JPS6157639B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は二重絶縁型薄膜EL表示装置の駆動装
置に関し、特に消費電力を低減し得る駆動装置に
係る。

次に本発明の駆動装置を説明する前に二重絶縁
型薄膜EL表示装置及び先願発明について説明す
る。

第１図に示すようにガラス基板１の上にIn₂O₃
よりなる帯状の透明電極２を平行に設け、この上
に例えばY₂O₃，Si₃N₄，TiO₂，Al₂O₃等の誘電物
質層３、Mn等の活性剤をドープしたZnSよりな
るEL層４、上記と同じくY₂O₃，Si₃N₄，TiO₂，
Al₂O₃等の誘電物質層３′を蒸着法、スパツタリ
ング法のような薄膜技術を用いて順次500〜10000
Åの薄膜に積層して３層構造にし、その上に上記
透明電極２と直交する方向にAl₁などよりなる帯
状の背面電極５を平行に設ける。この構成の二重
絶縁型薄膜EL表示装置において、第１の電極群
２のうちの１つと第２の電極群５のうちの一つに
適当な交流電圧を印加すると、両電極が交差して
狭まれた微少面積部分のEL層４が発光する。こ
の微少面積部分が文字、記号、模様を表示する場
合の一絵素に相当する。従つてこの一絵素を１個
ずつ選択走査して、又は選択された絵素全部を同
時に駆動して文字、記号等を表示する。この薄膜
EL表示装置は高輝度発光し寿命が長く安定であ
る等の点で従来の分散型EL素子に比べて優れた
特性を持つている。

上記薄膜EL表示は電極間に誘電物質層３，
３′で狭持されたEL層を介在させるものであるか
ら等価回路的には容量性素子と見ることができ、
この容量性を利用し、且つＮチヤンネルMOS又
はNPNトランジスタの一種類でドライバー回路
を構成するマトリツクス型薄膜EL表示装置の駆
動装置を本件発明者の中の一発明者が発明し、本
件出願人が特願昭51―92571号及び特願昭52―
121213号で「薄膜EL表示装置の駆動装置」を出
願している。

上記特願昭52―121213号で出願した発明を以下
に説明する。

第２図は駆動装置の回路図を示し、第３図はタ
イムチヤートを示す。

第２図において、１０は前記の薄膜EL表示装
置を示し、この図ではＸ方向の電極X₁〜Ｘ_nをデ
ータ側電極とし、Ｙ方向電極Y₁〜Ｙ_oを走査側電
極とし、電極のみを示している。

２０は共通線ＡにVpreを信号S₁で動作するト
ランジスタ２１，２２を介して印加する駆動回路
である。

３０はデータ側のダイオードアレイを示し、共
通線ＡとＸ電極の間にダイオード３１_１，３１_２
…３１_nが接続されこれはデータ側駆動線の分離
と後述する高耐圧トランジスタよりなるスイツチ
ング素子の逆バイアスを保護する作用をする。

４０はデータ側のスイツチング素子回路であり
ＮチヤンネルMOSトランジスタよりなり、Ｘ電
極とアースライン間に接続され、書込みの非選択
絵素点に充電された電荷を放電させる回路を形成
する。そしてこのトランジスタは入力電圧に対し
て出力電流が第４図に示すように一定の関係を有
する定電流型駆動素子として動作する。第４図の
横軸はソースドレイン間電圧Vdsで、縦軸はドレ
イン電流Idであり、ゲート電圧Vgをパラメータ
として図の曲線の通り変化する。

５０は走査側のスイツチング素子回路で、Ｎチ
ヤンネルMOSトランジスタよりなり、Ｙ電極と
アースライン間に接続され書込みの選択絵素点に
書込み電圧を印加する回路を形成する。

