显示器件和电子设备技术领域
本发明涉及包括自发光元件和其沟道部分由非晶半导体或有机半
导体形成的晶体管的显示器件。
背景技术
近年来，包括发光元件的显示器件已经得到了积极的发展。除了
常规液晶显示器件的优势之外，发光显示器件具有诸如响应快、优良
的动态显示和宽视角的特征。因此，作为下一代平板显示器，发光显
示器件吸引了众多的注意。
发光显示器件包括多个像素，每个像素具有发光元件和至少两个
晶体管。在每个像素中，与发光元件串联连接的晶体管控制发光元件
的发光或不发光。对于晶体管，在很多情况下采用具有高场效应迁移
率的多晶半导体（多晶硅）。发光元件具有其中将电致发光层夹在一
对电极之间的结构。具体来说，在构图的第一导电层（第一电极）上
形成电致发光层，然后形成第二导电层（第二电极）以便覆盖电致发
光层的整个表面。
发明内容
使用多晶硅的晶体管由于晶界中的晶体缺陷而易于引起特性的变
化。因此，即使输入相同的信号电压时，每个像素中晶体管的漏电流
也会不同，造成亮度的变化。
由于前述原因，本发明提供一种显示器件，其中抑制了由晶体管
特性的变化而引起亮度的变化。
优选的是，对形成在电致发光层上的第二导电层（第二电极）进
行加热以降低电阻。然而，电致发光层具有低的耐热性且不能承受高
的热处理。因此，由于不同的电阻值，施加到一对电极之间的电压在
发光元件的边缘和中心之间也不同，从而引起图像质量退化。
由于前述原因，本发明提供一种显示器件，其中防止了由于电阻
值不同引起的图像质量退化。
为了解决前述问题，本发明采取以下措施。
根据本发明的显示器件包括受控于晶体管的发光元件，该晶体管
的沟道部分由非晶半导体（典型的是非晶硅，a-Si：H）或有机半导体
构成。由于这种晶体管具有很小的场效应迁移率等的变化，因此可以
抑制由于晶体管特性的变化而引起的显示器件的亮度变化。而且，非
晶半导体适于制造从几英寸到几十英寸尺寸范围的大平板，并且由于
没有结晶步骤并需要少量的掩模，其制造工艺是具有成本效益的。
根据本发明的显示器件包括辅助导电层（布线），其连接到形成
在电致发光层上的导电层。结果，可以在没有热处理的情况下降低导
电层的电阻，并由此可以防止显示器件图像质量的退化。由于随着平
板尺寸增大，电阻值成为问题，因此通过采用本发明可以非常有效地
制造具有几十英寸尺寸的大平板。
根据本发明的显示器件包括基板，其包括像素部分和排列在像素
部分外围的驱动器电路，以及附着在基板上的驱动器IC。像素部分包
括包含夹在一对电极之间的发光材料的发光元件，以及其沟道部分由
非晶半导体构成的多个晶体管。形成在基板上的驱动器电路包括其沟
道部分由非晶半导体构成的N型晶体管（下文中有时表示为a-Si：
HTFT）和其沟道部分由有机半导体构成的P型晶体管（下文中有时表
示为有机TFT）。有机TFT对应于包括诸如并五苯的低分子量有机化
合物、诸如PEDOT（聚噻吩）和PPV（聚亚苯基亚乙烯基）的高分子量
有机化合物等的晶体管。a-Si：HTFT和有机TFT可以形成在和像素部
分的相同基板上，并可以配置为使用该CMOS电路作为单元电路、移位
寄存器、缓冲器等。此外，可以仅用N型晶体管或P型晶体管形成驱
动器电路。在这种情况下，可以仅用a-Si：HTFT或有机TFT形成驱动
器电路。
根据本发明的显示器件包括发光元件，其包括夹在连接到阳极线
的第一电极和连接到阴极线的第二电极之间的发光材料。显示器件还
包括其沟道部分由非晶半导体构成的晶体管。显示器件还包括反向偏
置电压施加电路，其转换阳极线和阴极线彼此的电位以向发光元件施
加反向偏置电压。根据这种结构，可以防止发光元件随时间退化，从
而得到具有提高的可靠性的显示器件。
根据本发明的显示器件包括其包含夹在一对电极之间的发光材料
的发光元件、其栅电极连接到具有恒定电位的第一电源线上的第一晶
体管、和其栅电极连接到信号线的第二晶体管。发光元件、第一晶体
管和第二晶体管串联连接在具有和低电位电压相同电位的第二电源和
具有和高电位电压相同电位的第三电源之间。而且，每个第一晶体管
和第二晶体管具有由非晶半导体构成的沟道部分。在这种显示器件中，
第二晶体管工作在线性区，由此，在发光元件中流过的电流量不受第
一晶体管VGS的微小变化的影响。换言之，在发光元件中流过的电流量
通过在饱和区工作的第一晶体管确定。因此，根据具有前述结构的本
发明，可以提供一种显示器件，其中抑制了由于晶体管特性的变化而
引起的亮度变化，并提高了图像质量。
通过采用前述结构，本发明可以提供一种显示器件，其中抑制了
由于晶体管特性的变化而引起的亮度变化。而且，在根据本发明的显
示器件中，可以无需热处理而降低导电层的电阻，并防止图像质量退
化。此外，根据本发明的显示器件包括其沟道部分由非晶半导体构成
的晶体管，由此可以实现大尺寸且廉价的显示器件。
附图说明
图1A至1C是使用非晶半导体用于沟道部分的晶体管（沟道保护
型和沟道蚀刻型）、发光元件和连接到发光元件其中一个电极上的辅
助布线的横截面图。
图2是使用非晶半导体用于沟道部分的晶体管（双栅极型）、发
光元件和连接到发光元件其中一个电极上的辅助布线的横截面图。
图3A和3B是使用非晶半导体用于沟道部分的晶体管、发光元件
和连接到发光元件其中一个电极上的辅助布线的横截面图。
图4A和4B是示出阳极线、阴极线和辅助布线排列的平板的顶视
图。
图5是示出开口部分和阳极线、阴极线以及辅助布线的排列的图。
图6是示出开口部分和阳极线、阴极线以及辅助布线的排列的图。
图7是示出开口部分和阳极线、阴极线以及辅助布线的排列的图。
图8A和8B是安装驱动器IC的平板的顶视图。
图9A是安装线性驱动器IC的平板的顶视图，且图9B是其透视图。
图10A示出了等效电路。
图10B是用有机晶体管和a-Si晶体管形成的CMOS电路的横截面
图。
图11A至11F是包括发光元件和用非晶半导体用于沟道部分的晶
体管的像素的电路图。
图12A和12B是仅用N型晶体管构成的移位寄存器的电路图。
