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JP3908084B2 - 発光装置、電子機器 - Google Patents

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JP3908084B2
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は発光素子を用いた発光装置の技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、画像の表示を行う表示装置の開発が進められている。表示装置としては、液晶素子を用いて画像の表示を行う液晶表示装置が、高画質、薄型、軽量などの利点を活かして、携帯電話の表示画面として幅広く用いられている。
【０００３】
一方、発光素子を用いた発光装置の開発も近年進められている。発光装置は、既存の液晶表示装置がもつ利点の他、応答速度が速く動画表示に優れ、視野特性が広いなどの特徴も有しており、動画コンテンツが利用できる次世代小型モバイル用フラットパネルディスプレイとして注目されている。
【０００４】
発光素子は、有機材料、無機材料、薄膜材料、バルク材料及び分散材料などの広汎にわたる材料により構成される。そのうち、主に有機材料により構成される有機発光ダイオード(Organic Light Emitting Diode : OLED)は代表的な発光素子として挙げられる。発光素子は、陽極及び陰極、並びに前記陽極と前記陰極との間に発光層が挟まれた構造を有する。発光層は、上記材料から選択された１つ又は複数の材料により構成される。なお発光素子の両電極間を流れる電流量と発光輝度は正比例の関係にある。
【０００５】
発光装置には、発光素子と少なくとも２つのトランジスタを有する画素が複数個設けられている場合が多い。前記画素において、発光素子と直列に接続されたトランジスタ（以下駆動用トランジスタと表記）は、該発光素子の発光を制御する役目を担う。駆動用トランジスタのゲート・ソース間電圧（以下VGSと表記）と、ソース・ドレイン間電圧（以下VDSと表記）を適宜変化させると、該駆動用トランジスタを主に線形領域で動作させたり、主に飽和領域で動作させたりすることが出来る。
【０００６】
駆動用トランジスタを主に線形領域（|VGS-Vth|＞|VDS|）で動作させると、発光素子の両電極間に流れる電流量は、|VGS|と|VDS|の両者の値によって変化する。なお駆動用トランジスタを主に線形領域で動作させる駆動方式は、定電圧駆動と呼ばれる。図７（Ｂ）は、定電圧駆動が適用される画素の概略図である。定電圧駆動では、駆動用トランジスタをスイッチとして用いて、必要なときに電源線と発光素子とをショートすることによって、発光素子に電流を流す。
【０００７】
一方、駆動用トランジスタを主に飽和領域（|VGS-Vth|＜|VDS|）で動作させると、発光素子の両電極間に流れる電流量は、駆動用トランジスタの|VGS|の変化に大きく依存し、|VDS|の変化に対しては依存しない。なお駆動用トランジスタを主に飽和領域で動作させる駆動方式は定電流駆動と呼ばれる。図７（Ａ）は、定電流駆動が適用される画素の概略図である。定電流駆動では、駆動用トランジスタのゲート電圧を制御することによって、必要な電流量を発光素子に流す。つまり、駆動用トランジスタを電圧制御電流源として用いており、電源線と発光素子の間に一定の電流が流れるように設定されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述した定電圧駆動を適用した発光装置では、経時変化による発光素子の劣化の影響を受けていた。より詳しくは、経時変化により発光素子の電圧電流特性が劣化すると、発光素子の両電極間に流れる電流量が少なくなってしまい、所望の発光輝度を得ることができなかった。
【０００９】
一方、定電流駆動を適用した発光装置では、発光素子の両電極間には設定された電流を供給するため、発光素子の経時変化による劣化の影響を抑制することは可能であった。しかしながら、駆動用トランジスタの移動度やしきい値などの特性にバラツキが生じると、発光素子に供給する電流量にバラツキが生じてしまっていた。つまり、駆動用トランジスタの特性バラツキは、表示画面にそのまま影響を及ぼし、表示画面はムラだらけになってしまっていた。
【００１０】
また、図７（Ａ）（Ｂ）において、スイッチング用トランジスタはｎチャネル型トランジスタを用い、駆動用トランジスタはソース接地の関係からｐチャネル型トランジスタを用いる場合が多かった。そのため、絶縁表面上又は半導体基板上に異なる導電型のトランジスタを作製するため、その複雑な工程は歩留まり低下とコスト上昇を招いていた。
【００１１】
本発明は上述の問題点を鑑みてなされたものであり、経時変化による発光素子の劣化の影響を抑制した発光装置を提供する。また本発明は駆動用トランジスタの特性バラツキの影響を抑制した発光装置を提供する。さらに本発明は、異なる導電型のトランジスタを同一の絶縁表面上に作製することに起因した複雑な作製工程を簡略化することができる発光装置を提供する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、経時変化による発光素子の劣化の影響を抑制するために、一定の電荷を発光素子の両電極間に流す電気回路を各画素に設けた発光装置を提供する。また本発明では、各画素に設けられるトランジスタを線形領域で動作させ、且つ全てスイッチとしてのみ用いることで、トランジスタの特性バラツキの影響を受けない発光装置を提供する。
【００１３】
