显示装置、电光元件的驱动方法及电子设备的制作方法

专利名称：显示装置、电光元件的驱动方法及电子设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有包括电光元件且呈矩阵式布置的像素的显示装置，以及 电光元件的驱动方法和电子设备。
背景技术：
近些年，在显示图像的图像显示装置领域中，已经开发出并在市场上销
售具有多个像素电路的有机EL显示装置，所述像素电路呈矩阵式布置并且 包括电致发光元件(例如有机EL元件)，该电致发光元件是所谓的电流驱动 型电光元件，其发光亮度随流过元件的电流值而变化。
有机EL元件是自发光元件。如此，有机EL显示装置与借助包括液晶 单元的像素控制来自光源(背光)的光强的液晶显示装置相比具有几个优点 例如，高图像可见度，不需要背光，以及元件的高响应速度。
有机EL显示装置可以采用以类似液晶显示装置的方式驱动的简单(无 源)矩阵系统或者有源矩阵系统。然而，应当注意的是，简单矩阵显示装置 尽管结构简单却存在一些问题。这些问题包括例如难以实现大型高清晰度显 示装置。
因为这个原因，近些年，已经着重于开发有源矩阵显示装置。这样的显 示装置通过设置在与电光元件处于同一像素电路中的有源元件来控制流过 电光元件的电流，该有源元件例如是绝缘栅场效应晶体管(通常为薄膜晶体 管，TFT)。
在有源矩阵有机EL显示装置中，除了有机EL元件外，像素(像素电 路)至少包括驱动晶体管，适于驱动有机EL元件；写入晶体管，适于对 像素的输入信号电压进行取样并向像素写入电压；以及保持电容，连接到驱 动晶体管的栅极，以保持由写入晶体管写入的输入信号电压(例如，参照日 本专利7>开No. 2005-345722 )。

发明内容
在如上所述构造的有机EL显示装置中，驱动晶体管设计为在饱和区域
工作。因此，驱动晶体管用作恒定电流源。如此，向有机EL元件提供由下 面的公式(1 )给出的恒定的漏-源电流Ids,所述有机EL元件的阳极连接到 驱动晶体管的源极
Ids = ( 1/2 ) .p ( W/L ) Cox ( Vgs - Vth ) 2 ...... ( 1 )
其中Vth是驱动晶体管的阈值电压，p是构成驱动晶体管的沟道的半导 体薄膜的迁移率，W是沟道宽度，L是沟道长度，Cox是每单位面积的栅电 容，而Vgs是相对于源施加给栅的栅-源电压。
另一方面，由于驱动晶体管的栅电位Vg随着写入晶体管通过采样写入 输入信号电压Vsig而升高，因此驱动晶体管的源电位Vs将升高，这是由于 保持电容与有机EL元件的电容的耦合所致。这里，保持电容的电容值由Ccs 表示，有机EL元件的电容值由Coled表示，而驱动晶体管的栅电位Vg的 增量由AVg表示，驱动晶体管的源电位Vs的增量AVs通过下面的公式(2 ) 给出
AVs = AVg x {Ccs/ ( Coled + Ccs ) } ...... ( 2 )
从公式(2 )清楚可见，如果有机EL元件的电容值Coled充分地大于保 持电容的电容值Ccs,则当驱动晶体管的栅电位Vg升高时，可以抑制驱动 晶体管的源电位Vs的增量AVs。即，当有机EL元件的电容值Coled充分大 于保持电容的电容值Ccs时，有利于提供很大的驱动晶体管的栅-源电位差。
其理由如下。即，如果在写入晶体管写入输入信号电压Vsig时可以提 供很大的驱动晶体管的栅-源电位差，则写入到像素的输入信号电压Vsig的 幅值可以减少到相同的程度。因此，可以减少适合通过信号线给每个像素提 供输入信号电压Vsig的水平驱动系统的功率消耗。如此，显示装置总体上 可以减少功率消耗。
根据前述，本发明的目的是提供这样的显示装置，其允许例如有机EL 元件的电光元件的电容值任意设定而不改变像素的光取出效率，以及提供电 光元件的驱动方法和电子设备。
根据本发明的显示装置的特征如下。即，包括电光元件和遮光膜的像素 呈矩阵形式布置。遮光膜形成光取出开口，其开口面积小于电光元件的发光 面积。电光元件的电容值通过电光元件的发光面积设定。
根据本发明的电光元件的驱动方法是适于根据电流而发光的电光元件
的驱动方法。该电光元件的驱动方法的特征如下。即，该方法驱动多个电光 元件，并且通过在各电光元件之间变化发光面积使得每个电光元件的驱动电 流值处于近似相同的水平。
