JP4906119B2

JP4906119B2 - 発光装置及び電子機器

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Publication number: JP4906119B2
Application number: JP2008109962A
Authority: JP
Inventors: 肇木村; 舜平山崎
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2008-04-21
Filing date: 2008-04-21
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2022-04-26
Also published as: JP2008191685A

Description

本発明は発光素子を用いた発光装置の技術に関する。

近年、画像の表示を行う表示装置の開発が進められている。表示装置としては、液晶素
子を用いて画像の表示を行う液晶表示装置が、高画質、薄型、軽量などの利点を活かして
、携帯電話の表示画面として幅広く用いられている。

一方、発光素子を用いた発光装置の開発も近年進められている。発光装置は、既存の液
晶表示装置がもつ利点の他、応答速度が速く動画表示に優れ、視野特性が広いなどの特徴
も有しており、動画コンテンツが利用できる次世代小型モバイル用フラットパネルディス
プレイとして注目されている。

発光素子は、有機材料、無機材料、薄膜材料、バルク材料及び分散材料などの広汎にわ
たる材料により構成される。そのうち、主に有機材料により構成される有機発光ダイオー
ド(Organic Light Emitting Diode : OLED)は代表的な発光素子として挙げられる。発光
素子は、陽極及び陰極、並びに前記陽極と前記陰極との間に発光層が挟まれた構造を有す
る。発光層は、上記材料から選択された１つ又は複数の材料により構成される。なお発光
素子の両電極間を流れる電流量と発光輝度は正比例の関係にある。

発光装置には、発光素子と少なくとも２つのトランジスタを有する画素が複数個設けら
れている場合が多い。前記画素において、発光素子と直列に接続されたトランジスタ（以
下駆動用トランジスタと表記）は、該発光素子の発光を制御する役目を担う。駆動用トラ
ンジスタのゲート・ソース間電圧（以下V_GSと表記）と、ソース・ドレイン間電圧（以下V
_DSと表記）を適宜変化させると、該駆動用トランジスタを主に線形領域で動作させたり、
主に飽和領域で動作させたりすることが出来る。

駆動用トランジスタを主に線形領域（|V_GS-V_th|＞|V_DS|）で動作させると、発光素子の
両電極間に流れる電流量は、|V_GS|と|V_DS|の両者の値によって変化する。なお駆動用トラ
ンジスタを主に線形領域で動作させる駆動方式は、定電圧駆動と呼ばれる。図７（Ｂ）は
、定電圧駆動が適用される画素の概略図である。定電圧駆動では、駆動用トランジスタを
スイッチとして用いて、必要なときに電源線と発光素子とをショートすることによって、
発光素子に電流を流す。

一方、駆動用トランジスタを主に飽和領域（|V_GS-V_th|＜|V_DS|）で動作させると、発光
素子の両電極間に流れる電流量は、駆動用トランジスタの|V_GS|の変化に大きく依存し、|
V_DS|の変化に対しては依存しない。なお駆動用トランジスタを主に飽和領域で動作させる
駆動方式は定電流駆動と呼ばれる。図７（Ａ）は、定電流駆動が適用される画素の概略図
である。定電流駆動では、駆動用トランジスタのゲート電圧を制御することによって、必
要な電流量を発光素子に流す。つまり、駆動用トランジスタを電圧制御電流源として用い
ており、電源線と発光素子の間に一定の電流が流れるように設定されている。

上述した定電圧駆動を適用した発光装置では、経時変化による発光素子の劣化の影響を
受けていた。より詳しくは、経時変化により発光素子の電圧電流特性が劣化すると、発光
素子の両電極間に流れる電流量が少なくなってしまい、所望の発光輝度を得ることができ
なかった。

一方、定電流駆動を適用した発光装置では、発光素子の両電極間には設定された電流を
供給するため、発光素子の経時変化による劣化の影響を抑制することは可能であった。し
かしながら、駆動用トランジスタの移動度やしきい値などの特性にバラツキが生じると、
発光素子に供給する電流量にバラツキが生じてしまっていた。つまり、駆動用トランジス
タの特性バラツキは、表示画面にそのまま影響を及ぼし、表示画面はムラだらけになって
しまっていた。

また、図７（Ａ）（Ｂ）において、スイッチング用トランジスタはｎチャネル型トラン
ジスタを用い、駆動用トランジスタはソース接地の関係からｐチャネル型トランジスタを
用いる場合が多かった。そのため、絶縁表面上又は半導体基板上に異なる導電型のトラン
ジスタを作製するため、その複雑な工程は歩留まり低下とコスト上昇を招いていた。

本発明は上述の問題点を鑑みてなされたものであり、経時変化による発光素子の劣化の
影響を抑制した発光装置を提供する。また本発明は駆動用トランジスタの特性バラツキの
影響を抑制した発光装置を提供する。さらに本発明は、異なる導電型のトランジスタを同
一の絶縁表面上に作製することに起因した複雑な作製工程を簡略化することができる発光
装置を提供する。

