WO2015128921A1 - 表示装置の製造方法 - Google Patents

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Definitions

  • the present disclosure relates to a display device including a driving transistor for causing a light emitting element to emit light.
  • a thin film transistor (TFT: Thin Film Transistor) is used as a driving transistor in an active matrix display device such as an organic EL display.
  • a lifetime characteristic may be measured, and specifically, a change with time of luminance is measured.
  • the present disclosure has been made in view of the above, and in a luminance measurement, a display device that is not affected by a lighting state immediately before that and a timing for measuring the luminance, thereby improving the reliability of the luminance measurement.
  • a driving method is provided.
  • a method for manufacturing a display device including a light-emitting pixel and a drive transistor that drives the light-emitting pixel with current includes a lighting step of lighting the display device, and a step after the lighting step.
  • the present disclosure when measuring the luminance, it is possible to avoid being affected by the lighting state until immediately before the luminance and the timing of measuring the luminance, and thus, for the manufacturing method of the display device including the driving transistor. Thus, it is possible to improve the reliability of luminance measurement.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a functional configuration of an organic EL display device including an organic EL display panel, which is an example of a display device including a driving transistor.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration diagram of a light emitting pixel having an organic EL element.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing an example of the structure of the light emitting pixel.
  • FIG. 4 is a diagram showing an outline of the relationship between the gate-source voltage V gs applied between the gate and the source of the drive transistor and the current I ds flowing between the drain and the source.
  • FIG. 5 is a diagram showing a modeled relationship between the stress application time and the threshold voltage shift amount ⁇ V th .
  • FIG. 6 is a diagram showing a change with time in the transfer characteristics of the TFT in the first stress application step.
  • FIG. 7 is a diagram showing a change with time in the transfer characteristics of the TFT in the first leaving step.
  • FIG. 8 is a diagram showing a change with time in the transfer characteristics of the TFT in the second stress application step.
  • FIG. 9 is a diagram showing a change with time in the transfer characteristics of the TFT in the second leaving step.
  • FIG. 10 is a diagram showing the change over time in the transfer characteristics of the TFT in the third stress application step.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a change with time of the threshold voltage shift when the stress applying step and the leaving step are repeated.
  • FIG. 12 is a diagram showing a change in luminance with time.
  • FIG. 13 is a diagram showing a state of luminance recovery.
  • FIG. 14 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a display device including a driving transistor according to an embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a functional configuration of an organic EL display device including an organic EL display panel, which is an example of a display device including a driving transistor.
  • the organic EL display device 210 includes an organic EL display panel 200, a data line driving circuit 213, a scanning line driving circuit 214, a control unit 211, and a memory 212.
  • the organic EL display panel 200 is connected to a data line driving circuit 213 as a driver device and a scanning line driving circuit 214, and is arranged in a matrix based on signals (luminance signals, scanning signals) input from the driver device.
  • This is a device capable of displaying characters and images (including moving images) by controlling the amount of light emitted from each of the minute light emitting pixels 215.
  • the control unit 211 controls the data line driving circuit 213, the scanning line driving circuit 214, and the memory 212, specifically, for example, the timing for outputting the signal voltage output from the data line driving circuit 213, and the scanning line driving circuit. Control of the output timing of the scanning signal output from 214 is performed.
  • control unit 211 performs a process of converting a video signal input from the outside into a signal voltage that determines light emission of the light emitting pixel, reads the correction data written in the memory 212, and reads the video input from the outside The signal voltage based on the signal is corrected based on the correction data and output to the data line driving circuit 213 in the scanning order.
  • the memory 212 stores correction data such as characteristics and cumulative stresses of driving transistors (described later) of the respective light emitting pixels 215.
  • the data line driving circuit 213 is a circuit device that realizes light emission of a light emitting pixel corresponding to a video signal by outputting a signal voltage to each data line, and is one of so-called driver devices.
  • the scanning line driving circuit 214 is a circuit device that drives a circuit element of a light emitting pixel at a predetermined driving timing by outputting a scanning signal to each scanning line, and is one of so-called driver devices.
  • the display area 201 of the organic EL display panel 200 is an area where the light emitting pixels 215 are arranged in a matrix, and each of the plurality of light emitting pixels 215 includes a luminance signal from the data line driving circuit 213 and a scanning line driving circuit. Light is emitted in response to the scanning signal from 214.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of a circuit configuration diagram of a light emitting pixel having an organic EL element.
  • the light emitting pixel 215 described in the figure includes an organic EL element 216, a drive transistor 217, a selection transistor 218, and a capacitor 219.
  • a data line 231 is arranged for each column of the light emitting pixels 215 arranged in a matrix, and a scanning line 241 is arranged for each row of the light emitting pixels 215. Further, a positive power supply line 251 and a negative power supply line 252 are arranged in common to all the light emitting pixels 215.
  • the drain electrode of the selection transistor 218 is connected to the data line 231, the gate electrode of the selection transistor 218 is connected to the scanning line 241, and the source electrode of the selection transistor 218 is connected to the capacitor 219 and the gate electrode of the driving transistor 217.
  • the drain electrode of the drive transistor 217 is connected to the positive power supply line 251, and the source electrode is connected to the anode of the organic EL element 216.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing an example of the structure of the light emitting pixel.
  • the light emitting pixel 215 described in the figure includes a substrate 202, a drive circuit layer 301, a light emitting layer 302, and a transparent sealing film 310.
  • the substrate 202 is a plate-like member on which a plurality of light emitting pixels 215 are arranged in a matrix, for example, a glass substrate.
  • the substrate 202 may be a flexible substrate made of a resin.
  • a thin film transistor (TFT) is formed on the surface of the substrate 202 together with the driving circuit layer 301.
  • TFT thin film transistor
  • a non-transparent substrate such as a silicon substrate can also be used.
  • the drive circuit layer 301 includes a drive transistor (217 in FIG. 2), a capacitor (219 in FIG. 2), and a selection transistor (218 in FIG. 2) formed on the substrate 202.
  • the drive circuit layer 301 has a flat surface to ensure flatness.
