JP2003108033A

JP2003108033A - 表示装置

Info

Publication number: JP2003108033A
Application number: JP2001304743A
Authority: JP
Inventors: Yosuke Sakurai; 洋介櫻井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2003-04-11

Abstract

(57)【要約】【課題】表示品質を損なうことなく製造コストを低減す
る【解決手段】表示装置は複数の走査線Ｙと、複数の信号
線Ｘと、複数の走査線Ｙおよび複数の信号線Ｘとの交差
位置近傍にそれぞれ配置される複数の表示画素ＰＸとを
備え、各表示画素ＰＸは駆動電流に対応して発光する有
機ＥＬ素子OLED、走査線Ｙの電圧レベルに応じて信号線
Ｘ上の映像信号を取り込む薄膜トランジスタＮ11、薄膜
トランジスタＮ11を介して取り込まれた映像信号の電圧
を保持するコンデンサＣ11、および一対の電源線Ｖdd，
Ｖss間において有機ＥＬ素子OLEDと直列に接続されコン
デンサＣ11に保持された映像信号の電圧に応じて有機Ｅ
Ｌ素子OLEDに供給される駆動電流量を制御する薄膜トラ
ンジスタＰ11を含む。特に、薄膜トランジスタＰ11は有
機ＥＬ素子OLEDの発光色毎に異なる電流駆動能力を持
つ。

Description

【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ＥＬ（Electro
Luminescence)素子のような自己発光素子を用いて構成
される複数の表示画素を備える表示素子に関し、例えば
各自己発光素子が薄膜トランジスタ（薄膜トランジス
タ:Thin Film Transistor)からの駆動電流により駆動さ
れる表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置に代表される平面表示装置
は、パーソナルコンピュータ、情報携帯端末或いはテレ
ビジョン等の表示装置として広く利用されている。その
中で、アクティブマトリクス型液晶表示装置は、薄型、
軽量かつ低消費電力等の特長を活かし、年々利用範囲は
増加しつつある。典型的なアクティブマトリクス型液晶
表示装置は、マトリクス上に配置される複数の表示画
素、これら表示画素の行に沿って配置される複数の走査
線、これら表示画素の列に沿って配置される複数の信号
線、これら走査線および信号線の交差部近傍にそれぞれ
配置される複数の画素スイッチング素子を備えた画像を
表示する液晶表示パネル、並びに液晶表示パネルの端部
にドライバＩＣチップとして実装され、この液晶表示パ
ネルの動作を制御する表示制御回路により構成されてい
る。近年では、液晶表示パネルの製造コストを低減する
ため、上述のドライバＩＣチップを実装する代わりに表
示制御回路を画素スイッチング素子と同様に例えばＭＯ
Ｓ薄膜トランジスタで構成して、液晶表示パネルと一体
形成する駆動回路内蔵型液晶表示パネルが製品化されて
いる。通常、このＭＯＳ薄膜トランジスタには、チャネ
ル部を流れるキャリアが電子のトランジスタをＮチャネ
ル型薄膜トランジスタ、チャネル部を流れるキャリアが
正孔のトランジスタをＰチャネル型薄膜トランジスタが
あり、両者の利点を活かした相補的な組み合わせで回路
が構成される。

【０００３】また、近年、有機ＥＬ素子のような自己発
光素子を用いた表示装置が注目され、盛んに研究・開発
が行われている。液晶表示素子が印加電圧に応じた光透
過率で光を透過する受動型素子であるのに対し、有機Ｅ
Ｌ素子は電流供給量に応じた発光輝度で発光する能動型
素子である。有機ＥＬ表示装置はこのように能動型の有
機ＥＬ素子を用いるため、平面表示装置として一般的な
液晶表示装置よりも優れた次のような長所を持つ。すな
わち、第１に、バックライトを必要としないのでより薄
型・軽量化できる。第２に、高速に応答するので動画再
生に適している。第３に、低温で輝度低下しないので寒
冷地でも使用できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の有機
ＥＬパネルにおいて白色画像を表示させる場合、有機Ｅ
Ｌ素子の駆動電流が例えば赤・緑・青という発光色によ
って異なる有機ＥＬ素子の発光効率を考慮してそれぞれ
調整される。具体的には、基準電圧を抵抗分割して複数
の階調電圧を得る複数の映像信号作成用ドライバＩＣが
それぞれの発光色について設けられ、赤・緑・青用映像
信号Ｖsigを例えば図９に示すように互いに異なる電圧
範囲にそれぞれ調整する。このため、製造コストが大幅
に上昇してしまう。

