(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向に沿って互いに平行に延在して配置された複数の走査電極と、前記走査電極と交差する第２の方向に沿って互いに平行に延在して配置された複数のデータ電極と、一対の前記走査電極と前記データ電極とが交差する箇所である画素において、前記走査電極と前記データ電極との間に挟持された発光層及び誘電体層とを備えた表示部と、
発光させる前記画素を選択して、該選択された画素の前記発光層に対して、前記発光層が発光を開始する発光開始電圧以上の大きさの電圧が印加されるように、書き込み電圧パルスを印加する書き込みパルス供給手段と、
前記各画素の前記発光層に対して、前記発光層が発光を開始する前記発光開始電圧以下の大きさの電圧で始まり極性が正負交互に繰り返す減衰電圧パルスを供給する消去パルス供給手段と、
を備えていることを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記誘電体層は、強誘電体材料よりなることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記誘電体層は、第１誘電体層と第２誘電体層とを有し、
前記表示部の前記画素において、前記発光層と、前記発光層を挟む前記第１及び第２誘電体層とを、前記走査電極と前記データ電極との間に挟持することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項４】
前記発光層は、前記発光開始電圧以上の大きさの電圧を印加することによってエレクトロルミネッセンス発光することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項５】
前記第１及び第２誘電体層のうち、少なくとも一方の誘電体層は、強誘電体材料よりなることを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
【請求項６】
前記走査電極と前記データ電極との間に電圧を印加し表示部を駆動する駆動部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項７】
全ての前記画素のうち選択された画素の発光によって表示される１つのフィールドを、表示する階調数に応じた複数個のサブフィールドに時間分割するサブフィールド分割手段をさらに備え、
前記消去パルス供給手段は、前記サブフィールドごとに前記各画素の前記発光層に対して、前記減衰電圧パルスを供給することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項８】
前記書き込みパルス供給手段は、前記サブフィールドごとに、全ての前記走査電極について線順次に、一本の前記走査電極を介して前記発光開始電圧以下の大きさの書き込み電圧パルスを前記走査電極に接続された前記画素の発光層に対して供給すると共に、全ての前記データ電極のうち選択した前記データ電極を介して前記書き込み電圧パルスの電圧との差電圧が前記発光開始電圧以上の大きさの変調電圧パルスを前記選択したデータ電極に接続された画素の発光層に供給することを特徴とする請求項７に記載の表示装置。
【請求項９】
少なくとも一つの前記サブフィールドにおいて、全ての前記画素に対して、前記発光開始電圧以下の大きさの所定の電圧から始まり極性が正負交互に繰り返される維持電圧パルスを、前記サブフィールドに割り当てられた階調数に対応する所定のパルス数で供給する維持パルス供給手段をさらに備えることを特徴とする請求項８に記載の表示装置。
【請求項１０】
前記消去パルス供給手段は、前記維持電圧パルスの最後の電圧パルスの極性とは逆極性の電圧から始まる減衰電圧パルスを供給することを特徴とする請求項９に記載の表示装置。
【請求項１１】
前記サブフィールド分割手段は、前記一つのフィールドを、表示する階調数２ｎに応じて、割り当てる最低の輝度に対応する最小パルス数を含む第１サブフィールドと、前記最小パルス数に対する比が２ｉ（ｉ＝１〜ｎ−１）となる各パルス数をそれぞれ割り当てる第２サブフィールドから第ｎサブフィールドとのｎ個のサブフィールドに時間分割することを特徴とする請求項７に記載の表示装置。
【請求項１２】
前記誘電体層は、少なくとも一部の残留分極量が３μＣ／ｃｍ２以上であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項１３】
前記走査電極は、透明電極であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項１４】
第１の方向に沿って互いに平行に延在して配置された複数の走査電極と、前記走査電極と交差する第２の方向に沿って互いに平行に延在して配置された複数のデータ電極と、一対の前記走査電極と前記データ電極とが交差する箇所である画素において、前記走査電極と前記データ電極との間に面に垂直な方向から挟持された発光層及び誘電体層とを備えた表示部を含む表示装置の駆動方法であって、
発光させる前記画素を選択して、該選択された画素の前記発光層に対して、前記発光層が発光を開始する発光開始電圧以上の大きさの電圧が印加されるように、書き込み電圧パルスを印加する書き込みステップと、
前記各画素の前記発光層に対して、前記発光層が発光を開始する前記発光開始電圧以下の大きさの電圧で始まり極性が正負交互に繰り返す減衰電圧パルスを印加する消去ステップと、
を含むことを特徴とする表示装置の駆動方法。
【請求項１５】
前記発光層は、発光開始電圧以上の電圧を印加することによってエレクトロルミネッセンス発光することを特徴とする請求項１４に記載の表示装置の駆動方法。
【請求項１６】
前記誘電体層のうち、少なくとも一方の誘電体層は、強誘電体材料よりなり、前記消去ステップにおける前記減衰電圧パルスにより、誘電体層の自発分極を消去することを特徴とする請求項１４に記載の表示装置の駆動方法。
【請求項１７】
全ての前記画素のうち選択された画素の発光によって表示される一つのフィールドを、表示する階調数に応じた複数個のサブフィールドに時間分割するステップをさらに含み、
前記各サブフィールドごとに前記消去ステップを行うことを特徴とする請求項１４に記載の表示装置の駆動方法。
【請求項１８】
前記書き込みステップは、前記サブフィールドごとに、全ての前記走査電極について線順次に、一本の前記走査電極を介して前記発光開始電圧以下の大きさの書き込み電圧パルスを前記走査電極に接続された前記画素の発光層に対して供給すると共に、全ての前記データ電極のうち選択した前記データ電極を介して前記書き込み電圧パルスの電圧との差電圧が前記発光開始電圧以上の大きさの変調電圧パルスを前記選択したデータ電極に接続された画素の発光層に供給することを特徴とする請求項１７に記載の表示装置の駆動方法。
【請求項１９】
少なくとも一つの前記サブフィールドにおいて、全ての前記画素に対して、前記発光開始電圧以下の大きさの所定の電圧から始まり極性が正負交互に繰り返される維持電圧パルスを、前記サブフィールドに割り当てられた階調数に対応する所定のパルス数で供給する維持ステップをさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の表示装置の駆動方法。
【請求項２０】
前記一つのフィールドを、複数個のサブフィールドに時間分割するステップは、
各サブフィールドに割り当てる輝度について、前記発光層に印加するパルス数を対応させた複数個のサブフィールドに時間分割することを特徴とする請求項１７に記載の表示装置の駆動方法。
【請求項２１】
前記一つのフィールドを、複数個のサブフィールドに時間分割するステップは、
前記一つのフィールドを表示する階調数２ｎに応じて、割り当てる最低の輝度に対応する前記発光層に印加する最小パルス数を含む第１サブフィールドと、前記最小パルス数に対する比が２ｉ（ｉ＝１〜ｎ−１）となる各パルス数をそれぞれ割り当てる第２サブフィールドから第ｎサブフィールドとのｎ個のサブフィールドに時間分割することを特徴とする請求項１７に記載の表示装置の駆動方法。
【請求項２２】
前記複数個のサブフィールドのうち、前記選択画素を発光させるサブフィールドの組み合わせを選択することによって、前記一つのフィールドにおいて前記選択画素で表示する階調を制御することを特徴とする請求項１７に記載の表示装置の駆動方法。
【請求項２３】
前記複数個のサブフィールドのうち最短のサブフィールドは、前記維持ステップを含まないことを特徴とする請求項１９に記載の表示装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電体層を有する容量性発光素子を用いた表示装置、特に、エレクトロルミネッセンス（以下、ＥＬと略記）発光する表示装置及びその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、平面型の表示装置の中で、ＥＬ素子に期待が集まっている。このＥＬ素子は、自発光性を有し視認性に優れ、視野角が広く、応答性が速いなどの特徴を持つ。また、現在開発されているＥＬ素子には、発光体として無機材料を用いた無機ＥＬ素子と発光体として有機材料を用いた有機ＥＬ素子がある。
