JP2007108503A - アクティブマトリックス型表示装置およびその駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】配線容量に影響されることなく、低階調画像についても良好な表示動作を行なうことが可能なアクティブマトリクス型表示装置、およびアクティブマトリクス型表示装置の駆動方法を提供する。
【解決手段】表示装置は、基板上にマトリクス状に配設された複数の画素部を有し、各画素部は、表示素子１６と、信号電流に応じた駆動電流を表示素子に供給する駆動トランジスタ２２、この駆動トランジスタに書き込まれる信号電流を保持するスイッチ２４、および保持容量Ｃｓを有した画素回路と、を含んでいる。表示装置は、画素部の列毎に接続された複数の映像信号線と、映像信号線を介して、信号電流と逆向きのプリチャージ電流を画素回路に供給し駆動トランジスタを所定の逆電流状態にリセットした後、映像信号線を介して信号電流を前記画素回路に供給する信号線駆動回路１５と、を有している。
【選択図】 図２

Description

本発明は、アクティブマトリックス型表示装置に関し、特に電流信号にて信号書き込みを行なうアクティブマトリクス型表示装置およびアクティブマトリクス型表示装置の駆動方法に関する。

近年、薄型、軽量、低消費電力の特徴を活かして、液晶表示装置に代表される平面表示装置の需要が急速に伸びている。中でも、オン画素とオフ画素とを電気的に分離し、かつオン画素への映像信号を保持する機能を有する画素スイッチを各画素に設けたアクティブマトリクス型表示装置は、隣接画素間でのクロストークのない良好な表示品位が得られることから、携帯情報機器を始め、種々のディスプレイに利用されている。

このような平面型のアクティブマトリクス型表示装置として、自己発光素子であるＯＬＥＤ（organic light emitting diode）を用いた有機エレクトロルミネセンス（ＥＬ）表示装置が注目され、盛んに研究開発が行われている。有機ＥＬ表示装置は、薄型軽量化の妨げとなるバックライトを必要とせず、高速な応答性から動画再生に適し、さらに低温で輝度低下しないために寒冷地でも使用できるという特徴を備えている。

有機ＥＬ表示装置はマトリクス状に設けられた複数の画素を備え、各画素は、表示素子としてのＯＬＥＤと、表示素子へ駆動電流を供給する画素回路とを含んでいる。そして、有機ＥＬ表示装置は、表示素子の発光輝度を制御することにより表示動作を行なう。画素回路は、例えば、ＯＬＥＤに直列に接続された駆動トランジスタおよび出力スイッチ、駆動トランジスタのゲート−ドレイン間に接続され映像信号に応じたゲート電位を保持するダイオード接続スイッチ等を備えている。これらの駆動トランジスタ、出力スイッチ、ダイオード接続スイッチは、例えば、薄膜トランジスタにより構成されている。

このような有機ＥＬ表示装置として、電流信号により画素回路へ画像情報を供給する方式が知られている。これら電流書き込み型の画素回路およびその駆動方法では、信号供給を行なう配線の配線容量に起因して、十分な信号供給ができなくなる恐れがある。特に、書き込む電流値が小さい、すなわち、黒を書き込むときは、信号電流値Ｉｄａｔａが０に近いため、プログラム電流を保持しておくために必要な容量に所定電圧を充電するのに時間が掛かかる。そのため、１行選択期間中にＩｄａｔａのプログラムを完了することができず、黒が明るくなる、または、黒状態のムラが発生する、あるいは、低階調の階調性が維持できない等、書き込み不足に起因する表示不良が生じる。

例えば、特許文献１には、ＥＬに流す電流値のＮ倍の電流を書き込み、発光時間を１／Ｎとする表示装置が開示されている。このような表示装置によれば、映像信号を所望値のＮ倍とし、表示素子への電流供給時間を１／Ｎとすることにより、所望の駆動電流を表示素子へ供給することが可能となる。
特開２００３−１２２３０３号公報

しかしながら、上記表示装置では、一律に駆動電流のＮ倍の電流を映像信号として供給するため、高階調表示の場合にも対応できるようデータ線駆動回路の能力を大きくする必要があり、製造コスト増大の要因となる。また、不所望な電力消費が発生する。

本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、その目的は、配線容量に影響されることなく、低階調画像についても良好な表示動作を行なうことが可能なアクティブマトリクス型表示装置、およびアクティブマトリクス型表示装置の駆動方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の態様によれば、電流書き込み型の画素において、事前書き込み電流（以下、プリチャージ電流)を駆動トランジスタに書き込んだ後、信号電流を駆動トランジスタに書き込む。プリチャージ電流と信号電流の電流の向きは、互いに逆向きにする。これにより、駆動用トランジスタは、一定の逆電流値状態にリセットされ、その状態を基点にすることにより、信号電流を０よりも高い電流値で、駆動トランジスタに電流０を書き込むことが可能となる。

