JPWO2006041035A1 - 有機el駆動回路および有機el表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】D/A変換回路の比較的高い耐圧のトランジスタの出力電流の低下による有機ELパネルの表示画面の焼き付きを防止することができる有機EL駆動回路および有機EL表示装置を提供することにある。【解決手段】この発明は、カレントミラー回路構成のD/Aの出力側とD/Aの出力端子との間に比較的高い耐圧のトランジスタを複数個直列に設けて、カレントミラー回路を構成するD/Aの出力側トランジスタを耐圧の低いトランジスタで構成してD/Aの所定の出力端子にアナログ変換電流を得るものである。これにより、D/Aの出力側トランジスタを入力側トランジスタと同様に耐圧の低い素子にすることができ、D/Aの専有面積を低減することができる。【選択図】 図1

Description

この発明は、有機EL駆動回路および有機EL表示装置に関し、詳しくは、パッシブマトリックス型有機EL表示パネルにおける電流駆動回路の内部に設けられるD/A変換回路(D/A)の出力側トランジスタに直列に挿入される比較的高い耐圧のトランジスタのホットキャリアによる空乏層の焼き付き現象を防止し、もって出力電流の低下による有機ELパネルの焼き付きを防止することができるような有機EL駆動回路に関する。
パッシブマトリックス型あるいはアクディブマトリックス型の有機EL表示パネルでは、消費電力を低減するために、3V〜5V程度の電源電圧で動作する基準電流発生回路で基準電流を生成して、この基準電流を有機ELパネルの各端子ピンに対応に基準電流分配回路で分配している。分配された各端子ピン対応の基準電流は、各端子ピン対応に設けられたD/A等に送られ、端子ピン対応の基準駆動電流とされる。端子ピン対応に設けられたD/Aでは、この基準駆動電流に基づいて表示データをD/A変換して表示データに応じた駆動電流を生成して同じく各端子ピン対応に設けられた電源電圧15V〜20V程度で動作する出力電流源を駆動する。出力電流源の出力電流は、有機ELパネルの端子ピンに駆動電流として送出され、端子ピン対応に設けられた有機EL素子をそれぞれ発光駆動する(特許文献1)。
そのため、電流駆動回路には、3V〜5V程度の低い電源電圧で動作する駆動回路と15V〜20V程度の高い電源電圧で動作する回路とがそれぞれ設けられている。そこで、これらの間には、2つの電源電圧をまたがって動作する回路が必要になる。特許文献1では、その回路をカレントミラー回路で構成されるD/Aの出力側トランジスタが担っている。そのため、D/Aのカレントミラー回路の入力側トランジスタは、電源電圧3V〜5Vで動作し、カレントミラー回路の出力側トランジスタは、高い電源電圧15V〜20V程度で動作する回路になる。
特開2003−308043号公報
特許文献1に示すD/Aを構成するカレントミラー回路の出力側トランジスタは、高耐圧のMOSトランジスタが使用されている。出力側トランジスタは、D/A変換のために桁重みを持って多数設けられるので、高耐圧トランジスタの数は非常に多くなる。そのため、D/Aの専有面積が増加する問題がある。
このような問題を解決するために出願人は、カレントミラー回路の入力側トランジスタと出力側トランジスタとに直列に比較的高い耐圧のMOSトランジスタを挿入する発明を特願2004−95006号として出願している。
これによりカレントミラー回路の出力側トランジスタを低い耐圧のトランジスタにすることができ、出力側トランジスタの専有面積も小さくできる利点がある。
ところで、端子ピンに送出される有機EL素子の駆動電流は、容量性負荷となる有機EL素子を初期充電して駆動するために駆動初期にはピーク電流とされる。駆動電流におけるピーク電流の生成は、D/Aより前段の回路で行われる場合とD/Aより後段で行われる場合とがある。前記の特開2003−234655号では、ピーク電流生成回路をD/Aと出力段電流源との間に置いている(特許文献2)。さらに、特開2003−308043号では、ピーク電流生成回路をD/Aのカレントミラー回路の入力側に設けている(特許文献3)。
特開2003−234655号公報 特開2003−308043号公報
