JP5244879B2 - 表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、自発光型の発光素子を有する表示装置、及びその駆動方法に関する。特に、表示装置の画素構成に関する。
近年、発光素子(自発光素子)を用いた表示装置の研究開発が進められている。このような表示装置は、高画質、薄型、軽量などの利点を生かして、携帯電話の表示画面やパソコンのモニターとして幅広く利用されている。特に、このような表示装置は動画表示に適した速い応答速度、低電圧、低消費電力駆動などの特徴を有しているため、新世代の携帯電話や携帯情報端末(PDA)をはじめ、幅広い用途が見込まれている。
発光素子は有機発光ダイオード(Organic Light Emitting Diode : OLED)ともよばれ、陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に有機化合物を有する層(以下、有機化合物層と表記する)が挟まれた構造を有している。この発光素子に流れる電流量と、発光素子の輝度は一定の関係があり、発光素子は有機化合物層に流れる電流量に応じた輝度で発光を行っている。
ところで、発光素子を用いた表示装置に多階調の画像を表示するときの駆動方法としては、アナログ駆動方式(アナログ階調方式)とデジタル駆動方式(デジタル階調方式)が挙げられる。両方式の相違点は、発光素子の発光、非発光のそれぞれの状態において該発光素子を制御する方法にある。
アナログ駆動方式は、発光素子に流れる電流の大きさを連続的に制御して階調を得るという方式である。またデジタル駆動方式は、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。
しかしデジタル駆動方式は、このままでは2階調しか表示出来ないため、時間階調方式や面積階調方式と組み合わせて多階調の画像を表示する駆動方法が提案されている。例えば時間階調表示とは、1フレームをいくつかのサブフレームに分け、それぞれの発光時間に重みを漬け、その選択によって階調表示を行うものである。また面積階調方式とは、画素内にサブ画素を設け、その発光面積に重みを付けて、その選択により階調表示を行う方法である。
また画素に信号を入力する場合、電圧入力方式がよく用いられている。電圧入力方式は、画素に入力するビデオ信号として電圧を駆動用素子のゲート電極に入力して、該駆動用素子を用いて発光素子の輝度を制御する方式である。
以上のような表示装置の駆動方法、多階調表示方式等は、非特許文献1を参照するとよい。
「有機ELディスプレイにおける材料技術と素子の作製」 技術情報協会、2002年1月、p.179−196
上述のような電圧入力方式を用いる場合、発光素子を駆動する(電流を供給する)ためのトランジスタ(以下、駆動用トランジスタと表記する)の電流特性がばらつくと、発光素子の輝度もばらついてしまった。特に、アナログ階調方式の場合において低階調表示を行うとき、駆動用トランジスタの電気特性ばらつきの影響が大きくなってしまった。これはトランジスタの電流特性は(Vgs−Vth)に依存して決まるため、低階調表示を行う場合、Vgsが小さく、相対的にVthの影響を大きく受けてしまう。トランジスタのVthとは、しきい値電圧であり成膜条件や膜厚等の作製工程によりばらつきが大きく現れてしまう。特に、結晶化工程を経る多結晶シリコン膜を有する半導体素子では、結晶粒界や配向性が一要因としてVthがばらついてしまった。
図11(A)に示すトランジスタ及び発光素子を用いて具体的に説明する。図11(B)には、低階調表示を行う場合の発光素子及びトランジスタのIds−Vds特性を示し、その交点が動作点となっている。図11(B)に示すように、低階調表示を行う場合、トランジスタが発光素子へ供給する電流値(Ids)
が小さく、Vgsも小さくなり、相対的にVthのばらつきの影響を受けやすくなってしまることがわかる。その結果、トランジスタと発光素子を有する表示装置において、輝度ムラが生じ、品質低下の原因となってしまった。上述のようなしきい値電圧の影響を小さくするために、トランジスタのチャネルサイズW/Lをより小さく設計し、Vgsを大きくして動作させることが考えられる。
一方、発光素子の電圧電流特性が変動しても、発光素子に一定の電流が流れるようにするため、トランジスタを飽和領域で動作させている。図11(C)に示すが、飽和領域とはVds>(Vgs−Vth)の範囲であって、トランジスタのソース・ドレイン間電圧が変化してもソース・ドレイン電流が変動しない。そのため常に、発光素子に一定の電流を供給することができる。
しかし高階調表示を行う場合、トランジスタの飽和領域が狭くなってしまった。図11(C)には高階調表示における、トランジスタ特性と、発光素子特性のIds−Vds特性を示す。図11(C)をみると、発光素子の劣化に伴い、発光素子特性は低電圧側へシフトし、Vdsは低下していくことがわかる。その結果、トランジスタの動作範囲となる飽和領域が狭くなり、さらにはトランジスタが線形領域で動作してしまうことも考えられた。
このような高階調表示における問題を解決するためには、飽和領域の動作範囲を広くするとよい。例えば図11(A)に示すα−β間の電圧を大きくすることが考えられる。その結果、発光素子が劣化しても飽和領域で動作することができる。しかしこの場合電圧が大きくなるため、消費電力が大きくなってしまう。別の方法としては、トランジスタのチャネルサイズW/Lをより大きく設計し、Vgsを小さくすることが考えられる。
これらを踏まえると、トランジスタの電気特性からみると、しきい値電圧のばらつきの影響を小さくするため、チャネルサイズW/Lを小さく設計してVgsを大きくすると好ましく、発光素子の特性からみると、飽和領域の動作範囲を広げるため、Vgsが小さくなるようにチャネルサイズW/Lを大きく設計する方が好ましかった。このように、しきい値電圧のばらつきの影響を低減することと、発光素子の劣化による輝度低下を防止するため飽和領域で動作する範囲を広くすることとは、トレードオフの関係にある。
