JPH04328791A - アクティブelマトリックスおよびその駆動方法 - Google Patents

アクティブelマトリックスおよびその駆動方法

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JPH04328791A
JPH04328791A JP3124541A JP12454191A JPH04328791A JP H04328791 A JPH04328791 A JP H04328791A JP 3124541 A JP3124541 A JP 3124541A JP 12454191 A JP12454191 A JP 12454191A JP H04328791 A JPH04328791 A JP H04328791A
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嘉秀 佐藤
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はエレクトロルミネッセン
スによる発光装置に関し、特にアクティブ型の薄膜エレ
クトロルミネッセントマトリックスおよびその駆動方法
に関する。
【0002】
【従来技術】エレクトロルミネッセンス素子はマンガン
を添加した硫化亜鉛等の半導体材料に駆動電圧を印加す
ると発光することを利用する発光素子(以下、EL素子
という)であるが、これは高い精度で一枚のガラス基板
等の上に集積化できるので、多数の素子を面状に配列し
たものは文字表示パネルとして利用でき、又一次元的に
配列して電子式印字装置の露光系として利用できる。こ
れらの発光装置は薄型軽量に製造できて空間利用率が高
いこと、又可搬型装置への組み込みが容易であること、
にじみのない見易い表示が得られることなどの多くの利
点を有するため、近年急速に研究が進められている。な
かでも各EL素子にその発光の制御に必要なスイッチン
グ素子、電源等を備えたものはアクティブ型と呼ばれ、
外部の制御装置が複雑にならないですむことから開発、
改良が進められている(”TFEL Edge Emi
tter Array for Optical Im
aging Bar Applications”, 
Z. K. KUM, et al ., Proceedings of the SID
, Vol. 28, Jan. 1987, pp.
 81−85)
【0003】多数のアクティブ型EL発光回路を要素と
する電気的マトリックスであるアクティブ型ELマトリ
ックスは従来、図1に示すように交流電源で駆動される
EL素子を含む1ビット基本回路(以下、1ビットEL
回路又は1ビット回路という)の集合からなる。これら
1ビット回路は薄膜トランジスタ(以下、TFTという
)等のスイッチング素子QD により開閉される。スイ
ッチング素子QD はそのゲートに接続されたデータ保
持用コンデンサCsと、別のTFTスイッチング素子Q
wとにより制御されている。各1ビット回路に送られた
データ信号DATAをTFTスイッチング素子Qwのオ
ン/オフによりデータ保持用コンデンサCsに書き込む
。 スイッチング素子Qwのオン/オフは信号制御装置から
のストローブ信号STROBEで行なわれる。データ信
号が当該EL素子を発光させる駆動信号のときは高電位
であり、コンデンサCsが高レベルに充電され、その充
電電圧がスイッチング素子QD のゲート電圧となる結
果、スイッチング素子QD が導通し、その結果EL素
子CELおよび駆動用AC電源(駆動電圧Va)が直列
閉回路を構成し、駆動電源によってEL素子CEL駆動
されて発光する。信号が当該EL素子を駆動しないため
の信号であるときは低レベルであり、その信号がコンデ
ンサCsに書き込まれたときは素子QD がオフ状態と
なるため、EL素子の駆動は停止される。従って各1ビ
ット回路のデータ保持コンデンサに順次に所望のデータ
を書き込む走査により、一走査時間を時間的一フレーム
としてELマトリックスの所望の発光状態が得られる。 各発光ユニットには回路構成の簡単のため、通常共通の
駆動電圧が印加されている。
【0004】この1ビット回路を多数含むアクティブE
Lマトリックスは駆動の便宜上mブロック(mは整数)
に分割し、各ブロックはn個(nは整数)の1ビット回
路を含む電気的n×mマトリックスに構成することがで
きる(図3)。図5はこの場合のデータの書き込み方法
を表わすもので、1走査時間Ts(すべての1ビット回
路を一回走査するに必要な時間)かけてブロックごとに
ストローブ信号STROBE1ないしSTROBE m
  のもとでn個の1ビット回路に駆動(発光)/非駆
