JP2008010427A - 電気光学装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】エレクトロルミネッセンス素子の輝度の低下を生じさせることがなく、かつ、占有面積の少ない好適な周辺回路を備えたアクティブマトリクス基板を提供する。
【解決手段】画素毎に設けられたEL素子に電流を供給するための周辺回路をEL素子に対応して備えるアクティブマトリクス基板であって、制御電圧を保持するための保持素子C、保持素子Cに接続され制御電圧に基づいた電流を発光部OLEDに供給するための第1の能動素子T1、保持素子Cに接続され保持素子の充放電を制御する第2の能動素子T2を備え、特に、第2の能動素子T2は、多重制御端子型の能動素子として構成されている。このためプログラムされた電流が変動することがない。
【選択図】図2

Description

本発明は電気光学装置に関する。
液晶素子、有機EL素子、電気泳動素子、電子放出素子等を備えた電気光学装置の駆動方式の一つにアクティブマトリクス駆動方式がある。アクティブマトリクス駆動方式の電気光学装置は、その表示パネルに複数の画素がマトリクス状に配置されている。
複数の画素の各々は、電気光学素子とその電気光学素子に駆動電力を供給する駆動トランジスタとから構成される画素回路を備えている。また、これら複数の画素回路の各々は、データ線と走査線との交差部に対応して配置されている(例えば、特許文献1:国際公開第WO98/36407号パンフレット参照)。
国際公開第WO98/36407号パンフレット
電気光学装置において輝度を精密に制御するために、電気光学素子に供給する電力量を精密に制御しなくてはならない。特に有機EL素子は、電流駆動型の電気光学素子であるため、電流量は直接的に輝度に反映する。したがって、所望の電流量を精度良く有機EL素子に供給する必要があるが、そのためには駆動回路や駆動方法はもちろんのこと、画素レイアウトを最適化する必要がある。実際、画素レイアウトで問題となるのは、例えば、画素電極との周辺回路とのコンタクト、保持容量の安定性、またはトランジスタのオフ電流などである。
そこで、本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは電気光学素子を安定的に駆動するのに最適な画素レイアウトを備えた電気光学装置を提供することである。
上記課題を解決するため、本発明の電気光学装置は、発光部と、発光部に供給する電流の制御を画素電極を介して行う周辺回路と、を備え、発光部の面積は、画素電極の面積より小であり、発光部の形状と画素電極の形状とが異なっていることを特徴とする。
上記の電気光学装置において、発光部の形状は曲率を有する形状であり、画素電極の形状は多角形の形状であることが好ましい。
上記の電気光学装置において、発光部はn個(nは4以上の整数)の角を有する多角形形状を有しており、画素電極はm個(mは3以上の整数)の角を有する多角形形状を有しており、n>mを関係を有することが好ましい。
上記の電気光学装置において、発光部の全領域は画素電極上に形成されており、発光部の形成されていない、画素電極の部分に周辺回路と画素電極との接続のためのコンタクト領域が設けられていることが好ましい。
上記の電気光学装置において、周辺回路の少なくとも一部は発光部の境界と画素電極の境界との間に囲まれる領域内に設けられていることが好ましい。
上記の電気光学装置において、発光部の境界の少なくとも一部は所定の曲率を有していることが好ましい。
上記の電気光学装置において、発光部は、その幾何学中心を通る一の中心線に対して実質的に対称であることが好ましい。
上記の電気光学装置において、発光部は曲率を有する形状または四角形以上の多角形形状を有しているので、発光部端部におけるショートを防止することができる。また、液体材料を用いて発光部を形成する際に発光部の端部にも十分液体材料を行き渡らせることができ、均一な膜を形成することも可能となる。
次に、本発明の好適な実施の形態を、図面を例示として参照しながら説明する。以下の形態は、本発明を実施の形態の例示に過ぎず、その適用範囲を限定するものではない。
[実施形態1]
本発明の実施形態は、電気光学素子としてEL素子を利用した電気光学装置である表示パネルに関する。図1に当該EL素子を含むアクティブマトリクス基板により構成された表示パネルの全体図を示す。
図1に示すように、表示パネル1は、ガラス基板16上に、表示領域11およびドライバ領域14及び15を配置して構成されている。表示領域11には全体的に陰極12が形成されて陰極取出電極13に接続されている。表示領域11には画素領域10がマトリクス状に配置されている。カラー表示の場合、画素領域10は、それぞれがカラー表示で必要とされる原色(例えば、赤、青、緑の三原色)で発光可能に構成されており、各原色で発光する画素領域10の組が一つの画素要素となる。例えば、表示領域11の列方向に配置されるドライバ領域15は、書き込み制御線Vsel及び発光制御線Vgpに信号を出力し、表示領域11の行方向に配置されるドライバ領域14は、電源線Vddの他、データ電流をデータ線Idataに信号を出力している。各画素領域10における発光状態をドライバ領域14及び15に形成された図示しない駆動回路によって制御することにより、任意の画像が表示領域11に表示されるのである。
図2に、一つの画素領域およびその周辺の配線パターンを説明する平面図を示す。
図2では、 図3に示した特に主要な半導体層102、ゲートメタル層104、ソースメタル層106、陽極層110、の各々のパターンが判るように示してある。
図2に示すように、電源線Vddとデータ線Idataに挟まれる領域に、発光部OLEDおよびそれを駆動するための周辺回路が総て配置されている。電源線Vddは、発光部OLEDを介してデータ線Idataと離れて配置されている。周辺回路は、第1の能動素子としてのトランジスタT1、第2の能動素子としてのトランジスタT2、電流制御能動素子としてのトランジスタT3、発光制御能動素子としてのトランジスタT4、および保持素子としての保持容量Cで構成されている。なお、トランジスタT1〜T4の導電型は特に限定されないが、本実施形態では、トランジスタT1の導電型はP型であり、それ以外のトランジスタは全てN型となっている。
