JPS61260596A

JPS61260596A - Ｅｌアクテイブマトリクス表示装置

Info

Publication number: JPS61260596A
Application number: JP60103436A
Authority: JP
Inventors: 山内　規義
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1985-05-15
Filing date: 1985-05-15
Publication date: 1986-11-18

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、駆動に必要な回路素子数が少なく、かつ開口
率が大きな画素を有するＥＬアクティブマトリクス表示
装置に関するものである。

従来の技術ＥＬ（エレクトロルミネセント）マトリクス表示装置は
、電界を印加するだけで発光表示できるので、消費エネ
ルギーが小さく、現在広く利用されている。そのＥＬマ
トリクス表示装置の基本的構成は、ＥＬ発光層の両側を
絶縁膜で覆い、その一方の絶縁膜上には、Ｘ方向に延び
る多数のＸ電極が平行且つ互いに離隔して配置され、そ
して、他方の絶縁膜上には、Ｘ方向と直交するＹ方向に
延びる多数のＹ電極が平行且つ互いに離隔して配置され
てなっている。そのようなＥＬマトリクス表示装置は、
Ｘ電極とＹ電極とを選択してその間に電圧を印加すると
、その電圧が印加されたＸ電極とＹ電極とが交叉する部
分の間のＥＬ層が発光するものである。

以上のようなＸＹ電極を交叉させる駆動方法は、画素面
積に対する有効な発光面積の割合すなわち開口率を大き
くすることができる反面、電極間のクロストークが問題
となっている。

そこで、そのクロストークを解消するものとして、ＥＬ
アクティブマトリクス表示装置がある。

その従来のＥＬアクティブマ）　ＩＪクス表示装置は、
例えば、ティー、ウラガミ及びビー、ツジャマ［エレク
トロルミネセントデバイスをアドレスするための高電圧
多結晶シリコン薄膜トランジスタ」ブロシーディングオ
ブザエスアイディ−（Ｔ。

Ｌｌｒａｇａｍｉ　ａｎｄ　Ｂ、Ｔｓｕｊｉｙａｍａ、
　”　Ｈｉｇｈ−ＶｏｌｔａｇｅＰｏｌｙｃｒｙｓｔａ
ｌｌｉｎｅ−３ｉｌｉｃｏｎ　ＴＦＴ　ｆｏｒ　Ａｄｄ
ｒｅｓｓｉｎｇＢｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ
　Ｄｅｖｉｃｅｓ、　”　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏ
ｆｔｈｅ　５ＩＤ）　Ｖｏｌ、　２５／２．１９８４に
開示されている。

その回路構成をここに示すと、第２図の如くである。一
画素に対応する基本単位は、ソースがソース線１に接続
されゲートがゲート線２に接続された第１の薄膜トラン
ジスタ３と、その薄膜トランジスタ３のドレインとアー
スとの間に接続されたコンデンサ４と、そのコンデンサ
の両端にゲートとソースとが接続された第２の薄膜トラ
ンジスタ５と、その第２薄膜トランジスタのドレインと
発光電源６との間に接続されたＥＬ発発光子７から構成
されている。すなわち、薄膜トランジスタ２つ、コンデ
ンサ１つ、ＥＬ発光部１つの４つの回路素子から構成さ
れている。なお、その発光部７は、例えば、ＥＬＬ光材
料層の両側を覆う絶縁膜と、その下側絶縁膜の下にある
ＥＬパッド部と、上側絶縁膜の上にある透明電極とから
構成されている。

以上のような第２図に示した回路は、薄膜トランジスタ
３．５の導電型がＮ型である場合を考えると、ＥＬ発発
光子７発光させるには、次のように動作する。すなわち
、ソース線１の′電位をＶＨ（Ｖ）（ｖ、＞　Ｏ）、ゲ
ート線２の電位をＶＯ（Ｖ）とすると、そのとき、薄膜
トランジスタ３はＯＮ状態となるため、キャパシタ４に
電荷が蓄積される。その結果、薄膜トランジスタ５はＯ
Ｎ状態となり、その薄膜トランジスタ５を介して発光電
源６からＥＬ発発光子７交流電界が印加され、ＥＬ発発
光子７発光する。続いて、ゲート線２の電位を０■とす
る。

このとき、薄膜トランジスタ３はＯＦＦ状態となるが、
キャパシタ４の電荷は保存される。従って、薄膜トラン
ジスタ５はＯＮ状態に維持され、ＥＬ発発光子７発光を
続ける。

このようにして発光させたＥＬ発発光子７消光させるに
は、ソース線１の電位を０■、ゲート線２の電位をＶＨ
（Ｖ）　　とする。このときも、薄膜トランジスタ３は
ＯＮ状態となるが、ソース線１が０■であるので、キャ
パシタ４に蓄積された電荷は薄膜トランジスタ３を経由
して放電され、薄膜トランジスタ５はＯＦＦ状態となる
。従って、ＥＬ発発光子７は電界が印加されないため、
ＥＬ発発光子７発光しない。

