JP4807677B2

JP4807677B2 - 表示装置

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Publication number: JP4807677B2
Application number: JP2003341985A
Authority: JP
Inventors: 稔山口
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2003-09-30
Filing date: 2003-09-30
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2023-09-30
Also published as: JP2005107294A

Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ(Electro Luminescence)）素子を用いた表示装置に関する。

有機ＥＬ素子を用いた表示装置は、自発光型のためにバックライトが不要であり、広い視野角により画像が表示でき、低消費電力のディスプレイとして注目されている。

有機ＥＬ素子は、有機ＥＬ層が二つの電極の間に挟まれた構造となっている。図８は、従来の有機ＥＬ素子を用いた表示装置の一構成例を表すものである。ガラス基板１０１上に、絶縁膜１０５ａを介して、陽極を構成する透明電極１０２、有機ＥＬ層１０３、および、陰極を構成する反射電極１０４が順次形成されている。これらの透明電極１０２、有機ＥＬ層１０３、および反射電極１０４により有機ＥＬ素子が構成されている。有機ＥＬ層１０３は、例えば、正孔輸送層、発光層、および、電子輸送層が積層されたものである。透明電極１０２は、ガラス基板１０１上に形成されたＴＦＴ（薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor)）１０５のドレイン１０５ｄと電気的に接続されている。ＴＦＴ１０５は、有機ＥＬ素子を駆動する機能を有するＴＦＴである。なお、反射電極１０４の上には、遮蔽層１０６が形成されている。

この有機ＥＬ素子を駆動するには、ＴＦＴ１０５からドレイン１０５ｄを介して透明電極１０２に印可された電圧と、反射電極１０４に印可された電圧との差に基づいて、陽極である透明電極１０２から有機ＥＬ層１０３の正孔輸送層を介して供給された正孔と、陰極である反射電極１０４から有機ＥＬ層１０３の電子輸送層を介して供給された電子とが再結合を起こすことによって発光する。この場合、発光は透明電極１０２を介してガラス基板１０１側から取り出されることになる。すなわち、この有機ＥＬ素子の構造は、いわゆるBottom Emission構造である。そして、このようなBottom Emission構造を有する有機ＥＬ素子に関する技術も開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−１０８２８５号公報（第１５頁、第１４図）

上述した有機ＥＬ素子は、アクティブ駆動型液晶表示装置の液晶のようなキャパシタと異なるために、一画素当たりのＴＦＴの数が増えたり、キャパシタを設けることにより開口率が低くなってしまっていた。この結果、各画素の有機ＥＬ層の面積が小さくなり、ガラス基板１０１側から出射する光量が減ってしまうという問題があった。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、開口率を向上させることのできる表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る表示装置は、各々が第１の電極、発光層、および第２の電極が順次積層されて形成された有機エレクトロルミネッセンス素子を有する複数の画素がマトリックス状に配列して形成された第１の基板と、
前記各画素の前記有機エレクトロルミネッセンス素子の第２の電極と電気的に接続されるドレイン電極またはソース電極を有するとともに、前記有機エレクトロルミネッセンス素子へ流れる電流を制御する複数の第１のトランジスタが形成された第２の基板と、
前記第１の基板上に形成された、前記各画素を区画する画素間遮壁と、を備え、
前記各画素の前記有機エレクトロルミネッセンス素子の第２の電極は、前記画素間遮壁上に延びて形成され、
前記画素間遮壁を介して隣接する２つの前記画素の前記有機エレクトロルミネッセンス素子の第２の電極は、前記画素間遮壁上において２つに分断して形成され、
前記画素間遮壁上に分断して形成された前記有機エレクトロルミネッセンス素子の前記２つの第２の電極の一方と、前記第１のトランジスタのドレイン電極またはソース電極とが対向して配置され、前記画素間遮壁上で電気的に接続され、
前記第１のトランジスタと前記第１の基板との間に空間が設けられる、
ことを特徴とする。

