JP2010008942A - 画素回路及び表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】周辺回路を複雑にせずに誤発光による画質低下を抑え階調制御を容易にする。
【解決手段】画素回路22は、OLED30と、ノーマリオン特性であり駆動特性が異なる高輝度用駆動トランジスタ34A及び低輝度用駆動トランジスタ34Bと、高輝度用駆動トランジスタを選択して駆動するための選択用トランジスタ32と、一端が高輝度用駆動トランジスタ及び低輝度用駆動トランジスタのゲートに接続された第1のコンデンサ38Aと、一端が選択用トランジスタ32のゲートに接続された第2のコンデンサ38Bと、画像データが出力されるデータラインDataと第1のコンデンサ38Aとの間に接続された第1のスイッチ36Aと、選択用トランジスタ32をオンオフするための信号が出力される駆動信号ラインDrvと第2のコンデンサ38との間に接続された第2のスイッチ36Aと、を備える。
【選択図】図2

Description

本発明は、画素回路及び表示装置に係り、特に、発光ダイオードを用いた画素回路及び表示装置に関する。
近年、表示素子として有機EL(エレクトロルミネッセンス)素子(以下、OLED:Organic light−emitting diode)を用いた表示装置が注目されており、OLEDを駆動する回路等で様々な技術が提案されている(例えば特許文献1〜3参照)。このOLEDを駆動させるためには、例えば図8に示すように、最低2つのTFT(Thin Film Transistor)で構成される駆動トランジスタが必要となる。図8に示す画素回路100では、スキャンライン102にスキャン信号が出力されてスイッチングトランジスタ104がオンし、データライン106にデータ信号(画像信号)が出力されると、データ信号に応じて保持容量素子108が充電される。そして、スイッチングトランジスタ104がオフされると、保持容量素子108に充電されたデータ信号に応じた電圧が駆動トランジスタ110のゲートに印加される。これにより、画像に応じた輝度でOLED112が発光する。
OLED112は、液晶と異なって電流駆動素子であり、その輝度は駆動トランジスタのゲート−ソース間電圧Vgsで制御する。すなわち、OLED112は、ゲート−ソース間電圧に応じて流れるドレイン電流に応じた輝度で発光する。このため、駆動トランジスタ110のゲート−ソース間電圧とドレイン電流との関係を示す駆動特性がシフトする(以下、特性シフト)と表示パネルの輝度が変化してしまう。従って、各画素の駆動トランジスタに求められる特性としては、各駆動トランジスタの信頼性が高いこと、すなわち通電による特性シフトが発生したり電荷の移動度に変化が発生したりするなどの特性変化が少ないことと、輝度ムラがなく面内均一性があること、すなわち各駆動トランジスタの特性のバラツキが少ないことの2点が挙げられる。
IGZO(In−Ga−Zn−O)などで構成された無機酸化物のTFTをOLEDの画素回路に用いた場合、上記の駆動トランジスタに求められる特性のうち、面内均一性に関しては優れていることが報告されている(Proceedings of 2007 International TFT Conferennce、Rome、Italy 7.2)。
また、無機酸化物のTFTではノーマリオン特性、すなわちゲート−ソース間電圧がゼロでもドレイン電流が流れる特性になりやすく、上記の信頼性に関しては、ノーマリオン特性を示すTFTの方が、特性シフトが小さい傾向を示し駆動トランジスタに適している。
特開2003−150104号公報 特開2000−347624号公報 特開2004−317677号公報
しかしながら、ノーマリオン特性を示すTFTを上記特許文献1〜3に記載されたようなOLEDの画素回路に用いた場合、漏れ電流が流れてOLEDが誤発光し、画質が低下してしまう。このため、例えばデータラインを制御するデータドライバの接地線を0Vより低い電位とするためにマイナス電源が必要になる等、周辺回路が複雑になる、という問題があった。また、ノーマリオン特性を示すTFTを用いた場合、特性シフトにより階調制御が困難になる、という問題もあった。
