JP2006338012A - 有機電界発光素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】自然な画像を提供する有機電界発光素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】基板上に互いに交差して、赤、緑、青の単位画素を定義するゲート配線及びデータ配線と、前記単位画素内に、ゲート電極、アクティブ層、ソース電極、及びドレイン電極を含む薄膜トランジスタで構成されたスイッチング素子及び駆動素子が形成された非発光領域と、前記単位画素内に、前記駆動素子のドレイン電極と接触する画素電極に形成された発光領域とを含んでなる有機電界発光素子において、前記赤、緑、青の単位画素の非発光領域のうち、少なくとも一つは、互いに異なる位置に形成した。
【選択図】図４

Description

本発明は、画質を向上させると共に、価格競争力を高める有機電界発光素子及びその製造方法に関する。

一般に、有機電界発光素子(Organic Electro Luminescent Display：ＯＥＬＤ)とは、電子注入電極と正孔注入電極からそれぞれ電子と正孔を発光層内部に注入して、注入された電子と正孔が結合したエキシトンが励起状態から基底状態に落ちるとき発光する素子である。

このような原理により、従来の液晶表示素子(Liquid Crystal Display：ＬＣＤ)とは違って、有機電界発光素子には別途の光源を必要としないので、素子の体積と重量を低減できるという長所がある。

また、有機電界発光素子は、高品位パネル特性、すなわち低電力、高輝度、高反応速度、低重量を有している。このような特性のため、有機電界発光素子は、移動通信端末機、ＣＨＳ、ＰＤＡ、カムコーダ、パーム(Parm)ＰＣなど、殆どの電子応用製品に使用できる、強力な次世代ディスプレイとされている。

さらに、製造工程が単純なので、既存のＬＣＤより、生産原価を大幅に低減できるという長所がある。

このような有機電界発光素子を駆動する方式として、単純マトリックスタイプ(passive matrix type)と、アクティブマトリックスタイプ(active matrix type)とんじ分けられる。

前記単純マトリックスタイプ有機電界発光素子は、その構成が単純なことから、製造方法も単純であるが、消費電力が高く、表示素子の大面積化に困難があり、配線の数が増加すればするほど開口率が低下するという短所がある。

反面、アクティブマトリックスタイプ有機電界発光素子は、高い発光効率と高画質が提供できるという長所がある。

図１は、従来の有機電界発光素子の構成を概略的に図示した図面である。
図示されたように、有機電界発光素子１０は、透明な第１基板１２の上部に薄膜トランジスタアレイ部１４が備えられ、前記薄膜トランジスタアレイ部１４の上部に、第１電極１６と有機発光層１８と第２電極２０とが備えられる。

前記発光層１８は、赤(Ｒ)、緑(Ｇ)，青(Ｂ)のカラーを表現するが、一般的な方法としては、前記各画素Ｐごとに赤、緑、青のカラーを発光する別個の有機物質をパターニングして使用する。

前記第１基板１２と、吸湿剤２２が付着された第２基板２８とが、シーラント２６を介して合着されることで、カプセル化した有機電界発光素子１０が完成される。

前記吸湿剤２２は、カプセル内部に浸透しうる水分と酸素を除去するためのものであり、基板２８の一部をエッチングし、エッチングされた部分に吸湿剤２２を詰めて、テープ２５で固定する。

以下、図２を参照して、有機電界発光素子の一画素に対応するアレイ部を概略的に説明する。
図２は、従来の有機電界発光素子に含まれる薄膜トランジスタアレイ部を概略的に図示した平面図である。
一般に、アクティブマトリックスタイプ薄膜トランジスタアレイ部は、基板１２に定義された多数の画素ごとに、スイッチング薄膜トランジスタＴ_Ｓと駆動薄膜トランジスタＴ_Ｄとストレージキャパシタ(storage capacitor)Ｃ_ＳＴとが備えられ、動作の特性によって、前記スイッチング薄膜トランジスタＴ_Ｓまたは駆動薄膜トランジスタＴ_Ｄは、それぞれ一つ以上の薄膜トランジスタの組合せで構成できる。

