JP2012118381A - 有機ｅｌ表示装置及びその駆動方法 - Google Patents

有機ｅｌ表示装置及びその駆動方法 Download PDF

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Abstract

【課題】輝度ムラやシェーディングを抑制し、高い表示画質を実現する。
【解決手段】それぞれが第１副画素と第２副画素を備える複数の画素と、各副画素に配置された有機ＥＬ素子と、データ線ドライバと、画素回路と、ゲート線ドライバと、を備える有機ＥＬ表示装置であって、各画素は同一色を発光する第１副画素に配置された第１有機ＥＬ素子と第２副画素に配置された第２有機ＥＬ素子を有し、第１副画素と第２副画素の各々の光取り出し効率は第２副画素の方が高く、複数のトランジスタの少なくとも１つは駆動電流を供給するトランジスタであり、駆動トランジスタのゲート端子に基準電圧を供給することにより、第１有機ＥＬ素子を発光レベルで階調表示させ、第２有機ＥＬ素子を、発光期間を制御して階調表示させる、基準電圧線ドライバを有することを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
【選択図】図６

Description

本発明は、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ）素子を用いた表示装置及びその駆動方法に関し、特に有機ＥＬ素子の正面方向での光の利用効率を高めることが可能なアクティブマトリクス型有機ＥＬ表示装置及びその駆動方法に関する。
有機ＥＬ素子では、光が発光層から様々な角度で出射するため、保護層と外部空間との境界面で全反射する光成分が多く発生し、全反射した光成分の中には素子内部に閉じ込められてしまう成分がある。このため、光取り出し効率が低くなるという課題があった。この課題を解決するために、特許文献１では、有機ＥＬ素子を封止する酸化窒化シリコン（ＳｉＮｘＯｙ）膜上に樹脂から成るマイクロレンズアレイを配置している。
特開２００４−０３９５００号公報
特許文献１のように有機ＥＬ素子の上にマイクロレンズアレイを配置する構成の場合、マイクロレンズアレイがなければ全反射していた光成分を取り出すことができるという効果に加え、集光の効果が期待できる。これらの効果により有機ＥＬ素子を用いた表示装置の光取り出し効率（特に正面輝度）の向上を実現できる。しかし、光取り出し効率の向上に伴い、従来は目立たなかった製造時のＴＦＴのばらつきに起因した輝度ムラが目立つようになる。更に、表示装置の斜め方向の輝度は減少するため、この構成の場合、広い視野角特性が求められる場面では使いづらくなる。そこで、マイクロレンズアレイを配置した有機ＥＬ素子とマイクロレンズアレイを配置しない有機ＥＬ素子が混在している構成が考えられるが、光取り出し効率が低いため大きな電流が必要となり、配線の電圧降下に起因したシェーディング（輝度勾配）が発生する。
そこで、本発明は、ユーザーシーンに応じて「省電力モード」か「広視野角モード」を選択でき、ＴＦＴのばらつきに起因した輝度ムラや電圧降下に起因したシェーディングを抑制できる表示画質の高い有機ＥＬ表示装置を提供することを目的とする。また、ＴＦＴのばらつきに起因した輝度ムラや電圧降下に起因したシェーディングを抑制できる表示画質の高い有機ＥＬ表示装置の駆動方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は、マトリクス状に配置され、それぞれが第１副画素と第２副画素を備える複数の画素と、前記各副画素に配置された有機ＥＬ素子と、前記各画素に画像データに応じたデータ信号を供給するデータ線ドライバと、前記各画素に配置され、複数のトランジスタを有し、前記有機ＥＬ素子にデータ信号に応じた駆動電流を供給し、前記有機ＥＬ素子を点灯させる画素回路と、前記各トランジスタを駆動するゲート線ドライバと、を備える有機ＥＬ表示装置であって、前記各画素は同一色を発光する第１副画素に配置された第１有機ＥＬ素子と第２副画素に配置された第２有機ＥＬ素子を有し、前記第１副画素と前記第２副画素の各々の光取り出し効率は前記第２副画素の方が高く、前記複数のトランジスタの少なくとも１つは駆動電流を供給するトランジスタであり、前記駆動トランジスタのゲート端子に基準電圧を供給することにより、前記第１有機ＥＬ素子を発光レベルで階調表示させ、前記第２有機ＥＬ素子を、発光期間を制御して階調表示させる、基準電圧線ドライバを有することを特徴とする有機ＥＬ表示装置を提供するものである。
