JP2844958B2 - 薄膜el発光装置の駆動方法 - Google Patents

薄膜el発光装置の駆動方法

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JP2844958B2 JP3124543A JP12454391A JP2844958B2 JP 2844958 B2 JP2844958 B2 JP 2844958B2 JP 3124543 A JP3124543 A JP 3124543A JP 12454391 A JP12454391 A JP 12454391A JP 2844958 B2 JP2844958 B2 JP 2844958B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はアクティブEL発光装置
の駆動方法に関し、特にアクティブEL発光装置を駆動
する電源電圧と駆動信号とを同期して駆動する方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】EL発光装置は1個以上のエレクトロル
ミネッセンス素子(以下、EL素子と言う)を一定の順
序で電気的に刺激し、所望の光学信号を発生させる発光
装置である。EL素子は高い精度で一枚のガラス基板等
の上に集積化できるので、多数の素子を面状に配列した
ものは文字表示パネルとして利用され、又一次元的に配
列して電子式印字装置のイメージバー等の露光系として
利用できる。これらの発光装置は薄型軽量に製造できて
空間利用率が高いこと、又可搬型装置への組み込みが容
易であること、にじみのない見易い表示が得られること
などの多くの利点を有するため、近年非常に研究が進め
られている(”A 6"×6" in 240 lpi electroluminesce
nt display panel", F.C. Luo, et al., IEEE TRANSACT
IONS ON ELECTRON DEVICES, VOL. ED-22 (1975) 739)。
【0003】EL発光装置のうちでもアクティブEL発
光装置は各発光素子を駆動する電源およびスイッチング
素子等、制御上必要な一切の基本回路素子を各EL素子
毎に有するようにしたもので、通常薄膜技術を用いてガ
ラス基板等の上に集積されている。代表的な基本回路
(以下、これを1ビットEL回路又は単に1ビット回路
という)は図1に示す構成を有する。ここにEL素子C
ELは駆動電源Vaが接続されており、スイッチング素子
D のオン/オフによって駆動され、又は駆動停止され
る。スイッチング素子QD は薄膜トランジスタ(以下、
TFTという)で構成される。TFTQD はそのゲート
電圧VGDがしきい値電圧を超えるとドレインおよびソー
ス間が導通し(オン状態)、しきい値以下に下がると不
導通(オフ状態)となる。ゲート電圧VGDはこれに接続
されたデータ保持用コンデンサCsの充電電圧に等し
い。従ってコンデンサCsの充電を別のTFTスイッチ
ング素子Qwにより制御することにより、EL素子CEL
の発光を制御できる。すなわち、スイッチング素子QD
のゲートに接続された信号線に高電位の信号が現われた
ときにスイッチング素子Qwを導通させれば素子QD
オン状態となり、低電位の信号が現われたときに素子Q
wを導通すれば素子QD がオフ状態となる。このような
1ビットEL回路を高密度に集積されたEL発光装置
(図7)は、適当な制御装置により電気的に走査するこ
とにより、すなわち各1ビット回路に上記データ信号と
ストローブ信号(以下、制御信号という)を順次に与え
ることにより、所望の発光状態を実現するようにされて
いる(図6)。
【0004】ところでこのような発光装置は近年益々そ
の高速化と共に発光素子の高密度化に向けて改良が進め
られている。発光素子の高密度化は表示装置あるいはイ
メージバーとしての画質を高める必須の条件であるが、
これは当然に上記の基本回路の高密度化を来たす。しか
し基本回路を高密度に集積するとTFTも非常に小さく
なり、したがってドレインとゲート間の距離が接近し、
本来は絶縁されているべきドレインとゲートとの間に実
際は寄生容量CGDが発生する。この寄生容量は駆動電源