  • the light emitting layer 302 is a layer constituting the organic EL element 216, and includes an anode 361, a hole injection layer 362, a hole transport layer 363, an organic light emitting layer 364, a bank layer 365, an electron injection layer 366, And a transparent cathode 367.
  • the 3 has a top emission structure.
  • a voltage is applied to the light emitting layer 302
  • light is generated in the organic light emitting layer 364, and light is emitted upward through the transparent cathode 367 and the transparent sealing film 310.
  • light directed downward among the light generated in the organic light emitting layer 364 is reflected by the anode 361 and emitted upward through the transparent cathode 367 and the transparent sealing film 310.
  • the anode 361 is an electrode that is laminated on the surface of the planarization film of the drive circuit layer 301 and applies a positive voltage to the light emitting layer 302 with respect to the transparent cathode 367.
  • the anode material constituting the anode 361 for example, Al, Ag, or an alloy thereof, which is a highly reflective metal, is preferable.
  • the thickness of the anode 361 is, for example, 100 to 300 nm.
  • the hole injection layer 362 is formed on the surface of the anode 361 and has a function of injecting holes into the organic light emitting layer 364 stably or by assisting the generation of holes. As a result, the driving voltage of the light emitting layer 302 is lowered, and the lifetime of the element is extended by stabilizing the hole injection.
  • a material of the hole injection layer 362 for example, PEDOT (polyethylenedioxythiophene) can be used.
  • the film thickness of the hole injection layer 362 is preferably about 10 nm to 100 nm, for example.
  • the hole transport layer 363 is formed on the surface of the hole injection layer 362, and efficiently transports holes injected from the hole injection layer 362 into the organic light emitting layer 364. It has a function of preventing deactivation of excitons at the interface with the layer 362 and further blocking electrons.
  • the hole transport layer 363 is, for example, an organic polymer material having a property of transmitting generated holes by a charge transfer reaction between molecules, and examples thereof include triferamine and polyaniline.
  • the thickness of the hole transport layer 363 is, for example, about 5 to 50 nm.
  • hole transport layer 363 may be omitted depending on the material of the hole injection layer 362 and the organic light emitting layer 364 which are adjacent layers.
  • the organic light emitting layer 364 is formed on the surface of the hole transport layer 363 and has a function of emitting light by generating an excited state when holes and electrons are injected and recombined.
  • the organic light emitting layer 364 not only a low molecular organic material but also a light emitting polymer organic material that can be formed by a wet film forming method such as ink jet or spin coating is used.
  • the polymer organic material include a simple device structure, excellent film reliability, and a low-voltage driven device.
  • a polymer having a conjugated system such as an aromatic ring or a condensed ring or a ⁇ -conjugated polymer has fluorescence
  • it can be used as a polymer organic material constituting the organic light emitting layer 364.
  • the polymer light emitting material constituting the organic light emitting layer 364 include polyphenylene vinylene (PPV) or a derivative thereof (PPV derivative), polyfluorene (PFO) or a derivative thereof (PFO derivative), a polyspirofluorene derivative, and the like. Can do. It is also possible to use polythiophene or a derivative thereof.
  • the bank layer 365 is formed on the surface of the drive circuit layer 301 or the anode 361, and functions as a bank for forming the hole transport layer 363 and the organic light emitting layer 364 formed by a wet film forming method in a predetermined region.
  • the material used for the bank layer 365 may be either an inorganic substance or an organic substance, but the organic substance is generally more preferable because it has a higher water repellency. Examples of such materials include resins such as polyimide and polyacryl.
  • the thickness of the bank layer 365 is, for example, about 100 to 3000 nm.
  • the electron injection layer 366 is formed on the organic light emitting layer 364, reduces the barrier for electron injection into the organic light emitting layer 364, lowers the driving voltage of the light emitting layer 302, and suppresses exciton deactivation. Have As a result, it is possible to stabilize the electron injection and prolong the life of the device, enhance the adhesion with the transparent cathode 367, improve the uniformity of the light emitting surface, and reduce device defects.
  • the electron injection layer 366 is not particularly limited, but is preferably made of barium, aluminum, phthalocyanine, lithium fluoride, and a barium-aluminum laminate. The thickness of the electron injection layer 366 is, for example, about 2 to 50 nm.
  • the transparent cathode 367 is laminated on the surface of the electron injection layer 366, and has a function of applying a negative voltage to the light emitting layer 302 with respect to the anode 361 to inject electrons into the device (particularly the organic light emitting layer 364).
  • the transparent cathode 367 is not particularly limited, but it is preferable to use a substance and structure having a high transmittance. Thereby, a top emission organic EL element with high luminous efficiency can be realized.
  • the configuration of the transparent cathode 367 is not particularly limited, but a metal oxide layer is used.
  • the metal oxide layer is not particularly limited, and a layer made of indium tin oxide (hereinafter referred to as ITO) or indium zinc oxide (hereinafter referred to as IZO) is used.
  • ITO indium tin oxide
  • IZO indium zinc oxide
  • the thickness of the transparent cathode 367 is, for example, about 5 to 200 nm.
  • the transparent sealing film 310 is formed on the surface of the transparent cathode 367 and has a function of protecting the element from moisture. Further, the transparent sealing film 310 is required to be transparent.
  • the transparent sealing film 310 is made of, for example, SiN, SiON, or an organic film. Further, the thickness of the transparent sealing film 310 is, for example, about 20 to 5000 nm.
  • the organic EL display device 210 has a function as an active matrix display device.
  • circuit configuration of the light-emitting pixel described above is not limited to the circuit configuration illustrated in FIG.
  • the selection transistor 218 and the drive transistor 217 are circuit components necessary for flowing a drive current corresponding to the signal voltage to the organic EL element 216, but are not limited to the above-described form. Further, a case where another circuit component is added to the circuit components described above is also included in the light emitting pixel circuit of the organic EL display device according to the present disclosure.
  • the threshold voltage of the drive transistor included in the light emitting pixel of the organic EL display device will be described.
