JP4856680B2 - 有機電界発光表示装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は表示装置に関し、更に詳しくは開口率が向上した有機電界発光（ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ、以下、ＥＬという）表示装置に関する。

一般に有機ＥＬ表示装置は蛍光性有機化合物を電気的に励起させ発光させる表示装置として、Ｎ×Ｍ個の有機発光セル群に電圧記入或いは電流記入して映像を表現する。このような有機発光セルはアノード、有機薄膜、カソードの積層構造を有している。有機薄膜は電子と正孔の均衡を良くして発光効率を向上させるために発光層（ＥＭＬ）、電子輸送層（ＥＴＬ）及び正孔輸送層（ＨＴＬ）を含む多層構造からなり、また、別途の電子注入層（ＥＩＬ）と正孔注入層（ＨＩＬ）を含んでいる。

図７は有機ＥＬ表示装置の例を示す等価回路図である。図７に示すように、有機ＥＬ表示装置は有機ＥＬ表示パネル１００（以下、表示パネルという）、データ駆動部２００、走査駆動部３００を含む。表示パネル１００は縦方向に伸びている複数のデータ線Ｄ１-Ｄｍ、横方向に伸びている複数の走査線Ｓ１-Ｓｎ及び複数の画素回路を含む。

画素回路は、Ｄ１−Ｓ１交点の場合、有機ＥＬ素子４０に流れる電流を制御するための駆動トランジスタ２０、走査線Ｓ１からの選択信号に応答してデータ線Ｄ１の電圧を駆動トランジスタ２０のゲートに印加するスイッチングトランジスタ１０、及び駆動トランジスタのゲート・ソース間に接続されたキャパシター３０を含む。また、駆動トランジスタ２０のソースは電源電圧（ＶＤＤ）を伝達する電源供給線５０に接続される。

データ駆動部２００はデータ線Ｄ１-Ｄｍにデータ電圧を供給し、走査駆動部３００は走査線Ｓ１-Ｓｎに画素回路群（行）を選択するための選択信号を順次に印加する。

図８は、図７の有機ＥＬ表示装置において、走査線Ｓ１とデータ線Ｄ１に連結された画素回路の構造を示した平面図であり、図９は図８のＡ-Ａ´線に沿った断面図を示したものである。

図８及び図９に示されているように、有機ＥＬ素子４０は有機発光層４１とＩＴＯなどの透明導電物質で形成された画素電極層４２を含む。そして、有機ＥＬ素子４０は電源供給線５０から離れて配置されている。

有機発光層４１は、画素電極層４２の上に開口部を有する絶縁層によって定義された画素構造に形成される。つまり、有機発光層４１は画素電極層４２が形成された平面領域内部に形成されるべきなので、有機発光層４１が形成される領域が画素電極層４２によって制限される問題があった。従って、有機発光層４１が形成される領域が狭くて画素回路の開口率が低下する短所があった。

本発明が目的とする技術的課題は、有機ＥＬ表示装置の開口率を向上させるためのものである。

前記課題を達成するために、本発明の一つの特徴による有機ＥＬ表示装置は複数の走査線、前記走査線に交差する複数のデータ線、及び前記走査線と前記データ線によってマトリックス状に形成される複数の画素回路を備えた表示パネルを含む有機ＥＬ表示装置として、前記画素回路は、第１及び第２画素電極層、及び前記第１及び第２画素電極層の間に形成されて前記第１及び第２画素電極層の間に流れる電流に対応して画像を表示する有機発光層を含む有機ＥＬ素子、及び前記走査線からの選択信号に応答して前記複数のデータ線に印加される画像信号に対応して前記第１及び第２画素電極層の間に流れる電流を制御する駆動回路を含み、前記有機ＥＬ素子の前記第１画素電極層は第１絶縁層１５を隔てて前記駆動回路に電源を供給するための電源供給線と重なるように形成される。