電圧Vaを素子QD のゲートに供給する(フィードスル
ー)こととなる。その結果スイッチング素子QD がオフ
状態でゲート電圧が低電位であるべきときにフィードス
ルーによってゲート電圧を変動させる。しかもスイッチ
ング素子QD がオフにされたときのドレイン電圧によっ
て寄生容量CGDが充電されるので、この充電電圧が重畳
されて、ゲート電圧が不本意に高まってしまう。このた
め図2に示すように、例えばスイッチング素子QD のオ
フ時(時間T2とT3の区間)でゲート電圧VGDが本来
は低電圧V1 となっているべきときにフィードスルーに
よってV3 まで上昇することがある。するとEL素子が
発光してしまうという問題が生ずる。V3 はときに4ボ
ルト以上になることが確認されている。
【0005】またスイッチング素子QD のオフ時に上記
のように不本意な発光をしないまでも、ゲート電圧が上
昇するためにドレイン電流が増大し、無用の電力を消費
することとなる。この無効電流はEL発光装置基板を発
熱させ、装置の制御を困難にし、また寿命を短くする等
の問題を起こす。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述したEL
素子の高密度化に伴って生ずる寄生容量に起因する上記
問題の解決のためになされたものであって、具体的には
上記寄生容量に起因するスイッチング素子オフ時の発光
を防止するとともに無効ドレイン電流を低減することを
課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】このため、本発明はEL
素子を駆動する駆動電源電圧とスイッチング素子QD
制御する制御信号とを同期することにより、EL素子に
直列接続された第一のTFTスイッチング素子をオン状
態からオフ状態にするときはEL駆動電圧を負極性電圧
とする手段を与える。
【0008】また本発明は高密度アクティブEL発光装
置の走査において上記同期を果たしつつ最適、かつ的確
に各発光素子を発光させるため、適切に時分割した走査
によりEL素子を駆動する方法を提供する。
【0009】
【作用】上記駆動電源電圧の同期化によって、寄生容量
の充電電圧が抑制される。その結果前記第一スイッチン
グ素子がオフ時にもそのゲート電圧が不本意に上昇する
ことが防止され、オフ時にEL素子が発光することが防
止される。
【0010】また上記の同期化によってゲート電圧が低
くなる結果、無効ドレイン電流が抑制される。
【0011】またEL素子の走査が最適に時分割される
結果、EL素子が高密度に集積されても上記同期化が可
能となる。
【0012】
【実施例】図面を参照して、以下に本発明の実施例を説
明する。図3はEL素子CELをオン/オフ制御する第一
のTFTスイッチング素子QDのゲート電圧VGDとドレ
イン電圧VDVとの関係を示す1ビット基本回路(図1)
の等価回路である。スイッチング素子QD がオフとなっ
ているときは、該ドレイン電圧VDVが寄生容量CGDとデ
ータ保持用コンデンサCsの直列回路に印加されてお
り、両コンデンサによって分割された電圧がゲートにか
かっている。寄生容量がなければ、このような電圧はゲ
ートにかからない。
【0013】この寄生容量により上記オフ時に生ずるゲ
ート電圧を概算するために、素子QD のオフ時ドレイン
電流を無視する。ドレイン側が負極性になったときには
素子QD が導通してEL素子を最大駆動電源電圧Vpk
に充電するので、ドレインにはこの充電電圧と駆動電圧
Va=Vpksin ωtとが重畳されたものが現われる。
駆動電源電圧Vaのストローブ信号に対する位相をψと
すると、ドレイン電圧VDVは VDV=Vpk(1+sin (ωt+ψ)) ・・・・・ (1)で与えら れる。このドレイン電圧によって素子QD がオン状態か
らオフ状態にされたときに寄生容量に帯電される電荷に
よってゲートに以下に計算する充電電圧VGSO がかか
る。この充電電圧VGSO は、素子QD をオフにするデー
タ信号に対するオフ時ドレイン電圧の位相、すなわち駆
動電源電圧の位相に依存する。
【0014】素子QD がオフになるときを時間の基準t
=0とし、このときのデータ保持用コンデンサCsにか
