JP4105212B2 - 発光装置及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は発光素子を用いた発光装置の技術に関する。より詳しくは、電界効果型トランジスタにより発光素子の印加電圧を制御する発光装置の技術に関する。

近年、画像の表示を行う表示装置の開発が進められている。表示装置としては、液晶素子を用いて画像の表示を行う液晶表示装置が、高画質、薄型、軽量などの利点を活かして、携帯電話の表示画面として幅広く用いられている。

一方、発光素子を用いた発光装置の開発も近年進められている。発光装置は、既存の液晶表示装置がもつ利点の他、応答速度が速く動画表示に優れ、視野特性が広いなどの特徴も有しており、動画コンテンツが利用できる次世代小型モバイル用フラットパネルディスプレイとして注目されている。

発光素子は、有機材料、無機材料、薄膜材料、バルク材料及び分散材料などの広汎にわたる材料により構成される。そのうち、主に有機材料により構成される有機発光ダイオード(Organic Light Emitting Diode : OLED)は代表的な発光素子として挙げられる。発光素子は、陽極及び陰極、並びに前記陽極と前記陰極との間に発光層が挟まれた構造を有する。発光層は、上記材料から選択された１つ又は複数の材料により構成される。なお発光素子の両電極間を流れる電流量と発光輝度は正比例の関係にある。

発光装置には、発光素子と少なくとも２つのトランジスタを有する画素が複数個設けられている。前記画素において、発光素子と直列に接続されたトランジスタ（以下、駆動用トランジスタと表記）は、該発光素子の発光を制御する役目を担う。駆動用トランジスタのゲート・ソース間電圧（以下、V_GSと表記）と、ソース・ドレイン間電圧（以下、V_DSと表記）を適宜変化させると、該駆動用トランジスタを飽和領域で動作させたり、非飽和領域で動作させたりすることが出来る。

駆動用トランジスタを飽和領域（|V_GS-V_th|＜|V_DS|）で動作させると、発光素子の両電極間に流れる電流量は、駆動用トランジスタの|V_GS|の変化に大きく依存し、|V_DS|の変化に対しては依存しない。なお駆動用トランジスタを飽和領域で動作させる駆動方式は定電流駆動と呼ばれる。図９（Ａ）は、定電流駆動が適用される画素の概略図である。定電流駆動では、該駆動用トランジスタのゲート電圧を制御することによって、必要な電流量を発光素子に流す。つまり、駆動用トランジスタを電圧制御電流源として用いており、電源線と発光素子の間に一定の電流が流れるように設定されている。

一方、駆動用トランジスタを非飽和領域（|V_GS-V_th|＞|V_DS|）で動作させると、発光素子の両電極間に流れる電流量は、|V_GS|と|V_DS|の両者の値によって変化する。より詳しくは、|V_GS|の値によって変化し、|V_DS|は最大で１Ｖ未満の範囲で変化する。なお駆動用トランジスタを非飽和領域で動作させる駆動方式は、定電圧駆動と呼ばれる。図９（Ｂ）は、定電圧駆動が適用される画素の概略図である。定電圧駆動では、駆動用トランジスタをスイッチとして用いて、必要なときに電源線と発光素子とをショートすることによって、発光素子に電流を流す。

発光素子は、経時変化により抵抗値（内部抵抗値）が増加する性質を有する。
発光素子の両電極間に流れる電流値は、抵抗値に反比例するため、抵抗値が増加すると、発光素子の両電極間に流れる電流値は減少してしまっていた。つまり発光素子は、経時変化により発光輝度が低下してしまい、所望の発光輝度を得ることが困難であった。

本発明は、上述の実情を鑑みてなされたものであり、定電圧駆動を採用した発光装置において、経時変化による電流値の減少を緩和して信頼性を向上させた発光装置の駆動方法を提供することを課題とする。

本発明は、発光素子と、前記発光素子に接続され、且つチャネル幅W及びチャネル長LがL/W≧10を満たす駆動用トランジスタを有する発光装置の駆動方法であって、 前記駆動用トランジスタのゲート・ソース間電圧がV_GS、ソース・ドレイン間電圧がV_DS、しきい値電圧がV_thであるとき、1≦|V_DS|≦|V_GS-V_th|を満たすように前記駆動用トランジスタのゲート電極、並びにドレイン電極及びソース電極の一方の電極に電圧を印加することを特徴とする。

本発明は、発光素子と、前記発光素子に接続され、且つチャネル幅W及びチャネル長LがL/W≧10を満たす第１及び第２の駆動用トランジスタを有する発光装置の駆動方法であって、 前記第１及び前記第２の駆動用トランジスタは直列に接続され、 前記第１の駆動用トランジスタのチャネル幅W₁及びチャネル長L₁、並びに前記第２の駆動用トランジスタのチャネル幅W₂及びチャネル長L₂は、(L₁+L₂)/W₁≧10、(L₁+L₂)/W₂≧10を満たし、 前記第１の駆動用トランジスタのゲート・ソース間電圧がV_GS1、ソース・ドレイン間電圧がV_DS1、しきい値電圧がV_th1であるとき、1≦|V_DS1|≦|V_GS1-V_th1|を満たすように前記第１の駆動用トランジスタのゲート電極、並びにドレイン電極及びソース電極の一方の電極に電圧を印加し、 前記第２の駆動用トランジスタのゲート・ソース間電圧がV_GS2、ソース・ドレイン間電圧がV_DS2、しきい値電圧がV_th2であるとき、1≦|V_DS2|≦|V_GS2-V_th2|を満たすように前記第２の駆動用トランジスタのゲート電極、並びにドレイン電極及びソース電極の一方の電極に電圧を印加することを特徴とする。

