JP2005031629A - 表示素子および表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】抵抗素子を挿入したり、レイアウト変更により開口率を低下させることなく、電気光学素子の表示寿命を延ばす表示素子および表示装置を提供する。
【解決手段】本表示素子は、電気光学素子である有機ＥＬ素子２０と、電源線電極１２と、走査信号線電極１０と、データ信号線電極１１と、共通電極Ｖｃｏｍと、補助容量３０と、有機ＥＬ素子２０に流す電流を制御する電流制御用ＴＦＴ２と、有機ＥＬ素子２０に電流を流すタイミングを制御するデータ電圧制御用ＴＦＴ１とを備える。ここで、上記電流制御用ＴＦＴ２の両端への印加電圧値Ｖｒと有機ＥＬ素子２０の両端への印加電圧値Ｖｅｌとの比率をβ（＝Ｖｒ／Ｖｅｌ）とするとき、０．１≦β≦７．０となる電圧Ｖｒを電流制御用ＴＦＴ２の両端に印加してその導電率を制御する。このことにより、有機ＥＬ素子２０の輝度の経時変化速度を遅くし、表示寿命をより長くする。
【選択図】図４

Description

本発明は、電気光学素子に流される電流量によって発光が制御される表示素子および当該該表示素子を含む表示装置に関する。
従来より、素子に流される電流量に応じてその発光量が制御される素子、例えば、無機ＥＬ（Electro Luminescence）素子や有機ＥＬ素子等に代表されるＬＥＤ（Light Emitting Diode）を電気光学素子として利用した表示素子がある。ここで、本明細書において、電気光学素子とは、上記有機ＥＬ素子等の他、ＦＥＤ（Field Emission Display）、電荷駆動素子、液晶、Ｅインク（Electronic Ink）など、電気を与えることにより光学的な特性が変化する全ての素子をいうものとする。なお、以下では電気光学素子として有機ＥＬ素子を例示するが、電流量に応じて発光量が制御される発光素子であれば同様の説明が可能である。
また、上記表示素子により画素が形成されるように、複数の表示素子がマトリクス状に配置される表示装置がある。この表示素子は、電気光学素子に流す電流量を制御するスイッチング素子を含み、このスイッチング素子により、外部からの電気信号に基づき電気光学素子の電流量が制御される。このスイッチング素子は、例えばダイオードやＭＩＭ（Metal Insulator Metal ）素子があるが、より好適にはスイッチ特性の優れたアモルファスシリコンや多結晶シリコン（Polycrystalline Silicon ）、さらにはより結晶性の高い多結晶シリコンである連続粒界結晶シリコン（Continuous Grain Silicon：以下「ＣＧシリコン」と略する）、またはシリコン膜とは別の導電性の有機材料膜を利用した薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor：以下「ＴＦＴ」と略する）である。このような電気光学素子の電流量を制御する電気信号の形態によって、その制御方法は、以下に示されるような定電圧型制御方式および定電流型制御方式と呼ばれる２つの方法に大別される。
まず、定電圧型制御方式につき説明する。図１２は、１つの画素を形成する表示素子の等価回路を示す図である。この表示素子は、電気光学素子である有機ＥＬ素子９２０と、駆動電源Ｖｒｅｆからの電流を供給する電源線電極９１２と、走査信号線電極９１０と、データ信号線電極９１１と、共通電極Ｖｃｏｍと、補助容量９３０と、有機ＥＬ素子９２０に流す電流を制御するためのｐチャネル型ＴＦＴである電流制御用ＴＦＴ９２と、有機ＥＬ素子９２０に電流を流すタイミングを制御するｎチャネル型ＴＦＴであるデータ電圧制御用ＴＦＴ９１とを備える。図に示すように、電源線電極９１２には、電流制御用ＴＦＴ９２のソース端子と補助容量９３０の一端とが接続され、補助容量９３０の他端には電流制御用ＴＦＴ９２のゲート端子およびデータ電圧制御用ＴＦＴ９１のドレイン端子に接続される。また、データ電圧制御用ＴＦＴ９１のソース端子はデータ信号線電極９１１に接続され、そのゲート端子は走査信号線電極９１０に接続される。さらに、有機ＥＬ素子９２０の陽極は、電流制御用ＴＦＴ９２のドレイン端子に接続され、その陰極は共通電極Ｖｃｏｍに接続される。定電圧型制御方式では、走査信号線電極９１０に与えられる走査信号によりデータ電圧制御用ＴＦＴ９１が選択されている期間に、データ信号線電極９１１に対してデータ信号電圧が印加されることにより、補助容量９３０に該データ信号電圧に応じた電圧が保持される。その後、データ電圧制御用ＴＦＴ９１が選択されていない期間に、補助容量９３０で保持されている電圧に応じて電流制御用ＴＦＴ９２の導電率が制御されるため、この電流制御用ＴＦＴ９２に対して直列に接続される有機ＥＬ素子９２０に所定の電流が流され、その発光量が制御される。（例えば、非特許文献１参照。）
また、この発光量を制御し、表示装置の画質を良く見せるためには、従来より、上記データ信号がデジタル信号であることにより上記補助容量に保持される電位が離散的に変化することが好ましく、その際、上記電流制御用ＴＦＴのオン抵抗は、発光素子のオン抵抗に比べて、無視できるほど小さいほうが好ましいことが知られている。（例えば、特許文献１参照。）
このような定電圧型制御方式に対して、定電流型制御方式では、図１２に示す表示素子のデータ信号線電極に流れるデータ信号電流により、有機ＥＬ素子９２０に流すべき電流が得られるような電圧が補助容量９３０に保持される。この補助容量９３０に保持された電圧に応じて、有機ＥＬ素子９２０の発光量が制御される。さらに、具体的に表示素子へ流すべき該電流を流すための構成について説明する。図１３は、従来例における定電流型制御方式による表示素子の等価回路を示す図である。図１３に示されるように、データ信号線電極９１１には定電流回路が接続されており、表示素子内にはさらにＴＦＴ９３，９４と、ＴＦＴ９４を制御するための信号線電極９４０とが配置される。なお、ＴＦＴ９３は、ＴＦＴ９１と同様に、走査信号線電極９１０により制御される。まず、ＴＦＴ９１，９３がオンされるとともに、ＴＦＴ９４がオフされると、ＴＦＴ９２のソース・ドレイン間を流れる電流が所望の値になるまで、駆動電源Ｖｒｅｆからデータ信号線電極９１１に接続される定電流回路へＴＦＴ９３を介して電流が流される。そのとき、ＴＦＴ９２のソース・ドレイン間を流れる電流が得られるような電圧が補助容量９３０に保持されるので、ＴＦＴ９１とＴＦＴ９３のスイッチをオフした後、ＴＦＴ９４のスイッチをオンすることにより、有機ＥＬ素子９２０には所望の電流が流れる。（例えば、非特許文献２参照。）
