JP4916642B2 - 表示装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は発光素子を備えた表示装置（発光装置）に係り、特に電流駆動方式を行う表示部が形成された表示装置の制御方法に関する。

発光素子を用いた表示装置に多色表示するときの駆動方法としては、デジタル階調方式（デジタル駆動方式）とアナログ階調方式（アナログ駆動方式）が挙げられる。前者のデジタル階調方式は、発光素子をオン（輝度がほぼ１００％である状態）とオフ（輝度がほぼ０％である状態）の２値で駆動させ、その発光面積や発光時間を制御することによって階調を得る方式である。また後者のアナログ階調方式は、発光素子へアナログ入力データを書き込み、階調をアナログ的に変調する制御方式である。

そして更に、発光素子に加える電圧によって階調表示を行う定電圧駆動と、発光素子に流れる電流によって階調表示を行う定電流駆動とがある。電流駆動では、発光素子を流れる電流の制御にはトランジスタ（以下、駆動用トランジスタと表記する）を使用している。

駆動用トランジスタの動作について、図８に示すＶ―Ｉ特性を用いて説明する。駆動用トランジスタの動作領域は、飽和領域と線形領域とがある。

まず線形領域とは、ソース・ドレイン間電圧（Ｖ_ds）とゲート・ソース間電圧（Ｖ_gs）とにより電流値が決まる領域（｜Ｖ_ds｜＜｜Ｖ_gs−Ｖ_th｜）である。また、線形領域においては以下の式（１）が成り立つ。なおＩ_dsは駆動用トランジスタのチャネル形成領域を流れる電流量である。またβ＝μＣ₀・Ｗ／Ｌであり、μは駆動用トランジスタの移動度、Ｃ₀は単位面積あたりのゲート容量、Ｗ／Ｌはチャネル形成領域のチャネル幅Ｗとチャネル長Ｌの比である。

Ｉ_ds＝β｛（Ｖ_gs−Ｖ_th）Ｖ_ds−１／２・Ｖ_ds ²｝・・・（１）

式（１）からわかるように、線形領域においては、Ｖ_dsとＶ_gsとにより電流値が定まる。線形領域においては、Ｖ_dsが小さくなると電流値も小さくなる。一方、Ｖ_gsを大きくしていっても、電流値は増加しにくい。

そのため、駆動用トランジスタを線形領域で動作させると、発光素子の両電極間に流れる電流値は、Ｖ_gsとＶ_dsの両者の値によって変化する。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。そして発光素子に流れる電流値は、駆動用トランジスタに接続された発光素子の特性（製造工程でのバラツキや劣化）に影響を受けてしまう。

また飽和領域とは、ソース・ドレイン間電圧（Ｖ_ds）が変わっても電流値がほとんど変化しない、つまり、ゲート・ソース間電圧（Ｖ_gs）のみによって電流値が決まる領域（｜Ｖ_ds｜＞｜Ｖ_gs−Ｖ_th｜）である。

また飽和領域においては以下の式（２）が成り立つ。

Ｉ_ds＝β（Ｖ_gs−Ｖ_th）²・・・（２）

式（２）からもわかるように、飽和領域での電流値はＶ_dsによってほとんど変化せず、Ｖ_gsのみによって電流値が定まる。そのため、飽和領域における電流値は、駆動用トランジスタに接続された発光素子の特性に影響を受けない。

そして、駆動用トランジスタを飽和領域で動作させると、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。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ことができる。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。

これを利用した定電流駆動は、駆動用トランジスタを飽和領域で動作させることにより、Ｖ_dsが変わっても電流値が変化しないため、発光素子へ流れる電流を発光素子の特性（作製工程によるバラツキ、劣化や温度変化）によらず一定にすることができる。

このように駆動用トランジスタのＶ_gsの大きさを制御することによって、動作点を飽和領域にしたり、線形領域にしたりすることができる。

以上のように駆動用トランジスタを飽和領域で動作させることは、例えば特許文献１に記載されている。
特開２００２−１０８２８５号公報

上記定電流駆動では、発光素子の劣化によりトランジスタのＶ_dsがある程度以上、低下してしまうと、動作領域が線形領域に入ってしまう。これを防ぐため、劣化分（劣化分の電圧αとする）を見越したＶ_dsを設定電圧（動作時における駆動用トランジスタのＶ_ds）としている。この電圧αは、発光素子の劣化特性によって決まる。

つまり従来の設定電圧は、図８に示すように発光素子の劣化前（８１０）と劣化後（８１１）による特性変化のマージンを見込んだ値（８１２）となっており、Ｖ_dsを高く設定する（｜Ｖ_ds｜≧｜Ｖ_gs−Ｖ_Th＋α｜）必要があった。

そのため、発光素子へ印加する電圧、すなわち発光素子の陰極と陽極にかかる電圧が高くなってしまい、それに伴い発熱や消費電力が高くなってしまった。

そこで本発明は、設定電圧に発光素子の劣化による電圧αを加えずに動作させる画素構成を提供することを課題とする。すなわち設定電圧を飽和領域と線形領域との境界付近（図８の８１３）とする画素構成を提供することを課題とする。また本発明は、当該画素を備える表示装置及びその制御方法を提供することを課題とする。

上記課題を鑑み本発明は、発光素子の劣化に伴う電流値の変化をフィードバックし、設定電圧の設定を行う電源電圧を制御する手段を設け、設定電圧を修正することを特徴とする。すなわち、設定電圧を飽和領域と線形領域との境界付近（臨界付近）とし、特に初期の設定電圧は劣化分の電圧αのマージンを要しないことを特徴とする。