前記基板１２は、透明な絶縁基板を使用し、その材質としては、ガラスやプラスチックなどがある。図示したように、基板１２上に、互いに所定間隔離隔して一方向に形成されたゲート配線３２と、絶縁膜を介して前記ゲート配線３２と交差するデータ配線３４とが備えられる。同時に、前記データ配線３４と平行に離隔した位置に、一方向に電源配線３５が形成される。

前記スイッチング薄膜トランジスタＴ_Ｓと駆動薄膜トランジスタＴ_Ｄとして、それぞれゲート電極３６、３８とアクティブ層４０、４２とソース電極４６、４８及びドレイン電極５０、５２を含む薄膜トランジスタが使用される。

前述した構成で、前記スイッチング薄膜トランジスタＴ_Ｓのゲート電極３６は前記ゲート配線３２と連結され、前記ソース電極４６は前記データ配線３４と連結される。前記スイッチング薄膜トランジスタＴ_Ｓのドレイン電極５０は、前記駆動薄膜トランジスタＴ_Ｄのゲート電極３８と、コンタクトホール５４を通して連結される。

前記駆動薄膜トランジスタＴ_Ｄのソース電極４８は、前記電源配線３５とコンタクトホール５６を通して連結される。また、前記駆動薄膜トランジスタＴ_Ｄのドレイン電極５２は、画素部Ｐに形成された第１電極１６と接触する。さらに、前記電源配線３５と、その下部の多結晶シリコン層である第１電極１６とは、絶縁膜を介して重なって、ストレージキャパシタＣ_ＳＴを形成する。

以下、図３を参照して、前記のように構成される有機電界発光素子の一画素の単位画素配置を説明する。
図３Ａ乃至図３Ｃを参照すると、前記単位画素は、ＲＧＢストライプ、ＲＧＢモザイク、そしてＲＧＢデルタなどの方式で配列される。

前記ＲＧＢストライプ方式は、各列で単位画素がＲ，Ｇ、Ｂの順に配列され、ＲＧＢモザイク方式は、第１列では単位画素がＲ、Ｇ、Ｂの順に、第２列ではＧ、Ｂ、Ｒの順にで、第３列ではＢ、Ｒ、Ｇの順に反復配列される。そして、前記ＲＧＢデルタ方式は、Ｒ、Ｇ、Ｂ単位画素が偶数列で奇数列から一定の間隔外れて反復配列される構造を有する。

このように配列された画素を見れば、各Ｒ、Ｇ、Ｂ単位画素は、ゲート配線方向を基準として全て水平方向よりは垂直方向に長く延長された形態を有し、このようなＲ、Ｇ、Ｂ単位画素が水平方向に配列されて一つの画素をなし、このような画素が反復配列された構造を有する。

しかし、一般的な視覚情報の殆どは、垂直方向より水平方向に動きが多いので、前記のような単位画素構造を使用すれば、画像が不自然になるという問題点がある。
したがって、水平方向の動きが多い殆どの情報を画面上に表示する際、自然な画像を得るためには、それだけ解像度を上げなければならない問題点がある。

本発明は、自然な画像を提供する有機電界発光素子を提供することにその目的がある。

前記の目的を達成するために、本発明に係る有機電界発光素子は、基板上に互いに交差して、赤、緑、青の単位画素を定義するゲート配線及びデータ配線と、前記単位画素内に、ゲート電極、アクティブ層、ソース電極、及びドレイン電極を含む薄膜トランジスタで構成されたスイッチング素子及び駆動素子が形成された非発光領域と、前記単位画素内に、前記駆動素子のドレイン電極と接触する画素電極に形成された発光領域とを含んでなる有機電界発光素子において、前記赤、緑、青の単位画素の非発光領域のうち、少なくとも一つは、互いに異なる位置に形成されたことを特徴とする。

