WO2004086343A1 - 素子基板及び発光装置 - Google Patents

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WO2004086343A1
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light
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Mitsuaki Osame
Aya Anzai
Yu Yamazaki
Ryota Fukumoto
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Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd.
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    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/78651—Silicon transistors
    • H01L29/7866—Non-monocrystalline silicon transistors
    • H01L29/78672—Polycrystalline or microcrystalline silicon transistor
    • H01L29/78675—Polycrystalline or microcrystalline silicon transistor with normal-type structure, e.g. with top gate
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K2102/00—Constructional details relating to the organic devices covered by this subclass
    • H10K2102/301—Details of OLEDs
    • H10K2102/302—Details of OLEDs of OLED structures
    • H10K2102/3023—Direction of light emission
    • H10K2102/3031—Two-side emission, e.g. transparent OLEDs [TOLED]
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    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
    • H10K59/10—OLED displays
    • H10K59/12—Active-matrix OLED [AMOLED] displays
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    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
    • H10K59/10—OLED displays
    • H10K59/12—Active-matrix OLED [AMOLED] displays
    • H10K59/122—Pixel-defining structures or layers, e.g. banks

Definitions

  • the present invention relates to a light emitting device and an element substrate in which a means for supplying current to a light emitting element and a light emitting element are provided in each of a plurality of pixels.
  • a light-emitting element emits light by itself and has high visibility.
  • the backlight required for liquid crystal displays (LCDs) is not required, making it ideal for thinning, and there is no restriction on the viewing angle. Therefore, in recent years, light-emitting devices using light-emitting elements have attracted attention as display devices replacing CRTs and LCDs.
  • a light-emitting element means an element whose luminance is controlled by current or voltage, and is a MIM-type electron element used in an OLED (Organic Light Emitting Diode) or an FED (Field Emission Display). It includes a source element (electron emission element) and the like.
  • the light-emitting device includes a panel and a module in which an IC or the like including a controller is mounted on the panel. Further, the present invention relates to an element substrate corresponding to one mode before a panel is completed in a process of manufacturing the light-emitting device, wherein the element substrate includes a means for supplying a current to the light-emitting element to each of a plurality of pixels. Prepare.
  • OLED Organic Light Emitting Diode
  • OLED Organic Light Emitting Diode
  • a layer (hereinafter, referred to as an electroluminescent layer), an anode layer, and a cathode layer.
  • the electroluminescent layer is provided between the anode and the cathode, and is composed of a single layer or a plurality of layers. These layers may contain an inorganic compound.
  • the luminescence in the electroluminescent layer includes light emission when returning from a singlet excited state to a ground state (fluorescence) and light emission when returning from a triplet excited state to a basal state (phosphorescence).
  • the pixel illustrated in FIG. 7 includes a switching transistor 700, a driving transistor 701, a capacitor 702, and a light-emitting element 703.
  • the switching transistor 700 has a gate connected to the scanning line 705, one source and drain connected to the signal line 704, and the other connected to the gate of the driving transistor 701.
  • the driving transistor 701 has a source connected to the power supply line 706 and a drain connected to the anode of the light emitting element 703.
  • the cathode of the light emitting element 703 is connected to the counter electrode 707.
  • the capacitor 702 is provided to hold a potential difference between the gate and the source of the driving transistor 701. Also, a predetermined voltage is applied to the power supply line 706 and the counter electrode 707 from a power supply, respectively, and there is a potential difference therebetween.
  • the switching transistor 700 When the switching transistor 700 is turned on by the signal of the scanning line 705, the video signal input to the signal line 704 is input to the gate of the driving transistor 701. The difference between the potential of the input video signal and the potential of the power supply line 706 becomes the gate-source voltage Vgs of the driving transistor 701, a current is supplied to the light emitting element 703, and the light emitting element 703 emits light. Disclosure of the invention (Problems to be solved by the invention)
  • a transistor using polysilicon has a high field-effect mobility and a large ON current, and thus is suitable as a transistor of a light-emitting device.
  • a transistor using polysilicon has a problem in that its characteristics are likely to vary due to defects formed in crystal grain boundaries.
  • Ids 8 (Vgs-Vth) 2 / 2---(1)
  • Vgs of the driving transistor 701 changes due to switching of the switching transistor 700 and changes in potentials of signal lines and scanning lines. This is due to the parasitic capacitance on the gate of the driving transistor 701.
  • the present invention does not require the off-state current of the switching transistor 700 to be kept low, so that the capacitance of the capacitor 702 does not need to be large, and is not easily affected by the parasitic capacitance. It is an object to propose a light emitting device and an element substrate which can suppress luminance unevenness of the light emitting element 703 between pixels due to variation in characteristics.
  • the potential of the gate of the driving transistor is fixed, the driving transistor is operated in a saturation region, and a current can always flow.
  • a current controlling transistor operating in a linear region is arranged in series with the driving transistor, and a video signal for transmitting light emission and non-light emission of a pixel via a switching transistor is input to a gate of the current control transistor. I do.
  • the source-drain voltage Vds of the current control transistor is small. ⁇ The slight change in the gate-source voltage Vgs of the current control transistor depends on the light emitting element. Does not affect the current flowing through The current flowing through the light emitting element is determined by the driving transistor operating in the saturation region.
  • FIG. 1 is a diagram showing one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing an outline of an external circuit and a panel.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of a signal line driving circuit.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a top view of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of an electronic device to which the present invention can be applied.
  • FIG. 7 is a diagram showing a conventional example.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of a top view of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of the cross-sectional structure of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of the operation timing of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of the cross-sectional structure of the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram showing an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram showing an example of a top view of the present invention.
  • FIG. 14 is a diagram showing an embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a diagram showing an embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a diagram showing an example of a top view of the present invention.
  • FIG. 17 is a diagram showing an example of a top view of the present invention.
  • FIG. 18 is a diagram showing an example of the cross-sectional structure of the present invention.
  • FIG. 19 is a diagram showing an example of the cross-sectional structure of the present invention.
  • FIG. 20 is a diagram showing an example of a top view of the present invention.
  • FIG. 21 is a diagram illustrating a pixel driving method according to the present embodiment.
  • FIG. 22 is a diagram illustrating a driving method of an active matrix light emitting device.
  • FIG. 23 is a diagram showing a list of driving methods classified according to whether a video signal uses voltage or current.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a pixel included in the light emitting device of the present invention.
  • the pixel shown in FIG. 1 has a light emitting element 104, a transistor (switching transistor) 101 used as a switching element for controlling input of a video signal to the pixel, and a current value flowing through the light emitting element 104. It has a driving transistor 102 for controlling and a current controlling transistor 103 for controlling the supply of current to the light emitting element 104.
  • the video A pixel 105 may be provided with a capacitor 105 for holding a signal potential.
  • the driving transistor 102 and the current control transistor 103 have the same polarity.
  • the driving transistor 102 operates in the saturation region, and the current control transistor 103 operates in the linear region.
  • the driving transistor 102 an enhancement transistor or a depletion transistor may be used.
  • the switching transistor 101 an N-type transistor or a P-type transistor may be used.
  • the first power supply line Vi (i 1 to x), the light emitting element Connected to 104.
  • the capacitor 105 is provided to hold the potential difference between the electrodes of the capacitor 105 when the switching transistor 101 is in a non-selected state (off state).
  • FIG. 1 illustrates a structure in which the capacitor 105 is provided; however, the present invention is not limited to this structure, and a structure without the capacitor 105 may be employed.
  • the driving transistor 102 and the current controlling transistor 103 are P-type transistors, and the drain of the driving transistor 102 and the anode of the light emitting element 104 are connected. Conversely, if the driving transistor 102 and the current controlling transistor 103 are N-type transistors, the source of the driving transistor 102 and the cathode of the light emitting element 104 are connected. The pixel electrode and the anode serve as counter electrodes.
  • the operation can be divided into a writing period and a data holding period.
