JP2003248440A - アクティブマトリクス型表示装置 - Google Patents

アクティブマトリクス型表示装置

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JP2003248440A
JP2003248440A JP2002049612A JP2002049612A JP2003248440A JP 2003248440 A JP2003248440 A JP 2003248440A JP 2002049612 A JP2002049612 A JP 2002049612A JP 2002049612 A JP2002049612 A JP 2002049612A JP 2003248440 A JP2003248440 A JP 2003248440A
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JP
Japan
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pixel
light emitting
display device
contact
electrode
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Application number
JP2002049612A
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English (en)
Inventor
Mitsuki Hishida
光起 菱田
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 画素電極と画素駆動用のTFTのコンタクト
部が非発光領域となる構造の表示装置では、その部分が
暗くなるため、開口率が視覚上落ちる問題があった。 【解決手段】 画素電極と画素駆動用のTFTとのコン
タクト部を複数に分割して設ける。これにより、非発光
領域を1画素内で分散し、且つその領域は小さい面積と
なるので、視覚上、開口率を高めることができる。ま
た、コンタクト部を分散することで、リスク分散により
コンタクト不良も低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アクティブマトリ
クス型表示装置に係り、特に視覚上の開口率を高めるア
クティブマトリクス型表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、エレクトロルミネッセンス(Elec
tro Luminescence:以下、「EL」と称する。)素子を
用いたEL表示装置が、CRTやLCDに代わる表示装
置として注目されており、例えば、そのEL素子を駆動
させるスイッチング素子として薄膜トランジスタ(Thin
Film Transistor:以下、「TFT」と称する。)を備
えたEL表示装置の研究開発も進められている。
【0003】ところで、有機EL表示装置の駆動方式と
しては、単純マトリクスのパッシブ型とTFTを使用す
るアクティブマトリクス型の2種類があり、アクティブ
マトリクス型においては一般に図6に示す回路構成が用
いられている。
【0004】図6は、1画素当たりの回路構成を示して
おり、有機EL素子70と、ドレインに表示信号Dataが
印加され、ゲートに印加される選択信号Scanによりオン
オフするスイッチング用の第1のTFT71と、TFT
71のオン時に供給される表示信号Dataにより充電さ
れ、TFT71のオフ時には充電電圧Vhを保持するコ
ンデンサ72と、ドレインが駆動電源電圧COMに接続さ
れ、ソースが有機EL素子70の陽極に接続されると共
に、ゲートにコンデンサ72からの保持電圧Vhが供給
されることにより有機EL素子70を駆動する第2のT
FT73とによって構成されている。
【0005】選択信号Scanは、選択された1水平走査期
間(1H)中Hレベルになり、これによってTFT71
がオンすると、表示信号Dataがコンデンサ72の一端に
供給され、表示信号Dataに応じた電圧Vhがコンデンサ
72に充電される。この電圧Vhは、ScanがLレベルに
なってTFT71がオフになっても、1垂直走査(1
V)期間コンデンサ72に保持され続ける。そして、こ
の電圧VhがTFT73のゲートに供給されているの
で、電圧Vhに応じた輝度でEL素子が発光するように
制御される。
