JP4351695B2

JP4351695B2 - 有機ｅｌ表示装置

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Publication number: JP4351695B2
Application number: JP2006318953A
Authority: JP
Inventors: 伸一木村
Original assignee: エルジーディスプレイカンパニーリミテッド
Priority date: 2006-11-27
Filing date: 2006-11-27
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2026-11-27
Also published as: KR101441379B1; JP2008134337A; KR101519919B1; KR20080047948A; KR20140030289A

Description

本発明は、有機ＥＬ表示装置に関し、特に、消費電力を減らすことのできる有機ＥＬ表示装置に関する。

図１０は、従来の有機ＥＬ表示装置の典型的な回路構成図であり、ある１つの画素における回路構成を示している。この有機ＥＬ表示装置は、ゲート線１１、データ線１２、電源線１３、陰極線１４、第１のＴＦＴ２１、第２のＴＦＴ２２、蓄積容量２３、およびＯＬＥＤ（ＯｒｇａｎｉｃＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｓｐｌａｙ）素子２４で構成されている。

ここで、１段目を構成する第１のＴＦＴ２１は、データ線１２を通じたデータ信号を選択、保持するためのものである。また、２段目を構成する第２のＴＦＴ２２は、ＯＬＥＤ素子２４を駆動するためのものである。なお、このような基本的な２段ＴＦＴの構成に対して、駆動用の第２のＴＦＴ２２のＶｔｈ変動を補償するために、さらに、ＴＦＴが追加された回路も発明されている。

次に、図１１は、従来の有機ＥＬ表示装置の積層構造を説明するための断面図である。図１１（ａ）は、先の図１０における点線の円で示された（ａ）部の近傍の横断面図であり、ゲート線１１とデータ線１２が平行に走っている部分の断面図を示している。また、図１１（ｂ）は、先の図１０における点線の円で示された（ｂ）部の近傍の縦断面図であり、ゲート線１１とデータ線１２とのクロスセクション部の断面図を示している。

このような有機ＥＬ表示装置は、ゲート線１１とデータ線１２を交差させたアクティブマトリクス型表示装置の一種であり、第１のＴＦＴ２１および第２のＴＦＴ２２を、ＯＬＥＤ素子２４に対応して画素ごとにそれぞれ設けている（例えば、特許文献１参照）。

国際公開Ｗ２００４／０４９２８６号パンフレット

しかしながら、従来技術には次のような課題がある。
図１１（ｂ）に示すように、従来の有機ＥＬ表示装置におけるゲート線１１とデータ線１２は、ゲート絶縁膜を挟んでキャパシタンスを形成している。ここで、データ線１２のドライバの負荷は、下式で表すことができる。
（Ｒｏ＋Ｒｄ）×（Ｃｃｒｏｓｓ＋Ｃｄｇ＋Ｃｏ）（１）

上式（１）におけるそれぞれの記号は、以下のものを表している。
Ｒｏ：ドライバ内部抵抗
Ｒｄ：データ線１２の抵抗
Ｃｃｒｏｓｓ：データ線１２とゲート線１１のクロス容量
Ｃｄｇ：第１のＴＦＴ２１、第２のＴＦＴ２２のドレイン・ゲート間容量
Ｃｏ：その他の線とデータ線１２とのクロス容量

上式（１）において、Ｒｏに対して、Ｃの合計が大きいと、データ線１２のドライバの負荷は大きくなる関係にある。そして、先の図１１に示したように、従来技術におけるデータ線１２とゲート線１１は、ゲート絶縁膜を挟んで互いに交差していたために、ドライバ側から見ると大きなキャパシタンスを駆動しなければならない。

Ｃの合計が大きいということは、データ電圧の立ち上がり、立下りが遅くなることを意味する。この遅延の影響により、正しい電圧が表示できないといった問題の発生を回避するためには、低抵抗出力のドライバが必要となる。低抵抗出力ということは、大きなＷ／Ｌ、大きなモビリティーが出力段のトランジスタに必要となり、アモルファスシリコンで駆動することを困難にするといった問題があった。さらに、大きな負荷を駆動することに伴い、消費電力が上昇するといった問題もあった。

本発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、データ線とゲート線のクロス容量を小さくした有機ＥＬ表示装置を得ることを目的とする。

