特表 2024-521642 ディスプレイデバイスにおける使用のための回路用薄膜トランジスタ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-06-04

(54)【発明の名称】ディスプレイデバイスにおける使用のための回路用薄膜トランジスタ

(51)【国際特許分類】

   H01L 29/786 20060101AFI20240528BHJP

   H01L 21/336 20060101ALI20240528BHJP

   G09F 9/30 20060101ALI20240528BHJP

   G09G 3/20 20060101ALI20240528BHJP

   G09G 3/3266 20160101ALI20240528BHJP

   G09G 3/36 20060101ALI20240528BHJP

   H10K 59/12 20230101ALI20240528BHJP

【ＦＩ】

H01L29/78 612C

H01L29/78 618B

H01L29/78 612Z

H01L29/78 617N

G09F9/30 365

G09F9/30 338

G09F9/30 348A

G09G3/20 624B

G09G3/3266

G09G3/20 621M

G09G3/20 680G

G09G3/20 622E

G09G3/20 611J

G09G3/20 611D

G09G3/20 621F

G09G3/20 611H

G09G3/20 642A

G09G3/20 670K

G09G3/20 611A

G09G3/36

H10K59/12

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023568456

(86)(22)【出願日】2021-05-07

(85)【翻訳文提出日】2023-12-27

(86)【国際出願番号】 US2021031364

(87)【国際公開番号】W WO2022235273

(87)【国際公開日】2022-11-10

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

【住所又は居所原語表記】３０５０ Ｂｏｗｅｒｓ Ａｖｅｎｕｅ Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ ＣＡ ９５０５４ Ｕ．Ｓ．Ａ．

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】イム， ドンキル

(72)【発明者】

【氏名】チェ， スヨン

(72)【発明者】

【氏名】キム， ジョンベ

【テーマコード（参考）】

3K107

5C006

5C080

5C094

5C380

5F110

【Ｆターム（参考）】

3K107AA01

3K107BB01

3K107CC31

3K107EE04

3K107HH05

5C006AA16

5C006AF50

5C006BB16

5C006BC02

5C006BC03

5C006BC06

5C006BC11

5C006BC20

5C006BF25

5C006BF34

5C006BF42

5C006FA12

5C006FA22

5C006FA25

5C006FA33

5C006FA36

5C006FA46

5C006FA47

5C080AA06

5C080AA10

5C080BB05

5C080DD05

5C080DD08

5C080DD10

5C080DD25

5C080DD26

5C080DD29

5C080EE29

5C080FF03

5C080FF11

5C080HH09

5C080JJ02

5C080JJ03

5C080JJ05

5C080JJ06

5C080KK02

5C080KK04

5C080KK07

5C080KK43

5C094AA02

5C094AA04

5C094AA25

5C094BA03

5C094BA27

5C094BA43

5C094CA19

5C094DA09

5C094DA13

5C094DB04

5C094FA01

5C094FA02

5C094FB02

5C094FB14

5C094HA08

5C380AA01

5C380AB06

5C380AB11

5C380AB12

5C380AB18

5C380AB24

5C380AC07

5C380AC11

5C380AC12

5C380BA01

5C380BA05

5C380BA10

5C380BA20

5C380BB05

5C380BB11

5C380BB21

5C380BB22

5C380BB23

5C380BD05

5C380CA12

5C380CB14

5C380CB26

5C380CC02

5C380CC26

5C380CC30

5C380CC33

5C380CC62

5C380CC77

5C380CD012

5C380CF12

5C380DA02

5C380DA06

5C380HA02

5C380HA05

5C380HA12

5F110AA01

5F110AA06

5F110AA07

5F110AA08

5F110AA14

5F110BB02

5F110CC01

5F110DD01

5F110DD02

5F110DD05

5F110DD13

5F110DD14

5F110DD15

5F110DD17

5F110EE02

5F110EE04

5F110EE06

5F110EE07

5F110EE30

5F110FF01

5F110FF02

5F110FF03

5F110GG01

5F110GG02

5F110GG13

5F110HL02

5F110HL04

5F110HL06

5F110HL07

5F110NN22

5F110NN23

5F110NN24

5F110NN71

5F110NN73

(57)【要約】

駆動薄膜トランジスタを含むデバイスが、本明細書で開示される。駆動薄膜トランジスタは、金属酸化物チャネルと、駆動金属酸化物チャネルと接触するソース電極と、金属酸化物チャネルより上に配置され、駆動ソース電極に物理的に接続されているトップゲート電極とを含む。
【選択図】図５Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

駆動薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を備えるデバイスであって、前記駆動ＴＦＴが、
駆動チャネルと、
前記駆動チャネルと電気的に接続された駆動ソース電極と、
前記駆動チャネルより上に配置され、前記駆動ソース電極に電気的に接続された駆動トップゲート電極とを備える、デバイス。

【請求項2】

１つまたは複数のスイッチングＴＦＴをさらに備え、各スイッチングＴＦＴが、
スイッチング金属酸化物（ＭＯ）チャネルと、
前記スイッチングＭＯチャネルより上に配置されたスイッチングトップゲート電極とを備える、請求項１に記載のデバイス。

【請求項3】

少なくとも１つのスイッチングＴＦＴが、前記スイッチングトップゲート電極に電気的に接続されたスイッチングボトムゲート電極を備える、請求項２に記載のデバイス。

【請求項4】

前記１つまたは複数のスイッチングＴＦＴのそれぞれが、ピクセル回路における、またはゲートドライバオンアレイ（ＧＯＡ）回路における使用のために動作可能である、請求項３に記載のデバイス。

【請求項5】

前記駆動ＴＦＴが駆動ボトムゲート電極をさらに備え、ゲートバイアスが、前記駆動ボトムゲート電極に印加される、請求項１に記載のデバイス。

【請求項6】

駆動薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を備えるデバイスであって、前記駆動ＴＦＴが、
第１のチャネルと、
前記第１のチャネルより下に配置された第１のボトムゲート電極と
を備える第１のＴＦＴと、
第２のチャネルと、
前記第２のチャネルより下に配置され、前記第１のＴＦＴの前記第１のボトムゲート電極に電気的に接続された第２のボトムゲート電極と
を備える第２のＴＦＴと、を備える、デバイス。

【請求項7】

前記第１のＴＦＴが、前記第１のチャネルより上に配置された第１のトップゲート電極を備える、請求項６に記載のデバイス。

【請求項8】

１つまたは複数のスイッチングＴＦＴをさらに備え、各スイッチングＴＦＴがトップゲート電極ＴＦＴであり、前記トップゲート電極ＴＦＴがボトムゲート電極を有さない、請求項６に記載のデバイス。

【請求項9】

１つまたは複数のスイッチングＴＦＴをさらに備え、各スイッチングＴＦＴが、
スイッチングボトムゲート電極と、
前記スイッチングボトムゲート電極より上に配置されたスイッチング金属酸化物（ＭＯ）チャネルと、
前記スイッチングＭＯチャネルより上に配置されたスイッチングトップゲート電極とを備え、前記スイッチングトップゲート電極が、前記スイッチングボトムゲート電極に電気的に接続されている、請求項６に記載のデバイス。

【請求項10】

ゲートドライバオンアレイ（ＧＯＡ）回路を備える、請求項９に記載のデバイス。

【請求項11】

ピクセル回路を備える、請求項９に記載のデバイス。

【請求項12】

前記第１のチャネルの上に配置され、前記第２のチャネルの上に延びるトップゲート絶縁層をさらに備える、請求項６に記載のデバイス。

【請求項13】

前記第１のチャネルの上に配置された第１のトップゲート絶縁層と、前記第２のチャネルの上に配置された第２のトップゲート絶縁層とをさらに備える、請求項６に記載のデバイス。