本発明の一つの特徴による有機ＥＬ表示装置において、前記第１画素電極層は透明な電極層から構成され、前記第２画素電極層はメタル層を含む。本発明の一つの特徴による有機ＥＬ表示装置において、前記有機ＥＬ素子の有機発光層は前記電源供給線と重ならないように形成される。本発明の一つの特徴による有機ＥＬ表示装置において、前記有機ＥＬ素子の有機発光層は前記電源供給線と少なくとも前記第１絶縁層１５と前記第１画素電極層の厚さの合計だけ水平的に離れて形成される。本発明の一つの特徴による有機ＥＬ表示装置において、前記画素回路は前記有機ＥＬ素子の前記第１画素電極層の少なくとも縁の一部を覆って、前記電源供給線と重ならないように形成された開口部を含む第２絶縁層１７を更に含む。本発明の一つの特徴による有機ＥＬ表示装置において、前記第２絶縁層１７の開口部は前記電源供給線と少なくとも前記第１絶縁層１５と前記第１画素電極層の厚さの合計だけ水平的に離れて形成される。本発明の一つの特徴による有機ＥＬ表示装置において、前記第１画素電極層はメタル層を含み、前記第２画素電極層は透明な電極層から構成される。本発明の一つの特徴による有機ＥＬ表示装置において、前記第１画素電極層の下部には有機膜で形成された平坦化層を更に含む。

本発明の他の特徴による有機ＥＬ表示装置は複数の走査線、前記走査線に交差する複数のデータ線、及び前記走査線と前記データ線によってマトリックス状に形成される複数の画素回路を備える表示パネルを含む有機ＥＬ表示装置として、前記画素回路は、第１及び第２画素電極層、及び前記第１及び第２画素電極層の間に形成され、前記第１及び第２画素電極層の間に流れる電流に対応して画像を表示する有機発光層を含む有機ＥＬ素子、及び前記走査線からの選択信号に応答して前記複数のデータ線に印加される画像信号に対応して前記第１及び第２画素電極層の間に流れる電流を制御する駆動回路を含み、前記有機ＥＬ素子の前記第１画素電極層は第１絶縁層１５を隔てて前記走査線と重なるように形成される。

本発明の一つの特徴による有機ＥＬ表示装置の製造方法は有機ＥＬ素子、及び前記有機ＥＬ素子に流れる電流を制御するための駆動回路を含む有機ＥＬ表示装置の製造方法として、前記駆動回路に電源を供給するための電源供給線を形成する第１段階;前記電源供給線が覆われるように第１絶縁層１５を形成する第２段階;前記第１絶縁層１５の上に前記有機ＥＬ素子の第１画素電極層を形成し、前記第１画素電極層の一部が前記電源供給線と重なるようにする第３段階;前記第１画素電極層のうちの前記電源供給線と重ならない部分に開口部が形成された第２絶縁層１７を形成する第４段階;前記開口部に前記有機ＥＬ素子の有機発光層を形成する第５段階;及び前記有機発光層の上に第２画素電極層を形成する第６段階を含む。

具体的には、前記説明で駆動回路は駆動トランジスタとスイッチングトランジスタだけを備える電圧記入方式の回路を例に挙げたが、本発明の概念が特定画素回路に限定されるものではなく、また様々な電圧記入方式の駆動回路だけでもなく、電流記入方式で形成された駆動回路をも含む。
また、前記説明では電源供給線が別途に形成されたことを説明したが、電源供給線はトランジスタのゲート電極やソース/ドレーン電極と同じ導電層で形成でき、このような場合には有機ＥＬ素子の画素電極層がゲート電極やソース/ドレーン電極と絶縁層を隔てて重なる。
更に、実施例の説明では駆動トランジスタ及びスイッチングトランジスタがＮタイプのチャンネルを有するトランジスタとして実現された場合を説明したが、駆動トランジスタ及びスイッチングトランジスタは第１電極、第２電極、及び第３電極を備え、第１電極及び第２電極に印加される電圧によって前記第２電極から前記第３電極に流れる電流を制御できる全ての素子で実現できる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。