【０００５】本発明はこのような事情に鑑みなさられた
もので、表示品質を損なうことなく製造コストを低減で
きる表示装置を提供することを目的とする。

【０００６】本発明によれば、複数の走査線と、複数の
信号線と、複数の走査線および複数の信号線との交差位
置近傍にそれぞれ配置される複数の表示画素とを備え、
各表示画素は駆動電流に対応して発光する自己発光素
子、走査線の電圧レベルに応じて信号線上の映像信号を
取り込むスイッチ素子、このスイッチ素子を介して取り
込まれた映像信号の電圧を保持する容量素子、および一
対の電源線間において自己発光素子と直列に接続され容
量素子に保持された映像信号の電圧に応じて自己発光素
子に供給される駆動電流量を制御する電流駆動素子を含
み、電流駆動素子は自己発光素子の発光色毎に異なる電
流駆動能力を持つ表示装置が提供される。

【０００７】この表示装置では、電流駆動素子の電流駆
動能力が自己発光素子の発光色毎に異なるように設定さ
れるため、発光色による発光効率の違いを補償すること
ができる。すなわち、従来のように映像信号の電圧範囲
を発光色毎に調整する必要が無くなるため、発光色数の
ドライバＩＣを単一のドライバＩＣに低減しても色バラ
ンスを良好に保つことができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態に係る
有機ＥＬ表示装置について図面を参照して説明する。

【０００９】図１は有機ＥＬ表示装置の回路構成例を示
す。この有機ＥＬ表示装置は有機ＥＬパネルＰＮＬおよ
び外部駆動回路ＤＲＶを備える。

【００１０】外部駆動回路ＤＲＶは、パーソナルコンピ
ュータ等の信号源から出力されたデータを受けとり、有
機ＥＬパネルＰＮＬを駆動するための制御信号の生成
や、映像信号の並び替え等のデジタル処理を行うコント
ローラ部１と、映像信号をデジタル／アナログ変換する
複数のドライバＩＣ２と、コントローラ部１、ドライバ
ＩＣ２および有機ＥＬパネルＰＮＬを駆動する電源電圧
を生成するＤＣ／ＤＣコンバータ３により構成される。
一方、有機ＥＬパネルＰＮＬは、信号線駆動回路５、走
査線駆動回路６、および表示領域７により構成される。

【００１１】表示領域７では、複数の表示画素ＰＸがマ
トリクス状に配置され、複数の信号線Ｘ（Ｘ１〜Ｘｍ）
が複数の表示画素ＰＸの行に沿って配置され、複数の走
査線Ｙ（Ｙ１〜Ｙｎ）が複数の表示画素ＰＸの列に沿っ
て配置される。行方向に隣接する３個の表示画素ＰＸは
１個のカラー表示画素を構成し、それぞれ赤、緑、およ
び青色に対応する波長の光を発する。各表示画素ＰＸは
対応信号線Ｘおよび対応走査線Ｙに割り当てられるスイ
ッチング用素子として例えばＮチャネル型薄膜トランジ
スタＮ11、映像信号電圧保持用コンデンサＣ11、有機Ｅ
Ｌ素子駆動用素子として例えばＰチャネル型薄膜トラン
ジスタＰ11、および有機ＥＬ素子OLEDで構成される。有
機ＥＬ素子OLEDのカソード電極は接地され、アノード電
極は、Ｐチャネル型薄膜トランジスタＰ11のドレイン電
極に接続される。Ｐチャネル型薄膜トランジスタＰ11の
ゲート電極はＮチャネル型薄膜トランジスタＮ11のドレ
イン電極に接続され、Ｐチャネル型薄膜トランジスタＰ
11のソース電極は有機ＥＬ電流供給線Ｖddに接続され
る。Ｎチャネル型薄膜トランジスタＮ11のソース電極は
信号線Ｘに接続され、ゲート電極は走査線Ｙに接続され
る。さらに、電流供給線ＶddとＰチャネル型薄膜トラン
ジスタＰ11のゲート電極およびＮチャネル型薄膜トラン
ジスタＮ11のドレイン電極間に映像信号電圧保持用コン
デンサＣ11が形成される。

