JP4956030B2

JP4956030B2 - 有機ｅｌ表示装置およびその駆動方法

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Publication number: JP4956030B2
Application number: JP2006098009A
Authority: JP
Inventors: 克己中川; 素明川崎; 正己井関; 豊稲葉
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Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2026-03-31
Also published as: JP2007271971A

Description

本発明は有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置の新規な駆動方法と、この方法の実施に好適な駆動回路に関する。

有機材料のエレクトロルミネッセンス（ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ：以下ＥＬと略記。）を利用した有機ＥＬ素子は、有機分子からなる発光層やキャリア輸送層を積層してなる有機化合物層を上部電極と下部電極との間に挟んで構成され、電極間に流れる電流によって駆動され、その輝度は流れる電流（駆動電流）にほぼ正確に比例する。有機ＥＬ素子をマトリックス状に配置して構成される有機ＥＬ表示装置は色再現性に優れ、また入力信号に対する応答性が良好なのでカラーの動画表示には特に好適である。さらに高輝度発光が可能で視野角が広いため、広範な環境下で使用出来る。有機化合物層の材料としては、真空蒸着が可能な低分子系の材料と、スピンコート法やインクジェット法による塗布が出来るオリゴマーやポリマー系の材料がある。現状では低分子系材料の使用例が多いが、今後大画面表示に好適なオリゴマーやポリマー系材料の使用例も増えると思われる。

また画素の駆動方法としては、互いに直交する方向に伸びるストライプ状の下部電極及び上部電極の間に電流を直接流して、この間に挟まれた有機ＥＬ素子を発光させる単純マトリックス型と、各有機ＥＬ素子を駆動する薄膜トランジスタ（ｔｈｉｎｆｉｌｍｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：以下ＴＦＴと略記。）やキャパシタンス等から構成される画素回路がマトリックス状に配置され、各画素に画像信号を送り、画素回路がこの信号を保持し、保持した信号に基づいて有機ＥＬ素子が発光して画像を表示するアクティブマトリックス型がある。アクティブマトリックス型は、画素間の画像信号の錯綜が少なく、大画面、高精細で画素数の多い表示装置には特に好適である。

アクティブマトリックス型の駆動方式には、大別して電圧プログラミング方式と電流プログラミング方式がある。電圧プログラミング方式では、駆動ＴＦＴのゲートに画像信号となる電位を直接加えてこれを保持する。駆動ＴＦＴを流れる電流はゲートの電位により制御されるが、両者の対応関係は個々のＴＦＴによってバラツキがあり、動作時間と共に経時変化する事も少なくない。そのため電圧プログラミング方式では、画素ごとに輝度ムラを生じたり、画像の焼き付きが生じたりし易い。一方電流プログラミング方式では、画像表示の直前に各画素の駆動ＴＦＴに画像信号となる電流を実際に流してその際のゲート電位を保持するため、電圧プログラミング方式に比べ駆動ＴＦＴの特性のバラツキや経時変化の影響を受け難い。

図３は電流プログラミング方式の駆動回路の一例である。この駆動回路は、画素回路１００と、第１の給電線１０１と、第２の給電線１０２と、信号線１０３と、信号線１０３に接続された信号電流源１０４から構成される。

画素回路１００は、一方の電極が第１の給電線１０１に接続された有機ＥＬ素子１０６と、ドレインが有機ＥＬ素子１０６の他方の電極に接続された駆動ＴＦＴ１０７と、駆動ＴＦＴ１０７のゲートソース間電圧の保持手段１０８と、駆動ＴＦＴ１０７のゲートとドレインの間に設けられた第１のスイッチ１０９と、駆動ＴＦＴ１０７のソースと信号線１０３の間に設けられた第２のスイッチ１１０と、駆動ＴＦＴ１０７のソースと第２の給電線１０２の間に設けられた第３のスイッチ１１１から構成される。

プログラミング期間すなわち信号書込み期間には、第１のスイッチ１０９と第２のスイッチ１１０を閉じ、第３のスイッチ１１１を開いて信号電流源１０４から画像信号に応じた信号電流を駆動ＴＦＴ１０７のソースに供給する。このときのソースゲート間電圧が、ソースとゲートの間に設けられた電圧保持手段（図３では容量）１０８に保持される。

画像表示期間には、第１のスイッチ１０９と第２のスイッチ１１０が開き、第３のスイッチ１１１が閉じる。信号書き込み期間に定められ保持されたソースゲート間電圧にしたがって駆動ＴＦＴ１０７に電流が流れ、有機ＥＬ素子１０６が発光する。

図３では、駆動ＴＦＴ１０７はｐチャンネル型で、ドレイン端子が有機ＥＬのアノードに接続されて、ドレインから有機ＥＬ素子に向けて電流を流している。駆動ＴＦＴ１０７がｎチャンネル型のときは、ソースとドレインの位置を入れ替えて、ドレイン端子を有機ＥＬのカソードに接続し、有機ＥＬ素子からドレインに向けて電流が流れるようにしてもよい。その例が特許文献１に提案されている。

