JP2004510999A - アクティブマトリクス電界発光表示装置 - Google Patents

Abstract

アクティブマトリックス電界発光表示装置は、各々が電流駆動電界発光表示素子（２０）を含む表示画素（１０）のアレイを具え、前記表示素子に、前のアドレス周期において印加されたデータ信号によって決定されるキャパシタンス（３６）において蓄積される電圧にしたがって、駆動周期において前記表示素子を流れる電流を制御する駆動装置（２２）を接続した。前記表示素子におけるエージングの影響を補償するために、前記キャパシタンスに蓄積された電圧をアクセス周期中のその表示素子の光出力に応じて調節する電気光学手段（４５，４０）を前記画素に含めた。

Description

【０００１】
本発明は、電界発光表示画素のアレイを具えるアクティブマトリックス電界発光表示装置に関する。さらに特に、本発明は、表示画素のアレイを具え、前記表示画素の各々が、電界発光表示画素と、前記表示画素を通る電流を、アドレス周期中に印加され、該表示装置に接続された蓄積キャパシタンスにおける電圧として蓄積される駆動信号に基づいて制御する駆動装置とを具える、アクティブマトリックス電界発光表示装置に関する。
【０００２】
電界発光表示素子を用いるマトリックス表示装置は、よく知られている。前記表示素子は、例えば、ポリマ材料を使用する有機薄膜電界発光素子、又は、慣例的なＩＩＩ−Ｖ半導体混合物を使用する発光ダイオード（ＬＥＤ）を具えてもよい。有機電界発光材料、特にポリマ材料における最近の発展は、特にビデオ表示装置にこれらが使用される能力を論証した。これらの材料は、代表的に、１対の電極間に挟まれた電界発光材料、例えば半導電複合ポリマの１つ以上の層を具え、前記電極の一方が透明で、他方がホール又は電子を前記ポリマ層に注入するのに適した材料のものである。前記ポリマ材料を、ＣＶＤプロセス、又は単純に、溶解可能複合ポリマの溶液を使用する印刷又はスピンコーティング技術によって形成することができる。
【０００３】
有機電界発光材料は、ダイオード様Ｉ−Ｖ特性を示し、表示機能及びスイッチング機能の双方を与えることができ、したがって、パッシブ型ディスプレイにおいて使用することができる。
【０００４】
しかしながら、本発明は、各々の画素が表示素子と、前記表示素子を通る電流を制御するスイッチング装置とを具えるアクティブマトリックス表示装置に関する。アクティブマトリックス電界発光ディスプレイの例は、欧州特許出願公開明細書第０６５３７４１号及び第０７１７４４６号において記載されている。表示素子が容量性であり、したがって、事実上電流を流さず、駆動信号電圧をフィールド周期全体の間キャパシタンスに蓄積することができるアクティブマトリックス液晶表示装置と異なり、前記電界発光表示素子は、光を発生するために連続的に電流を通す必要がある。通常、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を具える画素の駆動装置は、前記表示素子を流れる電流を制御する原因である。前記表示素子の輝度は、該表示素子を流れる電流に比例する。画素のアドレス周期中、前記表示素子からの必要な出力を決定する電圧又は電流信号の形態における駆動（データ）信号を、該画素に印加し、接続された蓄積キャパシタンスに対応する電圧レベルとして蓄積し、前記キャパシタンスに蓄積された電圧は、前記スイッチング装置の動作を、該画素が再びアドレスされるまで、フィールド周期に対応する周期中に前記表示素子を通る電流を供給することに保持するように作用する。
【０００５】
既知の有機電界発光材料、特にポリマ材料に関する問題は、これらがエージングの影響を受け、それによって、所定の駆動電流に対する光出力が動作時間の間に減少することである。特定の用途において、このようなエージングの影響が重要でないかもしれないが、画素化ディスプレイにおける重要性は、画素からの出力変化におけるどのようなわずかな変化も見る人によって容易に知覚されるため、重大である。
【０００６】
本発明の目的は、この問題を少なくともある程度まで克服したアクティブマトリックス電界発光ディスプレイを提供することである。
【０００７】
