(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のサブ画素により１画素が構成され、
前記サブ画素は、陽極と、有機膜発光層を有するマルチフォトン構造の発光部と、陰極とを順に積層した単位素子を複数積層して形成され、
前記有機膜発光層は、前記サブ画素毎に異なる材料を用いて形成され、前記有機膜発光層の層数は前記サブ画素毎に異なり、
前記単位素子の発光または非発光は単位素子毎に制御されることを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記単位素子を発光又は非発光とするよう駆動するデジタル駆動部を備えたことを特徴とする請求項１記載の表示装置。
【請求項３】
前記サブ画素内の複数の前記単位素子に対して、輝度の重み付けを設定することで階調表現を行なうことを特徴とする請求項１または２記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は表示装置に係り、特にエレクトロルミネッセンスディスプレイなどの発光層を複数層に積層して、画像の階調を表現する表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機エレクトロルミネッセンスまたは有機発光ダイオードを用いたディスプレイは、超薄型、高コントラスト、高速応答、高視野角のディスプレイとして注目されている（以下、エレクトロルミネッセンスをＥＬとも表記する）。有機ＥＬディスプレイは、有機化合物が電気を光に変えるエレクトロルミネッセンスという現象を利用している。またアクティブ・マトリクス駆動法を適用することにより、エネルギー効率がより良い状態で有機ＥＬディスプレイを使用できるため、エネルギー消費を少なくできる。これらのメリット・理由により、有機ＥＬディスプレイは次世代のディスプレイとして有力視されている。
【０００３】
図２６は、従来の有機ＥＬディスプレイの模式図である。有機ＥＬディスプレイは、図２６（ａ）、２６（ｂ）に示す層構成が一般に用いられる。図２６（ａ）は有機ＥＬディスプレイの基本的な層構成を示す。ここでは、陽極と陰極との間に形成された層の数を層数とする。従って図２６（ａ）の有機ＥＬディスプレイは単層である。
ガラス基板４０の上には陽極４１が形成されている。陽極４１としては光を透過させるために透明なＩＴＯ（Indium Tin Oxide）電極が用いられる。ＩＴＯ電極はインジウムとスズの酸化物で、液晶表示装置などでも広く使用されている。
【０００４】
陽極４１の上には、有機化合物からなる蛍光体である発光層４２が形成されている。有機材料には、低分子系と高分子系の材料が存在するが、材料の特性、用途、製造法に応じて適宜に選択する。発光層４２上には陰極４３が形成されている。図２６（ａ）に示す従来例では、発光層４２から出力される光をガラス基板４０の方向から取り出すようにしているので、陰極４３はアルミニウムなどの金属を材質とする電極である。
【０００５】
電源４４から直流電圧を陽極４１と陰極４３の間に印加することによって、陽極４１から正孔が発光層４２に注入され、一方、陰極４３からは電子が発光層４２に注入される。注入された正孔と電子は、発光層４２で再結合して不安定な高いエネルギー状態である励起状態となり、その後すぐに元の安定した低いエネルギー状態である基底状態に戻り、そのときに発光層４２でエネルギーが放出されて発光する。
【０００６】
図２６（ｂ）は５層の有機ＥＬディスプレイを示す。この５層の有機ＥＬディスプレイは、図２６（ｂ）に示すように、ガラス基板４５上に、陽極４６、正孔注入層４７、正孔輸送層４８、発光層４９、電子輸送層５０、電子注入層５１及び陰極５２が順次積層され、陽極４６と陰極５２との間に５つの層が形成された５層構造である。
この従来例では、陽極４６から正孔を取り出しやすいように、正孔注入層４７と、その正孔を発光層４９に輸送する正孔輸送層４８とが設けられている。一方、陰極５２から電子を取り出しやすいように、電子注入層５１と、その電子を効率的に発光層４９に輸送するための電子輸送層５０とが設けられている。
【０００７】
電源５３から直流電圧を陽極４６と陰極５２の間に印加することによって、陽極４６から正孔が正孔注入層４７及び正孔輸送層４８をそれぞれ通過して発光層４９に注入される。一方、陰極５２からは電子が電子注入層５１及び電子輸送層５０をそれぞれ通過して発光層４９に注入される。注入された正孔と電子は、発光層４９で再結合して不安定な高いエネルギー状態である励起状態となり、その後すぐに元の安定した低いエネルギー状態である基底状態に戻り、そのときに発光層４９でエネルギーが放出されて発光する。
以上のように役割を分担した構造を用いることによって、有機ＥＬディスプレイはより効率的に発光するようになった。
【０００８】
層構成は図２６（ａ）、２６（ｂ）に示したものだけでなく、２層から４層構造のものもあり、発光層及び電極の特性に合わせて、使用する正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層、電子輸送層を自在に組み合わせることができる。更に、有機材料は、正孔注入層と正孔輸送層の両者の機能を持ち合わせた材料もあり、多様に選択できる。
有機ＥＬディスプレイは、図示したように陽極４１、４６と陰極４３、５２との間に有機化合物の蛍光体である発光層４２、４９を挟み込む構造であり、この挟まれた発光層４２、４９が発光する。
【０００９】
図２７は、従来の有機ＥＬディスプレイを具体的に示した図である。ガラス基板５４の上には、シリコン酸化膜５５及び薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）５９が形成されている。シリコン酸化膜５５は、ガラス基板５４から金属イオンが陽極５６に移動していかないようにする機能を有し、ＴＦＴ５９は画素の発光をオン／オフする機能を有している。シリコン酸化膜５５の上には陽極５６が形成され、その上に有機膜発光層５７が形成されている。有機膜発光層５７は、発光層、正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層及び電子輸送層の組み合わせからなる。
【００１０】
そして、有機膜発光層５７の上に陰極５８が形成されている。陰極５８は、アルミニウムなどの金属を用いる。ここで示した従来例は、有機膜発光層５７から出力される光が、ＴＦＴ５９を備えるガラス基板５４側から取り出される下面光取り出し構造である。
なお、発光効率を上げるために陰極５８側から光を取り出すときには、陰極５８に透明なＩＴＯを使用する。これを上面光取り出し構造と呼ぶ。
【００１１】
実際にディスプレイに映像を表示するにあたり、多くの画素駆動法が開発されている。最も一般的な方法は、階調駆動を実現するため画素内にアナログメモリ、及び電圧−電流変換回路を搭載し、アナログメモリの電圧に対応して有機ＥＬ素子の駆動電流を制御する方法である。この階調駆動方法による表示パネルの一例を図２８に示す。
図２８は、後述する有機ＥＬとアクティブ素子で構成される画素６７を駆動するための表示パネルドライバの一例の構成図を示す。表示パネルには、二次元マトリクス状に複数の画素６７が配置されている。
【００１２】
表示パネルには、水平方向の画素を駆動するために、水平ドライバ６８が備えられている。電源回路６９はすべての画素６７に電源電圧を供給する。垂直方向に並んだ画素６７を駆動するためには垂直ドライバ７０が備えられている。例えば、最上段の表示ラインを走査したい場合、垂直ドライバ７０に接続されている水平方向の表示ラインのうち、最上段の表示ラインに供給する電圧を、垂直ドライバ７０内に設けているゲートドライバ６５（図２９に図示）によって各画素６７をそれぞれオンさせる。また、これと同時に、垂直ドライバ７０は、最上段の表示ライン以外の表示ライン上の各画素６７のゲートドライバ６５がオフとなるとなるような電圧を、最上段の表示ライン以外の表示ラインへ出力する。
【００１３】
このとき、水平ドライバ６８から１走査ライン（表示ライン）の映像信号に対応する電圧を出力し、最上段の表示ラインの各画素６７のコンデンサ６２にデータ電圧を加える。こうすることでコンデンサ６２の両端には電源電圧とデータ電圧が印加され、この電位差を保持するのに十分な電荷が蓄えられる。すなわち、コンデンサ６２には表示データが書き込まれ、記憶される。その後、垂直ドライバ７０をオフにすれば、最上段の表示ラインの各画素６７のコンデンサ６２に記憶されたデータに基づき有機ＥＬが発光し、１走査ラインの映像が表示されることとなる。続けて同様に、垂直ドライバ７０を上から下方向に順番に各表示ライン単位で駆動すると共に、これに同期して水平ドライバ６８から１ライン毎に映像データを出力することにより、表示パネル内の全画素６７を走査できることとなる。
【００１４】
図２９に各画素６７の回路図を示す。有機ＥＬ６０は、図２７の有機膜発光層５７に相当する。有機ＥＬ６０の発光輝度を決めるデータはデータ入力端子６４から入力される。ここでゲートドライバ６５にＴＦＴ６１がオンするように、ＴＦＴ６１のゲートに電圧が加えられると、端子６４に入力されたデータは、ＴＦＴ６１のソースとドレインを通してコンデンサ６２とＴＦＴ６３のゲートにそれぞれ印加される。この電位に基づいて、ＴＦＴ６３のソースとドレイン間を通して有機ＥＬ６０に供給される電流が制御される。
【００１５】
その後、ＴＦＴ６１をオフにすると、電源６６とデータ入力端子６４の間の電位差がコンデンサ６２に記憶される。有機ＥＬ６０は、電流発光デバイスであるために、加えられた電流に比例した明るさで発光する。よって、有機ＥＬ６０が発光する明るさは、端子６４を介して入力されるデータの電位に依存し、このデータから表示装置に出力する映像の階調を表現できる。
【００１６】
図２７で従来の表示装置の画素構造を示し、図２９でこの画素を階調駆動方法で駆動するための回路を示したが、駆動方法は他にも様々なものが考えられている。例えば、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号にて１フレーム内の発光期間をアナログ変調するクランプド・インバータ（CLAMPED INVERTER）法がある。この方法は、アクティブ素子であるＴＦＴにおける素子特性である閾値のばらつきを補償でき、ＴＦＴの数も少ないので回路構成も簡単である。また、無発光期間があるために歯切れのある動画表示が可能である（例えば、非特許文献１、特許文献１参照）。
【００１７】
デジタル表示駆動方法では、有機ＥＬ素子は画素のスイッチトランジスタにより点灯もしくは非点灯状態のいずれかの状態となるよう制御される。この方式の一つとして、画像を時間軸方向に複数のサブフレームに分割し、サブフレームの輝度重み付けの合計で階調を表す方法がある（例えば、特許文献２参照）。
【００１８】
また、画素を表示装置の表示面内で複数の副画素に分割し、その画素の発光個数で階調を表現する面積分割法がある（例えば、特許文献３参照）。更に、同様な副画素を用いる方式として、第１の副画素を、中間調を含む多階調を表示するようにアナログ駆動制御し、第２の副画素を、明表示または暗表示の２値表示を行うように駆動制御する方法が知られている（例えば、特許文献４参照）。
また、垂直方向に複数の発光色を有する発光部を積層して構成する表示装置も提案されている（例えば、特許文献５または６参照）。
【００１９】
【非特許文献１】An Innovative Pixel-Driving Scheme for 64-Level Gray Scale Full-Color Active Matrix OLED Displays、SID2002、32.2
【特許文献１】特開２００３−１２２３０１号公報
【特許文献２】特開平１０−２１４０６０号公報
【特許文献３】特開平１１−０７３１５９号公報
【特許文献４】特開２００３−２８０５９３号公報
【特許文献５】特開２０００−１３３４４９号公報
【特許文献６】特開２００２−３１３５７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
図２９に示した回路図を用いて階調駆動方法により各画素６７を駆動する従来の表示装置は、階調駆動を実現するため画素６７内にアナログメモリ及び電圧−電流変換回路を搭載し、アナログメモリの電圧に対応して有機ＥＬ素子の駆動電流を制御するものである。しかし、アクティブ素子であるＴＦＴ５９の素子特性が画素毎に大きなばらつきを持つため、有機発光層に流れる電流量にばらつきが発生する。そのため画素毎に発光輝度のばらつきが大きくなり、結果として表示装置の表示輝度が不均一となり、画質の向上は困難であった。
【００２１】
これを改良した非特許文献１記載のクランプド・インバータ法による従来の表示装置は、ＴＦＴのばらつきを無くすのに有効なドライブ方法を採用して動作する装置である。ＴＦＴをオン／オフのみで制御し、発光期間をアナログパルス幅で制御する（ＰＷＭ）ことによって階調を表現するアナログ発光期間変調方式により動作するため、ＴＦＴのばらつきの影響を少なくできる。しかし、この駆動方法による従来の表示装置は、発光輝度に応じた電流量が、１つの発光層にすべて流れるので負担が大きく、長寿命化という点で不利である。しかも、階調毎に発光と非発光の期間があるため、フリッカなどの問題が発生することが予見できる。
