JP3870755B2 - Active matrix display device and driving method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機電界発光素子など、電流量により階調表示を行う表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
有機発光素子は、自発光素子であるため、液晶表示装置で必要とされるバックライトが不要であり、視野角が広いなどの利点から、次世代表示装置として期待されている。
【0003】
有機発光素子では素子の発光強度と素子に印加される電界が比例関係とならず、素子の発光強度と素子を流れる電流密度が比例関係にあるため、素子の膜厚のばらつき及び入力信号値のばらつきに対する発光強度のばらつきは電流制御により階調表示を行うほうが小さくすることができる。
【0004】
半導体層を有するスイッチング素子を用いたアクティブマトリクス型表示装置の例を図7に示す。各画素は79に示すように、複数のスイッチング素子73a〜73dと蓄積容量74ならびに有機電界発光素子72からなる。
【0005】
スイッチング素子73は1フレームのうち行選択期間(期間A)にはゲートドライバ70からの出力により73a及び73bのスイッチング素子を導通させ、73dのスイッチング素子は非導通状態とする。非選択期間(期間B)には、逆に73dを導通状態とし、73a及び73bを非導通状態とする。
【0006】
この操作により期間Aにおいて、ソースドライバ71から出力される電流値に応じて、73cを流れる電流量が決められ、73cのソースドレイン間電流とゲート電圧の関係からゲート電圧が決まり、ゲート電圧に応じた電荷が蓄積容量74に蓄積される。期間Bでは期間Aで蓄積された電荷量に応じて、73cのゲート電圧が設定されるため、期間Aで73cに流れた電流と同一の電流が期間Bにおいても73cを流れ、73dを通じて、有機発光素子72を発光させる。ソース信号線76に流す電流量に応じ、蓄積容量74の電荷量が変わり、有機発光素子72の発光強度が変化する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
表示パターンとして、あるソース信号線に、点灯、非点灯の順に電流を流す場合と、非点灯、点灯の順に電流を流した場合で、非点灯時画素の輝度が異なることがわかった。点灯、非点灯の順の場合、非点灯画素は点灯時の輝度を1、非点灯時の輝度を0とすると、0.5程度点灯した。また、1度点灯信号を流した後、残りの同一フレーム期間内で非点灯信号を流しつづけた場合、非点灯画素の輝度は0.5から徐々に減少し、フレーム周波数が60Hz、表示行数が220行の場合、6から7行目より輝度は0となることがわかった。
【0008】
一方、非点灯の後に点灯信号を流した場合は、点灯輝度ははじめ0.8であったが、3行目より輝度1で表示できた。
【0009】
ソース信号線に必要な電流密度は黒表示時で0.01mA/平方センチ、白表示時で5mA/平方センチである。各画素へ供給される電流は、携帯電話、PDAやテレビとして用いる表示装置では黒表示時に1.5nAから29nA、白表示時には750nAから14.5μAである。
【0010】
ソース信号線と同じ電流が流れるように駆動トランジスタ73cのゲート電圧を変化させる必要があるが、ゲート電圧変化に必要な電荷はトランジスタ73cを通して電源線75から供給される。
【0011】
このときの1画素分の等価回路を図8(a)に示す。またトランジスタ81のドレイン電流Idとゲート電圧Vgの関係を図8(b)に示す。
【0012】
ゲート電圧が小さいと駆動トランジスタ81の見かけの抵抗値が大きくなる。そのためゲート電圧が小さいつまり、電流値が低い黒階調ほど、抵抗値が大きくなる。この駆動トランジスタの抵抗値とソース信号線84に寄生する浮遊容量83との時定数により波形のなまりが生じ、所定電流にまで変化するのに時間がかかる。これにより、選択期間(水平走査期間)を長くしなければならないという問題がある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明のアクティブマトリクス型表示装置は、第一の期間(書き込み期間)において電流I1を設定し、第二の期間(表示期間)において電流I1に一意的に対応する電流I2を表示素子に流すように画素回路が構成されたアクティブマトリクス型表示装置において、各電流がI1>I2なる関係を満たすことを特徴とするものである。
【0014】
またこれを実現する手段として、ゲート信号線と電流制御を行うトランジスタのゲート電極間に容量を接続し、
同一EL電流を得るのに必要なソース電流を増加させ、トランジスタの見かけの抵抗値を小さくし波形のなまりを小さくしたことを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施例について、図面を参照しながら説明を行う。
【0016】
(発明の実施の形態1)
図1は本発明の第1の実施の形態における表示装置の1画素分の回路を示したものである。従来の構成の1画素分の回路と比較して、容量Ct18を設けたことが特徴である。また図2に主要な波形のタイミングチャートを示す。
【0017】
ゲート信号線1(12)にトランジスタ17b、17cを導通状態とする信号を流し、EL素子16に所定の電流(I1とする)を流すために、ソース信号線11にI1の電流を流す。このときのトランジスタ17aのゲート電位をV1とする。(トランジスタ17aの電流−電圧特性において電流がI1の時に電圧はV1であるとする)これが図2における第1の期間すなわち選択期間(水平走査期間)である。なお、トランジスタ17dはこの期間非道通である。