ここで、有機ＥＬ素子９２０に流れる電流とその発光量との関係につき説明する。図１４は、有機ＥＬ素子の発光輝度と発光時に流れる電流との関係を示す図である。図１４に示されるように、有機ＥＬ素子の発光輝度は、有機ＥＬ素子に流れる電流、すなわち図１２に示す電流制御用ＴＦＴ９２の駆動電流にほぼ比例する。このことは一般的に良く知られている。
そして、定電圧型制御方式では、時間の経過に伴って有機ＥＬ素子の内部抵抗が（水分や酸素との反応、材料の分解、膜層形状変化等の素子劣化が主な原因で）増加すると、電源負荷が相対的に増加することから、当該有機ＥＬ素子に流れる電流は相対的に減少する。そして、図１４に示されるように発光輝度と発光時に流れる電流とは比例関係にあることから、当該有機ＥＬ素子の発光輝度も相対的に低下する。
これに対して、定電流型制御方式では、時間の経過（による内部抵抗の増加）とは無関係に、有機ＥＬ素子に一定の電流が流れるようデータ信号の電流値が制御される。そのため、流れる電流の減少による上記のような発光輝度の低下は生じない。しかし、一般的に有機ＥＬ素子は、時間経過とともに同一電流値に対する発光輝度が（素子の劣化により）低下する特性を有しているため、定電流型制御方式においても、時間の経過による発光輝度の低下は生じる。
図１５は、定電圧型制御方式および定電流型制御方式による、上記有機ＥＬ素子の時間経過による発光輝度の低下を示す図である。なお、曲線Ａは定電圧型制御方式の場合を示し、曲線Ｂは定電流型制御方式の場合を示している。また、図１５に示す規格化時間は、定電圧型制御方式での規格化輝度が半減した（すなわち０．５となる）ときの時間を１としている。図１５に示されるように、定電流型制御方式の方が定電圧型制御方式よりも表示装置の表示寿命を延ばすことができる。なお、この表示寿命とは、所定の輝度で発光する素子が、経時的な劣化により表示装置として使用できなくなる輝度に至る時間、すなわち上記所定の輝度がほぼ半減するまでの時間を意味する。
ところで、上述のような経時的な劣化による発光輝度の低下は、表示パネルに含まれるＴＦＴ素子の特性ばらつきを原因とする各有機ＥＬ素子毎の発光履歴の違いに基づきばらつきが生じる。そこで、有機ＥＬ素子に対して直列に抵抗素子を接続し、有機ＥＬ素子に加わる電圧を分圧することにより調節し、相対的に発光のばらつきを低減させる手法が知られている。（例えば、特許文献２、３参照。）
この構成では例えば、図１２に示す表示素子の有機ＥＬ素子９２０に対し、電流制御用ＴＦＴ９２に加えてさらに所定の抵抗素子Ｒを直列に接続する。図１６は、この従来例に係る表示素子の等価回路を示す図である。図１６に示すように有機ＥＬ素子９２０の内部抵抗が増加することにより流れる電流が所定値から経時的に低下する場合であっても、電圧の分配法則に従い、当該有機ＥＬ素子９２０に加わる電圧を当該有機ＥＬ素子９２０の内部抵抗に応じて増加させることができる。そのため、電流値の経時的な低下による輝度の低下を抑制することができる。したがって、定電圧型制御方式による場合であっても、前述の定電流型制御方式による場合と同様に発光輝度の低下を抑制した表示装置を実現することができる。
特開平１１−７３１５８号公報 特開２００１−２７２９３０号公報（第３−４頁、第１図） 特開２００２−１７５０２９号公報（第６−８頁、第２、５−７図） Ｉ．Ｍ．ハンター（I.M.Hunter）、他１名，「低温ポリシリコンＴＦＴを用いたポリマー発光ダイオードのアクティブマトリクスアドレッシング（Active Matrix Addressing of Polymer Light Emitting Diodes Using Low Temperature Poly Silicon TFTs）」，ＡＭ−ＬＣＤ２０００，２０００年，ｐ．２４９−２５２ 服部励治、他３名，「電流指定型ポリシリコンＴＦＴアクティブマトリクス駆動有機ＬＥＤディスプレイの回路シミュレーション」，信学技報，２００１年４月，ＥＤ２００１−８ ＳＤＭ２００１−８ Ｖｏｌ．１０１，Ｎｏ．１５，ｐ．７−１４
しかしながら、上記従来の構成のように、定電圧型制御方式においてデジタルデータ信号に基づき制御を行う構成（例えば特許文献１を参照）では、電流制御用ＴＦＴ素子の抵抗は無視できるほど小さい方が好ましいとされるので、この構成で表示寿命を延ばすためには、表示素子内の有機ＥＬ素子に対して直列に抵抗素子を接続することにより、電圧の分配方式に従って有機ＥＬ素子に加わる電圧を該有機ＥＬ素子の内部抵抗に応じて増加させる前述の構成を必要とする。あるいは表示寿命を延ばす方法として、電圧の分配法則に関係なく常に一定の電流を有機ＥＬ素子に流すことができる定電流型制御方式による表示素子の構成が考えられる。しかし上記のような構成では、図１２に示す表示素子に比べて、表示素子に含まれるスイッチ素子や抵抗が増える。そのため、これらによって占められる面積が大きくなるので、これらの面積が表示素子全体の面積に対して占める割合が大きくなる。その結果、発光素子の発光面積が減少することになるので、表示素子の開口率が低下する。
ここで、図１２に示す回路構成の表示素子の表示輝度と同じ表示輝度を上記のような開口率が低下する構成において実現するためには、表示素子に含まれる有機ＥＬ素子の輝度を上げる必要がある。しかし、有機ＥＬ素子の輝度をより上昇させて駆動すると、当該有機ＥＬ素子の劣化を早めてしまうことが良く知られており、表示寿命がより短くなる。さらに、当該有機ＥＬ素子の発光効率は低下し、その消費電力も相対的に増加するため、表示特性の点からも有機ＥＬ素子の輝度をより上昇させて駆動することは好ましくない。
なお、ここでは電気光学素子としての有機ＥＬ素子を例示して説明しているが、有機ＥＬ素子に限らず、素子に流れる電流量に応じてその発光量が制御される発光素子には同様の問題点がある。
そこで本発明は、前述のように抵抗素子を直列に挿入したり、表示素子内部のＴＦＴ数を増加させて、表示素子のレイアウトを大幅に変更することにより開口率を低下させることなく、電気光学素子の経時的な輝度劣化を補償して表示寿命を延ばすことができる表示素子および表示装置を提供することを目的とする。
本発明は、電流により駆動される電気光学素子と、当該電気光学素子に対して直列に接続されることにより当該電気光学素子に流れるべき電流を与える電流制御用素子と、当該電流制御用素子を制御するためのデータ信号を当該電流制御用素子に与えるスイッチング素子と、当該スイッチング素子を制御するための走査信号を前記スイッチング素子に与える走査信号線電極と、前記データ信号を前記スイッチング素子に与えるデータ信号線電極と、前記電気光学素子を駆動するための電流を前記電流制御用素子に与える電源線電極とを備える表示素子であって、
前記電流制御用素子は、前記電気光学素子の発光時に、前記電気光学素子の両端に加わる電圧値Ｖｅｌに対する当該電流制御用素子の両端に加わる電圧値Ｖｒの比率をβ（＝Ｖｒ／Ｖｅｌ）とするとき、０．１≦β≦７．０を満たす、所定の導通抵抗値を有することを特徴とする。
