專利名稱：像素電路、顯示裝置以及制造像素電路的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種像素電路、 一種有源矩陣型顯示裝置以及制造該像素電路的方法，該像素電路包括有機電致發(fā)光(EL, Electroluminescence)發(fā)光元件等。
背景技術(shù)：
在圖像顯示裝置中，例如液晶顯示器，大量的像素以矩陣形式布置，對 于每個像素按照要顯示的圖像的信息控制發(fā)光強度，由此顯示圖像。雖然對于有機EL顯示器等也具有相同的情況，但有機EL顯示器是所 謂的在每個像素電路具有發(fā)光元件的發(fā)光顯示器，例如與液晶顯示器相比具 有提供更高的圖像可視性(viewability )、消除了對背光的需要且具有更高 的響應(yīng)速度的優(yōu)點。另外，有機EL顯示器很大地區(qū)別于液晶顯示器等之處在于每個發(fā)光元 件的亮度由通過該發(fā)光元件的電流值控制，并因此獲得顏色灰度(color gradation),即在于發(fā)光元件是電流控制型的。如在液晶顯示器中，也有簡單矩陣系統(tǒng)和有源矩陣系統(tǒng)作為有機E L顯 示器的可能的驅(qū)動系統(tǒng)。前者具有簡單結(jié)構(gòu)，但表現(xiàn)出問題，包括例如難于 實現(xiàn)大的高清晰度顯示器。因此已經(jīng)積極開發(fā)了有源矩陣系統(tǒng)，其由設(shè)置在 像素電路內(nèi)的有源元件或典型的薄膜晶體管(TFT, Thin Film Transistor)控 制流過像素電路內(nèi)的發(fā)光元件的電流。圖1是示出普通的有機EL顯示裝置的配置的方框圖。如圖1所示，這個顯示裝置1包括像素陣列單元2，具有以mxn矩陣 方式布置的像素電路(PXLC )2a;水平選擇器(HSEL )3;寫入掃描器(WSCN) 4;信號線(數(shù)據(jù)線)SGL1至SGLn，由水平選擇器3選擇并提供有對應(yīng)于 亮度信息的數(shù)據(jù)信號；以及掃描線WSL1至WSLm，由寫入掃描器4選4奪和 驅(qū)動。順便提及，水平選擇器3和寫入掃描器4可以形成在多晶硅上，或由MOSIC等形成在像素的周邊上。圖2是示出圖1中的像素電路2a的配置的實例的電路圖(例如見美國 專利No. 5,684,365和日本專利公開No.平8-234683 )。圖2的像素電路具有在已經(jīng)提出的大量的電路中的簡單電路配置，并是 所謂的雙晶體管驅(qū)動系統(tǒng)的電路。圖2的像素電路2a包括p溝道薄膜場效應(yīng)晶體管(下文稱為TFT) 11 和TIT 12，電容器Cll以及作為發(fā)光元件的有機EL發(fā)光元件(OLED) 13。 在圖2中，SGL指示信號線，而WSL指示掃描線。有機EL發(fā)光元件在很多情況下具有整流特性，并因此稱為OLED (有 機發(fā)光二極管)。雖然二極管的符號用于圖2和其它的圖中的發(fā)光元件，但 是整流特性對于在下面描述中的OLED不是必須的。在圖2中，TFT 11的源極連接至電源電位Vcc。發(fā)光元件13的陰極接 地電位GND。圖2的像素電路2a的操作如下步驟ST1:當(dāng)掃描線WSL設(shè)置為選擇的狀態(tài)(在這種情況是低電平)，且寫入電 位Vdata施加到信號線SGL ， TFT 12將電容器C11的充電和放電，且TFT 11 的柵極電位變?yōu)閷懭腚娢籚data 。步驟ST2:當(dāng)掃描線WSL設(shè)置為非選擇狀態(tài)(在這種情況是高電平)，信號線SGL 和TFI， 11彼此電切斷。然而，TFT 11的柵極電位由電容器Cll穩(wěn)定地保持。 步驟ST3:流過TFT 11和發(fā)光元件13的電流具有對應(yīng)于TFT 11的柵極-至-源極電 壓Vgs的值，且發(fā)光元件13持續(xù)以對應(yīng)于電流值的亮度發(fā)光。如上述步驟ST1中選擇掃描線WSL和將提供至數(shù)據(jù)線的亮度信息傳輸至像素內(nèi)部的操作將在下文稱為"寫入"。如上所述， 一旦寫入電位Vdata寫入圖2的像素電路2a中，發(fā)光元件 13持續(xù)以恒定的亮度發(fā)光直到寫入電位Vdata被下一次重寫。如上所述，在像素電路2a中，流過發(fā)光元件13的電流值通過改變施加 到作為驅(qū)動晶體管的TFT 11的柵極的電壓來控制。在此時，p溝道驅(qū)動晶體管的源極連接至電源電位Vcc，且TFT11在所 有時間在飽和區(qū)域中操作。因此TFT 11是具有由下面的公式1表達(dá)的值的恒:流源。(公式1 )Ids = l/2-|i(W/L)Cox(Vgs-|Vth|)2 …(1 ) 這里p指示載流子遷移率，Cox指示單位面積的柵極電容，W指示柵極寬度， L指示柵極長度，Vgs指示TFT 11的柵極-至-源極電壓，以及Vth指示TFT 11的閾值電壓。