JP2010002756A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 色別の画像を時間順に表示する表示装置では、画像データを記憶する大規模なメモリが必要である。
【解決手段】 行方向と列方向に配列し、時間順に異なる色で発光する発光部を備えた画素と、
選択信号が印加されて前記画素を行単位で選択する走査線と、
前記列方向の画素に前記異なる色の複数の映像信号を供給するデータ線と
を有する表示装置であって、
前記画素が、前記データ線から供給された前記複数の映像信号を保持する複数の保持容量と、前記保持容量に保持された複数の映像信号を電流に変換し、時間順に前記発光部に供給する回路部とを含むことを特徴とする表示装置。
【選択図】 図２

Description

本発明は、表示装置、詳しくは電流を注入して発光するエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子などの発光素子を画像表示に使用したアクティブマトリクス型表示装置に関するものである。

発光素子を駆動するアクティブマトリックス型の表示装置について、複数の発光素子を色別に時分割発光させる駆動方式がある。

特許文献１は、基板に積層したＲＧＢ３色の発光素子で画素を形成し、各色の発光素子を時分割で発光させてカラー画像を構成する表示素子を開示する。ＲＧＢの各発光素子は保持容量を共通にした画素回路で駆動され、１フレーム期間を３分割してＲ、Ｇ、Ｂの色別の画像を順次表示させる。サブフレームごとに各発光素子の発光データを画素回路にプログラミングし発光を行っている。
国際公開特許第０４／０５１６１４号公報

表示装置に入力されるビデオデータは、色ごとに並列でラスター走査の順に時系列のデータになっている。このビデオデータを受けて、３つのサブフレームで異なる色のデータを画素にプログラミングし、順次色別に発光させるためには、各色のデータをサブフレーム期間ずつ遅らせて使うために、少なくとも遅れて表示される色データをメモリに保持しておく必要がある。画像データを階調情報も含めて記憶しておくには多数のメモリを必要とし、回路規模の増大とコストアップを招く。

本発明は、
行方向と列方向に配列し、時間順に異なる色で発光する発光部を備えた画素と、
選択信号が印加されて前記画素を行単位で選択する走査線と、
前記列方向の画素に前記異なる色の複数の映像信号を供給するデータ線と
を有する表示装置であって、
前記画素が、前記データ線から供給された前記複数の映像信号を保持する複数の保持容量と、前記保持容量に保持された複数の映像信号を電流に変換し、時間順に前記発光部に供給する回路部とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、複数色の発光素子を色別に時分割で表示する表示装置に関して、一度のプログラミング期間内に各色のデータを同時にプログラミングするので、表示画像データを記憶する大規模なメモリが不要になり、安価なシステムによるＥＬパネルを提供できる。

図１は本発明のアクティブマトリクス表示装置の画素配列と走査線、データ線の敷設形態を示す図である。

画素Ｐは行方向と列方向にｎ行ｍ列のマトリクス形状に配列し、行方向に画素を接続する走査線Ｒ１、Ｒ２、・・・、Ｒｎ（全ｎ本。以下代表してＲと書く）と、列方向に画素を接続するデータ線Ｄ１、Ｄ２、・・・、Ｄｍ（全ｍ本。以下代表してＤと書く）がそれぞれ配置されている。走査線Ｒには順に選択信号が印加されて画素を行単位で選択する。列方向のデータ線Ｄには時間的に変動する表示信号が印加されており、選択行の画素Ｐにそのときの表示信号が供給される。

プログラミングとは、走査線Ｒに順次選択信号が印加されて、選択された行の各画素Ｐに、データ線Ｄから映像信号が供給され、画素内に設けられているキャパシタなどの電圧保持機構によって保持される動作である。各行の走査線Ｒに選択信号が印加されている期間がプログラミング期間である。この期間は行ごとに１プログラミング期間ずつ時間的にずれていく。

各行はプログラミング期間が終了すると発光期間に移る。各画素に設けられた回路が保持容量に保持された映像信号に応じた電流を発生させ発光素子に供給する。発光素子はこの電流に応じた輝度で発光する。

本発明の表示装置は、画素が異なる複数の色を時間順に発光する発光部を備えている。１フレーム期間は１回のプログラミング期間と複数の発光期間に分けられ、１回のプログラミング期間中に、当該選択行の画素に、異なる各色の映像信号をすべてプログラミングし、その後の複数の発光期間に色別の発光を行う。各発光期間で映像信号に応じた輝度の発光を行い、時間的に合成されたカラー画像を得る。