そこで本発明は、多結晶シリコン膜や非晶質シリコン膜を有する半導体素子を備える表示装置であって、高階調表示及び低階調表示において、駆動用トランジスタを飽和領域で動作させ、且つ当該トランジスタのしきい値電圧のばらつきが低減される表示装置、及びその駆動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、広い飽和領域で動作するように駆動用トランジスタの電流能力を高めることを特徴とする。その結果、高階調表示を行う場合であっても、Vgsが大きくなることを防ぎ、動作範囲となる飽和領域を広く保つことができる。さらに本発明は、各画素の点灯期間を個別に変えるように点灯期間を制御する回路(点灯期間制御回路)を各画素に備えている。そして、低階調表示を行う場合、発光素子の点灯期間を短くなるように制御する。なお点灯期間制御回路は、所定期間で発光素子を非発光となるように制御できる箇所に配置すればよい。その結果、低階調表示を行う場合、Vgsを大きくして動作させることができる。このようにVgsが大きいため、しきい値電圧のばらつきの影響を低減することができる。
すなわち本発明は、高階調表示を行う場合でも飽和領域を広くでき、低階調表示の場合でもVthバラツキの影響を小さくできる。これを実現するため、トランジスタのW/Lを設計し、且つ階調の大きさに合わせて各画素の点灯期間を変えることを特徴とする。
具体的な設計方針としては、W/Lが大きくなるようにすればよく、例えば飽和領域で動作するためにはLの長さを数百から数十μmとすると好ましい。すなわち駆動用トランジスタの電流能力を高めるようにすればよい。別の方法としては、駆動用トランジスタの結晶性を高めるとよく、例えば連続発振レーザを用いて結晶性を高めてもよい。
また本発明において、駆動用トランジスタを複数並列に配置してもよい。なおトランジスタは、多結晶シリコン薄膜トランジスタや非晶質シリコン薄膜トランジスタ、又はその他のトランジスタで形成してもよく、つまり本発明はトランジスタの構成に限定されない。
また非晶質シリコン薄膜トランジスタを用いる場合、すべてnチャネル型薄膜トランジスタで形成すると好ましい。このように一方の極性のみから構成する場合、ブートストラップ回路等を利用すればよく、特願2002−327498号の記載を参照すればよい。
以上、本発明により広い飽和領域を確保するように、駆動用トランジスタのW/Lを設計することができる。その結果、トランジスタの動作領域となる飽和領域を広く確保でき、且つ点灯期間制御回路により低階調表示であってもバラツキの影響を受けにくく、正確な表示を行うことが可能となる。
本発明により、広い飽和領域を確保するように、少なくとも駆動用トランジスタのW/Lを設計することができる。その結果、トランジスタの動作領域となる飽和領域を広く確保でき、低階調表示であっても正確な表示を行うことが可能となる。
本発明の表示装置の画素構成を示す図。 本発明の表示装置の画素構成を示す図。 本発明の表示装置の画素構成を示す図。 本発明の表示装置の画素構成を示す図。 本発明の表示装置の画素構成を示す図。 本発明の表示装置の画素構成を示す図。 本発明の表示装置の画素構成を示す図。 本発明の表示装置を示す図。 本発明の表示装置のタイミングチャートを示す図。 本発明の表示装置を示す図。 発光素子及びトランジスタの特性を示す図。 本発明の電子機器を示す図。 本発明の表示装置のタイミングチャートを示す図。 本発明の表示装置のタイミングチャートを示す図。 本発明の表示装置の画素構成を示す上面図。
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、実施の形態を説明するための全図において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
(実施の形態1)
本実施の形態では、ビデオ信号としてアナログ信号、特にアナログ電圧が入力される駆動方法を行う画素構成について説明する。
図1には、信号線10と、走査線11と、発光素子12と、を有するアクティブマトリクス型の画素構成を示す。信号線10及び走査線11に接続されたnチャネル型のスイッチング用トランジスタTr14を有し、走査線11により選択されTr14がオンとなると、信号線10から所望の輝度となるようなアナログ電圧が入力される。入力されるアナログ電圧に基づき、Tr14と電源線15との間に配置された容量素子Cs16に電荷が蓄積される。Cs16は、pチャネル型の駆動用トランジスタTr15のゲート・ソース間電圧を保持する役目を担う。その後、Tr17がオンとなると、発光素子12はCs16に蓄えられた電荷に基づく電流が供給され、所定の輝度で発光する。
このとき本発明では、広い飽和領域を確保するように、Tr17のW/Lを設定する。そのため、発光素子が経時劣化の影響を受けても、駆動用トランジスタが線形領域で動作することを防止することができる。
このような画素構成において低階調表示を行う場合、点灯期間制御回路18により発光素子の点灯期間を短く制御する。すなわち点灯期間制御回路18とは、発光素子の点灯期間(発光期間ともいう)を制御する回路構成を有する。すなわちこの点灯期間制御回路により、所定のタイミングでCs16に保持される電荷を放電し、Tr17に電流が流れないようにし、発光素子の点灯期間を制御する。なお点灯期間制御回路は、発光素子の点灯期間を制御できる箇所のいずれに配置してもよく、図1(A)ではCs16の両端に接続している。また本発明では、点灯期間制御回路を画素毎に設けるため、画素毎にCs16に保持される電荷を放電することができる。なお、点灯期間制御回路により発光素子が非発光となる期間を消去動作期間という。
そのため飽和領域をより広く確保するようにトランジスタのW/Lを設計する場合において、消去動作期間を設け発光素子への電流の供給を制御することによりTr17の|Vgs|が小さくなることを防ぎながら、低階調表示を行うことができる。
よって飽和領域を広く確保できるように駆動用トランジスタのW/Lを設計しても、低階調表示を正確に行うことができ、且つ高階調表示を行う場合は動作範囲となる飽和領域を広く確保することができる。
また本発明において、点灯期間制御回路は発光素子へ所定の電流を供給する時間を制御できるように配置すればよく、例えば図1(B)のように発光素子と駆動用トランジスタTr17との間のような配置も考えられる。