画素回路１００は、ガラス基板上にアモルファスシリコンやポリシリコンを用いて作られるが、特許文献２に開示のあるＩｎＧａＺｎＯ等の金属酸化物を用いることもできる。
米国特許第６２２９５０６号明細書国際公開第０５／０８８７２６号パンフレット

有機ＥＬ表示装置は、携帯電話やデジタルカメラ等のモバイル機器に使用される事が多く、消費電力をできるだけ低くする必要がある。表示期間中の消費電力を低減するためには、電源電圧（図３では第１と第２の給電線間電圧）を出来るだけ低く抑える事が効果的である。

従来の電流プログラミング方式の画素回路は、電流プログラミング時に駆動ＴＦＴをダイオード接続し、外部から信号電流を与えることによってゲートソース間電圧を確定する。そして、この電圧を画像表示期間にも保持して信号電流と同じ電流を有機ＥＬ素子に流す。

駆動ＴＦＴのゲートソース間電圧と有機ＥＬ素子に流れる電流は、有機ＥＬ素子が最大輝度で発光するときにともに最大になる。したがって、電源電圧は、最大輝度で発光するときの有機ＥＬ素子の両端電圧にそのときの駆動ＴＦＴのゲートソース間電圧を加えた電圧が最低限必要で、それ以下にはできない。

有機ＥＬ表示装置の消費電力をさらに低減するためには、従来の電流プログラミング方式に代わる駆動回路が必要とされている。

また信号電流源の出力端の電圧も、最大輝度のときは上の電源電圧と同じになるから、信号電流源を駆動するための電源電圧もそれ以上でなければならない。省電力の観点からは信号電流源の電源電圧も低くする事が求められる。

本発明は上記の諸問題を改善するためになされたものであり、消費電力が少なく、かつ正確な画像表示が行える有機ＥＬ表示装置の駆動方式及びその実施に好適な駆動回路を提供する事を目的とする。

本発明は、第１に、
有機ＥＬ素子と、駆動ＴＦＴと、該駆動ＴＦＴのゲートソース間に設けられた容量と、各々一定電位を供給する第１、第２および第３の給電線と、信号電流源が接続された信号線とを有し、前記有機ＥＬ素子の一方の電極が前記第１の給電線に接続され、前記有機ＥＬ素子の他方の電極が前記駆動ＴＦＴのドレインに接続された有機ＥＬ表示装置の駆動方法であって、
（１）前記駆動ＴＦＴのゲートを前記第３の給電線に接続し、かつ前記駆動ＴＦＴのソースを前記信号線に接続して、前記駆動ＴＦＴのソースドレイン間に前記信号電流を流す工程、
（２）前記駆動ＴＦＴのゲートを前記第３の給電線から切り離して、前記信号電流を流す工程における前記容量の両端電圧を保持する工程、
（３）前記駆動ＴＦＴのソースを前記信号線から切り離す工程、ならびに
（４）前記駆動ＴＦＴのソースを前記第２の給電線に接続して、前記第１の給電線と第２の給電線の間に前記駆動ＴＦＴと前記有機ＥＬ素子とを通じた電流を流す工程
を有することを特徴とする。

また本発明の第２は、
有機ＥＬ素子と、駆動ＴＦＴと、該駆動ＴＦＴのゲートソース間に設けられた容量と、各々一定電位を供給する第１、第２および第３の給電線と、信号電流源が接続された信号線とを有し、前記有機ＥＬ素子の一方の電極が前記第１の給電線に接続され、前記有機ＥＬ素子の他方の電極が前記駆動ＴＦＴのドレインに接続された有機ＥＬ表示装置であって、
前記駆動ＴＦＴのゲートと前記第３の給電線との間に設けられた第１のスイッチと、前記駆動ＴＦＴのソースと前記信号線との間に設けられた第２のスイッチと、前記駆動ＴＦＴのソースと前記第２の給電線との間に設けられた第３のスイッチと、前記第１ないし第３のスイッチの開閉を制御する手段とをさらに有することを特徴とする。

本発明の駆動回路によれば、有機ＥＬ素子に流れる電流を制御する駆動ＴＦＴに画像信号を書込むに際して、そのゲートに外部から予め決められた電位を加える事により、信号電流源や画像表示時の電源電圧を低くしても、駆動ＴＦＴが飽和領域で動作できる様になった。また飽和特性が不完全なＴＦＴを用いても、画像表示期間に有機ＥＬを流れる電流をより精度良く書込める様になった。こうして少ない電力で動作し高精度の画像表示を実現した。また回路の構成が単純で各種のＴＦＴに対応できるため、製造が容易で大面積及び高精細の有機ＥＬ表示装置を実現に寄与する。

（電流プログラミング方式の回路動作）
本発明の実施態様を従来の駆動回路と比較するために、まず図３に示した従来の電流プログラミング回路とその動作を説明する。

図４には、図３に示した画素回路１００がマトリックス状に配置された表示装置の駆動回路の全体を示す。各画素回路１００の内部構造は図３に示したものであり、図４では詳細は省略されている。

