JP5019217B2 - アクティブマトリクス型表示装置およびその駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば有機エレクトロルミネッセンス（以下、ＥＬと称する）素子のような表示素子を含む表示画素をマトリクス状に配列して表示画面を構成したアクティブマトリクス型表示装置およびその駆動方法に関する。

近年、薄型、軽量、低消費電力の特徴を活かして、液晶表示装置に代表される平面表示装置の需要が急速に伸びている。中でも、オン画素とオフ画素とを電気的に分離し、かつオン画素への映像信号を保持する機能を有する画素スイッチを各画素に設けたアクティブマトリクス型表示装置は、隣接画素間でのクロストークのない良好な表示品位が得られることから、携帯情報機器を始め、種々のディスプレイに利用されるようになってきた。

このような平面型のアクティブマトリクス型表示装置として、自己発光素子を用いた有機エレクトロルミネセンス（ＥＬ）表示装置が注目され、盛んに研究開発が行われている。有機ＥＬ表示装置は、薄型軽量化の妨げとなるバックライトを必要とせず、高速な応答性から動画再生に適し、さらに低温で輝度低下しないために寒冷地でも使用できるという特徴を備えている。

一般に、有機ＥＬ表示装置は、複数行、複数列に並んで設けられ表示画面を構成した複数の表示画素、表示画素の各行に沿って延びた複数の走査線、表示画素の各列に沿って延びた複数の信号線、各走査線を駆動する走査線駆動回路、各信号線を駆動する信号線駆動回路等を備えている。各表示画素は自己発光素子である有機ＥＬ素子、およびこの有機ＥＬ素子に駆動電流を供給する画素回路により構成され、有機ＥＬ素子の発光輝度を制御することにより表示動作を行う。

映像信号として電流信号を用いる電流駆動方式の有機ＥＬ表示装置では、各画素回路は、例えば、有機ＥＬ素子と電源線との間に直列に接続された駆動トランジスタおよび出力スイッチ、駆動トランジスタのゲート−ドレイン間の接続、非接続を制御するダイオード接続スイッチ、駆動トランジスタのゲート−ソース間に接続され映像信号に応じたゲート電位を保持する保持容量等を備えている。これらの駆動トランジスタ、出力スイッチ、ダイオード接続スイッチは、例えば、薄膜トランジスタにより構成されている（例えば、特許文献１）。

電流信号により信号供給を行う表示装置の場合、駆動トランジスタの閾値、移動度や寸法などのバラツキが駆動電流に与える影響を低減することができ、駆動トランジスタの特性のバラツキに起因する表示ムラの発生を抑制することができる。

一方、映像信号として電圧信号を用いる電圧駆動方式の有機ＥＬ表示装置では、各画素回路は、有機ＥＬ素子と電源線との間に直列に接続され、有機ＥＬ素子に流れる電流のオンオフ制御を行う出力スイッチと、出力スイッチと電源線との間に設けられ有機ＥＬ素子に流す電流量を映像信号に基づいて制御する駆動トランジスタと、駆動トランジスタのゲート電位を保持する保持容量と、映像信号線から映像信号電圧を画素回路に取込む画素スイッチと、画素スイッチと駆動トランジスタのゲートとの間に設けられた閾値キャンセル容量と、を備えている（例えば、特許文献２）。

このような有機ＥＬ表示装置の場合、駆動トランジスタの閾値のばらつきをキャンセルし、各駆動トランジスタの閾値を基準とする映像信号電位により有機ＥＬ素子の駆動電流を制御して発光動作を行うことができる。
米国特許第６３７３４５４号明細書 米国特許第６２２９５０６号明細書

しかしながら、電流信号により映像信号供給を行う場合、信号供給を行う信号線の配線容量に起因して、十分な信号供給ができなくなる恐れがある。特に、画素回路に書き込む映像信号の電流値が小さい場合に書き込み不足に起因する表示不良が生じる、という問題がある。また、多階調表示を行う場合には、設定電流量の小さい低階調側で映像信号の書き込みが困難となり、表示上不具合が生じる。

このような書込む不足を低減する目的で、低階調表示においても、電流値が数倍大きい映像信号電流を有機ＥＬ素子に流し、かつ、発光時間を数分の１とすることにより、所望の階調表示を行うことが考えられる。しかしながら、この場合、有機ＥＬ表示素子に大きな電流を流すため、表示素子の負荷が大きく寿命が短くなるとともに、消費電力が増大する。

また、電圧信号により映像信号供給を行う場合、表示画素間での駆動トランジスタの移動度のバラツキに起因して、駆動電流の大きさにばらつきが生じる。その結果、高階調表示時に再現性が画素ごとにばらつき、表示品位が低下する。

本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、その目的は、表示素子の寿命低下を防止するとともに、消費電力の低減および表示品位の向上を図ることが可能なアクティブマトリクス型表示装置およびその駆動方法を提供することにある。

上記課題を達成するため、この発明の態様に係るアクティブマトリクス型表示装置は、表示素子と、前記表示素子に駆動電流を供給する画素回路とを含み、基板上にマトリクス状に配設された複数の画素部と、前記画素部の列毎に接続された複数の映像信号線と、
前記映像信号線に基準電圧信号および映像電圧信号を出力する電圧源と、前記映像信号線に映像電流信号を出力する電流源とを有する信号線駆動回路と、を備え、
前記各画素回路は、電圧電源と前記表示素子との間に接続された第１駆動トランジスタを有し、低階調表示時、前記映像電圧信号に対応する駆動電流を前記第１駆動トランジスタから前記表示素子に出力し、高階調表示時、前記第１駆動トランジスタを線形動作によるスイッチとして動作させる第１駆動回路と、前記電圧電源と前記表示素子との間に前記第１駆動トランジスタと直列に接続された第２駆動トランジスタを有し、高階調表示時、前記映像電流信号に対応する駆動電流を前記第２駆動トランジスタから前記表示素子に出力し、低階調表示時、前記第２駆動トランジスタを線形動作によるスイッチとして動作させる第２駆動回路と、を備えている。

