JP2011002689A - アクティブマトリックス有機ｅｌパネル - Google Patents

Abstract

【課題】画素内において光学効果の均一化を図る。
【解決手段】一画素Ｐ内において、アクティブ素子３が形成されている素子形成領域Ａ１の少なくとも半導体層６を、透明な金属酸化物で形成し、アクティブ素子３が形成されていない非素子形成領域Ａ２の半導体層６側方に、透明な金属酸化物層１６を形成する。
【選択図】図１

Description

この発明は、酸化物ＴＦＴを用いたアクティブマトリックス有機ＥＬパネルに関するものである。

有機ＥＬ（Electro Luminescence）（ＯＬＥＤ；Organic Light-Emitting Diode）パネルのうち、発光層の光取出し方向が下部基板側であるボトムエミッション（ＢＥ）構造のアクティブマトリックス（ＡＭ）駆動方式の有機ＥＬパネルでは、アクティブ素子を動作させるために、一画素（各副画素）につき複数個のアクティブ素子の設定が必要であり、一画素内にアクティブ素子の占める割合が大きい。

また、半導体層は不透明であり、ボトムエミッション構造では、アクティブ素子の存在しない領域しか発光画素にならないため、開口率が低い。

そこで、特許文献１には、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ；Thin Film Transistor）と、該薄膜トランジスタと電気的接点を有するソース配線やゲート配線等からなる駆動回路とを透明な金属酸化物（ＩＴＯ；Indium-Tin-Oxide：インジウム酸化スズ）で形成することにより、開口率を高めるようにしたアクティブマトリックス有機ＥＬパネルが開示されている。

特開２００４−１４９８２号公報（段落００４３欄、図４）

しかし、上記の特許文献１では、開口率を高めることができるものの、一画素内において、アクティブ素子が形成されている素子形成領域は、透明な金属酸化物で形成され、一方、平坦化層（層間絶縁膜）等、アクティブ素子が形成されていない非素子形成領域は、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）からなる透明な樹脂材で形成されていて、両領域では発光層から発した光が透過する構成が異なるため、光学効果の影響によってスペクトルが異なってしまう。そのため、実際に観察される光は、複数のスペクトルの混合スペクトルであり、色純度の低下を招く。

図８はアクティブマトリックス有機ＥＬパネルの断面構成を示し、図中、Ａ１は素子形成領域、Ａ２は非素子形成領域、Ｂ１は上記素子形成領域Ａ１を透過する光、Ｂ２は上記非素子形成領域Ａ２を透過する光である。１０１は透明なベース板であるガラス基板、１０２はアクティブ素子、１０３はゲート絶縁膜、１０４は平坦化層（層間絶縁膜）、１０５は透明電極（画素電極）、１０６は有機ＥＬ層、１０７は上部電極である。

この発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、画素内において光学効果の均一化を図るようにしたことである。

上記の目的を達成するため、この発明は、上記特許文献１において、アクティブ素子が形成されていない非素子形成領域に透明な金属酸化物からなる層を介在させたことを特徴とする。

具体的には、この発明は、透明なベース板上にアクティブ素子が形成されたトランジスタ基板と、該トランジスタ基板に積層された有機ＥＬ層とを備え、該有機ＥＬ層に上記アクティブ素子の動作により電圧を印加して上記ベース基板側から光を取り出すボトムエミッション構造のアクティブマトリックス有機ＥＬパネルを対象とし、次のような解決手段を講じた。

すなわち、第１の発明は、一画素内において、上記アクティブ素子が形成されている素子形成領域の少なくとも半導体層は、透明な金属酸化物で形成され、上記アクティブ素子が形成されていない非素子形成領域の上記半導体層側方には、透明な金属酸化物層が形成されていることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、上記ベース基板とアクティブ素子及び金属酸化物層との間には、カラーフィルタ層が介在されていることを特徴とする。

第３の発明は、第１の発明において、上記半導体層の可視光領域における平均透過率が７０％以上であることを特徴とすることを特徴とする。

第４の発明は、第１の発明において、上記一画素は、少なくとも３つの副画素からなり、上記カラーフィルタ層は、上記副画素に合わせて少なくとも３つに区画されて該副画素毎に異なる吸収特性を有し、上記有機ＥＬ層は、上記カラーフィルタ層と重なる副画素の吸収特性に合わせるように上記副画素毎に異なる発光波長を発光させることを特徴とする。