この発明によれば、有機エレクトロルミネッセンス素子が形成された第１の基板とトランジスタが形成された第２の基板とが別の基板により構成され、それぞれ対向して固定されるため、有機エレクトロルミネッセンス素子が形成された第１の基板側から有機エレクトロルミネッセンス素子の発光が取り出されれば、トランジスタによって発光が遮られることがなくなる。

前記第２の基板上に形成された複数の導通用スペーサを有し、
前記第１のトランジスタのドレイン電極またはソース電極は、前記複数の導通用スペーサ上を含む第２の基板上に形成され、
前記複数の導通用スペーサ上に凹凸状に形成された前記第１のトランジスタのドレイン電極またはソース電極と、前記画素間遮壁上に分断して形成された前記隣接する前記２つの画素の前記有機エレクトロルミネッセンス素子の前記２つの第２の電極の一方とが対向して配置され、電気的に接続されているようにしてもよい。

前記第２の基板に形成されるとともに、前記第１のトランジスタのゲート電極と、ドレイン電極またはソース電極とが電気的に接続されており、前記第１のトランジスタに画像データを出力する第２のトランジスタを備えるようにしてもよい。

本発明によれば、開口率を向上させることができる。

本発明の実施の形態に係る有機ＥＬ素子を用いた表示装置について、以下図面を参照して説明する。

（実施形態１）
図１は、この発明の実施形態１に適用される有機ＥＬ素子を用いた表示装置の構成の一例を示す平面図であり、図２は、図１の一点鎖線Ａ−Ａ’で破断して示した１画素分の断面図である。

この表示装置１０は、能動素子として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を備えたアクティブマトリクス型の表示装置であり、有機ＥＬ素子１１を画素ごとに備える。

この表示装置１０は、有機ＥＬ素子１１が形成された第１の基板１２とは別に、有機ＥＬ素子１１を電流制御し、駆動するＴＦＴ１３が形成された第２の基板１４を有する。第１の基板１２と第２の基板１４とは対向して支持体（図示せず）に固定される。第１の基板１２および第２の基板１４は、例えば、ホウケイ酸ガラス、石英ガラス等を材料とする。

第１の基板１２上には、有機ＥＬ素子１１を構成する第１の電極である透明電極１５、発光層１６、および、第２の電極である反射電極１７が順次積層され、透明電極１５上に画素間遮壁１８が形成されている。

透明電極１５は、陽極または陰極を構成し、発光層１６からの発光が十分に透過するように光透過率が高い材料により形成される。透明電極１５には、例えば、錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、亜鉛ドープ酸化インジウム（ＩＺＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）又は酸化亜鉛（ＺｎＯ）を主成分とした材料が用いられる。

発光層１６は、電子と正孔とを再結合させて有機分子を励起させて発光する層であり、有機材料からなる層である。発光層１６は、一層による構造の他に、正孔輸送層、電子輸送層のうち少なくとも一層を他に備える多層の構造を有するものとしてもよい。発光層１６には、例えば、ポリカルバゾール、ポリパラフェニレン、ポリアリーレンビニレン、ポリチオフェン、ポリフルオレン、ポリシラン、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピリジン、ポリピリジンビニレン、ポリピロール系材料等の高分子系材料が用いられる。

反射電極１７は、陽極または陰極を構成し、反射性の高い導電膜で形成されている。反射電極１７は、対向する第２の基板１４に形成された駆動用ＴＦＴ１３のドレイン電極１３６と電気的に接続される。反射電極１７には、例えば、金、銀、銅、アルミニウム、インジウム、マグネシウム、カルシウム若しくはバリウム若しくはこれらの合金等が材料として用いられる。

画素間遮壁１８は、画素間が干渉しないように各画素を区画するものである。画素間遮壁１８の間に形成される溝により一画素が構成される。画素間遮壁１８は、画素間に位置することにより、発光層１６上に反射電極１７が形成される際に、反射電極１７を画素間ごとに分断して形成させる。画素間遮壁１８は、断面が逆テーパ型（逆台形型）になっており、反射電極１７をより分断させやすくすることができる。画素間遮壁１８は、電気絶縁材料からなり、例えば、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ等の材料から形成される。

