JP2006011454A

JP2006011454A - 電気光学装置及び電子装置

Info

Publication number: JP2006011454A
Application number: JP2005186259A
Authority: JP
Inventors: Shunpei Yamazaki; 舜平山崎; Jun Koyama; 潤小山; Ichiu Yamamoto; 一宇山本; Toshimitsu Konuma; 利光小沼
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1999-06-04
Filing date: 2005-06-27
Publication date: 2006-01-12

Abstract

【課題】動作性能および信頼性の高いＥＬ表示装置を提供する。
【解決手段】画素内に形成されるスイッチング用ＴＦＴ２０１はマルチゲート構造になっており、オフ電流値の低減に重点をおいた構造となっている。また、電流制御用ＴＦＴ２０２はスイッチング用ＴＦＴよりも大きなチャネル幅を有し、電流を流すのに適した構造となっている。さらに、電流制御用ＴＦＴ２０２のＬＤＤ領域３３は、ゲート電極３５と一部が重なるように形成され、ホットキャリア注入の防止とオフ電流値の低減に重点をおいた構造となっている。
【選択図】図１

Description

本発明は半導体素子（半導体薄膜を用いた素子）を基板上に作り込んで形成されたＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置に代表される電気光学装置及びその電気光学装置を表示ディスプレイ（表示部ともいう）として有する電子装置（電子デバイス）に関する。

近年、基板上にＴＦＴを形成する技術が大幅に進歩し、アクティブマトリクス型表示装置への応用開発が進められている。特に、ポリシリコン膜を用いたＴＦＴは、従来のアモルファスシリコン膜を用いたＴＦＴよりも電界効果移動度（モビリティともいう）が高いので、高速動作が可能である。そのため、従来、基板外の駆動回路で行っていた画素の制御を、画素と同一の基板上に形成した駆動回路で行うことが可能となっている。

このようなアクティブマトリクス型表示装置は、同一基板上に様々な回路や素子を作り込むことで製造コストの低減、表示装置の小型化、歩留まりの上昇、スループットの低減など、様々な利点が得られるとして注目されている。

アクティブマトリクス型ＥＬ表示装置は、各画素のそれぞれにＴＦＴでなるスイッチング素子を設け、そのスイッチング素子によって電流制御を行う駆動素子を動作させてＥＬ層（発光層）を発光させる。この時、典型的な画素構造は、例えば米国特許番号５，６８４，３６５号（特開平８−２３４６８３号）のＦＩＧ．１に開示されている。

同米国特許のＦＩＧ．１に示されるように、スイッチング用素子（Ｔ１）のドレインは電流制御用素子（Ｔ２）のゲート電極に接続されているが、それと並列にコンデンサ（Ｃｓ）にも接続されている。このコンデンサ（Ｃｓ）に蓄積された電荷で電流制御用素子（Ｔ２）のゲート電圧を維持するのである。

逆に言えば、スイッチング素子（Ｔ１）が非選択時にある時、コンデンサ（Ｃｓ）がなければスイッチング素子（Ｔ１）を通じて電荷が漏れてしまい（この時流れる電流をオフ電流という）、電流制御用素子（Ｔ２）のゲート電極にかかる電圧を維持できなくなる。これはスイッチング素子（Ｔ１）をトランジスタで形成する上で避けられない問題である。しかしながら、このコンデンサ（Ｃｓ）は画素内に設けられるため、画素の有効発光面積（有効画像表示面積）を狭める要因になっていた。

また、電流制御用素子（Ｔ２）はＥＬ層を発光させるために大電流を流す必要がある。即ち、ＴＦＴに求められる性能がスイッチング素子と電流制御用素子とではまるで異なってくる。このような場合、同一構造のＴＦＴだけでは全ての回路又は素子が求める性能を確保することは困難であった。

本発明は上記従来技術を鑑みてなされたものであり、動作性能及び信頼性の高い電気光学装置、特にＥＬ表示装置を提供することを課題とする。そして、電気光学装置の画質を向上させることにより、それを表示ディスプレイとして有する電子装置（電子デバイス）の品質を向上させることを課題とする。

上記課題を達成するために、本発明ではＥＬ表示装置の各画素に含まれる素子が求める機能を鑑みて、最適な構造のＴＦＴを割り当てている。即ち、同一画素内に異なる構造のＴＦＴが存在することになる。

具体的には、オフ電流値を十分に低くさせることを最重要課題とする素子（スイッチング用素子など）は、動作速度よりもオフ電流値を低減させることに重点を置いたＴＦＴ構造とし、電流を流すことを最重要課題とする素子（電流制御用素子など）は、オフ電流値を低減させることよりも、電流を流すこと及びそれと同時に顕著な問題となるホットキャリア注入による劣化を抑制することに重点を置いたＴＦＴ構造とする。

本発明では、同一基板上で上記のようなＴＦＴの使い分けを行うことによって、ＥＬ表示装置の動作性能の向上と信頼性の向上とを可能とする。なお、本発明の思想は、画素部に限ったものではなく、画素部と画素部を駆動する駆動回路部とを含めてＴＦＴ構造の最適化を図る点にも特徴がある。

本発明を用いることで、同一基板上に、素子の求める仕様に応じて適切な性能のＴＦＴを配置した画素を形成することが可能となり、アクティブマトリクス型ＥＬ表示装置の動作性能や信頼性を大幅に向上させることができる。

また、そのようなＥＬ表示装置を表示ディスプレイとして有することで、画像品質が良く、耐久性のある（信頼性の高い）応用製品（電子装置）を生産することが可能となる。

本発明の実施の形態について、図１、図２を用いて説明する。図１に示したのは本発明であるＥＬ表示装置の画素の断面図であり、図２（Ａ）はその上面図、図２（Ｂ）はその回路構成である。実際にはこのような画素がマトリクス状に複数配列されて画素部（画像表示部）が形成される。

なお、図１の断面図は図２（Ａ）に示した上面図においてＡ−Ａ’で切断した切断面を示している。ここでは図１及び図２で共通の符号を用いているので、適宜両図面を参照すると良い。また、図２の上面図では二つの画素を図示しているが、どちらも同じ構造である。

図１において、１１は基板、１２は下地膜である。基板１１としてはガラス基板、ガラスセラミックス基板、石英基板、シリコン基板、セラミックス基板、金属基板若しくはプラスチック基板（プラスチックフィルムも含む）を用いることができる。

また、下地膜１２は特に可動イオンを含む基板や導電性を有する基板を用いる場合に有効であるが、石英基板には設けなくても構わない。下地膜１２としては、珪素（シリコン）を含む絶縁膜を設ければ良い。なお、本明細書において「珪素を含む絶縁膜」とは、具体的には酸化珪素膜、窒化珪素膜若しくは窒化酸化珪素膜（ＳｉＯｘＮｙで示される）など珪素、酸素若しくは窒素を所定の割合で含む絶縁膜を指す。

ここでは画素内に二つのＴＦＴを形成している。２０１はスイッチング用素子として機能するＴＦＴ（以下、スイッチング用ＴＦＴという）、２０２はＥＬ素子へ流す電流量を制御する電流制御用素子として機能するＴＦＴ（以下、電流制御用ＴＦＴという）であり、どちらもｎチャネル型ＴＦＴで形成されている。

ｎチャネル型ＴＦＴの電界効果移動度はｐチャネル型ＴＦＴの電界効果移動度よりも大きいため、動作速度が早く電流を流しやすい。また、同じ電流量を流すにもＴＦＴサイズはｎチャネル型ＴＦＴの方が小さくできる。そのため、ｎチャネル型ＴＦＴを電流制御用ＴＦＴとして用いた方が表示部の有効面積が広くなる
ので好ましい。

ｐチャネル型ＴＦＴはホットキャリア注入が殆ど問題にならず、オフ電流値が低いといった利点があって、スイッチング用ＴＦＴとして用いる例や電流制御用ＴＦＴとして用いる例が既に報告されている。しかしながら本発明では、ＬＤＤ領域の位置を異ならせた構造とすることでｎチャネル型ＴＦＴにおいてもホットキャリア注入の問題とオフ電流値の問題を解決し、全ての画素内のＴＦＴ全てをｎチャネル型ＴＦＴとしている点にも特徴がある。

ただし、本発明において、スイッチング用ＴＦＴと電流制御用ＴＦＴをｎチャネル型ＴＦＴに限定する必要はなく、両方又はどちらか片方にｐチャネル型ＴＦＴを用いることも可能である。

スイッチング用ＴＦＴ２０１は、ソース領域１３、ドレイン領域１４、ＬＤＤ領域１５a〜１５d、高濃度不純物領域１６及びチャネル形成領域１７a、１７bを含む活性層、ゲート絶縁膜１８、ゲート電極１９a、１９b、第１層間絶縁膜２０、ソース配線２１並びにドレイン配線２２を有して形成される。

本発明の特徴は図２に示すようにゲート電極１９a、１９bは別の材料（ゲート電極１９a、１９bよりも低抵抗な材料）で形成されたゲート配線２１１によって電気的に接続されたダブルゲート構造となっている点である。勿論、ダブルゲート構造だけでなく、トリプルゲート構造などいわゆるマルチゲート構造（直列に接続された二つ以上のチャネル形成領域を有する活性層を含む構造）であればよい。マルチゲート構造はオフ電流値を低減する上で極めて有効であり、本発明では画素のスイッチング用ＴＦＴ２０１をマルチゲート構造とすることによりオフ電流値の低いスイッチング用ＴＦＴを実現している。

また、活性層は結晶構造を含む半導体膜で形成される。即ち、単結晶半導体膜でも良いし、多結晶半導体膜や微結晶半導体膜でも良い。また、ゲート絶縁膜１８は珪素を含む絶縁膜で形成すれば良い。また、ゲート電極、ソース配線若しくはドレイン配線としてはあらゆる導電膜を用いることができる。

さらに、スイッチング用ＴＦＴ２０１においては、ＬＤＤ領域１５a〜１５dは、ゲート絶縁膜１８を挟んでゲート電極１９a、１９bと重ならないように設ける。このような構造はオフ電流値を低減する上で非常に効果的である。

なお、チャネル形成領域とＬＤＤ領域との間にオフセット領域（チャネル形成領域と同一組成の半導体層でなり、ゲート電圧が印加されない領域）を設けることはオフ電流値を下げる上でさらに好ましい。また、二つ以上のゲート電極を有するマルチゲート構造の場合、チャネル形成領域の間に設けられた高濃度不純物領域がオフ電流値の低減に効果的である。

以上のように、本発明ではマルチゲート構造のＴＦＴを画素のスイッチング用ＴＦＴ２０１として用いることにより、十分にオフ電流値の低いスイッチング素子を実現することに特徴がある。そのため、従来例で述べたようなコンデンサ（Ｃｓ）を設けなくても十分な時間（選択されてから次に選択されるまでの間）電流制御用素子のゲート電圧を維持しうる。

即ち、従来、有効発光面積を狭める要因となっていたコンデンサを排除することが可能となり、有効発光面積を広くすることが可能となる。このことはＥＬ表示装置の画質を明るくできることを意味する。

次に、電流制御用ＴＦＴ２０２は、ソース領域３１、ドレイン領域３２、ＬＤＤ領域３３及びチャネル形成領域３４を含む活性層、ゲート絶縁膜１８、ゲート電極３５、第１層間絶縁膜２０、ソース配線３６並びにドレイン配線３７を有して形成される。なお、ゲート電極３５はシングルゲート構造となっているが、マルチゲート構造であっても良い。

図２に示すように、スイッチング用ＴＦＴ２０１のドレインは電流制御用ＴＦＴ２０２のゲートに電気的に接続されている。具体的には電流制御用ＴＦＴ２０２のゲート電極３５はスイッチング用ＴＦＴ２０１のドレイン領域１４とドレイン配線（接続配線とも言える）２２を介して電気的に接続されている。また、ソース配線３６は電流供給線２１２に接続される。

