JP2013012477A - ハイブリッドのフルカラー・アクティブ・マトリクス有機発光ディスプレイ - Google Patents

ハイブリッドのフルカラー・アクティブ・マトリクス有機発光ディスプレイ Download PDF

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Abstract

【課題】最良のパフォーマンス／コスト比を有するフルカラー・アクティブ・マトリクス有機発光ディスプレイを提供する。
【解決手段】透明な基板１２、カラー・フィルタ１４、および、カラー・フィルタ上に重なる関係で配置され、かつ、ピクセルのアレイを画定する金属酸化物薄膜トランジスタ・バックパネル１８を含む。ＯＬＥＤのアレイ２０は、バックパネル上に形成され、フルカラー・ディスプレイのバックパネル、カラー・フィルタ、およびの基板を通って光を下方へ透過するために配置される。各ＯＬＥＤによって発光された光は、複数の原色うちの２つの範囲にわたって広がる波長を有する第１発光帯域、および、残りの原色の範囲にわたって広がる波長を有する第２発光帯域を含む。カラー・フィルタは、各ピクセルのために、第１発光帯域を２つの別個の原色に分離する２つのゾーン、および、第２発光帯域を透過させる第３のゾーンを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般に、金属酸化物ＴＦＴおよびカラー・フィルタを有するフルカラー有機発光ディスプレイに関する。
有機発光装置が有する特性ゆえに、有機発光ディスプレイ（ＯＬＥＤ）に対して高い関心が寄せられている。一般に、これらの装置は、非常に低電流、低電力、かつ高発光であるという特徴を有する。さらに、有機発光装置は、事実上あらゆる色を発光するように製造することができるので、カラー・ディスプレイが可能である。当業者間で知られているように、カラー・ディスプレイは、各アレイが赤色、緑色、および青色のサブピクセルを含む、フルカラー・ピクセルのアレイを必要とする。しかしながら、カラー・ピクセルのアレイ内に有機発光装置を製作することは非常に難しい。現時点で唯一の実用的方法は、「ファイン・シャドウ・マスキング」として知られるプロセス（パターン化された発色層を堆積させるためにシャドウ・マスクを使用する）を用いることにより、必要とされるカラー材料の様々な層を堆積する方法である。最大の問題は、このシャドウ・マスクは、製作が非常に難しい上に高価であるということである。次に、このシャドウ・マスクは、寸法が変形するために、特定の堆積サイクルにしか使用できない。さらに、シャドウ・マスク・プロセスを使用できるサイズには上限があり、比較的小型のディスプレイに対するプロセスに限定される。他方、３Ｇまたは４Ｇのマルチメディア・アプリケーション用のディスプレイは、各ディスプレイのために十分なピクセル数が必要であり、マスク・アライメントの精度および対応する発色のクロストーク（混色）によって、赤色、緑色、および青色のサブピクセルのサイズに限界が生じる。
高情報量のカラー・アレイは、アクティブ・マトリクス型のピクセル制御およびアドレス・システムを使用する。一般に、制御するトランジスタはアレイ内に形成されるので、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が使用される。先行技術では、ポリシリコンが、アクティブ・マトリクスＯＬＥＤディスプレイ（ＡＭＯＬＥＤ）内のスイッチングおよび制御トランジスタに使用される。しかしながら、ポリシリコンは、比較的高温での処理を必要とし、したがって、回路と基板との隣接が厳しく制限される。さらに、ポリシリコンの結晶の大きさおよび位置は多様であるために、ポリシリコンで形成されたトランジスタの特性は、アレイ内の隣接する装置間でさえ相違する。この問題をよりよく理解するために、例えば、数ミクロン長のゲートの下の導電領域において、異なるトランジスタのそれぞれが、１または２個から数個のポリシリコン結晶の粒を含む場合があり、そして、導電領域内の結晶の数が異なることによって、異なる特性が生じるであろう。異なる粒の大きさおよびそれらの物理的特性もまた異なる。さらに、ポリシリコンは光電性があり、すなわち、そのＩ−Ｖ特性が、可視光線への露出によって変化する。アモルファス・シリコンもまた光電性であるので、これらの材料のどちらかで製作された装置は、光シールドを必要とし、この光シールドによって、製造工程がさらに複雑化するとともに、開口率（ピッチ領域に対する発光領域）が減少する。開口率が小さくなると、ＯＬＥＤは、目標とするディスプレイ輝度を達成するためにより激しく駆動される必要があるので、ＯＬＥＤの動作寿命に対する要求がより高くなる。
基本的に、アクティブ・マトリクス有機発光ディスプレイのためのピクセル・ドライバは、２つのトランジスタおよび１つのストレージ・キャパシタを含む。１つのトランジスタは、スイッチの役割を果たし、もう１つのトランジスタは、ＯＬＥＤのための電流レギュレータの役割を果たす。ストレージ・キャパシタは、電流レギュレータ・トランジスタのゲートとドレイン（またはソース）との間に接続され、スイッチング・トランジスタが切断された後、データ・ライン上の電圧を記憶する。さらに、ピクセル・ドライバは、それぞれが周辺の制御回路に結合された３つのバス・ライン、すなわち、スキャンまたは選択ライン、データ・ライン、およびパワー・ラインに接続される。しかしながら、アクティブ・マトリクス有機発光ディスプレイにおける先行技術または現状では、実際上、記述されたようなピクセル・ドライバを、十分な性能を有するように、および／または低価格で完成させることはできない。
低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ：low temperature poly-silicon）およびアモルファス・シリコン（ａ−Ｓｉ）は、アクティブ・マトリクス有機発光ディスプレイのバックパネルのためのピクセル・ドライバ回路を構築するために使用されてきた。これに関連して、用語「バックパネル」は、スイッチング回路の任意のアレイを意味し、一般に列および行の形状に配置され、また、各ピクセルまたはピクセル要素は、有機発光ダイオードに接続されたピクセル電極（発光された光を透過または反射する）を有する。現時点では、市場におけるアクティブ・マトリクス有機発光ディスプレイの全てが、ＬＴＰＳバックパネルを用いて製作される。ＬＴＰＳは、ＯＬＥＤを駆動するために必要とされる十分な動作寿命を提供するが、ＴＦＴの性能が不均一であるために生じる「むら（斑）」欠陥は、ＯＬＥＤを駆動するために使用されるＬＴＰＳＴＦＴにとって、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を駆動する場合よりも、はるかに重大な問題である。その結果、むら（不均一）を補うために、一般には、２つを越えるトランジスタがピクセル・ドライバ内で使用される。さらに、いくつかの実施例では、３つ（データ・ライン、選択ライン、パワー・ライン）を越えるバス・ラインが、補償回路のために含まれる。さらに、ＬＴＰＳバックパネルは、スイッチング・トランジスタ内の比較的高い「ＯＦＦ」電流のために、より大きいストレージ・キャパシタを必要とする。ＬＴＰＳバックパネル内のより高い移動度は、より小さい幅／長さ（Ｗ／Ｌ）比率を有するトランジスタを許容するが、スイッチング・トランジスタ内のより高いＯＦＦ電流は、複数のゲート設計（例えば、ソース電極とドレイン電極との間の櫛型パターン内に２つまたは３つのゲート電極を有するＴＦＴ）を必要とするので、ソース電極とドレイン電極との間に、より大きいスペースを必要とする。その結果、各ピクセル・ドライバに必要な実効領域は、総ピッチ領域と比較して大きくなる。したがって、ＯＬＥＤエミッタは、上部から発光用のピクセル・ドライバを配列または堆積されなければならない。さらに、ＬＴＰＳの小さいエネルギーギャップによって、ＬＴＰＳＴＦＴを、発光された光から（同様に周辺光からも）シールドする必要が生じる。
