JP2007271972A - 有機ｅｌ表示装置の駆動方法及び駆動回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 有機ＥＬ表示装置の駆動回路は、駆動ＴＦＴのドレイン電流の飽和特性が不完全な場合、従来の電流プログラミング方式の駆動回路では広範な輝度レベルの画像信号に対する表示精度に限界があった。
【解決手段】 有機ＥＬ素子の一方の電極を第１の給電線に常に接続し、駆動ＴＦＴのドレインを第２の給電線に常に接続し、信号書込み期間には、駆動ＴＦＴのゲートを第３の給電線に接続しつつ駆動ＴＦＴのソースを信号線に接続し信号電流を流してこの時の駆動ＴＦＴのゲートソース間電圧を保持し、画像表示期間には、駆動ＴＦＴのゲートを第３の給電線から切り離し、駆動ＴＦＴのソースを信号線から切り離し有機ＥＬ素子の他方の電極に接続して有機ＥＬ素子に電流を流す有機ＥＬ表示装置の駆動回路。
【選択図】 図１

Description

本発明は有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置の新規な駆動方法と、この方法の実施に好適な駆動回路に関する。

有機材料のエレクトロルミネッセンス（ｅｌｅｃｔｒｏ ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ：以下ＥＬと略記。）を利用した有機ＥＬ素子は、有機分子からなる発光層やキャリア輸送層を積層してなる有機化合物層を上部電極と下部電極との間に挟んで構成され、電極間に流れる電流によって駆動され、その輝度は流れる電流にほぼ正確に比例する。有機ＥＬ素子をマトリックス状に配置して構成される有機ＥＬ表示装置は色再現性に優れ、また入力信号に対する応答性が良好なのでカラーの動画表示には特に好適である。さらに高輝度発光が可能で視野角が広いため、広範な環境下で使用出来る。有機化合物層の材料としては、真空蒸着が可能な低分子系の材料と、スピンコート法やインクジェット法による塗布が出来るオリゴマーやポリマー系の材料がある。現状では低分子系材料の使用例が多いが、今後大画面表示に好適なオリゴマーやポリマー系材料の使用例も増えると思われる。

また画素の駆動方法としては、互いに直交する方向に伸びるストライプ状の下部電極及び上部電極の間に電流を直接流して、この間に挟まれた有機ＥＬ素子を発光させる単純マトリックス型と、各有機ＥＬ素子を駆動する薄膜トランジスタ（ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：以下ＴＦＴと略記。）やキャパシタンス等から構成される画素回路がマトリックス状に配置され、各画素に画像信号が送られ、画素回路がこの信号を保持し、保持した信号に基づいて有機ＥＬ素子が発光して画像を表示するアクティブマトリックス型がある。アクティブマトリックス型は、画素間の画像信号の錯綜が少なく、大画面、高精細で画素数の多い表示装置に好適である。

アクティブマトリックス型の駆動方式には、大別して電圧プログラミング方式と電流プログラミング方式がある。電圧プログラミング方式では、駆動ＴＦＴのゲートに画像信号となる電位を直接加えてこれを保持する。駆動ＴＦＴを流れる電流はゲートの電位により制御されるが、両者の対応関係は個々のＴＦＴによってバラツキがあり、動作時間と共に経時変化する事も少なくない。そのため電圧プログラミング方式では、画素ごとに輝度ムラを生じたり、画像の焼き付きが生じたりし易い。一方電流プログラミング方式では、画像表示の直前に各画素の駆動ＴＦＴに画像信号となる電流を実際に流してその際のゲート電位を保持するため、電圧プログラミング方式に比べ駆動ＴＦＴの特性のバラツキや経時変化の影響を受け難い。

図３に特許文献１に提案されている電流プログラミング方式の駆動回路の例を示す。ここで駆動回路は、画素回路１００と、第１の給電線１０１と、第２の給電線１０２と、信号線１０３と、信号線１０３に接続された信号電流源１０４から構成される。第２の給電線１０２の電位は、第１の給電線１０１の電位と異なっていなければならない。なお図３では画素回路をただ１個を示しているが、通常は複数個設ける。この点に関しては後に詳述する。

さらに画素回路１００は、一方の電極が第１の給電線１０１に接続された有機ＥＬ素子１０６と、ドレインが第２の給電線１０２に接続された駆動ＴＦＴ１０７と、駆動ＴＦＴ１０７のゲートソース間電圧の保持手段１０８と、駆動ＴＦＴ１０７のゲートと第３の給電線１０５の間に設けられた第１のスイッチ１０９と、駆動ＴＦＴ１０７のソースと信号線１０３の間に設けられた第２のスイッチ１１０と、駆動ＴＦＴ１０７のソースと有機ＥＬ素子の他方の電極との間に設けられた第３のスイッチ１１１から構成される。

駆動ＴＦＴ１０７のゲートソース間電圧の保持手段１０８としては、キャパシタンスが用いられる事が多い。電圧の保持手段１０８は、第１のスイッチ１０９が閉じている時に電圧の書込みが可能となり、第１のスイッチ１０９が開いている時は、書込みが禁止され電位を保持する。また第１〜第３のスイッチ１０９〜１１１はＴＦＴで構成される事が多く、ゲートに加えられる電位によって開閉が制御される。

図４には、図３に示した画素回路１００がマトリックス状に配置された表示装置の駆動回路の全体を示す。ここでは簡単のため画素回路１００の内部構造は示していない。各画素回路１００には、第１の給電線１０１と第２の給電線１０２が共通に接続されている。さらに同一列の画素回路１００には共通の信号線１０３に接続される。また同一行の画素回路１００には共通の走査線１１４が接続される。第１〜第３のスイッチ１０９〜１１１は走査線１１４に加えられた電位に応じて開閉が制御される。各列の信号線１０３には、個々に信号電流源１０４が接続される。

各信号電流源１０４には時系列信号として送られて来る画像信号１１２が同時に入力されるが、ある時点では水平シフトレジスタ１１３からの信号により選択された特定の列の信号電流源１０４のみに、その時点の画像信号１１２が取り込まれ所定の期間保持される。さらに水平シフトレジスタ１１３は各信号電流源１０４を順次選択し、全ての列の信号電流源１０４に画像信号１１２が入力される。