本発明に係る有機ＥＬ表示装置は、データ線とゲート線とを交差させて定義される画素ごとに、薄膜トランジスタで駆動される有機ＥＬ素子を備えた有機ＥＬ表示装置であって、薄膜トランジスタは、アモルファスシリコンの薄膜トランジスタであり、薄膜トランジスタ上に第１パッシべーション膜および第２パッシべーション膜を具備し、有機ＥＬ素子は、発光層と、発光層の下の第１電極と、発光層の上の第２電極とを具備し、データ線は、発光層の下の第１電極と共通の材料で構成され、薄膜トランジスタ上の第２パッシベーション膜上に第１電極と同時形成され、ゲート線とデータ線との間には、薄膜トランジスタのゲート絶縁膜と、薄膜トランジスタ上の第１パッシベーション膜および第２パッシベーション膜とが介在されているものである。

本発明によれば、データ線をＴＦＴパッシベーション膜の上に形成することにより、データ線とゲート線のクロス容量を小さくした有機ＥＬ表示装置を得ることができる。この結果、アモルファスシリコンＴＦＴをデータ線駆動ドライバとして適用することができ、消費電力を減らすことができる。

以下、本発明の有機ＥＬ表示装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
なお、本発明の実施の形態１〜４における積層構造と、従来技術における積層構造とを対比したものを最後にまとめて図９に示すが、各実施の形態の説明において、従来技術との対比を行う際に、この図９を引用するものとする。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における有機ＥＬ表示装置の回路構成図である。基本的な構成要素および接続関係は、従来技術を示した図１０と同じである。しかしながら、本実施の形態１における有機ＥＬ表示装置は、データ線１２を、ＯＬＥＤ素子２４の陽極と同時に形成する点が従来技術と異なっている。

また、図２は、本発明の実施の形態１における有機ＥＬ表示装置の積層構造を説明するための断面図である。図２（ａ）は、先の図１における点線の円で示された（ａ）部の近傍の横断面図であり、ゲート線１１とデータ線１２が平行に走っている部分の断面図を示している。また、図２（ｂ）は、先の図１における点線の円で示された（ｂ）部の近傍の縦断面図であり、ゲート線１１とデータ線１２とのクロスセクション部の断面図を示している。

図２（ａ）に示すように、本実施の形態１における有機ＥＬ表示装置は、データ線１２の形成を、従来技術における工程よりも後の工程であるＯＬＥＤ素子２４の陽極を形成する際に、同時に形成している。この結果、図２（ｂ）に示すように、ゲート線１１とデータ線１２との間の絶縁膜の厚さを、従来よりも厚く構成することができる。

すなわち、従来技術において、ゲート線１１とデータ線１２との間の絶縁膜は、ゲート絶縁膜に相当し（図１１（ｂ）参照）、０．３５〜０．４μｍ程度の厚みであった。これに対して、本実施の形態１において、ゲート線１１とデータ線１２との間の絶縁膜は、パッシベーション膜１、２に相当し（図２（ｂ）参照）、３〜５μｍ程度の厚みを持たせることができる。このように、本実施の形態１における有機ＥＬ表示装置は、絶縁膜の厚みを従来技術と比較して１０倍以上とすることにより、１０分の１以下の容量に低減できることとなる。

次に、図９を用いて、本実施の形態１における有機ＥＬ表示装置と、従来技術における有機ＥＬ表示装置との製造工程上の違いを具体的に説明する。従来技術における有機ＥＬ表示装置は、図９に示すように、第５ステップにおいて、ソース・ドレイン電極の形成と同時にデータ線を形成している（図１１（ａ）参照）。

これに対して、本実施の形態１における有機ＥＬ表示装置は、図９に示すように、第９ステップにおいて、ＯＬＥＤ素子２４の陽極の形成と同時にデータ線を形成している（図２（ａ）参照）。

このような製造工程を経ることにより、本実施の形態１における有機ＥＬ表示装置は、ゲート線１１とデータ線１２との間に、パッシベーション膜１およびパッシベーション膜２からなる有機絶縁膜が存在することとなり、クロス容量形成部における絶縁膜の厚みを大きくすることができる（図２（ｂ）参照）。このようにして、膜厚の大きな有機絶縁膜を介してデータ線１２とゲート線１１が配置されることから、クロス容量を小さくすることが可能となる。

以上のように、実施の形態１によれば、有機絶縁膜の上にデータ線を配置することにより、データ線とゲート線のクロス容量を小さくした有機ＥＬ表示装置を得ることができる。これにより、ドライバ負荷を減らすことが可能となり、アモルファスシリコンＴＦＴをデータ線駆動ドライバとして適用することができるとともに、消費電力を減らすことができる。

なお、図２（ａ）におけるデータ線および表示電極（有機ＥＬ表示素子であるＯＬＥＤ素子２４の電極に相当）の配線として透明ＩＴＯを用いた場合には、電極が透明であることから、発光方向は、図２（ａ）の下（ボトムエミッション）方向になる。ただし、この場合には、透明ＩＴＯによるデータ線の抵抗は、従来よりも高くなる。