根据本发明的电子设备的特征在于具有显示装置。在该显示装置中，包 括电光元件和遮光膜的像素呈矩阵形式布置。遮光膜形成光取出开口，其开 口面积小于电光元件的发光面积。电光元件的电容值通过电光元件的发光面 积设定。
在该显示装置中，电光元件的驱动方法和电子设备如上所述来构造，电 光元件的电容值通过发光材料、发光层的膜厚度和发光面积来确定。因为这 样的理由，电光元件的电容值通过调整电光元件的发光面积来设定到最佳 值。在此情况下，由遮光膜形成的光取出开口的开口面积小于电光元件的发 光面积。因此，即使电光元件的发光面积改变，通过光取出开口的开口面积 确定的像素的发光面积即光取出率也将保持不变。


图1是根据本发明的有源矩阵有机EL显示装置的构造要点的系统构造图。
图2是像素(像素电路)的电路构造的实例的电路图。 图3是驱动晶体管的漏-源电压Vds相对于漏-源电流Ids的特性要素图。 图4是用于描述根据本发明的有源矩阵有机EL显示装置的电路动作情 况的定时波形图。
图5是像素的截面结构的实例的截面图。
图6是有机EL元件的发光面积的变化与其电容值Coled的变化之间的 关系的示意图。
图7是采用本发明的电视机的透视图。
图8是采用本发明的数字相机的透视图，并且(A)是前视透视图，而 (B)是后视透视图。
图9是采用本发明的膝上个人电脑的透视图。 图IO是采用本发明的便携式摄像机的透视图。
图11是采用本发明的移动电话的透视图，并且(A)是移动电话处于开 启位置时的正视图，(B)是其侧视图，(C)是该移动电话在关闭放电(dosed
discharge)时的正视图，(D)是左侧视图，(E)是右侧视图，(F)是俯视图， 而(G)是仰视图。
具体实施例方式
现在，将参照附图详细描述本发明的实施例。
图1是根据本发明的有源矩阵显示装置(例如有源矩阵有机EL显示装 置)的构造要点的系统构造图。
如图l所示，根据本发明的有机显示装置10包括像素阵列部分30。像 素阵列部分30具有像素(像素电路)20，其包括作为发光元件并且布置为 二维矩阵形式的电致发光元件，即有机EL元件21 (参照图2)。有机EL元 件21是电流驱动电光元件，其发光亮度随着流过装置的电流值的改变而改 变
像素阵列部分30典型地形成在例如玻璃基板这样的透明绝缘基板上。 像素阵列部分30具有扫描线31-1至31-m、驱动线32-1至32-m和第一纠正 扫描线33-1至33-m以及第二纠正扫描线34-1至34-m，对应以m行x n列 布置的多个像素中的每一个。像素阵列部分30还具有对应每个像素列布置 的信号线(数据线)35-1至35-n。
几个电路设置在像素阵列部分30的周围。这些电路是写入扫描电路 40，适于扫描和驱动扫描线31-1至31-m;驱动扫描电路50，适于扫描和驱 动驱动线32-1至32-m;第一与第二纠正扫描电路60和70,适于扫描和驱 动第一与第二纠正扫描线33-1至33-m与34-1至34-m;以及电平驱动电路 80,适于向信号线35-1至35-n提供相应于亮度信息的视频信号(数据信号， 即输入信号)。
为了扫描和驱动扫描线31-1至31-m、驱动线32-l至32-m和第一与第 二纠正扫描线33-1至33-m与34-1至34-m,写入扫描电路40、驱动扫描电 路50和第一与第二纠正扫描电路60与70适当输出写入信号WS1至WSm、 驱动信号DS1至DSm和第一与第二纠正扫描信号AZ11至AZlm与AZ21 至AZ2m。
像素阵列部分30的每个像素20可以由非晶硅TFT (薄膜晶体管)或者 低温多晶硅TFT形成。这里，作为实例将描述像素20由低温多晶硅TFT形 成的情况。在采用低温多晶硅TFT的情况下，写入扫描电路40、驱动扫描
电路50、第一与第二纠正扫描电路60与70和电平驱动电路80还可以整体 形成在其上形成有像素阵列部分30的面板(基板)上。 (像素电路)
图2是像素(像素电路)20的电路构造的实例的电路图。如图2所示， 除了电流驱动电光元件(即有机EL元件21 )外，像素20包括驱动晶体管 22、写入(采样)晶体管23、开关晶体管24至26和保持电容27，作为其 电路元件。
在如上所述构造的像素20中，N沟道TFT用作驱动晶体管22、写入晶 体管23和开关晶体管25与26。 P沟道TFT用作开关晶体管24。然而，应 当注意的是，这里给出的驱动晶体管22、写入晶体管23和开关晶体管24 和26的导电类型组合仅是实例，并且本发明不限于这样的组合。