  • the threshold voltage changes with time when a voltage is applied. That is, when a bias is applied to the gate electrode of the driving transistor, electrons are injected into the gate insulating film when a positive bias is applied, and holes are injected when a negative bias is applied, so that a positive or negative threshold voltage shift occurs.
  • FIG. 4 shows the relationship between the gate-source voltage V gs (video signal voltage) applied between the gate and source of the driving transistor and the current I ds (supply current to the organic EL) flowing between the drain and source ( It is a graph which shows the outline
  • the broken line shows the transfer characteristic of the drive transistor at the start of use
  • the solid line shows the transfer characteristic after the threshold voltage has changed due to voltage application.
  • the threshold voltage is shifted from V th0 to V th by applying a voltage between the gate and the source.
  • the applied voltage required to obtain the target current at the start of use is applied after the threshold voltage shift, the target current cannot be obtained, and a current of a desired magnitude cannot be supplied to the organic EL. .
  • the gate-source voltage V gs is set to the threshold voltage shift amount ⁇ V th. Only offset.
  • the gate - offset of the source voltage V gs between the gate - is determined on the basis of the cumulative amount of stress to the driving transistor, which is calculated from the history of the source voltage V gs.
  • the relationship between the application time and the threshold voltage shift amount ⁇ V th is obtained by experiment or the like, and the threshold voltage shift amount ⁇ V with respect to the accumulated stress amount is obtained. Create a model that predicts th .
  • FIG. 5 is a graph showing a modeled relationship between the stress application time and the threshold voltage shift amount ⁇ V th .
  • the offset amount of the gate-source voltage V gs is determined so as to compensate the threshold voltage shift amount ⁇ V th corresponding to the accumulated stress amount.
  • the threshold voltage shift partially recovers when no voltage is applied. That is, when the TFT gate bias is in a state of 0 V, electrons or holes injected into the gate insulating film escape from the gate insulating film due to the thermal energy of the ambient temperature, and the threshold voltage shift is recovered. For this reason, an error occurs between the offset amount determined based on the accumulated stress amount and the threshold voltage shift amount ⁇ V th, and the error is accumulated over time.
  • a TFT including a gate insulating film made of a silicon nitride film having a thickness of 220 nm and a silicon oxide film having a thickness of 50 nm and a semiconductor layer made of an oxide semiconductor having a thickness of 90 nm was used. Moreover, the environmental temperature in this experiment was maintained at 45 degreeC.
  • FIG. 6 is a diagram showing the change over time in the transfer characteristics of the TFT in the first stress application step.
  • the black arrows in the figure indicate the passage of time (the same applies to FIGS. 7 to 10 below).
  • FIG. 6 confirms that the curve representing the transfer characteristic is shifted to the right with time, that is, the threshold voltage of the TFT is shifted in the positive direction.
  • FIG. 7 is a diagram showing a change with time in the transfer characteristics of the TFT in the first leaving step after the first stress applying step. From FIG. 7, it is confirmed that the curve representing the transfer characteristics is shifted to the left side with time, that is, the threshold voltage of the TFT is shifted in the negative direction.
  • FIG. 8, FIG. 9 and FIG. 10 are diagrams showing temporal changes in TFT transfer characteristics in the second stress applying step, the second leaving step, and the third stress applying step, respectively. 8, 9, and 10, as in FIGS. 6 and 7, the threshold voltage of the TFT is shifted in the positive direction in the stress application step, and the threshold voltage is in the negative direction in the leaving step. That is, it is confirmed that the threshold voltage is restored. *
  • FIG. 11 is a graph showing the change with time of the threshold voltage shift.
  • the period from 0 to 0.5 on the horizontal axis corresponds to the first stress applying step, and the period from 0.5 to 3.5 corresponds to the first leaving step.
  • the period from 3.5 to 4 corresponds to the second stress applying process, and the period from 4 to 7 corresponds to the second leaving process.
  • the period from 7 to 7.5 corresponds to the third stress application step.
  • FIG. 11 it is confirmed that the threshold voltage shifts in the positive direction in the stress application step, and the threshold voltage shift partially recovers and shifts in the negative direction in the leaving step.
  • FIG. 12 is a diagram showing the change with time of the luminance of the organic EL display including the TFT having the characteristics described above. This is a result of confirming the luminance transition when lighting and black display are repeated twice every 60 minutes. As shown in FIG. 12, the luminance gradually decreases with continuous lighting, but after that, when black display (non-lighting) is performed and the luminance is measured each time, it can be seen that the luminance is recovered. Note that the luminance change rate in the black display period in FIG. 12 is based on a plurality of measurement results obtained by performing the luminance measurement at the time when the black display is turned on at different locations at different times.
  • FIG. 13 is an enlarged view of the luminance transition from 50 minutes to 70 minutes after the start in FIG. As shown in FIG. 13, it can be seen that the luminance recovery is saturated in about 5 minutes.
  • the state where the display is entirely lit is continued for a certain period, or the screen is divided into small areas, and a plurality of places in the small areas are simultaneously lit.
  • the state is continued for a certain period, and then the luminance at a certain time is confirmed.
  • the time for which the black display is left varies depending on the order, so that the luminance recovery state differs for each small area. In some cases, the reliability of the luminance data to be obtained is lowered.
  • the cause of these problems is that the threshold voltage of the drive transistor is shifted by voltage stress such as the gate-source voltage during energization, and as a result, the amount of current supplied to the organic EL varies. However, this shift amount becomes positive or negative depending on the gate-source voltage. From this, the luminance value varies depending on the luminance measurement timing of the display device and the history until the luminance measurement.
  • the driving transistor is left for a predetermined time or longer (ie, a predetermined time leaving step: S3) for saturating the current recovery behavior (that is, the threshold voltage shift recovery behavior). )
  • the luminance measurement point is turned on (measurement point lighting step: S4), and then the luminance measurement is immediately performed (luminance measurement step: S5). The reason for this immediately is to minimize the influence of lighting in the measurement location lighting step S4.
