JP4074264B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、表示装置及びその駆動方法に係り、特には、表示素子の光学特性をそれに流す電流により制御する表示装置及びその駆動方法に関する。

有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置のように表示素子の光学特性をそれに流す駆動電流によって制御する表示装置では、駆動電流がばらつくと、輝度むら等の画質不良が生じる。それゆえ、そのような表示装置でアクティブマトリクス駆動方式を採用した場合には、表示素子を駆動する駆動用トランジスタの特性が各画素間でほぼ同一であることが要求される。しかしながら、この表示装置では、通常、トランジスタをガラス基板などの絶縁体上に形成するため、トランジスタ特性のばらつきを生じ易い。

この問題に対しては、以下の特許文献１及び２において図５及び図６に示す回路がそれぞれ提案されている。以下、これら回路を用いた駆動用トランジスタの特性補正について説明する。

図５の回路（閾値キャンセル型）を用いた有機ＥＬ表示装置１では、何れかの画素２を表示状態とするに際し、まず、走査信号線７を利用して出力制御用スイッチＳｗ２を開く（ＯＦＦ）とともに、走査信号線１５を利用して補正用スイッチＳｗ３を閉じて（ＯＮ）、駆動用トランジスタＴｒのソース−ドレイン間に電流が流れなくなるまでキャパシタＣ１及びＣ２に電荷を供給する。この状態では、駆動用トランジスタＴｒのドレインとゲートとは接続されているので、ノードＡの電位は駆動用トランジスタＴｒの閾値Ｖｔｈとなる。なお、この間、図示しない走査信号線ドライバから走査信号線６に走査信号を供給して選択用スイッチＳｗ１を閉じるとともに、図示しない映像信号線ドライバから映像信号線９にリセット信号Ｖｒｓｔを供給しておく。

以上の動作を終了したのち、補正用スイッチＳｗ３を開くとともに出力制御用スイッチＳｗ２を閉じ、さらに、映像信号線ドライバから映像信号線９に映像信号Ｖｓｉｇを供給する。これにより、駆動用トランジスタＴｒのゲート電位は、ＶｒｓｔからＶｓｉｇへの変量と等しい量だけ閾値Ｖｔｈから変動する。その結果、その変動量に応じた駆動電流が、電源配線１１から駆動用トランジスタＴｒ及び出力制御用スイッチＳｗ２を介して有機ＥＬ素子２０に供給される。

このように、図５の回路によると、駆動電流に閾値Ｖｔｈが与える影響を排除することができる。したがって、画素２間で駆動用トランジスタＴｒの閾値がばらついていたとしても、そのようなばらつきが有機ＥＬ素子２０に供給する駆動電流に与える影響を最小とすることができる。

しかしながら、駆動電流は、駆動用トランジスタＴｒの閾値だけでなく、その移動度や寸法などの影響も受ける。そのため、図５の回路によると、表示ムラが視認されなくなるまで発光均一性を改善することは難しい。

他方、図６の回路（カレントコピー型）を用いた有機ＥＬ表示装置１では、何れかの画素２を表示状態とするに際し、まず、出力制御用スイッチＳｗ２を開くとともに、選択用スイッチＳｗ１及び補正／書き込み用スイッチＳｗ４を閉じる。次いで、この状態で、駆動用トランジスタＴｒのソースとドレインとの間に、図示しない定電流回路を用いて映像信号に対応した電流Ｉｓｉｇを流す。この動作により、キャパシタＣ２の両電極間の電圧は、駆動用トランジスタＴｒのチャネルに電流Ｉｓｉｇを流すのに必要なゲート−ソース間電圧となる。

その後、選択用スイッチＳｗ１及び補正／書き込み用スイッチＳｗ４を開き、さらに、出力制御用スイッチＳｗ２を閉じる。ノードＢの電位は、先の動作により、駆動用トランジスタＴｒのソース−ドレイン間に電流Ｉｓｉｇとほぼ等しい駆動電流が流れるように設定されている。

