JP4151263B2

JP4151263B2 - 表示装置

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Publication number: JP4151263B2
Application number: JP2001370903A
Authority: JP
Inventors: 伸利浅井
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2001-12-05
Filing date: 2001-12-05
Publication date: 2008-09-17
Anticipated expiration: 2021-12-05
Also published as: JP2003173869A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は表示装置に関し、特には発光素子を配列形成してなる表示装置に好適な表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機材料のエレクトロルミネッセンス（Electroluminescence ：以下ＥＬと記す）を利用した有機ＥＬ素子は、陽極と陰極との間に、有機正孔輸送層や有機発光層を積層させてなる有機材料層を挟持している。このような構成の有機ＥＬ素子は、陽極と陰極との間に電圧を印加することにより、陰極から注入された電子と陽極から注入された正孔とが有機発光層で再結合することで発光が生じる自発光素子であることが知られており、１０Ｖ以下の駆動電圧で、数１００〜数１０００ｃｄ／ｍ²の輝度が得られる。このため、この有機ＥＬ素子を発光素子として用いた表示装置（すなわち有機ＥＬディスプレイ）は、次世代フラットパネルディスプレイ（Flat Panel Display：以下ＦＰＤと記す）として有望視されている。
【０００３】
ところが、このような有機ＥＬ素子は、自発光型であるため、発光効率の経時的な低下は避けられない。特に、このような発光素子を各画素に配列形成してなる表示装置においては、それぞれの発光素子の劣化は各発光素子の発光履歴によってばらつくため、表示輝度が低下するだけではなく、表示画面にムラが生じる。特に、パーソナルコンピュータ等の情報端末のモニターとして、このような表示装置を用いた場合、静止画を長時間表示するといった駆動方法がなされるため、画像を切り換えた場合であっても、長時間表示されていた静止画が残像として見えるといった、「焼き付き」現象が生じ安くなる。
【０００４】
このような「焼き付き」の防止を目的として、特願平１１−２６０５５には、連続して固定的に表示される画像を、所定の周期で反転させて表示する方法、さらにはこの画像を所定の周期でずらして表示する方法が開示されている。
【０００５】
また、特願平１０−５３１３６１には、画素毎に駆動素子を設けて発光素子の駆動を制御するアクティブマトリックス型の表示装置において、発光素子での発光量が所定基準値に近付くように、駆動素子に印加される電圧を制御する表示装置が記載されている。この表示装置には、各発光素子での発光量を測定するための発光量測定部が各画素に設けられており、これらの発光量測定部で測定した発光量に基づいて各駆動素子に印加される電圧を制御する電圧制御部が設けられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述したような表示装置やその駆動方法には次のような課題があった。
すなわち、特願平１１−２６０５５のような表示方法のうち、表示画像を所定の周期で反転させる表示方法は、モノクロ表示に対しては有効であるものの、カラー表示においては反転画像が全く異質な画像となるため、カラー表示を行う表示装置への適用が困難である。さらに表示画像を所定の周期でずらす表示方法では、表示位置にずれが生じるため、静止画の表示には不向きであった。
【０００７】
そして、特願平１０−５３１３６１に記載のような表示装置では、各画素部に、発光素子での発光量を測定するための発光量測定部が設けられているが、各画素は、発光素子での発光光を最大限に取り出すために広く開口している。このため、これらの画素部に設けられた発光量測定部には外光が入り易く、発光素子での発光量を正確に測定することが困難であった。したがって、これらの発光量測定部で測定された発光量に基づいて駆動素子の電圧を制御しても、発光素子での発光量を高精度に補正することはできなかった。
