JPH10503605A

JPH10503605A - 表示装置

Info

Publication number: JPH10503605A
Application number: JP8534668A
Authority: JP
Inventors: アエミリアヌスフラダスヨハヌススターリング; デヴィッドビーブラウン; カレルエルベルトクウェイク
Original assignee: フィリップスエレクトロニクスネムローゼフェンノートシャップ
Priority date: 1995-05-19
Filing date: 1996-05-07
Publication date: 1998-03-31
Also published as: JPH10503165A

Abstract

(57)【要約】半導体ポリマーの活性層を具える、例えばマトリクス状に配列された画素を有するエレクトロルミネッセンス表示装置の制御装置において、フリッカ及びクロストークを低減する。この制御装置は電圧制御に基づくものとし、この制御においては画素両端間の電圧を１．６Ｖ以上にする。しかし、この制御装置は電流制御に基づくものとし、データパルスの幅でグレーレベルを決定するものとするのが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】表示装置本発明は、第１の電極パターンと第２の電極パターンとの間に存在する半導体共役ポリマーの活性層を具え、前記２つの電極パターンの少なくとも一方が放出される光に対し透明であり、且つ前記活性層に正孔を注入するのに好適な材料からなる第１のパターンを具えるエレクトロルミネッセント装置に関するものである。活性層と２つの電極層とで一つの発光ダイオード（ＬＥＤ）を構成しうるが、エレクトロルミネッセンス装置は複数のＬＥＤを、例えばディスプレイ用に発光表面のマトリクスの形に具えるのが好ましい。固体ＬＥＤを照明源として使用することができるとともに、例えばディスプレイ及び表示ランプに使用することができる。このようなＬＥＤ構造内の活性層としては、ドープＧａＡｓ及びＧａＰのような伝統的なＩＩＩ−Ｖ半導体化合物が一般に使用されている。その動作は、活性層の両側に位置する電極から半導体材料内に注入される電子・正孔対の再結合に基づいている。これらの再結合によりエネルギーを（可視）光の形で放出し、これがエレクトロルミネッセンスという現象である。放出される光の波長、従って色は半導体材料のバンドギャップにより決まる。 "Applied Physics Letters 58(18)"，pp.1982-1984(May 6,1991),に発表されたD．Braun及びA.J．Heegerの論文に提案されているような半導体有機ポリマーの使用はこれらのタイプの装置に使用可能な材料の数を増大させている。半導体有機ポリマーは共役重合体鎖を有する。バンドギャップ、電子親和力及びイオン化ポテンシャルを、共役重合体鎖の適切な選択及び適切な側鎖の選択により調整することができる。導電性ポリマーと異なり、これらの共役ポリマーはアンドープである。このようなポリマー材料の活性層はＣＶＤ法により製造することができるが、可溶性共役ポリマーの溶液のスピンコーティングにより製造するのが好ましい。これらのプロセスにより、ＬＥＤ及び大発光表面を有するディスプレイを簡単に製造することができる。情報表示用、例えばビデオ用のマトリクスディスプレイ及びモニタは行及び列に配列された多数の画素に分割される。特にこのタイプのマトリクスディスプレイの駆動時に問題が通常生ずる。第１の問題は、一つの行電極又は列電極の電圧の変化が（非選択）画素の両端間に意図しない電圧変化の影響を与えるクロストークとして知られている。他の問題はフリッカの問題であり、この問題は特に、例えばビデオ情報又はデータグラフィック情報用に使用されるような大きなマトリクスにおいて発生する。更に、特にビデオ用においては、画素により種々の値の光強度（グレーレベル）を発生させることができる必要がある。