このように、図６の回路によると、書き込み期間において映像信号として供給した電流Ｉｓｉｇとほぼ等しい大きさの電流を、書き込み期間に続く保持期間においても駆動用トランジスタＴｒのソースとドレインとの間に流すことができる。それゆえ、駆動用トランジスタＴｒの閾値Ｖｔｈだけでなく移動度や寸法などが駆動電流に与える影響も排除することができる。

しかしながら、図６の回路では、画素の大型化に伴い映像信号配線の配線容量が増大したり、構成の細化に伴って書き込み期間が短くなると、以下の問題を生じる。すなわち、電流Ｉｓｉｇが小さい場合、書き込み不足が生じる。換言すれば、所望の映像信号を書き込むことが難しくなる。
米国特許第６，２２９，５０６Ｂ１号明細書 米国特許第６，３７３，４５４Ｂ１号明細書

本発明の目的は、映像信号による表示動作の制御性を向上させ、良好な表示を可能とすることにある。

本発明の第１側面によると、マトリクス状に配置された複数の画素を具備した表示装置であって、前記複数の画素のそれぞれは、電圧信号が供給される電圧信号入力端子と、第１電源端子に接続された第１端子と、制御端子と、それらの間の電圧に対応した電流を出力する第２端子とを含んだ駆動制御素子と、前記電圧信号入力端子と前記制御端子との間に接続された第１キャパシタと、電流信号が供給される電流信号入力端子と、前記電流信号入力端子と前記制御端子との間に接続された第１スイッチと、前記電流信号入力端子と前記第２端子との間に接続された第２スイッチと、前記第２端子に入力端子が接続された出力制御スイッチと、第２電源端子と前記出力制御スイッチの出力端子との間に接続された表示素子とを具備し、前記表示装置の書き込み動作は、前記電圧信号入力端子を第１電位に設定するとともに前記出力制御スイッチを開き且つ前記第１及び第２スイッチを閉じて、前記第１及び第２端子間に映像信号としての電流を流し、次いで、第１スイッチを開き、それと同時またはその後、前記電圧信号入力端子を前記第１電位とは異なる第２電位に設定することを含んだ表示装置が提供される。

本発明の第２側面によると、マトリクス状に配置された複数の画素を具備した表示装置であって、前記複数の画素のそれぞれは、対向電極間に有機層を挟持した表示素子と、前記表示素子と直列接続する薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタのドレインおよび前記表示素子間に接続される第１スイッチと、前記薄膜トランジスタのゲートと定電位端子又は前記薄膜トランジスタのソースとを接続する第１キャパシタと、前記薄膜トランジスタのゲートおよびドレイン間を接続する第２スイッチと、前記薄膜トランジスタのドレインと信号入力端子とを接続する第３スイッチと、前記薄膜トランジスタのゲートと前記第３スイッチの制御端子との間に接続される第２キャパシタとを備えることを特徴とする表示装置が提供される。

本発明によると、映像信号による表示動作の制御性を向上させることができ、良好な表示が可能となる。

以下、本発明の幾つかの態様について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同様または類似する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の第１態様に係る表示装置を概略的に示す平面図である。この表示装置１は、例えば、有機ＥＬ表示装置であり、複数の画素２を含んでいる。これら画素２は、基板３上にマトリクス状に配置されている。

基板３上には、走査信号線ドライバ４がさらに設けられている。なお、ここでは、映像信号線ドライバ２５は基板３上に設けていないが、映像信号線ドライバ２５は基板３上に設けてもよい。走査信号線ドライバ４は、電圧信号供給回路の少なくとも一部を構成している。また、映像信号線ドライバ２５は、電流信号供給回路の少なくとも一部を構成している。

この基板３上には、走査信号線ドライバ４に接続された走査信号線７及び８が画素２の行方向に延在するように設けられている。これら走査信号線７及び８には、走査信号線ドライバ４から走査信号が電圧信号として供給される。

