CN100392872C - 电致发光显示器件及电子装置 - Google Patents

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Abstract

能够产生清晰的多灰度彩色显示的EL显示器件及具有此EL显示器的电子装置。输入到EL元件110中的电流由设置在形成于象素104内的电流控制TFT108和EL元件110之间的电阻109进行控制，电阻109的电阻值高于电流控制TFT108的通态电阻值。由按时间控制EL元件110发光及不发光的时分驱动系统来进行灰度显示，以避免由电流控制TFT108特性偏移而导致的后果。

Description

电致发光显示器件及电子装置
技术领域
本发明涉及通过在衬底上制作半导体元件(利用半导体薄膜形成的元件)而获得的电致发光(EL)显示器件以及以此EL显示器件作为显示单元的电子装置。
背景技术
近年来在衬底上形成TFT的技术取得了很大的进步，并且已开发出有源矩阵型显示器件。特别地，利用多晶硅膜的TFT具有高于传统利用非晶硅膜的TFT的电场迁移率(也称作为迁移率)，能够实现高速运行。这使得可以用与象素形成于同一衬底上的驱动电路来对象素进行以前由衬底之外的驱动电路进行的控制。
有源矩阵型显示器件引人注意的原因归于能够在同一衬底上制作出各种电路和元件而带来的优点如生产成本降低、显示器件尺寸缩小、产量提高以及批量降低。
此前的有源矩阵型EL显示器件采用的是具有图3中所示结构的象素。在图3中，参考标号301表示用作开关元件的TFT(在下文当中称作开关TFT)，302表示用作控制流入EL元件303中电流的元件(电流控制元件)的TFT(下文当中称作为电流控制TFT)，304表示电容器(保持电容)。开关TFT301连接到栅极线305和源极线(数据线)306上。电流控制TFT302的漏极连接到EL元件303上，其源极连接到电流馈线307上。
当选择栅极线305时，开关TFT301的栅极导通，源极线306上的数据信号存储在电容器304中，电流控制TFT302的栅极导通。开关TFT301的栅极截止之后，由于电容器304中聚集有电荷，故电流控制TFT302的栅极仍保持导通，在此期间，EL元件303发光。EL元件303的发光量随流动的电流量而改变。
在此，如图4中所示，流入EL元件303的电流量由电流控制TFT302的栅极电压控制。
图4(A)的图形所示的是电流控制TFT的晶体管特性，其中曲线401代表Id-Vg特性(或Id-Vg曲线)，Id代表漏极电流，Vg代表栅极电压。由此图可知相对于任何栅极电压流动的电流量。
通常，EL元件利用虚线402所包围区域上的Id-Vg特性来进行驱动。图4(B)所示的402所包围区域的放大图。
在图4(B)中，阴影区被称作亚阈值区。实际上，此区域具有接近或低于阈值电压(Vth)的栅极电压，且漏极电流随栅极电压的变化呈指数变化。在此区域中，根据栅极电压来控制电流。
当开关TFT301导通时，输入到象素中的数据信号首先存储在电容器304中，并直接用作为电流控制TFT302的栅极电压。在此，根据图4(A)中所示的Id-Vg特性，在比值为1∶1时，确定出用于栅极电压的漏极电流。即流过EL元件303的预定电流取决于数据信号，EL元件303的发光量与电流量相对应。
因此，可利用数据信号来控制EL元件的发光量，通过控制发出的光线量来得到灰度显示。此系统是所谓的模拟灰度系统，即依据信号幅值的变化来得到灰度显示。
但模拟灰度系统有一个缺陷，即这种模拟灰度系统中TFT易发生色散。例如，下面所述的情形是开关TFT的灰度与相邻象素开关TFT的灰度相同、而其Id-Vg特性不同于相邻象素开关TFT的Id-Vg特性(通常向正向或负向偏移)。
在此情形下，流入开关TFT的漏极电流随着色散度的不同而变化，不同的栅极电压施加到象素的电流控制TFT上。不同的电流流入到EL元件，结果发光量不同，不再是相同的灰度显示。
进一步地，即使施加到象素电流控制TFT上的是相同的栅极电压，而如果电流控制TFT的Id-Vg特性中存在色散的话，也无法产生相同的漏极电流。由图4(A)可明显看到，虽然施加了相同的电压，但由于利用的是漏极电流相对于栅极电压呈指数变化的区域，即使Id-Vg特性稍有不同，电流量也会发生很大的变化。相邻象素中EL元件发出的光线量也会发生很大变化。
实际上，由于开关TFT和电流控制TFT的复合色散作用，此问题变得更为严重。因此，模拟灰度系统在TFT特性中易发生色散，阻碍了多色有源矩阵EL显示器件的发展。
发明内容
鉴于上述问题来实现本发明，本发明提供一种能够产生清晰的多灰度彩色显示的有源矩阵型EL显示器件。该发明进一步提供一种以此有源矩阵型EL显示器件作为显示单元的高性能电子装置。
本申请人发现这样一个事实，即模拟灰度系统的问题是由控制流入EL元件的电流的电流控制TFT特性中存在的色散和电流控制TFT导通电阻中存在的漂移引起的。在此，导通电阻是用流过的漏极电流去除漏极电压而得到的数值。
也就是说，在电流控制TFT当中导通电阻不断改变，因此即使在相同的条件下也流过不同的电流(漏极电流)，很难获得所需灰度。
根据本发明，电阻(R)串接在电流控制TFT的漏极和EL元件之间以控制自电流控制TFT流入EL元件的电流量。为此，有必要设置一电阻值远大于电流控制TFT导通电阻值的电阻。电阻值可在1kΩ到50MΩ(优选地在10kΩ到10MΩ，更优选地在50kΩ到1MΩ)这一范围内选择。
在实现本发明时，流入EL元件的电流量由电阻(R)的电阻值确定，流入的电流总是恒定的。即本发明不用已有技术所进行的通过控制电流值来产生灰度显示的模拟灰度系统。本发明利用的是以电流控制TFT作为电流流入开关元件的时分系统灰度显示(在下文当中称作时分灰度)。
具体地说，时分灰度显示是通过下述方式完成的。在此所描述的是基于8-位数字驱动系统的256灰度(16770000色彩)的全色显示情形。
首先，将一个像帧分为8个子帧。在此，将数据输入到显示区域所有象素中的时间称作一帧。在普通的EL显示器中，振荡频率为60Hz，即一秒内形成60帧。当每秒帧数小于此值时，图象闪烁现象变得很明显。更进一步地，从一帧当中分成的多个帧称作为子帧。
每一子帧可分为寻址时间(Ta)和保持时间(Ts)。寻址时间代表在一个子帧期间将数据输入到所有象素中所需的时间，保持时间(或接通时间)代表EL元件发光的时间(图10)。
在此，用SF1表示第一子帧，用SF2到SF8表示第二子帧到第八子帧。从SF1到SF8，寻址时间(Ta)保持恒定不变。SF1到SF8的保持时间(Ts)用Ts1到Ts8来表示。
此时，将保持时间设置成Ts1∶Ts2∶Ts3∶Ts4∶Ts5∶Ts6∶Ts7∶Ts8＝1∶1/2∶1/4∶1/8∶1/16∶1/32∶1/64∶1/128。在此，SF1到SF8可以是任何顺序。根据保持时间的组合能够得到256种灰度中任一所需灰度显示。
首先，无电压(未选择)施加到象素EL元件的相对电极(未连接到TFT上的一侧，通常是阴极)上，在EL元件不发光的情况下，数据信号输入到所有象素中。这段时间是寻址时间。当数据输入到所有象素中、结束寻址时间时，电压施加到相对电极(被选)上，同时使EL元件发光。这段时间为保持时间。发光时间(象素接通)是时间Ts1到Ts8中任一时间。在此，假定预定象素在时间Ts8内接通。
数据信号输入到所有象素当中以后，时间开始进入寻址时间，再进入保持时间。在这种情形下，Ts1到Ts7中任一时间都可以是保持时间。在此，预定象素在时间Ts7内接通。
之后，在余下的6个子帧中重复进行同样的操作，接连地将保持时间设置成Ts6，Ts5，……，Ts1，并在相应的子帧中接通预定象素。
当8个子帧都已出现时，意味着一帧结束。在这种情形下，通过把保持时间加起来来控制象素的灰度。例如当选择Ts1和Ts2时，可从100％的总光线中得到75％的亮度。当选择Ts3、Ts5和Ts8时，能够得到16％的亮度。
以上所述的是256种灰度的情形。也可以实现其他任何灰度显示。
为了实现n(n是不小于2的整数)位灰度显示(2n)，首先将一帧分为n个子帧(SF1，SF2，SF3，……SF(n-1)，SF(n))以与n位灰度相对应。当灰度增大时，帧必须被分为更大的数目，且必须在更高的频率下对驱动电路进行驱动。
这n个子帧又被分为寻址时间(Ta)和保持时间(Ts)。即寻址时间和保持时间由是否将电压施加到所有EL元件所共用的相对电极上来进行选择。
n位子帧的保持时间(与SF1，SF2，SF3，……SF(n-1)，SF(n)相对应的保持时间)被设置成为Ts1∶Ts2∶Ts3∶……∶Ts(n-1)∶Ts(n)＝20∶2- 1∶2-2∶2-3……∶2-(n-2)∶2-(n-1)。
在此状态下，在任一子帧中接连地选择象素(严格地说，选择象素的开关TFT)，将预定的栅极电压(与数据信号相对应)施加到电流控制TFT的栅极上。此时，接收到使电流控制TFT导电这一数据信号的象素EL元件在寻址时间结束后指定的子帧保持时间内发光。即预定象素接通。
通过将保持时间相加起来对所有n个子帧重复此操作以控制象素灰度。因而，如果关注某一象素，则依据象素由子帧接通的时间的长短(取决于所用保持时间的多少)来对象素灰度进行控制。
如上所述，本发明的特征在于通过利用有源矩阵型EL显示器件及在电流控制TFT的漏极和EL元件之间设置使流过EL元件的电流总是恒定不变的电阻(R)来进行时分灰度显示。这种结构能够避免由TFT特性中存在色散而导致的灰度缺陷。
下面将根据以下附图对本发明的优选实施例进行详细说明。
附图说明
图1(A)和1(B)所示的是EL显示器的组成；
图2以剖面图的形式给出了EL显示器的结构；
图3所示的是传统EL显示器中象素区的组成；
图4(A)和4(B)所示的是模拟灰度系统所用的TFT特性；
图5(A)到5(E)所示的是制作EL显示器的步骤；
图6(A)到6(D)所示的是制作EL显示器的步骤；
图7(A)到7(D)所示的是制作EL显示器的步骤；
图8(A)到8(C)所示的是制作EL显示器的步骤；
图9所示的是经过放大的EL显示器象素区；
图10所示的是时分灰度系统的操作方式；
