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JP2001075524A - 表示装置 - Google Patents

表示装置

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JP2001075524A
JP2001075524A JP24995599A JP24995599A JP2001075524A JP 2001075524 A JP2001075524 A JP 2001075524A JP 24995599 A JP24995599 A JP 24995599A JP 24995599 A JP24995599 A JP 24995599A JP 2001075524 A JP2001075524 A JP 2001075524A
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light
light emitting
emitting element
pixel
display device
Prior art date
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JP24995599A
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English (en)
Inventor
Kenzo Kanedo
健三 鐘堂
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Original Assignee
Rohm Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 各画素を構成する発光素子の発光特性に拘わ
らず、入力に相当する発光量で発光させ、表示画面で色
むらなどが生じないようにすると共に、階調表示をして
もきれいで繊細な表示をすることができる表示装置を提
供する。 【解決手段】 発光素子１と、その発光素子１の光量を
モニターする受光素子２とが設けられている。そして、
その受光素子２の出力により発光素子１の光量を調整す
る制御回路３が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エレクトロルミネ
ッセント（ＥＬ）や発光ダイオード（ＬＥＤ）などなど
の輝度を調整して、所望の輝度で発光させ得る表示装置
に関する。さらに詳しくは、各画素とする発光素子をマ
トリクス状に配列して表示装置を構成する場合に、各画
素で発光量のバラツキが生じないようにし、階調表示を
する場合でも非常に繊細な画像表示をすることができる
表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＯＡ機器の進展に伴い、低消費電
力、軽薄短小の表示装置（ディスプレイ）への要求が大
きくなっている。従来の表示装置としては、ＣＲＴ、液
晶パネルなどがあるが、最近では街頭での大型表示装置
にＬＥＤを用いた表示装置や、ＯＡ機器の表示装置とし
てＥＬ素子などを用いた薄型の自己発光型表示装置への
期待が高まっている。
【０００３】従来のＣＲＴでは各画素を構成する電子ビ
ームの強度を変えることにより各画素の発光量（輝度）
を変えることはできるが、蛍光面のバラツキなどに応じ
て、自動的にその発光量を調整することができない。ま
た、液晶パネルでは、デューティ駆動のデューティを変
えることにより各画素の明るさを変えることはできる
が、液晶パネルにおいても、カラーフィルタのバラツキ
などに応じて、自動的にその明るさを調整することはで
きない。
【０００４】一方、前述のＬＥＤやＥＬ素子のような自
己発光型表示装置においても、従来の表示装置と同様に
一定の入力に応じた駆動電圧または電流（電力）によ
り、各画素を駆動する構造になっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前述のように、従来の
表示装置の駆動は、階調表示などの特別な表示をしない
限り、一定の入力を印加して駆動する構造になってい
る。しかし、ＬＥＤやＥＬ素子などの自己発光型表示装
置では、とくに各画素が独立して形成されているため、
その発光量にバラツキが生じやすい。このような発光量
が一定しない発光素子をマトリクス状に配列して表示装
置を構成する場合、各画素でその発光量が一定しないと
