JP4278353B2 - エレクトロルミネッセンス表示装置及びエレクトロルミネッセンス表示装置のパターンレイアウト方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エレクトロルミネッセンス（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ：以降ＥＬと言う。）自発光素子及び薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いたカラー表示装置及びその設計方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＥＬ素子を用いたＥＬ表示装置が、ＣＲＴやＬＣＤに代わる表示装置として注目されている。このＥＬ表示装置のカラー化の方法として、赤・緑・青の３原色を発光する発光材料を用いる塗り分け方式や、単色の発光材料にカラーフィルタや色変換層を用いる方式などが提案されている。
【０００３】
塗りわけ方式の場合、色ごとに異なる発光材料を用いるが、これらの発光材料は、色度、寿命、発光効率など、固有の特性を有する。一般に、カラー画像表示するディスプレイにおいては、ホワイトバランスを取るため、各発光材料の色度から自動的に各発光に必要な輝度が決められる。それらの輝度は与える電流密度にほぼ比例するため、発光効率の悪い発光材料において必要とされる輝度を得るには、他の発光領域よりも大きな電流密度を与えなければならない。しかしながら、そのような発光効率の悪い材料では、電流密度を大きくする分、発光材料自体に負荷がかかるため、発光材料の寿命が短くなり、その結果、ＥＬ表示装置全体の寿命も短くなってしまうという問題があった。
【０００４】
図９は、上記の問題を鑑みて提案された特開２０００−２９０４４１号公報の有機ＥＬ表示装置の概略を示す平面図である。ゲート信号線５１、ドレイン信号線５２ならびに電源駆動線５３とに囲まれた領域がマトリクス状に形成されている。その領域内に色ごとに異なる面積を有する発光領域Ｒ９０、Ｇ９０、Ｂ９０が形成されており、これが発光を視認できる領域を示している。なお、本図において、Ｒは赤色、Ｇは緑色、Ｂは青色を示している。
【０００５】
色ごとに発光面積を異ならせるための基準は、各色を示す発光材料の発光効率である。発光効率の悪い発光材料を用いる発光領域を他の発光領域よりも大きくすることによって所望の輝度を確保するため、発光効率の悪い発光材料に過度の電流密度をかけずに済むので、寿命を延ばすことができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−２９０４４１号公報（第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図９に示すように、各信号線及び駆動線の間隔は、最も面積が広く設定される色に応じて設定されるため、スペースの利用効率が低く、高密度化に適さない。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は、以上の点を鑑みてなされ、以下のような特徴を有する。
【０００９】
第１に、水平方向に配置された複数のゲート信号線と、垂直方向に配置された複数のドレイン信号線と、前記ゲート信号線から距離ＤＨ、前記ドレイン信号線から距離ＤＷそれぞれ離間して区画される画素領域と、前記画素領域を越えない領域に区画される発光領域と、が一定の規則で複数個配置される、所定のホワイトバランスを有するエレクトロルミネッセンス表示装置において、前記複数の画素領域は、それぞれ特定の色成分に対応付けられると共に、複数の前記色成分のうちの少なくとも１つの色成分に対応づけられた画素領域は、他の色成分に対応づけられた画素領域と第１の方向で異なり前記第１の方向と交差する第２の方向で等しい長さの辺を有して異なる面積に形成され、且つ少なくとも１つの色成分に対応する前記発光領域は、前記画素領域内に、前記第１の方向及び前記第２の方向の一方で画素領域と長さが等しく、他方で前記画素領域よりも長さが短く形成されることによって前記所定のホワイトバランスを有することを特徴とする。
【００１０】
第２に、水平方向に配置された複数のゲート信号線と、垂直方向に配置された複数のドレイン信号線と、前記ゲート信号線から距離ＤＨ、前記ドレイン信号線から距離ＤＷそれぞれ離間して区画される画素領域と、前記画素領域を越えない領域に区画される発光領域と、が一定の規則で複数個配置されるエレクトロルミネッセンス表示装置において、前記複数の画素領域は、それぞれ特定の色成分に対応付けられると共に、第１の方向において第１の輝度比に応じた長さの辺を有し、前記第１の方向と交差する第２の方向で等しい長さの辺を有し、少なくとも１つの色成分に対応する前記発光領域は、前記第１の方向において画素領域と長さの辺を有し、前記第２の方向において前記画素領域よりも短く且つ第２の輝度比に応じた長さの辺を有することを特徴とする。
【００１１】
第３に、水平方向に配置された複数のゲート信号線と、垂直方向に配置された複数のドレイン信号線と、前記ゲート信号線から距離ＤＨ、前記ドレイン信号線から距離ＤＷそれぞれ離間して区画される画素領域と、前記画素領域を越えない領域に区画される発光領域と、が一定の規則で複数個配置されるエレクトロルミネッセンス表示装置のパターンレイアウト方法において、想定された各色を示す発光材料の特性及び所定のホワイトバランスに応じて、第１の方向における各色成分に対応付けられた前記画素領域の長さをそれぞれ決定するステップと、前記第１の方向と交差する第２の方向における前記画素領域の長さを共通に決定するステップと、前記画素領域内に、前記第１の方向及び前記第２の方向を前記画素領域と等しい長さに設定し、他方を前記画素領域よりも短い長さに設定して、各色成分に対応する前記発光領域を決定するステップと、前記発光材料の変更に伴う特性の変化及び前記所定のホワイトバランスに応じて、少なくとも１つの色成分に対応する前記発光領域の前記他方の長さを変更して、前記発光領域を再レイアウトするステップと、を有することを特徴とする。
【００１２】
第４に、水平方向に配置された複数のゲート信号線と、垂直方向に配置された複数のドレイン信号線と、前記ゲート信号線から距離ＤＨ、前記ドレイン信号線から距離ＤＷそれぞれ離間して区画される画素領域と、前記画素領域を越えない領域に区画される発光領域と、が一定の規則で複数個配置されるエレクトロルミネッセンス表示装置のパターンレイアウト方法において、想定された各色を示す発光材料の第１の輝度比に応じて、第１の方向における各色成分に対応付けられた前記画素領域の長さをそれぞれ決定するステップと、前記第１の方向と交差する第２の方向における前記画素領域の長さを共通に決定するステップと、前記画素領域内において、第２の輝度比に応じて、前記第１の方向及び前記第２の方向の一方を前記画素領域と等しい長さに設定し、他方を前記画素領域よりも短い長さに設定して、少なくとも１つの色成分に対応する前記発光領域を決定するステップと、を有することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、第１の実施の形態に係るＥＬ表示装置の発光領域を示す平面図である。この図においては、３原色（赤：Ｒ、緑：Ｇ、青：Ｂ）の各色成分に対応する発光領域が行方向に周期的に配置され、且つ、同じ色が同一列に配置されるストライプ配列の場合を示している。また、各成分の寿命については、Ｇ＞Ｒ＞Ｂの関係にあると仮定している。なお、ここでいう寿命とは、特定の電流密度で連続発光させた時に、輝度が初期輝度の５０％になる輝度半減期を指し、時間経過に伴う発光材料の劣化状況を表す要素の１つである。
【００１４】
図の画素領域ＰR、ＰG、ＰBは、各色成分の発光が視認される発光領域ＥR、ＥG、ＥBを形成可能な領域であり、共通の高さ（垂直方向の長さ）Ｈと、色成分に応じた固有の幅ＷR、ＷG、ＷB（水平方向の長さ）をそれぞれ有する。また、各色を発光する発光領域ＥR、ＥG、ＥBは、画素領域ＰR、ＰG、ＰBの高さＨよりも低く、且つ色成分に応じた固有の高さＨR、ＨG、ＨBと、対応した発光領域と等しい幅ＷR、ＷG、ＷBをそれぞれ有する。これにより、画素領域ＰR、ＰG、ＰBの１辺に沿って、等しい高さを有するマージンＭ（図のハッチング）が形成される。なお、画素領域及び発光領域の高さ及び幅の長さの設定方法、つまりパターンレイアウト方法については後述する。さらに、発光領域の高さＨR、ＨG、ＨBを対応する画素領域の高さＨと等しくし、発光領域の幅ＷR、ＷG、ＷBを各発光領域の幅よりも短い固有の値ＷR’、ＷG’、ＷB’としても良い。または、これらの組合せでも良い。
【００１５】