図1(B)のように点灯期間制御回路を配置する場合、駆動用トランジスタTr17の特性、特にしきい値電圧Vthに依らず、消去動作期間を設けることができる。すなわち、Tr17の特性が電圧をゼロとするときに電流が流れてしまうノーマリーオンのような場合であっても、点灯期間制御回路が発光素子とTr17との接続を短絡するため、確実に消去動作期間を設けることができ、低階調表示を行うことができる。
なお本発明において、pチャネル型の駆動用トランジスタの場合で説明したが、nチャネル型のトランジスタであっても構わない。さらに作製工程を簡略化するため、トランジスタの極性をすべてnチャネル型、又はpチャネル型とすることも可能である。
以上、本発明は、飽和領域を広く確保できるようにトランジスタのW/Lを設計した場合であっても、点灯期間制御回路を画素毎に設けることにより、低階調表示を正確に行うことを可能とする。そして、点灯期間制御回路や画素が有するトランジスタの構成や極性、さらに画素構成や点灯期間制御回路の配置は図1に限定されるものではない。
(実施の形態2)
本実施の形態では、図1(A)に示すように容量素子の両端に点灯期間制御回路を配置した画素構成の具体例を、図2を用いて説明する。
図2(A)に示す画素は、信号線10と走査線11とに接続されるスイッチング用トランジスタTr14と、スイッチング用トランジスタTr14に接続される容量素子Cs16と、スイッチング用トランジスタと、Cs16とにゲート電極が接続される駆動用トランジスタTr17と、駆動用トランジスタTr17に接続される発光素子12とを有す。そして、容量素子Cs16の両端には直列に接続されたトランジスタTr22、23を有する点灯期間制御回路18が設けられ、Tr22のゲート電極は消去用信号線20に接続され、Tr23のゲート電極は消去用走査線21に接続されている。なお本実施の形態では、Tr14、22、23は、nチャネル型トランジスタ、Tr17はpチャネル型トランジスタとする。
このような画素構成の動作を説明すると、走査線11により選択されTr14がオンとなると、信号線10から各階調に応じたアナログ電圧が入力される。このアナログ電圧に基づきCs16に電荷が蓄積され、駆動用トランジスタTr17がオンとなると発光素子へ所定の電流が供給され、発光する。
そして低階調表示の場合、所定期間後にCs16に蓄積される電荷を放電させ、発光素子を非発光とする。具体的には、Tr22、23が共にオンとなるように制御し、低階調表示を行う。なおこのとき、信号線から入力されるアナログ電圧は、点灯期間に応じた大きさになっている。
次いでTr22、23の動作を説明する。発光素子を非発光にするとき、消去用走査線21が選択され、同列の消去用走査線に接続される各画素のTr23がオンとなる。このとき消去用信号線20からは消去用の信号が入力される。具体的には、低階調表示を表示する画素が有するTr22へ、Highの信号が入力され、Tr22がオンとなる。すなわち、Tr22、23共にオンとなり、Cs16の電荷が放電される。その結果、発光素子は非発光となり、低階調表示を行うことができる。つまり、Tr22とTr23との両方がオンとなった画素のみ非発光にすることができる。よって、画素毎に点灯期間を制御することができる。
実際の画素はマトリクス状に配列され、順次走査線が選択されてアナログ電圧が入力されていく。従って消去用走査線21が選択されるタイミングは、走査線11が選択されるタイミングより遅くなり、順次選択されていく。なお、消去用走査線が選択されるタイミングは実施者が、点灯期間の長さに合わせて設定することができる。
消去用走査線を選択するタイミングをn×T(0<n<1)後としたタイミングチャートを図2(B)に示す。時間が経過するに従って、各行の走査線が順次選択され、Tr14が列毎にオンとなり、信号線10からアナログ電圧が供給される。その後、アナログ電圧に基づく電荷がCs16へ蓄積され、Tr17がオンとなる。その後、発光素子12がそれぞれのアナログ電圧に応じた輝度で発光を開始する。
そして、n×T後に各行の消去用走査線が順次選択され、Tr23が列毎にオンとなる。しかし実際に消去したい、すなわち低階調表示を行いたい画素は列毎に様々である。そこで、低階調表示を行いたい画素のみ、消去用信号線20を介して、Tr22へ消去信号が入力される。具体的な消去信号として、消去用信号線20からHighの信号が入力され、これによりnチャネル型のTr22はオンとなる。すなわち、消去用走査線21が選択されるタイミングと同期して、消去用信号線20より消去信号が入力される画素の発光素子12が非発光となり、低階調表示が行われる。
次に具体的な階調数を挙げて、低階調表示や走査線及び消去用走査線の選択するタイミング等について説明する。
例えば64階調表示を行う場合、1フレーム期間Tにおいて、走査線が選択され、信号線から画素へ、各階調のアナログ電圧が入力される。そして、1〜8階調目までの低階調領域では、点灯期間を短くするものとする。
(1/8)T後に消去動作を開始すると、走査線が選択された(1/8)T後に消去用走査線が選択される。例えば、2階調を表示する場合、2÷(1/8)
=16階調に相当するビデオ信号を入力する。このとき点灯期間が(1/8)Tなので、実際には2階調の表示が行われる。同様に、8階調を表示する場合、8÷(1/8)=64階調に相当するビデオ信号を入力する。そして、点灯期間が(1/8)Tなので、実際には8階調の表示が行われる。そして、9階調以上を表示する場合は、そのままの階調のビデオ信号を入力する。このとき、点灯期間はTであるため、そのままの階調で表示が行われる。
低階調表示は実施者が適宜決定すればよいが、本例のように64階調表示を行ない、(1/N)T後に消去動作を開始する場合、64/N階調以下を低階調表示とすると好ましい。もちろん64/N階調以上を表示する場合であっても点灯期間制御回路により点灯期間を短くして表示を行うことができる。しかし、例えば9階調を表示する場合、アナログ電圧は、72階調(9階調×8)を入力する必要があり、64階調以上のアナログ電圧を入力することとなり好ましくない。
