表示装置及び表示装置の作製方法
【課題】ＴＦＴの特性ばらつきに起因する、画素間における発光素子の輝度のばらつきを低減し、信頼性が高く、画質の優れた表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】発光素子に接続するＴＦＴを複数個、少なくとも２つ設け、それぞれのＴＦＴの活性層を形成する半導体領域の結晶性を異ならせるものである。
当該半導体領域は、非晶質半導体膜をレーザーアニールにより結晶化させたものが適用されるが、結晶性を異ならせるために、連続発振レーザービームの走査方向を変えて、結晶成長の方向を互いに異ならせる方法を適用する。或いは、連続発振レーザービームの走査方向は同じとしても、個々の半導体領域間でＴＦＴのチャネル長方向を変えて、結晶の成長方向と電流の流れる方向を異ならせる方法を適用する。
【解決手段】発光素子に接続するＴＦＴを複数個、少なくとも２つ設け、それぞれのＴＦＴの活性層を形成する半導体領域の結晶性を異ならせるものである。
当該半導体領域は、非晶質半導体膜をレーザーアニールにより結晶化させたものが適用されるが、結晶性を異ならせるために、連続発振レーザービームの走査方向を変えて、結晶成長の方向を互いに異ならせる方法を適用する。或いは、連続発振レーザービームの走査方向は同じとしても、個々の半導体領域間でＴＦＴのチャネル長方向を変えて、結晶の成長方向と電流の流れる方向を異ならせる方法を適用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光又は燐光が得られる発光素子を備えた表示装置に関する。特に本発明は、各画素に絶縁ゲート型トランジスタ又は薄膜トランジスタなどの能動素子と、それに接続する発光素子が設けられた表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アクティブマトリクス型の表示装置は、複数の画素をマトリクス状に配列させ、画素毎に設けられた能動素子により、ビデオ信号に基づいた当該画素の光強度を制御することにより映像を表示している。能動素子の代表例は薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴと記す）であり、各画素に書き込まれた電圧により光強度を制御する手段として、電圧に応答する液晶を用いる構成は今日広く用いられている。
また、その他の構成として、各画素に発光素子を設け、当該発光素子に流れる電流により光強度を制御することで映像を表示する方法も知られている。
【０００３】
近年、最も注目されている発光素子は、発光体として有機化合物を適用するものであり、エレクトロルミネセンスを利用していることから有機エレクトロルミネセンス素子とも呼ばれている。発光性の有機化合物材料は各種知られているが、その発光機構は一重項励起状態を介して発光する蛍光と、三重項励起状態を介して発光する燐光とがあることも知られている。
【０００４】
図１２は、表示装置の画素の構成を示す一例であり、このような画素の構成は特開平８−２３４６８３号公報などで開示されている。図１２に示した画素は、ＴＦＴ５０、５１と、保持容量５２と、発光素子５３とをから成っている。ＴＦＴ５０は、ゲートが走査線５５に接続されており、ソース側が信号線５４に、ドレイン側がＴＦＴ５１のゲートに接続されている。ＴＦＴ５１は、ソースが電源線５６に接続されており、ドレインが発光素子５３の一方の端子に接続されている。発光素子５３の他方の端子は電源５７に接続されている。保持容量部３２はＴＦＴ５１のゲートとソース間の電圧を保持するように設けられている。
【０００５】
画素の動作は、走査線５５の電圧によりＴＦＴ５０がオンになると、信号線５４に入力されたビデオ信号がＴＦＴ５１のゲートに印加される。ビデオ信号が入力されると、入力されたビデオ信号の電圧に従って、ＴＦＴ５１のゲート電圧（ゲートとソース間の電圧差）が定まる。そして、該ゲート電圧によって流れるＴＦＴ５１のドレイン電流は、発光素子５３に供給され、発光素子５３は供給された電流値に応じて発光する。発光素子における発光は、次のビデオ信号が入力されるまで維持されるので、この動作を全画素に渡って特定期間毎に行うことによって静止画や動画を表示することができる。また、発光素子の発光体に、赤、緑、青の各色を発光する材料を適用し、それらを用いた画素を配列させることにより、カラー表示を行うこともできる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
発光素子は長期間に渡って安定的に動作させるためには電流駆動が望ましいと考えられる。しかし、そのためにはＴＦＴに高い電流駆動能力が要求される。それを満足させるには、ＴＦＴ活性領域を多結晶シリコン膜で形成することが望ましいと考えられている。絶縁表面上への多結晶シリコンの形成法として、プラズマＣＶＤ法などで堆積した非晶質シリコンを、レーザービームの照射により結晶化する方法がある。これはレーザーアニールと呼ばれている。その特徴は、歪み点が７００℃以下の耐熱性の低いガラス基板上であっても、基板をさほど加熱することなくシリコンのみを選択的に加熱して結晶化できる点にある。レーザーとしては、エキシマレーザーなどの固体レーザーや、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ4レーザーなどの固体レーザーなどが用いられている。
【０００７】
しかし、レーザーアニールにより形成される多結晶シリコン膜は、結晶粒のサイズや配向にばらつきがあること以外にも、十分結晶化が成されず結晶性が十分でない領域が存在する。また、チャネル形成領域のサイズが縮小、或いは結晶粒が大型化して、一つのチャネルの中に存在する粒界の数が減少すると、むしろＴＦＴの特性ばらつきが大きくなることが問題となっている。図１２に示した画素において、ＴＦＴ５１の閾値やオン電流等の特性が画素毎にばらつくと、ビデオ信号の電圧が同じであってもＴＦＴ５１のドレイン電流の大きさが画素間で異なり、発光素子５３の輝度にばらつきが生じることになる。
【０００８】
具体的には、６４階調の表示を行う場合において、飽和領域におけるＴＦＴのオン電流値のばらつきは１．５％以下にする必要がある。また、保持容量部の電荷を保持するために、オフ電流値は１pA以下とする必要がある。
【０００９】
ばらつきを低減する方策として、特開２０００−２２１９０３号公報には、エレクトロルミネセンス素子に接続するＴＦＴを並列接続する構成が開示されている。同公報によれば、エレクトロルミネセンス素子に接続するＴＦＴを複数個、並列に接続することで、ＴＦＴの特性にばらつきがあっても、発光輝度のばらつきは生じず均一な表示を得ることができるとされている。
【００１０】
しかしながら、ＴＦＴの特性ばらつきの第１の要因がレーザーアニールにあると、たとえＴＦＴを並列に配置したとしても、レーザービームの幅よりも小さいサイズで形成される活性層の隣接間の結晶性のばらつきを抑制することがでても、画素領域全面に渡って線状のパルス発振レーザービームを走査したことによる周期的に発生するような輝度のばらつきを低減することはできない。これもＴＦＴの特性ばらつきに起因するものであるが、この周期的な特性ばらつきは１０％以上であり、これを隣接間のＴＦＴを並列に接続して補うことはできない。
【００１１】
本発明は上述したことに鑑み、ＴＦＴの特性ばらつきに起因する、画素間における発光素子の輝度のばらつきを低減し、信頼性が高く、画質の優れた表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記問題点を解決するための本発明の構成は、発光素子に接続するＴＦＴを複数個、少なくとも２つ設け、それぞれのＴＦＴの活性層を形成する半導体領域の結晶性を異ならせるものである。当該半導体領域は、非晶質半導体膜をレーザーアニールにより結晶化させたものが適用されるが、結晶性を異ならせるために、連続発振レーザービームの走査方向を変えて、結晶成長の方向を互いに異ならせる方法を適用する。或いは、連続発振レーザービームの走査方向は同じとしても、個々の半導体領域間でＴＦＴのチャネル長方向を変えて、結晶の成長方向と電流の流れる方向を異ならせる方法を適用する。
【００１３】