【請求項14】

駆動薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を備えるデバイスであって、前記駆動ＴＦＴが、
第１のチャネルと、
前記第１のチャネルより上に配置された第１のトップゲート電極と
を備える第１のＴＦＴと、
第２のチャネルと、
前記第２のチャネルより上に配置され、前記第１のＴＦＴの前記第１のトップゲート電極に電気的に接続された第２のトップゲート電極と
を備える第２のＴＦＴと、を備える、デバイス。

【請求項15】

１つまたは複数のスイッチングＴＦＴをさらに備え、各スイッチングＴＦＴが、
スイッチングチャネルと、
前記スイッチングチャネルより上に配置されたスイッチングトップゲート電極と、を備える、請求項１４に記載のデバイス。

【請求項16】

１つまたは複数のスイッチングＴＦＴをさらに備え、各スイッチングＴＦＴが、前記スイッチングチャネルより下に配置されたスイッチングボトムゲート電極を備え、前記スイッチングトップゲート電極が、前記スイッチングボトムゲート電極に電気的に接続されている、請求項１５に記載のデバイス。

【請求項17】

前記第１のチャネルおよび前記第２のチャネルのうちの少なくとも一方が、インジウム、亜鉛、ガリウム、酸素、アルミニウム、スズ、Ｉｎ－Ｚｎ－Ｏ、Ｉｎ－Ｓｎ－Ｏ、Ｉｎ－Ｚｎ－Ｓｎ－Ｏ、Ｉｎ－Ｇａ－Ｏ、Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ－Ｏ、Ｉｎ－Ｇａ－Ｓｎ－Ｏ、Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ－Ｓｎ－Ｏ、またはそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含む層を含む金属酸化物である、請求項１４に記載のデバイス。

【請求項18】

前記第１のチャネルおよび前記第２のチャネルのうちの少なくとも一方が、低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ）の単層である、請求項１４に記載のデバイス。

【請求項19】

前記第１のチャネルもしくは前記第２のチャネルのうちの少なくとも一方、または、前記第１のチャネルと前記第２のチャネルとの両方が、それぞれ単層から構成される、請求項１４に記載のデバイス。

【請求項20】

前記第１のチャネルまたは前記第２のチャネルのうちの少なくとも一方が、２つ以上の層を備え、各層が、異なる電子移動度を有する、請求項１４に記載のデバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は一般に、ゲート（スキャン）ドライバオンアレイ（ＧＯＡ）回路、および／または、ピクセル回路に使用される、駆動薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、および／または、スイッチングＴＦＴを有するデバイスに関する。デバイスは、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイスクリーンなどのディスプレイスクリーンにおいて使用され得る。

【背景技術】

【0002】

薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）は、ガラスなどの支持基板の上に、活性半導体層ならびに誘電体層の薄膜と、金属コンタクトとを堆積させることによって作られる。特に、ＴＦＴは、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）とすることができる。

【0003】

ＴＦＴは、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）および有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ向けの、ＴＦＴの高解像度、低電力消費、および高速動作により、ディスプレイ用途において大きな関心を集めている。ＴＦＴはディスプレイのパネル内に埋め込まれている。ディスプレイモジュール内のソースドライバＩＣからのデータライン電圧信号と、ディスプレイパネル内の周辺ディスプレイパネルエリア内のゲートドライバ回路からのスキャンライン電圧信号とが、ピクセル回路内のＴＦＴに送達されて、アクティブディスプレイパネルエリア内のＴＦＴをオンおよびオフすることによってディスプレイ画像を制御する。画像ゆがみは、より高い移動度によりＴＦＴの応答を改善すること、および／または、ピクセル間のクロストークを低減することによって、減少させる。ＬＣＤもしくはＯＬＥＤテレビ（ＴＶ）またはモニタを含むほとんどのディスプレイ製品は、パネル内にＴＦＴを含む。多くの現代の高解像度および高品質の電子ビジュアルディスプレイデバイスは、多数のＴＦＴをピクセル回路の構成要素として用いるアクティブマトリクスベースのＯＬＥＤディスプレイを使用する。ＴＦＴ技術の１つの有益な側面は、ディスプレイ上の各ピクセルに対して別個のＴＦＴを使用することである。各ＴＦＴは、ディスプレイ画像の増大した制御のために、データラインまたはゲート信号ラインを通じて電圧および電流を制御することによって、ピクセル回路またはゲートドライバ回路内の電流スイッチまたは電流源として機能する。高移動度のＴＦＴからのオン電流がより高くなると、ディスプレイ画像の素早いリフレッシュと、データのゆがみおよびゲート信号電圧を最小化することによるより優れた画像品質とが実現する。

【0004】

ＯＬＥＤディスプレイパネル向けの従来のＴＦＴの１つの欠点は、従来のＴＦＴが、安定性と、色および／またはグレースケールに対する電圧制御と、表示動作中の駆動ＴＦＴにおけるオン電流変動に起因するＯＬＥＤ均一性変化によるＯＬＥＤ電流制御の制御に対するピクセル回路の構成要素としての駆動ＴＦＴからのドレイン電圧に対して高感度であることと、特に高解像度および／または大型スクリーンディスプレイに対して、ピクセル回路の構成要素としてのスイッチングＴＦＴの応答が低速であることと、に対して制限を有し得ることである。

【0005】

したがって、必要とされるのは、オフリーク電流が低い、ピクセル回路向けの改善されたスイッチングおよび駆動ＴＦＴならびにゲートドライバ回路向けの改善されたスイッチングＴＦＴである。

【発明の概要】

【0006】

本明細書において開示されたのは、駆動チャネルを含む駆動薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を有するデバイスである。駆動ソース電極は駆動チャネルに電気的に接続され、駆動チャネルより上に配置され、駆動ソース電極に電気的に接続された駆動トップゲート電極。

【0007】

いくつかの実施形態では、第１のＴＦＴを含む駆動薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を有するデバイスが用意される。第１のＴＦＴは、第１のチャネルと、第１のチャネルより下に配置された第１のボトムゲート電極とを含む。第２のチャネルと、第２のチャネルより下に配置され、第１のＴＦＴの第１のボトムゲート電極に電気的に接続された第２のボトムゲート電極と、を有する第２のＴＦＴが用意される。

【0008】

いくつかの実施形態では、駆動薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を有するデバイスが用意される。駆動ＴＦＴは第１のＴＦＴを含む。第１のＴＦＴは、第１のチャネルと、第１のチャネルより上に配置された第１のトップゲート電極とを含む。駆動ＴＦＴは、第２のチャネルと、第２のチャネルより上に配置され、第１のＴＦＴの第１のトップゲート電極に電気的に接続された第２のトップゲート電極と、を含む第２のＴＦＴを含む。

【0009】

いくつかの実施形態では、駆動薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を有するデバイスが用意される。駆動ＴＦＴは、第１のチャネルと、第１のチャネルより上に配置された第１のトップゲート電極と、を備える第１のＴＦＴを含む。駆動ＴＦＴは、第２のチャネルと、第２のチャネルより上に配置され、第１のＴＦＴの第１のトップゲート電極に電気的に接続された第２のトップゲート電極と、を有する第２のＴＦＴを含む。

【0010】

本開示の上記で列挙した特徴を詳細に理解することができる様式で、その一部が添付図面に示される実施形態を参照することにより、上記で簡潔に要約した本開示のより具体的な説明を得ることができる。しかしながら、添付図面は例示的実施形態を例証しているにすぎず、したがって、本開示は他の等しく有効な実施形態を許容することができるので、発明の範囲を限定するものとみなされるべきではないことに留意されたい。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】いくつかの実施形態による、簡略化された有機発光ダイオードディスプレイ（ＯＬＥＤ）パネルの概略図である。