【０００３】
硫化亜鉛等の無機蛍光体を発光体とする無機ＥＬ素子は、１０６Ｖ／ｃｍもの高電界で加速された電子が蛍光体の発光中心を衝突励起し、それらが緩和する際に発光する。無機ＥＬ素子には、蛍光体粉末を高分子有機材料等に分散させ、上下に電極を設けた構造の分散型ＥＬ素子と、一対の電極間に二層の誘電体層と、更に誘電体層の間に挟まれた薄膜発光層とを設けた薄膜型ＥＬ素子がある。分散型ＥＬ素子は、製造が容易ではあるが、輝度が低く寿命が短いため、その利用は限られてきた。一方の薄膜型ＥＬ素子は、１９７４年に猪口らによって提案された二重絶縁構造の素子（例えば、特許文献１参照。）が高い輝度と長寿命を持つことを示し、車載用ディスプレイ等への実用化がなされた。
【０００４】
ここで、上記薄膜型ＥＬ素子の典型的な構成について、図１２を用いて説明する。図１２は、薄膜型ＥＬ素子６０の発光面に垂直な断面図である。このＥＬ素子６０は、透明基板６１上に透明電極６２と、第１誘電体層６３と、発光層６４と、第２誘電体層６５と、対向電極６６とが、この順に積層された構成となっている。透明電極６２と対向電極６６との間に交流電圧を印加することにより、発光層６４から発光が生じる。発光層６４を挟持する第１誘電体層６３及び第２誘電体層６５は、発光層６４内を流れる電流を制限する機能を有し、ＥＬ素子６０の絶縁破壊を抑えることが可能であり、且つ安定な発光特性が得られるように作用する。発光層６４からの発光は、透明電極６２側より取り出す。
【０００５】
また、複数のＥＬ素子を２次元配列して表示装置を構成するにあたって、同一の列にわたる複数のＥＬ素子で透明電極６２を共通として、同一の行にわたる複数のＥＬ素子で対向電極６５を共通としてもよい。この場合、１本の透明電極は列方向に延在し、互いに平行な複数の透明電極と複数の対向電極とを互いに直交するようにストライプ上にパターニングし、マトリクスで選択された特定の画素に電圧を印加することにより、任意のパターン表示を行うパッシブマトリクス駆動方式の表示装置を得ることができる。
【０００６】
上記ＥＬ素子を用いた表示装置の基本的な駆動方法は、上記ＥＬ素子の透明電極をデータ電極とし、対向電極を走査電極として、データ電極に発光・非発光を決定する表示データに対応した変調電圧を印加する一方で、走査電極に線順次に書き込み電圧を印加することによって実現される。この駆動方法では、前記ＥＬ素子のうち走査電極とデータ電極が交差する部分（以下、画素と略記）に書き込み電圧と変調電圧との重畳効果、若しくは相殺効果が生じる。ＥＬ素子は、図１３に示すような電圧−輝度特性を有し、その発光開始電圧Ｖｔｈ（以下、Ｖｔｈは正の実数を示す）としては、一般的に２００Ｖ程度の高電圧を要する。各画素において発光開始電圧Ｖｔｈ以上の大きさの電圧が印加された場合には発光し、発光開始電圧Ｖｔｈ以下の大きさの電圧が印加された場合には非発光の状態を示し、全体として所望の表示を得る。
【０００７】
このような薄膜型ＥＬ素子を用いた表示装置において、各画素の階調表示を実現する駆動方法としては、ＥＬ素子に印加する電圧パルスの振幅により制御する電圧変調方式（例えば、特許文献２参照。）やパルス幅により制御するパルス幅変調方式（例えば、特許文献３参照。）が知られている。上記のうち、電圧変調方式では、データ電極に印加する変調電圧の振幅を多段階に印加することにより中間輝度を得ることができるが、電圧−輝度特性の急峻性、非線形性とヒステリシス特性により、階調制御精度が非常に低いという課題がある。一方、パルス幅変調方式は、理論上はデータ電極に印加する変調電圧のパルス幅を多段階に制御することにより中間輝度を得ることができるが、上記ＥＬ素子に矩形波状の駆動パルスを印加すると、発光に寄与する電流は、電圧の立ち上がり直後に急峻なピークをもって立ち上がり、以降はコンデンサへの充電電流と同様に急激に減衰する挙動を示す。この電流が流れる時間は数μ秒という短い時間であり、電流が減衰した後のパルス幅をそれ以上長くしてももはや電流が流れないためパルス幅に対応する輝度の差は得られない。パルス幅の制御によって十分な階調表示を得るためには、電流が流れるわずか数μ秒の時間内に多段階のパルス幅を制御する必要があるが、駆動回路の応答速度及びパルス幅の制御精度等によってパルス幅が僅かに変化すると輝度が大きく変化してしまう。このため、ＥＬ素子においてはパルス幅変調方式による階調制御は適していない。
【０００８】
上記のようにＥＬ素子で発光に寄与する電流が、電圧の立ち上がり直後に急峻なピークをもって立ち上がり、以降は急激に減衰する挙動を示す理由について検討すると、上記ＥＬ素子が容量性素子であることが原因の一つと考えられる。つまり、上記ＥＬ素子は、発光層６４が誘電体層６３、６５に挟持された構造であることから、等価回路的には容量性素子と見ることができる。この場合において、発光層６４に発光開始電圧以上の電圧パルスを印加したとき、発光層６４の抵抗値が急激に低下して、高電界の中で電子が発光層６４の内部を通過し、発光中心を励起した後、誘電体層６５との界面に達してそのまま保持される。このようにして、発光動作を実行した後に、発光層の内部に分極電荷が残留することになる。以下、この分極電荷を「第１分極電荷」と略記し、第１分極電荷によって発光層の内部に生じる電位差を「第１分極電圧」と略記する。この第1分極電荷よって、発光層６４の内部に外部電圧とは逆方向に働く電位差が生じ、外部印加電圧との相殺によって発光層６４に働く実効電圧が発光開始電圧Ｖｔｈを下回り電流が流れなくなる。このため、ＥＬ素子に電圧パルスを印加すると、発光に寄与する電流は、電圧の立ち上がり直後に急峻なピークをもって立ち上がり、以降は急激に減衰する。
【０００９】
図１４を用いて更に詳細にこの現象を説明する。横軸に印加電圧Ｖを、縦軸に第１分極電荷Ｐをとって示している。ＥＬ素子に電圧が印加されていない状態で且つ発光層内部に第１分極電荷が存在しない場合には、図中の位置Ａ（分極量０）の状態にある。次いで、ＥＬ素子を発光させるべくパルス状の駆動電圧Ｖｒ（発光開始電圧よりも高い電圧）を印加すると、印加電圧Ｖの上昇に伴い図中の位置Ｂ（分極量Ｐｂ）の状態に推移し、この後、印加電圧Ｖが０になっても初めの位置Ａ（分極量０）の状態ではなく位置Ｃ（分極量Ｐｃ）の状態に移行する。つまり、電圧が印加されていなくとも発光層内部に第１分極電荷が残留している状態となる。このことは、発光層に発光開始電圧以上の電圧が印加された際に、一方の誘電体層の界面近傍から放出された電子が発光層を通過し、他方の誘電体層界面に到達して、界面近傍の深いトラップに捕獲されることに基づくものと考えられている。これらの捕獲電子と発光層中の正の空間電荷の間で定常的な電界が形成され保持される。この後、電極間の印加電圧の極性を反転させて同じくパルス状の駆動電圧−Ｖｒを印加すると、今度は位置Ｃ（分極量Ｐｃ）の状態から負電圧印加の傾斜線に沿って位置Ｄ（分極量０）の状態を経由し、位置Ｅ（分極量Ｐｅ）の状態まで推移する。この後、印加電圧が０になると位置Ｆの状態に推移する。この位置Ｆの状態では、負の第１分極電荷（分極量Ｐｆ）が残留した状態となっている。
【００１０】
このように、発光層内に第１分極電荷が残った状態のままであると、第１分極電荷によって生じる第１分極電圧が発光層の内部に印加されることとなる。その後、次回の発光時には、第１分極電圧が外部印加電圧に重畳して発光層に印加される。このため、非発光動作となる発光開始電圧Ｖｔｈ以下の電圧が印加されたにもかかわらず、第１分極電圧のために発光層に発光開始電圧Ｖｔｈを超えた実効電圧が印加されることとなり、誤発光が発生することがある。
【００１１】
従来、このような次回発光時の誤発光を防止するために、各フィールドごとに書き込み電圧を印加したあとに、その書き込み電圧とは逆極性の分極補正電圧を印加して第１分極電荷を消去しようとする方法が提案されている（例えば、特許文献４参照。）。図１５は、分極補正電圧を印加する駆動方法の一例を示したもので、各画素の発光層に印加される電圧のタイムチャートである。書き込み期間７１において、走査線毎に選択発光を実行した後、分極消去期間７２において、書き込み電圧とは逆極性の分極補正電圧を印加している。また、図１５に示すＣ１１、Ｃ１２は、走査電極を異にする任意の画素を示している。図中、画素に印加される外部電圧を実線で、また、残留する第１分極電荷により発光層に生じる第１分極電圧を破線で示している。この従来例では、線順次に書き込み電圧として発光開始電圧Ｖｔｈ以上の電圧が印加されて発光表示した後、すべての画素に対して、発光開始電圧Ｖｔｈ近傍の分極補正電圧が印加される。書き込み電圧の印加により、各画素は発光し、その後、発光層に残留する第１分極電荷によって発光層内部に書き込み電圧と逆極性の第１分極電圧が生じる。次に、分極補正電圧が印加されると、発光層には第１分極電圧と分極補正電圧が重畳された電圧が印加されることになり、この電圧の値が発光開始電圧Ｖｔｈ以上となることで画素は発光する。この発光後、発光層には分極補正電圧と逆極性の第１分極電圧が印加されるが、書き込み電圧印加後の第１分極電圧よりも小さくなるように分極補正電圧が設定される。