图13A和13B是表示时间灰度级的时序图。
图14A和14B是表示信号线驱动器电路和扫描线驱动器电路的结
构的示意图。
图15A至15D是表用本发明的电子设备的图。
图16A至16D是采用本发明的电子设备的图。
图17A至17D是阈值补偿电路的示意图。
图18A至18D是发光元件叠层结构的图。
图19A和19B是发光元件叠层结构的图。
图20是像素电路（3TFT/单元）的版图。
图21是像素电路（3TFT/单元）的版图。
图22是像素电路（4TFT/单元）的版图。
图23是像素电路（4TFT/单元）的版图。
具体实施方式
实施方式1
参考图4A和4B，阐释了平板上布线的排列，特别是具有和高电位
电压VDD相同电位的电源线（下文称为阳极线）和具有和低电位电压
VSS相同电位的电源线（下文称为阴极线）的排列。要指出的是，图
4A和4B仅示出了像素部分104中排列成列的布线。
图4A是包括基板100的平板的顶视图。在基板100上，设置其中
排列成矩阵的多个像素105的像素部分104、排列在像素部分104外
围的信号线驱动器电路101、以及扫描线驱动器电路102和103。驱动
器电路的数目没有专门的限制，并且可以根据像素105的配置而改变。
而且，驱动器电路不必整体地形成在基板100上，并且可以通过COG
等将驱动器IC附着在基板100上。
将像素部分104中排列成列的信号线111连接到信号线驱动器电
路101。并且，将排列成列的电源线112至114连接到阳极线107至
109的任何一个。类似地，将排列成列的辅助布线110连接到阴极线
106上。将阳极线107至109和阴极线106引导在像素部分104和排
列在其外围的驱动器电路周围，并连接到FPC的端子上。
阳极线107至109中的每一个与每个RGB相对应。当在阳极线107
至109的每一个上施加不同的电位时，可以补偿每种颜色之间亮度的
变化。也就是说，通过使用多个阳极线，可以解决即使施加相同电流
时，由每种颜色中发光元件的电致发光层的电流密度差异引起每种颜
色中亮度变化的问题。要指出的是，这里将电致发光层划分成RGB的
颜色，但本发明不限于此。当不考虑通过每个像素中的电流密度差异
的方法来显示单色图像或显示彩色图像时，例如，通过使用白色发光
元件与滤色器组合，则不需要多个阳极线且单一信号阳极线就足够了。
图4B是简单表示掩模版图的示意图。阳极线107至109以及阴极
线106排列在信号线驱动器电路101周围，并且阳极线107至109连
接到像素部分104中排列成列的电源线112至114。如图4B所示，阴
极线106和辅助布线110形成在相同的导电层上。
形成阴极线106和辅助布线110之后，形成发光元件的第一导电
层（第一电极），然后在其上形成绝缘层（也称为堤（bank））。随
后，在位于阴极线106和辅助布线110上的绝缘层中形成开口部分。
开口部分暴露阴极线106和辅助布线110，此时形成电致发光层。选
择性地形成电致发光层以便不覆盖位于阴极线106和辅助布线110上
的开口部分。然后，形成第二导电层（第二电极）以便覆盖整个电致
发光层、阴极线106和辅助布线110。根据这些步骤，将第二导电层
电连接到阴极线106和辅助布线110上，这是本实施方式的重要特征
之一。根据这个特征，可以降低形成以便覆盖电致发光层的第二导电
层的电阻，因此，可以防止由于第二导电层的电阻值引起的图像质量
退化。由于随着平板尺寸增大电阻值成为问题，因此这一特征在制造
具有几十英寸尺寸的大平板中非常有效。
虽然在本实施方式中将第二导电层连接到阴极线，但是本发明不
限于此。可以将第二导电层连接到阳极线上，并且在这种情况下设置
发光元件的反向电极作为阳极。
而且，辅助布线110不必如图4A和4B所示形成在和排列成列的
信号线相同的层上，且可以形成在和排列成行的扫描线相同的层上。
可以成列地以点状或线形、或者以点状和线形提供在辅助电极110和
第二导电层之间形成接触（连接）的开口部分。也可以成行地以点状
或线形、或者以点状和线形提供。它们的一些示例在下文中示出，并
参考图5至7描述其掩模版图。要指出的是，图5至7是简化图，其
中像素105仅包括像素电极且未示出电源线112。
参考图5，阐释了其中在相同导电层上形成辅助布线110和信号线
111、且通过以线形形成的开口部分120将辅助布线110连接到第二导
电层的结构。在图5中，像素部分104包括排列成矩阵的多个像素105，
以及排列成列的信号线111和辅助布线110，以及排列成行的扫描线
128。辅助布线110连接到阴极线106。要指出的是，虽然辅助布线110
和阴极线106形成在相同的导电层上，但在这里将排列在像素部分104
中的布线称为辅助布线110，而将排列在其他区域中的布线成为阴极
线106。
线形开口部分120形成在辅助布线110和阴极线106上。辅助布
线110和阴极线106通过开口部分120连接到第二导电层。在这种情
况下，辅助布线110通过线形开口部分120连接到第二导电层。
参考图6，下文阐释了其中在阴极线106上形成线形开口部分122、
并在辅助布线110上形成点状开口部分123的结构。该结构与图5中
所示的不同在于，通过点状开口部分123将辅助布线110连接到第二
导电层。
参考图7，下文阐释了其中在相同导电层上形成辅助布线124和扫
描线128、并通过点状开口部分127将辅助布线124连接到第二布线
的结构。在图7中，像素部分104包括排列成矩阵的多个像素105，
以及排列成列的信号线111、排列成行的扫描线128和辅助布线124。
辅助布线124连接到阴极线126。辅助布线124和阴极线126形成在
不同导电层上并通过开口部分127相互连接。
线形开口部分125形成在阴极线126之上，点状开口部分127形
成在辅助布线124之上。阴极线126和辅助布线124通过这些开口部
分125和127连接到第二导电层。在这种情况下，辅助布线124通过
