JP2014222592A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロキャビティ効果を緩和して色度の視覚変化を低減するとともに、必要な電荷を保持可能な画素キャパシタを別途領域を確保することなく形成可能な表示装置を提供する
【解決手段】基板上にマトリクス状に配置された複数の画素と前記複数の画素にそれぞれ対応して配置された複数の薄膜トランジスタとを有する表示装置であって、前記薄膜トランジスタ及び前記薄膜トランジスタと接続する配線を覆う平坦化膜と、前記平坦化膜上に形成された反射層と、前記反射層を覆う光路長拡大層と、前記光路長拡大層上に形成された画素透明電極と、を有し、前記画素は有機ＥＬ層を含むことを特徴とする表示装置。
【選択図】図２

Description

本発明は表示装置に関し、より詳細には視角特性が改善された有機ＥＬ表示装置に関する。

近年、様々な有機ＥＬ（Organic Electroluminescence）表示装置が活発に開発されている（例えば、特許文献１及び特許文献２）。

薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いた有機ＥＬ表示装置においては、発光面積を大きくするため、カソード電極（陰極）側より光を取り出すトップエミッション型の有機ＥＬ素子が広く用いられている。

このトップエミッション型の有機ＥＬ素子においては、アノード電極（陽極、反射電極）とカソード電極（陰極）との間で発光層による発光が多重に反射・干渉することによりマイクロキャビティ効果を生じる。マイクロキャビティ効果により、発光スペクトル幅（半値幅）は急峻になり、輝度と色純度が向上する（例えば、特許文献１）。

特開２００６−３２３２７号公報 特開２００２−３４３５５５号公報

マイクロキャビティ効果により、発光スペクトル幅（半値幅）を急峻にして、正面から見た時の輝度を向上させると、斜め方向から見た場合に、多重反射を含む光路長の変化による波長変化が大きくなる。その結果、視角変化にともなう色度変化が大きくなり、視角特性が悪化してしまうという欠点を有する。

そこで、本発明は、アノード電極側の反射部とカソード電極との間の距離を大きくすることにより、マイクロキャビティ効果を緩和して色度の視角変化を低減するとともに、必要な電荷を保持可能な画素キャパシタを別途領域を確保することなく形成可能な表示装置を提供することを目的とする。

３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの可視光領域でのマイクロキャビティ効果を緩和するためには、アノード電極の反射部とカソード電極との間の距離を一定値以上（例えば、５００ｎｍ以上）開ければよい。

本発明の一実施形態に係る表示装置は、基板上にマトリクス状に配置された複数の画素と前記複数の画素にそれぞれ対応して配置された複数の薄膜トランジスタとを有する表示装置であって、前記薄膜トランジスタ及び前記薄膜トランジスタと接続する配線を覆う平坦化膜と、前記平坦化膜上に形成された反射層と、前記反射層を覆う光路長拡大層と、前記光路長拡大層上に形成された画素透明電極とを有し、前記画素は有機ＥＬ層を含むことを特徴とする。

前記反射層は、前記配線および前記画素透明電極と接続されてもよい。

また、前記反射層は、前記配線および前記画素透明電極と接続され、容量形成してもよい。

前記反射層は、フローティング電極であってもよい。

前記反射層と前記画素透明電極とが接続され、容量形成してもよい。

前記反射層と前記画素透明電極とが接続され、第１の容量を形成し、
かつ前記反射層と前記配線とが接続され、第２の容量を形成してもよい。

前記光路長拡大層は、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂等の樹脂またはＳｉＯ、ＳｉＮ等の無機絶縁膜であってもよい。

さらに上部電極を有し、上部電極と前記反射層との間の距離が５００ｎｍ以上であってもよい。

本発明によれば、有機ＥＬ層およびカソード電極に変更を加えることなく、マイクロキャビティ効果を緩和して色度の視角による変化を低減するとともに、安定した画像表示に必要な電荷を保持可能な画素容量を別途領域を確保することなく形成可能な表示装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る表示装置の概略構成を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る表示装置１００の概略構成を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る表示装置２００の概略構成を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る表示装置３００の概略構成を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る表示装置４００の概略構成を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る表示装置５００の概略構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る表示装置１００の薄膜トランジスタ１０１ｂの構成例を示す図である。 従来の表示装置の概略構成を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の表示装置の実施形態について説明する。なお、本発明の表示装置は、以下の実施形態に限定されることはなく、種々の変形を行ない実施することが可能である。

