專利名稱：根據(jù)信號光進(jìn)行顯示操作的顯示裝置及其驅(qū)動方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)信號光進(jìn)行顯示操作的顯示裝置，更具體地說，涉及用來進(jìn)行高時分驅(qū)動顯示操作的顯示裝置。
顯示裝置分為自身不發(fā)光(例如液晶顯示元件)但通過使用諸如背面光等外部光進(jìn)行顯示操作的顯示元件，以及通過自身發(fā)光進(jìn)行顯示操作的自發(fā)光顯示元件或自發(fā)顯示元件。在這些自發(fā)光顯示元件中，已充分研究了一種有機電發(fā)光元件(在下文中稱之為有機EL元件)，該有機電發(fā)光元件具有一帶有由一有機物質(zhì)組成的發(fā)光層的發(fā)光機構(gòu)，并能通過使用由發(fā)光層內(nèi)的載流子復(fù)合產(chǎn)生的激發(fā)能量來發(fā)光，載流子即電子和空穴，它們是帶不同極性電荷的粒子。
在帶有在引起復(fù)合發(fā)光層的上下表面形成的多個掃描電極和信號電極的一種簡單的矩陣型有機EL元件，這些電極以不同方向伸展，將電壓連續(xù)施加于該矩陣型有機EL元件上來發(fā)光。然而，在這種元件中，當(dāng)增加掃描電極的數(shù)目以實現(xiàn)高分辯率的顯示操作時，在一幀的時間周期里，將一掃描電壓施加于一掃描電極的掃描時間被縮短，導(dǎo)致每個象素的發(fā)光亮度降低。而且，發(fā)光層一旦施加上電壓即以最大亮度發(fā)光，但在此之后亮度便瞬時降低。由于具有這一特性，發(fā)光層具有差的記憶功能。正由于此，在一些驅(qū)動方法中，增加最大亮度以顯然地在一幀的時間區(qū)間里維持發(fā)光。然而，為了在1/100的負(fù)載下獲得足夠的反差比，必須將最大亮度設(shè)置為大約幾千到10,000cd/m2。在這種情況下，由于存在相互干擾，進(jìn)行正確地顯示操作很難。而且，由于在發(fā)光層上加有過載，發(fā)光壽命大大縮短。
已提出一種改進(jìn)該記憶功能的技術(shù)，即使用諸如薄膜晶體管(TFT)等的一種開關(guān)元件。然而，按照這一技術(shù)，開關(guān)元件會引起開口比(opening ratio)(發(fā)射區(qū)的比)減小，從而導(dǎo)致發(fā)光亮度降低。開關(guān)元件還使得制造工藝復(fù)雜，而導(dǎo)致產(chǎn)量減少。而且，TFT的柵極電壓/漏極電流特性的變化引起各個象素中顯示亮度的變化?？紤]一種帶TFT的襯底。由于構(gòu)成TFT的元件的材料具有高的膜片成形溫度，因而不能使用薄的、輕的、有彈性的襯底，例如薄膜襯底。在具有更大顯示面積的元件中這些問題變得更嚴(yán)重。
本發(fā)明的目的是提供一種顯示裝置，其上的負(fù)載很小，能進(jìn)行正確的高時分顯示操作，且亮度變化小并且象素間的相互干擾小，并能實現(xiàn)具有高開口比和很小側(cè)面的高分辨率大屏幕。
為了達(dá)到上述目的，按照本發(fā)明，提供一種按照信號光進(jìn)行顯示操作的顯示裝置，包括用來按照入射其中的信號光在其中產(chǎn)生載流子的光電導(dǎo)裝置；在光電導(dǎo)裝置的一側(cè)上形成的第一導(dǎo)電裝置；在光電導(dǎo)裝置的另一側(cè)上形成的發(fā)光裝置，用來按照其中載流子的注入在一預(yù)定的波長范圍內(nèi)發(fā)光；及在發(fā)光裝置上與形成光電導(dǎo)裝置的一側(cè)相對的另一側(cè)上形成的第二導(dǎo)電裝置。
本發(fā)明的顯示裝置包括用來按照信號光的入射在其中產(chǎn)生載流子的光電導(dǎo)裝置。利用這一結(jié)構(gòu)，如果產(chǎn)生載流子的光未輻射到光電導(dǎo)裝置中與一未被選擇象素相對應(yīng)的區(qū)域，同時在第一和第二導(dǎo)電裝置間施加一預(yù)定電壓，由于幾乎沒有載流子注入到發(fā)光裝置中與該未被選擇象素相對應(yīng)的區(qū)域，因而不發(fā)光。如果產(chǎn)生載流子的光輻射到光電導(dǎo)裝置中與一選擇的象素相對應(yīng)的區(qū)域，載流子從第一和第二導(dǎo)電裝置之間通過光電導(dǎo)裝置注入到發(fā)光裝置中。結(jié)果，一旦按照載流子的注入發(fā)生復(fù)合，則發(fā)出在一預(yù)定波長范圍內(nèi)的光。一旦信號光變成照射在該選擇象素上，則光電導(dǎo)裝置中產(chǎn)生的載流子保持存儲一預(yù)定時間周期。能夠繼續(xù)來自第一和第二導(dǎo)電裝置間載流子的注入，由此實現(xiàn)帶記憶功能的光發(fā)射。如上述，如果信號光僅輻射到光電導(dǎo)裝置中與一選擇的象素相對應(yīng)的區(qū)域，由于與未被選擇象素相對應(yīng)的區(qū)域處于絕緣狀態(tài)，載流子的注入得到抑制。因此，基本上不會發(fā)生相互干擾。
按照本發(fā)明，提供一種顯示裝置，用來按照信號光進(jìn)行顯示操作，其包括一具多個區(qū)的定址(addressing)元件，用來發(fā)射信號光；以及一具有光接收元件的顯示元件，用來接收信號光并產(chǎn)生對應(yīng)于信號光的載流子，并用來按照由光接收元件產(chǎn)生的載流子進(jìn)行顯示操作。
因此，當(dāng)信號光從定址元件的多個區(qū)中的一任意區(qū)輻射到光接收元件的一相應(yīng)區(qū)上時，在該相應(yīng)區(qū)中產(chǎn)生載流子。顯示元件能按照這些載流子進(jìn)行顯示操作。
本發(fā)明的第二目的是提供一種顯示裝置的驅(qū)動方法，顯示裝置上的負(fù)載很小，并能進(jìn)行正確的高時分顯示操作，同時亮度的變化很小并且象素間的相互干擾很小。
按照本發(fā)明，提供一種用于發(fā)射顯示光的顯示裝置的驅(qū)動方法，包括以下步驟將一顯示電壓施加于一對顯示電極上，此對顯示電極夾有光電導(dǎo)層和顯示層，該光電導(dǎo)層接收信號光并按照信號光產(chǎn)生載流子，而顯示層按照載流子注入到顯示層中發(fā)射包含在一波長范圍內(nèi)的的光的顯示光，該顯示光在光電導(dǎo)層中產(chǎn)生載流子；連續(xù)從具有多個區(qū)的定址元件的不同區(qū)輻射信號光，用于發(fā)射該信號光到與該定址元件的該區(qū)相對應(yīng)的光電導(dǎo)層的區(qū)域上；以及在光電導(dǎo)層中產(chǎn)生載流子，它是通過按照在從定址元件輻射信號光之時在光電導(dǎo)層中產(chǎn)生的載流子，將顯示光輻射到光電導(dǎo)層上來進(jìn)行的，顯示層按照在加上顯示電壓時注入到顯示層的載流子發(fā)射顯示光。
按照該實施例，從定址元件的預(yù)定區(qū)發(fā)射出來的信號光到達(dá)光電導(dǎo)層的一相應(yīng)區(qū)域，并且顯示層發(fā)射顯示光。由于顯示光輻射到光電導(dǎo)層的該區(qū)域，并且光電導(dǎo)層的該區(qū)域又產(chǎn)生載流子，即使在顯示光發(fā)射之后，載流子仍保留在光電導(dǎo)層的區(qū)域中。因此，能夠持續(xù)從顯示層發(fā)射顯示光。
按照本發(fā)明，提供一種按照信號光進(jìn)行顯示操作的顯示裝置的驅(qū)動方法，包括下列步驟連續(xù)地從具有多個區(qū)的定址元件的不同區(qū)輻射寫信號光到與該定址元件的多個區(qū)相對應(yīng)的光電導(dǎo)層的多個區(qū)上，其中定址元件用來在地址寫周期期間選擇地發(fā)射寫信號光或清除信號光，而光電導(dǎo)層用來根據(jù)入射的寫信號光或復(fù)位信號光在其中產(chǎn)生載流子；將顯示電壓施加于一對夾有光電導(dǎo)層和顯示層的區(qū)域的顯示電極上，在光電導(dǎo)層上輻射有寫信號光，顯示層在地址寫周期期間按照注入其中的載流子發(fā)射顯示光；在地址清除周期期間連續(xù)從定址元件的不同區(qū)輻射清除信號光；以及將清除電壓施加在一對夾有光導(dǎo)電層和顯示層的一區(qū)域的顯示電極上，在光電導(dǎo)層上輻射有清除信號光，由此基本更新光電導(dǎo)層中存儲的載流子。
如上所述，通過將清除信號光和一清除電壓施加到用來在地址清除周期中進(jìn)行顯示操作的顯示區(qū)上，可以刪除在地址寫周期期間存儲的基于載流子的顯示數(shù)據(jù)。使用這種操作，當(dāng)用該區(qū)來在下一幀時間內(nèi)顯示與前一圖象不同的圖象時，該顯示操作不會受到在前一幀周期內(nèi)產(chǎn)生的載流子的負(fù)面影響。


圖1是表示按照本發(fā)明用于顯示光的有機EL元件透視圖；圖2是表示根據(jù)本發(fā)明用于顯示光的有機EL元件的能量圖；圖3是表示在光電導(dǎo)層中按照信號光而產(chǎn)生載流子的機理圖；圖4是表示在光電導(dǎo)層中按照信號光而積累載流子的機理圖；圖5是表示陰極電極的電子按照信號光注入到光電導(dǎo)層中的機理圖；圖6是示意HTL內(nèi)載流子的移動圖；圖7是表示具有兩層和單層結(jié)構(gòu)的有機EL層的發(fā)光效力的曲線圖；圖8是表示加有發(fā)光物質(zhì)的發(fā)光層的亮度特征曲線圖；圖9是表示每一類發(fā)光物質(zhì)的發(fā)射光譜圖；圖10是表示用于信號光的有機EL元件的透視圖；圖11是表示加上電壓時PVCz的電發(fā)光特性和光入射時PVCz的光致發(fā)光特性曲線圖；圖12是表示用于信號光的有機EL元件的能量圖；圖13是表示按照本發(fā)明的用于顯示光的有機EL元件和用于信號光的有機EL元件的三維布置透視圖；圖14是表示含氧化鋅的光電導(dǎo)層的光電導(dǎo)特征曲線圖；圖15是表示按照本發(fā)明用于顯示光的有機EL元件和用于信號光的有機EL元件的透視圖；圖16是表示裝在一襯底上的用于顯示光的有機EL元件和用于信號光的有機EL元件的截面圖；圖17是表示按照本發(fā)明的施加給用于顯示光的有機EL元件和用于信號光的有機EL元件的驅(qū)動波形的時間圖；圖18是表來解釋本發(fā)明的顯示裝置的記憶功能的透視圖；圖19是表示PVCz的光吸收譜的曲線圖；圖20是含BND、TPD和PVCz的一HTL的能量圖；圖21是表示按照本發(fā)明第二實施例的顯示裝置的截面圖，其中將一a-si層和一摻雜層被用于光電導(dǎo)層；圖22是表示按照本發(fā)明第三實施例的顯示裝置的截面圖，對該顯示裝置運用了濾色片；圖23是表示按照本發(fā)明第四實施例的顯示裝置的截面圖，其中將用來阻擋入射激發(fā)光的光屏蔽膜用于光電導(dǎo)層；圖24是表示按照本發(fā)明第五實施例的顯示裝置的截面圖，其中將一a-si層和一n型碳化硅層用于光電導(dǎo)層；圖25是表示按照本發(fā)明第六實施例的顯示裝置的截面圖，其中形成的光電導(dǎo)層與陽電極相鄰；圖26是表示按照本發(fā)明第七實施例的顯示裝置的截面圖，其中在一襯底的一表面上形成用于顯示光的有機EL元件和用于信號光的有機EL元件；圖27是表示按照本發(fā)明第八實施例的顯示裝置的截面圖，其中將后驅(qū)動電極布置成與用于信號光的有機EL元件的列電極相平行；
