JP2016212979A

JP2016212979A - 表示装置

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Publication number: JP2016212979A
Application number: JP2015092927A
Authority: JP
Inventors: 樹阪本; Shige Sakamoto; 雅和軍司; Masakazu Gunji; 佐藤　敏浩; Toshihiro Sato; 敏浩佐藤
Original assignee: Japan Display Inc
Current assignee: Japan Display Inc
Priority date: 2015-04-30
Filing date: 2015-04-30
Publication date: 2016-12-15
Anticipated expiration: 2035-04-30
Also published as: JP6560530B2; US9741775B2; US20160322437A1

Abstract

【課題】自発光素子の発光領域とその上に配置される物体との距離をより短くすることができる技術を提供する。
【解決手段】マトリクス状に配置された複数の画素にそれぞれ設けられて複数の画素の発光を制御するトランジスタと、トランジスタが設けられた、絶縁表面を有する基板１２０と、トランジスタを覆うように設けられた平坦化膜１３０と、平坦化膜の上方に、複数の画素の発光領域に対応して設けられた画素電極１３４と、隣同士の画素の間で、画素電極の周囲にある凹部に充填される絶縁層１３５と、画素電極の表面及び絶縁層の表面を覆うように設けられた発光層１３７と、画素電極の上方であって発光層上に設けられた対向電極１３８と、を有し、発光層の下面は、画素電極と対向する領域の高さを超える領域を有しない表示装置。
【選択図】図２

Description

本発明は表示装置に関する。

近年、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ：Organic Light Emitting Diode）等の自発光体を用いた表示装置が実用化されている。このようなＯＬＥＤを用いた有機ＥＬ（Electro-luminescent）表示装置をはじめとする表示装置は、従来の液晶表示装置と比較して、自発光体を用いているため、視認性、応答速度の点で優れているだけでなく、バックライトのような補助照明装置を要しないため、更なる薄型化が可能となっている。

特許文献１には、バンクの開口部に画素電極と有機ＥＬ層とを設けた有機ＥＬ装置が開示されている。画素電極は、層間絶縁層のうちバンクの開口部の下に設けられたコンタクトホールの底でドレイン電極と接続されている。特許文献２には、薄膜トランジスタのドレイン配線と画素電極とを接続するコンタクトホール内で、画素電極と陰極とが短絡することを防ぐために、コンタクトホール内の画素電極の上に保護部を形成することが開示されている。

特開２００５−１９７０２７号公報特開２００１−３１２２２３号公報

有機ＥＬなどの自発光素子の発光領域は盛り上がったバンクに囲まれている。このバンクが存在するため、発光領域と、その上に配置され表示装置を構成する平面状の物体との距離を短くすることが難しい。そのため、例えば、発光領域の上方にカラーフィルタを配置すると、青の画素として放出された光が赤の画素のカラーフィルタへと漏れる、混色が発生してしまう。

本発明は上記課題を鑑みてなされたものであって、その目的は、自発光素子の発光領域とその上に配置される物体との距離をより短くすることができる技術を提供することにある。

本出願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下の通りである。

本発明にかかる表示装置は、マトリクス状に配置された複数の画素にそれぞれ設けられて前記複数の画素の発光を制御するトランジスタと、前記トランジスタが設けられた、絶縁表面を有する基板と、前記トランジスタを覆うように設けられた平坦化膜と、前記平坦化膜の上方に、前記複数の画素の発光領域に対応して設けられた画素電極と、隣同士の前記画素の間で、前記画素電極の周囲にある凹部に充填される絶縁層と、前記画素電極の表面及び前記絶縁層の表面を覆うように設けられた発光層と、前記画素電極の上方であって前記発光層上に設けられた対向電極と、を有し、前記発光層の下面は、前記画素電極と対向する領域の高さを超える領域を有しないことを特徴とする。

本発明によれば、自発光素子の発光領域とその上に配置される物体との距離をより短くすることができる。

第１の実施形態にかかる有機ＥＬ表示装置の一例を概略的に示す斜視図である。第１の実施形態にかかる画素の構成の一例を示す部分断面図である。従来の画素の構成の一例を示す部分断面図である。第２の実施形態にかかる画素の構成の一例を示す部分断面図である。第３の実施形態にかかる画素の構成の一例を示す部分断面図である。第４の実施形態にかかる画素の構成の一例を示す部分断面図である。