各信号電流源１０４から固有の信号電流が対応する信号線１０３に出力される。信号線１０３には同一列の画素回路１００が共通に接続されているが、ある時点において、信号線１０３上の信号電流は垂直シフトレジスタ１１５から走査線１１４に出力された信号により選択された特定の行の画素回路１００のみに入力される。この間同一列のその他の行に属する画素回路１００は、信号線１０３から電気的に切り離されている。さらに垂直シフトレジスタ１１４により各画素回路１００が垂直方向に順次選択され、全ての行の画素回路１００に信号電流が入力される。

図３及び図４の回路の動作シーケンスを、図５のチャートを用いて説明する。５００や５０１は各々１フレーム期間を示す。毎秒３０フレームを表示する場合、１フレーム期間は３３ｍｓｅｃとなる。また図５の期間５００では高輝度の表示、期間５０１では低輝度の表示を行うものとする。さらに各期間において５０２は信号書込み期間、５０３は画像表示期間を示す。また５０４〜５０６は第１〜３のスイッチの動作シーケンスを示す。ここで５０４〜５０６の高低はゲート電圧の高低を具体的に示すものではなく、単に開閉の区別を示すものとする。またこの時の駆動ＴＦＴのゲートソース間電圧及び駆動電流変化の様子を５０７及び５０８で示す。ここで、５０７及び５０８の点線は各々の０レベルを示すものとし、またここでは駆動ＴＦＴ１０７がｎチャンネルの場合を示す。

また駆動ＴＦＴの基本的な動作について図６を用いて説明する。一般にＴＦＴに有意のドレイン電流（Ｉｄｓ）を流すには、ゲートソース間電圧（Ｖｇｓ）を駆動ＴＦＴの閾値電圧（Ｖｔｈ）以上とする必要がある。Ｖｔｈは低温ポリシリコンＴＦＴの場合、１〜３Ｖ程度である事が多い。６０２はＶｇｓを一定（但しＶｇｓ＞Ｖｔｈ）とした時の、Ｉｄｓのドレインソース間電圧（Ｖｄｓ）への依存性を示したものである。

非飽和領域８１５（Ｖｄｓ≦Ｖｇｓ−Ｖｔｈ）では、ＩｄｓはＶｄｓに対し、一般に
Ｉｄｓ＝ｋ｛２（Ｖｇｓ−Ｖｔｈ）−Ｖｄｓ｝・Ｖｄｓ ・・・ （式１）
に従って増加する事が知られている。ここでｋはＴＦＴの構造や使用される半導体の特性で決まる定数である。式１は飽和ドレイン電圧６１３（＝Ｖｇｓ−Ｖｔｈ）で極大（×印で示す。）を持つ二次曲線であり、Ｉｄｓの極大値は
Ｉｄｓ＝ｋ（Ｖｇｓ−Ｖｔｈ）^２ ・・・ （式２）
となる。飽和ドレイン電圧６１３は高輝度の表示を行う条件下では５〜１０Ｖ程度である。理想的なＴＦＴでは飽和ドレイン電圧６１３以上のＶｄｓ（＞Ｖｇｓ−Ｖｔｈ）に対し、Ｉｄｓは式２で与えられる一定値をとりＶｇｓには依存するがＶｄｓに依存しなくなる。この様な領域を飽和領域６１６と呼ぶ。実際のＴＦＴは必ずしも完全な飽和特性を持つとは限らない。この点については後述する。

図７は（ａ）は高輝度の表示を行う場合、（ｂ）は低輝度の表示を行う場合の、図３の回路の動作を示したもので７００は電圧を示す軸、７０１は電流を示す軸である。７０２や７０２’は駆動ＴＦＴ１０７のＶｇｓが一定に保たれた状態でＩｄｓを示す。（ａ）では（ｂ）よりＶｇｓが大きく、大きなＩｄｓが流れている。ここでは駆動ＴＦＴ１０７が完全な飽和特性を持つ事を仮定しており、飽和ドレイン電圧７１０や７１０’以上のドレイン電圧に対してＩｄｓは一定である。

まず（ａ）の場合を説明する。曲線７０３は第１のスイッチ１０９が閉じてドレインとゲートが短絡された（ダイオード接続された）状態の駆動ＴＦＴ１０７の電圧電流特性を示す。信号書込み期間５０２においては、第１のスイッチ１０９と第２のスイッチ１１０は閉じており、第３のスイッチ１１１は開いている。従って駆動ＴＦＴ１０７の特性は曲線７０３で表され、信号電流源１０４は所定の信号電流７０４を流すため、Ｖｄｓ（＝Ｖｇｓ）は７０５となる。この電圧７０５を第１のドレインソース間電圧と呼ぶ。

次いで画像表示期間においては、第２のスイッチ１１０が開き第３のスイッチ１１１が閉じるため、有機ＥＬ素子１０６と駆動ＴＦＴ１０７は直列接続され、その両端には電源電圧（＝第１の給電線１０１と第２の給電線１０２の電位差）が加えられる。また電圧保持手段１０８に繋がる第１のスイッチ１０９は開いているので駆動ＴＦＴ１０７のＶｇｓは変化せず、Ｉｄｓは依然として曲線７０２に従う。７０７は有機ＥＬ素子１０６の電圧電流特性を示す。有機ＥＬ素子１０６と駆動ＴＦＴ１０７は直列接続されているため同じ電流が流れるので、この時有機ＥＬ素子１０６の電極間には７０８で示される電圧降下が生じる。それゆえ駆動ＴＦＴ１０７のＶｄｓは７０９に変化する。これを第２のドレインソース間電圧と呼ぶ。駆動ＴＦＴ１０７が完全な飽和特性を持つ場合は、Ｖｄｓが７０５から７０９に変化しても駆動電流は変化しない。

