JP2011090174A - 表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】発光素子の電極間を共通で色別の画像を時間順に表示する表示装置では、画像データを記憶する大規模なメモリが必要、また表示品質の悪化がある。
【解決手段】第1の電極と第1の発光層と第2の電極とが第1の発光素子を構成し、第2の電極と第2の発光層と第3の電極とが第2の発光素子を構成する表示装置であって、第2の電極が第1の定電圧に保持され、第1の電極に第1の電流回路が接続され、第1の電流回路は第1の電極から第2の電極に向かう方向に電流を供給し、第3の電極に第2の電流回路が接続され、第2の電流回路は第2の電極から第3の電極に向かう方向に電流を供給することを特徴とする表示装置。
【選択図】図4
【解決手段】第1の電極と第1の発光層と第2の電極とが第1の発光素子を構成し、第2の電極と第2の発光層と第3の電極とが第2の発光素子を構成する表示装置であって、第2の電極が第1の定電圧に保持され、第1の電極に第1の電流回路が接続され、第1の電流回路は第1の電極から第2の電極に向かう方向に電流を供給し、第3の電極に第2の電流回路が接続され、第2の電流回路は第2の電極から第3の電極に向かう方向に電流を供給することを特徴とする表示装置。
【選択図】図4
Description
本発明は、表示装置、詳しくは電流を注入して発光するエレクトロルミネッセンス(EL)素子などの発光素子を画像表示に使用したアクティブマトリクス型表示装置に関する。
EL素子を駆動するアクティブマトリックス型の表示装置について、個別に駆動できる少なくとも2つのEL素子を基板上に積層させ発光させる方法がある。
特許文献1に開示の表示装置は、発光素子を積層して構成し、発光素子の電極との間に絶縁層を配置し、それぞれの発光素子を独立で駆動するものである。これに対し、特許文献2に開示の表示装置は、積層された発光素子の電極を共通に接続し、駆動電圧の振幅を時分割で駆動することにより各発光素子を発光させるものである。
特許文献1の表示装置においては、発光素子の電極との間に絶縁層を配置するため、画素回路を個別に構成でき、プログラミング動作と発光動作を各色ともに同じタイミングで行うことができる。しかしながら、発光素子の電極を共通化できないことにより、各電極から電源への配線やコンタクトが複雑化し、画素回路内のトランジスタや容量を効率的に配置できないばかりか、開口率の低下を招く場合がある。また、絶縁層を設けることにより工程数が増加し、コスト増加や歩留まり悪化の要因にもなりうる。
また、特許文献2の表示装置においては、入力されるビデオデータは、色ごとに並列でラスター走査の順に時系列のデータになるのが一般的である。しかしながら、1フィールド期間内に発光色毎に順次時間を分割して発光させるためには、ビデオデータを一旦受けて、各色異なるプログラミング時に再度データを供給するためのメモリ手段が必要である。このためメモリ手段にかかるコスト増加が生じる。また、時分割発光は発光色を同時にプログラミングし、次のプログラム期間まで同時に発光できる方式に比べ、発光素子に対し同一電流を供給するならば表示装置全体の発光輝度が低下する。このため同時発光方式と同等の輝度を得るためには発光素子に電流をより多く流さなければならないことによる素子劣化の問題も避けられない。さらに時分割発光にはプログラム周期や、激しく動く動画像、見る人の瞬きや頭をふるなどの動作によっては目の中でRGBの各色の残像がうまく重ならずにずれてしまう。そしてずれた部分の色がノイズとして認識されることになるカラーブレイキングという表示品質低下などの課題がある。
そこで、本発明は、各々の発光素子の画素回路に同時にプログラムし、かつ同時に発光が可能な表示装置を提供することを目的とする。これにより、製造工程数を抑え、メモリレスで安価な表示装置を高品質な画像で提供することができる。
上記課題を解決するために、本発明は、第1の電極と、第2の電極と、第3の電極と、前記第1の電極と前記第2の電極との間に設けられた第1の発光層と、前記第2の電極と前記第3の電極との間に設けられた第2の発光層と、を有し、前記第1の電極と前記第1の発光層と前記第2の電極とが第1の発光素子を構成し、前記第2の電極と前記第2の発光層と前記第3の電極とが第2の発光素子を構成する表示装置であって、前記第2の電極が第1の定電圧に保持され、前記第1の電極に第1の電流回路が接続され、前記第1の電流回路は、第1の電圧信号が入力され、前記第1の電圧信号によって決まる電流を、前記第1の電極から前記第2の電極に向かう方向に供給し、前記第3の電極に第2の電流回路が接続され、前記第2の電流回路は、第2の電圧信号が入力され、前記第2の電圧信号によって決まる電流を、前記第2の電極から前記第3の電極に向かう方向に供給することを特徴とする表示装置を提供するものである。
本発明の表示装置によれば、各々の発光素子の画素回路に同時にプログラムし、かつ同時に発光が可能になる。これにより、製造工程数を抑え、メモリレスで安価な表示装置を高品質な画像で提供することができる。
図1は本発明のアクティブマトリクス型表示装置の画素配列と走査線、データ線の敷設形態を示す図である。
画素Pは行方向と列方向にn行m列のマトリクス状に配列し、行方向に画素を接続する走査線R1、R2、・・・、Rn(全n本。以下代表してRと書く)と、列方向に画素を接続するデータ線D1、D2、・・・、Dm(全m本。以下代表してDと書く)がそれぞれ配置されている。走査線Rには順に選択信号が印加されて画素を行単位で選択する。列方向のデータ線Dには時間的に変動する表示信号が印加されており、選択行の画素Pにそのときの表示信号が供給される。
