(57)【要約】【課題】有機ＥＬ素子を電流駆動する際に配線容量等から生じる充電時間、即ち、有機ＥＬ素子の駆動電流印加に対しての素子発光時間に関する問題を軽減する手段を提供し、充電時間を短くするために大電流で駆動する必要がなく高効率な有機ＥＬ素子を用いることも可能な有機ＥＬ表示装置を提供すること。【解決手段】電流で駆動される有機ＥＬ素子がマトリックス状に配置された有機ＥＬ表示装置において、駆動電流の印加開始から有機ＥＬ素子の所定輝度での発光までの時間による閾値を設け、その閾値以下の時間で所定輝度での発光が可能な画像データによる制御は電流制御に、その閾値以上の時間が所定輝度での発光までに必要な画像データによる制御はＰＷＭ制御に、切り替え可能な手段（２１）を有する有機ＥＬ表示装置。【選択図】　　　図１
2004145069.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流で駆動される有機エレクトロルミネセンス素子がマトリックス状に配置された有機エレクトロルミネセンス表示装置において、
駆動電流の印加開始から有機エレクトロルミネセンス素子の所定輝度での発光までの時間による閾値を設け、その閾値以下の時間で所定輝度での発光が可能な画像データによる制御は電流制御に、その閾値以上の時間が所定輝度での発光までに必要な画像データによる制御はＰＷＭ制御に、切り替え可能な手段を有することを特徴とする有機エレクトロルミネセンス表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は有機エレクトロルミネセンス（以下、ＥＬと略）素子を含む画素が複数マトリックス状に配置された有機エレクトロルミネセンス表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機ＥＬ素子は、薄膜積層により高輝度で面状の自発光が得られることを特徴とする。このＥＬ素子は有機層の機能積層数を増やすことにより（Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ、５１巻、１９８７年、ｐ．９１３、６５巻、１９８９年、ｐ．３６１０、非特許文献１、２）、低電圧で高効率な発光を可能としている。ここで基本となる素子構成は、陽極／正孔輸送層／ＥＬ発光層／陰極という構成でなりたっている。その後、陽極／正孔輸送層／ＥＬ発光層／電子輸送層／陰極の構成で高効率化が図られてきた。更に、ＥＬ発光層を通過するキャリアを阻止する為にＥＬ発光層と電子輸送層の間にブロッキング層が設けられたり、低電圧でキャリアの注入が可能となるよう陰極と電子輸送層の間に電子注入層としての金属薄膜が設けられたりして、発光効率の改善が試みられてきた。
【０００３】
これらの有機ＥＬ素子は電極間の電流や薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと略）からの電流により自発光することから、高密度な表示装置として用られようとしている。また、ＲＧＢを発光する有機ＥＬ素子を用いることにより、フルカラーの薄膜ディスプレイも実現できる。
【０００４】
なお、上記、有機ＥＬ素子は電圧駆動も可能であるが、輝度と電流が略比例するため、電流による駆動がより適当であることが報告されている。これらの駆動は、使用する有機ＥＬ発光素子の電流−光特性に合致する電流を有機ＥＬ素子に与えるようプログラムされていた。
【０００５】
ここで、図９に特開２００１−１４７６５９号公報（特許文献１）で開示されたアクティブ表示素子の駆動例を示す。なお、駆動タイミングの説明は図１０を用いて行う。
【０００６】
先ず、走査信号線２６３を選択し、ＮチャネルのＴＦＴ２６５がＯＮ状態となる。それから、画像信号線２６２を通して有機ＥＬ素子２６９の駆動電流を印加し有効状態とする。その後に保持信号線２６４を選択し、ＰチャネルのＴＦＴ２６７をＯＮする。これにより、ＰチャネルのＴＦＴ２６６は駆動電流を自身のチャネルに流して変換された電圧レベルをゲートに発生させ、容量２６１はＴＦＴ２６６のゲートに生じた電圧レベルを保持する。この時点で、ＰチャネルのＴＦＴ２６８は有機ＥＬ素子２６９に今回の設定電流を流す。次に、保持信号線２６４が非選択されＴＦＴ２６７がＯＦＦとなると、ＰチャネルのＴＦＴ２６８は有機ＥＬ素子２６９に、前記、保持容量２６１の電圧レベルに対応した電流を流す。上記の一連の動作で有機ＥＬ素子２６９は発光する。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−１４７６５９号公報