すなわち、この発明の態様に係るアクティブマトリクス型表示装置は、表示素子と、信号電流に応じた駆動電流を前記表示素子に供給する駆動トランジスタ、この駆動トランジスタに書き込まれる信号電流を保持するスイッチ、および保持容量を有した画素回路と、を含み、基板上にマトリクス状に配設された複数の画素部と、
前記画素部の列毎に接続された複数の映像信号線と、
前記映像信号線を介して、前記信号電流と逆向きのプリチャージ電流を前記画素回路に供給し前記駆動トランジスタを所定の逆電流状態にリセットした後、前記映像信号線を介して信号電流を前記画素回路に供給する信号線駆動回路と、を備えている。

この発明の他の態様に係るアクティブマトリクス型表示装置の駆動方法は、それぞれ表示素子と、この表示素子を駆動する画素回路とを含み、基板上にマトリクス状に配設された複数の画素部を備え、各画素回路は、信号電流に応じた駆動電流を前記表示素子に供給する駆動トランジスタ、この駆動トランジスタに書き込まれる信号電流を保持する第１スイッチ、および保持容量を有しているアクティブマトリクス型表示装置の駆動方法であって、
前記信号電流と逆向きのプリチャージ電流を前記画素回路に供給し前記駆動トランジスタを所定の逆電流状態にリセットした後、前記信号電流を前記画素回路に供給して信号電流を書きこむことを特徴としている。

以上のように、本発明によれば、画素回路に低電流状態を均一性良く書き込むことが可能になり、高コントラスト、かつ、階調性も良く、ムラのない高表示性能のアクティブマトリクス型表示装置およびその駆動方法を提供できる。

以下図面を参照しながら、この発明の実施形態として、有機ＥＬ表示装置を例にとり詳細に説明する。
図１に示すように、有機ＥＬ表示装置は、例えば、１０型以上の大型アクティブマトリクス型表示装置として構成され、有機ＥＬパネル１０および有機ＥＬパネル１０を制御するコントローラ１２を備えている。

有機ＥＬパネル１０は、ガラス板等の絶縁性支持基板８上にマトリクス状に配列され表示領域１１を構成したｍ×ｎ個の表示画素ＰＸ、表示画素の行毎に接続されているとともにそれぞれ独立してｍ本ずつ設けられた第１走査線Ｓｇａ（１〜ｍ）および第２走査線Ｓｇｂ（１〜ｍ）、表示画素ＰＸの列毎にそれぞれ接続されたｎ本の映像信号線Ｘ（１〜ｎ）、第１、第２走査線Ｓｇａ（１〜ｍ）、Ｓｇｂ（１〜ｍ）を表示画素の行毎に順次駆動する走査線駆動回路（ＹＤＲ）１４、および複数の映像信号線Ｘ（１〜ｎ）を駆動する信号線駆動回路（ＸＤＲ）１５を備えている。走査線駆動回路１４および信号線駆動回路１５は、表示領域１１の外側で支持基板８上に一体的に形成されている。

画素部として機能する各表示画素ＰＸは、対向電極間に光活性層を備えた表示素子と、この表示素子に駆動電流を供給する画素回路１８とを含んでいる。表示素子は、例えば自己発光素子であり、本実施形態では、光活性層として少なくとも有機発光層を備えた有機ＥＬ素子１６を用いている。

図２に表示画素ＰＸの等価回路を示す。画素回路１８は電流信号からなる映像信号に応じて有機ＥＬ素子１６の発光を制御する電流駆動方式の画素回路であり、画素スイッチ２０、駆動トランジスタ２２、第１スイッチ２４、出力スイッチ２６、および保持容量Ｃｓを備えている。画素スイッチ２０、駆動トランジスタ２２、第１スイッチ２４、出力スイッチ２６は、ここでは同一導電型、例えばＰチャネル型の薄膜トランジスタにより構成されている。本実施形態において、画素回路１８を構成する薄膜トランジスタは全て同一工程、同一層構造で形成され、半導体層にポリシリコンを用いたトップゲート構造の薄膜トランジスタである。

駆動トランジスタ２２、出力スイッチ２６、および有機ＥＬ素子１６は、電圧電源線Ｖｄｄと基準電圧電源線Ｖｓｓとの間でこの順で直列に接続されている。基準電圧電源線Ｖｓｓおよび電圧電源線Ｖｄｄは、例えば、−９Ｖおよび＋６Ｖの電位にそれぞれ設定される。駆動トランジスタ２２は、その第１端子、ここではソースが電圧電源線Ｖｄｄに接続されている。有機ＥＬ素子１６は、一方の電極、ここではカソードが基準電圧電源線Ｖｓｓに接続されている。出力スイッチ２６は、そのソースが駆動トランジスタ２２の第２端子、ここではドレインに接続されている。出力スイッチ２６は、そのドレインが有機ＥＬ素子１６のアノードに接続され、更に、ゲートが第２走査線Ｓｇｂに接続されている。