また、本発明では、電流制御用素子の両端に加わる電圧に対する耐圧値が小さな値（例えば最大で８Ｖの値）をとるとき、前記比率β（＝Ｖｒ／Ｖｅｌ）が、０．１≦β≦３．０となることが好ましい。
また、電流制御用素子は、ガラス基板上に形成可能である薄膜トランジスタであることが好適であり、さらに多結晶シリコンからなる薄膜トランジスタであることがより好適であり、ｐチャネル型またはｎチャネル型の薄膜トランジスタであってもよい。さらにまた、電流制御用素子は、多結晶シリコンよりも電流を多く流すことができるＣＧシリコンであってもよい。また、電気光学素子は、有機エレクトロルミネッセンス素子であることが好適である。
ここで、本発明では、前記電流制御用素子が所定の導通抵抗値を有するように形成されてもよい。具体的には、電流制御用素子（例えば薄膜トランジスタ）は、当該電流制御用素子のゲート幅またはゲート長を所定の長さに形成されることにより、所定の導通抵抗値を有するように調整されてもよい。また、電流制御用素子は、所定の電圧値を有するデータ信号が与えられることにより、０．１≦β≦７．０を満たす所定の導電率を有するように制御されてもよい。
本発明の表示装置は、以上のような表示素子をマトリクス状に複数配列してなる表示部を備えており、当該電流制御用素子が、例えば薄膜トランジスタのように素子特性がばらつくことを考慮すると、アナログ的な制御方式では階調のばらつきが一般に大きくなるため、当該表示素子に含まれる電気光学素子は、発光または非発光のいずれかの発光状態となるように、例えばサブフィールド法（中間調を持つ動画像をそれぞれ重み付けられた複数の２値の画像に分け、時間的にそれらを重ね合わせることで中間調を表示する方式）や発光面積の異なる電気光学素子を２値のデジタルデータ信号で階調制御する方式（たとえば特許文献１を参照）のように、２値で階調制御されるのが好ましい。
このような本発明によれば、電気光学素子の発光時に、その両端に加わる電圧値Ｖｅｌに対する電流制御用素子の両端に加わる電圧値Ｖｒの比率β（＝Ｖｒ／Ｖｅｌ）が、０．１≦β≦７．０となるように電流制御用素子の導通抵抗値が設定される。そのため、新たに抵抗素子を挿入したり、定電流制御方式で表示素子や表示装置で用いた特別な補償回路等を組み込むことなく、電気光学素子の輝度の経時変化速度を遅くすることができるため、電気光学素子の表示寿命をより長くすることができる。
以下、本発明の一実施形態につき添付図面を参照して説明する。
＜１．原理＞
本発明の一実施形態の構成を説明する前提として、本発明において適用されるべき原理と得られる効果につき説明する。
一般的に、時間経過等による素子特性の劣化は、指数（ｅｘｐｏｎｅｎｔ）関数的な変化を示すことが知られている。よって、以下の説明において、電気光学素子単体の規格化された輝度の経時変化は、指数関数Ｌ（ｔ）により近似するものとする。この指数関数Ｌ（ｔ）は、指数係数をＫ、経過時間をｔとするとき、次式（１）のように表される。
Ｌ（ｔ）＝ｅｘｐ（−Ｋ・ｔ） …（１）
図１は、単体で発光させるときの電気光学素子を示す回路図である。図示される電気光学素子に対して電源から与えられる電圧をＶ、電気光学素子が所定の輝度となるときの抵抗値をＲｅｌ（０）、そのときの電流値をＩ（０）としたとき、Ｔ時間後における電流値はＩ（Ｔ）、電気光学素子の抵抗値はＲｅｌ（Ｔ）と表すことができる。ここでオームの法則より、上記電流、電圧、および抵抗の関係は次式（２）のように表される。
Ｖ＝Ｉ（０）・Ｒｅｌ（０）
＝Ｉ（Ｔ）・Ｒｅｌ（Ｔ） …（２）
この電気光学素子の抵抗値Ｒｅｌ（Ｔ）は、発光履歴のない初期状態の時点近傍（以下「発光初期」という）における電気光学素子の抵抗値Ｒｅｌ（０）のα倍であるものとして、次式（３）のように表される。
Ｒｅｌ（Ｔ）＝α・Ｒｅｌ（０） …（３）
また、電気光学素子の輝度と電流密度とは、ほぼ比例関係にあることから、上式（１）の指数関数Ｌ（ｔ）をＬ１（ｔ）、指数係数をＫ１とおくと、Ｌ１（ｔ）を規格化された電流値Ｉ（ｔ）／Ｉ（０）の式として、次式（４）のように表すことができる。
Ｌ１（ｔ）＝Ｉ（ｔ）／Ｉ（０）
＝ｅｘｐ（−Ｋ１・ｔ） …（４）
ところで、上式（３）により示されたαの値は、オームの法則と上式（４）により、以下のように規格化された輝度の逆数としても表すことができる。
α＝Ｒｅｌ（Ｔ）／Ｒｅｌ（０）
＝（Ｖ／Ｉ（Ｔ））／（Ｖ／Ｉ（０））
＝１／（Ｉ（Ｔ）／Ｉ（０））
＝１／Ｌ１（Ｔ） …（５）
また、上式（２）は、Ｉ（Ｔ）＝Ｖ／Ｒｅｌ（Ｔ）、Ｉ（０）＝Ｖ／Ｒｅｌ（０）と表され、上式（４）は、Ｉ（Ｔ）／Ｉ（０）＝ｅｘｐ（−Ｋ１・Ｔ）と表されるので、これらの式から次式（６）が導かれる。
（Ｖ／Ｒｅｌ（Ｔ））／（Ｖ／Ｒｅｌ（０））＝ｅｘｐ（−Ｋ１・Ｔ）…（６）
さらに、Ｋ１は上式（４）および上式（５）より、１／α＝ｅｘｐ（−Ｋ１・Ｔ）であることから、次式（７）のように表される。
Ｋ１＝（ｌｎ α）／Ｔ …（７）
したがって、ある時間ｔにおける規格化電流値Ｉ（ｔ）／Ｉ（０）は、上式（４）および上式（７）より、次式（８）のように表される。
Ｌ１（ｔ）＝Ｉ（ｔ）／Ｉ（０）
＝ｅｘｐ（−（ｌｎ α）／Ｔ・ｔ） …（８）
また、上式（８）は、Ｉ（ｔ）＝Ｖ／Ｒｅｌ（ｔ）、Ｉ（０）＝Ｖ／Ｒｅｌ（０）より、（Ｖ／Ｒｅｌ（ｔ））／（Ｖ／Ｒｅｌ（０））＝ｅｘｐ（−（ｌｎ α）／Ｔ・ｔ）と表すことができるので、上式（８）は、オームの法則から、経時的な電気光学素子における抵抗の劣化関数Ｒｅｌ（ｔ）として次式（９）のようにも表すことができる。
Ｒｅｌ（ｔ）＝Ｒｅｌ（０）・ｅｘｐ（−（ｌｎ α）／Ｔ・ｔ） …（９）
次に、電気光学素子に対して抵抗素子を直列に接続する場合について説明する。図２は、図１に示す回路における電気光学素子に対して抵抗素子を直列に挿入したときのこれらの素子を示す回路図である。なお、電気光学素子の劣化特性は、接続される抵抗素子に関わらず同じものとする。この電気光学素子の発光初期における抵抗値をＲｅｌ（０）とし、この電気光学素子に対して直列に挿入される抵抗素子（以下「挿入抵抗素子」という）の抵抗値（以下「挿入抵抗値」という）をＲｒとするとき、電気光学素子の発光初期における電流値Ｉ’（０）が電流値Ｉ（０）と等しくなるような電圧値Ｖ’を決定することができる。すなわち、図２に示す電気光学素子の発光輝度が、挿入抵抗素子を挿入しないときの（図１に示す）電気光学素子の発光初期における発光輝度に等しくなるような電圧値Ｖ’を決定することができる。
発光初期において電気光学素子に加わる電圧値をＶｅｌ（０）、そのときの挿入抵抗素子（挿入抵抗値Ｒｒ）に加わる電圧値をＶｒ（０）とするとき、オームの法則より、上記電流、電圧、および抵抗の関係は、次式（１０）のように表される。
