JP4883933B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、表示装置に関し、特に、複数の表示色の画素を含む表示装置に関するものである。

近年、有機ＥＬディスプレイの開発が進んでおり、例えば携帯電話機に有機ＥＬディスプレイを採用することが検討されている。有機ＥＬディスプレイの駆動方式としては、走査電極とデータ電極を用いて時分割駆動するパッシブマトリクス駆動方式と、各画素にＴＦＴを配置して、各画素の発光を１垂直走査期間に亘って維持するアクティブマトリクス駆動方式とがある。

ところで、有機ＥＬディスプレイでは、各色の有機ＥＬ素子の実質的な発光効率が異なっており、素子の寿命は、素子に印加される電流密度に依存していることが知られている。このように、有機ＥＬディスプレイでは、各色の素子の発光効率が異なるため、各画素の発光面積が同じである場合、発光効率の悪い画素において所定の輝度を得るためには、他の発光効率の良い画素よりも大きな電流を流さなければならなくなり、それにより、その画素の素子の寿命が短くなり、ひいては表示装置全体の寿命も短くなってしまうという問題があった。

このような問題を解決するために、各色の画素の発光面積を、発光効率に合わせて異ならせることにより、各色の画素の寿命をほぼ均一にして長寿命化を図る方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−２９０４４１号公報 特開２００３−１０８０３６号公報

しかしながら、固定パターン表示が多用される携帯電話や携帯情報端末などに有機ＥＬディスプレイを適用するには、更なる長寿命化が必要となる。本発明は、こうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、表示装置の長寿命化を実現する技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の表示装置は、複数の表示色の画素を備え、前記画素は、前記画素の輝度を決定する輝度信号を画素内に取り込む手段と、前記輝度信号を保持する保持手段と、をそれぞれ含み、前記保持手段の保持能力が、各色によって異なることを特徴とする。保持手段の保持能力を、画素のレイアウトの都合ではなく、最大輝度時と最小輝度時の機動信号の差や、残像現象の緩和時間などに応じて異ならせ、全体として保持容量の電極面積を削減することにより、画素開口率を向上させ、画素の素子の寿命を長くすることができる。

前記複数の表示色の画素のうち、最大輝度時の輝度信号と最小輝度時の輝度信号の差が最も小さい画素の前記保持手段の保持能力が最も高くてもよい。また、最大輝度時の輝度信号と最小輝度時の輝度信号の差が小さい画素ほど前記保持手段の保持能力が高くてもよい。すなわち、輝度信号の差の順と保持能力の順が同じになるようにしてもよい。これにより、輝度信号を画素内に取り込む手段におけるリーク電流などの影響を各色で平滑化することができ、表示装置の表示品質を向上させることができる。

前記複数の表示色の画素のうち、残像現象の緩和時間の最も長い画素の前記保持手段の保持能力が最も高くてもよ。また、残像現象の緩和時間の長い画素ほど前記保持手段の保持能力が高くてもよい。すなわち、残像現象の緩和時間の順と保持能力の順が同じになるようにしてもよい。これにより、残像現象の緩和時間を各色で平滑化することができ、表示装置の表示品質を向上させることができる。

前記複数の表示色が、青色と緑色と赤色と白色の４色であってもよく、白色の画素の前記保持手段の保持能力が最も高くてもよい。一般に、最大輝度時の輝度信号と最小輝度時の輝度信号の差が最も小さいのは白色の画素であるから、白色の画素の保持手段の保持能力を最も高くし、他の色の画素の保持手段の保持能力を低くすることにより、画素開口率を向上させ、素子の寿命を長くすることができる。また、白色の画素を設けることにより、表示装置の消費電力を低減させることができる。

前記画素は、白色の光を発する自発光素子を備え、白色以外の表示色はカラーフィルタを用いてそれぞれ変換されてもよい。これにより、自発光素子の蒸着工程を簡素化することができるので、歩留まりを向上させることができる。また、画素間のマージン領域を狭くすることができるので、解像度を向上させることができる。

本発明によれば、表示装置の寿命を向上させることができる。

図１は、実施の形態に係る有機ＥＬ表示装置の画素レイアウトを示す。本実施形態の有機ＥＬ表示装置１０は、図１に示すように、赤色の画素Ａ１、緑色の画素Ａ２、青色の画素Ａ３、及び白色の画素Ａ４の、４色の画素を含む。横に並んだ４つの画素Ａ１、Ａ２、Ａ３、及びＡ４により、画像の構成単位（ピクセル）１２が表現される。白色の画素Ａ４を設けることにより、白色を表示する際に、赤、緑、青の全ての画素を点灯させるのではなく、白色の画素のみを点灯させればよいので、消費電力を低減させることができる。

