제어용 TFT(202)의 설명에서 설명된 바와 같고, 샘플링 회로의 경우는 채널 형성 영역(904)을 사이에 끼우는 형상으로 LDD 영역(901a, 901b)을 형 성하는 점이 상이하다.
또한, 도 1에 도시된 구조를 가지는 화소가 형성되어 화소부를 형성한다. 화소 내에 형성되는 스위칭용 TFT 및 전류제어용 TFT의 구조는 도 1에서 이미 설명되었기 때문에, 여기서는 그의 설명을 생략한다.
실제로는, 도 5(C)까지의 공정을 완료한 후에, 외부 공기에 노출되지 않도록 기밀성이 높은 보호 막(층상 막 또는 자외선 경화 수지 막 등) 또는 세라믹 밀봉 캔과 같은 하우징 부재를 사용하여 패키징(봉입)을 추가적으로 행하는 것이 바람직하다. 그 경우, 하우징 부재의 내부를 불활성 분위기로 하고 하우징 부재 내에 흡습성 재료(예를 들어, 산화바륨)를 배치하면, EL 층의 신뢰성(수명)이 증가된다.
또한, 패키징 등의 처리에 의해 기밀성을 향상시킨 후에, 기판 상에 형성된 소자 또는 회로로부터의 인출 단자들과 외부 신호 단자들을 접속하기 위한 커넥터(가요성 인쇄 회로: FPC)를 부착하여 제품을 완성한다. 본 명세서에서는, 출하될 수 있는 이런 상태의 EL 표시장치를 EL 모듈이라 칭한다.
여기서, 본 실시예의 액티브 매트릭스형 EL 표시장치의 구성을 도 6의 사시도를 참조하여 설명한다. 본 실시예의 액티브 매트릭스형 EL 표시장치는 유리 기판(601)상에 형성되고, 화소부(602), 게이트측 구동회로(603) 및 소스측 구동회로(604)로 이루어져 있다. 화소부의 스위칭용 TFT(605)는 n채널형 TFT이고, 게이트측 구동회로(603)에 접속된 게이트 배선(606)과 소스측 구동회로(604)에 접속된 소스 배선(607)과의 교차점에 배치되어 있다. 스위칭용 TFT(605)의 드레인은 전류제어용 TFT(608)의 게이트에 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 전류제어용 TFT(608)의 소스는 전류 공급선(609)에 접속되고, EL 소자(610)는 전류제어용 TFT(608)의 드레인에 전기적으로 접속되어 있다. 전류제어용 TFT(608)가 n채널형 TFT이면, EL 소자(610)의 음극을 전류제어용 TFT(608)의 드레인에 접속하는 것이 바람직하다. 또한, 전류제어용 TFT(608)가 p채널형 TFT이면, EL 소자(610)의 양극을 전류제어용 TFT(60)의 드레인에 접속하는 것이 바람직하다.
그리고, 구동회로에 신호를 전송하기 위해, 외부 입력 단자인 FPC(611)에 입력 배선(접속 배선)(612, 613)과, 전류 공급선(609)에 접속된 입력 배선(614)이 형성되어 있다.
도 6에 도시된 EL 표시장치의 회로 구성의 예가 도 7에 도시되어 있다. 본 실시예의 EL 표시장치는 소스측 구동회로(701), 게이트측 구동회로(A)(707), 게이트측 구동회로(B)(711) 및 화소부(706)를 가지고 있다. 본 명세서에서, 구동회로는 소스측 구동회로와 게이트측 구동회로를 총칭하는 용어이다.
소스측 구동회로(701)는 시프트 레지스터(702), 레벨 시프터(703), 버퍼(704) 및 샘플링 회로(전달 게이트)(705)를 구비하고 있다. 또한, 게이트측 구동회로(A)(707)는 시프트 레지스터(708), 레벨 시프터(709) 및 버퍼(710)를 구비하고 있고, 게이트측 구동회로(B)(711)도 동일한 구성을 가진다.
여기서, 시프트 레지스터(702, 708)의 구동 전압은 5∼16 V(대표적으로는 10 V)이고, 그 회로를 형성하는 CMOS 회로에 사용되는 n채널형 TFT에는 도 5(C)에서 부호 205로 나타낸 구조가 적합하다.
또한, 레벨 시프터(703, 709) 및 버퍼(704, 710)의 구동 전압은 14∼16 V로 높고, 시프트 레지스터와 마찬가지로, 도 5(C)의 n채널형 TFT(205)를 포함하는 CMOS 회로가 적합하다. 게이트 배선에 이중 게이트 구조 또는 3중 게이트 구조와 같은 멀티게이트 구조를 사용하는 것은 각 회로의 신뢰성을 향상시키는데 효과적이다.
샘플링 회로(705)의 구동 전압은 14∼16 V이지만, 소스 영역과 드레인 영역이 반전하기 때문에 오프 전류값을 감소시키는 것이 필요하고, 따라서, 도 9의 n채널형 TFT(208)를 포함하는 CMOS 회로가 적합하다.
또한, 화소부(706)의 구동 전압은 14∼16 V이고, 도 1에 도시된 구조를 가지는 화소가 배치된다.
상기한 구성은 도 3(A)∼도 5(C)에 도시된 제작공정에 따라 TFT를 제작함으로써 쉽게 실현될 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 화소부와 구동회로의 구성만을 나타내지만, 구동회로에 추가하여, 본 실시예의 제작공정에 따라 신호 분할 회로, D/A 컨버터 회로, 연산 증폭기, γ보정 회로 등의 논리 회로를 동일 기판 상에 형성하는 것도 가능하다. 또한, 메모리부, 마이크로프로세서 등의 회로도 형성될 수 있다.
또한, 하우징 부재를 포함하는 본 실시예의 EL 모듈을 도 17(A) 및 도 17(B)를 이용하여 설명한다. 도 6 및 도 7에 사용된 부호를 필요에 따라 인용한다.
기판(TFT 아래에 있는 하지막을 포함함)(1700)상에 화소부(1701), 소스측 구동회로(1702) 및 게이트측 구동회로(1703)가 형성되어 있다. 각각의 구동회로로부 터의 각종 배선은 입력 배선(612∼614)을 통해 FPC(611)를 거쳐 외부 기기에 접속된다.
이때, 적어도 화소부, 바람직하게는 구동회로 및 화소부를 둘러싸도록 하우징 부재(1704)가 형성된다. 하우징 부재(1704)는 내부 치수가 EL 소자의 외부 치수보다 큰 오목부를 가지는 형상으로 되거나 또는 시트(sheet) 형상을 가지고, 접착제(1705)에 의해 기판(1700)에 고정되어 기판(1700)과 함께 기밀 공간을 형성한다. 이때, EL 소자는 상기 기밀 공간 내에 완전히 밀봉되는 상태에 있고, 외부 공기로부터 완전히 차단되어 있다. 다수의 하우징 부재(1704)가 형성될 수도 있다.
하우징 부재(1704)의 재료로서는, 유리 또는 중합체와 같은 절연성 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 비정질 유리(붕규산염 유리, 석영 등), 결정화된 유리, 세라믹 유리, 유기 수지(아크릴 수지, 스티렌 수지, 폴리카보네이트 수지, 에폭시 수지 등), 및 실리콘 수지를 들 수 있다. 또한, 세라믹도 사용될 수 있다. 또한, 접착제(1705)가 절연성 물질이면, 스테인리스 합금과 같은 금속 재료를 사용하는 것도 가능하다.
접착제(1705)의 재료로서는, 에폭시 수지, 아크릴레이트 수지 등의 접착제가 사용될 수 있다. 또한, 열 경화성 수지 또는 광 경화성 수지도 접착제로서 사용될 수 있다. 산소 및 수분이 가능한 한 투과하지 않는 재료를 사용할 필요가 있다.
또한, 하우징 부재와 기판(1700) 사이의 공간(1706)을 불활성 가스(아르곤, 헬륨, 질소 등)로 채우는 것이 바람직하다. 가스에 한정되지 않고, 불활성 액체(퍼플루오로알칸으로 대표적으로는 액체 불소화 탄소 등)를 사용할 수도 있다. 불 활성 액체에 관해서는, 일본 공개특허공고 평8-78519호 공보에 개시된 것과 같은 재료를 들 수 있다. 또한, 그 공간이 수지로 충전될 수도 있다.
또한, 공간(1706)내에 건조제를 마련하는 것이 효과적이다. 건조제로서는, 일본 공개특허공고 평9-148066호 공보에 개시된 것과 같은 재료가 사용될 수 있다. 대표적으로는, 산화바륨이 사용될 수 있다. 또한, 건조제뿐만 아니라 산화방지제도 마련하는 것이 효과적이다.