非晶質半導体膜を連続発振レーザービームを用いて結晶化させると、ビームの走査方向に結晶が成長する。その場合結晶の粒界はほぼビームの走査方向に沿って形成されるので、粒界トラップの影響が排除され、比較的高い電界効果移動度を得ることができる。しかし、キャリアのドリフトを阻害する粒界が少なくなる結果、その存在比率の僅かな変動によりＴＦＴの特性が大きくことなり、結果的にばらつきが大きくなってしまう。その影響を低減するために、チャネル長方向に対する結晶の成長方向又はキャリアのドリフト方向に対する結晶粒界の存在比率を変えた半導体領域を活性層とする複数のＴＦＴを並列に発光素子に接続する構成とする。
【００１４】
ＴＦＴのソース及びドレイン端子からみた接続構成は、当該半導体領域に形成されるソース及びドレインの一方はいずれも発光素子と接続し、他方は配線によって同一電位が印加されるように連結されたものとなる。また、複数のＴＦＴにおいて、ゲート電極は共通として、或いは同一の電位が印加されるものである。
【００１５】
また、ゲート電極は、第１及び第２のＴＦＴにおける半導体領域の上方及び下方にチャネル形成領域と重なる電極が、絶縁層を介して設けられている構成としても良い。この場合、上下両方のゲート電極に同電位を印加しても良いしい、一方を固定電位としても良い。それにより、半導体領域に接する絶縁層中の固定電荷の影響が排除され、しきい値電圧のばらつきを低減することができる。
【００１６】
本発明により提供される表示装置の構成は、発光素子と接続する第１のＴＦＴと第２のＴＦＴとが設けられた画素を有する表示装置であって、第１及び第２のＴＦＴを構成するそれぞれの半導体領域に形成されるチャネル形成領域は、そのチャネル長方向が異なるように配置され、当該半導体領域に形成されるソース及びドレインの一方はいずれも発光素子と接続し、他方は配線によって同一電位が印加されるように連結され、ゲート電極を共通として同一の電位が印加されるものである。
【００１７】
また、他の構成として、発光素子と接続する第１のＴＦＴと第２のＴＦＴとが設けられた画素を有する表示装置において、第１及び第２のＴＦＴを構成するそれぞれの半導体領域は、共にチャネル長方向に結晶が成長されており、当該半導体領域に形成されるソース及びドレインの一方はいずれも発光素子と接続し、他方は配線によって同一電位が印加されるように連結され、ゲート電極を共通として同一の電位が印加されるものである。
【００１８】
また、他の構成として、発光素子と接続する第１のＴＦＴと第２のＴＦＴとが設けられた画素を有する表示装置において、第１及び第２のＴＦＴを構成するそれぞれの半導体領域の一方はチャネル長方向に結晶が成長されており、他方はチャネル長方向と交差する方向に結晶が成長されており、当該半導体領域に形成されるソース及びドレインの一方はいずれも発光素子と接続し、他方は配線によって同一電位が印加されるように連結され、ゲート電極を共通として同一の電位が印加されるものである。
【００１９】
また、他の構成として、発光素子と接続する第１のＴＦＴと第２のＴＦＴとが設けられた画素を有する表示装置において、第１及び第２のＴＦＴを構成するそれぞれの半導体領域の一方はチャネル長方向と平行に結晶粒界が延在しており、他方はチャネル長方向と交差する方向に結晶粒界が延在しており、当該半導体領域に形成されるソース及びドレインの一方はいずれも発光素子と接続し、他方は配線によって同一電位が印加されるように連結され、ゲート電極を共通として、同一の電位が印加されるものである。
【００２０】
また、他の構成として、発光素子と接続する第１のＴＦＴと第２のＴＦＴとが設けられた画素を有する表示装置において、第１及び第２のＴＦＴを構成するそれぞれの半導体領域の一方はチャネル長方向と平行に結晶粒界が延在しており、他方はチャネル長方向と交差する方向に結晶粒界が延在しており、当該半導体領域に形成されるソース及びドレインの一方はいずれも発光素子と接続し、他方は配線によって同一電位が印加されるように連結され、ゲート電極を共通として同一の電位が印加されるものである。
【発明の効果】
【００２１】
以上、本発明によれば、ＴＦＴと発光素子を用いて構成される表示装置において、レーザーアニールによる結晶性のばらつきに起因する輝度のばらつきを低減して、高画質の表示装置を提供することができる。また、定電流駆動とすることにより発光素子の信頼性を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の表示装置における画素の構成を示す上面図である。
【図２】本発明の画素回路を示す回路図である。
【図３】本発明の表示装置の画素部の作製工程を説明する上面図である。
【図４】本発明の表示装置の画素部の作製工程を説明する上面図である。
【図５】本発明の表示装置の画素部の作製工程を説明する上面図である。
【図６】本発明の表示装置の画素部の作製工程を説明する上面図である。
【図７】本発明の表示装置の画素部の構成を説明する縦断面図である。
【図８】レーザーアニール装置の構成を説明する図である。
【図９】レーザーアニール装置の構成を説明する図である。
【図１０】レーザーアニール装置の構成を説明する図である。
【図１１】レーザーアニール装置の構成を説明する図である。
【図１２】従来の画素回路の例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の態様について図面を参照して説明する。図１は本発明による表示装置の画素の構成を示す上面図である。図１に示す画素は、スイッチング用ＴＦＴ１０１、電流駆動用ＴＦＴ１０２ａ、１０２ｂ、保持容量部１０３が備えられている。また、図２はこのような画素の構成を示す等価回路図であり、図１で示す構成の他に発光素子１２１が電流駆動用ＴＦＴに接続された回路が示されている。
【００２４】
スイッチング用ＴＦＴ１０１は、ソース及びドレイン領域やＬＤＤ領域などが形成された半導体領域１１０、ゲート電極１１２などで構成され、ソース領域はビデオ信号が入力するデータ線１１６と接続している。ドレイン領域は配線１１７により電流駆動用ＴＦＴ１０２ａ、１０２ｂのゲート電極１１３と接続されている。ゲート電極１１２は走査線１１５に接続されている。
【００２５】
電流駆動用ＴＦＴ１０２ａ、１０２ｂはゲート電極１１３や、ソース及びドレイン領域やＬＤＤ領域などが形成された半導体領域１１１を共通として構成されているが、そのチャネル長方向は互いに異なっている。電流駆動用ＴＦＴ１０２ａ、１０２ｂのソース領域は共通部位として形成され、電源線１１８に接続している。また、それぞれのドレイン領域は配線１１９により接続されている。
【００２６】
接続電極１１９は、発光素子の陽極又は陰極となる一方の電極１２０と接続されている。図１では示されていないが、発光素子はこの電極１２０上に発光体を含む有機化合物層や、対向する電極を積層して構成される。
【００２７】
また、容量部１０３は半導体領域１１１とゲート電極１１３と同じ層で形成される容量電極１１４との間に絶縁層を介在させて構成されている。
【００２８】
図１において注目されるべき構成は電流駆動用ＴＦＴ１２０ａと１２０ｂとのチャネル長方向が異なって形成されている点にあり、このような構成とすることにより、電流駆動用ＴＦＴの特性ばらつきを低減している。これは、並列接続される２つのＴＦＴの半導体領域において、キャリアがドリフトされる方向と、結晶の成長方向を異ならせることによって、隣接間のＴＦＴにおける電気的特性に違いを持たせている。
【００２９】
図７は図１におけるＡ−Ａ'線に対応する縦断面図を示している。基板１００はガラスや石英、又は半導体基板などが適用され、第１絶縁層１６０により絶縁表面が形成されている。半導体領域１１０、１１１にはソース又はドレイン領域を形成する高濃度不純物領域１７１、１７５、１７８、１７９、ＬＤＤ領域を形成する低濃度不純物領域１７２、１７６、１８０、非ドープ領域１７３、１７４、１７７などが形成されている。第２絶縁層１６１はゲート絶縁膜として機能するものであり、第３絶縁層１６２、第４絶縁層１６３、第５絶縁層１６４はパッシベーションや層間膜として機能するものである。第６絶縁層１６５は発光素子を形成するために平坦化膜として形成されものである。
【００３０】
発光素子１２１は第１電極１２０、有機化合物層１６８、第２電極１７０で構成される。第１電極１２０と第２電極１７０は印加する順方向電圧の極性により陰極と陽極に区別できるが、第１電極１２０を陰極とする場合には、仕事関数の低いアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含む層１６６を設け、第２電極１７０側には仕事関数の高い金、白金、窒化チタンなどを含む層１６９を形成する。これらの層は、光透過性を持たせるために１〜２０nm程度の厚さで形成される。このような構成とすることで、発光素子からの光の放射は図中に示す矢印の方向になされる。