動(非発光)の信号が書き込まれ、マトリックス全体の
発光状態が制御される。信号STROBE  により発
光データの書き込みがされた1ビット回路はデータ書き
込み以後の当該走査期間中は駆動電源により駆動される
。従って、この場合各1ビット回路の駆動期間Tdは走
査期間Tsと同じでなければならない。すなわち一走査
期間において駆動状態にあったEL素子が次の走査期間
で非駆動状態に変化したとするとこのEL素子は非発光
期間移行後に発光量を減衰して行く(図7)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の駆動方法はこの
ように発光のための走査期間経過後に減衰を待つので、
発光のための走査期間(以下、発光走査期間という)と
発光の減衰を待つ走査期間(以下、非発光走査期間と言
う)との組み合わせが発光/非発光制御の実質的な周期
である。EL素子は通常約1ms程度の減衰時間を有す
る。それゆえ1走査期間がこの減衰時間よりも十分長く
てよい場合は問題はないが、発光、非発光の両走査期間
とも同じであるから、制御の実質的周期は2走査期間分
の長さとなり、少なくとも約2msの程度となる。これ
が走査の高速化を妨げている。ELマトリックスを電子
式印字装置の露光系に用いる場合、印字の高速化は極め
て重要であるから、このような従来の駆動方法、装置は
重大な問題を含んでいる。
【0006】そこで本発明はELマトリックスにおける
この問題を解決することにより、EL装置の高速駆動方
法と高速ELマトリックスを与えることを課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】そのための手段として、
本発明はアクティブ薄膜ELマトリックスの各EL素子
を発光させる駆動と駆動停止後の発光減衰とを一走査期
間内で行なわせる。
【0008】さらにこの手段を特定すると、各1ビット
回路へのデータの書き込み、発光時期の撰択、およびE
L素子駆動電源の作動時の適切な選択により、一走査期
間内で発光から発光停止までの動作を実質的に完了させ
る。すなわち一走査期間を実際の駆動周期とする。
【0009】
【作用】本発明の上記手段によれば、従来のように発光
のための走査期間と別に発光減衰を待つ走査期間を設け
る必要がなくなり、発光と減衰とが一走査期間内でなさ
れるから、ELマトリックスの駆動速度を高めることが
できる。
【0010】
【実施例】本発明の第一実施例になるELマトリックス
および駆動方法を説明する。図2(A)は本発明の第一
実施例になる1ビット基本回路の構成を示す。この図に
示すように、この1ビット基本回路は一般に信号制御装
置の制御の下に交流駆動電源SからスイッチSwを介し
て電力が印加されるEL素子CELとスイッチング素子
QD からなる直列回路を含んでいる。スイッチング素
子QD は一般に薄膜トランジスタ(以下、TFTと言
う)であり、そのゲートGはレジスタに接続される。こ
のレジスタは図2(A)の例では、当該EL素子の発光
/非発光を指定するデータ信号DATA  を保持する
ためのコンデンサCs1と、コンデンサCs1にこのデ
ータを書き込むためのスイッチング素子Qwと、前記デ
ータ信号を保持するための第2のコンデンサCs2と、
コンデンサCs2にこのデータ信号を書き込み、又は消
去するためのラッチ素子QL とを含む。スイッチング
素子Qw、ラッチ素子QL もTFTである。
【0011】データ線はスイッチング素子Qwの入力端
に接続され、その出力端とグランドとの間に第一のデー
タ書き込み・保持用コンデンサCs1が接続される。ス
イッチング素子Qwのゲートは外部の信号制御装置のス
トローブ信号線に接続される。
【0012】スイッチング素子Qwの出力端はさらにラ
ッチ素子QL の入力端に接続され、ラッチ素子QL 
の出力端はスイッチング素子QD のゲートGに接続さ
れる。 ラッチ素子QL の出力端とグランドとの間に第二のデ
ータ保持用コンデンサCs2が接続される。
【0013】これらのスイッチング素子Qw、ラッチ素
子QL 、および駆動電源Sはデータ信号DATAおよ
びストローブ信号と所望のタイミングで作動するように
外部の信号制御装置で制御される。
【0014】ELマトリックスはこの図2(A)の1ビ
ット回路を単位とする多数のEL素子を含むので、駆動
の便宜上n個の1ビット回路を含むブロックm個(mは
整数)に分割し、図4(A)に示すように各ブロックに
n個のデータDATA1− DATAn(nは整数)が
書き込めるようにし、n×mの電気的マトリックスに構
成する。mブロックを同時に駆動する場合は、すべての