【0018】
次にゲート信号線1(12)にトランジスタ17b、17cを非導通状態とする信号を、ゲート信号線2(13)にトランジスタ17dを導通にする信号を流す。図2における第2の期間である。この時容量Ct(18)があるためゲート信号線1の電位変化に応じてトランジスタ17aのゲート電圧値はV1から変化する。
【0019】
この時の変化量ΔVpはトランジスタ17bのゲートソース間容量をCgsとすると、ΔVp=ΔVg×(Cgs+Ct)/(Cgs+Ct+Cs)で表される。ここでCsは蓄積容量14の容量値、ΔVgはゲート信号線1の電位変化量を示す。図2に示すように、第1の期間と第2の期間の切り替わり時点においてゲート信号線電圧は大きくなることから、駆動トランジスタ17aのゲート電位は上昇する。上昇値は3つの容量の値により変化し、Cgsはトランジスタのサイズ、構成により決められるため、実際はCtとCsにより変化量を制御する。
【0020】
駆動トランジスタ17aのゲート電位の上昇はドレイン電流の低下を引き起こす。変化量ΔVpに相当する分だけドレイン電流が低下する。従ってゲート信号線2を導通状態としてEL素子16に流れる電流は所定の電流値I1に比べ小さい電流が流れることとなる。
【0021】
このことは逆に、第2の期間においてEL素子にI1の電流を流すためには第1の期間においてトランジスタ17aにI1より大きな電流を流すことになることを示し、Csが小さいかもしくはCtが大きくなれば流す電流をより大きくすることができる。Csを小さくすると電荷の保持能力が小さくなるため、第2の期間での17aのゲート電位が変化しやすくなるので、現実には小さくできない。そこでCtを大きくすることで、実現することが望ましい。
【0022】
このようにソース信号線に流す電流を大きくすれば、図8(b)に示す電流―電圧特性を持つトランジスタの見かけの抵抗値を小さくすることが可能となる。これにより抵抗と浮遊容量との積による時定数が小さくなることから、第1の期間において所定電流値へ変化する時間を短くすることができるのである。
【0023】
ゲート信号線の振幅が14Vの場合について、Ctの値を変化させた時のソース信号線11に流す電流とEL素子16に流れる電流との関係を図3に示す。
【0024】
容量比((Cgs+Ct)/(Cgs+Ct+Cs))が0.03のとき、ソース信号線に流すべき電流値はEL素子に流れる電流値の5倍程度となる。更にCtを大きくするとEL素子に流れる電流値に対し、ソース信号線に流す電流値の割合が増加する。容量比が0.11となると200倍となる。更に0.15まで大きくすると500倍となる。
【0025】
ソース信号線に流れる電流が大きくなるほど駆動トランジスタの抵抗値は下がるため、所定電流に変化するのに要する時間は下がるので、Ctの値は大きいほどよい。
【0026】
但し、Ctが大きくなり容量比が0.15となると、黒階調時にELに流れる電流が3nAとした場合、図3よりソース信号線に流す電流は1.5μAとなり、書き込みに必要な電流値は大きい。EL電源線の電圧を15Vとした場合、携帯電話などを想定したソース信号線数528本の場合、書き込みに必要な電力は最も電流の小さい黒表示時でも11.9mWとなる。一方でフレーム周波数60Hzで1水平走査期間内で所定電流値までに変化させるのに必要な電流値は0.3μA程度あればよいことから、Ctの最大値は容量比が0.11となる程度が消費電力を低減させる観点から望ましい。
【0027】
一方Ctの下限値は容量比が0.03であることが望ましい。少なくとも5倍程度は電流値を上げることで、フレーム周波数を30Hz程度まで低下させれば1水平走査期間内に所定電流値に変化させることができる。
【0028】
また、フレーム周波数が60Hzの場合でも、図5のようにソース信号線51に切り替え手段58及び電圧源59及び電流源50を設け、電圧源59をソース信号線51に黒信号電流を流した時の電圧値に設定し、各水平走査期間の始め2μ秒以上5μ秒以下の期間切り替え手段58を電圧源59を選択するように、残りの期間で電流源50を選択するようにする。
【0029】
この様にすれば、黒階調へは遅くとも1水平走査期間中に変化できる。また、ソース信号線の変化は黒階調を表す電圧値から所定電流値に対応する電圧値に変化することから、所定の階調を示す電流値に変化しなかった場合、所定輝度に比べ低い輝度で表示される。これは電流の少ない低階調側で顕著であり、一方で高階調側では元々の電流値が大きいため十分に電流値が変化できるため所定輝度を出力できる。
【0030】
これを図に表すと図6の61で示すような階調と観測される輝度の関係となる。元来高階調部に比べ低階調部の1階調間の輝度変化が小さい方が階調特性がよくみえるため、電圧源59を設けたこの方法では、必ずしも所定電流まで電流値を変化させなくても画質に影響がないことがわかる。このことを考慮すれば、容量比が0.03であっても60Hz駆動可能である。
【0031】
更に所定電流値に短時間で変化させる方法として、ソース信号線に所定電流値のX倍(ここでXは2以上の自然数)の電流を流し、ゲート信号線2(53)により第2の期間におけるトランジスタ57dの導通期間を1/Xとする方法がある。輝度はX倍であるが、発光期間が1/Xであるため所定輝度を表示することができる。図9において期間91の長さを変化させることである。なおこの例では図5の回路構成において説明を行ったが、各階調とも1水平走査期間内に十分に所定電流値に変化できるのであれば、電圧源59及び切り替え手段58はなくてもよい。
【0032】
