JPH10319872A

JPH10319872A - アクティブマトリクス有機発光ダイオード表示装置

Info

Publication number: JPH10319872A
Application number: JP10003037A
Authority: JP
Inventors: K Faulk David; ケーフォークデビット; Robert A Street; エーストリートロバート
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1997-01-17
Filing date: 1998-01-09
Publication date: 1998-12-04

Abstract

(57)【要約】【課題】発光素子の三次元集積及び室温製造が可能な
低廉なアクティブマトリクス発光表示装置を提供する。【解決手段】表示装置は、有機発光ダイオード（ＯＬ
ＥＤ）のアクティブマトリクスアレイを動作させるため
の回路を備える。アクティブマトリックスＯＬＥＤ表示
装置は、駆動トランジスタの導通を制御してＯＬＥＤに
定電流を供給するアモルファスシリコンまたはポリシリ
コンのパストランジスタを使用する動的なアナログメモ
リを組み込む。ＬＣＤ装置とは異なり、ＯＬＥＤは、連
続駆動電流に応答して光を発する。ＯＬＥＤ回路を使用
するフラットパネル表示装置は、バックライトが要らな
いため、従来のＬＣＤ装置よりもはるかに薄い。発光装
置を既存の回路の上に配置できることが、無機ＬＥＤで
は不可能である三次元集積を可能にし、ほぼ１００％の
充填率を有する構造の設計を可能にする。アクティブマ
トリクスＯＬＥＤ表示装置はまた、ランダムアクセス表
示書き込みに特に適した静的デジタルメモリを使用する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表示素子、方法、
装置及び回路における改良に関する。より具体的には、
本発明は、フラットパネル表示装置などに使用されるア
クティブマトリクスアレイに有機発光ダイオード（ＯＬ
ＥＤ）を使用する改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のアクティブマトリクス液晶表示
（ＬＣＤ）装置は、ピクセルごとに短期間（small inte
rval）保持回路を構成することによって動作する。この
回路は、ピクセルがリフレッシュされるまで一定の電荷
をＬＣＤライトバルブに保持する。マトリクス配置され
た複数のピクセルの内、同一行の全ピクセルが同時並列
に帯電する。一つの行のピクセルが帯電すると、別の行
のピクセルが順次に帯電してゆく。表示画面のすべての
行を通じてこの手順が繰り返し連続して行われ、画面を
連続的にリフレッシュする。

【０００３】表示装置は通常、一つの表示画面に１００
万個を超えるピクセルを使用することがある。従って、
表示画面を１６ms（ミリ秒）ごとに（すなわち１秒あた
り約６０回）リフレッシュすることができるよう、セッ
トポイントを、短期間にピクセルにロードできることが
重要である。一定の電荷を保持回路に書き込むのには数
マイクロ秒しか要しないため、１０００以上の行を有す
る表示画面を１６ms以内にリフレッシュすることができ
る。

【０００４】ＬＣＤは、反射光または透過光を用いる場
合において、広くその用途が見いだされているが、多く
の状況において、自己発光性表示装置が望ましい。換言
するならば、ＬＣＤ装置は、ＬＣＤを介して光線を発す
るバックライトとともに動作するため、フラットパネル
表示装置の厚さがバックライトの厚さによって増大す
る。加えて、アクティブマトリクスＬＣＤシステムは、
偏光光学系と、低い開口率により、光源光の９０％まで
が吸収されてしまい、効率が低いという欠点を抱えてい
る。

【０００５】バックライトをなくせば、フラットパネル
表示装置を既存の表示装置よりもはるかに薄くすること
ができるのでバックライト無しの表示装置を提供するこ
とが望まれている。また、より低い駆動装置コスト及び
より高い効率で動作し、より薄いパネル表示装置を提供
することも望まれている。

【０００６】「Organic Electroluminescent Device
s」Science, Vol. 273, 884（１９９６年８月１６
日）によると、一見、無機ＬＥＤがすべての点で理想的
に思われよう。無機ＬＥＤは、優れた量子効率を有し、
数ボルトのバイアス電圧しか要さず、すべての色で使用
可能であり、非常に信頼性が高い。

【０００７】しかし、無機ＬＥＤは、コスト、集積及び
温度という三つの主要な問題を抱えている。無機ＬＥＤ
表示装置は、カラーマッチングされた個々のＬＥＤから
アセンブルしなければならず、個々のＬＥＤを正しく配
置し、配線結合しなければならないない。各文字が５×
７ピクセルを使用する（従って、各色に３５個のＬＥＤ
を使用する）場合、装置の表示文字数が約１０〜１５文
字を超えると費用が極端に増大する。無機ＬＥＤはま
た、一般に、エピタキシャル成長を要し、従って、ピク
セル回路を効果的にオーバレイすることができず、ほぼ
１００％の充填率を有する装置を得ることはできない。
最後に、無機ＬＥＤは、室温をはるかに超える高温で加
工される。