以上のようにして配置された複数の画素領域Ｐの周辺に、複数のゲート信号線５１が水平方向に、複数のドレイン信号線５２及び複数の駆動電源線５３が垂直方向に形成されている。ゲート信号線５１から画素領域までの距離ＤH、駆動電源線５３から画素領域までの距離ＤWは、各画素領域ＰR、ＰG、ＰBの幅ＷR、ＷG、ＷBに関係なく、それぞれ一定になるように設定されている。これは、各画素領域Ｐの周辺にゲート信号線５１及び駆動電源線５３を配置した時に、画素領域Ｐの上側及び左側に形成される空間が共通の形状となるようにするためである。画素領域Ｐ周辺の平面構造は後述するが、これによって、各信号線に囲まれる領域内に設置されるＴＦＴや保持容量電極などの構成要素を共通の構造・配置にすることができるので、各領域内の設計がしやすくなり、さらには、後述する発光材料の変更に際して、それらの構成要素の構造・配置を変更しなくても良いという利点がある。なお、画素領域周辺のレイアウトはこれに限らず、ＤH、ＤWの距離をあける場所は、下側及び右側やこれらを組み合わせた位置に設けても良い。
【００１６】
以上に述べたようなレイアウトにおいては、各画素領域内のスペースの無駄がなくなると共に、発光領域の面積を修正するために必要なマージンを確保できる。
【００１７】
図２（ａ）は、本実施の形態におけるパターンレイアウト方法を説明するフローチャートである。以下、このチャートに沿って、各領域の設定及び変更の仕方について説明する。
【００１８】
ステップＳ１では、各発光材料の輝度を測定する。まず、各色の発光材料の色度から、ホワイトバランスが取れるような理想輝度ＬIが色成分ごとに決まる。一方で、全ての発光材料の輝度半減期が、おおよその目標値Ｔになるような電流密度Ｉ0を各材料で探し、そのときの発光輝度Ｌ0をそれぞれ測定しておく。
【００１９】
ステップＳ２では、ステップＳ１で測定した輝度Ｌ0と理想輝度ＬIの比ＬI／Ｌ0（輝度比）を色成分ごとに取り、色成分ごとの輝度比が、各色成分に対応した画素領域Ｐの幅に対応するように各画素領域Ｐの幅ＷR、ＷG、ＷBをそれぞれ設定する。例えば、各色の輝度比がＲ：Ｇ：Ｂ＝２：１：３の場合、画素領域の幅をＷR：ＷG：ＷB＝２：１：３となるように設定する。
【００２０】
ステップＳ３では、画素領域Ｐの高さを共通の高さＨに設定する。このとき、高さＨを、予測される発光領域Ｅの高さＨR、ＨG、ＨBよりもやや長く設定し、マージンＭを設けることのできる空間を取っておく。発光領域Ｅの高さＨR、ＨG、ＨBを設定し直すことになった場合や、発光材料を変更する場合に対応するためである。先のステップＳ２とこのステップＳ３によって、発光領域Ｅを最大限に広げることのできる画素領域Ｐが設定される。
【００２１】
ステップＳ４では、発光領域ＥR、ＥG、ＥBをそれぞれ設定する。まず、発光領域Ｅの幅を、対応する画素領域Ｐの幅ＷR、ＷG、ＷBと等しく設定する。次に、発光領域Ｅの高さをステップＳ３で予測した値、ＨR、ＨG、ＨB（ＨR＝ＨG＝ＨB）に設定する。この場合、各画素領域の幅ＷR、ＷG、ＷBが、輝度比に対応して設定されているので、各色成分に対応した発光領域ＥR、ＥG、ＥBの面積が輝度比に対応する。
【００２２】
ステップＳ５では、以上のステップで設定した値で試作、もしくはシミュレーション等を行い、表示として問題がないか確認する。例えばホワイトバランスが取れているか等である。問題がなければレイアウト終了となり、問題があればステップＳ４に戻る。例えば、Ｂの輝度が不足していることがわかった場合、Ｂに対応する発光領域の高さＨBを高くするなどすれば良い。
【００２３】
以上の方法によって、発光材料の輝度半減期に応じて各色成分に対応した画素領域及び発光領域を設定することができる。なお、本実施の形態においては、発光領域の高さを全て共通にしたが、本発明はこれに限らず、発光領域の高さを設定しても良い。その場合は、各色成分に対応した画素領域Ｐの幅をおおよそ輝度比に対応させ、発光領域Ｅの高さを色成分ごとに調節することで、発光面積を輝度比に対応させることができる。
【００２４】
図２（ｂ）は、材料の改良その他の理由により発光材料に変更があった場合の、発光領域の変更の方法を示すフローチャートである。一例として、改良によりＢの材料が改良前の条件と同じ条件において、輝度半減期Ｔにおける電流密度がＩ0からＩ1（＞Ｉ0）に変わった場合を考える。
【００２５】
ステップＳ１では、変更された材料の輝度を測定する。変更されたＢの発光材料の輝度半減期が、おおよその目標値Ｔになるような電流密度Ｉ1を探し、そのときの発光輝度Ｌ1を測定する。
【００２６】
ステップＳ２では、Ｂの発光領域の高さを設定する。ステップＳ１で測定した、電流密度Ｉ1での輝度Ｌ1と、変更前のＢの電流密度Ｉ0における輝度Ｌ0との変化割合Ｘ（＝Ｌ1／Ｌ0）に応じて各色成分に対応した発光領域Ｅの高さを変更する。この変更の仕方には３つあり、以下にそれらの方法を説明する。
【００２７】
第１の方法は、変化割合Ｘに応じて、発光材料が変更されるＢ以外のＲおよびＧに対応する発光領域の高さを変更前より高くする（ＨR→ＨR’、ＨG→ＨG’、Ｘ＝ＨR’／ＨR＝ＨG’／ＨG）ことで、各色のバランスを取る方法である。本実施の形態においては、最初に画素領域及び発光領域を設定する際に、対応する全ての画素領域内にマージンＭを設ける。このため、発光領域を広げる変更を加えれば、各色の輝度が増加し、全体の輝度も増加する。
【００２８】
第２の方法は、先に述べた変化割合Ｘに応じて、発光材料が変更されるＢに対応する発光領域の高さを変更前より低くする（ＨB→ＨB’、Ｘ＝ＨB／ＨB’）ことで、各色のバランスを取る方法である。この方法は、高さの修正の繰り返しなどにより、材料変更のない発光領域Ｒ、Ｇの少なくとも一方が、すでに画素領域と等しい高さになっており、それ以上高さを高くできない時に有効である。
【００２９】
第３の方法は、先の第１の方法と第２の方法の組合せであり、この場合、変更に自由度があるため、柔軟な対応ができる。
【００３０】
以上の方法は、材料変更によって、輝度半減期Ｔを実現する輝度が変わることのみを問題としていたが、実際は、材料が変わると色度も変わることが多く、この場合、ホワイトバランスを取るための理想輝度が、各色成分で変わってしまう。そこで、先に述べた色成分ごとに輝度比を求め直し、その輝度比が、各色成分に対応した発光面積に対応するように発光領域の高さをそれぞれ再設定する。この場合、上記第３の方法が有効、且つ実用的である。
【００３１】
続いてステップＳ３では、図２（ａ）におけるステップＳ５と同様に、これまでの設定で問題ないかを判定する。ステップＳ２で設定した値で試作、もしくはシミュレーション等をし、表示装置として問題がないかを確認し、問題がなければレイアウト終了となり、問題があればステップＳ２に戻る。
【００３２】
以上に述べた方法によれば、発光領域Ｅの高さを変更するだけで、発光領域以外のレイアウトを全く変更しなくても、材料の変更に伴う発光特性の変化に対応することができる。従って、製造工程に用いられるマスクの変更が最小限で良い。具体的には、発光領域を定めるマスクを最少で１枚変更するだけである。また、１つの色成分に対応した発光領域Ｅの高さを画素領域Ｐの高さＨと等しく形成しても、他の色成分の発光領域の高さを調整することにより、材料の変更に伴う発光特性の変化に対応することができる。この場合、画素領域の高さＨと等しい高さに形成する発光領域は、発光面積を最も大きく形成する必要のある色成分に対応する発光領域であることが好ましい。なお、本実施の形態においてはＢの発光材料を変更する場合についてのみ説明したが、ＧまたはＲの場合でも同様であり、また、２色以上の発光材料が変更される場合も適用できる。さらに、本実施の形態においては、発光領域の上部にマージンＭを設けて材料変更等に対応していたが、発光領域Ｅの下部または左右どちらか一方にマージンＭを設けた場合も同様であり、マージンＭが設けられた発光領域Ｅの幅を変えて材料変更に対応することもできる。この場合は、発光領域の高さを固定したままその幅を変更すれば良い。
【００３３】
図３は本実施の形態の画素領域ＰB周辺の構造を示す平面図であり、図４（ａ）及び（ｂ）は、図３のＡ−Ａ及びＢ−Ｂ断面図である。以下、図３を用いて本実施の形態の画素領域Ｐとその周辺の構造について説明する。
【００３４】
発光領域ＥBが、画素領域ＰBの上部にマージンＭを設けるようにして、画素領域ＰB内に配置されている。また、直列に接続される２つの第１のＴＦＴ１０、及び保持容量電極線５４ならびに容量電極５５の一部が、画素領域ＰBとゲート電極５１の間に配置されている。さらに、２つのＴＦＴ１０のゲート１１が、ゲート信号線５１にそれぞれ接続されている。また、ドレイン信号線５２側のＴＦＴ１０のドレイン１３ｄが、ドレイン信号線５２に接続されている。ドレイン信号線５２に直接接続されていないＴＦＴ１０のソース１３ｓが、保持容量電極線５４との間で容量をなす容量電極５５につながっている。さらに、ＴＦＴ１０のソース１３ｓが、並列に接続される２つの第２のＴＦＴ２０のゲート電極２１に接続されている。２つのＴＦＴ２０のソース２３ｓが、駆動電源線５３にそれぞれ接続されている。また、２つのＴＦＴ２０のドレイン２３ｄが、ドレイン電極２６に接続されており、さらにはそのドレイン電極２６を介して有機ＥＬ素子７０の陽極６１に接続されている。