以上述べた、ＥＬ素子の発光、消光を時分割駆動法を用
いて繰り返すことにより、ＥＬアクティブマ）　ＩＪク
ス表示装置の画面上に画像や文字を描くことができる。

発明が解決しようとする問題点以上のようなＥＬアクティブマトリクス表示装置は、ク
ロストークの問題なく、各画素に相当すにＥＬＬ光部を
発光させることができる。反面、以上で説明したように
、従来のＥＬアクティブマトリクス表示装置では、１画
素当りの駆動に要する回路素子数が４個と多く、このた
め、画素の開口率すなわち、画素面積に対する有効な発
光面積の割合が著しく小さくなるという欠点があった。

参考まで、第３図に、第２図の回路構成のアクティブマ
トリクスＥ’Ｌ表示装置の画素の平面図を示す。従って
、同一部分には同一参照番号を付しである。２個の薄膜
トランジスタ３．５およびキャパシタ４により、画素に
対応する面積の半分以上が占められ、開口率が０．５以
下になっている。このため、従来のＥＬアクティブマト
リクス表示装置は、ＸＹ電極を使用するＥＬマトリクス
表示装置の開口率に匹敵する開口率を実現できず、アク
ティブマトリクスＥＬ表示装置の輝度および表示品質が
阻害されるという欠点があった。

そこで、本発明は、駆動に要する素子数が多く、開口率
が小さいという従来のアクティブマトリクスＥＬ表示装
置における欠点を解決し、１画素当りの素子数を２個に
低減し、開口率を大幅に改善したアクティブマトリクス
ＥＬ表示装置を提供せんとするものである。

問題点を解決するための手段すなわち、本発明によるならば、１画素に対応する基本
単位が、ＥＬ発発光色、該ＥＬ発発光色一方の電極に接
続された薄膜トランジスタからなる画素駆動用素子とか
ら構成され、前記薄膜トランジスタのゲート絶縁膜が強
誘電性物質で形成されていることをｔ＞ｍとするＥＬア
クティブマ）　ＩＪクス表示装置が提供される。

本発明の１実施例においては、前記薄膜トランジスタの
ドレインは、前記ＥＬ発光邪の前記一方の電極に接続さ
れ、前記薄膜トランジスタのソースがソース線に接続さ
れ、前記薄膜トランジスタのゲートがゲート線に接続さ
れており、また、前記強誘電性物質は、Ｐ　Ｌ　Ｚ　Ｔ
、　ＢａＴｉ　０３、ＰＶＤＦ。

Ｐ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）からなる群から選択された１つ
の物質である。

許月以上のような本発明によるＥＬアクティブマトリクス表
示装置では、薄膜トランジスタのゲート絶縁膜が強誘電
性物質すなわちヒステリシスを有する誘電物質で構成さ
れている。従って、そのゲートに、薄膜トランジスタを
導通させる十分な電圧を印加すると、ゲート電圧を除去
しても、強誘電性物質が分極したままになり、その結果
として、薄膜トランジスタのゲートバイアスが保持され
続け、導通状態に維持される。それ故、発光部に電圧が
印加された状態が確保され、発光し続ける。

そして、そのゲートに、上記した強誘電性物質の分極反
転させる十分な電圧を印加すると、薄膜トランジスタは
不導通状態になり、その電圧を除去したあとも反転方向
の分極が維持され、薄膜トランジスタは不導通状態に保
持される。

なお、ゲート膜へのそのような電圧の印加は、上記した
本発明の１実施例のような構成では、薄膜トランジスタ
のゲートとソースにそれぞれ接続されたゲート線とソー
ス線との間に十分な大きさの正または負の電圧を印加す
るだけで、実現できる。

従って、薄膜トランジスタの強誘電性ゲート膜に分極反
転を生じさせるに十分な大きさの正または負の電圧をゲ
ート電極に印加するだけで、その印加終了後も従来と同
様に発光部を発光または消光状態に維持することかでき
る。

以上のように、従来のＥＬアクティブマトリクス表示装
置にあっては、薄膜トランジスタを２個使用し、キャパ
シタの充電、放電により、ＥＬ発光邪の発光消光を制御
しているのに対し、本発明においては、上記したように
薄膜トランジスタのゲート絶縁膜に強誘電性物質を使用
することにより薄膜トランジスタにメモリ機能を付与し
、その薄膜トランジスタだけのＯＮ状態またはＯＦＦ状
態により発光、消光を制御している。従って、１画素当
り１個の薄膜トランジスタのみによりＥＬ発発光色発光
、消光を制御でき、それに伴い、発光部の面積を増大で
き、開口率を高めることができる。