图11所示的是EL模件的形状；
图12(A)和12(B)所示的是EL模件的形状；
图13(A)到13(C)所示的是制作一接触结构的步骤；
图14所示的是EL显示器象素区的组成；
图15以剖面图的形式给出了EL显示器的结构；
图16所示的是EL显示器象素区上表面的结构；
图17所示的是EL显示器象素区上表面的结构；
图18(A)到18(E)所示的是电子装置的具体实例；
图19(A)和19(B)所示的是多晶硅膜的电子射线衍射图象；
图20所示的是EL显示器的构成电路；
图21所示的是EL显示器的构成电路；
图22所示的是EL显示器的构成电路；
图23(A)和23(B)所示的是EL元件的电学特性。
具体实施方式
图1(A)所示的是本发明有源矩阵型显示器的组成电路。图1(A)的有源矩阵型EL显示器包括由形成于衬底上的TFT构成的象素单元101、设置在象素单元周围的数据信号侧驱动电路102和栅极信号侧驱动电路103。在此，数据信号侧驱动电路或栅极信号侧驱动电路可带有置于其间的象素单元成对形成。
数据信号侧驱动电路102基本上包括移位寄存器102a、锁存器(A)102b和锁存器(B)102c。移位寄存器102a接收时钟脉冲(CK)和启动脉冲(SP)，锁存器(A)102b接收数字数据信号，锁存器(B)102c接收锁存信号。
在本发明中，输入到象素单元中的数据信号为数字信号。由于本发明不象液晶显示器一样，不取决于电压灰度显示，所以具有数据“0”或“1”的数字数据信号可直接输入到象素单元中。
在象素单元101中设置有多个矩阵形式的象素104。图1(B)所示的是经过放大的象素104。在图1(B)中，参考标号105表示连接到接收栅极信号的栅极线106及接收数据信号的数据线(也称作是源极线)107上的开关TFT。
参考标号108表示其栅极连接到开关TFT105漏极上的电流控制TFT。电流控制TFT108的漏极经电阻109连接到EL元件110上，其源极连接到电流馈线111上。EL元件110包括连接到电流控制TFT108上的阳极(象素电极)和与其间夹有EL层的阳极相对的阴极(相对电极)，阴极连接到预定电源112上。
电阻109可以是电阻值远大于电流控制TFT108导通电阻值的电阻，对于其结构没有限制。最好利用具有高电阻值的半导体层，因为它易于形成。
进一步地，设置电容器113，用于在开关TFT105未被选择(截止)时保持电流控制TFT108的栅极电压。电容器113连接到开关TFT105的漏极和电流馈线111上。
输入到象素单元中的数字数据信号由时分灰度数据信号生成电路114形成。该电路将为模拟信号或数字信号的视频信号(包括图形数据的信号)转换成实现时分灰度的数字数据，并进一步产生用于时分灰度显示的时间脉冲。
一般地，时分灰度数据信号生成电路114包括根据n位(n是不小于2的整数)灰度将一帧分为n个子帧的装置，在n个子帧中选择寻址时间和保持时间的装置，以及将保持时间设置成Ts1∶Ts2∶Ts3∶…∶Ts(n-1)∶Ts(n)＝20∶2-1∶2-2∶…∶2-(n-2)∶2-(n-1)的装置。
时分灰度数据信号生成电路114可设置在所发明的EL显示器的外侧。此时，所形成的数字数据信号输入到本发明的EL显示器中。因此，以此发明的EL显示器作为显示单元的电子装置，包括作为单独部件的本发明的EL显示器和时分灰度数据信号生成电路。
进一步地，时分灰度数据信号生成电路114也可以IC芯片的形式安装在本发明的EL显示器上。此时，由IC芯片形成的数字数据信号输入到本发明的EL显示器中。在此，以本发明EL显示器作为显示单元的电子装置包括作为一个部件的、其上安装有包括时分灰度数据信号生成电路的IC芯片的本发明EL显示器。
最后，更进一步地，时分灰度数据信号生成电路114可由TFT与象素单元104、数据信号侧驱动电路102和栅极信号侧驱动电路103形成于同一衬底上。在此，如果输入到EL显示器中的是包括图形数据在内的视频信号，便可在衬底上处理一切。此时，更进一步地，以本发明EL显示器作为显示单元的电子装置具有包含在EL显示器之内的时分灰度数据生成电路，因此可以降低电子装置的尺寸。
图2的剖面图示意性地给出了本发明有源矩阵型EL显示器的结构。
在图2中，参考标号11表示衬底，12表示用作为底层(下文当中称作为底层膜)的绝缘膜。至于衬底11，可以用透光衬底，典型地有玻璃衬底，石英衬底，玻璃陶瓷衬底或晶化玻璃衬底，该衬底必须能够经受生产过程期间的高温。
用石英衬底时可以不设置底层膜12，尽管它对于含有移动离子的衬底或具有导电性能的衬底来说都是很有效的。底层膜12可以是含硅的绝缘膜。在此说明书中，“含硅绝缘膜”具体代表氧化硅膜、氮化硅膜或是相对于硅含有预定比例的氧或氮的氮氧化硅膜(SiOxNy:x和y为整数)等绝缘膜。
参考标号201表示开关TFT，202表示电流控制TFT。它们都是n-沟道TFT。n-沟道TFT的场效应迁移率大于p-沟道TFT的场效应迁移率，因此，运行快可流过大电流。当流过相同的电流量时，n-沟道TFT可以制作成较小的尺寸。因此将用n-沟道TFT作为电流控制TFT，以便能够增大图象显示单元的有效发光面积。
在本发明中，不必将开关TFT和电流控制TFT都限制为n-沟道TFT上，这二者或其中之一也都可以是p-沟道TFT。
开关TFT201包括源极区13，漏极区14，LDD区15a到15d，包括隔离区16和沟道形成区17a和17b的有源层，栅绝缘膜18，栅极19a，19b，第一层间绝缘膜20，源极线21和漏极线22。栅绝缘膜18或第一层间绝缘膜20对衬底上所有的TFT都可以是公用的，也可以根据电路或元件的不同而改变。
在图2所示的开关TFT201中，栅极19a和19b电连接在一起形成所谓的双栅极结构。但并不仅限于双栅极结构，也可采用所谓的多栅极结构如三栅极结构等(包括具有串联连接的两个或多个沟道形成区的有源层的结构)。
多栅极结构对于减少截止电流非常有效。如果开关TFT的截止电流能够减少到足够低的程度，则图1(B)中所示的电容器112的电容量可相应减少。即能够减少电容器112所占面积。因而，采用多栅极结构能够有效地增大EL元件109的有效发光面积。
更进一步地，在开关TFT201中，将LDD区15a到15d设置成不是通过栅绝缘膜18覆盖在栅极19a和19b上的形式。这种结构能够有效地减少截止电流。进而，LDD区15a到15d的长度(宽度)可以在0.5到3.5μm之间，一般地在2.0到2.5μm之间。
从减少截止电流的观点出发，希望在沟道形成区和LDD区之间形成一个补偿区(由与沟道形成区相同成分的半导体层形成的区域、但无栅极电压施加于其上)。在具有两个或多个栅极的多栅极结构时，形成于沟道形成区之间的隔离区16(加入有与源极区或漏极区相同浓度相同杂质的区域)能够有效地减少截止电流。
电流控制TFT202包括源极区26，漏极区27，包括LDD区28和沟道形成区29的有源层，栅绝缘膜18，栅极30，第一层间绝缘膜20，源极线31和漏极线32。在图2所示情形中，电阻33和连接区34设置在漏极区27和漏极线32之间。
电阻33与图1(B)中的电阻109相对应，连接区34是用于将电阻33电连接到漏极线32上的高杂质浓度区(与漏极区27同成分的杂质区)。在此，电流控制TFT202的有源层延伸至将此TFT电连接到电阻33上。电连接决不仅限于此种结构。
55所表示的薄膜是在形成电阻33时用作掺杂掩膜的膜(下文当中称作为掩膜)，在此与栅极30同时形成。在图2中，掩膜55是由与栅极30相同的材料制成的导电膜，并且是电绝缘的。
在图2的结构中，电阻33由与LDD区28同成分的杂质区形成。电阻值由电阻长度和其横截面面积决定。它可以由不带任何杂质的本征半导体层形成，但电阻值控制有难度。因此最好通过加入杂质来控制电阻值。
当如上所述用半导体层形成电阻33时，如果EL元件发出的光线照射到电阻上时，电阻值发生变化。如图2中所示，从避免电阻值发生变化这一点出发，形成具有光屏敝性的掩膜并用其作为光线屏敝膜是很有意义的。
如图1(B)中所示，开关TFT的漏极进一步连接到电流控制TFT的栅极上。具体地说，电流控制TFT202的栅极30通过漏极线(也称作连接线)22电连接到开关TFT201的漏极区14上。栅极30具有单栅极结构，但也可以是多一栅极结构。更进一步地图1(B)中的源极线31连接到电流馈线110上。
电流控制TFT202是用于控制流入EL元件内电流量的元件，其中可以流过相对来说比较大的电流。因而，其沟道宽度(W)最好宽于开关TFT的沟道宽度。进而最好将沟道设计成具有加长的长度(L)以使得不会有过电流流入电流控制TFT202。每一象素中流过的最理想电流应在0.5到2μA之间(优选地在1到1.5μA之间)。
接下来，参见图9，如果开关TFT的沟道长度用L1(L1＝L1a+L1b)表示，其沟道宽度用W1表示，电流控制TFT的沟道长度用L2表示，其宽度用W2表示，则W1最好在0.1到5μm之间(典型地在1到3μm之间)，W2最好在0.5到30μm之间(典型地在2到10μm之间)。更进一步地，L1最好在0.2到18μm之间(典型地在2到15μm之间)，L2最好在0.1到50μm之间(典型地在1到20μm之间)。但本发明决不仅限于以上数值。在图9中，L3表示电阻长度，W3表示电阻宽度。
更进一步地，图2中所示的EL显示器还具有一个特征，即LDD区28设置在电流控制TFT202的漏极区27和沟道形成区29之间，此外，LDD区28包括经栅绝缘膜18覆盖在栅极30上的区域和未覆盖在栅极30上的区域。
电流控制TFT202允许流过相对大的、能够使EL元件203发光的电流，最好具有能够防止由于热载流子注入而损坏的措施。要显示黑色，可使电流控制TFT202截止。此时如果流过较大的截止电流，则由于对比度下降而无法显示纯黑色。因而有必要抑制截止电流。
众所周知，LDD区覆盖在栅极上这种结构对解决由热载流子注入而引起的品质下降问题非常有效。而如果整个LDD区都被覆盖，则截止电流将增大。因此除上述结构以外，本申请人采用一种新颖的结构来同时解决热载流子和截止电流的问题，在所述的新颖结构中未覆盖在栅极上的LDD区是连续设置的。