この発明の他の態様に係るアクティブマトリクス型表示装置の駆動方法は、表示素子と、前記表示素子に駆動電流を供給する画素回路とを含み、基板上にマトリクス状に配設された複数の画素部と、前記画素部の列毎に接続された複数の映像信号線と、前記映像信号線に基準電圧信号および映像電圧信号を出力する電圧源と、前記映像信号線に映像電流信号を出力する電流源とを有する信号線駆動回路と、を備え、
前記各画素回路は、電圧電源と前記表示素子との間に接続された第１駆動トランジスタと、前記第１駆動トランジスタの制御端子に接続された保持容量と、を有する第１駆動回路と、前記電圧電源と前記表示素子との間に前記第１駆動トランジスタと直列に接続された第２駆動トランジスタを有する第２駆動回路と、を備えているアクティブマトリクス型表示装置の駆動方法であって、
高階調表示時、前記第１駆動回路の保持容量に前記基準電圧信号を供給するとともに前記第１駆動トランジスタの閾値電圧のオフセットをキャンセルし、前記キャンセル動作の後、前記第１駆動回路の保持容量に電圧信号を書き込み、前記第１駆動トランジスタを線形領域で動作させる制御電位とし、前記第２駆動回路に階調に応じた前記映像電流信号を書き込み、前記第２駆動トランジスタの制御電位を前記映像電流信号に応じた電位とし、
前記第２駆動トランジスタから前記映像電流信号に応じた駆動電流を前記表示素子に出力し、
低階調表示時、前記第１駆動回路の保持容量に前記基準電圧信号を供給するとともに前記第１駆動トランジスタの閾値電圧のオフセットをキャンセルし、前記キャンセル動作の後、前記第１駆動回路の保持容量に階調に応じた映像電圧信号を書き込み、前記第１駆動トランジスタの制御電位を前記映像電圧信号に応じた電位とし、前記第２駆動回路に前記第２駆動トランジスタを線形領域で動作させる電流信号を書き込み、前記第２駆動トランジスタの制御電位を前記電流信号に応じた電位とし、前記第１駆動トランジスタから前記映像電圧信号に応じた駆動電流を前記表示素子に出力する駆動方法である。

本発明によれば、表示素子の寿命低下を防止するとともに、消費電力の低減および表示品位の向上を図ることが可能なアクティブマトリクス型表示装置およびその駆動方法を提供することができる。

以下図面を参照しながら、この発明の第１の実施形態として、有機ＥＬ表示装置を例にとり詳細に説明する。
図１は、有機ＥＬ表示装置を概略的に示す平面図である。図１に示すように、有機ＥＬ表示装置は、例えば、１０型以上の大型アクティブマトリクス型表示装置として構成され、有機ＥＬパネル１０およびこの有機ＥＬパネル１０の動作を制御するコントローラ１２を備えている。

有機ＥＬパネル１０は、ガラス板等の光透過性を有する絶縁基板８、この絶縁基板上にマトリクス状に配列され表示領域１１を構成したｍ×ｎ個の表示画素ＰＸ、表示画素の行毎に接続されているとともにそれぞれ独立してｍ本ずつ設けられた第１走査線Ｓｇａ（１〜ｍ）、第２走査線Ｓｇｂ（１〜ｍ）、第３走査線Ｓｇｃ（１〜ｍ）、第４走査線Ｓｇｄ（１〜ｍ）、表示画素ＰＸの列毎に接続されたｎ本の映像信号線Ｘ（１〜ｎ）、を備えている。また、有機ＥＬパネル１０は、第１、第２、第３、第４走査線Ｓｇａ（１〜ｍ）、Ｓｇｂ（１〜ｍ）Ｓｇｃ（１〜ｍ）、Ｓｇｄ（１〜ｍ）を表示画素ＰＸの行毎に順次駆動する走査線駆動回路１４、および複数の映像信号線Ｘ（１〜ｎ）を駆動する信号線駆動回路１５を備えている。走査線駆動回路１４および信号線駆動回路１５は、表示領域１１の外側で絶縁基板８上に一体的に形成され、コントローラ１２とともに制御部を構成している。

画素部として機能する各表示画素ＰＸは、対向電極間に光活性層を備えた表示素子と、この表示素子に駆動電流を供給する画素回路１８と、を含んでいる。表示素子は、例えば自己発光素子であり、本実施形態では、光活性層として少なくとも有機発光層を備えた有機ＥＬ素子１６を用いている。

図２に表示画素ＰＸの等価回路を示す。画素回路１８は、低階調表示時、信号駆動回路１５から出力される電圧信号に応じて有機ＥＬ素子１６に駆動電流を供給する第１駆動回路３０と、信号駆動回路１５から出力される電流信号に応じて有機ＥＬ素子１６に駆動電流を供給する第２駆動回路３２と、を有している。

第１駆動回路３０は、第１画素スイッチＳＳＴ１、第１駆動トランジスタＤＲＴ１、第１スイッチＴＣＴ１、キャパシタとしての第１保持容量Ｃｓ１および第２保持容量（閾値キャンセル容量）Ｃｋを備えている。また、第２駆動回路３２は、第２画素スイッチＳＳＴ２、第２駆動トランジスタＤＲＴ２、第２スイッチＴＣＴ２、キャパシタとしての第３保持容量Ｃｓ２を備えている。

第１、第２画素スイッチＳＳＴ１、ＳＳＴ２、第１、第２駆動トランジスタＤＲＴ１、ＤＲＴ２、第１、第２スイッチＴＣＴ１、ＴＣＴ２、および出力スイッチＢＣＴは、ここでは同一導電型、例えばＰチャネル型の薄膜トランジスタにより構成されている。本実施形態において、各駆動トランジスタおよび各スイッチをそれぞれ構成した薄膜トランジスタは全て同一工程、同一層構造で形成され、半導体層にポリシリコンを用いたトップゲート構造の薄膜トランジスタである。

第１、第２画素スイッチＳＳＴ１、ＳＳＴ２、第１、第２駆動トランジスタＤＲＴ１、ＤＲＴ２、第１、第２スイッチＴＣＴ１、ＴＣＴ２、および出力スイッチＢＣＴの各々は、第１端子、第２端子、および制御端子を有し、本実施形態では、これら第１端子、第２端子、および制御端子をそれぞれソース、ドレイン、ゲートとしている。