本発明は、経時変化による発光素子の劣化の影響を抑制するために、一定の電荷を発光
素子の両電極間に流す電気回路を各画素に設けた発光装置を提供する。また本発明では、
各画素に設けられるトランジスタを線形領域で動作させ、且つ全てスイッチとしてのみ用
いることで、トランジスタの特性バラツキの影響を受けない発光装置を提供する。

さらに本発明では、各画素に設けられるトランジスタは全てスイッチとして用いるため
、その導電型は特に限定されない。したがって、各画素を単一極性のトランジスタで構成
することが可能となり、作製工程を削減することができる。その結果、作製工程における
歩留まりが向上し、作製費用を抑制することができる。

本発明の発光装置に設けられる画素の概略について図８（Ａ）を用いて説明する。図８
（Ａ）において、１１１、１１２はスイッチ、１２０は発光素子、１２１は信号線、１２
２は走査線、１２３は電源線、１２５は昇圧回路である。昇圧回路１２５に設けられた容
量素子は、発光素子１２０に並列に接続されている。そして本発明では、昇圧回路１２５
に設けられたスイッチを用いて、該容量素子に一定の電荷を蓄積して、その蓄積された電
荷を発光素子１２０の両電極間に流すようにする。

発光素子１２０の電流電圧特性を図８（Ｂ）に示す。図８（Ｂ）から、発光素子１２０
の両電極間を流れる電流量は、発光素子の１２０の両電極間に印加される電圧によって制
御されていることがわかる。しかしながら、発光素子１２０の両電極間に流れる電流量と
印加される電圧は比例関係ではない。

ここで、図８（Ｂ）において１８０で示す領域の拡大図を図８（Ｃ）に示す。そうする
と、発光素子１２０に印加される電圧がある一定の電圧V_th以下の場合には、ほとんど電
流は流れず、V_thを超えたところからほぼ線形に電流が増加し始めている。本明細書では
、発光素子１２０の両電極間に流れる電流値が線形に増加しはじめたときの電圧値を発光
開始電圧V_thと称する。言い換えると、発光素子１２０の印加電圧を増大せしめて、発光
素子を発光開始電圧（立上り電圧）V_th以上にすると、発光素子１２０は発光を開始する
。

本発明は、容量素子と、発光素子とを有する画素が複数個設けられた発光装置であって
、前記容量素子の電位差が電源電位V_ddと同じ値になるまで当該容量素子に電荷を供給
する手段（以下第１の手段と表記）と、前記容量素子の電位差が前記発光素子の発光開始
電圧V_thと同じ値になるまで、前記発光素子に電荷を供給する手段（以下第２の手段と表
記）とを有し、前記容量素子の比例係数Cと、前記発光素子の両電極間に流れる電荷Aは
、A＝C×(V_dd-V_th)を満たすことを特徴とする。

本発明は、第１及び第２の容量素子が備えられた昇圧回路と、発光素子とを有する画素
が複数個設けられた発光装置であって、前記昇圧回路は、前記第１の容量素子の電位差
が電源電位V_ddと同じ値になるまで、当該第１の容量素子に電荷を供給する手段（以下第
３の手段と表記）と、前記第２の容量素子の電位差が電源電位V_dd及び前記発光素子の発
光開始電圧V_thの和と同じ値になるまで、前記第１の容量素子に保持されている電荷を前
記第２の容量素子に転送する手段（以下第４の手段と表記）と、前記第２の容量素子の電
位差が前記発光素子の発光開始電圧V_thと同じ値になるまで、前記発光素子に電荷を供給
する手段（以下第５の手段と表記）とを有し、前記第１の容量素子の比例定数C₁及び電
位差V₁と、前記第２の容量素子の比例定数C₂及び電位差V₂、並びに前記発光素子の両電極
間を流れる電荷Aは、A＝C₂×｛(2×C₁×V_dd)/(C₁+C₂)-(C₁×V_th)/(C₁+C₂)｝を満たすこと
を特徴とする。

前記第１乃至第５の手段とは、画素内に設けられたスイッチ、前記スイッチを制御する
駆動回路及び前記画素に電流を供給する電流供給手段などに相当する。また本発明の発光
装置に設けられた画素は複数のスイッチを有し、前記複数のスイッチは単一極性の複数の
トランジスタであることを特徴とする。

（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の発光装置に設けられる画素の構成とその動作について図４
（Ｂ）を用いて説明する。

最初に、本実施の形態における画素１０１の詳しい構成を図４（Ｂ）を用いて説明する
。画素１０１において、１１１〜１１４、１２６はスイッチ、１２０は発光素子、１２１
は信号線、１２２は走査線、１２３は電源線、１１９、１２７は容量素子である。