또한, 도 17(B)에 도시된 바와 같이, 화소부에는 EL 소자를 가지는 다수의 격리된 화소가 형성되고, 화소 모두는 공통 전극으로서 보호 전극(1707)을 가지고 있다. 본 실시예에서는, EL 층, 음극(MgAg 전극) 및 보호 전극을 대기에의 노출 없이 연속적으로 형성하는 것이 바람직하다. EL 층 및 음극은 동일한 마스크재를 사용하여 형성되고, 보호 전극만이 별도의 마스크재에 의해 형성된다면, 도 17(B)의 구조가 실현될 수 있다.
이때, EL 층 및 음극은 화소부에만 형성될 수 있고, 구동회로에는 그들을 형성할 필요가 없다. 물론, 그 EL 층 및 음극을 구동회로에 형성하여도 문제가 없지만, EL 층에 알칼리 금속이 함유되어 있음을 고려할 때 구동회로 상에는 마련하지 않는 것이 바람직하다.
부호 1708로 나타낸 영역에서 보호 전극(1707)에 입력 배선(1709)이 접속되어 있다. 입력 배선(1709)은 보호 전극(1707)에 소정의 전압을 인가하기 위한 배선이고, 도전성 페이스트 재료(대표적으로는 이방성 도전막)(1710)를 통해 FPC(611)에 접속된다.
다음에, 영역(1708)에서의 콘택트 구조를 실현하기 위한 제조공정을 도 18(A)∼도 18(C)를 이용하여 설명한다.
먼저, 본 실시예의 제작공정에 따라 도 5(A)의 상태를 얻는다. 이때, 기판의 엣지(도 17(B)에서 부호 1708로 나타낸 영역)로부터 제1 층간절연막(336) 및 게이트 절연막(311)을 제거하고, 그 위에 입력 배선(1709)을 형성한다. 물론, 도 5(A)의 소스 배선과 드레인 배선이 동시에 형성된다.(도 18(A))
그 다음, 도 5(B)에서 제2 층간절연막(347) 및 제1 패시베이션 막(344)을 에칭할 때, 부호 1801로 나타낸 영역을 제거하고, 개방부(1802)를 형성한다.(도 18(B))
이 상태에서, 화소부의 EL 소자를 형성하는 공정(화소 전극, EL 층 및 음극의 형성 공정)이 행해진다. 이때, 도 18(A)∼도 18(C)에 도시된 영역에서 마스크재를 사용하여 이 영역에는 EL 소자가 형성되지 않게 한다. 음극(349)을 형성한 후, 별도의 마스크재를 사용하여 보호 전극(350)을 형성한다. 그리하여, 보호 전극(350)과 입력 배선(1709)이 전기적으로 접속된다. 또한, 제2 패시베이션 막(352)을 형성하여, 도 18(C)의 상태를 얻는다.
상기한 공정들에 의해, 도 17(B)에 부호 1708로 나타낸 영역의 콘택트 구조가 실현된다. 그 다음, 입력 배선(1709)이 하우징 부재(1704)와 기판(1700) 사이의 공간을 통해 FPC(611)에 접속된다(그 공간은 접착제(1705)로 채워지므로, 접착제(1705)의 두께는 입력 배선에 기인한 단차를 충분히 평탄화시킬 수 있는 정도일 것이 요구됨). 본 실시예에서는 입력 배선(1709)에 관해 설명하지만, 다른 입력 배선(612∼614)도 동일하게 하우징 부재(1704) 아래쪽 부분을 통과하여 FPC(611)에 접속된다.
[실시예 2]
본 실시예에서는, 도 2(B)에 도시된 구성과는 상이한 화소 구성의 예를 도 10을 이용하여 설명한다.
본 실시예에서는, 도 2(B)에 도시된 2개의 화소가 전류 공급선을 기준으로 대칭적으로 배치되어 있다. 즉, 도 10에 도시된 바와 같이, 전류 공급선(213)을 그에 인접한 2개의 화소 사이에서 공통화 함으로써, 필요로 하는 배선의 수를 감소시킬 수 있다. 화소 내에 배치되는 TFT의 구조 등은 그대로 유지될 수 있다.
이러한 구성으로 하면, 더욱 고정세한 화소부를 제조하여 화질을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
본 실시예의 구성은 실시예 1의 제작공정에 따라 용이하게 실현될 수 있고, TFT의 구조 등에 관해서는 실시예 1 또는 도 1의 설명을 참조하면 된다.
[실시예 3]
본 실시예에서는 도 1의 것과는 상이한 구조를 가지는 화소부를 형성하는 예를 도 11을 참조하여 설명한다. 제2 층간절연막(44)을 형성하는 공정까지는 실시예 1에 따라 실행될 수 있다. 또한, 제2 층간절연막(44)으로 덮이는 스위칭용 TFT(201) 및 전류제어용 TFT(202)의 구조는 도 1의 구조와 동일하기 때문에, 그에 관한 설명을 생략한다.
본 실시예의 경우에는, 제2 층간절연막(44) 및 제1 패시베이션 막(41)에 콘 택트 홀을 형성한 후에 화소 전극(51), 음극(52) 및 EL 층(53)을 형성한다. 본 실시예에서는 음극(52)과 EL 층(53)을 진공 증착법에 의해 대기에의 노출 없이 연속적으로 형성하고, 이때, 마스크재를 사용하여 별개의 화소에 적색 발광 EL 층, 녹색 발광 EL 층 및 청색 발광 EL 층을 각각 선택적으로 형성한다. 도 11에는 단지 하나의 화소만이 도시되어 있지만, 적색, 녹색 및 청색의 각각에 대응하여 동일한 구조의 화소들이 형성되고, 이들 화소에 의해 컬러 표시가 행해질 수 있다. 각 색의 EL 층에 대해서는 공지의 재료가 이용될 수 있다.
본 실시예에서는 화소 전극(51)으로서 두께 150 ㎚의 알루미늄 합금막(1 중량%의 티탄을 함유한 알루미늄 막)을 형성한다. 화소 전극의 재료로서는, 그것이 금속 재료라면 어떠한 재료라도 사용할 수 있지만, 반사율이 높은 재료인 것이 바람직하다. 또한, 음극(52)으로서는, 두께 230 ㎚의 MgAg 전극을 사용하고, EL 층(53)의 막 두께는 90 ㎚(하층으로부터, 두께 20 ㎚의 전자 수송층, 두께 40 ㎚의 발광 층, 및 두께 30 ㎚의 정공 수송층)로 한다.
그 다음, 투명 도전막(본 실시예에서는 ITO 막)으로 된 양극(54)을 110 ㎚의 두께로 형성한다. 이렇게 하여 EL 소자(209)가 형성되고, 실시예 1에서와 동일한 재료로 제2 패시베이션 막(55)을 형성하면, 도 11에 도시된 구조를 가지는 화소가 완성된다.
본 실시예의 구조를 채용할 경우, 각각의 화소에서 발생되는 적색, 녹색 또는 청색 광은 TFT가 형성되어 있는 기판의 반대측으로 방출된다. 따라서, 화소 내의 거의 모든 영역, 즉, TFT가 형성된 영역이 유효 발광 영역으로 사용될 수 있다. 그 결과, 화소의 유효 발광 면적이 대폭적으로 증대되고, 화상의 밝기 및 콘트라스트 비(명암 비)가 향상된다.
본 실시예의 구성은 실시예 1 및 2 중 어느 구성과도 자유롭게 조합될 수 있다.
[실시예 4]
본 실시예에서는 실시예 1의 도 2의 것과 상이한 구조를 가지는 화소를 형성하는 경우를 도 12(A) 및 도 12(B)를 사용하여 설명한다.
도 12(A)에서 부호 1201은 스위칭용 TFT를 나타내고, 이 스위칭용 TFT는 활성층(56), 게이트 전극(57a), 게이트 배선(57b), 소스 배선(58) 및 드레인 배선(59)을 포함한다. 또한, 부호 1202는 전류제어용 TFT를 나타내고, 이 전류제어용 TFT는 활성층(60), 게이트 전극(61), 소스 배선(62) 및 드레인 배선(63)을 포함한다. 전류제어용 TFT(1202)의 소스 배선(62)은 전류 공급선(64)에 접속되고, 드레인 배선(63)은 EL 소자(65)에 접속되어 있다. 도 12(B)는 이러한 화소의 회로 구성을 나타내는 것이다.
도 12(A)와 도 2(A)의 차이점은 스위칭용 TFT의 구조에 있다. 본 실시예에서는 게이트 전극(57a)이 0.1∼5 ㎛의 미세한 선폭으로 형성되고, 활성층(56)이 그 부분을 횡단하도록 형성된다. 각 화소의 게이트 전극(57a)을 전기적으로 접속하도록 게이트 배선(57b)이 형성된다. 그리하여, 많은 면적을 차지하지 않는 3중 게이트 구조가 실현된다.
