JP3808534B2 - 画像表示装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は画像表示装置に係り、例えば有機エレクトロルミネセンス(EL)画像表示装置の如く、整流特性を持つ薄膜表示素子を、スイッチング用の薄膜トランジスタ(TFT)回路を使用することなく駆動可能にした画像表示装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のTFTアクティブマトリックス駆動回路を使用した有機EL画像表示装置は、図6に示す如く、画素10−1、10−2、10−3、10−4・・・を有する画面部10と、X軸信号が出力されるシフトレジスタ15と、Y軸信号が出力されるシフトレジスタ16等を具備している。そして画面部10には有機EL用の電源E0 が印加される。
【0003】
画素10−1は、発光用の薄膜である有機EL素子EL1 と、この有機EL1 の発光を制御するバイアスTFT11−1と、このバイアスTFT11−1のゲート電極に接続されるコンデンサC1 と、このコンデンサC1 に対し信号を書き込む書き込み用のY座標セレクトスイッチ12−1で構成される。他の画素10−2、10−3、10−4・・・も画素10−1と同様に構成されている。
【0004】
Y座標セレクトスイッチ12−1は、TFTで構成され、そのゲート電極はシフトレジスタ16の端子Y1 に接続される。このY座標セレクトスイッチ12−1はまたX座標セレクトスイッチ13に接続されている。そしてX座標セレクトスイッチ13は、これまたTFTで構成され、そのゲート電極はシフトレジスタ15の端子X1 に接続されている。なおX座標セレクトスイッチ13には、画像データ信号Diが入力される。
【0005】
従って、Y軸用のシフトレジスタ16において、端子Y1 より同期信号が出力されると、Y座標セレクトスイッチ12−1、12−2・・・はオンとなる。このときX軸用のシフトレジスタ15において端子X1 に同期信号が出力されると、X座標セレクトスイッチ13がオンとなり、X座標セレクトスイッチ13に入力された画像データ信号D1 がY座標セレクトスイッチ12−1を経由してコンデンサC1 に保持される。
【0006】
次に端子X2 に同期信号が出力されると、X座標セレクトスイッチ13がオフになると同時にX座標セレクトスイッチ14がオンとなり、このときX座標セレクトスイッチ14に入力された画像データ信号D2 がY座標セレクトスイッチ12−2を経由してコンデンサC2 に保持される。従って、Y座標セレクトスイッチ12−1、12−2・・・はコンデンサC1 、C2 ・・・に画像データ信号に応じた電荷を蓄積する書き込み用のセレクトスイッチとして機能する。
【0007】
このようにしてコンデンサC1 、C2 ・・・に画像データ信号D1 、D2 ・・・が保持され、これに応じてバイアスTFT11−1、11−2・・・もオン状態になり有機EL素子EL1 、EL2 ・・・を画像データ信号D1 、D2 ・・・に応じて発光制御する。このようにして端子Y1 に対する画素10−1、10−2・・・が発光制御動作したのちに、Y軸用のシフトレジスタ16では端子Y2 に同期信号が出力され、同様にして画素10−3、10−4・・・が発光制御動作する。このようなEL画像表示装置は、例えばI.E.E.E.Trans.Electron Devices,Vol.ED−22,No.9,Sept.1975(p739〜p749)に記載されている。
【0008】
ところで薄膜表示素子を駆動する場合、図7に示す如き線順次駆動式単純マトリックス駆動回路が使用される事がある。
図7において、有機EL素子E11、E12、E21、E22がそれぞれ図示の如く接続され、行1、行2には電流制限抵抗Rを介した電圧Vボルト又は0ボルトのパルス電圧が印加され、列1、列2には同時に電圧0ボルト又はVボルトが印加される。
【0009】
いま時刻t1 において、図7に示す如く、行1に電圧Vボルトが印加され、行2はグランド状態に保持され、列1、列2はそれぞれ0ボルトが印加されるとき、有機EL素子E11とE12は点灯状態となるが有機EL素子E21、E22は消灯状態になる。
【0010】
次の時刻t2 において、今度は行1がグランド状態に保持され、行2に電圧Vボルトが印加され、列1には0ボルトが印加され、列2には電圧Vボルトが印加される。これにより有機EL素子E21は点灯となり、有機EL素子E11とE12、E22は消灯状態になる。
【0011】
これを例えば人間の眼が追従できない60Hzで繰り返し制御すれば有機EL素子E22のみオフ状態の表示を行うことができる。