Ctの値を変化させる他に、ゲート信号線1の電圧の変化量を変えてもよい。図3においてはゲート信号線1の電圧の変化量が14Vであったが、これを例えば16Vとした場合、ELに流れる電流は同一ソース信号線電流に対し14Vの時に比べ0.5から0.8倍になる。従って、14Vの時と同一の輝度を得るためにはソース信号線を1.3から2倍流すことになり、その分駆動トランジスタの見かけの抵抗値が下がるため、信号線の波形なまりが小さくなり、短い水平走査期間で所定電流値を流すことができるようになる。
【0033】
またゲート信号線1の電圧の変化量を変えることでEL素子に流れる電流量が変化することから、ゲート信号線1の電圧の振幅を変化させることで表示部の輝度を変化させることもできる。輝度を高めたい時にはゲート信号線1の電圧の振幅を小さくし、輝度を低くしたい時にはゲート信号線1の電圧の振幅を大きくすれば実現できる。
【0034】
さらにゲート信号線1の電圧変化に要する時間を変化させ、ΔVgを変化させて輝度調節する方法もある。ゲート信号線の波形なまりが小さい時は周波数成分が高いため、Ctを介して駆動トランジスタ17aのゲート電位変化が大きくなる。これにより輝度は低下する。一方で波形なまりが大きくなるとΔVgが見かけ上小さくなるため電位変化が小さいため輝度の変化量が小さく、波形なまりが小さい時に比べ、輝度が高くなる。
【0035】
各ゲート信号線は一般的にゲートドライバの出力にバッファを用いていることが多い。例えば図21に示すような構成である。210はシフトレジスタであり、あるパルスを順に伝達していくブロックである。シフトレジスタ210の出力をバッファ211を通して各ゲート信号線に出力する。その時出力波形の一例を212から214に示す。バッファ211のスルーレートを変化させることもしくはゲート信号線に容量もしくは抵抗を入れることで波形のなまり方が変化する。
【0036】
ゲート信号線には配線抵抗及び浮遊容量が存在するため図13(a)に示すようにゲートドライバ付近でのゲート信号線波形とゲートドライバから最も離れた画素におけるゲート信号線波形が異なる。近い画素では134に示すように波形の立ちあがり及び立ち下がりは瞬時で行われるが、遠い画素になると137及び138に示した抵抗と容量の時定数に応じて波形が135に示すように変化する。これにより、ΔVgは小さくなる。図13(b)のようにゲートドライバを配置した場合、画面左側に比べ右側では駆動トランジスタのゲート電位の変化ΔVpは小さくなるため、EL素子に流れる電流が増加し、輝度が上昇する。特に黒表示時において輝度の上昇が目立つようになり、コントラストも低下する。そこで、図13(b)の容量136の大きさをゲートドライバからの距離に応じて変化させるようにする。ゲートドライバに近い136aに比べ、ゲートドライバから遠い136bの方が容量値を大きくすることで、ΔVgが小さくなってもΔVpの大きさを変化させないようにできる。
【0037】
なお、図13においては画面の一方からゲート信号線を供給した場合で説明を行ったが、画面の両方からゲート信号線を供給した場合でも同様に、供給源から遠い画素の容量を大きくして、近づくにつれ小さくする構成とすれば同様な効果が得られる。
【0038】
マルチカラー表示装置として赤、緑、青色の3種のEL素子16を並べて表示させる場合、各色のEL素子16の電流密度ー輝度特性が異なるため黒階調時の電流密度の上限値が異なる。例えば図14のような電流密度ー輝度特性を持つ3色のEL素子を用いた場合、赤色発光素子143に比べ緑色発光素子141の黒階調時電流が小さい。緑色の画素ではより電流密度を小さくする必要がある。そこで、本発明による容量を付加した画素構成(図1)において容量18の大きさを発光色ごとに変化させて、ELに流れる電流値を変化させるようにした。図14に示したEL素子を用いた場合、最も発光開始電流が小さい緑色を発光する画素の容量が最も大きく、赤色を発光する画素の容量が最も小さくなるように形成すればよい。
【0039】
容量Ct(18)の一端はゲート信号線1に接続されているが、必ずしもゲート信号線に接続されている必要はなく、図15に示すように別の信号線を電圧制御線159として接続してもよい。この電圧制御線159は図16のように同一行の容量Ctすべてに接続され、ゲートドライバにより制御されている。この時の各信号線波形を図18に示す。電圧制御線はゲート信号線1がハイレベルになると同時もしくは数μ秒程度遅れてハイレベルとする。再びローレベルになるのはゲート信号線1がローレベルとなった時もしくは電圧制御線がハイレベルになったあと、トランジスタ157dが導通状態から非導通状態に変化した後である。
【0040】
これにより、電圧制御線159の電圧変化量ΔVgと容量比Ct/(Ct+Cs)の積だけトランジスタ157aのゲート電位が変化する。この図ではV1からΔVpだけ変化する。これにより電流は減少する。EL素子に所定の電流を流すにはソース信号線には所定の電流値よりも大きい電流を流すことになる。よってこれまでの説明と同様に、EL素子に流す電流が小さい領域でも容量Ct及び電圧変化量ΔVgを大きくすることで、ソース信号線に流す電流値を増大させ、トランジスタの抵抗値を下げ波形変化をはやくできるようになる。
【0041】
またこの方法は、ゲート信号線にCtの一端を接続することに比べ、ΔVgの値を大きく取ることができるため、Ctの値が小さくてもΔVgを大きくすることでトランジスタの電流値の変化量を大きくできる。ゲート信号線に接続した場合ΔVgはトランジスタの耐圧により最大値が決められおよそ20V以下でないといけないが、本発明の形態による電圧制御線では20V以上電位差があってもよい。従って、電圧値を大きくして、容量Ctを小さくし、画素の開口率を上げられるという利点がある。