ブロックのすべてのEL素子のラッチ素子のラッチ信号
を共通にする。電子式印字装置のイメージバー等として
使用する場合も同様のブロック構成で足りる。
【0015】図4(B)は本発明の第二実施例になるE
Lマトリックスで、図2(B)はその1ビット回路の構
成を示す。この実施例は図1に示す従来例の1ビット回
路にさらに、データ書き込み・保持用コンデンサCsに
保持されたEL駆動データを放電するためのリセット素
子QR をコンデンサCsと並列に接続したものである
。 リセットスイッチQR もTFTで構成でき、その電流
通過電極がデータ保持用コンデンサCsと並列に接続さ
れる。又そのゲートは信号制御装置に接続される。この
構成は第一実施例と較べてラッチQL が不要なことか
ら、その分構造上簡単である。
【0016】図6(A)を参照して上記の本発明の第一
実施例のELマトリックスの作動を説明する。各ブロッ
クがただ1個の1ビット回路を含む場合は一次元マトリ
ックスとなるが、この場合も全く原理が同じであること
に注目されたい。
【0017】任意の一走査期間Tsにおいて信号制御装
置から送られたストローブ信号STROBE1ーmによ
り各ブロック毎にデータ書き込み用のスイッチング素子
Qwが導通され、各データ保持用コンデンサCs1にデ
ータが書き込まれて行く。書き込みが終わるとTFTQ
wはオフにされ、データはこのコンデンサCs1に保持
される。書き込まれたデータは信号制御装置からのラッ
チ信号LATCH により各ラッチ素子QL が導通す
るまでコンデンサCs1に保持され、各スイッチング素
子QDのゲートには出力されない。
【0018】上記のデータ書き込みがすべてのブロック
について終了すると(図6(A)の時間Tw経過時)す
べてのラッチ素子が信号制御装置から送られた共通のラ
ッチ信号LATCH によりラッチ素子QL が導通さ
れ、第一のデータ保持コンデンサCs1に保持されてい
たEL素子駆動データ(高電位の信号)が第二のデータ
保持コンデンサCs2に出力され、このコンデンサCs
2が充電される形でEL素子駆動データがコンデンサC
s2に保持される。この充電電圧によりスイッチング素
子QD がオン状態になり、このときEL素子は印加さ
れている交流電圧Vaにより駆動されて発光する。
【0019】また当該EL素子を駆動させないデータ信
号(低電位信号)がデータ線に与えられたときは、スイ
ッチング素子Qwとラッチ素子QL の導通により、そ
れまでコンデンサCs2に蓄積されていた電荷が放電さ
れて、スイッチング素子QD をオフ状態にし、EL素
子の駆動が停止される。この実施例ではすべての1ビッ
ト素子が共通のラッチ信号に接続されており、すべての
EL素子が同時に駆動停止されるようになっている。
【0020】ラッチ信号が与えられてから時間Tdが経
過すると駆動停止信号がすべての1ビット回路に与えら
れる。この場合時間(Tw+Td)は走査時間Tsより
小さい。従って発光させる駆動信号を受けたEL素子も
その走査期間内に発光を停止される。その後、次の走査
が開始されるまでの時間Trは駆動停止され、また、C
s1およびCs2の放電がなされる(図6(A))。
【0021】尚、ラッチQL によりいずれのEL素子
も同時に駆動され同時に駆動停止されるので、印加電圧
Vaはこの駆動期間中のみ作動させるようにしてもよい
【0022】一般にデータの書き込みは非常に短時間に
実行できるから、このように三種の作動を適当に同期さ
せることによって同一走査期間内に発光データの書き込
み、発光駆動、および発光駆動の停止まですべてを行な
うことができる。この点、本ELマトリックス駆動方法
は図5の従来の駆動方法と非常に相異する。
【0023】本発明の第二実施例になる図2(B)の1
ビット回路からなるELマトリックスは以下のように作
動する。図6(B)は図2(B)の駆動方法に用いるタ
イミングを示す。駆動データ書き込みのときはリセット
スイッチをオフ状態にしておくことにより、従来例と同
様にデータの書き込みが行なわれる。EL素子が発光さ
れたときはその一定時間後にリセット信号RSTにより
リセットスイッチング素子QR を導通させてスイッチ
ング素子QD をオフ状態にする。これによりEL素子
の駆動が停止される。ただし、このリセットは発光駆動
開始後、一走査時間よりも短い時間Tdに行なわれる(
図6(B)のTd1、Td2等)。これらのEL素子は
必ずしもすべて同時に発光させる必要はなく、一定の順
序で順次発光させればよい。従って時間Td後の駆動停
止リセット信号として、他のEL1ビット回路にデータ
を書き込む信号STROBE  jを充てることができ
る。
【0024】この駆動方法ではEL駆動電源Sは走査期