在簡單矩陣型圖像顯示裝置中的每個發(fā)光元件僅在當(dāng)發(fā)光元件被選擇 時發(fā)光。在另一方面，在有源矩陣系統(tǒng)中的發(fā)光元件即使在寫入結(jié)束后還持 續(xù)發(fā)光，如上所述。因此有源矩陣系統(tǒng)尤其在大高清晰度顯示器中具有優(yōu)勢， 因為與簡單矩陣系統(tǒng)相比發(fā)光元件的峰值亮度和峰值電流能被降低。圖3是示出在有機EL發(fā)光元件的電流-電壓(I-V)特性中的長期變化 的圖。在圖3中，描繪為實線的曲線表示起始狀態(tài)的時間的特性，而描繪為 虛線的曲線標(biāo)示長期變化后的特性。一般地，如圖3所示，有機EL發(fā)光元件的I-V特性隨時間的流逝而衰減。然而，因為圖2的雙晶體管驅(qū)動是恒定電流驅(qū)動，所以如上述恒定電流流過有機EL發(fā)光元件，即使當(dāng)有機EL發(fā)光元件的I-V特性衰減時，有機I':L發(fā)光元件的發(fā)光亮度也不隨時間衰減。圖2的像素電路2a形成有p溝道TFT。當(dāng)圖2的像素電路2a能形成有n溝道TFT時，現(xiàn)有的非晶硅(a-Si)工藝可以用于TFT的制作。因此，TFT基板的成本降低。下面將描述其中晶體管用n溝道TFT替換的基本像素電路。圖4是示出其中圖2中的p溝道TFT用n溝道TFT替換的像素電路。圖4的像素電路2b包括n溝道TFT 21和22、電容器C21以及作為發(fā)光元件的有機EL發(fā)光元件(OLED )。在圖4中，SGL指示數(shù)據(jù)線，而WSL指示掃描線。在這個像素電路2b中，作為驅(qū)動晶體管的TFT21的漏極側(cè)連接至電源 電位Vcc ，而TFT 21的源極連接至EL發(fā)光元件23的陽極，因而形成源跟隨器電路。圖5是示出在起始狀態(tài)的作為驅(qū)動晶體管的TFT21和EL發(fā)光元件23 的工作點的圖。在圖5中，橫坐標(biāo)軸指示TFT21的漏極-至-源極電壓Vds， 而縱坐標(biāo)軸指示TFT 21的漏極-至-源極電流Ids。如圖5所示，源極電壓由作為驅(qū)動晶體管的TFT21和發(fā)光元件23的工 作點決定，且該電壓具有依賴于柵極電壓的不同值。因為TFT 21在飽和區(qū)域驅(qū)動，TFT 21通過具有如上所述的涉及對應(yīng)于 在工作點的源極電壓的柵極-至-源極電壓Vgs的公式1所示的公式的值的電 流Ids。發(fā)明內(nèi)容上述像素電路是最簡單的電路，其包括作為驅(qū)動晶體管的TFT21、作為 開關(guān)晶體管的TFT22和OLED23。然而，可以采用這樣的配置，其中在作 為施加到光源線的電源信號的兩個信號之間進(jìn)行開關(guān)，并在作為提供到信號 線的視頻信號的兩個信號之間進(jìn)行開關(guān)，因此校正閾值和遷移率?；蛘?，可以采用這樣的配置，其除了與OLED和開關(guān)晶體管串聯(lián)的驅(qū)動 晶體管之外還具有獨立地用于遷移率和閾值抵消(cancellation)的TFT等。對于作為開關(guān)晶體管的TFT或獨立地為閾值或遷移率設(shè)置的TFT,布 置在有源矩陣型有機EL顯示面板的兩側(cè)或一側(cè)上的垂直掃描器比如寫入掃 描器產(chǎn)生柵極脈沖。該脈沖信號經(jīng)由配線施加到以矩陣布置的像素電路中的 期望的TFT的柵極。當(dāng)這個脈沖信號施加到兩個或多個TFT時，每個脈沖信號的施加的時間 變得重要。然而，由因為配線電阻和驅(qū)動配線和連接至像素電路的電源線的配線電 容的影響所導(dǎo)致的電源線中的脈沖延遲、瞬時變化和電壓降引起陰影或條紋 不均一性。結(jié)果，陰影或條紋不均一性能表現(xiàn)為圖像的不均一性或粒狀。這些問題在面板的尺寸和清晰度增加時有更大的影響。因此期望提供一種像素電路、顯示裝置和制造能抑制陰影、條紋不均一 性等的像素電路的方法，且其能提供高質(zhì)量的圖像。按照本發(fā)明的第一實施例，提供一種像素電路包括驅(qū)動晶體管；發(fā)光 元件；和電源線；其中驅(qū)動晶體管連接在電源線和發(fā)光元件的預(yù)定的電極之 間，且電源線形成為多層配線。根據(jù)本發(fā)明的第二實施例，提供一種顯示裝置包括像素陣列單元，其中形成多個像素電路，像素電路包括發(fā)光元件、電源線、連接在電源線和發(fā) 光元件的預(yù)定電極之間的驅(qū)動晶體管和連接在信號線和驅(qū)動晶體管的柵電極之間的開關(guān)晶體管；第一掃描器，為電源線提供電位；以及第二掃描器， 輸出驅(qū)動信號到開關(guān)晶體管；其中電源線形成為多層配線。根據(jù)本發(fā)明的實施例，通過形成電源線為多層配線獲得電源線的低電 阻。因此抑制了用于電源的配線中的電壓降。根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以抑制陰影、條紋不均一性等的發(fā)生，并提供 高質(zhì)量的圖像。