【００３５】
また、保持容量電極線５４は、ゲート絶縁膜１２を介して、ＴＦＴ１０のソース１３ｓに接続された容量電極５５を兼ねた導電層１３に対向するように形成されている。これにより、保持容量電極線５４と容量電極５５との間で電荷を蓄積して容量を成している。この容量は、第２のＴＦＴ２０のゲート電極２１に印加される電圧を保持する保持容量となる。
【００３６】
この図において、画素領域ＰB及び発光領域ＥBは長方形で示されているが、実際は少しでも発光面積を確保するために、または設計上の都合で長方形でない場合もある。本明細書においては、厳密に長方形でないものも、大まかに見て長方形と捉えることができる範囲であれば、長方形とみなす。さらに、マージンＭを設ける場所は本実施の形態に限らず、画素領域の一辺に偏らせれば良い。なお、本図では、Ｂに対応した画素領域ＰBとその周辺構造について説明したが、Ｇ及びＲに対応した画素領域ＰG及びＰRとその周辺構造もほぼ共通である。
【００３７】
ここで、スイッチング用のボトムゲート型ＴＦＴである第１のＴＦＴ１０の構造について説明する。基板１０上に、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属からなるゲート電極１１及び保持容量電極線５４が形成されている。その上に、ゲート絶縁膜１２を介して及び多結晶シリコン（以降、ｐ−Ｓｉと略す）膜からなる能動層１３が積層されている。その能動層１３上には、ゲート電極１１に対応した位置に、能動層１３へのイオン注入の際のマスクとなるストッパ１４が形成されている。そして、能動層１３には、ドレイン１３ｄ、ソース１３ｓ及びその間に位置するチャネル１３ｃが設けられている。これにより、第１のＴＦＴ１０及び保持容量が形成される。さらに、ゲート絶縁膜１２、能動層１３及びストッパ１４上の全面にはＳｉＯ2膜、ＳｉＮ膜等からなる層間絶縁膜１５が形成されている。この層間絶縁膜１５のドレイン１３ｄに対応する位置に形成したコンタクトホールを通して、Ａｌ等の金属からなるドレイン電極１６が設けられ、さらに基板全面に、有機樹脂からなり表面を平坦にする平坦化膜１７が形成されている。
【００３８】
次に、有機ＥＬ素子の駆動用のボトムゲート型ＴＦＴである第２のＴＦＴ２０の構造について説明する。基板１０上に、Ｃｒ、Ｍｏ等の高融点金属からなるゲート電極２１、ゲート絶縁膜１２及びｐ−Ｓｉ膜からなる能動層２３が順に形成されている。その能動層２３上には、ゲート電極２１に対応した位置に、能動層２３へのイオン注入の際のマスクとなるストッパ２４が形成されている。能動層２３には、ドレイン２３ｄ、ソース２３ｓ及びその間に位置するチャネル２３ｃが設けられている。これにより、第２のＴＦＴが形成される。そして、ゲート絶縁膜１２及び能動層２３上の全面に、ＳｉＯ2膜、ＳｉＮ膜等からなる層間絶縁膜１５を形成し、この層間絶縁膜１５のドレイン２３ｄ及びソース２３ｓに対応した位置に形成したコンタクトホールを通して、金属からなるドレイン電極２６と、駆動電源に接続された駆動電源線５３と、が配置されている。さらに、表面を平坦にするための有機樹脂からなる平坦化膜１７が積層され、その平坦化膜１７を貫通し、ドレイン電極２６に接続したＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）からなる陽極６１が平坦化膜１７上に形成されている。次いで、陽極６１上に、ホール輸送層６２と、発光層６３と、電子輸送層６４との３層からなる発光素子層６５が積層形成され、さらにこの発光素子層６５を覆うようにして、アルミニウム合金などからなる陰極６６が形成されている。ここで、ホール輸送層６２と陽極６１の間には、絶縁樹脂からなる第２平坦化膜６７が積層形成されており、陽極６１上に設けられる開口部によって、陽極６１が露出する領域を制限している。つまり、発光領域Ｅは、第２平坦化膜６７の開口部分によって定義される。さらに、本図における画素領域Ｐは、陽極６１によって定義される。
【００３９】
本実施の形態のＥＬ表示装置の発光領域Ｅを設定された形状に製造する方法としては、先に述べた第２平坦化膜６７を用いる第１の方法の他に、第２平坦化膜６７を用いず、図５（ａ）に示すように、有機ＥＬ素子の陽極６１の形状によって調節する第２の方法がある。この場合の発光領域Ｅは陽極６１で定義され、画素領域Ｐは発光層６３で定義される。また、同じく第２平坦化膜６７を用いず、図５（ｂ）に示すように、発光層６３によって調節する第３の方法もある。この場合の発光領域Ｅは発光層６３で定義され、画素領域Ｐは陽極６１で定義される。
【００４０】
図６（ａ）〜（ｄ）は本実施の形態におけるＥＬ表示装置の製造方法を示す製造工程別の断面図である。これらの図は図３のＢ−Ｂ断面図に一致する。この図に沿って、第１の方法を用いたＥＬ表示装置の製造工程について説明する。
【００４１】
図６（ａ）は第１の工程における断面図である。この工程では、まず、既存の方法により第２のＴＦＴ２０を形成し、ＴＦＴ２０を覆うように層間絶縁膜１５を積層した後、ＴＦＴ２０のソース２３ｓと接続された駆動電源線５３、ＴＦＴ２０のドレイン２３ｄと接続されたドレイン電極２６を形成する。その上に平坦化膜１７を積層した後に、この平坦化膜１７を貫通し、且つドレイン電極２６に到達するようなコンタクトホールＣＴを形成する。そして、このコンタクトホールＣＴを通して、平坦化膜１７の全面を覆うような透明な陽極材料、ＩＴＯ２８をスパッタ法により積層する。
【００４２】
図６（ｂ）は第２の工程における断面図である。この工程では、まず、ＩＴＯ２８の上にレジストを塗布し、マスクを用いて露光し、現像することによってレジストをパターニングする。次に、そのレジストをマスクとし、ＩＴＯ２８をエッチングすることによって、陽極６１を形成する。
【００４３】
図６（ｃ）は第３の工程における断面図である。この工程では、まず、陽極６１及び平坦化膜１７上に、有機樹脂からなる第２平坦化膜材料をスピンコート法などによって積層する。次に、マスク１０５を用いてこの第２平坦化膜材料を露光し、現像することによって第２平坦化膜６７を形成する。ここで用いるマスク１０５は、例えば図７に示すように、複数の開口部Ｒ５０、Ｇ５０、Ｂ５０を有している。マスクの各開口部Ｒ５０、Ｇ５０、Ｂ５０は、発光領域を決定するものであり、所定の幅ＷR、ＷG、ＷB及び高さＨR、ＨG、ＨBを有する。これにより、発光領域Ｅに対応する形状と位置に、第２平坦化膜６７の開口部が形成される。その開口部が形成された領域に、陽極６１が露出する。
【００４４】
図６（ｄ）は第４の工程における断面図である。この工程では、まず、露出した陽極６１を覆うようにして平坦化膜６７上にホール輸送層６２を基板全面に蒸着する。次に、マスクを用いて、発光材料ごとに蒸着し、発光層６３を形成する。続いて、電子輸送層６４を基板全面に蒸着する。以上より形成されたホール輸送層６２、発光層６３、電子輸送層６４からなる発光素子層６５上に、マスクを用いて陰極６６を蒸着する。なお、これらの発光材料の抵抗は比較的高いので、陽極と陰極に挟まれている領域にある発光素子層６５が発光領域となる。また、ホール輸送層６２と電子輸送層６４は共に基板全面に形成したが、発光材料ごとに異なる輸送層材料を用いても良い。
【００４５】
以上より、各色ごとに所望の発光領域を有する有機ＥＬ素子を用いたカラー表示装置が得られる。
【００４６】
次に、第２の方法である、陽極６１によって発光領域Ｅを調節する製造方法について説明する。この方法は、先に説明した第１の方法とほぼ同様な工程で良いが、第２平坦化膜６７を形成しない点で異なる。つまり、マスクを用いて陽極６１を発光領域と同じ形状と位置に形成し、その上に、陽極６１を覆うような発光素子層６５と陰極６６を形成する。これによって、図５（ａ）のような断面構造を有するＥＬ表示装置が得られる。なお、陽極６１形成用のマスクは、例えば先の図７のマスクと同様に、発光領域Ｅに対応する位置と形状に開口部を有するものを用いれば良い。
【００４７】
次に、第３の方法である、発光層６３によって発光領域Ｅを調節する製造方法について説明する。この方法は先に説明した第２の方法とほぼ同様な工程で良いが、陽極６１を発光領域より大きく形成し、マスクを用いて発光層６３を発光領域Ｅと同じ形状と位置に形成する。これによって、図５（ｂ）のような断面構造を有するＥＬ表示装置が得られる。なお、発光層６３形成用のマスクは、例えば先の図７のマスクと同様に、発光領域Ｅに対応する位置と形状に開口部を有するものを用いれば良い。ただし、色成分ごとに異なる発光材料を用いるので、その数だけマスクが必要である。この場合、各マスクは、１つの色成分に対応する発光領域Ｅに対応する開口部をそれぞれ有する。
【００４８】