それぞれの画素Ａ１、Ａ２、Ａ３、及びＡ４は、電源供給線ＰＶＤＤ１、ゲート線ＳＬ１、データ線ＤＬ１、保持容量線ＳＣＬ、有機ＥＬ素子ＯＥＬ１、有機ＥＬ素子ＯＥＬ１に対する電流供給を制御する駆動トランジスタＭＮ２、ゲート線ＳＬ１の選択信号の印加に応じて導通状態となり、有機ＥＬ素子ＯＥＬ１の輝度を決定する輝度信号を画素内に取り込む書き込みトランジスタＭＮ１、及び駆動トランジスタＭＮ２のゲート電極と保持容量線ＳＣＬとの間に設けられた、データ電圧を保持する保持容量ＳＣにより構成されている。図２は、図１に示した有機ＥＬ表示装置１０における１つの画素Ａ１、Ａ２、Ａ３、又はＡ４の等価回路図である。

図３は、本実施の形態の有機ＥＬ表示装置１０の断面を模式的に示す。図３に示したように、赤、緑、青の３色は、白色で発光する有機ＥＬ発光層１７からの白色光を、赤、青、緑のカラーフィルタ１６によって色変換して得られる。また、白色は、有機ＥＬ発光層１７から発光された白色光をそのまま使用する。有機ＥＬ表示装置１０は、この４色を用いてフルカラー表示を行う。ここで、白色で発光する有機ＥＬ発光層１７は、青色で発光する発光層とオレンジ色で発光する発光層の積層構造により構成される。４色の画素を、それぞれ、赤、緑、青、白で発光する４種の有機ＥＬ発光層により形成すると、メタルマスクを用いて発光層を蒸着させる際に、画素間の間隔を比較的大きくとる必要があるので、解像度が落ちる。また、各色を塗り分けると、発光素子の蒸着工程が増えるので、歩留まりが悪くなる。本実施の形態の有機ＥＬ表示装置１０では、有機ＥＬ発光層１７を全面に蒸着させればよいので、上述した問題を回避することができ、解像度や歩留まりを向上させることができる。

図４は、各色の画素のデータ電圧と保持容量の関係を示す。本発明者らのシミュレーションによると、本実施の形態の有機ＥＬ表示装置１０と、ある有機ＥＬ材料を組み合わせた場合、各色のカラーフィルタ１６を透過した後の実効的な発光効率と色度からホワイトバランスを考慮すると、各色における１画素あたりの最大輝度時の電流値は、赤、緑、青、白においてそれぞれ、０．９５μＡ、１．０２μＡ、１．３０μＡ、０．８５μＡである。駆動トランジスタＭＮ２のゲート幅ＧＷとゲート長ＧＬの比を、５μｍ／６０μｍとすると、各色における白表示時と黒表示時のデータ電圧の差は、赤、緑、青、白においてそれぞれ、２．９Ｖ、３．０Ｖ、３．２Ｖ、２．７Ｖとなることが分かっている。このとき、ガンマ特性などを考慮して、データ電圧の階調変化が直線的になると仮定すると、例えば６４階調の場合における１階調あたりのデータ電圧は、赤、緑、青、白においてそれぞれ、４６ｍＶ、４８ｍＶ、５１ｍＶ、４３ｍＶとなる。すなわち、最も電圧差の小さい白色が、１階調あたりのデータ電圧が最も小さく、最も電圧差の大きい青色が、１階調あたりのデータ電圧が最も大きい。

保持容量ＳＣは、書き込みトランジスタＭＮ１のリーク電流によるデータ電圧の変動が、１階調あたりのデータ電圧よりも小さくなるように設定されることが望ましい。これにより、書き込みトランジスタＭＮ１において電流がリークしても、保持容量ＳＣによりデータ電圧が維持され、１階調を超えるデータ電圧の変動を防ぐことができる。また、各色の電圧変動の比率が、１階調あたりのデータ電圧の比率と同じになるように設定されることが望ましい。これにより、書き込みトランジスタＭＮ１のリーク電流による輝度（階調）の変動を各色において同程度になるように平滑化することができる。

画素開口率を向上させるという観点からは、保持容量ＳＣの電極の面積は小さい方が好ましい。ところが、リーク電流の影響を抑えるという観点からは、保持容量ＳＣは大きい方が好ましい。本実施の形態では、このような相反する要請を考慮して、最も電圧差の小さい白色の画素の保持容量ＳＣを０．２ｐＦとし、赤、緑、青の各色の画素の保持容量ＳＣは、１階調あたりのデータ電圧を考慮して、それぞれ、０．１８ｐＦ、０．１７ｐＦ、０．１６ｐＦとする。すなわち、保持容量ＳＣを各色によって異ならせ、最大輝度時の輝度信号と最小輝度時の輝度信号の差が小さい画素ほど保持容量ＳＣを大きくする。これにより、保持容量ＳＣの電極の面積を最小限に抑えつつ、リーク電流の影響を抑えることができる。また、リーク電流による影響を各色で平滑化することができる。

