JP2002207451A - 有機ｌｅｄディスプレイおよびその駆動方法 - Google Patents

有機ｌｅｄディスプレイおよびその駆動方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】従来駆動法によるＯＬＥＤ画像表示装置におい
て、簡単な構成で高信頼な駆動を実現する方法が求めら
れていた。 【解決手段】ＯＬＥＤ画像表示素子において、１画素に
１スイッチトランジスタを設け、スイッチトランジスタ
のオフ期間にＯＬＥＤに逆バイアスを印加する駆動方法
とした。上記駆動方法により、簡便な構造で高信頼，高
画質なアクティブマトリクスＯＬＥＤ画像表示装置を実
現できた。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、有機半導体膜など
の発光薄膜に駆動電流を流すことによって発光させるＥ
Ｌ（エレクトロルミネッセンス）素子またはＬＥＤ（発
光ダイオード）素子などの発光素子と、この発光素子の
発光動作を制御する薄膜トランジスタとを用いたアクテ
ィブマトリクス型の表示装置に係る。
【０００２】
【従来の技術】近年、高度情報化社間の到来に伴い、パ
ーソナルコンピュータ，携帯情報端末，情報通信機器あ
るいはこれらの複合製品の需要が増大している。これら
の製品には、薄型，軽量のディスプレイが好適であり、
液晶表示装置あるいは自発光型のＥＬ素子またはＬＥＤ
素子などによる表示装置が用いられている。後者の自発
光型の表示装置には、視認性がよいこと，視角特性が広
いこと，高速応答で動画表示に適することなどの特徴が
あり、今後、情報通信分野でますます重要になることが
予想されている。実際、近年の有機物を発光層とする有
機ＥＬ素子または有機ＬＥＤ素子（以下ではこれらを総
称してＯＬＥＤと呼ぶ）の発光効率の急速な向上と、映
像通信を可能にするネットワーク技術の進展との２つが
あいまって、ＯＬＥＤディスプレイへの期待は、高まる
ばかりである。
【０００３】従来技術によるＯＬＥＤディスプレイの例
が、Pioneer R＆D Ｖol.８，Ｎo.３，pp.４１−４９に
記載されている。これによれば、図６(ａ）に示される
ように、縦方向にｎ本の陽極６１を横方向にｍ本の陰極
６２を各交点にＯＬＥＤを配置し、画素Ｐ１１，…，Ｐ
ｍｎを設けた単純マトリクスであり、陰極線１本ごとに
各陽極線を定電流源６３で駆動し、各陰極線を線順次走
査する時分割駆動をしたものである。各画素は、図６
（ｂ）の等価回路で表され、ＯＬＥＤ６４と並列に寄生
容量６５が付随する。この寄生容量６５は、０.３mm□
で２０ｐＦ程度と大きく、上記のような高速性を必要と
する時分割駆動で所望の画質を得るためには、この寄生
容量への電荷の充放電を考慮にいれた駆動波形を工夫す
る必要がある。実際、上記従来例では、一旦全電極を接
地するなどのタイミングを設けた複雑な駆動方式となっ
ている。
【０００４】上記単純マトリクスにかわり、各画素にＴ
ＦＴを設けたアクティブマトリクス駆動も検討されてき
ている。ＯＬＥＤディスプレイをアクティブマトリクス
構造として作製し駆動する技術は、例えば特開平８−２
４１０４８号公報および該出願の優先権出願のひとつで
ある米国特許公報ＵＳＰ5550066 号、および駆動電圧関
係についてより詳細に記述された国際特許公報ＷＯ９８
／３６４０７号などに開示されている。これによる、ア
クティブマトリクス方式ＯＬＥＤディスプレイの典型的
な画素は、図７に示すように、少なくとも２つのＴＦＴ
スイッチトランジスタＴｓｗ７３及びドライバトランジ
スタＴｄｒ７４と１つの蓄積容器７５で構成されるアク
ティブ素子駆動回路によりＯＬＥＤ７６の発光輝度を制
御するものである。具体的には、スイッチングトランジ
スタ７３を介して蓄積容量７５に蓄えられた電圧がドラ