以上をまとめると、本発明が適用される発光装置は、L/Wが１０以上の駆動用トランジスタを用いることを特徴とする。そして本発明は、従来であればほぼゼロであった駆動用トランジスタの|V_DS|を１V以上|V_GS-V_th|以下で動作させることを特徴とする。|V_DS|を上記の範囲内で動作させることによって、該駆動用トランジスタを抵抗として用いることが出来る。そうすると、発光素子の両電極間を流れる電流値は、発光素子及び駆動用トランジスタの抵抗値の和に反比例する。つまり、従来であれば電流値は発光素子の抵抗値のみに反比例していたが、本発明では電流値は発光素子及び駆動用トランジスタの抵抗値の和に反比例する。
その結果、経時変化による発光素子の電流値の減少を緩和させることができる。
そうすると、経時変化による発光輝度の低下を抑制することが可能となり、信頼性を向上させることが出来る。

また本発明は、駆動用トランジスタの|V_DS|が１以上|V_GS-V_th|以下の範囲で動作するように、該駆動用トランジスタのゲート電極、並びにドレイン電極及びソース電極の一方の電極に電圧を印加することを特徴とする。つまり、駆動用トランジスタのゲート電極に信号を入力する信号線、駆動用トランジスタのソース電極及びドレイン電極の一方の電極が接続された電源線に電圧を印加して、適当な電位に設定することを特徴とする。より詳しくは、駆動用トランジスタのゲート電極に入力する信号の電位、該信号を出力する信号線が接続された信号線駆動回路の電位、駆動用トランジスタのソース電極及びドレイン電極の一方の電極が接続された電源線の電位、該電源線が接続された電源回路の電位を適当な値に設定することを特徴とする。

本発明は、L/Wの値が１０以上であるトランジスタを用いるため、駆動用トランジスタの|V_GS|は、前記駆動用トランジスタのゲート電極とチャネル形成領域の間の容量によって保持されることを特徴とする。つまり本発明では、トランジスタが容量素子を兼ねることが可能であり、さらにトランジスタ自身の特性バラツキの影響を抑制することが可能となる。

本発明は、駆動用トランジスタの|V_DS|が１以上|V_GS-V_th|以下の範囲で動作するように、該駆動用トランジスタのゲート電極、並びにドレイン電極及びソース電極の一方の電極に電圧を印加することを特徴とする。つまり、駆動用トランジスタのゲート電極に信号を入力する信号線、駆動用トランジスタのソース電極及びドレイン電極の一方の電極が接続された電源線に電圧を印加して、適当な電位に設定することを特徴とする。そして、|V_DS|を上記の範囲内で動作させることによって、該駆動用トランジスタを抵抗として用いることが出来る。そうすると、発光素子の両電極間を流れる電流値は、発光素子及び駆動用トランジスタの抵抗値の和に反比例する。その結果、経時変化による発光素子の電流値の減少を緩和させることができる。そして、経時変化による発光輝度の低下を抑制することが可能となり、信頼性を向上させることが出来る。

本発明は、L/Wの値が１０以上であるトランジスタを用いるため、駆動用トランジスタの|V_GS|は、前記駆動用トランジスタのゲート電極とチャネル形成領域の間の容量によって保持されることを特徴とする。つまり本発明では、トランジスタが容量素子を兼ねることが可能であり、さらにトランジスタ自身の特性バラツキの影響を抑制することが可能となる。

本発明は、駆動用トランジスタのチャネル長を通常よりも長く設計することのみで実現することが可能であり、新しく作製工程を増加する必要はない。そのため、作製工程における歩留まり等を低下させることなく、電流値の減少を緩和させることが出来る。

発光素子は、経時変化だけではなく、温度変化によっても抵抗値が変化する性質を有する。より詳しくは、室温を通常の温度とすると、温度が通常よりも高くなると抵抗値が低下し、温度が通常よりも低くなると抵抗値が上昇する性質を有する。本発明のL/Wの値が１０以上であるトランジスタは、その電圧電流特性の傾きが緩やかであるため、V_DSとV_ELの差があまりなく、V_DSの変化に伴ってその電流値は緩やかに増加する。つまり、温度変化による抵抗値の変化によって、通常よりも発光輝度が大きく上昇して、発光素子が劣化したり、表示パターンが焼きついたりすることを防ぐことができる。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態について図１〜図４を用いて説明する。

図４（Ａ）には本発明が適用される発光装置の概略を示す。発光装置は、画素部３０２と、該画素部３０２の周辺に配置された信号線駆動回路３０３及び走査線駆動回路３０４を有する。