表示画面に表示ムラやノイズが生じて、きれいな表示画
像を得ることができない。とくに階調表示をしようとす
る場合、各画素を構成する発光素子そのものの発光量に
バラツキがあると、所定の入力を印加しても、きれいな
階調表示をすることができないという問題がある。
【０００６】一方、ＬＥＤやＥＬ素子などの自己発光型
素子は、閾値電圧（電流）以上の電圧を印加するとその
電圧に応じて僅かの入力の変化に対してもその発光量を
変化させやすい。したがって、発光量のバラツキを認識
することができれば、その発光量を一定に調整しやす
い。
【０００７】本発明は、このような状況に鑑みなされた
もので、発光素子の発光特性に拘わらず、入力に相当す
る発光量で発光する表示装置を提供することを目的とす
る。
【０００８】本発明の他の目的は、発光素子をマトリク
ス状に並べて各画素を構成する表示装置において、各画
素の発光量を調整することにより、画素間の表示ムラや
ノイズのない表示画面とし、階調表示などの繊細な表示
画面もきれいに表示することができる表示装置を提供す
ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の表示装置は、発
光素子と、該発光素子の光量をモニターする受光素子
と、該受光素子の出力により前記発光素子の光量を調整
する制御回路とからなり、前記発光素子の光量を調整し
得る構造になっている。
【００１０】この構造にすることにより、発光素子が、
所定の入力信号（電圧）に対する所定の光量（輝度）の
表示をしない場合、制御回路により所定の入力信号に応
じた受光素子の出力が得られるように制御回路により制
御されるため、発光素子の特性に拘わらず、所定の入力
信号に応じた出力の発光が得られる。
【００１１】前記制御回路は、たとえば前記受光素子の
出力から得られる電圧と入力電圧とを比較する比較回路
と、前記発光素子を駆動する駆動用ＭＯＳトランジスタ
とからなり、前記比較回路の出力である駆動信号を前記
駆動用ＭＯＳトランジスタのゲートへ入力することによ
り前記発光素子の駆動電圧を制御するように構成するこ
とができる。
【００１２】前記発光素子、受光素子および駆動用ＭＯ
Ｓトランジスタの組が１画素を構成するようにマトリク
ス状に形成され、各画素の前記駆動用ＭＯＳトランジス
タのゲートに、該トランジスタのゲート電圧をホールド
するコンデンサが設けられると共に、該トランジスタの
ゲートへの前記駆動信号の入力をオンオフする第１のス
イッチ素子および前記受光素子の前記比較回路への出力
をオンオフする第２のスイッチ素子を同時に制御する制
御端子が各画素に設けられ、該制御端子の選択により各
画素ごとに前記発光素子の光量が調整されることによ
り、マトリクス状に配列される発光素子の光量を各画素
ごとに調整することができる。
【００１３】前記駆動用ＭＯＳトランジスタおよび発光
素子が電源電圧とアース間に直列に接続され、該駆動用
ＭＯＳトランジスタのゲートへの駆動信号に応じて前記
発光素子への駆動電圧が調整されることにより、簡単な
構成で発光素子の光量を調整することができる。
【００１４】行または列方向に並ぶ各画素における前記
第１のスイッチ素子の一端部が駆動線に接続されると共
に、前記第２のスイッチ素子の一端部がモニター線に接
続され、列または行方向に並ぶ各画素の前記制御端子が
選択線に接続され、前記駆動線およびモニター線の行ま
たは列を順次走査する第１のシフトレジスタおよび前記
選択線の列または行を順次走査する第２のシフトレジス
タが設けられることにより、行と列の選択により各画素
を選択し、各画素の発光量を調整しながら、所望の画像
を表示することができる。
【００１５】前記受光素子、駆動用ＭＯＳトランジス
タ、コンデンサ、および第１および第２のスイッチ素子
が１画素ごとに対応するように半導体基板にマトリクス
状に形成され、前記発光素子が、上下両面に光を照射し
得るように、かつ、前記１画素のそれぞれに対応するよ
うに、前記半導体基板上にマトリクス状に形成されるこ
とにより、非常に簡単で、非発光部分が少なく高密度な
表示装置を得ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】つぎに、本発明の表示装置につい
て、図面を参照しながら説明をする。本発明の表示装置
は、その一実施形態の主用部の等価回路図が図１に示さ
れるように、発光素子１と、その発光素子１の光量をモ
ニターする受光素子２とが設けられている。そして、そ