Ｖ’＝Ｖｅｌ（０）＋Ｖｒ（０）
＝Ｉ’（０）・（Ｒｒ＋Ｒｅｌ（０））
＝Ｉ（０）・（Ｒｒ＋Ｒｅｌ（０）） …（１０）
上式（１０）に示すＩ（０）は、オームの法則より、Ｉ（０）＝Ｖｅｌ（０）／Ｒｅｌ（０）と表されるので、これを上式（１０）に代入すると、次式（１１）のように表すことができる。
Ｖ’＝Ｖｅｌ（０）・（Ｒｒ＋Ｒｅｌ（０））／Ｒｅｌ（０） …（１１）
ここで、挿入抵抗値Ｒｒと電気光学素子の発光初期における抵抗値Ｒｅｌ（０）との抵抗比率（すなわち抵抗値Ｒｅｌ（０）に対する挿入抵抗値Ｒｒの割合）をβとするとき、βは分圧の比率に置き替えることにより、次式（１２）のように表現することができる。
β＝Ｒｒ／Ｒｅｌ（０）
＝（Ｖｒ（０）／Ｉ’（０））／（Ｖｅｌ（０）／Ｉ’（０））
＝Ｖｒ（０）／Ｖｅｌ（０） …（１２）
このとき、上式（１１）は、上式（１２）に示すβを用いて表すと、次式（１３）のように表現できる。
Ｖ’＝Ｖｅｌ（０）・（β＋１） …（１３）
ここで、ｔ時間後における電気光学素子の抵抗値Ｒｅｌ（ｔ）と挿入抵抗値Ｒｒとの和をＲ（ｔ）とするとき、上式（９）及び上式（１２）をＲ（ｔ）に代入すると、Ｒ（ｔ）は、次式（１４）のように表される。
Ｒ（ｔ）＝Ｒｅｌ（ｔ）＋Ｒｒ
＝Ｒｅｌ（０）・ｅｘｐ（（ｌｎ α）／Ｔ・ｔ）＋β・Ｒｅｌ（０）
＝［ｅｘｐ（（ｌｎ α）／Ｔ・ｔ）＋β］・Ｒｅｌ（０）…（１４）
同様に、ｔ時間後における電流値Ｉ’（ｔ）も、オームの法則と上式（１３）および上式（１４）より、次式（１５）のように表される。
Ｉ’（ｔ）＝Ｖ’／Ｒ（ｔ）
＝Ｖｅｌ（０）／Ｒｅｌ（０）・（β＋１）
／［ ｅｘｐ（（ｌｎ α）／Ｔ・ｔ）＋β］
＝Ｉ（０）・（β＋１）
／［ ｅｘｐ（（ｌｎ α）／Ｔ・ｔ）＋β］ …（１５）
また、上式（１５）から、抵抗素子を直列に挿入したときの電気光学素子の経時的な輝度変化、すなわち電流変化Ｉ’（ｔ）／Ｉ（０）は、次式（１６）のように表される。
Ｉ’（ｔ）／Ｉ（０）
＝（β＋１）／［ ｅｘｐ（（ｌｎ α）／Ｔ・ｔ）＋β］…（１６）
ここで、抵抗素子を挿入しないときの（図１に示す）電気光学素子に流れる電流と、抵抗素子を直列に挿入したときの（図２に示す）電気光学素子に流れる電流とが同一となる時間について、抵抗素子を挿入しないときの上記時間をＴとすると、抵抗素子を挿入したときの上記時間はＴのＸ倍としてＸＴと表すことができる。したがって、Ｉ’（ＸＴ）／Ｉ（０）＝Ｉ（Ｔ）／Ｉ（０）となる。この式に上式（８）および上式（１６）を代入すると、次式（１７）のように表すことができる。
（β＋１）／［ ｅｘｐ（（ｌｎ α）／Ｔ・ＸＴ）＋β］
＝ｅｘｐ（−（ｌｎ α）／Ｔ・Ｔ） …（１７）
上式（１７）を整理すると、次式（１８）のように表される。
β＝（αx −α）／（α−１） …（１８）
上式（１８）によれば、電気光学素子が劣化し、所定の輝度から輝度Ｌになる時間をＴとし、この時間ＴをＸ倍に延ばすためのβの値（すなわち電気光学素子の発光輝度が所定の輝度になるときのその両端に加わる電圧値Ｖｅｌと、そのときの挿入抵抗素子の両端に加わる電圧値Ｖｒとの比率Ｖｒ／Ｖｅｌ）は、Ｔ時間後における電気光学素子の電圧値Ｖｅｌの増加率（すなわちＴ時間後の規格化された輝度の逆数）αを求めることにより、求めることができる。逆に、上記αの値を求め、さらに電圧値Ｖｒの値を求めることでβの値を求めることにより、所定の輝度からある輝度Ｌとなる時間Ｔが、Ｘ倍延びることを知ることもできる。
なお、上記の原理的な説明では省略したが、現実的には配線等の他の抵抗素子による影響、電気光学素子の内部構造のばらつき、またはスイッチング素子の経時的な劣化等により、上記指数関数から導かれる値には、ずれが生じる。例えば、上式（１）で近似した電気光学素子の輝度の経時変化モデルは発光初期のモデルであるため、後述する実際の測定結果を考慮すると、発光中期（例えば所定の輝度が半減する時刻近傍）では、上式（１）に補正式を加えた多項式の近似式となると考えられる。しかしながら、上記のずれに関わらず、基本的には上記原理の説明で示したように、挿入抵抗により電気光学素子の輝度の経時変化速度を遅くし、表示寿命をより長くする効果を得ることができるので、上記多項式に関する説明は省略する。
ここで、以下に説明する本発明の一実施形態に係る表示素子（ここでは画素を構成する画素回路）では、上記挿入抵抗素子を用いることなく、当該表示素子に含まれる電気光学素子に対して直列に接続される電流制御用ＴＦＴの導電率を調整する。具体的には、電流制御用ＴＦＴのゲート幅を調節し、またはデータ信号の電圧値を調節することにより、上記分圧Ｖｒを調整する。本表示素子は、このことにより表示寿命を長くする構成である。以下、本発明の一実施形態に係る表示素子に含まれる電気光学素子を有機ＥＬ素子とし、スイッチング素子をＴＦＴ素子として、当該有機ＥＬ素子に対して直列に接続された電流制御用のＴＦＴの導電率が調整される表示素子および当該表示素子を含む表示装置について説明する。
＜２．表示素子および表示装置の構成＞
図３は、本発明の一実施形態に係る表示装置の構成を示すブロック図である。この表示装置は、画像表示部１００と、選択信号出力部１０１と、データ信号出力部１０２と、駆動信号発生部１０３と、電流供給部１０４とを含む。画像表示部１００は、表示素子がｍ×ｎのマトリクス状に複数配置されることにより構成される。選択信号出力部（ゲートドライバ回路）１０１は、表示素子の走査信号線電極に繋がる複数の走査信号線に接続されており、所定の周期を有する走査信号を当該走査信号線に出力する。データ信号出力部（ソースドライバ回路）１０２は、表示素子のデータ信号線電極に繋がる複数のデータ信号線に接続されており、有機ＥＬ素子の発光または非発光を制御するためのデータ信号を出力する。駆動信号発生部１０３は、上記選択信号出力部１０１およびデータ信号出力部１０２に対して走査信号およびデータ信号を生成するための所定の制御信号を出力する。電流供給部１０４は、表示素子の電源線電極に繋がる複数の電源配線に接続されており、発光素子のための駆動電流を供給する駆動電源である。
次に、上記画素表示部１００に含まれる表示素子の構成につき説明する。図４は、本発明の一実施形態に係る表示素子の等価回路を示す図である。この表示素子は、電気光学素子である有機ＥＬ素子２０と、駆動電源Ｖｒｅｆ（電流供給部１０４）からの電流を供給する電源線電極１２と、選択信号出力部（ゲートドライバ回路）１０１に接続される走査信号線電極１０と、データ信号出力部（ソースドライバ回路）１０２に接続されるデータ信号線電極１１と、共通電極Ｖｃｏｍと、補助容量３０と、有機ＥＬ素子２０に流す電流を制御するためのｐチャネル型ＴＦＴである電流制御用ＴＦＴ２と、有機ＥＬ素子２０に電流を流すタイミングを制御するｎチャネル型ＴＦＴであるデータ電圧制御用ＴＦＴ１とを備える。