画素部３０２は、列方向に配置されたｘ本の信号線Ｓ₁〜Ｓ_x及びｘ本の電源線Ｖ₁〜Ｖ_x、並びに行方向に配置されたｙ本の走査線Ｇ₁〜Ｇ_y及びｙ本の電源線Ｃ₁〜Ｃ_yを有する（ｘ、ｙは自然数）。そして、信号線Ｓ₁〜Ｓ_x及び電源線Ｖ₁〜Ｖ_x、並びに走査線Ｇ₁〜Ｇ_y及び電源線Ｃ₁〜Ｃ_yの各一本の配線に囲まれた領域が画素３０１に相当する。画素部３０２には、マトリクス状に複数の画素３０１が配置されている。

信号線駆動回路３０３及び走査線駆動回路３０４等は、同一基板上に画素部３０２と一体形成してもよい。また、画素部３０２が形成された基板の外部に配置してもよい。さらに信号線駆動回路３０３及び走査線駆動回路３０４の数は特に限定されない。信号線駆動回路３０３及び走査線駆動回路３０４の数は、画素３０１の構成に応じて、任意に設定することが出来る。なお信号線駆動回路３０３及び走査線駆動回路３０４等には、ＦＰＣ等（図示せず）を介して外部より信号及び電源が供給される。また電源線Ｃ₁〜Ｃ_yには、電源回路が接続されているが、該電源回路は画素部３０２と一体形成されていてもよいし、外付けしてＦＰＣ等で接続されるようにしてもよい。

なお本発明における発光装置には、発光素子を有する画素部及び駆動回路を基板とカバー材との間に封入した発光パネル、前記発光パネルにＩＣ等を実装した発光モジュール、表示装置として用いられる発光ディスプレイなどを範疇に含む。つまり発光装置は、発光パネル、発光モジュール及び発光ディスプレイなどの総称に相当する。

画素部３０２のｉ列ｊ行目に配置された画素３０１について、代表的な構成例を２つ挙げて、その詳しい構成を図４（Ｂ）（Ｃ）を用いて説明する。図４（Ｂ）に示す画素３０１は、スイッチング用トランジスタ３０６、駆動用トランジスタ３０７及び発光素子３０８を有する。図４（Ｃ）に示す画素３０１は、図４（Ｂ）に示す画素３０１に消去用トランジスタ３０９及び走査線R_jを追加した構成を有する。

図４（Ｂ）（Ｃ）において、スイッチング用トランジスタ３０６のゲート電極は走査線Ｇ_jに接続され、第１の電極は信号線Ｓ_iに接続され、第２の電極は駆動用トランジスタ３０７のゲート電極に接続されている。駆動用トランジスタ３０７の第１の電極は電源線Ｖ_iに接続され、第２の電極は発光素子３０８の一方の電極に接続されている。発光素子３０８の他方の電極は電源線Ｃ_jに接続されている。

また図４（Ｃ）において、スイッチング用トランジスタ３０６と消去用トランジスタ３０９とは直列に接続され、信号線Ｓ_iと電源線Ｖ_iの間に配置されている。消去用トランジスタ３０９のゲート電極は走査線Ｒ_jに接続されている。

本明細書では、駆動用トランジスタ３０７の第２の電極に接続された発光素子３０８の一方の電極を画素電極と呼び、電源線Ｃｊに接続された他方の電極を対向電極と呼ぶ。

図４（Ｂ）（Ｃ）において、スイッチング用トランジスタ３０６は、画素３０１への信号の入力を制御する機能を有する。スイッチング用トランジスタ３０６はスイッチとしての機能を有していれば良いので、その導電型は特に限定されない。ｎチャネル型及びｐチャネル型のいずれも用いることができる。

また図４（Ｂ）（Ｃ）において、駆動用トランジスタ３０７は、発光素子３０８の発光を制御する機能を有する。駆動用トランジスタ３０７の導電型は特に限定されないが、駆動用トランジスタ３０７がｐチャネル型であるとき、画素電極が陽極となり、対向電極が陰極となる。また駆動用トランジスタ３０７がｎチャネル型であるとき、画素電極が陰極となり、対向電極が陽極となる。

図４（Ｃ）において、消去用トランジスタ３０９は、発光素子３０８の発光を停止せしめる機能を有する。消去用トランジスタ３０９はスイッチとしての機能を有していれば良いので、その導電型は特に限定されない。ｎチャネル型及びｐチャネル型のどちらの導電型を有するトランジスタを用いてもよい。

画素３０１に配置されるトランジスタは、ゲート電極が１本のシングルゲート構造だけではなく、ゲート電極が２本のダブルゲート構造やゲート電極が３本のトリプルゲート構造などのマルチゲート構造を有していてもよい。またゲート電極が半導体の上部に配置されたトップゲート構造、ゲート電極が半導体の下部に配置されたボトムゲート構造のどちらの構造を有していてもよい。

そして本発明が適用される発光装置では、駆動用トランジスタ３０７のチャネル長Ｌを長く設定することを特徴とする。より具体的には、駆動用トランジスタ３０７のチャネル幅Wに対してチャネル長Lを数倍から数百倍に設定することを特徴とする。

L/Wが標準的(一般的)な値である０．５に設計された標準サイズのトランジスタの電圧電流特性と、L/Wが１００である本発明に用いるロングサイズのトランジスタの電圧電流特性について図１及び図１０を用いて説明する。また、ロングサイズのトランジスタを駆動用トランジスタ３０７として用いたときにおける発光素子３０８の電圧電流特性について説明する。