の受光素子２の出力により発光素子１の光量を調整する
制御回路３が設けられ、発光素子１の光量を調整し得る
構造になっている。
【００１７】制御回路３は、たとえば図１に示されるよ
うに、発光素子１を駆動する駆動用ＭＯＳトランジスタ
３１と、比較回路３２とからなっており、比較回路３２
は受光素子２により受光した出力電流を抵抗Ｒにより変
換した電圧と、端子３３に入力される入力信号電圧Ｖs
とを比較している。そして、その出力が駆動用ＭＯＳト
ランジスタ３１のゲートＧに印加されてＭＯＳトランジ
スタ３１の駆動出力を制御し、受光素子２により得られ
る出力の、抵抗Ｒにより変換される電圧が端子３３に入
力される入力信号（設定電圧）Ｖsと等しくなるように
制御される。すなわち、入力信号電圧に応じた発光量が
得られるように比較回路３２からの駆動信号に基づき、
駆動用ＭＯＳトランジスタ３１が制御されるようになっ
ている。
【００１８】発光素子１は、たとえば図３に有機ＥＬ素
子の断面説明図の例が示されるように、シリコン基板１
１の表面にＩＴＯ膜からなる陽極電極１２が設けられ、
その上に、たとえばＮＰＤからなる正孔輸送層１３が６
００Å程度、キナクリドンまたはクマリンを１重量％程
度ドープしたＡｌｑからなるＥＬ発光層１４を３００Å
程度、Ａｌｑからなる電子輸送層１５を３００Å程度、
ＬｉＦからなる電子注入層１６を５Å程度積層すること
により有機層１７が形成されている。有機層１７は、こ
の例に限らず、最低限ＥＬ発光層１４を有しておればよ
い。しかし、前述のように多層構造にすることにより、
電荷（キャリア）の注入性などを向上させることができ
るため好ましい。そして、その上に数Åから１００Å程
度の光透過性のＩｎメタル層１８を介して、１５００Å
程度の厚さの酸化インジウム（たとえばＩｎ2Ｏ3）から
なる陰極電極１９が設けられることにより形成されてい
る。
【００１９】この例に示されるように、発光素子１は、
発光層の両側に光が吸収される層が設けられず、かつ、
両面の電極も透明電極により形成されることが、表示面
とする発光面とは反対側の面に受光素子を設けてその発
光量をモニターすることができるため好ましい。とくに
基板１１として、前述のようなシリコン基板が用いられ
ることにより、そのシリコン基板１１に受光素子２や、
前述の駆動用ＭＯＳトランジスタ３１などを形成するこ
とができ、発光素子１をマトリクス状に形成する表示装
置においても、簡単にその制御回路を形成することがで
き、非常にコンパクトな表示装置を構成することができ
る。
【００２０】受光素子２は、発光素子１により発光する
光を吸収し得る半導体層からなるホトダイオードまたは
ホトトランジスタなどにより形成される。前述のよう
に、発光素子１がシリコン基板１１上に形成される場合
には、そのシリコン基板１１に形成されることにより、
基板１１側に照射される光により発光素子１の発光量を
モニターすることができ、予め受光素子２や駆動用トラ
ンジスタ３１などを形成したシリコン基板１１上に前述
の構造の有機ＥＬ素子などの発光素子１を形成すること
ができる。
【００２１】図１に示される例では、駆動用ＭＯＳトラ
ンジスタ３１のゲートＧへの駆動信号の入力側に第１の
スイッチ素子４１、および受光素子２の出力側に第２の
スイッチ素子４２からなる制御スイッチ４が設けられ、
これらのスイッチ素子４１、４２のオンオフが同時に制
御される制御端子４０が設けられている。これらのスイ
ッチ素子４１、４２は、たとえば後述するように、ＭＯ
Ｓトランジスタにより形成される。このスイッチ素子４
１、４２が設けられるのは、この発光素子１と受光素子
２の組を１画素としてマトリクス状に配列し、ドットマ
トリクス表示装置を構成する場合、各画素ごとにその発
光素子１の光量を調整することができるようにするため
で、制御スイッチ４の制御端子４０を結ぶ選択ライン
と、受光素子２のモニター出力を出力するモニター線お
よび駆動信号を印加する駆動線との選択により、各画素
を順次選択してその発光量を調整することができる。
【００２２】図１に示される例では、さらに駆動用ＭＯ
Ｓトランジスタ３１のゲートＧと電源電圧Ｖccとの間に
ゲート電圧保持用のコンデンサ５が接続されている。こ
れは、前述のように、この発光素子１および受光素子の
組がマトリクス状に配列されて表示装置を構成する場合
に、各画素を選択するためには線順次走査をする必要が
あり、別の画素が選択されて１つの画素が選択されてい
ない場合でも、発光素子１が発光しつづけられるよう