しかし、カレントミラー回路の出力側トランジスタを低い耐圧のトランジスタとするためには、これに直列に挿入された比較的高い耐圧のMOSトランジスタのドレイン−ソース間電圧VDSを大きく設定しなければならなくなる。その結果、高い電源電圧側の電圧変動などによりドレイン電圧VDが飽和電圧VDsatを超えてしまい、ゲート−ソース間電圧をVGS、ゲート閾値をVthとすると、VGS−Vth<<VDSとなる場合が発生する。これにより、カレントミラー回路の出力側トランジスタに直列に挿入した比較的高い耐圧のMOSトランジスタのドレイン側にホットキャリアが発生する。一時的な時間ではホットキャリアが解消して、チャネル−ドレイン間の空乏層の幅は元に戻るが、長時間に渡り高いドレイン電圧VDが前記の比較的高い耐圧のMOSトランジスタに加わると、これのドレイン側にピンチオフが定着してしまい、それが、いわゆるチャネル−ドレイン間の空乏層が残留する空乏層の焼き付き現象となった現れる。このときには、ゲート酸化膜がチャージアップして、ゲート閾値Vthが上昇し、出力電流が低下する。そのため、これに対応する端子ピンからの駆動電流で駆動される有機EL素子の輝度が低下して表示画面の焼き付き現象が発生する。
特に、特許文献3のようにピーク電流生成回路をD/Aのカレントミラー回路の入力側に設けていると、ピーク電流に対応するD/A変換したアナログ変換の電流値が大きくなるのでホットキャリアが発生し易くなる。
この発明の目的は、前記のような従来技術の問題点を解決するものであって、D/Aの出力側トランジスタに直列に挿入される比較的高い耐圧のトランジスタのホットキャリアによる空乏層の焼き付き現象を防止し、もって出力電流の低下による有機ELパネルの表示画面の焼き付きを防止することができる有機EL駆動回路を提供することにある。
この発明の他の目的は、D/A変換回路の比較的高い耐圧のトランジスタの出力電流の低下による有機ELパネルの表示画面の焼き付きを防止することができる有機EL表示装置を提供することにある。
このような目的を達成するためのこの発明の有機EL駆動回路および有機EL表示装置の構成は、カレントミラー回路で構成されるD/A変換回路が所定の電流をカレントミラー回路の入力側トランジスタに受けて表示データをD/A変換して有機ELパネルの端子ピンに出力する駆動電流あるいはその基礎となる電流をD/A変換回路の出力端子に出力する有機EL駆動回路において、
カレントミラー回路の出力側トランジスタと出力端子との間に第1および第2のトランジスタの直列回路を有し、入力側トランジスタと出力側トランジスタとが第1および第2のトランジスタよりも耐圧の低いトランジスタであり、入力側トランジスタが回路素子あるいはある回路を介して第1の電源ラインに接続され、直列回路が別の回路素子あるいは別のある回路を介して第1の電源ラインよりも高い電圧の第2の電源ラインに接続されるものである。
この発明は、カレントミラー回路構成のD/Aの出力側とD/Aの出力端子との間に比較的高い耐圧のトランジスタを複数個直列に設けて、カレントミラー回路を構成するD/Aの出力側トランジスタを耐圧の低いトランジスタで構成してD/Aの所定の出力端子にアナログ変換電流を得るものである。これにより、D/Aの出力側トランジスタを入力側トランジスタと同様に耐圧の低い素子にすることができ、D/Aの専有面積を低減することができる。さらに、出力側トランジスタが耐圧の低いトランジスタとなることでカレントミラー回路構成のD/Aにおいて比較的高い耐圧の素子の数を低減することができる。また、D/Aの出力側とD/Aの所定の出力端子との間には比較的高い耐圧のトランジスタを複数個直列に設けているので、電源電圧がこれらトランジスタで分圧され、各トランジスタのドレイン電圧が分圧された電圧を受けることになる。そこで、D/A変換電流値を発生する高い電源電圧ラインに電圧変動があってもD/Aを構成するそれぞれの比較的高い耐圧のトランジスタのドレイン電圧をホットキャリア誘起電圧VDshcか、それ以下に抑えることができる。
これによりカレントミラー回路構成のD/Aの出力側トランジスタとD/Aの出力端子との間に挿入される比較的高い耐圧のトランジスタにホットキャリアが発生し難くなり、有機ELパネルの表示画面の焼き付きを防止することができる。しかも、D/Aの出力側トランジスタを耐圧の低いトランジスタで構成できるので、電流駆動回路の回路規模の増加を抑えることができる。