点状开口部分127连接到第二导电层。
如上所述，辅助布线可以形成在和排列成列的布线（例如信号线）
相同的导电层上，如图5和6所示；或者可以形成在和排列成行的布
线（例如扫描线）相同的导电层上，如图7所示。这些结构不需要额
外的掩模等，因此，可以避免诸如生产成本增加和可靠性下降的问题。
而且，在辅助布线和第二导电层之间形成接触的点状开口部分排列在
像素边缘的情况下，可以抑制孔径比的降低而得到更明亮的图像。
参考图1A至1C、2和3A以及3B，接下来阐释驱动晶体管、发光
元件以及提供在具有绝缘表面的基板上的辅助布线的截面结构和掩模
版图。
图1C示出了一个像素的掩模版图。在图1C所示的像素中，作为
电源线的导体16、作为信号线的导体26和作为辅助布线的导体27排
列成列，且作为扫描线的导体28排列成行。像素还包括开关晶体管29
和驱动晶体管30。
图1A是沿图1C掩模版图中的线A-B-C的横截面图。在图1A中，
在具有绝缘表面的基板10上形成栅电极11，并在其上形成栅绝缘层
12。然后，依次层叠非晶半导体、N型半导体和导体，然后将其同时
构图以形成非晶半导体13、N型半导体14和15，以及导体16和17。
随后，形成绝缘体18和19，并在预定区域中形成开口部分以便部分
地暴露导体17后形成导体20。然后，形成导体21（第一电极、像素
电极）、电致发光层22和导体23（第二电极、反向电极）以便与导
体20电连接。导体21、电致发光层22和导体23的重叠区域对应于
发光元件24。然后，在整个表面上形成保护层25。
注意，和导体16和17的同时形成导体26和27。导体26和27
分别对应于信号线和辅助布线。在形成导体23（第二电极、反向电极）
之前通过暴露导体27，导体23可以层叠在导体27上，从而降低导体
23的电阻。要指出的是，在图1A的横截面中，作为辅助布线的导体
27形成在与导体16和17相同的导电层上。
图1B示出了驱动晶体管50和发光元件24的截面结构。在图1B
中，在具有绝缘表面的基板10上形成栅电极11，并在其上形成栅绝
缘层12。在形成非晶半导体13之后，形成作为蚀刻停止层的绝缘体
31。随后，依次层叠N型半导体和导体，然后将其同时构图以形成N
型半导体32和33以及导体34和35。然后，形成绝缘体18、5070和
5080，并在预定区域中形成开口部分以便部分地暴露导体35之后，形
成由导体构成的连接布线5060。然后，形成包括导体21、电致发光层
22和导体23的发光元件24，然后形成保护层25。
注意，和导体34和35的同时形成导体26，并和连接布线5060
的同时形成导体36。导体26对应信号线且导体36对应辅助布线。在
形成导体23（反向电极）之前通过暴露导体36，导体23可以层叠在
导体36上，从而降低导体23的电阻。要指出的是，在图1B的横截面
图中，作为辅助布线的导体36形成在与导体20相同的层上。
图2是驱动晶体管51和发光元件24的横截面图。在图2中，在
具有绝缘表面的基板10上形成栅电极11，并在其上形成栅绝缘层12。
在形成非晶半导体13之后，形成作为蚀刻停止层的绝缘体41，然后
形成栅电极42。随后，依次层叠N型半导体和导体，并将其同时构图
以形成N型半导体43和44以及导体45和46。然后，形成绝缘体18
和19，在预定区域中形成开口部分以便部分地暴露导体46之后，形
成导体20。然后，在形成保护层25之前，形成包括导体21、电致发
光层22和导体23的发光元件24。作为辅助布线的导体36电连接到
导体23。
图3A是驱动晶体管431和发光元件438的横截面图。驱动晶体管
431形成在具有绝缘表面的基板430上，并在其上形成绝缘体440。在
预定区域中形成开口部分之后，在绝缘体440上形成导体433和434。
随后，形成作为像素电极的导体435，然后形成绝缘体442。在绝缘体
441和442的预定区域中形成开口部分439之后，在绝缘体442上形
成电致发光层436，并在其上形成作为反向电极的导体437。以这种方
式，图3A中层叠了四层绝缘体。
图3B是驱动晶体管431和发光元件459的横截面图。驱动晶体管
431形成在具有绝缘表面的基板430上，然后形成电连接于驱动晶体
管431的布线460和辅助布线452。在形成绝缘体453之后，在绝缘
体453的预定区域中形成开口部分。随后，形成作为像素电极的导体
454，在其上形成绝缘体458，然后，在绝缘体458的预定区域中形成
开口部分。之后，在导体454上形成电致发光层455和456，并在其
上形成作为反向电极的导体457。导体454、电致发光层455和457、
以及导体457的重叠区域对应发光元件459。
在图3B中，通过气相淀积形成辅助布线452上的电致发光层456，
且其膜厚度薄，因此，辅助布线452的侧面不会覆盖有电致发光层456。
利用该结构，导体457电连接到辅助布线452的侧面。
如图1A至1C、2和3A以及3B所示，本发明的显示器件包括发光
元件和具有非晶半导体的晶体管。优选的是，为了提高电流容量，将
与发光元件串联连接的驱动晶体管的沟道宽度W/沟道长度L设置在1
到100（更优选为5到20）范围内。具体说来，期望沟道长度L在5
到15μm范围内，且沟道宽度W在20到1200μm范围内（更优选为
40到600μm）。注意，根据上述沟道长度L和沟道宽度W，晶体管占
据更大的像素面积。因此，发光元件期望地在基板的相反方向中发射
光，即，顶部发射。
有三种主要类型的使用非晶半导体用于沟道部分的晶体管：沟道
蚀刻型（图1A、图3A和3B）、沟道保护型（图1B）和双栅极型（图
2）。本发明可以使用任何一种。
包括在发光元件中的一对电极中的一个对应阳极，另一个对应阴
极。阳极和阴极优选由金属、合金、电导体化合物或其混合物构成。
而且，用具有高功函数的材料作阳极，而用具有低功函数的材料作阴
极。电致发光层夹在阳极和阴极之间，且由选自多种有机材料或无机