スイッチ１１１、１２６は直列に接続され、スイッチ１１２〜１１４は直列に接続され
ている。また容量素子１１９と発光素子１２０は並列に接続されている。なおスイッチ１
１１〜スイッチ１１４、１２６にはスイッチング機能を有する素子を用いればよく、好ま
しくはトランジスタを用いる。スイッチ１１１〜スイッチ１１４、１２６としてトランジ
スタを用いる場合には、各スイッチのオン又はオフを制御する信号を入力するために、各
スイッチに走査線を設けることが必要となるが、図４（Ｂ）においては図示を省略する。
なおスイッチ１１３、１１４にはダイオードやゲート・ドレイン間を接続したトランジス
タを用いてもよい。また本実施の形態においては、電源線の電位はV_dd、発光素子１２０
の発光開始電圧（しきい値電圧）はV_thとする。また容量素子１１９の電荷はQ₃、比例係
数はC₃、電位差はV₃とする。

なお図４（Ｂ）に示す画素１０１において、スイッチ１１１は画素１０１に対する映像
信号の入力を制御し、スイッチ１１２は発光素子１２０と容量素子１１９の間の導通又は
非導通を制御している。また容量素子１２７は画素１０１に入力される映像信号を保持し
、スイッチ１２６は容量素子１２７に保持された電荷を放電することでスイッチ１１２を
オフにして発光素子１２０の発光を停止せしめる機能を有する。このように、３つのスイ
ッチ(トランジスタ)、容量素子及び発光素子を各画素に設けた発光装置のより詳しい説明
については、特開２００１-３４３９３３号公報に記載されているので、参考にするとよ
い。また、図１、２に示す各画素１０１においてスイッチ１１３、１１４及び容量素子１
１９を除いたときにおける動作は、前記公報に記載された発光装置の動作に準ずるので、
参考にするとよい。

次いで、図４（Ｂ）に示した画素１０１の動作について説明する。

まず、スイッチ１１１がオンになると、信号線１２１に入力されている映像信号は、ス
イッチ１１２に入力される。そして、該映像信号の電位に従って、スイッチ１１２のオン
又はオフが決定する。ここでは、スイッチ１１２がオンになる映像信号が画素１０１に入
力され、容量素子１２７にはスイッチ１１２がオンの状態を維持する所定の電荷が保持さ
れているとする。

なお各画素１０１に入力される映像信号によって、各画素１０１が有する発光素子１２
０の発光又は非発光が決定される。より詳しくは、各画素１０１に入力される映像信号に
よって、スイッチ１１２がオンになると、発光素子１２０は発光する。またスイッチ１１
２がオフであると、発光素子１２０は非発光となる。

この状態において、スイッチ１１４をオンにして、スイッチ１１１、１１３、１２６は
オフにする。そうすると、電源線１２３からスイッチ１１４を介して、容量素子１１９に
向かって電流が流れる。電流が流れると、容量素子１１９の両電極間には電位差が生じ始
め、徐々に電荷が蓄積される。この電荷の蓄積は、容量素子１１９の両電極間の電位差が
電源線１２３の電位V_ddと同じ値になるまで続けられる。そして、容量素子１１９に対す
る電荷の蓄積が終了すると、Q₃は以下の式（１）を満たす。

Q₃=C₃×V_dd・・・（１）

次いで、スイッチ１１３をオンにして、スイッチ１１１、１１４、１２６はオフにする
。なおここでは、スイッチ１１２は画素１０１に入力された映像信号によってオンになっ
ているとする。そうすると、容量素子１１９、スイッチ１１３、１１２を介して発光素子
１２０の両電極間に電流が流れる。このとき、容量素子１１９の電位差が発光素子１２０
の発光開始電圧と同じ値になるまで、発光素子１２０の両電極間には電流が流れる。つま
り、式（１）に示した容量素子１１９の電位差から、発光素子１２０の発光開始電圧を引
いた値が発光素子１２０に流れる電荷に相当する。この電荷をＡとおくと、電荷Ａは以下
の式（２）を満たす。

Ａ=C₃×(V_dd-V_th)・・・（２）

このようにして一定の電荷Ａが発光素子１２０の両電極間に流れると、スイッチ１１３
をオフにし、さらにスイッチ１１４をオンにして上述した動作を繰り返す。なおこの動作
は、所定の期間中繰り返して行われる。所定の期間とは、スイッチ１１２がオンである期
間に相当し、言い換えるとスイッチ１２６が選択されて、容量素子１２７に保持された電
荷が放電されるまでの期間に相当する。

このように本発明は、一定の電荷を発光素子の両電極間に流す回路を各画素に設けるこ
とにより、経時変化による発光素子の劣化の影響を抑制することができる。また本発明で
は、各画素に設けられるトランジスタは、線形領域で動作させ、且つ全てスイッチとして
のみ用いることで、トランジスタの特性バラツキの影響を抑制することができる。また本
発明では、各画素に設けられるトランジスタは全てスイッチとして用いるため、その導電
型は特に限定されない。したがって、各画素を単一極性のトランジスタで構成することが
可能となり、作製工程を削減することができる。その結果、作製工程における歩留まりが
向上し、また作製費用を抑制することができる。

（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の発光装置に設けられる画素の詳しい構成とその動作につい
て図１、２を用いて説明する。

