JP2005209656A - カラーｅｌ表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 画素毎に異なる色を発光する発光層を有するカラーＥＬ表示装置において、隣接する画素間で色が混じってしまい色純度が悪化することを防ぎ、高集積化を行っても色純度の高いカラーＥＬ表示装置を提供する。
【解決手段】 発光領域７の水平方向にコンデンサ５の一部を配置し、発光領域の水平方向の間隔を確保する。発光層を蒸着する際のメタルマスクの合わせずれが生じても、水平方向の距離が確保されているので異なる色同士が混ざりにくい。また、発光領域の垂直方向にもコンデンサ５の一部もしくは、ＴＦＴ４、６が配置されている。従って、デルタ配列において列方向に隣接する画素に対しても色純度が高い。
【選択図】 図１

Description

本発明は、薄膜トランジスタ（TFT）を用いてエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子を駆動するアクティブ型のカラーＥＬ表示装置に関する。

有機ＥＬ素子は、自ら発光するため液晶表示装置で必要なバックライトが要らず薄型化に最適であると共に、視野角にも制限が無いため、次世代の表示装置としてその実用化が大きく期待されている。

このような有機ＥＬ素子を用いた表示装置において、カラー表示を実現する方法として、現在３つの方法が提案されている。

第１の方法は、ＲＧＢの３原色毎に発光層に異なる発光材料を使用することにより、ＲＧＢ光を各々直接発光する各画素を独立に形成する方法、第２の方法は、発光層による白色発光を実現しそれをカラーフィルタで３原色に分ける方法、そして第３の方法は、青色発光層からの光を色変換層（CCM）で３原色に変換する方法である。これら３つの方法のうち、第２及び第３の方法ではカラーフィルタや色変換層を用いるため光の損失があるが、第１の方法では必要な光を直接発光させるため効率が最も良い。

ところで、有機ＥＬ表示装置の駆動方式としては、単純マトリクスを使用するパッシブ型とTFTを使用するアクティブ型の２種類があり、アクティブ型においては一般に図８に示す回路構成が用いられている。

図８は、１画素当たりの回路構成を示しており、有機ＥＬ素子２０と、ドレインに表示信号Dataが印加され、ゲートに印加される選択信号Sc anによりオンオフするスイッチング用の第１のTFT２１と、TFT２１のオン時に供給される表示信号Dataにより充電され、TFT２１のオフ時には充電電圧Vhを保持するコンデンサ２２と、ドレインが駆動電源電圧COMに接続され、ソースが有機ＥＬ素子２０の陽極に接続されると共に、ゲートにコンデンサ２２からの保持電圧Vhが供給されることにより有機ＥＬ素子２０を駆動する第２のTFT２３とによって構成されている。

選択信号Scanは、選択された１水平走査期間（１Ｈ）中Ｈレベルになり、これによってTFT２１がオンすると、表示信号Dataがコンデンサ２２の一端に供給され、表示信号Dataに応じた電圧Vhがコンデンサ２２に充電される。この電圧Vhは、ScanがＬレベルになってTFT２１がオフになっても、１垂直走査（１Ｖ）期間コンデンサ２２に保持され続ける。そして、この電圧VhがTFT２３のゲートに供給されているので、電圧Vhに応じた輝度でＥＬ素子が発光するように制御される。

