画像表示装置
【課題】生産性に優れた画像表示装置を提供すること。
【解決手段】複数の画素を有する画像表示装置において、前記各画素は、発光領域を有する発光素子と、平面的に前記発光領域よりも外側に配置され、前記発光素子を駆動する第１薄膜トランジスタと、平面的に前記発光領域内に完全に収まるように配置され、前記第１薄膜トランジスタのゲート層に電気的に接続されるコンデンサと、を備えて構成される。画素を構成する薄膜トランジスタやコンデンサの表面形状等に起因した、発光素子を構成する電極の断線や短絡を効果的に防止することができ、生産性に優れた画像表示装置を提供することができる。
【解決手段】複数の画素を有する画像表示装置において、前記各画素は、発光領域を有する発光素子と、平面的に前記発光領域よりも外側に配置され、前記発光素子を駆動する第１薄膜トランジスタと、平面的に前記発光領域内に完全に収まるように配置され、前記第１薄膜トランジスタのゲート層に電気的に接続されるコンデンサと、を備えて構成される。画素を構成する薄膜トランジスタやコンデンサの表面形状等に起因した、発光素子を構成する電極の断線や短絡を効果的に防止することができ、生産性に優れた画像表示装置を提供することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示装置に関するものであり、特に、発光素子を形成する電極の断線、短絡等が防止され、品質および信頼性に優れた画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）を用いて画素を形成する有機ＥＬ表示装置などの画像表示装置においては、有機発光ダイオードの駆動に、シリコン基板上に形成した電界効果型の薄膜トランジスタやコンデンサを用いている。
【０００３】
たとえば、トップエミッション型の有機ＥＬ表示装置においては、有機発光ダイオードの光を素子基板側と反対側から出射させるため、有機発光ダイオードと素子基板との間に回路層を配置しても、該回路層によって遮光されることはないことから、有機発光ダイオードの発光領域の直下に薄膜トランジスタ等の回路層を配置することができ、発光領域を広く確保できるという利点があるといわれている。
【０００４】
かかるトップエミッション型の有機ＥＬ表示装置において、薄膜トランジスタおよびコンデンサと、有機発光ダイオードの発光領域と、の位置関係に注目すると、たとえば、薄膜トランジスタが発光領域の内部中央に配置され、コンデンサが発光領域の内部であって該発光領域の長辺近傍に配置されたものがある（たとえば、特許文献１参照）。ここで、薄膜トランジスタおよびコンデンサと、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）の発光領域と、の位置関係とは、有機発光ダイオードを形成する素子基板の面内方向における位置関係である。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１１１３４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の技術によれば、薄膜トランジスタが発光領域の内部中央に配置されている。薄膜トランジスタ上には絶縁膜を介して発光層が電極層に挟まれた発光素子が形成されている。また、薄膜トランジスタはコンデンサと比較して表面が複雑な凹凸形状を成している。このため、薄膜トランジスタによる凹凸の影響を受け、発光領域を構成する有機層の膜厚が薄膜トランジスタ上で不均一となる。また、有機層は膜厚が小さいことから、最悪の場合、有機層が薄膜トランジスタ上の凹凸領域を完全に被覆できず、有機層の非形成領域で陽極と陰極が短絡し、画像表示装置の生産性が低下する虞がある、という問題がある。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、発光素子を構成する電極の断線、短絡を効果的に防止することにより、生産性に優れた画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる画像表示装置は、複数の画素を有する画像表示装置において、各画素は、発光領域を有する発光素子と、平面的に発光領域よりも外側に配置され、発光素子を駆動する第１薄膜トランジスタと、平面的に発光領域内に完全に収まるように配置され、第１薄膜トランジスタのゲート層に電気的に接続されるコンデンサと、を備えて構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、画素を構成する薄膜トランジスタやコンデンサの表面形状等に起因した、発光素子を構成する電極の断線や短絡を効果的に防止することができ、生産性に優れた画像表示装置を提供することができる、という効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明にかかる画像表示装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
【００１１】
本発明は、トップエミッション型の有機ＥＬ素子と、該有機ＥＬ素子を駆動するための駆動用の薄膜トランジスタとコンデンサとを備えて画素を構成してなる画像表示装置（有機ＥＬ表示装置）に関するものである。本発明にかかる画像表示装置（有機ＥＬ表示装置）は、従来の画像表示装置（有機ＥＬ表示装置）と同様に、素子基板上に駆動用の薄膜トランジスタとコンデンサとが形成され、その上に絶縁層を介して有機ＥＬ素子が形成されるものである。
【００１２】
実施の形態
図１−１〜図１−３は、本発明の実施の形態にかかる画像表示装置である有機ＥＬ表示装置の概略構成を説明するための図である。図１−１は、本実施の形態にかかる有機ＥＬ表示装置における画素領域の概略構成を説明するための平面図である。図１−２は、本実施の形態にかかる有機ＥＬ表示装置における画素領域の概略構成を説明するための断面図であり、図１−１の線分Ａ−Ａ′における断面に対応する図である。