  • the luminance measurement step S1 is the entire surface lighting of the organic EL display, or in the case of the same spot measurement (case C1) regardless of the state of the lighting step S1, the luminance measurement step. After S5, the process returns to the black display step S2, and the luminance is measured according to the steps from S2 to S5. Further, when the lighting step S1 is simultaneous lighting of a plurality of small areas and the measurement location is changed (case C2), the process returns to the measurement location lighting step S4 after the luminance measurement step S5, and immediately in the luminance measurement step S5. Measure the brightness.
  • the predetermined time in the predetermined time leaving step S3 takes individual values depending on the structure and material of the panel, it may be set after confirmation (that is, measurement) as appropriate.
  • the predetermined time leaving step (S3) may be determined to be left for 5 minutes or more.
  • the method for manufacturing a display device is a method for manufacturing a display device including a light-emitting pixel and a driving transistor that drives the light-emitting pixel with current, and a lighting step of lighting the display device And after the lighting step, a non-lighting step for turning the display device into a non-lighting state, a leaving step for leaving the display device in the non-lighting state for a predetermined time, and after the leaving step, the display device is again turned on A re-lighting step for lighting, and a measurement step for measuring the luminance of the display device at the start of the re-lighting step.
  • the current recovery behavior (that is, the threshold voltage shift recovery behavior) of the driving transistor can be saturated, and the luminance measurement is performed on the saturated state, thereby improving the reliability of the luminance measurement. it can.
  • the predetermined time may be equal to or longer than a time from when the display device changes from a lighting state to a light-off state until the threshold voltage shift recovery behavior of the driving transistor is saturated.
  • the predetermined time may be 5 minutes or more.
  • the manufacturing method of the display device further measures the time from when the display device changes from the lighting state to the non-lighting state until the recovery behavior of the threshold voltage shift of the driving transistor is saturated. There may be a determination step of determining a time longer than the predetermined time as the predetermined time.
  • each step may be executed in units of a plurality of small regions including one or more display pixels.
  • the present disclosure is useful in manufacturing a display device including a drive transistor such as an organic EL display device.

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Abstract

 発光画素と、発光画素を電流により駆動する駆動トランジスタとを備える表示装置の製造方法は、表示装置を点灯させる点灯ステップ(S1)と、点灯ステップの後、表示装置を非点灯状態とする非点灯ステップ(S2)と、非点灯状態で表示装置を所定時間放置する所定時間放置ステップ(S3)と、前記放置ステップの後、表示装置を再度点灯させる点灯ステップ(S4)と、前記点灯ステップの開始時に、前記表示装置の輝度測定を開始する輝度測定ステップ(S5)と、を有する。