材料中的至少一种材料构成。电致发光层中的发光包括当激发的单重
态返回到基态时产生的发光（荧光）和当激发的三重态返回到基态时
产生的发光（磷光）。
绝缘层可以由有机材料或无机材料构成。然而，当使用有机材料
时，由于其具有高吸湿性，优选提供诸如氮化硅膜的阻挡膜。在有机
材料中，与其他有机材料例如丙烯和聚酰亚胺相比，抗蚀剂材料廉价、
具有小直径的接触孔、并具有低吸湿性，因此，它不需要阻挡膜。然
而，当将抗蚀剂材料着色时，优选将其用于顶部发射显示器件。具体
说来，借助旋转器涂敷通过在溶剂（甲基醚丙二醇乙酸酯；PGMEA）中
溶解甲酚树脂等获得的溶液来形成抗蚀剂材料。
根据本发明采用上述结构，减少了晶体管特性中的变化，由此，
可以提供这样的显示器件，其中减少了由于晶体管特性的变化而引起
的亮度变化。而且，根据本发明采用非晶半导体，可以有效地制造从
几英寸到几十英寸尺寸范围内的大平板，由于没有结晶步骤并且需要
小数目的掩模，而引起生产成本的降低。此外，根据制造步骤中的热
处理温度，可以在诸如塑料的轻薄且廉价的柔性基板上形成非晶半导
体。因此，可以拓宽显示器件的应用范围。
辅助布线有助于降低第二导电层的电阻，而造成功率消耗的降低。
通过设置辅助布线，可以防止由于布线电阻引起的缺陷布线和灰度级，
还可以抑制电压下降，从而向发光元件施加恒定电压。因此，可以提
供提高了图像质量的显示器件。本实施方式中所述的结构在具有几十
英寸尺寸的大平板的制造中是有效的。这是由于随着平板尺寸的增大，
电阻值会成为问题。
实施方式2
参考附图描述本发明的实施方式。
图8A是包括具有绝缘表面的基板200的平板的顶视图。在基板200
上，形成扫描线驱动器电路203和包括排列成矩阵的多个像素201的
像素部分202。多个驱动器IC 205附着在基板200上，且多个驱动器
IC 205对应信号线驱动器电路204。扫描线驱动器电路203和信号线
驱动器电路204连接到电源电路206和控制器207。
电源电路206为平板提供电源，并特别地连接到设置在像素部分
202中的电源线。电源线也称为阳极线或阴极线。阳极线具有和高电
位电压VDD相同的电位，阴极线具有和低电位电压VSS相同的电位。
控制器207为信号线驱动器电路204和扫描线驱动器电路203提供时
钟、反时钟（clock back）、启动脉冲和视频信号。如本实施方式中，
在信号线驱动器电路204包括多个驱动器IC 205的情况下，控制器
207还确定将哪个视频信号提供给每个驱动器IC，即，它将信号分类。
虽然在图8中只有扫描线侧的驱动器电路整体地形成在基板上，
但是本发明不限于此，并且根据驱动器电路的工作频率，信号线侧的
驱动器电路也可以整体地形成在相同的基板上。然而，优选的是，扫
描线侧的驱动器电路整体地形成在基板上，而信号线侧的驱动器电路
以驱动器IC形成。据此，扫描线驱动器电路和信号线驱动器电路可以
分开工作，这是由于信号线驱动器电路在50MHz或更高的频率（例如
65MHz或更高）下工作，而扫描线驱动器电路在其百分之一的频率下
工作，即大约100kMHz。在这种方式中，根据每个驱动器电路的工作
频率，可以选择将驱动器电路整体地形成在基板上，或将驱动器IC附
着在基板上。
图8B是包括具有绝缘表面的基板200的平板的顶视图。在基板200
上形成包括排列成矩阵的多个像素201的像素部分202。通过COG将
信号线侧的驱动器IC 209和扫描线侧的驱动器IC 208附着在基板200
上。这些驱动器IC 208和209以连接布线210连接到外部输入端211，
并通过外部输入端211连接到电源电路206和控制器207。虽然，在
图8B中通过COG将驱动器IC附着在基板上，但本发明不限于此。可
以通过TAB将驱动器IC附着到基板上，或通过FPC连接到基板上来取
代附着于其上。而且，驱动器IC的长侧和短侧的长度以及所安装的驱
动器IC的数量没有专门的限制。
每个像素201包含包括夹在一对电极之间的发光材料的发光元件，
和其沟道部分由非晶半导体或有机半导体构成的晶体管。发光元件的
第一电极连接到阳极线，且其第二电极连接到阴极线。根据本发明，
在发光元件不发光期间，阳极线和阴极线的电位相互转换，从而对发
光元件施加反向偏置电压。通过从控制器207向电源电路206提供的
预定信号来确定向发光元件施加反向偏置电压的时序。因此，在本发
明中，电源电路206和控制器207共同被称为反向偏置电压施加电路。
当本发明的显示器件用于显示具有多级灰度级的图像时，时间灰
度级是可应用的。这是由于在发光元件不发光期间通过施加反向偏置
电压，可以在不影响灰度级显示的情况下施加反向偏置电压。
通常，将所有像素中阳极线和阴极线之一或二者共同连接。因此，
反向偏置电压不得不同时向所有像素施加。因此为了向发光元件施加
反向偏置电压，可以添加半导体元件。该半导体元件对应晶体管或二
极管，并且允许任意地施加反向偏置电压，例如每个像素或每根线。
具体地，一旦半导体元件导通，就向发光元件施加反向偏置电压。也
就是说，当半导体元件导通时，发光元件电连接到具有比发光元件的
反向电极更低电位的布线，由此向发光元件施加反向偏置电压。当施
加反向偏置电压时，发光元件必然不发光。然而，根据前述结构，可
以在任意时序下向任意像素施加反向偏置电压，因此，可以实现灰度
级显示而没有任何问题。该结构适用于其他用于实现多级灰度级的驱
动方法，例如模拟驱动方法以及时间灰度级。
根据采用上述结构的本发明，可以防止发光元件随时间的退化，
得到具有提高了可靠性和长寿命元件的显示器件。该实施方式可以与
前述实施方式组合实现。
实施方式3
在本实施方式中，将参考10A和10B描述CMOS电路的截面结构，
该CMOS电路包括其沟道部分由非晶半导体构成的N型晶体管和其沟道
部分由有机半导体构成的P型晶体管。
图10A是包括串联连接的P型晶体管221和N型晶体管222的等
