WO2002075709A1 - Circuit permettant d'actionner un element electroluminescent a matrice active - Google Patents

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Description

ァ 型発光素子の駆動回路
技術分野
本発明は、 画像表示装置に用いられる発光素子の駆動回路、 詳しくは有機及 び無機のエレクト口 'ルミネセンス （以下、 「EL」 という。） 素子や発光ダイ 明
オード （以下、 「LED」 という。） 等の自発光素子を駆動制御するアクティブ 田
マトリクス型発光素子の駆動回路、 及びこれを用いたァクティブマトリクス型 書
表示パネルに関する。
背景技術
有機及び無機 E L素子、 又は LED等のよう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。
特に、 自発光素子を用いたこれらのディスプレイは、 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せず、 視野角が広い等の特 徴を有し、 注目を集めている。 中でも、 トランジスタ等とこれらの発光素子と を組み合わせてス夕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、 時分割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。
図 8は、 Society for Information Display発行の 1 990年秋期大会予禾 , 集 『Eurodisplay'90』 の第 2 1 6〜2 1 9頁の発表から引用したもので、 従来 におけるこの種のディスプレイの一例を示しており、 発光素子に EL素子を使 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してい る。
図示するように、 この駆動回路では、 トランジスタ 3 5のゲートに接続され た走査線 3 6が選択されて活性化されると、 トランジス夕 3 5がオン状態とな り、 トランジスタ 3 5に接続されたデータ線 3 7から信号がコンデンサ 3 8に 書き込まれる。 コンデンサ 3 8は、 トランジスタ 4 1のゲート ·ソース間電圧 を決定する。 そして、 走査線 3 6が非選択となり卜ランジス夕 3 5がオフ状態 になると、 コンデンサ 3 8の両端間の電圧は次の周期に走査線 3 6が選択され るまで保持され、 この間トランジスタ 4 1がオン状態となる。
卜ランジスタ 4 1がオン状態になると、 電源電極 3 9から E L素子 4 0、 ト ランジス夕 4 1のドレイン 'ソースを順に経て共通電極 4 2という経路に沿つ て電流が流れ、 この電流により有機 E L素子 4 0が発光する。
一般的な表示素子として、 コンピュータの端末、 パソコンのモニタ、 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濃淡階調表示ができる ことが望ましい。 有機 E L素子に関して、 画像に階調性を出すために従来から とられてきた方式としては、 アナログ階調方式、 面積階調方式及び時間階調方 式が挙げられる。
アナログ階調方式は、 有機 E L素子に流す電流量に応じて発光輝度を制御す るものである。 このとき電流を供給するスィッチング素子として薄膜トランジ スタ （以下では 「T F T」 という） を用いる場合、 ビデオ信号に応じた制御信 号をゲート電圧に入力し、 ゲート電圧に対するソース電流の特性 （V g— I s 特性） が立ち上がる領域 （便宜上ここでは 「飽和領域」 と呼ぶ） を用いて、 ス イツチング素子のコンダクタンスを制御することになる。
この場合には、 有機 E L素子の輝度一電圧特性に応じて、 ビデオ信号側のガ ンマ （ァ） 特性を変化させておく必要がある。