かる電圧をVSO、寄生容量CGDの充電電荷量をqとする
とすると、初期条件は(添え字の「o」は初期時を示
す) VDVO =VGSO +VSO ・・・・・(2) かつ q=CGD・VGSO =Cs・VSO ・・・・・(3) 従って VGDO =VSO =VDVO /(1+Cs/CGD) =Vpk(1+sin ψ)/(1+Cs/CGD) ・・・(4) で与えられる。
【0015】通常、駆動電圧Vaは相当の高周波である
ため(例えば1kHz)、この充電電圧は直ちにはデー
タ保持用コンデンサによって形成される閉回路では開放
されない。このため、この電圧がゲートに残り、スイッ
チング素子QD がオフ時でもこの素子をオンにすること
がある。従って、本発明はこの充電電圧の影響を最小に
するように駆動電圧Vaをデータ信号に同期するもので
ある。上記の式(4)から、VGDO を最小にするには
(制御信号を基準にして)位相ψを - π/2とすれば
よいことがわかる。すなわち、スイッチング素子Qをオ
フにするのは駆動電圧Vaが負極性となったとき、好ま
しくは負極性の最大値となったときであることが判る。
図4はψが π/2、0、ーπ/2の場合のストローブ
信号STROBE、ドレイン電圧VDV、ゲート電圧VGDの位相
関係を示す。この図はψ=π/2のときが最もゲート制
御に不利であることを示している。
【0016】ところですべてのEL素子の駆動電圧をそ
のデータ信号に対して位相制御する必要があるが、実用
化されるEL表示装置においては1フレーム(全画素)
の走査をいくつかのブロックに時分割し、各ブロックご
とに共通の信号で一斉に駆動を開始(所謂バースト)す
る。この場合は上記駆動電圧はこの時分割と同期する必
要があり、走査の周期Tsもしくはフレーム周波数Ff
r=1/Ts、および駆動周波数(駆動電圧の周波数)
Faを適切に選択する必要がある。尚、表示装置の場
合、駆動周波数Faは走査周波数Ffrの3倍程度以上
が適当であると言われているのでこれも考慮するする必
要がある。
【0017】図5はこのような共通制御信号S- 1から
S- ND (全部でND 個)に対応して時分割されたEL
装置の走査線ブロックB- 1ないしB- ND (全部でN
D ブロック)、および駆動電圧(周波数Fa)の間のタ
イミングを示す図である。Tsは一走査期間すなわち走
査の周期である。全画素数はnでND 個のブロックに分
割されている。これが所定数の走査線上に並び、数本の
走査線がまとめられて、駆動上、ND 個のブロックにま
とめられている(図5)。図8はこのように分割された
EL発光装置の回路図である。
【0018】上記の共通制御信号数ND 、走査周期T
s、フレーム周波数Ffr毎秒当たりのフレーム数)お
よび(駆動電圧の周波数)Faの間の関係は以下の通り
である。1フレーム当たりの駆動電圧交番数はFaTs
(=Fa/Ffr)であり、この中にND 個の共通制御
信号があるから、各共通制御信号と駆動電圧とが同期し
うるためには (Fa/Ffr)/ND =任意の整数(k) でなければならない。従って Fa=k×ND ×Ffr。 それゆえ、k=1と選べば Fa=ND ×Ffr すなわち ND =Fa/Ffr である。尚、上記タイミングを確保するにはND 個のバ
ースト信号が駆動信号と同期すればよいので、そのかぎ
りでは各ブロック内の走査線数、画素数が均等である必
要はない。例えば最後のブロック内の走査線数、画素数
は少なくてもよい。
【0019】ELイメージバーでは所望の輝度を得るた
めに一般に駆動電圧周波数が高いので、制御を容易にす
るためEL素子をブロック化し、各EL素子にデータ信
号でデータの書き込みを行なった後、各ブロック毎にバ
ースト信号で発光、非発光の制御を行なう。従ってこの
場合もバースト信号と同期するようにしなければならな
い。原理的には上記EL表示装置のブロック数ND にイ
メージバー中のブロック数を対応させ、フレーム周波数
Ffrにイメージバーの走査周波数を対応させれば、両
者とも同一の駆動方法で駆動できる。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように本発明は交流電源に