トランジスタT1は、そのソースが電源線Vddに接続され、そのドレインがトランジスタT4のドレイン側に接続されている。トランジスタT4は、そのソースが発光部OLEDの陽極に接続されている。保持容量Cは、電源線VddとトランジスタT1のゲート間に形成されている。トランジスタT2は、そのソースが保持容量CおよびトランジスタT1のゲートに接続され、そのドレインがトランジスタT3のドレインおよびトランジスタT1およびT4間に接続されている。トランジスタT3は、そのソースがデータ線Idataに接続され、そのゲートがトランジスタT2のゲートと共通に書き込み制御線Vselに接続されている。
図3に、図2に示された切断面における層構造を説明する各断面図を示す。図3AはA−A切断面、図3BはB−B切断面、図3CはC−C切断面における層構造を示している。
図3Aに示すように、当該画素領域10は、ガラス基板100(図1におけるガラス基板16)上に、下地保護膜101、半導体層102、ゲート絶縁膜103、ゲートメタル層104、第1層間絶縁膜105、ソースメタル層106、第2層間絶縁膜107、バンク層108、陰極層109(図1における陰極12)の各層を積層して構成されている。さらに、電界発光部OLEDでは、図3BおよびCに示すように、陽極層110、正孔輸送層111、発光層112の各層を積層して構成されている。
ガラス基板100としては、本実施形態のEL素子が基板側に光を射出する形態であって光透過性があることが必要であるため、ソーダライムガラス、低膨張ガラス、石英などのノンアルカリガラスが適用される。ただし、陰極層109に光透過性物質を用い、陰極側から光を射出する形態のEL素子を構成する場合には、金属等の導電性物質、シリコン・カーバイト(SiC)やアルミナ(Al2O3)や窒化アルミニウム(AlN)等の非透明絶縁性物質も利用可能である。
下地保護膜101としては、酸化硅素膜(SiOx:0<x≦2)や窒化硅素膜(Si3Nx:0<x≦4)等の絶縁性物質が利用可能である。下地保護層は、ガラス基板中に含まれているナトリウム(Na)等の可動イオンが半導体層中に混入して半導体層の不純物制御に悪影響を与えさせないために形成するものである。
下地保護層101は、まず基板100を純水やアルコールなどの有機溶剤で洗浄した後、常圧化学気相堆積法(APCVD法)や低圧化学気相堆積法(LPCVD法)、プラズマ化学気相堆積法(PECVD法)等のCVD法あるいはスパッター法等を用いて基板上に形成される。
半導体層102としては、シリコン(Si)やゲルマニウム(Ge)等の四族単体の半導体層の他に、シリコン・ゲルマニウム(SixGe1−x :0<x<1)やシリコン・カーバイド(SixC1−x :0<x<1)やゲルマニウム・カーバイド(GexC1−x :0<x<1)等の四族元素複合体、ガリウム・ヒ素(GaAs)やインジウム・アンチモン(InSb)等の三族元素と五族元素との複合体化合物、またはカドミウム・セレン(CdSe)等の二族元素と六族元素との複合体化合物、シリコン・ゲルマニウム・ガリウム・ヒ素(SixGeyGazAsz:x+y+z=1)と云った更なる複合化合物等が適用可能である。
半導体層102は、例えば、APCVD法やLPCVD法、PECVD法等のCVD法、またはスパッター法等や蒸着法等のPVD法でシリコン等を堆積させた後、レーザー光の照射によって多結晶化して形成される。レーザー光としては、エキシマレーザー、アルゴンイオンレーザー、YAGレーザーの基本波及び高調波等が好適に用いられる。例えば、シリコンを多結晶化すると、ポリシリコンとなる。この多結晶化した半導体層102を保持容量Cや各トランジスタT1〜T4の各TFTの各素子形状に合うようパターニングする。例えばCF4と酸素の混合ガスを用いた反応性イオンエッチングによってアモルファス状態の半導体層を素子形状に合わせて島状にパターニングして形成する。パターニング後、例えばゲートメタル層を形成後、そのゲートメタル層をマスクとして、半導体層に不純物を導入する。具体的には、素子ごとにリン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)などのドナー元素を添加してN型半導体層にしたり、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)等のアクセプター元素を添加してP型半導体層にしたりする。本実施形態では、保持容量Cを構成する半導体層がN型半導体層になるように不純物が導入される。ここで、TFTをLDD構造にする場合やTFTのしきい値電圧を調整する場合には、不純物を低濃度で導入するチャンネル・ドープが行われる。
ゲート絶縁膜103としては、例えばテトラエチルオルトシリケート(TEOS)を原料とする二酸化珪素膜により形成される。ゲート絶縁膜103は、例えば、マイクロ波放電プラズマ、ECRプラズ等の酸素または窒素雰囲気下におけるマプラズマCVD法により形成される。
ゲートメタル層104としては、例えばタンタル(Ta)、タングステン(W)、クロム(Cr)、アルミニウム(Al)等のような導電性材料を用いる。ゲートメタル層104は、スパッタ法等で成膜され後、ゲート電極の形状になるようパターニングして形成される。
第1層間絶縁膜105としては、酸化珪素または窒化珪素等の絶縁膜を適用可能である。第1層間絶縁膜は、スパッタ法等で形成された後、例えばTFT用のソース・ドレイン電極を形成するためにコンタクトホールが形成される。
ソースメタル層106として、例えばアルミニウム(Al)の他、タンタル、モリブデン、チタン、タングステン等の導電性材料を使用可能である。ソースメタル層は、スパッタ法等で一様に導電性材料を積層後、電極形状に合わせてパターニングして形成される。
第2層間絶縁膜107としては、酸化珪素または窒化珪素等の絶縁膜を適用可能である。第2層間絶縁膜は、スパッタ法等で形成された後、例えば陽極層110用のコンタクトホールh1およびh2が形成される。