また、基板３上には、映像信号線ドライバ２５に接続されるとともにそれから電流信号が供給される映像信号線１０が、画素２の列方向に延在するように設けられている。

さらに、この基板３上には、電源配線１１が設けられている。

画素２は、駆動制御素子Ｔｒと、出力制御用スイッチＳｗ２と、選択用スイッチＳｗ５ａと、補正信号供給制御用スイッチＳｗ５ｂと、キャパシタＣ１及びＣ２と、表示素子２０とを含んでいる。これらスイッチＳｗ２，Ｓｗ５ａ及びＳｗ５ｂは、例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）であり、キャパシタＣ１及びＣ２は、例えば、薄膜キャパシタである。また、駆動制御素子ＴｒはここではＴＦＴで構成されていることとする。

表示素子２０は、互いに対向した陽極及び陰極とそれらの間に流れる電流に応じて光学特性が変化する活性層とを含んでいる。ここでは、一例として、表示素子２０は、活性層として発光層を含んだ有機ＥＬ素子とする。また、ここでは、一例として、陽極は、下部電極として設けるとともに、出力制御用スイッチＳｗ２を介して駆動制御素子Ｔｒに接続する。他方、陰極は、例えば、活性層を介して下部電極と対向配置された上部電極として設ける。

駆動制御素子Ｔｒは、例えば、ｐチャネルＴＦＴであり、そのゲートはキャパシタＣ１の一方の電極に接続されている。駆動制御素子ＴｒがｐチャネルＴＦＴである場合、そのソースは電源配線１１に接続し、ドレインは出力制御用スイッチＳｗ２を介して有機ＥＬ素子２０の下部電極に接続する。

出力制御用スイッチＳｗ２は、駆動制御素子Ｔｒと有機ＥＬ素子２０との間に接続されている。出力制御用スイッチＳｗ２のスイッチング動作は、走査信号線７から供給される走査信号によって制御する。出力制御用スイッチＳｗ２は、例えば、ｐチャネルＴＦＴである。この場合、そのゲートは走査信号線７に接続し、ソース及びドレインは駆動制御素子Ｔｒと有機ＥＬ素子２０とにそれぞれ接続する。

選択用スイッチＳｗ５ａは、駆動制御素子Ｔｒのドレインと映像信号線１０との間に接続されている。なお、映像信号線１０上のノードＣは、映像信号供給端子としての役割を果たす。スイッチＳｗ５ａのスイッチング動作は、走査信号線８から供給される走査信号によって制御する。選択用スイッチＳｗ５ａは、例えば、ｐチャネルＴＦＴである。この場合、そのゲートは走査信号線８に接続し、ソース及びドレインは駆動制御素子Ｔｒのドレインと映像信号線１０とにそれぞれ接続する。

補正信号供給制御用スイッチＳｗ５ｂは、駆動制御素子Ｔｒのドレインとゲートとの間に接続されている。スイッチＳｗ５ｂのスイッチング動作は、走査信号線８から供給される走査信号によって制御する。補正信号供給制御用スイッチＳｗ５ｂは、例えば、ｐチャネルＴＦＴである。この場合、そのゲートは走査信号線８に接続し、ソース及びドレインは駆動制御素子Ｔｒのドレインとゲートとにそれぞれ接続する。

選択用スイッチＳｗ５ａ及び補正信号供給制御用スイッチＳｗ５ｂの接続関係は、駆動制御素子Ｔｒのドレインと駆動制御素子Ｔｒのゲートと映像信号線１０との接続／非接続を切り替えることができれば、図１に示す以外の構造を有していてもよい。

例えば、図１では選択用スイッチＳｗ５ａ及び補正信号供給制御用スイッチＳｗ５ｂのスイッチング動作を１本の走査信号線８で制御しているが、個々に独立した走査信号線で制御してもよい。

また、図１では、補正信号供給制御用スイッチＳｗ５ｂを駆動制御素子Ｔｒのドレインとゲートとの間に接続しているが、補正信号供給制御用スイッチＳｗ５ｂは映像信号線１０と駆動制御素子Ｔｒのゲートとの間に接続してもよい。

キャパシタＣ１は、走査信号線８と駆動制御素子Ｔｒのゲートとの間に接続されている。キャパシタＣ２は、駆動制御素子Ｔｒのソースと駆動制御素子Ｔｒのゲートとの間に接続されている。なお、走査信号線８に接続された配線上のノードＥは、電圧信号入力端子としての役割を果たす。

