JP4070696B2 - 発光表示装置，発光表示装置の駆動方法，および発光表示装置の表示パネル - Google Patents

発光表示装置，発光表示装置の駆動方法，および発光表示装置の表示パネル Download PDF

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Description

本発明は，発光表示装置，発光表示装置の駆動方法，および発光表示装置の表示パネルに関する。
一般に，有機電界発光（以下，「ＥＬ: Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ」という）表示装置は，蛍光性有機化合物を電気的に励起して発光させる表示装置であって，Ｎ×Ｍ個の有機発光セルを電圧駆動あるいは電流駆動することによって映像を表現する。このような有機発光セルは，図１に示したように，アノードＩＴＯ，有機薄膜，カソード（金属）の構造を有している。有機薄膜は，電子と正孔の均衡を保つことによって発光効率の向上を図っており，発光層ＥＭＬ，電子輸送層ＥＴＬ，および正孔輸送層ＨＴＬを含む多層構造から成り，また，別途の電子注入層ＥＩＬと正孔注入層ＨＩＬを含んでいる。
このように構成される有機発光セルを駆動する方式には，単純マトリックス方式と，薄膜トランジスタ(TFT: Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ)またはＭＯＳＦＥＴ(MＭｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ)を利用した能動駆動方式がある。単純マトリックス方式は，正極線群と負極線群を直交するように形成し，各群から線を１本ずつ選択して駆動する方式である。これに対して，能動駆動方式は，トランジスタとキャパシタを各ＩＴＯ画素電極に接続して，キャパシタによって電圧を維持する駆動方式である。この能動駆動方式はさらに，キャパシタで電圧を維持するために用いられる信号の形態によって，電圧駆動方式と電流駆動方式に分けられる。下記特許文献１は，ＥＬパネル等を駆動する電圧駆動方式のトランジスタ回路を開示している。
以下，図２および図３を参照しながら，従来の電圧駆動方式および電流駆動方式の有機ＥＬ表示装置について説明する。
図２は，有機ＥＬ素子を駆動する最も簡単な従来型電圧駆動方式の画素回路であって，Ｎ×Ｍ個の画素のうちの一つを代表的に示した図面である。図２に示したように，有機ＥＬ素子ＯＬＥＤに接続されているトランジスタＭ１は，発光のための電流を有機ＥＬ素子ＯＬＥＤに供給する。トランジスタＭ１の電流量は，スイッチングトランジスタＭ２を通じて印加されるデータ電圧によって制御される。また，印加された電圧を一定期間維持するためのキャパシタＣ１がトランジスタＭ１のソースとゲートの間に接続されている。トランジスタＭ２のゲートには選択走査線Ｓｎが連結されており，ソースにはデータ線Ｄｍが接続されている。
このような構造の画素回路の動作は次の通りである。スイッチングトランジスタＭ２のゲートに印加される選択信号によってトランジスタＭ２が導通（オン）すれば，データ線Ｄｍから供給されるデータ電圧ＶＤＡＴＡがトランジスタＭ１のゲートに入力される。そして，トランジスタＭ１のゲートとソースとの間に電圧ＶＧＳが印加される。また，この電圧ＶＧＳは，キャパシタＣ１によって所定期間維持される。トランジスタＭ１は，ゲートとソースの間に印加された電圧ＶＧＳに対応した電流ＩＯＬＥＤを有機ＥＬ素子ＯＬＥＤに出力する。有機ＥＬ素子ＯＬＥＤは，この電流ＩＯＬＥＤに応じた強さの光を発する。
有機ＥＬ素子ＯＬＥＤに流れる電流ＩＯＬＥＤは，次の式１で表される。
Figure 0004070696
ここで，ＩＯＬＥＤは有機ＥＬ素子ＯＬＥＤに流れる電流値，ＶＧＳはトランジスタＭ１のソースとゲートの間の電圧，ＶＴＨはトランジスタＭ１のしきい電圧，ＶＤＡＴＡはデータ電圧，βは定数を示す。
式１から明らかなように，図２に示した従来の画素回路によれば，データ線Ｄｍから供給されるデータ電圧ＶＤＡＴＡに対応する電流ＩＯＬＥＤが有機ＥＬ素子ＯＬＥＤに供給され，供給された電流ＩＯＬＥＤに対応して有機ＥＬ素子が発光する。そして，データ電圧ＶＤＡＴＡは，階調を表現するために一定の範囲で多段階の値を有する。
特開平１１−２７２２３３号公報
しかし，このような従来の電圧駆動方式の画素回路では，半導体製造上の不均一性によって，トランジスタのしきい電圧ＶＴＨや電子移動度に偏差が生じてしまい，これが原因で多段階の精密な階調表現が得難いという問題があった。例えば，３Ｖで画素回路の薄膜トランジスタを駆動する場合，８ビット（２５６）階調を表現するためには，１２ｍＶ（＝３Ｖ／２５６）間隔で薄膜トランジスタのゲートに電圧を印加しなければならない。ここで，もし薄膜トランジスタのしきい電圧ＶＴＨの偏差が１００ｍＶである場合には，例えば隣接画素間で輝度反転が生じるおそれもあり，多段階階調を表現することが難しくなる。また，電子移動度の偏差がある場合，式１でのβ値が変わるため，さらに多段階階調を表現することが難しくなる。
このような課題を有する電圧駆動方式に対して，電流駆動方式によれば，各画素回路に電流を供給する電流源がパネル全体を通じて均一であるとすれば，たとえ各画素内の駆動トランジスタの電圧−電流特性にバラツキがあっても，均一なディスプレイ特性を得ることができる。
