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JP5262930B2 - 表示素子の駆動方法、及び、表示装置の駆動方法 - Google Patents

表示素子の駆動方法、及び、表示装置の駆動方法 Download PDF

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Description

本発明は、表示素子の駆動方法、及び、表示装置の駆動方法に関する。
電流駆動型の発光部を備えた表示素子、及び、係る表示素子を備えた表示装置が周知である。例えば、有機材料のエレクトロルミネッセンス(Electroluminescence:以下、ELと略称する場合がある)を利用した有機エレクトロルミネッセンス発光部を備えた表示素子(以下、単に、有機EL表示素子と略称する場合がある)は、低電圧直流駆動による高輝度発光が可能な表示素子として注目されている。
液晶表示装置と同様に、例えば、有機EL表示素子を備えた表示装置(以下、単に、有機EL表示装置と略称する場合がある)においても、駆動方式として、単純マトリクス方式、及び、アクティブマトリクス方式が周知である。アクティブマトリクス方式は、構造が複雑になるといった欠点はあるが、画像の輝度を高いものとすることができる等の利点を有する。アクティブマトリクス方式により駆動される有機EL表示素子にあっては、発光層を含む有機層等から構成された発光部に加えて、発光部を駆動するための駆動回路を備えている。
有機エレクトロルミネッセンス発光部(以下、単に、発光部と略称する場合がある)を駆動するための回路として、2つのトランジスタと1つの容量部から構成された駆動回路(2Tr/1C駆動回路と呼ぶ)が、例えば、特開2007−310311号公報(特許文献1)から周知である。この2Tr/1C駆動回路は、図2に示すように、書込みトランジスタTRW、駆動トランジスタTRDの2つのトランジスタから構成され、更には、1つの容量部C1から構成されている。ここで、駆動トランジスタTRDの他方のソース/ドレイン領域は第2ノードND2を構成し、駆動トランジスタTRDのゲート電極は第1ノードND1を構成する。
発光部ELPのカソード電極は、共通の第2給電線PS2に接続されている。第2給電線PS2には、電圧VCat(例えば、0ボルト)が印加されている。
そして、図6にタイミングチャートを示すように、[期間−TP(2)1A]において、閾値電圧キャンセル処理を行うための前処理が実行される。即ち、走査線SCLからの走査信号によりオン状態とされた書込みトランジスタTRWを介して、データ線DTLから第1ノード初期化電圧VOfs(例えば、0ボルト)を第1ノードND1に印加する。これにより、第1ノードND1の電位は、VOfsとなる。また、駆動トランジスタTRDを介して、電源部100から第2ノード初期化電圧VCC-L(例えば、−10ボルト)を第2ノードND2に印加する。これにより、第2ノードND2の電位は、VCC-Lとなる。駆動トランジスタTRDの閾値電圧を電圧Vth(例えば、3ボルト)と表す。駆動トランジスタTRDのゲート電極と他方のソース/ドレイン領域(以下、便宜上、ソース領域と呼ぶ場合がある)との間の電位差はVth以上であり、駆動トランジスタTRDはオン状態である。
次いで、[期間−TP(2)1B]〜[期間−TP(2)5]に亙って、閾値電圧キャンセル処理を行う。具体的には、[期間−TP(2)1B]において第1回目の閾値電圧キャンセル処理を行う。[期間−TP(2)3]において第2回目の閾値電圧キャンセル処理を行い、[期間−TP(2)5]において第3回目の閾値電圧キャンセル処理を行う。
[期間−TP(2)1B]において、書込みトランジスタTRWのオン状態を維持したまま、電源部100の電圧を第2ノード初期化電圧VCC-Lから駆動電圧VCC-H(例えば、20ボルト)に切り替える。その結果、第1ノードND1の電位から駆動トランジスタTRDの閾値電圧Vthを減じた電位に向かって、第2ノードND2の電位は変化する。即ち、第2ノードND2の電位は上昇する。
この[期間−TP(2)1B]が充分長ければ、駆動トランジスタTRDのゲート電極と他方のソース/ドレイン領域との間の電位差がVthに達し、駆動トランジスタTRDはオフ状態となる。即ち、第2ノードND2の電位が(VOfs−Vth)に近づき、最終的に(VOfs−Vth)となる。しかしながら、図6に示す例では、[期間−TP(2)1B]の長さは、第2ノードND2の電位を充分変化させるには足りない長さであり、[期間−TP(2)1B]の終期において、第2ノードND2の電位は、VCC-L<V1<(VOfs−Vth)という関係を満たす或る電位V1に達する。
[期間−TP(2)2]の始期において、データ線DTLの電圧が第1ノード初期化電圧VOfsから映像信号VSig_m-2に切り替わる。第1ノードND1に映像信号VSig_m-2が印加されないように、この[期間−TP(2)2]の始期において、走査線SCLからの信号により書込みトランジスタTRWをオフ状態とする。その結果、第1ノードND1は浮遊状態となる。
電源部100から駆動トランジスタTRDの一方のソース/ドレイン領域に駆動電圧VCC-Hが印加されているので、第2ノードND2の電位は、電位V1から或る電位V2に上昇する。一方、駆動トランジスタTRDのゲート電極は浮遊状態であり、容量部C1が存在するが故に、ブートストラップ動作が駆動トランジスタTRDのゲート電極に生ずる。従って、第1ノードND1の電位は、第2ノードND2の電位変化に倣って上昇する。
[期間−TP(2)3]の始期において、データ線DTLの電圧が映像信号VSig_m-2から第1ノード初期化電圧VOfsに切り替わる。この[期間−TP(2)3]の始期において、走査線SCLからの信号により書込みトランジスタTRWをオン状態とする。その結果、第1ノードND1の電位はVOfsとなる。また、電源部100から駆動トランジスタTRDの一方のソース/ドレイン領域に駆動電圧VCC-Hが印加されている。その結果、第1ノードND1の電位から駆動トランジスタTRDの閾値電圧Vthを減じた電位に向かって、第2ノードND2の電位は変化する。即ち、第2ノードND2の電位は、電位V2から或る電位V3に上昇する。
[期間−TP(2)4]の始期において、データ線DTLの電圧が第1ノード初期化電圧VOfsから映像信号VSig_m-1に切り替わる。第1ノードND1に映像信号VSig_m-1が印加されないように、この[期間−TP(2)4]の始期において、走査線SCLからの信号により書込みトランジスタTRWをオフ状態とする。その結果、第1ノードND1は浮遊状態となる。
電源部100から駆動トランジスタTRDの一方のソース/ドレイン領域に駆動電圧VCC-Hが印加されているので、第2ノードND2の電位は、電位V3から或る電位V4に上昇する。一方、駆動トランジスタTRDのゲート電極は浮遊状態であり、容量部C1が存在するが故に、ブートストラップ動作が駆動トランジスタTRDのゲート電極に生ずる。従って、第1ノードND1の電位は、第2ノードND2の電位変化に倣って上昇する。
[期間−TP(2)5]における動作の前提として、[期間−TP(2)5]の始期において、第2ノードND2の電位V4が(VOfs−Vth)よりも低いことが必要となる。[期間−TP(2)1B]の始期から[期間−TP(2)5]の始期までの長さは、V4<(VOfs-L−Vth)の条件を満たすように決定されている。
[期間−TP(2)5]の動作は、基本的には[期間−TP(2)3]で説明したと同様である。この[期間−TP(2)5]の始期において、データ線DTLの電圧が映像信号VSig_m-1から第1ノード初期化電圧VOfsに切り替わる。この[期間−TP(2)5]の始期において、走査線SCLからの信号により書込みトランジスタTRWをオン状態とする。
第1ノードND1は、書込みトランジスタTRWを介してデータ線DTLから第1ノード初期化電圧VOfsを印加した状態となる。また、電源部100から駆動トランジスタTRDの一方のソース/ドレイン領域に駆動電圧VCC-Hが印加されている。[期間−TP(2)3]において説明したと同様に、第2ノードND2の電位は、第1ノードND1の電位から駆動トランジスタTRDの閾値電圧Vthを減じた電位に向かって変化する。そして、駆動トランジスタTRDのゲート電極と他方のソース/ドレイン領域との間の電位差がVthに達すると、駆動トランジスタTRDがオフ状態となる。この状態にあっては、第2ノードND2の電位は、概ね(VOfs−Vth)である。
その後、[期間−TP(2)6A]において、書込みトランジスタTRWをオフ状態とする。そして、データ線DTLの電圧を映像信号に相当する電圧[発光部ELPにおける輝度を制御するための映像信号(駆動信号、輝度信号)VSig_m]とする。
次いで、[期間−TP(2)6B]において、書込み処理を行う。具体的には、走査線SCLをハイレベルとすることによって書込みトランジスタTRWをオン状態とする。その結果、第1ノードND1の電位は、映像信号VSig_mへと上昇する。
ここで、容量部C1の値を値c1とし、発光部ELPの容量CELの値を値cELとする。そして、駆動トランジスタTRDのゲート電極と他方のソース/ドレイン領域との間の寄生容量の値をcgsとする。第1ノードND1と第2ノードND2との間の容量値を符号cAで表せば、cA=c1+cgsである。また、第2ノードND2と第2給電線PS2との間の容量値を符号cBと表せば、cB=cELである。
駆動トランジスタTRDのゲート電極の電位がVOfsからVSig_m(>VOfs)に変化したとき、第1ノードND1と第2ノードND2との間の電位は変化する。即ち、駆動トランジスタTRDのゲート電極の電位(=第1ノードND1の電位)の変化分(VSig_m−VOfs)に基づく電荷が、第1ノードND1と第2ノードND2との間の容量値と、第2ノードND2と第2給電線PS2との間の容量値に応じて、振り分けられる。然るに、値cb(=cEL)が、値cA(=c1+cgs)と比較して充分に大きな値であれば、第2ノードND2の電位の変化は小さい。そして、一般に、発光部ELPの容量CELの値cELは、容量部C1の値c1及び駆動トランジスタTRDの寄生容量の値cgsよりも大きい。便宜のため、以下、第1ノードND1の電位変化により生ずる第2ノードND2の電位変化は考慮せずに説明を行う。
上述した動作にあっては、駆動トランジスタTRDの一方のソース/ドレイン領域に電源部100から駆動電圧VCC-Hが印加された状態で、駆動トランジスタTRDのゲート電極に映像信号VSig_mが印加される。このため、図6に示すように、[期間−TP(2)6B]において第2ノードND2の電位が上昇する。この電位の上昇量ΔV(電位補正値)については後述する。駆動トランジスタTRDのゲート電極(第1ノードND1)の電位をVgとし、他方のソース/ドレイン領域(第2ノードND2)の電位をVsとしたとき、上述した第2ノードND2の電位の上昇量ΔVを考慮しなければ、Vgの値、Vsの値は以下のとおりとなる。第1ノードND1と第2ノードND2の電位差、即ち、駆動トランジスタTRDのゲート電極と、ソース領域として働く他方のソース/ドレイン領域との間の電位差Vgsは、以下の式(A)で表すことができる。
g =VSig_m
s ≒VOfs−Vth
gs≒VSig_m−(VOfs−Vth) (A)
即ち、駆動トランジスタTRDに対する書込み処理において得られたVgsは、発光部ELPにおける輝度を制御するための映像信号VSig_m、駆動トランジスタTRDの閾値電圧Vth、及び、駆動トランジスタTRDのゲート電極の電位を初期化するための電圧VOfsのみに依存している。そして、発光部ELPの閾値電圧Vth-ELとは無関係である。
次いで、移動度補正処理について簡単に説明する。上述した動作にあっては、書込み処理において、駆動トランジスタTRDの特性(例えば、移動度μの大小等)に応じて駆動トランジスタTRDの他方のソース/ドレイン領域の電位(即ち、第2ノードND2の電位)を変化させる移動度補正処理が併せて行われる。