一方、第２の基板１４上には、駆動用ＴＦＴ１３と、導通用スペーサ１９が形成されている。

駆動用ＴＦＴ１３は、有機ＥＬ素子１１を流れる電流量を制御するための素子である。駆動用ＴＦＴ１３はボトムゲート構造からなり、ゲート電極１３１と、ゲート電極１３１上に形成されたゲート絶縁層１３２と、電流路となる単一のチャネルを形成するための半導体層１３３と、オ−ミックコンタクト層としてのｎ−ａ−Ｓｉ層（ｎ＋アモルファスシリコン層）１３４と、ソース電極１３５と、ドレイン電極１３６と、ソース電極１３５およびドレイン電極１３６を絶縁、保護する等のための保護層１３７とを有する。

ゲート電極１３１には、例えば、クロム、クロム合金、アルミ、アルミ合金、チタン若しくはチタン合金又はこれらの化合物が材料として用いられる。ゲート絶縁膜１３２には、例えば、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ等の材料が用いられる。

半導体層１３３は、ゲート電極１３１上にゲート絶縁膜１３２を介して形成されている。半導体層１３３には、例えば、ｉ−ａ−Ｓｉ層（イントリンシックアモルファスシリコン層）が材料として用いられる。

ソース電極１３５およびドレイン電極１３６は、第２の基板１４、ｎ−ａ−Ｓｉ層１３４および導通用スペーサ１９の上に、例えば、金属膜をスパッタリング法等により成膜して、エッチングすることにより形成される。これにより、ドレイン電極１３６は、導通用スペーサ１９上にも形成される。ソース電極１３５およびドレイン電極１３６には、例えば、クロム、クロム合金、アルミ、アルミ合金、チタン若しくはチタン合金又はこれらの化合物等の材料が用いられる。

導通用スペーサ１９は、その上に形成されるドレイン電極１３６を、第１の基板１２上の反射電極１７に電気的に導通させるためのものである。導通用スペーサ１９は、ゲート電極１３１と同じ材料により形成することもできるし、ゲート電極１３１とは異なる材料により独立して形成することもできる。具体的には、導通用スペーサ１９には、ゲート電極１３１と同じ材料として、例えば、クロム、クロム合金、アルミ、アルミ合金、チタン若しくはチタン合金又はこれらの化合物等や、異なる材料としては、例えば、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ等の材料が用いられる。導通用スペーサ１９をゲート電極１３１と同じ材料で形成する場合には、例えば、第２の基板１４上に金属膜をスパッタリング法等で成膜して、エッチングによりゲート電極１３１と導通用スペーサ１９とを形成する。
なお、導通用スペーサ１９は、断面がテーパ状に形成されているため、その上に形成されるドレイン電極１３６が断線することや、膜厚が不均一になることを防止できる。また、導通用スペーサ１９の厚さは、ドレイン電極１３６と反射電極１７とが電気的に接触する程度の厚さがあればよく、なるべく薄いものが望ましい。

第１の基板１２と第２の基板１４は、第１の基板１２上の各画素間遮壁１８で挟まれた所定の画素に対応する有機ＥＬ素子１１の反射電極１７と、第２の基板１４上の導通用スペーサ１９上に形成された所定の画素に対応する駆動用ＴＦＴ１３のドレイン電極１３６とが対向して配置されるように位置決めされ、支持体（図示せず）に固定される。そして、反射電極１７とドレイン電極１３６とは電気的に接続される。

駆動用ＴＦＴ１３のゲート電極１３１には、走査線３０１が電気的に接続されているとともに、ソース電極１３５には、信号線３０２が電気的に接続されている。

この表示装置１０では、走査線３０１が選択されると、信号線３０２よりソース電極１３５、ドレイン電極１３６を介して反射電極１７、発光層１６、透明電極１５へと画像データに応じた電流が流れる。発光層１６に電流が流れる際に、発光層１６において供給された正孔と電子とが再結合を起こすことによって発光する。発光層１６は、画像データに対応した電流量に応じて発光量が制御される。表示装置１０では、多数の画素がマトリクス状に並べられ、画素ごとにこのように発光量が制御され、画像が表示される。発光層１６からの発光は、透明電極１５を介して第１の基板１２側から（図２における矢印方向）取り出される。