다른 부분은 도 2(A)의 것과 동일하고, 본 실시예의 구조를 채용할 경우에는 스위칭용 TFT가 전적으로 차지하는 면적이 작게 되기 때문에 유효 발광 면적이 커지게 된다. 즉, 화상의 밝기가 증대된다. 또한, 용장성이 증대되어 오프 전류값을 감소시키는 게이트 구조가 실현될 수 있으므로, 화질이 더욱 향상될 수 있다.
본 실시예의 구성에서는, 실시예 2에서와 마찬가지로 전류 공급선(64)이 인접하는 화소들 사이에서 공통화 될 수 있고, 실시예 3과 같은 구조도 사용될 수 있다. 또한, 제작공정은 실시예 1의 것에 따라 행해질 수 있다.
[실시예 5]
실시예 1∼4에서는 탑 게이트형 TFT가 사용되는 경우에 관해 설명하였지만, 본 발명은 보텀 게이트형 TFT를 사용하여 실시될 수도 있다. 본 실시예에서는, 역 스태거형 TFT에서 본 발명을 실시하는 경우에 관해 도 13을 사용하여 설명한다. TFT 구조 이외는 도 1의 구조와 동일하므로, 필요한 경우에는 도 1의 부호와 동일한 부호를 사용한다.
도 13에서, 기판(11) 및 하지막(12)에는 도 1의 것과 유사한 재료가 사용될 수 있다. 그 다음, 하지막(12)상에 스위칭용 TFT(1301) 및 전류제어용 TFT(1302)가 형성된다.
스위칭용 TFT(1301)는 게이트 전극(70a, 70b); 게이트 배선(71); 게이트 절연막(72); 소스 영역(73); 드레인 영역(74); LDD 영역(75a∼75d); 고농도 불순물 영역(76); 채널 형성 영역(77a, 77b); 채널 보호막(78a, 78b); 제1 층간절연막(79); 소스 배선(80); 및 드레인 배선(81)으로 이루어져 있다.
또한, 전류제어용 TFT(1302)는 게이트 전극(82); 게이트 절연막(72); 소스 영역(83); 드레인 영역(84); LDD 영역(85); 채널 형성 영역(86); 채널 보호막(87); 제1 층간절연막(79); 소스 배선(88); 및 드레인 배선(89)으로 이루어져 있다. 이때, 게이트 전극(82)은 스위칭용 TFT(1301)의 드레인 배선(81)에 전기적으로 접속된다.
상기한 스위칭용 TFT(1301) 및 전류제어용 TFT(1302)는 역스태거형 TFT를 제작하는 공지의 방법에 따라 형성될 수 있다. 또한, 상기한 TFT들에 형성되는 각 부분(예를 들어, 배선, 절연막 및 활성층)의 재료로는, 실시예 1의 탑 게이트형 TFT의 대응하는 부분들에 사용된 것과 유사한 재료가 사용될 수 있다. 탑 게이트형 TFT의 구성에는 없는 채널 보호막(78a, 78b, 87)은 규소를 함유한 절연막으로 형성될 수 있다. 또한, 소스 영역, 드레인 영역 및 LDD 영역과 같은 불순물 영역의 형성에 관해서는, 포토리소그래피 기술을 사용하고 불순물 농도를 개별적으로 변경함으로써 형성될 수 있다.
TFT들이 완성된 때, 제1 패시베이션 막(41), 절연막(평탄화 막)(44), 제2 패시베이션 막(49), 화소 전극(양극)(46), EL 층(47), MgAg 전극(음극)(45), 알루미늄 전극(보호막)(46) 및 제3 패시베이션 막(50)이 순서대로 형성된 EL 소자(1303)를 가지는 화소가 완성된다. 이들의 제작공정 및 재료에 관해서는 실시예 1을 참조할 수 있다.
본 실시예의 구성은 실시예 2∼4 중 어느 구성괴도 자유롭게 조합될 수 있다.
[실시예 6]
실시예 1의 도 5(C) 또는 도 1의 구조에서 활성층과 기판 사이에 형성되는 하지막으로서, 제1 패시베이션 막(41) 및 제2 패시베이션 막(49)과 마찬가지로 방열 효과가 높은 재료를 사용하는 것이 효과적이다. 특히, 전류제어용 TFT에서는 다량의 전류가 흐르므로, 열이 발생되기 쉽고, 자기 발열로 인한 열화(劣化)가 문제로 될 수 있다. 이러한 경우에, 방열 효과를 가지는 본 실시예의 하지막을 사용함으로써 TFT의 열적 열화를 방지할 수 있다.
물론, 기판으로부터의 가동 이온의 확산을 방지하는 효과도 매우 중요하므로, 제1 패시베이션 막(41)과 마찬가지로, Si, Al, N, O 및 M을 포함한 화합물과 규소 함유 절연막과의 적층 구조를 사용하는 것이 바람직하다.
본 실시예의 구성은 실시예 1∼5 중 어느 구성과도 자유롭게 조합될 수 있다.
[실시예 7]
실시예 3에 나타낸 화소 구조가 사용되는 경우에는, EL 층으로부터 발생하는 광이 기판의 반대측 방향으로 방출되므로, 기판과 화소 전극 사이에 존재하는 절연막과 같은 재료의 투과율에 주목할 필요가 없다. 즉, 투과율이 다소 낮은 재료라도 사용될 수 있다.
따라서, 하지막(12) 또는 제1 패시베이션 막(41)으로서, 다이아몬드 박막, 다이아몬드와 닮은 탄소(diamond-like carbon) 막 또는 비정질 탄소막으로 불리는 것과 같은 탄소막을 사용하는 것이 유리하다. 즉, 투과율을 낮추는 것을 염려할 필요가 없기 때문에, 막 두께를 100∼500 ㎚까지 두껍게 할 수 있어, 방열 효과를 매우 높게 하는 것이 가능하다.
제2 패시베이션 막(49)에 상기한 탄소막을 사용하는 것에 관해서는, 투과율의 감소를 피해야 하기 때문에, 막 두께를 5∼100 ㎚로 하는 것이 바람직하다.
본 실시예에서는, 하지막(12), 제1 패시베이션 막(41), 제2 패시베이션 막(49) 중 어느 것에 탄소막이 사용되는 경우에도 다른 절연막과 적층시켜 사용하는 것이 효과적이다.
또한, 본 실시예는 실시예 3에 나타낸 화소 구조가 사용될 때 효과적이고, 다른 구성에 대해서는, 본 실시예의 구성이 실시예 1∼6 중 어느 구성과도 자유롭게 조합될 수 있다.
[실시예 8]
본 발명에서는, EL 표시장치의 화소에서 스위칭용 TFT를 멀티게이트 구조로 함으로써 스위칭용 TFT의 오프 전류값을 감소시키고, 보유 용량의 필요성을 배제하는 것을 특징으로 하고 있다. 이것은 보유 용량이 전유하는 면적을 발광 영역으로 양호하게 사용할 수 있게 하는 구성이다.
그러나, 보유 용량이 완전히 제거되지 않더라도, 그에 전용되는 면적을 작게 하는 만큼 유효 발광 면적을 증대시키는 효과가 얻어질 수 있다. 즉, 본 발명의 목적은, 스위칭용 TFT를 멀티게이트 구조로 하여 오프 전류값을 감소시키고 또한 보유 용량의 전유 면적을 감축시키는 것만으로 충분히 달성될 수 있다.
따라서, 도 14에 도시된 것과 같은 화소 구조를 사용하는 것이 가능하다. 도 14에서는 필요에 따라 도 1에서와 동일한 부호가 사용된다.
도 14와 도 1의 차이점은 스위칭용 TFT에 접속되는 보유 용량(1401)이 존재하는 점이다. 보유 용량(1401)은 스위칭용 TFT(201)의 드레인 영역(14)으로부터 연장하는 반도체 영역(하부 전극), 게이트 절연막(18) 및 용량 전극(상부 전극)(1403)에 의해 형성된다. 용량 전극(1403)은 TFT의 게이트 전극(19a, 19b, 35)과 동시에 형성된다.
도 15(A)에 상면도가 도시되어 있고, 도 15(A)의 A-A'선에 따른 단면도가 도 14에 대응한다. 도 15(A)에 도시된 바와 같이, 용량 전극(1403)은 용량 전극(1403)에 전기적으로 접속된 접속 배선(1404)을 통해 전류제어용 TFT의 소스 영역(31)에 전기적으로 접속된다. 접속 배선(1404)은 소스 배선(21, 36) 및 드레인 배선(22, 37)과 동시에 형성된다. 또한, 도 15(B)는 도 15(A)의 상면도의 회로 구성을 나타낸다.
본 실시예의 구성은 실시예 1∼7 중 어느 구성과도 자유롭게 조합될 수 있다. 즉, 화소 내에 보유 용량만이 형성되고, TFT의 구조 또는 EL 층의 재료에 관해서는 어떠한 한정도 가해지지 않는다.