ａ−ＳｉＴＦＴを使用して、アクティブ・マトリクス有機発光ディスプレイのバックパネルを製作するために非常な努力がなされてきた。しかしながら、ａ−ＳｉＴＦＴ内のＩ−Ｖ（電流−電圧）性能は、ＤＣ動作の下では安定しない（Ｖｔｈシフトおよび移動度は、欠陥密度の増加により減少する）ので、バックパネル内でドライバまたは電流レギュレータ・トランジスタのためにａ−ＳｉＴＦＴを使用するのは難しい。トランジスタの性能を安定させるために、より多くのトランジスタ、キャパシタ、およびバス・ラインを有するピクセル制御回路が提案されてきたが、そのいずれもが、商品化に必要とされる安定性を実証できなかった。さらに、低いキャリア移動度（０．１から０．７ｃｍ２／Ｖｓｅｃまで）は、ドライバまたは電流レギュレータ・トランジスタのためのより大きなＷ／Ｌ比率（したがって、より大きいＴＦＴサイズ）を必要とする。その結果、ボトム・エミッションのＯＬＥＤ発光パッドのための十分な余地が無くなるので、トップ・エミッション構造を使用する必要がある。
トップ・エミッションのアクティブ・マトリクス有機発光ディスプレイの設計では、平坦化層は、２つの部分間の光学的および電気的混色を除去するために、ＯＬＥＤエミッタの底部電極からＴＦＴを分離する必要がある。平坦化層を通るビアを形成するため、および、ＯＬＥＤ用の底部電極をパターン化するために、２つから３つの写真処理工程が必要である。多くの場合、フルカラーＯＬＥＤ処理のためのバンク構造（インクジェット印刷がフルカラー・エミッタ層をパターン化するために使用される場合に、有機エミッタ・インクを閉じ込めるために使用される井戸のようなもの）を構築するために、さらに別の１つから２つの写真処理段階がある。透明な上部電極（典型的には、インジウム酸化スズまたはアルミニウム酸化亜鉛で作成される）のバルク導電率は、電流をピクセルから周辺のドライバ・チップへ流すために、共通電極にとって十分ではないので、多くの場合は別のビアが必要であり、また、バックパネル上に別の金属バス・ラインが必要である。この設計は、トップ・エミッションのアクティブ・マトリクス有機発光ディスプレイ製品の開口率を、〜５０％の範囲に厳しく制限する。ここで、「開口率」とは、サブピクセルのピッチ・サイズに対する発光ゾーンの比率を意味する。さらに、ＯＬＥＤ層上への透明な金属酸化物の堆積は、典型的には、スパッタリング処理によって行われるので、上部電極内のＯＬＥＤ性能（電力効率および動作寿命の両方）を保持することが、残りの課題の１つである。
このように、ＯＬＥＤパッドのための十分な開口率を有し、かつ、アクティブ・マトリクス液晶ディスプレイのような他のディスプレイ技術と少なくとも競争できるような低価格のプロセスを用いた、ボトム・エミッションのアクティブ・マトリクス有機発光ディスプレイ構造に対する強い関心が存在する。
ゆえに、先行技術に本来的に存する前述したような欠点および他の欠点を改善することは、大いに有利であろう。
したがって、本発明の目的は、新規かつ改善されたフルカラー・アクティブ・マトリクス有機発光ディスプレイを提供することである。
本発明の他の目的は、比較的単純かつ安価で製造することができ、その結果、生産歩留り率がより高い、新規かつ改善されたフルカラー・アクティブ・マトリクス有機発光ディスプレイを提供することである。
本発明の他の目的は、比較的均一な特性を有するピクセル制御回路を利用する、新規かつ改善されたフルカラー・アクティブ・マトリクス有機発光ディスプレイを提供することである。
本発明の他の目的は、比較的大面積で構築することができる、新規かつ改善されたフルカラー・アクティブ・マトリクス有機発光ディスプレイを提供することである。
本発明の他の目的は、高いピクセル密度で構築することができる、新規かつ改善されたフルカラー・アクティブ・マトリクス有機発光ディスプレイを提供することである。
本発明の他の目的は、ボトム・エミッション構造で、かつ比較的高い開口率を有する、新規かつ改善されたフルカラー・アクティブ・マトリクス有機発光ディスプレイを提供することである。
本発明の他の目的は、他のディスプレイ技術と少なくとも競争できるような低価格のプロセスを用いた、新規かつ改善されたフルカラー・アクティブ・マトリクス有機発光ディスプレイを提供することである。
本発明の他の目的は、より速いスイッチ速度、および６０Ｈｚを越えるより速いフレーム速度（ＭＯ−ＴＦＴ内のより高いキャリア移動度により、１２０Ｈｚまで、またはそれを越えるフレーム速度が可能になる）を有する、新規かつ改善されたフルカラー・アクティブ・マトリクス有機発光ディスプレイを提供することである。
本発明の他の目的は、製造コストが低く、製造歩留り率が高いことに加えて、最適化されたエネルギー効率、色域、動作寿命を有する、新規かつ改善されたフルカラー・アクティブ・マトリクス有機発光ディスプレイ、すなわち、最良のパフォーマンス／コスト比を有するフルカラー・アクティブ・マトリクス有機発光ディスプレイを設計することである。
簡潔に述べると、本発明の好適な実施例に従って、本発明が希求する目的を達成するために、フルカラー・アクティブ・マトリクス有機発光ディスプレイが提供され、それは、透明な基板、基板の上部表面に配置されたカラー・フィルタ、ならびに、カラー・フィルタ上に重なる関係を以って配置され、かつ、ピクセルのアレイを画定する金属酸化物薄膜トランジスタのバックパネルを含む。有機発光装置のアレイは、バックパネル上に形成され、かつ、光を、フルカラー・ディスプレイのバックパネル、カラー・フィルタ、および基板を通って下方へ発光するために配置される。
光を発光するピクセルのアレイは、第１波長ゾーンで光を発光する第１サブグループ、および第２波長ゾーンで光を発光する第２サブグループを有する２つのサブグループに分類され、第２波長ゾーンは、第１波長ゾーンより長い波長を有する。第１発光ゾーンを担当するＯＬＥＤスタック内の発光層（第１サブグループ）は、パターン化されないフィルム形成方法で作成される。一方、発光ピクセルの第２サブグループは、シャドウ・マスクを通した熱蒸着を用いて、あるいはエレクトロルミネセンス・インクを使用する印刷方法の１つを用いて、フルカラー・ピクセル・レベルでパターン化された、対応する発光層によって形成される。
伝統的に、フルカラー・ディスプレイのピクセルは、青色（４００〜５００ｎｍ）、緑色（５００〜６００ｎｍ）、および赤色（６００〜７００ｎｍ）を発光する３つの原色またはサブグループ（ここではサブピクセルと称する）によって構築される。先行技術において、そのような原色を達成するための１つのアプローチは、白色ＯＬＥＤエミッタにカラー・フィルタ・セットを加える方法である。必要とされる色純度を達成するために、その方法は、長波長側および短波長側の両方から発光プロフィールをカットし、ディスプレイの色標準に従って発光プロフィールを形成しなければならない（すなわち、十分に純粋な白色光を生成するのは単純な作業ではない）。さらに、３つの原色を得るために白色光をフィルタリングする結果、光の実質的な損失（３分の２より大きい）を招く。そのようなアプローチの課題は、製品に要求される十分な光または電力効率を達成することができないことである。
本発明では、２つの原色をカバーする発光プロフィール（例えば、１００〜２００ｎｍの範囲のプロフィール帯域幅）を有するＯＬＥＤから、２つの原色のサブピクセルを形成する新しい方法が、発光プロフィールの中間近くでカットオフを有する１対の長波長透過および短波長透過光学フィルタと共に示される。先行技術とは対照的に、本発明で利用される光学フィルタは、透過域で光を吸収しない。望ましくない領域内に発光された光のみをカットし、かつ、透過領域内で光の吸収が生じないカラー・フィルタによって、必要とされる発光プロフィールを達成することができる。このようにして、フルカラー・ディスプレイのエネルギー効率が最適化される。
従来、赤色、緑色、および青色を発光する材料を有するＯＬＥＤのために３つのパターニング・ステップが必要であったのとは対照的に、上記のようなフルカラーＡＭＯＬＥＤアレイを組み立てるためには、フルカラー・ピクセル・レベルにおいて、一つのファイン・パターニングのみが必要である。したがって、フルカラー構造および対応する製作プロセスが、著しく単純化される。さらに、このプロセスによって、３つのファイン・パターニング・ステップに基づく既存のＡＭＯＬＥＤ組立てラインが、３倍のスループットに改善（または対応する製造コストが削減）される。このようなプロセス単純化によって、さらに製造歩留りも改善する。