このようにして行に順次に電圧Vボルトを印加し、列にVボルト又は0ボルトの電圧を印加することにより有機EL素子E11〜E22を選択表示制御することができる。この時のE22以外のEL素子の輝度は点灯時の輝度の時間平均となり、図7のような行数が2であるパネルでは点灯時の輝度の1/2となる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
図6に示すように、有機EL画像表示装置では、一画素あたり複数のTFTを必要とする。従って有機EL画像表示装置の大画面化を考えたとき、設備投資や歩留まりの点からTFTを用いることは困難である。
【0013】
また図7に示す如き線順次駆動式単純マトリックス駆動回路ではパネルの輝度は点灯時の輝度の時間平均になるため行数が増えるほど有機EL素子に瞬間的に強い光を要求することになるため、大きな印加電圧を必要とし、有機EL素子の耐圧、及び寿命から最大の行数又はパネルの輝度に限界が生じる。
【0014】
そのため、本発明の目的は、有機EL素子の選択にTFTのセレクトスイッチを使用しないようにした画像表示装置を提供することである。
かつまた本発明の他の目的は、有機EL素子を損なうことなく高輝度、高解像度の画像表示装置を提供することである。
【0015】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明の関連技術では、例えば図1(A)に示す如く、行1、行2、列1、列2間に有機EL素子EL11、EL12、EL21、EL22を接続し、各有機EL素子EL11〜EL22を、有機EL素子EL11に代表的に符号を付した如く、互いに逆極性に並列接続された薄膜素子e1 、e2 により構成する。
【0016】
この素子を用いても線順次駆動式単純マトリックス駆動回路を用いて選択点灯は可能である。
いま時刻t1 において、図1(A)に示す如く、行1に電流制限抵抗Rを介した電圧vボルトが印加され、行2はグランド状態に保持され、列1、列2はそれぞれ任意の電圧−aボルトが印加されるとき、有機EL素子E11とE12(v+a)が印加されて十分に明るい点灯状態となるが有機EL素子EL21、EL22はaが印加されるのみであり、弱い点灯状態にとどまる。
【0017】
次の時刻t2 において、今度は行1がグランド状態に保持され、行2に電流制限抵抗Rを介した電圧vボルトが印加され、列1には−aボルトが印加され、列2にはaボルトが印加される。これにより有機EL素子EL21は(v+a)が印加されて十分明るい点灯状態となるが有機EL素子EL11、EL12にはaが印加されるのみであり、また有機EL素子EL22には(v−a)が印加されるのみなので、これら有機EL素子EL11、EL12、EL22は弱い点灯状態にとどまる。
【0018】
この(t1 +t2 )の期間を1周期とすれば有機EL素子EL11、EL12、EL21に印加される実効電圧の二乗値は図1(B)に示すが如く(v2 +2av+2a2 )/4となり、有機EL素子EL22は(v2 −2av+2a2 )/4となる。これを例えば人間の眼が追従できない60Hzで繰り返し制御し、かつ有機EL素子の(v2 +2av+2a2 )/4の平方根の電圧(即ち実効電圧)の輝度と(v2 −2av+2a2 )/4の平方根の電圧との輝度に十分なコントラスト比を持たせられるように電圧vボルト、及び電圧aボルトを調整すれば有機EL素子EL22のみ消灯状態の表示を行うことができる。又、瞬間的に有機EL素子に印加される最大電圧はv+aである。
【0019】
そして後述詳記するように、時刻t1 において行1、行2にパルス電源より電流制限抵抗Rを介して電圧vボルトを印加し、列1に−2aボルトを、列2に0ボルトを印加する。これにより有機EL素子EL11、EL21は(v+2a)が印加され十分明るい点灯状態となるが、有機EL素子EL12、EL22はvが印加されるのみであり弱い点灯状態にとどまる。次の時刻t2 において行1にパルス電源より電流制限抵抗Rを介して電圧vボルトを印加し、行2に電圧−vボルトを印加し、列1には0ボルトを、列2には−2aボルトを印加する。これにより有機EL素子EL12は(v+2a)が印加され十分明るい点灯状態となるが有機EL素子EL11、EL21、にはvが印加されるのみであり、また有機EL素子EL22には(v−2a)が印加されるのみであるので、これら有機EL素子EL11、EL21、EL22は弱い点灯状態にとどまる。
【0020】