【００２２】
また、特許文献２記載のサブフレーム法を用いるデジタル駆動法による従来の表示装置においては、表示輝度のばらつきを無くすために画素の有機ＥＬ素子をオン／オフの２値駆動する。また、階調駆動を得るために１フレーム時間を複数のサブフレーム期間に分割し、サブフレーム期間毎に全ての画素を走査し、各階調のビット構成の２値表示データを画素に書き込み、表示期間に階調毎に所定の輝度で所定の時間点灯させている。しかし、このサブフレーム法を用いるデジタル駆動法による従来の表示装置においては、ＴＦＴのばらつきを無くすという効果があるが、同時に動画疑似輪郭等の妨害が発生するという問題がある。
【００２３】
更に、特許文献３記載の面積分割法による従来の表示装置においては、一画素を構成するために複数の副画素が必要であり、今後予想される、パネルの高解像度化の流れに適していない。
また、特許文献４、特許文献５に記載されている発光部を複数積層した構造の表示装置においても、各色をアナログ駆動する場合には、有機発光層に流れる電流量のばらつきによる問題が上記と同様に発生する。
【００２４】
本発明は以上の点に鑑みなされたもので、表示装置の表示面内における画素毎の輝度のばらつきを大幅に低減し、高精度の階調表示ができると共に、電力損失を低減し、かつ、長寿命のカラー表示が可能な表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記した課題を解決するために本発明は、次の（ａ）〜（ｃ）の表示装置を提供するものである。
（ａ）複数のサブ画素（４００ｄ〜４００ｆ）により１画素が構成され、前記サブ画素は、陽極（４２１、４２４、４２７）と、有機膜発光層を有するマルチフォトン構造の発光部（４３８〜４４０）と、陰極（４２３、４２６、４２９）とを順に積層した単位素子を複数積層して形成され、有機膜発光層は、サブ画素毎に異なる材料を用いて形成され、有機膜発光層の層数はサブ画素毎に異なり、単位素子の発光または非発光は単位素子毎に制御されることを特徴とする表示装置。
（ｂ）単位素子を発光又は非発光とするよう駆動するデジタル駆動部を備えたことを特徴とする（ａ）記載の表示装置。
（ｃ）サブ画素内の複数の単位素子に対して、輝度の重み付けを設定することで階調表現を行なうことを特徴とする（ａ）または（ｂ）記載の表示装置。
【発明の効果】
【００２６】
発光素子をデジタル駆動して輝度の重み付け合計で１ドットの階調表現を行うことにより、第１の駆動部の閾値のばらつきの影響がない状態で発光素子を駆動できる。そのため、表示装置における輝度むらを無くすことができ、また、電力損失を低減できる。
また、発光輝度に応じた電流量が、１つの発光層にすべて流れることがないため、各発光層の負担を分散でき、従来と比較してより長寿命な表示装置を実現することができる。
さらに、材料の特性上の問題により各発光層の発光輝度が異なっていても、各発光層の発光輝度が等しくなるよう各発光層の積層数を設定することで、発光層の負担を減らすことができ、その素子寿命を延ばすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
≪第一実施形態≫
図１に、本発明の第一実施形態の表示装置における画素の模式図を示す。表示装置は例えば有機ＥＬディスプレイである。第一実施形態では表示装置にてカラー表示を行う際の画素についての具体的な構成を詳述する。ガラス基板１は表示装置の表示面である。ここではガラス基板１としたが、有機膜の層を形成できるものであるならば、プラスチック基板であってもよい。
ガラス基板１の上に発光層群３６Ｂ，３６Ｇ，３６Ｒがそれぞれ積層され、画素３６を構成している。発光層群３６Ｂは青の発光色を有する発光層群であり、発光層群３６Ｇは緑の発光色を有する発光層群であり、発光層群３６Ｒは赤の発光色を有する発光層群である。
ここで、発光層群３６Ｂについて説明する。なお発光層群３６Ｂ，３６Ｇ，３６Ｒは同様の層構成となっているため、発光層群３６Ｒ，３６Ｇの具体的構成の図示及び説明は省略する。
【００２８】
ガラス基板１の上に陽極２が形成されている。この陽極２としては、例えば透明電極であるＩＴＯなどが使用される。
陽極２の上には有機膜発光層３が形成されている。有機膜発光層３は正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層、電子輸送層、そして有機化合物からなる蛍光体である発光層との組み合わせで構成される。この組み合わせは、有機ＥＬの特性によって適切に選択される。
有機膜発光層３の上には陰極４が形成されている。陰極４として透明電極であるＩＴＯを使用する場合は、そのままでは陰極として動作しないため、ＩＴＯと有機膜発光層３との間に陰極用のリチウムなどを薄く挿入する必要がある。
電源１３が、陽極２と陰極４との間に直流電圧を印加するために接続される。陽極２と陰極４との間に挟まれた有機膜発光層３の発光原理は従来例と同じである。
【００２９】
陰極４の上にはシリコン酸化膜１１と陽極５が順次積層形成されている。シリコン酸化膜１１は陽極５と陰極４を絶縁する効果を持っている。
陽極５の上には上記同様に有機膜発光層６、陰極７、シリコン酸化膜１２、陽極８、有機膜発光層９、そして陰極１０が順次積層形成されている。
【００３０】
電源１４、１５がそれぞれ、陽極５と陰極７との間、陽極８と陰極１０との間に直流電圧を印加するため接続されている。これにより、有機膜発光層６、９には電源１４、１５によって印加される直流電圧に応じた電流が供給される。
それぞれの有機膜発光層３、６、９はそこに流れる電流値に比例した輝度で発光し、光はガラス基板１側から取り出される。なお、この構造は、有機ＥＬだけでなく無機ＥＬでも実現可能であり、アクティブ駆動だけでなくパッシブ駆動の表示装置でも実現可能である。
【００３１】
有機膜発光層３、６、９は、デジタル駆動すなわち、電源のオン／オフの２値により点灯と消灯（発光または非発光）との間で切り替えられる。有機膜発光層３、６、９はそれぞれ所定の輝度で発光する材料を選択して形成する。
【００３２】
図２に、本実施形態における画素の具体的な構造を示す。図２において、図１と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図２では、１画素を構成する各色（例えば赤、緑、青など）のうちの１色である青色の発光色を有する発光層群３６Ｂを示している。
ここで、ガラス基板１上には、アクティブ素子である薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）１６ａ、１６ｂ、１６ｃが形成され、それぞれ陽極２、５、８に接続されている。ＴＦＴ１６ａ〜１６ｃは有機膜発光層３、６、９を駆動制御可能なものであるならば、ｐ−Ｓｉ（低温ポリシリコン）、ａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）など、どのようなアクティブ素子で作成されていてもよい。
【００３３】
ＴＦＴ１６ａ〜１６ｃは、有機膜発光層３、６、９に印加される電源をオン／オフする回路機能を持ち、電源をオン／オフすることで上記したように、有機膜発光層３、６、９を発光または非発光とするよう駆動する。また、ガラス基板１と陽極２との間に形成されたシリコン酸化膜１７は、ガラス基板１から金属イオンが陽極２に移動していかないようにする膜である。陰極４、陰極７、陰極１０は共通電極である。
【００３４】
なお、本実施形態ではガラス基板１にＴＦＴ１６ａ〜１６ｃが備えられ、ガラス基板１側から光を取り出す下面光取り出し構造としたが、陰極１０側から光を取り出す上面光取り出し構造としてもよい。
【００３５】
ここでＴＦＴは、後述する図６にて説明するように１つの有機膜発光層に対して複数個接続されていることがある。ここでは便宜上、ＴＦＴ１６ａ〜１６ｃのように一つで示した。本実施形態では、ＴＦＴ１６ａ〜１６ｃを素子駆動部（第１の駆動部）と呼ぶこととする。
陽極２と有機膜発光層３と陰極４と素子駆動部１６ｃとは単位素子を形成している。同様に、陽極５と有機膜発光層６と陰極７と素子駆動部１６ｂとが単位素子であり、陽極８と有機膜発光層９と陰極１０と素子駆動部１６ａとが単位素子である。図２に示す有機ＥＬディスプレイは、表示装置の表示面に対して垂直方向に３個の発光層が積層された３層構造の発光層群を有する発光素子である。この発光素子で１色の光を発光する。
【００３６】
図３（ａ）は、図１及び図２に示した発光層群３６Ｂが有機膜発光層３、６、９を有する３層構造の場合の輝度の重み付けを表す。輝度重み付けとは、それぞれの有機膜発光層の発光輝度を、ある値を基準として相対的に数値化したものである。ここで有機膜発光層３を第１層、有機膜発光層６を第２層、有機膜発光層９を第３層とし、第１層の輝度を「１」とした場合、第２層が輝度「２」、第３層が輝度「４」となるように有機膜発光層３、６、９の材料、構成を選択する。
ここで、各有機膜発光層３、６、９の輝度は電源電圧をオンとした際の発光輝度を表し、各有機膜発光層３、６、９は電源電圧のオン／オフでデジタル駆動される。
【００３７】
図３（ｂ）は、先に述べた発光層群の第２層と第３層に更に１つずつ単位素子を設けることでそれぞれを２層に分割し、有機膜発光層を５層構造とした場合に、図３（ａ）と同じ階調数を実現する場合の一例を示す。この５つの有機膜発光層を光が取り出される側に近い方から順に、第１層、第２層、第３層、第４層及び第５層とし、第１層の輝度を「１」とした場合、第２層は輝度「１」、第３層は輝度「１」、第４層は輝度「２」、第５層は輝度「２」となる。
図３（ｃ）は、先に述べたように有機膜発光層を５層構造とした場合に、第１層の輝度は「１」、第２層は「２」、第３層は「４」、第４層は「８」、第５層は「１６」とする構成である。
本実施形態では、発光層群３６Ｒ，３６Ｇ，３６Ｂを全て同じ構成として説明するが、発光層群３６Ｒ，３６Ｇ，３６Ｂ毎に有機膜発光層の積層数を異ならせて構成することもできる。有機膜発光層の材料特性により所定の色の発光層の輝度が他の色より低い場合などに、図３（ａ）、３（ｂ）のように有機膜発光層の積層数を各色で調整して同じ階調数を実現できるよう構成すればよい。
【００３８】
更に、輝度の重み付けも各発光層群で異ならせても良い。有機膜発光層の輝度重み付けは、図３（ａ）〜３（ｃ）に示すように２のｎ乗の輝度重み付けにすることが有機膜発光層を少なく形成できるので望ましいが、この限りではない。また、層毎の輝度の重み付けは、図３（ａ）〜３（ｃ）で示したような光が取り出される側に近い層から昇順とする必要は無く、降順としても、また任意に並べ替えてもよい。なお、この輝度重み付け方法は、有機ＥＬだけでなく無機ＥＬでも勿論実現可能であり、アクティブ駆動だけでなくパッシブ駆動の表示装置でも実現可能である。
【００３９】
図４に、本発明の第一実施形態の表示装置における画素の階調表現の一例を示す。この例は、図３（ａ）に示した有機膜発光層が３層構造の場合の輝度重み付けの階調表現であり、有機膜発光層が３層であるために、２の３乗、つまり８階調の表現が可能となる。図４において、横軸は有機膜発光層が何層目かを示し、縦軸が表示装置に表示される階調を示す。また、黒丸はその選択された層が点灯することを意味し、黒丸が無い層は発光しない。
【００４０】
例えば、階調「０」では、第１層と第２層と第３層はすべて発光しない。このため、黒となる。階調「１」では、第１層のみ点灯し、この輝度重み付けが「１」であるために階調「１」を表す。階調「２」では、第２層のみが点灯し、この輝度重み付けが「２」であるために階調「２」を表す。階調「３」では、第１層と第２層が共に点灯し、それぞれの輝度重み付けが「１」、「２」であり、この合計「３」が階調となる。階調「４」では、第３層のみ点灯し、この輝度重み付けが「４」であるので階調「４」を表す。
【００４１】
階調「５」では、第１層と第３層が共に発光し、それぞれの輝度重み付けが「１」と「４」であるのでこの合計「５」が階調となる。階調「６」では、第２層と第３層が共に発光し、それぞれの輝度重み付けが「２」と「４」であるので、この合計「６」が階調となる。階調「７」では、第１層と第２層と第３層のすべてが点灯し、この輝度重み付け「１」、「２」、「４」の合計「７」が階調となる。
【００４２】
図５に、本発明の第一実施形態の表示装置の表示パネルのドライバ構成図を示す。図５において、一つの画素３６はそれぞれ有機膜発光層を３層有する発光層群３６Ｒ，３６Ｇ，３６Ｂより構成され、それぞれの発光層群は図６で後述する画素回路に相当する。
表示パネルには、二次元マトリクス状に配置された複数の画素３６にデータを送るための水平ドライバ３７、画素を駆動するための電源回路３８と、垂直方向のラインを選択する垂直ドライバ３９が備えられている。なおここで、水平ドライバ３７と垂直ドライバ３９とを第２の駆動部とする。