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、周辺回路を複雑にすることなく、誤発光による画質低下を抑えると共に階調制御を容易にすることが可能な画素回路及び表示装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、請求項1記載の発明の画素回路は、アノードが所定の電源に接続された発光ダイオードと、ノーマリオン特性である第1の駆動トランジスタと、ノーマリオン特性であると共に、ドレインが前記発光ダイオードのカソードに接続され、且つ前記第1の駆動トランジスタよりもゲート長に対するゲート幅の比が小さい第2の駆動トランジスタと、前記第1の駆動トランジスタのドレインと前記発光ダイオードのカソードとの間に接続され、前記第1の駆動トランジスタを選択して駆動するための選択用トランジスタと、一端が前記第1の駆動トランジスタ及び前記第2の駆動トランジスタのゲートに各々接続され、他端が接地された第1の容量素子と、一端が前記選択用トランジスタのゲートに接続され、他端が接地された第2の容量素子と、一端が画像データが出力されるデータラインに接続され、他端が前記第1の容量素子の一端及び前記第1の駆動トランジスタ及び前記第2の駆動トランジスタのゲートに接続された、前記第1の容量素子を充電するための第1のスイッチと、一端が前記選択用トランジスタをオンオフするための信号が出力される駆動信号ラインに接続され、他端が前記第2の容量素子の一端及び前記選択用トランジスタのゲートに接続された、前記第2の容量素子を充電するための第2のスイッチと、を備えた構成としている。なお、請求項2に記載したように、前記発光ダイオードが、有機EL素子である構成とすることができる。
このように、ノーマリオン特性の第1の駆動トランジスタ及び第2の駆動トランジスタとを用いるため、特性シフトが少なく発光ダイオードの誤発光を防ぐことができ、画質の低下を防ぐことができる。また、所望の階調領域を、ゲート長に対するゲート幅の比が異なる、すなわち駆動特性が異なる第1の駆動トランジスタと第2の駆動トランジスタとで分担することが可能となるため、階調数の低下を防ぐことができ、階調制御を容易にすることができる。
請求項3記載の発明は、複数の前記請求項1又は請求項2記載の画素回路と、前記データラインに画像データが出力されているデータ出力期間に前記第1のスイッチ及び第2のスイッチをオンするスイッチ制御手段と、前記データ出力期間の後、前記画像データが予め定めた高階調領域の画像データである場合には、前記選択用トランジスタをオンするための信号を前記駆動信号ラインに出力し、前記画像データが前記高階調領域以外の低階調領域の画像データである場合には、前記選択用トランジスタをオフするための信号を出力する信号出力手段と、を備えたことを特徴とする。
この発明によれば、特性シフトが少ないノーマリオン特性であると共に駆動特性が異なる第1の駆動トランジスタ及び第2の駆動トランジスタを備えた構成の画素回路を備えているため、発光ダイオードの誤発光を防ぐことができ、画質の低下を防ぐことができると共に、階調数の低下を防ぐことができ、階調制御を容易にすることができる。
本発明によれば、周辺回路を複雑にすることなく、誤発光による画質低下を抑えると共に階調制御を容易にすることが可能になる、という効果を有する。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図1には、本実施形態に係る表示装置10の概略構成図を示した。この表示装置10は、OLEDを用いた表示パネル12、走査線駆動回路14及びデータ線駆動回路20を含んで構成されている。
表示パネル12は、N行M列分の画素回路2211〜22NMを備えている。走査線駆動回路14と1行目の画素回路2211〜221Mとは、走査線scan1により接続されており、走査線駆動回路14と2行目の画素回路2221〜222Mとは、走査線scan2により接続されており、以下同様に、走査線駆動回路14とN行目の画素回路22N1〜22NMとは、走査線scanNにより接続されている。
データ線駆動回路20と1列目の画素回路2211〜22N1とは、データ線Data1及び駆動信号線Drv1により接続されており、データ線駆動回路20と2列目の画素回路2212〜22N2とは、データ線Data2及び駆動信号線Drv2により接続されており、以下同様に、データ線駆動回路20とM列目の画素回路221M〜22NMとは、データ線DataM及び駆動信号線DrvMにより接続されている。
なお、各画素回路は同一構成であるため、画素回路を特に限定しない場合には、単に画素回路22と称する。また、データ線、駆動信号線、走査線についても、特に限定しない場合には、それぞれ単にData、Drv、scanと称する。
図2には、画素回路22の回路図を示した。同図に示すように、画素回路22は、OLED30、選択用トランジスタ32、高輝度用駆動トランジスタ34A、低輝度用駆動トランジスタ34B、第1のスイッチ36A、第2のスイッチ36B、第1のコンデンサ38A、及び第2のコンデンサ38Bを含んで構成されている。