プログラミングとは、走査線Rに順次選択信号が印加されて、選択された行の各画素Pに、データ線Dから映像信号が供給され、画素内に設けられているキャパシタなどの電圧保持機構によって保持される動作である。各行の走査線Rに選択信号が印加されている期間がプログラミング期間である。この期間は行ごとに1プログラミング期間ずつ時間的にずれていく。
各行はプログラミング期間が終了すると発光期間に移る。各画素に設けられた回路が保持容量に保持された映像信号に応じた電流を発生させ発光素子に供給する。発光素子はこの電流に応じた輝度で発光する。
本発明の表示装置は、各画素が、赤、緑、青の3色(一般には異なる複数の色)発光する複数の発光部を備えている。マトリクス配置された画素の各行は、1フレーム期間に、プログラミング期間とその後の発光期間を持っている。場合によっては発光期間の後に非発光期間が設けられる。
プログラミング期間中に、当該選択行の画素に、異なる各色の映像信号を、順次、プログラミングする。プログラミングされた映像信号は、保持容量に保持される。その後の発光期間に、各発光部がプログラミングされた映像信号に応じた輝度で発光し、合成されたカラー画像を得る。
各画素には色別に映像信号を保持する複数の上記保持容量と、保持された映像信号を電流に変換して順次発光素子に供給するための回路部が設けられる。
映像信号を供給する各列のデータ線は、以下の例で示すように色別に複数本設けられる。別の方式として、1本のデータ線にして時分割で色別信号を供給するようにしてもよい。
図2は、AB2色を発光する本発明の表示装置の実施形態におけるプログラミングと表示の時間的順序を表す図である。
row(1)からrow(n)まで各行が順次選択され、各行のプログラミングが行われる。その際、複数の発光素子に対応して複数の映像信号がプログラミングされる。その後、一定期間発光期間となり、その後非発光期間となる。表示装置全体の輝度の調整として発光期間、非発光期間のデューティを設定する。
図2ではA発光期間、B発光期間の発光が1回ずつとなっているが、消灯期間を2回またはそれ以上設けて各色が複数回点滅するようにするとフリッカが軽減される。
図3は本発明の表示装置の画素の断面を模式的に示したものである。
図3では、基板上に、第1の電極と、第2の電極(電極14)と、第3の電極とを有する。また、第1の電極と第2の電極との間には第1の発光層を有し、第2の電極と第3の電極との間には第2の発光層を有する。第1の電極と第1の発光層と第2の電極とが第1の発光素子を構成し、第2の電極と第2の発光層と第3の電極とが第2の発光素子を構成する。なお、電極10又は電極11が第1の電極である場合には、電極9が第3の電極、発光素子7又は発光素子8が第1の発光素子、発光素子6が第2の発光素子となる。電極9が第1の電極である場合には、電極10又は電極11が第3の電極、発光素子6が第1の発光素子、発光素子7又は発光素子8が第2の発光素子となる。
1つの画素Pは、基板15の上に、2色の発光素子7,8と発光素子6が積層された構成からなる。各発光素子は有機エレクトロルミネセンス(EL)素子であって、ダイオード特性をもち、アノードからカソードに向かって電流が流れて発光する。発光素子6はアノードに電極14とカソードに電極9が接続されている。発光素子7,8のカソードは電極14に接続され、アノードは独立に駆動できるように電極10,11にそれぞれ接続されている。最上層の電極9は画素回路3に接続される。また、電極10,11はそれぞれ画素回路4、5に接続されている。このように接続された発光素子7,8と発光素子6は基板15から順方向に直列接続されたダイオードと考えることができる。
図4は、図3の画素の発光部と画素回路の配置を示す一例である。
第1の発光素子と第2の発光素子を含む画素と、その駆動回路(画素回路3〜5)はマトリクス状に配置され、隣接する画素において第2の電極を共通電極とするのが好適である。
図4では、第2の電極(電極14)に第1の定電圧Vgが入力されている。第1の電流回路(画素回路4又は画素回路5)は第1の電極(図4に不図示)を介して電源線13に接続され、第1の電流回路は第1の電極から第2の電極に向かう方向に電流を供給する。第1の電流回路には電源線13から第2の定電圧が入力される。第2の電流回路(画素回路3)は第3の電極(図4に不図示)を介して電源線12に接続され、第2の電流回路は第2の電極から第3の電極に向かう方向に電流を供給する。第2の電流回路には電源線12から第3の定電圧が入力される。第1の電流回路はP型トランジスタ、キャパシタ等からなり、第2の電流回路はN型トランジスタ、キャパシタ等からなる。
第1の電流回路と第2の電流回路にはそれぞれデータ線data1(m)〜data3(m)が接続されている。第1の電流回路4または5に接続されるデータ線data2またはdata3からは、電圧の範囲が最小電圧V1〜最大電圧V2の第1の電圧信号が入力される。第2の電流回路3に接続されたデータ線data1からは、電圧の範囲が最小電圧V3〜最大電圧V4の第2の電圧信号が入力される。図4の画素回路においては、
V4<第1の定電圧<V1
の関係が成り立つように電圧V1〜V4を設定する。
V4<第1の定電圧<V1
の関係が成り立つように電圧V1〜V4を設定する。
図4の構成をとることにより、各々の発光素子の画素回路に同時にプログラムし、かつ同時に発光が可能になる。なお、本発明の表示装置の構成は図4の構成に限定されるわけではない。例えば、図6、図8に示す構成であっても各々の発光素子の画素回路に同時にプログラムし、かつ同時に発光が可能になる。或いはこれら以外の構成であっても良い。