より駆動され第一の薄膜トランジスタによりオン/オフ
状態にされるEL素子と、該第一薄膜トランジスタのオ
ン/オフを制御する第二の薄膜トランジスタとを含む1
ビット回路を複数を含んだアクティブEL発光装置の駆
動方法において、該第一薄膜トランジスタの該オン/オ
フを制御するためのデータ信号とストローブ信号を走査
により該第二薄膜トランジスタに供給し、該交流電源か
ら与えられる駆動電圧信号を該ストローブ信号に同期す
ることによりEL素子駆動電源電圧が負極性のときに該
第一トランジスタをオフにするようにしたので、1ビッ
トEL回路が高密度に集積された場合に生ずるドレイン
- ゲート間の寄生容量に起因するフィードスルーがあ
っても、1ビットEL回路オフ時の無効電流を低減する
ことができるのみならず、オフ時の不本意な点灯を防止
することができる。
【0021】また本発明は上記のEL発光装置駆動方法
において、該交流電源をすべての該1ビットEL回路に
共通にし、該交流電源の駆動信号周波数Faを該EL発
光装置の走査周波数Ffrで除して得られる整数ND
等しい個数のブロックに該1ビットEL回路を時分割し
て走査し、かつ各ブロック毎に共通の制御信号により当
該1ビットEL回路をオンにすると共に当該1ビットE
L回路のEL素子駆動電源電圧が負極性のときに該第一
トランジスタをオフにするようにしたので、高密度に集
積されたEL発光回路を含むEL発光装置についても上
記した同期駆動が容易に行なえる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は1ビット基本回路の構成図である。
【図2】図2は図1の回路のオン・オフ時における制御
信号、ドレイン電圧、駆動電圧の関係を示す図である。
【図3】図3は図1の回路の等価回路である。
【図4】図4はストローブ信号を基準とした駆動信号の
諸位相に対するゲート電圧の位相を示す図である。
【図5】図5は本発明に基づきEL発光素子をブロック
化した上で駆動電圧信号を制御信号に同期するときのタ
イミング図である。
【図6】図6は従来例における駆動電圧信号のタイミン
グ図である。
【図7】図7は従来例におけるEL発光装置のEL素子
マトリックス構成を示す図である。
【図8】図8は本発明に基づいて構成したEL発光装置
のEL素子マトリックスを示す図である。
【符号の説明】
EL EL発光素子 Va EL素子駆
動電源電圧 QD EL駆動回路スイッチング用のTFT CGD 寄生容量 VDV 素子QD
フ時のドレイン電圧 VGDD のゲート電圧 Cs データ保
持用コンデンサ Qw データ書き込み用TFT DATA データ信号 STROBE ストロー
ブ信号

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】交流電源により駆動され、薄膜トランジス
    タによりオン/オフ状態にされるEL素子を含む1ビッ
    トEL回路を複数を含んだアクティブEL発光装置の駆
    動方法において、該薄膜トランジスタの該オン/オフを
    制御するための制御信号を走査により該1ビットEL回
    路に供給する段と、該交流電源から与えられる駆動電圧
    信号を該制御信号に同期することにより該トランジスタ
    をオフにするときは該薄膜トランジスタのドレイン電圧
    が負極性のときとする段とを含むこと特徴とするEL発
    光装置駆動方法。
  2. 【請求項2】請求項1に記載のEL発光装置駆動方法に
    おいて、該交流電源をすべての該1ビットEL回路に共
    通にし、該交流電源の駆動信号周波数Faを該EL発光
    装置の走査周波数Ffrで除して得られる整数ND に等
    しい個数のブロックに該1ビットEL回路を時分割して
    走査し、各ブロック毎に共通の制御信号により当該1ビ
    ットEL回路をオンにすると共に当該1ビットEL回路
    の該薄膜トランジスタドレイン電圧が負極性のときに該
    トランジスタをオフにすることを特徴とするEL発光装
    置駆動方法。
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