現在用いられている T F Tには、 アモルファスシリコン ( a— S i ) 方式と ポリシリコン （p— S i ) 方式とがあるが、 高移動度でかつ素子の微細化が可 能であり、 またレーザ一加工技術の進歩により製造プロセスの低温化が可能と なったことから、多結晶シリコン T F Tが主流になりつつある。しかしながら、 一般的に多結晶シリコン T F Tは、 それを構成する結晶粒界の影響を受けやす く、 特に飽和領域では電気特性のばらつきが大きく現れる。 このため、 仮に画 素に入力されるビデオ信号電圧が均一であっても、 表示にむらが生じてしまう という問題を抱えている。
また一般に現在の T F Tの多くはスイッチング素子として用いられており、 トランジスタの閾値電圧よりかなり高いゲート電圧を印加し、 ソース電圧に対 するドレイン電流の関係が一定の比例関係となる線形領域で使用されている ので、 上記の飽和領域でのばらつきの影響を受けにくくなつているが、 アナ口 グ階調方式を採用するためにポリシリコン T F Tを飽和領域で用いるとすれ ば、 その特性のばらつきの影響により表示性能のばらつきが生ずることが懸念 されている。
例えば、 図 8に示した T F T回路で有機 E L素子 4 0のアナログ階調表示を 行なう場合、 トランジスタ 4 1のゲート ·ソース電極間に印加される電圧は、 トランジスタの閾値電圧 （V t h) をわずかに超える程度の電圧である。 この 時の V g— I s特性を図 9に示すが、 ゲート電圧が大きくなるにつれてソース 電流が立ち上がる部分 （すなわち飽和領域） の特性を利用する。 しかし、 トラ ンジス夕のゲート電圧'ソース電流特性 （V g— I s特性） に図 9に示すよう なばらつき （あるいはトランジスタの閾値電圧 V t hにばらつき） があると、 例えば図 8のトランジスタ 4 1のゲ一ト電極に一定のゲ一ト電圧 V Aを印加 した場合、 トランジスタ 4 1に流れる電流は I A (実線で示す曲線と V Aとの 交点） と I B (破線で示す曲線と V Aとの交点） のように異なる。 また有機 E L素子 4 0の発光特性も有機層の膜厚分布など、 製造プロセス上の問題により、 一定の電圧が印加されたときに与える発光輝度がばらつき、 特に階調を与える 輝度の場合顕著に影響される。 すなわち、 図 8において点線 4 3で囲んだ部分 は、 これらのばらつき因子を与えやすい領域を示している。 本来ならば同じ輝 度であるはずの有機 E L素子 40に流れる電流が場所によって異なることに なり、 そのため輝度むら等の画質劣化が生じることになる。
一方、 面積階調方式は、 文献 AM— L CD 2000, AM 3 - 1に提案され ている。 これは、 一画素を複数のサブ画素に分割し、 各サブ画素についてオン Zオフを行い、 オンしている画素の総面積によって階調を表現するものである。 このような利用方法では T FTをスイッチング素子として用いることにな るので、 ゲート電圧としては閾値電圧よりはるかに高い電圧を印加し、 ソース 電圧に対するドレイン電圧の関係が一定となる領域 （すなわち線形領域） で用 いればよく、 したがって T FT特性にばらつきを生ずることがないため上記発 光特性も安定する。 しかしこの方式では表示面積に分割方法に依存したデジ夕 ル階調しか出せず、 また階調数を増やすためにはサブ画素の面積をより小さく してサブ画素の数を増やさなくてはならない。 しかしながら、 仮に多結晶シリ コン TFTを用いてトランジスタを微細化したとしても、 各画素に配置された トランジスタ部分の面積が発光部の面積を侵食し、 画素開口率を下げるために 表示パネルの発光輝度を下げる結果となる。 すなわち、 開口率と階調性がトレ ードオフの関係にあり、 結果的に階調性を上げることが困難である。 また、 所 望の輝度を得るためには有機 EL素子への駆動電流密度を上げねばならず、 こ れが素子の駆動電圧の上昇をもたらすため、 素子の寿命低下を招くといった欠 点がある。
また、 時間階調方式は、 階調を有機 EL素子の点灯時間によって制御する方 式であり、 例えば S I D2000D I GEST36. KP. 912〜 915) で報告されている。 しかしながら、 TFT特性のばらつきを少なくするために は、 上記面積階調方式と同様に TFTを線形領域で動作させる必要があり、 や はり駆動回路の電源電圧や消費電力が上昇するという問題がある。