複数の画素３６は、垂直方向に並んだ行Ｙと水平方向に並んだ列Ｘとからなる二次元マトリクス状に配置されている。図５では一例としてＹ１〜Ｙ４の４行で、Ｘ１〜Ｘ６の６列の表示パネルを示している。実際の表示パネルは図５に示すものよりも多くの行列を有しているが、ここでは便宜上このように示した。
第一実施形態では、水平ドライバ３７にはデータドライバ３７１〜３７６が、電源回路３８には電源部３８１〜３８６が、垂直ドライバ３９にはゲートドライバ３９１〜３９４がそれぞれ組み込まれている。
【００４３】
例えば、図５に示す表示パネルの最上段であるＹ１行の表示ラインを走査したい場合、垂直ドライバ３９のゲートドライバ３９１がＹ１行の各画素３６をオンさせる。その他の表示ラインＹ２行〜Ｙ４行は、ゲートドライバ３９２〜３９４がオフさせる。このとき水平ドライバ３７から映像データの１ライン分のデータを出力し、各画素３６に供給する。
【００４４】
次に、ゲートドライバ３９１がＹ１行の各画素３６をオフさせることにより、Ｙ１行の１ラインの映像が表示されることになる。続けて同様に、垂直ドライバ３９をＹ２行のゲートドライバ３９２からＹ４行のゲートドライバ３９４まで順番に駆動し、水平ドライバ３７から１ライン毎に映像データを出力することにより、すべての表示パネル内の画素３６を走査できることとなる。
【００４５】
図６は第一実施形態の画素３６を構成する各発光層群３６Ｒ，３６Ｇ，３６Ｂを駆動するための回路図を示す。ここでは発光層群３６Ｂについて示すが、発光層群３６Ｒ，３６Ｇについても同様の回路を用いるため、具体的構成の図示及び説明は省略する。図６において、有機ＥＬ発光層１８、１９、２０は、図１及び図２に示した有機膜発光層３、６、９に相当する。
【００４６】
有機ＥＬ発光層１８〜２０の各一端（図ではアノード）は、駆動用ＴＦＴ２４〜２６の各ソース、ドレインを介して電源部３８１を構成する電源３０〜３２に接続されている。また、ＴＦＴ２４〜２６の各ゲートは、ゲートトランジスタとしてのＴＦＴ２７〜２９の各ソースに接続される一方、コンデンサ２１〜２３を介して電源３０〜３２に接続されている。
【００４７】
電源部３８１の電源３０、３１及び３２は、図１に示した電源１３、１４及び１５に相当する。電源３０〜３２は、個別の電源でも共通の電源であってもよく、有機ＥＬ発光層１８〜２０を所定の輝度重み付けで所定の輝度で発光させるように設定する。更に、ＴＦＴ２７〜２９の各ドレインは、データドライバ３７１内のデータ保持部３５０〜３５２に接続され、各ゲートはゲートドライバ３９１に共通接続されている。
ここでは、データドライバ３７１、電源部３８１、ゲートドライバ３９１について示したが、図６に示すように、データドライバ３７２〜３７６、電源部３８２〜３８６、ゲートドライバ３９２〜３９４も同様の構成である。データドライバ３７１〜３７６、電源部３８１〜３８６、ゲートドライバ３９１〜３９４は表示パネルの各行Ｙ、各列Ｘの画素３６を駆動する。
【００４８】
次に、この駆動回路の動作について説明する。図６において、まず、発光層群３６Ｂに表示する所定階調のデータ３３（３ビット）がデータドライバ３７１に入力される。データ３３は、デジタルのシリアルデータ又はパラレルデータであることが望ましい。
先に述べたように、画素３６は発光層群３６Ｒ，３６Ｇ，３６Ｂを備える。従って各発光層群３６Ｒ，３６Ｇ，３６Ｂにそれぞれ３ビットのデータ３３が送られるため、画素３６に送られるデータ３３は図５に示すように９ビットとなる。
データドライバ３７１に入力されたデータ３３は、有機ＥＬ発光層１８、１９、２０のうち表示装置に表示する階調に対応した有機ＥＬ発光層を発光させるために使用される。
【００４９】
データ３３の各ビット（１または０）がデータ保持部３５０〜３５２に保持され、ゲートドライバ３９１は、ゲートトランジスタ２７〜２９のゲートに所定の第１の電位を印加してこれらをオン状態にする。データドライバ３７１から出力されるデータが、ゲートトランジスタ２７〜２９の各ドレイン、ソースを通して、コンデンサ２１〜２３に送られる。これにより、コンデンサ２１〜２３の両端には電源とデータ電圧が印加され、その電位差を保持するのに十分な電荷がコンデンサ２１〜２３に蓄えられる。すなわち、データドライバ３７１から出力される表示データが、データ保持のためのコンデンサ２１〜２３に書き込まれ、記憶される。続いてゲートドライバ３９１は、ゲートトランジスタ２７〜２９のゲートに所定の第２の電位を印加してこれらをオフ状態にする。ゲートトランジスタ２７〜２９をオフにすると、コンデンサ２１〜２３に蓄えられた電荷が保持される。コンデンサ２１〜２３に保持される電荷は、電源３０〜３２とデータドライバ３７１の出力電圧との電位差である。
【００５０】
第一実施形態の画素３６において、各発光層群３６Ｒ，３６Ｇ，３６Ｂを構成する有機ＥＬ発光層１８、１９、２０（有機膜発光層３、６、９）の輝度の重み付けは図３（ａ）にて説明したように設定される。
例えば表示装置に階調「５」の映像を表示する場合を説明する。図４より、階調「５」では第１層と第３層の有機ＥＬ発光層１８と２０を点灯させる必要がある。入力されたデータ３３は、データドライバ３７１で対応する有機ＥＬ発光層の信号線に繋がるデータ列に変換されるが、この場合、データ保持部３５０と３５２に有機ＥＬ発光層１８と２０とを発光させるデータが保持される。
【００５１】
このときコンデンサ２１には、ＴＦＴ２４をオンする電圧が印加され、コンデンサ２３にも、ＴＦＴ２６をオンする電圧が印加されているため、ＴＦＴ２４と２６がそれぞれオン状態とされる。一方、コンデンサ２２には、ＴＦＴ２５を駆動する電圧が印加されていないため、ＴＦＴ２５はオフ状態である。
【００５２】
従って、ＴＦＴ２４と２６がオン状態なので、電源３０、３２から電流がＴＦＴ２４、２６の各ドレイン、ソースを通して有機ＥＬ発光層１８、２０に供給され、有機ＥＬ発光層１８、２０が発光する。このとき有機ＥＬ発光層１８と２０の輝度の重み付けは「１」と「４」であるので、この合計である階調「５」が表示装置に映し出される。
【００５３】
以上で述べた輝度の重み付けは、それぞれの有機ＥＬ発光層１８、１９、２０を発光輝度の異なる材料で形成し、有機ＥＬ発光層に流れる電流及びその流れる時間を同じにして実現してもよいし、発光輝度の同じ材料で形成し、流れる電流及びその流れる時間を異ならせて実現してもよい。
ここで、各有機膜発光層は同一の材料で形成し、各有機膜発光層に与える電流値及び電流を与える時間を異ならせることで所定の輝度での発光を実現させる方法について述べる。輝度の重み付けは図３（ａ）に従う。なお、有機ＥＬ発光層１８〜２０へ流れる電流値ｉと電流を流す時間長ｔとを掛け合わせたものが、それぞれの層の輝度重み付けとなる。設定された電流値ｉは、電源回路３８内の電源部３８１で供給される。また、それぞれの時間長ｔを示す時間長データは水平ドライバ３７１に設定される。
例えば、有機ＥＬ発光層１８〜２０に対して、図３（ａ）に示した「１」、「２」、「４」の３種類の輝度重み付けを設定するため、電流値ｉと時間長ｔとの組み合わせを複数種類設定する方法がある。
【００５４】
また、電流値ｉや時間長ｔを発光層毎に異なるよう設定しながらも、所定時間内で平均化した場合に各発光層間の電流値や発光時間長を均等にさせる方法について説明する。
図７（ａ）、７（ｂ）、７（ｃ）はフレーム毎（インターレース駆動時にはフィールド毎）の階調表現方法を説明するためのテーブルを示す。図７（ａ）〜７（ｃ）共に、第１層〜第３層である各有機ＥＬ発光層（発光層）１８〜２０において、フレーム毎で変化するように設定した電流値ｉや時間長ｔの関係を示す。また、いずれも１フレーム内で全ての発光層が発光した場合の合計輝度は等しい。
【００５５】
図７（ａ）は、各有機ＥＬ発光層へ異なる電流値ｉで電流を流すよう設定し、１フレーム毎に切り替えて輝度の重み付けをするテーブルを示す。図７（ａ）のテーブルに基づいて、電流値ｉは切り替えられる。各有機ＥＬ発光層に供給する電流の電流値ｉをフレーム毎に切り替えることで、各有機ＥＬ発光層に対する輝度の重み付けをフレーム毎に切り替える。第４フレーム以降は設定された第１フレームから第３フレームまでの各層の電流値ｉを順次繰り返す。
【００５６】
すなわち、３フレームで各層の電流値が一巡するように設定する。従って、３種類の輝度の重み付けを設定した。
更に、全てのフレームで全ての有機ＥＬ発光層が発光した場合、各有機ＥＬ発光層における合計輝度は３フレーム単位でいずれも同じ値である。このように設定することで、各有機ＥＬ発光層に流れる電流値の総量が平均化され、各有機ＥＬ発光層の寿命が均一化される効果がある。
【００５７】
図７（ｂ）は、各発光層（第１層〜第３層）へ異なった時間長ｔで同じ電流値ｉの電流を流すよう設定し、１フレーム毎に切り替えて輝度の重み付けをするテーブルを示す。図７（ｂ）のテーブルに基づいて、時間長ｔは切り替えられる。各発光層に電流を供給する時間長ｔをフレーム毎に切り替えることで、各発光層に対する輝度の重み付けをフレーム毎に切り替える。第４フレーム以降は、設定された第１フレームから第３フレームまでの各層の時間長ｔを順次繰り返す。
【００５８】
すなわち、３フレームで各発光層へ流す電流の時間長ｔが一巡するように設定していく。ここでは３種類の輝度の重み付けを設定した。
このように設定することで、各発光層に流れる電流値の総時間量が平均化され、各発光層の寿命が均一化される効果がある。各発光層は時分割（ＰＷＭ）の発光をするようになっており、よりきめ細かな階調表現ができる。
【００５９】
図７（ｃ）は、各発光層へそれぞれ異なった電流値ｉで、かつ、それぞれ異なった時間長ｔの電流を流すよう設定し、１フレーム毎に切り替えて輝度の重み付けをするテーブルを示す。図７（ｃ）に示すように各発光層において第１フレームから第３フレームの間に輝度重み付けが「１」、「２」、「４」となる電流値ｉと時間長ｔの組み合わせが一巡し、各フレームの合計輝度は常に「７」であるよう設定する。第４フレーム以降も同様に設定するが、一巡する組み合わせの順序は図７（ｃ）に示すように３フレーム毎に変えてもよいし、同じとしてもよい。
ここでは３種類の時間長ｔと電流値ｉの組み合わせを設定して、３種類の輝度の重み付けを設定した。
【００６０】
このように設定することで、各発光層に流れる電流値ｉと時間長ｔの総量が平均化され、各発光層毎の寿命が均一化される効果がある。各発光層は時分割（ＰＷＭ）の発光をするようになっており、よりきめ細かな階調表現ができる。
【００６１】
図７（ａ）〜７（ｃ）では、有機膜発光層が３層の場合の輝度重み付けの一例を示したが、これに限定されることはなく、更に多層化された場合でも適用可能である。その場合には、発光層の層数をｎ層としたとき、それぞれの層に対する輝度の重み付けをフレーム毎に切り替え、ｍ種類（ｍはｎ以下の自然数）の電流値ｉと時間長ｔの組み合わせがｎフレームで一巡するように設定する。更に、上記したように各フレームにおいて全ての発光層が発光した場合の合計輝度は、いずれも同じ値となるように設定する。また、全てのフレームで全ての発光層が発光した場合、各発光層における合計輝度はｎフレーム単位でいずれも同じ値となるように設定する。
【００６２】
また、図７（ａ）〜７（ｃ）では、各有機発光層毎に全て異なった電流値ｉや時間長ｔを設定したが、これに限定することはない。例えば、第１層〜第３層の電流値ｉや時間長ｔを「１」，「１」，「１」のように同じ電流値ｉや時間長ｔとしてもよいし、「１」，「２」，「２」のように部分的に同じ電流値ｉや時間長ｔとしてもよい。
【００６３】
なお本実施形態では、第１層から第３層、あるいは、第１層から第５層の有機膜発光層を同じ材料で構成するとしたが、これに限定されることはない。有機膜発光層の材料が異なっていても、上記のようにそれぞれの有機膜発光層に対して、電流値ｉや電流を流す時間長ｔを異ならせることにより、トータルとしての輝度を図３（ａ）の場合、第１層が「１」、第２層が「２」、第３層が「４」となるように構成し、図３（ｃ）の場合、第１層が「１」、第２層が「２」、第３層が「４」、第４層が「８」、第５層が「１６」となるように構成していればよい。
【００６４】
第一実施形態の画素３６の駆動において、駆動用ＴＦＴ２４〜２６はオン／オフのみの動作となる。そのため回路構成は図６に示すように駆動用ＴＦＴ２４〜２６をオン／オフするためのデータを蓄えるコンデンサ２１〜２３と、それを保持するためのゲートトランジスタ２７〜２９というとても簡単な回路構成で済む。
【００６５】
また、駆動用ＴＦＴ２４〜２６の動作はオン／オフのみとなるために、従来の有機ＥＬ表示装置で問題であった、アクティブ素子であるＴＦＴの素子特性による閾値ばらつきの影響の無い飽和領域で動作させることができる。このため、表示パネル内における表示輝度むら、および階調ずれ等の問題を限りなく少なくできる。更に、飽和領域での動作はＴＦＴによる電力損が少ないため、従来例と比較すると低消費電力である。
【００６６】