在此情形下，覆盖在栅极上的LDD区的长度在0.1到3μm之间(优选地在0.3到1.5μm之间)。当LDD区太长时，寄生电容量增大，当LDD区太短时，防止热载流子注入的效果又受到削弱。未覆盖栅极的LDD区的长度在1.0到3.5μm之间(优选地在15到2.0μm之间)。当此LDD区太长时，电流不充足，当此LDD区太短时，减少截止电流的效果又会受到削弱。
更进一步地，在上述结构中，在栅极和LDD区相互叠加的区域中形成寄生电容。因此最好不在源极区26和沟道形成区29之间形成LDD区。在电流控制TFT中，载流子(此时为电子)总是沿相同的方向流动，仅在漏极区一侧上设置LDD区便足够了。
更进一步地，从电流以大电流量流动这一观点来看，建议增大电流控制TFT202有源层(特别是沟道形成区)的厚度(优选地在50到100nm之间，更优选地在60到80nm之间)。另一方面，对于开关TFT201来说，从减少截止电流这一点出发，建议减少有源层(尤其是沟道形成区)的厚度(优选地在20到50nm之间，更优选地在25到40nm之间)。
以上所述的是象素中TFT的结构。在此情形下，同时形成驱动电路。图2所示的是用于形成驱动电路的基本单元——CMOS电路。
在图2中，将注入热载流子量减少、同时运行速度尽可能不降低这种结构的TFT用作为CMOS电路的n-沟道TFT204。此处的驱动电路代表图1中所示的数据信号驱动电路102和栅极信号驱动电路103。当然也可形成其他的逻辑电路(电平移位器，A/D转换器，信号区分电路等)。
n-沟道TFT204的有源层包括源极区35，漏极区36，LDD区37和沟道形成区38，LDD区37通过栅绝缘18覆盖在栅极39上。
为了使运行速度不下降，只在漏极区一侧上形成LDD区。在此n-沟道TFT204中，不必过多地关注截止电流，应更关注运行速度。因此最好是使LDD区37完全覆盖在栅极上以尽可能地减少电阻。换句话说，最好不用所谓的补偿。
CMOS电路中的p-沟道TFT205不会由于热载流子注入而损坏，不必特别设置LDD区。因此，有源层包括源极区40，漏极区41，沟道形成区42，栅绝缘膜18和形成于其上的栅极43。当然可以象在n-沟道TFT204中一样设置LDD区来处理热载流子问题。
当用p-沟道TFT作电流控制TFT202时，可以用与p-沟道TFT205相同结构的p-沟道TFT。
更进一步地，n-沟道TFT204和p-沟道TFT205由第一层间绝缘膜20所覆盖，并形成源极线44和45。它们通过漏极线46电连接在一起。
接下来，参考标号47表示厚度在10nm到1μm(优选地在200到500nm之间)之间的第一钝化膜。材料可以是含硅的绝缘膜(特别是氮氧化硅膜或氮化硅膜)。钝化膜47用于使所形成的TFT避免碱金属或水。最后形成于TFT上的EL层含有碱金属如钠等。也就是说，第一钝化膜47用作为防止碱金属(移动离子)渗透到TFT侧的保护膜。
更进一步地，参考标号48表示第二层间绝缘膜，它用作为平整TFT所形成台阶的平整膜。至于此第二层间绝缘膜48，优选地可以用聚酰亚胺、聚酰胺、丙烯酸或BCB(苯环丁烷)等有机树脂膜。这些有机树脂膜能够形成令人满意的低介电常数平面。由于EL层易于固化，最好使TFT台阶几乎完全被第二层间绝缘膜平整。从降低栅极线或数据线与EL元件阴极间寄生电容这一观点来看，最好形成比较厚的低介电常数材料。优选地，膜厚度在0.5到5μm(优选地在1.5到2.5μm之间)之间。
参考标号49表示由透明导电膜形成的象素电极(EL元件的阳极)，通过形成于第二层间绝缘膜48和第一钝化膜47中的接触孔(开口)连接到电流控制TFT202的漏极32上。如图2中所示，由于象素电极49不是直接连接到漏极区27上，所以可以防止EL层中的碱金属通过象素电极渗透到有源层中。
在象素电极49上形成第三层间绝缘膜50，它可以是厚度在0.3到1μm之间的氧化硅膜、氮氧化硅膜或有机树脂膜。在象素电极49上的第三层间绝缘膜50中通过蚀刻形成一个开口，开口的边缘部分蚀刻成锥形。锥角在10到60°之间(优选地在30到50°之间)。
EL层51设置在第三层间绝缘膜50上。EL层51可以是单层结构或层叠结构。当是层叠结构时能够得到高发光效率。通常，在上述象素电极上顺序形成空穴注入层、空穴输运层、发光层和电子输运层。但还可以是空穴输运层/发光层/电子输运层这种结构或空穴注入层/空穴输运层/发光层/电子输运层/电子注入层这种结构。在此实施例中，可以用任何公知结构，或者也可以在EL层中掺入彩色荧光物质。
至于有机EL材料，例如可以用在下述U.S.专利和日本专利中公开的有机材料，即U.S.专利4356429，4539507，4720432，4769292，4885211，4950950，5059861，5047687，5073446，5059862，5061617，5151629，5294869，5294870号和日本专利公开189525/1998，241048/1996，和78159/1996号中公开的有机材料。
EL显示器所采用的彩色显示系统可粗略地划分为四种系统，即形成与R(红色)、G(绿色)和B(蓝色)相对应的三类EL元件的系统；发白光的EL元件与滤色片(有色层)相结合的系统；发蓝或蓝绿色光的EL元件与荧光物质(荧光彩色变换层：CCM)相结合的系统；以及用透明电极作阴极(相对电极)、与RGB相对应的EL元件覆盖于其上的系统。
图2中所示结构用的是形成与RGB相对应的三类EL元件的这种系统。尽管图2只给出了一个象素，但也可形成与红、绿和蓝色相对应的相同结构象素，从而制成彩色显示器。
不管是哪种发光系统，本发明都可实施，上述四种系统本发明都可采用。但与EL相比荧光材料响应速度慢，存在余光问题。因此最好不用荧光材料。更进一步地，最好不用能使发光亮度降低的滤色片。
EL元件的阴极52设置在EL层51上。至于阴极52，可以用含镁(Mg)、锂(Li)或钙(Ca)的、小逸出功的材料。最好用银化镁电极(其中镁和银按Mg∶Ag＝10∶1比例混合而成的材料)。进一步地还可以用MgAgAl电极、LiAl电极或LiFAl电极。
形成EL层51之后，最好在还未暴露到外部大气当中的情形下连续形成阴极52。这是因为阴极52和EL层51之间的界面态能够大大地影响EL元件的发光效率。在此说明书中，由象素电极(阳极)、EL层和阴极形成的发光元件称作为EL元件。
对于每一象素而言，必须单独地形成EL层51和阴极52的层叠结构。由于EL层51的防水性很差，无法依据通常的光刻技术来形成。因此EL层51最好利用物理掩膜材料如金属膜等、可选地由真空淀积法、溅射法或气相法如等离子体CVD来形成。
EL层可由喷墨法、丝网印刷法或旋涂法形成。目前，这些方法当中还没有能够连续地形成阴极的方法。因此可认为上述方法比较好。
参考标号53表示能够防止阴极52受外部水分侵蚀的保护电极，连接到象素的阴极52上。至于保护电极53，最好用含铝(Al)、铜(Cu)、或(Ag)的低电阻材料。保护电极53也具有能够降低EL层中所产生热量的热辐射作用。如果在EL层51和阴极52形成之后、在未暴露到外部大气当中的情形下连续地形成保护电极53，则会更加有效。
参考标号54表示厚度在10nm到1μm(优选地在200到500nm之间)之间的第二钝化膜54。设置第二钝化膜54主要是为了保护EL层51不受水分的侵蚀而仍能有效地发挥其热辐射作用。如上所述，EL层的抗热性较差，因此应在尽可能低的温度(优选地在从室温直到120℃的温度范围内)下形成。因此，比较好的膜形成方法是等离子体CVD方法、溅射方法、真空发射法、离子注入法或溶液涂覆法(旋涂法)。
例1
下面将参考图5到8对本发明的一个实例进行描述。在此所述的是同时制作象素单元和设置在其周围的驱动电路中的TFT的方法。在此，为了简化说明，关于驱动电路，图形表示的是作为基本单元的CMOS电路。
首先参见图5(A)，制作出具有形成于其表面上的底层膜(未示出)的衬底501。在此实例中，厚度为100nm的氮氧化硅膜和厚度为200nm的氮氧化硅膜在晶化玻璃上层压成底层膜。在此，与晶化玻璃衬底相接触侧膜的氮浓度最好占总重量的10％到25％。当然也允许在石英衬底上不形成底层膜而直接形成元件。
接着，利用公知的膜形成方法在衬底501上形成厚度为45nm的非晶硅膜502。在此，膜决不仅限于非晶硅膜，也可以是具有非晶体结构的半导体膜(包括微晶半导体膜在内)。更进一步地，允许形成具有非晶结构的化合物半导体膜，例如非晶硅锗膜。
从此步骤直到图5(C)所示步骤，刚好可引用本申请人申请的日本专利公开247735/1998号的内容。该公开文本公开了利用元素如镍等作为催化剂使半导体膜结晶方法的相关技术。
首先，形成具有开口503a、503b的保护膜504。在此实例中，用厚度为150nm的氧化硅膜。用旋涂法在保护膜504上形成含镍(Ni)层(含镍层)。至于含镍层的形成，可参考上述公开文件。
接下来参见图5(B)，在惰性气体中在570℃下进行14小时的热处理使非晶硅膜502结晶。此时，自与镍接触的区域(下文称作加镍区域)506a、506b开始几乎与衬底相平行地来进行结晶，从而形成棒状晶体集中排列的晶体结构-多晶硅膜507。此时，公知地可以在图19(A)所示的电子射线衍射图上观察到与取向{110}相对应的衍射点。
接下来，如图5(C)中所示，以保护膜504作为掩膜，向加有镍的区域506a和506b加入属于族15的元素(最好是磷)。如此形成加有高浓度磷的区域508a和508b(下文当中称作为加磷区域)。
接着参见图5(C)，在惰性气体环境中、在600℃下进行12小时的热处理。由于进行了该热处理，多晶硅膜507中的镍如箭头所示迁移最终几乎全部被加磷区域508a和508b截集。这被认为是由磷导致的金属元素(此实施例中为镍)吸杂作用现象。
进行这一步骤之后，利用SIMS(二次离子质谱测定法)进行测定、测得多晶硅膜509中剩余的镍浓度至少下降至2×1017原子/cm3。镍为半导体材料的寿命限制因素。降至这一水平，它不再对TFT特性有不利影响。此外，此浓度几乎是由当前的SIMS分析进行测量的极限值。实际上，浓度还可以更低些(2×1017原子/cm3或更低)。