【００１３】
ここで、図１−１は、図１−２の断面図において絶縁層１６及び絶縁層１６よりも有機層側に位置する要素（ただし、有機層４２は除く）を透過してみた図である。図１−３は、本実施の形態にかかる有機ＥＬ表示装置における画素領域の等価回路図である。なお、理解の容易のため、図面により各部材の縮尺が異なる場合や記載を省略している場合がある。
【００１４】
まず、本実施の形態にかかる有機ＥＬ表示装置の画素領域の配線構造について説明する。図１−３に示されるように、本実施の形態にかかる有機ＥＬ表示装置は、走査線１０１と、該走査線１０１に対して平面的に略直角に交差する方向に延びる信号線１０２と、該走査線１０１に平行に延びる電源線１０３とが、それぞれ配線された構成を有する。そして、図１−１に示すように、走査線１０１と信号線１０２に囲まれた領域に、マトリックス状に画素領域が設けられている。
【００１５】
画素領域のそれぞれには、走査線１０１を介して走査信号がゲート層に供給されるスイッチング用の薄膜トランジスタＴSと、このスイッチング用の薄膜トランジスタＴSを介して信号線１０２から供給される画素信号を保持するコンデンサＣSと、このコンデンサＣSによって保持された画素信号がゲート層に供給される駆動用の薄膜トランジスタＴDと、トップエミッション型の有機ＥＬ素子（ＯＬＥＤ）１０４と、を備える。
【００１６】
また、有機ＥＬ素子（ＯＬＥＤ）１０４は、駆動用の薄膜トランジスタＴDを介して電源線１０３に電気的に接続した時に電源線１０３から駆動電流が流れ込む画素電極（陰極）と、この画素電極に対向して設けられる対向電極（陽極）と、画素電極（陰極）と対向電極（陽極）との間に挟み込まれた有機層と、を備えて構成されている。
【００１７】
このような配線構造を有する本実施の形態にかかる有機ＥＬ表示装置によれば、走査線１０１が駆動されてスイッチング用の薄膜トランジスタＴSがオンになると、そのときの信号線１０２の電位がコンデンサＣSに保持され、このコンデンサＣSの状態に応じて、駆動用の薄膜トランジスタＴDのオン・オフ状態が決まる。そして、駆動用の薄膜トランジスタＴDのチャネルを介して、電源線１０３から画素電極に電流が流れ、さらに有機層を介して陽極に電流が流れる。有機層は、この流れる電流量に応じて発光し、所望の状態を表示することができる。
【００１８】
つぎに、本実施の形態にかかる有機ＥＬ表示装置の具体的な構造について説明する。
【００１９】
図１−１〜図１−３に示すように、本実施の形態にかかる有機ＥＬ表示装置は、素子基板１２上に各種回路が形成された回路層２２，３２，１０１，１０３が形成され、さらに該回路層２２，３２，１０１，１０３を絶縁するために回路層２２，３２，１０１，１０３上に絶縁層１４が形成されている。そして、該絶縁層１４上に有機ＥＬ素子１０４が形成されている。
【００２０】
回路層２２，３２，１０１，１０３には、たとえば走査線１０１と、電源線１０３と、駆動用の薄膜トランジスタＴDと、コンデンサＣSと、スイッチング用の薄膜トランジスタＴSと、が形成されている。
【００２１】
駆動用の薄膜トランジスタＴDは、素子基板１２上に設けられたゲート層２２と、ゲート層２２上に形成された絶縁層１４と、該絶縁層１４上に形成されたソース・ドレイン層２４と、該ソース・ドレイン層２４に挟まれた半導体層２６と、を備えて構成される。ゲート層２２、絶縁層１４及びソース・ドレイン層２４の厚みは、たとえば２００ｎｍ〜５００ｎｍに、半導体層２６の厚みは、たとえば、５０ｎｍ〜２００ｎｍにそれぞれ設定される。
【００２２】
また、ゲート層２２、絶縁層１４、ソース・ドレイン層２４及び半導体層２６の材料としては、薄膜トランジスタの構成材料として周知の材料（たとえば、ゲート層２２及びソース・ドレイン層２４の材料としては、Ａｌ又はその合金等の金属材料、絶縁層１４の材料としては、ＳｉＮxやＳｉＯ2又はその混合物等の絶縁材料、半導体層２６の材料としては、ａ-Ｓｉ，ｐ-Ｓｉの半導体材料）が用いられる。
【００２３】
また、薄膜トランジスタＴSは、素子基板１２上に設けられたゲート層１２２と、ゲート層１２２上に形成された絶縁層１４と、該絶縁層１４上に形成されたソース・ドレイン層１２４と、該ソース・ドレイン層１２４に挟まれた半導体層１２６と、を備えて構成される。ゲート層１２２、ソース・ドレイン層１２４及び半導体層１２６の厚みは、薄膜トランジスタＴDの厚みと略同じ範囲内の値である。
【００２４】
またゲート層１２２、ソース・ドレイン層１２４及び半導体層１２６の材料としては、薄膜トランジスタの構成材料として周知の材料が用いられる。また、薄膜トランジスタＴｓは薄膜トランジスタＴDと同一工程で形成することが好ましいため、薄膜トランジスタＴDと同じ材料で形成することが好ましい。
【００２５】
また、コンデンサＣSは、素子基板１２上に設けられた下部電極３２と、該下部電極３２上に形成された絶縁層１４と、該絶縁層１４上に形成された上部電極３４とにより構成されている。下部電極３２の厚みは、薄膜トランジスタＴDのゲート層２２と略同じ範囲内の値である。また、上部電極３４の厚みは、薄膜トランジスタＴDのソース・ドレイン層２４と略同じ範囲内の値である。下部電極３２、絶縁層１４及び上部電極３４の材料としては、コンデンサの構成材料として周知の材料が用いられるが、下部電極３２、絶縁層１４、上部電極３４は、薄膜トランジスタＴDのゲート層２２、絶縁層１４、ソース・ドレイン層２４と同一工程で形成することが好ましいため、これらの材料と同じ材料で形成することが好ましい。
【００２６】
有機ＥＬ素子１０４の基本構造は、有機層４４が下層電極４２と上層電極４６との間に挟まれた構造である。下層電極４２は、発光領域およびその近傍箇所以外は絶縁層１６により上層電極４６と絶縁されている。一般的には素子基板１２上に形成される下層電極４２が陽極であり、有機層４４を挟んで下層電極４２と相対して形成される上層電極４６が陰極であることが多いが、下層電極４２が陰極、上層電極４６が陽極でも良いことは当然である。上層電極４６は、光が透過できるように、透明または半透明の電極とする。有機層４４は、ホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層などの複数層で構成する場合が多いが、発光層以外は構成を省いても構わない。そして、このように構成された有機ＥＬ素子１０４は、図１−２に示すように発光領域ＲLを有している。
