JP2011060482A - 有機ｅｌ表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動電圧が低い有機ＥＬ表示装置を提供する。
【解決手段】各画素内に、陽極（または陰極）が共通電極である第１の発光素子と、陰極（または陽極）が共通電極である第２の発光素子及び第３の発光素子と、を含み、第１の発光素子の駆動回路による最大印加電圧が、第２の発光素子及び第３の発光素子の駆動回路による最大印加電圧のいずれよりも小さいことを特徴とする表示装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機ＥＬ表示装置に関する。

複数色の発光を行う表示装置において、発光素子として用いられる多色発光素子には、特許文献１に開示されているように、３つの発光素子が積層され、各発光素子を個別に駆動できるように透明導電層で分けられているものがある。特許文献１では、各発光素子を個別に駆動する為に、接地電位以外に電源を３種類配置している。

米国特許ＵＳ５７０７７４５

しかしながら、特許文献１の表示装置では、電源を３種類配置しているため、表示装置全体に印加される駆動電圧が大きくなってしまう。そこで、電源数を減らすために、２つの発光素子を積層して、もう１つの発光素子を並列に接続することが考えられる。この構成では、発光素子１つを駆動するのに５Ｖ必要だとしても、全体で必要となる電圧は１０Ｖとなる。近年、表示装置の低消費電力化が望まれており、駆動電圧を小さくすることが低消費電力化の手段に有効である。発光素子の駆動電圧は実際には一定ではなく、色毎に異なるので、２つの発光素子を積層した場合には、より駆動電圧を低減させる手段があることを見出した。

また、２つの発光素子を並列に接続する場合、印加する駆動電圧は、駆動電圧が大きい発光素子に合わせて大きな駆動電圧をかける。しかし、２つの発光素子間の駆動電圧の差が大きいと、駆動電圧が小さい発光素子に余分な電圧を印加していることになり、電力の無駄が生じる。

そこで、本発明は、発光素子が積層された構成で、表示装置全体に印加される駆動電圧の小さな表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、３つ以上の発光素子が画素に含まれ、複数の前記画素が互いに同電位である共通電極を有する表示装置であって、前記各画素内で、第１の発光素子の陽極（または陰極）と、第２の発光素子及び第３の発光素子の陰極（または陽極）とが前記共通電極であり、前記発光素子毎に駆動回路によって、前記各発光素子の２つの電極間に印加する電圧を制御し、前記第１の発光素子の駆動回路による最大印加電圧が、第２の発光素子及び第３の発光素子の駆動回路による最大印加電圧のいずれよりも小さいことを特徴とする表示装置を提供するものである。

本発明によれば、発光素子が積層された構成において、表示装置全体に印加される駆動電圧を小さくすることが可能となる。

実施例１の表示装置における発光素子の接続関係を示す図である。 実施例１における発光素子とその駆動電圧の関係を示す図である。 発光素子のＶ−Ｉ特性と駆動電圧の関係を示す図である。 本発明の表示装置に好適に用いられる画素回路を示す図である 実施例２の表示装置における発光素子の接続関係を示す図である。 実施例２における発光素子とその駆動電圧の関係を示す図である。 実施例３の表示装置における発光素子の接続関係を示す図である。 実施例３における発光素子とその駆動電圧の関係を示す図である。

以下、本発明の表示装置の実施形態について図面を用いて説明する。

なお、本明細書で特に図示又は記載していない部分に関しては、当該技術分野の周知又は公知技術を適用する。また、以下に説明する実施形態は、本発明の一つの実施形態であって、これらに限定されるものではない。

図１（ａ）は、本発明の表示装置の１画素あたりの電気的な接続関係を示した図、図１（ｂ）、（ｃ）は、本発明の表示装置の１画素あたりの概略断面図の例である。図１（ａ）において、１１は第１の電源配線、１２は第１の発光素子、１３は第２の電源配線、１４は第２の発光素子、１５は第３の電源配線、１６は第３の発光素子、１７は第１の電源電圧（Ｖａ）、１８は第２の電源電圧（Ｖｂ）、１９は可変抵抗を示している。図１では、駆動回路として、可変抵抗を使用し、各可変抵抗により、各発光素子の２つの電極間に印加する電圧を制御する。