各画素回路１００には、第１の給電線１０１と第２の給電線１０２が共通に接続されている。さらに同一列の画素回路１００には共通の信号線１０３に接続される。また同一行の画素回路１００には共通の走査線１１４が接続される。第１〜第３のスイッチ１０９〜１１１は走査線１１４に加えられた電位に応じて開閉が制御される。各列の信号線１０３には、個々に信号電流源１０４が接続される。

各信号電流源１０４には時系列信号として送られて来る画像信号１１２が同時に入力されるが、ある時点では水平シフトレジスタ１１３からの信号により選択された特定の列の信号電流源１０４のみに、その時点の画像信号１１２が取り込まれる。さらに水平シフトレジスタ１１３は各信号電流源１０４を順次選択し、全ての列の信号電流源１０４に画像信号が入力される。

各信号電流源１０４から固有の信号電流が対応する信号線１０３に出力される。信号線１０３には同一列の画素回路１００が共通に接続されているが、ある時点において、信号線１０３上の信号電流は垂直シフトレジスタ１１５から走査線１１４に出力された信号により選択された特定の行の画素回路１００のみに入力される。この間同一列のその他の行に属する画素回路１００は、信号線１０３から電気的に切り離されている。さらに垂直シフトレジスタ１１４により各画素回路１００が垂直方向に順次選択され、全ての行の画素回路１００に信号電流が入力される。

図５は、図３及び図４の回路の動作を説明するための、各スイッチの動作シーケンスを示すチャートである。５００と５０１は各々１フレーム期間を示す。毎秒３０フレームを表示する場合、１フレーム期間は３３ｍｓｅｃとなる。図５の期間５００では高輝度の表示、期間５０１では低輝度の表示を行うものとする。１つのフレーム期間は、信号書込み期間５０２と、画像表示期間５０３を含んでいる。

５０４〜５０６は第１〜３のスイッチの動作シーケンスを示す。ここで５０４〜５０６の高低はゲート電圧の高低を具体的に示すものではなく、単に高＝開（ｏｎ）と低＝閉（ｏｆｆ）の区別を示すものとする。

またこの時の駆動ＴＦＴのゲートソース間電圧及び駆動電流変化の様子を５０７及び５０８で示す。ここで、５０７の点線がソース電位、実線がゲート電位を示す。駆動ＴＦＴ１０７のチャンネル導電型をｐチャンネルとしたので、ゲート電位がソース電位より閾値電圧以上に低くなるとソースからドレインに向けて駆動電流５０８が流れる。

図６は図３の回路の動作点がどの様に決まるかを、（ａ）は最大輝度の表示、（ｂ）は低輝度の表示の場合について示したものである。横軸６００は電圧を示し、縦軸６０１は電流を示す。図６中には複数の電圧電流関係が記されており、電圧軸６００はソース電位と基準にしたドレイン電位を表す。ただしドレイン電位が負の方向に大きくなる方向を正の向きに取ってある。原点がソース電位で、右に行くにつれて電位が低くなると考えてもよい。電流は第１給電線に流れ込む方向を正とする。

以下、図６（ａ）の信号電流６０４が最大の場合について説明するが、図６（ｂ）も同じように説明される。
曲線６０２はゲートソース間電圧を一定にしたときの駆動ＴＦＴ１０７のドレイン電流を示す。ドレイン電位が負の方向に大きくなる、つまりソースドレイン間電圧が大きくなるにつれて、ドレイン電流も大きくなるが、ソースドレイン間電圧が一定の電圧６１３（これを飽和ドレイン電圧という）以上になるとドレイン電流はほぼ一定になる。図６では駆動ＴＦＴ１０７は、飽和ドレイン電圧以上でドレイン電流が完全に一定となる飽和特性を持つものと仮定している。

点線６０３は、駆動ＴＦＴ１０７のドレインとゲートが短絡された（ダイオード接続された）状態でのソースドレイン間電圧とドレイン電流の関係を示す。

ドレイン電流が一定になる飽和領域では、チャンネルのドレイン端でドレイン電位がチャンネル電位より低くなり、ＰＮ接合が逆バイアスになったいわゆるピンチオフ状態が生じている。飽和ドレイン電圧６１３は、ピンチオフ開始電圧、すなわちドレイン端のチャンネル電位とドレイン電位が等しくなるときのドレイン電圧である。ゲート電位はチャンネル電位に対して閾値電圧分だけ低いので、このドレイン電流特性６０２を与えるソースゲート間電圧は飽和ドレイン電圧６１３よりも閾値電圧分だけ大きい。したがって、ＴＦＴをダイオード接続したときのドレイン電圧は飽和ドレイン電圧６１２よりも閾値電圧だけ高くなる。これが第１の動作点６０５である。

図６の６１１は有機ＥＬ素子の２つの電極間の電圧と電流の関係をあらわしている。電流がゼロになるのは有機ＥＬ素子の両電極間電圧が０のときであるから、このときの横軸の位置すなわちソース電位を基準にしたドレイン電位は、第１給電線の電位に等しい。有機ＥＬ素子の両電極間電圧が大きくなるにつれて有機ＥＬを流れる電流が増すが、これはドレイン電位が第１給電線電位から高くなる方向に相当し、図６では、ドレイン電位が負の向きに動くにつれて有機ＥＬ素子電流が大きくなっている。