本発明によれば、電界発光表示素子及び駆動装置を各々が具える画素のアレイを具え、前記駆動装置が、前記表示素子を流れる電流を、アドレス周期中に画素に印加され、前記駆動装置に接続された蓄積キャパシタンスに蓄積された駆動信号に基づいて制御する、アクティブマトリックス電界発光表示装置において、各画素が、アドレス中に前記表示素子によって発生される光に応答すると共に、前記アドレス周期において、前記キャパシタンスに蓄積された電圧信号を、前記表示素子の光出力レベルに従って調節するように配置された電気光学調節手段を含むことを特徴とするアクティブマトリックス電界発光表示装置が提供される。
【０００８】
このように、前記電気光学調節手段によって、アドレスに続く駆動（表示）周期における前記表示素子の光出力レベルを決定する蓄積された信号電圧は、前記表示素子の光出力特性に従って調節され、フィードバック変数を供給し、これによって、前記画素に設定された駆動レベルが、前記表示素子のエージングの影響に関して補償され、所定の印加駆動信号に対する表示素子からの所望の光出力レベルが、前記アレイにおける個々の表示素子の駆動電流レベル／光出力レベル特性における可能な変化に係わりなく、実際的に保持されるようにすることができる。
【０００９】
アクティブマトリックス電界発光表示装置において一般的なように、画素の駆動装置がＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を具える場合、本発明は他の重要な利点を提供する。表示素子に関する駆動電流を、前記キャパシタンスにおいて蓄積された電圧に対応する前記ＴＦＴのゲートに印加される電圧によって決定する。したがって、この駆動電流は、前記ＴＦＴの特性と、例えば、製造プロセスによる前記アレイにおける画素の個々のＴＦＴのしきい値電圧、モビリティ及び寸法における変化とに強く依存し、前記表示素子電流と、したがって、発生される光レベルとにおける望ましくない変化を生じ、前記表示出力における非一様性を招くおそれがある。前記蓄積された電圧信号の制御における前記電気光学調節手段の影響も、ＴＦＴ特性におけるこのような変化を補償する。
【００１０】
本発明は、ポリマＬＥＤ材料を使用する装置において特に有利であるが、もちろん、電界発光材料が同様にエージングの影響を受け、結果として、動作の時間周期に渡って所定の駆動電流に対してより低い光出力レベルを生じるどのような電界発光装置における利点に適用することができる。
【００１１】
特に、前記電気光学手段は、前記アドレス周期中に画素を流れる電流を印加されたデータ信号に応じて調節し、前記アドレス周期後の前記キャパシタンスに蓄積された電圧がこの電流に依存する。
【００１２】
好適実施形態において、前記電気光学手段は、スイッチ装置、例えば他のＴＦＴを経て前記蓄積キャパシタンスに接続された光電装置を具え、前記スイッチ装置を、前記アドレス周期中に前記光電装置を前記蓄積キャパシタンスと並列に接続するように、前記アドレス周期中に閉じるように配置した。前記駆動周期中、前記同地は、前記蓄積キャパシタンスから電気的に切り離される。前記アドレス周期において、電流信号から成るデータ信号に関して、前記装置は、前記キャパシタンスからの電流を、前記表示素子の光出力に応じて、平衡状態に達し、前記キャパシタンス電圧と、前記駆動ＴＦＴのゲート電圧とが安定するまで、シャントするように作用する。
【００１３】
前記光電装置は、好適には、フォトダイオードを具えるが、フォトレジスタ又はフォトトランジスタを代わりに用いることもできる。
【００１４】
ここで、本発明によるアクティブマトリックス電界発光表示装置の一実施形態を、添付した図面の参照と共に、例として説明する。
【００１５】
図面は単に図式的なものである。同じ参照符を、図面を通して、同じ又は同様の部分を示すために使用した。
【００１６】
図１を参照し、アクティブマトリックス電界発光表示装置は、ブロック１０によって示し、各々が電界発光表示素子と、前記表示素子を通る電流を制御する関連する駆動装置とを具える規則的に間隔を置き、行（選択）導体すなわちライン１２及び列（データ）導体すなわちライン１４の交差する組間の交点において位置する画素の行及び列マトリックスアレイを有するパネルを具える。簡単にするため、いくつかの画素のみをここに示す。画素１０を、前記個々の組の終端において接続された行走査駆動回路１６及び列データ駆動回路１８を具える周辺駆動回路によって、アドレス導体の組を経てアドレスする。