本発明の目的は、上述した欠点の一つ以上を解消することにある。この目的のために、本発明のエレクトロルミネッセンス装置においては、前記第１及び第２電極パターンがオーバラップする区域において、これらの電極パターンが中間ポリマーと相まって画素の一部分を構成し、且つ当該装置は駆動回路を具え、該駆動回路が、動作時に、非選択画素の位置における第１電極パターンに第２電極パターンに対しゼロ又は負の電圧を供給するとともに、選択画素の位置における第１電極パターンに第２電極パターンに対し１．６Ｖ以上の正の電圧を供給することを特徴とする。このような電圧では、小光出力を依然として観察することができる。本発明は、ＬＥＤ構造の整流特性が、マトリクス構造のこのような表示装置をパッシブ表示装置に一般に使用されている駆動方法、例えばアルト及びプレシコによるマルチプレックスモード（IEEE Transactions on Electron Devices，Vol ．ED21，February 2，1974，pp.146-155）のような駆動方法により駆動することを不可能にするという認識に基づいている。画素と関連するダイオードは非選択中は第１電極パターンに第２電極パターンに対しゼロ又は負の電圧を与えることによりスイッチオフする必要がある。選択中は、これらのダイオードは、第１電極パターンに第２電極パターンに対し十分に高い電圧、即ち１．６Ｖ以上の正電圧を与えることによりスイッチオンさせてＬＥＤに十分な電流を搬送させる必要がある。このような電圧ではクロストークは殆ど生じない。第２電極パターンに対する第１電極パターンの正電圧は２０Ｖ以下にして、駆動電子回路（ＩＣ）を簡単且つ安価なＩＣ技術で実現可能にするのが好ましい。選択時間は通常は用途及び使用するポリマー材料に依存する。第１及び第２電極パターンがストリップ状選択電極及びデータ電極を具える本発明の装置においては、駆動回路は選択時に選択電極に５マイクロ秒以上のパルス幅を有する選択パルスを供給するものとするのが好ましい。このようなパルス幅では、高い画像周波数を何の問題もなしに実現でき、フリッカを抑える（６０Ｈｚ以上）と同時に多数の行（＞１２５０）を駆動することができる。本発明のエレクトロルミネッセンス装置の好適実施例においては、第１及び第２電極パターンのオーバラップ区域において、これらの電極パターンが中間のポリマーと相まって画素の一部分を構成し、且つ当該装置は駆動回路を具え、該駆動回路が、動作時に、非選択画素の位置における第１電極パターンに第２電極パターンに対しゼロ又は負の電圧を供給するとともに、１以上の画素の各選択時に選択画素にほぼ一定の電流を供給し、前記一定の電流の値を表示すべきグレーレベルにより決定することを特徴とする。個々の画素（ＬＥＤ）は電流制御により極めて良好に調整することができることを確かめた。この場合には、選択中駆動回路が表示すべきグレーレベルにより決まるパルス幅を有するデータパルスをデータ電極に供給することにより光強度変化（グレーレベル）を得ることができる。このグレーレベル調整は少なくとも５０ナノ秒のパルス幅で既に実現される。他方、駆動回路により１以上の画素の各選択時に選択画素にほぼ一定の電流を供給し、この電流の値を表示すべきグレーレベルにより決定することによりグレーレベルを得ることもできる。本発明のこれらの特徴及び他の特徴は以下に記載する実施例の説明から明らかになる。図面において、図１は本発明表示装置の一部分の平面図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線上の断面図であり、図３は本発明表示装置の等価回路図であり、図４〜１１はこのような装置における種々の制御信号を示し、図１１は図２に示す装置の変形例を示す。これらの図は略図であり、正しい寸法比で描かれてない。対応する素子は同一の参照番号で示されている。図１は導電材料からなる電極層の２つのパターン１２、１３間に活性層１１を有する表示装置１０の一部分の平面図であり、図２はその断面図である。