イバトランジスタ７４のゲート電圧を規定し、これによ
り定まる電流でＯＬＥＤ７６を駆動するものである。し
かしならがら、現実には、ドライバトランジスタのしき
い値や電荷移動度の不均一性により、表示画質の不均一
性が生じるなどの課題があった。
【０００５】上記２つの課題をクリアする可能性のある
ものとして、図８に示すように、１画素に１トランジス
タを設けて駆動するアクティブマトリクス方式が、特開
平４−１２５６８３号公報に記されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術に開示さ
れる１画素１トランジスタ方式では、簡単な画素構造と
駆動方法で、均一な表示特性を実現することが可能であ
る。しかしながら、画素の発光時間は単純マトリクス方
式と同等であり、電流値を大きくせねばならない。この
ような状況では、素子の信頼性を確保する手段が必要で
あるが、有効な技術が開示されていなかった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明では、各画素に単
一のスイッチトランジスタを設け、パネルの外部に定電
流源を接続して駆動するＯＬＥＤディスプレイにおい
て、高電流をＯＬＥＤに流すことによる輝度特性劣化を
小さくするために、スイッチトランジスタ導通時に、Ｏ
ＬＥＤに逆バイアスが印加される電圧スキームとし、こ
の逆バイアスがスイッチトランジスタ非導通時に保持さ
れる駆動波形としたものである。さらにまた、ＯＬＥＤ
に流れる瞬時電流レベルを小さくするために、蓄積容量
の片側の電極にランプ波や方形波を印加して、スイッチ
トランジスタ非導通時にも発光に寄与する電流を流す駆
動波形としたものである。
【０００８】本出願の一つの実施態様によれば基板上
に、複数のゲート線と、該複数のゲート線に交差する複
数のデータ線と、ゲート線とデータ線とを有し、複数の
ゲート線と、複数のデータ線により画素を構成し、それ
ぞれの画素には、ゲート線を介してゲート走査信号が供
給される薄膜トランジスタと、薄膜トランジスタが導通
状態になるのに同期して、データ線から供給されるデー
タ信号に応じ、それぞれの画素ごとに形成された画素電
極と画素電極に対向する対向電極との間に流れる駆動電
流によって発光する発光素子を有機ＬＥＤディスプレイ
で、発光素子は、有機ＬＥＤ素子からなり、薄膜トラン
ジスタが非導通状態にある期間の少なくとも一部には、
有機ＬＥＤ素子は非発光状態にあるとともに、発光時の
極性とは逆のバイアスが印加されるというものである。
【０００９】本出願の一つの実施態様によれば基板上
に、複数のゲート線と、複数のゲート線に交差する複数
のデータ線と、ゲート線とデータ線とを有し、複数のゲ
ート線と複数のデータ線により複数の画素を構成し、そ
れぞれの画素，ゲート線を介してゲート走査信号が供給
される薄膜トランジスタと、薄膜トランジスタが導通状
態になるのに同期して、データ線から供給されるデータ
信号に応じ、それぞれの画素ごとに形成された画素電極
と該画素電極に対向する対向電極との間に流れる駆動電
流によって発光する発光素子を具備する有機ＬＥＤディ
スプレイで、発光素子は有機ＬＥＤ素子であり、有機Ｌ
ＥＤ素子と並列に蓄積容量が形成され、蓄積容量の電極
は行ごとに共通電極に接続され、共通電極は、有機ＬＥ
Ｄ素子の共通電極とは別の電源に接続され、薄膜トラン
ジスタが非導通状態にある期間の少なくとも一部には、
有機ＬＥＤ素子は非発光状態にあるとともに、発光時の
極性とは逆のバイアスが印加されるというものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】（実施の形態１）図面を参照し
て、本発明の実施の形態を説明する。以下では、最初に
画像表示装置の全体構成について記し、次に本発明にか
