El顯示裝置和用於製造所述顯示裝置的方法
2023-10-23 18:22:17
專利名稱：El顯示裝置和用於製造所述顯示裝置的方法
技術領域：
本發明涉及一種通過在底板上製造半導體器件(利用半導體薄膜的器件；一般的薄膜電晶體)製成的EL(場致發光)顯示裝置，和具有作為顯示部分的這種EL顯示裝置的電子裝置。
近來，用於在底板上形成薄膜電晶體(以後稱為TFT)的技術有了重要的改進，並且其在有源陣列型顯示裝置中的應用繼續發展。特別是，利用多矽膜的TFT具有比在利用常規的無定形矽膜的TFT中可獲得的場效應遷移率較高的場效應遷移率，藉以實現較高的操作速度。因而，利用在形成像素的同一底板上形成的驅動電路可以控制像素，這和常規的情況不同，在常規情況下，像素由在底板外部形成的驅動電路控制。
這種有源陣列型顯示裝置得到廣泛重視，因為這種裝置具有許多優點，例如通過在同一個底板上製造各種電路和器件，降低製造成本，減少顯示裝置的尺寸，提高產量，減少數據處理量等。
在有源陣列EL顯示裝置中，每個像素具有由TFT構成的開關器件，並且用於控制電流的驅動裝置由所述開關器件啟動，從而引起EL層(更嚴格地說是發光層)發光。這種EL顯示裝置例如在日本專利申請公開No.He 10-189252中披露了。
因而，本發明旨在提供一種成本低的EL顯示裝置，其能夠利用高清晰度顯示圖像。此外，本發明還旨在通過利用這種EL顯示裝置作為顯示部分提供一種具有高可辨認性的顯示部分的電子裝置。
本發明將參照
圖1進行說明。在圖1中，標號101代表具有絕緣表面的底板。作為底板101，可以使用絕緣底板例如石英底板。此外，各種底板，例如玻璃底板，半導體底板，陶瓷底板，晶體化的底板，金屬底板或者塑料底板，通過在其表面上提供絕緣膜，也可以使用。
在底板101上，形成像素102。雖然在圖1中只示出了3個像素，實際上，具有以矩陣形式形成的大量像素。此外，雖然在下面只說明這3個像素中的一個像素，但是其它的像素也具有相同的結構。
在每個像素102中，形成有兩個TFT，其中一個是開關TFT103，另一個是電流控制TFT104。開關TFT103的漏極和電流控制TFT的控制極相連。此外，電流控制TFT104的漏極和像素電極105(在這種情況下，也作為EL元件的陰極)電氣相連。這樣，便構成像素102。
TFT和像素電極的各種引線可用具有低的電阻率的金屬模構成。例如，可用使用鋁合金膜構成這些引線。
在製成像素電極105之後，製造包括在所有像素電極上方的鹼金屬或鹼土金屬的絕緣化合物106(以後稱為鹼化合物)。注意，鹼化合物的外形如圖1中的虛線所示。這是因為鹼化合物106具有幾個nm的薄的的厚度，並且不知道化合物106是作為一層被形成還是以島的形狀被形成。
作為鹼化合物，可用使用LiF，Li2O，BaF2，BaO，CaF2，CaO，SrO，或Cs2O。因為這些是絕緣材料，即使在鹼化合物106作為一層被形成時，也不會發生像素電極之間的短路。
當然可用使用已知的導電材料製成的電極例如MgAg電極作為陰極。然而，在這種情況下，陰極本身必須被選擇地形成或者被形成某個形狀的圖形，以便避免在像素電極之間的短路。
在鹼化合物106被形成之後，EL層(場致發光層)107被在其上面形成。雖然對於EL層107可用使用任何已知的材料與/或結構，但是在本發明中使用能夠發射白光的材料。作為這種結構，只有提供用於重新組合的場的發光層才可用用作EL層。如果需要，電子注入層、電子輸送層、空穴輸送層、電子阻擋層、空穴器件層，或者空穴注入層也可以被形成。在本說明中，所有這些旨在用於實現載流子的注入、輸送或重組的層被統稱為EL層。
作為用作EL層107的有機材料，可以使用低分子型有機材料或者聚合物型(高分子型)有機材料。不過，最好使用可以由簡單的成形技術例如旋轉塗敷技術，印刷技術或者類似技術成形的聚合物型有機材料。圖1所示的結構是一種彩色顯示結構，其中用於發射白光的EL層和彩色濾光器組合。
此外，也可以使用其中用於發射藍光或藍綠光的EL層和螢光材料組合(螢光彩色轉換層；CCM)的彩色顯示結構，或者其中分別相應於RGB的EL層被相互疊置另外的彩色顯示結構。
在EL層107上，形成透明的導電膜作為陽極108。關於透明導電膜，可以使用氧化銦和氧化錫的化合物(稱為ITO)，氧化銦和氧化鋅的化合物，氧化錫或氧化鋅。
在陽極108上，提供絕緣膜作為鈍化膜109。關於鈍化膜109，最好使用氮化矽膜或氮氧化矽膜(被表示為SiOxNy)。雖然可以使用氧化矽膜，但是最好使用氧含量儘可能低的絕緣膜。
在本申請中，直到這一階段被製造的底板被稱為有源陣列底板。更具體地說，在其上形成有TFT，和TFT電氣相連的像素電極以及利用像素電極作為陰極的EL元件(由陰極、EL層和陽極構成的電容器)的底板被稱為有源陣列底板。
此外，相對的底板110被連附於有源陣列底板上，使EL元件夾在其間。相對的底板110具有光屏蔽膜112和彩色濾光器113a-113c。
在這種情況下，光屏蔽膜112被這樣提供，使得從觀察者的觀察方向(即從垂直於相對底板的方向)看不到在像素電極105之間形成的間隙111。具體地說，當從垂直於相對底板的方向看時，光屏蔽膜112和像素的周邊重疊(對準)。這是因為這部分是不發光的部分，此外，在像素電極的邊緣部分電場變得複雜，因而不能以所需的亮度或色度發光。
更具體地說，通過在相應於像素電極105和間隙111的周邊部分(邊緣部分)的位置提供光屏蔽膜112，可以使像素之間的輪廓清晰。也可以說，在本發明中，光屏蔽膜112被提供在相應於像素的周邊(邊緣部分)的位置，因為像素電極的輪廓相應於像素的輪廓。注意，相應於像素周邊的位置指的是當從上述的和相對底板垂直的方向看時和像素的周邊對準的位置。
在彩色濾光器113a-113c當中，彩色濾光器113a用於獲得紅光，彩色濾光器113b用於獲得綠光，彩色濾光器113c用於獲得藍光。這些彩色濾光器分別被形成在相應於不同像素102的位置，因而，對於各個像素，可以獲得不同顏色的光。在理論上，這和使用彩色濾光器的液晶顯示裝置中的彩色顯示方法相同。注意，相應於像素的位置指的是當從上述和相對底板垂直的方向看時和像素重疊(對準)的位置。更具體地說，彩色濾光器113a-113c被這樣提供，使得當從垂直於相對底板的方向看時分別和與其相應的像素重疊。
注意，彩色濾光器是用於改進光的顏色純度的濾光器，當光通過彩色濾光器時，便提取特定波長的光。因而，在要被提取的波長的光分量小時，可能具有所述波長的光具有極小的亮度或者顏色純度降低的缺點。因而，雖然對於可用於本發明的用於發白光的EL層沒有限制，但是，所發出的白光的光譜最好包括具有儘可能高的純度的紅綠藍光分量的發射光譜。
圖16A和16B表示在本發明中使用的EL層的一般x-y色度圖。更具體地說，圖16A表示從用於發白光的已知的聚合物型有機材料發出的光的色度坐標，在已知的材料中，不能實現高的顏色純度的紅光發射。因此，使用黃光或桔色光代替紅光。因而，由粘合的顏色混合獲得的白色似乎稍微包括綠色或黃色。此外，紅綠藍光的各自的發射光譜是如此之寬，使得當這些光被混合時，要獲得具有高純度的單色光是困難的。
因而，即使使用圖16A所示的色度圖中表示的有機材料作為EL層時可以實現足夠的彩色顯示，現在也最好使用圖16B中所示的色度圖中表示的有機材料作為EL層，以便實現較高純度的較亮的彩色顯示。
在圖16B的色度圖中表示的有機材料是通過混合能夠提供具有高純度的單色光的有機材料而形成的發白光的EL層的例子。為了從彩色濾光器獲得具有高彩色純度的紅綠藍顏色的光發射光譜，需要通過混合分別具有高彩色純度的紅綠藍顏色的光發射光譜的有機材料而形成用於發白光的EL層。此外，通過使用能夠提供不僅具有高的彩色純度而且具有窄的半峰值寬度的材料，可以再現具有銳的光譜的白色。利用這種發射白光的EL層，本發明可以顯示更亮的彩色圖像。
此外，作為乾燥劑，彩色濾光器113a-113c可以含有周期表中的I族或II族中的元素的氧化物，例如，氧化鋇、氧化鈣、氧化鋰或其類似物。在這種情況下，可以使用含有乾燥劑和紅、綠或藍顏色的色素的樹脂膜作為彩色濾光器。