さらに本発明では、各画素に設けられるトランジスタは全てスイッチとして用いるため、その導電型は特に限定されない。したがって、各画素を単一極性のトランジスタで構成することが可能となり、作製工程を削減することができる。その結果、作製工程における歩留まりが向上し、作製費用を抑制することができる。
【００１４】
本発明の発光装置に設けられる画素の概略について図８（Ａ）を用いて説明する。図８（Ａ）において、１１１、１１２はスイッチ、１２０は発光素子、１２１は信号線、１２２は走査線、１２３は電源線、１２５は昇圧回路である。昇圧回路１２５に設けられた容量素子は、発光素子１２０に並列に接続されている。そして本発明では、昇圧回路１２５に設けられたスイッチを用いて、該容量素子に一定の電荷を蓄積して、その蓄積された電荷を発光素子１２０の両電極間に流すようにする。
【００１５】
発光素子１２０の電流電圧特性を図８（Ｂ）に示す。図８（Ｂ）から、発光素子１２０の両電極間を流れる電流量は、発光素子の１２０の両電極間に印加される電圧によって制御されていることがわかる。しかしながら、発光素子１２０の両電極間に流れる電流量と印加される電圧は比例関係ではない。
【００１６】
ここで、図８（Ｂ）において１８０で示す領域の拡大図を図８（Ｃ）に示す。そうすると、発光素子１２０に印加される電圧がある一定の電圧Vth以下の場合には、ほとんど電流は流れず、Vthを超えたところからほぼ線形に電流が増加し始めている。本明細書では、発光素子１２０の両電極間に流れる電流値が線形に増加しはじめたときの電圧値を発光開始電圧Vthと称する。言い換えると、発光素子１２０の印加電圧を増大せしめて、発光素子を発光開始電圧（立上り電圧）Vth以上にすると、発光素子１２０は発光を開始する。
【００１７】
本発明は、容量素子と、発光素子とを有する画素が複数個設けられた発光装置であって、
前記容量素子の電位差が電源電位Vddと同じ値になるまで当該容量素子に電荷を供給する手段（以下第１の手段と表記）と、前記容量素子の電位差が前記発光素子の発光開始電圧Vthと同じ値になるまで、前記発光素子に電荷を供給する手段（以下第２の手段と表記）とを有し、
前記容量素子の比例係数Cと、前記発光素子の両電極間に流れる電荷Aは、A＝C×(Vdd-Vth)を満たすことを特徴とする。
【００１８】
本発明は、第１及び第２の容量素子が備えられた昇圧回路と、発光素子とを有する画素が複数個設けられた発光装置であって、
前記昇圧回路は、前記第１の容量素子の電位差が電源電位Vddと同じ値になるまで、当該第１の容量素子に電荷を供給する手段（以下第３の手段と表記）と、前記第２の容量素子の電位差が電源電位Vdd及び前記発光素子の発光開始電圧Vthの和と同じ値になるまで、前記第１の容量素子に保持されている電荷を前記第２の容量素子に転送する手段（以下第４の手段と表記）と、
前記第２の容量素子の電位差が前記発光素子の発光開始電圧Vthと同じ値になるまで、前記発光素子に電荷を供給する手段（以下第５の手段と表記）とを有し、
前記第１の容量素子の比例定数C1及び電位差V1と、前記第２の容量素子の比例定数C2及び電位差V2、並びに前記発光素子の両電極間を流れる電荷Aは、A＝C2×｛(2×C1×Vdd)/(C1+C2)-(C1×Vth)/(C1+C2)｝を満たすことを特徴とする。
【００１９】
前記第１乃至第５の手段とは、画素内に設けられたスイッチ、前記スイッチを制御する駆動回路及び前記画素に電流を供給する電流供給手段などに相当する。また本発明の発光装置に設けられた画素は複数のスイッチを有し、前記複数のスイッチは単一極性の複数のトランジスタであることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の発光装置に設けられる画素の構成とその動作について図４（Ｂ）を用いて説明する。
【００２１】
最初に、本実施の形態における画素１０１の詳しい構成を図４（Ｂ）を用いて説明する。画素１０１において、１１１〜１１４、１２６はスイッチ、１２０は発光素子、１２１は信号線、１２２は走査線、１２３は電源線、１１９、１２７は容量素子である。
【００２２】
スイッチ１１１、１２６は直列に接続され、スイッチ１１２〜１１４は直列に接続されている。また容量素子１１９と発光素子１２０は並列に接続されている。なおスイッチ１１１〜スイッチ１１４、１２６にはスイッチング機能を有する素子を用いればよく、好ましくはトランジスタを用いる。スイッチ１１１〜スイッチ１１４、１２６としてトランジスタを用いる場合には、各スイッチのオン又はオフを制御する信号を入力するために、各スイッチに走査線を設けることが必要となるが、図４（Ｂ）においては図示を省略する。なおスイッチ１１３、１１４にはダイオードやゲート・ドレイン間を接続したトランジスタを用いてもよい。また本実施の形態においては、電源線の電位はVdd、発光素子１２０の発光開始電圧（しきい値電圧）はVthとする。また容量素子１１９の電荷はQ3、比例係数はC3、電位差はV3とする。
【００２３】
なお図４（Ｂ）に示す画素１０１において、スイッチ１１１は画素１０１に対する映像信号の入力を制御し、スイッチ１１２は発光素子１２０と容量素子１１９の間の導通又は非導通を制御している。また容量素子１２７は画素１０１に入力される映像信号を保持し、スイッチ１２６は容量素子１２７に保持された電荷を放電することでスイッチ１１２をオフにして発光素子１２０の発光を停止せしめる機能を有する。このように、３つのスイッチ(トランジスタ)、容量素子及び発光素子を各画素に設けた発光装置のより詳しい説明については、特開２００１-３４３９３３号公報に記載されているので、参考にするとよい。また、図１、２に示す各画素１０１においてスイッチ１１３、１１４及び容量素子１１９を除いたときにおける動作は、前記公報に記載された発光装置の動作に準ずるので、参考にするとよい。