【非特許文献１】
Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ、５１巻、１９８７年、ｐ．９１３
【非特許文献２】
Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ、６５巻、１９８９年、ｐ．３６１０
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記有機ＥＬ素子を電極間や薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと略）からの電流により発光させる際には、駆動電流源から画素回路までの配線による寄生容量や発光部の積層膜による容量における電荷の蓄積時間が必要となる。
【０００９】
これらの容量に電荷が蓄積完了するまで、発光は所定の輝度に達しない。なお、高輝度で駆動電流が大きいときはこの充電時間は短くなり、低輝度で駆動電流が小さいときは充電時間が長くかかる。
【００１０】
また、上記充電時間を短くするために大電流で発光する低効率な有機ＥＬ素子を用いた場合は、消費電力の点で不利となる。
【００１１】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、有機ＥＬ素子を電流駆動する際に配線容量等から生じる充電時間、即ち、有機ＥＬ素子の駆動電流印加に対しての素子発光時間に関する問題を軽減する手段を提供し、充電時間を短くするために大電流で駆動する必要がなく高効率な有機ＥＬ素子を用いることも可能な有機ＥＬ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】
〔解決手段１〕
電流で駆動される有機エレクトロルミネセンス素子がマトリックス状に配置された有機エレクトロルミネセンス表示装置において、
駆動電流の印加開始から有機エレクトロルミネセンス素子の所定輝度での発光までの時間による閾値を設け、その閾値以下の時間で所定輝度での発光が可能な画像データによる制御は電流制御に、その閾値以上の時間が所定輝度での発光までに必要な画像データによる制御はＰＷＭ制御に、切り替え可能な手段を有することを特徴とする有機エレクトロルミネセンス表示装置。
【００１３】
〔解決手段２〕
画素内に計時手段を設けたことを特徴とする解決手段１に記載の有機エレクトロルミネセンス表示装置。
【００１４】
〔解決手段３〕
前記閾値は有機エレクトロルミネセンス素子の所定輝度での発光までの時間の、対応駆動電流値と対応パルス幅値として記憶されることを特徴とする解決手段１又は２に記載の有機エレクトロルミネセンス表示装置。
【００１５】
〔解決手段４〕
前記閾値の設定は、駆動電流源から画素回路までの配線に寄生する容量値により算定されることを特徴とする解決手段１又は２に記載の有機エレクトロルミネセンス表示装置。
【００１６】
〔解決手段５〕
有機エレクトロルミネセンス素子の所定輝度での発光までの時間が該閾値以上の判定の場合には、有機エレクトロルミネセンス素子の所定輝度を得る特性値以上に駆動電流を印加することを特徴とする解決手段１から４のいずれかに記載の有機エレクトロルミネセンス表示装置。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明は、電流で駆動される有機エレクトロルミネセンス素子がマトリックス状に配置された有機エレクトロルミネセンス表示装置において、駆動電流の印加開始から有機エレクトロルミネセンス素子の所定輝度での発光までの時間による閾値を設け、その閾値以下の時間で所定輝度での発光が可能な画像データによる制御は電流制御に、その閾値以上の時間が所定輝度での発光までに必要な画像データによる制御はＰＷＭ制御に、切り替え可能な手段を有している。
【００１８】
この切り替えのための閾値は、配線容量や積層ＥＬの容量により算出された値を、例えばテーブルに持ち、表示画像の画像データの駆動電流との比較に用いる事ができるよう構成される。
【００１９】
なお、発光期間の制御の手段としては、計時手段を画素内に設けることにより、設定入力に対する発光終了までの期間の計時が可能となる。
【００２０】
そして、表示用の設定輝度と該閾値を比較する手段を設けることにより、電流制御とＰＷＭ制御を適宜切り替えて使用することができる。これにより、高効率の有機ＥＬ素子を電流駆動する際に駆動基板上の配線容量から生じる充電時間、即ち、低階調時に設定される小駆動電流時においても配線に寄生する容量への充電時間が、表示レートに対して破綻しないようにして表示することが可能な有機ＥＬ表示装置が提供できる。