圖1是示出普通的有機EL顯示裝置的配置的方框圖； 圖2是示出圖1中的像素電路的配置的實例的電路圖； 圖3是示出在有機EL發(fā)光元件的電流-電壓(I-V)特性中的長期變化 的圖；圖4是示出其中圖2的電路中的p溝道TFT用n溝道TFT替換的像素 電路的電路圖；圖5是示出在起始狀態(tài)作為驅(qū)動晶體管的TFT和EL發(fā)光元件的工作點 的圖；圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的采用像素電路的有機EL顯示裝置的 配置的方框圖；圖7是示出根據(jù)本實施例的像素電路的具體配置的電路圖； 圖8A、 8B和8C是示出圖7的像素電路的基本操作的時序圖； 圖9是輔助解釋改善圖片質(zhì)量等的措施的實例的剖面圖； 圖10是示出當(dāng)光敏樹脂用作層間膜時的多層配線結(jié)構(gòu)的圖； 圖11是示出其中層間膜在上層配線蝕刻時減少的狀態(tài)的圖； 圖12A至12J是輔助解釋氧化物膜用作層間膜的情況的制造方法的多層 配線工藝的圖；圖13A至13I是輔助解釋光敏樹脂用作層間膜的情況的制造方法的多層 配線工藝的圖；圖14A、 14B、 14C、 14D和14E是示出圖7的像素電路的具體操作的 時序圖；圖15是輔助解釋圖7的像素電路的操作的圖，且是示出發(fā)光階段的狀態(tài)的圖；圖16是輔助解釋圖7的像素電路的操作的圖，且是示出其中在非發(fā)光 階段中設(shè)置電壓Vss的狀態(tài)的圖；圖17是輔助解釋圖7的像素電路的操作的圖，且是示出其中輸入偏置 信號的狀態(tài)的圖；圖18是輔助解釋圖7的像素電路的操作的圖，且是示出其中設(shè)置電壓 Vcc的狀態(tài)的圖；圖19是輔助解釋圖7的像素電路的操作的圖，且是示出當(dāng)設(shè)置電壓Vcc 時驅(qū)動晶體管的源極電壓的轉(zhuǎn)變的圖；圖20是輔助解釋圖7的操作的圖，且是示出當(dāng)寫入數(shù)據(jù)信號Vsig時的 狀態(tài)的圖；圖21是輔助解釋圖7的操作的圖，且是示出對應(yīng)高遷移率和低遷移率 的驅(qū)動晶體管的源極電壓的轉(zhuǎn)變的圖；以及圖22是輔助解釋圖7的操作的圖，且是示出發(fā)光狀態(tài)的圖。
具體實施方式
下文將參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的使用像素電路的有機EL顯示裝 置的配置的方框圖。圖7是示出根據(jù)本發(fā)第 一 實施例的像素電路的具體配置的電路圖。如圖6和圖7所示，這個顯示裝置100包括像素陣列單元102，具有 以mxn的矩陣形式布置的像素電路101;水平選擇器(HSEL) 103;寫入 掃描器(WSCN) 104,作為第二掃描器；電源驅(qū)動掃描器(PDSCN) 105， 作為第一掃描器；信號線SGL101至SGL10n，由水平選^^器103選擇并提 供有對應(yīng)于亮度信息的數(shù)據(jù)信號Vsig的輸入信號SIN和偏置信號Vofs;掃 描線WSL101至WSL10m,作為由寫入掃描器104的柵極脈沖(掃描脈沖 GP)選擇和驅(qū)動的驅(qū)動配線；以及電源驅(qū)動線PSL101至PSL10m,作為通 過提供由電源驅(qū)動掃描器105選擇地設(shè)置為電壓Vcc (例如電源電壓)或電 壓Vss (例如負(fù)側(cè)電壓)的電源信號PSG驅(qū)動的驅(qū)動配線。順便提及，盡管像素電路101以m x n矩陣的形式布置在像素陣列單元 102中，為了圖示的簡單，圖6示出其中像素電路101以2( =m) x 3 ( = n)矩陣的形式布置。另外，為了圖示的簡單，圖7示出一個像素電路的具體配置。如圖7所示，根據(jù)本實施例的像素電路101包括n溝道TFT 111,作 為驅(qū)動晶體管；n溝道TFT112，作為開關(guān)晶體管；電容器C111;發(fā)光元件 113，由有機EL發(fā)光元件(OLED:電光元件)形成；第一節(jié)點ND111;以 及第二節(jié)點ND112。在像素電路101中，作為驅(qū)動晶體管的TFT 111、節(jié)點ND111和發(fā)光元 件(()LED) 113彼此串聯(lián)連接在電源驅(qū)動線(電源線)PSL ( 101至10m) 和預(yù)定的參考電位Vcat (例如地電位)之間。具體地，發(fā)光元件113的陰極連接至參考電位Vcat。發(fā)光元件113的陽 極連接至第一節(jié)點NDlll。 TFT111的源極(例如第二電極)連接至第一節(jié) 點NDlll。 TFT 111的漏極(例如第一電極)連接至電源驅(qū)動線PSL。TFT 111的柵極連接至第二節(jié)點ND112。電容器Clll的第一電極連接至第一節(jié)點NDlll。電容器Clll的第二電 極連接至第二節(jié)點ND112。