具体的に本発明は、発光素子の劣化を調べるための素子（モニター素子と表記する）を使い、モニター素子の劣化状態を考慮しながら電源電圧を制御する。つまり、モニター素子の駆動用トランジスタのゲート電極、及びソース電極の電位を固定し、ドレイン電極（ドレイン端）の電位を、発光素子の劣化に応じて制御し、ソース・ドレイン間電圧を一定の値に修正する。

図１には本発明の構成の模式図を示し、モニター素子１０１と、画素１０２と、を有する画素部１０３が記載される。またモニター素子１０１は、発光素子を有し、該画素に接続される駆動用トランジスタを有する。また画素１０２は、発光素子を有し、該画素に接続される駆動用トランジスタを有する。そしてモニター素子１０１と、画素１０２とに接続される第１電極１０４及び第２の電極１０５を有し、第１の電極の電位をＶ₁とし、第２の電極の電位をＶ₂とする。なお、モニター素子を設ける位置はいずれでもよく、画素部外に設けても構わない。

そして、モニター素子の劣化に伴う電流値の変化を把握し、該電流値を一定に保つように電源電圧を制御する手段を有する。すなわち、モニター素子１０１の劣化に伴う電流値の変化を、画素の電源電圧にフィードバックし、第１の電極の電位：Ｖ₁は固定し、第２の電極の電位：Ｖ₂を変化させる。第２の電極１０５は、モニター素子１０１と画素１０２につながれているため、Ｖ₂の変化により画素１０２の電流値は一定に保たれる。

また図１において、画素とモニター素子とが有するレイアウトや素子構成は同一とし、接続関係（接続の有無）が異なるように形成すればよい。しかし、本発明では画素とモニター素子とが有する構成は必ずしも同一である必要はない。但し、同一の構成であり接続関係のみを異ならせる場合、プロセスを変更したり、追加したりする必要がなく、コンタクト等の設計を変更するのみで済むため、簡便にモニター素子を作製することができる。

次に、図２のフローチャートを参照しながら、電源電圧を制御する動作について説明する。

まず、モニター素子及び画素が有する発光素子に印加する電圧（発光素子の駆動電圧）を設定する。このとき駆動用トランジスタが飽和領域で動作するように設定するが、発光素子の劣化マージン（電圧α）は必ずしも必要ではない。すなわち本発明により、従来の電圧αを不要とするか、又は小さくすることが可能となる。

その後、モニター素子や画素の発光素子に信号が入力され、点灯（発光）する。このとき画素において、多色表示を行う階調表示方法は時間階調でもアナログ階調でも構わない。

そして、画素における発光素子の劣化は時間と共に進んでいき、同様にモニター素子の発光素子の劣化も進んでいく。このときの画素における発光素子は、階調を表示していることもあり、常時、点灯しているものは少ない。それに対し、モニター素子の発光素子は常時、発光するように制御されている。つまり、モニター素子の発光素子の劣化が最も進むようになっている。そのため、モニター素子の発光素子の劣化状態に合わせて設定電圧を決定するように電源電圧を制御すれば、画素の発光素子の劣化を考慮した上、修正することができる。

モニター素子の発光素子が劣化すると、発光素子の抵抗値が高くなり、駆動用トランジスタのＩ_dsが下がり、駆動用トランジスタのＶ_dsが低下する。このとき、電源電圧を制御する手段は電流値が設定電流となるように設定電圧を戻そうとする。すなわち、Ｖ₂を下げ、発光素子に印加する電圧を高めようとする。そしてモニター素子と画素とでＶ₂が共通であるため、同時に、画素の設定電圧も修正されている。

なお本発明は、モニター素子の劣化による電圧値やその他の特性の変化を把握し、電源電圧を制御してもよい。また本発明は、モニター素子の劣化による電圧値、電流値以外の変化を把握し、電源電圧を制御してもよい。

以上のように、本発明は、発光素子の点灯開始から設定電圧に、発光素子の劣化マージン（電圧α）を加えなくとも、駆動用トランジスタを飽和領域で動作させることができる。そのため、発光素子の劣化に伴う設定電圧のマージンが不要となる。一般に、劣化マージンの電圧αは、２〜６Ｖ程度見込むため、駆動電圧が２〜６Ｖ低下することとなる。その結果、画素における発熱や消費電力を低減することができる。特に、駆動用トランジスタの発熱を低減することができるため、発光素子の劣化を防止することができる。

本発明は、発光素子の点灯開始から設定電圧を、発光素子の劣化マージンを含まない、又は従来の劣化マージンより低減された飽和領域における電圧とすることができる。そのため、発光素子の劣化に伴う設定電圧のマージンが不要となり、発熱や消費電力を低減することができる。そして特に、駆動用トランジスタの発熱を低減することができるため、発光素子の劣化を防止することができる。

以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、実施の形態において、能動素子はゲート、ソース、ドレインの３端子を有するが、ソース電極、ドレイン電極に関しては、素子の構造上、区別が明確に出来ない。よって便宜上、素子間の接続について説明する際は、ソース電極、ドレイン電極のうち一方を第１の電極、他方を第２の電極と表記する。

（実施の形態１）
本実施の形態では、電源電圧制御手段にオペアンプを使用する一例を、図３を用いて説明する。なお本実施の形態では、駆動用トランジスタはｐチャネル型の場合で説明するが、本発明の駆動用トランジスタはｎチャネル型であっても構わない。また、本実施の形態では、本発明の一例としてＶ₁を画素３１１の陽極の電位（アノード電位、Ｖ_anode）とし、Ｖ₂を画素３１１及びモニター素子３０１の陰極の電位（カソード電位、Ｖ_cathode）とする。

図３（Ａ）には、本発明の画素構成の等価回路図を示す。モニター素子３０１及び画素３１１はそれぞれ、駆動用トランジスタ３０２、３１２と、駆動用トランジスタの第２の電極とそれぞれ接続される発光素子３０３、３１３とを有し、発光素子３０３及び３１３はそれぞれオペアンプ３２０の出力端子と接続されており、電圧Ｖ₂となっている。また、駆動用トランジスタ３０２、３１２の第１の電極は、発光素子の電極と同電位Ｖ₁となっている。