圖28是表示按照本發(fā)明第九實施例的顯示裝置的截面圖，該顯示裝置有一顯示光的有機EL元件，此元件基于信號光接收第一顯示光并發(fā)出在第一顯示光的波長范圍之上的波長范圍內(nèi)的光；圖29是表示按照本發(fā)明的第十實施例的顯示裝置的截面圖，其中運用了半反射鏡；圖30是表示應(yīng)用了半反射鏡的顯示裝置的分解透視圖；圖31是表示按照本發(fā)明的第十一實施例的顯示裝置的截面圖，其中運用了用來設(shè)置要入射到光電導(dǎo)層上的信號光的波長的調(diào)整膜；圖32表示按照本發(fā)明第十二實施例的顯示裝置的截面圖，該顯示裝置帶有液晶顯示元件和用于信號光的有機EL元件。
圖33a是表示液晶顯示元件的上極化板的極化軸的方向圖；圖33b是表示液晶顯示的對準(zhǔn)方向圖；圖33c是表示液晶顯示元件的下極化板的極化軸的方向圖；圖34是表示按照本發(fā)明的施加于的液晶顯示元件和用于信號光的有機EL元件的驅(qū)動波形的時間圖。
下面將參照附圖詳細(xì)說明按照本發(fā)明的各實施例的有機EL元件。
圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的第一個實施例的有機EL元件的配置示意透視圖。參照圖1，參照數(shù)字11表示一有機EL元件，其中在相對200nm到830nm波長范圍的光呈現(xiàn)高透明度的透明襯底12上形成相對200nm到830nm波長范圍的光(包括紫外光和可見光)呈現(xiàn)高透明度的多個條形陰極電極，而襯底12是由電絕緣玻璃或合成樹脂材料構(gòu)成的，并且形成光電導(dǎo)層14以覆蓋襯底12和陰極電極13。一電子遷移層(ETL)15、也用作為空穴遷移層(HTL)的發(fā)光層(LL)16以及對360nm到830nm波長范圍的光呈現(xiàn)高透明度的陽極電極17順序地疊合在光電導(dǎo)層14上。本發(fā)明中，紫外光定義為具有1nm(含1nm)到400nm(不含400nm)波長的電磁波，而可見光定義為具有400nm(含400nm)到800nm(含800nm)波長的電磁波。
最好將一種對高電子注入效率具有小的逸出功值并且對200nm到830nm波長范圍的光呈現(xiàn)高透明度的材料用于每個陰極電極13。陽極17是具有50nm到150nm厚度的薄膜，并由具有50Ω或更小的薄層電阻的ITO(In2O3-SnO2)或IXO(In2O3-ZnO)組成。當(dāng)沒有入射預(yù)定波長范圍內(nèi)的光時，光電導(dǎo)層(PCL)14呈現(xiàn)絕緣特性，并按入射的預(yù)定波長范圍內(nèi)的光在其中產(chǎn)生電子-空穴對，即載流子。
發(fā)光層16由作為膠合劑/空穴遷移材料的聚(N-乙烯咔唑)(下文中稱之為PVCz)、2，5-雙(1-萘基)-噁二唑(下文中稱之為BND)和作為發(fā)光物質(zhì)的3-(2′-苯并噻唑基)-7-二硫代氨基香豆素(dithylaminocoumarin)(下文中稱之為香豆素6)構(gòu)成。PVCz本身有空穴遷移特性，并用作為用來抑制由于香豆素6的氫鍵導(dǎo)致的濃度弱化的色散材料。僅使用BND和發(fā)光材料形成薄膜是困難的。PVCz用作膠合劑，將這些材料膠合起來。
PVCz、BND和香豆素6的化學(xué)分子式如下
對于一個N-乙烯咔唑(VCz)單位的PVCz，以大約3/100的克分子比混合香豆素6。香豆素6通過由發(fā)光層16中電子和空穴復(fù)合產(chǎn)生的激發(fā)而發(fā)光。相對于一個VCz單位以大約17/100的克分子比混合BND。BND有一相對帶隙(band gap)，這促使電子注入發(fā)光層16以及空穴注入/遷移到發(fā)光層16。由于發(fā)光層16作為一具有20nm到100nm的厚度(最好是65nm到80nm)的單一層，被形成為鄰靠陽極17，因而空穴被直接從陽極17注入到發(fā)光層16中。
電子遷移層15是一單層膜，由三(8-喹啉酸)鋁復(fù)合物(下文中稱之為Alq3)組成。電子遷移層15用來將電子注入發(fā)光層16。Alq3的化學(xué)分子式如下
圖2表示具有載流子遷移層結(jié)構(gòu)的有機EL元件的能量圖，該結(jié)構(gòu)由兩層組成，即包含PVCz、BND和香豆素6的發(fā)光層和包含Alq3的電子遷移層。有機載流子遷移層中電子的遷移率取決于每種材料的最低未占分子軌道(LUMO)，而空穴的遷移率取決于每種材料的最高已占分子軌道(HOMO)。換句話說，這些帶電荷的粒子的運動反映了每種材料內(nèi)部帶隙的上限和下限。從包括電極的整體結(jié)構(gòu)看，電子的行為反映每種材料的電子親和力(單位ev)，而空穴的行為反映每種材料的電離能量(單位ev)。
在有機EL元件11中，在每個陰極13和陽極17之間加上一預(yù)定的直流電壓或交流電壓。在沒有預(yù)定的光入射到光電導(dǎo)層14上時，光電導(dǎo)層14在厚度方向設(shè)置為絕緣狀態(tài)。用這種設(shè)置，用于光發(fā)射的足夠載流子不被注入到ETL15和HTL16中，因而不發(fā)光。
圖3、4和5表示在陽極和陰極間施加一電壓時信號光入射在PCL上的情況下，PCL和陰極間的接口處的機理。由于在PCL和陰極間形成schottky接頭，因而所加電壓主要施加在耗盡層上。如圖3中的箭頭所指，在當(dāng)一預(yù)定波長范圍內(nèi)的信號光入射時PCL中產(chǎn)生的電子-空穴對開始沿電場移動。產(chǎn)生的電子向ETL移動。如圖4所示，產(chǎn)生的空穴在靠近陰極側(cè)上的接口附近存在的能級處被捕獲，并且按照入射光量被逐漸存儲。如圖5所示，高電場施加于耗盡層，以便由隧道效應(yīng)引起電子注入PCL。如果進(jìn)入PCL的光量大，由于在入射面產(chǎn)生大量的電子-空穴對，因而復(fù)合率高，并且電子和空穴的壽命很短。由于這一原因，不能注入大量電子。如果入射光量少，在接口處捕獲空穴要花時間。因此，類似地，不能注入足夠量的電子。根據(jù)信號光的波長范圍、入射在PCL上的入射時間和光量、PCL的光電導(dǎo)特征以及所加電壓，正確地設(shè)置注入的載流子量。
如圖2所示，按照有機EL元件的發(fā)光機理，首先，在光入射時光電導(dǎo)層中產(chǎn)生的電子和加以電壓以及光入射時從電極注入到光電導(dǎo)層中的電子都被注入電子遷移層(ETL)。考慮空穴從陽極注入空穴遷移層(HTL)。盡管在陽極的電離能量和HTL中材料的HOMO之間存在潛在的勢壘，在陰極和陽極之間加一電壓以實現(xiàn)空穴的注入。
下面考慮HTL中空穴的運動。如圖6所示，跳躍導(dǎo)電占支配地位；空穴繞在PVCz和BND混合物中形成的俘獲點跳躍。更具體地，施加電壓時躍過陽極的電離能和BND的HOMO之間的能隙A(gapA)的空穴順序躍過BND的HOMO和PVCz的HOMO之間的能隙B，并移向ETL。注入Alq3的電子在施加電壓時躍過能隙E。然而，由于能隙D很大，大多數(shù)電子停留在HTL和ETL之間的接口附近，以與HTL中遷移的空穴復(fù)合。結(jié)果，產(chǎn)生不帶電荷的單一(Singlet)激發(fā)子。單一激發(fā)子不規(guī)則移動大約10nm，并且隨后被減活。然而，在例如香豆素6的發(fā)光材料中單一激發(fā)子被捕獲，以發(fā)射預(yù)定波長范圍內(nèi)的顯示光，包括可見光。
圖7表示本發(fā)明有機EL元件的每單位電能的面積/亮度特征曲線，該有機EL元件有兩層結(jié)構(gòu)，由包括PVCz、BND和香豆素6的50nm厚空穴遷移層和包括Alq3的50nm厚電子遷移層組成；該圖還表示了作為比較例子的具有一單層結(jié)構(gòu)的有機EL元件的每單位電能的面積/高度特征曲線，此單層結(jié)構(gòu)具有包含PVCz、BND和香豆素6的100nm厚空穴遷移層。應(yīng)當(dāng)明確，帶兩層結(jié)構(gòu)的有機EL元件的發(fā)光效率高于具有單層結(jié)構(gòu)的元件的發(fā)光效率，并且，兩層型的最大高度大約是單層型的六倍。
圖8表示相對一個VCz混合在空穴遷移層中的香豆素6的克分子濃度/亮度特征曲線。當(dāng)香豆素6的克分子濃度升高時，發(fā)光效率增加。當(dāng)香豆素6的克分子濃度從0％變到3％時，該元件呈現(xiàn)在3％的最高發(fā)光效率。
圖9表示發(fā)光物質(zhì)的發(fā)射光譜。香豆素6發(fā)射具有接近525nm的發(fā)射峰的綠光。與此相反，4-(二氰基亞甲基)-2-甲基-6-(對二甲基氨基-苯乙烯基)-4H-吡喃(下文中稱之為DCM1)發(fā)射具有600nm左右發(fā)射峰的橙色或紅光)。DCM1的化學(xué)分子式如下
四苯基聯(lián)苯胺(Tetraphenybenzidien)(TPB)可用作蘭色熒光物質(zhì)。其他蘭色熒光物質(zhì)是4，4′-雙(2，2′-二苯基乙烯基)聯(lián)苯、4-4′-雙(1 2-咔唑)1，2亞乙烯基)聯(lián)苯、四苯基丁二烯衍生物、環(huán)戊二烯衍生物、噁二唑衍生物等等。
TPB的化學(xué)分子式如下
如上述，在本發(fā)明的兩層型有機EL元件中，HTL6首先經(jīng)過單一激發(fā)狀態(tài)，然后發(fā)光物質(zhì)發(fā)射可見光。如果在發(fā)光層的預(yù)定區(qū)域?qū)l(fā)光物質(zhì)(熒光物質(zhì))配置在一起，這些發(fā)光物質(zhì)在紫外波段呈現(xiàn)高的吸收特性并且在預(yù)定波長范圍內(nèi)發(fā)光，例如在不同波長范圍內(nèi)的光，例如紅光、綠光和蘭光，則能進(jìn)行多彩色發(fā)光顯示操作。
由于本發(fā)明的有機EL元件將Alq3用于電子遷移層，將PVCz、BND和發(fā)光物質(zhì)用于發(fā)光層，因而發(fā)光效率高，能發(fā)射任意顏色的光。
如上述，當(dāng)信號光入射到光電導(dǎo)層14的預(yù)定區(qū)上，則從該區(qū)的陰極13注入電子，并且僅從HTL16的相應(yīng)區(qū)發(fā)射顯示光。然而，即使在陽極17和陰極13之間施加一電壓，也不會從沒有信號光照射到其上的剩余區(qū)發(fā)射顯示光。由于這一原因，基本上不會發(fā)生相互干擾，并能按照信號光量進(jìn)行不同層次光發(fā)射。
圖10表示用來發(fā)射信號光的有機EL元件，該信號光用于該有機EL元件的地址光(address light)發(fā)射。參照圖10，參考數(shù)字101表示有機EL元件，其中在由玻璃或合成樹脂材料組成的透明襯底102上順序疊放多個條狀陰電極103、電子遷移層104、也用作為空穴遷移層的發(fā)光層105、和在與陰電極的延伸方向垂直的方向上延伸的多個條狀陽電極106。每個陽極106是一具有50nm到150厚度的薄膜，并由對紫外光和可見光呈現(xiàn)70％或更高的的透射率的ITO(In2O3-SnO2)或IXO(In2O3-ZnO)組成，它還具有50Ω或更小的薄層電阻。每個陰極103是一具有50nm到500nm厚度的薄膜，并由對高電子注入效率具有低逸出功值，及對200nm到830nm波長范圍內(nèi)的光呈現(xiàn)高反射特性的材料組成，諸如鎂(Mg)或基于鎂的合金(MgIn或MgAg)。
