JP2007156130A - 有機エレクトロルミネッセンス表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力の低減と色再現性とを同時に実現することができる有機ＥＬ表示装置を提供する。
【解決手段】第一乃至第三の発光素子１２が駆動ＴＦＴ１１に接続された有機ＥＬ表示装置に関する。所望の白色色度と、それを形成する第一乃至第三の発光素子の各素子の於いて、輝度、電圧−輝度特性、スイッチングＴＦＴ１１のドレインソース電圧及び陰極電圧とから、最適な消費電力を得るための電源電圧値を決定する。
【選択図】図９

Description

本発明は、車載用、携帯電話用及びＴＶ用の各種モニターなどの有機エレクトロルミネッセンスディスプレイに代表される有機エレクトロルミネッセンス表示装置に関する。

有機エレクトロルミネッセンス（以下、「ＥＬ」という。）素子は、発光層を構成する材料を適切に選ぶことより赤、緑、青の３原色を自発光させることができ、液晶ディスプレイよりも高速応答、広視野角であるという優れた特長を有している。近年、アクティブ型と呼ばれる各ＥＬ画素をＴＦＴ（薄膜トランジスタ）により高速に制御する方式が特に注目され、開発が進んでいる。

例えば、特許文献１には、ＴＦＴを含む画素回路により駆動され、デルタ配列のサブピクセルと、ストライプ配列の回路層とを備え、両画素配列の各画素を１：１の対応関係で対向配置したアクティブマトリクス型表示装置が提案されている。

以下に、一般的なアクティブ型有機ＥＬディスプレイについて説明する。図１１は、ＴＦＴの形成された透明ガラス基板面とは反対側から光を取り出す、トップエミッション型のフルカラー有機ＥＬ素子の模式的な断面構成である。透明ガラス基板１００上に、有機ＥＬを駆動するためのスイッチング素子層２００と発光素子層３００とがあり、スイッチング素子層２００は一般には低温Ｐｏｌｙ−ＳｉＴＦＴプロセスで形成されている。また、発光素子層３００は有機ＥＬ素子で形成され、一般にＣｒなどの金属膜による陽極３０１、正孔輸送層３０２、発光層３０３、電子輸送層３０４、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等の透明導電膜による陰極３０５の積層構造である。

図１２は、発光素子とディスプレイの一般的な構成図である。フルカラーディスプレイ４０４は、第一の発光素子４０１、第二の発光素子４０２及び第三の発光素子４０３から構成される。

図１３は、一般的なアクティブ型有機ＥＬ発光素子の駆動回路図を示す模式図である。図１４のタイミング図を交えて、図１３の駆動回路の動作を説明する。先ず、輝度信号Ｖｓｉｇが設定される。その後、Ｎチャネル型ＴＦＴ１０のゲート電圧Ｖｇ₁₀が該ＴＦＴをオン状態にする。このＴＦＴ１０を通過したＶｓｉｇは補助容量１４に蓄積される。この電圧によりＰチャネル型ＴＦＴ１１が定電流動作を行う。そして、発光素子層１２を発光させるための定電流１３が流れる。

特開２００２−２２１９１７号公報

ところで、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯電話及びＰＤＡなどに代表されるモバイル製品では、消費電力を下げることが重要である。最近では、モバイルであっても正確な色再現性が求められており、消費電力の低減と色再現性とを同時に実現する必要がある。

従来は色再現性を向上させるために、ディスプレイを構成する各色（例えば赤、緑、青）の発光面積を調整したり、駆動ＴＦＴのＷ／Ｌを調整して素子に印加する電流値を変更し、輝度の調整を行っているが、消費電力を満足するものではなかった。