【００１２】
一方、図１２に示すような従来の薄膜型ＥＬ素子は、テレビ等の高品位ディスプレイとしては一般的に輝度が不十分である。ここでＥＬ素子に印加する外部電圧と発光層に配分される電圧との関係について説明する。ＥＬ素子に印加する外部電圧をＶ’とし、誘電体層の比誘電率をεｉ、膜厚をｄｉ、発光層の比誘電率をεｐ、膜厚をｄｐとすると、発光層に配分される電圧Ｖは次式（１）で与えられる。
【００１３】
Ｖ＝εｉ・ｄｐ／（εｉ・ｄｐ＋εｐ・ｄｉ）・Ｖ’          （１）
【００１４】
式（１）からも明らかなように、発光層に有効に電圧を配分するには、誘電体層の比誘電率の大きな材料を用いて、薄膜化することが望ましい。ＥＬ素子の輝度向上を目指し、例えば、特許文献５では、基板として絶縁性のセラミック基板を用い、二重絶縁構造を構成する一方の誘電体層を厚膜誘電体層としたＥＬ素子が提案されている。前記厚膜誘電体層は、ＢａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、ＰｂＴｉＯ３、ＣａＴｉＯ３、Ｓｒ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３、Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３等のペロブスカイト構造を有する誘電体材料の微粒子を有機高分子マトリクス中に分散、ペースト化した後、印刷法を用いて成膜し、次いで高温熱処理することで大きな比誘電率を実現している。一般的に前述のぺロブスカイト構造を有する強誘電体は、大きな比誘電率を有しており、ＥＬ素子の高輝度化においては好ましい。
【００１５】
【特許文献１】特公昭５２−３３４９１号公報
【特許文献２】特公昭６３−１５５９０号公報
【特許文献３】特開平０１−３０７７９７号公報
【特許文献４】特開平０３−６９９９０号公報
【特許文献５】特公平０７−４４０７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかし、本発明者は、上記従来例では、ＥＬ素子の特性や成膜過程での製造ばらつき等に起因して、十分に第１分極電荷が解消できず、第１分極電荷が偏在して残留することを見出した。
【００１７】
この現象について、図１５を用いて説明する。一般にＥＬ素子の特性や成膜過程での製造ばらつき等に起因して、書き込み電圧印加による発光後の第１分極電圧は画素ごとにばらつきを生じる。そこで、画素Ｃ１１と画素Ｃ１２をそれぞれ、同一の表示装置における発光後に残留する第１分極電荷によって生じる第１分極電圧の絶対値が一番小さい画素（Ｃ１１）と一番大きい画素（Ｃ１２）として考える。画素Ｃ１１と画素Ｃ１２のそれぞれの第１分極電圧を−ＶＰＭＩＮ、−ＶＰＭＡＸとする。
【００１８】
また、分極補正電圧はすべての画素にほぼ同一の値がかかるため、分極補正電圧の値を−ＶＥＰとすると、画素Ｃ１１と画素Ｃ１２の発光層には、それぞれＶＰＭＩＮ−（−ＶＥＰ）、ＶＰＭＡＸ−（−ＶＥＰ）の差電圧が印加される。ここで、すべての画素について分極補正を行うためには少なくともＶＰＭＩＮ＋ＶＥＰ＞Ｖｔｈを満たす必要がある。この関係を満たす限りなく小さいＶＥＰを設定すれば、画素Ｃ１１ではわずかに発光し、その後の第１分極電圧を非常に小さなものとすることができる。しかし、この場合でも、画素Ｃ１２ではＶＰＭＩＮとＶＰＭＡＸとの差分だけ大きな電圧が印加され、発光後に画素Ｃ１１よりも大きな第１分極電圧を残すことになる。
【００１９】
さらに、表示装置によってこのＶＰＭＩＮの値はばらつきを生じるため、すべての表示装置のすべての画素において確実に分極補正を行うためには、ＶＥＰをＶｔｈに限りなく近づける必要がある。このようにＶＥＰを大きくすると、分極補正時の印加電圧が大きくなり、その後の第１分極電圧が大きくなってしまう。
【００２０】
なお、画素Ｃ１２における分極補正後の第１分極電圧を小さくするために、ＶＥＰを小さく設定しすぎると、画素Ｃ１１においてＶＰＭＩＮ＋ＶＥＰ＞Ｖｔｈを満たさない場合が生じる。この場合には、画素Ｃ１１は分極補正電圧の印加により発光が行われず、第１分極電圧ＶＰＭＩＮがそのまま残ってしまう。
【００２１】
このように、ＥＬ素子の発光層内部に第１分極電荷が残留した状態であると、次回の発光時に印加される外部電圧に第１分極電荷によって生じる第１分極電圧が重畳され、発光開始電圧Ｖｔｈを超えて誤発光が発生することがある。加えて、表示装置が大画面化、高精細化するほど、実際には各画素ごとのＥＬ素子の特性ばらつきなどに起因して、発光開始電圧Ｖｔｈには微小な変動があり、電圧制御による階調表示は困難である。
【００２２】
また、輝度向上を目的として、誘電体層に比誘電率の大きな強誘電体材料を用いた場合、以下に説明する誘電体層の内部電荷によって発光層の内部に分極電荷が残留するという課題を見出した。強誘電体は電界を加えることにより分極反転が可能な自発分極を有しているため、外部より電圧パルスが印加されると、この自発分極により、印加電圧が０になった後も、発光層と誘電体層との界面には残留電荷が形成される。この残留電荷により発光層の内部に分極電荷が残留する。以下、この分極電荷を「第２分極電荷」と略記し、第２分極電荷によって発光層の内部に生じる電位差を「第２分極電圧」と略記する。
【００２３】
つまり、前述の発光に伴い発光層内を移動した電子が発光層と誘電体層との界面近傍の深いトラップに電子が捕獲されることに基づく第１分極電荷と、強誘電体による自発分極に基づく第２分極電荷の２種類の分極電荷が重畳され発光層内に残留する。以下、第１分極電荷と第２分極電荷を合わせたものを「分極電荷」と略記し、分極電荷によって発光層の内部に生じる電位差を「分極電圧」と略記する。
【００２４】
本発明の目的は、一連の制御シーケンスで、発光層に残留する分極電荷を確実に消去して、次回発光時にＥＬ素子にかかる実効電圧レベルを安定化することである。さらに追加的な目的は、一連の制御シーケンスとして、次回発光時にＥＬ素子にかかる実効電圧レベルを安定化すると共に多階調制御を両立させた高品位な表示装置の駆動方法並びに表示装置を提供することである。またさらに追加的な目的は、ＥＬ素子を用いたパッシブマトリクス駆動方式の表示装置において、高精細化の進展に伴い走査線数が増えても、テレビ等の高品位ディスプレイとして十分な輝度を実現する表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記目的のうち１つは、以下の表示装置によって達成される。第１の方向に沿って互いに平行に延在して配置された複数の走査電極と、前記走査電極と交差する第２の方向に沿って互いに平行に延在して配置された複数のデータ電極と、一対の前記走査電極と前記データ電極とが交差する画素において、前記走査電極と前記データ電極との間に面に垂直な方向から挟持された発光層及び誘電体層とを備えた表示部と、
発光させる前記画素を選択して、該選択された画素の前記発光層に対して、前記発光層が発光を開始する発光開始電圧以上の大きさの電圧が印加されるように、書き込み電圧パルスを印加する書き込みパルス供給手段と、
前記各画素の前記発光層に対して、前記発光層が発光を開始する発光開始電圧以下の大きさの電圧で始まり極性が正負交互に繰り返す減衰電圧パルスを供給する消去パルス供給手段と、
を備えていることを特徴とする表示装置。
【００２６】
上記目的のうち１つは、以下の駆動方法によって達成される。第１の方向に沿って互いに平行に延在して配置された複数の走査電極と、前記走査電極と交差する第２の方向に沿って互いに平行に延在して配置された複数のデータ電極と、一対の前記走査電極と前記データ電極とが交差する画素において、前記走査電極と前記データ電極との間に面に垂直な方向から挟持された発光層及び誘電体層とを備えた表示部を含む表示装置の駆動方法であって、
発光させる前記画素を選択して、該選択された画素の前記発光層に対して、前記発光層が発光を開始する発光開始電圧以上の大きさの電圧が印加されるように、書き込み電圧パルスを印加する書き込みステップと、
前記各画素の前記発光層に対して、前記発光層が発光を開始する発光開始電圧以下の大きさの電圧で始まり極性が正負交互に繰り返す減衰電圧パルスを印加する消去ステップと、
