JP3757797B2 - 有機ｌｅｄディスプレイおよびその駆動方法 - Google Patents

有機ｌｅｄディスプレイおよびその駆動方法 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機半導体膜などの発光薄膜に駆動電流を流すことによって発光させるＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子またはＬＥＤ（発光ダイオード）素子などの発光素子と、この発光素子の発光動作を制御する薄膜トランジスタとを用いたアクティブマトリクス型の表示装置に係る。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高度情報化社間の到来に伴い、パーソナルコンピュータ，携帯情報端末，情報通信機器あるいはこれらの複合製品の需要が増大している。これらの製品には、薄型，軽量のディスプレイが好適であり、液晶表示装置あるいは自発光型のＥＬ素子またはＬＥＤ素子などによる表示装置が用いられている。後者の自発光型の表示装置には、視認性がよいこと，視角特性が広いこと，高速応答で動画表示に適することなどの特徴があり、今後、情報通信分野でますます重要になることが予想されている。実際、近年の有機物を発光層とする有機ＥＬ素子または有機ＬＥＤ素子（以下ではこれらを総称してＯＬＥＤと呼ぶ）の発光効率の急速な向上と、映像通信を可能にするネットワーク技術の進展との２つがあいまって、ＯＬＥＤディスプレイへの期待は、高まるばかりである。
【０００３】
従来技術によるＯＬＥＤディスプレイの例が、Pioneer R＆D Ｖol.８，Ｎo.３，pp.４１−４９に記載されている。これによれば、図６(ａ）に示されるように、縦方向にｎ本の陽極６１を横方向にｍ本の陰極６２を各交点にＯＬＥＤを配置し、画素Ｐ１１，…，Ｐｍｎを設けた単純マトリクスであり、陰極線１本ごとに各陽極線を定電流源６３で駆動し、各陰極線を線順次走査する時分割駆動をしたものである。各画素は、図６（ｂ）の等価回路で表され、ＯＬＥＤ６４と並列に寄生容量６５が付随する。この寄生容量６５は、０.３mm□ で２０ｐＦ程度と大きく、上記のような高速性を必要とする時分割駆動で所望の画質を得るためには、この寄生容量への電荷の充放電を考慮にいれた駆動波形を工夫する必要がある。実際、上記従来例では、一旦全電極を接地するなどのタイミングを設けた複雑な駆動方式となっている。
【０００４】
上記単純マトリクスにかわり、各画素にＴＦＴを設けたアクティブマトリクス駆動も検討されてきている。ＯＬＥＤディスプレイをアクティブマトリクス構造として作製し駆動する技術は、例えば特開平８−２４１０４８号公報および該出願の優先権出願のひとつである米国特許公報ＵＳＰ5550066 号、および駆動電圧関係についてより詳細に記述された国際特許公報ＷＯ９８／３６４０７号などに開示されている。これによる、アクティブマトリクス方式ＯＬＥＤディスプレイの典型的な画素は、図７に示すように、少なくとも２つのＴＦＴスイッチトランジスタＴｓｗ７３及びドライバトランジスタＴｄｒ７４と１つの蓄積容器７５で構成されるアクティブ素子駆動回路によりＯＬＥＤ７６の発光輝度を制御するものである。具体的には、スイッチングトランジスタ７３を介して蓄積容量７５に蓄えられた電圧がドライバトランジスタ７４のゲート電圧を規定し、これにより定まる電流でＯＬＥＤ７６を駆動するものである。しかしならがら、現実には、ドライバトランジスタのしきい値や電荷移動度の不均一性により、表示画質の不均一性が生じるなどの課題があった。
【０００５】