図１（ｂ）、（ｃ）において、図１（ａ）と同じ構成部材には同じ番号を付している。図１（ｂ）に示した画素は、積層型の表示素子からなっており、異なる発光素子間に直列に配置されている電極（共通電極）３３があり、共通電極３３は第３の電源配線１５に接続されている。各発光素子はそれぞれ、共通電極３３と、共通電極の反対側に配置された電極（画素電極）と、これら２つの電極によって挟まれた発光部（３２、３４，３７）とを有している。電極３１、３６の下には、保護絶縁膜（不図示）が形成され、保護絶縁膜の下には、絶縁基板３０が配置されている。図１（ｃ）に示した画素は、異なる発光素子間に直列に配置されている電極（共通電極）３３があり、共通電極３３は第３の電源配線１５に接続されている。各発光素子は、共通電極３３と、共通電極の反対側に配置された電極（画素電極）と、これら２つの電極によって挟まれた発光部（３２、３４，３７）とを有している。電極３１、３５、３６の下には、保護絶縁膜（不図示）が形成され、保護絶縁膜の下には、絶縁基板３０が配置されている。

図１（ｂ）、（ｃ）において、第１の発光素子１２の陽極３１、第２の発光素子１４の陰極３５、第３の発光素子１６の陽極３６には、それぞれ可変抵抗が接続されている。また、第１の発光素子１２の陰極、第２の発光素子１４の陽極、第３の発光素子１６の陰極は、いずれも電極３３がその役割を担っている。このように、異なる発光素子間で互いに共通の電位になっている電極を、本発明では共通電極３３と呼ぶ。図１（ｂ）、（ｃ）では、第１の発光素子の陰極と、第２の発光素子の陽極と、第３の発光素子の陰極とが一続きの電極から構成された例を示しているが、この構成に限定されるものではない。例えば、それぞれ電極が個別の電極であっても、互いに共通の電位になっていれば、表示装置に必要な電圧を抑えることができ、本発明の効果を得ることができる。

第１〜第３の発光素子は、例えば、図２に示す駆動電圧で発光する。各発光素子は２つの電極のうちの一方を相互に接続して共通電極とし、複数の画素は共通電極を相互に接続して配列している。

本発明では、陽極が共通電極である発光素子にかかる最大印加電圧と、陰極が共通電極である発光素子にかかる最大印加電圧と、の和が最小となるように３つ以上の発光素子を配置する。前記最大印加電圧の和を最小とすることにより、表示装置全体に印加される駆動電圧を小さくすることが可能となる。なお、１画素には、陽極が共通電極である発光素子と、陰極が共通電極である発光素子がそれぞれ１つ以上あり、かつ発光素子の数が合計３つ以上であれば良い。また、発光素子としては、少なくとも発光層を含む有機化合物層を電極で挟み、電極間に電圧を印加して前記発光層を発光させる有機ＥＬ素子を用いても良い。即ち、発光素子は有機ＥＬ素子に限らず、電圧を印加することで発光する自発光型の素子であれば、無機ＥＬ素子等でも本発明の効果が適用できる。

本発明において、発光素子は一般的に赤、緑、青に対応した色を発光する発光素子が好適に用いられる。どの発光素子がどの色に対応するかは、駆動電圧により定義され、発光素子を構成する材料により駆動電圧が変化する。

ここで、本発明の表示装置における発光素子の駆動電圧は、各画素内の各発光素子の発光を混合して白色光にした場合の各発光素子の駆動電圧であることが好ましい。各発光素子の発光で白色光を作る時に必要な発光量は、各発光素子の色度に依存している。また、各発光素子に必要な発光量を得る為の駆動電流は各発光素子の発光効率に依存している。また、各発光素子に必要な駆動電流を得る為の駆動電圧は各発光素子のＶ−Ｉ特性に依存している。

本発明における駆動回路は、発光素子に印加される電圧や電流を制御することを目的とした手段であり、図１（ａ）、（ｂ）では可変抵抗１９を用いているが、可変抵抗でなくともよい。例えば、ＴＦＴ、スイッチ等の制御素子であってもよい。この制御素子により、発光素子の駆動に最適な電圧又は電流を与える制御を行う。そのため、可変抵抗等の各制御素子と、それに接続される各発光素子は、直列に接続されていれば、接続順が逆になっていても構わない。

また、本発明において、第３の電源配線に供給される電圧は第１の電源配線に供給される電圧と第２の電源配線に供給される電圧の間の電圧であることが好ましい。その結果、電源電圧の絶対値を抑制することが可能となるからである。また、第３の電源配線に供給される電圧は０Ｖであることが好ましい。０Ｖは表示装置のロジック部や他の動作部でも用いられることが多く、新たに電圧を作成しなくて済むので、表示装置に供給する電源電圧の種類を削減可能となるからである。また、第３の電源配線に供給される電圧は常に一定の電圧である必要は無い。