【００３１】
以下、その作製工程について図３〜図６を用いて説明する。図３では、絶縁表面上に形成された非晶質半導体膜１５０をレーザーアニールにより結晶化する工程を示している。レーザーアニールによるビーム形状は、楕円形、矩形、長円形など任意なものとすることができるが、好ましくは長手方向と短手方向のアスペクト比が１０以上の楕円形又は線形とし、その短手方向にビームを走査する。結晶化において連続発振レーザービームを走査すると、固液界面が連続的に移動して、走査方向とほぼ平行な方向に結晶粒界が延在する多結晶半導体膜を形成することができる。非晶質半導体膜の全面を結晶化する必要はなく、半導体領域を形成する場所のみを結晶化させれば良い。ここで、図３中に示す矢印はレーザービームの走査方向を示し、点線はその中で半導体領域１１０、１１１が形成される部位を表している。
【００３２】
キャリアがドリフトされるとき、この結晶粒界と平行な方向に流れるか、交差する方向に流れるかで、キャリア移動度は１０〜３０％程度異なり、レーザービームを一方向にのみ走査することで電気的に異方性を持った結晶を形成することができる。
【００３３】
このような結晶化処理を可能とするレーザーアニール装置の一例は、図８及び図９に示す構成である。このレーザーアニール装置は、基板の任意の位置を指定してレーザービーム照射して結晶化することを可能とするものであり、複数の方向から複数のレーザービームを照射することにより、さらにスループットを向上させることができる。さらに、レーザービームを照射面において重ね合わせ、レーザーアニールに必要なエネルギー密度と、光の干渉を除去することが可能な構成となっていることが特徴である。
【００３４】
図８はレーザーアニール装置の構成を示す上面図であり、図９は図８に対応する断面図である。図８と図９においては説明の便宜上、共通の符号を用いて示している。
【００３５】
第１光学系４０１は、レーザー発振装置３０１ａ、レンズ群３０２ａ、第１ガルバノミラー３０３ａ、第２ガルバノミラー３０４ａ、ｆθレンズ３０５ａから成っている。ここで、第１ガルバノミラー３０３ａ、第２ガルバノミラー３０４ａが偏向手段として設けられたものである。
【００３６】
第２光学系４０２、第３光学系４０３も同様の構成であり、レーザービームは第１ガルバノミラーと第２ガルバノミラーの回転角のより偏向方向が制御され、載置台３０６上の被処理物３０７に照射される。ビーム径はレンズ群３０２及び必要があればスリット等を設けることで任意の形状とすることができるが、概略数十μm〜数百μmの円形、楕円形、又は矩形とすれば良い。載置台３０６は固定とするが、レーザービームの走査と同期させることも可能であるので、ＸＹθ方向に移動可能としても良い。
【００３７】
そして、第１乃至第３の光学系により被処理物に照射されるレーザービームを重ね合わせることにより、レーザーアニールに必要なエネルギー密度と、光の干渉を除去することが可能となる。異なるレーザー発振装置から放射されるレーザービームはそれぞれ位相が異なっているので、これらを重ね合わせることにより干渉を低減することができる。
【００３８】
尚、ここでは第１乃至第３光学系から放射される３本のレーザービームを重ね合わせる構成を示しているが、同様の効果はこの数に限定されず、複数本のレーザービームを重ね合わせることで目的は達せられる。また、同様な効果が得られるものであれば、レーザーアニール装置の構成は図８及び図９で示す構成に限定されるものはない。
【００３９】
また、レーザーアニール装置の他の構成としては、図１０で示す構成の装置も適用可能である。図１０は、レーザー発振装置８０１、高変換ミラー８０２〜８０４、楕円ビーム形成用光学系８０５、載置台８０８から成っているレーザーアニール装置の構成を正面図と側面図により示すものである。楕円ビーム形成用光学系８０５の一例はシリンドリカルレンズ８０６と凸レンズ８０７との組み合わせであり、シリンドリカルレンズ８０６でビーム形状を楕円にして、凸レンズ８０７を設け集光している。こうして、レーザービームを楕円にすることで照射面積を広くして処理速度を向上させることができる。また、レーザービームの照射面直上又は近傍には、気体噴出手段８２０を設け、レーザービームが照射されている領域の雰囲気を制御している。気体の種類は酸化性気体、還元性気体、不活性気体など様々な気体を適用することが可能である。
【００４０】
また、この装置では、載置台８０８を移動手段８２１により二軸方向に動かすことにより基板８０９のレーザーアニールを可能としている。一方の方向への移動は基板の一辺の長さよりも長い距離を１〜２００cm/secの等速度で連続的に移動させることが可能であり、他方へは楕円ビームの長手方向と同程度の移動を不連続にステップ移動させることが可能となっている。レーザー発振装置８０１の発振と、載置台８０８は、マイクロプロセッサを搭載した制御手段８１０により同期して作動するようになっている。また、レーザービームの入射角を特定角度とすることにより、基板８０９で反射したレーザービーム（戻り光）が再び光学系に入射しない構成としている。
【００４１】
一方、図１１は載置台８１４を固定としてレーザービームを走査する形態の一例であり、レーザー発振装置８０１、高変換ミラー８０２、８０３、楕円ビーム形成用光学系８１１、ＸＹスキャン可能な一対のガルバノミラー８１２、ｆθレンズ８１３から成っているレーザーアニール装置の構成を正面図と側面図により示すものである。楕円ビーム形成用光学系８０５の一例は凹レンズ及び凸レンズの組み合わせである。こうして、レーザービームを楕円にすることで照射面積を広くして処理速度を向上させることができる。ガルバノミラー回転角のより偏向方向が制御され、載置台８１４上の基板８０９の任意の位置にレーザービームを照射することができる。レーザー発振装置８０１の発振と、一対のガルバノミラー８１２は、マイクロプロセッサを搭載した制御手段８１０により同期して作動するようになっている。また、アイソレータ８１５は照射面で反射したレーザービーム（戻り光）がレーザー発振装置に再度入射して光学系を痛めないように配慮されている。気体噴出手段８２０を設け、レーザービームが照射されている領域の雰囲気を制御している。気体の種類は酸化性気体、還元性気体、不活性気体など様々な気体を適用することが可能である。
【００４２】
図４は半導体領域１１０、１１１が形成された状態を示している。島状に分割されたとしても結晶性は保存され、図３との対比で結晶粒は半導体領域１１０の長手方向に延在していることになる。
【００４３】
次に図５で示すように、ゲート絶縁膜を形成した後、ゲート電極１１２、１１３及び容量電極１１４を形成する。ゲート電極１１２は同一の層で形成される走査線１１５と接続されている。ゲート電極は半導体領域と交差するように形成されるが、図示するように、それによってチャネル長方向が規定される。チャネル長はＭＯＳトランジスタなどにおいて、ソースとドレイン間の距離をいうものであり、ここでは同様の定義に従って、チャネル長が規定される方向をチャネル長方向という。
【００４４】
半導体領域１１０においては、チャネル長方向と結晶成長方向が概略一致するＴＦＴが形成される。一方、半導体領域１１１ではチャネル長方向と結晶成長方向が概略一致するＴＦＴと、一致しないＴＦＴの２つが形成されることになる。
これは、半導体領域とゲート電極の位置関係で適宜形成することが可能であり、図５で示す構成はその一例を示している。また、ここでは、半導体領域の配置によってキャリアのドリフト方向と結晶の成長方向を異ならせる態様を示したが、レーザーアニールにおけるビームのスキャン方向を変えることによって同様な効果を得ることができる。
【００４５】
図６は、その上層に絶縁層を形成し、所定の位置にコンタクトホールを形成した後、データ線１１６、電源線１１８各種配線１１７、１１９が形成された状態を示している。これにより、スイッチング用ＴＦＴ１０１、電流駆動用ＴＦＴ１０２ａ、１０２ｂ、保持容量部１０３が形成される。
【００４６】
以上のようにして構成される画素において、発光素子に流れる電流ＩDを一定に保つには、電流制御用ＴＦＴにおいてドレイン電圧ＶDSをゲート電圧ＶGS以上に設定し、電流駆動用ＴＦＴのドレイン電圧ＶDSに関わらず一定のドレイン電流ＩDを流す、飽和領域で動作させる。これにより、発光素子には一定の電流が供給されることになる。