TFT 112的源極和漏極分別連接于信號線SGL和第二節(jié)點ND112之間。 Tl-T 112的柵極連接至掃描線WSL。這樣，根據(jù)本實施例的像素電路101具有電容器Clll,作為連接在作 為驅(qū)動晶體管的TFT 111的柵極和源極之間的像素電容。圖8A至8C是示出圖7的像素電路基本操作的時序圖。圖8A示出施加到掃描線WSL的柵極脈沖(掃描脈沖)GP。圖8B示出 施加到電源驅(qū)動線PSL的電源信號PSG。圖8C示出施加到信號線SGL的 輸入信號SIN。為了像素電路101中發(fā)光元件113的發(fā)光，在非發(fā)光階段，如圖8A至 8C所示，電源信號Vss (例如負(fù)電壓)施加到電源驅(qū)動線PSL，且偏置信號 Vofs通過信號線SGL傳播，并然后經(jīng)由TFT 112輸入到第二節(jié)點ND112。 此后，電源信號Vcc (對應(yīng)于電源電壓)施加到電源驅(qū)動線PSL。這樣TFT 〗的閾值被校正。此后，對應(yīng)于亮度信息的數(shù)據(jù)信號Vsig施加到信號線SGL，因而信號 經(jīng)由TFT 112寫入第二節(jié)點ND112。此時，當(dāng)電流通過TFT 111的同時進(jìn)行 寫入，以使得以同步和并行的方式進(jìn)行遷移率校正。然后，TFT 112設(shè)置為非導(dǎo)電狀態(tài)，且使發(fā)光元件113根據(jù)亮度信息發(fā)光。在根據(jù)本實施例的顯示裝置100中，采取下面的措施于像素電路101以彌補伴隨電源線中的電壓降等的比如陰影等的不均一性以改善圖片的質(zhì)量 等，其中不均一性表現(xiàn)為圖像的不均一或粒狀。圖9是輔助解釋改善圖片的質(zhì)量等的措施的實例的剖面圖。在該措施的本實例中，作為電源的配線的電源線PSL由低電阻的金屬例 如鋁(Al)形成，且形成為多層配線，其中該配線在每個像素電路101中與 作為驅(qū)動晶體管的TFT 111的作為第一電極的漏極連接。與此平行地，連接至TFTlll的作為第二電極的源極的配線層形成為相 同材料的多層配線且在與電源驅(qū)動線PSL相同的層中。與多層配線連接的源 電極連接至發(fā)光元件113的陽極電極。順便提及，在本實施例中的每個像素電路101中的TFT 111和TFT 112 是底柵極型，且TFT111和TFT112的柵電極(控制端)形成為在層疊的方 向的底層側(cè)上的第一配線層。一般地，TFT的柵電極通過比如濺射等方法制作高電阻的配線的膜而形 成，該膜例如為金屬，比如鉬(Mo)，鉭(Ta)等或其合金。下面將描述具體配置。例如，如圖9所示，底柵極型結(jié)構(gòu)的TFT 111具有在透明絕緣基板(例 如玻璃基板)121上由柵極絕緣膜122覆蓋的作為第一配線層的柵電極123。 柵電極123連接至第二節(jié)點ND112。如上所述，柵電才及通過比如濺射等方法制作比如鉬(Mo)、 4旦(Ta)等或 其合金的金屬的膜而形成。TFT 111具有形成在柵極絕緣膜122上的半導(dǎo)體膜(溝道形成區(qū)域)124， 和成對的n +擴(kuò)散層125和126，且半導(dǎo)體膜124夾置于n+擴(kuò)散層125和126 之間。形成例如由Si02形成的氧化物膜制作的絕緣膜127以覆蓋柵極絕緣膜 122、溝道形成區(qū)域124和n+擴(kuò)散層125和126。順便提及，盡管沒有在這個圖中示出，n-擴(kuò)散層(LDD)形成在溝道形 成區(qū)域24和每個n+擴(kuò)散層125和126之間。n+擴(kuò)散層125形成TFT 111 的漏極擴(kuò)散層(對應(yīng)于第一電極)。n+擴(kuò)散層126形成TFT 111的源極擴(kuò)散層(對應(yīng)于第二電極)。一個n +擴(kuò)散層125經(jīng)由絕緣膜127中形成的接觸孔128a與作為第一電 極的第二配線層的漏電極129連接。另一個n+擴(kuò)散層126經(jīng)由在絕緣膜127 中形成的接觸孔128b與作為第二電極的第二配線層的源電極130連接。 例如，漏電極129和源電極130通過構(gòu)圖低電阻的鋁(Al)形成。 形成作為平坦化層的層間膜131以覆蓋漏電極129、源電極130和絕緣 膜127。層間膜131例如由氧化物膜、聚酰亞胺、丙烯酸樹脂或光敏樹脂形成。漏電極129經(jīng)由在層間膜131中形成的接觸孔132a與作為電源驅(qū)動線 PSL的第三配線層133連接。源電極130經(jīng)由在層間膜131中形成的接觸孔 132b與第二電極的第三配線層134連接。第三配線層133和134能通過構(gòu)圖例如鋁(Al)來形成，或可以由與如 作為更高層的陽極電極層的材料相同的材料形成，例如銀(Ag)等。形成平坦化膜135以覆蓋第三配線層133和134和層間膜131。第二電極的第三配線層134經(jīng)由平坦化膜135中形成的接觸孔136與發(fā) 光元件113的陽極電極層137連接。