本実施の形態においては、画素領域Ｐ内にマージンＭを設けて発光領域Ｅを設定することにより、既に設計された発光領域の幅を変えずに、画素領域の範囲内において発光領域の高さを調節することができる。これによって、材料の変更があっても、同じホワイトバランスを得ることができる。この時、ゲート信号線５１、ドレイン信号線５２及び駆動電源線５３に囲まれる領域自体の大きさやレイアウトを変える必要がないので、マスクを変更する枚数が最少で１枚に抑えることができる。例えば、第２平坦化膜６７を用いてＥＬ表示装置を製造する場合は、発光領域の高さの変更にあわせて、第２平坦化膜６７形成用のマスク１０５の開口部の高さを変更するだけで良い。つまり、第２平坦化膜６７形成用のマスクを１枚変えるのみで対応できる。また、陽極６１が、発光領域Ｅよりは大きいものの、画素領域Ｐよりは小さく形成されている、つまり画素領域Ｐが陽極６１で定義されない場合も考えられる。この場合、発光領域Ｅの高さを高くすることによって陽極６１より高くなってしまうときには、発光領域Ｅの高さを変えるために第２平坦化膜６７形成用のマスクを変更すると共に、陽極６１形成用のマスクも変更しなければならない。この場合は、マスクを２枚変更する必要がある。
【００４９】
次に、第２の実施の形態に係るＥＬ表示装置の発光領域を示す平面図を図８に示す。図８では、第１の実施の形態と同様にして設定された画素領域ＰR、ＰG、ＰBと発光領域ＥR、ＥG、ＥBが、奇数行と偶数行とで約１．５画素領域分ずれて配置されており、互いに隣接する３つの画素領域をどのように選んでも、Ｒ・Ｇ・Ｂの組み合わせになる、いわゆるデルタ配列となっている。
【００５０】
画素領域Ｐと発光領域Ｅは、第１の実施の形態と同様であり、これらの画素領域と発光領域を取り囲むように、複数のゲート信号線５１が水平方向に配置されている。また、複数のドレイン信号線５２及び複数の駆動電源線５３が図の垂直／水平方向に配置されている。さらに、ゲート信号線５１とドレイン信号線５２または駆動電源線５３は互いに交差している。
【００５１】
なお、本実施の形態のようなデルタ配列の場合、パターンレイアウトの都合上、隣り合う行に配置された同色の画素領域の幅が多少異なってしまうことがあり、そのときは、互いが同面積になるように発光領域の高さまたは幅を調節すれば良い。なお、本実施の形態において発光材料を変更する場合も、発光領域を変更するだけで良く、変更すべきマスク数は最少で１枚に抑えることができる。
【００５２】
本発明は、以上の実施の形態に限られるものではなく、各発光領域の配列方法はストライプ配列・デルタ配列の他にダイアゴナル配列などでも良い。また、発光領域の形状は長方形に限らず平行四辺形やＬ字型などでも良い。なお、Ｌ字型の場合は、Ｌ字から合理的に長方形等を取り出し、その高さを発光領域の高さＨR、ＨG、ＨBとみなし、この高さを色成分毎の輝度比に応じて調節することによって、発光領域を設定・再レイアウトすれば良い。発光領域をＴＦＴの製造方法・各材料は既存のものを用いれば良く、ＴＦＴの構造は、ボトムゲート型だけでなく、ゲート電極が能動層の上に設けられるいわゆるトップゲート型でも良い。また、輝度半減期に基づいて発光面積を設定・変更することについてのみ説明したが、例えば発光効率のように、発光材料に固有な特性や時間経過に伴って変化する特性に基づいて発光面積を設定・変更することも可能である。その場合、寿命を発光効率などに読みかえれば良い。
【００５３】
本実施の形態では、発光層からの光を、ＴＦＴ基板側を通して裏面側へ出力するボトムエミッション型のＥＬ表示装置を説明したが、発光層からの光をＴＦＴ基板表面側から出力するトップエミッション型のＥＬ表示装置にも適用できる。
【００５４】
【発明の効果】
以上、本願発明によれば、無駄なスペースが生じることなく発光領域を配置することができるので、各発光領域をより大きく形成することができる。加えて、各発光材料の寿命を揃えることもできるので、累積使用時間が多くなってもホワイトバランスの取れた状態が保たれる、高品質なＥＬ表示装置を提供することができる。
【００５５】
また、画素領域内に発光領域が設けられているので、その画素領域の範囲内で発光領域の大きさを変更することによって、材料を変更した後の発光材料の寿命や発光効率など、経時変化する特性に対応することができる。よって、発光領域以外のＴＦＴや保持容量のレイアウトを変更する必要がなく、平面レイアウトの設計期間や製造期間を短縮することができる。加えて、平面レイアウトを変更する場合、それに伴って、ＥＬ表示装置の構成要素を形成する各層も設計・製造変更しなおす必要が生じるが、本発明では発光領域のみを変更するので、各層の設計・製造変更に要する期間が短縮できる。ゆえに、これらの設計・製造期間の短縮によって、設計・製造にかかるコストを大幅に削減することができる。この際、発光領域に関係するＥＬ素子の構成要素である陽極、陽極上に形成される平坦化膜、及び発光層のうち、変更が必要なものだけを作りかえれば良い。つまり、変更のある構成要素を形成するためのマスクのみを作り直すだけで良く、変更するマスク数は最少１枚で良い。ゆえに、マスクを再び作ることによって生じるコストも大幅に削減することができる。
【００５６】
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態におけるＥＬ表示装置の発光領域を示す平面図
【図２】 本発明の実施の形態におけるＥＬ表示装置のレイアウトのフローチャート
【図３】 本発明の実施の形態におけるＥＬ表示装置の画素領域周辺の平面図
【図４】 本発明の実施の形態におけるＥＬ表示装置の断面図
【図５】 本発明の実施の形態におけるＥＬ表示装置の第２のＴＦＴの断面図
【図６】 本発明の実施の形態におけるＥＬ表示装置の製造工程別断面図
【図７】 本発明の実施の形態におけるＥＬ表示装置の陽極極形成用マスク
【図８】 本発明の他の実施の形態におけるＥＬ表示装置の発光領域を示す平面図
【図９】 従来のＥＬ表示装置の発光領域を示す平面図
【００５７】
【符号の説明】
１１、２１ ゲート電極
１２ ゲート絶縁膜
１３ｓ、２３ｓ ソース
１３ｄ、２３ｄ ドレイン
１６、２６ ドレイン電極
１０、２０ ＴＦＴ
５１ ゲート信号線
５２ ドレイン信号線
５３ 駆動電源線
５４ 保持容量電極線
６１ 陽極
６２ ホール輸送層
６３ 発光層
６４ 電子輸送層
６６ 陰極
６７ 平坦化膜
【発明の属する技術分野】
本発明は、エレクトロルミネッセンス（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ：以降ＥＬと言う。）自発光素子及び薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いたカラー表示装置及びその設計方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＥＬ素子を用いたＥＬ表示装置が、ＣＲＴやＬＣＤに代わる表示装置として注目されている。このＥＬ表示装置のカラー化の方法として、赤・緑・青の３原色を発光する発光材料を用いる塗り分け方式や、単色の発光材料にカラーフィルタや色変換層を用いる方式などが提案されている。
【０００３】
塗りわけ方式の場合、色ごとに異なる発光材料を用いるが、これらの発光材料は、色度、寿命、発光効率など、固有の特性を有する。一般に、カラー画像表示するディスプレイにおいては、ホワイトバランスを取るため、各発光材料の色度から自動的に各発光に必要な輝度が決められる。それらの輝度は与える電流密度にほぼ比例するため、発光効率の悪い発光材料において必要とされる輝度を得るには、他の発光領域よりも大きな電流密度を与えなければならない。しかしながら、そのような発光効率の悪い材料では、電流密度を大きくする分、発光材料自体に負荷がかかるため、発光材料の寿命が短くなり、その結果、ＥＬ表示装置全体の寿命も短くなってしまうという問題があった。
【０００４】
図９は、上記の問題を鑑みて提案された特開２０００−２９０４４１号公報の有機ＥＬ表示装置の概略を示す平面図である。ゲート信号線５１、ドレイン信号線５２ならびに電源駆動線５３とに囲まれた領域がマトリクス状に形成されている。その領域内に色ごとに異なる面積を有する発光領域Ｒ９０、Ｇ９０、Ｂ９０が形成されており、これが発光を視認できる領域を示している。なお、本図において、Ｒは赤色、Ｇは緑色、Ｂは青色を示している。
【０００５】
色ごとに発光面積を異ならせるための基準は、各色を示す発光材料の発光効率である。発光効率の悪い発光材料を用いる発光領域を他の発光領域よりも大きくすることによって所望の輝度を確保するため、発光効率の悪い発光材料に過度の電流密度をかけずに済むので、寿命を延ばすことができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−２９０４４１号公報（第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図９に示すように、各信号線及び駆動線の間隔は、最も面積が広く設定される色に応じて設定されるため、スペースの利用効率が低く、高密度化に適さない。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は、以上の点を鑑みてなされ、以下のような特徴を有する。
