JP4945087B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、アクティブマトリクス型表示装置及びそれに用いるアレイ基板に関する。

以下の特許文献１には、カレントコピー型の回路を画素回路に採用したアクティブマトリクス型有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）表示装置が記載されている。このカレントコピー型の画素回路は、駆動制御素子であるｎチャネル電界効果トランジスタと、有機ＥＬ素子と、キャパシタと、出力制御スイッチと、映像信号供給制御スイッチと、ダイオード接続スイッチとを含んでいる。

駆動制御素子のソースは低電位の第１電源線に接続されており、キャパシタは駆動制御素子のゲートと第１電源線との間に接続されている。出力制御スイッチは駆動制御素子のドレインと有機ＥＬ素子の陰極との間に接続されており、有機ＥＬ素子の陽極はより高電位の第２電源線に接続されている。映像信号供給制御スイッチは駆動制御素子のドレインと映像信号線との間に接続されており、ダイオード接続スイッチは駆動制御素子のドレインとゲートとの間に接続されている。なお、各スイッチには、通常、電界効果トランジスタを使用する。

このカレントコピー型回路では、駆動制御素子のドレインとゲートとの間に１つのダイオード接続スイッチを接続する代わりに、それらの間で複数のダイオード接続スイッチを直列に接続することができる。こうすると、書込期間において設定したキャパシタの電極間電圧が有効表示期間において変化するのを抑制することができる（特許文献２）。

しかしながら、本発明者は、本発明を為すに際し、そのような画素回路を含んだ有機ＥＬ表示装置の製造においては、有機ＥＬ素子を完成するまでの間に、ダイオード接続スイッチなどの静電破壊（electrostatic damage）が生じ易いことを見い出している。
米国特許第６３７３４５４号明細書 特開２００４−２４６３４９号公報

本発明の目的は、直列に接続した複数のダイオード接続スイッチの静電破壊を抑制することにある。

本発明の一側面によると、絶縁基板と、その上で配列した複数の画素と、前記複数の画素が形成する行に沿って配列した複数の第１及び第２走査信号線と、前記複数の画素が形成する列に沿って配列した複数の映像信号線とを具備し、前記複数の画素のそれぞれは、
制御端子と、第１電源端子に接続された第１端子と、それらの間の電圧に対応した大きさの駆動電流を出力する第２端子とを含んだ駆動制御素子と、画素電極と、第２電源端子に接続された対向電極と、それらの間に介在した活性層とを含んだ表示素子と、制御端子が前記第１走査信号線に接続され、前記第２端子と前記画素電極との間に接続された出力制御スイッチと、制御端子が前記第２走査信号線に接続され、前記第２端子と前記映像信号線との間に接続された映像信号供給制御スイッチと、各々の制御端子が前記第２走査信号線に接続され、前記第２端子と前記制御端子との間で直列に接続された複数のダイオード接続スイッチと、前記駆動制御素子の制御端子と定電位端子との間に接続された第１キャパシタと、前記第１走査信号線と前記複数のダイオード接続スイッチ同士を接続している接続点との間に接続され、０．０１ｐＦ乃至０．１ｐＦのキャパシタンスを有している第２キャパシタとを含み、或る画素に映像信号を書き込む書込期間では、前記出力制御スイッチを開く走査信号を前記第１走査信号線に供給し、続いて、前記映像信号供給制御スイッチ及び前記複数のダイオード接続スイッチを閉じる走査信号を前記第２走査信号線に供給し、この状態で前記映像信号線に映像信号を供給し、その後、前記映像信号供給制御スイッチ及び前記複数のダイオード接続スイッチを開く走査信号を前記第２走査信号線に供給し、続いて、前記出力制御スイッチを閉じる走査信号を前記第１走査信号線に供給するように構成されたことを特徴とする表示装置が提供される。

本発明によると、直列に接続した複数のダイオード接続スイッチの静電破壊を抑制することが可能となる。

以下、本発明の態様について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同様又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の一態様に係る表示装置を概略的に示す平面図である。図２は、図１の表示装置に採用可能な構造の一例を概略的に示す断面図である。図３は、図１の表示装置が含む画素の等価回路図である。図４は、図１の表示装置が含む画素に採用可能な構造の一例を概略的に示す平面図である。

なお、図２では、表示装置を、その表示面，すなわち前面又は光出射面，が下方を向き、背面が上方を向くように描いている。また、図４には、表示面側から見た画素の構造を描いている。