第１駆動回路３０において、第１駆動トランジスタＤＲＴ１は、高電位の電圧電源線Ｖｄｄと低電位の基準電圧電源線Ｖｓｓとの間で有機ＥＬ素子１６と直列に接続され、映像信号に応じた電流量の駆動電流を有機ＥＬ素子に出力する。ここでは、第１駆動トランジスタＤＲＴ１は、そのソースが電圧電源線Ｖｄｄに接続され、ドレインが有機ＥＬ素子１６の陽極に接続される。電圧電源線Ｖｄｄおよび基準電圧電源線Ｖｓｓは、例えば、＋５Ｖおよび−９Ｖの電位にそれぞれ設定される。電圧電源線Ｖｄｄおよび基準電圧電源線Ｖｓｓは、信号駆動回路１５に接続され、信号駆動回路から電源電圧を供給される。

第１保持容量Ｃｓ１は、第１駆動トランジスタＤＲＴ１のソース、ゲート間に接続され、ソース、ゲート間の電位を保持する。第１画素スイッチＳＳＴ１は、対応する映像信号線Ｘ（１〜ｎ）と第１駆動トランジスタＤＲＴ１のゲートとの間に接続され、そのゲートは対応する第１走査線Ｓｇａ（１〜ｍ）に接続されている。第１画素スイッチＳＳＴは、第１走査線Ｓｇａ（１〜ｍ）から供給される制御信号Ｓａ（１〜ｍ）に応答して、第１駆動回路３０と映像信号線との接続、非接続を制御し、対応する映像信号線Ｘ（１〜ｎ）から電圧信号を取り込む。

第２保持容量Ｃｋは、第１駆動トランジスタＤＲＴ１のゲートと第１画素スイッチＳＳＴ１のソースとの間に接続され、第１駆動トランジスタのゲート制御電位を保持する。

第１スイッチＴＣＴ１は、第１駆動トランジスタＤＲＴ１のドレイン、ゲート間に接続され、そのゲートは、第２走査線Ｓｇｂ（１〜ｍ）に接続されている。第１スイッチＴＣＴ１は、第２走査線Ｓｇｂ（１〜ｍ）からの制御信号Ｓｂ（１〜ｍ）に応じてオン（導通状態）、オフ（非導通状態）され、第１駆動トランジスタＤＲＴ１のゲート、ドレイン間の接続、非接続を制御する。

第２駆動回路３２において、第２駆動トランジスタＤＲＴ２は、電圧電源線Ｖｄｄと基準電圧電源線Ｖｓｓとの間で第１駆動トランジスタＤＲＴ１および有機ＥＬ素子１６と直列に接続され、映像信号に応じた電流量の駆動電流を有機ＥＬ素子に出力する。ここでは、第２駆動トランジスタＤＲＴ２は、そのソースが第１駆動トランジスタＤＲＴ１のドレインに接続され、そのドレインが有機ＥＬ素子１６の陽極に接続される。

第３保持容量Ｃｓ２は、第２駆動トランジスタＤＲＴ１のソース、ゲート間に接続され、映像信号により決定される第２駆動トランジスタＤＲＴ１のゲート制御電位を保持する。第２画素スイッチＳＳＴ２は、対応する映像信号線Ｘ（１〜ｎ）と第２駆動トランジスタＤＲＴ２のドレインとの間に接続され、そのゲートは対応する第３走査線Ｓｇｃ（１〜ｍ）に接続されている。第２画素スイッチＳＳＴ２は、第３走査線Ｓｇｃ（１〜ｍ）から供給される制御信号Ｓｃ（１〜ｍ）に応答して、映像信号線と第２駆動回路３２との接続、非接続を制御し、対応する映像信号線Ｘ（１〜ｎ）から映像信号を取り込む。

第２スイッチＴＣＴ２は、第２駆動トランジスタＤＲＴ２のドレイン、ゲート間に接続され、そのゲートは、第３走査線Ｓｇｃ（１〜ｍ）に接続されている。第２スイッチＴＣＴ２は、第３走査線Ｓｇｃ（１〜ｍ）からの制御信号Ｓｃ（１〜ｍ）に応じてオン（導通状態）、オフ（非導通状態）され、第２駆動トランジスタＤＲＴ２のゲート、ドレイン間の接続、非接続を制御する。

出力スイッチＢＣＴは、第２駆動トランジスタＤＲＴ２のドレインと有機ＥＬ素子１６の一方の電極、ここでは陽極、との間に接続され、そのゲートは第４走査線Ｓｇｄ（１〜ｍ）に接続されている。出力スイッチＢＣＴは、第４走査線Ｓｇｄ（１〜ｍ）からの制御信号Ｓｄ（１〜ｍ）によりオン、オフ制御され、第２駆動トランジスタＤＲＴ２と有機ＥＬ素子１６との接続、非接続を制御する。

次に図３を参照して、第２駆動トランジスタＤＲＴ２および有機ＥＬ素子１６の構成を詳細に説明する。図３は、有機ＥＬ素子１６を含む表示画素Ｐｘの断面を示している。
第２駆動トランジスタＤＲＴ２を構成するＰチャネル型の薄膜トランジスタは、絶縁基板８上に形成されたポリシリコンからなる半導体層５０を備え、この半導体層はソース領域５０ａ、ドレイン領域５０ｂ、およびソース、ドレイン領域間に位置したチャネル領域５０ｃを有している。半導体層５０に重ねてゲート絶縁膜５２が形成され、このゲート絶縁膜上にゲート電極Ｇが設けられチャネル領域５０ｃと対向している。ゲート電極Ｇに重ねて層間絶縁膜５４が形成され、この層間絶縁膜上にソース電極（ソース）Ｓおよびドレイン電極（ドレイン）Ｄが設けられている。ソース電極Ｓおよびドレイン電極Ｄは、それぞれ層間絶縁膜５４およびゲート絶縁膜５２に貫通形成されたコンタクトを介して半導体層５０のソース領域５０ａおよびドレイン領域５０ｂにそれぞれ接続されている。第２駆動トランジスタＤＲＴ１のドレイン電極Ｄは、層間絶縁膜５４上に形成された配線を介して出力スイッチＢＣＴに接続されている。