【０００９】
第１に、水平方向に配置された複数のゲート信号線と、垂直方向に配置された複数のドレイン信号線と、前記ゲート信号線から距離ＤＨ、前記ドレイン信号線から距離ＤＷそれぞれ離間して区画される画素領域と、前記画素領域を越えない領域に区画される発光領域と、が一定の規則で複数個配置される、所定のホワイトバランスを有するエレクトロルミネッセンス表示装置において、前記複数の画素領域は、それぞれ特定の色成分に対応付けられると共に、複数の前記色成分のうちの少なくとも１つの色成分に対応づけられた画素領域は、他の色成分に対応づけられた画素領域と第１の方向で異なり前記第１の方向と交差する第２の方向で等しい長さの辺を有して異なる面積に形成され、且つ少なくとも１つの色成分に対応する前記発光領域は、前記画素領域内に、前記第１の方向及び前記第２の方向の一方で画素領域と長さが等しく、他方で前記画素領域よりも長さが短く形成されることによって前記所定のホワイトバランスを有することを特徴とする。
【００１０】
第２に、水平方向に配置された複数のゲート信号線と、垂直方向に配置された複数のドレイン信号線と、前記ゲート信号線から距離ＤＨ、前記ドレイン信号線から距離ＤＷそれぞれ離間して区画される画素領域と、前記画素領域を越えない領域に区画される発光領域と、が一定の規則で複数個配置されるエレクトロルミネッセンス表示装置において、前記複数の画素領域は、それぞれ特定の色成分に対応付けられると共に、第１の方向において第１の輝度比に応じた長さの辺を有し、前記第１の方向と交差する第２の方向で等しい長さの辺を有し、少なくとも１つの色成分に対応する前記発光領域は、前記第１の方向において画素領域と長さの辺を有し、前記第２の方向において前記画素領域よりも短く且つ第２の輝度比に応じた長さの辺を有することを特徴とする。
【００１１】
第３に、水平方向に配置された複数のゲート信号線と、垂直方向に配置された複数のドレイン信号線と、前記ゲート信号線から距離ＤＨ、前記ドレイン信号線から距離ＤＷそれぞれ離間して区画される画素領域と、前記画素領域を越えない領域に区画される発光領域と、が一定の規則で複数個配置されるエレクトロルミネッセンス表示装置のパターンレイアウト方法において、想定された各色を示す発光材料の特性及び所定のホワイトバランスに応じて、第１の方向における各色成分に対応付けられた前記画素領域の長さをそれぞれ決定するステップと、前記第１の方向と交差する第２の方向における前記画素領域の長さを共通に決定するステップと、前記画素領域内に、前記第１の方向及び前記第２の方向を前記画素領域と等しい長さに設定し、他方を前記画素領域よりも短い長さに設定して、各色成分に対応する前記発光領域を決定するステップと、前記発光材料の変更に伴う特性の変化及び前記所定のホワイトバランスに応じて、少なくとも１つの色成分に対応する前記発光領域の前記他方の長さを変更して、前記発光領域を再レイアウトするステップと、を有することを特徴とする。
【００１２】
第４に、水平方向に配置された複数のゲート信号線と、垂直方向に配置された複数のドレイン信号線と、前記ゲート信号線から距離ＤＨ、前記ドレイン信号線から距離ＤＷそれぞれ離間して区画される画素領域と、前記画素領域を越えない領域に区画される発光領域と、が一定の規則で複数個配置されるエレクトロルミネッセンス表示装置のパターンレイアウト方法において、想定された各色を示す発光材料の第１の輝度比に応じて、第１の方向における各色成分に対応付けられた前記画素領域の長さをそれぞれ決定するステップと、前記第１の方向と交差する第２の方向における前記画素領域の長さを共通に決定するステップと、前記画素領域内において、第２の輝度比に応じて、前記第１の方向及び前記第２の方向の一方を前記画素領域と等しい長さに設定し、他方を前記画素領域よりも短い長さに設定して、少なくとも１つの色成分に対応する前記発光領域を決定するステップと、を有することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、第１の実施の形態に係るＥＬ表示装置の発光領域を示す平面図である。この図においては、３原色（赤：Ｒ、緑：Ｇ、青：Ｂ）の各色成分に対応する発光領域が行方向に周期的に配置され、且つ、同じ色が同一列に配置されるストライプ配列の場合を示している。また、各成分の寿命については、Ｇ＞Ｒ＞Ｂの関係にあると仮定している。なお、ここでいう寿命とは、特定の電流密度で連続発光させた時に、輝度が初期輝度の５０％になる輝度半減期を指し、時間経過に伴う発光材料の劣化状況を表す要素の１つである。
【００１４】
図の画素領域ＰR、ＰG、ＰBは、各色成分の発光が視認される発光領域ＥR、ＥG、ＥBを形成可能な領域であり、共通の高さ（垂直方向の長さ）Ｈと、色成分に応じた固有の幅ＷR、ＷG、ＷB（水平方向の長さ）をそれぞれ有する。また、各色を発光する発光領域ＥR、ＥG、ＥBは、画素領域ＰR、ＰG、ＰBの高さＨよりも低く、且つ色成分に応じた固有の高さＨR、ＨG、ＨBと、対応した発光領域と等しい幅ＷR、ＷG、ＷBをそれぞれ有する。これにより、画素領域ＰR、ＰG、ＰBの１辺に沿って、等しい高さを有するマージンＭ（図のハッチング）が形成される。なお、画素領域及び発光領域の高さ及び幅の長さの設定方法、つまりパターンレイアウト方法については後述する。さらに、発光領域の高さＨR、ＨG、ＨBを対応する画素領域の高さＨと等しくし、発光領域の幅ＷR、ＷG、ＷBを各発光領域の幅よりも短い固有の値ＷR’、ＷG’、ＷB’としても良い。または、これらの組合せでも良い。
【００１５】
以上のようにして配置された複数の画素領域Ｐの周辺に、複数のゲート信号線５１が水平方向に、複数のドレイン信号線５２及び複数の駆動電源線５３が垂直方向に形成されている。ゲート信号線５１から画素領域までの距離ＤH、駆動電源線５３から画素領域までの距離ＤWは、各画素領域ＰR、ＰG、ＰBの幅ＷR、ＷG、ＷBに関係なく、それぞれ一定になるように設定されている。これは、各画素領域Ｐの周辺にゲート信号線５１及び駆動電源線５３を配置した時に、画素領域Ｐの上側及び左側に形成される空間が共通の形状となるようにするためである。画素領域Ｐ周辺の平面構造は後述するが、これによって、各信号線に囲まれる領域内に設置されるＴＦＴや保持容量電極などの構成要素を共通の構造・配置にすることができるので、各領域内の設計がしやすくなり、さらには、後述する発光材料の変更に際して、それらの構成要素の構造・配置を変更しなくても良いという利点がある。なお、画素領域周辺のレイアウトはこれに限らず、ＤH、ＤWの距離をあける場所は、下側及び右側やこれらを組み合わせた位置に設けても良い。
【００１６】
以上に述べたようなレイアウトにおいては、各画素領域内のスペースの無駄がなくなると共に、発光領域の面積を修正するために必要なマージンを確保できる。
【００１７】
図２（ａ）は、本実施の形態におけるパターンレイアウト方法を説明するフローチャートである。以下、このチャートに沿って、各領域の設定及び変更の仕方について説明する。
【００１８】
ステップＳ１では、各発光材料の輝度を測定する。まず、各色の発光材料の色度から、ホワイトバランスが取れるような理想輝度ＬIが色成分ごとに決まる。一方で、全ての発光材料の輝度半減期が、おおよその目標値Ｔになるような電流密度Ｉ0を各材料で探し、そのときの発光輝度Ｌ0をそれぞれ測定しておく。
【００１９】
ステップＳ２では、ステップＳ１で測定した輝度Ｌ0と理想輝度ＬIの比ＬI／Ｌ0（輝度比）を色成分ごとに取り、色成分ごとの輝度比が、各色成分に対応した画素領域Ｐの幅に対応するように各画素領域Ｐの幅ＷR、ＷG、ＷBをそれぞれ設定する。例えば、各色の輝度比がＲ：Ｇ：Ｂ＝２：１：３の場合、画素領域の幅をＷR：ＷG：ＷB＝２：１：３となるように設定する。
【００２０】
ステップＳ３では、画素領域Ｐの高さを共通の高さＨに設定する。このとき、高さＨを、予測される発光領域Ｅの高さＨR、ＨG、ＨBよりもやや長く設定し、マージンＭを設けることのできる空間を取っておく。発光領域Ｅの高さＨR、ＨG、ＨBを設定し直すことになった場合や、発光材料を変更する場合に対応するためである。先のステップＳ２とこのステップＳ３によって、発光領域Ｅを最大限に広げることのできる画素領域Ｐが設定される。
【００２１】
ステップＳ４では、発光領域ＥR、ＥG、ＥBをそれぞれ設定する。まず、発光領域Ｅの幅を、対応する画素領域Ｐの幅ＷR、ＷG、ＷBと等しく設定する。次に、発光領域Ｅの高さをステップＳ３で予測した値、ＨR、ＨG、ＨB（ＨR＝ＨG＝ＨB）に設定する。この場合、各画素領域の幅ＷR、ＷG、ＷBが、輝度比に対応して設定されているので、各色成分に対応した発光領域ＥR、ＥG、ＥBの面積が輝度比に対応する。