（ｂ）においても図中の番号は基本的に（ａ）と一致させ、（ａ）と値や形状が異なる場合は番号にダッシュ記号を付している。（ｂ）でも基本的な動作は（ａ）と同様であるが、信号電流７０４’が小さく第１のドレインソース間電圧７０５‘が低く、第２のドレインソース間電圧７０９’が高くなるので、Ｖｄｓの変化７０５’→７０９’は、（ａ）の７０５→７０９より大きくなる。但しＴＦＴが完全な飽和特性を持つ場合には電流は変化しない。

また図４において、注目している行に属する画素回路１００の画像表示期間５０３には、これらの画素回路１００が信号線１０３から切り離されているので、同じ列で他の任意の行に属する画素回路１００を信号線１０３に接続し信号を書込む事が出来る。表示装置の画素の行数をｎとすれば、１フレーム期間の１／ｎの期間に信号書込みを行い、残りの（ｎ−１）／ｎの期間を画像表示に充てる事が出来る。例えばｎ＝５００行の表示装置で毎秒３０フレーム表示する場合、信号書込み期間＝６６μｓｅｃ、画像表示期間＝３３ｍｓｅｃとなる。ｎが大きければ表示のデューティー比は殆ど１なり、平均的に駆動電流を流せるため、素子の高寿命化や電源回路の設計上有利である。なお代表的な電流プログラミング方式としては、図１の様な特許文献１に開示された方式の他に、特許文献２に開示された方式がある。後者では信号書込みの際に有機ＥＬ素子に大きさが不定の電流が流れるが、前者では信号書込み期間には有機ＥＬ素子に電流が流れない点が特徴である。
米国特許第６３７３４５４号明細書 米国特許第６２２９５０６号明細書 国際公開第０５／０８８７２６号パンフレット Ｗｏｏ−Ｊｉｎ Ｎａｍ 他、"Ｋｉｎｋ−ｃｕｒｒｅｎｔ Ｒｅｄｕｃｅｄ Ｐｏｌｙ−Ｓｉ ＴＦＴｓ Ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｄｕａｌ−Ｇａｔｅ Ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ ＡＭＯＬＥＤ Ｐｉｘｅｌ Ｅｌｅｍｅｎｔｓ"、ＩＤＷ’０４ ＡＭＤ５−２

今後さらに有機ＥＬ表示装置をテレビやコンピューターのディスプレイ等の大型かつ高精細な画面に適用して行く事が望まれている。大面積な画面の表示装置の駆動回路には、アモルファスシリコン、ＺｎＯやＩｎＧａＯや特許文献３に開示のあるＩｎＧａＺｎＯ等の金属酸化物、ポリチオフェンやペンタセン等の有機半導体等、大面積でも製造の容易な半導体のＴＦＴの使用が増えると考えられる。この様なＴＦＴでは飽和特性が不完全になりがちである。また高精細の表示を行うにはチャンネル長の短いＴＦＴを使用せざるを得ないが、短チャンネルのＴＦＴでは、Ｗｏｏ−Ｊｉｎ Ｎａｍ等により非特許文献１で指摘されている様に、一般に使用されている低温ポリシリコンを用いた場合でも飽和特性が不完全になりがちである。またこの様なＴＦＴでは、基板毎にあるいは基板内で、閾値電圧が分布を持つ場合がある。さらに使用に伴って閾値電圧が経時変化する場合がある。

駆動ＴＦＴ１０７の飽和特性が不完全なために生じる問題について、図８の例を用いて説明する。ここで（ａ）は高輝度の表示、（ｂ）は低輝度の表示の場合である。（ａ）の８０２はＶｇｓ＝７Ｖに対するＩｄｓであり完全に飽和する領域はないが、Ｖｄｓ＝５Ｖを境に、Ｖｄｓ対して二次曲線状の増加からほぼ３％／Ｖの一定割合の増加になる。Ｖｄｓ＝５Ｖを実質的な飽和ドレイン電圧８１０と見なす。またこのＴＦＴでは閾値電圧は２Ｖで、信号書込み期間においてダイオード接続した時のＶｄｓ、即ち第１のドレインソース間電圧８０５＝７Ｖであった。画像表示期間において有機ＥＬ素子１０６には６Ｖの電圧降下８０８が生じ、直列接続された有機ＥＬ素子１０６と駆動ＴＦＴ１０７に１５Ｖの電源電圧８０６を加えると、駆動ＴＦＴ１０７のＶｄｓ即ち第２のドレインソース間電圧８０９＝９ＶとなりＶｄｓは２Ｖ増加する。８１１に示す様にＶｄｓの増加に伴ってＩｄｓが６％増加し輝度も同じ割合で増加する。

（ｂ）の８０２’はＶｇｓ＝５Ｖに対するＩｄｓであり（ａ）の８０２の約１／１０である。この場合、Ｖｄｓ＝３Ｖを境にＩｄｓがＶｄｓに対してほぼ３％／Ｖの一定割合で増加する様になる。ここではＶｄｓ＝３Ｖを実質的な飽和ドレイン電圧８１０’と見なす。第１のドレインソース間電圧８０５’＝５Ｖである。画像表示期間における有機ＥＬ素子の電圧降下＝４Ｖであり、電源電圧＝１５Ｖを加えると第２のドレインソース間電圧８０９’＝１１ＶとなってＶｄｓは６Ｖ増加する。Ｖｄｓの増加に伴い、８１１’の様にＩｄｓが１８％増加し輝度も同じ割合で増加する。

以上の説明の通り、飽和特性の不完全な駆動ＴＦＴを用いると画像表示期間に実際に流れる電流の精度が低下し、特に輝度が低い表示では誤差が大きくなり易い。ＴＦＴの飽和特性の不完全さは、同じ画面内のＴＦＴ間で分布を持つ事が多いので、文字表示の背景等輝度が一様な画像ではムラとして目に付き易い。今後有機ＥＬ表示装置をテレビやモニターに使用するため飽和特性がさらに不完全なＴＦＴを使用せざるを得なくなると、問題の深刻化が予想され改善が望まれる。しかし従来の電流プログラミング方式ではその要望に十分応えられなかった。