在陰極103和陽極106之間加上預(yù)定電壓以將電子和空穴注入層104和105。結(jié)果，陽極106和陰極103之間的交叉區(qū)成為信號光的發(fā)射區(qū)。
發(fā)光層105由作為膠合劑/空穴遷移材料的PVCz和BND的混合物制成。PVCz本身有空穴遷移特性。僅使用BND和發(fā)光材料形成薄膜是困難的。PVCz用作膠合劑，將這些復(fù)合物膠合起來。相對VCz單位從大約17/100克分子比混合BND。BND有一相對帶隙，該帶隙促使電子注入發(fā)光層105以及空穴注入/遷移到發(fā)光層105中。由于作為具有20nm到100nm厚度(最好是65nm到80nm)的單一層的發(fā)光層105被形成為鄰近陽極106，因而空穴直接從陽極106注入發(fā)光層105。電子遷移層104是一由Alq3組成的單層，并用來將電子注入發(fā)光層105。
將選擇信號電壓以行為單位順序施加于陽極106，并將對應(yīng)于顯示數(shù)據(jù)的發(fā)射信號電壓與選擇的信號電壓同步地同時施加于陰極103。各選擇的行根據(jù)電致發(fā)光(EL)在電子和空穴復(fù)合時發(fā)射信號光，如圖11中虛線所示。在具有上述結(jié)構(gòu)的有機EL元件中，按照電極103和106之間所加電壓對根據(jù)信號光的發(fā)射亮度進(jìn)行層次控制。另外，如果在這些載流子遷移層或?qū)?yīng)于各個象素的載流子遷移層中加入發(fā)射任意波長范圍內(nèi)的光的多種發(fā)光物質(zhì)，則能發(fā)射在任意波長范圍內(nèi)的信號光。
圖12表示定址有機EL元件的發(fā)光過程，該元件有兩層結(jié)構(gòu)，由包含PVCz和BND的發(fā)光層和包含Alq3的電子遷移層構(gòu)成。
在這種情形下，有機載流子遷移層中的電子遷移率取決于每種材料的LUMO，而空穴的遷移率取決于每種材料的HOMO。換句話說，這些帶電荷的粒子的運動反映了每種材料內(nèi)部帶隙的上限和下限。從包括電極的整體結(jié)構(gòu)看，電子的行為反映每種材料的電子親和力(ev)，而空穴的行為反映每種材料的電離能量(ev)。
在陰極的電子親和力和Alq3的LUMO之間存在一潛在的勢壘。然而，通過在陰極和陽極間施加一預(yù)定電壓，電子能躍過此潛在勢壘而從陰極和ETL被注入。在陽極的電離能量和HTL的HOMO之間有一潛在勢壘。然而，通過在陰極和陽間施加一電壓，空穴能躍過此潛在勢壘而被從陽極注入到HTL。
對于HTL中的空穴運動，跳躍導(dǎo)電占支配地位；空穴繞在PVCz和BND的混合物中形成的俘獲點跳躍。更具體地，施加電壓時躍過陽極的電離能和BND的HOMO之間的能隙A的空穴連續(xù)躍過BND的HOMO和PVCz的HOMO之間的能隙B，并移向ETL。注入Alq3的電子在施加電壓時躍過能隙E。然而，由于能隙D很大，大多數(shù)電子停留在HTL和ETL之間的接口附近，以與HTL中遷移的空穴復(fù)合。結(jié)果，發(fā)射350nm到600nm的波長范圍內(nèi)的光。這種光發(fā)射基本上為來自PVCz的光發(fā)射。
圖13表示顯示有機EL元件11的配置，還有鄰近有機EL元件11的尋址有機EL元件101的配置。顯示有機EL元件11的陰極13對應(yīng)于定址有機EL元件101的陰極103。這些電極13和103具有幾乎相同的形狀，數(shù)目相同，且以相同方向放置以相互對置。來自有機EL元件101的信號光順序入射到光電導(dǎo)層14的相應(yīng)區(qū)上。結(jié)果，發(fā)光層16以對應(yīng)于信號光的亮度發(fā)光。
光電導(dǎo)層14由包括作為敏化物的四溴熒光素的氧化鋅(ZnO)組成。如如圖14所示，當(dāng)具有650nm或更小波長的光輻射到光電導(dǎo)層14上時，產(chǎn)生了光電電動勢。
四溴熒光素的化學(xué)分子式如下
圖15表示裝有用來發(fā)射顯示光的顯示有機EL元件和用來發(fā)射信號光的尋址有機EL元件的顯示裝置。
顯示有機EL元件11形成于襯底12的一個表面上，其構(gòu)成如下多個條狀陰電極13、光電導(dǎo)層14、電子遷移層15、還用作為空穴遷移層的發(fā)光層16、以及陽極17。光電導(dǎo)層14由包括作為敏化劑的四溴熒光素的氧化鋅(ZnO)組成。
具有與陰極13相同形狀且數(shù)目相同的行電極152形成于襯底12的另一表面上。形成發(fā)光層153以覆蓋行電極152的上表面。在發(fā)光層153的上表面以與行電極152的延伸方向垂直的方向形成多列電極154。每行電極152由具有50到150nm厚度的薄膜構(gòu)成，此薄膜由具有50Ω或更小薄層電阻并且相對200nm到830nm波長范圍內(nèi)的光呈現(xiàn)高透射率的ITO(In2O3-SnO2)或IXO(In2O3-ZnO)組成。每列電極154由具有50nm到500nm厚度的薄膜構(gòu)成，并且此薄膜由對高電子注入效率具有小逸出功值且對200nm到830nm波長范圍內(nèi)的光呈現(xiàn)高反射特性的材料組成，諸如鎂(Mg)或基于鎂的合金(Mg In或Mg Ag)。發(fā)光層153由包含PVCz和BND且面向行電極152的空穴遷移層161和包含Alq3且面向列電極154的電子遷移層162構(gòu)成。顯示有機EL元件11的發(fā)射區(qū)P基本上與行電極152和列電極154的交叉區(qū)相對應(yīng)。
圖16是圖15中的顯示裝置的橫截面圖。發(fā)光層16的每個發(fā)光區(qū)分為區(qū)16R、16G、16B，它們分別按照載流子的注入發(fā)射紅光、綠光和蘭光。
圖17是顯示裝置的時間圖。參照圖17，參考符號Vd1、Vd2和Vd3表示在顯示有機EL元件11的相鄰近的陰電極，即第一、第二和第三電極13與陽電極17之間所施加驅(qū)動電壓的波形，和由行和列電極152和154的以行為序的驅(qū)動所確定的1個掃描行選擇周期的脈沖序列。這些波形Vd1、Vd2和Vd3的每一個都與N個陰極13的第一到第三個電極相對應(yīng)，并由在分為至少兩個時間段(不必分為相等時間段)的1個掃描周期中所施加的高電位和低電位構(gòu)成。在這種情況下，低電位是在刪除期間施加的電位，而高電位是在與1幀周期對應(yīng)的寫周期期間(不包括刪除周期)施加的電位。更具體地，在刪除期間施加刪除電壓Vg或地電位，而在寫周期期間施加具有預(yù)定電壓值的寫電壓Vr。最好在選擇的寫周期期間之前立即設(shè)置刪除期間。
參照圖17，參考符號Vs1、Vs2、Vs3…，VsN表示電壓脈沖，每一個都用來發(fā)射與一任意點部分相對應(yīng)的信號光，該點部分在由以行順序驅(qū)動的行電極152和列電極154組成的X-Y矩陣中的行電極152的N行的第一選擇行、第二選擇行、第三選擇行，…、第N選擇行中的相應(yīng)一個之上。將一預(yù)定的掃描電壓施加于作為一選擇行的行電極152上，并且與使得對應(yīng)于各個點部分的發(fā)光區(qū)P所發(fā)光的亮度相對應(yīng)的信號電壓被施加于列電極154上。結(jié)果，該選擇行的各個點以對應(yīng)于信號電壓的亮度發(fā)射信號光。
首先，在第一選擇行的地址刪除期間施加具有恒壓值的刪除電壓Ve，以便使第一選擇行上發(fā)光層153的整個部分發(fā)射刪除信號光。如圖18所示，刪除信號光通過襯底12到達(dá)光電導(dǎo)層14，以在光電導(dǎo)層14中產(chǎn)生電子-空穴對，從而以光電導(dǎo)層14的厚度方向注入電子。在此時，由于在與第一選擇行相對應(yīng)的位置處陰極13和陽極17之間的電位被設(shè)置為地電壓Vg，因而在上一選擇周期中已存儲的在發(fā)光層16、電子遷移層15和光電導(dǎo)層14中的載流子被更新。
在地址寫周期期間施加與對應(yīng)于第一選擇行的各個發(fā)射區(qū)P相對應(yīng)的寫電壓，以引起發(fā)光層153發(fā)射寫信號光。然后在光電導(dǎo)層14中以與輻射的寫信號光相應(yīng)的數(shù)量產(chǎn)生載流子。這些載流子以圖3、4和5所示的相同方式行動。更具體地，在光電導(dǎo)層14中由信號光產(chǎn)生的電子在施加電壓Vr時被注入到電子遷移層15中。在電子遷移層15和陰極13之間的接口處存儲產(chǎn)生的空穴。以與寫信號光相應(yīng)的數(shù)量將電子注入到電子遷移層15中，并且將空穴從陽極17注入到發(fā)光層16中以引起復(fù)合。結(jié)果，對應(yīng)于預(yù)定點的發(fā)射區(qū)P以對應(yīng)于寫信號光的亮度發(fā)射顯示光。
盡管信號光在發(fā)光層153中很快熄滅，光電導(dǎo)層14中產(chǎn)生的載流子被存儲1個幀周期。由于在此周期期間因為有寫電壓Vr而連續(xù)注入電子，因而顯示光繼續(xù)發(fā)射。如上述，即使信號光很弱而足夠防止相互干擾，但光電導(dǎo)層14保持載流子，以僅允許在寫周期期間存儲載流子的區(qū)域輻射顯示光。
而且，一旦從發(fā)光層16發(fā)光，則向前產(chǎn)生由各自發(fā)光材料上色的顯示光。與此同時，如圖18所示，向后產(chǎn)生由點劃箭頭指示的返回光。如果返回光被設(shè)置為在光電導(dǎo)層14中產(chǎn)生載流子的波長范圍內(nèi)的光，則入射返回光再激發(fā)光電導(dǎo)層14，以產(chǎn)生新的電子-空穴對。因此將光電導(dǎo)層14保持在使用再激發(fā)產(chǎn)生的載流子允許電子注入電子遷移層15的狀態(tài)中。由于這一原因，在保持將驅(qū)動電壓施加于發(fā)光層16時，則維持電子注入電子遷移層15中。在這種狀態(tài)中，即使已經(jīng)過了行和列電極152和154的選擇周期，發(fā)光層16仍繼續(xù)發(fā)射顯示光。因此，通過以行為序掃描，能夠維持穩(wěn)定發(fā)射顯示光，直到下一掃描周期。
如果襯底12由合成樹脂制成，由于襯底可以薄到大約0.1nm到0.2nm，因而能抑制信號光的減弱。另外，能夠防止輻射性地發(fā)射的信號光散射并進(jìn)入光電導(dǎo)層14上與目的點鄰近的點相對應(yīng)的區(qū)域，因此避免操作錯誤。
由于摻有香豆素6的PVCz吸收帶有如圖19所示的特征的光，因而接收信號光的發(fā)光層16可以設(shè)計為通過使用在從電極13和17注入載流子時發(fā)射顯示光的電致發(fā)光特性和通過直接吸收信號光而發(fā)射顯示光的光致發(fā)光特性來發(fā)射顯示光。