第５の発明は、第１の発明において、上記一画素は、少なくとも３つの副画素からなり、上記カラーフィルタ層は、上記副画素に合わせて少なくとも３つに区画化されて該副画素毎に異なる吸収特性を有し、上記有機ＥＬ層は、少なくとも２つの発光ピークを備えた白色発光素子であることを特徴とする。

第６の発明は、第１の発明において、上記アクティブ素子と電気的接点を有する駆動回路の画素内に位置する部分は、透明に形成されていることを特徴とする。

第１の発明によれば、有機ＥＬ層の発光層から発する光は、素子形成領域では透明な金属酸化物からなる半導体層を透過し、一方、非素子形成領域では上記半導体層側方の透明な金属酸化物層を透過する。

このように、素子形成領域及び非素子形成領域を透過する光は共に、透明な金属酸化物からなる層を通して観察されるので、光が半導体層を透過して取り出されるか否かにかかわらず発光スペクトルの違いがほとんどなく、混色のない発光素子とすることができて色純度が向上するというメリットを有する。

特に、第２の発明によれば、金属酸化物材料は蒸着もしくはスパッタするだけで１０〜２０ｃｍ／Ｖｍ^２の電子移動度を有する膜が形成できるので、高温の加熱処理が不要でカラーフィルタ層上にも問題なく成膜することができ、大型パネル化しても有機ＥＬを駆動させることができる。

つまり、有機ＥＬは電流素子であるため、駆動させるためには、大電流を流すだけの電子移動度を有するアクティブ素子を作製する必要であり、このことはパネルが大型化するほど顕著になる。そのため、電子移動度を単結晶並みに高速化できるポリシリコンや連続粒界結晶シリコン（ＣＧＳ；Continuous Grain Silicon）等が半導体層として用いられているが、電子移動度の高速化を図るためにポリシリコンやＣＧＳ等を半導体層として用いる場合には、Ｓｉ結晶体を作製するのにレーザーアリールを初めとする加熱処理が必要であるため、樹脂で形成されるカラーフィルタ層の上にこれらのアクティブ素子を形成するのは困難である。本発明では、上述の如く半導体層が金属酸化物であるため、このような制約はない。

また、有機ＥＬでは、アクティブ素子の膜厚が光学干渉による影響を強く受けて視野角によって発光色が変化するが、カラーフィルタ層を用いて色度を調整することで、視野角依存性のないパネルとすることができる。

さらに、上述の如く素子形成領域及び非素子形成領域を透過する光は、発光スペクトルの違いがほとんどないため、カラーフィルタ層を通過する光量が増加して発光効率が向上するというメリットを有する。

第３の発明によれば、半導体層の可視光領域における平均透過率が７０％以上であることにより、光学干渉効果が抑えられ、発光材料そのものの発光色を画素内で均一に取り出すことができる。また、スペクトルの角度依存性を抑えることができる。

第４の発明によれば、有機ＥＬ層をＲＧＢ塗り分けし、かつカラーフィルタ層と色合わせすることで、発光効率を低下させることなくカラー表示させることができる。また、カラーフィルタ層を透過させることによって、色純度を向上させたり、色純度の視野角依存性を低減させることができる。

第５の発明によれば、有機ＥＬ層が２つの発光ピークを備えた白色発光素子であっても、発光効率を低下させることなくカラー表示させることができる。

第６の発明によれば、駆動回路の配線部分の画素部分への引き回し領域を透明な金属酸化物に変えることで、画素の開口率を上げ輝度を高めることができる。

実施形態１に係るアクティブマトリックス有機ＥＬパネルの断面構成図である。 実施形態１における副画素の平面図である。 実施形態１におけるアクティブ素子の等価回路図である。 実施形態２の図１相当図である。 実施形態３の図２相当図である。 実施形態３において画素電極を取り除いた状態の平面図である。 図６のVII −VII 線における断面図である。 従来例の図１相当図である。