[실시예 9]
실시예 1에서는 결정성 규소막(302)을 형성하는 수단으로서 레이저 결정화가 사용되었지만, 본 실시예에서는 다른 결정화 수단을 사용하는 경우에 관해 설명한다.
본 실시예에서는 비정질 규소막을 형성한 후에 일본 공개특허공고 평7-130652호 공보에 개시된 기술을 사용하여 결정화를 행한다. 이 공보에 개시된 기 술은 결정화를 조장하는 촉매로서 니켈과 같은 원소를 사용하여 양호한 결정성을 가지는 결정성 규소막을 얻는 것이다.
또한, 결정화 공정이 완료된 후에는 결정화에 사용된 촉매를 제거하는 공정이 행해질 수 있다. 이 경우, 일본 공개특허공고 평10-270363호 또는 일본 공개특허공고 평8-330602호 공보에 개시된 기술을 사용하여 촉매를 게터링할 수 있다.
또한, 본 출원인의 일본 공개특허공고 평11-076967호의 명세서에 기재된 기술을 사용하여 TFT를 형성할 수도 있다.
실시예 1에 나타낸 제작공정은 본 발명의 한가지 실시예이고, 도 1 또는 실시예 1의 도 5(C)의 구조가 실현될 수 있다면 다른 제작공정이 아무런 문제 없이 사용될 수도 있다.
본 실시예의 구성은 실시예 1∼8 중 어느 구성과도 자유롭게 조합될 수 있다.
[실시예 10]
본 발명의 EL 표시장치를 구동하는데 있어서는, 화상 신호로서 아날로그 신호를 사용하는 아날로그 구동이 행해질 수 있고, 디지털 신호를 사용하는 디지털 구동이 행해질 수도 있다.
아날로그 구동이 행해지는 경우, 아날로그 신호가 스위칭용 TFT의 소스 배선으로 보내지고, 계조 정보를 함유하고 있는 아날로그 신호가 전류제어용 TFT의 게이트 전압이 된다. 그 다음, EL 소자에서 흐르는 전류가 전류제어용 TFT에 의해 제어되고, EL 소자의 발광 강도가 제어되어, 계조 표시가 행해진다. 이 경우, 포 화 영역에서 전류제어용 TFT를 동작시키는 것이 바람직하다. 즉, ｜Vds｜ ＞ ｜Vgs - Vth｜의 조건 내에서 TFT를 동작시키는 것이 바람직하다. Vds는 소스 영역과 드레인 영역 사이의 전압차이고, Vgs는 소스 영역과 게이트 전극 사이의 전압차이며, Vth는 TFT의 스레시홀드 전압이다.
한편, 디지털 구동이 행해지는 경우에는, 아날로그적인 계조 표시와는 다르고, 계조 표시가 시분할 구동(시간 비 계조 구동) 또는 면적 비 계조 구동에 의해 행해진다. 즉, 발광 시간의 길이 또는 발광 면적의 비를 조절함으로써, 색 계조가 시각적으로 변화하여 보인다. 이 경우, 선형 영역에서 전류제어용 TFT를 동작시키는 것이 바람직하다. 즉, ｜Vds｜ ＜ ｜Vgs - Vth｜의 조건 내에서 TFT를 동작시키는 것이 바람직하다.
EL 소자는 액정 소자에 비하여 매우 빠른 응답속도를 가지므로, 고속 구동을 실행하는 것이 가능하다. 따라서, EL 소자는 1 프레임을 다수의 서브프레임(subframe)으로 분할한 다음, 계조 표시를 행하는 시분할 구동에 적합한 것이다. 또한, 1 프레임의 기간이 짧다는 이점이 있기 때문에, 전류제어용 TFT의 게이트 전압을 유지하는 시간도 짧고, 보유 용량을 더욱 작게 하거나 또는 제거할 수 있다.
본 발명은 소자 구조와 관련된 기술이므로, 어느 구동 방법이라도 사용될 수 있다.
[실시예 11]
본 실시예에서는 본 발명의 EL 표시장치의 화소 구조의 예를 도 21(A) 및 도 21(B)에 나타내고 있다. 본 실시예에서, 부호 4701은 스위칭용 TFT(4702)의 소스 배선, 부호 4703은 스위칭용 TFT(4702)의 게이트 배선, 부호 4704는 전류제어용 TFT, 부호 4705는 전류 공급선, 부호 4706은 전원제어용 TFT, 부호 4707은 전원 제어 게이트 배선, 부호 4708은 EL 소자를 나타낸다. 전원제어용 TFT(4706)의 동작에 관해서는 일본 공개특허공고 평11-341272호 공보가 참조될 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 전원제어용 TFT(4706)가 전류제어용 TFT(4704)와 EL 소자(4708) 사이에 형성되지만, 전류제어용 TFT(4704)가 전원제어용 TFT(4706)와 EL 소자(4708) 사이에 형성되는 구조도 사용될 수 있다. 또한, 전원제어용 TFT(4706)가 전류제어용 TFT(4704)와 동일한 구조를 가지거나 또는 양자가 동일한 활성층에 의해 직렬로 형성되는 것이 바람직하다.
도 21(A)는 전류 공급선(4705)이 2개의 화소에서 공통인 경우의 예이다. 즉, 이것은 2개의 화소가 전류 공급선(4705)을 중심으로 선대칭으로 형성되는 것을 특징으로 한다. 이 경우, 전류 공급선의 수가 감소되므로, 화소부가 더욱 고정세하게 만들어질 수 있다.
또한, 도 21(B)는 전류 공급선(4710)이 게이트 배선(4703)과 평행하게 형성되고, 전원제어 게이트 배선(4711)이 소스 배선(4701)과 평행하게 형성되는 경우의 예이다. 도 21(B)에서는, 전류 공급선(4710)과 게이트 배선(4703)이 겹치지 않도록 구성되지만, 양자가 상이한 층 상에 형성되는 배선이라면 절연막을 사이에 두고 서로 겹치도록 형성될 수도 있다. 이 경우, 전류 공급선(4710) 및 게이트 배선(4703)의 전유 면적이 공유될 수 있으므로, 화소부가 더욱 고정세하게 만들어질 수 있다.
[실시예 12]
본 실시예에서는 본 발명의 EL 표시장치의 화소 구조의 예를 도 22(A) 및 도 22(B)에 나타내고 있다. 본 실시예에서, 부호 4801은 스위칭용 TFT(4802)의 소스 배선, 부호 4803은 스위칭용 TFT(4802)의 게이트 배선, 부호 4804는 전류제어용 TFT, 부호 4805는 전류 공급선, 부호 4806은 소거(消去)용 TFT, 부호 4807은 소거 게이트 배선, 부호 4808은 EL 소자를 나타낸다. 소거용 TFT(4806)의 동작에 관해서는 일본 공개특허공고 평11-338786호 공보가 참조될 수 있다.
소거용 TFT(4806)의 드레인은 전류제어용 TFT(4804)의 게이트에 접속되고, 전류제어용 TFT(4804)의 게이트 전압을 강제적으로 변경하는 것이 가능하게 된다. 소거용 TFT(4806)에는 n채널형 TFT 또는 p채널형 TFT가 사용될 수 있지만, 소거용 TFT(4806)를 스위칭용 TFT(4802)와 동일한 구조로 하여 오프 전류값이 작게 될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
도 22(A)는 전류 공급선(4805)이 2개의 화소에서 공통인 경우의 예이다. 즉, 이것은 2개의 화소가 전류 공급선(4805)을 중심으로 선대칭으로 형성되는 것을 특징으로 한다. 이 경우, 전류 공급선의 수가 감소되므로, 화소부가 더욱 고정세하게 만들어질 수 있다.
또한, 도 22(B)는 전류 공급선(4810)이 게이트 배선(4803)과 평행하게 형성되고, 소거 게이트 배선(4811)이 소스 배선(4801)과 평행하게 형성되는 경우의 예이다. 도 22(B)에서는, 전류 공급선(4810)과 게이트 배선(4803)이 겹치지 않도록 구성되지만, 양자가 상이한 층 상에 형성되는 배선이라면 절연막을 사이에 두고 서로 겹치도록 형성될 수도 있다. 이 경우, 전류 공급선(4810) 및 게이트 배선(4803)의 전유 면적이 공유될 수 있으므로, 화소부가 더욱 고정세하게 만들어질 수 있다.
[실시예 13]
본 발명의 EL 표시장치는 하나의 화소 내에 여러 개의 TFT가 형성되는 구조를 가질 수도 있다. 실시예 11 및 12에서는, 3개의 TFT를 형성하는 예를 나타내었지만, 4∼6개의 TFT가 형성될 수도 있다. EL 표시장치의 화소의 구조에 어떤 제한을 두지 않고 본 발명을 실시하는 것이 가능하다.