フルカラー・アクティブ・マトリクス有機発光ディスプレイの好適な実施例における１つの配置では、第１発光ゾーンの有機発光材料は、４００〜６００ｎｍの範囲をカバーするために選択される。ＯＬＥＤスタック内の他の層と同様に、発光層は、ファイン・パターニング・プロセスを用いずに堆積される。６００〜７００ｎｍの範囲の発光プロフィールを有する赤色発光材料は、既知のパターン化の手法または技術の１つによって、赤色ピクセルの位置に対応する位置に形成される。ＯＬＥＤエミッタのアレイは、空色（４００〜６００ｎｍの範囲の発光プロフィール）を発光するピクセルの第１グループ、および、赤色（６００〜７００ｎｍの範囲の発光プロフィール）を発光するピクセルの第２グループの、２つのサブグループに分類される。赤色、緑色、および青色のサブピクセルを含むフルカラー・ディスプレイ・ピクセルは、そのような２色のＯＬＥＤアレイと、対応するピクセルの位置にある１組のカラー・フィルタとを組み合わせることにより達成することができる。赤色のピクセルに対応するカラー・フィルタ層は、オープンにされたままでもよく、あるいは、色域を最大限にするために、赤色ＯＬＥＤエミッタをトリミングするだけのフィルタを有してもよい。５００ｎｍ近くのカットオフ波長を有する長波長透過フィルタ(long-wavelength-pass filter)は、望ましい緑色を達成するために空色エミッタの前に配置される。５００ｎｍ近くのカットオフ波長を有する短波長透過フィルタ(short-wavelength-pass filter)は、望ましい青色を達成するために空色エミッタの前に配置される。ディスプレイの効率を最大限にし、かつ、ディスプレイの色域を豊富にするために、第４のサブピクセルを、フィルタされない（すなわち光学フィルタの無い）空色エミッタを加えることも可能であろう。
フルカラー・アクティブ・マトリクス有機発光ディスプレイの好適な実施例における他の配置では、第１発光ゾーンの有機発光材料は、４００〜５００ｎｍの発光範囲をカバーするために選択される。ＯＬＥＤスタックの他の層と同様に、この発光層は、ファイン・パターニング・プロセスを用いずに堆積される。５００〜７００ｎｍの範囲の発光プロフィールを有する黄色を発光する材料は、標準的なパターニング方法の１つを用いて、緑色および赤色のピクセルの位置に対応する位置に形成される。ＯＬＥＤエミッタのアレイは、青色（４００〜５００ｎｍの範囲の発光プロフィール）を発光するピクセルの第１サブグループ、および、黄色（５００〜７００ｎｍの範囲の発光プロフィール）を発光するピクセルの第２サブグループの、２つのサブグループに分類される。赤色、緑色、および青色のサブピクセルを含むフルカラー・ディスプレイのピクセルは、２色のＯＬＥＤアレイと、対応するピクセル位置にある１組のカラー・フィルタとを組み合わせることにより達成することができる。青色のピクセルに対応するカラー・フィルタ層は、オープンにしたままでもよく、あるいは、さらに望ましいカラー・コーディネイトのために、青色のＯＬＥＤエミッタをトリミングするだけのフィルタを有してもよい。６００ｎｍ近くの長波長透過フィルタは、望ましい赤色を達成するために黄色のエミッタの前に配置される。６００ｎｍの近くの短波長透過フィルタは、望ましい緑色を達成するために黄色のエミッタの前に配置される。フルカラー・ピクセル・セットでは、ディスプレイ効率を最大限にし、かつ、ディスプレイの色域を豊富にするために、さらに、第４のサブピクセルに光学フィルタを有しない黄色のエミッタを加えることもできる。
本発明の希求する目的は、さらに、フルカラー・アクティブ・マトリクス有機発光ディスプレイの製作を、好適な方法に従って達成することである。本方法は、ガラス、有機フィルム、およびそれらの組合せのうちの１つ、ならびに、硬質材料および柔軟材料のうちの１つで作成された透明な基板を提供する段階、基板の上部表面上にカラー・フィルタを配置する段階、カラー・フィルタの上部表面上にスペーサ層を堆積させる段階、ならびに、スペーサ層の上部表面上に金属酸化物薄膜トランジスタのバックパネルを形成し、かつ、ピクセルのアレイを画定する段階を含む。本方法は、さらに、フルカラー・ディスプレイ内のバックパネル、スペーサ層、カラー・フィルタ、およびの基板を通って光を下方へ発光するために、バックパネル上に有機発光装置のアレイを配置する段階を含む。発光ピクセルのアレイは、第１発光波長ゾーン内で発光する第１サブグループ、および、第２発光波長ゾーン内で発光する第２サブグループの２つのサブグループに分類されるが、第２波長は第１波長よりも長い。第１発光ゾーンを担当するＯＬＥＤスタック内の発光層は、パターン化されないフィルム形成方法によって作成される。一方、発光ピクセルの第２グループは、シャドウ・マスクを通した熱蒸着を用いて、あるいは、ガスまたは液体または固体の状態のエレクトロルミネセント・インクから周知の印刷方法の１つを用いて、フルカラー・ピクセル・レベルでパターン化された、対応する発光材料によって形成される。
本方法は、さらに、長波長透過または短波長透過形式で、対応するカラー・フィルタを形成する段階を含む。そのようなフィルタ・セットを、２つの原色をカバーする発光プロフィールを有するＯＬＥＤの前に配置し、対応する透過ゾーン内に、光学的損失無しに、赤色、緑色、および青色の原色を有する発光ピクセルを形成する。本方法は、さらに、ディスプレイ効率および色の豊富さをさらに改善するために、フィルタの無いＯＬＥＤエミッタを加えることを含む。
スペーサ層、およびバックパネルの材料は、より大きい開口率を有する有機発光装置から発光される光に対して実質的に透明になるように選択される。バックパネルの薄膜トランジスタ内で使用される金属酸化物は、全アレイまたはマトリクス上の薄膜トランジスタの反復性、または均一性、および信頼性を本質的に改善するために、アモルファス（または、ナノメータ範囲の粒子サイズを有し、実質的にＴＦＴの大きさよりも小さいもの）が好適である。
本発明のさらなる特定の目的および利点は、好適な実施例に関する以下の詳細な記述をそれらの図面と共に読むことにより、当業者には容易に明白になるであろう。
本発明に従った、ディスプレイの単純化された層の図である。 本発明に従った、単一のカラー要素の回線図である。 本発明に従った、単一のカラー要素の他の実施例の回線図である。 ＯＬＥＤアレイ内のフルカラーＯＬＥＤピクセル領域内の層を表わす、単純化された層の図である。 図４の単一のＯＬＥＤにマッチする単一のピクセルのカラー・フィルタのためのカラー・フィルタ配置を示す。 図５に示されたカラー・フィルタ配置に対応するフルカラー・ピクセルの正面図である。 ＯＬＥＤアレイの単一のＯＬＥＤ内の層を表わす、単純化された層の図である。 図７の単一のＯＬＥＤにマッチする単一のピクセルのカラー・フィルタのためのカラー・フィルタ配置を示す。 図８に示された単一のピクセル・カラー・フィルタ配置の正面図である。
図１に関し、本発明に従ってディスプレイ１０の単純化した層の図が示される。ディスプレイ１０は、基板１２を含む。基板１２は、本実施例ではガラスが好適であるが、様々なプラスチック等のような、比較的硬質のクリアまた透明な任意の材料でもよい。これに関連して、用語「透明な」または「ほぼ透明な」とは、７０％以上で可視光線範囲（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）の光を光学的に透過させることができる材料を意味すると定義される。さらに、ディスプレイ１０は、現代のテレビ、コンピュータ・モニタ、または携帯用電子機器内で使用されるディスプレイに類するサイズであることを意図している。１組の赤色、緑色、および青色のサブピクセルを含むフルカラー・ピクセルのサイズは、大画面テレビ用で何百ミクロンであり、また、マルチメディア、高情報量携帯電話、および同種のもの用で数十ミクロンである。カラー・フィルタ１４は、基板１２の上部表面に堆積され、一般に、比較的耐熱性の低い（すなわち２５０°Ｃ以下）プラスチック材料を含む。カラー・フィルタ１４は、周知の方法により３色（赤色、緑色、青色）のピクセルで形成される。すなわち、各ピクセルは３つのカラー要素を含み、３つのカラー要素のそれぞれは、各色の選択量を加えるために制御することが可能であり、周知の手順に従って、任意の選択された最終的な色または混合した色を生成することができる。