【００１２】図２は有機ＥＬパネルの１カラー画素の平
面構造を示し、図３は図２に示すIII-III線に沿った断
面を示し、図４は図２に示すＩV-IV線に沿った断面を示
す。

【００１３】図２に示すように、表示画素ＰＸは走査線
Ｙと信号線Ｘとに囲まれた領域に形成され、Ｎチャネル
型薄膜トランジスタＮ11が走査線Ｙおよび信号線Ｘの交
差位置付近に配置される。Ｎチャネル型薄膜トランジス
タＮ11のソース電極Ｓは信号線Ｘに接続され、ゲート電
極Ｇは走査線Ｙに接続され、ドレイン電極Ｄは後述の有
機ＥＬ電流供給線Ｖddに容量結合して補助容量を構成す
る容量電極を兼ね、Ｐチャネル型薄膜トランジスタＰ11
のゲート電極Ｇに接続される。この補助容量はＰチャネ
ル型薄膜トランジスタＰ11のゲート電極Ｇに印加される
電圧を保持するために設けられている。Ｐチャネル型薄
膜トランジスタＰ11のソース電極Ｓは有機ＥＬ素子OLED
を駆動する電流供給線Ｖddに接続され、他方のドレイン
電極Ｄは有機ＥＬ素子OLEDのアノード電極ＡＤに接続さ
れる。

【００１４】図３および図４に示すように、有機ＥＬパ
ネルＰＮＬは、ガラス基板１０上に、薄膜トランジスタ
Ｐ11,Ｎ11および有機ＥＬ素子OLEDを順に積層した構造
を持つ。ガラス基板１０は例えば合成樹脂のようなの絶
縁材、導電材、または半導体等の基板に置き換えてもよ
いが、導電材または半導体を用いる場合には、基板１０
をＳｉＯ₂やＳｉＮなどの絶縁膜で覆いこの絶縁膜上に
薄膜トランジスタＰ11,Ｎ11および有機ＥＬ素子OLEDを
形成する必要がある。Ｎチャネル型薄膜トランジスタＮ
11およびＰチャネル型薄膜トランジスタＰ11の各々はゲ
ート電極Ｇを例えばポリシリコン（Poly-Silicon）薄膜
で構成される能動層の上方にゲート絶縁膜を介して設け
たトップゲート型である。有機ＥＬ素子OLEDはＩＴＯ
（Indium Thin Oxide）等の透明電極材料から成るアノ
ード電極ＡＤ、アノード電極ＡＤに対向配置されバリウ
ム・アルミ合金から成るカソード電極ＣＤ、これらアノ
ード電極ＡＤ、カソード電極ＣＤ間に保持されるアノー
ドバッファ層ＡＢ、発光素子層ＥＭを積層した構造であ
る。有機ＥＬ素子OLEDでは、アノード電極ＡＤから注入
されたホールと、カソード電極ＣＤから注入された電子
とが発光層ＥＭの内部で再結合したときに、発光層ＥＭ
を構成する有機分子を励起して励起子を発生させる。こ
の励起子が放射失活する過程で発光し、この光が発光層
ＥＭから透明なアノード電極および透明絶縁基板を介し
て外部へ放出される。