更に、第一実施形態において有機ＥＬに供給される電流は複数の発光層に分散される。有機ＥＬの寿命は電流値の２乗に逆比例するといわれている。電流が複数の層に分散されることによって、一層あたりの電流量を少なくすることができるため、従来の回路構成と比較して長寿命となる。
【００６７】
≪第二実施形態≫
次に、本発明の第二実施形態の表示装置における画素２３６について詳述する。図８は、本実施形態の表示装置におけるカラー表示を実現するための画素２３６の構成を示す図である。表示装置は例えば有機ＥＬディスプレイである。画素２３６はサブ画素２３６ａ〜２３６ｃを有する。
【００６８】
各サブ画素２３６ａ〜２３６ｃは、赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）のカラー有機膜発光層で構成された各発光部に対して、白色有機膜発光層（Ｗ）で構成された発光部を積層した構成である。白色有機膜発光層はアナログ駆動でもデジタル駆動でもよいが、本実施形態では好適な実施例としてカラー有機膜発光層をデジタル駆動部Ｄdig（図１２に図示）でデジタル駆動し、白色有機膜発光層をアナログ駆動部Ｄana（図１２に図示）でアナログ駆動させたものを説明する。ここでは、デジタル駆動部Ｄdigはデータドライバ２７１、ゲートトランジスタ２５２〜２５４、コンデンサ２５６〜２５８、ＴＦＴ２４４〜２４６及びゲートドライバ２９１であり、アナログ駆動部Ｄanaは、ＴＦＴ２４７、ゲートトランジスタ２５５、コンデンサ２５９、及びゲートドライバ２９１である。なお、白色有機膜発光層をデジタル駆動させる際は、以下で詳述するカラー有機膜発光層のデジタル駆動と同様に行う。
なお図８では、カラー化の構造と手法を簡単に説明するために、電源、陽極、陰極等は省略してある。また、各色の有機膜発光層の厚みを輝度の重み付けに応じて異なるように示しているが、重み付けする方法は有機膜発光層の厚みを変えることに限らない。有機膜発光層の積層構成を異ならせたり、有機膜発光層を形成する材料を異ならせたり、有機膜発光層に流す電流量を変えることで輝度の重み付けが実現されてもよい。
【００６９】
赤色有機膜発光層３０１、赤色有機膜発光層３０２、赤色有機膜発光層３０３、白色有機膜発光層３０４は、基板３００上に順次積層されて表示装置面内の第１サブ画素２３６ａ（１ドット）を構成する。
赤色有機膜発光層３０１をデジタル駆動で発光させた（オン）場合の輝度を相対的な基準値とし、１Ｒと設定した。赤色有機膜発光層３０２は、赤色有機膜発光層３０１の２倍の輝度で発光するようにし、２Ｒで表す。同様に、赤色有機膜発光層３０３は、赤色有機膜発光層３０１の４倍の輝度で発光するようにし、４Ｒで表す。赤色有機膜発光層３０１〜３０３を赤色発光部とする。
白色有機膜発光層３０４は、アナログ駆動される発光部である。この４層の輝度の合計が基板３００から出力されるとともに、デジタル駆動される有機膜発光層（デジタル層）とアナログ駆動される有機膜発光層（アナログ層）の輝度の比率で、再現される色が決定される。
【００７０】
緑色有機膜発光層３０５、緑色有機膜発光層３０６、緑色有機膜発光層３０７、白色有機膜発光層３０８は、基板３００上に順次積層されて表示装置面内の第２サブ画素２３６ｂを構成する。
緑色有機膜発光層３０５をデジタル駆動で発光させた場合の輝度を相対的な基準値として、１Ｇと設定した。緑色有機膜発光層３０６は、緑色有機膜発光層３０５の２倍の輝度で発光するようにし、２Ｇで表す。同様に、緑色有機膜発光層３０７は、緑色有機膜発光層３０５の４倍の輝度で発光するようにし、４Ｇで表す。緑色有機膜発光層３０５〜３０７を緑色発光部とする。
白色有機膜発光層３０８は、アナログ駆動される発光部である。この４層の輝度の合計が基板３００から出力されるとともに、デジタル層とアナログ層の輝度の比率で、再現される色が決定される。
【００７１】
青色有機膜発光層３０９、青色有機膜発光層３１０、青色有機膜発光層３１１、白色有機膜発光層３１２は、基板３００上に順次積層されて表示装置面内の第３サブ画素２３６ｃを構成する。
青色有機膜発光層３０９をデジタル駆動で発光させた場合の輝度を相対的な基準値として設定し、１Ｂとした。青色有機膜発光層３１０は、青色有機膜発光層３０９の２倍の輝度で発光するようにし、２Ｂで表す。同様に、青色有機膜発光層３１１は、青色有機膜発光層３０９の４倍の輝度で発光するようにし４Ｂで表す。青色有機膜発光層３０９〜３１１を青色発光部とする。
白色有機膜発光層３１２は、アナログ駆動される発光部である。この４層の輝度の合計が基板３００から出力されるとともに、デジタル層とアナログ層の輝度の比率で、再現される色が決定される。
本実施形態において白色発光部３０４、３０８、３１２は赤色発光部、緑色発光部、青色発光部に対してそれぞれ積層したが、赤色〜青色発光部のいずれか一つに対して積層してもよいし、一つの白色発光部を赤色〜青色発光部にまたがるように積層してもよい。
【００７２】
図９に、第二実施形態の表示装置における画素２３６を構成する第１サブ画素２３６ａの層構成を示す。なお、サブ画素２３６ａ〜２３６ｃはいずれも同じ構成をしているため、サブ画素２３６ｂ、２３６ｃについての図示及び説明は省略する。図９において、ガラス基板２０１は表示装置の表示面であり、図８の基板３００に相当する。ここではガラス基板２０１としたが、有機膜の層を形成できるものであるならば、プラスチック基板であってもよい。このガラス基板２０１の上に陽極２０２が形成されている。陽極２０２としては、例えば透明電極であるＩＴＯなどが使用される。
【００７３】
陽極２０２の上には有機膜発光層２０３が形成されている。この有機膜発光層２０３は正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層、電子輸送層、そして有機化合物からなる蛍光体である発光層との組み合わせで構成される。この組み合わせは、有機ＥＬの特性によって適切に選択される。
有機膜発光層２０３の上には、陰極２０４が形成されている。陰極２０４として透明電極であるＩＴＯを使用する場合は、そのままでは陰極として動作しないため、ＩＴＯと有機膜発光層２０３との間に陰極用のリチウムなどを薄く挿入する必要がある。
電源２１４が、陽極２０２と陰極２０４との間に直流電圧を印加するために接続されている。陽極２０２と陰極２０４との間に挟まれた有機膜発光層２０３の発光原理は従来例と同じである。
【００７４】
陰極２０４の上にはシリコン酸化膜２１５と陽極２０５が順次積層形成されている。シリコン酸化膜２１５は、陽極２０５と陰極２０４を絶縁する効果を持っている。
陽極２０５の上には上記同様に有機膜発光層２０６、陰極２０７、シリコン酸化膜２１７、陽極２０８、有機膜発光層２０９、陰極２１０、シリコン酸化膜２１９、陽極２１１、有機膜発光層２１２、そして陰極２１３が順次積層形成されている。本実施形態で用いた陰極２１３側から光を取り出さない下面光取り出し構造では、陰極２１３はアルミニウムなどの金属とする。
【００７５】
電源２１６、２１８、２２０がそれぞれ、陽極２０５と陰極２０７との間、陽極２０８と陰極２１０との間、及び陽極２１１と陰極２１３との間に直流電圧を印加するため接続されている。これにより、それぞれの有機膜発光層２０６、２０９、２１２には電源２１６、２１８、２２０によって印加される直流電圧に応じた電流が供給される。
それぞれの有機膜発光層２０３、２０６、２０９、２１２はそこに流れる電流値に比例した輝度で発光し、光はガラス基板２０１側から取り出される。なお、この構造は、有機ＥＬだけでなく無機ＥＬでも勿論実現可能であり、アクティブ駆動だけでなくパッシブ駆動の表示装置でも実現可能である。
【００７６】
ここで、有機膜発光層２０３、２０６、２０９は、電源のオン／オフの２値により発光と非発光（点灯と消灯）との間で切り替えられるデジタル駆動層である。有機膜発光層２０３、２０６、２０９は、それぞれのサブ画素２３６ａ〜２３６ｃで赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）で発光する材料をひとつ選択して形成する。
【００７７】
これに対し、有機膜発光層２１２は、電源２２０から供給される電流量に比例して輝度が変化する材料を選択し、所定の輝度で発光させる。すなわち、有機膜発光層２１２は、電流の大きさを変化させる動作によって、輝度が変化するアナログ駆動層であり、中間調レベルの発光ができる。本実施形態では、デジタル駆動層とは異なる色、例えばＷ（白）で発光する材料を選択した。
従って第二実施形態の素子は、デジタル駆動層が３層、アナログ駆動層が１層の構造である。このようにデジタル駆動層とアナログ駆動層とを組み合わせることで、色再現範囲を拡大することが可能となり、更にはピーク輝度を大きく確保することができる。
【００７８】
図１０に、第二実施形態の具体的な画素構造を示す。図１０において、図９と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図１０では、１画素を構成する各色（例えば赤、緑、青など）のうちの１ドット（第１サブ画素２３６ａ）を示している。
ガラス基板２０１上には、アクティブ素子である薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃ、２２２ｄが形成され、それぞれ陽極２０２、２０５、２０８、２１１に接続されている。ＴＦＴ２２２ａ〜２２２ｄは有機膜発光層２０３、２０６、２０９、２１２を駆動制御可能なものであるならば、ｐ−Ｓｉ（低温ポリシリコン）、ａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）など、どのようなアクティブ素子で作成されていてもよい。
【００７９】
ＴＦＴ２２２ａ〜２２２ｄは、有機膜発光層２０３、２０６、２０９、２１２に供給される電源をオン／オフする回路機能を持つ。また、ガラス基板２０１と陽極２０２との間に形成されたシリコン酸化膜２２１は、ガラス基板２０１から金属イオンが陽極２０２に移動していかないようにする膜である。陰極２０４、陰極２０７、陰極２１０、陰極２１３は共通電極である。
【００８０】
図１０に示すサブ画素２３６ａの下側であるガラス基板２０１側から光を取り出す場合、サブ画素２３６ａの上側である陰極２１３側から光が漏れないようにするため、陰極２１３はアルミニウムなどの金属で形成される。これによって、有機膜発光層２０３、２０６、２０９、２１２からそれぞれ出射された光は上下に放射されるが、陰極２１３側に出射された光は陰極２１３で反射して下側に向かうため、ガラス基板２０１側からのみ取り出されることとなる。
【００８１】
なお、第二実施形態ではガラス基板２０１にＴＦＴ２２２ａ〜２２２ｄが備えられ、ガラス基板２０１側から光を取り出す下面光取り出し構造としたが、陰極２１３を透明電極で形成し、陽極２０２をアルミニウムなどの金属で形成して、陰極２１３側から光を取り出す上面光取り出し構造としてもよい。
【００８２】
ここでＴＦＴは、後述する図１２にて説明するように１つの有機膜発光層に対して複数個接続されていることがある。ここでは便宜上、ＴＦＴ２２２ａ〜２２２ｄのように一つで示した。本実施形態では、ＴＦＴ２２２ａ〜２２２ｄを素子駆動部（第１の駆動部）と呼ぶこととする。陽極と有機膜発光層と陰極と素子駆動部とは単位素子を形成する。
【００８３】
図９及び図１０に示した第二実施形態の画素２３６を構成するサブ画素２３６ａにおける有機膜発光層２０３、２０６、２０９の輝度重み付け方法は、既に図３（ａ）に説明した方法に従えばよい。有機膜発光層２０３を第１層、有機膜発光層２０６を第２層、有機膜発光層２０９を第３層とする。
図３（ｂ）、３（ｃ）は、デジタル駆動される有機膜発光層が５層構造の場合の例を示すので、図９及び図１０に示した構造に更に２つの単位素子が設けられた５層構造を考える。５つの有機膜発光層のうち、光が取り出される側に近い方から順に第１層、第２層、第３層、第４層及び第５層とする。
【００８４】
第二実施形態の表示装置における第１サブ画素２３６ａの階調表現の一例は図４に示し、既に説明したとおりである。
【００８５】
図１１は、本発明の第二実施形態の表示装置の表示パネルのドライバ構成図を示す。図１１において、一つの画素２３６はそれぞれ有機膜発光層を４層有するサブ画素２３６ａ〜２３６ｃより構成され、それぞれのサブ画素は後述する図１２の画素回路に相当する。第二実施形態の表示パネルには、二次元マトリクス状に配置された複数の画素２３６に、アナログデータ及び９ビットのデジタルデータを送るための水平ドライバ２３７と、画素を駆動するための電源回路２３８と、垂直方向のラインを選択する垂直ドライバ２３９とが備えられている。
複数の画素２３６は、垂直方向に並んだ行Ｙと水平方向に並んだ列Ｘとからなる二次元マトリクス状に配置されている。図１１では一例としてＹ１〜Ｙ４の４行で、Ｘ１〜Ｘ６の６列の表示パネルを示している。実際の表示パネルは図１１に示すものよりも多くの行列を有しているが、ここでは便宜上このように示した。本実施形態では、水平ドライバ２３７にはデータドライバ２７１〜２７６が、電源回路２３８には電源部２８１〜２８６が、垂直ドライバ２３９にはゲートドライバ２９１〜２９４がそれぞれ組み込まれている。なおここで、水平ドライバ２３７及び垂直ドライバ２３９を第２の駆動部とする。