Description

表示装置の製造方法
 本開示は、発光素子を発光させるための駆動トランジスタを備える表示装置に関する。
 近年、液晶ディスプレイに代わる次世代のフラットパネルディスプレイの一つとして、有機EL(Electro Luminescence)を利用した有機ELディスプレイが注目されている。有機ELディスプレイ等のアクティブマトリクス方式の表示装置には、駆動トランジスタとして薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)が用いられる。
特開2009-104104号公報
 有機ELディスプレイなど、駆動トランジスタを備える表示装置の製造過程においては、例えば寿命特性の測定を行う場合があり、具体的には輝度の経時変化を測定するということが行われる。
 しかしながら従来、この輝度の測定においては、得られる輝度データが、輝度を測定する直前までの点灯状態と輝度を測定するタイミングとに大きく影響を受けてしまう、という課題があった。
 本開示は上述に鑑みてなされたものであり、輝度測定において、その直前までの点灯状態と輝度を測定するタイミングとに影響を受けないようにし、もって、輝度測定の信頼性を向上させる表示装置の駆動方法を提供する。
 上記目的を実現するために本開示における、発光画素と、前記発光画素を電流により駆動する駆動トランジスタとを備える表示装置の製造方法は、前記表示装置を点灯させる点灯ステップと、前記点灯ステップの後、前記表示装置を非点灯状態とする非点灯ステップと、前記非点灯状態で前記表示装置を所定時間放置する放置ステップと、前記放置ステップの後、前記表示装置を再度点灯させる再点灯ステップと、前記再点灯ステップの開始時に、前記表示装置の輝度を測定する測定ステップと有する。
 本開示によれば、輝度を測定する際、その直前までの点灯状態と輝度を測定するタイミングとに影響を受けないようにすることができ、もって、駆動トランジスタを備える表示装置の製造方法に対し、輝度測定の信頼性の向上を実現することができる。
図1は、駆動トランジスタを備える表示装置の一例である、有機EL表示パネルを備えた有機EL表示装置の機能構成を示すブロック図である。 図2は、有機EL素子を有する発光画素の回路構成図の一例を示す図である。 図3は、発光画素の構造の一例を概略的に示す断面図である。 図4は、駆動トランジスタのゲート-ソース間に印加されるゲート-ソース間電圧Vgsと、ドレイン-ソース間を流れる電流Idsとの関係の概要を示す図である。 図5は、ストレス印加の時間と閾値電圧シフト量ΔVthとのモデル化された関係を示す図である。 図6は、第1回目のストレス印加工程におけるTFTの伝達特性の経時変化を示す図である。 図7は、第1回目の放置工程におけるTFTの伝達特性の経時変化を示す図である。 図8は、第2回目のストレス印加工程におけるTFTの伝達特性の経時変化を示す図である。 図9は、第2回目の放置工程におけるTFTの伝達特性の経時変化を示す図である。 図10は、第3回目のストレス印加工程におけるTFTの伝達特性の経時変化を示す図である。 図11は、ストレス印加工程と放置工程とを繰り返したときの閾値電圧シフトの経時変化を示す図である。 図12は、輝度の経時変化を示す図である。 図13は、輝度回復の状態を示す図である。 図14は、一実施の形態による駆動トランジスタを備える表示装置の製造方法を示すフローチャートを示す図である。
 以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
 なお、発明者は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
 以下では、本開示の一実施の形態による、駆動トランジスタを備える表示装置の製造方法について、EL表示装置を例に図面を用いて説明する。
 [1.表示装置の概要]
 図1は、駆動トランジスタを備える表示装置の一例である、有機EL表示パネルを備えた有機EL表示装置の機能構成を示すブロック図である。
 同図に示すように、有機EL表示装置210は、有機EL表示パネル200、データ線駆動回路213、走査線駆動回路214、制御部211、メモリ212、を備える。
 有機EL表示パネル200には、ドライバ装置としてのデータ線駆動回路213、および、走査線駆動回路214が接続され、ドライバ装置から入力された信号(輝度信号、走査信号)に基づいてマトリクス状に配置された微小な発光画素215のそれぞれの発光量を制御して文字や画像(動画含む)を表示させることができる装置である。
 制御部211は、データ線駆動回路213、走査線駆動回路214、メモリ212、の制御、具体的に例えば、データ線駆動回路213から出力される信号電圧を出力するタイミング、および、走査線駆動回路214から出力される走査信号の出力タイミングの制御、などを行う。
 また、制御部211は、外部から入力される映像信号を変換して発光画素の発光を決定する信号電圧にする処理を行い、メモリ212に書き込まれた補正データを読み出し、外部から入力された映像信号に基づいた信号電圧を、その補正データに基づいて補正して、走査順にデータ線駆動回路213へと出力する。
 メモリ212には、各発光画素215の駆動トランジスタ(後述)の特性及び累積ストレスなどの補正データが記憶されている。
 データ線駆動回路213は、各データ線へ、信号電圧を出力することにより、映像信号に対応した発光画素の発光を実現する回路装置であり、いわゆるドライバ装置の一つである。
 走査線駆動回路214は、各走査線へ走査信号を出力することにより、発光画素の有する回路素子を所定の駆動タイミングで駆動する回路装置であり、いわゆるドライバ装置の一つである。
 有機EL表示パネル200の表示領域201は、発光画素215がマトリクス状に配置された領域であり、複数の発光画素215のそれぞれは、データ線駆動回路213からの輝度信号、及び、走査線駆動回路214からの走査信号に応じて発光する。
 図2は、有機EL素子を有する発光画素の回路構成図の一例を示す図である。
 同図に記載された発光画素215は、有機EL素子216と、駆動トランジスタ217と、選択トランジスタ218と、コンデンサ219とを備える。マトリクス状に配置された発光画素215の列ごとにデータ線231が配置され、発光画素215の行ごとに走査線241が配置されている。また、全ての発光画素215に共通して正電源線251及び負電源線252が配置されている。選択トランジスタ218のドレイン電極はデータ線231に、選択トランジスタ218のゲート電極は走査線241に、さらに、選択トランジスタ218のソース電極は、コンデンサ219及び駆動トランジスタ217のゲート電極に接続されている。また、駆動トランジスタ217のドレイン電極は正電源線251に接続され、ソース電極は有機EL素子216のアノードに接続されている。
 図3は、発光画素の構造の一例を概略的に示す断面図である。
 同図に記載された発光画素215は、基板202と、駆動回路層301と、発光層302と、透明封止膜310とを備える。