效电路图，且其一端具有和VDD相同的电位，而另一端具有和VSS相
同的电位。图10B是这些晶体管的横截面图。在图10B中，在基板200
上形成导体231和232，并在其上形成氮化硅233。然后，在氮化硅
233上形成非晶半导体234，并在其上形成另一氮化硅241。在氮化硅
241上，依次层叠N型半导体和导体，然后将其同时构图以形成N型
半导体235和242以及电极236和237。随后，形成电极238和239，
并在其后形成用作沟道层的有机半导体240。对于有机半导体240，可
以使用诸如并五苯的低分子量有机化合物、诸如PEDOT和PPV的高分
子量有机化合物等，并且可以通过使用金属掩模的气相淀积来构图并
五苯。以这种方式，完成包括其沟道部分由非晶半导体234构成的N
型晶体管和其沟道部分由有机半导体240构成的P型晶体管的COMS电
路。
CMOS电路是形成移位寄存器、缓冲器等的时钟控制反向器等的单
元电路。因此，虽然由于工作频率，本实施方式的CMOS电路优选用作
扫描线侧的驱动器电路，但该CMOS电路可以用作驱动器电路和像素电
路。具体说来，期望用本实施方式的CMOS电路形成扫描线侧的驱动器
电路，并用驱动器I C形成信号线侧的驱动器电路。虽然用本实施方式
中的CMOS电路形成驱动器电路，但本发明不限于此。不必说，可以仅
用N型晶体管（a-Si：HTFT）或P型晶体管（有机TFT）形成驱动器
电路。
本实施方式可以与前述实施方式组合实现。
实施方式4
本发明提供一种包括多个像素的显示器件，每个像素包括具有夹
在一对电极之间的发光材料的发光元件，并包括其沟道部分由非晶半
导体或有机半导体构成的晶体管。下文中参考图11A至11F阐释像素
的结构。
在图11A所示的像素中，信号线310和电源线311至313排列成
列，且扫描线314排列成行。像素还包括用于开关的晶体管301、用
于驱动的晶体管303、用于电流控制的晶体管304、电容302和发光元
件305。
图11C所示的像素具有与图11A所示的相同的结构，除了晶体管
303的栅电极连接到排列成行的电源线313上。也就是说，图11A和
11C中的像素都示出了相同的等效电路图。然而，在电源线313排列
成列（图11A）的情况和在电源线313排列成行（图11C）的情况之间，
电源线形成在不同的导电层上。为了使用于形成连接到图11A和图11C
中晶体管303栅电极的布线的层之间的区别清楚，将两个像素各在图
11A和11C中示出。
在图11A和11C中，像素中的晶体管303和304串联连接，且晶
体管303的沟道长度L3/沟道宽度W3与晶体管304的沟道长度L4/沟道
宽度W4的比率设置为L3/W3：L4/W4=5到6000：1。例如，当L3、W3、L4
和W4分别等于500μm、3μm、3μm和100μm时，可以将L3/W3：L4/W4
设置为6000：1。
晶体管303工作在饱和区并控制在发光元件305中流过的电流量，
而晶体管304工作在线性区并控制是否向发光元件305提供电流。考
虑到制造步骤，这些晶体管303和304优选地具有相同的电导率。对
于晶体管303，可以使用耗尽型晶体管以及增强型晶体管。根据具有
前述结构的本发明，由于晶体管304工作在线性区，因此晶体管304
的VGS中的微小变化不影响在发光元件305中流过的电流量。也就是说，
在发光元件305中流过的电流量由工作在饱和区的晶体管303确定。
因此，可以提供一种显示器件，其中减小了由于晶体管特性的变化而
引起的亮度变化并提高了图像质量。
图11A至11D中的晶体管301控制输入到像素的视频信号。当晶
体管301导通并向像素输入视频信号时，视频信号被保持在电容302
中。虽然图11A至11D中的像素包括电容302，但是本发明不限于此。
当栅极电容等可以取代电容保持视频信号时，不必提供电容302。
发光元件305包括夹在一对电极之间的电致发光层。像素电极和
反向电极（阳极和阴极）具有电位差，以便向发光元件305施加正向
偏置电压。电致发光层由选自多种有机材料或无机材料的至少一种材
料构成。电致发光层中的发光包括当激发的单重态返回到基态时产生
的发光（荧光）和当激发的三重态返回到基态时产生的发光（磷光）。
图11B所示的像素具有与图11A所示的相同的结构，除了增加了
晶体管306和扫描线315。类似地，图11D所示的像素具有与图11C
所示的相同的结构，除了增加了晶体管306和扫描线315。
通过增加的扫描线315控制晶体管306开/关。当晶体管306导通
时，释放保持在电容302中的电荷，由此将晶体管304关断。也就是
说，通过设置晶体管306可以强制地停止向发光元件305提供电流。
因此，通过采用图11B和11D所示的结构，在信号写入所有像素之前，
可以使发光周期与写周期同时开始或在写周期之后立刻开始，从而提
高占空比。
在图11E所示的像素中，信号线350排列成列，且电源线351和
352以及扫描线353排列成行。像素还包括开关晶体管341、驱动晶体
管343、电容342和发光元件344。图11F所示的像素具有与图11E所
示的相同的结构，除了增加了晶体管345和扫描线354。要指出的是，
图11F的结构由于晶体管345还可以提高占空比。
本实施方式可以与前述实施方式组合实现。
实施例1
包括一对电极之间的发光材料的发光元件和包括非晶半导体或有
机半导体的晶体管是本发明的基本元件，并且发光元件和晶体管提供
在每个像素中。当在每个像素中提供包括非晶半导体的晶体管的情况
下，通过COG或TAB将驱动器IC通常安装在基板上，或通过FPC连接
到基板上。下文中描述的是其中将多个驱动器IC形成在矩形基板上并
安装在基板上的实施例。
图9A是在扫描线侧和信号线侧分别包括驱动器IC 251和252的
平板的顶视图。其他元件与图8B所示平板的元件相同，因此在此省略
其阐释。
图9B是附着在基板上的驱动器IC的透视图。多个驱动器电路以