各画素には色別に映像信号を保持する複数の保持容量を設ける。画素には、この他に、保持された映像信号を電流に変換して順次発光素子に供給するための回路部が設けられる。

映像信号を供給する各列のデータ線は、以下の例で示すように色別に複数本設けられる。別の方式として、１本のデータ線にして時分割で色別信号を供給するようにしてもよい。

図２は、ＡＢ２色を発光する本発明の表示装置の実施形態におけるプログラミングと表示の時間的順序を表す図である。

ｒｏｗ（１）からｒｏｗ（ｎ）まで各行が順次選択され、各行のプログラミングが行われる。その際、Ａ、Ｂ２色の発光に対応して２つの映像信号がプログラミングされる。その後、第１の色で発光するＡ発光期間と、それに続く、第１の色とは異なる第２の色で発光するＢ発光期間がある。

従来の駆動シーケンスを図３に示す。Ａ発光期間の直前にプログラミング期間（１）を設け、Ｂ発光期間の直前にプログラミング期間（２）を設けるので、Ｂのプログラミング期間（２）はＡ発光期間の後になる。

通常、映像信号は画素ごとの時系列の信号であり、異なる色の信号は並列に外部回路から表示装置に入力される。１つのプログラミング期間にＡとＢの両方の映像信号が並列して表示装置に入力されるので、これに同期してプログラミング期間（１）にＡの映像信号のプログラミングを行うと、その後のプログラミング期間（２）にはＢの映像信号は消え去っている。そのため、Ａ発光期間の間、Ｂの映像信号を保持しておくメモリが必要になる。

また、従来の駆動シーケンスでは、ＡＢ各色のプログラミングをそれぞれ１／２フレーム期間（３色の場合は１／３フレーム期間）のうちに完了させなければならない。映像信号は、フレームごとに同期信号を持って送られてくるが、各色のプログラミング時間がフレーム期間の１／２またはそれ以下になると、映像信号に同期したプログラミングを行うことが不可能になる。この結果、Ａの映像信号を保持するためのメモリがさらに必要になる。

これに対して、図２の本発明は、１つのプログラミング期間で並列して存在するＡＢ２つの映像信号をともにプログラミングするので、発光期間が後に来るＢの映像信号を記憶するメモリは不要である。また、外部から送られてくる映像信号に同期して１フレーム期間でプログラミングを行うことができるので、Ａの映像データを記憶する必要もない。

一連のプログラミングと発光（駆動シーケンスという）はフレーム周期で繰り返される。

輝度を調整するために、各色の発光期間中にそれぞれに消灯期間を設けても良い。図１ではＡ発光期間、Ｂ発光期間の発光が１回ずつとなっているが、消灯期間を２回またはそれ以上設けて各色が複数回点滅するようにするとフリッカが軽減される。

図４は本実施形態の画素の断面を模式的に示す図である。

１つの画素Ｐは、基板１０の上に、２色の発光素子２，３が積層された構造を持っている。２層の発光素子２，３は赤と青、赤と緑、または青と緑の組み合わせである。各発光素子は有機エレクトロルミネセンス（ＥＬ）素子であって、ダイオード特性をもち、上から下に向かって電流が流れて発光する。発光素子２，３は独立に駆動できるように上面１１と下面１２と層間１の電極が配置されている。

最上層の電極１１と最下層の電極１２は短絡されて電源Ｖｃに接続され、中央の層間の電極１は画素ごとに設けられた画素回路４，５に接続されている。このように接続された２つの発光素子２，３は逆向きに並列接続されたダイオードと考えることができる。

図５は、図４の画素の発光部と画素回路の配置を示す図である。逆向きに接続されたダイオード２，３は図４の積層された２層の発光素子２，３にそれぞれ対応し、２つで１つの画素の発光部を構成している。２つのブロック４、５はこの発光部に電流を供給する回路である。回路４，５は画素ごとに設けられているので、以下これらをまとめて１つの画素回路という。画素回路４、５と発光素子２、３とが、図１の１つの画素Ｐを構成する。

各画素にはＰ１，Ｐ２の２本の走査線、Ｐａ，Ｐｂの２本の発光制御線、ｄａｔａ１、ｄａｔａ２の２本のデータ線、発光素子の上下電極に接続された電源線Ｖｃ及び画素回路の電源線Ｖａが配設されている。画素回路４にはデータ線ｄａｔａ１と制御線Ｐ１、Ｐａが接続され、画素回路５にはデータ線ｄａｔａ２と制御線Ｐ２、Ｐｂが接続されている。なお、図１では、走査線が各行に１本、データ線も各列に１本描かれていたが、実際には図５のようにそれぞれ複数本で構成されている。