この実施例では、電極１２が列電極又はデータ電極を構成し、電極１３が行電極又は選択電極を構成する。このようにすると、これらの電極と中間の活性材料とが相まって発光ダイオード（ＬＥＤ）１４のマトリクスを構成し、本願ではこれらの発光ダイオード１４を画素１４又はピクセル１４とも称す（図３）。少なくとも一方の電極パターンが活性層内で放出される光に対し透明である。動作中、列電極又はデータ電極１２は、活性層に正孔を注入するためにこれらの電極が選択電極１３に対し十分に正の電圧を有するように駆動される。これらの電極１２の材料は高い仕事関数を有し、通常酸化インジウム又は酸化インジウム−錫（ＩＴＯ）の層により構成される。特にＩＴＯがその高い導電率及び透明度のために好適である。選択電極１３は活性層に電子を注入する負電極（電極１２に対し）として作用する。この実施例では、この層の材料はアルミニウムである。低い仕事関数を有する材料、例えばインジウム、カルシウム、バリウム又はマグネシウムを選択するのが好ましい。通常大電流が行電極を経て流れるために、これらの電極は低い抵抗値を有し、この低抵抗値は例えば材料の選択又は層厚の選択により得られる。ＩＴＯの電極１２は蒸着、スパッタリング又はＣＶＤ法により設ける。これらの電極及び一般には電極１３も慣例のフォトリソグラフィ法により、又は蒸着処理中に装置１０の所望のパターンと一致するマスクを用いて部分スクリーニングにより所要のパターンに構成する。活性層又は発光層１１用に好適な共役ポリマーはポリ（３−アルキルチオフェン）及びポリ（ｐ−フェニレンビニレン）（ＰＰＶ）を主成分とするポリマーである。可溶性共役ポリマーが好ましい。その理由は、これらの活性層を、例えばスピンコーティング法で容易に製造することができるためである。可溶性共役ＰＰＶ誘導体の例にはポリ（ジアルコキシ−ｐ−フェニレンビニレン）及びポリ（ジアルキル−ｐ−フェニレンビニレン）がある。これらのポリマーのフェニレン基はしばしばアルコキシ基又はアルキル基と２，５位置で置換される。第１グループの代表例は、例えばポリ［２−メトキシ，５−（２−エチルヘキシルオキシ）−ｐ−フェニレンビニレン］（ＭＥＴ−ＰＰＶ）及びポリ［２ −メトキシ，５−（３，７−ジメチルオクチルオキシ）−ｐ−フェニレンビニレン］であり、前者は活性層に使用すると黄−橙色光を放出し、後者は橙色光を放出する。第２のグループの代表例は、例えばポリ［２−メチル−５−（ｎ−ドデシル）−ｐ−フェニレンビニレン］、ポリ［２−メチル−５−（３，７−ジメチルオクチル）−ｐ−フェニレンビニレン］及びポリ［２−メチル−５−（４，６、６−トリメチルヘプチル）−ｐ−フェニレンビニレン］である。後者の３つのポリマーは活性層に使用すると緑色光を放出する。共役ポリマーの調製方法に応じて、ポリマーは１５％までの非共役単位を含むことができる。このような非共役単位は光子の数／活性層内の注入電子により定義されるエレクトロルミネッセンス効率を向上させる。上述の共役ＰＰＶ誘導体は通常の有機溶剤、例えばクロロホルムのようなハロゲン化炭化水素及びトルエンのような芳香族炭化水素に可溶性である。アセトン及びテトラハイドロフランを溶剤として使用することもできる。共役ポリマーの重合度は１０〜１００，０００である。共役ポリマーの活性層は一般に１０〜２５０ｎｍの厚さ、特に１００〜２００ｎｍの厚さを有する。ＬＥＤ構造は、例えばガラス、石英ガラス、セラミック材料又は合成材料からなる基板上に設けることができる。透光性基板又は透明基板を使用するのが好ましい。フレキシブルエレクトロルミネッセンス装置が望ましい場合には、合成材料の透明箔を使用する。透明でフレキシブルな好適な合成材料は、例えばポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネイト、ポリエチレン及びポリビニルクロライドである。図３はこのようなＬＥＤ１４のｎ行×ｍ列のマトリクスの一部分の等価回路図である。この装置は更に行選択回路１５（例えば、マルチプレクサ回路）及びデータレジスタ１６を具える。