[실시예 14]
본 실시예에서는 도 1의 전류제어용 TFT(202)로서 p채널형 TFT를 사용하는 예를 설명한다. 다른 부분은 도 1의 부분과 동일하므로, 그에 관한 상세한 설명은 생략한다.
도 23에 본 실시예의 화소의 단면 구조가 도시되어 있다. 본 실시예에 사용되는 p채널형 TFT의 제작방법에 관해서는 실시예 1을 참조할 수 있다. p채널형 TFT의 활성층은 소스 영역(2801), 드레인 영역(2802) 및 채널 형성 영역(2803)을 포함하고, 소스 영역(2801)은 소스 배선(36)에 접속되고, 드레인 영역(2802)은 드레인 배선(37)에 접속되어 있다.
EL 소자의 양극이 전류제어용 TFT에 접속되는 경우에는, 전류제어용 TFT로서 p채널형 TFT를 사용하는 것이 바람직하다.
본 실시예의 구성은 실시예 1∼13 중 어느 구성과도 자유롭게 조합될 수 있다.
[실시예 15]
본 실시예에서는, 3중항 여기자로부터의 인광을 발광에 이용할 수 있는 EL 재료를 사용함으로써, 외부 방출 양자 효율을 크게 증가시킬 수 있다. 그렇게 함으로써, 저소비전력, 긴 수명, 경량의 EL 소자로 하는 것이 가능하다.
3중항 여기자를 이용하여 외부 방출 양자 효율을 증가시키는 것에 관한 보고들이 다음의 논문들에 나타나 있다.
Tsutsui, T., Adachi, C., and Saito, S., Photochemical Processes in Organized Molecular Systems, Ed. Honda, K., (Elsevier Sci. Pub., Tokyo, 1991), p. 437.
상기 논문에 보고된 EL 재료(쿠마린 안료)의 분자식을 아래에 나타낸다.
[화학식 8]
Figure 112006082458300-pat00012
Baldo, M. A., O'Brien, D. F., You, Y., Shoustikov, A., Sibley, S., Thompson, M. E., and Forrest, S. R., Nature 395 (1998) p. 151.
상기 논문에 보고된 EL 재료(Pt 착체)의 분자식을 아래에 나타낸다.
[화학식 9]
Figure 112006082458300-pat00013
Baldo, M. A., Lamansky, S., Burrows, P. E., Thompson, M. E., and Forrest, S. R., Appl. Phys. Lett., 75 (1999) p.4.
Tsutui, T., Yang, M. J., Yashiro, M., Nakamura, K., Watanabe, T., Tsuji, T., Fukuda, Y., Wakimoto, T., Mayagichi, S., Jpn. Appl. Phys., 38 (1999) L1502.
상기 논문에 보고된 EL 재료(Ir 착체)의 분자식을 아래에 나타낸다.
[화학식 10]
Figure 112006082458300-pat00014
3중항 여기자로부터의 인광 발광을 이용할 수 있다면, 원칙적으로 단일항 여기자로부터 형광 발광을 이용하는 경우에 비해 3∼4배 더 높은 외부 방출 양자 효율을 실현하는 것이 가능하다.
본 실시예의 구성은 실시예 1∼13 중 어느 구성과도 자유롭게 조합될 수 있 다.
[실시예 16]
실시예 1에서는 EL 재료로서 유기 EL 재료를 사용하는 것이 바람직하지만, 본 발명은 무기 EL 재료를 사용하여도 실시될 수 있다. 그러나, 현재의 무기 EL 재료는 구동 전압이 매우 높기 때문에, 아날로그 구동을 행하는 경우에는 구동 전압에 견딜 수 있는 내전압 특성이 있는 TFT를 사용해야 한다.
또는, 종래의 무기 EL 재료보다 구동 전압이 낮은 무기 EL 재료가 개발된다면, 본 발명에 적용하는 것이 가능하다.
또한, 본 실시예의 구성은 실시예 1∼14 중 어느 구성과도 자유롭게 조합될 수 있다.
[실시예 17]
본 발명을 실시하여 형성되는 액티브 매트릭스형 EL 표시장치(EL 모듈)는 자기 발광형 장치이기 때문에 밝은 장소에서의 시인성(視認性)이 액정 표시장치에 비해 우수하다. 따라서, 직시형 EL 표시장치(EL 모듈을 구비한 표시장치를 나타냄)로서 광범위하게 사용된다.
EL 표시장치가 액정 표시장치에 비해 우수한 한가지 이점으로서는 넓은 시야각을 들 수 있다. 따라서, 본 발명의 EL 표시장치는 대화면에 의한 TV 방송의 감상을 위한 대각선 30인치 이상(대표적으로는 40인치 이상)의 디스플레이(디스플레이 모니터)로서 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 EL 표시장치는 퍼스널 컴퓨터 모니터, TV 방송 수신용 모니 터 또는 광고 표시 모니터와 같은 EL 표시장치로서 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 각종의 전자 장치의 표시장치로서도 사용될 수 있다.
그러한 전자 장치의 예로서는, 비디오 카메라, 디지털 카메라, 고글형 표시장치(헤드 장착형 표시장치), 자동차 내비게이션 시스템, 퍼스널 컴퓨터, 휴대형 정보 단말기(예를 들어, 모바일 컴퓨터, 휴대 전화기 또는 전자 책), 및 기록 매체를 구비한 화상 재생 장치(구체적으로는 컴팩트 디스크(CD), 레이저 디스크(LD) 또는 디지털 비디오 디스크(DVD) 등의 기록 매체를 재생하고 그의 화상을 표시할 수 있는 표시장치를 구비한 장치)를 들 수 있다. 이들 전자 장치의 예가 도 16(A)∼도 16(F)에 도시되어 있다.
도 16(A)는 본체(2001), 케이싱(2002), 표시부(2003) 및 키보드(2004)를 가지는 퍼스널 컴퓨터(PC)이다. 본 발명은 표시부(2003)에 사용될 수 있다.
도 16(B)는 본체(2101), 표시부(2102), 음성 입력부(2103), 조작 스위치(2104), 배터리(2105) 및 수상부(2106)를 가지는 비디오 카메라이다. 본 발명은 표시부(2102)에 사용될 수 있다.
도 16(C)는 본체(2201), 표시부(2202) 및 암(arm)부(2203)를 가지는 고글형 표시장치이다. 본 발명은 표시부(2202)에 사용될 수 있다.
도 16(D)는 본체(2301), 카메라부(2302), 수상부(2303), 조작 스위치(2304) 및 표시부(2305)를 가지는 모바일 컴퓨터이다. 본 발명은 표시부(2305)에 사용될 수 있다.
도 16(E)는 본체(2401), 기록 매체(예를 들어, CD, LD 또는 DVD)(2402), 조 작 스위치(2403), 표시부(a)(2404) 및 표시부(b)(2405)를 가지는, 기록 매체를 구비한 화상 재생 장치(구체적으로는, DVD 재생 장치)이다. 표시부(a)는 주로 화상 정보의 표시에 사용되고, 표시부(b)는 주로 문자 정보의 표시에 사용되며, 본 발명은 표시부(a)(2404) 및 표시부(b)(2405)에 사용될 수 있다. 본 발명은 CO 재생 장치 및 게임 기기와 같은 장치에서 기록 매체가 내장된 화상 재생 장치로서 사용될 수도 있다.
도 16(F)는 케이싱(2501), 지지대(2502) 및 표시부(2503)를 가지는 EL 표시장치이다. 본 발명은 표시부(2503)에 사용될 수 있다. 본 발명의 EL 표시장치는 화면이 큰 경우에 특히 유리하고, 대각선 10인치 이상의 표시장치(구체적으로는 대각선 30인치 이상인 것)에 바람직하다.
또한, 장래에 EL 재료의 발광 휘도가 보다 더 높아지게 되면, 프론트형 또는 리어형 프로젝터에 본 발명을 사용하는 것도 가능하게 될 것이다.
상기한 전자 장치는 인터넷 또는 CATV(케이블 TV)와 같은 전자 전송 회로를 통해 제공되는 정보를 표시하는데 더욱 빈번하게 사용되고, 특히 애니메이션 정보를 표시할 기회가 늘고 있다. EL 재료의 응답 속도는 매우 높으므로, EL 표시장치는 이러한 유형의 표시를 행하는데 적합하다.
EL 표시장치의 발광부가 전력을 소비하므로, 발광부가 가능한 한 작게 되도록 정보를 표시하는 것이 바람직하다. 따라서, 휴대형 정보 단말기, 특히 휴대 전화기 또는 자동차 오디오 시스템과 같이 주로 문자 정보를 표시하는 표시부에 EL 표시장치를 사용하는 경우에는, 비발광부를 배경으로 하고 발광부에 문자 정보를 형성함으로써 EL 표시장치의 구동을 행하는 것이 바람직하다.