図6の構成では、データ線から第1の電流回路に入力される第1の電圧信号の範囲を最小電圧V1〜最大電圧V2とし、データ線から第2の電流回路に入力される第2の電圧信号の範囲を最小電圧V3〜最大電圧V4とすると、以下の関係を満たすように電圧V1〜V4を設定する。
V2<第1の定電圧<V3
V2<第1の定電圧<V3
図8の構成では、データ線から第1の電流回路に入力される第1の電圧信号の範囲を最小電圧V1〜最大電圧V2とし、データ線から第2の電流回路に入力される第2の電圧信号の範囲を最小電圧V3〜最大電圧V4とすると、以下の関係を満たすように電圧V1〜V4を設定する。
第1の定電圧<V1、かつ第1の定電圧<V3
または、V2<第1の定電圧、かつV4<第1の定電圧
第1の定電圧<V1、かつ第1の定電圧<V3
または、V2<第1の定電圧、かつV4<第1の定電圧
本発明の表示装置に使用する画素回路のレイアウトとしては、図11のように第2の定電圧が供給される電源線13と第3の定電圧が供給される電源線12が表示領域内で並行する配線であり、表示領域内の対向する辺から供給されるレイアウトにするのが好ましい。また、図10のように第2の定電圧が供給される電源線13と第3の定電圧が供給される電源線12が表示領域内で直交するレイアウトにするのが好ましい。
以下に、本発明の表示装置の実施例を示す。
(実施例1)
図4は、図3の画素の発光部と画素回路の配置を示す一例である。
図4は、図3の画素の発光部と画素回路の配置を示す一例である。
D/Aコンバータ1とアンプ2は画素列(m)ごとに備えられている。D/Aコンバータ1は外部から入力されたディジタルビデオ信号をアナログ電圧信号に変換し、アンプ2に出力する。アンプ2はそれを増幅して当該画素列のデータ信号data(m)を発生する。
n行、m列目にある各画素PにはP1(n),P2(n)の2本の走査線、data3(m)、data2(m)、data1(m)の3本のデータ線、発光素子の上下電極に接続された電源線13、12と画素回路3,4,5に共通な電極14が配設されている。D/Aコンバータ1から出力されたアナログ電圧はアンプ2を通してゲイン変換され、データ線data(m)へ出力される。データ線data(m)は選択線P3、P4、P5からの信号に応じて選択スイッチQP3,QP4,QP5がONし、各データ線data1(m)、data2(m)、data3(m)に接続される。n行目にある、画素回路3にはデータ線data1(m)と走査線P2(n)が入力され、画素回路4にはデータ線data2(m)と走査線P1(n)が入力され、画素回路5にはデータ線data3(m)と走査線P1(n)が入力される。
なお、図1では、走査線が各行に1本、データ線も各列に1本描かれていたが、本実施例では図4のようにそれぞれ3本のデータ線と2本の走査線で構成されている。
発光素子6とそれを駆動する画素回路3、発光素子7とそれを駆動する画素回路4、発光素子8とそれを駆動する画素回路5を一つにまとめたものを画素Pとする。
画素回路3は、一端がデータ線data1(m)に接続され、スイッチングトランジスタQ2Aと、データ線data1(m)から入力される電圧信号を保持する容量C1Aと、駆動トランジスタQ1Aと、発光素子6とで構成されている。駆動トランジスタQ1Aは、ゲートが容量C1Aに、ソースが電源線12にそれぞれ接続され、容量C1Aの電圧に応じた電流をドレイン電流として発生する。駆動トランジスタQ1A、スイッチQ2AはともにN型の電界効果トランジスタである。
発光素子6のアノードには基準となる第1の定電圧Vg(これをGND電位とする)が設定され、電源線12には負電圧VCC2が設定されている。
スイッチQ2Aは、走査線P2(n)のH(Highレベル)信号によってONとなり、このとき、データ線data1(m)からビデオデータに相当する電圧信号が駆動トランジスタQ1Aのゲートに入力される。この入力信号は容量C1Aに保持され、スイッチQ2AがOFFになった後、次回のプログラミング時まで保持される。駆動トランジスタQ1Aのソースは電源線12に接続され、ドレインは発光素子6のカソードの電極9に接続される。容量C1Aに保持された電圧信号によって、駆動トランジスタQ1Aのゲート−ソース(VCC2)間電圧が決まり、閾値電圧Vthと、L/W比および移動度に依存した大きさのドレイン電流を共通電極14から発光素子6を介して電源線12に流す。
画素回路4,5は、正電圧VCC1の電源線13に接続され、P型の駆動トランジスタQ1B,Q1Cを備えているほかは、画素回路3と同じ構成を持ち、同じ動作をする。スイッチングトランジスタQ2B、Q2Cは、走査線P1(n)のH(Highレベル)信号によってONとなり、データ線data2(m)、data3(m)からビデオデータに相当する電圧信号が駆動トランジスタQ1B、Q1Cのゲートに入力される。この入力信号は容量C1B、C1Cに保持される。
P型の駆動トランジスタQ1B、Q1Cは、ソースが電源線13に接続され、ドレインは発光素子7,8のアノードに接続される。駆動トランジスタQ1B、Q1Cは容量C1B、C1Cに保持された電圧により発光素子7,8に駆動電流を供給する。
図4の動作を図5に示すタイミングチャートにより説明する。
図5(a)はn行目の画素Pのプログラミングの動作を示している。引き続くタイミングでn+1行目の画素がプログラミングされる。