駆動トランジスタ２２は、映像信号に応じた電流量の発光電流を有機ＥＬ素子１６に出力する。出力スイッチ２６は、第２走査線Ｓｇｂからの制御信号Ｓｂ（１〜ｍ）によりオン（導通状態）、オフ（非導通状態）が制御され、駆動トランジスタ２２と有機ＥＬ素子１６との接続、非接続を制御する。

保持容量Ｃｓは、駆動トランジスタ２２の第１端子、制御端子間、ここではソース、ゲート間に接続され、映像信号により決定される駆動トランジスタ２２のゲート制御電位を保持する。画素スイッチ２０は、対応する映像信号線Ｘ（１〜ｎ）と駆動トランジスタ２２のドレインとの間に接続され、そのゲートは第１走査線Ｓｇａに接続されている。画素スイッチ２０は、第１走査線Ｓｇａから供給される制御信号Ｓａ（１〜ｍ）に応答して対応の映像信号線Ｘ（１〜ｎ）から階調電流としての信号電流を取り込む。

第１スイッチ２４は、駆動トランジスタ２２のドレイン、ゲート間に接続され、そのゲートが第１走査線Ｓｇａに接続されている。第１スイッチ２４は、第１走査線Ｓｇａからの制御信号Ｓａ（１〜ｍ）に応じてオン、オフ制御され、駆動トランジスタ２２のゲート、ドレイン間の接続、非接続を制御するとともに、保持容量Ｃｓからの電流リークを規制する。

支持基板８上には、マトリクス状に配置された画素に電圧および電流を供給するための配線電極群が設けられる。映像信号線Ｘ、第１および第２走査線Ｓｇａ、Ｓｇｂを含む配線電極は、Ａｌ、Ｔｉまたは窒化チタン（ＴｉＮ）、Ｔａ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｗ、Ｃｕ、Ｎｄ、Ｚｒ等のいずれか１種または２種以上を含有する金属を単層または２層以上の積層構造に形成されている。本発明においては、この材料に限られるものではない。

駆動トランジスタ２２のゲート電圧を保持する保持容量ＣＳは、隣接する画素間の非表示領域におおむね形成されている。低分子の有機ＥＬ素子によりフルカラーパネルを作成する場合、有機ＥＬ層をメタルマスクによるマスク蒸着で形成するため、隣接する画素間の非表示領域の幅は約１０〜２０μｍとなる。この部分は発光に寄与しない部分となるため、保持容量ＣＳをこの領域に形成することは、トランジスタを形成したガラス基板側から光を取り出す方式の場合、開口率向上のために有効な手段となる。

次に図３を参照して、出力スイッチ２６および有機ＥＬ素子１６の構成を詳細に説明する。図３は、有機ＥＬ素子１６を含む表示画素Ｐｘの断面を示している。
出力スイッチ２６を構成したＰチャネル型の薄膜トランジスタは、支持基板８上に形成されたポリシリコンからなる半導体層５０を備え、この半導体層はソース領域５０ａ、ドレイン領域５０ｂ、およびソース、ドレイン領域間に位置したチャネル領域５０ｃを有している。半導体層５０に重ねてゲート絶縁膜３７が形成され、このゲート絶縁膜上にゲート電極Ｇが設けられチャネル領域５０ｃと対向している。ゲート電極Ｇに重ねて層間絶縁膜３９が形成され、この層間絶縁膜上にソース電極（ソース）Ｓおよびドレイン電極（ドレイン）Ｄが設けられている。ソース電極Ｓおよびドレイン電極Ｄは、それぞれ層間絶縁膜３９およびゲート絶縁膜３７に貫通形成されたコンタクトを介して半導体層５０のソース領域５０ａおよびドレイン領域５０ｂにそれぞれ接続されている。

出力スイッチ２６のドレイン電極Ｄは、層間絶縁膜３９上に形成された配線を介して有機ＥＬ素子１６に接続されている。なお、画素スイッチ２０、第１スイッチ２４、駆動トランジスタ２２を構成する各薄膜トランジスタも上記と同一の構造に形成されている。

有機ＥＬ素子１６は、支持基板８上に、薄膜トランジスタのアレイおよび絶縁層３８を介して設けられ、積層されたホール注入電極３１、少なくとも発光層を含む有機層３０、および電子注入電極３２を有している。本実施形態において、有機ＥＬ表示装置は、トランジスタが形成された支持基板８側から光を取り出す方式（以下、下取出しを称する）を用いている。そのため、支持基板８としてはガラス、石英や樹脂等の透明ないし半透明材料を用いることができる。有機ＥＬ素子１６のホール注入電極３１とＴＦＴの配線電極とを併せた全体の厚さは、特に制限はないが、通常１００〜１０００ｎｍ程度とすればよい。