間中、常に印加されている点が第一実施例と異なる。た
だし、各EL素子の発光条件を一様にするため、駆動電
源の位相とストローブ信号の位相の差を一定に保つこと
が望ましい。この駆動期間Tdは一走査時間Tsよりも
短いので、各EL素子の駆動期間は当該走査時間の一部
にわたってのみ行なわれ、駆動停止された後は当該走査
期間の終了時までの期間Tr=Ts− Td、駆動停止
のまま減衰発光を行なう。従ってこのときの発光強度分
布曲線は図5に示すようにコンデンサの充電ー放電曲線
と類似の曲線となる。
【0025】尚、図6(A)に示したようにラッチ信号
による発光の前に駆動電源をとめた状態でデータ書き込
みを行なう期間Twがある場合、発光開始は各走査期間
開始からTw後であるが、書き込み時間は非常に短いの
で、図8ではこれを無視してある。
【0026】以上述べたように、各EL素子の駆動と駆
動の停止を一走査時間内に含めると、図8に示すように
、駆動中の発光と駆動停止後の発光とが共にEL素子の
発光を目的とする一走査時間(図7および図8の「発光
区間」)内に存在する。発光区間で利用すべき光量Lo
nは、例えばELバーの場合、発光開始後の一走査時間
Ts内の発光強度Iを時間ゼロから時間Tsまで積分し
た積分量である。これに続く発光を目的としない一走査
期間(図8の「非走査区間」)Tsにおける発光強度I
の時間積分量Loffはこの場合不要のものである。 従ってELマトリックスとしての有意義な信号比はLo
n/Loffであるから、Lonを許容限界内に保ちつ
つ駆動時間Tdを短縮し、かつ比Lon/Loffを大
きくすることが要求される。ところで本発明の駆動方法
の場合、従来の駆動方法(図7)におけるLoffの主
要部分を本駆動方法のLonに取り込んでいることに注
目されたい。従って本駆動方法では駆動時間Tdを短縮
することにより直ちに上記比Lon/Loffが自動的
に大きく改善される。従って残る問題はLonを許容限
界内に保ちつつ駆動時間Tdを短縮することだけである
。そのためには撰択したEL素子の発光特性Iに応じて
パラメータTsおよびTdの適当な値を撰択すればよい
。駆動期間Td、走査期間Tsおよび比Lon/Lof
fの間の定性的な関係は図9に示してある。上記パラメ
ータの選択は、選択したEL材料について図9のような
特性図を求めておくと容易に求められる。例えば、Lo
n/Loffの許容される範囲とTsの許容できる範囲
とを指定すると、図9上に一定領域ができる。そこでこ
の領域を通過する特性曲線群の内から適当な曲線、すな
わち適当なTd、を選択すれば良いことがわかる。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、レジスタ
でオン/オフ制御されるスイッチング素子を各マトリッ
クス点として含むアクティブ薄膜ELマトリックスの駆
動方法において、前記アクティブELマトリックスを走
査して前記スイッチング素子を選択的に導通するデータ
信号を前記レジスタに与えると共に前記走査開始時を基
準にして、かつ該走査の終了前に、前記選択されたスイ
ッチング素子各々を不導通にするようにしたので、同一
走査期間内に発光データの書き込み、発光駆動、および
発光駆動の停止まですべてを行なうことができる。その
結果、従来例による駆動方法にない高い速度でELマト
リックスの駆動ができる。
【0028】またこの駆動方法では一走査期間内の駆動
時間とこれに続く駆動停止期間との比を選択することに
より、有効発光信号比Lon/Loffを容易に選択で
きる。
【0029】また本発明は上記のアクティブ薄膜ELマ
トリックス駆動方法において、さらに前記走査の開始時
および前記レジスタの作動時を基準として前記交流電源
を作動させ又は作動停止させるようにできるので、各E
L素子は同一位相の電圧で駆動でき、マトリックス全体
の発光むらがない。
【0030】さらにまた上記アクティブELマトリック
スの上記駆動方法を実現する手段として、該レジスタが
、データ信号を保持する少なくとも一つのコンデンサと
、該コンデンサに接続されて信号制御装置から受信した
信号により該コンデンサに該データを書き込み、又は消
去する少なくとも二つのスイッチング素子とを含む用に
したので、容易に上記ELマトリックス駆動方法を実現
することができる。
【0031】また、本発明では上記スイッチング素子を
薄膜トランジスタとすることができるので、作動効率が
高く、軽量小型で、EL素子密度の高いELマトリック
スが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来例のELマトリックスの1ビット回路を示