【０００８】図１５は、従来の有機ＬＥＤ１の基本構造
を示す。エレクトロルミネセンス活性材料でできた１枚
以上の有機膜２が、２個の電極、すなわち低仕事関数陰
極６と高仕事関数陽極４との間に挟まれている。高仕事
関数陽極４は透明である。直流バイアスの印加状態で、
電子が陰極６から有機材料に注入され、空孔が陽極４か
ら有機材料に注入される。電子及び空孔は、印加された
電場により、互いに向かって移動して衝突し、発光励起
状態を形成する。このエネルギーが、透明な陽極４を通
過して放出する光となる。有機膜２は、蒸着、化学的自
己アセンブリ（chemical self assembly）、スピンキャ
ストなどによって形成することができる。有機膜２の厚
さは、単分子層数枚分から約３，０００Åまでの範囲で
ある。

【０００９】「Integrated Multicolor Organic LED
Array」と題するNormanらの米国特許第５，４２４，
５６０号は、ネガ層を設けることによって形成されるＯ
ＬＥＤアレイを開示している。複数の異なる色の有機層
がネガ層の上でパターン付けされて、選択されたアレイ
の複数の領域に複数の異なる色のＬＥＤを形成してい
る。１個のトランジスタがネガ層の中に一体化されて、
外部の接続パッドによって順次に「オン」にされるネガ
層の各行に駆動電流を提供する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの引用
例は、発光素子の三次元集積及び室温製造が可能な低廉
なアクティブマトリクス発光表示装置を提供するという
認識に欠け、或いは実際にそのような装置を提供するこ
とができていない。

【００１１】本発明は、そこで、三次元集積が容易とな
り、室温での製造が可能な低廉なアクティブマトリクス
発光表示装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、ゲートライン、データライン及びピクセ
ルを含むピクセル電子系を有する二次元アレイを含むア
クティブマトリクスＯＬＥＤ表示装置を提供する。各ピ
クセルは、データラインの一つからデータ信号を受け取
ってこれを通過させるパストランジスタと、該パストラ
ンジスタからのデータ信号に応じて動作し、有機発光ダ
イオード（以下、ＯＬＥＤという）に該データ信号に応
じた連続駆動電流を供給する駆動トランジスタを有す
る。データ信号は連続駆動電流を制御し、駆動トランジ
スタが、データ信号によって動作すると、ＯＬＥＤがそ
の連続駆動信号を受け取って発光する。

【００１３】また、本発明では、該パストランジスタか
らデータ信号を受け取りそのデータ信号を一旦記憶する
記憶手段を設ける構成も好適である。

【００１４】各ゲートラインはマトリクス配置された複
数のピクセルの内の同一行のピクセルに接続されてい
る。各データラインは同一列のピクセルに接続されてい
る。従って、各ピクセルは、１つのゲートライン及び１
つのデータラインによって個々にアドレス指定すること
ができる。

【００１５】ここで、上記各パストランジスタ及び駆動
トランジスタは、それぞれ、薄膜トランジスタ（ＴＦ
Ｔ）を用いることができる。

【００１６】また、本発明の他の態様は、ピクセルごと
に、連続駆動電流が駆動ＴＦＴを通過してＯＬＥＤの陽
極に流れ込んだのち、すべてのピクセルに接続された共
通の陰極層に流れ込むことを特徴とする。

【００１７】この態様の第一の変形では、連続駆動電流
が駆動ＴＦＴを通過してＯＬＥＤの陰極に流れ込んだの
ち、すべてのピクセルに接続された共通陽極層に流れ込
むことを特徴とする。

【００１８】また上記態様の第二の変形では、ＯＬＥＤ
の陽極を通って陰極層に流れ込んだのちに駆動ＴＦＴを
通って流れる連続駆動電流を提供する。また第三の変形
では、ＯＬＥＤの陰極を通って陽極層に流れ込んだの
ち、駆動ＴＦＴを通過して流れる連続駆動電流を提供す
る。

【００１９】各ピクセルに記憶手段を設ける場合、該記
憶手段は、アナログデータ信号を記憶するコンデンサで
あってもよい。或いは、記憶手段は、素子が電力を受け
る限りデジタルデータ信号を保持する静的セルであって
もよい。

【００２０】また、本発明の他の態様は、ゲートライ
ン、データライン及びピクセルを含むピクセル電子系の
二次元アレイを有するアクティブマトリクスＯＬＥＤ表
示装置を作動させる方法に関する。この方法は、ピクセ
ルごとに、ゲートライン信号によってパストランジスタ
を動作させ、データ信号をデータラインからパストラン
ジスタに供給し、該パストランジスタを通ったデータ信
号を記憶し、データ信号を駆動トランジスタに送出し、
そのデータ信号によってＯＬＥＤへの連続駆動電流を調
整し、ＯＬＥＤから光ビームを放射させるものである。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の理解をより完全と
するために、本発明の好適な実施の形態（以下、実施形
態という）について、図面を用いて説明する。なお、各
図において、図中、同様な符号が同様な部品を表してい
る。