有机EL元件21具有连接到源电位VSS (在本例为接地电位GND )的 阴极电才及。驱动晶体管22适于电流驱动有才几EL元件21。驱动晶体管22具 有连接到有机EL元件21的阳极电极的源极，因此形成源跟随器电路(source follower circuit )。即，驱动晶体管22的源电位Vs由图3所示的驱动晶体管 22和有机EL元件21之间的动作点(operating point)确定。源电位Vs根据 栅电位Vg具有不同的电压值。
写入晶体管23具有源极、漏极和栅极，源极连接到信号线35 ( 35-1至 35-n)，漏极连接到驱动晶体管22的栅极，而栅极连接到扫描线31 (31-1至 31-m)。开关晶体管24具有源极、漏极和栅极，源极连接到第二源电位VDD (在此例中为正源电位)，漏极连接到驱动晶体管22的漏极，而栅极连接到 驱动线32 (32-1至32-m)。开关晶体管25具有漏极、源极和栅极，漏极连 接到第三源电位Vinil,源极连接到写入晶体管23的漏极(驱动晶体管22 的栅极)，而栅极连接到第一纠正扫描线33 ( 33-1至33-m )。
开关晶体管26具有漏极、源极和栅极，漏极连接到驱动晶体管22的源 极和有机EL元件21的阳极电极之间的连接节点Nll,源极连接到第四源电 位Vini2 (在此例中为负源电位)，而栅极连接到第二纠正扫描线34 ( 34-1 至34-m)。保持电容(holding capacitance) 27的一端连接到驱动晶体管22 的栅极和写入晶体管23的漏极之间的连接节点N12。保持电容27的另一端 连接到驱动晶体管22的源极和有机EL元件21的阳极电极之间的连接节点 Nll。
在各元件根据上述连接关系连接的像素20中，各元件分别执行下面的
功能。即，写入晶体管23执行对信号线35提供的输入信号电压Vsig进行 采样，并且向像素20写入输入信号电压Vsig。写入的输入信号电压Vsig由 保持电容27保持。开关晶体管24执行从源电位VDD向驱动晶体管22提供 电流。
当开关晶体管24导通时，驱动晶体管22向有机EL元件21提供相应于 由保持电容27保持的输入信号电压Vsig的电流，因此而驱动该有冲几EL元 件21(电流驱动)。开关晶体管25和26导通，以适于检测在电流驱动有机 EL元件21之前的驱动晶体管22的阈值电压Vth，并且将检测的阈值电压 Vth保持在保持电容27中，以便预先消除电流驱动的影响。保持电容27在 整个显示周期保持驱动晶体管22的栅-源电位差。
作为保证像素20适当动作的条件，第四源电位Vini2设定为低于第三源 电位减去驱动晶体管22的阈值电压Vth所获得的电平。即，保持Vini2 < Vinil -Vth的电平关系。此外，通过将有机EL元件21的阈值电压Vthel加上有 机EL元件21的阴极电位Vcat (在本例中为接地电位GND )获得的电平设 定为高于从第三源电位Vinil减去驱动晶体管22的阈值电压Vth所获得的电 平。即，保持Vcat +Vthel> Vinil - Vth (〉Vini2)的电平关系。
接下来，将参照图4的定时波形来描述有源矩阵有机EL显示装置10 的电路动作，该有源矩阵有机EL显示装置10具有如上所述地构造为呈二维 矩阵形式布置的像素20。
图4图示了在驱动一列像素20时，写入扫描电路40提供给像素20的 写入信号WS ( WS1至WSm )、驱动扫描电路50提供给像素20的驱动信号 DS ( DS1至DSm )以及第一和第二纠正扫描电路60和70提供给像素20 的第一和第二纠正扫描信号AZ1 ( AZ11至AZlm)和AZ2(AZ21至AZ2m ) 与驱动晶体管22的栅电位Vg和源电位Vs的变化之间的定时关系。
这里，写入晶体管23和开关晶体管25与26是N沟道晶体管。因此， 写入信号WS和第一与第二纠正扫描信号AZ1与AZ2是高位(在该实例中 为源电位VDD;在下文写成"H"位)下的有源状态和低位(在该实例中为 源电位VSS (GND);在下文写成"L"位)下的无源状态。此外，开关晶 体管24是P沟道晶体管。因此，驱动信号DS是在"L"位下的有源状态和
在"H"位下的无源状态。
在时间tl，驱动信号从"L"位变化到"H"位，使得开关晶体管24为 不导通状态。在时间t2，第二纠正扫描信号AZ2从"L，，位变化到"H"位， 使得开关晶体管26为导通状态。如此，源电位Vini2通过开关晶体管26施 加到驱动晶体管22的源极。