スペーサ層１６は、カラー・フィルタ１４の上部表面上に堆積される。スペーサ層１６は、カラー・フィルタ１４の平坦化を含む様々な機能、およびより親和性を有するインタフェースを提供する（すなわち、層１６は、化学的および光学的に、各インタフェースにおける材料間のよりよい接合を確保する）。カラー・フィルタ１４の多様な材料が個別の層に堆積されるので、平坦化は、次のコンポーネントを堆積させるためのよりよい表面を提供するために好ましい。
金属酸化物薄膜トランジスタ（ＭＯＴＦＴ）層１８は、スペーサ層１６の上部表面上に形成される。金属酸化物薄膜トランジスタは、比較的低温（例えば、室温と同じくらいの温度）で、ＰＶＤ（physical vapor deposition）法のようなプロセスによって、あるいは、印刷または塗布を含むソリューション・プロセスによって、あるいは、表面化学反応によって形成される。印刷は、例えば、インクジェット、ディスペンシング、オフセット印刷、グラビア印刷、スクリーン印刷等のような、あらゆるプロセスを含む。塗布は、例えば、スロット塗布、カーテン塗布、スプレー塗布等のような、あらゆるプロセスを含む。ＰＶＤ法は、例えば、スパッタリング、熱蒸着、ｅ−ビーム蒸着等のような、あらゆるプロセスを含む。表面化学反応は、ガスまたは液体環境中での表面反応を含む。
平坦化に加えて、スペーサ層１６は、ＭＯＴＦＴ層１８の製作中、カラー・フィルタ１４に対するヒート・プロテクションを提供する。例えば、金属酸化層のアニーリングによって、トランジスタの信頼性および特性が改善されることが知られている。このアニーリング手順は、各トランジスタのゲート金属を、パルス赤外線エネルギーで３００℃を超える温度で熱することにより行なわれる。ゲート金属によって吸収された熱は、ゲート金属に隣接する金属酸化物半導体をアニーリングし、そして、スペーサ層１６は、カラー・フィルタを過度の熱（２５０℃未満）から保護する。このプロセスに関する追加情報として、「Laser Annealing of Metal Oxide Semiconductor On Temperature Sensitive Substrate Formations」という名称で２００８年５月２１日に出願された米国特許出願（出願番号１２／１２４，４２０）を参照としてここに組み入れる。金属酸化物ＴＦＴは、例えば、ＺｎＯ、ＩｎＯ、ＡｌＺｎＯ、ＺｎＩｎＯ、ＩｎＡｌＺｎＯ、ＩｎＧａＺｎＯ、ＺｎＳｎＯ、ＧａＳｎＯ、ＩｎＧａＣｕＯ、ＩｎＣｕＯ、ＡｌＣｕＯ等のようなアモルファス金属酸化物半導体中で形成される。ここで、用語「アモルファス」とは、ＴＦＴのチャネル寸法よりも著しく小さいフィルム面に、粒子サイズのあらゆる半結晶または非晶質の金属酸化物を含むと解されるべきである。アモルファス金属酸化物は、小さい、標準的な粒子サイズを有するので、層１８内で形成されたＴＦＴの特性は、互いに実質的に異ならない。さらに、金属酸化物は、光に対して透明であるので、光は、層１８、層１６、カラー・フィルタ１４、および基板１２を通って下方へ透過される。スペーサ層１６のための好適な材料としては、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ポリイミド、ＢＣＢ、またはアクリル・ポリマが含まれる。
移動度がμである場合、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の性能指数は、μＶ／Ｌ２によって定義される。Ｖは電圧であり、Ｌはゲート長である。近年における金属酸化物半導体材料の進歩（８０ｃｍ２／Ｖ秒と同じくらい高い移動度が実証された）により、主要な問題は部分的に改善されている。金属酸化物半導体のユニークな特徴の１つは、キャリア移動度が、フィルムの粒子サイズにそれほど依存しないということ、すなわち、高移動度のアモルファス金属酸化物が可能なことである。しかしながら、高機能アプリケーションに必要な高い移動度を達成するためには、金属酸化物チャネルのボリューム・キャリア密度が高くなければならず、かつ、金属酸化膜の厚さが薄くなければならない（例えば、＜１００ｎｍ、好ましくは、＜５０ｎｍ）。しかしながら、これらの非常に薄いチャネルのために、下部および上部に重なる材料を有する金属酸化物の界面の相互作用は、もはや無視できないことが知られている。
界面の相互作用の制御は、２つの方法、すなわち、（１）下部に重なる構造との相互作用の制御、および（２）上部に重なる構造との相互作用の制御、のいずれかまたは両方により実行することができる。ＴＦＴを組み立てるために、上部および下部に重なる構造に対して、下記の機能のいくつかまたは全てを用いることができる。例えば、異なる機能を、ＴＦＴの異なる部分または表面上で用いることができる。異なる機能を用いる例としては、弱い相互作用は、ＴＦＴの閾値を調整するために用いることができ、また、強い相互作用は、ソース／ドレイン領域内の良好なオーム接触のために好適である。上部に重なる構造について考えられ得る機能は、（１）パッシベーション−弱い相互作用を提供するか、または、相互作用を提供しない、（２）ゲート−弱い相互作用を提供するか、または、相互作用を提供しない、および（３）ソース／ドレイン−強い相互作用を提供する、を含む。さらに、下部に重なる構造について考えられ得るいくつかの機能は、（１）パッシベーション−弱い相互作用を提供するか、または、相互作用を提供しない、（２）ゲート−弱い相互作用を提供するか、または、相互作用を提供しない、および（３）ソース／ドレイン−強い相互作用を提供する、を含む。ＴＦＴのあらゆる特定の実施例に必要とされる上部および下部に重なる構造の機能は、ＴＦＴの構成に依存する。複数の機能が、上部または下部のいずれかに重なる構造に必要な場合もある。界面の相互作用の制御に関する追加情報として、２００８年７月１６日に「Metal Oxide TFT with Improved Carrier Mobility」の名称で出願された米国特許出願（出願番号１２／１７３，９９５）を参照としてここに組み入れる。
有機発光装置（ＯＬＥＤ）の層２０は、ＭＯＴＦＴ層１８の表面上に形成され、その結果、ＯＬＥＤ層２０内で生成された光は、ＭＯＴＦＴ層１８、スペーサ層１６、カラー・フィルタ１４および基板１２を通って下方へ向かう。ＯＬＥＤ層２０は、上部および下部上の２つの接触電極間に、有機材料のスタック（詳細については、以下で図４および図７に関して説明する）を含む。下部電極はパターン化され、層１８に形成されたピクセル・ドライバに接続される。ＯＬＥＤのアレイは、形成され、ＭＯＴＦＴ層１８によって然るべくアドレスされる。フルカラーＡＭＯＬＥＤは、ＯＬＥＤ層２０内のパターン化されない有機的なスタックを、層１４内の１組の赤色、緑色、および青色のカラー・フィルタと共に用いて、白色発光ＯＬＥＤのみを使用することにより達成される。白色エミッタからの発光の約２／３は、ディスプレイの正面視野からカットオフ（フィルタ）されるので、ディスプレイ効率がこのアプローチの現在の課題である。さらに、原色に必要とされる発光ゾーンの透過プロフィールは、原色に必要とされる純度を達成するために、吸収法によって形成されることを要する。その結果、白色ＯＬＥＤエミッタから生成された赤色、緑色、および青色のピクセルに、吸収タイプのカラー・フィルタ・セットを加えたものは、特に、充電式電池で電力供給される携帯型ディスプレイ用の製品設計に必要とされる電力効率を提供しない。このアプローチに対する改善策の１つは、赤色、緑色、青色の原色サブピクセルに、フィルタされない白色ＯＬＥＤサブピクセルを追加し、４つのサブピクセルのフルカラー・ピクセル・セットを形成することである。
フルカラーＡＭＯＬＥＤは、赤色、緑色、および青色のゾーンで発光する１セットのＯＬＥＤによって作成することもできる。十分な色純度を有するので、カラー・フィルタ層は必要としない。異なる材料を用いた発光層をサブピクセル・レベルまでパターン化することは、しばしば、目標とするサブピクセルの発光パッド領域に対応する窓を有するシャドウ・マスクを用いて行なわれる。このアプローチの課題は、３色の発光層のために、少なくとも３つの堆積チャンバおよび３つのファイン・マスク・セットが必要なことである。赤色、緑色、および青色のＯＬＥＤ発光要素のパフォーマンスが完全に最適化される場合には、ＯＬＥＤスタック内の他の層もまたパターン化される必要がある。さらに、ＯＬＥＤ製作中のマスク間のアライメントは冗長であり、フルカラー・ディスプレイの作成における主要な歩留り損失要因である。機器のコスト、プロセスのスループットおよび大規模化、ならびにファイン・シャドウ・マスキングもまた、このアプローチを難しくする要因である。