在本實施例中，如上所述，由于顯示光發(fā)射持續(xù)到下一以行為序的掃描操作，因而能進(jìn)行高質(zhì)量的顯示。另外，由于用來發(fā)射顯示光的有機EL元件和用來發(fā)射信號光的有機EL元件分別在襯底12的相對表面上形成，因而能實現(xiàn)顯示裝置的側(cè)面和重量的減小，并使它簡單化。按照傳統(tǒng)的有機EL元件，在高功率(high-duty)矩陣驅(qū)動中，由于每一象素必須保持1幀周期的光發(fā)射，因而必須設(shè)置很高的起始電壓。這縮短了EL顯示元件本身的壽命。然而，按照本實施例，每個象素以簡單結(jié)構(gòu)而不必使用以TFT為代表的開關(guān)元件或諸如鐵電液晶元件等具有記憶功能的元件就能實現(xiàn)基于返回光的良好記憶功能或適當(dāng)?shù)臏螅纱嗽诟吖β黍?qū)動條件下實現(xiàn)高質(zhì)量顯示。由于同樣的原因，能夠降低EL顯示元件所要求的以便得到希望的顯示亮度的最高瞬時電壓，并因此能實現(xiàn)EL顯示元件的更長壽命。另外，由于能使用在其中有機EL元件的發(fā)光效率被最大化中的低亮度區(qū)，因此減少了該元件的總能量消耗。而且，在該實施例中，由于在單襯底12上形成多段結(jié)構(gòu)，因而產(chǎn)量很高。與TRF顯示、鐵電液晶顯示和等離子體顯示相比從制造的角度出發(fā)，這一結(jié)構(gòu)在實現(xiàn)大屏幕元件方面也有優(yōu)勢。本實施例也不會發(fā)生TFT和總線線路阻擋光時引起的開口比降低，在使用TFT的顯示裝置中需要考慮這一問題。由于這一原因，該有機EL元件在顯示亮度和發(fā)光效率上均優(yōu)于TFT驅(qū)動顯示元件。而且，該結(jié)構(gòu)的布線圖案制作和對準(zhǔn)技術(shù)比TFT的制造工藝要容易得多，并且能以相對低的溫度進(jìn)行薄膜成形步驟。
在第一實施例中，由PVCz、BND和發(fā)光物質(zhì)的混合物制成的層被用作為一發(fā)光層。考慮空穴的遷移率，發(fā)光層可由PVCz、BND、發(fā)光物質(zhì)和作為三苯基二胺衍生物(下稱TPD)的N，N′-二苯基-N，N′-雙(3-甲基)-1，1′-雙苯基-4，4′-二胺的混合物制成，以便在PVCz和更小BND的混合物中形成俘獲區(qū)。該復(fù)合物的化學(xué)分子式如下
圖20表示具有上結(jié)構(gòu)的有機EL元件的能量圖。TPD有一減小圖6所示的能隙B的帶隙。也就是，由于TPD的HOMO在BND的HOMO和PVCz的HOMO之間，因而HTL中空穴移向ETL側(cè)的遷移率提高，并因而發(fā)光效率提高。
在本實施例中，PVCz和BND的混合物被用作為空穴遷移材料。然而，例如可單獨使用的PVCz，或使用4，4′，4″-三(3-甲苯基苯胺基)三苯胺(MTDATA)。MTDATA的化學(xué)分子式如下
另外，可在陽電極17的上表面形成保護(hù)性絕緣膜，并在保護(hù)性絕緣膜上形成光屏蔽膜，用來屏蔽從顯示裝置的外部輻射的、包含在光電導(dǎo)層14中產(chǎn)生載流子的一波長范圍中的光的外部光。如果紫外光被用作為信號光，并形成了防紫外光的膜，通過整個可見光波段的顯示光不會由光屏蔽膜吸收，因而進(jìn)行正確的顯示。(第二實施例)圖21表示本發(fā)明的第二實施例。參照圖21，參考數(shù)字211表示顯示裝置。顯示裝置211主要由用于地址信號光的有機EL元件和用于顯示光的有機EL元件組成。通過在襯底212的下表面上布置多個作為第一電極的行電極213以按作為第一方向的行方向延伸來形成用于地址信號光的有機EL元件，此襯底212由對200nm到830nm波長范圍內(nèi)的光呈現(xiàn)高透射性的電絕緣玻璃材料或彈性聚合物膜構(gòu)成。行電極213用作為陽電極。每個行電極213可由對200nm到830nm波長范圍內(nèi)的光呈現(xiàn)高透射性并且具有預(yù)定的逸出功的電極材料構(gòu)成。例如，能使用ITO或IXO。基本上用作為發(fā)光層并還用作空穴遷移層的第一有機膜214在行電極213和襯底212的下表面上形成。第一有機膜214由PVCz、BND和包含R、G和B熒光劑的發(fā)光材料的混合物制成，以按注入的載流子發(fā)射白光。用作為電子遷移層并由Alq3組成的第二有機膜215在第一有機膜214的下表面上形成。第一有機膜214和第二有機膜215構(gòu)成了信號光的發(fā)光層216。
在第二有機膜215的下表面形成多個列電極217，以與行方向垂直的列方向延伸，并經(jīng)信號光發(fā)光層216穿過行電極213。列電極217用作為陰電極。每個列電極217是由Mg In、Al Li、Mg In Al、Mg Ag或其他構(gòu)成的金屬電極，它具有比每個陽電極小的逸出功并反射可見光和紫外光波段的光。
在具有上述結(jié)構(gòu)的地址光元件中，當(dāng)在行電極213和列電極217之間施加一預(yù)定電壓時，從靠近第一有機膜214和第二有機膜215之間的接口的部分發(fā)射作為信號光的白光。另外，行和列電極213和217延伸到襯底212的邊界，以與驅(qū)動IC(未示出)相連接。以這種方式，構(gòu)成矩陣驅(qū)動地址光元件。
用于顯示光EL顯示元件具有幾乎與用于信號光的有機EL元件的全部發(fā)光區(qū)相等的顯示區(qū)。該顯示光有機EL元件在襯底212的上表面?zhèn)壬闲纬?。在襯底212的上表面形成多個作為陰電極的后驅(qū)動電極218，每個都由透明ITO或IXO材料組成。形成/布置后驅(qū)動電極218以在被兩維地觀測時與行電極213對置并疊合。
在襯底212的上表面和后驅(qū)動電極218的上表面上形成光電導(dǎo)層221，以覆蓋整個顯示區(qū)。該光電導(dǎo)層221由包含吸收信號光并產(chǎn)生導(dǎo)電載流子的非晶硅(a-si)層219及形成在a-si層219的上表面上，通過摻雜a-si而形成的帶有n型雜質(zhì)(例如磷)的摻雜層220構(gòu)成。用作電子遷移層并由Alq3組成的第三有機層222形成在摻雜層220上。注意到摻雜層220具有便于電子注入第三有機層222的功能。用作空穴遷移層的第四有機層223形成在第三有機層222的上表面上。第四有機層223由PVCz和BND制成。第四有機層223的各個點部分(對應(yīng)于信號光的有機EL元件的行和列電極213和217通過信號光發(fā)光層216相互疊合的部分(發(fā)光區(qū)))包含用來發(fā)射R(紅)光、G(綠)光和B(蘭)光的發(fā)光材料，以構(gòu)成預(yù)定顏色矩陣。參照圖21，參考數(shù)字223R、223G和223B表示第四有機層223中對應(yīng)于發(fā)射R光、G光和B光的點部分。作為一種形成第四有機層223的方法，例如可使用下列方法在第三有機層222上采用PVCz和BND的混合物、并將相應(yīng)發(fā)光物質(zhì)滲入第四有機層223的各個點部分的方法；以及按照顏色矩陣以顏色單位布圖制成包含發(fā)光材料的有機膜的方法。以這種方法形成的第三有機層222和第四有機層223構(gòu)成顯示光發(fā)射層224。在第四有機層223的上表面上形成用作為陽電極并由ITO組成的透明前驅(qū)動電極225，以覆蓋整個顯示區(qū)。
下面將說明顯示裝置211的操作。
首先，在信號光元件中，當(dāng)在通過以行為序進(jìn)行掃描而被選擇的行和列電極213和217之間加上預(yù)定電壓時，作為信號光的白光從信號光發(fā)光層216經(jīng)襯底212輻射到光電導(dǎo)層221上。在這種情況下，由于信號光發(fā)光層216與光電導(dǎo)層221足夠的近，因而信號光到達(dá)光電導(dǎo)層221的同時能維持實際上足夠的空間頻率。由于這一原因，沒有信號光從預(yù)定地址入射到在鄰近相應(yīng)點的點區(qū)中的a-si層219和摻雜層220上來激發(fā)它們。如上述，信號光入射到其上的光電導(dǎo)層221的每個部分都產(chǎn)生電子-空穴對，以便被設(shè)置在允許電子注入第三有機層222的狀態(tài)。用這種操作，施加在前驅(qū)動電極225和后驅(qū)動電極218間的電壓被施加到由第三有機層222和第四有機層223組成的顯示光發(fā)射層224的預(yù)定點部分。注意到驅(qū)動電極間可施加直流驅(qū)動電壓、脈沖電壓、交流電壓、或諸如此類的。結(jié)果，如上述，當(dāng)用于顯示光的有機EL元件發(fā)光時，向前產(chǎn)生由各個發(fā)光材料上色的顯示光，而此時產(chǎn)生朝向信號光的有機EL元件的返回光。由于此返回光入射到光電導(dǎo)層221上，再激發(fā)a-si層219和摻雜層220以產(chǎn)生新的電子空穴對。因此光電導(dǎo)層221維持允許電子注入第三有機層222的狀態(tài)。由于這一原因，當(dāng)保持將驅(qū)動電壓施加到顯示光發(fā)射層224時，電子被持續(xù)地注入到顯示光發(fā)射層224中。在這種狀態(tài)，顯示光發(fā)射層224能被持續(xù)地驅(qū)動相對1幀周期足夠長的時間期間。因此，即使在地址信號光元件的行和列電極213和217之間沒有施加選擇的電壓，顯示光發(fā)射層224仍然繼續(xù)它的光發(fā)射。由于這一原因，持續(xù)光發(fā)射直到以行為序進(jìn)行掃描的下一掃描操作。注意在下一掃描操作之前馬上將前驅(qū)動電極225和后驅(qū)動電極218間施加的電壓接地，以更新光電導(dǎo)層221中存儲的載流子，由此停止顯示光的發(fā)射，于是允許新的光發(fā)射。
在這一實施例中，如上述，由于持續(xù)顯示光發(fā)射直到下一個以行為序的掃描操作，因而能進(jìn)行高質(zhì)量的顯示。另外，由于能在一個襯底上形成用于信號光的有機EL元件和用于顯示光的有機EL元件，因而能夠減小顯示裝置的側(cè)面和重量。按照本實施例，每個象素以簡單結(jié)構(gòu)而不必使用以TFT為代表的開關(guān)元件或諸如鐵電液晶元件等具有記憶功能的元件就能實現(xiàn)基于返回光的良好記憶功能和適當(dāng)?shù)臏?，由此在高功率?qū)動條件下實現(xiàn)高質(zhì)量顯示。(第三實施例)圖22是表示按照第三實施例的顯示裝置的截面圖。
本實施例的顯示裝置226包括一RGB彩色濾光片228和一在用于顯示光的EL顯示元件的前驅(qū)動電極225的上表面上形成的透明絕緣膜227。如圖22所示，彩色濾光片228的R、G和B部分按照一預(yù)定矩陣布置，以與用于顯示光的EL顯示元件的各個點部分相對應(yīng)。第四有機層224同樣地包含用來發(fā)射在混合紅、綠和蘭光的波長范圍內(nèi)的白光的發(fā)光材料。注意本實施例的其余結(jié)構(gòu)與第二實施例相同。在本實施例中，在第四有機層223和第三有機層222之間的接口附近產(chǎn)生的光之中，朝向光電導(dǎo)層221傳播的返回光是白光。由于入射返回光的效果，在光電導(dǎo)層221中重新產(chǎn)生電子-空穴對，以維持允許電子注入第三有機層222的狀態(tài)。向彩色濾光片228傳播的白光穿過彩色濾光片228，以被分為預(yù)定的彩色光束，由此得到顯示光。在本實施例中，能得到與上述第二實施例相同的功能和效果。(第四實施例)圖23是表示按照第四實施例的顯示裝置的截面圖。