図１では、１画素に発光素子を３つ配置する例を示したが、本発明の表示装置の１画素に配置する発光素子は３つに限定されず、例えば、図７に示すように、１画素に発光素子と可変抵抗をそれぞれ４つずつ配置しても良い。

次に、駆動電圧の制御方法について説明する。

本発明の表示装置において、発光素子の駆動電圧の制御方法は、例えば、可変抵抗等の制御素子がパッシブ駆動であれば、ＯＮ／ＯＦＦを切り替えたり、アクティブ駆動であれば、ＯＮ／ＯＦＦの切り替えだけでなく、階調制御も行う。

駆動電圧制御の一例を、図４を用いて説明する。図４は、図１（ａ）の第１の発光素子および第３の発光素子の駆動電圧を制御するＴＦＴ画素回路の一例である。各発光素子を駆動する画素回路は、スイッチング用ＴＦＴ１０１とＰ型の駆動用ＴＦＴ１０２と、有機ＥＬ素子１０３と、コンデンサ１０４で構成されている。

図４において、スイッチング用ＴＦＴ１０１のゲート電極は、ゲート信号線１０５に接続されている。スイッチング用ＴＦＴ１０１のソース領域はソース信号線１０６に、ドレイン領域は駆動用ＴＦＴ１０２のゲート電極に接続されている。駆動用ＴＦＴ１０２のソース領域は第１の電源配線１１に接続された電源供給線１０７に、ドレイン領域は有機ＥＬ素子１０３の陽極に接続されている。有機ＥＬ素子１０３の陰極側１０８は、第３の電源配線１５に接続されている。コンデンサ１０４は電極のそれぞれが、駆動用ＴＦＴ１０２のゲート電極と電源供給線１０７とに接続されるように形成されている。このように、駆動用ＴＦＴ１０２と有機ＥＬ素子１０３が直列に接続されており、有機ＥＬ素子１０３にかかる電圧を駆動用ＴＦＴ１０２で制御する。また、図１の第２の発光素子の駆動電圧を制御するＴＦＴ画素回路は、図４の駆動用トランジスタ１０２をＮ型に変更し、有機ＥＬ素子１０３の接続の向きを反転させた構成となる。つまり、有機ＥＬ素子１０３の陰極側が駆動用トランジスタのドレイン領域に接続され、陽極側が第３の電源配線１５に接続される。

また、本発明は各発光素子が同時に発光可能な接続であるが、発光素子毎に時分割で発光する駆動方法にも適用可能である。

以下に、本発明の表示装置の実施例を示す。

［実施例１］
図１は本実施例の表示装置の１画素あたりの電気的な接続関係を示した図である。各構成部材等については、上記で説明したとおりである。

図１の表示装置では、第１の発光素子１２と第３の発光素子１６の最大印加電圧のうちの大きい方の電圧と、第２の発光素子１４の最大印加電圧と、の和を最小とすれば良い。各発光素子の駆動電圧の大小関係を考慮して、第１〜第３の発光素子を決定する。第１〜第３の発光素子は、どんな構成材料であっても構わない。例えば、第１の発光素子を赤、第２の発光素子を緑、第３の発光素子を青としてもよい。

図２は本実施例における各発光素子の駆動電圧を示したものである。駆動電圧とは、各発光素子に流れる電流が最大となった時の駆動電圧である。第１の発光素子の駆動電圧をＶｅｌ１、第２の発光素子の駆動電圧をＶｅｌ２、第３の発光素子の駆動電圧をＶｅｌ３とすると、駆動電圧の大小関係は、
Ｖｅｌ１＞Ｖｅｌ３＞Ｖｅｌ２
となっている。

また、本実施例における駆動電圧は、第１〜第３の発光素子の発光を混合して白色光にした場合の各発光素子の駆動電圧であることが好ましい。図３は図１の表示装置における各発光素子のＶ−Ｉ特性の一例であり、第１〜第３の発光素子が白色光を作る為に必要な駆動電流をＩｅｌ１、Ｉｅｌ２、Ｉｅｌ３とした時の、必要となる駆動電圧がそれぞれＶｅｌ１、Ｖｅｌ２、Ｖｅｌ３となっている。