本発明の目的は、消費電力の低減と色再現性とを同時に実現することができる有機ＥＬ表示装置を提供することにある。

上記の目的を達成すべく、本発明に係る有機ＥＬ表示装置は、第一の発光素子、第二の発光素子及び第三の発光素子がそれぞれ駆動ＴＦＴに接続された有機エレクトロルミネッセンス表示装置において、
各発光素子には外部から共通の電源電圧が供給され、
各発光素子の必要電源電圧値は、配線による電圧降下分Ｖｌｉｎｅ、駆動ＴＦＴのドレインソース電圧Ｖｄｓ、陰極抵抗による電圧降下分Ｖｃａｔｈｏｄｅ及び電極間電圧Ｖｅｌの和で決定され、
前記電極間電圧Ｖｅｌは、必要白色色度（Ｗｘ，Ｗｙ）及び各素子の色度（Ｒｘ，Ｒｙ）、（Ｇｘ，Ｇｙ）、（Ｂｘ，Ｂｙ）から下記式（１）、（２）を用いて計算される輝度比率（第一の発光素子：第二の発光素子：第三の発光素子＝Ｐｒ：Ｐｇ：１）と、必要最大輝度Ｌと下記式（３）乃至（５）から求められる第一の発光素子の輝度Ｌｒ、第二の発光素子の輝度Ｌｇ及び第三の発光素子の輝度Ｌｂと、各発光素子の電圧−輝度特性により決定され、
外部から供給される前記共通の電源電圧値は、各発光素子の必要電源電圧値の最大値以上であることを特徴とする。

本発明の有機ＥＬ表示装置は、所望の白色色度と、それを形成する第一乃至第三の発光素子の各発光素子の色度、輝度、電圧−輝度特性、スイッチングＴＦＴのドレインソース電圧及び陰極電圧とから、最適な消費電力を得る為の電源電圧値を決定する。これにより、消費電力の低減と色再現性とを同時に実現することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明するが、本発明は本実施形態に限るものではない。

〔第１の実施形態〕
図１は、本実施形態のフルカラー有機ＥＬ表示装置の一部を模式的に示す断面図である。図１において、透明ガラス基板１００上にはスイッチング素子層２００が形成されている。このスイッチング素子層２００上には、第一の発光素子、第二の発光素子及び第三の発光素子の各素子毎に発光素子層３００が積層されている。発光素子層３００は、陽極３０１、発光層及び輸送層を有する有機層３０６及び陰極３０５の積層構造を有し、第一の発光素子、第二の発光素子及び第三の発光素子間には、各発光素子を分離するための素子分離膜３０７が形成されている。本実施形態の陰極３０５は複数の発光素子に跨った共通膜であり、素子の端で陰極配線３０８に接続されている。

各発光素子に接続された配線の抵抗値、陰極の抵抗値及び発光面積は素子間で等しい。

このような各画素共通の陰極電極を形成する有機ＥＬ表示装置において、外部入力の電源電圧値を決定する例を説明する。

〈Ｖｅｌの計算〉
先ず、色度情報から輝度を決定する。白色の目標色度座標を（Ｗｘ，Ｗｙ）、第一、第二及び第三の発光素子の赤、緑、青の色度座標をＲ（Ｒｘ，Ｒｙ）、Ｇ（Ｇｘ，Ｇｙ）、Ｂ（Ｂｘ，Ｂｙ）とする。また、第一、第二及び第三の発光素子の輝度比をＰｒ：Ｐｇ：１とすると、下記式（１）、（２）により、輝度比率が求められる。

本実施形態において、白色の目標色度座標をＮＴＳＣ標準白色色度Ｗ（０．３１，０．３１６）とする。また、各色の色度座標をＲ（０．６３，０．３６），Ｇ（０．２８，０．６３），Ｂ（０．１４，０．１７）とすると、上記式（１）、（２）より、Ｐｒ：Ｐｇ：Ｐｂ＝１．２０：１．４３：１．００となる。