【００２２】
ステップＳ５では、以上のステップで設定した値で試作、もしくはシミュレーション等を行い、表示として問題がないか確認する。例えばホワイトバランスが取れているか等である。問題がなければレイアウト終了となり、問題があればステップＳ４に戻る。例えば、Ｂの輝度が不足していることがわかった場合、Ｂに対応する発光領域の高さＨBを高くするなどすれば良い。
【００２３】
以上の方法によって、発光材料の輝度半減期に応じて各色成分に対応した画素領域及び発光領域を設定することができる。なお、本実施の形態においては、発光領域の高さを全て共通にしたが、本発明はこれに限らず、発光領域の高さを設定しても良い。その場合は、各色成分に対応した画素領域Ｐの幅をおおよそ輝度比に対応させ、発光領域Ｅの高さを色成分ごとに調節することで、発光面積を輝度比に対応させることができる。
【００２４】
図２（ｂ）は、材料の改良その他の理由により発光材料に変更があった場合の、発光領域の変更の方法を示すフローチャートである。一例として、改良によりＢの材料が改良前の条件と同じ条件において、輝度半減期Ｔにおける電流密度がＩ0からＩ1（＞Ｉ0）に変わった場合を考える。
【００２５】
ステップＳ１では、変更された材料の輝度を測定する。変更されたＢの発光材料の輝度半減期が、おおよその目標値Ｔになるような電流密度Ｉ1を探し、そのときの発光輝度Ｌ1を測定する。
【００２６】
ステップＳ２では、Ｂの発光領域の高さを設定する。ステップＳ１で測定した、電流密度Ｉ1での輝度Ｌ1と、変更前のＢの電流密度Ｉ0における輝度Ｌ0との変化割合Ｘ（＝Ｌ1／Ｌ0）に応じて各色成分に対応した発光領域Ｅの高さを変更する。この変更の仕方には３つあり、以下にそれらの方法を説明する。
【００２７】
第１の方法は、変化割合Ｘに応じて、発光材料が変更されるＢ以外のＲおよびＧに対応する発光領域の高さを変更前より高くする（ＨR→ＨR’、ＨG→ＨG’、Ｘ＝ＨR’／ＨR＝ＨG’／ＨG）ことで、各色のバランスを取る方法である。本実施の形態においては、最初に画素領域及び発光領域を設定する際に、対応する全ての画素領域内にマージンＭを設ける。このため、発光領域を広げる変更を加えれば、各色の輝度が増加し、全体の輝度も増加する。
【００２８】
第２の方法は、先に述べた変化割合Ｘに応じて、発光材料が変更されるＢに対応する発光領域の高さを変更前より低くする（ＨB→ＨB’、Ｘ＝ＨB／ＨB’）ことで、各色のバランスを取る方法である。この方法は、高さの修正の繰り返しなどにより、材料変更のない発光領域Ｒ、Ｇの少なくとも一方が、すでに画素領域と等しい高さになっており、それ以上高さを高くできない時に有効である。
【００２９】
第３の方法は、先の第１の方法と第２の方法の組合せであり、この場合、変更に自由度があるため、柔軟な対応ができる。
【００３０】
以上の方法は、材料変更によって、輝度半減期Ｔを実現する輝度が変わることのみを問題としていたが、実際は、材料が変わると色度も変わることが多く、この場合、ホワイトバランスを取るための理想輝度が、各色成分で変わってしまう。そこで、先に述べた色成分ごとに輝度比を求め直し、その輝度比が、各色成分に対応した発光面積に対応するように発光領域の高さをそれぞれ再設定する。この場合、上記第３の方法が有効、且つ実用的である。
【００３１】
続いてステップＳ３では、図２（ａ）におけるステップＳ５と同様に、これまでの設定で問題ないかを判定する。ステップＳ２で設定した値で試作、もしくはシミュレーション等をし、表示装置として問題がないかを確認し、問題がなければレイアウト終了となり、問題があればステップＳ２に戻る。
【００３２】
以上に述べた方法によれば、発光領域Ｅの高さを変更するだけで、発光領域以外のレイアウトを全く変更しなくても、材料の変更に伴う発光特性の変化に対応することができる。従って、製造工程に用いられるマスクの変更が最小限で良い。具体的には、発光領域を定めるマスクを最少で１枚変更するだけである。また、１つの色成分に対応した発光領域Ｅの高さを画素領域Ｐの高さＨと等しく形成しても、他の色成分の発光領域の高さを調整することにより、材料の変更に伴う発光特性の変化に対応することができる。この場合、画素領域の高さＨと等しい高さに形成する発光領域は、発光面積を最も大きく形成する必要のある色成分に対応する発光領域であることが好ましい。なお、本実施の形態においてはＢの発光材料を変更する場合についてのみ説明したが、ＧまたはＲの場合でも同様であり、また、２色以上の発光材料が変更される場合も適用できる。さらに、本実施の形態においては、発光領域の上部にマージンＭを設けて材料変更等に対応していたが、発光領域Ｅの下部または左右どちらか一方にマージンＭを設けた場合も同様であり、マージンＭが設けられた発光領域Ｅの幅を変えて材料変更に対応することもできる。この場合は、発光領域の高さを固定したままその幅を変更すれば良い。
【００３３】
図３は本実施の形態の画素領域ＰB周辺の構造を示す平面図であり、図４（ａ）及び（ｂ）は、図３のＡ−Ａ及びＢ−Ｂ断面図である。以下、図３を用いて本実施の形態の画素領域Ｐとその周辺の構造について説明する。
【００３４】
発光領域ＥBが、画素領域ＰBの上部にマージンＭを設けるようにして、画素領域ＰB内に配置されている。また、直列に接続される２つの第１のＴＦＴ１０、及び保持容量電極線５４ならびに容量電極５５の一部が、画素領域ＰBとゲート電極５１の間に配置されている。さらに、２つのＴＦＴ１０のゲート１１が、ゲート信号線５１にそれぞれ接続されている。また、ドレイン信号線５２側のＴＦＴ１０のドレイン１３ｄが、ドレイン信号線５２に接続されている。ドレイン信号線５２に直接接続されていないＴＦＴ１０のソース１３ｓが、保持容量電極線５４との間で容量をなす容量電極５５につながっている。さらに、ＴＦＴ１０のソース１３ｓが、並列に接続される２つの第２のＴＦＴ２０のゲート電極２１に接続されている。２つのＴＦＴ２０のソース２３ｓが、駆動電源線５３にそれぞれ接続されている。また、２つのＴＦＴ２０のドレイン２３ｄが、ドレイン電極２６に接続されており、さらにはそのドレイン電極２６を介して有機ＥＬ素子７０の陽極６１に接続されている。
【００３５】
また、保持容量電極線５４は、ゲート絶縁膜１２を介して、ＴＦＴ１０のソース１３ｓに接続された容量電極５５を兼ねた導電層１３に対向するように形成されている。これにより、保持容量電極線５４と容量電極５５との間で電荷を蓄積して容量を成している。この容量は、第２のＴＦＴ２０のゲート電極２１に印加される電圧を保持する保持容量となる。
【００３６】
この図において、画素領域ＰB及び発光領域ＥBは長方形で示されているが、実際は少しでも発光面積を確保するために、または設計上の都合で長方形でない場合もある。本明細書においては、厳密に長方形でないものも、大まかに見て長方形と捉えることができる範囲であれば、長方形とみなす。さらに、マージンＭを設ける場所は本実施の形態に限らず、画素領域の一辺に偏らせれば良い。なお、本図では、Ｂに対応した画素領域ＰBとその周辺構造について説明したが、Ｇ及びＲに対応した画素領域ＰG及びＰRとその周辺構造もほぼ共通である。
【００３７】
ここで、スイッチング用のボトムゲート型ＴＦＴである第１のＴＦＴ１０の構造について説明する。基板１０上に、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属からなるゲート電極１１及び保持容量電極線５４が形成されている。その上に、ゲート絶縁膜１２を介して及び多結晶シリコン（以降、ｐ−Ｓｉと略す）膜からなる能動層１３が積層されている。その能動層１３上には、ゲート電極１１に対応した位置に、能動層１３へのイオン注入の際のマスクとなるストッパ１４が形成されている。そして、能動層１３には、ドレイン１３ｄ、ソース１３ｓ及びその間に位置するチャネル１３ｃが設けられている。これにより、第１のＴＦＴ１０及び保持容量が形成される。さらに、ゲート絶縁膜１２、能動層１３及びストッパ１４上の全面にはＳｉＯ2膜、ＳｉＮ膜等からなる層間絶縁膜１５が形成されている。この層間絶縁膜１５のドレイン１３ｄに対応する位置に形成したコンタクトホールを通して、Ａｌ等の金属からなるドレイン電極１６が設けられ、さらに基板全面に、有機樹脂からなり表面を平坦にする平坦化膜１７が形成されている。
【００３８】
