(57)【要約】本発明の表示装置は、少なくとも能動層に有機材料を含む薄膜トランジスタ（１０）を用いて画素を駆動する表示装置であって、基板（１１）上に前記薄膜トランジスタ部（１０）と表示素子部（２０）が、この順番に積層形成され、前記表示素子部（２０）の前記基板（１０）側に形成された画素電極（１５）が、前記薄膜トランジスタ（１０）のドレイン電極を兼ねている。これにより、表示装置を駆動するためのトランジスタに有機材料を使用した場合に、構成部材を増やすことなく有効な保護が可能な表示装置を提供する。
2005066920.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも能動層に有機材料を含む薄膜トランジスタを用いて画素を駆動する表示装置であって、
基板上に前記薄膜トランジスタ部と表示素子部が、この順番に積層形成され、
前記表示素子部の前記基板側に形成された画素電極が、前記薄膜トランジスタのドレイン電極を兼ねていることを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記薄膜トランジスタのソース電極は、前記画素電極に対して厚み方向に能動層を介して対向して形成されている請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記ソース電極は、前記画素電極面積の２５％以上の大きさである請求項２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記表示素子部の外側にガス及び水分のガス透過を抑制する導電膜が形成されている請求項１〜３のいずれかに記載の表示装置。
【請求項５】
前記導電膜は、表示領域全面を覆うように形成されている請求項４に記載の表示装置。
【請求項６】
前記基板は、酸素及び水分のガス透過を抑制する基板である請求項１〜５のいずれかに記載の表示装置。
【請求項７】
前記基板が可撓性を有する請求項１〜６のいずれかに記載の表示装置。
【請求項８】
前記表示素子部は、有機エレクトロルミネッセンス素子である請求項１〜７のいずれかに記載の表示装置。
【請求項９】
前記薄膜トランジスタの能動層部は、有機半導体層を含む請求項１〜８のいずれかに記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は能動層に有機材料を含む薄膜トランジスタを用いて画素を駆動する表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  現在、薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）は、アクティブマトリクス型の液晶ディスプレイ等における駆動素子として好適に使用されている。このＴＦＴの構成としては種々の構成が提案されているが、基本的には、半導体層に接触して設けられたソース電極とドレイン電極との間に流れる電流を、半導体層に対して絶縁層を介して設けられたゲート電極に印加される電圧（つまり、印加される電圧で発生する電界）により制御するように構成されている。そして、ＴＦＴを構成する前記半導体層に関し、現在実用化されている半導体材料としては、結晶シリコンと比して特性面では劣るものの、比較的安価であるアモルファスシリコンや低温ポリシリコン等といった半導体材料がある。又、ゲート電極が設けられる前記絶縁層に関し、現在実用化されている絶縁材料としては、酸化シリコンや窒化シリコン等がある。しかし、これらの半導体材料及び絶縁材料を用いるＴＦＴの製造プロセスでは、プラズマＣＶＤ法等の大規模な装置や、精密加工のための薄膜制御装置を必要とする。そのため、ＴＦＴの製造コストは高コスト化する。又、前記製造プロセスは、一般に、３５０℃を越えるような処理温度のプロセスを含むため、使用可能な基板材料等には制限がある。【０００３】  ところで、近年では、ＴＦＴ用として利用可能な半導体材料として、有機化合物で構成される有機半導体が注目されている。この有機半導体は、前述したアモルファスシリコンや低温ポリシリコン等の無機系の半導体を用いる場合と比べて、低コストプロセスでありかつ低温プロセスであるスピンコーティング、インクジェット印刷、及び浸漬コーティング等の製造プロセスによって前記半導体層を形成することが可能である。そのため、ＴＦＴの製造コストを低コスト化することが可能であり、又、使用可能な基板材料等に関する制限が解消される。又、前述した低コストプロセスや低温プロセスが適用可能であることにより、フレキシブルな基板上や大面積な基板へのＴＦＴ形成が実現でき、これによって大画面ディスプレイやシートライク、或いはペーパーライクなディスプレイ等への用途拡大が期待されている。しかしながら、有機ＴＦＴを構成する有機材料は、大気中のガス及び水分によって劣化してしまうことが多く、電子デバイスとして用いるためにはその有機ＴＦＴ部分を適切な方法で封止する必要がある。【０００４】  有機材料を用いた電子デバイスの代表的なものに有機エレクトロルミネッセンス素子（以下有機ＥＬ素子という）がある。有機ＥＬ素子においても有機材料を使っている点では、有機ＴＦＴと同様の問題を抱えており、その封止技術というものが素子の寿命に大きな影響を及ぼす。この問題を解決すべく有機ＥＬ素子においては、基板上に形成された有機ＥＬ素子部をメタルキャップで封止したり（特許文献１）、その容器内に乾燥剤を配置したりする方法（特許文献２）がとられてきた。又、酸素や水蒸気の浸透性の低いバリア層を含むポリマーフィルムで有機ＥＬ素子層を上下から封止する方法が開示されている（例えば、特許文献３参照）。又、有機ＥＬ素子の表面に形成される透明導電膜を化学量論的組成より酸素が不足している金属酸化物で形成し、水分や酸素を吸収する方法が開示されている（例えば、特許文献３参照）。【０００５】  特許文献３及び４等に開示されている従来例は、有機ＥＬ素子の長寿命化をねらってなされたものであるが、有機ＴＦＴを駆動素子として用いる表示装置（表示部が有機ＥＬには限らない）においても同様の方法で、大気中のガス及び水分の浸入を防止する必要がある。しかしながら、特許文献１〜２に開示されているメタルキャップを用いる方法や、特許文献３に開示の方法では、別途封止用の部材を必要とするため、製造工程が増え、表示装置が厚くなる等の課題があった。また、特許文献４に開示の方法では、表示素子部である有機ＥＬ素子は保護されるが、ＴＦＴとして有機ＴＦＴを用いる場合には、有機ＴＦＴ部に大気中のガス及び水分が浸入してしまうのを防止できないという問題があった。【０００６】  以上のとおり、ディスプレイのシート化、大型化とともに一層の長寿命化が求められている中で、構成部材を増やすことなく有機材料部を保護する方法が要請されている。