  • the current control transistor 103 is turned on during the writing period, the supply of the current to the light-emitting element 104 is maintained because the potential of the video signal is held by the capacitor 105.
  • the current control transistor 103 is turned off in the writing period, no current is supplied to the light-emitting element 104 because the potential of the video signal is held by the capacitor 105.
  • the element substrate is provided with a light-emitting element in the process of manufacturing the light-emitting device of the present invention. It corresponds to one form before being performed.
  • the transistor used in the light-emitting device of the present invention may be a transistor formed using single crystal silicon, a transistor using SOI, or a transistor using polycrystalline silicon or amorphous silicon. It may be a thin film transistor. Further, a transistor using an organic semiconductor or a transistor using carbon nanotubes may be used. Further, the transistor provided in the pixel of the light emitting device of the present invention may have a single gate structure, a double gate structure, or a multi-gate structure having more gate electrodes.
  • the current control transistor 103 operates in the linear region, so the source-drain voltage Vds of the current control transistor 103 is small, and the gate-source voltage Vgs of the current control transistor 103 varies slightly. Does not affect the current flowing through the light emitting element 104.
  • the current flowing through the light emitting element 104 is determined by the driving transistor 102 operating in the saturation region. Therefore, the current flows to the light emitting element 104 without increasing the capacitance of the capacitor 105 provided between the gate and the source of the current controlling transistor 103 or keeping the off-state current of the switching transistor 101 low. No effect on current, In addition, it is not affected by the parasitic capacitance attached to the gate of the current control transistor 103. For this reason, variation factors are reduced, and image quality can be greatly improved.
  • Active matrix light-emitting devices can maintain a certain level of current supply to light-emitting elements even after video signals are input, and can flexibly cope with larger panels and higher definition. Is becoming mainstream.
  • the pixel configuration of the active matrix type light emitting device that has been specifically proposed differs depending on the manufacturer of the light emitting device, and each device has a unique technical device.
  • Figure 22 shows the active The classification of the driving method in the matrix type light emitting device is systematically shown.
  • the driving method in the active matrix light emitting device can be roughly classified into a digital video signal and an analog video signal.
  • Light-emitting devices classified as analogs further express gray scale by current-modulating the analog current of the current flowing through the light-emitting element and changing the length of on / off of the inverter. It is classified into time modulation.
  • Current-modulated light-emitting devices can be classified into those with a Tr characteristic correction circuit and those without.
  • the characteristic correction circuit is a circuit for correcting the characteristic variation of the driving transistor, and includes a circuit for correcting only the threshold value and a circuit for correcting the current value (including the threshold value, mobility, etc.).
  • Light-emitting devices with Tr characteristic correction circuits classified as current modulation are further classified into those that perform threshold value correction by voltage programming and those that correct current values by current programming.
  • voltage programming a video signal is input as a voltage and the variation in the threshold value of the driving transistor is corrected.
  • current programming corrects variations in the current values (including thresholds and mobilities) of the driving transistors.
  • Video signals are input with current.
  • the light-emitting element is a current-driven element, and since the light emission luminance is determined by the current, it is more direct to use the current value as data.
  • Light emitting devices that perform current value correction by current programming are further classified into a current mirror type and a type that does not use a current mirror.
  • the current mirror type is a pixel circuit using a current mirror circuit, in which a transistor for setting a current and a transistor for supplying a current to a light emitting element are separately arranged.
  • a major premise is that the characteristics of the two mirror transistors are the same.
  • a light emitting device that does not use a current mirror uses a single transistor to set current and supply current to the light emitting element without using a current mirror circuit.
  • light emitting devices classified as digital are classified into area gray scale and time gray scale.
  • the area gray scale sub-pixels are provided in the pixel, the light emitting area is weighted like 1: 2: 4: 8 :, and the gray scale display is performed by selecting it.
  • time gradation one frame is divided into several sub-frames, each light emission time is weighted like 1: 2: 4: 8 :, and gradation display is performed by selection.
  • Time gradation is classified into DPS (Display Period Separated) drive and SES (Simultaneous Erasing Scan) drive.
  • DPS Display Period Separated
  • SES Simultaneous Erasing Scan
  • each subframe is composed of two parts, a data writing period (Addressing Period) and a light emitting period (Lighting Period).
  • DPS drive is described in "M. Mizukami et al., 6-Bit Digital VGA OLED, SID '00 Digest, p. 912".
  • SES drive by using an erasing transistor, a data writing period and a light emitting period can be overlapped, and the light emitting period of a light emitting element can be lengthened.
  • the SES drive is described in “K. Inukai et al” 4.0-in. TFT-OLED Displays and a Novel Digital Driving Method, SID '00 Digest, p. 924 ”.
  • SES driving is further classified into constant current driving and constant voltage driving.
  • the constant current drive the light emitting element is driven with a constant current, and a constant current flows regardless of the resistance change of the light emitting element.
  • the constant voltage driving the light emitting element is driven at a constant voltage.
  • Light emitting devices driven by a constant current are further classified into those with a Tr characteristic correction circuit and those without.
  • the light emitting device with the Tr characteristic correction circuit includes a light emitting device driving (CCT1) described in International Publication No. WO03 027997 and a light emitting device driving (CCSP) described in Japanese Patent Application No. 2002-0556555.
  • CCT1 light emitting device driving
  • CCSP light emitting device driving
  • Light emitting devices without a Tr characteristic correction circuit are further classified into those with a long driving transistor channel length and those with a fixed gate potential during light emission.
  • For the drive Tr long channel length refer to Japanese Patent Application No. 2002-0250. No. 65 is described.
  • the driving transistor long channel length suppresses the characteristic variation of the driving transistor during constant current driving. By making the gate length very long, Vgs near the threshold is not used, and the variation in the current flowing through the light emitting element of each pixel can be reduced.
  • the gate of the driving transistor is fixed at a potential at which the driving transistor is turned on during the light emitting period of the light emitting element, thereby stabilizing the Vgs of the driving transistor and improving display defects. is there.
  • Data is input to the gate of the current control transistor arranged in series with the drive transistor.
  • Some light emitting devices of the gate potential fixing method during light emission have a long driving transistor channel length.
  • the light emitting device of the present invention is classified into a driving Tr long channel length by a gate potential fixing method during light emission.
  • FIG. 23 shows a list of driving methods in a light emitting device in which a video signal is digital, which is classified according to whether the video signal uses voltage or current. As shown in FIG. 23, when a light emitting element emits light, there are a video signal input to a pixel at a constant voltage (CV) and a video signal input at a constant current (CC).
  • CV constant voltage
  • CC constant current
  • the video signal has a constant voltage (CV)
  • CVCV constant voltage
  • CVCC constant current flowing through the light emitting element
  • the video signal having a constant current (CC) is classified into a signal having a constant voltage applied to the light emitting element (CCCV) and a signal having a constant current flowing through the light emitting element (CCCC).
  • the pixel shown in FIG. 2 includes a light emitting element 204, a switching transistor 201, and a driving transistor.
  • the transistor includes a transistor 202, a current control transistor 203, and a transistor (erase transistor) 206 for forcibly turning off the current control transistor 203.
  • a capacitor 205 may be provided in a pixel in addition to the above elements.
  • the driving transistor 202 and the current control transistor 203 have the same polarity.
  • the driving transistor 202 operates in the saturation region
  • the current control transistor 203 operates in the linear region.
  • L of the driving transistor 202 may be longer than W, and L of the current controlling transistor 203 may be equal to or shorter than W. More preferably, the ratio of L to W of the driving transistor 202 is preferably 5 or more.
  • an enhancement transistor may be used as the driving transistor 202, or a depletion transistor may be used.
  • the switching transistor 201 and the erasing transistor 206 an N-type transistor or a P-type transistor may be used.
  • the other is connected to the gate of the current control transistor 203.
  • the light emitting element 204 includes an electroluminescent layer provided between the anode and the cathode.
  • the anode is a pixel electrode and the cathode is a counter electrode.
  • the counter electrode is connected to the third power supply line.