【００１７】
画素の各行を、回路１６によって個々の行導体１２に印加される選択信号によってアドレスし、各行の画素に、回路１８によって前記列導体に並列に供給される個々のデータ信号に従って、これらの個々の表示出力を決定する個々の駆動信号をロードするようにする。各行がアドレスされると、適切なデータ信号が回路１８によって適切な同期において供給される。
【００１８】
図２は、既知の装置におけるいくつかの代表的な画素の回路を示す。この特定の装置において、前記データ信号は電圧信号から成る。各々の画素１０は、ここではダイオード素子（ＬＥＤ）として表し、間に１つ以上の有機電界発光材料の活性層を挟んだ１対の電極を具える発光有機電界発光表示素子２０を具える。この特定の実施形態において、前記材料はポリマＬＥＤ材料から成るが、低分子量物質のような他の有機電界発光材料を使用することもできる。前記アレイの表示素子を、関連するアクティブマトリックス回路網と一緒に、絶縁支持部の一方の側に搭載する。前記表示素子のカソード又はアノードのいずれかを、透明導電材料によって形成する。前記指示部を、ガラスのような透明材料のものとし、前記基板に最も近い個々の表示素子２０の電極を、ＩＴＯのような透明導電材料によって構成し、前記電界発光層によって発生された光が、これらの電極及び指示部を通過し、前記指示部の他方の側における観察者に見えるようにすることができる。代わりに、前記光出力を、この場合において前記アレイにおけるすべての表示素子に共通の供給ラインを構成する連続ＩＴＯ層の部分を具える前記パネル及び表示素子アノードの上から見ることもできる。前記表示素子のカソードは、カルシウム又はマグネシウム銀合金のような低仕事関数を有する金属を具える。使用できる好適な有機結合ポリマ材料は、ＷＯ９６／３６９５６において記載されている。他の低分子量有機材料の例は、欧州特許出願公開明細書第０７１７４４６号において記載されており、この欧州特許出願公開明細書は、アクティブマトリックス電界発光装置の構成及び動作の例も記載されており、これらにおいて開示されている内容は、参照によってここに含まれる。
【００１９】
各々の画素１０は、表示素子２０の動作を該画素に印加されるアナログデータ信号電圧に基づいて制御するＴＦＴ２２の形態における駆動装置を含む。ある画素に関する前記駆動電圧を、各列の画素間で供給される列導体１４を経て印加する。列導体１４を、電流制御駆動トランジスタのゲートにアドレスＴＦＴ２６を経て結合する。ある行の画素のアドレスＴＦＴ２６に関するゲートを、一緒に共通行導体１２に結合する。
【００２０】
各行の画素１０は、通常はすべての画素に共通の連続電極として設けられる共通電圧供給ライン３０と、個々の共通電流ライン３２とを共有する。表示素子２０及び駆動装置２２を、電圧供給ライン３０と、供給ライン３０に対して正電位であり、表示素子２０を通って流れる電流に関する電流源として作用する共通電流ライン３２との間に直列に接続する。表示素子２０を通って流れる電流を、スイッチング装置２２によって制御し、この電流は、列導体１４に供給される前記データ信号によって決定される蓄積された制御信号に依存するトランジスタ２２におけるゲート電圧の関数である。
【００２１】
ある行の画素を、個々の行の画素に関するアドレスＴＦＴ２６をオンに切り替える選択パルスを行導体１２に印加する行駆動回路１６によって選択する。前記ビデオ情報から得られる電圧レベルを、駆動回路１８によって列導体１４に印加し、アドレスＴＦＴ２６によって駆動トランジスタ２２のゲートに伝送する。ある行の画素が行導体１２を経てアドレスされていない期間中、アドレストランジスタ２６はターンオフするが、駆動トランジスタ２２のゲートにおける電圧は、駆動トランジスタ２２のゲートと共通電流ライン３２との間に接続された画素蓄積キャパシタ３６によって保持される。駆動トランジスタ２２のゲートと共通電流ライン３２との間の電圧は、画素１０の表示素子２０を通過する電流を決定する。したがって、前記表示素子を流れる電流は、駆動トランジスタ２２のゲート−ソース電圧の関数である（トランジスタ２２のソースは共通電流ライン３２に接続され、トランジスタ２２のドレインは表示素子２０に接続されている）。この電流は、前記画素の光出力レベル（グレイスケール）を制御する。