この表示装置は、アクティブマトリクス型駆動方式を採用した下面発光型の有機ＥＬ表示装置である。この有機ＥＬ表示装置は、例えば、ガラス基板などの絶縁基板ＳＵＢを含んでいる。

基板ＳＵＢ上には、図２に示すように、アンダーコート層ＵＣとして、例えば、ＳｉＮ_x層とＳｉＯ_x層とが順次積層されている。

アンダーコート層ＵＣ上には、例えばチャネル及びソース・ドレインが形成されたポリシリコン層である半導体層ＳＣ、例えばＴＥＯＳ（TetraEthyl OrthoSilicate）などを用いて形成され得るゲート絶縁膜ＧＩ、及び例えばＭｏＷなどからなるゲートＧが順次積層されており、それらはトップゲート型の薄膜トランジスタを構成している。この例では、これら薄膜トランジスタは、ｐチャネル薄膜トランジスタであり、図１、図３及び図４の画素ＰＸが含む駆動制御素子ＤＲ及びスイッチＳＷ１、ＳＷ２及びＳＷ３ａ乃至ＳＷ３ｅとして利用している。

半導体層ＳＣのうちスイッチＳＷ３ａ及びＳＷ３ｄのドレインに対応した部分は、それぞれ、後述するキャパシタＣ２ａの一方の電極及びキャパシタＣ２ｂの一方の電極として利用する。また、それらの上に位置したゲート絶縁膜ＧＩは、キャパシタＣ２ａ及びＣ２ｂの誘電体層として利用する。

ゲート絶縁膜ＧＩ上には、図１、図３及び図４に示す走査信号線ＳＬ１及びＳＬ２並びに図４に示す電極Ｅ１がさらに配置されている。走査信号線ＳＬ１及びＳＬ２並びに電極Ｅ１は、ゲートＧと同一の工程で形成可能である。

走査信号線ＳＬ１及びＳＬ２は、図１に示すように、各々が画素ＰＸの行方向（Ｘ方向）に延びており、画素ＰＸの列方向（Ｙ方向）に交互に配列している。これら走査信号線ＳＬ１及びＳＬ２は、走査信号線ドライバＹＤＲに接続されている。走査信号線ＳＬ１の一部は、キャパシタＣ２ａ及びＣ２ｂの各々の他方の電極として利用する。

電極Ｅ１は、駆動制御素子ＤＲのゲートＧに接続されている。電極Ｅ１は、後述するキャパシタＣ１の一方の電極として利用する。

ゲート絶縁膜ＧＩ、ゲートＧ、走査信号線ＳＬ１及びＳＬ２、並びに電極Ｅ１は、図２に示す層間絶縁膜ＩＩで被覆されている。層間絶縁膜ＩＩは、例えばプラズマＣＶＤ法などにより成膜されたＳｉＯ_xなどからなる。この層間絶縁膜ＩＩのうち電極Ｅ１上の部分は、キャパシタＣ１の誘電体層として利用する。

層間絶縁膜ＩＩ上には、図２と図４とに示すソース電極ＳＥ及びドレイン電極ＤＥ、図１と図３と図４とに示す映像信号線ＤＬ及び電源線ＰＳＬ、並びに図４に示す電極Ｅ２が配置されている。これらは、同一工程で形成可能であり、例えば、Ｍｏ／Ａｌ／Ｍｏの三層構造を有している。

ソース電極ＳＥ及びドレイン電極ＤＥは、層間絶縁膜ＩＩに設けられたコンタクトホールを介して薄膜トランジスタのソース及びドレインに電気的に接続されている。

映像信号線ＤＬは、図１に示すように、各々がＹ方向に延びており、Ｘ方向に配列している。これら映像信号線ＤＬは、映像信号線ドライバＸＤＲに接続されている。

電源線ＰＳＬは、この例では、図４に示すように、各々がＹ方向に延びており、Ｘ方向に配列している。

電極Ｅ２は、電源線ＰＳＬに接続されている。電極Ｅ２は、キャパシタＣ１の他方の電極として利用する。

ソース電極ＳＥ、ドレイン電極ＤＥ、映像信号線ＤＬ、電源線ＰＳＬ、及び電極Ｅ２は、図２に示すパッシベーション膜ＰＳで被覆されている。パッシベーション膜ＰＳは、例えばＳｉＮ_xなどからなる。