【0006】そこで、このようなアクティブマトリクス
型のEL表示装置において、カラー表示を実現する従来
構成について、以下説明する。
【0007】図7は従来構成を示す平面図であり、RG
Bの3画素を示している。図8は図7におけるC−C線
に沿った断面図である。
【0008】図において、51は表示信号DATAを供給す
るドレインライン、52は電源電圧COMを供給する電源
ライン、53は選択信号Scanを供給するゲートラインで
あり、54が図6の第1のTFT71、55が図6のコ
ンデンサ72、56が図6の第2のTFT73、57が
画素電極を構成するEL素子70の陽極を表している。
【0009】図8には、第2のTFT56の構造を説明
する。透明なガラス基板10上に能動層46となるポリ
シリコン薄膜を成膜し、その上にゲート絶縁膜47を成
膜する。次にゲート絶縁膜47の上に、クロムのゲート
電極45を形成しこれを層間絶縁膜44で覆った上に電
源ライン52を形成する。層間絶縁膜44、ゲート絶縁
膜47にはコンタクトホールを設け、コンタクト部C2
により、電源ライン52とTFT56の能動層46(ド
レイン領域46d)とがコンタクトする。陽極60は、
第1平坦化膜PLN1上に各画素毎に分離して形成さ
れ、第1平坦化膜PLN1に設けられた第2のコンタク
ト部C3bにより配線層58と接続し、配線層58は層
間絶縁膜44に設けられた第1のコンタクト部C3aに
より第2のTFT56の能動層46(ソース領域46
s)とコンタクトする。第2平坦化膜PLN2は、陽極
60のエッジによりEL素子がダメージを受けるのを保
護するために、少なくとも陽極60のエッジおよびコン
タクト部C3bを覆って設けられる。
【0010】陽極60上には、ホール輸送層61、発光
層62、電子輸送層63、陰極64が順に積層されるこ
とにより、EL素子が形成されている。そして、陽極6
0から注入されたホールと陰極64から注入された電子
とが発光層62の内部で再結合することにより光が放た
れ、この光が図8の矢印で示すように透明な陽極側から
外部へ放射される。また、発光層62はRGB毎に異な
る発光材料を使用することにより、RGBの各光が各E
L素子から発光される。陰極64は、各画素に共通の電
圧を印加するので、各画素にわたって延在している。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】従来のボトムエミッシ
ョン型のEL表示装置の構造においては、陽極60と、
第2のTFT56とは、配線層58を介して第1平坦化
膜PLN1のコンタクト部C3bおよび層間絶縁膜44
のコンタクト部C3aで接続している。これらの部分は
上記した構造によれば、EL素子を保護する第2平坦化
膜PLN2が覆っていることから、発光層62自体が設
けられず、非発光領域となる。ここで、第1および第2
コンタクト部C3a、C3bは必ず対で形成され、共に
非発光領域となるので、以下総称してコンタクト部C3
と称する。また、第2平坦化膜が設けられず、発光層6
2が陽極60のコンタクトC3上を覆って陽極60とほ
ぼ重畳して設けられる構造も採用されるが、図8の矢印
のように発光するため、第2のTFT56とのコンタク
ト部が影になる。つまり、いずれにしてもボトムエミッ
ション型EL表示装置の場合、図9に示す如くコンタク
ト部は非発光部となっていた。。
【0012】この非発光部、つまり陽極60と第2のT
FT56とのコンタクト部C3が1画素の面積に対して
相対的に大きいと、実際に発光させた場合に図9波線で
示すように見え、コンタクト部C3が暗くなってしまう
ために視覚上の開口率が落ちる問題があった。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題に
鑑みてなされ、第1に、画素毎に独立した画素電極と、
前記個々の画素電極に接続され、前記画素の表示または
非表示を制御するスイッチング素子とを有するアクティ
ブマトリクス型表示装置において、前記画素電極と前記
スイッチング素子とのコンタクト部を複数個に分割して
設けることにより解決するものである。
【0014】また、前記複数のコンタクト部は1つの画
素電極内で所定の距離で離間して設けることを特徴とす
るものである。
【0015】また、前記複数のコンタクト部は、1画素
内におけるコンタクト部の総面積で前記スイッチング素
子を十分駆動できる程度に小さく設けられることを特徴
とするものである。
【0016】第2に、基板上方に設けられ画素毎に独立