かる駆動方法について述べる。
【００１１】図１は、画像表示装置１の全体のレイアウ
トを模式的に示すブロック図である。画像表示装置１に
おいては、基板５のほぼ中央部が表示部２になる。表示
部２の上側には、データ線６に対して画像信号を出力す
るデータ駆動回路３、左側にはゲート線７に対して走査
信号を出力する走査駆動回路４が設置されている。ゲー
ト線７はｍ本、データ線６はｎ本でｍ行ｎ列のマストリ
クスが組まれている。表示部２の各画素においては、ｎ
チャネル型のスイッチトランジスタ８とＯＬＥＤ９が形
成されている。トランジスタとしては、薄膜プロセスで
形成される多結晶シリコン薄膜トランジスタを用いる。
スイッチトランジスタのドレインはデータ線６に接続さ
れ、ソースはＯＬＥＤ９の陽極１３に接続されている。
ＯＬＥＤ９の陰極は各画素共通の電極１０となってい
る。図２は、ゲート線７−１に印加するパルス波形ＶＧ
１と、データ線６−１に印加するパルス波形ＶＤ１と、
１行１列の画素におけるＯＬＥＤの陽極１３−１１の電
圧変化とを、ＯＬＥＤの共通電極１０との関係で示して
ある。
【００１２】時刻ｔ＝ｔ０にゲート走査信号によってス
イッチトランジスタ８−１１がオン状態になると、これ
に同期してデータ線に印加されるデータ信号が、スイッ
チトランジスタ８−１１を介してＯＬＥＤ９−１１に流
れ込む。一般のデータ信号ｄ１の値に対して、ゲート走
査信号の値は、少なくともＶＧＨ−Ｖｔｈ＞ｄ１を満た
すものであれば、ＯＬＥＤへの電流注入はスムーズに行
われる。ここにＶthは、スイッチトランジスタ８−１１
のしきい値電圧である。次に、時刻ｔ＝ｔ１にスイッチ
トランジスタがオン状態にあるときに、データ線６−１
１の信号電位はＶＤＬまで引き下げられる。しかる後、
ｔ＝ｔ２でスイッチトランジスタはオフされる。ここで
はデータ線６−１のみを示したが、駆動はいわゆる線順
次方式であり、上記タイミングで、データ線６−２，
…，６−ｎにも画像に応じたデータ信号が印加され１行
分のデータ信号が書き込まれる。陽極１３−１１の電位
は、ほぼデータ信号波形に追随して変化し、共通電極１
０の電位ＶＯＬとの電位差でＯＬＥＤにダイオード順方
向電流が流れ発光する。
【００１３】上記駆動波形において、ＶＤＬ＜ＶＯＬと
設定することが本発明の特徴である。これにより、非発
光期間中にＯＬＥＤには逆バイアスが印加される。この
逆バイアス印加状態は、スイッチトランジスタがオフ状
態であるかぎりにおいて良好に保たれる。ｎチャネル型
のスイッチトランジスタの場合、好ましくは、ＶＤＬ＞
ＶＧＬの関係が満たされればよい。
【００１４】ゲート走査線の数はｍ本であるので、フレ
ーム期間をＴｆとすると、一本のゲート線に走査信号が
印加される時間（ｔ２−ｔ０）は、最大Ｔｆ／ｍとな
る。逆電圧印加に要する時間（ｔ２−ｔ１）としては、
スイッチトランジスタが１０ｋΩ程度以下のローインピ
ーダンス状態に保たれるので１μ秒程度で十分である。
したがって、ｍを１０００本，Ｔｆ＝１６ｍｓとして
も、ｔ２−ｔ０＝１６μ秒となり、発光期間縮小への影
響は極力小さくすることが出来る。
【００１５】以上、本発明の実施の形態によれば、１画
素１トランジスタという簡便なOLEDディスプレイにおい
て、画質劣化の少ない高信頼性のＯＬＥＤディスプレイ
を実現するという効果が得られる。 （実施の形態２）本発明の第２の実施の形態について説
明する。図３は、図１と同様、画像表示装置１の全体の
レイアウトを模式的に示すブロック図である。各画素に
電荷蓄積容量１１を設けてあることが図１との相異点で
ある。電荷蓄積容量の片方の電極は行毎にたばねた配線
１２とし、配線１２とＯＬＥＤの共通電極１０とは異な
らせてある。この画像表示装置の駆動電圧のタイミング
を示したのが図４である。ゲート線７−１に印加される