  • the driving transistor 202 and the current controlling transistor 203 are P-type transistors, and the drain of the driving transistor 202 and the anode of the light emitting element 204 are connected. Conversely, if the driving transistor 202 and the current controlling transistor 203 are N-type transistors, the source of the driving transistor 202 and the cathode of the light emitting element 204 are connected. In this case, the cathode of the light emitting element 204 is a pixel electrode, and the anode is a counter electrode.
  • the operation of the pixel shown in FIG. 2 can be divided into a writing period, a data holding period, and an erasing period.
  • the operations of the switching transistor 201, the driving transistor 202, and the current control transistor 203 in the writing period and the data holding period are the same as those in FIG.
  • FIG. 21A shows the operation when the current control transistor 203 is turned on by the video signal during the writing period
  • FIG. 21B shows the operation when the current control transistor 203 is off during the writing period. Is shown.
  • FIG. 21C illustrates the operation in the case where the current control transistor 203 is on in the holding period
  • FIG. 21D illustrates the operation in the erasing period.
  • 21A to 21D a switching transistor 201 used as a switching element, a current control transistor 203, and an erasing transistor 206 are shown as switches for easy understanding of the operation.
  • the current control transistor 203 is turned on during the writing period, the supply of current to the light-emitting element 204 is maintained as shown in FIG. 21C because the potential of the video signal is held by the capacitor 205. ing.
  • the current control transistor 203 Conversely, when the current control transistor 203 is turned off in the writing period, no current is supplied to the light-emitting element 204 because the potential of the video signal is held by the capacitor 205.
  • Figure 3 shows a block diagram of the external circuit and a schematic diagram of the panel.
  • the active matrix display device includes an external circuit 3004 and a panel 310.
  • the external circuit 3004 includes an AZD conversion unit 3001, a power supply unit 3002, and a signal generation unit 3003.
  • AZD converter 3001 is a video data signal input as an analog signal Is converted into a digital signal (video signal) and supplied to the signal line driver circuit 3006.
  • the power supply unit 3002 generates power of a desired voltage value from power supplied from a battery or an outlet, and supplies the power to the signal line driving circuit 3006, the scanning line driving circuit 3007, the light emitting element 3011, the signal generating unit 3003, and the like.
  • a power supply, a video signal, a synchronization signal, and the like are input to the signal generation unit 3003, which converts various signals and generates a clock signal and the like for driving the signal line driving circuit 3006 and the scanning line driving circuit 3007. .
  • Signals and power from the external circuit 3004 pass through the FPC and are input to the internal circuit and the like from the FPC connection unit 3005 in the panel 3010.
  • the panel 3010 has an FPC connection portion 3005 and an internal circuit arranged over a substrate 3008, and has a light-emitting element 3011.
  • the internal circuit includes a signal line driver circuit 3006, a scan line driver circuit 3007, and a pixel portion 3009.
  • the pixel described in Embodiment 1 is employed as an example, but any of the pixel configurations described in the embodiment of the present invention can be employed in the pixel portion 3009.
  • a pixel portion 3009 is provided in the center of the substrate, and a signal line driving circuit 3006 and a scanning line driving circuit 3007 are provided around the pixel portion 3009.
  • the light emitting element 3011 and a counter electrode of the light emitting element are formed on the entire surface of the pixel portion 3009.
  • FIG. 4 shows a block diagram of the signal line driver circuit 3006 in more detail.
  • the signal line driver circuit 3006 includes a shift register 4002 using a plurality of stages of D flip-flops 4001, a data latch circuit 4003, a latch circuit 4004, a level shifter 4005, a buffer 4006, and the like.
  • Input signals are a clock signal line (S-CK), an inverted clock signal line (S-CKB), a start pulse (S-SP), a video signal (DATA), and a latch pulse (LatchPulse).
  • sampling pulses are sequentially output from the shift register 4002 in accordance with the timing of a clock signal, a clock inversion signal, and a start pulse.
  • the sampling pulse is input to the data latch circuit 4003, and captures and holds a video signal at that timing. This operation is performed sequentially from the first row.
  • the signal is level-shifted in the level shifter 4005, shaped in the buffer 4006, and output all at once from the signal lines S1 to Sn.
  • the H level and the L level are input to the pixels in the row selected by the scanning line driver circuit 3007, and light emission and non-light emission of the light emitting element 3011 are controlled.
  • the panel 3010 and the external circuit 3004 are independent, but they may be formed integrally on the same substrate.
  • the display device uses an OLED as an example, but a light emitting device using a light emitting element other than the OLED may be used.
  • the level shifter 4005 and the buffer 4006 may not be provided in the signal line driver circuit 3006.
  • FIG. 5 shows a top view of the pixel of this embodiment.
  • 5001 corresponds to a signal line
  • 5002 corresponds to a first power line
  • 5011 corresponds to a second power line
  • 5004 corresponds to a first scan line
  • 5003 corresponds to a second scan line.
  • the signal line 5001, the first power line 5002, and the second power line 5011 are formed using the same conductive film
  • the first scan line 5004 and the second scan line 5003 are formed using the same conductive film.
  • 5005 is a switching module It is a transistor, and part of the first scan line 5004 functions as its gate electrode.
  • Reference numeral 5006 denotes an erasing transistor, and part of the second scanning line 5003 functions as its gate electrode.
  • 5007 corresponds to a drive transistor
  • 5008 corresponds to a current control transistor.
  • the active layer of the driving transistor 5007 has a meandering shape such that its LZW is larger than that of the current controlling transistor 5008.
  • 5009 corresponds to a pixel electrode, and emits light in a region (light emitting area) 5010 overlapping with an electroluminescent layer and a cathode (both not shown).
  • top view of the present invention is one embodiment of the book, and it goes without saying that the present invention is not limited to this.
  • FIG. 8 shows a top view of the pixel of this example.
  • 8001 corresponds to a signal line, 8002I to a first power supply line, 8011 corresponds to a second power supply line, 8004 corresponds to a first scan line, and 8003 corresponds to a second scan line.
  • the signal line 8001, the first power line 8002, and the second power line 8011 are formed using the same conductive film, and the first scan line 8004 and the second scan line 8003 are formed using the same conductive film.
  • Reference numeral 8005 denotes a switching transistor, and part of the first scanning line 8004 functions as a gate electrode thereof.
  • Reference numeral 8006 denotes an erasing transistor, and part of the second scanning line 8003 functions as its gate electrode.
  • 8007 corresponds to a driving transistor
  • 8008 corresponds to a current control transistor.
  • the driving transistor 8007 has an active layer winding so that its LZW is larger than that of the current controlling transistor 8008.
  • 8009 corresponds to a pixel electrode and emits light in a region (light emitting area) 8010 overlapping with an electroluminescent layer and a cathode (both not shown).
  • Reference numeral 8012 denotes capacitance means, which is formed by a gate insulating film between the second power supply line 8011 and the current control transistor 8008.
  • top view of the present invention is one embodiment of the book, and it goes without saying that the present invention is not limited to this.
  • FIG. 9A is a cross-sectional view of a pixel in the case where the driving transistor 9021 is a P-type transistor and light emitted from the light-emitting element 9022 passes to the anode 9023 side.
  • an anode 9023 of a light-emitting element 9022 and a driving transistor 9021 are electrically connected, and an electroluminescent layer 9024 and a cathode 9025 are sequentially stacked over the anode 9023.
  • the cathode 9025 a known material can be used as long as it has a small work function and is a conductive film that reflects light. For example, Ca, A and CaF, MgAg, AILi and the like are desirable.
  • the electroluminescent layer 9024 may be composed of a single layer or may be composed of a plurality of stacked layers.
  • a hole injection layer, a hole transport layer, a light emitting layer, an electron transport layer, and an electron injection layer are stacked in this order. It is not necessary to provide all of these layers.
  • the anode 9023 is formed using a transparent conductive film which transmits light.
  • a transparent conductive film in which 2 to 20% of zinc oxide (ZnO) is mixed with indium oxide may be used in addition to ITO.
