JP2006285116A - 駆動回路 - Google Patents

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Abstract

【課題】駆動トランジスタの特性のバラツキを効果的に補償する。
【解決手段】スイッチＳＷ２をオフとし、スイッチＳＷ１，ＳＷ３をオンとして、定電流源ＣＣ１からの低電流を駆動トランジスタＴ１に流し、これによって駆動トランジスタＴ１のゲートに低電流に応じたゲート電圧を書き込む。そして、スイッチＳＷ１，ＳＷ３をオフして、ＳＷ２をオンすると共に、容量Ｃ１のスイッチＳＷ４側の電圧を信号電圧に応じて変動させることで、その電圧を駆動トランジスタＴ１のゲートに加算し、信号電圧に応じた電流を駆動トランジスタＴ１に流す。
【選択図】図２

Description

本発明は、有機ＥＬ素子（ＯＬＥＤ）等の電流駆動型の発光素子についての駆動回路に関する。
ＯＬＥＤの駆動回路としては、例えば図１に示すように、２つトランジスタ（薄膜トランジスタ：ＴＦＴ）を用いる回路があげられる。この図１の回路は、ｎチャネルの書込みトランジスタＴ２と、保持容量Ｃと、ｎチャネルのドライブトランジスタＴ１とから構成されている。書き込みトランジスタＴ２は、ドレインが信号電圧が供給される信号線ＤＬに、ソースがドライブトランジスタＴ１のゲートおよび保持容量Ｃの一端に、ゲートが選択信号が供給される制御線に接続されている。従って、制御線をＨレベルとすることで信号線ＤＬの信号電圧が保持容量Ｃの一端（トランジスタＴ１のゲート）に供給される。保持容量Ｃの他端は負電源（例えばグランド電位）に接続されているため、保持容量Ｃに信号電圧に応じた電圧が保持される。
ドライブトランジスタＴ１のドレインは、アノードが正電源（例えば電源電位）に接続された有機ＥＬ素子ＯＬＥＤのカソードに接続され、ソースは負電源に接続されている。従って、書込みトランジスタＴ２を通じて保持容量Ｃにより、ドライブトランジスタＴ１のゲートノードに諧調に応じた所定の信号電圧を書込むことでドライブトランジスタＴ１のドレイン電流を制御され、このドレイン電流が有機ＥＬ素子ＯＬＥＤに流れることで、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤが信号電圧に応じて発光する。
なお、使用するトランジスタの極性はｐチャネルでもよく、ｐチャネルＴＦＴを利用した回路も知られている。
ドライブトランジスタの閾値補償を行う有機ＥＬ素子の駆動回路は、例えば特許文献1に示されている。
ＵＳ２００４／０１７４３４９Ａ１
ここで、ドライブトランジスタＴ１は、そのゲートノードに諧調に応じた所定の信号電圧を書込みそのゲート電圧に応じたドレイン電流が有機ＥＬ素子ＯＬＥＤの駆動電流になる。従って、ドライブトランジスタＴ１の特性にばらつきがあると、均一な諧調表示ができず、表示ムラを生ずるなど表示品質を劣化させる。一方、ＴＦＴの特性については、プロセス上均質化することが難しい。このため、ドライブトランジスタＴ１の特性ばらつきを補償する駆動回路・駆動方法が求められる。
本発明は、電流で駆動される発光素子への駆動電流を制御する駆動トランジスタを含む、発光素子の駆動回路であって、前記駆動トランジスタに実質一定の電流を流すゲート・ソース間電圧を印加するゲート・ソース間電圧印加手段と、前記駆動トランジスタのゲート・ソース間電圧に所定の信号電圧を加算する加算手段と、を有することを特徴とする。
また、前記ゲート・ソース間電圧印加手段は、外部に設けた定電流源からの定電流を受け入れる定電流受け入れ手段と、前記駆動トランジスタのドレイン・ゲート間をショートするスイッチと、前記駆動トランジスタのドレインまたはソースの一方と、発光素子または定電流源との間の接続を切り替える切り替え手段と、を有することが好適である。
また、前記スイッチと、前記切り替え手段がいずれも薄膜トランジスタであることが好適である。
また、前記切り替え手段がダイオードを含み、このダイオードを順バイアスでオン、逆バイアスでオフさせて接続を切り替えることが好適である。
また、前記スイッチと、前記切り替え手段の前記ダイオード以外の構成がいずれも薄膜トランジスタであることが好適である。