【0042】
容量Ctを素子として設計し形成する他に、例えば、トランジスタ17bのゲート電極とトランジスタ17aゲート電極を絶縁膜などを介して重ねて配置するもしくは近くに並べることで容量を形成したり、ゲート信号線1とトランジスタ17aに接続される配線のクロス領域を用いて、クロス領域の大きさで容量の制御をおこなってもよい。
【0043】
コンデンサの代わりにトランジスタ178を図17のように形成して、トランジスタのソースゲート間容量を用いてもよい。またドレイン電極は未接続となっているが、節点170に接続してもよい。
【0044】
また以上の例においてはp型トランジスタを用いた回路構成で説明を行ってきたが、図10に示すようにn型トランジスタを用いても同様な効果が得られる。例えば図11にゲート信号線波形と電流制御を行うトランジスタ107aのゲート電圧とドレイン電流の電圧変化を示す。
【0045】
第1の期間(水平走査期間に相当する)においてゲート信号線1(102)にハイレベルの信号を印加し、107c及び107bのトランジスタを導通状態とする。この期間に所定電流値をソース信号線101に流すことで、この所定電流に対応した電圧にソース信号線101及び、トランジスタ107aのゲート電圧が変化する。
【0046】
次に第2の期間でゲート信号線1(102)をローレベルとし、ソース信号線101から電流が流れないようにする。この時トランジスタ107bのゲート電極とソース電極間に寄生する浮遊容量109によりゲート信号線1の電位変化に応じて節点100の電位が変化する。この場合、図11に示すように電位が低くなる方向へ変化する。これによりn型トランジスタ107aのドレイン電流も低下し、その結果、EL素子106に流れる電流も減少する。減少量はp型トランジスタと同様の式で表され、容量108を増加させると、電流値の減少量も大きくなる。電流値の減少を補正するためソース信号線に流す電流値を大きくすることになるから、p型トランジスタの場合と同様にn型トランジスタでも電流値変化に要する時間を短くできる効果は同一である。
【0047】
また画素構成は以上のものに限らず、例えば図4のような構成を用いてもよい。48が本発明によって付加された容量で、49はトランジスタ47bのゲートソース電極間に寄生する容量である。48の容量の大きさによって、トランジスタ47d、47bが導通時と非導通時の間での節点40の電位差が変化する。ゲート信号線2(43)の電位変化が容量48、49を通して節点40に伝達されるためである。導通時から非導通時の間でゲート信号線2(43)は電圧上昇するため節点40の電位も上昇する。これによりトランジスタ47a及び47cのドレイン電流が低下する。これによりソース信号線電流に比べEL素子電流が小さくなることから、減少分を補正するためソース信号線電流を多く流すことができ、トランジスタ47a及び47cの見かけの抵抗値を下げることができ、電流値の変化に要する時間を短くすることができる。
【0048】
n型トランジスタで構成された回路(図12)でも同様な効果が得られる。
【0049】
なお、本発明は、上記した具体的な回路構成に限定されるものではなく、第一の期間(書き込み期間)においてある電流I1を設定し、第二の期間(表示期間)においてその電流I1に一意的に対応した電流I2を表示素子に流すように画素回路が構成されたアクティブマトリクス型表示装置において、I1>I2となるように駆動することに特徴がある。I1とI2の一意的な関係とは例えば図3に示すような特定の容量比におけるソース信号線電流とEL電流の関係を指す。この関係は、A、B、nを正の定数としてI1=A+B・I2 nと近似できる。なお、この関係が成立することは、これまでに説明したように、とくに電流I2が小さい場合に大きな効果を発揮する。
【0050】
(発明の実施の形態2)
図19は本発明の第2の実施の形態における表示装置の1画素分の回路を示したものである。薄膜トランジスタ197aのゲート電圧によりEL素子196に流れる電流値を変化させ、階調表示を行う。行選択期間にトランジスタ197bが導通状態となり、ソース信号線191に印加された電圧に応じて蓄積容量194に電荷が蓄積される。非選択期間ではトランジスタ197bは非導通状態となり、蓄積容量194に蓄えられた電荷に応じてトランジスタ197aのドレイン電流が決まり階調表示を行う。この操作を全ての行で行うことで表示を行っている。
【0051】
この時のゲート信号線及び節点199ならびにトランジスタ197aのドレイン電流の波形を図20に示す。行選択期間においてEL素子に所定電流I1を流すためにソース信号線191にV1の電圧を印加する。行選択期間が終わるとゲート信号192をハイレベルに変化させる。この時ゲート信号線192とトランジスタ197aのゲート電極は容量Ct(198)により接続されているため、ゲート信号線192の変化に伴い節点199の電位もΔVpだけ変化する。ΔVp=(Ct+Cgs)/(Ct+Cgs+Cs)×ΔVgで表される。ここでCgsはトランジスタ197bのソースゲート間容量である。ΔVgが電圧の大きいほうに変化していることから、ΔVpも電圧が大きくなるほうに変化する。これによりトランジスタ197aのソースゲート間の電位差が小さくなることから197aのドレイン電流も小さくなる。
【0052】
従って所定の輝度を得るためにはソース信号線191に印加する電圧を小さくすることになる。ソース信号線電圧が小さくなることで低電力化することができる。
【0053】
なおこのことはトランジスタ197a及び197bをn型トランジスタとしても効果がある。図22にn型トランジスタを用いた場合の回路構成を示す。
【0054】