最初に、本実施の形態における画素１０１の詳しい構成を図１（Ａ）を用いて説明する
。画素１０１において、１１１、１１２、１２６はスイッチ、１２０は発光素子、１２１
は信号線、１２２は走査線、１２３は電源線、１２５は昇圧回路（charge pump）、１２
７は容量素子である。昇圧回路１２５は、スイッチ１１３〜スイッチ１１７と容量素子１
１８、１１９を有する。

スイッチ１１１、１２６は直列に接続され、スイッチ１１２〜１１５は直列に接続され
、スイッチ１１６、１１７は直列に接続されている。また容量素子１１８、１１９は並列
に接続されている。なおスイッチ１１１〜スイッチ１１７、１２６にはスイッチング機能
を有する素子を用いればよく、好ましくはトランジスタを用いる。なおスイッチ１１３〜
スイッチ１１７、１２６としてトランジスタを用いる場合には、その導電型は特に限定さ
れない。また各スイッチのオン又はオフを制御する信号を入力するために、各スイッチに
走査線を設けることが必要となるが、図１、２においては図示を省略する。昇圧回路１２
５が有するスイッチ１１３〜１１７には、ダイオードやゲート・ドレイン間を接続したト
ランジスタを用いてもよい。また本実施の形態においては、容量素子１１８の電荷はQ₁、
比例係数はC₁、容量素子１１９の電荷はQ₂、比例係数はC₂とする。さらに電源線の電位は
V_dd、発光素子１２０の発光開始電圧はV_thとする。

次いで、本発明の発光装置に設けられる画素１０１の動作について図１、２を用いて説
明する。

この状態において、容量素子１１９には発光素子１２０の発光開始電圧が保存されてい
るとする。そして図１（Ａ）に示すように、昇圧回路１２５において、スイッチ１１５、
１１６をオンにして、それ以外のスイッチをオフにする。そうすると、電源線１２３から
スイッチ１１５、容量素子１１９を介して、スイッチ１１６に向かって電流が流れる。電
流が流れると、容量素子１１８の両電極間には電位差が生じ始め、徐々に電荷が蓄積され
る。この電荷の蓄積は、容量素子１１８の両電極間の電位差が電源線１２３の電位V_ddと
同じ値になるまで続けられる。そして、容量素子１１８に対する電荷の蓄積が終了すると
、電荷Q₁と電荷Q₂は以下の式（３）、（４）を満たす。

Q₁=C₁×V_dd・・・（３）

Q₂=C₂×V_th・・・（４）

次いで、図１（Ｂ）に示すように、昇圧回路１２５において、スイッチ１１４、１１７
をオンにして、それ以外のスイッチはオフにする。そうすると、電源線１２３からスイッ
チ１１７、容量素子１１９を介し、スイッチ１１４を介して容量素子１１８に向かって電
流が流れる。電流が流れると、容量素子１１８に蓄積されていた電荷は、容量素子１１９
に転送される。この転送される電荷をΔQ、容量素子１１８の電位差をV₁、容量素子１１
９の電位差をV₂とすると、以下の式（５）、（６）が成立する。

-(Q₁-ΔQ)=C₁×V₁・・・（５）

Q₂+ΔQ=C₂×V₂・・・（６）

容量素子１１８、１１９の両電極間の電位差V₁とV₂を足した値は、電源線１２５の電位
に等しいことから、以下の式（７）が成立する。

V_dd=V₁+V₂・・・（７）

そして上記の式（３）〜（７）から、以下の式（８）に示すように容量素子１１９の電
位差V₂を求めることができる。

V₂=(C₂×V_th)/(C₁+C₂)+(2×C₁×V_dd)/(C₁+C₂)・・・（８）

続いて、図２（Ａ）に示すように、昇圧回路１２５においてスイッチ１１３をオンにし
て、それ以外のスイッチはオフにする。このとき、スイッチ１１２は画素１０１に入力さ
れた映像信号によって、オンになっている。そうすると、容量素子１１９、スイッチ１１
３、１１２を介して発光素子１２０の両電極間に電流が流れる。このとき、容量素子１１
９の電位差が発光素子１２０の発光開始電圧と同じ値になるまで、発光素子１２０の両電
極間には電流が流れる。つまり、式（８）に示した容量素子１１９の電位差から、発光素
子１２０の発光開始電圧を引いた値が発光素子１２０に流れる電荷に相当する。この電荷
をＡとおくと、電荷Ａは以下の式（９）を満たす。

Ａ=C₂×｛(2×C₁×V_dd)/(C₁+C₂)-(C₁×V_th)/(C₁+C₂)｝・・・（９）

続いて、一定の電荷Ａが発光素子１２０の両電極間に流れると、図２（Ｂ）に示すよう
に、スイッチ１１３をオフにする。このときスイッチ１１２以外のスイッチもオフを維持
する。このようにして、図２（Ｂ）に示す状態になったら、再び図１（Ａ）の状態に戻っ
て、上述した動作を繰り返す。