【００２２】以下に詳述するように、本発明は、アナロ
グまたはデジタルメモリを使用してＯＬＥＤのアクティ
ブマトリクスアレイを動作させるための回路を提供す
る。必要ならば、既存のＯＬＥＤ特性を用いてほぼ線形
の発光挙動を満たすことができる。すべての性能測度が
連続したＯＬＥＤの改良によって利益を受ける。ＬＣＤ
装置に必要である照明装置をなくすことにより、既存の
バックライト表示装置よりもはるかに薄いフラットパネ
ル表示装置が可能である。発光層を既存の回路の上に配
置できることが、ほぼ１００％の充填率をもつ構造の設
計において三次元集積を可能にする。これは、一般にエ
ピタキシャル成長を要し、ひいては、このタイプの三次
元集積ができない無機ＬＥＤに勝る利点である。単色ま
たはカラーの動作が前面または背面発光設計のいずれか
で可能である。ピクセル回路のレイアウトは、種々の優
先項目、例えば最大充填率、カラー処理、製造しやすさ
または操作しやすさに依存して最適化することができ
る。

【００２３】ＯＬＥＤは現在、典型的な発光表示装置の
発光輝度（３００cd／m²）の３０倍を超える発光輝度
（＞１０，０００cd／m²）が可能である。これらの素子
の寿命を延ばす急速な進歩が素子の寿命を１０，０００
時間超に延ばした。現在ＯＬＥＤの３００cd／m²での面
積あたりの電力消費は、約０．０４Ｗ／cm²であり、こ
れは表示装置の用途における電力消費の好適範囲にあ
る。輝度、耐久性及び効率におけるさらなる改良が期待
される。例えば、表示装置の輝度は、表示装置全体に重
ねられる平面マイクロレンズアレイに対する発光の立体
角を調節することにより、おそらくさらに高めることが
できる。

【００２４】蓄積された電荷がライトバルブの状態をセ
ットするアクティブマトリクスＬＣＤ装置とは異なり、
ＯＬＥＤは、連続駆動電流に応答して光を発する。高解
像度ＯＬＥＤ表示装置を駆動するには、表示装置のフレ
ーミング期間を通じて各ピクセルダイオードがプログラ
ム可能な順方向バイアス電流を受けることを要する。例
えば、６０Hz表示装置の場合、フレーミング期間は約１
６msである。アナログまたはデジタルメモリを用いて、
フレーミング期間中のピクセル状態を記憶することがで
きる。

【００２５】［実施形態１］図１は、ピクセル状態を記
憶する実施形態１に係るアナログ駆動回路を示す。アナ
ログ駆動回路１００の各ピクセル１０２は、パスＴＦＴ
１０４、コンデンサ１０６、駆動ＴＦＴ１０８及びＯＬ
ＥＤ１１０を含む。一つの列のパスＴＦＴ１０４がゲー
トラインｎによって「オン」にされる。オンになると、
行ｎの列ｍのパスＴＦＴ１０４は、データラインｍから
の電圧レベルをピクセル１０２のコンデンサ１０６に記
憶させる。行ｎのパスＴＦＴ１０４がゲートラインｎに
よってオフにされたのち、駆動ＴＦＴ１０８のゲートラ
インｎに入力された信号が、現在のフレーミング期間
中、ＯＬＥＤ１１０への電流を調整する。アナログ駆動
回路１００では、電流は、駆動ＴＦＴ１０８を通ってＯ
ＬＥＤ１１０の陽極に流れ込んだのち、アナログ駆動回
路１００のすべてのＯＬＥＤ素子１１０に接続された共
通陰極層に流れ込む。

【００２６】駆動ＴＦＴ１０８のゲートキャパシタンス
がフレーミング期間全体を通じて信号を保持するのに十
分であるならば、コンデンサ１０６を省くこともでき
る。しかし、コンデンサ１０６を含めることには利点が
ある。駆動ＴＦＴ１０８のゲートキャパシタンスは、お
そらく、信号を必要な期間保持するのには不十分であ
る。加えて、パスＴＦＴ１０４が切り換えられると、そ
の寄生キャパシタンスが駆動ＴＦＴ１０８のゲートの電
圧レベルに変化を生じさせ、正しいゲート電圧を印加す
ることを困難にする。このように、コンデンサ１０６を
含めるさらなる利点は、この寄生キャパシタンスの影響
を減らすことにある。

【００２７】図１のアナログ駆動回路１００を実現する
のに使用される４ピクセル交差部の好ましい例を図２に
示す。図２は、２枚の金属層、ポリシリコン層及び回路
コンタクトを示す。第一の金属層は、陽極１１２、１１
４、１１６及び１１８、データライン１２０、Ｖｄｄラ
イン１２４ならびにコンタクト１２６及び１２８を含
む。第二の金属層は、ゲートライン１２２及びコンデン
サ１０６の一方のプレートを含む。コンデンサ１０６の
もう一方のプレートはＶｄｄラインによって形成され
る。ポリシリコン層はパスＴＦＴ１０４及び駆動ＴＦＴ
１０８を含む。コンタクト１２６はパスＴＦＴ１０４を
コンデンサ１０６に接続する。コンタクト１２８は駆動
ＴＦＴ１０８をＯＬＥＤ１１０の陽極１１８に接続す
る。