そして、オペアンプ３２０の非反転入力端子（＋側）は、画素の駆動用トランジスタ３１２の第１の電極と接続され、反転入力端子（−側）は、モニター素子の駆動用トランジスタ３０２の第１の電極と接続されている。そして、モニター素子の駆動用トランジスタは抵抗（Ｒ）を介してリファレンス電源（Ｖ_ref）に接続される。なお、Ｖ_refはＶ₁（Ｖ_anode）より高電圧である。

次いで、モニター素子の駆動用トランジスタの電圧（Ｖ_ds）の設定方法の手順について説明する。

まず、Ｖ₁（すなわちモニター素子のＶ_anode）を設定する。このとき、表示装置の仕様に基づいて決定すればよい。一般的な表示装置での仕様は、Ｖ₁＝２〜６Ｖである。そして、飽和領域で所定の電流（Ｉ_ref）がモニター素子に流れるように駆動用トランジスタ３０２のゲート電圧（Ｖ_moni）を設定する。次いで、駆動用トランジスタ３１２のゲート電圧（Ｖ_pix）をＶ_moniと同一、又はそれ以上に設定する。

そして、モニター素子３０１に所定の電流（Ｉ_ref）が流れ、且つ駆動用トランジスタ３０２が飽和領域で動作するようにリファレンス電源Ｖ_ref及び抵抗Ｒの値を設定する。なお、リファレンス電源Ｖ_ref及び抵抗Ｒ以外にも、モニター素子を流れる所定の電流を供給する手段であればよく、図３（Ｂ）に示すように電流源を用いて所定の電流（Ｉ_ref）を供給してもよい。

すなわち、Ｖ₁、Ｖ_ref、Ｖ_moni、Ｖ_pix及びＲの値を実施者が決定し、モニター素子の駆動用トランジスタ３０２のＩ_dsを外部から制御する。

以上のようにモニター素子を設定し、表示を開始する（動作状態又は駆動状態という）。その後時間が経過するにつれ、モニター素子の発光素子３０３は劣化する。同様に画素の発光素子３１３も劣化している。そして発光素子の劣化に伴い、抵抗値が高くなるため、モニター素子を流れる電流値が下がる。

ここでオペアンプについて説明する。オペアンプ３２０の基本的な機能として、入力電位がほぼ０（ゼロ）であり、非反転入力端子及び反転入力端子の電圧がほぼ等しいことから、以下の式が成立する。

Ｉ_ref＝（Ｖ_ref−Ｖ₁）／Ｒ＝（Ｖ₁−Ｖ₂）／Ｒ_moni
∴Ｖ₂＝（Ｒ_moni／Ｒ＋１）・Ｖ₁−（Ｒ_moni／Ｒ）・Ｖ_ref

Ｒ_moniは、駆動用トランジスタ３０２の第１の電極と発光素子３０３の電源側との間の抵抗値である。オペアンプは、上式よりＲ_moniが変化するとＶ₂も変化し、Ｉ_refが一定になるように動作することがわかる。

このようなオペアンプにより設定電圧が修正され、モニター素子と画素とでＶ₂（Ｖ_cathode）は共通であるため、画素の駆動用トランジスタのＶ_dsも修正される。

また本実施の形態では、Ｉ_dsを決定し、該Ｉ_dsを制御することを特徴としている。そのため、駆動用トランジスタの電気特性が温度等により変化したときでも、Ｖ_dsは飽和領域に設定される。

ここで、モニター素子の設定電流値について、画素との発光素子の劣化速度の違いを考慮して補足する。

例えば、デジタル階調方式の場合、信号電流（映像信号）に基づいて画素の発光素子は発光と非発光（消去）を繰り返す。それに対してモニター素子の発光素子は、常時、発光するように設定されている。そのため、画素の発光素子と比較して、モニター素子の発光素子は劣化が速く進んでしまう。すなわち、モニター素子の発光素子の劣化が最も大きいことになる。

つまり、オペアンプは、劣化が最も大きいモニター素子の発光素子の劣化を修正するように駆動用トランジスタのＶ_dsを設定すれば、全画素の駆動用トランジスタにおいて発光素子の劣化を見込んだ電圧を設定することができる。従って、画素の発光素子の発光と非発光とに合わせて、モニター素子の発光素子を制御する必要はない。

しかし好ましくは、画素の発光素子が１フレームにおいて発光する割合（ｄｕｔｙ比）を求め、それに合わせてモニター素子の発光素子を発光させるとよい。つまり、デジタル階調方式の場合、モニター素子の設定電流値は、発光時電流値×ｄｕｔｙ比となるようにするとよい。

またアナログ階調方式の場合、上述したように階調は発光素子へ流れる電流値の大きさによって制御している。よって、アナログ階調方式の場合、最大発光画素の平均電流値以上となるようにすればよい。

すなわち、本発明は、モニター素子の劣化を計測し、モニター素子の設定電圧を飽和領域とすることにより、全画素の発光素子の劣化を見込んだ設定電圧を得ることができる。

更に、発光素子は赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の材料により、劣化率が異なってくる。その場合、モニター素子の発光素子の劣化を、各発光素子のうち最も劣化の進んでいるものと同等以上とすることで、Ｖ₂（Ｖ_cathode）を必要十分な値とすることが可能となる。

このように本発明は、設定電圧に劣化マージン（電圧α）を加えない値とすることができる。そのため、発光素子の劣化に伴う設定電圧のマージンが不要となり、発熱や消費電力を低減することができる。特に、駆動用トランジスタの発熱を低減することができるため、発光素子の劣化を防止することができる。