この電流制御用ＴＦＴ２０２の特徴は、チャネル幅がスイッチング用ＴＦＴ２０１のチャネル幅よりも大きい点である。即ち、図８に示すように、スイッチング用ＴＦＴのチャネル長をＬ１、チャネル幅をＷ１とし、電流制御用ＴＦＴのチャネル長をＬ２、チャネル幅をＷ２とした場合、Ｗ２／Ｌ２≧５×Ｗ１／Ｌ１（好ましくはＷ２／Ｌ２≧１０×Ｗ１／Ｌ１）という関係式が成り立つようにする。このため、スイッチング用ＴＦＴよりも多くの電流を容易に流すことが可能である。

なお、マルチゲート構造であるスイッチング用ＴＦＴのチャネル長Ｌ１は、形成された二つ以上のチャネル形成領域のそれぞれのチャネル長の総和とする。図８の場合、ダブルゲート構造であるので、二つのチャネル形成領域のそれぞれのチャネル長Ｌ１a及びＬ１bを加えたものがスイッチング用ＴＦＴのチャネル長Ｌ１となる。

本発明において、チャネル長Ｌ１、Ｌ２及びチャネル幅Ｗ１、Ｗ２は特定の数値範囲に限定されるものではないが、Ｗ１は０．１〜５μm（代表的には１〜３μm）、Ｗ２は０．５〜３０μm（代表的には２〜１０μm）とするのが好ましい。この時、Ｌ１は０．２〜１８μm（代表的には２〜１５μm）、Ｌ２は０．１〜５０μm（代表的には１〜２０μm）とするのが好ましい。

なお、電流制御用ＴＦＴでは電流が過剰に流れることを防止するためチャネル長Ｌの長さを長めに設定することが望ましい。好ましくはＷ２／Ｌ２≧３（好ましくはＷ２／Ｌ２≧５）とするとよい。望ましくはは一画素あたり０．５〜２μＡ（好ましくは１〜１．５μＡ）となるようにする。

これらの数値範囲とすることによりＶＧＡクラスの画素数（６４０×４８０）を有するＥＬ表示装置からハイビジョンクラスの画素数（１９２０×１０８０又は１２８０×１０２４）を有するＥＬ表示装置まで、あらゆる規格を網羅することができる。

また、スイッチング用ＴＦＴ２０１に形成されるＬＤＤ領域の長さ（幅）は０．５〜３．５μｍ、代表的には２．０〜２．５μｍとすれば良い。

また、図１に示したＥＬ表示装置は、電流制御用ＴＦＴ２０２において、ドレイン領域３２とチャネル形成領域３４との間にＬＤＤ領域３３が設けられ、且つ、ＬＤＤ領域３３がゲート絶縁膜１８を挟んでゲート電極３５に重なっている領域と重なっていない領域とを有する点にも特徴がある。

電流制御用ＴＦＴ２０２は、ＥＬ素子２０３を発光させるための電流を供給すると同時に、その供給量を制御して階調表示を可能とする。そのため、電流を流しても劣化しないようにホットキャリア注入による劣化対策を講じておく必要がある。また、黒色を表示する際は、電流制御用ＴＦＴ２０２をオフ状態にしておくが、その際、オフ電流値が高いときれいな黒色表示ができなくなり、コントラストの低下等を招く。従って、オフ電流値も抑える必要がある。

ホットキャリア注入による劣化に関しては、ゲート電極に対してＬＤＤ領域が重なった構造が非常に効果的であることが知られている。しかしながら、ＬＤＤ領域全体をゲート電極に重ねてしまうとオフ電流値が増加してしまうため、本出願人はゲート電極に重ならないＬＤＤ領域を直列に設けるという新規な構造によって、ホットキャリア対策とオフ電流値対策とを同時に解決している。

この時、ゲート電極に重なったＬＤＤ領域の長さは０．１〜３μm（好ましくは０．３〜１．５μm）にすれば良い。長すぎては寄生容量を大きくしてしまい、短すぎてはホットキャリアを防止する効果が弱くなってしまう。また、ゲート電極に重ならないＬＤＤ領域の長さは１．０〜３．５μｍ（好ましくは１．５〜２．０μｍ）にすれば良い。長すぎると十分な電流を流せなくなり、短すぎるとオフ電流値を低減する効果が弱くなる。

また、上記構造においてゲート電極とＬＤＤ領域とが重なった領域では寄生容量が形成されてしまうため、ソース領域３１とチャネル形成領域３４との間には設けない方が好ましい。電流制御用ＴＦＴはキャリア（ここでは電子）の流れる方向が常に同一であるので、ドレイン領域側のみにＬＤＤ領域を設けておけば十分である。

また、流しうる電流量を多くするという観点から見れば、電流制御用ＴＦＴ２０２の活性層（特にチャネル形成領域）の膜厚を厚くする（好ましくは５０〜１００ｎｍ、さらに好ましくは６０〜８０ｎｍ）ことも有効である。逆に、スイッチング用ＴＦＴ２０１の場合はオフ電流値を小さくするという観点から見れば、活性層（特にチャネル形成領域）の膜厚を薄くする（好ましくは２０〜５０ｎｍ、さらに好ましくは２５〜４０ｎｍ）ことも有効である。

次に、４１は第１パッシベーション膜であり、膜厚は１０ｎｍ〜１μm（好ましくは２００〜５００ｎｍ）とすれば良い。材料としては、珪素を含む絶縁膜（特に窒化酸化珪素膜又は窒化珪素膜が好ましい）を用いることができる。このパッシベーション膜４１は形成されたＴＦＴを汚染物質や水分から保護する役割をもつ。最終的にＴＦＴの上方に設けられるＥＬ層にはナトリウム等のアルカリ金属が含まれている。即ち、第１パッシベーション膜４１はこれらのアルカリ金属（可動イオン）をＴＦＴ側に侵入させない保護層として働く。なお、本明細書中ではアルカリ金属とアルカリ土類金属を含めて「アルカリ金属」と呼ぶ。

また、パッシベーション膜４１に放熱効果を持たせることでＥＬ層の熱劣化を防ぐことも有効である。但し、図１の構造のＥＬ表示装置は基板１１側に光が放射されるため、パッシベーション膜４１は透光性を有することが必要である。

放熱効果をもつ透光性材料としては、Ｂ（ホウ素）、Ｃ（炭素）、Ｎ（窒素）から選ばれた少なくとも一つの元素と、Ａｌ（アルミニウム）、Ｓｉ（珪素）、Ｐ（リン）から選ばれた少なくとも一つの元素とを含む化合物が挙げられる。例えば、窒化アルミニウム（ＡｌｘＮｙ）に代表されるアルミニウムの窒化物、炭化珪素（ＳｉｘＣｙ）に代表される珪素の炭化物、窒化珪素（ＳｉｘＮｙ）に代表される珪素の窒化物、窒化ホウ素（ＢｘＮｙ）に代表されるホウ素の窒化物、リン化ホウ素（ＢｘＰｙ）に代表されるホウ素のリン化物を用いることが可能である。また、酸化アルミニウム（ＡｌｘＯｙ）に代表されるアルミニウムの酸化物は透光性に優れ、熱伝導率が２０Ｗｍ^-1Ｋ^-1であり、好ましい材料の一つと言える。これらの材料には放熱効果だけでなく、水分やアルカリ金属等の侵入を防ぐ効果もある。なお、上記透光性材料において、ｘ、ｙは任意の整数である。

なお、上記化合物に他の元素を組み合わせることもできる。例えば、酸化アルミニウムに窒素を添加して、ＡｌＮｘＯｙで示される窒化酸化アルミニウムを用いることも可能である。この材料にも放熱効果だけでなく、水分やアルカリ金属等の侵入を防ぐ効果がある。なお、上記窒化酸化アルミニウムにおいて、ｘ、ｙは任意の整数である。

また、特開昭６２−９０２６０号公報に記載された材料を用いることができる。即ち、Ｓｉ、Ａｌ、Ｎ、Ｏ、Ｍを含む化合物（但し、Ｍは希土類元素の少なくとも一種、好ましくはＣｅ（セリウム），Ｙｂ（イッテルビウム），Ｓｍ（サマリウム），Ｅｒ（エルビウム），Ｙ（イットリウム）、Ｌａ（ランタン）、Ｇｄ（ガドリニウム）、Ｄｙ（ジスプロシウム）、Ｎｄ（ネオジウム）から選ばれた少なくとも一つの元素）を用いることもできる。これらの材料にも放熱効果だけでなく、水分やアルカリ金属等の侵入を防ぐ効果がある。

また、ダイヤモンド薄膜、アモルファスカーボン（特にダイヤモンドに特性の近いもの、ダイヤモンドライクカーボンと呼ばれる。）等の炭素膜を用いることもできる。これらは非常に熱伝導率が高く、放熱層として極めて有効である。但し、膜厚が厚くなると褐色を帯びて透過率が低下するため、なるべく薄い膜厚（好ましくは５〜１００ｎｍ）で用いることが好ましい。

なお、第１パッシベーション膜４１の目的はあくまで汚染物質や水分からＴＦＴを保護することにあるので、その効果を損なうものであってはならない。従って、上記放熱効果をもつ材料からなる薄膜を単体で用いることもできるが、これらの薄膜と、アルカリ金属や水分を遮断する性質を有する薄膜（代表的には窒化珪素膜（ＳｉｘＮｙ）や窒化酸化珪素膜（ＳｉＯｘＮｙ））とを積層することは有効である。なお、上記窒化珪素膜又は窒化酸化珪素膜において、ｘ、ｙは任意の整数である。

また、４２はカラーフィルター、４３は蛍光体（蛍光色素層ともいう）である。どちらも同色の組み合わせで、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）若しくは青（Ｂ）の色素を含む。カラーフィルター４２は色純度を向上させるために設け、蛍光体４３は色変換を行うために設けられる。

なお、ＥＬ表示装置には大きく分けて四つのカラー化表示方式があり、ＲＧＢに対応した三種類のＥＬ素子を形成する方式、白色発光のＥＬ素子とカラーフィルターを組み合わせた方式、青色又は青緑発光のＥＬ素子と蛍光体（蛍光性の色変換層：ＣＣＭ）とを組み合わせた方式、陰極（対向電極）に透明電極を使用してＲＧＢに対応したＥＬ素子を重ねる方式、がある。

図１の構造は青色発光のＥＬ素子と蛍光体とを組み合わせた方式を用いた場合の例である。ここではＥＬ素子２０３として青色発光の発光層を用いて紫外光を含む青色領域の波長をもつ光を形成し、その光によって蛍光体４３を励起して赤、緑若しくは青の光を発生させる。そしてカラーフィルター４２で色純度を上げて出力する。

但し、本発明は発光方式に関わらず実施することが可能であり、上記四つの全ての方式を本発明に用いることができる。

また、カラーフィルター４２、蛍光体４３を形成した後で、第２層間絶縁膜４４で平坦化を行う。第２層間絶縁膜４４としては、樹脂膜が好ましく、ポリイミド、ポリアミド、アクリル、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）等を用いると良い。勿論、十分な平坦化が可能であれば、無機膜を用いても良い。

第２層間絶縁膜４４によってＴＦＴによる段差を平坦化することは非常に重要である。後に形成されるＥＬ層は非常に薄いため、段差が存在することによって発光不良を起こす場合がある。従って、ＥＬ層をできるだけ平坦面に形成しうるように画素電極を形成する前に平坦化しておくことが望ましい。

また、第２層間絶縁膜４４上に放熱効果の高い絶縁膜（以下、放熱層という）を設けることは有効である。膜厚は５ｎｍ〜１μm（典型的には２０〜３００ｎｍ）が好ましい。このような放熱層は、ＥＬ素子で発生した熱を逃がしてＥＬ素子に熱が蓄積しないように機能する。また、第２層間絶縁膜４４が樹脂膜である場合は熱に弱いため、ＥＬ素子で発生した熱が第２層間絶縁膜４４に悪影響を与えないようにする。

