JP3999205B2 - アクティブマトリックス型有機電界発光表示装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
今日のような情報化社会において、電子表示装置の役割はますます重要になり、各種電子表示装置が多様な産業分野に広く使われている。
一般的に、電子表示装置とは、多様な情報を視覚を通じて人間に伝達する装置のことである。即ち、電子表示装置は、各種電子機器から出力される電気的情報信号を人間の視覚で認識可能な光情報信号に変換する電子装置であると定義することができ、人間と電子機器とを結びつける架橋的役割を担う装置として定義することもできる。
テレビやコンピュータ用モニタなどのような画像表示装置に使われる陰極選管(CRT)は、表示品質及び経済性などの面で最も高い市場占有率を占めているが、重い重量、大きい容積及び高い消費電力などの多くの短所を有している。
しかし、半導体技術の急速な進歩によって、各種電子装置の固体化、低電圧及び低電力化とともに電子器機の小型及び軽量化によって新しい環境に相応しい電子表示装置、即ち、薄くて軽いながらも低い駆動電圧及び低い消費電力の特徴を備えた平板(フラットパネル)表示装置に対する要求が急激に増大している。
無機電界発光素子は、一般に、発光部に高い電界を印加し、高い電界中で電子を加速して発光中心に衝突させ、それによって発光中心を励起することで発光する素子である。
有機電界発光素子は、陰極(cathode)電極と陽極(anode)電極からそれぞれ電子と正孔を発光部内に注入させて、注入された電子と正孔が結合して励起子を生成し、この励起子が励起状態から基底状態に遷移する時に発光する素子である。
前記のような動作原理によって、無機電界発光素子は100〜200Vの高い駆動電圧を必要とする一方、有機電界発光素子は5〜20V程度の低い電圧で駆動することができるという長所を有しており、このため、有機電界発光素子に対する研究がさらに活発に進められている。また、有機電界発光素子は、広い視野角、高速応答性、高コントラストなどの優秀な特徴を有している。
図1は、従来のアクティブマトリックス型有機電界発光表示装置の等価回路図である。
図1に示すように、従来のアクティブマトリックス型有機電界発光表示装置の画素回路は、二つの薄膜トランジスタTFT1、TFT2と一つのキャパシタCstで構成される。
具体的には、複数個のゲートラインG1、G2と複数個のデータラインD1、D2が交差配列されて単位画素領域を限定する。隣接するデータラインD1、D2の間には直流信号ラインVddがデータラインD1、D2と平行に配列される。直流信号ラインVddには、表示信号の最大値が直流状態で印加される。
第1薄膜トランジスタTFT1のドレイン電極と直流信号ラインVddとの間にはストレージキャパシタCstが形成される。また、第1薄膜トランジスタTFT1のドレイン電極と直流信号ラインVddとの間には、ストレージキャパシタCstと並列に、駆動素子である第2薄膜トランジスタTFT2が接続される。第2薄膜トランジスタT2のゲート電極は、第1薄膜トランジスタTFT1のドレイン電極と接続され、ソース電極は、直流信号ラインVddと接続され、ドレイン電極は、有機電界発光素子ELに接続される。
第1薄膜トランジスタTFT1がターンオンされると、データラインD1の表示信号値によって第2薄膜トランジスタTFT2がターンオンされ、直流信号ラインVddの直流信号値が有機電界発光素子ELに印加されて有機電界発光素子ELが駆動される。
しかし、このように二つの薄膜トランジスタを使用する回路を適用した有機電界発光表示装置によると、駆動薄膜トランジスタの特性偏差、例えばしきい電圧の変動などによって、パネル上の輝度が均一ではない問題が発生する。
従って、本発明の一目的は、画素当り二つ以上のキャパシタを必要とする補償回路を適用する時、開口率低下を防止することができるアクティブマトリックス型有機電界発光表示装置を提供することにある。
本発明の一目的は、画素当り二つ以上のキャパシタを必要とする補償回路を適用するアクティブマトリックス型有機電界発光表示装置の開口率低下を防止することができるアクティブマトリックス型有機電界発光表示装置の製造方法を提供することにある。