以下では、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。出現する構成要素のうち同一機能を有するものには同じ符号を付し、その説明を省略する。また、説明を容易にするため、図面に示される態様は、実際の態様と比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。以下では、自発光素子の一種であるＯＬＥＤ（organic light-emitting diode）を用いた有機ＥＬ（Electro Luminescence）表示装置について説明する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる有機ＥＬ表示装置１００の一例を概略的に示す斜視図である。この図に示されるように、有機ＥＬ表示装置１００は、アレイ基板１２０及び対向基板１５０の２枚の基板を有している。対向基板１５０はアレイ基板１２０に対向している。有機ＥＬ表示装置１００のアレイ基板１２０及び対向基板１５０には、マトリクス状に配置された画素２１０からなる表示領域２０５が形成されている。ここで、各画素２１０は表示領域２０５においてｘ列ｙ行であるとする。画素２１０のそれぞれは、３色または４色のうちいずれかの色を出力し、副画素とも呼ばれる。例えば互いに隣接し色の異なる複数の副画素により、表示される画像に含まれる１つの点が表現される。以下では、１つの点を構成する赤色の副画素、青色の副画素、緑色の副画素が１つの方向に並ぶストライプ配列の場合について説明する。この場合、副画素は長方形である。また、１つの点を４つの正方形の副画素（赤、緑、青、白）で構成し、その４つの副画素が２×２の正方形状に配列してもよい。

また、アレイ基板１２０は、例えばガラス又は樹脂からなる基板であり、絶縁表面を有する。アレイ基板１２０の上にはマトリクス状に画素回路が配置されている。画素回路のそれぞれは画素２１０に対応し、ＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）を含む。アレイ基板１２０には、駆動集積回路１８２と、外部から画像信号等を入力するためのフレキシブルプリント基板（Flexible Printed Circuits）１８１とが取付けられている。駆動集積回路１８２は、画素回路のそれぞれに含まれる画素トランジスタに向けてそのソース・ドレイン間を導通させるための走査信号を出力するとともに、画素２１０の表示階調に応じた信号をその副画素に向けて出力する駆動回路が設けられている。また、本実施形態にかかる有機ＥＬ表示装置１００は、図の矢印に示されるように、アレイ基板１２０の発光層が形成された側に光を出射するトップエミッション型の有機ＥＬ表示装置である。

図２は、第１の実施形態にかかる画素２１０の構成の一例を示す部分断面図である。アレイ基板１２０の上には、下地層１２１と、半導体膜１２２を含む半導体層と、層間絶縁層１２３と、ゲート電極１２４を含む第１電極層と、層間絶縁層１２５と、ソース電極およびドレイン電極１２６、１２７を含む第２電極層と、層間絶縁層１２８と、配線１２９を含む電極層と、コンタクトホール１３１が形成される平坦化膜１３０と、取出電極１３２を含む第３電極層と、内側バンク１３３を含むバンク層と、画素電極１３４を含む第４電極層と、外側絶縁層１３５と、有機ＥＬ層１３７と、共通電極１３８と、封止膜１３９とが順に積層されている。下地層１２１、層間絶縁層１２３，１２５，１２８は、例えば酸化シリコンや窒化シリコンを含む絶縁層である。また第１電極層から第３電極層までの電極層は、特に低抵抗性が求められ、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）等から選ばれた金属層、又はそれらの積層により構成されている。第４電極層は、有機ＥＬ層１３７駆動のための仕事関数等を鑑みて決定され、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、亜鉛酸化物（ＺｎＯ）等から選ばれた酸化物導電材料等により構成されている。また、第４電極層は、トップエミッション型の場合は反射性が求められ、反射層として銀（Ａｇ）、Ａｌ等の層を有していても良い。