【特許文献１】特開平８−３０６９５５号公報
【特許文献２】特開２００２−２１６９５１号公報
【特許文献３】特表２００２−５４３５６３公報
【特許文献４】特開２００２−２３７３９０公報
【発明の開示】
【０００７】  本発明は、前記従来の課題を解決するためになされたものであり、表示装置を駆動するためのトランジスタに有機材料を使用した場合に、構成部材を増やすことなく有効な保護が可能な表示装置を提供する。
【０００８】  本発明の表示装置は、少なくとも能動層に有機材料を含む薄膜トランジスタを用いて画素を駆動する表示装置であって、基板上に前記薄膜トランジスタ部と表示素子部が、この順番に積層形成され、前記表示素子部の前記基板側に形成された画素電極が、前記薄膜トランジスタのドレイン電極を兼ねていることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１Ａは本発明の実施の形態１における表示装置の断面図で図１ＢのＩ−Ｉ線断面図、図１Ｂは本発明の実施の形態１における表示装置の基板面への透写図である。
【図２】図２は本発明の実施の形態１の実施例１における表示装置のソース電極と寿命の相関図である。
【図３】図３Ａは本発明の実施の形態２における表示装置の断面図で図３ＢのＩＩ−ＩＩ線断面図、図３Ｂは本発明の実施の形態２における表示装置の基板面への透写図である。
【図４】図４Ａは比較例における表示装置の断面図で図４ＢのＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図、図４Ｂは比較例における表示装置の基板面への透写図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】  本発明は、基板上に前記薄膜トランジスタ部と表示素子部が、この順番に積層形成され、前記表示素子部の前記基板側に形成された画素電極が、前記薄膜トランジスタのドレイン電極を兼ねていることにより、構成部材を増やすことなく有効な保護が可能な表示装置を提供できる。【００１１】  前記薄膜トランジスタのソース電極は、前記画素電極に対して厚み方向に能動層を介して対向して形成されていることが好ましい。これにより能動層のチャネル領域の上面はすべてドレイン電極を兼ねた画素電極により保護することができる。【００１２】  前記ソース電極は、前記画素電極面積の２５％以上の大きさであることが好ましい。これにより一画素あたりのソース電極面積が充分大きくなるので、一画素あたりに任意の必要な電流値を設定した際、ＴＦＴ動作時の電流密度を下げ、その結果として有機ＴＦＴ部の寿命をさらに延ばすことができる。【００１３】  前記表示素子部の外側にガス及び水分のガス透過を抑制する導電膜が形成されていることが好ましい。これにより表示素子部の表面においても空気中からのガス及び水分のガスを遮蔽でき、長寿命化できる。【００１４】  前記において、酸素や水分などのガスの透過を抑制することは、室温下のガス輸送試験によって測定できる。室温下のガス輸送試験は、市販の機器（例えば、Ｍｏｃｏｎ製Ｏｘｔｒａｎ１０／５０など）を用いて、室温（２３℃）、乾燥環境下で酸素輸送速度（ＯＴＲ）を測定できる。【００１５】  より具体的には、１０ｍｌ／ｍ２／日／ＭＰａ未満が好ましい。【００１６】  前記導電膜は、表示領域全面を覆うように形成されていることが好ましい。これにより表示素子部表面の導電膜が一つの画素ごとに区切られて構成される場合と比べて、表面からのガス及び水分のガスの浸入を効果的に抑制することができる。【００１７】  前記基板は、酸素及び水分のガス透過を抑制する基板であることが好ましい。これにより基板側からのガス及び水分のガスの浸入を遮蔽でき、長寿命化できる。【００１８】  また、前記一連の表示装置において、前記基板が可撓性を有することが好ましい。そのような構成によれば、長寿命で、かつフレキシブルな表示装置や、柔軟で耐衝撃性の優れた軽量の表示装置などを実現することができる。【００１９】  さらに、前記一連の表示装置において、前記表示素子部は有機エレクトロルミネッセンス素子を用いていることが好ましい。そのような構成によれば、長寿命で、かつ直流低電圧駆動で自発光の軽量薄型の表示装置を実現することができる。【００２０】  また、前記薄膜トランジスタの能動層部は、有機半導体層を含むことが好ましい。これにより、低コストプロセスで、可撓性を有し耐衝撃性にも強いトランジスタを実現する事ができる。【００２１】  以下、実施の形態と実施例について、図面を参照しながら説明する。【００２２】  （実施の形態１）