また、本発明は、マトリクス状に配置され、それぞれが第１副画素と第２副画素を備える複数の画素と、前記各副画素に配置された有機ＥＬ素子と、前記各画素に画像データに応じたデータ信号を供給するデータ線ドライバと、前記各画素に配置され、複数のトランジスタを有し、前記有機ＥＬ素子にデータ信号に応じた駆動電流を供給し、前記有機ＥＬ素子を点灯させる画素回路と、前記各トランジスタを駆動するゲート線ドライバと、を備える有機ＥＬ表示装置の駆動方法であって、前記各画素は同一色を発光する第１副画素に配置された第１有機ＥＬ素子と第２副画素に配置された第２有機ＥＬ素子を有し、前記第１副画素と前記第２副画素の各々の光取り出し効率は前記第２副画素の方が高く、前記複数のトランジスタの少なくとも１つは駆動電流を供給するトランジスタであり、前記駆動トランジスタのゲート端子に基準電圧を供給することにより、前記第１有機ＥＬ素子を発光レベルで階調表示し、前記第２有機ＥＬ素子を、発光期間を制御して階調表示することを特徴とする有機ＥＬ表示装置の駆動方法を提供するものである。
本発明によれば、共通の画素回路構成で入力信号を変えることにより、光取り出し効率が高い副画素に含まれる有機ＥＬ素子を駆動する場合はデジタル階調駆動方式で駆動する。これにより、輝度ムラを抑制でき、高い表示画質を実現できる。光取り出し効率が低い副画素に含まれる有機ＥＬ素子を駆動する場合はアナログ階調駆動方式で駆動する。これにより、シェーディングを抑制でき、高い表示画質を実現できる。
本発明に係る有機ＥＬパネル、画素構成及び画素配置を示す概略図である。 本発明に係る有機ＥＬ素子の相対輝度−視野角特性である。 本発明に係る有機ＥＬ素子のＶｇ−Ｉｄ特性である。 実施例１の有機ＥＬパネル、画素構成及び画素配置の概略図である。 実施例１の画素回路である。 実施例１の有機ＥＬパネルの動作タイミングチャートである。 実施例２の画素回路である。 実施例２の有機ＥＬパネルの動作タイミングチャートである。
以下、本発明の有機ＥＬ表示装置の好適な実施形態について図面を参照して説明する。
図１（ａ）はマトリクス状に配置された複数の画素（ｍ行ｎ列画素）を有し、各画素に有機ＥＬ素子が配置された有機ＥＬパネル１１の概略図であり、本発明に係る有機ＥＬパネルの一例である。有機ＥＬパネル１１はデータ線１５にデータ信号を印加するデータ線駆動回路１２、ゲート線１６を駆動するゲート線駆動回路１３を有する。また、各画素に配置され、複数のトランジスタを有し、有機ＥＬ素子にデータ信号に応じた駆動電流を供給し、有機ＥＬ素子を点灯させる画素回路１４を有する。更に、基準電圧線１７に基準電圧信号を印加する基準電圧線駆動回路１８を有する。ｍ行ｎ列画素は各データ線と各ゲート線の交点に配置され、各画素に対応するデータ信号に基づいて表示を行う。
データ線駆動回路１２は各画素に画像データに応じたデータ信号を供給するデータ線ドライバであり、外部からの画像データを入力し有機ＥＬ素子を画像データに応じて駆動する電流量を制御する回路である。ゲート線駆動回路１３は画素回路１４が有する各トランジスタを駆動する（各トランジスタのゲート端子に接続されたゲート線１６を駆動する）ゲート線ドライバであり、該当行の書き込み動作時にパルス信号を発生させる。一般的には１行目から順に書き込み動作を行うため、シフトレジスタやその他の論理回路を搭載し、画素回路１４の書き込み動作を行えるようにロジックの信号発生を行う。ゲート線駆動回路１３によって書き込み該当行にある画素は、データ線駆動回路１２によって駆動されたデータ信号をデータ線１５より入力し書き込み動作を行う。
基準電圧線駆動回路１８は複数のトランジスタのうち、駆動電流を供給するトランジスタ（駆動トランジスタ）のゲート端子に基準電圧を供給する基準電圧線ドライバである。該当画素の発光時に、一定の基準電圧を発生させるか、三角波や鋸波といった、時間の経過と共に電圧が変化する基準電圧信号を発生させる。発生した基準電圧信号は基準電圧線１７によって該当画素に入力される。基準電圧信号は有機ＥＬ素子を含む副画素の光取り出し効率が低い場合には一定電圧の基準電圧となり、有機ＥＬ素子を含む副画素の光取り出し効率が高い場合には三角波や鋸波といった、時間の経過と共に電圧が変化する信号とする。基準電圧線１７は図１（ａ）では行単位で各画素に接続されているが、列単位で各画素に接続しても良く、データ線１５と共用しても良い。基準電圧線駆動回路１８はデータ線駆動回路１２やゲート線駆動回路１３と共用しても良い。
図１（ｂ）は本発明の表示装置における画素（例えば、図１（ａ）中のａ行目ｂ列目）に相当する部分を示す部分断面図である。本発明の表示装置の画素は基板２０と、基板２０上にマトリクス状に形成された、表示領域を構成する複数の副画素からなる。ここで、「副画素」とは、１つの発光素子が設けられた領域を意味する。図１（ｂ）では、基板上に形成された有機ＥＬ素子の上面から（上方向から）光を放出させるトップエミッション型の表示装置を示しているが、本発明はボトムエミッション型の表示装置にも適用できる。
本発明では、発光素子としての有機ＥＬ素子が上記複数の副画素の各々に形成され、異なる副画素に含まれる各有機ＥＬ素子は互いに視野角特性が異なる（視野角特性Ａ、視野角特性Ｂ）。具体的には、各画素は同一色を発光する２つの有機ＥＬ素子を有し、この２つの有機ＥＬ素子は相対的に光取り出し効率が低い第１副画素に含まれる第１有機ＥＬ素子と相対的に光取り出し効率が高い第２副画素に含まれる第２有機ＥＬ素子からなる。第２副画素の第２有機ＥＬ素子の光放出面側には集光性の高い素子が配置され、第１副画素の第１有機ＥＬ素子の光放出面側には集光性の高い素子が配置されていないのが好ましい。集光性の高い素子としては、マイクロレンズ等を用いるのが好ましい。