此时，如前所述保持Vini2 < Vcat + Vthel的电平关系。因此，有机EL 元件21为反偏压状态。这样，由于没有电流通过有机EL元件21，因此有 机EL元件21不能发光。
接下来，在时间t3，第一纠正扫描信号AZ1从"L，，位变化到"H，，位， 使得开关晶体管25为导通状态。因此，源电位Vinil通过开关晶体管25施 加到驱动晶体管22的栅极。此时，驱动晶体管22的栅-源电压Vgs取值为 Vini 1 -Vini2 。这里，满足了 Vini 1 - Vini2 > Vth的电平关系。 (Vth纠正周期)
接下来，在时间t4，第二纠正扫描信号AZ2从"H"位变化到"L"位， 使得开关晶体管26处于不导通状态。然后，在时间t5,驱动信号DS从"H" 位变化到"L"位，使得开关晶体管24为导通状态。如此，相应于驱动晶体 管22的栅-源电位差Vgs的电流流过驱动晶体管22。
此时，有机EL元件21的阴极电位Vcat (源电位VSS)高于驱动晶体 管22的源电位Vs。因此，有机EL元件21是在反偏压状态。如此，来自驱 动晶体管22的电流顺序流过节点Nll、保持电容27、节点N12、开关晶体 管25和源电位Vinil。因此，相应于电流的电荷保持在保持电容27中。另 一方面，随着保持电容27被充电，驱动晶体管22的源电位Vs将随时间逐 渐从源电位Vini2升高。
然后，在预定时间过去后，驱动晶体管22的栅-源(N11-N12)电位差 Vgs等于该驱动晶体管22的阈值电压Vth,该驱动晶体管22将被切断。因 此，电流停止流过驱动晶体管22。如此，驱动晶体管22的栅-源(Nil至 N12)电位差Vgs (即阈值电压Vth)由保持电容27保持，作为阈值纠正电 位。
然后，在时间t6,驱动信号DS从"L，，位变化到"H"位，使得开关晶 体管24处于不导通状态。从时间t5到时间t6的这段周期是保持电容27检 测和保持驱动晶体管22的阈值电压Vth的时间周期。这里，为了方便起见，
该给定的周期t5至t6将被称为Vth纠正周期。然后，在时间t7，第一纠正
扫描信号AZ1从"H"位变化到"L，，位，使得开关晶体管25处于不导通状 太
心o
(写入周期)
接下来，在时间t8,写入信号WS从"L"位变化到"H，，位，使得写 入晶体管23对输入信号电压Vsig进行取样并且向像素写入该信号。如此， 驱动晶体管22的^f册电位Vg等于输入信号电压Vsig。该输入信号电压Vsig 由保持电容27保持。
此时，驱动晶体管22的源电位Vs由于保持电容27与有机EL元件21 之间的电容性耦合而相对于写入晶体管23取样时驱动晶体管22的^f电位 Vg的幅值升高。驱动晶体管22的源电位Vs的增量AVs由前述的公式(2)
表示o
写入晶体管23写入的输入信号电压Vsig由保持电容27保持，从而输 入信号电压Vsig与保持电容27保持的阈值电压Vth相加。此时，保持电容 27保持的电压等于Vsig-Vinil+Vth。这里，为了易于理解，我们假定Vinil =0V。这样，栅-源电压Vgs等于Vsig + Vth。
如上所述，驱动晶体管22的阈值电压Vth在像素之间的变化以及阈值 电压Vth随时间的改变可以通过预先在保持电容27中保持的阈值电压Vth 来纠正。即，当驱动晶体管22通过输入信号电压Vsig驱动时，驱动晶体管 22的阈值电压Vth与保持电容27保持的阈值电压Vth彼此抵消。换言之， 纠正了阈值电压Vth。
即使像素之间的阈值电压Vth存在变化或者阈值电压Vth随时间而改 变，该阈值电压Vth纠正操作也允许抵消阔值电压Vth对驱动晶体管22驱 动有机EL元件21的影响。如此，有机EL元件21的发光亮度可以保持恒 定而不受阈值电压Vth的变化或者其随时间的改变的影响。 (迁移率纠正周期)
然后，在时间t9，驱动信号DS从"H，，位变化到"L，，位，而写入晶体 管23保持导通，使得开关晶体管24为导通状态。如此，来自源电位VDD 的电流开始提供向驱动晶体管22。应当注意的是，从时间t8到时间t9的这 一周期是一个电平间隔(1H )。这里，有机EL元件21通过设定Vinil - Vth < Vthel进入反偏压状态。