単位画素領域内に配置され、互いに異なる機能を有して一つの電極を共有する第1及び第2のキャパシタ;
前記単位画素領域内に形成された第1、第2及び第3の薄膜トランジスタ;
第1及び第2ゲートライン;
データライン;及び
直流信号ライン;
を含み、
前記第1及び第2のキャパシタは垂直方向に積層されて形成され、
前記第1及び第2のキャパシタが共有する一つの第2電極は前記第1薄膜トランジスタの第1ドレイン電極に接続されており、
前記第1薄膜トランジスタの第1ゲート電極は前記第1ゲートラインに接続されており、前記第1薄膜トランジスタの第1ソース電極は前記データラインに接続されており、
前記第2薄膜トランジスタの第2ゲート電極は前記第2ゲートラインに接続されており、前記第2薄膜トランジスタのソース電極は前記第1キャパシタの第1電極に接続されており、
前記第3薄膜トランジスタの第3ゲート電極は前記第1電極に接続されており、前記第3薄膜トランジスタの第3ソース電極は前記直流信号ライン及び前記第2キャパシタの第3電極に接続されており、前記第3薄膜トランジスタの第3ドレイン電極は前記第2薄膜トランジスタの第2ドレイン電極に接続されていることを特徴とするアクティブマトリックス型有機電界発光表示装置が提供される。
第1方向に伸長される第1及び第2ゲートラインと、前記第1方向と直交する第2方向に伸長されるデータライン及び直流信号ラインとによって単位画素が限定されるアクティブマトリックス型有機電界発光表示装置において、
前記第1ゲートラインに第1ゲート電極が接続され、前記データラインに第1ソース電極が接続された第1薄膜トランジスタと、
前記第2ゲートラインに第2ゲート電極が接続された第2薄膜トランジスタと、
前記直流信号ラインに第3ソース電極が接続された第3薄膜トランジスタと、
前記第3薄膜トランジスタの第3ドレイン電極及び前記第2薄膜トランジスタの第2ドレイン電極と、アース端との間に接続された有機電界発光素子と、
前記第3薄膜トランジスタの第3ゲート電極及び前記第2薄膜トランジスタの第2ソース電極に接続された第1電極と、前記第1薄膜トランジスタの第1ドレイン電極に接続された第2電極とを含む第1キャパシタと、
前記第2電極と前記直流信号ラインに接続された第3電極を含む第2キャパシタと
を具備し、
前記第1及び第2キャパシタは、互いに異なる機能を有して垂直方向に積層されて形成されたことを特徴とするアクティブマトリックス型有機電界発光表示装置が提供される。
第1方向に伸長される第1及び第2ゲートラインと、前記第1方向と直交する第2方向に伸長されるデータライン及び直流信号ラインとによって単位画素が限定されるアクティブマトリックス型有機電界発光表示装置において、
前記第1ゲートラインとデータラインの交差点の近傍に配置された第1アクティブパターンと、前記第1ゲートラインから延長されて前記第1アクティブパターンの上を通る第1ゲート電極と、前記データラインから延長されて前記第1ゲート電極の一側の第1アクティブパターンと接触される第1ソース電極と、前記第1ゲート電極の他側の第1アクティブパターンと接触される第1ドレイン電極とを含む第1薄膜トランジスタと、
前記第2ゲートラインとデータラインの交差点の近傍に配置された第2アクティブパターンと、前記第2ゲートラインから延長されて前記第2アクティブパターンの上を通る第2ゲート電極と、前記第2ゲート電極の一側の第2アクティブパターンと接触される第2ソース電極と、前記第2ゲート電極の他側の第2アクティブパターンと接触される第2ドレイン電極とを含む第2薄膜トランジスタと、
前記単位画素内に配置された第3アクティブパターンと、前記第3アクティブパターンの上を通る第3ゲート電極と、前記直流信号ラインから延長されて前記第3ゲート電極の一側の第3アクティブパターンと接触される第3ソース電極と、前記第2ドレイン電極から延長されて前記第3ゲート電極の他側の第3アクティブパターンと接触される第3ドレイン電極とを含む第3薄膜トランジスタと、
前記第2アクティブパターンから延長され、前記直流信号ラインの下部に前記直流信号ラインと平行に配置され、前記第2ソース電極及び前記第3ゲート電極に接続された第1電極と、前記第1電極上に形成され前記第1ドレイン電極と接続される第2電極とを含む第1キャパシタと、