本来、本実施例は、空色（スカイブルー）の発光（４００〜６００ｎｍ波長の青緑色の発光）を提供する、パターン化されないＯＬＥＤ層２０を有するフルカラーＡＭＯＬＤを開示する。そして、青色サブピクセルは、約５００ｎｍのカットオフ波長を有する層１４内の短波長透過カラー・フィルタを用いて、空色ＯＬＥＤから形成される。緑色サブピクセルは、約５００ｎｍのカットオフ波長を有する層１４内の長波長透過カラー・フィルタを用いて、空色ＯＬＥＤから形成される。赤色サブピクセルは、カラー・ディスプレイ内の対応する位置で、層１４内のエネルギー下方変換カラー・フィルタによって形成される。エネルギー下方変換カラー・フィルタは、ＯＬＥＤによって発光された空色光を吸収し、それに応じて６００〜７００ｎｍ領域の光を発光する。このアプローチは、カラー・フィルタと空色ＯＬＥＤエミッタとの間の良好なエネルギーのマッチング、フィルタ層内の良好な吸収効率、ならびに高い変換効率を有する、エネルギー変換カラー・フィルタに依存する。
このアプローチによって提供されるＡＭＯＬＥＤの電力効率をさらに改善するために、フィルタされない空色サブピクセルをフルカラー・ピクセルに加えることもできる。このようにして、青色、緑色、赤色、および空色の４つのサブピクセルを有するフルカラー・ディスプレイ要素が形成される。フィルタされないサブピクセルによって、色が豊富になると共にディスプレイ電力効率が改善される。
本発明では、フルカラーＡＭＯＬＥＤディスプレイ構造が、対応する組立方法と共に開示される。本方法は、単一のファイン・パターニング・プロセスを用いて作成された、２つの発光色を有する層２０内に、ＯＬＥＤアレイを形成することを含む。このアプローチは、異なるファイン・マスク間のアラインメントを必要としないので、その結果、近隣のサブピクセル間の混色を除去することができる。２色の層２０を、層１４内の対応する長波長透過フィルタまたは短波長透過フィルタと組み合わせることによって、フルカラーＡＭＯＬＥＤディスプレイを、安い製作コストで、しかも、高い色域、および、あらゆるサイズの高度情報ディスプレイに必要とされる高い電力効率を有するように達成することができる。
単一のファイン・パターニング・プロセスで作成された２つの発光色のＯＬＥＤに関連して、高効率で赤色サブピクセルを達成するための１つのアプローチは、空色ＯＬＥＤ用のパターン化されない有機層内の対応する位置に、パターン化された赤色発光層を挿入することである。フルカラー・ピクセル内でのこのような単一ステップのファイン・パターニングによって、先行技術における赤色、緑色、青色のエミッタのための複数のファイン・パターニングに見られるようなアラインメントの複雑さを生じることがなく、ＡＭＯＬＥＤディスプレイにおいてフルカラー・ピクセルを得る際の単純性が保持される。
以下には、一般に、ハイブリッド構造およびプロセスを含むフルカラーＯＬＥＤディスプレイの２つの特定の例が示される。２つの例の各々は、２つの原色を含み、それらは、２つの原色の範囲をカバーする発光ゾーンを有するＯＬＥＤエミッタ、および、発光ゾーン内に位置する第３の原色をカバーする発光を有するパターン化された発光層によって画定される。１組の長波長透過および短波長透過光学フィルタは、発光ゾーン内の発光を２つの原色に分離する。
図４〜図６には、本発明に従って、第１の特定タイプのＯＬＥＤジェネレータ５０およびカラー・フィルタ６０が示される。特に図４には、ＯＬＥＤアレイの単一のＯＬＥＤ５０内の層（図１の層２０に対応する）を表わす、単純化された層の図が示される。この特定の例において、ＯＬＥＤ５０は、カソード５２、電子注入層５３、および電子輸送層５４を含む。このＯＬＥＤの特定の配置は、各サブピクセルに対応するパターン化されたアノード・パッド（上述されたが、図示されない）、正孔注入層５５、および正孔輸送層５６を含む。これらの様々な層の多くは、他の層と個別に提供されてもよく（図示されたように）、あるいは他の層と結合されてもよく、あるいは他の層内へ結合されてもよいが、ここで図示された様々な層は、単に例示であると理解されるべきである。発光層５７，５８は、電子輸送層５４と正孔輸送層５６との間に提供される。ある特定の実施例では、それに代えて、層５８が、層５７と電子輸送層５４との間に挿入されてもよい。下部アノード構成が図示されかつ記述されているが、ＯＬＥＤスタックを逆にすることによって下部共通カソード構成を用いてもよいことが理解されるであろう。有機層（５３，５４，５５，５６，５７）の全ては、ピクセル・レベルでのファイン・パターニング無しに堆積されることに特に注目すべきである。層５８だけがパターニングを必要とするが、それは、ファイン・シャドウ・マスクを通した熱蒸着によって、あるいは、当該分野の技術者に知られている印刷方式によって達成することができる。
当該技術分野で理解されているように、電子および正孔は、発光層内で結合して光子または光を生成し、その後、特定の方向、本実施例ではアノードの方向に発光する。さらに、発光する光の色は、発光層５７，５８に組み込まれた材料に従って制御または選択される。この実施例では、発光層５７は、約４００ｎｍから６００ｎｍまでの範囲または帯域内の青緑色（空色）の光を発光するために構築される。青緑色のエミッタは、青色および緑色をカバーする広範囲の発光プロフィールを有する単一のエミッタによって、あるいは、二重層または混合する形の青色および緑色のエミッタによって作成することができるが、緑色および青色のＯＬＥＤをスタックする形で作成することもできるであろう。第２の発光層５８は、一般に赤色光の範囲または帯域内で光を発光するために構築され、発光層５７よりはるかに小さい。第２の発光層５８は、適宜な手段、例えば、インクジェット印刷、ソリューション・ディスペンシング、転写印刷、オフセット印刷等を含む印刷または塗布プロセス（上記の記述を参照）の１つによるファイン・マスクを用いた熱蒸着、あるいは熱転写を含むレーザ、あるいはコンタクト印刷、を用いて発光層５７上にパターン化される。パターン化されない層５７は、パターン化された赤色発光層５８を含むスタックの領域において、赤色発光サブピクセル位置内の電子輸送および正孔ブロック機能に役立つ。この斬新なプロセスでは、１つのファイン・パターニング・ステップのみが必要であり、そして、ＯＬＥＤスタック内の残りの層の全てについては、先行技術では３つのファイン・パターニング・ステップが必要とされるのに対して、ファイン・パターニングを必要とせずに作成されることに注目すべきである。
赤色発光層５８内のキャリアのエネルギー準位は、空色発光層５７内のキャリアのエネルギー準位よりも低いことに注目すべきである。したがって、キャリアは、空色発光層５７を通って、赤色発光層５８のより低いエネルギー準位へ移動する傾向があり、赤色発光層５８において、キャリアは周知の方法で結合して赤色光を生成する。このように、赤色発光層５８が空色発光層５７上に位置する領域では、実質的に赤色発光のみが生じ、そして空色発光層５７は、電子輸送および正孔ブロック機能のみを提供する。
さらに図５および図６には、ＯＬＥＤジェネレータ５０のアレイと共に使用するための単一のフルカラー・ピクセル用のカラー・フィルタ配置６０が示される。カラー・フィルタ６０は、オプションのブラック・マトリクス（または包囲パターン）で示され、４つの開口またはゾーン、すなわち、青色ゾーン６２、赤色ゾーン６３、緑色ゾーン６４、およびオプションの空色ゾーン６５を有する。この実施例では、青色ゾーン６２は、約５００ｎｍから６００ｎｍの範囲の光を吸収し、５００ｎｍより短い波長範囲の青色のみを透過するマゼンタ・カラー・フィルタまたは短波長透過フィルタによって形成される。緑色ゾーン６４は、５００ｎｍより短い範囲の光を吸収し、５００ｎｍより長い波長を有する光を透過する黄色のカラー・フィルタによって形成される。赤色ゾーン６３は、カラー・フィルタを有しないか、あるいは、ＮＴＳＣによって要求される赤色度標準に赤色発光プロフィールを調整するフィルタを有するかのいずれかである。オプションの空色ゾーンは、層５７からのオリジナルの発光プロフィールを透過させるために、カラー・フィルタを有しない。