図１（Ａ）は、図４に示した画素３０１において、駆動用トランジスタ３０７および発光素子３０８とが接続された部分を示している。図１（Ａ）において、電源線V_iに接続された駆動用トランジスタ３０７のソース電極を１０１、ゲート電極を１０２とする。また発光素子３０８の画素電極（駆動用トランジスタ３０７のドレイン電極）を１０３、対向電極を１０４とする。さらに、駆動用トランジスタ３０７のソース・ドレイン間電圧をV_DS、画素電極１０３と対向電極１０４の間の電圧をＶ_ELとする。

図１（Ｂ）は、ロングサイズのトランジスタにＶ_GS1及びV_GS2（V_GS1＜V_GS2）
を印加したときにおける電圧電流特性１０６及び１０７と、標準サイズのトランジスタにＶ_GS3及びV_GS4（V_GS3＜V_GS4）を印加したときにおける電圧電流特性１０８及び１０９、並びに発光素子３０８の電圧電流特性１１０とを示す。駆動用トランジスタ３０７と発光素子３０８は直列に接続されているため、両素子を流れる電流量は同じである。従って、駆動用トランジスタ３０７と発光素子３０８は、両素子の電圧電流特性を示すグラフの交点（動作点）において駆動する。

図１（Ｂ）に示すように、標準サイズ及びロングサイズの電圧電流特性は、V_DSの増加に伴って、電流値I_Dが増加している。そして、ある一定の電圧以上で、電流値I_Dは飽和している。電流値I_Dが飽和するV_DSの値は、V_GSで異なる。

ここで、発光素子３０８の両電極間に流す所望の電流値が電流値I_D107であるとして、図１（Ｂ）において１１１で示す部分の拡大図を図１０（Ａ）に示す。
また図１０（Ｂ）には標準サイズの電圧電流特性１０８及び１０９、並びに発光素子３０８の電圧電流特性１１０を示し、図１０（Ｃ）にはロングサイズのトランジスタの電圧電流特性１０６及び１０７、並びに発光素子３０８の電圧電流特性１１０を示す。

図１０（Ａ）に示すように、１１１で示す領域では、標準サイズのトランジスタのグラフ１０８及び１０９の傾きは急であり、それに対してロングサイズのトランジスタのグラフ１０６及び１０７の傾きは緩やかになっている。

この傾きの相違は、トランジスタのL/Wの値に起因する。標準サイズのトランジスタでは、L/Wの値が０．１〜２程度であるため、トランジスタのV_DSを大きくとることが出来ない。そのため、図１０（Ｂ）に示すように、V_DSはV_ELに比べてはるかに小さく、ほぼゼロに近い値となってしまう。つまり、標準サイズのトランジスタでは、V_DSの変化に伴ってドレイン電流I_Dは急に増加し、V_DSがある電圧以上になると飽和するため、そのグラフの傾きは急になっている。

これに対して、ロングサイズのトランジスタでは、L/Wが１０以上であり、駆動用トランジスタの|V_DS|を１V以上|V_GS-V_th|以下で動作させることを特徴とする。|V_DS|を上記の範囲内で動作させることによって、該駆動用トランジスタを抵抗として用いることが出来る。そのため、図１０（Ｃ）に示すように、ロングサイズのトランジスタでは、V_DSとV_ELとの差があまりなく、V_DSの変化に伴ってドレイン電流I_Dは緩やかに増加するため、そのグラフの傾きは緩やかになっている。

つまり本発明は、L/Wが１０以上の駆動用トランジスタ３０７を用いて、該駆動用トランジスタ３０７が接続された電源線V_iと、ゲート電極に適当な電圧を印加することで、該電源線V_iとゲート電極の電位を適当な値に設定する。このようにして、従来であれば１V未満であった駆動用トランジスタ３０７の|V_DS|を１V以上|V_GS-V_th|以下に設定することができる。トランジスタの抵抗値は、該トランジスタの|V_DS|にも依存することから、|V_DS|を１V以上|V_GS-V_th|以下に設定することで、トランジスタに抵抗値（内部抵抗値）が生じる。その結果、発光素子の両電極間を流れる電流値は、発光素子及び駆動用トランジスタの抵抗値の和に反比例する。すなわち、従来であれば電流値は発光素子の抵抗値のみに反比例していたが、本発明では電流値は発光素子及び駆動用トランジスタの抵抗値の和に反比例する。その結果、経時変化による発光素子の電流値の減少を緩和させることができる。この効果については、図２を用いて詳しく説明する。

なお、上記の|V_DS|の範囲はトランジスタの抵抗値が電流値の減少を緩和することが出来る範囲を示す。つまり、|V_DS|が１V以下であると、トランジスタの抵抗値は小さいため電流値の減少を緩和することは難しく、|V_GS-V_th|以上であるとトランジスタは飽和領域で動作してしまう。

図２（Ａ）（Ｂ）は、ロングサイズの駆動用トランジスタ３０７と発光素子３０８が接続された部分を示し、図２（Ｃ）（Ｄ）は標準サイズの駆動用トランジスタ３０７と発光素子３０８が接続された部分を示す。なおトランジスタ３０７の抵抗値はR_Tとし、発光素子３０８の抵抗値はR_Eとおく。