本實施例的特征在于在由玻璃材料或彈性聚合物膜制成的襯底231上形成用于信號光的有機EL元件，在由玻璃材料或彈性聚合物膜制成的襯底232上形成用于顯示光的有機EL元件，并且襯底231和232相互連接。按照本實施例，通過分開形成信號光元件和顯示光元件，能增加總產(chǎn)量。本實施例中，在前驅(qū)動電極225上形成絕緣層234并在絕緣層上形成光屏蔽層233，用來防止使在光電導(dǎo)層221中產(chǎn)生載流子的外部光入射到光電導(dǎo)層221上，除此之外，其余結(jié)構(gòu)與第二實施例相同。(第五實施例)圖24是表示按照第五實施例的顯示裝置的截面圖。
在本實施例中，在襯底241的下表面?zhèn)壬闲纬捎糜谛盘柟獾挠袡CEL元件，并在襯底241的上表面?zhèn)壬闲纬捎糜陲@示光的EL元件。首先，在襯底241的下表面上形成作為陽極的行電極213。通過蒸鍍在行電極213和襯底241的下表面上順序形成由PVCz、BND和一白發(fā)光物質(zhì)的混合物制成的第一有機膜214和由Alq3構(gòu)成的第二有機膜215。
第一和第二有機膜214和215組成了信號光發(fā)光層216。在第二有機膜215的下表面上形成條狀列電極217作為陰極，按與行電極213交叉(以直角)的方向延伸。參照圖24，參考數(shù)字242表示形成的保護(hù)性絕緣膜，以覆蓋列電極217。
在襯底241的上表面形成作為陰極的后驅(qū)動電極218，它具有與行電極213相同的形狀，并在數(shù)目上與其相同，與行電極213相對而置。在后驅(qū)動電極218的上表面上形成光電導(dǎo)層244以覆蓋整個顯示區(qū)，該光電導(dǎo)層244由非晶硅層219和包含n型碳化硅的電子注入層243構(gòu)成。在電子注入層243的上表面上順序疊放包含Alq3的第三有機層222和包含PVCz、BND和發(fā)光材料的第四有機層223。作為用來發(fā)射可見光的發(fā)光材料，可準(zhǔn)備R、G和B熒光劑。這些材料在第四有機層223和第三有機層222之間的接口附近的各個點部分中按預(yù)定顏色矩陣被布置，以被定位在第四有機層223中電子與空穴相復(fù)合的那些區(qū)域上。在第四有機層223的上表面上形成由ITO或諸如此類組成的并用作為陽電極的透明前驅(qū)動電極225，以覆蓋整個顯示區(qū)。(第六實施例)圖25是表示按第六實施例的顯示裝置的截面圖。
本實施例的特征在于分別形成前驅(qū)動電極251和后驅(qū)動電極252作為用于顯示光的EL顯示元件的陰極和陽極，電子注入層253與前驅(qū)動電極251的下表面相連接，第三有機層222由Alq3制成，以及第四有機層223由PVCz、BND和發(fā)光材料制成。一P型a-si層254插入在第四有機層223和后驅(qū)動電極252之間。在本實施例中，光發(fā)射基本上在第四有機層223和第三有機層222間的接口附近發(fā)生。在第四有機層223的點部分223R、223G和223B上，按照各個點部分中包含的發(fā)光材料產(chǎn)生包括紅光、綠光和蘭光的顯示光以及返回光。本實施例的其余結(jié)構(gòu)與第五實施例相同。(第七實施例)圖26是表示按第七實施例的顯示裝置的截面圖。
本實施例的特征在于在一個襯底261上連續(xù)形成用于信號光的有機EL元件和用于顯示光的有機EL元件。在襯底261上形成列電極217。此后，順序形成第二有機膜215、第一有機膜214和行電極213。在最終結(jié)構(gòu)上形成保護(hù)性絕緣膜262。與第二實施例類似，在保護(hù)性絕緣膜262上形成后驅(qū)動電極218、光電導(dǎo)層221、第三有機層222、第四有機層223和前驅(qū)動電極225。在本實施例中，需要簡單的布線圖案制作步驟來形成列電極217、行電極213和后驅(qū)動電極218，但剩余步驟是簡單的薄膜成形步驟。由于這一原因，制造該裝置與制造TFT驅(qū)動顯示裝置相比要容易得多。在本實施例中，如果組成顯示光發(fā)射層224的有機膜222、223之一在對應(yīng)于各個點部分的位置處含有發(fā)光物質(zhì)或在前驅(qū)動電極225的上表面上形成彩色濾光片，就能進(jìn)行彩色顯示。(第八實施例)圖27是表示按第八實施例的顯示裝置的截面圖。
在本實施例中，后驅(qū)動電極271與列電極217平行地形成，并且后驅(qū)動電極271具有與列電極217相同的形狀，這樣后驅(qū)動電極271經(jīng)襯底212、行電極213和信號光發(fā)光層216重疊在列電極217之上。本實施例的其余結(jié)構(gòu)與第二實施例相同，并且能得到與第二實施例相同的功能和效果。(第九實施例)圖28是表示按第九實施例的顯示裝置的截面圖。
本實施例的特征在于使用顯示光設(shè)置濾光片281R、281G和281B，每個都設(shè)計為接收在一預(yù)定波長范圍內(nèi)的光并發(fā)射具有比接收光更長波長的光。如圖28所示，本實施例的顯示裝置帶有在襯底212的下和上表側(cè)分別形成的信號光元件和顯示光元件。圖22中第三實施例的彩色濾光片228被設(shè)計為接收預(yù)定的光，發(fā)射所接收的光中給定波長范圍內(nèi)的光組分并吸收(阻擋)其余波長范圍內(nèi)光組分。與此相反，每一顯示光設(shè)置濾光片281R、281G和281B被設(shè)計為接收入射光能并發(fā)射與入射光不同的波長范圍內(nèi)的光。用于顯示光的有機EL元件有一由PVCz、BND和用來發(fā)射含有紫外光的蘭光的發(fā)光材料的混合物組成的第四有機層223。一光電導(dǎo)層221接收來自用于信號光的有機EL元件的信號光，并產(chǎn)生載流子。第四有機層223上與光電導(dǎo)層221中信號光輻射其上的區(qū)域相對應(yīng)的區(qū)域發(fā)射第一顯示光。該第一顯示光輻射在顯示光設(shè)置濾光片281R、281G、281B上。顯示光設(shè)置濾光片281R、281G和281B分別發(fā)射具有比第一顯示光的波長長的紅光、綠光，和具有比第一信號光的波長稍長的蘭光。
本實施例中，當(dāng)包含紫外光且是從用于信號光的有機EL元件發(fā)射出來的蘭信號光進(jìn)入光電導(dǎo)層221時，在該層221中產(chǎn)生電子-空穴對，并且該層221被設(shè)置在由于隧道效應(yīng)等而允許電子注入顯示光發(fā)射層224的狀態(tài)。由于這一原因，在后和前驅(qū)動電極間所加電壓的基礎(chǔ)上，載流子注入到顯示光發(fā)射層224上與光電導(dǎo)層221中信號光入射其上的部分相對應(yīng)的部分上，并且該顯示光發(fā)射層224的部分發(fā)射蘭光。假設(shè)信號光很弱。即使在這種情況下，如果在光電導(dǎo)層221中存儲的載流子到了載流子從后和前驅(qū)動電極注入到顯示光發(fā)射層224能持續(xù)1幀周期的程度，則它也足夠了。
當(dāng)以這種方式發(fā)射蘭光時，作為返回光的蘭光入射到光電導(dǎo)層221中與一已發(fā)射光的部分相對應(yīng)的部分。然后光電導(dǎo)層221由返回光再激發(fā)以產(chǎn)生新的電子-空穴對。因而光電導(dǎo)層221持續(xù)在允許電子注入的狀態(tài)。由于這一原因，在驅(qū)動電壓的選擇周期期間，載流子保持注入到顯示光發(fā)射層224的該部分。在這種狀態(tài)下，由于顯示驅(qū)動操作能繼續(xù)一相對1幀周期足夠長的時間周期，即使信號光元件的行和列電極213和217被設(shè)置在未被選擇狀態(tài)，也能持續(xù)從顯示光發(fā)射層224發(fā)光。由于來自顯示光發(fā)射層224的第一顯示光被保持1個幀周期，因而顯示光設(shè)置濾光片281R、281G和281B能保持發(fā)射顯示光達(dá)1個幀周期。
由于這一原因，由于沒有增加最大瞬時亮度而能進(jìn)行高功率驅(qū)動，因而能減小顯示光發(fā)射層224上的負(fù)載，并能延長該元件的壽命。在每一實施例中，如果襯底212是具有大約0.1mm厚的合成樹脂襯底，則能有效地傳播信號光。
在上述每個實施例中，作為光電導(dǎo)層，使用了一a-si層或由a-si層和摻雜層構(gòu)成的的一多層結(jié)構(gòu)。然而，也可將氧化鋅、含四溴熒光素的氧化鋅或諸如萘-1，4，5，8-四羧酸二酐(NTCDA)或Me-PTC的萘衍生物用于光電導(dǎo)層。
NTCDA和Me-PTC的化學(xué)分子式如下；
由這樣的萘衍生物組成的光電導(dǎo)層能在紫外光到380nm至460nm，蘭波長范圍內(nèi)的光入射時選擇性地產(chǎn)生光電動勢，并對來自PVCz的EL光呈現(xiàn)非常高的敏感性，如圖11所示。
在上述每個實施例中，至于光電導(dǎo)層的材料，例如，也可使用下列材料諸如非晶鍶(a-Se)、ZnS或SnOx的無機半導(dǎo)體，諸如聚乙烯基卡唑的電荷轉(zhuǎn)換絡(luò)合物，或通過重疊有機光載流子生成層(苝、quinoes、酞菁等等)和有機載流子遷移層(芳氨、肼、噁唑等等)得到的有機復(fù)合物材料。很明顯，當(dāng)這樣的材料吸收特定波長范圍內(nèi)光子時，它會產(chǎn)生導(dǎo)電載流子，并且它的阻抗突然降低。結(jié)果，該材料具有電導(dǎo)性。
對于用來在入射紫外光時產(chǎn)生電子-空穴對的光電導(dǎo)層221的材料，可使用具有3.1ev或更高的禁帶(能隙)的半導(dǎo)體材料。(第十實施例)圖29是示意性地表示按照本發(fā)明的第十實施例的顯示裝置的截面圖。圖30是顯示裝置的分解透視圖。參照圖29，參考數(shù)字291表示顯示裝置。顯示裝置291主要由用于信號光的有機EL元件和用于顯示光的有機EL元件構(gòu)成。
如圖29和30所示，用于信號光的有機EL元件包括在襯底12的下表面上形成的雙電半反射鏡層293，該襯底對信號光呈現(xiàn)透射性并由玻璃材料或彈性聚合物膜組成。半反射鏡層293覆蓋用于顯示光有機EL元件的全部發(fā)射區(qū)。半反射鏡層293被設(shè)計為傳播以與半反射鏡層293的表面的垂直方向相平行的方向傳播且具有波長λ的光中預(yù)定比例的光。
在半反射鏡層293的下表面上形成作為第一信號光電極的多個行電極152，與作為第一方向的行方向平行地延伸。
行電極152用作陽電極，并可由對信號光呈現(xiàn)透射性且具有預(yù)定逸出功的電極材料組成。例如可使用ITO或IXO。在行電極152和半反射鏡層293的表面(下表面)上形成由PVCz和BND的混合物組成的且用作為空穴遷移層和主要發(fā)光層的第一有機膜161。在第一有機膜161的下表面上連接并疊置第二有機膜162，該第二有機膜162由具有足夠小的厚度以對信號光呈現(xiàn)透射性的Alq3組成并用作為電子遷移層。第一和第二有機膜161和162組成信號光發(fā)射層153。信號光發(fā)射層153對信號光具有透射性。
在第二有機膜162的下表面上形成多個列電極154，與同行方向垂直的列方向相平行地延伸，以便經(jīng)信號光發(fā)射層153與行電極152相交叉。列電極154用作陰電極。由包括Mg In、Al Li、Mg Ag、In Al或諸如此類的金屬電極構(gòu)成列電極，這些材料具有比陽電極的材料更低的逸出功和反射信號光的特性。行和列電極152和154延伸到透明襯底12的邊界，以與驅(qū)動IC(未示出)相連接。以這種方式，形成了用于信號光的矩陣驅(qū)動有機EL元件。