（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１と異なる画素構成を、図４を用いて説明する。なお本実施の形態では、駆動用トランジスタはｐチャネル型とし、Ｖ₁を発光素子のアノード電位（Ｖ_anode）、Ｖ₂を発光素子のカソード電位（Ｖ_cathode）とした場合で説明する。

図４に示す画素構成の等価回路図は、実施の形態１と同様に、モニター素子４０１及び画素４１１はそれぞれ、駆動用トランジスタ４０２、４１２と、駆動用トランジスタの第２の電極とそれぞれ接続される発光素子４０３、４１３とを有し、発光素子４０３及び４１３はそれぞれオペアンプ４２０の出力端子と接続されており、電圧Ｖ₂となっている。また、駆動用トランジスタ４０２、４１２の第１の電極は、発光素子の電極と同電位Ｖ₁となっている。

そして実施の形態１と異なり、オペアンプ４２０の非反転入力端子（＋側）は、バイアス電源Ｖ_bと接続され、反転入力端子（−側）は、モニター素子の駆動用トランジスタ４０２と、発光素子４０３との間に接続されている。

次いで、モニター素子の駆動用トランジスタの電圧（Ｖ_ds）の設定方法の手順について説明する。

まず、Ｖ₁を設定する。このとき、表示装置の仕様に基づいて決定すればよい。そして、飽和領域で所定の電流（Ｉ_ref）がモニター素子に流れるように、駆動用トランジスタ４０２のゲート電圧（Ｖ_moni）を設定する。また駆動用トランジスタ４１２のゲート電圧（Ｖ_pix）をＶ_moniと同一、又はそれ以上に設定する。

次いで、モニター素子の駆動用トランジスタ４０２が飽和領域で動作するようにＶ_bを決定する。すなわち駆動用トランジスタのＶ_dsを決定する。以上のように、オペアンプにより、モニター素子４０１に流れる電流値が決まり、モニター素子４０１に流れる電流が発光素子４０３に流れるようにＶ₂（Ｖ_cathode）が決定される。

すなわち、Ｖ₁及びＶ_bの値を外部から決定し、モニター素子の駆動用トランジスタのＶ_dsを制御する。

以上のように設定し、表示を開始すると、発光素子の劣化に伴い、抵抗値が高くなる。すると、モニター素子を流れる電流値が下がると共に、駆動用トランジスタ４０２のＶ_dsが下がろうとする。ところが、オペアンプの入力端子間の電位差は理想的には０（ゼロ）なので、Ｖ_dsは一定に保たれる。そしてＶ_gs、Ｖ_dsが一定のため、Ｉ_dsは一定となり、Ｉ_dsからＶ₂が自動的に設定される。

そして、モニター素子と画素とでＶ₂（Ｖ_cathode）は共通であるため、画素の駆動用トランジスタのＶ_dsも設定されたことになる。

以上のように本実施の形態は、Ｖ_dsを決定することを特徴とする。そして直接Ｖ_dsを制御する本実施の形態は、Ｉ_dsを決定する実施の形態１と比べ、簡便に電圧を設定することが可能となる。

このように本発明は、発光素子の点灯開始から設定電圧に劣化マージン（電圧α）を必要としない。そのため、発光素子の劣化に伴う設定電圧のマージンが不要となり、発熱や消費電力を低減することができる。特に、駆動用トランジスタの発熱を低減することができるため、発光素子の劣化を防止することができる。

（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態１及び２とは異なる画素構成を説明する。

図１０は実施の形態２で述べた回路において、電源電圧制御手段をオペアンプの代わりにスイッチングレギュレータ３０００を用いたものである。オペアンプを用いた構成ではオペアンプ用の電源回路が必要となる。本実施の形態ではスイッチングレギュレータを使うことにより、オペアンプとその電源回路を１つにすることが可能になる。

以下に、スイッチングレレギュレータを有する画素構成について説明する。図１０において、スイッチングレギュレータ３０００は誤差増幅器３００１、ＰＷＭコンパレータ３００２、基準電源３００３、３０１０、発振回路３００４、スイッチングトランジスタ３００８、インダクタ３００９、ダイオード３００６、平滑コンデンサ３００５、バッテリー３００７によって構成される。また実施の形態２と同様に、モニター素子が有する駆動用トランジスタ３０１１、駆動用トランジスタ３０１１の第１の電極に接続される発光素子３０１２と、画素が有するの駆動用トランジスタ３０１３、駆動用トランジスタ３０１３の第１の電極に接続される発光素子３０１４を備えている。そして、トランジスタ３０１１及び３０１３のゲート電極は電源３０１５が接続され、トランジスタ３０１１及び３０１３のそれぞれの第２電極は電源３０１６が接続されている。

次に、スイッチングレギュレータの動作について説明する。動作開始時にはスイッチングレギュレータの出力にあたる平滑コンデンサ３００５の電位は０である。誤差増幅器３００１の反転入力端子には平滑コンデンサの電位が入力され、非反転入力端子には発光素子からの電位が与えられる。トランジスタ３０１１の電流は発光素子３０１２に流れ、発光素子に電圧が発生する。この電圧が基準電源３０１０より高ければ、誤差増幅回路３００１はその出力を低くするように動作させる。そうするとＰＷＭコンパレータ３００２は発振のデューティを変えインダクタ３００９の電圧が下がるように動作する。それによって、平滑コンデンサ３００５の電位も低下し、発光素子３０１２のアノード電位も低下し、基準電源３０１０と同様な電位まで低下する。また、発光素子３０１２のアノード電位が基準電源３０１０より低い場合は、逆の動作がおこり、やはり基準電源３０１０と同じ電位に上昇する。