【００４７】
例えば、電流制御用ＴＦＴのしきい値電圧を２Ｖ程度とする。ここで、電流制御用ＴＦＴのゲート電圧ＶGSを５Ｖとして、表示期間における発光素子の対向電極と電源供給線との間の電圧（対向電位と電源電位との差）を１５Ｖ程度とする。このとき、発光素子の両電極間の電圧ＶELは５〜１０Ｖ程度の値をとり、電流制御用ＴＦＴのドレイン電圧ＶDSは５Ｖ以上となる。従って、ドレイン電圧ＶDSはゲート電圧ＶGS以上になって、電流制御用ＴＦＴは飽和領域で動作することになる。電流駆動用ＴＦＴを飽和領域で動作させる場合以下に示す式１が成立する。
【００４８】
（式１）
ＩD＝μＣ0Ｗ／Ｌ（ＶGS−ＶTH）2／２
【００４９】
なお、ＶGSはゲート電圧、μを移動度、Ｃ0を単位面積あたりのゲート容量、Ｗ／Ｌをチャネル形成領域のチャネル幅Ｗとチャネル長Ｌの比、ＶTHを閾値、ドレイン電流をＩDとする。ここでμ、Ｃ0、Ｗ／Ｌ、ＶTHは全て個々のＴＦＴによって決まる固定の値である。式１から電流駆動用ＴＦＴ１０２ａと１０２ｂはＷとＬが同じであってもμが異なる。従って、ドレイン電流ＩDはそれぞれ異なり、このようなＴＦＴを並列に接続することにより、結晶性のばらつきに起因するＩDのばらつきを平準化することができる。
【００５０】
また、このばらつきを抑えるためには、飽和領域で動作する範囲において、ゲート幅Ｗのゲート長Ｌに対する比Ｗ／Ｌを小さくし、且つゲート電圧ＶGSを大きくすることは有効である。これにより、電流駆動用ＴＦＴのしきい値電圧Ｖthのばらつきによるドレイン電流ＩDのばらつきを抑えることができ、接続される発光素子の輝度のばらつきを低減することができる。
【００５１】
発光素子の形態には特に限定される事項はないが、有機化合物層には具体的に、発光層、正孔注入層、電子注入層、正孔輸送層、電子輸送層などが含まれる。
発光素子の構成は、陽極／発光層／陰極が順に積層された構造を有しており、この構造に加えて、陽極／正孔注入層／発光層／陰極や、陽極／正孔注入層／発光層／電子輸送層／陰極等の順に積層した構造を有していても良い。有機化合物層は、低分子系有機化合物と高分子系有機化合物のどちらでも適用可能である。低分子系有機化合物の一例は、正孔注入層として銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）芳香族アミン系材料であるα−ＮＰＤ（4,4'-ビス-[N-(ナフチル)-N-フェニル-アミノ]ビフェニル）やＭＴＤＡＴＡ（4,4',4"-トリス(N-3-メチルフェニル-N-フェニル-アミノ)トリフェニルアミン）、発光層としてトリス−８−キノリノラトアルミニウム錯体（Ａｌｑ3）などが知られている。高分子有機発光材料では、ポリアニリンやポリチオフェン誘導体（ＰＥＤＯＴ）などが知られている。
【００５２】
以上説明した本発明の実施の形態において、ＴＦＴはトップゲート型の構造で説明したが、逆スタガ型や順スタガ型の構造を有するＴＦＴをもっても同様に適用することができる。また、電流制御ＴＦＴを２個並列に接続する場合について説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、３つ以上のＴＦＴを並列に接続した場合や、直並列に接続した場合についても同様に適用できるものである。
【００５３】
更に、上述の実施の形態においては、有機化合物層を発光体とする発光素子を備えた表示装置について説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、発光体が無機化合物で形成される発光素子を備えた表示装置、発光ダイオードでなる発光素子を備えた表示装置、電子源素子を備えた表示装置にも適用が可能であり、同様の効果が得られる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光又は燐光が得られる発光素子を備えた表示装置に関する。特に本発明は、各画素に絶縁ゲート型トランジスタ又は薄膜トランジスタなどの能動素子と、それに接続する発光素子が設けられた表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アクティブマトリクス型の表示装置は、複数の画素をマトリクス状に配列させ、画素毎に設けられた能動素子により、ビデオ信号に基づいた当該画素の光強度を制御することにより映像を表示している。能動素子の代表例は薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴと記す）であり、各画素に書き込まれた電圧により光強度を制御する手段として、電圧に応答する液晶を用いる構成は今日広く用いられている。
また、その他の構成として、各画素に発光素子を設け、当該発光素子に流れる電流により光強度を制御することで映像を表示する方法も知られている。
【０００３】
近年、最も注目されている発光素子は、発光体として有機化合物を適用するものであり、エレクトロルミネセンスを利用していることから有機エレクトロルミネセンス素子とも呼ばれている。発光性の有機化合物材料は各種知られているが、その発光機構は一重項励起状態を介して発光する蛍光と、三重項励起状態を介して発光する燐光とがあることも知られている。
【０００４】
図１２は、表示装置の画素の構成を示す一例であり、このような画素の構成は特開平８−２３４６８３号公報などで開示されている。図１２に示した画素は、ＴＦＴ５０、５１と、保持容量５２と、発光素子５３とをから成っている。ＴＦＴ５０は、ゲートが走査線５５に接続されており、ソース側が信号線５４に、ドレイン側がＴＦＴ５１のゲートに接続されている。ＴＦＴ５１は、ソースが電源線５６に接続されており、ドレインが発光素子５３の一方の端子に接続されている。発光素子５３の他方の端子は電源５７に接続されている。保持容量部３２はＴＦＴ５１のゲートとソース間の電圧を保持するように設けられている。
【０００５】
画素の動作は、走査線５５の電圧によりＴＦＴ５０がオンになると、信号線５４に入力されたビデオ信号がＴＦＴ５１のゲートに印加される。ビデオ信号が入力されると、入力されたビデオ信号の電圧に従って、ＴＦＴ５１のゲート電圧（ゲートとソース間の電圧差）が定まる。そして、該ゲート電圧によって流れるＴＦＴ５１のドレイン電流は、発光素子５３に供給され、発光素子５３は供給された電流値に応じて発光する。発光素子における発光は、次のビデオ信号が入力されるまで維持されるので、この動作を全画素に渡って特定期間毎に行うことによって静止画や動画を表示することができる。また、発光素子の発光体に、赤、緑、青の各色を発光する材料を適用し、それらを用いた画素を配列させることにより、カラー表示を行うこともできる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
発光素子は長期間に渡って安定的に動作させるためには電流駆動が望ましいと考えられる。しかし、そのためにはＴＦＴに高い電流駆動能力が要求される。それを満足させるには、ＴＦＴ活性領域を多結晶シリコン膜で形成することが望ましいと考えられている。絶縁表面上への多結晶シリコンの形成法として、プラズマＣＶＤ法などで堆積した非晶質シリコンを、レーザービームの照射により結晶化する方法がある。これはレーザーアニールと呼ばれている。その特徴は、歪み点が７００℃以下の耐熱性の低いガラス基板上であっても、基板をさほど加熱することなくシリコンのみを選択的に加熱して結晶化できる点にある。レーザーとしては、エキシマレーザーなどの固体レーザーや、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ4レーザーなどの固体レーザーなどが用いられている。
【０００７】
しかし、レーザーアニールにより形成される多結晶シリコン膜は、結晶粒のサイズや配向にばらつきがあること以外にも、十分結晶化が成されず結晶性が十分でない領域が存在する。また、チャネル形成領域のサイズが縮小、或いは結晶粒が大型化して、一つのチャネルの中に存在する粒界の数が減少すると、むしろＴＦＴの特性ばらつきが大きくなることが問題となっている。図１２に示した画素において、ＴＦＴ５１の閾値やオン電流等の特性が画素毎にばらつくと、ビデオ信号の電圧が同じであってもＴＦＴ５１のドレイン電流の大きさが画素間で異なり、発光素子５３の輝度にばらつきが生じることになる。