ＴＦＴの配線電極と有機ＥＬ素子１６の有機層との間に設けられた絶縁層３８は、酸化シリコン等の酸化ケイ素、窒化ケイ素などの無機系材料をスパッタや真空蒸着で成膜したもの、ＳＯＧ(スピン・オン・グラス)で形成した酸化ケイ素層、フォトレジスト、ポリイミド、アクリル樹脂などの樹脂系材料の塗膜など、絶縁性を有するものであればいずれであってもよい。絶縁層３８は、より厚く平らなでることが望ましく、有機膜の方が好ましい。また、絶縁層３８は、水分に弱い有機ＥＬ素子１６を守るため、吸湿性の高い有機膜で外気に触れないような構造にすることが好ましい。

有機ＥＬ素子１６の有機層３０は、それぞれ少なくとも1層のホール輸送層および発光層を有し、例えば、電子注入輸送層、発光層、ホール輸送層、ホール注入層を順次有している。ホール輸送層は省略してもよい。有機層３０は、種々の構成とすることができ、電子注入・輸送層を省略したり、あるいは発光層と一体としたり、ホール注入輸送層と発光層とを混合してもよい。電子注入電極３２は、蒸着、スパッタ法等、好ましくは蒸着法で成膜される仕事関数の小さい金属、化合物または合金で構成される。

ホール注入電極３１としては、ホール注入電極側から発光した光を取り出す構造であるため、例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ（亜鉛ドープ酸化インジウム)、ＺｎＯ、ＳｎＯ_２、Ｉｎ_２Ｏ_３の透明性の材料等が挙げられるが、ＩＴＯ、ＩＺＯが好ましい。ホール注入電極３１の厚さは、ホール注入を十分行える一定以上の厚さを有すれば良く、通常、１０〜５００ｎｍ程度とすることが好ましい。また、これらの膜は、端部でのカソードとの短絡を防止するため、透過率特性を損なわない範囲で、薄い方が好ましい。実際に使用する場合には、ＩＴＯ等のホール注入電極３１界面での反射による干渉効果が、光取り出し効率や色純度を十分に満足するように、電極の膜厚や光学定数を設定すればよい。ホール注入電極３１は、蒸着法等によっても形成できるが、スパッタ法により形成することが好ましい。スパッタガスとしては、特に制限するものではなく、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ等の不活性ガス、あるいはこれらの混合ガスを用いればよい。

電子注入電極３２は、蒸着、スパッタ法等、好ましくは蒸着法で成膜され、仕事関数の小さい金属、化合物または合金で構成される。成膜される電子注入電極の構成材料としては例えば、Ｋ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ａｌ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｚｒ等の金属元素単体、または安定性を向上させるためにそれらを含む２成分、３成分の合金系を用いることが好ましい。

合金系としては、例えばＡｇ・Ｍｇ（Ａｇ：１〜２０ａｔ％）、Ａｌ・Ｌｉ（Ｌｉ：０．３〜１４ａｔ％）、Ｉｎ・Ｍｇ（Ｍｇ：５０〜８０ａｔ％）、Ａｌ・Ｃａ（Ｃａ：５〜２０ａｔ％）等が好ましい。
電子注入電極３２の厚さは、電子注入を十分行える一定以上の厚さとすれば良く、０．１ｎｍ以上、好ましくは１ｎｍ以上とすればよい。

有機層３０の一部を構成するホール注入層は、ホール注入電極３１からのホールの注入を容易にする機能を有し、ホール輸送層は、ホールを輸送する機能および電子を妨げる機能を有し、電荷注入層、電荷輸送層とも称される。

電子注入輸送層は、発光層に用いる化合物の電子注入輸送機能がさほど高くないときなどに設けられ、電子注入電極からの電子の注入を容易にする機能、電子を輸送する機能およびホールを妨げる機能を有する。ホール注入層、ホール輸送層および電子注入輸送層は、発光層へ注入されるホールや電子を増大、閉じ込めさせ、再結合領域を最適化させ、発光効率を改善する。

なお、電子注入輸送層は、注入機能を持つ層と輸送機能を持つ層とに別個に設けてもよい。発光層の厚さ、ホール注入層とホール輸送層とを併せた厚さおよび電子注入輸送層の厚さは特に限定されず、形成方法によっても異なるが、通常、５〜１００ｎｍ程度とすることが好ましい。

ホール注入層、ホール輸送層の厚さおよび電子注入輸送層の厚さは、再結合、発光領域の設計によるが、発光層の厚さと同程度もしくは１／１０〜１０倍程度とすればよい。ホール注入層、ホール輸送層の厚さ、および、電子注入層と電子輸送層とを分ける場合のそれぞれの厚さは、注入層は１ｎｍ以上、輸送層は２０ｎｍ以上とするのが好ましい。このときの注入層、輸送層の厚さの上限は、通常、注入層で１００ｎｍ程度、輸送層で１００ｎｍ程度である。このような膜厚については注入輸送層を２層設けるときも同じである。また、組み合わせる発光層や電子注入輸送層やホール注入輸送層のキャリア移動度やキャリア密度(イオン化ポテンシャル・電子親和力により決まる)を考慮しながら、膜厚をコントロールすることで、再結合領域・発光領域を自由に設計することが可能であり、発光色の設計や、両電極の干渉効果による発光輝度・発光スペクトルの制御や、発光の空間分布の制御を可能にできる。