順便提及，當(dāng)平坦化膜用作上述配置中的第二配線層129和130與第三 配線層133和134之間的層間膜131時，存在對在形成第三配線層的膜(濺 射)時會產(chǎn)生腔的污染的擔(dān)憂。因此，通過采用與陽極電極層137相同的材料例如Ag用于第三配線層 129和130,可以使用現(xiàn)有的工藝。當(dāng)通過形成電源驅(qū)動線PSL和源電極為多層配線來獲得低電阻時，制造 工藝步驟的數(shù)目可能增加。為了減少步驟的數(shù)目，例如多層配線能用作為層 間膜131的光敏樹脂來進(jìn)行。也就是，當(dāng)通過使用光敏樹脂作為第二配線層和第三配線層之間的層間 膜131,而使用光敏樹脂進(jìn)行多層配線時，步驟的數(shù)目可以減少，且多層配 線可以以短的循環(huán)時間和以低成本制作。當(dāng)使用氧化物膜作為層間膜131時， 至少需要膜形成、光刻、蝕刻和抗蝕劑剝離四個步驟。光敏樹脂僅需要光刻。當(dāng)在像素電路中進(jìn)行多層配線且光敏樹脂用作層間膜131時，層間膜在 上層配線蝕刻時可能被損耗，并且因此平坦化膜135的覆蓋性能可能形成受 到影響。因此，本實施例防止平坦化膜135的覆蓋性能形成被影響，即使在如下 層間膜131由于設(shè)置第三配線層133和134的配線厚度而被磨損時。具體地，使tp為平坦化膜的膜厚，tl為第三配線層的膜厚，A為層間膜 的材料的常數(shù)，設(shè)置第三配線層133和134的厚度以滿足下面的關(guān)系(公式2)<formula>formula see original document page 13</formula>(2)圖10是示出當(dāng)使用光敏樹脂作為層間膜的多層配線結(jié)構(gòu)的圖。 圖11示出在蝕刻上層配線時層間膜減少的狀態(tài)。當(dāng)膜減少發(fā)生時，在用平坦化膜135覆蓋時的實際的水平差異大于配線 的膜厚，這樣劣化了覆蓋性能。或者，平坦化膜135的材料大量使用，這樣 就成本而言就呈現(xiàn)問題。使tp為平坦化膜的厚度，tl為配線膜的厚度，tx為膜減少量，tp^tl+tx 滿足用平坦化膜的正常的覆蓋。膜減少量正比于配線膜的厚度，使得關(guān)系tx = Axtl (A為常數(shù)，且依賴 于層間膜的材料)保持。這樣，通過設(shè)置tl二tp/(1+A)，即使膜減少發(fā)生， 覆蓋層間膜131的性能也不受影響。下面將描述具有這種配置的像素電路的部分的制造方法。下面描述使用氧化物膜作為層間膜131和使用光敏樹脂作為層間膜131 的兩種方法。將首先參照圖12A至12J描述使用氧化物膜作為層間膜131的制造方法。如圖12A描述，作為第一配線層的柵電極123形成于透明絕緣基板(例 如玻璃基板)121上。如上所述，柵電極123通過比如賊射等方法制作高電阻配線的膜來形成， 該膜比如為鉬(Mo)、鉭(Ta)等或其合金的金屬。下面，如圖12B所示，在由Si02形成柵極絕緣膜122之后，形成非晶 硅膜并將其制成多晶硅以形成溝道形成區(qū)域124和n +擴(kuò)散層125和126(漏 才及和源4及)。下面，如圖12C所示，絕緣膜127由Si02形成。如圖12D所示，在絕緣膜127種制作到達(dá)漏極125和源極126的接觸孔 128a和128b。然后，如圖12E所示，作為第一電極的第二配線層的漏電極129以經(jīng)由 絕緣膜127中形成的接觸孔128a連接至漏極125的方式形成，且作為第二 電極的第二配線層的源電極130以經(jīng)由絕緣膜127中形成的接觸孔128b連 接至源極126的方式形成。漏電極129和源電極130例如通過構(gòu)圖低電阻的鋁(Al)形成。下面，如圖12F所示，層間膜131由Si02形成。如圖12G所示，在層間膜131中制作到達(dá)漏電極129和源電極130的接 觸孔132a和132b。然后，如圖12H所示，作為電源線PSL的第三配線層133以經(jīng)由在層 間膜131中形成的接觸孔132a連接至漏電極129的方式形成，且第二電極 的第三配線層134以經(jīng)由層間膜131中形成的接觸孔132b連接至源電極130 的方式形成。第三配線層133和134例如可以通過構(gòu)圖鋁(Al)來形成，或由與作為 更高層的陽極電極層的材料相同的材料例如銀(Ag)等形成。下面，如圖121所示，形成平坦化膜135以覆蓋第三配線層133和134 和層間膜131。然后在平坦化膜135中制作達(dá)到配線層134的接觸孔136。然后，如圖12J所示，發(fā)光元件113的陽極電極層137以經(jīng)由平坦化膜 135中形成的接觸孔136連接至第三配線層134的方式形成。下面將參照圖13 A至131描述使用光敏樹脂作為層間膜131的制造方法。如圖13A所示，作為第一配線層的柵電極123形成在透明絕緣基板(例 如玻璃基板)121上。