この(t1 +t2 )の期間を1周期とすれば有機EL素子EL11、EL12、EL21に印加される実効電圧の二乗値は図1(C)に示すが如く2(v2 +2av+2a2 )/4となり、有機EL素子EL22は2(v2 −2av+2a2 )/4となる。ここでvを1/√2v、−2aを−√2aに調節すれば図1(B)と等しい実効電圧を得ることができる。又、瞬間的に有機EL素子に印加される最大電圧は1/√2v+√2aである。
【0021】
このアクティブ駆動方式によりv、aの選択をすれば瞬間的に有機EL素子に印加される電圧の行数の増加による上昇を抑えることができる。これにより高い行数つまり高解像度のパネル又は高い輝度のパネルが作製できる。しかもTFTのセレクトスイッチが不要なため大面積化も容易である。
【0022】
【発明の実施の形態】
本発明の関連技術の形態を図1及び図2に基づき説明する。図1は本発明の関連技術の形態を示し、図2はこの有機EL素子を構成する形態の1例である。
【0023】
本発明の第1の関連技術の形態では、例えば図1に示す如き、アクティブ駆動回路において、例えば図2に示す平面状に配置した有機ELの薄膜表示素子e1 、e2 を逆極性に並列接続したものを有機EL素子EL11〜EL22として使用したものである。
【0024】
先ず有機EL素子について説明する。
この例では、図2(A)、(B)に示す如く、1画素を薄膜表示素子e1 、e 2により構成し、これらをガラス基板1上に平面状に配置したものである。
【0025】
薄膜表示素子e1 は、図2(B)に断面図として示す如く、ガラス基板1上に形成された透明電極2上に、ホール輸送層P、発光層I、電子輸送層N、電極Eを積層して構成される。また薄膜表示素子e2 は、薄膜表示素子e1 と同様にガラス基板1上に形成された透明電極2上に、ホール輸送層P、発光層I、電子輸送層N、電極Eを積層して構成される。そしてこれらの薄膜表示素子e1 、e2 はそれぞれn型の電子輸送層Nとp型のホール輸送層Pを有するため、整流特性を有するので、逆極性になるように、薄膜表示素子e1 、e2 を並列接続する。例えば図2(A)に示す如き接続線W1 、W2 で前記の如く並列接続する。
【0026】
ホール輸送層Pは、電極からホールを注入し輸送するものであり、発光層Iは、ホールと電子とを効率よく再結合させ発光を取り出すものである。そして電子輸送層Nは電子を電極から注入して輸送するものである。
【0027】
図2に示す如く、薄膜表示素子e1 、e2 を逆極性で平面状に並列接続した場合には1画素中の発光する面積が1/2になってしまうためパネルの輝度が1/2になってしまうものの有機材料と電極の材料に対する選択の自由度が大きく、従って特性のよいものを提供することができる。パネルの輝度の減少分は入力する電圧を増やすことで相殺することができる。
【0028】
次に、このような有機EL素子EL11〜EL22を使用した場合の表示制御について、図1により詳述する。
有機EL素子EL11〜EL22を表示制御する場合、複数のライン(図1(A)の例では、行1、行2の2本のライン)を同時に選択して、これらにパルス電圧を電流制限抵抗Rを介して印加し、これに対応して点灯、消灯を制御する電圧を列1、列2に印加する。
【0029】
まず時刻t1 において行1、行2にパルス電源より電流制限抵抗Rを介して電圧vボルトを印加し、列1に−2aボルトを、列2は0ボルトを印加する。これにより有機EL素子EL11、EL21は十分明るい点灯状態となるが、有機EL素子EL12、EL22は弱い点灯状態にとどまる。
【0030】
次に時刻t2 において行1にパルス電源より電流制限抵抗Rを介して電圧vボルトを印加し、行2に電圧−vボルトを印加し、列1には0ボルトを、列2には−2aボルトを印加する。これにより有機EL素子EL12は十分明るい点灯状態となるが有機EL素子EL11、EL21、EL22は弱い点灯状態にとどまる。
【0031】
従って(t1 +t2 )の時間を1周期とすれば有機EL素子EL11、EL12、EL21に印加される実効電圧の二乗値は図1(C)に示すが如く2(v2 +2av+2a2 )/4となり、有機EL素子EL22は2(v2 −2av+2a2 )/4となる。これを例えば人間の眼が追従できない60Hzで繰り返し制御し、且つ有機EL素子(v2 +2av+2a2 )/4の平方根の電圧の輝度と(v2 −2av+2a2 )/4の平方根の電圧との輝度に十分なコントラスト比を持たせられるようにv、及びaを調整すれば有機EL素子EL22のみ消灯状態の表示を行うことができる。ここでvを1/√2v、−2aを−√2aに調節すれば図1(B)と等しい実効電圧を得ることができる。