【０００８】
そこで本発明は、複数配列形成された各発光素子の劣化による表示ムラを高精度に防止し、長期の安定した画像表示が可能な表示装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するための本発明は、各画素に発光素子を設けてなる表示装置において、各発光素子での発光光を受光する光検出部、この光検出部で検出された各発光素子での発光量に基づいて各発光素子に流す電流値を制御する制御部、および光検出部への外光の侵入を防止するための遮光膜を備えている。
【００１０】
このような構成の表示装置においては、遮光膜によって光検出部への外光の侵入が防止されるため、光検出部では発光素子からの発光光のみが検出される。したがって、より正確に発光素子での発光量が検知され、正確に検知された発光量に基づいて、各発光素子に流す電流量が制御される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。ここでは、有機ＥＬ素子を発光素子として用いた表示装置（いわゆる有機ＥＬディスプレイ）に本発明を適用した各実施の形態を説明する。しかし、本発明は、発光素子として有機ＥＬ素子を用いたものに限定されることはなく、無機ＥＬ素子やＬＥＤのような発光素子を用いた表示装置にも同様に適用可能である。
【００１２】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態の表示装置を説明するためのブロック図である。この図に示す表示装置１は、その表示パネル１ａ上に、表示領域３を備えている。また、ここでの図示は省略したが、この表示領域３には、複数の画素がマトリックス状に配列され、これらの画素毎に発光素子が設けられている。
【００１３】
この表示領域３には、各発光素子に発光光を生じさせるための信号を供給するドライブ回路５が接続されている。このドライブ回路５には、ドライブ回路５による信号の供給を制御する階調制御回路７が接続されている。
【００１４】
また、この表示装置１には、表示領域３の各発光素子で生じた発光光を検知するための光検出部１１が設けられている。この光検出部５は、例えばシリコンフォトダイオードからなり、表示パネル１ａ上における表示領域３の周囲に配置され、ここでは表示領域３の周囲を囲むように４つの光検出部１１が配置されていることとする。
【００１５】
図２には、図１中における表示パネル１ａ部分のＡ−Ａ’部の拡大断面図を示す。この拡大断面図に示すように、表示パネル１ａは、例えば透明基板２１の一主面側に表示領域３と光検出部１１とを備えており、表示領域３に設けられた各発光素子で生じた発光光ｈが、透明基板２１側から放出される様に構成されている。また、透明基板２１の他主面側には、発光領域３の周縁を取り囲む状態で遮光膜２２が設けられており、この遮光膜２２の下方に透明基板２１を挟んで光検出部１１が配置されていた構成になっている。
【００１６】
ここで、遮光膜２２の下方における光検出部１１の配置位置は、透明基板２１側から表示パネル１ａに入射される外光Ｈが、遮光膜２２に遮られて光検出部１１に入射することの無い位置であることとする。具体的には、透明基板２１側から照射された外光Ｈが表示パネル１ａ内に入射される臨界角をθｃ、遮光膜２２から光検出部１１までの間隔（ここでは透明基板２１の膜厚に対応）をｔとした場合、下記式（１）に示すような遮光膜２２の端縁からの距離ｄ１よりも内側に光検出部１１が配置されることとする。
ｄ１＝ｔ×ｔａｎθｃ…（１）
【００１７】
また、図２中の二点差線で示すように、光検出部１１’は、透明基板２１における、表示領域３と反対側の面に設けても良い。この場合、透明基板２１上の光検出部１１’は、遮光膜２２で覆われた状態で配置されることになる。そして、この場合における光検出部１１’の具体的な配置位置は、透明基板２１側から照射された外光Ｈが表示パネル１ａ内に入射される臨界角をθｃ、外光Ｈの反射面から光検出部１１’までの間隔（ここでは透明基板２１の膜厚に対応）をｔとした場合、下記式（２）に示すような遮光膜２２の端縁からの距離ｄ２よりも内側に光検出部１１が配置されることとする。