異なる副画素の各有機ＥＬ素子の間には発光領域を分離する領域分離層２２が設けられている。有機ＥＬ素子の夫々は一対の電極であるアノード電極２１及びカソード電極２４と、それらの電極間に挟持された、発光層を含む有機化合物層２３（以下、「有機ＥＬ層」と称する）を備えている。具体的には、基板２０の上に画素毎にパターニングされたアノード電極２１が形成され、アノード電極２１の上に有機ＥＬ層２３が形成され、更に有機ＥＬ層２３上にカソード電極２４が形成されている。
アノード電極２１は、例えばＡｇ等の高い反射率を持つ導電性の金属材料から形成される。又はそのような金属材料から成る層とホール注入特性に優れたＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ）等の透明導電性材料から成る層との積層体から構成しても良い。
カソード電極２４は、複数の有機ＥＬ素子に対して共通に形成されており、発光層で発光した光を素子外部に取り出し可能な半反射性或いは光透過性の構成を有している。具体的には、素子内部での干渉効果を高めるためにカソード電極２４を半反射性の構成とする場合、カソード電極２４はＡｇやＡｇＭｇ等の電子注入性に優れた導電性の金属材料から成る層を２〜５０ｎｍの膜厚で形成することにより構成されている。なお、「半反射性」とは、素子内部で発光した光の一部を反射し一部を透過する性質を意味し、可視光に対して２０〜８０％の反射率を有するものをいい、「光透過性」とは、可視光に対して８０％以上の透過率を有するものをいう。
有機ＥＬ層２３は、少なくとも発光層を含む単層又は複数の層からなる。有機ＥＬ層２３の構成例としては、正孔輸送層、発光層、電子輸送層及び電子注入層からなる４層構成、正孔輸送層、発光層及び電子輸送層からなる３層構成等が挙げられる。有機ＥＬ層２３を構成する材料は公知の材料を使用することができる。
基板２０には各有機ＥＬ素子を独立に駆動できるように画素回路が形成されている。これらの画素回路は複数の薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ−Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒと称する）から構成されている（不図示）。ＴＦＴが形成された基板２０は、ＴＦＴとアノード電極２１とを電気的に接続するためのコンタクトホールが形成された層間絶縁膜に覆われている（不図示）。層間絶縁膜上には、画素回路による表面凹凸を吸収し、表面を平坦にするための平坦化膜が形成されている（不図示）。
カソード電極２４の上には、空気中の酸素や水分から有機ＥＬ層２３を保護するために保護層２５が形成されている。保護層２５は、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ等の無機材料からなる。或いは、無機材料と有機材料との積層膜からなる。無機膜の膜厚は０．１μｍ以上１０μｍ以下が好ましく、ＣＶＤ法で形成することが好ましい。有機膜は工程中に表面に付着して除去できない異物を覆って保護性能を向上させるために使用するため、１μｍ以上が好ましい。図１（ｂ）では、保護層２５を画素分離層２２の形状に沿って形成させているが、保護層２５の表面が平坦であっても良い。有機材料を使うことで容易に表面を平坦にすることが可能である。
本発明の表示装置の画素は、３つの異なる色相を持った有機ＥＬパネルとして構成しても良いし、３色相に限らず、４つの異なる色相を持った有機ＥＬパネルとして構成しても良い。３色相の場合には、例えばＲ・Ｇ・Ｂの３色相を持った有機ＥＬパネルとし、Ｒ・Ｇ・Ｂの３色相の有機ＥＬ素子からなる構成としても良いし、白色有機ＥＬ素子にＲ・Ｇ・Ｂの３色相のカラーフィルターを重ねた構成としても良い。４色相の場合には、例えばＲ・Ｇ・Ｂ・Ｗの４色相を持った有機ＥＬパネルとしても良い。３つの異なる色相を持った有機ＥＬパネルを３色相の有機ＥＬ素子から構成する場合、互いに異なる色を発光する画素を組み合わせて、３色以上の色を発光する画素ユニットを表示単位とするのが好ましい。
図１（ｃ）は本発明の有機ＥＬパネルの画素配置の一例である。Ｒ画素３１、Ｇ画素３２、Ｂ画素３３が配置されており、Ｒ画素３１、Ｇ画素３２、Ｂ画素３３の３つで１つの画素ユニットを構成する有機ＥＬパネルである。Ｒ画素３１はＲ−１副画素３１１、Ｒ−２副画素３１２で構成され、各副画素は色相が共にＲ、かつ互いに光学特性が異なる。Ｇ画素３２はＧ−１副画素３２１、Ｇ−２副画素３２２で構成され、各副画素は色相が共にＧ、かつ互いに光学特性が異なる。Ｂ画素３３はＢ−１副画素３３１、Ｂ−２副画素３３２で構成され、各副画素は色相が共にＢ、かつ互いに光学特性が異なる。各画素はＲを発光し光学特性の異なる２つの副画素、Ｇを発光し光学特性の異なる２つの副画素、Ｂを発光し光学特性の異なる２つの副画素を有する。