【００８６】
例えば、図１１に示す表示パネルの最上段であるＹ１行の表示ラインを走査したい場合、垂直ドライバ２３９のゲートドライバ２９１（ゲート用ＴＦＴ）がＹ１行の各画素２３６をオンさせる。その他の表示ラインＹ２行〜Ｙ４行は、ゲートドライバ２９２〜２９４がオフさせる。このとき水平ドライバ２３７から映像データの１ライン分のデータ（デジタルデータとアナログデータからなる）を出力し、各画素２３６に供給する。
【００８７】
次に、ゲートドライバ２９１がＹ１行の各画素２３６をオフさせることにより、Ｙ１行の１ラインの映像が表示されることになる。続けて同様に、垂直ドライバ２３９をＹ２行のゲートドライバ２９２からＹ４行のゲートドライバ２９４まで順番に駆動し、水平ドライバ２３７から１ライン毎に映像データを出力することにより、すべての表示パネル内の画素２３６を走査できることとなる。
【００８８】
図１２は、本発明の第二実施形態の画素２３６を構成する第１サブ画素２３６ａを駆動するための駆動回路の回路図を示す。ここでは第１サブ画素２３６ａについて示すが、サブ画素２３６ｂ、２３６ｃについても同様の回路を用いるため、具体的構成の図示及び説明は省略する。図１２において、有機ＥＬ発光層２４０、２４１、２４２、２４３は、図９及び図１０に示した有機膜発光層２０３、２０６、２０９、２１２にそれぞれ相当する。第１サブ画素２３６ａは、デジタル層が３層で、アナログ層が１層の計４層構造を示し、デジタル層を構成するそれぞれの有機膜発光層の輝度重み付けは図３（ａ）と同様に「１」、「２」、「４」である。
【００８９】
有機ＥＬ発光層２４０〜２４３の各一端（図ではアノード）は、駆動用ＴＦＴ２４４〜２４７の各ソース、ドレインを介して電源部２８１を構成する電源２４８〜２５１に接続されている。また、ＴＦＴ２４４〜２４７の各ゲートは、ＴＦＴ２５２〜２５５の各ソースに接続される一方、コンデンサ２５６〜２５９を介して電源２４８〜２５１に接続されている。
【００９０】
電源２４８〜２５１は、それぞれ図９に示した電源２１４、２１６、２１８及び２２０に相当する。電源２４８〜２５１は、個別の電源でも共通の電源であってもよく、有機ＥＬ発光層２４０〜２４３を所定の輝度の重み付けで所定の輝度で発光させるように設定する。更に、ＴＦＴ２５２〜２５４の各ドレインは、データドライバ２７１内のデータ保持部２７１０〜２７１２に接続され、各ゲートはゲートドライバ２９１に共通接続されている。また、ＴＦＴ２４７のゲートは、ＴＦＴ２５５のソース、ドレインを介してアナログデータ２３１が印加される。
ここでは、データドライバ２７１、電源部２８１、ゲートドライバ２９１について示したが、図１１に示すように、データドライバ２７２〜２７６、電源部２８２〜２８６、ゲートドライバ２９２〜２９４も同様の構成である。データドライバ２７１〜２７６、電源部２８１〜２８６、ゲートドライバ２９１〜２９４は表示パネルの各行Ｙ、各列Ｘの画素２３６を駆動する。
図１２では便宜上、ゲートトランジスタ２５２〜２５４とゲートトランジスタ２５５とに接続するゲートドライバ２９１（〜２９４）を別体の如く図示している。
【００９１】
次に、この駆動回路の動作について説明する。最初に、デジタル層である有機ＥＬ発光層２４０、２４１及び２４２を、オン／オフの２値により発光／非発光を行うようにデジタル駆動させる場合について説明する。
まず、サブ画素２３６ａに表示される所定階調のデータ２３３（３ビット）がデータドライバ２７１に入力される。データ２３３は、デジタルのシリアルデータ又はパラレルデータであることが望ましい。先に述べたように、画素２３６はサブ画素２３６ａ〜２３６ｃから構成されている。従って各サブ画素２３６ａ〜２３６ｃにそれぞれ３ビットのデータ２３３が送られるため、画素２３６に送られるデータ２３３は図１１に示すように９ビットとなる。
データドライバ２７１に入力されたデータ２３３は、有機ＥＬ発光層２４０〜２４２のうち表示装置に表示する階調に対応した有機ＥＬ発光層を発光させるために使用される。
【００９２】
データ２３３の各ビット（１または０）がデータ保持部２７１０〜２７１２に保持され、ゲートドライバ２９１は、ゲートトランジスタ２５２〜２５４のゲートに所定の第１の電位を印加してこれらをオン状態にする。データドライバ２７１から出力される表示データが、ゲートトランジスタ２５２〜２５４の各ドレイン、ソースを通して、データ保持のためのコンデンサ２５６〜２５８に書き込まれ、記憶される。
続いて、ゲートドライバ２９１は、ゲートトランジスタ２５２〜２５４のゲートに所定の第２の電位を印加してこれらをオフ状態にする。ゲートトランジスタ２５２〜２５４をオフにすると、コンデンサ２５６〜２５８に蓄えられたデータが保持される。コンデンサ２５６〜２５８に保持される電荷は、電源２４８〜２５０とデータドライバ２７１の出力電圧との電位差である。
【００９３】
第二実施形態の画素２３６において、各サブ画素２３６ａ〜２３６ｃを構成するデジタル駆動層である有機ＥＬ発光層２４０〜２４２（有機膜発光層２０３、２０６、２０９）の輝度の重み付けは図３（ａ）にて説明したように設定される。先に述べたように重み付けは、それぞれの有機ＥＬ発光層２４０〜２４２を発光輝度の異なる材料で形成し、有機ＥＬ発光層に流れる電流及びその流れる時間を同じにして実現してもよいし、発光輝度の同じ材料で形成し、流れる電流及びその流れる時間を異ならせて実現してもよい。
各有機膜発光層に与える電流値及び電流を与える時間を異ならせることで所定の輝度での発光を実現させる方法は、既に第一実施形態で説明した方法に従えばよい。
【００９４】
例えば表示装置に階調「５」の映像を表示する場合を例にとって説明する。図４より階調「５」では、第１層と第３層の有機ＥＬ発光層２４０と２４２を点灯させる必要がある。ここでは、有機ＥＬ発光層２４０を第１層、有機ＥＬ発光層２４１を第２層、有機ＥＬ発光層２４２を第３層とした。
入力されたデータ２３３は、データドライバ２７１で対応する発光層２４０〜２４２の信号線に繋がるデータ列に変換されるが、この場合、データ保持部２７１０と２７１２に有機ＥＬ発光層２４０と２４２が発光させるデータが保持される。
【００９５】
このときコンデンサ２５６には、ＴＦＴ２４４をオンする電圧が印加され、コンデンサ２５８にも、ＴＦＴ２４６をオンする電圧が印加されているため、ＴＦＴ２４４と２４６がそれぞれオン状態とされる。一方、コンデンサ２５７には、ＴＦＴ２４５を駆動する電圧が印加されていないため、ＴＦＴ２４５はオフ状態である。
【００９６】
従って、ＴＦＴ２４４と２４６がオン状態なので、電源２４８、２５０から電流がＴＦＴ２４４、２４６の各ドレイン、ソースを通して有機ＥＬ発光層２４０、２４２に供給され、有機ＥＬ発光層２４０、２４２が発光する。このとき有機ＥＬ発光層２４０と２４２の輝度の重み付けは「１」と「４」であるので、この合計である階調「５」が表示装置に映し出される。
【００９７】
次に、有機ＥＬ発光層２４３を用いて中間調レベルの発光を行うように、アナログ駆動させる場合を説明する。まず、画素２３６またはサブ画素２３６ａ〜２３６ｃに表示したい階調のアナログデータ２３１が入力される。アナログデータ２３１は、デジタルデータ２３３で表現できる最小発光輝度よりも小さいレベルの発光輝度に対応した階調のデータが用いられる。
【００９８】
ここで、表示装置に階調「０．３」を表示する場合を例にして考える。アナログデータ２３１が入力されると、ゲートドライバ２９１によりＴＦＴ２５５がオン状態とされるため、アナログデータ２３１はＴＦＴ２５５のドレイン、ソースを介して、データ保持のためのコンデンサ２５９に蓄えられる。続いて、ゲートドライバ２９１によりＴＦＴ２５５がオフ状態に制御されるため、コンデンサ２５９にアナログデータ２３１が保持される。
【００９９】
このとき、コンデンサ２５９に保持される電荷は、電源２５１とアナログデータ２３１との電位差であり、これは階調データ「０．３」に応じた電流量が駆動用ＴＦＴ２４７に流れるような値である。コンデンサ２５９に保持された電荷により、駆動用ＴＦＴ２４７が動作し、電源２５１から電流がＴＦＴ２４７のドレイン、ソースを介して有機ＥＬ発光層２４３に供給され、有機ＥＬ発光層２４３が発光する。このとき、階調「０．３」が表示装置に映し出される。
【０１００】
図１３〜１６は、図８の画素２３６を用いて、色信号を再現する方法について説明するための図である。これはｘｙ色度図と呼ばれるもので、横軸にｘ、縦軸にｙを示している。これに輝度信号であるＹを含めて、任意の色ＦをＦ（ｘ、ｙ、Ｙ）で表す。一般には、任意の色Ｆを表す場合、輝度Ｙを省略してＦ（ｘ、ｙ）で表すことが多い。自然界にあるすべての色は図１３〜１６に示すような馬蹄形の曲線ＣＲＵの中の座標で表現できる。
【０１０１】
ここで、赤（Ｒ）の色度座標をＲ（ｘｒ、ｙｒ、Ｙｒ）とする。同様に、緑（Ｇ）の色度座標をＧ（ｘｇ、ｙｇ、Ｙｇ）、青（Ｂ）の色度座標をＢ（ｘｂ、ｙｂ、Ｙｂ）とする。例えば、テレビジョン信号の規格であるＮＴＳＣ信号では輝度Ｙを省略して色度座標を、Ｒ（０．６７，０．３３）、Ｇ（０．２１、０．７１）、Ｂ（０．１４、０．０８）と表すことができる。
【０１０２】
なお、表示装置の三原色としてＲ、Ｇ、Ｂを選択した場合、表示装置で再現できる色Ｆは、図１３〜１６に示すような色度図上のＲ（ｘｒ、ｙｒ）、Ｇ（ｘｇ、ｙｇ）、Ｂ（ｘｂ、ｙｂ）を結んだ一点鎖線で囲まれた三角形ＴＲ１の範囲内の色となる。
【０１０３】
白の色度座標をＷ（ｘｗ、ｙｗ、Ｙｗ）とする。Ｄ６５の白色光源を使用した場合の色度座標はＷ（０．３１２７、０．３２９１）である。Ｃの白色光源を使用した場合の色度座標は、Ｗ（０．３１、０．３１６）である。上記のＮＴＳＣの色度点を持つＲ、Ｇ、Ｂを有機膜発光層の材料として用いた場合、２．９：６．１：１．０の光束比率で混色すると、Ｄ６５の白色が得られる。同様に、上記のＮＴＳＣの色度点を持つＲ、Ｇ、Ｂを有機膜材料として用いて、３．０：５．９：１．１の光束比率で混色すると、Ｃの白色が得られる。
【０１０４】
図１３〜１６の色度図上で、Ｒ（赤）は、図８の赤色有機膜発光層３０１〜３０３の色度点を示す。Ｇ（緑）は、図８の緑色有機膜発光層３０５〜３０７の色度点を示す。Ｂ（青）は、図８の青色有機膜発光層３０９〜３１１の色度点を示す。Ｗ(白)は、図８の白色有機膜発光層３０４，３０８，３１２の色度点を示す。
【０１０５】
色度図上の色度点Ｒｗ（ｘｒｗ、ｙｒｗ、Ｙｒｗ）は、ＲとＷを混色して得られる。同様に、色度図上の色度点Ｇｗ（ｘｇｗ、ｙｇｗ、Ｙｇｗ）は、ＧとＷを混色して得られ、色度点Ｂｗ（ｘｂｗ、ｙｂｗ、Ｙｂｗ）は、ＢとＷを混色して得られる。
【０１０６】
色度点Ｒｗの色を得るためには、ＲとＷの色度点をもとにＲ、Ｗの光量比に基づいてＲ、Ｗを混色すればよい。また、色度点Ｒｗの輝度Ｙｒｗは、ＲとＷの輝度Ｙｒ、Ｙｗの合計で表される。色の階調を表現するには、輝度Ｙｒ、Ｙｗ間の比率を保ったまま、両者の光量を比例的に変化させることで可能となる。
ここでは、図８の赤色有機膜発光層３０１〜３０３をデジタル駆動することによって、所定の輝度Ｙｒを表現する。一方、白色有機膜発光層３０４は、アナログ駆動することによって所定の輝度Ｙｗを表現する。
【０１０７】
上記と同様に、色度点Ｇｗの色を得るためには、ＧとＷの色度点をもとにＧ、Ｗの光量比に基づいてＧ、Ｗを混色すればよく、色度点Ｇｗの輝度Ｙｇｗは、ＧとＷの輝度Ｙｇ、Ｙｗの合計で表される。色の階調を表現するには、輝度Ｙｇ、Ｙｗ間の比率を保ったまま、両者の光量を比例的に変化させることで可能となる。
図８の緑色有機膜発光層３０５〜３０７をデジタル駆動することによって、所定の輝度Ｙｇを表現する。一方、白色有機膜発光層３０８は、アナログ駆動することによって、所定の輝度Ｙｗを表現する。
【０１０８】
上記と同様に、色度点Ｂｗの色を得るためには、ＢとＷの色度点をもとにＢ、Ｗの光量比に基づいてＢ、Ｗを混色すればよく、色度点Ｂｗの輝度Ｙｂｗは、ＢとＷの輝度Ｙｂ、Ｙｗの合計で表される。色の階調を表現するには、輝度Ｙｂ、Ｙｗ間の比率を保ったまま、両者の光量を比例的に変化させることで可能となる。
図８の青色有機膜発光層３０９〜３１１をデジタル駆動することによって、所定の輝度Ｙｂを表現する。一方、白色有機膜発光層３１２は、アナログ駆動することによって、所定の輝度Ｙｗを表現する。
【０１０９】
更に図１３〜図１６の色度図を用いて、画素２３６によるカラー表示について詳述する。
図１３に示す色度図では、表示装置で表示できる色の再現範囲は、Ｒｗ、Ｇｗ、Ｂｗを頂点とした実線で示す三角形ＴＲ２で囲まれた範囲内となる。なお、Ｒｗ、Ｇｗ、Ｂｗはそれぞれのサブ画素２３６ａ〜２３６ｃ内のデジタルとアナログの光量比を変えることで、鎖線で示す線分ＲＷ、ＧＷ、ＢＷ上の任意の座標値を選択可能である。このため色再現範囲を表す三角形ＴＲ２は任意の広さに調整可能である。線分ＲＷ、ＧＷ、ＢＷは、Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれの色度座標とＷの色度座標とを結んだものである。