すなわち、表示装置の仕様で決まる最大階調を越えないように、消去動作のタイミング(点灯期間の長さ)を考慮して、低階調表示の階調範囲を設定すると好ましい。
また図15には、図2の回路図に対応する画素の上面図の一例を示す。Tr17はW/Lが大きくなるように設計するとよい。飽和領域で動作させるためにはLの長さを数百から数十μmとし、Wの長さは数μmとなると好ましい。そのため、半導体膜を矩形上に形成し、さらにゲートメタルの面積を大きくとっている。
このような駆動用トランジスタTr17を用いて低階調表示を行う場合であっても、点灯期間制御回路により点灯期間を短くすることができ、Vthのバラツキの影響が低減された正確な階調表示を行うことができる。
このように、広い飽和領域を確保するようにトランジスタのW/Lを設計出来る結果、Vgsが大きくなる場合であっても、点灯期間制御回路を設けることにより、低階調表示を行うことができる。すなわち本発明により、しきい値電圧のばらつきの影響を低減することと、発光素子の劣化による輝度低下を防止するため飽和領域で動作する範囲を広くすることとを両立することができる。
(実施の形態3)
本実施の形態では、図1(A)に示すように容量素子の両端に点灯期間制御回路を配置し、実施の形態2とは異なり、点灯期間の長さをより増やした場合の例を、図3を用いて説明する。
図3(A)に示す点灯期間制御回路18が有するトランジスタはTr22、23、24、25と4つである。Tr22、24のゲート電極はそれぞれ第1及び第2の消去用信号線20a、20bに接続されている。またTr23、25のゲート電極はそれぞれ第1及び第2の消去用走査線21a、21bに接続されている。なお本実施の形態では、Tr22、23、24、25は、nチャネル型トランジスタとする。
このように消去用走査線、消去用信号線が2つある場合、図3(B)に示すように、点灯期間がn×Tの場合と、m×T後の場合とを設けることができる。すなわち、n×T後に第1の消去動作が開始し、m×T後に第2の消去動作が開始する。つまり、点灯期間は、T、n×T、及びm×Tの3種類となる。
例えば具体的な階調数を挙げて説明する。例えば、2階調を表示する場合、2÷(1/8)=16階調に相当するビデオ信号を入力する。このとき点灯期間が(1/8)Tなので、実際には2階調の表示が行われる。同様に、8階調を表示する場合、8÷(1/8)=64階調に相当するビデオ信号を入力する。そして、点灯期間が(1/8)Tなので、実際には8階調の表示が行われる。また9階調を表示する場合、9÷(1/4)T=36階調に相当するビデオ信号を入力する。このとき、点灯期間が(1/4)Tなので、実際には9階調の表示が行われる。同様に、16階調を表示する場合、16÷(1/4)=64階調に相当するビデオ信号を入力する。そして、点灯期間が(1/4)Tなので、実際には16階調の表示が行われる。そして、17階調以上を表示する場合は、そのままの階調のビデオ信号を入力する。このとき、点灯期間はTであるため、そのままの階調で表示が行われる。
本発明は、消去用走査線、消去用信号線、それぞれに接続されるトランジスタに応じて、複数の消去動作を設けることができる。また消去動作を開始するタイミングや数等は、実施者が適宜することができる。
なお、配線やトランジスタの増加に伴い開口率の低下が懸念される。しかし、配線やトランジスタの配置の設計や、発光素子がトランジスタの配置と逆方向に発光する上面出射方式を採用することで、開口率の低下を防止することができる。なお上面出射方式は、本発明のいずれの画素構成にも適応することができる。
(実施の形態4)
本実施の形態では、図1(A)に示すように容量素子の両端に点灯期間制御回路を配置する画素構成であって、実施の形態2、3とは異なるTrの具体例を、図4を用いて説明する。
図4に示すように、消去用信号線20に接続されるトランジスタTr26と、Tr26のドレイン電極にゲート電極が接続されるトランジスタTr22と、Tr22と直列に接続され、ゲート電極が消去用走査線21に接続されるTr23と、Tr22のゲート電極と、電源線15との間に設けられる消去用Cs27とを有する。なお本実施の形態では、Tr22、23、26は、nチャネル型トランジスタとする。
この画素構成の動作を説明する。まず、走査線11によりTr14とTr26は同時に選択され、信号線10、消去用信号線20のそれぞれからアナログ電圧と消去信号が入力される。このとき消去信号に基づき、消去用Cs27に電荷が蓄積され、Tr22がオンとなる。この状態で所定の期間が経過した後、消去用走査線21によりTr23がオンとなると、容量素子Cs16は放電し、発光素子は非発光となり、低階調表示を行うことができる。
具体的には消去用信号線21から、低階調表示を行う画素のTr26にHighの信号が入力され、Tr22がオンとなる状態を消去用Cs27が保持する。
一方、高階調表示を行う画素のTr26にはLowの信号が入力され、Tr22がオフとなる状態を消去用Cs27が保持する。この状態で所定の期間が経過した後、順に消去用走査線が選択され、Tr22、23共にオンとなるとき、発光素子が非発光となる。つまり本実施の形態では、消去するタイミングにおける消去用走査線の選択により制御している。
なお実施の形態1乃至3と同様に、Tr14には信号線10から各階調に対応するアナログ電圧が入力され、容量素子Cs16にはアナログ電圧に応じた電荷が蓄積され、Tr17がオンとなると発光素子12が所望の輝度で発光している。
このような本実施の形態の点灯期間制御回路により、消去用信号線からの消去信号と、消去用走査線が選択されるタイミングを同期させる必要がないため、駆動回路を簡易的に制御することができる。
(実施の形態5)
本実施の形態では、図1(B)に示すように点灯期間制御回路を配置する画素構成を、図5を用いて説明する。
図5には、信号線10と、走査線11との交差部に設けられた発光素子12と、点灯期間制御回路18を介して発光素子12に接続される駆動用トランジスタ17と、信号線10と走査線11とに接続されるスイッチング用トランジスタTr14と、Tr14を介して入力されるアナログ電圧を保持し、Tr17のゲート電極と電源線15との間に設けられた容量素子16とを有する画素構成を示す。また点灯期間制御回路18は、走査線11と、消去用信号線20とに接続されるトランジスタTr32と、Tr32とTr17とに接続され、互いに並列接続されるTr30、31と、Tr30のゲート電極に接続される消去用走査線21と、Tr32と電源線15とに接続される消去用容量素子Cs17とを有する。