及用于连接多个驱动器电路的输入和输出端形成在基板253上。当使
用每个驱动器电路及其相应的输入和输出端作为单元，而将基板253
分隔成条或矩形时，获得多个驱动器IC。然后，将驱动器IC附着在
基板200上以完成显示器件。在图9B中，将作为扫描线驱动器电路的
驱动器IC 252和作为信号线驱动器电路的驱动器IC 251安装在基板
上。
优选的是，信号线和扫描线具有与驱动器IC的输出端相同的间距。
据此，不必在像素部分202的端部每隔几块就提供引线，导致了制造
步骤中提高的产量。而且，通过在矩形基板253上形成驱动器IC，可
以大量地生产它们，而导致提高的生产率。因此，作为基板253，例
如大基板，优选使用在长度上具有约300到1000mm的边的基板。与在
圆形硅晶片上形成IC芯片的情况相比，其提供了极大的优点。然而，
当将基板253分隔开以便使驱动器IC的长边具有与像素部分202的垂
直或水平方向相同的长度时，可以减少驱动器IC的数量并且可以提高
可靠性。
这些驱动器IC优选地由结晶半导体构成，且结晶半导体优选地通
过辐射连续波激光获得。由此，作为产生激光的振荡器，期望使用连
续波固体激光器或连续波气体激光器。当辐射连续波激光时，晶粒界
面在激光的扫描方向中延伸。利用这种特性，构图半导体层以便晶粒
界面方向平行于沟道长度方向。由此，可以获得使用具有足够电特性
的结晶半导体作为有源层的薄膜晶体管。
优选的是，设置在信号线侧且设置在扫描线侧的驱动器IC具有不
同的结构，具体地，它们在薄膜晶体管的栅绝缘层厚度上不同。由此
可以独立地操作信号（数据）线驱动器电路和扫描线驱动器电路。具
体地，在形成信号线驱动器电路的薄膜晶体管中，栅绝缘层的厚度设
置为20到70nm且沟道长度设置为0.3到1μm。另一方面，在形成扫
描线驱动器电路的薄膜晶体管中，栅绝缘层的厚度设置为150到250nm
且沟道长度设置为1到2μm。在这种方式中，可以获得包括其每一个
具有与每个驱动器电路相应的工作频率的驱动器IC的显示器件。本实
施方式可以与前述实施方式组合实现。
实施例2
包括一对电极之间的发光材料的发光元件和包括非晶半导体或有
机半导体的晶体管是本发明的基本元件，并且发光元件和晶体管提供
在每个像素中。在这种包括非晶半导体的晶体管中，电特性（阈值电
压、场效应迁移率等）随时间而改变。因此，参考阈值电压，在下文
中描述阈值补偿电路。
参考图17A至17D阐释阈值补偿电路。图17A是包括由晶体管等
构成的开关531和532、晶体管533和电容534的等效电路。简要描
述该电路的工作。
当开关531和532接通时（图17A），电流Ids从开关531提供到
晶体管533，并从开关531和532提供到电容534。Ids被分成I1和I2，
且满足Ids=I1+I2。当电流开始流动时，电荷未保持在电容534中，
晶体管被关断，由此，满足I2=0且Ids=I1。然而，随着电荷被保持在
电容534中，电容534两电极之间的电位开始不同。当电极之间的电
位差等于Vth时，晶体管533导通，且I2大于0。由于此时满足Ids=I1
+I2，因此I1逐渐地减小，尽管电流继续流动。电容534继续保持电荷
直到电极之间的电位差等于Vdd为止。当电极之间的电位差等于Vdd时，
I2停止流动，且由于晶体管533导通，满足Ids=I1（图17C和17D，点
A）。
随后，开关531被关断（图17B）。由此，保持在电容534中的电
荷通过开关532在晶体管533的方向中流动以被放电。该操作持续到
晶体管533被关断为止。也就是说，电容534保持有具有与晶体管533
的阈值电压相同电位的电荷（图17C和17D，点B）。
以该方式，可以将电容两电极之间的电位差设置为与晶体管的阈
值电压相同。将信号电压输入到晶体管的栅电极，同时保持晶体管的
VGS。由此，将加到信号电压上的保持在电容中的VGS输入到晶体管的栅
电极。换言之，即使当晶体管的阈值电压存在变化时，信号电压和晶
体管的阈值电压也将恒定地输入到晶体管。因此，可以降低晶体管阈
值电压的变化。
通过采用阈值补偿电路，可以降低用于驱动发光元件的驱动晶体
管阈值电压的变化，还可以降低由于阈值电压的这种变化而引起的亮
度的变化，并且可以获得提高了图像质量的显示器件。要指出的是，
本实施方式的阈值补偿电路可以应用于图11A至11F所示的像素电路
中。在这种情况下，可以提供阈值补偿电路以便补偿具有对其输入信
号电压的栅电极的驱动晶体管的阈值电压。
虽然在本实施例中作为示例示出了用于阈值电压的补偿器，本发
明还可以包括用于其他电特性的补偿器。例如，可以提供用于场效应
迁移率的补偿器。本实施例可以与前述实施方式和实施例组合实现。
实施例3
为了形成发光元件，任意地组合空穴注入层、空穴传输层、空穴
阻挡层、电子传输层等。然而，电子注入层优选地由已知为适于仅传
输电子的材料的浴铜灵（BCP）形成，其掺杂有锂（Li），这是由于当
浴铜灵掺杂有锂时，可以急剧提高电子注入特性。
而且，苯并恶唑衍生物（BzOS）和吡啶衍生物是具有良好的电子
传输特性的材料且在淀积时不易结晶。此外，当包含碱金属、碱土金
属和过渡金属中的至少一种时，这些材料可以具有极佳的电子注入特
性。因此，在包括位于一对电极之间的发光材料的发光元件中，包括
在发光材料中的部分层优选由苯并恶唑衍生物或吡啶衍生物构成。
也就是说，当电子注入层由包括苯并恶唑衍生物或吡啶衍生物和
碱金属、碱土金属和过渡金属中的至少一种的用于发光元件的电子注
入特性的合成物构成时，电子可以更容易从起阴极作用的电极注入。
此外，由于吡啶衍生物在淀积时不会有效地结晶，因此可以提供比以
往具有优越特性和更长寿命的发光元件以及使用该发光元件的显示器
件。本实施例可以与前述实施方式和实施例组合实现。
实施例4
在本实施例中，描述发光元件的叠层结构。要指出的是，在此参
考图1B中由虚线包围的区域5700和5710的放大图进行描述。图18A、