【００２４】
次いで、図４（Ｂ）に示した画素１０１の動作について説明する。
【００２５】
まず、スイッチ１１１がオンになると、信号線１２１に入力されている映像信号は、スイッチ１１２に入力される。そして、該映像信号の電位に従って、スイッチ１１２のオン又はオフが決定する。ここでは、スイッチ１１２がオンになる映像信号が画素１０１に入力され、容量素子１２７にはスイッチ１１２がオンの状態を維持する所定の電荷が保持されているとする。
【００２６】
なお各画素１０１に入力される映像信号によって、各画素１０１が有する発光素子１２０の発光又は非発光が決定される。より詳しくは、各画素１０１に入力される映像信号によって、スイッチ１１２がオンになると、発光素子１２０は発光する。またスイッチ１１２がオフであると、発光素子１２０は非発光となる。
【００２７】
この状態において、スイッチ１１４をオンにして、スイッチ１１１、１１３、１２６はオフにする。そうすると、電源線１２３からスイッチ１１４を介して、容量素子１１９に向かって電流が流れる。電流が流れると、容量素子１１９の両電極間には電位差が生じ始め、徐々に電荷が蓄積される。この電荷の蓄積は、容量素子１１９の両電極間の電位差が電源線１２３の電位Vddと同じ値になるまで続けられる。そして、容量素子１１９に対する電荷の蓄積が終了すると、Q3は以下の式（１）を満たす。
【００２８】
【数１】
Q3=C3×Vdd・・・（１）
【００２９】
次いで、スイッチ１１３をオンにして、スイッチ１１１、１１４、１２６はオフにする。なおここでは、スイッチ１１２は画素１０１に入力された映像信号によってオンになっているとする。そうすると、容量素子１１９、スイッチ１１３、１１２を介して発光素子１２０の両電極間に電流が流れる。このとき、容量素子１１９の電位差が発光素子１２０の発光開始電圧と同じ値になるまで、発光素子１２０の両電極間には電流が流れる。つまり、式（１）に示した容量素子１１９の電位差から、発光素子１２０の発光開始電圧を引いた値が発光素子１２０に流れる電荷に相当する。この電荷をＡとおくと、電荷Ａは以下の式（２）を満たす。
【００３０】
【数２】
Ａ=C3×(Vdd-Vth)・・・（２）
【００３１】
このようにして一定の電荷Ａが発光素子１２０の両電極間に流れると、スイッチ１１３をオフにし、さらにスイッチ１１４をオンにして上述した動作を繰り返す。なおこの動作は、所定の期間中繰り返して行われる。所定の期間とは、スイッチ１１２がオンである期間に相当し、言い換えるとスイッチ１２６が選択されて、容量素子１２７に保持された電荷が放電されるまでの期間に相当する。
【００３２】
このように本発明は、一定の電荷を発光素子の両電極間に流す回路を各画素に設けることにより、経時変化による発光素子の劣化の影響を抑制することができる。また本発明では、各画素に設けられるトランジスタは、線形領域で動作させ、且つ全てスイッチとしてのみ用いることで、トランジスタの特性バラツキの影響を抑制することができる。また本発明では、各画素に設けられるトランジスタは全てスイッチとして用いるため、その導電型は特に限定されない。したがって、各画素を単一極性のトランジスタで構成することが可能となり、作製工程を削減することができる。その結果、作製工程における歩留まりが向上し、また作製費用を抑制することができる。
【００３３】
（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の発光装置に設けられる画素の詳しい構成とその動作について図１、２を用いて説明する。
【００３４】
最初に、本実施の形態における画素１０１の詳しい構成を図１（Ａ）を用いて説明する。画素１０１において、１１１、１１２、１２６はスイッチ、１２０は発光素子、１２１は信号線、１２２は走査線、１２３は電源線、１２５は昇圧回路（charge pump）、１２７は容量素子である。昇圧回路１２５は、スイッチ１１３〜スイッチ１１７と容量素子１１８、１１９を有する。
【００３５】
スイッチ１１１、１２６は直列に接続され、スイッチ１１２〜１１５は直列に接続され、スイッチ１１６、１１７は直列に接続されている。また容量素子１１８、１１９は並列に接続されている。なおスイッチ１１１〜スイッチ１１７、１２６にはスイッチング機能を有する素子を用いればよく、好ましくはトランジスタを用いる。なおスイッチ１１３〜スイッチ１１７、１２６としてトランジスタを用いる場合には、その導電型は特に限定されない。また各スイッチのオン又はオフを制御する信号を入力するために、各スイッチに走査線を設けることが必要となるが、図１、２においては図示を省略する。昇圧回路１２５が有するスイッチ１１３〜１１７には、ダイオードやゲート・ドレイン間を接続したトランジスタを用いてもよい。また本実施の形態においては、容量素子１１８の電荷はQ1、比例係数はC1、容量素子１１９の電荷はQ2、比例係数はC2とする。さらに電源線の電位はVdd、発光素子１２０の発光開始電圧はVthとする。
【００３６】
次いで、本発明の発光装置に設けられる画素１０１の動作について図１、２を用いて説明する。
【００３７】
まず、スイッチ１１１がオンになると、信号線１２１に入力されている映像信号は、スイッチ１１２に入力される。そして、該映像信号の電位に従って、スイッチ１１２のオン又はオフが決定する。ここでは、スイッチ１１２がオンになる映像信号が画素１０１に入力され、容量素子１２７にはスイッチ１１２がオンの状態を維持する所定の電荷が保持されているとする。
【００３８】
