(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
行方向に延在する複数のゲート線と、列方向に延在する複数のデータ線と、前記ゲート線及び前記データ線の交点それぞれに対応して配置される選択駆動回路と、前記選択駆動回路に接続される発光素子とを有し、前記ゲート線に入力される選択信号によって前記選択駆動回路がオンし、前記データ線に入力されるデータ信号に応じた電流が前記発光素子に供給され、データ信号に応じた輝度で前記発光素子が発光するアクティブマトリクス型有機ＥＬ表示装置において、
前記選択信号のオフ電位は接地電位よりも低く、かつ前記発光素子の陰極の電位は選択信号のオフ電位よりも低い負極性の電源に接続され、前記発光素子の陽極の電位は正極性の電源に接続されていることを特徴とするアクティブマトリクス型有機ＥＬ表示装置。
【請求項２】
個々の画素毎に選択トランジスタ、駆動トランジスタ、発光素子を有し、
前記選択トランジスタに選択信号を入力することによって、選択トランジスタをオンし、前記選択トランジスタを介してデータ信号を前記駆動トランジスタに入力し、前記駆動トランジスタを介して前記データ信号に応じた電流を前記発光素子に流し、前記データ信号に応じて前記発光素子を発光させて表示を行うアクティブマトリクス型有機ＥＬ表示装置において、
前記選択信号のオフ電位は接地電位よりも低く、かつ前記発光素子の陰極の電位は選択信号のオフ電位よりも低い負極性の電源に接続され、前記発光素子の陽極の電位は正極性の電源に接続されていることを特徴とするアクティブマトリクス型有機ＥＬ表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor；ＴＦＴ）等から構成された選択駆動回路によって画素毎に独立して配置された自発光素子を有するアクティブマトリクス型自発光表示装置に関し、特にアクティブマトリクス型有機エレクトロルミネッセンス（Electro Luminescence；ＥＬ）表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自発光表示装置はＣＲＴに比較すると低消費電力で、小型であり、その上ＬＣＤのような視野角依存性がないため、近年、ＥＬ素子を用いたＥＬ表示装置が、ＣＲＴやＬＣＤに代わる表示装置として注目されている。また、例えば、そのＥＬ素子を駆動させるスイッチング素子としてＴＦＴを備えたＥＬ表示装置の開発が進められている。
【０００３】
図５に有機ＥＬ表示装置の等価回路図を示す。行方向に延びる複数のゲート線１が配置され、これに交差するように列方向に複数のデータ線２及び駆動線３が配置されている。駆動線３は、電源ＰＶに接続されている。電源ＰＶは正の定電圧を出力する電源であり、その電圧は、例えば接地電圧を基準として10Vの正電圧である。ゲート線１とデータ線２とのそれぞれの交点には選択ＴＦＴ４が接続されている。選択ＴＦＴ４は二つのＴＦＴ４ａ、４ｂを直列に接続したダブルゲート構造であり、選択ＴＦＴ４のそれぞれのＴＦＴ４ａ、４ｂのゲートはゲート線１に接続され、選択ＴＦＴ４ａのドレインがデータ線２に接続されている。選択ＴＦＴ４ｂのソースは保持コンデンサ５と駆動ＴＦＴ６のゲートに接続されている。駆動ＴＦＴ６のドレインは、駆動線３に接続され、ソースは有機ＥＬ発光素子７の陽極に接続されている。有機ＥＬ発光素子７の陰極は接地されている。保持コンデンサ５の対極には、列方向に延在する容量線９が接続されている。
【０００４】
