JP2005515507A - 機械式画素スイッチを有する発光表示装置 - Google Patents
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Abstract
第1および第2の電極群（２、５）、および前記電極群の間に配列された複数の発光素子（３）を有する表示装置である。表示装置はさらに、電気機械式に動作する薄膜（６）であって、前記発光素子（３）と前記第2の電極群間に設置され、発光素子（３）と相対する面に導電層を持つ薄膜を有する。この薄膜（６）は、前記発光素子（３）のうち選択されたものと導電層（７）で接触することができるように設置され、これによって前記第1の電極群（２）から前記素子（３）を介し、前記導電層（７）までの閉じた回路を形成することができる。すなわち、この薄膜は複数の「スイッチ」としての役割を果たし、選択された発光素子と導電層を接続する。この機能は高精度で発光素子を制御する際に利用することができる。
Description
本発明は2電極群間に複数の発光素子が配列された形式の表示装置に関するものである。特に、本発明は有機LEDディスプレイ、あるいはカラーディスプレイに関するものである。
現代のポリ-LEDおよびO-LEDディスプレイの欠点はLED層がかなり大きな静電容量を有するということである。これはLED層が非常に薄い（〜300nm）という事実によって生じる。大型ディスプレイの場合、静電容量は、パッシブマトリクスの動作を妨害し、さらには停止すらさせてしまう。LEDにおいて発光のために利用される電流に比べて変位電流があまりに大きくなってしまうからである。この結果、不適正動作、回路内の電力損失および駆動装置の大電流化が生じてしまう。
本発明の課題はこれらの問題を克服し、改良されたLEDディスプレイを提供することである。
本課題あるいは別の課題は前述した形式のディスプレイであって、さらに、少なくともひとつの電気的導電面を有する、電気機械式動作の可能な薄膜を有するディスプレイによって実現される。ここでその薄膜は、前記発光素子と前記第2の電極群間に配置されており、発光素子と面する側に導電面を有しており、さらに前記発光素子のうち選択されたものと導電面を接触するように配置されており、これによって前記第1の電極群から前記素子を介して前記導電面までの閉回路を形成することができる。
すなわち、この薄膜は複数の「スイッチ」としての役割を果たし、選択された発光素子と薄膜の導電層面を接続する。この機能は高精度で発光素子を制御することに利用できる。
大型LEDディスプレイを、これにより、伝統的にこれらに関連して起きていた問題を生じさせずに得ることができる。薄膜スイッチ機能は動作の際ほとんど電力を消費せず、より効率的な電力で表示をさせることも可能である。
全薄膜が電気的に導電性のある材料からなることもあり得る。別の方法では、その薄膜は片面に導電性層を被覆した絶縁性材料からなる。
1実施例によると、その薄膜は前記第2の電極群のうち電気的に活性な電極の方向に移動可能であり、それによって導電層を前記発光素子から遠ざけることができる。この特徴は導電層を発光素子から引き離すことに利用することができ、それによって発光素子を経由する第1の電極と導電層間の電流の流れを遮断することができる。
さらに薄膜は前記第1の電極群のうち電気的に活性な電極の方向に移動可能であり、それによって導電層を前記発光素子に近づけることができる。この特徴は発光素子と電気的接触状態になるように導電層を移行させることを可能とする。
別の方法として、あるいは組み合わせにおいて、薄膜が前記第2の電極群のうち電気的に活性な電極の方向に引き寄せられる場合以外のときは、薄膜が前記発光素子に近づくように配置することも可能である。言い換えると、第2の電極群のうち電気的に活性な電極に対応する部分以外の部分で、導電層と発光素子を接触した状態にしておくことができる。従って、薄膜を第1の電極群の方向に積極的に引き寄せる必要はない。
好適実施例によると、前記第1の電極群は第1の複数の互いに平行な細長い電極を有しており、また前記第2の電極群は、前記第1の複数の互いに平行な細長い電極と直交関係にある、第2の複数の互いに平行な細長い電極を有しており、これらは交差して電極の格子を形成しており、さらに前記発光素子はこの格子内の交差部分に配列されている。
2電極群のうちから選択されたいずれかの直交関係にある電極を活性化させることにより、特定の発光素子を活性化させることができる。1つの方法は薄膜を、1電極片部分を除く第2の電極群全ての方向に近づけ、同時に1電極片部分においては薄膜を第１の電極群の方向に近づけることである。これによって導電層の1交差部分のみを発光素子と接触するように移行させることができる。
本発明のこれらのあるいは別の態様は、添付図面を参照してより詳細に記載された好適実施例から明らかになるであろう。
