[发明专利]有源矩阵型显示设备及驱动方法

说明书

发明领域

本发明涉及在每个像素中具有一个有源器件并用该有源器件控制像素单元中的显示的有源矩阵型显示设备及其驱动方法，特别是涉及用有机材料电致发光(以后称为有机EL(电致发光))器件作为电光器件的有源矩阵型有机EL显示设备及其驱动方法。

用液晶单元作为像素的显示器件的液晶显示器，例如，具有大量的安排成矩阵形式的像素，并根据要被显示的图象的信息控制每个像素中的光强度，从而实施对图象显示器的驱动。通过用电流控制型电光器件，例如作为像素的显示器件的有机EL器件的有机EL显示器实施相同的显示驱动。

有机EL器件具有将包括光发射层在内的有机材料构成的有机层夹在2个电极之间形成的结构。当在该器件上加上电压时，电子从阴极注入有机层，空穴从阳极注入有机层，然后电子与空穴相互复合发射出光。有机EL器件在10V或更低的驱动电压下提供数百到数万cd/m²的亮度，并且是自发光器件。有机EL器件具有如高的图象对比度和高的响应速度这样的优点。于是，我们认为用有机EL器件作为像素的显示器件的有机EL显示器作为下一代平板显示器是非常有前途的。

作为有机EL显示器的驱动方法，具有无源矩阵法和有源矩阵法。无源矩阵法只在选出每个像素的光发射器件的时刻发射光。虽然无源矩阵法具有简单的构造，但是无源矩阵法具有难以实现大的高清晰度显示那样的问题。另一方面，有源矩阵法能够在一个帧的期间在每个像素中保持有机EL器件的光发射，所以可以说它是适合于增加显示的尺寸，分辨率和亮度的驱动方法。

在有源矩阵型有机EL显示器中，一般用多晶硅薄膜晶体管(TFT)作为用于控制每个像素的亮度的像素电路中的有源器件。用电路方法控制薄膜晶体管特性中的变化和补偿薄膜晶体管特性中的变化是在像素电路中用薄膜晶体管的有源矩阵型有机EL显示器的主要问题。这就是下面提出的理由。

用液晶单元作为像素的显示器件的液晶显示器用电压值控制每个像素的亮度数据。另一方面，有机EL显示器用电流值控制每个像素的亮度数据。用电压写入型像素电路的最简单的有源矩阵型有机EL显示器的配置简略地如图1所示。电压写入型像素电路的电路配置如图2所示。

如图1所示，有源矩阵型有机EL显示器具有安排成矩阵形式的大量的像素电路101，和通过数据线105-1到105-m从电压驱动型数据线驱动电路104以电压的形式提供亮度数据而同时用扫描线驱动电路103序列地选择扫描线102-1到102-n，重复写入亮度数据。在这种情形中画出m列和n行的像素安排。当然，在这种情形中，数据线的数目为m，扫描线的数目为n。

如从图2可以看到的那样，电压写入型像素电路101包括：一个具有与第1电源(例如负电源)连接的阴极的有机EL器件111；一个具有与有机EL器件111的阳极连接的漏极和与第2电源(例如地)连接的源极的P-沟道TFT 112；一个连接在TFT 112的栅极和第2电源之间的电容器113；和一个具有与TFT 112的栅极连接的漏极，与数据线105(105-1到105-m)连接的源极，和与扫描线102(102-1到102-n)连接的栅极的N-沟道TFT 114。

在这样形成的像素电路101中，TFT 114选择用于写入亮度数据的像素，和控制电容器113保持亮度数据电压。电容器113保持通过TFT 114提供的亮度数据电压。TFT 112根据由电容器113保持的亮度数据电压驱动有机EL器件111。

在这种情形中，令Le1为有机EL器件111的发光亮度，Ie1为流过有机EL器件111的电流，Vth为TFT 112的阈值电压，k为比例常数，和Vdata为由电容器113保持的数据电压，当TFT 112用于饱和区域时，下列公式成立：

Le1∝Ie1

＝k(Vdata-Vth)²(1)

其中k＝1/2·μ·Cox·W/L，μ是TFT 112的迁移率；Cox是每单位面积的栅极电容；W是栅极宽度；和L是栅极长度。

如从公式(1)可以看到的那样，加到有机EL器件111的电流值，即有机EL器件111的发光亮度受到TFT 112的迁移率μ(∝k)和阈值电压Vth中的变化的影响。事实上，我们知道用于形成TFT的非晶形硅和多晶硅与单晶硅比较具有低劣的结晶度和低劣的导电机构的可控性，于是TFT在晶体管特性中具有很大的变化。所以，很难制造出高质量的具有许多灰度等级的有机EL显示器，这些灰度等级使得用电压写入型像素电路可以显示出自然图象。