陽極層110としては、例えば、酸化インジウム錫合金(ITO)等の光透過性を有する導電性材料が適用可能である。光透過性が必要無い場合には、陽極層として、酸化錫(NESA),金、銀、白金、銅等を適用できる。陽極層はスパッタ法等により形成された後、発光部OLEDの形状に応じてパターニングして形成される。陽極層(あるいは画素電極)の形状は特に限定はないが、発光部OLEDより大きな面積とすることが望ましい。そのような構成にすれば、周辺回路あるいは画素回路と、画素電極との電気的に接続するためのコンタクト領域を画素電極の発光部以外の領域に設けることができる。このような構成とすることにより少なくとも発光部の平坦性は向上する。
バンク層108としては、酸化珪素、窒化珪素、ポリイミドなどの絶縁材料を適用可能である。バンク層は、スパッタ法等で形成後、発光部OLEDに対応する位置に開口部が設けて形成される。
正孔輸送層111としては、例えば、N,N'−ジフェニル−N,N'−ビス−(3−メチルフェニル)−(1,1'−ビフェニル)−4,4'−ジアミン(TPDA)が用いられる。正孔輸送層は、バンク層109に設けられた開口部にメタルマスク等を用いて成膜される。
発光層112としては、例えばトリス(8−キノリノール)アルミニウム(Alq3)等の任意の発光性物質が用いられる。発光層は、メタルマスクやシリコンマスクを用いた蒸着で形成可能であるが、インクジェット法により発光性物質を含んだ溶媒を開口部に配置して溶媒成分を蒸発させて形成してもよい。
陰極層109としては、エネルギー順位からEL素子の陰極として使用可能な材料、アルミニウムまたはアルミニウムと他の元素(リチウムなど)の合金、カルシウムなどで形成される。陰極層は、メタルマスク等により形成され、フォトリソグラフィー法やシャドーマスク法等でパターニングして形成される。
本実施形態では画素電極を陽極、共通電極を陰極としているが、画素電極を陰極、共通電極を陽極とする構成であってもよい。典型的な陰極材料は金属であることが多いので画素電極を陰極とした場合、発光部OLEDが発した光は基板100と反対側に射出されることとなる。もちろん、画素電極を陽極、共通電極を陰極の場合でも、陰極材料として透明材料を使用あるいは光が透過する程度の膜厚とすることにより基板100と反対側に光を射出することが可能である。
以下、本実施形態における配線パターン上の数々の特徴について順に説明する。
(発光部の平面形状)
EL素子の製造方法の一つに、インクジェット方式により発光性物質、キャリア輸送性物質あるいはキャリアブロッキング性物質を含んだ液体材料を開口部に吐出し乾燥させて、発光層を形成する製造方法がある。この製造方法では、吐出された材料液が均等に開口部の隅々まで行き渡ることが重要である。もしも材料液が均等に行き渡らないと、成膜後の発光層の厚みが不均一になり、発光領域内で射出される光の強度が不均一となり、表示パネルの画質が低下する。例えば、平面上、方形形状の開口部であったと仮定すると、材料液の表面張力や粘度等の影響で開口部の角部における吐出された材料液の液面の高さがその他の部分と異なるようになる。したがって、このような形状の発光部では成膜後の発光層の厚みが不均一になるおそれがあった。
一方、表示パネルでは輝度を上げる必要があるため、光を射出する領域、すなわち発光部をできるだけ大きく採り、周辺回路の占める領域をできるだけ小さくしたいという要請、つまり開口率を上げたいという要請がある。製造上の容易性のみを考えてパターンを配置するわけにもいかないのである。
そこで、このような要請をともに満たすために、本実施形態では、発光部の境界が少なくとも所定の曲率以上を有するように形成されており、この所定の曲率を有する境界とこの発光部の境界に外接する多角形の境界とで囲まれる領域に、少なくとも周辺回路の一部が形成されている。
図4に基づいて、具体的な概念を説明する。
図4A、B、Cはそれぞれ本発明の概念を適用した発光部の全部または一部の平面形状を示している。
図4Aは、発光部の境界が円形、すなわち総ての境界が一定の曲率Rを有している場合である。この円周とこの円周に外接する多角形、すなわち破線で示す正方形とで囲まれる領域、すなわち斜線部分に、周辺回路の一部を設けるのである。この円形の発光部は中心点を通るどの中心線に対しても対称である点で、発光部の膜厚を均等にできるための形状として理想的な形状であると考えられる。しかし、図4Aに示すように、斜線部分を有効活用することが発光部の開口率を向上させるために必要である。
図4Bは、長方形の角部に本発明を適用し、発光部の境界に一定の曲率Rを持たせた例である。この例では、外接する多角形は破線で示す長方形になり、発光部の境界と長方形の境界とで囲まれる斜線領域が、周辺回路の一部または全部を設ける領域となる。本実施形態はこの例に属し、この曲率Rを大きくしていくと、本実施形態のような長円の発光部の平面形状になる。この例でも発光部の中心を通る中心線に対して左右あるいは上下対称であり、かつ、角部の曲率が一定値以上であるため、均等な膜厚の発光部を形成可能である。
図4Cは、中心線に対して不均等に角部の曲率を設定した例である。図に向かって左側の角部の曲率R1が右側の角度の曲率R2より小さくなっている。この例では、外接する多角形は破線で示すような長方形になり、発光部の境界と長方形の境界とで囲まれる斜線領域が、周辺回路の一部または全部を設ける領域となる。このように曲率が不均等であっても、最小の曲率を一定値以上に設定することにより、均等な膜厚の発光部が形成可能である。最小の曲率は、吐出される溶液の粘度や表面張力、吐出面の撥水性あるいは撥液性、(親水性あるいは親液性)に左右されるため、実験によって事例毎に定められる。
本実施形態では、図2に示すように発光部が長円形の平面形状を採用している。そして、この発光層の境界とこの発光部の境界に外接する長方形(図示しない)との境界で囲まれる領域内に、周辺回路の一部、つまりコンタクトホールh1およびh2が形成されている(図3Bも参照のこと)。本実施形態では、本来無駄なスペースともなるべき図4Bの斜線で示すような領域を、このコンタクトホールのために使用することにより、スペースの有効利用という要請を満たしている。