図1は、この発明の有機EL駆動回路を適用した一実施例のパッシブ型有機ELパネルにおける有機EL駆動回路のブロック図、図2は、D/Aを構成するトランジスタセルの回路構成の説明図、図3は、高耐圧ソースフォロア2段の直列回路を出力段電流源とD/Aの出力端子との間に設けた場合のD/Aの出力電流の経年変化特性の説明図である。 図1において、10は、有機EL駆動回路のカラムドライバICであって、11は、そのD/A、12は、基準駆動電流Irを発生する定電流源、14〜16は、定電圧バイアス回路、17は、コントロール回路、18は表示データを記憶するレジスタ、そして19はMPUである。
D/A11は、入力側トランジスタセルTNaと出力側トランジスタセルTNb〜TNnとによるカレントミラー回路で構成される。
各トランジスタセルTNa〜TNnは、ドレイン端子Dとゲート端子G1,G2、入力端子Din、そしてソース端子Sとを有する図2に示すNチャネルトランジスタTr1〜Tr3が電源ラインとグランドラインとの間で縦方向に直列に接続されたセル回路1により構成されている。
それぞれのセル回路1のソース端子SはグランドGNDに接続されている。トランジスタセルTNaのセル回路1の入力端子Dinは、バイアスラインVaに接続されてON状態に維持される。各トランジスタセルTNb〜TNnの各セル回路1の入力端子Dinは、表示レジスタ18から表示データD0〜Dn-1をそれぞれ受け、各トランジスタセルTNb〜TNnのスイッチ回路SW(各セル回路1のトランジスタTr3)は、表示データD0〜Dn-1に応じてON/OFFされる。表示データD0〜Dn-1は、コントロール回路17のラッチパルスLPに応じてMPU19から表示レジスタ18にセットされる。
各トランジスタセルTNa〜TNnの各セル回路1のゲート端子G1,G2はそれぞれが共通に接続され、さらに、トランジスタセルTNaのセル回路1のゲート端子G2がD/A11の入力端子11aに接続されている。また、トランジスタセルTNaのセル回路1のドレイン端子DもD/A11の入力端子11aに接続されている。これにより、トランジスタセルTNaのセル回路1のトランジスタTr2がダイオード接続されて、このトランジスタTr2がカレントミラー回路の入力側トランジスタとなって、定電流源12から駆動電流Irを受ける。
なお、前記した特開2003−308043号のようにピーク電流生成回路をD/Aのカレントミラー回路の入力側に設ける場合には、図1に点線で示すセル回路1のように、入力側トランジスタセルTNaが並列に2個設けられ、並列に設けられた2個目の入力側トランジスタセルTNaのセル回路1の入力端子Dinは、バイアスラインVaに接続することなく、ピーク電流を発生するコントロールパルス(図示せず)の反転信号を受けてピーク電流を発生しない期間にONにされる。これにより、2個の入力側トランジスタセルTNaに電流源12の駆動電流Irを分流して定常駆動時の入力側トランジスタの駆動電流を下げることができる。なお、2個目の入力側トランジスタセルTNaのゲート幅比は、1個目の入力側トランジスタセルTNaに対して1:nとなっている(nは2以上の整数)。
定電流源12は、5V程度の電源ライン+VDDに接続され、これは、基準電流分配回路の出力電流源に対応している。基準電流分配回路は、カレントミラー回路で構成される入力側トランジスタが基準電流を受けて、ピン対応に並列に設けられた多数の出力側トランジスタにミラー電流として基準電流を複製し、カラムピン対応に分配する回路である。その出力側トランジスタが定電流源12である。
各トランジスタセルTNb〜TNnの各セル回路1のドレイン端子Dは、それぞれに対応して設けられた比較的高い耐圧のNチャネルの各トランジスタQ1のソース−ドレインを介してNチャネルのトランジスタQ2のソースに共通に接続されている。トランジスタQ2のドレインは、D/A11の出力端子11bに接続されている。
ここで、トランジスタQ1,Q2は、カレントミラー電流出力回路13の入力側トランジスタTPu,TPxに対して2段ソースフォロアの直列回路を形成している。