外部から供給される情報１７、例えばビデオ信号を処理装置１８内で処理する。この処理装置１８は、表示すべき情報に応じて、データレジスタ１６の各部分を供給リード１９を経て充電し、トランジスタ２２（本例ではｐｎｐトランジスタ）のベース２３に前記情報に関連する電圧をライン２１を経て供給する。この実施例では、実際の列導体１２をトランジスタ２２のコレクタ２４に導電接続するとともに、これらのトランジスタのエミッタ２５を抵抗２６を経て固定電圧、本例では接地された電圧源２７の＋２Ｖの電圧に接続する。ほぼ同一の抵抗値を有する抵抗２６及びレジスタ１６によりベース２３に供給される電圧を、この実施例ではトランジスタ２２及び抵抗２６の組合せがほぼ理想電流源とみなせるように選択する。しかし、この電流源は、その電流をコレクタを経て放出しうる場合に流すことができるのみである。この目的のためには、行電極１３の電圧は十分に低くする必要がある。この行選択電圧は行選択回路１５により供給される。行の選択とライン２１への電圧供給との間の相互同期は駆動装置１８により駆動ライン２０を経て行われる。このような装置に関連する種々の駆動信号を図４〜１０に示す。図４〜６は、上述の実施例において、ライン１、２及びｎを選択電圧Ｖ_selにより期間ｔ_L中選択する行選択信号又はライン選択信号を示す。これらの選択信号は、例えば画像周期又は（本例の場合のように）フレーム周期ｔ_fに等しい周期の残りの期間中、非選択電圧Ｖ_nonselを供給する。フレーム周期中に、列又はデータ電極１２に、画素Ｐ₁₁及びＰ₁₂が０及び約1/ 2Ｉ₀の強度で光を放出するような電圧が、画素Ｐ₂₁及びＰ₂₂が約1/2Ｉ₀及びＩ₀ の強度で光を放出するような電圧が、画素Ｐ_n1及びＰ_n2が3/4Ｉ₀及び約1/4Ｉ₀の強度で光を放出するような電圧が供給される。ここで、Ｉ₀は最大輝度である。図７及び８は、装置が電圧により制御される場合に列電極１２に供給される電圧を示す（この場合には図３に示す電流源２２が存在しないで、データ電圧がレジスタ１６から列電極１２に直接供給される）。瞬時ｔ₀から、ライン１が電圧Ｖ_selにより期間ｔ_L中選択されるとともに、電圧−Ｖ_D及び−1/2Ｖ_Dが列１及び列２の列電極に供給される。この場合、ダイオード構造両端間の電圧はアノードからカソードの方向に見てそれぞれ（−Ｖ_D−Ｖ_sel）及び（−1/2Ｖ_D− Ｖ_sel）になる。瞬時ｔ₁から、ライン２が電圧Ｖ_selにより期間ｔ_L中選択されるとともに、電圧０及び＋Ｖ_Dが列１及び列２の列電極に供給される。この場合、ダイオード構造両端間の電圧はそれぞれ−Ｖ_sel及び（Ｖ_D−Ｖ_sel）になる。同様に、ラインｎが瞬時ｔ_n-1から電圧Ｖ_selにより期間ｔ_L中選択されるとともに、電圧−1/2Ｖ_D及び−1/2Ｖ_Dが列１及び列２の列電極に供給される。この場合、ダイオード構造両端間の電圧はそれぞれ（＋1/2Ｖ_D−Ｖ_sel）及び（−1/2Ｖ_D− Ｖ_sel）になる。この場合には、Ｖ_sel及びＶ_Dを、（例えば、負値のＶ_selに対し）ＬＥＤ構造両端間の電圧が（−Ｖ_D−Ｖ_sel）のとき殆どコンダクタンスを示さず、光をちょうど放出しなくなるが、（Ｖ_D−Ｖ_sel）のとき光を強度Ｉ₀で放出するように選択する。ＬＥＤ両端間の電圧と放出光強度との間に直線関係が存在するものと仮定すれば、画素は上述した強度で光を放出する。実際には、この関係は非線形であるため、ＬＥＤの強度電圧変化（及びしきい値電圧のような他の特性）の補正を考慮する必要がある。電圧Ｖ_nonselは、例えば最大データ電圧より大きい正の値（Ｖ_nonsel＞Ｖ_Dmax ）に選択して、非選択期間中、列電極の電圧と無関係に、ＬＥＤ構造の両端間に、アノードからカソードに見て、常に負又はゼロ電圧が存在するように選択する。しかし、電流源２２、２６を使用すると、搬送電流と光強度との間にほぼ直線関係が得られる。これは、ＬＥＤの放出光量を電流変調により制御する可能性をもたらす。