この状態において、容量素子１１９には発光素子１２０の発光開始電圧が保存されているとする。そして図１（Ａ）に示すように、昇圧回路１２５において、スイッチ１１５、１１６をオンにして、それ以外のスイッチをオフにする。そうすると、電源線１２３からスイッチ１１５、容量素子１１９を介して、スイッチ１１６に向かって電流が流れる。電流が流れると、容量素子１１８の両電極間には電位差が生じ始め、徐々に電荷が蓄積される。この電荷の蓄積は、容量素子１１８の両電極間の電位差が電源線１２３の電位Vddと同じ値になるまで続けられる。そして、容量素子１１８に対する電荷の蓄積が終了すると、電荷Q1と電荷Q2は以下の式（３）、（４）を満たす。
【００３９】
【数３】
Q1=C1×Vdd・・・（３）
【００４０】
【数４】
Q2=C2×Vth・・・（４）
【００４１】
次いで、図１（Ｂ）に示すように、昇圧回路１２５において、スイッチ１１４、１１７をオンにして、それ以外のスイッチはオフにする。そうすると、電源線１２３からスイッチ１１７、容量素子１１９を介し、スイッチ１１４を介して容量素子１１８に向かって電流が流れる。電流が流れると、容量素子１１８に蓄積されていた電荷は、容量素子１１９に転送される。この転送される電荷をΔQ、容量素子１１８の電位差をV1、容量素子１１９の電位差をV2とすると、以下の式（５）、（６）が成立する。
【００４２】
【数５】
-(Q1-ΔQ)=C1×V1・・・（５）
【００４３】
【数６】
Q2+ΔQ=C2×V2・・・（６）
【００４４】
容量素子１１８、１１９の両電極間の電位差V1とV2を足した値は、電源線１２３の電位に等しいことから、以下の式（７）が成立する。
【００４５】
【数７】
Vdd=V1+V2・・・（７）
【００４６】
そして上記の式（３）〜（７）から、以下の式（８）に示すように容量素子１１９の電位差V2を求めることができる。
【００４７】
【数８】
V2=(C2×Vth)/(C1+C2)+(2×C1×Vdd)/(C1+C2)・・・（８）
【００４８】
続いて、図２（Ａ）に示すように、昇圧回路１２５においてスイッチ１１３をオンにして、それ以外のスイッチはオフにする。このとき、スイッチ１１２は画素１０１に入力された映像信号によって、オンになっている。そうすると、容量素子１１９、スイッチ１１３、１１２を介して発光素子１２０の両電極間に電流が流れる。このとき、容量素子１１９の電位差が発光素子１２０の発光開始電圧と同じ値になるまで、発光素子１２０の両電極間には電流が流れる。つまり、式（８）に示した容量素子１１９の電位差から、発光素子１２０の発光開始電圧を引いた値が発光素子１２０に流れる電荷に相当する。この電荷をＡとおくと、電荷Ａは以下の式（９）を満たす。
【００４９】
【数９】
Ａ=C2×｛(2×C1×Vdd)/(C1+C2)-(C1×Vth)/(C1+C2)｝・・・（９）
【００５０】
続いて、一定の電荷Ａが発光素子１２０の両電極間に流れると、図２（Ｂ）に示すように、スイッチ１１３をオフにする。このときスイッチ１１２以外のスイッチもオフを維持する。このようにして、図２（Ｂ）に示す状態になったら、再び図１（Ａ）の状態に戻って、上述した動作を繰り返す。
【００５１】
なお図１（Ａ）から図２（Ｂ）に示した動作は所定の期間中繰り返して行われる。所定の期間とは、スイッチ１１２がオンである期間に相当し、言い換えるとスイッチ１２６が選択されて、容量素子１２７に保持された電荷が放電されるまでの期間に相当する。例えば、時間階調方式が適用された発光装置では、サブフレーム期間に相当する。
【００５２】
このように本発明は、一定の電荷を発光素子の両電極間に流す昇圧回路を各画素に設けることにより、経時変化による発光素子の劣化の影響を抑制することができる。また本発明では、各画素に設けられるトランジスタは、線形領域で動作させ、且つ全てスイッチとしてのみ用いることで、トランジスタの特性バラツキの影響を抑制することができる。また本発明では、各画素に設けられるトランジスタは全てスイッチとして用いるため、その導電型は特に限定されない。したがって、各画素を単一極性のトランジスタで構成することが可能となり、作製工程を削減することができる。その結果、作製工程における歩留まりが向上し、また作製費用を抑制することができる。
【００５３】
なお上記の昇圧回路１２５の構成は一つの実施の形態であり、本発明はこれに限定されない。本発明の発光装置には、公知の如何なる構成の昇圧回路を適用することができる。
【００５４】
（実施の形態３）
本実施の形態では、上述した実施の形態とは異なる画素１０１の構成について図３、４（Ａ）を用いて説明する。
【００５５】
図３（Ａ）に示す画素１０１は、図１、２に示した画素１０１においてスイッチ１１６、１１７を除いた構成になっており、また容量素子１１８の一方の電極には、クロック信号が直接入力されるようになっている。図３（Ａ）に示す画素１０１の構成とその動作の詳しい説明は、上述の実施の形態に準ずるので、ここでは省略する。
【００５６】
図３（Ｂ）に示す画素１０１は、図１、２に示した画素１０１に、容量素子１４１、スイッチ１４２〜１４４を追加して、昇圧回路１２５の段数が１段増えて３段の構成になっている。該画素１０１においては、発光素子１２０に流れる電荷Ａは以下の式（１０）のように示すことができる。
【００５７】
【数１０】
Ａ=C2×｛(3×C1×Vdd)/(C1+C2)-(C1×Vth)/(C1+C2)｝・・・（１０）
【００５８】