由此，得到多晶硅膜509，它利用催化剂进行结晶，且催化剂的浓度可降至不妨碍TFT运行的水平。之后，只能通过构图来利用多晶硅膜509形成有源层510到513。有源层513部分地包括此后用作为电阻的半导体层。在此，建议用上述多晶硅膜、在随后的构图过程当中形成用于对准掩膜的标记(图5(D))。
下面参见图5(E)，利用等离子体CVD方法形成厚度为50nm厚的氮氧化硅膜，继之在氧化环境中、在950℃下进行一个小时的热处理来进行热氧化步骤。氧化环境可以是氧气环境或加有卤素的氧气环境。
在此热氧化步骤当中，氧化作用是在有源层和氮氧化硅膜之间的分界面处进行的，厚度大约为15nm的多晶硅膜被进行氧化、形成厚度约为30nm的氧化硅膜。也就是说，形成包括互相层压在一起的厚度为30nm的氧化硅膜和厚度为50nm的氮氧化硅膜的厚度为80nm的栅绝缘膜514。更进一步而言，通过热氧化步骤之后有源层510到513的厚度为30nm。
接着参见图6(A)，形成保护掩膜515，通过栅绝缘膜514加入杂质元素(下文称作为p-型杂质元素)以确定为p-型。至于p-型杂质元素，可以用属于族13的具有代表性的元素，典型地有硼或镓。此步骤(称作沟道掺杂步骤)用于控制TFT的阈值电压。
在此实例中，利用受激等离子体离子掺杂法通过不进行质量分离的乙硼烷(B2H6)来加入硼。当然也允许采用质量分离的离子注入法。通过这一步骤，形成含硼浓度在1×1015到1×1018原子/cm3(典型地在5×1016到5×1017原子/cm3之间)之间的杂质区516到518。
接下来参见图6(B)，形成保护掩膜519a和519b，并通过栅绝缘膜514加入杂质元素(下文当中称作n-型杂质元素)以确定为n-型。对于n-型杂质元素，可以用属于族15的具有代表性的元素，典型地有磷或砷。在此实例中，通过受激等离子体等离子掺杂法在不对磷化氢(PH3)进行质量分离的情况下加入磷的浓度为1×1018原子/cm3。当然也允许利用进行质量分离的离子注入法。
需要对掺杂剂进行调节使得通过上述步骤形成的杂质区520和521含有的n-型杂质元素浓度在2×1016到5×1019原子/cm3之间(典型地在5×1017到5×1018原子/cm3之间)。
接着参见图6(C)，激括所加入的n-型杂质元素和p-型杂质元素。尽管激活方法没有限制，但由于该器件设置有栅绝缘膜514，所以最好用电加热炉进行炉内退火。更进一步地，在图6(A)的步骤中，有源层和栅绝缘膜间的分界处有被成为沟道形成区的区域损坏的可能性。因此最好在尽可能高的温度下进行热处理。
此实例用的是具有高热阻的晶化玻璃。因此，应依靠炉内退火在800℃下进行1个小时的激活步骤。可以在氧化气体中进行热氧化或在惰性气体中进行热处理。在此，激活步骤不是必须的步骤。
该步骤可将边界区域(连接区)与n-型杂质区520、521的末端区即在n-型杂质区520、521周围未加入n-型杂质元素的区域(由步骤6(A)形成的p-型杂质区)区分清楚。这意味着当制作成TFT时，LDD区和沟道形成区能够形成令人满意的连接区。
接下来，形成厚度在200到400nm之间的导电膜，接着形成掩膜526，以通过构图技术形成栅极522到525和电阻。TFT的沟道长度由栅极522到525的宽度决定。更进一步地，电阻的电阻值由掩膜526的宽度决定。
栅极可由单导电膜形成。但根据需要，栅极也可由两层或三层的叠层膜形成。栅极材料可用已知的导电膜。具体地说，可以用含有选自元素组钽(Ta)、钛(Ti)、钼(Mo)、钨(W)、铬(Cr)和硅(Si)中元素的膜；或上述元素的氮化物膜(典型地有氮化钽膜、氮化钨膜或氮化钛膜)；或上述元素相组合的合金膜(典型地有钼-钨合金或钼-钽合金)；或者上述元素的硅化物膜(典型地有硅化钨膜或硅化钛膜)。当然单层形式或层叠形式的膜都可以用。
此实施例中用的是50nm厚氮化钨膜(WN)和350nm厚钨(W)膜的叠层膜。该膜可用溅射法形成。加入惰性气体如氙(Xe)或氖(Ne)作为溅射气体，则以防止膜由于应力而脱落。
此时，形成栅极523和525，该栅极通过栅绝缘膜514覆盖在n-型杂质区520和521的一部分上。该被覆盖部分随后成为覆盖在栅极上的LDD区。栅极524a和524b看起来相互分离，但实际上却是电连接在一起的。
接下来参见图7(A)，以栅极522到525和掩膜526作为掩膜加入n-型杂质元素(此实例中为磷)。向如此形成的杂质区527到533中加入磷，其浓度为n-型杂质区520和521中磷浓度的1/10到1/2(典型地在1/4到1/3之间)。具体地说，磷浓度最好在1×1016到5×1018原子/cm3之间(典型地在3×1017到3×1018原子/cm3之间)。
再参见图7(B)，形成覆盖栅极的保护掩膜534a到534d，加入n-型杂质元素(此实例中为磷)形成含有高浓度磷的的杂质区535到542。在此情形下，也可以用磷化氢(PH3)通过离子掺杂法来加入磷，并对该区域中的磷浓度进行调节使该区域中的磷浓度在1×1020到1×1021原子/cm3之间(典型地在2×1020到5×1020原子/cm3之间)。
通过上述步骤来形成n-沟道TFT的源极区或漏极区。在此，在图7(A)步骤中形成的n-型杂质区530到532部分地保留在开关TFT中。这些保留区域与图2中开关TFT的LDD区域15a到15d相对应。
接下来如图7(C)中所示，去掉光敏抗蚀掩膜534a到534c，形成新的保护掩膜543。再加入p-型杂质元素(此实例中是硼)，形成含高浓度硼的杂质区544和545。在此利用硼化氢通过离子掺杂法加入的硼的浓度在3×1020到3×1021原子/cm3之间(典型地在5×1020到1×1021原子/cm3之间)。
在杂质区544和545中，已加入的磷的浓度在1×1020到1×1021原/cm3之间。而在此加入的硼的浓度至少为磷浓度的3倍。因此，已形成的n-型杂质区完全变成了p-型，并起p-型杂质区的作用。
接下来参见图7(D)，除去光敏抗蚀掩膜543之后，形成第一层间绝缘膜546。至于第一层间绝缘膜，可以用单层或其组合叠层形式的含硅绝缘膜。该膜厚度在400nm到1.5μm之间。在此实施例中，该膜具有800nm厚氧化硅膜层压在200nm厚氮氧化硅膜上的叠层结构。
之后，对加入的各种浓度的n-型和p-型杂质元素进行激活。优选的激活方法为炉内退火。在此实例中，是在氮气环境下、在550℃下进行4个小时的热处理。
接着，在含有3％到100％氢的大气中、在300到450℃下进行1到12小时的热处理以进行加氢处理。此步骤是用热激活氢来端接半导体膜的未成对接合键。另一种加氢方法，可以用等离子体加氢(利用受等离子体激发的氢)。
可在形成第一层间绝缘膜546时进行加氢处理。也就是说，可以在形成200nm厚氮氧化硅膜之后，进行加氢处理，再形成800nm厚的氧化硅膜。
接着参见图8(A)，在第一层间绝缘膜546中形成接触孔，以形成源极线547到550以及漏极线551到553。在此实例中，可用由溅射法连续形成的100nm钛膜、300nm含钛铝膜和150nm钛膜这三层叠层结构来形成电极。
接下来再形成厚度在50到500nm(典型地在200到300nm之间)之间的第一钝化膜554。在此实例中，可以用300nm厚的氮氧化硅膜作为第一钝化膜554。也可用氮化硅膜来代替。
在此，在形成氮氧化硅膜之前，利用含氢气体如H2、NH3等进行等离子体处理很有效。将经此预处理激活的氢加入到第一层间绝缘膜546中，利用此热处理能够提高第一钝化膜554的质量。同时，加入到第一层间绝缘膜546中的氢扩散到下层当中，使得有源层可能够有效地加氢。
接下来参见图8(B)，形成有机树脂材料的第二层间绝缘膜555。说到有机树脂，可以用聚酰亚胺、丙烯酸、BCB(苯环丁烷)。第二层间绝缘膜555必须平整TFT形成的台阶，因此应用平整性极好的丙烯酸。在此实例中，形成2.5μm厚的丙烯酸膜。
接着在第二层间绝缘膜555和第一钝化膜554中形成直到漏极线553的接触孔，从而形成象素电极(阳极)556。在此实施例中，形成110nm厚的氧化铟/锡(ITO)膜，之后使其构图形成象素电极。可以用氧化铟和2％到20％氧化锌(ZnO)混合而成的透明导电膜。象素电极用作为EL元件的阳极。
接着形成500nm厚的含硅绝缘膜(此实例中为氧化硅膜)，并在其中与象素电极556相对应的位置处形成一个开口，以形成第三层间绝缘膜557。在形成开口时，利用湿法蚀刻能够很容易地形成一锥形侧壁。当开口的锥形侧壁倾斜不够平缓时，EL层由于此台阶的原因将明显劣化。
接下来在未暴露于外界大气的情况下，通过真空蒸发法连续地形成EL层558和阴极(银化镁电极)559。EL层558的厚度在80到200nm之间(典型地在100到120nm之间)，阴极559的厚度在180到300nm之间(典型地在200到250nm之间)。
在此步骤中，连续地形成红色象素、绿色象素和蓝色象素的EL层和阴极。在此，EL层抗溶解性较差，必须单独形成各种颜色的EL层，而不能依赖光刻技术。利用金属掩膜可隐藏掉除所要求象素之外的区域，仅在所要求的区域上有选择地形成EL层和阴极。
也就是说，可设置一掩膜来隐藏除红色象素之外的所有区域，通过此掩膜，可有选择地形成发红光的EL层和阴极。接下来设置一掩膜来隐藏除绿色象素之外的所有区域，利用此掩膜，可有选择地形成发绿光的EL层和电极。接着相类似地，设置一掩膜来隐藏除蓝色象素之外的所有区域，通过此掩膜，可有选择地形成发蓝光的EL层和阴极。尽管以上用的是不同的掩膜，但也可重复使用相同的掩膜。最好是在不破坏真空状态的情况下进行处理，直到在所有象素上形成EL层和阴极时止。
EL层558可以用已有材料。已有材料实例是需要考虑驱动电压的有机材料。例如EL层可以有四层结构，包括空穴注入层，空穴输运层，发光层和电子注入层。在此实例中，进一步地，用银化镁电极作为EL元件的阴极。也可以用其他任何已有材料。
至于保护电极560，可以用以铝为主要成分的导电膜。可以用与形成EL层和阴极的掩膜不同的掩膜、通过真空蒸发法来形成保护电极560。更进一步地，最好在形成EL层和阴极之后、在未暴露到外部大气情况下连续地形成保护电极560。