一方、透明ＩＴＯを用いる代わりに、ＴＦＴソース、ドレインと同じ材料として代表的なものであるアルミ、ＭｏあるいはＡｌＮｄなどを用いることもできる。この場合には、歩留まりがよくなるとともに、メタルの種類を増やさないことで、製造装置を増やさないで済み、装置コストも安いという長所がある。なお、この場合の有機ＥＬは、電極が透明でないことから、図２（ａ）の上方向への発光になる（トップエミッション）。

実施の形態２．
先の実施の形態１においては、有機ＥＬ素子の陽極を、ソース、ドレイン電極とは別に形成していた。これに対して、本実施の形態２においては、有機ＥＬ素子の陽極を形成せずに、先の工程で形成したドレイン電極を陽極として兼用する場合について説明する。

図３は、本発明の実施の形態２における有機ＥＬ表示装置の回路構成図である。基本的な構成要素および接続関係は、先の実施の形態１における図１と同じである。しかしながら、本実施の形態２における有機ＥＬ表示装置は、ドレイン電極を、ＯＬＥＤ素子２４の陽極として兼用している点が先の実施の形態１と異なっている。

また、図４は、本発明の実施の形態２における有機ＥＬ表示装置の積層構造を説明するための断面図である。図４（ａ）は、先の図３における点線の円で示された（ａ）部の近傍の横断面図であり、ゲート線１１とデータ線１２が平行に走っている部分の断面図を示している。また、図４（ｂ）は、先の図３における点線の円で示された（ｂ）部の近傍の縦断面図であり、ゲート線１１とデータ線１２とのクロスセクション部の断面図を示している。

図４（ａ）に示すように、本実施の形態２における有機ＥＬ表示装置は、データ線１２を形成する際に、ＯＬＥＤ素子２４の陽極の形成を行っていない点が、先の実施の形態１の図２（ａ）と異なっている。この結果として、図４（ｂ）に示すように、ゲート線１１とデータ線１２との間の絶縁膜の厚さを、従来よりも厚く構成することができる点は、先の実施の形態１と同様であり、詳細な説明は省略する。

次に、図９を用いて、本実施の形態２における有機ＥＬ表示装置と、従来技術および先の実施の形態１における有機ＥＬ表示装置との製造工程上の違いを具体的に説明する。従来技術における有機ＥＬ表示装置は、図９に示すように、第５ステップにおいて、ソース・ドレイン電極の形成と同時にデータ線を形成している（図１１（ａ）参照）。

これに対して、本実施の形態２における有機ＥＬ表示装置は、図９に示すように、第９ステップにおいて、データ線のみを形成している（図４（ａ）参照）。先の実施の形態１と比較すると、第９ステップにおいてＯＬＥＤ素子２４の陽極を形成する必要がないため、その分、製造プロセスを簡略化することができる。

このような製造工程を経ることにより、先の実施の形態１と同様に、本実施の形態２における有機ＥＬ表示装置は、ゲート線１１とデータ線１２との間に、パッシベーション膜１およびパッシベーション膜２からなる有機絶縁膜が存在することとなり、クロス容量形成部における絶縁膜の厚みを大きくすることができる（図４（ｂ）参照）。このようにして、膜厚の大きな有機絶縁膜を介してデータ線１２とゲート線１１が配置されることから、クロス容量を小さくすることが可能となる。

以上のように、実施の形態２によれば、有機ＥＬ表示素子の陽極形成を個別に行わずにドレイン電極と兼用化する場合においても、有機絶縁膜の上にデータ線を配置することにより、データ線とゲート線のクロス容量を小さくした有機ＥＬ表示装置を得ることができる。これにより、ドライバ負荷を減らすことが可能となり、アモルファスシリコンＴＦＴをデータ線駆動ドライバとして適用することができるとともに、消費電力を減らすことができる。さらに、製造プロセスを簡略化することができる。

実施の形態３．
本実施の形態３においては、データ線を形成する前にセパレータである隔壁を形成する場合について説明する。

図５は、本発明の実施の形態３における有機ＥＬ表示装置の回路構成図である。基本的な構成要素および接続関係は、先の実施の形態１、２における図１、図３と同じである。しかしながら、本実施の形態３における有機ＥＬ表示装置は、新たに隔壁（図５には図示せず）を形成し、隔壁の形成後にＯＬＥＤ素子２４の陰極とデータ線を同時に形成している点が、先の実施の形態１、２と異なっている。