【００２７】
なお、下層電極４２、有機層４４及び上層電極４６の厚みは、たとえば、それぞれ２００ｎｍ〜５００ｎｍ、５０ｎｍ〜２００ｎｍ、１０ｎｍ〜５０ｎｍの範囲に設定されている。また、下層電極４２、有機層４４及び上層電極４６の材料としては、有機ＥＬ素子として周知の材料（たとえば、下層電極４２の材料としては、Ａｌ，Ａｇ又はそれらの合金等の光を反射する金属材料、有機層４４の材料としては、ＣｕＰｃ，ＮＰＢ，Ａｌｑ3またはこれらの混合物等の有機材料、上層電極４６の材料としては、Ｌｉ，Ｍｇ、Ｃａ，Ａｌ，Ａｇ又はそれらの混合物）が用いられる。また、下層電極４２、有機層４６及び上層電極４６は、上記した材料を多層化した多層構造としても良い。
【００２８】
上記のように構成された本実施の形態にかかる有機ＥＬ表示装置においては、各画素が、発光領域を有する有機ＥＬ素子と、発光領域外に配置されて有機ＥＬ素子を駆動する薄膜トランジスタＴDと、発光領域内に配置され、薄膜トランジスタＴDのゲート層に電気的に接続されるコンデンサＣSと、を備えて構成される。
【００２９】
すなわち、本実施の形態においては、素子基板１２に対して垂直な方向から見た場合に、駆動用の薄膜トランジスタＴDの形成領域ＲTは、有機ＥＬ素子の発光領域ＲLの外側に配置され、発光領域ＲLから完全に外れた位置に配置されている。
【００３０】
また、本実施の形態においては、素子基板１２に対して垂直な方向から見た場合に、スイッチング用の薄膜トランジスタＴSの形成領域も、有機ＥＬ素子の発光領域ＲLの外側に配置され、発光領域ＲLから完全に外れた位置に配置されている。なお、薄膜トランジスタＴDの形成領域ＲT及び薄膜トランジスタＴSの形成領域は、それぞれ半導体層と、ゲート層またはソース・ドレイン層とが対向する領域をいう。
【００３１】
薄膜トランジスタは、コンデンサと比較して表面が複雑な凹凸形状を有している。薄膜トランジスタは、たとえば図２に示すようにゲート層２０２、絶縁層２０４、半導体層２０６、ソース・ドレイン層２０８と、その上に形成された絶縁層２１０と、が積層された構造を有している。一方、コンデンサは、たとえば図３に示すように下部電極２１２、絶縁層２１４、上部電極２１６及びその上に形成された絶縁層２１８により構成される。図２は、薄膜トランジスタの形状を説明するための断面図である。図３は、コンデンサの形状を説明するための断面図である。
【００３２】
このように、薄膜トランジスタは、構成部材がコンデンサよりも多く、また、ソース・ドレイン層２０８のパターンがコンデンサの上部電極２１６のパターンと比較して複雑であるため、凹凸のパターンも複雑である。その結果、薄膜トランジスタ全体としてコンデンサよりも複雑な形状を有し、その上面の形状の段差（凹凸）が激しい。
【００３３】
それゆえ、薄膜トランジスタを有機ＥＬ素子の発光領域内に配置した場合には、上記の凹凸の影響を受け、発光領域を構成する有機層が凹凸領域を完全に被覆できず、有機層の非形成領域で下部電極と上部電極とが短絡する虞がある。
【００３４】
そこで、本発明においては、コンデンサと比較して複雑な表面形状を有する薄膜トランジスタを、有機ＥＬ素子の発光領域の外側に配置する。これにより、発光領域の下部には薄膜トランジスタが存在しないため、薄膜トランジスタの複雑な形状の段差（凹凸）に起因した有機層の膜厚バラツキや、有機層の非形成領域における下部電極と上部電極との短絡が良好に防止され、画像表示装置の生産性向上に寄与することが可能となる。
【００３５】
また、本実施の形態においては、素子基板１２に垂直な方向から見た場合に、コンデンサＣSの形成領域ＲCは、その外周が発光領域ＲLの外周よりも内側に配置されている。すなわち、コンデンサＣSの形成領域ＲCは、有機ＥＬ素子の発光領域ＲLに平面的に完全に収納されており、その一部が発光領域ＲL外の領域にはみ出していない。このため、発光領域ＲLは、コンデンサＣsよりも外側まで配置されることとなり、薄膜トランジスタを発光領域ＲLの外側に配置しても、広い発光領域ＲLを確保することができる。なお、コンデンサＣSの形成領域ＲCは、上部電極３４と下部電極３２とが互いに対向している領域をいう。
【００３６】
また、コンデンサＣsを発光領域ＲLよりも内側に配置した場合、コンデンサＣsの直上に位置する発光領域ＲLは、コンデンサＣsの表面に生じる凹凸形状に応じて傾斜することになる。
【００３７】
ここで、たとえば、有機ＥＬ素子が、図４に示すように、下部電極２２２と上部電極２２６との間に配置される有機層２２４が下部電極２２２の側部を被覆する構造を有する場合、図４に示すように、下部電極２２２の側部（発光領域の端部領域Ｂ）における有機層２２４の膜厚が薄くなり、上部電極２２６と下部電極２２２とが短絡しやすくなる。また、上部電極２２６の膜厚も薄くなり、これに起因して、該上部電極２２６が断線しやすくなる。特許文献１における有機ＥＬ素子においても同様の問題を有している。なお、図４は、有機ＥＬ素子の構造の一例を示す断面図である。
【００３８】
また、たとえば、有機ＥＬ素子が、図５に示すように、下部電極２２２と有機層２２４との間に絶縁層２２３が介在され、絶縁層２２３によって発光領域が囲まれた構造を有する場合、発光領域の端部領域Ｃ、Ｄにおいて有機層の膜厚が薄くなり、上部電極２２６と下部電極２２２とが短絡するおそれがある。また、領域Ｃおよび領域Ｄにおける上部電極２２６の膜厚も薄くなり、これに起因して、該上部電極２２６が断線するおそれがある。なお、図５は、有機ＥＬ素子の構造の一例を示す断面図である。
【００３９】