OLED30のアノードは、所定の電源Vddに接続されており、カソードは、選択用トランジスタ32及び低輝度用駆動トランジスタ34Bのドレインに接続されている。
選択用トランジスタ32のソースは、高輝度用駆動トランジスタ34Aのドレインに接続されている。高輝度用駆動トランジスタ34A及び低輝度用駆動トランジスタ34Bのソースは、接地されている。
高輝度用駆動トランジスタ34A及び低輝度用駆動トランジスタ34Bのゲートは、第1のコンデンサ38Aの一端が接続されている。第1のコンデンサ38Aの他端は接地されている。第1のコンデンサ38Aは、高輝度用駆動トランジスタ34A及び低輝度用駆動トランジスタ34Bのゲート−ソース間電圧を保持する機能を有する。
第1のスイッチ36Aの一端は、データ線Dataに接続されており、他端は、第1のコンデンサ38Aの一端、高輝度用駆動トランジスタ34A及び低輝度用駆動トランジスタ34Bのゲートに接続されている。
データ線Dataには、データ線駆動回路20の電圧供給回路20Aにより、画素回路22で表示すべき画素の画像データ(輝度値)に応じた電圧が出力される。図2に示すように、電圧供給回路20Aは、画像データに応じた電圧を出力する電圧源40と、OLED30を発光させるために第1のコンデンサ38Aを充電するための期間においてオンするスイッチ42と、を含む構成である。
選択用トランジスタ32のゲートは、第2のコンデンサ38Bの一端が接続されている。第2のコンデンサ38Bの他端は接地されている。第2のコンデンサ38Bは、選択用トランジスタ32のゲート−ソース間電圧を保持する機能を有する。
第2のスイッチ36Bの一端は、駆動信号線Drvに接続されており、他端は、選択用トランジスタ32のゲートに接続されている。
駆動信号線Drvには、データ線駆動回路20の電圧回路20Bにより、画素回路22で表示すべき画素の画像データが高階調領域の画像データであれば選択用トランジスタ32をオンするための所定の電圧Vが出力され、当該画像データが低階調領域の画像データであれば0Vが出力される、すなわち接地される。
高輝度用駆動トランジスタ34A及び低輝度用駆動トランジスタ34Bは、ノーマリオン特性、すなわちゲート−ソース間電圧が0Vであってもドレイン電流が流れる特性である、無機酸化物のTFTで構成されている。
図3には、高輝度用駆動トランジスタ34A及び低輝度用駆動トランジスタ34Bの特性を示すものとして、ゲート−ソース間電圧とドレイン電流との関係を示す駆動特性の特性図を示した。同図において、実線で示す駆動特性44Aが高輝度用駆動トランジスタ34Aの特性を示し、一点鎖線で示す駆動特性44Bが低輝度用駆動トランジスタ34Bの特性を示している。
ここで、OLED30が最大輝度で発光するときの駆動電流を1μA(1×10−6A)とすると、駆動特性44Aのようなノーマリオン特性の駆動トランジスタのみでOLED30を駆動しようとした場合、ゲート−ソース間電圧Vgs=0Vでドレイン電流IDが1×10−8Aとなり、ON/OFF比が100:1となる。このため、OLED30のような電流駆動型の発光素子においては、コントラストが低下するだけでなく、階調数も制限されてしまう。
一方、ゲート−ソース間電圧Vgs=0Vにおけるドレイン電流IDを低下させるために、駆動特性44Bのようなノーマリオン特性の駆動トランジスタのみでOLED30を駆動しようとした場合、高輝度で発光させるために必要な電圧が非常に高くなってしまい、消費電力が増大してしまう。
そこで、本実施形態では、図3に示すように、高階調領域46Aにおいては、高輝度用駆動トランジスタ34AによりOLED30を駆動し、低階調領域46Bにおいては、低輝度用駆動トランジスタ34BによりOLED30を駆動する。これにより、コントラストの低下や階調数が制限されるのを防ぐことができると共に、消費電力の増大を抑制することができる。
なお、駆動トランジスタのゲート幅をW、ゲート長をLとした場合に、W/L比を調整することにより、図3の駆動特性44Aのような高輝度用駆動トランジスタ34A、駆動特性44Bのような低輝度用駆動トランジスタ34Bを作製することができる。すなわち、W/Lを大きくすると所定のゲート−ソース間電圧に対してドレイン電流が多く流れるトランジスタを作製することができ、W/Lを小さくすると所定のゲート−ソース間電圧に対してドレイン電流が少ないトランジスタを作製することができる。