また、図６は、本発明の実施の形態３における有機ＥＬ表示装置の積層構造を説明するための断面図である。図６（ａ）は、先の図５における点線の円で示された（ａ）部の近傍の横断面図であり、ゲート線１１とデータ線１２が平行に走っている部分の断面図を示している。また、図６（ｂ）は、先の図５における点線の円で示された（ｂ）部の近傍の縦断面図であり、ゲート線１１とデータ線１２とのクロスセクション部の断面図を示している。

図６（ａ）に示すように、本実施の形態３における有機ＥＬ表示装置は、データ線１２を形成する前に隔壁を形成し、データ線の形成は、ＯＬＥＤ素子２４の陰極と同時に形成している点が、先の実施の形態１の図２（ａ）と異なっている。この結果として、図６（ｂ）に示すように、ゲート線１１とデータ線１２との間の絶縁膜の厚さを、従来よりも厚く構成することができる点は、先の実施の形態１と同様であり、詳細な説明は省略する。

次に、図９を用いて、本実施の形態３における有機ＥＬ表示装置と、従来技術および先の実施の形態１、２における有機ＥＬ表示装置との製造工程上の違いを具体的に説明する。従来技術における有機ＥＬ表示装置は、図９に示すように、第５ステップにおいて、ソース・ドレイン電極の形成と同時にデータ線を形成している（図１１（ａ）参照）。

これに対して、本実施の形態３における有機ＥＬ表示装置は、図９に示すように、第８ステップにおいて、隔壁の形成を行っている（図６（ａ）参照）。その後、第９ステップにおいてＯＬＥＤ素子２４の陽極を形成し、第１０ステップにおいて発光層を形成する。さらに、最終の第１１ステップにおいて、ＯＬＥＤ素子２４の陰極を形成するとともに、データ線を形成している（図６（ａ）参照）。

先の実施の形態１と比較すると、第８ステップにおいて隔壁を形成するステップが追加になっている。この結果、この隔壁が、データ線を成膜するときのマスクの役割を果たし、データ線の形成をＯＬＥＤ素子２４の陽極形成時ではなく、最終工程の陰極形成時に行うことができる。

このような製造工程を経ることにより、先の実施の形態１、２と同様に、本実施の形態３における有機ＥＬ表示装置は、ゲート線１１とデータ線１２との間に、パッシベーション膜１およびパッシベーション膜２からなる有機絶縁膜が存在することとなり、クロス容量形成部における絶縁膜の厚みを大きくすることができる（図６（ｂ）参照）。このようにして、膜厚の大きな有機絶縁膜を介してデータ線１２とゲート線１１が配置されることから、クロス容量を小さくすることが可能となる。

以上のように、実施の形態３によれば、隔壁を形成するプロセスを追加した場合においても、有機絶縁膜の上にデータ線を配置することにより、データ線とゲート線のクロス容量を小さくした有機ＥＬ表示装置を得ることができる。これにより、ドライバ負荷を減らすことが可能となり、アモルファスシリコンＴＦＴをデータ線駆動ドライバとして適用することができるとともに、消費電力を減らすことができる。

実施の形態４．
先の実施の形態１〜３においては、ＯＬＥＤ素子２４の陽極側を第２のＴＦＴ２２に接続した場合について説明した。これに対して、本実施の形態４においては、ＯＬＥＤ素子２４の陰極側を第２のＴＦＴ２２に接続する場合について説明する。

図７は、本発明の実施の形態４における有機ＥＬ表示装置の回路構成図である。基本的な構成要素は、先の実施の形態１〜３における図１、図３、図５と同じである。しかしながら、本実施の形態４における有機ＥＬ表示装置は、ＯＬＥＤ素子２４の陰極側を第２のＴＦＴ２２に接続している点が先の実施の形態１〜３と異なっている。このような回路構成において、データ線１２の形成を、ＯＬＥＤ素子２４の陰極と同時に形成することができる。

また、図８は、本発明の実施の形態４における有機ＥＬ表示装置の別の回路構成図である。基本的な構成要素および接続関係は、図７と同じである。しかしながら、図８の有機ＥＬ表示装置は、ＯＬＥＤ素子２４の陰極側を第２のＴＦＴ２２に接続している点では、図７の構成と同じであるが、データ線１２の形成を、ＯＬＥＤ素子２４の陽極および電源線１３と同時に形成している点で、ＯＬＥＤ素子２４の陰極と同時に形成している図７の構成と異なる。

