JP4075028B2 - 回路基板、表示装置、および電子機器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、いわゆる電界発光（Electro-Luminescence）素子を形成するために適する回路基板の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電界発光素子を用いた表示装置における基板配置に関する公知技術としては、本願出願人の発明に係る特開平１１−２４６０４号公報に記載されるようなものがあった。この公報には、電界発光素子の形成領域を取り囲んで、駆動回路を配した回路基板が開示されていた。
【０００３】
電界発光素子は電流を供給して発光させるものであるため、配線の抵抗が高いと電圧降下が大きくなり、輝度が低くなり易い。これに対処するために、従来、技術常識から抵抗率の低い金属を配線層の材料として使用することが必要であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、回路基板の全体的な電圧降下の防止について十分に考慮されていなかった。
【０００５】
特に、最も大きな電流が流れるのは、複数の電界発光素子からの電流が流れる共通電極である陰極である。この陰極パターンにおいて、抵抗率が高いと多量の電流により大きな電圧降下を生じ、画像表示全体を暗くしかねない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明は、共通電極における電圧降下を少なくし、明るい画像表示を可能にするための発光素子用回路基板およびその基板を使用した電子機器を提供することを目的とする。
【０００７】
本発明の回路基板は、複数の画素を備える回路基板であって、
基板に近い側から順に、半導体膜、第１配線層、第２配線層、ＩＴＯ層、および共通電極膜が絶縁膜を介在させてパターニングされて積層されており、
(a) 該共通電極膜の一部が形成された表示領域と、
(b) 該回路基板の一辺に形成され、複数の取り出し端子を備える取り出し端子群と、
(c) 該表示領域の外側に位置する該共通電極膜と該取り出し端子群の該取り出し端子とを電気的に接続するコンタクトパターンと、を含み、
該表示領域には、
(a-1) トランジスタ部と、
(a-2) 電界発光素子部と、が配置されており、
該トランジスタ部は、
(a-1-1) 該半導体膜と、
(a-1-2) 該第１配線層で形成されたゲート電極と、
(a-1-3) 該第２配線層で形成され、該半導体膜に電気的に接続するソース電極およびドレイン電極と、を備え、
該電界発光素子部は、
(a-2-1) 該ＩＴＯ層をパターニングすることで形成され、該トランジスタ部の該ソース電極または該ドレイン電極のいずれかと電気的に接続する画素電極と、
(a-2-2) 該画素電極と該共通電極膜との間に形成された電界発光層と、を備え、
該コンタクトパターンは、
該ＩＴＯ層、該第２配線層、および該第１配線層により形成されており、
該取り出し端子の該基板側に接する該ＩＴＯ層と、該表示領域の外側に位置する該共通電極膜の基板側に接する該ＩＴＯ層とは、分離されてパターニングされており、
該取り出し端子に接するＩＴＯ層の該基板側に設けられた第１のスルーホールを介して当該ＩＴＯ層とさらに接する該第２配線層と、該表示領域の外側に位置する該共通電極膜に接するＩＴＯ層の基板側に設けられた第２のスルーホールを介して当該ＩＴＯ層とさらに接する該第２配線層とは、分離されることなくパターン形成されており、
該第１のスルーホールの該基板側に設けられた第３のスルーホールを介して当該第２配線層にさらに接する該第１配線層と、該第２のスルーホールの該基板側に設けられた第４のスルーホールを介して当該第２配線層にさらに接する該第１配線層とは、分離されることなくパターン形成されている、ことを特徴とする。
【０００８】