【００２１】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明はこの形態に限定されるものではない。
【００２２】
図１１、１２は積層の有機薄膜を陽極および陰極で狭持した構成を示す図であり、１５１はガラス基板、１５２はＩＴＯなどの透明な陽極、１５３は正孔輸送層、１５４は発光層、１５５は電子輸送層、１５６は陰極である。陽極１５２側に正電圧、陰極１５６側に負電圧を印加することにより、正孔輸送層１５３を通った正孔１５８と電子輸送層１５５を通った電子１５９が発光層１５４で励起子を形成し、再結合により発光する。
【００２３】
ここで、画素に用いられる有機ＥＬ素子の発光層には、例えば、１重項状態から蛍光を発する化１で示される構造式を有するトリス（８−キノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ３）等の材料が用いられる。
【００２４】
【化１】
2004145069.tif 000003
【００２５】
これらの有機ＥＬ素子は、図１の有効表示エリア１に示されるようにマトリックス状に配置されている。このような基板では、図９に示すように各画素までの画像信号配線に容量２６０が寄生する。この容量２６０は約１０〜２０ｐＦであり、略配線の長さに比例する値である。当然、保持信号線２６４にも容量は寄生するが、該信号線は電圧信号として十分な速度が得られる電流で充電されるので、ここでは問題としていない。
【００２６】
上述の容量により画像信号電流の印加から各画素の電圧の立下りの波形を観てみると、図３のようになっている。また、ここで駆動電流が少ない場合はさらに長い時間が必要となる。なお、図３のグラフの縦軸は光応答を測定するフォトマルチプライアの電圧出力となっている。図２は画素の立下りを測定するために用いた１００ｎＡの入力画像信号である。ここで、入力画像信号の電流源には１００ＭΩの抵抗を接続して電流を電圧に変換して測定している。
【００２７】
なお、図３に示した燐光発光を用いた有機ＥＬ素子の光学応答が１．０〜１．５ｍＳ程度であるのに対し、蛍光発光を用いた有機ＥＬ素子単体の光学応答は図４に示されるように原信号遅れを加味しても２０〜３０ｎＳ程度であり、この時間の関与は配線の寄生容量による充電時間と比べ無視できるものと考えられる。
【００２８】
燐光発光を用いた有機ＥＬ素子の上記応答をより定量的に計算したものが表１に示してある。ここで、電圧は有機ＥＬ素子にかかる電圧であり、目標輝度を得る為には同並びの電圧値までデータ配線を充電する必要がある。
【００２９】
【表１】
2004145069.tif 000004
【００３０】
また、輝度は駆動電流に対する目標輝度であり、電流⇔輝度の交点で示される値は目標輝度相当の電圧までデータ配線を充電する時間である。
【００３１】
例えば、４８４．８ｎＡの大駆動電流で１０００ｃｄ／ｍ２を得る為のデータ配線充電時間は０．２０６ｍＳである。なお、本実施形態では、この表のデータ配線充電時間をデータ線容量が１０ｐＦとして計算しているが、このような表は駆動電流源から画素回路までの配線に寄生する容量値を設計条件等から算出し、装置に応じた値の表を用意しておくようにする。
【００３２】
これらの数値と、ＴＦＴの保持容量への許容アクセス時間を比較してみる事により、アクティブ有機ＥＬ素子を目標輝度で発光できる範囲を知ることが出来る。ＱＶＧＡを線順次で走査する保持容量への許容アクセス時間は、１／（６０フレーム・２４０走査線本）＝０．０６９ｍＳとなる。
【００３３】
【表２】
2004145069.tif 000005
【００３４】
従って、表１より目標輝度１００ｃｄ／ｍ２以上で９２７〜１０２８ｎＡの場合は所定の輝度が得られるが、目標輝度２５ｃｄ／ｍ２以下で駆動電流８０．８〜５６５．６ｎＡの場合は所定の輝度まで到達せず、表示装置として多階調表示が破綻することが分かる。
【００３５】
よって、後に詳述するように本提案の有機ＥＬ表示装置では、例えば２５ｃｄ／ｍ２の目標輝度を得るために、６４６．４ｎＡの大駆動電流を０．０６２ｍＳ印加して所望の輝度を得ている。
【００３６】
また他の輝度の画像データに対しても、図８で示される様に、映像信号６１を比較器１６で表１に示されるような基準電流値（データ配線容量充電時間対目標輝度より算出した値）と比較して、補正後の映像信号６２とパルス制御信号６３を得ている。