当有机EL元件21进入反偏压状态时，有机EL元件21表现出简单电 容的特性而不是二极管的特性。因此，流过驱动晶体管22的漏-源电流Ids 写入到保持电容27的电容值Ccs和有机EL元件21的电容值Coled的组合 电容C ( =Ccs + Coled )。该写入使得驱动晶体管22的源电位Vs升高。
驱动晶体管22的源电位Vs的增量AVs作用而使得其从保持电容27保 持的驱动晶体管22的栅-源电位差Vgs减去，换言之，使得保持在保持电容 27中的电荷放电。这意味着采用了负反馈。即，驱动晶体管22的源电位Vs 的增量AVs是负反馈的反馈量。此时，驱动晶体管22的栅-源电位差Vgs 是Vsig —AVs + Vth。
如上所述，如果流过驱动晶体管22的电流(漏-源电流Ids)负反馈到 驱动晶体管22的栅输入(栅-源电位差)，则可以抵消每个像素20中驱动晶 体管20的漏-源电流Ids对迁移率|1的依赖。即，可以纠正驱动晶体管20的 迁移率li的变化。
写入信号WS的有源周期("H"位周期)和驱动信号DS的有源周期("L" 位周期)重叠的周期T (t9至tl0),即，写入晶体管23和开关晶体管24二 者都导通的重叠周期，被称为迁移率纠正周期。
这里，考虑高迁移率p的驱动晶体管和低迁移率|i的另 一个驱动晶体管。 在该迁移率纠正周期T中，高迁移率p的驱动晶体管与低迁移率p的驱动晶 体管相比，其源电位Vs急剧升高。此外，源电位Vs越大，驱动晶体管22 的才册-源电位差越小。如此，电流不能流动。
即，通过调整迁移率纠正周期T,能够使得相同的漏-源电流Ids流过不 同迁移率！i的驱动晶体管22。在迁移率纠正周期T内确定的驱动晶体管22 的栅-源电位差Vgs通过保持电容27保持。相应于栅-源电位差Vgs的电流 (漏-源电流Ids )从驱动晶体管22流到有机EL元件21 。这使得有机EL元 件21发光。
(发光周期)
在时间t10，写入信号WS下降到"L"位，使得写入晶体管23处于不导 通状态。如此，迁移率纠正周期T结束，并且发光周期开始。在发光周期中， 驱动晶体管22的源电位Vs升高到有机EL元件21的驱动电压。由于源电 位Vs升高的结果，驱动晶体管22的棚4及与信号线35 ( 35-l至35-n)断开， 并且处于浮置状态。因此，栅极电位Vg也将通过保持电容27升高。 此时，用Cg表示驱动晶体管22的栅极的寄生电容，则栅极电位Vg的 增量AVg由下面的公式(3)表示
<formula>formula see original document page 13</formula> ...... ( 3 )
在该周期期间，保持电容27中保持的栅-源电位差Vgs保持Vsig-AVs + Vth的值。
然后，由于驱动晶体管22的源电位Vs的升高，从有机EL元件21去 除了反偏压。因此，通过前述公式(1 )给出的恒定的漏-源电流Ids从驱动 晶体管22流到有机EL元件21,使得有机EL元件21实际上开始发光。
通过用Vsig-AVs + Vth代替公式(1 )中的Vgs,此时漏-源电流Ids与 栅-源电位差Vgs之间的关系由公式(4)给出。 Ids = ( Vgs画Vth ) 2<formula>formula see original document page 13</formula>...... ( 4 )
在上面的公式(4)中，k = ( 1/2) ( W/L) Cox。
从公式(4)清楚可见，取消了驱动晶体管22的阈值电压Vth项。从驱 动晶体管22提供到有机EL元件21的漏-源电流Ids与驱动晶体管22的阈值 电压Vth无关。漏-源电流Ids基本上由输入信号电压Vsig确定。换言之， 有机EL元件21以相应于输入信号电压Vsig的亮度发光，而不受驱动晶体 管22的阈值电压Vth的变化或者其随时间改变的影响。
此外，从公式(4)清楚可见，通过将漏-源电流Ids负反馈到驱动晶体 管22的栅输入，用反馈量AVs来纠正输入信号电压Vsig。反^t量AVs用于 抵消在公式(4)的系数部分中迁移率p的作用。因此，漏-源电流Ids基本 上仅取决于输入信号电压Vsig。即，有机EL元件21以相应于输入信号电 压Vsig的亮度发光，而不受驱动晶体管22的阈值电压Vth或者驱动晶体管 22的迁移率|i的变化或者其随时间改变的影响。
这里，在具有包括呈矩阵形式布置的电流驱动电光元件(即有机EL元 件21)的像素20的有源矩阵显示装置中，如果有机EL元件21的发光时间 很长，则有机EL元件21的I-V特性将发生变化。正因为如此，有机EL元 件21的阳极电极与驱动晶体管22的源极之间的连接节点N11的电位也将改 变。