ここで、データ電圧制御用ＴＦＴ１および電流制御用ＴＦＴ２のシリコン膜には、アモルファスシリコンや多結晶シリコン、またはシリコン膜とは別に導電性の有機材料膜であってもよいが、アモルファスや多結晶よりも結晶が大きく、有機ＥＬ素子により電流を多く流すことができる（すなわち発光輝度の上限がより大きくなるため、ディスプレイのさらなる高輝度化に対応できる）上述のＣＧシリコンが用いられるものとする。なお、これらのシリコン膜には、当該ＣＧシリコンよりもさらに多く電流を流せるシリコン膜、例えば単結晶シリコンが用いられてもよい。また、上記表示素子では、電流制御用ＴＦＴ２としてｐチャネル型ＴＦＴが用いられるが、ｎチャネル型ＴＦＴが用いられる公知の画素回路の構成であってもよい。
図４に示されるように、電源線電極１２には、電流制御用ＴＦＴ２のソース端子と補助容量３０の一端とが接続され、補助容量３０の他端には電流制御用ＴＦＴ２のゲート端子およびデータ電圧制御用ＴＦＴ１のドレイン端子とが接続される。また、データ電圧制御用ＴＦＴ１のソース端子にはデータ信号線電極１１が接続され、そのゲート端子には走査信号線電極１０が接続される。さらに、有機ＥＬ素子２０の陽極は、電流制御用ＴＦＴ２のドレイン端子に接続され、その陰極は共通電極Ｖｃｏｍに接続される。定電圧型制御方式では、走査信号線電極１０に与えられる走査信号によりデータ電圧制御用ＴＦＴ１が選択されている期間に、データ信号線電極１１に対してデータ信号電圧が印加されることにより、当該データ信号電圧に応じた電圧が補助容量３０に保持される。その後、データ電圧制御用ＴＦＴ１が選択されていない期間に、補助容量３０で保持されている電圧に応じて電流制御用ＴＦＴ２の導電率が制御される。このように、電流制御用ＴＦＴ２に対して直列に接続される有機ＥＬ素子２０に所定の電流が流されることにより、その発光量が制御される。
ここで、上記構成では、前述した従来の表示素子のように電気光学素子に対して挿入抵抗素子を直列に接続するのではなく、電流制御用ＴＦＴ２の導電率を制御することにより、当該電流制御用ＴＦＴ２を（挿入抵抗素子に代わる）抵抗素子として機能させる。ただし、当該電流制御用ＴＦＴ２のソース・ドレイン電流をアナログ量で制御するアナログ階調制御の構成では、前述した特開２００１−２７２９３０号公報等で開示されているようなＴＦＴ素子の素子特性等による階調のばらつきが大きくなる。そのため、本実施形態の構成として採用可能ではあるが上記理由により必ずしも好ましくない。そこで、本実施形態では、有機ＥＬ素子２０を所定の明輝度の発光状態または所定の暗輝度の非発光状態とする２値のデータ信号電圧により制御し、有機ＥＬ素子２０の発光時間を制御することにより階調を表現するデジタル階調制御方式が用いられるものとする。
次に、この２値のデータ信号電圧につき説明する。図５は、上記電流制御用ＴＦＴ２のゲートに対して電圧値Ｖｇの電圧が印加されたときにソース・ドレイン間を流れる電流値をＩｄとしたときの、当該電圧値Ｖｇと当該電流値Ｉｄとの関係を示す図である。図５では、有機ＥＬ素子２０の発光時における上記電圧値Ｖｇの範囲がａとして示され、非発光時における上記電圧値Ｖｇの範囲がｂとして示され、発光状態と非発光状態との境界となる上記電圧値Ｖｇの範囲が閾値電圧値Ｖｔｈとして示されている。図５を参照すると、発光状態と非発光状態とを区別可能な電圧値Ｖｇであれば、閾値電圧値Ｖｔｈを除くどの範囲の電圧値Ｖｇが上記データ信号電圧の基準値とされてもよい。もっとも、例えば表示に必要なコントラスト比が１０００以上であるとすると、非発光時の電流値に対する発光時の電流値の比率は、絶対値で１０3 以上となる電圧値Ｖｇを基準値とすることが好ましい。なお、上記電源線電極１２は、定電圧源回路である駆動電源Ｖｒｅｆ（電流供給部１０４）に接続されているため、この電源線電極１２により、有機ＥＬ素子２０が発光するために十分である電圧であって、かつ設定された輝度で発光状態を維持するのに十分である一定の電圧が、有機ＥＬ素子２０と、当該有機ＥＬ素子２０に直列に接続された電流制御用ＴＦＴ２とに印加される。
ここで、有機ＥＬ素子２０の表示寿命の延長効果を簡易に説明するため、以下のように条件を固定して説明する。すなわち、電流制御用ＴＦＴ２と有機ＥＬ素子２０とにより形成される直列回路には一定の電圧が印加されるものとし、有機ＥＬ素子２０は常時発光しているものとする。この条件によれば、電流制御用ＴＦＴ２のゲートに印加される電圧値Ｖｇは、図５に示すａの範囲にあるため、補助容量３０によって電流制御用ＴＦＴ２の導電率は高い状態で保持される。すなわち、この条件によれば、データ電圧制御用ＴＦＴ１を選択状態とする走査信号が走査信号線電極１０に印加されており、かつ電流制御用ＴＦＴ２を高い導電率状態に維持するため必要十分となる電圧のデータ信号がデータ信号線電極１１に印加される。したがって、表示素子に含まれる走査信号線電極１０、データ信号線電極１１、データ電圧制御用ＴＦＴ１、および補助容量３０の抵抗成分および容量成分と、電流制御用ＴＦＴ２および有機ＥＬ素子２０の容量成分については無視することができる。その結果、上記表示素子は、有機ＥＬ素子２０発光時の電流制御用ＴＦＴ２の導通抵抗Ｒｒと、有機ＥＬ素子２０の抵抗Ｒｅｌとによる単純な直列回路として説明することができる。
図６は、この直列回路として表される表示素子の等価回路を示す図である。この図６を参照すれば明らかなように、電流制御用ＴＦＴ２の導通抵抗Ｒｒを所定の値とすれば、前述した従来の表示素子のように直列に抵抗素子を挿入することなく、有機ＥＬ素子２０に加わる分圧値を所望の値にすることができる。
そこで、電流制御用ＴＦＴ２のゲートに印加されるデータ信号電圧、すなわち上記電圧値Ｖｇを適宜に設定することにより、電流制御用ＴＦＴ２の導通抵抗Ｒｒを所望の値に制御する。そうすれば直列に抵抗素子を挿入することなく、有機ＥＬ素子２０に加わる分圧値を所望の値にすることにより、その表示寿命を延長させることができる。もっとも上述のように、当該電圧値Ｖｇは、非発光時に有機ＥＬ素子２０に流れる電流値に対する発光時に流れる電流値の比率が絶対値で１０3 以上となる値に設定されることが好ましい。
また、上記電流制御用ＴＦＴ２の導通抵抗Ｒｒは、上記のようにデータ信号電圧を適宜に設定することなく、当該電流制御用ＴＦＴ２のゲート幅やゲート長の大きさなどを変更することにより所望の値にすることもできる。一般的には、ゲート幅を小さくし、またはゲート長を大きくすると、導電率は低くなり、ソース・ドレイン間の抵抗は増大する。そこで、電流制御用ＴＦＴ２の構造（例えばゲート幅）を適宜に設計することにより、電流制御用ＴＦＴ２の導通抵抗Ｒｒを所望の値に設定する。そうすれば直列に抵抗素子を挿入することなく、有機ＥＬ素子２０に加わる電圧の分圧値を所望の値にすることにより、その表示寿命を延長させることができる。以下、この電流制御用ＴＦＴ２の構造につき説明する。