上記の式（１０）では、Vddの項の係数は３となっているため、電荷Aに対するVthの項の依存は小さくなる。電荷Aに対するVthの項の依存が小さくなると、発光素子１２０の発光開始電圧Vthに対する依存が小さくなるため、発光素子１２０の経時変化による劣化の影響をさらに抑制することができる。なお図３（Ｂ）に示す画素１０１の構成とその動作の詳しい説明は、上述の実施の形態に準ずるので、ここでは省略する。
【００５９】
図４（Ａ）に示す画素１０１は、１６１、１６２、１７６はスイッチ、１７０は発光素子、１７１は信号線、１７２は走査線、１７３は電源線、１２５は昇圧回路（charge pump）、１７７は容量素子である。昇圧回路１２５は、スイッチ１６３〜スイッチ１６７と容量素子１６８、１６９を有する。図４（Ａ）に示す画素１０１の動作の詳しい説明は、上述の実施の形態に準ずるので、ここでは省略する。
【００６０】
なお本実施の形態において、図３（Ａ）では２段の昇圧回路１２５を有する画素１０１を示し、図３（Ｂ）では３段の昇圧回路１２５を有する画素１０１を示したが、本発明はこれに限定されない。画素１０１が有する昇圧回路１２５の段数は特に限定されない。
【００６１】
（実施の形態４）
本実施の形態では、図１（Ａ）に示した画素１０１を実際にレイアウトした例について、図９を用いて説明する。
【００６２】
図９において、１１１〜１１７、１２６はトランジスタであり、スイッチとして用いられる。１２２、１８２〜１８７は走査線、１２１は信号線、１２３は電源線、１８１はグラウンド線である。１１８、１１９、１２７は容量素子であり、半導体とゲート配線との間の容量が用いられている。１８８は画素電極である。該画素電極１８８上には、発光層と対向電極とが積層して形成されるが、図９では図示を省略する。
【００６３】
トランジスタ１１１のソース領域又はドレイン領域の一方は、発光素子１２０（図示せず）の一方の電極に接続される。そして本実施の形態では、発光素子１２０から発せられる光は、基板とは反対側の面に出射される。図１（Ａ）に示すように、画素１０１内に設けられている素子の数が多い場合には、発光素子１２０から発せられる光は、基板とは反対側の面に出射するようにすることが好ましい。
【００６４】
また本発明では、容量素子１１８、１１９に保持することができる電荷の総量が重要になる。図９に示す画素１０１では、容量素子１１８、１１９の画素１０１に対する占有面積は同程度であるが、本発明はこれに限定されない。各容量素子の画素１０１に対する占有面積は特に限定されない。
【００６５】
（実施の形態５）
本実施の形態では、本発明の発光装置に適用される駆動方式について簡単に説明する。
【００６６】
多階調の画像を表示するときの駆動方式としては、大別してアナログ階調方式とデジタル階調方式が挙げられるが、本発明の発光装置では両方式を適用することが出来る。両方式の相違点は、発光素子の発光、非発光の各状態において該発光素子を制御する方法にある。前者のアナログ階調方式は、発光素子に流れる電流量を制御して階調を得るという方式である。また後者のデジタル階調方式は、発光素子がオン状態（輝度がほぼ１００％である状態）と、オフ状態（輝度がほぼ０％である状態）の２つの状態のみによって駆動するという方式である。
【００６７】
デジタル階調方式においては、多階調の画像を表現するためにデジタル階調方式と面積階調方式とを組み合わせた方式（以下面積階調方式と表記）やデジタル階調方式と時間階調方式とを組み合わせた方式（以下時間階調方式と表記）が提案されている。
【００６８】
面積階調方式とは、１画素を複数の副画素に分割し、各副画素で発光、又は非発光を選択することで、１画素において発光している面積と、それ以外の面積との差をもって階調を表現する方式である。また時間階調方式とは、特開２００１-５４２６号にて報告されているように、発光素子が発光している時間を制御することにより、階調表現を行う方式である。具体的には、１フレーム期間を長さの異なる複数のサブフレーム期間に分割し、各期間での発光素子の発光又は非発光を選択することで、１フレーム期間内で発光した時間の長さの差をもって階調を表現する。
【００６９】
本発明の発光装置は、アナログ階調方式、デジタル階調方式のいずれも適用することができる。但し、アナログ階調方式を適用する場合には、各画素に電位の異なる電源線を複数本設けるか、又は各画素に入力する信号に合わせて電源線の電位を変える必要が生ずる。一方、デジタル階調方式を適用する場合には、各画素の電源線の電位は全て同じで構わないため、隣接する画素間で電源線を共有することができる。
【００７０】
なお多色表示を行う発光装置においては、１画素にＲＧＢの各色に対応した複数の副画素が設けられる。各副画素は、ＲＧＢの各材料の電流密度やカラーフィルタなどの透過率の相違により、同じ電圧を印加したとしても発せられる光の輝度は異なってしまうことがある。そのため、各色に対応した各副画素で電源線の電位を変えることが好ましい。
【００７１】
本実施の形態は、実施の形態１〜３と任意に組み合わせることが可能である。
【００７２】
（実施の形態６）
本実施の形態では、本発明の発光装置の概略について図５を用いて説明する。
【００７３】
図５（Ａ）に示すように、本発明の発光装置は基板１０７上に複数の画素１０１がマトリクス状に配置された画素部１０２を有する。画素部１０２の周辺には、信号線駆動回路１０３、第１の走査線駆動回路１０４及び第２の走査線駆動回路１０５を有する。信号線駆動回路１０３と、第１の走査線駆動回路１０４及び第２の走査線駆動回路１０５には、ＦＰＣ１０６を介して外部より信号が供給される。
【００７４】
図５（Ａ）においては、１組の信号線駆動回路１０３と、２組の走査線駆動回路１０４、１０５を有しているが、本発明はこれに限定されない。駆動回路の個数は、画素１０１の構成に応じて任意に設計することができる。また図５（Ａ）においては、画素部１０２の周辺に設けられる駆動回路は、同一基板上に画素部１０２と一体形成されているが、本発明はこれに限定されない。駆動回路は、画素部１０２が形成された基板１０７の外部に配置してもよい。