なお図１（Ａ）から図２（Ｂ）に示した動作は所定の期間中繰り返して行われる。所定
の期間とは、スイッチ１１２がオンである期間に相当し、言い換えるとスイッチ１２６が
選択されて、容量素子１２７に保持された電荷が放電されるまでの期間に相当する。例え
ば、時間階調方式が適用された発光装置では、サブフレーム期間に相当する。

このように本発明は、一定の電荷を発光素子の両電極間に流す昇圧回路を各画素に設け
ることにより、経時変化による発光素子の劣化の影響を抑制することができる。また本発
明では、各画素に設けられるトランジスタは、線形領域で動作させ、且つ全てスイッチと
してのみ用いることで、トランジスタの特性バラツキの影響を抑制することができる。ま
た本発明では、各画素に設けられるトランジスタは全てスイッチとして用いるため、その
導電型は特に限定されない。したがって、各画素を単一極性のトランジスタで構成するこ
とが可能となり、作製工程を削減することができる。その結果、作製工程における歩留ま
りが向上し、また作製費用を抑制することができる。

なお上記の昇圧回路１２５の構成は一つの実施の形態であり、本発明はこれに限定され
ない。本発明の発光装置には、公知の如何なる構成の昇圧回路を適用することができる。

（実施の形態３）
本実施の形態では、上述した実施の形態とは異なる画素１０１の構成について図３、４
（Ａ）を用いて説明する。

図３（Ａ）に示す画素１０１は、図１、２に示した画素１０１においてスイッチ１１６
、１１７を除いた構成になっており、また容量素子１１８の一方の電極には、クロック信
号が直接入力されるようになっている。図３（Ａ）に示す画素１０１の構成とその動作の
詳しい説明は、上述の実施の形態に準ずるので、ここでは省略する。

図３（Ｂ）に示す画素１０１は、図１、２に示した画素１０１に、容量素子１４１、ス
イッチ１４２〜１４４を追加して、昇圧回路１２５の段数が１段増えて３段の構成になっ
ている。該画素１０１においては、発光素子１２０に流れる電荷Ａは以下の式（１０）の
ように示すことができる。

Ａ=C₂×｛(3×C₁×V_dd)/(C₁+C₂)-(C₁×V_th)/(C₁+C₂)｝・・・（１０）

上記の式（１０）では、V_ddの項の係数は３となっているため、電荷Aに対するV_thの項
の依存は小さくなる。電荷Aに対するV_thの項の依存が小さくなると、発光素子１２０の発
光開始電圧V_thに対する依存が小さくなるため、発光素子１２０の経時変化による劣化の
影響をさらに抑制することができる。なお図３（Ｂ）に示す画素１０１の構成とその動作
の詳しい説明は、上述の実施の形態に準ずるので、ここでは省略する。

図４（Ａ）に示す画素１０１は、１６１、１６２、１７６はスイッチ、１７０は発光素
子、１７１は信号線、１７２は走査線、１７３は電源線、１２５は昇圧回路（charge pum
p）、１７７は容量素子である。昇圧回路１２５は、スイッチ１６３〜スイッチ１６７と
容量素子１６８、１６９を有する。図４（Ａ）に示す画素１０１の動作の詳しい説明は、
上述の実施の形態に準ずるので、ここでは省略する。

なお本実施の形態において、図３（Ａ）では２段の昇圧回路１２５を有する画素１０１
を示し、図３（Ｂ）では３段の昇圧回路１２５を有する画素１０１を示したが、本発明は
これに限定されない。画素１０１が有する昇圧回路１２５の段数は特に限定されない。

（実施の形態４）
本実施の形態では、図１（Ａ）に示した画素１０１を実際にレイアウトした例について
、図９を用いて説明する。

図９において、１１１〜１１７、１２６はトランジスタであり、スイッチとして用いら
れる。１２２、１８２〜１８７は走査線、１２１は信号線、１２３は電源線、１８１はグ
ラウンド線である。１１８、１１９、１２７は容量素子であり、半導体とゲート配線との
間の容量が用いられている。１８８は画素電極である。該画素電極１８８上には、発光層
と対向電極とが積層して形成されるが、図９では図示を省略する。

トランジスタ１１１のソース領域又はドレイン領域の一方は、発光素子１２０（図示せ
ず）の一方の電極に接続される。そして本実施の形態では、発光素子１２０から発せられ
る光は、基板とは反対側の面に出射される。図１（Ａ）に示すように、画素１０１内に設
けられている素子の数が多い場合には、発光素子１２０から発せられる光は、基板とは反
対側の面に出射するようにすることが好ましい。

また本発明では、容量素子１１８、１１９に保持することができる電荷の総量が重要に
なる。図９に示す画素１０１では、容量素子１１８、１１９の画素１０１に対する占有面
積は同程度であるが、本発明はこれに限定されない。各容量素子の画素１０１に対する占
有面積は特に限定されない。