また、外部に設けた定電流源が、外付けのドライバＩＣであることが好適である。
また、外部に設けた定電流源が、基板上に形成された単一もしくは複数の薄膜トランジスタで構成されていることが好適である。
また、発光素子が有機ＥＬ素子であることが好適である。
また、前記加算手段は、一方の端子を駆動トランジスタのゲートに接続した容量についてその他方の端子電位を目的の信号電圧分だけ変化させることが好適である。
また、前記容量の端子電圧の変化は、その端子に接続される信号線電位を変化させることが好適である。
また、前記容量の端子電圧の変化は、端子の接続先を、所定電位の信号線と、基準電位線の間で切り替えることが好適である。
また、前記駆動トランジスタのゲート・ソース間に一定電流に対応する電圧を印加するために要する時間が、信号線から信号電圧を容量に印加するために要する時間に等しいことが好適である。
このように、本発明によれば、定電流源からの定電流によって、駆動トランジスタのゲートにそのしきい値電圧に応じた電圧をセットする。そこで、その後の信号電圧の加算によって、駆動トランジスタの特性のバラツキを抑えて適切な駆動電圧を得ることができる。
なお、被駆動素子としては、有機ＥＬ素子が好適であるが、電流駆動型の素子（特に電流駆動型発光素子）であれば、各種のものを利用することができる。
以下、本発明の一実施形態について、図面に基づいて説明する。本実施形態では、ある諧調電流に対応する一定電流をドライブトランジスタＴにプログラミングしたのち、その諧調からの差分を信号電圧としてドライブトランジスタＴのゲートに加算する形で目的諧調を書込む。
すなわち、図２に示すように、本実施形態の画素回路は、被駆動素子である有機ＥＬ素子ＯＬＥＤと、これに電流を供給するドライブトランジスタＴ１と、信号電圧を充電する書込みトランジスタＳＷ４と、信号電圧を保持する容量Ｃ１と、ある一定の外部参照電流ＩｒをＴ１にプログラムするためのスイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３とから構成されている。
ドライブトランジスタＴ１のゲートは、容量Ｃ１を介してスイッチＳＷ４の一端に接続される。スイッチＳＷ４の他端、画素の表示階調を示す信号電圧が供給される信号線ＤＬに接続される。従って、スイッチＳＷ４をオンすることで信号電圧がドライブトランジスタＴ１のゲートに書き込まれる。スイッチＳＷ１は、書き込みトランジスタＴ１のゲートとドレインの間に設けられ、スイッチＳＷ１をオンすることで、書き込みトランジスタＴ１のゲートドレイン間が短絡される。
また、スイッチＳＷ２は、ドライブトランジスタＴ１のドレイン（またはソース）と有機ＥＬ素子ＯＬＥＤとの間に設けられ、スイッチＳＷ２をオンすることでドライブトランジスタＴ１のドレイン電流が有機ＥＬ素子ＯＬＥＤに流れる。スイッチＳＷ３はドライブトランジスタＴ１のドレイン（またはソース）と定電流源ＣＣ１との間に設けられ、スイッチＳＷ３をオンすることで、定電流源ＣＣ１からの定電流ＩｒがトランジスタＴ１のドレイン（またはソース）に供給される。
このような回路において、スイッチＳＷ１，ＳＷ３をオン、スイッチＳＷ２をオフにする。これによって、ドライブトランジスタＴ１のゲートドレイン間が短絡され、その状態でドライブトランジスタＴ１のドレインにＩｒが供給されるため、その定電流Ｉｒが負電源に向けて流れる。そして、このようにドライブトランジスタＴ１のゲートドレイン間を短絡して電流Ｉｒを流すことで、ドライブトランジスタＴ１のゲート・ソース間にドレイン電流Ｉｒに対応する電圧Ｖｒが蓄えられる。すなわち、ドライブトランジスタＴ１のゲート電圧は負電源の電圧より電圧Ｖｒだけ高い電圧になる。電圧Ｖｒは個々のドライブトランジスタＴ１の特性により異なるため、通常典型的な値ＶｒｏからｄＶｒだけずれる。すなわち、Ｖｒ＝Ｖｒｏ＋ｄＶｒとなる。
次に、スイッチＳＷ１，ＳＷ３をオフにし、目的諧調電流Ｉｓ（有機ＥＬ素子ＯＬＥＤに流したい電流）に対応する目的電圧Ｖｓとするとき、ドライブトランジスタＴ１のゲート電位がＶｓ−Ｖｒｏだけ変化するよう、Ｃ１のＳＷ４側端子に適当な差分電圧を与える。これにより、ドライブトランジスタＴ１のゲート・ソース間電圧は目的電圧Ｖｓ＋ｄＶｒになり、ドライブトランジスタＴ１の特性ばらつきｄＶｒ分を補正した電圧がゲート・ソース間に印加される。