図７は、上記表示素子に含まれる電流制御用ＴＦＴ２近傍の構造例を示す断面図である。図７に示すように ガラス基板６０には活性層となるＣＧシリコン薄膜５２が形成され、さらにゲート絶縁膜５９を挟んでゲート電極５１および層間絶縁膜５８が形成される。その後、ＣＧシリコン薄膜５２が露出されるように２つの後述するコンタクト部が開口され、これらのコンタクト部には配線層５６および電源線電極１２が形成される。さらにその上に不動態化するためのパッシベーション膜５７と表面を平坦にするための平坦化膜５５とが形成された後、配線層５６が露出されるようにさらなるコンタクト部が開口される。この上にＩＴＯ（Indium Tin Oxide）からなる透明導電膜５４が形成される。この透明導電膜５４は有機ＥＬ素子２０の陽極（アノード電極）となる。さらに、その上に蛍光材料である有機材料が塗布されてなる有機ＥＬ素子２０が形成された後、共通電極Ｖｃｏｍとしての金属製導電層５３が形成される。この金属製導電層５３は、有機ＥＬ素子２０の陰極（カソード電極）となる。
なお、上記表示素子（の有機ＥＬ素子２０）は、上記ＣＧシリコン薄膜５２を含む薄膜トランジスタが形成されるガラス基板６０方向へ発光する。このような構造はボトム・エミッション構造と呼ばれる。これに対して、アノード電極となる透明導電膜５４とカソード電極となる金属製導電層５３とを入れ替えることにより、上記方向とは逆の方向に発光させてもよい。この構造はトップ・エミッション構造と呼ばれる。図８は、このトップ・エミッション構造を実現する表示素子の等価回路を示す図である。図８に示されるように、このトップ・エミッション構造では、図４に示す表示素子の等価回路とは異なり、電気光学素子である有機ＥＬ素子２０と電流制御用ＴＦＴ２との配置関係が逆になっており、有機ＥＬ素子２０の陽極は、電流制御用ＴＦＴ２を介することなく電源線電極１２に直接接続される。この構造は、ＴＦＴが形成されているガラス基板を光が通過しない構造となるため開口率を大きくすることができるという利点を有するが、金属製導電層上に有機膜を形成することが困難であるという欠点を有するため、通常はボトム・エミッション構造が好適である。しかし、本実施形態に係る表示素子の構成は、トップ・エミッション構造においても全く同様の効果を奏するため、本実施形態に係る表示装置（表示素子）はトップ・エミッション構造であってもよい。
図９は、上記電流制御用ＴＦＴ２を含む表示素子の概略的な構造を示す平面図である。この表示素子は、図４に示す各構成要素である有機ＥＬ素子２０と、電源線電極１２と、走査信号線電極１０と、データ信号線電極１１と、補助容量３０と、電流制御用ＴＦＴ２と、データ電圧制御用ＴＦＴ１とを備える。さらに、本表示素子には、有機ＥＬ素子２０の下面にＩＴＯからなる透明導電膜５４が形成される。なお、図９では見やすくするため、図７に示す金属製導電層５３の記載を省略している。
また、図１０は、上記電流制御用ＴＦＴ２の概略的な構造を示す平面図である。図１０に示されるように、ＣＧシリコン薄膜５２の一端は第１のコンタクト部６１を介して透明導電膜５４に接続され、その他端は第２のコンタクト部６２を介して電源線電極１２に接続される。また、ゲート電極５１とＣＧシリコン薄膜５２とは直交しており、ＣＧシリコン薄膜５２の長手方向に沿ったゲート電極５１の長さはゲート長Ｌとして示され、ゲート電極５１の長手方向に沿ったＣＧシリコン薄膜５２の長さはゲート幅Ｗとして示されている。ここで、上記ゲート幅Ｗを小さくし、またはゲート長Ｌを大きくすると、導電率が低くなるため、有機ＥＬ素子２０の表示寿命を相対的に延ばすことができる。以下、具体的に説明する。
表示素子に含まれる有機ＥＬ素子の所定の輝度における発光初期時の内部抵抗の値は、発光面積やその内部構造によって大きく変動するため、特に制限されるものではないが、通常は１００Ω〜２０ＭΩである。例えば、１００ＰＰＩ（Pixel Per Inch）の画素密度のときの上記内部抵抗の値は、１ＭΩ〜１０ＭΩである。一般に、有機ＥＬ素子の内部抵抗の値は、その内部を流れる電流密度、輝度特性、および電流密度−電圧特性に基づき算出される。また、有機ＥＬ素子（の両端）に加わる電圧値によりその内部抵抗が変化することはよく知られている。この有機ＥＬ素子を発光させるときに当該素子に加わる電圧（以下「発光時のＥＬ電圧」という）は、素子構造により異なるが、通常は約２Ｖ〜約１０Ｖである。
また、本表示素子に含まれるＣＧシリコンからなる各ＴＦＴ素子の耐圧は、ゲート長等によっても異なるが、最大で約１６Ｖである。よって、発光時における電流制御用ＴＦＴ２のソース・ドレイン間に印加しうる電圧の上限値は１６Ｖとなる。さらに、電流制御用ＴＦＴ２がＯＦＦ状態、すなわち有機ＥＬ素子２０が非発光状態のとき、当該電流制御用ＴＦＴ２に加わる分圧は、電源電圧から非発光状態の有機ＥＬ素子２０に加わる分圧（以下「非発光時のＥＬ電圧」という）を差し引いた電圧に等しくなる。この非発光時のＥＬ電圧は、有機ＥＬ素子２０を構成する材料やその素子電流値により異なるが、おおむね０Ｖ〜２Ｖ程度である。よって、有機ＥＬ素子２０が発光状態であるときと非発光状態であるときとを考慮すると、電流制御用ＴＦＴ２のソース・ドレイン間電圧とＥＬ電圧値Ｖｅｌとの和である全体の電圧値Ｖ’の上限は１６Ｖとなる。なお、消費電力の点からも、電圧値Ｖ’の上限としては１６Ｖ程度が適当である。
ここで、図６に示す上述の本実施形態に係る表示素子の等価回路は、図２に示す抵抗素子を直列に挿入した従来の表示素子と同様に考えることができるので、従来の表示素子において挿入される挿入抵抗素子に加わる電圧値Ｖｒは、電流制御用ＴＦＴ２のソース・ドレイン間電圧と同視することができる。そこで、発光時の有機ＥＬ素子２０に加わる電圧を電圧値Ｖｅｌとし、発光時の電流制御用ＴＦＴ２のソース・ドレイン間電圧を電圧値Ｖｒとし、β＝Ｖｒ／Ｖｅｌとするとき、電圧値Ｖｅｌの最小値は有機ＥＬ素子２０が発光するための最小電圧である２Ｖであるから、上式（１３）より次式（１９）に示す不等式が導かれる。
１６≧２（β＋１） …（１９）
この式（１９）より、β≦７となり、βの上限値は７であることがわかる。
また、前述のように、挿入抵抗素子（挿入抵抗値Ｒｒ）がＥＬ素子に対して直列に接続された表示素子の方が、接続されない表示素子（挿入抵抗値Ｒｒ＝０）よりもＥＬ素子の表示寿命を長くすることができるため、β＞０と仮定することができる。実際的なβの下限値については後述する。