【図2】いくつかの実施形態による、ＯＬＥＤパネルの表示エリアにおけるアクティブマトリクスピクセルアレイの概略図である。

【図3A】いくつかの実施形態による、ボトムエミッションＯＬＥＤディスプレイの概略図である。

【図3B】いくつかの実施形態による、トップエミッションＯＬＥＤディスプレイを伴う概略図である。

【図4】いくつかの実施形態による、ＯＬＥＤディスプレイパネルにおけるピクセル回路およびＧＯＡ回路の簡略化されたセットの概略図である。

【図5A】いくつかの実施形態による、ピクセル回路の駆動トランジスタを示す図である。

【図5B】いくつかの実施形態による、ピクセル回路の駆動トランジスタを示す図である。

【図6】いくつかの実施形態による、ピクセル回路の駆動トランジスタを示す図である。

【図7】いくつかの実施形態による、ピクセル回路の駆動トランジスタを示す図である。

【図8】いくつかの実施形態による、ピクセル回路の駆動トランジスタを示す図である。

【図9】いくつかの実施形態による、ピクセルおよび／またはＧＯＡ回路向けのスイッチングトランジスタを示す図である。

【図10】いくつかの実施形態による、ピクセルおよび／またはＧＯＡ回路向けのスイッチングトランジスタを示す図である。

【図11】いくつかの実施形態による、同じ基板上に配置された駆動トランジスタおよびスイッチングトランジスタを示す図である。

【図12】いくつかの実施形態による、トランジスタのゲート電圧に対するドレインソース電流の挙動比較のグラフ図である。

【図13A】いくつかの実施形態による、スイッチングトランジスタに対する出力曲線のグラフ図である。

【図13B】いくつかの実施形態による、スイッチングトランジスタに対する出力曲線のグラフ図である。

【図14A】いくつかの実施形態による、駆動トランジスタに対する出力曲線のグラフ図である。

【図14B】いくつかの実施形態による、駆動トランジスタに対する出力曲線のグラフ図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

理解を容易にするため、可能な場合には、図に共通である同一の要素を示すために、同一の参照番号を使用した。１つの実施形態で開示された要素は、特定の詳述なく他の実施形態に対して有益に利用することができることが企図されている。本明細書で参照される図面は、特に言及されていない限り一定の縮尺で描かれているとは理解しないものとする。さらに、図面はたびたび簡略化され、詳細または構成要素は、提示および説明を明瞭にするために省略されている。図面および考察は、下記で論じられた原理を説明するのに役立ち、但し、同様の記号表示は同様の要素を示す。

【0013】

下記の詳細説明は、本質的に単に例示であり、本開示または本願ならびに本開示の使用を制限することを意図するものではない。さらに、先行する背景、概要、または以下の詳細説明において提示される任意の表現されるまたは示唆される理論によって制約されることを意図するものではない。

【0014】

本明細書における実施形態は、ディスプレイデバイスなどのデバイス向けの回路において使用される薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を含む。本明細書で開示されるＴＦＴは、ＴＦＴにおけるオン電流がより高いことにより、ＴＦＴの、高い安定性、十分な制御、および素早い応答によって高電流を輸送し、バイアスを印加するための電極の選択を各回路に対して接続するための電極の選択と組み合わせる。本明細書に記述されているＴＦＴは、ピクセル回路向けの駆動ＴＦＴとして、ならびに、ゲートドライバオンアレイ（ＧＯＡ）回路およびピクセル回路向けのスイッチングＴＦＴとして使用することができる。ＴＦＴのうちの１つまたは複数は、高キャリア密度の金属酸化物チャネルの上に配置されたゲート構造を含む。ゲート構造は、１つまたは複数のゲート電極を含み、したがって、ＴＦＴはトップゲート（ＴＧ）、ダブルゲート（ＤＧ）、またはボトムゲート（ＢＧ）ＴＦＴである。本明細書に記述されているＴＦＴは、ダブルゲート構造に特に有用である。チャネルは各ＴＦＴに対して異なる利益をもたらすさまざまな電子移動度の１つまたは複数の層を含むことができる。特に、チャネルの高移動度層は、ＴＦＴの応答速度を増大させ、低移動度層は、同じＴＦＴ内の高移動度層よりも、より正のしきい値電圧（ターンオン電圧）およびより低いリーク電流を可能にする。低移動度層と高移動度層との組み合わせは、本明細書で説明したように、改善された移動度、より低いオフリーク電流、および正のしきい値電圧（ターンオン電圧）などの改善された品質を備えるＴＦＴをもたらす。

【0015】

ディスプレイ向けのＯＬＥＤピクセルのサブピクセルを動作させるために、少なくとも１つのスイッチングトランジスタ、１つの駆動トランジスタ、および１つのコンデンサが使用される。スイッチングＴＦＴは、データ電圧をコンデンサ（ストレージ）に渡す。ストレージコンデンサは、駆動ＴＦＴのためのゲートに接続される。ストレージキャパシタンスに接続された駆動ＴＦＴのゲート電圧は、駆動ＴＦＴのどれだけの電流が、明度を制御するためにＯＬＥＤに流れているかを決定する。ストレージコンデンサの必要とされるキャパシタンスは、フレームレートと、ストレージコンデンサ、およびディスプレイのための駆動ＴＦＴのゲートの両方に接続されたスイッチングＴＦＴのリーク電流と、によって決定される。

【0016】

図１は、簡略化された有機発光ダイオードディスプレイ（ＯＬＥＤ）パネル１００の概略図である。ＯＬＥＤパネル１００は、ゲートドライバオンアレイ（ＧＯＡ）回路のためのスイッチングＴＦＴの非表示エリア１０２、ピクセル回路のためのスイッチングおよび駆動ＴＦＴの表示エリア１０４、ならびにソース（データ）ドライバ集積回路のエリア１０６を含む。いくつかの態様では、非表示エリア１０２は、１つもしくは複数の側部に配置された、または表示エリア１０４を取り囲む、エッジ領域内に配置される。

【0017】

図２は、ＯＬＥＤパネル１００の表示エリア１０４におけるアクティブマトリクスピクセルアレイの概略図である。表示エリア１０４は、行２６０および列２８０に配列されたピクセル２９０、すなわち、第１のピクセル２９０_１、第２のピクセル２９０_２、第３のピクセル２９０_３などのアレイを有する。各ピクセル２９０は、ピクセル２９０の値を決定するための複数のサブピクセル２５０を有する。例えば、第１のピクセル２９０_１は、第１のサブピクセル２５０_１Ａ、第２のサブピクセル２５０_１Ｂ、および第３のサブピクセル２５０_１Ｃを有する。各サブピクセル２５０は、それぞれのピクセル２９０の単色要素である。しかしながら、第１のピクセル２９０_１は、３つを超えるサブピクセル２５０、例えばサブピクセル２５０_１Ｎを有することができ、「１Ｎ」は、第１のピクセル２９０_１に対する任意の数のサブピクセル２５０を表すことができる。ＯＬＥＤパネル１００内の各行２６０には、スキャンライン２１０を使用して独立してアクセスすることができる。ＯＬＥＤパネル１００内の各列２８０には、データライン２２０を使用してアクセスすることができる。第１のスキャンライン２１２および第１のデータライン２２２をアドレス指定することにより、ＯＬＥＤパネル１００の第１のピクセル２９０_１内の第１のサブピクセル２５０_１Ａにアクセスする。各サブピクセル２５０は、ＯＬＥＤパネル１００において同様にアドレス指定され得る。さまざまな実施形態では、各サブピクセル２５０が、単一のスキャンライン２１０に結合されているように例示されている一方、各サブピクセルは、各サブピクセル２５０の更新を制御するために使用され得る複数のスキャンライン２１０に結合されてもよい。そのような実施形態では、スキャンライン２１０は、サブピクセル２５０の更新タイミングを制御するために、異なる選択信号を用いて異なる時刻に駆動されてもよい。

