JP2008009275A - 有機ｅｌ表示装置及びその駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】飽和特性が著しく不完全なＴＦＴを用いても正確な画像信号書込みを可能とする。
【解決手段】有機ＥＬ表示装置は、信号書込み期間に駆動ＴＦＴ１０６のソース又はドレインを電流信号線１０３に接続して駆動ＴＦＴ１０６に所定の電流を流すと共に、この時の駆動ＴＦＴ１０６のゲートソース間電位を保持手段１０７に保持する。また、その後の画像表示期間に保持手段１０７により駆動ＴＦＴ１０６のゲートソース間電位を保持しつつ、駆動ＴＦＴ１０６のソース又はドレインを電流信号線１０３から切り離して第２の給電線１０２に接続し、有機ＥＬ素子１０５に駆動電流を流す。この駆動方法において、差動増幅器１１４により信号書込み期間に駆動ＴＦＴ１０６のゲートソース間電位を制御することにより、電流信号線１０３の電位を画像表示期間における第２の給電線１０２の電位と等しくする。
【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る。これにより、有機ＥＬ素子は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（駆動電流）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できる。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でき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、単純マトリックス型と、アクティブマトリックス型との２つの方式が知られている。単純マトリックス型の駆動方式では、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。一方、アクティブマトリックス型の駆動方式では、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る。そして、各画素に画像信号を送り、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。この２つの駆動方式の内、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は特に好適である。

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。これによると、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ことも少なくない。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に開示されている様な電流プログラミング方式による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では画素回路はただ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、有機ＥＬ素子１０５、駆動ＴＦＴ１０６、ゲートソース間電圧保持手段１０７、第１のスイッチ１０８、第２のスイッチ１０９、および第３のスイッチ１１０を有する。有機ＥＬ素子１０５の一方の電極は第１の給電線１０１に接続され、他方の電極は駆動ＴＦＴ１０６のドレインに接続される。ゲートソース間電圧保持手段１０７は、駆動ＴＦＴ１０６のゲートソース間に設けられる。第１のスイッチ１０８は、駆動ＴＦＴ１０６のゲートとドレインの間に設けられる。第２のスイッチ１０９は、駆動ＴＦＴ１０６のソースと信号線１０３の間に設けられる。第３のスイッチ１１０は、駆動ＴＦＴ１０７のソースと第２の給電線１０２の間に設けられる。

ゲートソース間電圧保持手段１０７としては、キャパシタンスが用いられることが多い。このゲートソース間電圧保持手段１０７は、第１のスイッチ１０８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１０８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１０８〜１１０はＴＦＴで構成されることが多く、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の内部構造は図示していない。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１１５が接続される。第１〜第３のスイッチ１０８〜１１０は、走査線１１５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１１２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１１１が取り込まれる。さらに水平シフトレジスタ１１２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１１６から走査線１１５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１１６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の回路の動作を説明する。図５は、各スイッチの動作シーケンスを示すチャートである。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１０８〜１１０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レベル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ＴＦＴ１０６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、また駆動ＴＦＴ１０６はｐチャンネルとする。

図６は、図３の回路の動作を説明する図である。６００は電圧を示す軸で、６０１は電流を示す軸である。信号書込み期間５０２には、第１のスイッチ１０８と第２のスイッチ１０９は閉じており、第３のスイッチ１１０は開いている。曲線６０２は、ゲートソース間電圧（Ｖｇｓ）が一定の状態での、駆動ＴＦＴ１０６のドレインソース間電圧（Ｖｄｓ）対ドレイン電流（Ｉｄ）特性を示す。また点線６０３は第１のスイッチ１０８が閉じてドレインとゲートが短絡された、即ちダイオード接続された状態の駆動ＴＦＴ１０６のＶｄｓ対Ｉｄ特性を示す。信号電流源１０４が回路に所定の信号電流６０４を流すと、有機ＥＬ素子１０５の端子間には、電圧対電流特性６０５から決められる電圧降下（端子電圧）６０６が生じる。またダイオード接続された駆動ＴＦＴ１０６にも同じ電流が流れるため、特性曲線６０３と６０５は信号電流の軸６０４の上で交差し、信号線の電位６０７は、有機ＥＬ素子１０５での電圧降下６０６と駆動ＴＦＴ１０６のＶｄｓの和になる。

画像表示期間においては、第１のスイッチ１０９と第２のスイッチ１１０が開き、第３のスイッチ１１１が閉じる。この時、有機ＥＬ素子１０５と駆動ＴＦＴ１０６とには、電源電圧６１０、すなわち第１の給電線１０１と第２の給電線１０２の電位差が加わる。一般には、電源電圧６０８は信号書込み期間における信号線の電位６０７と一致しない。有機ＥＬ素子１０５のＶｄｓ対Ｉｄ特性６０２は、第１のスイッチ１０９が開きＶｇｓが保持されるため、形状の変化なしに平行移動して６０９となる。ただし、図６の様に、駆動ＴＦＴ１０６の飽和特性が完全であるＶｄｓ以上でＩｄが一定になる領域を持つ場合には、Ｉｄ特性がシフトしても実際に回路に流れる駆動電流６１０は信号電流６０４と一致する。