このようにして、スイッチングレギュレータ３０００を用いても、オペアンプと同様の効果がみられ、且つ、電源の削減をすることができる。

（実施の形態４）
本実施の形態では、モニター素子を有する画素部について、図５及び図６を用いて説明する。また本実施の形態での能動素子であるトランジスタは、絶縁表面に形成された薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと表記する）を用いる。

図５は、第１のダミー画素５０１、モニター素子５０２、第２のダミー画素５０３及び画素５０４が順に設けられている画素部５００の等価回路図を示す。また、第１及び第２のダミー画素は、隣の画素が存在しない端部の画素を、周辺の画素と同条件とし画素部全てにおいて、画素が均等な条件となるように設けている。

ダミー画素、モニター素子及び画素は同様の構成を備えており、信号線５２１と第１の走査線５２２との交差部に、第１のＴＦＴ（選択用ＴＦＴ）５１１、第２のＴＦＴ（消去用ＴＦＴ）５１２、第３のＴＦＴ（駆動用ＴＦＴ）５１３、容量素子５１４及び発光素子５１５を有している。なお本実施の形態では、選択用ＴＦＴ及び消去用ＴＦＴをｎチャネル型ＴＦＴ、駆動用ＴＦＴをｐチャネル型ＴＦＴで形成する。また、消去用ＴＦＴのゲート電極に接続される第２の走査線５２３と、消去用ＴＦＴの第１の電極、駆動用ＴＦＴの第１の電極にそれぞれ接続される電流供給線５２４とを有する。

但しダミー画素、モニター素子及び画素は、各構成の接続関係が異なっている。まず、第１及び第２のダミー画素は、選択用ＴＦＴ５１１の第１の電極と、信号線５２１とは接続されていない。また、駆動用ＴＦＴ５１３の第１の電極と、発光素子５１５の第１の電極とは接続されていない。これは、ダミー画素が隣の画素が存在しない端部の画素を、周辺の画素と同条件とし、全画素が均等な条件となるために設けており、点灯させる必要がなく、信号線からのデータを画素へ書き込んだり、発光素子を点灯させたりする必要がないからである。また本発明において、ダミー画素を点灯させても構わない。そして、ダミー画素の信号線５２１と電流供給線５２４とが接続され、同電位にとなっている。

またモニター素子は、選択用ＴＦＴ５１１の第１の電極と、信号線５２１とは接続されていない。しかし、信号線５２１と、発光素子５１５の第１の電極とは接続されている。これは、モニター素子を常時点灯させ、最も劣化が進むようにするためである。そのため、発光素子の輝度情報である信号線からの電圧は、選択用ＴＦＴ５１１を介して発光素子へ入力する必要はない。そして、モニター素子の信号線と電流供給線はそれぞれオペアンプに接続されている。

また画素は、選択用ＴＦＴ５１１の第１の電極と、信号線５２１とは接続され、駆動用ＴＦＴ５１３の第１の電極と、発光素子５１５の第１の電極とは接続されている。これは、画素は信号線からの信号電圧に基づいて、駆動用ＴＦＴ５１３を介して発光素子５１５が点灯するためである。そして、画素の信号線と電流供給線とはそれぞれ駆動回路又はFPCとに接続されている。

また図６は、図５に示した画素部の一部の上面図を示す。第１のダミー画素５０１、モニター素子５０２、第２のダミー画素５０３、一列目の画素５０４とが記載されている。これらのダミー画素、モニター素子及び画素は、信号線５２１及び電流供給線５２４と、第１の走査線５２２及び第２の走査線５２３との交点において、選択用ＴＦＴ５１１、消去用ＴＦＴ５１２、駆動用ＴＦＴ５１３、及び発光素子（第１電極のみ図示）５１５を有し、必要に応じて容量素子（ゲートメタルと、ＴＦＴ５１３の半導体膜とで構成されている）５１４を備えている。なお必要に応じて、駆動用ＴＦＴのゲート容量が小さく、ＴＦＴからのリーク電流が大きい場合、別に容量素子を設ける。

図５において説明したが、これらのダミー画素、モニター素子及び画素が備える構成は同じであるが、接続するためのコンタクトの有無が異なっている。すなわち、ダミー画素、モニター素子、及び画素において、選択用ＴＦＴ５１１と信号線５２１と、駆動用ＴＦＴ５１３と発光素子５１５とが接続するか否かの状態が異なっている。

第１及び第２のダミー画素は、選択用ＴＦＴ５１１と信号線５２１と、駆動用ＴＦＴ５１３と発光素子５１５の第１の電極との接続領域にコンタクトが設けられていない。それに対してモニター素子は、選択用ＴＦＴ５１１と信号線５２１との接続領域にコンタクトは設けられていないが、駆動用ＴＦＴ５１３と発光素子５１５との接続領域には信号線５２１とのコンタクト６０１が設けられている。また画素は、選択用ＴＦＴ５１１と信号線５２１と、及び駆動用ＴＦＴ５１３と発光素子５１５との接続領域にそれぞれコンタクト６０２、６０３が設けられている。

そして、モニター素子の信号線及び電流供給線はオペアンプへ接続されるよう引き回し配線が設けられている。また、画素の信号線及び電流供給線はそれぞれFPC端子５０６又は駆動回路へ接続される。またダミー画素の信号線及び電流供給線は、それぞれ接続され、同電位となっている。

また、モニター素子は一列に設けなくとも、一つのみでもよい。これはモニター素子の接続先であるオペアンプの性能にもよる。更に、モニター素子は複数列に設けてもよく、画素部に対して対称に配置しても構わない。またモニター素子は任意の形状で配置してもよい。

一列のモニター素子は電流供給線を介して、並列に接続されており、複数のモニター素子を合わせて一つの大きなモニター素子として見ることもできる。

このように、本発明のモニター素子は画素のプロセスを変更することなく、素子のレイアウトの設計を変更することで形成することができる。そして、簡便に形成されたモニター素子により、常に、画素の設定電圧を飽和領域における最適な電圧とすることができる。よって発熱や消費電力を低減でき、更に発光素子の寿命を向上することが可能となる。