高輝度用駆動トランジスタ34A、低輝度用駆動トランジスタ34Bとして用いるTFTは、例えば非特許文献としての“APPLIED PHYSICS LETTERS 92, 133503 2008”に記載された方法により作製することができる。
一方、選択用トランジスタ32は、本実施形態では、ノーマリオフ型、すなわちゲート−ソース間電圧が0Vの場合はドレイン電流が流れない図4に示すような駆動特性のTFTにより構成される。これは、ゲート−ソース間電圧が0Vの場合にドレイン電流が流れることによりOLED30が誤発光するのを防ぐためである。このようなTFTは、例えば非特許文献としての“APPLIED PHYSICS LETTERS 91, 091910 2007”に記載された方法により作製することができる。なお、選択用トランジスタ32をノーマリオフ型のTFTとすることにより、特性シフトが発生する場合があるが、選択用トランジスタ32は、単にスイッチとして用いるので、特性シフトが発生してもそのマージンを見込んで適切にオンオフできる範囲で制御すれば特に問題はない。
次に、画素回路22の具体的な動作について説明する。
図5には、データ線駆動回路20から出力される画像データが高階調領域の画像データである場合における走査線scan、駆動信号線Drv、データ線Dataに出力される信号のタイミングチャートを、図6には、データ線駆動回路20から出力される画像データが高階調領域の画像データである場合における走査線scan、駆動信号線Drv、データ線Dataに出力される信号のタイミングチャートをそれぞれ示した。
図5、6において、t1〜t3までが1フレームの期間である。
まず、画像データが高階調領域の画像データである場合について説明する。図5に示すように、t1−t2のデータ出力期間で、走査線駆動回路14により走査線scanがハイレベルとされる。これにより、第1のスイッチ36A及び第2のスイッチ36Bがオンされる。
また、これに同期して、データ線駆動回路20の電圧回路20Bにより駆動信号線Drvに所定の電圧Vが出力される。これにより、図7(A)に示す経路R1を充電電流が流れるため、第2のコンデンサ38Bが充電される。
さらに、これに同期して、データ線駆動回路20の電圧供給回路20Aのスイッチ42がオンする。これにより、画像データに応じて定められた高輝度用駆動電流がデータ線Dataに出力され、データ線Dataに出力された高輝度用駆動電流が図7(A)に示す経路R2を流れるため、第1のコンデンサ38Aが充電される。
そして、第1のコンデンサ38A及び第2のコンデンサ38Bが充電され、データ出力期間が終了すると、t2−t3の高輝度発光期間では、走査線scanがローレベルとされる。また、これと同期して、データ線駆動回路20の電圧回路20Bにより駆動信号線Drvが接地され、データ線駆動回路20の電圧供給回路20Aのスイッチ42がオフする。これにより、図7(B)に示すように、第1のスイッチ36A及び第2のスイッチ36Bがオフする。このとき、高輝度用駆動トランジスタ34A及び低輝度用駆動トランジスタ34Bのゲート−ソース間には、充電された第1のコンデンサ38Aにより駆動電圧が印加されていると共に、選択用トランジスタ32のゲート−ソース間には、充電された第2のコンデンサ38Bにより選択用トランジスタ32をオンするための電圧が印加されているため、図7(B)に示す経路R3、R4に電流が流れる。これにより、OLED30が画像データに応じて高輝度で発光する。
次に、画像データが低階調領域の画像データである場合について説明する。図6に示すように、t1−t2のデータ出力期間で、走査線駆動回路14により走査線scanがハイレベルとされる。これにより、第1のスイッチ36A及び第2のスイッチ36Bがオンされる。
また、これに同期して、データ線駆動回路20の電圧供給回路20Aのスイッチ42がオンする。これにより、画像データに応じて定められた高輝度用駆動電流がデータ線Dataに出力され、データ線Dataに出力された高輝度用駆動電流が図8(A)に示す経路R5を流れるため、第1のコンデンサ38Aが充電される。
なお、データ線駆動回路20の電圧回路20Bにより駆動信号線Drvは接地されるため、第2のコンデンサ38Bを充電するための電流は流れず、第2のコンデンサ38Bは充電されない。
そして、第1のコンデンサ38Aが充電され、データ出力期間が終了すると、t2−t3の高輝度発光期間では、走査線scanがローレベルとされる。これにより、図8(B)に示すように、第1のスイッチ36A及び第2のスイッチ36Bがオフする。このとき、低輝度用駆動トランジスタ34Bのゲート−ソース間には、充電された第1のコンデンサ38Aにより駆動電圧が印加されているため、図8(B)に示す経路R5に電流が流れる。これにより、OLED30が画像データに応じて低輝度で発光する。