電圧ＶＧ１，データ線６−１に印加される電圧ＶＤ１に
ついては、本実施の形態では、逆バイアス印加のタイミ
ングが不要である。この選択期間中に、蓄積容量１１−
１１の電極１２−１と反対側の電位はｄ１まで上昇す
る。ＯＬＥＤの共通電極１０の電位ＶＯＬに対して、ｄ
１−ＶＯＬがＯＬＥＤのしきい値電圧ＶｔｈＯＬより小
さくなるように設定する。次に、スイッチングトランジ
スタがオフされた後に、配線１２−１の電位に方形波を
加える。その振幅、Ｖ０＝（Ｖ１２Ｈ−Ｖ１２Ｌ）はＶ
ｔｈＯＬの値程度でよい。これにより、蓄積容量１１に
蓄えられた電荷がＯＬＥＤ９−１１を流れ、ＯＬＥＤは
発光する。蓄積容量Ｃｓ１１の値としては、ＯＬＥＤの
ダイオード寄生容量の８倍から２０倍程度で、１０ｃｄ
／ｍ2 以上の画面輝度が得られる。誘電体材料として
は、Ａｌ2Ｏ3，Ｔａ2Ｏ5などを用いればよい。この場合
の方形波のパルス幅すなわち発光期間は、実施例の形態
１に示したＴｆ／ｍより十分大きくできるので瞬時電流
を小さくすることが可能である。例えば、発光期間がＴ
ｆ／４程度にすることも可能である。
【００１６】発光が終わった後の配線１２の電位につき
Ｖ１２Ｌ＞ＶＯＬとすることにより、ＯＬＥＤには逆バ
イアスが印加される。この場合もスイッチトランジスタ
のオフ状態を保つためには、Ｖ１２Ｌ＞ＶＧＬとすれば
よいことはいうまでもない。 （実施の形態３）本発明の第３の実施の形態について説
明する。画素の基本構成は、図３に示した実施の形態２
と同じである。本実施の形態では、配線１２に印加する
電圧が方形波ではなく、図５に記すようなランプ波であ
ることが特徴である。この場合もＶ１２Ｌ＞ＶＯＬ，Ｖ
１２Ｌ＞ＶＧＬを満たすことにより良好な駆動条件が保
たれる。
【００１７】さて、本実施の形態固有の効果は、発光の
時間変化を小さくできることである。実施の形態２のよ
うな方形波であると、時間経過に伴い次第にＯＬＥＤを
流れる電流が小さくなるが、ランプ波により一定の変位
電流をＯＬＥＤ容量に流し込むことができるので、ＯＬ
ＥＤ両端の電位差を一定にたもつことが出来る。
【００１８】以上、本発明の実施の形態を説明してきた
が、本発明は上記実施の形態に限定されるものではな
い。例えば、上記実施の形態では、ＯＬＥＤの陽極とス
イッチトランジスタを接続する例を示したが、ＯＬＥＤ
の陰極と接続する場合であっても本発明による駆動方法
は有効である。また、スイッチトランジスタのチャネル
導電型は、ｐチャネルであっても有効であることはいう
までもない。
【００１９】以上述べてきたように、本発明によるＯＬ
ＥＤ表示装置によれば、複数のゲート線と、複数のデー
タ線とこれらの交点に対応してマトリクス状に配置され
た画素に、１個のＴＦＴとＯＬＥＤを少なくとも含む画
素表示装置における駆動方法において、非発光時に逆バ
イアスを印加することにより、高信頼性の表示装置を実
現できた。
【００２０】
【発明の効果】本発明によれば、信頼性に優れた有機Ｌ
ＥＤディスプレイ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＯＬＥＤ画像表示装置の模式図で
ある。
【図２】本発明によるＯＬＥＤ画像表示装置の駆動を説
明する図である。
【図３】本発明の別の実施の形態を説明するための模式
図である。
【図４】図３の駆動を説明するための図である。
【図５】図３の駆動を説明するための別の図である。
【図６】従来技術を説明するための図である。
【図７】従来技術を説明するための図である。
【図８】従来技術を説明するための図である。
【符号の説明】
１…画像表示装置、２…表示部、３…データ駆動回路、
４…走査駆動回路、５…基板、６…データ線、７…ゲー
ト線、８…スイットランジスタ、９…ＯＬＥＤ発光素
子、１０…共通電極、１１…蓄積容量、１２…駆動用蓄