実施例以下、添付図面を参照して本発明にょるＥＬアクティブ
マ）　ＩＪクス表示装置の実施例を説明する。

第１図は、本発明によるＥＬアクティブマトリクス表示
装置の１画素単位の回路構成を示す回路図である。なお
、第２図に示す従来のＥＬアクティブマトリクス表示装
置の各部分と同一の部分には同一の参照番号を付しであ
る。

すなわち、第１図に図示のＥＬアクティブマトリクス表
示装置の一画素に対応する基本単位は、ソースがソース
線１に接続されゲートがゲート線２に接続された薄膜ト
ランジスタ８と、その薄膜トランジスタ８のドレインと
発光電源６との間に接続されたＥＬ発発光子７から構成
されており、その薄膜トランジスタ８は、強誘電性物質
をゲート膜とする例えばＮチャネル型薄膜トランジスタ
である。

そのような薄膜トランジスタ８は、例えば、第４図に示
すように構成される。すなわち、ガラス基板ｌＯの上に
ポリシリコンアイランド１１が形成され、そのポリシリ
コンアイランド１１の両側にソース１２及び１３が形成
されている。そして、ポリシリコンアイランド１１の上
には、Ｐ　Ｌ　Ｚ　Ｔ、　ＢａＴｉ　Ｃｈ、ＰＶＤＦＳ
Ｐ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）などの強誘電性物質からなるゲ
ート膜１４が形成され、更にその上に、ゲート電極１５
が形成されている。

第４図に示す薄膜トランジスタのドレイン電流、ゲート
電圧との関係を示すと、第５図のようになる。ここで、
ポリシリコンアイランドの電位は０■である。第５図の
特性は、ゲート膜１１における強誘電性による分極反転
に伴うヒステリシスを示している。ゲート電極１５とポ
リシリコンアイランド１１の間の電位差が２　Ｖ＝ｌ　
（ＶＷ＞　Ｏ）を一旦越えると、薄膜トランジスタはゲ
ート電圧が一２Ｖ）Ｉから２Ｖ）＋の範囲で変化しても
ＯＮ状態を維持する。

また、ゲート電極１５とポリシリコンアイランド１１の
間の電位差が一２ｖｎ以下になると、薄膜トランジスタ
は、ゲート電圧が一２■ｎから２■□の範囲で変化して
もＯＦＦ状態を維持する。

従って、ゲート電極１５とポリシリコンアイランド１１
の間に電圧２■□以上または一２Ｖ、以下のパルス電圧
を印加することにより、薄膜トランジスタをＯＦＦ状態
からＯＮ状態へ、または、ＯＮ状態からＯＦＦ状態に変
化させることができる。なお、薄膜トランジスタの通常
の使用状態においては、ソース１２の電位とポリシリコ
ンアイランド１１の電位はほぼ等しいから、ゲート電極
１５とソース１２の間にパルスを印加することにより、
ＯＦＦ状態、ＯＮ状態間の変化を起こさせることができ
る。

ここで、薄膜トランジスタ８がＯＦＦ状態であるとして
、第１図のＥＬアクティブマトリクス表示装置の動作を
説明する。このとき、ＥＬ発発光子７は電界がほとんど
印加されていないため、ＥＬ発発光子７発光していない
。第１図に示す回路においてＥＬ発発光子７発光させる
には、ソース線１に電圧−■□以下のパルスを、ゲート
線２に電圧■）以上のパルスを、同時に印加する。この
操作により、薄膜トランジスタ８のゲート膜１５に２■
□以上の電圧が加えられるため分極反転が起き、薄膜ト
ランジスタ８はＯＦＦ状態からＯＮ状態に変化し、ＥＬ
発発光子７発光する。

第５図を参照して説明したように、ゲート電極１５とソ
ース１２の間に一２ＶＨ以上の電圧を加えない限り、薄
膜トランジスタ８はＯＮ状態を維持し、ＥＬ発発光子７
発光を続ける。従って、パルス印加後、ソース線１およ
びゲート線２の電位を例えばアース電位としておけば、
ＥＬ発発光子７発光を続けることになる。

次に、ＥＬ発発光子７消光するには、ソース線１に電圧
■Ｈ以上のパルスを、ゲート線２に電圧−■□以下のパ
ルスを、同時に印加する。この操作により薄膜トランジ
スタ８のゲート膜１５に一２Ｖ。

以上の電圧が加えられるため、分極反転が起き、薄膜ト
ランジスタ８はＯＮ状態からＯＦＦ状態に変化し、これ
に伴い、ＥＬ発発光子７消光する。

そして、ＥＬ発発光子７、上記発光操作を行なわない限
り、消光の状態を維持する。従って、消光操作の後、消
光状態を続けるには、ソース線１およびゲート線２の電
位を例えばアース電位としておけば良い。