に、駆動用ＭＯＳトランジスタ３１のゲートＧに駆動信
号を保持するようにするためである。
【００２３】図１に示される表示装置をマトリクス状に
配列して、各発光素子１や受光素子２などの組を１画素
とする表示装置の構成例を図２に等価回路図で示す。す
なわち、図２において、破線で囲まれた部分が１画素に
相当し、前述のように、第１のスイッチ素子４１および
第２のスイッチ素子４２はＭＯＳトランジスタにより形
成されている。そして、列方向に並ぶ各画素の第１およ
び第２のスイッチ素子４１、４２の制御端子４０が列方
向の選択線６に接続されている。また、駆動用ＭＯＳト
ランジスタ３１のゲートＧへの駆動信号は、第１のスイ
ッチ素子４１を介して入力されるように、行方向に並ぶ
各画素における第１のスイッチ素子４１の一端部が駆動
線７に接続されている。また、同様に行方向に並ぶ各画
素の受光素子２の出力端子は第２のスイッチ素子４２を
介してモニター線８に接続されている。
【００２４】そして、各選択線６は、第２のシフトレジ
スタに接続され、順次走査できるようになっており、各
行のモニター線８は連結されて受光素子２の起電力によ
り発生した出力電流を電圧に変更するための抵抗Ｒを介
して基準電位ＧＮＤに接続されている。そして、抵抗Ｒ
により変換された電圧が比較回路３２の一方の入力端子
に入力され、他方の端子に入力される設定電圧（入力信
号）Ｖsと比較されて、受光素子２により受光した発光
量が設定電圧より高いか低いかを判断し、その出力が駆
動線７に接続され、駆動用ＭＯＳトランジスタ３１のゲ
ートＧに送られるように接続されている。そして、各行
の駆動線７およびモニター線８は、ＭＯＳトランジスタ
などからなるスイッチ素子９を介して第１のシフトレジ
スタに接続され、各行を順次選択できるようになってい
る。
【００２５】このように各配線がなされることにより、
各行および列の順次の選択により、各画素が選択され、
選択された画素の第１および第２のスイッチ素子４１、
４２が同時にオンになり、駆動用ＭＯＳトランジスタ３
１のゲートＧに駆動信号が与えられると共に、そのとき
の発光量が受光素子２により検出されてその出力が比較
回路３２により設定電圧Ｖsと比較され、設定電圧と符
合する発光量になるように駆動信号が調整される。そし
て、発光量が調整されたときの駆動信号はコンデンサ５
に保持され、制御スイッチ４は同時にオフにされ、その
画素の選択が終了する。画素の選択が終了しても、コン
デンサ５に駆動信号は保持されているため、その画素の
発光素子１はその駆動信号の発光を続ける。
【００２６】そして、つぎの画素の選択により異なる設
定電圧が駆動信号として印加され、もしオフにする信号
であれば発光素子１に電圧が印加されず、発光量は０に
なり、つぎの選択までその状態を続ける。階調表示をす
るため中間の発光をさせる場合でも、その電圧を設定電
圧Ｖsとして設定することにより、その電圧に相当する
発光をする。
【００２７】本発明の表示装置によれば、自己発光型の
発光素子を有する表示装置において、その発光素子の発
光量をモニターし、その発光量が所定の入力信号（設定
電圧）に相当する発光量になるよう制御回路が設けられ
ているため、常に一定の明るさの発光をさせることがで
きる。そのため、この発光素子をマトリクス状に配列
し、それぞれを各画素とする表示装置を構成する場合
に、製造工程などの問題で各発光素子の明るさにバラツ
キがあっても、各画素の明るさを一定にすることができ
る。その結果、表示画面で表示ムラやノイズが生じるこ
となく、非常にきれいな表示画像を得ることができる。
【００２８】とくに、階調表示をし、各画素間で明暗を
設ける場合でも、正確に入力信号に応じた明るさで表示
されるため、非常に鮮明な階調表示をすることができ
る。しかも、入力信号（設定電圧）をアナログ的に変化
させることができ、その入力信号に相当する明るさを正
確に表示することができるため、より一層繊細な階調表
示をすることができる。
【００２９】また、前述のように、基板としてシリコン
基板を用いることにより、シリコン基板に受光素子２お
よび駆動用ＭＯＳトランジスタ３１、制御スイッチ４、
信号保持用のコンデンサ５などをマトリクス状に形成す
ることができ、その上に透明電極や有機層などを積層し
てパターニングすることにより、それぞれの制御回路３
上に、有機ＥＬ素子などの発光素子１を正確にマトリク
ス状に形成することができるため、非常に高密度な画素
を有する表示装置が得られる。