図１に、本発明の一実施形態に係る表示装置１００の概略構成を示す。本実施形態に係る表示装置１００は、基板１０１上に形成された、表示領域１２１、ドライバＩＣ１２２、ＦＰＣ（フレキシブル プリンティッド サーキット）１２３、及び走査線駆動回路１２４を備える。表示領域１２１には、図中の横方向に走る複数の制御信号線ｇ１−１〜ｇ１−３と縦方法に走る複数のデータ信号線ｄ１〜ｄ３とが互いに交差して配置され、制御信号線ｇ１−１〜ｇ１−３とデータ信号線ｄ１〜ｄ３との交差部に対応する位置に、複数の画素１２５がマトリクス状に配置される。図１には、一例として、一画素１２５あたり３本の制御信号線ｇ１−１〜ｇ１−３と１本のデータ信号線ｄ１とが交差して配置される構成を図示しているが、この構成に限定されるものではない。また、図示していないが、表示領域１２１内には電源線等の一定電圧を供給する配線が配置されてもよい。各画素１２５には、制御信号線ｇ１−１〜ｇ１−３から供給される制御信号に応じて、画素１２５に供給されるデータ電圧の書き込みを制御することにより、画素１２５の発光を制御する薄膜トランジスタ１０２及びデータ信号線ｄ１〜ｄ３から供給されるデータ電圧を保持するコンデンサを備えた画素回路が配置される。

以下、本発明における表示装置における画素回路と画素１２５、及びその層間構造について様々な実施形態を示して説明する。

（実施形態１）
図２は、本発明の一実施形態に係る表示装置１００の概略構成を示す図である。図２（ｂ）が表示装置１００の平面図であり、図２（ａ）は図２（ｂ）のａ−ａ’に沿った断面図である。図２（ｃ）は表示装置１００における回路図である。

表示装置１００は、基板１０１上に、薄膜トランジスタ１０２（図中、一点鎖線内）、層間絶縁膜１０３、配線１０４ａ及び１０４ｂ、平坦化膜１０５、反射層１０６、光路長拡大層１０７、画素透明電極１０８、バンク層１０９、有機ＥＬ層１１０、カソード電極１１１を備える。

基板１０１は絶縁性の材料であり、例えばガラスであるが、これに限らず、シリコンなどであってもよい。基板１０１上には、基板１０１からの不純物をブロックするためにパッシベーション膜（図示せず）が形成される。パッシベーション膜は、例えば、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜を、公知の技術（スパッタ法、ＰＣＶＤ法、真空蒸着法等）を用いて形成する。

パッシベーション膜上に、薄膜トランジスタ１０２を構成するための半導体層が形成される。図２（ａ）上では、薄膜トランジスタ１０２を簡略して示している。図３を参照して、薄膜トランジスタ１０２の構成の一例を説明する。図３に記載の薄膜トランジスタ１０２は、トップゲート型の薄膜トランジスタである。基板１０１上に、パッシベーション膜１１が形成される。パッシベーション膜１１上に半導体層１２が形成される。半導体層１２を覆ってゲート絶縁膜１３が形成される。ゲート絶縁膜１３上には、ゲート電極１４が形成される。半導体層１２に達するコンタクトホールを形成し、半導体層１２のドレイン領域と接続されるドレイン電極１５と、半導体層１２のソース領域と接続されるソース電極１６とが形成される。なお、薄膜トランジスタ１０２は、図３と異なる構成であってもよく、例えば、薄膜トランジスタ１０２はボトムゲート型の薄膜トランジスタであってもよい。

薄膜トランジスタ１０２のゲート電極を覆って、層間絶縁膜１０３が形成され、層間絶縁膜１０３上に配線１０４ａ及び１０４ｂが形成される。この明細書で、配線１０４ａ、１０４ｂとは、薄膜トランジスタ１０２の半導体層１２のソース領域と接続されるソース配線や、半導体層１２のドレイン領域と接続されるドレイン配線をいう。図２において、配線１０４ａは、ドレイン電極１５を介してドレイン領域と接続される。

なお、図示していないが、配線１０４ａ、１０４ｂを覆って薄膜トランジスタ１０２全体を保護するためのパッシベーション膜が形成されてもよい。

配線１０４ａ、１０４ｂ及び薄膜トランジスタ１０２全体を覆って平坦化膜１０５が形成される。平坦化膜１０５は、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂等の樹脂を、数百ｎｍ〜数μｍ程度の膜厚で形成する。

平坦化膜１０５の上には、反射層１０６が形成される。反射層１０６は金属であって、例えばＡｇ、Ａｌまたはそれらの合金であってよく、光を反射する。反射層１０６は、コンタクトホール１０６ａを介して配線１０４ａと接続する。