 基板202は、複数の発光画素215が行列状に配置される板状の部材であり、例えば、ガラス基板である。なお、基板202は、樹脂からなるフレキシブル基板などを用いることも可能である。基板202は、駆動回路層301とともに、薄膜トランジスタ(TFT)も表面に形成される。なお、図3に示したトップエミッション構造の場合には、基板202は透明である必要はないので、非透明の基板、例えば、シリコン基板を用いることもできる。
 駆動回路層301は、基板202の上に形成された駆動トランジスタ(図2での217)と、コンデンサ(図2での219)と、選択トランジスタ(図2での218)とを備える。駆動回路層301は、平坦化膜により、その上面の平担性が確保されている。
 発光層302は、有機EL素子216を構成する層であり、陽極361と、正孔注入層362と、正孔輸送層363と、有機発光層364と、バンク層365と、電子注入層366と、透明陰極367とを備える。
 図3に示す発光画素215は、トップエミッション構造であり、発光層302に電圧を印加すると、有機発光層364で光が生じ、透明陰極367及び透明封止膜310を通じて光を上方に出射する。また、有機発光層364で生じた光のうち下方に向かった光は、陽極361で反射され、透明陰極367及び透明封止膜310を通じて上方に出射する。
 陽極361は、駆動回路層301の平坦化膜の表面上に積層され、透明陰極367に対して正の電圧を発光層302に印加する電極である。陽極361を構成する陽極材料としては、例えば、反射率の高い金属であるAl、Ag、またはそれらの合金が好ましい。また、陽極361の厚さは、例えば、100~300nmである。
 正孔注入層362は、陽極361の表面上に形成され、正孔を安定的に、又は正孔の生成を補助して、有機発光層364へ正孔を注入する機能を有する。これにより、発光層302の駆動電圧が低電圧化され、正孔注入の安定化により素子が長寿命化される。正孔注入層362の材料としては、例えばPEDOT(ポリエチレンジオキシチオフェン)などを用いることができる。また、正孔注入層362の膜厚は、例えば、10nm~100nm程度にすることが好ましい。
 正孔輸送層363は、正孔注入層362の表面上に形成され、正孔注入層362から注入された正孔を有機発光層364内へ効率良く輸送し、有機発光層364と正孔注入層362との界面での励起子の失活防止をし、さらには電子をブロックする機能を有する。正孔輸送層363としては、例えば、生じた正孔を分子間の電荷移動反応により伝達する性質を有する有機高分子材料であり、例えば、トリフェルアミン、ポリアニリンなどが挙げられる。また、正孔輸送層363の厚さは、例えば、5~50nm程度である。
 なお、正孔輸送層363は、その隣接層である正孔注入層362や有機発光層364の材料により、省略される場合がある。
 有機発光層364は、正孔輸送層363の表面上に形成され、正孔と電子が注入され再結合されることにより励起状態が生成され発光する機能を有する。有機発光層364としては、低分子有機材料だけでなく、インクジェットやスピンコートのような湿式製膜法で製膜できる発光性の高分子有機材料も適用される。高分子有機材料の特徴としては、デバイス構造が簡単であること、膜の信頼性に優れ、低電圧駆動のデバイスであることも挙げることができる。芳香環または縮合環のような共役系を持った高分子あるいはπ共役系高分子は蛍光性を有することから、有機発光層364を構成する高分子有機材料として用いることができる。有機発光層364を構成する高分子発光材料としては、例えば、ポリフェニレンビニレン(PPV)またはその誘導体(PPV誘導体)、ポリフルオレン(PFO)またはその誘導体(PFO誘導体)、ポリスピロフルオレン誘導体などを挙げることができる。また、ポリチオフェンまたはその誘導体を用いることも可能である。
 バンク層365は、駆動回路層301または陽極361の表面上に形成され、湿式製膜法を用いて形成される正孔輸送層363及び有機発光層364を所定の領域に形成するバンクとしての機能を有する。バンク層365に用いられる材料は、無機物質および有機物質のいずれであってもよいが、有機物質の方が、一般的に、撥水性が高いので、より好ましく用いることができる。このような材料の例としては、ポリイミド、ポリアクリルなどの樹脂が挙げられる。バンク層365の厚さは、例えば、100~3000nm程度である。
 電子注入層366は、有機発光層364の上に形成され、有機発光層364への電子注入の障壁を低減し発光層302の駆動電圧を低電圧化すること、励起子失活を抑制する機能を有する。これにより、電子注入を安定化し素子を長寿命化すること、透明陰極367との密着を強化し発光面の均一性を向上させ素子欠陥を減少させることが可能となる。電子注入層366は、特に限定されるものではないが、好ましくはバリウム、アルミニウム、フタロシアニン、フッ化リチウム、さらに、バリウム-アルミニウム積層体などからなる。電子注入層366の厚さは、例えば、2~50nm程度である。
 透明陰極367は、電子注入層366の表面上に積層され、陽極361に対して負の電圧を発光層302に印加し、電子を素子内(特に有機発光層364)に注入する機能を有する。透明陰極367としては、特に限定されるものではないが、透過率の高い物質および構造を用いることが好ましい。これにより、発光効率が高いトップエミッション有機EL素子を実現することができる。透明陰極367の構成としては、特に限定されるものではないが、金属酸化物層が用いられる。この金属酸化物層としては、特に限定されるものではないが、インジウム錫酸化物(以下、ITOと記す)、あるいはインジウム亜鉛酸化物(以下、IZOと記す)からなる層が用いられる。また、透明陰極367の厚さは、例えば、5~200nm程度である。
 透明封止膜310は、透明陰極367の表面上に形成され、水分から素子を保護する機能を有する。また、透明封止膜310は、透明であることが要求される。透明封止膜310は、例えば、SiN、SiON、または有機膜からなる。また、透明封止膜310の厚さは、例えば、20~5000nm程度である。
 以上説明した発光画素215の構造により、有機EL表示装置210は、アクティブマトリクス型の表示装置としての機能を有する。
 上記構成において、走査線241に走査信号が入力され、選択トランジスタ218をオン状態にすると、データ線231を介して供給された信号電圧に対応した電圧がコンデンサ219に書き込まれる。そして、コンデンサ219に書き込まれた信号電圧に対応した保持電圧は、1フレーム期間を通じて保持され、この保持電圧により、駆動トランジスタ217のコンダクタンスがアナログ的に変化し、発光階調に対応した駆動電流が有機EL素子216のアノードに供給される。さらに、有機EL素子216のアノードに供給された駆動電流は、有機EL素子216のカソードへと流れる。これにより、有機EL素子216が発光し画像として表示される。このとき、有機EL素子216のアノードには、信号電圧に対応した順バイアス電圧が印加されていることになる。