【0018】

１つまたは複数の実施形態では、ＯＬＥＤパネル１００は、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイデバイスであり得る。そのような実施形態では、サブピクセル２５０のそれぞれは、１つまたは複数のトランジスタを介して、対応するスキャンライン（複数可）およびデータラインに結合される電極を備えることができる。スイッチングＴＦＴがオンされると、サブピクセルデータ信号（複数可）がスイッチングＴＦＴに印加されて、データ信号を、特定の電圧レベルを有する駆動ＴＦＴに送達する。駆動ＴＦＴはＯＬＥＤに接続されており、駆動ＴＦＴからの電流はＯＬＥＤデバイスパネルにおけるＯＬＥＤの明度を制御する。供給電圧（ＥＬＶＤＤまたはＶＳＳ）が各サブピクセルに印加されて、各ピクセルにおける駆動ＴＦＴ内の電流を制御することによって、ＯＬＥＤのグレースケール色および明度を制御する。１つの実施形態では、正の供給電圧はＥＬＶＤＤと称されてもよく、負の供給電圧はＶＳＳまたはＥＬＶＳＳと称されてもよい。

【0019】

図３Ａは、ボトムエミッションＯＬＥＤディスプレイを用いた概略図である。ＯＬＥＤは、サブピクセル回路３２０の頂部上に位置づけられる。ＯＬＥＤからの光は、下向きの発光方向のため、サブピクセル回路エリア３２０を通り抜けることができない。単一のサブピクセル２５０は、第１のサブピクセル２５０_１Ａであり得る。しかしながら、図３Ａに示される単一のサブピクセル２５０は、第１のサブピクセル２５０_１Ａなどのサブピクセル２５０のそれぞれにとって総称的であり、総称サブピクセル２５０に関してさらなる考察を行うこととする。サブピクセル２５０はサブピクセルエリア３５０を有する。サブピクセルエリア３５０の一部分は、ＯＬＥＤエリア３１０によって占有されている。ＯＬＥＤエリア３１０は、サブピクセル２５０の発光要素である。ＯＬＥＤエリア３１０は、電流駆動型発光デバイスである。サブピクセルエリア３５０の残りの部分は、１つまたは複数のトランジスタと、コンデンサと、サブピクセル回路３２０を形成するためにトランジスタとコンデンサとを接続する金属経路と、を有するサブピクセル回路３２０によって占有されている。１つまたは複数のトランジスタ、コンデンサ、および金属経路は、サブピクセル回路３２０を形成するトランジスタ、コンデンサ、および金属経路のうちの別の１つとは、異なる、基板（デバイス）の金属層内に配置され得る。サブピクセル回路３２０は、サブピクセル２５０を駆動するために、すなわち、発光するまたは発光しないために必要な電力を供給して、ＯＬＥＤエリア３１０を制御する。

【0020】

図３Ｂは、トップエミッションＯＬＥＤディスプレイを用いた概略図を示す。トップエミッションＯＬＥＤディスプレイでは、ＯＬＥＤは、サブピクセル回路３２０の頂部上に位置づけられる。ＯＬＥＤからの光の方向は上向きであるため、サブピクセル回路３２０は光を遮断しない。したがって、トップエミッションＯＬＥＤディスプレイからのサブピクセル回路３２０のエリアは、ＯＬＥＤエリア３１０と同等とすることができ、そのことにより、ボトムエミッションＯＬＥＤディスプレイよりも高密度とすることができる。

【0021】

図４は、１つまたは複数の実施形態による、ＯＬＥＤディスプレイパネル１００におけるピクセル回路４０４およびＧＯＡ回路４０２の簡略化されたセットの概略図である。ピクセル４０４およびＧＯＡ回路４０２の各セットは、３つ以上のトランジスタおよび／または２つ以上のコンデンサなどの、複数の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）およびストレージコンデンサを有する。一般に、サブピクセル回路３２０などのピクセル回路４０４は、スイッチングトランジスタＴ１、電流調整器または駆動トランジスタＴ２、およびストレージコンデンサＣ１を含む。ＧＯＡ回路４０２は、プルアップバッファスイッチングトランジスタＴ_ＤＯＷＮおよびプルダウンバッファスイッチングトランジスタＴ_ＵＰなどのスイッチングトランジスタを含む。ＧＯＡ回路およびピクセル回路向けのトランジスタは、酸化物トランジスタまたは低温多結晶シリコン（ＬＴＰＳ）トランジスタとすることができる。

【0022】

スイッチングトランジスタゲート（Ｇ１）は、スキャンライン（Ｖｓｃａｎ）に接続され、ソースドレインは、Ｖｄａｔａラインと駆動トランジスタＴ２のゲート（Ｇ２）との間に接続される。フルカラーディスプレイにおけるサブピクセル２５０ピクセルのＯＬＥＤエリア３１０内に配置されたＯＬＥＤ４０６は、駆動トランジスタＴ２に電気的に接続される。ＯＬＥＤ４０６のための回路はさらに、低レベル供給電圧（ＶＳＳ）または接地（ＧＮＤ）へと続く。ＯＬＥＤ４０６は、ピクセル回路３２０によって制御され、コモン端子または導体に接続されたカソードと、駆動トランジスタＴ２のソースドレインを通じて高レベル電源（ＥＬＶＤＤ）に接続されたアノードと、を有する。ストレージコンデンサＣ１は、駆動トランジスタＴ２のゲート電圧を保持する。ストレージコンデンサＣ１の他のロケーションもまた企図される。

【0023】

選択信号がＶｓｃａｎライン上に現れ、データ信号がＶｄａｔａライン上に現れると、ＯＬＥＤは、アドレス指定または選択される。トランジスタは、選択されたラインを介してトランジスタのゲートに選択信号を印加することによって、オンおよびオフされ得る。Ｖｓｃａｎライン上の信号はスイッチングトランジスタＴ１のゲート（Ｇ１）に印加されて、トランジスタを「オン」する。Ｖｄａｔａライン上のデータ信号は、スイッチングトランジスタＴ１のソース－ドレインを通じて駆動トランジスタＴ２のゲート（Ｇ２）に印加されて、データ信号の振幅および／または持続期間に応じて駆動トランジスタＴ２を「オン」する。次いで、駆動トランジスタＴ２は、一般に駆動電流の形態で、電力をＯＬＥＤ４０６に供給し、ＯＬＥＤ４０６によって生成される光の明度または強度は、供給される電流の量および／または持続期間に依存し得る。ストレージコンデンサＣ１は、スイッチングトランジスタＴ１が「オフ」された後にＶｄａｔａライン上の電圧を記憶する。

【0024】

図５Ａ、５Ｂ、および６は、本開示のいくつかの態様による、ピクセル回路のためのさまざまな駆動トランジスタの概略的な断面図を示す。いくつかの態様では、駆動トランジスタのそれぞれは、図４に示されるように、ピクセル回路４０４内の駆動トランジスタ（Ｔ２）として使用されることが可能である。

【0025】

図５Ａおよび５Ｂの駆動ＴＦＴ５００Ａ、５００Ｂは、トップゲート電極５１４およびボトムゲート電極５０６を有するダブルゲートＴＦＴである。ＴＦＴ５００Ａ、５００Ｂは、シリコンベースの基板、絶縁ベースの基板、ゲルマニウムベースの基板、または他の適したフレキシブル基板などの基板５０２を含む。基板５０２は、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）デバイス構造において存在することになる１つまたは複数の一般層を含むことができる。基板５０２は、ＴＦＴが、ＴＶ、タブレット、ラップトップ、モバイルフォン、または他のディスプレイなどのＬＣＤまたはＯＬＥＤディスプレイ用途で使用される場合に有用とすることができる、硬質ガラスまたはフレキシブルなポリイミド（ＰＩ）などの透明な材料を含むことができる。