図１において、Ｖａは第１の発光素子と第３の発光素子を駆動させるのに必要な電圧であり、Ｖａ＝Ｖｅｌ１であれば、第１の発光素子と第３の発光素子を駆動することができる。なぜならば、可変抵抗等の制御素子により電圧を分圧することで、Ｖｅｌ３の電圧を作り第３の発光素子に印加することができるからである。そのため、第１の発光素子に接続された可変抵抗は０Ω、第３の発光素子に接続された可変抵抗はＶｅｌ１−Ｖｅｌ３の電圧差を発生させるような抵抗値とする。Ｖｂは第２の発光素子を駆動させるのに必要な電圧であり、第２の発光素子に接続された可変抵抗は０Ωとして、Ｖｂ＝Ｖｅｌ２となる。そして、第１〜第３の発光素子を駆動する為に必要な駆動電圧、つまり、表示装置全体に必要な電源電圧はＶａ＋Ｖｂとなる。

本発明では、Ｖａ＋Ｖｂの値を最小にすることを目的とする。そのためには、駆動電圧の最も小さい第２の発光素子を他の発光素子と直列に接続する必要がある。この時に必要な電源電圧は、Ｖａ＋Ｖｂ＝Ｖｅｌ１＋Ｖｅｌ２となる。仮に、第２の発光素子を他の発光素子と並列に接続した場合、他の発光素子も駆動できる電圧が印加される。Ｖｅｌ２との差の無駄な電圧を減らす為に、第２の発光素子を第３の発光素子と並列に接続すると、Ｖａ＝Ｖｅｌ３になる。すると、第１の発光素子は直列に接続することになるので、Ｖｂ＝Ｖｅｌ１の電圧が必要となる。合計するとＶａ＋Ｖｂ＝Ｖｅｌ１＋Ｖｅｌ３となり、図２に示す駆動電圧の大小関係から、前述したＶｅｌ１＋Ｖｅｌ２よりも大きくなってしまう。第２の発光素子と第１の発光素子を並列に接続した場合もＶａ＋Ｖｂ＝Ｖｅｌ１＋Ｖｅｌ３となり、電圧が最小にはならない。よって、駆動電圧の最も小さい第２の発光素子を他の発光素子と直列に接続した時が、駆動に必要な電圧が最小となる。このようにして、Ｖａ＋Ｖｂが最小となるように、第２の発光素子を選択することにより、駆動電圧を抑えた表示装置を提供することができる。

［実施例２］
図５は本実施例の表示装置の１画素あたりの電気的な接続関係を示した図であり、図１（ａ）と同じ構成部材には同一の符号をつけている。２０は各発光素子に印加する電圧又は電流を制御するスイッチ、２１は第１の電源配線の抵抗（Ｒ１）、２２は第２の電源配線の抵抗（Ｒ２）、２３は第３の電源配線の抵抗（Ｒ３）であり、各抵抗に流れる電流値をＩ１、Ｉ２、Ｉ３としている。図５では、駆動回路として、スイッチを使用し、各スイッチにより、各発光素子の２つの電極間に印加する電圧を制御する。また、図５の各画素は、図１（ｃ）の可変抵抗１９をスイッチに置き換えた点を除いて、図１（ｃ）と同様の構成となっている。

図５の表示装置では、第１の発光素子１２と第３の発光素子１６の最大印加電圧のうちの大きい方の電圧と、第２の発光素子１４の最大印加電圧と、の和を最小とすれば良い。各発光素子の駆動電圧の大小関係を考慮して、第１〜第３の発光素子を決定する。

本実施例における駆動電圧は、第１〜第３の発光素子の発光を混合して白色光にした場合の各発光素子の駆動電圧に、配線抵抗による電圧降下分を加えた電圧である。実際の表示装置は発光素子と電源間に抵抗成分が存在し、そこに流れる電流量は発光素子の駆動時の電流に依存する。そのため、抵抗成分による電圧変動も考慮して駆動に必要な電圧を最小化することが有効である。

さらに、表示装置の構成部材によっては、配線抵抗による電圧降下分の電圧が非常に大きくなる場合がある。例えば、第１の電源配線と第２の電源配線に金属電極を用い、第３の電源配線に透明電極を用いた場合、第３の電源配線の配線抵抗が他の配線抵抗に比べて大きくなるので、全体の駆動に必要な電圧を最小化するためには、この抵抗分の電圧変動も考慮する必要がある。つまり、配線の抵抗値が大きい場合、ある発光素子の駆動電圧が最小であっても、駆動電圧＋抵抗部の駆動時の電流による電圧降下分で比較すると、最小にはならないことがある。そのため、抵抗成分、特に電圧変動に寄与するような大きな抵抗成分についても含めて、駆動に必要な電圧を最小化する。