本発明は上記の諸問題を改善するためになされたものであり、広範な輝度レベルの表示を高精度で表示する事が可能で、飽和特性が不完全な駆動ＴＦＴや、特性が分布したり経時変化したりし易い駆動ＴＦＴを用いても、正確な画像表示がし易い有機ＥＬ表示装置の駆動方式及びその実施に好適な駆動回路を提供する。

本発明は第１に、少なくとも第１の給電線と、第１の給電線とは異なる電位を有する第２の給電線と、所定の電位を有する第３の給電線と、信号電流源が接続された信号線と、各々が少なくとも有機ＥＬ素子と、駆動ＴＦＴと、駆動ＴＦＴのゲートソース間電圧の保持手段とを有する複数の画素回路から構成される有機ＥＬ表示装置の駆動方法であって、
各画素回路の有機ＥＬ素子の一方の電極を第１の給電線に常に接続し、駆動ＴＦＴのドレインを第２の給電線に常に接続し、
信号書込み期間には、駆動ＴＦＴのゲートを第３の給電線に接続しつつ駆動ＴＦＴのソースを信号線に接続し信号電流を流してこの時の駆動ＴＦＴのゲートソース間電圧を保持して画像信号を書き込み、
画像表示期間には、駆動ＴＦＴのゲートを第３の給電線から切り離し、駆動ＴＦＴのソースを信号線から切り離し有機ＥＬ素子の他方の電極に接続して有機ＥＬ素子に電流を流して画像を表示することを特徴とする。

本発明は第２に、少なくとも複数の画素回路と、第１の給電線と、第２の給電線と、第３の給電線と、信号電流源と、信号電流源が接続された信号線からなり、
さらに各々の画素回路は、一方の電極が第１の給電線に接続された有機ＥＬ素子と、ドレインが第２の給電線に接続された駆動ＴＦＴと、駆動ＴＦＴのゲートソース間電圧の保持手段と、駆動ＴＦＴのゲートと第３の給電線の間に設けられた第１のスイッチと、駆動ＴＦＴのソースと信号線の間に設けられた第２のスイッチと、さらに駆動ＴＦＴのソースと有機ＥＬ素子の他方の電極との間に設けられた第３のスイッチとから構成され、第２のスイッチと第３のスイッチは逆の位相で開閉し、第１のスイッチは第２のスイッチと実質的に同一の位相で開閉することを特徴とする有機ＥＬ表示装置の駆動回路である。

本発明の駆動回路によれば、有機ＥＬ素子に流れる電流を制御する駆動ＴＦＴへの画像信号の書込みに際し、そのゲートに外部から適切な電圧を加えて書込みを行う事により、飽和特性が不完全なＴＦＴを用いても、画像信号を精度良く書込める。また画像の特性に合わせ最適な設定ができるので、例えば文字表示の背景等、特定の輝度レベルの出現頻度が高い画像は特に精度良く表示できる。大面積化に対応し易いアモルファスシリコン等の半導体によるＴＦＴや、高精細の画面に使用される短チャンネルのＴＦＴ等の飽和特性が不完全なＴＦＴを用いる有機ＥＬ表示装置には特に好適に用いられる。

飽和特性の不完全な駆動ＴＦＴを用いた場合も正確な輝度を表示するには、図８の第１のドレインソース間電圧８０５と第２のドレインソース間電圧８０９が一致すれば良い。そのためには第１のドレインソース間電圧８０５及び／又は第２のドレインソース間電圧８０９を調整する必要がある。しかし図３の回路では第１のドレインソース間電圧８０５は、信号書込み期間において駆動ＴＦＴ１０７がダイオード接続されて８０３の特性に従うので調整の余地がなく、第２のドレインソース間電圧８０９は、（電源電圧６０６−有機ＥＬ素子での電圧降下８０８）で決まるので調整の余地がない。

この課題を解決するのに好適な回路を図１に示す。この回路と図３の回路の違いは、駆動ＴＦＴ１０７のゲートにドレインとは独立な電位を供給するために第３の給電線１０５を設けた点である。これに伴い第１のスイッチ１０９は駆動ＴＦＴ１０７のゲートと第３の給電線１０５との間に設ける。また図１の駆動ＴＦＴ１０７は、図３の回路とは異なりｎチャンネルである。これは駆動ＴＦＴ１０７のソースを信号電流源１０４側に、ドレインを第２の給電線１０２側に接続するためであるが、この条件が充たされていれば、後に図１２に示す様に駆動ＴＦＴがｐチャンネルでも良い。さらに図１の回路も図５に示したシーケンスに従って動作させるものとする。

またこの回路の全体図を図２に示す。図２は図４と比べて第３の給電線１０５が設けられている点が異なる。なお図２で走査線１１４は各行に対し１種類だけが描かれているが、後に説明する様に、各行に対して複数種の走査線が設けられて、同一行に属する画素回路がそれぞれ複数種の走査線に接続されても良い。また図４の回路で、異なる行に属する画素回路１００の有機ＥＬ素子１０７が、異なる色で発光してもよい。その場合も同一行に属する画素回路１００の有機ＥＬ素子１０７は同一の色で発光するものとする。またこの場合各行の第３の給電線１０５は、発光の種類に応じて異なる電位を有しても良い。

図９は図１の回路の動作を、（ａ）高輝度の表示、（ｂ）低輝度の表示の場合について示したものである。（図では簡単のため駆動ＴＦＴは完全な飽和特性を持つとして示しているが、飽和特性が不完全な場合も結論に変化はない。）まず（ａ）の場合、信号書込み期間５０２において、第１のスイッチ１０９と第２のスイッチ１１０は閉じており、第３のスイッチ１１１は開いている。駆動ＴＦＴ１０７のＶｇｓは、Ｉｄｓの飽和値が信号電流９０４と一致する様に（式２）から決まり、電圧保持手段１０８に書込まれる。このＶｇｓは（信号電流９０４が流れた時の飽和ドレイン電圧９１１＋閾値電圧９１２）に相当する。また信号線１０４の電位は、これとゲートの電位（＝第３の給電線の電位）との差が、（式２）で決められたＶｇｓと一致する様に決められる。この信号線１０４の電位と第２の給電線１０２の電位（＝ドレインの電位）との差が駆動ＴＦＴ１０７のＶｄｓとなる。これを第１のドレインソース間電圧９０５と呼び、所定のドレイン電流を流した時の
ゲートソース間電圧＋（電源電圧９０６−第３の給電線の電位９０３）
＝（飽和ドレイン電圧９１１＋閾値電圧９１２）＋（電源電圧９０６−第３の給電線の電位９０３）・・・ （式３）
で与えられる。因みに図１の回路では、駆動ＴＦＴ１０７のソースが信号電流源１０４側に、ドレインが第２の給電線１０２側に接続されているが、もし図３の回路の様に、ソースが第２の給電線１０２側に接続されていると、第３の給電線１０５の電位を与えると、直ちに駆動ＴＦＴ１０７のＶｇｓが決まってしまうため、信号電流９０４と一致するＩｄｓを流すのに適当なＶｇｓが設定できない。