【0026】

いくつかの実施形態では、緩衝層５０４は、基板５０２と直接接触した状態でなど、基板５０２の上に配置される。緩衝層５０４は、単一の二酸化ケイ素（ＳｉＯ_ｘ）、窒化ケイ素（ＳｉＮ_ｘ）、多層窒化ケイ素および／または酸化ケイ素（ＳｉＮ_ｘ／ＳｉＯ_ｙ）、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）、他の絶縁材料、またはこれらの組み合わせなどの絶縁材料を含むことができる。ボトムゲート電極５０６は、緩衝層５０４の上に配置される。いくつかの態様では、ボトムゲート電極５０６は、図４のＧ２に対応する。いくつかの実施形態では、ゲートバイアスは、ＯＬＥＤ用途での使用中、ボトムゲート電極５０６に印加される。いくつかの態様では、ボトムゲート電極は、当業界で知られている任意の適切なプロセスを使用して、堆積およびパターニングされる。ボトムゲート絶縁（ＧＩ）層５０８は、ボトムゲート電極５０６の上に配置され、ボトムゲート電極５０６を取り囲む。ボトムゲート絶縁体、および／または本明細書に記載の任意のゲート絶縁体向けのＧＩ材料は、ケイ素、ＳｉＮ_ｘ、他の絶縁材料、もしくは、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、ポリメチルシルセスキオキサン（ＰＭＳＱ）などのこれらの組み合わせなどの絶縁材料、または他の適切な材料を含むことができる。

【0027】

チャネル構造５１０は、底部ＧＩ層５０８の上に配置される。チャネル構造５１０は、単層のチャネル構造、各層が異なる電子移動度を有する二重層チャネルスタック、または、各層が、自身のすぐ上もしくは下に配置された層とは異なる電子移動度を有する３つ以上の層とすることができる。チャネル構造５１０は、金属酸化物材料または低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ）からなる。本明細書に記載されているチャネル構造は、いずれも、金属酸化物（ＭＯ）材料、そのような単一または複数層ＭＯチャネルからなり得る。代替的に、本明細書に記載されているチャネル構造は、いずれも、単層のＬＴＰＳチャネルなどのＬＴＰＳからなり得る。金属酸化物は、酸素（Ｏ）、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）、スズ（Ｓｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、および、Ｉｎ－Ｚｎ－Ｏ、Ｉｎ－Ｇａ－Ｏ、Ｉｎ－Ｓｎ－Ｏ、Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ－Ｏ、Ｉｎ－Ｚｎ－Ｓｎ－Ｏ、Ｉｎ－Ｇａ－Ｓｎ－Ｏ、Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ－Ｓｎ－Ｏ、もしくはこれらの任意の組み合わせなどの、これらの組み合わせを含むことができる。金属酸化物材料またはＬＴＰＳは、チャネル構造５１０の１つまたは複数の層のために選択されたあらかじめ定められた電子移動度に基づいて選択されることが可能である。トップゲート絶縁（ＧＩ）層５１２は、チャネル構造５１０の上に配置される。いくつかの実施形態では、頂部ＧＩ層５１２は、頂部ＧＩ層５１２より上に配置されるトップゲート電極５１４の幅に近似するようにパターニングされる。代替的に、図５Ｂに示されるように、頂部ＧＩ層５１２’は、チャネル構造５１０の上に配置され、チャネル構造５１０を取り囲み、底部ＧＩ層５０８の上に配置される。図に示されるＴＦＴのすべては、図５Ａに似た頂部ＧＩ層５１２を示しているが、図５Ｂに示される頂部ＧＩ層５１２’か、または、トップゲート電極よりも幅が大きな頂部ＧＩ層を含む任意の他のパターニングが、他の図のいずれかにおいて示されているＴＦＴのうちの１つまたは複数で使用されることが可能である。

【0028】

層間誘電体（ＩＬＤ）層５１６は、トップゲート電極５１４とチャネル構造５１０の一部分との上に配置される。本明細書に記述されている任意のＩＬＤ層は、酸化ケイ素、窒化物、酸素窒化物、およびシリコンベースの誘電体膜などの炭化物などの材料からなってもよい。

【0029】

駆動ＴＦＴ５００Ａは、ＩＬＤ層５１６の上に配置された、ソース５１８およびドレイン５１９を含む。ソース５１８およびドレイン５１９は、ＩＬＤ層５１６内のビアに結合されてチャネル構造５１０に到達する。本明細書に記述されている各電極（例えば、トップゲート電極５１４、ボトムゲート電極５０６、ソース／ドレイン電極５１８、５１９）は、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、ＭｏＷを含む合金、ＭｏＷ、ＴｉＣｕ、ＭｏＣｕ、ＭｏＣｕＭｏ、ＴｉＣｕＴｉ、ＭｏＷＣｕ、ＭｏＷＣｕＭｏＷを含む導電性材料の組み合わせ、インジウムスズ酸化物（ＩｎＳｎＯ）［ＩＴＯ］およびインジウム亜鉛酸化物（ＩｎＺｎＯ）［ＩＺＯ］などの導電性金属酸化物を含むなど、任意の電気伝導性材料、または任意のこれらの組み合わせなどの導電性材料を含む。

【0030】

図のそれぞれにおいて、ＴＦＴの各電極は、電極ごとに電流通路が示されている電極通路を含む。例えば、ＴＦＴ５００Ａは、ドレイン電圧に結合されたドレイン電極通路５２０と、ソース電圧に結合されたソース電極通路５２２と、ソース電極およびソース電圧に結合されたトップゲート電極通路５２４と、ゲート電圧に結合されたボトムゲート電極通路５２６と、を含む。駆動ＴＦＴ５００Ａは、電極通路５２２および５２４による、ソース電極５１８とトップゲート電極５１４との間の物理的かつ電気的な接続部を含む。いくつかの実施形態では、接続部は電気的な配線および／または他の接続ブリッジによって接続される。接続部は、アクティブピクセルエリア（表示エリア１０４）内のコンタクトホールを使用して作られることが可能である。ゲートバイアスは、ボトムゲート電極通路５２６を介してボトムゲート電極５０６に印加される。

【0031】

図５Ａを参照して説明された接続部とは対照的に、ソース電極５１８（例えば、ソース電極通路５２２）とボトムゲート電極５０６（例えば、ボトム電極通路５２６）との間の接続部は、図６に示される駆動ＴＦＴ６００の使用のために作られることが可能である。ソース電極通路５２２およびボトム電極通路５２６は、ソース電圧に接続および結合される。ゲートバイアスは、ゲート電圧に結合された通路５２４を介してトップゲート電極５１４に印加される。ＴＦＴ６００と比較して、ＯＬＥＤデバイス内のピクセル回路のための駆動ＴＦＴとして使用されるとき、ソース電極５１８をトップゲート電極５１４と接続することにより、安定性の改善、色および／またはグレースケールに対する電圧制御の改善、ならびに、ＯＬＥＤ電流制御に対する、出力飽和曲線の改善およびドレイン電圧に対する感度の低下が可能になることが判明した。特に、トップゲート電極５１４は、安定性の改善を実現するソース電極５１８と実質的に同じ電圧である。