  • the part where the anode 9023, the electroluminescent layer 9024, and the cathode 9025 overlap is the light emitting element Equivalent to 9022.
  • the light emitting element 9022 passes through the anode 9023 as shown by a white arrow.
  • FIG. 9B is a cross-sectional view of a pixel in the case where the driving transistor 9001 is an N-type transistor and light emitted from the light-emitting element 9002 passes to the anode 9005 side.
  • the cathode 9003 of the light-emitting element 9002 and the driving transistor 9001 are electrically connected, and an electroluminescent layer 9004 and an intestine 9005 are sequentially stacked on the cathode 9003.
  • the cathode 9003 a known material can be used as long as it has a small work function and reflects light. For example, Ca, A and CaF, MgAg, AILi and the like are desirable.
  • the electroluminescent layer 9004 may be formed of a single layer or may be formed by stacking a plurality of layers. In the case of a multilayer structure, an electron injection layer, an electron transport layer, a light emitting layer, a hole transport layer, and a hole injection layer are stacked on the cathode 9003 in this order. It is not necessary to provide all of these layers.
  • the anode 9005 is formed using a transparent conductive film which transmits light. For example, a transparent conductive film in which 2 to 20% of zinc oxide (ZnO) is mixed with indium oxide may be used instead of ITO.
  • a portion where the cathode 9003, the electroluminescent layer 9004, and the anode 9005 overlap corresponds to the light-emitting element 9002.
  • the light-emitting element 9002. In the case of the pixel shown in FIG. 9B, light emitted from the light-emitting element 9002 passes through the anode 9005 as shown by a white arrow.
  • FIG. 10 (A) shows an example in which a 4-bit gray scale is expressed using the digital time gray scale method.
  • the writing period Tb1 the first scanning line is sequentially selected from the first row, and the switching transistor is turned on.
  • a video signal is input to each pixel from the signal line, and light emission and non-light emission of each pixel are controlled by the potential.
  • the process immediately shifts to the data holding period Ts1.
  • the same operation is performed until the last line, and the period Ta1 ends.
  • the process moves to the writing period Tb2 sequentially from the row where the data holding period Ts1 has ended.
  • an erasing period 2102 is provided so that the next period does not start immediately after the end of the data holding period.
  • the light emitting element is forcibly set to the non-light emitting state.
  • the order of light emission does not need to be Ts1 to Ts4, and may be random or light may be divided into a plurality of parts.
  • FIG. 10B shows an example of a write pulse and an erase pulse.
  • a pulse may be input row by row as shown in erase pulse 1 and may be held by a capacitor means or the like during the erase period. You may keep inputting the H level.
  • the pulses shown in FIG. 10 (B) are for the case where the switching transistor and the erasing transistor are N-type, and for the case where the switching transistor and the erasing transistor are P-type. Any of the pulses in (B) H level and L level are also inverted.
  • a display device using the light-emitting device of the present invention can be used for display portions of various electronic devices.
  • examples of the electronic device include a portable information terminal (a mobile phone, a mobile computer, a portable game machine, an electronic book, or the like), a video camera, a digital camera, a goggle-type display, a display, a navigation system, and the like.
  • Fig. 6 shows specific examples of these electronic devices.
  • FIG. 6A shows a display including a housing 6001, an audio output portion 6002, a display portion 6003, and the like.
  • the light emitting device of the present invention can be used for the display portion 6003.
  • the display devices include all information display devices such as those for personal computers, TV broadcast reception, and advertisement display.
  • FIG. 6B shows a mopile computer, which includes a main body 6101, a stylus 6102, a display section 6103, an operation button 6104, an external interface 6105, and the like.
  • the light emitting device of the present invention can be used for the display portion 6103.
  • FIG. 6C illustrates a game machine including a main body 6201, a display portion 6202, an operation button 6203, and the like.
  • the light emitting device of the present invention can be used for the display portion 6202.
  • FIG. 6D illustrates a mobile phone, which includes a main body 6301, an audio output portion 6302, an audio input portion 6303, a display portion 6304, an operation switch 6305, an antenna 6306, and the like.
  • the light emitting device of the present invention can be used for the display portion 6304.
  • the applicable range of the light emitting device of the present invention is extremely wide, and the light emitting device can be used for electronic devices in all fields. [Example 7]
  • FIG. 11 shows a driving transistor 7001 formed over a substrate 7000.
  • the driving transistor 7001 is covered with a first interlayer insulating film 7002.
  • a color filter 7003 made of resin or the like and a driving transistor 7001 through a contact hole are provided on the first interlayer insulating film 7002.
  • a wiring 7004 that is electrically connected to the drain is formed on the first interlayer insulating film 7002.
  • a current control transistor may be provided between the driving transistor 7001 and the wiring 7004.
  • a second interlayer insulating film 7005 is formed on the first interlayer insulating film 7002 so as to cover the color filsole 7003 and the Tori line 7004.
  • the first interlayer insulating film 7002 or the second interlayer insulating film 7005 is formed using a single layer or a stacked layer of silicon oxide, silicon nitride, or silicon oxynitride by a plasma CVD method or a sputtering method. be able to.
  • a film in which a silicon oxynitride film having a higher molar ratio of oxygen than nitrogen is stacked over a silicon oxynitride film having a higher molar ratio of nitrogen than oxygen is used as the first interlayer insulating film 7002 or the second interlayer insulating film 7005. It is good to use as. Alternatively, an organic resin film may be used as the first interlayer insulating film 7002 or the second interlayer insulating film 7005.
  • a wiring 7006 that is electrically connected to the wiring 7004 through a contact hole is formed. Part of the wiring 7006 functions as an anode of the light-emitting element.
  • the wiring 7006 is formed at a position overlapping with the color filter 7003 with the second interlayer insulating film 7005 interposed therebetween.
  • An organic resin film 7008 used as a partition is formed over the second interlayer insulating film 7005.
  • the organic resin film 7008 has an opening, and the opening serves as an anode.
  • the light emitting element 7011 is formed by overlapping the functioning wiring 7006, the electroluminescent layer 7009, and the cathode 7010.
  • the electroluminescent layer 7009 has a structure in which a light-emitting layer alone or a plurality of layers including a light-emitting layer is stacked. Note that a protective film may be formed over the organic resin film 7008 and the cathode 7010.
  • the protective film a film that is less likely to transmit a substance such as moisture or oxygen, which causes deterioration of the light emitting element than the other insulating films, is used.c
  • a D and C film is used. It is preferable to use a carbon nitride film, a silicon nitride film formed by an RF sputtering method, or the like.
  • a film in which a substance such as moisture or oxygen is hardly permeated and a film in which a substance such as moisture or oxygen is easily transmitted can be stacked and used as a protective film.
  • the organic resin film 7008 is heated in a vacuum atmosphere to remove adsorbed moisture, oxygen, and the like before the electroluminescent layer 7009 is formed.
  • heat treatment is performed at 100 ° C. to 200 ° C. for about 0.5 to 1 hour in a vacuum atmosphere. Desirably, it is 3 ⁇ 10 ′′ 7 Torr or less, and most preferably, 310 ⁇ 8 Torr or less.
  • the electroluminescent layer is formed. In the case of forming a film, the reliability can be further improved by keeping the film in a vacuum atmosphere immediately before the film formation.
  • the edge of the opening of the organic resin film 7008 is rounded so that the electroluminescent layer 7009 which is partially overlapped with the organic resin film 7008 has no hole at the end. It is desirable. Specifically, it is desirable that the radius of curvature of the curve drawn by the cross section of the organic resin film in the opening is about 0.2 to 2 m.
  • FIG. 11 illustrates an example in which a positive photosensitive acrylic resin is used for the organic resin film 7008.
  • the photosensitive organic resin is classified into a positive type in which a portion exposed to energy rays such as light, electrons, and ions is removed, and a negative type in which the exposed portion remains.
  • a negative type organic resin film may be used.