このように、発光領域ＲLの端部は、上部電極２２６と下部電極２２２との間の短絡や上部電極２２６の断線が発生しやすい。ここで、かかる発光領域ＲLの端部における上部電極２２６、有機層２２４、下部電極２２２がコンデンサＣsの表面の凹凸形状によって傾斜した場合、かかる傾斜部において上部電極２２６、有機層２２４、下部電極２２２の膜厚が小さくなりやすいため、発光領域ＲLの端部は、上部電極２２６と下部電極２２２との間の短絡や上部電極２２６の断線が発生しやすくなる。
【００４０】
従って、コンデンサＣSを有機ＥＬ素子１０４の発光領域ＲLの内側に配置する場合、発光領域ＲLの端部とコンデンサＣsの端部との間の間隔（素子基板１２と平行な方向の間隔）は、コンデンサＣsを構成する一方の電極の厚み以上の距離を確保することが好ましい（更に好ましくは、コンデンサＣsを構成する一対の電極の厚みの総和以上の距離を確保する）。これにより、コンデンサＣSの端部に生じる段差によって該段差の直上に位置する上部電極２２６、有機層２２４及び下部電極２２２が傾斜しても、かかる傾斜部と発光領域ＲLの端部との間に十分な間隔を確保することができる。その結果、上部電極２２６と下部電極２２２との間の短絡や上部電極２２６の断線を更に良好に防止することができ、画像表示装置の生産性を向上させることが可能となる。
【００４１】
なお、コンデンサＣSは、コンデンサＣsの面積を広く確保するため、有機ＥＬ素子１０４の発光領域ＲLの中心位置を含むように配置されることが好ましい。また、同様の理由で、コンデンサＣsの面積を発光領域ＲLの面積の８０％以上とすることが好ましい。
【００４２】
したがって、本実施の形態にかかる有機ＥＬ表示装置によれば、薄膜トランジスタおよびコンデンサの配置位置に起因した、発光素子を構成する電極の断線、短絡を良好に防止し、生産性に優れた有機ＥＬ表示装置が実現可能である、という効果を奏する。
【００４３】
なお、本実施の形態にかかる有機ＥＬ表示装置は、従来周知の薄膜形成技術及び半導体製造技術に従って作製することができる。すなわち、素子基板１２上に各種回路が形成された回路層を形成し、さらに該回路層を絶縁するために回路層上に絶縁層１４を形成する。そして、該絶縁層１４上に有機ＥＬ素子１０４を形成する。ただし、本実施の形態においては、回路層を形成する際に、駆動用の薄膜トランジスタＴDとスイッチング用の薄膜トランジスタＴSとを、有機ＥＬ素子１０４の発光領域ＲLの外側に配置し、コンデンサＣSを有機ＥＬ素子１０４の発光領域ＲLの内側に配置する。以上により、本実施の形態にかかる有機ＥＬ表示装置を作製することができる。
【００４４】
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更・改良が可能である。たとえば、図６−１、図６−２に示すような有機ＥＬ表示装置であっても構わないのは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上のように、本発明にかかる画像表示装置は、トップエミッション型の有機ＥＬ表示装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１−１】実施の形態にかかる有機ＥＬ表示装置における画素領域の概略構成を説明するための平面図である。
【図１−２】実施の形態にかかる有機ＥＬ表示装置における画素領域の概略構成を説明するための断面図であり、図１−１の線分Ａ−Ａ′における断面に対応する図である。
【図１−３】実施の形態にかかる有機ＥＬ表示装置における画素領域の等価回路図である。
【図２】薄膜トランジスタの形状を説明するための断面図である。
【図３】コンデンサの形状を説明するための断面図である。
【図４】有機ＥＬ素子の構造の一例を示す断面図である。
【図５】有機ＥＬ素子の構造の一例を示す断面図である。
【図６−１】他の実施形態にかかる有機ＥＬ表示装置における画素領域の概略構成を説明するための平面図である。
【図６−２】図６−１に示す有機ＥＬ表示装置における画素領域の等価回路図である。
【符号の説明】
【００４７】
１４ 絶縁層
１６ 絶縁層
２２ ゲート層
２４ ソース・ドレイン層
２６ 半導体層
３２ 下部電極
３４ 上部電極
４２ 下層電極
４４ 有機層
４６ 上層電極
１０１ 走査線
１０２ 信号線
１０３ 電源線
１０４ 素子
１２２ ゲート層
１２４ ソース・ドレイン層
１２６ 半導体層
２０２ ゲート層
２０４ 絶縁層
２０６ 半導体層
２０８ ソース・ドレイン層
２１０ 絶縁層
２１２ 下部電極
２１４ 絶縁層
２１６ 上部電極
２１８ 絶縁層
２２２ 下部電極
２２３ 絶縁層
２２４ 有機層
２２６ 上部電極
ＣS コンデンサ
ＴD 薄膜トランジスタ
ＴS 薄膜トランジスタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示装置に関するものであり、特に、発光素子を形成する電極の断線、短絡等が防止され、品質および信頼性に優れた画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）を用いて画素を形成する有機ＥＬ表示装置などの画像表示装置においては、有機発光ダイオードの駆動に、シリコン基板上に形成した電界効果型の薄膜トランジスタやコンデンサを用いている。
【０００３】
たとえば、トップエミッション型の有機ＥＬ表示装置においては、有機発光ダイオードの光を素子基板側と反対側から出射させるため、有機発光ダイオードと素子基板との間に回路層を配置しても、該回路層によって遮光されることはないことから、有機発光ダイオードの発光領域の直下に薄膜トランジスタ等の回路層を配置することができ、発光領域を広く確保できるという利点があるといわれている。
【０００４】