「取出端子」は、必ずしも基板の一辺にのみ設けられることを意味しない。「回路基板」は、電界発光素子のように多量に電流を消費する素子の例示であり、回路基板に設けられる回路がこれに限定されることはない。「共通電極」は、後の工程で設けられるものであり、回路基板に共通電極が既に形成されていることに限定されない。「共通電極」が形成されることになるであろう「領域」に対応してコンタクトパターンを設けてあることに意味がある。したがって共通電極などの表示に関わる構造を備えない回路基板のまま流通する態様も考えられる。
【０００９】
例えば、この回路基板は、電流を供給することにより発光する発光素子の形成に用いられ、前記コンタクトパターンは、前記取出端子群の一部と前記発光素子の電流が共通して流れる共通電極とを電気的に接続するように形成される。
【００１０】
また発光素子は、有機電界発光素子などに適用される。
【００１１】
ここでコンタクトパターンは、共通電極の有する面積の１０％以上の面積を備えていることが好ましい。「１０％」は一応の目安であり、これに限定されることはない。
【００１２】
上記取出端子群は、同一の形状を備えた取出端子を連設されている。同一形態の取出端子であれば、コネクタなどによる基板との接続が規格化でき経済的かつ容易だからである。
【００１３】
形成される共通電極は方形であり、前記共通電極を介して前記コンタクトパターンと対向する領域に、走査配線に走査信号を供給するための走査駆動回路を備えている。
【００１４】
またコンタクトパターンおよび走査駆動回路が設けられる前記共通電極の周辺領域以外の領域に、信号配線に画像信号を供給するための信号駆動回路および／または周辺回路を形成する領域を備えている。信号駆動回路や周辺回路がいずれの辺に位置するかに限定はない。
【００１５】
いずれの回路も設けられてない前記共通電極を形成する領域の四隅にアライメントマークを備えていることは好ましい。共通電極の四周に設けられる回路の間隙を有効利用する趣旨である。
【００１６】
本発明は、本発明の発光素子用回路基板を備えていることを特徴とする電子機器でもある。電子機器に限定はないが、携帯情報端末、ビューファインダ、ヘッドマウントディスプレイ、などを含む。
【００１７】
例えば表示装置である場合、本発明の発光素子用回路基板と、前記回路基板上に各画素に対応して設けられた複数の発光素子と、を備え、前記発光素子に対する制御により画像を表示するように構成される。
【００１８】
このような表示装置では、各画素の発光素子に対応して当該画素の発光素子の駆動制御を行うトランジスタを備える。
【００１９】
発光素子が電流制御型の発光素子である場合、各画素において、前記発光素子の制御用トランジスタと駆動用トランジスタとを備える。
【００２０】
各画素における発光素子は、画素電極と、当該画素電極と前記共通電極との間に少なくとも有機発光材料からなる発光層を備えている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に本発明の好適な実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００２２】
図１に本実施形態の発光表示素子用回路基板の平面図を示す。本回路基板は、図１に示すように、表示領域１、コンタクトパターン２、信号駆動回路３、走査駆動回路４、周辺回路５、取出端子群６およびアライメントマーク７を備えて構成される。
【００２３】
表示領域１は、複数の画素領域で構成されており、その上面（図面手前）には総ての画素領域を覆って共通した電流が流れる共通電極１０が形成されている。各画素領域に形成される素子に限定はないが、本実施形態では例えば図２に示すような構造の電界発光素子１２を例示する。共通電極１０は通常の表示装置では、方形に形成されている。
【００２４】
外部端子群６は、外部への取出端子が複数、この基板の一辺に集積されたものである。取出端子群６は、同一の形状を備えた取出端子６１を連設することに構成されている。同一形態の取出端子であれば、端子を実装したテープからインサートマシンなどにより纏めて実装することができる。このためコネクタなどによる基板との接続が規格化でき経済的かつ容易だからである。各取出端子６１は、導電性の端子が機械的に後付けされるものでも、フォトリソグラフィなどのプロセスで導電性材料を薄膜形成して設けられるものでもよい。
【００２５】