図面でいろいろな層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。明細書の全体を通じて類似した部分については同一な図面符号を付けた。層、膜、領域、板などの部分が他の部分"上に"あるとする時、これは他の部分"真上に"ある場合のみだけでなくその中間にまた、他の部分がある場合も含む。

また、以下の説明では本発明が背面発光表示装置に適用された場合を中心に説明する。しかし、本発明の概念が背面発光表示装置に限定されることはなく、後述するように前面発光表示装置に適用できることは当業者に自明である。

図１は本発明の一実施例による画素を概略的に示した平面図である。図１では、説明の便宜のために、走査線Ｓ１、データ線Ｄ１、及び電源供給線５０によって駆動される一つの画素のみを示した。

図１に示されているように、本発明の一実施例による画素は印加される電流の量に対応する画像を表現するための有機ＥＬ素子４０と、有機ＥＬ素子４０を駆動するための駆動回路８０を含む。

有機ＥＬ素子４０は有機発光層、アノードを形成する画素電極層（ＩＴＯ）、及びカソードを形成する画素電極層（図示せず）を含む。駆動回路８０は電圧または電流記入方式の駆動回路を利用して形成でき、走査線から選択信号が印加されると、データ線に印加された画像信号によって有機ＥＬ素子４０に流れる電流を制御することにより所望の画像が表現されるようにする。

本発明の一実施例によると、有機ＥＬ素子４０の画素電極層を電源供給線５０と重なるように形成する。この場合、電源供給線５０には一定の電源電圧が印加されるので、画素電極層に印加される小さいデータの変動は電源供給線５０に実質的に影響を与えない。

従って、画素電極層を電源供給線５０と重畳させて形成すれば、有機発光層をより広く形成できて有機ＥＬ表示装置の開口率を向上できる。

図２は本発明の一実施例による画素回路を具体的に示した平面図である。図２に示されたように、駆動回路８０はゲートに印加される電圧によって有機ＥＬ素子４０に流れる電流を制御する駆動トランジスタ２０、選択信号に応答してデータ線Ｄ１に印加された画像信号を駆動トランジスタ２０に伝達するスイッチングトランジスタ１０、及びキャパシター３０を含む。

具体的には、スイッチングトランジスタ１０のゲート電極は走査線Ｓ１と実質的に同一な電極層によって形成され、スイッチングトランジスタ１０のソース電極はデータ線Ｄ１とコンタクトホールによって電気的に接続される。スイッチングトランジスタ１０のドレーン電極は駆動トランジスタ２０を向かって長く形成されており、駆動トランジスタ２０のゲート電極とコンタクトホールによって電気的に接続されている。

駆動トランジスタ２０のドレーン電極はコンタクトホールによって電源供給線５０と電気的に接続されており、ソース電極は有機ＥＬ素子４０の画素電極層４２とコンタクトホールによって電気的に接続される。

この時、有機ＥＬ素子４０の画素電極層４２と電源供給線５０の間には絶縁層が形成されるが、画素電極層４２の一部が絶縁層を隔てて電源供給線５０と重なるように形成される。

キャパシター３０は電源供給線５０と駆動トランジスタ２０のゲート電極によって形成される。これで、選択信号によってスイッチングトランジスタ１０が導通すると、データ電圧が駆動トランジスタ２０のゲートに伝達され、画素電極層４２に所定の電流が流れれる。画素電極層４２から注入された正孔は有機発光層４１の正孔輸送層を経由して発光層に移動し、電子はカソード電極層（図示せず）から有機発光層４１の電子輸送層を経由して発光層に注入される。この発光層で電子と正孔が再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で変化することによって、発光層の蛍光性分子が発光する。この時、発光した光は、透明な画素電極層４２と絶縁層及び基板を通じて背面に放出され,画像になる。

図３は図２に示された画素回路のＡ-Ａ´部分の断面図を示したものである。図３に示されているように、本発明の一実施例による有機ＥＬ表示装置は、透明な絶縁基板１１の上に透明な絶縁層１２が形成され、前記透明な絶縁層１２の上に多結晶シリコン層が形成された背面発光表示装置であって、多結晶シリコン層が形成された上にはＳｉＯ２（二酸化シリコン）やＳｉＮｘ（窒化シリコン）などからなる第１絶縁層１５が形成されている。第１絶縁層１５の上にはシリコン層と交差するようにアルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）などで作られたゲート電極１６が横方向に形成されている。