かかるトップエミッション型の有機ＥＬ表示装置において、薄膜トランジスタおよびコンデンサと、有機発光ダイオードの発光領域と、の位置関係に注目すると、たとえば、薄膜トランジスタが発光領域の内部中央に配置され、コンデンサが発光領域の内部であって該発光領域の長辺近傍に配置されたものがある（たとえば、特許文献１参照）。ここで、薄膜トランジスタおよびコンデンサと、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）の発光領域と、の位置関係とは、有機発光ダイオードを形成する素子基板の面内方向における位置関係である。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１１１３４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の技術によれば、薄膜トランジスタが発光領域の内部中央に配置されている。薄膜トランジスタ上には絶縁膜を介して発光層が電極層に挟まれた発光素子が形成されている。また、薄膜トランジスタはコンデンサと比較して表面が複雑な凹凸形状を成している。このため、薄膜トランジスタによる凹凸の影響を受け、発光領域を構成する有機層の膜厚が薄膜トランジスタ上で不均一となる。また、有機層は膜厚が小さいことから、最悪の場合、有機層が薄膜トランジスタ上の凹凸領域を完全に被覆できず、有機層の非形成領域で陽極と陰極が短絡し、画像表示装置の生産性が低下する虞がある、という問題がある。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、発光素子を構成する電極の断線、短絡を効果的に防止することにより、生産性に優れた画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる画像表示装置は、複数の画素を有する画像表示装置において、各画素は、発光領域を有する発光素子と、平面的に発光領域よりも外側に配置され、発光素子を駆動する第１薄膜トランジスタと、平面的に発光領域内に完全に収まるように配置され、第１薄膜トランジスタのゲート層に電気的に接続されるコンデンサと、を備えて構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、画素を構成する薄膜トランジスタやコンデンサの表面形状等に起因した、発光素子を構成する電極の断線や短絡を効果的に防止することができ、生産性に優れた画像表示装置を提供することができる、という効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明にかかる画像表示装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
【００１１】
本発明は、トップエミッション型の有機ＥＬ素子と、該有機ＥＬ素子を駆動するための駆動用の薄膜トランジスタとコンデンサとを備えて画素を構成してなる画像表示装置（有機ＥＬ表示装置）に関するものである。本発明にかかる画像表示装置（有機ＥＬ表示装置）は、従来の画像表示装置（有機ＥＬ表示装置）と同様に、素子基板上に駆動用の薄膜トランジスタとコンデンサとが形成され、その上に絶縁層を介して有機ＥＬ素子が形成されるものである。
【００１２】
実施の形態
図１−１〜図１−３は、本発明の実施の形態にかかる画像表示装置である有機ＥＬ表示装置の概略構成を説明するための図である。図１−１は、本実施の形態にかかる有機ＥＬ表示装置における画素領域の概略構成を説明するための平面図である。図１−２は、本実施の形態にかかる有機ＥＬ表示装置における画素領域の概略構成を説明するための断面図であり、図１−１の線分Ａ−Ａ′における断面に対応する図である。
【００１３】
ここで、図１−１は、図１−２の断面図において絶縁層１６及び絶縁層１６よりも有機層側に位置する要素（ただし、有機層４２は除く）を透過してみた図である。図１−３は、本実施の形態にかかる有機ＥＬ表示装置における画素領域の等価回路図である。なお、理解の容易のため、図面により各部材の縮尺が異なる場合や記載を省略している場合がある。
【００１４】
まず、本実施の形態にかかる有機ＥＬ表示装置の画素領域の配線構造について説明する。図１−３に示されるように、本実施の形態にかかる有機ＥＬ表示装置は、走査線１０１と、該走査線１０１に対して平面的に略直角に交差する方向に延びる信号線１０２と、該走査線１０１に平行に延びる電源線１０３とが、それぞれ配線された構成を有する。そして、図１−１に示すように、走査線１０１と信号線１０２に囲まれた領域に、マトリックス状に画素領域が設けられている。
【００１５】
画素領域のそれぞれには、走査線１０１を介して走査信号がゲート層に供給されるスイッチング用の薄膜トランジスタＴSと、このスイッチング用の薄膜トランジスタＴSを介して信号線１０２から供給される画素信号を保持するコンデンサＣSと、このコンデンサＣSによって保持された画素信号がゲート層に供給される駆動用の薄膜トランジスタＴDと、トップエミッション型の有機ＥＬ素子（ＯＬＥＤ）１０４と、を備える。
【００１６】
また、有機ＥＬ素子（ＯＬＥＤ）１０４は、駆動用の薄膜トランジスタＴDを介して電源線１０３に電気的に接続した時に電源線１０３から駆動電流が流れ込む画素電極（陰極）と、この画素電極に対向して設けられる対向電極（陽極）と、画素電極（陰極）と対向電極（陽極）との間に挟み込まれた有機層と、を備えて構成されている。
【００１７】
このような配線構造を有する本実施の形態にかかる有機ＥＬ表示装置によれば、走査線１０１が駆動されてスイッチング用の薄膜トランジスタＴSがオンになると、そのときの信号線１０２の電位がコンデンサＣSに保持され、このコンデンサＣSの状態に応じて、駆動用の薄膜トランジスタＴDのオン・オフ状態が決まる。そして、駆動用の薄膜トランジスタＴDのチャネルを介して、電源線１０３から画素電極に電流が流れ、さらに有機層を介して陽極に電流が流れる。有機層は、この流れる電流量に応じて発光し、所望の状態を表示することができる。
【００１８】
つぎに、本実施の形態にかかる有機ＥＬ表示装置の具体的な構造について説明する。
【００１９】