また注目している列に属する画素回路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、他の任意の列に属する画素回路１００を信号線１０３に接続し信号を書込むことができる。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ことができる。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＝３２ｍｓｅｃとなる。ｎが大きければ表示のデューティー比は殆ど１となり、比較的小さな駆動電流を平均的に流せばすむため、素子の高寿命化にも電源回路の設計にも有利である。
米国特許第６２２９５０６号明細書 国際公開第２００５／０８８７２６号パンフレット 米国特許第６４３３４８８号明細書 特開２００３−４３９９３号公報 Woo-Jin Nam他、"Kink-current Reduced Poly-Si TFTs Employing Asymmetric Dual-Gate Design for AMOLED Pixel Elements"、IDW’04 AMD5-2

この様に優れた特性を持つ電流プログラミング方式であるが、今後さらに有機ＥＬ表示装置の普及を図るには、さらなる改善が必要である。図６においては、駆動ＴＦＴが完全な飽和特性を持つと仮定した。しかし今後、表示装置の大面積化に伴って、アモルファスシリコン、ＺｎＯや、特許文献２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の、大面積でも製造の容易な半導体の使用が増えると考えられる。これらの半導体によるＴＦＴでは、飽和特性が不完全でＩｄが一定の領域を持たない場合が多い。また従来から広く使用されているポリシリコンのＴＦＴでも、高精細化に伴ってチャネル長を短くすると、非特許文献１等により指摘されている様に、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。

駆動ＴＦＴ１０６の飽和特性が不完全な場合に生じる問題点を図７により説明する。図７に示すＶｄｓ対Ｉｄ特性をもつ駆動ＴＦＴは、Ｉｄの特性を示す７０２や７０９が飽和領域を持たない。このため、信号書込み期間から画像表示期間に移行してＩｄの特性が７０２から７０９にシフトすると、駆動ＴＦＴに実際に流れる駆動電流７１０（曲線７０５と曲線７０９の交点で決まる電流）が、信号電流７０４と一致しなくなる。この場合、予め電源電圧７０８を、信号書込み期間における信号線の電位７０７と揃えると、Ｖｄｓの変化がなくなる。しかし、輝度レベルの変化に対応して信号電流７０４が変化すると、信号線の電位７０７も変化するため、一般的にはＩｄ特性のシフトを防ぐことができない。そのため、従来の電流プログラミング方式では、例えば白地の輝度ムラを抑えても中間調では輝度ムラが目立ち易かった。この様な状況は、今後大面積、高精細な画面に用いられる前記の様なＴＦＴを用いた場合に特に顕著になるので抜本的対策が求められる。

図８に示す特許文献３の回路では、次のようなフィードバック回路が提案されている。即ちこの回路では、信号書込み期間において、有機ＥＬ素子１と直列接続された駆動ＴＦＴ２１に流す電流ＩＯＬＥＤと信号電流Ｉｒｅｆとを電流比較器６にて比較し、両者が等しくなる様な電圧ＶＦＢを駆動ＴＦＴ２１のゲート２１３に加える。しかし、この時の駆動ＴＦＴ２１のＶｄｓは成り行きで決まり、画像表示期間に電源電圧ＶＳを加えると一般には駆動ＴＦＴのＩｄの特性がシフトし、飽和特性の不完全な駆動ＴＦＴでは輝度レベルが正確に表示できない。この点では、特許文献１と同等である。

図９に示す特許文献４の回路では、信号書込み期間に駆動ＴＦＴ Ｔ１に流す電流を信号電流Ｉｄと一致する様に制御すると共に、差動増幅器ＡＭＰ１の機能によって信号線の電位を所定値Ｖｒにする様に制御する考え方が提案されている。もしＶｒの設定により、信号書込み期間の駆動ＴＦＴのＶｄｓを画像表示期間のＶｄｓと一致させることができれば、飽和特性の不完全な駆動ＴＦＴを用いても駆動電流を信号電流Ｉｄと完全に揃えることができるはずである。しかし、この回路では、信号書込み期間に有機ＥＬ素子ＯＬＥＤに電流が流れず、画像表示期間の電圧降下の大きさが予め分からないため、最適なＶｒを設定できない。

上記のように大画面の有機ＥＬ表示装置では、駆動用の画素回路を構成するＴＦＴとして、製造の容易なアモルファスシリコンや金属酸化物半導体からなるＴＦＴの使用が望まれる。しかし、この様なＴＦＴは完全な飽和特性を示さず、電流プログラミング方式によっても、上記理由により、正確な画像信号書込みが困難になる場合が多い。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、この様なＴＦＴでも同様の問題を生じることがある。