【００１５】ここで、アノード電極ＡＤをＰチャネル型
薄膜トランジスタＰ１１のドレイン電極Ｄに接続し、カ
ソード電極ＣＤを電流供給線Ｖｄｄに接続する場合につ
いて説明したが、カソード電極ＣＤをＰチャネル型薄膜
トランジスタＰ１１のドレイン電極Ｄに、アノード電極
ＡＤを電流供給線Ｖｄｄに接続してもよい。いずれの場
合も光出射面側を透明導電材料で形成する必要があり、
例えばカソード電極ＣＤを光出射面側に配置する場合に
は、アルカリ土類金属、希土類金属を光透過性を有する
程度に薄く形成することで達成できる。

【００１６】次に、各表示画素ＰＸの駆動方法について
説明する。図５は表示画素ＰＸの回路構成を示し、図６
はこの回路の動作波形を示す。有機ＥＬ素子OLEDを所望
の輝度に発光させるために必要な電圧は、外部駆動回路
ＤＲＶのドライバＩＣ２から信号線Ｘを介して供給され
る。

【００１７】走査線Ｙの走査信号Ｖscanが高レベルの期
間は、Ｎチャネル型薄膜トランジスタＮ11がアクティブ
状態であるため、コンデンサＣ11の一端側電極に印加さ
れる信号線Ｘの映像信号電圧ＶsigがコンデンサＣ11の
一端側電極に印加され、このコンデンサＣ11を充電す
る。尚、コンデンサＣ11の一端側電極に最終的にホール
ドされる電圧は、走査線の走査信号Ｖscanが低レベルと
なった時に信号線Ｘに設定されている映像信号電圧Ｖsi
gである。コンデンサＣ11の一端側電極はさらにＰチャ
ネル型薄膜トランジスタＰ11のゲート電極Ｇに接続さ
れ、他端側電極はＰチャネル型薄膜トランジスタＰ11の
ソース電極Ｓに接続されているため、コンデンサＣ11に
充電された電圧は、Ｐチャネル型薄膜トランジスタＰ11
のゲート-ソース間電圧Ｖgsとなる。

【００１８】図７は、Ｐチャネル型薄膜トランジスタＰ
１１のドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓとドレイン−ソー
ス間電流Ｉｄｓを、ゲート−ソース間電圧Ｖｇｓをパラ
メータとした時の特性例と、有機ＥＬ電流供給線Ｖddに
供給される電圧が５Ｖである場合の動作点を示す。この
ようにIdsはVgsによって増減し、Ｉds＝ＩELであるか
ら、映像信号電圧Vsigによって有機EL素子OLEDに流れる
電流が変化し、所望の輝度で発光することができる。

【００１９】有機ＥＬ素子OLEDの発光層ＥＭの材料によ
って発光効率が異なるため、カラー表示に際してはＲ，
Ｇ，Ｂの色毎に駆動電流量を制御する必要がある。

【００２０】以下、電流駆動素子の駆動能力を色毎に設
定し、この駆動電流量を制御する方法について詳しく説
明する。

【００２１】つまり本実施形態の有機ＥＬパネルＰＮＬ
では、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色に対応する発光層ＥＭの材料毎
に有機ＥＬ素子駆動用のＰチャネル型薄膜トランジスタ
のＷ／Ｌを適宜設定し、材料によって決まる発光効率を
補償する。例えば、図２に示すように、トランジスタの
ゲート長Ｌを一定の状態で、緑の有機ＥＬ素子駆動用の
Ｐチャネル型薄膜トランジスタＰ11のチャネル幅Ｗが、
赤および青の有機ＥＬ素子駆動用のＰチャネル型薄膜ト
ランジスタＰ11のチャネル幅Ｗと異なる構成となってい
る。

【００２２】図８は、図２に示す有機ＥＬパネルの映像
信号電圧と有機ＥＬ素子OLEDに供給される電流の関係、
並びに映像信号電圧と発光輝度の関係を赤・緑・青の発
光色について示す。

【００２３】有機ＥＬ素子OLEDを駆動するＰチャネル型
薄膜トランジスタＰ11を飽和領域で動作させる場合、赤
・緑・青という発光色によって異なる有機ＥＬ素子の電
圧-電流特性にほとんど依存せず、Ｐチャネル型薄膜ト
ランジスタのゲート-ソース電圧Ｖgsのみで有機ＥＬ素
子OLEDに供給する電流量が決定する。