白色Ｗを表示する場合、図１３に示すように色再現範囲を表す三角形ＴＲ２の中で表せるため、それぞれのサブ画素２３６ａ〜２３６ｃ内のＲ、Ｇ、Ｂ有機膜発光層の役割を、白色有機膜発光層３０４、３０８、３１２に分担させることができる。そのため従来は光量比に従ってＲ、Ｇ、Ｂ有機膜発光層をピーク輝度で発光させてＷを表示していたが、Ｒ、Ｇ、Ｂ有機膜発光層を点灯させることなくＷを表示できる。従って、Ｒ、Ｇ、Ｂ有機膜発光層をピーク輝度で発光させて素子寿命が短くなっていた問題を解決できる。更に表示装置上の白文字等で発生する焼き付きの問題も同時に解決できる。
【０１１０】
任意の色Ｆを表示する場合、図１４に示すように色再現範囲を表す三角形ＴＲ２の中で表せるため、それぞれのサブ画素２３６ａ〜２３６ｃ内のＲ、Ｇ、Ｂ有機膜発光層の役割を、白色有機膜発光層３０４、３０８、３１２に分担することができる。
このため、特定の有機膜発光層のみが劣化して素子寿命が短くなっていた問題を解決できる。このため焼き付きの問題も同時に解決される。これは、表示する任意の色がＷに近いときに特に有効である。
【０１１１】
図１５に示す色度図では、第３サブ画素２３６ｃ内の青色有機膜発光層（Ｂ）３０９〜３１１を発光させない（オフ）場合を示す。表示装置で表示できる色の再現範囲は、Ｗ（ｘｗ、ｙｗ、Ｙｘ）、Ｇｗ（ｘｇｗ、ｙｇｗ、Ｙｇｗ）、Ｒｗ（ｘｒｗ、ｙｒｗ、Ｙｒｗ）を頂点とした実線で示す三角形ＴＲ３で囲まれた範囲内となる。なお、Ｇｗ、Ｒｗは画素内のデジタルとアナログの光量比を変えることで線分ＧＷ、ＲＷ上の任意の座標値を選択可能である。このため色再現範囲を表す三角形ＴＲ３は任意の広さに調整可能である。
例えば図１５に示すように、表示したい任意の色ＦがＷ、Ｇｗ、Ｒｗを頂点とした三角形ＴＲ３の範囲内でＷを中心としてＢの対称側にある場合、第３サブ画素２３６ｃ内の青色有機膜発光層（Ｂ）３０９〜３１１がオフでも、白色有機膜発光層（Ｗ）３１２が担うことで任意の色Ｆを表示できる。このため青色有機膜発光層３０９〜３１１を発光させる必要がなく、青色有機膜発光層３０９〜３１１の素子寿命を保つことができる。
以上のように、表示する任意の色Ｆがｘｙ色度図上で、Ｒｗ、Ｇｗ、Ｂｗのいずれか２つの色度座標とＷを頂点とする三角形の中にあるとき、頂点とならない色度座標を構成する色成分Ｒ、Ｇ、Ｂの有機膜発光層を発光させることなく任意の色Ｆを表示でき、有機膜発光層の素子寿命を保つことができる。
【０１１２】
図１６に示す色度図では、第１サブ画素２３６ａ内の白色有機膜発光層３０４、第２サブ画素２３６ｂ内の白色有機膜発光層３０８及び第３サブ画素２３６ｃ内の青色有機膜発光層３０９〜３１１を発光させない（オフ）場合を示す。表示装置で表示できる色の再現範囲は、Ｗ（ｘｗ、ｙｗ、Ｙｘ）、Ｇ（ｘｇ、ｙｇ、Ｙｇ）、Ｒ（ｘｒ、ｙｒ、Ｙｒ）を頂点とした実線で示す三角形ＴＲ４で囲まれた範囲内となる。
例えば図１６に示すように、表示したい任意の色Ｆが線分ＧＲに近い場合、サブ画素２３６ｃ内の青色有機膜発光層（Ｂ）３０９〜３１１がオフでも、白色有機膜発光層（Ｗ）３１２が担うことで任意の色Ｆを表示できる。このため青色有機膜発光層３０９〜３１１を発光させる必要がなく、青色有機膜発光層３０９〜３１１の素子寿命を保つことができる。さらにＲ、Ｇ、Ｂの原色に近い色を再現するときに、白色有機膜発光層３０４、白色有機膜発光層３０８をオフすることで色純度を劣化させずに表示できる。
以上のように、表示する任意の色Ｆがｘｙ色度図上で、Ｒ、Ｇ、Ｂのいずれか２つの色とＷを頂点とする三角形の中にあるとき、頂点とならない色の有機膜発光層を発光させることなく任意の色Ｆを表示でき、有機膜発光層の素子寿命を保つことができる。
【０１１３】
デジタル駆動とアナログ駆動の方法として、アナログデータ２３１はデジタルデータ２３３で表現できる最小発光輝度よりも小さいレベルの発光輝度に対応した階調のデータが用いられるように構成する方法について説明したが、これに限定されるものではない。アナログデータ２３１に、デジタルデータ２３３で表現できる最大発光輝度よりも大きいレベルの発光輝度に対応した階調のデータが用いられるように構成する方法であってもよい。
【０１１４】
以上説明したように本実施形態によれば、１つのサブ画素を構成する全ての単位素子の有機膜発光層をデジタル駆動して同じ色で発光させる場合と比較して、１サブ画素内で再現できる色範囲が大きくなる。更にデジタル駆動される有機膜発光層とアナログ駆動される有機膜発光層とを備えることで、１サブ画素内の輝度成分をデジタル層とアナログ層で分担することができる。
【０１１５】
また本実施形態によれば、複数積層された各発光輝度を有する有機膜発光層の発光輝度の合計で１サブ画素の色表現および階調表現を行うようにしたため、１つの有機膜発光層に発光輝度に応じた電流量を全て流す構成の従来の表示装置に比べて、長寿命な表示装置を構成できる。
【０１１６】
また本実施形態によれば、有機膜発光層を複数積層できる構造の表示デバイスであればエレクトロルミネッセンスや、それ以外の表示デバイスについて適用可能であり、更に小型から大型の表示装置への適用が可能である。
【０１１７】
≪第三実施形態≫
図１７はマルチフォトンを用いた本発明の第三実施形態の表示装置における画素の層構成を示す。表示装置は例えば有機ＥＬディスプレイである。図１７において、ガラス基板１１０は表示装置の表示面である。ここではガラス基板１１０としたが、有機膜の層を形成できるものであるならば、プラスチック基板であってもよい。このガラス基板１１０の上に陽極１１２が形成される。この陽極１１２としては、例えば透明電極であるＩＴＯなどが使用される。
陽極１１２の上には有機膜発光層１１３が形成されている。有機膜発光層１１３は正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層、電子輸送層、そして有機化合物の蛍光体である発光層の組み合わせで構成される（後述の有機膜発光層１１５、１１７、１１９も同様）。この組み合わせは、有機ＥＬの特性によって適切に選択される。
有機膜発光層１１３の上には電荷生成層１１４が形成されている。電荷生成層１１４は、電子と正孔の注入層として動作する。電荷生成層１１４には、ＩＴＯ又はＶ2Ｏ5などを用いることができる。電荷生成層１１４の上には有機膜発光層１１５が形成され、更にその上に電荷生成層１１６、有機膜発光層１１７、電荷生成層１１８、有機膜発光層１１９が順次に積層されている。そして、有機膜発光層１１９の上には陰極１２０が形成され、この陰極１２０と陽極１１２との間に電源１１１が接続されている。
【０１１８】
ここで説明した表示装置は、陽極１１２と陰極１２０との間に有機膜発光層と電荷生成層とが交互に発光面に対して水平に複数層積層された構造で、このような構造のものをマルチフォトンと呼ぶ。陽極１１２と陰極１２０との間にはマルチフォトン構造の発光部が挟まれている。
ガラス基板１１０から光を取り出す場合は、陰極１２０はアルミニウムなどの光を反射する金属で形成される。この陽極１１２と陰極１２０との間に挟まれた各有機膜発光層１１３、１１５、１１７、１１９の発光原理は従来例と同じである。
【０１１９】
図１８はマルチフォトンの動作原理を示す。図１８において図１７と同一構成成分には同一符号を付してある。電荷生成層１１４、１１６、１１８は隣接する有機膜発光層１１３、１１５、１１７、１１９に電子と正孔を注入する機能を持つ。有機膜発光層１１３、１１５、１１７、１１９では、電子と正孔が再結合し、発光する。画素（有機ＥＬ）から出力される明るさは、それぞれの有機膜発光層１１３、１１５、１１７、１１９からの各輝度の合計となる。
本実施形態ではマルチフォトンが４層の有機膜発光層１１３、１１５、１１７、１１９で構成され、それぞれの有機膜発光層が同じ特性の発光材料を用いて形成されている。４層構造のマルチフォトンのそれぞれの有機膜発光層に、従来の１層の有機膜発光層を有する光記録媒体と同じ電圧を印加すると、従来の光記録媒体と比較して４倍の輝度が得られる。従って本実施形態のマルチフォトンで従来の構成と同じ輝度を得るには、各有機膜発光層に流れる電流を４分の１にすることができるため、有機膜発光層の長寿命化を達成できる。本実施形態では、マルチフォトンの各層に同じ発光材料を使用しているが、同じ発光特性が得られる場合にはこの限りではない。
【０１２０】
図１９は本実施形態によるカラー表示を行うための有機ＥＬディスプレイの層構成を示す。図１９は、それぞれ独立に発光する３つの発光素子（サブ画素）４００ａ〜４００ｃが１つの画素４００を形成している構成を示す。
まず、ガラス基板４０１の上に陽極４１２が形成され、その上に有機膜発光層４１３、陰極４１４が積層されている。これを第１のサブ画素４００ａとし、本実施形態では緑色有機膜発光層（Ｇ）を用いた。有機膜発光層４１３は従来例の構成と同じである。陽極４１２と陰極４１４には電源４１５から電圧が印加される。
第１のサブ画素４００ａの隣には、ガラス基板４０１の上に陽極４０７が形成され、その上に有機膜発光層４０８ａ、電荷生成層４０９、有機膜発光層４０８ｂおよび陰極４１０が順次積層されている。陽極４０７と陰極４１０との間の構造は有機膜発光層４０８ａ、４０８ｂ、電荷生成層４０９からなる２層構造のマルチフォトンである。これを第２のサブ画素４００ｂとし、本実施形態では赤色有機膜発光層（Ｒ）を用いた。有機膜発光層４０８ａ、４０８ｂは２層とも同材料であり、それぞれの層に同じ電圧が加えられた場合、同じ特性で発光する。陽極４０７と陰極４１０との間には電源４１１が接続されて電圧が印加される。
更に第２のサブ画素４００ｂの隣には、ガラス基板４０１の上に陽極４０２が形成され、その上に有機膜発光層４０３ａ、電荷生成層４０４ａ、有機膜発光層４０３ｂ、電荷生成層４０４ｂ、有機膜発光層４０３ｃ、電荷生成層４０４ｃ、有機膜発光層４０３ｄおよび陰極４０５の順で積層されている。陽極４０２と陰極４０５との間の構造は、有機膜発光層４０３ａ〜４０３ｄと電荷生成層４０４ａ〜４０４ｃとが交互に積層された４層構造のマルチフォトンである。これを第３のサブ画素４００ｃとし、本実施形態では青色有機膜発光層（Ｂ）を用いた。有機膜発光層４０３ａ〜４０３ｄは４層とも同材料であり、それぞれの層に同じ電圧が加えられた場合、同じ特性で発光する。陽極４０２と陰極４０５との間には電源４０６が接続されて電圧が印加される。
【０１２１】
有機膜発光層４０３ａ〜４０３ｄ、４０８ａ〜４０８ｂ、４１３は、印加される電流に比例した輝度で発光し、ガラス基板４０１の下側から光を取り出される。有機膜発光層４０３ａ〜４０３ｄ、４０８ａ〜４０８ｂ及び４１３それぞれに使用した発光材料の発光効率が大きく異なっている。ここで発光効率とは、発光材料に所定の電圧を加えたとき、どの程度の発光効率レベル（輝度）が得られるかを示すものである。本実施形態では、それぞれの有機膜発光層４０３ａ〜４０３ｄ、４０８ａ〜４０８ｂ、４１３に同じ大きさの電圧を印加した際の発光効率の最大を発光効率レベル１と表現したときに、有機膜発光層４１３がレベル１、有機膜発光層４０８ａ〜４０８ｂがレベル０．５、有機膜発光層４０３ａ〜４０３ｄがレベル０．２５という関係である。すなわち有機膜発光層４０３ａ〜４０３ｄと４０８ａ〜４０８ｂと４１３の発光効率のレベル比率が（０．２５）：（０．５）：１である。
上述より、電源４０６、４１１、４１５に、４：２：１の比率で電源電圧を印加すると、各有機膜発光層４０３ａ〜４０３ｄ、４０８ａ〜４０８ｂ、４１３には等しい電圧が印加され、等しい電流が流れる。つまり、有機膜発光層４０３ａ〜４０３ｄからは発光効率０．２５×４層＝１レベルの輝度、有機膜発光層４０８ａ〜４０８ｂからは発光効率０．５×２層＝１レベルの輝度、有機膜発光層４１３からは発光効率１×１層＝１レベルの輝度、のように３つのサブ画素４００ａ〜４００ｃから出力される輝度が全て同じになる。
【０１２２】
ここでは、有機膜発光層４０３ａ〜４０３ｄ、４０８ａ〜４０８ｂ、４１３の発光効率のレベル比率が（０．２５）：（０．５）：１、すなわち１：２：４の場合について述べたが、これは任意に設定しても良い。例えば有機膜発光層４０３ａ〜４０３ｄ、４０８ａ〜４０８ｂ、４１３の発光効率のレベル比率が１：１：３であれば、第２サブ画素４００ｂと第３サブ画素４００ｃは３層構成のマルチフォトン構造とし、第１サブ画素４００ａは単層構造にする。そして電源４０６、４１１、４１５には、３：３：１の比率の電源電圧を印加する。
以上のように各サブ画素４００ａ〜４００ｃを形成する有機膜発光層の発光効率がそれぞれ異なる場合、発光効率が低い有機膜発光層については、複数積層して多層構成のマルチフォトン構造のサブ画素を形成し、各サブ画素４００ａ〜４００から出力される輝度が全て同じになるようにサブ画素に印加する電圧値をそれぞれ決めればよい。すなわち、各有機膜発光層に同じ電圧が印加されるように、各サブ画素に印加する電圧値を決めればよい。
本実施形態において各有機膜発光層は、表示装置に出力する映像の階調レベルに合わせて印加する電源電圧の大きさをアナログ的に変化させることで、それぞれ所定の輝度で発光する。
【０１２３】