本発明は、このような従来の事情を考慮してなされたもので、飽和特性が著しく不完全なＴＦＴを用いても正確な画像信号書込みを可能とする有機ＥＬ表示装置及びその駆動方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る有機ＥＬ表示装置の駆動方法は、複数の画素回路と、第１の給電線と、第２の給電線と、信号電流源と、前記信号電流源に接続された電流信号線とを有し、前記複数の画素回路は、一方の端子が前記第１の給電線に接続された有機ＥＬ素子と、ドレイン又はソースが前記有機ＥＬ素子の他方の端子に接続された駆動ＴＦＴと、前記駆動ＴＦＴのゲートソース間電圧を保持する保持手段とを備え、信号書込み期間に前記駆動ＴＦＴのソース又はドレインを前記電流信号線に接続して前記駆動ＴＦＴに所定の電流を流すと共に、この時の前記駆動ＴＦＴのゲートソース間電位を前記保持手段に保持し、その後の画像表示期間に前記保持手段により前記駆動ＴＦＴのゲートソース間電位を保持しつつ、前記駆動ＴＦＴのソース又はドレインを前記電流信号線から切り離して前記第２の給電線に接続し、前記有機ＥＬ素子に駆動電流を流す有機ＥＬ表示装置の駆動方法において、前記信号書込み期間に前記駆動ＴＦＴのゲートソース間電位を制御することにより、前記電流信号線の電位を前記画像表示期間における前記第２の給電線の電位と等しくすることを特徴とする。

本発明において、前記信号書込み期間に前記電流信号線の電位を基準として前記駆動ＴＦＴのゲートソース間電位を制御してもよい。或いは、前記信号書込み期間に前記有機ＥＬ素子の端子電圧を基準として前記駆動ＴＦＴのゲートソース間電位を制御してもよい。

本発明に係る有機ＥＬ表示装置は、複数の画素回路と、第１の給電線と、第２の給電線と、信号電流源と、前記信号電流源が接続された電流信号線とを有し、前記複数の画素回路は、一方の端子が前記第１の給電線に接続された有機ＥＬ素子と、ドレイン又はソースが前記有機ＥＬ素子の他方の端子に接続された駆動ＴＦＴと、前記駆動ＴＦＴのゲートソース間電圧を保持する保持手段とを有する有機ＥＬ表示装置において、２つの入力端子及び１つの出力端子を有する差動増幅器と、前記差動増幅器の出力端子に接続された電圧信号線とを有し、前記複数の画素回路は、前記駆動ＴＦＴのゲートと前記電圧信号線の間に設けられた第１のスイッチと、前記駆動ＴＦＴのソース又はドレインと前記電流信号線の間に設けられた第２のスイッチと、前記駆動ＴＦＴのソース又はドレインと前記第２の給電線の間に設けられた第３のスイッチとを有し、前記差動増幅器は、前記２つの入力端子の内の一方が前記第２の給電線に接続され、前記２つの入力端子の内の他方が前記電流信号線に接続され、前記出力端子が前記第１のスイッチを介して前記駆動ＴＦＴのゲートに接続されることを特徴とする。

本発明によれば、飽和特性が著しく不完全なＴＦＴを用いても正確な画像信号書込みを可能とする有機ＥＬ表示装置及びその駆動方法を提供することができる。

次に、本発明に係る有機ＥＬ表示装置及びその駆動方法を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

最初に、本発明の有機ＥＬ表示装置及びその駆動方法の原理について説明する。

本発明は、飽和特性が著しく不完全な駆動ＴＦＴを用いても正確な輝度表示が可能な有機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ものである。前述した図７の考察から、次のことが分かる。即ち、信号書込み期間にも有機ＥＬ素子１０６に信号電流が流れて画像表示期間と同じ電圧降下が生じ、また信号線の電位７０７が電源電圧７０８と一致していれば、どの様な大きさの信号電流７０４に対しても駆動電流７１０が信号電流７０４と一致する。この様な要請を充たす有機ＥＬ表示装置の駆動回路の例を図１に示す。

図１に示す駆動回路と前述した図３の駆動回路との違いは、まず図３の駆動回路の信号線に相当する電流信号線１０３の他に電圧信号線１１３が設けられ、駆動ＴＦＴ１０６のゲートが第１のスイッチ１０８を介して電圧信号線１１３に接続されることである。また新たに差動増幅器１１４が設けられ、その２つの入力端子は電流信号線１０３及び第２の給電線１０２に接続され、出力端子は電圧信号線１１３に接続されている。

また図１の駆動回路に対応する有機ＥＬ表示装置の全体図を図２に示す。図２は、図４の全体図と比べ、各列毎に信号線（図４では電流信号線）１０３の他に電圧信号線１１３が設けられ、信号電流源１０４の他に差動増幅器１１４が設けられている。また図２においては走査線１１５は各々の行に対して１本だけが描かれているが、各々の行に対して複数種の走査線が設けられ、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る場合もある。具体例は後述する。