なお本実施の形態では、Tr30、31はpチャネル型トランジスタ、Tr32はnチャネル型トランジスタとする。
このような画素構成の動作について説明する。なお信号線からアナログ電圧が入力され、Cs16に保持された電荷に基づき発光素子12が所定の輝度で発光する動作は、実施の形態1乃至4と同様である。
まず低階調表示の場合を説明すると、走査線11が選択されるとTr14と同時にTr32がオンとなる。そして消去用信号線20から消去信号が入力され、消去用容量素子Cs27に電荷が保持される。すなわち、消去信号としてHighの信号が入力され、Tr31がオフとなる電荷がCs27に蓄積される。このときTr17はオンとなり、Cs16に蓄積された電荷に基づき発光素子12が所定の輝度で発光している。次いで消去動作では、順に消去用走査線21が選択され、Highの信号が入力されると、pチャネル型のTr31はオフとなり、発光素子が非発光となる。
一方、高階調表示を行う場合、Cs27にTr31がオンとなる電荷が保持されている。そのため、消去用走査線21が選択され、Highの信号が入力され、Tr30がオフとなっても、発光素子は発光する。
このように発光素子12と駆動用トランジスタTr17との間に、点灯期間制御回路を配置することにより、Tr17の特性がノーマリーオンであっても、正確に発光素子が非発光となる。
また図5では、Tr14とTr27を共通の走査線に接続しているが、それぞれ別の走査線に接続してもよい。この場合、実施の形態2のように、消去用信号線と、消去用走査線とが選択されるタイミングが同期するときに発光素子が非発光となる。
(実施の形態6)
これまでは電圧入力方式の場合について説明してきたが、本発明は電流入力方式の場合にも適用することができる。また電流入力方式とは、ビデオ信号として電流(信号電流ともいう)を発光素子に流すことにより、該発光素子の輝度を制御する方式である。電流入力方式の場合、発光素子へ流れる信号電流の値により多階調を表示する。そこで本実施の形態では、点灯期間制御回路をビデオ信号として、アナログ電流が供給される電流入力方式の画素に適応した場合を説明する。
図6には電流入力方式の画素の一例を示し、信号線10に接続されるスイッチSw41と、Sw41に接続される駆動用トランジスタTr17と、Tr17のゲート電極と電源線15の間に設けられた容量素子Cs16と、Cs16の両端に設けられる点灯期間制御回路18と、発光素子12に接続されるSw42と、Tr17のゲート電極、Cs16、点灯期間制御回路18と、Sw42間に設けられるSw43とを有する。
このような電流入力方式の画素の場合、低階調表示を行うとき、非常に小さな電流を信号線から入力することとなる。すると、信号線等の配線抵抗により、正確な電流値を供給することができない恐れがある。しかし、本発明のように点灯期間制御回路を設けることにより、所定の電流値より大きな電流を供給して点灯期間を制御することができ、書き込み速度が向上し、正確な低階調表示を行うことが可能となる。
図7には、図6と異なる電流入力方式の画素構成を示す。信号線10に接続されるスイッチSw41と、Sw41に接続されるトランジスタTr35と、Tr35とカレントミラーを構成するTr36と、Tr35とTr36の共通ゲート電極と、Sw41とに接続されるSw44と、Tr35とTr36の共通ゲート電極と、電源線15とに接続される容量素子Cs16と、Cs16の両端に接続される点灯期間制御回路18と、Tr36に接続される発光素子12とを有する。
このようなカレントミラー回路を有する画素構成において、低階調表示を行う場合、図6と同様に信号線10を介して入力される電流は非常に小さくなってしまうことが懸念されていた。しかし本発明のように、点灯期間制御回路を設けることにより、低階調表示を行う場合においても電流値を大きく流すことができる。
このように本発明の点灯期間制御回路は、いずれの電流入力方式の画素にも適応することができ、点灯期間制御回路は、実施の形態1乃至5のいずれの構成を採用してもよい。
(実施の形態7)
本実施の形態では、図2の点灯期間制御回路を適応した画素を備えた全体構造を説明する。
図8には、消去信号と、ビデオ信号が入力される配線にそれぞれに接続されるSw804、805と、Sw804、805のオン・オフを制御するシフトレジスタ800を有する。そしてビデオ信号はSw805を介して信号線10へ入力される。
また初期化電源線808と、初期化信号線809を有し、初期化電源線808とSw804と間にSw806が設けられる。選択用シフトレジスタ802は、フリップフロップ回路等を有し、走査線11を順に選択するよう制御する機能を有する。また消去用シフトレジスタ801も同様にフィリップフロップ回路等を有し、消去用走査線21を順に選択するよう制御する機能を有する。但し、消去用シフトレジスタ801と消去用走査線21との間には、パルス幅信号が入力されるAND回路807が設けられている。
次に、AND回路を設ける理由を説明する。図2に示すような画素構成は、消去用走査線21を選択したとき、消去用信号線20へTr22がオンとなる信号が入力されていると、容量素子Cs16の電荷は放電されてしまう。つまり、消去用信号線20に前行の消去する信号がそのまま保持されていると、Cs16の電荷が放電されてしまい、消去用走査線21が選択された後に消去用信号線20へオフとなる信号を入力しても電荷は戻らない。そのため、ある行の消去用走査線を選択する場合、一端全列の消去用信号線の電位を初期化して、容量素子Cs16の電荷が放電しないようにする必要がある。このためパルス幅信号が入力されるAND回路807が設けられている。そしてさらに、初期化電源線808、及び初期化信号線809が設けられ、消去用走査線21が選択される前に、初期化信号を入力するように設定する。