図１Ａは本実施の形態１に係る表示装置の断面図で図１ＢのＩ−Ｉ線断面図である。図１Ａでは、２画素分の領域の断面図を示している。図１Ａにおいて、ガス及び水分の浸透性の低いプラスチック基板１１上にソース電極１２がパターン形成される。さらに、その上に有機半導体層１３が形成され、その途中にゲート絶縁膜１４ｉの下半分をパターン形成し、ゲート電極１４がその上に位置あわせしてパターン形成された後、ゲート絶縁膜１４ｉの上半分がパターン形成され、さらに有機半導体層１３の残りが積層される。さらに前記有機半導体層１３の上にドレイン電極を兼ねる画素電極１５が形成される。さらに、その上に表示素子部として有機ＥＬ層１６とガス及び水分の透過性の低い導電膜１７が表示領域（画素の構成されている全面）を概ね覆うように形成される。ここで、有機ＥＬ層１６は、電子輸送層、発光層、正孔輸送層等の各層が積層され構成されている。１０は薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、２０は表示素子部である。【００２３】  図１Ｂは図１Ａに示した２画素分の領域について画素電極１５側からプラスチック基板１１側への透写で各構成要素の位置関係を示したものである。有機半導体層１３や絶縁層などは省略している。図１Ｂにおいて、各画素のゲート電極１４はゲート走査ライン１８に、ソース電極１２はソース走査ライン１９にそれぞれ接続されている。ゲート走査ライン１８とソース走査ライン１９の交差する部分には図示していないが、絶縁層が設けられる。ソース電極１２は好ましくは画素電極１５の面積の２５％以上の大きさになるように構成される。また、画素電極１５は、能動層部（ソース電極１２上の有機半導体層１３部分）を覆い尽くすように形成されている。ここで、覆われるべき能動層部としては、ソース走査ライン１９へのソース電極１２からの接続配線部分およびソース走査ライン１９上の有機半導体層１３部は除くものとする。【００２４】  （実施の形態２）
実施の形態２では、図３Ａ−Ｂを用いて本発明の別の構成について説明する。図３Ａは、本実施の形態２に係る表示装置の２画素分の領域の断面図で図３ＢのＩＩ−ＩＩ線断面図を示している。図３Ａにおいて、プラスチック基板３１上にゲート電極３４がパターン形成される。さらに、その上に絶縁層３４ｉをパターン形成した後、ソース電極３２がパターン形成される。その上に有機半導体層３３が形成された後、ドレイン電極を兼ねる画素電極３５が形成される。さらに、その上に表示素子部２０として有機ＥＬ層３６とガス及び水分の透過性の低い導電膜３７が表示領域（画素の構成されている全面）を概ね覆うように形成される。１０は薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）である。図３Ｂは図３Ａに示した２画素分の領域について画素電極３５側からプラスチック基板３１側への透写で各構成要素の位置関係を示したものである。有機半導体層３３や絶縁層３４ｉなどは省略している。図３Ｂにおいて、各画素のゲート電極３４はゲート走査ライン３８に、ソース電極３２はソース走査ライン３９にそれぞれ接続されている。ゲート走査ライン３８とソース走査ライン３９の交差する部分には図示していないが、絶縁層３４ｉが設けられる。また、画素電極３５は、能動層部（ソース電極３２上の有機半導体層３３部分）を覆い尽くすように形成されている。
【実施例１】
【００２５】  本実施例は実施の形態１及び図１Ａ−Ｂで説明した構成を用いた。本実施例におけるプラスチック基板１１は、厚み５０μｍのポリエチレンテレフタレート（以下ＰＥＴという）フィルムに、厚み５０μｍのＡｌ膜を蒸着し、さらに別の厚み５０μｍのＰＥＴフィルムを接着した積層基板を用いた。本プラスチック基板はＡｌ膜によりガス及び水分の透過を抑制でき、かつ可撓性を有する。ソース電極１２及びソース走査ライン１９と、ゲート電極１４及びゲート走査ライン１８の各電極はＡｕを、画素電極１５はＬｉ／Ｍｇ−Ａｇ／Ａｕを用いた。有機半導体層１３としては厚み０．５μｍのペンタセンを、絶縁層１４ｉとしては厚み０．０５μｍのＴａ２Ｏ５を用い、厚み０．１μｍのＡｕで形成したゲート電極１４を包み込む形状とした。（ゲート部の総厚０．２μｍ）有機ＥＬ層１６は厚み０．３５μｍのトリフェニルジアミン誘導体（ＴＰＤ）／アルミニウムキノリノール錯体（Ａｌｑ３）を用いた。導電膜１７はガス及び水分の透過を抑制する機能を付加するため、成膜時の酸素雰囲気や成膜条件を調整して酸素欠陥を導入した厚み０．３μｍのインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）を用いた。これにより、１０ｍｌ／ｍ２／日／ＭＰａ未満のガス輸送性能が得られる。【００２６】  ゲート電極に電圧をオン／オフすることにより、ソース→ドレイン（画素電極）間に流れる電流を制御する。これにより画素電極と導電膜間に電圧が加わり有機ＥＬ層が発光する。ゲート印加電圧は直流３０〜５０Ｖ、有機ＥＬ層に印加する電圧は直流５〜１０Ｖとした。【００２７】  ソース電極１２の面積は、表１に示す通り画素電極１５の面積に対して２５％のものを含めて数種類の大きさを用意して比較した。結果は後の表１に示す。【００２８】  （比較例）
比較例として図４Ａ−Ｂに示すような表示装置を作製した。図４Ａは比較例の表示装置の断面図で図４ＢのＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図を示している。図４Ｂは２画素分の領域について上面側からプラスチック基板４１側への透写で各構成要素の位置関係を示したものである。図４Ａ−Ｂにおいて、基板４１は実施例１と同様のプラスチック基板を用いた。前記プラスチック基板４１上にソース電極４２及びソース走査ライン４９と、ドレイン電極４５ｄをＡｕでパターン形成した。さらに、前記ドレイン電極と接続するように画素電極４５として、Ｌｉ／Ｍｇ−Ａｇ／Ａｕをパターン形成した。さらに、有機半導体層４３としてペンタセンをパターン形成し、絶縁層４４ｉとしてＴａ２Ｏ５をパターン形成した。さらに、有機ＥＬ層４６としてＴＰＤ／Ａｌｑ３をパターン形成し、その上に導電膜４７として、実施例１と同組成のＩＴＯをパターン形成した。４４はゲート電極、４８はゲート走査ラインである。このように比較例の表示装置は、各構成部材の材料として実施例１のものと同一のものを用いており、その構造のみが異なっている。【００２９】  実際の表示装置としては１６×１６画素（２５６画素）のマトリクス状のものを作製し、温度６０℃、湿度８５％の大気雰囲気中で、有機ＥＬ素子へ流す電流が各表示装置間で一定となるようにＴＦＴ駆動を行い、５％にあたる１３画素の欠陥が生じた時間を寿命とした。表１に本発明の実施例と比較例の寿命評価結果を示す。【００３０】
【表１】
2005066920.tif 000003