そこで、このようなアクティブ型のＥＬ表示装置において、上述した第１の方法によりカラー表示を実現する従来構成について、以下説明する。

図５は従来構成を示す平面図、図６は図５におけるＣ−Ｃ線に沿った断面図であり、ＲＧＢの３画素を示している。

図において、５０は表示信号DATAを供給するドレインライン、５１は電源電圧COMを供給する電源ライン、５２は選択信号Scanを供給するゲートラインであり、５３が図８の第１のTFT２１、５４が図８のコンデンサ２２、５５が図８の第２のTFT２３、５６が画素電
極を構成するEＬ素子２０の陽極を表している。陽極５６は平坦化絶縁膜６０上に各画素毎に分離して形成されており、その上にホール輸送層６１，発光層６２，電子輸送層６３，陰極６４が順に積層されることにより、ＥＬ素子が形成されている。そして、陽極５６から注入されたホールと陰極６４から注入された電子とが発光層６２の内部で再結合することにより光が放たれ、この光が図６の矢印で示すように透明な陽極側から外部へ放射される。また、発光層６２は陽極５６とほぼ同様の形状に画素毎に分離して形成され、更にＲＧＢ毎に異なる発光材料を使用することにより、ＲＧＢの各光が各ＥＬ素子から発光される。尚、６５は透明なガラス基板、６６はゲート絶縁膜、６７は層間絶縁膜である。

従来の第１のＴＦＴ５３、コンデンサ５４、第２のＴＦＴ５５、陽極５６の配置は、集積度が充分考慮されておらず、さらなる高集積化が望まれる。

また、一般に、カラー表示装置ではＲＧＢの３原色の配列として、図７（ａ）に示すストライプ配列か図７（ｃ）に示すデルタ配列を採用している。一方、上述したように、ＲＧＢの各色の光を独立したＥＬ素子から直接発光させるためには、ＲＧＢ毎に使用する発光材料を変える必要がある。そこで、例えば、図７（ａ）に示すストライプ配列を採用した場合には、図７（ｂ）に示すようなメタルマスク７０を用い、まず、Ｒのみの発光材料をホール輸送層上に蒸着してＲの発光層を形成し、次に、メタルマスク７０を１画素分水平方向にずらしてＧのみの発光材料をホール輸送層上に蒸着してＧの発光層を形成し、最後に、メタルマスク７０を更に１画素分水平方向にずらしてＢのみの発光材料をホール輸送層上に蒸着してＢの発光層を形成すればよい。図７（ｃ）に示すデルタ配列の場合も、図７（ｄ）に示すメタルマスクを用いて、同様の方法で形成することができる。

このような方法において、メタルマスクの寸法精度やメタルマスクをずらす時の合わせ精度が良くないと、隣接する画素間で色が混じってしまい色純度が悪化するという問題がある。今後、さらなる高集積化を実施すると、メタルマスクの合わせ精度が問題となる恐れがある。

そこで、本発明は、さらなる高集積化を実現した画素配置を提供するとともに、高集積化を行ってもメタルマスクの合わせ精度が問題となりにくいカラーＥＬ表示装置を提供することを目的とする。

本発明は、陽極と陰極間に発光層を有するＥＬ素子と、ゲートラインと、ドレインラインと、ＥＬ素子を駆動する薄膜トランジスタと、薄膜トランジスタへ供給する電圧を保持するコンデンサとを備えたアクティブ型のカラーＥＬ表示装置において、ドレインラインとゲートラインとは互いに交差し、ゲートラインが伸びる方向において各発光領域に隣接する領域にコンデンサが配置され、発光領域は同じ色ごとに形成されるとともに、ゲートラインが伸びる方向において隣り合う発光領域の色が互いに異なることを特徴とする。

また、本発明は、陽極と陰極間に発光層を有するＥＬ素子と、ゲートラインと、ドレインラインと、前記ゲートラインに接続された第１の薄膜トランジスタと、前記ＥＬ素子を駆動する第２の薄膜トランジスタと、前記第２の薄膜トランジスタへ供給する電圧を保持するコンデンサとを備えたアクティブ型のカラーＥＬ表示装置において、前記ドレインラインと前記ゲートラインとは互いに交差し、前記ゲートラインが伸びる方向において各発光領域に隣接する領域に前記第２の薄膜トランジスタが配置され、前記発光領域は同じ色ごとに形成されるとともに、前記ゲートラインが伸びる方向において隣り合う発光領域の色が互いに異なることを特徴とする。