ｄ２＝２ｔ×ｔａｎθｃ…（２）
【００１８】
以上のように光検出部１１（１１’）を配置することで、光検出部１１（１１’）に対する外光Ｈの入射を防止し、表示領域３で生じた発光光ｈのみを光検出部１１（１１’）に入射させる。尚、遮光膜２２は、黒色の有機材料やレジスト材料からなり、特に導電性に問題の無い場合には黒色の導電性材料で構成されていても良い。
【００１９】
ここで再び図１に戻り、以上のように遮光膜（図２参照）と共に表示パネル１ａに設けられた光検出部１１には、各光検出部１１で光検出を行うための検出回路１３が接続されている。この検出回路１３には、４つの光検出部１１が並列に接続されており、これにより各光検出部１１で検出された発光量が合算されて検出されることになる。また、この検出回路１３には、光検出を制御する信号発生回路１５と、記憶回路１７とが接続されている。
【００２０】
信号発生回路１５は、上述した階調制御回路７にも接続されており、例えば、この信号発生回路１５に対して外部から表示装置１をオフする信号（オフ信号）Ｓ_offが入力された場合に、表示領域３に設けられた全ての発光素子を順次発光させるテスト発光が行われるように、階調制御回路７を介してドライブ回路５を制御すると共に、この際に各発光素子において順次発生させた発光光の各発光量を光検出部１１で順次検出するように検出回路１３を制御する。つまり、この信号発生回路１５は、各発光素子を順次発光させ、かつ順次発光光を検出させるための駆動制御部として設けられている。尚、このテスト発光の際には、各発光素子は、予め設定された一定の電圧によって駆動されることとする。
【００２１】
一方、記憶回路１７は、検出回路１３で検出された各発光素子での発光光の発光量を、各発光素子に対応させて記憶するための記憶部として設けられている。この記憶回路１７は、階調制御回路７にも接続されている。
【００２２】
ここで、階調制御回路７は、上述したように、信号発生回路１５からの指示によって、発光素子を順次発光させるようにドライブ回路５よる発光素子への信号の供給を制御するだけではなく、外部から画像信号Ｓｇが入力された場合には、この画像信号Ｓｇが表示領域３の各発光素子に供給されるようにドライブ回路５を制御する。
【００２３】
この際、特に、この階調制御回路７は、各発光素子に対して画像信号Ｓｇに対応する電流が流されるように、記憶回路１７に記憶された各発光素子の発光量に基づいて、ドライブ回路５から発光素子に供給される信号を補正するための制御部でもある。つまり、表示領域３に設けられた全ての発光素子に対して、一定の輝度の発光が行われるような画像信号Ｓｇが入力された場合に、記憶回路１７に記憶された各発光素子の発光量に基づいて、全ての発光素子に一定の電流が流れるように、ドライブ回路５から各発光素子に供給される信号量を補正するのである。
【００２４】
尚、表示領域３に配置された各発光素子は、光検出器１１との距離がそれぞれ個別であるため、発光量が同一であっても、この距離の違いによって光検出器１１で検出される発光量に「差」が生じる。このため、この「差」を補正するためのデータを予め採取しておき、この「差」によって信号量の補正を調整することが好ましい。
【００２５】
また、光検回路１３で検出される発光量には、光検出部１１における暗電流出力もある。このため、階調制御回路７には、発光素子を非発光状態とした場合の出力を測定しておき、これをバックグラウンドとして信号量を補正するような演算機能を持たせても良い。
【００２６】
さらに、光検出部１１における光検出が温度依存性の高いものである場合、当該光検出部１１での発光光の検出量は、発光素子の発光による発熱に影響される。このため、光検出部１１の近くに温度センサを配置し、この温度センサで検出された温度に基づいて、補正量を調整するようにしても良い。
【００２７】