図1によれば、表示ユニット10は前面板1を有しており、その上には、複数の、ITO（インジウムスズ酸化物）電極のような、透明な縦列状電極2が形成されている。複数の発光素子3がその電極上に形成されている。
発光素子3は、ポリLED（ポリマーLED）あるいはO-LEDのような、有機エレクトロルミネセント素子の場合があるが、原理上、非有機LEDであっても使用できる。以下の記載は主としてポリLEDに関するものであるが、これは開示発明を制限するものと考慮すべきではない。
ポリLED3は、前述のITO電極層（アノード）と、例えば、PEDOT／PPS（スルフォン酸ポリエチレンジオキシチオフェンポリスチレン）で形成された正孔注入層、および、例えば、PPV（ポリフェニレンビニレン）で構成された発光層と、例えば、バリウムあるいは代替材料の注入層（カソード）、さらにアルミニウムあるいはその代替材料の被覆層、で構成される。注入層および被覆層は断片3内にパターン化されており、各断片は1または2以上の画素に対応するとともに、前面板1表面に規則的な行と列を形成している。本資料の中では、これらの断片、すなわち例示図において電極層を除くLEDを発光素子3と呼んでいる。
さらに表示ユニット10は電気機械式動作の可能な薄膜6を作動するための導電性列状電極5を提供する背面板4を有している。電極は絶縁層によって被覆されていても良い。電気機械式動作の可能な薄膜6は例えば、パリレンあるいはポリイミドのような揮発性ポリマーで構成され、前面板と背面板の間に設置される。薄膜6の前面板1および縦列状電極2と面する側には銀、アルミニウム、金などの導電性膜7が被覆されている。導電性層7はパターン化されていない場合、すなわち全薄膜表面を被覆している場合があるが、LED画素（または画素群）と一致するようにパターン化されている場合もある。もし列状電極が絶縁層で被覆されている場合、全薄膜6は追加的に導電性材料で構成されることがある。
図2、3に示した例において、薄膜は、薄膜の両側にあるスペーサ8、9によって、前面板1および背面板4それぞれと接触できる間隔に設置されている。前面板および背面板上のスペーサの寸法は約1から5μm程度である場合がある。
図2には表示装置が不活性な状態、すなわち入力電圧が遮断され、全電極2、5がゼロ電位にあるときの状態を示す。図3には稼動中の同じ表示装置を示す。この場合は正電圧（あるいは負電圧、薄膜6の特性に依存する）が列状電極5に印加されている。結果として薄膜6は電極5の方向に引き寄せられ、また場合によっては、電極5の方向に強制的に近づけられる。薄膜電極と呼ぶ、薄膜6の導電性層7はアースされている。従って、対応する電極列をアースすることによって、ひとつの列5aが選択され、その結果、この電極列に隣接する薄膜6の列部分はもはや電極5aの方向に近づけられなくなる。次に、1つの縦列が、これと対応する前面板1上の電極縦列2aに正（または負）電圧を印加することによって選択される。選択された縦列2aと列5aとの交差部分に対応する薄膜の部分6aは今度は電極縦列2aの方向に引き寄せられ、またこの地点に位置するLED3aの方向に近づけられる。アースされた薄膜電極7がLED3aと接触したとき、電極縦列2aからLED3aおよび薄膜6上のアースされた導電性層7を介して電流が流れる。
LED3aに流れた電流は薄膜電極7とLED3a間の電位差を相殺するため、引力を除去し、薄膜6をLED3aから遠ざけることができる。このことが生じてすぐに、LED3aは縦列状電極2を介して再充電され、薄膜6は再度引き寄せられることとなる。このような薄膜6と縦列状電極2間で生じ得る振動挙動を回避するため、または別の理由により、いくつかの代替可能な実施例が考えられる。
そのような一実施例によれば、LED領域の一部、例えば画素側、をLED層と同等のより厚いまた薄い絶縁性断片に置き換える。縦列状電極のこの部分が導電性層7と電気的に接触しないようにされ、それによって少なくともこの部分近傍においてはある程度の引力を確保する。
別の実施例によると図4、5に示すように、前面板側のスペーサ8を取り除き、図4に示すように、不活性な状態においては、残したスペーサ9によって薄膜6をLED3と接触するように保持する。ディスプレイが活性なときは、図5に示すように、図3に示す表示装置と同様、薄膜は列状電極5の方に引き寄せられる。しかしながら選択された電極列5aがアースされているとき、電極列5aと隣接する薄膜6の列部分は、今回の場合、前面板1の縦列状電極2の方向に押されることとなる。縦列状電極2は、今度はこのLED3の列における選択された画素を活性にするよう利用することができる。図4、5に示すようにLEDは、スペーサ9と面する絶縁領域10によって分離されることもある。この絶縁領域は、導電性層7がこれらの領域内のLEDと常時接触することを防いでいる。
異なる仕事関数を有する材料を薄膜電極およびLED電極それぞれに使用することもまた可能である。これらの材料を電気的に接合した場合、「真空レベルによって誘起される」電場が残存し、LEDが導電性層7を介して放電したときであっても、引力が残る結果となる。