図６は図５の画素回路４，５を具体的に示したものである。

画素回路４は、走査線Ｐ１の選択信号でオンになるスイッチングトランジスタ（スイッチＱ２Ａ）、容量Ｃ１Ａ、Ｐチャネル型の駆動トランジスタＱ１Ａ、および走査線Ｐａの選択信号でオンになるスイッチングトランジスタ（スイッチＱ３Ａ）で構成されている。画素回路５は、走査線Ｐ２の選択信号でオンになるスイッチングトランジスタＱ２Ｂ、容量Ｃ１Ｂ、Ｎチャネル型の駆動トランジスタＱ１Ｂ、および走査線Ｐｂの選択信号でオンになるスイッチングトランジスタＱ３Ｂで構成されている。

駆動トランジスタＱ１Ａ、Ｑ１Ｂと、発光制御線Ｐａ，Ｐｂの選択信号でオンになるスイッチングトランジスタＱ３Ａ，Ｑ３Ｂとは、保持容量Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂの保持電圧を電流に変換し、順に発光部の発光素子に供給する。

図７は、図６の画素回路４，５の動作を表すタイミングチャートである。図７の中の各ラインは、図６で同じ符号で示した各信号線の電圧波形である。

ｔ１〜ｔ３がプログラミング期間、ｔ３〜ｔ４が発光素子２の発光期間、ｔ４〜ｔ５が発光素子３の発光期間である。２本のデータ線ｄａｔａ１、ｄａｔａ２には、ｎ行、ｎ＋１行、ｎ＋２行・・・の映像信号が時系列に印加されている。走査線Ｐ１、Ｐ２の選択信号（Ｈレベル）は引き続いて印加され、１つの連続した選択期間ｔ１〜ｔ３となっている。

１つの行のプログラミング期間（ｔ１〜ｔ３）には各データ線に１つの映像信号が供給され、以下に説明する手順で選択された画素の保持容量に保持される。

プログラミング期間（ｔ１〜ｔ３）の前半のｔ１〜ｔ２の期間において、電源ＶａとＶｃの電圧はＶａ＝Ｖｃｃ、Ｖｃ＝Ｇｎｄになる。この期間に、走査線Ｐ１に選択信号（Ｈレベル）が印加されることにより画素回路４スイッチＱ２ＡがＯＮになり、データ線ｄａｔａ１から映像信号が保持容量Ｃ１Ａにチャージされる。

プログラミング期間の後半のｔ２〜ｔ３の期間において、電源電圧は切り替えられてＶａ＝Ｇｎｄ、Ｖｃ＝Ｖｃｃになる。この期間に、走査線Ｐ２に選択信号が印加されることにより画素回路５スイッチＱ２ＢがＯＮになり、データ線ｄａｔａ２から映像信号が保持容量Ｃ１Ｂにチャージされる。

本実施形態では、プログラミング期間を２つに分割して別々にプログラミングを行っている。これは、保持容量Ｃ１Ａの充電電圧がＶｃｃを基準にした電圧であるのに対し、保持容量Ｃ１Ｂの充電電圧がＧＮＤを基準にした電圧となるので、プログラミング時に電源電圧を切り替える必要があるためである。

しかし画素回路４と５の電源Ｖａを別々の電源にすれば、２つの映像信号ｄａｔａ１、ｄａｔａ２を同時にプログラミングすることもできる。

プログラミング期間終了後のｔ３〜ｔ５の期間が発光期間である。

前半のｔ３〜ｔ４の期間（図１のＡ発光期間に該当する）では電源をＶａ＝Ｖｃｃ、Ｖｃ＝Ｇｎｄとし、発光制御線Ｐａに選択信号（Ｈレベル）が印加される。これによってＱ３ＡがＯＮし、駆動トランジスタＱ１Ａから発光部のＥＬ素子２に向かって電流が流れ、ＥＬ素子２が発光する。このときＱ３Ｂ１はＯＦＦであり、ＥＬ素子３は消灯状態にある。

後半のｔ４〜ｔ５の期間（図１のＢ発光期間に該当する）ではＶａ＝Ｖｃｃ、Ｖｃ＝Ｇｎｄとし、発光制御線Ｐｂに選択信号（Ｈレベル）が印加される。これによりＱ３Ｂ１がＯＮし、ＥＬ素子３から駆動トランジスタＱ１Ｂに向かって電流が流れＥＬ素子３が発光状態になる。このときＱ３ＡはＯＦＦであり、ＥＬ素子２は消灯状態になる。