注意，雖然此處沒有說明，相對底板110藉助於密封劑被黏附於有源陣列底板上，使得由標號114表示的空間成為一個封閉空間。
關於相對底板110，其需要使用透明的底板，從而不阻止光的行進。最好使用例如玻璃底板、石英底板或者塑料底板。此外，作為光屏蔽膜112，可以使用能夠滿意地屏蔽光的薄膜，例如鈦膜，包括黑色色素或碳的樹脂膜。和上述的彩色濾光器113a-113c的情況類似，提供含有作為乾燥劑的周期表中的I族或II族中的元素的氧化物，例如，氧化鋇、氧化鈣、氧化鋰或其類似物的屏蔽膜112是有利的。
封閉空間114可以充有惰性氣體(惰性氣體或氮氣)或惰性液體。此外，封閉空間114可以充有透明的黏合劑，使得粘合底板的整個表面。此外，最好在封閉空間114內設置乾燥劑，例如氧化鋇。因為EL層107對水非常敏感，非常需要阻止水進入封閉空間114。
在具有按照本發明的上述結構的EL顯示裝置中，從EL元件發出的光通過相對底板朝向觀察者的眼睛發射。因而，觀察者可以通過相對底板識別圖像。在這種情況下，按照本發明的EL顯示裝置的特徵之一是，光屏蔽膜112被設置在EL元件和觀察者之間，使得隱蔽像素電極105之間的間隙111。因而，可以使得像素之間的輪廓清晰，藉以形成具有高清晰度的圖像顯示。這個優點可以通過在相對底板110上提供的光屏蔽膜112獲得。當至少提供有光屏蔽膜112時，也可以獲得這個優點。
因此，光屏蔽膜112和彩色濾光器113a-113c被設置在相對底板110上，並且相對底板110也作為用於抑制EL元件變劣的頂板。當光屏蔽膜112和彩色濾光器113a-113c被設置在有源陣列底板上時，需要附加的膜形成和成形步驟，因而，在它們被提供在相對底板的情況下，可以減少用於製造有源陣列底板的步驟，儘管需要附加的膜形成和成形步驟。
因此，按照本發明的結構，其中相對底板110具有光屏蔽膜112和彩色濾光器113a-113c，並藉助於密封劑被黏附於有源陣列底板上，所述結構具有和液晶顯示裝置的結構相同的特徵。因而，可以利用現有的用於製造液晶顯示裝置的大部分生產線來製造本發明的EL顯示裝置。因而，可以大大減少設備的投資，從而減少總的製造成本。
因而，按照本發明，可以獲得能夠顯示具有高清晰度的圖像的成本低的EL顯示裝置。此外，通過利用這種EL顯示裝置作為顯示部分，本發明也可以提供具有高的可識別性的顯示部分的電子裝置。
圖1用於說明EL顯示裝置的像素部分；圖2用於說明EL顯示裝置的截面結構；圖3A用於說明EL顯示裝置的像素部分的頂部結構；
圖3B用於說明EL顯示裝置的像素部分的構型；圖4A-4E用於說明有源陣列型EL顯示裝置的製造步驟；圖5A-5D用於說明有源陣列型EL顯示裝置的製造步驟；圖6A-6C用於說明有源陣列型EL顯示裝置的製造步驟；圖7用於說明EL顯示裝置的透視圖；圖8是用於說明EL顯示裝置的電路方塊配置；圖9是EL顯示裝置的像素的放大圖；圖10說明EL顯示裝置的採樣電路的結構；圖11A是用於說明EL顯示裝置的外觀的頂視圖；圖11B是用於說明EL顯示裝置的外觀的截面圖；圖12用於說明EL顯示裝置的像素結構；圖13是用於說明EL顯示裝置的像素結構的截面圖；圖14A-14F分別用於說明電子裝置的特定例子；圖15A和15B分別用於說明電子裝置的特定例子；圖16A和16B分別表示有機材料的色度坐標。
下面參照圖2，3A和3B說明本發明的一些實施例。圖2表示按照本發明的EL顯示裝置中的像素部分的截面圖。圖3A表示像素部分的頂視圖，圖3B表示其電路結構。在實際結構中，像素被設置在一個陣列的多行中，從而形成像素部分(圖像顯示部分)。圖2說明沿著圖3中的A-A』取的截面圖。因而，在兩個圖中，相同的元件用相同的標號表示，通過參看這些附圖，可以有利於理解所述的結構。此外，圖3A的頂視圖中所示的兩個像素具有相同的結構。
在圖2中，標號11代表底板，12表示基本絕緣膜(以後稱為基膜)。作為底板11，可以使用玻璃底板，玻璃陶瓷底板，石英底板，矽底板，陶瓷底板，金屬底板，或者塑料底板(包括塑料膜)。
此外，基膜12用於包括運動離子的底板或者具有導電率的底板是特別有利的，但是對於石英底板則不一定提供基膜。作為基膜12，可以使用含有矽的絕緣膜。在本申請中，「含矽的絕緣膜」指的是按照預定比例含有矽、氧或氮的絕緣膜，特別是氧化矽膜、氮化矽膜或者是氮化氧化矽膜(用SiOxNy表示)。
使基膜12具有熱輻射功能是有利的，以便耗散在TFT中產生的熱量，從而阻止TFT或EL元件變劣。可以利用任何已知的材料提供熱輻射功能。
在這個例子中，在一個像素中提供兩個TFT。TFT201作為開關裝置(以後稱為開關TFT)；TFT202表示作為電流控制裝置的TFT(以後稱為電流控制TFT)，用於控制流過EL元件的電流值。兩個TFT201和202都是n勾道型的TFT。
因為N勾道型TFT比P勾道型TFT具有較高的場效應遷移率，所以N勾道型TFT可以在較高的速度下操作，並且能夠接受大量的電流。此外，和P勾道型TFT相比，較小尺寸的N勾道型TFT可以通過相同數量的電流。因而，最好使用N勾道型TFT作為電流控制TFT，因為這可以使得增加顯示部分的有效面積。
P勾道型TFT具有優點，例如，其中的熱載流子的注入不會成為問題，並且截止電流值是小的。因而，已經報導有一種結構，其中使用P勾道型TFT作為開關TFT或者作為電流控制TFT。不過，在本發明中，通過提供具有轉移的LDD區域的結構，和熱載流子注入以及小的截止電流值有關的缺點即使在N勾道型TFT的情況下也可以被克服。因而，本發明的另一個特點在於，在像素中的所有的TFT都由N勾道型TFT構成。
不過，本發明不限於開關TFT和電流控制TFT都由N勾道型TFT製成的情況。可以使用P勾道型TFT作為開關TFT和電流控制TFT。
構成開關TFT201，其具有源區13，漏區14，包括LDD區15a-15d和高濃度雜質區16以及勾道形成區17a和17b的有源層，控制極絕緣膜18，控制極電極19a和19b，第一中間層絕緣膜20，源極引線21，和漏極引線22。
此外，如圖3A和3B所示，控制極電極19a和19b藉助於由不同材料(其具有比控制極電極19a和19b低的電阻率)製成的控制極引線211彼此電氣相連，藉以形成雙控制極結構。當然，可以不僅可以使用雙控制極結構，而且可以使用所謂的多控制極結構(一種包括有源層的結構，其含有串聯連接的兩個或多個勾道形成區)，例如3控制極結構。多控制極結構對於減少截止電流值是特別有利的。按照本發明，通過在具有多控制極結構的像素中提供開關裝置201，可以實現具有低的截止電流值的開關裝置。
此外，形成有由包括晶體結構的半導體膜構成的有源層。這可以是單晶半導體膜，多晶半導體膜，或者是微晶半導體膜。控制極絕緣膜18可以由含有矽的絕緣膜製成。此外，可以使用任何種類的導電膜作為控制極電極、源極引線或漏極引線。
此外，在開關TFT201中，如此設置LDD區域15a-15d，使得不和控制極電極19a和19b重疊。這種結構對於減少截止電流十分有利。
為了減少截止電流值，最好在勾道形成區域和LDD區域之間形成偏置區域(其由具有和勾道形成區域相同成分的半導體層構成，其上不施加控制極電壓)。此外，在具有兩個或多個控制極電極的多控制極結構的情況下，被設置在勾道形成區域之間的高濃度雜質區域對於減少截止電流值是有效的。
如上所述，通過使用具有多控制極結構的TFT作為像素中的開關裝置201，可以實現具有足夠低的截止電流的開關裝置。因而，電流控制TFT的控制極電壓可以被維持足夠長的時間(從一個選擇的定時到下一個選擇的定時)，而不用提供如日本專利申請公開Hei 10-189252的圖2所示的電容器。
然後，形成電流控制TFT202，其具有源極區域31，漏極區域32，包括LDD區域33和勾道形成區域34的有源層，控制極絕緣膜18，控制極電極35，第一中間層絕緣膜20，源極引線36，和漏極引線37。雖然所示的控制極電極35隻具有一個控制極結構，但是也可以使用具有多控制極的結構。