有機ＥＬ素子の発光層には、発光機能を有する化合物であるルミネセンス性物質を含有させる。このルミネセンス性物質としては、例えば、特開昭６３−２６４６９２号公報等に開示されているようなトリス（８−キノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ_３）等の金属錯体色素、特開平６−１１０５６９号公報（フェニルアントラセン誘導体)、特開平６−１１４４５６号公報(テトラアリールエテン誘導体)、特開平６−１００８５７号公報、特開平２−２４７２７８号公報等に開示されているような青緑色発光材料が挙げられる。

また、ホール注入層・ホール輸送層には、例えば、特開昭６３−２９５６９５号公報、特開平２−１９１６９４号公報、特開平３−７９２号公報、特開平５−２３４６８１号公報、特開平５−２３９４５５号公報、特開平５−２９９１７４号公報、特開平７−１２６２２５号公報、特開平７−１２６２２６号公報、特開平８−１００１７２号公報、欧州特許ＥＰ０６５０９５５Ａ１等に記載されている各種有機化合物を用いることができる。

ホール注入輸送層、発光層および電子注入輸送層の形成には、均質な薄膜が形成できることから真空蒸着法を用いることが好ましい。
更に、有機ＥＬ層に水分が入らないように、封止材４１で封止されている。本実施形態では、メタル薄膜と、有機膜の積層構造を用いるが、シール材を用いてガラスを張り合わせる方法を用いても良い。また、有機ＥＬ表示装置は、絶縁基板８側から光を取り出す下取出し方式に限らず、図４に示すように、封止材４１側から光を取り出す方式としてもよい。尚、図３、図４において、ホール注入電極間を分離する隔壁の記載を省略している。

一方、図１に示すコントローラ１２は有機ＥＬパネル１０の外部に配置されたプリント回路基板上に形成され、走査線駆動回路１４および信号線駆動回路１５を制御する。コントローラ１２は外部から供給されるデジタル映像信号および同期信号を受け取り、垂直走査タイミングを制御する垂直走査制御信号、および水平走査タイミングを制御する水平走査制御信号を同期信号に基づいて発生する。そして、コントローラ１２は、これら垂直走査制御信号および水平走査制御信号をそれぞれ走査線駆動回路１４および信号線駆動回路１５に供給すると共に、水平および垂直走査タイミングに同期してデジタル映像信号を信号線駆動回路１５に供給する。

走査線駆動回路１４は、シフトレジスタ、出力バッファ等を含み、外部から供給される水平走査スタートパルスを順次次段に転送し、図６に示すように、出力バッファを介して各行の表示画素ＰＸに制御信号、すなわち、制御信号Ｓａ（１〜ｍ）、Ｓｂ（１〜ｍ）を供給する。これにより、各第１、第２走査線Ｓｇａ（１〜ｍ）、Ｓｇｂ（１〜ｍ）は、互いに異なる１水平走査期間において、それぞれ制御信号Ｓａ（１〜ｍ）、制御信号Ｓｂにより駆動される。

信号線駆動回路１５は水平走査制御信号の制御により各水平走査期間において順次得られる映像信号をアナログ形式に変換して信号電流Ｉｄａｔａおよびプリチャージ電流Ｉｐとし、複数の映像信号線Ｘ（１〜ｎ）に並列的に供給する。図２に示すように、信号線駆動回路１５は、各映像信号線Ｘ（１〜ｎ）に接続された複数の駆動部４０を備えている。各駆動部４０は、駆動トランジスタ２２にプリチャージ電流Ｉｐを供給する第１電流回路４２ａと、駆動トランジスタ２２に信号電流Ｉｄａｔａを供給する第２電流回路４２ｂとを備えている。

第１電流回路４２ａは、例えば、Ｐチャネル型の薄膜トランジスタにより形成されたスイッチ４４ａを介して映像信号線Ｘ（１〜ｎ）に直列に接続されているとともに、定電圧電源（第１電圧電源）４６ａに接続されている。プリチャージ電流発生用の定電圧電源４６ａは、電圧電源線Ｖｄｄ（アノード電圧）よりも高い電圧に設定され、映像信号電流と逆向きの信号電流を供給する。スイッチ４４ａは、そのソースが第１電流回路４２ａに接続され、ドレインが映像信号線Ｘに接続されている。スイッチ４４ａのゲートは、制御線φを介して信号線駆動回路１５より供給される制御信号に基づき制御される。スイッチ４４ａをオン（導通状態）、オフ（非導通状態）制御することにより、映像信号線Ｘに対する第１電流回路４２ａの接続、非接続が制御される。