【００２４】ところで、有機ＥＬパネルＰＮＬに限らず
一般の表示装置においても、白色を表示する場合、赤・
緑・青の混合輝度比は１：１：１とはならず、１：３：
１というように赤・緑・青の混合輝度比が異なる。これ
は、輝度が人間の視感度に応じた単位量であるため、視
感度の高い緑の輝度がもっとも高くなるからである。ま
た、有機ＥＬ素子OLEDでは発光効率が赤・緑・青という
発光色毎に異なるので、有機ＥＬ表示装置で白色表示を
得るため、赤・緑・青の混合輝度比、かつ赤・緑・青の
発光効率の相違を考慮して有機ＥＬ素子OLEDに供給する
電流量ＩELが決定される。

【００２５】この有機ＥＬパネルＰＮＬでは、赤・緑・
青の混合輝度比を１：３：１、緑の発光効率が他の赤・
青と比較し７．５倍大きいと仮定している。この仮定の
下では、緑の有機ＥＬ素子に供給する電流量は他の赤・
青に供給する電流量の１／２．５となる。ここでは、赤
・緑・青有機ＥＬ素子駆動用のＰチャネル型薄膜トラン
ジスタＰ11の電流駆動能力、すなわち素子寸法がこれら
有機ＥＬ素子OLEDの発光色に依存して決定され、図８に
示すように映像信号Ｖsigの電圧範囲を赤・緑・青の発
光色間で同一となるように設定される。

【００２６】例えば、ここではゲート長１２μｍに対し
て、緑の有機ＥＬ素子駆動用Ｐチャネル型薄膜トランジ
スタのゲート幅Ｗを３μｍ、赤および青の有機ＥＬ素子
駆動用Ｐチャネル型薄膜トランジスタのゲート幅Ｗを
７．５μｍに設定して駆動電流量を制御している。

【００２７】このように本実施形態では、薄膜トランジ
スタＰ11の電流駆動能力が自己発光素子の発光色毎に異
なるように設定されるため、発光色による発光効率の違
いを補償することができる。すなわち、従来のように映
像信号の電圧範囲を発光色毎に調整する必要が無くなる
ため、階調電圧基準抵抗を赤・緑・青で共通化すること
が可能となる。そして、階調電圧基準抵抗を共通化する
ことで、映像信号作成用ドライバＩＣを赤・緑・青の発
光色のそれぞれについて設けなくても色バランスを良好
に保つことができるため、大幅にコストを削減すること
ができる。

【００２８】ちなみに、本実施形態では、白色を実現す
る赤・青の混合輝度比、並びに、赤・青の発光効率を同
一のものと扱ったが、実際の有機ＥＬ素子は赤・青でも
異なるため、赤・青各色においても、緑と同様に有機Ｅ
Ｌ素子駆動用のＰチャネル型薄膜トランジスタＰ11のＷ
／Ｌを調整する必要がある。

【００２９】尚、本発明は上述の実施形態に限定され
ず、その要旨を逸脱しない範囲で様々に変形可能であ
る。

【００３０】例えば、上述の本実施形態では、有機ＥＬ
素子駆動用のＰチャネル型薄膜トランジスタＰ11のチャ
ネル幅Ｗを調整する場合を説明したが、有機ＥＬ素子駆
動用のＰチャネル型薄膜トランジスタＰ11のチャネル長
Ｌを調整することでも、同様の効果を得ることができ
る。また、これらチャネル幅Ｗおよびチャネル長Ｌを素
子寸法として併用してもよい。

【００３１】また、上述の実施形態では、Ｎチャネル型
薄膜トランジスタＮ11が映像信号を取り込むスイッチン
グのために設けられ、Ｐチャネル型薄膜トランジスタＰ
11が有機ＥＬ素子OLEDを駆動するために設けられてい
る。しかし、制御信号の論理と電源電圧を反転させれ
ば、映像信号を取り込むスイッチング用にＰチャネル型
薄膜トランジスタを設け、有機ＥＬ素子OLEDの駆動用に
Ｎチャネル型薄膜トランジスタを設けすることも可能で
あり、また、そのどちらかに限定されるものではなく、
併用することも可能である。