以下、Ｒ−１副画素３１１、Ｇ−１副画素３２１、Ｂ−１副画素３３１を視野角の広い特性を持つ副画素Ａ、Ｒ−２副画素３１２、Ｇ−２副画素３２２、Ｂ−２副画素３３２を光取り出し効率（正面輝度）の高い特性を持つ副画素Ｂとする。また、副画素Ａに含まれる有機ＥＬ素子を有機ＥＬ素子Ａ、副画素Ｂに含まれる有機ＥＬ素子を有機ＥＬ素子Ｂとする。
図２は副画素Ａ・Ｂそれぞれの相対輝度−視野角特性であり、図２中の（ａ）が副画素Ａの相対輝度−視野角特性、（ｂ）が副画素Ｂの相対輝度−視野角特性を示す。輝度は有機ＥＬ素子Ａ・Ｂ共に同じ電流を注入し、副画素Ａの正面輝度を１としたときの相対輝度値で表している。図２より、副画素Ａは視野角が広い。一方、副画素Ｂは視野角が狭いが、正面輝度が副画素Ａの約４倍である。即ち、副画素Ａの光取り出し効率＜副画素Ｂの光取り出し効率である。
次に、有機ＥＬパネル１１の動作について述べる。Ｒ・Ｇ・Ｂ各画素の、光学特性の異なる２つの副画素は、独立して点灯・消灯（発光・非発光）を選択可能な画素回路で駆動する。例えば、Ｒ画素ではＲ−１副画素とＲ−２副画素を独立して点灯・消灯することができる。
Ｒ−１副画素３１１、Ｇ−１副画素３２１、Ｂ−１副画素３３１のみを点灯させると、有機ＥＬパネル１１は視野角の広い性能が得られる（以下、「広視野角モード」と称する）。
Ｒ−２副画素３１２、Ｇ−２副画素３２２、Ｂ−２副画素３３２のみを低電流で点灯させ、正面輝度をＲ−１副画素３１１、Ｇ−１副画素３２１、Ｂ−１副画素３３１を点灯させた場合と同等にすると、消費電力を低減できる（以下、「省電力モード」と称する）。
有機ＥＬ素子Ａ・Ｂの一方のみを点灯させる上記２つのモードでは、光取り出し効率の異なる副画素それぞれに含まれる有機ＥＬ素子Ａ・Ｂを異なる駆動方法で駆動する。光取り出し効率が相対的に高い副画素Ｂに含まれる有機ＥＬ素子Ｂを駆動する場合は、発光期間制御により階調表示を行う駆動方法（以下、デジタル階調駆動と称する）で駆動する。一方、光取り出し効率が相対的に低い副画素Ａに含まれる有機ＥＬ素子Ａを駆動する場合は、発光レベルで階調表示を行う駆動方法（以下、アナログ階調駆動と称する）で駆動する。画像データは各駆動方法に対応して調整された画像データが作成される。こうすることにより、本発明の効果が得られる。
上記２つのモードで駆動を行う画素回路としては、例えば図５・図７の画素回路が好適に用いられる。本発明は、各画素に少なくとも１つの駆動トランジスタを有し、駆動トランジスタのゲート端子に基準電圧を供給することにより、有機ＥＬ素子Ａを発光レベルで階調表示させ、有機ＥＬ素子Ｂを、発光期間を制御して階調表示させる、基準電圧線ドライバを有する。これにより、後述のように、本発明の効果が得られる。上記２つのモードでは有機ＥＬ素子Ａ・Ｂの一方のみを点灯させているが、有機ＥＬ素子Ａ・Ｂを同時に点灯させても本発明の効果が得られる。
次に、デジタル階調駆動とアナログ階調駆動について説明する。
デジタル階調駆動では、画素内にある有機ＥＬ素子への電流量を制御する駆動トランジスタをスイッチとみなしてＯＮ／ＯＦＦの２値の制御を行う。そして、ＯＮ期間の長さを変えることで有機ＥＬ素子に流れる電流量を制御し、階調表現を行う駆動方法である。この駆動方法は、駆動トランジスタを線形領域でスイッチ動作させるために、ＬＴＰＳ−ＴＦＴに一般的に見られる製造時の閾値特性ばらつきがあっても、電流量ばらつきを抑制できるという長所がある。即ち、表示装置としては、各トランジスタ間のばらつき特性が抑制された均一で高い画質が得られる。しかし、駆動トランジスタのドレイン−ソース両端に印加される電圧が小さいため、電源電圧の変動が駆動トランジスタで吸収できず、有機ＥＬ素子に印加される電圧が変動してしまう。このため、駆動電流が変動し、シェーディング（輝度勾配）として画質の劣化を引き起こすという短所がある。
アナログ階調駆動では、駆動トランジスタをアナログ電流源とみなしてゲート電極に印加した電圧に応じた電流を有機ＥＬ素子に流す。即ち、ゲート電極の電圧レベルで有機ＥＬ素子に流れる電流量を制御し、階調表現を行う駆動方法である。なお、ゲート電極の電圧レベルを変えることが、発光レベルで階調表示することを意味する。この駆動方法は、駆動トランジスタを飽和領域で駆動させるために、電源電圧の変動が駆動トランジスタで吸収しやすい。このため、電源電圧の変動や、有機ＥＬ素子自身の駆動電圧変動が発生しても一定量の電流を有機ＥＬ素子に注入し続けることができるという長所がある。しかし、製造時の閾値特性ばらつきがあると、電流量が大きく変動してしまう。即ち、表示装置としては、各トランジスタ間のばらつき特性が目立つざらつきのある表示になるという短所がある。