ゲート線１は図示しないゲート線ドライバに接続され、ゲート線１には、ゲート線ドライバによって順次ゲート信号が印加される。ゲート信号はオンもしくはオフの２値の信号で、オンの時は正の所定電圧、オフの時は0Vとなる。ゲート線ドライバは、複数接続されるゲート線１のうち、選択された所定のゲート線のゲート信号をオンとする。ゲート信号がオンとなると、そのゲート線１に接続された全ての選択トランジスタ４のＴＦＴがオンとなり、選択トランジスタ４を介してデータ線２と駆動トランジスタ６のゲートが接続される。データ線２にはデータ線ドライバ８から表示する映像に応じて決定されるデータ信号が出力されており、データ信号は駆動トランジスタ６のゲートに入力されるとともに、保持コンデンサ５に充電される。駆動トランジスタ６は、データ信号の大きさに応じた導電率で駆動線３と有機ＥＬ発光素子７とを接続する。この結果、データ信号に応じた電流が駆動トランジスタ６を介して駆動線３から有機ＥＬ発光素子７に供給され、データ信号に応じた輝度で有機ＥＬ発光素子７が発光する。保持コンデンサ５は、専用の容量線９もしくは駆動線３など他の電極との間で静電容量を形成しており、一定時間データ信号を蓄積することができる。データ信号は、ゲート線ドライバが他のゲート線１を選択し、そのゲート線１が非選択となって選択トランジスタ４がオフした後も、保持コンデンサ５によって１垂直走査期間の間保持され、その間、駆動トランジスタ６は前記導電率を保持し、有機ＥＬ発光素子７はその輝度で発光を続けることができる。
【０００５】
以上が、アクティブマトリクス型有機ＥＬ表示装置の動作原理であるが、本明細書において、上述した選択トランジスタ４、駆動トランジスタ６等を有し、ゲート信号のような表示素子の１つもしくは複数を同時に選択する信号と、表示する映像によって決定されるデータ信号とによって、所定の表示素子にデータ信号に応じた電流を供給する回路を総称して選択駆動回路と称する。選択駆動回路は、上述した以外にも様々なパターンが考えられ、また、既に提案されている。
【０００６】
図６にアクティブマトリクス型有機ＥＬ表示装置の断面図を示す。ガラス基板１１上に複数の駆動ＴＦＴ６が配置されている。駆動ＴＦＴ６は、ゲート電極６Ｇが、層間絶縁膜１２を介してソース６Ｓ、チャネル６Ｃ、ドレイン６Ｄと対向する構造であり、ここに示す例では、チャネル６Ｃよりもゲート電極６Ｇが下にあるボトムゲート構造である。駆動ＴＦＴ６上に層間絶縁膜１３が形成され、その上にデータ線２及び駆動線３が配置されている。駆動線３は、駆動ＴＦＴ６のドレイン６Ｄにコンタクトを介して接続されている。それらの上に、平坦化絶縁膜１４が形成されており、平坦化絶縁膜１４の上には画素毎に有機ＥＬ発光素子７が配置されている。有機ＥＬ発光素子７は、ＩＴＯ（indium tin oxide）等の透明電極よりなる陽極１５、ホール輸送層１６、発光層１７、電子輸送層１８、アルミニウムなどの金属よりなる陰極１９が順に積層されて形成されている。陽極１５からホール輸送層１６に注入されたホールと、陰極１９から電子輸送層１８に注入された電子とが発光層１７の内部で再結合することにより光が放たれ、この光が図中矢印で示したように、透明な陽極１５側からガラス基板１１を透過して外部に放射される。陽極１５、発光層１７は各画素毎に独立して形成され、ホール輸送層１６、電子輸送層１８、陰極１９は、各画素共通に形成される。
【０００７】
図７に、有機ＥＬ発光素子７にかける電圧VELとそのときの発光輝度の相関曲線を示す。電圧VELが一定値I0以下の間は電圧値にかかわらず全く発光しない。そして、電圧VELが一定値V0を越えると発光し、それ以降は、電圧VELが増加するに従って輝度が大きくなる。表示装置の発光素子として有機ＥＬを用いる場合、ＥＬ発光素子が所定の輝度Lminで弱く発光するときの電流を最低電圧Vminとし、その輝度に対して例えば一定のコントラスト、例えばコントラスト１００となるような輝度LMAXを最大輝度とし、この輝度に対応する電流を最大電圧VMAXとして、この電圧の間でＥＬ発光素子にかかる電圧VELを制御して表示を行う。電圧VELを更に高く設定すれば、より強く発光させ、更にコントラストを大きく取ることも可能であるが、有機ＥＬは、強く発光させると寿命が短くなるという特性があり、また、強く発光させるためには、より大きな電流を流す必要がある。従って、寿命、消費電流両方の観点から、その表示装置の使用環境によって求められる程度の最大輝度及びコントラストに設定される。
【０００８】