図１０は、図１の駆動回路の信号書込み期間における動作を説明するため、主要部を抽出したものであり、有機ＥＬ素子１０５とｐチャンネルの駆動ＴＦＴ１０６とが電流信号線１０３を介して信号電流源１０４に接続されている。駆動ＴＦＴ１０６のゲートには、差動増幅器１１４の出力端子が電圧信号線１１３を介して接続される。差動増幅器１１４の２つの入力端子は、電流信号線１０３と第２の給電線１０２に接続されている。第２の給電線１０２の電位はＶｄｄである。また電流信号線１０３の電位をＶｉ、電圧信号線１１４の電位をＶｏとする。この時、ＶｏとＶｉの間には、
Ｖｏ−Ｖｏｏ＝Ｇ（Ｖｉ−Ｖｄｄ） （式１）
の関係がある。Ｇは差動増幅器１１４の利得であり、通常その絶対値は１０００以上の大きな値である。Ｇは正負の値をとりうるものとし、正の場合は電流信号線１０３に接続される端子を非反転入力端子と考え、負の場合は反転入力端子と考える。またＶｏｏは入力端子間の電位差が完全に０となって平衡した時の出力電圧である。

以下、本発明による有機ＥＬ表示装置の駆動回路の動作を、駆動ＴＦＴの飽和特性が著しく不完全な場合について詳細に説明する。ここでは、そのモデルとして、ＴＦＴの未飽和領域におけるＩｄの理論式
Ｉｄ＝ｋ（２Ｖｇｓ−Ｖｄｓ）Ｖｄｓ
（Ｖｄｓ＜Ｖｇｓの範囲で考える。）を用いることとする。ここで、ｋはＴＦＴの構造や半導体材料の特性で決まる定数であり、説明の簡単のため閾値電圧は無視している。またＶｅｌを有機ＥＬ素子での電圧降下とし、さらに、Ｖｇｓ＝Ｖｉ−Ｖｏ及びＶｄｓ＝Ｖｉ−Ｖｅｌなので
Ｉｄ＝ｋ［２（Ｖｉ−Ｖｏ）−（Ｖｉ−Ｖｅｌ）］（Ｖｉ−Ｖｅｌ）
＝ｋ（Ｖｉ−２Ｖｏ＋Ｖｅｌ）（Ｖｉ−Ｖｅｌ） （式２）
となる。

ここで、Ｉｄ＝Ｉｄ^０である時に、Ｖｉ＝Ｖｉ^０、Ｖｏ＝Ｖｏ^０で平衡が得られていたとする。式１、式２より、
Ｖｏ^０＝Ｇ（Ｖｉ^０−Ｖｄｄ）＋Ｖｏｏ
を、
Ｉｄ^０＝ｋ（Ｖｉ^０−２Ｖｏ^０＋Ｖｅｌ）（Ｖｉ^０−Ｖｅｌ）
に代入すると、次式が得られる。

Ｉｄ^０＝ｋ｛Ｖｉ^０−２［Ｇ（Ｖｉ^０−Ｖｄｄ）＋Ｖｏｏ］＋Ｖｅｌ｝（Ｖｉ^０−Ｖｅｌ）
＝ｋ［（１−２Ｇ）Ｖｉ^０＋２ＧＶｄｄ−２Ｖｏｏ＋Ｖｅｌ］（Ｖｉ^０−Ｖｅｌ）
ここで、｜Ｇ｜≫１なので、
Ｉｄ^０〜−２ｋＧ（Ｖｉ^０−Ｖｄｄ）（Ｖｉ^０−Ｖｅｌ） （式３）
と見なすことができる。

式３をグラフとして示したものが図１１（ａ）及び（ｂ）である。ここで、図１１（ａ）はＧ＜０の場合を、図１１（ｂ）はＧ＞０の場合を表す。式３を所与のＩｄ^０に対するＶｉ^０の方程式と見ると、その解は式３の右辺１１０２とＩｄ＝Ｉｄ^０の交点で与えられる。｜Ｇ｜が極めて大きな値であるため、１１０２が表す放物線は極めて傾きが大きく、交点は実質的にＶｉ^０＝ＶｄｄまたはＶｅｌであるが、この内、Ｖｉ^０＝Ｖｄｄが適切な解（平衡点）である（Ｖｉ^０＝Ｖｅｌは駆動ＴＦＴを取り去った場合に相当する。）。即ち、図１１（ａ）、（ｂ）いずれの場合も、信号書込み期間の電流信号線１０３の電位が第２の給電線１０２の電位と実質的に一致する。このため、飽和特性を全く示さないＴＦＴを使用しても、画像表示期間に有機ＥＬ素子に流れる電流を信号電流と一致させることができる。この結果は、Ｇの絶対値が十分大きければその正負を問わず成り立つ。

またこの時の、電流信号線１０３を基準とした駆動ＴＦＴ１０６のＶｇｓ（Ｖｇｓ^０）は、次の様に求めることができる。まず、
Ｖｇｓ^０＝Ｖｉ^０−Ｖｏ^０＝Ｖｄｄ−Ｖｏ^０
＝Ｖｄｄ−［Ｇ（Ｖｉ^０−Ｖｄｄ）−Ｖｏｏ］
＝（Ｖｄｄ−Ｖｏｏ）−Ｇ（Ｖｉ^０−Ｖｄｄ） （式４）
となる。