また、 時間階調方式は、 ディスプレイを駆動する上でジステム的にも複雑に なる。 現在、 表示素子について最も一般的な映像信号は、 3原色 RGBの輝度 信号がアナログ信号で出力されている。 ビデオ信号においては、 コンポジット 信号や Y/C信号から、 上記 R G B輝度信号にデコードされた信号を作り出し ている。 このアナ口グ信号を時間振幅信号である P WM信号に変化する必要が あるが、 そのためには、 図 10に示すように、 ADコンバータ、 画像メモリ、 P WM信号変換回路、 及びこれらを制御する M P Uが必要となる。
更に、 時間階調方式では、 マトリクス配線を持つ素子に対して極めて短い時 間のパルス電圧を印加することになり、 表示パネル内のマトリクス配線の電気 抵抗を下げることが必要になる。 よって配線の材質をより低抵抗な材料にした り、 あるいは配線の厚みを大きくするなどの設計上の配慮が必要とされる。 また、 アナログ諧調方式ならば、 図 11に示すように、 RGBアナログ信号 をディスプレイ上の表示素子に合わせた輝度信号レベルに変化するための信 号アンプ回路があれば良いのに対して、 時間階調方式は駆動システムが上記の ように複雑になるため、 全体の消費電流や素子の製造コストの上昇を招くこと になる。 このように、 時間階調方式は、 ディスプレイそのものの性能はもちろ ん、 システム的にも課題が多い。
しかしながら、 アナログ階調方式を採用しょうとしても、 現状の TFT技術 では、 上記に述べたように、 個別トランジスタの閾値電圧 （V t h) のばらつ きが大きく、 出力電流にばらつきが生じ、 結果として発光輝度のばらつきを生 じることになる。
ここで上記閾値電圧のばらつきについて以下に述べる。
図 8から明らかなように、 EL素子を駆動する TFTは、 回路的にはソース フォロア回路を構成している。 ソースフォロア回路においては、 T FTのドレ インが電源 Vd dに接続され、ゲートが入力端となり、ソースが出力端となる。 すなわち、 TFTのソースと Vs s (GND) の間に EL素子が配され、 これ に電流が流れることになる。 このとき、 ソース端電圧を Vou t、 ゲート入力 電圧を V i nとすると、
V o u t = V i n— V o s
となる。ここで Vo sは、ゲート ·ソース間に発生するオフセット電圧である。 一般に V o sは、 ソース端に流れる電流を l ou tとすると、
Vo s=V t h+ ( I o u t /β)
β = (1/2) X X C o x X (W/L)
で表される。 ここで は移動度、 Cox、 W、 Lは、 それぞれ TFTのゲート 酸化膜容量、 ゲ一卜幅、 ゲート長である。
上式から明らかなように、 TFTで構成されたソースフォロア回路では、 各 個別 T FTはそれぞれ固有のオフセット電圧 Vo sを持ち、 これがトランジス 夕の閾値電圧 V t hがばらつく要因になっている。 よって TFTを用いてアナ ログ方式で有機 EL素子を駆動する上では、 上記オフセット電圧の影響を除外 して安定な出力特性を得ることが望まれている。 発明の開示
本発明は、 上記の課題に鑑みて創案されたものであり、 その目的は、 多結晶 シリコンを用いた T F Tのように、 特性に大きなばらつきのある TFTを用い た場合でも、 発光素子に与える信号ばらつきをキヤンセルすることができ、 発 光素子の高速応答化を図ることが可能なァクティブマトリクス型発光素子の 駆動回路を提供し、 さらにこれを用いたァクティブマトリクス型表示パネルを 提供することにある。
本発明は、 基板上に走査線と信号線がマトリクス状に形成され、 かつ、 該走 查線と該信号線が交差する近傍に、 ソース電極、 ゲート電極及びドレイン電極 を有する複数の薄膜トランジスタと発光素子とが形成された単位画素が形成 されたァクティブマトリクス型発光素子の駆動回路において、
走査線と接続されたゲート電極、 信号線と接続されたソース電極、 及びドレ '電極からなる第 1の薄膜トランジスタを含み、 該ドレイン電極がメモリ容 量を介して第 2の薄膜トランジスタのゲート電極に接続された第 1の回路部 と、