積容量配線。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 甲 展明 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所デジタルメディア開発本 部内 (72)発明者 佐藤 敏浩 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日立 製作所ディスプレイグループ内 Ｆターム(参考） 5C080 AA06 AA07 BB05 DD01 DD18 DD22 DD29 EE29 FF11 FF12 JJ02 JJ04

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】基板上に、複数のゲート線と、該複数のゲ
    ート線に交差する複数のデータ線と、前記ゲート線と前
    記データ線とを有し、該複数のゲート線と、該複数のデ
    ータ線により画素を構成し、それぞれの画素には、前記
    ゲート線を介してゲート走査信号が供給される薄膜トラ
    ンジスタと、該薄膜トランジスタが導通状態になるのに
    同期して、前記データ線から供給されるデータ信号に応
    じ、それぞれの画素ごとに形成された画素電極と該画素
    電極に対向する対向電極との間に流れる駆動電流によっ
    て発光する発光素子を具備する有機ＬＥＤディスプレイ
    において、 前記発光素子は、有機ＬＥＤ素子であり、前記薄膜トラ
    ンジスタが非導通状態にある期間の少なくとも一部に
    は、該有機ＬＥＤ素子は非発光状態にあるとともに、発
    光時の極性とは逆のバイアスが印加されることを特徴と
    する有機ＬＥＤディスプレイ。
  2. 【請求項２】請求項１記載の有機ＬＥＤディスプレイに
    おいて、前記薄膜トランジスタが導通状態にある期間に
    前記データ信号の極性が有機ＬＥＤ素子の順方向，逆方
    向の順で印加されることを特徴とする有機ＬＥＤディス
    プレイ。
  3. 【請求項３】基板上に、複数のゲート線と、該複数のゲ
    ート線に交差する複数のデータ線と、前記ゲート線と前
    記データ線とを有し、該複数のゲート線と該複数のデー
    タ線により複数の画素を構成し、それぞれの画素には、
    前記ゲート線を介してゲート走査信号が供給される薄膜
    トランジスタと、該薄膜トランジスタが導通状態になる
    のに同期して、前記データ線から供給されるデータ信号
    に応じ、それぞれの画素ごとに形成された画素電極と該
    画素電極に対向する対向電極との間に流れる駆動電流に
    よって発光する発光素子を具備する有機ＬＥＤディスプ
    レイにおいて、 前記発光素子は有機ＬＥＤ素子であり、該有機ＬＥＤ素
    子と並列に蓄積容量が形成され、該蓄積容量の電極は行
    ごとに共通電極に接続され、該共通電極は、前記有機Ｌ
    ＥＤ素子の共通電極とは別の電源に接続され、前記薄膜
    トランジスタが非導通状態にある期間の少なくとも一部
    には、該有機ＬＥＤ素子は非発光状態にあるとともに、
    発光時の極性とは逆のバイアスが印加されることを特徴
    とする有機ＬＥＤディスプレイ。
  4. 【請求項４】請求項３記載の有機ＬＥＤディスプレイで
    あって、薄膜トランジスタが非導通状態になった後に、
    前記蓄積容量の行ごとの共通電極に電圧変動を与え、そ
    れを介して、前記有機ＬＥＤ素子を発光状態にすること
    を特徴とする有機ＬＥＤディスプレイ。
  5. 【請求項５】請求項４記載の有機ＬＥＤディスプレイで
    あって、前記蓄積容量の行ごとの共通電極に与える電圧