 なお、上述した発光画素の回路構成は、図3に記載された回路構成に限定されない。選択トランジスタ218、駆動トランジスタ217は、信号電圧に応じた駆動電流を有機EL素子216に流すために必要な回路構成要素であるが、上述した形態に限定されない。また、上述した回路構成要素に、別の回路構成要素が付加される場合も、本開示に係る有機EL表示装置の発光画素回路に含まれる。
 〔2.本開示の基礎となる知見〕
 以下、本開示の基礎となる知見について説明する。
 有機EL表示装置の発光画素に含まれる駆動トランジスタの閾値電圧について説明する。TFTからなる駆動トランジスタにおいては、電圧を印加すると閾値電圧が経時的に変化する。すなわち、駆動トランジスタのゲート電極にバイアスが印加されると、ゲート絶縁膜に、正バイアス印加時には電子が注入され、負バイアス印加時にはホールが注入されるため、正又は負の閾値電圧シフトが起こる。
 図4は、駆動トランジスタのゲート-ソース間に印加されるゲート-ソース間電圧Vgs(映像信号電圧)と、ドレイン-ソース間を流れる電流Ids(有機ELへの供給電流)との関係(伝達特性)の概要を示すグラフである。図4において、破線が使用開始時における駆動トランジスタの伝達特性を示し、実線が電圧印加により閾値電圧が変化した後の伝達特性を示す。図4に示されるように、TFTでは、ゲート-ソース間への電圧印加により、閾値電圧がVth0からVthにシフトする。これに伴い、使用開始時に、目標電流を得るために必要とされた印加電圧を、閾値電圧シフト後に印加しても、目標電流を得られず、有機ELに所望の大きさの電流を供給できない。
 そこで、本開示の基礎となる知見に係る有機EL表示装置においては、閾値電圧シフトによる有機ELの輝度変化の影響を抑制するために、ゲート-ソース間電圧Vgsが、閾値電圧シフト量ΔVthだけオフセットされる。
 ここで、ゲート-ソース間電圧Vgsのオフセット量は、ゲート-ソース間電圧Vgsの履歴から計算された駆動トランジスタへの累積ストレス量に基づいて決定される。
 例えば、駆動トランジスタに所定のストレス(ゲート-ソース間電圧)を印加した場合の、印加時間と閾値電圧シフト量ΔVthとの関係を、実験等により求めて、累積ストレス量に対する閾値電圧シフト量ΔVthを予測するモデルを作成する。
 図5は、ストレス印加の時間と閾値電圧シフト量ΔVthとのモデル化された関係を示すグラフである。図5に示されるようなモデルを用いて、累積ストレス量に対応する閾値電圧シフト量ΔVthを補償するようにゲート-ソース間電圧Vgsのオフセット量が決定される。
 しかしながら、実際のTFTでは、電圧が印加されない場合に閾値電圧シフトが部分的に回復する。すなわち、TFTのゲートのバイアスが0Vの状態になると、ゲート絶縁膜に注入された電子又はホールが、環境温度の熱エネルギーによりゲート絶縁膜から脱出し、閾値電圧シフトの回復が起こる。そのため、累積ストレス量に基づいて決定されるオフセット量と、閾値電圧シフト量ΔVthとの間に誤差が生じ、その誤差が時間経過とともに蓄積される。
 ここで、上述した閾値電圧シフトの回復に対し、本願発明者らが行った実験結果について説明する。本実験においては、TFTにストレスとして20Vのゲート-ソース間電圧を30分間印加するストレス印加工程と、TFTのゲート-ソース間電圧を0Vとして3時間放置する放置工程とが繰り返された。ストレス印加工程においては、ゲート電位Vが20V、ソース電位V及びドレイン電位Vが0Vとされ、放置工程においては、ゲート電位V、ソース電位V及びドレイン電位Vが0Vとされた。実験には、膜厚220nmのシリコン窒化物膜及び膜厚50nmのシリコン酸化物膜からなるゲート絶縁膜と、膜厚90nmの酸化物半導体からなる半導体層とを備えるTFTが用いられた。また、本実験における環境温度は45℃に維持された。
 上記実験の結果を図6~図11を用いて説明する。
 図6は、第1回目のストレス印加工程におけるTFTの伝達特性の経時変化を示す図である。図中の黒矢印は時間の経過を示す(以下の図7~図10についても同様)。図6から、伝達特性を表す曲線が、経時的に右側にシフトしていること、すなわち、TFTの閾値電圧が正方向にシフトしていることが確認される。
 図7は、第1回目のストレス印加工程後の第1回目の放置工程におけるTFTの伝達特性の経時変化を示す図である。図7から、伝達特性を表す曲線が、経時的に左側にシフトしていること、すなわち、TFTの閾値電圧が負方向にシフトしていることが確認される。
 図8、図9および図10は、それぞれ、第2回目のストレス印加工程、第2回目の放置工程及び第3回目のストレス印加工程におけるTFTの伝達特性の経時変化を示す図である。図8、図9および図10から、図6及び図7と同様、ストレス印加工程においては、TFTの閾値電圧が正方向にシフトしていること、及び、放置工程においては、閾値電圧が負方向にシフトしていること、すなわち、閾値電圧が回復していることが確認される。   
 図11は、閾値電圧シフトの経時変化を示すグラフである。横軸の0~0.5の期間は第1回目のストレス印加工程に、0.5~3.5の期間は第1回目の放置工程に対応する。また、3.5~4の期間は第2回目のストレス印加工程に、4~7の期間は第2回目の放置工程に対応する。7~7.5の期間は第3回目のストレス印加工程に対応する。図11に示されるように、ストレス印加工程においては、閾値電圧が正方向にシフトし、放置工程においては、閾値電圧シフトが一部回復して負方向にシフトしていることが確認される。
 また図12は、上述した特性のTFTを備える有機ELディスプレイの輝度の経時変化を示す図である。これは、輝度測定箇所を60分毎に点灯と黒表示とを2回繰り返した時の輝度推移を確認したものである。図12に示されるとおり、連続点灯に伴い輝度が徐々に低下してくるが、その後、黒表示(非点灯)とし、都度、輝度測定を行うと、輝度の回復が見られることが判る。なお、図12における黒表示期間の輝度変化率は、黒表示を点灯状態にした時点の輝度測定を、異なる時点で異なる個所で行った複数の測定結果に基づいている。
 図13は、図12における開始50分後から70分後までの輝度推移を拡大したものである。図13に示されるとおり、輝度回復は、5分程度で飽和するということが判る。
 すなわち以上より、連続点灯を行い、その後、一旦、非点灯期間を挟み、再度、点灯を行おうとすると、その再点灯のタイミング如何で、非点灯期間での輝度回復状態が異なることから、再点灯開始時の輝度が異なってしまう、ということが判る。そしてその結果、例えば、表示装置を製造する過程で、寿命特性の測定、具体的には輝度の経時変化を測定する工程が組み込まれる場合があるが、この場合、輝度を測定するタイミングにより輝度のデータが影響を受けてしまうこととなるため、取得した輝度のデータの信頼性が低下するという問題となってしまう場合がある。
 例えば、有機ELディスプレイの寿命特性の確認検査の工程では、ディスプレイを全面点灯させるという状態を一定期間継続させる、或いは、画面を小領域に区分し、この小領域のうちの複数箇所を同時に点灯させるという状態を一定期間継続させる、ということを行い、その後、ある時点における輝度を確認する、ということが行われる。