行選択期間にソース信号線221より所定電圧が印加され、蓄積容量224に電荷が蓄えられる。行選択期間が終了するとゲート信号線222はハイレベルからローレベルへ電圧が下がる方向へ変化する。これにより節点229の電位も容量228の存在により低下する。トランジスタ227aはゲート電圧が低下することからドレイン電流が低下する。以上のように図19及び図20で説明したp型トランジスタと同様にドレイン電流が変化しEL素子226に流れる電流が変化する。このことからp型、n型トランジスタによらず同様な効果が得られることがわかる。
【0055】
本発明においてトランジスタは薄膜トランジスタを例にして説明を行ったが薄膜トランジスタに限らず、バリスタ、サイリスタ、リングダイオード、薄膜ダイオードなどを用いても同様な効果が得られる。
【0056】
また表示素子として、EL素子で説明を行ったが、有機発光素子や無機エレクトロルミネッセンス素子、発光ダイオードなどを用いてよい。
【0057】
【発明の効果】
以上のように本発明は、ゲート信号線とゲート電極の電圧により電流制御を行うトランジスタのゲート電極を容量で接続することで、行選択期間から非選択期間へ変化する際のゲート電圧変化を利用して、ソース信号線に流れる電流に対し、EL素子に流れる電流が小さくなるようする。EL素子に流れる電流量を補正するためソース信号線電流を増加させ、電流制御を行うトランジスタの見かけの抵抗値を低くしたことで、ソース信号線に寄生する浮遊容量との積による波形なまりを小さくし、短い水平走査期間で所定電流に対応する電荷を蓄積容量に蓄えられるようにした。これにより本発明の表示装置で入力信号に応じた輝度で動画表示や、テレビ放送を表示することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態による画素の構成を示した図
【図2】図1の画素構成における各信号線の量の変化を示した図
【図3】異なる容量比に対するソース信号線電流とEL電流の関係を示した図
【図4】本発明の実施の形態における第2の画素構成を示した図
【図5】本発明の実施の形態における画素構成及びソース信号線電源を示した図
【図6】本発明の実施の形態における階調と輝度の関係を示した図
【図7】本発明の表示装置の構成を示した図
【図8】所定ソース信号線電流に対応した電荷を蓄積容量に蓄える時の1画素の等価回路を示した図
【図9】図5の構成において、短い水平走査期間でも所定輝度を得ることができるようにするための各信号線の波形を示した図
【図10】本発明の実施の形態における第3の画素構成を示した図
【図11】図10における各信号線電圧及び電流の変化を示した図
【図12】本発明の実施の形態における第4の画素構成を示した図
【図13】本発明の実施の形態におけるゲート信号線波形及び表示部全体の構成を示した図
【図14】表示素子の電流密度と輝度の関係の一例を示した図
【図15】電圧制御線を設けた場合の1画素分の回路を示した図
【図16】電圧制御線を設けた場合の表示装置とソースドライバ及びゲートドライバの構成を示した図
【図17】トランジスタを用いて容量を形成した場合の1画素分の回路を示した図
【図18】図15の回路構成における各信号線波形を示した図
【図19】本発明の第2の実施の形態における1画素分の回路を示した図
【図20】図19の回路構成における各信号線の変化を示した図
【図21】ゲート信号線生成部の例を示した図
【図22】本発明の第2の実施の形態における1画素分の回路をnチャンネルトランジスタで形成した図
【符号の説明】
11 ソース信号線
12 ゲート信号線1
13 ゲート信号線2
14 蓄積容量
15 EL電源線
16 EL素子
17 薄膜トランジスタ
18 容量[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a display device that performs gradation display by an amount of current, such as an organic electroluminescent element.
[0002]
[Prior art]
Since the organic light emitting element is a self light emitting element, a backlight required for a liquid crystal display device is unnecessary, and it is expected as a next generation display device from the advantages such as a wide viewing angle.
[0003]
In the organic light emitting device, the light emission intensity of the device and the electric field applied to the device are not in a proportional relationship, and the light emission intensity of the device and the current density flowing through the device are in a proportional relationship. The variation in emission intensity relative to the variation can be reduced by performing gradation display by current control.