また、外光反射防止などの各種光学フィルターによる光の損失を５０％、第一、第二及び第三の発光素子の開口率を５０％に条件設定する。この条件下において、必要最大輝度Ｌを白色輝度３００ｃｄ／ｍ²とすると、下記式（３）乃至（５）より、必要な第一、第二、第三の発光素子の輝度はそれぞれＬｒ＝３９７ｃｄ／ｍ²、Ｌｇ＝４７２ｃｄ／ｍ²、Ｌｂ＝３３１ｃｄ／ｍ²となる。

次に、各色の電圧輝度特性からＥＬ電極間の電圧値を決定する。図２は、第１の実施形態の各色の電圧輝度特性を示す図である。図２より、所望の輝度を得るための赤、緑、青の各素子のＥＬ電極間電圧ＶｅｌはＶｅｌｒ＝７．２Ｖ、Ｖｅｌｇ＝５．５Ｖ、Ｖｅｌｂ＝６．１Ｖであることが分かる。

〈電源電圧値の決定〉
図３は、第一、第二及び第三の発光素子の回路図である。図４は、第１の実施形態の駆動ＴＦＴのＶｄｓ−Ｉｄｓ特性を示す図である。図３において、１１はＴＦＴ、１２は発光素子層、１５はカソード抵抗、１６は配線抵抗、２１はＶｅｌ、２２はＶｄｓ、２３はＶｃａｔｈｏｄである。

図３に示すように、本実施例の第一、第二及び第三の発光素子には、それぞれＶｌｉｎｅ２４、Ｖｄｓ２２、Ｖｅｌ２１、Ｖｃａｔｈｏｄｅ２３が直列に配置されており、Ｖｌｉｎｅ２４、Ｖｃａｔｈｏｄｅ２３は本実施形態では０．１Ｖ、０．１Ｖである。駆動ＴＦＴは図４のＴＦＴ特性より、Ｖｄｓが１．６Ｖ以上で駆動に必要な所望の飽和領域となる。

Ｖｅｌ２１はＲｅｄの７．２Ｖが最大であることから、９．０Ｖ（電源電圧値）≧０．１（Ｖｌｉｎｅ）＋１．６（Ｖｄｓ）＋７．２（ＶｅｌＲｅｄ）＋０．１（Ｖｃａｔｈｏｄｅ）となる。

第１の実施形態の有機ＥＬ表示装置によれば、所望の白色色度と、第一、第二及び第三の発光素子の各素子の色度、輝度、電圧−輝度特性、スイッチングＴＦＴのドレインソース電圧及び陰極電圧とから、最適な消費電力を得るための電源電圧値を決定する。これにより、所望の白色色度、輝度を実現すると同時に、それを実現する最低限の電源電圧値を用いることが可能となり、消費電力の低下を実現することができる。

〔第２の実施形態〕
第２の実施形態では、上記構成の有機ＥＬ表示装置において、外部から入力する電源電圧値を調整して異なる所望の白色色度に変更する例を説明する。

モバイル用途の表示素子では、色の再現性を若干低下させても、消費電力を低減させる要求がある。

図５は、第２の実施形態の駆動ＴＦＴのＶｄｓ−Ｉｄｓ特性を示す図である。図６は、第１の実施形態の各色の電圧輝度特性を示す図である。上記の構成において、電源電圧を９．０Ｖから８．２Ｖに変更すると、電圧が分配され、Ｖｅｌｒ＝６．６Ｖ、Ｖｅｌｇ＝５．０Ｖ、Ｖｅｌｂ＝５．６Ｖ、Ｖｄｓｒ＝１．４Ｖ、Ｖｄｓｇ＝３．０Ｖ、Ｖｄｓｂ＝２．４Ｖとなる。本実施形態では第１の実施形態よりも電流が小さく、図５のように駆動ＴＦＴはＶｄｓが１．４Ｖ以上で駆動に必要な所望の飽和領域となる。Ｖｅｌと図６の各色の電圧輝度特性よりＬｒ＝２９３ｃｄ／ｍ²、Ｌｇ＝２８９ｃｄ／ｍ²、Ｌｂ＝２５７ｃｄ／ｍ²となる。