【００２８】この配置形態は、トップゲートまたはボト
ムゲートのＴＦＴをパスＴＦＴ１０４及び駆動ＴＦＴ１
０８として使用することを可能とする。コンデンサ１０
６が必要ならば、このコンデンサ１０６はＶｄｄライン
１２４の上にじかに製造することができるため、実質的
な追加区域を要しない。上述したように、これは、一般
にエピタキシャル成長を要し、ひいては、このタイプの
三次元集積ができない無機ＬＥＤに比較してＯＬＥＤが
優れる点の一つである。素子の配置形態、それらの製造
に用いられる層及び加工方法に関して本明細書に記載す
る回路の実現に可能なレイアウト変形が数多くある。図
２で述べる説明には限定されない。

【００２９】Ｖｄｄライン１２４は、ゲートライン１２
２またはデータライン１２０に対して並行に配置するこ
ともできる。この実施形態１では、データライン１２０
の固有キャパシタンスを最小限にするため、Ｖｄｄライ
ン１２４はデータライン１２０に対して並行である。

【００３０】パスＴＦＴ１０４は、フレーミング期間を
通じて、安定なゲートバイアスを駆動ＴＦＴ１０８に保
持することが好ましい。つまり、パスＴＦＴ１０４は、
フレーミング期間中駆動ＴＦＴ１０８のゲート電圧を安
定して維持することが可能であることが好ましい。他の
ピクセル列が駆動されている間、パスＴＦＴ１０４に通
じるデータラインが変動する可能性がある。従って、フ
レーミング期間中、電荷がメモリセルの中に漏れる、ま
たはメモリセルの外に漏れるおそれがある。セル中の電
圧誤差Ｖ_g-errorは次式（１）によって求められる。

【００３１】

【数１】Ｖ_g-error＝Ｉ_leakage・τ_frame／Ｃ_pixel ・・・（１）ただし、Ｉ_leakageは漏れ電流であり、τ_frameはフレー
ミング期間であり、Ｃ_pixelはピクセルキャパシタンス
である。

【００３２】グレーレベル（Grey Level）解像度は、
一部、この誤差によって決定されることがある。例え
ば、ピクセルセルの電圧が約８ボルトの有用なプログラ
ミング範囲に及ぶならば、２００のグレーレベルを有す
るためには、電圧誤差を、悪くとも、約４０mVより良く
なるよう（約４０mV未満）に制御しなければならない。
トランジスタの漏れ電流は、ＴＦＴを狭くすることによ
って最小限にすることができる。例えば、３０cm²／Ｖ
・secの移動度で、３００fA／μmの漏れ電流の５μｍ×
１５μｍのポリシリコンＴＦＴは、コンデンサ１０６の
容量が約０．５pFであることを要する。図２において上
述したように、コンデンサ１０６は、Ｖｄｄライン１２
４の上または下にじかに製造することができるため、さ
らなる領域は必要はない。ＴＦＴの漏れをさらに制御す
るもう一つの方法は、パストランジスタ１０４にダブル
ゲートＴＦＴを使用することである。

【００３３】１６msのフレーミング期間内にピクセルセ
ル１０２にデータを書き込むのに使用可能な時間の長さ
は、表示装置のラインタイム、つまり各ラインの選択期
間に依存する。ディスプレイの幅が４８０ラインの場
合、この時間は約３２マイクロ秒である。帯電時間と増
幅器処理時間（amplifier settling time）とを合わせ
た時間がこの制限時間内に収まらなければならない。一
般に、ポリシリコンＴＦＴを用いる場合、好ましいオン
電流が得られるため、帯電時間は問題にならない。ポリ
シリコンを用いる場合、漏れが、表示装置の設計に関す
る主要な問題になりがちである。アモルファスシリコン
ＴＦＴを用いる場合、移動度は「オン」状態でポリシリ
コンより低く、漏れもまたより低い。

【００３４】ピクセルセル帯電時間は、セルが、その初
期状態で高として書き込まれているか低として書き込ま
れているかに依存する。ＮＭＯＳトランジスタゲートは
本来、論理０（ｌｏｗ）状態を通し易く、論理１（ｈｉ
ｇｈ）を通過を減らす（degrade）ため、この非対称性
が生じる。図３は、上記に概説した特性を有するパスＴ
ＦＴに関し、データをコンデンサ１０６に０．５pF書き
込む場合のこの効果を説明する。図３に示すように、４
Ｖ信号の書き込み時間は１マイクロ秒に満たないが、１
２Ｖ信号の書き込み時間は４マイクロ秒を超える。いず
れの時間も３２μsの許容帯電時間の範囲内に十分あ
る。より速い高レベル帯電時間が必要であるならば、ゲ
ートライン「オン」電圧を増大すればよい。あるいはま
た、ＮＭＯＳパスＴＦＴ１０４の代わりにＣＭＯＳ双方
向トランジスタを使用してもよい。但し、ＣＭＯＳを採
用した場合、設計及び加工が複雑になる。