図１−１〜図１−３に示すように、本実施の形態にかかる有機ＥＬ表示装置は、素子基板１２上に各種回路が形成された回路層２２，３２，１０１，１０３が形成され、さらに該回路層２２，３２，１０１，１０３を絶縁するために回路層２２，３２，１０１，１０３上に絶縁層１４が形成されている。そして、該絶縁層１４上に有機ＥＬ素子１０４が形成されている。
【００２０】
回路層２２，３２，１０１，１０３には、たとえば走査線１０１と、電源線１０３と、駆動用の薄膜トランジスタＴDと、コンデンサＣSと、スイッチング用の薄膜トランジスタＴSと、が形成されている。
【００２１】
駆動用の薄膜トランジスタＴDは、素子基板１２上に設けられたゲート層２２と、ゲート層２２上に形成された絶縁層１４と、該絶縁層１４上に形成されたソース・ドレイン層２４と、該ソース・ドレイン層２４に挟まれた半導体層２６と、を備えて構成される。ゲート層２２、絶縁層１４及びソース・ドレイン層２４の厚みは、たとえば２００ｎｍ〜５００ｎｍに、半導体層２６の厚みは、たとえば、５０ｎｍ〜２００ｎｍにそれぞれ設定される。
【００２２】
また、ゲート層２２、絶縁層１４、ソース・ドレイン層２４及び半導体層２６の材料としては、薄膜トランジスタの構成材料として周知の材料（たとえば、ゲート層２２及びソース・ドレイン層２４の材料としては、Ａｌ又はその合金等の金属材料、絶縁層１４の材料としては、ＳｉＮxやＳｉＯ2又はその混合物等の絶縁材料、半導体層２６の材料としては、ａ-Ｓｉ，ｐ-Ｓｉの半導体材料）が用いられる。
【００２３】
また、薄膜トランジスタＴSは、素子基板１２上に設けられたゲート層１２２と、ゲート層１２２上に形成された絶縁層１４と、該絶縁層１４上に形成されたソース・ドレイン層１２４と、該ソース・ドレイン層１２４に挟まれた半導体層１２６と、を備えて構成される。ゲート層１２２、ソース・ドレイン層１２４及び半導体層１２６の厚みは、薄膜トランジスタＴDの厚みと略同じ範囲内の値である。
【００２４】
またゲート層１２２、ソース・ドレイン層１２４及び半導体層１２６の材料としては、薄膜トランジスタの構成材料として周知の材料が用いられる。また、薄膜トランジスタＴｓは薄膜トランジスタＴDと同一工程で形成することが好ましいため、薄膜トランジスタＴDと同じ材料で形成することが好ましい。
【００２５】
また、コンデンサＣSは、素子基板１２上に設けられた下部電極３２と、該下部電極３２上に形成された絶縁層１４と、該絶縁層１４上に形成された上部電極３４とにより構成されている。下部電極３２の厚みは、薄膜トランジスタＴDのゲート層２２と略同じ範囲内の値である。また、上部電極３４の厚みは、薄膜トランジスタＴDのソース・ドレイン層２４と略同じ範囲内の値である。下部電極３２、絶縁層１４及び上部電極３４の材料としては、コンデンサの構成材料として周知の材料が用いられるが、下部電極３２、絶縁層１４、上部電極３４は、薄膜トランジスタＴDのゲート層２２、絶縁層１４、ソース・ドレイン層２４と同一工程で形成することが好ましいため、これらの材料と同じ材料で形成することが好ましい。
【００２６】
有機ＥＬ素子１０４の基本構造は、有機層４４が下層電極４２と上層電極４６との間に挟まれた構造である。下層電極４２は、発光領域およびその近傍箇所以外は絶縁層１６により上層電極４６と絶縁されている。一般的には素子基板１２上に形成される下層電極４２が陽極であり、有機層４４を挟んで下層電極４２と相対して形成される上層電極４６が陰極であることが多いが、下層電極４２が陰極、上層電極４６が陽極でも良いことは当然である。上層電極４６は、光が透過できるように、透明または半透明の電極とする。有機層４４は、ホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層などの複数層で構成する場合が多いが、発光層以外は構成を省いても構わない。そして、このように構成された有機ＥＬ素子１０４は、図１−２に示すように発光領域ＲLを有している。
【００２７】
なお、下層電極４２、有機層４４及び上層電極４６の厚みは、たとえば、それぞれ２００ｎｍ〜５００ｎｍ、５０ｎｍ〜２００ｎｍ、１０ｎｍ〜５０ｎｍの範囲に設定されている。また、下層電極４２、有機層４４及び上層電極４６の材料としては、有機ＥＬ素子として周知の材料（たとえば、下層電極４２の材料としては、Ａｌ，Ａｇ又はそれらの合金等の光を反射する金属材料、有機層４４の材料としては、ＣｕＰｃ，ＮＰＢ，Ａｌｑ3またはこれらの混合物等の有機材料、上層電極４６の材料としては、Ｌｉ，Ｍｇ、Ｃａ，Ａｌ，Ａｇ又はそれらの混合物）が用いられる。また、下層電極４２、有機層４６及び上層電極４６は、上記した材料を多層化した多層構造としても良い。
【００２８】
上記のように構成された本実施の形態にかかる有機ＥＬ表示装置においては、各画素が、発光領域を有する有機ＥＬ素子と、発光領域外に配置されて有機ＥＬ素子を駆動する薄膜トランジスタＴDと、発光領域内に配置され、薄膜トランジスタＴDのゲート層に電気的に接続されるコンデンサＣSと、を備えて構成される。
【００２９】
すなわち、本実施の形態においては、素子基板１２に対して垂直な方向から見た場合に、駆動用の薄膜トランジスタＴDの形成領域ＲTは、有機ＥＬ素子の発光領域ＲLの外側に配置され、発光領域ＲLから完全に外れた位置に配置されている。
【００３０】
また、本実施の形態においては、素子基板１２に対して垂直な方向から見た場合に、スイッチング用の薄膜トランジスタＴSの形成領域も、有機ＥＬ素子の発光領域ＲLの外側に配置され、発光領域ＲLから完全に外れた位置に配置されている。なお、薄膜トランジスタＴDの形成領域ＲT及び薄膜トランジスタＴSの形成領域は、それぞれ半導体層と、ゲート層またはソース・ドレイン層とが対向する領域をいう。
【００３１】
薄膜トランジスタは、コンデンサと比較して表面が複雑な凹凸形状を有している。薄膜トランジスタは、たとえば図２に示すようにゲート層２０２、絶縁層２０４、半導体層２０６、ソース・ドレイン層２０８と、その上に形成された絶縁層２１０と、が積層された構造を有している。一方、コンデンサは、たとえば図３に示すように下部電極２１２、絶縁層２１４、上部電極２１６及びその上に形成された絶縁層２１８により構成される。図２は、薄膜トランジスタの形状を説明するための断面図である。図３は、コンデンサの形状を説明するための断面図である。