ここで、電流制御用ＴＦＴ２の耐圧は大きければ大きいほど好ましいが、上述したようにＣＧシリコンのＴＦＴ耐圧はゲート長等によって異なる。一般的には、電流制御用ＴＦＴ２には最大で耐圧８Ｖの素子が用いられる。このとき、有機ＥＬ素子２０の発光するための最小電圧を２Ｖとすると、上述と同様に上式（１３）より、β≦３となる。
次に、図６に示す等価回路をモデルとして用い、本表示素子に含まれる電流制御用ＴＦＴ２に加わる（分圧された）電圧値を変化させることにより表示寿命がどのように延びるかにつき説明する。ここでは、電流制御用ＴＦＴ２に加わる電圧値を素子の導通抵抗値により決定するものとし、この電流制御用ＴＦＴ２のゲート幅Ｗを４μｍとした場合を条件Ａとし、ゲート幅Ｗを３０μｍとした場合を条件Ｂとする。また、条件Ａおよび条件Ｂではいずれも、データ電圧制御用ＴＦＴ１のゲートに印加される電圧が１６Ｖ、電流制御用ＴＦＴ２のゲートに印加される電圧が２Ｖ、駆動電源からの電圧が９Ｖに設定されるものとする。さらに、有機ＥＬ素子２０の発光初期の輝度を条件Ａおよび条件Ｂにおいて同一にするため、電流制御用ＴＦＴ２に流れる電流値を条件Ａおよび条件Ｂにおいて同一にするように駆動電源から与えられる電圧が調整されるものとする。このときの共通電極Ｖｃｏｍの電圧は、条件Ａでは４．７０Ｖとなり、条件Ｂでは５．０２Ｖとなる。また、電流制御用ＴＦＴ２のソース・ドレイン間の導通抵抗Ｒｒは、条件Ａでは約３００ｋΩとなり、条件Ｂでは約５ｋΩとなる。
以上より、図６に示す等価回路全体の電圧Ｖ’は、駆動電源の電圧から共通電極Ｖｃｏｍの電圧を差し引いた電圧値となるので、条件Ａでは４．３０Ｖとなり、条件Ｂでは３．９８Ｖとなる。また、測定環境により異なるが、本表示素子の配線抵抗等の抵抗値は、有機ＥＬ素子２０の内部抵抗値に比べて約１／２０００程度の非常に小さい値となるため、この抵抗値はほぼ無視してよい。したがって、電流制御用ＴＦＴ２に加わる分圧Ｖｒの有機ＥＬ素子２０に加わる分圧Ｖｅｌに対する比率β（＝Ｖｒ／Ｖｅｌ）は、条件Ａでは０．１３１となり、条件Ｂでは０．００２となる。
図１１は、上記条件Ａおよび条件Ｂにおいて、規格化された有機ＥＬ素子２０の発光輝度の経時変化を示す図である。図では、規格化された有機ＥＬ素子２０の発光輝度を縦軸に、条件Ｂの規格化輝度が０．５になる時間を１とした規格化時間を横軸にとり、条件Ａおよび条件Ｂにおける発光輝度と時間との関係が示されている。ここで、上述のように条件Ｂにおけるβはほぼ０であることから、条件Ｂにおける電流制御用ＴＦＴ２の導通抵抗Ｒｒは０であるものとし、駆動電源からの電圧（電圧値Ｖ’）はすべて有機ＥＬ素子２０に加わるものとしてよい。そこで、発光輝度が所定値まで低下する時間、例えば規格化輝度が０．９になるまでの経過時間に着目して図１１を参照すると、上記所定値に低下するまでの経過時間は、条件Ａにおける時間の方が条件Ｂにおける時間よりも約１．１５倍に延びていることがわかる。また、このときのβの値に基づき、上式（１８）より求められる条件Ａの条件Ｂに対する上記経過時間は、約１．１３倍の延長となる。逆に、上式（１８）より求められるβは０．１５９となり、上記測定値から求められる値に近い値となる。
さらに、上記規格化輝度が０．５になるまでの経過時間、すなわち有機ＥＬ素子２０の表示寿命は、条件Ａの方が条件Ｂよりも１．７６倍に延びている。この値は、上記βの値に基づき上式（１８）より求めた条件Ａの条件Ｂに対する上記経過時間の比率である１．０９倍よりも大きくなっている。この原因は、理論上では上述のように時間経過による素子特性の劣化速度を指数関数で近似しているが、実際には時間経過に伴って素子特性の劣化速度が初期状態での劣化速度よりも低下していることにあると考えられる。したがって、理論上さらに正確な表示寿命の予測を行うためには、上述のような時間経過に伴う劣化速度の低下を考慮して素子特性の劣化関数を修正すればよい。
以上のことからわかるように、βがほぼ０に等しい場合、すなわち後述の条件Ｂにおけるβ＝０．００２のときには、電流制御用ＴＦＴ２の導通抵抗Ｒｒは有機ＥＬ素子の抵抗Ｒｅｌに対してほぼ０と考えられ、駆動電源からの電圧はほとんどすべて有機ＥＬ素子２０に加わることになるため、表示寿命の延長効果はほとんど期待できない。それに対して、βが０．１近傍の値である場合、すなわち条件Ａにおけるβ＝０．１３１のときには、上述したように実際に表示寿命の延長効果を得ることができる。したがって、βの下限値は少なくとも０．１以上でなければならないと考えられる。
このように、本実施形態における有機ＥＬ素子２０を含む表示素子は、当該有機ＥＬ素子２０に対して直列に接続される電流制御用ＴＦＴ２のゲート幅Ｗを小さくするように構成すれば、有機ＥＬ素子２０の点灯時における電流制御用ＴＦＴ２の導通抵抗を相対的に高くすることができるため、表示素子の表示寿命を相対的に延ばすことができることがわかる。
また上述のように、本実施形態に係る表示素子および当該表示素子を含む表示装置では、表示素子の発光時におけるβの範囲が０．１≦β≦７であるように設定されることが好適である。さらに、電流制御用ＴＦＴ２の耐圧値が小さい値（例えば最大で８Ｖ）であるとき、βの範囲が０．１≦β≦３であるように設定されることがより好適である。
なお、ここでは、電流制御用ＴＦＴ２の導通抵抗Ｒｒを設定する方法として、当該電流制御用ＴＦＴ２のゲート幅を適宜に調整する方法を例示したが、この方法に限定されるものではなく、ゲート長を適宜に調整する方法が用いられてもよい。また、電流制御用ＴＦＴ２を作製するときにＣＧシリコン薄膜５２のドーズ量を適宜に調整する方法が用いられてもよい。例えば、ＣＧシリコン薄膜５２にドープされた不純物（ここではｐ型）の注入量（ドーズ量）を少なくするほど上記導通抵抗Ｒｒは増加する。もっとも、ドーズ量を極端に少なくすると、電流制御用ＴＦＴ２のスイッチング機能が失われるため、その量には所定の下限値がある。さらに、電流制御用ＴＦＴ２は、そのＣＧシリコン薄膜５２に比較的低濃度の不純物がドープされた領域を有するＬＤＤ（Lightly Doped Drain ）構造であるものとして、当該構造を適宜に調整することにより所望の導通抵抗Ｒｒを設定する方法が用いられてもよい。
このように、本表示素子および本表示装置では、定電圧型制御方式である図４に示す表示素子にいかなる追加素子または付加回路を設ける必要がないため、発光素子を長寿命化しつつ、画素面積を広く（開口率を高く）することができる。また、周辺回路にも付加回路を設ける必要がないため、表示装置全体を小型化・簡素化することができる。なお、本実施形態の構成は、３つ以上のＴＦＴ素子を含む画素回路にも、容易に適用することができる。