す図である。
【図2】(A)は本発明の第一実施例によるELマトリ
ックスの1ビット回路である。(B)は第二実施例によ
るELマトリックスの1ビット回路である。
【図3】従来例のELマトリックスにおけるマトリック
ス構成図である。
【図4】本発明第一実施例および第二実施例のELマト
リックスにおけるマトリックス構成図である。
【図5】従来例の信号タイミング図である。
【図6】本発明第一実施例および第二実施例の信号タイ
ミング図である。
【図7】従来例のELマトリックスの発光強度分布を示
す図である。
【図8】本発明によるELマトリックスの発光強度分布
を示す図である。
【図9】本発明によるELマトリックスの有効発光信号
比と走査時間との関係を示す図である。
【符号の説明】
CEL    EL素子              
            S      EL素子駆動
電源 Sw      EL素子駆動電源スイッチ     
   Va    EL素子駆動電源電圧 QD       1ビット回路スイッチング素子Qw
      データ書き込みスイッチング素子  QL
     ラッチ素子 Cs1    第一のデータ保持用コンデンサCs2 
   第二のデータ保持用コンデンサ    DATA
     データ信号 STROBE      ストローブ信号      
         LATCH    ラッチ信号 RST         リセット信号       
           Ts      走査時間 Td        駆動時間           
           Twデータ書き込み時間 Tr        非駆動時間          
          Lon駆動時発光量 Loff    非駆動時発光量

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  レジスタで導通/不導通にされるスイ
    ッチング素子と駆動電源とに直列接続されたEL素子を
    含んだ1ビットEL回路を各マトリックス点とするアク
    ティブELマトリックスにおいて、該レジスタが該EL
    素子の駆動/非駆動を表わすデータを保持する第一のデ
    ータ保持部と、信号制御装置から該データを表わすデー
    タ信号を受けたとき該データを該第一データ保持部に書
    き込むデータ書き込み部と、信号制御装置からラッチ信
    号を受けるまで該データを該第一信号保持部にとどめて
    おくラッチ部と、該ラッチ部と該ELスイッチング素子
    に接続された第二のデータ保持部とを有し、次のデータ
    信号の書き込みが行なわれるまで、該データ保持部に保
    持された該データに基づいて前記スイッチング素子を導
    通又は不導通に保持することを特徴とするアクティブE
    Lマトリックス。
  2. 【請求項2】レジスタで導通/不導通にされるスイッチ
    ング素子と駆動電源とに直列接続されたEL素子を含ん
    だ1ビットEL回路を各マトリックス点とするアクティ
    ブELマトリックスにおいて、該レジスタが該EL素子
    の駆動/非駆動を表わすデータを保持するデータ保持部
    と、信号制御装置から該データを表わすデータ信号を受
    けたとき該データを該データ保持部に書き込むデータ信
    号書き込み部と、信号制御装置からリセット信号を受け
    たとき該スイッチング素子をオフにすべく該データ保持
    部のリセットを行なうリセット部とを有し、該データ保
    持部に保持された該データに基づいて前記スイッチング
    素子を導通又は不導通に保持することを特徴とするアク
    ティブELマトリックス。
  3. 【請求項3】レジスタで導通/不導通にされるスイッチ
    ング素子と駆動電源とに直列接続されたEL素子を含ん
    だ1ビットEL回路を各マトリックス点とするアクティ
    ブELマトリックスの駆動方法において、前記スイッチ
    ング素子を選択的に導通させる制御信号を信号制御装置
    から前記レジスタに与える走査ステップと、該走査開始
    後の所定時刻に該制御信号に基づいて該選択されたスイ
    ッチング素子を導通させるステップと、該制御信号に基
    づいて該走査開始後の所定時刻に、かつ次の走査の開始
    前に、該導通されたスイッチング素子各々を不導通にす
    るステップと、を含むことを特徴とするアクティブEL
    マトリックス駆動方法。
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