図８は、図５に示したの回路図から１画素分の電源PV、駆動ＴＦＴ６、ＥＬ発光素子７を抽出して示した回路図である。図から判るように、駆動ＴＦＴ６と有機ＥＬ発光素子７とは、電源ＰＶとグランドとの間に直列に接続されている。有機ＥＬ発光素子７に流れる電流IELは、電源PVから駆動トランジスタ６を介して有機ＥＬ発光素子７に供給され、そして、この電流IELは駆動トランジスタ６のゲート電圧VGを変化させることによって制御することができる。上述したように、ゲート電極にはデータ信号が入力されており、ゲート電圧VGはデータ信号に応じた値となる。図９に駆動トランジスタ６のゲート電圧VGに対するＥＬ発光素子７の発光輝度の相関を示す。駆動トランジスタ６がｐ型ＴＦＴである場合が図９（ａ）、ｎ型ＴＦＴである場合が図９（ｂ）である。駆動トランジスタ６がｐ型ＴＦＴである場合、ゲート電圧VG=4.5Vで最大輝度LMAXとなり、ゲート電圧ＶＧの上昇に伴って輝度が低下し、VG=6.5Vで最小輝度Lminとなる。そして、VG=8V近傍で発光がなくなる。駆動トランジスタ６がｎ型ＴＦＴである場合、ゲート電圧VG=3V近傍から発光し始め、ゲート電圧VGの上昇に伴って輝度が増加し、VG=4.5Vで最小輝度Lminとなり、VG=6.5Vで最大輝度LMAXとなる。
【０００９】
上述のことから、有機ＥＬ発光素子７の発光輝度を制御するために、駆動トランジスタ６のゲート電圧、即ちデータ信号は、VGmin=4.5VからVGMAX=6.5Vの間の表示する階調に応じた値で出力されるように調整すればよい、ということになる。図１０に有機ＥＬ表示装置に用いるデータ信号の時間変化の一例を示す。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、そのようなデータ信号を出力するためには、データ信号の最大値に応じて、大きな電源を設置する必要がある。データ信号は、図示しない外付けのデータ信号処理回路によって外部より入力される映像信号をゲート電圧に最適になるように信号処理して生成するが、出力すべきデータ信号の電圧が高いと、このデータ信号処理回路の駆動電圧を高くする必要があり、消費電力の増大につながっていた。
【００１１】
特に、VGMAXが5Vを越えると、データ信号処理回路の耐圧を高く設計する必要があり、通常のCMOSプロセスで製造することが困難になる。従って、従来のアクティブマトリクス型自発光表示装置は、消費電力が高く、かつ、製造コストが高いという課題があった。
【００１２】
そこで、本発明は、より低消費電力で動作し、かつ製造コストの低いアクティブマトリクス型自発光表示装置を得ることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために成されたものであり、行方向に延在する複数のゲート線と、列方向に延在する複数のデータ線と、前記ゲート線及び前記データ線の交点それぞれに対応して配置される選択駆動回路と、前記選択駆動回路に接続される発光素子とを有し、前記ゲート線に入力される選択信号によって前記選択駆動回路がオンし、前記データ線に入力されるデータ信号に応じた電流が前記発光素子に供給され、データ信号に応じた輝度で前記発光素子が発光するアクティブマトリクス型有機ＥＬ表示装置において、
前記選択信号のオフ電位は接地電位よりも低く、かつ前記発光素子の陰極の電位は選択信号のオフ電位よりも低い負極性の電源に接続され、前記発光素子の陽極の電位は正極性の電源に接続されているアクティブマトリクス型有機ＥＬ表示装置である。
【００１４】
また、個々の画素毎に選択トランジスタ、駆動トランジスタ、発光素子を有し、前記選択トランジスタに選択信号を入力することによって、選択トランジスタをオンし、前記選択トランジスタを介してデータ信号を前記駆動トランジスタに入力し、前記駆動トランジスタを介して前記データ信号に応じた電流を前記発光素子に流し、前記データ信号に応じて前記発光素子を発光させて表示を行うアクティブマトリクス型有機ＥＬ表示装置において、前記選択信号のオフ電位は接地電位よりも低く、かつ前記発光素子の陰極の電位は選択信号のオフ電位よりも低い負極性の電源に接続され、前記発光素子の陽極の電位は正極性の電源に接続されているアクティブマトリクス型有機ＥＬ表示装置である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態にかかるＥＬ表示装置の等価回路図である。