  • the organic resin film 7008 may be formed using photosensitive polyimide.
  • the end of the opening has an S-shaped cross-sectional shape. At this time, the radius of curvature at the upper end and the lower end of the opening is desirably 0.2 to 2 m.
  • the wiring 7006 can be formed using a transparent conductive film.
  • a transparent conductive film obtained by mixing 2 to 2 Oo / o zinc oxide ( ⁇ ) with indium oxide may be used.
  • ⁇ is used as the wiring 7006.
  • the wiring 7006 may be polished by wiping with a CMP method or a polyvinyl alcohol-based porous body so that its surface is planarized. After polishing using the CMP method, ultraviolet irradiation, oxygen plasma treatment, or the like may be performed on the surface of the wiring 7006.
  • the cathode 7010 is formed to a thickness such that light can pass therethrough, and another known material is used as long as it is a conductive film having a small work function.
  • the light-emitting element used in the present invention may have a configuration in which light is emitted from both the anode side and the cathode side.
  • the airtightness of the protective film (laminated film, ultraviolet curable resin film, etc.) and the translucent cover material 7012 to prevent further exposure to the outside air Packaging (encapsulation) is preferred.
  • the inside of the material is made an inert atmosphere or if a hygroscopic material (for example, barium oxide) is provided inside, the reliability of the light emitting element is improved.
  • a color filter 7013 may be provided on the cover member 7012.
  • the present invention is not limited to the above manufacturing method, and can be manufactured using a known method.
  • FIG. 12 shows a circuit diagram of the pixel of this embodiment. Elements and wirings already shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals in FIG.
  • the gate-source voltage Vgs of the driving transistor 202 is fixed. That is, even if the light emitting element 204 is deteriorated, the gate-source voltage Vgs of the driving transistor 202 operating in the saturation region is fixed without change. Therefore, in this embodiment, even if the light emitting element 204 is deteriorated, it is possible to prevent the drain current of the driving transistor 202 operating in the saturation region from fluctuating.
  • Example 9 In this embodiment, an example of a top view of the pixel shown in FIG. 12 will be described. However, in this embodiment, an example in which a resistor is provided between the pixel electrode of the light emitting element 204 and the drain of the current control transistor 203 in the pixel shown in FIG. FIG. 13 shows a top view of the pixel of this embodiment.
  • 51 01 is a signal line
  • 51 02 is a first power line
  • 51 11 is a second power line
  • 51 04 is a first scan line
  • 51 03 is a second scan line.
  • the signal line 5101, the first power supply line 5102, and the second power supply line 51111 are formed of the same conductive film
  • the first scan line 5104 and the second scan line 51 03 Are formed of the same conductive film.
  • Reference numeral 5105 denotes a switching transistor, and a part of the first scanning line 5104 functions as a gate electrode thereof.
  • Reference numeral 5106 denotes an erasing transistor, and a part of the second scanning line 5103 functions as its gate electrode.
  • 5107 corresponds to a driving transistor
  • 5108 corresponds to a current controlling transistor.
  • 51 12 corresponds to a capacitor
  • 51 13 corresponds to a resistor formed of a semiconductor film.
  • the active layer of the driving transistor 5107 is winding so that the LZW is larger than that of the current controlling transistor 5108.
  • 5109 corresponds to a pixel electrode, and emits light in a region (light emitting area) where the pixel electrode 5109, an electroluminescent layer (not shown), and a cathode (not shown) overlap.
  • a conductive film to be used as the pixel electrode 5109 of the light-emitting element is formed, and before the conductive film is patterned and a pixel electrode is formed, the conductive film is used for driving by a charge charged in the conductive film. It is possible to prevent the potential of the drain of the transistor 5107 from abruptly changing and prevent the driving transistor 5107 from being broken. Also, until EL is deposited Can be used as a countermeasure against static electricity.
  • top view of the present invention is one embodiment of the book, and it goes without saying that the present invention is not limited to this.
  • FIG. 14B in the pixel shown in FIG. 14A, the voltage applied to the gate of the driving transistor 202 is divided for each of the red, green, and blue pixels.
  • the configuration of the pixel when the method of white balance adjustment is adopted is shown.
  • the second power line Wrj for red (R) is connected to the gate of the driving transistor 202.
  • the second power supply line Wgj for green (G) is connected to the gate of the driving transistor 202.
  • a second power supply line Wbj for blue (B) is connected to the gate of the driving transistor 202.
  • FIG. 15A shows a configuration of a pixel in which a resistor is provided in the pixel of FIG. 14A. Elements and wirings already shown in FIG. 14 (A) are denoted by the same reference numerals in FIG. 15 (A).
  • FIG. 15A differs from FIG. 14A in that a resistor 209 is provided between the pixel electrode of the light-emitting element 204 and the drain of the driving transistor 202.
  • FIG. 15B shows that, in the pixel shown in FIG. 15A, the voltage applied to the gate of the driving transistor 202 is divided into red, green, and blue pixels, The configuration of the pixel when the method of white balance adjustment is adopted is shown.
  • the second power line Wrj for red (R) is connected to the gate of the driving transistor 202.
  • the second power supply line Wgj for green (G) is connected to the gate of the driving transistor 202.
  • a second power supply line Wbj for blue (B) is connected to the gate of the driving transistor 202.
  • a conductive film to be used as a pixel electrode of the light-emitting element 204 is formed, and before the conductive film is patterned and a pixel electrode is formed, driving electric charge is applied to the conductive film. This can prevent the potential of the drain of the transistor 202 from abruptly changing and prevent the driving transistor 202 from being broken. Also, it can be used as a measure against static electricity until EL is deposited.
  • Figure 16 1 shows a top view of a pixel according to this embodiment.
  • 5201 is a signal line
  • 5202 is a first power source
  • 5211 is a second power line
  • 5204 is a first scan line
  • 5203 is a second scan line.
  • the signal line 5201 and the first power supply line 5202 are formed using the same conductive film
  • the first scan line 5204, the second scan line 5203, and the second power supply line 521 1 are formed using the same conductive film.
  • Reference numeral 5205 denotes a switching transistor, and a part of the first scanning line 5204 functions as a gate electrode.
  • Reference numeral 5206 denotes an erasing transistor, and a part of the second scanning line 5203 functions as its gate electrode.
  • 5207 corresponds to a driving transistor
  • 5208 corresponds to a current control transistor.
  • the active layer of the driving transistor 5207 has a meandering shape so that its LZW is larger than that of the current controlling transistor 5208.
  • 5209 corresponds to a pixel electrode, and emits light in a region (light emitting area) where the pixel electrode 5209, an electroluminescent layer (not shown), and a cathode (not shown) overlap.
  • FIG. 17 shows a top view of the pixel of this example.
  • 5301 is a signal line
  • 5302 is a first power line
  • 531 1 r is a second power line corresponding to a red pixel
  • 531 1 g is a second power line corresponding to a green pixel
  • 531 1 b is blue 5304 corresponds to a first scanning line
  • 5303 corresponds to a second scanning line.
  • the signal line 5301 and the first power supply line 5302 are formed of the same conductive film
  • the first scan line 5304, the second scan line 5303, and the second power supply line 531 1r and 531 1g are formed.
  • 53 11b is formed of the same conductive film.
  • Reference numeral 5305 denotes a switching transistor, and a part of the first scanning line 5304 functions as a gate electrode thereof.
  • Reference numeral 5306 denotes an erasing transistor, and a part of the second scanning line 5303 functions as its gate electrode.
  • 5307 is a driving transistor, and 5308 is a current control transistor.
  • 5312 corresponds to a capacitor, and 5313 corresponds to a resistor formed of a semiconductor film.
  • the active layer of the driving transistor 5307 has a meandering shape such that its LZW is larger than that of the current controlling transistor 5308.
  • 5309 corresponds to a pixel electrode, and emits light in a region (light emitting area) where the pixel electrode 5309, an electroluminescent layer (not shown), and a cathode (not shown) overlap.