【０００８】
具体的には、６４階調の表示を行う場合において、飽和領域におけるＴＦＴのオン電流値のばらつきは１．５％以下にする必要がある。また、保持容量部の電荷を保持するために、オフ電流値は１pA以下とする必要がある。
【０００９】
ばらつきを低減する方策として、特開２０００−２２１９０３号公報には、エレクトロルミネセンス素子に接続するＴＦＴを並列接続する構成が開示されている。同公報によれば、エレクトロルミネセンス素子に接続するＴＦＴを複数個、並列に接続することで、ＴＦＴの特性にばらつきがあっても、発光輝度のばらつきは生じず均一な表示を得ることができるとされている。
【００１０】
しかしながら、ＴＦＴの特性ばらつきの第１の要因がレーザーアニールにあると、たとえＴＦＴを並列に配置したとしても、レーザービームの幅よりも小さいサイズで形成される活性層の隣接間の結晶性のばらつきを抑制することがでても、画素領域全面に渡って線状のパルス発振レーザービームを走査したことによる周期的に発生するような輝度のばらつきを低減することはできない。これもＴＦＴの特性ばらつきに起因するものであるが、この周期的な特性ばらつきは１０％以上であり、これを隣接間のＴＦＴを並列に接続して補うことはできない。
【００１１】
本発明は上述したことに鑑み、ＴＦＴの特性ばらつきに起因する、画素間における発光素子の輝度のばらつきを低減し、信頼性が高く、画質の優れた表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記問題点を解決するための本発明の構成は、発光素子に接続するＴＦＴを複数個、少なくとも２つ設け、それぞれのＴＦＴの活性層を形成する半導体領域の結晶性を異ならせるものである。当該半導体領域は、非晶質半導体膜をレーザーアニールにより結晶化させたものが適用されるが、結晶性を異ならせるために、連続発振レーザービームの走査方向を変えて、結晶成長の方向を互いに異ならせる方法を適用する。或いは、連続発振レーザービームの走査方向は同じとしても、個々の半導体領域間でＴＦＴのチャネル長方向を変えて、結晶の成長方向と電流の流れる方向を異ならせる方法を適用する。
【００１３】
非晶質半導体膜を連続発振レーザービームを用いて結晶化させると、ビームの走査方向に結晶が成長する。その場合結晶の粒界はほぼビームの走査方向に沿って形成されるので、粒界トラップの影響が排除され、比較的高い電界効果移動度を得ることができる。しかし、キャリアのドリフトを阻害する粒界が少なくなる結果、その存在比率の僅かな変動によりＴＦＴの特性が大きくことなり、結果的にばらつきが大きくなってしまう。その影響を低減するために、チャネル長方向に対する結晶の成長方向又はキャリアのドリフト方向に対する結晶粒界の存在比率を変えた半導体領域を活性層とする複数のＴＦＴを並列に発光素子に接続する構成とする。
【００１４】
ＴＦＴのソース及びドレイン端子からみた接続構成は、当該半導体領域に形成されるソース及びドレインの一方はいずれも発光素子と接続し、他方は配線によって同一電位が印加されるように連結されたものとなる。また、複数のＴＦＴにおいて、ゲート電極は共通として、或いは同一の電位が印加されるものである。
【００１５】
また、ゲート電極は、第１及び第２のＴＦＴにおける半導体領域の上方及び下方にチャネル形成領域と重なる電極が、絶縁層を介して設けられている構成としても良い。この場合、上下両方のゲート電極に同電位を印加しても良いしい、一方を固定電位としても良い。それにより、半導体領域に接する絶縁層中の固定電荷の影響が排除され、しきい値電圧のばらつきを低減することができる。
【００１６】
本発明により提供される表示装置の構成は、発光素子と接続する第１のＴＦＴと第２のＴＦＴとが設けられた画素を有する表示装置であって、第１及び第２のＴＦＴを構成するそれぞれの半導体領域に形成されるチャネル形成領域は、そのチャネル長方向が異なるように配置され、当該半導体領域に形成されるソース及びドレインの一方はいずれも発光素子と接続し、他方は配線によって同一電位が印加されるように連結され、ゲート電極を共通として同一の電位が印加されるものである。
【００１７】
また、他の構成として、発光素子と接続する第１のＴＦＴと第２のＴＦＴとが設けられた画素を有する表示装置において、第１及び第２のＴＦＴを構成するそれぞれの半導体領域は、共にチャネル長方向に結晶が成長されており、当該半導体領域に形成されるソース及びドレインの一方はいずれも発光素子と接続し、他方は配線によって同一電位が印加されるように連結され、ゲート電極を共通として同一の電位が印加されるものである。
【００１８】
また、他の構成として、発光素子と接続する第１のＴＦＴと第２のＴＦＴとが設けられた画素を有する表示装置において、第１及び第２のＴＦＴを構成するそれぞれの半導体領域の一方はチャネル長方向に結晶が成長されており、他方はチャネル長方向と交差する方向に結晶が成長されており、当該半導体領域に形成されるソース及びドレインの一方はいずれも発光素子と接続し、他方は配線によって同一電位が印加されるように連結され、ゲート電極を共通として同一の電位が印加されるものである。
【００１９】
また、他の構成として、発光素子と接続する第１のＴＦＴと第２のＴＦＴとが設けられた画素を有する表示装置において、第１及び第２のＴＦＴを構成するそれぞれの半導体領域の一方はチャネル長方向と平行に結晶粒界が延在しており、他方はチャネル長方向と交差する方向に結晶粒界が延在しており、当該半導体領域に形成されるソース及びドレインの一方はいずれも発光素子と接続し、他方は配線によって同一電位が印加されるように連結され、ゲート電極を共通として、同一の電位が印加されるものである。
【００２０】
また、他の構成として、発光素子と接続する第１のＴＦＴと第２のＴＦＴとが設けられた画素を有する表示装置において、第１及び第２のＴＦＴを構成するそれぞれの半導体領域の一方はチャネル長方向と平行に結晶粒界が延在しており、他方はチャネル長方向と交差する方向に結晶粒界が延在しており、当該半導体領域に形成されるソース及びドレインの一方はいずれも発光素子と接続し、他方は配線によって同一電位が印加されるように連結され、ゲート電極を共通として同一の電位が印加されるものである。
【発明の効果】
【００２１】
以上、本発明によれば、ＴＦＴと発光素子を用いて構成される表示装置において、レーザーアニールによる結晶性のばらつきに起因する輝度のばらつきを低減して、高画質の表示装置を提供することができる。また、定電流駆動とすることにより発光素子の信頼性を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の表示装置における画素の構成を示す上面図である。
【図２】本発明の画素回路を示す回路図である。
【図３】本発明の表示装置の画素部の作製工程を説明する上面図である。
【図４】本発明の表示装置の画素部の作製工程を説明する上面図である。
【図５】本発明の表示装置の画素部の作製工程を説明する上面図である。
【図６】本発明の表示装置の画素部の作製工程を説明する上面図である。
【図７】本発明の表示装置の画素部の構成を説明する縦断面図である。
【図８】レーザーアニール装置の構成を説明する図である。
【図９】レーザーアニール装置の構成を説明する図である。
【図１０】レーザーアニール装置の構成を説明する図である。
【図１１】レーザーアニール装置の構成を説明する図である。
【図１２】従来の画素回路の例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の態様について図面を参照して説明する。図１は本発明による表示装置の画素の構成を示す上面図である。図１に示す画素は、スイッチング用ＴＦＴ１０１、電流駆動用ＴＦＴ１０２ａ、１０２ｂ、保持容量部１０３が備えられている。また、図２はこのような画素の構成を示す等価回路図であり、図１で示す構成の他に発光素子１２１が電流駆動用ＴＦＴに接続された回路が示されている。
【００２４】
スイッチング用ＴＦＴ１０１は、ソース及びドレイン領域やＬＤＤ領域などが形成された半導体領域１１０、ゲート電極１１２などで構成され、ソース領域はビデオ信号が入力するデータ線１１６と接続している。ドレイン領域は配線１１７により電流駆動用ＴＦＴ１０２ａ、１０２ｂのゲート電極１１３と接続されている。ゲート電極１１２は走査線１１５に接続されている。
【００２５】