図２（Ａ）（Ｂ）において、発光素子３０８の一方の電極が接地されているとすると、電流値I_DLは、以下の式（１）を満たす。

（数１） I_DL=V_DDL/(R_T+R_E)・・・（１）

式（１）において、トランジスタ３０７の抵抗値R_Tと発光素子３０８の抵抗値R_Eとはほぼ同じ値である。経時変化によりトランジスタの抵抗値R_Tは減少し、発光素子３０８の抵抗値R_Eは増加する。そうすると、発光素子３０８を流れる電流値I_DLは、以下の式（２）を満たす。

（数２） I_DL=V_DDL/(R_T'+R_E')・・・（２）

このとき、経時変化により発光素子３０８の抵抗値がR_E'≒２×R_Eを満たすと仮定すると、電流値I_DLの変動率は１/３となる。しかしより正確には、経時変化により発光素子３０８の抵抗値R_Eが増加し、トランジスタ３０７の抵抗値R_Tは減少するため、上記の式（１）及び（２）は、R_T＞R_T'を満たす。つまり、正確には電流値I_DLの変動率は１/３以下となる。

同様に、図２（Ｃ）（Ｄ）において、発光素子３０８の一方の電極が接地されているとすると、発光素子３０８を流れる電流値I_DSは、以下の式（３）を満たす。なお、標準サイズのトランジスタ３０８には抵抗値R_Tはほとんど存在しないので、ここでは抵抗値R_Tはゼロと仮定する。

（数３） I_DS=V_DDS/R_E・・・（３）

経時変化により、発光素子３０８の抵抗が増加すると、発光素子３０８を流れる電流値I_DLは、以下の式（４）を満たす。

（数４） I_DS=V_DDS/R_E'・・・（４）

ここで、発光素子３０８の抵抗値がR_E'＝２×R_Eを満たすと仮定すると、経時変化により、電流値I_DSの変動率は１/２となる。

以上をまとめると、仮に発光素子３０８の抵抗値がR_E'＝２×R_Eとなるとき、標準サイズのトランジスタを用いたときにおける電流値の変動率は１／２である。一方、ロングサイズのトランジスタを用いたときの変動率は約１／３である。
したがって、ロングサイズのトランジスタを用いることで、見掛け上の変動率を小さくすることが出来る。

このように、標準サイズのトランジスタを用いた場合には、電流値は発光素子の抵抗値のみに反比例する。一方、本発明のL/Wの値が１０以上であるロングサイズのトランジスタを用いた場合には、駆動用トランジスタのソース電極が接続された電源線（図示せず）に電圧を印加することにより、その電源電位V_DDLを適当な値に設定し、且つ駆動用トランジスタのゲート電極に電圧を印加する。このようにして、従来であれば１V未満であった駆動用トランジスタ３０７の|V_DS|を１V以上|V_GS-V_th|以下に設定することができる。そして、|V_DS|を１V以上|V_GS-V_th|以下に設定することで、トランジスタに内部抵抗値が生じる。そうすると、図２（Ｅ）の等価回路に示すように、発光素子の両電極間を流れる電流値は、発光素子及び駆動用トランジスタの抵抗値の和に反比例する。その結果、経時変化による発光素子の電流値の減少を緩和させることができる。

本発明は、L/Wの値が１０以上であるトランジスタを用いるため、駆動用トランジスタの|V_GS|は、前記駆動用トランジスタのゲート電極とチャネル形成領域の間の容量によって保持されることを特徴とする。つまり本発明では、トランジスタが容量素子を兼ねることが可能であり、さらにトランジスタ自身の特性バラツキの影響を抑制することが可能となる。

本発明は、駆動用トランジスタのL/Wを通常よりも長く設計することのみで実現することが可能であり、新しく作製工程を増加する必要はない。そのため、作製工程における歩留まり等を低下させることなく、電流値の減少を緩和させることが出来る。

また発光素子３０８は、経時変化だけではなく、温度変化によっても抵抗値（内部抵抗値）が変化する性質を有する。より詳しくは、室温を通常の温度とすると、温度が通常よりも高くなると抵抗値が低下し、温度が通常よりも低くなると抵抗値が上昇する性質を有する。ここで図１０（Ｂ）を参照すると、標準サイズのトランジスタでは、V_DSはV_ELに比べて遥かに小さく、ほぼゼロに近い値になっている。つまり標準サイズのトランジスタでは、主に発光素子の抵抗値によって、該発光素子を流れる電流値が決定する。仮に温度が室温よりも高くなって、発光素子の抵抗値が低くなると、通常よりも発光輝度が大きく上昇してしまい、その結果発光素子が劣化したり、表示パターンが焼きついたりする。一方、図１０（Ｃ）を参照すると、ロングサイズのトランジスタのグラフではその傾きが緩やかであり、V_DSとV_ELの差があまりなく、V_DSの変化に伴ってその電流値は緩やかに増加する。つまり、本発明のロングサイズのトランジスタを用いると、温度変化による抵抗値の変化によって、通常よりも発光輝度が大きく上昇してしまうことはない。