この時、シリコン層の中で、ゲート電極１６の下側部分はドーピングされないで、その両側の電極部分は各々ｎ型不純物でドーピングされている。このようなｎ型不純物でドーピングされている領域が各々ソース領域１３及びドレーン領域１４を形成してドーピングされていない領域が真性チャンネル領域となり、ゲート・ソース間に正電圧が印加されると、チャンネル領域の電子が表面に集まって、実質的にＮタイプのチャンネルを形成する。電圧の極性が反対になると正孔が集まるが、ソース／ドレインとの接続ができないので、電流は流れない。

ソース領域１３の上にはソース電極１８が形成されており、このようなソース電極１８を通じてデータ線Ｄ１に電気的に接続される。ドレーン領域１４の上にはドレーン電極１９が形成され、ドレーン電極１９は第２トランジスタ（図２のスイッチングトランジスタ１０）のゲート電極と接続される。

電源供給線５０は第１絶縁層１５の上に形成され、第２絶縁層１７によって覆われている。トランジスタ１０と電源供給線５０の間の第２絶縁層１７の上には有機ＥＬ素子４０の画素電極層４２が形成される。有機ＥＬ素子４０の画素電極層４２は電源供給線５０の上の部分まで伸びており、画素電極層４２の上に開口部が形成された第３絶縁層２２が形成される。この時、第３絶縁層２２は画素電極層４２の少なくとも縁の一部を覆うように形成される。

本発明の一実施例による有機電界発光表示装置が背面発光表示装置である場合、第３絶縁層２２の開口部は画素電極層４２が電源供給線５０と重ならない部分に形成され、第３絶縁層２２の開口部には有機発光層４１が形成される。また、有機発光層４１の上には前面蒸着されるカソード電極２１が形成される。本発明の一実施例によると、カソード電極２１はメタル層で形成される。

図４は有機発光層４２を最大に広く形成した場合の図２に示すＡ-Ａ´断面図である。
図４に示されているように、有機発光層４１は曲がらない限度内で電源供給線５０と最も近くなるように形成できる。この時、第２絶縁層１７の厚さをｂで表し、画素電極層４２の厚さをａで表す場合、第３絶縁層２２の開口部は電源供給線５０から少なくともａとｂを合せた値だけ離れて形成され、有機ＥＬ表示装置の開口率は最大になる。

このように、有機ＥＬ素子４０の画素電極層４２を電源供給線５０と第２絶縁層１７を隔てて重畳させると、有機発光層４１をより広く形成できて開口率を増加できる。

図５は本発明の一実施例による画素回路が前面発光表示装置に適用された場合を示したものである。図５に示されているように、本発明の概念が前面発光表示装置に適用された場合には、第２絶縁層１７の上に平坦化膜２３が形成されるという点で図３に示された背面発光表示装置と差異点を有する。

このような平坦化膜２３は有機膜で形成できる。また、電極層４２は光を反射できるメタル層で形成され、カソード電極２１は透明な電極層で形成される。本発明の一実施例によると、電極層４２は電源供給線５０と第２絶縁層１７を隔てて重なるように形成される。ここで、第１画素電極層は画素電極層４２，つまりアノード電極を意味し、第２画素電極層はカソード電極２１を意味します。

図６は本発明の他の実施例による画素回路を示したものである。本発明の他の実施例による画素回路は、図６に示されたように、有機ＥＬ素子４０の画素電極層４２が電源供給線５０だけでなく走査線Ｓ２と重なるという点で図２に示された画素回路と差異点を有する。

具体的には、画素回路の選択時間の間、走査線には定電圧の信号が印加されるので、画素電極層４２による小さい電圧変動は走査線に印加される選択信号に実質的に影響を与えない。