如圖2所示，開關TFT的漏極和電流控制TFT的控制極相連。更具體地說，控制極電極35通過漏極引線22(也稱為連線)和開關TFT201的漏極區域14電氣相連。此外，源極引線36和電源線212相連。
電流控制TFT202是一種旨在用於控制要被注入EL元件203的電流量的裝置。不過，考慮到EL元件的變劣的可能性，不應當通過大的電流。因而，為了阻止過大的電流流過電流控制TFT202，其勾道長度(L)最好被設計得較長。在理想情況下，每個像素的勾道長度被設計等於0.5-2微米(最好是1-1.5微米)。
從上述的觀點看來，如圖9所示，開關TFT的勾道長度L1(L1＝L1a+L1b)和勾道寬度W1，以及電流控制TFT的勾道長度L2和勾道寬度W2最好如下設置W1的範圍為0.1-5微米(一般為0.5-2微米)；W2的範圍為0.5-10微米(一般為2-5微米)；L1的範圍為0.2-18微米(一般為2-15微米)；L2的範圍為1-50微米(一般為10-30微米)。不過，本發明不限於上述的值。
要在開關TFT201中形成的LDD區域的長度(寬度)的範圍為0.5-3.5微米，一般為2.0-2.5微米。
圖2所示的EL顯示裝置具有以下特徵其中LDD區域33被提供在漏極32和在電流控制TFT202中的勾道形成區域34之間，並且LDD區域33的一部分通過控制極絕緣膜18與控制極電極35重疊，而其它部分不重疊。
電流控制TFT202向EL元件203提供電流，從而使其發光，並且同時控制被提供的電流量，從而實現灰度等級顯示。為此目的，需要採取預防措施，防止由於熱載流子的注入而發生劣化，使得在流過電流時不會發生劣化。此外，在通過截止電流控制TFT202來顯示黑顏色的情況下，高的截止電流值會阻止以滿意的狀態進行黑顏色的顯示，帶來例如減少對比度的缺點。因而，也需要減少截止電流值。
關於由於熱載流子注入而引起的劣化，已經知道，具有和控制極電極重疊的LDD區域的結構是非常有效的。不過，當整個LDD區域和控制極電極重疊時，會使截止電流值增加。因而，本發明通過提供一種新的結構，使LDD區域被串聯設置，使得不和控制極電極重疊，克服了和熱載流子以及和截止電流值相關的兩個缺點。
在這種情況下，和控制極電極重疊的LDD區域的長度範圍可以設置為0.1-3微米(最好0.3-1.5微米)。如果重疊長度太長，則使寄生電容增加，而當重疊長度太短時，則不能充分地抑制熱載流子。此外，不和控制極電極重疊的LDD的區域的範圍可以被設置為1.0-3.5微米(最好1.5-2.0微米)。如果這個長度太長，則不能流過足夠的電流，而當這個長度太短時，則不能充分減少截止電流值。
此外，在上述結構中，在控制極電極和LDD區域重疊的區域內產生寄生電容，因此，這種重疊區域不應當被提供在源極區域31和勾道形成區域34之間。因為載流子(電子)總是沿著同一方向在電流控制TFT中行進，只在接近於漏極區域的一側上提供LDD區域便足夠了。
從增加能夠流過的電流量的觀點看來，增加電流控制TFT202的有源層的厚度(特別是勾道形成區域的厚度)也是有效的(具體地說，其範圍為50-100nm，最好為60-80nm)。在另一方面，在開關TFT201的情況下，從減少截止電流值的觀點看來，減少電流控制TFT202的有源層的膜厚(特別是勾道形成區域的厚度)也是有效的(其範圍為20-50nm，最好是25-40nm)。
標號41表示第一鈍化膜，其可以具有10nm到1微米(最好200-500nm)的厚度。可以使用含有矽的絕緣膜(最好是氮化氧化矽膜或氮化矽膜)作為第一鈍化膜41的材料。使這種鈍化膜41具有熱輻射作用用於阻止EL層發生熱劣化是有效的。
具有熱輻射作用的薄膜包括含有從以下元素中選擇的至少一個元素的絕緣膜，這些元素是，B(硼)，C(碳)，和N(氮)以及Ai(鋁)，Si(矽)，和P(磷)。例如，可以使用以氮化鋁(AlxNy)為代表的鋁的氮化物，以碳化矽(SixCy)為代表的矽的碳化物，以氮化矽(SixNy)為代表的矽的氮化物，以氮化硼(BxNy)為代表的硼的氮化物，或者以磷化硼(BxPy)為代表的硼的磷化物。此外，以氧化鋁(AlxOy)為代表的鋁的氧化物具有20Wm-1K-1的導熱率，因而其被認為是較好的材料之一。注意在上述的材料中，x和y是任意的整數。
注意也可以使上述的化合物和另一個元素組合。例如，也可以使用通過在氧化鋁中加入氮而獲得的以AlNxOy表示的氮化氧化鋁。注意，在上述的氮化氧化鋁中，x和y是任意整數。
此外，可以使用日本專利申請公開Sho 62-90260中披露的材料。即，也可以使用含有Si，Al，N，O，或M的絕緣膜(M是至少一種稀土元素，最好是從Ce，Yb，Sm，Er，Y，La，Gd，Dy，Nd中選擇的至少一種元素)。
此外，還可以使用碳膜例如鑽石膜或者無定形碳膜(特別是具有接近鑽石的所謂鑽石狀的碳或其類似物的特性的膜)。這些材料具有非常高的導熱率因而作為熱輻射層是非常有效的。
因而，雖然可以單獨使用由具有上述的熱輻射效果的材料製成的薄膜，但是把所述薄膜和氮化矽膜(SixNy)或氮化氧化矽膜(SiOxNy)疊置是有效的。注意在氮化矽膜或氮化氧化矽膜中，x和y是任意整數。
在第一鈍化膜41上，形成第二中間層絕緣膜42(也叫做拉平膜)，用於蓋住各個TFT，並拉平由於TFT而形成的臺階。最好使用有機樹脂膜作為第二中間層絕緣膜42，並且可以使用例如聚醯亞胺、聚醯胺、丙烯酸和BCB(苯環丁烯)或其類似物。當然也可以使用無機膜，只要能夠充分拉平即可。
藉助於第二中間層絕緣膜42拉平由TFT引起的臺階是非常重要的。在隨後的步驟中要形成的EL層是如此之薄，以致可以引起發光的缺陷。因而，為了在儘可能平的表面上形成EL層，最好在形成像素電極之前進行拉平處理。
標號43表示由以具有遮光功能的導電膜製成的像素電極(相應於EL元件的陰極)。在第二中間層絕緣膜42和第一鈍化膜41中提供接觸孔(開口)之後，形成像素電極43，在被這樣形成的開口部分中，和電流控制TFT202的漏極引線37相連。
在像素電極43上利用汽化澱積方法作為鹼化合物44形成厚度為5-10nm的鋰的氟化物膜。鋰的氟化物膜是一種絕緣膜，因而，當其厚度太大時，電流不能流過EL層。即使鋰的氟化物膜被形成島狀的圖形而不是形成層，也不產生副作用。
然後形成EL層45。在本實施例中，通過旋轉塗敷技術形成聚合物型有機材料。任何已知的材料都可用作聚合物型有機材料。雖然在本實施例中使用一層發光層作為EL層45，但是其中發光層和空穴輸送層或和電子輸送層相結合的多層結構能夠提供較高的發光效率。當聚合物型有機材料被形成多層時，最好和利用汽化澱積技術形成的低分子有機材料相結合。利用旋轉塗敷技術，如果具有基本的有機材料，其可以再融化，因為用於形成EL層的有機材料和有機溶劑混合併被塗敷。
可以用於本實施例的一種典型的有機材料包括高分子材料例如聚對亞苯基1，2亞乙烯基(PPV)型，聚乙烯咔唑型，聚芴型或其類似物。為了利用這些聚合物型有機材料形成電子輸送層、光發射層、空穴輸送層或空穴注入層，有機材料可以以聚合物前體的形式被塗覆，然後在真空中加熱(烘烤)，從而被轉換成聚合物型有機材料。
具體地說，作為用於提供白色光的光發射層的聚合物型有機材料，可以使用日本專利申請公開8-96959或9-63770中披露的材料。例如，可以使用通過溶解PVK(聚乙烯咔唑)、Bu-PBD(2-(4』-叔丁基苯基)5-(4」-聯苯)-1，3，4-氧二唑)，香豆素6，DCM1(4-二氰基亞甲基-2-甲基-6-p-二甲基氨基-4H-吡喃)，TPB(四苯基丁二烯)，以及1，2-二氯甲烷。上述材料的厚度可以被設置在30-150nm(最好40-100nm)的範圍內。作為空穴輸送層，使用作為聚合物前體的聚四氫硫代苯基亞苯基，其被加熱而被轉換成聚亞苯基1，2亞乙烯基。其厚度範圍為30-100nm(最好40-80nm)。