（実施の形態２）
本実施の形態では、標準サイズとロングサイズの各トランジスタのシミュレーションを行った結果について図３を用いて説明する。なお以下に示す表１には、シミュレーションを行ったときの各トランジスタのチャネル長L、チャネル幅W、各トランジスタのしきい値の絶対値|V_th|、ゲート・ソース間電圧の絶対値|V_GS|、ドレイン電極の電位１０１、ゲート電極の電位１０２、ソース電極の電位（画素電極の電位）１０３及び対向電極の電位１０４、並びに発光素子３０８の電流値Ｉ及び抵抗値Ｒを示す。

図３（Ａ）において、ロングサイズのトランジスタの電圧電流特性は２０１で示し、標準サイズのトランジスタの電圧電流特性は２０２で示す。このとき図３（Ａ）に示すように、ロングサイズのトランジスタの電圧電流特性２０１は傾きが緩やかであり、標準サイズのトランジスタの電圧電流特性２０２は傾きが急である。そして両グラフはある電圧以上で飽和している。

ここで、図３（Ａ）において２０３で示す領域の拡大図を図３（Ｂ）に示す。
図３（Ｂ）において、発光素子３０８の抵抗値が１０MΩのときを出発点として、経時変化により抵抗値が１２MΩ、１５MΩに増加したときの駆動用トランジスタ３０７のゲート・ソース間電圧の絶対値|V_DS|(V)と電流値I(nA)のシミュレーション結果を表２に示す。

表２に示すように、発光素子３０８の抵抗値が１０MΩであるとき、ロングサイズ及び標準サイズのトランジスタを流れる電流値は５００nAと同じである。しかしながら、経時変化により、発光素子３０８の抵抗値が１２MΩに増加すると、ロングサイズのトランジスタの電流値は４６７nAに減少し、標準サイズのトランジスタの電流値は４１９ｎＡに減少する。このとき、当初流れていた電流値（５００nA）と比較すると、ロングサイズの電流値の変動率は９３％であり、標準サイズの電流値の変動率は８４％となっている。

さらに経時変化により、発光素子３０８の抵抗値が１５MΩに増加すると、ロングサイズのトランジスタの電流値は４１９nAに減少し、標準サイズのトランジスタの電流値は３３６nAに減少する。このとき、当初流れていた電流値（５００nA）と比較すると、ロングサイズの電流値の変動率は８４％であり、標準サイズの電流値の変動率は６７％となっている。

本発明は、駆動用トランジスタの|V_DS|が１以上|V_GS-V_th|以下の範囲で動作するように、該駆動用トランジスタのゲート電極、並びにドレイン電極及びソース電極の一方の電極に電圧を印加することを特徴とする。つまり、駆動用トランジスタのゲート電極に信号を入力する信号線、駆動用トランジスタのソース電極及びドレイン電極の一方の電極が接続された電源線に電圧を印加して、適当な電位に設定することを特徴とする。そして本発明は、|V_DS|を上記の範囲内で動作させることによって、該駆動用トランジスタを抵抗として用いることが出来る。そうすると、発光素子の両電極間を流れる電流値は、発光素子の抵抗値及び駆動用トランジスタの抵抗値の和に反比例する。その結果、経時変化による発光素子の電流値の減少を緩和させることができる。そうすると、経時変化による発光輝度の低下を抑制することが可能となり、信頼性を向上させることが出来る。

（実施の形態３）
上述した実施の形態では、１つのトランジスタを駆動用トランジスタとして用いたが、本実施の形態では直列に接続された２つのトランジスタを駆動用トランジスタとして用いる場合について図４（Ｄ）を用いて説明する。

図４（Ｄ）に示す画素３０１は、図４（Ａ）に示す画素３０１に走査線R_j及び駆動用トランジスタ３２１を追加した構成になっており、より詳しくはスイッチング用トランジスタ３２０、駆動用トランジスタ３２１及び３２２、並びに発光素子３０８を有する。

そして本実施の形態では、図４（Ｂ）（Ｃ）に示すように、１つのトランジスタを駆動用トランジスタとして用いる場合と、図４（Ｄ）に示すように、２つのトランジスタを駆動用トランジスタとして用いる場合の両者の場合におけるシミュレーションを行った結果について説明する。

以下の表３には、シミュレーションを行ったときの各トランジスタのチャネル長L、チャネル幅W、しきい値の絶対値|V_th|、ゲート・ソース間電圧の絶対値|V_GS|を示す。表３に示すように、トランジスタ３２１とトランジスタ３２２のチャネル長を足した値は５００μｍであり、トランジスタ３０７自体のチャネル長と同じ値になっている。また各トランジスタのチャネル幅は７μｍであり、同じ値となっている。

表４には、経時変化により発光素子３０８の抵抗値が１０MΩから１５MΩに増加したときの各トランジスタの|V_DS|と電流値Iを示す。なお本実施の形態では、飽和領域と非飽和領域との境目を出発点として、経時変化により発光素子３０８の抵抗値が１０ＭΩから１５ＭΩに増加したときのシミュレーションの結果を示す。

表４に示すように、経時変化により発光素子３０８の抵抗値が１０MΩから１５MΩに増加したとき、１つのトランジスタ（トランジスタ３０７）を用いた場合の電流値の変動率は９２％となっている。しかしながら、２つのトランジスタ（トランジスタ３２１及び３２２）を用いた場合の電流値の変動率は９８％となっている。