在本實施例中，如圖29所示，相對于預(yù)定波長范圍內(nèi)的信號光波長(λ)，設(shè)置半反射鏡層293和列電極154之間的距離L，以滿足下列方程L＝n.λ/2其中n是自然數(shù)，最好為1到3。
在以與半反射鏡層293的表面的法線方向平行的方向上傳播的信號光中，一預(yù)定比例的光經(jīng)半反射境層293被傳播。由半反射鏡層293反射的剩余信號光在半反射鏡層293和列電極154之間重復(fù)反射。這些光中，以不是與半反射鏡層293的表面的法線方向平行的方向傳播的光被散射且由于相偏移不能經(jīng)半反射鏡層293傳播。另外，以基本上與半反射鏡層293的表面的法線方向平行的方向傳播的且具有大致為入的波長的光沒有相偏移再次到達(dá)半反射鏡層293。這些光中，一預(yù)定比例的光不能經(jīng)半反射鏡層293傳播。當(dāng)光以這種方式在半反射鏡層293和列電極154之間重復(fù)反射時，只有以基本上與半反射鏡層293的表面的法線方向平行的方向傳播的且具有大致為λ的波長的光經(jīng)半反射鏡層293傳播。因此能根據(jù)信號光的方向性控制經(jīng)半反射鏡層293傳播的光量。
用于顯示光的有機EL元件具有與用于信號光的有機EL元件的全部發(fā)射區(qū)在面積上接近相等的顯示區(qū)。在襯底12的上表側(cè)上形成用于信號光的有機EL元件。在襯底12的上表面形成由例如透明ITO材料組成的且用作為陰電極的多個后驅(qū)動電極13。后驅(qū)動電極13具有與行電極152相同的形狀，這樣在二維地觀察時它們相互對置且重疊。在襯底12和后驅(qū)動電極13上形成光電導(dǎo)層14，以覆蓋整個顯示區(qū)。光電導(dǎo)層14由吸收信號光的材料組成，以產(chǎn)生導(dǎo)電載流子。例如，在本實施例中，使用含有四溴熒光素的氧化鋅和非晶硅。在光電導(dǎo)層14的整個上表面上形成由Alq3組成的電子遷移層15和空穴遷移層/發(fā)光層16。
發(fā)光層16由PVCz和BND組成。在發(fā)光層16的各個點部分(對應(yīng)于信號光裝置的行和列電極152和154經(jīng)信號光發(fā)射層153相互重疊的發(fā)射區(qū))中加入由發(fā)射R(紅)光、G(綠)光和B(蘭)光的發(fā)光材料，以形成預(yù)定的顏色矩陣。參照圖29，參考數(shù)字16R、16G和16B表示發(fā)光層16中對應(yīng)于R、G和B發(fā)射區(qū)的點部分。作為形成發(fā)光層16的一種方法，例如可使用下列方法在電子遷移層15上沉積PVCz和BND的混合物，并用相應(yīng)的發(fā)光材料浸漬各個點部分的方法；或按照顏色矩陣布圖制作按顏色單位的包含發(fā)光材料的有機膜的方法。在發(fā)光層16的上表面形成由ITO組成的且用作為陽電極的透明前驅(qū)動電極17，以覆蓋整個顯示區(qū)。
在具有上述結(jié)構(gòu)的用于信號光的有機EL元件中，當(dāng)在行和列電極152和154之間施加一預(yù)定電壓時，從靠近第一有機膜161和第二有機膜162之間的接口的部分發(fā)射含有紫外光的信號光。此時，具有波長λ且入射到半反射鏡層293的下表面和列電極154的上表面上的信號光在半反射鏡層293和列電極154之間重復(fù)反射，而后被傳播。參照圖29，寬箭頭B表示重復(fù)反射的共振光，利用這一操作，只有以與信號光發(fā)射層153的表面垂直的方向傳播的光由于共振而被入射到用于顯示光的EL元件上。由于這一原因，在從用于信號光的EL元件的預(yù)定地址發(fā)射出來的信號光中，朝向光電導(dǎo)層14中對應(yīng)于該地址的預(yù)定點傳播的信號光在光量上被最大化。與此相反，斜射到半反射鏡層上的信號光基本上不被傳播，并因此不會輻射到光電導(dǎo)層14的任何未被選擇區(qū)上。由于這一原因，在發(fā)光層16和電子遷移層15上對應(yīng)于未被選擇區(qū)的部分中不會產(chǎn)生足夠?qū)⑤d流子注入光電導(dǎo)層14的電子-空穴對。因此，在本實施例中利用用于根據(jù)信號光的傳播方向來控制信號光量的結(jié)構(gòu)，能實現(xiàn)避免顯示裝置中的相互干擾。
下面將說明顯示裝置11的整個操作。
首先，在信號光的有機EL元件中，當(dāng)在以行為序掃描所選擇的行和列電極152和154之間施加一預(yù)定電壓時，含有紫外光并以與信號光發(fā)射層153垂直的方向傳播的信號光(由圖29中的箱頭A表示)輻射到光電導(dǎo)層14上。此時，從信號光發(fā)射層153的預(yù)定地址發(fā)射的信號光不會入射到光電導(dǎo)層14上鄰近于對應(yīng)點區(qū)的那一點區(qū)上，因此不會產(chǎn)生電子-空穴對。在這種情況下，由于信號光發(fā)射層153與光電導(dǎo)層14足夠地近，信號光能在到達(dá)光電導(dǎo)層14而同時實際上維持足夠的空間頻率。如上述，在光電導(dǎo)層14上的信號光入射其上的部分中產(chǎn)生電子-空穴對，并且光電導(dǎo)層14被設(shè)置在允許根據(jù)在接口處存儲的空穴，利用隧道效應(yīng)將電子注入第三有機膜15的狀態(tài)中。利用這一操作，將已施加在前驅(qū)動電極17和后驅(qū)動電極13間的電壓施加至第三和第四有機膜15和16的預(yù)定點部分。注意可在驅(qū)動電極13和17之間施加有直流驅(qū)動電壓、脈沖電壓、交流電壓或諸如此類。結(jié)果，如上述，用于顯示光的有機EL元件發(fā)射光，并且由各個發(fā)光材料上色的顯示光束(圖29中箭頭D)向前傳播。同時，由箭頭C表示的返回光向后傳播。由于此返回光入射到光電導(dǎo)層14上，光電導(dǎo)層14被再激發(fā)以產(chǎn)生新的電子-空穴對。另外，在信號光A入射時在后驅(qū)動電極13和光電導(dǎo)層14間的Schottky接頭產(chǎn)生的電子-空穴對之中，空穴存儲在光電導(dǎo)層14和后驅(qū)動電極13間的接口處，以便歸因于后驅(qū)動電極13和前驅(qū)動電極間的電位差產(chǎn)生電子隧道。結(jié)果，電子被注入到光電導(dǎo)層14中。因此，光電導(dǎo)層14保持在允許電子注入第三有機膜15的狀態(tài)。由于這一原因，在選擇周期中，保持將載流子注入第三和第四有機膜的相應(yīng)區(qū)域。在這種狀態(tài)下，由于發(fā)光層16繼續(xù)發(fā)光達(dá)相對1幀周期足夠長的時間，即使用于信號光的有機EL元件的行和列電極152和154設(shè)置在未被選擇狀態(tài)，發(fā)光層16也能繼續(xù)其光發(fā)射。結(jié)果，光發(fā)射由于以行為序進(jìn)行掃描而持續(xù)到下一掃描操作。注意在下一掃描操作之前通過立即將清除電壓施加到驅(qū)動電極13和17上，而能更新存儲的載流子。
在本實施例中，如上述，由于從用于信號光的有機EL元件的預(yù)定地址發(fā)射的信號光可靠地入射到用于顯示光的有機EL元件中與該預(yù)定地址對應(yīng)的預(yù)定點上，因而能沒有相互干擾地進(jìn)行顯示。另外，由于顯示光發(fā)射繼續(xù)直到下一個以行為序的掃描操作，因而能進(jìn)行高質(zhì)量顯示。由于在單個透明襯底12上能形成用于信號光的有機EL元件和用于顯示光的有機EL元件，能夠?qū)崿F(xiàn)顯示裝置側(cè)面和重量的減小。在傳統(tǒng)的有機電發(fā)光元件中，由于每個象素必須在高功率矩陣驅(qū)動下持續(xù)光發(fā)射達(dá)1幀周期，因而必須設(shè)置很高的初始電壓。結(jié)果，EL顯示元件本身的壽命被縮短。按照本實施例，每個象素以簡單結(jié)構(gòu)而不必使用以TFT為代表的開關(guān)元件或諸如鐵電液晶元件等具有記憶功能的元件就能實現(xiàn)基于返回光的良好記憶功能或適當(dāng)?shù)臏?，以此在高功率?qū)動條件下實現(xiàn)高質(zhì)量顯示。由于同樣的原因，由于能夠降低EL顯示元件得到希望的顯示亮度所要求的亮度，可預(yù)期EL顯示元件具有更長的壽命。另外，由于能使用在其中有機EL元件的發(fā)光效率被最大化的低亮度區(qū)，因此減少了該元件的總能量消耗。而且，在該實施例中，能在一單襯底12上容易地形成有機EL元件。與TFT顯示、鐵電液晶顯示和等離子顯示相比，這一結(jié)構(gòu)允許在制造大屏幕顯示器方面有高的生產(chǎn)力。該實施例也避免了在TFT和TFT顯示裝置的總線線路阻擋光時引起開口比降低，并因此在顯示亮度和發(fā)光效率上優(yōu)于TFT驅(qū)動元件。而且，該結(jié)構(gòu)的布線圖案制作和對準(zhǔn)技術(shù)比TFT制造工藝要容易得多，并且能以相對低的溫度進(jìn)行薄膜成形步驟。(第十一實施例)圖31是表示按第十一實施例的顯示裝置的截面圖。
在本實施例中，為了將第十實施例中半反射鏡層293的對立表面和列電極154之間的距離L設(shè)置為L＝n.λ/2其中n是自然數(shù)。
將一是由例如氮化硅(SiN)組成的介電膜的共振距離調(diào)整膜311插入半反射鏡層293和行電極152之間。在本實施例的顯示裝置中，預(yù)先在透明襯底12的下表面上形成半反射鏡層293，并在半反射鏡層293的下表面上形成共振距離調(diào)整膜311，以便在調(diào)整時有一預(yù)定厚度，由此在列電極154和半反射鏡層293之間可靠地形成微共振腔。另外，通過調(diào)整共振距離調(diào)整膜311的厚度，能將共振腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計為適合于從上述特定的用于信號光的有機EL元件發(fā)射的信號光的波長λ。注意本實施例的其余結(jié)構(gòu)、功能/操作和效果基本上與第十實施例的相同。(第十二實施例)圖32是表示按照本發(fā)明第十二實施例的顯示裝置的截面示意圖。該顯示裝置主要由用于信號光的有機EL元件和帶有光電轉(zhuǎn)換層的液晶顯示元件組成。首先說明用于信號光的有機EL元件。
在由玻璃材料或聚合物膜組成的透明襯底102的上表面上形成多個陰電極103作為第一信號電極，以按行方向(第二方向)延伸并且相互平行。每個行電極103有大約250A到1,000A的厚度并用作為陰電極。在行電極103和透明襯底102的上表面上形成由Alq3組成的且有大約500的厚度的電子遷移層104。在電子遷移層104上形成由PVCz和BND組成的、有大約1000A的厚度且用作為單空穴遷移層的發(fā)光層105。
在發(fā)光層105的上表面形成多個列電極106，按列方向(第二方向)延伸，與行電極103交叉(呈直角)。每個列電極106用作為陽電極，并對信號光中落在紫外光波段(350nm到400nm的波長范圍)的光組分呈現(xiàn)透射性。例如，每個列電極106由被四溴熒光素敏化的氧化鋅組成。