６０はＹ方向電極の奇数番目のラインにカソー
ド側が接続されたアノード共通のダイオードアレ
イである。

７０はＹ方向電極の偶数番目のラインにカソー
ド側が接続されたアノード共通のダイオードアレ
イである。

上記ダイオードアレイ６０，７０は走査側駆動
線の分離とスイツチング素子の逆バイアスを保護
するものである。

８０はダイオードアレイ６０の共通線Ｂを発光
閾値電圧Vth迄引上げるため電源電圧としてVth
を持ち、信号S₂によつて動作するトランジスタ８
１，８２により書込み駆動を行う駆動回路であ
る。

９０は同じく共通線Ｃを発光閾値電圧Vth迄引
上げるため電源電圧としてVthを持ち信号S₃によ
つて動作するトランジスタ９１，９２により書込
み駆動を行う駆動回路である。

１００は１フイールド走査の終了時に、薄膜
EL表示装置全面にフイールドリフレツシユパル
スを印加するため信号S₄によつて動作するトラン
ジスタ１０１，１０２を介して駆動線Ｂ，Ｃにフ
イールドリフレツシユパルスを供給する駆動回路
である。

次にこの回路の動作を第３図のタイムチヤート
とともに説明する。

・ 第１段階T₁：予備充電期間 回路５０の全ての走査側スイツチング素子SS₁
〜SS_oのゲートにハイレベル信号を供給し、全て
をON状態にする。このときデータ側のスイツチ
ング素子回路４０の全トランジスタSD₁〜SD_nは
OFF状態にされている。そして駆動回路２０の
入力端子S₁に信号が供給されトランジスコ２１，
２２がオンになり回路３０の共通線Ａに電圧
Vpreを印加する。従つて全てのデータラインX₁
〜Ｘ_nより薄膜EL表示装置の全絵素に電圧Vpre
が充電される。ここで電圧Vpreは薄膜EL表示の
発光電圧Vwと閾値電圧Vthとの間に、Vpre＝Vw
−Vthの関係がある。

・ 第２段階T₂：放電変調期間 走査側スイツチング回路５０のトランジスタ
SS₁〜SS_oの全てをOFFにし、変調側駆動回路４
０の非発光絵素に接続されたトランジスタを選択
してトランジスタSD₁〜SD_nを入力電圧と出力電
流に一定の関係を有するよう定電流駆動させて、
上記第１段階にて充電された電荷を定電流放電す
る。回路４０のトランジスタSDiの出力に流れる
放電電流をidとしたとき、 id＝−ＣｄＶ／ｄｔ …(1) （但し、Ｃは変調側駆動ラインX₁〜Ｘ_nから見
た各ラインの容量の合計、即ち、マトリツクスパ
ネルの１絵素容量をCeとして全ての絵素容量は
同じであり総絵素数がｎのときＣ＝nCeであ
る。） の関係があり、またトランジスタSD₁〜SD_nは
定電流型駆動素子であるから、単位時間当りの放
電電圧Ｖは、 Ｖ＝∫〓_０−ｉｄ／Ｃdt＝Vpre−ｉｄ／Ｃτ …(2) （但し、τは放電時間） となる。

今、例えば変調側駆動回路４０の素子として入
力ゲート電圧Vgとドレイン電流Idが次式の比例
関係を有するＮチヤンネルMOSトランジスタを
使用する。

Id＝gm・Vg …(3) （但しgmはトランジスタのゲート―ドレイン
間の相互コンダクタンスであり、この式では比例
定数とする。） 変調側駆動回路４０に接続された駆動線Xiを
駆動する定電流型駆動素子SDiの入力ゲート電圧
Vg（ｉ）とし、その相互コンダクタンスをgm
（ｉ）とした場合、電圧Vg（ｉ）を期間τの間、
トランジスタSDiのゲートに印加した後の駆動線
Xiの電圧Ｖ（ｉ）は、上記(2)，(3)式より、 Ｖ（ｉ）＝Vpre−ｉｄ／Ｃτ＝Vpre−Ｉｄ／Ｃτ ＝Vpre−ｇｍ（ｉ）／Ｃ・Vg（ｉ）τ …(4) となる。