  • top view of the present invention is one embodiment of the book, and it goes without saying that the present invention is not limited to this.
  • the pixel size can be 45 x 135.
  • FIG. 18A is a cross-sectional view of a pixel in the case where the driving transistor 9011 is an N-type transistor and light emitted from the light-emitting element 9012 passes to the cathode 9013 side.
  • the cathode 901 3 of the light emitting element 9012 is formed on the transparent conductive film 901 7 electrically connected to the drain of the driving transistor 901 1.
  • a field emission layer 9014 and an anode 9015 are sequentially stacked on top of it. And reflect or block the light so as to cover the anode 9015 Film 9016 is formed.
  • a known material can be used for the cathode 9013 as long as the conductive film has a small work function and reflects light.
  • the cathode 9013 may be used as the cathode 9013.
  • the electric field light emitting layer 9014 may be formed of a single layer, or may be formed by stacking a plurality of layers.
  • the anode 9015 does not need to transmit light.
  • a transparent conductive film such as ITO, ITS0, IZO in which 2 to 20% of zinc oxide (ZnO) is mixed with indium oxide, or Ti or ⁇ may be used.
  • the shielding film 9016 can be made of, for example, a metal that reflects light, but is not limited to a metal film.
  • a resin or the like to which a black pigment is added can be used.
  • a portion where the cathode 9013, the electroluminescent layer 9014, and the anode 9015 overlap corresponds to the light emitting element 9012.
  • the pixel shown in FIG. 18 ( ⁇ ) light emitted from the light emitting element 9012 passes through the cathode 9013 as shown by a white arrow.
  • FIG. 18B is a cross-sectional view of a pixel in the case where the driving transistor 9031 has a rectangular shape and light emitted from the light-emitting element 9032 passes to the cathode 9035 side.
  • an anode 9033 of a light emitting element 9032 is formed on a wiring 9036 electrically connected to a drain of a driving transistor 9031, and an electroluminescent layer 9034 and a cathode are formed on the anode 9033.
  • 9035 force ⁇ layered in order.
  • a known material can be used as long as it is a conductive film having a small work function.
  • the film thickness is set to a degree that allows light to pass through.
  • AI having a thickness of 20 nm can be used as the cathode 9035.
  • the electroluminescent layer 9034 is formed of a single layer as in FIG. 18A. Or a structure in which a plurality of layers are stacked.
  • the anode 9033 does not need to transmit light, but can be formed using a transparent conductive film as in FIG. 18A, or can be formed using TiN or Ti.
  • FIG. 18 (In the case of a pixel indicated by BM, light emitted from the light emitting element 9032 passes through the cathode 9035 as shown by a white arrow.
  • the transistor that can be used in the present invention may be formed using amorphous silicon.
  • a transistor is formed using amorphous silicon, a crystallization process can be omitted, so that a manufacturing method can be simplified and cost can be reduced.
  • transistors formed of amorphous silicon have higher mobility in N-type than in P-type, and are more suitable for use in pixels of light-emitting devices.
  • a cross-sectional structure of a pixel in the case where an N-type driving transistor is used will be described.
  • FIG. 19A shows a cross-sectional view of the pixel of this example.
  • 6501 corresponds to a driving transistor
  • 6502 corresponds to a current controlling transistor.
  • the driving transistor 6501 includes a gate electrode 6503 formed over a substrate 6500 having an insulating surface, a gate insulating film 6504 formed over the substrate 6500 so as to cover the gate electrode 6503, and a gate insulating film 6504 interposed therebetween.
  • the semiconductor film 6505 has two impurity regions 6506a and 6506b which function as a source or a drain and to which an impurity imparting a conductivity type is added. Further, the impurity region 6506a is connected to the wiring 6508.
  • the current controlling transistor 6502 includes a gate electrode 6510 formed over a substrate 6500 having an insulating surface, and a gate insulating film formed over the substrate 6500 so as to cover the gate electrode 6510. 6504, and a semiconductor film 6511 formed at a position overlapping the gate electrode 6510 with the gate insulating film 6504 interposed therebetween.
  • the semiconductor film 6511 has two impurity regions 6512a and 6512b which function as a source or a drain and to which an impurity imparting conductivity is added.
  • the impurity region 6512a is connected to the impurity region 6506b included in the driving transistor 6501 through the wiring 6513.
  • the driving transistor 6501 and the current controlling transistor 6502 are both covered with a protective film 6507 formed of an insulating film. Then, the wiring 6508 is connected to the anode 6509 through a contact hole formed in the protective film 6507. In addition, the driving transistor 6501, the current controlling transistor 6502, and the protection element 6507 are covered with an interlayer insulating element 6520.
  • the interlayer insulating film 6520 has an opening, and the anode 6509 is exposed in the opening.
  • An electroluminescent layer 6521 and a cathode 6522 are formed over the anode 6509.
  • FIG. 19 (A) describes the case where both the driving transistor and the current control transistor are N-type, but they may be P-type. In this case, P-type impurities are used to control the threshold value of the driving transistor.
  • FIG. 20 shows a top view of the pixel of this example.
  • 5401 is a signal line
  • 5402 is a first power line
  • 541 1a and 541 1b are second power springs
  • 5404 is a first scan line
  • 5403 is a second scan line.
  • the signal line 5401, the first power line 5402, and the second power line 54 "a are formed of the same conductive film
  • the line 5411b is formed of the same conductive film
  • 5405 is a switching transistor
  • part of the first scan line 5404 functions as its gate electrode
  • 5406 is an erasing transistor
  • Part of the scan line 5403 functions as its gate electrode
  • 5407 corresponds to a driving transistor
  • 5408 corresponds to a current control transistor
  • 5412 corresponds to a capacitor
  • 5413 corresponds to a semiconductor film.
  • the active layer of the driving transistor 5407 has a meandering shape so that its L / W is larger than that of the current controlling transistor 5408.
  • W 4 [nm]
  • top view of the present invention is one embodiment of the book, and it goes without saying that the present invention is not limited to this.