この場合にはデータレジスタ１６はトランジスタ２２のベース２３に入力情報に関連する電圧を供給し、関連する電流値が０とＩ₀との間のＬＥＤ放出光に対応する値の間で変化するようにする。しかし、入力情報１７を、（例えば、ディジタル技術により）、この情報と関連するグレーレベルをパルス幅として記憶するように処理するのが好ましい。列１、２、ｎと関連するトランジスタのベースと関連する電圧変化を図９及び１０に示す。期間ｔ₀−ｔ₁中、列１と関連するトランジスタは選択されず、列２と関連するトランジスタが1/4ｔ_L中そのベースで電圧Ｖ₀により選択される。この電圧は、抵抗２６とともに、トランジスタ２２が常にＩ₀の強度の光を放出する電流を搬送するように選択する（例えば、電圧源２７に接続されたエミッタ抵抗２６の共通接続点の電圧が＋２Ｖのとき０Ｖ）。この場合、画素Ｐ₁₁及びＰ₁₂ の光強度はそれぞれ０及び1/4Ｉ₀になる。ここでも、同様に、Ｖ_nonselは、列電極の電圧と無関係に、データ電極と行電極との間の電圧が（ＬＥＤ構造の両端間で、アノードからカソードに見て）常にゼロ又は負になるするように選択する。期間ｔ₁−ｔ₂中、列１と関連するトランジスタが1/2ｔ_L中そのベースで電圧Ｖ₀ により選択され、列２と関連するトランジスタがｔ_L中そのベースで電圧Ｖ₀により選択される。この場合、画素Ｐ₂₁及びＰ₂₂の光強度はそれぞれ1/2Ｉ₀及びＩ₀ になる。期間ｔ_n-1−ｔ_n中、列１と関連するトランジスタが3/4ｔ_L中そのベースで電圧Ｖ₀により選択され、列２と関連するトランジスタが1/4ｔ_L中そのベースで電圧Ｖ₀により選択される。この場合、画素Ｐ_n1及びＰ_n2の光強度はそれぞれ3/4Ｉ₀及び1/4Ｉ₀になる。値Ｉ₀の光強度は本例ではパルス幅ｔ_Lのデータパルスで達成されるが、この値はもっと短いパルスで達成することができる。即ち、図９及び１０に示すデータパルスは実際のライン期間ｔ_Lよりはるかに短いパルス幅を有するものとすることができる。前文に記載したように、ＬＥＤ構造（画素）両端間の順方向電圧を十分高くして（＞１．６Ｖ）これを導通させ、光放出を発生させるものとすれば、ＬＥＤ構造両端間の電圧を、図４〜８につき説明した電圧制御を使用する場合には、広い範囲内で変化させることができるが、実際上の理由（駆動電圧をＩＣにより供給する必要がある）のためにこの電圧は２０Ｖ以下に維持するのが好ましい。しかし、これは装置の動作のために厳密に必要とされるわけではない。また、選択パルス（従ってデータパルス）のパルス幅も両実施例において広範囲に亘って変化させることができる。コンピュータモニタ用においては、５μs の最小パルス幅を十分に使用しうる。電流制御を使用すると、５０nsのデータパルスを使用しうる。上述の電圧はこれらのパルス幅で満足であることが確かめられた。これより小さいパルス幅では、必要とされる電圧が急速に大きくなり、上述した実際上の欠点を導き、原則として使用不可能である。図１１は、透明電極１２を導電性ポリマーの領域として設けた本発明装置を示す。この目的のためにポリマーの透明電極層を構成する。この電極層は異なる電気特性を有する領域を有する。即ち、この電極層のポリマーは、位置に応じて、導通状態及び非導通状態である。正孔注入用の実際の電極として機能する導電領域１２に加えて、ポリマー層は電気的に絶縁性の領域８を具える。ここで電気的に絶縁性とは使用する層厚で１０⁸Ω／スクエア以上の表面抵抗率であることを意味する。使用する層厚では、導電領域は最大で１ｋΩ／スクエアの表面抵抗率を有し、従って電極として好適である。透明電極層用に好適なポリマーはポリアニリン（ＰＡＮＩ）及びポリ−３，４ −エチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）である。これらのポリマーは導電状態にも絶縁状態にもすることができる。要するに、本発明は、半導体ポリマーの活性層を有する、例えばマトリクスの形態に配列された画素からなるエレクトロルミネッセンス表示装置の制御装置に関するものであり、これによりフリッカ及びクロストークを低減するすることにある。