前述のようにＥＬ表示装置を作製するにあたってＴＦＴを樹脂膜で平坦化することは有効であるが、ＥＬ素子で発生した熱による樹脂膜の劣化を考慮した構造は従来なかった。従って放熱層を設けることによってその点を解決することは非常に有効であると言える。

また、放熱層として水分、酸素又はアルカリ金属を透過しない材料（第１パッシベーション膜４１と同様の材料）を用いれば、上記熱によるＥＬ素子又は樹脂膜の劣化が防がれると同時に、ＥＬ層中のアルカリ金属がＴＦＴ側へと拡散しないようにするための保護層としても機能する。さらにはＥＬ層側へＴＦＴ側から水分や酸素が侵入しないようにする保護層としても機能する。

特に放熱効果を期待するならダイヤモンド膜もしくはダイヤモンドライクカーボン膜等の炭素膜が好ましく、水分等の侵入を防ぐためには炭素膜と窒化珪素膜（又は窒化酸化珪素膜）との積層構造を用いることがさらに好ましい。

このようにＴＦＴ側とＥＬ素子側とを放熱効果が高く、且つ、水分やアルカリ金属を遮断しうる絶縁膜で分離するという構造は有効である。

また、４５は透明導電膜でなる画素電極（ＥＬ素子の陽極）であり、第２層間絶縁膜４４及び第１パッシベーション膜４１にコンタクトホールを開けた後、電流制御用ＴＦＴ２０２のドレイン配線３７に接続されるように形成される。

画素電極４５の上には、順次ＥＬ層（有機材料が好ましい）４６、陰極４７、保護電極４８が形成される。ＥＬ層４６は単層又は積層構造で用いられるが、積層構造で用いられる場合が多い。発光層、電子輸送層、電子注入層、正孔注入層又は正孔輸送層などを組み合わせて様々な積層構造が提案されているが、本発明ではいずれの構造であっても良い。勿論、ＥＬ層に対して蛍光性色素等をドーピングしても良い。また、本明細書中では、画素電極（陽極）、ＥＬ層及び陰極で形成される発光素子をＥＬ素子と呼ぶ。

本発明では既に公知のあらゆるＥＬ材料を用いることができる。公知の材料としては、有機材料が広く知られており、駆動電圧を考慮すると有機材料を用いるのが好ましい。有機ＥＬ材料としては、例えば、以下の米国特許又は公開公報に開示された材料を用いることができる。

米国特許第４，３５６，４２９号、米国特許第４，５３９，５０７号、米国特許第４，７２０，４３２号、米国特許第４，７６９，２９２号、米国特許第４，８８５，２１１号、米国特許第４，９５０，９５０号、米国特許第５，０５９，８６１号、米国特許第５，０４７，６８７号、米国特許第５，０７３，４４６号、米国特許第５，０５９，８６２号、米国特許第５，０６１，６１７号、米国特許第５，１５１，６２９号、米国特許第５，２９４，８６９号、米国特許第５，２９４，８７０号、特開平１０−１８９２５２号公報、特開平８−２４１０４８号公報、特開平８−７８１５９号公報。

具体的には、正孔注入層としての有機材料は次のような一般式で表されるものを用いることができる。

ここでＱはＮ又はＣ−Ｒ（炭素鎖）であり、Ｍは金属、金属酸化物又は金属ハロゲン化物であり、Ｒは水素、アルキル、アラルキル、アリル又はアルカリルであり、Ｔ１、Ｔ２は水素、アルキル又はハロゲンのような置換基を含む不飽和六員環である。

また、正孔輸送層としての有機材料は芳香族第三アミンを用いることができ、好ましくは次のような一般式で表されるテトラアリルジアミンを含む。

ここでＡｒｅはアリレン群であり、ｎは１から４の整数であり、Ａｒ、Ｒ₇、Ｒ₈、Ｒ₉はそれぞれ選択されたアリル群である。

また、ＥＬ層、電子輸送層又は電子注入層としての有機材料は金属オキシノイド化合物を用いることができる。金属オキシノイド化合物としては以下のような一般式で表されるものを用いれば良い。

ここでＲ₂−Ｒ₇は置き換え可能であり、次のような金属オキシノイド化合物を用いることもできる。

ここでＲ₂−Ｒ₇は上述の定義によるものであり、Ｌ₁−Ｌ₅は１から１２の炭素元素を含む炭水化物群であり、Ｌ₁、Ｌ₂又はＬ₂、Ｌ₃は共にベンゾ環を形成することができる。また、次のような金属オキシノイド化合物でも良い。

ここでＲ₂−Ｒ₆は置き換え可能である。このように有機ＥＬ材料としては有機リガンドを有する配位化合物を含む。但し、以上の例は本発明のＥＬ材料として用いることのできる有機ＥＬ材料の一例であって、これに限定する必要はまったくない。

また、ＥＬ層の形成方法としてインクジェット方式を用いる場合、ＥＬ材料としてはポリマー系材料が好ましい。代表的なポリマー系材料としては、ポリパラフェニレンビニレン（ＰＰＶ）系やポリフルオレン系などの高分子材料が挙げられる。カラー化するには、例えば、赤色発光材料にはシアノポリフェニレンビニレン、緑色発光材料にはポリフェニレンビニレン、青色発光材料にはポリフェニレンビニレン及びポリアルキルフェニレンが好ましい。インクジェット法に使用できる有機ＥＬ材料については、特開平１０−０１２３７７号公報に記載されている材料を全て引用することができる。

また、陰極４７としては、仕事関数の小さいマグネシウム（Ｍｇ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）、バリウム（Ｂａ）、カリウム（Ｋ）、ベリリウム（Ｂｅ）若しくはカルシウム（Ｃａ）を含む材料を用いる。好ましくはＭｇＡｇ（ＭｇとＡｌをＭｇ：Ａｇ＝１０：１で混合した材料）でなる電極を用いれば良い。他にもＭｇＡｇＡｌ電極、ＬｉＡｌ電極、また、ＬｉＦＡｌ電極が挙げられる。また、保護電極４８は陰極４７を外部の湿気等から保護膜するために設けられる電極であり、アルミニウム（Ａｌ）若しくは銀（Ａｇ）を含む材料が用いられる。この保護電極４８には放熱効果もある。

なお、ＥＬ層４６及び陰極４７は大気解放せずに連続形成することが望ましい。即ち、ＥＬ層や陰極がどのような積層構造であってもマルチチャンバー（クラスターツールともいう）方式の成膜装置にて全て連続形成することが望ましい。これはＥＬ層として有機材料を用いる場合、水分に非常に弱いため、大気解放した時の吸湿を避けるためである。さらに、ＥＬ層４６及び陰極４７だけでなく、その上の保護電極４８まで連続形成するとさらに良い。

成膜方法としては、ＥＬ層が熱に対して非常に弱いため、真空蒸着法（特に、有機分子線蒸着法は分子オーダーレベルの超薄膜を形成する上で有効である。）、スパッタ法、プラズマＣＶＤ法、スピンコーティング法、スクリーン印刷法又はイオンプレーティング法が好ましいが、インクジェット方式で形成することも可能である。インクジェット方式にはキャビテーションを用いるバブルジェット方式（特開平５−１１６２９７号等）とピエゾ素子を用いるピエゾ方式（特開平８−２９０６４７号等）とがあるが、有機ＥＬ材料が熱に弱いことを鑑みればピエゾ方式が好ましい。

また、４９は第２パッシベーション膜であり、膜厚は１０ｎｍ〜１μm（好ましくは２００〜５００ｎｍ）とすれば良い。第２パッシベーション膜４９を設ける目的は、ＥＬ層４６を水分から保護する目的が主であるが、第１パッシベーション膜４１と同様に放熱効果をもたせても良い。従って、形成材料としては第１パッシベーション膜４１と同様のものを用いることができる。但し、ＥＬ層４６として有機材料を用いる場合、酸素との結合により劣化するので、酸素を放出しやすい絶縁膜は用いないことが望ましい。

また、上述のようにＥＬ層は熱に弱いので、なるべく低温（好ましくは室温から１２０℃までの温度範囲）で成膜するのが望ましい。従って、プラズマＣＶＤ法、スパッタ法、真空蒸着法、イオンプレーティング法又は溶液塗布法（スピンコーティング法）が望ましい成膜方法と言える。

本発明のＥＬ表示装置は以上のような構造の画素を含む画素部を有し、画素内において機能に応じて構造の異なるＴＦＴが配置されている。これによりオフ電流値の十分に低いスイッチング用ＴＦＴと、ホットキャリア注入に強い電流制御用ＴＦＴとが同じ画素内に形成でき、高い信頼性を有し、良好な画像表示が可能なＥＬ表示装置が形成できる。

なお、図１の画素構造において最も重要な点はスイッチング用ＴＦＴとしてマルチゲート構造のＴＦＴを用いる点であり、ＬＤＤ領域の配置等の構成に関しては図１の構成に限定する必要はない。

以上の構成でなる本発明について、以下に示す実施例でもってさらに詳細な説明を行うこととする。

本発明の実施例について図３〜図５を用いて説明する。ここでは、画素部とその周辺に設けられる駆動回路部のＴＦＴを同時に作製する方法について説明する。但し、説明を簡単にするために、駆動回路に関しては基本回路であるＣＭＯＳ回路を図示することとする。

まず、図３（Ａ）に示すように、ガラス基板３００上に下地膜３０１を３００ｎｍの厚さに形成する。本実施例では下地膜３０１として窒化酸化珪素膜を積層して用いる。この時、ガラス基板３００に接する方の窒素濃度を１０〜２５ｗｔ％としておくと良い。

また、下地膜３０１の一部として、図１に示した第１パッシベーション膜４１と同様の材料からなる放熱層を設けることは有効である。電流制御用ＴＦＴは大電流を流すことになるので発熱しやすく、なるべく近いところに放熱層を設けておくことは有効である。

次に下地膜３０１の上に５０ｎｍの厚さの非晶質珪素膜（図示せず））を公知の成膜法で形成する。なお、非晶質珪素膜に限定する必要はなく、非晶質構造を含む半導体膜（微結晶半導体膜を含む）であれば良い。さらに非晶質シリコンゲルマニウム膜などの非晶質構造を含む化合物半導体膜でも良い。また、膜厚は２０〜１００ｎｍの厚さであれば良い。

そして、公知の技術により非晶質珪素膜を結晶化し、結晶質珪素膜（多結晶シリコン膜若しくはポリシリコン膜ともいう）３０２を形成する。公知の結晶化方法としては、電熱炉を使用した熱結晶化方法、レーザー光を用いたレーザーアニール結晶化法、赤外光を用いたランプアニール結晶化法がある。本実施例では、ＸｅＣｌガスを用いたエキシマレーザー光を用いて結晶化する。

なお、本実施例では線状に加工したパルス発振型のエキシマレーザー光を用いるが、矩形であっても良いし、連続発振型のアルゴンレーザー光や連続発振型のエキシマレーザー光を用いることもできる。

本実施例では結晶質珪素膜をＴＦＴの活性層として用いるが、非晶質珪素膜を用いることも可能である。しかし、電流制御用ＴＦＴは大電流を流す必要性があるため、電流を流しやすい結晶質珪素膜を用いた方が有利である。

なお、オフ電流を低減する必要のあるスイッチング用ＴＦＴの活性層を非晶質珪素膜で形成し、電流制御用ＴＦＴの活性層を結晶質珪素膜で形成することは有効である。非晶質珪素膜はキャリア移動度が低いため電流を流しにくくオフ電流が流れにくい。即ち、電流を流しにくい非晶質珪素膜と電流を流しやすい結晶質珪素膜の両者の利点を生かすことができる。

次に、図３（Ｂ）に示すように、結晶質珪素膜３０２上に酸化珪素膜でなる保護膜３０３を１３０ｎｍの厚さに形成する。この厚さは１００〜２００ｎｍ（好ましくは１３０〜１７０ｎｍ）の範囲で選べば良い。また、珪素を含む絶縁膜であれば他の膜でも良い。この保護膜３０３は不純物を添加する際に結晶質珪素膜が直接プラズマに曝されないようにするためと、微妙な濃度制御を可能にするために設ける。