도 20(A)는 본체(2601), 음성 출력부(2602), 음성 입력부(2603), 표시부(2604), 조작 스위치(2605) 및 안테나(2606)를 가지는 휴대 전화기이다. 본 발명의 EL 표시장치는 표시부(2604)에 사용될 수 있다. 표시부(2604)에서 검은색 배경에 백색 문자를 표시함으로써, 휴대 전화기의 전력소비가 감소될 수 있다.
도 20(B)는 본체(2701), 표시부(2702) 및 조작 스위치(2703, 2704)를 가지는 탑재형(on-board) 오디오 시스템(자동차 오디오 시스템)이다. 본 발명의 EL 표시장치는 표시부(2702)에 사용될 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 탑재형 오디오 시스템을 나타내고 있지만, 데스크탑(desktop)형 오디오 시스템도 사용될 수 있다. 표시부(2702)에서 검은색 배경에 백색 문자를 표시함으로써, 전력소비가 감소될 수 있다.
그리하여, 본 발명의 적용 범위는 매우 넓고, 본 발명을 모든 분야의 전자 장치에 적용하는 것이 가능하다. 또한, 본 실시예의 전자 장치는 실시예 1∼16의 어느 조합의 구성을 사용하여서도 실현될 수 있다.
본 발명을 사용함으로써, 소자에 요구되는 사양에 부합하는 최적의 성능을 가지는 TFT가 동일 기판 상에 형성된 화소를 형성하는 것이 가능하게 되고, 액티브 매트릭스형 EL 표시장치의 동작 성능 및 신뢰성이 크게 향상될 수 있다.
또한, 이러한 EL 표시장치를 디스플레이로서 사용함으로써, 양호한 화질과 내구성(높은 신뢰성)을 가지는 응용 제품(전자 기기)을 제조하는 것이 가능하게 된 다.

Claims (68)

  1. 기판;
    상기 기판 위의 소스 배선;
    상기 기판 위에 제공되고 상기 소스 배선과 교차하여 있는 게이트 배선;
    상기 게이트 배선에 전기적으로 접속된 게이트 전극과, 상기 소스 배선에 전기적으로 접속된 제1 전극을 가지는 스위칭 소자;
    상기 스위칭 소자의 제2 전극에 전기적으로 접속된 전류제어 소자; 및
    상기 전류제어 소자에 전기적으로 접속된 전계발광(EL) 소자를 포함하고;
    상기 전류제어 소자는 직렬로 접속된 적어도 2개의 박막트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 스위칭 소자의 채널 길이를 L1, 상기 스위칭 소자의 채널 폭을 W1, 상기 전류제어 소자의 채널 길이를 L2, 상기 전류제어 소자의 채널 폭을 W2라 할 때, W2/L2 = 5×W1/L1의 식이 성립하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전류제어 소자가 LDD 영역을 가지고 있고, 그 LDD 영역의 적어도 일부가 상기 전류제어 소자의 게이트 전극과 겹쳐 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 스위칭 소자가 LDD 영역을 가지고 있고, 그 LDD 영역이 상기 스위칭 소자의 게이트 전극과 겹쳐 있지 않은 것을 특징으로 하는 발광장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 발광장치가, 비디오 카메라, 디지털 카메라, 고글형 표시장치, 자동차 내비게이션 시스템, 퍼스널 컴퓨터, 모바일 컴퓨터, 휴대 전화기, 전자 책, 및 기록 매체를 사용하는 화상 재생 장치로 이루어진 군에서 선택되는 전자 장치에 탑재되는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 기판이 유리, 유리 세라믹, 석영, 규소, 세라믹, 금속, 및 플라스틱으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 재료로 된 것을 특징으로 하는 발광장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 스위칭 소자의 게이트 전극과 상기 전류제어 소자의 게이트 전극 각각이 단층 구조, 2층 구조, 3층 구조 중 어느 한 구조를 가지고 있고, 탄탈, 티탄, 몰리브덴, 텅스텐, 크롬, 질화탄탈, 질화텅스텐, 질화티탄으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 한가지 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  8. 기판;
    상기 기판 위의 소스 배선;
    상기 기판 위에 제공되고 상기 소스 배선과 교차하여 있는 게이트 배선;
    상기 게이트 배선에 전기적으로 접속된 게이트 전극과, 상기 소스 배선에 전기적으로 접속된 제1 전극을 가지는 스위칭 소자;
    상기 스위칭 소자의 제2 전극에 전기적으로 접속된 전류제어 소자; 및
    상기 전류제어 소자에 전기적으로 접속된 전계발광(EL) 소자를 포함하고;
    상기 스위칭 소자는 직렬로 접속된 적어도 2개의 박막트랜지스터를 포함하고,
    상기 전류제어 소자는 직렬로 접속된 적어도 2개의 박막트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 스위칭 소자의 채널 길이를 L1, 상기 스위칭 소자의 채널 폭을 W1, 상기 전류제어 소자의 채널 길이를 L2, 상기 전류제어 소자의 채널 폭을 W2라 할 때, W2/L2 = 5×W1/L1의 식이 성립하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 전류제어 소자가 LDD 영역을 가지고 있고, 그 LDD 영역의 적어도 일부가 상기 전류제어 소자의 게이트 전극과 겹쳐 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 스위칭 소자가 LDD 영역을 가지고 있고, 그 LDD 영역이 상기 스위칭 소자의 게이트 전극과 겹쳐 있지 않은 것을 특징으로 하는 발광장치.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 발광장치가, 비디오 카메라, 디지털 카메라, 고글형 표시장치, 자동차 내비게이션 시스템, 퍼스널 컴퓨터, 모바일 컴퓨터, 휴대 전화기, 전자 책, 및 기록 매체를 사용하는 화상 재생 장치로 이루어진 군에서 선택되는 전자 장치에 탑재되는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  13. 제 8 항에 있어서, 상기 기판이 유리, 유리 세라믹, 석영, 규소, 세라믹, 금속, 및 플라스틱으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 재료로 된 것을 특징으로 하는 발광장치.
  14. 제 8 항에 있어서, 상기 스위칭 소자의 게이트 전극과 상기 전류제어 소자의 게이트 전극 각각이 단층 구조, 2층 구조, 3층 구조 중 어느 한 구조를 가지고 있고, 탄탈, 티탄, 몰리브덴, 텅스텐, 크롬, 질화탄탈, 질화텅스텐, 질화티탄으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 한가지 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  15. 기판;
    상기 기판 위의 소스 배선;
    상기 기판 위에 제공되고 상기 소스 배선과 교차하여 있는 게이트 배선;
    상기 게이트 배선에 전기적으로 접속된 게이트 전극과, 상기 소스 배선에 전기적으로 접속된 제1 전극을 가지는 스위칭 소자;
    상기 스위칭 소자의 제2 전극에 전기적으로 접속된 전류제어 소자; 및
    상기 전류제어 소자에 전기적으로 접속된 전계발광(EL) 소자를 포함하고;
    상기 전류제어 소자는 직렬로 접속된 적어도 2개의 박막트랜지스터를 포함하고,
    상기 전류제어 소자의 상기 박막트랜지스터들이 p채널형 박막트랜지스터인 것을 특징으로 하는 발광장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 스위칭 소자의 채널 길이를 L1, 상기 스위칭 소자의 채널 폭을 W1, 상기 전류제어 소자의 채널 길이를 L2, 상기 전류제어 소자의 채널 폭을 W2라 할 때, W2/L2 = 5×W1/L1의 식이 성립하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 전류제어 소자가 LDD 영역을 가지고 있고, 그 LDD 영역의 적어도 일부가 상기 전류제어 소자의 게이트 전극과 겹쳐 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  18. 제 15 항에 있어서, 상기 스위칭 소자가 LDD 영역을 가지고 있고, 그 LDD 영역이 상기 스위칭 소자의 게이트 전극과 겹쳐 있지 않은 것을 특징으로 하는 발광장치.
  19. 제 15 항에 있어서, 상기 발광장치가, 비디오 카메라, 디지털 카메라, 고글형 표시장치, 자동차 내비게이션 시스템, 퍼스널 컴퓨터, 모바일 컴퓨터, 휴대 전화기, 전자 책, 및 기록 매체를 사용하는 화상 재생 장치로 이루어진 군에서 선택되는 전자 장치에 탑재되는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  20. 제 15 항에 있어서, 상기 기판이 유리, 유리 세라믹, 석영, 규소, 세라믹, 금속, 및 플라스틱으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 재료로 된 것을 특징으로 하는 발광장치.