最後に、スイッチＳＷ２をオンにして目的電流Ｉｓを有機ＥＬ素子ＯＬＥＤに流して発光させる。
ここで、ドライブトランジスタＴ１のドレイン電流Ｉｄとゲート・ソース間電圧Ｖｇｓの関係を
Ｉｄ＝ｆ（Ｖｇｓ）＝ｕＣＷ／Ｌ＊（Ｖｇｓ−Ｖｔｈ）２・・・（１）
とすると、あるドライブトランジスタＴｉのＩｄｉ−Ｖｇｓの関係ｆｉは、
Ｉｄｉ＝ｆｉ（Ｖｇｓ）＝ｋｉ＊ｆｏ（Ｖｇｓ−ｄＶｔｈｉ）・・・（２）
となる。ただし、ｕは移動度、Ｃはゲート容量、Ｗ，Ｌはそれぞれトランジスタのチャネル幅、およびチャネル長である。ここで、ｆｏは典型的なＩｄ−Ｖｇｓ関数、ｆｉは典型的な関数ｆｏからのばらつきを含んでいることを意味し、ｋｉはＴｉの移動度の典型値に対する比、ｄＶｔｈｉはＴｉの閾値の典型値との差である。
定電流Ｉｒをプログラミングした際のＴｉのＩ−Ｖ関係は、
Ｉｒ＝ｆｉ（Ｖｒｉ）＝ｋｉ＊ｆｏ（Ｖｒｉ−ｄＶｔｈｉ）・・・（３）
となる。ただし、ＶｒｉはＴｉにＩｒを流したときのゲート・ソース間電圧である。
一方、ｆｏには逆関数が存在し、これをｆｏ（−１）とすると、上記式（３）は、
Ｖｒｉ−ｄＶｔｈｉ＝ｆｏ（−１）（Ｉｒ／ｋｉ）・・・（４）
と表せる。同様に、典型的なドライブトランジスタＴｏについては、
Ｖｒｏ＝ｆｏ（−１）（Ｉｒ）・・・（５）
と表せる。
従って、容量Ｃ１を介して目的信号電圧Ｖｓと典型的参照電圧Ｖｒｏの差分電圧Ｖｓ−Ｖｒｏを上記で蓄えたＶｒｉに加算すると、ドライブトランジスタＴｉのドレイン電流Ｉｉは、
Ｉｉ＝ｆｉ（Ｖｇｓｉ）＝ｆｉ（Ｖｓ−Ｖｒｏ＋Ｖｒｉ）
＝ｋｉ＊ｆｏ（Ｖｓ−Ｖｒｏ＋Ｖｒｉ−ｄＶｔｈｉ）・・・（６）
となる。
従って、式（４）、（５）より、
Ｉｉ＝ｋｉ＊ｆｏ｛Ｖｓ−ｆｏ（−１）（Ｉｒ）＋ｆｏ（−１）（Ｉｒ／ｋｉ）｝
・・・（７）
となる。
従来の２トランジスタの回路の場合（２）と比べると、ｄＶｔｈｉの影響が消え、さらにｋｉのばらつきの影響も抑えられており、従来の場合に比べてＴｉを流れる電流のばらつきが抑えられる事がわかる。
なお、信号線に供給される信号電圧は、ＲＧＢ別の輝度信号などから形成される信号である。従って、この輝度信号を信号電圧Ｖｓ−Ｖｒｏに変換すればよい。
「具体的構成」
上述の図２の構成については、定電流Ｉｒのプログラミング方法と差分電圧Ｖｓ−Ｖｒｏの書込み方法によって種々の回路構成と駆動方法が考えられる。
以下に、いくつか実施例を挙げるがこれらに限定されるべきものではない。また、これらの実施例には、例としてＮチャネル型のＴＦＴをドライブトランジスタとして採用しているが、Ｐチャネル型でも電流の正負を換えることで全く同じ効果を得ることができる。
（具体例１）
図３に、本発明の駆動を実現する回路の一具体例を示す。図２と同様に、ドライブトランジスタＴ１のドレインと、そのゲート、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤのカソード、定電流源ＣＣ１との間に、それぞれＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３を挿入配置すると共に、容量Ｃ１と信号線との間にスイッチＳＷ４を設けている。さらに、この図３の例では、スイッチＳＷ４と容量Ｃ１との接続点がスイッチＳＷ５を介して負電源に接続されている。
また、スイッチＳＷ１〜ＳＷ５は、すべてｎチャネルＴＦＴで構成されており、スイッチＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ４のゲートは制御線１、スイッチＳＷ２のゲートは制御線２、スイッチＳＷ５のゲートは制御線３に接続されている。