因而，聚合物型有機材料用於發射白光是尤其有利的，因為可以通過在溶解有宿主材料的溶液中加入螢光色素容易地進行顏色調節。雖然在上述的說明中EL元件使用聚合物型有機材料製成，但是可以使用任何低分子型有機材料。此外，EL層可以使用無機材料製成。
上述的有機材料僅僅是可以用於按照本發明的EL層的例子。注意，本發明並不限於這些材料。
當形成EL層45時，最好在含有儘可能少量的水的乾燥的惰性氣體的環境中進行處理。EL層容易因在周圍環境中存在的水或氧氣而劣化，因而在形成EL層時，應當儘可能消除這些因素。例如，最好使用乾燥的氮氣，乾燥的氬氣或其類似物。為此，最好把塗覆處理室和烘烤處理室放置在充滿惰性氣體的清潔的小室內並在上述的環境中進行處理。
在利用上述方式形成EL層45之後，形成由透明的導電膜以及第二鈍化膜47製成的陽極46。在本實施例中，陽極46由氧化銦和氧化鋅的化合物製成的導電膜構成。可以在其中加入少量的鎵。作為第二鈍化膜47，可以使用厚度為10nm-1微米(最好200-500nm)的氮化矽膜。
因為EL層易於因熱而損壞，如上所述，所以需要在儘可能低的溫度下(最好在室溫到120℃的範圍內)澱積陽極46和第二鈍化膜47。因而，可以說，等離子體CVD技術、真空汽化澱積技術或者溶液塗覆(旋轉塗覆)技術是用於形成膜的優選技術。
相對底板48被面向被這樣製成的有源陣列底板設置。在本實施例中，使用玻璃底板作為相對底板48。此外，相對底板48具有由樹脂製成的其中散布有黑色色素的光屏蔽膜49a，49b，以及由其中散布有紅、綠、藍色素的樹脂製成的彩色濾光器50。這些光屏蔽膜49a，49b被這樣設置，使得蓋住像素電極43和其相鄰像素之間的間隙。此時，光屏蔽膜49a，49b含有乾燥劑例如氧化鋇或其類似物是有利的。也可以使用其它材料例如日本專利申請公開9-148066中披露的那些材料作為乾燥劑。此外，濾光器50被形成在相應於像素102的位置。
有源陣列底板藉助於密封劑(未示出)被黏附於相對底板48上，從而形成封閉的空間51。在本實施例中，封閉空間充滿氬氣。當然，也可以在封閉空間51內放置上述的乾燥劑。
按照本實施例的EL顯示裝置包括由像素構成的像素部分，每個像素具有圖2所示的結構，其中按照其功能具有不同結構的TFT被設置在像素中。更具體地說，在同一像素中形成有具有足夠低的截止電流值的開關TFT和不易因熱載流子的注入而損壞的電流控制TFT。因而，可以獲得具有高的可靠性的能夠以高清晰度顯示圖像的EL顯示裝置。
(實施例1)本發明的本實施例使用圖4A-6C進行說明。其中說明用於同時製造像素部分和在像素部分的周邊上形成的驅動電路部分的TFT的方法。注意，為了簡化，圖中示出了CMOS電路作為驅動電路的基本電路。
首先，如圖4A所示，在玻璃板300上形成厚度為300nm的底膜30L在實施例1中利用氧化的氮化矽膜層疊在一起作為底膜301。在接觸玻璃底板300的膜中氮的濃度最好被設置在10-25wt％之間。
此外，作為底膜301的一部分，提供由如圖2所示的第一鈍化膜41類似的材料製成的絕緣膜是有效的。電流控制TFT因為流過大的電流而易於生熱，因而，在儘可能接近的位置提供具有熱輻射效應的絕緣膜是有效的。
接著，利用已知的澱積方法在底膜301上形成厚度為50nm的無定形矽膜(圖中未示出)。注意，此處不限於無定形矽膜，也可以形成其它的膜，只要其是含有無定形結構的半導體膜即可(包括微晶半導體膜)。此外，含有無定形結構的化合物半導體膜例如無定形矽鍺膜也可以使用。此外，膜的厚度可以在20-100nm之間。
然後，藉助於已知的方法使無定形矽膜結晶，從而形成晶體矽膜(也叫做多晶矽膜或多矽膜)302。現有的結晶方法有使用電爐的熱結晶、使用雷射的雷射退火結晶、使用紅外燈的紅外燈退火結晶。在實施例1中使用來自受激準分子雷射器的光實現結晶，其中利用XeCl氣體。
注意，在實施例1中使用被形成直線形的脈衝發射型受激準分子雷射，但是也可以使用矩形的，並且也可以使用連續發射的氬雷射和連續發射的受激準分子雷射。
在本實施例中，雖然使用晶體矽膜作為TFT的有源層，但是也可以使用無定形矽膜。此外，利用無定形矽膜可以形成開關TFT的有源層，其中需要減少截止電流，並且利用晶體矽膜形成電流控制TFT的有源層。電流在無定形矽膜中流動是困難的，這是因為其中載流子的可動性是低的，因而截止電流不容易流動。換句話說，可以充分利用不易流通電流的無定形矽膜和容易流通電流的晶體矽膜的優點。
接著，如圖4B所示，利用具有厚度為130nm的氧化矽膜在晶體矽膜302上形成保護膜303。所述膜厚可以在100-200nm的範圍內選擇(最好在130-170nm之間)選擇。此外，也可以使用其它的膜，只要是含有矽的絕緣膜即可。保護膜303被這樣形成，使得晶體矽膜在添加雜質期間不被直接地暴露在等離子體下，並且使得能夠精確地控制雜質的濃度。
然後，在保護膜303上形成光刻膠掩模304a，304b，並添加給予n型導電性的雜質元素(以後稱為n型雜質元素)。注意一般使用周期表15族中的元素作為n型雜質元素，並且通常可以使用磷或砷。注意可以使用等離子體摻雜方法，其中磷化氫(PH3)是受激的等離子體，不用物質分離(without separation of mass)，並且在實施例1中添加的磷的濃度為1×1018原子/cm3。當然也可以使用離子植入方法，其中進行物質分離。
如此調整劑量，使得n型雜質元素以2×1016-5×1019原子/cm3(一般為5×1017-5×1018原子/cm3)的濃度被包含在由所述處理形成的n型雜質區305和306中。
接著，如圖4C所示，除去保護膜303，並對添加的周期表中第15族的元素進行活化。可以使用已知的活化技術作為活化方法，不過在實施例1中利用照射受激準分子雷射進行活化。當然，脈衝發射型受激準分子雷射和連續發射型受激準分子雷射都可以使用，並且不需要對受激準分子雷射的使用附加任何限制。其目的是使添加的雜質元素活化，並且最好在不會使晶體矽膜熔化的能量下進行活化。注意也可以在適當位置在具有保護膜303的情況下進行雷射照射。
也可以在和用雷射進行雜質元素的活化的同時利用熱處理進行活化。當由熱處理進行活化時，考慮到底板的熱阻，最好在450-550℃的量級下進行。
n型雜質區域305和306和端部的邊界部分(連接部分)，即在n型雜質區305、306的周邊上的沒有添加n型雜質的區域，通過這種處理被確定。這意味著，在以後製成TFT時，可以在LDD區域和勾道形成區域之間形成極好的連接。
接著除去晶體矽膜的不需要的部分，如圖4D所示，因而形成島形半導體膜307-310(以後被稱為有源層)。
接著，如圖4E所示，形成蓋住有源層307-310的控制極絕緣膜311。可以使用含有矽的厚度為10-200nm最好為50-150nm的絕緣膜作為控制極絕緣膜311。可以使用單層結構或多層結構。在實施例1中使用110nm厚的氧化的氮化矽膜。
此後，形成厚度為200-400nm的導電膜，並被形成圖形，從而形成控制極電極312-316。這些控制極電極312-316的各個端部可以被形成錐形。在本實施例中，控制極電極和與控制極電極電連接而提供導電通路的引線(以後稱為控制極引線)由彼此不同的材料製成。更具體地說，控制極引線利用比製成控制極電極材料電阻率低的材料製成。這樣，對於控制極電極，使用能夠進行精細處理的材料，而控制極引線由能夠提供較小的引線電阻而不能進行精細處理的材料製成。當然也可以使用相同的材料形成控制極電極和控制極引線。
雖然控制極電極可以由單層導電膜構成，但是最好由兩層、三層或更多層的層疊膜構成。所有已知的導電材料都可以用於控制極電極。不過，應當注意，最好使用能夠進行精細處理的材料，更具體地說，最好利用可以被形成導線寬度為2微米或更小的那種材料。
一般地，可以使用從Ta，Ti，Mo，W，Cr，和Si中選擇的元素製成的膜、由上述元素的氮化物製成的膜(一般為氮化鉭膜，氮化鎢膜，或氮化鈦膜)、上述元素的組合的合金膜(一般為Mo-W合金，Mo-Ta合金)或者上述元素的矽化物膜(一般為矽化鎢膜，矽化鈦膜)。當然，這些膜可被單層或多層地使用。