次に、有機ＥＬ素子の駆動用のボトムゲート型ＴＦＴである第２のＴＦＴ２０の構造について説明する。基板１０上に、Ｃｒ、Ｍｏ等の高融点金属からなるゲート電極２１、ゲート絶縁膜１２及びｐ−Ｓｉ膜からなる能動層２３が順に形成されている。その能動層２３上には、ゲート電極２１に対応した位置に、能動層２３へのイオン注入の際のマスクとなるストッパ２４が形成されている。能動層２３には、ドレイン２３ｄ、ソース２３ｓ及びその間に位置するチャネル２３ｃが設けられている。これにより、第２のＴＦＴが形成される。そして、ゲート絶縁膜１２及び能動層２３上の全面に、ＳｉＯ2膜、ＳｉＮ膜等からなる層間絶縁膜１５を形成し、この層間絶縁膜１５のドレイン２３ｄ及びソース２３ｓに対応した位置に形成したコンタクトホールを通して、金属からなるドレイン電極２６と、駆動電源に接続された駆動電源線５３と、が配置されている。さらに、表面を平坦にするための有機樹脂からなる平坦化膜１７が積層され、その平坦化膜１７を貫通し、ドレイン電極２６に接続したＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）からなる陽極６１が平坦化膜１７上に形成されている。次いで、陽極６１上に、ホール輸送層６２と、発光層６３と、電子輸送層６４との３層からなる発光素子層６５が積層形成され、さらにこの発光素子層６５を覆うようにして、アルミニウム合金などからなる陰極６６が形成されている。ここで、ホール輸送層６２と陽極６１の間には、絶縁樹脂からなる第２平坦化膜６７が積層形成されており、陽極６１上に設けられる開口部によって、陽極６１が露出する領域を制限している。つまり、発光領域Ｅは、第２平坦化膜６７の開口部分によって定義される。さらに、本図における画素領域Ｐは、陽極６１によって定義される。
【００３９】
本実施の形態のＥＬ表示装置の発光領域Ｅを設定された形状に製造する方法としては、先に述べた第２平坦化膜６７を用いる第１の方法の他に、第２平坦化膜６７を用いず、図５（ａ）に示すように、有機ＥＬ素子の陽極６１の形状によって調節する第２の方法がある。この場合の発光領域Ｅは陽極６１で定義され、画素領域Ｐは発光層６３で定義される。また、同じく第２平坦化膜６７を用いず、図５（ｂ）に示すように、発光層６３によって調節する第３の方法もある。この場合の発光領域Ｅは発光層６３で定義され、画素領域Ｐは陽極６１で定義される。
【００４０】
図６（ａ）〜（ｄ）は本実施の形態におけるＥＬ表示装置の製造方法を示す製造工程別の断面図である。これらの図は図３のＢ−Ｂ断面図に一致する。この図に沿って、第１の方法を用いたＥＬ表示装置の製造工程について説明する。
【００４１】
図６（ａ）は第１の工程における断面図である。この工程では、まず、既存の方法により第２のＴＦＴ２０を形成し、ＴＦＴ２０を覆うように層間絶縁膜１５を積層した後、ＴＦＴ２０のソース２３ｓと接続された駆動電源線５３、ＴＦＴ２０のドレイン２３ｄと接続されたドレイン電極２６を形成する。その上に平坦化膜１７を積層した後に、この平坦化膜１７を貫通し、且つドレイン電極２６に到達するようなコンタクトホールＣＴを形成する。そして、このコンタクトホールＣＴを通して、平坦化膜１７の全面を覆うような透明な陽極材料、ＩＴＯ２８をスパッタ法により積層する。
【００４２】
図６（ｂ）は第２の工程における断面図である。この工程では、まず、ＩＴＯ２８の上にレジストを塗布し、マスクを用いて露光し、現像することによってレジストをパターニングする。次に、そのレジストをマスクとし、ＩＴＯ２８をエッチングすることによって、陽極６１を形成する。
【００４３】
図６（ｃ）は第３の工程における断面図である。この工程では、まず、陽極６１及び平坦化膜１７上に、有機樹脂からなる第２平坦化膜材料をスピンコート法などによって積層する。次に、マスク１０５を用いてこの第２平坦化膜材料を露光し、現像することによって第２平坦化膜６７を形成する。ここで用いるマスク１０５は、例えば図７に示すように、複数の開口部Ｒ５０、Ｇ５０、Ｂ５０を有している。マスクの各開口部Ｒ５０、Ｇ５０、Ｂ５０は、発光領域を決定するものであり、所定の幅ＷR、ＷG、ＷB及び高さＨR、ＨG、ＨBを有する。これにより、発光領域Ｅに対応する形状と位置に、第２平坦化膜６７の開口部が形成される。その開口部が形成された領域に、陽極６１が露出する。
【００４４】
図６（ｄ）は第４の工程における断面図である。この工程では、まず、露出した陽極６１を覆うようにして平坦化膜６７上にホール輸送層６２を基板全面に蒸着する。次に、マスクを用いて、発光材料ごとに蒸着し、発光層６３を形成する。続いて、電子輸送層６４を基板全面に蒸着する。以上より形成されたホール輸送層６２、発光層６３、電子輸送層６４からなる発光素子層６５上に、マスクを用いて陰極６６を蒸着する。なお、これらの発光材料の抵抗は比較的高いので、陽極と陰極に挟まれている領域にある発光素子層６５が発光領域となる。また、ホール輸送層６２と電子輸送層６４は共に基板全面に形成したが、発光材料ごとに異なる輸送層材料を用いても良い。
【００４５】
以上より、各色ごとに所望の発光領域を有する有機ＥＬ素子を用いたカラー表示装置が得られる。
【００４６】
次に、第２の方法である、陽極６１によって発光領域Ｅを調節する製造方法について説明する。この方法は、先に説明した第１の方法とほぼ同様な工程で良いが、第２平坦化膜６７を形成しない点で異なる。つまり、マスクを用いて陽極６１を発光領域と同じ形状と位置に形成し、その上に、陽極６１を覆うような発光素子層６５と陰極６６を形成する。これによって、図５（ａ）のような断面構造を有するＥＬ表示装置が得られる。なお、陽極６１形成用のマスクは、例えば先の図７のマスクと同様に、発光領域Ｅに対応する位置と形状に開口部を有するものを用いれば良い。
【００４７】
次に、第３の方法である、発光層６３によって発光領域Ｅを調節する製造方法について説明する。この方法は先に説明した第２の方法とほぼ同様な工程で良いが、陽極６１を発光領域より大きく形成し、マスクを用いて発光層６３を発光領域Ｅと同じ形状と位置に形成する。これによって、図５（ｂ）のような断面構造を有するＥＬ表示装置が得られる。なお、発光層６３形成用のマスクは、例えば先の図７のマスクと同様に、発光領域Ｅに対応する位置と形状に開口部を有するものを用いれば良い。ただし、色成分ごとに異なる発光材料を用いるので、その数だけマスクが必要である。この場合、各マスクは、１つの色成分に対応する発光領域Ｅに対応する開口部をそれぞれ有する。
【００４８】
本実施の形態においては、画素領域Ｐ内にマージンＭを設けて発光領域Ｅを設定することにより、既に設計された発光領域の幅を変えずに、画素領域の範囲内において発光領域の高さを調節することができる。これによって、材料の変更があっても、同じホワイトバランスを得ることができる。この時、ゲート信号線５１、ドレイン信号線５２及び駆動電源線５３に囲まれる領域自体の大きさやレイアウトを変える必要がないので、マスクを変更する枚数が最少で１枚に抑えることができる。例えば、第２平坦化膜６７を用いてＥＬ表示装置を製造する場合は、発光領域の高さの変更にあわせて、第２平坦化膜６７形成用のマスク１０５の開口部の高さを変更するだけで良い。つまり、第２平坦化膜６７形成用のマスクを１枚変えるのみで対応できる。また、陽極６１が、発光領域Ｅよりは大きいものの、画素領域Ｐよりは小さく形成されている、つまり画素領域Ｐが陽極６１で定義されない場合も考えられる。この場合、発光領域Ｅの高さを高くすることによって陽極６１より高くなってしまうときには、発光領域Ｅの高さを変えるために第２平坦化膜６７形成用のマスクを変更すると共に、陽極６１形成用のマスクも変更しなければならない。この場合は、マスクを２枚変更する必要がある。
【００４９】
次に、第２の実施の形態に係るＥＬ表示装置の発光領域を示す平面図を図８に示す。図８では、第１の実施の形態と同様にして設定された画素領域ＰR、ＰG、ＰBと発光領域ＥR、ＥG、ＥBが、奇数行と偶数行とで約１．５画素領域分ずれて配置されており、互いに隣接する３つの画素領域をどのように選んでも、Ｒ・Ｇ・Ｂの組み合わせになる、いわゆるデルタ配列となっている。
【００５０】
画素領域Ｐと発光領域Ｅは、第１の実施の形態と同様であり、これらの画素領域と発光領域を取り囲むように、複数のゲート信号線５１が水平方向に配置されている。また、複数のドレイン信号線５２及び複数の駆動電源線５３が図の垂直／水平方向に配置されている。さらに、ゲート信号線５１とドレイン信号線５２または駆動電源線５３は互いに交差している。
【００５１】
なお、本実施の形態のようなデルタ配列の場合、パターンレイアウトの都合上、隣り合う行に配置された同色の画素領域の幅が多少異なってしまうことがあり、そのときは、互いが同面積になるように発光領域の高さまたは幅を調節すれば良い。なお、本実施の形態において発光材料を変更する場合も、発光領域を変更するだけで良く、変更すべきマスク数は最少で１枚に抑えることができる。
【００５２】
本発明は、以上の実施の形態に限られるものではなく、各発光領域の配列方法はストライプ配列・デルタ配列の他にダイアゴナル配列などでも良い。また、発光領域の形状は長方形に限らず平行四辺形やＬ字型などでも良い。なお、Ｌ字型の場合は、Ｌ字から合理的に長方形等を取り出し、その高さを発光領域の高さＨR、ＨG、ＨBとみなし、この高さを色成分毎の輝度比に応じて調節することによって、発光領域を設定・再レイアウトすれば良い。発光領域をＴＦＴの製造方法・各材料は既存のものを用いれば良く、ＴＦＴの構造は、ボトムゲート型だけでなく、ゲート電極が能動層の上に設けられるいわゆるトップゲート型でも良い。また、輝度半減期に基づいて発光面積を設定・変更することについてのみ説明したが、例えば発光効率のように、発光材料に固有な特性や時間経過に伴って変化する特性に基づいて発光面積を設定・変更することも可能である。その場合、寿命を発光効率などに読みかえれば良い。