第２電流回路４２ｂは、例えば、Ｎチャネル型の薄膜トランジスタにより形成されたスイッチ４４ｂを介して映像信号線Ｘ（１〜ｎ）に直列に、かつ、第１電流回路４２ａと並列に接続されている。また、第２電流回路４２ｂは、定電圧電源（第２電圧電源）４６ｂ、例えば、アース電位に接続されている。スイッチ４４ｂは、そのソースが第２電流回路４２ｂに接続され、ドレインが映像信号線Ｘに接続されている。スイッチ４４ｂのゲートは、制御線φを介して、信号線駆動回路１５より供給される制御信号に基づき制御される。そして、スイッチ４４ｂをオン（導通状態）、オフ（非導通状態）制御することにより、映像信号線Ｘに対する第２電流回路４２ｂの接続、非接続が制御される。

スイッチ４４ａ、４４ｂは、それぞれＰチャネル型およびＮチャンネル型の薄膜トランジスタにより形成され、共通の制御線φから供給されるローレベルあるいはハイレベルの制御信号により、互いにオン、オフが逆となるように切換えられる。本実施形態において、スイッチ４４ａ、４４ｂは、画素回路１８を構成する薄膜トランジスタと同一工程、同一層構造で形成され、半導体層にポリシリコンを用いたトップゲート構造の薄膜トランジスタとして構成されている。

上記のように構成された有機ＥＬ表示装置において、画素回路１８の動作は、プリチャージ電流の書き込み動作、映像信号電流の書き込み動作、および発光動作に分けられる。図５に画素駆動動作のタイミングチャート、図６にプリチャージ電流書き込み時の等価回路、図７に映像信号書き込み期間中での等価回路を示す。

図５および図６に示すように、プリチャージ電流書き込み期間において、信号電流Ｉｄａｔａと逆方向のプリチャージ電流Ｉｐを書き込む。この場合、例えば、１行目の表示画素ＰＸに対し、走査線駆動回路１４から出力スイッチ２６をオフ状態とするレベル（オフ電位）、ここではハイレベルの制御信号Ｓｂ１が出力された状態で、走査線駆動回路１４から第１スイッチ２４および画素スイッチ２０をオン状態とするレベル（オン電位）、ここでは、ローレベルの制御信号Ｓａ１が出力される。これにより、第１スイッチ２４および画素スイッチ２０がオン（導通状態）、出力スイッチ２６がオフ（非導通状態）に切換えられ、プリチャージ電流書込み動作が開始される。

プリチャージ電流書込み期間において、制御信号Ｖφにより、信号線駆動回路１５の対応する駆動部４０のスイッチ４４ａがオン、スイッチ４４ｂがオフに切換えられる。そして、第１電流回路４２ａから、映像信号電流と逆向きで所定の電流に設定されたプリチャージ電流Ｉｐが映像信号線Ｘ１に供給され、画素スイッチ２０を介して、選択された表示画素ＰＸに供給される。

表示画素ＰＸにおいて、画素スイッチ２０および第１スイッチ２４はオン状態にあり、取り込まれたプリチャージ電流Ｉｐは駆動トランジスタ２２に供給され駆動トランジスタ２２を書き込み状態とする。これにより、定電圧電源Ｖｐから映像信号線Ｘ１および駆動トランジスタ２２を通して書き込み電流が流れ、プリチャージ電流Ｉｐの電流量に対応した駆動トランジスタ２２のゲート、ソース間電位が保持容量Ｃｓに書き込まれる。

これにより、駆動トランジスタ２２を所定の逆電流状態にリセットする。上記のように、映像信号書き込みと同様に、定電圧電源Ｖｐでプリチャージ電流を発生させているため、駆動用トランジスタは自身の特性バラツキの影響を受けず、全画素部が同じ逆電流値状態にリセットされる。

続いて、図５および図７に示すように、映像信号書込み期間では、制御信号Ｖφにより、駆動部４０のスイッチ４４ａがオフ、スイッチ４４ｂがオンに切換えられる。そして、第２電流回路４２ｂから所望の階調に対応する信号電流Ｉｄａｔａが映像信号線Ｘ１に供給され、画素スイッチ２０を介して、選択された表示画素ＰＸに供給される。

表示画素ＰＸにおいて、画素スイッチ２０および第１スイッチ２４はオン状態にあり、取り込まれた信号電流Ｉｄａｔａは駆動トランジスタ２２に供給され駆動トランジスタ２２ｂを書き込み状態とする。これにより、電圧電源線Ｖｄｄから駆動トランジスタ２２を通して映像信号線Ｘ１に書き込み電流が流れる。この時、第１スイッチ２４にも電流が流れ、駆動トランジスタ２２のゲート電圧が、ＩＳＬ＝Ｉｄａｔａを流すゲート電圧に設定される。その後、制御信号Ｓａ１をオフ電位（ハイレベル）とする。これにより、信号電流Ｉｄａｔａの電流量に対応した駆動トランジスタ２２のゲート、ソース間電位が保持容量Ｃｓに書き込まれる。