図７および図８の積層構造は、先の実施の形態１〜３で示した積層構造と同等であり、図示および説明を省略する。

次に、図９を用いて、本実施の形態４における有機ＥＬ表示装置と、従来技術および先の実施の形態１〜３における有機ＥＬ表示装置との製造工程上の違いを具体的に説明する。従来技術における有機ＥＬ表示装置は、図９に示すように、第５ステップにおいて、ソース・ドレイン電極の形成と同時にデータ線を形成している（図１１（ａ）参照）。

これに対して、本実施の形態４における有機ＥＬ表示装置は、図９に示すように、第９ステップにおいて、ＯＬＥＤ素子２４の陰極の形成と同時にデータ線を形成している。すなわち、先の実施の形態１〜３と比較すると、第１ステップ〜第８ステップまでの工程は同様であり、ＯＬＥＤ素子２４の陰極とデータ線１２を同時に形成するための第９ステップ〜第１１ステップが異なるだけである。

このような製造工程を経ることにより、先の実施の形態１〜３と同様に、本実施の形態４における有機ＥＬ表示装置は、ゲート線１１とデータ線１２との間に、パッシベーション膜１およびパッシベーション膜２からなる有機絶縁膜が存在することとなり、クロス容量形成部における絶縁膜の厚みを大きくすることができる。このようにして、膜厚の大きな有機絶縁膜を介してデータ線１２とゲート線１１が配置されることから、クロス容量を小さくすることが可能となる。

以上のように、実施の形態４によれば、有機ＥＬ表示素子の陰極側を第２のＴＦＴに接続した場合においても、有機絶縁膜の上にデータ線を配置することにより、データ線とゲート線のクロス容量を小さくした有機ＥＬ表示装置を得ることができる。これにより、ドライバ負荷を減らすことが可能となり、アモルファスシリコンＴＦＴをデータ線駆動ドライバとして適用することができるとともに、消費電力を減らすことができる。

最後に、上述した本実施の形態１〜４における有機ＥＬ表示装置、および従来技術における有機ＥＬ表示装置の製造工程をまとめると、次のようになる。図９は、従来技術および本発明の実施の形態１〜４における有機ＥＬ表示装置の製造工程の比較表である。この図９に示すように、本発明の有機ＥＬ表示装置は、いずれもＴＦＴパッシベーション膜の上にデータ線を形成することを特徴としており、この結果、クロス容量を小さくすることが可能となり、ドライバ負荷を減らすことを可能としている。

本発明の実施の形態１における有機ＥＬ表示装置の回路構成図である。本発明の実施の形態１における有機ＥＬ表示装置の積層構造を説明するための断面図である。本発明の実施の形態２における有機ＥＬ表示装置の回路構成図である。本発明の実施の形態２における有機ＥＬ表示装置の積層構造を説明するための断面図である。本発明の実施の形態３における有機ＥＬ表示装置の回路構成図である。本発明の実施の形態３における有機ＥＬ表示装置の積層構造を説明するための断面図である。本発明の実施の形態４における有機ＥＬ表示装置の回路構成図である。本発明の実施の形態４における有機ＥＬ表示装置の別の回路構成図である。従来技術および本発明の実施の形態１〜４における有機ＥＬ表示装置の製造工程の比較表である。従来の有機ＥＬ表示装置の典型的な回路構成図である。従来の有機ＥＬ表示装置の積層構造を説明するための断面図である。

符号の説明

１１ゲート線、１２データ線、１３電源線、１４陰極線、２３蓄積容量、２４素子ＥＬ。

Claims

データ線とゲート線とを交差させて定義される画素ごとに、薄膜トランジスタで駆動される有機ＥＬ素子を備えた有機ＥＬ表示装置であって、
前記薄膜トランジスタは、アモルファスシリコンの薄膜トランジスタであり、
前記薄膜トランジスタ上に第１パッシべーション膜および第２パッシべーション膜を具備し、
前記有機ＥＬ素子は、発光層と、前記発光層の下の第１電極と、前記発光層の上の第２電極とを具備し、
前記データ線は、前記発光層の下の前記第１電極と共通の材料で構成され、前記薄膜トランジスタ上の前記第２パッシベーション膜上に前記第１電極と同時形成され、
前記ゲート線と前記データ線との間には、前記薄膜トランジスタのゲート絶縁膜と、前記薄膜トランジスタ上の前記第１パッシベーション膜および前記第２パッシベーション膜とが介在されている
ことを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
請求項１に記載の有機ＥＬ表示装置において、
前記データ線は、前記第２パッシベーション膜上に前記有機ＥＬ素子の電源線と同時形成され、前記電源線と平行に形成されることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。