選択線P3,P4,P5は、各行のプログラミング期間の初めにおいて選択パルスを、P3がt1〜t2の期間、P4がt2〜t3の期間、P5がt3〜t4の期間Hとし、選択スイッチQP3、QP4、QP5がONする。各画素列に一つのD/Aコンバータ1とアンプ2を時系列で動作させることにより3列のデータ線data1(m)〜data3(m)の上にある画素回路3,4,5をプログラミングすることができる。D/Aコンバータ1とアンプ2を3列のデータ線の各々に1つずつ設けることも可能である。
アンプ2は、選択スイッチQP3、QP4、QP5が順次ONするタイミングで電圧信号Vdata1,Vdata2,Vdata3を発生する。これによって、t1〜t2、t2〜t3、t3〜t4の各期間に、データ線data1(m)〜data3(m)にVdata1〜Vdata3の各電圧信号が伝達される。
データ線data1(m)、data2(m)、data3(m)は、それぞれ、各行の走査線P1(n)、P2(n)や電源線12、13、14と交差しているために、比較的大きな寄生容量を持っている。本実施例の表示装置の場合、各寄生容量は概ね10pFである。各データ線に伝達された電圧信号はこの寄生容量に蓄えられる。
t4〜t5の期間において各選択線P3,P4,P5はL(Lowレベル)になり、選択スイッチQP3、QP4、QP5がOFFする。各データ線data1(m)、data2(m)、data3(m)にはそれぞれのビデオデータに相当した電圧信号が保持されている。
t5〜t6の期間において走査線P1(n)、P2(n)がH(Highレベル)になり、スイッチQ2A、Q2B、Q2Cが同時にONとなる。これにより、電圧信号Vdata1〜Vdata3が各容量C1A、C1B、C1Cにプログラムされる。画素回路の容量C1A、C1B,C1Cは1pF以下の大きさであり、データ線の寄生容量は画素回路の容量に比べて数十倍である。このため、各データ線に保持された電圧はそのまま画素回路の各容量にプログラミングされる。
t6期間以降次のプログラミング動作に入るまで各発光素子は入力された電圧信号に応じた駆動トランジスタの駆動電流により発光動作になる。電流増幅率β、閾値電圧Vthを用いて駆動トランジスタQ1A、Q1B、Q1Cの駆動電流をそれぞれ表すと、
IQ1A=β(Vdata1−VCC2−Vth)2
IQ1B=β(VCC1−Vth−Vdata2)2
IQ1C=β(VCC1−Vth−Vdata3)2
となる。
IQ1A=β(Vdata1−VCC2−Vth)2
IQ1B=β(VCC1−Vth−Vdata2)2
IQ1C=β(VCC1−Vth−Vdata3)2
となる。
ポリシリコンで形成した薄膜トランジスタの場合、閾値電圧Vthや電流増幅率βはトランジスタごとに異なっているのが普通であるが、ここではすべて一定とした。
N型の駆動トランジスタQ1Aの場合は、ゲート電位Vdata1がソース電位VCC2よりも閾値電圧Vthを超えて高くなったときに駆動電流が流れる。最小駆動電流を与えるゲート信号電圧はVCC2+Vthである。したがって、データ線data1に伝えられる信号の最低電位はVCC2より高い。
また、駆動電流は駆動トランジスタのゲート電圧でコントロールされ、ELの特性に左右されないことが望ましい。このため、駆動トランジスタは常に飽和領域で動作することが要請される。飽和動作範囲での駆動電流の最大は、駆動トランジスタのゲートとドレインが同電位になったところの電流であり、このときのゲート電位はVgから発光素子の両端電圧を差し引いた電位(Vg−VEL)である。したがって、ゲートに入力される電圧信号の最大値は高々Vgである。
結局、本実施例のように、データ線に与える電圧信号が、そのまま駆動トランジスタのゲートに伝わる画素回路においては、N型の駆動トランジスタを含む画素回路3では、データ線電圧Vdata1の可変範囲[V1、V2]は、図5(b)に示すように、最低電位となる最小電圧V1がVCC2より閾値だけ高い電圧、最高電位となる最大電圧V2はVg以下であるということができる。
同様に考えて、P型の駆動トランジスタを含む画素回路4,5では、データ線電圧Vdata2、Vdata3の可変範囲を[V3、V4]とすると、図5(b)に示すように、V3はVgより高く、V4はVCC1より低い電位に設定することが望ましい。
各走査線P1(n)とP2(n)とは、駆動タイミング(HからL、LからHへの切り替わりタイミング)が同じで、かつ極性(画素回路をアクティブにするパルスがHかLか)も同じである。
図5(c)に示すように、本実施例ではデータ線の電圧が上述の範囲に設定されるので、この範囲の電圧を完全にONまたはOFFするためには、
P1(n)は、Lレベル=Vg、Hレベル=VCC1、
P2(n)は、Lレベル=VCC2、Hレベル=Vg、
に設定することが好ましい。
P1(n)は、Lレベル=Vg、Hレベル=VCC1、
P2(n)は、Lレベル=VCC2、Hレベル=Vg、
に設定することが好ましい。
図4の表示装置では、上記構成をとることにより、各々の発光素子の画素回路に同時にプログラムし、かつ同時に発光が可能になる。
(レイアウトについて)
実施例1に示した積層構造の画素回路のレイアウトの一例を図10、図11に示す。
実施例1に示した積層構造の画素回路のレイアウトの一例を図10、図11に示す。
図10、図11ともに各画素回路3と画素回路4,5は同一形状ではない構成にしている。これは画素回路3と画素回路4,5は電源電圧が異なるため、振幅の絶対値が異なる信号線を他の画素回路上に配線しないためである。