なお、この発光部の境界とその発光部に外接する多角形の境界とに囲まれる領域には、コンタクトホールに限らず、周辺回路のいずれの素子、例えばトランジスタやキャパシタ等を形成してもよい。また、独立に機能する素子全体を総てこの領域に入れ込まなければならないわけではなく、素子やコンタクトの一部、つまり周辺回路の一部がこの領域に入り込んでいればよい。つまり、スペースを有効利用するような配置がされていることが肝要である。
発光部の形成に液体材料を用いない場合、例えば、発光部を蒸着法などで形成する場合でも、発光部の端部を曲率を有する形状とすることにより発光部OLEDの端部における画素電極と共通電極とのショートの危険性を低減するという一定の効果を示す。
なお、厳密には曲率は細かな直線の集合とも表わされるので発光部の形状は画素電極の形状より多く角を有する多角形とも解釈される。
(発光部のためのコンタクトホール)
EL素子において、発光部の境界と発光部に外接する多角形の境界とに囲まれる領域に、図2に示すように、コンタクトホールを設けることは意義がある。すなわち、この領域に比較的大き目のコンタクトホールを設けることにより、この領域の有効利用が可能となるとともに、発光部に十分な電流を供給可能とするからである。
さらにコンタクトホールを複数設けることは好ましい。すなわち、EL素子では、発光層にはある程度の電流量の電流を、発光部全体に均等に流す必要がある。もしも直接電流を供給する陽極に接続するためのコンタクトホールが偏った位置に設けられたものとすると、電流の供給口が発光層に対して偏った位置にあるため、電流供給量が不均等になる場合がある。不均等な電流供給は発光強度のむらとなって現れる。
この点、本実施形態のように、発光部の中心部を通る中心線に対し対称な位置に複数のコンタクトホールを設ければ、このような問題を解消できる。すなわち、
図2に示すように、本実施形態では、発光部の中心点を通る所定の中心線に対して対称的に設けられた領域にそれぞれ比較的大き目の複数のコンタクトホールを設けている。この対称的な領域にそれぞれコンタクトホールを設けることにより、発光部の均等成膜の要請とともに、発光部に対する電流供給を均一にするという要請を満たすことができる。
(金属層間のアライメント)
EL素子の駆動回路方式によっては、保持容量の変動が発光部に供給される電流量の安定性に影響を与える場合がある。当該実施形態においても、保持容量Cの容量値が画素ごとあるいは表示パネルごとに変動するのは好ましくない。しかしながら、表示パネルの製造工程において金属層を積層する際に予定した位置よりもずれが生じる場合がある。保持容量は金属層の重複領域の面積が容量値を規定するため、位置ずれが生じると容量値の変動またはバラツキを生じ、保持容量の容量値が画素領域毎あるいは表示パネルごとに変動するという事態を招く場合がある。
そこで、本実施形態では、保持容量Cが形成される重複領域付近において、保持容量Cの形成に関係する複数の層、すなわちソースメタル層106、ゲートメタル層104および半導体層102のうち、より下層側に配置される層(ソースメタル層に対してはゲートメタル層および半導体層)の占める領域または幅が、より上層側に配置される層(半導体層に対してはゲートメタル層およびソースメタル層、ゲートメタル層に対してはソースメタル層)の占める領域または幅より大きく形成されている。
この特徴は 図2の平面図からも読み取れるが、具体的に図6に示したA−A断面図を参照して説明する。図6に示すように、ソースメタル層106の幅をd1、ゲートメタル層104の幅をd2、半導体層102の幅をd3とした場合に、d3>d2>d1という関係が生じている。下層にいくほどパターン形状を大きくしていくのである。
どのくらい大きくすべきかは、製造プロセスの精度とパターン密度によって変わる。考え方としては、より上層側に配置される層の形成時において生じうる最大の位置ずれを生じた場合であっても、より上層側に配置される層の領域が、より下層側に配置される層の領域内に収まるような形状に各層をパターン形成することである。本実施形態においても、差分d3−d2、d2−d1は製造プロセスで予測される位置ずれの量と同じかそれ以上になるように設計されている。
(ゲートメタル層の離間形成)
EL素子は共通電極を備えており、表示領域の全面にその共通電極が形成される。本実施形態でも発光部OLEDのための共通電極として陰極13(陰極層109)が、図1に示すように表示領域11の全体に形成されている。ところが、共通電極が全面に形成されていると、トランジスタのゲートに接続されるゲートメタル層との間で容量が生じるという問題があった。このような寄生容量が生じると、トランジスタの動作の遅れを生じ、設計した通りのタイミングでの動作が保証できなくなる。
そこで本実施形態では、ゲートメタル層によって形成される配線パターンが、発光層の電極の少なくとも一方から所定の距離以上離間して配置されるように配慮した。インピーダンスが低く問題となるのは、共通電極である陰極層109とゲートメタル層104との距離である。また、陰極層109は、発光部OLEDにおいて下層側との距離が小さくなるため、発光部周辺におけるゲートメタル層との距離が問題となる。このため、本実施形態では、図7(図2におけるC−C断面に相当)に示すように、発光部付近において、陰極層109とゲートメタル層104との深さ方向の距離d1と平面上の距離d2が共に所定の距離以上になるようパターン形成した。
ここで所定の距離は、ゲートメタル層の面積や介在する層の誘電率などによって種々変化するので一概に言えないが、画素領域の面積などから許容される範囲で、できるだけ離してパターニングするのが好ましい。
データ信号や走査信号など電気信号を供給するための配線は寄生容量による動作遅延を考慮してレイアウトを考えなければならない。本実施形態では、データ線Idata及び走査線Vselは共通電極である陰極109から、より離れているゲートメタル層104を利用しており、データ線Idataと走査線Vselとの交差部ではデータ線Idataはソースメタル層106に形成されているが、データ線Idataの交差部以外の部分及び走査線Vselはゲートメタル層104に形成されている。