  21. 제 15 항에 있어서, 상기 스위칭 소자의 게이트 전극과 상기 전류제어 소자의 게이트 전극 각각이 단층 구조, 2층 구조, 3층 구조 중 어느 한 구조를 가지고 있고, 탄탈, 티탄, 몰리브덴, 텅스텐, 크롬, 질화탄탈, 질화텅스텐, 질화티탄으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 한가지 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  22. 기판;
    상기 기판 위의 소스 배선;
    상기 기판 위에 제공되고 상기 소스 배선과 교차하여 있는 게이트 배선;
    상기 게이트 배선에 전기적으로 접속된 게이트 전극과, 상기 소스 배선에 전기적으로 접속된 제1 전극을 가지는 스위칭 소자;
    상기 스위칭 소자의 제2 전극에 전기적으로 접속된 전류제어 소자; 및
    상기 전류제어 소자에 전기적으로 접속된 전계발광(EL) 소자를 포함하고;
    상기 스위칭 소자는 직렬로 접속된 적어도 2개의 박막트랜지스터를 포함하고,
    상기 전류제어 소자는 직렬로 접속된 적어도 2개의 박막트랜지스터를 포함하고,
    상기 전류제어 소자의 상기 박막트랜지스터들이 p채널형 박막트랜지스터인 것을 특징으로 하는 발광장치.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 스위칭 소자의 채널 길이를 L1, 상기 스위칭 소자의 채널 폭을 W1, 상기 전류제어 소자의 채널 길이를 L2, 상기 전류제어 소자의 채널 폭을 W2라 할 때, W2/L2 = 5×W1/L1의 식이 성립하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  24. 제 22 항에 있어서, 상기 전류제어 소자가 LDD 영역을 가지고 있고, 그 LDD 영역의 적어도 일부가 상기 전류제어 소자의 게이트 전극과 겹쳐 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  25. 제 22 항에 있어서, 상기 스위칭 소자가 LDD 영역을 가지고 있고, 그 LDD 영역이 상기 스위칭 소자의 게이트 전극과 겹쳐 있지 않은 것을 특징으로 하는 발광장치.
  26. 제 22 항에 있어서, 상기 발광장치가, 비디오 카메라, 디지털 카메라, 고글형 표시장치, 자동차 내비게이션 시스템, 퍼스널 컴퓨터, 모바일 컴퓨터, 휴대 전화기, 전자 책, 및 기록 매체를 사용하는 화상 재생 장치로 이루어진 군에서 선택되는 전자 장치에 탑재되는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  27. 제 22 항에 있어서, 상기 기판이 유리, 유리 세라믹, 석영, 규소, 세라믹, 금속, 및 플라스틱으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 재료로 된 것을 특징으로 하는 발광장치.
  28. 제 22 항에 있어서, 상기 스위칭 소자의 게이트 전극과 상기 전류제어 소자의 게이트 전극 각각이 단층 구조, 2층 구조, 3층 구조 중 어느 한 구조를 가지고 있고, 탄탈, 티탄, 몰리브덴, 텅스텐, 크롬, 질화탄탈, 질화텅스텐, 질화티탄으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 한가지 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 발 광장치.
  29. 기판;
    상기 기판 위의 소스 배선;
    상기 기판 위에 제공되고 상기 소스 배선과 교차하여 있는 게이트 배선;
    상기 게이트 배선에 전기적으로 접속된 게이트 전극과, 상기 소스 배선에 전기적으로 접속된 제1 전극을 가지는 스위칭 소자;
    상기 스위칭 소자의 제2 전극에 전기적으로 접속된 전류제어 소자; 및
    상기 전류제어 소자에 전기적으로 접속된 전계발광(EL) 소자를 포함하고;
    상기 전류제어 소자는, 제1 불순물 영역, 제2 불순물 영역, 제3 불순물 영역, 상기 제1 불순물 영역과 상기 제2 불순물 영역 사이의 제1 채널 형성 영역, 및 상기 제2 불순물 영역과 상기 제3 불순물 영역 사이의 제2 채널 형성 영역을 포함하는 활성층과, 게이트 절연막을 사이에 두고 상기 제1 채널 형성 영역 및 상기 제2 채널 형성 영역 각각과 각각 겹쳐 있는 제1 및 제2 게이트 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  30. 제 29 항에 있어서, 상기 전류제어 소자의 상기 활성층이 LDD 영역을 가지고 있고, 그 LDD 영역의 적어도 일부가 상기 전류제어 소자의 게이트 전극과 겹쳐 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  31. 제 29 항에 있어서, 상기 스위칭 소자가 LDD 영역을 가지고 있고, 그 LDD 영역이 상기 스위칭 소자의 게이트 전극과 겹쳐 있지 않은 것을 특징으로 하는 발광장치.
  32. 제 29 항에 있어서, 상기 발광장치가, 비디오 카메라, 디지털 카메라, 고글형 표시장치, 자동차 내비게이션 시스템, 퍼스널 컴퓨터, 모바일 컴퓨터, 휴대 전화기, 전자 책, 및 기록 매체를 사용하는 화상 재생 장치로 이루어진 군에서 선택되는 전자 장치에 탑재되는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  33. 제 29 항에 있어서, 상기 기판이 유리, 유리 세라믹, 석영, 규소, 세라믹, 금속, 및 플라스틱으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 재료로 된 것을 특징으로 하는 발광장치.
  34. 제 29 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 게이트 전극 각각이 단층 구조, 2층 구조, 3층 구조 중 어느 한 구조를 가지고 있고, 탄탈, 티탄, 몰리브덴, 텅스텐, 크롬, 질화탄탈, 질화텅스텐, 질화티탄으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 한가지 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  35. 기판;
    상기 기판 위의 소스 배선;
    상기 기판 위에 제공되고 상기 소스 배선과 교차하여 있는 게이트 배선;
    상기 게이트 배선에 전기적으로 접속된 게이트 전극과, 상기 소스 배선에 전기적으로 접속된 제1 전극을 가지는 스위칭 소자;
    상기 스위칭 소자의 제2 전극에 전기적으로 접속된 전류제어 소자; 및
    상기 전류제어 소자에 전기적으로 접속된 전계발광(EL) 소자를 포함하고;
    상기 전류제어 소자는, 제1 불순물 영역, 제2 불순물 영역, 제3 불순물 영역, 상기 제1 불순물 영역과 상기 제2 불순물 영역 사이의 제1 채널 형성 영역, 및 상기 제2 불순물 영역과 상기 제3 불순물 영역 사이의 제2 채널 형성 영역을 포함하는 활성층과, 게이트 절연막을 사이에 두고 상기 제1 채널 형성 영역 및 상기 제2 채널 형성 영역 각각과 각각 겹쳐 있는 제1 및 제2 게이트 전극을 포함하고,
    상기 스위칭 소자는, 제4 불순물 영역, 제5 불순물 영역, 제6 불순물 영역, 상기 제4 불순물 영역과 상기 제5 불순물 영역 사이의 제3 채널 형성 영역, 및 상기 제5 불순물 영역과 상기 제6 불순물 영역 사이의 제4 채널 형성 영역을 포함하는 활성층과, 게이트 절연막을 사이에 두고 상기 제3 채널 형성 영역 및 상기 제4 채널 형성 영역 각각과 각각 겹쳐 있는 제3 및 제4 게이트 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  36. 제 35 항에 있어서, 상기 전류제어 소자가 LDD 영역을 가지고 있고, 그 LDD 영역의 적어도 일부가 상기 전류제어 소자의 게이트 전극과 겹쳐 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  37. 제 35 항에 있어서, 상기 스위칭 소자가 LDD 영역을 가지고 있고, 그 LDD 영역이 상기 스위칭 소자의 게이트 전극과 겹쳐 있지 않은 것을 특징으로 하는 발광장치.
  38. 제 35 항에 있어서, 상기 발광장치가, 비디오 카메라, 디지털 카메라, 고글형 표시장치, 자동차 내비게이션 시스템, 퍼스널 컴퓨터, 모바일 컴퓨터, 휴대 전화기, 전자 책, 및 기록 매체를 사용하는 화상 재생 장치로 이루어진 군에서 선택되는 전자 장치에 탑재되는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  39. 제 35 항에 있어서, 상기 기판이 유리, 유리 세라믹, 석영, 규소, 세라믹, 금속, 및 플라스틱으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 재료로 된 것을 특징으로 하는 발광장치.