ここで、Ｖｉ^０−Ｖｄｄ〜０であるが、｜Ｇ｜が極めて大きく、一般には式４の第２項Ｇ（Ｖｉ^０−Ｖｄｄ）を無視することはできないが、Ｖｉ^０−Ｖｅｌ≫０なので、
Ｉｄ^０＝−２ｋＧ（Ｖｉ^０−Ｖｄｄ）（Ｖｉ^０−Ｖｅｌ）
〜−２ｋＧ（Ｖｉ^０−Ｖｄｄ）（Ｖｄｄ−Ｖｅｌ）
とおいても良い。これより、
−Ｇ（Ｖｉ^０−Ｖｄｄ）＝Ｉｄ^０／２ｋ（Ｖｄｄ−Ｖｅｌ）
となる。即ち、
Ｖｇｓ^０＝（Ｖｄｄ−Ｖｏｏ）−Ｇ（Ｖｉ^０−Ｖｄｄ）
＝（Ｖｄｄ−Ｖｏｏ）＋Ｉｄ^０／２ｋ（Ｖｄｄ−Ｖｅｌ） （式５）
が決まるので、所定の信号電流Ｉｄ^０を流しつつ、実質的に信号電流線１０３の電位をＶｄｄにするＶｇｓが存在することが示された。

次に、Ｖｇｓが何らかの理由でＶｇｓ^０より若干増加したとする。すると、回路に流れる電流が増加するため、有機ＥＬ素子１０６の電圧降下が増加し、電流信号線１０３の電位を押し上げる。この時、Ｇ＞０ならば、即ち差動増幅器１１４の非反転入力端子が電流信号線１０３に接続された状態であれば、Ｖｏが上がりＶｇｓを低下させる。即ち、当初のＶｇｓの変動を抑制するため、回路の動作は安定化する。逆に、Ｇ＜０ならば、即ち差動増幅器１１４の反転入力端子が電流信号線１０３に接続された状態であれば、Ｖｏが下がりＶｇｓを増加させる。即ち、当初のＶｇｓの変動を促進するため、回路の動作は不安定化する。即ち、図１０の回路においては安定性の観点からＧが正であること、即ち差動増幅器１１４の非反転入力端子が電流信号線１０３に接続され、差動増幅器１１４の反転入力端子が第２の給電線１０２に接続されることが好ましいと言える。

以上、本発明の駆動ＴＦＴの動作をモデル化して説明したが、得られた結論は駆動ＴＦＴが完全な飽和特性を持つ場合を含め、駆動ＴＦＴが一般的な動作特性を持つ場合にも妥当である。本発明によれば、駆動ＴＦＴの特性によらず、また信号電流のレベルの高低に関わらず、信号書込み期間における駆動ＴＦＴのＶｄｓが、実質的に画像表示期間におけるＶｄｓと一致する。そのため、有機ＥＬ素子の駆動電流が信号電流と常に一致するので、極めて精度の高い表示ができる。

即ち、本発明によれば、信号書込み時にも有機ＥＬ素子に電流を流し、かつ差動増幅器によって電流信号線の電位を画像書込み時の電源電圧に揃えることによって、信号書込み期間における駆動ＴＦＴの動作条件が画像表示期間における動作条件と一致する。このため、従来の電流プログラミング方式と異なり、信号電流の大きさによらず、また飽和特性が不完全なＴＦＴを用いても正確な輝度で表示が行える。これにより、製造の容易なａ−Ｓｉや金属酸化物半導体のＴＦＴを用いた大面積の有機ＥＬ表示装置や、表示が高精細なため特にチャンネル長が短いＴＦＴを用いた有機ＥＬ表示装置の実用化に大きく寄与する。

本発明の趣旨は、駆動ＴＦＴがｎチャンネルでも、第１の給電線への有機ＥＬ素子の接続の仕方が変わっても適用可能である。このことは、以下の実施例を通して説明される。

まず、図１２を参照して、本発明の実施例１について説明する。

図１２は、図１の有機ＥＬ表示装置における画素回路をガラス基板上に形成した低温ポリシリコンのＰＭＯＳで構成した例を示す。ここでは、第１の給電線１０１には、有機ＥＬ素子１０５のカソードが接続される。従って、第２の給電線１０２の電位は、第１の給電線１０１の電位より高く設定する。また駆動ＴＦＴ１０６と第１〜第３のスイッチ１０８〜１１０は、共にＰＭＯＳで構成されている。このため、駆動回路の作成プロセスを簡略化できるメリットがある。

この場合、図５のシーケンスを実現するため、同位相で動作する第１のスイッチ１０８と第２のスイッチ１０９のゲートは、共に第１の走査線１１７に接続する。また、逆位相で動作する第３のスイッチ１１０のゲートは、第２の走査線１１８に接続する。こうすれば、図５の第１〜第３スイッチ５０４〜５０６の様に駆動することができる。なお、本実施例の回路は、一般にｐチャンネル動作の特性が高い有機半導体のＴＦＴを用いても構成できる。