上述したように、駆動トランジスタTRDの一方のソース/ドレイン領域に電源部100から駆動電圧VCC-Hが印加された状態で、駆動トランジスタTRDのゲート電極に映像信号VSig_mが印加される。ここで、図6に示すように、[期間−TP(2)6B]において第2ノードND2の電位が上昇する。その結果、駆動トランジスタTRDの移動度μの値が大きい場合、駆動トランジスタTRDのソース領域における電位の上昇量ΔV(電位補正値)は大きくなり、駆動トランジスタTRDの移動度μの値が小さい場合、駆動トランジスタTRDのソース領域における電位の上昇量ΔV(電位補正値)は小さくなる。駆動トランジスタTRDのゲート電極とソース領域との間の電位差Vgsは、式(A)から以下の式(B)のように変形される。
gs≒VSig_m−(VOfs−Vth)−ΔV (B)
以上の操作によって、閾値電圧キャンセル処理、書込み処理、移動度補正処理が完了する。そして、その後の[期間−TP(2)6C]の始期において、走査線SCLからの走査信号により書込みトランジスタTRWをオフ状態とすることにより第1ノードND1を浮遊状態とする。駆動トランジスタTRDの一方のソース/ドレイン領域(以下、便宜上、ドレイン領域と呼ぶ場合がある)には、電源部100から駆動電圧VCC-Hが印加された状態にある。以上の結果として、第2ノードND2の電位が上昇し、所謂ブートストラップ回路におけると同様の現象が駆動トランジスタTRDのゲート電極に生じ、第1ノードND1の電位も上昇する。駆動トランジスタTRDのゲート電極とソース領域との間の電位差Vgsは、式(B)の値を保持する。また、発光部ELPを流れる電流は、駆動トランジスタTRDのドレイン領域からソース領域へと流れるドレイン電流Idsである。駆動トランジスタTRDが飽和領域において理想的に動作するとすれば、ドレイン電流Idsは、以下の式(C)で表すことができる。発光部ELPはドレイン電流Idsの値に応じた輝度で発光する。尚、係数kについては後述する。
ds=k・μ・(Vgs−Vth2
=k・μ・(VSig_m−VOfs−ΔV)2 (C)
上述の式(C)より、ドレイン電流Idsは移動度μに比例する。一方、移動度μの大きな駆動トランジスタTRDほど、電位補正値ΔVが大きくなり、式(C)における(VSig_m−VOfs−ΔV)2の値が小さくなる。これにより、駆動トランジスタの移動度μのばらつきに起因するドレイン電流Idsのばらつきを補正することができる。
以上に概要を説明した2Tr/1C駆動回路の動作についても、後に詳しく説明する。
特開2007−310311号公報
上述したように[期間−TP(2)6A]と[期間−TP(2)6B]とで、第1ノードND1の電位変化は、(VSig_m−VOfs)である。上述の説明においては、第1ノードND1の電位変化により生ずる第2ノードND2の電位変化を考慮しなかった。実際には、第2ノードND2には、概ね(VSig_m−VOfs)・cA/(cA+cB)で与えられる電位変化が生じ、第1ノードND1と第2ノードND2との間の電位差が減少する。結局、上述の式(C)は以下のように変形される。
ds=k・μ・(α・(VSig_m−VOfs)−ΔV)2 (C’)
但し、α=1−cA/(cA+cB
表示素子の仕様にもよるが、cA/(cA+cB)の値は0.1乃至0.4程度の値を取り得る。従って、[期間−TP(2)6C]以降において発光部ELPに流れる電流が減少するので、発光部ELPの輝度も低下する。この輝度低下を補填するように、予め映像信号VSigの振幅を大きく設定するといった対処も可能ではあるが、映像信号VSigの振幅拡大により消費電力の増加を招くといった問題を生ずる。
従って、本発明の目的は、第1ノードND1の電位変化により生ずる第2ノードND2の電位変化を抑えることができる、表示素子の駆動方法、及び、表示装置の駆動方法を提供することにある。
上記の目的を達成するための本発明の表示素子の駆動方法は、電流駆動型の発光部、及び、駆動回路を備えており、
前記駆動回路は、書込みトランジスタ、駆動トランジスタ、及び、容量部を備えており、
(A−1)駆動トランジスタの一方のソース/ドレイン領域は、第1給電線に接続されており、
(A−2)駆動トランジスタの他方のソース/ドレイン領域は、発光部に備えられたアノード電極に接続され、且つ、容量部の一方の電極に接続されており、第2ノードを構成し、
(A−3)駆動トランジスタのゲート電極は、書込みトランジスタの他方のソース/ドレイン領域に接続され、且つ、容量部の他方の電極に接続されており、第1ノードを構成し、
(B−1)書込みトランジスタの一方のソース/ドレイン領域は、データ線に接続されており、
(B−2)書込みトランジスタのゲート電極は、走査線に接続されており、
(C−1)発光部に備えられたカソード電極は、第2給電線に接続されている、
表示素子を用いて、
第1ノードの電位を保った状態で第1ノードの電位から駆動トランジスタの閾値電圧を減じた電位に向かって第2ノードの電位を変化させる閾値電圧キャンセル処理と、走査線からの走査信号によりオン状態とされた書込みトランジスタを介して、データ線から映像信号を第1ノードに印加する書込み処理とを備えており、
発光部に備えられたカソード電極に第2給電線から第1基準電圧を印加した状態で前記閾値電圧キャンセル処理を行った後、該カソード電極に第2給電線から第1基準電圧よりも低い第2基準電圧を印加した状態で前記書込み処理を行う。
上記の目的を達成するための本発明の第1の態様に係る本発明の表示装置の駆動方法は、
(1)第1の方向にN個、第1の方向とは異なる第2の方向にM個、合計N×M個の、2次元マトリクス状に配列され、それぞれが電流駆動型の発光部、及び、駆動回路を備えている表示素子、
(2)第1の方向に延びるM本の走査線、
(3)第2の方向に延びるN本のデータ線、
(4)第1の方向に延びるM本の第1給電線、並びに、
(5)第1の方向に延びるM本の第2給電線、
を備え、
前記駆動回路は、書込みトランジスタ、駆動トランジスタ、及び、容量部を備えており、
第m行(但し、m=1,2・・・,M)、第n列目(但し、n=1,2・・・,N)の表示素子にあっては、
(A−1)駆動トランジスタの一方のソース/ドレイン領域は、第m番目の第1給電線に接続されており、
(A−2)駆動トランジスタの他方のソース/ドレイン領域は、発光部に備えられたアノード電極に接続され、且つ、容量部の一方の電極に接続されており、第2ノードを構成し、
(A−3)駆動トランジスタのゲート電極は、書込みトランジスタの他方のソース/ドレイン領域に接続され、且つ、容量部の他方の電極に接続されており、第1ノードを構成し、
(B−1)書込みトランジスタの一方のソース/ドレイン領域は、第n番目のデータ線に接続されており、
(B−2)書込みトランジスタのゲート電極は、第m番目の走査線に接続されており、
(C−1)発光部に備えられたカソード電極は、第m番目の第2給電線に接続されている、
表示装置を用いて、
第1ノードの電位を保った状態で第1ノードの電位から駆動トランジスタの閾値電圧を減じた電位に向かって第2ノードの電位を変化させる閾値電圧キャンセル処理と、走査線からの走査信号によりオン状態とされた書込みトランジスタを介して、データ線から映像信号を第1ノードに印加する書込み処理とを備えており、
発光部に備えられたカソード電極に第2給電線から第1基準電圧を印加した状態で前記閾値電圧キャンセル処理を行った後、該カソード電極に第2給電線から第1基準電圧よりも低い第2基準電圧を印加した状態で前記書込み処理を行う。
上記の目的を達成するための本発明の第2の態様に係る本発明の表示装置の駆動方法は、
(1)第1の方向にN個、第1の方向とは異なる第2の方向にM個、合計N×M個の、2次元マトリクス状に配列され、それぞれが電流駆動型の発光部、及び、駆動回路を備えている表示素子、
(2)第1の方向に延びるM本の走査線、
(3)第2の方向に延びるN本のデータ線、
(4)第1の方向に延びるM本の第1給電線、並びに、
(5)共通の第2給電線、
を備え、
前記駆動回路は、書込みトランジスタ、駆動トランジスタ、及び、容量部を備えており、
第m行(但し、m=1,2・・・,M)、第n列目(但し、n=1,2・・・,N)の表示素子にあっては、
(A−1)駆動トランジスタの一方のソース/ドレイン領域は、第m番目の第1給電線に接続されており、
(A−2)駆動トランジスタの他方のソース/ドレイン領域は、発光部に備えられたアノード電極に接続され、且つ、容量部の一方の電極に接続されており、第2ノードを構成し、
(A−3)駆動トランジスタのゲート電極は、書込みトランジスタの他方のソース/ドレイン領域に接続され、且つ、容量部の他方の電極に接続されており、第1ノードを構成し、
(B−1)書込みトランジスタの一方のソース/ドレイン領域は、第n番目のデータ線に接続されており、
(B−2)書込みトランジスタのゲート電極は、第m番目の走査線に接続されており、
(C−1)発光部に備えられたカソード電極は、共通の第2給電線に接続されている、
表示装置を用いて、
第1ノードの電位を保った状態で第1ノードの電位から駆動トランジスタの閾値電圧を減じた電位に向かって第2ノードの電位を変化させる閾値電圧キャンセル処理と、走査線からの走査信号によりオン状態とされた書込みトランジスタを介して、データ線から映像信号を第1ノードに印加する書込み処理とを備えており、
発光部に備えられたカソード電極に第2給電線から第1基準電圧を印加した状態で前記閾値電圧キャンセル処理を行った後、該カソード電極に第2給電線から第1基準電圧よりも低い第2基準電圧を印加した状態で前記書込み処理を行う。
本発明の表示素子の駆動方法、本発明の第1の態様に係る表示装置の駆動方法、及び、本発明の第2の態様に係る表示装置の駆動方法にあっては、発光部に備えられたカソード電極に第2給電線から第1基準電圧を印加した状態で前記閾値電圧キャンセル処理を行った後、該カソード電極に第2給電線から第1基準電圧よりも低い第2基準電圧を印加した状態で前記書込み処理を行う。これにより、第1ノードND1の電位変化により生ずる第2ノードND2の電位変化を抑えることができる。従って、予め映像信号の振幅を大きく設定するといったことを必要としない。逆に言えば、或る輝度を得るために必要な映像信号の値を相対的に小さくすることができるので、消費電力を抑えることができる。
図1は、実施例1に係る表示装置の概念図である。 図2は、駆動回路を含む表示素子の等価回路図である。 図3は、表示装置の一部分の模式的な一部断面図である。 図4は、実施例1に係る表示素子の駆動のタイミングチャートの模式図である。 図5は、参考例に係る表示装置の概念図である。 図6は、参考例に係る表示素子の駆動のタイミングチャートの模式図である。 図7の(A)乃至(F)は、表示素子の駆動回路を構成する各トランジスタのオン/オフ状態等を模式的に示す図である。 図8の(A)乃至(F)は、図7の(F)に引き続き、表示素子の駆動回路を構成する各トランジスタのオン/オフ状態等を模式的に示す図である。 図9は、第2ノードの電位変化を説明するための、模式的な回路図である。 図10は、図6に示す水平走査期間Hmにおけるデータ線の電位、駆動トランジスタの状態、第2給電線の電位、第1ノードの電位、及び、第2ノードの電位の関係を説明するための模式図である。 図11の(A)乃至(E)は、表示素子の駆動回路を構成する各トランジスタのオン/オフ状態等を模式的に示す図である。 図12は、第2ノードの電位変化を説明するための、模式的な回路図である。 図13は、図4に示す水平走査期間Hmにおけるデータ線の電位、駆動トランジスタの状態、第2給電線の電位、第1ノードの電位、及び、第2ノードの電位の関係を説明するための模式図である。 図14は、実施例2に係る表示装置の概念図である。 図15は、実施例2に係る表示素子の駆動のタイミングチャートの模式図である。 図16は、駆動回路を含む表示素子の等価回路図である。 図17は、駆動回路を含む表示素子の等価回路図である。 図18は、駆動回路を含む表示素子の等価回路図である。
以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明する。尚、説明は以下の順序で行う。
1.本発明に係る表示素子の駆動方法及び表示装置の駆動方法についてのより詳しい説明
2.各実施例において用いられる表示素子及び表示装置の概要の説明
3.実施例1 (2Tr/1C駆動回路の態様)
4.実施例2 (2Tr/1C駆動回路の態様)
〈本発明に係る表示素子の駆動方法及び表示装置の駆動方法についてのより詳しい説明〉