画像表示期間になると第１のスイッチ１０９が開き、その後は電圧保持手段１０８に書込まれた電位は、第１〜第３の給電線の電位が変動したり、表示装置内の配線抵抗等により画素回路近傍で電位降下を起こしたりしても影響を受けない。また第２のスイッチが開き第３のスイッチが閉じるので、駆動ＴＦＴ１０７のソースは信号線１０３から切り離され、有機ＥＬ素子１０６に接続される。そのためＩｄｓの曲線は９０２から９１０にシフトするが、Ｖｇｓが保持されているので曲線の形状は変化しない。有機ＥＬ素子１０６と駆動ＴＦＴ１０７は第１の給電線１０１と第２の給電線１０２の間に直列に接続され、両者の電位の差に相当する電源電圧９０６が加わる。また有機ＥＬ素子にも信号電流９０４が流れるので、その電極間では９０７の特性に従って９０８で示される電圧降下が起こる。従って駆動ＴＦＴ１０７のＶｄｓは
電源電圧９０６−有機ＥＬ素子での電圧降下９０７・・・ （式４）
となる。これを第２のドレインソース間電圧９０９と呼ぶ。

（式３）と（式４）を等しくする条件から、第１のドレインソース間電圧と第２のドレインソース間電圧を一致させる第３の給電線の電位９０３として
所定の電流を流した時の
（ゲートソース間電圧＋有機ＥＬ素子での電圧降下９０７）
＝（飽和ドレイン電圧９１１＋閾値電圧９１２＋有機ＥＬ素子での電圧降下９０７）・・・ （式５）
が得られる。飽和ドレイン電圧９１１と有機ＥＬ素子での電圧降下９０７は、信号電流９０４の大きさに依存し、表示すべき輝度レベルに対応する信号電流９０４が決まると、（式５）から第１のドレインソース間電圧９０５と第２のドレインソース間電圧９０９が一致する第３の給電線の電位９０３が求められる。

（式５）を用いて第３の給電線の最適な電位を設定する例を示す。（ａ）の信号電流９０４は表示すべき最大の輝度レベルに対応する。図８（ａ）の場合と同様、電源電圧＝１５Ｖ、Ｖｇｓ＝７Ｖ、有機ＥＬ素子の電圧降下＝６Ｖとすれば（式５）より最適値は１３Ｖとなり、この輝度レベルは正確に表示される。また（ｂ）の信号電流９０４’は表示すべき最小の輝度レベル（９０４の１／１０）に対応する。第３の給電線の電位＝１３Ｖのまま、信号電流が（ｂ）の９０４’になったとすると、Ｖｇｓ＝５Ｖ、有機ＥＬ素子の電圧降下＝４Ｖになり、（式３）より第１のドレインソース間電圧＝７Ｖ、（式４）より第２のドレインソース間電圧＝１１Ｖとなり、Ｖｄｓは＋４Ｖ増加する。これは、図８のＴＦＴと同様、飽和特性が不完全でＶｄｓに対しＩｄｓが３％／Ｖの割合で増加するなら、輝度として１２％の誤差に相当するが、図８の場合の１８％より少ない。

逆に（ｂ）の信号電流９０４’に対して第３の給電線の電位を最適化すると、Ｖｇｓ＝５Ｖ、有機ＥＬ素子の電圧降下＝４Ｖなので、（式５）より最適値は９Ｖとなり、この輝度レベルは正確に表示される。この設定のまま信号電流を９０４とした場合を考えると、Ｖｇｓ＝７Ｖ、有機ＥＬ素子の電圧降下＝６Ｖなので、（式５）より第１のドレインソース間電圧＝１３Ｖ、（式４）より第２のドレインソース間電圧＝９Ｖで、Ｖｄｓは４Ｖ減少する。これは、Ｖｄｓに対しＴＦＴのＩｄｓが３％／Ｖの割合で増加する場合、輝度としては−１２％の誤差に相当する。

一般的な画像については、例えば最大値と最小値の幾何平均となる輝度に対して最適化すると良い。前述の例に即して最大輝度の１／３程度の輝度レベルに対して最適化する例を図１０に示す。ここではＶｇｓ＝６Ｖ、有機ＥＬ素子の電圧降下＝５Ｖなので最適値は１１Ｖとなる。この輝度レベルに対しては第１のドレインソース間電圧１００５と、第２のドレインソース間電圧１００９は一致する。（図面では見易い様に両者を若干ずらして描いてある。）この設定のまま信号電流が１００４の３倍強になると画像表示期間にはＶｄｓが２Ｖ輝度は６％増加し、信号電流が１／３弱になるとＶｄｓが２Ｖ輝度が６％減少するが、全般的に輝度表示の誤差を改善できる。また平均の決め方としては、幾何平均の他にも、算術平均や出現頻度が最も高い値を選んでも良い。

上述の通り、本発明の駆動方式によっても駆動ＴＦＴの飽和特性の不完全性による輝度の誤差を皆無にはできないが、例えば文字表示画像で、背景が白で輝度が高い場合には（ａ）の様な設定を行い、背景がグレーで輝度が低い場合には（ｂ）の様な設定を行えば、輝度ムラは目に付き難くなる。また平均的な輝度レベルに合わせて図１０の様な設定を行えば、一般的な画像に対して輝度の表示精度を実効的に高める事ができる。また（式５）から明らかな様に、この変更は電源電圧に依存しない点に特徴があり、第３の給電線の電位９０３を調整だけで簡単に実施できる。