対向基板１５０のアレイ基板１２０側の面には、カラーフィルタ１４５およびブラックマトリクス１４１の層が形成されている。カラーフィルタ１４５は、例えば３色又は４色のそれぞれ異なる波長領域の光を透過する。図２の例では、カラーフィルタ１４５は、赤色の光を透過する赤領域１４２と、緑色の光を透過する緑領域１４３と、青色の領域を透過する青領域１４４とを含む。ブラックマトリクス１４１は、各副画素の境界から漏れ出る光を遮断するための遮光膜である。対向基板１５０に形成されたカラーフィルタ１４５と、アレイ基板１２０上に積層された封止膜１３９との間には、充填材１４０が設けられている。封止膜１３９までが積層されたアレイ基板１２０と、カラーフィルタ１４５が形成された対向基板１５０とが、封止膜１３９とカラーフィルタ１４５とに挟まれる充填材１４０を接着材として貼り合わせられている。図２においては、有機ＥＬ層１３７は、複数の副画素に亘って均一に設けられ、カラーフィルタ１４５によって各色を表現する構成となっているが、これに限定されるものではなく、各副画素が有する画素電極１３４の表面を覆うように、各色の発光を呈する有機ＥＬ層１３７を個別に形成しても良い。この場合、有機ＥＬ層１３７自身が各色の光を出射するため、対向基板１５０側にカラーフィルタ１４５は不要となる。

アレイ基板１２０上には、それぞれ複数の画素２１０に対応し、マトリクス状に配置された複数の画素回路が設けられる。下地層１２１から配線１２９までの層には、画素回路のうち有機ＥＬ素子を除く部分が形成されている。また、半導体膜１２２、ゲート電極１２４、ドレイン電極１２６、ソース電極１２７は、有機ＥＬ素子に直接的に接続される薄膜トランジスタを構成する。この薄膜トランジスタは、この薄膜トランジスタを含む画素回路に対応する画素２１０の発光を制御する。平面的にみると、半導体膜１２２とゲート電極１２４とは重なっており、またゲート電極１２４の図２の左右方向についてゲート電極１２４から突出するように延びている。半導体膜１２２のゲート電極１２４と重なる領域が、薄膜トランジスタのチャネル領域となり、半導体膜１２２の突出する部分の上面は、層間絶縁層１２３，１２５を貫くソース電極およびドレイン電極１２６、１２７にそれぞれ接している。平坦化膜１３０は例えばアクリル樹脂の膜であり、薄膜トランジスタを含む画素回路のうち主に有機ＥＬ素子を除く部分を覆うように設けられている。

また、層間絶縁層１２８および平坦化膜１３０のうちソース電極またはドレイン電極１２６の上方にはコンタクトホール１３１が形成されており、このコンタクトホール１３１の底でソース電極またはドレイン電極１２６と取出電極１３２とが接している。取出電極１３２の上には、例えばアクリル樹脂からなる内側バンク１３３が設けられている。内側バンク１３３の図２に示す断面は台形であり、内側バンク１３３は上面と下面と上面から下面に向けて拡がるように傾斜する側壁面とを有している。内側バンク１３３の下面は取出電極１３２に接し、上面および側面は画素電極１３４により覆われている。なお、画素電極１３４は、必ずしも内側バンク１３３の上面および側壁面の全てを覆わなくてもよい。画素電極１３４が内側バンク１３３の上面および側壁面のうち少なくとも一部を覆っていてよい。

平面的にみると、内側バンク１３３は取出電極１３２および画素電極１３４の内側にあり、内側バンク１３３の周囲で取出電極１３２と画素電極１３４とが電気的に接続している。画素電極１３４の上には有機ＥＬ層１３７が設けられ、有機ＥＬ層１３７の上には例えば透明電極からなる共通電極１３８の層が設けられ、共通電極１３８はさらに封止膜１３９により覆われている。画素電極１３４、取出電極１３２、有機ＥＬ層１３７および共通電極１３８は、画素電極１３４、取出電極１３２を陽極、共通電極１３８を陰極とするＯＬＥＤを構成している。有機ＥＬ層１３７は、画素電極１３４と共通電極１３８とにより電圧が印加され、電流が流れることで発光する発光層であり、平面的にみると、ある画素２１０の発光領域は他の画素２１０の発光領域と離間しており、画素２１０において、画素電極１３４と有機ＥＬ層１３７とが接する領域の形状とその画素２１０の発光領域の形状とが対応している。また画素電極１３４と有機ＥＬ層１３７とが接する領域は薄膜トランジスタの直上、より厳密にはソース電極またはドレイン電極１２６と取出電極１３２とを接続させるコンタクトホール１３１の直上に配置されている。