信号書込み期間５０２においては、図３の回路の第１のスイッチ１０９と第２のスイッチ１１０は閉じており、第３のスイッチ１１１は開いているので、駆動ＴＦＴ１０７の特性は点線６０３で表される。このとき、図６で水平のライン表される信号電流６０４が信号電流源から駆動ＴＦＴ１０７のソースに入り、ドレイン電流として流れるので、図６のダイオード接続時の特性曲線（点線６０３）と信号電流６０４の交点でドレイン電位が定まる。この点６０５を第１の動作点と呼ぶ。さらに駆動ＴＦＴ１０７と直列に接続された有機ＥＬ素子１０６にも同じ駆動電流が流れるため、このときの有機ＥＬ特性は曲線６０７に示されるように第１の動作点６０５を通る。また有機ＥＬ素子１０６の電極間電圧は６０８で表される。

駆動ＴＦＴ１０７のゲート電位は、第１の動作点６０５を通るドレイン電流特性曲線６０２のソースゲート間電圧によって定まる。このソースゲート間電圧は、ソースとゲートの間に設けられた容量１０８の電荷を定める。

また、信号書込み期間５０２における信号電流源１０４の出力端子から第１給電線までの電圧降下は、駆動ＴＦＴのソースドレイン間電圧６０６と、有機ＥＬ両端電圧６０８の和であるから、図６の矢印６０９で表される大きさになる。これはまた第１給電線電位に対する信号電流源１０４の出力端電圧である。

画像表示期間５０３においては、第１のスイッチ１０９と第２のスイッチ１１０が開き、第３のスイッチ１１１が閉じる。駆動ＴＦＴ１０７のソース電位は第２の給電線１０２の電位となる。第１スイッチが開くので、容量１０８は信号書き込み期間に定められた電荷を保持し、駆動ＴＦＴ１０７のソースゲート間電圧も保持される。

したがって、図６の曲線６０２で表される駆動ＴＦＴ１０７のドレイン電流特性は、信号書き込み期間５０２と画像表示期間５０３とで変化はなく、同じ曲線で表される。

駆動ＴＦＴ１０７のダイオード接続は解消されているので、ドレイン電圧はダイオード接続時の特性６０３によっては決まらない。その代わりに、ソース電位が第２給電線電位に固定されているために、有機ＥＬの電流電圧特性６１１の電流ゼロの位置が、第１給電線と第２給電線間の電圧（図６の矢印６１０の大きさ）で決まっており、動作点は、この固定された有機ＥＬ素子の特性６１１と、駆動ＴＦＴのドレイン電流特性６０２との交点（以下、第２の動作点６１２という）で定まる。

駆動ＴＦＴ１０７が完全な飽和特性を持つ場合は、第１と第２の給電線の間の電圧（以下電源電圧という）を信号源電圧６０９以上に設定しておけば、動作点が６０５から６１２に移動しても駆動電流は変化しない。

以上、図６（ａ）の信号電流６０４が最大の場合について説明した。信号電流を低くして図６（ｂ）のレベルにしても、その基本的な動作は（ａ）と同様である。

図６（ｂ）において図中の番号は基本的に（ａ）と一致させ、（ａ）と値や形状が異なる場合は番号にダッシュ記号を付した。（ｂ）では信号電流６０４’が小さく、第１の動作点６０５‘が低電位側に、第２の動作点６１１’が高電位側にあるので、動作点の移動６０５’→６１２’が（ａ）より大きいが、飽和特性領域内なので駆動電流に変化はない。

以上の説明においては、駆動ＴＦＴが図６のような完全な飽和特性を持つと仮定した。

今後表示装置の大面積化に伴って、アモルファスシリコン、ＺｎＯや特許文献２に開示のあるＩｎＧａＺｎＯ等の金属酸化物、ポリチオフェンやペンタセン等の有機半導体等、大面積でも製造の容易な半導体の使用が増えると考えられる。これらの半導体によるＴＦＴでは飽和特性が不完全な場合が少なくない。また従来から広く使用されているポリシリコンのＴＦＴでも、高精細化に伴ってチャネル長を短くすると飽和特性が不完全になり易い。

駆動ＴＦＴ１０７の飽和特性が不完全な場合を図７を用いて説明する。図６と同様に、図７（ａ）は最高輝度の表示、（ｂ）は低輝度の表示の場合を示す。飽和特性が不完全なので、ドレインソース間電圧を高くして飽和電圧以上にしてもドレイン電流７０２、７０２’は一定にはならず、第１動作点７０５と第２動作点７１２では電流が異なる。これは、プログラミング時の電流と表示のときの電流が異なることを意味するから、正確な表示ができなくなる。図７（ｂ）の場合は、動作点の移動が７０５’から７１２’と大きくなるので特に顕著である。