如上所述，柵電極123通過比如賊射等方法制作高電阻配線的膜來形成， 該膜比如為鉬(Mo)、鉭(Ta)等或其合金的金屬。下面，如圖13B所示，在柵極絕緣膜122由Si02形成后，形成非晶硅 膜并將其制作為多晶硅以形成溝道形成區(qū)域124和n+擴(kuò)散層125和126 (漏 極和源才及)。下面，如圖13C所示，絕緣膜127由Si02形成。如圖13D所示，在絕緣膜127中制作到達(dá)漏極125和源極126的接觸孔 128a和128b。然后，如圖13E所示，作為第一電極的第二配線層的漏電極129以經(jīng)由 絕緣膜127中形成的接觸孔128a連接至漏極125的方式形成，且作為第二電極的第二配線層的源電極130以經(jīng)由絕緣膜127中形成的接觸孔128b連接至源極126的方式形成。漏電極129和源電極130例如通過構(gòu)圖低電阻的鋁(Al)形成。下面，如圖13F所示，層間膜131由光敏樹脂形成，且在層間膜131中制作到達(dá)漏電極129和源電極130的接觸孔132a和132b。當(dāng)這樣光敏樹脂被用作層間膜131時，可以以包括形成接觸孔的步驟的同步和并行的方式進(jìn)行加工，并因此步驟的數(shù)目與上述使用氧化物膜作為層間膜的情況相比減少。也就是，圖12F和12G的兩個步驟僅在一個步驟中進(jìn)行。然后，如圖13G所示，作為電源線PSL的第三配線層133以經(jīng)由在層 間膜131中形成的接觸孔132a連接至漏電極129的方式形成，且第二電極 的第三配線層134以經(jīng)由層間膜131中形成的接觸孔132b連接至源電極130的方式形成。第三配線層133和134例如能通過構(gòu)圖鋁(Al)來形成，或由與作為更 高層的陽極電極層的材料相同的材料例如銀(Ag)等形成。下面，如圖13H所示，形成平坦4匕月莫135以^t蓋第三配線層133和134 和層間膜131。然后在平坦化膜135中制作達(dá)到配線層134的接觸孔136。然后，如圖13I所示，發(fā)光元件113的陽極電極層137以經(jīng)由平坦化膜 135中形成的接觸孔136連接至第三配線層134的方式形成。下面將參照圖14A至14E和圖15至22集中于像素電路的操作描述上 述配置的更具體的操作。圖14A示出施加到掃描線WSL的柵極脈沖(掃描脈沖)GP。圖14B示 出施加到電源驅(qū)動線PSL的電源信號PSG。圖14C示出施加到信號線SGL 的輸入信號SIN。圖14D示出第二節(jié)點ND112的電位VND112。圖14E示 出第 一節(jié)點ND111的電位VND111 。首先，在發(fā)光元件113的發(fā)光狀態(tài)中，如圖14A和圖15所示，電源驅(qū) 動線PSL在電源電壓Vcc,而TFT 112在關(guān)閉狀態(tài)。此時，因為作為驅(qū)動晶體管的TFT111設(shè)置為在飽和區(qū)域操作，流過EL 發(fā)光元件113的電流Ids假設(shè)為根據(jù)TFT 111的柵極-至-源極電壓Vgs由公 式1表達(dá)的值。下面，在非發(fā)光階段，如圖14B和圖16所示，作為電源線的電源驅(qū)動線PSL設(shè)置為電壓Vss。此時，當(dāng)電壓Vss低于發(fā)光元件113的閾值Vthel 和陰極電壓Vcat的總和時，即，Vss < Vthel + Vcat時，發(fā)光元件113 ^^皮熄滅， 而作為電源線的電源驅(qū)動線PSL變?yōu)樽鳛轵?qū)動晶體管的TFT 111的源極。此 時，如圖14E所示，EL發(fā)光元件113的陽才及(節(jié)點NDlll)纟皮充電至電壓 Vss。此外，如圖14A、 14C、 14D和14E和圖17所示，通過在偏置電壓Vofs 的信號線SGL，柵極脈沖GP設(shè)置為高電位以開啟TFT 112，由此TFT 111 的柵極電位設(shè)置在偏置電壓Vofs。此時，TFT 111的柵極-至-源極電壓假設(shè)為值(Vofs - Vss )。當(dāng)TFT 111 的柵極-至-源極電壓(Vofs-Vss)不高于(低于)TFT 111的閾值電壓Vth 時不進(jìn)行閾值校正操作。因此，TFT 111的柵極-至-源極電壓(Vofs-Vss) 高于TFT 111的閾值電壓Vth即Vofs - Vss > Vth是必要的。然后，在閾值校正操作中的施加到電源驅(qū)動線PSL的電源信號PSG再 次設(shè)置為電源電壓Vcc。通過設(shè)置電源驅(qū)動線PSL在電源電壓Vcc, EL發(fā)光元件113的陽極(節(jié) 點ND111 )作為TFT 111的源才及，且電流如圖18所示流動。r:L發(fā)光元件113的等效電路由圖18所示的二極管和電容代表。這樣， 只要滿足Vel^Vcat+Vthel ( EL發(fā)光元件113的漏電流比流過TFT 111的電 流小得多)，TFT 111的電流用于為電容器Clll和Cel充電。此時，電容Cel的兩端電壓Vel隨時間上升，如圖19所示。