【００７５】
なお本明細書における発光装置とは、発光素子を有する画素部及び駆動回路を基板とカバー材との間に封入した発光パネル、前記発光パネルにＩＣ等を実装した発光モジュール、表示装置として用いられる発光ディスプレイなどを範疇に含む。つまり発光装置は、発光パネル、発光モジュール及び発光ディスプレイなどの総称に相当する。
【００７６】
次いで、本発明の発光装置に設けられる信号線駆動回路１０３について図５（Ｂ）を用いて説明する。信号線駆動回路１０３は、シフトレジスタ１３１、第１のラッチ回路１３２及び第２のラッチ回路１３３を有する。動作を簡単に説明すると、シフトレジスタ１３１は、フリップフロップ回路（FF）等を複数列用いて構成され、クロック信号（S-CLK）、スタートパルス（S-SP）、クロック反転信号（S-CLKb）が入力される。これらの信号のタイミングに従って、順次サンプリングパルスが出力される。
【００７７】
シフトレジスタ１３１により出力されたサンプリングパルスは、第１のラッチ回路１３２に入力される。第１のラッチ回路１３２には、デジタルビデオ信号が入力されており、サンプリングパルスが入力されるタイミングに従って、各列でビデオ信号を保持していく。
【００７８】
第１のラッチ回路１３２において、最終列までビデオ信号の保持が完了すると、水平帰線期間中に、第２のラッチ回路１３３にラッチパルスが入力され、第１のラッチ回路１３２に保持されていたビデオ信号は、一斉に第２のラッチ回路１３３に転送される。そうすると、第２のラッチ回路１３３に保持されたビデオ信号は、１行分が同時に信号線Ｓ1〜Ｓmに入力される。
【００７９】
第２のラッチ回路１３３に保持されたビデオ信号が信号線Ｓ1〜Ｓmに入力されている間、シフトレジスタ１３１においては再びサンプリングパルスが出力される。以後この動作を繰り返す。
【００８０】
次いで、第１及び第２の走査線駆動回路１０４、１０５について図５（Ｃ）を用いて説明する。第１及び第２の走査線駆動回路１０４、１０５は、シフトレジスタ１３４、バッファ１３５をそれぞれ有する。動作を簡単に説明すると、シフトレジスタ１３４は、クロック信号（G-CLK）、スタートパルス（G-SP）及びクロック反転信号（G-CLKb）に従って、順次サンプリングパルスを出力する。その後バッファ１３５で増幅されたサンプリングパルスは、走査線に入力されて１行ずつ選択状態にしていく。
【００８１】
なおシフトレジスタ１３４と、バッファ１３５の間にはレベルシフタを配置してもよい。レベルシフタを配置することによって、ロジック回路部とバッファ部の電圧振幅を変えることが出来る。
【００８２】
本実施の形態は、実施の形態１〜４と任意に組み合わせることが可能である。
【００８３】
（実施の形態７）
本発明の発光装置の駆動方法が適用される電子機器として、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、オーディオコンポ等）、ノート型パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはDigital Versatile Disc（ＤＶＤ）等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを備えた装置）などが挙げられる。それらの電子機器の具体例を図６に示す。
【００８４】
図６（Ａ）は発光装置であり、筐体２００１、支持台２００２、表示部２００３、スピーカー部２００４、ビデオ入力端子２００５等を含む。本発明は表示部２００３に適用することができる。また本発明により、図６（Ａ）に示す発光装置が完成される。発光装置は自発光型であるためバックライトが必要なく、液晶ディスプレイよりも薄い表示部とすることができる。なお、発光装置は、パソコン用、ＴＶ放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用表示装置が含まれる。
【００８５】
図６（Ｂ）はデジタルスチルカメラであり、本体２１０１、表示部２１０２、受像部２１０３、操作キー２１０４、外部接続ポート２１０５、シャッター２１０６等を含む。本発明は、表示部２１０２に適用することができる。また本発明により、図６（Ｂ）に示すデジタルスチルカメラが完成される。
【００８６】
図６（Ｃ）はノート型パーソナルコンピュータであり、本体２２０１、筐体２２０２、表示部２２０３、キーボード２２０４、外部接続ポート２２０５、ポインティングマウス２２０６等を含む。本発明は、表示部２２０３に適用することができる。また本発明により、図６（Ｃ）に示す発光装置が完成される。
【００８７】
図６（Ｄ）はモバイルコンピュータであり、本体２３０１、表示部２３０２、スイッチ２３０３、操作キー２３０４、赤外線ポート２３０５等を含む。本発明は、表示部２３０２に適用することができる。また本発明により、図６（Ｄ）に示すモバイルコンピュータが完成される。
【００８８】
図６（Ｅ）は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置（具体的にはＤＶＤ再生装置）であり、本体２４０１、筐体２４０２、表示部Ａ２４０３、表示部Ｂ２４０４、記録媒体（ＤＶＤ等）読み込み部２４０５、操作キー２４０６、スピーカー部２４０７等を含む。表示部Ａ２４０３は主として画像情報を表示し、表示部Ｂ２４０４は主として文字情報を表示するが、本発明は表示部Ａ、Ｂ２４０３、２４０４に適用することができる。なお、記録媒体を備えた画像再生装置には家庭用ゲーム機器なども含まれる。また本発明により図６（Ｅ）に示す画像表示装置が完成される。