以上のｔ１〜ｔ５の期間はフレーム毎に繰り返される。

１フレーム期間中は、１回のプログラミング期間（ｔ１〜ｔ３）内に２つの映像信号がデータ線ｄａｔａ１とｄａｔａ２から画素に供給され、画素回路４と５にそれぞれプログラミングされる。プログラミングされた電圧はそれぞれの保持容量で保持される。電源ＶａとＶｃの電圧と、発行制御線Ｐａ，Ｐｂの信号によって画素回路４、５が発光素子２、３を順に発光させる。このようにして２つの色が順次別々の時間で表示され、合成されたカラー画像が得られる。

電源ＶａとＶｃとは、プログラミング期間内と発光期間の切り替わりタイミングで極性を変える。これらのタイミングは行方向の画素に共通であるから、電源電圧の反転も行方向に配列する画素について一斉に行われる。図３、４において電源ＶａとＶｃがともに走査線に平行に設けられているのはこの理由による。

２つの色の発光期間は同じ長さでもよいが、発光素子のように色によって発光素子の効率が著しく異なる場合は、発光期間の割合を変化させることにより、ホワイトバランスを調整しても良い。

発光制御線Ｐａ、Ｐｂを制御して、それぞれの発光期間に一定期間の消灯状態（Ｌ状態）を設けることで全体輝度を調整することができる。

発光素子の積層は２層とは限らない。ＲＧＢ３層を積層して３色を時分割で発光させる画素を作ってもよい。この場合は、１回のプログラミング期間で３色の映像信号をプログラミングし、その後の３つの発光期間でＲＧＢを発光させる。

図８は本実施例の画素の断面構成を模式的に示す図である。本実施例の画素は、図４に示した積層された発光素子対が２組並列して基板上に形成されたものである。

図４の構成に加えて、発光素子７、８と画素回路６が配置されている。

発光素子７，８は、発光素子２、３と同じく、２層に積層された有機エレクトロルミネセンス（ＥＬ）素子であって、ダイオード特性をもち、上から下に向かって電流が流れて発光する。発光素子７，８は上面１１と下面１２と層間９の３層の電極が配置されている。

最上層の電極１１と最下層の電極１２は、発光素子対２、３と共通の電極であり、図４の構成と同じく短絡されて電源Ｖｃに接続されている。中央の層間電極９はもう１つの層間電極１とは電気的に切り離され、画素回路６と５に接続されている。画素回路５は、発光素子対２、３と共有している。

発光素子対２，３と発光素子対７，８は、１つの画素Ｐのエリアを２分して、それぞれＰＬとＰＲの領域に形成されており、ＰＬとＰＲの２つの領域で１つの画素Ｐを構成している。

発光素子２は赤色（Ｒ）発光素子であり、発光素子７は緑色（Ｇ）発光素子であり、発光素子３と発光素子８は青色（Ｂ）発光素子である。このように、ＲＧＢの３原色のうちの２色を組み合わせた積層発光素子対を２つの領域ＰＬ，ＰＲに形成し、２つの領域では２色の組み合わせが異なっている。これによって、本実施例はフルカラーの表示装置を実現する画素構成になっている。

ＰＬ，ＰＲ２領域の計４つの発光素子のうち、２つは同じ色で構成されるので、共通の発光層で構成してよい。図８では発光素子２と７が同じ発行層で構成されている。これらの層は同時に発光させることができるので、その場合は１つの駆動回路を共有することができる。２つの領域で共有される駆動回路５は、この共通の発光層をもつ発光素子を駆動するための回路である。

図９は図８の画素の回路構成を示す図である。図６と同じ動作をする個所には同番号を付与している。

画素回路４は，データ線ｄａｔａ１から映像信号を受けて発光期間にＲ発光素子２に電流を供給する。

画素回路５は、データ線ｄａｔａ２から映像信号を受けて発光期間に２つの領域のＢ発光素子３と８の両方に同時に電流を供給する。

画素回路６は，データ線ｄａｔａ３から映像信号を受けて発光期間にＧ発光素子７に電流を供給する。

図１０は図９の回路の動作を説明するタイミングチャートである。

プログラミング期間の前半（ｔ１〜ｔ２）で、電源電圧はＶａ＝Ｖｃｃ，Ｖｃ＝ＧＮＤに設定される。走査線Ｐ１に選択信号（Ｈレベル）が印加され、スイッチングトランジスタＱ２ＡとＱ２Ｃが導通する。データ線ｄａｔａ１から画素回路４に赤色（Ｒ）の映像信号が供給され、保持容量Ｃ１Ａに保持される。同時にデータ線ｄａｔａ３から画素回路６に緑色（Ｇ）の映像信号が供給され、保持容量Ｃ１Ｃに保持される。