【００３２】
このように、薄膜トランジスタは、構成部材がコンデンサよりも多く、また、ソース・ドレイン層２０８のパターンがコンデンサの上部電極２１６のパターンと比較して複雑であるため、凹凸のパターンも複雑である。その結果、薄膜トランジスタ全体としてコンデンサよりも複雑な形状を有し、その上面の形状の段差（凹凸）が激しい。
【００３３】
それゆえ、薄膜トランジスタを有機ＥＬ素子の発光領域内に配置した場合には、上記の凹凸の影響を受け、発光領域を構成する有機層が凹凸領域を完全に被覆できず、有機層の非形成領域で下部電極と上部電極とが短絡する虞がある。
【００３４】
そこで、本発明においては、コンデンサと比較して複雑な表面形状を有する薄膜トランジスタを、有機ＥＬ素子の発光領域の外側に配置する。これにより、発光領域の下部には薄膜トランジスタが存在しないため、薄膜トランジスタの複雑な形状の段差（凹凸）に起因した有機層の膜厚バラツキや、有機層の非形成領域における下部電極と上部電極との短絡が良好に防止され、画像表示装置の生産性向上に寄与することが可能となる。
【００３５】
また、本実施の形態においては、素子基板１２に垂直な方向から見た場合に、コンデンサＣSの形成領域ＲCは、その外周が発光領域ＲLの外周よりも内側に配置されている。すなわち、コンデンサＣSの形成領域ＲCは、有機ＥＬ素子の発光領域ＲLに平面的に完全に収納されており、その一部が発光領域ＲL外の領域にはみ出していない。このため、発光領域ＲLは、コンデンサＣsよりも外側まで配置されることとなり、薄膜トランジスタを発光領域ＲLの外側に配置しても、広い発光領域ＲLを確保することができる。なお、コンデンサＣSの形成領域ＲCは、上部電極３４と下部電極３２とが互いに対向している領域をいう。
【００３６】
また、コンデンサＣsを発光領域ＲLよりも内側に配置した場合、コンデンサＣsの直上に位置する発光領域ＲLは、コンデンサＣsの表面に生じる凹凸形状に応じて傾斜することになる。
【００３７】
ここで、たとえば、有機ＥＬ素子が、図４に示すように、下部電極２２２と上部電極２２６との間に配置される有機層２２４が下部電極２２２の側部を被覆する構造を有する場合、図４に示すように、下部電極２２２の側部（発光領域の端部領域Ｂ）における有機層２２４の膜厚が薄くなり、上部電極２２６と下部電極２２２とが短絡しやすくなる。また、上部電極２２６の膜厚も薄くなり、これに起因して、該上部電極２２６が断線しやすくなる。特許文献１における有機ＥＬ素子においても同様の問題を有している。なお、図４は、有機ＥＬ素子の構造の一例を示す断面図である。
【００３８】
また、たとえば、有機ＥＬ素子が、図５に示すように、下部電極２２２と有機層２２４との間に絶縁層２２３が介在され、絶縁層２２３によって発光領域が囲まれた構造を有する場合、発光領域の端部領域Ｃ、Ｄにおいて有機層の膜厚が薄くなり、上部電極２２６と下部電極２２２とが短絡するおそれがある。また、領域Ｃおよび領域Ｄにおける上部電極２２６の膜厚も薄くなり、これに起因して、該上部電極２２６が断線するおそれがある。なお、図５は、有機ＥＬ素子の構造の一例を示す断面図である。
【００３９】
このように、発光領域ＲLの端部は、上部電極２２６と下部電極２２２との間の短絡や上部電極２２６の断線が発生しやすい。ここで、かかる発光領域ＲLの端部における上部電極２２６、有機層２２４、下部電極２２２がコンデンサＣsの表面の凹凸形状によって傾斜した場合、かかる傾斜部において上部電極２２６、有機層２２４、下部電極２２２の膜厚が小さくなりやすいため、発光領域ＲLの端部は、上部電極２２６と下部電極２２２との間の短絡や上部電極２２６の断線が発生しやすくなる。
【００４０】
従って、コンデンサＣSを有機ＥＬ素子１０４の発光領域ＲLの内側に配置する場合、発光領域ＲLの端部とコンデンサＣsの端部との間の間隔（素子基板１２と平行な方向の間隔）は、コンデンサＣsを構成する一方の電極の厚み以上の距離を確保することが好ましい（更に好ましくは、コンデンサＣsを構成する一対の電極の厚みの総和以上の距離を確保する）。これにより、コンデンサＣSの端部に生じる段差によって該段差の直上に位置する上部電極２２６、有機層２２４及び下部電極２２２が傾斜しても、かかる傾斜部と発光領域ＲLの端部との間に十分な間隔を確保することができる。その結果、上部電極２２６と下部電極２２２との間の短絡や上部電極２２６の断線を更に良好に防止することができ、画像表示装置の生産性を向上させることが可能となる。
【００４１】
なお、コンデンサＣSは、コンデンサＣsの面積を広く確保するため、有機ＥＬ素子１０４の発光領域ＲLの中心位置を含むように配置されることが好ましい。また、同様の理由で、コンデンサＣsの面積を発光領域ＲLの面積の８０％以上とすることが好ましい。
【００４２】
したがって、本実施の形態にかかる有機ＥＬ表示装置によれば、薄膜トランジスタおよびコンデンサの配置位置に起因した、発光素子を構成する電極の断線、短絡を良好に防止し、生産性に優れた有機ＥＬ表示装置が実現可能である、という効果を奏する。
【００４３】
なお、本実施の形態にかかる有機ＥＬ表示装置は、従来周知の薄膜形成技術及び半導体製造技術に従って作製することができる。すなわち、素子基板１２上に各種回路が形成された回路層を形成し、さらに該回路層を絶縁するために回路層上に絶縁層１４を形成する。そして、該絶縁層１４上に有機ＥＬ素子１０４を形成する。ただし、本実施の形態においては、回路層を形成する際に、駆動用の薄膜トランジスタＴDとスイッチング用の薄膜トランジスタＴSとを、有機ＥＬ素子１０４の発光領域ＲLの外側に配置し、コンデンサＣSを有機ＥＬ素子１０４の発光領域ＲLの内側に配置する。以上により、本実施の形態にかかる有機ＥＬ表示装置を作製することができる。