本実施の形態の表示装置では、有機ＥＬ素子１１の発光層１６からの発光が、透明電極１５を介して駆動用のＴＦＴ１３が存在しない第１の基板１２側から取り出されることになるので、光量が駆動用ＴＦＴ１３によって遮られて減少することがなくなり、表示装置の開口率が向上する。また、開口率低下を招くことを理由に駆動用ＴＦＴ１３の大きさが制限されるようなことがなくなるので、多量の電流による有機ＥＬ素子１１の電流駆動が可能となり、高輝度の表示が可能になる。さらに、有機ＥＬ素子１１は、駆動用ＴＦＴ１３が形成される第２の基板１４とは別の第１の基板１２に形成されるため、画素と画素との間隔を狭くすることができるので、表示の高精細化も可能になる。

（実施形態２）
図３は、この発明の実施形態２に適用される有機ＥＬ素子を用いた表示装置の構成の一例を示す平面図であり、図４は、図３の一点鎖線Ｂ−Ｂ’で破断して示した１画素分の断面図である。なお、本実施形態の表示装置は、導通用スペーサを用いない構成が実施形態１と異なり、その他の構成は実施形態１と同様である。以下、同一の符号を付して実施形態１の説明を援用し、実施形態１と異なる点についてのみ説明する。

この表示装置２０では、実施形態１とは異なり、第１の基板１２の反射電極１７と電気的に接続される駆動用ＴＦＴ１３のドレイン電極２３６の接続部分は、第２の基板１４上に導通用スペーサを介さずに形成される。このドレイン電極２３６の接続部分は、第１の基板１２上の画素間遮壁１８上に形成された反射電極１７と電気的に接続される。

第１の基板１２と第２の基板１４は、第１の基板１２上の画素間遮壁１８上に形成された所定の画素における有機ＥＬ素子１１の反射電極１７と、第２の基板１４上に形成された所定の画素における駆動用ＴＦＴ１３のドレイン電極２３６とが対向して配置されるように位置決めされ、支持体（図示せず）に固定される。そして、反射電極１７とドレイン電極２３６とは電気的に接続される。

本実施の形態の表示装置では、導通用スペーサを形成する必要がないので、製造が容易になり、量産性が向上する。

（実施形態３）
図５は、この発明の実施形態３に適用される有機ＥＬ素子を用いた表示装置の構成の一例を示す平面図であり、図６は、図５の一点鎖線Ｃ−Ｃ’で破断して示した１画素分の断面図である。なお、本実施形態の表示装置は、導通用スペーサの構造等が実施形態１と異なり、その他の構成は実施形態１と同様である。以下、同一の符号を付して実施形態１の説明を援用し、実施形態１と異なる点についてのみ説明する。

この表示装置３０は、第２の基板１４上に複数の導通用スペーサ３９を有する。導通用スペーサ３９は、第２の基板１４上に、対向する第１の基板１２上の画素間遮壁１８に沿うように、信号線３０２の延伸方向に（図５におけるＤ方向に）、所定の間隔をおいて形成されている。導通用スペーサ３９は、ゲート電極１３１と同じ材料により形成することもできるし、ゲート電極１３１とは異なる材料により独立して形成することもできる。具体的には、導通用スペーサ３９には、ゲート電極１３１と同じ材料として、例えば、クロム、クロム合金、アルミ、アルミ合金、チタン若しくはチタン合金又はこれらの化合物等や、異なる材料としては、例えば、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ等の材料が用いられる。導通用スペーサ３９をゲート電極１３１と同じ材料で形成する場合には、例えば、第２の基板１４上に金属膜をスパッタリング法等で成膜して、エッチングによりゲート電極１３１と、所定の間隔をおいて複数の導通用スペーサ３９とを形成する。
なお、導通用スペーサ３９は、断面がテーパ状に形成されているため、その上に形成されるドレイン電極１３６の膜厚が不均一になることを防止できる。