図３は，有機ＥＬ素子を駆動する従来の電流駆動方式の画素回路であって，Ｎ×Ｍ個の画素のうちの一つを代表的に示した図面である。図３に示すように，有機ＥＬ素子ＯＬＥＤに接続されたトランジスタＭ１が，有機ＥＬ素子ＯＬＥＤに対して発光のための電流ＩＯＬＥＤを供給する。トランジスタＭ１が供給（出力）する電流ＩＯＬＥＤの量は，トランジスタＭ２を通じてデータ線ＤｍからトランジスタＭ１に与えられるデータ電流ＩＤＡＴＡによって調整される。
図３に示した従来の電流駆動方式の画素回路の動作は次の通りである。まず，選択走査線Ｓｎから与えられる選択信号によって，トランジスタＭ２およびトランジスタＭ３が導通（オン）すると，トランジスタＭ１はダイオード接続状態となり，データ線Ｄｍから供給されるデータ電流ＩＤＡＴＡに対応するダイオード電圧がキャパシタＣ１に保存される。次に，選択走査線Ｓｎから供給される選択信号が論理的高レベル（ハイレベル）になってトランジスタＭ２とトランジスタＭ３が遮断（オフ）され，走査線Ｅｎから供給される発光信号が論理的低レベル（ローレベル）になってトランジスタＭ４が導通する。これによって，電源ＶＤＤから電流がトランジスタＭ１に供給され，キャパシタＣ１に保存された電圧に対応する電流ＩＯＬＥＤが有機ＥＬ素子ＯＬＥＤに流れて発光する。この時，有機ＥＬ素子ＯＬＥＤに流れる電流ＩＯＬＥＤは式２で表される。
Figure 0004070696
ここで，ＶＧＳはトランジスタＭ１のソースとゲートの間の電圧，ＶＴＨはトランジスタＭ１のしきい電圧，βは定数を示す。
式２に示したように，従来の電流駆動型の画素回路によれば，有機ＥＬ素子ＯＬＥＤに流れる電流ＩＯＬＥＤはデータ電流ＩＤＡＴＡに一致するため，駆動電流源がパネル全体を通じて均一であるとすれば，均一なディスプレイ特性が得られる。しかし，有機ＥＬ素子ＯＬＥＤに流れる電流ＩＯＬＥＤは微小電流であるために，その微小なデータ電流ＩＤＡＴＡで画素回路を制御しなければならず，データ電流ＩＤＡＴＡの調整に高い精度が要求される。また，データ電流ＩＤＡＴＡが微小であるために，データ線Ｄｍの充電時間が長くなるという問題がある。例えば，データ線Ｄｍの負荷キャパシタンスが３０ｐＦであると仮定すると，数十ｎＡ〜数百ｎＡのデータ電流ＩＤＡＴＡでデータ線Ｄｍを１Ｖに充電するためには，数ｍｓの時間が必要である。この充電時間は，通常，数十μｓである水平走査時間に対して２桁程度長い。この結果，従来の電流駆動型の画素回路においては，水平走査時間内で充分にデータ線Ｄｍを充電できないおそれがあった。
本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的は，表示特性が構成トランジスタのしきい電圧や電子移動度のバラツキ（偏差）に左右されず，データ線を水平走査時間内に充分に充電させることが可能な新規かつ改良された発光表示装置，発光表示装置の駆動方法，および発光表示装置の表示パネルを提供することにある。
上記課題を解決するために，本発明の第１の観点によれば，画像信号を示すデータ電流を伝達する複数のデータ線と，選択信号を伝達する複数の走査線と，データ線と走査線によって定義される複数の画素領域それぞれに形成されている画素回路とを含む発光表示装置が提供される。そして，各画素回路は，発光素子，第１トランジスタ，第２トランジスタ，第１スイッチング素子，第２スイッチング素子，第１保存素子，および第２保存素子を含む。第１トランジスタは，第１主電極，第２主電極，および制御電極を有し，発光素子を発光させるための駆動電流を出力する。第２トランジスタは，ダイオード形態に接続されている。第１スイッチング素子は，走査線から供給される選択信号に応答してデータ線から供給されるデータ電流を第２トランジスタに伝達する。第２スイッチング素子は，第２制御信号に応答して第１トランジスタと発光素子を電気的に接続する。第１保存素子は，第１端が第１トランジスタの第１主電極と第２トランジスタの第１主電極に電気的に接続されており，第２端が第１トランジスタの制御電極に電気的に接続されており，第１制御信号が第１レベルのときに第２端が第２トランジスタの制御電極に電気的に接続される。第２保存素子は，第１制御信号が第２レベルのときに第１保存素子の第２端と第２トランジスタの制御電極の間に電気的に連結される。
この発光表示装置は，第１制御信号が第１レベルに遷移し，選択信号が選択される第１期間，第１制御信号が第２レベルに遷移する第２期間，第２制御信号が選択される第３期間の順に動作するのが好ましい。
第１期間では，データ電流に対応して第２トランジスタの制御電極の電圧が第１電圧に決定される。第２期間では，データ電流の遮断によって第２トランジスタの制御電極の電圧が第１電圧から第２電圧に変更され，第１保存素子と第２保存素子の結合によって第１トランジスタの制御電極の電圧が第３電圧に設定される。また，第１保存素子には，第３電圧に対応する第４電圧が保存される。第３期間では，第４電圧（第３電圧）に対応する駆動電流が第１トランジスタから発光素子に伝達される。
また，画素回路は，第１トランジスタの制御電極と第２トランジスタの制御電極の間に接続される第３スイッチング素子をさらに含むことが好ましい。この第３スイッチング素子は，第１レベルの第１制御信号によって導通する。
