(57)【要約】【課題】駆動ＴＦＴの線形領域における動作を広範囲で行うことが可能な有機ＥＬパネルを提供する。【解決手段】薄膜トランジスタのチャネル領域が、チャネル幅を一定として、薄膜トランジスタを結晶化する結晶粒形の長手方向及びそれに交差する方向のいずれにも形成されている。発光色の異なる副画素１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂにおける結晶粒形の長手方向のチャネル長Ｌhと、それに交差する方向のチャネル長ＬVの和Ｌ（Ｌ＝Ｌh＋Ｌv）は等しく、Ｌh／ＬVが異なっている。【選択図】  図１
2010049056.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に、有機発光素子と、該有機発光素子の駆動電流を規定する薄膜トランジスタを含む駆動回路と、を有する画素が面内に複数配列されており、前記画素はそれぞれ発光色が互いに異なる少なくとも２つの副画素を含む有機ＥＬディスプレイであって、
前記薄膜トランジスタのチャネル領域が、結晶粒形が異方的である半導体活性層で形成され、チャネル幅Ｗを一定にして、チャネル長方向が前記結晶粒形の長手方向及びそれに交差する方向のいずれにも形成されており、
前記発光色の異なる少なくとも２つの副画素における前記結晶粒形の長手方向のチャネル長Ｌhとそれに交差する方向のチャネル長ＬVの和Ｌ（Ｌ＝Ｌh＋Ｌv）は等しく、比Ｌh／ＬVが異なることを特徴とする有機ＥＬディスプレイ。
【請求項２】
前記副画素が最大輝度を表示する際に前記有機発光素子に供給する電流値が大きい副画素ほど、Ｌh／ＬVが大きいことを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬディスプレイ。
【請求項３】
前記半導体活性層は、多結晶シリコンを主成分とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の有機ＥＬディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬディスプレイに関するものであり、さらに詳しくは、有機エレクトロルミネセンス素子等の自発光素子及び薄膜ＴＦＴを備えたアクティブマトリクス方式の有機ＥＬディスプレイに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フラットパネルディスプレイには、それ自体が発光する自発光型と、外光やバックライトを用いる非発光型とがある。有機ディスプレイパネルは、非発光型の液晶ディスプレイパネルとは異なり、自発光型であるため、高コントラスト、高視野角という特徴を有するフラットパネルディスプレイである。
【０００３】
この有機ＥＬディスプレイは、有機ＥＬ素子を画素として、これを多数マトリクス状に配置して構成される。この有機ＥＬ素子の駆動方法として、パッシブ駆動とアクティブ駆動とがある。パッシブ駆動とアクティブ駆動とを比較すると、アクティブ駆動の方が、高精細で、高速応答のパネルを実現する上で好ましい。有機ＥＬ素子や、液晶ディスプレイ素子などのフラットパネルディスプレイに使われるＴＦＴは、各画素の動作を制御するスイッチングＴＦＴ及び画素を駆動させる駆動ＴＦＴから構成されている。
【０００４】
有機ＥＬディスプレイでは、一般的に、Ｒ、Ｇ、Ｂ等の発光色の異なる副画素によって発光効率が異なる。そのため、同じ電流を流した際に、ある発光色の副画素は輝度が高く、別の発光色の副画素は輝度が低くなる。したがって、適正なホワイトバランスを得るのが困難である。
【０００５】
このような問題を解決するために、副画素別に異なる電源電圧をかける方法が開示されている（特許文献１参照）。しかしできれば、電源電圧を各副画素間で変更しない方法が好ましい。
【０００６】
電流量を調整する他の方法として、駆動ＴＦＴの電流量と比例の関係を持つ移動度を作り分けることが考えられる。より容易なプロセスとして、駆動ＴＦＴのチャネル方向と、異方性結晶の成長方向との相対的な角度を変えることで、ホワイトバランスを調整する方法が開示されている（特許文献２参照）。この方法は、多結晶シリコンの結晶粒界方向を考慮している。