を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明に係る表示装置によれば、発光層内部に蓄積される分極電荷を、各画素に極性を正負交互に繰り返す減衰電圧パルスを印加することにより、効率的に消去することができ、次回発光時にＥＬ素子にかかる実効電圧レベルを安定化させるとことができる。また、本発明に係る表示装置の駆動方法によれば、一連の制御シーケンスとして、各画素に極性が正負交互に繰り返す減衰電圧パルスを印加する消去ステップを含むサブフィールド駆動方法を用いることにより、容易に高輝度で多階調表示が可能な高品位の表示装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態に係る表示装置及び表示装置の駆動方法について添付図面を用いて説明する。なお、図面において実質的に同一の部材には同一の符号を付している。
【００２９】
（実施の形態１）
本発明の第１実施形態に係る表示装置及び表示装置の駆動方法について、図１から図８を用いて説明する。
図１は、本発明の実施の形態１に係る表示装置１０の構成を示すブロック図である。この表示装置１０は、画像を表示する表示部１１と、該表示部１１を駆動する駆動部１２と、該駆動部１２を制御する制御部１３とを含む。駆動部１２は、データ電極駆動回路１２１、走査電極駆動回路１２２を含む。制御部１３は、サブフィールド分割手段１３１、書き込みパルス供給手段１３２、維持パルス供給手段１３３、消去パルス供給手段１３４を含む。
【００３０】
制御部１３を構成する各手段について説明する。
サブフィールド分割手段１３１は、全ての前記画素のうち選択された画素の発光によって表示される１つのフィールドを、表示する階調数に応じた複数個のサブフィールドに時間分割する。書き込みパルス供給手段１３２は、全ての画素のうち発光させる画素を選択して、該選択された画素の発光層に対して発光開始電圧以上の大きさの電圧が印加されるように、書き込み電圧パルスや変調電圧パルスを供給する。維持パルス供給手段１３３は、全ての画素に対して、書き込みによって生じた分極電圧とは逆極性であって発光層の発光開始電圧以下の大きさの所定の電圧から始まり極性が正負交互に繰り返される維持電圧パルスを、サブフィールドに割り当てられた階調数（輝度）に対応する所定のパルス数で供給する。このように、サブフィールドごとの表示動作において、画素の選択の有無に関係なく、全ての電極を介して全ての画素の発光層に発光開始電圧以下の電圧を印加するので、走査電極ごとの選択動作を行う必要がなく、よって、発光維持期間を長く取ることができる。また、サブフィールドの最初の書き込みステップで選択された画素以外では分極電圧が生じていないので発光開始電圧以下の外部電圧を印加しても誤発光を生じることがない。さらに、パルス数によってサブフィールドに割り当てられた輝度を得ることができる。消去パルス供給手段１３４は、各画素の発光層に対して、発光開始電圧以下の大きさの電圧で始まり極性が正負交互に繰り返す減衰電圧パルスを供給する。このように極性が正負交互に繰り返す減衰電圧パルスを印加することによって、発光層に残る分極電荷をほぼ消去することができる。
【００３１】
図２は、表示部１１の構成を示す斜視図である。表示部１１は、第１方向（図１及び図２では列方向）に沿って互いに平行に延在して配置された複数のデータ電極Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３・・・Ｘｉ・・・ＸＮと、上記第１方向に対して垂直な第２方向（図１及び図２では行方向）に沿って互いに平行に延在して配置された複数の走査電極Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３・・・Ｙｊ・・・ＹＭとを備える。一対のデータ電極Ｘｉと走査電極Ｙｊとが交差する部分は、画素Ｃｉｊと呼ばれる。この表示部１１は、Ｎ×Ｍ個の画素Ｃｉｊが２次元配列されている。また、各画素Ｃｉｊは、その添え字のｉとｊによって画素位置を表すものとする。例えば、図１の画素Ｃ１１はデータ電極Ｘ１と走査電極Ｙ１とが交差する箇所の画素を表し、画素Ｃ２１はデータ電極Ｘ２と走査電極Ｙ１とが交差する箇所の画素を表し、画素Ｃ１２はデータ電極Ｘ１と走査電極Ｙ２とが交差する箇所の画素を表す。従って、画素Ｃ１１と画素Ｃ２１は走査電極Ｙ１に接続されており、画素Ｃ１２は走査電極Ｙ２に接続されている。一方、画素Ｃ１１と画素Ｃ１２はデータ電極Ｘ１に接続されており、画素Ｃ２１はデータ電極Ｘ２に接続されている。
【００３２】
図３は、図２のＡ−Ａ線に沿った発光面に垂直な断面図である。図３に示すように、それぞれの画素Ｃｉｊは、基板１４の上に順に積層された、データ電極Ｘｉ、第１誘電体層１５，発光層１６、第２誘電体層１７、及び走査電極Ｙｊからなる。各画素Ｃｉｊは一つのＥＬ素子１００に対応するものである。各ＥＬ素子１００は、図１３に示すような印加電圧−輝度特性を有する。したがって、表示部１１は、複数のＥＬ素子１００が２次元配列していると考えることができる。なお、この実施の形態では、第１誘電体層１５，発光層１６、第２誘電体層１７が各画素Ｃｉｊにわたって連続する層として設けられているが、このような構成に限られず、第１誘電体層１５，発光層１６、第２誘電体層１７のうちの所定の層について各画素Ｃｉｊごとに別個に設けられている構成であってもよい。例えば、発光層１６を各画素Ｃｉｊごとに分離してもよい。あるいは、各画素ＣｉｊごとにＥＬ素子１００がデータ電極Ｘｉ及び走査電極Ｙｊを除いてそれぞれ分離されており、各ＥＬ素子１００が２次元配列したＥＬ素子アレイを用いてもよい。この場合、Ｎ個のデータ電極ＸｉとＭ個の走査電極Ｙｊのそれぞれの交差する画素ＣｉｊのすべてにＥＬ素子１００を構成していればよい。
【００３３】
また、第２誘電体層１７および走査電極Ｙｊは光透過性を有する材料で構成されることが好ましい。この場合には、発光層１６からの発光は、第２誘電体層１７及び走査電極Ｙｊを介して外部へ透過させることができる。以下に第１誘電体層１５及び第２誘電体層１７及び走査電極Ｙｊについて説明する。
【００３４】
第１誘電体層１５及び第２誘電体層１７は、高い電界を印加した場合にＥＬ素子が破壊されないように電気絶縁性が高く、誘電率が高いものが好ましい。また、ＥＬ素子が破壊されないようにピンホールや欠陥が少ないことが好ましい。さらに、発光体層や電極と積層するために密着性がよいことが好ましい。またさらに、ディスプレイ用として膜厚や膜質が均一で広い面積にわたって作製しやすいことが好ましい。また、ＥＬ素子作製時に高温プロセスを要する場合は耐熱性が高いことが好ましい。特に、絶縁破壊がＥＬ素子全体に広がらない非伝播型であることが望ましい。さらに、発光層１６からの発光を外部に取り出すために第１誘電体層１５及び第２誘電体層１７のうち少なくとも一方には可視領域を透過する材料を用いることが好ましい。この第１誘電体層１５及び第２誘電体層１７を構成する誘電体としては、強誘電体を主体とする誘電体が使用できる。強誘電体としては、前述のＢａＴｉＯ３他以外に、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３、（Ｐｂ，Ｌａ）ＴｉＯ３、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、（Ｂｉ，Ｎａ）ＴｉＯ３、（Ｂｉ，Ｎｉ）ＴｉＯ３、(Ｂｉ，Ｌａ）ＴｉＯ３、擬イルメナイト構造を有するＫＮｂＯ３、ＮａＮｂＯ３、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、タングステン・ブロンズ構造を有するＰｂＮｂ２Ｏ６、Ｂａ２ＮａＮｂＯ１５、パイクロア構造を有するＣｄ２Ｎｂ２Ｏ７、Ｐｂ２Ｎｂ２Ｏ７、ビスマス層状構造を有するＢｉ４Ｔｉ３Ｏ１２、ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９、ＣａＢｉ４Ｔｉ４Ｏ１５などを主体とする誘電体、またはこれらの混合物、またはこれらと常誘電体との混合物を使用できる。強誘電体は、スパッタリング法、ＥＢ蒸着法、抵抗加熱蒸着法、ＣＶＤ法、スクリーン印刷法、スピンコート法、インクジェット法、ディッピング法、バーコート法、その他公知の成膜方法により成膜することができ、この誘電体層は強誘電体特性の残留分極量Ｐｒ、抗電界Ｅｃを調整する目的で熱処理しても構わない。残留分極量Ｐｒが大きければ、ＥＬ素子内部の分極電圧が大きくなり、後述するように発光開始電圧と維持電圧との差が広がって動作マージンを拡大できる。残留分極量Ｐｒとしては、３μＣ／ｃｍ２以上が好ましく、さらに５μＣ／ｃｍ２以上がより好ましい。一方、抗電界Ｅｃは大きすぎると、誘電体層内の分極反転による電力ロスが増大するため、１ＭＶ／ｃｍ以下が好ましく、さらに０．５ＭＶ／ｃｍ以下がより好ましい。また、発光層１６成膜時の欠陥形成を防止したり、発光層１６からの発光を外部に効率よく取り出す目的で、誘電体層の表面を滑らかにするために研磨等の平滑化処理を行ったり、誘電体層上に平滑層を設けてもよい。強誘電体の膜厚は強誘電体のＰｒとＥｃ等から調整すればよい。