これにより、各トランジスタセルTNb〜TNnの各ドレイン端子Dは、比較的耐圧の高いトランジスタQ1,Q2の直列回路を介して出力端子11bに接続される。出力端子11bは、カレントミラー電流出力回路13の入力端子13bに接続されている。
ここで、トランジスタQ1,Q2のゲート電圧VGM,VGHを5V,10V程度に設定することで、各トランジスタセルTNb〜TNnのドレイン端子Dは、入力側のトランジスタセルTNaと同様に5V以下に制限される。そこで、電源電圧+Vccが多少変動しても、各トランジスタQ1,Q2のドレイン電圧は、高い電源電圧が分圧された形となるので、これのホットキャリア誘起電圧VDshcか、それ以下の電圧に各ドレイン電圧を抑えることができる。
ここで、D/A11のアナログ変換電流の出力電流値をIaとすると、これに対して出力段カレントミラー回路13の入力端子13bには駆動電流Iaが入力される。
出力段カレントミラー回路13は、ベース電流補正駆動用のカレントミラー回路を構成するPチャネルMOSFETトランジスタTPu,TPwと、出力段カレントミラー回路を構成するPチャネルMOSFETトランジスタTPx,TPyとを有している。
出力段カレントミラー回路13のトランジスタTPxとトランジスタTPyのチャネル幅(ゲート幅)比は1:N(ただしN>1)であり、これらトランジスタのソースは、電源ライン+VDD(5V)ではなく、これより高い電圧、例えば、+15V〜20V程度の電源ライン+Vccに接続されている。出力側トランジスタTPyの出力は、カラム側の出力ピン10aに接続され、駆動時にはN×Iaの駆動電流を出力ピン10aに流して有機ELパネルを電流駆動する。この出力ピン10aとグランドGNDとの間には、有機EL素子9が接続されている。なお、出力ピン10aは、有機EL素子9のカラムピンであると同時に出力段カレントミラー回路13の出力端子でもある。図中の13aは、Nチャネルトランジスタを3段従属接続した出力段カレントミラー回路13のバイアス回路であり、Vbはそのバイアスラインである。
出力ピン10aとグランドGNDとの間にはリセットスイッチ回路SWが設けられている。リセットスイッチ回路SWは、コントロール回路17からリセット信号RSを受ける。各トランジスタセルTNa〜TNnの共通に接続された各セル回路1のゲート端子G1は、定電圧バイアス回路14に接続されている。定電圧バイアス回路14により設定されるゲート電圧VGLで各セル回路1の上流側のトランジスタT1が所定の抵抗値を以てON状態に設定される。このゲート電圧VGLは、3V程度の電圧である。
各トランジスタQ1のゲートは、共通に接続されて、定電圧バイアス回路15に接続されて、これにより設定されるゲート電圧VGM、例えば5Vで所定の抵抗値を以てON状態に設定される。さらに、トランジスタQ2のゲートは、定電圧バイアス回路16に接続されて、これにより設定されるゲート電圧VGH、例えば10Vで所定の抵抗値を以てON状態に設定される。これらのゲート電圧VGM,VGHにより各トランジスタセルTNb〜TNnのドレイン端子Dは、各セル回路1の各トランジスタTr1のドレイン電圧は、5Vか、それ以下に制限され、耐圧の低いトランジスタで済む。
このようにトランジスタQ1,Q2を出力側トランジスタに直列に挿入して、これらトランジスタにより比較的大きな電圧降下をすることで、トランジスタTPaと各トランジスタセルTNa〜TNnの動作電圧を下げることができる。
さらに、各トランジスタQ1のゲートが定電圧バイアス回路14に接続されることで、各トランジスタセルTNb〜TNnのドレイン端子Dの電圧を実質的に等しい値に設定することができる。さらに、D/A11の出力側の各トランジスタセルTNb〜TNnに耐圧の低いトランジスタを使用できる。しかも、出力端子11bと各トランジスタセルTNb〜TNnとの間に挿入される比較的高い耐圧のトランジスタQ1,Q2にはこれらトランジスタにドレイン電圧が分割されるためにホットキャリアが発生し難くなり、ホットキャリアによる出力電流の低下による焼き付き現象を防止することができる。
出力側トランジスタが耐圧の低いトランジスタとなることでカレントミラー回路構成のD/Aにおいて比較的高い耐圧の素子の数が低減する。