形成具透明性的保護(hù)性膜321，以覆蓋發(fā)光層105和列電極106。列電極106的端部分106A和行電極103的端部分不被保護(hù)性膜321覆蓋，而是暴露的。對于保護(hù)性膜321，可使用對紫外線和可見光波長范圍內(nèi)的光具有透射性的膜，例如氮化硅膜或氧化硅膜。保護(hù)性膜321用來防止有機層104和105以及行電極103的氧化，也用來防止它們的特性由于潮濕而退化。如果考慮到逸出功值將易于氧化的部件用于行電極，則可用抗氧化的部件將端部分106A的暴露表面鍍敷。在透明襯底102的下表面上形成具有線性極化軸的后極化板322。在后極化板322的下表面形成由鋁(Al)膜制成的反射板323，該鋁膜對可見光具有透射性。
在具有上述結(jié)構(gòu)的用于信號光的有機EL元件中，當(dāng)在行和列電極103和106之間施加一電場時，從靠近發(fā)光層105和電子遷移層104間接口的部分發(fā)射包含紫外光的信號光。
下面說明液晶顯示元件的結(jié)構(gòu)。該液晶顯示元件與具有上述結(jié)構(gòu)的用于信號光的有機EL元件結(jié)合在一起，它有一與用于顯示光的有機EL元件的發(fā)射區(qū)在面積上大約相等的顯示區(qū)。該液晶顯示元件包括一對前透明襯底324和后透明襯底325、一在兩透明襯底之間由密封件326密封的TN液晶、一光電轉(zhuǎn)換層328、一前驅(qū)動電極329、和具有與列電極106相同形狀以便被兩維觀察時它們相互重疊的多個后驅(qū)動電極330。這些部件構(gòu)成呈現(xiàn)光旋轉(zhuǎn)功率的TN元件。光電轉(zhuǎn)換層328形成于后驅(qū)動電極330的上表面上。后對準(zhǔn)膜331被形成以覆蓋后驅(qū)動電極330和光電轉(zhuǎn)換層328。
光電轉(zhuǎn)換層328由吸收一特定波長范圍內(nèi)光子的材料構(gòu)成，以產(chǎn)生導(dǎo)電載流子。對于用于光電轉(zhuǎn)換層328的材料，例如可使用下列材料氧化鋅，含四溴熒光素的氧化鋅，如a-Si、a-Se、ZnS、SrTiO3、GaN、CdS或SnQx的無機半導(dǎo)體，或通過將有機光載流子生成層(苝、quiones、酞菁等)和有機載流子遷移層(芳氨、肼、噁唑等)疊合得到的有機復(fù)合材料。
這樣的材料吸收一特定波長范圍內(nèi)的光子以產(chǎn)生電子-空穴對，并能將電子和空穴保持達(dá)一預(yù)定時間周期。在本實施例中，光電轉(zhuǎn)換層328使用ZnO，其具有吸收信號光的特性并在紫外光波段呈現(xiàn)銳光譜靈敏度峰。ZnO不吸收可見光。
在前透明襯底324的下表面上形成由ITO構(gòu)成的單一前驅(qū)動電極329，以覆蓋整個顯示區(qū)。形成一前對準(zhǔn)膜332以覆蓋前驅(qū)動電極329。在前透明襯底324的上表面上形成具有線性極化軸的前極化板333。
后對準(zhǔn)膜331的表面已經(jīng)過校準(zhǔn)處理，例如以圖33b中的預(yù)定方向331A(0°方向)研磨。前對準(zhǔn)膜332的表面已經(jīng)過校準(zhǔn)處理，例如以圖33b中的方向332A(相對于后對準(zhǔn)膜331校準(zhǔn)處理的方向331A的反時針大約90°的方向)研磨。
對于TN液晶327，使用摻有手性材料的向列液晶。TN液晶327按照用于對準(zhǔn)膜331和332的校準(zhǔn)處理從后透明襯底325扭轉(zhuǎn)大約90°到前透明襯底324。
如圖33a中所示，按相對于校準(zhǔn)處理方向331A的反時針方向130°設(shè)置前極化板333的極化軸333A。如圖33C所示，按相對于校準(zhǔn)處理方向的反時針方向150°設(shè)置后極化板322的極化軸322A。如果前極化板333的極化軸333A是相對于校準(zhǔn)處理方向332A的順時針或反時針方向的20°到70°，最好為35°到50°，則足夠了。如果后極化板322的極化軸322A是相對于校準(zhǔn)處理方向331A的順時針或反時針方向的20°到70°，最好為25°到45°，則也足夠了。
圖34是表示用于顯示裝置的驅(qū)動控制方法的時間圖，更具體地是表示各個象素地址處的液晶驅(qū)動電壓波形Vd和發(fā)射脈沖(包括刪除光脈沖和寫光脈沖)。
驅(qū)動電壓脈沖Vd表示一脈沖鏈，該脈沖鏈順序施加在N個后驅(qū)動電極330和前驅(qū)動電極329間，并與用于信號光的有機EL元件的行和列電極103和106的以行為序的驅(qū)動操作相同步。每個1幀周期驅(qū)動電壓波形Vd被反相。待被施加到一個后驅(qū)動電極330的驅(qū)動電壓波形Vd的1個掃描周期被分為至少兩個周期，以施加到一選擇電位和一地電位上。在這種情況下，選擇電位是在寫周期期間所施加的電位，而地電位是在刪除周期期間所施加的電位。如圖34所示，最好是將1個掃描周期的第一半周期設(shè)置為刪除周期，而第二半周期設(shè)置為寫周期。參考符號Vs1、Vs2和Vs3表示由行和列電極103和106組成的X-Y矩陣中的特定點部分的發(fā)射脈沖。參考符號Vs1表示第一選擇行上給定點部分的發(fā)射脈沖；Vs2表示第二選擇行上給定點部分的發(fā)射脈沖；Vs3表示第三選擇行上給定點部分的發(fā)射脈沖。將行和列電極中的一個設(shè)置為選擇行，則另一電極設(shè)置為數(shù)據(jù)行。
這些選擇和數(shù)據(jù)行輸出足夠的刪除電壓Ve并在刪除周期期間發(fā)射清除信號光。此時，由于Vd的值對應(yīng)地電位，因而在液晶327對準(zhǔn)之前在掃描周期期間存儲在光電轉(zhuǎn)換層328中的載流子被更新。
隨后，在寫周期中，基于希望的數(shù)據(jù)的寫電壓被施加給行和列電極103和106上，以發(fā)射寫信號到光電轉(zhuǎn)換層328的預(yù)定點部分。由于通過將與每個顯示象素的顯示層次電平對應(yīng)的電壓施加于每個數(shù)據(jù)行而同時固定每個選擇行的電位由此得到寫信號光，因而僅需控制液晶顯示元件13的前驅(qū)動電極33和后驅(qū)動電極28的選擇電位和地電位，而不管層次電平。在這一實施例中，進(jìn)行了脈沖高度調(diào)制。然而也可進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制。在寫周期中，由于施加到液晶327的電壓是選擇電位，因而將對應(yīng)于寫信號光的所要求電場施加到液晶327上，以進(jìn)行對應(yīng)于寫信號光的層次顯示。本實施例的顯示裝置能通過使用液晶的偏振效應(yīng)和偏振板按照信號光量控制經(jīng)光電導(dǎo)層施加到液晶顯示元件上的電壓。因而這一裝置能進(jìn)行基于三種或更多顏色的彩色顯示。
以上已描述了本實施例的顯示裝置的驅(qū)動方法。通過使用這一方法，能任意進(jìn)行數(shù)據(jù)刪除，以及數(shù)據(jù)寫入和設(shè)置數(shù)據(jù)維持時間。本實施例的驅(qū)動方法特征在于能進(jìn)行沒有相互干擾的帶記憶功能的驅(qū)動，大體上得到與由使用TFT的液晶顯示裝置得到的效果基本上相同的效果。另外，由于能用簡單的矩陣電極結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜態(tài)液晶驅(qū)動，因而能進(jìn)行高質(zhì)量顯示。
采用本發(fā)明的顯示裝置不限于上述實施例的結(jié)構(gòu)。例如，除了扭向列(TN)液晶模式的液晶顯示元件外，能使用基于下列模式的液晶顯示元件鐵電液晶(FLC)模式，反鐵電液晶(AFLC)模式，聚合物色散液晶(PDLC)模式，相變(PC)模式，均勻?qū)?zhǔn)模式，同回歸線(homeotropic)對準(zhǔn)模式，以及混合對準(zhǔn)模式。在這種情況下，如果根據(jù)每種液晶顯示模式設(shè)置偏振板、延遲板、對準(zhǔn)膜等。則足夠了。例如，在PDLC液晶模式中，不要求偏振板，因而也不要求對準(zhǔn)膜。這一實施例使用反射型液晶顯示元件，其被設(shè)計成使用液晶的偏振效應(yīng)和偏振板進(jìn)行多色顯示。然而，也可使用帶彩色濾光片的液晶顯示元件。而且，很明顯，能將本發(fā)明用于使用具有線性偏振特性的偏振軸的液晶顯示元件和包含具有橢圓偏振特性的延遲板的液晶多色顯示元件。
在上述實施例中，光電轉(zhuǎn)換層328由ZnO組成。然而在本發(fā)明中，由各種光電轉(zhuǎn)換材料制成的每個光電轉(zhuǎn)換層，或由這些材料中的某些制成的光電轉(zhuǎn)換層可含有有用來調(diào)整光電轉(zhuǎn)換層的電阻抗的材料，例如perylene pigment或萘衍生物。其余能用于光電轉(zhuǎn)換層的材料是如a-Si、a-Se、ZnS和SnOx的無機半導(dǎo)體和通過將有機光載流子生成層(苝、quinoes、酞菁等)和有機載流子遷移層(芳氨、肼、噁唑等)疊合得到的有機復(fù)合材料。
在上述實施例中，可將半反射鏡放在用于信號光的有機EL元件和液晶顯示元件之間，對于波長λ可將具有反射特性的行電極103和半反射鏡之間的距離L設(shè)置為如下L＝n.λ/2其中n是自然數(shù)，利用這一設(shè)置，地址光在半反射鏡和反射電極之間重復(fù)反射，以持續(xù)發(fā)送同相地址光。
在上述實施便中，在1個掃描周期期間，在相應(yīng)的一個選擇行或顯示象素處連續(xù)輸出刪除脈沖和寫數(shù)據(jù)脈沖。然而，為了在寫周期中減小由刪除脈沖引起的噪聲，可在1個掃描周期中的刪除脈沖和寫數(shù)據(jù)脈沖之間的時間里施加地電位。另外，地電位在刪除周期中與選擇行刪除脈沖同步，并且選擇電壓在寫周期中與選擇行的寫數(shù)據(jù)脈沖同步。然而，本發(fā)明不限于這些。例如，在施加寫數(shù)據(jù)脈沖之后，可在用于信號光的有機EL元件輻射寫信號光到光電導(dǎo)轉(zhuǎn)換層上的時刻和產(chǎn)生載流子的時刻之間的時間間隔里，即與加有寫數(shù)據(jù)脈沖之后由寫信號光產(chǎn)生載流子的時間同步地施加選擇電壓。
在上述每個實施例中，為保護(hù)起見用絕緣膜覆蓋用于顯示光的有機EL元件和用于信號光的有機EL元件，但電極端除外。
權(quán)利要求
1.一種用來按照信號光進(jìn)行顯示操作的顯示裝置，包括光電導(dǎo)裝置，用來按照入射其中的信號光在其中產(chǎn)生載流子；第一導(dǎo)電裝置，在所述光電導(dǎo)裝置的一側(cè)上形成；發(fā)光裝置，在所述光電導(dǎo)裝置的另一側(cè)上形成，用來按照其中載流子的注入以一預(yù)定波長發(fā)光；及第二導(dǎo)電裝置，在所述發(fā)光裝置上與形成所述光電導(dǎo)裝置的一側(cè)相對的另一側(cè)上形成。
2.按照權(quán)利要求1的顯示裝置，其中所述發(fā)光裝置包括一有機發(fā)光裝置。
3.按照權(quán)利要求2的顯示裝置，其中所述有機電發(fā)光裝置包括具有空穴遷移特性的空穴遷移層和具有電子遷移特性的電子遷移層。
4.按照權(quán)利要求1的顯示裝置，其中所述發(fā)光裝置包括在一預(yù)定波長范圍內(nèi)發(fā)光的發(fā)光物質(zhì)。