本発明に係る表示素子の駆動方法、本発明の第1の態様に係る表示装置の駆動方法、及び、本発明の第2の態様に係る表示装置の駆動方法(以下、これらを総称して、単に、本発明と呼ぶ場合がある)にあっては、第1基準電圧の値及び第2基準電圧の値は、基本的には、表示素子や表示装置の設計に応じて決定すればよい。表示装置の設計の観点からは、第1基準電圧及び第2基準電圧は、各表示素子において共通である固定された電圧とすることが好ましい。この場合において、第1基準電圧をVCat-H、第2基準電圧をVCat-Lと表し、映像信号が取り得る最大値をVSig_Max、映像信号が取り得る最小値をVSig_Minと表し、第1ノードと第2ノードとの間の容量値をcAと表し、第2ノードと第2給電線との間の容量値をcBと表し、閾値電圧キャンセル処理において第1ノードの電位を保った状態とするために第1ノードに印加する電圧をVOfsと表すとき、
Cat-H−VCat-L=((VSig_Max+VSig_Min)/2−VOfs)・cA/cB
である構成とすることができる。
尚、容量値cAや容量値cBの値が、表示素子や表示装置の動作に応じて変動する場合には、閾値電圧キャンセル処理が終了した状態における容量値cA及び容量値cBを用いればよい。
上述した好ましい構成を含む本発明にあっては、第1ノードと第2ノードとの間の電位差が駆動トランジスタの閾値電圧を超え、且つ、第2ノードと発光部に備えられたカソード電極との間の電位差が発光部の閾値電圧を超えないように、第1ノードの電位及び第2ノードの電位を初期化する前処理を行い、
次いで、前記閾値電圧キャンセル処理を行い、
その後、前記書込み処理を行い、
次いで、走査線からの走査信号により書込みトランジスタをオフ状態とすることにより第1ノードを浮遊状態とし、第1給電線から所定の駆動電圧が駆動トランジスタの一方のソース/ドレイン領域に印加されている状態で、駆動トランジスタを介して第1ノードと第2ノードとの間の電位差の値に応じた電流を発光部に流すことによって発光部を駆動する構成とすることができる。
上述した各種の好ましい構成を含む本発明にあっては、発光素子を構成する発光部として、電流を流すことにより発光する電流駆動型の発光部を広く用いることができる。発光部として、有機エレクトロルミネッセンス発光部、無機エレクトロルミネッセンス発光部、LED発光部、半導体レーザ発光部等を挙げることができる。これらの発光部は、周知の材料や方法を用いて構成することができる。カラー表示の平面表示装置を構成する観点からは、中でも、発光部は有機エレクトロルミネッセンス発光部から成る構成が好ましい。有機エレクトロルミネッセンス発光部は、所謂上面発光型であってもよいし、下面発光型であってもよい。
尚、本明細書における各種の式に示す条件は、式が数学的に厳密に成立する場合の他、式が実質的に成立する場合にも満たされる。換言すれば、式の成立に関し、表示素子や表示装置の設計上あるいは製造上生ずる種々のばらつきの存在は許容される。
本発明にあっては、閾値電圧キャンセル処理によって、第2ノードの電位が第1ノードの電位から駆動トランジスタの閾値電圧を減じた電位に達すると、駆動トランジスタはオフ状態となる。一方、第2ノードの電位が第1ノードの電位から駆動トランジスタの閾値電圧を減じた電位に至らない場合には、第1ノードと第2ノードとの間の電位差が駆動トランジスタの閾値電圧より大きく、駆動トランジスタはオフ状態とはならない。本発明の駆動方法にあっては、閾値電圧キャンセル処理の結果として、必ずしも駆動トランジスタがオフ状態となることを要しない。
尚、書込み処理は、閾値電圧キャンセル処理が終了した後直ちに行う構成であってもよいし、間をおいて行う構成であってもよい。また、書込み処理は、駆動トランジスタの一方のソース/ドレイン領域に所定の駆動電圧が印加された状態で行う態様であってもよいし、駆動トランジスタの一方のソース/ドレイン領域に所定の駆動電圧が印加されていない状態で行う態様であってもよい。前者の構成にあっては、書込み処理において、駆動トランジスタの特性に応じて駆動トランジスタの他方のソース/ドレイン領域の電位を変化させる移動度補正処理が併せて行われる。
表示装置は、所謂モノクロ表示の構成であってもよいし、カラー表示の構成であってもよい。例えば、1つの画素は複数の副画素から成る構成、具体的には、1つの画素は、赤色発光副画素、緑色発光副画素、青色発光副画素の3つの副画素から構成されている、カラー表示の構成とすることができる。更には、これらの3種の副画素に更に1種類あるいは複数種類の副画素を加えた1組(例えば、輝度向上のために白色光を発光する副画素を加えた1組、色再現範囲を拡大するために補色を発光する副画素を加えた1組、色再現範囲を拡大するためにイエローを発光する副画素を加えた1組、色再現範囲を拡大するためにイエロー及びシアンを発光する副画素を加えた1組)から構成することもできる。
表示装置の画素(ピクセル)の値として、VGA(640,480)、S−VGA(800,600)、XGA(1024,768)、APRC(1152,900)、S−XGA(1280,1024)、U−XGA(1600,1200)、HD−TV(1920,1080)、Q−XGA(2048,1536)の他、(1920,1035)、(720,480)、(1280,960)等、画像表示用解像度の幾つかを例示することができるが、これらの値に限定するものではない。
表示素子及び表示装置にあっては、走査線、データ線、第1給電線や第2給電線等の各種の配線、発光部の構成、構造は、周知の構成、構造とすることができる。例えば、発光部を有機エレクトロルミネッセンス発光部から構成する場合には、アノード電極、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、カソード電極等から構成することができる。後述する電源部、走査回路、信号出力回路、カソード電圧制御回路等の各種の回路は、周知の回路素子等を用いて構成することができる。
駆動回路を構成するトランジスタとして、nチャネル型の薄膜トランジスタ(TFT)を挙げることができる。駆動回路を構成するトランジスタは、エンハンスメント型であってもよいし、デプレッション型であってもよい。nチャネル型のトランジスタにあってはLDD構造(Lightly Doped Drain構造)が形成されていてもよい。場合によっては、LDD構造は非対称に形成されていてもよい。例えば、駆動トランジスタに大きな電流が流れるのは表示素子の発光時であるので、発光時においてドレイン領域側となる一方のソース/ドレイン領域側にのみLDD構造を形成した構成とすることもできる。尚、例えば、書込みトランジスタ等にpチャネル型の薄膜トランジスタを用いてもよい。
駆動回路を構成する容量部は、一方の電極、他方の電極、及び、これらの電極に挟まれた誘電体層(絶縁層)から構成することができる。駆動回路を構成する上述したトランジスタ及び容量部は、或る平面内に形成され(例えば、支持体上に形成され)、発光部は、例えば、層間絶縁層を介して、駆動回路を構成するトランジスタ及び容量部の上方に形成されている。また、駆動トランジスタの他方のソース/ドレイン領域は、発光部に備えられたアノード電極に、例えば、コンタクトホールを介して接続されている。尚、半導体基板等にトランジスタを形成した構成であってもよい。
以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明するが、それに先立ち、各実施例において用いられる表示素子及び表示装置の概要を説明する。
〈各実施例において用いられる表示素子及び表示装置の概要〉
各実施例での使用に適した表示装置は、複数の画素を備えた表示装置である。1つの画素は複数の副画素(各実施例にあっては、3つの副画素である赤色発光副画素、緑色発光副画素、青色発光副画素)から構成されている。電流駆動型の発光部は有機エレクトロルミネッセンス発光部から成る。各副画素は、駆動回路11と、この駆動回路11に接続された発光部(発光部ELP)とが積層された構造を有する表示素子10から構成されている。
実施例1において用いられる表示装置の概念図を図1に示し、実施例2において用いられる表示装置の概念図を図14に示す。
図2には、2トランジスタ/1容量部から基本的に構成された駆動回路(2Tr/1C駆動回路と呼ぶ場合がある)を示す。
図1に示すように、実施例1において用いられる表示装置は、
(1)第1の方向にN個、第1の方向とは異なる第2の方向にM個、合計N×M個の、2次元マトリクス状に配列され、それぞれが電流駆動型の発光部ELP、及び、駆動回路11を備えている表示素子10、
(2)第1の方向に延びるM本の走査線SCL、
(3)第2の方向に延びるN本のデータ線DTL、
(4)第1の方向に延びるM本の第1給電線PS1、並びに、
(5)第1の方向に延びるM本の第2給電線PS2、
を備えている。第1給電線PS1は、電源部100に接続されている。データ線DTLは、信号出力回路102に接続されている。走査線SCLは、走査回路101に接続されている。第2給電線PS2は、カソード電圧制御回路103に接続されている。尚、図1及び図14においては、3×3個の表示素子10を図示しているが、これは、あくまでも例示に過ぎない。
図14に示すように、実施例2において用いられる表示装置は、第2給電線PS2が共通の給電線である点を除く他は、実施例1において用いられる表示装置と同様の構成である。共通の第2給電線PS2は、カソード電圧制御回路103に接続されている。尚、図14においては、便宜のため、M本の第2給電線PS2が互いに接続されて共通の第2給電線PS2を構成するとして記したが、これに限るものではない。例えば面状に形成された電極から共通の第2給電線が構成されていてもよい。
発光部ELPは、例えば、アノード電極、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、カソード電極等から成る周知の構成、構造を有する。走査回路101、信号出力回路102、走査線SCL、データ線DTL、電源部100の構成、構造は、周知の構成、構造とすることができる。
駆動回路11の最小構成要素を説明する。駆動回路11は、少なくとも、駆動トランジスタTRD、書込みトランジスタTRW、及び、容量部C1から構成されている。駆動トランジスタTRDは、ソース/ドレイン領域、チャネル形成領域、及び、ゲート電極を備えた、nチャネル型のTFTから成る。また、書込みトランジスタTRWも、ソース/ドレイン領域、チャネル形成領域、及び、ゲート電極を備えた、nチャネル型のTFTから成る。尚、書込みトランジスタTRWがpチャネル型のTFTから成る構成であってもよい。駆動回路11が、更に別のトランジスタを備えていてもよい。
ここで、駆動トランジスタTRDにおいては、
(A−1)駆動トランジスタTRDの一方のソース/ドレイン領域は、第1給電線PS1に接続されており、
(A−2)駆動トランジスタTRDの他方のソース/ドレイン領域は、発光部ELPに備えられたアノード電極に接続され、且つ、容量部C1の一方の電極に接続されており、第2ノードND2を構成し、
(A−3)駆動トランジスタTRDのゲート電極は、書込みトランジスタTRWの他方のソース/ドレイン領域に接続され、且つ、容量部C1の他方の電極に接続されており、第1ノードND1を構成する。
より具体的には、図1及び図14に示す表示装置において、第m行(但し、m=1,2・・・,M)、第n列目(但し、n=1,2・・・,N)の表示素子10にあっては、駆動トランジスタTRDの一方のソース/ドレイン領域は、第m番目の第1給電線PS1mに接続されている。
また、書込みトランジスタTRWにおいては、
(B−1)書込みトランジスタTRWの一方のソース/ドレイン領域は、データ線DTLに接続されており、
(B−2)書込みトランジスタTRWのゲート電極は、走査線SCLに接続されている。
より具体的には、図1及び図14に示す表示装置において、第m行、第n列目の表示素子10にあっては、書込みトランジスタTRWの一方のソース/ドレイン領域は、第n番目のデータ線DTLnに接続されている。書込みトランジスタTRWのゲート電極は、第m番目の走査線SCLmに接続されている。
また、発光部ELPにおいては、
(C−1)発光部ELPに備えられたカソード電極は、第2給電線PS2に接続されている。