上記２つの課題をクリアする可能性のあるものとして、図８に示すように、１画素に１トランジスタを設けて駆動するアクティブマトリクス方式が、特開平４−１２５６８３号公報に記されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術に開示される１画素１トランジスタ方式では、簡単な画素構造と駆動方法で、均一な表示特性を実現することが可能である。しかしながら、画素の発光時間は単純マトリクス方式と同等であり、電流値を大きくせねばならない。このような状況では、素子の信頼性を確保する手段が必要であるが、有効な技術が開示されていなかった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明では、各画素に単一のスイッチトランジスタを設け、パネルの外部に定電流源を接続して駆動するＯＬＥＤディスプレイにおいて、高電流をＯＬＥＤに流すことによる輝度特性劣化を小さくするために、スイッチトランジスタ導通時に、ＯＬＥＤに逆バイアスが印加される電圧スキームとし、この逆バイアスがスイッチトランジスタ非導通時に保持される駆動波形としたものである。さらにまた、ＯＬＥＤに流れる瞬時電流レベルを小さくするために、蓄積容量の片側の電極にランプ波や方形波を印加して、スイッチトランジスタ非導通時にも発光に寄与する電流を流す駆動波形としたものである。
【０００８】
本出願の一つの実施態様によれば基板上に、複数のゲート線と、該複数のゲート線に交差する複数のデータ線と、ゲート線とデータ線とを有し、複数のゲート線と、複数のデータ線により画素を構成し、それぞれの画素には、ゲート線を介してゲート走査信号が供給される薄膜トランジスタと、薄膜トランジスタが導通状態になるのに同期して、データ線から供給されるデータ信号に応じ、それぞれの画素ごとに形成された画素電極と画素電極に対向する対向電極との間に流れる駆動電流によって発光する発光素子を有機ＬＥＤディスプレイで、発光素子は、有機ＬＥＤ素子からなり、薄膜トランジスタが非導通状態にある期間の少なくとも一部には、有機ＬＥＤ素子は非発光状態にあるとともに、発光時の極性とは逆のバイアスが印加されるというものである。
【０００９】
本出願の一つの実施態様によれば基板上に、複数のゲート線と、複数のゲート線に交差する複数のデータ線と、ゲート線とデータ線とを有し、複数のゲート線と複数のデータ線により複数の画素を構成し、それぞれの画素，ゲート線を介してゲート走査信号が供給される薄膜トランジスタと、薄膜トランジスタが導通状態になるのに同期して、データ線から供給されるデータ信号に応じ、それぞれの画素ごとに形成された画素電極と該画素電極に対向する対向電極との間に流れる駆動電流によって発光する発光素子を具備する有機ＬＥＤディスプレイで、発光素子は有機ＬＥＤ素子であり、有機ＬＥＤ素子と並列に蓄積容量が形成され、蓄積容量の電極は行ごとに共通電極に接続され、共通電極は、有機ＬＥＤ素子の共通電極とは別の電源に接続され、薄膜トランジスタが非導通状態にある期間の少なくとも一部には、有機ＬＥＤ素子は非発光状態にあるとともに、発光時の極性とは逆のバイアスが印加されるというものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下では、最初に画像表示装置の全体構成について記し、次に本発明にかかる駆動方法について述べる。
【００１１】
図１は、画像表示装置１の全体のレイアウトを模式的に示すブロック図である。画像表示装置１においては、基板５のほぼ中央部が表示部２になる。表示部２の上側には、データ線６に対して画像信号を出力するデータ駆動回路３、左側にはゲート線７に対して走査信号を出力する走査駆動回路４が設置されている。ゲート線７はｍ本、データ線６はｎ本でｍ行ｎ列のマストリクスが組まれている。表示部２の各画素においては、ｎチャネル型のスイッチトランジスタ８とＯＬＥＤ９が形成されている。トランジスタとしては、薄膜プロセスで形成される多結晶シリコン薄膜トランジスタを用いる。スイッチトランジスタのドレインはデータ線６に接続され、ソースはＯＬＥＤ９の陽極１３に接続されている。ＯＬＥＤ９の陰極は各画素共通の電極１０となっている。図２は、ゲート線７−１に印加するパルス波形ＶＧ１と、データ線６−１に印加するパルス波形ＶＤ１と、１行１列の画素におけるＯＬＥＤの陽極１３−１１の電圧変化とを、ＯＬＥＤの共通電極１０との関係で示してある。
【００１２】