次に、図１３を参照して、本発明の実施例２について説明する。

図１３は、画素回路１００内の駆動ＴＦＴ及び第１〜第３のスイッチを構成するＴＦＴを、ａ−Ｓｉを用いたｎチャンネルのＴＦＴで構成する例を示す。ここでも第１の給電線１０１には、有機ＥＬ素子１０５のカソードが接続されており、第２の給電線１０２の電位は第１の給電線１０１の電位より高く設定する。この回路の場合には、差動増幅器１１４の反転入力端子１２０を電流信号線１０３に接続し、非反転入力端子１２１を第２の給電線１０２に接続する。

この様に接続した場合、何らかの理由で駆動ＴＦＴ１０６の（有機ＥＬ素子１０５の端子電圧を基準とした）ＶｇｓがＶｇｓ^０より若干増加したとすると、回路に流れる電流が増加するため、有機ＥＬ素子１０６の電圧降下が増加し、電流信号線１０３の電位を押し上げる。この時、Ｇ＜０ならば（反転入力端子が電流信号線１０３に接続された状態）、Ｖｏが下がりＶｇｓを低下させる。即ち当初のＶｇｓの変動を抑制するため、回路の動作は安定化する。逆に、Ｇ＞０ならば、Ｖｏが上がりＶｇｓを増加させる。

即ち当初のＶｇｓの変動を促進するため、回路の動作は不安定化する。即ち図１３の回路においては安定性の観点からＧが負であること、即ち差動増幅器１１４の反転入力端子１２０が電流信号線１０３に接続され、非反転入力端子１２１が第２の給電線１０２に接続されることが好ましいと言える。

なお本実施例の回路は、ガラス基板上に形成されたＮＭＯＳのポリシリコンや、ＺｎＯやＩｎＧａＺｎＯ等の金属酸化物からなるＴＦＴを用いても構成できる。

また図１３では、信号電流源１０４として、ゲートに信号電流が入力されるｐチャンネルのＴＦＴ１１９を用いる例を示している。但し、このＴＦＴは理想的な飽和特性を持つ物であることが望ましく、またこの様なＴＦＴを飽和領域内で使用する必要がある。さらに差動増幅器１１４として、ｐチャンネルＴＦＴからなる入力差動対１２３と、ｎチャンネルＴＦＴからなるカレントミラー回路１２４と、これらと直列に接続された電流源のｐチャネルＴＦＴから構成する例が示されている（設計により、入力差動対１２３のＴＦＴとカレントミラー回路１２４のＴＦＴのチャンネルの極性が入れ替わる場合もある。）。

この様に信号電流源１０４や差動増幅器１１４には、完全な飽和特性が求められたり、チャンネルの極性が異なるＴＦＴが必要だったり、高速動作が要求されたりするため、ａ−ＳｉのＴＦＴで構成することは困難である。しかし、これらの回路は、表示装置の周辺に集中して設ければ良いので、この部分だけシリコンやポリシリコンのＣＭＯＳを使用することができる。

次に、図１４を参照して、本発明の実施例３について説明する。

図１４は、有機ＥＬ素子１０５のアノードを第１の給電線に接続し、画素回路内のＴＦＴを全てｐチャンネルのＴＦＴで構成した回路の例を示す。この場合には第１の給電線１０１の電位を第２の給電線１０２の電位より高く設定する。また差動増幅器１１４の反転入力端子を電流信号線１０３に接続し、非反転入力端子を第２の給電線１０２に接続する。

この様に接続した場合、何らかの理由で駆動ＴＦＴ１０６の（有機ＥＬ素子１０５の端子電圧を基準とした）ＶｇｓがＶｇｓ^０より若干増加したとすると、回路に流れる電流が増加するため、有機ＥＬ素子１０６の電圧降下が増加し、電流信号線１０３の電位を押し下げる。この時、Ｇ＜０ならば（反転入力端子が電流信号線１０３に接続された状態）、Ｖｏが上がりＶｇｓを低下させる。即ち当初のＶｇｓの変動を抑制するため、回路の動作は安定化する。逆に、Ｇ＞０ならば、Ｖｏが下がりＶｇｓを増加させる。

即ち当初のＶｇｓの変動を促進するため、回路の動作は不安定化する。即ち図１４の回路においては安定性の観点からＧが負であること、即ち差動増幅器の反転入力端子が電流信号線１０３に接続され、非反転入力端子が第２の給電線１０２に接続されることが好ましいと言える。

次に、図１５を参照して、本発明の実施例４について説明する。

図１５は、有機ＥＬ素子１０５のアノードを第１の給電線に接続し、画素回路内のＴＦＴを全てｎチャンネルのＴＦＴで構成した回路の例を示す。この場合には第１の給電線１０１の電位を第２の給電線１０２の電位より高く設定する。また差動増幅器１１４の非反転入力端子１２０を電流信号線１０３に接続し、反転入力端子１２１を第２の給電線１０２に接続する。

この様に接続した場合、何らかの理由で駆動ＴＦＴ１０６の（第２の給電線１０３を基準とした）ＶｇｓがＶｇｓ^０より若干増加したとすると、回路に流れる電流が増加するため、有機ＥＬ素子１０６の電圧降下が増加し、電流信号線１０３の電位を押し下げる。この時、Ｇ＞０ならば（非反転入力端子が電流信号線１０３に接続された状態）、Ｖｏが下がりＶｇｓを低下させる。