動作概略の例を図6に示す。この例では情報が行単位で描かれており、輝度はパルス幅の調節によって制御される。
描かれた4つの電極列への供給電圧を11aからdと称する。時間セグメントの区分に示されているように、各列はおのおのゼロ電位に設置されている。これらの信号にはいかなる調整も不要であり、これらの目的はある時間において特定の電極列を「開放」することのみにある。
描かれた4つの電極縦列の1つに供給した電圧を12と称する。時間セグメントの区分に示されているように、異なる幅を有する電圧パルス12aからdが電極に印加される。第1のパルス12aは上部列状電極にゼロ電圧を印加する信号11と同時に発生し、その結果、LED13aが活性になる。同様に第2のパルス12bはLED13bを活性にし、以降も同様である。
LEDの輝度は主として電流によって決定づけられるため、電圧駆動の変わりに電流駆動を利用することは賢明である。固定電流／パルス幅調節を用いる代わりに固定幅／電流調節（「振幅」調節）によって輝度を制御することも可能である。より多くの階調を得るため、パルス幅とパルス高さの組み合わせを利用することもできる。電極縦列と電極列のスイッチ電圧は約10V程度にすることができる。薄膜のスイッチ時間は行単位での駆動のために適切な、約１μs程度にすることができる。
行単位での駆動の欠点はLEDを通るピーク電流が比較的大きいということである。これは効率を低下させ得る。サブ領域アドレス処理を有するパネルの駆動、薄膜のメモリ特性の利用が、従って考えられるかもしれない。その場合、電流分布を時間に対してより広げることができる。しかしながら、適切なメモリ機能が利用でき（上記参照）、またLEDが極めて均質に動作することが前提条件となる。サブ領域アドレス処理の場合はパネル内の電流は多くの画素によって分割される。その場合、不均質性によって電流分布に不均衡が生じる可能性がある。その上、駆動装置の容量的負荷が、サブフレームアドレス処理の間に急激に増大する。アドレス処理サイクル中に、列の一部がそれ以前に薄膜と接触してしまうためである。サブフレーム形式の場合、アドレス処理は可能ではあるが、簡単な行単位での構成が好ましい。
上述の好適実施例の多くの変形例が優れた変更によって実現され得ることに注意する必要がある。例えば他の適切な材料を薄膜あるいは電極に利用することが可能である。意図する機能が発現する限り、薄膜を電極間に異なる方法で配列することもまた可能である。原則として、本発明は、改良型画素アドレス処理の実現のために要望されている、2電極群間の電流の流れに基づくいかなる形式の表示にも実施可能である。
Claims (10)
- 第1および第2の電極群、および
前記電極群の間に配列され、前記第1の電極群と電気的に接触している複数の発光素子、
を有する表示装置であって、
少なくとも1つの電気的導電面を有する電気機械式動作の可能な薄膜を有しており、
前記薄膜が、前記発光素子と前記第2の電極群との間に配置され、発光素子と面する側に導電面を有していること、および
前記薄膜が、前記発光素子の選択されたものと導電面で接触できるように配置されており、これによって前記第1の電極群から前記素子を介して前記導電面までの閉回路を形成すること、
を特徴とする表示装置。
- 前記薄膜が電気的導電性材料からなる請求項1に記載の表示装置。
- 前記薄膜が電気的導電層で被覆した1つの面を有する請求項1に記載の表示装置。
- 前記薄膜が前記第2の電極群のうち電気的に活性な電極の方向に移動でき、それによって前記発光素子から導電面を遠ざけることができることを特徴とする請求項1ないし3いずれかに記載の表示装置。
- 前記薄膜が前記第1の電極群のうち電気的に活性な電極の方向に移動でき、それによって前記発光素子の方向に導電面を近づけることができることを特徴とする請求項1ないし4いずれかに記載の表示装置。
- 前記薄膜が、前記第2の電極群のうち電気的に活性な電極の方向に引き寄せられる場合以外のときは、前記発光素子の方に強制的に近づくように配置されていることを特徴とする請求項1ないし5いずれかに記載の表示装置。
- 前記第1の電極群が第1の複数の平行な長細電極を有していること、および前記第2の電極群が、前記第1の複数の平行な長細電極と直交関係にある第2の複数の平行な長細電極を有しており、前記電極群が交差した電極格子を形成し、前記発光素子が電極交差部分に配列されていることを特徴とする請求項1ないし6いずれかに記載の表示装置。
- 導電面がアースされていることを特徴とする請求項1ないし7いずれかに記載の表示装置。
- 前記発光素子が、O-LEDまたはポリLEDのような有機エレクトロルミネセント素子である請求項1ないし8いずれかに記載の表示装置。
- 前記発光素子が非有機LEDである請求項1ないし8いずれかに記載の表示装置。
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