在本實施例中，使用厚度為50nm的氮化鎢膜(WN)和厚度為350nm的鎢(W)膜的多層膜。該膜可以通過濺射方法形成。當惰性氣體Xe，Ne或其類似物作為濺射氣體被加入時，可以阻止由於應力而引起的膜的剝離。
此時，如此形成控制極電極313和316，使得其分別和n型雜質區域305和306的一部分重疊，從而把控制極絕緣膜311夾在中間。這個重疊的部分以後成為和控制極電極重疊的LDD區域。
接著，利用控制極電極312-316作為掩模以自調整的方式加入n型雜質元素(在實施例1中使用磷)，如圖5A所示。所加入的添加劑被這樣調整，使得被這樣形成的雜質區域317-323中磷的濃度是雜質區域305和306的磷的濃度的1/10到1/2(一般為1/4到1/3之間)。特別是，最好在1×1016到5×1018原子/cm3(一般為3×1017到3×1018原子/cm3)。
接著形成光刻膠掩模324a-324c，其形狀使得蓋住控制極電極等，如圖5B所示，並添加n型雜質元素(在實施例1中是磷)，從而形成含有高濃度的磷的雜質區域325-331。此處也使用磷化氫(PH3)進行離子摻雜，並被如此調節，使得在這些區域的磷的濃度為1×2020到1×1021原子/cm3之間(一般在2×1020到5×1021原子/cm3之間)。
通過這種處理形成n勾道型TFT的源極區域或漏極區域，並在開關TFT中，保留由圖5A的處理而形成的n型雜質區域320-322的部分。這些保留的區域相應於圖2中的開關TFT的LDD區域15a-15d。
接著，如圖5C所示，除去光刻膠掩模324a-324c，並形成新的光刻膠掩模332。然後加入p型雜質元素(實施例1中使用硼)，從而形成含有高濃度的硼的雜質區域333和334。此處通過使用乙硼烷(B2H6)進行離子摻雜而形成的雜質區域333和334中的硼的濃度為3×1020到3×1021原子/cm3(一般為5×1020到1×1021原子/cm3)。
注意已經被添加到雜質區域333和334的磷的濃度為1×1020到1×1021原子/cm3，但是此處加入的硼的濃度至少是磷的濃度的3倍。因此，已經形成的n型雜質區域被完全轉換為p型的，因而作為p型雜質區域。
接著，在除去光刻膠掩模332之後，激活被添加到有源層的各種濃度的n型和p型雜質元素。可以使用爐子退火、雷射退火、燈退火作為活化方法。在實施例1中，在電爐中在550℃的氮氣中進行4小時的熱處理。
此時，重要的是儘可能地除去周圍大氣中的氧。這是因為當即使少量的氧存在時，控制極電極的暴露的表面也會被氧化，這使得電阻增加，因而使得難於和控制極電極形成歐姆接觸。因而，在進行活化處理的周圍大氣中的氧的濃度被設置為1ppm或更低，最好是0.1ppm或更低。
在完成活化處理之後，形成厚度為300nm的控制極引線335。作為控制極引線335的材料，可以使用含有鋁(Al)、銅(Cu)作為主要成分(在成分中佔50-100％)的金屬模。控制極引線335可以如圖3A所示的控制極引線211那樣排列，使得提供用於開關TFT的控制極電極314和315(相應於圖3A中的控制極電極19a和19b)的電連接(見圖5D)。
上述結構可以使控制極引線的電阻大大減小，因此，可以製成大面積的圖像顯示區域(像素部分)。更具體地說，按照本實施例的像素結構對於用於實現具有對角尺寸10英寸或更大的(或者30英寸或更大的)顯示屏的EL顯示裝置是有利的。
接著形成第一中間層絕緣膜336，如圖6A所示。使用含有矽的單層絕緣膜作為第一中間層絕緣膜336，雖然也可以使用多層膜。此外可以使用的膜的厚度為400nm-1.5μm之間。在實施例1中使用在200nm厚的氧化的氮化矽膜上的厚度為800nm的氧化矽膜的多層結構。
此外，在含有3-100％的氫氣的300-450℃的環境中進行1-12小時的熱處理，從而進行氫化處理。這是一種通過利用熱激活的氫使半導體膜中的懸掛鍵進行氫氣終止的處理。作為另外一種氫化方法，也可以進行等離子體氫化(使用由等離子體激活的氫氣)。
注意氫化處理也可以在形成第一中間層絕緣膜336期間被插入。即可以在形成200nm厚的氧化的氮化矽膜之後進行上述的氫化處理，然後，可以形成剩餘的800nm厚的氧化矽膜。
接著，在第一中間層絕緣膜336中形成連接孔，並形成源極引線337-340和漏極引線341-343。在本實施例中，該電極由3層結構的多層膜構成，其中利用濺射方法連續形成100nm厚的鈦膜、300nm厚的含有鈦的鋁膜、和150nm厚的鈦膜。當然，也可以使用其它的導電膜。
接著形成厚度為50-500nm(一般200-300nm)的第一鈍化膜344。在實施例1中使用300nm厚的氧化的氮化矽膜作為第一鈍化膜344。這也可以利用氮化矽膜代替。當然可以使用和圖2的第一鈍化膜41相同的材料。
注意在形成氧化的氮化矽膜之前使用含有氫的例如H2或NH3等氣體進行等離子體處理是有效的。用這種處理激活的氫被供給第一中間層絕緣膜336，並通過進行熱處理可以改善第一鈍化膜344的膜的質量。與此同時，對第一中間層絕緣膜336加入的氫擴散到下側，因而有源層可以被有效地氫化。
接著，如圖6B所示，形成由有機樹脂製成的第二中間層絕緣膜345。作為有機樹脂，可以使用聚醯亞胺、聚醯胺、丙烯酸和BCB(苯環丁烯)或其類似物。特別是，因為第二中間層絕緣膜345主要用於矯平，所以最好使用矯平性能良好的丙烯酸。在本例中，形成其厚度足以矯平由TFT形成的臺階部分的丙烯酸膜。合適的厚度為1-5微米(更好為2-4微米)。
此後，在第二中間層絕緣膜345和第一鈍化膜344中形成接觸孔以便到達漏極引線343，並然後形成像素電極346。在本實施例中，形成厚度為300nm的鋁合金膜(含有1wt％的鈦)作為像素電極346。標號347代表相鄰的像素電極的端部。
接著，形成鹼化合物348，如圖6C所示。在本實施例中，利用汽化澱積方法形成氟化鋰膜，使得具有5nm的厚度。此後，通過旋轉塗覆形成厚度為100nm的EL層349。
在本實施例中，作為用於提供白色光的聚合物型有機材料，可以使用日本專利申請公開8-96959或9-63770中披露的材料。例如，可以使用通過在1，2-二氯甲烷中溶解PVK(聚乙烯基咔唑)，Bu-PBD(2-(4』-叔丁基苯基)-5-(4」聯苯)-1，3，4-氧二唑)，香豆素6，DCM1(4-二氰基亞甲基-2-甲基-6-p-二甲基氨基-4H-吡喃)，TPB(四甲基丁二烯)以及Nile Red所獲得的材料。
在本實施例中，EL層349具有隻包括上述發光層的一層結構。此外，如果需要，也可以進一步形成電子注入層，電子輸送層，空穴輸送層，空穴注入層，電子阻擋層，或者空穴元素層。
然後，形成厚度為200nm的由透明的導電膜製成的陽極350，以便蓋住EL層349。在本實施例中，利用汽化澱積形成由氧化銦和氧化鋅的化合物製成的膜，然後被成形而獲得陽極。
最後，利用等離子體CVD形成由氮化矽膜製成的第二鈍化膜351，使得其具有100nm的厚度。所述第二鈍化膜351旨在用於對EL層提供保護，免受水或其類似物的影響，並且也用於釋放在EL層349中產生的熱量。為了進一步增加熱輻射效果，通過在多層結構中形成氮化矽膜和碳膜(最好是鑽石狀的碳膜)來形成第二鈍化膜是有利的。
用這種方式，便製成了具有圖6C所示的結構的有源陣列型EL顯示裝置。在本實施例的有源陣列型EL顯示裝置中，具有最佳結構的TFT不僅被設置在像素部分，而且被設置在驅動電路部分，因而獲得了非常高的可靠性，同時也改善了操作特性。
首先，使用具有這樣的結構的TFT作為構成驅動電路的CMOS電路的n勾道TFT205，所述結構能夠減少熱載體注入，使得儘可能不降低其操作速度。注意此處的驅動電路包括移位寄存器、緩衝器、電平變換器、採樣電路(採樣和保持電路)及其類似電路。在利用數字驅動的情況下，還可以包括信號轉換電路例如D/A轉換器。