このように、本発明に従って、特定タイプのＯＬＥＤジェネレータ５０、およびこれにマッチするカラー・フィルタ６０が図示され、開示された。一般に、カラー・フィルタ６０は、図１に示されるような透明な基板上に配置されるであろう。スペーサ層および／またはオプションの平坦化層は、カラー・フィルタ上に配置されるか、あるいはカラー・フィルタの一部であると考えてもよい。スペーサ層が存在しないか、あるいはスペーサ層がカラー・フィルタのコンポーネントとして形成される場合、金属酸化物薄膜トランジスタ（ＭＯＴＦＴ）層は、スペーサ層の上部表面またはカラー・フィルタ上に形成される。有機発光装置（ＯＬＥＤ）の層は、ＭＯＴＦＴ層の表面上に形成されるので、その結果、ＯＬＥＤ層内で生成された光は、ＭＯＴＦＴ層、カラー・フィルタ、および基板を通って下方へ向かう。上記から理解されるように、ＯＬＥＤジェネレータ５０の形成において、一つのファイン・パターニング・ステップしか必要としないので、それによって、実質的に加工コストおよび歩留り損失が減少し、かつ、実質的にディスプレイの解像度が向上する。
図７〜図９には、本発明に従って、第２の特定タイプのＯＬＥＤジェネレータ７０およびカラー・フィルタ８０が示される。ＯＬＥＤジェネレータ７０およびカラー・フィルタ８０は、上記でＯＬＥＤジェネレータ５０およびカラー・フィルタ６０に関して記述されたように、一般にディスプレイに組み込まれる。特に図７には、ＯＬＥＤアレイの単一のＯＬＥＤ７０内の層（図１の層２０に対応する）を表わす、単純化された層の図が示される。この特定の例において、ＯＬＥＤ７０は、共通カソード７２、電子注入層７３、および電子輸送層７４を含む。このＯＬＥＤの特定の配置は、同一のサブピクセル位置で対応するピクセル・ドライバに接続されたアノード・パッドのアレイ（上述されたが、図示されない）、正孔注入層７５、および正孔輸送層７６を含む。これらの様々な層の多くは、他の層と個別に提供されてもよく（図示されたように）、あるいは他の層と結合されてもよく、あるいは他の層内へ結合されてもよいが、ここで図示された様々な層は、単に例示であると理解されるべきである。発光層７７，７８は、電子輸送層７４と正孔輸送層７６との間に提供される。下部アノード底構成が図示されかつ記述されているが、ＯＬＥＤスタックを逆にすることによって下部カソード構成を用いてもよいことが理解されるであろう。
上述のように、発光される光の色は、発光層７７，７８に組み込まれた材料に従って制御または選択することができる。この実施例では、発光層７７は、約４００ｎｍから５００ｎｍの範囲または帯域内の青色光を発光するために構築される。それは、発光層７８以外のＯＬＥＤ層内の他の層と同様に、ピクセル・レベルでパターン化せずに堆積される。第２の発光層７８は、約５００ｎｍから７００ｎｍの範囲または帯域内の黄色（緑赤色）の光を発光するために構築され、ファイン・マスクを用いた熱蒸着によって、あるいは当該分野の技術者に知られている印刷方法によって堆積される。黄色（緑赤色）エミッタは、５００〜７００ｎｍの範囲の広い発光を有する単一の発光材料を用いて、あるいは、二重層または混合形式での緑色および赤色のエミッタを用いて作成されるが、緑色および赤色ＯＬＥＤのスタッキング形式で作成することも可能であろう。第２の発光層７８は、例えば、インクジェット印刷、ソリューション・ディスペンシング、転写印刷、オフセット印刷等を含む印刷または塗布プロセス（上記の記述を参照）の１つによるファイン・マスクを用いた熱蒸着、あるいは熱転写を含むレーザ、あるいはコンタクト印刷のような適切な手段によって青色発光層７７上にパターン化される。黄色発光を提供するパターン化された層７８を有するＯＬＥＤピクセルにおいて、パターン化された層７８によって被覆された層７７は、エネルギー準位の差異のためにスタック内で電子輸送層および正孔ブロック層になる（これについては上述された）。特定のアプリケーションでは、層７８および層７７の順序は、相対的なエネルギー準位構造およびキャリア輸送特性に基づいて、逆であってもよい。
図８および図９には、ＯＬＥＤジェネレータ７０のアレイと共に使用するための単一のフルカラー・ピクセル用のカラー・フィルタ配置８０が示される。カラー・フィルタ８０は、オプションのブラック・マトリクスまたは包囲パターンで示され、３つの開口またはゾーン、すなわち、青色ゾーン８２、緑色ゾーン８３、および赤色ゾーン８４を有する。この実施例では、青色ゾーン８２は、フィルタを有しておらず、発光層７７から生成された青色光を単に透過する。それに代えて、青色の発光色を最適化するために、色調整／整形フィルタをゾーン８２内に配置することも可能であろう。緑色ゾーン８３は、黄色ＯＬＥＤエミッタの前に短波長透過フィルタ（約６００ｎｍより長い波長の光のみを吸収する）を配置することにより形成される。赤色ゾーン８４は、黄色ＯＬＥＤエミッタの前に長波長透過フィルタ（約６００ｎｍより短い波長の光のみを吸収する）を配置することにより形成される。図８および図９には、ＡＭＯＬＥＤディスプレイの原色として、赤色、緑色、および青色のサブピクセルから成るフルカラー・ピクセルを示す。フィルタされない黄色ＯＬＥＤ発光を有する付加的な第４のサブピクセルは、ディスプレイの電力効率および色の豊かさを増加させるために、フルカラー・セットに追加することができるであろう。
このように、本発明に従って、特定タイプのＯＬＥＤジェネレータ７０、およびそれにマッチするカラー・フィルタ８０が示された。上記の記述から理解されるように、ＯＬＥＤジェネレータ７０の生産において、ただ１つのファイン・パターニング・ステップのみが必要とされる。さらに、ファイン・パターニング・ステップは、２つのサブピクセルを被覆するので、その結果、プロセス精度はさほど要求されない。すなわち、このプロセスは、これに含まれるファイン・パターニングがより少ないために、実質的に加工コストおよび歩留り損失が減少し、かつ、実質的にディスプレイ解像度が改善される。
このように、この開示において用語「フルカラー」ディスプレイとは、ピクセルが、少なくとも３つの異なるカラー要素である赤色、緑色、および青色を含み、いくつかの特定のアプリケーションでは、フィルタされない、広いＯＬＥＤ発光を透過させる第４のエミッタ・サブピクセルを含むディスプレイを意味すると定義される。
ＯＬＥＤスタック内の有機質層（図４および図７を参照）は、層５８および層７８以外をパターン化せずにそれぞれ作成されることを理解することが重要である。そのような構造および対応するプロセスは、赤色、緑色、および青色エミッタ層をピクセル・レベルでパターン化する従来のフルカラーＯＬＥＤ形成方法に比べて、大いに単純である。ファイン・マスク間のクロス・アラインメントは、この新方式では必要としない。一般に、シールまたは保護コーティング２２は、周囲大気からＯＬＥＤをシールするために、全構造上に形成され、それは、継続的な動作にとって有害となることがある。
このように、低電力、高出力のＯＬＥＤを使用するディスプレイを、比較的安価で製造することができる。さらに、本発明では、大型ディスプレイ上に単一のパターニング・マスクを作成することが可能であるので、したがって、典型的にはメータ長のサイズのガラスで作成される現代のテレビジョン・スクリーン、コンピュータ・モニタ（第五世代ライン、またはそれより高い）と競争できるほど十分に大きいディスプレイを製造することが可能である。他方では、単一のパターニング・プロセスは、複数のファイン・マスク・プロセスで生成されるアライメント・エラーを除去するので、パターンをカバーする２つのサブピクセル（先行技術における１つよりも）を用いて、フルカラー・ディスプレイは、ファイン・ピッチ・サイズを達成することができる、すなわち、携帯用ディスプレイ製品内の高情報量およびデジタル・ディスプレイ・フォーマットを可能にする。大型のフルカラーＡＭＯＬＥＤまたは高密度ピクセルの小型ディスプレイは、先行技術におけるファイン・シャドウ・マスク・プロセスまたは同種のものを使用することによっては可能ではなかった。さらに、ＯＬＥＤは、比較的低電力で動作可能であること、および、比較的高い光の量を産出または生成することが知られている。フィルタされない広帯域ＯＬＥＤサブピクセルをフルカラー・エミッタ・セットに加えることによって、ディスプレイの電力効率および色の豊かさがさらに改善される。