經(jīng)過一定時 間之后，TFT 111的柵極-至-源極電壓采取值Vth。此時，Vel = Vofs - Vth ^ Vcat +Vthel。閾值抵消(canceling)操作結(jié)束之后，如圖14A和14C和圖20所示， 信號線SGL在TFT 112在開態(tài)下設(shè)置為電位Vsig。數(shù)據(jù)信號Vsig是對應(yīng)于 灰度層次(gradation level)的電壓。此時，如圖14D所示，TFT 111的柵極 電位是電位Vsig，因為TFT 112是導(dǎo)通的。源極電位隨時間上升，因為電流 Ids從作為電源線的電源驅(qū)動線PSL流動。此時，當(dāng)TFT 111的源極電壓不超過EL發(fā)光元件113的閾值電壓Vthel 和陰極電壓Vcat的和時(當(dāng)EL發(fā)光元件113的漏電流比流過TFT 111的電 流小得多時)，流過TFT 111的電流用于為電容器CI 11和Cel充電。此時，因為TFT 111的校正閾值的操作已經(jīng)完成，流經(jīng)TFT 111的電流反映了遷移率P。具體地，如圖21所示，當(dāng)遷移率)i高時，此時電流的量大，且源極電 壓快速上升。相反地，當(dāng)遷移率H低時，電流的量小，且源極電壓上升慢。這樣，反映遷移率ju的TFT 111的柵極-至-源極電壓下降，且經(jīng)過一段時間 之后變?yōu)閺氐仔Ｕw移率的柵極-至-源極電壓。最后，如圖14A至14C和圖22所示，柵極脈沖GP變?yōu)榈碗娢灰躁P(guān)閉 T1'T12并因此結(jié)束寫入，且使EL發(fā)光元件113發(fā)光。因為TFT 111的柵極-至-源極電壓是恒定的，TFT 111向EL發(fā)光元件113 發(fā)出恒定電流Ids',電壓Vel上升至電壓Vx，在Vx電流Ids，流過EL發(fā)光 元件113,且F丄發(fā)光元件113發(fā)光。同樣在像素電路101中，發(fā)光元件113的I-V特性隨發(fā)光時間延長而變 化。因此，圖22中的點B (節(jié)點ND111)的電位也改變。然而，TFT 111 的柵極-至-源極電壓保持在恒定值，并這樣流過EL發(fā)光元件113的電流不 改變。這樣，即使當(dāng)發(fā)光元件113的I-V特性衰減時，恒定電流Ids在所有 時間流過，并因此發(fā)光元件113的亮度不改變。在這樣驅(qū)動的像素電路中，電源線被制成兩階段配線結(jié)構(gòu)以獲得低電 阻，且可以彌補伴隨電壓降的比如陰影等的不均一性，此不均一性表現(xiàn)為圖 像的不均一或粒狀。根據(jù)本實施例，包括有機EL (電致發(fā)光)元件的圖像裝置具有校正晶 體管閾值的變化的功能，校正遷移率的變化的功能，和校正有機EL發(fā)光元 件的長期變化的功能，從而可以獲得高圖片質(zhì)量。此外，除了由于小數(shù)目的 元件而獲得高清晰度的能力之外，通過使用現(xiàn)有工藝進(jìn)行多層配線獲得了低 電阻，從而可以獲得提供優(yōu)秀圖片質(zhì)量的圖像裝置。此外，除了由于小數(shù)目的元件而獲得高清晰度的能力之外，通過使用光 敏樹脂進(jìn)行多層配線獲得低電阻配線，從而可以獲得提供優(yōu)秀圖片質(zhì)量的顯 示裝置。此外，在使用光敏樹脂的情況，使平坦化膜的膜厚為tp， tl為第三配線 層的膜厚，以及A為層間膜的材料的常數(shù)，使配置滿足關(guān)系tl = tp/(l+A), 能夠?qū)崿F(xiàn)多層配線而不影響平坦化膜的覆蓋特性，即使當(dāng)層間膜減少時。在本實施例中，上面已經(jīng)描述了對于改善具有圖7中的電路即包括兩個 晶體管和一個電容器的2Tr+ 1C像素電路的顯示裝置100的圖片質(zhì)量的有效措施的實例。然而，雖然該措施的實例對于具有2Tr+lC像素電路的顯示裝置100是 有效的，但該措施也可以應(yīng)用于這樣的顯示裝置，該顯示裝置具有除了與開 關(guān)晶體管和OLED串聯(lián)連接的驅(qū)動晶體管之外為遷移率和閾值校正獨立地 設(shè)置TFT等的配置的像素電路。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該了解的是各種修改、組合、子組合和變化可 以根據(jù)設(shè)計需要和其它因素而進(jìn)行，只要它們在權(quán)利要求或其等同特征的范 圍內(nèi)。本發(fā)明包括與在2006年11月17在日本專利局遞交的日本專利申請 JP2006-311494相關(guān)的主題，在此將其全部內(nèi)容引用結(jié)合于此。
權(quán)利要求