5.按照權(quán)利要求4的顯示裝置，其中發(fā)光物質(zhì)包括在一紅波長范圍內(nèi)發(fā)光的紅色熒光物質(zhì)，在一綠波長范圍內(nèi)發(fā)光的綠色熒光物質(zhì)，發(fā)蘭光的蘭色熒光物質(zhì)，在所述發(fā)光裝置的不同區(qū)域布置這些熒光物質(zhì)。
6.按照權(quán)利要求1的顯示裝置，其中所述第一導(dǎo)電裝置包括多個陰極，而所述第二導(dǎo)電裝置包括一單個陽極。
7.按照權(quán)利要求1的顯示裝置，其中在所述光電導(dǎo)裝置中產(chǎn)生載流子的信號光為包含可見光范圍之外的光。
8.按照權(quán)利要求7的顯示裝置，其中在所述光電導(dǎo)裝置中產(chǎn)生載流子的信號光為包含紫外光的光。
9.按照權(quán)利要求1的顯示裝置，其中從所述發(fā)光裝置中發(fā)射的在一預(yù)定波長范圍內(nèi)的光包含可見光。
10.按照權(quán)利要求1的顯示裝置，其中所述第一導(dǎo)電裝置相對在所述光電導(dǎo)裝置中產(chǎn)生載流子的信號光具有透射性，所述第二導(dǎo)電裝置相對從所述發(fā)光裝置中發(fā)射的在一預(yù)定波長范圍內(nèi)的光具有透射性。
11.按照權(quán)利要求1的顯示裝置，其中所述第一導(dǎo)電裝置對從所述發(fā)光裝置中發(fā)射的在一預(yù)定波長范圍內(nèi)的光具有透射性。
12.按照權(quán)利要求1的顯示裝置，其中從所述發(fā)光裝置中發(fā)射的光包含有在所述光電導(dǎo)裝置中產(chǎn)生載流子的光。
13.按照權(quán)利要求1的顯示裝置，其中所述光電導(dǎo)裝置含有從包括非晶硅、氧化鋅、含四溴熒光素的氧化鋅、氧化鈦和氧化鋁的組中選出的物質(zhì)。
14.按照權(quán)利要求1的顯示裝置，還包括在所述導(dǎo)電裝置上與在其上形成所述發(fā)光裝置的一側(cè)的相對側(cè)上形成的絕緣裝置；和光屏蔽裝置，與所述的絕緣裝置相鄰，用來阻擋在所述光電導(dǎo)裝置中產(chǎn)生載流子的光。
15.一種按照信號光進(jìn)行顯示操作的顯示裝置，包括一具有多個用來發(fā)射信號光的區(qū)的定址元件；和一具有光接收元件的顯示元件，用來接收信號光，產(chǎn)生與信號光相對應(yīng)的載流子，并用來按照由所述光接收元件產(chǎn)生的載流子進(jìn)行顯示操作。
16.按照權(quán)利要求15的顯示裝置，其中所述顯示元件包括用來發(fā)射含可見光的顯示光的自發(fā)光顯示元件。
17.按照權(quán)利要求16的顯示裝置，其中顯示光含有在一預(yù)定波長范圍內(nèi)的光，在此波長范圍內(nèi)中所述光接收元件產(chǎn)生載流子。
18.按照權(quán)利要求16的顯示裝置，其中所述自發(fā)光元件包括用來按照施加的電壓發(fā)射顯示光的有機電發(fā)光元件。
12.按照權(quán)利要求15的顯示裝置，其中所述顯示元件2包括液晶顯示元件。
20.按照權(quán)利要求16的顯示裝置，其中所述定址元件包括用來按照施加的電壓發(fā)射信號光的有機電發(fā)光元件。
21.按照權(quán)利要求15的顯示裝置，其中信號光為含有低于可見光波長范圍的一波長范圍中的光。
22.按照權(quán)利要求15的顯示裝置，其中所述定址元件的多個區(qū)按照一矩陣形式被布置。
23.按照權(quán)利要求16的顯示裝置，其中所述定址元件包括按照施加的電壓發(fā)射信號光的有機電發(fā)光層；多個面對所述有機電發(fā)光層一表面并沿預(yù)定方向延伸的第一條形電極；及多個面對所述有機電發(fā)光層另一表面并沿與所述第一條形電極垂直的方向延伸的第二條形電極。
24.按照權(quán)利要求23的顯示裝置，其中所述定址元件的所述第一條形電極具有反射特性，而所述第二條形電極相對信號光具有透射性。
25.按照權(quán)利要求16的顯示裝置，其中所述顯示元件包括一有機電發(fā)光層，它與所述光接收元件相鄰并用來以與入射到所述光接收元件上的信號光量相對應(yīng)的亮度發(fā)射顯示光；多個第一顯示電極，每個電極面對所述光接收元件的一表面并具有與所述第一和第二條形電極之一的形狀相一致的形狀；及第二顯示電極，面對所述有機電發(fā)光層的另一表面并相對顯示光具有透射性。
26.按照權(quán)利要求25的顯示裝置，其中所述第一顯示電極為陰極，并且所述第二顯示電極為陽極。
27.按照權(quán)利要求25的顯示裝置，其中所述有機電發(fā)光層具有在從所述第一顯示電極和所述第二電極注入載流子時發(fā)射光的電發(fā)光特性，在信號光照射時發(fā)射光的光致發(fā)光特性。
28.按照權(quán)利要求15的顯示裝置，其中所述顯示元件包括插入所述定址元件和所述光接收元件之間的一個絕緣層。
29.按照權(quán)利要求15的顯示裝置，還包括插入所述定址元件和所述光接收元件之間的光傳播方向控制元件，以便控制從所述定址元件入射的光的傳播方向，來使光入射到所述光接收元件上。
30.按照權(quán)利要求15的顯示裝置，其中所述定址元件包括按照施加的電壓發(fā)射信號光的有機電發(fā)光層；多個第一條形電極，面對所述有機電發(fā)光層一面并沿預(yù)定方向延伸；多個第二條形電極，面對所述有機電發(fā)光層另一面并沿與所述第一條形電極垂直的方向延伸，并相對信號光具有透射性，并且所述裝置還包括插入所述定址元件和所述光接收元件之間的半反射鏡，將其設(shè)置為到具有反射特性的所述第一條形電極的距離(L)和在預(yù)定波長范圍內(nèi)的信號光的波長(λ)基本上滿足下述方程式L＝n·λ/2其中n為自然數(shù)。
31.一種用來發(fā)射顯示光的顯示裝置的驅(qū)動方法，包括下述步驟將顯示電壓施加到夾有光電導(dǎo)層和顯示層的一對顯示電極上，其中光電導(dǎo)層接收信號光并按照信號光產(chǎn)生載流子，而顯示層發(fā)射顯示光，該顯示光含有在一波長范圍內(nèi)的、按照載流子注入所述顯示層中而在所述光電導(dǎo)層中產(chǎn)生載流子的光；連續(xù)從定址元件的不同區(qū)輻射信號光，該定址元件具多個區(qū)，用來將信號光發(fā)射到與所述定址元件的區(qū)域相對應(yīng)的所述光電導(dǎo)層的區(qū)域上；以及在所述光電導(dǎo)層中產(chǎn)生載流子，這是通過按照在從所述定址元件輻射信號光時在所述光電導(dǎo)層中產(chǎn)生的載流子而將顯示光輻射到所述光電導(dǎo)層上進(jìn)行的，所述顯示層按照加上顯示電壓和信號光時注入到所述顯示層的載流子來發(fā)射顯示光。
32.按照權(quán)利要求31的方法，其中所述顯示層包括按照載流子的注入發(fā)射顯示光的有機電發(fā)光層。
33.按照權(quán)利要求31的方法，其中所述定址元件包括按照加上的電壓發(fā)射信號光的有機電發(fā)光層；多個第一條形電極，面對所述有機電發(fā)光層的一表面并沿預(yù)定方向延伸；以及多個第二條形電極，面對所述有機電發(fā)光層的另一表面并沿與所述第一條形電極垂直的方向延伸。
34.按照權(quán)利要求33的方法，其中所述第一和第二條形電極之一具有與夾有所述光電導(dǎo)層和所述顯示層的所述顯示電極對之一相一致的形狀。
35.按照權(quán)利要求31的方法，其中在所述光電導(dǎo)層產(chǎn)生載流子的信號光為含有可見光之外的光的光。
36.按照權(quán)利要求31的方法，其中在所述光電導(dǎo)層內(nèi)產(chǎn)生載流子的信號光為含有在低于顯示光波長范圍的一波長范圍內(nèi)的光的光。
37.按照權(quán)利要求31的方法，其中顯示光包含可見光。
38.按照權(quán)利要求31的方法，其中施加在所述顯示電極對上的顯示電壓為一恒定電壓，并按照信號光的量設(shè)置基于顯示光的亮度。
39.一種用于用來按照信號光進(jìn)行顯示操作的顯示裝置的驅(qū)動方法，包括下述步驟連續(xù)地從具有多個區(qū)的定址元件的不同區(qū)輻射寫信號光到與所述定址元件的多個區(qū)相對應(yīng)的光電導(dǎo)層的多個區(qū)上，其中定址元件用來選擇地發(fā)射寫信號光與復(fù)位信號光，而光電導(dǎo)層用來根據(jù)入射的寫信號光或復(fù)位信號光在其中產(chǎn)生載流子；將顯示電壓施加于夾有所述光電導(dǎo)層和顯示層的一個區(qū)域的一對顯示電極上，在所述光電導(dǎo)層上輻射有寫信號光，顯示層在地址寫期間按照注入其中的載流子發(fā)射顯示光；在地址復(fù)位期間連續(xù)從所述定址元件的不同區(qū)輻射復(fù)位信號光；以及將復(fù)位電壓施加于夾有所述光電導(dǎo)層和所述顯示層的一個區(qū)域的一對顯示電極上，在所述光電導(dǎo)層上輻射有復(fù)位信號光，由此基本上更新在所述光電導(dǎo)層中存儲的載流子。
40.按照權(quán)利要求39的方法，其中所述顯示層包括按照載流子的注入發(fā)射顯示光的有機電發(fā)光層。
41.按照權(quán)利要求39的方法，其中所述定址元件包括有機電發(fā)光層，該有機電發(fā)光層按照加上的電壓選擇地發(fā)射寫信號光或復(fù)位信號光；多個第一條形電極，面對所述有機電發(fā)光層一表面并沿預(yù)定方向延伸；多個第二條形電極，面對所述有機電發(fā)光層的另一表面并沿與所述第一條形電極垂直的方向延伸。
42.按照權(quán)利要求41的方法，其中所述第一和第二條形電極之一具有與夾有所述光電導(dǎo)層和所述顯示層的所述顯示電極對之一相一致的形狀。
43.按照權(quán)利要求39的方法，其中在所述光電導(dǎo)層內(nèi)產(chǎn)生載流子的寫信號光或復(fù)位信號光為包含在不是可見光范圍的一波長范圍內(nèi)的光的光。
44.按照權(quán)利要求43的方法，其中在所述光電導(dǎo)層中產(chǎn)生載流子的寫信號光或復(fù)位信號光為包含在低于顯示光波長范圍的一波長范圍中的光的光。
45.按照權(quán)利要求39的方法，其中顯示光包含可見光。
46.按照權(quán)利要求39的方法，其中施加在所述顯示電極對上的顯示電壓為一恒定電壓，通過寫信號光的量設(shè)置一基于顯示光的亮度。
全文摘要
一種顯示裝置包括一信號光的EL元件,該元件是基于分段矩陣驅(qū)動方案并使得多個區(qū)域發(fā)射包含不是可見光波段的信號光;光電導(dǎo)層,在信號光入射時產(chǎn)生載流子;及顯示光的EL元件,與光電導(dǎo)層相鄰。將信號光輻射到光電導(dǎo)層的所希望的區(qū)域上。從輻射區(qū)注入載流子到EL層中以便發(fā)射包含可見光的顯示光。
文檔編號G02F1/135GK1176732SQ96192258
公開日1998年3月18日 申請日期1996年12月26日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月30日
發(fā)明者塩谷雅治, 白嵜友之, 山田?？?申請人:卡西歐計算機株式會社