即ち当初のＶｇｓの変動を抑制するため、回路の動作は安定化する。逆に、Ｇ＞０ならば、Ｖｏが下がりＶｇｓを増加させる。即ち当初のＶｇｓの変動を促進するため、回路の動作は不安定化する。即ち、図１５の回路においては安定性の観点からＧが正であること、即ち差動増幅器の非反転入力端子が電流信号線１０３に接続され、反転入力端子が第２の給電線１０２に接続されることが好ましいと言える。

なお、上記の実施例１〜４（図１２〜図１５）の回路では、第１〜第３のスイッチ１０８〜１１０を構成するＴＦＴの極性が同一であるため、第１の走査線１１７と第２の走査線１１８が必要であった。しかし、ＣＭＯＳが利用できる場合には、第１のスイッチ１０８及び第２のスイッチ１０９と、第３のスイッチ１１０をチャンネルの極性の異なるＴＦＴにすると、走査線が１本でも図５のシーケンスが可能になる。画素の密度が高く走査線の増加による面積ロスが問題となる場合には、この様な回路を採用すれば良い。

本発明は、アクティブマトリックス型表示装置及びその駆動方法に係わり、特に電流駆動型表示素子に用いたアクティブマトリックス型表示装置に適用される。特に、有機ＥＬ表示装置の駆動回路及び駆動方法の用途に利用可能である。例えば、製造の容易なａ−Ｓｉや金属酸化物半導体のＴＦＴを用いた大面積の有機ＥＬ表示装置や、表示が高精細なため特にチャンネル長が短いＴＦＴを用いた有機ＥＬ表示装置の用途に利用可能である。

このアクティブマトリックス型表示装置を用いて、例えば情報表示装置を構成できる。この情報表示装置は、例えば携帯電話、携帯コンピュータ、スチルカメラもしくはビデオカメラ等の形態をとる。もしくは、それらの各機能の複数を実現する装置である。情報表示装置は、情報入力部を備えている。例えば、携帯電話の場合には情報入力部は、アンテナを含んで構成される。ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）や携帯ＰＣ（パーソナルコンピュータ）の場合には、情報入力部は、ネットワークに対するインターフェース部を含んで構成される。スチルカメラやムービーカメラの場合には、情報入力部はＣＣＤやＣＭＯＳなどによるセンサ部を含んで構成される。

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である。 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である。 従来の有機ＥＬ表示装置の電流プログラミング方式の駆動回路を、画素回路を中心に説明する図である。 従来の有機ＥＬ表示装置の電流プログラミング方式の駆動回路を、全体的に説明する図である。 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である。 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である。 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である。 別の従来の有機ＥＬ表示装置の電流プログラミング方式の駆動回路を説明する図である。 さらに別の従来の有機ＥＬ表示装置の電流プログラミング方式の駆動回路を説明する図である。 図１の回路の主要部を抽出して示した図である。 図１の回路の動作を説明する図で、（ａ）差動増幅器の利得が負の場合を示す図、（ｂ）差動増幅器の利得が正の場合を示す図である。 本発明の実施例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である。 本発明の実施例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である。 本発明の実施例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である。 本発明の実施例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である。

符号の説明

１００ 画素回路
１０１ 第１の給電線
１０２ 第２の給電線
１０３ 電流信号線
１０４ 信号電流源
１０５ 有機ＥＬ素子
１０６ 駆動ＴＦＴ
１０７ ゲートソース間電圧保持手段
１０８ 第１のスイッチ
１０９ 第２のスイッチ
１１０ 第３のスイッチ
１１１ 画像信号
１１２ 水平シフトレジスタ
１１３ 差動増幅器
１１４ 電圧信号線
１１５ 走査線
１１６ 垂直シフトレジスタ

Claims (18)