第１制御信号は，選択信号と同一の信号としてもよい。また，第１制御信号を選択信号とは別の信号線によって伝送するようにしてもよい。また，第１制御信号は，選択信号より早いタイミングで論理レベルが遷移することが好ましい。
第１トランジスタのチャネル幅は，第２トランジスタのチャネル幅以下であり，第１トランジスタのチャネル長は，前記第２トランジスタのチャネル長以上であることが好ましい。第１保存素子の容量と第２保存素子の容量の比は画面のサイズと解像度によって最適化されることが好ましい。また，第１トランジスタのしきい電圧と第２トランジスタのしきい電圧の間の均一性は高いことが好ましい。
上記課題を解決するために，本発明の第２の観点によれば，走査線から供給される選択信号に応答してデータ線から供給されるデータ電流を伝達する第１スイッチング素子と，データ電流に応じた駆動電流を出力する第１トランジスタと，第１トランジスタの第１主電極と制御電極の間に形成される第１保存素子と，第１トランジスタが出力する駆動電流に対応した輝度で発光する発光素子を含む画素回路を備えた発光表示装置の駆動方法が提供される。本駆動方法では，まず，第１スイッチング素子が出力したデータ電流が第２トランジスタに伝達され，第２トランジスタの制御電極の電圧が第１電圧に設定される。この第２トランジスタは，ダイオード形態に接続されており，その制御電極が第１トランジスタの制御電極に電気的に接続されている。次に，第１トランジスタの制御電極と第２トランジスタの制御電極の間に第２保存素子が形成され，データ電流が遮断されて第１電圧が第２トランジスタのしきい電圧が反映された第２電圧に変更され，第２電圧と，第１保護素子と第２保存素子の結合によって，第１トランジスタの制御電極の電圧が第１電圧から第３電圧に変更される。次いで，第３電圧に応じて，第１トランジスタから出力される駆動電流が発光素子に伝達される。
上記課題を解決するために，本発明の第３の観点によれば，画像信号を示すデータ電流を伝達する複数のデータ線と，選択信号を伝達する複数の走査線と，データ線と走査線によって定義される複数の画素領域それぞれに形成されている画素回路とを含む発光表示装置の表示パネルが提供される。各画素回路は，発光素子，第１トランジスタ，第２トランジスタ，第１スイッチング素子，第１保存素子，および第２保存素子を含む。第１トランジスタは，発光素子を発光させるための駆動電流を出力する。第２トランジスタは，ダイオード形態に連結されている。第１スイッチング素子は，走査線から供給される選択信号に応答してデータ線から供給されるデータ電流を第２トランジスタに伝達する。第１保存素子は，第１トランジスタの制御電極に電気的に連結されている。
この表示パネルは，第１トランジスタの制御電極と第２トランジスタの制御電極が直接電気的に接続され，第１スイッチング素子から供給されるデータ電流に対応する電圧が第１保存素子に保存される第１期間，第１トランジスタの制御電極と第２トランジスタの制御電極の間に第２保存素子が形成され，データ電流が遮断されて第２トランジスタのしきい電圧に対応する電圧が第１保存素子および第２保存素子に分配される第２期間，第１保存素子に保存された電圧に対応して第１トランジスタから出力される駆動電流が発光素子に伝達される第３期間の順に動作することを特徴としている。
本発明によれば，大きい値のデータ電流で有機ＥＬ素子に流れる微細な電流を制御するため，水平走査時間内にデータ線を充分に充電することができる。また，有機ＥＬ素子に流れる電流について，トランジスタのしきい電圧偏差や移動度に起因する偏差が補償されるため，高解像度と大面積の発光表示が実現できる。
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書および図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また，ある部分が他の部分と接続されていると説明されている場合，これは直接的な接続だけでなく，その中間に他の素子が介在する間接的な電気的接続も含む。
（第１の実施の形態）
まず，図４を参照して本発明の第１の実施の形態にかかる有機ＥＬ表示装置について詳しく説明する。図４は，本実施の形態にかかる有機ＥＬ表示装置の概略的な平面図である。
図４に示したように，本実施の形態にかかる有機ＥＬ表示装置は，有機ＥＬ表示パネル１０，走査駆動部２０，およびデータ駆動部３０を含む。
有機ＥＬ表示パネル１０は，縦方向に延びる複数のデータ線Ｄ１〜Ｄｍ，横方向に延びる複数の選択走査線Ｓ１〜Ｓｎ，複数の発光走査線Ｅ１〜Ｅｎ，および複数の画素回路１１を含む。データ線Ｄ１〜Ｄｍは，画像信号を示すデータ信号を画素回路１１に伝達し，選択走査線Ｓ１〜Ｓｎは，選択信号を画素回路１１に伝達する。画素回路１１は，隣接した二つのデータ線Ｄ１〜Ｄｍと隣接した二つの選択走査線Ｓ１〜Ｓｎによって定義される画素領域に形成されている。また，発光走査線Ｅ１〜Ｅｎは，画素回路１１の発光を制御する発光信号を伝達する。
走査駆動部２０は，選択走査線Ｓ１〜Ｓｎと発光走査線Ｅ１〜Ｅｎに各々選択信号と発光信号を順次に出力し，データ駆動部３０は，データ線Ｄ１〜Ｄｍに画像信号を示すデータ電流を出力する。