そして、その上にレジストマスク３０４a、３０４bを形成し、保護膜３０３を介してｎ型を付与する不純物元素（以下、ｎ型不純物元素という）を添加する。なお、ｎ型不純物元素としては、代表的には周期表の１５族に属する元素、典型的にはリン又は砒素を用いることができる。なお、本実施例ではフォスフィン（ＰＨ₃）を質量分離しないでプラズマ励起したプラズマドーピング法を用い、リンを１×１０¹⁸atoms/cm³の濃度で添加する。勿論、質量分離を行うイオンインプランテーション法を用いても良い。

この工程により形成されるｎ型不純物領域３０５、３０６には、ｎ型不純物元素が２×１０¹⁶〜５×１０¹⁹atoms/cm³（代表的には５×１０¹⁷〜５×１０¹⁸atoms/cm³）の濃度で含まれるようにドーズ量を調節する。

次に、図３（Ｃ）に示すように、保護膜３０３を除去し、添加した周期表の１５族に属する元素の活性化を行う。活性化手段は公知の技術を用いれば良いが、本実施例ではエキシマレーザー光の照射により活性化する。勿論、パルス発振型でも連続発振型でも良いし、エキシマレーザー光に限定する必要はない。但し、添加された不純物元素の活性化が目的であるので、結晶質珪素膜が溶融しない程度のエネルギーで照射することが好ましい。なお、保護膜３０３をつけたままレーザー光を照射しても良い。

なお、このレーザー光による不純物元素の活性化に際して、熱処理による活性化を併用しても構わない。熱処理による活性化を行う場合は、基板の耐熱性を考慮して４５０〜５５０℃程度の熱処理を行えば良い。

この工程によりｎ型不純物領域３０５、３０６の端部、即ち、ｎ型不純物領域３０５、３０６の周囲に存在するｎ型不純物元素を添加していない領域との境界部（接合部）が明確になる。このことは、後にＴＦＴが完成した時点において、ＬＤＤ領域とチャネル形成領域とが非常に良好な接合部を形成しうることを意味する。

次に、図３（Ｄ）に示すように、結晶質珪素膜の不要な部分を除去して、島状の半導体膜（以下、活性層という）３０７〜３１０を形成する。

次に、図３（Ｅ）に示すように、活性層３０７〜３１０を覆ってゲート絶縁膜３１１を形成する。ゲート絶縁膜３１１としては、１０〜２００ｎｍ、好ましくは５０〜１５０ｎｍの厚さの珪素を含む絶縁膜を用いれば良い。これは単層構造でも積層構造でも良い。本実施例では１１０ｎｍ厚の窒化酸化珪素膜を用いる。

次に、２００〜４００ｎｍ厚の導電膜を形成し、パターニングしてゲート電極３１２〜３１６を形成する。なお、本実施例ではゲート電極と、ゲート電極に電気的に接続された引き回しのための配線（以下、ゲート配線という）とを別の材料で形成する。具体的にはゲート電極よりも低抵抗な材料をゲート配線として用いる。これは、ゲート電極としては微細加工が可能な材料を用い、ゲート配線には微細加工はできなくとも配線抵抗が小さい材料を用いるためである。勿論、ゲート電極とゲート配線とを同一材料で形成してしまっても構わない。

また、ゲート電極は単層の導電膜で形成しても良いが、必要に応じて二層、三層といった積層膜とすることが好ましい。ゲート電極の材料としては公知のあらゆる導電膜を用いることができる。ただし、上述のように微細加工が可能、具体的には２μm以下の線幅にパターニング可能な材料が好ましい。

代表的には、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）もしくはクロム（Ｃｒ）から選ばれた元素でなる膜、または前記元素の窒化物膜（代表的には窒化タンタル膜、窒化タングステン膜、窒化チタン膜）、または前記元素を組み合わせた合金膜（代表的にはＭｏ−Ｗ合金、Ｍｏ−Ｔａ合金）、または前記元素のシリサイド膜（代表的にはタングステンシリサイド膜、チタンシリサイド膜）または導電性を持たせたシリコン膜を用いることができる。勿論、単層で用いても積層して用いても良い。

本実施例では、５０ｎｍ厚の窒化タンタル（ＴａＮ）膜と、３５０ｎｍ厚のＴａ膜とでなる積層膜を用いる。これはスパッタ法で形成すれば良い。また、スパッタガスとしてＸｅ、Ｎｅ等の不活性ガスを添加すると応力による膜はがれを防止することができる。

またこの時、ゲート電極３１３、３１６はそれぞれｎ型不純物領域３０５、３０６の一部とゲート絶縁膜３１１を挟んで重なるように形成する。この重なった部分が後にゲート電極と重なったＬＤＤ領域となる。

次に、図４（Ａ）に示すように、ゲート電極３１２〜３１６をマスクとして自己整合的にｎ型不純物元素（本実施例ではリン）を添加する。こうして形成される不純物領域３１７〜３２３にはｎ型不純物領域３０５、３０６の１／２〜１／１０（代表的には１／３〜１／４）の濃度でリンが添加されるように調節する。具体的には、１×１０¹⁶〜５×１０¹⁸atoms/cm³（典型的には３×１０¹⁷〜３×１０¹⁸atoms/cm³）の濃度が好ましい。

次に、図４（Ｂ）に示すように、ゲート電極等を覆う形でレジストマスク３２４a〜３２４dを形成し、ｎ型不純物元素（本実施例ではリン）を添加して高濃度にリンを含む不純物領域３２５〜３３１を形成する。ここでもフォスフィン（ＰＨ₃）を用いたイオンドープ法で行い、この領域のリンの濃度は１×１０²⁰〜１×１０²¹atoms/cm³（代表的には２×１０²⁰〜５×１０²⁰atoms/cm³）となるように調節する。

この工程によってｎチャネル型ＴＦＴのソース領域若しくはドレイン領域が形成されるが、スイッチング用ＴＦＴでは、図４（Ａ）の工程で形成したｎ型不純物領域３２０〜３２２の一部を残す。この残された領域が、図１におけるスイッチング用ＴＦＴのＬＤＤ領域１５a〜１５dに対応する。

次に、図４（Ｃ）に示すように、レジストマスク３２４a〜３２４dを除去し、新たにレジストマスク３３２を形成する。そして、ｐ型不純物元素（本実施例ではボロン）を添加し、高濃度にボロンを含む不純物領域３３３、３３４を形成する。ここではジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）を用いたイオンドープ法により３×１０²⁰〜３×１０²¹atoms/cm³（代表的には５×１０²⁰〜１×１０²¹atoms/cm³）濃度となるようにボロンを添加する。

なお、不純物領域３３３、３３４には既に１×１０¹⁶〜５×１０¹⁸atoms/cm³の濃度でリンが添加されているが、ここで添加されるボロンはその少なくとも３倍以上の濃度で添加される。そのため、予め形成されていたｎ型の不純物領域は完全にＰ型に反転し、Ｐ型の不純物領域として機能する。

次に、レジストマスク３３２を除去した後、それぞれの濃度で添加されたｎ型またはｐ型不純物元素を活性化する。活性化手段としては、ファーネスアニール法、レーザーアニール法、またはランプアニール法で行うことができる。本実施例では電熱炉において窒素雰囲気中、５５０℃、４時間の熱処理を行う。

このとき雰囲気中の酸素を極力排除することが重要である。なぜならば酸素が少しでも存在していると露呈したゲート電極の表面が酸化され、抵抗の増加を招くと共に後にオーミックコンタクトを取りにくくなるからである。従って、上記活性化工程における処理雰囲気中の酸素濃度は１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下とすることが望ましい。

次に、活性化工程が終了したら３００ｎｍ厚のゲート配線３３５を形成する。ゲート配線３３５の材料としては、アルミニウム（Ａｌ）又は銅（Ｃｕ）を主成分（組成として５０〜１００％を占める。）とする金属膜を用いれば良い。配置としては図２のゲート配線２１１のように、スイッチング用ＴＦＴのゲート電極３１４、３１５（図２のゲート電極１９a、１９bに相当する）を電気的に接続するように形成する。（図４（Ｄ））

このような構造とすることでゲート配線の配線抵抗を非常に小さくすることができるため、面積の大きい画像表示領域（画素部）を形成することができる。即ち、画面の大きさが対角１０インチ以上（さらには３０インチ以上）のＥＬ表示装置を実現する上で、本実施例の画素構造は極めて有効である。

次に、図５（Ａ）に示すように、第１層間絶縁膜３３６を形成する。第１層間絶縁膜３３６としては、珪素を含む絶縁膜を単層で用いるか、その中で組み合わせた積層膜を用いれば良い。また、膜厚は４００ｎｍ〜１．５μmとすれば良い。本実施例では、２００ｎｍ厚の窒化酸化珪素膜の上に８００ｎｍ厚の酸化珪素膜を積層した構造とする。

さらに、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で、３００〜４５０℃で１〜１２時間の熱処理を行い水素化処理を行う。この工程は熱的に励起された水素により半導体膜の不対結合手を水素終端する工程である。水素化の他の手段として、プラズマ水素化（プラズマにより励起された水素を用いる）を行っても良い。

なお、水素化処理は第１層間絶縁膜３３６を形成する間に入れても良い。即ち、２００ｎｍ厚の窒化酸化珪素膜を形成した後で上記のように水素化処理を行い、その後で残り８００ｎｍ厚の酸化珪素膜を形成しても構わない。

次に、第１層間絶縁膜３３６に対してコンタクトホールを形成し、ソース配線３３７〜３４０と、ドレイン配線３４１〜３４３を形成する。なお、本実施例ではこの電極を、チタン膜を１００ｎｍ、チタンを含むアルミニウム膜を３００ｎｍ、チタン膜１５０ｎｍをスパッタ法で連続形成した３層構造の積層膜とする。勿論他の導電膜でも良く、銀、パラジウム及び銅を含む合金膜を用いても良い。

次に、５０〜５００ｎｍ（代表的には２００〜３００ｎｍ）の厚さで第１パッシベーション膜３４４を形成する。本実施例では第１パッシベーション膜３４４として３００ｎｍ厚の窒化酸化珪素膜を用いる。これは窒化珪素膜で代用しても良い。勿論、図１の第１パッシベーション膜４１と同様の材料を用いることが可能である。

なお、窒化酸化珪素膜の形成に先立ってＨ₂、ＮＨ₃等水素を含むガスを用いてプラズマ処理を行うことは有効である。この前処理により励起された水素が第１層間絶縁膜３３６に供給され、熱処理を行うことで、第１パッシベーション膜３４４の膜質が改善される。それと同時に、第１層間絶縁膜３３６に添加された水素が下層側に拡散するため、効果的に活性層を水素化することができる。

次に、図５（Ｂ）に示すように、カラーフィルター３４５と蛍光体３４６を形成する。これらの材料は公知のものを用いれば良い。また、これらは別々にパターニングして形成しても良いし、連続的に形成して一括でパターニングして形成しても良い。また形成方法としては、スクリーン印刷法、インクジェット法、マスク蒸着法（マスク材を用いて選択的に形成する方法）等を用いれば良い。

それぞれの膜厚は０．５〜５μm（典型的には１〜２μm）の範囲で選択する。特に、蛍光体３４６は用いる材料によって最適な膜厚が異なる。即ち、薄すぎると色変換効率が悪くなり、厚すぎると段差が大きくなる上に光の透過光量が落ちてしまう。従って、両特性の兼ね合いで最適な膜厚を決定しなければならない。

なお、本実施例ではＥＬ層から発生した光を色変換するカラー化方式を例にとって説明しているが、ＲＧＢに対応するＥＬ層を個別に作製する方式を採用する場合は、カラーフィルターや蛍光体を省略することもできる。

