JPH0854835A - アクティブマトリクス型電流制御型発光素子の駆動回路 - Google Patents
アクティブマトリクス型電流制御型発光素子の駆動回路Info
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Abstract
素子駆動回路において、最大輝度時に回路に流れる電流
を従来の駆動回路よりも小さくする。更に共通電極に流
れる最大電流を従来よりも小さくし、共通電極の抵抗成
分により生じる電圧降下に伴う駆動回路の上昇を抑える
駆動回路を提供すること。 【構成】アクティブマトリクス型の発光素子駆動回路の
電流制御部において、定電流源を設け、発光素子を1又
は複数の電流制御トランジスタと電気的に並列形態に接
続し、1又は複数の電流制御トランジスタのドレイン電
極と発光素子の一側の電極との共通接続点に定電流源を
接続して成る。電流制御トランジスタのソース電極と発
光素子の他側の電極が共通電極に共通接続される。
Description
れる発光素子の駆動装置に関し、特に有機及び無機EL
(エレクトロルミネンス)、又はLED(発光ダイオー
ド)等のような発光輝度が素子を流れる電流により制御
される電流制御型発光素子の駆動回路に関する。
な発光素子をアレイ状に組み合わせ、ドットマトリクス
により文字表示を行うディスプレイは、テレビ、携帯端
末等に広く利用されている。
プレイは、液晶を用いたディスプレイと異なり、照明の
ためのバックライトを必要としない、視野角が広い等の
特徴を有し、注目を集めている。
子とを組み合わせてスタティック駆動を行うアクティブ
マトリクス型と呼ばれるディスプレイは、ダイナミック
駆動を行う単純マトリクス駆動のディスプレイと比較し
て、高輝度、高コントラスト、高精細等の優位性を持っ
ており近年注目されている。
7に、Society for Information Display発行の1990年
秋期大会予稿集『Eurodisplay '90』の第216〜219頁の
発表から引用した、発光素子にELを使用したアクティ
ブマトリクス型ディスプレイの発光素子駆動回路を示
す。
ンジスタ35のゲートに接続された走査線36が選択さ
れて活性化されると、トランジスタ35がオン状態とな
り、トランジスタ35に接続されたデータ線37から信
号がコンデンサ38に書き込まれる。コンデンサ38は
トランジスタ41のゲート・ソース間電圧を決定する。
ジスタ35がオフ状態になると、コンデンサ38の両端
間の電圧は次の周期に走査線36が選択されるまで保持
される。
電源電極39→EL素子40→トランジスタ41のドレ
イン−ソース→共通電極42という経路に沿って電流が
流れ、この電流によりEL素子40が発光する。
モニタ、テレビ等の動画表示を行うためには、各画素の
輝度が変化する階調表示が出来ることが望ましい。
は、トランジスタ41のゲート・ソース電極間に閾値付
近の電圧を印加する必要がある。
ス電流特性に、図8に示すようなばらつきがあると、例
えば図7のトランジスタ41のゲート電極にゲート電圧
VAを印加した場合、トランジスタ41に流れる電流は
IA(実線で示す曲線とVAとの交点)とIB(破線で
示す曲線とVAとの交点)のように異なるため、EL素
子40に流れる電流も変わり、本来ならば同じ輝度であ
るはずの領域の輝度が異なり、このため、例えば輝度む
ら等の画質劣化が生じることになる。
8687号公報には、素子の閾値付近でのばらつきがあ
っても、この影響を受けずに階調表示を行うELディス
プレイ装置が提案されている。
号公報に提案される回路を説明する。図9は、図7の点
線内の電流制御回路43に対応する回路部を示してお
り、16階調表示を行う場合についての例を示すもので
あり、データ線の本数は4本に増加している。
用のトランジスタ、48はカレントミラー回路、49は
発光素子、50はトランジスタの各ソース端子及び発光