【００３５】
また、光透過性を有する電極材料としては、特に好適な例としては、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）、ＩｎＺｎＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ２等が用いられるが、これらに限定されるものではない。更に、ポリアニリン、ポリピロール、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ等の導電性樹脂を用いることもできる。この電極の膜厚は、必要とされるシート抵抗値と可視光透過率から決定される。なお、カラー表示装置の場合、一般的にＲＧＢの画素をストライプ配列やデルタ配列することによりカラー表示を実現する。ＲＧＢの画素毎に配置されるデータ電極に対して、走査線毎に配置される走査電極は、電極幅を大きく取ることができる。ＩＴＯに代表される光透過性電極は、金属電極に比べて抵抗が大きいため、電極幅が大きい走査電極として用いることにより、電極抵抗を低く抑えることができる。
【００３６】
またさらに、発光層１６としては、公知の蛍光材料を用いることができる。例えば、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ等の第１２族−第１６族間化合物や、ＣａＳ、ＳｒＳ等の第２族−第１６族間化合物蛍光材料、ＺｎＭｇＳ、ＣａＳＳｅ、ＣａＳｒＳ等の前記化合物の混晶、又は部分的に偏析していてもよい混合物、さらには、ＣａＧａ２Ｓ４、ＳｒＧａ２Ｓ４、ＢａＧａ２Ｓ４等のチオガレート系蛍光材料、ＣａＡｌ２Ｓ４、ＳｒＡｌ２Ｓ４、ＢａＡｌ２Ｓ４等のチオアルミネート蛍光材料、Ｇａ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３等の金属酸化物蛍光材料、また、Ｚｎ２ＳｉＯ４等の多元酸化物蛍光材料等が挙げられる。これらの蛍光材料にはそれぞれ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｃｅ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌ等の金属元素から選ばれる少なくとも１種類の元素が賦活されている。また、賦活物質としてはＣｌ、Ｉのような非金属元素やＴｂＦ３やＰｒＦ３等のフッ化物を用いてもよい。更に、上記の賦活物質のうち２種類以上を同時に賦活してもよい。発光層１６の成膜方法については、スパッタリング法、ＥＢ蒸着法、抵抗加熱蒸着法、ＣＶＤ法、インクジェット法、ディッピング法、スピンコート法、スクリーン印刷法、バーコート法、その他公知の成膜方法を用いることができる。
【００３７】
またさらに、発光層１６をＲＧＢの各色の蛍光体で色分けして成膜すれば、カラーの表示装置が得られる。あるいは、単一色又は２色の発光層による表示装置を作成した後、カラーフィルター及び／又は色変換フィルターを用いて、ＲＧＢの各色を表示することで、別例のカラー表示装置を得ることもできる。
【００３８】
次に、この表示装置１０の駆動方法について、図１及び図４〜図６を用いて説明する。図４は、この表示装置１０の駆動方法のフローチャートである。
（ａ）まず、サブフィールド分割手段１３１に１フィールド分の画像データＳ１が入力される（Ｓ０１）。
（ｂ）次に、サブフィールド分割手段１３１では、図５に示すように、１フィールド３０を、表示する階調数２ｎに応じた輝度を割り当てたｎ個（図５では８個）のサブフィールド３１〜３８に時間分割する（Ｓ０２）。分割したｎ個のサブフィールドは、維持期間の時間的長さが、割り当てた輝度の重みに対応するように設定される。このｎ個のサブフィールド３１〜３８の維持期間の時間的長さは最短のサブフィールド３１から最長のサブフィールド３８にわたって順に２倍になっており、画素を発光させるサブフィールドの組み合わせは２ｎ段階存在する。そこで、画素を発光させる時間を、画素を発光させるサブフィールドの組み合わせとして選択することによって、２ｎ段階の階調制御を実現することができる。
（ｃ）さらに、サブフィールド分割手段１３１によって、図６に示すように、サブフィールド２０は、書き込み期間２１と、維持期間２２と、消去期間２３とに時間分割される。
（ｄ）各サブフィールドの表示において（Ｓ０３）、書き込み期間２１には、表示する画像データに応じて、表示部の画素を選択する書き込みステップ（Ｓ０４）が行われる。次いで維持期間２２には、維持ステップ（Ｓ０５）、さらに消去期間２３には消去ステップ（Ｓ０６）が行われて、１サブフィールドの表示動作が完了する。
（ｅ）上記表示動作をｎ個のサブフィールドにわたって行う（Ｓ０７）ことによって、１フィールド分の表示動作が完了する（Ｓ０８）。
以下、各表示動作ステップについて、さらに詳細に説明する。
【００３９】
図５は、図１に示す表示装置１０に１枚の画像を表示するのに要する１フィールド３０の表示動作を示す図である。本実施形態においては階調数２８の場合について説明する。１フィールド３０は、８個のサブフィールド３１〜３８に分割され、各サブフィールド３１〜３８は、発光画素を選択する書き込み期間３１ａ〜３８ａと、選択された発光画素を所定の明るさで発光させる維持期間３１ｂ〜３８ｂと、各画素の発光層内部に形成された分極電荷の状態を、すべての画素で均一に消去する消去期間３１ｃ〜３８ｃからなる。維持期間３１ｂ〜３８ｂは、各サブフィールド３１〜３８に対して割り当てられる輝度の相対比が、それぞれ１／２8、１／２７、１／２６、１／２５、１／２４、１／２３、１／２２、１／２１になるように、その時間的長さを１Ｔ（Ｔはクロック信号の時間的基準長さ）、２Ｔ、４Ｔ、８Ｔ、１６Ｔ、３２Ｔ、６４Ｔ、１２８Ｔのように設定される。この維持期間３１ｂ〜３８ｂを選択的に発光させることにより、１フィールド３０単位の表示画像を２５６階調で表現することが可能となる。なお、図５では維持期間３１ｂ〜３８ｂの時間的長さが短い順に各サブフィールド３１〜３８を配置しているが、各サブフィールドの並び順の選択は任意であって、上記の場合に限定されない。むしろ時間的長さの順に配置すると表示装置によっては動画の不自然さが発生しやすいので、表示装置に適した並び順の最適化が望ましい。
【００４０】
図６は、本発明に係る表示装置１０の駆動方法において、１つのサブフィールド２０内で画素Ｃ１１、Ｃ２１、Ｃ１２、Ｃ２２の発光層１６に印加される外部電圧（図中、実線で示す）と画素の発光層１６内部において分極電荷により生じる分極電圧（図中、破線で示す）を示す波形図である。またさらに、駆動部１２からデータ電極Ｘ１、Ｘ２及び走査電極Ｙ１、Ｙ２対して出力される電圧を示す波形図である。このサブフィールド２０は、書き込み期間２１と、それに続く維持期間２２と、それに続く消去期間２３に時間分割されている。この図６においては、図１で示した画素Ｃ１１、Ｃ１２及び画素Ｃ２２が発光表示すべき画素（以下、発光画素と略記）として示し、画素Ｃ２１が発光表示すべきでない画素（以下、非発光画素と略記）として示している。なお、本明細書及び図面において、発光層に印加される電圧とは、走査電極を基準とした電位差のことであり、走査電極の電圧を０として表記する。
【００４１】
図７（ａ）及び（ｂ）は書き込みステップにおけるＥＬ素子内の電荷移動の様子を模式的に示した図である。図７の（ａ）は、書き込みステップにおいて、発光画素として選択した画素Ｃ１１に発光開始電圧Ｖｔｈ以上の電圧を印加して発光させる場合に発光層１６内を電流が流れることを示す図である。図７の（ｂ）は、書き込みステップを終えた後、発光層１６に残存する分極電圧を示す図である。
【００４２】
まず、書き込みステップ（Ｓ０４）について説明する。書き込みステップは、図６に示す書き込み期間２１において走査電極Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３・・・Ｙｊ・・・ＹＭごとに、線順次で実行される。実行時、書き込みパルス供給手段１３２から駆動部１２の走査電極駆動回路１２２を介して各走査電極Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３・・・Ｙｊ・・・ＹＭに順次書き込み電圧パルスＰＷ（発光層１６への印加電圧−ＶＷ、ＶＷは０＜ＶＷ＜Ｖｔｈの関係を持つ実数、以下書き込み電圧と略記）が印加される。同時に、走査電極Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３・・・Ｙｊ・・・ＹＭごとに選択したデータ電極Ｘｉには、書き込みパルス供給手段１３２から駆動部１２のデータ電極駆動回路１２１を介して変調電圧パルスＰＭ（発光層１６への印加電圧ＶＭ若しくは−ＶＭ、ＶＭは０＜ＶＭ＜Ｖｔｈの関係を持つ実数、以下変調電圧と略記）が選択的に印加される。具体的には、発光画素（例えば図６に示す画素Ｃ１１）には、書き込み電圧−ＶＷと逆極性の変調電圧ＶＭが印加され、一方の非発光画素（例えば図６に示す画素Ｃ２１）には、書き込み電圧−ＶＷと同極性の変調電圧−ＶＭが印加される。ここで、書き込み電圧ＶＷと変調電圧ＶＭとは、下記不等式（２）と（３）を満足する値として与えられる。