次に、有機樹脂からなる第２層間絶縁膜３４７を形成する。有機樹脂としてはポリイミド、ポリアミド、アクリル、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）等を使用することができる。特に、第２層間絶縁膜３４７は平坦化の意味合いが強いので、平坦性に優れたアクリルが好ましい。本実施例ではカラーフィルター３４５及び蛍光体３４６の段差を十分に平坦化しうる膜厚でアクリル膜を形成する。好ましくは１〜５μm（さらに好ましくは２〜４μm）とすれば良い。

次に、第２層間絶縁膜３４７、第１パッシベーション膜３４４にドレイン配線３４３に達するコンタクトホールを形成し、画素電極３４８を形成する。本実施例では酸化インジウムと酸化スズとの化合物（ＩＴＯ）膜を１１０ｎｍの厚さに形成し、パターニングを行って画素電極とする。この画素電極３４８がＥＬ素子の陽極となる。なお、他の材料として、酸化インジウムと酸化亜鉛との化合物膜や酸化ガリウムを含む酸化亜鉛膜を用いることも可能である。

なお、本実施例では画素電極３４８がドレイン配線３４３を介して電流制御用ＴＦＴのドレイン領域３３１へと電気的に接続された構造となっている。この構造には次のような利点がある。

画素電極３４８はＥＬ層（発光層）や電荷輸送層などの有機材料に直接接することになるため、ＥＬ層に含まれた可動イオンが画素電極中を拡散する可能性がある。即ち、本実施例の構造は画素電極３４８を直接活性層の一部であるドレイン領域３３１へ接続せず、ドレイン配線３４３を中継することによって活性層中への可動イオンの侵入を防ぐことができる。

次に、図５（Ｃ）に示すように、ＥＬ層３４９、陰極（ＭｇＡｇ電極）３５０、保護電極３５１を大気解放しないで連続形成する。このときＥＬ層３４９及び陰極３５０を形成するに先立って画素電極３４８に対して熱処理を施し、水分を完全に除去しておくことが望ましい。なお、ＥＬ層３４９としては公知の材料を用いることができる。

なお、ＥＬ層３４９としては（発明を実施するための最良の形態）の欄で説明した材料を用いることができる。本実施例では図１９に示すように、正孔注入層（Hole injecting layer）、正孔輸送層（Hole transporting layer）、発光層（Emitting layer）及び電子輸送層（Electron transporting layer）でなる４層構造をＥＬ層とするが、電子輸送層を設けない場合もあるし、電子注入層を設ける場合もある。また、正孔注入層を省略する場合もある。このように組み合わせは既に様々な例が報告されており、そのいずれの構成を用いても構わない。

正孔注入層又は正孔輸送層としてはアミン系のＴＰＤ（トリフェニルアミン誘導体）を用いればよく、他にもヒドラゾン系（代表的にはＤＥＨ）、スチルベン系（代表的にはＳＴＢ）、スターバスト系（代表的にはｍ−ＭＴＤＡＴＡ）等を用いることができる。特にガラス転移温度が高く結晶化しにくいスターバスト系材料が好ましい。また、ポリアニリン（ＰＡｎｉ）、ポリチオフェン（ＰＥＤＯＴ）もしくは銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）を用いても良い。

発光層としては赤色発光層としてはＢＰＰＣ、ペリレン、ＤＣＭが用いることができるが、特にＥｕ（ＤＢＭ）₃（Ｐｈｅｎ）で示されるＥｕ錯体（J.Kido et
.al,Appl.Phys.,vol.35,pp.L394-396,1996に詳しい。）は６２０ｎｍの波長に鋭い発光をもち単色性が高い。

また、緑色発光層として代表的にはＡｌｑ₃（8-hydroxyquinoline alminium）に数モル％のキナクリドン又はクマリンを添加した材料を用いることができる。化学式は以下のようになる。

また、青色発光層として代表的にはＤＳＡ（ジスチルアリーレン誘導体）にアミノ置換ＤＳＡを添加したジスチルアリーレンアミン誘導体を用いることができる。特に、性能の高い材料であるジスチリルビフェニル（ＤＰＶＢｉ）を用いることが好ましい。化学式は以下のようになる。

また、第２パッシベーション膜３５２として３００ｎｍ厚の窒化珪素膜を設けるが、これも保護電極３５１の後に大気解放しないで連続的に形成しても構わない。勿論、第２パッシベーション膜３５２としては、図１の第２パッシベーション膜４９と同一の材料を用いることができる。

本実施例では正孔注入層、正孔輸送層、発光層及び電子注入層でなる４層構造をＥＬ層とするが、組み合わせは既に様々な例が報告されており、そのいずれの構成を用いても構わない。また、本実施例ではＥＬ素子の陰極としてＭｇＡｇ電極を用いるが、公知の他の材料であっても良い。

また、保護電極３５１はＭｇＡｇ電極３５０の劣化を防ぐために設けられ、アルミニウムを主成分とする金属膜が代表的である。勿論、他の材料でも良い。また、ＥＬ層３４９、ＭｇＡｇ電極３５０は非常に水分に弱いので、保護電極３５１までを大気解放しないで連続的に形成し、外気からＥＬ層を保護することが望ましい。

なお、ＥＬ層３４９の膜厚は１０〜４００ｎｍ（典型的には６０〜１６０ｎｍ）、ＭｇＡｇ電極３５０の厚さは１８０〜３００ｎｍ（典型的には２００〜２５０ｎｍ）とすれば良い。

こうして図５（Ｃ）に示すような構造のアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置が完成する。ところで、本実施例のアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置は、画素部だけでなく駆動回路部にも最適な構造のＴＦＴを配置することにより、非常に高い信頼性を示し、動作特性も向上しうる。

まず、極力動作速度を落とさないようにホットキャリア注入を低減させる構造を有するＴＦＴを、駆動回路を形成するＣＭＯＳ回路のｎチャネル型ＴＦＴ２０５として用いる。なお、ここでいう駆動回路としては、シフトレジスタ、バッファ、レベルシフタ、サンプリング回路（トランスファゲートともいう）などが含まれる。デジタル駆動を行う場合には、Ｄ／Ａコンバータなどの信号変換回路も含まれうる。

本実施例の場合、図５（Ｃ）に示すように、ｎチャネル型２０５の活性層は、ソース領域３５５、ドレイン領域３５６、ＬＤＤ領域３５７及びチャネル形成領域３５８を含み、ＬＤＤ領域３５７はゲート絶縁膜３１１を挟んでゲート電極３１３と重なっている。

ドレイン領域側のみにＬＤＤ領域を形成しているのは、動作速度を落とさないための配慮である。また、このｎチャネル型ＴＦＴ２０５はオフ電流値をあまり気にする必要はなく、それよりも動作速度を重視した方が良い。従って、ＬＤＤ領域３５７は完全にゲート電極３１３に重ねてしまい、極力抵抗成分を少なくすることが望ましい。即ち、いわゆるオフセットはなくした方がよい。

また、ＣＭＯＳ回路のｐチャネル型ＴＦＴ２０６は、ホットキャリア注入による劣化が殆ど気にならないので、特にＬＤＤ領域を設けなくても良い。勿論、ｎチャネル型ＴＦＴ２０５と同様にＬＤＤ領域を設け、ホットキャリア対策を講じることも可能である。

なお、駆動回路の中でもサンプリング回路は他の回路と比べて少し特殊であり、チャネル形成領域を双方向に大電流が流れる。即ち、ソース領域とドレイン領域の役割が入れ替わるのである。さらに、オフ電流値を極力低く抑える必要があり、そういった意味でスイッチング用ＴＦＴと電流制御用ＴＦＴの中間程度の機能を有するＴＦＴを配置することが望ましい。

従って、サンプリング回路を形成するｎチャネル型ＴＦＴは、図９に示すような構造のＴＦＴを配置することが望ましい。図９に示すように、ＬＤＤ領域９０１a、９０１bの一部がゲート絶縁膜９０２を挟んでゲート電極９０３と重なる。この効果は電流制御用ＴＦＴ２０２の説明で述べた通りであり、サンプリング回路の場合はチャネル形成領域９０４を挟む形でＬＤＤ領域９０１a、９０１bを設ける点が異なる。

また、図１に示したような構造の画素を形成して画素部を形成している。画素内に形成されるスイッチング用ＴＦＴ及び電流制御用ＴＦＴの構造については、図１で既に説明したのでここでの説明は省略する。

なお、実際には図５（Ｃ）まで完成したら、さらに外気に曝されないように気密性の高い保護フィルム（ラミネートフィルム、紫外線硬化樹脂フィルム等）やセラミックス製シーリングカンなどのハウジング材でパッケージング（封入）することが好ましい。その際、ハウジング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）を配置することでＥＬ層の信頼性（寿命）が向上する。

また、パッケージング等の処理により気密性を高めたら、基板上に形成された素子又は回路から引き回された端子と外部信号端子とを接続するためのコネクター（フレキシブルプリントサーキット：ＦＰＣ）を取り付けて製品として完成する。このような出荷できる状態にまでしたＥＬ表示装置を本明細書中ではＥＬモジュールという。

ここで本実施例のアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置の構成を図６の斜視図を用いて説明する。本実施例のアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置は、ガラス基板６０１上に形成された、画素部６０２と、ゲート側駆動回路６０３と、ソース側駆動回路６０４で構成される。画素部のスイッチング用ＴＦＴ６０５はｎチャネル型ＴＦＴであり、ゲート側駆動回路６０３に接続されたゲート配線６０６、ソース側駆動回路６０４に接続されたソース配線６０７の交点に配置されている。また、スイッチング用ＴＦＴ６０５のドレインは電流制御用ＴＦＴ６０８のゲートに電気的に接続されている。

さらに、電流制御用ＴＦＴ６０８のソースは電流供給線６０９に接続され、電流制御用ＴＦＴ６０８のドレインにはＥＬ素子６１０が電気的に接続されている。このとき、電流制御用ＴＦＴ６０８がｎチャネル型ＴＦＴであればそのドレインにはＥＬ素子６１０の陰極が接続されることが好ましい。また、電流制御用ＴＦＴ６０８がｐチャネル型ＴＦＴであればそのドレインにはＥＬ素子６１０の陽極が接続されることが好ましい。

そして、外部入力端子となるＦＰＣ６１１には駆動回路まで信号を伝達するための入力配線（接続配線）６１２、６１３、及び電流供給線６０９に接続された入力配線６１４が設けられている。

また、図６に示したＥＬ表示装置の回路構成の一例を図７に示す。本実施例のＥＬ表示装置は、ソース側駆動回路７０１、ゲート側駆動回路（Ａ）７０７、ゲート側駆動回路（Ｂ）７１１、画素部７０６を有している。なお、本明細書中において、駆動回路とはソース側処理回路およびゲート側駆動回路を含めた総称である。

ソース側駆動回路７０１は、シフトレジスタ７０２、レベルシフタ７０３、バッファ７０４、サンプリング回路（トランスファゲート）７０５を備えている。また、ゲート側駆動回路（Ａ）７０７は、シフトレジスタ７０８、レベルシフタ７０９、バッファ７１０を備えている。ゲート側駆動回路（Ｂ）７１１も同様な構成である。

ここでシフトレジスタ７０２、７０８は駆動電圧が５〜１６Ｖ（代表的には１０Ｖ）であり、回路を形成するＣＭＯＳ回路に使われるｎチャネル型ＴＦＴは図５（Ｃ）の２０５で示される構造が適している。

また、レベルシフタ７０３、７０９、バッファ７０４、７１０は、駆動電圧は１４〜１６Ｖと高くなるが、シフトレジスタと同様に、図５（Ｃ）のｎチャネル型ＴＦＴ２０５を含むＣＭＯＳ回路が適している。なお、ゲート配線をダブルゲート構造、トリプルゲート構造といったマルチゲート構造とすることは、各回路の信頼性を向上させる上で有効である。

また、サンプリング回路７０５は駆動電圧が１４〜１６Ｖであるが、ソース領域とドレイン領域が反転する上、オフ電流値を低減する必要があるので、図９のｎチャネル型ＴＦＴ２０８を含むＣＭＯＳ回路が適している。