電流駆動用ＴＦＴ１０２ａ、１０２ｂはゲート電極１１３や、ソース及びドレイン領域やＬＤＤ領域などが形成された半導体領域１１１を共通として構成されているが、そのチャネル長方向は互いに異なっている。電流駆動用ＴＦＴ１０２ａ、１０２ｂのソース領域は共通部位として形成され、電源線１１８に接続している。また、それぞれのドレイン領域は配線１１９により接続されている。
【００２６】
接続電極１１９は、発光素子の陽極又は陰極となる一方の電極１２０と接続されている。図１では示されていないが、発光素子はこの電極１２０上に発光体を含む有機化合物層や、対向する電極を積層して構成される。
【００２７】
また、容量部１０３は半導体領域１１１とゲート電極１１３と同じ層で形成される容量電極１１４との間に絶縁層を介在させて構成されている。
【００２８】
図１において注目されるべき構成は電流駆動用ＴＦＴ１２０ａと１２０ｂとのチャネル長方向が異なって形成されている点にあり、このような構成とすることにより、電流駆動用ＴＦＴの特性ばらつきを低減している。これは、並列接続される２つのＴＦＴの半導体領域において、キャリアがドリフトされる方向と、結晶の成長方向を異ならせることによって、隣接間のＴＦＴにおける電気的特性に違いを持たせている。
【００２９】
図７は図１におけるＡ−Ａ'線に対応する縦断面図を示している。基板１００はガラスや石英、又は半導体基板などが適用され、第１絶縁層１６０により絶縁表面が形成されている。半導体領域１１０、１１１にはソース又はドレイン領域を形成する高濃度不純物領域１７１、１７５、１７８、１７９、ＬＤＤ領域を形成する低濃度不純物領域１７２、１７６、１８０、非ドープ領域１７３、１７４、１７７などが形成されている。第２絶縁層１６１はゲート絶縁膜として機能するものであり、第３絶縁層１６２、第４絶縁層１６３、第５絶縁層１６４はパッシベーションや層間膜として機能するものである。第６絶縁層１６５は発光素子を形成するために平坦化膜として形成されものである。
【００３０】
発光素子１２１は第１電極１２０、有機化合物層１６８、第２電極１７０で構成される。第１電極１２０と第２電極１７０は印加する順方向電圧の極性により陰極と陽極に区別できるが、第１電極１２０を陰極とする場合には、仕事関数の低いアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含む層１６６を設け、第２電極１７０側には仕事関数の高い金、白金、窒化チタンなどを含む層１６９を形成する。これらの層は、光透過性を持たせるために１〜２０nm程度の厚さで形成される。このような構成とすることで、発光素子からの光の放射は図中に示す矢印の方向になされる。
【００３１】
以下、その作製工程について図３〜図６を用いて説明する。図３では、絶縁表面上に形成された非晶質半導体膜１５０をレーザーアニールにより結晶化する工程を示している。レーザーアニールによるビーム形状は、楕円形、矩形、長円形など任意なものとすることができるが、好ましくは長手方向と短手方向のアスペクト比が１０以上の楕円形又は線形とし、その短手方向にビームを走査する。結晶化において連続発振レーザービームを走査すると、固液界面が連続的に移動して、走査方向とほぼ平行な方向に結晶粒界が延在する多結晶半導体膜を形成することができる。非晶質半導体膜の全面を結晶化する必要はなく、半導体領域を形成する場所のみを結晶化させれば良い。ここで、図３中に示す矢印はレーザービームの走査方向を示し、点線はその中で半導体領域１１０、１１１が形成される部位を表している。
【００３２】
キャリアがドリフトされるとき、この結晶粒界と平行な方向に流れるか、交差する方向に流れるかで、キャリア移動度は１０〜３０％程度異なり、レーザービームを一方向にのみ走査することで電気的に異方性を持った結晶を形成することができる。
【００３３】
このような結晶化処理を可能とするレーザーアニール装置の一例は、図８及び図９に示す構成である。このレーザーアニール装置は、基板の任意の位置を指定してレーザービーム照射して結晶化することを可能とするものであり、複数の方向から複数のレーザービームを照射することにより、さらにスループットを向上させることができる。さらに、レーザービームを照射面において重ね合わせ、レーザーアニールに必要なエネルギー密度と、光の干渉を除去することが可能な構成となっていることが特徴である。
【００３４】
図８はレーザーアニール装置の構成を示す上面図であり、図９は図８に対応する断面図である。図８と図９においては説明の便宜上、共通の符号を用いて示している。
【００３５】
第１光学系４０１は、レーザー発振装置３０１ａ、レンズ群３０２ａ、第１ガルバノミラー３０３ａ、第２ガルバノミラー３０４ａ、ｆθレンズ３０５ａから成っている。ここで、第１ガルバノミラー３０３ａ、第２ガルバノミラー３０４ａが偏向手段として設けられたものである。
【００３６】
第２光学系４０２、第３光学系４０３も同様の構成であり、レーザービームは第１ガルバノミラーと第２ガルバノミラーの回転角のより偏向方向が制御され、載置台３０６上の被処理物３０７に照射される。ビーム径はレンズ群３０２及び必要があればスリット等を設けることで任意の形状とすることができるが、概略数十μm〜数百μmの円形、楕円形、又は矩形とすれば良い。載置台３０６は固定とするが、レーザービームの走査と同期させることも可能であるので、ＸＹθ方向に移動可能としても良い。
【００３７】
そして、第１乃至第３の光学系により被処理物に照射されるレーザービームを重ね合わせることにより、レーザーアニールに必要なエネルギー密度と、光の干渉を除去することが可能となる。異なるレーザー発振装置から放射されるレーザービームはそれぞれ位相が異なっているので、これらを重ね合わせることにより干渉を低減することができる。
【００３８】
尚、ここでは第１乃至第３光学系から放射される３本のレーザービームを重ね合わせる構成を示しているが、同様の効果はこの数に限定されず、複数本のレーザービームを重ね合わせることで目的は達せられる。また、同様な効果が得られるものであれば、レーザーアニール装置の構成は図８及び図９で示す構成に限定されるものはない。
【００３９】
また、レーザーアニール装置の他の構成としては、図１０で示す構成の装置も適用可能である。図１０は、レーザー発振装置８０１、高変換ミラー８０２〜８０４、楕円ビーム形成用光学系８０５、載置台８０８から成っているレーザーアニール装置の構成を正面図と側面図により示すものである。楕円ビーム形成用光学系８０５の一例はシリンドリカルレンズ８０６と凸レンズ８０７との組み合わせであり、シリンドリカルレンズ８０６でビーム形状を楕円にして、凸レンズ８０７を設け集光している。こうして、レーザービームを楕円にすることで照射面積を広くして処理速度を向上させることができる。また、レーザービームの照射面直上又は近傍には、気体噴出手段８２０を設け、レーザービームが照射されている領域の雰囲気を制御している。気体の種類は酸化性気体、還元性気体、不活性気体など様々な気体を適用することが可能である。
【００４０】
また、この装置では、載置台８０８を移動手段８２１により二軸方向に動かすことにより基板８０９のレーザーアニールを可能としている。一方の方向への移動は基板の一辺の長さよりも長い距離を１〜２００cm/secの等速度で連続的に移動させることが可能であり、他方へは楕円ビームの長手方向と同程度の移動を不連続にステップ移動させることが可能となっている。レーザー発振装置８０１の発振と、載置台８０８は、マイクロプロセッサを搭載した制御手段８１０により同期して作動するようになっている。また、レーザービームの入射角を特定角度とすることにより、基板８０９で反射したレーザービーム（戻り光）が再び光学系に入射しない構成としている。
【００４１】
一方、図１１は載置台８１４を固定としてレーザービームを走査する形態の一例であり、レーザー発振装置８０１、高変換ミラー８０２、８０３、楕円ビーム形成用光学系８１１、ＸＹスキャン可能な一対のガルバノミラー８１２、ｆθレンズ８１３から成っているレーザーアニール装置の構成を正面図と側面図により示すものである。楕円ビーム形成用光学系８０５の一例は凹レンズ及び凸レンズの組み合わせである。こうして、レーザービームを楕円にすることで照射面積を広くして処理速度を向上させることができる。ガルバノミラー回転角のより偏向方向が制御され、載置台８１４上の基板８０９の任意の位置にレーザービームを照射することができる。レーザー発振装置８０１の発振と、一対のガルバノミラー８１２は、マイクロプロセッサを搭載した制御手段８１０により同期して作動するようになっている。また、アイソレータ８１５は照射面で反射したレーザービーム（戻り光）がレーザー発振装置に再度入射して光学系を痛めないように配慮されている。気体噴出手段８２０を設け、レーザービームが照射されている領域の雰囲気を制御している。気体の種類は酸化性気体、還元性気体、不活性気体など様々な気体を適用することが可能である。