前記第2電極と、前記第2電極上に形成され前記直流信号ライン及び前記第3ソース電極に接続された第3電極とを含み、前記第1キャパシタとは互いに異なる機能を有する第2キャパシタと、
前記第3ドレイン電極と接触されて前記単位画素内に配置された画素電極と
を具備することを特徴とするアクティブマトリックス型有機電界発光表示装置が提供される。
図2は、本発明によるアクティブマトリックス型有機電界発光表示装置の平面図である。図3は、図2に示すアクティブマトリックス型有機電界発光表示装置の等価回路図である。図4は、図2のA-A’線による有機電界発光表示装置の断面図である。
図2〜図4に示すように、本発明のアクティブマトリックス型有機電界発光表示装置の画素回路は、三つの薄膜トランジスタT1、T2、T3と二つのキャパシタC1、C2、そして四つの配線GL1、GL2、DL、Vddで構成される。
具体的に、第1方向に伸長される第1及び第2ゲートラインGL1、GL2と、第1方向と直交する第2方向に伸長されるデータラインDL及び直流信号ラインVddによって単位画素が限定される。
第1ゲートラインGL1は、スイッチング素子である第1薄膜トランジスタT1をオン/オフしてデータラインDLを通じて初期データ電圧及び階調データ電圧を印加する役割をする。第2ゲートラインGL2は、第2薄膜トランジスタT2をオン/オフして駆動素子である第3薄膜トランジスタT3の特性を補償する役割をする。直流信号ラインVddには、表示信号の最大値が直流状態で一定に印加される。
第2薄膜トランジスタT2は、第2ゲートラインGL2とデータラインDLの交差点の近傍に配置された第2アクティブパターン106、第2ゲートラインGL2から延長されて第2アクティブパターン106上を通る第2ゲート電極111、第2ゲート電極111の一側の第2アクティブパターン106と接触される第2ソース電極125及び第2ゲート電極111の他側の第2アクティブパターン106と接触される第2ドレイン電極124を含む。第2薄膜トランジスタT2の第2ゲート電極111は、第2ゲートラインGL2と接続される。
望ましくは、第3薄膜トランジスタT3はp型に形成され、第1及び第2薄膜トランジスタT1、T2はn型またはp型中の一つで形成される。
第2キャパシタC2は、第2電極113、層間絶縁膜114及び第2電極113とオーバーラップされる第3電極128で構成される。第2キャパシタC2の第3電極128は、直流信号ラインVddに接続される。第3電極128は、データラインDLと同一の層に形成される。第2キャパシタC2は、直流信号ラインVddと第1薄膜トランジスタT1の第1ドレイン電極123との間に接続され、フレーム時間の間、データ電圧を一定に維持させる役割をする。
本発明の単位画素領域内には、第3薄膜トランジスタT3の第3ドレイン電極126と接触される画素電極134が形成される。また、画素電極134と同一の層からなる第4電極135が第2キャパシタC2の第3電極128とオーバーラップされるように形成される。万一、第2キャパシタC2に高いキャパシタンスが要求される場合には、第2電極113と第4電極135との間に存在する層間絶縁膜114及び保護膜130で誘電膜を構成することで、キャパシタンスを確保することができる。
本発明による画素回路は、次のように駆動される。
図5a〜図5eは、図4に図示した有機電界発光表示装置の製造方法を説明するための断面図である。
図5aに示すように、硝子、石英、サファイアのような絶縁基板100上に、シリコン酸化物をプラズマ-増大化学気相蒸着方法PECVDによって、約2000Åの厚さに蒸着して遮断膜101を形成する。遮断膜101は、後続の非晶質シリコン膜の結晶化の間、熱損失を防止するために使用することが望ましい。
遮断膜101上に、n型不純物でドーピングされた非晶質シリコン膜をPECVD方法によって約800Åの厚さに蒸着した後、これをフォトリソグラフィ工程でパターニングして、単位画素内の薄膜トランジスタ領域及びキャパシタ領域にバッファ層102、103を形成する。