【0032】
以下このように薄膜表示素子e1 、e2 を逆極性に並列接続し、且つアクティブ駆動を用いる理由について説明する。
いま、ラインバッファを用いて線順次走査で任意の画素を表示すべき発光強度がXcd/m2の場合、垂直走査数(行の数)がN本とすると任意の画素が1フィールド毎に要求される発光強度Lcd/m2 は
Lmax=X・N
となる。
【0033】
例えば表示すべき発光強度が150cd/m2 、垂直走査線が640本では任意の画素が1フィールド毎に要求される発光強度Lmaxは、
Lmax=150×640=96000cd/m2
になる。
【0034】
今、図7に示すような垂直走査線数が2本の回路に電流制限抵抗Rを介してV=5ボルトを入力したとすると、このパネルの発光輝度は有機EL素子に電流制限抵抗Rを介して2.5ボルトの定電圧を加えたときと同じ明るさになる。この時有機EL素子E11又はE12、E21には電流制限抵抗Rを介して瞬間最大で5ボルトが印加されることになる。
【0035】
これと同じく輝度を図1(a)に示す回路で線順次駆動方式で実現するには電流制限抵抗Rを介してv=3ボルトを入力し、a=1ボルトで上述のように線順次駆動方式により制御されればよい。この時は有機EL素子EL11又はEL12、EL21には電流制限抵抗Rを介して瞬間最大で4(3+1=4)ボルトが印加されることになる。
【0036】
又、これと同じ輝度を図1(a)に示す回路でアクティブ駆動方式で実現するには電流制限抵抗Rを介してv=約2.1ボルトを入力し、a=約1.4ボルトで上述のようにアクティブ駆動方式により制御されればよい。この時は素子EL11又はEL12、EL21には電流制限抵抗Rを介して瞬間最大で約3.5ボルトが印加されることになる。
【0037】
以上説明してきたように同じ輝度を実現するのに図7の様な従来の駆動方法より図1(a)の様な回路で線順次駆動方式が、またそれより図1(a)の様な回路でアクティブ駆動方式の方が瞬間に印加される最大の電圧を下げる事ができる。
【0038】
今の例ではN=2を取り上げたがこれらの関係は任意のNで成り立つ。いま、図1(a)の回路で線順次駆動を行ったとき、任意の画素に印加された点灯時の実効電圧Eonは
【0039】
【数1】
【0040】
に示す(1)式となる。ここでvは走査線側の駆動電圧の絶対値、aはデータ線側の駆動電圧の絶対値、Nは走査線の本数である。この式は(2)式の様に表すことができる。一方、従来方式の回路での線順次駆動方式の実効電圧はV/Nで表せる。ここでVはパルス電源より印加される電圧を表す。今N>1であるのでこの2つの実効電圧を等しくするにはこれらの関係よりV>(v+a)の関係が成り立つ。この時の(v+a)は図1(a)の回路で線順次駆動を行ったときの最大瞬間の印加電圧に他ならない。
【0041】
又、全走査線が常に選択される条件でのアクティブ駆動は前述したようにvを(1/√N)v、aを√N・aに調節すれば図1(a)における線順次駆動の場合と等しい実効電圧を得ることができるのでv>√N・aとなるようにv、aを選択すれば
【0042】
【数2】
【0043】
という関係が成り立ち、図1(a)の回路を用いた線順次駆動よりアクティブ駆動の方が瞬間の最大電圧を低く抑える事ができる。
ここで問題になるのはアクティブ駆動は一種の交流駆動であるため、通常は整流素子であるELを用いることができないことである。しかし、本発明では一画素を2つの表示素子を逆極性で接続して構成し、正の電圧のとき一方の表示素子が発光し負の電圧のときには他方の表示素子が発光するように構成し、その整流性を打ち消すことができる。但し図2で示す本発明の第1の関連技術では1画素中の発光面積が1/2になってしまうので任意の画素の発光強度を2倍にして発光面積の縮小による平均輝度の減少を打ち消す必要がある。
【0044】
本発明の第2の関連技術の形態を図3に基づき説明する。図3においては、ガラス基板1上に形成した透明電極2上に、有機ELの薄膜表示素子e1 の電子輸送層N及び有機ELの薄膜表示素子e2 のホール輸送層Pをその透明電極2により接続したものである。これによりその接続を容易に行うことができ、逆極性にこれらを容易に接続することができる。駆動回路は、前記図1に示す如き、アクティブ駆動回路を使用する。
【0045】