また、本発明は、陽極と陰極間に発光層を有するＥＬ素子と、ゲートラインと、ドレインラインと、前記ゲートラインに接続された第１の薄膜トランジスタと、前記ＥＬ素子を駆動する第２の薄膜トランジスタと、前記第２の薄膜トランジスタへ供給する電圧を保持するコンデンサとを備えたアクティブ型のカラーＥＬ表示装置において、前記ドレインラインと前記ゲートラインとは互いに交差し、発光領域と前記ゲートラインとの間に前記第１の薄膜トランジスタ、前記発光領域と前記ドレインラインとの間に前記第２の薄膜トランジスタがそれぞれ配置され、前記発光領域は同じ色ごとに形成されるとともに、前記ゲートラインが伸びる方向において隣り合う発光領域の色が互いに異なることを特徴とする。

また、本発明は、陽極と陰極間に発光層を有するＥＬ素子と、ゲートラインと、ドレインラインと、前記ゲートラインに接続された第１の薄膜トランジスタと、前記ＥＬ素子を駆動する第２の薄膜トランジスタと、前記第２の薄膜トランジスタへ供給する電圧を保持するコンデンサとを備えたアクティブ型のカラーＥＬ表示装置の製造方法において、水平方向にゲートライン、垂直方向に前記ドレインラインがそれぞれ配置され、発光領域の垂直方向に隣接する領域に前記第１の薄膜トランジスタ、前記発光領域の水平方向に隣接する領域に前記第２の薄膜トランジスタがそれぞれ配置され、前記発光領域は同じ色ごとに形成されるとともに、前記ゲートラインが伸びる方向において隣り合う発光領域の色が互いに異なることを特徴とする。

また、本発明は、陽極と陰極間に発光層を有するＥＬ素子と、ゲートラインと、電源ラインと、前記ゲートラインに接続された第１の薄膜トランジスタと、前記ＥＬ素子を駆動する第２の薄膜トランジスタと、前記第２の薄膜トランジスタへ供給する電圧を保持するコンデンサとを備えたアクティブ型のカラーＥＬ表示装置において、水平方向に前記ゲートライン、垂直方向に前記電源ラインがそれぞれ配置され、発光領域と前記ゲートラインとの間に前記第１の薄膜トランジスタ、前記発光領域と前記電源ラインとの間に前記第２の薄膜トランジスタがそれぞれ配置され、前記発光領域は同じ色ごとに形成されるとともに、前記ゲートラインが伸びる方向において隣り合う発光領域の色が互いに異なることを特徴とする。

本発明によれば、アクティブ型のカラーＥＬ表示装置において、隣接間の色が混じり合って色純度が悪化することを防止できるようになり、高精細な表示においても色純度を良好に保つことができるようになる。

即ち、各画素の発光領域の水平／垂直の比を、画素ピッチの水平／垂直の比より小さくしたので、画素内の水平方向に余裕ができ、メタルマスクをずらす合わせ精度が低くても高精細にすることができる。

また、各画素の発光領域の水平方向にコンデンサの少なくとも一部、または薄膜トランジスタを配置したので、同様に、画素内の水平方向に余裕ができ、メタルマスクをずらす合わせ精度が低くても高精細にすることができる。

本発明は、デルタ配列にももちろん適用できるが、上記の効果は、ストライプ配列で特に効果的である。

本発明のＥＬ表示装置の実施の形態について以下に説明する。

図１は、本発明によるカラーＥＬ表示装置の一実施形態を示す平面図であり、ＲＧＢの３画素分を示している。また、図２は図１におけるＡ−Ａ線に沿った断面図である。本実施形態は、図７（ａ）のストライプ配列の例である。

各画素の駆動回路は、図８に示す回路と全く同一であって、図５，６の従来例と異なる点はパターン配置である。

図１，２において、１は表示信号DATAを供給するアルミニウムより成るドレインライン、２は電源電圧COMを供給するアルミニウムより成る電源ライン、３は選択信号Scanを供給するクロムより成るゲートラインであり、４が図８の第１のTFT２１、５が図８のコンデンサ２２、６が図８の第２のTFT２３、そして、７がITOより成り画素電極を構成するEＬ素子２０の陽極を表している。尚、図１において、点線はクロム、一点鎖線はITO、ドレインライン１及び電源ライン２以外の実線はポリシリコン薄膜を表している。