Abstract

　スイッチング用トランジスタのオフ電流を低く抑え、容量素子の大容量化を図らずとも、駆動用トランジスタの特性のばらつきに起因する、画素間における発光素子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。

Description

明細書 素子基板及び発光装置 技術分野
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。 背景技術
発光素子は自ら発光するため視認性が高 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（Electroluminescence)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 卜が走査線 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 7 04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 一卜'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。 発明の開示 (発明が解決しょうとする課題）
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《ォ 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— 00871 9号で提案し た、駆動用トランジスタ 701の LZW(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 Idsは式 (1 )で与えられる。
Ids = 8 (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 し、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 化等に伴し、、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 抑える必要はなぐ容量素子 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。
(課題を解決するための手段）
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《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。
(発明の効果）
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し、。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。 図面の簡単な説明
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 1 0は、本発明の動作タイミングの一例を示す図である。
図 1 1は、本発明の断面構造の一例を示す図である。
図 1 2は、本発明の一実施形態を示す図である。
図 1 3は、本発明の上面図の一例を示す図である。
図 1 4は、本発明の一実施形態を示す図である。
図 1 5は、本発明の一実施形態を示す図である。 図 1 6は、本発明の上面図の一例を示す図である。
図 1 7は、本発明の上面図の一例を示す図である。
図 1 8は、本発明の断面構造の一例を示す図である。
図 1 9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、本発朋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。 発明を実施するための最良の形態
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 1 04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） 1 01と、発光素子 1 04に流れる 電流値を制御する駆動用トランジスタ 1 02、発光素子 1 04への電流の供給を制御す る電流制御用トランジスタ 1 03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 (こ設けても良い。
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し、。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以上にするとよし、。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 W 2とすると、 L1ZW1： L2ZW2=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、 L1ZW1 =500//mZ3〃m、 L2ZW2 = 3〃 m/Ί 00〃 mとし、 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型卜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〜 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 νί(ί=1〜χ)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〜χ)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 1 01がオンになる。そして、 信号線 SKi = 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 1 01を 介して電流制御用トランジスタ 1 03のゲートに入力される。なお、駆動用トランジスタ 1 02はゲートが第 1の電源線 Vi (ί= 1〜X)に接続されているため、常にオン状態で οδる。
ビデオ信号によって電流制御用トランジスタ 1 03がオンになる場合は、第 1の電源 線 V 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 1 03は線形領域で動作しているため、発光素子 1 04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 1 04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 1 03がオフになる場合は、発光素 子 1 04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 1 01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 1 03をオンにした場合、 ビデオ信号の電位は容量素子 1 05によって保持されているので、発光素子 1 04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 1 03をオフにした場合、ビデオ信号の電位は容量素子 1 05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し、。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卜 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 1 03は線形領域で動作するため電流制 御用トランジスタ 1 03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 1 03のゲート'ソース間電圧 Vgsの僅かな変動は、発光素子 1 04に流れる電流に影 響しない。発光素子 1 04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 1 0 2により決定される。よって、電流制御用トランジスタ 1 03のゲート'ソース間に設けら れた容量素子 1 05の容量を大きくしたり、スイッチング用トランジスタ 1 01のオフ電流 を低く抑えなくても、発光素子 1 04に流れる電流に影響しなし、。また、電流制御用ト ランジスタ 1 03のゲートにつく寄生容量による影響も受けなし、。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、ァクテ イ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 つておリ、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 力、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。そしてアナ口 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。丁 r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、移動度等すベて含 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、移動度もすベて含む）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 (Addressing 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-Bit 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 Driving 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特性補正回路なしめ 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 (CVCV)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、駆動用卜 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 203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し、。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型卜ランジス 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 202のゲートは第 2の電 源線 W 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、駆動用卜 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卜ラン 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 203と、 消去用トランジスタ 206とをスィッチとして示す。
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 201がオン になる。そして、信号線 SKi= 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 20 4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 (Β)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ィッチ 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 205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。
(実施例）
以下に、本発明の実施例について記載する。
[実施例 1 ]
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 01 0を有する。外部回路 3004は AZD変換部 3001、電源部 3002及び信号生成 部 3003を有する。 AZD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 301 1、 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 3007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 301 0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 301 0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 301 1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 301 1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。
より詳しぐ図 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 4005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 —トパルス（S- SP)、ビデオ信号（DATA)及びラッチパルス（LatchPulse)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 40 05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 S 1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 301 1の発光、非発光を制御する。 本実施例にて示したァク亍イブマトリクス型表示装置はパネル 301 0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し、。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。
[実施例 2]
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、 501 1は第 2の電源線に相当し、 5004 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 5001 と第 1の電源線 5002と第 2の電源線 501 1は同じ導電膜で形成し、第 1の走査線 5 004と第 2の走査線 5003は同じ導電膜で形成する。また 5005はスイッチング用卜 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 LZWが電流制御用トランジスタ 5008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= 1 2[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本の一実施例であり、本発明はこれに限定されないことは 言うまでもない。
[実施例 3]
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、 8002Iま第 1の電源線、 801 1は第 2の電源線にネ目当し、 8004 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 8001 と第 1の電源線 8002と第 2の電源線 801 1は同じ導電膜で形成し、第 1の走査線 8 004と第 2の走査線 8003は同じ導電膜で形成する。また 8005はスイッチング用卜 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 LZWが電流制御用トランジスタ 8008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= 1 2[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） 801 0において発光する。また、 801 2は容量 手段であり、第 2の電源線 801 1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本の一実施例であり、本発明はこれに限定されないことは 言うまでもない。
[実施例 4]
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 90 22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、 Aし CaF、 MgAg、 AILi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 も良し、。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餍する。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 IT O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 90 02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、腸極 9005が順に積層されている。陰極 9003は仕事関数 が小さぐ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、 Aし CaF、 MgAg、 AILi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。
[実施例 5]
本発明の画素構成を用いた駆動タイミングの一例を、図 1 0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 c データ保持期間 Ts1〜Ts4は、その長さの比を Ts1： Ts2:Ts3:Ts4 = 23:22:2 :2 。=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にこで 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、消去期間中ずつと、 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。
[実施例 6]
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パ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、ナビゲーシヨ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 6003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)はモパイルコンピュータであり、本体 61 01、スタイラス 61 02、表示部 61 0 3、操作ポタン 61 04、外部インターフェイス 61 05等を含む。本発明の発光装置は 表示部 61 03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、操作ポタン 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 6303、 表示部 6304、操作スィッチ 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。 [実施例 7]
図 1 1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 1 1 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。
