TW514864B - Active matrix type self-luminous display device and active matrix type organic EL display device - Google Patents

Active matrix type self-luminous display device and active matrix type organic EL display device Download PDF

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Naoaki Komiya
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Description

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 514864 A7 ____B7___ 五、發明說明（1 ) [技術領域] 本發明係關於一種具備以薄膜電晶體（Thin Film Transistor ; TFT)等所構成之選擇驅動電路而分別獨立於每 個畫素而配置之自發光元件的主動矩陣型自發光顯示裝 置。尤其關於一種主動矩陣型有機電致（Electro Luminescence ; EL)顯示裝置。 [習知技術] 自發光顯示裝置因為比CRT消耗電力較低且比較小 型，其上沒有像LCD的視野角依存性。所以，近年來使用 EL元件之EL顯示裝置，作為取代CRT或LCD的顯示裝 置，被受矚目。而開發例如具備有驅動該EL元件以作為 切換元件的TFT之EL顯示裝置。 第5圖表示有機EL顯示裝置之等價電路圖。在向列 方向延伸配置複數個閘極線1，與其交差之行方向，則配 置複數個資料（date)線2及驅動線3。驅動線3係與電源 PV相連接。電源PV為用以輸出正值之定電壓的電源，其 電壓例如以接地電壓為基準為10v之正電壓。閘極線J與 數據線2之各個交點連接有選擇TFT4。選擇TFT4為將兩 個TFT4a，4b串聯連接之雙閘極（DoubleGate)構造。選擇 TFT4之各TFT4a，4b之閘極係與閘極線1相連接，選擇 TFT4a之汲極，則與數據線2相連接。選擇TFT4b之源極 係連接於保持電容器5及驅動TFT6之閘極6。驅動TFT6 之汲極係連接於驅動線3，源極則連接於有機El發光元件 7之陽極。有機EL發光元件7之陰極則接地。保持電容器 M氏張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公餐)' Ϊ----- ---------------------訂·-------- (請先閱讀背面之注*事項再填寫本頁) 514864 A7
五、發明說明（2 ) 5之另一極則連接有延伸於直列方向之容量線9。 閘極線1係連接於未圖示之閘極線驅動器，藉由閘極 驅動器向閘極線1依序施加閘極信號。閘極信號為導^或 不導通（ΟΝ/OFF)的2值之信號，導通時為正之預定電壓: 不導通時為0V。閘極線驅動器係使所連接複數個閘極線、 中所選擇預定閘極線之閘極信號變成導通。當閘極信號成 為導通時，則連接於該閘極i的全部選擇電晶體fFT 即導通，而經由選擇電晶體4使資料線2與驅動電晶體6 之閘極相連接◊資料線2由資料線驅動器8輸出有對應於 欲顯示影像所決定之資料信號。資料信號輸入至驅動電晶 體6之閘極，並且於保持電容器充電。驅動電晶體6以對 應於資料信號大小的導電率，連接驅動線3與有機£乙發 光το件7。其結果，使對應於資料信號之電流，經由驅動 電晶體6而由驅動線3供給至有機EL發光元件7，並使有 機EL發光光件7以對應於資料信號之輝度發光。保持電 容器5可在專用容量線9或驅動線3等其他電極之間形成 靜電電容，並可蓄積-定時間資料信號。f料信號在間極 線驅動器選擇其他閘極線i，當該閘極線丨變成非選擇時， 選擇電晶體4成為不導通後，會以保持電容器5保持於！ 垂直掃描期間。其間，驅動電晶體6保持前述導電率，而 有機EL發光元件7則可繼續以該輝度發光。 以上為主動矩陣型有機EL顯示裝置之動作原理，在 本發明書中具備上述選擇電晶體4、驅動電晶體6等，藉 由選擇閘極信號的顯示元件之1個或同時選擇複數個信 ‘紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ^-----------------Aw·. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 312787 514864 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（3 號，以及藉由欲顯示影像所決定之資料信號，將對應於資 料信號之電流供給至預定顯示元件的電路，而總稱為選擇 驅動電路。