1. 一種像素電路，包括驅(qū)動晶體管；發(fā)光元件；以及電源線；其中所述驅(qū)動晶體管連接在所述電源線和所述發(fā)光元件的預(yù)定電極之間，以及所述電源線形成為多層配線，且形成內(nèi)插電容以使得形成為多層配線的該電源線和另一個導(dǎo)電層以一定距離彼此相對布置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的像素電路，其中所述驅(qū)動晶體管包括由第一配線層形成的柵電極、溝道形成區(qū)域、 形成在所述柵電極和所述溝道形成區(qū)域之間的柵極絕緣膜、以及第一電極和 第二電極，形成該第一電極和第二電極以使得所述溝道形成區(qū)域夾置在該第一電極和該第二電極之間，所述電源線包括第二配線層和第三配線層，形成該第二配線層以經(jīng)由形 成在絕緣膜中的接觸孔連接至所述驅(qū)動晶體管的第一電極，形成該第三配線 層以經(jīng)由形成在層間膜中的接觸孔連接至所述第二配線層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的像素電路， 其中所述電源線的電位采取多個值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的像素電路， 其中所述層間膜由光敏樹脂形成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的像素電路， 其中所述層間膜由聚酰亞胺形成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的像素電路，還包括形成在所述第三配線層上的平坦化膜，其中使tp為所述平坦化膜的膜厚，tl為所述第三配線層的膜厚，且A 使所述層間膜的材料的常數(shù)，滿足下面的關(guān)系 tl二tp/(1 +A)
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的像素電路，其中所述第二電極連接至所述發(fā)光元件的所述預(yù)定電極，且所述第三配線層由與所述預(yù)定電極相同的材料形成。
8. —種顯示裝置，包括像素陣列單元，其中形成多個像素電路，所述像素電路包括發(fā)光元件、 電源線、連接于所述電源線和所述發(fā)光元件的預(yù)定電極之間的驅(qū)動晶體管， 和連接于信號線和所述驅(qū)動晶體管的柵電極之間的開關(guān)晶體管；第一掃描器，為所述電源線提供電位；以及第二掃描器，為所述開關(guān)晶體管輸出驅(qū)動信號；其中所述電源線形成為多層配線。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的顯示裝置，其中所述驅(qū)動晶體管包括由第一配線層形成的柵電極、溝道形成區(qū)域、 形成在所述柵電極和所述溝道形成區(qū)域之間的柵極絕緣膜、以及第一電極和 第二電極，形成該第一電極和第二電極以使得所述溝道形成區(qū)域夾置在該第 一電極和該第二電極之間，所述電源線包括第二配線層和第三配線層，形成該第二配線層以經(jīng)由形 成在絕緣膜中的接觸孔連接至所述驅(qū)動晶體管的第一電極，形成該第三配線 層以經(jīng)由形成在層間膜中的接觸孔連接至所述第二配線層。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的顯示裝置， 其中所述電源線的電位采取多個值。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的顯示裝置， 其中所述層間膜由光敏樹脂形成。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的顯示裝置， 其中所述層間膜由聚酰亞胺形成。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的顯示裝置，還包括形成在所述第三配線層上 的平坦化膜，其中使tp為所述平坦化膜的膜厚，tl為所述第三配線層的膜厚，A使所 述層間膜的材料的常數(shù)，滿足下面的關(guān)系 tl = tp/(l +A)
14. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的顯示裝置，其中所述第二電極連接至所述發(fā)光元件的所述預(yù)定電極，且所述第三配 線層由與所述預(yù)定電極相同的材料形成。
全文摘要
一種像素電路包括驅(qū)動晶體管；發(fā)光元件；以及電源線；其中驅(qū)動晶體管連接于電源線和發(fā)光元件的預(yù)定電極之間，且電源線形成為多層配線，以及形成內(nèi)插電容以使得形成為多層配線的電源線和另一個導(dǎo)電層以一定距離彼此相對布置。
文檔編號G09F9/33GK101246667SQ20071018706
公開日2008年8月20日 申請日期2007年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月17日
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