一般にＴＦＴに有意のドレイン電流（Ｉｄｓ）を流すには、ゲートソース間電圧（Ｖｇｓ）を駆動ＴＦＴの閾値電圧（Ｖｔｈ）以上とする必要がある。Ｖｔｈは低温ポリシリコンＴＦＴの場合、１〜３Ｖ程度である事が多い。図８はＶｇｓを一定（但しＶｇｓ＞Ｖｔｈ）とする条件での、飽和特性が完全なＴＦＴのＩｄｓのドレインソース間電圧（Ｖｄｓ）依存性を示したものである。

非飽和領域８１５（Ｖｄｓ≦Ｖｇｓ−Ｖｔｈ）では、ＩｄｓはＶｄｓに対し、一般に
Ｉｄｓ＝ｋ｛２（Ｖｇｓ−Ｖｔｈ）−Ｖｄｓ｝・Ｖｄｓ・・・（式１）
に従って増加する事が知られている。ここでｋはＴＦＴの構造や使用される半導体の特性で決まる定数である。式１は、飽和ドレイン電圧８１３（＝Ｖｇｓ−Ｖｔｈ）で極大を持つ二次曲線であり、Ｉｄｓの極大値（飽和ドレイン電流）は
Ｉｄｓ＝ｋ（Ｖｇｓ−Ｖｔｈ）^２・・・（式２）
となる。また８１７はＶｇｓを変化させた時の飽和ドレイン電圧８１３の軌跡を示す。飽和ドレイン電圧は高輝度の表示を行う条件下では５〜１０Ｖ程度である。飽和領域８１６（Ｖｄｓ＞Ｖｇｓ−Ｖｔｈ）ではＩｄｓは式２で与えられる一定値となり、Ｖｇｓには依存するがＶｄｓに依存しなくなる。

従って画像表示期間のＩｄｓを所定の信号電流６０４に一致させるには、動作点が飽和領域８１６に来る様に設定すれば良い。そのために必要な最小のＶｄｓは、飽和ドレイン電圧８１３の定義によりＶｇｓよりＶｔｈだけ低くて良い。ところがダイオード接続した場合、第１のスイッチ１０９が閉じられＶｄｓ＝Ｖｇｓとなるので、Ｖｄｓとしては飽和ドレイン電圧８１３よりＶｔｈだけ大きい８０５（第１の動作点）を加えざるを得ない。従ってダイオード接続した駆動ＴＦＴの電圧電流特性は、飽和ドレイン電圧の軌跡８１７をＶｔｈだけ高電圧側にシフトした曲線８０３となる。逆にダイオード接続のままＶｄｓを飽和ドレイン電圧８１３まで下げると、Ｖｇｓも低下しＩｄｓが信号電流８１４より小さくなるので信号が正確に書込めない。

（改善された駆動回路の動作）
もしＶｇｓがＶｄｓと独立に設定できれば、Ｖｇｓを保ったままＶｄｓを飽和ドレイン電圧８１３まで下げる事ができる。図６において信号電流源１０４が信号電流６０４を流すためには、信号電流源１０４は信号電流が流れた時の（駆動ＴＦＴのＶｄｓ６０６＋有機ＥＬ素子１０６の電極間の電圧降下６０８）に等しい電圧を出力する必要があるが、Ｖｄｓを下げられれば信号電流源１０４に求められる最大出力電圧を低くできる。

以上の考え方にもとづく本発明の実施に好適な回路を図１に示す。この回路と図３の回路との違いは、駆動ＴＦＴ１０７のゲートにドレインとは独立な電位を供給するために第３の給電線１０５を設けた点である。また第１のスイッチ１０９は駆動ＴＦＴ１０７のゲートと第３の給電線１０５との間に設ける。さらに図１の回路は図５に示したシーケンスに従って動作させるものとする。図１の駆動ＴＦＴ１０７はｐチャンネルとして描いてあるが、以下で説明する実施例２（図１２）で示される様に本発明の趣旨は駆動ＴＦＴがｎチャンネルであっても同様に達成できる。

また図１の駆動回路に対応する全体図を図２に示す。図２は図４の全体図と比べ第３の給電線１０５が設けられている点が異なる。また図２において走査線１１４は各々の行に対して１種類だけが描かれているが、場合により各々の行に対して複数種の走査線が設けられ、同一行に属する画素回路がそれぞれ複数種の走査線に接続される場合もある。具体例は実施例３（図１３）や、実施例４（図１５）において詳述する。

図９は図１の回路の動作を、（ａ）高輝度表示、（ｂ）低輝度表示の場合について示す。まず（ａ）の場合に即して説明を行う。図１の回路でも信号書込み期間５０２において、第１のスイッチ１０９と第２のスイッチ１１０は閉じており、第３のスイッチ１１１は開いている。駆動ＴＦＴ１０７のゲートには第３の給電線１０５の電位が加えられるので、これと信号電流源１０４が出力する電圧との差がＶｇｓになる。飽和領域ではＴＦＴのＩｄｓはＶｇｓで決まるので、信号電流源１０４はＩｄｓが信号電流９０４と等しくなる様な電圧を出力する。またこの時のＶｇｓは電圧保持手段１０８に書込まれる。書込まれた電位は、第１のスイッチ１０９を開いた後は、第１〜第３の給電線の電位が変動したり、表示装置内の配線抵抗等により画素回路近傍で電位降下を起こしたりしても影響を受けない。