例えば走査線P1(n)、P2(n)について、走査線P1(n)はLレベルがVg、HレベルがVCC1であるため、電源電圧はVCC2が入力される画素回路3上に配線しないようにし、画素回路4,5上だけに配線できるような形状にしている。走査線P2(n)についても同様、LレベルがVCC2、HレベルがVgであるため電源電圧はVCC1が入力される画素回路4,5上に配線しないように画素回路3上に配線できる形状にしている。これにより、画素回路3,4,5は駆動における精度向上、信頼性を向上することができる。
図10と図11は電源線12、13の配線を並行にするか、直交させるパターンについてレイアウトしたものである。
図10は電源線12、13の配線を並行に配列している。電源線12は隣り合う画素回路3に左右から入力することができるので2列おきに配線することができる。1列おきに配線することに比べて画素回路を大きくすることができ、また表示エリアの開口率も向上することができる。電源線13は1列ごとに配線し、画素回路4,5に左右から入力する。
図12は電源線12、13を表示装置上のレイアウトとして実際に示した一例である。基板15上に表示領域16、ドライバIC18、FPC17を配置し、外部との信号入出力を横からの取り出しとして想定したものである。
各電源線13、12は基板15と表示領域16外との間(以降額縁と称する)では長辺方向にそれぞれ対向するように配置する。そして各辺から表示領域16内に短辺方向に並行して配線する。電極14は表示領域16内では透明電極を使用し、表示領域14外ではアルミなどの配線を使用し、短辺方向に並行している部分でコンタクトしている。
各電源線13、12、電極14はドライバIC18を挟んでFPC17から外部へ接続する。各電源線13、12は発光素子6,7,8の効率等を考慮し、最適な電源線幅を各々決定することで額縁をより狭くすることができる。
図11は電源線12、13の配線を直交させて配列している。電源線12は画素回路3を電源線12に対してミラー配置にすることで2行おきに配線することができる。
図10と同様にして1行おきに配線することに比べて画素回路を大きくしたり、表示エリアの開口率を向上することができる。電源線13は1列ごとに配線し、画素回路4,5に左右から入力する。
図13は電源線12、13を表示装置上のレイアウトとして実際に示した一例である。図12と同様にして基板15上に表示領域16、ドライバIC18、FPC17を配置し、外部との信号入出力を横からの取り出しとして想定したものである。
電源線13は基板15の額縁内にて長辺方向に配線し、電源線12は基板15の短辺方向に配線する。電源13は表示領域16内に短辺方向に並行して配線する。電源12は表示領域16内に長辺方向に並行して配線する。
電極14は表示領域16内では透明電極を使用し、表示領域14外ではアルミなどの配線を使用し、短辺方向に並行している部分でコンタクトしている。
各電源線13、12、電極14はドライバIC18を挟んでFPC17から外部へ接続する。各電源線13、12は発光素子6,7,8の効率等を考慮し、最適な電源線幅を各々決定することで額縁をより狭くすることができる。
(実施例2)
実施例1の画素回路においては、駆動トランジスタのVthのばらつきによって駆動電流が変動してしまうという問題があった。本実施例は、Vthのばらつきを補償した画素回路の例である。
実施例1の画素回路においては、駆動トランジスタのVthのばらつきによって駆動電流が変動してしまうという問題があった。本実施例は、Vthのばらつきを補償した画素回路の例である。
図6に本実施例の回路を示す。図4と同じ働きをする部分には同じ符号をつけ、説明を省略する。
図4と異なる点は、各画素回路の駆動トランジスタのゲートとスイッチングトランジスタとの間に、容量C2A,C2B,C2Cが挿入され、駆動トランジスタのゲート−ドレイン間に、スイッチングトランジスタQ3A,Q3B,Q3Cが接続されている点である。その他、駆動トランジスタのドレインと発光素子のカソードの間にスイッチングトランジスタQ4Aが挿入され、駆動トランジスタのドレインと発光素子のアノードの間にスイッチングトランジスタQ4B,Q4Cが挿入されている点が図4と異なる。
スイッチQ3Aは、ゲートが走査線P7(n)に接続され、スイッチQ3B、Q3Cのゲートは、走査線P6(n)に接続されている。スイッチQ4Aは、ゲートが走査線P9(n)に接続され、スイッチQ4B、Q4Cのゲートは、走査線P8(n)に接続されている。
図6の動作を図7に示すタイミングチャートにより説明する。
図7(a)はn行目の画素Pのプログラミングの動作を示している。
まずn行目のプログラミング期間の初めのt1〜t2の期間に、アンプ2が電圧信号Vgを発生し、走査線P1(n)、P2(n)、P6(n)、P7(n)、選択線P3,P4、P5が、一律にHになる。同時に走査線P8(n)とP9(n)はLになる。また選択線P3がt3〜t4の期間、P4がt4〜t5の期間、P5がt5〜t6の期間それぞれHになる。選択スイッチQP3、QP4、QP5はH信号を入力された時ONする。
この結果、データ線data1(m)、データ線data2(m)、データ線data3(m)は、すべてVgになる。P1(n)、P2(n)、P6(n)、P7(n)がHなのでスイッチQ2A、Q2B、Q2CがONし、容量C2A、C2B、C2Cの一端もVgの電位となる。また、スイッチQ3A、Q3B、Q3CがONすることで駆動トランジスタQ1A、Q1B、Q1Cのゲート−ドレイン間は短絡される。各駆動トランジスタQ1A、Q1B、Q1Cはダイオード接続の状態になり、スイッチQ4A、Q4B、Q4CはOFFなので、駆動トランジスタのドレイン電流は短絡された経路を通って容量C1A,C1B,C1Cの電荷を放電しながら0に近づく。ドレイン電流が0に近づくにつれてゲート−ソース間電圧がその駆動トランジスタの閾値電圧Vthに収束していく。閾値電圧Vthは駆動トランジスタごとに異なる値であってもよい。