時刻ｔ＝ｔ０にゲート走査信号によってスイッチトランジスタ８−１１がオン状態になると、これに同期してデータ線に印加されるデータ信号が、スイッチトランジスタ８−１１を介してＯＬＥＤ９−１１に流れ込む。一般のデータ信号ｄ１の値に対して、ゲート走査信号の値は、少なくともＶＧＨ−Ｖｔｈ＞ｄ１を満たすものであれば、ＯＬＥＤへの電流注入はスムーズに行われる。ここにＶthは、スイッチトランジスタ８−１１のしきい値電圧である。次に、時刻ｔ＝ｔ１にスイッチトランジスタがオン状態にあるときに、データ線６−１１の信号電位はＶＤＬまで引き下げられる。しかる後、ｔ＝ｔ２でスイッチトランジスタはオフされる。ここではデータ線６−１のみを示したが、駆動はいわゆる線順次方式であり、上記タイミングで、データ線６−２，…，６−ｎにも画像に応じたデータ信号が印加され１行分のデータ信号が書き込まれる。陽極１３−１１の電位は、ほぼデータ信号波形に追随して変化し、共通電極１０の電位ＶＯＬとの電位差でＯＬＥＤにダイオード順方向電流が流れ発光する。
【００１３】
上記駆動波形において、ＶＤＬ＜ＶＯＬと設定することが本発明の特徴である。これにより、非発光期間中にＯＬＥＤには逆バイアスが印加される。この逆バイアス印加状態は、スイッチトランジスタがオフ状態であるかぎりにおいて良好に保たれる。ｎチャネル型のスイッチトランジスタの場合、好ましくは、ＶＤＬ＞ＶＧＬの関係が満たされればよい。
【００１４】
ゲート走査線の数はｍ本であるので、フレーム期間をＴｆとすると、一本のゲート線に走査信号が印加される時間（ｔ２−ｔ０）は、最大Ｔｆ／ｍとなる。逆電圧印加に要する時間（ｔ２−ｔ１）としては、スイッチトランジスタが１０ｋΩ程度以下のローインピーダンス状態に保たれるので１μ秒程度で十分である。したがって、ｍを１０００本，Ｔｆ＝１６ｍｓとしても、ｔ２−ｔ０＝１６μ秒となり、発光期間縮小への影響は極力小さくすることが出来る。
【００１５】
以上、本発明の実施の形態によれば、１画素１トランジスタという簡便なＯＬＥＤディスプレイにおいて、画質劣化の少ない高信頼性のＯＬＥＤディスプレイを実現するという効果が得られる。
（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態について説明する。図３は、図１と同様、画像表示装置１の全体のレイアウトを模式的に示すブロック図である。各画素に電荷蓄積容量１１を設けてあることが図１との相異点である。電荷蓄積容量の片方の電極は行毎にたばねた配線１２とし、配線１２とＯＬＥＤの共通電極１０とは異ならせてある。この画像表示装置の駆動電圧のタイミングを示したのが図４である。ゲート線７−１に印加される電圧ＶＧ１，データ線６−１に印加される電圧ＶＤ１については、本実施の形態では、逆バイアス印加のタイミングが不要である。この選択期間中に、蓄積容量１１−１１の電極１２−１と反対側の電位はｄ１まで上昇する。ＯＬＥＤの共通電極１０の電位ＶＯＬに対して、ｄ１−ＶＯＬがＯＬＥＤのしきい値電圧ＶｔｈＯＬより小さくなるように設定する。次に、スイッチングトランジスタがオフされた後に、配線１２−１の電位に方形波を加える。その振幅、Ｖ０＝（Ｖ１２Ｈ−Ｖ１２Ｌ）＝ＶｔｈＯＬ＋Ｖｒｂの条件を満たす必要がある。
ここで、Ｖｒｂは逆バイアスの印加電圧の絶対値とする。
つまり、Ｖ０≒ＶｔｈＯＬとすると、選択期間に蓄積容量１１−１１のＯＬＥＤに接続された電極の電位は方形波の印加によって、ｄ１＋Ｖ０−ＶＯＬ≒（ｄ１−ＶＯＬ）＋Ｖｒｂ＋ＶｔｈＯＬとなる。ｄ１−ＶＯＬ＜ＶｔｈＯＬであるから、方形波が印加される前には、ＯＬＥＤの電圧はしきい値電圧ＶｔｈＯＬを超えることがなく、発光しない。方形波の印加後は、しきい値をこえるので発光状態に移行する。これにより、蓄積容量１１に蓄えられた電荷がＯＬＥＤ９−１１を流れ、ＯＬＥＤは発光する。蓄積容量Ｃｓ１１の値としては、ＯＬＥＤのダイオード寄生容量の８倍から２０倍程度で、１０ｃｄ／ｍ2 以上の画面輝度が得られる。誘電体材料としては、Ａｌ2Ｏ3，Ｔａ2Ｏ5などを用いればよい。この場合の方形波のパルス幅すなわち発光期間は、実施例の形態１に示したＴｆ／ｍより十分大きくできるので瞬時電流を小さくすることが可能である。例えば、発光期間がＴｆ／４程度にすることも可能である。
【００１６】
発光が終わった後の配線１２の電位についてみると、蓄積容量の電極１２−１と反対側の電位ｄ１′は発光による放電のためｄ１から低下して、ＯＬＥＤの両端電圧がしきい値