反射層１０６を覆って光路長拡大層１０７が形成される。光路長拡大層１０７の材料は平坦化膜と同じ材料であるアクリル樹脂、ポリイミド樹脂等の樹脂でもよく、ＳｉＯ、ＳｉＮ等の無機絶縁膜でもよい。光路長拡大層１０７の膜厚を調整することにより、反射層１０６と、反射層１０６よりも上部にある各構成との距離を調整することができる。これにより、後述するように、反射層１０６とカソード電極１１１との距離を調整し、マイクロキャビティ効果を緩和することができる。

光路長拡大層１０７の上には、画素透明電極１０８が形成される。画素透明電極１０８はＩＴＯなどの無機透明酸化物で構成され、透明である。画素透明電極１０８は、コンタクトホール１０８ａを介して反射層１０６と接続する。隣接する画素の画素透明電極１０８を分断する位置に、バンク層１０９を形成する。

画素透明電極１０８上に、有機ＥＬ層１１０及び上部電極としてカソード電極１１１が形成される。本実施形態において、画素透明電極１０８、有機ＥＬ層１１０、及びカソード電極１１１を含んで画素１２５の有機ＥＬ素子が構成される。画素透明電極１０８は、有機ＥＬ素子におけるアノード電極である。カソード電極１１１には、光を透過する程度に薄いＡｇや、ＩＴＯといった無機透明酸化物が用いられ、カソード電極１１１は光を透過する。

本実施形態における有機ＥＬ素子発光用の電流経路は、図２（ｃ）に示すとおり、薄膜トランジスタ１０２から配線１０４ａ、反射層１０６を介して画素透明電極１０８に流れる。すなわち、薄膜トランジスタ１０２から、配線１０４ａ及び反射層１０６を通じて画素透明電極１０８にデータ信号に応じた電流が供給され、その電流が有機ＥＬ層１１０に供給されることによって有機ＥＬ層１１０が発光し、画像が形成される。

本実施形態における有機ＥＬ素子は、有機ＥＬ層１１０の下部に構成された画素透明電極１０８がアノードであり、有機ＥＬ層１１０の上部に構成されたカソード電極１１１がカソードであるトップカソード構造である。表示装置１００において、反射層１０６は、有機ＥＬ層１１０からの光を反射し、有機ＥＬ層１１０による発光は、カソード電極１１１方向から取り出される。すなわち、表示装置１００はトップエミッション型の有機ＥＬ表示装置である。なお、有機ＥＬ素子の構成は、公知の技術を用いて形成することができ、「ＲＧＢ塗り分け（Side-by-side RGB sub-pixel）方式」による構成でもよく、白色発光層にカラー・フィルタを組み合わせた「カラー・フィルタ方式」を用いる有機ＥＬ素子の構成についても適用可能である。

有機ＥＬ層より下部に向かった光は、画素透明電極１０８を透過し、反射層１０６により上部へと反射する。

本実施形態における表示装置１００は、光路長拡大層１０７を設け、反射層１０６と画素透明電極１０８とを別層として反射層１０６と画素透明電極の間に中間層を配置することにより、画素透明電極１０８、有機ＥＬ層１１０、カソード電極１１１間の距離を変更することなく、カソード電極１１１と反射層１０６との距離を大きく開けることができる。平坦化層１０５に形成したコンタクトホール１０６ａと光路長拡大層１０７に形成したコンタクトホール１０８ａとを、平面的にみて同じ位置に配置すると発光領域を広くすることができる。本実施形態では平坦化層１０５に形成したコンタクトホール１０６ａと光路長拡大層１０７に形成したコンタクトホール１０８ａとを、図２（ｂ）のように平面的にみて異なる位置に配置した。コンタクトホール１０６ａとコンタクトホール１０８ａとをずれて配置したことにより、積み重ねられた層の上層部でも容易に平坦化できる。また、コンタクトホール１０６ａとコンタクトホール１０８ａとの位置合わせが不要であるため、容易に製造できる。

従来の表示装置においては、図８に示すように、本実施形態における反射層１０６と画素透明電極１０８とに相当する構成が、１つの反射電極１２０である。そのため、光路長拡大層１０７といった構成を設ける余地がなく、反射電極とカソード電極との間の距離を変更するためには、有機ＥＬ層の膜厚を変更するなどの必要があり、発光特性の制御が困難であった。