【００２２】
スイッチングトランジスタ２２を、飽和状態において、ゲート−ソース電圧が前記トランジスタを流れる電流をドレイン−ソース電圧にかかわりなく管理するように動作するように配置する。その結果、前記ドレイン電圧のわずかな変化は、表示素子２０を流れる電流に影響を与えない。したがって、電流供給ライン３０における電圧は、前記画素の正確な動作に対して重要ではない。
【００２３】
画素の各行を、個々の行アドレス周期において、各々の行の画素にこれらの駆動信号を順次に与え、前記画素を、駆動（フィールド）周期の間、これらが次にアドレスされるまで所望の光出力を与えるようにセットするようにアドレスする。
【００２４】
この既知の画素回路に関して、キャパシタ３６に蓄積された電圧が、前記印加されたデータ信号によってほぼ決定され、この電圧が、駆動トランジスタ２２及び表示素子２０を流れる電流を制御し、結果として生じる前記表示素子の光出力レベルが常に前記表示素子のこのとき存在する電流／光出力レベル特性に依存することは認識されるであろう。前記表示素子の電界発光材料は、所定の駆動電流レベルに対する光出力レベルの減少を結果として生じるエージングの影響を招く動作期間中の劣化を受けるおそれがある。したがって、より長く（より激しく）駆動されたこれらの画素は、低下した輝度を示し、表示の非一様性を生じるであろう。ポリマＬＥＤ材料に関して、このようなエージングの影響は、重大であるかもしれない。
【００２５】
本発明において、ある画素にアドレス段階中に蓄積された駆動信号を、該画素におけるフィードバック装置として作動する電気光学手段によって、前記表示素子の発光特性にしたがって、これらのようなエージングの影響に関して少なくともある程度補償し、前記表示素子の必要な光出力レベルがその後にアドレスしたときに発生することを保証するように自動的に調節する。
【００２６】
図３を参照し、本発明による、エージングの問題を少なくともある程度克服することを目的とする表示装置の一実施形態における画素の等価回路を示す。各々の画素１０において、表示素子２０を、再び、ここではすべての画素によって共有される共通電極層によって構成したように示す電流ライン３２と電圧供給ライン３０との間の駆動トランジスタ２２に直列に接続し、アドレストランジスタ２６のゲート及びソースを、関連する行及び列導体１２及び１４に各々接続する。また、蓄積キャパシタ３６を、再び、駆動トランジスタ２２のゲートと電流ライン３２との間に接続する。
【００２７】
前記画素は、さらに、再びＴＦＴの形態における追加のスイッチ装置４０を含み、このスイッチ装置４０を、アドレスＴＦＴ２６と、蓄積キャパシタ３６と駆動トランジスタ２２のゲートとの間のノードとの間に接続し、スイッチ装置４０のゲート端子をアドレスＴＦＴ２６のゲートと同じ行導体１２に接続し、行導体１２に印加される（ゲート）パルス選択信号の印加によって、アドレスＴＦＴ２６と同期して動作させるようにする。
【００２８】
フォトダイオード４５を、前記画素に関係する電流ライン３２と、ＴＦＴ２６及び４０間のノードとの間に接続する。前記画素を、フォトダイオード４５が該画素の表示素子２０によって放射された光に曝されるように構成する。これらの構成部品間のこのような光学的結合の目的は、以下のこの画素の動作の説明から明らかになるであろう。
【００２９】
この装置において、前記画素に列導体１４を経て印加される前記データ信号は、電圧信号でなくアナログ電流信号から成る。電圧でなく電流データ信号を使用するアクティブマトリックス電界発光装置は、既知であり、例えば、ＷＯ９９／６５０１２に記載されているようなものである。
【００３０】