（実施の形態５）
上記実施の形態で示した画素部は、発光素子を形成し、外気と触れないよう封止され、パネルとして完成される。そしてパネルに、オペアンプ、コントローラ、電源回路等を含むＩＣを実装し、表示モジュールとして完成される。本実施の形態では、表示モジュールの具体的な構成について説明する。

まず図１１（Ａ）に、モニター素子７５１を信号線駆動回路７０５の付近に一列設ける模式図を示す。本発明は、図１１（Ａ）のようにモニター素子一列設ける構成の場合、単色の発光素子を有し、色変換層によりＲＧＢを表示させる表示装置に使用すると好ましい。

また、図１１（Ｂ）に示すように複数列設けたり、複数箇所に設けたりしてもよい。特に、大型パネルにモニター素子を設ける場合、オペアンプの性能にもよるが、モニター素子を複数列設けた方が好ましい。そしてこのとき、図１１（Ｂ）に示すように、各色（ＲＧＢ）の材料による劣化の違いを考慮するため第１乃至第３モニター素子を設けるとよい。なお、各モニター素子を配置する位置は図１１（Ｂ）に限定されず、画素周辺のいずれに設けてもよい。更には画素部外に設けてもよい。

図７（Ａ）には図１１（Ａ）の構成における表示モジュールの外観を示す。表示モジュールは、オペアンプ７５０、コントローラ７０１及び電源回路７０２がパネル７００が実装され、パネル７００には、発光素子が設けられた各画素と、モニター素子７５１と、ダミー画素７５２とが設けられた画素部７０３と、前記画素部７０３が有する画素を選択する走査線駆動回路７０４と、選択された画素にビデオ信号を供給する信号線駆動回路７０５とが設けられている。そしてモニター素子７５１は、画素部７０３の一辺であって、信号線駆動回路７０５付近に設けられ、オペアンプ７５０に接続されている。また末端（最も外側の画素、ｍ×ｎ画素の場合一列目、一行目、ｍ列目及びｎ行目の画素）の画素を、周辺の画素と同条件とするために、ダミー画素７５２は画素部７０３の周辺（周囲）に設けている。

同様に、ダミー画素７５２は画素部７０３の周辺（周囲）に設けられているが、必要な周辺のみに設けてもよい。また信号線駆動回路や走査線駆動回路を設ける位置や個数は図７に限定されない。

そしてプリント基板７０６には、オペアンプ７５０、コントローラ７０１及び電源回路７０２が設けられており、コントローラ７０１又は電源回路７０２から出力された各種信号及び電源電圧は、ＦＰＣ７０７を介してパネル７００の画素部７０３、走査線駆動回路７０４、信号線駆動回路７０５に供給される。

プリント基板７０６への電源電圧及び各種信号は、複数の入力端子が配置されたインターフェース（I/F）部７０８を介して供給される。

なお、本実施の形態ではパネル７００にプリント基板７０６がＦＰＣ７０７を用いて実装されているが、必ずしもこの構成に限定されない。ＣＯＧ(Chip on Glass)方式を用い、コントローラ７０１、電源回路７０２をパネル７００に直接実装させるようにしても良い。

また、プリント基板７０６において、引きまわしの配線間に形成される容量や配線自体が有する抵抗等によって、電源電圧や信号にノイズがのったり、信号の立ち上がりが鈍ったりすることがある。そこで、プリント基板７０６にコンデンサ、バッファ等の各種素子を設けて、電源電圧や信号にノイズがのったり、信号の立ち上がりが鈍ったりするのを防ぐようにしても良い。

図７（Ｂ）に、プリント基板７０６の構成をブロック図で示す。インターフェース７０８に供給された各種信号と電源電圧は、コントローラ７０１と、電源回路７０２に供給される。

コントローラ７０１は、Ａ／Ｄコンバータ７０９と、位相ロックドループ（PLL：Phase Locked Loop）７１０と、制御信号生成部７１１と、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）７１２、７１３とを有している。なお本実施の形態ではＳＲＡＭを用いているが、ＳＲＡＭの代わりに、ＳＤＲＡＭや、高速でデータの書き込みや読み出しが可能であるならばＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）も用いることが可能である。

インターフェース７０８を介して供給されたビデオ信号は、Ａ／Ｄコンバータ７０９においてパラレル−シリアル変換され、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色に対応するビデオ信号として制御信号生成部７１１に入力される。また、インターフェース７０８を介して供給された各種信号をもとに、Ａ／Ｄコンバータ７０９においてＨｓｙｎｃ信号、Ｖｓｙｎｃ信号、クロック信号ＣＬＫ、交流電圧（AC Cont）が生成され、制御信号生成部７１１に入力される

位相ロックドループ７１０では、インターフェース７０８を介して供給される各種信号の周波数と、制御信号生成部７１１の動作周波数の位相とを合わせる機能を有している。制御信号生成部７１１の動作周波数は、インターフェース７０８を介して供給された各種信号の周波数と必ずしも同じではないが、互いに同期するように制御信号生成部７１１の動作周波数を位相ロックドループ７１０において調整する。

制御信号生成部７１１に入力されたビデオ信号は、一旦ＳＲＡＭ７１２、７１３に書き込まれ、保持される。制御信号生成部７１１では、ＳＲＡＭ７１２に保持されている全ビットのビデオ信号のうち、全画素に対応するビデオ信号を１ビット分づつ読み出し、パネル７００の信号線駆動回路７０５に供給する。