なお、第１駆動トランジスタＤＲＴ１、第１、第２画素スイッチＳＳＴ１、ＳＳＴ２、第１、第２スイッチＴＣＴ１、ＴＣＴ２、および出力スイッチＢＣＴを構成する各薄膜トランジスタも上記と同一の構造に形成されている。

層間絶縁膜５４上には映像信号線Ｘ（１〜ｎ）を含む複数の配線が設けられている。また、層間絶縁膜５４上にはソース電極Ｓ、ドレイン電極Ｄ、配線を覆って保護膜５６が形成されている。保護膜５６上には、親水膜５８、隔壁膜６０が順に積層されている。

有機ＥＬ素子１６は、ルミネセンス性有機化合物を含む有機発光層６４を陽極６２および陰極６６間に挟持した構造を有している。陽極６２は、ＩＴＯ（インジウム・ティン・オキサイド）等の透明電極材料から形成され、保護膜５６上に設けられている。親水膜５８および隔壁膜６０の内、陽極６２と対向した部分はエッチングにより除去されている。そして、陽極６２上に陽極バッファ層６３および有機発光層６４が形成され、更に、有機発光層６４および隔壁膜６０に重ねて銀・アルミ合金から成る陰極６６が積層されている。

このような構造の有機ＥＬ素子１６では、陽極６２から注入されたホールと、陰極６６から注入された電子とが有機発光層６４の内部で再結合したときに、有機発光層を構成する有機分子を励起して励起子を発生させる。この励起子が放射失活する過程で発光し、この光が有機発光層６４から透明な陽極６２および絶縁基板８を介して外部へ放出される。

ここで、陰極６６に光透過性をもたせ、絶縁基板８と反対側の面から光を外部に取り出してもよい。また、陽極６２を陰極６６に対して絶縁基板８側に配置した逆積層型を採用してもよい。いずれの場合も光出射面側を透明導電材料で形成する必要があり、例えば陰極６６を光出射面側に配置する場合には、アルカリ土類金属、希土類金属を光透過性を有する程度に薄く形成することで達成できる。

一方、図１に示すコントローラ１２は有機ＥＬパネル１０の外部に配置されたプリント回路基板上に形成され、走査線駆動回路１４および信号線駆動回路１５を制御する。コントローラ１２は外部から供給されるデジタル映像信号および同期信号を受け取り、垂直走査タイミングを制御する垂直走査制御信号、および水平走査タイミングを制御する水平走査制御信号を同期信号に基づいて発生する。そして、コントローラ１２は、これら垂直走査制御信号および水平走査制御信号をそれぞれ走査線駆動回路１４および信号線駆動回路１５に供給すると共に、水平および垂直走査タイミングに同期してデジタル映像信号を信号線駆動回路１５に供給する。

走査線駆動回路１４は、シフトレジスタ、出力バッファ等を含み、外部から供給される水平走査スタートパルスを順次次段に転送し、図１および第２に示すように、出力バッファを介して各行の表示画素ＰＸに４種類の制御信号、すなわち、制御信号Ｓａ（１〜ｍ）、Ｓｂ（１〜ｍ）、Ｓｃ（１〜ｍ）、Ｓｄ（１〜ｍ）を供給する。これにより、各第１、第２、第３、第４走査線Ｓｇａ（１〜ｍ）、Ｓｇｂ（１〜ｍ）、Ｓｇｃ（１〜ｍ）、Ｓｇｄ（１〜ｍ）は、互いに異なる１水平走査（１Ｈ）期間において、それぞれ制御信号Ｓａ（１〜ｍ）、制御信号Ｓｂ（１〜ｍ）、Ｓｃ（１〜ｍ）、制御信号Ｓｄ（１〜ｍ）により駆動される。

信号線駆動回路１５は水平走査制御信号の制御により各水平走査期間において順次得られる映像信号をアナログ形式に変換して電流信号および電圧信号とし、複数の映像信号線Ｘ（１〜ｎ）に並列的に供給する。図２に示すように、信号線駆動回路１５は、各映像信号線Ｘ（１〜ｎ）に接続される電圧供給部３４および電流供給部３６を備えている。電圧源として機能する電圧供給部３４は接続スイッチＳＷａを介して映像信号線Ｘに接続され、制御線ＳＧ１によって接続スイッチＳＷａのオン、オフを制御することにより、映像信号線との接続、非接続が切り換えられる。電流源として機能する電流供給部３６は接続スイッチＳＷｂを介して映像信号線Ｘに接続され、制御線ＳＧ２によって接続スイッチＳＷｂのオン、オフを制御することにより、映像信号線との接続、非接続が切り換えられる。

電圧供給部３４は、映像信号線Ｘ（１〜ｎ）にキャンセル電圧となる基準電圧信号Ｖｃ、および第１駆動回路３０に書き込む電圧信号を出力する。電圧供給部３４は、電圧信号として、高階調表示時、第１駆動トランジスタＤＲＴ１を線形動作させる高電位の定電圧信号Ｖｘを出力し、低階調表示時、映像信号に応じた階調電圧信号Ｖｓｉｇを出力する。

電流供給部３６は、映像信号線Ｘ（１〜ｎ）を通して電流信号を出力し、第２駆動回路３２に書き込む。電流供給部３６は、電流信号として、低階調表示時、第２駆動トランジスタＤＲＴ２を線形動作させる大きさの定電流信号Ｉｙを出力し、高階調表示時、映像信号に応じた階調電流信号Ｉｓｉｇを出力する。

上記のように構成された有機ＥＬ表示装置の駆動では、表示画素Ｐｘを行毎に順次選択し、表示画素Ｐｘの選択期間において、第１駆動トランジスタの閾値電圧（Ｖth）オフセットをキャンセルするキャンセル動作、電圧信号書き込み動作、電流信号書き込み動作を順次行い、非選択期間において、発光動作を行う。

図４は、制御信号Ｓａ（１〜ｍ）、Ｓｂ（１〜ｍ）、Ｓｃ（１〜ｍ）、Ｓｄ（１〜ｍ）のオン、オフ（ｈｉｇｈ、Ｌｏｗ）に伴う各素子のオン・オフタイミングを示す図である。図５は、例えば、ｍ行目の表示画素ＰＸにおける画素回路１８の動作を模式的に示している。