    変動は、方形波であることを特徴とする有機ＬＥＤディ
    スプレイ。
  6. 【請求項６】請求項４記載の有機ＬＥＤディスプレイで
    あって、前記蓄積容量の行ごとの共通電極に与える電圧
    変動は、ランプ波であることを特徴とする有機ＬＥＤデ
    ィスプレイ。
  7. 【請求項７】基板上に、複数のゲート線と、該複数のゲ
    ート線に交差する複数のデータ線と、前記ゲート線と前
    記データ線とによりマトリクス状に画素を形成し、それ
    ぞれの画素には、前記ゲート線を介してゲート走査信号
    が供給される薄膜トランジスタと、該薄膜トランジスタ
    が導通状態になるのに同期して、前記データ線から供給
    されるデータ信号に応じ、前記画素ごとに形成された画
    素電極と該画素電極に対向する対向電極との間に流れる
    駆動電流によって発光する発光素子を具備する有機ＬＥ
    Ｄディスプレイ装置の駆動方法において、 前記発光素子は、有機ＬＥＤ素子であり、前記薄膜トラ
    ンジスタが非導通状態にある期間の少なくとも一部に
    は、該有機ＬＥＤ素子は非発光状態にあるとともに、発
    光時の極性とは逆のバイアスが印加されることを特徴と
    する有機ＬＥＤディスプレイの駆動方法。
  8. 【請求項８】請求項７記載の有機ＬＥＤディスプレイの
    駆動方法であって、前記薄膜トランジスタが導通状態に
    ある期間に前記データ信号の極性が有機ＬＥＤ素子の順
    方向，逆方向の順で印加されることを特徴とする有機Ｌ
    ＥＤディスプレイの駆動方法。
  9. 【請求項９】基板上に、複数のゲート線と、該複数のゲ
    ート線に交差する複数のデータ線と、前記ゲート線と前
    記データ線とによりマトリクス状に形成された画素とを
    有し、該画素のそれぞれには、前記ゲート線を介してゲ
    ート走査信号が供給される薄膜トランジスタと、該薄膜
    トランジスタが導通状態になるのに同期して、前記デー
    タ線から供給されるデータ信号に応じ、前記画素ごとに
    形成された画素電極と該画素電極に対向する対向電極と
    の間に流れる駆動電流によって発光する発光素子を具備
    する有機ＬＥＤディスプレイの駆動方法において、 前記発光素子は有機ＬＥＤ素子であり、該有機ＬＥＤ素
    子と並列に蓄積容量が形成され、該蓄積容量の電極は行
    ごとに共通電極に接続され、該共通電極は、前記有機Ｌ
    ＥＤ素子の共通電極とは別の電源に接続され、前記薄膜
    トランジスタが非導通状態にある期間の少なくとも一部
    には、該有機ＬＥＤ素子は非発光状態にあるとともに、
    発光時の極性とは逆のバイアスが印加されることを特徴
    とする有機ＬＥＤディスプレイの駆動方法。
  10. 【請求項１０】請求項９記載の有機ＬＥＤディスプレイ
    の駆動方法であって、薄膜トランジスタが非導通状態に
    なった後に、前記蓄積容量の行ごとの共通電極に電圧変
    動を与え、それを介して、前記有機ＬＥＤ素子を発光状
    態にすることを特徴とする有機ＬＥＤディスプレイの駆
    動方法。
  11. 【請求項１１】請求項１０記載の有機ＬＥＤディスプレ
    イの駆動方法であって、前記蓄積容量の行ごとの共通電
    極に与える電圧変動は、方形波であることを特徴とする
    有機ＬＥＤディスプレイの駆動方法。
  12. 【請求項１２】請求項１０記載の有機ＬＥＤディスプレ
    イの駆動方法であって、前記蓄積容量の行ごとの共通電
    極に与える電圧変動は、ランプ波であることを特徴とす
    る有機ＬＥＤディスプレイの駆動方法。
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