既知の画素回路に関して、この画素回路は、２つの状態、前記画素を所望の表示出力状態に設定するアドレス状態と、前記表示素子をその後、前記設定状態にしたがって、前記画素がその後のフィールドにおいて再びアドレスされるまで駆動する駆動状態とを有する。前記アドレス状態において、行駆動回路１６は、選択パルス信号を行導体１２に個々の行アドレス周期において印加し、行導体１２はＴＦＴ２６及び４０をターンオンする。キャパシタ３６は、ここで、例えば、このときに完全に放電されるとする。前記アドレス段階において、電流は、関連する列導体１４に、前記印加されたデータ信号にしたがってシンクされる。充電経路は、電流ライン３２から、並列の蓄積キャパシタ３６及びフォトダイオード４５を通るものである。前記フォトダイオードが逆バイアスされているため、この初期期間において高いインピーダンスを有する。その結果、蓄積キャパシタ３６は、ＴＦＴ２６及び４０を経て充電を開始し、駆動ＴＦＴ２２のソース及びゲート間の電圧は上昇する。ＴＦＴ２２のしきい値レベルに達すると、ＴＦＴ２２は、導通を開始し、表示素子２０を流れる電流を生じ、光を発生し、それによって光出力を発生する。表示素子２０及びフォトダイオード４５の互いに関する適切な物理的配置の結果として、導通している表示素子２０によって放射される光のいくらかはフォトダイオード４５に当たり、フォトダイオード４５にフォト電流を導通し始めさせる。フォト電流の程度は、それによって逆バイアスされても、受けた光レベル（光子の量／秒）に比例する。次に、フォトダイオード４５は、キャパシタ３６からの電流をシャントする。依然として行アドレス周期内である短い時間の後、列導体１４によってシンクされている電流がすべて前記フォトダイオードのみによってシャントされ、駆動ＴＦＴ２２のゲート電圧が安定する平衡状態に達する。このように、表示素子２０からの光を、フォトダイオード４５を経てアドレス中の前記画その設定におけるフィードバック変数として使用する。
【００３１】
次に、前記画素回路を、前記行選択パルスの停止に応じてＴＦＴ２６及び４０をターンオフし、ＴＦＴ２２のゲートと蓄積キャパシタ３６との間のノードを、フォトダイオード４５及び列導体１４から絶縁することによって、その駆動状態に切り替える。ここで、キャパシタ３６は、ＴＦＴ２２のゲート−ソース電圧を、前記駆動（表示）段階における前記表示素子の電流駆動レベルを決定する調節された駆動信号レベルとして、前記画素が次にアドレスされるまで蓄積する。これは結果として、この駆動期間を通じて表示素子２０を流れる安定電流を生じる。前記表示素子からの光を前記画素の設定におけるフィードバック変数として使用するため、前記駆動段階中の１秒当たりの光出力（光子）は、所望の出力光レベルにしたがって固定され、前記入力電流に比例する。
【００３２】
アドレス中、このように前記表示素子からの光出力を使用することによって、前記画素の設定は、関連する表示素子の特性を発生する瞬時の光出力と、キャパシタ３６に蓄積された駆動信号電圧とに依存するようになり、ＴＦＴ２２によって決定される前記表示素子を流れる電流の結果として生じるレベルは、前記表示素子におけるエージングの影響を補償するように自動的に適宜に調節される。ある表示素子における所定の駆動電流に対する光出力レベルがエージングのために低下した場合、前記調節された蓄積された駆動信号は、前記表示素子を、適切により高い電流レベルにおいて駆動させ、所望の表示効果を保持する。
【００３３】
前記キャパシタが、前記アドレス段階の開始時において、完全に放電されているのではなく、充電されており、前記アドレス電流（データ信号）がゼロの場合、フォトダイオード４５におけるフォト電流は、キャパシタ３６を、この段階中に表示素子２０からの光出力がなくなるまで放電させ、駆動段階において光は放出されない。
【００３４】
これらのような影響の補償を外れて、前記画素回路は、前記アレイにおける異なった画素のＴＦＴ２２の、例えば、これらのしきい値電圧、寸法及びＴＦＴを形成するのに使用した薄膜製造プロセスの性質によるモビリティにおける変化から生じる動作特性における変化を自動的に補償するのにも有効である。結果として、前記アレイにおける表示素子からの光出力の一様性におけるさらなる改善が達成される。
【００３５】
上記画素回路の実施形態において使用したＴＦＴは、すべてｐチャネルＭＯＳＦＥＴから成る。しかしながら、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴを代わりに使用することもでき、表示素子２０及びフォトダイオード４５の極性と、印加される駆動電圧とを反対にする。好適には、ポリシリコンＴＦＴを使用するが、代わりに、アモルファスシリコンＴＦＴを用いることもできる。