【００３０】
【発明の効果】本発明によれば、発光素子の発光量を受
光素子によりモニターし、入力信号のレベルと合せる制
御回路が設けられているため、製造上のバラツキに拘わ
らず、常に入力信号に応じた発光をすることができる。
その結果、発光素子を各画素としてマトリクス状に配列
した大型の表示装置にしても、画素間での色むらやノイ
ズが生じることなく、非常に表示特性の優れた表示装置
を得ることができる。とくに階調表示をする場合でも、
各画素ごとに入力信号に応じた発光量の発光をするた
め、非常に繊細な表示をすることができる。
【００３１】また、発光素子が両面透明電極で両面に光
を照射することができる構造に形成され、シリコンなど
の半導体基板上に形成されることにより、画素間の光の
漏れを防止しやすいと共に、受光素子や制御回路などを
半導体基板に直接形成することができるため、各画素に
占める非発光領域を非常に小さくすることができ、高密
度な表示装置を簡単な製造工程で安価に得ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の表示装置の一実施形態である構成の主
用部の等価回路図である。
【図２】図１の表示装置をマトリクス状に配列する構成
例の説明図である。
【図３】図１の発光素子の一例である有機ＥＬ素子の一
例の断面説明図である。
【符号の説明】
１ 発光素子 ２ 受光素子 ３ 制御回路 ４ スイッチ素子 ３１ 駆動用ＭＯＳトランジスタ ３２ 比較回路

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 発光素子と、該発光素子の光量をモニタ
    ーする受光素子と、該受光素子の出力により前記発光素
    子の光量を調整する制御回路とからなり、前記発光素子
    の光量を調整し得る表示装置。
  2. 【請求項２】 前記制御回路が、前記受光素子の出力か
    ら得られる電圧と入力信号の電圧とを比較する比較回路
    と、前記発光素子を駆動する駆動用ＭＯＳトランジスタ
    とからなり、前記比較回路の出力である駆動信号を前記
    駆動用ＭＯＳトランジスタのゲートへ入力することによ
    り前記発光素子の駆動電力を制御する請求項１記載の表
    示装置。
  3. 【請求項３】 前記発光素子、受光素子および駆動用Ｍ
    ＯＳトランジスタの組が１画素を構成するようにマトリ
    クス状に形成され、各画素の前記駆動用ＭＯＳトランジ
    スタのゲートに、該トランジスタのゲート電圧をホール
    ドするコンデンサが設けられると共に、該トランジスタ
    のゲートへの前記駆動信号の入力をオンオフする第１の
    スイッチ素子および前記受光素子の前記比較回路への出
    力をオンオフする第２のスイッチ素子を同時に制御する
    制御端子が各画素に設けられ、該制御端子の選択によ
    り、各画素ごとに前記発光素子の光量が調整されてなる
    請求項２記載の表示装置。
  4. 【請求項４】 前記駆動用ＭＯＳトランジスタおよび発
    光素子が電源電圧とアース間に直列に接続され、該駆動
    用ＭＯＳトランジスタのゲートへの駆動信号に応じて前
    記発光素子への駆動電力が調整されてなる請求項２また
    は３記載の表示装置。
  5. 【請求項５】 行または列方向に並ぶ各画素における前
    記第１のスイッチ素子の一端部が駆動線に接続されると
    共に、前記第２のスイッチ素子の一端部がモニター線に
    接続され、列または行方向に並ぶ各画素の前記制御端子
    が選択線に接続され、前記駆動線およびモニター線の行
    または列を順次走査する第１のシフトレジスタおよび前
    記選択線の列または行を順次走査する第２のシフトレジ
    スタが設けられることにより、各画素を選択し得る請求
    項３または４記載の表示装置。
  6. 【請求項６】 前記受光素子、駆動用ＭＯＳトランジス
    タ、コンデンサ、および第１および第２のスイッチ素子
    が１画素ごとに対応するように半導体基板にマトリクス
    状に形成され、前記発光素子が、上下両面に光を照射し
    得るように、かつ、前記１画素のそれぞれに対応するよ
    うに、前記半導体基板上にマトリクス状に形成されてな
    る請求項３、４または５記載の表示装置。
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