このように、有機ＥＬ素子４０の画素電極層４２を定電圧が印加される信号線と重畳させることによって、画素回路の発光領域を最大化でき、有機電界発光表示装置の開口率を増加できる。

本発明の他の実施例による画素回路において、画素電極層４２の上には開口部が形成された第３絶縁層２２が形成され、このような開口部の上に有機発光層４１が形成される。また、第３絶縁層２２の開口部は少なくとも第２絶縁層１７の厚さと画素電極層４２の厚さの合計だけ水平的に離れて形成される。

図６では、画素電極層４２が次行の走査線Ｓ２と重なることと図示したが、実施例によっては、現在の走査線Ｓ１と重なることができることはもちろんである。また、画素電極層４２が電源供給線５０と重ならなかったまま、走査線Ｓ２にだけ重なることもできる。

以上に、本発明の概念が最適に適用された実施例について説明した。しかし、本発明の概念が前記実施例に限定されることはなく、多様な変形が本発明の概念をそのまま利用して実施できることは当業者に自明である。

本発明の一実施例に伴う画素回路を概略的に示した平面図である。 本発明の一実施例に伴う画素回路を具体的に示した平面図である。 図２に示された画素回路のＡ-Ａ´部分の断面図を示したものである。 有機発光層を最大に広く形成した場合、図２に示された画素回路のＡ-Ａ´断面図を示したものである。 本発明の一実施例に伴う画素回路が前面発光表示装置に適用された場合を示したものである。 本発明の他の実施例に伴う画素回路を示したものである。 電圧記入方式の有機ＥＬ表示装置を示したものである。 図７に示された有機ＥＬ表示装置の画素回路を示した平面図である。 図８に図示された画素回路のＡ-Ａ´部分の断面図を示したものである。

符号の説明

１０ スイッチングトランジスタ
２０ 駆動トランジスタ
３０ キャパシター
４０ 有機ＥＬ素子
５０ 電源供給線
１００ 表示パネル
２００ データ駆動部
３００ 走査駆動部

Claims (8)