一方の電極が第 1の電源に接続された発光素子と、 ソース電極が第 2の電源 に接続されドレイン電極と前記発光素子が直列に配置された第 2の薄膜トラ ンジス夕とを含む第 2の回路部と、
参照電源に接続されたソース電極と前記第 2の薄膜トランジスタのゲート 電極に接続されたドレイン電極を有する第 3の薄膜トランジスタを含む第 3 の回路部と、
前記第 1及び第 2の薄膜トランジスタのドレイン電極間が共通接続された 回路から成ることを特徴とするァクティブマトリクス型発光素子の駆動回路 である。
典型的には、 前記参照電源の電圧は、 前記第 2の薄膜トランジスタの閾値電 圧より高く、 前記発光素子の発光閾値電圧より低い。
また本発明の別の態様では、 上記回路構成に、 接地電位に接続されたドレイ ン電極と、 前記発光素子の入力端子に共通接続されたソース電極を持つ第 4の 薄膜トランジスタから成る回路部が追加される。
この場合は、 前記第 4の薄膜トランジスタをオンすることによつて前記発光 素子の発光状態を強制的に停止させ、 特に 1フィールド期間内で発光を終了さ せる機能を持たせることができる。
また本発明は、 マトリクス状に配置された複数の画素部を備え、 該複数の画 素部にそれぞれ上記駆動回路と発光素子が配置されていることを特徴とする アクティブマトリクス型表示素子に関するものでもある。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の実施例 1におけるァクティブマトリクス型発光素子の駆動 回路の構成を示す。第 1の TFT (Ml)とメモリ容量から成る第 1の回路部、 第 2の TFT (M2) と発光素子から成る第 2の回路部、 および第 3の TFT (M3) と参照電源からなる第 3の回路部から構成される。
図 2は、 本発明の実施例 1における駆動回路のタイミングチャートである。 図 3は、 本発明の実施例 2におけるァクティプマトリクス型発光素子の駆動 回路の構成を示す。 上記図 1の回路に第 4の TFT (M4) と電源を追加した 回路を示す。
図 4は、 本発明の実施例 2における駆動回路のタイミングチャートである。 図 5は、 本発明の実施例 3におけるァクティプマトリクス型発光素子の駆動 回路の構成を示す。
図 6は、 本発明の実施例 3における駆動回路のタイミングチヤ一トである。 図 Ίは、 本発明の実施例 4におけるァクティブマトリクス型表示パネルの回 路構成を示す。
図 8は、 従来のァクティブマトリクス型発光素子駆動回路の構成を示す。 図 9は、 トランジス夕のゲ一ト電圧一ソ一ス電流特性 （ I d— I s特性） を 示す説明図である。 ここでは閾値 V t hが同じであるが、 電流特性が異なる例 を示している。
図 10は、 従来の PWM駆動システムを示す。
図 11は、 従来のアナログ駆動システムを示す。 発明の実施の形態
以下、 本発明の実施の形態を具体的な実施例により説明するが、 本発明はこ れらの実施例に限るものではない。
実施例 1
図 1は本発明に係るァクティブマトリクス型発光素子の駆動回路における 第 1の実施例を示す構成図であり、 図 2は第 1の実施例の駆動回路における駆 動タイミングチャートを示す説明図である。 ここで、 Ml、 M2、 M3はNc h— TFT、 C Iはメモリ容量、 φ rは制御パルス信号、 φ gは走査線信号、 Vdataは発光素子を駆動する映像信号である。
本実施例の駆動回路は、 基板上に走査線 5と信号線 9がマトリクス状に形成 され、 これら走査線と信号線が交差する近傍にそれぞれ複数の T FT (Ml、 M2、 M3) と発光素子 1を有する単位画素が形成されたアクティブマトリク ス型発光素子の駆動回路である。
本実施例では、 発光素子 1として有機 EL素子を採用しており、 この有機 E L素子 1の一方の電極は第 1の電源 6に接続されている。第 1の TFT (Ml) はドレイン電極がメモリ容量 C 1の一方の電極と接続しており、 同時に第 2の TFT (M2)のドレイン電極及び発光素子 1の他方の電極とに接続している。 また、 第 2の T FT (M2) はソース電極が第 2の電源 7に接続され、 ゲー ト電極 22がメモリ容量 C 1の他方の電極および第 3の T FT (M3) のドレ イン電極に接続されている。 この第 3の T FT (M3) は、 ソース電極が参照 電源 8に接続され、ゲート電極 33が制御信号線 4に接続されている。そして、 第 1の TFT (Ml) は、 ソース電極が映像データ信号線 9に接続され、 ゲー ト電極 11が走査線 5に接続されている。