この回路において、制御線１をＨレベルとしスイッチＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ４をオン、制御線２，３をＬレベルとしてスイッチＳＷ２，ＳＷ５をオフにする。これによって、ドライブトランジスタＴ１のゲートに定電流Ｉｒに対応する電圧をプログラミング（対応する電圧Ｖｒをセット）する。このとき、スイッチＳＷ４はオンになっており、容量Ｃ１のスイッチＳＷ４側には、−（Ｖｓ−Ｖｒｏ）の電圧を信号線ＤＬから印加しておく。このため、容量Ｃ１には、Ｖｒ−（Ｖｓ−Ｖｒｏ）の電圧が充電される。
次に、制御線１をＬレベル、制御線３をＨレベルにする。これによって、スイッチＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ４がオフ、スイッチＳＷ５がオンになるので、スイッチＳＷ４と容量Ｃ１との接続点の電圧は、−（Ｖｓ−Ｖｒｏ）→０（負電源電圧０Ｖ）に変化する。このため、容量Ｃ１のドライブトランジスタＴ１側端子（ゲート）には、Ｖｓ−Ｖｒｏが加算される。これによって、ドライブトランジスタＴ１のゲートは、Ｖｓ−Ｖｒｏ＋Ｖｒとなる。そして、スイッチＳＷ２をオンすることで、ドライブトランジスタＴ１のゲート電圧Ｖｓ−Ｖｒｏ＋Ｖｒに応じた電流が有機ＥＬ素子ＯＬＥＤに供給される。なお、ここでのＶｒは、１つの画素のドライブトランジスタＴ１についてのＶｒであり、Ｖｒｉである。
図４にそれぞれのスイッチのオン・オフのタイミングを図示する。このように、スイッチＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ４をオンする時に、スイッチＳＷ２，ＳＷ５をオフしておく。これによって、ゲート電圧をＶｒにセットするプログラミングが行われ、また容量の充電量をＶｓ−Ｖｒｏ＋Ｖｒｉとする。そして、スイッチＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ４をオフし、スイッチＳＷ５をオンすることで、容量Ｃ１の充電電圧が確定する。その後、スイッチＳＷ２をオンすることで有機ＥＬ素子ＯＬＥＤが発光する。なお、スイッチＳＷ２のオンをスイッチＳＷ５のオンなどより遅らせることによって、容量Ｃ１の充電電圧の変化を抑制することができる。
図５は、スイッチＳＷ２，ＳＷ５を同一の制御線３に接続したものである。この場合には、図６のように制御線１，３を制御することで、上述の図３と同様の動作が達成される。なお、この図５の構成は、制御線が少なくてよいが、スイッチＳＷ２が、スイッチＳＷ５より先にオンすると、容量Ｃ１に充電された電荷が逃げ、ドライブトランジスタＴ１のゲート電圧が変動しやすいという問題がある。
図７は、スイッチＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ４をｎチャネル、スイッチＳＷ２，ＳＷ５をＰチャネルとし、１つの制御線１によりすべてのスイッチＳＷ１〜ＳＷ５のスイッチングを行うものである。この例の動作は、図５の場合と同様である。
図８は、ドライブトランジスタＴ１のソースにスイッチＳＷ３を介し定電流源ＣＣ１を接続すると共に、スイッチＳＷ２を介し有機ＥＬ素子ＯＬＥＤのアノードを接続したものである。なお、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤのカソードは、負電源に接続している。
このような回路によって、上述の図５の回路と同様に動作する。すなわち、スイッチＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ４をオン、スイッチＳＷ２，ＳＷ５をオフして、ドライブトランジスタＴ１のゲートに定電流に応じた電圧をセットし、その後スイッチＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ４をオフ、スイッチＳＷ５をオンして、ドライブトランジスタＴ１のゲート電圧を確定する。そして、スイッチＳＷ２をオンして有機ＥＬ素子ＯＬＥＤが発光する。
図９は、ドライブトランジスタＴ１にｐチャネルＴＦＴを用いた例である。この例では、プログラミング期間において、ドライブトランジスタＴ１のゲートに正電源電圧ＶＤＤ−Ｖｒの電圧が蓄積され、これから（Ｖｓ−Ｖｒｏ）の差分電圧が減算される。そこで、目標電圧を電源電圧から減算する極性が反対（電圧が低いほど輝度が高い）の信号とすることで同様の動作が得られる。