選擇驅動電路除了上述之外，尚有各種之型式， 且已被提案。 第6圖表示主動矩陣型有機el顯示裝置之剖視圖。 在玻璃基板11上’配置有複數個驅動TFT6。驅動TFT6 係閘極6G隔著層間絕緣膜12而與源極6S、通道（Channei) 6C、汲極6D相對向之構造 '在上述例中，閘極電極 為比通道6C低之底層（bottom gate)閘極。在驅動TFT6上 形成有層間絕緣膜13，而在其上配置有資料線2及驅動線 3。縣動線3係通過接點（contact)連接於驅動TFT6之没極 6D。然後，在此等之上形成有平坦化絕緣膜14。在平坦化 絕緣膜14上之各畫素配置有機EL發光元件7。有機El 發光元件7係由ITO(indium tin oxide)等透明電極所形成 之陽極15、電洞（hole)輸送層16、發光層17、電子輸送層 18’及鋁等金屬所形成之陰極19,依序層積而形成。由陽 極15向電洞輸送層16注入之電洞，與由陰極19向電子輸 送層18注入之電子，藉由在發光層17之内部再結合而放 射光該光如圖中箭頭所示，由透明之陽極15側透過玻璃 基板11向外部放射。陽極15及發光層17分別獨立於各畫 素而形成，而電洞輸送層16、電子輸送層及陰極19則共 同形成於各畫素。 第7圖表示施加於有機EL發光元件7之電壓VEL與 此時之發光輝度的關係曲線。電壓VEL在一定值10以下之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 3 312787 --------^---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 514864 A7 -----^____ — 五、發明說明（4 ) 間貝J與電壓值無關完全不發光。於是，當電壓Vel超過 一疋值V0時即發光，其後，隨著電壓Vel之增加輝度愈 大。在使用有機EL作為顯示裝置之發光元件時，如果將 EL發光元件以預定輝度乙一弱發光時的電流設定為最低 電壓Vmin，將對於該輝度之一定的對比，例如對比1〇〇時 之輝度LMAX設定為最大輝度，將對應於該輝度之電流設定 為最大電壓VMAX時，在該電廢之間可控制施加於el發光 元件之電壓VEL並進行顯示。如果將電壓設定為更高 之值，可發更強之光，而且可獲得更大之對比，但因為有 機EL經過強烈發光會有壽命滅短之特性，而且為了使之 強烈發光，必須使更大之電流流動。因此，由壽命、消耗 電流兩方面觀點，設定於該顯示裝置之使用環境所要求的 程度之最大輝度及對比。
第8圖為由第5圖所示之電路圖中，抽出1畫素份之 電源PV、驅動TFT6及EL發光元件7所示之電路圖。由 圖可知，驅動TFT6與有機EL發光元件7，係在電源PV 與接地間作串聯連接。於有機EL發光元件7所流動之電 流IEL，係由電源PV經由驅動電晶體6供給至有機el發 光元件7。如此，該電流IEL可藉由改變驅動電晶體6之閘 極電壓VG而控制。如上所述，閘極電極上輸入有資料信 號，而閘極電壓VG成為對應於資料信號之值。第9圖表 示對於驅動電晶體6之閘極電壓VG的EL發光元件7的 發光輝度之關係圖。駆動電晶體6為？型TFT時為第9圖 (a)，η型TFT時為第9圖（b)。當驅動電晶體6為p型TFT {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公4 ) 4 312787 514864 A7 B7 五、發明說明（5) Γ靖先閱讀背面之注意事項再填寫本頁> 時，閘極電壓VG=4.5V時為最大輝度lmax，隨著閘極電 壓VG之上昇，輝度會逐漸降低，Vg=6.5V時為最小輝度 LmiH。如此，在VG=8V附近停止發光。而驅動電晶體6為 η型TFT時，從閘極電壓VG=3V附近開始發光，隨著閘 極電壓VG之上昇，輝度會增大，在VG=4.5V時為最小輝 度Lmin，VG=6.5V時為最大輝度lmax。 如上所述，只要將驅動電晶體6之閘極電壓，亦即資 料信號調整為以對應VGmin=4.5V至VGMAX=6.5V之間所顯 示的階調之值而輸出，即可控制有機EL發光元件7之發 光輝度。第10圖表示使用於有機EL顯示裝置的數據信號 之時間變化之一例。 [本發明欲解決之課題] 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 但是，為了輸出此類之資料信號，必須對應於資料作 號之最大值，設置較大之電源。資料信號係藉由未圓示外 裝的資料信號處理電路，將從外部輸入之影像信號，進行 信號處理而使閘極電壓成為最適電壓而產生。當應輪出的 資料信號之電壓高時，則需要使該資料信號處理電路之驅 動電壓提高，而造成消耗電力之增高。 尤其當VGMAX超過5 V時，則必須將資料信號處理電 路設計成面对壓’而不容易以一般CMOS製程來製造 此，以往主動矩陣型自發光顯示裝置之消費電力較高， 有製造成本過高之問題。 如上所述’本發明之目的在於獲得一種以較低消耗電 力動作，且製造成本低的主動矩陣型自發光顯示裝置。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 514864 A7 B7 五、發明說明（6 ) [解決課題之手段]