【００３５】現在、アモルファスシリコン素子とポリシ
リコン素子とを同じガラス基板上でモノリシックに集積
することが可能である。これにより、パスＴＦＴ用のア
モルファスシリコンの好ましい低漏れ電流特性と、駆動
ＴＦＴ用のポリシリコンにおいて可能な、好ましい高い
「オン」電流とを組み合わせることが可能となる。パス
ＴＦＴ１０４がアモルファスシリコンとポリシリコンと
の混成物から構成されれば、パスＴＦＴ１０４は、コン
デンサ１０６を小さくする、またはなくすことができる
ほどその漏れ電流を低くすることができる。しかし、ポ
リシリコンパスＴＦＴ１０４を用いて得られるものに匹
敵しうる帯電時間を達成するためには、より幅の広いア
モルファスシリコンパスＴＦＴ１０４が必要になるかも
しれない。当然これはより多くの領域を消費し、ひいて
はピクセルの充填率を下げる可能性はある。

【００３６】アクティブマトリクス表示装置のアナログ
駆動回路１００の一つの好ましい例は、３００cd／m²で
白色光を発する７２ＳＰＩアレイのピクセルを使用す
る。各ピクセルは、１２ボルトで約３５マイクロアンペ
アの最大電流を必要とする。電流及び電圧の必要条件
は、幅３０μｍ、長さ１５μｍのサイズで、３０cm²／
Ｖ・secの移動度を有するポリシリコン駆動ＴＦＴ１０
８を用いて容易に満たすことができる。このサイズは、
７２ＳＰＩピクセルの領域のごく一部でしかない。ピク
セルサイズが縮小するため、電流の必要条件、ひいては
駆動トランジスタの幅もまた縮小する。トランジスタ占
有面積は、ＴＦＴの幅ｗと長さｌとの比率ｗ／ｌを変化
させ、アレイの駆動電圧を調節することにより、ある程
度はさらに最適化することができる。

【００３７】明かに、ピクセル設計におけるＴＦＴの寸
法及び駆動電圧の実際の設計選択は、ＴＦＴ及びダイオ
ード特性の詳細なモデルを要する。例えば、パストラン
ジスタの漏れが、仕様の範囲内でもっとも達成し難いパ
ラメータであるならば、データラインにおける電圧スイ
ングを最小限にして漏れを減らすべきである。これを実
行する一つの方法として、必要な信号電圧スイングを減
らすため、駆動ＴＦＴ１０８の幅を広げる方法がある。

【００３８】ＯＬＥＤは、すべてのダイオードと同様、
本来は非線形素子である。ＯＬＥＤは、電流が電圧依存
性を示し、この依存性は、ほぼ指数関数的であるか、電
力法則依存性にほぼ従っている。換言するならば、電圧
における小さな変化が、電流、ひいてはダイオードのバ
イアス点に依存するＯＬＥＤの明るさにおける大きな変
化を生み出す。図４は、典型的なＯＬＥＤと、３０cm²
／Ｖ・secの移動度を有し、幅３０μｍ、長さ１５μｍ
であるポリシリコンＴＦＴとを７２ＳＰＩのピクセルア
レイに配したものに、１５ボルトのＶｄｄを加えた場合
において、何種類かのゲート電圧に対する負荷ライン
（load line）特性を示す。４〜１２ボルトのドレイン
−ソース電圧では、セットポイントは、ＴＦＴの飽和状
態から直線期間まで異なる。

【００３９】図５は、図４に使用するものと同じ条件の
下で、ダイオード電流Ｉ_diode及びダイオード輝度Ｌ
_diodeを駆動ＴＦＴゲート電圧の関数として示す。ダイ
オード及びＴＦＴの非線形性にもかかわらず、０〜３０
０cd／m²の所望の範囲のゲート電圧に関し、４〜１２ボ
ルトのゲートバイアスで、明るさの挙動は線形に近い。
これは、データラインを駆動するのに使用されるデジタ
ル・アナログ変換器が、通常、各グレーレベルあたり一
定の電圧間隔で電圧スイングを発生するため、表示装置
の設計上非常に有利な特徴となり得る。データライン電
圧の等しい増分が所望の輝度範囲にわたり、光の強さの
等しい増分を生じさせるようにピクセルを設計すること
により、データ駆動電子系からの使用可能なある数のグ
レーレベルを適切に利用することができる。従って、こ
の回路は、高レベル及び低レベルでダイオードを駆動す
ることができるだけでなく、適度な補正のみによるグレ
ースケール制御が可能であることが示される。

【００４０】図５はまた、もう一つの重要な特徴を示
す。ダイオード電流は、バイアスの印加とともに急速に
増大し、小さなバイアス誤差によっても潜在的な焼き尽
きの危険をもたらす。しかし、「オン」状態にある駆動
ＴＦＴ１０８のチャネル抵抗が好適にも保護抵抗として
作用する。これは、ダイオードを通過する電流が指数関
数的に増大することを防ぐ。換言するならば、「オン」
の駆動ＴＦＴ１０８のチャネル抵抗は、電流が電圧の線
形変化とともに指数関数的に増大し、ダイオードを焼き
尽かせることを防ぐスパイク保護機構として作用する。
実際、ダイオード電流は、約５ボルトを超えると線形に
満たない上昇しか見せない。