これにより、映像信号電流書込み動作が終了する。次いで、図５に示すように、制御信号Ｓａ１をオフ状態に維持したまま、制御信号Ｓｂ１がオン電位（ローレベル）となり、出力スイッチ２６がオンとなる。これにより、発光動作が開始する。

発光期間において、駆動トランジスタ２２は、保持容量Ｃｓに書き込まれたゲート制御電圧により、信号電流Ｉｄａｔａに対応した電流量の駆動電流を出力する。駆動電流は出力スイッチ２６を通して有機ＥＬ素子１６に供給される。これにより有機ＥＬ素子１６が発光し、発光動作が開始される。有機ＥＬ素子１６は、１フレーム期間後に、再び制御信号Ｓｂ１がオフ電位となるまで発光状態を維持する。駆動トランジスタ２２の動作点は移動するが、駆動トランジスタは、飽和領域で動作するため、切り替え前後の駆動トランジスタの電流値は基本的には変わらず、映像信号に対応した所定の信号電流Ｉｄａｔａ’（≒Ｉｄａｔａ）が有機ＥＬ素子１６に流れる。

上記のように構成された有機ＥＬ表示装置によれば、映像信号電流の書き込みにおいて、信号電流と逆向きのプリチャージ電流を画素回路に供給し駆動トランジスタを所定の逆電流状態にリセットした後、映像信号線を介して信号電流を駆動トランジスタに書き込む構成としている。そのため、低階調の発光を行う場合でも、映像信号線へ供給する第１および第２信号電流の電流値を自由に設定することが可能となり、映像信号線の配線容量よりも十分に大きな値に設定することがでる。従って、低輝度で表示を行う場合でも、配線容量に影響されることなく、充分にかつ短時間で信号電流を書き込むことができ、低輝度での表示不良、スジムラ、ざらつき感の視認を解消し、高品位の画像表示を実現することができる。

ここで、図８に、有機ＥＬ素子１６に流れるＩＯＬＥＤと、信号電流Ｉｄａｔａとの関係を示す。従来例では、信号電流Ｉｄａｔａ＝０とした場合でも、有機ＥＬ素子１６に流れるＩＯＬＥＤは０とならず、画面表示は黒が浮いた状態となる。これに対して、本実施形態によれば、ＩＯＬＥＤの向きを正とした場合、駆動トランジスタ２２は、予め逆向きのプリチャージ電流Ｉｐによりリセットされているため、信号電流Ｉｄａｔａとして、Ｉｄａｔａ＞＞０の電流を書き込むことができる。そのため、全画素をＩＯＬＥＤ＝０の状態とする場合でも、すなわち、全画素を黒表示する場合でも、信号電流Ｉｄａｔａを０よりも大きくすることができ、ムラ無く黒表示を行うことができる。また、同様に低階調時の均一性も高くなり、表示均一性が全階調に渡って向上する。これにより、高コントラスト、かつ、階調性も良く、ムラのない高表示性能のアクティブマトリクス型表示装置およびその駆動方法が得られる。

図９は、この発明の第２の実施形態に係る有機ＥＬ表示装置の画素部を示している。第２の実施形態によれば、プリチャージ電流Ｉｐを発生させる定電圧電源Ｖｐおよびプリチャージ電流と信号電流とを切換える駆動部４０は、ポリシリコンにより、絶縁基板８上に形成されている。例えば、駆動部４０を構成する電源線端子ＡＴ、プリチャージ回路ＰＲ、並びに、垂直走査線回路ＧＤ、信号線端子ＤＴ、カソード端子ＣＴ、レベルシフタ回路ＳＲ等は、画素の有効表示領域ＡＡの周囲に形成されている。
第２の実施形態において、他の構成は前述した第１の実施形態と同一であり、その詳細な説明は省略する。

この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

前述した実施形態において、各画素部に用いるトランジスタは、全てＰチャネル型としたが、これに限らず、全てＮチャネル型のトランジスタとしてもよく、あるいは、Ｐチャネル型とＮチャネル型との両方を用いてもよい。トランジスタは、低温ポリシリコンの薄膜トランジスタを用いたが、これに限らず、シリコンウエハ上の単結晶トランジスタを用いても良いし、連続粒界シリコン（ＣＧＳ）や石英基板上に作成する高温ポリシリコンのトランジスタを用いも良い。

トランジスタの断面構造は、トップゲートのプレーナー型を用いたが、ボトムゲート型でも良く、また、スタガー型でも、逆スタが一型でも良い。更に、セルフアライン方式を用いて不純物領域(ソース、ドレイン)が形成されたものでも、非セルフアライン方式によるものでも良い。