最后，形成厚度为300nm氮化硅的第二钝化膜561。实际上，保护电极560起防止EL层进水的作用。形成第二钝化膜561之后，能够更进一步地增强EL元件的稳定性。
这样，便制作完成了具有图8(C)中所示结构的有源矩阵型EL显示器。实际上，制作到图8(C)之后，最好用一种高气密性保护膜(叠层膜，紫外线可固化树脂膜等)或用一外壳件如陶瓷密封罐来对器件进行包装(密封)。此时，在外壳件内部充填惰性气体，或者在其内部设置吸水材料(例如氧化钡)，都能够提高EL层的稳定性(寿命)。
通过处理如进行包装提高了气密性之后，再固定上用于将形成于衬底上的元件或用于将电路中伸出的端子连接到外部信号端子上的连接器(柔性印刷电路：FPC)，便可得到一个成品。在此说明书中，制作到此种可以装箱状态的EL显示器被称作为EL模件。
在此，将参考图11的透视图对此实例的有源矩阵型EL显示器结构进行说明。此实例的有源矩阵型EL显示器由形成于玻璃衬底601上的象素单元602、栅极侧驱动电路603、和源极侧驱动电路604组成。象素单元中的开关TFT605是一n-沟道TFT，设置在与栅极侧驱动电路603相连接的栅极线606和与源极侧驱动电路604相连接的源极线607的交点上。开关TFT605的漏极连接到电流控制TFT608的栅极上。
电流控制TFT608的源极连接到电流馈线609上，且电流控制TFT608的漏极通过电阻610连接到EL元件611上。一预定电压施加到EL元件611的阴极上。
用作为外部输入端子的FPC612设置有用于将信号输送到驱动电路中的输入导线(连接导线)613、614和连接到电流馈线609上的输入导线615。
下面将参考图12(A)和12(B)对包括外壳件在内的此实例EL元件进行说明。根据需要可以用图11中所用的参考标号。
在衬底1200上形成象素单元1201、数据信号侧驱动电路1202和栅极信号侧驱动电路1203。来自驱动电路的导线通过输入导线613到615到达FPC612并连接到外部单元上。
在此情形下，设置外壳件1204，该外壳件至少包围象素单元、优选地包围驱动电路和象素单元。外壳件1204为内部尺寸大于EL元件外部尺寸的、有凹槽的形状或者为片状，用粘结剂1205将其固定到衬底1200上，以与衬底1200形成一密闭空间。此时，EL元件完全密封在密闭空间内，与外界空气完全隔绝。可以设置多个外壳件1204。
外壳件1204的材料最好是绝缘材料如玻璃聚和物等。还可以用非晶玻璃(硼-硅玻璃、石英等等)、结晶玻璃、陶瓷玻璃、有机树脂(丙烯酸树脂、苯乙烯树脂、聚碳酸酯树脂、环氧树脂)或硅树脂。进一步地还可以用陶瓷。如果粘结剂1205是一种绝缘材料，则还可以用金属材料如不锈钢合金。
更进一步地，粘结剂1205的材料可以是环氧树脂或丙烯酸树脂。也可以用热固树脂或光养护树脂来作为粘结剂。这种材料应尽可能地不透水。
进一步地最好在外壳件和衬底1200之间的空隙1206中充填一种不活泼气体(氩，氦，氖或氮)。但不仅限于气体，也可以用惰性液体(以全氟烷化为代表的液态氟化碳)。就惰性液体而论，可以用日本专利申请公开平78519/1996号中所用的材料。
在空间1206中加入干燥剂也很有效。干燥剂可以用日本专利申请公开148066/1997号中公开的材料。典型地可以用氧化钡。
此外，如图12(B)中所示，象素单元内设置有多个象素，每一象素都有一独立EL元件，所有的象素都有一个作为公共电极的保护电极1207。在此实例中，最好在未暴露于外部空气的情况下连续地形成EL层、阴极(银化镁电极)和保护电极。但如果用相同的掩膜材料来形成EL层和阴极，用另一种掩膜材料来形成保护电极的话，也能够实现图12(B)的结构。
此时，可以只在象素单元上而不必在驱动电路上设置EL层和阴极。当然也允许在驱动电路上设置EL层和阴极。但考虑到EL层中含有碱金属，还是不在驱动电路上设置EL层和阴极为好。
在由1208所表示的区域上，保护电极1207通过连接导线1209连接到输入导线1210上，连接导线由与象素电极相同的材料制成。输入导线1210是一向保护电极1207施加预定电压(此实例中为地电势或具体地说为0V)的电流馈线，通过一导电胶膜材料1211连接到FPC611上。
下面将参考图13对在区域1208中实现接触结构的制作步骤进行描述。
首先根据此实例的步骤，可以得到图8(A)所示的状态。此时，在衬底末端(图12(B)中用1208表示的区域)除去第一层间绝缘膜544和栅绝缘膜514，且在形成图8(A)的源极线和漏极线(图13(A))的同时在其(衬底)上形成输入导线1210。
接下来参见图8(B)，在对第二层间绝缘膜553和第一钝化膜552进行蚀刻时，除去由1301所表示的区域并形成开口1302。形成用以覆盖开口1302的连接导线1209。当然在图8(B)中，连接导线1209可以与象素电极554同时形成(图13(B))。
在此状态下，在象素单元中形成EL元件(形成第三层间绝缘膜，EL层和阴极)。此时，在图13所示的区域中，未用掩膜等来形成第三层间绝缘膜和EL元件。形成阴极557之后，利用另一掩膜来形成保护电极558。由此，保护电极558和输入导线1210通过连接导线1209电连接在一起。接着，形成第二钝化膜559以得到图13(C)所示的状态。
通过以上步骤，可得到图12(B)中1208所示区域的接触结构。输入导线1210通过外壳件1204和衬底1200之间的间隙(此间隙中填充有粘结剂1205，此粘结剂1205的厚度应足够大以便能够使由输入导线造成的台阶得到平整)连接到FPC611上。尽管在此只对输入导线1210进行了说明，但其他的输出导线612到614也可以同样的方式从外壳件1204之下穿过而连接到FPC611上。
实例2
此实例涉及的是图14中所示的不同于图1(B)中所示结构的象素结构。
在此实例中，图1(B)中所示的两个象素相对于施加地电势的电流馈线111对称设置。也就是如图14中所示，电流馈线111为相邻两个象素的公共线，从而减少了导线数目。设置在象素中的TFT的结构不变。
利用此种结构可制作出更小的象素单元并能提高图象质量。
用电流馈线111作为公共线，可使电流馈线111的宽度裕度进一步增大；即能够在降低图象亮度的情况下增大电流馈线111的宽度。这可减少由于电流馈线111电压下降而引起的后果，避免出现通过电流馈线111施加的电压随着象素位置的不同而改变这种情况。
根据实例1的制作步骤可轻易地实现此实例的结构。
实例3
参考图15，此实例涉及的是形成结构不同于图1中所示结构象素单元的情形。至形成第二层间绝缘膜48这一步骤之前的所有步骤都可根据实例1的相应步骤来进行。被第二层间绝缘膜48覆盖的开关TFT201和电流控制TFT202与图1中所示相应部件的结构相同，在此不再进行说明。
在此实例中，在第二层间绝缘膜48和第一钝化膜47中形成接触孔之后，形成象素电极61。在此实例中，形成厚度为200nm的铝合金膜(含有1wt％钛的铝膜)作为象素电极61。象素电极可以用任何金属材料，但该象素电极最好具有高反射系数。
接着在其上形成厚度为300nm、为氧化硅膜的第三层间绝缘膜62，继之形成厚度为230nm的银化镁电极作为阴极63，再继之自下侧开始形成20nm厚度的电子输运层、40nm厚的发光层以及30nm厚的空穴输运层作为EL层64。在此形成的EL层64的图形必须稍大于阴极63。这样能够防止阴极63与之后形成的阳极65之间发生短路。
在此，在未暴露到外部空气的情况下，利用多室型真空蒸发机(也称作组合工具系统)连续地形成阴极63和EL层64。首先，利用第一掩膜在所有象素上形成阴极63，再利用第二掩膜形成发红光的EL层。再通过改变第二掩膜依次形成发绿光的EL层和发蓝光的EL层。
当与RGB相对应的象素排列成条状时，可以用上述方法简单地转换第二掩膜。但为了得到所谓的三角形排列象素结构，应将第三掩膜用于发绿光的EL层，将第四掩膜用于发蓝光的EL层。
直到形成EL层64之后，再在其上形成110nm厚的透明导电膜(此实施例中的薄膜为含1％氧化锌的ITO膜)阳极65。由此，形成EL元件206，且如果用例1中所述材料形成第二钝化膜66，便可制成具有图15所示结构的象素。
在此实例的结构中，象素产生的红光、绿光和蓝光照射到形成有TFT的衬底的相对侧。因此，象素中几乎所有的区域、即形成TFT的区域都可以用作有效发光区。结果，象素具有能够增强图象亮度和对比度值(明暗比)的增大的有效发光面积。
此实例的结构可与实例1或实例2的任一结构自由组合。
实例4
该实例涉及的是根据实例1制作出的有源矩阵型EL显示器中的象素结构。此说明参考图16，其中与图1和2中相对应的部分用与图1和2中相同的参考标号来表示。
在图16中，参考标号201表示开关TFT，此开关TFT包括源极区13，漏极区14和栅极线(也用作栅极)106。更进一步地，参考标号202表示电流控制TFT，此电流控制TFT包括源极区26，漏极区27和栅极30。电流控制TFT1202的漏极通过电阻33(图16中位于掩膜55之下的半导体层)、连接区34和漏极线32电连接到象素电极49上。虚线51和52表示形成EL层51和阴极52的位置，EL元件203由象素电极49、EL层51和阴极52形成。
在此，开关TFT201的漏极线22通过接触件1601电连接到电流控制TFT的栅极30上。栅极30在与电流控制TFT202的源极线31相叠加的部分形成保持电容113。源极线31电连接到电流馈线111上。
在此实例中，图16中所示的象素结构不对本发明构成限制，仅代表一优选实例。形成开关TFT、电流控制TFT和保持电容的位置可由设计人员选择。此实例可与实例1到3的任一结构自由组合。
实例5
此实例涉及不同于实例4结构的有源矩阵型EL显示器中象素结构。具体地说，图16所示的象素结构和图17所示的象素结构只是栅极线的材料不同。除栅极线结构之外，图17结构与图16结构都相同，此处不再详述。
在图17中，如例1中的栅极一样，参考标号71a和71b代表由氮化钨膜和钨膜的叠层膜形成的栅极。如图17中所示，它们可以有独立的图案，也可以有电连接在一起的图案。栅极在形成时是电浮置的。对于栅极71a和71b，可以用氮化钽膜和钽膜的叠层膜或任何其他的导电膜如钼和钨的合金膜。但该膜能够进行细加工，能够形成宽度不大于3μm(优选地不大于2μm)的细线。更进一步地说，该膜最好不含有可在栅绝缘膜中扩散并渗透到有源层中的元素。