（実施の形態５）
本実施の形態では、本発明の発光装置に適用される駆動方式について簡単に説明する。

多階調の画像を表示するときの駆動方式としては、大別してアナログ階調方式とデジタ
ル階調方式が挙げられるが、本発明の発光装置では両方式を適用することが出来る。両方
式の相違点は、発光素子の発光、非発光の各状態において該発光素子を制御する方法にあ
る。前者のアナログ階調方式は、発光素子に流れる電流量を制御して階調を得るという方
式である。また後者のデジタル階調方式は、発光素子がオン状態（輝度がほぼ１００％で
ある状態）と、オフ状態（輝度がほぼ０％である状態）の２つの状態のみによって駆動す
るという方式である。

デジタル階調方式においては、多階調の画像を表現するためにデジタル階調方式と面積
階調方式とを組み合わせた方式（以下面積階調方式と表記）やデジタル階調方式と時間階
調方式とを組み合わせた方式（以下時間階調方式と表記）が提案されている。

面積階調方式とは、１画素を複数の副画素に分割し、各副画素で発光、又は非発光を選
択することで、１画素において発光している面積と、それ以外の面積との差をもって階調
を表現する方式である。また時間階調方式とは、特開２００１-５４２６号にて報告され
ているように、発光素子が発光している時間を制御することにより、階調表現を行う方式
である。具体的には、１フレーム期間を長さの異なる複数のサブフレーム期間に分割し、
各期間での発光素子の発光又は非発光を選択することで、１フレーム期間内で発光した時
間の長さの差をもって階調を表現する。

本発明の発光装置は、アナログ階調方式、デジタル階調方式のいずれも適用することが
できる。但し、アナログ階調方式を適用する場合には、各画素に電位の異なる電源線を複
数本設けるか、又は各画素に入力する信号に合わせて電源線の電位を変える必要が生ずる
。一方、デジタル階調方式を適用する場合には、各画素の電源線の電位は全て同じで構わ
ないため、隣接する画素間で電源線を共有することができる。

なお多色表示を行う発光装置においては、１画素にＲＧＢの各色に対応した複数の副画
素が設けられる。各副画素は、ＲＧＢの各材料の電流密度やカラーフィルタなどの透過率
の相違により、同じ電圧を印加したとしても発せられる光の輝度は異なってしまうことが
ある。そのため、各色に対応した各副画素で電源線の電位を変えることが好ましい。

本実施の形態は、実施の形態１〜３と任意に組み合わせることが可能である。

（実施の形態６）
本実施の形態では、本発明の発光装置の概略について図５を用いて説明する。

図５（Ａ）に示すように、本発明の発光装置は基板１０７上に複数の画素１０１がマト
リクス状に配置された画素部１０２を有する。画素部１０２の周辺には、信号線駆動回路
１０３、第１の走査線駆動回路１０４及び第２の走査線駆動回路１０５を有する。信号線
駆動回路１０３と、第１の走査線駆動回路１０４及び第２の走査線駆動回路１０５には、
ＦＰＣ１０６を介して外部より信号が供給される。

図５（Ａ）においては、１組の信号線駆動回路１０３と、２組の走査線駆動回路１０４
、１０５を有しているが、本発明はこれに限定されない。駆動回路の個数は、画素１０１
の構成に応じて任意に設計することができる。また図５（Ａ）においては、画素部１０２
の周辺に設けられる駆動回路は、同一基板上に画素部１０２と一体形成されているが、本
発明はこれに限定されない。駆動回路は、画素部１０２が形成された基板１０７の外部に
配置してもよい。

なお本明細書における発光装置とは、発光素子を有する画素部及び駆動回路を基板とカ
バー材との間に封入した発光パネル、前記発光パネルにＩＣ等を実装した発光モジュール
、表示装置として用いられる発光ディスプレイなどを範疇に含む。つまり発光装置は、発
光パネル、発光モジュール及び発光ディスプレイなどの総称に相当する。

次いで、本発明の発光装置に設けられる信号線駆動回路１０３について図５（Ｂ）を用
いて説明する。信号線駆動回路１０３は、シフトレジスタ１３１、第１のラッチ回路１３
２及び第２のラッチ回路１３３を有する。動作を簡単に説明すると、シフトレジスタ１３
１は、フリップフロップ回路（FF）等を複数列用いて構成され、クロック信号（S-CLK）
、スタートパルス（S-SP）、クロック反転信号（S-CLKb）が入力される。これらの信号の
タイミングに従って、順次サンプリングパルスが出力される。

シフトレジスタ１３１により出力されたサンプリングパルスは、第１のラッチ回路１３
２に入力される。第１のラッチ回路１３２には、デジタルビデオ信号が入力されており、
サンプリングパルスが入力されるタイミングに従って、各列でビデオ信号を保持していく
。

第１のラッチ回路１３２において、最終列までビデオ信号の保持が完了すると、水平帰
線期間中に、第２のラッチ回路１３３にラッチパルスが入力され、第１のラッチ回路１３
２に保持されていたビデオ信号は、一斉に第２のラッチ回路１３３に転送される。そうす
ると、第２のラッチ回路１３３に保持されたビデオ信号は、１行分が同時に信号線Ｓ₁〜
Ｓ_mに入力される。