【００３１】  表１より、明らかに実施例１の方が比較例より寿命が延びている。この結果より、比較例のように基板上に有機ＴＦＴ部と表示素子部を併設する構成に比べ、実施例１のように、ガス及び水分の透過を抑制する導電膜で覆われた表示素子部で有機ＴＦＴを基板との間に挟み込み、かつ画素電極が能動層の上面を覆い尽くす構成にすることにより長寿命化を実現できることがわかる。また、図２のグラフにプロットしたように、実施例１のサンプルにおいて、ソース電極の面積を画素電極の面積の２５％以上にしたものは、それ未満のものと比べて、特に寿命が改善されていることが確認できた。
【実施例２】
【００３２】  本実施例は実施の形態２及び図３Ａ−Ｂで説明した構成を用いた。実施例２において各構成要素の材料は実施例１のものと同じものを用いた。実施例１と同様に、実際の表示装置としては１６×１６画素（２５６画素）のマトリクス状のものを作製し、温度６０℃、湿度８５％の大気雰囲気中で、有機ＥＬ素子へ流す電流が実施例１のものと同じになるようにＴＦＴ駆動を行い、５％にあたる１３画素の欠陥が生じた時間を寿命とした。【００３３】  実施例２の寿命評価の結果、寿命は３０２時間であった。実施の形態１で示した比較例と比べて、十分寿命が改善されていることがわかる。【００３４】  なお、以上説明した実施の形態における実施例と比較例の比較から明らかなように、本発明の効果は、各構成要素の材料に起因するのではなく、いかに各構成要素を配置するかという構成によって生じるものである。したがって、各構成要素を形成する材料は本実施の形態で示した材料に限定されない。【００３５】  例えば、プラスチック基板は、ＰＥＴフィルムではなくポリエチレンナフタレートやポリイミドなどの別のポリマーフィルムを用いても良いし、バリア層としてＡｌ膜ではなくニッケル、クロム、銅などの金属又はそれらの合金や、無機酸化物や無機窒化物などの絶縁物の膜を用いても良い。また、ガラス基板などの無機系基板を用いても良いが本実施の形態で示したように可撓性のあるプラスチック基板などを用いると、フレキシブルな表示装置や、柔軟で耐衝撃性の優れた軽量の表示装置を構成できるので好ましい。【００３６】  また、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極などの各電極はＡｕを、画素電極としてはＬｉ／Ｍｇ−Ａｇ／Ａｕ、を用いたが、これらの電極材料もこれに限定されるものではなく、有機半導体層、表示素子部との関係により、有機、無機を問わず様々な導体材料が選択可能である。さらに、表層の導電膜としては酸素欠陥を導入したＩＴＯを用いたが、導電膜としては通常のＩＴＯ膜を用い、その代わりいずれかの側にバリア機能を有する別の層を積層したものを用いても同様の効果が得られることが容易に類推される。また、ガス及び水分の透過を抑制する効果を有するものであればＩＴＯ以外の透明導体材料を用いても良い。【００３７】  また、同様の理由で有機半導体層やゲート絶縁膜もペンタセンとＴａ２Ｏ５の組み合わせによらず、一般によく用いられるπ共役系有機半導体やポリビニルフェノールなどの有機絶縁膜の組み合わせでも良いし、その他の有機半導体と絶縁物を組み合わせたものに対しても同様の効果が得られる。【００３８】  なお、本実施の形態の各実施例で示した構成における表示素子部最外層の導電膜上にさらに別の目的の構成材料（例えば、傷を防止するための保護膜やカラーフィルタ等）を配置しても良い。【００３９】  また、本発明の実施の形態では表示素子部に有機ＥＬ素子を用いた場合についてのみ示したが、表示素子部はこれに限らない。例えば、各実施例の有機ＥＬ層を液晶層に置き換えて用いることもできる。その際、カラーフィルタ等が配置される場合は液晶素子の上に配置されるため、ガス及び水分の透過を抑制する導電膜が最外層にはならないが、前述のように実質的には本発明の構成と同じであり、���様の効果が得られる。また、液晶素子を用いる場合は、バックライト、偏光板、あるいは反射板などが別途必要となる場合があるが、それらが付加された場合でも本発明の効果には影響しない。【００４０】  なお、本発明は表示装置の画素を駆動する素子として、能動層に有機材料を含む薄膜トランジスタを用いたものであるが、有機半導体を用いたその他の能動素子を用いて画素を駆動する表示装置においても同様の効果が得られることは明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００４１】  本発明の表示装置は、部材を増やすことなく、有機ＴＦＴ部を大気中のガス及び水分から保護し長寿命化を実現するという効果を有し、有機ＴＦＴを用いて画素を駆動するアクティブマトリクス型のディスプレイ等への応用において有用である。
【図１】
2005066920.tif 000004
【図２】
2005066920.tif 000005
【図３】
2005066920.tif 000006
【図４】
2005066920.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成17年6月6日(2005.6.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２】前記薄膜トランジスタのソース電極は、前記画素電極に対して厚み方向に能動層を介して対向して形成され、
前記画素電極は、前記ソース電極よりも大きい面積を有し、前記ソース電極上の前記能動層を実質的に覆い尽くすように形成されている請求項１に記載の表示装置。
【手続補正書】
【提出日】平成17年12月16日(2005.12.16)
【手続補正００１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】特許請求の範囲
【請求項１】少なくとも能動層に有機材料を含む薄膜トランジスタを用いて画素を駆動する表示装置であって、
基板上に前記薄膜トランジスタと表示素子部が、この順番に積層形成され、
前記表示素子部の前記基板側に形成された画素電極が、前記薄膜トランジスタのドレイン電極を兼ねており、
前記薄膜トランジスタのソース電極は、前記画素電極に対して厚み方向に能動層を介して対向して形成され、