また、画素部７０６は駆動電圧が１４〜１６Ｖであり、図１に示した構造の画素を配置する。

なお、上記構成は、図３〜５に示した作製工程に従ってＴＦＴを作製することによって容易に実現することができる。また、本実施例では画素部と駆動回路の構成のみ示しているが、本実施例の作製工程に従えば、その他にも信号分割回路、Ｄ／Ａコンバータ回路、オペアンプ回路、γ補正回路など駆動回路以外の論理回路を同一基板上に形成することが可能であり、さらにはメモリ部やマイクロプロセッサ等を形成しうると考えている。

さらに、ハウジング材をも含めた本実施例のＥＬモジュールについて図１７（Ａ）、（Ｂ）を用いて説明する。なお、必要に応じて図６、図７で用いた符号を引用することにする。

基板（ＴＦＴの下の下地膜を含む）１７００上には画素部１７０１、ソース側駆動回路１７０２、ゲート側駆動回路１７０３が形成されている。それぞれの駆動回路からの各種配線は、入力配線６１２〜６１４を経てＦＰＣ６１１に至り外部機器へと接続される。

このとき少なくとも画素部、好ましくは駆動回路及び画素部を囲むようにしてハウジング材１７０４を設ける。なお、ハウジング材１７０４はＥＬ素子の外寸よりも内寸が大きい凹部を有する形状又はシート形状であり、接着剤１７０５によって、基板１７００と共同して密閉空間を形成するようにして基板１７００に固着される。このとき、ＥＬ素子は完全に前記密閉空間に封入された状態となり、外気から完全に遮断される。なお、ハウジング材１７０４は複数設けても構わない。

また、ハウジング材１７０４の材質はガラス、ポリマー等の絶縁性物質が好ましい。例えば、非晶質ガラス（硼硅酸塩ガラス、石英等）、結晶化ガラス、セラミックスガラス、有機系樹脂（アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ系樹脂等）、シリコーン系樹脂が挙げられる。また、セラミックスを用いても良い。また、接着剤１７０５が絶縁性物質であるならステンレス合金等の金属材料を用いることも可能である。

また、接着剤１７０５の材質は、エポキシ系樹脂、アクリレート系樹脂等の接着剤を用いることが可能である。さらに、熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂を接着剤として用いることもできる。但し、可能な限り酸素、水分を透過しない材質であることが必要である。

さらに、ハウジング材と基板１７００との間の空隙１７０６は不活性ガス（アルゴン、ヘリウム、窒素等）を充填しておくことが望ましい。また、ガスに限らず不活性液体（パーフルオロアルカンに代表されるの液状フッ素化炭素等）を用いることも可能である。不活性液体に関しては特開平８−７８１５９号で用いられているような材料で良い。また、樹脂を充填しても良い。

また、空隙１７０６に乾燥剤を設けておくことも有効である。乾燥剤としては特開平９−１４８０６６号公報に記載されているような材料を用いることができる。典型的には酸化バリウムを用いれば良い。また、乾燥剤だけでなく酸化防止剤を設けることも有効である。

また、図１７（Ｂ）に示すように、画素部には個々に孤立したＥＬ素子を有する複数の画素が設けられ、それらは全て保護電極１７０７を共通電極として有している。本実施例では、ＥＬ層、陰極（ＭｇＡｇ電極）及び保護電極を大気解放しないで連続形成することが好ましいとしたが、ＥＬ層と陰極とを同じマスク材を用いて形成し、保護電極だけ別のマスク材で形成すれば図１７（Ｂ）の構造を実現することができる。

このとき、ＥＬ層と陰極は画素部のみ設ければよく、駆動回路の上に設ける必要はない。勿論、駆動回路上に設けられていても問題とはならないが、ＥＬ層にアルカリ金属が含まれていることを考慮すると設けない方が好ましい。

なお、保護電極１７０７は１７０８で示される領域において、入力配線１７０９に接続される。入力配線１７０９は保護電極１７０７に所定の電圧を与えるための配線であり、導電性ペースト材料（代表的には異方導電性膜）１７１０を介してＦＰＣ６１１に接続される。

ここで領域１７０８におけるコンタクト構造を実現するための作製工程を図１８を用いて説明する。

まず、本実施例の工程に従って図５（Ａ）の状態を得る。このとき、基板端部（図１７（Ｂ）において１７０８で示される領域）において第１層間絶縁膜３３６及びゲート絶縁膜３１１を除去し、その上に入力配線１７０９を形成する。勿論、図５（Ａ）のソース配線及びドレイン配線と同時に形成される。（図１８（Ａ））

次に、図５（Ｂ）において第２層間絶縁膜３４７及び第１パッシベーション膜３４４をエッチングする際に、１８０１で示される領域を除去し、且つ開孔部１８０２を形成する。（図１８（Ｂ））

この状態で画素部ではＥＬ素子の形成工程（画素電極、ＥＬ層及び陰極の形成工程）が行われる。この際、図１８に示される領域ではマスク材を用いてＥＬ素子が形成されないようにする。そして、陰極３４９を形成した後、別のマスク材を用いて保護電極３５０を形成する。これにより保護電極３５０と入力配線１７０９とが電気的に接続される。さらに、第２パッシベーション膜３５２を設けて図１８（Ｃ）の状態を得る。

以上の工程により図１７（Ｂ）の１７０８で示される領域のコンタクト構造が実現される。そして、入力配線１７０９はハウジング材１７０４と基板１７００との間の隙間（但し接着剤１７０５で充填されている。即ち、接着剤１７０５は入力配線の段差を十分に平坦化しうる厚さが必要である。）を通ってＦＰＣ６１１に接続される。なお、ここでは入力配線１７０９について説明したが、他の入力配線６１２〜６１４も同様にしてハウジング材１７０４の下を通ってＦＰＣ６１１に接続される。

本実施例では、画素の構成を図２（Ｂ）に示した構成と異なるものとした例を図１０に示す。

本実施例では、図２（Ｂ）に示した二つの画素を、電流供給線について対称となるように配置する。即ち、図１０に示すように、電流供給線２１３を隣接する二つの画素間で共通化することで、必要とする配線の本数を低減することができる。なお、画素内に配置されるＴＦＴ構造等はそのままで良い。

このような構成とすれば、より高精細な画素部を作製することが可能となり、画像の品質が向上する。

なお、本実施例の構成は実施例１の作製工程に従って容易に実現可能であり、ＴＦＴ構造等に関しては実施例１や図１の説明を参照すれば良い。

本実施例では、図１と異なる構造の画素部を形成する場合について図１１を用いて説明する。なお、第２層間絶縁膜４４を形成する工程までは実施例１に従えば良い。また、第２層間絶縁膜４４で覆われたスイッチング用ＴＦＴ２０１、電流制御用ＴＦＴ２０２は図１と同じ構造であるので、説明は省略する。

本実施例の場合、第２層間絶縁膜４４及び第１パッシベーション膜４１に対してコンタクトホールを形成したら、画素電極５１、陰極５２及びＥＬ層５３を形成する。本実施例では陰極５２とＥＬ層５３を大気解放しない真空蒸着法で連続的に形成するが、その際にマスク材を用いて選択的に赤色発光のＥＬ層、緑色発光のＥＬ層、青色発光のＥＬ層を別々の画素に形成する。なお、図１１には一つの画素しか図示していないが、同一構造の画素が赤、緑又は青のそれぞれの色に対応して形成され、これによりカラー表示を行うことができる。これら各色のＥＬ層は公知の材料を採用すれば良い。

本実施例では画素電極５１として、１５０ｎｍ厚のアルミニウム合金膜（１wt%のチタンを含有したアルミニウム膜）を設ける。なお、画素電極の材料としては金属材料であれば如何なる材料でも良いが、反射率の高い材料であることが好ましい。また、陰極５２として２３０ｎｍ厚のＭｇＡｇ電極を用い、ＥＬ層５３の膜厚は９０ｎｍ（下から電子輸送層２０ｎｍ、発光層４０ｎｍ、正孔輸送層３０ｎｍ）とする。

次に、透明導電膜（本実施例ではＩＴＯ膜）からなる陽極５４を１１０ｎｍの厚さに形成する。こうしてＥＬ素子２０９が形成され、実施例１に示した材料でもって第２パッシベーション膜５５を形成すれば図１１に示すような構造の画素が完成する。

本実施例の構造とした場合、各画素で生成された赤色、緑色又は青色の光はＴＦＴが形成された基板とは反対側に放射される。そのため、画素内のほぼ全域、即ちＴＦＴが形成された領域をも有効な発光領域として用いることができる。その結果、画素の有効発光面積が大幅に向上し、画像の明るさやコントラスト比（明暗の比）が向上する。

なお、本実施例の構成は、実施例１、２のいずれの構成とも自由に組み合わせることが可能である。

本実施例では、実施例１の図２とは異なる構造の画素を形成する場合について図１２（Ａ）、（Ｂ）を用いて説明する。

図１２（Ａ）において、１２０１はスイッチング用ＴＦＴであり、活性層５６、ゲート電極５７a、ゲート配線５７b、ソース配線５８及びドレイン配線５９を構成として含む。また、１２０２は電流制御用ＴＦＴであり、活性層６０、ゲート電極６１、ソース配線６２及びドレイン配線６３を構成として含む。そして、電流制御用ＴＦＴ１２０２のソース配線６２は電流供給線６４に接続され、ドレイン配線６３はＥＬ素子６５に接続される。この画素の回路構成を表したのが図１２（Ｂ）である。

図１２（Ａ）と図２（Ａ）との相違点は、スイッチング用ＴＦＴの構造である。本実施例では線幅が０．１〜５μmと細いゲート電極５７aを形成し、その部分を横切るようにして活性層５６を形成する。そして各画素のゲート電極５７aを電気的に接続するようにゲート配線５７bが形成される。これにより面積をさほど専有することなくトリプルゲート構造を実現している。

他の部分は図２（Ａ）と同様であるが、本実施例のような構造とするとスイッチング用ＴＦＴの専有する面積が小さくなるため有効発光面積が広くなる、即ち画像の明るさが向上する。また、オフ電流値を低減するための冗長性を高めたゲート構造を実現しうるため、さらなる画質の向上を図ることができる。

なお、本実施例の構成は実施例２のように電流供給線６４を隣接する画素間で共通化しても良いし、実施例３のような構造としても良い。また、作製工程に関しては実施例１に従えば良い。

実施例１〜４ではトップゲート型ＴＦＴの場合について説明したが、本発明はボトムゲート型ＴＦＴを用いて実施しても構わない。本実施例では逆スタガ型ＴＦＴで本発明を実施した場合について図１３に示す。なお、ＴＦＴ構造以外は図１の構造と同様であるので必要に応じて図１と同じ符号を用いる。

図１３において、基板１１、下地膜１２には実施例１と同様の材料を用いることができる。そして、下地膜１２上にはスイッチング用ＴＦＴ１３０１及び電流制御用ＴＦＴ１３０２が形成される。

スイッチング用ＴＦＴ１３０１の構成は、ゲート電極７０a、７０b、ゲート配線７１、ゲート絶縁膜７２、ソース領域７３、ドレイン領域７４、ＬＤＤ領域７５a〜７５d、高濃度不純物領域７６、チャネル形成領域７７a、７７b、チャネル保護膜７８a、７８b、第１層間絶縁膜７９、ソース配線８０及びドレイン配線８１を含む。

また、電流制御用ＴＦＴ１３０２の構成は、ゲート電極８２、ゲート絶縁膜７２、ソース領域８３、ドレイン領域８４、ＬＤＤ領域８５、チャネル形成領域８６、チャネル保護膜８７、第１層間絶縁膜７９、ソース配線８８及びドレイン配線８９を含む。この時、ゲート電極８２はスイッチング用ＴＦＴ１３０１のドレイン配線８１と電気的に接続される。