キャパシタＣ１及びＣ２の容量は互いに等しくなくてもよいが、簡略化のため、ここでは互いに等しいこととする。また、キャパシタＣ２は、駆動制御素子Ｔｒのソースと駆動制御素子Ｔｒのゲートとの間に接続する代わりに、例えば、駆動制御素子Ｔｒのゲートと駆動制御素子Ｔｒのソースから絶縁された定電位端子との間に接続してもよい。すなわち、キャパシタＣ２は、その一方の端子が駆動制御素子Ｔｒのゲートに接続され且つ映像信号に対応して駆動制御素子Ｔｒのゲート−ソース間電圧を保持可能であれば、駆動制御素子Ｔｒのゲート−ソース間に接続しなくてもよい。

図２は、図１に示す表示装置の駆動方法の一例を概略的に示すタイミングチャートである。この駆動方法では、第１書き込み期間Ｐ３Ｃと第２書き込み期間Ｐ３Ｖとで一水平周期を構成し、第１書き込み期間Ｐ３Ｃと第２書き込み期間Ｐ３Ｖと保持期間Ｐ４とで一垂直周期を構成する。

或る階調を表示すべき画素２を選択する期間では、まず、スイッチＳｗ２を開く。スイッチＳｗ２を開いている期間内に、第１書き込み動作及び第２書き込み動作を順次実施する。

第１書き込み動作を行う第１書き込み期間Ｐ３Ｃでは、スイッチＳｗ５ａ及びＳｗ５ｂを閉じる。この状態で、先の画素２が接続された映像信号線１０に映像信号線ドライバ２５が出力する出力電流Ｉｏｕｔを、映像信号に略対応した電流Ｉｓｉｇ’に設定する。このときのノードＥの電位Ｖ１は、表示すべき階調に拘らず一定とする。これにより、駆動用トランジスタＴｒのゲート−ソース間電圧は、そのソース−ドレイン間に電流Ｉｓｉｇ’が流れる時の値Ｖｓｉｇ’に設定される。第１書き込み期間Ｐ３Ｃは、スイッチＳｗ５ａ及びＳｗ５ｂを開くことにより終了する。

第２書き込み動作を行う第２書き込み期間Ｐ３Ｖでは、スイッチＳｗ５ａ及びＳｗ５ｂを開く。このときのノードＥの電位Ｖ２は、表示すべき階調に拘らず一定とする。第２書き込み期間Ｐ３Ｖは、ノードＥが電位Ｖ２で安定した時点で終了する。

第１書き込み期間Ｐ３Ｃが終了した時点で、ノードＤの電位は、駆動用トランジスタＴｒのソース−ドレイン間に電流Ｉｓｉｇ’が流れる時の値Ｖｓｉｇ’に設定されている。そのため、第２書き込み期間Ｐ３Ｖにおいて、スイッチＳｗ５のオンからオフへの動作によりノードＥの電位をＶ１からＶ２へと変化させると、ノードＤの電位はＶｓｉｇ’からＶｓｉｇ’−（Ｖ１−Ｖ２）へと変化する。

保持期間Ｐ４では、スイッチＳｗ２を閉じる。表示素子２０には、電位Ｖｓｉｇ’−（Ｖ１−Ｖ２）に略対応した大きさの電流Ｉｓｉｇが流れる。

なお、この例では、スイッチＳｗ５ａ及びＳｗ５ｂとしてｐチャネルＴＦＴを使用しているので、電位Ｖ２は電位Ｖ１よりも高い。そのため、電位Ｖｓｉｇは、電位Ｖｓｉｇ’よりも高電位である。また、この例では、駆動用トランジスタＴｒとしてｐチャネルＴＦＴを使用している。それゆえ、電流Ｉｓｉｇ’は電流Ｉｓｉｇよりも大きい。