【００４４】
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更・改良が可能である。たとえば、図６−１、図６−２に示すような有機ＥＬ表示装置であっても構わないのは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上のように、本発明にかかる画像表示装置は、トップエミッション型の有機ＥＬ表示装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１−１】実施の形態にかかる有機ＥＬ表示装置における画素領域の概略構成を説明するための平面図である。
【図１−２】実施の形態にかかる有機ＥＬ表示装置における画素領域の概略構成を説明するための断面図であり、図１−１の線分Ａ−Ａ′における断面に対応する図である。
【図１−３】実施の形態にかかる有機ＥＬ表示装置における画素領域の等価回路図である。
【図２】薄膜トランジスタの形状を説明するための断面図である。
【図３】コンデンサの形状を説明するための断面図である。
【図４】有機ＥＬ素子の構造の一例を示す断面図である。
【図５】有機ＥＬ素子の構造の一例を示す断面図である。
【図６−１】他の実施形態にかかる有機ＥＬ表示装置における画素領域の概略構成を説明するための平面図である。
【図６−２】図６−１に示す有機ＥＬ表示装置における画素領域の等価回路図である。
【符号の説明】
【００４７】
１４ 絶縁層
１６ 絶縁層
２２ ゲート層
２４ ソース・ドレイン層
２６ 半導体層
３２ 下部電極
３４ 上部電極
４２ 下層電極
４４ 有機層
４６ 上層電極
１０１ 走査線
１０２ 信号線
１０３ 電源線
１０４ 素子
１２２ ゲート層
１２４ ソース・ドレイン層
１２６ 半導体層
２０２ ゲート層
２０４ 絶縁層
２０６ 半導体層
２０８ ソース・ドレイン層
２１０ 絶縁層
２１２ 下部電極
２１４ 絶縁層
２１６ 上部電極
２１８ 絶縁層
２２２ 下部電極
２２３ 絶縁層
２２４ 有機層
２２６ 上部電極
ＣS コンデンサ
ＴD 薄膜トランジスタ
ＴS 薄膜トランジスタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素を有する画像表示装置において、
前記各画素は、
発光領域を有する発光素子と、
平面的に前記発光領域よりも外側に配置され、前記発光素子を駆動する第１薄膜トランジスタと、
平面的に前記発光領域内に完全に収まるように配置され、前記第１薄膜トランジスタのゲート層に電気的に接続されるコンデンサと、
を備えて構成されることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記コンデンサは、前記発光領域の中心位置を含んで配置されること
を特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記コンデンサは、その端部が前記発光領域の端部より、該コンデンサの一方の電極の厚み以上、前記発光領域と平行な方向に離間して配置されること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記各画素は、第２薄膜トランジスタを更に備え、該第２薄膜トランジスタは前記発光領域外に配置されていること
を特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の画像表示装置。
【請求項１】
複数の画素を有する画像表示装置において、
前記各画素は、
発光領域を有する発光素子と、
平面的に前記発光領域よりも外側に配置され、前記発光素子を駆動する第１薄膜トランジスタと、
平面的に前記発光領域内に完全に収まるように配置され、前記第１薄膜トランジスタのゲート層に電気的に接続されるコンデンサと、
を備えて構成されることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記コンデンサは、前記発光領域の中心位置を含んで配置されること
を特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記コンデンサは、その端部が前記発光領域の端部より、該コンデンサの一方の電極の厚み以上、前記発光領域と平行な方向に離間して配置されること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記各画素は、第２薄膜トランジスタを更に備え、該第２薄膜トランジスタは前記発光領域外に配置されていること
を特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の画像表示装置。
【図１−１】
【図１−２】
【図１−３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６−１】
【図６−２】
【図１−２】
【図１−３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６−１】
【図６−２】
【公開番号】特開２００７−２６４０５３（Ｐ２００７−２６４０５３Ａ）
【公開日】平成１９年１０月１１日（２００７．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−８５５３２（Ｐ２００６−８５５３２）
【出願日】平成１８年３月２７日（２００６．３．２７）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月１１日（２００７．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月２７日（２００６．３．２７）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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