このような動作のタイミングチャートについて説明する。図9には、(i+1)行1列目、i行j列目、i行(j+1)列目、(i+1)行(j+1)列目の画素を、低階調表示を行う、すなわち点灯期間を短くする場合の例を示す。まず、i行目、(i+1)行目の消去用走査線が選択されるタイミング、及び初期化信号線が選択されるタイミングについて説明する。消去用シフトレジスタ801からパルス幅信号がAND回路807の一方の端子へ入力される。そして別のパルス幅信号がAND回路807の他方の端子へ入力される。AND回路は両端子からHighの信号が入力されるときのみ、Highの信号を出力する。そのため別のパルス幅信号として、Lowの信号を入力するタイミングにより、初期化信号線を選択するタイミングと、消去用走査線の非選択のタイミングを同期させるように消去用走査線の選択を制御する。その結果、各行の消去用走査線が選択される前に、初期化信号線からHighの信号を入力し、消去用信号線の電位を初期化する消去用走査線が非選択となる期間を設けることができる。
また低階調表示を行う各画素、1列目、j列目、及び(j+1)列目の各画素へ入力される消去信号について説明する。消去信号は、点灯期間を消去するときに消去用信号線から順に書き込まれる。そして消去が行われる所定の画素の消去用走査線が選択されるタイミング前に、Highの消去信号が入力される。すなわち消去動作期間において、1列目の消去用信号線は(i+1)行目の消去用走査線が選択されるとき、j列目の消去用信号線はi行目の消去用走査線が選択されるとき、(j+1)列目の消去用信号線は、i行目、及び(i+1)行目の消去用走査線が選択されるときに消去信号としてHighが入力される。この消去用走査線の選択と、消去用信号線からの消去信号に同期して、発光素子が非発光となる。
このように各画素において発光素子を非発光とし、低階調表示を行うことができる。
(実施の形態8)
本実施の形態では、図4の点灯期間制御回路を適応した画素を備えた全体構造を説明する。
図10には、消去信号と、ビデオ信号が入力される配線にそれぞれに接続されるSw804、805と、Sw804、805のオン・オフを制御するシフトレジスタ800を有する。また消去用走査線21の選択を制御する消去用シフトレジスタ801、走査線11の選択を制御する選択用シフトレジスタ802を有する。そしてビデオ信号はSw805を介して信号線10へ入力される。
このような画素構成では、ビデオ信号と消去信号を入力すればよい。そのため、スイッチやその他の論理回路を設ける必要がなく、表示装置の構成を簡便なものとすることができる。
(実施の形態9)
本実施の形態では、各画素に点灯期間制御回路を設ける別の効果について説明する。
上述したようなデジタル階調方式を用い、1フレームを分割したサブフレームを用いる時間階調方式を適応して多階調表示を行うと、擬似輪郭の問題が発生する。そこで本発明の点灯期間制御回路を用いて、画素毎にサブフレームの順序を変え、擬似輪郭を防止する。例えば発光、非発光が各画素でランダムに起こるように、サブフレームの順序、又はサブフレーム期間が開始若しくは終了する時間等を各行、更には各画素で変えるように制御する。その結果、発光、又は非発光が連続する部分の面積を狭くして人間の目が認識する擬似輪郭を低減する。
具体的には図13に示すように、点灯期間制御回路によりk行目と、k+1行目でサブフレームにおける点灯期間の終了を変える場合について説明する。
図13(A)には、1フレーム:Tを4つのサブフレーム期間:t1〜t4に分割し、4bit、16階調表示を行うタイミングチャートを示す。図13(A)をみると、t1〜t4期間はそれぞれ信号線から書き込みが行われる書き込み動作期間Tw1〜Tw4を有し、t1及びt4期間には消去動作Teが設けられている。
そして図13(B)には、16階調、すなわち全てのサブフレーム期間において発光する白表示の場合のk行目とk+1行目の状態を示す。t1期間では、k行目に書き込みTw1が行われ、点灯期間Ta1となる。このときk+1行目では、同様に書き込みTw1が行われ、次いで消去動作Teで消去が行われ、点灯期間Ta4となる。t2期間では、k行目に書き込みTw2が行われ、点灯期間Ta2となる。このときk+1行目では、同様に書き込みTw2が行われ点灯期間Ta2となる。t3期間では、k行目に書き込みTw3が行われ、点灯期間Ta3となる。このときk+1行目では、同様に書き込みTw3が行われ点灯期間Ta3となる。t4期間では、k行目に書き込みTw4が行われ、次いで消去動作Teで消去が行われ、点灯期間Ta4となる。このときk+1行目では、同様に書き込みTw4が行われ点灯期間Ta1となる。
また白表示以外でても、同様に点灯期間の順序を入れ替えればよい。またさらに16階調以外でも、同様に点灯期間の順序を入れ替えればよい。
具体的に消去動作期間では、順に消去用走査線が選択されていく。このとき消去用信号線から消去信号が入力されると、非発光となる。そのため、点灯期間の長さを制御することができ、結果として点灯期間の順を入れ替えることが可能となる。図13では、点灯期間Ta4の点灯時刻を行によって、大きく変えることが可能となる。
図13は、消去動作が2箇所に設けられており、例えば図3に示すような点灯期間制御回路を利用すればよい。もちろん図3以外のいずれの点灯期間制御回路を利用することができる。
また図14(A)には、1フレーム:Tを5つのサブフレーム期間:t1〜t5に分割し、32階調表示を行うタイミングチャートを示す。なお、このとき第2の消去動作SEが設けられている。これは時間階調方式を用いると、多階調を表示する、つまりサブフレームが短くなるにつれて、デューティー比が低くなってしまう。そこで消去期間SEを設け、発光素子を非発光とし、書き込み動作期間を設けることができ、デューティー比の低下を防止できる。
図14(A)をみると、t1〜t5期間はそれぞれ信号線から書き込みが行われる書き込み動作期間Tw1〜Tw5を有し、t1、t3及びt5期間には第1の消去動作Te、t4期間には第2の消去動作SEが設けられている。