アモルファスシリコン、金属酸化物半導体、有機半導体を用いたＴＦＴの場合や、低温ポリシリコンのＴＦＴでも短チャンネルの場合には、ＴＦＴの飽和特性が不完全になり易く、また画面内の分布も大きくなる傾向があるので、本発明の駆動方式は効果的である。この様なＴＦＴでは、また閾値電圧が基板内や基板間で分布したり、使用に伴い経時変化したりし易いが、（式５）から分かる様に、第３の給電線の最適値は閾値電圧にも依存する。基板内の分布が大きい場合は平均的な分布に合わせると良い。また基板間の分布に対しては基板毎に最適化出来る。さらに経時変化に対しては、
予め変化を予測して設定する事が出来る。しかし図３に示した様な従来の電流プログラミング回路においては、この様な設定を行う事ができない。

本発明の回路を低温ポリシリコンのＣＭＯＳで実現した例を図１１に示す。駆動回路を基板側に設け有機ＥＬ素子１０６をその上に積層するタイプの表示装置の場合、駆動ＴＦＴ１０７のドレインに接続された画素電極を有機ＥＬ素子１０６のアノードとし、有機ＥＬ素子１０６のカソードとして金属や透明導電膜等を全面に形成すれば、第１の給電線を兼ねられるので製造が容易である。またこの順序で形成した場合には有機ＥＬ素子１０６が良好なキャリア注入特性を示す事が知られており有機ＥＬ素子での電圧降下が減少するので、電源電圧を低くし易い。

駆動ＴＦＴはｎチャンネルのＴＦＴ、第１のスイッチ１０９と第２のスイッチ１１０としてはｐチャンネルのＴＦＴ、第３のスイッチ１１１としてはｎチャンネルのＴＦＴを使用する。また各ＴＦＴのゲートは共通の走査線１１４に接続する。走査線１１４に垂直シフトレジスタ１１５から高レベルの信号を加えると第１のスイッチ１０９と第２のスイッチ１１０は閉じ、第３のスイッチ１１１は開く。また低レベルの信号を加えると全てのスイッチの動作が反転するので、一本の走査線１１４だけで図５に示したシーケンスが実現できる。

低温ポリシリコンのＣＭＯＳで本発明の回路を実現した別の例を図１２に示す。ここでは駆動ＴＦＴ１０７のドレインに接続された画素電極を有機ＥＬ素子１０６のカソードとし、有機ＥＬ素子１０６のアノードとして金属や透明導電膜等を全面に形成すれば、第１の給電線を兼ねられるので製造が容易である。

駆動ＴＦＴはｐチャンネルのＴＦＴ、第１のスイッチ１０９と第２のスイッチ１１０としてはｎチャンネルのＴＦＴ、第３のスイッチ１１１としてはｐチャンネルのＴＦＴを使用する。また各ＴＦＴのゲートは共通の走査線１１４に接続する。走査線１１４に垂直シフトレジスタ１１５より低レベルの信号を加えると第１のスイッチ１０９と第２のスイッチ１１０は閉じ、第３のスイッチ１１１は開く。また高レベルの信号を加えると全てのスイッチの動作が反転するので、一本の走査線１１４だけで図５に示したシーケンスが実現できる。実施態様１及び２の回路は、ＵＳＰ６，３７３，４５４に開示されている様な従来の電流プログラミング方式の回路に比べ、第３の給電線１０５が増えているものの、ＴＦＴ等の回路要素の個数は増えておらず製造が容易で実用的な回路と言える。

図１の回路において、電圧保持手段１０８としてはキャパシタンスが広く使用される。図５のシーケンスにおいて、信号書込み期間５０２中には、第１のスイッチ１０９が閉じているので、電圧保持手段１０８に電流が流れ込み、駆動ＴＦＴのドレインソース間に信号電流を適切に流すためのＶｇｓが書込まれる。書込まれた電位は画像表示期間５０３確実に保持されている必要がある。

画像表示期間５０３には第１のスイッチ１０９が開くため書込まれた電位は通常変化しないが、第１のスイッチ１０９が開く前に第３スイッチ１１１が閉じ駆動ＴＦＴ１０７のソースが有機ＥＬ素子１０６に接続されると、その間電圧保持手段１０８に電流が流れ込み、正しく書込まれた電位が変動する恐れがある。第１のスイッチ１０９と第３のスイッチ１１１とでは、図１１に示す様にチャンネルの導電型等仕様が異なる場合が多く状態遷移に要する期間が異なる。また第２の給電線１０２と第３の給電線１０５とは配線容量が異なるため、スイッチの切り替えが理想的に行われない場合も想定される。

この様な恐れを完全に排除し、信号書込み期間５０２から画像表示期間５０３への切り換えを、確実に行うための回路の例を図１３に示す。図１３は図１１の回路を基本としておりＴＦＴ等の回路要素は図１１と同じであるが、第１のスイッチ１０９の走査線１１７を、第２のスイッチ１１０や第３のスイッチ１１１の走査線１１６と独立させている。このため、図１４の様に信号書込み期間５０２から画像表示期間５０３への切り換え第１のスイッチ１０９の切り換え５０４’を、第２のスイッチ１１０の切り換え５０５や第３のスイッチ１１１の切り換え５０６より、有意の期間△ｔだけ先行出来る。これにより電圧保持手段１０８に誤った電流が流れ込むのを防止し、画像表示期間５０３に正しい駆動電流が流れる事を保証する。

図１１〜１３に示した回路の様にＣＭＯＳを利用すれば、一本の走査線からの信号によって複数のスイッチを逆の位相で駆動できるメリットがある反面、ポリシリコンの場合には製造プロセスが複雑化する。さらにアモルファルシリコン、ＺｎＯやＩｎＧａＺｎＯやＩｎＧａＺｎＯ等の金属酸化物半導体の様にｎチャンネルのＴＦＴしか良好な特性が得られない場合には対応できない。