【００８９】
図６（Ｆ）はゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）であり、本体２５０１、表示部２５０２、アーム部２５０３を含む。本発明は、表示部２５０２に適用することができる。また本発明により、図６（Ｆ）に示すゴーグル型ディスプレイが完成される。
【００９０】
図６（Ｇ）はビデオカメラであり、本体２６０１、表示部２６０２、筐体２６０３、外部接続ポート２６０４、リモコン受信部２６０５、受像部２６０６、バッテリー２６０７、音声入力部２６０８、操作キー２６０９等を含む。本発明は、表示部２６０２に適用することができる。また本発明により、図６（Ｇ）に示すビデオカメラが完成される。
【００９１】
図６（Ｈ）は携帯電話であり、本体２７０１、筐体２７０２、表示部２７０３、音声入力部２７０４、音声出力部２７０５、操作キー２７０６、外部接続ポート２７０７、アンテナ２７０８等を含む。本発明は、表示部２７０３に適用することができる。なお、表示部２７０３は黒色の背景に白色の文字を表示することで携帯電話の消費電流を抑えることができる。また本発明により、図６（Ｈ）に示す携帯電話が完成される。
【００９２】
なお、将来的に発光材料の発光輝度が高くなれば、出力した画像情報を含む光をレンズ等で拡大投影してフロント型若しくはリア型のプロジェクターに用いることも可能となる。
【００９３】
また、上記電子機器はインターネットやＣＡＴＶ（ケーブルテレビ）などの電子通信回線を通じて配信された情報を表示することが多くなり、特に動画情報を表示する機会が増してきている。発光材料の応答速度は非常に高いため、発光装置は動画表示に好ましい。
【００９４】
また、発光装置は発光している部分が電力を消費するため、発光部分が極力少なくなるように情報を表示することが望ましい。従って、携帯情報端末、特に携帯電話や音響再生装置のような文字情報を主とする表示部に発光装置を用いる場合には、非発光部分を背景として文字情報を発光部分で形成するように駆動することが望ましい。
【００９５】
以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に用いることが可能である。また本実施の形態の電子機器は、実施の形態１〜５に示したいずれの構成の発光装置を用いても良い。
【００９６】
【発明の効果】
本発明は、経時変化による発光素子の劣化の影響を抑制するために、一定の電荷を発光素子の両電極間に流す電気回路を各画素に設けた発光装置を提供する。また本発明では、各画素に設けられるトランジスタを線形領域で動作させ、且つ全てスイッチとしてのみ用いることで、トランジスタの特性バラツキの影響を受けない発光装置を提供する。
【００９７】
さらに本発明では、各画素に設けられるトランジスタは全てスイッチとして用いるため、その導電型は特に限定されない。したがって、各画素を単一極性のトランジスタで構成することが可能となり、作製工程を削減することができる。その結果、作製工程における歩留まりが向上し、作製費用を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の発光装置に具備される画素の構成とその動作を説明する図。
【図２】 本発明の発光装置に具備される画素の構成とその動作を説明する図。
【図３】 本発明の発光装置に具備される画素の構成を示す図。
【図４】 本発明の発光装置に具備される画素の構成を示す図。
【図５】 本発明の発光装置を示す図。
【図６】 本発明の発光装置が適用される電子機器を示す図。
【図７】 定電流駆動と定電圧駆動の概念図。
【図８】 本発明の発光装置に具備される画素の構成を示す図。
【図９】 本発明の発光装置に具備される画素のレイアウト図。

Claims (18)

  1. 発光素子と昇圧回路を含む画素が設けられており、
    前記昇圧回路は、第１の容量素子、第２の容量素子及び複数のスイッチを有し、
    前記複数のスイッチにより、前記第１の容量素子の電位差が電源電位と同じ電位差になるまで前記第１の容量素子に電荷が蓄積され、前記第１の容量素子から前記第２の容量素子に電荷が供給され、前記第２の容量素子の電位差が前記発光素子の発光開始電圧と同じ電位差になるまで前記第２の容量素子から前記発光素子に電荷が供給されることを特徴とする発光装置。
  2. 発光素子と昇圧回路を含む画素が設けられており、
    前記昇圧回路は、第１の容量素子、第２の容量素子、第１のスイッチ、第２のスイッチ、第３のスイッチ、第４のスイッチ及び第５のスイッチを有し、
    前記第１のスイッチの一方の端子と前記第４のスイッチの一方の端子は電源電位に保たれており、前記第１のスイッチの他方の端子は前記第１の容量素子の一方の端子と前記第２のスイッチの一方の端子に接続され、前記第２のスイッチの他方の端子は前記第２の容量素子の一方の端子と前記第３のスイッチの一方の端子に接続され、前記第３のスイッチの他方の端子は前記発光素子に接続され、前記第４のスイッチの他方の端子は前記第１の容量素子の他方の端子と前記第５のスイッチの一方の端子に接続され、前記第５のスイッチの他方の端子は前記第２の容量素子の他方の端子に接続されていることを特徴とする発光装置。
  3. 発光素子と昇圧回路を含む画素が設けられており、
    前記昇圧回路は、第１の容量素子、第２の容量素子、第１のスイッチ、第２のスイッチ、第３のスイッチ、第４のスイッチ及び第５のスイッチを有し、