図 2における第 1のタイミングにおいて、 TFT (M3) をオンし、 ソ一ス フォロア回路を構成する TFT (M2) のゲ一ト電極 22に参照電圧 V r e f を印加する。 参照電圧 V r e f の値は、 TFT (M2) の閾値電圧より高い値 に設定されているために、 このタイミングで TFT (M2) がオンする。
その結果、 ソースフォロアの出力 Vo u t、 すなわち、 発光素子 1の一方の 電極には、 TFT (M3) による電位降下を無視すると、 参照電圧 Vr e fか ら TFT (M2) のオフセット電圧 Vo sを差し引いた電圧、 つまり
Vou t^Vr e f -Vo s
の電圧が発生する。 このときメモリ容量 C 1の両端には、 6 と¥011 の差分である
V r e f ~ Vou t=Vo s
の電圧が発生することになる。
参照電圧 V r e f について更に言えば、 上式 V o u t値が発光素子の発光閾 値以下になるように設定すれば、 このときに発光しない。
次のタイミングにおいて、 TFT (M3) をオフし、 TFT (Ml) をオン することにより、 メモリ容量 C 1の一方の電極に映像データ信号" Vd a t aを 転送する。 その結果、 TFT (M2) のゲートにつながるメモリ容量 C 1の一 方の端子が電気的にフローティングであるため、 TFT (M2) のゲート電圧 Vg (M2) には、 Vd a t aとその前のステップで誘起された電圧 Vo sの 和である Vd a t a + Vo sの電圧が発生する。 このとき発光素子 1の一方の 電極には、 ソースフォロアの出力
Vo u t =Vd a t a + Vo s -Vo s =Vd a t a
の電圧が発生する。
このように、 発光素子 1には、 前記 TFT (M2) のオフセット電圧がかか らなくなつており、 オフセット電圧のキャンセルができる。
また、 本実施例における参照電圧 V r e f は、 先述したように Vr e f -V o sが発光素子の発光閾値以下になるように設定される。 このように電圧値を 設定した場合、 以下に示すような効果がある。
現在、 長寿命化や低消費電力化の観点から発光効率を上げるための研究開発 が盛んに行われているが、 有機 E L素子の最大効率を得るための駆動電流値は、 現状では 100 mX 100 xmの画素サイズに対して 2〜 3 A程度であ る。有機 EL素子の接合容量はおよそ 25 nFZcm2であり、 100 ^mX 1 00 zmの画素は約 2. 5 p Fの容量を持つことになる。
アナログ階調方式で 8ビット階調を得ようとすると、 最小電流は
2〜3 A÷ 28= 8〜 12 n A となる。
一般に有機発光素子の閾値電圧は 2〜 3 Vであり、 8ビット階調を得るため の最小電流で発光させるには、 まず素子の接合容量を充電後に発光するわけで あるから、 その充電時間を見積もると、
接合容量 C X発光閾値電圧 V t =最小電流 I m i n X時間 t より、
時間 t = 2. 5 pFX 2〜3 V/8〜l 2 nA
= 420 jLt s〜940 ; s
となってしまう。 接合容量を充電するだけでこれだけの時間を必要とするとい うことは、 VGAクラスの画素サイズの画像表示装置においても動画の表示が できないことを意味する。
図 1においては、 TFT (M3) が ONした時に、 上記 V r e fの電圧が T FT (M2) のゲート電極側に印加され、 有機 EL素子の端子には V r e f — Vo sの電圧が印加されている。 よって、 有機 EL素子の発光閾値電圧を V t とすると、 その差分の電圧である V t— Vo u tの電圧を充電すればよいこと になる。