前述した実施形態において、プリチャージ電流Ｉｐを定信号電流とし、信号電流Ｉｄａｔａを階調に応じて可変する信号電流としたが、映像信号電流を定信号電流とし、プリチャージ電流Ｉｐを階調に応じて可変する信号電流としてもよい。あるいは、プリチャージ電流Ｉｐおよび信号電流Ｉｄａｔａの両方を可変の信号電流とすることも可能である。更に、高階調の画像表示時には、プリチャージ電流をゼロに設定しもよい。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る有機ＥＬ表示装置を概略的に示す平面図である。 図２は、前記有機ＥＬ表示装置における表示画素の等価回路を示す平面図である。 図３は、表示画素を示す断面図である。 図４は、変形例に係る表示画素を示す断面図である。 図５は、前記有機ＥＬ表示装置の表示動作を示すタイミングチャート。 図６は、前記有機ＥＬ表示装置のプリチャージ電流書込み時における表示画素の等価回路を示す平面図である。 図７は、前記有機ＥＬ表示装置の信号電流書込み時における表示画素の等価回路を示す平面図である。 図８は、信号電流と表示素子に流れる電流との関係を示す図。 図９は、この発明の第２の実施形態に係る有機ＥＬ表示装置の表示画素を示す平面図である。

符号の説明

８…絶縁基板、 １０…有機ＥＬパネル、１２…コントローラ、
１４…走査線駆動回路、 １５…信号線駆動回路、 １６…有機ＥＬ素子、
１８…画素回路、 ２０…画素スイッチ、 ２２…駆動トランジスタ、
２４…第１スイッチ、 ２６…出力スイッチ、 ４０…駆動部、
４２ａ…第１電流回路、 ４２ｂ…第２電流回路、 Ｖｄｄ、Ｖｐ…定電圧電源

Claims (8)

1. 表示素子と、信号電流に応じた駆動電流を前記表示素子に供給する駆動トランジスタ、この駆動トランジスタに書き込まれる信号電流を保持する第１スイッチ、および保持容量を有した画素回路と、を含み、基板上にマトリクス状に配設された複数の画素部と、
   前記画素部の列毎に接続された複数の映像信号線と、
   前記映像信号線を介して、前記信号電流と逆向きのプリチャージ電流を前記画素回路に供給し前記駆動トランジスタを所定の逆電流状態にリセットした後、前記映像信号線を介して信号電流を前記画素回路に供給する信号線駆動回路と、を備えアクティブマトリクス型表示装置。
2. 前記信号線駆動回路は、それぞれ対応する映像信号線に接続された複数の駆動部を備え、各駆動部は、第１電圧電源を有し、前記駆動トランジスタにプリチャージ電流を供給する第１電流回路と、第２電圧電源を有し、前記駆動トランジスタに信号電流を供給する第２電流回路と、前記第１電流回路および第２電流回路を前記信号線に選択的に接続するスイッチと、を備えている請求項１に記載のアクティブマトリクス型表示装置。
3. 前記各画素部は、定電圧電源間に前記表示素子および駆動トランジスタと直列に接続された出力スイッチと、前記駆動トランジスタのゲートとドレインとの間に接続された前記第１スイッチと、前記駆動トランジスタのゲートとソースとの電位差を一定に保持する前記保持容量と、画素の選択および非選択を制御する画素スイッチと、を有し、前記駆動トランジスタのドレインは前記画素スイッチを介して前記映像信号線に接続される請求項１又は２に記載のアクティブマトリクス型表示装置。
4. 前記駆動トランジスタ、第１スイッチ、画素スイッチおよび出力スイッチは、半導体層にポリシリコンを用いた薄膜トランジスタで構成されている請求項３に記載のアクティブマトリクス型表示装置。
5. 前記表示素子は、対向する電極間に有機発光層を備えた自己発光素子である請求項１ないし４のいずれか１項に記載のアクティブマトリクス型表示装置。
6. 前記複数の画素部、映像信号線、および駆動部は、絶縁基板上に形成されている請求項１ないし５のいずれか１項に記載のアクティブマトリックス型表示装置。
7. それぞれ表示素子と、この表示素子を駆動する画素回路とを含み、基板上にマトリクス状に配設された複数の画素部を備え、各画素回路は、信号電流に応じた駆動電流を前記表示素子に供給する駆動トランジスタ、この駆動トランジスタに書き込まれる信号電流を保持する第１スイッチ、および保持容量を有しているアクティブマトリクス型表示装置の駆動方法であって、
   前記信号電流と逆向きのプリチャージ電流を前記画素回路に供給し前記駆動トランジスタを所定の逆電流状態にリセットした後、前記信号電流を前記画素回路に供給して信号電流を書きこむことを特徴とするアクティブマトリクス型表示装置の駆動方法。
8. 前記駆動トランジスタのソース電極に与えられる電圧電源と異なる電圧電源により前記プリチャージ電流を発生し、前記画素回路に供給する請求項７に記載のアクティブマトリクス型表示装置の駆動方法。

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