パッシベーション膜ＰＳ上には、図２に示すように、前面電極として、光透過性の第１電極ＰＥが互いから離間して並置されている。各第１電極ＰＥは、画素電極であり、図２及び図３に示すように、パッシベーション膜ＰＳに設けた貫通孔を介して、スイッチＳＷ１のドレイン電極ＤＥに接続されている。

第１電極ＰＥは、この例では陽極である。第１電極ＰＥの材料としては、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）のような透明導電性酸化物を使用することができる。

パッシベーション膜ＰＳ上には、さらに、図２に示す隔壁絶縁層ＰＩが配置されている。隔壁絶縁層ＰＩには、第１電極ＰＥに対応した位置に貫通孔が設けられているか、或いは、第１電極ＰＥが形成する列又は行に対応した位置にスリットが設けられている。ここでは、一例として、隔壁絶縁層ＰＩには、第１電極ＰＥに対応した位置に貫通孔が設けられていることとする。

隔壁絶縁層ＰＩは、例えば、有機絶縁層である。隔壁絶縁層ＰＩは、例えば、フォトリソグラフィ技術を用いて形成することができる。

第１電極ＰＥ上には、活性層として、発光層を含んだ有機物層ＯＲＧが配置されている。発光層は、例えば、発光色が赤色、緑色、又は青色のルミネセンス性有機化合物を含んだ薄膜である。この有機物層ＯＲＧは、発光層に加え、正孔注入層、正孔輸送層、正孔ブロッキング層、電子輸送層、電子注入層などもさらに含むことができる。

隔壁絶縁層ＰＩ及び有機物層ＯＲＧは、背面電極である第２電極ＣＥで被覆されている。第２電極ＣＥは、画素ＰＸ間で互いに接続された対向電極，すなわち共通電極，であり、この例では光反射性の陰極である。第２電極ＣＥは、例えば、パッシベーション膜ＰＳと隔壁絶縁層ＰＩとに設けられたコンタクトホールを介して、映像信号線ＤＬと同一の層上に形成された電極配線（図示せず）に電気的に接続されている。各々の有機ＥＬ素子ＯＬＥＤは、第１電極ＰＥ、有機物層ＯＲＧ及び第２電極ＣＥで構成されている。

各画素ＰＸを構成している画素回路は、この例では、図１、図３及び図４に示すように、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤと、駆動制御素子ＤＲと、出力制御スイッチＳＷ１と、映像信号供給制御スイッチＳＷ２と、ダイオード接続スイッチＳＷ３ａ乃至ＳＷ３ｅと、キャパシタＣ１と、キャパシタＣ２ａ及びＣ２ｂとを含んでいる。上記の通り、この例では、駆動制御素子ＤＲ及びスイッチＳＷ１、ＳＷ２及びＳＷ３ａ乃至ＳＷ３ｅはｐチャネル薄膜トランジスタである。また、この例では、ダイオード接続スイッチＳＷ３ａ乃至ＳＷ３ｅは第１スイッチ群ＳＷ３を構成しており、映像信号供給制御スイッチＳＷ２と第１スイッチ群ＳＷ３とは、駆動制御素子ＤＲのドレインと映像信号線ＤＬ、駆動制御素子ＤＲのドレインと駆動制御素子ＤＲのゲートとの接続状態を、それらが互いに接続された第１状態と、それらが互いから遮断された第２状態との間で切り替える第２スイッチ群を構成している。

駆動制御素子ＤＲと出力制御スイッチＳＷ１と有機ＥＬ素子ＯＬＥＤとは、第１電源端子ＮＤ１と第２電源端子ＮＤ２との間で、この順に直列に接続されている。この例では、第１電源端子ＮＤ１は高電位電源端子であり、第２電源端子ＮＤ２は低電位電源端子である。

出力制御スイッチＳＷ１のゲートは、走査信号線ＳＬ１に接続されている。映像信号供給制御スイッチＳＷ２は駆動制御素子ＤＲのドレインと映像信号線ＤＬとの間に接続されており、そのゲートは走査信号線ＳＬ２に接続されている。ダイオード接続スイッチＳＷ３ａ乃至ＳＷ３ｅは、駆動制御素子ＤＲのドレインとゲートとの間で、この順に直列に接続されている。ダイオード接続スイッチＳＷ３ａ乃至ＳＷ３ｅのゲートは、走査信号線ＳＬ２に接続されている。