另一方面，至于栅极线72，可以用电阻值小于栅极71a和71b电阻值的导电膜，典型地可以用以铝为主要成分的合金膜或以铜为主要成分的合金膜。栅极线72不需要特别微细的可成形性。此外，由于它未覆盖在有源层上，所以如果它含有易扩散于绝缘膜中的铝或铜的话也不会有问题。
为了得到此实例的结构，应在实例1图7(D)形成第一层间绝缘膜544步骤之前进行激活步骤。在这种情形下，在栅极71a和71b暴露的状态下进行热处理。当在惰性气体充足的环境或在氧浓度优选地不大于1ppm的惰性气体环境中进行热处理时，栅极71a和71b不会被氧化。也就是说，电阻值不会由于氧化而增大，栅极未被难以去除的绝缘膜(氧化膜)所覆盖。
完成激活步骤之后，形成以铝或铜为主要成分的导电膜，并通过构图形成栅极72。此时，在栅极71a和71b与栅极线72相接触的区域上可保持令人满意的欧姆接触，使得能够向栅极71a和71b施加一预定的栅极电压。
当图象显示区较大时，此实施例的结构尤其有效，理由在下面进行说明。
在本发明的EL显示器件中，被驱动帧分为多个子帧，且驱动象素单元的驱动电路必须承受很大的负载。为了降低负载，最好尽可能地降低象素单元负载(导线电阻，寄生电容，TFT写电容等)。
利用多晶硅膜能够获得高运行性能的TFT，所以TFT的写电容不是大问题。数据线或栅极线的寄生电容，基本上是相对于形成于上述接线上的EL元件阴极(或保护电极)形成的。通过形成厚度在1.5到2.5μm之间的、电介质系数较小的有机树脂膜作为第二层间绝缘膜，能够将寄生电容量减少至几乎可以忽略的程度。
因此，将本发明用于具有大面积象素单元EL显示器的最严重障碍是数据线和栅极线中的接线电阻。当然可以将数据信号侧驱动电路分为平行设置的多个部分，或者为数据信号侧驱动电路和栅极信号侧驱动电路设置夹于其间的象素单元，并为了减少驱动电路的运行频率而从两个方向上发送信号。在此情形下，又会出现另外的问题即驱动电路所占面积增大。
因此，据此实例结构，栅极线接线电阻最小对于本发明的实际使用很有效。在此实例中，图17所示的象素结构对本发明并不构成限制，仅代表一优选实施例。此外，此实例可与实例1到3中任一结构自由组合而实施。
实例6
高速运行的数据信号侧驱动电路是执行时分灰度将一帧分为n个子帧所必需的。也就是说，最好利用高速运行(高响应速度)的TFT。在此实例中，硅膜制成的有源层适于制作高速运行的TFT。
根据实例1进行到图5(E)步骤时可得到具有特殊晶体结构的硅膜(实例1中的多晶硅膜)。在此硅膜中，晶粒边界高度连续，晶体方向取向整齐。用此硅膜作为TFT的有源层，可以得到高速运行的TFT。以下所述的是准备用于此实例中的硅膜的观察结果。
用显微镜来观察，此实例中所用硅膜的晶体结构为共同排列有多个针状或棒状晶粒(下文称作为棒状晶粒)。由TEM(透射电镜方法)很容易观察到。
更进一步地，此实例中所用的、通过1.35μm斑点直径对硅膜的电子射线衍射图象进行近距离观察，尽管面{110}有一定程度的波动，但也可以得到与面{110}相对应的清晰的衍射点，虽然在晶轴上存在一定程度的偏差，但从中也可以确定基本取向表面为面{110}。
图19(A)是用斑点直径为1.35μm的电子射线照射此实例中所用硅膜时的电子射线衍射图象，图19(B)是用同样条件电子射线照射传统多晶硅膜时的电子射线衍射图象。在这些图形中，中央部位是被电子射线照射的部位(被电子射线照射的点)。
图19(A)相对给出了与面{110}相对应的清晰衍射点，而图19(B)所示的不规则点表明取向表面是不规则的。电子射线衍射图有助于将此实例中所用的硅膜与传统半导体膜中相互区分开来。
在图19(A)的电子射线衍射图中，与面{110}相对应的衍射点形状与{110}取向上单晶硅薄膜电子射线衍射图相比较很清楚。更进一步地说，当单晶硅薄膜衍射点呈尖点状时，此实例中所用硅膜的衍射点则以电子射线辐射点为圆心沿同心圆向外延伸。
这是此实例中所用硅膜的特征。各晶粒沿面{110}进行取向。因此，如果关注单晶粒的话，希望得到与单晶硅衍射点相类似的衍射点。实际上，多个晶粒是集合在一起的。因此，尽管各个晶粒沿面{110}进行取向，但也绕其各自晶轴轻微自旋，在一个同心圆上有多个与晶粒相对应的衍射点。它们相互叠加且向外延伸。
各个晶粒形成将在后面进行描述的相互配合很好的晶粒边界，然而绕其晶轴进行地轻微自旋对结晶度不会造成损害。因而可以认为本发明中所用硅膜的电子射线衍射图与{110}取向上单晶硅薄膜的电子衍射图几乎没有差别。
通过上述说明，可以认为此实例中用作TFT有源层的硅膜为能够给出与取向{110}相对应的电子射线衍射图的硅膜。
下面描述的是本发明中所用硅膜的晶粒边界。尽管为了易于描述将其称为晶粒边界，还可以认为它们是晶粒和由其派生而来的(由其分支出来的)其他晶粒间的分界面。在任何情形下，在本说明书中，将它们称作为包含上述分界面在内的晶粒边界。
本申请人利用HR-TEM(高分辨率透射电子显微镜方法)已观察到由相互接触的各个棒状晶粒形成的晶粒边界，并且证实了晶粒边界上晶体点阵的连续性。从观察到的点阵条在晶粒边界上呈连续状态这一事实看来，这一点很容易得到证实。
晶粒边界上晶体点阵的连续性归因于被称作“平面晶粒边界”的晶粒边界。本说明书中所用的平面晶粒边界的定义已在“日本应用物理期刊，1988年第27卷第5期第751到758页、Ryuichi Shimokawa和Yutaka Hayashi的利用MBIC法测得高效铸硅太阳能电池晶片的特性”中公开。
根据上述理论，平面晶粒边界包括孪晶间界，特殊的叠层晶体缺陷，特殊的扭转晶界等。平面晶粒边界是非电激活的，这是一个特征。也就是说，尽管它是晶粒边界，但平面晶界不能用作阻挡载流子迁移的陷阱，并且还可以认为它实际上并不存在。
特别地，当晶轴(垂直于晶体平面的轴)是<110>时，双晶边界{211}和双晶边界{111}称作为相应的晶界∑3。值∑3是表示相应晶粒边界配合度的参数。已知∑3值越小，晶粒边界的配合越好。
用TEM观察本发明中硅膜的结果，可知大部分晶粒边界相应的晶界都是∑3。这可以从下面这一事实来进行判断，即两晶粒间所形成晶粒边界中两晶粒的平面方位角是{110}，且对应于平面{111}的晶格条的角为θ，当θ＝70.5°时，相应的晶界为∑3。
当θ＝38.9°时，相应的晶界变为∑9。还有其他的晶粒边界。
只在平面方位角相同的晶粒当中形成此相应晶界。即本发明中所用硅膜的平面方位角几乎都取向于{110}，据此可以认为，所形成相应晶界的范围很宽。
这种晶体结构(准确地说是晶粒边界结构)表明两个不同的晶粒在晶粒边界上能够很好地相互结合在一起。即晶体点阵在晶粒边界处是连续的，由于晶体缺陷而造成的陷阱能级不易形成。因此可以认为在具有这种晶体结构的薄膜半导体膜中基本上不存在晶粒边界。
在形成本发明所用硅膜的步骤中在700到1150℃下进行热处理，由TEM观察可以证实，晶粒中存在的缺陷(叠层中的缺陷等)大部分都得以消除。这一点从热处理步骤前后缺陷数大大降低这一事实来看很清楚。
缺陷数的差别在于通过电子自旋共振(ESR)分析所得到的自旋强度不同。目前，已经知道本发明中所用硅膜的自旋强度至少不大于5×1017次旋转/cm3(优选地不大于3×1017次旋转/cm3)。利用已有测量设备测得的值接近检测极限，所期望的实际自旋强度更低。
为了对本发明所用硅膜作更为详细的说明，可参考本申请人申请的日本专利申请044659/1998，152316/1998，152308/1998和152305/1998号。
更进一步而言，利用本发明硅膜作为有源层制成的TFT具有可与MOSFET中TFT相比的电子特性。以下数据来自本申请人制成的TFT(有源层厚30nm，栅绝缘膜厚100nm)。
(1)n-沟道TFT和p-沟道TFT中作为开关性能指数的亚阈值系数(开/关操作变化的迅速性)与60到100mv/十进制(优选地与60到85mv/十进制之间的数值一样小)之间的数值一样小。
(2)n-沟道TFT中作为TFT运行速度指数的电场迁移率(μFE)与200到650cm2/Vs(典型地在300到500cm2/Vs)之间的数值一样大，p-沟道TFT中作为TFT运行速度指数的电场迁移率(μFE)与100到300cm2/Vs(典型地在150到200cm2/Vs)之间的数值一样大。
(3)在n-沟道TFT中，作为TFT操作电压指数的阈值电压(Vth)，与-0.5到1.5V之间的数值一样小，在p-沟道TFT中，作为TFT操作电压指数的阈值电压(Vth)，与-1.5到0.5V之间的数值一样小。
如上所述，已经证实能够实现极好的开关性能和高速运行性能。利用上述TFT制成的环形振荡器，能够实现约为1GHz的最大振荡频率。所制作的环形振荡器的构成如下：
级数：9级
TFT栅绝缘膜的厚度：30nm和50nm
TFT的栅极长度(沟道长度)：0.6μm
更进一步地，制作移位寄存器以检验运行频率。结果，通过栅绝缘膜厚度为30nm、栅极长度为0.6μm、电源电压为5V且级数为50级的移位寄存器可获得100MHz操作频率的输出脉冲。
环形振荡器和移位寄存器的数据表明用本发明硅膜作为有源层的TFT的操作性能可与利用单晶硅的MOSTFT相比或超出MOSFET的性能。
如上所述利用本发明的硅膜，可以形成高速运行的TFT，且通过利用这种TFT形成驱动电路可以得到高速运行的驱动电路。即上述TFT对于本发明的实施非常有效。
此外，利用本发明硅膜的TFT不仅可用于驱动电路，也可用于设置在象素单元中的开关TFT和电流控制TFT。操作速度的提高可以使数据写入保持电容中的时间缩短，增大EL元件发光响应速度，提供更亮更清晰的图象。
实例7
例6涉及的是利用高速驱动的TFT形成驱动电路。此实例将参考图20对有效地实施本发明的驱动象素单元方法进行描述。
在此实例中，象素单元80被分为两个象素单元80a和80b，象素单元80a由数据信号侧驱动电路81a和栅极信号侧驱动电路82a进行驱动，象素单元80b由数据信号侧驱动电路81b和栅极信号侧驱动电路82b进行驱动。