まず、第２のTFT６は以下のようにして形成する。即ち、透明なガラス基板８上にクロムのゲート電極９を形成し、その上にゲート絶縁膜１０を成膜する。次にゲート絶縁膜１０の上にポリシリコン薄膜１１を成膜し、これを層間絶縁膜１２で覆った上にドレインライン１及び電源ライン２を形成する。更に、平坦化絶縁膜１３を積層し、その上にITOにて成る陽極７を形成する。そして、ポリシリコン薄膜１１のドレイン領域を電源ライン２にコンタクトし、ソース領域を陽極７にコンタクトする。

第１のTFT４の構造も第２のTFT６と同一であり、また第１のTFT４に接続されるコンデンサ５はゲート絶縁膜を挟んだクロム電極とポリシリコン薄膜から構成されている。

更に、図６の従来例と同様、陽極７は平坦化絶縁膜１３上に各画素毎に分離して形成されており、その上にホール輸送層１４，発光層１５，電子輸送層１６，陰極１７が順に積層されることにより、ＥＬ素子が形成されている。そして、陽極７から注入されたホールと陰極１７から注入された電子とが発光層１５の内部で再結合することにより光が放たれ、この光が矢印で示すように透明な陽極側から外部へ放射される。また、発光層１５は陽極７とほぼ同様の形状に画素毎に分離して形成され、更にＲＧＢ毎に異なる発光材料を使用することにより、ＲＧＢの各光が各ＥＬ素子から発光される。

ここで、ホール輸送層１４，電子輸送層１６，陰極１７の材料として、例えば、MTDATA，Alq3，MgIn合金が用いられ、また、Ｒ，Ｇ，Ｂの各々の発光層１５としては、DCM系をドーパントとして含むAlq、キナクリドンをドーパントとして含むAlq、ジスチリルアリーレン系をドーパントとして含むDPVBi系を使用している。

本実施形態では、図に示したように、画素電極である陽極７の水平方向に第２のTFT６とコンデンサの一部を配置したので、図５，６の従来例に比べ画素電極の形状を縦長にすることができる。上述したように、画素電極７と発光層１５とはほぼ同一の形状に形成されているので、画素の発光領域は画素電極とほぼ同一の形状となる。よって、この場合、発光領域の水平方向の寸法及び垂直方向の寸法を各々EH及びEVとし、画素ピッチの水平方向の寸法及び垂直方向の寸法を各々PH及びPVとすると、EH／EV＜PH／PVとなる。

そこで、ＲＧＢの各発光層をメタルマスクをずらしながら成膜する際、メタルマスクをずらす水平方向の余裕度が従来より増すこととなり、同様の精度で成膜しても色が混じっ
てしまう可能性は少なくなる。尚、第２のTFT６の代わりに第１のTFT４を、陽極７の水平方向に配置してもよい。

ところで、発光層を蒸着する工程において、メタルマスク７０、７１開口部の直下のみならず、若干他の領域に発光層が蒸着される、いわゆる回り込みという現象が生じる。回り込みが生じたり、メタルマスクそのものの寸法精度に誤差が合ったりすると、隣接する画素間で色が混じってしまい色純度が悪化するという問題がある。特に、デルタ配列では、行方向、列方向いずれの方向に隣接する画素も、互いに異なる色の画素であるので、上述した問題は更に顕著になる。

本実施形態において、コンデンサ５は、一部が発光領域の水平方向に配置され、連続的に発光領域の垂直方向まで延在している。これによって、各画素の発光領域の垂直方向にコンデンサの少なくとも一部、または薄膜トランジスタを配置したので、同様に、画素間の垂直方向に余裕ができ、メタルマスクの合わせ精度が低くても高精細にすることができ、高精細な表示においても色純度を良好に保つことができるようになる。

次に、他の実施形態について図３，４を参照して説明する。

図３は、他の実施形態を示す平面図であり、図４は図３におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図１，２と同一構成には同一番号を付しており、この実施形態が上述の実施形態と異なる点はパターン配置のみである。