【００３２】また、上述の実施形態では、表示画素ＰＸ
が２個の薄膜トランジスタＮ11およびＰ11を備えている
が、表示画素ＰＸは電流駆動のためによりこれら以外の
薄膜トランジスタを備えてもよい。

【００３３】また、上述の実施形態においては、能動層
としてポリシリコン膜を用いたが、微結晶シリコン膜ま
たは非晶質シリコン膜を用いても良い。

【００３４】また、上述の実施形態においては、有機Ｅ
Ｌ駆動電源線Ｖddが走査線Ｙと平行に設定されている
が、信号線Ｘと平行に設定されても良い。

【００３５】更に、上述の実施形態においては、有機Ｅ
Ｌ表示装置について説明したが、本発明は電流駆動型の
表示装置全般に適用することが可能であり、同様の効果
を得ることができる。

【００３６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、表示品質
を損なうことなく製造コストを低減できる表示装置を提
供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ表示装置の
構成例を示す回路図である。

【図２】図１に示す有機ＥＬパネルの１カラー画素の平
面構造を示す平面図である。

【図３】図２に示すIII-III線に沿った断面構造を示す
断面図である。

【図４】図２に示すＩV-IV線に沿った断面構造を示す断
面図である。

【図５】図２に示す各表示画素の構成を示す回路図であ
る。

【図６】図５に示す表示画素の動作波形を示す波形図で
ある。

【図７】図５に示す有機ＥＬ電流供給線が５Ｖである場
合の動作点を説明するための図である。

【図８】図２に示す有機ＥＬパネルの映像信号電圧と駆
動電流との関係、並びに映像信号電圧と輝度の関係を赤
・緑・青の発光色について示す特性図である。

【図９】従来の有機ＥＬ表示装置の映像信号電圧と駆動
電流との関係並びに映像信号電圧と輝度との関係を赤・
緑・青の発光色について示す特性図である。

【符号の説明】

Ｙ…走査線Ｘ…信号線ＰＸ…表示画素 OLED…有機ＥＬ素子Ｎ11…スイッチ用薄膜トランジスタＰ11…駆動用薄膜トランジスタＶdd…電流供給線Ｃ11…コンデンサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０９Ｇ 3/30 Ｇ０９Ｇ 3/30 ＪＨ０５Ｂ 33/14 Ｈ０５Ｂ 33/14 ＡＦターム(参考） 3K007 AB18 EB00 GA04 5C080 AA06 BB05 CC03 DD22 DD28 HH10 JJ02 JJ03 JJ04 JJ05 JJ06 KK02 KK07 KK43 5C094 AA43 AA44 BA03 BA27 BA43 CA19

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の走査線と、複数の信号線と、複
数の走査線および複数の信号線との交差位置近傍にそれ
ぞれ配置される複数の表示画素とを備え、各表示画素は
駆動電流に対応して発光する自己発光素子、前記走査線
の電圧レベルに応じて前記信号線上の映像信号を取り込
むスイッチ素子、前記スイッチ素子を介して取り込まれ
た映像信号の電圧を保持する容量素子、および一対の電
源線間において前記自己発光素子と直列に接続され前記
容量素子に保持された映像信号の電圧に応じて前記自己
発光素子に供給される駆動電流量を制御する電流駆動素
子を含み、前記電流駆動素子は前記自己発光素子の発光
色毎に異なる電流駆動能力を持つことを特徴とする表示
装置。
【請求項２】前記電流駆動素子はチャネル幅が前記自
己発光素子の発光色に依存して決定される薄膜トランジ
スタ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３】前記電流駆動素子はチャネル長が前記自
己発光素子の発光色に依存して決定される薄膜トランジ
スタであることを特徴とする表示装置。