【００４１】駆動ＴＦＴ１０８はまた、アモルファスシ
リコンで作製することも可能である。しかし、アモルフ
ァスシリコンＴＦＴの低い移動度（０．３cm²／Ｖ・se
c）は、ポリシリコンまたは単結晶シリコンの場合に比
べ、より幅の広い、つまり大きい駆動トランジスタが必
要であることを意味する。ＴＦＴの幅を広くする実際的
な限界は、ＴＦＴがピクセル領域の大部分を占有し、他
の素子の余地を残さなくなる点である。しかし、アモル
ファスシリコンＴＦＴの「オン」電流は、数百cd／m²の
オーダの適度な輝度をアモルファスシリコン駆動ＴＦＴ
で十分に実現することができるほど大きい。さらには、
ＯＬＥＤ素子がより効率的になるにつれ、より小さなア
モルファスシリコン駆動ＴＦＴのダイオードへの使用及
びより高い輝度が実施可能になる。

【００４２】図６〜図１０は、アナログ駆動回路１００
の５種の変形を示す。

【００４３】図１及び図６の回路１００及び３００に
は、ピクセルレベルでダイオードコンタクトの一つが回
路の残り部分と分けられており、全てのダイオードに共
通であるという利点がある。これは、有機層と、図１の
陰極層または図６の陽極層の形成を妨げることのない設
計を可能にする。さらには、これは、さらなるラインを
ピクセルに設けることを回避させる。

【００４４】図７及び図８のアナログ駆動回路４００及
び５００は、ピクセルレベルで、ダイオードの両側が回
路と電気的に接続されているため、その点に関しては余
り好ましくはない。これは、余計な配線がより多くの基
板領域を占有するためだけでなく、配線の配置形態が、
有機層をパターンニングしてビア（ｖｉａｓ、孔）及び
コンタクトを設けることを要し、有機発光ダイオード材
料においては、このビア等を設ける手法が十分に確立さ
れていないためである。

【００４５】図９及び図１０のアナログ駆動回路６００
及び７００は、図１及び図６の回路１００及び３００と
はわずかに異なる。図９のアナログ回路６００は、ＮＭ
ＯＳトランジスタ１０４及び１０８の代わりにＰＭＯＳ
トランジスタ６０４及び６０８を使用する。同様に、図
１０のアナログ回路７００は、ＮＭＯＳトランジスタ３
０４及び３０８の代わりにＰＭＯＳトランジスタ７０４
及び７０８を使用する。ＰＭＯＳトランジスタのゲート
ラインは「ｈｉｇｈ」にセットされ、データをＰＭＯＳ
トランジスタを通過させる際には「ｌｏｗ」に下げられ
る。

【００４６】ＰＭＯＳは、図９に示すように、装置上
で、同一の陰極を共用するダイオードに特に適した技術
である。理由は、駆動ＴＦＴのチャネルコンダクタンス
がゲート−ソース電圧差によって決まり、ＴＦＴのソー
ス側が安定な基準電圧に接続されているるからである。
ダイオードを「オン」にすることは、ゲート−ソース電
圧に影響しない。これは、駆動ＴＦＴのソースがＯＬＥ
Ｄの陽極に接続されている図１とは対照的である。図１
の場合には、「オン」状態にあるダイオードでの電圧降
下がゲート−ソース電圧を下げる。これは「ソース退化
（source degeneration）」として知られる効果であ
る。駆動ＴＦＴの方がオンにしやすいため、ソース退化
をなくした設計により、より低い信号電圧、及びより小
さなＴＦＴを使用して、表示装置中に同じ輝度レベルを
達成することができる。

【００４７】図１１及び図１２は、アナログ駆動回路１
００のさらに別の２種の変形例を示す。図１１及び図１
２のアナログ回路８００及び９００は、隣接するゲート
ラインｎを駆動ＴＦＴ８０８及び９０８のソース接続に
使用、即ち駆動ＴＦＴのソースがゲートラインに接続さ
れている。図１１に示すように、ゲートラインを使用し
て該ゲートラインに対応する行の各ピクセルを開き（選
択し）、対応する隣接行のＯＬＥＤ８１０を通る電流の
戻り経路を形成することが可能である。従って、ゲート
ラインｎがその対応する行のＯＬＥＤ駆動ＴＦＴ８０８
にデータを伝送したのち、ゲートラインｎはｌｏｗにな
り、アナログ回路８００の電流戻り経路になる。

【００４８】例えばアナログ回路８００が６４０ライン
表示装置のあるピクセルを表すならば、ゲートラインｎ
は、ゲートラインｎがｌｏｗである６３９ライン期間中
にアナログ回路８００の電流を引き込む。電流及びコン
デンサリファレンスは、一つのライン期間中で異なる
が、光出力が逸脱しているこの時間の量は取るに足らな
いほどであり、表示装置を見る人の視認性に対して有意
な影響を及ぼさない。

【００４９】図１２のアナログ駆動回路９００は、アナ
ログ回路８００のＮＭＯＳトランジスタ８０４及び８０
８の代わりにＰＭＯＳトランジスタ９０４及び９０８を
使用する。これは、ダイオードに共通の陰極（現在この
方が製造しやすい）の使用が可能となるため有利であ
る。ＰＭＯＳトランジスタ９０８のゲートラインｎは通
常はｈｉｇｈにセットされ、データを書き込むときにｌ
ｏｗにされる。従って、ゲートラインｎは通常、電流を
ＯＬＥＤ９１０に供給するために使用される。