在此情形下，如果以相同的频率同时驱动象素单元80a和80b，则数据信号侧驱动电路81a、81b和栅极信号侧驱动电路82a、82b的操作频率能够被二等分。这能够加宽操作裕度，并能得到高可靠性且耗电少的EL显示器件。
如果操作频率不变，则寻址时间能够被二等分，保持时间相应地增长。即发光时间能够长一些，能够增强图象亮度。
象素单元80a和80b相组合能够显示出一图象，或者由象素单元80a和80b可显示不同的图象。例如，任一象素单元可显示一静态图象，另一象素单元可显示一动态图象。象素单元80以混合方式可显示出动态图象和静态图象。
在此实施例中，象素单元被分为两个。象素单元也可被分为多个。更进一步地说，此实例的结构可与例1到6中任一结构自由组合而进行实施。
实例8
此实例涉及的是能够有效地实施本发明的、不同于图7驱动方法的、驱动象素单元的方法。以下说明参见图21。
在此实例中，象素单元83被分为四个象素单元83a到83d，并由数据信号侧驱动电路84a到84d和栅极信号侧驱动电路85a到85d进行驱动。
在此情形下，以相同的频率同时驱动象素单元83a到83d，将数据信号侧驱动电路84a到84d和栅极信号侧驱动电路85a到85d操作频率降至四分之一。操作裕度比例7的情形可进一步加宽，可得到高度可靠且耗电量少的EL显示器件。
如果操作频率不变，则寻址时间缩短至四分之一，保持时间相应增长。即可加长发光时间，能够增强图象的亮度。
更进一步地，象素单元83a和83d相组合可显示图象。此外，象素单元83a和83b可显示一图象，象素单元83c和83d可显示另一图象；能够同时显示两个不同的图象。可由象素单元83a和83b显示静态图象，由象素单元83c和83d显示动态图象，即可由象素单元以混合方式显示动态和静态图象。
在此实施例中，象素单元被分为四个象素单元。象素单元也可被分为更多个象素单元。更进一步地说，此实例的结构可与例1到6中任一结构自由组合而实施。
实例9
此实例涉及的能够有效地实施本发明的、不同于图8驱动方法的驱动象素单元方法。以下说明参见图22。
在此实例中，象素单元86被分为四个象素单元86a到86d，象素单元86a由数据信号侧驱动电路87a和栅极信号侧驱动电路88a进行驱动；象素单元86b由数据信号侧驱动电路87b和栅极信号侧驱动电路88a进行驱动。相类似地，象素单元86c由数据信号侧驱动电路87c和栅极信号侧驱动电路88b进行驱动；象素单元86d由数据信号侧驱动电路87d和栅极信号侧驱动电路88b进行驱动。
在此情形下，以相同的频率同时驱动象素单元86a到86d，将数据信号侧驱动电路87a到87d的操作频率降至四分之一并将栅极信号侧驱动电路88a和88b的操作频率降至二分之一。因而可使操作裕度与例7相比更进一步地加宽，可得到高可靠性且耗电量少的EL显示器件。
如果操作频率不变，则寻址时间可缩短至四分之一，保持时间相应延长。即可加长发光时间，能够增强图象亮度。
更进一步地，象素单元86a到86d相组合可显示出图象，或者由象素单元86a到86d显示出不同的图象。当然可由象素单元86a到86c显示一图象，由象素单元86d显示另一不同的图象。更进一步地，象素单元86以混合方式显示出动态和静态图象。
此实施例的结构可与例1到6中任一结构自由组合而进行实施。
实例10
在图2所示的例1结构中，如果用高热辐射性材料作为形成于有源层和衬底11之间的底层膜12，则会非常有效。特别地，电流控制TFT在相当长的时间内都流过大电流，此大电流产生热量，因此电流控制TFT易于受其自身所产生热量的损坏。在这种情形下，象此实施例中一样的、具有热辐射效应的底层膜能够抑制热量引起的损坏。
至于具有热辐射性的透光材料，可列举出含有至少一种选自B(硼)、C(碳)和N(氮)元素组中的元素及至少一种选自Al(铝)、Si(硅)及P(磷)元素组中的元素的绝缘膜。
例如，可以使用：以氮化铝(AlxNy)为代表的铝的氮化物；以碳化硅(SixCy)为代表的硅的碳化物；以氮化硅(SixNy)为代表的硅的氮化物；以氮化硼(BxNy)为代表的硼的氮化物；及以磷化硼(BxPy)为代表的硼的磷化物。此外，以氧化铝(AlxOy)为代表的铝的氧化物也是优选材料之一，具有极好的透光性且具有20Wm-1K-1的导热率。对于以上透光材料来说，x和y是任意整数。
以上化合物也可与其他元素相结合。例如，可将氮加入到氧化铝中，利用由AlNxOy表示的硝化氧化铝。这种材料不仅具有热辐射性，也可有效地防止水分及碱金属等物质的渗入。在上述硝化氧化铝中，x和y是任意整数。
此外，也可利用日本专利申请公开90260/1987号中公开的材料。简单地说，即可用含有Si、Al、N、O或M(其中M至少是一种稀土元素，优选地至少是一种选自元素组Ce(铯)、Yb(镱)、Sm(钐)、Er(铒)、Y(钇)、La(镧)、Gd(钆)、Dy(镝)及Nd(钕)中的元素)的绝缘膜。这些材料不仅具有热辐射性，也能有效地避免水分及碱金属渗入。
此外，也可使用至少是金刚石薄膜或含有非晶碳(特别是那些性质与金刚石相近的，称作为类金刚石碳)的碳膜。这些材料都有很高的热传导性，能够有效地用作为热辐射层。当膜厚度增大时，膜将变成棕色且透射率下降。因此最好使膜的厚度尽可能小(优选地在5到100nm之间)。
上述具有热辐射效应的薄膜可单独使用，也可以与含硅绝缘膜互相层压在一起使用。
此实例的结构可与实例1到9中任一结构自由组合而实施。
实例11
在实例1中，优选的是用有机EL材料作为EL层。但也可以用无机EL材料来实施本发明。但当前的无机EL材料要求有很高的驱动电压，因此有必要使用击穿电压能够经得住该驱动电压的TFT。
如果将来开发出仅需要低驱动电压的无机EL材料时，则本发明可以适用于这种材料。
进而，此实例的结构可与实例1到10中任一结构自由组合。
实例12
通过实现本发明而制成的有源矩阵型EL显示器(EL模件)与液晶显示器相比较其自身能够发光且在亮度位置上也能够满意地观看。因此本发明的器件能够用作为直视型EL显示器(含有EL模件的显示器)的显示单元。EL显示器的实例包括个人电脑的监视器、接收TV广播的监视器、广告显示的监视器等。
除以上EL显示器外，本发明的器件也可用作为任何包括显示单元在内的电子装置的显示器。
电子装置的实例包括：EL显示器；视频摄象机；数码照相机；头戴式显示器；汽车导航系统；个人电脑；便携式数据终端(移动电脑，移动电话，或电子书等)；及配置有记录媒体(特别地，是指带有显示器的能对记录媒介如压缩唱盘(CD)，激光唱盘(LD)或数字式视盘(DVD)进行重现并能够显示图象的设备)的图象播放装置。图18所示的是这些电子设备的实例。
图18(A)所示的是个人电脑，它包括主体2001，外壳2002，显示单元2003，和键盘2004。本发明可用于显示单元2003。
图18(B)所示的是视频摄象机，它包括主体2101，显示单元2102，声音输入单元2103，操作开关2104，电池2105及图象单元2106。本发明可用于显示单元2102。
图18(C)所示的是头戴式EL显示器的一部分(右侧)，它包括主体2301，信号电缆2302，头部固定带2303，显示监视器2304，光学系统2305及显示单元2306。本发明可用于显示单元2306。
图18(D)所示的是一装有记录媒体的图象播放器(具体地是一DVD播放器)，包括主体2401，记录媒体(如CD，LD或DVD)2402，操作开关2403，显示单元(a)2404和显示单元(b)2405。显示单元(a)主要用于显示图象数据，显示单元(b)主要用于显示字符数据。本发明可用于图象单元(a)2404和图象单元(b)2405。至于装配有记录媒体的图象播放器，还可列举出本发明适用的CD播放器和游戏机。
图18(E)所示的是一移动电脑，包括主体2501，镜头单元2502，图象单元2503，操作开关2504，和显示单元2505。本发明可用于显示单元2505。
如果将来能够得到高亮度的EL材料，则可将本发明的显示单元用于向前型或背投型投影仪。
如上所述，本发明的应用范围极宽，可将本发明用于任何领域的电子设备。此外，可利用实例1到11任一组合结构来实现该实施例的电子设备。
实例13
在此实例中，根据实际EL显示器(单色显示器)的规格来确定设置在电流控制TFT和EL元件之间的电阻的电阻值。
首先，确定用作EL层的EL材料。在此实例中，在ITO阳极上形成50nm厚的TPD作为空穴输运层、形成50nm厚的Alq作为EL层，再在其上形成银化镁阴极来制作出EL元件。此时，EL层淀积在条状ITO图案(2mm宽)的整个表面上，形成的条状银化镁电极(2mm宽)与ITO模板垂直相交。
图23(A)所示的是所制成的EL元件驱动电压和电流强度之间的关系。图23(B)所示的是电流强度和发光亮度之间的关系。此实例EL元件的发光峰值在524nm波长附近，色度坐标是x＝0.30，y＝0.57。
根据图23(B)，要得到5000cd/m2的亮度，电流强度大约应是100mA/cm2。此时，如果EL显示器象素单元的对角线为5英寸，其中一侧约为156μm的矩形象素排列成矩阵形状，每一象素的电流约为24μA。
参见图23(A)，本实例中所用EL材料在施加10V电压时，允许流过电流的电流强度为100mA/cm3。当施加10V电压时，为使电流稳定在大约24μA，应用大约为420kΩ的电阻值。
因此，如果将电阻值为420kΩ的电阻用作为图1(B)所示的电阻109，则大约24μA的恒定电流可稳定地流入EL元件110。结果，能够得到大约5000cd/m2的发光亮度，可显示明亮的图象。
为了延长EL层的寿命，可进一步提高电阻的电阻值以抑制流入EL元件的电流。在这种情形下，发光亮度稍微下降。例如如果大约1000cd/m2的亮度即可满足需要，则所需的电流强度大约为30mA/cm2，用于EL元件的驱动电压约为6V。因此，每一象素中大约流过7.3μA的电流。因此，需要大约820kΩ的电阻。
因此，本发明所需电阻值可利用EL显示器的参数轻易导出。