走査駆動部２０とデータ駆動部３０の両方またはいずれか一方は，表示パネル１０に電気的に接続されか，または表示パネル１０に接着されて電気的に接続されているテープキャリアパッケージ（ＴＣＰ）にチップなどの形態で装着され得る。また，表示パネル１０に接着されて電気的に接続されている可撓性印刷回路基板（ＦＰＣ）またはフィルムなどにチップなどの形態で装着することも可能である。これをＣｏＦ（ｃｈｉｐ ｏｎ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｂｏａｒｄ／ｃｈｉｐ ｏｎ ｆｉｌｍ）方式という。この他，走査駆動部２０とデータ駆動部３０の両方またはいずれか一方を表示パネル１０のガラス基板上に直接装着すること，またはガラス基板上に走査線，データ線，および薄膜トランジスタと同一層で形成されている駆動回路に置き換えて直接装着することもできる。これをＣｏＧ（ｃｈｉｐ ｏｎ ｇｌａｓｓ）方式という。
次に，図５および図６を参照しながら，第１の実施の形態にかかる有機ＥＬ表示装置の画素回路１１について詳細に説明する。図５は，本実施の形態にかかる画素回路１１の等価回路図であり，図６は，図５の画素回路１１の駆動信号の波形図である。そして，図５には，説明の便宜上，ｍ番目データ線Ｄｍ，ｎ番目選択走査線Ｓｎ，ｎ番目発光走査線Ｅｎ，およびこれらに接続された画素回路１１だけを示した。
図５に示したように，本実施の形態にかかる画素回路１１は，有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ，電圧電流変換素子またはスイッチ素子としてのトランジスタＭ１〜Ｍ５，保存素子としてのキャパシタＣ１，Ｃ２を含む。トランジスタＭ１〜Ｍ５は，Ｐチャネル型ＭＯＳ(Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ)トランジスタで形成されている。このようなトランジスタＭ１〜Ｍ５は，表示パネル１０のガラス基板上に形成されるゲート電極，ソース電極，およびドレイン電極をそれぞれ制御電極，第１主電極，第２主電極として有する薄膜トランジスタであることが好ましい。
トランジスタ（第１トランジスタ）Ｍ１は，電源ＶＤＤにソースが接続され，キャパシタＣ２の第１端にゲートが接続されている。また，トランジスタＭ１のソースにはキャパシタ（第１保存素子）Ｃ１の第２端が接続されている。トランジスタ（第２トランジスタ）Ｍ２は，ゲートとドレインが接続され，ダイオードを構成している（ダイオード接続）。このように構成されたトランジスタＭ２は，そのソースが電源ＶＤＤに接続されており，電圧シフト用ダイオードとして機能する。トランジスタＭ２のゲートとトランジスタＭ１のゲートとの間には，トランジスタ（第３スイッチング素子）Ｍ５とキャパシタ（第２保存素子）Ｃ２が並列に接続されている。
トランジスタ（第１スイッチング素子）Ｍ３は，選択走査線Ｓｎから供給される選択信号（選択信号，第１制御信号）ＳＥｎがローレベル（第１レベル）の場合，これに応答してデータ線Ｄｍから供給されるデータ電流ＩＤＡＴＡをトランジスタＭ２に伝達する。トランジスタＭ５は，選択走査線Ｓｎから供給される選択信号ＳＥｎに応答して，トランジスタＭ２のゲートとトランジスタＭ１のゲートを接続し，キャパシタＣ２を短絡する。トランジスタ（第２スイッチング素子）Ｍ４は，トランジスタＭ１のドレインと有機ＥＬ素子ＯＬＥＤの間に接続されており，走査線Ｅｎから供給される発光信号ＥＭｎがローレベルの場合，これに応答して，トランジスタＭ１が出力する電流ＩＯＬＥＤを有機ＥＬ素子ＯＬＥＤに伝達する。有機ＥＬ素子ＯＬＥＤはトランジスタＭ４と基準電圧点，例えば接地点との間に接続されており，入力される電流ＩＯＬＥＤの量に対応する輝度で発光する。
次に，図６を参照しながら本実施の形態にかかる画素回路１１の動作について詳細に説明する。この動作は，３相形式であって，データ線Ｄｍを充電する期間（第１期間，第１段階）Ｔ１，トランジスタＭ２のしきい電圧ＶＴＨを検出し，発光電流ＩＯＬＥＤの値に対応するトランジスタＭ１のゲート−ソース間電圧ＶＧＳを設定する期間（第２期間，第２段階）Ｔ２，および有機ＥＬ素子ＯＬＥＤが発光する期間（第３期間，第３段階）Ｔ３を有している。
図６に示したように，まず，期間Ｔ１ではデータ線Ｄｍを充電した後に，データ電流ＩＤＡＴＡに対応するトランジスタＭ２のゲート−ソース間電圧（第１電圧）ＶＧＳをキャパシタＣ１に設定する。
具体的には，ローレベル（イネーブルレベル）の選択信号ＳＥｎによって，トランジスタＭ５が導通（オン）し，トランジスタＭ１のゲートとトランジスタＭ２のゲートが電気的に接続される。同様に，トランジスタＭ３が導通（オン）し，データ線Ｄｍから供給されるデータ電流ＩＤＡＴＡがトランジスタＭ２に流れる。データ電流ＩＤＡＴＡは，式３のように示すことができる。式３から，期間Ｔ１におけるトランジスタＭ２のゲート電圧ＶＧ２（Ｔ１）が決定される。そして，トランジスタＭ１のゲートとトランジスタＭ２のゲートは電気的に接続されているため，期間Ｔ１におけるトランジスタＭ１のゲート電圧ＶＧ１（Ｔ１）は，トランジスタＭ２のゲート電圧ＶＧ２（Ｔ１）と同一である。
Figure 0004070696
ここで，μ２，ＣＯＸ２，Ｗ２，Ｌ２，ＶＴＨ２はそれぞれ，トランジスタＭ２の電子移動度，ゲート酸化膜のキャパシタンス，チャネル幅，チャネル長，しきい電圧である。また，ＶＤＤは，電源ＶＤＤによってトランジスタＭ２に供給される電圧である。