平面的にみて隣同士の画素２１０の間にある領域、より具体的には画素電極１３４の周囲の領域には内側バンク１３３および画素電極１３４により形作られる凹部がある。外側絶縁層１３５を構成する樹脂（例えばアクリル樹脂）は、この凹部に充填されている。なお平面的にみて、外側絶縁層１３５は、発光領域には形成されていない。

ここで、有機ＥＬ層１３７の下面の領域については、有機ＥＬ層１３７と画素電極１３４とが対向する領域の高さを超える領域は存在しない。また、有機ＥＬ層１３７の下面の領域のうち、有機ＥＬ層１３７と画素電極１３４とが接する領域が最も高い位置にあり、他の領域はその高さと同じまたはより低い位置にある。見方を変えれば、外側絶縁層１３５の上面の高さは、画素電極１３４の上面の高さを超えない。図２の例では、外側絶縁層１３５の上面の高さは画素電極１３４の上面の高さに合わされており、有機ＥＬ層１３７の上面および下面は平坦である。なお、外側絶縁層１３５により凹部にある段差が埋められ、有機ＥＬ層１３７や共通電極１３８が段差により途切れる現象（断切れ）の発生が抑えられ、不良品の発生を抑えることが可能になる。ここで、「高さ」とは、基板１２０側から各構造体を積み上げていく方向への距離、すなわち図２中、上側に向かう距離を指している。

図３は従来の画素の構成の一例を示す部分断面図である。図３に示す例では、画素電極１９４はコンタクトホール１９１の底においてソース電極またはドレイン電極１２６に接しており、また薄膜トランジスタの直上にバンク１９３が設けられている。画素電極１９４と有機ＥＬ層１３７とは平面的にみてバンク１９３のない領域で接し、発光領域はバンク１９３に囲まれた凹部に存在する。このため、発光領域とその上のカラーフィルタ１４５との距離が本実施形態にかかる距離よりも大きくなる。図３の例ではカラーフィルタ１４５が存在し、本実施形態より発光領域からの光が隣の画素に対するカラーフィルタ１４５の領域に漏出しやすくなり、隣の画素の色が混じることによる混色が発生しやすくなる。

一方、本実施形態では発光領域がその上にあるカラーフィルタ１４５に近くなり、混色は発生しにくくなる。また、本実施形態では薄膜トランジスタの直上の領域も発光領域として利用するため、発光領域のレイアウトが容易になる。混色の発生が抑えられることとレイアウトの容易化により、発光領域を広めることや、カラーフィルタ１４５の開口面積を拡げることも可能になる。

ここで、外側絶縁層１３５が、ブラックマトリクス１４１のように光を吸収する物質を含む遮光膜であってもよい。この場合、光を吸収する物質を含む外側絶縁層１３５により、隣の画素２１０に向けて伝播する光の一部が吸収されるため、混色の発生をさらに抑えることができる。

［第２の実施形態］
第２の実施形態にかかる有機ＥＬ表示装置は、第１の実施形態に対して主に外側絶縁層１６５の構造が異なる。以下では第２の実施形態と第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

図４は、第２の実施形態にかかる画素２１０の構成の一例を示す部分断面図である。本実施形態にかかる有機ＥＬ表示装置では、薄膜トランジスタやその直上にある取出電極１３２、内側バンク１３３、画素電極１３４の構造は第１の実施形態における図２の例と同様であり、平面的にみて隣同士の画素２１０の間にある領域には内側バンク１３３および画素電極１３４により形作られる凹部がある。外側絶縁層１６５を構成する樹脂は、この凹部に充填されている。外側絶縁層１６５の上面の高さは画素電極１３４の上面の高さより低く、有機ＥＬ層１３７の上面は、外側絶縁層１６５の上方の領域が窪んでおり、有機ＥＬ層１３７の下面については、画素電極１３４と有機ＥＬ層１３７とが接し対向する領域よりも他の領域が低くなっている。