相反，在如上述构造的有源矩阵有机EL显示装置10中，驱动晶体管 22的栅-源电位差Vgs保持不变。正因为如此，流过有机EL元件的电流保
持不变。因此，即使有机EL元件21的I-V特性变差，仍然有恒定的漏-源 电流Ids继续流过有机EL元件21。如此，有机EL元件21的发光亮度将保 持不变(对有机EL元件21特性变化的补偿功能)。
此外，在写入输入信号电压Vsig前，保持电容27保持驱动晶体管22 的阈值电压Vth。如此，驱动晶体管22的阈值电压Vth可以被抵消(被纠正)， 使得恒定的漏-源电流Ids流过有机EL元件21,而不受阈值电压Vth的变化 或者其随时间改变的影响。这会提供高质量的显示图像(对驱动晶体管22 的Vth变化的补偿功能)。
而且，在迁移率纠正周期t9至t10中，漏-源电流Ids负反^t到驱动晶体 管22的栅输入，从而用反馈量AVs纠正了输入信号电压Vsig。如此，抵消 了驱动晶体管22的漏-源电流Ids对迁移率p的依赖，因此使得仅取决于输 入信号电压Vsig的漏-源电流Ids流过有机EL元件21。这保证了均匀的显 示图像的质量，而避免产生由于驱动晶体管22的迁移率|n变化或者其随时 间改变所引起的条带或者不均匀亮度(对驱动晶体管22的迁移率p的补偿 功能)。
另外，如果有机EL元件21的电容值Coled充分地大于保持晶体管27 的电容值Ccs，则如上所述在驱动晶体管的栅电压Vg升高时，可以抑制驱 动晶体管的源电位Vs的增量AVs。因此，当电容值Coled充分大于电容值 Ccs时，有利于向驱动晶体管提供大的栅-源电位差Vgs。
正因为如此，本发明的特征在于允许有机EL元件21的电容值Coled任 意设定而不改变像素20的光取出效率，从而有机EL元件21的电容值Coled 可以被设定为充分地大于保持晶体管27的电容值Ccs。 (像素结构)
图5是像素20的截面结构的实例的截面图。如图5所示，像素20包括 基板51，其上形成有驱动晶体管22、写入晶体管23、开关晶体管24至26 以及其它元件。像素20还包括形成在基板51上的绝缘膜52,并且构造为具 有设置在绝缘膜52的凹入部分52A中的有机EL元件21 。
有机EL元件21包括第一电极(例如，阳极电极)53,该第一电极53 由金属或者其它物质制造，形成在绝缘膜52的凹入部分52A的底部上。有 机EL元件21还包括形成在第一电极53上的有机层54和第二电极(例如， 阴极电极)55,该第二电极55对所有像素公共地形成在有机层54上，并且
例如由透明导电膜制造。
在有机EL元件21中，通过在第一电极53上依次堆叠空穴传输层、发 光层、电子传输层和电子注入层来形成有机层54。然后，如图2所示，电流 通过第一电极(阳极电极)53从驱动晶体管22流到有机层54。这引起电子 和空穴在有机层54的发光层中再结合，因此引起发光。
在有机EL元件21的顶表面，即第二电极(透明电极)55的顶表面上 形成遮光膜57,也即所谓的"黑矩阵"。根据像素邻接像素(pixel-by-pixel) 进行构图的遮光膜57形成光取出开口 56,其开口面积小于有机EL元件21 的发光面积，即有机层54的表面面积。遮光膜57用作抑制相邻像素之间的 光学干扰，因此提供改善的对比度。
即，当有机EL元件21发光时，可以取出光的面积是没有设置遮光膜 57的光取出开口 56的开口面积。即，即使有机EL元件21发光，从设置有 遮光膜57的有机EL元件21上，换言之，在光取出开口 56的外面，也不能 取出光。即，光取出开口 56的开口面积是像素20的发光面积。
在如上所述构造的像素20中，有机EL元件21的电容值Coled与有机 EL元件21的发光面积(有机层54的表面面积)成比例。因此，通过增加 有机EL元件21的发光面积可以增加有机EL元件21的电容值Coled。更具 体地讲，如果有机EL元件21的发光面积从图6A中的条件增加到图6B中 的条件，则有才几EL元件21的电容值Coled将增加的量与发光面积的增加量 一样多(较高的EL电容)。
即使有机EL元件21的发光面积增加，像素20的光取出效率也将保持 与有机EL元件21的发光面积增加之前的情况相同。其原因如下。即，当有 机EL元件21的发光面积增加时，有机层54的面积将在遮光膜57下扩展。 扩展部分所发出的光由遮光膜57屏蔽。因此，像素20的光取出效率由光取 出开口 56的开口面积决定，而与有机EL元件21的发光面积(有机层54 的表面面积)无关。