在本實施例的情況下，如圖6C所示，n勾道TFT205的有源層包括源極區域355，漏極區域356，LDD區域357和勾道形成區域358，並且LDD區域357通過控制極絕緣膜311和控制極電極313重疊。
考慮不降低操作速度是只在漏極區域側形成LDD區域的原因。在這種n勾道TFT205中，不需要擔心截止電流值太大，應當關注的是操作速度。因而，需要使LDD區域357和控制極電極完全重疊，以便把電阻分量減到最小。即，最好是消除所謂的偏移。
此外，在CMOS電路中的P勾道型TFT206由於熱載流子的注入而引起的劣化幾乎可以忽略，因而，對於P勾道型TFT206，不需要提供任何LDD區域。當然，對於P勾道型TFT206也可以提供LDD區域，和N勾道型TFT205類似，以便阻止熱載體的注入。
注意，在驅動電路當中，採樣電路和其它的採樣電路相比有些特殊，即在勾道形成區域中沿著兩個方向流過大的電流。即，源極區域和漏極區域的作用被互換了。此外，需要控制截止電流值使其儘可能小，因此，最好在採樣電路中使用在開關TFT和電流控制TFT之間的中間級功能的TFT。在實施例1中，使用n勾道型TFT207和p勾道型TFT208的組合，如圖10所示。
因而，在形成採樣電路的n勾道型TFT中，最好設置具有圖10所示的結構的TFT。如圖10所示，LDD區域901a，901b的部分通過控制極絕緣膜902和控制極電極903重疊。利用這種結構可以獲得的優點已經針對電流控制TFT202進行了說明。在TFT被用於採樣電路的情況下，設置LDD區域，使得勾道形成區域904被置於其間，這和電流控制TFT的情況不同。
在實際處理中，當完成圖6C所示的結構時，最好利用具有光屏蔽膜的相對底板把EL層封裝在一個密閉的空間內，如上面參照圖1和圖2所述。此時，通過在密封空間內放置惰性氣體，或者在密封空間內放置溼氣吸附劑(如氧化鋇)，可以改善EL層的可靠性(壽命)。這種EL層的密封處理可以使用在液晶顯示裝置的元件組裝步驟中使用的技術完成。
在EL層的密封處理被完成之後，連接一個連接器(柔性印刷電路FPC)，用於連接從在底板上形成的元件或電路伸出的端子和外部信號端子，藉以完成最終產品。
下面參照圖7的透視圖說明本實施例的有源陣列型EL顯示裝置的結構。本實施例的有源陣列型EL顯示裝置由像素部分602、控制極側驅動電路603、和被形成在玻璃底板601上的源極側驅動電路604構成。像素部分的開關TFT605是n勾道TFT，並被設置在和控制極側驅動電路603相連的控制極引線606和與源極側驅動電路604相連的源極引線607的交點上。開關TFT605的漏極和電流控制TFT608的控制極相連。
此外，電流控制TFT608的源極側和電源引線609相連。在按照本實施例的結構中，電源引線609和EL元件TFT610的源極相連，並且電流控制TFT608的漏極和EL元件610相連。
如果電流控制TFT608是n勾道TFT，則EL元件610的陰極和漏極電氣相連。此外，對於使用p勾道TFT的電流控制TFT608的情況，EL元件610的陽極和所述漏極電氣相連。
用於向驅動電路輸送信號的輸入輸出引線(連接引線)612和613以及和電流源引線609相連的連接引線614被提供在FPC611中作為外部輸入/輸出端子。
圖7所示的EL顯示裝置的電路結構的例子如圖8所示。本實施例的EL顯示裝置包括源極側驅動電路701，控制極側驅動電路(A)707，控制極側驅動電路(B)711和像素部分706。注意在本說明中，術語驅動電路包括源極側驅動電路和控制極側驅動電路。
源極側驅動電路701具有移位寄存器702，電平變換器703，緩衝器704，和採樣電路(採樣和保持電路)705。控制極側驅動電路(A)707具有移位寄存器708，電平變換器709，和緩衝器710。控制極側驅動電路(B)711也具有相同的結構。
其中，移位寄存器702和708分別具有5-16V(一般為10V)的驅動電壓，在圖6C中由205表示的結構適用於在構成所述電路的CMOS電路中使用的n勾道TFT。
此外，對於每個電平變換器703和709以及緩衝器704和710，和移位寄存器類似，包括圖6C的n勾道TFT205的CMOS電路是合適的。注意使控制極引線具有多控制極結構例如雙控制極結構或3控制極結構對於改善每個電路的可靠性是合適的。
此外，因為源極區域和漏極區域被換位，所以需要減少截止電流值，包括圖10所示的n勾道TFT207的CMOS電路用於採樣電路705是合適的。
像素部分706利用具有圖2所示的結構的像素構成。
上述結構可以容易地通過按照圖4-6所示的製造步驟製造TFT來實現。在本實施例中，雖然只示出了像素部分和驅動電路的結構，但是如果使用本實施例的製造步驟，可以在同一底板上形成除驅動電路之外的邏輯電路，例如信號驅動電路、D/A轉換電路、運算放大器電路、γ校正電路或其類似電路，此外，據信可以形成存儲器部分、微處理器或其類似電路。
下面參照圖11A和圖11B說明按照本實施例的EL顯示裝置。注意在需要時，將引用圖7和圖8使用的標號。
底板1000(包括TFT下方的底膜)是有源陣列底板。在底板上，形成有像素部分1001、源極側驅動電路1002、和控制極側驅動電路1003。來自各個驅動電路的各個引線通過連接引線612-614延伸而到達FPC611並和外部設備相連。
此時，提供相對底板1004用於至少包圍像素部分，並且最好包圍驅動電路和像素部分。相對底板1004藉助於黏合劑(密封劑)1005被黏附於有源陣列底板1000上，從而形成封閉的空間1006。這樣，EL元件被完全密封在密閉的空間1006中，因而完全和外部空氣隔離。
在本實施例中，可光致固化的環氧樹脂作為黏合劑1105。此外，可以使用其它黏合劑例如丙烯酸型的樹脂。如果從EL元件的耐熱的觀點看來是可接受的話，也可以使用熱塑樹脂。注意，需要使用能夠最大限度地阻止氧和溼氣透過的材料。黏合劑1005可以利用塗覆裝置例如分配器塗覆。
此外，在本實施例中，在相對底板1004和有源陣列底板1000之間的密閉間隙1006填充氮氣。此外，相對底板1004的內側(接近密閉空間的一側)具有光屏蔽膜1007和彩色濾光器1008，如參照圖1和圖2所示。在本實施例中，使用含有氧化鋇和黑色色素的樹脂膜作為光屏蔽膜1007，並且可以使用含有紅色、綠色或藍色色素的樹脂膜作為彩色濾光器1008。
此外，如圖11B所示，像素部分包括多個像素，每個像素包括各自分開的EL元件。並且所有這些EL元件以陽極1009作為公共電極。可以只在像素部分形成EL層，而不需要在驅動電路上設置。為了選擇地提供EL層，可以使用利用蔭罩的汽化澱積方法，剝除方法，幹刻方法或雷射去除方法。
陽極1009和連接引線1010電氣相連。連接引線1010是被用於向陽極1009提供預定電壓的電源線，並通過導電膏材料1011和FPC611相連。雖然此處只說明了連接引線1010，但是其它的連接引線612-614也以類似方式和FPC611電氣相連。
如上所述，圖11A和11B所示的結構通過連接FPC611和外部設備的端子可以在其像素部分上顯示圖像。在本說明中，EL顯示裝置被定義為這樣一種產品，其中當FPC和其相連時可以進行圖像顯示，換句話說，是一種通過把有源陣列底板連接到相對底板上而獲得的產品(包括其上連接有FPC的產品)。
(實施例2)在本實施例中，將參照圖12說明和圖3B所示的結構不同的一種像素結構的例子。在本實施例中，圖3B中所示的兩個像素相對於提供地電位的電流源引線212對稱地排列。即，如圖12所示，電流源引線213被製成在兩個相鄰像素之間共用的，使得可以減少所需的引線的數量。附帶說明，被置於像素內的TFT結構可以保持相同。
如果採用這種結構，則可以製成更小的像素部分，因而可以改善圖像的質量。
附帶說明，本實施例的結構可以按照實施例1的製造步驟被容易地實現，因而，關於TFT的結構等，可以參看實施例1或圖2的說明。
(實施例3)雖然在實施例1和實施例2中說明了頂基極型TFT的情況，但是本發明不限於這種TFT的結構，其也可以應用於底基極型TFT(一般稱為反向觸髮型TFT)。此外，反向觸髮型TFT可以利用任何方法被製成。