つまり１つのトランジスタのチャネル長が５００μｍである場合と、複数のトランジスタのチャネル長を合計した値が５００μｍである場合では、後者を用いる方が経時変化による電流値の変動率をさらに緩和することが出来る。

なお複数のトランジスタを駆動用トランジスタとして用いるときには、当該複数のトランジスタの|V_GS|はそれぞれ任意に設定するとよい。また多色表示を行なうために、各画素がRGBの３色に対応した３つの副画素を有する場合には、各副画素の発光効率に対応させて入力する|V_GS|を任意に設定するとよい。

また上記の表４において、駆動用トランジスタとして１つのトランジスタ（トランジスタ３０７）を用いたときにおける変動率は９２％となっている。一方、表２においてロングサイズのトランジスタを用いたときにおける変動率は８４％となっている。これは、表１及び表２、並びに表３及び表４から分かるように、L/Wの値が同じで、最初に流れる電流量I_Dが同じであっても、V_GSとV_DSの条件が異なると、変動率は異なってしまう。

本実施の形態は、実施の形態１と自由に組み合わせることが可能である。

（実施の形態４）
本実施の形態では、信号線駆動回路３０３、走査線駆動回路３０４の構成とその動作について、図５を用いて説明する。

最初に信号線駆動回路３０３について図５（Ａ）を用いて説明する。信号線駆動回路３０３は、シフトレジスタ３１１、第１のラッチ回路３１２及び第２のラッチ回路３１３を有する。

ここで、信号線駆動回路３０３の動作を簡単に説明する。シフトレジスタ３１１は、フリップフロップ回路（FF）等を複数列用いて構成され、クロック信号（S-CLK）、スタートパルス（S-SP）、クロック反転信号（S-CLKb）が入力される。これらの信号のタイミングに従って、順次サンプリングパルスが出力される。

シフトレジスタ３１１により出力されたサンプリングパルスは、第１のラッチ回路３１２に入力される。第１のラッチ回路３１２には、デジタルビデオ信号が入力されており、サンプリングパルスが入力されるタイミングに従って、各列でビデオ信号を保持していく。

第１のラッチ回路３１２において、最終列までビデオ信号の保持が完了すると、水平帰線期間中に、第２のラッチ回路３１３にラッチパルスが入力され、第１のラッチ回路３１２に保持されていたビデオ信号は、一斉に第２のラッチ回路３１３に転送される。すると、第２のラッチ回路３１３に保持されたビデオ信号は、１行分が同時に信号線Ｓ₁〜Ｓ_xに入力される。

第２のラッチ回路３１３に保持されたビデオ信号が信号線Ｓ₁〜Ｓ_xに入力されている間、シフトレジスタ３１１においては再びサンプリングパルスが出力される。以後この動作を繰り返す。

次いで走査線駆動回路３０４について図５（Ｂ）を用いて説明する。走査線駆動回路３０４は、シフトレジスタ３１４、バッファ３１５を有する。動作を簡単に説明すると、シフトレジスタ３１４は、クロック信号（G-CLK）、スタートパルス（G-SP）及びクロック反転信号（G-CLKb）に従って、順次サンプリングパルスを出力する。その後バッファ３１５で増幅されたサンプリングパルスは、走査線に入力されて１行ずつ選択状態にしていく。そして選択された走査線によって制御される画素には、順に信号線Ｓ₁〜Ｓ_xからデジタルビデオ信号が書き込まれる。

なおシフトレジスタ３１４と、バッファ３１５の間にはレベルシフタ回路を配置した構成にしてもよい。レベルシフタ回路を配置することによって、ロジック回路部とバッファ部の電圧振幅を変えることが出来る。

本実施の形態は、実施の形態１〜３と任意に組み合わせることが可能である。

（実施の形態５）
本実施の形態では、本発明に適用される駆動方式について簡単に説明する。

発光装置を用いて多階調の画像を表示するときの駆動方式としては、大別してアナログ階調方式とデジタル駆動方式が挙げられるが、本発明は両方式を適用することが出来る。両方式の相違点は、発光素子の発光、非発光の各状態において該発光素子を制御する方法にある。前者のアナログ階調方式は、発光素子に流れる電流量を制御して階調を得るという方式である。また後者のデジタル階調方式は、発光素子がオン状態（輝度がほぼ１００％である状態）と、オフ状態（輝度がほぼ０％である状態）の２つの状態のみによって駆動するという方式である。

なおデジタル階調方式においては、多階調の画像を表現するためにデジタル階調方式と面積階調方式とを組み合わせた方式（以下面積階調方式と表記）やデジタル階調方式と時間階調方式とを組み合わせた方式（以下時間階調方式と表記）
が提案されている。

面積階調方式とは、１画素を複数の副画素に分割し、それぞれの副画素で発光、又は非発光を選択することで、１画素において発光している面積と、それ以外の面積との差をもって階調を表現する方式である。また時間階調方式とは、特開２００１-５４２６号にて報告されているように、発光素子が発光している時間を制御することにより、階調表現を行う方式である。具体的には、１フレーム期間を長さの異なる複数のサブフレーム期間に分割し、各期間での発光素子の発光、又は非発光を選択することで、１フレーム期間内で発光した時間の長さの差をもって階調を表現する。