【0032】

図７は、基板（ＴＦＴ７０１ＡおよびＴＦＴ７０１Ｂ）上に配置された表示エリアにおける２つの隣り合うサブピクセル回路からの２つのＴＦＴ構造を有する一例の駆動ＴＦＴ７００を示す。一方の駆動ＴＦＴは１つのサブピクセル回路からであり、他方の駆動ＴＦＴは隣のサブピクセル回路からである。各サブピクセル回路は、ＯＬＥＤに接続された１つの駆動ＴＦＴを有する。各ＴＦＴは、図５Ａおよび図５Ｂを参照して説明された層を含む。特に、各ＴＦＴは、基板７０２の上に配置された緩衝層７０４を有するダブルゲートＴＦＴである。各ＴＦＴは、ボトムゲート電極７０６Ａ、７０６Ｂ、底部ＧＩ層７０８、チャネル構造７１０、トップゲート絶縁層７１２、トップゲート７１４Ａ、７１４Ｂ、およびＩＬＤ層７１６を含む。各ＴＦＴは、ソース電極７１９Ａ、７１９Ｂ、およびドレイン電極７１８Ａ、７１８Ｂを有する。

【0033】

各ＴＦＴ７０１Ａ、７０１Ｂに対するボトム電極７０６Ａ、７０６Ｂは、示されているように通路７２６Ａおよび７２６Ｂによって接続され、直流（ＤＣ）電圧または接地（ＧＮＤ）に結合される。他の通路は図５Ａに示されたのと同様に示されている（例えば、ドレイン電圧に結合されたドレイン電極通路７２０Ａ、７２０Ｂ、ソース電圧に結合されたソース電極通路７２２Ａ、７２２Ｂ、およびゲート電圧に結合されたトップゲート電極通路７２４Ａ、７２４Ｂ）。いくつかの態様では、トップゲート電極は図４に示されるＧ２に対応する。ボトム電極の接続により、ボトムゲート電極の電圧を正または負のＤＣ電圧で変化させることによって、しきい値電圧（Ｖｔｈ）の調整が可能になることが判明した。ボトムゲート金属は、集積プロセス中に物理的に接続され、コンタクトホールは、電圧信号を印加するために、パネルの端部で頂部層金属を接続するために作られることが可能である。ボトムゲートとソース電極を接続するためにアクティブピクセルエリア内にコンタクトホールは必要ではない。したがって、ＴＦＴ６００のためのコンタクトホールの必要性をなくすことによって、１枚少ないマスク、および、より大きな空間が利用できるようになる。ＴＦＴ６００と比較して、ピクセル回路のための駆動トランジスタとして駆動ＴＦＴ７００を使用することにより、ボトムゲート電極の電圧を正または負のＤＣ電圧で変化させることによって、しきい値電圧（Ｖｔｈ）の調整が可能になり、さらに、色および／またはグレースケールに対する電圧のより優れた制御と、ＯＬＥＤ電流制御に対する、より優れた出力飽和およびドレイン電圧に対する感度の低下と、が可能になる。

【0034】

図８は、基板上に配置された２つのＴＦＴ構造（ＴＦＴ８０１ＡおよびＴＦＴ８０１Ｂ）を有する一例の駆動ＴＦＴ８００を示す。ＴＦＴ８００は、トップゲート電極７１４Ａ、７１４Ｂが、通路７２４Ａおよび７２４Ｂを通じて接続され、直流（ＤＣ）電圧に結合されており、ボトムゲート電極７０６Ａ、７０６Ｂが接続されていないことを除いて、ＴＦＴ７００と同一である。いくつかの態様では、ボトムゲート電極７０６Ａ、７０６Ｂは、図４に示されているＧ２に対応する。他の通路は、図７に示されているのと同様に示されている。特に、ドレイン電極通路７２０Ａ、７２０Ｂは、ドレイン電圧に結合され、ソース電極通路７２２Ａ、７２２Ｂは、ソース電圧に結合され、ボトムゲート電極通路７２６Ａ、７２６Ｂはゲート電圧に結合される。しきい値電圧（Ｖｔｈ）は、トップゲート電極７１４Ａ、７１４Ｂの電圧を変化させることによって、容易に調整されることが可能である。トップゲート金属は、集積プロセス中に物理的に接続され、コンタクトホールは、電圧信号を印加するために、パネルの端部で頂部層金属を接続するように作られることが可能である。したがってＴＦＴ５００ＡまたはＴＦＴ６００と比較して、接続部を作るのに必要なマスクは１枚少ない。トップゲートとソース電極を接続するためにアクティブピクセルエリア内にコンタクトホールは必要ではない。ＴＦＴ５００Ａと比較して、ピクセル回路のための駆動トランジスタとして駆動ＴＦＴ８００を使用することにより、トップゲートの電圧を正または負のＤＣ電圧で変化させることによって、しきい値電圧（Ｖｔｈ）の調整が可能になり、さらに、正バイアスの温度ストレス（ＰＢＴＳ）または負バイアスの温度ストレス（ＮＢＴＳ）下でのより優れた電気安定性と、色および／またはグレースケールに対する電圧のより優れた制御と、ＯＬＥＤ電流制御に対する、より優れた出力飽和およびドレイン電圧に対する感度の低下と、が可能になる。

【0035】

図５Ａ、５Ｂ、および６～８を参照して説明された駆動トランジスタのそれぞれは、図９および１０を参照して説明されることになるＧＯＡ回路またはピクセル回路のための１つまたは複数のスイッチングトランジスタを組み合わせて使用することができる。いくつかの態様では、図４に示されるように、スイッチングトランジスタのそれぞれは、ピクセル回路４０４内のスイッチングトランジスタ（Ｔ１）、および／またはＧＯＡ回路４０２内のスイッチングトランジスタ（Ｔ_ＵＰ、Ｔ_ＤＯＷＮ）として使用することができる。図９を参照すると、スイッチングＴＦＴ９００は、ボトムゲート電極がないトップゲートＴＦＴである。スイッチングＴＦＴ９００は、ボトムゲート電極を除いて、図５Ａおよび５Ｂを参照して説明された層を含む。特に、スイッチングＴＦＴは、基板９０２の上に配置された緩衝層９０４を有するトップゲートＴＦＴである。底部絶縁層９０８は、緩衝層９０４の上に配置され、その後にチャネル構造９１０、トップゲート絶縁層９１２、トップゲート電極９１４、およびＩＬＤ層９１６が続く。スイッチングＴＦＴ９００は、ソース電圧に結合された対応するソース電極通路９２０を備えるソース電極９１８と、ドレイン電圧に結合された対応するドレイン電極通路９２２を備えるドレイン電極９１９とを含む。トップゲート電極９１４は、ゲート電圧に結合されたトップゲート電極通路９２４を含む。

【0036】

図１０を参照すると、スイッチングＴＦＴ１０００は、トップゲート電極９１４およびボトムゲート電極１００６を備えるダブルゲートトランジスタである。スイッチングＴＦＴ１０００は、ボトムゲート電極１００６が、緩衝層９０４より上に配置され、底部絶縁層９０８が、ボトムゲート電極１００６より上に配置され、ボトムゲート電極１００６を取り囲んでいることを除いて、ＴＦＴ９００を参照して説明される。ＴＦＴ９００とは対照的に、ＴＦＴ１０００は、ゲート電圧に結合される通路９２４および１０２６を通じた、トップゲート電極９１４とボトムゲート電極１００６との間の接続部を含む。スイッチングＴＦＴ９００と比較して、スイッチングＴＦＴ１０００は、高周波および高速動作での、より優れたＶｔｈ均一性、より優れた安定性、およびより高いオン電流を有するＧＯＡ回路という点でさらによく働いた。スイッチングＴＦＴ９００と比較して、スイッチングＴＦＴ１０００は、正バイアスの温度ストレス（ＰＢＴＳ）または負バイアスの温度ストレス（ＮＢＴＳ）下での、より優れたＶｔｈ均一性、およびより優れた電気安定性を有するピクセル回路という点でさらによく働いた。