また制御信号生成部７１１では、ビット毎の、発光素子が発光する期間に関する情報を、パネル７００の走査線駆動回路７０４に供給する。

また電源回路７０２は所定の電源電圧を、パネル７００の信号線駆動回路７０５、走査線駆動回路７０４及び画素部７０３に供給する。

このように形成された表示モジュールは、モニター素子により、常に画素の設定電圧を飽和領域において最適値とすることができる。よって発熱や消費電力を低減でき、更に発光素子の寿命を向上することが可能となる。

（実施の形態６）
本発明の表示装置を用いた電子機器として、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、携帯型ゲーム機又は電子書籍等）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはDigital Versatile Disc（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。それら電子機器の具体例を図９に示す。

図９（Ａ）はパソコン用、ＴＶ放送受信用、広告表示用その他の情報表示用発光装置であり、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。本発明のモニター素子を備えた画素部は表示部２００３に用いることができる。なお、大型の発光装置の場合、モニター素子を複数列、好ましくはＲＧＢ毎に設けるとよい。このような発光装置、特に大型の発光装置に本発明を適応すると、低消費電力となり、発熱の問題や発光素子の劣化の問題を解決できうる。

図９（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２１０３、操作キー２１０４、外部接続ポート２１０５、シャッター２１０６等を含む。本発明のモニター素子を備えた画素部は表示部２１０２に用いることができる。

図９（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。本発明のモニター素子を備えた画素部は表示部２２０３に用いることができる。

図９（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。本発明のモニター素子を備えた画素部は表示部２３０２に用いることができる。

本発明のモニター素子を備えた画素部を有するノート型パーソナルコンピュータやモバイルコンピュータのように、携帯用電子機器では、低消費電力となり、バッテリーの保持時間を長くすることができうる。

図９（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、本発明のモニター素子を備えた画素部はこれら表示部Ａ、Ｂ２４０３、２４０４に用いることができる。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。

図９（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２５０１、表示部２５０２、アーム部２５０３を含む。本発明のモニター素子を備えた画素部は表示部２５０２に用いることができる。

図９（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、接眼部２６１０等を含む。本発明のモニター素子を備えた画素部は表示部２６０２に用いることができる。

ここで図９（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。本発明のモニター素子を備えた画素部は表示部２７０３に用いることができる。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より抑えることができる。

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、特にフラットパネルディスプレイに用いることが可能である。

（実施例１）
本実施例では、図１０に示す回路を応用した回路を用いて、経時変化に対する陰極電圧（カソード電位）の変化と、発光素子へ供給される電流に関する実験結果を示す。

図１２には、本実施例に用いた回路図を示す。電源回路にはμＰＣ１１００（日本電気株式会社製）を用いる。抵抗Ｒ１は、ＶＭＯ端子の電圧が１．０５〜１．４５Ｖ程度となるように設定する。抵抗Ｒ２は、モニター素子が有する駆動用ＴＦＴが飽和領域で動作するように設定する。抵抗Ｒ３は、ＤＴＣ端子の電圧が１．８７Ｖ程度となるように設定する。電源電圧Ｖｃｃは７Ｖとなるように設定する。CATHODＥ端子には、画素及びモニター素子が有する発光素子の陰極が接続されている。ＭＯＮＩＴＯＲ端子には、モニター素子が有する発光素子の陽極が接続されている。そして画素及びモニター素子が有する駆動用ＴＦＴの電極であって、発光素子と接続されていない第２の電極を５Ｖと固定する。

図１３、図１４には、図１２に示す回路を用いて行った実験結果を示す。図１３には、経過時間（ｈｏｕｒ）に対する陰極電位（Ｖ_cathode）の変化を示す。時間経過につれ、陰極電位（Ｖ_cathode）の絶対値は高くなっていることが確認できる。そして図１４には、経時時間（ｈｏｕｒ）に対する発光素子へ供給される電流値（Ｉ）の値を示し、常に一定の電流値が供給されていることが確認できる。なお発光素子へ供給される電流値とは消費電流に値する。

発光素子の発光時間が長いほど発光素子は劣化し、必要な陰極電圧の絶対値は高くなっていくが、発光素子へ供給される電流値は変化していない。よって本発明の回路は、発光素子へ供給される電流値を一定に保つため陰極電圧を正常に制御していることがわかる。

このような本発明の回路を設ける画素構成により、駆動用ＴＦＴを発光素子の劣化マージンを含まない、又は従来の劣化マージンより低減された飽和領域で動作させることができる。その結果、発熱や消費電力を低減することができる。

本発明の表示装置の画素部の模式図。 本発明の表示装置の動作を示すフローチャート。 本発明の表示装置の画素部の模式図。 本発明の表示装置の画素部の模式図。 本発明の表示装置の画素部の等価回路図。 本発明の表示装置の画素部の上面図。 本発明の表示モジュールの上面図。 トランジスタのV-I特性を示す図。 本発明の表示装置の画素部を有する電子機器を示す図。 本発明の表示装置の画素部の模式図。 本発明の表示装置の画素部の模式図。 本実施例における実験用回路を示す図。 本実施例における経過時間に対する陰極電圧の結果を示すグラフ。 本実施例における経過時間に対する発光素子へ供給する電流の結果を示すグラフ。

Claims (7)