コンタクトパターン２は、本発明に係り、共通電極１０と取出端子群６との間に設けられ、コンタクト配線２１を介して取出端子群６の一部の取出端子６１と共通電極１０とを電気的に接続するパターンとなっている。コンタクト配線２１は、取出端子６１と同じ材料で同一の層にパターニングされている。ただしコンタクトパターン２と各取出端子６１とを直接接続してあってもよい。
【００２６】
ここでコンタクトパターン２は、共通電極の有する面積の１０％以上の面積を備えていることが好ましい。すなわち、電界発光素子の駆動電流は１０ｍＡ／ｃｍ^２程度である。一方コンタクトパターン２の接触抵抗は、５Ω・ｃｍ^２程度である。全電界発光素子の発光面積をＡｃｍ２とし、共通電極１０に対するコンタクトパターンの面積比をｋとすると、コンタクトパターン２中で生じる電圧降下Ｖdrop[mV]は、Ａ×１０・５／ｋＡとなる。
【００２７】
ここで電界発光素子に適する駆動電圧から考えてコンタクトパターンで許容される電圧降下は０．５Ｖ程度までであるので、ｋ＞＝０．１となり、画素領域の面積に対するコンタクトパターンの面積の割合は、１０％程度は必要となるのである。
【００２８】
信号駆動回路３は、表示領域１に配置される信号配線ｓｉｇに画像信号を供給するための駆動回路である。信号駆動回路３は、バス配線３１により取出端子６１の幾つかと接続されている。周辺回路５は、表示領域１に配置される給電配線ｃｏｍに電源を供給したり信号配線ｓｉｇの信号を検出したりするための回路群である。周辺回路５は、バス配線５１により取出端子６１の幾つかと接続されている。なお信号駆動回路３および周辺回路５の配置はこれに限定されず、信号駆動回路３と周辺回路５との位置が逆に配置されていても構わない。
【００２９】
走査駆動回路４は、表示領域に配置される走査配線ｇａｔｅに走査信号を供給するための駆動回路である。この走査駆動回路４は、共通電極を介してコンタクトパターンと対向する領域に設けられる。走査駆動回路４は、バス配線４１により取出端子６１の幾つかと接続されている。走査駆動回路４をこの位置に設けるのは、走査配線と信号配線とを比べ信号配線方向に電源供給のための回路をより多く必要とするため基板の信号配線方向の端子となる二辺にその回路を設け、走査配線方向の一辺からコンタクトパターンにより共通電極１０の引出配線を配置するようにしたためである。このため信号駆動回路４から取出端子群６までの距離は長くなるが、走査信号の走査周波数が比較的遅いため、配線抵抗の影響を少なくできるからである。また、走査駆動回路４に必要とされるバス配線４１の本数はそれほど多くないので、大きな面積を占有されることはない。
【００３０】
アライメントマーク７は、これらの回路が設けられていない共通電極１０の四隅に設けられている。電界発光素子では、回路形成工程以降において蒸着、スパッタ、インクジェットプロセス、陰極（共通電極）蒸着やスパッタなどの各工程を経る必要がある。基板の位置決めを正確に行うために、アライメント精度向上のためのアライメントマークを設けることが好ましいのである。電界発光素子の形成工程ではフォトリソグラフィ法が適用され、露光のためのフォトマスクの他に、表示領域１より若干大きいフィジカルマスクを施す。また、当該回路基板では、表示領域１の四周には回路が設けられるが、その四隅は回路が存在していない。アライメントマーク７は、このような表示領域１の四隅であってフィジカルマスクで覆われることのない位置に設けられる。このように配置すれば、基板スペースの効率的利用を図ることができ、マークのために基板外形の寸法を増加することを防止できる。
【００３１】
図２に図１のＡ−Ａ切断面における断面図を示す。図２は一つの取出端子と画素領域について拡大して示したものである。
【００３２】
当該回路基板の層構造は、図２に示すように、下層から順に、透明基板１００、半導体層１０１、ゲート絶縁膜１０２、第１層間絶縁膜１０３、第２層間絶縁膜１０４、バンク層１０５および１０６が形成されている。表示領域１には、さらに発光層１０７が形成されている。配線に関与する層として、タンタル配線層２０１、アルミニウム配線層２０２およびＩＴＯ層２０３、陰極層２０４が形成されている。
【００３３】