次のt2〜t3の期間に、P1(n),P2(n)は引き続きH、P8(n),P9(n)は引き続きLであるが、P3,P4,P5,P6(n)、P7(n)がLになる。スイッチQ3A、Q3B、Q3CがOFFになり、容量C1A、C1B、C1Cの両端には各駆動トランジスタの閾値電圧Vthが保持され、容量C2A、C2B、C2Cの両端には電圧Vgと各駆動トランジスタの閾値電圧Vthとの差電圧が保持された状態になる。
引き続くt3〜t4、t4〜t5、t5〜t6の3期間において、アンプ2の出力が順にVdata1、Vdata2、Vdata3になるとともに、選択線P3、P4、P5が順次Hになり、選択スイッチQP3、QP4、QP5がこの順にONになる。
初めのt3〜t4の期間にデータ線data1(m)には、電圧信号として、Vgより高い+Vdata1の電位が入力される。この結果、容量C2Aの一端の電位はVgからVdata1にシフトし、それによって駆動トランジスタQ1Aのゲート電位も(VCC2+Vth)から(Vdata1−Vg)の容量C1AとC2Aによる分割比の分、高電位側にシフトされる。
次のt4〜t5の期間において、選択スイッチQP4がONし、データ線data2(m)には、電圧信号として、Vgより低いVdata2の電位が入力される。駆動トランジスタQ1Bのゲート電位は(VCC1−Vth)から(Vg−Vdata2)の容量C1BとC2Bによる分割比の分だけ低電位側にシフトされる。
t5〜t6の期間において、選択スイッチQP5がONし、データ線data3(m)にはVgより低いVdata3の電位が、電圧信号として、入力される。駆動トランジスタQ1Cのゲート電位は(VCC1−Vth)から(Vg−Vdata3)の容量C1CとC2Cによる分割比の分、低電位側にシフトされる。
このように、データ線に印加される信号は、画素回路3と画素回路4、5とで極性が異なり、Vdata1はVgより高い電位(正電位)、Vdata2とVdata3はVgより低い電位(負電位)である。このため、シフトした後の駆動トランジスタのゲート電位は、容量Q1Aにおいては高い方に、容量Q1BとQ1Cにおいては低い方にシフトし、それぞれの駆動トランジスタを導通する方向に、つまりドレイン電流を発生するように変化させる。
t7でP1(n)、P2(n)がLになり、プログラミングが終了する。同時に,P8(n)、P9(n)がHになり、スイッチQ4A、Q4B、Q4CがONになって各発光素子は入力された電圧信号に応じた駆動トランジスタの駆動電流により発光動作になる。電流増幅率βを用いてt7以降の駆動トランジスタQ1A、Q1B、Q1Cの駆動電流をそれぞれ表すと、
IQ1A=β(Vdata1−Vg)2
IQ1B=β(Vg−Vdata2)2
IQ1C=β(Vg−Vdata3)2
となる。
IQ1A=β(Vdata1−Vg)2
IQ1B=β(Vg−Vdata2)2
IQ1C=β(Vg−Vdata3)2
となる。
駆動トランジスタのゲート−ソース間電圧が閾値電圧Vth含んでいるので、ドレイン電流の値から閾値電圧Vthのばらつきがキャンセルされ、同一データに対して均一な駆動電流が発生する。
結局、N型の駆動トランジスタを含む画素回路3では、データ線電圧Vdata1の可変範囲[V1、V2]は、図7(b)に示すように、最小電圧V1がVg、最大電圧V2はVCC1であるということができる。
同様に考えて、P型の駆動トランジスタを含む画素回路4,5では、データ線電圧Vdata2、Vdata3の可変範囲を[V3、V4]とすると、図7(b)に示すように、V3はVCC2より高く、V4はVgより低い電位に設定することが望ましい。
本実施例のような、データ線と駆動トランジスタとが容量C1を介して結合しており、基準電圧からの電圧変動が結合容量C1を通じて駆動トランジスタのゲートに伝達されるときは、データ線に印加される電圧信号の範囲はVgを挟んで両側に分布し、N型の駆動トランジスタに対するデータ電圧はVgより高い電圧範囲に、P型の駆動トランジスタに対するデータ電圧はVgより低い電圧範囲にある。
データの極性が実施例1と逆になるので、走査線の電圧は、P1(n)を
Hレベル=Vg、
Lレベル=VCC2、
P2(n)を
Hレベル=VCC1、
Lレベル=Vg、
に設定される(図7(c))。
Hレベル=Vg、
Lレベル=VCC2、
P2(n)を
Hレベル=VCC1、
Lレベル=Vg、
に設定される(図7(c))。
走査線P6(n)とP8(n)はスイッチQ3B、Q3C,Q4B,Q4C両端の電位がVCC1とVgの間にあるので、
Hレベル=Vg、
Lレベル=VCC2、
に設定され、走査線P7(n)とP9(n)はスイッチQ3A,Q4A両端の電位がVgとVCC2の間にあるので、
Hレベル=VCC1、
Lレベル=Vg、
に設定される(図7(c))。
Hレベル=Vg、
Lレベル=VCC2、
に設定され、走査線P7(n)とP9(n)はスイッチQ3A,Q4A両端の電位がVgとVCC2の間にあるので、
Hレベル=VCC1、
Lレベル=Vg、
に設定される(図7(c))。
図6の表示装置では、上記構成をとることにより、各々の発光素子の画素回路に同時にプログラムし、かつ同時に発光が可能になる。
レイアウトについては、実施例1と同じ構成である。
(実施例3)