因為反向觸髮型TFT具有需要的處理步驟比頂基極型TFT需要的處理步驟較少的結構，因此對於實現本發明的目的，即降低製造成本而言是極為有利的。附帶說明，本實施例的結構可以和實施例2，3的任何結構自由組合。
(實施例4)圖3B表示，通過使像素中的開關TFT具有多控制極結構，降低了EL顯示裝置的像素中的開關TFT的截止電流值，並且取消了存儲電容器。不過，如同常規情況下那樣設置存儲電容器也是可以接受的。在這種情況下，如圖14所示，形成存儲電容器1301，其相對於開關TFT201的漏極和電流控制TFT202的控制極並聯。
注意，實施例4的結構可以和實施例1-3中任何一個的結構自由組合。即，只在像素內形成存儲電容器，並且這對TFT的結構或者EL層的材料等沒有限制。
(實施例5)在實施例1中使用雷射晶體化作為形成結晶矽膜302的方法，在實施例5中將說明使用不同的晶體化方法的情況。
在實施例5中，使用在日本專利申請公開7-130652中記載的技術，在形成無定形矽膜之後進行晶體化。在上述專利申請中記載的技術是用於獲得具有好的晶體性的晶體矽膜的一種技術，其中使用例如元素鎳作為加速晶體化的催化劑。
此外，在完成晶體化處理之後，也可以進行除去在晶體化中使用的催化劑的處理。在這種情況下，可以利用在日本專利申請公開10-270363或8-330602中記載的技術使催化劑被除去。
此外，利用本發明的申請人在日本專利申請公開11-076967中記載的技術也可以製造TFT。
實施例1中所示的製造方法是本發明的一個例子，因而只要可以實現實施例1的圖1或圖6C所示的結構，也可以使用其它的製造方法而不會有任何問題，如上所述。
注意，實施例5的結構可以和實施例1-4的任何一個的結構自由組合。
(實施例6)當驅動本發明的EL顯示裝置時，可以進行使用模擬信號作為圖像信號的模擬驅動，也可以進行使用數位訊號的數字驅動。
當進行模擬驅動時，模擬信號被送到開關TFT的源極引線，並且含有灰度信息的模擬信號成為電流控制TFT的控制極電壓。在EL元件中流動的電流此時便被電流控制TFT控制，EL元件的發光強度被控制，因而可以進行灰度顯示。
在另一方面，當進行數字驅動時，和模擬型灰度顯示不同，其通過分時驅動進行灰度顯示。
EL元件的響應速度和液晶元件的響應速度相比是非常快的，因而可以進行高速驅動。因此，EL元件是這樣一種元件，其適合於時間比例灰度驅動，其中一幀被分為許多子幀，然後進行灰度顯示。
因而本發明是關於元件結構的技術，因而可以使用任何驅動方法。
(實施例7)EL顯示裝置使用從其本身發出的光，因而不需要任何的背景光。反射型液晶顯示裝置在不能得到足夠的光的暗的位置要求背景光，雖然其特徵在於，可以利用戶外光顯示圖像。在另一方面，EL顯示裝置在暗處沒有這種缺點，因為它是自發光型的。
不過，當包括EL顯示裝置作為其顯示部分的電子裝置實際上在戶外使用時，當然可能在亮的地方和暗的地方使用。在這種情況下，即使在亮度不是這樣高時，在暗的地方也能清楚地分辨圖像，而如果亮度不足夠高，在亮的地方可能不能識別圖像。
從EL層發出的光量根據流過的電流量而改變。因而，流過較大的電流要求較高的亮度，這使得功率消耗增加。不過，當發出的光的亮度被設置在一個較高的值時，將在暗處顯示具有太大的功率消耗的太亮的圖像。
為了克服上述缺點，按照本發明的EL顯示裝置最好具有通過檢測器檢測在周圍環境中的亮度的功能，並且按照檢測的亮度調節從EL層發出的光的亮度。更具體地說，在亮的地方，發出的光的亮度被設置為一個高的值，而在暗的地方被設置為低的值，使得避免增加功率消耗。因而，按照本發明的EL顯示裝置可以減少功率消耗。
作為用於檢測周圍環境的亮度的檢測器，可以使用CMOS檢測器，CCD或其類似物。CMOS檢測器可以在具有驅動電路和EL顯示裝置的顯示部分的同一個底板上利用任何已知的技術製成。其上形成有CCD的一種半導體晶片可以連接在EL顯示裝置上。此外，CCD或CMOS檢測器可以作為包括EL顯示裝置作為其顯示部分的電子裝置的一部分被提供。
提供用於根據由用於檢測周圍環境的亮度的檢測器獲得的信號來調節流過EL層的電流的電路。這樣，從EL層發出的光的亮度便可以按照周圍環境的亮度被調節。
本實施例的結構可以和實施例1-6的任何一個的結構自由組合而被應用。
雖然本發明的優選實施例利用薄膜電晶體作為形成在絕緣底板上的開關元件，但是也可以利用矽底板。在這種情況下，可以使用形成在矽底板上的控制極絕緣的場效應電晶體作為開關元件。
實施例8按照本發明製成的EL顯示裝置是自發光型的，因而和液晶顯示裝置相比，在亮的位置具有極好的顯示圖像的可分辨性。此外，EL顯示裝置具有較寬的視角。因而，EL顯示裝置可被應用於各種電子裝置的顯示部分。例如，為了在大的屏幕上觀看電視節目，按照本發明的EL顯示裝置可以用作具有對角線尺寸等於或大於30英寸的(一般等於或大於40英寸)的EL顯示器(即EL顯示裝置被安裝在一個框架中的顯示器)的顯示部分。
EL顯示器包括用於顯示信息的所有類型的顯示器，例如個人計算機的顯示器，用於接收電視節目的顯示器，用於顯示廣告的顯示器。此外，按照本發明的EL顯示裝置可以用作其它各種電子裝置的顯示部分。
這種電子裝置包括視頻攝像機；數位照相機；護目鏡型顯示器(頭上安裝的顯示器)；汽車導航系統；汽車音頻設備；筆記本個人計算機；遊戲機；便攜信息終端(例如易動計算機，便攜電話，便攜遊戲機，電子書等)；以及包括記錄介質的圖像播放裝置(更具體地說，可以播放記錄介質，例如壓縮盤(CD)，雷射盤(LD)或者數字視頻盤(DVD)並包括用於顯示播放的圖像的顯示器的設備)。具體地說，在便攜信息終端的情況下，使用EL顯示裝置是最好的，因為便攜信息終端經常被從斜的方向觀看，要求具有寬的視角。這些電子裝置的例子示於圖14A-14F中。
圖14A說明一種EL顯示器，其包括框架2001，支撐臺2002，顯示部分2003等。本發明可以應用於顯示部分2003。EL顯示器是自發射型的，因此不需要背景光。因而，和液晶顯示裝置相比，其顯示部分具有較小的厚度。
圖14B是一種視頻攝像機，其包括主體2101，顯示部分2102，音頻輸入部分2103，操作開關2104，電池2105，和圖像接收部分2106等。按照本發明的EL顯示裝置可以用作顯示部分2102。
圖14C是頭部安裝型的EL顯示裝置的一部分(右側)，其包括主體2201，信號電纜2202，頭固定帶2203，顯示部分2204，光學系統2205，和EL顯示裝置2206等。本發明可以用於EL顯示裝置2206。
圖14D是包括記錄介質的圖像播放裝置(更具體地說是DVD播放裝置)，其包括主體2301，記錄介質(例如CD，LD，DVD等)2302，操作開關2303，顯示部分(a)2304和顯示部分(b)2305。顯示部分(a)主要顯示圖像信息，而顯示部分(b)主要顯示字符信息，按照本發明的EL顯示裝置可用於顯示部分(a)和顯示部分(b)中。包括記錄介質的圖像播放裝置還包括CD播放裝置和遊戲機等。
圖14E是一種便攜(易動)計算機，其包括主體2401，照相機部分2402，圖像接收部分2403，操作開關2404和顯示裝置2405等。按照本發明的EL顯示裝置可以用作顯示部分2405。
圖14F說明一種個人計算機，其包括主體2501，框架2502，顯示部分2503和鍵盤2504。按照本發明的EL顯示裝置可以用作顯示部分2503。
如果在將來從EL材料發出的光的亮度可以提高，則按照本發明的EL顯示裝置可應用於前型或後型投影器中，在其中包括輸出圖像信息的光藉助於透鏡或者被投射的類似物被放大。
上述的電子裝置更適用於顯示通過電信路徑例如網際網路、CATV(有線電視系統)分布的信息，特別適用於顯示運動圖像信息。EL顯示裝置適合於顯示運動圖像，因為EL材料可以具有高的響應速度。不過，如果像素之間的輪廓不清楚，運動圖像作為一個整體便不能被清晰地顯示。因為按照本發明的EL顯示裝置可以使像素之間的輪廓清晰，所以把本發明的EL顯示裝置應用於電子裝置的顯示部分是特別有利的。