ＶｔｈＯＬに近い値となっているので方形波の終了とともに、ｄ１′の電位はさらにＶ０＞ＶｔｈＯＬ＋Ｖｒｂ低下することから、ｄ１″≒ＶｔｈＯＬ＋ＶＯＬ−Ｖ０＝ＶＯＬ−Ｖｒｂとなり、ＯＬＥＤは蓄積容量と直列の状態で、Ｖｒｂの逆バイアスが印加されることになる。配線１２との電圧関係で見ると、Ｖ１２Ｌ≒ＶＯＬ−Ｖｒｂを満たしていればよく、さらにスイッチングトランジスタのオフ状態を保つためには、Ｖ１２Ｌ＞ＶＧＬとすればよいことは言うまでもない。
（実施の形態３）
本発明の第３の実施の形態について説明する。画素の基本構成は、図３に示した実施の形態２と同じである。本実施の形態では、配線１２に印加する電圧が方形波ではなく、図５に記すようなランプ波であることが特徴である。この場合もＶ１２Ｌ＞ＶＯＬ，Ｖ12Ｌ＞ＶＧＬを満たすことにより良好な駆動条件が保たれる。
【００１７】
さて、本実施の形態固有の効果は、発光の時間変化を小さくできることである。実施の形態２のような方形波であると、時間経過に伴い次第にＯＬＥＤを流れる電流が小さくなるが、ランプ波により一定の変位電流をＯＬＥＤ容量に流し込むことができるので、ＯＬＥＤ両端の電位差を一定にたもつことが出来る。
【００１８】
以上、本発明の実施の形態を説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、上記実施の形態では、ＯＬＥＤの陽極とスイッチトランジスタを接続する例を示したが、ＯＬＥＤの陰極と接続する場合であっても本発明による駆動方法は有効である。また、スイッチトランジスタのチャネル導電型は、ｐチャネルであっても有効であることはいうまでもない。
【００１９】
以上述べてきたように、本発明によるＯＬＥＤ表示装置によれば、複数のゲート線と、複数のデータ線とこれらの交点に対応してマトリクス状に配置された画素に、１個のＴＦＴとＯＬＥＤを少なくとも含む画素表示装置における駆動方法において、非発光時に逆バイアスを印加することにより、高信頼性の表示装置を実現できた。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、信頼性に優れた有機ＬＥＤディスプレイ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＯＬＥＤ画像表示装置の模式図である。
【図２】本発明によるＯＬＥＤ画像表示装置の駆動を説明する図である。
【図３】本発明の別の実施の形態を説明するための模式図である。
【図４】図３の駆動を説明するための図である。
【図５】図３の駆動を説明するための別の図である。
【図６】従来技術を説明するための図である。
【図７】従来技術を説明するための図である。
【図８】従来技術を説明するための図である。
【符号の説明】
１…画像表示装置、２…表示部、３…データ駆動回路、４…走査駆動回路、５…基板、６…データ線、７…ゲート線、８…スイットランジスタ、９…ＯＬＥＤ発光素子、１０…共通電極、１１…蓄積容量、１２…駆動用蓄積容量配線。

Claims (10)

  1. 基板上に、複数のゲート線と、該複数のゲート線に交差する複数のデータ線と、該複数のゲート線と、該複数のデータ線により画素を構成し、それぞれの画素には、前記ゲート線を介してゲート走査信号が供給される薄膜トランジスタと、該薄膜トランジスタが導通状態になるのに同期して、前記データ線から供給されるデータ信号に応じ、それぞれの画素ごとに形成された画素電極と該画素電極に対向する対向電極との間に流れる駆動電流によって発光する発光素子を具備する有機ＬＥＤディスプレイにおいて、
    前記発光素子は、有機ＬＥＤ素子であり、前記薄膜トランジスタが非導通状態にある期間の少なくとも一部には、該有機ＬＥＤ素子は非発光状態にあるとともに、発光時の極性とは逆のバイアスが印加され、前記薄膜トランジスタが導通状態にある期間に前記データ信号の極性が有機ＬＥＤ素子の順方向，逆方向の順で印加されることを特徴とする有機ＬＥＤディスプレイ。