前記画素電極は、前記ソース電極よりも大きい面積を有し、前記ソース電極上の前記能動層を実質的に覆い尽くすように形成されている表示装置。
【請求項２】（削除）
【請求項３】前記ソース電極は、前記画素電極面積の２５％以上の大きさである請求項１に記載の表示装置。
【請求項４】前記表示素子部の外側にガス及び水分のガス透過を抑制する導電膜が形成されている請求項１〜３のいずれかに記載の表示装置。
【請求項５】前記導電膜は、表示領域全面を覆うように形成されている請求項４に記載の表示装置。
【請求項６】前記基板は、酸素及び水分のガス透過を抑制する基板である請求項１〜５のいずれかに記載の表示装置。
【請求項７】前記基板が可撓性を有する請求項１〜６のいずれかに記載の表示装置。
【請求項８】前記表示素子部は、有機エレクトロルミネッセンス素子である請求項１〜７のいずれかに記載の表示装置。
【請求項９】前記薄膜トランジスタの能動層部は、有機半導体層を含む請求項１〜８のいずれかに記載の表示装置。
【手続補正書】
【提出日】平成18年3月29日(2006.3.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも能動層に有機材料を含む薄膜トランジスタを用いて画素を駆動する表示装置であって、
基板上に前記薄膜トランジスタと表示素子部が、この順番に積層形成され、
前記表示素子部の前記基板側に形成された画素電極が、前記薄膜トランジスタのドレイン電極を兼ねており、
前記薄膜トランジスタのソース電極は、前記画素電極に対して厚み方向に能動層を介して対向して形成され、
前記画素電極は、前記ソース電極よりも大きい面積を有し、前記ソース電極上の前記能動層を実質的に覆い尽くすように形成されている表示装置。
【請求項２】
前記ソース電極は、前記画素電極面積の２５％以上の大きさである請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記表示素子部の外側にガス及び水分のガス透過を抑制する導電膜が形成されている請求項１又は２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記導電膜は、表示領域全面を覆うように形成されている請求項３に記載の表示装置。
【請求項５】
前記基板は、酸素及び水分のガス透過を抑制する基板である請求項１〜４のいずれかに記載の表示装置。
【請求項６】
前記基板が可撓性を有する請求項１〜５のいずれかに記載の表示装置。
【請求項７】
前記表示素子部は、有機エレクトロルミネッセンス素子である請求項１〜６のいずれかに記載の表示装置。
【請求項８】
前記薄膜トランジスタの能動層部は、有機半導体層を含む請求項１〜７のいずれかに記載の表示装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】明細書
【発明の名称】  表示装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は能動層に有機材料を含む薄膜トランジスタを用いて画素を駆動する表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）は、アクティブマトリクス型の液晶ディスプレイ等における駆動素子として好適に使用されている。このＴＦＴの構成としては種々の構成が提案されているが、基本的には、半導体層に接触して設けられたソース電極とドレイン電極との間に流れる電流を、半導体層に対して絶縁層を介して設けられたゲート電極に印加される電圧（つまり、印加される電圧で発生する電界）により制御するように構成されている。そして、ＴＦＴを構成する前記半導体層に関し、現在実用化されている半導体材料としては、結晶シリコンと比して特性面では劣るものの、比較的安価であるアモルファスシリコンや低温ポリシリコン等といった半導体材料がある。又、ゲート電極が設けられる前記絶縁層に関し、現在実用化されている絶縁材料としては、酸化シリコンや窒化シリコン等がある。しかし、これらの半導体材料及び絶縁材料を用いるＴＦＴの製造プロセスでは、プラズマＣＶＤ法等の大規模な装置や、精密加工のための薄膜制御装置を必要とする。そのため、ＴＦＴの製造コストは高コスト化する。又、前記製造プロセスは、一般に、３５０℃を越えるような処理温度のプロセスを含むため、使用可能な基板材料等には制限がある。
【０００３】
ところで、近年では、ＴＦＴ用として利用可能な半導体材料として、有機化合物で構成される有機半導体が注目されている。この有機半導体は、前述したアモルファスシリコンや低温ポリシリコン等の無機系の半導体を用いる場合と比べて、低コストプロセスでありかつ低温プロセスであるスピンコーティング、インクジェット印刷、及び浸漬コーティング等の製造プロセスによって前記半導体層を形成することが可能である。そのため、ＴＦＴの製造コストを低コスト化することが可能であり、又、使用可能な基板材料等に関する制限が解消される。又、前述した低コストプロセスや低温プロセスが適用可能であることにより、フレキシブルな基板上や大面積な基板へのＴＦＴ形成が実現でき、これによって大画面ディスプレイやシートライク、或いはペーパーライクなディスプレイ等への用途拡大が期待されている。しかしながら、有機ＴＦＴを構成する有機材料は、大気中のガス及び水分によって劣化してしまうことが多く、電子デバイスとして用いるためにはその有機ＴＦＴ部分を適切な方法で封止する必要がある。
【０００４】
有機材料を用いた電子デバイスの代表的なものに有機エレクトロルミネッセンス素子（以下有機ＥＬ素子という）がある。有機ＥＬ素子においても有機材料を使っている点では、有機ＴＦＴと同様の問題を抱えており、その封止技術というものが素子の寿命に大きな影響を及ぼす。この問題を解決すべく有機ＥＬ素子においては、基板上に形成された有機ＥＬ素子部をメタルキャップで封止したり（特許文献１）、その容器内に乾燥剤を配置したりする方法（特許文献２）がとられてきた。又、酸素や水蒸気の浸透性の低いバリア層を含むポリマーフィルムで有機ＥＬ素子層を上下から封止する方法が開示されている。（例えば、特許文献３参照）又、有機ＥＬ素子の表面に形成される透明導電膜を化学量論的組成より酸素が不足している金属酸化物で形成し、水分や酸素を吸収する方法が開示されている。（例えば、特許文献３参照）。