素子が接続された共通電極の抵抗成分である。トランジ
スタ44〜47のドレイン電極は共通接続されてカレン
トミラー回路48の入力端に接続されている。
応した組み合わせの信号電圧がトランジスタ44〜47
のゲート電圧として印加される。そして、トランジスタ
44〜47のうちオン状態のトランジスタに流れる電流
の合計値と同一の電流値がカレントミラー回路48の出
力端から発光素子49に供給され、その電流値に応じて
発光素子49が発光する。
電流値の対数をとった値をそれぞれ倍になるようにすれ
ば(即ち、I2はI1の2倍、I3はI2の2倍(=I
1の22倍)、I4はI3の2倍(=I1の23倍)とす
れば)、トランジスタ44〜47のオンする組み合わせ
により16階調の表示を行うことができる。なお、I1
〜I4はトランジスタ44〜47がオン状態時のソース
電流をそれぞれ表している。
VBに対応する電流が飽和した領域の電圧で使用するよ
うにすれば、トランジスタの閾値付近での特性がばらつ
いていても、その影響を受けるがことなく、輝度のばら
つきも生じない。
て発光素子が最大輝度になった場合、回路にはトランジ
スタ44〜47のソース電流I1〜I4とカレントミラ
ー回路48に流れる電流(I1+I2+I3+I4)の
合計(I1+I2+I3+I4)×2の電流が流れる。
る電流は(I1+I2+I3+I4)であり、残りの
(I1+I2+I3+I4)の電流はトランジスタで消
費され、発光には寄与しない。
末では、表示画面の背景を白とし、文字等を黒で表示す
る表示方法が多く用いられているが、このような表示方
法を上記駆動回路で行なう場合、発光に寄与しない消費
電力が増大するという問題が生じる。
49の端子のうちカレントミラー回路48に接続されて
いない側の端子が共通に接続される共通電極は抵抗50
を有するため、電流が流れることにより共通電極におい
て電圧降下が生じる。
抵抗50で生じる電圧降下が変動するため、駆動電圧
は、輝度が低い場合は小さいが、輝度が高い場合には大
きくなるというように、輝度依存性を持つことになる。
について説明を行ったが、複数の駆動回路が接続された
場合には、別の発光素子の輝度によりトランジスタの駆
動電圧が変化するという問題も生じる。
階調表示を行うアクティブマトリクス型の発光素子の駆
動回路において、最大輝度時に回路に流れる電流を従来
の駆動回路よりも小さくする駆動回路を提供することを
目的とする。更に本発明は、共通電極に流れる最大電流
を従来よりも小さくし、共通電極の抵抗成分により生じ
る電圧降下に伴う駆動回路の上昇を抑える駆動回路を提
供することを目的とする。
め、本発明の電流制御型発光素子の駆動回路は、素子に
流れる電流に応じて輝度が変化する発光素子からなる画
素を選択するための走査線と、前記画素を駆動するため
の電圧を供給するデータ線とが基板上にマトリクス状に
配設され、前記走査線と前記データ線との交差部に、前
記発光素子に流れる電流を制御する電流制御トランジス
タと、前記データ線に印加された電圧を前記走査線が選
択時に前記電流制御トランジスタの動作電流を決定する
制御電極に印加するスイッチングトランジスタと、前記
発光素子と、を含むアクティブマトリクス型の電流制御
型発光素子の駆動回路において、前記電流制御トランジ
スタを1又は複数備え、前記発光素子は前記1又は複数
の電流制御トランジスタと互いに電気的に並列形態に接
続され、前記1又は複数の電流制御トランジスタの電流
が流れる電極と前記発光素子の一側の電極との共通接続
点に定電流源を接続して成ることを特徴とするものであ
る。
の電流制御トランジスタの電流が流れる他側の電極と前
記発光素子の他側の電極が共通電極に共通接続されてい
ることを特徴としている。前記1又は複数の電流制御ト
ランジスタの電流が流れる他側の電極は、例えば電流制
御トランジスタがnチャネル型トランジスタの場合、好