有機ＥＬ素子１０６の電極間には信号電流９０４に応じた電圧降下９０８が生じる。最大輝度の表示を行う場合、電圧降下９０８は典型的には３〜５Ｖ程度である。従って（信号電流源１０４の出力電圧９０９−有機ＥＬ素子の電圧降下９０８）が駆動ＴＦＴ１０７のＶｄｓとなる。但し飽和領域での動作を確保するにはＶｄｓを飽和ドレイン電圧９１３より大きくする必要があり、図９ではＶｄｓを飽和ドレイン電圧９１３に一致させた場合を示している。これを本発明の典型的な第１の動作点９０５とする。図１の回路では図３の回路と異なりＶｄｓはＶｇｓと独立なので、第３の給電線１０５の電位によりＶｇｓを調整できる。図９の状態を実現するには、第３の給電線の電位を、第１の給電線１０１の電位から、（有機ＥＬ素子の電圧降下−駆動ＴＦＴの閾値電圧）だけ第２の給電線の電位に近い値とする。

また信号電流９０４が大きいほど対応する飽和ドレイン電圧は大きくなるので、想定しておくべき最大の飽和ドレイン電圧は想定すべき最大の信号電流に対応した値である。図９（ａ）の９０４を想定すべき最大の信号電流とすると、（駆動ＴＦＴ飽和ドレイン電圧＋有機ＥＬ素子での電圧降下）である９０９が信号電流源１０４の出力端電圧として想定すべき最大値となる。この値は図３に示す従来の電流プログラミング回路の第１の動作点６０５より駆動ＴＦＴ１０７の閾値電圧Ｖｔｈだけ低いので、本発明により、信号電流源１０４の出力端の最大電圧を従来より駆動ＴＦＴの閾値電圧Ｖｔｈだけ低くできる。

例えば駆動ＴＦＴの飽和ドレイン電圧＝６Ｖ、閾値電圧＝２Ｖ、有機ＥＬ素子での電圧降下＝４Ｖの場合、従来なら信号電流源は最大１２Ｖを出力する必要があったが、本発明の典型例では１０Ｖで良い事になる。但し第１の動作点は、飽和ドレイン電圧９０５と図６での第１の動作点６０５の間に設定しても改善効果があり、有機ＥＬ素子の特性変動を吸収する等の目的からこの中の適当な点に設定しても良い。即ち出力端電圧の最大値を、最大の信号電流が流れた場合の（駆動ＴＦＴ飽和ドレイン電圧＋有機ＥＬ素子での電圧降下）以上かつ（駆動ＴＦＴ飽和ドレイン電圧＋有機ＥＬ素子での電圧降下＋閾値電圧）未満とすれば良い。これに対応して、第３の給電線の電位は、最大の信号電流が流れた場合の（有機ＥＬ素子での電圧降下−駆動ＴＦＴの閾値電圧）以上かつ（有機ＥＬ素子の電圧降下）未満とすれば良い。

また画像表示時に電源電圧９１０を９０９と一致させると、画像表示時の消費電力を低減できる。またこうすると最大輝度表示の場合（ａ）には画像表示期間の第２の動作点９１２が９０５と一致し動作点の移動が起こらなくなる。低輝度表示の場合（ｂ）は９０５’から９１２’への動作点の移動が残るが、移動量は図６（ｂ）に示す従来の６０５’から６１２’への移動より小さくなる。従って図１０に示す様に駆動ＴＦＴの飽和特性が不完全な場合でも、最高輝度の表示（ａ）では動作点は１００５と１０１２が一致し移動が起こらず駆動電流は信号電流１００４に一致する。低輝度の表示（ｂ）でも１００５’から１０１２’への動作点の移動は、従来の電流プログラミング方式の図７の７０５’から７１２’への移動より少なく、駆動電流の誤差が減少し、飽和特性が不完全な駆動ＴＦＴを用いた場合の画像表示の精度が改善される。

このように、プログラミング時のゲート電圧を信号電流によらず固定電位とし、その状態でゲートを固定電圧電源から切離すことにより、プログラミング時のゲートソース間電圧を保持する。表示に際しては、ソース端子を信号電流源から第２給電線の固定電源電圧に切替えることにより、ゲートソース間電圧に応じた電流がソースからドレイン端子に流れ、有機ＥＬ素子を駆動することができる。この方法によれば、第２給電線の固定電位は、信号電流が変化する範囲での最大信号電流にたいして、そのときのＴＦＴの飽和ドレイン電圧に有機ＥＬの両端電圧を加えた電圧として設定できる。この電源電圧は、電流プログラミング時にＴＦＴをダイオード接続する従来の駆動方法に比べて閾値電圧の値だけ低くなり、その結果消費電力が低減される。