また、前記の目的を達成するための本発明に係る有機電界発光素子の製造方法は、基板上に垂直方向に配置された赤、緑、青の単位画素を定義する段階と、前記赤、緑、青の単位画素のうち、少なくとも二つの単位画素内の互いに異なる非発光領域にスイッチング素子とこれに連結された駆動素子を形成する段階と、前記各単位画素に前記駆動素子のドレイン電極と接触する画素電極を形成する段階と、前記画素電極の発光領域に有機発光層を形成する段階とを含んでなることを特徴とする。

本発明によれば、赤、緑、青の単位画素の非発光領域を異ならせることで、光学的干渉を最小化して、画面に周期的に現れるブロックディム(block dim)現像を防止し、画質を改善することができ、自然な画像を提供する。

以下、添付の図面を参照して、本発明に係る有機電界発光素子及びその製造方法について具体的に説明する。
図４は、本発明に係る一実施の形態であって、垂直配列ＲＧＢ駆動方式の有機電界発光素子で、画素構造を概略的に示す平面図である。
図４に図示されたように、垂直配列ＲＧＢ駆動方式の有機電界発光素子の画素Ｐは、ゲート配線方向を基準として垂直方向より水平方向に長く延長されたＲ、Ｇ、Ｂ単位画素ＳＰが垂直方向にストライプ状に配列された構造を有する。

そして、前記単位画素ＳＰは、発光領域Ｅと非発光領域Ｘとからなり、前記発光領域Ｅには、赤、緑、青のカラーを表示する有機物質がパターニングされて形成され、前記非発光領域Ｘには、スイッチング薄膜トランジスタ及び駆動薄膜トランジスタが形成されている。

Ｄ_１、Ｄ_２、Ｄ_３、Ｄ_４、．．．、Ｄ_ｍはデータ信号ライン(データ配線)１０２であり、データ配線１０２にデータ信号を供給するＤ−ＩＣ１８１が備えられている。Ｇ_Ｒ１、Ｇ_Ｒ２、Ｇ_Ｒ３、．．．、Ｇ_Ｒｎ、Ｇ_Ｇ１、Ｇ_Ｇ２、Ｇ_Ｇ３、......Ｇ_Ｇｎ、そしてＧ_Ｂ１、Ｇ_Ｂ２、Ｇ_Ｂ３、 ．．．、Ｇ_Ｂｎはそれぞれ赤、緑、青の単位画素に走査信号を供給するための走査ライン(ゲート配線)１０１を意味する。

前記データ配線１０２(Ｄ_１、Ｄ_２、Ｄ_３、Ｄ_４、．．．、Ｄ_ｍ)は画素の一側に沿って配列され、前記データ配線１０２の一側には、スイッチング薄膜トランジスタ及び駆動薄膜トランジスタが形成されている。

本発明に係る垂直配列ＲＧＢ駆動方式有機電界発光素子は、ゲート配線方向を基準として垂直方向より水平方向に長い単位画素を垂直方向に配列しており、データ配線１０２を介して信号が印加される画素は、赤、緑、青の三つの単位画素に同時に印加されて、Ｄ-ＩＣ個数及びピン数を節減して、費用節減の効果がある。

一方、前記非発光領域Ｘには、スイッチング薄膜トランジスタ及び駆動薄膜トランジスタが形成されており、このような非発光領域Ｘは、画素領域内に多数の薄膜トランジスタを含み、パワーラインが延長されているので、画素領域内に占めている面積が大きい。

したがって、各単位画素ＳＰで、前記非発光領域Ｘが対称的で且つ規則的に配列される場合に発生しうる画質低下の要因を除去するために、本発明では、各単位画素で非発光領域Ｘを非対称且つ不規則に配置する。