より具体的には、図1に示す表示装置において、第m行、第n列目の表示素子10にあっては、発光部ELPに備えられたカソード電極は、第m番目の第2給電線PS2mに接続されている。また、図14に示す表示装置において、第m行、第n列目の表示素子10にあっては、発光部ELPに備えられたカソード電極は、共通の第2給電線PS2に接続されている。尚、便宜のため、図14に示す第m行、第n列目の表示素子10に接続された共通の第2給電線PS2を、共通の第2給電線PS2mと表す場合がある。
図3に表示装置の一部分の模式的な一部断面図を示す。駆動回路11を構成するトランジスタTRD,TRW及び容量部C1は支持体20上に形成され、発光部ELPは、例えば、層間絶縁層40を介して、駆動回路11を構成するトランジスタTRD,TRW及び容量部C1の上方に形成されている。また、駆動トランジスタTRDの他方のソース/ドレイン領域は、発光部ELPに備えられたアノード電極に、コンタクトホールを介して接続されている。尚、図3においては、駆動トランジスタTRDのみを図示する。その他のトランジスタは隠れて見えない。
より具体的には、駆動トランジスタTRDは、ゲート電極31、ゲート絶縁層32、半導体層33に設けられたソース/ドレイン領域35,35、及び、ソース/ドレイン領域35,35の間の半導体層33の部分が該当するチャネル形成領域34から構成されている。一方、容量部C1は、他方の電極36、ゲート絶縁層32の延在部から構成された誘電体層、及び、一方の電極37(第2ノードND2に相当する)から成る。ゲート電極31、ゲート絶縁層32の一部、及び、容量部C1を構成する他方の電極36は、支持体20上に形成されている。駆動トランジスタTRDの一方のソース/ドレイン領域35は配線38に接続され、他方のソース/ドレイン領域35は一方の電極37に接続されている。駆動トランジスタTRD及び容量部C1等は、層間絶縁層40で覆われており、層間絶縁層40上に、アノード電極51、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、及び、カソード電極53から成る発光部ELPが設けられている。尚、図面においては、正孔輸送層、発光層、及び、電子輸送層を1層52で表した。発光部ELPが設けられていない層間絶縁層40の部分の上には、第2層間絶縁層54が設けられ、第2層間絶縁層54及びカソード電極53上には透明な基板21が配置されており、発光層にて発光した光は、基板21を通過して、外部に出射される。尚、一方の電極37(第2ノードND2)とアノード電極51とは、層間絶縁層40に設けられたコンタクトホールによって接続されている。また、カソード電極53は、第2層間絶縁層54、層間絶縁層40に設けられたコンタクトホール56,55を介して、ゲート絶縁層32の延在部上に設けられた配線39に接続されている。
図3等に示す表示装置の製造方法を説明する。先ず、支持体20上に、走査線SCL等の各種配線、容量部C1を構成する電極、半導体層から成るトランジスタ、層間絶縁層、コンタクトホール等を、周知の方法により適宜形成する。次いで、周知の方法により成膜及びパターニングを行い、マトリクス状に配列された発光部ELPを形成する。そして、上記工程を経た支持体20と基板21を対向させ周囲を封止した後、外部の回路との結線を行い、表示装置を得ることができる。
各実施例における表示装置は、複数の表示素子10(例えば、N×M=1920×480)を備えている、カラー表示の表示装置である。各表示素子10は副画素を構成すると共に、複数の副画素から成る群によって1画素を構成し、第1の方向、及び、第1の方向とは異なる第2の方向に、2次元マトリクス状に画素が配列されている。1画素は、走査線SCLの延びる方向に並んだ、赤色を発光する赤色発光副画素、緑色を発光する緑色発光副画素、及び、青色を発光する青色発光副画素の3種類の副画素から構成されている。
表示装置は、(N/3)×M個の2次元マトリクス状に配列された画素から構成されている。各画素を構成する表示素子10は線順次走査され、表示フレームレートをFR(回/秒)とする。即ち、第m行目に配列された(N/3)個の画素(N個の副画素)のそれぞれを構成する表示素子10が同時に駆動される。換言すれば、1つの行を構成する各表示素子10にあっては、その発光/非発光のタイミングは、それらが属する行単位で制御される。尚、1つの行を構成する各画素について映像信号を書き込む処理は、全ての画素について同時に映像信号を書き込む処理(以下、単に、同時書込み処理と呼ぶ場合がある)であってもよいし、各画素毎に順次映像信号を書き込む処理(以下、単に、順次書込み処理と呼ぶ場合がある)であってもよい。いずれの書込み処理とするかは、表示装置の構成に応じて適宜選択すればよい。
上述したように、第1行目乃至第M行目の表示素子10は線順次走査される。説明の便宜上、各行の表示素子10を走査するために割り当てられた期間を水平走査期間と表す。後述する各実施例において、各水平走査期間には、信号出力回路102から第1ノード初期化電圧(後述するVofs)をデータ線DTLに印加する期間(以下、初期化期間と呼ぶ)、次いで、信号出力回路102から映像信号(後述するVSig)をデータ線DTLに印加する期間(以下、映像信号期間)とが存在する。
ここで、原則として、第m行、第n列目に位置する表示素子10に関する駆動、動作を説明するが、係る表示素子10を、以下、第(n,m)番目の表示素子10あるいは第(n,m)番目の副画素と呼ぶ。そして、第m行目に配列された各表示素子10の水平走査期間(第m番目の水平走査期間)が終了するまでに、各種の処理(後述する閾値電圧キャンセル処理、書込み処理、移動度補正処理)が行われる。尚、書込み処理や移動度補正処理は、第m番目の水平走査期間内に行われる。一方、閾値電圧キャンセル処理やこれに伴う前処理は、第m番目の水平走査期間より先行して行うことができる。
そして、上述した各種の処理が全て終了した後、第m行目に配列された各表示素子10を構成する発光部ELPを発光させる。尚、上述した各種の処理が全て終了した後、直ちに発光部ELPを発光させてもよいし、所定の期間(例えば、所定の行数分の水平走査期間)が経過した後に発光部ELPを発光させてもよい。この所定の期間は、表示装置の仕様や駆動回路の構成等に応じて、適宜設定することができる。尚、以下の説明においては、説明の便宜のため、各種の処理終了後、直ちに発光部ELPを発光させるものとする。そして、第m行目に配列された各表示素子10を構成する発光部ELPの発光状態は、第(m+m’)行目に配列された各表示素子10の水平走査期間の開始直前まで継続される。ここで、「m’」は、表示装置の設計仕様によって決定される。即ち、或る表示フレームの第m行目に配列された各表示素子10を構成する発光部ELPの発光は、第(m+m’−1)番目の水平走査期間まで継続される。一方、第(m+m’)番目の水平走査期間の始期から、次の表示フレームにおける第m番目の水平走査期間内において書込み処理や移動度補正処理が完了するまで、第m行目に配列された各表示素子10を構成する発光部ELPは、原則として非発光状態を維持する。上述した非発光状態の期間(以下、単に、非発光期間と呼ぶ場合がある)を設けることにより、アクティブマトリクス駆動に伴う残像ボケが低減され、動画品位をより優れたものとすることができる。但し、各副画素(表示素子10)の発光状態/非発光状態は、以上に説明した状態に限定するものではない。また、水平走査期間の時間長は、(1/FR)×(1/M)秒未満の時間長である。(m+m’)の値がMを超える場合、超えた分の水平走査期間は、次の表示フレームにおいて処理される。
1つのトランジスタの有する2つのソース/ドレイン領域において、「一方のソース/ドレイン領域」という用語を、電源側に接続されたソース/ドレイン領域といった意味において使用する場合がある。また、トランジスタがオン状態にあるとは、ソース/ドレイン領域間にチャネルが形成されている状態を意味する。係るトランジスタの一方のソース/ドレイン領域から他方のソース/ドレイン領域に電流が流れているか否かは問わない。一方、トランジスタがオフ状態にあるとは、ソース/ドレイン領域間にチャネルが形成されていない状態を意味する。また、或るトランジスタのソース/ドレイン領域が他のトランジスタのソース/ドレイン領域に接続されているとは、或るトランジスタのソース/ドレイン領域と他のトランジスタのソース/ドレイン領域とが同じ領域を占めている形態を包含する。更には、ソース/ドレイン領域は、不純物を含有したポリシリコンやアモルファスシリコン等の導電性物質から構成することができるだけでなく、金属、合金、導電性粒子、これらの積層構造、有機材料(導電性高分子)から成る層から構成することができる。また、以下の説明で用いるタイミングチャートにおいて、各期間を示す横軸の長さ(時間長)は模式的なものであり、各期間の時間長の割合を示すものではない。縦軸においても同様である。また、タイミングチャートにおける波形の形状も模式的なものである。
以下、実施例に基づき、本発明を説明する。
実施例1は、本発明の表示素子の駆動方法、及び、本発明の第1の態様に係る表示装置の駆動方法に関する。
図2に示すように、表示素子10を構成する駆動回路11は、書込みトランジスタTRW、駆動トランジスタTRDの2つのトランジスタから構成され、更には、1つの容量部C1から構成されている(2Tr/1C駆動回路)。以下、第(n,m)番目の表示素子10の構成について説明する。
[駆動トランジスタTRD
駆動トランジスタTRDの一方のソース/ドレイン領域は、第m番目の第1給電線PS1mに接続されている。駆動トランジスタTRDの一方のソース/ドレイン領域には、第m番目の第1給電線PS1mから、電源部100の動作に基づいて所定の電圧が印加される。具体的には、電源部100からは、後述する駆動電圧VCC-H及び電圧VCC-Lが供給される。一方、駆動トランジスタTRDの他方のソース/ドレイン領域は、
[1]発光部ELPのアノード電極、及び、
[2]容量部C1の一方の電極、
に接続されており、第2ノードND2を構成する。また、駆動トランジスタTRDのゲート電極は、
[1]書込みトランジスタTRWの他方のソース/ドレイン領域、及び、
[2]容量部C1の他方の電極、
に接続されており、第1ノードND1を構成する。
ここで、駆動トランジスタTRDは、表示素子10の発光状態においては、飽和領域で動作するように電圧設定されており、以下の式(1)に従ってドレイン電流Idsを流すように駆動される。表示素子10の発光状態においては、駆動トランジスタTRDの一方のソース/ドレイン領域はドレイン領域として働き、他方のソース/ドレイン領域はソース領域として働く。説明の便宜のため、以下の説明において、駆動トランジスタTRDの一方のソース/ドレイン領域を単にドレイン領域と呼び、他方のソース/ドレイン領域を単にソース領域と呼ぶ場合がある。尚、
μ :実効的な移動度
L :チャネル長
W :チャネル幅
gs:ゲート電極とソース領域との間の電位差
th:閾値電圧
ox:(ゲート絶縁層の比誘電率)×(真空の誘電率)/(ゲート絶縁層の厚さ)
k≡(1/2)・(W/L)・Cox
とする。
ds=k・μ・(Vgs−Vth2 (1)
このドレイン電流Idsが表示素子10の発光部ELPを流れることで、表示素子10の発光部ELPが発光する。更には、このドレイン電流Idsの値の大小によって、表示素子10の発光部ELPにおける発光状態(輝度)が制御される。
[書込みトランジスタTRW
書込みトランジスタTRWの他方のソース/ドレイン領域は、上述のとおり、駆動トランジスタTRDのゲート電極に接続されている。一方、書込みトランジスタTRWの一方のソース/ドレイン領域は、第n番目のデータ線DTLnに接続されている。書込みトランジスタTRWの一方のソース/ドレイン領域には、第n番目のデータ線DTLnから、信号出力回路102の動作に基づいて所定の電圧が印加される。具体的には、信号出力回路102から、発光部ELPにおける輝度を制御するための映像信号(駆動信号、輝度信号)VSigや、後述する第1ノード初期化電圧VOfsが供給される。書込みトランジスタTRWのオン/オフ動作は、書込みトランジスタTRWのゲート電極に接続された第m番目の走査線SCLmからの走査信号、具体的には、走査回路101からの走査信号によって制御される。
[発光部ELP]