即ち、図３，４において、４が図８の第１のTFT２１、５が図８のコンデンサ２２、６が図８の第２のTFT２３、そして、７がITOより成り画素電極を構成するEＬ素子２０の陽極を表している。特に、図４においては、コンデンサ５がゲート絶縁膜１０を挟んでクロム電極５００とポリシリコン薄膜５０１から構成されていることが明確に示されている。

この実施形態では、図に示したように、画素電極である陽極７の水平方向にコンデンサ５を配置したので、図５，６の従来例に比べ画素電極の形状を縦長にすることができる。よって、この場合も上述した実施形態同様、発光領域の水平方向の寸法及び垂直方向の寸法を各々EH及びEVとし、画素ピッチの水平方向の寸法及び垂直方向の寸法を各々PH及びPVとすると、EH／EV＜PH／PVとなる。

そこで、ＲＧＢの各発光層をメタルマスクをずらしながら成膜する際、メタルマスクをずらす水平方向の余裕度が従来より増し、同様の精度で成膜しても色が混じってしまう可能性が少なくなる。

また、本実施形態は、コンデンサ５を発光領域の水平方向に配置し、第１のTFT４及び第２のTFT６両方を発光領域の垂直方向に配置したものである。コンデンサ５によって発光領域の画素間水平方向の間隔を確保するとともに、二つのTFT４、６によって発光領域の画素間垂直方向を確保し、第１の実施形態同様、回り込みによる色のにじみをも防止できる。

上記発光領域の間隔を確保するために配置する構成は、コンデンサでなくてももちろんよい。しかし、コンデンサは、容量が面積に比例し、コンデンサの容量が大きければ表示信号Dataに応じた電圧Vhを確実に保持することができるので、コンデンサの面積を大きくして、必要な間隔を確保することができる。従って、コンデンサ５を配置することで間隔を調整することがもっとも効率が良い。

本発明の第１の実施形態を示す平面図である。 本発明の第１の実施形態を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態を示す平面図である。 本発明の第２の実施形態を示す断面図である。 従来のカラーＥＬ表示装置の構造を示す平面図である。 従来のカラーＥＬ表示装置の構造を示す断面図である。 カラーＥＬ表示装置におけるカラー配列を説明するための図である。 アクティブ型カラーＥＬ表示装置の回路構成を示す図である。

符号の説明

１，５０ ドレインライン
２，５１ 電源ライン
３，５２ ゲートライン
４，２１，５３ 第１のTFT
５，２２，５４ コンデンサ
６，２３，５５ 第２のTFT
７，５６ 陽極
２０ ＥＬ素子
１４ ホール輸送層
１５ 発光層
１６ 電子輸送層
１７ 陰極

Claims (11)

1. 陽極と陰極間に発光層を有するＥＬ素子と、ゲートラインと、ドレインラインと、前記ＥＬ素子を駆動する薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタへ供給する電圧を保持するコンデンサとを備えたアクティブ型のカラーＥＬ表示装置において、
   前記ドレインラインと前記ゲートラインとは互いに交差し、
   
   前記ゲートラインが伸びる方向において各発光領域に隣接する領域に前記コンデンサが配置され、
   前記発光領域は同じ色ごとに形成されるとともに、前記ゲートラインが伸びる方向において隣り合う発光領域の色が互いに異なることを特徴とするカラーＥＬ表示装置。
   
2. 陽極と陰極間に発光層を有するＥＬ素子と、ゲートラインと、ドレインラインと、前記ゲートラインに接続された第１の薄膜トランジスタと、前記ＥＬ素子を駆動する第２の薄膜トランジスタと、前記第２の薄膜トランジスタへ供給する電圧を保持するコンデンサとを備えたアクティブ型のカラーＥＬ表示装置において、
   