図8は、本実施例の回路であり、データ信号の極性を同一にして図6のD/Aコンバータ1のダイナミックレンジをさらに小さくした画素回路である。
図8は、本実施例の回路であり、データ信号の極性を同一にして図6のD/Aコンバータ1のダイナミックレンジをさらに小さくした画素回路である。
図6の回路と異なる点は、容量C1A,C1B,C1Cがなく、容量C2A,C2B,C2Cの一端(スイッチQ2A,Q2B,Q2Cに接続されている方の端子)にスイッチングトランジスタQ5A,Q5B,Q5Cが接続されている点である。
スイッチQ5AはP型の電界効果トランジスタであって、走査線P2(n)によって開閉が制御され、スイッチQ4Aと相補的なタイミングで容量C2Aを参照電圧Vref2に接続する。スイッチQ5BとQ5Cは、やはりP型の電界効果トランジスタであって、走査線P1(n)によって開閉が制御され、スイッチQ4B,Q4Cと相補的なタイミングでそれぞれ容量C2BとC2Cを参照電圧Vref1に接続する。
図8の動作を図9に示すタイミングチャートにより説明する。
図8はn行目の画素Pのプログラミングの動作を示している。
各行のプログラミング期間の初めのt1〜t2、t2〜t3、t3〜t4の各期間に、D/Aコンバータ1がアンプ2を介して、選択線P3がt1〜t2の期間、P4がt2〜t3の期間、P5がt3〜t4の期間それぞれHになる。選択スイッチQP3、QP4、QP5はH信号を入力された時ONする。
t1〜t2の期間においてデータ線data1(m)の寄生容量にVdata1の電圧が印加される。t2〜t3の期間においてデータ線data2(m)の寄生容量にVdata2の電圧が印加される。t3〜t4の期間においてデータ線data3(m)の寄生容量にVdata3の電圧が印加される。
t4〜t5の期間は各選択スイッチQP3、QP4、QP5がOFFであり、各データ線data1(m)、data2(m)、data3(m)の寄生容量に印加された電圧信号が保持される。
t5〜t6の期間においてP1(n)、P2(n)、P6(n)、P7(n)がH、P8(n)とP9(n)がLになり、スイッチQ2A、Q2B、Q2CがON、スイッチQ4A、Q4B、Q4CがOFFになる。データ線data1(m)、データ線data2(m)、データ線data3(m)の寄生容量に保持された電圧信号は容量C2A、C2B、C2Cの一端にチャージされる。また、スイッチQ3A、Q3B、Q3CがONすることで駆動トランジスタQ1A、Q1B、Q1Cのゲート−ドレイン間は短絡され、同電位になる。この期間、各駆動トランジスタQ1A、Q1B、Q1Cはダイオードの状態になり、発光時におけるゲート−ソース間電位が各駆動トランジスタの閾値電圧Vthになるように動作する。
t6〜t7の期間においてP6(n)、P7(n)がLになる。スイッチQ3A、Q3B、Q3CがOFFになり、容量C2A、C2B、C2Cの両端には電圧信号Vdata1、Vdata2、Vdata3と各駆動トランジスタの閾値電圧Vthとの差電圧が保持された状態になる。
t7以降の期間において、P1(n)、P2(n)がLの状態になると、スイッチQ2A、Q2B、Q2CがOFFすると同時にスイッチQ5A、Q5B、Q5CがONする。容量C2AのVdata1が保持されていた端子の電位はVdata1からVref2にシフトする。これにつれて容量C2Aの他端電位も同じ電圧だけシフトし、この結果駆動トランジスタQ1Aのゲート−ソース間電圧は(Vth+Vref2−Vdata1)になる。
一方、容量C2Bは、Vdata2が保持されていた端子の電位がVdata2からVref1にシフトし、駆動トランジスタQ1Bのゲート−ソース間電圧は(Vth+Vdata2−Vref1)になる。C2Cも、C2Bと同じ変化をし、駆動トランジスタQ1Cのゲート−ソース間電圧は(Vth+Vdata3−Vref1)になる。
この結果、電流増幅率βを用いて駆動トランジスタQ1A、Q1B、Q1Cの駆動電流をそれぞれ表すと、
IQ1A=β(Vref2−Vdata1)2
IQ1B=β(Vdata2−Vref1)2
IQ1C=β(Vdata3−Vref1)2
となる。
IQ1A=β(Vref2−Vdata1)2
IQ1B=β(Vdata2−Vref1)2
IQ1C=β(Vdata3−Vref1)2
となる。
実施例2と同様、駆動トランジスタの閾値電圧Vthのばらつきがキャンセルされ、同一データに対して均一な駆動電流を供給することができる。
上記の動作において、Vref1はデータ電圧Vdata2、Vdata3よりも低い電位でなければならず、Vref2はデータ電圧Vdata1よりも高い電位でなければならない。データ電圧Vdata1〜Vdata3の変動範囲を同じ極性、たとえばVgより高い電位にそろえるためには、Vref1をデータ電圧範囲の最低レベル、Vref2をデータ電圧範囲の最高レベルに設定すればよい。データ電圧範囲がVg〜VCC1のときは、Vref1=Vg、Vref2=VCC1とする。Vgに対するデータ電圧の範囲を一方の極性側にそろえると、D/Aコンバータ1の出力電圧はVg〜VCC1までのダイナミックレンジですみ、実施例1、2ではVCC2〜VCC1の範囲であったのに比べ、約半分になる。これによりD/Aコンバータ1を小型かつ高精度にすることができる。
また、データ線の電位および参照電圧線の電位はすべてVg〜VCC1の範囲になるので、これをON/OFFする各走査線P1(n)、P2(n)は、ともに
Lレベル=Vg、Hレベル=VCC1
にすることができる(図9(c))。P6(n)、P8(n)は、ともに
Lレベル=Vg、Hレベル=VCC1