  40. 제 35 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 게이트 전극 각각이 단층 구조, 2층 구조, 3층 구조 중 어느 한 구조를 가지고 있고, 탄탈, 티탄, 몰리브덴, 텅스텐, 크롬, 질화탄탈, 질화텅스텐, 질화티탄으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 한가지 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  41. 기판;
    상기 기판 위의 소스 배선;
    상기 기판 위에 제공되고 상기 소스 배선과 교차하여 있는 게이트 배선;
    상기 게이트 배선에 전기적으로 접속된 게이트 전극과, 상기 소스 배선에 전기적으로 접속된 제1 전극을 가지는 스위칭 소자;
    상기 스위칭 소자의 제2 전극에 전기적으로 접속된 전류제어 소자; 및
    상기 전류제어 소자에 전기적으로 접속된 전계발광(EL) 소자를 포함하고;
    상기 전류제어 소자는, 제1 불순물 영역, 제2 불순물 영역, 제3 불순물 영역, 상기 제1 불순물 영역과 상기 제2 불순물 영역 사이의 제1 채널 형성 영역, 및 상기 제2 불순물 영역과 상기 제3 불순물 영역 사이의 제2 채널 형성 영역을 포함하는 활성층과, 게이트 절연막을 사이에 두고 상기 제1 채널 형성 영역 및 상기 제2 채널 형성 영역 각각과 각각 겹쳐 있는 제1 및 제2 게이트 전극을 포함하고,
    상기 제1 불순물 영역, 상기 제2 불순물 영역, 및 상기 제3 불순물 영역에는 p형 불순물 원소가 도핑되어 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  42. 제 41 항에 있어서, 상기 전류제어 소자가 LDD 영역을 가지고 있고, 그 LDD 영역의 적어도 일부가 상기 전류제어 소자의 게이트 전극과 겹쳐 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  43. 제 41 항에 있어서, 상기 스위칭 소자가 LDD 영역을 가지고 있고, 그 LDD 영역이 상기 스위칭 소자의 게이트 전극과 겹쳐 있지 않은 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  44. 제 41 항에 있어서, 상기 발광장치가, 비디오 카메라, 디지털 카메라, 고글형 표시장치, 자동차 내비게이션 시스템, 퍼스널 컴퓨터, 모바일 컴퓨터, 휴대 전화기, 전자 책, 및 기록 매체를 사용하는 화상 재생 장치로 이루어진 군에서 선택되는 전자 장치에 탑재되는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  45. 제 41 항에 있어서, 상기 기판이 유리, 유리 세라믹, 석영, 규소, 세라믹, 금속, 및 플라스틱으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 재료로 된 것을 특징으로 하는 발광장치.
  46. 제 41 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 게이트 전극 각각이 단층 구조, 2층 구조, 3층 구조 중 어느 한 구조를 가지고 있고, 탄탈, 티탄, 몰리브덴, 텅스텐, 크롬, 질화탄탈, 질화텅스텐, 질화티탄으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 한가지 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  47. 기판;
    상기 기판 위의 소스 배선;
    상기 기판 위에 제공되고 상기 소스 배선과 교차하여 있는 게이트 배선;
    상기 게이트 배선에 전기적으로 접속된 게이트 전극과, 상기 소스 배선에 전 기적으로 접속된 제1 전극을 가지는 스위칭 소자;
    상기 스위칭 소자의 제2 전극에 전기적으로 접속된 전류제어 소자; 및
    상기 전류제어 소자에 전기적으로 접속된 전계발광(EL) 소자를 포함하고;
    상기 전류제어 소자는, 제1 불순물 영역, 제2 불순물 영역, 제3 불순물 영역, 상기 제1 불순물 영역과 상기 제2 불순물 영역 사이의 제1 채널 형성 영역, 및 상기 제2 불순물 영역과 상기 제3 불순물 영역 사이의 제2 채널 형성 영역을 포함하는 활성층과, 게이트 절연막을 사이에 두고 상기 제1 채널 형성 영역 및 상기 제2 채널 형성 영역 각각과 각각 겹쳐 있는 제1 및 제2 게이트 전극을 포함하고,
    상기 스위칭 소자는, 제4 불순물 영역, 제5 불순물 영역, 제6 불순물 영역, 상기 제4 불순물 영역과 상기 제5 불순물 영역 사이의 제3 채널 형성 영역, 및 상기 제5 불순물 영역과 상기 제6 불순물 영역 사이의 제4 채널 형성 영역을 포함하는 활성층과, 게이트 절연막을 사이에 두고 상기 제3 채널 형성 영역 및 상기 제4 채널 형성 영역 각각과 각각 겹쳐 있는 제3 및 제4 게이트 전극을 포함하고,
    상기 제1 불순물 영역, 상기 제2 불순물 영역, 및 상기 제3 불순물 영역에는 p형 불순물 원소가 도핑되어 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  48. 제 47 항에 있어서, 상기 전류제어 소자가 LDD 영역을 가지고 있고, 그 LDD 영역의 적어도 일부가 상기 전류제어 소자의 게이트 전극과 겹쳐 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  49. 제 47 항에 있어서, 상기 스위칭 소자가 LDD 영역을 가지고 있고, 그 LDD 영역이 상기 스위칭 소자의 게이트 전극과 겹쳐 있지 않은 것을 특징으로 하는 발광장치.
  50. 제 47 항에 있어서, 상기 발광장치가, 비디오 카메라, 디지털 카메라, 고글형 표시장치, 자동차 내비게이션 시스템, 퍼스널 컴퓨터, 모바일 컴퓨터, 휴대 전화기, 전자 책, 및 기록 매체를 사용하는 화상 재생 장치로 이루어진 군에서 선택되는 전자 장치에 탑재되는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  51. 제 47 항에 있어서, 상기 기판이 유리, 유리 세라믹, 석영, 규소, 세라믹, 금속, 및 플라스틱으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 재료로 된 것을 특징으로 하는 발광장치.
  52. 제 47 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 게이트 전극 각각이 단층 구조, 2층 구조, 3층 구조 중 어느 한 구조를 가지고 있고, 탄탈, 티탄, 몰리브덴, 텅스텐, 크롬, 질화탄탈, 질화텅스텐, 질화티탄으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 한가지 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  53. 제 35 항에 있어서, 상기 스위칭 소자가 상기 제3 채널 형성 영역과 상기 제4 채널 형성 영역 사이에 고농도 불순물 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  54. 제 47 항에 있어서, 상기 스위칭 소자가 상기 제3 채널 형성 영역과 상기 제4 채널 형성 영역 사이에 고농도 불순물 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  55. 제 1 항에 있어서, 상기 전류제어 소자의 채널 폭이 상기 스위칭 소자의 채널 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 발광장치.
  56. 제 8 항에 있어서, 상기 전류제어 소자의 채널 폭이 상기 스위칭 소자의 채널 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 발광장치.
  57. 제 15 항에 있어서, 상기 전류제어 소자의 채널 폭이 상기 스위칭 소자의 채널 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 발광장치.
  58. 제 22 항에 있어서, 상기 전류제어 소자의 채널 폭이 상기 스위칭 소자의 채널 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 발광장치.
  59. 제 35 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 채널 형성 영역의 폭이 상기 제3 및 제4 채널 형성 영역의 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 발광장치.
  60. 제 47 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 채널 형성 영역의 폭이 상기 제3 및 제4 채널 형성 영역의 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 발광장치.
  61. 제 1 항에 있어서, 상기 발광장치가 상기 기판 위의 용량을 더 포함하고, 상기 용량은 상기 전류제어 소자의 게이트 전극 및 상기 스위칭 소자의 소스 또는 드레인 영역에 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  62. 제 8 항에 있어서, 상기 발광장치가 상기 기판 위의 용량을 더 포함하고, 상기 용량은 상기 전류제어 소자의 게이트 전극 및 상기 스위칭 소자의 소스 또는 드레인 영역에 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  63. 제 15 항에 있어서, 상기 발광장치가 상기 기판 위의 용량을 더 포함하고, 상기 용량은 상기 전류제어 소자의 게이트 전극 및 상기 스위칭 소자의 소스 또는 드레인 영역에 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  64. 제 22 항에 있어서, 상기 발광장치가 상기 기판 위의 용량을 더 포함하고, 상기 용량은 상기 전류제어 소자의 게이트 전극 및 상기 스위칭 소자의 소스 또는 드레인 영역에 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  65. 제 29 항에 있어서, 상기 발광장치가 상기 기판 위의 용량을 더 포함하고, 상기 용량은 상기 스위칭 소자의 소스 또는 드레인 영역과 상기 제1 및 제2 게이트 전극에 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  66. 제 35 항에 있어서, 상기 발광장치가 상기 기판 위의 용량을 더 포함하고, 상기 용량은 상기 제1 불순물 영역 또는 상기 제3 불순물 영역과 상기 제3 및 제4 게이트 전극에 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  67. 제 41 항에 있어서, 상기 발광장치가 상기 기판 위의 용량을 더 포함하고, 상기 용량은 상기 스위칭 소자의 소스 또는 드레인 영역과 상기 제1 및 제2 게이트 전극에 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  68. 제 47 항에 있어서, 상기 발광장치가 상기 기판 위의 용량을 더 포함하고, 상기 용량은 상기 제1 불순물 영역 또는 상기 제3 불순물 영역과 상기 제3 및 제4 게이트 전극에 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
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