（但し、Idはドレイン電流で、放電電流idと同
じである。） 回路４０を構成する素子SD₁〜SD_nの相互コン
ダクタンスgmが充分にバラツキの少ない素子で
あるとすると、即ちgm（ｉ）≒gm（ｋ≠ｉ）＝
gmが成立し、従つてｇｍ／Ｃは定数Ｋとみなすことが 出来、(4)は次式(5)のようになる。

Ｖ（ｉ）＝Vpre−Ｋ・Vg（ｉ）・τ …(5) この(5)式より電圧Ｖ（ｉ）を決定するパラメー
タには、駆動素子SDiの入力ゲート電圧Vg（ｉ）
と入力ゲート電圧印加時間τの二つあることが分
る。

従つて、薄膜EL表示を振幅変調して中間調表
示するための手段には、定電流型駆動素子の入力
に一定期間映像信号に対応する振幅を持つ信号を
加える方法と、定電流型駆動素子の入力に映像信
号に対応するパルス幅をもち一定電圧の信号を加
える方法がある。前者を振幅変調入力信号による
振幅変調駆動方式、後者をパルス幅変調入力信号
による振幅変調駆動方式という。

振幅変調入力信号により振幅変調駆動方式は、
トランジスタSDiのゲートに映像信号に応じて電
圧が変化する信号を加えれば、この方式を実施で
きる。

またパルス幅変調入力信号による振幅変調駆動
方式は、トランジスタSDiの入力に映像信号に応
じてパルス幅が変化する信号を加えればこの方式
を実施できる。

この第２段階で書込み絵素に映像信号の大きさ
に応じた電圧が予備充電される。

・ 第３段階T₃：書込み駆動期間 次に走査側スイツチング回路５０の全トランジ
スタSS₁〜SS_o及びデータ側スイツチング回路４
０の全トランジスタSD₁〜SD_nをOFF状態にす
る。

この状態のとき、変調側駆動電極X₁〜Ｘ_nは第
２段階における変調側素子SD₁〜SD_nの入力に応
じた電圧Ｖ（ｉ）、ｉ＝１，２，…，ｍにてホー
ルドされている。

ここで選択された走査電極Xjを駆動する駆動
素子、即ちトランジスタSGjをONにして、他の
全ての走査側駆動素子即ち、トランジスタSS1≠
はOFF状態に保つ。このとき走査電極Yjが奇数
番目の走査電極であるとすると、偶数番目の走査
電極に接続されたダイオードアレイ回路７０の共
通線Ｃを書込み駆動回路９０によつて発光閾値電
圧Vthまで引上げる。この書込み駆動によつて選
択走査電極Yjを除く全ての走査側電極Y1≠ｊは
発光閾値電圧Vth迄引上げられるため変調側電極
X₁〜Ｘ_nの電圧Vw（ｉ），ｉ＝１，２，…，ｍは Vw（ｉ）＝Ｖ（ｉ）＋Vth …(6) となる。

選択された走査電極YjのトランジスタはON状
態にあるため、選択走査電極Yj上の絵素Ｅ
（ｉ，ｊ）には(6)式の電圧が印加され書込み電圧
Vw（ｉ）に対応した発光が行われる。

一方選択されていない走査電極Y1≠ｊの絵素
Ｅ（ｉ，１≠ｊ）に印加される電圧はＶ（ｉ）で
ある。

選択走査電極Yj上の選択絵素を発光せしめ、
非選択走査電極Y1≠ｊの非選択絵素を発光させ
ないようにするためには上記各電圧は Ｖ（ｉ）VpreVthVw（ｉ） …(7) の関係になるように共通線駆動回路２０，８０，
９０，１００の各電圧を設定しておく。

以上の３段階により選択走査電極Yj上の絵素
を中間調書込み駆動することができる。

次に奇数番目の走査電極の書込みが終つた後、
順次駆動のため偶数番目の走査電極の書込みをす
るには、第１段階T₁：予備充電、第２段階T₂：
放電変調期間の各駆動を既述の通り行う。第３段
階T₃：書込み駆動のとき、走査電極Yj＋１を選
択し、偶数番目の走査電極を書込むために、奇数
番目の走査電極に接続されたダイオードアレイ回
路６０の共通線Ｂを書込み駆動回路８０によつて
発光閾値電圧Vthまで引上げる。