行方向に延びる複数のゲート線１が配置され、これに交差するように列方向に複数のデータ線２及び駆動線３が配置されている。ゲート線１とデータ線２とのそれぞれの交点には選択ＴＦＴ４が接続されている。選択ＴＦＴ４は二つのＴＦＴ４ａ、４ｂを直列に接続したダブルゲート構造であり、選択ＴＦＴ４のそれぞれのＴＦＴ４ａ、４ｂのゲートはゲート線１に接続され、選択ＴＦＴ４ａのドレインがデータ線２に接続されている。選択ＴＦＴ４ｂのソースは保持コンデンサ５と駆動ＴＦＴ６のゲートに接続されている。駆動ＴＦＴ６のドレインは、駆動線３に接続され、ソースは有機ＥＬ発光素子７の陽極に接続されている。以上は、従来のＥＬ表示装置と同様であり、その断面図についても従来と同様である。
【００１９】
本実施形態の特徴とするところは、有機ＥＬ発光素子７の陰極が接地されず、負の電圧であるシフト電圧VSHIFTを印加する電源ＣＶに接続されている点である。図２は、図１の回路図から１画素分の陽極側電源PV、駆動ＴＦＴ６、ＥＬ発光素子７及び陰極側電源CVを抽出して示した回路図である。接地電圧を基準として正の電圧を印加する電源PVと負の電圧を印加する電源CVとの間に駆動ＴＦＴ６と有機ＥＬ発光素子７とが直列に接続されている。
【００２０】
上述したように、適切な輝度で有機ＥＬ発光素子７を発行させるためには、従来、VGminからVGMAXの間で駆動する必要があったが、VGmin未満の電圧は、単に電圧を底上げするのみであり、階調表示にはなんら寄与していなかった。そこで、本実施形態においては、図９に示した底上げ分の電圧を極性反転し、シフト電圧VSHIFTとして負電源CVに印加している。本実施形態に置いて、電源CVの電圧、即ちシフト電圧VSHIFTは-4Vである。
【００２１】
有機ＥＬ発光素子７の発光輝度は、その陽極と陰極の間の電位差によって決まる。従来のように、正電源PVと接地との間でこの電位差を与えるのではなく、正電源PVと負電源CVを併用することによって、有機ＥＬ発光素子７の駆動トランジスタ６のゲート電圧に対する発光輝度は、図９に示した相関から図３に示した相関にシフトさせることができる。これは、図９に示した電圧の底上げ分が階調表示に全く寄与していないことに着目し、その分を反転して負電圧に印加するという逆転の発想によって成されたものである。
【００２２】
本実施形態の駆動トランジスタ６のゲート電圧VGと有機ＥＬ発光素子７の発光輝度の相関を図３に示す。駆動トランジスタ６がｐ型ＴＦＴである場合が図３（ａ）、ｎ型ＴＦＴである場合が図３（ｂ）である。駆動トランジスタ６がｐ型ＴＦＴである場合、ゲート電圧VG=0.5Vで最大輝度LMAXとなり、ゲート電圧ＶＧの上昇に伴って輝度が低下し、VG=2.5Vで最小輝度Lminとなる。そして、VG=3V近傍で発光がなくなる。そして駆動トランジスタ６がｎ型ＴＦＴである場合は、VG=0.5Vで最小輝度Lminとなり、VG=2.5Vで最大輝度LMAXとなる。即ち、本実施形態のデータ電圧は、VGmin=0.5VからVGMAX=2. 5Vの間となるように設定すれば良く、従来に比較して、低いデータ電圧で駆動できる。従って、本実施形態は、従来よりも低消費電力で駆動することができる。また、シフト電圧VSHIFT=-4V、データ電圧の最大値VGMAX=2.5Vと、いずれの電圧も絶対値が5Vよりも小さいため、本実施形態に用いるデータ信号処理回路は、CMOSプロセスで作成することができ、製造コストを低減することができる。
【００２３】
そして、シフト電圧VSHIFTは電圧の底上げ分で任意の値に設定することができ、シフト電圧VSHIFTに応じた分だけデータ信号をシフトさせることができる。本実施形態のようにVSHIFT=-4Vとしても良いし、これより小さい値としてももちろんよい。VSHIFT=-4Vを大きく取れば、それだけデータ信号をシフトさせることができ、それだけ消費電力を低減することができる。少なくとも、シフトさせた後のデータ信号の最大値が5V以下になるようにするのがよい。さらに、シフトさせた後のデータ信号の最小値VGminを0Vとできるように、本実施形態に用いたパネルであればVSHIFT=-4.5Vに設定しても良い。