【００３７】
即ち、保持容量への許容アクセス時間以上かかる図５におけるハッチング領域ではＰＷＭ制御を行い、十分充電されたデータ配線からの映像信号が保持容量に記憶され、所望の階調に対応する駆動電流が有機ＥＬ素子に流れるようにしている。
【００３８】
本実施形態での画素回路は図６のように構成されている。画素内では、有機ＥＬ素子５４の陰極は接地電位に接続される。また、有機ＥＬ素子５４の陽極はＮチャネルのＴＦＴ５０のソースに接続されている。ＮチャネルのＴＦＴ５０のドレインはＰチャネルのＴＦＴ４９に接続されている。ＰチャネルのＴＦＴ４９のソースは電源に接続され、ゲートは容量４１とＰチャネルのＴＦＴ４７に接続されている。このＰチャネルのＴＦＴ４７とＴＦＴ４９とはカレントミラー回路を構成している。ＰチャネルのＴＦＴ４８のソースはＰチャネルのＴＦＴ４７、４９のゲート、および、容量４１に接続され、ＴＦＴ４８のドレインはＰチャネルのＴＦＴ４７のドレインに接続され、ＴＦＴ４８のゲートは保持信号線４５に接続されている。ＮチャネルのＴＦＴ４６のドレインはＰチャネルのＴＦＴ４７、４８のドレインと接続され、ＴＦＴ４６のソースは画像信号線４０と接続されている。また、ＴＦＴ４６のゲートは走査信号線４２に接続されている。
【００３９】
ＮチャネルのＴＦＴ５０のゲートは抵抗５２と容量５３、そして、ＮチャネルのＴＦＴ４４のドレインと接続されている。ＴＦＴ４４のソースはパルス幅信号線４３と接続されている。ＴＦＴ４４のゲートは、ＴＦＴ４６と同じく走査信号線４２に接続されている。
【００４０】
画素の駆動は、図７のタイミングのように、先ず、走査信号線４２を選択し、ＮチャネルのＴＦＴ４６をＯＮ状態とする。それから、画像信号線４０を通して有機ＥＬ素子５４の駆動電流を印加し有効状態とする。さらに、パルス幅信号線４３を通してパルス期間設定電圧を有効とする。この駆動電流とパルス期間設定電圧は、前記、映像信号ラインメモリ６２とパルス幅制御信号６３で得られた値である。その後に保持信号線４５を選択し、ＰチャネルのＴＦＴ４８をＯＮする。これにより、ＰチャネルのＴＦＴ４７は駆動電流を自身のチャネルに流して変換された電圧レベルをゲートに発生させ、容量４１はＴＦＴ４７のゲートに生じた電圧レベルを保持する。また、容量５３にはパルス期間設定電圧が保持されＮチャネルのＴＦＴ５０をＯＮとする。この時点で、ＰチャネルのＴＦＴ４９は有機ＥＬ素子５４に今回の設定電流を流す。次に、保持信号線４５が非選択されＴＦＴ４８がＯＦＦとなると、ＰチャネルのＴＦＴ４９は有機ＥＬ素子５４に、前記、保持容量４１の電圧レベルに対応した電流を流す。しかし、該電流は容量５３、および、抵抗５２で構成される時定数に順じた計時を経るとＮチャネルのＴＦＴ５０がＯＦＦし、有機ＥＬ素子５４への電流は遮断される。
【００４１】
上記、一連の動作で有機ＥＬ素子５４は発光する。
【００４２】
次に、本発明の有機ＥＬ表示装置の全体構成を説明する。
【００４３】
図１に於いて、有機ＥＬ素子は、有効表示エリア１、シフトレジスタ２、水平シフトレジスタ５、駆動電流ラッチ４、パルス幅ラッチ６、電流変換部１９、電圧変換部２０、表示コントローラ２１より構成される。
【００４４】
ここで、有効表示エリア１の各画素内は図６の駆動ＴＦＴ回路と有機物の積層で構成されている。この画素がマトリックスに配置されることで有効表示エリア１が構成されている。
【００４５】
垂直シフトレジスタは表示コントローラ２１によりスタートパルス８、および、シフトクロック９を供給されて、有効表示エリア１の走査線を順次選択走査していく。
【００４６】
画像データは、表示コントローラ２１内のタイミングジェネレータ１３に同期してコントローラ１４に取り込まれる。
【００４７】
比較部１６では記憶部１５に記憶された目標輝度値（表１参照）と、前記、画像データを比較して、表１における２重線よりも上の部分に入らないように駆動電流を選択する。この選択された値は駆動電流ラインメモリ１８に記憶される。また、必要パルス期間も同表（表１）から対応値が選択されパルス幅ラインメモリ１７に記憶される。例えば、画像データ値が２５ｃｄ／ｍ２の目標輝度の場合、駆動電流としては６４６．４ｎＡが選択され、必要パルス時間としては０．０６２ｍＳが選択される。これらの値は各々メモリ１８、１７に記憶される。
【００４８】