ここで、表示領域３の各発光素子に供給される信号量の補正は、次のように行われることとする。先ず、この表示装置１が、パッシブマトリックス型の表示装置である場合、有機ＥＬ素子からなる発光素子の陰極と陽極に印加される電圧を補正することで、発光素子に対して画像信号Ｓに対応する電流が流されるようにする。一方、この表示装置がアクティブマトリックス型の表示装置である場合、表示領域３の各画素には、有機ＥＬ素子からなる発光素子とこれを駆動する画素回路が設けられているため、発光素子及び画素回路に印加される電圧を補正することで、発光素子に対して画像信号Ｓに対応する電流が流されるようにする。
【００２８】
以上説明した構成の表示装置１では、表示装置１の電源をオフするためのオフ信号Ｓ_offが信号発生回路１５に入力されると、表示領域３に配置された各発光素子に順次一定の電圧が印加され、この電圧印加による発光光が光検出部１１で検出されて、記憶回路１７に記憶される。尚、表示装置１の電源は、この一連の動作の後に、実質的にオフとなる。一方、表示装置１の電源をオンすることで、階調制御回路７に画像信号Ｓｇが入力されると、記憶回路１７に記憶された各発光素子の発光量に基づいて、この画像信号Ｓｇに対応する電流が各発光素子に流されるように、ドライブ回路５から各発光素子に供給される信号量が補正される。
【００２９】
したがって、各発光素子が、それぞれの発光履歴に従って劣化し、供給される信号量に対する発光量が個別に低下した場合であっても、各発光素子に供給される信号量が、それぞれの発光素子の劣化状態に対応して個別に補正される。
【００３０】
特に、本実施形態の表示装置１は、図２を用いて説明したように、遮光膜２２を設けたことで、発光素子の劣化状態を検知するための光検出部１１に外光Ｈが入射されることを防止したため、正確に各発光素子の発光量を検知して劣化状態を把握できる。
【００３１】
この結果、長期の使用に際しても、「焼き付き」のような表示ムラを完全に防止することができ、良好な画質を確実に保った表示を行うことが可能になる。
【００３２】
また、各発光素子の発光量を検出するためのテスト発光も、電源をオフする際に各発光素子を１回ずつ順次点灯させるだけなので、表示画面に対して影響を及ぼすことなく行うことができる。
【００３３】
尚、上述した第１実施形態においては、電源をオフする際にテスト発光が行われるようにしたが、本発明はこれに限定さえることはなく、例えば電源をオンにした直後で画像表示を行う前に、テスト発光を行う様にしても良い。
【００３４】
（第２実施形態）
本第２実施形態は、アクティブマトリックス型の表示装置に本発明を適用した実施の形態を説明する。図３は、本第２実施形態の表示装置における１画素分の回路図である。尚、本発明はこの回路構成に限定されることはない。
【００３５】
先ず、この表示装置における各画素の回路構成を図３に基づいて説明する。この表示装置の表示領域には、各画素に表示信号を送信するための走査線Ｘと信号線Ｙとが行列状に配線されており、これらの交わる部分に各画素が設けられている。
【００３６】
各画素には、スイッチング用のｎ型トランジスタＴｒ１（以下、スイッチングトランジスタＴｒ１と記す）、電流制御用のｐ型トランジスタＴｒ２（以下、電流制御トランジスタＴｒ２と記す）、保持容量Ｃ、およびフォトダイオードＤからなる画素回路と、発光素子（すなわち有機ＥＬ素子）ＥＬとで構成されている。尚、スイッチングトランジスタＴｒ１、電流制御トランジスタＴｒ２は、共に薄膜トランジスタであることとする。
【００３７】
スイッチングトランジスタＴｒ１は、走査線Ｘにゲートを接続させると共に、ソースを信号線Ｙに接続させている。また、このスイッチングトランジスタＴｒ１のドレインは、保持容量Ｃを介してプラス電源Ｖ＋に接続している。フォトダイオードＤは、アノードをプラス電源Ｖ＋に接続させ、カソードをスイッチングトランジスタＴｒ１のドレイン側に接続させた状態で、保持容量Ｃと並列に設けられている。さらに、スイッチングトランジスタＴｒ１のドレインは、電流制御トランジスタＴｒ２のゲートに接続している。そして、電流制御トランジスタＴｒ２のソースはプラス電源Ｖ＋に、ドレインは発光素子ＥＬのアノードに接続され、発光素子ＥＬのカソードは、全画素共通のマイナス電源Ｖ−に接続されている。回路の接地は、プラス電源Ｖ＋、マイナス電源Ｖ−のどちらであっても良く、また、これらとは別の電位であっても良い。
【００３８】