した第1の電極と、該第1の電極上に設けられた発光素
子層と、該発光素子層上に設けられた第2の電極と、前
記第1の電極とコンタクトし前記発光素子層を駆動する
薄膜トランジスタとを有するアクティブマトリクス型表
示装置において、前記画素毎に、前記第1の電極と前記
薄膜トランジスタとのコンタクト部を複数個に分割して
設けることにより解決するものである。
【0017】また、前記複数のコンタクト部は、前記第
1の電極内で所定の距離で離間して設けることを特徴と
するものである。
【0018】また、前記複数のコンタクト部は、1画素
内におけるコンタクト部の総面積で前記スイッチング素
子を十分駆動できる程度に小さく設けられることを特徴
とするものである。
【0019】つまり、透明電極と第2のTFTとのコン
タクト部の面積を従来よりも縮小し、1つの画素内で複
数設けることにより、非発光部分を分散できる。また、
コンタクト部の大きさと、それぞれの離間距離を所定の
値にすることにより、画素全体が発光するように見え、
視覚上の開口率を高めることができる。
【0020】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図1
から図5を参照して詳細に説明する。
【0021】図1は、本発明によるボトムエミッション
型カラーEL表示装置の一実施形態を示す平面図であ
り、RGBの3画素分を示している。また、図2は図1
におけるA−A線に沿った断面図であり、図3は、B−
B線に沿った断面図である。
【0022】各画素の駆動回路は、図6に示す回路と全
く同一であるので、説明は省略する。
【0023】図1に示すように、表示信号DATAを供給す
るドレインライン1と選択信号Scanを供給するゲートラ
イン3とに囲まれた領域に表示画素が形成されている。
また、2は電源電圧COMを供給する電源ラインである。
ドレインライン1および電源ライン2はアルミニウムよ
りなり、ゲートライン3はクロムよりなる。
【0024】また、4が図6の第1のTFT71、5が
図6のコンデンサ72、6が図6の第2のTFT73、
そして、7がITOより成り画素電極を構成するEL素
子70の陽極を表している。
【0025】ドレイン、ゲート両ラインの交点付近には
スイッチング素子である第1のTFT4が備えられてお
り、その第1のTFT4のソース12sはコンデンサ5
の容量電極を兼ねるとともに、有機EL素子を駆動する
第2のTFT6のゲート15に接続されている。第2の
TFT6のソース16sは有機EL素子の陽極20に接
続され、他方のドレイン16dは有機EL素子を駆動す
る電源ライン2に接続されている。
【0026】次に図2を用いて、第1のTFT4の構造
を説明する。透明なガラス基板10上に第1の能動層1
2となるポリシリコン薄膜を成膜し、その上にゲート絶
縁膜7を成膜する。次にゲート絶縁膜7の上にクロムの
第1のゲート電極11を形成し、これを層間絶縁膜14
で覆った上にドレインライン1を形成する。更に、第1
の平坦化絶縁膜PLN1、第2の平坦化膜PLN2を積
層する。また、第1のTFT4の付近には、保持容量電
極5aが配置されている。この保持容量電極5aはクロ
ム等から成っており、ゲート絶縁膜7を介して第1のT
FT4のソース12sと接続された容量電極5bとの間
で電荷を蓄積してコンデンサ5を成している。このコン
デンサ5は、第2のTFT6のゲート15に印加される
電圧を保持するために設けられている。ドレインライン
1はコンタクト部C10により第1のTFT4の能動層
12とコンタクトする。
【0027】次に、図3に第2のTFT6の構造を説明
する。まず図3(a)を参照して、透明なガラス基板1
0上に第2の能動層16となるポリシリコン薄膜を成膜
し、その上にゲート絶縁膜7を成膜する。次にゲート絶
縁膜7の上にクロムの第2のゲート電極15を形成し、
これを層間絶縁膜14で覆った上に電源ライン2を形成
する。また、コンタクト部C20により、電源ライン2
と第2のTFT6の能動層16(ドレイン領域16d)
とがコンタクトする。
【0028】層間絶縁膜上には配線層18を設け、第1
のコンタクト部C32aにより第2のTFT4の能動層
16とコンタクトさせる。配線層18は、ソース領域1
6sとの接続領域からEL素子の形成領域まで形成され
る。
【0029】更に約1〜3μmの第1の平坦化膜PLN
1が全面に形成されている。この平坦化膜PLN1は、
後述する平坦化膜PLN2と共に表面を平坦にする。そ
の理由は、有機EL用の膜にある。この膜は、非常に薄