データ線Idataの関与する寄生容量をより低減する必要がある場合は、データ線Idataの全部分を共通電極から最も離れた導電層に形成してもよい。本実施形態に対応させて説明するならば、データ線Idataと走査線Vselとの交差部では、走査線Vselをソースメタル層106に形成し、データ線Idataの全部分及び走査線Vselの交差部以外の部分をゲートメタル層104に形成してもよい。
さらに走査線やデータ線などの信号線を共通電極や画素電極から離すためには、半導体層102と同一層に導電層を形成することも可能であり、さらにトランジスタの構成をいわゆるボトムゲートとすれば、半導体層より下層に導電層を設け、その導電層を利用して信号線を配線をすることも可能である。
(周辺回路の動作)
次に、本実施形態のEL素子の周辺回路の動作を説明する。
図5に、画素領域10を構成する画素回路の一つあたりの回路図を示す。
1)本実施形態の回路は、データ信号として電流データを供給することによって動作する回路構成を有している。画素表示は、データ書き込み動作として、書き込み制御線Vselを選択し、トランジスタT2およびT3をオン状態にすることから始まる。
2)トランジスタT2およびT3が導通状態になると、トランジスタT1が所定時間後に定常状態に達し、保持容量Cにデータ電流Cdataに応じた電荷が蓄積される。
3)そして発光動作として、書き込み制御線Vselを非選択状態とし、トランジスタT2およびT3をオフにし、一旦データ電流Cdataの供給を停止後、発光制御線Vgpを選択する。この結果、トランジスタT4がオン状態となり、保持容量Cに記憶された電圧と電源電圧Vddとの電位差Vgsに対応する電流がトランジスタT1およびT4経由で発光部OLEDに供給され、発光層から光が射出される。
(周辺回路における電流維持性能の向上)
以下に、周辺回路における本実施形態の特徴を説明する。
従来、保持容量の充放電を制御する能動素子については特に考慮がされていなかった。微細化されたFETでは、ゲート電圧が閾値以下の場合、ドレイン電流がドレイン電圧にも依存するようになる。つまり、ソース−チャネル−ドレイン間の注入電流がゲート電圧に対して指数関数的に増加し、リーク電流が発生する。例えば、図5に示すトランジスタT2においてリーク電流が発生すると、保持容量Cの両端電圧Vgsが供給されたデータ信号に対応した値からずれてしまい、その電圧を制御電圧としてゲートに入力しているトランジスタT1のドレイン電流が変動する。この変動は、発光部OLEDにおける輝度の変化となって現れるため、安定した輝度での発光が担保されなくなる。
そこで、本実施形態では、図1および図5に示すように、保持容量Cに直接接続される能動素子であるトランジスタT2を、多重制御端子型の能動素子、つまりマルチゲート型トランジスタとしている。このようなトランジスタでは、図5の矢印で示すように、事実上複数トランジスタが直列接続されたのと等価な素子となり、リーク電流が大幅に制限される。供給されたデータ信号に相応した電流量が正確に発光部OLEDに供給される。
ここで、トランジスタT2をマルチゲート型に代えて、または併用してLDD、GDD、DDD構造のトランジスタとすることも可能である。このような構造を適用することにより、漏れ電流を減少させることができるとともに、FETを微細化する際のホットエレクトロン等による悪影響を制限し、素子の信頼性を向上させることができる。
この実施形態では、制御信号の極性等を考慮し、トランジスタT1とトランジスタT2は互いに逆極性、つまり、トランジスタT1はP型FET、トランジスタT2からT4はN型FETで構成されている。ただし、P型を用いるかN型を用いるかは、適用しようとする信号の極性等に応じて任意に変更可能であり限定はされない。
また、各素子の配置も図5に限定されるものではない。例えば、保持容量やトランジスタT1と発光部OLEDの電位関係を逆転することもできる。この場合、発光部の共通電極を陽極とし、各トランジスタの極性(N型またはP型の別)を反転させることが好ましい。
(周辺回路のスペースの削減)
上述したように、表示装置では、輝度あるいは開口率を上げるため、周辺回路の占める領域をできるだけ小さくしたいという要請がある。このため、本実施形態では、複数のトランジスタ等の能動素子のうち少なくとも一つの能動素子が、他の能動素子と同一コンタクトホールで接続されるように配線パターンを形成した。具体的には、図2に示すように、トランジスタT2、T3、およびT4が同一のコンタクトホール、h3で相互に接続されている。このように、回路上共通接点あるいはコンタクトが多くなるようにレイアウトを最適化し、共通接点になる部分を同一接続点で接続するように各素子を配置することによって、コンタクトホールの数が減少し、コンタクトホールのために使用される周辺回路の占有面積を減少させることができる。
[実施形態2]
図8に、本発明の実施形態2におけるEL素子について、一つの画素領域およびその周辺の配線パターンを説明する平面図を示す。図9に、図8に示された切断面における層構造を説明する各断面図を示す。図9AはA−A切断面、図9BはB−B切断面、図9CはC−C切断面における層構造を示している。これら図面では、実施形態1と同様に、主要な半導体層102、ゲートメタル層104、ソースメタル層106、陽極層110、の各々のパターンが判るように示してある。
実施形態2のEL素子の構成は、段差形状Stepを構成する親和性制御膜113の存在を除き、実施形態1のEL素子と同様である。このため、実施形態1と同一の要素については同一符号を図面に付すこととしその説明を省略する。
以下に本実施形態の特徴を述べる。
(親和性制御層)
図9Cに示すように、実施形態2における発光部OLEDは、親和性制御層113を、第2層間絶縁膜107とバンク層108との間に備えている。この親和性制御層113は、画素領域全体に形成する必要はないが、液体材料を用いて発光部OLEDの形成する場合は、少なくとも発光部の境界付近に備えることが好ましい。親和性制御層113は、発光部の形成に用いられる液体材料と親和性がある必要がある。バンク層108は、本実施形態において、発光部の境界付近の壁面を形成しており、発光層110の形成時に使用する液体材料に対し非親和性を示すように材料が選択されて、親和性制御層113の上に積層されている。このため親和性制御層113は、図8および図9Cに示すように、バンク層のなす壁面に対して発光部内側で階段形状Stepを形成している。