【００４３】
ＶＷ＋ＶＭ＞Ｖｔｈ              （２）
｜ＶＷ−ＶＭ｜＜Ｖｔｈ          （３）
【００４４】
この書き込みステップによって、例えば一対の走査電極Ｙ１及びデータ電極Ｘ１で選択された発光画素Ｃ１１には書き込み電圧ＶＷと変調電圧ＶＭとの重畳効果が生じて、これらの差電圧ＶＭ−（−ＶＷ）＝ＶＭ＋ＶＷが印加される。この差電圧ＶＭ＋ＶＷは上記不等式（２）を満たしており、その電圧の大きさは発光開始電圧Ｖｔｈ以上となる（図６）。このとき、図７（ａ）に示すように、発光画素Ｃ１１の発光層１６では、前述のように数μ秒の時間内に発光に寄与する電流が流れて発光する。その結果、画素Ｃ１１の発光層１６と第１誘電体層１５及び第２誘電体層１７との両界面には分極電荷が残留して、図６の発光画素Ｃ１１に点線で示すように、発光層１６の内部には上記書き込み電圧ＶＷと変調電圧ＶＭとの差電圧とは逆極性の分極電圧（−ＶＰ）が生じる（図７（ｂ））。また、図６に示す一対の走査電極Ｙ２及びデータ電極Ｘ１で選択されたＣ１２と、一対の走査電極Ｙ２及びデータ電極Ｘ２で選択されたＣ２２についても、同様に分極電圧（−ＶＰ）が生じる。一方、非発光画素Ｃ２１には走査電極Ｙ１より印加される書き込み電圧ＶＷとデータ電極Ｘ２より印加される変調電圧ＶＭとの相殺効果が生じて、これらの差電圧−ＶＭ−（−ＶＷ）＝ＶＷ−ＶＭが印加される。この差電圧ＶＷ−ＶＭは上記不等式（３）を満たしており、その電圧の大きさは発光開始電圧Ｖｔｈに満たないため発光に至らない。従って、非発光画素Ｃ２１の発光層１６には分極電荷が残存しない（図６、図７（ｂ））。
【００４５】
これらの駆動動作における各電極への出力電圧との関連を、図１及び図６を元にさらに詳細に説明する。なお、各電極に対して出力される電圧とは、所定の基準からの電位差のことであり、所定の基準をＧＮＤ電位として表記する。図６では、例えばＥＬ素子に印加する外部電圧ＶＷ’によって、発光層に配分される電圧をＶＷと表記する。駆動部１２内の走査電極駆動回路１２２により、任意のクロック信号（周波数）に応じて書き込み電圧−ＶＷ’を与える走査電極Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３・・・Ｙｊ・・・ＹＭが順次選択される。同時に、データ電極駆動回路１２１により、データ電極Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３・・・Ｘｉ・・・ＸＮに対して、発光画素（図６の画素Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ２２）に接続されたデータ電極には変調電圧ＶＭ’、非発光画素（図６の画素Ｃ２１）に接続されたデータ電極には変調電圧−ＶＭ’の２値が選択的に印加される。例えばＶＷ’を１５０Ｖ、ＶＭ’を１００Ｖと仮定すると、書き込み電圧と変調電圧との差電圧が約２５０Ｖとなる。一方の非発光画素では書き込み電圧と変調電圧との差電圧が約５０Ｖとなる。このようにして所望の表示データの書き込みが行われ、発光開始時の外部印加電圧Ｖｔｈ’を２００Ｖと仮定すれば、発光画素のみが選択的に発光し、その結果として発光層１６内部に分極電荷が選択的に形成される。さらに、図６に示す発光画素Ｃ１２について説明する。発光画素Ｃ１２は、走査電極Ｙ２とデータ電極Ｘ１とが交差する箇所である。書き込み期間２１では、走査電極ごとに線順次に書き込みが行われるので、走査電極Ｙ１への書き込み電圧パルス印加の後、走査電極Ｙ２への書き込み電圧パルス印加が行われる。そのため発光画素Ｃ１２への書き込みステップは発光画素Ｃ１１への書き込みステップの後に行われ、以降、走査電極Ｙ３〜ＹＭへ線順次に書き込みステップが実行される。なお、前述のデータの書き込み方法（画素の選択方法）は一例であって、他の書き込み方法であってもよい。また、前述の書き込み方法では、書き込み電圧パルスＰＷが負電圧パルスの場合を示したが、書き込み電圧パルスＰＷが正電圧パルス、若しくは正電圧パルスと負電圧パルスをフィールド若しくはサブフィールド毎に交互に切り替える方法であってもよい。この場合、書き込み電圧パルスＰＷの電圧極性に応じて、変調電圧パルスＰＭの発光画素／非発光画素に対応する電圧極性を変化させればよい。またさらに、前述の書き込み方法では、変調電圧パルスＰＭのデータ電極への出力基準電圧を、ＶＭ、−ＶＭの正負同電圧の２値としたが、異なる電圧や、一方の条件がＧＮＤ電位であってもよい。
【００４６】
次に、維持ステップ（Ｓ０５）について説明する。維持ステップ（Ｓ０５）は、すべてのデータ電極Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３・・・Ｘｉ・・・ＸＮに対して同時に実行される。実行時、維持パルス供給手段１３３から駆動部１２のデータ電極駆動回路１２１を介して維持電圧パルスＰＳ（発光層１６への印加電圧ＶＳまたは−ＶＳ、以下維持電圧と略記）がデータ電極Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３・・・Ｘｉ・・・ＸＮに印加される。ここで、維持電圧パルスＰＳは、上記書き込み電圧ＶＷと変調電圧ＶＭとの差電圧とは逆極性、つまり発光層の内部に生じる分極電圧ＶＰと同極性の電圧から開始される正負交互パルスであり、また、維持電圧ＶＳは、下記不等式（４）を満足する値（実数）として与えられる。
【００４７】
Ｖｔｈ−ＶＰ＜ＶＳ＜Ｖｔｈ          （４）
【００４８】
つまり、書き込みステップ（Ｓ０４）により画素の発光層１６内部に分極電荷が形成されている発光画素Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ２２のみ、分極電圧（−ＶＰ）が重畳されるため、実質的に分極電圧分だけ発光開始電圧が低下していると考えることができる。このため、上記不等式（４）を満足するように分極電圧ＶＰと同極性の維持電圧（−ＶＳ）で始まる維持電圧パルスＰＳを印加することによって発光画素の発光層に印加される実効電圧の大きさが発光開始電圧Ｖｔｈを越えて発光させることができる。また、この発光により、発光画素Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ２２の発光層１６内部には維持電圧パルスＰＳと逆極性の分極電荷が形成され、分極電圧ＶＰが生じる。続いて、最初の維持電圧パルスの維持電圧（−ＶＳ）とは逆極性である次の維持電圧（ＶＳ）パルスが全ての画素に印加され、発光画素では前回の維持電圧パルスにより発光層に残留している分極電圧ＶＰに分極電圧と同極性の維持電圧パルスの電圧ＶＳが重畳され、発光層１６へ印加される実効電圧の大きさが発光開始電圧Ｖｔｈを越えて発光する。この場合も維持電圧パルスの電圧とは逆極性の分極電荷が形成される。以降、サブフィールドに割り当てられた階調数に対応するパルス数の維持電圧パルスが正負交互に印加される。
【００４９】
なお、図６に示すように、維持電圧パルスＰＳの出力電圧ＶＳ’と変調電圧パルスＰＭの出力電圧ＶＭ’とが同電圧であってもよい。また、維持電圧パルスＰＳは、上記書き込み電圧ＶＷと変調電圧ＶＭとの差電圧とは逆極性、つまり発光層の内部に生じる分極電圧ＶＰと同極性の電圧から開始されることが好ましいが、上記書き込み電圧ＶＷと変調電圧ＶＭとの差電圧とは同極性、つまり発光層の内部に生じる分極電圧ＶＰと逆極性の電圧から開始されることとしてもよい。この場合、の最初のパルスでは発光しないが、次のパルスから発光が行われることになる。またまたさらに、前述の維持電圧パルスＰＳは、すべてのデータ電極Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３・・・Ｘｉ・・・ＸＮより供給する方法としたが、すべての走査電極Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３・・・Ｙｊ・・・ＹＭより供給する方法であってもよい。
【００５０】
一方、非発光画素Ｃ２１は、分極電荷がなく、発光層１６に生じる分極電圧をもっておらず、維持期間にわたって発光開始電圧Ｖｔｈ以下の大きさの維持電圧ＶＳが印加されるのみであり、発光層１６に印加される実効電圧の大きさが発光開始電圧Ｖｔｈに満たないため発光しない。発光開始電圧Ｖｔｈ以下の大きさであって、書き込み電圧と変調電圧とを印加した時点の極性とは逆極性の電圧から始まり、極性が正負交互に繰り返す維持電圧パルスＰＳを全ての画素に印加することにより、発光画素Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ２２では維持期間２２中発光が継続され、非発光画素Ｃ２１では維持期間２２中は発光が行われないようにすることができる。