発光部ELPのアノード電極は、上述のとおり、駆動トランジスタTRDのソース領域に接続されている。一方、発光部ELPのカソード電極は、第m番目の第2給電線PS2mに接続されている。発光部ELPのカソード電極には、第m番目の第2給電線PS2mから、カソード電圧制御回路103の動作に基づいて所定の電圧が印加される。具体的には、カソード電圧制御回路103から、後述する第1基準電圧VCat-H及び第2基準電圧VCat-Lが供給される。発光部ELPの容量を符号CELで表す。また、発光部ELPの発光に必要とされる閾値電圧をVth-ELとする。即ち、発光部ELPのアノード電極とカソード電極との間にVth-EL以上の電圧が印加されると、発光部ELPは発光する。
次いで、実施例1の表示装置及びその駆動方法について説明する。
以下の説明において、電圧あるいは電位の値を以下のとおりとするが、これは、あくまでも説明のための値であり、これらの値に限定されるものではない。
Sig :発光部ELPにおける輝度を制御するための映像信号
・・・1ボルト(黒表示)〜7ボルト(白表示)
CC-H :発光部ELPに電流を流すための駆動電圧
・・・20ボルト
CC-L :第2ノード初期化電圧
・・・−10ボルト
Ofs :駆動トランジスタTRDのゲート電極の電位(第1ノードND1の電位)を初期
化するための第1ノード初期化電圧
・・・0ボルト
th :駆動トランジスタTRDの閾値電圧
・・・3ボルト
Cat-H :第1基準電圧
・・・0ボルト
Cat-L :第2基準電圧
・・・−1ボルト
th-EL:発光部ELPの閾値電圧
・・・3ボルト
各実施例における表示素子及び表示装置の駆動方法(以下、単に、駆動方法と略称する)は、
(a)第1ノードND1と第2ノードND2との間の電位差が駆動トランジスタTRDの閾値電圧Vthを超え、且つ、第2ノードND2と発光部ELPに備えられたカソード電極との間の電位差が発光部ELPの閾値電圧Vth-ELを超えないように、第1ノードND1の電位及び第2ノードND2の電位を初期化する前処理を行い、
(b)次いで、前記閾値電圧キャンセル処理を行い、
(c)その後、前記書込み処理を行い、
(d)次いで、走査線SCLからの走査信号により書込みトランジスタTRWをオフ状態とすることにより第1ノードND1を浮遊状態とし、第1給電線PS1mから所定の駆動電圧VCC-Hが駆動トランジスタTRDの一方のソース/ドレイン領域に印加されている状態で、駆動トランジスタTRDを介して第1ノードND1と第2ノードND2との間の電位差の値に応じた電流を発光部ELPに流すことによって発光部ELPを駆動する、
工程を備えている。
そして、各実施例における駆動方法にあっては、発光部ELPに備えられたカソード電極に第2給電線PS2mから第1基準電圧VCat-Hを印加した状態で前記閾値電圧キャンセル処理を行った後、該カソード電極に第2給電線PS2mから第1基準電圧VCat-Hよりも低い第2基準電圧VCat-Lを印加した状態で前記書込み処理を行う。尚、後述するように、各実施例においては、閾値電圧キャンセル処理を複数の走査期間に亙り複数回行う。このような場合には、少なくとも書込み処理を行う直前の閾値電圧キャンセル処理が、発光部ELPに備えられたカソード電極に第2給電線PS2mから第1基準電圧VCat-Hを印加した状態で完了していれば足りる。
先ず、発明の理解を助けるために、第2給電線PS2に一定の電圧が印加される参考例に係る表示装置を用いた駆動方法を、参考例の駆動方法として説明する。実施例1に係る表示素子10の駆動のタイミングチャートを模式的に図4に示す。参考例に係る表示装置の概念図を図5に示し、参考例に係る表示素子10の駆動のタイミングチャートを模式的に図6に示す。そして、参考例の動作における、表示素子10の各トランジスタのオン/オフ状態等を模式的に図7の(A)乃至(F)、及び、図8の(A)乃至(F)に示す。
図5に示すように、参考例の表示装置にあっては、M本の第2給電線PS2が互いに接続されており、共通の第2給電線PS2を構成する。そして、共通の第2給電線PS2には一定の電圧が印加される。図5に示す例では、共通の第2給電線PS2は接地されており、その電圧(電位)はVCat(=0ボルト)である。以上の点が相違する他、参考例の表示装置の構成は、図1に示す表示装置の構成と同様である。
図6、図7の(A)乃至(F)、及び、図8の(A)乃至(F)を参照して、参考例の駆動方法を説明する。参考例における駆動方法は、前記閾値電圧キャンセル処理及び前記書込み処理のいずれもが、発光部ELPに備えられたカソード電極に第2給電線PS2から一定の電圧VCat(=0ボルト)を印加した状態で行われる点が、実施例と相違する。
[期間−TP(2)-1](図6、図7の(A)参照)
この[期間−TP(2)-1]は、例えば、前の表示フレームにおける動作であり、前回の各種の処理完了後に第(n,m)番目の表示素子10が発光状態にある期間である。即ち、第(n,m)番目の副画素を構成する表示素子10における発光部ELPには、後述する式(5’)に基づくドレイン電流I’dsが流れており、第(n,m)番目の副画素を構成する表示素子10の輝度は、係るドレイン電流I’dsに対応した値である。ここで、書込みトランジスタTRWはオフ状態であり、駆動トランジスタTRDはオン状態である。第(n,m)番目の表示素子10の発光状態は、第(m+m’)行目に配列された表示素子10の水平走査期間の開始直前まで継続される。
尚、各水平走査期間に対応して、データ線DTLnには、第1ノード初期化電圧VOfsと映像信号VSigが印加される。しかしながら、書込みトランジスタTRWはオフ状態であるので、[期間−TP(2)-1]においてデータ線DTLnの電位(電圧)が変化しても、第1ノードND1と第2ノードND2の電位は変化しない(実際には、寄生容量等の静電結合による電位変化が生じ得るが、通常、これらは無視することができる)。後述する[期間−TP(2)0]においても同様である。
図6に示す[期間−TP(2)0]〜[期間−TP(2)6A]は、前回の各種の処理完了後の発光状態が終了した後から、次の書込み処理が行われる直前までの動作期間である。そして、[期間−TP(2)0]〜[期間−TP(2)6B]において、第(n,m)番目の表示素子10は原則として非発光状態にある。図6に示すように、[期間−TP(2)5]及び[期間−TP(2)6A]の他、[期間−TP(2)6B]及び[期間−TP(2)6C]は第m番目の水平走査期間Hmに包含される。
参考例及び後述する各実施例においては、上述した工程(b)、即ち、閾値電圧キャンセル処理を複数の走査期間、より具体的には、第(m−2)番目の水平走査期間Hm-2乃至第m番目の水平走査期間Hmに亙って行うとして説明するが、これに限るものではない。
説明の便宜のため、[期間−TP(2)1A]の始期は、第(m−2)番目の水平走査期間Hm-2における初期化期間(図6において、データ線DTLnの電位がVOfsである期間であり、他の水平走査期間においても同様)の始期に一致するとする。同様に、[期間−TP(2)1B]の終期は、水平走査期間Hm-2における初期化期間の終期に一致するとする。また、[期間−TP(2)2]の始期は、水平走査期間Hm-2における映像信号期間(図6において、データ線DTLnの電位が映像信号VSigである期間であり、他の水平走査期間においても同様)の始期に一致するとする。
以下、[期間−TP(2)0]〜[期間−TP(2)7]の各期間について説明する。尚、[期間−TP(2)1B]の始期や、[期間−TP(2)6A]〜[期間−TP(2)6C]の各期間の長さは、表示素子や表示装置の設計に応じて適宜設定すればよい。
[期間−TP(2)0](図6、図7の(B)参照)
この[期間−TP(2)0]は、例えば、前の表示フレームから現表示フレームにおける動作である。即ち、この[期間−TP(2)0]は、前の表示フレームにおける第(m+m’)番目の水平走査期間Hm+m'の始期から、現表示フレームにおける第(m−3)番目の水平走査期間までの期間である。そして、この[期間−TP(2)0]において、第(n,m)番目の表示素子10は、原則として非発光状態にある。[期間−TP(2)0]の始期において、電源部100から第1給電線PS1mに供給される電圧が駆動電圧VCC-Hから第2ノード初期化電圧VCC-Lに切り替えられる。その結果、第2ノードND2の電位はVCC-Lまで低下し、発光部ELPのアノード電極とカソード電極との間に逆方向電圧が印加され、発光部ELPは非発光状態となる。また、第2ノードND2の電位低下に倣うように、浮遊状態の第1ノードND1(駆動トランジスタTRDのゲート電極)の電位も低下する。
[期間−TP(2)1A](図6、図7の(C)参照)
そして、現表示フレームにおける第(m−2)番目の水平走査期間Hm-2が開始する。この[期間−TP(2)1A]において、上記の工程(a)、即ち、前処理を行う。
上述したように、各水平走査期間において、信号出力回路102からデータ線DTLnに、第1ノード初期化電圧VOfsを印加し、次いで、第1ノード初期化電圧VOfsに替えて映像信号VSigを印加する。より具体的には、現表示フレームにおける第(m−2)番目の水平走査期間Hm-2に対応して、データ線DTLnには、第1ノード初期化電圧VOfsが印加され、次いで、第1ノード初期化電圧VOfsに替えて第(n,m−2)番目の副画素に対応する映像信号(便宜のため、VSig_m-2と表す。他の映像信号においても同様である。)が印加される。他の水平走査期間においても同様である。図6においては記載を省略したが、水平走査期間Hm-2,Hm-1,Hm,Hm+1,Hm+m'-1,Hm+m'以外の各水平走査期間においても、データ線DTLnには第1ノード初期化電圧VOfsと映像信号VSigとが印加される。
具体的には、[期間−TP(2)1A]の開始時、走査線SCLmをハイレベルとすることによって、書込みトランジスタTRWをオン状態とする。信号出力回路102からデータ線DTLnに印加される電圧はVOfsである。(初期化期間)。その結果、第1ノードND1の電位は、VOfs(0ボルト)となる。電源部100の動作に基づき、第1給電線PS1mから第2ノード初期化電圧VCC-Lを第2ノードND2に印加しているので、第2ノードND2の電位はVCC-L(−10ボルト)を保持する。
第1ノードND1と第2ノードND2との間の電位差は10ボルトであり、駆動トランジスタTRDの閾値電圧Vthは3ボルトであるので、駆動トランジスタTRDはオン状態である。尚、第2ノードND2と発光部ELPに備えられたカソード電極との間の電位差は−10ボルトであり、発光部ELPの閾値電圧Vth-ELを超えない。これにより、第1ノードND1の電位及び第2ノードND2の電位を初期化する前処理が完了する。
前処理を行うにあたり、データ線DTLnに印加される電圧が第1ノード初期化電圧VOfsに切り替わるのを待って書込みトランジスタTRWをオン状態とする構成とすることができる。あるいは又、前処理が行われる水平走査期間の始期よりも先行して走査線からの信号により書込みトランジスタTRWをオン状態とする構成とすることもできる。後者の構成によれば、データ線DTLnに第1ノード初期化電圧VOfsが印加されると直ちに第1ノードND1の電位が初期化される。データ線DTLnに印加される電圧が第1ノード初期化電圧VOfsに切り替わるのを待って書込みトランジスタTRWをオン状態とする前者の構成にあっては、切り替えを待つ時間も含めて前処理に時間を配分しなければならない。一方、後者の構成においては、切り替えを待つ時間が不要であり、前処理をより短い時間で行うことができる。
次いで、[期間−TP(2)1B]〜[期間−TP(2)5]に亙って、上記の工程(b)、即ち閾値電圧キャンセル処理を行う。具体的には、[期間−TP(2)1B]において第1回目の閾値電圧キャンセル処理を行い、[期間−TP(2)3]において第2回目の閾値電圧キャンセル処理を行い、[期間−TP(2)5]において第3回目の閾値電圧キャンセル処理を行う。
[期間−TP(2)1B](図6、図7の(D)参照)
即ち、書込みトランジスタTRWのオン状態を維持したまま、電源部100から第1給電線PS1mに供給される電圧を、電圧VCC-Lから駆動電圧VCC-Hに切り替える。その結果、第1ノードND1の電位は変化しないが(VOfs=0ボルトを維持)、第1ノードND1の電位から駆動トランジスタTRDの閾値電圧Vthを減じた電位に向かって、第2ノードND2の電位は変化する。即ち、第2ノードND2の電位が上昇する。