以上のように本発明によれば、電気光学素子の発光時に、その両端に加わる電圧値Ｖｅｌに対する電流制御用素子の両端に加わる電圧値Ｖｒの比率β（＝Ｖｒ／Ｖｅｌ）が、０．１≦β≦７．０となるように電流制御素子の導通抵抗値が設定される。新たに抵抗素子を挿入したり、特別な補償回路等を組み込むことなく、電気光学素子の輝度の経時変化速度を遅くすることができるため、電気光学素子の表示寿命をより長くすることができる。さらに、ＴＦＴの特性ばらつきの影響を低減でき、制御性の良い階調表示を行うことができる、サブフィールド法や、発光面積の異なる電気光学素子を２値のデジタルデータ信号で階調制御する方式（たとえば特許文献１を参照）では、アナログ階調表示に比べて、常に高い発光輝度を必要とするため、有機ＥＬ素子の劣化を早め、表示寿命を短くしてしまう。本発明では、上記構成の表示素子における電気光学素子が２値で階調制御されることにより、従来の表示寿命をさらに延ばしながら、かつ制御性の良い階調表示を行える、優れた表示素子および表示装置を提供することができる。
本発明の一実施形態に係る表示素子の原理を説明するため、単体で発光させるときの電気光学素子を示す回路図である。 上記一実施形態に係る表示素子の原理を説明するため、電気光学素子に抵抗素子を直列に挿入したときのこれらの素子を示す回路図である。 上記一実施形態に係る表示装置の構成を示すブロック図である。 上記一実施形態に係る表示素子の等価回路を示す図である。 上記一実施形態における電流制御用ＴＦＴのゲートに対して電圧値Ｖｇの電圧が印加されたときにソース・ドレイン間を流れる電流値をＩｄとしたときの、当該電圧値Ｖｇおよび当該電流値Ｉｄの関係を示す図である。 上記一実施形態に係る表示素子の直列回路として表される等価回路を示す図である。 上記一実施形態における電流制御用ＴＦＴ近傍の構造例を示す断面図である。 上記一実施形態においてトップ・エミッション構造を実現する表示素子の等価回路を示す図である。 上記一実施形態における電流制御用ＴＦＴを含む表示素子の概略的な構造を示す平面図である。 上記一実施形態における電流制御用ＴＦＴの概略的な構造を示す平面図である。 上記一実施形態において、条件Ａおよび条件Ｂの規格化された有機ＥＬ素子の発光輝度の経時変化を示す図である。 従来例に係る表示素子の等価回路を示す図である。 従来例における定電流型制御方式による表示素子の等価回路を示す図である。 従来例における有機ＥＬ素子の発光輝度と発光時に流れる電流との関係を示す図である。 従来例における定電圧型制御方式および定電流型制御方式による、有機ＥＬ素子の時間経過による発光輝度の低下を示す図である。 従来例に係る表示素子において、有機ＥＬ素子に抵抗素子を直列に接続した等価回路を示す図である。
符号の説明
１ …データ電圧制御用ＴＦＴ
２ …電流制御用ＴＦＴ
１０ …走査信号線電極
１１ …データ信号線電極
１２ …電源線電極
２０ …有機ＥＬ素子
３０ …補助容量
５１ …ゲート電極
５２ …ＣＧシリコン薄膜
５４ …透明導電膜
６０ …ガラス基板
１００…画像表示部
１０１…選択信号出力部
１０２…画像信号出力部
１０３…駆動信号発生部
１０４…電流供給部
Ｖｃｏｍ …共通電極
Ｖｒｅｆ …駆動電源

Claims (15)

  1. 電流により駆動される電気光学素子と、当該電気光学素子に対して直列に接続されることにより当該電気光学素子に流れるべき電流を与える電流制御用素子と、当該電流制御用素子を制御するためのデータ信号を当該電流制御用素子に与えるスイッチング素子と、当該スイッチング素子を制御するための走査信号を前記スイッチング素子に与える走査信号線電極と、前記データ信号を前記スイッチング素子に与えるデータ信号線電極と、前記電気光学素子を駆動するための電流を前記電流制御用素子に与える電源線電極とを備える表示素子であって、
    前記電流制御用素子は、前記電気光学素子の発光時に、前記電気光学素子の両端に加わる電圧値Ｖｅｌに対する当該電流制御用素子の両端に加わる電圧値Ｖｒの比率をβ（＝Ｖｒ／Ｖｅｌ）とするとき０．１≦β≦７．０を満たす所定の導通抵抗値を有することを特徴とする表示素子。
  2. 前記電流制御用素子は、０．１≦β≦３．０を満たす所定の導通抵抗値を有することを特徴とする、請求項１に記載の表示素子。
  3. 前記電流制御用素子は、薄膜トランジスタであることを特徴とする、請求項１に記載の表示素子。
  4. 前記電流制御用素子は、多結晶シリコンからなる薄膜トランジスタであることを特徴とする、請求項３に記載の表示素子。
  5. 前記電流制御用素子は、ｐチャネル型の薄膜トランジスタであることを特徴とする、請求項３に記載の表示素子。
  6. 前記電流制御用素子は、ｎチャネル型の薄膜トランジスタであることを特徴とする、請求項３に記載の表示素子。
  7. 前記電流制御用素子は、前記所定の導通抵抗値を有するように形成されることを特徴とする、請求項３に記載の表示素子。
  8. 前記電流制御用素子は、当該電流制御用素子のゲート幅またはゲート長を所定の長さに形成されることにより、前記所定の導通抵抗値を有することを特徴とする、請求項７に記載の表示素子。
  9. 前記電気光学素子は、有機エレクトロルミネッセンス素子であることを特徴とする、請求項１に記載の表示素子。
  10. 前記データ信号の電圧に応じた電荷を蓄積することにより、当該蓄積された電荷に応じた電圧を、前記電流制御用素子を制御するための電圧として保持する容量部をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の表示素子。
  11. 前記電流制御用素子は、表示されるべき所定の階調に応じてあらかじめ定められた所定の電圧を有する前記データ信号を受け取ることを特徴とする、請求項１に記載の表示素子。
  12. 前記電流制御用素子は、当該電流制御用素子をオンまたはオフするための２値信号である前記データ信号を受け取ることを特徴とする、請求項１に記載の表示素子。
  13. 請求項１から請求項１２までのいずれか１項に記載の表示素子を複数配列してなる表示部と、
    前記表示素子に所定の電圧値を有する前記データ信号を与える画像信号出力部と
    を備える表示装置。
  14. 前記表示素子に含まれる電気光学素子は、発光または非発光のいずれかの発光状態となるように２値で階調制御されることを特徴とする、請求項１３に記載の表示装置。
  15. 前記表示素子に含まれる電流制御用素子は、前記画像信号出力部からのデータ信号の電圧により、前記電気光学素子の発光時に０．１≦β≦７．０を満たす所定の導電率を有するように制御されることを特徴とする、請求項１３または請求項１４に記載の表示装置。
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