第２のラッチ回路１３３に保持されたビデオ信号が信号線Ｓ₁〜Ｓ_mに入力されている間
、シフトレジスタ１３１においては再びサンプリングパルスが出力される。以後この動作
を繰り返す。

次いで、第１及び第２の走査線駆動回路１０４、１０５について図５（Ｃ）を用いて説
明する。第１及び第２の走査線駆動回路１０４、１０５は、シフトレジスタ１３４、バッ
ファ１３５をそれぞれ有する。動作を簡単に説明すると、シフトレジスタ１３４は、クロ
ック信号（G-CLK）、スタートパルス（G-SP）及びクロック反転信号（G-CLKb）に従って
、順次サンプリングパルスを出力する。その後バッファ１３５で増幅されたサンプリング
パルスは、走査線に入力されて１行ずつ選択状態にしていく。

なおシフトレジスタ１３４と、バッファ１３５の間にはレベルシフタを配置してもよい
。レベルシフタを配置することによって、ロジック回路部とバッファ部の電圧振幅を変え
ることが出来る。

本実施の形態は、実施の形態１〜４と任意に組み合わせることが可能である。

（実施の形態７）
本発明の発光装置の駆動方法が適用される電子機器として、ビデオカメラ、デジタルカ
メラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、ナビゲーションシステ
ム、音響再生装置（カーオーディオ、オーディオコンポ等）、ノート型パーソナルコンピ
ュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機
または電子書籍等）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはDigital Versatile Di
sc（ＤＶＤ）等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを備えた装置）
などが挙げられる。それらの電子機器の具体例を図６に示す。

図６（Ａ）は発光装置であり、筐体２００１、支持台２００２、表示部２００３、スピ
ーカー部２００４、ビデオ入力端子２００５等を含む。本発明は表示部２００３に適用す
ることができる。また本発明により、図６（Ａ）に示す発光装置が完成される。発光装置
は自発光型であるためバックライトが必要なく、液晶ディスプレイよりも薄い表示部とす
ることができる。なお、発光装置は、パソコン用、ＴＶ放送受信用、広告表示用などの全
ての情報表示用表示装置が含まれる。

図６（Ｂ）はデジタルスチルカメラであり、本体２１０１、表示部２１０２、受像部２
１０３、操作キー２１０４、外部接続ポート２１０５、シャッター２１０６等を含む。本
発明は、表示部２１０２に適用することができる。また本発明により、図６（Ｂ）に示す
デジタルスチルカメラが完成される。

図６（Ｃ）はノート型パーソナルコンピュータであり、本体２２０１、筐体２２０２、
表示部２２０３、キーボード２２０４、外部接続ポート２２０５、ポインティングマウス
２２０６等を含む。本発明は、表示部２２０３に適用することができる。また本発明によ
り、図６（Ｃ）に示す発光装置が完成される。

図６（Ｄ）はモバイルコンピュータであり、本体２３０１、表示部２３０２、スイッチ
２３０３、操作キー２３０４、赤外線ポート２３０５等を含む。本発明は、表示部２３０
２に適用することができる。また本発明により、図６（Ｄ）に示すモバイルコンピュータ
が完成される。

図６（Ｅ）は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置（具体的にはＤＶＤ再生装置）で
あり、本体２４０１、筐体２４０２、表示部Ａ２４０３、表示部Ｂ２４０４、記録媒体（
ＤＶＤ等）読み込み部２４０５、操作キー２４０６、スピーカー部２４０７等を含む。表
示部Ａ２４０３は主として画像情報を表示し、表示部Ｂ２４０４は主として文字情報を表
示するが、本発明は表示部Ａ、Ｂ２４０３、２４０４に適用することができる。なお、記
録媒体を備えた画像再生装置には家庭用ゲーム機器なども含まれる。また本発明により図
６（Ｅ）に示す画像表示装置が完成される。

図６（Ｆ）はゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）であり、本体２
５０１、表示部２５０２、アーム部２５０３を含む。本発明は、表示部２５０２に適用す
ることができる。また本発明により、図６（Ｆ）に示すゴーグル型ディスプレイが完成さ
れる。

図６（Ｇ）はビデオカメラであり、本体２６０１、表示部２６０２、筐体２６０３、外
部接続ポート２６０４、リモコン受信部２６０５、受像部２６０６、バッテリー２６０７
、音声入力部２６０８、操作キー２６０９等を含む。本発明は、表示部２６０２に適用す
ることができる。また本発明により、図６（Ｇ）に示すビデオカメラが完成される。

図６（Ｈ）は携帯電話であり、本体２７０１、筐体２７０２、表示部２７０３、音声入
力部２７０４、音声出力部２７０５、操作キー２７０６、外部接続ポート２７０７、アン
テナ２７０８等を含む。本発明は、表示部２７０３に適用することができる。なお、表示
部２７０３は黒色の背景に白色の文字を表示することで携帯電話の消費電流を抑えること
ができる。また本発明により、図６（Ｈ）に示す携帯電話が完成される。