最近では、トランジスタの閾値ばらつきを抑制する方法として、画素内で駆動トランジスタの閾値を補正したり、各画素のトランジスタ特性に合わせて画像データに補正をかけたりする等、多くの方法が提案されている。しかし、これら補正の方法はばらつきを抑制することはできるが、完璧になくすためにはシステムが複雑になり困難である。特に、副画素の光取り出し効率が向上し、有機ＥＬ素子に流す駆動電流が小さくなればなるほど、僅かな電流変動が目立つようになる。
図３はある２種類のＰＭＯＳトランジスタのＶｇ−Ｉｄ特性である。図３にはこの２種類のトランジスタのＲｅｆ特性と、閾値が０．６Ｖシフトした特性の２つが描かれており、その電流差の割合をＩｄ比率としている。図３に示すように電流Ｉｄが大きいほど電流差の比率が小さく、電流Ｉｄが小さいほど電流差の比率が大きくなっている。
以上より、光取り出し効率が高い副画素に含まれる有機ＥＬ素子を均一に駆動する場合にはデジタル階調駆動が好ましい。
本発明では、副画素の光取り出し効率に合わせて、同一の画素回路で画像データと基準電圧を切り替えることにより、デジタル階調駆動とアナログ階調駆動の切り替えを行う。
光取り出し効率が高い副画素に含まれる有機ＥＬ素子を駆動する場合、駆動トランジスタのばらつきを抑制するためにデジタル階調駆動を行う。その際、光取り出し効率が高いため、必要な駆動電流は小さくなる。その結果、電源配線抵抗に起因した電源電圧降下はほとんど起きず、シェーディングも目立たない。
光取り出し効率が低い副画素に含まれる有機ＥＬ素子を駆動する場合、駆動電流が大きくなり、電源配線抵抗に起因した電源電圧降下によるシェーディングが目立つ。そこで、シェーディングがデジタル階調駆動よりも小さくなるアナログ階調駆動を行う。アナログ階調駆動では、駆動トランジスタの特性ばらつきに起因した輝度ムラが存在しているが、駆動電流が大きいため、視認されにくい。
デジタル階調駆動とアナログ階調駆動の切り替えを行うためには、基準電圧線に印加した基準電圧の入力波形を切り替える。デジタル階調駆動をする時には、駆動トランジスタが線形領域で動作するような電圧を含むように、三角波や鋸波といった、時間の経過と共に電圧が変化する信号を入力する。アナログ階調駆動を行う時には、駆動トランジスタが飽和領域で動作するような一定の電圧を入力する。
有機ＥＬ素子Ａ・Ｂには電源配線により電力が供給されるが、この電源配線に印加する電源電圧は、デジタル階調駆動時を、アナログ階調駆動時よりも下げた方が好ましい。これは、駆動トランジスタをより線形領域で動作させ易くなり、かつ消費電力抑制の効果も得られるためである。
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
〔実施例１〕
図４（ａ）はマトリクス状に配置された複数の画素８３（ｍ行ｎ列画素）を有し、各画素に有機ＥＬ素子が配置された有機ＥＬパネル８０の概略図であり、本実施例の有機ＥＬパネルである。有機ＥＬパネル８０は不図示の有機ＥＬ素子、データ線駆動回路８１（データ線ドライバ）、ゲート線駆動回路８２（ゲート線ドライバ）、画素回路、基準電圧線駆動回路８４（基準電圧線ドライバ）を有する。データ線駆動回路８１はデータ線８５にデータ信号を印加する。ゲート線駆動回路８２はゲート線Ｐ１〜Ｐ３を駆動する。画素回路は各画素８３に配置され、複数のトランジスタを有し、有機ＥＬ素子にデータ信号に応じた駆動電流を供給し、有機ＥＬ素子を点灯させる。基準電圧線駆動回路８４は基準電圧線８６に基準電圧信号を印加する。各画素はＲを発光し光学特性の異なる２つの副画素、Ｇを発光し光学特性の異なる２つの副画素、Ｂを発光し光学特性の異なる２つの副画素を有する。図４（ａ）ではゲート線駆動回路８２、基準電圧線駆動回路８４は画素群を挟んで左右に配置してあるが、左右どちらか片側に配置しても良いし、画素の書き込み動作の品質を向上すべく同じ機能を左右両側に配置して両側から駆動しても良い。
図４（ｂ）は本実施例の表示装置における画素に相当する部分を示す部分断面図である。保護層２５より下の層は図１（ｂ）と同様の構成である。有機ＥＬ素子Ａの上は平坦面であり、有機ＥＬ素子Ｂの上にはマイクロレンズ１１１が形成されている。マイクロレンズ１１１は樹脂材料を加工することにより形成されており、具体的には型押し等の方法により形成可能である。
マイクロレンズが無い副画素Ａの有機ＥＬ素子Ａでは、有機ＥＬ層２３の発光層から斜めに出射された光は、保護層２５から出射する際に更に斜めになって出射するか、あるいは全反射されて外部に取り出すことができない。一方、マイクロレンズ１１１がある副画素Ｂの有機ＥＬ素子Ｂでは、有機ＥＬ層２３の発光層から出射された光は、透明なカソード電極２４を透過し、その後保護層２５、マイクロレンズ１１１を透過して外部へ出射される。
マイクロレンズ１１１がある場合には、マイクロレンズが無い場合に比べて出射角度が基板の法線方向に近づく。従って、マイクロレンズ１１１がある場合の方が基板の法線方向への集光効果が向上する。即ち、表示装置としては正面方向における光の利用効率を高めることができる。また、マイクロレンズ１１１がある場合には、発光層から斜めに出射された光の出射界面に対する入射角度が垂直に近くなるため全反射する光量が減少する。その結果、光取り出し効率も向上する。