【０００５】
特許文献３及び４等に開示されている従来例は、有機ＥＬ素子の長寿命化をねらってなされたものであるが、有機ＴＦＴを駆動素子として用いる表示装置（表示部が有機ＥＬには限らない）においても同様の方法で、大気中のガス及び水分の浸入を防止する必要がある。しかしながら、特許文献１〜２に開示されているメタルキャップを用いる方法や、特許文献３に開示の方法では、別途封止用の部材を必要とするため、製造工程が増え、表示装置が厚くなる等の課題があった。また、特許文献４に開示の方法では、表示素子部である有機ＥＬ素子は保護されるが、ＴＦＴとして有機ＴＦＴを用いる場合には、有機ＴＦＴ部に大気中のガス及び水分が浸入してしまうのを防止できないという問題があった。
【０００６】
以上のとおり、ディスプレイのシート化、大型化とともに一層の長寿命化が求められている中で、構成部材を増やすことなく有機材料部を保護する方法が要請されている。
【特許文献１】特開平８−３０６９５５号公報
【特許文献２】特開２００２−２１６９５１号公報
【特許文献３】特表２００２―５４３５６３公報
【特許文献４】特開２００２−２３７３９０公報
【発明の開示】
本発明は、前記従来の課題を解決するためになされたものであり、表示装置を駆動するためのトランジスタに有機材料を使用した場合に、構成部材を増やすことなく有効な保護が可能な表示装置を提供する。
【０００７】
本発明の表示装置は、少なくとも能動層に有機材料を含む薄膜トランジスタを用いて画素を駆動する表示装置であって、基板上に前記薄膜トランジスタと表示素子部が、この順番に積層形成され、前記表示素子部の前記基板側に形成された画素電極が、前記薄膜トランジスタのドレイン電極を兼ねており、前記薄膜トランジスタのソース電極は、前記画素電極に対して厚み方向に能動層を介して対向して形成され、前記画素電極は、前記ソース電極よりも大きい面積を有し、前記ソース電極上の前記能動層を実質的に覆い尽くすように形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の表示装置は、部材を増やすことなく、有機ＴＦＴ部を大気中のガス及び水分から保護し長寿命化を実現するという効果を有し、有機ＴＦＴを用いて画素を駆動するアクティブマトリクス型のディスプレイ等への応用において有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、基板上に前記薄膜トランジスタ部と表示素子部が、この順番に積層形成され、前記表示素子部の前記基板側に形成された画素電極が、前記薄膜トランジスタのドレイン電極を兼ねていることにより、構成部材を増やすことなく有効な保護が可能な表示装置を提供できる。
【００１０】
前記薄膜トランジスタのソース電極は、前記画素電極に対して厚み方向に能動層を介して対向して形成されていることが好ましい。これにより能動層のチャネル領域の上面はすべてドレイン電極を兼ねた画素電極により保護することができる。
【００１１】
前記ソース電極は、前記画素電極面積の２５％以上の大きさであることが好ましい。これにより一画素あたりのソース電極面積が充分大きくなるので、一画素あたりに任意の必要な電流値を設定した際、ＴＦＴ動作時の電流密度を下げ、その結果として有機ＴＦＴ部の寿命をさらに延ばすことできる。
【００１２】
前記表示素子部の外側にガス及び水分のガス透過を抑制する導電膜が形成されていることが好ましい。これにより表示素子部の表面においても空気中からのガス及び水分のガスを遮蔽でき、長寿命化できる。
【００１３】
前記において、酸素や水分などのガスの透過を抑制することは、室温下のガス輸送試験によって測定できる。室温下のガス輸送試験は、市販の機器（例えば、Ｍｏｃｏｎ製Ｏｘｔｒａｎ１０／５０など）を用いて、室温（２３℃）、乾燥環境下で酸素輸送速度（ＯＴＲ）を測定できる。より具体的には、１０ｍｌ／ｍ2／日／ＭＰａ未満が好ましい。
【００１４】
前記導電膜は、表示領域全面を覆うように形成されていることが好ましい。これにより表示素子部表面の導電膜が一つの画素ごとに区切られて構成される場合と比べて、表面からのガス及び水分のガスの浸入を効果的に抑制することができる。
【００１５】
前記基板は、酸素及び水分のガス透過を抑制する基板であることが好ましい。これにより基板側からのガス及び水分のガスの浸入を遮蔽でき、長寿命化できる。
【００１６】
また、前記一連の表示装置において、前記基板が可撓性を有することが好ましい。そのような構成によれば、長寿命で、かつフレキシブルな表示装置や、柔軟で耐衝撃性の優れた軽量の表示装置などを実現することができる。
【００１７】
さらに、前記一連の表示装置において、前記表示素子部は有機エレクトロルミネッセンス素子を用いていることが好ましい。そのような構成によれば、長寿命で、かつ直流低電圧駆動で自発光の軽量薄型の表示装置を実現することができる。
【００１８】
また、前記薄膜トランジスタの能動層部は、有機半導体層を含むことが好ましい。これにより、低コストプロセスで、可撓性を有し耐衝撃性にも強いトランジスタを実現する事ができる
以下、実施の形態と実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
（実施の形態１）
図１Ａは本実施の形態１に係る表示装置の断面図で図１ＢのＩ−Ｉ線断面図である。図１Ａでは、２画素分の領域の断面図を示している。図１Ａにおいて、ガス及び水分の浸透性の低いプラスチック基板１１上にソース電極１２がパターン形成される。さらに、その上に有機半導体層１３が形成され、その途中にゲート絶縁膜１４ｉの下半分をパターン形成し、ゲート電極１４がその上に位置あわせしてパターン形成された後、ゲート絶縁膜１４ｉの上半分がパターン形成され、さらに有機半導体層１３の残りが積層される。さらに前記有機半導体層１３の上にドレイン電極を兼ねる画素電極１５が形成される。さらに、その上に表示素子部として有機ＥＬ層１６とガス及び水分の透過性の低い導電膜１７が表示領域（画素の構成されている全面）を概ね覆うように形成される。ここで、有機ＥＬ層１６は、電子輸送層、発光層、正孔輸送層等の各層が積層され構成されている。１０は薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、２０は表示素子部である。