また、画素電極１３４の側壁面のうち外側絶縁層１６５の上面より高い領域と上面とは、有機ＥＬ層１３７に接している。したがって、有機ＥＬ層１３７のうち側壁面に接する領域も発光し、発光領域は図２の例より広くなる。また、本実施形態では、隣り合う内側バンク１３３の間では、有機ＥＬ層１３７、共通電極１３８および封止膜１３９に窪みがある。封止膜１３９の窪みの上には充填材１４０が充填される。封止膜１３９の凹凸により、充填材１４０を用いてアレイ基板１２０と対向基板１５０とを貼り合わせる際に気泡が入る現象の発生を抑えることができる。

［第３の実施形態］
第３の実施形態にかかる有機ＥＬ表示装置は、第１の実施形態における内側バンク１３３、取出電極１３２がなく、画素電極１７４のみで形状を実現している。以下では第３の実施形態と第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

図５は、第３の実施形態にかかる画素２１０の構成の一例を示す部分断面図である。本実施形態にかかる有機ＥＬ表示装置では、アレイ基板１２０から平坦化膜１３０までの構造や対向基板１５０、カラーフィルタ１４５等の構造は第１の実施形態と同様である。一方、本実施形態にかかる画素電極１７４は、導電性ペースト、導電性インクまたは導電性高分子といった導電性材料を含み、画素電極１７４の膜厚は第１、第２、第３、第４電極層より大きい。

層間絶縁層１２８および平坦化膜１３０のうちドレイン電極１２６の上方にはコンタクトホール１３１が形成されており、このコンタクトホール１３１の底でソース電極またはドレイン電極１２６と画素電極１７４とが接している。また画素電極１７４は上面と、下面と、上面から下面に向けて拡がるように傾斜する側壁面とを有している。本実施形態では、画素電極１７４、有機ＥＬ層１３７および共通電極１３８が、画素電極１７４を陽極、共通電極１３８を陰極とするＯＬＥＤを構成している。画素電極１７４と有機ＥＬ層１３７とが接する領域は薄膜トランジスタの直上、より厳密にはソース電極またはドレイン電極１２６と画素電極１７４とを接続させるコンタクトホール１３１の直上に配置されている。また画素電極１７４と有機ＥＬ層１３７とが接する領域に対応する発光領域において有機ＥＬ層１３７は発光する。

平面的にみて隣同士の画素２１０の間にある領域、より具体的には画素電極１７４の周囲の領域には画素電極１７４により形作られる凹部がある。外側絶縁層１７５を構成する樹脂（例えばアクリル樹脂）は、この凹部に充填されている。なお平面的にみて、外側絶縁層１７５は、発光領域には形成されていない。

図５の例では、有機ＥＬ層１３７の下面の領域については、有機ＥＬ層１３７と画素電極１７４とが対向する領域の高さを超える領域は存在しない。また、有機ＥＬ層１３７の下面の領域うち、有機ＥＬ層１３７と画素電極１７４とが接する領域が最も高い位置にあり、他の領域はその高さと同じまたはより低い位置にある。また、外側絶縁層１７５の上面の高さは、画素電極１７４の上面の高さを超えない。図５の例では、外側絶縁層１７５の上面の高さは画素電極１７４の上面の高さに合わされており、これらの上面に接する有機ＥＬ層１３７の上面および下面は平坦である。ここで、外側絶縁層１７５の上面の高さが画素電極１７４の上面の高さより低くなっていてもよい。

本実施形態にかかる有機ＥＬ表示装置では、内側バンク１３３や取出電極１３２を形成するプロセスが不要になる。このため、製造に必要な工程をより簡略化できる。

［第４の実施形態］
第４の実施形態にかかる有機ＥＬ表示装置は、第１の実施形態における対向基板１５０が存在しない点が異なる。以下では第４の実施形態と第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