【０００７】
特許文献２に記載された駆動ＴＦＴは、結晶異方性の方向と、チャネルの方向の角度を変化させることで移動度を作り分けて電流量を制御している。したがって、特許文献２に記載された方法では、電子移動度を調整する上で、シリコンの活性層の向きが、信号ライン、走査ライン、電圧供給ラインのいずれとも平行な配置でない場合がある。このため、本発明の有機ＥＬディスプレイと比較して、レイアウトにおいて無駄な領域が生じる。このように、高精細の有機ＥＬディスプレイとして、本発明が好ましいことが明らかである。
【０００８】
【特許文献１】特開平５−１０７５６１号公報
【特許文献２】特開２００４−２７２１９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
同じ駆動電圧が有機ＥＬ素子に加わった状態において、Ｒ、Ｇ、Ｂの各副画素の効率の違いにもかかわらず、電流をＲ、Ｇ、Ｂの各副画素ごとに調整できるため、ホワイトバランスを調整することが可能な有機ＥＬディスプレイ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】
【００１０】
上述した目的を達成するため、本発明の有機ＥＬディスプレイは、以下の特徴点を備えている。すなわち、本発明の有機ＥＬディスプレイは、基板の上に、有機発光素子と、該有機発光素子の駆動電流を規定する薄膜トランジスタを含む駆動回路と、を有する画素が面内に複数配列されており、前記画素はそれぞれ発光色が互いに異なる少なくとも２つの副画素を含む有機ＥＬディスプレイであって、
前記薄膜トランジスタのチャネル領域が、結晶粒形が異方的である半導体活性層で形成され、チャネル長方向が前記結晶粒形の長手方向及びそれに交差する方向のいずれにも形成されており、
前記発光色の異なる少なくとも２つの副画素における前記結晶粒形の長手方向のチャネル長Ｌhとそれに交差する方向のチャネル長ＬVの和Ｌ（Ｌ＝Ｌh＋Ｌv）は等しく、比Ｌh／ＬVが異なることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
結晶粒形の長手方向のチャネル長Ｌhと、それに垂直な方向のチャネル長Ｌvの比が副画素別に異なるので、副画素別にチャネル長方向の平均移動度が異なり、異なる電流量を得ることができる。このため、Ｒ、Ｇ、Ｂの各副画素における発光色の発光効率が異なっている場合であっても、ホワイトバランスを合わせることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の有機ＥＬディスプレイの実施形態を説明する。
【００１３】
＜有機ＥＬディスプレイの概要＞
本発明の有機ＥＬディスプレイは、基板の上に、有機発光素子と、該有機発光素子の駆動電流を規定する薄膜トランジスタを含む駆動回路と、を有する画素が面内に複数配列され、画素はそれぞれ発光色が互いに異なる副画素を含んでいる。そして、薄膜トランジスタを構成する活性層は結晶粒の形が異方的であり、チャネル領域が、チャネル幅を一定として、結晶粒形の長手方向及びそれに交差する方向のいずれにも形成されている。また、発光色の異なる少なくとも２つの副画素における結晶粒形の長手方向のチャネル長Ｌhと、交差する方向のチャネル長ＬVの和Ｌ（Ｌ＝Ｌh＋Ｌv）は等しく、比Ｌh／ＬVが異なっている。
【００１４】
薄膜トランジスタは、ＬまたはＷを変えることにより駆動電流の大きさを変えることができる。しかし、１つの画素を構成する副画素の間で薄膜トランジスタのＬまたはＷを異ならせると、薄膜トランジスタの占有面積が異なるので、各副画素の回路レイアウトも違ってしまう。その結果、寄生容量の違いによる、予測の難しい特性変化を生じて好ましくない。本発明は、各副画素の薄膜トランジスタを、全体のチャネル長Ｌは等しく保って、結晶粒形の長手方向と短手方向の両方にチャネル長を分配し、移動度を調整するものである。この結果、ＬとＷを変えることなく、副画素間で薄膜トランジスタの電流駆動能力を異ならせることができる。