本発明の回路を低温ポリシリコンのＣＭＯＳで実現した例を図１１に示す。駆動回路を基板側に設け有機ＥＬ素子１０６をその上に積層するタイプの表示装置の場合、駆動ＴＦＴ１０７のドレインを画素電極として有機ＥＬ素子１０６のアノードとコンタクトさせ、第１の給電線１０１としては最表面に金属や透明導電膜等を全面に形成すれば良く製造が容易である。またこの順序で形成した場合には有機ＥＬ素子１０６が良好なキャリア注入特性を示す事が知られており有機ＥＬ素子での電圧降下が下がるので、さらに信号電流源の最大出力電圧や電源電圧を低くできる。

駆動ＴＦＴはｐチャンネルのＴＦＴ、第１のスイッチ１０９と第２のスイッチ１１０としてはｐチャンネルのＴＦＴ、第３のスイッチ１１１としてはｎチャンネルのＴＦＴを使用する。また各ＴＦＴのゲートは共通の走査線１１４に接続する。走査線１１４に垂直シフトレジスタ１１５から低レベルの信号を加えると第１のスイッチ１０９と第２のスイッチ１１０は閉じ、第３のスイッチ１１１は開く。また高レベルの信号を加えると全てのスイッチの動作が反転するので、一本の走査線１１４だけで図５に示したシーケンスが実現できる。

低温ポリシリコンのＣＭＯＳで本発明の回路を実現した別の例を図１２に示す。ここでは駆動ＴＦＴ１０７のドレインを画素電極として有機ＥＬ素子１０６のカソードとコンタクトさせ、第１の給電線１０１としては最表面に金属や透明導電膜等を全面に形成すれば良く製造が容易である。

駆動ＴＦＴ、第１のスイッチ１０９と第２のスイッチ１１０としてはｎチャンネルのＴＦＴ、第３のスイッチ１１１としてはｐチャンネルのＴＦＴを使用する。また各ＴＦＴのゲートは共通の走査線１１４に接続する。走査線１１４に垂直シフトレジスタ１１５より高レベルの信号を加えると第１のスイッチ１０９と第２のスイッチ１１０は閉じ、第３のスイッチ１１１は開く。また低レベルの信号を加えると全てのスイッチの動作が反転するので、一本の走査線１１４だけで図５に示したシーケンスが実現できる。

実施例１及び２の回路は、ＵＳＰ６，２２９，５０６に開示されている様な従来の電流プログラミング方式の回路に比べ、第３の給電線１０５が増えているものの、ＴＦＴ等の回路要素の個数は全く増えておらず製造は容易であり、実用的な回路と言える。

図１の回路において、電圧保持手段１０８としてはキャパシタンスが広く使用される。図５のシーケンスにおいて、信号書込み期間５０２中には、第１のスイッチ１０９が閉じているので、電圧保持手段１０８に電流が流れ込み、駆動ＴＦＴのドレインソース間に信号電流を適正に流すためのゲートソース間電圧が書込まれる。書込まれた電位は画像表示期間５０３確実に保持されている必要がある。

画像表示期間５０３には第１のスイッチ１０９が開くため書込まれた電位は通常変化しないが、第１のスイッチ１０９が開く前に第３スイッチ１１１が閉じ駆動ＴＦＴ１０７のソースが第２の給電線１０２に接続されると、その間電圧保持手段１０８に電流が流れ込み、正しく書込まれた電位が変動する恐れがある。第１のスイッチ１０９と第３のスイッチ１１１とでは、図１１に示す様にチャンネルの導電型等仕様が異なる場合が多く状態遷移に要する期間が異なる。また第２の給電線１０２と第３の給電線１０５とは配線容量が異なるため、スイッチの切り替えが理想的に行われない場合も想定される。

この様な恐れを完全に排除し、信号書込み期間５０２から画像表示期間５０３への切り換えを、確実に行うための回路の例を図１３に示す。図１３は図１１の回路を基本としておりＴＦＴ等の回路要素は図１１と同じであるが、第１のスイッチ１０９の走査線１１７を、第２のスイッチ１１０や第３のスイッチ１１１の走査線１１６と独立させている。このため、図１４の様に信号書込み期間５０２から画像表示期間５０３への切り換え第１のスイッチ１０９の切り換え５０４’を、第２のスイッチ１１０の切り換え５０５や第３のスイッチ１１１の切り換え５０６より、有意の期間△ｔだけ先行出来る。これにより電圧保持手段１０８に誤った電流が流れ込むのを防止し、画像表示期間５０３に正しい駆動電流が流れる事を保証する。

図１１〜１３に示した回路の様にＣＭＯＳを利用すれば、一本の走査線からの信号によって複数のスイッチを逆の位相で駆動できるメリットがある反面、ポリシリコンの場合には製造プロセスが複雑化する。さらにアモルファルシリコン、ＺｎＯやＩｎＧａＺｎＯ等の金属酸化物半導体の様にｎチャンネルのＴＦＴしか良好な特性が得られない場合や、有機半導体の様にｐチャンネルのＴＦＴしか良好な特性が得られない場合には対応できない。