【００４２】
図４は半導体領域１１０、１１１が形成された状態を示している。島状に分割されたとしても結晶性は保存され、図３との対比で結晶粒は半導体領域１１０の長手方向に延在していることになる。
【００４３】
次に図５で示すように、ゲート絶縁膜を形成した後、ゲート電極１１２、１１３及び容量電極１１４を形成する。ゲート電極１１２は同一の層で形成される走査線１１５と接続されている。ゲート電極は半導体領域と交差するように形成されるが、図示するように、それによってチャネル長方向が規定される。チャネル長はＭＯＳトランジスタなどにおいて、ソースとドレイン間の距離をいうものであり、ここでは同様の定義に従って、チャネル長が規定される方向をチャネル長方向という。
【００４４】
半導体領域１１０においては、チャネル長方向と結晶成長方向が概略一致するＴＦＴが形成される。一方、半導体領域１１１ではチャネル長方向と結晶成長方向が概略一致するＴＦＴと、一致しないＴＦＴの２つが形成されることになる。
これは、半導体領域とゲート電極の位置関係で適宜形成することが可能であり、図５で示す構成はその一例を示している。また、ここでは、半導体領域の配置によってキャリアのドリフト方向と結晶の成長方向を異ならせる態様を示したが、レーザーアニールにおけるビームのスキャン方向を変えることによって同様な効果を得ることができる。
【００４５】
図６は、その上層に絶縁層を形成し、所定の位置にコンタクトホールを形成した後、データ線１１６、電源線１１８各種配線１１７、１１９が形成された状態を示している。これにより、スイッチング用ＴＦＴ１０１、電流駆動用ＴＦＴ１０２ａ、１０２ｂ、保持容量部１０３が形成される。
【００４６】
以上のようにして構成される画素において、発光素子に流れる電流ＩDを一定に保つには、電流制御用ＴＦＴにおいてドレイン電圧ＶDSをゲート電圧ＶGS以上に設定し、電流駆動用ＴＦＴのドレイン電圧ＶDSに関わらず一定のドレイン電流ＩDを流す、飽和領域で動作させる。これにより、発光素子には一定の電流が供給されることになる。
【００４７】
例えば、電流制御用ＴＦＴのしきい値電圧を２Ｖ程度とする。ここで、電流制御用ＴＦＴのゲート電圧ＶGSを５Ｖとして、表示期間における発光素子の対向電極と電源供給線との間の電圧（対向電位と電源電位との差）を１５Ｖ程度とする。このとき、発光素子の両電極間の電圧ＶELは５〜１０Ｖ程度の値をとり、電流制御用ＴＦＴのドレイン電圧ＶDSは５Ｖ以上となる。従って、ドレイン電圧ＶDSはゲート電圧ＶGS以上になって、電流制御用ＴＦＴは飽和領域で動作することになる。電流駆動用ＴＦＴを飽和領域で動作させる場合以下に示す式１が成立する。
【００４８】
（式１）
ＩD＝μＣ0Ｗ／Ｌ（ＶGS−ＶTH）2／２
【００４９】
なお、ＶGSはゲート電圧、μを移動度、Ｃ0を単位面積あたりのゲート容量、Ｗ／Ｌをチャネル形成領域のチャネル幅Ｗとチャネル長Ｌの比、ＶTHを閾値、ドレイン電流をＩDとする。ここでμ、Ｃ0、Ｗ／Ｌ、ＶTHは全て個々のＴＦＴによって決まる固定の値である。式１から電流駆動用ＴＦＴ１０２ａと１０２ｂはＷとＬが同じであってもμが異なる。従って、ドレイン電流ＩDはそれぞれ異なり、このようなＴＦＴを並列に接続することにより、結晶性のばらつきに起因するＩDのばらつきを平準化することができる。
【００５０】
また、このばらつきを抑えるためには、飽和領域で動作する範囲において、ゲート幅Ｗのゲート長Ｌに対する比Ｗ／Ｌを小さくし、且つゲート電圧ＶGSを大きくすることは有効である。これにより、電流駆動用ＴＦＴのしきい値電圧Ｖthのばらつきによるドレイン電流ＩDのばらつきを抑えることができ、接続される発光素子の輝度のばらつきを低減することができる。
【００５１】
発光素子の形態には特に限定される事項はないが、有機化合物層には具体的に、発光層、正孔注入層、電子注入層、正孔輸送層、電子輸送層などが含まれる。
発光素子の構成は、陽極／発光層／陰極が順に積層された構造を有しており、この構造に加えて、陽極／正孔注入層／発光層／陰極や、陽極／正孔注入層／発光層／電子輸送層／陰極等の順に積層した構造を有していても良い。有機化合物層は、低分子系有機化合物と高分子系有機化合物のどちらでも適用可能である。低分子系有機化合物の一例は、正孔注入層として銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）芳香族アミン系材料であるα−ＮＰＤ（4,4'-ビス-[N-(ナフチル)-N-フェニル-アミノ]ビフェニル）やＭＴＤＡＴＡ（4,4',4"-トリス(N-3-メチルフェニル-N-フェニル-アミノ)トリフェニルアミン）、発光層としてトリス−８−キノリノラトアルミニウム錯体（Ａｌｑ3）などが知られている。高分子有機発光材料では、ポリアニリンやポリチオフェン誘導体（ＰＥＤＯＴ）などが知られている。
【００５２】
以上説明した本発明の実施の形態において、ＴＦＴはトップゲート型の構造で説明したが、逆スタガ型や順スタガ型の構造を有するＴＦＴをもっても同様に適用することができる。また、電流制御ＴＦＴを２個並列に接続する場合について説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、３つ以上のＴＦＴを並列に接続した場合や、直並列に接続した場合についても同様に適用できるものである。
【００５３】
更に、上述の実施の形態においては、有機化合物層を発光体とする発光素子を備えた表示装置について説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、発光体が無機化合物で形成される発光素子を備えた表示装置、発光ダイオードでなる発光素子を備えた表示装置、電子源素子を備えた表示装置にも適用が可能であり、同様の効果が得られる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、発光素子と、容量素子と、を有する画素を有する表示装置の作製方法であって、
基板上に非晶質半導体膜を形成し、
前記非晶質半導体膜にレーザ光を照射し、前記非晶質半導体膜を第１の方向に沿って結晶質半導体膜にし、
前記結晶質半導体膜を、第１乃至第３の領域を有する島状の結晶質半導体層に加工し、
前記第１の領域を第１のチャネル形成領域とする前記第１のトランジスタと、前記第２の領域を第２のチャネル形成領域とする前記第２のトランジスタと、前記第３の領域を一方の電極とする前記容量素子と、を形成し、
前記第１のトランジスタは、前記発光素子と電気的に接続され、
前記第２のトランジスタは、前記発光素子と電気的に接続され、
前記第１のチャネル形成領域のチャネル長方向は前記第１の方向であり、
前記第２のチャネル形成領域のチャネル長方向は前記第１の方向と交差する方向であることを特徴とする表示装置の作製方法。
【請求項２】
第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、発光素子と、容量素子と、を有する画素を有する表示装置の作製方法であって、
基板上に非晶質半導体膜を形成し、
前記非晶質半導体膜にレーザ光を照射し、前記非晶質半導体膜を第１の方向に沿って結晶粒界が延在した結晶質半導体膜にし、
前記結晶質半導体膜を、第１乃至第３の領域を有する島状の結晶質半導体層に加工し、
前記第１の領域を第１のチャネル形成領域とする前記第１のトランジスタと、前記第２の領域を第２のチャネル形成領域とする前記第２のトランジスタと、前記第３の領域を一方の電極とする前記容量素子と、を形成し、
前記第１のトランジスタは、前記発光素子と電気的に接続され、
前記第２のトランジスタは、前記発光素子と電気的に接続され、
前記第１のチャネル形成領域において、キャリアは、前記第１の方向と平行に流れ、
前記第２のチャネル形成領域において、キャリアは、前記第１の方向と交差する方向に流れ、
前記第１の方向と交差する方向は、前記第１の方向とは前記結晶粒界の存在比率が異なることを特徴とする表示装置の作製方法。