ましくはソース電極とされる。
数の電流制御トランジスタに流れるオン電流の合計が前
記定電流源が供給する定電流値に略等しいか又はそれ以
上とされ、前記1又は複数の電流制御トランジスタが全
てオン状態時に前記発光素子が発光しないように制御さ
れることを特徴とする。
前記データ線の信号電圧に、共通電極の抵抗成分に定電
流源の一定電流値を乗じて成る電圧が直流バイアス電圧
として印加される。
光素子の駆動回路を複数個用いた発光素子アレイであっ
て、前記電流制御型発光素子の電流を決定する前記電流
制御トランジスタのソース電極が共通に接続されている
ことを特徴とする電流制御型発光素子アレイを提供す
る。
最大輝度時には、従来例のように電流制御トランジスタ
には電流が流れず、発光素子にのみ電流が流れるように
構成されているため、回路の消費電力を低減化すること
が出来る。例えば本発明に係る回路を用いてアレイを構
成し、表示画面において白背景に黒の文字という様な表
示を行った場合、アレイでの消費電力を従来よりも大幅
に低減することが出来る。
最大電流を従来例よりも小さくすることが出来るため、
共通電極の抵抗成分により生じる電圧降下に伴う駆動電
圧の上昇を抑えることが出来る。そして、本発明によれ
ば、共通電極での電圧降下は表示によらず一定とされる
ため、駆動電圧を容易に補正することができる。
明する。
り、発光素子として電荷注入型の有機薄膜EL素子(以
下「有機薄膜EL素子」と略記する)を用いた場合のも
のである。
膜EL素子、2は有機薄膜EL素子1に流れる電流を制
御するトランジスタ、3は有機薄膜EL素子1及びトラ
ンジスタ2に流れる電流として一定電流を供給する定電
流回路(「定電流源」ともいう)、4はトランジスタ2
のゲート・ソース間電圧を決定するコンデンサ、5はコ
ンデンサ4に信号電圧を供給するスイッチングトランジ
スタ、6はスイッチングトランジスタ5を選択する走査
信号を供給する走査線、7は走査線6がオンとされ選択
されたスイッチングトランジスタ5を介してコンデンサ
4に電荷を供給するデータ線、8は有機薄膜EL素子1
に電流を供給する電源電極、9はデータ線7との間の電
位差でトランジスタの動作点を決定する共通電極であ
る。
ース電流の関係が図2に示すようなものとされ、また、
有機薄膜EL素子1に流れる電流密度と輝度の関係が図
3に示すような関係にあるものとする。なお、図2にお
いて、縦軸のソース電流の目盛り(単位はmA)は対数
表示とされ、数値1E−3、1E−5等はそれぞれ1×
10-3、1×10-5を表わす。
膜EL素子1を、画素数が横640ドット、縦480ド
ットの対角サイズが24cmのノートパソコン用のディ
スプレイに使用する例について説明する。
イズは300μm×300μmである。
L素子1の発光輝度は、およそ100(cd/m2)必
要とされるため、図3より、有機薄膜EL素子1に流れ
る電流は最大で約1×10-3(mA)であることがわか
る。
回路3に流れる電流を1×10-3(mA)に設定する。
いて説明する。
(V)の場合、図2を参照してトランジスタ2に流れる
電流はほぼ0とみなせるため、定電流回路3の電流は全
て有機薄膜EL素子1に流れる。
素子1の輝度は約80(cd/m2)となる。
(V)のときは、図2を参照してトランジスタ2には約
2×10-3(mA)の電流が流れることになるが、定電
流回路3が接続されているため、トランジスタ2には1
×10-3(mA)の電流が流れる。このため、有機薄膜
EL素子1には電流が流れなくなるため、発光は停止す
る。
(V)から0(V)の間に設定することにより、有機薄
膜EL素子1の輝度をトランジスタ2のゲート電圧値に
応じて変化させることができる。
抵抗11が存在する場合の回路図を示している。なお、
図4の回路図は、図1の一点鎖線で示された電流制御回
路10に相当する回路構成を示しており、以下では図1
との相違点のみを説明する。