図２０は第三実施形態による電流−輝度特性を示す。図２０（Ａ）において、第1サブ画素４００ａ、第２サブ画素４００ｂ、第３サブ画素４００ｃは、図１９の有機ＥＬ層を模式的に示したものであり、第１サブ画素４００ａ、第２サブ画素４００ｂ、第３サブ画素４００ｃの有機膜発光層４１３、４０８ａ〜４０８ｂ、４０３ａ〜４０３ｄに使われた発光材料の発光効率レベルはそれぞれ「１」、「０．５」、「０．２５」である。
図２０（Ｂ）に示すグラフは、各サブ画素４００ａ〜４００ｃにおいて有機膜発光層に流れる電流と、有機膜発光層からガラス基板４０１の下方へ出力される光の輝度の関係を表したものである。なお、各サブ画素４００ａ〜４００ｃに流れる電流と発光輝度の関係を実線Ｌｓａ〜Ｌｓｃで、各有機膜発光層４０８ａ〜４０８ｂ、４０３ａ〜４０３ｄに流れる電流と発光輝度の関係を破線Ｌｄｂ、Ｌｄｃ１〜Ｌｄｃ３で表した。破線Ｌｄｂは、第２サブ画素４００ｂの一層だけに電流を流した場合の輝度を表す。同様に破線Ｌｄｃ１は、第３サブ画素４００ｃの一層だけに電流を流した場合、破線Ｌｄｃ２はいずれか二層に電流を流した場合、破線Ｌｄｃ３はいずれか三層に電流を流した場合の輝度を示す。
【０１２４】
既述したように、第１サブ画素４００ａの有機膜発光層４１３に使われた発光材料の発光効率レベル１を基準とすると、第２サブ画素４００ｂの有機膜発光層４０８ａ、４０８ｂに使われた発光材料の発光効率レベルは０．５であるが、第２サブ画素４００ｂは２層構成のマルチフォトン構造であるため、第1サブ画素４００ａと同じ電流量を流した場合でも図２０（Ｂ）のグラフに示すように、輝度のダイナミックレンジは第1サブ画素４００ａと同等となる。
同様に第３サブ画素４００ｃは有機膜発光層４０３ａ〜４０３ｄに使われた発光材料の発光効率レベルは０．２５であるが、４層構成のマルチフォトン構造であるため、グラフに示すように第1サブ画素４００ａと同じ電流量を流した場合でも輝度のダイナミックレンジは同等となる。
そのため階調数を増やしても、第1サブ画素４００ａの有機発光層４１３に流れる電流量は広範囲にする必要は無く、かつ、第２サブ画素４００ｂと第３サブ画素４００ｃの有機膜発光層４０８ａ、４０８ｂ、４０３ａ〜４０３ｄに流れる電流量を高精度にする必要も無い。つまり、画素回路およびドライバが駆動電流を制御するのは比較的容易であり、回路の構成がシンプルになる。
【０１２５】
図２１は本実施形態による表示装置をデジタル駆動させる際の層構成を示す。図１９、図２０では各有機膜発光層をアナログ駆動で発光させる時の説明をしたが、図２１から図２５においては有機膜発光層をデジタル駆動で発光させる時の説明を行う。
図２１において、第1サブ画素４００ｄ、第２サブ画素４００ｅ、第３サブ画素４００ｆは、有機ＥＬ層を模式的に示したものであり、第1サブ画素４００ｄ、第２サブ画素４００ｅ、第３サブ画素４００ｆの有機膜発光層に使われた発光材料の発光効率レベルはそれぞれ「１」、「０．５」、「０．２５」である。
ここで、第1サブ画素４００ｄは一対の陽極と陰極とからなる電源部と電源部の間に挟まれた複数の発光層を積層した発光部とを有する単位素子を３層積層している。基板に接している１層目の単位素子は１層の有機膜発光層を有する構造（１層構造）、その上に形成された２層目の単位素子は２層のマルチフォトン構造の発光部を有し、その上に形成された３層目の単位素子は４層のマルチフォトン構造の発光部を有している。第１サブ画素４００ｄは緑色有機膜発光層（Ｇ）を用いる。
【０１２６】
第２サブ画素４００ｅは単位素子を３層積層しており、基板に接している１層目の単位素子は２層のマルチフォトン構造の発光部、その上に形成された２層目の単位素子は４層のマルチフォトン構造の発光部、その上に形成された３層目の単位素子は８層のマルチフォトン構造の発光部を有している。第２サブ画素４００ｅは赤色有機膜発光層（Ｒ）を用いる。
第３サブ画素４００ｆは単位素子を３層積層しており、基板に接している１層目の単位素子は４層のマルチフォトン構造の発光部、その上に形成された２層目の単位素子は８層のマルチフォトン構造の発光部、その上に形成された３層目の単位素子は１６層のマルチフォトン構造の発光部を有している。第３サブ画素４００ｆは青色有機膜発光層（Ｂ）を用いる。
以上より、３つのサブ画素４００ｄ〜４００ｆにおいてそれぞれの１層目の単位素子の発光効率レベルを基準とした１層目から３層目の輝度重み付けの関係は、いずれのサブ画素４００ｄ〜４００ｆも１：２：４の比率になる。サブ画素４００ｄ〜４００ｆは、表示する信号の値に応じて、３層の単位素子を互いに独立して発光／非発光させるデジタル駆動であり、３層の単位素子を構成する各発光部の発光輝度の合計で、画素の階調表現を行う。
【０１２７】
図２２は本実施形態によるデジタル駆動時の有機ＥＬディスプレイの層構成を模式的に示す図である。図２１に示したサブ画素４００ｄ〜４００ｆのうち代表として第1サブ画素４００ｄを取り上げて説明する。
ガラス基板４２０の上に陽極４２１が形成され、その上に有機膜発光層４２２（緑色有機膜発光層）が形成されている。有機膜発光層４２２は従来例の構成と同じであり、１層目の発光部（発光ユニット）である。有機膜発光層４２２の上に陰極４２３が形成されて、陽極４２１と陰極４２３には電源４３４から電圧が印加される。
続いてシリコン酸化膜４３０が形成されている。シリコン酸化膜４３０はシリコン酸化膜４３０の上に形成されている陽極４２４と、下に形成されている陰極４２３とを電気的に絶縁する効果を持つ。陽極４２４の上に有機膜発光層４２５ａ、電荷生成層４３２、有機膜発光層４２５ｂ及び陰極４２６が順次積層されている。陽極４２４と陰極４２６との間の構造は、有機膜発光層４２５ａ、電荷生成層４３２、有機膜発光層４２５ｂからなる２層のマルチフォトンである。これが２層目の発光部となる。
有機膜発光層４２５ａ、４２５ｂは有機膜発光層４２２と同材料であり、それぞれの層に同じ電圧が加えられた場合、同じ特性で発光する。陽極４２４と陰極４２６との間には電源４３５が接続されて電圧が印加される。
【０１２８】
陰極４２６の上にはシリコン酸化膜４３１が形成されている。シリコン酸化膜４３１はシリコン酸化膜４３１の上に形成されている陽極４２７と、下に形成されている陰極４２６とを電気的に絶縁する効果を持つ。陽極４２７の上に有機膜発光層４２８ａ、電荷生成層４３３ａ、有機膜発光層４２８ｂ、電荷生成層４３３ｂ、有機膜発光層４２８ｃ、電荷生成層４３３ｃ、有機膜発光層４２８ｄ及び陰極４２９が順次積層された４層マルチフォトン構造の発光部が形成されている。これが３層目の発光部となる。
有機膜発光層４２８ａ〜４２８ｄは有機膜発光層４２２と同材料であり、それぞれの層に同じ電圧が加えられた場合、同じ特性で発光する。陽極４２７と陰極４２９との間には電源４３６が接続されて電圧が印加される。
なお、本実施形態は基板４２０側から光を取り出す下面光取り出し構造であるが、陰極４２９側から光を取り出す上面光取り出し構造の場合は、陰極４２９は透明電極で構成される。
【０１２９】
それぞれの有機膜発光層４２２、４２５ａ、４２５ｂ、４２８ａ〜４２８ｄは流される電流に比例した輝度で発光し、ガラス基板４２０側から光を取り出される。ここでは、各有機膜発光層４２２、４２５ａ、４２５ｂ、４２８ａ〜４２８ｄから出力される輝度を同じにするために、各有機膜発光層４２２、４２５ａ、４２５ｂ、４２８ａ〜４２８ｄに同じ電圧が印加されるように、電源４３４、４３５、４３６の電源値を決める。既述したように各サブ画素の１層目から３層目の発光部の輝度重み付けは１：２：４の関係であるため、ここでは、電源４３４、４３５、４３６に印加される電源電圧の比率は、１：２：４の関係である。
【０１３０】
各発光部（マルチフォトン層）は、電源のオン／オフの２値により発光と非発光（点灯と消灯）を切り替えることで、それぞれ所定の輝度で発光する。すなわち、電源のオン／オフの動作によって、有機膜発光層４２２、４２５ａ、４２５ｂ、４２８ａ〜４２８ｄはデジタル駆動となる。
【０１３１】
ここで図２２の表示装置（第1サブ画素４００ｄ）を、一つの陽極と一つの陰極との間に挟まれた有機膜発光層と電荷生成層とからなるマルチフォトン構造の発光部を用いて表すと、図２３に示す画素構造となる。図２３中、図２２と同一構成部分には同一符号を付してある。
【０１３２】
図２３において、ガラス基板４２０の上にはシリコン酸化膜４３７、陽極４２１、発光部４３８、陰極４２３が順次積層され、更にその上にはシリコン酸化膜４３０、陽極４２４、発光部４３９、陰極４２６が順次積層される。更にその上には、シリコン酸化膜４３１、陽極４２７、発光部４４０、陰極４２９が順次積層されている。
発光部４３８は有機膜発光層４２２に相当し、発光部４３９は有機膜発光層４２５ａ、電荷生成層４３２及び有機膜発光層４２５ｂからなり、２層のマルチフォトン構造である。発光部４４０は、有機膜発光層４２８ａ、電荷生成層４３３ａ、有機膜発光層４２８ｂ、電荷生成層４３３ｂ、有機膜発光層４２８ｃ、電荷生成層４３３ｃ及び有機膜発光層４２８ｄからなり、４層のマルチフォトン構造である。
【０１３３】
第三実施形態において、一つの発光部及びこれを挟む陽極と陰極（電源部）とをあわせて単位素子と呼ぶこととすると、陽極４２１、発光部４３８、陰極４２３は一つの単位素子を構成している。同様に、陽極４２４、発光部４３９、陰極４２６は一つの単位素子を構成しており、陽極４２７、発光部４４０、陰極４２９は一つの単位素子を構成している。従って図２２及び図２３に示す有機ＥＬディスプレイは、表示装置の表示面に対して垂直方向に３個の単位素子が積層された３層構造の発光素子を有するものである。
また、ガラス基板４２０上には、図２３に示すように、アクティブ素子である薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）４４４〜４４６が形成され、それぞれ陽極４２１、４２４、４２７に接続されている。ＴＦＴ４４４〜４４６は有機膜発光層を駆動制御可能なものであるならば、ｐ−Ｓｉ（低温ポリシリコン）、ａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）、さらには有機トランジスタなどのどのようなアクティブ素子で作成されていてもよい。
【０１３４】
ＴＦＴ４４４〜４４６は、発光部４３８〜４４０に印加される電源をオン／オフする回路機能を持つ。電源をオン／オフすることでＴＦＴ４４４〜４４６は上記したように、発光部４３８〜４４０を発光または非発光とするようデジタル駆動する。
シリコン酸化膜４３７は、ガラス基板４２０から金属イオンが陽極４２１に移動していかないようにする膜である。図示していないが、陰極４２３、陰極４２６、陰極４２９は共通電極である。
【０１３５】
画素の下側であるガラス基板４２０側から光を取り出す場合、画素の上側である陰極４２９側から光が漏れないようにするため、陰極４２９はアルミニウムなどの金属で形成される。これによって、発光部４３８〜４４０から出た光は上下に放射されるが、陰極４２９側に出た光は陰極４２９で反射して下側に向かうため、ガラス基板４２０側からのみ取り出されることとなる。
ここで、ガラス基板４２０にＴＦＴ４４４〜４４６が備えられ、ガラス基板４２０側から光を取り出す下面光取り出し構造と、陰極４２９を透明電極で形成し、陽極４２１をアルミニウムなどの金属で形成して、陰極４２９側から光を取り出す上面光取り出し構造とがあるが、本実施形態ではどちらの構造を用いてもよい。ここでＴＦＴは、後述する図２５にて説明するように１つの有機膜発光層に対して複数個接続されていることがある。ここでは便宜上、ＴＦＴ４４４〜４４６のように一つで示した。本実施形態では、ＴＦＴ４４４〜４４６を素子駆動部（第１の駆動部）と呼ぶこととする。
【０１３６】
図２３に示すように発光素子が３層構造の場合、各層の輝度重み付けは図３（ａ）に従う。輝度重み付けとは、それぞれの発光層の発光輝度をある値を基準として相対的に数値化したものである。
ここで、図２３に示した発光部４３８を第１層、発光部４３９を第２層、発光部４４０を第３層とし、第１層の輝度を「１」、第２層が輝度「２」、第３層が輝度「４」と設定する。これは、マルチフォトン構造の各有機膜発光層に印加される電圧が同じである場合、各発光部４３８〜４４０から出力される輝度は、各発光部が有する有機膜発光層の数の整数倍となることによる。ここで、各発光部の輝度は電源電圧をオンとした際の発光輝度を表し、各発光部は電源電圧のオン／オフでデジタル駆動される。
【０１３７】
図３（ｃ）は、発光素子が５層構造の場合の輝度重み付け方法の一例を示す。５層構造の場合、図２３に示した構造に更に２つの単位素子が積層され、発光部が全部で５つとなるように形成される。この５つの発光部のうち、光が取り出される側に近い方から順に第１層、第２層、第３層、第４層及び第５層としたとき、図３（ｃ）に示すように、第１層の輝度を「１」とした場合、第２層は輝度「２」、第３層は輝度「４」、第４層は輝度「８」、第５層は輝度「１６」となる。
【０１３８】
図４は、図３（ａ）の輝度重み付けの場合における階調表現の方法を示し、既に説明したとおりである。
【０１３９】