以上で述べた発光、消光の操作を時分解駆動法を用いて
繰り返すことにより、ＥＬアクティブマトリクス表示装
置の画面上に画像や文字を描くことができる。

なお、以上で述べた、ＥＬ発発光子７発光、消光操作に
おける電圧■□は、ゲート膜１１に用いる強誘電性物質
の抗電界ＥＣおよび、ゲート膜厚ｄを用いて２ＶＨ＝Ｅ
ＣＸｄと表わすことができる。

一方、ＥＬＬ子駆動用の交流電圧（最大値を■２とする
）により分極反転が起こるのを防ぐため、２■□〉■２
が満たされていなければならない。従って、例えば、強
誘電性物質としてＰ　（ＶＤＦ・ＴｒＦＥ）を用いた場
合、ＥＣは約５０ＭＶ／ｍであるから、■２が１００■
のとき、ｄはｄ＞２μｍを満たすように決定すればよい
。

更に、本発明の実施例において、分極反転に要する時間
は一般に数μ秒以下とすることができるから、走査線数
の多いＥＬアクティブマトリクス表示装置への適用に際
しても支障はない。

以上のように構成される本発明の実施例におけるＥＬア
クティブマトリクス表示装置の画素の平面図を第６図に
示す。従って、同一部分には同一参照番号を付しである
。薄膜トランジスタ８が占める部分以外の大部分をＥＬ
発発光子７ために利用できるため、開口率の大きな画素
（第６図に示した例では、約０．７）を実現できること
が分るであろう。

なふ、上記実施例は一つの例示であって、本発明の趣旨
を逸脱しない範囲で、種々の変更あるいは改良を行い得
ることは言うまでもない。

例えば、上記実施例では、薄膜トランジスタ８のソース
とゲートとにぞれぞれ＋Ｖ□以上及び−■□以下の電圧
を印加しているが、ソース及びドレインの一方の電位を
固定しておいて、他方に＋２Ｖｏ以上の電圧及び−２■
８以下の電圧を印加するようにしてもよい。

また、薄膜トランジスタ８の断面構造及びその構成材料
も、第４図に示しまた上に説明したものだけでなく、様
々な構成及び材料を採用できる。

例えば、上記実施例はＮチャネルであるが、Ｐチャネル
に構成してもよく、また、チャネル領域は、ポリシリコ
ンアイランド１１だけでなく、単結晶シリコンでもよく
、または、ＧａＡｓなどの化合物半導体材料で形成して
もよい。更に、基板もガラスだけでなく、他の透明基板
材料を使用することもできる。

発明の詳細な説明したように、本発明によれば、開口率の大きな画
素を実現できるため、ＥＬアクティブマトリクス表示装
置の輝度および表示品質を大幅に改善することができる
。従って、本発明を高輝度、大面積、高精細が要求され
る、各種端末装置用表示装置に応用すれば、上記利点を
より有効に活かすことかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例におけるＥＬアクティブマト
リクス表示装置の１画素の回路図、第２図は、従来のＥ
Ｌアクティブマトリクス表示装置の１画素の回路図、第３図は、第２図に示した回路の平面図、第４図は、第
１図に示すＥＬアクティブマトリクス表示装置の薄膜ト
ランジスタの断面構成図、第５図は、第１図に示すＥＬ
アクティブマトリクス表示装置の薄膜トランジスタのド
レイン電流とゲート電圧との関係を示すグラフ、第６図は、第１図に示した回路の平面図である。（主な参照番号）１・・ソース線、　２・・ゲート線、３．５．８・・薄膜トランジスタ、４・・キャパシタ、６・・発光電源、７・・ＥＬＬ光部、１０・・ガラス基板、１１・・ポリ
シリコンアイランド、

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　１画素に対応する基本単位が、ＥＬ発光部と、
該ＥＬ発光部の一方の電極に接続された薄膜トランジス
タからなる画素駆動用素子とから構成され、前記薄膜ト
ランジスタのゲート絶縁膜が強誘電性物質で形成されて
いることを特徴とするＥＬアクティブマトリクス表示装
置。
（２）　前記薄膜トランジスタのドレインは、前記ＥＬ
発光部の前記一方の電極に接続され、前記薄膜トランジ
スタのソースがソース線に接続され、前記薄膜トランジ
スタのゲートがゲート線に接続されていることを特徴と
する特許請求の範囲第（１）項記載のＥＬアクティブマ
トリクス表示装置。
（３）　前記強誘電性物質は、ＰＬＺＴ、ＢａＴｉＯ＿
３、ＰＶＤＦ、Ｐ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）からなる群から
選択された１つの物質であることを特徴とする特許請求
の範囲第（１）項または第（２）項記載のＥＬアクティ
ブマトリクス表示装置。