本実施形態においては、図８における従来の反射電極１１２に相当する構成を反射層１０６と画素透明電極１０８という２つの構成へと分離している。本実施形態では、カソード電極１１１と反射層１０６との距離を開けることにより、マイクロキャビティ効果を緩和することができる。望ましくは、カソード電極１１１と反射層１０６との間の距離は５００ｎｍ以上開いていると、可視光領域（３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）でのマイクロキャビティ効果を緩和することができ好ましい。本発明においては、光路長拡大層１０７を設け、その膜厚を調整することにより、カソード電極１１１と反射層１０６との間の距離を５００ｎｍ以上開くことができる。

これにより、本実施形態における表示装置１００は、有機ＥＬ層やカソード電極に変更を加えることなく視角特性を改善した発光特性の制御に優れたトップエミッション型の有機ＥＬ表示装置を提供することができる。

（実施形態２）
次に、図４（ａ）図４（ｂ）図４（ｃ）を参照して、本発明の他の実施形態に係る表示装置２００の構成について説明する。図４は、本発明の他の実施形態に係る表示装置２００の概略構成を示す図である。図４（ｂ）が表示装置２００の平面図であり、図４（ａ）は図４（ｂ）のａ−ａ’に沿った断面図である。図４（ｃ）は表示装置２００における回路図である。

図４（ａ）における表示装置２００は、図２（ａ）を参照して説明した表示装置１００とほぼ同じ構成であるが、反射層１０６が、配線１０４ｂを介して、薄膜トランジスタ１０２のゲート電極１４との間で容量Ｃ１を形成する点で異なる。本実施形態では、平坦化膜１０５を薄くして容量Ｃ１を形成した。

すなわち、反射層１０６を、画素透明電極１０８と同電位とし、電圧を印加することにより、反射層１０６と薄膜トランジスタ１０２のゲート電極１４との間で容量Ｃ１を形成することができる。これにより、安定した画像表示に必要な電荷を保持可能な画素容量を、別途容量形成のための領域を新たに確保することなく形成可能となる。

（実施形態３）
次に、図５（ａ）図５（ｂ）図５（ｃ）を参照して、本発明の他の実施形態に係る表示装置３００の構成について説明する。図５（ａ）は、本発明の他の実施形態に係る表示装置３００の概略構成を示す図である。図５（ｂ）が表示装置３００の平面図であり、図５（ａ）は図５（ｂ）のａ−ａ’に沿った断面図である。図５（ｃ）は表示装置３００における回路図である。

図５（ａ）における表示装置３００は、図２（ａ）を参照して説明した表示装置１００とほぼ同じ構成であるが、反射層１０６を配線１０４ａと接続せず、フローティング電極とするとともに、画素透明電極１０８を、光路長拡大層１０７及び平坦化層１０５に形成されたコンタクトホール１０８ａを介して配線１０４ｂと接続する点で異なる。

本実施形態における有機ＥＬ素子発光用の電流経路は、図５（ｃ）に示すとおり、薄膜トランジスタ１０２から配線１０４ｂを介して画素透明電極１０８となる。すなわち、薄膜トランジスタ１０２から、配線１０４ｂを通じて画素透明電極１０８にデータ信号に応じた電流が供給され、その電流が有機ＥＬ層１１０に供給されることによって有機ＥＬ層１１０が発光し、画像が形成される。

図５（ａ）における表示装置３００においては、図２（ａ）における表示装置１００と異なり、光路長拡大層１０７の材料は、絶縁物に限られず、導電体であってもよい。

反射層１０６をフローティングまたは配線背層と別の電位の電極とすることにより、画素動作と有機ＥＬ素子発光のＯＮ／ＯＦＦとの寄生性の容量性カップリングを遮蔽することができ、表示装置３００の安定動作が可能となる。また、画素透明電極１０８からの電流取り出し以外の位置的制約を受けないため、表示装置３００の各構成について、配置自由度が高くなり、高開口化が可能となる。

（実施形態４）
次に、図６（ａ）図６（ｂ）図６（ｃ）を参照して、本発明の他の実施形態に係る表示装置４００の構成について説明する。図６（ａ）は、本発明の他の実施形態に係る表示装置４００の概略構成を示す図である。図６（ｂ）が表示装置４００の平面図であり、図６（ａ）は図６（ｂ）のａ−ａ’に沿った断面図である。図６（ｃ）は表示装置４００における回路図である。

図６（ａ）における表示装置４００は、図２（ａ）を参照して説明した表示装置１００と構成要素はほぼ同じであるが、画素透明電極１０８を光路長拡大層１０７及び平坦化層１０５に形成されたコンタクトホール１０８ａを介して配線１０４ｂと接続し、反射層１０６と画素透明電極１０８との間で容量Ｃ１’を形成し、反射層１０６と画素透明電極１０８とが容量電極を兼ねる点で異なる。