この[期間−TP(2)1B]が充分長ければ、駆動トランジスタTRDのゲート電極と他方のソース/ドレイン領域との間の電位差がVthに達し、駆動トランジスタTRDはオフ状態となる。即ち、第2ノードND2の電位が(VOfs−Vth)に近づき、最終的に(VOfs−Vth)となる。しかしながら、図6に示す例では、[期間−TP(2)1B]の長さは、第2ノードND2の電位を充分変化させるには足りない長さであり、[期間−TP(2)1B]の終期において、第2ノードND2の電位は、VCC-L<V1<(VOfs−Vth)という関係を満たす或る電位V1に達する。
[期間−TP(2)2](図6、図7の(E)参照)
[期間−TP(2)2]の始期において、データ線DTLnの電圧が第1ノード初期化電圧VOfsから映像信号VSig_m-2に切り替わる。第1ノードND1に映像信号VSig_m-2が印加されないように、この[期間−TP(2)2]の始期において、走査線SCLmからの信号により書込みトランジスタTRWをオフ状態とする。その結果、第1ノードND1は浮遊状態となる。
電源部100から駆動トランジスタTRDの一方のソース/ドレイン領域に駆動電圧VCC-Hが印加されているので、第2ノードND2の電位は、電位V1から或る電位V2に上昇する。一方、駆動トランジスタTRDのゲート電極は浮遊状態であり、容量部C1が存在するが故に、ブートストラップ動作が駆動トランジスタTRDのゲート電極に生ずる。従って、第1ノードND1の電位は、第2ノードND2の電位変化に倣って上昇する。
[期間−TP(2)3](図6、図7の(F)参照)
[期間−TP(2)3]の始期において、データ線DTLnの電圧が映像信号VSig_m-2から第1ノード初期化電圧VOfsに切り替わる。この[期間−TP(2)3]の始期において、走査線SCLmからの信号により書込みトランジスタTRWをオン状態とする。その結果、第1ノードND1の電位はVOfsとなる。電源部100から駆動トランジスタTRDの一方のソース/ドレイン領域に駆動電圧VCC-Hが印加されている。その結果、第1ノードND1の電位から駆動トランジスタTRDの閾値電圧Vthを減じた電位に向かって、第2ノードND2の電位は変化する。即ち、第2ノードND2の電位は、電位V2から或る電位V3に上昇する。
[期間−TP(2)4](図6、図8の(A)参照)
[期間−TP(2)4]の始期において、データ線DTLnの電圧が第1ノード初期化電圧VOfsから映像信号VSig_m-1に切り替わる。第1ノードND1に映像信号VSig_m-1が印加されないように、この[期間−TP(2)4]の始期において、走査線SCLmからの信号により書込みトランジスタTRWをオフ状態とする。その結果、第1ノードND1は浮遊状態となる。
電源部100から駆動トランジスタTRDの一方のソース/ドレイン領域に駆動電圧VCC-Hが印加されているので、第2ノードND2の電位は、電位V3から或る電位V4に上昇する。一方、駆動トランジスタTRDのゲート電極は浮遊状態であり、容量部C1が存在するが故に、ブートストラップ動作が駆動トランジスタTRDのゲート電極に生ずる。従って、第1ノードND1の電位は、第2ノードND2の電位変化に倣って上昇する。
[期間−TP(2)5]における動作の前提として、[期間−TP(2)5]の始期において、第2ノードND2の電位V4が(VOfs−Vth)よりも低いことが必要となる。[期間−TP(2)1B]の始期から[期間−TP(2)5]の始期までの長さは、V4<(VOfs-L−Vth)の条件を満たすように決定されている。
[期間−TP(2)5](図6、図8の(B)参照)
この[期間−TP(2)5]の動作は、基本的には[期間−TP(2)3]で説明したと同様である。この[期間−TP(2)5]の始期において、データ線DTLnの電圧が映像信号VSig_m-1から第1ノード初期化電圧VOfsに切り替わる。この[期間−TP(2)5]の始期において、走査線SCLmからの信号により書込みトランジスタTRWをオン状態とする。
第1ノードND1は、書込みトランジスタTRWを介してデータ線DTLnから第1ノード初期化電圧VOfsを印加した状態となる。また、電源部100から駆動トランジスタTRDの一方のソース/ドレイン領域に駆動電圧VCC-Hが印加されているので、[期間−TP(2)3]において説明したと同様に、第2ノードND2の電位は、第1ノードND1の電位から駆動トランジスタTRDの閾値電圧Vthを減じた電位に向かって変化する。そして、駆動トランジスタTRDのゲート電極と他方のソース/ドレイン領域との間の電位差がVthに達すると、駆動トランジスタTRDがオフ状態となる。この状態にあっては、第2ノードND2の電位は、概ね(VOfs−Vth)である。ここで、以下の式(2)が保証されていれば、云い換えれば、式(2)を満足するように電位を選択、決定しておけば、発光部ELPが発光することはない。
(VOfs−Vth)<(Vth-EL+VCat) (2)
この[期間−TP(2)5]にあっては、第2ノードND2の電位は、最終的に、(VOfs−Vth)となる。即ち、駆動トランジスタTRDの閾値電圧Vth、及び、駆動トランジスタTRDのゲート電極の電位を初期化するための電圧VOfsのみに依存して、第2ノードND2の電位は決定される。そして、発光部ELPの閾値電圧Vth-ELとは無関係である。
[期間−TP(2)6A](図6、図8の(C)参照)
この[期間−TP(2)6A]の始期において、走査線SCLmからの走査信号により書込みトランジスタTRWをオフ状態とする。また、データ線DTLnに印加される電圧が、第1ノード初期化電圧VOfsから映像信号VSig_mに切り替わる(映像信号期間)。閾値電圧キャンセル処理において駆動トランジスタTRDがオフ状態に達しているとすれば、実質上、第1ノードND1と第2ノードND2の電位は変化しない。尚、[期間−TP(2)5]で行う閾値電圧キャンセル処理において駆動トランジスタTRDがオフ状態に達していない場合には、[期間−TP(2)6A]においてブートストラップ動作が生じ、第1ノードND1と第2ノードND2の電位は多少上昇する。
[期間−TP(2)6B](図6、図8の(D)参照)
この期間内に、上記の工程(c)、即ち、書込み処理を行う。走査線SCLmからの走査信号により書込みトランジスタTRWをオン状態とする。そして、書込みトランジスタTRWを介して、データ線DTLnから映像信号VSig_mを第1ノードND1に印加する。その結果、第1ノードND1の電位はVSig_mへと上昇する。駆動トランジスタTRDはオン状態である。尚、場合によっては、[期間−TP(2)6A]において書込みトランジスタTRWのオン状態を保った構成とすることもできる。この構成にあっては、[期間−TP(2)6A]においてデータ線DTLnの電圧が第1ノード初期化電圧VOfsから映像信号VSig_mに切り替わると直ちに書込み処理が開始される。後述する実施例においても同様である。
ここで、容量部C1の値を値c1とし、発光部ELPの容量CELの値を値cELとする。そして、駆動トランジスタTRDのゲート電極と他方のソース/ドレイン領域との間の寄生容量の値をcgsとする。第1ノードND1と第2ノードND2との間の容量値を符号cAで表せば、cA=c1+cgsである。また、第2ノードND2と第2給電線PS2との間の容量値を符号cBと表せば、cB=cELである。尚、発光部ELPの両端に、追加の容量部が並列に接続されている構成であってもよいが、その場合には、cBには更に追加の容量部の容量値が加算される。
駆動トランジスタTRDのゲート電極の電位がVOfsからVSig_m(>VOfs)に変化したとき、第1ノードND1と第2ノードND2との間の電位は変化する。即ち、駆動トランジスタTRDのゲート電極の電位(=第1ノードND1の電位)の変化分(VSig_m−VOfs)に基づく電荷が、第1ノードND1と第2ノードND2との間の容量値と、第2ノードND2と第2給電線PS2との間の容量値に応じて、振り分けられる。然るに、値cb(=cEL)が、値cA(=c1+cgs)と比較して充分に大きな値であれば、第2ノードND2の電位の変化は小さい。そして、一般に、発光部ELPの容量CELの値cELは、容量部C1の値c1及び駆動トランジスタTRDの寄生容量の値cgsよりも大きい。便宜のため、以下、第1ノードND1の電位変化により生ずる第2ノードND2の電位変化は考慮せずに説明を行う。尚、図6に示した駆動のタイミングチャートにおいては、[期間−TP(2)6B]を除き、第1ノードND1の電位変化により生ずる第2ノードND2の電位変化を考慮せずに示した。図4においても同様である。また、後程参照する図10、図13、図15においても同様である。
上述した書込み処理にあっては、駆動トランジスタTRDの一方のソース/ドレイン領域には電源部100から駆動電圧VCC-Hが印加された状態で、駆動トランジスタTRDのゲート電極に映像信号VSig_mが印加される。このため、図6に示すように、[期間−TP(2)6B]において第2ノードND2の電位が上昇する。この電位の上昇量(図6に示すΔV)については後述する。駆動トランジスタTRDのゲート電極(第1ノードND1)の電位をVg、駆動トランジスタTRDの他方のソース/ドレイン領域(第2ノードND2)の電位をVsとしたとき、上述した第2ノードND2の電位の上昇を考慮しなければ、Vgの値、Vsの値は以下のとおりとなる。第1ノードND1と第2ノードND2の電位差、即ち、駆動トランジスタTRDのゲート電極とソース領域として働く他方のソース/ドレイン領域との間の電位差Vgsは、以下の式(3)で表すことができる。
g =VSig_m
s ≒VOfs−Vth
gs≒VSig_m−(VOfs−Vth) (3)
即ち、駆動トランジスタTRDに対する書込み処理において得られたVgsは、発光部ELPにおける輝度を制御するための映像信号VSig_m、駆動トランジスタTRDの閾値電圧Vth、及び、駆動トランジスタTRDのゲート電極の電位を初期化するための電圧VOfsのみに依存している。そして、発光部ELPの閾値電圧Vth-ELとは無関係である。
次いで、上述した[期間−TP(2)6B]における第2ノードND2の電位の上昇について説明する。上述した参考例の駆動方法にあっては、書込み処理において、駆動トランジスタTRDの特性(例えば、移動度μの大小等)に応じて駆動トランジスタTRDの他方のソース/ドレイン領域の電位(即ち、第2ノードND2の電位)を上昇させる移動度補正処理が併せて行われる。
駆動トランジスタTRDをポリシリコン薄膜トランジスタ等から作製した場合、トランジスタ間で移動度μにばらつきが生ずることは避け難い。従って、移動度μに差異がある複数の駆動トランジスタTRDのゲート電極に同じ値の映像信号VSigを印加したとしても、移動度μの大きい駆動トランジスタTRDを流れるドレイン電流Idsと、移動度μの小さい駆動トランジスタTRDを流れるドレイン電流Idsとの間に、差異が生じてしまう。そして、このような差異が生ずると、表示装置の画面の均一性(ユニフォーミティ)が損なわれてしまう。
上述した駆動方法にあっては、駆動トランジスタTRDの一方のソース/ドレイン領域には電源部100から駆動電圧VCC-Hが印加された状態で、駆動トランジスタTRDのゲート電極に映像信号VSig_mが印加される。このため、図6に示すように、[期間−TP(2)6B]において第2ノードND2の電位が上昇する。駆動トランジスタTRDの移動度μの値が大きい場合、駆動トランジスタTRDの他方のソース/ドレイン領域における電位(即ち、第2ノードND2の電位)の上昇量ΔV(電位補正値)は大きくなる。逆に、駆動トランジスタTRDの移動度μの値が小さい場合、駆動トランジスタTRDの他方のソース/ドレイン領域における電位の上昇量ΔV(電位補正値)は小さくなる。ここで、駆動トランジスタTRDのゲート電極とソース領域として働く他方のソース/ドレイン領域との間の電位差Vgsは、式(3)から以下の式(4)のように変形される。
gs≒VSig_m−(VOfs−Vth)−ΔV (4)
尚、書込み処理を実行するための所定の時間(図6においては、[期間−TP(2)6B]の全時間(t0)は、表示素子や表示装置の設計に応じて決定すればよい。また、このときの駆動トランジスタTRDの他方のソース/ドレイン領域における電位(VOfs−Vth+ΔV)が以下の式(2’)を満足するように、[期間−TP(2)6B]の全時間t0は決定されているとする。[期間−TP(2)6B]において、発光部ELPが発光することはない。この移動度補正処理によって、係数k(≡(1/2)・(W/L)・Cox)のばらつきの補正も同時に行われる。