以下、この発明の実施形態について図面に基づいて説明する。

（実施形態１）
図１は実施形態１に係るアクティブマトリックス有機ＥＬパネルの断面構成図を示す。

図１において、１は透明なベース板であるガラス基板であり、該ガラス基板１上には、レッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）、ブルー（Ｂ）の３原色の色層からなるカラーフィルタ（ＣＦ：Color Filter）層２が形成され、その上にアクティブ素子３が形成されている。該アクティブ素子３は、上記カラーフィルタ層２上に形成されゲート絶縁膜４で覆われたゲート電極５、上記ゲート絶縁膜４上に形成されたスイッチング素子としての薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）からなる半導体層６、該半導体層６の両側に形成されたソース電極７及びドレイン電極８、該ソース電極７及びドレイン電極８間に位置して上記半導体層６を覆うチャネル保護膜９からなり、これらはスルーホール１０ａを有する平坦化層（層間絶縁膜）１０で覆われ、これらによりトランジスタ基板１１が構成されている。該トランジスタ基板１１の平坦化層１０上には、ＩＴＯ（Indium-Tin-Oxide：インジウム酸化スズ）からなる透明電極（画素電極）１２が積層され、上記アクティブ素子３のドレイン電極８との間でスルーホール１０ａを介してコンタクトを取るようにしている。上記透明電極１２上には白色発光層を有する有機ＥＬ層１３が積層され、さらにその上に上部電極１４が積層されている。つまり、実施形態１では、発光層を全画素白色発光材料で構成している。これにより、上記有機ＥＬ層１３に上記アクティブ素子３の動作により電圧を印加して上記ガラス基板１側から光を取り出すボトムエミッション構造のアクティブマトリックス有機ＥＬパネルが構成されている。

上記透明電極１２は、３つに区画された副画素ｐ１，ｐ２，ｐ３を一単位とする画素Ｐがマトリックス状に多数配列されてなり、上記カラーフィルタ層２の画素サイズに合わせた大きさにパターニングされている。つまり、上記カラーフィルタ層２の各色層は、ブラックマトリクス（ＢＭ）層１５でコントラストを得るために縁取られ、該カラーフィルタ層２は、上記副画素ｐ１，ｐ２，ｐ３に合わせて３つに区画化されて該副画素ｐ１，ｐ２，ｐ３毎に異なる吸収特性を有している。

一画素Ｐ内において、上記アクティブ素子３が形成されている素子形成領域Ａ１の少なくともの半導体層６は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化錫（ＳｎＯ_２）等の透明な金属酸化物で形成され、上記アクティブ素子３が形成されていない非素子形成領域Ａ２の上記半導体層６側方には、透明な金属酸化物層１６が形成されている。これにより、上記ガラス基板１とアクティブ素子３及び金属酸化物層１６との間には、上記カラーフィルタ層２が介在されている。

ここで、上記アクティブ素子３を形成する半導体層（金属酸化物）６の可視光領域（４００〜７８０ｎｍの波長）における平均透過率は、７０％以上である。

したがって、上記透明な金属酸化物は、透明電極１２（画素Ｐ内）のほぼ全体に亘る広い領域に形成されている。

図２は実施形態１における副画素ｐ１（ｐ２，ｐ３）の平面図であり、図中、１７はデータ（ソース）線、１８は走査（ゲート）線、１９は電流供給線、Ｃはキャパシタであり、他の符号は図１の説明で用いた符号に対応している。

図３は実施形態１におけるアクティブ素子３の等価回路の一例であり、図中、Ｔ１はスイッチング用ＴＦＴ、Ｔ２は駆動用ＴＦＴ、Ｃはキャパイタ、Ｏは有機ＥＬ素子である。ここでは、２トランジスタ（２Ｔｒ）＋１コンデンサ（１Ｃ）：２Ｔｒ１Ｃ構造の最小単位を例示しているが、この例に限らず、有機ＥＬ素子の動作均一性、アクティブ素子３自体の均一性を向上させるため、補償回路等を備えた複雑な回路構造としてもよい。この場合でも、上記透明な金属酸化物は、アクティブ素子３として用いる以外の領域にも成膜する。

このように構成されたアクティブマトリックス有機ＥＬパネルでは、有機ＥＬ層１３の発光層から発する光は、素子形成領域Ａ１では透明な金属酸化物からなる半導体層６を透過し、一方、非素子形成領域Ａ２では上記半導体層６側方の透明な金属酸化物層１６を透過する。

このように、素子形成領域Ａ１及び非素子形成領域Ａ２を透過する光は共に、透明な金属酸化物からなる層を通して観察されるので、光が半導体層６を透過して取り出されるか否かにかかわらず発光スペクトルの違いがほとんどなく、混色のない発光素子とすることができて色純度が向上するというメリットを有する。