このように、本態様では、各書き込み動作で、駆動用トランジスタＴｒのソース−ドレイン間に、映像信号として電流信号Ｉｓｉｇ’を流す。これにより、ノードＤの電位を映像信号に対応した値Ｖｓｉｇ’に設定する。上記の通り、電流Ｉｓｉｇ’は電流Ｉｓｉｇよりも大きい。したがって、電位Ｖｓｉｇ’は、駆動用トランジスタＴｒの特性を忠実に反映する。すなわち、本態様によると、駆動用トランジスタＴｒの閾値Ｖｔｈだけでなく移動度や寸法などが駆動電流に与える影響も十分に排除することができる。

次に、本発明の第２態様について説明する。
図３は、本発明の第２態様に係る表示装置を概略的に示す平面図である。図３に示す表示装置１は、例えば、有機ＥＬ表示装置である。この表示装置１は、以下の構成を採用したこと以外は、図１の表示装置１と同様の構造を有している。

すなわち、図３の表示装置１では、補正信号供給制御用スイッチＳｗ５ｆと走査信号線１７とが設けられている。補正信号供給制御用スイッチＳｗ５ｆは、補正信号供給制御用スイッチＳｗ５ｂの出力端子と駆動用トランジスタＴｒのゲートとの間に接続されている。補正信号供給制御用スイッチＳｗ５ｆのスイッチングは、走査信号線１７から供給される走査信号によって制御する。

図３の表示装置１は、第１態様で説明したのと同様の方法により駆動することができる。したがって、本態様でも、第１態様で説明したのと同様の効果を得ることができる。

また、本態様では、スイッチＳｗ５ｆのスイッチングは、スイッチＳｗ５ｂのスイッチングから独立して制御することができる。したがって、第１書き込み期間Ｐ３Ｃにおいて、スイッチＳｗ５ｂを開くべくノードＥの電位を変化させるのに先立って、スイッチＳｗ５ｆを開くことができる。それゆえ、ノードＤの電位の不所望な変動を防止することができる。したがって、駆動用トランジスタＴｒの特性を確実に補正することができる。なお、この効果は、スイッチＳｗ５ｂを設けない場合にも得ることができる。

また、本態様では、スイッチＳｗ５ｆ及びＳｗ５ｂを、駆動用トランジスタＴｒのゲートとドレインとの間で直列に接続している。そのため、キャパシタＣ１に蓄積された電荷が保持期間Ｐ４においてリークするのを抑制することができる。すなわち、保持期間Ｐ４において、駆動用トランジスタＴｒのゲート電位が変動するのを抑制することができる。

次に、本発明の第３態様について説明する。
図４は、本発明の第３態様に係る表示装置を概略的に示す平面図である。図４に示す表示装置１は、例えば、有機ＥＬ表示装置である。この表示装置１は、以下の構成を採用したこと以外は、図３の表示装置１と同様の構造を有している。

すなわち、図４の表示装置１では、走査信号線１８が設けられている。ノードＥは、走査信号線８に接続する代わりに、走査信号線１８に接続している。

図４の表示装置１は、第２態様で説明したのとほぼ同様の方法により駆動することができる。したがって、本態様でも、第２態様で説明したのと同様の効果を得ることができる。なお、本態様でも、スイッチＳｗ５ｂを設けない場合であっても、駆動用トランジスタＴｒの特性を確実に補正することができる。

また、本態様では、ノードＥの電位Ｖ１及びＶ２を、任意に設定可能である。加えて、本態様では、ノードＥの電位を、スイッチＳｗ５ａ及びＳｗ５ｂのスイッチングから独立して変化させることができる。

さらなる利益及び変形は、当業者には容易である。それゆえ、本発明は、そのより広い側面において、ここに記載された特定の記載や代表的な態様に限定されるべきではない。したがって、添付の請求の範囲及びその等価物によって規定される本発明の包括的概念の真意または範囲から逸脱しない範囲内で、様々な変形が可能である。

本発明の第１態様に係る表示装置を概略的に示す平面図。 図１に示す表示装置の駆動方法の一例を概略的に示すタイミングチャート。 本発明の第２態様に係る表示装置を概略的に示す平面図。 本発明の第３態様に係る表示装置を概略的に示す平面図。 閾値キャンセル型回路を用いた有機ＥＬ表示装置の等価回路図。 カレントコピー型回路を用いた有機ＥＬ表示装置の等価回路図。