図４および図５（ａ）に示すように、高階調の画像表示を行う場合、まず、閾値電圧オフセットのキャンセル動作を行う。初めに、ｍ行目の表示画素ＰＸに対し、走査線駆動回路１４から、出力スイッチＢＣＴをオフ状態とするレベル（オフ電位）、ここではハイレベルの制御信号Ｓｄｍが出力される。これにより、出力スイッチＢＣＴがオフ（非導通状態）となる。これと同時に又は続いて、走査線駆動回路１４から第１駆動回路３０の第１スイッチＴＣＴ１および第１画素スイッチＳＳＴ１をオン状態とするレベル（オン電位）、ここではローレベルの制御信号Ｓａｍ、Ｓｂｍが出力され、第１スイッチＴＣＴ１および第１画素スイッチＳＳＴ１がオン（導通状態）に切換えられる。また、接続スイッチＳＷａがオンに切り換えられ、電圧供給部３４が映像信号線Ｘ１に接続される。これにより、キャンセル動作が開始される。

Ｖthキャンセル期間において、信号線駆動回路１５の電圧供給部３４から対応する映像信号線Ｘ１に基準電圧信号Ｖｃ、例えば、４Ｖが出力され、第１画素スイッチＳＳＴ１を通して第２保持容量Ｃｋに印加される。第１スイッチＴＣＴ１をオンすることにより、第１駆動トランジスタＤＲＴ１のゲート、ドレイン間が短絡状態となり、その状態を保ったまま、電圧電源線Ｖｄｄから第１駆動トランジスタＤＲＴ１にキャンセル電流が流れる。これにより、第１駆動トランジスタＤＲＴ１のゲート、ソース間電圧は、第１駆動トランジスタＤＲＴ１の閾値電圧Ｖthに徐々に近づいて行く。このＶthキャンセル期間を十分にとることにより、第１駆動トランジスタＤＲＴ１のゲート、ソース間電圧は、閾値電圧に到達し、第２保持容量Ｃｋには閾値電圧に相当する電位差が蓄えられる。これによりＶthキャンセル動作が終了する。

次に、図４および図５（ｂ）に示すように、第１画素スイッチＳＳＴ１をオンに維持した状態で、制御信号Ｓｂｍがオフ電位（ハイレベル）となり、第１スイッチＴＣＴ１がオフとなる。これにより、電圧信号書き込み動作が開始する。
電圧信号書き込み期間において、信号線駆動回路１５の対応する電圧供給部１７から映像信号線Ｘ１に、電圧信号として、第１駆動トランジスタＤＲＴ１を線形動作させる高電位の定電圧信号Ｖｘを出力され、第１画素スイッチＳＳＴ１を介して第２保持容量Ｃｋに書き込まれる。この定電圧信号Ｖｘは、第１駆動トランジスタＤＲＴ１の出力電流が、最大階調電流値よりも大きな値、例えば、１〜２μＡとなる電圧値に設定されている。

このように、定電圧信号Ｖｘを書き込むことにより、第２保持容量Ｃｋの第１スイッチＳＳＴ１側の電極電位は、基準電圧Ｖｃから定電圧Ｖｘに変位する。この電位変化に伴い、第１駆動トランジスタＤＲＴ１のゲート電位は閾値電圧を基点として（Ｖｘ−Ｖｃ）ＸＣｋ／（Ｃｋ＋Ｃｓ１）だけ変位する。高階調表示時は、書き込み電圧信号を定電圧信号Ｖｘとすることにより、ゲート電圧が大きく変化し、第１駆動トランジスタＤＲＴ１は、線形領域で動作する線形動作状態となり、オン状態のスイッチとほぼ同様に機能する状態となる。

続いて、図４および図６（ａ）に示すように、走査線駆動回路１４から、第１画素スイッチＳＳＴ１および第１スイッチＴＣＴ１をオフ状態とするハイレベルの制御信号Ｓａｍ、Ｓｂｍが出力され、第１画素スイッチＳＳＴ１および第１スイッチＴＣＴ１がオフに切り換えられる。これにより、電圧信号書き込み動作が終了するとともに、第１および第２保持容量Ｃｓ１およびＣｋに上述のゲート電位が保持され、第１駆動トランジスタＤＲＴ１は、線形動作状態に維持される。

これと同時に又はこれに続いて、走査線駆動回路１４から第２駆動回路３２の第２画素スイッチＳＳＴ２および第２スイッチＴＣＴ２をオン状態とするローレベルの制御信号Ｓｃｍが出力される。同時に、信号線駆動回路１５の接続スイッチＳＷａがオフ、接続スイッチＳＷｂがオンに切り換えられ、電流供給部３６が映像信号線Ｘに接続される。これにより、電流信号書き込み動作が開始される。

電流信号書き込み期間において、電流供給部３６から映像信号線Ｘ１に高階調の電流信号Ｉｓｉｇが出力され、映像信号線Ｘ１および選択された表示画素Ｐｘに書き込まれる。この際、第２駆動回路３２の第２スイッチＴＣＴ２はオン状態にあり、第２駆動トランジスタＤＲＴ２は、それぞれゲートとドレインとが導通したダイオード接続状態にある。また、第２駆動トランジスタＤＲＴ２と電圧電源線Ｖｄｄとの間に接続された第１駆動トランジスタＤＲＴ１は線形動作状態に維持されている。これにより、電圧電源線Ｖｄｄから第１駆動トランジスタＤＲＴ１および第２駆動トランジスタＤＲＴ２を通して、映像信号線Ｘ１に電流信号Ｉｓｉｇに対応する電流が流れる。そして、第２駆動回路３２の第３保持容量Ｃｓ２は、第２駆動トランジスタＤＲＴ２を電流信号Ｉｓｉｇに対応する電流が流れるときのソース、ゲート間電位をゲート制御電位として保持する。

次に、図４および図６（ｂ）に示すように、制御信号Ｓｃｍがオフ電位（ハイレベル）となり、第２画素スイッチＳＳＴ２および第２スイッチＴＣＴ２がオフとなる。これにより、電流信号書込み動作が終了する。これと同時に又はこれに続いて、制御信号Ｓｄｍがオン電位となり、第２駆動回路の出力スイッチＢＣＴがオンとなる。他のスイッチはオフに維持される。これにより、発光動作が開始される。