【００５１】
なお、上述したように維持ステップが行われる維持期間２２は、その時間的長さが表示する階調数２ｎに応じて分割したｎ個のサブフィールドに対して割り当てられる階調数に対応するように設定される。各サブフィールドでの発光回数は書き込みステップでの書き込み電圧パルスと維持ステップでの維持電圧パルスＰＳのパルス数との積算分の回数であり、これが各サブフィールドに割り当てられた階調数に対応する。１フィールドの階調数は各サブフィールドの発光／非発光の組み合わせから選択することによって２ｎ段階の階調数を得ることができる。
【００５２】
次に、消去ステップ（Ｓ０６）について説明する。消去ステップは、消去期間２３において、図１に示すすべてのデータ電極Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３・・・Ｘｉ・・・ＸＮに対して同時に実行される。消去ステップの実行時、消去パルス供給部１３４から駆動部１２のデータ電極駆動回路１２１を介して各データ電極Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３・・・Ｘｉ・・・ＸＮに消去電圧パルスＰＥが印加される。ここで、消去電圧パルスＰＥは、図６に示すように、前記維持電圧パルスＰＳの最後のパルスの極性に対して逆極性の電圧（−ＶＥ１）から開始され、極性が正負交互に繰り返される減衰電圧パルスである。この消去電圧パルスＰＥは、例えば、矩形パルスが正負交互に繰り返され、印加される電圧（以下、消去電圧という）が減衰していく波形を有する。その消去電圧ＶＥは、例えば前記維持電圧パルスＰＳの最後のパルスが正極性である場合、−ＶＥ１、ＶＥ２、−ＶＥ３、ＶＥ４・・・（但し、各電圧の大きさは、Ｖｔｈ＞ＶＳ＞ＶＥ１＞ＶＥ２＞ＶＥ３＞ＶＥ４＞０の関係にある）のように、印加電圧の絶対値が徐々に低下する減衰電圧パルスとして与えられる。これにより、画素の発光層１６内部に形成された分極電荷は消去され、次のサブフィールドの書き込みステップにおいて、新たな表示データの書き込みが行われる。
【００５３】
図８は、消去期間２３において、極性が正負交互に繰り返す減衰電圧パルスによって、画素の発光層内部に残留する分極電荷が消去される過程について示す図である。上記書き込み期間１１１が完了した時点での残留分極電荷量がＰＥ０であるとする。続いて、前述のように、印加電圧が−ＶＥ１、ＶＥ２、−ＶＥ３、ＶＥ４・・・（但し、それぞれの電圧の大きさは、Ｖｔｈ＞ＶＥ１＞ＶＥ２＞ＶＥ３＞ＶＥ４＞０の関係にある）と順次低下していく減衰電圧パルスを印加すると、図８に示すように、位置Ｅ０→Ｅ１→Ｅ２→Ｅ３→Ｅ４→Ｅ５と漸次分極電荷量が０に近づくように推移し、やがて分極電荷量０へと至る。従来例のように逆極性の単一消去電圧パルスのみでは、強誘電体の自発分極に伴う残留電荷やＥＬ素子の特性や製造ばらつき等に起因して、十分に分極電荷の消去ができず、電荷の偏りが生じてしまう。特に、本実施形態に係る駆動方法のように、パルス幅が１〜３μｓｅｃ程度になると分極電荷の残存が顕著となる。本発明者は、前述のような減衰電圧パルスを用いることで、短時間で偏りなく発光層１６の第１分極電荷および第２分極電荷を消去できることを見出した。これにより、次のサブフィールドの書き込みが安定して実行され、表示品質が向上する。この時、減衰電圧パルス数が多すぎると、発光に寄与しない電力消費が増えてしまうため、減衰電圧パルス数としては２個以上２０個以下とすることが好ましく、さらに４個以上１０個以下とすることがより好ましい。なお、図８は、分極電圧が正の状態より開始される消去動作を示しているが、分極電圧が負の状態より開始される消去動作の場合も実質的に同様である。また、前述の減衰電圧パルスの印加電圧は、漸次減衰していればよく、ＶＥ１からＶＥｎ（ｎは整数）まで続く減衰電圧の値の一部ＶＥｋとＶＥｋ＋１（１≦ｋ≦ｎ、ｋは整数）とがＶＥｋ≧ＶＥｋ＋１の関係である領域があってもよい。
【００５４】
なお、消去電圧パルスＰＥは、維持電圧パルスＰＳの最後のパルスの極性に対して逆極性の電圧から開始されることが好ましいが、維持電圧パルスＰＳの最後のパルスの極性に対して同極性の電圧から開始されることとしてもよい。但し、データ電極によって消去電圧パルスＰＥの位相をずらし、例えば第１波の極性を反転するなどして、同一サブフィールド内で正負それぞれの極性で開始されるものが混在すると、分極電荷の消去ムラが発生すると同時に、隣接する電極間に電位差が生じ、沿面放電によって電極間での絶縁破壊等を引き起こす。特に、強誘電体材料を用いた誘電体層では絶縁破壊を引き起こしやすい。また、パルスの位相のみを合わせて、データ電極ごとに時間差を設けた消去電圧パルスＰＥとした場合、消去期間が長くなるのに伴って相対的に発光期間が短くなるため、輝度低下を引き起こす。これは高精細化の進展に伴う走査線数の増加に対しては、より顕著な問題となる。本実施の形態では、すべての画素に対して一括に同位相の消去電圧パルスＰＥを印加することで、これらの問題を解決している。また、前述の消去電圧パルスＰＥは、すべてのデータ電極Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３・・・Ｘｉ・・・ＸＮより供給する方法としたが、すべての走査電極Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３・・・Ｙｊ・・・ＹＭより供給する方法であってもよい。
【００５５】
前述の書き込みステップ（Ｓ０４）、維持ステップ（Ｓ０５）、消去ステップ（Ｓ０６）と続く一連の表示動作は、各サブフィールド３１〜３８の各表示データに対して実行され（Ｓ０７）、１フィールド３０の表示動作を完了する（Ｓ０８）。
【００５６】
ここで、本実施の形態に係る表示装置１０の駆動方法の応答性について説明する。例えば、ＶＧＡ仕様（６４０×４８０）の表示装置を想定し、これを階調数２８、フレーム周波数６０Ｈｚのパッシブマトリックス駆動で、階調数２8の制御を行う場合、各パルス幅は１〜３μｓｅｃ程度となる。一方、各画素の発光層１６内において、発光開始電圧Ｖｔｈ以上の電圧（２ＭＶ／ｃｍ程度の電界強度）が印加される際、電子の飽和ドリフト速度は、発光層の材料にもよるが、大凡１０７ｃｍ／ｓ程度である。発光層の膜厚を１μｍとした場合、電子は数１０ｐｓｅｃ程度で一方の誘電体層１５（又は１７）の界面から他方の誘電体層１７（又は１５）の界面に移動するため、上記パルス幅であっても十分に分極状態を形成する。加えて、発光層１６を挟持する誘電体層１５、１７についても、誘電体材料にもよるが、数１０ｎｓｅｃ程度で分極反転するため、上記パルス幅であっても安定した動作を示す。
【００５７】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る表示装置の駆動方法について、図９及び図１０を用いて説明する。図９は、この表示装置の駆動方法のフローチャートである。また、図１０は、この表示装置の駆動方法において１枚の画像を階調数２８で表示するのに要する１フィールド４０の表示動作を示す図である。この表示装置の駆動方法は、実施の形態１に係る表示装置の駆動方法と比較すると、１フィールド４０を８個のサブフィールド４１〜４８に分割する点では同様である。また、各サブフィールドのうち第２サブフィールド４２〜第８サブフィールド４８にわたって、発光画素を選択する書き込み期間４２ａ〜４８ａと、選択された発光画素を所定の明るさで発光させる維持期間４２ｂ〜４８ｂと、発光層内部に形成された分極電荷の状態をすべての画素で均一に消去する消去期間４２ｃ〜４８ｃに時間分割する点においても同様である。一方、８個のサブフィールドのうち、階調数に応じて割り当てられた時間長さが最も短い第１サブフィールド（時間長さ１Ｔ）４１については、維持期間をなくして、書き込み期間４１ａの後に直ちに消去期間４１ｃを設けている点で相違する。このため、第１サブフィールド４１の発光輝度は、書き込み期間４１ａにおいて得られる発光より決定される。一方、第２サブフィールド４２〜第８サブフィールド４８（時間長さ２Ｔ〜１２８Ｔ）については、実施の形態１と同様、書き込み期間、維持期間、消去期間を経て表示動作を完了する。これにより、輝度のダイナミックレンジを維持しつつ、特に低輝度領域でのコントラストを大きくとって、例えば人間の眼のγ特性により近い階調性を得ることができる。なお、図１０は維持期間４２ｂ〜４８ｂの時間的長さが短い順に各サブフィールド４１〜４８を配置しているが、サブフィールドの並び順の選択は任意であって、これに限定されない。むしろ時間的長さの順に配置すると表示装置によっては動画の不自然さが発生しやすいので、表示装置に適した並び順の最適化が望ましい。