その結果、D/Aの占有面積が低減され、かつ、D/A変換精度を向上させることができ、D/AのトランジスタQ1,Q2のホットキャリアによる出力電流の低下による表示画面の焼き付き現象も防止できる。
さらに、D/Aの変換特性のばらつきが減少してカラムピン相互の出力電流のばらつきが低減され、それにより表示画面の輝度むら、輝度ばらつきを抑えることができる。 ところで、各トランジスタセルに対応して示す、×1,×2,×4…の数字は、パラレルに接続されたセル回路1の数を示している。×1の場合にパラレル接続はない。このセル回路数に応じて出力側トランジスタセルTNb〜TNnは、それぞれの出力に桁重みが
付けられている。
さて、D/A11の各トランジスタセルTNa〜TNnを構成するセル回路1は、図2に示すように、ソース−ドレインと順次電源ラインとグランドラインGNDとの間で縦に積上げられて直列に接続された3個のNチャネルのトランジスTr1〜Tr3とからなる。トランジスTr3はスイッチ回路回路SWを構成し、そのソースはソース端子Sに接続されている。トランジスTr1のドレインはドレイン端子Dに接続されている。
トランジスタTr2のゲートはゲート端子G1に接続され、トランジスタTr3のゲートはゲート端子G2に接続されている。
なお、トランジスタTr1〜Tr3のバックゲートは、共通にソース端子Sに接続されている。
図3は、トランジスタQ1,Q2からなる高耐圧の2段ソースフォロアの直列回路を出力端子11bと各トランジスタセルTNb〜TNnとの間に設けた図1に示すD/A11の出力電流の経年変化特性の説明図である。
縦軸は、出力電流Ia [μA]、横軸は、時間t[h]であり、グラフAがトランジスタQ2がなく、トランジスタQ1を1段だけD/Aの出力端子11bと出力側トランジスタとの間に接続した場合である。グラフBがトランジスタQ1,Q2を出力端子11bに直列接続した前記の実施例の場合である。電源電圧+Vccは、22Vで110%程度高い値に設定してある。
グラフAでは、100時間を超える徐々に出力電流が低下してくるが、グラフBでは、1000時間を超えてもほぼ横這いのままその特定が維持される。
以上説明してきたが、実施例では、比較的高い耐圧の複数のトランジスタQ1がD/Aにおけるカレントミラー回路の各出力側トランジスタセルTNb〜TNnの出力(ドレインD)に対応してそれぞれ設けられていて、これらトランジスタQ1が1個のトランジスタQ2に直列に接続されている。しかし、この発明は、多少D/A変換精度が低下するが、トランジスタQ1を1個として,トランジスタQ1,Q2の直列回路1個に対してカレントミラー回路の各出力側トランジスタセルTNb〜TNnの出力(ドレインD)を共通に接続してもよいことはもちろんである。
また、実施例では、D/Aの出力電流で出力段電流源を電流駆動するようにしているが、この発明は、出力段電流源を介在することなく、D/Aの出力側が高い電源電圧ラインに直接、他の素子あるいは他の回路を介して接続されて直接D/Aの出力電流が有機ELパネルの端子ピンに送出される場合であってもこの発明は適用できる。
さらに、実施例では、パッシブマトリックス型有機EL表示パネルにおける駆動回路を例としているが、この発明は、アクディブマトリックス型有機EL表示パネルの駆動回路にも適用できることはもちろんである。
実施例では、NチャネルMOSトランジスタを主体としたD/Aを示しているが、このD/Aは、PチャネルMOSトランジスタあるいはこれとNチャネルMOSトランジスタとを組み合わせた回路であってもよいことはもちろんである。
また、実施例では、MOSトランジスタを用いているが、この発明は、MOSトランジスタに換えてバイポーラトランジスタを用いてもよいことはもちろんである。
図1は、この発明の有機EL駆動回路を適用した一実施例のパッシブ型有機ELパネルにおける有機EL駆動回路のブロック図である。 図2は、D/Aを構成するセル回路の回路構成の説明図である。 図3は、高耐圧ソースフォロア2段の直列回路を出力段電流源とD/Aの出力端子との間に設けた場合のD/Aの出力電流の経年変化特性の説明図である。
符号の説明
1…トランジスタセル回路、9…有機EL素子(OEL素子)、
10…カラムドライバ、10a…出力ピン、11…D/A、