図5bに示すように、フォトリソグラフィ工程で多結晶シリコンアクティブ層104をパターニングして、単位画素内の薄膜トランジスタ領域に第1アクティブパターン(図2の105)、第2アクティブパターン(図2の106)及び第3アクティブパターン(図3の107)を形成する。これと同時に、単位画素内のキャパシタ領域に、多結晶シリコンアクティブ層からなる第1電極108を形成する。
続いて、アクティブパターン105、106、107及び第1電極108が形成された結果物の全面に、シリコン酸化物をPECVD方法によって1000Å〜2000Åの厚さに蒸着してゲート絶縁膜109を形成する。
この時、前述したゲート膜のパターニング工程の時、使用されるフォトマスクを利用して不純物イオン注入を実施することで、第1、第2及び第3薄膜トランジスタT1、T2、T3のソース/ドレイン領域(図示せず)を形成する。望ましくは、第3薄膜トランジスタT3はp型に形成され、第1及び第2薄膜トランジスタT1、T2はn型またはp型中の一つで形成する。
続いて、フォトリソグラフィ工程で、層間絶縁膜114をエッチングして、第1、第2及び第3薄膜トランジスタT1、T2、T3のソース/ドレイン領域を露出させるコンタクトホール115、116、117、118、119、120を形成する。この時、第3薄膜トランジスタT3の第3ゲート電極112の所定部位を露出させるコンタクトホール121を共に形成する。
バイアホール132及び保護膜130上に、インジウム錫酸化物またはインジウム-亜鉛-酸化物のような透明導電膜を約300Å〜500Åの厚さに蒸着した後、フォトリソグラフィ工程で、透明導電膜をパターニングする。これにより、バイアホール132を通じて第3薄膜トランジスタT3の第3ドレイン電極126と接続される画素電極134が形成され、これと同時に、透明導電膜からなる第4電極135が第3電極(128)とオーバーラップされるように形成される。
開口部137及び有機絶縁膜136上に、正孔移送層138、発光層140及び電子移送層142を順次に形成した後、その上に陰極電極144を形成することで、有機電界発光素子ELを完成する。
また、本発明の積層型キャパシタは、図3に図示した画素回路以外に、互いに異なる機能を有する二つ以上のキャパシタを使用するいかなる画素回路にも適用することができることは明白である。
以上、本発明の実施形態によって詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有するものであれば、本発明の思想と精神を離れることなく、本発明を修正または変更できる。
Claims (9)
- 単位画素領域内に配置され、互いに異なる機能を有して一つの電極を共有する第1及び第2のキャパシタ;
前記単位画素領域内に形成された第1、第2及び第3の薄膜トランジスタ;
第1及び第2ゲートライン;
データライン;及び
直流信号ライン;
を含み、
前記第1及び第2のキャパシタは垂直方向に積層されて形成され、
前記第1及び第2のキャパシタが共有する一つの第2電極は前記第1薄膜トランジスタの第1ドレイン電極に接続されており、
前記第1薄膜トランジスタの第1ゲート電極は前記第1ゲートラインに接続されており、前記第1薄膜トランジスタの第1ソース電極は前記データラインに接続されており、
前記第2薄膜トランジスタの第2ゲート電極は前記第2ゲートラインに接続されており、前記第2薄膜トランジスタのソース電極は前記第1キャパシタの第1電極に接続されており、
前記第3薄膜トランジスタの第3ゲート電極は前記第1電極に接続されており、前記第3薄膜トランジスタの第3ソース電極は前記直流信号ライン及び前記第2キャパシタの第3電極に接続されており、前記第3薄膜トランジスタの第3ドレイン電極は前記第2薄膜トランジスタの第2ドレイン電極に接続されていることを特徴とするアクティブマトリックス型有機電界発光表示装置。 - 一つの有機電界発光素子をさらに具備することを特徴とする請求項1記載のアクティブマトリックス型有機電界発光表示装置。
- 第1方向に伸長される第1及び第2ゲートラインと、前記第1方向と直交する第2方向に伸長されるデータライン及び直流信号ラインとによって単位画素が限定されるアクティブマトリックス型有機電界発光表示装置において、