以上第１段階、第２段階、第３段階の駆動を繰
返して奇数番目の走査電極と偶数番目の走査電極
を順次書込み駆動する。

そして順次走査が終り一フイールドの中間調書
込みが終了したとき、フイールドリフレツシユパ
ルスが駆動回路１００、ダイオードアレイ回路６
０，７０を介して加えられる。このとき走査側ス
イツチング回路５０の全トランジスタSS₁〜SS_o
はオフ、データ側スイツチング回路４０の全トラ
ンジスタSD₁〜SD_nはオンにされる。フイールド
リフレツシユパルスの電圧側は上記各走査電極ご
とより加えられた最高輝度の書込み電圧と等し
く、薄膜EL表示装置にとつて逆極性になるよう
加える。従つて薄膜EL表示装置は書込み電圧と
フイールドリフレツシユパルスとで交番駆動され
ることになる。フイールドリフレツシユパルスが
加えられるとき、書込み電圧が加えられた絵素は
分極しているため、この分極による電界とフイー
ルドリフレツシユパルスとが重畳して書込み絵素
のみを発光させる。書込み絵素の分極量は発光輝
度の大きさに比例しているので、フイールドリフ
レツシユパルスが印加されたときも上記分極量に
応じた発光、即ち中間調表示をする。またフイー
ルドリフレツシユパルスは分極の偏りをなくし次
のフイールドで書込み電圧が加えられたときに書
込み絵素の発光を可能にしている。

この実施例において、各電圧及びパルス定数は
次のように決められた。

Vpre＝70（ボルト） Vth＝140（ボルト） −Vw＝−210（ボルト） 印加パルス幅：40（μsec） 一フイールド期間：16.7（msec） なお、上記実施例において、書込み駆動回路８
０，９０は発光閾値電圧Vthを供給するが、この
回路は発光閾値電圧以下の電圧を供給すればよ
く、そしてこの発光閾値電圧より低下した電圧分
だけを駆動回路２０の電圧を上昇させる必要があ
る。但し駆動回路２０の供給電圧が発光閾値電圧
を越えてはならない。

また薄膜EL表示装置が印加電圧と発光輝度に
ヒステリシス特性を持つ場合には、上記実施例と
同様にして書込みをすることができる。また駆動
回路８０，９０からの供給電圧を維持電圧に変化
させるか又は維持電圧を持つ駆動回路を用意すれ
ば維持駆動することができる。このとき維持駆動
を交番駆動するためにはデータ側走査電極の側に
逆極性の維持電圧を供給する回路を用意すればよ
い。更に消去駆動は駆動回路８０，９０からの供
給電圧を消去電圧に変化させるか、又は消去電圧
を持つ駆動回路を用意すればよい。

ところで、先願発明において、予備充電をする
ときの消費電力は、薄膜EL素子の合計の静電容
量をＣとするとき、Ｃ・（Vpre）²になる。

本発明は以上の点に鑑みて、予備充電時の消費
電力を1/2に低減するものである。

第５図に本発明の一実施例の駆動回路図を示
し、第２図と同一部分には同一符号を付して説明
を省略する。

但し、回路８０と９０の電圧Vwaは、発光開始
電圧Vthと最高輝度発光電圧V₀との中間電圧Vwa
＝Ｖｔｈ＋Ｖ_０／２である。

また回路１１０は共通線Ｂ，Ｃを介して走査電
極側より予備充電電圧Vpreを印加する回路で、
信号S₁₂によつて動作するトランジスタ１１１，
１１２を備えている。

次にこの回路の動作の詳細について第６図乃至
第８図に示すタイムチヤートとともに説明する。

・ 第１段階T₁：予備充電期間 回路５０の全ての走査側スイツチング素子SS₁
〜SS_oのゲートにハイレベル信号を供給し、全て
をON状態にする。このときデーター側のスイツ
チング素子回路４０のMOSトランジスターの全
てはOFF状態にされている。そして駆動回路２
０の入力端子S₁₁に信号が供給されトランジスタ
２１，２２がONになり、回路３０の共通線Ａに
予備充電電圧Vpreを印加する。