【００５３】
本実施の形態では、発光層からの光を、ＴＦＴ基板側を通して裏面側へ出力するボトムエミッション型のＥＬ表示装置を説明したが、発光層からの光をＴＦＴ基板表面側から出力するトップエミッション型のＥＬ表示装置にも適用できる。
【００５４】
【発明の効果】
以上、本願発明によれば、無駄なスペースが生じることなく発光領域を配置することができるので、各発光領域をより大きく形成することができる。加えて、各発光材料の寿命を揃えることもできるので、累積使用時間が多くなってもホワイトバランスの取れた状態が保たれる、高品質なＥＬ表示装置を提供することができる。
【００５５】
また、画素領域内に発光領域が設けられているので、その画素領域の範囲内で発光領域の大きさを変更することによって、材料を変更した後の発光材料の寿命や発光効率など、経時変化する特性に対応することができる。よって、発光領域以外のＴＦＴや保持容量のレイアウトを変更する必要がなく、平面レイアウトの設計期間や製造期間を短縮することができる。加えて、平面レイアウトを変更する場合、それに伴って、ＥＬ表示装置の構成要素を形成する各層も設計・製造変更しなおす必要が生じるが、本発明では発光領域のみを変更するので、各層の設計・製造変更に要する期間が短縮できる。ゆえに、これらの設計・製造期間の短縮によって、設計・製造にかかるコストを大幅に削減することができる。この際、発光領域に関係するＥＬ素子の構成要素である陽極、陽極上に形成される平坦化膜、及び発光層のうち、変更が必要なものだけを作りかえれば良い。つまり、変更のある構成要素を形成するためのマスクのみを作り直すだけで良く、変更するマスク数は最少１枚で良い。ゆえに、マスクを再び作ることによって生じるコストも大幅に削減することができる。
【００５６】
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態におけるＥＬ表示装置の発光領域を示す平面図
【図２】 本発明の実施の形態におけるＥＬ表示装置のレイアウトのフローチャート
【図３】 本発明の実施の形態におけるＥＬ表示装置の画素領域周辺の平面図
【図４】 本発明の実施の形態におけるＥＬ表示装置の断面図
【図５】 本発明の実施の形態におけるＥＬ表示装置の第２のＴＦＴの断面図
【図６】 本発明の実施の形態におけるＥＬ表示装置の製造工程別断面図
【図７】 本発明の実施の形態におけるＥＬ表示装置の陽極極形成用マスク
【図８】 本発明の他の実施の形態におけるＥＬ表示装置の発光領域を示す平面図
【図９】 従来のＥＬ表示装置の発光領域を示す平面図
【００５７】
【符号の説明】
１１、２１ ゲート電極
１２ ゲート絶縁膜
１３ｓ、２３ｓ ソース
１３ｄ、２３ｄ ドレイン
１６、２６ ドレイン電極
１０、２０ ＴＦＴ
５１ ゲート信号線
５２ ドレイン信号線
５３ 駆動電源線
５４ 保持容量電極線
６１ 陽極
６２ ホール輸送層
６３ 発光層
６４ 電子輸送層
６６ 陰極
６７ 平坦化膜
Claims (8)
- 水平方向に配置された複数のゲート信号線と、
垂直方向に配置された複数のドレイン信号線と、
前記ゲート信号線から距離ＤＨ、前記ドレイン信号線から距離ＤＷそれぞれ離間して区画される画素領域と、
前記画素領域を越えない領域に区画される発光領域と、が一定の規則で複数個配置される、所定のホワイトバランスを有するエレクトロルミネッセンス表示装置において、
前記複数の画素領域は、それぞれ特定の色成分に対応付けられると共に、複数の前記色成分のうちの少なくとも１つの色成分に対応づけられた画素領域は、他の色成分に対応づけられた画素領域と第１の方向で異なり前記第１の方向と交差する第２の方向で等しい長さの辺を有して異なる面積に形成され、且つ少なくとも１つの色成分に対応する前記発光領域は、前記画素領域内に、前記第１の方向及び前記第２の方向の一方で画素領域と長さが等しく、他方で前記画素領域よりも長さが短く形成されることによって前記所定のホワイトバランスを有することを特徴とするエレクトロルミネッセンス表示装置。 - 前記画素領域の第１の方向の長さは各色を示す発光材料の時間経過に伴う前記発光材料の劣化状況を表す要素、または色度、発光効率、もしくは輝度に応じて設定されることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のエレクトロルミネッセンス表示装置。
- 水平方向に配置された複数のゲート信号線と、
垂直方向に配置された複数のドレイン信号線と、
前記ゲート信号線から距離ＤＨ、前記ドレイン信号線から距離ＤＷそれぞれ離間して区画される画素領域と、
前記画素領域を越えない領域に区画される発光領域と、が一定の規則で複数個配置されるエレクトロルミネッセンス表示装置において、
前記複数の画素領域は、それぞれ特定の色成分に対応付けられると共に、第１の方向において第１の輝度比に応じた長さの辺を有し、前記第１の方向と交差する第２の方向で等しい長さの辺を有し、
少なくとも１つの色成分に対応する前記発光領域は、前記第１の方向において画素領域と長さの辺を有し、前記第２の方向において前記画素領域よりも短く且つ第２の輝度比に応じた長さの辺を有することを特徴とするエレクトロルミネッセンス表示装置。 - 異なる色成分に対応づけられた前記発光領域が異なる面積に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のエレクトロルミネッセンス表示装置。
- 水平方向に配置された複数のゲート信号線と、
垂直方向に配置された複数のドレイン信号線と、
前記ゲート信号線から距離ＤＨ、前記ドレイン信号線から距離ＤＷそれぞれ離間して区画される画素領域と、
前記画素領域を越えない領域に区画される発光領域と、が一定の規則で複数個配置されるエレクトロルミネッセンス表示装置のパターンレイアウト方法において、
想定された各色を示す発光材料の特性及び所定のホワイトバランスに応じて、第１の方向における各色成分に対応付けられた前記画素領域の長さをそれぞれ決定するステップと、
前記第１の方向と交差する第２の方向における前記画素領域の長さを共通に決定するステップと、
前記画素領域内に、前記第１の方向及び前記第２の方向を前記画素領域と等しい長さに設定し、他方を前記画素領域よりも短い長さに設定して、各色成分に対応する前記発光領域を決定するステップと、
前記発光材料の変更に伴う特性の変化及び前記所定のホワイトバランスに応じて、少なくとも１つの色成分に対応する前記発光領域の前記他方の長さを変更して、前記発光領域を再レイアウトするステップと、
を有することを特徴とするエレクトロルミネッセンス表示装置のパターンレイアウト方法。 - 前記発光材料の特性は、時間経過に伴う前記発光材料の劣化状況を表す要素、または色度、発光効率、もしくは輝度であることを特徴とする請求項６に記載のエレクトロルミネッセンス表示装置のパターンレイアウト方法。
- 水平方向に配置された複数のゲート信号線と、
垂直方向に配置された複数のドレイン信号線と、
前記ゲート信号線から距離ＤＨ、前記ドレイン信号線から距離ＤＷそれぞれ離間して区画される画素領域と、
前記画素領域を越えない領域に区画される発光領域と、が一定の規則で複数個配置されるエレクトロルミネッセンス表示装置のパターンレイアウト方法において、
想定された各色を示す発光材料の第１の輝度比に応じて、第１の方向における各色成分に対応付けられた前記画素領域の長さをそれぞれ決定するステップと、
前記第１の方向と交差する第２の方向における前記画素領域の長さを共通に決定するステップと、
前記画素領域内において、第２の輝度比に応じて、前記第１の方向及び前記第２の方向の一方を前記画素領域と等しい長さに設定し、他方を前記画素領域よりも短い長さに設定して、少なくとも１つの色成分に対応する前記発光領域を決定するステップと、
を有することを特徴とするエレクトロルミネッセンス表示装置のパターンレイアウト方法。 - 異なる色成分に対応づけられた前記発光領域を異なる面積に設定することを特徴とする請求項６または請求項７に記載のエレクトロルミネッセンス表示装置のパターンレイアウト方法。
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- 2002-09-13 JP JP2002268476A patent/JP4278353B2/ja not_active Expired - Lifetime
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