トランジスタ2のオン/オフ状態の如何に拘らず常に定
電流回路3に流れる電流に等しい。
(A)、抵抗11の値をR(Ω)とすると、トランジス
タ2のソース電圧は、常に図1のソース電圧よりもI×
R(V)だけ高くなっているため、予めデータ線7の電
圧にI×R(V)の直流バイアス電圧を印加することに
より、図1の場合と全く同一の電圧・輝度特性を得るこ
とが可能である。
2を複数設けて階調表示を行う場合の回路の1例であ
る。
ータ線12、トランジスタ15、コンデンサ19により
駆動される。またトランジスタ16は、第2のデータ線
13、トランジスタ14、コンデンサ18により駆動さ
れる。また、図面の簡略化のため定電流回路3はその内
部回路を示さずに、定電流源を指示する回路記号(シン
ボル)で表わしている。個々のトランジスタ16及び1
7の駆動方法は、図1を参照して説明したものと同様で
ある。
は共に、オン状態時にドレイン−ソース間に流れる電流
(即ち、オン電流)が約2×10-3(mA)とされ、且
つゲート電圧とソース電流の関係が図2に示す特性を有
するものとし、また、定電流回路3の電流は4×10-3
(mA)と一定である場合について説明する。
が共に0(V)の場合、トランジスタ16及び17に流
れる電流はほぼ0とみなせるので、図3より、有機薄膜
EL素子1の輝度は約200(cd/m2)になる。
た場合、例えば第1のデータ線12のみが5(V)にな
ったとすると、トランジスタ17には約2×10-3(m
A)の電流が流れるため、有機薄膜EL素子1には2×
10-3(mA)の電流が流れ、輝度は100(cd/m
2)になる。
った場合、トランジスタ16と17には、合計4×10
-3(mA)の電流が流れ、有機薄膜EL素子1には電流
は流れないため、有機薄膜EL素子1は発光しない。
オン/オフ状態の組み合わせを変えることにより、有機
薄膜EL素子1を用いて階調表示を行うことが可能とな
る。
16及び17のオン電流は互いに同一として説明を行っ
たが、本発明はこれに限らず、トランジスタ16と17
のオン電流の値を変えておけば、トランジスタが両方と
もオンしている場合、トランジスタが両方ともオフして
いる場合、トランジスタ16のみがオンしている場合、
トランジスタ17のみがオンしている場合、の4通りの
階調を得ることができる。
素子1を用いたが、本発明はこれに限らず、電流値によ
り輝度が決定する例えば無機EL、LEDのような発光
素子を用いても同様の回路を構成できる。
ャネルのFETの場合を示したが、本発明はこれに限ら
ずpチャネルのFET、バイポーラのトランジスタ等を
使用しても同様の動作を行う回路を構成できることは明
白である。
で構成した例を挙げたが、本発明を実施する場合の構成
はこれに限らない。
が2つの場合について述べたが、本発明はこれに限らず
2つ以上のトランジスタを用いて更に階調数を増やした
場合についても同様である。またトランジスタ2のオン
電流が同一である場合について説明したが、オン電流を
変えて輝度を可変できるようにした場合も同様である。
図6は本発明の第2の実施例を示しており、前記実施例
の駆動回路を用いて電流制御型発光素子に有機薄膜EL
素子を使用したマトリクスアレイを作成した場合の等価
回路を、説明のために2画素として示した回路である。
L素子、22及び23は有機薄膜EL素子の電流制御用
のトランジスタ、24及び25は定電流回路、26及び
27はコンデンサ、28及び29はスイッチングトラン
ジスタ、30及び31は走査線、32はデータ線、33
は共通電極、34は共通電極の抵抗成分である。
どちらもI(A)であるとすると、抵抗34に流れる電
流は、有機薄膜EL素子20及び21に流れる電流の如
何に拘らず常に2×I(A)となり一定である。
と、抵抗34における電圧降下は2×I×R(V)で一
定となり、有機薄膜EL素子20及び21に流れる電流