(VOfs−Vth+ΔV)<(Vth-EL+VCat) (2’)
[期間−TP(2)6C](図6、及び、図8の(E)参照)
以上の操作によって、工程(a)乃至工程(c)が完了する。その後、この[期間−TP(2)6C]以降において、上記の工程(d)を行う。即ち、駆動トランジスタTRDの一方のソース/ドレイン領域に電源部100から駆動電圧VCC-Hが印加された状態を維持した状態で、走査回路101の動作に基づき走査線SCLmをローレベルとし、書込みトランジスタTRWをオフ状態とし、第1ノードND1、即ち、駆動トランジスタTRDのゲート電極を浮遊状態とする。従って、以上の結果として、第2ノードND2の電位は上昇する。
ここで、上述したとおり、駆動トランジスタTRDのゲート電極は浮遊状態にあり、しかも、容量部C1が存在するが故に、所謂ブートストラップ回路におけると同様の現象が駆動トランジスタTRDのゲート電極に生じ、第1ノードND1の電位も上昇する。その結果、駆動トランジスタTRDのゲート電極とソース領域として働く他方のソース/ドレイン領域との間の電位差Vgsは、式(4)の値を保持する。
また、第2ノードND2の電位が上昇し、(Vth-EL+VCat)を超えるので、発光部ELPは発光を開始する(図8の(F)参照)。このとき、発光部ELPを流れる電流は、駆動トランジスタTRDのドレイン領域からソース領域へと流れるドレイン電流Idsであるので、式(1)で表すことができる。ここで、式(1)と式(4)から、式(1)は、以下の式(5)にように変形することができる。
ds=k・μ・(VSig_m−VOfs−ΔV)2 (5)
従って、発光部ELPを流れる電流Idsは、例えば、VOfsを0ボルトに設定したとした場合、発光部ELPにおける輝度を制御するための映像信号VSig_mの値から、駆動トランジスタTRDの移動度μに起因した電位補正値ΔVの値を減じた値の2乗に比例する。云い換えれば、発光部ELPを流れる電流Idsは、発光部ELPの閾値電圧Vth-EL、及び、駆動トランジスタTRDの閾値電圧Vthには依存しない。即ち、発光部ELPの発光量(輝度)は、発光部ELPの閾値電圧Vth-ELの影響、及び、駆動トランジスタTRDの閾値電圧Vthの影響を受けない。そして、第(n,m)番目の表示素子10の輝度は、係る電流Idsに対応した値である。
しかも、移動度μの大きな駆動トランジスタTRDほど電位補正値ΔVが大きくなるので、式(4)の左辺のVgsの値が小さくなる。従って、式(5)において、移動度μの値が大きくとも、(VSig_m−VOfs−ΔV)2の値が小さくなる結果、駆動トランジスタTRDの移動度μのばらつき(更には、kのばらつき)に起因するドレイン電流Idsのばらつきを補正することができる。これにより、移動度μのばらつき(更には、kのばらつき)に起因する発光部ELPの輝度のばらつきを補正することができる。
そして、発光部ELPの発光状態を第(m+m’−1)番目の水平走査期間まで継続する。この第(m+m’−1)番目の水平走査期間の終期は、[期間−TP(2)-1]の終期に相当する。ここで、「m’」は、1<m’<Mの関係を満たし、表示装置において所定の値である。換言すれば、発光部ELPは、[期間−TP(2)5]の始期から第(m+m’)番目の水平走査期間Hm+m'の直前まで駆動され、この期間が発光期間となる。
参考例に係る駆動方法の動作について説明した。[期間−TP(2)6A]と[期間−TP(2)6B]とで、第1ノードND1の電位変化は、(VSig_m−VOfs)である。上述の説明においては、第1ノードND1の電位変化により生ずる第2ノードND2の電位変化を考慮しなかった。実際には、図9に示すように、第2ノードND2には、以下の式(6)で与えられる電位変化ΔVAが生ずる。
ΔVA=(VSig_m−VOfs)・cA/(cA+cB) (6)
これにより、図10に示すように、第1ノードND1と第2ノードND2との間の電位差が減少する。結局、上述の式(5)は以下のように変形される。
ds=k・μ・(α・(VSig_m−VOfs)−ΔV)2 (5’)
但し、α=1−cA/(cA+cB
表示素子の仕様にもよるが、cA/(cA+cB)の値は0.1乃至0.4程度の値を取り得る。従って、[期間−TP(2)6C]以降において発光部ELPに流れる電流が減少するので、発光部ELPの輝度も低下する。この輝度低下を補填するように、予め映像信号VSigの振幅を大きく設定するといった対処も可能ではあるが、映像信号の振幅拡大により消費電力の増加を招くといった問題を生ずる。
実施例1の駆動方法にあっては、図4等に示すように、[期間−TP(2)6B]を除く各期間には、第2給電線PS2mに第1基準電圧VCat-H(0ボルト)を印加する。そして、[期間−TP(2)6B]には、第2給電線PS2mに第2基準電圧VCat-L(−1ボルト)を印加する。実施例1の駆動方法は、参考例の駆動方法に対し、以上の点が相違する。[期間−TP(2)6B]を除いた他の期間における実施例1の駆動方法の動作は、実質的に、参考例の駆動方法における動作と同様である。
実施例1においても、[期間−TP(2)1B]〜[期間−TP(2)5]に亙って、上記の工程(b)、即ち閾値電圧キャンセル処理を行う。[期間−TP(2)1B]において第1回目の閾値電圧キャンセル処理を行い、[期間−TP(2)3]において第2回目の閾値電圧キャンセル処理を行い、[期間−TP(2)5]において第3回目の閾値電圧キャンセル処理を行う。
[期間−TP(2)-1]〜[期間−TP(2)4](図4参照)
これらの期間の動作は、参考例の[期間−TP(2)-1]〜[期間−TP(2)4]における動作と実質的に同様であるので、説明を省略する。具体的には、上述した期間について説明した参考例の動作において、電圧VCatを第1基準電圧VCat-Hと読み替えればよい。駆動回路11の動作は、図7の(A)乃至(F)、及び、図8の(A)において、符号VCatを符号VCat-Hと置き換えたと同様である。
[期間−TP(2)5](図4、図11の(A)参照)
この[期間−TP(2)5]の始期において、データ線DTLnの電圧が映像信号VSig_m-1から第1ノード初期化電圧VOfsに切り替わる。この[期間−TP(2)5]の始期において、走査線SCLmからの信号により書込みトランジスタTRWをオン状態とする。発光部ELPに備えられたカソード電極に第2給電線PS2mから第1基準電圧VCat-Hを印加した状態で、第1ノードND1は、書込みトランジスタTRWを介してデータ線DTLnから第1ノード初期化電圧VOfsを印加した状態となる。これにより、第3回目の閾値電圧キャンセル処理を行う。
第2ノードND2の電位は、第1ノードND1の電位から駆動トランジスタTRDの閾値電圧Vthを減じた電位に向かって変化する。そして、駆動トランジスタTRDのゲート電極と他方のソース/ドレイン領域との間の電位差がVthに達すると、駆動トランジスタTRDがオフ状態となる。この状態にあっては、第2ノードND2の電位は、概ね(VOfs−Vth)である。この期間の動作は、実質的に、参考例の駆動方法における動作と同様である。
[期間−TP(2)6A](図6、図11の(B)参照)
この[期間−TP(2)6A]の始期において、走査線SCLmからの走査信号により書込みトランジスタTRWをオフ状態とする。発光部ELPに備えられたカソード電極に第2給電線PS2mから第1基準電圧VCat-Hを印加した状態である。この期間の動作は、実質的に、参考例の駆動方法における動作と同様である。
[期間−TP(2)6B](図6、図11の(C)参照)
この期間内に、カソード電極に第2給電線PS2mから第1基準電圧VCat-Hよりも低い第2基準電圧VCat-Lを印加した状態で書込み処理を行う。具体的には、この期間の始期において、第2給電線PS2mに印加する電圧が第1基準電圧VCat-Hから第2基準電圧VCat-Lに切り替わる。また、走査線SCLmからの走査信号により書込みトランジスタTRWをオン状態とする。そして、書込みトランジスタTRWを介して、データ線DTLnから映像信号VSig_mを第1ノードND1に印加する。その結果、第1ノードND1の電位はVSig_mへと上昇する。
参考例と同様に、[期間−TP(2)6A]と[期間−TP(2)6B]とで、第1ノードND1の電位変化は、(VSig_m−VOfs)である。しかしながら、実施例1にあっては、[期間−TP(2)6A]と[期間−TP(2)6B]とで、第2給電線PS2mの電圧も変化する。このため、図12に示すように、第2ノードND2には、以下の式(7)で与えられる電位変化ΔVA'が生ずる。
ΔVA’=(VSig_m−VOfs)・cA/(cA+cB)−(VCat-H−VCat-L)・cB/(cA
+cB
=ΔVA−(VCat-H−VCat-L)・cB/(cA+cB) (7)
更に、ΔVA’=0として式(7)を解くと、以下の式(8)を得る。
Cat-H−VCat-L=(VSig_m−VOfs)・cA/cB (8)
式(7)から明らかなように、ΔVA’はΔVAよりも小さい値となる。更には、式(8)より、第1基準電圧VCat-Hと第2基準電圧VCat-Lとの差が(VSig_m−VOfs)・cA/cBであるように設定すれば、ΔVA’を0ボルトとすることができる。しかしながら、第2給電線PS2mは第m行目を構成するN個の表示素子10において共通であり、第m行目のN個の表示素子10に印加される映像信号VSigは、各表示素子10毎に個別の値となる。従って、全ての表示素子10においてΔVA’を0ボルトとすることはできない。実施例1においては、映像信号VSigの中間の値を基準として、第1基準電圧VCat-Hと第2基準電圧VCat-Lが設定されている。
具体的には、映像信号VSigが取り得る最大値をVSig_Max(実施例1においては7ボルト)、映像信号VSigが取り得る最小値をVSig_Min(実施例1にあっては1ボルト)と表す。上述したように、第1ノードND1と第2ノードND2との間の容量値をcAと表し、第2ノードND2と第2給電線PS2mとの間の容量値をcBと表し、閾値電圧キャンセル処理において第1ノードND1の電位を保った状態とするために第1ノードND1に印加する電圧をVOfsと表す。第1基準電圧VCat-Hと第2基準電圧VCat-Lとは、以下の式(9)に基づいて設定されている。尚、実施例1においては、cA:cB=1:4であるとした。
Cat-H−VCat-L=((VSig_Max+VSig_Min)/2−VOfs)・cA/cB (9)
以上、実施例1に係る駆動方法の動作について説明した。[期間−TP(2)6A]と[期間−TP(2)6B]とで、第1ノードND1の電位変化は、参考例におけるΔVAより小さいΔVA’となる。これにより、図13に示すように、[期間−TP(2)6A]と[期間−TP(2)6B]における第1ノードND1の電位変化により生ずる第2ノードND2の電位変化を抑えることができる。
尚、上述した説明にあっては、[期間−TP(2)6B]を除く他の期間において、第2給電線PS2mの電圧を第1基準電圧VCat-Hとするとして説明したが、例えば、[期間−TP(2)6C]及び[期間−TP(2)7]において第2給電線PS2mの電圧を第2基準電圧VCat-Lに維持するといった構成とすることもできる。あるいは又、例えば、[期間−TP(2)5]及び[期間−TP(2)6A]において第2給電線PS2mの電圧を第2基準電圧VCat-Lとし、それ以外の期間において第2給電線PS2mの電圧を第1基準電圧VCat-Hとするといった構成とすることもできる。基本的には、書込み処理を行う前の直前の閾値キャンセル処理を行う期間において第2給電線PS2mの電圧が第1基準電圧VCat-Hであり、書込み処理を行う期間において第2給電線PS2mの電圧が第2基準電圧VCat-Lであればよい。他の期間においては、動作に支障を来さない限り、第2給電線PS2mの電圧は第1基準電圧VCat-Hであってもよいし、第2基準電圧VCat-Lであってもよいし、更に別の値の電圧であってもよい。
実施例2は、本発明の表示素子の駆動方法、及び、本発明の第2の態様に係る表示装置の駆動方法に関する。