發光的EL顯示裝置的之一部分消耗功率，因而需要以這樣的方式顯示信息，使得發光部分儘可能小。因而，當EL顯示裝置被用於主要顯示字符信息的顯示部分，例如便攜信息終端，更具體地說，便攜電話或汽車音頻設備的顯示部分時，需要這樣驅動EL顯示裝置，使得通過發光部分形成字符信息，而不發光部分相應於背景。
現在參看圖15A，其中示出了便攜電話，其包括主體2601，音頻輸出部分2602，音頻輸入部分2603，顯示部分2604，操作開關2605，和天線2606。按照本發明的EL顯示裝置可以用作顯示部分2604。顯示部分2604通過在黑色背景上顯示白色字符可以減少便攜電話的功率消耗。
圖15B表示一種汽車音頻設備，其包括主體2701，顯示部分2702，操作開關2703和2704。按照本發明的EL顯示裝置用作顯示部分2702。雖然在本實施例中示出了固定型的汽車音頻設備，但本發明也適用於調整型的汽車音頻設備。顯示部分2702通過在黑色背景上顯示白色字符可以減少功率消耗，這對於調整型汽車音頻設備尤其有利。
由上述可見，本發明可以應用於所有領域內的各種電子裝置。在本實施例中的電子裝置可以利用具有實施例1到7的自由組合的結構的EL顯示裝置來獲得。
按照本發明，在EL顯示裝置的像素部分中，像素之間的輪廓清晰，因而可以提供以高的清晰度顯示圖像的EL顯示裝置。此外，在本發明中，在相對底板上提供用於遮住像素之間的間隙的光屏蔽膜，藉以防止視野減小。此外，按照本發明的EL顯示裝置可以利用生產液晶顯示裝置的生產線製造，因而可以把設備投資降到最低限度。因而，按照本發明，可以獲得能夠以高清晰度顯示圖像的成本低的EL顯示裝置。此外，通過利用這種EL顯示裝置作為顯示部分，本發明也可以提供具有高的可識別性的顯示部分的電子裝置。
權利要求
1.一種EL顯示裝置，包括有源陣列底板，在其上設置有多個像素，每個像素包括TFT，和TFT電氣相連的像素電極，以及包括像素電極作為陰極的EL元件；以及和有源陣列底板相對的相對底板，其中相對底板具有光屏蔽膜，其分別被設置在相應於有源陣列底板上的各個像素的周邊的位置。
2.一種EL顯示裝置，包括有源陣列底板，在其上設置有多個像素，每個像素包括TFT，和TFT電氣相連的像素電極，以及包括像素電極作為陰極的EL元件；以及和有源陣列底板相對的相對底板，其中在有源陣列底板和與其相互連接的相對底板之間提供一個封閉空間，並且相對底板具有被設置在相應於有源陣列底板上的各個像素的周邊的位置的光屏蔽膜。
3.一種EL顯示裝置，包括有源陣列底板，在其上設置有多個像素，每個像素包括TFT，和TFT電氣相連的像素電極，以及包括像素電極作為陰極的EL元件；以及和有源陣列底板相對的相對底板，其中相對底板具有被設置在分別相應於有源陣列底板上的各個像素的周邊的第一位置的光屏蔽膜；和被設置在分別相應於有源陣列底板上的各個像素的第二位置的多個彩色濾光器。
4.一種EL顯示裝置，包括有源陣列底板，在其上設置有多個像素，每個像素包括TFT，和TFT電氣相連的像素電極，和包括像素電極作為陰極的EL元件；以及和有源陣列底板相對的相對底板，其中在有源陣列底板和與其相互連接的相對底板之間提供一個封閉空間，並且相對底板具有被設置在分別相應於有源陣列底板上的各個像素的周邊的第一位置的光屏蔽膜；和被設置在分別相應於有源陣列底板上的各個像素的第二位置的多個彩色濾光器。
5.如權利要求3所述的EL顯示裝置，其中所述彩色濾光器由含有乾燥劑的樹脂製成。
6.如權利要求4所述的EL顯示裝置，其中所述彩色濾光器由含有乾燥劑的樹脂製成。
7.如權利要求1所述的EL顯示裝置，其中所述光屏蔽膜由含有乾燥劑的樹脂製成。
8.如權利要求2所述的EL顯示裝置，其中所述光屏蔽膜由含有乾燥劑的樹脂製成。
9.如權利要求3所述的EL顯示裝置，其中所述光屏蔽膜由含有乾燥劑的樹脂製成。
10.如權利要求4所述的EL顯示裝置，其中所述光屏蔽膜由含有乾燥劑的樹脂製成。
11.如權利要求1所述的EL顯示裝置，其中EL元件包括由聚合物型有機材料製成的光發射層。
12.如權利要求2所述的EL顯示裝置，其中EL元件包括由聚合物型有機材料製成的光發射層。
13.如權利要求3所述的EL顯示裝置，其中EL元件包括由聚合物型有機材料製成的光發射層。
14.如權利要求4所述的EL顯示裝置，其中EL元件包括由聚合物型有機材料製成的光發射層。
15.一種包括按照權利要求1所述的EL顯示裝置的電子裝置。
16.一種包括按照權利要求2所述的EL顯示裝置的電子裝置。
17.一種包括按照權利要求3所述的EL顯示裝置的電子裝置。
18.一種包括按照權利要求4所述的EL顯示裝置的電子裝置。
19.一種用於製造EL顯示裝置的方法，包括以下步驟形成有源陣列底板，在其上設置有多個像素，每個像素包括TFT，和TFT電氣相連的像素電極，和包括像素電極作為陰極的EL元件；在一個相對底板上形成光屏蔽膜；以及把其上具有光屏蔽膜的相對底板和有源陣列底板相連，使得當從垂直於相對底板的方向看時，在相對底板上的光屏蔽膜和有源陣列底板上的各個像素的周邊重疊。
20.一種用於製造EL顯示裝置的方法，包括以下步驟形成有源陣列底板，在其上設置有多個像素，每個像素包括TFT，和TFT電氣相連的像素電極，以及包括像素電極作為陰極的EL元件；在一個相對底板上形成光屏蔽膜和多個彩色濾光器；以及把其上具有光屏蔽膜的相對底板和有源陣列底板相連，使得當從垂直於相對底板的方向看時，在相對底板上的光屏蔽膜分別和有源陣列底板上的各個像素的周邊重疊，並且在相對底板上的彩色濾光器分別和有源陣列底板上的各個像素重疊。
21.如權利要求20所述的方法，其中使用含有乾燥劑的樹脂作為彩色濾光器。
22.如權利要求19所述的方法，其中在有源陣列底板和與其相互連接的相對底板之間形成密閉的空間。
23.如權利要求20所述的方法，其中在有源陣列底板和與其相互連接的相對底板之間形成密閉的空間。
24.如權利要求19所述的方法，其中使用含有乾燥劑的樹脂作為光屏蔽膜。
25.如權利要求20所述的方法，其中使用含有乾燥劑的樹脂作為光屏蔽膜。
26.如權利要求19所述的方法，其中聚合物型有機材料被用作EL元件的光發射層。
27.如權利要求20所述的方法，其中聚合物型有機材料被用作EL元件的光發射層。
28.一種EL顯示裝置，包括被形成在第一底板上的呈陣列形式排列的多個像素電極；和所述像素電極電氣相連的多個開關元件；和所述第一底板相對的相對底板，所述相對底板具有光屏蔽層；以及被設置在所述第一底板和所述相對底板之間的光發射層。
29.如權利要求28所述的EL顯示裝置，其中所述每個開關元件包括薄膜電晶體。
30.如權利要求28所述的EL顯示裝置，其中所述光屏蔽層屏蔽所述像素電極之間的間隙。
31.一種EL顯示裝置，包括被形成在第一底板上的呈陣列形式排列的多個像素電極；和所述像素電極電氣相連的多個開關元件；和所述第一底板相對的相對底板，所述相對底板具有光屏蔽層和多個彩色濾光器；以及被設置在所述第一底板和所述相對底板之間的光發射層。
32.如權利要求31所述的EL顯示裝置，其中所述每個開關元件包括薄膜電晶體。
33.如權利要求31所述的EL顯示裝置，其中所述光屏蔽層屏蔽所述像素電極之間的間隙。
全文摘要
多個像素(102)被設置在底板上。每個像素(102)具有EL元件,其利用和電流控制TFT(104)相連的像素電極(105)作為陰極。在相對底板(110)上,在相應於每個像素(102)的周邊的位置設置有光屏蔽膜(112),同時在相應於每個像素的位置設置彩色濾光器(113)。光屏蔽膜使得像素的輪廓清晰,從而使得以高的清晰度顯示圖像。
文檔編號H01L27/32GK1289151SQ0012875
公開日2001年3月28日 申請日期2000年9月15日 優先權日1999年9月17日
發明者山崎舜平, 水上真由美, 小沼利光 申請人:株式會社半導體能源研究所