すなわち本回路構成では、 TFT (M2) のゲート電圧のプリチヤ一ジのみ ならず、 発光素子の接合容量のプリチャージをも同時に行うことができる。 具体的に計算例を示すと、 接合容量を (：、 発光に必要な電流を I、 参照電圧 を V r e f とすると、 発光までに要する時間 tは、 以下のように示される。
t = (V t -Vo u t) XC/ I
= (V t - V r e f + Vo s) XC/I
ここで、 前述したように、 発光電流が 100 nAの場合を想定する。 V t _V ou t^ O. 5¥、容量 は2. 5 p Fとすると、発光までに要する時間 tは、 t = 0. 5X 2. 5 pF/1 00 nA=l 2. 5 s
となる。 この値であれば、 VGA規格の素子に必要な最小時間 30 H sを実現するこ とが可能となる。
以上説明したように、 本発明によれば、 TFT特性のばらつきにより発生す るオフセット電圧をキャンセルできるばかり力 接合容量をあらかじめプリチ ヤージする機能も合わせもち、 接合容量の充電時間をなくして発光素子が発光 するまでの時間を短縮することができる。
実施例 2
図 3は本発明に係るァクティブマトリクス型発光素子の駆動回路における 第 2の実施例を示す構成図であり、 図 4はその駆動方法を説明するためのタイ ミングチヤ一トである。
本実施例の駆動回路は、 基板上に走査線 5と信号線 9がマトリクス状に形成 され、 これら走査線と信号線が交差する近傍にそれぞれ複数の TFT (Ml、 M2、 M3、 M4) と発光素子 1を有する単位画素が形成されたアクティブマ トリクス型発光素子の駆動回路である。
本実施例でも、 発光素子 1として有機 EL発光素子を採用しており、 この発 光素子 1の一方の電極は第 1の電源 6に接続されている。第 1の T FT (M 1 ) のドレイン電極はメモリ容量 C 1の一方の電極と接続され、 これはまた第 2の TFT (M2) のドレイン電極及び第 4の T FT (M4) のドレイン電極にさ らに発光素子 1の他方の電極に同時に接続された回路構成をとつている。
また第 2の T FT (M2) は、 ソース電極が第 2の電源 7に接続され、 ゲー ト電極 22がメモリ容量 C 1の他方の電極及び第 3の T FT (M3) のドレイ ン電極と接続され、 ドレイン電極は発光素子の上記他方の電極及びメモリ容量 の上記一方の電極に接続されている。
さらに、 第 3の T FT (M3) は、 ソース電極が参照電源 8に接続され、 ゲ —ト電極 33が第 1の制御信号線 4に接続されている。 そして、 第 1の TFT (Ml) は、 ソース電極が映像データ信号線 9に接続され、 ゲート電極 1 1が 走査線 5に接続されている。 加えて、 第 4の T FT (M4) は、 ソース電極が 第 2の参照電源 （基準電源） 10 (この場合接地電位 GND) に接続され、 ゲ ―ト電極 44が第 2の制御信号線 14に接続されている。
本実施例におけるオフセットキヤンセルに対する基本的な考え方は、 第 1の 実施例と同じである。 即ち本実施例では、 メモリ容量 C 1の一方の電極及び発 光素子 1の一方の電極にソース電極が接続された T FT (M4) を追加してい る。 TFT (M4) のソース電極は第 2の参照電源 （基準電源） 10としての GNDに接続されている。 ここで、 TFT (M4) のオン動作は、 プリチヤ一 ジ（TFT (M3) のオン）タイミング前に行われる。仮に第 2の参照電源（基 準電源） が接地電位にあるとき、 TFT (M4) がオンすると、 メモリ容量 C 1が接地されて電荷を放電し、 新たに次の信号電圧 Vd a t aを転送する前に 発光素子の両端の電位差をゼロにして、 発光を完全に停止することができる。 発光素子として E L素子を用いた場合、 このように発光前に一度発光素子両端 の電位差をリセットすることは、 素子の電気的状態を緩和し、 素子の発光寿命 を延ばす上で効果がある。