材料に関し、透明基板１００は、光透過性があり、一定の機械的強度を有するガラス、石英などで形成される。半導体層１０１は、パターン化されたアモルファスシリコンにエネルギーを加えることで重合化させたポリシリコンで形成され、ソース・ドレインの各領域に不純物がドーピングされている。ゲート絶縁膜１０２、第１層間絶縁膜１０３、第２層間絶縁膜１０４は、酸化珪素または窒化珪素で形成されている。バンク層１０５および１０６は、酸化珪素、窒化珪素、ポリイミド当の絶縁膜で形成されている。タンタル配線層２０１は、主として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）のゲート配線に使う他、コンタクトパターン２の構成材料の一つになっている。アルミニウム配線層２０２は、主としてスルーホールおよび配線に利用される。この層の材料として、アルミニウムの他、タンタル、モリブデン、チタン、タングステンなどを使用可能である。ＩＴＯ電極２０３は、ＩＴＯなど光透過性と導電性を有する材料で形成される。陰極層２０４は、共通電極１０の配線を担う層であって、エネルギー順位から電界発光素子の陰極として使用可能な材料、アルミニウムまたはアルミニウムと他の元素（リチウムなど）の合金、カルシウムなどで形成される。電界発光層１０７としては、陽極から輸送された正孔と陰極から輸送された電子とが結合して電界発光現象を生じるような有機発光材料などの材料であり、発光層の他に正孔輸送層および／または電子輸送層を備えていてもよい。電界発光層１０７は、画素ごとにパターニングされていてもよい。
【００３４】
一つの画素領域１１に対しては、電界発光素子１２と駆動用トランジスタ１３と制御用トランジスタ（制御用トランジスタは図２に図示しない）が設けられている。説明を簡単にするため、制御用トランジスタの図示を省略してある。
【００３５】
電界発光素子１２は、画素電極１２１と陰極層２０４とで電界発光層１０７を挟み込んだ構造を備えている。陰極層２０４は総ての画素領域１１に共通した連続した膜として形成されている。画素電極１２１は陽極となっている。
【００３６】
駆動用トランジスタ１３は、薄膜トランジスタであり、不純物導入によりソース領域およびドレイン領域が形成された半導体層１０１上に、ソース電極１３１、ドレイン電極１３２およびゲート電極１３３を備えて構成されている。ソース電極１３１およびドレイン電極１３２はスルーホール３０１および３０２の開口中にアルミニウム配線層２０２を形成して構成される。ゲート電極１３３は、制御用トランジスタ１４のドレインに電気的に接続され、タンタル配線層２０１で形成されている。
【００３７】
コンタクトパターン２は、層構造上、陰極層２０４とコンタクト配線２１とを、スルーホール３０３を介して、ＩＴＯ層２０３、アルミニウム配線層２０２およびタンタル配線層２０１により電気的に相互に接続された構造である。ＩＴＯ層２０３は、表示領域１側の電界発光素子の画素電極１２１、アルミニウム配線層２０２はソース電極１３１とドレイン電極１３２、タンタル配線層２０１はゲート電極１３３と同じ材料からなる層であって、これらの電極がパターニングされる際に同時にパターン形成される。陰極層２０４とコンタクト配線２１との接続に用いられているのは、総て導電性層であるため、極めて低抵抗で電気的な接続をすることが可能になっている。また、ＩＴＯ層２０３、アルミニウム配線層２０２、タンタル配線層２０１のうちいずれかの層が存在しなくてもよい。コンタクト配線２１の表示領域１側と反対側の端部は、スルーホール３０４内でＩＴＯ層２０３、アルミニウム配線層２０２およびタンタル配線層２０１が積層された構造で、取出端子６１実装テープに接続されている。
【００３８】
図３に上記画素領域１１の集合である電界発光表示素子全体回路図を示す。
【００３９】
当該電界発光表示装置において、信号配線ｓｉｇは信号駆動回路３に接続され、バス配線３１を介して画像信号を信号配線ｓｉｇに供給するようになっている。給電配線ｃｏｍは、周辺回路５に接続され一定電圧に電流を給電配線に供給するようになっている。走査配線ｇａｔｅは走査駆動回路４に接続され、バス配線４１を介して走査信号を走査配線ｇａｔｅに供給するようになっている。信号駆動回路３および走査駆動回路４は、Ｎ型のトランジスタとＰ型のトランジスタとで相補型トランジスタ回路が形成されている。相補型トランジスタによって、駆動回路として機能させるためのシフトレジスタ、レベルシフタ、アナログスイッチ、ラッチなどの基本回路が構成されている。