【００５０】現在、ＯＬＥＤに適用することができる何
百種もの公知の有機化合物が、ポリマー化合物及び分子
化合物ともに存在する。これらの化合物に基づくすべて
の素子は、ＴＦＴによる励起に適した電気的特性を有す
るため、本発明は、まだ調査されていないものを含め、
そのような化合物すべてに当てはまる。本発明のＯＬＥ
Ｄは、発光体物質、例えばポリ［２−メトキシ−５−
（２′−エチル−ヘキシルオキシ）−１，４−フェニレ
ンビニレン］（ＭＥＨ−ＰＰＶ）またはトリス（８−ヒ
ドロキシ）キノリンアルミニウム（ＡｌＱ）を使用す
ることができる。正孔注入物質、例えばＮ，Ｎ′−ジフ
ェニル−Ｎ，Ｎ′−ビス（３−メチルフェニル）１−
１′ビフェニル−４，４′ジアミン（ＴＰＤ）もまた、
さらなる電子輸送層、ドーパント、電解質、緩衝層など
と同様、適用することができる。ＴＰＤのような物質
は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）によって形成され
る陽極層の仕事関数に十分に適した電子親和性を有す
る。ＩＴＯは透明に製造することができるため、通常、
ＯＬＥＤ１１０の陽極側が、光放射側である。陰極コン
タクトは、例えば、不透明な金属導体、例えばアルミニ
ウム、カルシウムまたはマグネシウム銀である。ＯＬＥ
Ｄ表示素子を構成する場合、ＯＬＥＤ１１０がおそらく
は最後に製造されるため、アナログ駆動回路１００は、
背面発光表示装置に使用される可能性が非常に高い。こ
の構成において、潜在的にもろく損傷しやすい陰極コン
タクトは、有利な連続層として形成され、ピクセル層で
のパターン付けを要しない。図６のアナログ駆動回路３
００は、１００％近い充填率の連続ＩＴＯ層を有するこ
とができ有利である。

【００５１】図１３は、例えば図６のアナログ駆動回路
３００を使用する前面発光表示装置の連続陽極層１７０
に可能な電流経路１５０及び１５２を示す。電流は陽極
から流れて有機層を通過し、ピクセル化された陰極（ピ
クセル毎にパターンニングされた陰極）に達し、最後に
は「オン」の駆動ＴＦＴ１５６に達する。ピクセル駆動
回路３００は、露出した陰極コンタクト領域１６０、１
６２及び１６４の分離されたアイランドを有する表示領
域を備えて形成されている。そして、連続する電子伝導
層１６６がコーティングされる。必要ならば、さらなる
層（図示せず）を連続する電子伝導層１６６の上に形成
することもできる。そして、連続する正孔伝導層１６
８、例えばＴＰＤを形成する。更に連続する陽極コンタ
クト層１７０として、例えばＩＴＯを、連続して正孔伝
導層１６８の上に形成する。連続する電子伝導層１６６
の広がり抵抗（spreading resistance、平面方向の抵
抗）が低すぎるならば、図示する電流経路１５２により
隣接するピクセルからのクロストーク発光を生じる。隣
接するピクセルどうしの相互作用を避けるために必要な
条件の一つは、抵抗値がＲ₁₇₂＜＜Ｒ₁₇₄ を満たすことである。ただし、Ｒ₁₇₂は、陽極コンタク
ト層１７０のシート抵抗であり、Ｒ₁₇₄は、電子伝導層
１６６のピクセル間抵抗である。

【００５２】横方向抵抗つまりピクセル間抵抗Ｒ
₁₇₄は、二つの理由から非常に高い値である。第一は、
有機材料は導体として劣り、移動度が低いことである。
第二は、連続する電子伝導層１６６及び場合によって必
要となるさらなる電子伝導層が、その動作原理から非常
に薄いことが求められる（すなわち、＜１００nm）こと
である。従って、このような広がり抵抗は、連続する陽
極コンタクト層１７０をパターン付けしないまま残すこ
とができることを保証している。従って、このレイアウ
トは、当然、前面発光表示装置に向いている。十分なプ
ロセス制御及び適切なマスクセットを用いると、前面発
光設計は、図２、７、１１及び１２に示すピクセル回路
の上にＯＬＥＤを配置してほぼ１００％の充填率の素子
を得ることができる。連続する陽極コンタクト層１７０
を陰極材料に代え、十分なマスクセットを使用すると、
使用する材料に依存して、反射性、半透明または透明材
料を用いた連続する上部電極を有する背面発光設計に適
したプロセスが得られる。