なお、高輝度用駆動トランジスタ34Aのゲート−ソース間には、充電された第1のコンデンサ38Aにより駆動電圧が印加されているものの、第2のコンデンサ38Bが充電されておらず、選択用トランジスタ32がオフであるため、高輝度用駆動トランジスタ34Aには電流は流れない。
このような処理が1行目の画素回路2211〜221MからN行目の画素回路22N1〜22NMまで順次走査されて実行されることにより、表示パネル12に画像が表示される。
このように、本実施形態では、ノーマリオン特性の高輝度用駆動トランジスタ34A及び低輝度用駆動トランジスタ34Bを並列接続すると共に選択用トランジスタ32を高輝度用駆動トランジスタ34AとOLED30との間に接続した構成とし、高輝度領域と低輝度領域とで各駆動トランジスタを別々に駆動するため、周辺回路を複雑にせずに誤発光による画質低下を抑えると共に、階調制御を容易にすることが可能になる。
表示装置の概略構成図である。 画素回路の回路図である。 ノーマリオン特性の高輝度用駆動トランジスタ及び低輝度用駆動トランジスタのゲート−ソース間電圧とドレイン電流との関係を示す特性図である。 ノーマリオフ特性の選択用トランジスタの特性図である。 高輝度で発光する場合における走査線scan、駆動信号線Drv、データ線Dataのタイミングチャートである。 低輝度で発光する場合における走査線scan、駆動信号線Drv、データ線Dataのタイミングチャートである。 (A)は充電時の電流の流れについて説明するための図、(B)は高輝度用駆動で発光する場合における電流の流れについて説明するための図である。 (A)は充電時の電流の流れについて説明するための図、(B)は低輝度で発光する場合における電流の流れについて説明するための図である。 従来のOLED駆動回路の回路図である。
符号の説明
10 表示装置
12 表示パネル
14 走査線駆動回路
20 データ線駆動回路
20A 電圧供給回路
22 画素回路
32 選択用トランジスタ
34A 高輝度用駆動トランジスタ
34B 低輝度用駆動トランジスタ
36A 第1のスイッチ
36A 第2のスイッチ
38A 第1のコンデンサ
38B 第2のコンデンサ
40 電圧源
42 スイッチ
scan 走査線
Drv 駆動信号線
Data データ線

Claims (3)

  1. アノードが所定の電源に接続された発光ダイオードと、
    ノーマリオン特性である第1の駆動トランジスタと、
    ノーマリオン特性であると共に、ドレインが前記発光ダイオードのカソードに接続され、且つ前記第1の駆動トランジスタよりもゲート長に対するゲート幅の比が小さい第2の駆動トランジスタと、
    前記第1の駆動トランジスタのドレインと前記発光ダイオードのカソードとの間に接続され、前記第1の駆動トランジスタを選択して駆動するための選択用トランジスタと、
    一端が前記第1の駆動トランジスタ及び前記第2の駆動トランジスタのゲートに各々接続され、他端が接地された第1の容量素子と、
    一端が前記選択用トランジスタのゲートに接続され、他端が接地された第2の容量素子と、
    一端が画像データが出力されるデータラインに接続され、他端が前記第1の容量素子の一端及び前記第1の駆動トランジスタ及び前記第2の駆動トランジスタのゲートに接続された、前記第1の容量素子を充電するための第1のスイッチと、
    一端が前記選択用トランジスタをオンオフするための信号が出力される駆動信号ラインに接続され、他端が前記第2の容量素子の一端及び前記選択用トランジスタのゲートに接続された、前記第2の容量素子を充電するための第2のスイッチと、
    を備えた画素回路。
  2. 前記発光ダイオードが、有機EL素子である
    請求項1記載の画素回路。
  3. 複数の前記請求項1又は請求項2記載の画素回路と、
    前記データラインに画像データが出力されているデータ出力期間に前記第1のスイッチ及び第2のスイッチをオンするスイッチ制御手段と、
    前記データ出力期間の後、前記画像データが予め定めた高階調領域の画像データである場合には、前記選択用トランジスタをオンするための信号を前記駆動信号ラインに出力し、前記画像データが前記高階調領域以外の低階調領域の画像データである場合には、前記選択用トランジスタをオフするための信号を出力する信号出力手段と、
    を備えた表示装置。
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