ただし、 発光素子の発光を止めるためには、 発光素子の発光閾値電圧以下の 電圧でリセットすればよい。 本実施例では、 リセット電圧として、 GND電位 を用いたが、 この効果を実践するためにはこの電圧に限定されるものではなく、 発光素子の闞値電圧以下のある一定の電圧であればよい。 例えばリセット電圧 を素子の発光閾値電圧に近い電圧にセットしておくと、 素子の接合容量を充電 することができるために、 プリチャージの効果をもたせることができる。
また、 上記 2つの実施例では、 構成する T FTをすベて Nc h— T FTとし たが、 P c h— TFTで構成しても同様の効果が得られることは言うまでもな レ^ この場合、 TFTの制御電極駆動タイミング信号の論理が反転される。 実施例 3
図 5は本発明に係るァクティブマトリクス型発光素子の駆動回路における 第 3の実施例を示す構成図であり、 図 6はその駆動方法を説明するためのタイ ミングである。
本実施例の構成は、 基本的には第 1の実施例と同じであるが、 ソースフォロ ァを構成する T FT (M2) と他の TFT (Ml、 M3) の極性を変えている ことが特徴である。 そのため、 プリチャージ用の制御信号 φ r、 走査線信号 φ gの極性が図 2とは逆になつている。 本実施例では、 TFT (M2) が正論理 で動作するのに対し、 TFT (Ml , M3) は、 負論理で動作する。
即ち Ml、 M3は、 M 2のローレベルでオンするので、 正論理用の信号であ る Vr e f、 Vd a t aを確実に転送することができるようになる。 これによ り、 Vr e f、 Vd a t a転送の際、それぞれのゲート電圧振幅は小さくなり、 素子の規模も図 1に示した駆動回路の構成に比べて小さくできる。 そのため、 回路全体の消費電力も小さくできるメリットが生じる。
実施例 4
図 7は、 本発明に係るァクティブマトリクス型表示パネルの一実施例を示す 構成図であり、 第 1の実施例の駆動回路をマトリクス状に配列した表示パネル である。 本実施例の表示パネルは、 第 1の実施例における駆動回路をそれぞれ 含み、 かつマトリクス状に配置された複数の画素部を備え、 これら複数の画素 部にそれぞれ発光素子 1が配置されている。 図 7では、 簡略化するために 2 X 2のマトリクス回路を示したが、 行列数に制限がないのは明らかである。
図 7において、 φ g ( g 1, g 2, ···) は、 垂直シフトレジスタなどで 構成された走査回路 （図示せず） の出力により、 少なくとも 1行ずつ順次選択 される。 各行の選択時に、 対応する各画素の表示輝度に応じた映像データ信号 Vd a t a (Vd a t a l、 Vd a t a 2、 ···） が信号線より転送される。 こ の信号レベルにより、 先述した画素回路の駆動メカニズムにより、 発光素子で ある有機 EL発光素子に電流が流れ発光する。
制御パルス信号 φ r及び参照電圧 Vr e は、 各画素共通に接続され、 全画 素一度に動作する。 制御パルス信号 Φ Γは、 各行毎に独立に制御しても良く、 この場合は、 Φ r制御用に別個行選択をするための出力回路が必要になる。 このように構成したマトリクス表示装置は、 T F Tの閾値電圧 V tのばらつ きに影響されることなく、 均一な表示が可能である。 また、 時間階調表示方式 ではなく、 アナログ諧調表示方式であるため、 PWM変調回路などが不要で、 駆動システムの構成が簡単で済む。 更には、 従来のアナログ方式の駆動方法で あるために駆動システムも簡略化でき、 この面でもコスト上有利である。
また、 時間階調方式では 1フィールド時間内を数分割するために、 短い時間 内に点灯制御することが必要になる。 このため、 マトリクス配線の電気抵抗が 高いと駆動波形に時間遅延が生じることから、 その電気抵抗を限りなく小さく することが求められる。 しかし本方式の回路を採用することにより、 配線抵抗 を極端に小さくする必要もないことから、 配線材料の選択が容易となり、 また その厚みを大きくする必要がないので、 パネルを製造する上でコストアップも 少なく、 製造上も有利である。 したがってコスト、 消費電力ともに、 従来に比 ベて改善することが可能である。