キャパシタＣ１は、駆動制御素子ＤＲのゲートと定電位端子ＮＤ１’との間に接続されている。キャパシタＣ２ａは、走査信号線ＳＬ１とダイオード接続スイッチＳＷ３ａのドレインとの間に接続されている。キャパシタＣ２ｂは、走査信号線ＳＬ１とダイオード接続スイッチＳＷ３ｄのドレインとの間に接続されている。

なお、この有機ＥＬ表示装置から第２電極ＣＥや有機物層ＯＲＧを除いた構造がアレイ基板に相当している。

この有機ＥＬ表示装置で画像を表示する場合、例えば、走査信号線ＳＬ１及びＳＬ２の各々を線順次駆動する。そして、或る画素ＰＸに映像信号を書き込む書込期間では、まず、走査信号線ドライバＹＤＲから、先の画素ＰＸが接続された走査信号線ＳＬ１にスイッチＳＷ１を開く（ＯＦＦ）走査信号を電圧信号として出力し、続いて、先の画素ＰＸが接続された走査信号線ＳＬ２にスイッチＳＷ２及びＳＷ３ａ乃至ＳＷ３ｅを閉じる（ＯＮ）走査信号を電圧信号として出力する。この状態で、映像信号線ドライバＸＤＲから、先の画素ＰＸが接続された映像信号線ＤＬに映像信号を電流信号として出力し、駆動制御素子ＤＲのゲート−ソース間電圧を、先の映像信号に対応した大きさに設定する。その後、走査信号線ドライバＹＤＲから、先の画素ＰＸが接続された走査信号線ＳＬ２にスイッチＳＷ２及びＳＷ３ａ乃至ＳＷ３ｅを開く（ＯＦＦ）走査信号を電圧信号として出力し、続いて、先の画素ＰＸが接続された走査信号線ＳＬ１にスイッチＳＷ１を閉じる（ＯＮ）走査信号を電圧信号として出力する。

スイッチＳＷ１を閉じている（ＯＮ）有効表示期間では、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤには、駆動制御素子ＤＲのゲート−ソース間電圧に対応した大きさの駆動電流が流れる。有機ＥＬ素子ＯＬＥＤは、駆動電流の大きさに対応した輝度で発光する。

さて、上記の通り、従来のカレントコピー型回路で複数のダイオード接続スイッチを直列に接続した構造を採用した場合、有機ＥＬ素子を完成するまでの間に、ダイオード接続スイッチなどの静電破壊が生じ易い。ダイオード接続スイッチなどの静電気破壊を生じた画素は、輝点又は滅点として視認される可能性がある。
本発明者は、この現象について詳細に調べた。その結果、以下の事実を見い出した。

画素電極を形成してから有機ＥＬ素子を完成するまでの間、薄膜トランジスタの半導体層は対向電極で覆われていない。そのため、半導体層は、例えば、蒸着用の金属マスクをアレイ基板に近づけた場合などにキャパシタを形成し、薄膜トランジスタのソース及びドレインに電位変化を生じさせる。

この電位変化は、半導体層のうち、配線などとキャパシタンスが十分に大きなキャパシタを形成しているか或いはキャパシタンスが十分に大きなキャパシタに接続されている部分又はその近傍では大きくはない。電位変化が小さければ、薄膜トランジスタのソース又はドレインとゲートとの間に大きな電圧が加わることはないため、それらの短絡は生じ難い。

しかしながら、従来のカレントコピー型回路で複数のダイオード接続スイッチを直列に接続しただけでは、これらダイオード接続スイッチの半導体層は、配線などとキャパシタンスが十分に大きなキャパシタを形成せず、また、キャパシタンスが十分に大きなキャパシタに接続されもしない。このため、ダイオード接続スイッチのソース又はドレインとゲートとの間には大きな電圧が加わり、それらの短絡が生じ易かった。

本態様では、ダイオード接続スイッチＳＷ３ａのドレインと走査信号線ＳＬ１との間にキャパシタＣ２ａを接続し、ダイオード接続スイッチＳＷ３ｄのドレインと走査信号線ＳＬ１との間にキャパシタＣ２ｂを接続する。そのため、上述した電位変化を十分に小さくすることができる。したがって、本態様によると、ダイオード接続スイッチＳＷ３ａ乃至ＳＷ３ｅのソース又はドレインとゲートとの間に大きな電圧が加わるのを防止することができる。すなわち、ダイオード接続スイッチＳＷ３ａ乃至ＳＷ３ｅの静電破壊を生じ難くすることが可能となる。