18C和19A与区域5700的放大图相应，而图18B、18D和19B与区域
5710的放大图相应。图1B的截面结构与图18A至18D以及图19A和
19B的截面结构的相同之处在于它们包括绝缘体5070和5080、连接布
线5060和像素电极5100，但是它们的不同之处在于将在下文中通过
使用不同的参考数字描述的其他元件。
在图18A和18B中，在绝缘体5070上形成绝缘层5080，并在其上
形成连接布线5060。连接布线5060电连接到驱动晶体管的源电极或
漏电极。在绝缘体5080上，还形成通过构图与连接布线5060相同的
导体而获得的辅助布线5200。然后，形成像素电极5100以便与连接
布线5060连接，并在像素电极5100上，依次层叠空穴注入层5110、
发光层5120和电子注入层5130。最后，形成保护层5240。像素电极
5100、空穴注入层5110、发光层5120和电子注入层5130的重叠区域
对应发光元件5140。
通过使用金属掩模形成发光层5120，以便暴露部分辅助电极5200
而不完全覆盖开口部分。因此，在开口部分中，空穴注入层5110和电
子注入层5130依次层叠在辅助布线5200上。注意，本发明不限于该
结构，可以通过以金属掩模的方式形成空穴注入层5110和发光层
5120，仅使电子注入层5130在辅助布线5200上。
虽然在图18A和18B中来自发光元件5140的光在基板的方向中发
射，但还可以采用其中光在基板的相反方向中发射的结构。
在图18C和18D中，形成像素电极5100以便与连接布线5060连
接。在像素电极5100上，依次层叠空穴注入层5110、发光层5120、
电子注入层5130和透明导电层5800。最后，形成保护层5240。当作
为反向电极的电子注入层5130具有增大的电阻时，形成以便与电子注
入层5130连接的透明导电层抑制了电压下降。
通过金属掩模的方式形成发光层5120，以便暴露部分辅助布线
5200而不完全覆盖开口部分。因此，在开口部分中，空穴注入层5110、
电子注入层5130和透明导电层5800依次层叠在辅助布线5200上。要
指出的是，本发明不限于该结构，可以通过金属掩模的方式形成空穴
注入层5110和发光层5120，仅有电子注入层5130和透明导电层5800
形成在辅助布线5200上。可选择的，通过借助金属掩模的方式形成空
穴注入层5110、发光层5120和电子注入层5130，仅有透明导电层5800
形成在辅助布线5200上。
图18A和18B所示的保护层5240可以具有无机绝缘层和有
机绝缘层的叠层结构。参考图19A和19B描述这种情况下的截面结构。
在图19A和19B中，保护层5240具有叠层结构，其中形成无机绝
缘层5240a以便与电子注入层5130接触，并依次在无机绝缘层5240a
上层叠有机树脂层5240b和无机绝缘层5240c。当无机绝缘层5240a
和5240a由氮化硅、氮氧化硅、氧化铝或氮化铝等形成时，可以防止
湿气和氧气被发光元件5140吸收而加速其退化。而且，在无机绝缘层
5240a和无机绝缘层5240c之间提供的具有较小内部应力的有机树脂
层5240b可以防止保护层5240被应力剥落。对于有机树脂层5240b，
可以使用聚酰亚胺、聚酰胺、聚酰亚胺酰胺等。
通过使用金属掩模形成发光层5120，以便暴露部分辅助布线5200
而不完全覆盖开口部分。因此，在开口部分中，空穴注入层5110、电
子注入层5130、无机绝缘层5240a、有机树脂层5240b和无机绝缘层
5240c依次层叠在辅助布线5200上。要指出的是，本发明不限于该结
构，可以通过借助金属掩模的方式形成空穴注入层5110和发光层
5120，在辅助布线5200上依次层叠电子注入层5130、无机绝缘层
5240a、有机树脂层5240b和无机绝缘层5240c。本实施例可以与前述
实施方式和实施例组合实现。
实施例5
包括一对电极之间的发光材料的发光元件和包括非晶半导体或有
机半导体的晶体管是本发明的基本元件，并且发光元件和晶体管提供
在每个像素中。在每个像素中提供这种晶体管的情况下，形成在相同
基板上的驱动器电路还优选地用包括非晶半导体或有机半导体的晶体
管形成。然而，包括非晶半导体的晶体管不能应用于P型晶体管。因
此，在本实施例中，描述仅用N型晶体管形成的移位寄存器。
在图12A中，以400表示的块对应于用于输出单级取样脉冲的脉
冲输出电路。用n个脉冲输出电路形成移位寄存器。图12B示出了脉
冲输出电路400的详细结构，其包括N型晶体管401至406和电容407。
可以通过应用自举法，仅用N型晶体管构成脉冲输出电路400。日本
专利特许公开No.2002-335153中详细披露了该操作。
虽然在本实施例中仅用N型晶体管构成驱动器电路，但本发明不
限于此。可以使用其沟道部分包括有机半导体的P型晶体管用于形成
驱动器电路。本实施例可以与前述实施方式和实施例组合实现。
实施例6
在通过数字驱动法操作本发明显示器件的情况下，优选将时间灰
度级用于显示具有多级灰度级的图像。在本实施例中，描述时间灰度
级。图13A是时序图，其纵坐标表示扫描线，横坐标表示时间。图13B
是第j行扫描线的时序图。
在此，显示器件具有大约60Hz的帧频率。即，每秒进行60次图
像的写入，一个写图像的周期成为帧周期。在时间灰度级中，将帧周
期分成多个子帧周期。在很多情况下划分数量等于位的数量，为了简
单在此描述这种情况。也就是说，在本实施例中作为示例示出5位灰
度级，将帧周期分成五个子帧周期SF1至SF5。每个子帧周期包括用
于将视频信号写入像素的地址周期Ta，和用于使像素发光或不发光的
维持周期Ts。维持周期Ts1至Ts5的比率设置为Ts1：…：Ts5=16：8：
4：2：1。换言之，当显示具有n位灰度级的图像时，维持周期的比率
为2（n-1）：2（n-2）：…：21：20。
具有比写周期更短的发光周期的子帧周期（在此为子帧周期SF5）