【００１５】
画素が白色を表示する際、つまり各副画素が最大輝度になるときに、有機発光素子に供給する電流値が大きい副画素ほど、比Ｌh／ＬVを大きくすることが好ましい。また、チャネル領域を構成する半導体活性層は、多結晶シリコンを主成分とすることが好ましく、この多結晶シリコンは、レーザによる結晶化法により形成されることが好ましい。
【００１６】
このように、本発明の有機ＥＬディスプレイによれば、結晶粒形の長手方向のチャネル長Ｌhと、レーザ照射に垂直な方向のチャネル長Ｌvの比が副画素別に異なるので、チャネル長方向の平均移動度μxをμv≦μx≦μhの範囲で変更することができる（図５参照）。
【００１７】
また、結晶粒形の長手方向のチャネル長Ｌhと、結晶粒形の長手方向に垂直な方向のチャネル長Ｌvの比が副画素別に異なるので、副画素別に異なる平均移動度μxを得ることができる。したがって、副画素別の効率が異なる画素であったとしても、電流量は平均移動度に比例するので、同じ電源電圧を画素別に供給しながら、ホワイトバランスを合わせることが可能となる。
【００１８】
＜実施形態＞
図１は、本発明の有機ＥＬディスプレイの各色におけるＴＦＴの配置を示した平面模式図である。図１において、１０は走査ライン、１１は信号ライン、１２は電圧供給ライン、１３Ｒは赤色の副画素、１３Ｇは緑色の副画素、１３Ｂは青色の副画素、１４はソース、１５はドレイン、１６はゲート、１７は活性層をそれぞれ示す。
【００１９】
図１では、各副画素の中は、有機発光素子の電流を規定する駆動トランジスタのみが描かれているが、その他のトランジスタや容量、配線などの回路要素を含んでいる。
【００２０】
３つの副画素の駆動トランジスタは、チャネル幅Ｗとチャネル長Ｌが等しい。そして、ＬはＬhとＬvに分割されて、ＬhがＲでもっとも短く、Ｂでもっとも長くなっている。後述するように、結晶粒形の長手方向の移動度は、それに垂直な方向の移動度より大きいので、平均移動度は、Ｒでもっとも小さく、Ｇ、Ｂの順に大きくなる。
【００２１】
本発明の実施形態に係る有機ＥＬディスプレイは、図１に示すように、赤色の副画素１３Ｒ、緑色の副画素１３Ｇ及び青色の副画素１３Ｂを備えている。また、各副画素１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂには、それぞれソース１４、ドレイン１５、ゲート１６、活性層１７が設けられると共に、走査ライン１０、信号ライン１１、電圧供給ライン１２が配置されている。
【００２２】
図２（ａ）は本発明の有機ＥＬディスプレイを構成する任意の副画素の平面模式図である。活性層５３、ゲート５５、およびソース５８、ドレイン５９のコンタクトを取るためのＳ−Ｄ配線メタル５７の平面パタンが示されている。活性層５３とソース５５とが重なる部分がチャネル領域となる。図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるチャネル中央を通る点線に沿った断面図である。本明細書におけるチャネル長とは、図２（ａ）に示す点線に沿った長さと定義されている。
【００２３】
本実施形態に係る有機ＥＬディスプレイの副画素は、図２（ｂ）に示すように、石英ガラス、無アルカリガラス等からなる絶縁性基板５１上に、窒化珪素（ＳｉＮ）等からなる下地膜５２を形成し、その上にｐｏｌｙ−Ｓｉの活性層５３を形成する。さらに、活性層５３の上にゲート絶縁膜５４と、高融点金属からなるゲート５５を形成する。
【００２４】
そして、ゲート絶縁膜５４及びゲート５５の上側全面に酸化珪素（ＳｉＯ2）等からなる層間絶縁膜５６を形成する。また、ソース５８とドレイン５９を形成する箇所にコンタクトホールを開口し、この開口部にＡｌ等の金属５７を充填して、ソース５８及びドレイン５９とする。なお、図２（ａ）及び図２（ｂ）中、５７は、Ｓ−Ｄ配線を示しており、ゲート、ソース、ドレイン配線は省略している。
【００２５】