    前記第１のスイッチの一方の端子と前記第４のスイッチの一方の端子は電源電位に保たれており、前記第１のスイッチの他方の端子は前記第１の容量素子の一方の端子と前記第２のスイッチの一方の端子に接続され、前記第２のスイッチの他方の端子は前記第２の容量素子の一方の端子と前記第３のスイッチの一方の端子に接続され、前記第３のスイッチの他方の端子は前記発光素子に接続され、前記第４のスイッチの他方の端子は前記第１の容量素子の他方の端子と前記第５のスイッチの一方の端子に接続され、前記第５のスイッチの他方の端子は前記第２の容量素子の他方の端子に接続され、
    前記第１のスイッチ、前記第２のスイッチ、前記第３のスイッチ、前記第４のスイッチ及び前記第５のスイッチにより、前記第１の容量素子の電位差が電源電位と同じ電位差になるまで前記第１の容量素子に電荷が蓄積され、前記第１の容量素子から前記第２の容量素子に電荷が供給され、前記第２の容量素子の電位差が前記発光素子の発光開始電圧と同じ電位差になるまで前記第２の容量素子から前記発光素子に電荷が供給されることを特徴とする発光装置。
  4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
    前記第２の容量素子から前記発光素子に供給される電荷Ａ、前記第１の容量素子の比例定数Ｃ１及び電位差Ｖ１、前記第２の容量素子の比例定数Ｃ２及び電位差Ｖ２、前記電源電位Ｖｄｄ、前記発光開始電圧Ｖｔｈは、Ａ＝Ｃ２×｛（２×Ｃ１×Ｖｄｄ）／（Ｃ１＋Ｃ２）−（Ｃ１×Ｖｔｈ）／（Ｃ１＋Ｃ２）｝を満たすことを特徴とする発光装置。
  5. 請求項１において、
    前記複数のスイッチの各々は、トランジスタであることを特徴とする発光装置。
  6. 請求項１において、
    前記複数のスイッチの各々は、同じ導電型のトランジスタであることを特徴とする発光装置。
  7. 請求項２又は請求項３において、
    前記第１のスイッチ、前記第２のスイッチ、前記第３のスイッチ、前記第４のスイッチ及び前記第５のスイッチの各々は、トランジスタであることを特徴とする発光装置。
  8. 請求項２又は請求項３において、
    前記第１のスイッチ、前記第２のスイッチ、前記第３のスイッチ、前記第４のスイッチ及び前記第５のスイッチの各々は、同じ導電型のトランジスタであることを特徴とする発光装置。
  9. 請求項１乃至請求項８のいずれか一項において、
    前記画素は、前記画素に対する映像信号の入力を制御する第６のスイッチ、前記発光素子と前記昇圧回路の導通を制御する第７のスイッチ及び前記映像信号を保持する第３の容量素子を有することを特徴とする発光装置。
  10. 請求項１乃至請求項８のいずれか一項において、
    前記画素は、前記画素に対する映像信号の入力を制御する第６のスイッチ、前記発光素子と前記昇圧回路の導通を制御する第７のスイッチ及び前記映像信号を保持する第３の容量素子を有し、
    前記第６のスイッチの一方の端子は信号線に接続され、前記第６のスイッチの他方の端子は前記第３の容量素子の一方の端子に接続され、前記第７のスイッチの一方の端子は前記発光素子に接続され、前記第７のスイッチの他方の端子は前記昇圧回路に接続され、前記第３の容量素子の他方の端子は前記電源電位に保たれていることを特徴とする発光装置。
  11. 請求項９又は請求項１０において、
    前記第６のスイッチと前記第７のスイッチの各々は、トランジスタであることを特徴とする発光装置。
  12. 請求項９又は請求項１０において、
    前記第６のスイッチと前記第７のスイッチの各々は、同じ導電型のトランジスタであることを特徴とする発光装置。
  13. 請求項１乃至請求項８のいずれか一項において、
    前記画素は、前記画素に対する映像信号の入力を制御する第６のスイッチ、前記発光素子と前記昇圧回路の導通を制御する第７のスイッチ、前記映像信号を保持する第３の容量素子及び前記第３の容量素子に保持された電荷の放電を制御する第８のスイッチを有することを特徴とする発光装置。
  14. 請求項１乃至請求項８のいずれか一項において、
    前記画素は、前記画素に対する映像信号の入力を制御する第６のスイッチ、前記発光素子と前記昇圧回路の導通を制御する第７のスイッチ、前記映像信号を保持する第３の容量素子及び前記第３の容量素子に保持された電荷の放電を制御する第８のスイッチを有し、
    前記第６のスイッチの一方の端子は信号線に接続され、前記第６のスイッチの他方の端子は前記第８のスイッチの一方の端子と前記第３の容量素子の一方の端子に接続され、前記第７のスイッチの一方の端子は前記発光素子に接続され、前記第７のスイッチの他方の端子は前記昇圧回路に接続され、前記第８のスイッチの他方の端子と前記第３の容量素子の他方の端子は前記電源電位に保たれていることを特徴とする発光装置。
  15. 請求項１３又は請求項１４において、
    前記第６のスイッチ、前記第７のスイッチ及び前記第８のスイッチの各々は、トランジスタであることを特徴とする発光装置。
  16. 請求項１３又は請求項１４において、
    前記第６のスイッチ、前記第７のスイッチ及び前記第８のスイッチの各々は、同じ導電型のトランジスタであることを特徴とする発光装置。
  17. 請求項１乃至請求項１６のいずれか一項において、
    前記発光素子は、画素電極、発光層及び対向電極が順に積層して設けられており、
    前記発光素子から発せられる光は、前記対向電極の方向に出射されることを特徴とする発光装置。
  18. 請求項１乃至請求項１７のいずれか一項に記載の前記発光装置を用いた電子機器。
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