同様に、上記式（１）、（２）より、得られる白色色度は（０．３０６，０．３０１）となる。これは第１の実施形態のＮＴＳＣ白色よりも若干青色がかった白色である。この時の輝度は第１の実施形態に対して約３０％低下するが、消費電力を約４０％低減することができる。

このように第２の実施形態によれば、外部入力の電源電圧値を調整してホワイトバランスを調整することで、容易に所望の白色色度に変更し、さらには所望の消費電力を得ることができる。また、本実施形態を応用して、外部入力の電源電圧を可変とし、観察者の観察角度を計測する手段を用いれば、観察角による色ズレを補正することも可能となる。

〔第３の実施例〕
第３の実施形態では、第１の実施形態の有機ＥＬ表示装置において、外部から供給する駆動ＴＦＴのゲート電圧信号を調整して、発光素子に流れる電流値を調整する例を説明する。

上記第１の実施形態において、所望の白色色度と所望の最大輝度を得るための第一、第二及び第三の発光素子のＶｅｌはＶｅｌｒ＝７．２Ｖ、Ｖｅｌｇ＝５．５Ｖ、Ｖｅｌｂ＝６．１Ｖである。また、電源電圧値９．０Ｖより、駆動ＴＦＴのドレインソース電圧は、Ｖｄｓｒ＝１．６Ｖ、Ｖｄｓｇ＝３．３Ｖ、Ｖｄｓｂ＝２．７Ｖとなる。

図７は、第３の実施形態の駆動ＴＦＴゲート電圧信号調整手段の模式図である。図８は、第３の実施形態の駆動ＴＦＴのＶｄｓ−Ｉｄｓ特性を示す図である。図７に示すように、本実施形態では外部から供給する駆動ＴＦＴのゲート電圧信号を調整するゲート信号補正手段７０１乃至７０３を第一、第二及び第三の発光素子のそれぞれに備え、図８のようなＶｄｓによる電流値Ｉｄｓの変化を補正し、所望の電流を得る。

このように第３の実施形態によれば、駆動ＴＦＴのドレインソース電流Ｉｄｓは、外部から入力されるＴＦＴのゲート電圧信号を用いて調整される。これにより、所望の白色色度、輝度を実現すると同時に、それを実現する最低限の電源電圧値を用いることが可能となり、消費電力の低下を実現することができる。

尚、本実施形態は、第２の実施形態のように外部から入力する電源電圧値を調整して異なる所望の白色色度に変更する場合と組み合わせてもよい。

〔第４の実施形態〕
第４の実施形態では、第１の実施形態の有機ＥＬ表示装置において、駆動ＴＦＴのゲート電極に接続される補助容量値を変更し、発光素子に流れる電流値を調整する例を説明する。

第１の実施形態において、所望の白色色度と所望の最大輝度を得るための第一、第二及び第三の発光素子のＶｅｌはＶｅｌｒ＝７．２Ｖ、Ｖｅｌｇ＝５．５Ｖ、Ｖｅｌｂ＝６．１Ｖである。また、電源電圧値９．０Ｖより、駆動ＴＦＴのドレインソース電圧は、Ｖｄｓｒ＝１．６Ｖ、Ｖｄｓｇ＝３．３Ｖ、Ｖｄｓｂ＝２．７Ｖとなる。

図９は、第４の実施形態の駆動ＴＦＴゲート電圧信号調整手段を示す模式図である。第４の実施形態の駆動ＴＦＴのＶｄｓ−Ｉｄｓ特性は図８に示される通りである。図９において、１０はＮチャンネルＴＦＴ、１１はＰチャンネルＴＦＴ、１２は発光素子層、１３は定電流、１４ａ、１４ｂ及び１４ｃは補助容量である。