なお、上記スイッチング用ＴＦＴ１３０１及び電流制御用ＴＦＴ１３０２は公知の逆スタガ型ＴＦＴの作製方法によって形成すれば良い。また、上記ＴＦＴを形成する各部位（配線、絶縁膜、活性層等）の材料は実施例１のトップゲート型ＴＦＴにおいて対応する各部位と同様の材料を用いることができる。但し、トップゲート型ＴＦＴの構成にはないチャネル保護膜７８a、７８b、８７に関しては、珪素を含む絶縁膜で形成すれば良い。また、ソース領域、ドレイン領域又はＬＤＤ領域等の不純物領域の形成については、フォトリソグラフィ技術を用いて個別に不純物濃度を変えて形成すれば良い。

ＴＦＴが完成したら、第１パッシベーション膜４１、絶縁膜（平坦化膜）４４、画素電極（陽極）４５、ＥＬ層４６、ＭｇＡｇ電極（陰極）４７、アルミニウム電極（保護電極）４８、第２パッシベーション膜４９を順次形成してＥＬ素子１３０３を有する画素が完成する。これらの作製工程及び材料に関しては実施例１を参考にすれば良い。

なお、本実施例の構成は、実施例２〜４のいずれの構成とも自由に組み合わせることが可能である。

実施例１の図５（Ｃ）又は図１の構造において、活性層と基板との間に設けられる下地膜として、第１パッシベーション膜４１や第２パッシベーション膜４９と同様に放熱効果の高い材料を用いることは有効である。特に電流制御用ＴＦＴは多くの電流を流すことになるため発熱しやすく、自己発熱による劣化が問題となりうる。そのような場合に、本実施例のように下地膜が放熱効果を有することでＴＦＴの熱劣化を防ぐことができる。

もちろん、基板から拡散する可動イオン等から防ぐ効果も重要であるので、第１パッシベーション膜４１と同様にＳｉ、Ａｌ、Ｎ、Ｏ、Ｍを含む化合物と珪素を含む絶縁膜との積層構造を用いることも好ましい。

なお、本実施例の構成は、実施例１〜５のいずれの構成とも自由に組み合わせることが可能である。

実施例３に示した画素構造とした場合、ＥＬ層から発する光は基板とは反対側に放射されるため、基板と画素電極との間に存在する絶縁膜等の透過率を気にする必要がない。即ち、多少透過率の低い材料であっても用いることができる。

従って、下地膜１２、第１パッシベーション膜４１としてダイヤモンド薄膜、ダイヤモンドライクカーボン膜又はアモルファスカーボン膜と呼ばれる炭素膜を用いる上で有利である。即ち、透過率の低下を気にする必要がないため、膜厚を１００〜５００ｎｍというように厚く設定することができ、放熱効果をより高めることが可能である。

なお、第２パッシベーション膜４９に上記炭素膜を用いる場合に関しては、やはり透過率の低下は避けるべきであるので、膜厚は５〜１００ｎｍ程度にしておくことが好ましい。

なお、本実施例においても下地膜１２、第１パッシベーション膜４１又は第２パッシベーション膜４９のいずれに炭素膜を用いる場合においても、他の絶縁膜と積層して用いることは有効である。

なお、本実施例は実施例３に示した画素構造とする場合において有効であり、その他の構成に関しては、実施例１〜６のいずれの構成とも自由に組み合わせることが可能である。

本発明ではＥＬ表示装置の画素においてスイッチング用ＴＦＴをマルチゲート構造とすることによりスイッチング用ＴＦＴのオフ電流値を低減し、保持容量の必要性を排除することを特徴としている。これは保持容量の専有する面積を発光領域として有効に活用するための工夫である。

しかしながら、保持容量を完全になくせないまでも専有面積を小さくするだけで有効発光面積を広げるという効果は得られる。即ち、スイッチング用ＴＦＴをマルチゲート構造にすることによりオフ電流値を低減し、保持容量の専有面積を縮小化するだけでも十分に本発明の目的は達成される。

従って、図１４に示すような画素構造とすることも可能である。なお、図１４では必要に応じて図１と同じ符号を引用している。

図１４と図１との相違点は、スイッチング用ＴＦＴに接続された保持容量１４０１が存在する点である。保持容量１４０１はスイッチング用ＴＦＴ２０１のドレイン領域１４から延長された半導体領域（下部電極）１４０２とゲート絶縁膜１８と容量電極（上部電極）１４０３とで形成される。この容量電極１４０３はＴＦＴのゲート電極１９a、１９b、３５と同時に形成される。

この上面図を図１５（Ａ）に示す。図１５（Ａ）の上面図をＡ−Ａ’で切った断面図が図１４に相当する。図１５（Ａ）示すように、容量電極１４０３は電気的に接続された接続配線１４０４を介して電流制御用ＴＦＴのソース領域３１と電気的に接続される。なお、接続配線１４０４はソース配線２１、３６及びドレイン配線２２、３７と同時に形成される。また、図１５（Ｂ）は図１５（Ａ）に示す上面図の回路構成を表している。

なお、本実施例の構成は、実施例１〜７のいずれの構成とも自由に組み合わせることができる。即ち、画素内に保持容量が設けられるだけであって、ＴＦＴ構造やＥＬ層の材料等に限定を加えるものではない。

実施例１では、結晶質珪素膜３０２の形成手段としてレーザー結晶化を用いているが、本実施例では異なる結晶化手段を用いる場合について説明する。

本実施例では、非晶質珪素膜を形成した後、特開平７−１３０６５２号公報に記載された技術を用いて結晶化を行う。同公報に記載された技術は、結晶化を促進（助長）する触媒として、ニッケル等の元素を用い、結晶性の高い結晶質珪素膜を得る技術である。

また、結晶化工程が終了した後で、結晶化に用いた触媒を除去する工程を行っても良い。その場合、特開平１０−２７０３６３号若しくは特開平８−３３０６０２号に記載された技術により触媒をゲッタリングすれば良い。

また、本出願人による特願平１１−０７６９６７の出願明細書に記載された技術を用いてＴＦＴを形成しても良い。

以上のように、実施例１に示した作製工程は一実施例であって、図１又は実施例１の図５（Ｃ）の構造が実現できるのであれば、他の作製工程を用いても問題はない。

なお、本実施例の構成は、実施例１〜８のいずれの構成とも自由に組み合わせることが可能である。

本発明のＥＬ表示装置を駆動するにあたって、画像信号としてアナログ信号を用いたアナログ駆動を行うこともできるし、デジタル信号を用いたデジタル駆動を行うこともできる。

アナログ駆動を行う場合、スイッチング用ＴＦＴのソース配線にはアナログ信号が送られ、その階調情報を含んだアナログ信号が電流制御用ＴＦＴのゲート電圧となる。そして、電流制御用ＴＦＴでＥＬ素子に流れる電流を制御し、ＥＬ素子の発光強度を制御して階調表示を行う。この場合、電流制御用ＴＦＴは飽和領域で動作させることが望ましい。即ち、｜Ｖds｜＞｜Ｖgs−Ｖth｜の条件内で動作させることが望ましい。なお、ここでＶdsはソース領域とドレイン領域との間の電圧、Ｖgsはソース領域とゲート電極との間の電圧、ＶthはＴＦＴのしきい値電圧である。

一方、デジタル駆動を行う場合、アナログ的な階調表示とは異なり、時分割駆動（時間階調駆動）もしくは面積階調駆動と呼ばれる階調表示を行う。即ち、発光時間の長さや発光面積比率を調節することで、視覚的に色階調が変化しているように見せる。この場合、電流制御用ＴＦＴは線形領域で動作させることが望ましい。即ち、｜Ｖds｜＜｜Ｖgs−Ｖth｜の条件内で動作させることが望ましい。

ＥＬ素子は液晶素子に比べて非常に応答速度が速いため、高速で駆動することが可能である。そのため、１フレームを複数のサブフレームに分割して階調表示を行う時分割駆動に適した素子であると言える。また、１フレーム期間が短いため電流制御用ＴＦＴのゲート電圧を保持しておく時間も短くて済み、保持容量を小さくする、もしくは省略する上で有利と言える。

このように、本発明は素子構造に関する技術であるので、駆動方法は如何なるものであっても構わない。

本実施例では、本発明のＥＬ表示装置の画素構造の例を図２１（Ａ）、（Ｂ）に示す。なお、本実施例において、４７０１はスイッチング用ＴＦＴ４７０２のソース配線、４７０３はスイッチング用ＴＦＴ４７０２のゲート配線、４７０４は電流制御用ＴＦＴ、４７０５は電流供給線、４７０６は電源制御用ＴＦＴ、４７０７は電源制御用ゲート配線、４７０８はＥＬ素子とする。電源制御用ＴＦＴ４７０６の動作については特願平１１−３４１２７２号を参照すると良い。

また、本実施例では電源制御用ＴＦＴ４７０６を電流制御用ＴＦＴ４７０４とＥＬ素子４７０８との間に設けているが、電源制御用ＴＦＴ４７０６とＥＬ素子４７０８との間に電流制御用ＴＦＴ４７０４が設けられた構造としても良い。また、電源制御用ＴＦＴ４７０６は電流制御用ＴＦＴ４７０４と同一構造とするか、同一の活性層で直列させて形成するのが好ましい。

また、図２１（Ａ）は、二つの画素間で電流供給線４７０５を共通とした場合の例である。即ち、二つの画素が電流供給線４７０５を中心に線対称となるように形成されている点に特徴がある。この場合、電流供給線の本数を減らすことができるため、画素部をさらに高精細化することができる。

また、図２１（Ｂ）は、ゲート配線４７０３と平行に電流供給線４７１０を設け、ソース配線４７０１と平行に電源制御用ゲート配線４７１１を設けた場合の例である。なお、図２１（Ｂ）では電流供給線４７１０とゲート配線４７０３とが重ならないように設けた構造となっているが、両者が異なる層に形成される配線であれば、絶縁膜を挟んで重なるように設けることもできる。この場合、電流供給線４７１０とゲート配線４７０３とで専有面積を共有させることができるため、画素部をさらに高精細化することができる。

本実施例では、本発明のＥＬ表示装置の画素構造の例を図２２（Ａ）、（Ｂ）に示す。なお、本実施例において、４８０１はスイッチング用ＴＦＴ４８０２のソース配線、４８０３はスイッチング用ＴＦＴ４８０２のゲート配線、４８０４は電流制御用ＴＦＴ、４８０５は電流供給線、４８０６は消去用ＴＦＴ、４８０７は消去用ゲート配線、４８０８はＥＬ素子とする。消去用ＴＦＴ４８０６の動作については特願平１１−３３８７８６号を参照すると良い。

消去用ＴＦＴ４８０６のドレインは電流制御用ＴＦＴ４８０４のゲートに接続され、電流制御用ＴＦＴ４８０４のゲート電圧を強制的に変化させることができるようになっている。なお、消去用ＴＦＴ４８０６はｎチャネル型ＴＦＴとしてもｐチャネル型ＴＦＴとしても良いが、オフ電流を小さくできるようにスイッチング用ＴＦＴ４８０２と同一構造とすることが好ましい。

また、図２２（Ａ）は、二つの画素間で電流供給線４８０５を共通とした場合の例である。即ち、二つの画素が電流供給線４８０５を中心に線対称となるように形成されている点に特徴がある。この場合、電流供給線の本数を減らすことができるため、画素部をさらに高精細化することができる。

また、図２２（Ｂ）は、ゲート配線４８０３と平行に電流供給線４８１０を設け、ソース配線４８０１と平行に消去用ゲート配線４８１１を設けた場合の例である。なお、図２２（Ｂ）では電流供給線４８１０とゲート配線４８０３とが重ならないように設けた構造となっているが、両者が異なる層に形成される配線であれば、絶縁膜を挟んで重なるように設けることもできる。この場合、電流供給線４８１０とゲート配線４８０３とで専有面積を共有させることができるため、画素部をさらに高精細化することができる。