本發明係用以解決上述課題而開發者，該主動矩陣型 自發光顯示裝置具備有延伸在列方向的複數個資料線，延 伸在行方向之複數個閘極線，分別與閘極線及資料線之交 點相對應配置的選擇驅動電路，以及連接於選擇驅動電路 之發光元件；並藉由輸入閘極線之選擇信號，使選擇驅動 電路導通，使對應於輸入至數據線之資料信號之電流供給 至發光元件，而使發光元件對應於資料信號之輝度發 光；上述發光元件為連接於用以輸出第1極性電壓之第J 電源’與用以輸出與第1極性為逆極性之電壓的第2電源 之間。 又’在主動矩陣自發光顯示裝置中，各畫素都有選擇 電晶體、驅動電晶體及發光元件，可藉由在選擇電晶體輪 入選擇信號，使選擇電:晶體導通，經由選擇電晶體將資料 信號輸入驅動電晶體，使對應於資料信號之電流，經由驅 動電晶體流動至發光元件，以使發光元件以對應於資料作 號的輝度發光顯示。而發光元件係與驅動電晶體串聯連接 於一極性第1電源以及與第1電源相反極性之第2電源 間。 又’該主動矩陣自發光顯示裝i具備有：延伸於列方 向且有選擇信號依序輸入之複數個閘極線；延伸於行方^ 的複數個資料線；分別對應配置於閘極線與資料線之交 點’且其閘極連接於閘極線，其汲極連接於資料線之選擇 電晶體，選擇電晶體之源極連接於閘極之媒動電晶體；於 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · I ---I I I 訂·-----— I — ' 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 6 312787 514864 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制农 A7 B7 五、發明說明（7 ) 驅動電晶體之源極連接有陽極之發光元件；以及經由驅動 電晶體供給電流至發光元件之正電源；而發光元件之g極 連接有負電源。 再者，選擇信號在選擇時為預定極性之電位，在非選 擇時，為與預定極性相反之極性的電位。 而選擇信號在選擇時為一極性之預定值，而在非選擇 時，則為與一極性相反之極性，且其絕對值為比預定值小 之值。 [發明之實施形態] 第1圖為本發明實施形態之EL顯示裝置之等價電路 圖。向列方向延伸配置有複數個閘極線丨，與閘極線1交 差而在行方向，配置有複數個資料線2及驅動線3。在閘 極線1與資料線2之各交點，連接有選擇TFT4。選擇TFT4 係將兩個TFT4a，4b串聯連接之雙閘極（Double Gate)構 造。選擇TFT4之各TFT4a，4b之閘極係連接於閘極線J， 而選擇TFT4a之汲極係連接於資料線2。選擇TFT4b之源 極係連接於保持電容器5與驅動TFT6之閘極。驅動TFT6 之汲極係連接於驅動線3，源極則連接於有機EL發光元件 7之陽極。以上所述與以往之EL顯示裝置相同，其剖面圖 亦與以往裝置相同。 而本實施形態之特徵為：有機EL發光元件7之陰極 並不接地，而連接於用以施加移位（shift)電壓之負 電壓的電源CV。第2圖為從第1圖之電路圖抽去1畫素 份陽極電源PV、驅動TFT6、EL發光元件7及陰極側電 -------------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 7 312787 514864 A7 五、發明說明（8 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) CV之電路圖。以接地電壓為基準，在施加正電壓之電源 PV與施加負電壓之電源cV之間，串聯連接驅動TFT6與 有機EL發光元件7。 如上所述’為了要以適當輝度發行有機EL發光元素 7 ’雖需在VGmin至VGMAX之間驅動。但未滿vGmin之電壓， 只是將電壓提高而已，對階調顯示無任何貢獻。因此，本 實施形態，係如第9圖所示，將所提高部份之電壓做極性 反轉’以作為移位電壓vSHIFT施加於負電源cv。在本實 施开> 態中，電源cv之電壓亦即移位電壓vshift為ν。 有機EL發光元件7之發光輝度，由其陽極與陰極間 之電位差而決定。