発光期間において、第２駆動トランジスタＤＲＴ２は、第３保持容量Ｃｓ２に書込まれたゲート制御電圧により、対応した電流量の駆動電流Ｉｅを出力する。この駆動電流Ｉｅが出力スイッチＢＣＴを通して有機ＥＬ素子１６に供給される。この際、第１駆動トランジスタＤＲＴ１は線形動作状態にあり、スイッチとして機能するため、電圧電源線Ｖｄｄから第１および第２駆動トランジスタを流れる駆動電流Ｉｅを変位させることはない。そのため、書き込まれた映像信号Ｉｓｉｇに対応し第２駆動トランジスタＤＲＴ２によって設定された駆動電流Ｉｅが出力される。これにより、有機ＥＬ素子１６が駆動電流Ｉｅに応じた輝度で発光し、発光動作が開始される。有機ＥＬ素子１６は、１フレーム期間後に、再び制御信号Ｓｄｍがオフ電位となるまで発光状態を維持する。

一方、有機ＥＬ表示装置の駆動方法において、低階調の画像表示を行う場合、図４および図７（ａ）に示すように、高階調表示時と同様に、まず、閾値電圧オフセットのキャンセル動作を行う。初めに、ｍ行目の表示画素ＰＸに対し、走査線駆動回路１４から出力スイッチＢＣＴをオフ状態とするハイレベルの制御信号Ｓｄｍが出力し、出力スイッチＢＣＴがオフとなる。これと同時に又は続いて、第１駆動回路３０の第１スイッチＴＣＴ１および第１画素スイッチＳＳＴ１がオン、第２駆動回路３２の第２画素スイッチＳＳＴ２および第２スイッチＴＣＴ２をオフに切り換えられる。また、接続スイッチＳＷａがオンに切り換えられ、電圧供給部３４が映像信号線Ｘ１に接続される。これにより、キャンセル動作が開始される。

Ｖthキャンセル期間において、信号線駆動回路１５の電圧供給部３４から対応する映像信号線Ｘ１に基準電圧信号Ｖｃが出力され、第１画素スイッチＳＳＴ１を通して第２保持容量Ｃｋに印加される。第１駆動トランジスタＤＲＴ１のゲート、ソース間電圧は、第１駆動トランジスタＤＲＴ１の閾値電圧Ｖthに到達し、第２保持容量Ｃｋには閾値電圧に相当する電位差が蓄えられる。これによりＶthキャンセル動作が終了する。

次に、図４および図７（ｂ）に示すように、第１画素スイッチＳＳＴ１をオンに維持した状態で、制御信号Ｓｂｍがオフ電位となり、第１スイッチＴＣＴ１がオフとなる。これにより、電圧信号書き込み動作が開始する。

電圧信号書き込み期間において、信号線駆動回路１５の電圧供給部１７から映像信号線Ｘ１に、映像信号として、低階調の電圧信号Ｖｓｉｇが出力され、第１画素スイッチＳＳＴ１を介して第２保持容量Ｃｋに書き込まれる。

電圧信号Ｖｓｉｇを書き込むことにより、第２保持容量Ｃｋの第１スイッチＳＳＴ１側の電極電位は、基準電圧Ｖｃから信号電圧Ｖｓｉｇに変位する。この電位変化に伴い、第１駆動トランジスタＤＲＴ１のゲート電位は閾値電圧を基点として（Ｖｓｉｇ−Ｖｃ）ＸＣｋ／（Ｃｋ＋Ｃｓ１）だけ変位する。これにより、閾値電圧を基準として、映像信号電圧に対応する電位が第２保持容量Ｃｋに書き込まれる。

続いて、図４および図８（ａ）に示すように、走査線駆動回路１４から第１画素スイッチＳＳＴ１および第１スイッチＴＣＴ１をオフ状態とするハイレベルの制御信号Ｓａｍ、Ｓｂｍが出力され、第１画素スイッチＳＳＴ１および第１スイッチＴＣＴ１がオフに切り換えられる。これにより、電圧信号書き込み動作が終了するとともに、第１および第２保持容量Ｃｓ１およびＣｋに上述のゲート電位が保持される。

これと同時に又はこれに続いて、走査線駆動回路１４から第２駆動回路３２の第２画素スイッチＳＳＴ２および第２スイッチＴＣＴ２をオン状態とするローレベルの制御信号Ｓｃｍが出力される。同時に、信号線駆動回路１５の接続スイッチＳＷａがオフ、接続スイッチＳＷｂがオンに切り換えられ、電流供給部３６が映像信号線Ｘに接続される。これにより、電流信号書き込み動作が開始される。

電流信号書き込み期間において、電流供給部３６から映像信号線Ｘ１に、第２駆動トランジスタＤＲＴ２を線形動作させるとともに映像信号線への書き込み不足を生じない大きさの定電流信号Ｉｙが出力される。この定電流信号Ｉｙは、例えば、０．３〜１μＡに設定されている。出力された定低電流信号Ｉｙは、映像信号線Ｘ１および選択された表示画素Ｐｘに書き込まれる。この際、第２駆動回路３２の第２スイッチＴＣＴ２はオン状態にあり、第２駆動トランジスタＤＲＴ２は、それぞれゲートとドレインとが導通したダイオード接続状態にある。これにより、電圧電源線Ｖｄｄから第１駆動トランジスタＤＲＴ１および第２駆動トランジスタＤＲＴ２を通して、映像信号線Ｘ１に定電流信号Ｉｙに対応する電流が流れる。そして、第２駆動回路３２の第３保持容量Ｃｓ２は、電流信号Ｉｙに対応する電流が第２駆動トランジスタＤＲＴ２を流れるときのソース、ゲート間電位をゲート制御電位として保持する。

次に、図４および図８（ｂ）に示すように、制御信号Ｓｃｍがオフ電位となり、第２画素スイッチＳＳＴ２および第２スイッチＴＣＴ２がオフとなる。これにより、電流信号書込み動作が終了し、第２駆動トランジスタＤＲＴ２は線形動作状態に維持される。