このように、本実施例の有機ＥＬパネル８０は有機ＥＬ素子の光放出面側が平坦な副画素Ａと、有機ＥＬ素子の光放出面側（光を取り出す側、即ちトップエミッション型の場合は有機ＥＬ素子の上側）にマイクロレンズが形成された副画素Ｂを有する。副画素Ａはマイクロレンズが無いため視野角の広い光学特性を持ち、副画素Ｂはマイクロレンズがあるため光取り出し効率（正面輝度）の高い光学特性を持つ。
図４（ｃ）は本実施例の有機ＥＬパネルの画素配置である。Ｒ画素１０１、Ｇ画素１０２、Ｂ画素１０３が配置されており、Ｒ画素１０１、Ｇ画素１０２、Ｂ画素１０３の３つで１つの画素ユニットを構成する有機ＥＬパネルである。Ｒ画素１０１はＲ−１副画素１０１１、Ｒ−２副画素１０１２で形成され、Ｇ画素１０２はＧ−１副画素１０２１、Ｇ−２副画素１０２２で形成され、Ｂ画素１０３はＢ−１副画素１０３１、Ｂ−２副画素１０３２で形成されている。Ｒ−１副画素１０１１、Ｇ−１副画素１０２１、Ｂ−１副画素１０３１に含まれる有機ＥＬ素子Ａの光放出面側は平坦である。Ｒ−２副画素１０１２、Ｇ−２副画素１０２２、Ｂ−２副画素１０３２に含まれる有機ＥＬ素子Ｂの光放出面側にはマイクロレンズが形成されている。Ｒ−１副画素１０１１、Ｇ−１副画素１０２１、Ｂ−１副画素１０３１における相対輝度−視野角特性と、Ｒ−２副画素１０１２、Ｇ−２副画素１０２２、Ｂ−２副画素１０３２における相対輝度−視野角特性は、それぞれ図２中の（ａ）（ｂ）の通りである。
図５は本実施例の画素回路である。ゲート線Ｐ１はＴＦＴ（Ｍ１）のゲート端子に接続され、有機ＥＬ素子Ａの選択ゲート線Ｐ２はＴＦＴ（Ｍ３）のゲート端子に接続され、有機ＥＬ素子Ｂの選択ゲート線Ｐ３はＴＦＴ（Ｍ４）のゲート端子に接続されている。データ線はＴＦＴ（Ｍ１）のドレイン端子に接続され、データ信号として電圧データＶｄａｔａがデータ線から入力される。有機ＥＬ素子Ａのアノード電極はＴＦＴ（Ｍ３）のソース端子に接続され、カソード電極は接地電位ＣＧＮＤに接続されている。有機ＥＬ素子Ｂのアノード電極はＴＦＴ（Ｍ４）のソース端子に接続され、カソード電極は接地電位ＣＧＮＤに接続されている。ＴＦＴ（Ｍ３）のドレイン端子はＴＦＴ（Ｍ２）のドレイン端子に接続され、ＴＦＴ（Ｍ２）のソース端子は電源電位に接続されている。ＴＦＴ（Ｍ４）のドレイン端子はＴＦＴ（Ｍ２）のドレイン端子に接続されている。ＴＦＴ（Ｍ１）のソース端子は容量Ｃ１の一端及びＴＦＴ（Ｍ２）のゲート端子に接続されている。容量Ｃ１の他端は基準電圧線に接続されている。
本実施例では、同一色の有機ＥＬ素子Ａ・Ｂはどちらか一方が選択されて駆動する。正面方向の光取り出し効率が相対的に低い副画素Ａに含まれる有機ＥＬ素子Ａを発光させる時はアナログ階調駆動を行い、正面方向の光取り出し効率が相対的に高い副画素Ｂに含まれる有機ＥＬ素子Ｂを発光させる時はデジタル階調駆動を行う。具体的には、各画素における駆動トランジスタのゲート端子に基準電圧を供給することにより、有機ＥＬ素子Ａを発光レベルで階調表示し、有機ＥＬ素子Ｂを、発光期間を制御して階調表示する。そして、有機ＥＬ素子Ａ・Ｂでこの階調表示を別々に行う。
次に、図５の画素回路の動作を図６のタイミングチャートを用いて説明する。図６中で、横軸は時間、縦軸はＰ１〜Ｐ３のＯＮ（ＨＩ）・ＯＦＦ（ＬＯＷ）、Ｖｒｅｆ、Ｖｇ、発光パターンを示している。Ｐ２とＰ３は有機ＥＬ素子Ａ・Ｂの発光を司る信号である。
まず、データ書き込み期間について説明する。
この期間では、どちらの駆動でもＰ１にはＨＩレベル、Ｐ２とＰ３にはＬＯＷレベルの信号が入力され、Ｍ１がＯＮ、Ｍ３とＭ４がＯＦＦとなる。この時、Ｍ３とＭ４は導通状態でないため、有機ＥＬ素子Ａ・Ｂには電流が流れない。ＶｄａｔａによりＭ１の電流駆動能力に応じた電圧が、Ｍ２のゲート端子と電源電位Ｖ１の間に配置されたＣ１に生じる。即ち、どちらの駆動でもデータ信号が書き込まれる（Ｖｄａｔａが入力される）。上記では、Ｍ１、Ｍ３、Ｍ４がｎＭＯＳ、Ｍ２がｐＭＯＳの場合について述べているが、Ｍ１、Ｍ３、Ｍ４がｐＭＯＳの場合には、ＨＩ・ＬＯＷレベルを逆にする必要がある。
次に、発光期間について説明する。
アナログ階調駆動では、Ｐ１にはＬＯＷレベル、Ｐ２にはＨＩレベル、Ｐ３にはＬＯＷレベル、Ｖｒｅｆには一定の信号が入力され、Ｍ１がＯＦＦ、Ｍ３がＯＮ、Ｍ４がＯＦＦとなる。この時、Ｍ３が導通状態であるため、Ｍ２のゲート電極に印加された画像データの電圧により、Ｍ２の電流駆動能力に応じた電流が有機ＥＬ素子Ａに供給され、その供給された電流に応じた輝度で有機ＥＬ素子Ａが発光する。また、Ｐ２がＨＩの期間中、有機ＥＬ素子Ａが発光することになり、その積算光量の１フレーム期間の時間平均値が有機ＥＬ素子Ａの輝度となる。