本実施形態では駆動ＴＦＴのゲート電圧信号を調整するために、ゲート電圧を保持する保持容量１４ａ、１４ｂ、１４ｃの容量値を第一、第二及び第三の発光素子それぞれ調整し、図１０のようなＶｄｓによる電流値の変化を補正し、所望の電流を得る。

このように第４の実施形態によれば、駆動ＴＦＴのドレインソース電流Ｉｄｓは、ゲート電極に接続された補助容量値により調整される。これにより、所望の白色色度、輝度を実現すると同時に、それを実現する最低限の電源電圧値を用いることが可能となり、消費電力の低下を実現することができる。

尚、本実施形態は、第２の実施形態のように外部から入力する電源電圧値を調整して異なる所望の白色色度に変更する場合と組み合わせてもよい。

〔第５の実施形態〕
第５の実施形態では、第１の実施形態と同様の素子構成であるが、輝度比率がＰｒ：Ｐｇ：１であるときに、前記第一の発光素子、第二の発光素子及び第三の発光素子のＥＬ電極間電圧に対する発光輝度の効率比率がＰｒ：Ｐｇ：１とする。且つ、第一の発光素子、第二の発光素子及び第三の発光素子のＥＬ電極間電流に対する発光輝度の効率比率がＰｒ：Ｐｇ：１とする例を説明する。

第１の実施形態において、白色の目標色度座標をＮＴＳＣ標準白色色度Ｗ（０．３１、０．３１６）とする。また、第一、第二及び第三の発光素子の赤、緑、青の色度座標がＲ（０．６３，０．３６），Ｇ（０．２８，０．６３），Ｂ（０．１４，０．１７）とすると、第一、第二及び第三の発光素子の輝度比は１．２０：１．４３：１．００である。

図１０は、第５の実施形態の各色の素子の電圧輝度特性（ａ）と電流輝度特性（ｂ）を示す図である。図示するように、本実施形態で用いた第一、第二及び第三の発光素子の特性は第一、第二及び第三の発光素子のＥＬ電極間電圧に対する発光輝度の効率比率が１．２０：１．４３：１．００である。且つ、第一、第二、第三の発光素子のＥＬ電極間電流に対する発光輝度の効率比率は１．２０：１．４３：１．００である。これにより、第一、第二及び第三の発光素子の各ＥＬ電極間電圧、駆動ＴＦＴのドレインソース電圧がそれぞれ等しくなる。

このように第４の実施形態によれば、所望の白色輝度を得るための各素子に必要な輝度比率Ｐｒ：Ｐｇ：１であるときに、各素子の電圧、輝度効率比率と電流、輝度効率比率をＰｒ：Ｐｇ：１としている。これにより、所望の白色色度、輝度を実現すると同時に、それを実現する最低限の電源電圧値を用い、無効電力を発生させることなく消費電力の低下を実現することができる。

尚、本実施形態は、第２の実施形態のように外部から入力する電源電圧値を調整して異なる所望の白色色度に変更する場合と組み合わせても良い。また、第３の実施形態のように外部から供給する駆動ＴＦＴのゲート電圧信号を調整して、発光素子に流れる電流値を調整する場合と組み合わせても良い。さらに第４の実施形態のように駆動ＴＦＴのゲート電極に接続される補助容量値を変更し、発光素子に流れる電流値を調整する場合と組み合わせてもよい。またさらに、上記の各場合を複数組み合わせても良い。

本発明の有機ＥＬ表示装置の一部を模式的に示す断面図である。 本発明の第１の実施形態の各色の電圧輝度特性を示す図である。 本発明にかかる第一、第二及び第三の発光素子の回路図である。 本発明の第１の実施形態の駆動ＴＦＴのＶｄｓ−Ｉｄｓ特性を示す図である。 本発明の第２の実施形態の駆動ＴＦＴのＶｄｓ−Ｉｄｓ特性を示す図である。 本発明の第１の実施形態の各色の電圧輝度特性を示す図である。 本発明の第３の実施形態の駆動ＴＦＴゲート電圧信号調整手段を模式図である。 本発明の第３の実施形態の駆動ＴＦＴのＶｄｓ−Ｉｄｓ特性を示す図である。 本発明の第４の実施形態の駆動ＴＦＴゲート電圧信号調整手段を示す模式図である。 本発明の第５の実施形態の各色の素子の電圧輝度特性と電流輝度特性を示す図である。 従来の有機ＥＬディスプレイの模式的断面図である。 従来のアクティブ型有機ＥＬ発光素子の模式的駆動回路図である。 従来のディスプレイの模式的構成図である。 図１２の回路図のタイミング図である。