一般的な有機ＥＬ表示装置、例えば特許文献２（特開２００３−１０８０３６号公報）の図２に記載の有機ＥＬ表示装置のように、各色の保持容量ＳＣを全て同じ、ここでは０．２ｐＦとしたレイアウトを採用した場合に比べて、上述した保持容量の値を採用した場合、面積で約１０％の減少になる。これは、赤、緑、青、白の各色の画素ピッチを５１μｍ（水平方向）×１３７μｍ（垂直方向）とすると、開口率で約１％の増加に相当する。開口率を増加させることにより、有機ＥＬ素子に流れる電流密度を減少させることができるので、寿命を長くすることができる。約１％の開口率の増加は、寿命にして約４％の増加に相当することが経験的に分かっている。

このように、最大輝度時と最小輝度時のデータ電圧の差に応じて、保持容量ＳＣの電極面積を削減することにより、全体として保持容量ＳＣの電極面積を削減し、画素開口率を向上させることができる。したがって、有機ＥＬ素子の劣化を抑制し、表示装置としての寿命を長くすることができる。

また、駆動トランジスタＭＮ２としてｐ型のＦＥＴを用いる場合、ホールトラップの影響により、特性にヒステリシスが生じ、駆動トランジスタＭＮ２のゲート電圧を変化させた後も、以前のデータ電圧に応じた輝度の発光が残る、いわゆる残像現象が生じることがある。残像現象を緩和するために、保持容量ＳＣの他方の電極の電位を変動させて、駆動トランジスタＭＮ２のゲート電極の電位を変動させる手法がある。この場合に、残像現象の緩和時間に応じて保持容量ＳＣを異ならせることにより、残像現象の緩和時間を各色で平滑化することができる。また、残像現象の緩和時間が最も長い色の画素に合わせて保持容量ＳＣを統一するのではなく、色ごとに保持容量ＳＣを異ならせることにより、保持容量ＳＣの電極面積を削減することができ、画素開口率を向上させることができる。保持容量ＳＣの電極面積の順は、例えば、大きい方から、白、緑、赤、青であってもよい。

このように、本実施の形態では、単に画素のレイアウト上の都合ではなく、１階調あたりのデータ電圧や、残像現象の緩和時間などに応じて、保持容量ＳＣを各色で異ならせることに特徴がある。保持容量ＳＣは、書き込みトランジスタＭＮ１のリーク電流の影響を各色で平滑化するために、または、残像現象の緩和時間を各色で平滑化するために、意味のある程度に異ならせるようにする。これにより、リーク電流の影響や残像現象の緩和時間を各色で平滑化しつつ、保持容量の電極面積を抑えて画素開口率を向上させることにより、表示装置の長寿命化を図ることができる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

実施の形態に係る有機ＥＬ表示装置の画素レイアウトを示す図である。 図１に示した有機ＥＬ表示装置における画素の等価回路図である。 実施の形態に係る有機ＥＬ表示装置の断面を模式的に示す図である。 各色の画素のデータ電圧と保持容量の関係を示す図である。

符号の説明

１０ 表示装置、１６ カラーフィルタ、１７ 有機ＥＬ発光層、Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４ 画素、ＤＬ１ データ線、ＭＮ１ 書き込みトランジスタ、ＭＮ２ 駆動トランジスタ、ＯＥＬ１ 有機ＥＬ素子、ＰＶＤＤ１ 電源供給線、ＳＣ 保持容量、ＳＣＬ 保持容量線、ＳＬ１ ゲート線。

Claims (4)

1. 複数の表示色の画素を備えた有機ＥＬ表示装置であって、
   前記画素内に、有機ＥＬ素子に対する電流供給を制御する手段と、
   前記有機ＥＬ素子の輝度を決定する輝度信号を画素内に取り込む手段と、
   前記輝度信号を保持する保持手段と、をそれぞれ含み、
   前記複数の表示色の画素のうち、最大輝度時の輝度信号と最小輝度時の輝度信号の差が最
   も小さい画素の前記保持手段の保持能力が最も高いことを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
2. 最大輝度時の輝度信号と最小輝度時の輝度信号の差が小さい画素ほど前記保持手段の保持
   能力が高いことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記複数の表示色が、青色と緑色と赤色と白色の４色であり、白色の画素の前記保持手段
   または前記保持容量の保持能力が最も高いことを特徴とする請求項１および２のいずれかに
   記載の有機ＥＬ表示装置。
4. 前記画素は、白色の光を発する自発光素子を備え、白色以外の表示色はカラーフィルタを
   用いてそれぞれ変換されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の有機ＥＬ
   表示装置。
   
   

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