図２４は第三実施形態の表示装置における画素を用いた表示パネルのドライバ構成図を示す。図２４において、１つの画素４５６はそれぞれ発光部を３層有するサブ画素４００ｄ〜４００ｆより構成され、それぞれのサブ画素は図２５で後述する画素回路に相当する。表示パネルには、二次元マトリクス状に配置された複数の画素４５６に、９ビットのデジタルデータを送るための水平ドライバ４５７と、画素を駆動するための電源回路４５８と、垂直方向のラインを選択する垂直ドライバ４５９とが備えられている。
複数の画素４５６は、垂直方向に並んだ行Ｙと水平方向に並んだ列Ｘとからなる二次元マトリクス状に配置されている。図２４では一例としてＹ１〜Ｙ４の４行で、Ｘ１〜Ｘ６の６列の表示パネルを示している。実際の表示パネルは図に示すものよりも多くの行列を有しているが、ここでは便宜上このように示した。
第三実施形態では、水平ドライバ４５７にはデータドライバ４７１〜４７６が、電源回路４５８には電源部４８１〜４８６が、垂直ドライバ４５９にはゲートドライバ４９１〜４９４がそれぞれ組み込まれている。なおここで、水平ドライバ４５７及び垂直ドライバ４５９を第２の駆動部とする。
【０１４０】
例えば、図２４に示す表示パネルの最上段であるＹ１行の表示ラインを走査したい場合、垂直ドライバ４５９のゲートドライバ４９１がＹ１行の各画素４５６をオンさせる。その他の表示ラインＹ２行〜Ｙ４行は、ゲートドライバ４９２〜４９４がオフさせる。このとき水平ドライバ４５７から映像データの１ライン分のデータを出力し、各画素４５６に供給する。
次に、ゲートドライバ４９１がＹ１行の各画素４５６をオフさせることにより、Ｙ１行の１ラインの映像が表示されることになる。続けて同様に、垂直ドライバ４５９をＹ２行のゲートドライバ４９２からＹ４行のゲートドライバ４９４まで順番に駆動し、水平ドライバ４５７から１ライン毎に映像データを出力することにより、すべての表示パネル内の画素４５６を走査できることとなる。
【０１４１】
図２５は第三実施形態の画素４５６を構成するサブ画素４００ｄ〜４００ｆを駆動するための回路図を示す。図２５において、発光ダイオードのシンボルで記載した４３８、４３９及び４４０は、図２３に示した発光部４３８、４３９及び４４０に相当する。第三実施形態では、３層のデジタル層を有する構造を示し、デジタル層を構成するそれぞれの有機膜発光層の輝度重み付けは図３（ａ）と同様に「１」、「２」、「４」である。
また、発光部４３８〜４４０の各一端（図ではアノード）は、駆動用ＴＦＴ４４４〜４４６の各ソース、ドレインを介して電源部４８１を構成する電源４５０〜４５２に接続されている。また、ＴＦＴ４４４〜４４６の各ゲートは、ＴＦＴ４４１〜４４３の各ソースに接続される一方、コンデンサ４４７〜４４９を介して電源４５０〜４５２に接続されている。
【０１４２】
電源４５０〜４５２は、個別の電源でも共通の電源であってもよく、発光部４３８〜４４０を所定の重み付けで所定の輝度で発光させるように設定する。更に、ＴＦＴ４４１〜４４３の各ドレインは、データドライバ４７１内のデータ保持部４６０〜４６２に接続され、各ゲートはゲートドライバ４９１に共通接続されている。
ここでは、データドライバ４７１、電源部４８１、ゲートドライバ４９１について示したが、図２４に示すように、データドライバ４７２〜４７６、電源部４８２〜４８６、ゲートドライバ４９２〜４９４も同様の構成である。データドライバ４７１〜４７６、電源部４８１〜４８６、ゲートドライバ４９１〜４９４は表示パネルの各行Ｙ、各列Ｘの画素４５６を駆動する。
【０１４３】
次に、この駆動回路の動作について説明する。まず、サブ画素４００ｄに表示する所定階調のデータ４５３（３ビット）がデータドライバ４７１に入力される。データ４５３は、デジタルのシリアルデータ又はパラレルデータであることが望ましい。先に述べたように、画素４５６はサブ画素４００ｄ〜４００ｆを備える。従って各サブ画素４００ｄ〜４００ｆにそれぞれ３ビットのデータ４５３が送られるため、画素４５６に送られるデータ４５３は図２４に示すように９ビットとなる。
データドライバ４７１に入力されたデータ４５３は、発光部４３８、４３９、４４０のうち表示装置に表示する階調に対応した発光部を発光させるために使用される。
【０１４４】
データ４５３の各ビット（１または０）がデータ保持部４６０〜４６２に保持され、ゲートドライバ４９１は、ゲートトランジスタ４４１〜４４３のゲートに所定の第１の電位を印加してこれらをオン状態にする。データドライバ４７１から出力される表示データが、ゲートトランジスタ４４１〜４４３の各ドレイン、ソースを通して、データ保持のためのコンデンサ４４７〜４４９に書き込まれ、記憶される。
続いてゲートドライバ４９１は、ゲートトランジスタ４４１〜４４３のゲートに所定の第２の電位を印加してこれらをオフ状態にする。ゲートトランジスタ４４１〜４４３をオフにすると、コンデンサ４４７〜４４９に蓄えられた電荷が保持される。コンデンサ４４７〜４４９に保持される電荷は、電源４５０〜４５２とデータドライバ４７１の出力電圧との電位差である。
【０１４５】
いま、表示装置に階調「５」の映像を表示する場合を例にとって説明する。図４より階調「５」では、第１層と第３層の発光部４３８と４４０を点灯させる必要がある。入力されたデータ４５３はデータドライバ４７１で、対応する発光層の信号線に繋がるデータ列に変換される。この場合、データ保持部４６０と４６２に発光部４３８と４４０とを発光させるデータが保持される。
【０１４６】
このときコンデンサ４４７には、ＴＦＴ４４４をオンする電圧が印加され、コンデンサ４４９にも、ＴＦＴ４４６をオンする電圧が印加されているため、ＴＦＴ４４７と４４９がそれぞれオン状態とされる。一方、コンデンサ４４８には、ＴＦＴ４４５を駆動する電圧が印加されていないため、ＴＦＴ４４５はオフ状態である。
【０１４７】
従って、ＴＦＴ４４４と４４６がオン状態なので、電源４５０、４５２から電流がＴＦＴ４４４、４４６の各ドレイン、ソースを通して発光部４３８、４４０に供給され、発光部４３８、４４０が発光する。このとき発光部４３８、４４０の発光輝度の重み付けは「１」と「４」であるので、この合計である階調「５」が表示装置に映し出される。
【０１４８】
第三実施形態の表示パネルのデジタル駆動法においては、駆動用ＴＦＴ４４４〜４４６はオン／オフのみの動作となる。そのため回路構成は駆動用ＴＦＴ４４４〜４４６をオン／オフするためのデータを蓄えるコンデンサ４４７〜４４９と、これらのコンデンサ４４７〜４４９に上記のデータを保持するためのゲート用ＴＦＴ４４１〜４４３とからなる、極めて簡単な回路構成で済む。
また、駆動用ＴＦＴ４４４〜４４６は、オン／オフのスイッチング動作となるために、従来の有機ＥＬ表示装置で問題であった、アクティブ素子であるＴＦＴの素子特性による閾値ばらつきの影響の無い飽和領域で動作させることができる。このため、表示装置面内における表示輝度むら、および階調ずれ等の問題を限りなく少なくできる。
【０１４９】
更にＴＦＴによる電力損が少ない飽和領域で動作させることができる。このため、従来の表示装置と比較すると低消費電力にできる。
【０１５０】
第三実施形態の発光素子においては、発光部４３８〜４４０にマルチフォトン構造を採用しているために、各有機膜発光層に流れる電流を少なくしたまま従来以上の輝度が得られる。有機ＥＬの寿命は電流値の２乗に逆比例するため、従来の回路構成と比較して長寿命となる。
【０１５１】
また本実施形態によれば、複数のサブ画素で１画素が形成される表示装置において、有機膜発光層の発光効率がサブ画素ごとに大きく異なる場合でも、電流−輝度特性については複数のサブ画素でいずれも等しくなるようにして、画素回路およびドライバの駆動電流制御を容易にすることができる。
更に、表示装置における輝度むらを無くすことができ、かつ、電力損失を低減できると共に、１つの発光層に発光輝度に応じた電流量を全て流す構成の従来の表示装置に比べて、長寿命な表示装置を構成でき、更にデジタル駆動で階調を容易に得ることができる。
【０１５２】
なお、本実施形態は第一及び第二実施形態と同様に、第１層から第３層、あるいは、第１層から第５層までの有機膜発光層を異なる材料で構成しても同じ材料で構成してもかまわない。例えば有機膜発光層の材料が異なっていても、上記のようにそれぞれの有機膜発光層に対して、電流値や電流を流す時間長を異ならせることにより、トータルとしての輝度を図３（ａ）〜図３（ｃ）にて説明したように設定していればよい。
【０１５３】
また、有機膜発光層及び発光ユニットの輝度重み付けは、発光層を少なく形成できる２のｎ乗の輝度重み付けにすることが望ましいが、この限りではない。また、層毎の輝度の重み付けは、図３（ａ）〜３（ｃ）で示したような光が取り出される側に近い層から昇順とする必要は無く、降順としても、また任意に並べ替えてもよい。
【０１５４】
更には例えば、図４では、各発光層毎に異なった輝度重み付けとして説明してきたがこれに限定されるものではなく、第１層と第２層と第３層の輝度重み付けを「１」，「１」，「１」のように同じ輝度重み付けとしてもよいし、第１層と第２層と第３層の輝度を「１」，「２」，「２」のように部分的に同じ輝度重み付けとしてもよい。
また本実施形態は、有機ＥＬだけでなく無機ＥＬでも勿論実現可能であり、アクティブ駆動だけでなくパッシブ駆動の表示装置でも実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１５５】
【図１】第一実施形態の表示装置における画素の模式図である。
【図２】第一実施形態の具体的な画素構造を示す図である。
【図３】有機膜発光層が３層構造と５層構造の各場合の、各層の輝度重み付けの一例を示す図である。
【図４】本発明表示装置における階調表現方法の一例を示す図である。
【図５】第一実施形態の表示装置における表示パネルのドライバ構成図である。
【図６】第一実施形態の画素を構成する発光層群を駆動するための回路図である。
【図７】第一実施形態の表示装置における階調表現方法を説明するためのテーブルを示す図である。
【図８】第二実施形態の表示装置においてカラー表示するための模式図である。
【図９】第二実施形態の表示装置における画素の模式図である。
【図１０】第二実施形態の具体的な画素構造を示す図である。
【図１１】第二実施形態の表示装置における表示パネルのドライバ構成図である。
【図１２】第二実施形態の画素を構成する発光層群を駆動するための回路図である。
【図１３】第二実施形態の画素による白色表示を説明する色度図である。
【図１４】第二実施形態の画素による任意の色Ｆの表示を説明する色度図である。
【図１５】第二実施形態の画素による任意の色Ｆの表示を説明する色度図である。
【図１６】第二実施形態の画素による任意の色Ｆの表示を説明する色度図である。
【図１７】第三実施形態の表示装置におけるマルチフォトン構造の画素を示す図である。
【図１８】マルチフォトンの動作原理を示す図である。
【図１９】第三実施形態の表示装置においてカラー表示するための模式図である。
【図２０】第三実施形態の表示装置における画素の電流−輝度特性を示す図である。
【図２１】第三実施形態の表示装置をデジタル駆動させる際の層構成を示す図である。
【図２２】第三実施形態の画素構造を示す図である。
【図２３】第三実施形態の画素構造を発光ユニットによって示す図である。
【図２４】第三実施形態の表示装置における表示パネルのドライバ構成図である。
【図２５】第三実施形態の画素を構成する発光層群を駆動するための回路図である。
【図２６】従来の有機ＥＬディスプレイ模式図である。
【図２７】従来の有機ＥＬディスプレイを具体的に示した図である。
【図２８】従来の表示装置におけるドライバ構成の一例を示す図である。
【図２９】従来の画素の回路図である。
【符号の説明】
【０１５６】
１  ガラス基板
２、５、８  陽極
３、６、９  有機膜発光層
４、７、１０  陰極
１１、１２、１７  シリコン酸化膜
１３、１４、１５  直流電源
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ  薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）（第１の駆動部）
１８、１９、２０  有機ＥＬ発光層
２１、２２、２３  コンデンサ
２４、２５、２６  駆動用ＴＦＴ
２７、２８、２９  ゲートＴＦＴ
３６  画素
３６Ｒ、３６Ｇ、３６Ｂ  発光素子
３７  水平ドライバ（第２の駆動部）
３８  電源回路
３９  垂直ドライバ（第２の駆動部）
【図１】
0004650726.tif 000002
【図２】
0004650726.tif 000003
【図３】
0004650726.tif 000004
【図４】
0004650726.tif 000005
【図５】
0004650726.tif 000006
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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