符号の説明

１０ Ｎチャネル型ＴＦＴ
１１ Ｐチャネル型ＴＦＴ
１２ 発光素子層
１３ 定電流
１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ 補助容量
１５ ｃａｔｈｄｅ配線抵抗
１６ 配線抵抗
２１ Ｖｅｌ
２２ Ｖｄｓ
２３ Ｖｃａｔｈｏｄｅ
２４ Ｖｌｉｎｅ
１００ 透明ガラス基板
２００ スイッチング素子層
３００ 発光素子層
３０１ 陽極（透明導電膜）
３０５ 陰極
３０６Ｒ、３０６Ｇ、３０６Ｂ 有機層
３０７ 素子分離膜
３０８ 陰極配線
４０１ 第一の発光素子
４０２ 第二の発光素子
４０３ 第三の発光素子
４０４ フルカラーディスプレイ
７０１、７０２、７０３ ゲート信号補正手段

Claims (5)

1. 第一の発光素子、第二の発光素子及び第三の発光素子がそれぞれ駆動ＴＦＴに接続された有機エレクトロルミネッセンス表示装置において、
   各発光素子には外部から共通の電源電圧が供給され、
   各発光素子の必要電源電圧値は、配線による電圧降下分Ｖｌｉｎｅ、駆動ＴＦＴのドレインソース電圧Ｖｄｓ、陰極抵抗による電圧降下分Ｖｃａｔｈｏｄｅ及び電極間電圧Ｖｅｌの和で決定され、
   前記電極間電圧Ｖｅｌは、必要白色色度（Ｗｘ，Ｗｙ）及び各素子の色度（Ｒｘ，Ｒｙ）、（Ｇｘ，Ｇｙ）、（Ｂｘ，Ｂｙ）から下記式（１）、（２）を用いて計算される輝度比率（第一の発光素子：第二の発光素子：第三の発光素子＝Ｐｒ：Ｐｇ：１）と、必要最大輝度Ｌと下記式（３）乃至（５）から求められる第一の発光素子の輝度Ｌｒ、第二の発光素子の輝度Ｌｇ及び第三の発光素子の輝度Ｌｂと、各発光素子の電圧−輝度特性により決定され、
   外部から供給される前記共通の電源電圧値は、各発光素子の必要電源電圧値の最大値以上であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス表示装置。
   

   
2. 前記外部入力の電源電圧値を調整してホワイトバランスを調整する請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス表示装置。
3. 前記駆動ＴＦＴのドレインソース電流Ｉｄｓは、外部から入力されるＴＦＴのゲート電圧信号を用いて調整される請求項１または２に記載の有機エレクトロルミネッセンス表示装置。
4. 前記駆動ＴＦＴのドレインソース電流Ｉｄｓは、ゲート電極に接続された補助容量値により調整される請求項１または２に記載の有機エレクトロルミネッセンス表示装置。
5. 前記輝度比率がＰｒ：Ｐｇ：１であるときに、前記第一の発光素子、第二の発光素子及び第三の発光素子のＥＬ電極間電圧に対する発光輝度の効率比率がＰｒ：Ｐｇ：１であり、且つ、前記第一の発光素子、第二の発光素子及び第三の発光素子のＥＬ電極間電流に対する発光輝度の効率比率がＰｒ：Ｐｇ：１であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス表示装置。

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