図１５には、駆動ＴＦＴ１０７や第１のスイッチ１０９〜第３のスイッチ１１１を全てｎチャンネルのＴＦＴで構成した例を示す。ここでは第１のスイッチ１０９と第２のスイッチ１１０のゲートは第１の走査線１１８に接続される。一方第３のスイッチ１１１のゲートは別に第２の走査線１１９に接続される。従って走査線１１８と走査線１１９に逆位相の信号を加える事によって、図５に示したシーケンスを実現できる。さらに図１６に示した様に、第１の走査線１１８の信号を、第２の走査線１１９の切り換えより有意の時間△ｔだけ先立って切り換える事により、実施態様３の回路と同様に電圧保持手段１０８に書込まれた信号を正確に保持する効果が得られる。

図１７には、有機半導体のＴＦＴの様なｐチャンネルのＴＦＴを使用する場合に好適な回路の例を示す。ここでも第１のスイッチ１０９と第２のスイッチ１１０のゲートは第１の走査線１１８に接続される。一方第３のスイッチ１１１のゲートは第２の走査線１１９に接続される。従って走査線１１８と走査線１１９に逆位相の信号を加える事によって、図５に示したシーケンスを実現できる。さらに実施態様例４の回路と同様、図１６のシーケンスを適用して、信号書き込み期間から画像表示期間への切り換えを確実に行う事もできる。

図１８の回路では、図２に示した回路にさらに画像信号を解析し画像中の輝度レベルの出現頻度を分析し代表的な輝度レベルを抽出する信号解析手段１２０、及びそれに対応した信号電流の値と（式５）によりこの輝度レベルを最も忠実に表示できる電圧を第３の給電線１０５に出力する電圧源１２１とが付加されている。これらの付加機能によって、例えばコンピューターのモニターで一様な明るさの背景に文字を表示する場合には、背景の輝度に合わせ第３の給電線の電位を設定すると駆動ＴＦＴの飽和特性バラツキによる背景のムラが目立ち難くなる。またテレビ画面で表示の１フレーム毎に流れる画像信号を解析し、次のフレームでは前のフレームで出現頻度の高かった輝度レベルにあわせて第３の給電線１０５の電位を設定すると、動画映像でも常に高い精度で輝度が表示され実効的に高い画質を得る事ができる。また図１８の回路を簡略化して、信号解析手段１２０を省略しマニュアルで電圧源１２１を制御し第３の給電線１０５の電位を調整する事もできる。

本発明の有機ＥＬ表示装置の駆動回路を、画素回路を中心に説明する図。 本発明の有機ＥＬ表示装置の駆動回路を、全体的に説明する図。 従来の有機ＥＬ表示装置の駆動回路を、画素回路を中心に説明する図。 従来の有機ＥＬ表示装置の駆動回路を、全体的に説明する図。 本発明及び従来の有機ＥＬ表示装置の駆動回路における駆動シーケンスを説明する図。 ＴＦＴの基本的な動作を説明する図。 完全な飽和特性を持つ駆動ＴＦＴを使用した従来の有機ＥＬ表示装置における駆動回路の基本動作を説明する図。（ａ）高輝度表示の場合。（ｂ）低輝度表示の場合。 不完全な飽和特性を持つ駆動ＴＦＴを使用した従来の有機ＥＬ表示装置における駆動回路の動作を説明する図。（ａ）高輝度表示の場合。（ｂ）低輝度表示の場合。 完全な飽和特性を持つＴＦＴを使用した本発明の有機ＥＬ表示装置における駆動回路の基本動作を説明する図。（ａ）高輝度表示の場合。（ｂ）低輝度表示の場合。 不完全な飽和特性を持つＴＦＴを使用した有機ＥＬ表示装置で、本発明を効果的に使用した場合の動作を説明する図。 実施例１の有機ＥＬ表示装置の駆動回路を、画素回路を中心に説明する図。 実施例２の有機ＥＬ表示装置の駆動回路を、画素回路を中心に説明する図。 実施例３の有機ＥＬ表示装置の駆動回路を、画素回路を中心に説明する図。 実施例３の有機ＥＬ表示装置の駆動回路における駆動シーケンスを説明する図。 実施例４の有機ＥＬ表示装置の駆動回路を、画素回路を中心に説明する図。 実施例４の有機ＥＬ表示装置の駆動回路における駆動シーケンスを説明する図。 実施例５の有機ＥＬ表示装置の駆動回路を、画素回路を中心に説明する図。 画像の特性に応じて自動的に最適な第３の給電線の電圧を与える機能を持つ駆動回路を示す図。

符号の説明

１００ 画素回路
１０１、１０２、１０５ 給電線
１０３ 信号線
１０４ 信号電流源
１０６ 有機ＥＬ素子
１０７ 駆動ＴＦＴ
１０８ 電圧保持手段
１０９、１１０，１１１ スイッチ
１１４ 走査線

Claims (17)