そして図14(B)には、32階調、すなわち全てのサブフレーム期間において発光する白表示の場合の、k行目とk+1行目の状態を示す。t1期間では、k行目に書き込みTw1が行われ、点灯期間Ta1となる。このときk+1行目では、同様に書き込みTw1が行われ、次いで第1の消去動作Teで消去が行われ、点灯期間Ta3となる。t2期間では、k行目に書き込みTw2が行われ、点灯期間Ta2となる。このときk+1行目では、同様に書き込みTw2が行われ点灯期間Ta2となる。t3期間では、k行目に書き込みTw3が行われ、点灯期間Ta3となる。このときk+1行目では、同様に書き込みTw3が行われ、次いで第1の消去動作Teで消去が行われ、点灯期間Ta5となる。t4期間では、k行目に書き込みTw4が行われ、次いで消去期間SEにより消去が行われ、点灯期間Ta4となる。このときk+1行目では、同様に書き込みTw4が行われ、次いで消去期間SEにより消去が行われ、点灯期間Ta4となる。t5期間では、k行目に書き込みTw5が行われ、次いで第1の消去動作Teで消去が行われ、点灯期間Ta5となる。このときk+1行目では、同様に書き込みTw5が行われ、点灯期間Ta1となる。
また白表示以外でも、同様に点灯期間の順序を入れ替えればよい。またさらに32階調以外の表示においても、同様に点灯期間の順序を入れ替えればよい。
具体的に消去動作期間では、消去用走査線が順に選択されていく。このとき消去用信号線から消去信号が入力されると、非発光となる。そのため、点灯期間の長さを制御することができ、結果として点灯期間の順を入れ替えることが可能となる。
図14は、第1の消去動作が3つ設けられており、例えば図3に示すような点灯期間制御回路を応用し、消去用走査線、消去用信号線、及びトランジスタを増やして利用すればよい。さらにその他の点灯期間制御回路を応用しても構わない。
なおサブフレームを入れ替える順や消去動作の数は、図13、図14に限定されるものではない。また点灯期間制御回路は実施の形態1乃至5に示したいずれを用いても構わない。
このように、各行で点灯期間の順序を入れ替える、すなわち点灯期間の終了を変えることにより擬似輪郭を防止することができる。さらに、各行及び各列、さらには各画素で点灯期間の順序を入れ替えるとよい。特に、隣接する各画素で点灯期間の順序を入れ替え、擬似輪郭を防止するとよい。
(実施の形態10)
本発明により作製されたアクティブマトリクス基板は、様々な電子機器に適用することができる。電子機器としては、携帯情報端末(携帯電話機、モバイルコンピュータ、携帯型ゲーム機又は電子書籍等)、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ、表示ディスプレイ、ナビゲーションシステム等が挙げられる。これら電子機器の具体例を図12に示す。
図12(A)はディスプレイであり、筐体4001、音声出力部4002、表示部4003等を含む。本発明により発光素子を有する表示部4003を完成することができる。表示装置は、パソコン用、TV放送受信用、広告表示用など全ての情報表示装置が含まれる。
図12(B)はモバイルコンピュータであり、本体4101、スタイラス4102、表示部4103、操作ボタン4104、外部インターフェイス4105等を含む。本発明により発光素子を有する表示部4103を完成することができる。
図12(C)はゲーム機であり、本体4201、表示部4202、操作ボタン4203等を含む。本発明により発光素子有する表示部4202を完成することができる。図12(D)は携帯電話機であり、本体4301、音声出力部4302、音声入力部4303、表示部4304、操作スイッチ4305、アンテナ4306等を含む。本発明により発光素子を有する表示部4304を完成することができる。
図12(E)は電子ブックリーダーであり、表示部4401等を含む。本発明により発光素子を有する表示部4202を完成することができる。
以上のように、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。特に、アクティブマトリクス基板の絶縁基板をフレキシブル基板とすることで薄型や軽量が実現することができる。

Claims (9)

  1. 第1乃至第3の信号線と、第1乃至第3の走査線と、電源線と、第1乃至第6のトランジスタと、容量素子と、発光素子と、を有する表示装置であって、
    前記第1のトランジスタのゲートは、前記第1の走査線に接続され、
    前記第1のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第1の信号線に接続され、
    前記第1のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記容量素子の電極の一方に接続され、
    前記第2のトランジスタのゲートは、前記第1のトランジスタのソース又はドレインの他方に接続され、
    前記第2のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記電源線に接続され、
    前記第2のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記発光素子に接続され、
    前記第3のトランジスタのゲートは、前記第2の信号線に接続され、
    前記第3のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記容量素子の電極の一方に接続され、
    前記第3のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第4のトランジスタのソース又はドレインの一方に接続され、
    前記第4のトランジスタのゲートは、前記第2の走査線に接続され、
    前記第4のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記容量素子の電極の他方に接続され、
    前記第5のトランジスタのゲートは、前記第3の信号線に接続され、
    前記第5のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記容量素子の電極の一方に接続され、
    前記第5のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第6のトランジスタのソース又はドレインの一方に接続され、