図14は、実施例2において用いられる表示装置である。上述したように、第2給電線PS2mが共通の給電線である点を除く他は、実施例1において用いられる表示装置と同様の構成である。共通の第2給電線PS2mは、カソード電圧制御回路103に接続されている。
実施例1にあっては、図4に示すように[期間−TP(2)6B]においてのみ電圧を変える必要がある。このため、第2給電線PS2に印加される電圧が各行毎に個別に制御することができるように、第2給電線PS2を各行毎に独立して形成するとともに、個別に印加する電圧を制御するといった必要がある。
実施例2にあっては、第2給電線PS2を共通の給電線として構成した。従って、各行において[期間−TP(2)6B]に相当する期間に共通の第2給電線PS2に第2基準電圧VCat-Lを印加し、他の期間には共通の第2給電線PS2に第1基準電圧VCat-Lを印加する。
実施例2に係る表示素子10の駆動のタイミングチャートを模式的に図15に示す。図4との対比から明らかなように、データ線DTLnに映像信号VSigが印加される期間であって、各行において[期間−TP(2)6B]に相当する期間においては、共通の第2給電線PS2には第2基準電圧VCat-Lが印加され、他の期間には共通の第2給電線PS2に第1基準電圧VCat-Lが印加される。
従って、共通の第2給電線PS2に印加される電圧の変化に伴い、発光部ELPのアノード電極の電位も、各行において[期間−TP(2)6B]に相当する期間において変化する。実施例1の駆動方法に対し、実施例2の駆動方法は、上述した点が相違する。しかしながら、発光部ELPのアノード電極の電位は、閾値補正期間に重ならないタイミングで変化する。以上の点が相違する他、図15に示す各期間の動作は、実施例1において説明したと同様である。また、第1ノードND1や第2ノードND2の電位も、発光部ELPのアノード電極の電位変化に追従して変化するので、初期化や閾値電圧キャンセル処理、及び、書込み処理等において動作に支障を来たすこともない。
このように、実施例2は、第2給電線PS2を共通の給電線として構成することができ、また、各行毎に第1基準電圧と第2基準電圧を印加するタイミングを制御するといった必要もない。従って、実施例1に対し、表示装置の構成をより簡便なものとすることができるといった利点を備えている。
以上、好ましい実施例に基づき本発明を説明したが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。実施例において説明した表示装置や表示素子の構成、構造、表示素子及び表示装置の駆動方法の工程は例示であり、適宜変更することができる。
例えば、第2ノードと第2給電線との間の容量値が、発光部の経時変化により変化する場合がある。このような場合には、例えば表示装置等の動作時間に応じて、第1基準電圧と第2基準電圧の値を変えるといった構成とすることにより、第2ノードと第2給電線との間の容量値の経時変化に対応することができる。
例えば、図16に示すように、表示素子10を構成する駆動回路11が、第2ノードND2に接続されたトランジスタ(第1トランジスタTR1)を備えている構成であってもよい。第1トランジスタTR1においては、一方のソース/ドレイン領域は、第2ノード初期化電圧VSSが印加され、他方のソース/ドレイン領域は、第2ノードND2に接続されている。第1トランジスタ制御線AZ1を介して第1トランジスタ制御回路104からの信号が第1トランジスタTR1のゲート電極に印加され、第1トランジスタTR1のオン/オフ状態を制御する。これにより、第2ノードND2の電位を設定することができる。
あるいは又、図17に示すように、表示素子10を構成する駆動回路11が、第1ノードND1に接続されたトランジスタ(第2トランジスタTR2)を備えている構成であってもよい。第2トランジスタTR2においては、一方のソース/ドレイン領域は、第1ノード初期化電圧VOfsが印加され、他方のソース/ドレイン領域は、第1ノードND1に接続されている。第2トランジスタ制御線AZ2を介して第2トランジスタ制御回路105からの信号が第2トランジスタTR2のゲート電極に印加され、第2トランジスタTR2のオン/オフ状態を制御する。これにより、第1ノードND1の電位を設定することができる。
更には、図18に示すように、表示素子10を構成する駆動回路11が、上述した第1トランジスタTR1と第2トランジスタTR2とを共に備えている構成であってもよい。また、これに加えて、別のトランジスタを備えている構成とすることもできる。
TRW・・・書込みトランジスタ、TRD・・・駆動トランジスタ、TR1・・・第1トランジスタ、TR2・・・第2トランジスタ、C1・・・容量部、ELP・・・有機エレクトロルミネッセンス発光部、CEL・・・発光部ELPの容量、ND1・・・第1ノード、ND2・・・第2ノード、SCL・・・走査線、DTL・・・データ線、AZ1・・・第1トランジスタ制御線、AZ2・・・第2トランジスタ制御線、CL・・・制御線、PS1・・・第1給電線、PS2・・・第2給電線、10・・・表示素子、11・・・駆動回路、20・・・支持体、21・・・基板、31・・・ゲート電極、32・・・ゲート絶縁層、33・・・半導体層、34・・・チャネル形成領域、35,35・・・ソース/ドレイン領域、36・・・他方の電極、37・・・一方の電極、38・・・配線、39・・・配線、40・・・層間絶縁層、51・・・アノード電極、52・・・正孔輸送層、発光層及び電子輸送層、53・・・カソード電極、54・・・第2層間絶縁層、55,56・・・コンタクトホール、100・・・電源部、101・・・走査回路、102・・・信号出力回路、103・・・カソード電圧制御回路、104・・・第1トランジスタ制御回路、105・・・第2トランジスタ制御回路

Claims (5)

  1. 電流駆動型の発光部、及び、駆動回路を備えており、
    動回路は、書込みトランジスタ、駆動トランジスタ、及び、容量部を備えており、
    書込みトランジスタは、走査線からゲート電極に印加される走査信号に応じて、データ線から容量部への映像信号の書き込みを制御するように構成されており、
    容量部は、保持する電圧に応じて駆動トランジスタのゲート電極の電圧を設定するように接続されており、
    駆動トランジスタと発光部とは第1給電線と第2給電線との間で直列に接続され、駆動トランジスタのゲート電極の電圧に応じて発光部に流れる電流を制御するように構成されている、
    表示素子を用いて、
    駆動トランジスタのゲート電極の電位を保った状態で駆動トランジスタのソース領域として働くソース/ドレイン領域の電位を駆動トランジスタのゲート電極の電位から駆動トランジスタの閾値電圧を減じた電位に向かって変化させる閾値電圧キャンセル処理と、走査線からの走査信号によりオン状態とされた書込みトランジスタを介してデータ線から映像信号を容量部に書き込む書込み処理とを備えており、
    発光部に備えられたカソード電極に第2給電線から第1基準電圧を印加した状態で閾値電圧キャンセル処理を行った後、書込み処理に起因する駆動トランジスタのソース領域の電位変化を抑えるために、第1基準電圧とは異なる第2基準電圧を第2給電線からカソード電極に印加した状態で書込み処理を行う、
    表示素子の駆動方法。
  2. 駆動トランジスタのゲート電極とソース領域として働くソース/ドレイン領域との間の電位差が駆動トランジスタの閾値電圧を超え、且つ、駆動トランジスタのソース領域として働くソース/ドレイン領域と発光部に備えられたカソード電極との間の電位差が発光部の閾値電圧を超えないように、駆動トランジスタのゲート電極およびソース領域として働くソース/ドレイン領域の電位を初期化する前処理を行い、
    次いで、閾値電圧キャンセル処理を行い、
    その後、書込み処理を行い、
    次いで、走査線からの走査信号により書込みトランジスタをオフ状態とすることにより駆動トランジスタのゲート電極を浮遊状態とし、第1給電線から所定の駆動電圧が駆動トランジスタに印加されている状態で、駆動トランジスタを介して発光部に電流を流すことによって発光部を駆動する請求項1に記載の表示素子の駆動方法。
  3. 発光部は有機エレクトロルミネッセンス発光部から成る請求項1または請求項2に記載の表示素子の駆動方法。
  4. (1)第1の方向にN個、第1の方向とは異なる第2の方向にM個、合計N×M個の、2次元マトリクス状に配列され、それぞれが電流駆動型の発光部、及び、駆動回路を備えている表示素子、
    (2)第1の方向に延びるM本の走査線、
    (3)第2の方向に延びるN本のデータ線、
    (4)第1の方向に延びるM本の第1給電線、並びに、
    (5)第1の方向に延びるM本の第2給電線、
    を備え、
    動回路は、書込みトランジスタ、駆動トランジスタ、及び、容量部を備えており、
    第m行(但し、m=1,2・・・,M)、第n列目(但し、n=1,2・・・,N)の表示素子にあっては、
    書込みトランジスタは、第m番目の走査線からゲート電極に印加される走査信号に応じて、第n番目のデータ線から容量部への映像信号の書き込みを制御するように構成されており、
    容量部は、保持する電圧に応じて駆動トランジスタのゲート電極の電圧を設定するように接続されており、
    駆動トランジスタと発光部とは第m番目の第1給電線と第m番目の第2給電線との間で直列に接続され、駆動トランジスタのゲート電極の電圧に応じて発光部に流れる電流を制御するように構成されている、
    表示装置を用いて、
    駆動トランジスタのゲート電極の電位を保った状態で駆動トランジスタのソース領域として働くソース/ドレイン領域の電位を駆動トランジスタのゲート電極の電位から駆動トランジスタの閾値電圧を減じた電位に向かって変化させる閾値電圧キャンセル処理と、走査線からの走査信号によりオン状態とされた書込みトランジスタを介してデータ線から映像信号を容量部に書き込む書込み処理とを備えており、
    発光部に備えられたカソード電極に第2給電線から第1基準電圧を印加した状態で閾値電圧キャンセル処理を行った後、書込み処理に起因する駆動トランジスタのソース領域の電位変化を抑えるために、第1基準電圧とは異なる第2基準電圧を第2給電線からカソード電極に印加した状態で書込み処理を行う、
    表示装置の駆動方法。
  5. (1)第1の方向にN個、第1の方向とは異なる第2の方向にM個、合計N×M個の、2次元マトリクス状に配列され、それぞれが電流駆動型の発光部、及び、駆動回路を備えている表示素子、
    (2)第1の方向に延びるM本の走査線、
    (3)第2の方向に延びるN本のデータ線、
    (4)第1の方向に延びるM本の第1給電線、並びに、
    (5)共通の第2給電線、
    を備え、
    動回路は、書込みトランジスタ、駆動トランジスタ、及び、容量部を備えており、
    第m行(但し、m=1,2・・・,M)、第n列目(但し、n=1,2・・・,N)の表示素子にあっては、
    書込みトランジスタは、第m番目の走査線からゲート電極に印加される走査信号に応じて、第n番目のデータ線から容量部への映像信号の書き込みを制御するように構成されており、
    容量部は、保持する電圧に応じて駆動トランジスタのゲート電極の電圧を設定するように接続されており、
    駆動トランジスタと発光部とは第m番目の第1給電線と共通の第2給電線との間で直列に接続され、駆動トランジスタのゲート電極の電圧に応じて発光部に流れる電流を制御するように構成されている、
    表示装置を用いて、
    駆動トランジスタのゲート電極の電位を保った状態で駆動トランジスタのソース領域として働くソース/ドレイン領域の電位を駆動トランジスタのゲート電極の電位から駆動トランジスタの閾値電圧を減じた電位に向かって変化させる閾値電圧キャンセル処理と、走査線からの走査信号によりオン状態とされた書込みトランジスタを介してデータ線から映像信号を容量部に書き込む書込み処理とを備えており、
    発光部に備えられたカソード電極に第2給電線から第1基準電圧を印加した状態で閾値電圧キャンセル処理を行った後、書込み処理に起因する駆動トランジスタのソース領域の電位変化を抑えるために、第1基準電圧とは異なる第2基準電圧を第2給電線からカソード電極に印加した状態で書込み処理を行う、
    表示装置の駆動方法。
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