次に、駆動電流ラインメモリ１８から読み出された駆動電流設定値は、水平シフトレジスタ５に供給されるスタートパルス１０とシフトクロック１２に同期して、駆動電流ラッチ４にラッチされる。このラッチされた駆動電流値は電流変換部１９で電流に変換され、垂直シフトレジスタ２と同期して走査ライン毎に画素内の保持容量２６１に保持される。同様に、パルス幅ラインメモリ１７から読み出されたパルス幅設定値は水平シフトレジスタ５に供給されるスタートパルス１０とシフトクロック１２に同期して、パルス幅ラッチ６にラッチされる。このラッチされたパルス幅設定値は電圧変換部２０で電圧に変換され、垂直シフトレジスタ２に同期して走査ライン毎に画素内の容量５３に保持される。そして、上述したように画素内の計時手段に対応する抵抗５２、容量５３の時定数によりパルス幅設定値の時間分計時され、容量５３の両端電圧がＴＦＴ５０のＶｔｈより低くなる迄（本例では０．０６２ｍＳ）の間有機ＥＬ素子５４が光り続ける。
【００４９】
これら一連の表示動作は、垂直シフトレジスタ２の１サイクル（６０Ｈｚ）に間に合う時間で実行される。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高効率の有機ＥＬ素子を電流駆動する際に駆動基板上の配線容量から生じる充電時間、即ち、低階調時に設定される小駆動電流時においても配線に寄生する容量への充電時間が、表示レートに対して破綻しないようにして表示することが可能な有機ＥＬ表示装置が提供できる。
【００５１】
なお、発光期間の制御の手段としては、計時手段を画素内に設けることにより、各画素、または、走査線毎に制御が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有機ＥＬ素子の構成を示すブロック図。
【図２】入力画像信号の電流から電圧に変換した信号波形。
【図３】配線容量を含んだ燐光発光画素の入力画像信号に対する光応答波形。
【図４】配線容量を含んだ蛍光発光画素の入力画像信号に対する光応答波形。
【図５】本発明の駆動電流とパルス幅の関係を説明する為の図。
【図６】本実施例の画素内電流駆動、および、パルス幅駆動ＴＦＴ回路を示す図。
【図７】本実施例の画素内駆動タイミングを示す図。
【図８】補正後映像信号とパルス制御信号を生成する比較器。
【図９】従来の画素内電流駆動ＴＦＴ回路を示す図。
【図１０】従来の画素内駆動タイミングを示す図。
【図１１】有機ＥＬ素子の構成を示す概略断面図。
【図１２】有機ＥＬ素子の発光原理を示す概略断面図。
【符号の説明】
１　有効表示エリア
２　垂直シフトレジスタ
４　駆動電流ラッチ
５　水平シフトレジスタ
６　パルス幅ラッチ
７　パルス幅信号線
８　スタートパルス
９　シフトクロック
１０　スタートパルス
１１　駆動電流信号線
１２　シフトクロック
１３　タイミングジェネレータ
１４　コントローラ
１５　記憶部
１６　比較器
１７　パルス幅ラインメモリ
１８　駆動電流ラインメモリ
１９　電流変換部
２０　電圧変換部
２１　表示コントローラ
４０　画像信号線
４１　保持容量
４２　走査信号線
４３　パルス幅信号線
４５　保持信号線
４６　ＮチャネルＴＦＴ
４７　ＰチャネルＴＦＴ
４８　ＰチャネルＴＦＴ
４９　ＰチャネルＴＦＴ
５０　ＮチャネルＴＦＴ
５２　抵抗
５３　保持容量
５４　有機ＥＬ素子
６１　画像データ
６２　補正後映像信号
６３　パルス制御信号
１５１　ガラス基板
１５２　陽極
１５３　正孔輸送層
１５４　発光層
１５５　電子輸送層
１５６　陰極
１５７　電源
１５８　正孔
１５９　電子
２６０　配線による寄生容量
２６１　保持容量
２６２　画像信号線
２６３　走査信号線
２６４　保持信号線
２６５　ＮチャネルＴＦＴ
２６６　ＰチャネルＴＦＴ
２６７　ＰチャネルＴＦＴ
２６８　ＰチャネルＴＦＴ
２６９　有機ＥＬ素子
【図１】
2004145069.tif 000006
【図２】
2004145069.tif 000007
【図３】
2004145069.tif 000008
【図４】
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【図５】
2004145069.tif 000010
【図６】
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【図７】
2004145069.tif 000012
【図８】
2004145069.tif 000013
【図９】
2004145069.tif 000014
【図１０】
2004145069.tif 000015
【図１１】
2004145069.tif 000016
【図１２】
2004145069.tif 000017