図６は、第４の実施形態にかかる画素２１０の構成の一例を示す部分断面図である。本実施形態にかかる有機ＥＬ表示装置では、アレイ基板１２０から封止膜１３９までの構造は第１の実施形態と同様である。一方、カラーフィルタ１４５およびブラックマトリクス１４１は、封止膜１３９の上に直接形成されている。カラーフィルタ１４５およびブラックマトリクス１４１は、例えばインクジェットにより、封止膜１３９の上に直接描画されている。充填材１４０の層が存在しないため、発光領域とその上にあるカラーフィルタ１４５との間隔がさらに狭くなり、より混色を抑えることができる。

１００有機ＥＬ表示装置、１２０アレイ基板、１５０対向基板、１８１フレキシブルプリント基板、１８２駆動集積回路、２０５表示領域、２１０画素、１２１下地層、１２２半導体膜、１２３，１２５，１２８層間絶縁層、１２４ゲート電極、１２６，１２７ソース電極またはドレイン電極、１２９配線、１３０平坦化膜、１３１，１９１コンタクトホール、１３２取出電極、１３３内側バンク、１３４，１７４，１９４画素電極、１３５，１６５，１７５外側絶縁層、１３７有機ＥＬ層、１３８共通電極、１３９封止膜、１４０充填材、１４１ブラックマトリクス、１４２赤領域、１４３緑領域、１４４青領域、１４５カラーフィルタ、１９３バンク。

Claims

マトリクス状に配置された複数の画素にそれぞれ設けられて前記複数の画素の発光を制御するトランジスタと、
前記トランジスタが設けられた、絶縁表面を有する基板と、
前記トランジスタを覆うように設けられた平坦化膜と、
前記平坦化膜の上方に、前記複数の画素の発光領域に対応して設けられた画素電極と、
隣同士の前記画素の間で、前記画素電極の周囲にある凹部に充填される絶縁層と、
前記画素電極の表面及び前記絶縁層の表面を覆うように設けられた発光層と、
前記画素電極の上方であって前記発光層上に設けられた対向電極と、
を有し、
前記発光層の下面は、前記画素電極と対向する領域の高さを超える領域を有しない、
ことを特徴とする表示装置。
請求項１に記載の表示装置において、
前記絶縁層の前記表面は、前記画素電極の表面を超えない高さになっている、
ことを特徴とする表示装置。
請求項１または２に記載の表示装置において、
前記画素電極と前記発光層とが接する領域は、前記トランジスタの直上に配置されている、
ことを特徴とする表示装置。
請求項１から３のいずれかに記載の表示装置において、
前記発光層の下面は、平坦であり、
前記発光層の上面は、平坦である、
ことを特徴とする表示装置。
請求項１から３のいずれかに記載の表示装置において、
前記発光層の下面は、前記画素電極と対向する領域よりも他の領域が低くなるように形成され、
前記発光層の上面は、前記絶縁層の上方の領域が窪む、
ことを特徴とする表示装置。
請求項１から５のいずれかに記載の表示装置において、
前記平坦化膜の上方であって、前記画素電極の下に設けられたバンクをさらに有し、
前記バンクは、天面及び側壁面を有し、
前記画素電極は、前記天面に載って前記側壁面の少なくとも一部を覆うように設けられ、
前記凹部は、前記バンクの前記側壁面に囲まれる、
ことを特徴とする表示装置。
請求項１から５のいずれかに記載の表示装置において、
前記画素電極は、天面及び側壁面を有し、
前記凹部は、前記画素電極の前記側壁面に囲まれる、
ことを特徴とする表示装置。
請求項１から７のいずれかに記載の表示装置において、
前記絶縁層は、遮光性を有する
ことを特徴とする表示装置。
請求項１から８のいずれかに記載の表示装置において、
前記複数の画素に対応する位置に設けられたカラーフィルタを備える対向基板をさらに有し、
前記基板と前記対向基板は、前記発光層及び前記対向電極を挟み、前記対向電極の上方に設けられた充填材を介して、相互に対向する、
ことを特徴とする表示装置。
請求項１から８のいずれかに記載の表示装置において、
前記対向電極を覆う封止膜と、
前記封止膜上に前記複数の画素に対応して設けられたカラーフィルタと、
をさらに有し、
前記基板と前記カラーフィルタは、前記発光層、前記対向電極及び前記封止膜を挟む、
ことを特徴とする表示装置。