本発明のＥＬ表示装置は画素内にいくつのＴＦＴを設けた構造としても良い。実施例１１、１２ではＴＦＴを三つ設けた例を示しているが、四つ乃至六つのＴＦＴを設けても構わない。本発明はＥＬ表示装置の画素構造に限定されずに実施することが可能である。

本実施例では、図１の電流制御用ＴＦＴ２０２としてｐチャネル型ＴＦＴを用いた場合の例について説明する。なお、その他の部分は図１と同様であるので詳細な説明は省略する。

本実施例の画素の断面構造を図２３に示す。本実施例で用いるｐチャネル型ＴＦＴの作製方法は実施例１を参考にすれば良い。ｐチャネル型ＴＦＴの活性層はソース領域９１、ドレイン領域９２およびチャネル形成領域９３を含み、ソース領域９１はソース配線３６に、ドレイン領域９２はドレイン配線３７に接続されている。

このように、電流制御用ＴＦＴにＥＬ素子の陽極が接続される場合は、電流制御用ＴＦＴとしてｐチャネル型ＴＦＴを用いることが好ましい。

なお、本実施例の構成は、実施例１〜１３のいずれの構成とも自由に組み合わせて実施することが可能である。

本発明において、三重項励起子からの燐光を発光に利用できるＥＬ材料を用いることで、外部発光量子効率を飛躍的に向上させることができる。これにより、ＥＬ素子の低消費電力化、長寿命化、および軽量化が可能になる。ここで、三重項励起子を利用し、外部発光量子効率を向上させた報告を示す。(T.Tsutsui, C.Adachi, S.Saito, Photochemical Processes in Organized Molecular Systems, ed.K.Honda, (Elsevier Sci.Pub., Tokyo,1991) p.437.) 上記論文に報告されたＥＬ材料（クマリン色素）の分子式を以下に示す。

(M.A.Baldo, D.F.O'Brien, Y.You, A.Shoustikov, S.Sibley, M.E.Thompson, S.
R.Forrest, Nature 395 (1998) p.151.)
上記論文に報告されたＥＬ材料（Ｐｔ錯体）の分子式を以下に示す。

(M.A.Baldo, S.Lamansky, P.E.Burrrows, M.E.Thompson, S.R.Forrest, Appl.Ph
ys.Lett.,75 (1999) p.4.)(T.Tsutsui, M.-J.Yang, M.Yahiro, K.Nakamura, T.Watanabe, T.tsuji, Y.Fukuda, T.Wakimoto, S.Mayaguchi, Jpn.Appl.Phys., 38 (12B) (1999) L1502.)
上記論文に報告されたＥＬ材料（Ｉｒ錯体）の分子式を以下に示す。

以上のように三重項励起子からの燐光発光を利用できれば原理的には一重項励起子からの蛍光発光を用いる場合より３〜４倍の高い外部発光量子効率の実現が可能となる。なお、本実施例の構成は、実施例１〜実施例１３のいずれの構成とも自由に組み合わせて実施することが可能である。

実施例１ではＥＬ層として有機ＥＬ材料を用いることが好ましいとしたが、本発明は無機ＥＬ材料を用いても実施できる。但し、現在の無機ＥＬ材料は非常に駆動電圧が高いため、アナログ駆動を行う場合には、そのような駆動電圧に耐えうる耐圧特性を有するＴＦＴを用いなければならない。

または、将来的にさらに駆動電圧の低い無機ＥＬ材料が開発されれば、本発明に適用することは可能である。

また、本実施例の構成は、実施例１〜１４のいずれの構成とも自由に組み合わせることが可能である。

本発明を実施して形成されたアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置（ＥＬモジュール）は、自発光型であるため液晶表示装置に比べて明るい場所での視認性に優れている。そのため直視型のＥＬディスプレイ（ＥＬモジュールを組み込んだ表示ディスプレイを指す）として用途は広い。

なお、ＥＬディスプレイが液晶ディスプレイよりも有利な点の一つとして視野角の広さが挙げられる。従って、ＴＶ放送等を大画面で鑑賞するには対角３０インチ以上（典型的には４０インチ以上）の表示ディスプレイ（表示モニタ）として本発明のＥＬディスプレイを用いるとよい。

また、ＥＬディスプレイ（パソコンモニタ、ＴＶ放送受信用モニタ、広告表示モニタ等）として用いるだけでなく、様々な電子装置の表示ディスプレイとして用いることができる。

その様な電子装置としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、カーナビゲーション、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話または電子書籍等）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはコンパクトディスク（ＣＤ）、レーザーディスク（ＬＤ）又はデジタルビデオディスク（ＤＶＤ）等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを備えた装置）などが挙げられる。それら電子装置の例を図１６に示す。

図１６（Ａ）はパーソナルコンピュータであり、本体２００１、筐体２００２、表示部２００３、キーボード２００４を含む。本発明は表示部２００３に用いることができる。

図１６（Ｂ）はビデオカメラであり、本体２１０１、表示部２１０２、音声入力部２１０３、操作スイッチ２１０４、バッテリー２１０５、受像部２１０６を含む。本発明を表示部２１０２に用いることができる。

図１６（Ｃ）はゴーグル型ディスプレイであり、本体２２０１、表示部２２０２、アーム部２２０３を含む。本発明は表示部２２０２に用いることができる。

図１６（Ｄ）は携帯型（モバイル）コンピュータであり、本体２３０１、カメラ部２３０２、受像部２３０３、操作スイッチ２３０４、表示部２３０５を含む。本発明は表示部２３０５に用いることができる。

図１６（Ｅ）は記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはＤＶＤ再生装置）であり、本体２４０１、記録媒体（ＣＤ、ＬＤまたはＤＶＤ等）２４０２、操作スイッチ２４０３、表示部（ａ）２４０４、表示部（ｂ）２４０５を含む。表示部（ａ）は主として画像情報を表示し、表示部（ｂ）は主として文字情報を表示するが、本発明はこれら表示部（ａ）、（ｂ）に用いることができる。なお、記録媒体を備えた画像再生装置としては、ＣＤ再生装置、ゲーム機器などに本発明を用いることができる。

図１６（Ｆ）はＥＬディスプレイであり、筐体２５０１、支持台２５０２、表示部２５０３を含む。本発明は表示部２５０３に用いることができる。本発明のＥＬディスプレイは特に大画面化した場合において有利であり、対角１０インチ以上（特に対角３０インチ以上）のディスプレイには有利である。

また、将来的にＥＬ材料の発光輝度が高くなれば、フロント型若しくはリア型のプロジェクターに用いることも可能となる。

また、上記電子装置はインターネットやＣＡＴＶ（ケーブルテレビ）などの電子通信回線を通じて配信された情報を表示することが多くなり、特に動画情報を表示する機会が増してきている。ＥＬ材料の応答速度は非常に高いため、そのような動画表示を行うのに適している。

また、ＥＬ表示装置は発光している部分が電力を消費するため、発光部分が極力少なくなるように情報を表示することが望ましい。従って、携帯情報端末、特に携帯電話やカーオーディオのような文字情報を主とする表示部にＥＬ表示装置を用いる場合には、非発光部分を背景として文字情報を発光部分で形成するように駆動することが望ましい。

ここで図２０（Ａ）は携帯電話であり、本体２６０１、音声出力部２６０２、音声入力部２６０３、表示部２６０４、操作スイッチ２６０５、アンテナ２６０６を含む。本発明のＥＬ表示装置は表示部２６０４に用いることができる。なお、表示部２６０４は黒色の背景に白色の文字を表示することで携帯電話の消費電力を抑えることができる。

また、図２０（Ｂ）は車載用オーディオ（カーオーディオ）であり、本体２７０１、表示部２７０２、操作スイッチ２７０３、２７０４を含む。本発明のＥＬ表示装置は表示部２７０２に用いることができる。また、本実施例では車載用オーディオを示すが、据え置き型オーディオに用いても良い。なお、表示部２７０２は黒色の背景に白色の文字を表示することで消費電力を抑えられる。

以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子装置に適用することが可能である。また、本実施例の電子装置は実施例１〜１６のどのような組み合わせからなる構成を用いても実現することができる。

ＥＬ表示装置の画素部の断面構造を示す図。ＥＬ表示装置の画素部の上面構造及び構成を示す図。アクティブマトリクス型ＥＬ表示装置の作製工程を示す図。アクティブマトリクス型ＥＬ表示装置の作製工程を示す図。アクティブマトリクス型ＥＬ表示装置の作製工程を示す図。ＥＬモジュールの外観を示す図。ＥＬ表示装置の回路ブロック構成を示す図。ＥＬ表示装置の画素部を拡大した図。ＥＬ表示装置のサンプリング回路の素子構造を示す図。ＥＬ表示装置の画素部の構成を示す図。ＥＬ表示装置の画素部の断面構造を示す図。ＥＬ表示装置の画素部の上面構造及び構成を示す図。ＥＬ表示装置の画素部の断面構造を示す図。ＥＬ表示装置の画素部の断面構造を示す図。ＥＬ表示装置の画素部の上面構造及び構成を示す図。電子装置の具体例を示す図。ＥＬモジュールの外観を示す図。コンタクト構造の作製工程を示す図。ＥＬ層の積層構造を示す図。電子装置の具体例を示す図。ＥＬ表示装置の画素部の回路構成を示す図。ＥＬ表示装置の画素部の回路構成を示す図。ＥＬ表示装置の画素部の断面構造を示す図。

Claims

第１のＴＦＴ、該第１のＴＦＴに電気的に接続されたゲートを有する第２のＴＦＴ及び該第２のＴＦＴに電気的に接続されたＥＬ素子を画素に有する電気光学装置において、
前記第１のＴＦＴは、直列に接続された二つ以上のチャネル形成領域を有する活性層を含むことを特徴とする電気光学装置。
第１のＴＦＴ、該第１のＴＦＴに電気的に接続されたゲートを有する第２のＴＦＴ及び該第２のＴＦＴに電気的に接続されたＥＬ素子を画素に有する電気光学装置において、
前記第１のＴＦＴは直列に接続された二つ以上のチャネル形成領域を有する活性層を含み、
前記第２のＴＦＴのチャネル幅は前記第１のＴＦＴのチャネル幅よりも大きいことを特徴とする電気光学装置。
第１のＴＦＴ、該第１のＴＦＴに電気的に接続されたゲートを有する第２のＴＦＴ及び該第２のＴＦＴに電気的に接続されたＥＬ素子を画素に有する電気光学装置において、
少なくとも前記第１のＴＦＴは直列に接続された二つ以上のチャネル形成領域を有する活性層を含み、
前記第２のＴＦＴのチャネル長をＬ２、チャネル幅をＷ２とし、前記第１のＴＦＴのチャネル長をＬ１、チャネル幅をＷ１とした時、Ｗ２／Ｌ２≧５×Ｗ１／Ｌ１の関係式が成り立つことを特徴とする電気光学装置。
請求項３において、前記前記第２のＴＦＴのチャネル長（Ｌ２）が０．１〜５０μm、同チャネル幅（Ｗ２）が０．５〜３０μmであり、前記第１のＴＦＴのチャネル長（Ｌ１）が０．２〜１８μm、同チャネル幅（Ｗ１）が０．１〜５μmであることを特徴とする電気光学装置。
請求項１乃至請求項４のいずれか一において、前記第１のＴＦＴはスイッチング用素子であり、前記第２のＴＦＴは電流制御用素子であることを特徴とする電気光学装置。
請求項１乃至請求項４のいずれか一において、前記第１のＴＦＴのＬＤＤ領域は、該第１のＴＦＴのゲート電極とゲート絶縁膜を挟んで重ならないように形成され、
前記第２のＴＦＴのＬＤＤ領域は、該第２のＴＦＴのゲート電極とゲート絶縁膜を挟んで一部若しくは全部が重なるように形成されていることを特徴とする電気光学装置。
請求項１乃至請求項６のいずれか一に記載された電気光学装置を有することを特徴とする電子装置。