  2. 基板上に、複数のゲート線と、該複数のゲート線に交差する複数のデータ線と、該複数のゲート線と該複数のデータ線により複数の画素を構成し、それぞれの画素には、前記ゲート線を介してゲート走査信号が供給される薄膜トランジスタと、該薄膜トランジスタが導通状態になるのに同期して、前記データ線から供給されるデータ信号に応じ、それぞれの画素ごとに形成された画素電極と該画素電極に対向する対向電極との間に流れる駆動電流によって発光する発光素子を具備する有機ＬＥＤディスプレイにおいて、前記発光素子は有機ＬＥＤ素子であり、該有機ＬＥＤ素子と並列に蓄積容量が形成され、該蓄積容量の電極は行ごとに共通電極に接続され、該共通電極は、前記有機ＬＥＤ素子の共通電極とは別の電源に接続され、前記薄膜トランジスタが非導通状態にある期間の少なくとも一部には、該有機ＬＥＤ素子は非発光状態にあるとともに、発光時の極性とは逆のバイアスが印加されることを特徴とする有機ＬＥＤディスプレイ。
  3. 請求項２記載の有機ＬＥＤディスプレイであって、薄膜トランジスタが非導通状態になった後に、前記蓄積容量の行ごとの共通電極に電圧変動を与え、該蓄積容量を介して、前記有機ＬＥＤ素子を発光状態にすることを特徴とする有機ＬＥＤディスプレイ。
  4. 請求項３記載の有機ＬＥＤディスプレイであって、前記蓄積容量の行ごとの共通電極に与える電圧変動は、方形波であることを特徴とする有機ＬＥＤディスプレイ。
  5. 請求項３記載の有機ＬＥＤディスプレイであって、前記蓄積容量の行ごとの共通電極に与える電圧変動は、ランプ波であることを特徴とする有機ＬＥＤディスプレイ。
  6. 基板上に、複数のゲート線と、該複数のゲート線に交差する複数のデータ線と、前記ゲート線と前記データ線とによりマトリクス状に画素を形成し、それぞれの画素には、前記ゲート線を介してゲート走査信号が供給される薄膜トランジスタと、該薄膜トランジスタが導通状態になるのに同期して、前記データ線から供給されるデータ信号に応じ、前記画素ごとに形成された画素電極と該画素電極に対向する対向電極との間に流れる駆動電流によって発光する発光素子を具備する有機ＬＥＤディスプレイ装置の駆動方法において、
    前記発光素子は、有機ＬＥＤ素子であり、前記薄膜トランジスタが非導通状態にある期間の少なくとも一部には、該有機ＬＥＤ素子は非発光状態にあるとともに、発光時の極性とは逆のバイアスが印加され、前記薄膜トランジスタが導通状態にある期間に前記データ信号の極性が有機ＬＥＤ素子の順方向，逆方向の順で印加されることを特徴とする有機ＬＥＤディスプレイの駆動方法。
  7. 基板上に、複数のゲート線と、該複数のゲート線に交差する複数のデータ線と、前記ゲート線と前記データ線とによりマトリクス状に形成された画素とを有し、該画素のそれぞれには、前記ゲート線を介してゲート走査信号が供給される薄膜トランジスタと、該薄膜トランジスタが導通状態になるのに同期して、前記データ線から供給されるデータ信号に応じ、前記画素ごとに形成された画素電極と該画素電極に対向する対向電極との間に流れる駆動電流によって発光する発光素子を具備する有機ＬＥＤディスプレイの駆動方法において、
    前記発光素子は有機ＬＥＤ素子であり、該有機ＬＥＤ素子と並列に蓄積容量が形成され、該蓄積容量の電極は行ごとに共通電極に接続され、該共通電極は、前記有機ＬＥＤ素子の共通電極とは別の電源に接続され、前記薄膜トランジスタが非導通状態にある期間の少なくとも一部には、該有機ＬＥＤ素子は非発光状態にあるとともに、発光時の極性とは逆のバイアスが印加されることを特徴とする有機ＬＥＤディスプレイの駆動方法。
  8. 請求項７記載の有機ＬＥＤディスプレイの駆動方法であって、薄膜トランジスタが非導通状態になった後に、前記蓄積容量の行ごとの共通電極に電圧変動を与え、該蓄積容量を介して、前記有機ＬＥＤ素子を発光状態にすることを特徴とする有機ＬＥＤディスプレイの駆動方法。
  9. 請求項８記載の有機ＬＥＤディスプレイの駆動方法であって、前記蓄積容量の行ごとの共通電極に与える電圧変動は、方形波であることを特徴とする有機ＬＥＤディスプレイの駆動方法。
  10. 請求項８記載の有機ＬＥＤディスプレイの駆動方法であって、前記蓄積容量の行ごとの共通電極に与える電圧変動は、ランプ波であることを特徴とする有機ＬＥＤディスプレイの駆動方法。
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