ドレイン電極１３６の導通用スペーサ３９上に形成される部分は、導通用スペーサ３９が所定の間隔をおいて複数形成されているために、凹凸状に形成される。

第１の基板１２と第２の基板１４は、第１の基板１２上の画素間遮壁１８上に形成された所定の画素における有機ＥＬ素子１１の反射電極１７と、第２の基板１４上の複数の導通用スペーサ３９上に凹凸状に形成された所定の画素における駆動用ＴＦＴ１３のドレイン電極１３６とが対向して配置されるように位置決めされ、支持体（図示せず）に固定される。そして、反射電極１７とドレイン電極１３６とが電気的に接続される。

本実施形態の表示装置では、所定の間隔をおいて形成された導通用スペーサ３９上に凹凸状に形成されたドレイン電極１３６を、画素間遮壁１８上に形成された反射電極１７と電気的に接続させるようにしたので、導通性が向上する。

（実施形態４）
図７は、この発明の実施形態４に適用される有機ＥＬ素子を用いた表示装置の構成の一例を示す１画素分の断面図である。なお、本実施形態の表示装置は、２つのＴＦＴを有する構成が実施形態３と異なり、その他の構成は実施形態３と同様である。以下、同一の符号を付して実施形態３の説明を援用し、実施形態３と異なる点についてのみ説明する。

表示装置４０は、一画素あたりに、画像データを駆動用ＴＦＴ１３に出力する選択ＴＦＴ４３と、駆動用ＴＦＴ１３とを備えている。選択ＴＦＴ４３も、駆動用ＴＦＴ１３と同様に、第２の基板１４上に形成されている。

この表示装置４０では、選択ＴＦＴ４３のゲート電極４３１が走査線に電気的に接続され、選択ＴＦＴ４３のソース電極４３５、ドレイン電極４３６のいずれか一方が信号線に電気的に接続され、他方が、駆動用ＴＦＴ１３のゲート電極１３１に電気的に接続されている。駆動用ＴＦＴ１３のソース電極１３５が、プラスの定電圧の電源線に電気的に接続されている。

この表示装置４０では、走査線が選択されると、選択ＴＦＴ４３がオンになり、信号線から選択ＴＦＴ４３を介して駆動用ＴＦＴ１３のゲート電極１３１に画像データによるデータ電圧が印加される。これにより、駆動用ＴＦＴ１３がオンになり、電源線から駆動用ＴＦＴ１３を介して有機ＥＬ素子１１に画像データに応じた電流が流れて、発光層１６が発光する。非選択時は、選択ＴＦＴ４３がオフになり、駆動用ＴＦＴ１３のゲート電極１３１の電圧が保持され、電源線から駆動用ＴＦＴ１３を介して有機ＥＬ素子１１に電流が流れて、発光層１６が発光する。

本実施形態の表示装置では、有機ＥＬ素子１１の発光層１６からの発光が、透明電極１５を介して選択ＴＦＴ４３および駆動用のＴＦＴ１３が存在しない第１の基板１２側から取り出されることになるので、光量が選択ＴＦＴ４３や駆動用ＴＦＴ１３によって遮られて減少することがなくなり、表示装置の開口率が向上する。また、開口率低下を招くことを理由に選択ＴＦＴ４３や駆動用ＴＦＴ１３の大きさが制限されるようなことがなくなるので、多量の電流による有機ＥＬ素子１１の電流駆動が可能となり、高輝度の表示が可能になる。さらに、有機ＥＬ素子１１は、選択ＴＦＴ４３や駆動用ＴＦＴ１３が形成される第２の基板１４とは別の第１の基板１２に形成されるため、画素と画素との間隔を狭くすることができるので、表示の高精細化も可能になる。

以上、実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記各実施形態では、駆動用ＴＦＴ１３のドレイン電極１３６,２３６を有機ＥＬ素子１１の反射電極１７に電気的に接続するように説明したが、駆動用ＴＦＴ１３のソース電極１３５を、有機ＥＬ素子１１の反射電極１７に電気的に接続させる構成とすることも可能である。