【００５３】［実施形態２］図１４は、ＯＬＥＤピクセ
ル２０２にデジタル駆動回路２００を使用する本発明の
実施形態２の構成を示す。ピクセル２０２は、ゲートラ
インｎ、データラインｍ、Ｖｄｄ及びＶｓｓへの接続、
パスＴＦＴ２０４、単一ビットのＳＲＡＭセル２０６、
駆動ＴＦＴ２０８及びＯＬＥＤ２１０を含む。「１」ま
たは「０」の２進値は、各ピクセル２０２に設けられた
単一ビットＳＲＡＭセル２０６に記憶される。単一ビッ
トＳＲＡＭセル２０６は、例えば、ポリシリコンＮＭＯ
Ｓの静的メモリセルである。

【００５４】単一ビットＳＲＡＭセル２０６で失われる
電荷は、負荷トランジスタを通過する電荷の流れによっ
て復元される。ゲートラインがパスＴＦＴ２０４を「オ
ン」にして、データラインｍ上のビット値（「０」また
は「１」）がＳＲＡＭセル２０６へ書き込まれる。記憶
されたビットは、駆動ＴＦＴ２０８のゲートを制御す
る。駆動ＴＦＴ２０８を「オン」にすると、電流を１個
のＯＬＥＤ２１０に流すことができる。駆動ＴＦＴ２０
８をオフにすると、ＯＬＥＤ２１０がオフになる。

【００５５】この設計はピクセル（２０２）１個あたり
６個のトランジスタを要し、漏れ電流による影響を受け
ない。従って、この設計は、ピクセル２０２の状態を無
期限に保持する。従って、この実施形態２では、ランダ
ムアクセス法によって表示装置に書き込むことができ、
フレーミングサイクルを不要にすることができる。デュ
ーティサイクルの変調によってグレイスケールを表示可
能とすることもできる。この設計のレイアウトは、より
大きな数及び接続度のトランジスタにより、より領域集
中的であることができる。上記に説明し、図１４に説明
する態様では、ＮＭＯＳＴＦＴ２０４、２０８、２１
２、２１４、２１６、２１８及び共通陰極を用いてい
る。当然、ＰＭＯＳまたはＣＭＯＳ及び共通陽極を接続
して使用するする変形を施しても良い。

【００５６】特定の実施態様を具体的に参照しながら本
発明を本明細書に詳細に説明したが、本発明はこれらの
実施形態には限定されない。本明細書の目的は、請求項
によって定義される本発明の真髄及び範囲に該当するす
べての変形、代替及び等価を包含することである。例え
ば、本発明は、発光ダイオードを使用して像を形成する
すべてのタイプの表示装置に適用することができる。こ
のような表示装置には、フラットパネル表示装置、フラ
ット照明装置、計器インジケータ、サインなどがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１のアナログアクティブマ
トリクスＯＬＥＤアレイを示す回路図である。

【図２】図１の回路を実現するための４ピクセル交差
部の好ましいレイアウト例を示す図である。

【図３】パスＴＦＴの帯電時間シミュレーションを示
す図である。

【図４】ＯＬＥＤ及び駆動ＴＦＴについての幾つかの
ゲート電圧における負荷ライン特性を表す図である。

【図５】図４の負荷特性の解とダイオード電流及びダ
イオード発光輝度のプロットを含む図である。

【図６】図１の回路設計の駆動段の第一の変形を示す
図である。

【図７】図１の回路設計の駆動段の第二の変形を示す
図である。

【図８】図１の回路設計の駆動段の第三の変形を示す
図である。

【図９】図１の回路設計の駆動段の第四の変形を示す
図である。

【図１０】図１の回路設計の駆動段の第五の変形を示
す図である。

【図１１】図１の回路設計の駆動段の第六の変形を示
す図である。

【図１２】図１の回路設計の駆動段の第七の変形を示
す図である。

【図１３】前面発光表示装置の連続陽極層に可能な電
流経路を示す図である。

【図１４】本発明の実施形態２のＯＬＥＤピクセルの
デジタル駆動回路を示す回路図である。

【図１５】従来のＯＬＥＤの略図である。

【符号の説明】

１００，３００，４００，５００，６００，７００，８
００，９００アナログ駆動回路、１０２ピクセル、
１０４パスＴＦＴ、１０６コンデンサ、１０８駆
動ＴＦＴ、１１０，８１０，９１０ＯＬＥＤ、１１
２，１１４，１１６，１１８陽極、１２０データラ
イン、１２２ゲートライン、１２４Ｖｄｄライン、
１２６，１２８コンタクト、１５０電流経路、２０
０デジタル駆動回路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】二次元アレイに配設された複数のピクセ
ルと、それぞれが、前記複数のピクセルの内の対応する一行の
ピクセルに接続された複数のゲートラインと、それぞれが前記複数のピクセルの内の対応する一列のピ
クセルに接続された複数のデータラインと、を含み、前記複数のピクセルのそれぞれは、対応するゲートラインに接続され、ゲート信号に応じ、
対応するデータラインから供給される連続駆動電流を制
御するデータ信号を通過させるパストランジスタと、前記パストランジスタが前記データ信号を通過させる
と、前記データ信号に応じて連続駆動電流を有機発光ダ
イオードに供給する駆動トランジスタと、供給される前記連続駆動信号に応じて発光する有機発光
ダイオードと、を有することを特徴とするアクティブマトリクス有機発
光ダイオード表示装置。