図６は本実施例における各発光素子の駆動電圧を示したものである。第１の発光素子の駆動電圧はＶｅｌ１、第２の発光素子の駆動電圧はＶｅｌ２、第３の発光素子の駆動電圧はＶｅｌ３である。Ｖａは第１の発光素子の電極間に印加される電圧に加えて、電源配線による電圧降下分として、Ｒ１×Ｉ１＋Ｒ３×Ｉ３を加えた電圧である。同様に、Ｖｂは第２の発光素子の電極間に印加される電圧に加えて、電源配線による電圧降下分としてＲ２×Ｉ２−Ｒ３×Ｉ３を加えた電圧である。Ｖａ’は第３の発光素子の電極間に印加される電圧に加えて、電源配線による電圧降下分としてＲ１×Ｉ１＋Ｒ３×Ｉ３を加えた電圧である。この時、Ｖａ＋Ｖｂが最小となるように、第２の発光素子を選択することにより、駆動に必要な電圧を抑えた表示装置を提供することができる。

［実施例３］
図７は本実施例の表示装置の１画素あたりの電気的な接続関係を示した図であり、図１（ａ）と同じ構成部材には同一の符号をつけている。図７の１画素は、第４の発光素子２４を第２の発光素子１４と並列に配置した点を除いて、図１（ｂ）と同様である。第４の発光素子２４は、陰極に可変抵抗が接続されており、陽極が共通電極になっている。図７では、駆動回路として、可変抵抗を使用し、各可変抵抗により、各発光素子の２つの電極間に印加する電圧を制御する。

図７の表示装置では、第１の発光素子１２と第３の発光素子１６の最大印加電圧のうちの大きい方の電圧と、第２の発光素子１４と第４の発光素子２４の最大印加電圧のうちの大きい方の電圧と、の和を最小とすれば良い。各発光素子の駆動電圧の大小関係を考慮して、第１〜第４の発光素子を決定する。第４の発光素子は、第１〜第３の発光素子と異なる色、例えば、白色、水色、濃赤色、薄緑色などでもよく、また、第２の発光素子と同色でも構わない。

図８は本実施例における各発光素子の駆動電圧を示したものである。第１の発光素子の駆動電圧をＶｅｌ１、第２の発光素子の駆動電圧をＶｅｌ２、第３の発光素子の駆動電圧をＶｅｌ３、第４の発光素子の駆動電圧をＶｅｌ４とすると、駆動電圧の大小関係は、
Ｖｅｌ１＞Ｖｅｌ３＞Ｖｅｌ４＞Ｖｅｌ２
となっている。第４の発光素子が第２の発光素子と同色の場合等は、Ｖｅｌ４＝Ｖｅｌ２でも構わない。この時、Ｖａ＝Ｖｅｌ１であり、Ｖｂ＝Ｖｅｌ４である。即ち、Ｖａ＋Ｖｂが最小となるように、第２の発光素子及び第４の発光素子を選択することにより、駆動電圧を抑えた表示装置を提供することができる。

１２：第１の発光素子、１４：第２の発光素子、１６：第３の発光素子、１７：第１の電源電圧、１８：第２の電源電圧、１９：可変抵抗、２０：スイッチ、２４：第４の発光素子

Claims (3)

1. ３つ以上の発光素子が画素に含まれ、複数の前記画素が互いに同電位である共通電極を有する表示装置であって、
   前記各画素内で、第１の発光素子の陽極（または陰極）と、第２の発光素子及び第３の発光素子の陰極（または陽極）とが前記共通電極であり、
   前記発光素子毎に駆動回路によって、前記各発光素子の２つの電極間に印加する電圧を制御し、
   前記第１の発光素子の駆動回路による最大印加電圧が、第２の発光素子及び第３の発光素子の駆動回路による最大印加電圧のいずれよりも小さいことを特徴とする表示装置。
2. 前記各画素内に、陽極（または陰極）が前記共通電極である第４の発光素子を有し、
   駆動回路によって、前記第４の発光素子の２つの電極間に印加する電圧を制御し、
   前記第４の発光素子の駆動回路による最大印加電圧が、前記第２の発光素子及び前記第３の発光素子の駆動回路による最大印加電圧のいずれよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記駆動回路は、前記各発光素子の２つの電極のうち、前記共通電極でない方の電極に接続されることを特徴とする請求項１または２に記載の表示装置。

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