い有機層の積層体である。またEL素子は、電流駆動で
あるため、これらの膜厚が極めて均一に形成されない
と、膜厚の薄い部分に集中して電流が大量に流れ、その
部分にひときわ輝く輝点が発生すると同時に、有機膜の
劣化を発生し、最悪の場合破壊に至る。従って、この破
壊を防止するには、陽極20を含む全面ができるだけ平
坦である必要があり、ここでは一例としてアクリル膜を
採用している。
【0030】配線層18上は第1の平坦化膜PLN1で
覆われ、第1のコンタクトC32aとずらした平坦な部
分に第2のコンタクトC32bを設ける。ITOにて成
る陽極20は第1の平坦化膜PLN1上に形成する。つ
まり、陽極20は、配線層18を介して第2コンタクト
C32bおよびC32aによって第2のTFTの能動層
16(ソース領域16s)とコンタクトする。
【0031】更に、陽極20が形成された上には、第2
の平坦化膜PLN2が形成される。これは、陽極20の
エッジによるEL素子の劣化を抑制するため、少なくと
も陽極のエッジおよびコンタクト部C32bを覆って設
けられる。ここも第1の平坦化膜PLN1と同様に、ア
クリル膜が採用される。
【0032】陽極20は第1平坦化膜PLN1上に各画
素毎に分離して形成されており、陽極20に対応する第
2の平坦化膜PLN2が取り除かれ、その上にはEL素
子が形成されている。EL素子は、ホール輸送層21が
全面に形成され、発光層22、電子輸送層23が各画素
毎に分離して形成され、陰極24が全面に形成されて、
この順に積層されることにより、EL素子が形成されて
いる。そして、陽極20から注入されたホールと陰極2
4から注入された電子とが発光層22の内部で再結合す
ることにより光が放たれ、この光が矢印で示すように透
明な陽極側から外部へ放射される。また、発光層22は
コンタクト部を除き、陽極20とほぼ同様の形状に画素
毎に分離して形成され、更にRGB毎に異なる発光材料
を使用することにより、RGBの各光が各EL素子から
発光される。
【0033】ここで、ホール輸送層21、電子輸送層2
3、陰極24の材料として、例えば、MTDATA,Alq3,Mg
In合金が用いられ、また、R、G、Bの各々の発光層2
2としては、DCM系をドーパントとして含むAlq、キナク
リドンをドーパントとして含むAlq、ジスチリルアリー
レン系をドーパントとして含むDPVBi系を使用してい
る。
【0034】本実施形態において、ホール輸送層21は
各画素にわたって延在して形成され、電子輸送層23は
画素毎に形成されている。発光層22は、ここに流れる
電流によって発光する。発光層22は各画素毎に異なる
色を発光するように形成される必要があるので、各画素
毎に独立して設けられているが、ホール輸送層21と電
子輸送層23は各画素毎に独立していても、複数画素に
わたって延在していても、その動作上、大きな差違はな
い。
【0035】図からも明らかなように、第2の平坦化膜
PLN2は第1コンタクト部C32a、C32bを共に
覆っており、発光層22は形成されないため、この部分
は非発光領域となる。第1および第2コンタクト部C3
2a、C32bは必ず対で形成され、共に非発光領域と
なるので、以下総称してコンタクト部C32と称する。
【0036】本発明に於いては、図1に示す如く、この
コンタクト部を分散してC31(C31a、C31
b)、C32、C33(C33a、C33b)の3箇所
に設ける。
【0037】また、図3(b)には、第2の平坦化膜P
LN2を設けない断面構造を示す。平面図は図1と同じ
である。前述の如く、陽極20となるITOのエッジに
よるEL素子の劣化を防ぐために第2平坦化膜PLN2
が設けられるが、この膜は省略しても良い。この場合、
EL素子は図の如く陽極20と第2のTFT6のコンタ
クト部C31b〜C33bも覆って設けられる。
【0038】本発明の特徴は、陽極20と第2のTFT
6とのコンタクト部を、複数に分割し、各コンタクト面
積を小さく、所定の距離を置いて配置することにある。
【0039】図1に示すコンタクト部C31〜C33
は、1画素の陽極内で複数設けられ、従来と比較して微
小な面積となっている。具体的には、従来は1箇所のコ
ンタクト部で1発光素子を駆動しており、所定の面積を
有している。本発明の実施の形態によれば、コンタクト
部を複数にほぼ等分割して個々のコンタクト部を従来と
比較して微小な面積としている。コンタクト部の電気抵
抗はコンタクトサイズが大きいほど低くなる。本実施形