親和性制御層113の材料は、インクジェット方式により発光領域に充填する液体材料がどのような性質を備えているかに応じて決める。例えば、液体材料が水などの極性の高い液体を含むのであれば少なくとも液体材料と接触する部分あるいは表面は極性基を有することが親和性制御層として望まれる。逆に、液体材料が非極性の液体を含むのであれば、少なくとも液体材料と接触する部分あるいは表面は非極性基を有することが親和性制御層として望まれる。また、充填する液体材料の表面張力によっても親和性制御層の親和性の程度が決まる。
例えば、水に対して化学的には親和性の小さい材料を親和性制御層に使用したとしても液体材料が水より表面張力の小さい溶剤を多量に含んでいると、その液体材料は水より表面張力が小さくなり、当該親和性制御層は当該液体に対して親和性を示すようになる。したがって、親和性制御層の材料を何にするかは、使用する液体材料によって種々に変更して適用することになる。
親和性制御層113は、Al、Ta等の金属、酸化シリコン、窒化シリコン、アモルファスシリコン、ポリシリコン、ポリイミド、フッ素結合を有する有機化合物、フォトレジストのうちいずれかから構成される無機化合物または有機化合物で構成されることが好ましい。絶縁性が必要なら金属以外の化合物で親和性制御層を構成する。これらの材料は、液体材料に対する接触角の相違によって、親和性の程度が決まる。すなわち親和性であるか非親和性であるかは相対的に決まり絶対的なものではない。表面処理の方法によっても親和性の程度を調整することができる。
バンク層108は、親和性制御層113より親和性の程度が少ない材料で構成するのが好ましい。バンク層の親和性の程度を親和性制御層より小さくすることで、バンク層の非親和性により液体材料が退けられ隣接する画素領域に液体材料が流れ込むことを防止でき、ショートを避けることができるからである。また、バンク層の非親和性により過剰に液体材料がバンク層側へ引かれ凹状の膜となることを防止できるからである。
このように、本実施形態によれば、液体材料と親和性のある親和性制御層を発光部の境界付近に備えたので、均一な膜厚の発光層を形成することが可能である。
このように、本実施形態によれば、液体材料と親和性のある親和性制御層を発光部の境界付近に備えたので、発光部を構成する正孔注入層や発光層など層の厚さの均一性が向上する。
なお、本実施形態では、親和性制御層113を階段形状に形成したが、層断面の厚みを十分とれる場合には、階段形状を呈すること無い壁面、つまりバンク層との間で段差の無い単一壁面を形成していてもよい。その他の本実施形態2における利点は、実施形態1と同様であるため、その説明を省略する。
[実施形態3]
図10に、実施形態3におけるEL素子について、一つの画素領域およびその周辺の配線パターンを説明する平面図を示す。図11に、図10に示された切断面における層構造を説明する各断面図を示す。図11Aは図10のA−A切断面、図11Bは図10のB−B切断面における層構造を示している。これら図面では、実施形態1と同様に、主要な半導体層202、ゲートメタル層204、ソースメタル層206、陽極層210、の各々のパターンが判るように示してある。
実施形態3のEL素子は、パターン形状において、実施形態1における画素領域10の幅より画素領域20の幅が小さくなっている。ただし、回路構成は実施形態1と同様であり(図5参照)、各層を構成する材料も実施形態1と同様であるため、実施形態1と同一の要素については同一符号を図面に付すこととしその説明を省略する。ただし、実施形態1におけるガラス基板100、下地保護膜101、半導体層102、ゲート絶縁膜103、ゲートメタル層104、第1層間絶縁膜105、ソースメタル層106、第2層間絶縁膜107、バンク層108、陰極層109、陽極層110、正孔輸送層111、および発光層112の各層は、実施形態3において、ガラス基板200、下地保護膜201、半導体層202、ゲート絶縁膜203、ゲートメタル層204、第1層間絶縁膜205、ソースメタル層206、第2層間絶縁膜207、バンク層208、陰極層209、陽極層210、正孔輸送層211、および発光層212の各層それぞれを対応している。また、実施形態1におけるトランジスタT1〜T4は実施形態3におけるT11〜T14に、実施形態1におけるコンタクトホールh1〜h3は実施形態3におけるコンタクトホールh11〜h13に、それぞれ対応している。
以下、本実施形態における配線パターン上の特徴について説明する。
(電源線下の保持容量)
実施形態1においては、保持容量Cを電源線Vddとデータ線Idataとの間であって発光部の外側(図2における発光部の上部)に配置した。しかし本実施形態のように画素領域の面積が比較的小さい場合、すなわち画素密度が高い場合には、保持容量が占有する素子面積が十分とれないという事態が生ずる。
そこで本実施形態においては、第1の金属層(例えばソースメタル層206)または第2の層の少なくとも一方が電源配線パターンとなっている領域に保持容量Cが形成されている。具体的には、図10に示すように、発光部OLEDの横に配線されている電源線Vdd(ソースメタル層206)の下に、ゲートメタル層204を平行して積層させることにより、保持容量Cが形成されている。
この保持容量Cは、実施形態1において説明した保持容量と同様に、保持容量Cの形成に関係する複数の層間(例えば、ソースメタル層206、ゲートメタル層204、半導体層202)に重複領域を生じさせることにより保持容量Cが形成されており、保持容量Cが形成される重複領域付近において、複数の層のうちより下層側に配置される層の占める領域がより上層側に配置される層の占める領域より大きく形成されている。具体的には、 図11Bに示すように、ソースメタル層206の幅をd11、ゲートメタル層204の幅をd12、半導体層202の幅をd13とした場合に、d13>d12>d11という関係が成立するようにしている。下層にいくほどパターン形状を大きくしていくのである。