デジタル階調駆動では、Ｐ１にはＬＯＷレベル、Ｐ２にはＬＯＷレベル、Ｐ３にはＨＩレベル、Ｖｒｅｆには発光期間内で時間と共に電圧が上昇する三角波が入力され、Ｍ１がＯＦＦ、Ｍ３がＯＦＦ、Ｍ４がＯＮとなる。この時、Ｍ４が導通状態であるため、データ書き込み直後のＶｒｅｆが低い時は、Ｍ２が十分ＯＮとなるようなデータ電圧がＣ１に書き込まれており、Ｍ２の電流駆動能力に応じた電流が有機ＥＬ素子Ｂに供給される。時間の経過と共に、Ｖｒｅｆ電圧が上昇し、Ｍ２のゲート電極の電位も上昇していくが、Ｍ２はスイッチ動作とみなせる線形領域で動作しているので、電流駆動能力に応じたほぼ一定の電流が有機ＥＬ素子Ｂに供給され続ける。Ｖｒｅｆ電圧が更に上昇すると、Ｍ２のゲート電極の電位がＭ２の閾値電圧（Ｖｔｈ）に到達する。この時、Ｍ２はＯＦＦ状態となり、有機ＥＬ素子Ｂに供給されていた電流が止まる。
データ書き込み期間に書き込まれた電圧により発光開始時のＶｇの電圧が設定される。このため、画像データによってＶｇがＶｔｈに到達するまでの期間が異なる。即ち、発光期間が制御される。こうして電流が供給された期間、ほぼ一定の輝度で有機ＥＬ素子Ｂが発光し、その積算光量の１フレーム期間の時間平均値が有機ＥＬ素子Ｂの輝度となる。
このように発光させることで、同一の画素回路構成で、アナログ階調駆動とデジタル階調駆動の切り替えを行い、有機ＥＬ素子の光取り出し効率に応じた最適な駆動を選択することが可能となり、輝度ムラやシェーディングを抑制できる。よって、高い画質を実現できる。
上記では、Ｍ２がｐＭＯＳの場合について述べているが、ｎＭＯＳの場合には、Ｖｒｅｆ電位の電位変化の方向を逆にすれば同様の効果を得ることが可能である。
また、デジタル階調駆動時はアナログ階調駆動時よりも電源電圧を下げた方が好ましい。これは、ＴＦＴ（Ｍ２）トランジスタをより線形領域で動作させ易くなり、かつ消費電力抑制の効果も得られるためである。
〔実施例２〕
実施例１においては、有機ＥＬ素子Ａ・Ｂのどちらか一方を発光させていたが、本実施例では基準電圧線と駆動トランジスタを複数設けることにより有機ＥＬ素子Ａ・Ｂを同時に発光させる。
本実施例の有機ＥＬパネルは図４と同じであり、本実施例の表示装置の画素構成、画素配置は図４（ｂ）（ｃ）と同じであるため説明を省略する。
図７は本実施例の画素回路である。ゲート線Ｐ１、Ｐ２はそれぞれＴＦＴ（Ｍ１）のゲート端子、ＴＦＴ（Ｍ５）のゲート端子に接続されている。有機ＥＬ素子Ａ・Ｂの両方の選択ゲート線Ｐ３はＴＦＴ（Ｍ３）のゲート端子及びＴＦＴ（Ｍ４）のゲート端子に接続されている。データ線はＴＦＴ（Ｍ１）のドレイン端子及びＴＦＴ（Ｍ５）のドレイン端子に接続され、データ信号として電圧データＶｄａｔａがデータ線から入力される。有機ＥＬ素子Ａのアノード電極はＴＦＴ（Ｍ３）のソース端子に接続され、カソード電極は接地電位ＣＧＮＤに接続されている。有機ＥＬ素子Ｂのアノード電極はＴＦＴ（Ｍ４）のソース端子に接続され、カソード電極は接地電位ＣＧＮＤに接続されている。ＴＦＴ（Ｍ３）のドレイン端子はＴＦＴ（Ｍ１）のソース端子、ＴＦＴ（Ｍ２）のドレイン端子、及び容量Ｃ１の一端に接続され、ＴＦＴ（Ｍ２）のソース端子は電源電位Ａに接続されている。ＴＦＴ（Ｍ４）のドレイン端子はＴＦＴ（Ｍ５）のソース端子、ＴＦＴ（Ｍ６）のドレイン端子、及び容量Ｃ２の一端に接続され、ＴＦＴ（Ｍ６）のソース端子は電源電位Ｂに接続されている。容量Ｃ１の他端は基準電圧線Ａに接続され、容量Ｃ２の他端は基準電圧線Ｂに接続されている。
本実施例では、同一色の有機ＥＬ素子Ａ・Ｂが同時に選択されて駆動する。正面方向の光取り出し効率が相対的に低い副画素Ａに含まれる有機ＥＬ素子Ａを発光させる時はアナログ階調駆動を行い、正面方向の光取り出し効率が相対的に高い副画素Ｂに含まれる有機ＥＬ素子Ｂを発光させる時はデジタル階調駆動を行う。具体的には、各画素における駆動トランジスタのゲート端子に基準電圧を供給することにより、有機ＥＬ素子Ａを発光レベルで階調表示し、有機ＥＬ素子Ｂを、発光期間を制御して階調表示する。そして、有機ＥＬ素子Ａ・Ｂでこの階調表示を同時に行う。
次に、図７の画素回路の動作を図８のタイミングチャートを用いて説明する。図８中で、横軸は時間、縦軸はＰ１〜Ｐ３のＯＮ（ＨＩ）・ＯＦＦ（ＬＯＷ）、Ｖｒｅｆ＿Ａ、Ｖｒｅｆ＿Ｂ、Ｖｇ、発光パターンを示している。Ｐ３は有機ＥＬ素子Ａ・Ｂの発光を司る信号である。
まず、データ書き込み期間について説明する。
この期間では、Ｐ１とＰ２をＨＩレベル、Ｐ３をＬＯＷレベルにする。そして、Ｃ１とＣ２の両方に同じ画像データを書き込む。
次に、発光期間について説明する。
この期間では、Ｐ１とＰ２をＬＯＷレベル、Ｐ３をＨＩレベルにする。同時に、Ｖｒｅｆ＿Ａの電圧をシフトさせ、ＶｇＡの電位を所望の電圧にセットする。Ｖｒｅｆ＿Ｂは徐々に電圧を上昇させていく。
このようにして実施例１と同様に、有機ＥＬ素子Ａはアナログ階調駆動、有機ＥＬ素子Ｂはデジタル階調駆動で発光させる。
このように発光させることで、同一の画素回路構成で、アナログ階調駆動とデジタル階調駆動の切り替えを行い、有機ＥＬ素子の光取り出し効率に応じた最適な駆動を選択することが可能となり、輝度ムラやシェーディングを抑制できる。よって、高い画質を実現できる。