1. 第１のトランジスタと、第１の電極が前記第１のトランジスタの第１の電極に電気的に接続される、画素に用いられる第１の発光素子と、第２のトランジスタと、第１の電極が前記第２のトランジスタの第１の電極に電気的に接続される、モニター用の第２の発光素子と、オペアンプと、を有する表示装置であって、
   前記オペアンプの第１の入力端子は、前記第１のトランジスタの第２の電極と電気的に接続され、且つ第１の電圧源と電気的に接続され、
   前記オペアンプの第２の入力端子は、前記第２のトランジスタの第２の電極と電気的に接続され、且つ抵抗素子を介して第２の電圧源と電気的に接続され、
   前記オペアンプの出力端子は、前記第１の発光素子の第２の電極と電気的に接続され、且つ前記第２の発光素子の第２の電極と電気的に接続され、
   前記オペアンプは、前記第２のトランジスタのドレイン電流が一定となるように、前記第２の発光素子の第２の電極の電位を制御する機能を有することを特徴とする表示装置。
2. 第１のトランジスタと、第１の電極が前記第１のトランジスタの第１の電極に電気的に接続される、画素に用いられる第１の発光素子と、第２のトランジスタと、第１の電極が前記第２のトランジスタの第１の電極に電気的に接続される、モニター用の第２の発光素子と、オペアンプと、を有する表示装置であって、
   前記第１のトランジスタの第２の電極は、第１の電圧源と電気的に接続され、
   前記第２のトランジスタの第２の電極は、前記第１の電圧源と電気的に接続され、
   前記オペアンプの第１の入力端子は、前記第２のトランジスタの第１の電極と電気的に接続され、
   前記オペアンプの第２の入力端子は、第２の電圧源と電気的に接続され、
   前記オペアンプの出力端子は、前記第１の発光素子の第２の電極と電気的に接続され、且つ前記第２の発光素子の第２の電極と電気的に接続され、
   前記オペアンプは、前記第２のトランジスタのドレイン電流が一定となるように、前記第２の発光素子の第２の電極の電位を制御する機能を有することを特徴とする表示装置。
3. 第１のトランジスタと、第１の電極が前記第１のトランジスタの第１の電極に電気的に接続される、画素に用いられる第１の発光素子と、第２のトランジスタと、第１の電極が前記第２のトランジスタの第１の電極に電気的に接続される、モニター用の第２の発光素子と、が設けられたパネルと、
   オペアンプと、電源回路と、コントローラとが設けられたプリント基板と、を有する表示装置であって、
   前記オペアンプの第１の入力端子は、前記第１のトランジスタの第２の電極と電気的に接続され、且つ第１の電圧源と電気的に接続され、
   前記オペアンプの第２の入力端子は、前記第２のトランジスタの第２の電極と電気的に接続され、且つ抵抗素子を介して第２の電圧源と電気的に接続され、
   前記オペアンプの出力端子は、前記第１の発光素子の第２の電極と電気的に接続され、且つ前記第２の発光素子の第２の電極と電気的に接続され、
   前記オペアンプは、前記第２のトランジスタのドレイン電流が一定となるように、前記第２の発光素子の第２の電極の電位を制御する機能を有することを特徴とする表示装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
   前記オペアンプは、前記第１のトランジスタが飽和領域で動作するように、前記第２の発光素子の第２の電極の電位を制御することを特徴とする表示装置。
5. 第１のトランジスタと、第１の電極が前記第１のトランジスタの第１の電極と電気的に接続される、画素に用いられる第１の発光素子と、第２のトランジスタと、第１の電極が前記第２のトランジスタの第１の電極と電気的に接続される、モニター用の第２の発光素子と、スイッチングレギュレータと、を有する表示装置であって、
   前記第１のトランジスタの第２の電極は、電圧源と電気的に接続され、
   前記第２のトランジスタの第２の電極は、前記電圧源と電気的に接続され、
   前記スイッチングレギュレータの基準電圧入力端子は、前記第２のトランジスタの第１の電極と電気的に接続され、
   前記スイッチングレギュレータの出力端子は、前記第１の発光素子の第２の電極と電気的に接続され、且つ前記第２の発光素子の第２の電極と電気的に接続され、
   前記スイッチングレギュレータは、前記第２のトランジスタのドレイン電流が一定となるように、前記第２の発光素子の第２の電極の電位を制御する機能を有することを特徴とする表示装置。
6. 第１のトランジスタと、第１の電極が前記第１のトランジスタの第１の電極に電気的に接続される、画素に用いられる第１の発光素子と、第２のトランジスタと、第１の電極が前記第２のトランジスタの第１の電極に電気的に接続される、モニター用の第２の発光素子と、オペアンプと、を有する表示装置の制御方法であって、
   前記オペアンプの第１の入力端子は、前記第１のトランジスタの第２の電極と電気的に接続され、且つ第１の電圧源と電気的に接続され、
   前記オペアンプの第２の入力端子は、前記第２のトランジスタの第２の電極と電気的に接続され、且つ抵抗素子を介して第２の電圧源と電気的に接続され、
   前記オペアンプの出力端子は、前記第１の発光素子の第２の電極と電気的に接続され、且つ前記第２の発光素子の第２の電極と電気的に接続され、
   前記オペアンプは、前記第２のトランジスタのドレイン電流が一定となるように、前記第２の発光素子の第２の電極の電位を制御することを特徴とする表示装置の制御方法。
7. 第１のトランジスタと、第１の電極が前記第１のトランジスタの第１の電極と電気的に接続される、画素に用いられる第１の発光素子と、第２のトランジスタと、第１の電極が前記第２のトランジスタの第１の電極と電気的に接続される、モニター用の第２の発光素子と、オペアンプとを有する表示装置の制御方法であって、
   前記第１のトランジスタの第２の電極は、第１の電圧源と電気的に接続され、
   前記第２のトランジスタの第２の電極は、前記第１の電圧源と電気的に接続され、
   前記オペアンプの第１の入力端子は、前記第２のトランジスタの第１の電極と電気的に接続され、
   前記オペアンプの第２の入力端子は、第２の電圧源と電気的に接続され、
   前記オペアンプの出力端子は、前記第１の発光素子の第２の電極と電気的に接続され、且つ前記第２の発光素子の第２の電極と電気的に接続され、
   前記オペアンプは、前記第２のトランジスタのドレイン電流が一定となるように、前記第２の発光素子の第２の電極の電位を制御することを特徴とする表示装置の制御方法。

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