前記第1ゲートラインに第1ゲート電極が接続され、前記データラインに第1ソース電極が接続された第1薄膜トランジスタと、
前記第2ゲートラインに第2ゲート電極が接続された第2薄膜トランジスタと、
前記直流信号ラインに第3ソース電極が接続された第3薄膜トランジスタと、
前記第3薄膜トランジスタの第3ドレイン電極及び前記第2薄膜トランジスタの第2ドレイン電極と、アース端との間に接続された有機電界発光素子と、
前記第3薄膜トランジスタの第3ゲート電極及び前記第2薄膜トランジスタの第2ソース電極に接続された第1電極と、前記第1薄膜トランジスタの第1ドレイン電極に接続された第2電極とを含む第1キャパシタと、
前記第2電極と前記直流信号ラインに接続された第3電極を含む第2キャパシタと
を具備し、
前記第1及び第2キャパシタは、互いに異なる機能を有して垂直方向に積層されて形成されたことを特徴とするアクティブマトリックス型有機電界発光表示装置。 - 第1方向に伸長される第1及び第2ゲートラインと、前記第1方向と直交する第2方向に伸長されるデータライン及び直流信号ラインとによって単位画素が限定されるアクティブマトリックス型有機電界発光表示装置において、
前記第1ゲートラインとデータラインの交差点の近傍に配置された第1アクティブパターンと、前記第1ゲートラインから延長されて前記第1アクティブパターンの上を通る第1ゲート電極と、前記データラインから延長されて前記第1ゲート電極の一側の第1アクティブパターンと接触される第1ソース電極と、前記第1ゲート電極の他側の第1アクティブパターンと接触される第1ドレイン電極とを含む第1薄膜トランジスタと、
前記第2ゲートラインとデータラインの交差点の近傍に配置された第2アクティブパターンと、前記第2ゲートラインから延長されて前記第2アクティブパターンの上を通る第2ゲート電極と、前記第2ゲート電極の一側の第2アクティブパターンと接触される第2ソース電極と、前記第2ゲート電極の他側の第2アクティブパターンと接触される第2ドレイン電極とを含む第2薄膜トランジスタと、
前記単位画素内に配置された第3アクティブパターンと、前記第3アクティブパターンの上を通る第3ゲート電極と、前記直流信号ラインから延長されて前記第3ゲート電極の一側の第3アクティブパターンと接触される第3ソース電極と、前記第2ドレイン電極から延長されて前記第3ゲート電極の他側の第3アクティブパターンと接触される第3ドレイン電極とを含む第3薄膜トランジスタと、
前記第2アクティブパターンから延長され、前記直流信号ラインの下部に前記直流信号ラインと平行に配置され、前記第2ソース電極及び前記第3ゲート電極に接続された第1電極と、前記第1電極上に形成され前記第1ドレイン電極と接続される第2電極とを含む第1キャパシタと、
前記第2電極と、前記第2電極上に形成され前記直流信号ライン及び前記第3ソース電極に接続された第3電極とを含み、前記第1キャパシタとは互いに異なる機能を有する第2キャパシタと、
前記第3ドレイン電極と接触されて前記単位画素内に配置された画素電極と
を具備することを特徴とするアクティブマトリックス型有機電界発光表示装置。 - 前記第1電極と前記第1、第2及び第3アクティブパターンは、同一の層に形成されたことを特徴とする請求項4記載のアクティブマトリックス型有機電界発光表示装置。
- 前記第2電極と前記ゲートラインは、同一の層に形成されたことを特徴とする請求項4記載のアクティブマトリックス型有機電界発光表示装置。
- 前記第3電極と前記データラインは、同一の層に形成されたことを特徴とする請求項4記載のアクティブマトリックス型有機電界発光表示装置。
- 前記画素電極と同一の層に形成され、前記直流信号ライン上に形成された第4電極をさらに具備することを特徴とする請求項4記載のアクティブマトリックス型有機電界発光表示装置。
- 前記第2薄膜トランジスタの第2ソース電極は、前記第3薄膜トランジスタの第3ゲート電極と接触されるように形成されたことを特徴とする請求項4記載のアクティブマトリックス型有機電界発光表示装置。
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