12…定電流源、13…出力段カレントミラー回路、
14〜16…定電圧バイアス回路、
17…コントロール回路、18…レジスタ、
19…MPU、Q1〜Q3…MOSトランジスタ、
Tr1〜Tr3…MOSトランジスタ、
TNa〜TNn-1…MOSトランジスタ、
SW…リセットスイッチ回路。

Claims (11)

  1. カレントミラー回路で構成されるD/A変換回路が所定の電流を前記カレントミラー回路の入力側トランジスタに受けて表示データをD/A変換して有機ELパネルの端子ピンに出力する駆動電流あるいはその基礎となる電流を前記D/A変換回路の所定の出力端子に出力する有機EL駆動回路において、
    前記カレントミラー回路の出力側トランジスタと前記所定の出力端子との間に第1および第2のトランジスタの直列回路を有し、
    前記入力側トランジスタと前記出力側トランジスタとが前記第1および第2のトランジスタよりも耐圧の低いトランジスタであり、前記入力側トランジスタが回路素子あるいはある回路を介して第1の電源ラインに接続され、前記直列回路が別の回路素子あるいは別のある回路を介して前記第1の電源ラインよりも高い電圧の第2の電源ラインに接続される有機EL駆動回路。
  2. 前記直列回路は、前記所定の出力端子を経て前記別の回路素子あるいは前記別のある回路を介して前記第2の電源ラインに接続される請求項1記載の有機EL駆動回路。
  3. 前記直列回路は、前記第1および第2のトランジスタのそれぞれの出力側の2端子を前記第2の電源ラインと基準電位のラインとの間において直列に接続して形成され、前記第2のトランジスタに接続されていない前記第1のトランジスタの前記出力側の1端子が各前記出力側トランジスタの出力に接続され、前記第1のトランジスタに接続されていない前記第2のトランジスタの前記出力側の1端子が前記所定の出力端子に接続されている請求項1記載の有機EL駆動回路。
  4. 前記第1のトランジスタは複数であり、前記出力側トランジスタも複数であり、それぞれの前記第1のトランジスタは1個あるいは複数の前記出力側トランジスタの出力に共通に接続され、各前記第1のトランジスタの他の1端子が共通に前記第2のトランジスタの前記出力側の他の1端子に接続されている請求項3記載の有機EL駆動回路。
  5. 前記第1のトランジスタと前記第2のトランジスタはMOSトランジスタであって、前記出力側の2端子はソースとドレインであり、前記第1のトランジスタは、各前記出力側トランジスタに対応してそれぞれ設けられている請求項4記載の有機EL駆動回路。
  6. 複数の各前記出力側トランジスタはトランジスタセルで構成され、前記トランジスタセルは、複数のトランジスタが直列に接続されたセル回路となっていて、複数の各前記出力側トランジスタのいくつかは、D/A変換の桁重み対応して前記トランジスタセルが並列に接続されて構成される請求項4記載の有機EL駆動回路。
  7. さらに前記別のある回路として出力段電流源を有し、前記入力側トランジスタも前記トランジスタセルで構成され、前記所定の出力端子は、前記出力段電流源の入力端子に接続され、前記出力段電流源が前記第2の電源ラインの電圧で動作して前記駆動電流を発生する請求項6記載の有機EL駆動回路。
  8. 前記基準電位のラインはグランド電位にあって、前記第1のトランジスタと前記第2のトランジスタは、MOSトランジスタでありかつそのそれぞれのゲート電位が前記第2の電源ラインと前記基準電位のラインの間にある所定の電位にそれぞれに設定されている請求項7記載の有機EL駆動回路。
  9. 前記トランジスタセルは、3個のMOSトランジスタのソース−ドレインが前記第1の電源ラインおよび前記第2の電源ラインのいずれかと前記基準電位のラインの間において直列接続される前記とは別の直列回路である請求項8記載の有機EL駆動回路。
  10. 前記出力段電流源の出力は、パッシブマトリックス型有機ELパネルの端子ピンを介して有機EL素子に送出される請求項7記載の有機EL駆動回路。
  11. 請求項1〜10のいずれか1項記載の有機EL駆動回路を有する有機EL表示装置。
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