【0037】

図１１は、同じ基板１１０２上に配置された、駆動トランジスタ１１２２およびスイッチングトランジスタ１１２４を含むトランジスタ１１００の一例を示す。各ＴＦＴは、緩衝層１１０４、ゲート絶縁層（または絶縁層）１１０８、チャネル構造１１１０、トップゲート絶縁層１１１２、およびＩＬＤ層１１１６を含む。各ＴＦＴは、ソース電極１１１９Ａ、１１１９Ｂ、およびドレイン電極１１１８Ａ、１１１８Ｂを含む。単一ＴＦＴである駆動ＴＦＴが示されているが、駆動トランジスタ１１２２は、ＴＦＴ５００Ａ、ＴＦＴ５００Ｂ、ＴＦＴ６００、ＴＦＴ７００、またはＴＦＴ８００などの、図５Ａ、５Ｂ、６～８に示された駆動トランジスタのいずれかとすることもできる。いくつかの態様では、駆動トランジスタ１１２２は、ボトムゲート電極１１０６Ａおよびトップゲート電極１１１４Ａを有するダブルゲートＴＦＴである。ダブルゲートＴＦＴが示されているが、ボトムゲート電極１１０６Ｂおよびトップゲート電極１１１４Ｂによって示されているように、スイッチングトランジスタ１１２４は、ＴＦＴ９００などのトップゲートトランジスタ、または、ＴＦＴ１０００などのダブルゲートトランジスタとすることもできる。

【0038】

例
本明細書に記述されているトランジスタなどのトランジスタは、底部層上のＩｎ－Ｚｎ－Ｏと上部層上のＩｎ－Ｇａ－Ｚｎ－Ｏとからなるデュアル層チャネル構造を使用して形成された。チャネル構造は、４０μｍの幅と１０μｍの長さを有した。

【0039】

図１２は、トランジスタのゲート－ソース間電圧に対するドレイン－ソース間電流（Ｉｄｓ）の挙動比較のグラフ図１２００を示し、ある特定の特性がさらに、下記の表１に要約されている。特に、グラフは、図１０（ＴＦＴ１０００）、図６（ＴＦＴ６００）、図５Ａ（ＴＦＴ５００Ａ）、および図９（ＴＦＴ９００）を参照して説明された各ＴＦＴについて、ゲート－ソース間電圧（Ｖｇｓ）に対する対数スケールのドレイン－ソース間電流ｌｏｇ（ＩＤＳ）を示している。図１２は、各ＴＦＴの各伝達曲線からのサブスレショルド勾配（ＳＳ）を比較するために、ゲート電圧が－１Ｖ～＋５Ｖの小さな範囲にある、ドレイン電圧（Ｖｄｓ）が１Ｖでの伝達曲線を示す。図には示されていないが、１０Ｖドレイン電圧データも表１に収集した。このとき、ＴＦＴは、１Ｖのドレイン－ソース間電圧（Ｖｄｓ）で、線形領域で動作され、１０Ｖのドレイン－ソース間電圧（Ｖｄｓ）で、飽和領域で動作される。サブスレショルド電圧の値は、ドレイン－ソース間電圧（Ｖｄｓ）の値と共に変動する。典型的には、大きなサブスレショルド値は、高いドレイン電圧値から得られる。例えば、Ｖｄｓ＝１０Ｖでは、Ｖｄｓ＝１Ｖなどの、より低いドレイン－ソース間電圧でのサブスレショルド値と比較して、より高いサブスレショルド値が作り出される。スイッチングトランジスタは、低いドレイン電圧値（Ｖｇｓ－Ｖｔｈ＞Ｖｄｓ、Ｖｇｓ＞Ｖｔｈ）で、線形領域で動作され、駆動トランジスタは、高いドレイン電圧値（Ｖｇｓ－Ｖｔｈ＜Ｖｄｓ、Ｖｇｓ＞Ｖｔｈ）で、飽和領域で動作されることが見出された。このとき、Ｖｇｓはゲート－ソース間電圧であり、Ｖｄｓはドレイン－ソース間電圧であり、Ｖｔｈはしきい値電圧である。

【0040】

低レベル電流１Ｅ－１１から高レベル電流１Ｅ－７アンペア（Ａ）までの範囲によって規定される曲線ごとの領域は、曲線ごとに比較され、サブスレショルド勾配（ＳＳ）値が得られた。小さなサブスレショルド値（ＳＳ）を有するトランジスタは、素早いスイッチング動作のために高レベルのドレイン電流値（Ｉｄｓ）に迅速に到達するスイッチングトランジスタとして有用であることが見出された。対照的に、大きなサブスレショルド勾配値（ＳＳ）を有するトランジスタは、低レベル（１Ｅ－１１）ドレイン電流値と高レベル（１Ｅ－７）ドレイン電流値との間のより幅が広いゲート電圧範囲で、グレースケールゲート電圧のより優れた制御のために、高レベルのドレイン電流値（Ｉｄｓ）にゆっくりと到達する駆動トランジスタとして有用である。

【0041】

図１２では、電流範囲は、例示目的で選択されたが、ＯＬＥＤディスプレイの明度のみならず駆動トランジスタのためのグレースケールゲート電圧も制御するためのＯＬＥＤディスプレイを通過することができる、駆動トランジスタからの電流に対応することができる。大きなサブスレショルド勾配（ＳＳ）値は、グレースケールのより優れた制御のために有用である。図１２において水平の破線によって特定される１Ｅ－１１Ａのドレイン－ソース間電流は、ＯＬＥＤディスプレイにおいて黒画像を得るためにＴＦＴをオフするための電流の一例であり、１Ｅ－７Ａは、ＯＬＥＤディスプレイにおいて最大明度を可能にするための最大電流の一例である。用途およびディスプレイに応じて他の電流値を使用することができる。１Ｅ－１１と１Ｅ－７との間の中間電流範囲は、駆動ＴＦＴにおける、１Ｅ－１１に対するゲート電圧と１Ｅ－７に対するゲート電圧との間のある特定のレベルのゲート電圧を使用して、ＯＬＥＤディスプレイにおけるある特定のレベルの明度を制御するように選択されることが可能である。例えば、ゲート電圧は、明度などの属性の制御のために使用される２５６の「レベル」に分割することができる。

【0042】

図１２において特定された領域１２０２はＴＦＴ１０００に対応し、領域１２０４はＴＦＴ６００に対応し、領域１２０６はＴＦＴ５００Ａに対応し、領域１２０８はＴＦＴ９００に対応する。領域の幅（ΔＶ）は、所望の電流範囲内で電圧を制御する能力を示している。図１２における領域と表１におけるΔＶとの比較において理解できるように、ＴＦＴ５００Ａに対応する領域１２０６は、最も広く、したがって、駆動トランジスタのためのグレースケールゲート電圧の十分な制御を立証している。これはさらに、下記に示す（例えば、Ｖ／ディケードの単位を有するサブスレショルド勾配）領域における曲線の逆勾配を測定する際に、定量的に表され得る。各ＴＦＴに対する値は、ドレイン電圧が１Ｖに等しい場合は下記に、Ｖｄが１０Ｖに等しい場合には（）内の値に要約されている。ＴＦＴ５００Ａは、駆動ＴＦＴにおける電圧および電流を制御する能力を高めることを示す、したがって、表示画像の制御を向上させる、各電圧に対する最高のＳＳ値を示した。したがって、ＴＦＴ５００Ａ、その次のＴＦＴ６００などのＳＳ値が高いトランジスタは、ピクセル回路内の駆動トランジスタとして十分に働く。チャネル層の電子移動度は、ある特定の電極間の接続部を形成することと協調して、あらかじめ定められたＳＳ値を有するＴＦＴを形成するように最適化されることが可能であることが判明した。特に、表１に要約されたトランジスタのそれぞれは、同じチャネル層組成物および寸法を有するにもかかわらず、ＴＦＴ５００Ａは、最低の電子移動度μ（ｃｍ２／Ｖｓ）を有する。ＴＦＴ５００Ａからの低い電子移動度は十分に働き、低い電子移動度により、ＴＦＴ６００、ＴＦＴ１０００、およびＴＦＴ９００と比較して、高いサブスレショルド勾配（ＳＳ）値を有する駆動トランジスタに対する十分な制御が可能になる。