また、金属酸化物材料は蒸着もしくはスパッタするだけで１０〜２０ｃｍ／Ｖｍ^２の電子移動度を有する膜が形成できるので、高温の加熱処理が不要でカラーフィルタ層上にも問題なく成膜することができ、大型パネル化しても有機ＥＬを駆動させることができる。

つまり、有機ＥＬは電流素子であるため、駆動させるためには、大電流を流すだけの電子移動度を有するアクティブ素子３を作製する必要であり、このことはパネルが大型化するほど顕著になる。そのため、電子移動度を単結晶並みに高速化できるポリシリコンや連続粒界結晶シリコン（Continuous Grain Silicon；ＣＧＳ）等が半導体層として用いられているが、電子移動度の高速化を図るためにポリシリコンやＣＧＳ等を半導体層６として用いる場合には、Ｓｉ結晶体を作製するのにレーザーアリールを初めとする加熱処理が必要であるため、樹脂で形成されるカラーフィルタ層２の上にこれらのアクティブ素子３を形成するのは困難である。本発明では、上述の如く半導体層６が金属酸化物であるため、このような制約はない。

また、有機ＥＬでは、アクティブ素子３の膜厚が光学干渉による影響を強く受けて視野角によって発光色が変化するが、カラーフィルタ層２を用いて色度を調整することで、視野角依存性のないパネルとすることができる。

さらに、上述の如く素子形成領域Ａ１及び非素子形成領域Ａ２を透過する光Ｂ１，Ｂ２は、発光スペクトルの違いがほとんどないため、カラーフィルタ層２を通過する光量が増加して発光効率が向上するというメリットを有する。

さらにまた、半導体層６の可視光領域における平均透過率が７０％以上であることにより、光学干渉効果が抑えられ、発光材料そのものの発光色を画素Ｐ（副画素ｐ１ｐ２，ｐ３）内で均一に取り出すことができる。また、スペクトルの角度依存性を抑えることができる。

加えて、白色発光を用いることで、有機ＥＬ層１３を塗り分けることなく全面塗布で成膜することで素子が完成し、カラーフィルタ層２と組み合わせることでカラー表示が可能であり、プロセス的に簡便にカラー表示素子を形成することが可能になる。

（実施形態２）
図４は実施形態２に係るアクティブマトリックス有機ＥＬパネルの断面構成である。実施形態１との違いは、発光層を実施形態１では全画素白色発光材料を適用したが、実施形態２ではＲＧＢ塗り分けを行っていることを特徴としている。そのほかは実施形態１と同様であるので、同一構成箇所には同一の符号を付してその説明を省略している。

つまり、実施形態１の白色＋ＣＦによるカラー表示方式では、各画素Ｐ（副画素ｐ１ｐ２，ｐ３）の発光が全て白色であることから、ＣＦによってほぼ３分の１の発光量がカットされることになり、発光効率の大幅な低下が起こる。

そこで、上述の如くＲＧＢ画素Ｐ（副画素ｐ１ｐ２，ｐ３）を塗り分けし、各画素Ｐ（副画素ｐ１ｐ２，ｐ３）の発光色と各画素Ｐ（副画素ｐ１ｐ２，ｐ３）のカラーフィルタ層２の吸収色を合わせることで、各画素Ｐ（副画素ｐ１ｐ２，ｐ３）の発光はほぼカラーフィルタ層２を通過し、発光効率を低下させることなくカラー表示させることができる。

また、有機ＥＬの発光は有機材料の揺らぎによって発光色がブロード化するので、カラーフィルタ層２を透過させることによって色純度を向上させることができる。さらには、色純度の視野角依存性を低下させることができる。その他の効果については実施形態１と同様である。

なお、有機ＥＬ層１３を、少なくとも２つの発光ピークを備えた白色発光素子としてもよい。つまり、有機ＥＬ層１３が２つの発光ピークを備えた白色発光素子であっても、発光効率を低下させることなくカラー表示させることができる。

（実施形態３）
図５〜図７は実施形態３におけるアクティブ素子３の等価回路図であり、基本構成は実施形態１と同様であるので、同一構成箇所には同一の符号を付してその説明を省略している。また、図示しないが、アクティブマトリックス有機ＥＬパネルの断面構成も実施形態１，２と同様である。実施形態１との違いは以下の如くである。