[0004]
An example of an active matrix display device using a switching element having a semiconductor layer is shown in FIG. Each pixel includes a plurality of switching elements 73 a to 73 d, a
[0005]
The switching element 73 makes the
[0006]
By this operation, in period A, the amount of current flowing through 73c is determined according to the current value output from the
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
As a display pattern, it was found that the luminance of the non-lighted pixel differs between when a current is passed through a certain source signal line in the order of lighting and non-lighting and when a current is passed in the order of non-lighting and lighting. In the order of lighting and non-lighting, the non-lighting pixels lighted about 0.5, assuming that the luminance at lighting is 1 and the luminance at non-lighting is 0. In addition, when a non-lighting signal is continuously supplied within the same frame period after the lighting signal is supplied once, the luminance of the non-lighting pixels gradually decreases from 0.5, the frame frequency is 60 Hz, and the number of display rows In the case of 220 lines, the luminance is 0 from the 6th to 7th lines.
[0008]
On the other hand, when the lighting signal was sent after the non-lighting, the lighting luminance was 0.8 at first, but it was possible to display with
[0009]
The current density required for the source signal line is 0.01 mA / square centimeter when displaying black, and 5 mA / square centimeter when displaying white. The current supplied to each pixel is 1.5 nA to 29 nA during black display and 750 nA to 14.5 μA during white display in a display device used as a mobile phone, PDA, or television.
[0010]
Although it is necessary to change the gate voltage of the
[0011]
An equivalent circuit for one pixel at this time is shown in FIG. FIG. 8B shows the relationship between the drain current Id of the
[0012]
When the gate voltage is small, the apparent resistance value of the
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the active matrix display device of the present invention sets the current I1 in the first period (writing period) and uniquely corresponds to the current I1 in the second period (display period). In an active matrix display device in which a pixel circuit is configured to flow I2 through a display element, each current satisfies a relationship of I1> I2.
[0014]
As a means for realizing this, a capacitor is connected between the gate signal line and the gate electrode of the transistor for current control,
It is characterized in that the source current required to obtain the same EL current is increased, the apparent resistance value of the transistor is reduced, and the rounding of the waveform is reduced.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0016]
(
FIG. 1 shows a circuit for one pixel of a display device according to a first embodiment of the present invention. It is characterized in that a capacitor Ct18 is provided as compared with a circuit for one pixel having a conventional configuration. FIG. 2 shows a timing chart of main waveforms.
[0017]
In order to flow a signal for turning on the
[0018]
Next, a signal for turning off the
[0019]
The amount of change ΔVp at this time is expressed by ΔVp = ΔVg × (Cgs + Ct) / (Cgs + Ct + Cs), where Cgs is the gate-source capacitance of the
[0020]
An increase in the gate potential of the
[0021]
On the contrary, this indicates that in order to pass the current I1 to the EL element in the second period, a current larger than I1 is passed to the
[0022]
If the current flowing through the source signal line is increased in this way, the apparent resistance value of the transistor having the current-voltage characteristic shown in FIG. 8B can be reduced. As a result, the time constant due to the product of the resistance and the stray capacitance is reduced, so that the time for changing to the predetermined current value in the first period can be shortened.
[0023]
FIG. 3 shows the relationship between the current flowing through the
[0024]
When the capacitance ratio ((Cgs + Ct) / (Cgs + Ct + Cs)) is 0.03, the current value that should flow through the source signal line is about five times the current value that flows through the EL element. When Ct is further increased, the ratio of the current value flowing through the source signal line to the current value flowing through the EL element increases. When the capacity ratio is 0.11, it becomes 200 times. If it is further increased to 0.15, it becomes 500 times.
[0025]
Since the resistance value of the drive transistor decreases as the current flowing through the source signal line increases, the time required to change to the predetermined current decreases. Therefore, the larger the value of Ct, the better.
[0026]
However, when Ct is increased and the capacitance ratio is 0.15, when the current flowing through the EL at black gradation is 3 nA, the current flowing through the source signal line is 1.5 μA as shown in FIG. Is big. When the voltage of the EL power supply line is set to 15 V, when the number of source signal lines is 528 assuming a cellular phone or the like, the power required for writing is 11.9 mW even during black display with the smallest current. On the other hand, since the current value required to change to a predetermined current value within one horizontal scanning period at a frame frequency of 60 Hz may be about 0.3 μA, the maximum value of Ct is such that the capacitance ratio is 0.11. Is desirable from the viewpoint of reducing power consumption.
[0027]
On the other hand, the lower limit value of Ct is desirably a capacity ratio of 0.03. By increasing the current value by at least about 5 times, if the frame frequency is lowered to about 30 Hz, it can be changed to a predetermined current value within one horizontal scanning period.
[0028]
Even when the frame frequency is 60 Hz, when the switching means 58, the
[0029]
In this way, the black gradation can be changed during one horizontal scanning period at the latest. Further, since the change of the source signal line changes from the voltage value representing the black gradation to the voltage value corresponding to the predetermined current value, it is lower than the predetermined luminance when the current value does not change to the current value indicating the predetermined gradation. Displayed with brightness. This is conspicuous on the low gradation side where there is little current, while on the other hand, on the high gradation side, the original current value is large and the current value can be changed sufficiently, so that a predetermined luminance can be output.