1. 少なくとも第１の給電線と、第１の給電線とは異なる電位を有する第２の給電線と、第３の給電線と、信号電流源が接続された信号線と、各々が少なくとも有機ＥＬ素子と、駆動ＴＦＴと、駆動ＴＦＴのゲートソース間電圧の保持手段とを有する複数の画素回路から構成される有機ＥＬ表示装置の駆動方法であって、各画素回路の有機ＥＬ素子の一方の電極を第１の給電線に常に接続し、駆動ＴＦＴのドレインを第２の給電線に常に接続し、信号書込み期間には、駆動ＴＦＴのゲートを第３の給電線に接続しつつ駆動ＴＦＴのソースを信号線に接続し信号電流を流してこの時の駆動ＴＦＴのゲートソース間電圧を保持して信号を書込み、画像表示期間には、駆動ＴＦＴのゲートを第３の給電線から切り離し、駆動ＴＦＴのソースを信号線から切り離し有機ＥＬ素子の他方の電極に接続して有機ＥＬ素子に電流を流して画像を表示することを特徴とする有機ＥＬ表示装置の駆動方法。
2. 請求項１に記載の有機ＥＬ表示装置の駆動方法において、第３の給電線の電位を、表示すべき最小輝度レベルに対応する電流を流した時の（駆動ＴＦＴのゲートソース間電圧＋有機ＥＬ素子での電圧降下）以上、表示すべき最大輝度レベルに対応する電流を流した時の（駆動ＴＦＴのゲートソース間電圧＋有機ＥＬ素子での電圧降下）以下の値に設定する事を特徴とする有機ＥＬ表示装置の駆動方法。
3. 請求項２に記載の有機ＥＬ表示装置の駆動方法において、第３の給電線の電位を、表示すべき輝度レベルの平均値に対応する電流を流した時の（駆動ＴＦＴのゲートソース間電圧＋有機ＥＬ素子での電圧降下）に設定する事を特徴とする有機ＥＬ表示装置の駆動方法。
4. 請求項２に記載の有機ＥＬ表示装置の駆動方法において、所定の期間に亘って画像信号を解析してその中から一つの輝度レベルを選択し、次の所定の期間には、第３の給電線の電位を該選択された輝度レベルに対応する電流を流した時の（駆動ＴＦＴのゲートソース間電圧＋有機ＥＬ素子での電圧降下）に設定する事を特徴とする有機ＥＬ表示装置の駆動方法。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の有機ＥＬ表示装置の駆動方法において、駆動ＴＦＴのゲートを、駆動ＴＦＴのソースを有機ＥＬ素子に接続するのに有意の期間先立って、第３の給電線から切り離す事を特徴とする有機ＥＬ表示装置の駆動方法。
6. 少なくとも複数の画素回路と、第１の給電線と、第２の給電線と、第３の給電線と、信号電流源と、信号電流源が接続された信号線からなり、さらに各々の画素回路は、一方の電極が第１の給電線に接続された有機ＥＬ素子と、ドレインが第２の給電線に接続された駆動ＴＦＴと、駆動ＴＦＴのゲートソース間電圧の保持手段と、駆動ＴＦＴのゲートと第３の給電線の間に設けられた第１のスイッチと、駆動ＴＦＴのソースと信号線の間に設けられた第２のスイッチと、さらに駆動ＴＦＴのソースと有機ＥＬ素子の他方の電極との間に設けられた第３のスイッチとから構成され、第２のスイッチと第３のスイッチは逆の位相で開閉し、第１のスイッチは第２のスイッチと実質的に同一の位相で開閉することを特徴とする有機ＥＬ表示装置の駆動回路。
7. 請求項６に記載の駆動回路において、さらに画素回路はその有機ＥＬ素子が異なる色で発光するする複数のグループを構成し、同じグループの画素回路はそのグループに専用の第３の給電線に接続される事を特徴とする有機ＥＬ表示装置の駆動回路。
8. 請求項６、７に記載の有機ＥＬ表示装置の駆動回路において、さらに第３の給電線にその出力電圧が可変な電圧源を接続する事を特徴とする有機ＥＬ表示装置の駆動回路。
9. 請求項８に記載の有機ＥＬ表示装置の駆動回路において、さらに信号電流源に送られる画像信号の中から一つの輝度レベルを選択する信号解析手段を備え、前記電圧源はこの輝度レベルに対応する信号電流を流した時の（駆動ＴＦＴのゲートソース間電圧＋有機ＥＬ素子での電圧降下）に相当する電圧を出力する事を特徴とする有機ＥＬ表示装置の駆動回路。
10. 請求項９に記載の有機ＥＬ表示装置の駆動回路において、該選択される輝度レベルが、前記画像信号の平均の輝度レベルである事を特徴とする有機ＥＬ表示装置の駆動回路。
11. 請求項６ないし１０のいずれか１項に記載の有機ＥＬ表示装置の駆動回路において、第１のスイッチと第２のスイッチがチャンネルの導電型が同一のＴＦＴであり、第３のスイッチがこれらとはチャネルの導電型が異なるＴＦＴであり、さらに各々のゲートが共通の走査線に接続された事を特徴とする有機ＥＬ表示装置の駆動回路。
12. 請求項６ないし１０のいずれか１項に記載の有機ＥＬ表示装置の駆動回路において、第２のスイッチと第３のスイッチがチャンネルの導電型が異なるＴＦＴであり、各々のゲートが共通に第１の走査線に接続され、第１のスイッチのゲートが第２の走査線に接続された事を特徴とする有機ＥＬ表示装置の駆動回路。
13. 請求項６ないし１０のいずれか１項に記載の有機ＥＬ表示装置の駆動回路において、第１ないし第３のスイッチが駆動ＴＦＴとチャンネルの導電型が同一のＴＦＴであり、第１と第２のスイッチのゲートが共通に第１の走査線に接続され、第３のスイッチのゲートが第２の走査線に接続された事を特徴とする有機ＥＬ表示装置の駆動回路。
14. 請求項１３に記載の有機ＥＬ表示装置の駆動回路において、第１ないし第３のスイッチのＴＦＴ及び駆動ＴＦＴが全てアモルファスシリコンのＴＦＴである事を特徴とする有機ＥＬ表示装置の駆動回路。
15. 請求項１３に記載の有機ＥＬ表示装置の駆動回路において、第１ないし第３のスイッチのＴＦＴ及び駆動ＴＦＴが全て金属酸化物半導体のＴＦＴである事を特徴とする有機ＥＬ表示装置の駆動回路。
16. 請求項６ないし１５のいずれか１項に記載の有機ＥＬ表示装置の駆動回路において、各画素回路の有機ＥＬ素子のカソードが第１の給電線に共通に接続され、駆動ＴＦＴがｎチャンネルである事を特徴とする有機ＥＬ表示装置の駆動回路。
17. 請求項６ないし１５のいずれか１項に記載の有機ＥＬ表示装置駆動の回路において、各画素回路の有機ＥＬ素子のアノードが第１の給電線に共通に接続され、駆動ＴＦＴがｐチャンネルである事を特徴とする有機ＥＬ表示装置の駆動回路。
    

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