なお、将来的に発光材料の発光輝度が高くなれば、出力した画像情報を含む光をレンズ
等で拡大投影してフロント型若しくはリア型のプロジェクターに用いることも可能となる
。

また、上記電子機器はインターネットやＣＡＴＶ（ケーブルテレビ）などの電子通信回
線を通じて配信された情報を表示することが多くなり、特に動画情報を表示する機会が増
してきている。発光材料の応答速度は非常に高いため、発光装置は動画表示に好ましい。

また、発光装置は発光している部分が電力を消費するため、発光部分が極力少なくなる
ように情報を表示することが望ましい。従って、携帯情報端末、特に携帯電話や音響再生
装置のような文字情報を主とする表示部に発光装置を用いる場合には、非発光部分を背景
として文字情報を発光部分で形成するように駆動することが望ましい。

以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に用いることが
可能である。また本実施の形態の電子機器は、実施の形態１〜５に示したいずれの構成の
発光装置を用いても良い。

本発明の発光装置に具備される画素の構成とその動作を説明する図。本発明の発光装置に具備される画素の構成とその動作を説明する図。本発明の発光装置に具備される画素の構成を示す図。本発明の発光装置に具備される画素の構成を示す図。本発明の発光装置を示す図。本発明の発光装置が適用される電子機器を示す図。定電流駆動と定電圧駆動の概念図。本発明の発光装置に具備される画素の構成を示す図。本発明の発光装置に具備される画素のレイアウト図。

Claims

発光素子と、第一のトランジスタを含む複数のトランジスタと、第二のトランジスタと、第一及び第二の容量素子とを有し、
前記発光素子の第一の電極は、前記複数のトランジスタを介して第一の配線と電気的に接続され、
前記発光素子の第一の電極は、前記第一のトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、
前記第一のトランジスタのゲートは、前記第二のトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、
前記第二のトランジスタのソース又はドレインの他方は、第二の配線と電気的に接続され、
前記第二のトランジスタのゲートは、第三の配線と電気的に接続され、
前記第一の容量素子の第一の電極は、前記発光素子の第二の電極と電気的に接続され、
前記第一の容量素子の第二の電極と前記発光素子の第一の電極とは前記第一のトランジスタを介して並列接続となるよう電気的に接続され、
前記第二の容量素子の第一の電極は、前記第一のトランジスタのゲートと電気的に接続され、
前記第二の配線及び前記第二のトランジスタを介して、映像信号が前記第一のトランジスタのゲートに入力され、
前記第一の配線には、第一の電源電位が与えられることを特徴とする発光装置。
発光素子と、第一のトランジスタを含む複数のトランジスタと、第二のトランジスタと、第一及び第二の容量素子とを有し、
前記発光素子の第一の電極は、前記複数のトランジスタを介して第一の配線と電気的に接続され、
前記発光素子の第一の電極は、前記第一のトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、
前記第一のトランジスタのゲートは、前記第二のトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、
前記第二のトランジスタのソース又はドレインの他方は、第二の配線と電気的に接続され、
前記第二のトランジスタのゲートは、第三の配線と電気的に接続され、
前記第一の容量素子の第一の電極は、前記発光素子の第二の電極と電気的に接続され、
前記第一の容量素子の第二の電極と前記発光素子の第一の電極とは前記第一のトランジスタを介して並列接続となるよう電気的に接続され、
前記第二の容量素子の第一の電極は、前記第一のトランジスタのゲートと電気的に接続され、
前記第二の配線及び前記第二のトランジスタを介して、映像信号が前記第一のトランジスタのゲートに入力され、
前記第一の配線には、第一の電源電位が与えられ、
前記発光素子が発光しているとき、前記発光素子に供給される電流は、少なくとも前記第一のトランジスタを介して前記第一の容量素子より供給されることを特徴とする発光装置。
請求項１又は請求項２において、
前記第一及び第二のトランジスタは、いずれも同じ導電型のトランジスタであることを特徴とする発光装置。
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
前記発光素子の第二の電極には、第二の電源電位が与えられ、
前記発光素子が非発光であるとき、前記第一の容量素子は、前記第一の電極と前記第二の電極との間の電位差が、前記第一の電源電位と前記第二の電源電位との電位差に概略等しくなるまで充電が行われ、
前記発光素子が発光しているとき、前記第一の電極と前記第二の電極との間の電位差が、前記第一の発光素子の発光開始電圧に概略等しくなるまで放電が行われることを特徴とする発光装置。
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
前記発光素子の第二の電極には、第二の電源電位が与えられ、
前記発光素子が非発光であるとき、前記第一の容量素子は、前記第一の電極と前記第二の電極との間の電位差が、前記第一の電源電位と前記第二の電源電位との電位差よりも大きくなるまで充電が行われ、
前記発光素子が発光しているとき、前記第一の電極と前記第二の電極との間の電位差が、前記第一の発光素子の発光開始電圧に概略等しくなるまで放電が行われることを特徴とする発光装置。
請求項１乃至請求項５のいずれか一に記載の発光装置と、操作キー又はスピーカーとを具備したことを特徴とする電子機器。