前記画素で各単位画素ＳＰの非発光領域Ｘは、赤色単位画素で下端部右側に形成される場合には、垂直方向に隣接する緑色単位画素で前記非発光領域Ｘが下端部左側に形成され、垂直方向に隣接する青色単位画素で前記非発光領域Ｘが下端部右側に形成されるようにする。

このように、有機電界発光素子の垂直配列ＲＧＢ画素構造の配置は、非対称に形成する。

図５は、図４に図示した有機電界発光素子の一画素で、非発光部に形成された駆動素子を示す回路図である。
図示されたように、有機電界発光素子の一画素は、スイッチング薄膜トランジスタ１０４、駆動薄膜トランジスタ１０５、ストレージキャパシタ１０６、及び発光ダイオード１０７からなる。

ここで、スイッチング薄膜トランジスタ１０４のゲート電極は、ゲート配線１０１と連結され、ソース電極はデータ配線１０２と連結されている。前記スイッチング薄膜トランジスタ１０４のドレイン電極は、駆動薄膜トランジスタ１０５のゲート電極と連結されており、駆動薄膜トランジスタ１０５のドレイン電極は、発光ダイオード１０７のアノード電極と連結されている。

前記駆動薄膜トランジスタ１０５のソース電極は、パワーライン１０３と連結されており、発光ダイオード１０７のカソード電極は接地されている。そして、ストレージキャパシタ１０６が、駆動薄膜トランジスタ１０５のゲート電極及びソース電極と連結されている。

したがって、ゲート配線１０１を介して信号が印加されると、スイッチング薄膜トランジスタ１０４がオンされ、データ配線１０２からの画像信号がスイッチング薄膜トランジスタ１０４を介してストレージキャパシタ１０６に格納される。この画像信号は、駆動薄膜トランジスタ１０５のゲート電極に伝達されて、駆動薄膜トランジスタ１０５を作動させて、発光ダイオード１０７を介して光が出力されるが、このとき、発光ダイオード１０７に流れる電流を制御することにより輝度を調節する。

ここで、スイッチング薄膜トランジスタ１０４がオフされても、ストレージキャパシタ１０６に格納された電圧値により駆動薄膜トランジスタ１０５を駆動するので、次の画面の画像信号が入るまで、継続的に電流が発光ダイオード１０７に流れて光を発するようになる。

このように構成される有機電界発光素子の非発光部は、単位画素内で多様な位置に形成することができる。

図６Ａ乃至図６Ｃは、本発明に係る有機電界発光素子の一画素の単位画素配置を示す図面である。
図６Ａ乃至図６Ｃを参照すると、垂直配列ＲＧＢ駆動方式の有機電界発光素子の単位画素は、垂直方向より水平方向に長く延長されたＲ、Ｇ、Ｂ単位画素が、垂直方向に、ストライプ状に配列された構造を有する。

そして、前記単位画素は、発光領域と非発光領域とからなり、前記発光領域には、赤、緑、青のカラーを表示する有機物質がパターニングされて形成され、前記非発光領域には、スイッチング及び駆動薄膜トランジスタが形成されている。

図６Ａに図示されたように、前記非発光領域が、赤、緑、青の単位画素で、それぞれ右側、中央、左側に形成されている。また、図６Ｂ及び図６Ｃに図示されたように、三つの単位画素のうち少なくとも一つの単位画素は、別の側面に形成されている。

したがって、前記のように非発光領域の配置を不規則に形成することにより、光学的干渉を最少化して、画面に周期的に現れるブロックディム(block dim)現像のような画質低下問題を防止することができる。

以上のように、本発明に係る垂直配列ＲＧＢ駆動方式有機電界発光素子は、垂直方向より水平方向に長い単位画素を垂直方向に配列しており、データ配線を介して信号が印加される画素は、赤、緑、青の三つの単位画素に信号が同時に印加されるので、Ｄ-ＩＣ個数及びピン数を節減して、費用節減の効果がある。