並非以往之方式，在正電源PV與接地 間賦予該電位差，而藉由併用正電源PV與負電源cv，相 對於有機EL發光元件7之驅動電晶體6之閘極電壓的發 光輝度可從第9圖所示之關係，移轉成第3圖所示之關係。 這疋因為第9圖所示電壓之提高部份，完全無助於階調顯 不’所以藉由將該部份反轉並施加於負電壓之構想而成 者。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第3圖表示本實施形態之驅動電晶體6之閘極電麼VG 與有機EL發光元件7之發光輝度之關係。驅動電晶體6 為p型TFT時為第3圖（a)，為η型TFT時為第3圖（b)。 驅動電晶體6為p型TFT時，在閘極電壓VG=0.5V時為 最大輝度LMAX，隨著閘極電麼VG之上昇，輝度會降低， 在VG=2.5V時為最小輝度Lmin。如此，在vg=3V附近即 停止發光。而在驅動電晶體6為η型TFT時，在VG==〇 5v ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱1 一 " ------ 8 312787 514864 經濟部智慧財產局員工消費印製 Α7 Β7 五、發明說明（9 ) 時為最小輝度，在VG=2.5V時為最大輝度lmax。亦 即，本實施形態之資料電壓只要設定在VGmin=〇.5V至 VGmax=2.5V之間即可。與以往方式相比，可以較低資料 孳壓來驅動。因此，本實施形態可以用比以往方式更低之 消耗電力來驅動。而移位電壓VSHIFT=-4V，資料電麼之最 大值VGMAX= 2.5V時，兩者電壓之絕對值均小於5V，所 以使用於本實施形態之信號處理電路，可以CMOS製程作 成且降低製造成本。 於是，移位電壓VSHIFT的電壓之提高部份可設定為任 意值，可只對應於移位電壓VSHIFT之部份使資料信號移 轉。可如本實施形態，使VSHIFT=-4 V即可，當然亦可使其 成為更小之值。如果使VSHIFT=-4V取成較大值，可使資料 信號只移轉該部份’只減低消耗電力。至少使移轉後的資 料信號之最大值成為5V以下較佳。又，本實施形態所使 用之面盤（pahel)設定成VSHIFT=-4.5V，使移轉後資料信號 之最小值VGmin可成為0V即可。 但是，選擇電晶體4之閘極電壓，通常以導通及不導 通兩值控制，不導通設定為〇V，導通設定為預定之正電 壓。但是，如果使移位電壓設定成VG之下限vGmin為〇 V 時’則當資料信號為VGmin時，會產生問題。亦即，當資 料信號為0V時，閘極線1之選擇期間結束，選擇電晶體4 之閘極信號不導通，亦即成為〇V時，選擇電晶韹4申， 活性層與閘極電極都變成〇V而沒有電位差。一般而言， 電晶體之活性層與閘極電極間如果沒有電位差，則通道 -------------^--------^---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準〇JNS)A4規格（21〇 X 297公爱） 9 312787 514864 A7 B7 五、發明說明（10 ) (channel)中會產生漏洩電流。為了解決此種問題，而使選 擇電晶體4之閘極信號變化於對應VSHIFT之負電壓及預定 之正電壓之間。如此，即使VGmin=OV時，亦不會流動漏 洩（leak)電流。 本實施形態中，陰極19如第6圖所示，係跨越複數個 晝素共同形成。因此，只要對陰極19之任一部份連接負電 源，即可容易地實施本實施形態，而連接負電源CV時並 不需要特別的遮罩（mask)變更等之大幅成本。 又，上述實施形態之選擇驅動電路，雖係以具有第i 圖所示之選擇TFT4及驅動TFT6之電路例示說明，但亦可 為例如非使選擇TFT4成為雙閘極構造的一般TFT構造， 或為了改善其他特性，另外追加TFT等的任意形態。簡言 之’對配置在各畫素之自發光元件，只要是供給預定電流 之電路，在一極性電源與逆極性電源之間配置自發光元 件’即可同樣地施行。 [發明之效果] 如以上之詳述，本發明之發光元件係連接於輸出第1 極14電壓之第1電源’與輸出與第1極性相反極性之電麼 的第2電源之間。只移轉第2電源電壓部份之資料信號， 可達到低電壓化，而使顯示裝置達到低消耗電力化。 如此，即可不需在資料信號處理電路中使用高耐壓電 晶體，而以一般CMOS製程製造，減低顯示裝置之製造成 〇 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝---- tr--------- 經 濟 部 % 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製