符号の説明

１…表示装置、２…画素、３…基板、４…走査信号線ドライバ、６…走査信号線、７…走査信号線、８…走査信号線、９…映像信号線、１０…映像信号線、１１…電源配線、１５…走査信号線、１７…走査信号線、１８…走査信号線、２０…表示素子、２５…映像信号線ドライバ、Ａ…ノード、Ｂ…ノード、Ｃ…ノード、Ｃ１…キャパシタ、Ｃ２…キャパシタ、Ｄ…ノード、Ｅ…ノード、Ｓｗ１…選択用スイッチ、Ｓｗ２…出力制御用スイッチ、Ｓｗ３…補正用スイッチ、Ｓｗ４…補正／書き込み用スイッチ、Ｓｗ５ａ…補正信号供給制御用スイッチ、Ｓｗ５ｂ…補正信号供給制御用スイッチ、Ｓｗ５ｆ…補正信号供給制御用スイッチ、Ｔｒ…駆動制御素子。

Claims (9)

1. マトリクス状に配置された複数の画素を具備した表示装置であって、前記複数の画素のそれぞれは、
   電圧信号が供給される電圧信号入力端子と、
   第１電源端子に接続された第１端子と、制御端子と、それらの間の電圧に対応した電流を出力する第２端子とを含んだ駆動制御素子と、
   前記電圧信号入力端子と前記制御端子との間に接続された第１キャパシタと、
   電流信号が供給される電流信号入力端子と、
   前記電流信号入力端子と前記制御端子との間に接続された第１スイッチと、
   前記電流信号入力端子と前記第２端子との間に接続された第２スイッチと、
   前記第２端子に入力端子が接続された出力制御スイッチと、
   第２電源端子と前記出力制御スイッチの出力端子との間に接続された表示素子とを具備し、
   前記表示装置の書き込み動作は、前記電圧信号入力端子を第１電位に設定するとともに前記出力制御スイッチを開き且つ前記第１及び第２スイッチを閉じて、前記第１及び第２端子間に映像信号としての電流を流し、次いで、第１スイッチを開き、それと同時またはその後、前記電圧信号入力端子を前記第１電位とは異なる第２電位に設定することを含んだ表示装置。
2. 前記第１スイッチの制御端子は前記電圧信号入力端子に接続された請求項１に記載の表示装置。
3. 前記第１スイッチは前記第２スイッチを介して前記電流信号入力端子に接続された請求項１に記載の表示装置。
4. 前記複数の画素のそれぞれは、一方の電極が前記制御端子に接続され、他方の電極が定電圧源に接続された第２キャパシタをさらに具備した請求項１に記載の表示装置。
5. 前記表示素子は有機ＥＬ素子である請求項１に記載の表示装置。
6. マトリクス状に配置された複数の画素を具備した表示装置であって、前記複数の画素のそれぞれは、
   対向電極間に有機層を挟持した表示素子と、
   前記表示素子と直列接続する薄膜トランジスタと、
   前記薄膜トランジスタのドレインおよび前記表示素子間に接続される第１スイッチと、
   前記薄膜トランジスタのゲートと定電位端子又は前記薄膜トランジスタのソースとを接続する第１キャパシタと、
   前記薄膜トランジスタのゲートおよびドレイン間を接続する第２スイッチと、
   前記薄膜トランジスタのドレインと信号入力端子とを接続する第３スイッチと、
   前記薄膜トランジスタのゲートと前記第３スイッチの制御端子との間に接続される第２キャパシタとを備えることを特徴とする表示装置。
7. 前記第２スイッチの制御端子と前記第３スイッチの制御端子とは、同一走査信号線に接続されることを特徴とする請求項６に記載の表示装置。
8. 前記第２スイッチの制御端子と前記第３スイッチの制御端子とは、異なる走査信号線に接続されることを特徴とする請求項６に記載の表示装置。
9. 前記第２スイッチの出力端子と前記薄膜トランジスタのゲートとの間に接続される第４スイッチを備えたことを特徴とする請求項６に記載の表示装置。

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