【請求項３】
請求項１乃至請求項６のいずれか一において、
前記レーザ光を前記非晶質半導体膜に照射することで、前記第１の方向に沿って結晶粒を成長させることを特徴とする表示装置の作製方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項７のいずれか一において、
前記レーザ光は、連続発振レーザであることを特徴とする表示装置の作製方法。
【請求項５】
第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、発光素子と、容量素子と、を有する画素を有する表示装置であって、
基板上に島状の結晶質半導体層を有し、
前記島状の結晶質半導体層は、第１の領域と第２の領域と第３の領域とを有し、
前記第１のトランジスタは、前記第１の領域に第１のチャネル形成領域を有し、
前記第２のトランジスタは、前記第２の領域に第２のチャネル形成領域を有し、
前記容量素子は、前記第３の領域に前記容量素子の一方の電極を有し、
前記第１のトランジスタは、前記発光素子と電気的に接続され、
前記第２のトランジスタは、前記発光素子と電気的に接続され、
前記島状の結晶質半導体層は、第１の方向に結晶粒が延在し、
前記第１のチャネル形成領域のチャネル長方向は前記第１の方向であり、
前記第２のチャネル形成領域のチャネル長方向は前記第１の方向と交差する方向であることを特徴とする表示装置。
【請求項６】
第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、発光素子と、容量素子と、を有する画素を有する表示装置であって、
基板上に島状の結晶質半導体層を有し、
前記島状の結晶質半導体層は、第１の領域と第２の領域と第３の領域とを有し、
前記第１のトランジスタは、前記第１の領域に第１のチャネル形成領域を有し、
前記第２のトランジスタは、前記第２の領域に第２のチャネル形成領域を有し、
前記容量素子は、前記第３の領域に前記容量素子の一方の電極を有し、
前記第１のトランジスタは、前記発光素子と電気的に接続され、
前記第２のトランジスタは、前記発光素子と電気的に接続され、
前記島状の結晶質半導体層は、第１の方向に結晶粒界が延在し、
前記第１のチャネル形成領域において、キャリアは、前記第１の方向と平行に流れ、
前記第２のチャネル形成領域において、キャリアは、前記第１の方向と交差する方向に流れ、
前記第１の方向と交差する方向は、前記第１の方向とは前記結晶粒界の存在比率が異なることを特徴とする表示装置。
【請求項１】
第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、発光素子と、容量素子と、を有する画素を有する表示装置の作製方法であって、
基板上に非晶質半導体膜を形成し、
前記非晶質半導体膜にレーザ光を照射し、前記非晶質半導体膜を第１の方向に沿って結晶質半導体膜にし、
前記結晶質半導体膜を、第１乃至第３の領域を有する島状の結晶質半導体層に加工し、
前記第１の領域を第１のチャネル形成領域とする前記第１のトランジスタと、前記第２の領域を第２のチャネル形成領域とする前記第２のトランジスタと、前記第３の領域を一方の電極とする前記容量素子と、を形成し、
前記第１のトランジスタは、前記発光素子と電気的に接続され、
前記第２のトランジスタは、前記発光素子と電気的に接続され、
前記第１のチャネル形成領域のチャネル長方向は前記第１の方向であり、
前記第２のチャネル形成領域のチャネル長方向は前記第１の方向と交差する方向であることを特徴とする表示装置の作製方法。
【請求項２】
第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、発光素子と、容量素子と、を有する画素を有する表示装置の作製方法であって、
基板上に非晶質半導体膜を形成し、
前記非晶質半導体膜にレーザ光を照射し、前記非晶質半導体膜を第１の方向に沿って結晶粒界が延在した結晶質半導体膜にし、
前記結晶質半導体膜を、第１乃至第３の領域を有する島状の結晶質半導体層に加工し、
前記第１の領域を第１のチャネル形成領域とする前記第１のトランジスタと、前記第２の領域を第２のチャネル形成領域とする前記第２のトランジスタと、前記第３の領域を一方の電極とする前記容量素子と、を形成し、
前記第１のトランジスタは、前記発光素子と電気的に接続され、
前記第２のトランジスタは、前記発光素子と電気的に接続され、
前記第１のチャネル形成領域において、キャリアは、前記第１の方向と平行に流れ、
前記第２のチャネル形成領域において、キャリアは、前記第１の方向と交差する方向に流れ、
前記第１の方向と交差する方向は、前記第１の方向とは前記結晶粒界の存在比率が異なることを特徴とする表示装置の作製方法。
【請求項３】
請求項１乃至請求項６のいずれか一において、
前記レーザ光を前記非晶質半導体膜に照射することで、前記第１の方向に沿って結晶粒を成長させることを特徴とする表示装置の作製方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項７のいずれか一において、
前記レーザ光は、連続発振レーザであることを特徴とする表示装置の作製方法。
【請求項５】
第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、発光素子と、容量素子と、を有する画素を有する表示装置であって、
基板上に島状の結晶質半導体層を有し、
前記島状の結晶質半導体層は、第１の領域と第２の領域と第３の領域とを有し、
前記第１のトランジスタは、前記第１の領域に第１のチャネル形成領域を有し、
前記第２のトランジスタは、前記第２の領域に第２のチャネル形成領域を有し、
前記容量素子は、前記第３の領域に前記容量素子の一方の電極を有し、
前記第１のトランジスタは、前記発光素子と電気的に接続され、
前記第２のトランジスタは、前記発光素子と電気的に接続され、
前記島状の結晶質半導体層は、第１の方向に結晶粒が延在し、
前記第１のチャネル形成領域のチャネル長方向は前記第１の方向であり、
前記第２のチャネル形成領域のチャネル長方向は前記第１の方向と交差する方向であることを特徴とする表示装置。
【請求項６】
第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、発光素子と、容量素子と、を有する画素を有する表示装置であって、
基板上に島状の結晶質半導体層を有し、
前記島状の結晶質半導体層は、第１の領域と第２の領域と第３の領域とを有し、
前記第１のトランジスタは、前記第１の領域に第１のチャネル形成領域を有し、
前記第２のトランジスタは、前記第２の領域に第２のチャネル形成領域を有し、
前記容量素子は、前記第３の領域に前記容量素子の一方の電極を有し、
前記第１のトランジスタは、前記発光素子と電気的に接続され、
前記第２のトランジスタは、前記発光素子と電気的に接続され、
前記島状の結晶質半導体層は、第１の方向に結晶粒界が延在し、
前記第１のチャネル形成領域において、キャリアは、前記第１の方向と平行に流れ、
前記第２のチャネル形成領域において、キャリアは、前記第１の方向と交差する方向に流れ、
前記第１の方向と交差する方向は、前記第１の方向とは前記結晶粒界の存在比率が異なることを特徴とする表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−６８９５６（Ｐ２０１３−６８９５６Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２３８６４１（Ｐ２０１２−２３８６４１）
【出願日】平成２４年１０月３０日（２０１２．１０．３０）
【分割の表示】特願２００１−２８２７６８（Ｐ２００１−２８２７６８）の分割
【原出願日】平成１３年９月１８日（２００１．９．１８）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１０月３０日（２０１２．１０．３０）
【分割の表示】特願２００１−２８２７６８（Ｐ２００１−２８２７６８）の分割
【原出願日】平成１３年９月１８日（２００１．９．１８）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
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