【００４０】
信号配線ｓｉｇ、走査配線ｇａｔｅおよび給電配線ｃｏｍで囲まれているのが画素領域１１であって、各々が等価回路として、電界発光素子１２、駆動用トランジスタ１３、制御用トランジスタ１４および保持容量ｃａｐを備えている。
【００４１】
上記構成において、走査配線ｇａｔｅを介して走査信号が制御用トランジスタ１４のゲートに供給されると、制御用トランジスタ１４がオン状態になり、信号配線ｓｉｇを介して画像信号の電位がそのドレインに供給される。この電位は保持容量ｃａｐにおいて保持される。画像信号として画素を点灯させる電位が供給されていると、駆動用トランジスタ１３がオン状態になり、ソースを介して画素電極１２１に電源電流が供給されるようになる。電界発光素子１２では、電界発光層１０７では、画素電極１２１から輸送された正孔と共通電極１０から輸送された電子とが結合して電界発光現象を生じ発光する。電界発光層１０７からの光は透明電極である画素電極１２１を介して透明基板１００より射出される。
【００４２】
上記構成によれば、電界発光素子１２の陰極は、共通電極１０となっており、コンタクトパターン２を介して一定数の取出端子６１に接続されているので、陰極における抵抗値が低くなり、電圧降下を少なくすることができ、明るい画像表示が可能になる。抵抗値の軽減により、消費電力が少なくなり発熱を抑制できる。
【００４３】
回路数の少ない走査方向の一辺から陰極パターンを引き出し、走査駆動回路をその対向する辺に配置し、他の回路を残された辺に配置したので、電流量が大きい陰極パターンを相対的に短く配線でき、上記した効果を奏する。また給電配線を提供する周辺回路までの配線長を比較的短くできるので、その電圧降下を最小限にとどめることができる。
【００４４】
また、取出端子を同一形状で形成したので、製造の容易化と経済化を図ることができる。その取出端子を基板の一辺に配置したので、他の基板との接続を容易にすることができる。
【００４５】
さらに、回路の隙間になっておりフィジカルマスクの外側に相当する表示領域の四隅にアライメントマークを設けたので、パネル外形を大きくすることなく、回路の隙間を有効利用して適切なアライメント配置を提供でき、スペースの効率的利用を図ることができる。
【００４６】
なお、上記したような発光素子用回路基板は、公知の薄膜プロセスを経て形成することが可能である。つまり、酸化膜類をＣＶＤ法で形成し、フォトリソグラフィを適用してスルーホールを開口させ、スパッタ法等で導電性膜を形成し、パターニングするという工程を繰り返すことで製造される。
（その他の変形例）
本発明は、上記実施形態に限定されることなく種々に変形して適用することが可能である。
【００４７】
例えば、上記表示素子は電界発光素子であったが、これに限定なく、比較的大きな電流を消費するあらゆる素子の回路配置に本発明を適用可能である。
【００４８】
また、本発明の発光素子用回路基板は、あらゆる電子機器に適用可能である。電子機器に限定はないが、小型表示装置、ビューファインダ、ヘッドマウントディスプレイなどを含む。
【００４９】
【発明の効果】
本発明の発光素子用回路基板によれば、共通電極と引出端子との間にコンタクトパターンを設けたので、電圧降下を極力少なくすることができ、複数の発光素子を備える明るい画像表示を提供する表示装置の基板として使用することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の発光素子用回路基板の平面図。
【図２】実施形態の発光素子用回路基板の断面図。
【図３】電界発光素子を用いた表示装置の全体回路図。
【符号の説明】
１ 画素領域
２ コンタクトパターン
３ 信号駆動回路
４ 走査駆動回路
５ 周辺回路
６ 取出端子群
６１ 取出端子
１０ 共通電極
１１ 電界発光素子
１２ 薄膜トランジスタ