312787 冰 4864 A7 B7 五、發明說明（11 ) 第1圖為表示本發明一實施形態的有機el顯示裝置 之電路圖。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 第2圖為表示本發明一實施形態的有機el顯示裝置 之一部份的電路圖。 第3圖為本發明一實施形態中有機el元件對驅動 TFT閘極電壓的發光輝度之關係圖。 丨第4圖為表示本發明一實施形態的資料信號之一例的 圖。 第5圖為表示習知有機el顯示裝置之電路圖。 第ό圖為有機EL顯示裝置之剖視圖。 第17圖為有機EL發光元件對電壓的發光輝度之關係 圖0 第8圖為表示習知有機el顯示裝置之一部份的電路 圖。 第9圖為習知有機jgL顯示裝置中有機EL元件對驅動 TFT閘機電壓的發光輝度之關係圖。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第10圖表示習知有機EL顯示裝置的資料信號之一例 的圖。 [元件符號說明] 1 閘極線 2 資料線 3 驅動線 4 選擇電晶體 5 保持電容器 6 驅動電晶體 有機EL發光元件 9 容量線 11 玻璃基板 12、13 層間絕緣膜 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 11 312787 514864 A7 _B7 五、發明說明（12 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 14 平坦化絕緣膜 15 陽極 16 電洞輸送層 17 發光層 18 電子輸送層 19 陰極 6S 源極 6C 通道 6D 汲極 6G 閘極電極 CV 負電源 PV 正電源 m i η 最小輝度 Lmax 最大輝度 VsHIFT 移位電壓 ----------.^v.— --------^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 12 312787

Claims (1)

  1. 514864 oq8899 ABCD 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 1. 一種主動矩陣型自發光顯示裝置，具有： 延伸於列方向的複數個閘極線；延伸在行方向的複 數個資料線；分別對應於前述閘極線及前述資料線之交 點而配置之選擇驅動電路；以及連接於前述選擇驅動電 路之發光元件， 並藉由輸入前述閘極線之選擇信號，使前述選擇驅 _ 動電路導通’使對應於輸入前述資料線的資料信號之電 流供給至前述發光元件，而使前述發光元件以對應於資 料信號之輝度發光，其特徵在於： 前述發光元件係連接在用以施加相對於基準電壓 為第1極性之電壓的第1電源，與用以施加與第1極性 相反極性之電壓的第2電源之間。 2· —種主動矩陣型自發光顯示裝置，係在各畫素具有選擇 電晶體、驅動電晶體及發光元件， _ 並藉油將選擇信號輸入前述選擇電晶體，使選擇電 晶體導通，經由前述選擇電晶體，將資料信號輸入前述 驅動電晶體，再經由前述驅動電晶體，使對應於前述資 料“號之電流流動至前述發光元件，而對應於前述資料 信號，使前述發光元件發光顯示，其特徵在於： 前述發光元件係與驅動電晶體串聯連接於相對於 基準電壓為一極性的第1電源，以及與第1電源相又極 性的第2電源之間。 3· —種主動矩陣型自發光顯示裝置具有：在列方向延伸且 有選擇信號依序輸入之複數個閘極線；在行方向延伸之 -------------^----1---^---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 13 312787 —__ C8 ^--~____ 六、申請專利範圍 --- 複數個資料線；分別對 六 ⑺對應於前述閘極線及前述資料線之 乂點而配置，且其閘極連接於前述間極線之選擇電晶 體；其由前述選擇電晶體而連接於前述資料線之 驅動電曰曰體，其陽極連接於前述驅動電晶體之發光元 件，以及經由前述驅動電晶體將電流供給至前述發光元 件之正電源，其特徵在於·· 前述發光元件之陰極係連接於負電源。 4·如申請專利範圍第i項至第3項中任—項之主動矩陣型 自發光顯不裝置，纟中，冑述選擇信號在選擇時為預定 極性之電位，在非選擇時，為與前述預定極性相反之極 性的電位。 5.如申請專利範圍第1項至第3項中任一項之主動矩睁型 自發光顯示裝置，其中，前述選擇信號在選擇時為一極 性之預定值，在非選擇時為與前述一極性相反之極性， 且絕對值為比前述預定值小之值。 6’如申凊專利範圍第1項至第3項中任一項之主動矩陣型 有機EL顯示裝置，其中，前述發光元件為有機el發 光元件。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 14 312787
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