プログラミング期間の後半（ｔ２〜ｔ３）で、電源電圧はＶａ＝ＧＮＤ，Ｖｃ＝Ｖｃｃに設定される。走査線Ｐ２に選択信号（Ｈレベル）が印加され、スイッチングトランジスタＱ２Ｂが導通する。データ線ｄａｔａ２から画素回路５に青色（Ｂ）の映像信号が供給され、保持容量Ｃ１Ｂに保持される。

プログラミング期間終了後、発光期間の前半（ｔ３〜ｔ４）では、電源電圧はＶａ＝Ｖｃｃ，Ｖｃ＝ＧＮＤに設定される。発光制御線ＰａがＨレベルになり、スイッチングトランジスタＱ３ＡとＱ３Ｃが導通する。駆動トランジスタＱ１Ａの駆動電流はＶａからＶｃに向かう方向なので、すべてＲ発光素子２に流れ、Ｂ発光素子３には流れない。同様に、駆動トランジスタＱ１Ｃの駆動電流はＧ発光素子７にのみ供給され、Ｂ発光素子８には流れない。この結果ＲおよびＧの画像が表示される。

発光期間の後半（ｔ４〜ｔ５）では、電源電圧はＶａ＝ＧＮＤ，Ｖｃ＝Ｖｃｃに設定される。制御線ＰｂがＨレベルになり、スイッチグトランジスタＱ３Ｂ１とＱ３Ｂ２が導通する。この結果、駆動トランジスタＱ１ＢからＢ発光素子３と７に電流が供給されるが、この電流はＶｃからＶａに向かう方向の電流なので、Ｒ発光素子２やＧ発光素子７には流れず、Ｂ発光素子３と８にのみ流れ、その結果青色画像が表示される。

発光期間前半のＲとＧの表示と後半のＢの表示が合成されてカラー階調画像が表示される。

発光期間の比率は、発光素子の効率を考慮し比率を変えても良い。また発光素子２，３，７，８の色の組み合わせは上の色に限定されるものではなく任意に決めることができる。並列に接続される発光素子の対は一方が他方と比べ劣化しやすい発光素子にしてもよい。

本発明の表示装置の画素配列と信号線の敷設方向を示す模式図である。 本発明の表示装置における駆動シーケンスを示す図である。 従来の表示装置の駆動シーケンスを示す図である。 本発明の表示装置の画素断面構成を示す模式図である。 本発明の表示装置の画素の回路ブロック図である。 本発明の表示装置の画素の回路図である。 本発明の表示装置の動作を示すタイミングチャートである。 実施例の画素の断面構成を示す模式図である。 実施例の画素の回路図である。 実施例の動作を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１、９，１１，１２ 発光素子の電極
２、３、７，８ 発光素子
４、５、６ 画素回路
Ｃ１Ａ、Ｃ１Ｂ、Ｃ１Ｃ 保持容量
Ｐ 画素
Ｐ１、Ｐ２ 走査線
Ｐａ、Ｐｂ 発光制御線
ｄａｔａ１，ｄａｔａ２，ｄａｔａ３ データ線
Ｖｃ，Ｖａ 電源

Claims (8)

1. 行方向と列方向に配列し、時間順に異なる色で発光する発光部を備えた画素と、
   選択信号が印加されて前記画素を行単位で選択する走査線と、
   前記列方向の画素に前記異なる色の複数の映像信号を供給するデータ線と
   を有する表示装置であって、
   前記画素が、前記データ線から供給された前記複数の映像信号を保持する複数の保持容量と、前記保持容量に保持された複数の映像信号を電流に変換し、時間順に前記発光部に供給する回路部とを含むことを特徴とする表示装置。
2. 前記データ線が前記異なる色別に設けられた複数のデータ線からなることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記走査線の選択信号による画素の行単位の選択が、前記表示装置に入力される映像信号に同期していることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
4. 前記画素に各色の発光期間を制御する発光制御線が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
5. 前記発光部は、少なくとも２層に積層された発光素子であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
6. 前記発光部は、３層の電極とその間に挟まれた２層の異なる色の発光層を含む発光部であり、最上層と最下層の電極が共通に電源線に接続され、中央の電極が前記回路部に接続されていることを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
7. 前記発光部が、３原色のうちの２色の発光素子を異なる組み合わせで含む２つの領域からなり、前記２つの領域に共通する色の映像信号が１つの保持容量に保持されることを特徴とする請求項６に記載の表示装置。
8. 前記電源線が行方向の画素に共通に設けられていることを特徴とする請求項６に記載の表示装置。

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