これと同時に又はこれに続いて、制御信号Ｓｄｍがオン電位となり、第２駆動回路３２の出力スイッチＢＣＴがオンとなる。他のスイッチはオフに維持される。これにより、発光動作が開始される。

発光期間において、電圧電源線Ｖｄｄから第１駆動トランジスタＤＲＴ１および第２駆動トランジスタＤＲＴ２を通して、駆動電流Ｉｅが有機ＥＬ素子１６に供給される。供給される駆動電流Ｉｅは、第１駆動トランジスタＤＲＴ１のゲート制御電位によって決められる。すなわち、第１駆動トランジスタＤＲＴ１は、第１および第２保持容量Ｃｓ１、Ｃｋに書込まれたゲート制御電圧により、対応した電流量の駆動電流Ｉｅを出力する。この駆動電流Ｉｅが出力スイッチＢＣＴを通して有機ＥＬ素子１６に供給される。

この際、第２駆動トランジスタＤＲＴ２は線形動作状態にあり、スイッチとして機能するため、電圧電源線Ｖｄｄから第１および第２駆動トランジスタを流れる駆動電流Ｉｅを変位させることはない。そのため、書き込まれた映像信号Ｖｓｉｇに対応する駆動電流Ｉｅが出力される。これにより、有機ＥＬ素子１６が駆動電流Ｉｅに応じた輝度で発光し、発光動作が開始される。有機ＥＬ素子１６は、１フレーム期間後に、再び制御信号Ｓｄｍがオフ電位となるまで発光状態を維持する。

上述したＶthキャンセル動作、電圧信号書き込み動作、電流信号書き込み動作、および発光動作を順次、各表示画素で繰り返し行うことにより、所望の画像を表示する。なお、本実施形態において、高階調の範囲および低階調の範囲は、任意に選択可能である。

以上のように構成された有機ＥＬ表示装置およびその駆動方法によれば、低階調表示時、電圧駆動方式の駆動回路により表示素子に駆動電流を供給し、高階調表示時、電流駆動方式の駆動回路により表示素子に駆動電流を供給する構成としている。そのため、低階調表示時にＮ倍の駆動電流を表示素子に流す必要がなく、表示素子の負荷を低減し、長寿命化を図ることができるとともに、消費電力の低減が可能となる。また、低階調表示および高階調表示のいずれにおいても、配線容量や駆動トランジスタの特性に影響されることなく、高品位の画像表示を実現することができる。これにより、表示素子の寿命低下を防止するとともに、消費電力の低減および表示品位の向上を図ることが可能なアクティブマトリクス型表示装置およびその駆動方法が得られる。

次に、図９を参照して、この発明の第２の実施形態に係る有機ＥＬ表示装置について説明する。第２の実施形態において、前述した第１の実施形態と同一の部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。

前述した第１の実施形態によれば、各表示画素Ｐｘの画素回路１８において、第１駆動回路３０と有機ＥＬ素子１６との間に第２駆動回路３２を設ける構成としたが、図９に示すように、第２の実施形態によれば、各画素回路１８において、第２駆動回路３２と有機ＥＬ素子１６との間に第１駆動回路３０が接続されている。すなわち、第１駆動トランジスタＤＲＴ１は、そのトレインが出力スイッチＢＣＴを介して有機ＥＬ素子１６に接続され、そのソースが第２駆動トランジスタＤＲＴ２のドレインに接続されている。また、第２駆動トランジスタＤＲＴ２は、そのソースが電圧電源線Ｖｄｄに接続されている。

このように構成された第２の実施形態に有機ＥＬ表示装置は、前述した第１の実施形態と同様の駆動方法によって駆動され、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

前述した実施形態において、薄膜トランジスタの半導体層は、ポリシリコンに限らず、アモルファスシリコンで構成することも可能である。また、トランジスタおよびスイッチの寸法は、前述した実施形態に限定されることなく、必要に応じて変更可能である。表示画素を構成する自己発光素子は、有機ＥＬ素子に限定されず自己発光可能な様々な表示素子を適用可能である。

画素回路１８を構成する駆動トランジスタ、第１、第２画素スイッチＳＳＴ１、ＳＳＴ２、第１、第２スイッチＴＣＴ１、ＴＣＴ２、出力スイッチＢＣＴは、Ｐチャネル型のＴＦＴに限らず、Ｎチャネル型のＴＦＴにより構成してもよい。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る有機ＥＬ表示装置を概略的に示す平面図である。 図２は、前記有機ＥＬ表示装置における表示画素の等価回路を示す平面図である。 図３は、前記有機ＥＬ表示装置の駆動トランジスタおよび有機ＥＬ素子を示す断面図である。 図４は、前記有機ＥＬ表示装置における制御信号のオン、オフ（ｈｉｇｈ、Ｌｏｗ）タイミングを示す図である。 図５は、前記有機ＥＬ表示装置の高階調表示時におけるＶthキャンセル動作および電圧信号書き込み動作を示す表示画素の平面図である。 図６は、前記有機ＥＬ表示装置の高階調表示時における電流信号書き込み動作および発光動作を示す表示画素の平面図である。 図７は、前記有機ＥＬ表示装置の低階調表示時におけるＶthキャンセル動作および電圧信号書き込み動作を示す表示画素の平面図である。 図８は、前記有機ＥＬ表示装置の低階調表示時における電流信号書き込み動作および発光動作を示す表示画素の平面図である。 図９は、この発明の第２の実施形態に係る有機ＥＬ表示装置における表示画素の等価回路を示す平面図である。

符号の説明

８…絶縁基板、１０…有機ＥＬパネル、１１…表示領域、１１ｂ…非表示領域、
１２…コントローラ、１４…走査線駆動回路、１５…信号線駆動回路、
１６…有機ＥＬ素子、１８…画素回路、３０…第１駆動回路、３２…第２駆動回路、
３４…電圧供給部、３６…電流供給部、ＳＳＴ１…第１画素スイッチ、
ＳＳＴ２…第２画素スイッチ、ＤＲＴ１…第１駆動トランジスタ、
ＤＲＴ２…第２駆動トランジスタ、ＴＣＴ１…第１スイッチ、
ＴＣＴ２…第２スイッチ、Ｃｓ１…第１保持容量、Ｃｋ…第２保持容量、
Ｃｓ２…第３保持容量