キャパシタＣ２ａ及びＣ２ｂのキャパシタンスは、例えば、０．０１ｐＦ乃至０．１ｐＦの範囲内とする。キャパシタＣ２ａ及びＣ２ｂのキャパシタンスが小さい場合、上述した効果が十分に得られないことがある。キャパシタＣ２ａ及びＣ２ｂのキャパシタンスが大きい場合、走査信号の鈍りを生じることがある。

本態様では、第１スイッチ群ＳＷ３を５つのダイオード接続スイッチＳＷ３ａ乃至ＳＷ３ｅで構成しているが、第１スイッチ群ＳＷ３を構成しているダイオード接続スイッチの数は２以上であれば特に制限はない。また、本態様では、有機ＥＬ表示装置を下面発光型としたが、上面発光型としてもよい。

本発明の一態様に係る表示装置を概略的に示す平面図。 図１の表示装置に採用可能な構造の一例を概略的に示す断面図。 図１の表示装置が含む画素の等価回路図。 図１の表示装置が含む画素に採用可能な構造の一例を概略的に示す平面図。

符号の説明

Ｃ１…キャパシタ、Ｃ２ａ…キャパシタ、Ｃ２ｂ…キャパシタ、ＣＥ…第２電極、ＤＥ…ドレイン電極、ＤＬ…映像信号線、ＤＲ…駆動制御素子、Ｅ１…電極、Ｅ２…電極、Ｇ…ゲート、ＧＩ…ゲート絶縁膜、ＩＩ…層間絶縁膜、ＮＤ１…第１電源端子、ＮＤ１’…定電位端子、ＮＤ２…第２電源端子、ＯＬＥＤ…有機ＥＬ素子、ＯＲＧ…有機物層、ＰＥ…第１電極、ＰＩ…隔壁絶縁層、ＰＳ…パッシベーション膜、ＰＳＬ…電源線、ＰＸ…画素、ＳＣ…半導体層、ＳＥ…ソース電極、ＳＬ１…走査信号線、ＳＬ２…走査信号線、ＳＵＢ…絶縁基板、ＳＷ１…出力制御スイッチ、ＳＷ２…映像信号供給制御スイッチ、ＳＷ３…スイッチ群、ＳＷ３ａ…ダイオード接続スイッチ、ＳＷ３ｂ…ダイオード接続スイッチ、ＳＷ３ｃ…ダイオード接続スイッチ、ＳＷ３ｄ…ダイオード接続スイッチ、ＳＷ３ｅ…ダイオード接続スイッチ、ＵＣ…アンダーコート層、ＸＤＲ…映像信号線ドライバ、ＹＤＲ…走査信号線ドライバ。

Claims (1)

1. 絶縁基板と、その上で配列した複数の画素と、前記複数の画素が形成する行に沿って配列した複数の第１及び第２走査信号線と、前記複数の画素が形成する列に沿って配列した複数の映像信号線とを具備し、前記複数の画素のそれぞれは、
   制御端子と、第１電源端子に接続された第１端子と、それらの間の電圧に対応した大きさの駆動電流を出力する第２端子とを含んだ駆動制御素子と、
   画素電極と、第２電源端子に接続された対向電極と、それらの間に介在した活性層とを含んだ表示素子と、
   制御端子が前記第１走査信号線に接続され、前記第２端子と前記画素電極との間に接続された出力制御スイッチと、
   制御端子が前記第２走査信号線に接続され、前記第２端子と前記映像信号線との間に接続された映像信号供給制御スイッチと、
   各々の制御端子が前記第２走査信号線に接続され、前記第２端子と前記制御端子との間で直列に接続された複数のダイオード接続スイッチと、
   前記駆動制御素子の制御端子と定電位端子との間に接続された第１キャパシタと、
   前記第１走査信号線と前記複数のダイオード接続スイッチ同士を接続している接続点との間に接続され、０．０１ｐＦ乃至０．１ｐＦのキャパシタンスを有している第２キャパシタと
   を含み、或る画素に映像信号を書き込む書込期間では、前記出力制御スイッチを開く走査信号を前記第１走査信号線に供給し、続いて、前記映像信号供給制御スイッチ及び前記複数のダイオード接続スイッチを閉じる走査信号を前記第２走査信号線に供給し、この状態で前記映像信号線に映像信号を供給し、その後、前記映像信号供給制御スイッチ及び前記複数のダイオード接続スイッチを開く走査信号を前記第２走査信号線に供給し、続いて、前記出力制御スイッチを閉じる走査信号を前記第１走査信号線に供給するように構成されたことを特徴とする表示装置。

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