態のコンタクト各々は、電気抵抗が高く、発光層に十分
な電流を供給できない。しかし、微小なコンタクトを複
数設けることで、それらのトータルで十分な電流供給能
力を有し、1つの発光素子を駆動できる。また、分離し
たコンタクト同士が近接していると、結局暗く見えてし
まうので、20μm〜30μm離間して設ける。このよ
うに、各コンタクト部は互いになるべく離間することが
望ましい。尚、図1ではコンタクト3箇所に設けている
が、この数に限らず、複数設けられれば良い。
【0040】本実施形態では、前述したように、第2平
坦化膜PLN2がコンタクト上を覆うため、コンタクト
上には発光層が形成されず非発光部分となる。また、図
3(b)の如く第2平坦化膜PLN2がなく、コンタク
ト部C32b上を覆って発光層22が形成される場合に
ついては、矢印の方向に発光するため、コンタクト部分
が影となり、同じく非発光部分となる。
【0041】しかし、本発明によれば、コンタクト部分
を小さく複数個に分割し、1つの画素内で所定の距離で
離間して設けることにより、非発光部分も小さく且つ分
散させることができる。これにより、図4に示す如く、
非発光部分が目立たなくなる。
【0042】すなわち、従来のように非発光部分が大き
く目立つものと比較して、非発光部分を分散させること
により目立たなくするもので、視覚上の開口率を高める
ことができるものである。本実施形態では、コンタクト
を3つに分散し、個々のコンタクト面積は従来に比較し
て1/3となっている。このコンタクト1つだけでは、
発光層を最大輝度の60%までしか発光させることがで
きないが、そのコンタクトを3つ配置することで、発光
層を100%の輝度で発光させ、且つ低抵抗とすること
ができる。
【0043】また、本実施形態において、3つのコンタ
クトのうち1つが不良となっても残り2つのコンタクト
を合わせると100%発光させることができるので歩留
まりも向上する。
【0044】ここで、本発明は、非発光部分を分散する
ことに特徴があり、コンタクト部の面積、数、離間距離
は画素の面積に対して適宜定められればよい。例えば、
発光領域が充分に大きい場合は、図4に示したように任
意の位置に等間隔で配置する。発光領域が充分に大きく
ない場合は、例えば画素が四角形状であれば角部近くに
配置するといったように各コンタクト同士の間隔をでき
るだけ大きく確保すると良い。更には画素毎の総面積で
第2のTFT6が駆動するに十分な面積があればよく、
当然ながらそれ以上の面積でも良い。例えば、n個のコ
ンタクトを配置する場合、1つのコンタクトは通常の駆
動電圧で少なくとも最大輝度を発光するために必要な電
流の1/(n−1)だけ供給できる面積以上としておく
と、コンタクトの1つが不良となっても100%の輝度
で発光させることができる。この場合3個又は5個が最
適である。このように、本発明によれば、コンタクトを
複数個所に分散して設けることにより、リスク分散によ
りコンタクト不良が低減する利点も有する。
【0045】以上、ボトムエミッション型構造で説明し
てきたが、本発明は、トップエミッション型構造にも採
用でき、第2の実施の形態として以下に説明する。
【0046】ボトムエミッション型構造と、トップエミ
ッション型構造の本質的な違いは、陰極が極めて薄い金
属膜とITOやIZO等の透明電極との積層である点だ
けであり、トップエミッション型構造の平面パターン、
および第1のTFT部の断面図は、ボトムエミッション
型構造と実質同じであるので図1、図2を代用する。ま
た図1のB−B線に対応する断面図を図5に示した。こ
れよりトップエミッション型の図面は、符号の下二桁を
前実施の形態と同じ数字にしている。
【0047】簡単に説明すれば、ボトムエミッション型
構造のEL素子部分の積層順を入れ替えた構造である。
すなわち、最下層が陰極124となり、その上に電子輸
送層123、発光層122、ホール輸送層121を積層
し、最上層にITOおよびAg/Mgからなる陽極12
0が設けられる。
【0048】トップエミッション型の場合には、矢印の
方向に発光する。特に図5の如く第2平坦化膜がある場
合は、コンタクト部C131〜C133に発光層122
が形成されないため、ボトムエミッション型と同様に、
コンタクト部分が非発光部分となる。
【0049】したがって、上述の構造を適用すること
で、非発光部分を小さく、且つ分散し視覚上の開口率を
高めることができる。
【0050】尚、第2の実施の形態において、第2平坦
化膜を省略した構造の場合は、コンタクト上を覆って発