具有擦除周期Te5。在擦除周期Te5期间，为了在发光周期之后不立
刻开始下一周期，重置已经写入像素的视频信号并强行重置发光元件。
当必须增加位的数量时，可以增加子帧的数量。子帧周期的顺序
不必从最高有效位排列到最低有效位，可以在帧周期内随机排列。而
且，每个帧周期可以改变子帧周期的顺序。本实施例可以与前述实施
方式和实施例组合实现。
实施例7
在本实施例中，参考图14A和14B描述信号线驱动器电路和扫描
线驱动器电路的结构示例。
如图14A所示，信号线驱动器电路包括移位寄存器3021、第一锁
存电路3022和第二锁存电路3023。同时，如图14B所示，扫描线驱
动器电路包括移位寄存器3024和缓冲器3025。图14A和14B中的结
构仅仅是示例。例如，可以将电平移动器或缓冲器增加到信号线驱动
器电路中，并且可以在扫描线驱动器电路中的移位寄存器3024和缓冲
器3025之间设置电平移动器。通过增加电平移动器，可以改变逻辑电
路部分和缓冲器部分的电压幅度。本实施例可以与前述实施方式和实
施例组合实现。
实施例8
本发明可以应用于各种电子设备，例如摄像机、数字照相机、目
镜类显示器、导航系统、诸如汽车音频系统的音频再现设备、笔记本
个人电脑、游戏机、便携式信息终端（移动计算机、移动电话、便携
式游戏机、电子图书等）、提供有记录介质的图像再现设备，例如家
庭视频游戏机（特别是，能够再现例如DVD的记录介质并具有用于显
示再现图像的显示器的设备）。这种电子设备的详细示例在图15A至
15D以及16A和16D中示出。
图15A示出了包括主体9301、音频输出部分9302、音频输入部分
9303、显示部分9304、操作开关9305等的便携式终端。图15B示出
了包括主体9101、触屏笔9102、显示部分9103、操作键9104、外部
接口9105等的PDA。图15C示出了包括主体9201、显示部分9202、
操作键9203等的便携式游戏机。图15D示出了包括主体9501、显示
部分9502、臂部分9503等的目镜型显示器。
图16A示出了具有约40英寸尺寸的大液晶电视，其包括显示部分
9401、外壳9402、音频输出部分9403等。图16B示出了包括外壳9601、
音频输出部分9602、显示部分9603等的监视器。图16C示出了包括
显示部分9701和9702等的数字照相机。图16D示出了包括外壳9801、
显示部分9802和键盘9803等的笔记本个人计算机。
在前述电子设备中，可以将本发明的显示器件应用于包括显示部
分9304、9103、9202、9502、9401、9603、9701、9702和9802的平
板中。本实施例可以于前述实施方式和实施例组合实现。
实施例9
在本实施例中，阐释了实施例4中所描述的像素电路的版图示例。
下文中描述的版图示例包括发光元件的像素电极和环绕像素电极端部
的绝缘层。在图21至23所示的版图示例中，示出了彼此相邻的三个
像素，其中一个像素表示在形成晶体管和电容之后立即的版图，另一
像素表示在形成像素电极之后立即的版图，其余像素表示在形成作为
堤的绝缘层之后立即的版图。
第一和第二版图示例示出了具有三个晶体管（3TFT/单元）的像
素。像素包括开关晶体管601、驱动晶体管602、擦除晶体管603、电
容604、排列成列的信号线609和辅助布线610，以及排列成行的扫描
线607和608（图20和21）。像素还包括包含在发光元件中的像素
电极605和绝缘层606。绝缘层606提供在相邻像素电极605之间，
并具有开口部分以暴露辅助布线610和像素电极605。辅助布线610
通过提供在绝缘层606中的开口部分连接到反向电极。提供电致发光
层以便通过绝缘层606中的开口部分与像素电极605接触，并提供反
向电极以便与电致发光层接触。
在图20所示的版图示例中，可以采用顶部发射、底部发射和双发
射。另一方面，在图21所示的版图示例中，由于像素电极605提供在
晶体管601至603之上，因此优选采用顶部发射。在图21中还可以采
用双发射。在那种情况中，为了遮蔽晶体管601至603，绝缘层606
可以由屏蔽材料形成。
第三和第四版图示例示出了具有四个晶体管（4TFT/单元）的像
素。像素包括用于开关的晶体管611、用于驱动的晶体管619、用于电
流控制的晶体管620、用于擦除的晶体管613、电容614、排列成列的
信号线612和辅助布线621，以及排列成行的扫描线617和618（图
22和23）。像素还包括包含在发光元件中的像素电极615和绝缘层
616。绝缘层616具有开口部分以便暴露辅助布线621和像素电极615。
辅助布线621通过提供在绝缘层616中的开口部分连接到反向电极。
而且，提供电致发光层以便通过绝缘层616中的开口部分与像素电极
615接触，并提供反向电极以便与电致发光层接触。根据这种结构，
像素电极615提供在晶体管611、613、619和620上以产生提高的孔
径比。因此，在该结构中优选采用顶部发射。要指出的是，在图22中
示出的版图示例中还可以采用双发射。在那种情况中，绝缘层616可
以由屏蔽材料形成，以便遮蔽晶体管611、613、619和620。
在上述结构中，晶体管601至603、611、613、619和620包括用
于沟道部分的非晶半导体或有机半导体。辅助布线610和621形成在
和晶体管601至603、611、613、619和620的栅电极相同的层中，或
形成在和连接到晶体管601至603、611、613、619和620的源电极或
漏电极的连接布线相同的层中，或形成在和像素电极605和615相同
的层中。
本申请是基于2003年6月17日向日本专利局申请的日本专利申
请序列号No.2003-172009，在此引入其内容作为参考。
虽然已经参考附图以实施方式和实施例的方式全面描述了本发
明，应当理解，各种变化和改进对本领域技术人员来说是显而易见的。
因此，除非这种变化和改进脱离下文限定的本发明的范围，否则都应
被包括其内。