次に、輝度を一定するする動作原理を、上記図３および図４を用いて説明する。先ず、表示装置のある走査線Ｘが選択されると、その走査線Ｘに接続された画素のスイッチングＴｒ１がＯＮ状態になり、電流制御トランジスタＴｒ２に輝度信号が加えられる。この輝度信号は、プラス電源Ｖ＋を基準とした負出力として加えられる。このとき、保持容量Ｃが充電され、また発光素子ＥＬが発光を開始する。一方、保持容量Ｃに並列に接続されたフォトダイオードＤが発光素子ＥＬの光を受けて抵抗が下がり、保持容量Ｃを徐々に放電させるため、電流制御トランジスタＴｒ２の電位が徐々に上がり、発光素子ＥＬに流れる電流が減る。ここで、図４に示すように、同じ輝度信号が与えられていても、発光素子ＥＬの発光強度が高いと（▲１▼）、フォトダイオードＤの低抵抗化が大きいため、保持容量Ｃの放電が早くなり、発光素子ＥＬを流れる電流も早く減衰し、発光素子ＥＬの発光も早く減衰する。また、発光素子ＥＬの発光強度が低い場合には（▲２▼）、フォトダイオードＤの低抵抗化が小さいため、保持容量Ｃの放電が遅くなり、発光素子ＥＬを流れる電流の減衰も遅くなり、発光素子ＥＬの発光減衰も遅くなる。ここで、電流制御トランジスタＴｒ２の電圧電流変換が概ね直線であれば、輝度信号により保持容量Ｃに保持される電荷量と、発光素子ＥＬの発光量の積算値とは概ね比例する。このため、発光素子ＥＬの発光効率、すなわち流した電流に対する輝度の比が異なる素子であっても、輝度信号出力と発光素子ＥＬの１フィールド間での発光量（積算値）とは概ね比例することになる。したがって、発光素子ＥＬが劣化して発光効率が低下しても、輝度への影響を解消することができる。
【００３９】
次に、図５を用いて、この表示装置の画素構造を説明する。
この図に示すように、表示装置３１は、基板３２上の各画素に、画素駆動用の画素回路３３、これを覆う平坦化絶縁膜３４、平坦化絶縁膜３４上に形成された発光素子ＥＬ、これを覆う保護膜３６、この上部に形成された遮光膜３７、および接着層３８を介して基板３２と対向して配置された対向基板３９を積層してなる。
【００４０】
ここで、基板３２上に設けられた画素回路３３は、上述したような回路構成でであり、ここでは、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ１）の図示を省略し、電流制御トランジスタＴｒ２、保持容量Ｃ、および光検出部としてのフォトダイオードＤを図示した。
【００４１】
そして、スイッチングトランジスタおよび電流制御トランジスタＴｒ２は、ゲート電極３１１と、これを覆う状態で設けられた酸化シリコン３１２からなるゲート絶縁膜と、さらにこの上部に形成されたポリシリコン層３１３部分からなるソース・ドレインとで構成されている。この電流制御トランジスタＴｒ２のソース・ドレインには、第１電源（Ｖ１）からの電源線３１４が接続されている。
【００４２】
また、保持容量Ｃは、ゲート電極３１１と同一層のゲート電極層３１１ａを下部電極とし、酸化シリコン３１２を介して配置されたポリシリコン層３１３を上部電極として構成されている。さらに、フォトダイオードＤは、ゲート電極３１１と同一層のゲート電極層３１１ａ上に形成されており、このゲート電極層３１１上に設けられた半導体層３１５と、その上部のポリシリコン層３１３部分とで構成されている。尚、保持容量Ｃの下部電極を構成するゲート電極層３１１ａと、フォトダイオードＤに接続されたゲート電極層３１１ａとは、電流制御トランジスタＴｒ２のゲート電極３１１と電気的に接続されていることとする。
【００４３】
そして特に、フォトダイオードＤは、隣接する画素の発光素子ＥＬでの発光光が入射することのない位置、例えば発光素子ＥＬの中央部下方に配置されていることとする。
【００４４】
また、発光素子ＥＬは、反射性電極３５１と、この上部に積層された有機ＥＬ層３５２と、この有機ＥＬ層３５２上に積層された光透過電極３５３とで構成されている。この発光素子ＥＬは、反射性電極３５１によって、電流制御トランジスタＴｒ２のソース・ドレインに接続され、このソース・ドレイン間に流れる電流が反射性電極３５１に供給される。また、光透過電極３５３は、各画素の共通電極として設けられ第２電源（Ｖ２）に接続される。
【００４５】
そして特に、この反射性電極３５１には、発光素子ＥＬの有機ＥＬ層３５２での発光光をフォトダイオードＤに供給するための開口部Ａが形成されているところが、ポイントになる。