なお，データ電流ＩＤＡＴＡは，データ駆動部３０で設定されるが，期間Ｔ１の開始直後にトランジスタＭ２に流れる電流は，定常状態よりも大きく，または，小さくなる場合がある。そして，データ線Ｄｍが充電された後に，トランジスタＭ２に定常値の電流が流れることになる。例えば，ローレベルの選択信号ＳＥｎの幅が水平走査期間より狭い場合には，データ電流ＩＤＡＴＡを消費する画素のない期間が生じてしまう。この場合，データ線Ｄｍの電圧が大きくなり，期間Ｔ１の初期，つまり，ローレベル選択信号ＳＥｎの印加直後には，トランジスタＭ２に流れる電流が定常状態よりも大きくなる。反対に，選択信号ＳＥｎの幅が広く，この選択信号ＳＥｎのローレベル期間と隣接する選択信号ＳＥｎ−１，ＳＥｎ＋１のローレベル期間が重なる場合には，２個以上の画素でデータ電流ＩＤＡＴＡを分け合うことになるため，期間Ｔ１の初期において，トランジスタＭ２に流れる電流値が定常状態よりも小さくなる。
次に，期間Ｔ２では，キャパシタＣ１が放電して，トランジスタＭ２のゲート−ソース間電圧ＶＧＳ（Ｍ２）がしきい電圧（第２電圧）ＶＴＨ２まで低下すると，ここでキャパシタＣ１の放電が停止する。このときのキャパシタＣ１の電圧がトランジスタＭ１のゲート−ソース間電圧ＶＧＳ（Ｍ１）となって，発光電流ＩＯＬＥＤを制御することになる。まず，選択信号ＳＥｎがハイレベルになってトランジスタＭ３とトランジスタＭ５が遮断（オフ）する。オフしたトランジスタＭ３によって，データ電流ＩＤＡＴＡが遮断される。このため，ダイオード形態に接続されているトランジスタＭ２のゲート電圧ＶＧ２（Ｔ２）は，“ＶＤＤ−｜ＶＴＨ２｜”になる。したがって，期間Ｔ１と期間Ｔ２の間でのトランジスタＭ２のゲート電圧の変化量ΔＶＧ２は，式４のようになる。
Figure 0004070696
トランジスタＭ１のゲート電圧（第３電圧）ＶＧ１（Ｔ２）は，直列接続されたキャパシタＣ１およびキャパシタＣ２の接点電圧に相当するため，トランジスタＭ１のゲート電圧の変化量ΔＶＧ１は，式５のようになる。つまり，トランジスタＭ１のゲート電圧ＶＧ１（Ｔ２）は，“ＶＧ１（Ｔ１）＋ΔＶＧ１”となる。なお，キャパシタＣ１には，トランジスタＭ１のゲート電圧（第３電圧）ＶＧ１（Ｔ２）に対応する電圧（第４電圧）が保存される。
Figure 0004070696
ここで，Ｃ１はキャパシタＣ１のキャパシタンスであり，Ｃ２はキャパシタＣ２のキャパシタンスである。
期間Ｔ３では，ローレベルの発光信号ＥＭｎに応答してトランジスタＭ４が導通（オン）する。オンしたトランジスタＭ４によって，トランジスタＭ１が出力する電流ＩＯＬＥＤが有機ＥＬ素子ＯＬＥＤに供給される。有機ＥＬ素子ＯＬＥＤは，電流ＩＯＬＥＤの大きさに応じて発光する。この電流ＩＯＬＥＤは式６のようになる。
Figure 0004070696
ここで，μ１,ＣＯＸ１,Ｗ１,Ｌ１，およびＶＴＨ１はそれぞれ，トランジスタＭ１の電子移動度，ゲート酸化膜のキャパシタンス，チャネル幅，チャネル長，およびしきい電圧である。
本実施の形態において，トランジスタＭ１とトランジスタＭ２は，狭い画素内部に相互に近接して形成されるため，両者の電気的特性をあわせることは容易である。例えば，トランジスタＭ１の電子移動度μ１，しきい電圧ＶＴＨ１，および酸化膜キャパシタンスＣＯＸ１と，トランジスタＭ２の電子移動度μ２，しきい電圧ＶＴＨ２，および酸化膜キャパシタンスＣＯＸ２をそれぞれ実質的に等しくすることは可能である（μ１＝μ２，ＶＴＨ１＝ＶＴＨ２，ＣＯＸ１＝ＣＯＸ２）。したがって，式６は，式７のように示すことができる。さらに，数式７は，数式３から数式８のように示すことができる。なお，トランジスタＭ１とトランジスタＭ２との間の特性偏差を抑えるため，両チャネルを平行して配置することが好ましい。また，トランジスタＭ１とトランジスタＭ２の各チャネル長が異なる場合でも，チャネル幅を一致させることが好ましい。さらに，長い方のチャンネルを折り曲げる場合には，非平行部分をなるべく短くすることが望ましい。
Figure 0004070696
Figure 0004070696
キャパシタＣ１のキャパシタンスＣ１がキャパシタＣ２のキャパシタンスＣ２のｎ倍であり（Ｃ１＝ｎＣ２），トランジスタＭ２のチャンネル幅Ｗ２とチャンネル長Ｌ２の比（Ｗ２／Ｌ２）がトランジスタＭ１のチャンネル幅Ｗ１とチャンネル長Ｌ１の比（Ｗ１／Ｌ１）のＭ倍であれば，式８は式９のようになる。特に，トランジスタＭ２のチャンネル幅Ｗ２は，トランジスタＭ１のチャンネル幅Ｗ１と同一または広いことが好ましい。または，トランジスタＭ２のチャネル長Ｌ２は，トランジスタＭ１のチャネル長Ｌ１と同一または短いことＭ１が好ましい。そして，キャパシタＣ１のキャパシタンスＣ１とキャパシタＣ２のキャパシタンスＣ２の比は，少なくとも画面のサイズと解像度に応じて最適化されることが好ましい。
Figure 0004070696
式９に示したように，本実施の形態によれば，有機ＥＬ素子ＯＬＥＤに供給される電流ＩＯＬＥＤは，トランジスタＭ１のしきい電圧ＶＴＨ１や電子移動度μ１に関係なく決定されるため，しきい電圧の偏差や電子移動度の偏差があった場合でも，良好な表示特性が得られる。
また，本実施の形態によれば，有機ＥＬ素子ＯＬＥＤに供給される発光電流ＩＯＬＥＤに対してＭ（ｎ＋１）倍という大きいデータ電流ＩＤＡＴＡを制御信号として用い，微細な発光電流ＩＯＬＥＤを制御するため，多段階の階調を確実に，かつ高精度に表現することができる。また，データ線Ｄ１〜Ｄｍに大きいデータ電流ＩＤＡＴＡを供給するため，データ線充電時間を短縮し，短い水平走査時間内でも充分に充電することが可能となる。この結果，大面積の有機ＥＬ表示装置を実現することができる。