バックパネル１８内で使用される金属酸化物薄膜トランジスタは、低温（例えば室温）で堆積され、最低限の動作を必要とする。例えば、ＭＯＴＦＴバックパネル１８は、４つのフォトマスクを使用して製造されるが、化合物半導体パターンが印刷法（例えば、インクジェット、ディスペンシング、オフセット印刷、グラビア印刷、スクリーン印刷など）によって形成される場合は、バックパネルを３つのフォトマスクで完成させることができる。さらに、ＴＦＴの特性は、記述された手順に従って、アニーリング、および、カラー・フィルタ１４を過熱することなく行なわれる界面の相互作用の制御により増強することができる。金属酸化物半導体材料の比較的高い移動度および低い漏れ電流（低ＯＦＦ電流）は、小型のストレージ・キャパシタの使用を許容するが、それがパワー・ラインで覆われるので、さらに、エミッタ・パッド、したがってサブピクセルの開口率に利用可能なスペースを増加させることができる。低い漏れおよび単純化された生産技術は、トランジスタ・チャネル領域およびキャパシタ領域にゲート誘電体を形成するために、低温でゲート金属素材を選択的にアノード処理することによってさらに増強される。好適な実施例では、アクティブ・マトリクス有機発光ダイオードのピクセル・ドライバ（バックパネル）は、５０％より大きい開口率で構築され、そして、金属のパワー・ラインおよびＴＦＴ領域だけが可視光線に対して不透明であるので、エミッタ・パッドを画定するために残りの領域を使用することができる。特定の実施例では、選択ライン、データ・ライン、およびパワー・ラインは、不透明な金属で形成され、ピクセル電極パターニングのためのマスクとして使用される。透明なピクセル電極は、各ピクセルの透明領域上に堆積されかつパターン化され、あるいは裏側から自己整合パターニング・プロセスを通して堆積されかつパターン化される。１００ｐｐｉのフルカラー・ピクセルのディスプレイのために、８０％の開口率より大きい、８５μｍ×２５５μｍのサブピクセル領域を達成することができた。
一例において、ＴＦＴは、ゲート電極としてＡｌ、およびゲート絶縁体としてＡｌＯにより形成された。インジウム酸化スズ（ＩＴＯ）またはアルミニウムは、ソース電極およびドレイン電極として使用された。Ｉｎ−Ｚｎ−ＯまたはＩ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏは、チャネルおよびソース／ドレイン領域上でスパッタリングおよびパターン化された。チャネルの幅および長さは、それぞれ２００μｍおよび２０μｍであった。全ての堆積およびパターニング・プロセスは、基板またはカラー・フィルタの加熱をせずに実行された。ポスト・ベーキングは、１５０℃で３０〜９０分間行なわれた。各要素内の少なくとも１つのＴＦＴは、ｎ型特性を有し、２０Ｖで約０．５ｍＡのＯＮ電流であり、−２０Ｖで数ピコアンペアのＯＦＦ電流であった。ＯＮ／ＯＦＦ比率は、２０Ｖで１０７以上であり、また、電子移動度は、５ｃｍ２／Ｖｓｅｃから２０ｃｍ２／Ｖｓｅｃの範囲で観察された。この例は、高移動度、高スイッチ速度のＴＦＴを実証するものであり、低温でアモルファス金属酸化物半導体材料を用いて製作することができる。このような低い処理温度によって、金属酸化物ベースのＴＦＴを、柔軟なプラスチック基板上の電子結合回路に使用することが可能になる。
ここで図２に移り、図２には、ピクセル内の単一のカラー要素３０の回線図が示される。以下の開示から理解されるように、ＭＯＳトランジスタの斬新な構築および使用のために、２つのトランジスタ、１つのキャパシタ、３つのバス・ラインを含む要素３０が考えられる。ピクセル３０は、共通カソード配置であり、そこでは、アレイ内の全ての要素の全てのカソードが、共通の端子または導体に接続される。カラー要素３０に類似する３つのカラー要素は、各フルカラー・ピクセル内に組み込まれ、各ピクセルのために赤色／緑色／青色を照光することが理解されるであろう。当業者間で理解されているように、フルカラー・ディスプレイには、一般に行および列に方向づけられたピクセルのアレイが組み込まれ、その各フルカラー・ピクセルは３原色の要素を含み、各要素は、カラー・フィルタ１４の赤色、緑色、および青色の領域のうちの１つに関連する。本発明の一部として示されるように、ＯＬＥＤからのフィルタされない広い発光は、ディスプレイの電力効率および色の豊かさ（全範囲）を増加させるために、各フルカラー・ピクセル・セットに加えることができる。
カラー要素３０は、データ・ライン３２と選択ライン３４との間に結合される。要素３０を有する列内の各ピクセルは、データ・ライン３２および個別の選択ライン３４に結合される。同様に、要素３０を有する行内の各要素は、選択ライン３４および異なるデータ・ラインに結合される。したがって、データ・ライン３２および選択ライン３４をアドレスすることによって、ピクセル３０が特に選択される。同様の方法で、アレイ内の要素は、選択またはアドレスされ、そして、輝度がデータ・ライン上の信号によって制御される。
要素３０の制御回路は、スイッチング・トランジスタ３６、電流レギュレータまたはドライバ・トランジスタ３８、および、ストレージ・キャパシタ４０を含む。スイッチング・トランジスタ３６のゲートは、選択ライン３４に接続され、ソース−ドレインは、データ・ライン３２とドライバ・トランジスタ３８のゲートとの間に接続される。制御回路によって制御されているＯＬＥＤ４２は、共通端子または導体に接続されたカソードを有し、また、アノードは、ドライバ・トランジスタ３８のソース−ドレインを通って電源Ｖｄｄに接続される。ストレージ・キャパシタ４０は、電源Ｖｄｄとドライバ・トランジスタ３８のゲートとの間に接続される。
したがって、選択信号が選択ライン３４上に現われ、かつ、データ信号がデータ・ライン３２上に現われた場合、ピクセル３０はアドレスされ、かつ選択される。選択ライン３４上の信号は、スイッチング・トランジスタ３６のゲートに印加され、トランジスタをＯＮにする。データ・ライン３２上のデータ信号は、スイッチング・トランジスタ３６のソース−ドレインを通ってドライバ・トランジスタ３８のゲートに印加され、データ信号の振幅および／または持続時間に従ってドライバ・トランジスタをＯＮにする。その後、ドライバ・トランジスタ３８は、一般に駆動電流の形で、ＯＬＥＤ４２に電力を供給し、ＯＬＥＤ４２によって生成される輝度または光の強度は、供給された電流の量および／または持続時間に依存する。ＯＬＥＤ４２の効率のために、駆動電流（すなわちドライバ・トランジスタ３８によって提供される要素電流）は、一般にサブマイクロアンペアから数マイクロアンペアの範囲内である。ストレージ・キャパシタ４０は、スイッチング・トランジスタ３６がオフにされた後も、データ・ライン３２上の電圧を記憶する。
ここで図３に移り、図３には、ピクセル内の、単一のカラー要素３０’の別の実施例の回線図が示される。この実施例では、図２のコンポーネントと同様のコンポーネントは同様の番号で示されるが、異なる実施例を表わすために、各番号にダッシュ（’）が付加されている。ピクセル３０’は、共通アノード配置であり、そこでは、アレイ内の全ての要素の全てのアノードが、共通の端子または導体に接続される。カラー要素３０’は、データ・ライン３２’と選択ライン３４’との間に結合される。要素３０’を有する列内の各ピクセルは、データ・ライン３２’および個別の選択ライン３４’に結合される。同様に、要素３０’を有する行内の各要素は、選択ライン３４’および異なるデータ・ラインに結合される。したがって、データ・ライン３２’および選択ライン３４’をアドレスすることによって、ピクセル３０’が特に選択される。同様の方法で、アレイ内の各要素は選択またはアドレスされ、そして、輝度がデータ・ライン上の信号によって制御される。