つまり、この実施形態３では、アクティブ素子３と電気的接点を有する駆動回路（データ（ソース）線１７、走査（ゲート）線１８、電流供給線１９）の画素Ｐ（副画素ｐ１ｐ２，ｐ３）内に位置する部分をも、ＩＴＯ等の透明な金属酸化物で透明に形成することで、画素Ｐ（副画素ｐ１ｐ２，ｐ３）内の開口部を更に増やしている。配線電極のうち、画素にかからない部分については、Ａｌ等の金属を用いる。各図において、点々を付した領域が実施形態３の最大の特徴とする画素Ｐ（副画素ｐ１ｐ２，ｐ３）内の透明部分である。図７中、一点鎖線の右側が画素Ｐ（副画素ｐ１ｐ２，ｐ３）領域である。

したがって、画素Ｐ（副画素ｐ１ｐ２，ｐ３）内の全ての電極をＩＴＯとすることで、これまで僅かに残っていた配線抵抗の画素内への引き回しによる開口率の低下をなくし、開口率のさらなる向上を実現して輝度を高めることができる。その他の効果については実施形態１と同様である。

この発明は、酸化物ＴＦＴを用いたアクティブマトリックス有機ＥＬパネルについて有用である。

１ ガラス基板（ベース板）
２ カラーフィルタ層
３ アクティブ素子
１１ トランジスタ基板
１３ 有機ＥＬ層
１６ 金属酸化物層
１７ データ（ソース）線（駆動回路）
１８ 走査（ゲート）線（駆動回路）
１９ 電流供給線（駆動回路）
Ａ１ 素子形成領域
Ａ２ 非素子形成領域
Ｐ 画素
ｐ１，ｐ２，ｐ３ 副画素

Claims (6)

1. 透明なベース板上にアクティブ素子が形成されたトランジスタ基板と、該トランジスタ基板のアクティブ素子側に積層された有機ＥＬ層とを備え、該有機ＥＬ層に上記アクティブ素子の動作により電圧を印加して上記ベース基板側から光を取り出すボトムエミッション構造のアクティブマトリックス有機ＥＬパネルであって、
   上記アクティブ素子の半導体層は、透明な金属酸化物で形成され、
   一画素内において、上記アクティブ素子が形成されている素子形成領域の少なくとも半導体層は、透明な金属酸化物で形成され、上記アクティブ素子が形成されていない非素子形成領域の上記半導体層側方には、透明な金属酸化物層が形成されていることを特徴とするアクティブマトリックス有機ＥＬパネル。
2. 請求項１に記載のアクティブマトリックス有機ＥＬパネルにおいて、
   上記ベース基板とアクティブ素子及び金属酸化物層との間には、カラーフィルタ層が介在されていることを特徴とするアクティブマトリックス有機ＥＬパネル。
3. 請求項１に記載のアクティブマトリックス有機ＥＬパネルにおいて、
   上記半導体層の可視光領域における平均透過率が７０％以上であることを特徴とすることを特徴とするアクティブマトリックス有機ＥＬパネル。
4. 請求項１に記載のアクティブマトリックス有機ＥＬパネルにおいて、
   上記一画素は、少なくとも３つの副画素からなり、
   上記カラーフィルタ層は、上記副画素に合わせて少なくとも３つに区画されて該副画素毎に異なる吸収特性を有し、
   上記有機ＥＬ層は、上記カラーフィルタ層と重なる副画素の吸収特性に合わせるように上記副画素毎に異なる発光波長を発光させることを特徴とするアクティブマトリックス有機ＥＬパネル。
5. 請求項１に記載のアクティブマトリックス有機ＥＬパネルにおいて、
   上記一画素は、少なくとも３つの副画素からなり、
   上記カラーフィルタ層は、上記副画素に合わせて少なくとも３つに区画化されて該副画素毎に異なる吸収特性を有し、
   上記有機ＥＬ層は、少なくとも２つの発光ピークを備えた白色発光素子であることを特徴とするアクティブマトリックス有機ＥＬパネル。
6. 請求項１に記載のアクティブマトリックス有機ＥＬパネルにおいて、
   上記アクティブ素子と電気的接点を有する駆動回路の画素内に位置する部分は、透明に形成されていることを特徴とするアクティブマトリックス有機ＥＬパネル。

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