どのくらい大きくすべきかは、製造プロセスの精度とパターン密度によって変わる。考え方としては、より上層側に配置される層の形成時において生じうる最大の位置ずれを生じた場合であっても、より上層側に配置される層の領域が、より下層側に配置される層の領域内に収まるような形状に各層をパターン形成することである。本実施形態においても、差分d13−d12、d12−d11は製造プロセスで予測される位置ずれの量と同じかそれ以上になるように設計されている。
(バンク層下の保持容量)
前述した保持容量は、隣接する前記発光部間を隔離するためのバンク層208の下に形成されていることが好ましい。すなわちバンク層は画素分離のために必要であるため、この領域の下に、電源線の配線領域と保持容量のための重複領域を重ね合わせることにより、周辺回路の占有面積を大幅に縮小し、十分な開口率を確保することができる。
(周辺回路のスペースの削減)
実施形態1と同様に、本実施形態2では、複数のトランジスタ等の能動素子のうち少なくとも一つの能動素子が、他の能動素子と同一コンタクトホールで接続されるように配線パターンを作成した。具体的には、図10に示すように、トランジスタT12、T13、およびT14が同一のコンタクトホール、h13で相互に接続されている。このように、回路上共通接点が多くなるように回路を設計し、共通接点になる部分を同一接続点で接続するように各素子を配置することによって、コンタクトホールの数を減少し、コンタクトホールのために使用される周辺回路の占有面積を減少させることができる。
その他の特徴、例えば発光部の平面形状、ゲートメタル層の電極からの離間処理、周辺回路の動作、周辺回路の電流維持性能の向上などについては、実施形態1と同様であり、その説明を省略する。
[実施形態4]
図12に、本発明の実施形態3におけるEL素子について、一つの画素領域およびその周辺の配線パターンを説明する平面図を示す。図13に、図12に示された切断面における層構造を説明する各断面図を示す。図13Aは図12のA−A切断面、図13Bは図12のB−B切断面における層構造を示している。これら図面では、実施形態3と同様に、主要な半導体層202、ゲートメタル層204、ソースメタル層206、陽極層210、の各々のパターンが判るように示してある。
実施形態4のEL素子の構成は、段差形状Stepを構成する親和性制御膜213の存在を除き、実施形態3のEL素子と同一である。このため、実施形態3と同一の要素については同一符号を図面に付すこととしその説明を省略する。
以下に本実施形態の特徴を述べる。
(親和性制御層)
図13Bに示すように、実施形態4における発光部OLEDは、親和性制御層213を、第2層間絶縁膜207とバンク層208との間に備えている。この親和性制御層213は、画素領域全体に形成する必要はないが、少なくとも発光部の境界付近に備える必要がある。親和性制御層213は、発光部の形成に用いられる液体材料と親和性がある必要がある。バンク層208は、本実施形態において、発光部の境界付近の壁面を形成しており、発光層212または正孔注入層211の形成時に使用する液体材料に対し非親和性を示すように材料が選択されて、親和性制御層213の上に積層されている。このため親和性制御層213は、図12および 図13Bに示すように、バンク層のなす壁面に対して発光部内側で階段形状Stepを形成している。
親和性制御層113の材料は、インクジェット方式により発光領域に充填する液体材料がどのような性質を備えているかに応じて決める。例えば、液体材料が水などの極性の高い液体を含むのであれば少なくとも液体材料と接触する部分あるいは表面は極性基を有することが親和性制御層として望まれる。逆に、液体材料が非極性の液体を含むのであれば、少なくとも液体材料と接触する部分あるいは表面は非極性基を有することが親和性制御層として望まれる。また、充填する液体材料の表面張力によっても親和性制御層の親和性の程度が決まる。
例えば、水に対して化学的には親和性の小さい材料を親和性制御層に使用したとしても液体材料が水より表面張力の小さい溶剤を多量に含んでいると、その液体材料は水より表面張力が小さくなり、当該親和性制御層は当該液体に対して親和性を示すようになる。したがって、親和性制御層の材料を何にするかは、使用する液体材料によって種々に変更して適用することになる。
親和性制御層213は、例えば、Al、Ta等の金属、酸化シリコン、窒化シリコン、アモルファスシリコン、ポリシリコン、ポリイミド、フッ素結合を有する有機化合物、フォトレジストのうちいずれかから構成される無機化合物または有機化合物で構成されることが好ましい。絶縁性が必要なら金属以外の化合物で親和性制御層を構成する。これらの材料は、液体材料に対する接触角の相違によって、親和性の程度が決まる。すなわち親和性であるか非親和性であるかは相対的に決まり絶対的なものではない。表面処理の方法によっても親和性の程度を調整することができる。
バンク層108は、親和性制御層113より親和性の程度が少ない材料で構成するのが好ましい。バンク層の親和性の程度を親和性制御層より小さくすることで、バンク層の非親和性により液体材料が退けられ隣接する画素領域に液体材料が流れ込むことを防止でき、ショートを避けることができるからである。また、バンク層の非親和性により過剰に液体材料がバンク層側へ引かれ凹状の膜となることを防止できるからである。
このように、本実施形態によれば、液体材料と親和性のある親和性制御層を発光部の境界付近に備えたので、発光部を構成する正孔注入層や発光層など層の厚さの均一性が向上する。
また、本実施形態によれば、発光部の境界付近の壁面を形成するバンク層が、液体材料に対し非親和性を示すものとしたので、隣接画素領域との間でのショートを防止することができる。
なお、本実施形態では、親和性制御層213を階段形状に形成したが、層断面の厚みを十分とれる場合には、階段形状を呈すること無い壁面、つまりバンク層との間で段差の無い単一壁面を形成していてもよい。その他の本実施形態4における利点は、実施形態1と同様であるため、その説明を省略する。
[実施形態5]
本実施形態は、上記実施形態で説明した電気光学素子であるEL素子を有する電気光学装置である表示パネルおよびその表示パネルを備える電子機器に関する。