要素３０’の制御回路は、スイッチング・トランジスタ３６’、電流レギュレータまたはドライバ・トランジスタ３８’、およびストレージ・キャパシタ４０’を含む。スイッチング・トランジスタ３６’のゲートは、選択ライン３４’に接続され、ソース−ドレインは、データ・ライン３２’とドライバ・トランジスタ３８’のゲートの間に接続される。制御回路によって制御されているＯＬＥＤ４２’は、共通端子または導体に接続されたアノードを有し、また、カソードは、ドライバ・トランジスタ３８’のソース−ドレインを通って電源Ｖｓｓに接続される。ストレージ・キャパシタ４０’は、電源Ｖｓｓとドライバ・トランジスタ３８’のゲートとの間に接続される。
以上のように、フルカラーのアクティブ・マトリクス有機発光ディスプレイが開示された。それは、透明な基板、基板の上部表面上に配置されたカラー・フィルタ、カラー・フィルタの上部表面上に形成されたスペーサ層、スペーサ層上に形成され、かつピクセルのアレイを画定する金属酸化物薄膜トランジスタ・バックパネル、および、バックパネル上に形成され、かつ、バックパネルを通って下方へ２つの発光プロフィールで可視光線を発光するために配置された有機発光装置のアレイ、スペーサ層、カラー・フィルタ、およびフルカラー・ディスプレイ内の基板を含む。カラー・フィルタ、および、単一のファイン・パターニング・ステップにより作成された有機発光装置のアレイの組合せによって、有機発光装置の製造、したがって装置の使用を単純化することができる。さらに、金属酸化物薄膜トランジスタ・バックパネルによって、光をバックパネルおよび基板を通って下方へ透過させることができるので、ピクセル・サイズを実質的に縮小（または発光を改良）するために開口率を実質的に増加させることが可能になる。
当業者であれば、例示目的としてここで選択された実施例に対する様々な変更および修正を、容易に想起することができるであろう。そのような修正および変更は、本発明の精神から逸脱しない限り、本発明の範囲に含まれると解すべきであり、それは下記の請求項の公平な解釈によってのみ評価される。
本発明は、当業者がそれを理解しかつ実行できるように、明瞭かつ簡潔な用語で十分に記述された。
１０ ディスプレイ
１２ 基板
１４ カラー・フィルタ
１６ スペーサ層
１８ ＭＯＴＥＴ層（バックパネル）
２０ ＯＬＥＤ層（アレイ）
２２ シール（保護コーティング）
３０，３０’ カラー要素（ピクセル）
３２，３２’ データ・ライン
３４，３４’ 選択ライン
３６，３６’ スイッチング・トランジスタ
３８，３８’ ドライバ・トランジスタ（電流レギュレータ）
４０ ストレージ・キャパシタ
４２，４２’ ＯＬＥＤ
５０，７０ ＯＬＥＤジェネレータ
５２，７２ カソード
５３，７３ 電子注入層
５４，７４ 電子輸送層
５５，７５ 正孔注入層
５６，７６ 正孔輸送層
５７，５８，７７，７８ 発光層
６０，８０ カラー・フィルタ
６２，８２ 青色ゾーン
６３ 赤色ゾーン
６４ 緑色ゾーン
６５ 空色ゾーン
８３ 緑色ゾーン
８４ 赤色ゾーン

Claims (14)

  1. 透明な基板と、
    前記基板の上部表面に配置されたカラー・フィルタと、
    前記カラー・フィルタ上に重なる関係で配置され、かつ、ピクセルのアレイを画定する金属酸化物薄膜トランジスタ・バックパネルと、
    前記バックパネル上に形成され、かつ、光を、フルカラー・ディスプレイの前記バックパネル、前記カラー・フィルタ、および前記基板を通って下方へ発光するために配置された有機発光装置のアレイであって、前記有機発光装置のそれぞれによって発光された前記光は、３つの原色の波長範囲を含み、前記有機発光装置のそれぞれは、前記３つの原色のうちの２つの原色にわたって実質的に広がる波長を有する第１発光帯域、および、前記３つの原色のうちの残りの原色の範囲にわたって実質的に広がる第２発光帯域を含む、有機発光装置のアレイと、
    から構成され、
    前記カラー・フィルタは、前記ピクセルのアレイ内の各ピクセルのために、前記有機発光装置のアレイの前記３つの原色に対応する少なくとも３つの原色ゾーンを含み、前記少なくとも３つの原色ゾーンのうちの２つのゾーンは、前記第１発光帯域を、前記３つの原色のうちの２つの個別の原色に分離し、前記少なくとも３つの原色ゾーンのうちの第３のゾーンは、前記第２発光帯域を、前記３つの原色のうちの第３の原色として透過させる、
    ことを特徴とするフルカラー・アクティブ・マトリクス有機発光ディスプレイ。
  2. 前記第１および前記第２発光帯域のうちの１つは、有機材料のパターン化されない層によって画定され、前記第１および前記第２発光帯域の他の１つは、前記パターン化されない層上のパターン化された領域によって画定されることを特徴とする請求項１記載のフルカラー・アクティブ・マトリクス有機発光ディスプレイ。
  3. 前記第１発光層は、パターン化されず、かつ、青緑色光を発光するために構築され、また、前記第２発光層は、前記第１発光層上にパターン化され、かつ、赤色光を発光するために構築されることを特徴とする請求項２記載のフルカラー・アクティブ・マトリクス有機発光ディスプレイ。
  4. 前記第１発光層は、パターン化されず、かつ、青色光を発光するために構築され、また、前記第２発光層は、前記第１発光層上にパターン化され、かつ、黄色（緑赤色）光を発光するために構築されることを特徴とする請求項２記載のフルカラー・アクティブ・マトリクス有機発光ディスプレイ。
  5. 前記少なくとも３つの原色ゾーンのうちの前記２つのゾーンは、１組の長波長透過カラー・フィルタおよび短波長透過カラー・フィルタを含むことを特徴とする請求項１記載のフルカラー・アクティブ・マトリクス有機発光ディスプレイ。
  6. 前記有機発光装置のそれぞれによって発光された前記光は、前記３つの原色に第４の色を加えた波長領域を含み、前記カラー・フィルタの各ピクセルは、前記３つの原色のゾーン、および、前記有機発光装置のそれぞれによって発光された前記第４の色に対応する第４の色のゾーンを含むことを特徴とする請求項１記載のフルカラー・アクティブ・マトリクス有機発光ディスプレイ。
  7. 前記カラー・フィルタの各ピクセルの前記第４の色のゾーンは、前記第４の色が直接透過するために構築されることを特徴とする請求項６記載のフルカラー・アクティブ・マトリクス有機発光ディスプレイ。
  8. 前記カラー・フィルタは、前記色のゾーンのそれぞれを囲むブラック・マトリクスを含むことを特徴とする請求項１記載のフルカラー・アクティブ・マトリクス有機発光ディスプレイ。
  9. 前記有機発光装置のアレイの前記有機発光装置のそれぞれは、前記第１発光帯域を発光するために設計された第１発光層、および、前記第１発光層上にパターン化され、かつ、前記第２発光帯域を発光するために設計された第２発光層を含むことを特徴とする請求項１記載のフルカラー・アクティブ・マトリクス有機発光ディスプレイ。
  10. 前記パターン化された第２発光層は、インクジェット印刷、ソリューション・ディスペンシング、転写印刷、オフセット印刷、レーザ誘起熱転写、および接触印刷の１つによって形成された、印刷または塗布された層を含むことを特徴とする請求項９記載のフルカラー・アクティブ・マトリクス有機発光ディスプレイ。
  11. 前記３つの原色は、赤色、緑色、および青色であり、前記第１発光帯域は、約４００ｎｍから６００ｎｍの範囲に広がり、前記第２発光帯域は、約６００ｎｍを超えて広がることを特徴とする請求項９記載のフルカラー・アクティブ・マトリクス有機発光ディスプレイ。
  12. 前記第１発光層は、二重層内の青色および緑色エミッタ、混合形式の青色および緑色エミッタ、および、積層形式の青色および緑色エミッタのうちの１つを含むことを特徴とする請求項９記載のフルカラー・アクティブ・マトリクス有機発光ディスプレイ。
  13. 前記有機発光装置のアレイの前記有機発光装置のそれぞれは、前記第２発光帯域を発光するために設計された第１発光層、および、前記第１発光層上にパターン化され、かつ、前記第１発光帯域を発光するために設計された第２発光層を含むことを特徴とする請求項１記載のフルカラー・アクティブ・マトリクス有機発光ディスプレイ。
  14. 前記３つの原色は、赤色、緑色、および青色であり、前記第２発光帯域は、約４００ｎｍから５００ｎｍの範囲に広がり、前記第１発光帯域は、約５００ｎｍから７００ｎｍの範囲に広がることを特徴とする請求項１３記載のフルカラー・アクティブ・マトリクス有機発光ディスプレイ。
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