【0043】

対照的に、ＴＦＴ１０００、その次のＴＦＴ９００などのＳＳ値が低いスイッチングトランジスタは、ＧＯＡおよびピクセル回路内のスイッチングトランジスタに対して十分に働く。低いＳＳ値を備える高い電子移動度は、スイッチングＴＦＴに好適である。同じチャネル層組成物を使用して、低いＳＳ値を備え、高い電子移動度を有するスイッチングトランジスタ（例えば、ＴＦＴ１０００）と、高いＳＳ値を備え、低い電子移動度を有する、同じ基板上に配置された隣の駆動トランジスタ（例えば、ＴＦＴ５００Ａ）とを実現することができることが判明した。

底部チャネル層および単層のチャネル構造としてのＩｎ－Ｚｎ－Ｏ（ＩＺＯ）の頂部上の上部層としてＩｎ－Ｇａ－Ｚｎ－Ｓｎ－Ｏを位置づけることによって、デュアル層チャネル構造（ＩＺＯ／ＩＧＺＴＯ）などの他のチャネル組成物を有するＴＦＴの比較の際に、表２および表３に示される同様の結果が見出された。したがって、ＴＦＴ（ＴＦＴ５００Ａ、ＴＦＴ６００、ＴＦＴ９００、ＴＦＴ１０００）は、チャネル構造にかかわらず、ＴＦＴ５００Ａからの、最高のサブスレショルド値およびより優れたグレースケールに対するΔＶと、ＴＦＴ１０００からの、最低のサブスレショルド値および素早いスイッチングに対するΔＶと、を示す同様の結果を示すことができる。

【0044】

図１３Ａ、１３Ｂ、１４Ａ、および１４Ｂは、いくつかの実施形態による、トランジスタの出力特性のグラフ図を示す。図１３Ａは、ＴＦＴ９００に対する曲線を示し、図１３Ｂは、ＴＦＴ１０００に対する曲線を示し、図１４Ａは、ＴＦＴ６００に対する曲線を示し、図１４Ｂは、ＴＦＴ５００Ａに対する曲線を示す。スイッチングまたは駆動トランジスタとしてのＴＦＴの性能を比較するために、ＴＦＴからのドレイン－ソース間電流（Ｉｄｓ）が、０Ｖから１５Ｖまでのゲート－ソース間電圧（Ｖｇｓ）で、２．５Ｖの電圧ステップでモニタされ、０Ｖから２０Ｖまでのドレイン－ソース間電圧（Ｖｇｓ）で、０．５Ｖの電圧ステップでモニタされた。ドレイン－ソース間電圧（Ｖｄｓ）は、水平軸で表され、ドレイン－ソース間電流（Ｉｄｓ）は、垂直軸で表されている。図１３Ｂに示されるＴＦＴ１０００は、図１３Ａ、１４Ａ、および１４Ｂに示されるＴＦＴ９００、ＴＦＴ６００、およびＴＦＴ５００Ａと比較して、より高いドレイン－ソース間電流（Ｉｄｓ）およびより低いサブスレショルド勾配（ＳＳ）値による素早いスイッチング動作のためのスイッチングトランジスタとして十分に働く。しかしながら、図１４Ａ、および１４Ｂに示されるＴＦＴ６００、およびＴＦＴ５００Ａは、グレースケールの、より優れた制御のための駆動トランジスタとして十分に働く。何故なら、ドレイン－ソース間電流（Ｉｄｓ）は、飽和領域におけるドレイン－ソース間電圧（Ｖｄｓ）に対する変化に伴い注目すべき変動を示さず、しかも、ドレイン－ソース間電流は、図１３Ａおよび１３Ｂに示されるＴＦＴ９００およびＴＦＴ１０００と比較して低いドレイン－ソース間電圧（Ｉｄｓ）で、指定された目標電流に迅速に飽和するからである。したがって、ＴＦＴ５００ＡおよびＴＦＴ６００からの飽和領域は、十分な出力飽和を実現するＴＦＴ９００およびＴＦＴ１０００よりも広範である。その上、飽和領域におけるドレイン－ソース間電圧の変化によって、ドレイン－ソース間電流の感度が低くなることにより、より優れたＯＬＥＤ均一性のための駆動ＴＦＴとして、ドレイン－ソース間電流（Ｉｄｓ）の精密な制御ができるようになる。それに加えて、図１４Ｂに示されるＴＦＴ５００Ａは、図１４Ｂに示されるＴＦＴ６００と比較してサブスレショルド勾配（ＳＳ）値が高いので、駆動トランジスタとしてのグレースケールのより優れた制御を可能にする。

【0045】

図１２～１４Ｂおよび表１～３は、図７に示されるＴＦＴ７００からのデータを示さないが、ＴＦＴ７００は、ＤＣ電圧とのＶｔｈの調整がＴＦＴ７００において使用されていないことを除いて、ＴＦＴ６００と同様の結果を示したことが見出された。その上、図１２～１４Ｂおよび表１～３は、図８に示されるＴＦＴ８００からのデータを示さないが、ＴＦＴ８００は、ＤＣ電圧とのＶｔｈの調整がＴＦＴ８００において使用されていないことを除いて、ＴＦＴ５００Ａと同様の結果を示した。さらに、図１２～１４Ｂおよび表１～３は、金属酸化物チャネルを有するトランジスタを示しているが、ＬＴＰＳ単層チャネルなどの他のチャネルも企図される。ＬＴＰＳトランジスタは、ＭＯチャネル構造と同様の相対的結果を有することが判明した。

【0046】

要約すると、０Ｖに近い正のしきい値電圧（例えば、ターンオン電圧）と、スイッチングＴＦＴに対してなど、より高いオン電流と、ＯＬＥＤディスプレイ向けの駆動ＴＦＴにおいてなど、低いサブスレショルド勾配値を伴う十分な電圧／グレー色制御、および、ドレイン－ソース間電圧変化にあまり依存しないゲート－ソース間電圧を伴う良好な出力飽和曲線と、を実現するトランジスタが、本明細書において用意される。

【0047】

これらのおよび他の利点は、説明された特定の実施形態ならびに他の変形形態にしたがっておそらく実現される。上の説明は、例示的であるが、限定を意図するものではないことを理解されたい。本特許請求の精神および範囲内の多くの他の実施形態および修正形態が、当業者にとっては、上の説明を確認すれば明らかであろう。したがって、本発明の範囲は、そのような特許請求の範囲が権利を有する等価物の全範囲と共に、添付の特許請求の範囲を参照して決定されるものとする。下記の特許請求の範囲では、用語「第１の」、「第２の」、および「第３の」などは、単にラベルとして使用され、それらの対象物に対する数字要件を課すことを意図するものではない。

【0048】

本明細書で使用されるように、用語「約」は、公称値からの＋／－１０％のばらつきを指している。そのようなばらつきは、本明細書で用意された任意の値に含まれ得ることを理解されたい。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13A】

【図13B】

【図14A】

【図14B】

【国際調査報告】