ここで、上記実施形態においては、１画素回路についてのみ示した。しかし、表示装置は、この画素をマトリクス状に配置して、各画素の表示を制御することで全体としての表示が行える。通常の場合、１水平ラインのすべての画素について、上述のような動作を同時に行う。そこで、水平方向の制御線を１本または２本設けることで上述のような制御が行える。一方、各画素の表示についての輝度信号（ビデオ信号）は、点順次で供給されることが普通であり、このビデオ信号に対応する信号電圧は各信号線に順次セットしてもよいし、１ライン分信号電圧をセットした後、全信号線に一度に信号電圧を供給してもよい。
従来の駆動回路の構成を示す図である。 実施形態の駆動回路の構成を示す図である。 具体例の回路を示す図である。 具体例の動作を説明するためのタイミングチャートである。 別の具体例の回路を示す図である。 別の具体例の回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。 さらに別の具体例の回路を示す図である。 さらに別の具体例の回路を示す図である。 さらに別の具体例の回路を示す図である。
符号の説明
Ｃ１ 容量、ＣＣ１ 定電流源、ＤＬ 信号線、ＯＬＥＤ 有機ＥＬ素子、ＳＷ１〜ＳＷ５ スイッチ、Ｔ１ ドライブトランジスタ、Ｔ２ 書き込みトランジスタ。

Claims (12)

  1. 電流で駆動される発光素子への駆動電流を制御する駆動トランジスタを含む、発光素子の駆動回路であって、
    前記駆動トランジスタに実質一定の電流を流すゲート・ソース間電圧を印加するゲート・ソース間電圧印加手段と、
    前記駆動トランジスタのゲート・ソース間電圧に所定の信号電圧を加算する加算手段と、
    を有する駆動回路。
  2. 請求項１に記載の回路において、
    前記ゲート・ソース間電圧印加手段は、
    外部に設けた定電流源からの定電流を受け入れる定電流受け入れ手段と、
    前記駆動トランジスタのドレイン・ゲート間をショートするスイッチと、
    前記駆動トランジスタのドレインまたはソースの一方と、発光素子または定電流源との間の接続を切り替える切り替え手段と、
    を有する駆動回路。
  3. 請求項２に記載の回路において、
    前記スイッチと、前記切り替え手段がいずれも薄膜トランジスタである駆動回路。
  4. 請求項２に記載の回路において、
    前記切り替え手段がダイオードを含み、このダイオードを順バイアスでオン、逆バイアスでオフさせて接続を切り替える駆動回路。
  5. 請求項４に記載の回路において、
    前記スイッチと、前記切り替え手段の前記ダイオード以外の構成がいずれも薄膜トランジスタである駆動回路。
  6. 請求項２〜５のいずれか１つに記載の回路において、
    外部に設けた定電流源が、外付けのドライバＩＣである駆動回路。
  7. 請求項２〜５のいずれか１つに記載の回路において、
    外部に設けた定電流源が、基板上に形成された単一もしくは複数の薄膜トランジスタで構成されている駆動回路。
  8. 請求項１〜７のいずれか１つに記載の回路において、
    発光素子が有機ＥＬ素子である駆動回路。
  9. 請求項１〜８のいずれか１つに記載の回路において、
    前記加算手段は、
    一方の端子を駆動トランジスタのゲートに接続した容量についてその他方の端子電位を目的の信号電圧分だけ変化させる駆動回路。
  10. 請求項９に記載の回路において、
    前記容量の端子電圧の変化は、その端子に接続される信号線電位を変化させる駆動回路。
  11. 請求項９に記載の回路において、
    前記容量の端子電圧の変化は、端子の接続先を、所定電位の信号線と、基準電位線の間で切り替えることで行う駆動回路。
  12. 請求項１０または１１に記載の回路において、
    前記駆動トランジスタのゲート・ソース間に一定電流に対応する電圧を印加するために要する時間が、信号線から信号電圧を容量に印加するために要する時間に等しい駆動回路。
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