図14に、本実施形態の表示パネル1の接続図を示す。表示パネル1は、図1に示したように、表示領域11内に画素領域を配置して構成される。画素領域としては、実施形態1または2の画素領域10または実施形態3または4の画素領域20を適用可能である。ドライバ領域14からは、発光制御線Vgpおよび書き込み制御線Vselを介して制御信号が各画素領域に供給されている。ドライバ領域15からは、データ線Idataおよび電源線Vddを介してデータ信号及び電源電圧が各画素領域に供給されている。
本実施形態の表示パネル1は、種々の電子機器に適用可能である。図15に、本表示パネル1を適用可能な電子機器の例を挙げる。
図15Aは携帯電話への適用例であり、当該携帯電話30は、アンテナ部31、音声出力部32、音声入力部33、操作部34、および本発明の表示パネル1を備えている。このように本発明の表示パネルは表示部として利用可能である。
図15Bはビデオカメラへの適用例であり、当該ビデオカメラ40は、受像部41、操作部42、音声入力部43、および本発明の表示パネル1を備えている。このように本発明の表示パネルは、ファインダーや表示部として利用可能である。
図15Cは携帯型パーソナルコンピュータへの適用例であり、当該コンピュータ50は、カメラ部51、操作部52、および本発明の表示パネル1を備えている。このように本発明の表示パネルは、表示部として利用可能である。
図15Dはヘッドマウントディスプレイへの適用例であり、当該ヘッドマウントディスプレイ60は、バンド61、光学系収納部62および本発明の表示パネル1を備えている。このように本発明の表示パネルは画像表示源として利用可能である。
図15Eはリア型プロジェクターへの適用例であり、当該プロジェクター70は、筐体71に、光源72、合成光学系73、ミラー74・75ミラー、スクリーン76、および本発明の表示パネル1を備えている。このように本発明の表示パネルは画像表示源として利用可能である。
図15Fはフロント型プロジェクターへの適用例であり、当該プロジェクター80は、筐体82に光学系81および本発明の表示パネル1を備え、画像をスクリーン83に表示可能になっている。このように本発明の表示パネルは画像表示源として利用可能である。
上記例に限らず本発明の電気光学装置は、アクティブマトリクス型の表示装置を適用可能なあらゆる電子機器に適用可能である。例えば、この他に、表示機能付きファックス装置、デジタルカメラのファインダ、携帯型TV、DSP装置、PDA、電子手帳、電光掲示盤、宣伝公告用ディスプレイなどにも活用することができる。
本実施形態における表示パネルの全体図である。 実施形態1における画素領域の平面図である。 実施形態1における画素領域の断面図であり、図3Aは図2のA−A切断面、 図3Bは図2のB−B切断面、図3Cは 図2のC−C切断面である。 発光部の境界形状の変形例であり、図4Aは円形の発光部の場合、図4Bは中心線対称な屈曲部を有する発光部の場合、図4Cは中心線非対称な屈曲部を有する発光部の場合である。 実施形態1における画素領域の回路図である。 実施形態1における金属層のアライメントの説明図である。 実施形態1におけるゲートメタルの離間処理の説明図である。 実施形態2における画素領域の平面図である。 実施形態2における画素領域の断面図であり、図9Aは図8のA−A切断面、 図9Bは 図8のB−B切断面、図9Cは図8のC−C切断面である。 実施形態3における画素領域の平面図である。 実施形態3における画素領域の断面図であり、図10Aは 図10のA−A切断面、図10Bは図10のB−B切断面である。 実施形態4における画素領域の平面図である。 実施形態4における画素領域の断面図であり、図13Aは図12のA−A切断面、図13Bは図12のB−B切断面である。 実施形態5における表示パネルの接続図である。 実施形態5における電子機器の例であり、図15Aは携帯電話、図15Bはビデオカメラ、図15Cは携帯型パーソナルコンピュータ、図15Dはヘッドマウントディスプレイ、図15Eはリア型プロジェクター、図15Fはフロント型プロジェクターへの本発明の表示パネルの適用例である。

Claims (7)

  1. 発光部と、前記発光部に供給する電流の制御を画素電極を介して行う周辺回路と、を備え、
    前記発光部の面積は、前記画素電極の面積より小であり、
    前記発光部の形状と前記画素電極の形状とが異なっていること、
    を特徴とする電気光学装置。
  2. 請求項1に記載の電気光学装置において、
    前記発光部の形状は曲率を有する形状であり、前記画素電極の形状は多角形の形状であること、
    を特徴とする電気光学装置。
  3. 請求項1に記載の電気光学装置において、
    前記発光部はn個(nは4以上の整数)の角を有する多角形形状を有しており、
    前記画素電極はm個(mは3以上の整数)の角を有する多角形形状を有しており、
    n>mとなる関係を有すること、
    を特徴とする電気光学装置。
  4. 請求項1乃至3のいずれかに記載の電気光学装置において、
    前記発光部の全領域は前記画素電極上に形成されており、
    前記発光部の形成されていない、前記画素電極の部分に前記周辺回路と前記画素電極との接続のためのコンタクト領域が設けられていること、
    を特徴とする電気光学装置。
  5. 請求項1乃至4のいずれかに記載の電気光学装置において、
    前記周辺回路の少なくとも一部は前記発光部の境界と前記画素電極の境界との間に囲まれる領域内に設けられていること、
    を特徴とする電気光学装置。
  6. 請求項5に記載の電気光学装置において、
    前記発光部の境界の少なくとも一部は所定の曲率を有していること、
    を特徴とする電気光学装置。
  7. 請求項1乃至6のいずれかに記載の電気光学装置において、
    前記発光部は、その幾何学中心を通る一の中心線に対して実質的に対称であること、
    を特徴とする電気光学装置。
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