制御装置は電圧制御に基づくものとし、画素両端間の電圧を１．６Ｖ〜２０Ｖの範囲にすることができるが、電流制御に基づくものとし、選択パルスの幅でグレーレベルを決定するものとする方が好ましい。本発明はマトリクスディスプレイに関し説明したが、上述の駆動方法及び装置はセグメント画像電極を有する表示装置（英数字ディスプレイ）又は単−ＬＥＤ構造にも使用することができる。図示の電流源の代わりに、ｎｐｎトランジスタ又はＭＯＳトランジスタからなる電流源を使用することもできるとともに、演算増幅器からなる電流源を使用することもできる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者クウェイクカレルエルベルトオランダ国 5621 ベーアーアインドーフェンフルーネヴァウツウェッハ１

Claims

【特許請求の範囲】１．第１の電極パターンと第２の電極パターンとの間に存在する半導体共役ポリマーの活性層を具え、前記２つの電極パターンの少なくとも一方が放出される光に対し透明であり、且つ前記活性層に正孔を注入するのに好適な材料からなる第１のパターンを具えるエレクトロルミネッセンス装置において、前記第１及び第２電極パターンがオーバラップする区域において、これらの電極パターンが中間のポリマーと相まって画素の一部分を構成し、且つ当該装置は駆動回路を具え、該駆動回路が、動作時に、非選択画素の位置における第１電極パターンに第２電極パターンに対しゼロ又は負の電圧を供給するとともに、選択画素の位置における第１電極パターンに第２電極パターンに対し１．６Ｖ以上の正の電圧を供給することを特徴とするエレクトロルミネッセンス装置。２．前記正電圧は２０Ｖ以下であることを特徴とする請求項１記載のエレクトロルミネッセンス装置。３．前記第１及び第２電極パターンがストリップ状の選択電極及びデータ電極を具え、且つ選択時に、前記駆動回路が選択電極に少なくとも５マイクロ秒のパルス幅を有する選択パルスを供給することを特徴とする請求項１又は２記載のエレクトロルミネッセンス装置。４．前記駆動回路が選択中の画素にほぼ固定値を有する電流を供給するとともに、グレーレベルを選択パルスの幅により決定することを特徴とする請求項３記載のエレクトロルミネッセンス装置。５．第１の電極パターンと第２の電極パターンとの間に存在する半導体共役ポリマーの活性層を具え、前記２つの電極パターンの少なくとも一方が放出される光に対し透明であり、且つ前記活性層に正孔を注入するのに好適な材料からなる第１のパターンを具えるエレクトロルミネッセンス装置において、前記第１及び第２電極パターンがオーバラップする区域において、これらの電極パターンが中間のポリマーと相まって画素の一部分を構成し、且つ当該装置は駆動回路を具え、該駆動回路が、動作時に、非選択画素の位置における第１電極パターンに第２電極パターンに対しゼロ又は負の電圧を供給するとともに、１以上の画素の各選択時に選択画素にほぼ一定の電流を供給し、前記一定の電流の値が表示すべきグレーレベルにより決定されることを特徴とするエレクトロルミネッセンス装置。６．選択時に、前記駆動回路が選択画素に少なくとも５０ナノ秒のパルス幅を有するパルスを供給することを特徴とする請求項５記載のエレクトロルミネッセンス装置。７．前記第１及び第２電極パターンがストリップ状の選択電極及びデータ電極を具え、且つ選択時に、前記駆動回路が選択電極に少なくとも５マイクロ秒のパルス幅を有する選択パルスを供給することを特徴とする請求項１又は２記載のエレクトロルミネッセンス装置。８．前記第１電極パターンが電極層の一部分を構成し、該電極層には電気的に絶縁性のポリマーの領域がパターンに配列されていることを特徴とする請求項１〜７の何かに記載のエレクトロルミネッセンス装置。９．前記電極層はポリアニリン又はポリ−３，４−エチレンジオキシチオフェンからなることを特徴とする請求項８記載のエレクトロルミネッセンス装置。