本发明可获得不受TFT性能变化影响的、能够进行清晰的多灰度彩色显示的有源矩阵型EL显示器。具体地说，在象素单元的电流控制TFT和EL元件之间设置一电阻，由此电阻的电阻值来确定出电流值的大小。再利用数字信号来启动时分灰度显示以获得高度细微的图象，该图象可保持很好的彩色复制性且不会由于电流控制TFT性能变化而引起灰度失真。
形成于衬底上的最佳结构TFT除满足电路和元件所要求性能之外，还可实现高可靠性的有源矩阵型EL显示器。
以此有源矩阵型EL显示器件作为显示单元，可生产出图象质量好、稳定性高的电子设备。

Claims (42)

1.一种EL显示器，具有由衬底上的TFT形成的象素单元、数据信号侧驱动电路和栅极信号侧驱动电路，其中一电阻设置在形成于象素单元内的电流控制TFT和EL元件之间。
2.根据权利要求1所述的显示器，其中输入到数据信号侧驱动电路或输入到栅极信号侧驱动电路中的数据信号通过下述装置形成：
将一帧分为与n(n是不小于2的整数)位灰度相对应的n个子帧(SF1，SF2，SF3，……SF(n-1)，SF(n))的第一装置；
在所述n个子帧中选择寻址时间(Ta)和保持时间(Ts：与SF1，SF2，SF3，……SF(n-1)，SF(n)相对应的保持时间Ts1，Ts2，Ts3，……Ts(n-1)，Ts(n))的第二装置；
将n个子帧中的保持时间设置成Ts1:Ts2:Ts3:……:Ts(n-1):Ts(n)＝20:2-1:2-2:2-3……:2-(n-2):2-(n-1)的第三装置。
3.根据权利要求2所述的显示器，其中第一装置、第二装置和第三装置都包含在安装于衬底上的IC芯片中。
4.根据权利要求1所述的显示器，其中TFT的有源层由对应取向{110}而呈现电子射线衍射图的硅膜形成。
5.根据权利要求4所述的显示器，其中所述硅膜具有晶粒边界。
6.根据权利要求4所述的显示器，其中电子射线衍射图的衍射点以电子射线的照射点为圆心沿同心圆向外延伸。
7.一种EL显示器，具有由衬底上的TFT形成的象素单元、数据信号侧驱动电路和栅极信号侧驱动电路，其中一电阻设置在形成于象素单元内的电流控制TFT和EL元件之间，该电阻的电阻值大于电流控制TFT的通态电阻值。
8.根据权利要求7所述的显示器，其中输入到数据信号侧驱动电路或输入到栅极信号侧驱动电路中的数据信号通过下述装置形成：将一帧分为与n(n是不小于2的整数)位灰度相对应的n个子帧(SF1，SF2，SF3，……SF(n-1)，SF(n))的第一装置；
在所述n个子帧中选择寻址时间(Ta)和保持时间(Ts：与SF1，SF2，SF3，……SF(n-1)，SF(n)相对应的保持时间Ts1，Ts2，Ts3，……Ts(n-1)，Ts(n))的第二装置；
将n个子帧中的保持时间设置成Ts1:Ts2:Ts3:……:Ts(n-1):Ts(n)＝20:2-1:2-2:2-3……:2-(n-2):2-(n-1)的第三装置。
9.根据权利要求8所述的显示器，其中第一装置、第二装置和第三装置都包含在安装于衬底上的IC芯片中。
10.根据权利要求7所述的显示器，其中TFT的有源层由对应取向{110}而呈现电子射线衍射图的硅膜形成。
11.根据权利要求10所述的显示器，其中所述硅膜具有晶粒边界。
12.根据权利要求10所述的显示器，其中电子射线衍射图的衍射点以电子射线的照射点为圆心沿同心圆向外延伸。
13.一种EL显示器，具有由衬底上的TFT形成的象素单元、数据信号侧驱动电路和栅极信号侧驱动电路，其中一电阻设置在形成于象素单元内的电流控制TFT和EL元件之间，该电阻与所述电流控制TFT的有源层形成为一个整体。
14.根据权利要求13所述的显示器，其中输入到数据信号侧驱动电路或输入到栅极信号侧驱动电路中的数据信号通过下述装置形成：将一帧分为与n(n是不小于2的整数)位灰度相对应的n个子帧(SF1，SF2，SF3，……SF(n-1)，SF(n))的第一装置；
在所述n个子帧中选择寻址时间(Ta)和保持时间(Ts：与SF1，SF2，SF3，……SF(n-1)，SF(n)相对应的保持时间Ts1，Ts2，Ts3，……Ts(n-1)，Ts(n))的第二装置；
将n个子帧中的保持时间设置成Ts1:Ts2:Ts3:……:Ts(n-1):Ts(n)＝20:2-1:2-2:2-3……:2-(n-2):2-(n-1)的第三装置。
15.根据权利要求14所述的显示器，其中第一装置、第二装置和第三装置都包含在安装于衬底上的IC芯片中。
16.根据权利要求13所述的显示器，其中TFT的有源层由对应取向{110}而呈现电子射线衍射图的硅膜形成。
17.根据权利要求16所述的显示器，其中所述硅膜具有晶粒边界。
18.根据权利要求16所述的显示器，其中电子射衍射图的衍射点以电子射线的照射点为圆心沿同心圆向外延伸。
19.一利用EL显示器作为显示单元的电子装置，其中：EL显示器具有由TFT形成的象素单元、数据信号侧驱动电路和栅极信号侧驱动电路；并且
一电阻设置在形成于象素单元内的电流控制TFT和EL元件之间。
20.根据权利要求19所述的电子装置，其中输入到数据信号侧驱动电路或输入到栅极信号侧驱动电路中的数据信号通过下述装置形成：将一帧分为与n(n是不小于2的整数)位灰度相对应的n个子帧(SF1，SF2，SF3，……SF(n-1)，SF(n))的第一装置；
在所述n个子帧中选择寻址时间(Ta)和保持时间(Ts：与SF1，SF2，SF3，……SF(n-1)，SF(n)相对应的保持时间Ts1，Ts2，Ts3，……Ts(n-1)，Ts(n))的第二装置；
将n个子帧中的保持时间设置成Ts1:Ts2:Ts3:……:Ts(n-1):Ts(n)＝20:2-1:2-2:2-3……:2-(n-2):2-(n-1)的第三装置。
21.根据权利要求20所述的显示器，其中第一装置、第二装置和第三装置都包含在安装于衬底上的IC芯片中。
22.根据权利要求19所述的显示器，其中TFT的有源层由对应取向{110}而呈现电子射线衍射图的硅膜形成。
23.根据权利要求22所述的显示器，其中所述硅膜具有晶粒边界。
24.根据权利要求22所述的显示器，其中电子射线衍射图的衍射点以电子射线的照射点为圆心沿同心圆向外延伸。
25.一利用EL显示器作为显示单元的电子装置，其中：EL显示器具有由TFT形成的象素单元、数据信号侧驱动电路和栅极信号侧驱动电路；并且
一电阻设置在形成于象素单元内的电流控制TFT和EL元件之间，该电阻的电阻值高于电流控制TFT的通态电阻值。
26.根据权利要求25所述的电子装置，其中输入到数据信号侧驱动电路或输入到栅极信号侧驱动电路中的数据信号通过下述装置形成：将一帧分为与n(n是不小于2的整数)位灰度相对应的n个子帧(SF1，SF2，SF3，……SF(n-1)，SF(n))的第一装置；
在所述n个子帧中选择寻址时间(Ta)和保持时间(Ts：与SF1，SF2，SF3，……SF(n-1)，SF(n)相对应的保持时间Ts1，Ts2，Ts3，……Ts(n-1)，Ts(n))的第二装置；
将n个子帧中的保持时间设置成Ts1:Ts2:Ts3:……:Ts(n-1):Ts(n)＝20:2-1:2-2:2-3……:2-(n-2):2-(n-1)的第三装置。
27.根据权利要求26所述的显示器，其中第一装置、第二装置和第三装置都包含在安装于衬底上的IC芯片中。
28.根据权利要求25所述的显示器，其中TFT的有源层由对应取向{110}而呈现电子射线衍射图的硅膜形成。
29.根据权利要求28所述的显示器，其中所述硅膜具有晶粒边界。
30.根据权利要求28所述的显示器，其中电子射线衍射图的衍射点以电子射线的照射点为圆心沿同心圆向外延伸。
31.一利用EL显示器作为显示单元的电子装置，其中：EL显示器具有由TFT形成的象素单元、数据信号侧驱动电路和栅极信号侧驱动电路；并且
一电阻设置在形成于象素单元内的电流控制TFT和EL元件之间，该电阻与电流控制TFT的有源层形成为一个整体。
32.根据权利要求31所述的电子装置，其中输入到数据信号侧驱动电路或输入到栅极信号侧驱动电路中的数据信号通过下述装置形成：将一帧分为与n(n是不小于2的整数)位灰度相对应的n个子帧(SF1，SF2，SF3，……SF(n-1)，SF(n))的第一装置；
在所述n个子帧中选择寻址时间(Ta)和保持时间(Ts：与SF1，SF2，SF3，……SF(n-1)，SF(n)相对应的保持时间Ts1，Ts2，Ts3，……Ts(n-1)，Ts(n))的第二装置；
将n个子帧中的保持时间设置成Ts1:Ts2:Ts3:……:Ts(n-1):Ts(n)＝20:2-1:2-2:2-3……:2-(n-2):2-(n-1)的第三装置。
33.根据权利要求32所述的显示器，其中第一装置、第二装置和第三装置都包含在安装于衬底上的IC芯片中。
34.根据权利要求31所述的显示器，其中TFT的有源层由对应取向{110}而呈现电子射线衍射图的硅膜形成。
35.根据权利要求34所述的显示器，其中所述硅膜具有晶粒边界。
36.根据权利要求34所述的显示器，其中电子射线衍射图的衍射点以电子射线的照射点为圆心沿同心圆向外延伸。
37.包含根据权利要求1的显示器的电器，其中所述电器是从以下的组中选择的：个人计算机、摄像机、头戴式EL显示器、图形重放装置和便携式计算机。
38.包含根据权利要求7的显示器的电器，其中所述电器是从以下的组中选择的：个人计算机、摄像机、头戴式EL显示器、图形重放装置和便携式计算机。
39.包含根据权利要求13的显示器的电器，其中所述电器是从以下的组中选择的：个人计算机、摄像机、头戴式EL显示器、图形重放装置和便携式计算机。
40.包含根据权利要求19的显示器的电器，其中所述电器是从以下的组中选择的：个人计算机、摄像机、头戴式EL显示器、图形重放装置和便携式计算机。
41.包含根据权利要求25的显示器的电器，其中所述电器是从以下的组中选择的：个人计算机、摄像机、头戴式EL显示器、图形重放装置和便携式计算机。
42.包含根据权利要求31的显示器的电器，其中所述电器是从以下的组中选择的：个人计算机、摄像机、头戴式EL显示器、图形重放装置和便携式计算机。
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