[0030]
When this is represented in the figure, the relationship between the gradation and the observed luminance as indicated by 61 in FIG. 6 is obtained. Originally, the gradation characteristic is better seen when the luminance change between one gradation in the low gradation part is smaller than that in the high gradation part. In this method using the
[0031]
Further, as a method of changing to a predetermined current value in a short time, a current X times the predetermined current value (here, X is a natural number of 2 or more) is supplied to the source signal line, and the second period is supplied by the gate signal line 2 (53). There is a method in which the conduction period of the
[0032]
In addition to changing the value of Ct, the amount of change in the voltage of the
[0033]
Further, since the amount of current flowing through the EL element is changed by changing the amount of change in the voltage of the
[0034]
Further, there is a method of adjusting the luminance by changing the time required for changing the voltage of the
[0035]
Each gate signal line generally uses a buffer for the output of the gate driver. For example, the configuration is as shown in FIG. A shift register 210 is a block that sequentially transmits a certain pulse. The output of the shift register 210 is output to each gate signal line through the
[0036]
Since the gate signal line has wiring resistance and stray capacitance, the gate signal line waveform in the vicinity of the gate driver and the gate signal line waveform in the pixel farthest from the gate driver are different as shown in FIG. In the near pixel, the rise and fall of the waveform are instantaneously performed as indicated by 134, but in the case of the far pixel, the waveform changes as indicated by 135 in accordance with the time constants of the resistance and capacitance indicated in 137 and 138. Thereby, ΔVg becomes small. When the gate driver is arranged as shown in FIG. 13B, the change ΔVp in the gate potential of the driving transistor is smaller on the right side than on the left side of the screen, so that the current flowing through the EL element increases and the luminance increases. In particular, the increase in luminance becomes conspicuous during black display, and the contrast also decreases. Therefore, the size of the capacitor 136 in FIG. 13B is changed according to the distance from the gate driver. By increasing the capacitance value of 136b far from the gate driver compared to 136a close to the gate driver, the magnitude of ΔVp can be prevented from changing even when ΔVg becomes small.
[0037]
In FIG. 13, the description has been given in the case where the gate signal line is supplied from one of the screens. However, even when the gate signal line is supplied from both of the screens, similarly, the capacitance of the pixel far from the supply source is increased. The same effect can be obtained if the structure is made smaller as it approaches.
[0038]
When three types of EL elements 16 of red, green, and blue are displayed side by side as a multi-color display device, the current density-luminance characteristics of the EL elements 16 of the respective colors are different, so that the upper limit value of the current density at the black gradation is different. For example, when three color EL elements having current density-luminance characteristics as shown in FIG. 14 are used, the current at the time of black gradation of the green
[0039]
One end of the capacitor Ct (18) is connected to the
[0040]
As a result, the gate potential of the
[0041]
In addition, since this method can increase the value of ΔVg compared to connecting one end of Ct to the gate signal line, the amount of change in the current value of the transistor can be increased by increasing ΔVg even if the value of Ct is small. Can be increased. When connected to the gate signal line, the maximum value of ΔVg is determined by the breakdown voltage of the transistor and should be about 20 V or less. However, the voltage control line according to the embodiment of the present invention may have a potential difference of 20 V or more. Therefore, there is an advantage that the voltage value can be increased, the capacitance Ct can be reduced, and the aperture ratio of the pixel can be increased.
[0042]
In addition to designing and forming the capacitor Ct as an element, for example, a capacitor can be formed by arranging the gate electrode of the
[0043]
Instead of the capacitor, the
[0044]
In the above example, the circuit configuration using the p-type transistor has been described. However, the same effect can be obtained by using the n-type transistor as shown in FIG. For example, FIG. 11 shows the gate signal line waveform and the voltage change of the gate voltage and drain current of the
[0045]
In a first period (corresponding to a horizontal scanning period), a high level signal is applied to the gate signal line 1 (102), and the
[0046]
Next, in the second period, the gate signal line 1 (102) is set to a low level so that no current flows from the
[0047]
Further, the pixel configuration is not limited to the above, and for example, a configuration as shown in FIG. 4 may be used. 48 is a capacitance added according to the present invention, and 49 is a capacitance parasitic between the gate and source electrodes of the
[0048]
A similar effect can be obtained even in a circuit composed of n-type transistors (FIG. 12).
[0049]
Note that the present invention is not limited to the specific circuit configuration described above, and the current I in the first period (writing period).1And the current I in the second period (display period)1Current I uniquely corresponding to2In an active matrix display device in which a pixel circuit is configured to flow through a display element, I1> I2It is characterized by being driven to become. I1And I2Is a relationship between the source signal line current and the EL current at a specific capacitance ratio as shown in FIG. 3, for example. This relationship is expressed as I, B, and n as positive constants.1= A + B · I2 nCan be approximated. Note that the fact that this relationship is established is that the current I2Great effect when is small.
[0050]
(Embodiment 2 of the invention)
FIG. 19 shows a circuit for one pixel of the display device according to the second embodiment of the present invention. The gradation value is displayed by changing the value of the current flowing through the
[0051]
FIG. 20 shows waveforms of the gate signal line, the
[0052]
Therefore, in order to obtain a predetermined luminance, the voltage applied to the
[0053]
This is also effective when the
[0054]
A predetermined voltage is applied from the
[0055]
In the present invention, the transistor has been described by taking a thin film transistor as an example.
[0056]
Further, although an EL element has been described as a display element, an organic light emitting element, an inorganic electroluminescence element, a light emitting diode, or the like may be used.