    前記第6のトランジスタのゲートは、前記第3の走査線に接続され、
    前記第6のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記容量素子の電極の他方に接続されることを特徴とする表示装置。
  2. 請求項1において、前記第1のトランジスタ及び前記第3乃至第6のトランジスタはnチャネル型トランジスタであり、前記第2のトランジスタはpチャネル型トランジスタであることを特徴とする表示装置。
  3. 請求項1又は2において、前記第3乃至第6のトランジスタは、前記発光素子の点灯期間を制御するための回路を構成することを特徴とする表示装置。
  4. 第1及び第2の信号線と、第1及び第2の走査線と、電源線と、第1乃至第5のトランジスタと、第1及び第2の容量素子と、発光素子と、を有する表示装置であって、
    前記第1のトランジスタのゲートは、前記第1の走査線に接続され、
    前記第1のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第1の信号線に接続され、
    前記第1のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第1の容量素子の電極の一方に接続され、
    前記第2のトランジスタのゲートは、前記第1のトランジスタのソース又はドレインの他方に接続され、
    前記第2のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記電源線に接続され、
    前記第2のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記発光素子に接続され、
    前記第3のトランジスタのゲートは、前記第1の走査線に接続され、
    前記第3のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第2の信号線に接続され、
    前記第3のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第2の容量素子の電極の一方に接続され、
    前記第4のトランジスタのゲートは、前記第3のトランジスタのソース又はドレインの他方に接続され、
    前記第4のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第1の容量素子の電極の一方に接続され、
    前記第4のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第5のトランジスタのソース又はドレインの一方に接続され、
    前記第5のトランジスタのゲートは、前記第2の走査線に接続され、
    前記第5のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第1の容量素子の電極の他方に接続されることを特徴とする表示装置。
  5. 請求項4において、前記第1のトランジスタ及び前記第3乃至第5のトランジスタはnチャネル型トランジスタであり、前記第2のトランジスタはpチャネル型トランジスタであることを特徴とする表示装置。
  6. 請求項4又は5において、前記第3乃至第5のトランジスタ及び前記第2の容量素子は、前記発光素子の点灯期間を制御するための回路を構成することを特徴とする表示装置。
  7. 第1及び第2の信号線と、第1及び第2の走査線と、電源線と、第1乃至第5のトランジスタと、第1及び第2の容量素子と、発光素子と、を有する表示装置であって、
    前記第1のトランジスタのゲートは、前記第1の走査線に接続され、
    前記第1のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第1の信号線に接続され、
    前記第1のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第1の容量素子の電極の一方に接続され、
    前記第2のトランジスタのゲートは、前記第1のトランジスタのソース又はドレインの他方に接続され、
    前記第2のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記電源線に接続され、
    前記第2のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第4のトランジスタのソース又はドレインの一方及び前記第5のトランジスタのソース又はドレインの一方に接続され、
    前記第3のトランジスタのゲートは、前記第1の走査線に接続され、
    前記第3のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第2の信号線に接続され、
    前記第3のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第2の容量素子の電極の一方に接続され、
    前記第4のトランジスタのゲートは、前記第3のトランジスタのソース又はドレインの他方に接続され、
    前記第4のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記発光素子に接続され、
    前記第5のトランジスタのゲートは、前記第2の走査線に接続され、
    前記第5のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記発光素子に接続されることを特徴とする表示装置。
  8. 請求項7において、前記第1のトランジスタ及び前記第3のトランジスタはnチャネル型トランジスタであり、前記第2のトランジスタ、前記第4のトランジスタ及び前記第5のトランジスタはpチャネル型トランジスタであることを特徴とする表示装置。
  9. 請求項7又は8において、前記第3乃至第5のトランジスタ及び前記第2の容量素子は、前記発光素子の点灯期間を制御するための回路を構成することを特徴とする表示装置。
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