また、第１の基板１２および第２の基板１４の間を、例えば、光硬化性樹脂等で密封し、各素子等を保護するようにしてもよい。

さらに、実施形態３においては、複数の導通用スペーサ３９を形成するようにしたが、一つの導通用スペーサ３９のみを形成するようにしてもよい。

また、実施形態３においては、複数の導通用スペーサ３９を信号線３０２の延伸方向に沿って形成するようにしたが、複数の導通用スペーサ３９を走査線３０１の延伸方向に沿って、対向する第１の基板１２上の画素間遮壁１８に沿うように、形成するようにしてもよい。

さらに、実施形態１および２においては、駆動用ＴＦＴ１３のみを有する表示装置について説明したが、実施形態１および２において、選択ＴＦＴ４３および駆動用ＴＦＴ１３を有する表示装置としても本発明に適用できる。

また、各実施形態においては、駆動用ＴＦＴ１３をボトムゲート構造のものとして説明したが、トップゲート構造の駆動用ＴＦＴであってもよい。

さらに、各実施形態においては、駆動用ＴＦＴ１３のドレイン電極１３６,２３６を有機ＥＬ素子１１の反射電極１７に電気的に直接接続するように説明したが、例えば、導電性のスペーサ等の電気接続手段を介して電気的に接続させるようにしてもよい。

本発明の実施形態１に係る表示装置の平面図である。本発明の実施形態１に係る表示装置の断面図である。本発明の実施形態２に係る表示装置の平面図である。本発明の実施形態２に係る表示装置の断面図である。本発明の実施形態３に係る表示装置の平面図である。本発明の実施形態３に係る表示装置の断面図である。本発明の実施形態４に係る表示装置の断面図である。従来の表示装置の断面図である。

符号の説明

１０,２０,３０、４０・・・表示装置、１１・・・有機ＥＬ素子、１２・・・第１の基板、１３・・・駆動用ＴＦＴ、４３・・・選択ＴＦＴ、１３１・・・ゲート電極、１３６,２３６・・・ドレイン電極、１３５・・・ソース電極、１４・・・第２の基板、１５・・・透明電極、１６・・・発光層、１７・・・反射電極、１９,３９・・・導通用スペーサ

Claims

各々が第１の電極、発光層、および第２の電極が順次積層されて形成された有機エレクトロルミネッセンス素子を有する複数の画素がマトリックス状に配列して形成された第１の基板と、
前記各画素の前記有機エレクトロルミネッセンス素子の第２の電極と電気的に接続されるドレイン電極またはソース電極を有するとともに、前記各画素の前記有機エレクトロルミネッセンス素子へ流れる電流を制御する複数の第１のトランジスタが形成された第２の基板と、
前記第１の基板上に形成された、前記各画素を区画する画素間遮壁と、を備え、
前記各画素の前記有機エレクトロルミネッセンス素子の第２の電極は、前記画素間遮壁上に延びて形成され、
前記画素間遮壁を介して隣接する２つの前記画素の前記有機エレクトロルミネッセンス素子の第２の電極は、前記画素間遮壁上において２つに分断して形成され、
前記画素間遮壁上に分断して形成された、前記隣接する前記２つの画素の前記有機エレクトロルミネッセンス素子の前記２つの第２の電極の一方と、前記第１のトランジスタのドレイン電極またはソース電極とが対向して配置され、前記画素間遮壁上で電気的に接続され、
前記第１のトランジスタと前記第１の基板との間に空間が設けられる、
ことを特徴とする表示装置。
前記第２の基板上に形成された複数の導通用スペーサを有し、
前記第１のトランジスタのドレイン電極またはソース電極は、前記複数の導通用スペーサ上を含む第２の基板上に形成され、
前記複数の導通用スペーサ上に凹凸状に形成された前記第１のトランジスタのドレイン電極またはソース電極と、前記画素間遮壁上に分断して形成された前記隣接する前記２つの画素の前記有機エレクトロルミネッセンス素子の前記２つの第２の電極の一方とが対向して配置され、電気的に接続されている、
ことを特徴とする請求項１記載の表示装置。
前記第２の基板に形成されるとともに、前記第１のトランジスタのゲート電極と、ドレイン電極またはソース電極とが電気的に接続されており、前記第１のトランジスタに画像データを出力する第２のトランジスタを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の表示装置。