[0057]
【The invention's effect】
As described above, the present invention uses the gate voltage change when changing from the row selection period to the non-selection period by connecting the gate electrode of the transistor that performs current control with the voltage of the gate signal line and the gate electrode by a capacitor. Thus, the current flowing through the EL element is made smaller than the current flowing through the source signal line. The source signal line current is increased to correct the amount of current flowing through the EL element, and the apparent resistance value of the transistor for current control is reduced, thereby reducing the waveform rounding caused by the product of the parasitic capacitance parasitic on the source signal line. In addition, charges corresponding to a predetermined current can be stored in the storage capacitor in a short horizontal scanning period. As a result, the display device of the present invention can display a moving image or a television broadcast with a luminance corresponding to the input signal.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a pixel according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a change in the amount of each signal line in the pixel configuration of FIG.
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between source signal line current and EL current for different capacitance ratios.
FIG. 4 is a diagram showing a second pixel configuration in the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a pixel configuration and a source signal line power supply in an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between gradation and luminance in the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a display device of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing an equivalent circuit of one pixel when charge corresponding to a predetermined source signal line current is stored in a storage capacitor;
FIG. 9 is a diagram showing waveforms of signal lines in the configuration of FIG. 5 so that predetermined luminance can be obtained even in a short horizontal scanning period.
FIG. 10 is a diagram showing a third pixel configuration in the embodiment of the present invention.
11 is a diagram showing changes in signal line voltages and currents in FIG. 10;
FIG. 12 is a diagram showing a fourth pixel configuration in the embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a diagram showing a gate signal line waveform and a configuration of the entire display unit in the embodiment of the present invention;
FIG. 14 is a diagram showing an example of the relationship between current density and luminance of a display element
FIG. 15 is a diagram showing a circuit for one pixel when a voltage control line is provided;
FIG. 16 is a diagram illustrating a configuration of a display device, a source driver, and a gate driver when a voltage control line is provided.
FIG. 17 shows a circuit for one pixel when a capacitor is formed using a transistor.
18 is a diagram showing signal line waveforms in the circuit configuration of FIG.
FIG. 19 is a diagram showing a circuit for one pixel in the second embodiment of the present invention;
20 is a diagram showing changes of signal lines in the circuit configuration of FIG. 19;
FIG. 21 is a diagram showing an example of a gate signal line generation unit
FIG. 22 is a diagram in which a circuit for one pixel in the second embodiment of the present invention is formed by n-channel transistors;
[Explanation of symbols]
11 Source signal line
12
13 Gate signal line 2
14 Storage capacity
15 EL power line
16 EL element
17 Thin film transistor
18 capacity
Claims (2)
電源から供給される電流を制御する駆動用トランジスタと、
前記駆動用トランジスタのゲート電位を保持するための蓄積容量と、ソース信号線から前記駆動用トランジスタに電流経路を形成する信号線接続ト
ランジスタと、
前記ソース信号線もしくは前記信号線接続トランジスタから前記蓄積容量に電荷を移動させる経路を形成する蓄積容量接続トランジスタと、
前記駆動用トランジスタのゲート電極と前記蓄積容量接続トランジスタのゲート電極間に容量と、
を画素毎に具備し、
前記容量が表示素子の電流密度対輝度特性もしくは電圧対輝度特性の違いに応じて容量値を変化させたものであることを特徴とするアクティブマトリクス型表示装置。In an active matrix display device,
A driving transistor for controlling a current supplied from a power source;
A storage capacitor for holding the gate potential of the driving transistor; a signal line connecting transistor that forms a current path from a source signal line to the driving transistor;
A storage capacitor connection transistor that forms a path for transferring charge from the source signal line or the signal line connection transistor to the storage capacitor;
A capacitance between the gate electrode of the driving transistor and the gate electrode of the storage capacitor connection transistor;
For each pixel,
An active matrix display device, wherein the capacitance is obtained by changing a capacitance value in accordance with a difference in current density vs. luminance characteristics or voltage vs. luminance characteristics of the display element.
電源から供給される電流を制御する駆動用トランジスタと、
前記駆動用トランジスタのゲート電位を保持するための蓄積容量と、
ソース信号線から前記駆動用トランジスタに電流経路を形成する信号線接続トランジスタと、
前記信号線接続トランジスタのゲート電位を制御するゲート信号線と、
前記ソース信号線もしくは前記信号線接続トランジスタから前記蓄積容量に電荷を移動させる経路を形成する蓄積容量接続トランジスタと、
前記駆動用トランジスタのゲート電極と前記蓄積容量接続トランジスタのゲート電極間に容量と、
を画素毎に具備し、
前記容量はゲート信号線に印加する電圧出力からの距離に応じて容量値を変化させたものであることを特徴とするアクティブマトリクス型表示装置。In an active matrix display device,
A driving transistor for controlling a current supplied from a power source;
A storage capacitor for holding the gate potential of the driving transistor;
A signal line connection transistor that forms a current path from a source signal line to the driving transistor;
A gate signal line for controlling the gate potential of the signal line connecting transistor;
A storage capacitor connection transistor that forms a path for transferring charge from the source signal line or the signal line connection transistor to the storage capacitor;
A capacitance between the gate electrode of the driving transistor and the gate electrode of the storage capacitor connection transistor;
For each pixel,
2. The active matrix display device according to claim 1, wherein the capacitance is obtained by changing a capacitance value in accordance with a distance from a voltage output applied to the gate signal line.
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