上記では、Ｍ２がｐＭＯＳの場合について述べているが、ｎＭＯＳの場合には、Ｖｒｅｆ電位の電位変化の方向を逆にすれば同様の効果を得ることが可能である。
また、電源電位Ａと電源電位Ｂは同電位でも構わないが、電源電位Ｂの方が電圧を下げた方が好ましい。これは、ＴＦＴ（Ｍ２）をより線形領域で動作させ易くなり、かつ消費電力抑制の効果も得られるためである。
なお、本実施例の別の形態として、データ書き込み期間にＭ１とＭ２のＯＮのタイミングをずらして、Ｃ１とＣ２に異なる画像データを書き込んでも良い。この場合でも、発光期間は、有機ＥＬ素子Ａはアナログ階調駆動、有機ＥＬ素子Ｂはデジタル階調駆動で発光させる。
１１、８０：有機ＥＬパネル、１２、８１：データ線駆動回路、１３、８２：ゲート線駆動回路、１４：画素回路、２０：基板、２１：アノード電極、２２：画素分離層、２３：有機化合物層（有機ＥＬ層）、２４：カソード電極、２５：保護層、３１、１０１：Ｒ画素、３２、１０２：Ｇ画素、３３、１０３：Ｂ画素、３１１、１０１１：Ｒ画素のＲ−１副画素、３１２、１０１２：Ｒ画素のＲ−２副画素、３２１、１０２１：Ｇ画素のＧ−１副画素、３２２、１０２２：Ｇ画素のＧ−２副画素、３３１、１０３１：Ｂ画素のＢ−１副画素、３３２、１０３２：Ｂ画素のＢ−２副画素、８３：画素、８４：基準電圧線駆動回路、１１１：マイクロレンズ

Claims (6)

  1. マトリクス状に配置され、それぞれが第１副画素と第２副画素を備える複数の画素と、
    前記各副画素に配置された有機ＥＬ素子と、
    前記各画素に画像データに応じたデータ信号を供給するデータ線ドライバと、
    前記各画素に配置され、複数のトランジスタを有し、前記有機ＥＬ素子にデータ信号に応じた駆動電流を供給し、前記有機ＥＬ素子を点灯させる画素回路と、
    前記各トランジスタを駆動するゲート線ドライバと、
    を備える有機ＥＬ表示装置であって、
    前記各画素は同一色を発光する第１副画素に配置された第１有機ＥＬ素子と第２副画素に配置された第２有機ＥＬ素子を有し、
    前記第１副画素と前記第２副画素の各々の光取り出し効率は前記第２副画素の方が高く、
    前記複数のトランジスタの少なくとも１つは駆動電流を供給するトランジスタであり、
    前記駆動トランジスタのゲート端子に基準電圧を供給することにより、前記第１有機ＥＬ素子を発光レベルで階調表示させ、前記第２有機ＥＬ素子を、発光期間を制御して階調表示させる、基準電圧線ドライバを有することを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
  2. 前記第２副画素の光放出面側に集光性の高い素子が配置されており、
    前記第１副画素の光放出面側に集光性の高い素子が配置されていないことを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ表示装置。
  3. 前記集光性の高い素子はマイクロレンズであることを特徴とする請求項２に記載の有機ＥＬ表示装置。
  4. マトリクス状に配置され、それぞれが第１副画素と第２副画素を備える複数の画素と、
    前記各副画素に配置された有機ＥＬ素子と、
    前記各画素に画像データに応じたデータ信号を供給するデータ線ドライバと、
    前記各画素に配置され、複数のトランジスタを有し、前記有機ＥＬ素子にデータ信号に応じた駆動電流を供給し、前記有機ＥＬ素子を点灯させる画素回路と、
    前記各トランジスタを駆動するゲート線ドライバと、
    を備える有機ＥＬ表示装置の駆動方法であって、
    前記各画素は同一色を発光する第１副画素に配置された第１有機ＥＬ素子と第２副画素に配置された第２有機ＥＬ素子を有し、
    前記第１副画素と前記第２副画素の各々の光取り出し効率は前記第２副画素の方が高く、
    前記複数のトランジスタの少なくとも１つは駆動電流を供給するトランジスタであり、
    前記駆動トランジスタのゲート端子に基準電圧を供給することにより、前記第１有機ＥＬ素子を発光レベルで階調表示し、前記第２有機ＥＬ素子を、発光期間を制御して階調表示することを特徴とする有機ＥＬ表示装置の駆動方法。
  5. 基準電圧を発光時に一定の電圧とすることにより、前記第１有機ＥＬ素子を発光レベルで階調表示し、
    基準電圧を時間の経過と共に変化させることにより、前記第２有機ＥＬ素子を、発光期間を制御して階調表示することを特徴とする請求項４に記載の有機ＥＬ表示装置の駆動方法。
  6. 前記第１有機ＥＬ素子と前記第２有機ＥＬ素子に電力を供給する電源配線を有し、
    前記電源配線に印加する電源電圧は、前記第１有機ＥＬ素子の方が前記第２有機ＥＬ素子よりも高くすることを特徴とする請求項４又は５に記載の有機ＥＬ表示装置の駆動方法。
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