従つて全てのデーターラインX₁〜Ｘ_nより薄膜
EL表示装置の全絵素に電圧Vpreが充電される。
ここで電圧Vpreは薄膜EL素子の最高輝度発光電
圧V₀と閾電圧Vthとの間に2Vpre＝V₀−Vthの関
係がある。

・ 第２段階T₂：放電変調及び走査側引上げ期
間 走査側スイツチング回路５０のMOSトランジ
スタSS₁〜SS_oの全てをOFFし、データー側スイ
ツチング素子アレイの内非発光絵素に接続された
MOSトランジスタ―SDK（Ｋ≠ｉ）のみONし、
発光絵素Ｅ（ｉ，ｊ）に接続されたMOSトラン
ジスターSDiはOFFに保つ、またこのMOSトラ
ンジスターSDKをONする同タイミングで走査側
予備充電回路１１０の入力端子S₁₂に信号が供給
され、トランジスター１１１，１１２をONにし
回路６０，７０の共通線Ｂ，Ｃに電圧Vpreを印
加し全絵素を走査側から引き上げる。

・ 第３段階T₃：書込み駆動期間 次に第５図中絵素Ｅ（ｉ，ｊ）を例えば書込み
絵素点とすると、該選択点と接続されていない回
路７０の共通線Ｃを書込み電圧Vwaに引き上げる
為、回路９０の入力端子S₁₄に信号が供給され
る。

この時、絵素Ｅ（ｉ，ｊ）の走査側MOSトラ
ンジスターSSjのみONし、他の走査側MOSトラ
ンジスターSS1はOFFに保たれる。

またこの期間中データー側MOSトランジスタ
ーはすべてOFFに保たれる。この書込み駆動に
よつて選択走査電極Yjを除く全ての走査側電極
は発光開始電圧Vthと最高輝度発光電圧V₀との中
間電圧Vwa（Ｖｔｈ＋Ｖ_０／２）迄引き上げられる。

以上第１〜第３段階の駆動により第８図に代表
例として絵素Ｅ（ｉ，ｊ）、Ｅ（ｉ，ｊ＋１）の
印加波形を示す如く選択走査電極上の各絵素に
は、発光を望む場合電圧Vwa＋Vpreが印加さ
れ、また発光を望まない場合電圧Vwa−Vpreが
印加され変調電圧は2Vpreとなる。

なお選択走査電極外の各絵素には±Vpreの電
圧が印加されるが、通常電圧Vpreは電圧Vthより
十分低く保たれる為、発光を供うことはない。

そして順次走査が終りフイールドリフレツシユ
パルスが駆動回路１００、ダイオードアレイ回路
６０，７０を介して加えられる。このとき走査側
スイツチング回路５０の全MOSトランジスター
はOFFデーター側スイツチング回路４０の全
MOSトランジスターはONされる。フイールドリ
フレツシユパルスの電圧値は上記各走査電極ごと
より加えられた最高輝度の書込み電圧V₀と等し
く薄膜EL表示装置にとつて逆極性となるよう加
える。フイールドリフレツシユパルスが加えられ
ると書込み電圧が加えられ発光した絵素は分極し
ている為、この分極により電界とフイールドリフ
レツシユパルスとが重畳して書込み発光した絵素
のみが発光する。

以上のように本発明は書込み駆動の際、予備充
電により変調電圧Ｖ（ｉ）を各選択点絵素に印加
する為、変調電圧Ｖ（ｉ）の1/2の電圧をデータ
側予備充電回路２０により、アノード共通ダイオ
ードアレイ３０及び走査側のスイツチング素子ア
レイ５０を介して全絵素に充電する。次に走査側
予備充電回路１１０により、アノード共通ダイオ
ードアレイ６０，７０を介してすべての走査側電
極を予備充電電圧Vpreに引き上げる。この走査
側から電圧Vpreの引き上げ時、データー側スイ
ツチング素子アレイ４０の内非選択点（ライン）
に接続されているスイツチング素子を導通状態に
する。