   前記ドレインラインと前記ゲートラインとは互いに交差し、
   前記ゲートラインが伸びる方向において各発光領域に隣接する領域に前記第２の薄膜トランジスタが配置され、
   前記発光領域は同じ色ごとに形成されるとともに、前記ゲートラインが伸びる方向において隣り合う発光領域の色が互いに異なることを特徴とするカラーＥＬ表示装置。
3. 陽極と陰極間に発光層を有するＥＬ素子と、ゲートラインと、ドレインラインと、前記ゲートラインに接続された第１の薄膜トランジスタと、前記ＥＬ素子を駆動する第２の薄膜トランジスタと、前記第２の薄膜トランジスタへ供給する電圧を保持するコンデンサとを備えたアクティブ型のカラーＥＬ表示装置において、
   前記ドレインラインと前記ゲートラインとは互いに交差し、
   発光領域と前記ゲートラインとの間に前記第１の薄膜トランジスタ、前記発光領域と前記ドレインラインとの間に前記第２の薄膜トランジスタがそれぞれ配置され、
   前記発光領域は同じ色ごとに形成されるとともに、前記ゲートラインが伸びる方向において隣り合う発光領域の色が互いに異なることを特徴とするカラーＥＬ表示装置。
   
4. 陽極と陰極間に発光層を有するＥＬ素子と、ゲートラインと、ドレインラインと、前記ゲートラインに接続された第１の薄膜トランジスタと、前記ＥＬ素子を駆動する第２の薄膜トランジスタと、前記第２の薄膜トランジスタへ供給する電圧を保持するコンデンサとを備えたアクティブ型のカラーＥＬ表示装置の製造方法において、
   水平方向にゲートライン、垂直方向に前記ドレインラインがそれぞれ配置され、
   発光領域の垂直方向に隣接する領域に前記第１の薄膜トランジスタ、前記発光領域の水平方向に隣接する領域に前記第２の薄膜トランジスタがそれぞれ配置され、
   
   前記発光領域は同じ色ごとに形成されるとともに、前記ゲートラインが伸びる方向において隣り合う発光領域の色が互いに異なることを特徴とするカラーＥＬ表示装置。
   
5. 陽極と陰極間に発光層を有するＥＬ素子と、ゲートラインと、電源ラインと、前記ゲートラインに接続された第１の薄膜トランジスタと、前記ＥＬ素子を駆動する第２の薄膜トランジスタと、前記第２の薄膜トランジスタへ供給する電圧を保持するコンデンサとを備えたアクティブ型のカラーＥＬ表示装置において、
   水平方向に前記ゲートライン、垂直方向に前記電源ラインがそれぞれ配置され、
   発光領域と前記ゲートラインとの間に前記第１の薄膜トランジスタ、前記発光領域と前記電源ラインとの間に前記第２の薄膜トランジスタがそれぞれ配置され、
   前記発光領域は同じ色ごとに形成されるとともに、前記ゲートラインが伸びる方向において隣り合う発光領域の色が互いに異なることを特徴とするカラーＥＬ表示装置。
   
6. 前記コンデンサは、前記ゲートラインが伸びる方向において前記発光領域に隣接する領域に配置されることを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載のカラーＥＬ表示装置。
   
7. 前記コンデンサは、前記ドレインラインが伸びる方向において各発光領域に隣接する領域に配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のカラーＥＬ表示装置。
8. 前記コンデンサは、前記ゲートラインが伸びる方向において各発光領域に隣接する領域から前記ドレインラインが伸びる方向において各発光領域に隣接する領域まで連続的に延在して配置されていることを特徴とする請求項７に記載のカラーＥＬ表示装置。
   
9. 前記コンデンサは前記電源ラインが延びる方向において発光領域に隣接する領域に配置されていることを特徴とする請求項５に記載のカラーＥＬ表示装置。
10. 前記コンデンサは、前記ゲートラインが伸びる方向において各発光領域に隣接する領域から前記電源ラインが伸びる方向において各発光領域に隣接する領域まで連続的に延在して配置されていることを特徴とする請求項９に記載のカラーＥＬ表示装置。
11. 前記発光領域が行列状に配置され、同じ色の発光領域が列方向に隣り合って配置されるストライプ配列であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載のカラーＥＬ表示装置。

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