1. 複数の画素回路と、第１の給電線と、第２の給電線と、信号電流源と、前記信号電流源に接続された電流信号線とを有し、前記複数の画素回路は、一方の端子が前記第１の給電線に接続された有機ＥＬ素子と、ドレイン又はソースが前記有機ＥＬ素子の他方の端子に接続された駆動ＴＦＴと、前記駆動ＴＦＴのゲートソース間電圧を保持する保持手段とを備え、
   信号書込み期間に前記駆動ＴＦＴのソース又はドレインを前記電流信号線に接続して前記駆動ＴＦＴに所定の電流を流すと共に、この時の前記駆動ＴＦＴのゲートソース間電位を前記保持手段に保持し、
   その後の画像表示期間に前記保持手段により前記駆動ＴＦＴのゲートソース間電位を保持しつつ、前記駆動ＴＦＴのソース又はドレインを前記電流信号線から切り離して前記第２の給電線に接続し、前記有機ＥＬ素子に駆動電流を流す有機ＥＬ表示装置の駆動方法において、
   前記信号書込み期間に前記駆動ＴＦＴのゲートソース間電位を制御することにより、前記電流信号線の電位を前記画像表示期間における前記第２の給電線の電位と等しく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、
   前記信号書込み期間に、前記電流信号線の電位を基準として前記駆動ＴＦＴのゲートソース間電位を制御することを特徴とする有機ＥＬ表示装置の駆動方法。
3. 請求項１に記載の有機ＥＬ表示装置の駆動方法において、
   前記信号書込み期間に、前記有機ＥＬ素子の端子電圧を基準として前記駆動ＴＦＴのゲートソース間電位を制御することを特徴とする有機ＥＬ表示装置の駆動方法。
4. 複数の画素回路と、第１の給電線と、第２の給電線と、信号電流源と、前記信号電流源が接続された電流信号線とを有し、前記複数の画素回路は、一方の端子が前記第１の給電線に接続された有機ＥＬ素子と、ドレイン又はソースが前記有機ＥＬ素子の他方の端子に接続された駆動ＴＦＴと、前記駆動ＴＦＴのゲートソース間電圧を保持する保持手段とを有する有機ＥＬ表示装置において、
   ２つの入力端子及び１つの出力端子を有する差動増幅器と、前記差動増幅器の出力端子に接続された電圧信号線とを有し、
   前記複数の画素回路は、前記駆動ＴＦＴのゲートと前記電圧信号線の間に設けられた第１のスイッチと、前記駆動ＴＦＴのソース又はドレインと前記電流信号線の間に設けられた第２のスイッチと、前記駆動ＴＦＴのソース又はドレインと前記第２の給電線の間に設けられた第３のスイッチとを有し、
   前記差動増幅器は、前記２つの入力端子の内の一方が前記第２の給電線に接続され、前記２つの入力端子の内の他方が前記電流信号線に接続され、前記出力端子が前記第１のスイッチを介して前記駆動ＴＦＴのゲートに接続されることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
5. 請求項４に記載の有機ＥＬ表示装置において、
   前記２つの入力端子は、非反転入力端子及び反転入力端子を有し、
   前記差動増幅器は、前記非反転入力端子が前記電流信号線に接続され、前記反転入力端子が前記第２の給電線に接続されたことを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
6. 請求項５に記載の有機ＥＬ表示装置において、
   前記駆動ＴＦＴがｐチャンネルであり、前記有機ＥＬ素子のカソードが前記第１の給電線に接続されたことを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
7. 請求項５に記載の有機ＥＬ表示装置において、
   前記駆動ＴＦＴがｎチャンネルであり、前記有機ＥＬ素子のアノードが前記第１の給電線に接続されたことを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
8. 請求項４に記載の有機ＥＬ表示装置において、
   前記２つの入力端子は、非反転入力端子及び反転入力端子を有し、
   前記差動増幅器は、前記反転入力端子が前記電流信号線に接続され、前記非反転入力端子が前記第２の給電線に接続されたことを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
9. 請求項８に記載の有機ＥＬ表示装置において、
   前記駆動ＴＦＴがｐチャンネルであり、前記有機ＥＬ素子のアノードが前記第１の給電線に接続されたことを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
10. 請求項８に記載の有機ＥＬ表示装置において、
    前記駆動ＴＦＴがｎチャンネルであり、前記有機ＥＬ素子のカソードが前記第１の給電線に接続されたことを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
11. 請求項４、６、９のいずれかに記載の有機ＥＬ表示装置において、
    前記駆動ＴＦＴ及び前記第１〜第３のスイッチがすべてｐチャンネルのＴＦＴであることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
12. 請求項１１に記載の有機ＥＬ表示装置において、
    前記駆動ＴＦＴ及び前記第１〜第３のスイッチがガラス基板上に形成されたポリシリコンのＴＦＴからなることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
13. 請求項４、７、１０のいずれかに記載の有機ＥＬ表示装置において、
    前記駆動ＴＦＴ及び前記第１〜第３のスイッチがすべてｎチャンネルのＴＦＴであることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
14. 請求項１３に記載の有機ＥＬ表示装置において、
    前記駆動ＴＦＴ及び前記第１〜第３のスイッチがすべてガラス基板上に形成されたポリシリコンのＴＦＴからなることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
15. 請求項１３に記載の有機ＥＬ表示装置において、
    前記駆動ＴＦＴ及び前記第１〜第３のスイッチがすべてアモルファスシリコンのＴＦＴからなることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
16. 請求項１３に記載の有機ＥＬ表示装置において、
    前記駆動ＴＦＴ及び前記第１〜第３のスイッチがすべて金属酸化物半導体のＴＦＴからなることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
17. 請求項１６に記載の有機ＥＬ表示装置において、
    前記第１〜第３のＴＦＴがすべてＩｎＧａＺｎＯからなることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
18. 請求項４〜１７のいずれかに記載の有機ＥＬ表示装置において、
    前記第１〜第３のスイッチはＴＦＴからなり、
    前記第１のスイッチを成すＴＦＴのゲートと前記第２のスイッチを成すＴＦＴのゲートが共通に第１の走査線に接続され、前記第３のスイッチを成すＴＦＴのゲートが前記第１の走査線とは別の第２の走査線に接続されたことを特徴とする有機ＥＬ表示装置。

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