【００５８】
この表示装置の駆動方法では、実施の形態１に係る表示装置の駆動方法と比較すると、１フィールド４０をｎ個（図１０ではｎ＝８）のサブフィールド４１〜４８に時間分割するステップ（Ｓ１２）までは同様である。その後、各サブフィールドの表示の際に割り当てられた時間長さが最短のサブフィールド４１であるか否か判断し（Ｓ１３）、最短のサブフィールド４１については維持ステップを行わず、書き込みステップ（Ｓ１５）と消去ステップ（Ｓ１６）のみを行う点で相違する。なお、最短のサブフィールド４１以外のサブフィールド４２〜４８の各ステップ（Ｓ１７〜Ｓ２０）、全サブフィールドの表示確認（Ｓ２１）及び１フィールド４０の表示（Ｓ２２）は実施の形態１と同様である。
【００５９】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る表示装置５０について、図１１を用いて説明する。図１１は、この表示装置５０の構成を示すブロック図である。表示装置５０は、実施の形態１に係る表示装置１０と比較すると、Ａ／Ｄ変換手段５５、フレームメモリ５４、駆動用電源５６をさらに備える点で相違する。
【００６０】
次に、この表示装置５０の表示動作について説明する。入力される画像データの映像信号Ｓ２は、Ａ／Ｄ変換手段５５により、ｎビットのデジタル映像信号Ｓ３に変換され、フレームメモリ５４に格納される。この後、制御手段５３では、まず、サブフィールド分割手段５３１で、映像信号Ｓ３を階調の重みに応じた１ビット分の信号を取り出し、各サブフィールドの映像信号Ｓ４を順次出力する。これらの映像信号Ｓ４に基づいて、まず、書き込みパルス供給手段５３２からデータ電極駆動回路５２１に変調電圧パルスＰＭのデータが送出される。データ電極駆動回路５２１は、発光及び非発光に応じた所定の変調電圧ＶＭまたは−ＶＭを各データ電極Ｘ１〜ＸＮへ印加する。一方、走査電極Ｙ１〜ＹＭについては、線順次に走査され、各走査電極Ｙ１〜ＹＭの走査開始タイミングより走査終了タイミングまでの間、書き込みパルス供給手段５３２から走査電極駆動回路５２２に書き込み電圧パルスＰＷのデータが送出される。走査電極駆動回路５２２から所定の書き込み電圧−ＶＷを走査電極Ｙ１〜ＹＭへ印加する。これを１画面分実行することにより、すべての画素に対して書き込みを行う。続いて、維持パルス供給手段５３３は、画面のすべての画素に対して同じタイミングで維持電圧パルスＰＳを発生し、データ電極駆動回路５２１から、発光開始電圧Ｖｔｈ以下の所定の電圧ＶＳまたは−ＶＳを走査電極に印加する。実施の形態１に係る表示装置の駆動方法と同様に、書き込みステップにおけるデータ電極Ｘ１〜ＸＮと走査電極Ｙ１〜ＹＭとの極性に対して逆極性となる維持電圧パルスＰＳを供給することで、画素の発光層内部に生じた分極電荷に対して、続いて印加される維持電圧パルスＰＳは、順バイアスとなり、発光画素のみ発光が断続的に維持される。さらに続いて、消去パルス供給手段５３４は、画面のすべての画素に対して消去電圧パルスＰＥを発生し、データ電極駆動回路５２１から、印加電圧レベルを徐々に低下させた所定の電圧を走査電極に印加する。以上のサイクルを各サブフィールド毎に繰り返す。なお、前述の書き込み方法では、書き込み電圧パルスＰＷが負電圧パルスの場合を示したが、書き込み電圧パルスＰＷが正電圧パルス、若しくは正電圧パルスと負電圧パルスをフィールド若しくはサブフィールド毎に交互に切り替える方法であってもよい。この場合、書き込み電圧パルスＰＷの電圧極性に応じて、変調電圧パルスＰＭの発光画素／非発光画素に対応する電圧極性を変化させればよい。さらに、前述の書き込み方法では、変調電圧パルスＰＭのデータ電極への出力基準電圧を、ＶＭ、−ＶＭの正負同電圧の２値としたが、異なる電圧や、一方の条件がＧＮＤ電位であってもよい。またさらに、前述の維持電圧パルスＰＳ及び消去電圧パルスＰＥは、すべてのデータ電極Ｘ１〜ＸＮより供給する方法としたが、すべての走査電極Ｙ１〜ＹＭより供給する方法であってもよい。
【００６１】
尚、前述の各実施形態は一例を示したものであり、本発明の構成は各実施形態の構成に限定されるものではない。
【００６２】
上述の通り、本発明は好ましい実施形態により詳細に説明されているが、本発明は、これらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的範囲内において多くの好ましい変形例及び修正例が可能であることは当業者にとって自明なことであろう。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明に係る表示装置及び表示装置の駆動方法は、特にテレビ等のディスプレイデバイスとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る表示装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る表示装置の表示部の構成を示す斜視図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る表示装置の駆動方法のフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態１に係る表示装置の駆動方法において、１フィールドを構成する各サブフィールドの各ステップを示すタイムチャートである。
【図６】本発明の実施の形態１に係る表示装置の駆動方法において、１サブフィールドにおける各画素の発光層に印加される外部電圧と各画素の発光層内部に生じる分極電圧を示す波形図である。
【図７】（ａ）は、選択した画素に発光開始電圧以上の大きさの電圧を印加して発光する場合の電荷移動を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）の発光後に印加電圧を除去した場合に分極電荷の形成を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る表示装置の駆動方法における消去ステップで、分極電荷が消失する過程を示すグラフである。
【図９】本発明の実施の形態２に係る表示装置の駆動方法のフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る表示装置の駆動方法において、１フィールドを構成する各サブフィールドの各ステップを示すタイムチャートである。
【図１１】本発明の実施の形態３に係る表示装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】従来例のＥＬ素子の発光面に垂直な断面図である。
【図１３】ＥＬ素子の印加電圧−輝度特性を示すグラフである。
【図１４】ＥＬ素子の発光層における分極電荷のヒステリシス特性を示すグラフである。
【図１５】分極補正電圧を印加する従来の表示装置の駆動方法を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００６５】
１０  表示装置、１１  表示部、１２  駆動部、１３  制御部、１４  基板、１５  第１誘電体層、１６  発光層、１７  第２誘電体層、１２１  データ電極駆動回路、１２２  走査電極駆動回路、１３１  サブフィールド分割手段、１３２  書き込みパルス供給手段、１３３  維持パルス供給手段、１３４  消去パルス供給手段、２０  １サブフィールド、２１  書き込み期間、２２  維持期間、２３  消去期間、３０  １フィールド、３１〜３８  サブフィールド、３１ａ〜３８ａ  書き込み期間、３１ｂ〜３８ｂ  維持期間、３１ｃ〜３８ｃ  消去期間、４０  １フィールド、４１〜４８  サブフィールド、４１ａ〜４８ａ  書き込み期間、４２ｂ〜４８ｂ  維持期間、４１ｃ〜４８ｃ  消去期間、５０  表示装置、５１  表示部、５２  駆動部、５２１  データ電極駆動回路、５２２  走査電極駆動回路、５３  制御部、５３１  サブフィールド分割手段、５３２  書き込みパルス供給手段、５３２  維持パルス供給手段、５３３  消去パルス供給手段、５４  フレームメモリ、５５  Ａ／Ｄ変換手段、５６  駆動用電源、６０  ＥＬ素子、６１  透明基板、６２  透明電極、６３  第１誘電体層、６４  発光層、６５  第２誘電体層、６６  対向電極、７０  １フィールド、７１  書き込み期間、７２  分極補正期間、１００  ＥＬ素子、Ｘｉ  データ電極、Ｙｊ  走査電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【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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