以上の駆動によりデータ側非選択ラインは
OV，選択ラインは2Vpreの電位を持ち、1/2変調
電圧を二度該ELパネルに印加することにより、
所定の変調電圧を得ることが可能である。従つ
て、予備充電時の消費電力は2C（１／2V）²より
1/2CV²となる。

これに対して第２図に示した先願発明の駆動方
法では変調電圧Ｖ（ｉ）はデータ側予備充電回路
２０のみから得ている。従つて予備充電時の消費
電力はCV²であり、本発明の駆動方法の２倍であ
る。

ところで第２図に示す先願発明の駆動方法では
書込み駆動期間T₃に供給する電圧は発光開始電
圧Vthにほぼ等しく設定される。しかし本発明中
の駆動方法では書込み駆動期間T₃に供給する電
圧Vwaの電圧値はほぼVth＋Vpreに設定される。
この為書込み電圧印加時の消費電力は本発明によ
る駆動方法の方が多い。

しかし予備充電時の容量負荷はパネル全面であ
り、書込み電圧印加時の容量負荷はＹ軸電極１ラ
イン分だけである。従つてＹ軸電極数の比較的多
い場合本発明による駆動方法は全消費電力におい
て低減される。

一例として電極数：Ｘ軸240本、Ｙ軸120本、分
解能２本／mm一絵素当りの容量7PF、発光開始電
圧Vth＝150v、最高輝度電圧Ｖ＝210vのEL表示
装置を用いてフレーム周波数100Hz、走査周波数
12KHzで駆動する場合の全消費電力を本発明によ
る駆動方法と先願発明の駆動方法による場合の比
較を以下に示す。但し全絵素発光状態とする。消
費電力の算出にはfcv²の関係式を用いる。

全消費電力＝予備充電電力＋書込み電力＋リフ
レツシユ電力 本発明による全消費電力は予備充電電力
4.35w、書込み電力0.76w、リフレツシユ電力
0.89wより、合計6.0wである。

また先願発明の駆動方法では予備充電電力
8.7w、書込み電力0.53w、リフレツシユ電力
0.89wより全消費電力は10.1wである。

以上の如く本発明は前記先願発明の駆動方法を
改良し消費電力を低減し得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は薄膜EL表示装置の一部切欠斜視図、
第２図は先願発明の駆動回路図、第３図は第２図
の回路のタイムチヤート、第４図は第２図の回路
を構成する素子の電圧―電流特性図、第５図は本
発明に係る一実施例の薄膜EL表示装置の駆動回
路図、第６図乃至第８図は第５図の回路のタイム
チヤートである。 １０…薄膜EL表示装置、２０…予備充電電源
回路、４０…データ側スイツチング回路、５０…
走査側スイツチング回路、８０，９０…書込み電
圧回路、１００…リフレツシユ回路、１１０…予
備充電電源回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ EL層の両面に誘電体層を設け、該誘電体層
   の両表面に互いに直交する方向にマトリツクス状
   に電極を形成した薄膜EL表示装置の駆動回路に
   おいて、 上記電極の一方を走査側電極とし、他方をデー
   タ側電極として、 上記データ側電極より第１予備充電電圧を印加
   して書き込み絵素部分を予備充電する回路と、 上記第１予備充電電圧を放電変調する期間で上
   記走査側電極より第２予備充電電圧を上記書き込
   み絵素部分に重畳印加する回路と、 上記書き込み絵素部分を含む選択走査側電極以
   外の所定の非選択走査側電極に所定の書き込み電
   圧を印加すると共に、上記非選択走査側電極と上
   記選択走査側電極間にのみ充電ループを形成させ
   ることにより、選択走査側電極上の書き込み絵素
   部分に、保持されている予備充電電圧に重畳させ
   て上記書き込み電圧を印加する回路と、 から成ることを特徴とする薄膜EL表示装置の
   駆動回路。