そしてカラーフィゾレタ 7003及び酉己線 7004を覆うように、第 1の層間絶縁 fl莫 7002 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 7002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 7005として用いても良し、。或いは第 1の層間絶縁膜 7002または第 2 の層間絶縁膜 7005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 701 0が重なり合うことで発光素子 70 1 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 701 0上 に、保護膜を成膜しても良し、。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 c 代表的には、例えば Dし C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、 1 00°C〜20 0°C、 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 X 1 0"7T orr以下とし、可能であるならば 3 1 0_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〜； 2 m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 701 0が電界発光層 7009に形成された穴においてショ —卜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 1 1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· 2〜2 m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 2〜2 Oo/oの酸化亜鉛（ΖηΟ)を混合した透明導電膜を用いても良し、。図 1 1では配線 700 6とし ΙΤΟ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 701 0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、 Aし CaF、 MgAg、 AILi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つた 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 1 1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《 脱ガスの少ない保護フイルム（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 701 2でパッケージング（封入）することが好ましい。その際、カバ一 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 701 2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。
[実施例 8]
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 1 2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 1 2においても同じ符号を付して示す。図 1 2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、駆動用卜ランジス 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 されるところは同じである。ただし図 1 2では、駆動用トランジスタ 202のソースが第 1 の電源線 V 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。
[実施例 9] 本実施例では、図 1 2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 1 2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。
51 01は信号線、 51 02は第 1の電源線、 51 1 1は第 2の電源線にネ目当し、 51 04 は第 1の走査線、 51 03は第 2の走査線に相当する。本実施例では、信号線 51 01 と第 1の電源線 51 02と第 2の電源線 51 1 1は同じ導電膜で形成し、第 1の走査線 5 1 04と第 2の走査線 51 03は同じ導電膜で形成する。また 51 05はスイッチング用卜 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 51 06は消去用トランジスタであり、第 2の走査線 51 03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 51 1 2は容量素子に相当し、 51 1 3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 51 07は、その LZWが電流制御用トランジスタ 51 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 51 07 はし =200[nm]、 W=4[nm]、電流制御用トランジスタ 51 08は L=6[nm]、 W= 1 2[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 51 09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 51 1 3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本の一実施例であり、本発明はこれに限定されないことは 言うまでもない。
[実施例 1 0]
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 1 4 (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 1 4 (A)においても同じ符号を付して示す。ただし図 1 4 (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 1 4 (B)に、図 1 4 (A)に示した画素において、駆動用トランジスタ 202のゲ 一卜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 1 4 (B)では、赤色に対 応した画素 21 0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 20 2のゲートに接続されている。また、緑色に対応した画素 21 1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 21 2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。 [実施例 1 1 ]
本実施例では、図 1 4 (A)、図 1 4 (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 1 5 (A)に、図 1 4 (A)の画素に抵抗を設けた画素の構成を示す。なお図 1 4 (A) において既に示した素子や配線については、図 1 5 (A)においても同じ符号を付して 示す。図 1 5 (A)は図 1 4 (A)と異なり、発光素子 204の画素電極と駆動用卜ランジス タ 202のドレインとの間に、抵抗 209を有する。
次に図 1 5 (B)に、図 1 5 (A)に示した画素において、駆動用トランジスタ 202のゲ 一卜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 1 5 (B)では、赤色に対 応した画素 21 0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 20 2のゲートに接続されている。また、緑色に対応した画素 21 1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 21 2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 1 5 (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 1 6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 $泉、 521 1は第 2の電源線に相当し、 5204 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 5201 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 5 203と第 2の電源線 521 1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、 521 2は容量素子に相当し、 521 3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 LZWが電流制御用トランジスタ 5208よ リ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 520 7は L= 200[nm]、 W = 4[nm]、電流制御用トランジスタ 5208は L=6[nm]、 W= 1 2[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 1 5 (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 1 7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、 531 1 rは赤色の画素に対応する第 2の 電源線、 531 1 gは緑色の画素に対応する第 2の電源線、 531 1 b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 $泉 5304と第 2の走査線 5303と第 2の電源線 531 1 r、 531 1 g、 53 1 1 b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。 5307 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、 531 2は 容量素子に相当し、 531 3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 LZW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つている。例えば、駆動用トランジスタ 5307は L=200[nm]、 W = 4[nm]、電流制御用トランジスタ 5308は L= 6[nm]、 W= 1 2[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本の一実施例であり、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 ;« mとし、 VGA (640 x 480) 200dpiで、画素のサイズを 45 X 1 35 と することができる。
[実施例 1 2]
図 1 8 (A)に、駆動用トランジスタ 901 1が N型で、発光素子 901 2から発せられる 光が陰極 901 3側に抜ける場合の、画素の断面図を示す。図 1 8 (A)では、駆動用ト ランジスタ 901 1のドレインと電気的に接続された透明導電膜 901 7上に、発光素子 901 2の陰極 901 3力成 B莫されており、陰極 901 3上に鼋界発光層 901 4、陽極 90 1 5が順に積層されている。そして陽極 901 5を覆うように、光を反射または遮蔽する ための遮蔽膜 901 6が成膜されている。陰極 901 3は、仕事関数が小さぐなおかつ 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、 C aF、 MgAg、 AIU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 AIを、陰極 901 3として用いることができる。そして電界発 光層 901 4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 901 5は光を透過する必要はないが、例えば ITO、 ITS 0、酸化インジウムに 2〜20%の酸化亜鉛（ZnO)を混合した IZO等の透明導電膜を 用いても良いし、 Tiまたは ΤίΝを用いても良い。そして遮蔽膜 901 6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 901 3と、電界発光層 901 4と、陽極 901 5とが重なっている部分が発光素子 901 2に相当する。図 1 8 (Α)に示した画素の場合、発光素子 901 2から発せられる 光は、白抜きの矢印で示すように陰極 901 3側に抜ける。
図 1 8 (B)に、駆動用トランジスタ 9031が Ρ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 1 8 (B)では、駆動用卜 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 9032 の陽極 9033力成莫されており、陽極 9033上に電界発光層 9034、陰極 9035力《 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 1 8 (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 AIを、陰極 9035として用しゝ ることができる。そして電界発光層 9034は、図 1 8 (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し、。陽極 90 33は光を透過する必要はないが、図 1 8 (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 1 8 (BMこ示した画素の場合、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。
[実施例 13〗
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。ただしァ 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、 650 2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を有してし、る。そして不純物領域 6506a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 651 0と、ゲート電極 651 0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 651 0と重なる位置に形成された半導体膜 651 1とを有している。半導 体膜 651 1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 651 2a、 651 2bを有している。そして不純物領域 651 2a は、配線 651 3を介して駆動用トランジスタ 6501が有する不純物領域 6506b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、駆動用卜ランジス タ 6501及び電流制御用卜ランジスタ 6502と、保護莫 6507は層間絶縁莫 6520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 65 09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 1 9 (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闘 値を制御するための不純物は P型を用いる。 [実施例 1 4]
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、 541 1 a、 541 1 bは第 2の電源泉にネ目当 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 54" a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 541 1 b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 5404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、 54 08は電流制御用トランジスタに相当する。また 541 2は容量素子に相当し、 541 3 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[nm]、電流制御用トラン ジスタ 5408は L= 6[nm]、 W= 1 2[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） 541 0において、発光する。
なお本発明の上面図は本の一実施例であり、本発明はこれに限定されないことは 言うまでもない。

Claims

請求の範囲
1 .発光素子と、
前記発光素子に流れる電流値を決定する第 1のトランジスタと、
ビデオ信号によって、前記発光素子の発光、非発光を決定する第 2のトランジス 夕と、を画素に有し、
第 1の電源と第 3の電源との間に、前記発光素子、前記第 1のトランジスタ及び 前記第 2のトランジスタが直列に接続され、
前記第 1のトランジスタのゲート電極は第 2の電源と接続されていることを特徴と する発光装置。
2.発光素子と、
前記発光素子に流れる電流値を決定する第 1のトランジスタと、
ビデオ信号によって、前記発光素子の発光、非発光を決定する第 2のトランジス タと、
前記ビデオ信号の入力を制御する第 3のトランジスタと、を画素に有し、 第 1の電源と第 3の電源との間に、前記発光素子、前記第 1のトランジスタ及び 前記第 2のトランジスタが直列に接続され、
前記第 1のトランジスタのゲート電極は第 2の電源と接続されていることを特徴と する発光装置。
3. 発光素子と、
前記発光素子に流れる電流値を決定する第 1のトランジスタと、
ビデオ信号によって、前記発光素子の発光、非発光を決定する第 2の卜ランジス タと、 前記ビデオ信号の入力を制御する第 3のトランジスタと、
前記ビデオ信号に関わらず、前記発光素子を非発光状態にする第 4のトランジ スタと、を画素に有し、
前記第 1の電源と第 3の電源との間に、前記発光素子、前記第 1のトランジスタ 及び前記第 2のトランジスタが直列に接続され、
前記第 1のトランジスタのゲート電極は第 2の電源と接続されていることを特徴と する発光装置。
4. 請求項 1乃至請求項 3のいずれか 1項において、
前記第 1のトランジスタ及び前記第 2のトランジスタの極性が同じ極性であること を特徴とする発光装置。
5. 請求項 1乃至請求項 3のいずれか 1項において、
前記第 1のトランジスタはディプリーション型であることを特徴とする発光装置。
6. 請求項 1乃至請求項 3のいずれか 1項において、
前記第 1のトランジスタはそのチャネル長がチャネル幅より長く、
前記第 2のトランジスタはそのチャネル長がチャネル幅と同じかそれより短いこと を特徴とする発光装置。
7. 請求項 6において、
前記第 1のトランジスタはそのチャネル幅に対するチャネル長の比が 5以上であ ることを特徴とする発光装置。
8. 画素電極と、
前記画素電極に流れる電流値を決定する第 1のトランジスタと、
ビデオ信号によって、前記画素電極への電流の供給の有無を決定する第 2のト ランジスタと、を画素に有し、
第 1の電源と前記画素電極との間に、前記第 1のトランジスタ及び前記第 2の卜 ランジスタが直列に接続され、
前記第 1のトランジスタのゲート電極は第 2の電源と接続されていることを特徴と する素子基板。
9. 請求項 8において、
前記第 1のトランジスタ及び前記第 2のトランジスタの極性が共に P型であり、 前記第 1のトランジスタの閾値が前記第 2のトランジスタの閾値よりも高いことを 特徴とする素子基板。
1 0. 請求項 8において、
前記第 1のトランジスタ及び前記第 2のトランジスタの極性が共に N型であり、 前記第 1のトランジスタの閾値が前記第 2のトランジスタの閾値よりも低いことを 特徴とする素子基板。
1 1 . 請求項 8乃至請求項 1 0のいずれか 1項において、
前記第 1のトランジスタはディプリーション型であることを特徴とする素子基板。
1 2. 請求項 8乃至請求項 1 0のいずれか 1項において、
前記第 1のトランジスタはそのチャネル長がチャネル幅より長
前記第 2のトランジスタはそのチャネル長がチャネル幅と同じかそれより短いこと を特徴とする素子基板。
1 3.請求項 1 2において、
前記第 1のトランジスタはそのチャネル幅に対するチャネル長の比が 5以上であ ることを特徴とする素子基板。
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