有機ＥＬディスプレイでは、Ｒ、Ｇ、Ｂの各副画素の発光効率が異なるため、各発光層の輝度に差が生じる。したがって、従来の有機ＥＬディスプレイでは、同一電流値が流れる際に、ホワイトバランスを合わせることができなかった。例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の副画素における発光効率は、Ｒ：１０．３（ｃｄ／Ａ）、Ｇ：１６．７（ｃｄ／Ａ）、Ｂ：２．６（ｃｄ／Ａ）である。輝度５００（ｃｄ／ｍ2，開口率５０％）を得ようとすると、視感度を考慮してホワイトバランスを合わせるための電流値は、Ｒ副画素が最も小さく８（ｍＡ／ｃｍ2）となり、Ｇ副画素が１１（ｍＡ／ｃｍ2）となり、Ｂ副画素が最も大きく１５（ｍＡ／ｃｍ2）となる。
【００２６】
このような電流値の差は、図１に示すように、駆動用ＴＦＴのＬvとＬhの比を、異なる色の副画素別に作り分けることで補正することができる。
【００２７】
μh／μv＝２の場合、ＲをＬv：Ｌh＝１：０、ＧをＬv：Ｌh＝３：２、ＢをＬv：Ｌh＝１：９として作り分けることで、ホワイトバランスを合わせることができる。以下の説明においては、副画素が、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色からなる実施形態について示すが、本発明は、副画素がＲ、Ｇ、Ｂの各色からなる形態に限定されるものではない。
【００２８】
図３は、ＴＦＴの活性層をなす多結晶シリコン薄膜の異方的な結晶構造を示す平面模式図である。連続発振（ＣＷ）レーザを用いて、基板に成膜したシリコン膜に照射したレーザまたは、シリコン膜を成膜した基板を設置するステージを基板面に対して一方向に走査させる方法である。レーザ照射条件として，レーザ照射部分の面積を、走査方向５μｍ、ビーム幅約５０μｍとして、走査速度はシリコン膜厚と、レーザ出力強度、下地絶縁膜厚などで決定する。ラインビームの長軸に垂直な方向に走査する。レーザの走査方向に沿った方向への結晶成長をするため、主にレーザの上記走査方向と平行な方向に長い形状の結晶粒が形成される。その結晶粒の大きさは、幅が約０．２μｍ、長さが約３μｍ程度である。
【００２９】
図３中、２０は結晶粒界を示す。本明細書では、結晶粒界２０の平均方向をこの異方的結晶粒形の長手方向という。
【００３０】
連続発振（ＣＷ）のレーザ照射によって結晶化を行う場合には、一方向に長い異方的な結晶粒ができ、結晶粒形の長手方向の移動度が大きい。すなわち移動度の大きさの関係は、μh＞μvである。上述した特許文献２において、μhとμvの比は、２倍程度である。μhとμvの比は、レーザ結晶化の条件や、レーザ結晶化前に固相結晶化（ＳＰＣ）を行う際の条件等により変えることができる。ＮチャネルＴＦＴにおいては、結晶粒形の長手方向の移動度μｈが約４００（ｃｍ2／Ｖ・ｓ）、結晶粒形の長手方向に垂直方向の移動度μｖが約２００（ｃｍ2／Ｖ・ｓ）程度である。
【００３１】
図４は、画素回路の構成例を示す概念図である。なお、図４中、４１は容量、４２は駆動ＴＦＴ、４３は有機ＥＬ素子、４４はＧＮＤ、１０は走査ライン、１１は信号ライン、１２は電圧供給ラインをそれぞれ示す。
【００３２】
図４に示すように、行方向の画素間に走査ライン１０が配置され、列方向の画素間に信号ライン１１、電圧供給ライン１２が配置されている。行方向に伸びる走査ライン１０には、ｎチャンネルＴＦＴであるスイッチングＴＦＴ４０のゲートが接続されている。このスイッチングＴＦＴ４０のドレインには、列方向に信号ラインが接続されている。また、スイッチングＴＦＴ４０のソースと電圧供給ライン１２には、容量４１が接続されている。また、スイッチングＴＦＴ４０のソースと容量４１との接続点は、ｐチャンネルＴＦＴである駆動ＴＦＴ４２のゲートに接続されている。そして、ソースが電圧供給ライン１２に接続され、ドレインが有機ＥＬ素子４３に接続されている。なお、列ごとに配置を対称にすることにより、電圧供給ライン１２は、隣接する副画素の列で共有する場合もある。
【００３３】