【００２４】
ところで、選択トランジスタ４のゲート電圧は通常オンとオフの２値で制御され、オフは、0V、オンは所定の正電圧に設定される。ところが、VGの下限VGminを０Vとなるようにシフト電圧を設定すると、データ信号がVGminとなったときに問題が生じる。即ち、データ信号が0Vであったとき、ゲート線１の選択期間が終了し、選択トランジスタ４のゲート信号がオフ、即ち0Vとなると、選択トランジスタ４において、活性層とゲート電極がともに0Vとなって電位差がなくなる。一般的にトランジスタの活性層とゲート電極との間の電位差がなくなると、チャネルにリーク電流が生じる。この問題を解決するためには、選択トランジスタ４のゲート信号は、VSHIFTに応じた負電圧と、所定の正電圧との間で変化させるようにする。そうすることによって、VGmin=0Vの時でもリーク電流が流れない。
【００２５】
本実施形態において、陰極１９は、図６に示したとおり、複数の画素に跨って共通で形成されている。従って、陰極１９のいずれかの部分に負電源を接続すれば、本実施形態は容易に実施することができ、負電源CVを接続するにあたっては、特段のマスク変更等の大幅なコストを要するものではない。
【００２６】
また、上記実施形態では、選択駆動回路として、図１に示した選択ＴＦＴ４、駆動ＴＦＴ６を有する回路を例示して説明したが、例えば選択ＴＦＴ４をダブルゲート構造でない通常のＴＦＴ構造としたり、その他特性改善のための更なるＴＦＴを追加するなど、任意の形態とすることができる。要は、画素毎に配置された自発光素子それぞれに対して、所定の電流を供給する回路であれば、一極性の電源と逆極性の電源との間に自発光素子を配置し、同様に実施することができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上に詳述したように、本発明によれば、発光素子が、第１の極性電圧を出力する第１の電源と、第１の極性とは逆極性の電圧を出力する第２の電源との間に接続されているので、第２の電源電圧分だけデータ信号をシフトして、低電圧化することができるので、表示装置を低消費電力化できる。
【００２８】
そして、データ信号処理回路に高耐圧トランジスタを用いる必要がなく、通常のCMOSプロセスで製造でき、表示装置の製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる有機ＥＬ表示装置を示す回路図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる有機ＥＬ表示装置の一部を示す回路図である。
【図３】本発明の一実施形態における駆動ＴＦＴゲート電圧に対する有機ＥＬ素子の発光輝度を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態におけるデータ信号の一例を示す図である。
【図５】従来の有機ＥＬ表示装置を示す回路図である。
【図６】有機ＥＬ表示装置の断面図である。
【図７】有機ＥＬ発光素子の電圧に対する発光輝度を示す図である。
【図８】従来の有機ＥＬ表示装置の一部を示す回路図である。
【図９】従来の有機ＥＬ表示装置における駆動ＴＦＴゲート電圧に対する有機ＥＬ素子の発光輝度を示す図である。
【図１０】従来の有機ＥＬ表示装置のデータ信号の一例を示す図である。
【符号の説明】
１：ゲート線
２：データ線
３：駆動線
４：選択トランジスタ
５：保持コンデンサ
６：駆動トランジスタ
７：有機ＥＬ発光素子
PV：正電源
CV：負電源
【図１】
0003670941.tif 000002
【図２】
0003670941.tif 000003
【図３】
0003670941.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003670941.tif 000008
【図８】
0003670941.tif 000009
【図９】
0003670941.tif 000010
【図１０】
0003670941.tif 000011