光層122が形成されるため非発光部分はなくなる。し
かしいずれの場合もコンタクト部を分散することでリス
ク分散によりコンタクト不良を低減する利点を有する。
【0051】ここで、上述の2つの実施の形態において
は、半導体膜としてp−Si膜を用いたが、微結晶シリ
コン膜又は非晶質シリコン膜等の半導体膜を用いても良
い。またシングルゲート型で説明したがダブルゲート型
TFTでも良い。
【0052】また、上記のTFTはボトムゲート構造に
より説明したが、トップゲート構造でも実施できる。
【0053】更に、上述の実施の形態においては、有機
EL表示装置について説明したが、本発明はそれに限定
されるものではなく、発光層が無機材料から成る無機E
L表示装置にも適用が可能であり、同様の効果が得られ
る。
【0054】
【発明の効果】本発明によれば、第1に視覚上の開口率
を向上させることができる。画素電極である陽極とEL
素子を駆動するTFTのコンタクト部分が非発光領域と
なる場合に、非発光領域が1画素に比べて相対的に大き
いと、開口率が視覚上、落ちることになる。しかし、本
発明の如くコンタクト部を複数個に分割し、非発光領域
を分散することで画素全体が発光するように見え、開口
率を視覚上高めることができる。
【0055】第2に、コンタクト部を分散させること
で、リスク分散により画素全体のコンタクト不良を低減
できる利点も有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を説明するための平面図である。
【図2】本発明を説明するための断面図である。
【図3】本発明を説明するための断面図である。
【図4】本発明を説明するための平面図である。
【図5】本発明を説明するための断面図である。
【図6】従来技術を説明するための回路図である。
【図7】従来技術を説明するための平面図である。
【図8】従来技術を説明するための断面図である。
【図9】従来技術を説明するための平面図である。
フロントページの続き Fターム(参考) 3K007 AB03 AB17 DB03 GA00 5C094 AA03 BA03 BA29 CA19 DA13 FA01 HA08 5F110 AA26 BB01 CC01 CC07 DD02 EE04 EE28 GG02 GG13 GG14 GG15 HM18 NN03 NN27 NN72 NN73 QQ19

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 画素毎に独立した画素電極と、前記個々
    の画素電極に接続され、前記画素の表示または非表示を
    制御するスイッチング素子とを有するアクティブマトリ
    クス型表示装置において、 前記画素電極と前記スイッチング素子とのコンタクト部
    を複数個に分割して設けることを特徴とするアクティブ
    マトリクス型表示装置。
  2. 【請求項2】 前記複数のコンタクト部は1つの画素電
    極内で所定の距離で離間して設けることを特徴とする請
    求項1に記載のアクティブマトリクス型表示装置。
  3. 【請求項3】 前記複数のコンタクト部は、1画素内に
    おけるコンタクト部の総面積で前記スイッチング素子を
    十分駆動できる程度に小さく設けられることを特徴とす
    る請求項1に記載のアクティブマトリクス型表示装置。
  4. 【請求項4】 基板上方に設けられ画素毎に独立した第
    1の電極と、該第1の電極上に設けられた発光素子層
    と、該発光素子層上に設けられた第2の電極と、前記第
    1の電極とコンタクトし前記発光素子層を駆動する薄膜
    トランジスタとを有するアクティブマトリクス型表示装
    置において、 前記画素毎に、前記第1の電極と前記薄膜トランジスタ
    とのコンタクト部を複数個に分割して設けることを特徴
    とするアクティブマトリクス型表示装置。
  5. 【請求項5】 前記複数のコンタクト部は、前記第1の
    電極内で所定の距離で離間して設けることを特徴とする
    請求項4に記載のアクティブマトリクス型表示装置。
  6. 【請求項6】 前記複数のコンタクト部は、1画素内に
    おけるコンタクト部の総面積で前記スイッチング素子を
    十分駆動できる程度に小さく設けられることを特徴とす
    る請求項4に記載のアクティブマトリクス型表示装置。
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