また，本実施の形態によれば，トランジスタＭ１〜Ｍ５が全て同一導電型のトランジスタであるため，トランジスタの形成構成（例えば，表示パネル１０のガラス基板上に薄膜トランジスタを形成する工程）を簡単にすることができる。
式９から明らかなように，例えば，Ｍ＝１０，ｎ＝９とすることによって，データ電流ＩＤＡＴＡと発光電流ＩＯＬＥＤの比率は，“１００：１”となり，水平走査時間内にデータ線Ｄｍを十分かつ確実に充電できるようになる。
本実施の形態においては，トランジスタＭ１〜Ｍ５をＰチャネル型ＭＯＳトランジスタで実現したが，これをＮチャネル型ＭＯＳトランジスタで実現することもできる。トランジスタＭ１〜Ｍ５をＮチャネル型ＭＯＳトランジスタで実現する場合には，図５の画素回路に対して，トランジスタＭ１のソースとトランジスタＭ２のソースに，正の電源電圧ＶＤＤではなく，負の基準電圧（例えば，負の電源電圧Ｖｓｓまたは接地電圧ＧＮＤ）を印加し，有機ＥＬ素子ＯＬＥＤのカソードをトランジスタＭ４に接続し，有機ＥＬ素子ＯＬＥＤのアノードに電源電圧ＶＤＤを印加する。そして，選択信号ＳＥｎおよび発光信号ＥＭｎは，図６の駆動波形に対して反転した形態を有するようにする。このように，トランジスタＭ１〜Ｍ５をＮチャネル型ＭＯＳトランジスタで実現した場合の作用，効果については，上述した図５の画素回路の作用，効果と同様である。また，トランジスタＭ１〜Ｍ５のいくつかをＰチャネル型ＭＯＳトランジスタで構成し，その他をＮチャネル型ＭＯＳトランジスタで構成することも可能である。さらに，トランジスタＭ１〜Ｍ５を類似な機能をする各種スイッチング素子で実現することもできる。
（第２の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態では，トランジスタＭ５を選択走査線Ｓｎから供給される選択信号ＳＥｎを使用して制御したが，別途の走査線からの制御信号を使用して制御することもできる。以下では，このような回路構成を有する本発明の第２の実施の形態について，図７および図８を参照しながら詳細に説明する。
図７は，本実施の形態にかかる画素回路の等価回路図であり，図８は，図７の画素回路を駆動するための駆動信号の波形図である。
図７に示したように，本実施の形態にかかる画素回路は，図５に示した第１の実施の形態にかかる画素回路に対して，走査線Ｃｎが追加されている。トランジスタＭ５は，ゲートが走査線Ｃｎに接続されており，走査線Ｃｎから与えられる制御信号（第１制御信号）ＣＳｎに応答してＭ１のゲートとトランジスタＭ２のゲートを電気的に接続する。
第１の実施の形態では，例えば，信号の伝送遅れの影響でトランジスタＭ５のオン・オフがトランジスタＭ３のオン・オフに対して遅れるおそれがある。この点，本実施の形態によれば，制御信号ＣＳｎを選択信号ＳＥｎより先にローレベルとする。このとき，制御信号ＣＳｎを遅延させた信号を選択信号ＳＥｎとして用いることができる。
さらに詳しく本実施の形態にかかる画素回路の動作を説明する。まず，制御信号ＣＳｎをローレベルに遷移させることによって，先にトランジスタＭ５を導通（オン）させて，トランジスタＭ１のゲートとトランジスタＭ２のゲートを電気的に接続する。その後，選択信号ＳＥｎをローレベルに遷移させることによって，トランジスタＭ３を導通（オン）させる。これによって，データ電流ＩＤＡＴＡがデータ線ＤｍからトランジスタＭ１のゲートに安定的に伝達される。
次に，制御信号ＣＳｎをハイレベルに遷移させることよって，トランジスタＭ５を遮断（オフ）させて，キャパシタＣ１およびキャパシタＣ２に電圧を保存する。その後，選択信号ＳＥｎをハイレベルに遷移させることによって，トランジスタＭ３を遮断（オフ）させて，トランジスタＭ１のゲートへのデータ電流ＩＤＡＴＡの入力を遮断する。このように，本実施の形態にかかる画素回路によれば，第１の実施の形態にかかる画素回路と同様の効果が得られると共に，トランジスタＭ５が確実にトランジスタＭ３よりも先にオンし，先にオフするため，結果的に有機ＥＬ素子ＯＬＥＤの発光／消光動作の安定化が実現する。
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば，第２の形態にかかる画素回路においても，トランジスタＭ１〜Ｍ５のそれぞれをＰチャネル型からＮチャネル型に置き換えることは可能である。また，上述したトランジスタと実質的に同一の機能を有するものであれば，Ｐチャネル型とＮチャネル型の組み合わせに制限はない。また，ＭＯＳトランジスタ以外の各種スイッチング素子を使用して画素回路を構成することもできる。
また，有機ＥＬ表示装置を例に挙げて本発明の実施の形態を説明したが，本発明は，有機ＥＬ素子に限定されず，電流によって発光する他の発光表示装置にも適用できる。
本発明は，例えば，電流駆動方式の有機電界発光表示装置に適用可能である。
有機電界発光素子の概念図である。 従来の電圧駆動方式の画素回路の等価回路図である。 従来の電流駆動方式の画素回路の等価回路図である。 本発明の第１の実施の形態にかかる有機ＥＬ表示装置の概略的な平面図である。 同実施の形態にかかる画素回路の等価回路図である。 図５の画素回路の駆動信号の波形図である。 本発明の第２の実施の形態にかかる画素回路の等価回路図である。 図７の画素回路の駆動信号の波形図である。