図４に示すように、本発明の実施形態に係る有機ＥＬディスプレイの副画素は、スイッチング用のスイッチングＴＦＴ４０及び駆動用の駆動ＴＦＴ４２の２つのＴＦＴと、容量４１及び１つの有機ＥＬ素子４３とからなる。ただし、ＴＦＴ及び容量の数は、上述した個数に限定されるものではなく、目的に応じて、より多くのＴＦＴ及び容量を備えていてもよい。
【００３４】
図５は、チャネル長ＬhとＬVの比で決まる平均移動度μxを説明するための概念図である。
【００３５】
図５に示すように、結晶粒形の長手方向の移動度をμh、結晶粒形の長手方向に垂直な方向の移動度をμVとすると、駆動ＴＦＴの移動度はμx＝（Ｌhμh＋Ｌvμv）／（Ｌh＋Ｌv）で決定される。すなわち、異なる副画素間の平均移動度は、結晶粒形の長手方向のチャネル長Ｌhと結晶粒形の長手方向に垂直な方向のチャネル長ＬVの比で決まる。Ｌh＋Ｌv＝Ｌと、チャネル長ＬVは副画素間で一定なので、μx＝（Ｌhμh＋Ｌvμv）／Ｌとなる。結晶粒形の長手方向のチャネル長Ｌhと、結晶粒形の長手方向に垂直な方向のチャネル長Ｌvの比が副画素別に異なるように設計することで、μv≦μx≦μHの範囲で移動度を変化させることができる。
【００３６】
図６は、電子移動度μxが変化すると、ドレイン電流Ｉdが変化することを説明するための概念図である。
【００３７】
図６に示すように、駆動ＴＦＴにおける結晶粒形の長手方向のチャネル長Ｌhと結晶粒形の長手方向に垂直な方向のチャネル長Ｌvの比が副画素別に異なるように設計することで、有機ＥＬ素子への電流量Ｉdを制御することができる。本実施形態では、駆動ＴＦＴの移動度を結晶粒形の長手方向の移動度μhから結晶粒形の長手方向に垂直な方向の移動度μvまで小さくすることで、Ｉdsat≦Ｉ≦Ｉd’の範囲で、ドレイン電流Ｉdを変化させることができる。
【００３８】
μhからμvまで、移動度を副画素別に作り分けることができる。したがって、ＩdからＩd’にドレイン電流量が変化するので、ドレイン電流の範囲Ｉd≦Ｉ≦Ｉd'において、副画素の各色の効率に合わせてホワイトバランスを調整することができる。
【００３９】
上述した特許文献２には、各色の副画素で効率が異なることで問題となるホワイトバランスの調整方法として、副画素別に異なる電源電圧を印加する方法が開示されている。しかし、電源電圧を副画素別に変更しようとすると、電源電圧ラインを隣接する副画素間で共有することが不可能となるので、画素領域の高精細化の妨げとなる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の有機ＥＬディスプレイの各副画素における駆動ＴＦＴの平面模式図。
【図２】（ａ）は本発明の有機ＥＬディスプレイを構成する任意の副画素の平面模式図、（ｂ）は（ａ）における点線部分の断面模式図。
【図３】ＴＦＴの活性層をなす多結晶シリコン薄膜の異方性結晶構造を示す平面模式図。
【図４】画素回路の構成例を示す概念図。
【図５】チャネル長ＬHとＬVの比で決まる平均移動度μxを説明するための概念図。
【図６】薄膜トランジスタの移動度μxが変化したときの、ソース−ドレイン電圧とドレイン電流の関係を説明するための概念図。
【符号の説明】
【００４１】
１０  走査ライン
１１  信号ライン
１２  電圧供給ライン
１３Ｒ  赤色の副画素
１３Ｇ  緑色の副画素
１３Ｂ  青色の副画素
１４  ソース
１５  ドレイン
１６  ゲート
１７  活性層
２０  結晶粒界
４０  スイッチングＴＦＴ
４１  容量
４２  駆動ＴＦＴ
４３  有機ＥＬ素子
４４  ＧＮＤ
５１  絶縁性基板
５２  下地膜
５３  活性層
５４  ゲート絶縁膜
５５  ゲート
５６  層間絶縁膜
５７  Ｓ−Ｄ配線
５８  ソース
５９  ドレイン
Ｌh  結晶粒形長手方向のチャネル長
Ｌv  結晶粒形長手に垂直方向のチャネル長
【図１】
2010049056.tif 000003
【図２】
2010049056.tif 000004
【図３】
2010049056.tif 000005
【図４】
2010049056.tif 000006
【図５】
2010049056.tif 000007
【図６】
2010049056.tif 000008