【００２０】
図１Ｂは図１Ａに示した２画素分の領域について画素電極１５側からプラスチック基板１１側への透写で各構成要素の位置関係を示したものである。有機半導体層１３や絶縁層などは省略している。図１Ｂにおいて、各画素のゲート電極１４はゲート走査ライン１８に、ソース電極１２はソース走査ライン１９にそれぞれ接続されている。ゲート走査ライン１８とソース走査ライン１９の交差する部分には図示していないが、絶縁層が設けられる。ソース電極１２は好ましくは画素電極１５の面積の２５％以上の大きさになるように構成される。また、画素電極１５は、能動層部（ソース電極１２上の有機半導体層１３部分）を覆い尽くすように形成されている。ここで、覆われるべき能動層部としては、ソース走査ライン１９へのソース電極１２からの接続配線部分およびソース走査ライン１９上の有機半導体層１３部は除くものとする。
【００２１】
（実施の形態２）
実施の形態２では、図３Ａ−Ｂを用いて本発明の別の構成について説明する。図３Ａは、本実施の形態２に係る表示装置の２画素分の領域の断面図で図３ＢのII−II線断面図を示している。図３Ａにおいて、プラスチック基板３１上にゲート電極３４がパターン形成される。さらに、その上に絶縁層３４ｉをパターン形成した後、ソース電極３２がパターン形成される。その上に有機半導体層３３が形成された後、ドレイン電極を兼ねる画素電極３５が形成される。さらに、その上に表示素子部２０として有機ＥＬ層３６とガス及び水分の透過性の低い導電膜３７が表示領域（画素の構成されている全面）を概ね覆うように形成される。１０は薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）である。図３Ｂは図３Ａに示した２画素分の領域について画素電極３５側からプラスチック基板３１側への透写で各構成要素の位置関係を示したものである。有機半導体層３３や絶縁層３４ｉなどは省略している。図３Ｂにおいて、各画素のゲート電極３４はゲート走査ライン３８に、ソース電極３２はソース走査ライン３９にそれぞれ接続されている。ゲート走査ライン３８とソース走査ライン３９の交差する部分には図示していないが、絶縁層３４ｉが設けられる。また、画素電極３５は、能動層部（ソース電極３２上の有機半導体層３３部分）を覆い尽くすように形成されている。
【００２２】
（実施例１）
本実施例は実施の形態１及び図１Ａ−Ｂで説明した構成を用いた。本実施例におけるプラスチック基板１１は、厚み５０μｍのポリエチレンテレフタレート（以下ＰＥＴという）フィルムに、厚み５０μｍのＡｌ膜を蒸着し、さらに別の厚み５０μｍのＰＥＴフィルムを接着した積層基板を用いた。本プラスチック基板はＡｌ膜によりガス及び水分の透過を抑制でき、かつ可撓性を有する。ソース電極１２及びソース走査ライン１９と、ゲート電極１４及びゲート走査ライン１８の各電極はＡｕを、画素電極１５はＬｉ／Ｍｇ−Ａｇ／Ａｕを用いた。有機半導体層１３としては厚み０．５μｍのペンタセンを、絶縁層１４ｉとしては厚み０．０５μｍのＴａ2Ｏ5を用い、厚み０．１μｍのＡｕで形成したゲート電極１４を包み込む形状とした。（ゲート部の総厚０．２μｍ）有機ＥＬ層１６は厚み０．３５μｍのトリフェニルジアミン誘導体（ＴＰＤ）／アルミニウムキノリノール錯体（Ａｌｑ3）を用いた。導電膜１７はガス及び水分の透過を抑制する機能を付加するため、成膜時の酸素雰囲気や成膜条件を調整して酸素欠陥を導入した厚み０．３μｍのインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）を用いた。これにより、１０ｍｌ／ｍ2／日／ＭＰａ未満のガス輸送性能が得られる。
【００２３】
ゲート電極に電圧をオン／オフすることにより、ソース→ドレイン（画素電極）間に流れる電流を制御する。これにより画素電極と導電膜間に電圧が加わり有機ＥＬ層が発光する。ゲート印加電圧は直流３０〜５０Ｖ、有機ＥＬ層に印加する電圧は直流５〜１０Ｖとした。
【００２４】
ソース電極１２の面積は、表１に示す通り画素電極１５の面積に対して２５％のものを含めて数種類の大きさを用意して比較した。結果は後の表１に示す。
【００２５】
（比較例）
比較例として図４Ａ−Ｂに示すような表示装置を作製した。図４Ａは比較例の表示装置の断面図で図４ＢのIII−III線断面図を示している。図４Ｂは２画素分の領域について上面側からプラスチック基板４１側への透写で各構成要素の位置関係を示したものである。図４Ａ−Ｂにおいて、基板４１は実施例１と同様のプラスチック基板を用いた。前記プラスチック基板４１上にソース電極４２及びソース走査ライン４９と、ドレイン電極４５ｄをＡｕでパターン形成した。さらに、前記ドレイン電極と接続するように画素電極４５として、Ｌｉ／Ｍｇ−Ａｇ／Ａｕをパターン形成した。さらに、有機半導体層４３としてペンタセンをパターン形成し、絶縁層４４ｉとしてＴａ2Ｏ5をパターン形成した。さらに、有機ＥＬ層４６としてＴＰＤ／Ａｌｑ3をパターン形成し、その上に導電膜４７として、実施例１と同組成のＩＴＯをパターン形成した。４４はゲート電極、４８はゲート走査ラインである。このように比較例の表示装置は、各構成部材の材料として実施例１のものと同一のものを用いており、その構造のみが異なっている。
【００２６】
実際の表示装置としては１６×１６画素（２５６画素）のマトリクス状のものを作製し、温度６０℃、湿度８５％の大気雰囲気中で、有機ＥＬ素子へ流す電流が各表示装置間で一定となるようにＴＦＴ駆動を行い、５％にあたる１３画素の欠陥が生じた時間を寿命とした。表１に本発明の実施例と比較例の寿命評価結果を示す。