本発明の実施の形態を図4に基づき説明する。図4(A)は2つの有機ELの薄膜表示素子e1 、e2 を立体的に積層したものである。この場合薄膜表示素子e1 及びe2 の接続部分も透明電極2で構成する。これにより有機EL素子EL1 、EL2 の発光層からの発光を、ガラス基板1側から有効に取り出すことができる。なお図4(B)の電気回路は、有機ELの薄膜表示素子e1 、e2 をパルス電源PEで駆動するときの電気的接続図である。駆動回路は、前記図1に示す如き、アクティブ駆動回路を使用する。
【0046】
図4に示す如く、立体的に配置することにより、画素中の発光面積の縮小をさけることができ第1、第2の関連技術の形態のように任意の画素の発光強度を2倍にして発光面積の縮小による平均輝度の減少を打ち消す必要がなくなり、印加電圧の増大を抑制することができる。又、各画素を小面積で構成できることにより、より高密度のパネルが形成できる。
【0047】
前記説明は有機EL素子の2×2の状態について説明したが、図5に基づき、本発明の関連技術の形態を4×4の例におけるアクティブ駆動方式について説明する。この場合データフォーマットは、図5(B)に示す如く、「−1−1−1−1」(明)と「0000」(暗)を組み合わせた、明暗の横縞模様を示すものである。
【0048】
図5(C)に示す如く、時刻t1 では、行1〜行4のすべてにvボルトが印加され、列1〜列4のすべてに−2aボルトが印加されるので、図5(A)において有機EL素子EL11〜EL44はすべて十分明るい点灯状態となる。
【0049】
時刻t2 では、行1と行3にvボルトが印加され、行2と行4に−vボルトが印加され、列1〜列4のすべてに−2aボルトが印加されるので、図5(A)において行1と行3の有機EL素子EL11〜EL14及び有機EL素子EL31〜EL34は十分明るい点灯状態となるが行2と行4の有機EL素子EL21〜EL24及び有機EL素子EL41〜EL44は弱い点灯状態となる。
【0050】
時刻t3 では、行1と行2にvボルトが印加され、行3と行4に−vボルトが印加され、列1〜列4のすべてに0ボルトが印加されるので、有機EL素子EL11〜EL44はすべて弱い点灯状態となる。
【0051】
時刻t4 では行1と行4にvボルトが印加され、行2と行3に−vボルトが印加され、列1〜列4のすべてに0ボルトが印加されるので、有機EL素子EL11〜EL44はすべて弱い点灯状態となる。
【0052】
このようにして明暗の横縞模様を表示することができる。
本発明の表示素子は、これら2×2、4×4等のサイズに限定されるものではない。なおアクティブ駆動方式は、例えば日経エレクトロニクス 1994,9,26(p179〜p191)に記載のように公知のものである。
【0053】
【発明の効果】
本発明の関連技術によれば、整流特性を持つ薄膜表示素子を逆方向に接続して表示画素を構成したのでアクティブ駆動回路により駆動することができ、TFT等のアクティブ素子を用いることなく有機EL素子を損なうことなく大面積、高解像度のパネルを提供することができる。
【0054】
本発明の関連技術によれば、薄膜表示素子を平面状に配置したので、有機EL素子を構成する有機材料及び電極材料の選択の自由度が大となり、特性のよい画像表示装置を提供することができる。
【0055】
本発明によれば、薄膜表示素子を立体的に配置したので、発光源を小さく配置した、しかも発光源が強く発光する画像表示装置を提供することができる。しかも発光有効面積を広くするこができる。
【0056】
請求項2に記載された発明によれば、複数ライン選択式のアクティブ駆動回路により画像表示装置を駆動するので、その選択されている長時間の間発光を続けるため印加電圧を高めなくても必要とする実効電圧を得るので長寿命のものを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の関連技術の形態図(その1)である。
【図2】本発明の関連技術の形態図(その2)である。
【図3】本発明の関連技術の形態図(その3)である。
【図4】本発明の実施の形態図である。
【図5】本発明の関連技術の形態図(その4)である。
【図6】従来のTFTアクティブマトリックス駆動回路図である。
【図7】線順次駆動式駆動回路図である。
【符号の説明】
1 ガラス基板
2 透明電極
Claims (1)
- ガラス基板上に形成された第1の薄膜表示素子及び該第1の薄膜表示素子上に積層された第2の薄膜表示素子が互いに逆極性に並列接続してなる有機EL素子を有し、
前記第1の薄膜表示素子及び前記第2の薄膜表示素子はそれぞれ整流特性を有し、
前記第1の薄膜表示素子及び前記第2の薄膜表示素子は透明電極を介して接続してなることを特徴とする画像表示装置。
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