また、本発明は、一画素で非発光領域を不規則に配置して非発光領域を非対称構造で形成することにより、光学的干渉を最少化して、画面に周期的に現れるブロックディム(block dim)現像を防止し、画質を改善する効果がある。

以上、本発明を具体的な実施の形態を通して詳細に説明したが、これは、本発明を具体的に説明するためのものであって、本発明に係る有機電界発光素子及びその製造方法はこれに限定されず、本発明の技術的思想内で当分野の通常の知識を有する者により、その変形や改良が可能であることが明白である。

従来の有機電界発光素子の構成を概略的に図示した図面である。 従来の有機電界発光素子に含まれる薄膜トランジスタアレイ部を概略的に図示した平面図である。 従来の有機電界発光素子の一画素の単位画素配置を示す図面である。 従来の有機電界発光素子の一画素の単位画素配置を示す図面である。 従来の有機電界発光素子の一画素の単位画素配置を示す図面である。 本発明に係る一実施の形態であって、垂直配列ＲＧＢ駆動方式の有機電界発光素子で、画素構造を概略的に示す平面図である。 図４に図示した有機電界発光素子の一画素で、非発光部に形成された駆動素子を示す回路図である。 本発明に係る有機電界発光素子の一画素の単位画素配置を示す図面である。 本発明に係る有機電界発光素子の一画素の単位画素配置を示す図面である。 本発明に係る有機電界発光素子の一画素の単位画素配置を示す図面である。

Claims (12)

1. 基板上に互いに交差して、赤、緑、青の単位画素を定義するゲート配線及びデータ配線と、
   前記単位画素内に、ゲート電極、アクティブ層、ソース電極、及びドレイン電極とを含む薄膜トランジスタで構成されたスイッチング素子及び駆動素子が形成された非発光領域と、
   前記単位画素内に、前記駆動素子のドレイン電極と接触する画素電極に形成された発光領域と
   を含んでなる有機電界発光素子において、
   前記赤、緑、青の単位画素の非発光領域のうち、少なくとも一つは、互いに異なる位置に形成されたことを特徴とする有機電界発光素子。
2. 前記駆動素子のソース電極と接触するように構成されたパワーラインをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。
3. 隣接する単位画素の非発光領域は、互いに異なる位置に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。
4. 前記赤、緑、青の単位画素のうち、少なくとも二つの単位画素は、互いに異なる位置に非発光領域を形成したことを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。
5. 前記単位画素は、ゲート配線方向を基準として垂直方向に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。
6. 前記単位画素は、ゲート配線方向を基準として垂直方向より水平方向が、より長く形成されたことを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。
7. 前記発光領域には、赤、緑、青の有機物質がパターニングされたことを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。
8. 基板上にゲート配線方向を基準として垂直方向に配置された赤、緑、青の単位画素を定義する段階と、
   前記赤、緑、青の単位画素のうち、少なくとも二つの単位画素内の互いに異なる非発光領域にスイッチング素子とこれに連結された駆動素子を形成する段階と、
   前記各単位画素に前記駆動素子のドレイン電極と接触する画素電極を形成する段階と、
   前記画素電極の発光領域に有機発光層を形成する段階と
   を含んでなることを特徴とする有機電界発光素子の製造方法。
9. 隣接する単位画素の非発光領域は、互いに異なる位置に形成されたことを特徴とする請求項８に記載の有機電界発光素子の製造方法。
10. 前記単位画素は、垂直方向より水平方向が、より長く形成されたことを特徴とする請求項８に記載の有機電界発光素子の製造方法。
11. 前記赤、緑、青の単位画素のうち、少なくとも一つの単位画素は、互いに異なる位置に非発光領域を形成したことを特徴とする請求項８に記載の有機電界発光素子の製造方法。
12. 前記単位画素の非発光領域は、垂直方向にジグザグパターンを有することを特徴とする請求項８に記載の有機電界発光素子の製造方法。

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