すなわち、反射層１０６を、配線１０４ａと接続しつつ、画素透明電極１０８と独立させ、電圧を印加することにより、反射層１０６と画素透明電極１０８との間で容量Ｃ１’を形成することができる。これにより、安定した画像表示に必要な電荷を保持可能な画素容量を別途領域を確保することなく形成可能となる。

本実施形態における有機ＥＬ素子発光用の電流経路は、図６（ｃ）に示すとおり、薄膜トランジスタ１０２から配線１０４ｂを介して画素透明電極１０８となる。すなわち、薄膜トランジスタ１０２から、配線１０４ｂを通じて画素透明電極１０８にデータ信号に応じた電流が供給され、その電流が有機ＥＬ層１１０に印加されることによって有機ＥＬ層１１０が発光し、画像が形成される。

（実施形態５）
次に、図７（ａ）図７（ｂ）図７（ｃ）を参照して、本発明の他の実施形態に係る表示装置５００の構成について説明する。図７（ａ）は、本発明の他の実施形態に係る表示装置５００の概略構成を示す図である。図７（ｂ）が表示装置５００の平面図であり、図７（ａ）は図７（ｂ）のａ−ａ’に沿った断面図である。図７（ｃ）は表示装置５００における回路図である。

図７（ａ）における表示装置５００は、図５（ａ）を参照して説明した表示装置４００と構成要素はほぼ同じであるが、さらに、反射層１０６と薄膜トランジスタ１０２の電極との間で容量Ｃ１を形成する点で異なる。実施形態２と実施形態４とを組み合わせた構成ともいえる。

すなわち、反射層１０６を、配線１０４ａと接続しつつ、画素透明電極１０８と独立させ、電圧を印加することで、反射層１０６と画素透明電極１０８との間で容量Ｃ１’を形成する。すなわち、反射層１０６と画素透明電極１０８とは容量電極を兼ねる。さらに、反射層１０６と薄膜トランジスタ１０２の電極との間で容量Ｃ１を形成する。これにより、安定した画像表示に必要な電荷を保持可能な画素容量を別途領域を確保することなく形成可能となる。また、容量Ｃ１及び容量Ｃ１’との併用により、より大きな容量を確保することができる。

本実施形態における有機ＥＬ素子発光用の電流経路は、図７（ｃ）に示すとおり、薄膜トランジスタ１０２から配線１０４ｂを介して画素透明電極１０８となる。すなわち、薄膜トランジスタ１０２から、配線１０４ｂを通じて画素透明電極１０８にデータ信号に応じた電流が供給され、その電流が有機ＥＬ層１１０に供給されることによって有機ＥＬ層１１０が発光し、画像が形成される。

以上のように、本発明においては、従来の有機ＥＬ素子における有機ＥＬ層およびカソード電極に変更を加えることなく、マイクロキャビティ効果を緩和して色度の視角変化を低減するとともに、安定した画像表示に必要な電荷を保持可能な画素容量を別途領域を確保することなく形成可能な表示装置を提供することができる。

１００、２００、３００、４００、５００ 表示装置
１０１ 基板
１０２ 薄膜トランジスタ
１０３ 層間絶縁膜
１０４ａ、１０４ｂ 配線
１０５ 平坦化膜
１０６ 反射層
１０７ 光路長拡大層
１０８ 画素透明電極
１０９ バンク層
１１０ 有機ＥＬ層
１１１ カソード電極
Ｃ１、Ｃ１’ 容量

Claims (8)

1. 基板上にマトリクス状に配置された複数の画素と前記複数の画素にそれぞれ対応して配置された複数の薄膜トランジスタとを有する表示装置であって、
   前記薄膜トランジスタ及び前記薄膜トランジスタと接続する配線を覆う平坦化膜と、
   前記平坦化膜上に形成された反射層と、
   前記反射層を覆う光路長拡大層と、
   前記光路長拡大層上に形成された画素透明電極と、
   を有し、
   前記画素は有機ＥＬ層を含むことを特徴とする表示装置。
2. 前記反射層は、前記配線および前記画素透明電極と接続されることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記反射層は、前記配線と接続され、容量形成することを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
4. 前記反射層は、フローティング電極であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
5. 前記反射層と前記画素透明電極とが接続され、容量形成することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
6. 前記反射層と前記画素透明電極とが接続され、第１の容量を形成し、
   かつ前記反射層と前記配線とが接続され、第２の容量を形成することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
7. 前記光路長拡大層は、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂等の樹脂またはＳｉＯ、ＳｉＮ等の無機絶縁膜であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の表示装置。
8. さらに上部電極を有し、上部電極と前記反射層との間の距離が５００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の表示装置。