1. 複数の走査線、前記走査線に交差する複数のデータ線、及び前記走査線と前記データ線によってマトリックス状に形成される複数の画素回路を備える表示パネルを含む有機ＥＬ表示装置において、
   前記画素回路は、
   透明な電極層から構成される第１画素電極層（４２）、メタル層を含む第２画素電極層（２１）、および前記第１及び第２画素電極層（４２、２１）の間に形成されて前記第１及び第２画素電極層（４２、２１）の間に流れる電流に対応して画像を表示する有機発光層（４１）を含む有機ＥＬ素子（４０）と、
   前記走査線（Ｓ１-Ｓｎ）からの選択信号に応答して前記データ線（Ｄ１-Ｄｍ）に印加される画像信号に対応して前記第１及び第２画素電極層（４２、２１）の間に流れる電流を制御する駆動回路（８０）とを含み、
   前記有機ＥＬ素子（４０）の前記第１画素電極層（４２）は第２絶縁層（１７）を隔てて前記走査線（Ｓ１-Ｓｎ）と重なるように形成され、前記駆動回路（８０）に電源を供給するための電源供給線（５０）を更に含み、前記有機ＥＬ素子（４０）の前記第１画素電極層（４２）は第２絶縁層（１７）を隔てて前記電源供給線（５０）に重なる領域が存在するように形成され、
   前記画素回路は前記有機ＥＬ素子（４０）の前記第１画素電極層（４２）の少なくとも縁の一部を覆って、前記走査線（Ｓ１−Ｓｎ）と重ならないように形成された開口部を含む第３絶縁層（２２）を更に含み、
   前記第３絶縁層（２２）の開口部は前記電源供給線（５０）と少なくとも第２絶縁層（１７）と前記第１画素電極層（４２）の厚さの合計だけ水平的に離れて形成されることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
2. 前記有機ＥＬ素子（４０）の有機発光層（４１）は前記走査線（Ｓ１-Ｓｎ）と少なくとも前記第２絶縁層（１７）と前記第１画素電極層（４２）の厚さの合計だけ水平的に離れて形成されることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ表示装置。
3. 複数の走査線、前記走査線に交差する複数のデータ線、及び前記走査線と前記データ線によってマトリックス状に形成される複数の画素回路を備える表示パネルを含む有機ＥＬ表示装置において、
   前記画素回路は、
   メタル層を含む第１画素電極層（４２）、透明な電極層から構成される第２画素電極層（２１）、および前記第１及び第２画素電極層（４２、２１）の間に形成されて前記第１及び第２画素電極層（４２、２１）の間に流れる電流に対応して画像を表示する有機発光層（４１）を含む有機ＥＬ素子（４０）と、
   前記走査線（Ｓ１-Ｓｎ）からの選択信号に応答して前記データ線（Ｄ１-Ｄｍ）に印加される画像信号に対応して前記第１及び第２画素電極層（４２、２１）の間に流れる電流を制御する駆動回路（８０）とを含み、
   前記有機ＥＬ素子（４０）の前記第１画素電極層（４２）は第２絶縁層（１７）を隔てて前記走査線（Ｓ１-Ｓｎ）と重なるように形成され、前記駆動回路（８０）に電源を供給するための電源供給線（５０）を更に含み、前記有機ＥＬ素子（４０）の前記第１画素電極層（４２）は第２絶縁層（１７）を隔てて前記電源供給線（５０）に重なる領域が存在するように形成され、
   前記画素回路は前記有機ＥＬ素子（４０）の前記第１画素電極層（４２）の少なくとも縁の一部を覆って、前記走査線（Ｓ１−Ｓｎ）と重ならないように形成された開口部を含む第３絶縁層（２２）をさらに含み、
   前記第３絶縁層（２２）の開口部は前記電源供給線（５０）と少なくとも第２絶縁層（１７）と前記第１画素電極層（４２）の厚さの合計だけ水平的に離れて形成されることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
4. 前記第１画素電極層（４２）の下部には有機膜で形成された平坦化層（２３）を更に含むことを特徴とする請求項３に記載の有機ＥＬ表示装置。
5. 有機ＥＬ素子、及び前記有機ＥＬ素子に流れる電流を制御するための駆動回路を含む有機ＥＬ表示装置の製造方法において、
   前記駆動回路（８０）に電源を供給するための電源供給線（５０）を形成する第１段階と、
   前記電源供給線（５０）が覆われるように第２絶縁層（１７）を形成する第２段階と、
   前記第２絶縁層（１７）の上に前記有機ＥＬ素子（４０）の第１画素電極層（４２）を形成し、前記第１画素電極層（２１）の一部が前記電源供給線（５０）と重なるようにする第３段階と、
   前記第１画素電極層（４２）のうちの前記電源供給線（５０）と重ならない部分に開口部が形成された第３絶縁層（２２）を形成する第４段階と、
   前記開口部に前記有機ＥＬ素子（４０）の有機発光層（４１）を形成する第５段階と、
   前記有機発光層（４１）の上に第２画素電極層（２１）を形成する第６段階と、
   を有し、
   前記有機ＥＬ素子（４０）の有機発光層（４１）は前記電源供給線（５０）と少なくとも前記第２絶縁層（１７）と前記第１画素電極層（４２）の厚さの合計だけ水平的に離れて形成されることを特徴とする有機ＥＬ表示装置の製造方法。
6. 前記第１画素電極層（４２）は透明な電極から構成され、前記第２画素電極層（２１）はメタル層で形成されることを特徴とする請求項５に記載の有機ＥＬ表示装置の製造方法。
7. 前記第２絶縁層（１７）は画素領域を定義するための絶縁層であることを特徴とする請求項５に記載の有機ＥＬ表示装置の製造方法。
8. 前記第３段階の以前に、前記第２絶縁層（１７）の上に有機膜で形成された平坦化層（２３）を形成する段階を更に含むことを特徴とする請求項５に記載の有機ＥＬ表示装置の製造方法。

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