【００２７】
【表１】
2005066920.tif 000008
【００２８】
表１より、明らかに実施例１の方が比較例より寿命が延びている。この結果より、比較例のように基板上に有機ＴＦＴ部と表示素子部を併設する構成に比べ、実施例１のように、ガス及び水分の透過を抑制する導電膜で覆われた表示素子部で有機ＴＦＴを基板との間に挟み込み、かつ画素電極が能動層の上面を覆い尽くす構成にすることにより長寿命化を実現できることがわかる。また、図２のグラフにプロットしたように、実施例１のサンプルにおいて、ソース電極の面積を画素電極の面積の２５％以上にしたものは、それ未満のものと比べて、特に寿命が改善されていることが確認できた。
【００２９】
（実施例２）
本実施例は実施の形態２及び図３Ａ−Ｂで説明した構成を用いた。実施例２において各構成要素の材料は実施例１のものと同じものを用いた。実施例１と同様に、実際の表示装置としては１６×１６画素（２５６画素）のマトリクス状のものを作製し、温度６０℃、湿度８５％の大気雰囲気中で、有機ＥＬ素子へ流す電流が実施例１のものと同じになるようにＴＦＴ駆動を行い、５％にあたる１３画素の欠陥が生じた時間を寿命とした。
【００３０】
実施例２の寿命評価の結果、寿命は３０２時間であった。実施の形態１で示した比較例と比べて、十分寿命が改善されていることがわかる。
【００３１】
なお、以上説明した実施の形態における実施例と比較例の比較から明らかなように、本発明の効果は、各構成要素の材料に起因するのではなく、いかに各構成要素を配置するかという構成によって生じるものである。したがって、各構成要素を形成する材料は本実施の形態で示した材料に限定されない。
【００３２】
例えば、プラスチック基板は、ＰＥＴフィルムではなくポリエチレンナフタレートやポリイミドなどの別のポリマーフィルムを用いても良いし、バリア層としてＡｌ膜ではなくニッケル、クロム、銅などの金属又はそれらの合金や、無機酸化物や無機窒化物などの絶縁物の膜を用いても良い。また、ガラス基板などの無機系基板を用いても良いが本実施の形態で示したように可撓性のあるプラスチック基板などを用いると、フレキシブルな表示装置や、柔軟で耐衝撃性の優れた軽量の表示装置を構成できるので好ましい。
【００３３】
また、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極などの各電極はＡｕを、画素電極としてはＬｉ／Ｍｇ−Ａｇ／Ａｕ、を用いたが、これらの電極材料もこれに限定されるものではなく、有機半導体層、表示素子部との関係により、有機、無機を問わず様々な導体材料が選択可能である。さらに、表層の導電膜としては酸素欠陥を導入したＩＴＯを用いたが、導電膜としては通常のＩＴＯ膜を用い、その代わりいずれかの側にバリア機能を有する別の層を積層したものを用いても同様の効果が得られることが容易に類推される。また、ガス及び水分の透過を抑制する効果を有するものであればＩＴＯ以外の透明導体材料を用いても良い。
【００３４】
また、同様の理由で有機半導体層やゲート絶縁膜もペンタセンとＴａ2Ｏ5の組み合わせによらず、一般によく用いられるπ共役系有機半導体やポリビニルフェノールなどの有機絶縁膜の組み合わせでも良いし、その他の有機半導体と絶縁物を組み合わせたものに対しても同様の効果が得られる。
【００３５】
なお、本実施の形態の各実施例で示した構成における表示素子部最外層の導電膜上にさらに別の目的の構成材料（例えば、傷を防止するための保護膜やカラーフィルタ等）を配置しても良い。
【００３６】
また、本発明の実施の形態では表示素子部に有機ＥＬ素子を用いた場合についてのみ示したが、表示素子部はこれに限らない。例えば、各実施例の有機ＥＬ層を液晶層に置き換えて用いることもできる。その際、カラーフィルタ等が配置される場合は液晶素子の上に配置されるため、ガス及び水分の透過を抑制する導電膜が最外層にはならないが、前述のように実質的には本発明の構成と同じであり、同様の効果が得られる。また、液晶素子を用いる場合は、バックライト、偏光板、あるいは反射板などが別途必要となる場合があるが、それらが付加された場合でも本発明の効果には影響しない。
【００３７】
なお、本発明は表示装置の画素を駆動する素子として、能動層に有機材料を含む薄膜トランジスタを用いたものであるが、有機半導体を用いたその他の能動素子を用いて画素を駆動する表示装置においても同様の効果が得られることは明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の表示装置は、部材を増やすことなく、有機ＴＦＴ部を大気中のガス及び水分から保護し長寿命化を実現するという効果を有し、有機ＴＦＴを用いて画素を駆動するアクティブマトリクス型のディスプレイ等への応用において有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１Ａは本発明の実施の形態１における表示装置の断面図で図１ＢのＩ−Ｉ線断面図、図１Ｂは本発明の実施の形態１における表示装置の基板面への透写図である。
【図２】図２は本発明の実施の形態１の実施例１における表示装置のソース電極と寿命の相関図である。
【図３】図３Ａは本発明の実施の形態２における表示装置の断面図で図３ＢのII−II線断面図、図３Ｂは本発明の実施の形態２における表示装置の基板面への透写図である。
【図４】図４Ａは比較例における表示装置の断面図で図４ＢのIII−III線断面図、図４Ｂは比較例における表示装置の基板面への透写図である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2005066920.tif 000009
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2005066920.tif 000013
2005066920.tif 000014
2005066920.tif 000015
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