如上所述，有机EL显示装置具有呈矩阵形式布置的像素20。像素20 中形成有光取出开口 56，其开口面积小于有机EL元件21的发光面积。取 出开口 56通过遮光膜(黑矩阵)57形成在像素的表面上。在该有机EL显 示装置中，有机EL元件21的电容值Coled可以通过调整有机EL元件21 的发光面积来任意设定。这允许有机EL元件21的电容值Coled设定为充分
大于保持电容27的电容值Ccs，而不改变像素20的光取出效率。
如果有机EL元件21的电容值Coled充分大于保持电容的电容值Ccs， 则从公式(2)清楚可见，当驱动晶体管22的栅电位Vg升高时，可以抑制 源电位Vs的增量AVs。这向驱动晶体管22提供很大的栅-源电位差Vgs。
如上所述，如果在通过写入晶体管22写入输入信号电压Vsig时可以向 驱动晶体管22提供很大的栅-源电位差Vgs，则写入到像素20的输入信号电 压Vsig的幅值可以减少到相同程度。因此，可以减少电平驱动电路80的功 率消耗，该电平驱动电路80适于经由信号线35 ( 35-l至35-n)向被写入扫 描电路40选中的行上的每个像素20提供输入信号电压Vsig。如此，显示装 置总体上可以减少功率消耗。
另 一方面，如果在彩色有机EL显示装置中，像素20设置为使得至少两 个颜色(例如三个颜色，即R(红)、G (绿)和B (蓝))分组为一个单元， 则适于发出各种颜色的有机EL元件21具有不同的电容值Coled,这是因为 它们由不同的材料制造，并且具有不同的膜厚度。
在结构如图5所示的有机EL元件21中，发光颜色例如由用来形成有机 层54的发光层的材料和有机层54的厚度t来确定。换言之，适于发出R、 G和B各种颜色的有机EL元件在有机EL元件的材料或者膜厚度t方面被: 此不同。有机EL元件的材料或者膜厚度t上的差别改变了有机EL元件的电 容值Coled。即，适于发出各自颜色的有机EL元件之间材料或者膜厚度t 上的差别导致其电容值Coled不同。
作为实例，由于三个颜色R、 G和B之间的波长的幅值关系(R > G > B ), 因此有机EL元件的膜厚度t的幅值保持R〉G〉B的关系。因此，有机EL 元件的电容Coled的幅值关系保持B〉G〉R,其中B具有最大的电容Coled, 这与膜厚度相反。电容的比值例如为R:G:B = 1 : 1.2 : 1.5。
正因为如此，对于适于发出R、 G和B颜色的每一个有机EL元件调整 发光面积。例如，G和B的发光面积相对于B的发光面积依次增加，从而 有机EL元件的电容Coled对于所有的颜色都相同。如此，当驱动晶体管22 的栅电位Vg由于写入晶体管23通过取样写入信号电压Vsig而增加时，保 持电容27与有机EL元件21的电容的耦合所产生的驱动晶体管22的源电位 Vs的增量AVs在每个R、 G和B像素之间相同。
此外，如果有机EL元件21的电容Coled根据发光颜色而不同，则即使
在驱动晶体管22的栅电位Vg的增量AVg对于R、 G和B均相同时，驱动 晶体管22的源电位Vs的增量AVs在R、 G和B之间也不同，如从前述公 式(2)清楚可见。如此，即使相同电平(电压值)的输入信号电压Vsig反 馈给每个R、 G和B像素，每个R、 G和B有机EL元件的驱动电压也没有 达到相应于信号电压Vsig的电压值，因此导致不合适的白色平衡。
术语"不合适的白色平衡"是指，即使适于显示白色的输入信号电压 Vsig反馈给每个R、 G和B像素，每个R、 G和B像素的显示颜色也不能结 合成完全的白色。不适当的白色平衡使其不能产生看似自然颜色的图像。
在此情况下，适于发出R、 G和B每一个颜色的有机EL元件之间(发 出不同颜色的像素之间)的发光面积也发生变化。通过这样做，调整了写入 输入信号时的栅-源电位差Vgs与有机EL元件21发光时的栅-源电位差Vgs 之间的改变。如此，各颜色的有机EL元件21的驱动电压将是根据输入相同 电平的输入信号电压Vsig而相应于输入信号电压Vsig的电压值。这保证了 各颜色的有机EL元件21的驱动电流值近似相同，因此允许保持合适的白色 平4軒。如此，可以产生更加看似自然颜色的图{象。