図１５には、駆動ＴＦＴ１０７や第１のスイッチ１０９〜第３のスイッチ１１１を全てｐチャンネルのＴＦＴで構成した例を示す。ここでは第１のスイッチ１０９と第２のスイッチ１１０のゲートは第１の走査線１１８に接続される。一方第３のスイッチ１１１のゲートは別に第２の走査線１１９に接続される。従って走査線１１８と走査線１１９に逆位相の信号を加える事によって、図５に示したシーケンスを実現できる。

さらに図１６に示した様に、第１の走査線１１８の信号を、第２の走査線１１９の切り換えより有意の時間△ｔだけ先立って切り換える事により、図１３に示した実施例３の回路と同様に電圧保持手段１０８に書込まれた信号を正確に保持する効果が得られる。

本発明の有機ＥＬ表示装置の駆動回路を、画素回路を中心に説明する図。本発明の有機ＥＬ表示装置の駆動回路を、全体的に説明する図。従来の有機ＥＬ表示装置の駆動回路を、画素回路を中心に説明する図。従来の有機ＥＬ表示装置の駆動回路を、全体的に説明する図。本発明及び従来の有機ＥＬ表示装置の駆動回路における駆動シーケンスを説明する図。完全な飽和特性を持つ駆動ＴＦＴを使用した従来の有機ＥＬ表示装置における駆動回路の動作を説明する図。不完全な飽和特性を持つ駆動ＴＦＴを使用した従来の有機ＥＬ表示装置における駆動回路の動作を説明する図。ダイオード接続での動作点を説明する図。完全な飽和特性を持つＴＦＴを使用した本発明の有機ＥＬ表示装置における駆動回路の動作を説明する図。不完全な飽和特性を持つＴＦＴを使用した本発明の有機ＥＬ表示装置における駆動回路の動作を説明する図。本発明の第１の実施例における有機ＥＬ表示装置の駆動回路。本発明の第２の実施例における有機ＥＬ表示装置の駆動回路。本発明の第３の実施例における有機ＥＬ表示装置の駆動回路。本発明の第３の実施例における有機ＥＬ表示装置の駆動タイミングチャート。本発明の第４の実施例における有機ＥＬ表示装置の駆動回路。本発明の第４の実施例における有機ＥＬ表示装置の駆動タイミングチャート。

符号の説明

１００画素回路
１０１、１０２、１０５給電線
１０３信号線
１０４信号電流源
１０６有機ＥＬ素子
１０７駆動ＴＦＴ
１０８電圧保持手段
１０９、１１０，１１１スイッチ
１１４走査線

Claims

有機ＥＬ素子と、ｐチャンネル型の駆動ＴＦＴと、該駆動ＴＦＴのゲートソース間に設けられた容量と、各々一定電位を供給する第１、第２および第３の給電線と、信号電流源が接続された信号線とを有し、前記有機ＥＬ素子の一方の電極が前記第１の給電線に接続され、前記有機ＥＬ素子の他方の電極が前記駆動ＴＦＴのドレインに接続された有機ＥＬ表示装置の駆動方法であって、
（１）前記駆動ＴＦＴのゲートを前記第３の給電線に接続し、かつ前記駆動ＴＦＴのソースを前記信号線に接続して、前記駆動ＴＦＴのソースドレイン間に信号電流を流す工程、
（２）前記駆動ＴＦＴのゲートを前記第３の給電線から切り離して、前記信号電流を流す工程における前記容量の両端電圧を保持する工程、
（３）前記駆動ＴＦＴのソースを前記信号線から切り離す工程、ならびに
（４）前記駆動ＴＦＴのソースを前記第２の給電線に接続して、前記第１の給電線と第２の給電線の間に前記駆動ＴＦＴと前記有機ＥＬ素子とを通じた電流を流す工程
を有し、
前記第１と第３の給電線間の電圧を、前記信号電流源が前記有機ＥＬ表示装置の輝度を最大にする信号電流を前記信号線に供給したときの、（前記有機ＥＬ素子の両電極間の電圧＋前記駆動ＴＦＴの閾値電圧））以上（前記有機ＥＬ素子の両電極間の電圧）未満とする有機ＥＬ表示装置の駆動方法。
前記第１と第２の給電線間の電圧を、前記信号電流源が前記有機ＥＬ表示装置の輝度を最大にする信号電流を前記信号線に供給したときの、（前記（１）の工程における前記駆動ＴＦＴのソースドレイン間電圧＋同工程における前記有機ＥＬ素子の両電極間の電圧）以上であって、かつ、（前記（１）の工程における前記駆動ＴＦＴのソースドレイン間電圧＋同工程における前記有機ＥＬ素子の両電極間の電圧＋前記駆動ＴＦＴの閾値電圧）未満とする請求項１に記載の有機ＥＬ表示装置の駆動方法。
前記信号電流源が前記有機ＥＬ表示装置の輝度を最大にする信号電流を前記信号線に供給したときの、前記（１）の工程における前記信号線の電位を、前記第２の給電線の電位と等しくする請求項２に記載の有機ＥＬ表示装置の駆動方法。