Claims (9)

1. 表示素子と、前記表示素子に駆動電流を供給する画素回路とを含み、基板上にマトリクス状に配設された複数の画素部と、
   前記画素部の列毎に接続された複数の映像信号線と、
   前記映像信号線に基準電圧信号および映像電圧信号を出力する電圧源と、前記映像信号線に映像電流信号を出力する電流源とを有する信号線駆動回路と、を備え、
   前記各画素回路は、
   電圧電源と前記表示素子との間に接続された第１駆動トランジスタを有し、低階調表示時、前記映像電圧信号に対応する駆動電流を前記第１駆動トランジスタから前記表示素子に出力し、高階調表示時、前記第１駆動トランジスタを線形動作によるスイッチとして動作させる第１駆動回路と、
   前記電圧電源と前記表示素子との間に前記第１駆動トランジスタと直列に接続された第２駆動トランジスタを有し、高階調表示時、前記映像電流信号に対応する駆動電流を前記第２駆動トランジスタから前記表示素子に出力し、低階調表示時、前記第２駆動トランジスタを線形動作によるスイッチとして動作させる第２駆動回路と、を備えているアクティブマトリクス型表示装置。
2. 前記第１駆動回路は、前記電圧電源に接続される前記第１駆動トランジスタの第１端子と制御端子との間に接続された第１保持容量と、トランジスタにより形成され、前記第１駆動トランジスタの制御端子と第２端子との間の接続、非接続を制御する第１スイッチと、前記第１駆動トランジスタの制御端子と前記映像信号線との間に接続された第２保持容量と、前記第２保持容量と映像信号線との間に接続され、前記第１駆動回路と映像信号線との接続、非接続を制御する第１画素スイッチと、を備え、
   前記第２駆動回路は、前記電圧電源に接続される前記第２駆動トランジスタの第１端子と制御端子との間の電位を保持する第３保持容量と、前記第２駆動トランジスタの第２端子と前記表示素子との間に接続された出力スイッチと、トランジスタにより形成され、前記第２駆動トランジスタの制御端子と第２端子と間に接続され第２駆動トランジスタの接続、非接続を制御する第２スイッチと、前記映像信号線と前記第２駆動トランジスタの第２端子との間に接続され、前記第２駆動回路と映像信号線との接続、非接続を制御する第２画素スイッチと、を備えている請求項１に記載のアクティブマトリクス型表示装置。
3. 前記第１駆動トランジスタは、その第１端子が前記電圧電源に接続され、第２端子が前記第２駆動トランジスタのソースに接続され、前記第２駆動トランジスタは、その第２端子が前記出力スイッチを介して前記表示素子に接続されている請求項２に記載のアクティブマトリクス型表示装置。
4. 前記第１駆動トランジスタは、その第２端子が前記出力スイッチを介して前記表示素子に接続され、第１端子が前記第２駆動トランジスタの第２端子に接続され、前記第２駆動トランジスタは、その第１端子が前記電圧電源に接続されている請求項２に記載のアクティブマトリクス型表示装置。
5. 前記表示素子は、対向する電極間に有機発光層を備えた自己発光素子である請求項１ないし４のいずれか１項に記載のアクティブマトリクス型表示装置。
6. 表示素子と、前記表示素子に駆動電流を供給する画素回路とを含み、基板上にマトリクス状に配設された複数の画素部と、前記画素部の列毎に接続された複数の映像信号線と、前記映像信号線に基準電圧信号および映像電圧信号を出力する電圧源と、前記映像信号線に映像電流信号を出力する電流源とを有する信号線駆動回路と、を備え、
   前記各画素回路は、電圧電源と前記表示素子との間に接続された第１駆動トランジスタと、前記第１駆動トランジスタの制御端子に接続された保持容量と、を有する第１駆動回路と、前記電圧電源と前記表示素子との間に前記第１駆動トランジスタと直列に接続された第２駆動トランジスタを有する第２駆動回路と、を備えているアクティブマトリクス型表示装置の駆動方法であって、
   高階調表示時、前記第１駆動回路の保持容量に前記基準電圧信号を供給するとともに前記第１駆動トランジスタの閾値電圧のオフセットをキャンセルし、
   前記キャンセル動作の後、前記第１駆動回路の保持容量に電圧信号を書き込み、前記第１駆動トランジスタを線形領域で動作させる制御電位とし、
   前記第２駆動回路に階調に応じた前記映像電流信号を書き込み、前記第２駆動トランジスタの制御電位を前記映像電流信号に応じた電位とし、
   前記第２駆動トランジスタから前記映像電流信号に応じた駆動電流を前記表示素子に出力し、
   低階調表示時、前記第１駆動回路の保持容量に前記基準電圧信号を供給するとともに前記第１駆動トランジスタの閾値電圧のオフセットをキャンセルし、
   前記キャンセル動作の後、前記第１駆動回路の保持容量に階調に応じた映像電圧信号を書き込み、前記第１駆動トランジスタの制御電位を前記映像電圧信号に応じた電位とし、
   前記第２駆動回路に前記第２駆動トランジスタを線形領域で動作させる電流信号を書き込み、前記第２駆動トランジスタの制御電位を前記電流信号に応じた電位とし、
   前記第１駆動トランジスタから前記映像電圧信号に応じた駆動電流を前記表示素子に出力するアクティブマトリクス型表示装置の駆動方法。
7. 前記高階調表示時、前記第１駆動回路に定電圧信号を書き込み、前記第２駆動回路に階調に応じた映像電流信号を書き込む請求項６に記載のアクティブマトリクス型表示装置の駆動方法。
8. 前記定電圧信号は、前記第１駆動トランジスタの出力電流が最大階調電流値よりも大きな値となる電圧値に設定する請求項７に記載のアクティブマトリクス型表示装置の駆動方法。
9. 前記低階調表示時、前記第１駆動回路に階調に応じた電圧信号を書き込み、前記第２駆動回路に定電流信号を書き込む請求項６に記載のアクティブマトリクス型表示装置の駆動方法。

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