这里，红、绿和蓝用作成为图像显示的单元的多个三原色。然而，本发 明不限于这三种颜色的结合，而是其它颜色例如白色也可以加入到三色来产 生四色的结合。作为选择，其它颜色可以结合在一起。
应当注意的是，本发明可应用的有机EL显示装置的像素电路(像素) 不限于图2所示的像素电路的实例。作为替代，本发明可应用于各种这样的 电路其中驱动晶体管22的源电位Vs在向驱动晶体管22写入信号时由于 保持电容22和有机EL元件21的电容耦合而升高。
此外，尽管上述实施例以采用有机EL元件21作为像素20的电光元件 的有机EL显示装置这种情况的实例进行了描迷，但是本发明不限于该应用 实例。作为替代，本发明可应用于通常采用发光亮度随着流过装置的电流值 的变化而变化的电流驱动电光元件(发光元件)的所有显示装置。
根据本发明上述的显示装置可用作包括图7至11所示的所有领域的电 子设备的显示装置，即数字相机、膝上个人电脑、例如移动电话的移动终端 和便携式摄像机。这些设备设计为显示馈送给电子设备或者在电子设备内产 生的视频信号的图像或者视频。下面，将描述采用本发明的电子设备的实例。
应当注意的是，根据本发明的显示装置包括具有密封构造的模块形式。 例如，这样的显示装置对应于通过将例如透明玻璃制造的相对部分粘合到像 素阵列部分30所形成的显示模块。除了例如彩色滤光片和保护膜这些膜之 外，前述的遮光膜可以提供在透明的相对部分上。应当注意的是，在显示模 块上可以提供适合允许外部设备和像素阵列部分之间信号或者其它信息转
换的电路部分、FPC (柔性印刷电路)或者其它电路。
图7是采用本发明的电视机的透视图。根据本应用实例的电视机包括例 如由前面板102、滤光玻璃103和其它部件制造的视频显示屏部分101。该 电视机通过采用根据本发明的显示装置作为视频显示屏部分101来制造。
图8是采用本发明的数字相机的透视图。(A)是从前侧看数字相机的透 视图，而(B)是从后侧看的透视图。根据本应用实例的数字相机包括用于 闪光的发光部分lll、显示部分112、菜单开关113、快门按钮114和其它部 件。该数字相机通过采用根据本发明的显示装置作为显示部分112来制造。
图9是采用本发明的膝上个人电脑的透视图。根据本应用实例的膝上个 人电脑包括在主体121中的适于文本或者其它信息输入操作的键盘122、适 于显示图像的显示部分123和其它部件。该膝上个人电脑通过采用根据本发 明的显示装置作为显示部分123来制造。
图10是采用本发明的便携式摄像机的透视图。根据本应用实例的便携 式摄像机包括主体部分131、提供在前侧表面上以成像目标物的镜头132、 成像开始/停止开关133、显示部分134和其它部件。该便携式摄像机通过采 用根振本发明的显示装置作为显示部分134来制造。
图11是采用本发明的例如移动电话的移动终端的透视图。(A)是在开 启位置上该移动电话的正视图。(B)是其侧视图。(C)是该移动电话在关 闭放电下的正视图。(D)是左侧视图。(E)是右侧视图。(F)是俯视图。(G) 是仰视图。根据本应用实例的移动电话包括上罩141、下罩142、连接部分 (在该实例中的铰链部分)143、显示部144、子显示部145、图片光(picture light) 146、摄像头147和其它部件。该移动电话通过采用根据本发明的显 示装置作为显示部144和子显示部145来制造。
本发明通过调整电光元件的发光面积允许电光元件的电容值任意设定 而不改变像素的光取出效率。
权利要求
1.一种具有呈矩阵形式布置的像素的显示装置，所述像素包括电光元件；和遮光膜，形成光取出开口，所述光取出开口的开口面积小于所述电光元件的发光面积，其特征在于，所述电光元件的电容值通过电光元件的发光面积设定。
全文摘要
在有机EL显示装置中，将像素(20)呈矩阵形式布置。在像素中，开口面积小于有机EL元件(21)的发光面积的光取出开口(56)通过遮光膜(黑矩阵)(57)形成在像素的表面上。通过调整有机EL元件(21)的发光面积允许有机EL元件(21)的电容值(Coled)任意设定，而不改变像素(20)的光取出效率。因此，可以任意设定例如有机EL元件等电光元件的电容值而不改变像素的光取出效率。
文档编号H01L51/50GK101371288SQ200780003078
公开日2009年2月18日 申请日期2007年11月6日 优先权日2006年11月13日
发明者富田昌嗣 申请人:索尼株式会社