符号の説明
１０：有機ＥＬ表示パネル
１１：画素回路
２０：走査駆動部
３０：データ駆動部
Ｃ１，Ｃ２：キャパシタ
ＣＳｎ：制御信号
Ｄ１〜Ｄｍ：データ線
ＩＤＡＴＡ：データ電流
ＩＯＬＥＤ：電流
Ｍ１〜Ｍ５：トランジスタ
ＯＬＥＤ：有機ＥＬ素子
Ｓ１〜Ｓｎ：選択走査線
Ｅ１〜Ｅｎ：発光走査線
ＳＥｎ：選択信号
ＶＤＤ：電源

Claims (21)

  1. 画像信号を示すデータ電流を伝達する複数のデータ線と，
    選択信号を伝達する複数の走査線と，
    前記データ線と前記走査線によって定義される複数の画素領域それぞれに形成されている複数の画素回路と，
    を含む発光表示装置において，
    前記各画素回路は，
    印加される電流に対応して発光する発光素子と，
    前記発光素子を発光させるための駆動電流を出力し，第１主電極，第２主電極，および制御電極を有する第１トランジスタと，
    ダイオード形態に接続されている第２トランジスタと，
    前記走査線から供給される選択信号に応答して，前記データ線から供給されるデータ電流を前記第２トランジスタに伝達する第１スイッチング素子と，
    第１端が前記第１トランジスタの第１主電極と前記第２トランジスタの第１主電極に電気的に接続され，第２端が前記第１トランジスタの制御電極に電気的に接続され，第１制御信号が第１レベルのときに前記第２端が前記第２トランジスタの制御電極に電気的に接続される第１保存素子と，
    前記第１保存素子の第２端と前記第２トランジスタの制御電極の間に電気的に接続される第２保存素子と，
    第２制御信号に応答して前記第１トランジスタと前記発光素子を電気的に接続する第２スイッチング素子と，
    を含むことを特徴とする，発光表示装置。
  2. 前記第１制御信号が第１レベルに遷移し，前記選択信号が選択される第１期間，前記第１制御信号が第２レベルに遷移する第２期間，前記第２制御信号が選択される第３期間の順に動作することを特徴とする，請求項１に記載の発光表示装置。
  3. 前記第１期間では，前記第２トランジスタの制御電極の電圧が，前記データ電流に対応する第１電圧に設定され，
    前記第２期間では，前記第２トランジスタの制御電極に入力されていた前記データ電流が遮断されて前記第２トランジスタの制御電極の電圧が前記第１電圧から第２電圧に変更され，前記第１保存素子および第２保存素子の結合によって前記第１トランジスタの制御電極の電圧が第３電圧に設定され，前記第１保存素子に第４電圧が保存され，
    前記第３期間では，前記第４電圧に対応する駆動電流が前記第１トランジスタから前記発光素子に伝達される，
    ことを特徴とする，請求項２に記載の発光表示装置。
  4. 前記各画素回路は，
    前記第１トランジスタの制御電極と前記第２トランジスタの制御電極の間に接続され，第１レベルの前記第１制御信号によって導通する第３スイッチング素子を更に含む，
    ことを特徴とする，請求項１〜３のいずれかに記載の発光表示装置。
  5. 前記第１制御信号は，前記選択信号であることを特徴とする，請求項１〜４のいずれかに記載の発光表示装置。
  6. 前記第１制御信号は，前記選択信号より早いタイミングで論理レベルが遷移することを特徴とする，請求項１〜４のいずれかに記載の発光表示装置。
  7. 前記第１トランジスタのチャネル幅は，前記第２トランジスタのチャネル幅と同一，または，前記第２トランジスタのチャネル幅より狭いことを特徴とする，請求項１〜６のいずれかに記載の発光表示装置。
  8. 前記第１トランジスタのチャネル長は，前記第２トランジスタのチャネル長と同一，または，前記第２トランジスタのチャネル長より長いことを特徴とする，請求項１〜７のいずれかに記載の発光表示装置。
  9. 前記第１保存素子は，前記第１トランジスタの第１主電極と制御電極の間に接続された第１キャパシタであり，
    前記第２保存素子は，前記第１トランジスタの制御電極と前記第２トランジスタの制御電極の間に接続された第２キャパシタであり，
    前記第１キャパシタのキャパシタンスと前記第２キャパシタのキャパシタンスは，少なくとも画面のサイズおよび解像度に応じて決定されることを特徴とする，請求項１〜８のいずれかに記載の発光表示装置。
  10. 前記第１トランジスタと前記第２トランジスタは，しきい電圧が等しくなるように形成されたことを特徴とする，請求項１〜９のいずれかに記載の発光表示装置。
  11. 走査線から供給される選択信号に応答してデータ線から供給されるデータ電流を伝達する第１スイッチング素子と，
    前記データ電流に応じた駆動電流を出力し，第１主電極，第２主電極，および制御電極を有する第１トランジスタと，
    前記第１トランジスタの第１主電極と制御電極の間に接続された第１保存素子と，
    前記第１トランジスタが出力する駆動電流に対応して光を発光する発光素子と，
    を含む画素回路を備えた発光表示装置の駆動方法であって，
    ダイオード形態に接続されている第２トランジスタの制御電極を前記第１トランジスタの制御電極に電気的に接続し，前記第１スイッチング素子が出力するデータ電流を前記第２トランジスタに伝達して前記第２トランジスタの制御電極の電圧を第１電圧に設定する第１段階と，