１０１ 半導体層（ｐ−Ｓｉ）
１０２ ゲート絶縁膜
１０３、１０４ 層間絶縁膜
１０５、１０６ バンク層
１０７ 電界発光層（必要に応じて電子・正孔輸送層含む）
１２１ 画素電極
１３１ ソース電極
１３２ ドレイン電極
１３３ ゲート電極
２０１ タンタル配線層（Ｔａ）
２０２ アルミ配線層（Ａｌ）
２０３ ＩＴＯ層
２０４ 陰極層
３０１〜３０４ コンタクトホール

Claims (6)

1. 複数の画素を備える回路基板であって、
   基板に近い側から順に、半導体膜、第１配線層、第２配線層、ＩＴＯ層、および共通電極膜が絶縁膜を介在させてパターニングされて積層されており、
   (a) 該共通電極膜の一部が形成された表示領域と、
   (b) 該回路基板の一辺に形成され、複数の取り出し端子を備える取り出し端子群と、
   (c) 該表示領域の外側に位置する該共通電極膜と該取り出し端子群の該取り出し端子とを電気的に接続するコンタクトパターンと、を含み、
   該表示領域には、
   (a-1) トランジスタ部と、
   (a-2) 電界発光素子部と、が配置されており、
   該トランジスタ部は、
   (a-1-1) 該半導体膜と、
   (a-1-2) 該第１配線層で形成されたゲート電極と、
   (a-1-3) 該第２配線層で形成され、該半導体膜に電気的に接続するソース電極およびドレイン電極と、を備え、
   該電界発光素子部は、
   (a-2-1) 該ＩＴＯ層をパターニングすることで形成され、該トランジスタ部の該ソース電極または該ドレイン電極のいずれかと電気的に接続する画素電極と、
   (a-2-2) 該画素電極と該共通電極膜との間に形成された電界発光層と、を備え、
   該コンタクトパターンは、
   該ＩＴＯ層、該第２配線層、および該第１配線層により形成されており、
   該取り出し端子の該基板側に接する該ＩＴＯ層と、該表示領域の外側に位置する該共通電極膜の該基板側に接する該ＩＴＯ層とは、分離されてパターニングされており、
   該取り出し端子に接するＩＴＯ層の該基板側に設けられた第１のスルーホールを介して当該ＩＴＯ層とさらに接する該第２配線層と、該表示領域の外側に位置する該共通電極膜に接するＩＴＯ層の該基板側に設けられた第２のスルーホールを介して当該ＩＴＯ層とさらに接する該第２配線層とは、分離されることなくパターン形成されており、
   該第１のスルーホールの該基板側に設けられた第３のスルーホールを介して当該第２配線層にさらに接する該第１配線層と、該第２のスルーホールの該基板側に設けられた第４のスルーホールを介して当該第２配線層にさらに接する該第１配線層とは、分離されることなくパターン形成されている、ことを特徴とする回路基板。
2. 前記共通電極膜はアルミニウム、アルミニウム合金、カルシウム、のうち、少なくとも一つを含んで形成されることを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
3. 前記第１配線層はタンタル、前記第２配線層はアルミニウム、タンタル、モリブデン、チタン、タングステンのうち少なくともいずれか１つを含んで形成される、請求項１または２に記載の回路基板。
4. 前記回路基板において、
   前記表示領域を介して前記取り出し端子群とは反対側の領域に設けられた、走査配線に走査信号を供給するための走査駆動回路と、
   前記走査線と交わる方向における前記表示領域の一方の側に設けられた、信号線に画像信号を供給するための信号駆動回路と、
   前記走査線と交わる方向における前記表示領域を介して他方の側に設けられた、給電配線に電源を供給するための回路を含む周辺回路と、を備えている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回路基板。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の回路基板を有する表示装置。
6. 請求項１から４のいずれか１項に記載の回路基板を有する電子機器。

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