【００４６】
さらに、この発光素子ＥＬ上に保護膜３６を介して設けられた遮光膜３７は、対向基板３９側から入射する外光Ｈが、フォトダイオードＤに入射することを防止する位置に配置されることとし、これによってフォトダイオードＤには、当該画素に配置された発光素子ＥＬでの発光光ｈのみを入射させる構成とする。この遮光膜３７は、黒色の有機塗料または黒色のレジスト等によって構成されることとする。また、保護膜３６によって発光素子ＥＬとの間の絶縁性が確実な場合には、この遮光膜３７は遮光性を有していれば導電性材料を用いて構成されていても良い。
【００４７】
このような構成の表示装置３１では、画素回路３３内に上述したようにフォトダイオードＤを設けたことにより、各発光素子ＥＬが、それぞれの発光履歴に従って劣化し、供給される信号量に対する発光量が個別に低下した場合であっても、フォトダイオードＤの抵抗値の変化により、電流制御トランジスタを流れる電流量が制御されて発光量が一定になるように各発光素子ＥＬにフィードバックが掛かる。したがって、それぞれの発光素子ＥＬの劣化状態に対応して、各発光素子ＥＬに流れる電流値が個別に補正される。
【００４８】
また、特に、本実施形態の表示装置３１は、図５を用いて説明したように、遮光膜３７を設けたことで、発光素子ＥＬの劣化状態を検知するためのフォトダイオードＤに外光Ｈが入射されることを防止したため、正確に各発光素子ＥＬの発光量を検知して劣化状態を把握できる。
【００４９】
この結果、第１実施形態の表示装置と同様に、長期の使用に際しても、「焼き付き」のような表示ムラを完全に防止することができ、良好な画質を確実に保った表示を行うことが可能になる。
【００５０】
尚、第２実施形態の表示装置においては、発光素子ＥＬを構成するの反射性電極３５１に形成した開口部Ａ部分に重ねて透明電極材料を形成することで、この開口部Ａ上においても発光が生じるようになる。このため、フォトダイオードＤにより多くの発光光ｈを入射させることが可能になり、検出能力の向上を図ることが可能になる。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の表示装置によれば、遮光膜によって外光から遮られた位置に光検出部を設けたことで、複数の発光素子の発光量を正確に検知してこれらの劣化状態を正確に把握できるため、長期の使用に際しても、「焼き付き」のような表示ムラを完全に防止することができ、確実に良好な画質を保った表示を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の表示装置のブロック図である。
【図２】第１実施形態の表示装置の要部断面図である。
【図３】第２実施形態の表示装置の１画素分の回路図である。
【図４】第２実施形態の表示装置の動作原理を説明する図である。
【図５】第２実施形態の表示装置の１画素分の断面図である。
【符号の説明】
１，３１…表示装置、３…表示領域、７…階調制御回路（制御部）、１１…光検出部、１５…信号発生回路（駆動制御部）、１７…記憶回路、２２，３７…遮光膜、３３…画素回路、Ｔｒ２…電流制御トランジスタ、Ｄ…フォトダイオード、ＥＬ…発光素子、ｈ…発光光、Ｈ…外光、Ｖ１…第１電源、Ｖ２…第２電源

Claims

表示領域に複数の発光素子を配列してなる表示装置において、
前記各発光素子での発光光を受光する光検出部と、
前記光検出部で検出された前記各発光素子での発光量と共に当該各発光素子と光検出器との距離の違いによって当該光検出器で検出される発光量の差に基づいて、当該各発光素子に流す電流値を制御する制御部と、
前記光検出部への外光の侵入を防止するための遮光膜とを備えた
ことを特徴とする表示装置。
請求項１記載の表示装置において、
前記光検出部は、前記表示領域の周囲に配置されている
ことを特徴とする表示装置。
請求項２記載の表示装置において、
前記各発光素子を順次発光させる駆動制御部と、
前記検出部で検出された前記各発光素子の発光量を記憶する記憶部とを備え、
前記駆動制御部は、前記記憶部に記憶された前記各発光素子の発光量に基づいて、当該各発光素子に流す電流値を制御する
ことを特徴とする表示装置。