また、 参照電圧 V r e f を前述の通り、 発光素子の発光閾値以下に設定する ことで、 発光素子の接合容量を事前にプリチャージすることが可能となり、 特 に低電流発光領域での発光素子の応答速度が大幅に改善できる。 さらに、 第 2 及び第 3の実施例の駆動回路をマトリクス状に配列した表示パネルについて も、 ここでは図示しないが、 上述と同様の作用 ·効果が得られる。
なお、 以上の実施例では、 発光素子として主に有機 E L素子について述べた 力 本発明は有機 E L素子に限定されるものではなく、 無機 E L素子や L E D 等のような他の発光素子を用いる場合でも有効なことは言うまでもない。 また T F Tの極性についても、 以上の実施例に記載された極性に限定されないこと は明らかである。 また T F Tの構成材料はシリコン等の無機半導体に限らず、 最近の有機半導体を用いた構成であつてもよい。 以上説明したように、 本発明の T F T回路構成を用いることにより、 従来の 多結晶シリコンを用いた T F Tのように、 その特性に大きなばらつきを持つた 薄膜トランジスタを用いた場合でも、 発光素子に与える信号ばらつきを基本的 にキャンセルでき、 かつプリチャージ用の信号により発光素子に存在する接合 容量をもプリチャージすることができるので、 発光素子の応答速度を高速化す ることが可能となる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 基板上に走査線と信号線がマトリクス状に形成され、 かつ、 該走査線 と該信号線が交差する近傍に、 ソース電極、 ゲート電極及びドレイン電極を有 する複数の薄膜トランジス夕と発光素子とを有する単位画素が形成されたァ クティブマトリクス型発光素子の駆動回路において、
走査線と接続されたゲート電極、 信号線と接続されたソース電極、 及びドレ イン電極からなる第 1の薄膜トランジスタ （M l ) を含み、 該ドレイン電極が メモリ容量 （C 1 ) を介して第 2の薄膜トランジスタ （M 2 ) のゲート電極に 接続された第 1の回路部と、
一方の電極が第 1の電源に接続された発光素子と、 ソース電極が第 2の電源 に接続されドレイン電極が前記発光素子の他方の電極に接続された第 2の薄 膜トランジスタとを含み、 かくして該発光素子と該第 2の薄膜トランジスタが 直列に配置された第 2の回路部と、
参照電源に接続されたソース電極と前記第 2の薄膜トランジス夕のゲート 電極に接続されたドレイン電極とを有する第 3の薄膜トランジスタ （M 3 ) を 含む第 3の回路部と
前記第 1及び第 2の薄膜トランジスタのドレイン電極間が共通接続された 回路から成ることを特徴とするァクティブマトリクス型発光素子の駆動回路。
2 . 前記参照電源の電圧は、 前記第 2の薄膜トランジスタの閾値電圧より も高いことを特徴とする、 請求項 1に記載のアクティブマトリクス型発光素子 の駆動回路。
3 . 前記参照電源の電圧は、 前記発光素子の発光閾値電圧より低いことを 特徴とする、 請求項 1に記載のァクティブマトリクス型発光素子の駆動回路。
4 . 基準電源に接続されたドレイン電極と前記発光素子の他方の電極に共 通接続されたソース電極とを有する第 4の薄膜トランジスタ （M 4 ) を含む回 路部をさらに含む請求項 1に記載のアクティブマトリクス型発光素子の駆動 回路。
5 . 前記参照電源の電圧は、 前記第 2の薄膜トランジスタの閾値電圧より も高いことを特徴とする、 請求項 4に記載のアクティブマトリクス型発光素子 の駆動回路。
6 . 前記基準電源の電圧は、 前記発光素子の発光閾値電圧より低いことを 特徴とする、 請求項 4に記載のァクティブマトリクス型発光素子の駆動回路。
7 . 前記基準電源の電圧は、 接地電位であることを特徴とする、 請求項 4 に記載のァクティブマトリクス型発光素子の駆動回路。
8 . 前記第 4の薄膜トランジス夕をオンすることによって前記発光素子の 発光状態を停止する機能を持つことを特徴とする、 請求項 4に記載のァクティ ブマトリクス型発光素子の駆動回路。
9 . マトリクス状に配置された複数の画素部を備え、 該複数の画素部にそ れぞれ請求項 1に記載の駆動回路と発光素子が配置されていることを特徴と するアクティブマトリクス型表示素子。 o
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