【００３６】
フォトダイオード４５を、（ダイオード接続された）フォトトランジスタや、フォトレジスタ、又は、他の適切な光電装置と交換してもよい。
【００３７】
フォトダイオード４５を、表示素子２０によって放射された光に曝されるように配置したが、好適には、前記装置に当たる周囲光から完全に遮蔽し、動作において、前記表示素子からの光のみに応じるようにする。
【００３８】
上記実施形態における電流ラインは、行方向において延在し、個々の行の画素によって共有されるが、これらは、代わりに、列方向において延在し、各々の電流ラインを、個々の列の画素によって共有してもよい。
【００３９】
要約において、したがって、各々が電流駆動電界発光表示素子を含む画素のアレイを具え、前記表示素子に、前のアドレス周期において印加されたデータ信号によって決定されるキャパシタンスにおいて蓄積される電圧にしたがって、駆動周期において前記表示素子を流れる電流を制御する駆動装置を接続した、アクティブマトリックス電界発光表示装置を開示した。前記表示素子におけるエージングの影響を補償するために、前記キャパシタンスに蓄積された電圧をアクセス周期中のその表示素子の光出力に応じて調節する電気光学手段を前記画素に含めた。
【００４０】
本開示を読むことによって、他の変形が当業者には明らかであろう。これらのような変形は、アクティブマトリックス電界発光表示装置及びその構成部品の分野において既知であり、既にここで説明した特徴の代わり又はそれらに追加して使用することができる他の特徴を含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】画素のアレイを具える既知のアクティブマトリックス電界発光表示装置の単純化した概要図である。
【図２】図１の既知のアクティブマトリックス電界発光表示装置のいくつかの代表的な画素の等価回路を示す。
【図３】本発明によるアクティブマトリックス電界発光表示装置の一実施形態におけるいくつかの代表的な画素の等価回路を示す。

Claims (6)

1. 各々が電界発光表示素子及び駆動装置を具える表示画素のアレイを具え、前記駆動装置が、前記表示素子を流れる電流を、アドレス周期中に前記画素に印加され、前記駆動装置に接続された蓄積キャパシタンスにおいて電圧として蓄積された駆動信号に基づいて制御する、アクティブマトリックス電界発光表示装置において、各々の画素が、アドレス中に前記表示素子によって発生された光に応答し、前記アドレス周期中に、前記アドレス周期中に前記キャパシタンスにおいて蓄積された電圧信号を、前記表示素子の光出力レベルにしたがって調節するように配置された電気光学手段を含むことを特徴とするアクティブマトリックス電界発光表示装置。
2. 請求項１に記載のアクティブマトリックス電界発光表示装置において、前記電気光学手段が、前記画素において前記アドレス周期中に流れる電流を、印加されたデータ信号に従って調節し、この電流に、前記アドレス周期後に前記キャパシタンスにおいて蓄積された電圧が依存することを特徴とするアクティブマトリックス電界発光表示装置。
3. 請求項１又は２に記載のアクティブマトリックス電界発光表示装置において、前記電気光学手段が、前記蓄積キャパシタンスをアドレス周期中に流れる電流を前記表示素子光出力に従ってシャントするように配置された光電装置を具えることを特徴とするアクティブマトリックス電界発光表示装置。
4. 請求項３に記載のアクティブマトリックス電界発光表示装置において、前記光電装置を、前記蓄積キャパシタンスにスイッチ装置を介して接続し、前記スイッチ装置が、画素アドレス周期中に、前記光電装置を前記蓄積キャパシタンスと並列に接続するように動作することを特徴とするアクティブマトリックス電界発光表示装置。
5. 請求項３又は４に記載のアクティブマトリックス電界発光表示装置において、前記光電装置がフォトダイオードを具えることを特徴とするアクティブマトリックス電界発光表示装置。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載のアクティブマトリックス電界発光表示装置において、前記駆動装置が薄膜トランジスタを具えることを特徴とするアクティブマトリックス電界発光表示装置。