    前記第１トランジスタの制御電極と前記第２トランジスタの制御電極の間に第２保存素子を形成し，前記第２トランジスタの制御電極に対する前記データ電流の入力を遮断して前記第１電圧を前記第２トランジスタのしきい電圧が反映された第２電圧に変更し，前記第１トランジスタの制御電極と前記第２トランジスタの制御電極の間に第２保存素子を形成することによって前記第１トランジスタの制御電極の電圧を第３電圧に設定する第２段階と，
    前記第３電圧に応じて前記第１トランジスタから駆動電流を出力させ，当該駆動電流を前記発光素子に伝達する第３段階と，
    を含むことを特徴とする，発光表示装置の駆動方法。
  12. 前記第１トランジスタの第１主電極および第２トランジスタの第１主電極は，電源電圧の供給線に電気的に接続されていることを特徴とする，請求項１１に記載の発光表示装置の駆動方法。
  13. 前記第１トランジスタのしきい電圧と前記第２トランジスタのしきい電圧は実質的に同一であることを特徴とする，請求項１１または１２に記載の発光表示装置の駆動方法。
  14. 前記第１段階において，イネーブルレベルの第１制御信号に応じて，前記第１トランジスタの制御電極と第２トランジスタの制御電極が電気的に接続され，
    前記第２段階において，ディスエーブルレベルの前記第１制御信号に応じて，前記第２保存素子が前記第１トランジスタの制御電極と前記第２トランジスタの制御電極の間に電気的に連結されることを特徴とする，請求項１１〜１３のいずれかに記載の発光表示装置の駆動方法。
  15. 前記第１制御信号は，前記選択信号であることを特徴とする，請求項１４に記載の発光表示装置の駆動方法。
  16. 前記第１トランジスタのチャネル幅（Ｗ１）とチャネル長（Ｌ１）の比（Ｗ１／Ｌ１）は，前記第２トランジスタのチャネル幅（Ｗ２）とチャネル長（Ｌ２）の比（Ｗ２／Ｌ２）と同一または小さいことを特徴とする，請求項１１〜１５のいずれかに記載の発光表示装置の駆動方法。
  17. 前記第１保存素子の容量と前記第２保存素子の容量の比は，少なくとも画面のサイズまたは解像度に応じて決定されることを特徴とする，請求項１１〜１６に記載の発光表示装置の駆動方法。
  18. 画像信号を示すデータ電流を伝達する複数のデータ線と，
    選択信号を伝達する複数の走査線と，
    前記データ線と前記走査線によって定義される複数の画素領域それぞれに形成されている複数の画素回路と，
    が形成されている発光表示装置の表示パネルにおいて，
    前記各画素回路は，
    印加される電流に対応して光を発光する発光素子と，
    前記発光素子を発光させるための駆動電流を出力し，第１主電極，第２主電極，および制御電極を有する第１トランジスタと，
    ダイオード形態に接続されている第２トランジスタと，
    前記走査線から供給される選択信号に応答して，前記データ線から供給されるデータ電流を前記第２トランジスタに伝達する第１スイッチング素子と，
    前記第１トランジスタの制御電極に電気的に接続される第１保存素子と，
    第２保存素子と，
    を含み，
    前記第１トランジスタの制御電極と第２トランジスタの制御電極が電気的に接続され，前記第１スイッチング素子から供給されるデータ電流に対応する電圧が前記第１保存素子に保存される第１期間と，
    前記第１トランジスタの制御端子と第２トランジスタの制御電極の間に第２保存素子が形成され，前記データ電流が遮断されて前記第２トランジスタのしきい電圧に対応する電圧が前記第１保存素子および第２保存素子に分配される第２期間と，
    前記第１保存素子に保存された電圧に対応して前記第１トランジスタから出力される駆動電流が前記発光素子に伝達される第３期間の順に動作することを特徴とする，発光表示装置の表示パネル。
  19. 前記第１期間では，第１レベルの第１制御信号に応答して前記第１トランジスタの制御電極と第２トランジスタの制御電極が電気的に連結され，イネーブルレベルの前記選択信号に応答して前記データ電流が前記第２トランジスタに伝達され，
    前記第２期間では，第２レベルの第１制御信号に応答して前記第２保存素子が前記第１トランジスタの制御電極と第２トランジスタの制御電極の間に連結され，前記選択信号がディスエーブルレベルになって前記第２トランジスタの制御電極に入力されていた前記データ電流が遮断され，
    前記第３期間では，第２制御信号に応答して前記駆動電流が前記発光素子に伝達されることを特徴とする，請求項１８に記載の発光表示装置の表示パネル。
  20. 前記第１制御信号は，前記選択信号であることを特徴とする，請求項１９に記載の発光表示装置の表示パネル。
  21. 前記第１制御信号は，前記選択信号より早いタイミングで論理レベルが遷移するることを特徴とする，請求項１９に記載の発光表示装置の表示パネル。
JP2003337957A 2003-04-01 2003-09-29 発光表示装置，発光表示装置の駆動方法，および発光表示装置の表示パネル Expired - Lifetime JP4070696B2 (ja)

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