により抵抗34での電圧降下の大きさが変わることは無
い。
膜EL素子20及び21の電流の如何によらず常に一定
であることを示しており、データ線32に印加するトラ
ンジスタ22及び23の電圧に2×I×R(V)分の直
流バイアス電圧を印加しておけば、例えば有機薄膜EL
素子20または21に流れる電流が変化しても、トラン
ジスタ22と23のソース電圧は変化しないため、他の
素子の影響を受けること無く輝度制御することが可能で
ある。
素子の駆動回路が2つ並んだ最も簡単な場合についての
説明を行ったが、本発明は2つ以上の発光素子の駆動回
路がアレイ化されていても同様の効果を得ることができ
る。
素子に接続されたトランジスタが1つの場合について説
明したが、前記第1の実施例で説明したように、1つの
発光素子を複数のトランジスタで駆動する場合でも同様
の効果を得ることができることは明白である。
光素子の最大輝度時において回路に流れる電流は、定電
流源から発光素子に流れる電流のみに制御され、電流制
御トランジスタにも発光素子に流れる電流と同一のオン
電流を流す構成とされた従来例と比較して、回路の消費
電流を大幅に低減することができる。
抑えることが出来るため、例えば本発明に係る回路を用
いてアレイを構成し、表示画面において白背景に黒の文
字というような表示を行った場合、アレイにおける消費
電力を従来よりも大幅に削減することが出来る。
最大電流を従来例よりも小さくすることが出来るため、
共通電極の抵抗成分により生じる電圧降下に伴う駆動電
圧の上昇を抑えることが出来る。
る電圧降下は、表示によらず常に一定とされるため、駆
動電圧の補正が容易化される。
る。
の1例を示す図である。
る。
である。
である。
る。
る。
路図である。
Claims (5)
- 【請求項1】素子に流れる電流に応じて輝度が変化する
発光素子からなる画素を選択するための走査線と、前記
画素を駆動するための電圧を供給するデータ線とが基板
上にマトリクス状に配設され、前記走査線と前記データ
線との交差部に、前記発光素子に流れる電流を制御する
電流制御トランジスタと、前記データ線に印加された電
圧を前記走査線が選択時に前記電流制御トランジスタの
動作電流を決定する制御電極に印加するスイッチングト
ランジスタと、前記発光素子と、を含むアクティブマト
リクス型の電流制御型発光素子の駆動回路において、 前記電流制御トランジスタを1又は複数備え、前記発光
素子は前記1又は複数の電流制御トランジスタと互いに
電気的に並列形態に接続され、前記1又は複数の電流制
御トランジスタの電流が流れる電極と前記発光素子の一
側の電極との共通接続点に定電流源を接続して成ること
を特徴とする電流制御型発光素子の駆動回路。 - 【請求項2】前記1又は複数の電流制御トランジスタの
電流が流れる他側の電極と前記発光素子の他側の電極が
共通電極に共通接続されていることを特徴とする請求項
1記載の電流制御型発光素子の駆動回路。 - 【請求項3】前記1又は複数の電流制御トランジスタに
流れるオン電流の合計が前記定電流源が供給する定電流
値に略等しいか又はそれ以上とされ、前記1又は複数の
電流制御トランジスタが全てオン状態時に前記発光素子
が発光しないように制御されることを特徴とする請求項
1記載の電流制御型発光素子の駆動回路。 - 【請求項4】前記データ線の信号電圧に、共通電極の抵
抗成分に定電流源の一定電流値を乗じて成る電圧を直流
バイアス電圧として印加することを特徴とする請求項2
記載の電流制御型発光素子の駆動回路。 - 【請求項5】前記請求項1記載の電流制御型発光素子の
駆動回路を複数個用いた発光素子アレイであって、前記
電流制御型発光素子の電流を決定する前記電流制御トラ
ンジスタのソース電極が共通に接続されていることを特
徴とする電流制御型発光素子アレイ。
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