であり(図9(c))、P7(n)、P9(n)は、ともに
Lレベル=VCC2、Hレベル=Vg
である(図9(c))。
Lレベル=Vg、Hレベル=VCC1
にすることができる(図9(c))。P6(n)、P8(n)は、ともに
Lレベル=Vg、Hレベル=VCC1
であり(図9(c))、P7(n)、P9(n)は、ともに
Lレベル=VCC2、Hレベル=Vg
である(図9(c))。
したがって、N型の駆動トランジスタを含む画素回路3では、データ線電圧Vdata1の可変範囲[V1、V2]は、図9(b)に示すように、最小電圧V1がVgより閾値だけ高い電圧、最大電圧V2はVCC1であるということができる。
同様に考えて、P型の駆動トランジスタを含む画素回路4,5では、データ線電圧Vdata2、Vdata3の可変範囲を[V3、V4]とすると、図9(b)に示すように、V3はVgより閾値だけ高い電位、V4はVCC1より低い電位に設定することが望ましい。
本実施例のように、データ線が結合容量を介して駆動トランジスタのゲートにつながっている画素回路で、データ線の電位をデータ電圧から基準電圧に切り替え、その電圧変化によってゲート電圧を設定する場合に、P型駆動トランジスタを含む画素回路の基準電圧をデータ電圧より低くし、N型駆動トランジスタを含む画素回路の基準電圧をデータ電圧より高くすることにより、P型、N型の駆動トランジスタに対するデータ電圧の範囲を同じにすることが出来る。データ電圧をVgより高い電圧範囲に設定するには、P型駆動トランジスタの画素回路の基準電圧をVgとし、N型駆動トランジスタの画素回路の基準電圧をVCC1とする。逆に、データ電圧をともにVgより低い電圧範囲に設定するには、P型駆動トランジスタの画素回路の基準電圧をVCC2とし、N型駆動トランジスタの画素回路の基準電圧をVgとすればよい。
図8の表示装置では、上記構成をとることにより、各々の発光素子の画素回路に同時にプログラムし、かつ同時に発光が可能になる。
レイアウトについては、実施例1と同じ構成である。
6〜8:発光素子、9〜11、14:電極、12、13:電源線、15:基板、16:表示領域、Q1A、Q1B、Q1C:駆動トランジスタ、C1A、C1B、C1C:保持容量、data(m)、data1(m)、data2(m)、data3(m):データ線、P:画素
Claims (8)
- 第1の電極と、第2の電極と、第3の電極と、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に設けられた第1の発光層と、
前記第2の電極と前記第3の電極との間に設けられた第2の発光層と、を有し、
前記第1の電極と前記第1の発光層と前記第2の電極とが第1の発光素子を構成し、
前記第2の電極と前記第2の発光層と前記第3の電極とが第2の発光素子を構成する表示装置であって、
前記第2の電極が第1の定電圧に保持され、
前記第1の電極に第1の電流回路が接続され、
前記第1の電流回路は、第1の電圧信号が入力され、前記第1の電圧信号によって決まる電流を、前記第1の電極から前記第2の電極に向かう方向に供給し、
前記第3の電極に第2の電流回路が接続され、
前記第2の電流回路は、第2の電圧信号が入力され、前記第2の電圧信号によって決まる電流を、前記第2の電極から前記第3の電極に向かう方向に供給することを特徴とする表示装置。 - 前記第1の発光素子と前記第2の発光素子を含む画素と、その駆動回路がマトリクス状に配置され、隣接する画素において前記第2の電極が共通であることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
- 前記第1の電流回路は、少なくともP型トランジスタとキャパシタを有し、前記第1の定電圧より高い電圧を前記P型トランジスタのゲートに保持し、
前記第2の電流回路は、少なくともN型トランジスタとキャパシタを有し、前記第1の定電圧より低い電圧を前記N型トランジスタのゲートに保持することを特徴とする請求項1または2に記載の表示装置。 - 前記第1の電流回路に入力される前記第1の電圧信号が前記第1の定電圧より高い電圧範囲にあり、前記第2の電流回路に入力される前記第2の電圧信号が前記第1の定電圧より低い電圧範囲にあることを特徴とする請求項3に記載の表示装置。
- 前記第1の電流回路に入力される前記第1の電圧信号が前記第1の定電圧より低い電圧範囲にあり、前記第2の電流回路に入力される前記第2の電圧信号が前記第1の定電圧より高い電圧範囲にあることを特徴とする請求項3に記載の表示装置。
- 前記第1の電流回路に入力される前記第1の電圧信号と、前記第2の電流回路に入力される前記第2の電圧信号が、ともに前記第1の定電圧より高い、または、ともに前記第1の定電圧より低い電圧範囲にあることを特徴とする請求項3に記載の表示装置。
- 前記第1の電流回路に前記第2の定電圧を供給する電源線と、前記第2の電流回路に前記第3の定電圧を供給する電源線とが、表示領域内で直交する配線であることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項に記載の表示装置。
- 前記第2の定電圧を供給する電源線と前記第3の定電圧を供給する電源線が表示領域内で並行する配線であり、それぞれ、表示領域内の対向する辺から前記表示領域内に延びる配線であることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項に記載の表示装置。
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