 ここで、小領域の複数箇所を点灯させた場合における輝度の確認は、同時点灯させた複数の小領域のうち、輝度測定を行う一つの小領域の箇所のみ点灯させ、その他の同時に点灯させていた小領域の箇所は、黒表示(非点灯)、すなわち、TFTのゲートのバイアスを0Vの状態として行われる。
 従って、複数箇所全ての小領域の輝度を確認しようとすると、その順番によって、黒表示での放置時間が異なることとなるため、小領域毎に輝度の回復状態が異なってしまい、その結果、得られる輝度のデータの信頼性が低下するという問題となってしまう場合がある。
 また、ディスプレイを全面点灯させた場合であっても、輝度の確認の際、そのタイミング如何により黒表示での放置時間が異なることとなるため、やはり同様の問題が発生してしまう場合がある。
 これら問題の原因は、上述したように、駆動トランジスタは通電時のゲート-ソース間電圧などの電圧ストレスによりその閾値電圧がシフトしてしまい、その結果、有機ELへの供給電流量が変動してしまうのであるが、このシフト量はゲート-ソース間電圧により、正方向になったり負方向となったりする。このことから、表示装置の輝度測定のタイミング、輝度測定までの履歴、により、輝度の値が異なってしまう、というものである。
 [3.本開示の表示装置の製造方法]
 そこで、本開示の一実施の形態による駆動トランジスタを備える表示装置の製造方法は、図14にフローチャートで示すような輝度測定工程を、全数、もしくは抜き取りで行うこととする。
 すなわち、輝度測定箇所が、輝度測定の直前に、一瞬でも点灯状態であれば(点灯ステップ:S1)、一旦、非点灯状態(黒表示ステップ:S2)にする。
 そして、駆動トランジスタにかかる負荷が最も小さい表示状態(黒表示)で、駆動トランジスタの電流回復挙動(つまり閾値電圧シフトの回復挙動)を飽和させるための所定時間以上、放置(所定時間放置ステップ:S3)した後、輝度測定箇所を点灯(測定箇所点灯ステップ:S4)し、その後、輝度測定を直ちに行う(輝度測定ステップ:S5)。直ちに行うのは、測定箇所点灯ステップS4での点灯の影響を極小とするためである。
 さらに、続けて輝度測定を行う場合で、点灯ステップS1が有機ELディスプレイの全面点灯の場合、或いは、点灯ステップS1の状態に関わらず、同一箇所測定の場合(ケースC1)には、輝度測定ステップS5の後、黒表示ステップS2に戻り、S2からS5までのステップに従い、輝度測定を行う。また、点灯ステップS1が複数箇所の小領域同時点灯であり、且つ、測定箇所を変更する場合(ケースC2)、輝度測定ステップS5の後、測定箇所点灯ステップS4に戻り、直ちに輝度測定ステップS5での輝度測定を行う。
 ここで、所定時間放置ステップS3の所定時間は、パネルの構造・材料によって個々の値をとるので、事前に適宜、確認(つまり計測)の上、設定すればよい。
 例えば、図12に示す特性の場合、黒表示期間での輝度回復が5分で飽和していることが判るため、所定時間放置ステップ(S3)は5分以上放置と決定すればよい。
 [4.効果等]
 上述のように、輝度測定において、その直前までの点灯状態と輝度を測定するタイミングとに影響を受けないようにすることができ、もって、輝度測定の信頼性を向上することができる。具体的には、所定時間放置ステップ(S3)を導入することで、駆動トランジスタの電流回復挙動(つまり閾値電圧シフトの回復挙動)を飽和させた状態とすることができ、その上で輝度測定を行うので、統一性のとれた輝度測定を行うことが可能となり、もって、高い信頼性の表示装置を製造することが可能となる。
 このように本開示の一態様における表示装置の製造方法は、発光画素と、前記発光画素を電流により駆動する駆動トランジスタとを備える表示装置の製造方法であって、前記表示装置を点灯させる点灯ステップと、前記点灯ステップの後、前記表示装置を非点灯状態とする非点灯ステップと、前記非点灯状態で前記表示装置を所定時間放置する放置ステップと、前記放置ステップの後、前記表示装置を再度点灯させる再点灯ステップと、前記再点灯ステップの開始時に、前記表示装置の輝度を測定する測定ステップとを有する。
 この構成によれば、駆動トランジスタの電流回復挙動(つまり閾値電圧シフトの回復挙動)を飽和させた状態とすることができ、その上で輝度測定を行うので、輝度測定の信頼性を高めることができる。
 ここで、前記所定時間は、前記表示装置が点灯状態から消灯状態に変化したときから、前記駆動トランジスタの閾値電圧シフトの回復挙動が飽和するまでの時間以上であってもよい。
 ここで、前記所定時間は5分以上であってもよい。
 ここで、前記表示装置の製造方法は、さらに、前記表示装置が点灯状態から非点灯状態に変化したときから、前記駆動トランジスタの閾値電圧シフトの回復挙動が飽和するまでの時間を計測し、計測した時間よりも長い時間を前記所定時間と決定する決定ステップを有していてもよい。
 ここで、前記表示装置の製造方法において、1つ以上の表示画素を含む複数の小領域単位で各ステップを実行してもよい。
 以上、表示装置の製造方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、この実施の形態に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、一つまたは複数の態様の範囲内に含まれても良い。
 したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
 また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
 以上のように本開示は、有機EL表示装置など、駆動トランジスタを備える表示装置を製造する上で有用である。
 210  有機EL表示装置
 215  発光画素
 216  有機EL素子
 217  駆動トランジスタ
 

Claims (4)

  1.  発光画素と、前記発光画素を電流により駆動する駆動トランジスタとを備える表示装置の製造方法であって、
     前記表示装置を点灯させる点灯ステップと、
     前記点灯ステップの後、前記表示装置を非点灯状態とする非点灯ステップと、
     前記非点灯状態で前記表示装置を所定時間放置する放置ステップと、
     前記放置ステップの後、前記表示装置を再度点灯させる再点灯ステップと、
     前記再点灯ステップの開始時に、前記表示装置の輝度を測定する測定ステップと、を有する
    表示装置の製造方法。
  2.  前記所定時間は、前記表示装置が点灯状態から消灯状態に変化したときから、前記駆動トランジスタの閾値電圧シフトの回復挙動が飽和するまでの時間以上である
    請求項1に記載の表示装置の製造方法。
  3.  前記所定時間は、5分以上である
    請求項2に記載の表示装置の製造方法。
  4.  前記表示装置の製造方法は、さらに
     前記表示装置が点灯状態から非点灯状態に変化したときから、前記駆動トランジスタの閾値電圧シフトの回復挙動が飽和するまでの時間を計測し、計測した時間よりも長い時間を前記所定時間と決定する決定ステップを有する
    請求項1~3の何れか1項に記載の表示装置の製造方法。
     
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