本発明の発光装置は、アナログ階調方式、デジタル階調方式のいずれも適用することができる。また面積階調方式、時間階調方式のいずれも適用することができる。また上記以外にも、本発明の発光装置には公知の駆動方式を適用することができる。

但し、アナログ階調方式を適用する場合には、各画素に電位の異なる電源線を複数本設けるか、又は各画素に入力する信号に合わせて電源線の電位を変える必要が生ずる。一方、デジタル階調方式を適用する場合には、各画素の電源線の電位は全て同じで構わないため、隣接する画素間で電源線を共有することができる。

なお多色表示を行う発光装置においては、１画素にＲＧＢの各色に対応した複数の副画素が設けられる。各副画素は、ＲＧＢの各材料の電流密度やカラーフィルタなどの透過率の相違により、同じ電圧を印加したとしても発せられる光の輝度は異なってしまうことがある。そのため、各色に対応した各副画素で電源線の電位を変えることが好ましい。

本実施の形態は、実施の形態１〜４と任意に組み合わせることが可能である。

（実施の形態６）
本実施の形態では、図４（Ｂ）に示した回路構成の画素３０１を、実際にレイアウトした例について図７を用いて説明する。図７（Ａ）は実際にレイアウトされた画素３０１の上面図であり、図７（Ｂ）は、α-α'間における断面図である。

図７（Ａ）において、３０６はスイッチング用トランジスタ、３０７は駆動用トランジスタである。また５００６は画素電極、５００７は発光エリアである。
図７（Ｂ）において、５０１１は基板、５０１２、５０１３は下地膜、５０１４は半導体、５０１５はゲート絶縁膜、５０１６はゲート電極、５０１７は第１の層間絶縁膜、５０１８は配線、５０１９は画素電極、５０２０は隔壁、５０２１は発光層である。

図７（Ａ）（Ｂ）において、隔壁５０２０は発光エリア５００７以外の領域を覆っており、隔壁５００８の下部には信号線Ｓ_i、電流供給線Ｖ_iを配置することが出来る。また、ソース信号線Ｓｉと電流供給線Ｖ_iの下部に駆動用トランジスタ５０６を配置することが出来る。

このように画素が有する素子の配置を工夫することで、駆動用トランジスタのゲート電極は、電源線Ｖ_iの一部と重なり合うように配置される。電源線Ｖ_iは、常に一定電位に固定されているため、駆動用トランジスタ５０６のゲート電極と電源線Ｖ_iとの間の容量を、ビデオ信号を保持する容量の一部として用いることができる。

また従来では、駆動用トランジスタ５０６のV_GSを保持するために容量素子を配置していたが、本発明ではV_GSは前記駆動用トランジスタ５０６のゲート電極とチャネル形成領域の間の容量によって十分に保持することが出来る。つまり、本発明の駆動用トランジスタ５０６は、容量を兼ねることが可能であり、さらに駆動用トランジスタ５０６自身の特性バラツキも抑制することが出来る。また駆動用トランジスタ５０６を隔壁５０２０の下部に配置することで開口率の低下を防ぐことが出来る。

次いで、図４（Ｃ）に示した回路構成の画素３０１を実際にレイアウトした例について図８を用いて説明する。図８（Ａ）は実際にレイアウトされた画素の上面図であり、図８（Ｂ）は、α-α'間における断面図を示している。

図８（Ａ）において、３０６はスイッチング用トランジスタ、３０７は駆動用トランジスタ、３０９は消去用トランジスタである。また５６０８は画素電極、５６０９は発光エリアである。図８（Ｂ）において、５６１１は基板、５６１２、５６１３は下地膜、５６１４は半導体、５６１５はゲート絶縁膜、５６１６はゲート電極、５６１７は第１の層間絶縁膜、５６１８は配線、５６１９は画素電極、５６２０は隔壁、５６２１は発光層である。

図８（Ａ）に示すように、３つのトランジスタが設けられた画素においては、スイッチング用トランジスタ３０６と消去用トランジスタ３０９の２つを直線状に配置することで、シンプルな開口部にすることが出来る。図８（Ａ）では、駆動用トランジスタ３０７が縦方向に蛇行されており、このように開口部を長方形に近い形にすることで開口率の低下を防ぐことが出来る。

なお駆動用トランジスタの形状は図７、８に示した形状に限定されず、Ｕ字状、Ｓ字状、渦巻き状、ミアンダ状などのいずれの形状を有していてもよい。

本発明は、L/Wの値が１０以上であるトランジスタを用いるため、駆動用トランジスタのV_GSは、前記駆動用トランジスタのゲート電極とチャネル形成領域の間の容量によって十分に保持することが出来る。つまり本発明では、トランジスタが容量素子を兼ねることが可能であり、さらにトランジスタ自身の特性バラツキの影響を抑制することが可能となる。

さらに本発明は、駆動用トランジスタのL/Wを通常よりも長く設計することのみで実現することが可能であり、新しく作製工程を増加する必要はない。そのため、作製工程における歩留まり等を低下させることなく、電流値の減少を緩和させることが出来る。

本実施の形態は、実施の形態１〜５と任意に組み合わせることが可能である。

（実施の形態７）
本発明が適用される電子機器として、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、オーディオコンポ等）、ノート型パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはDigital Versatile Disc（ＤＶＤ）等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを備えた装置）などが挙げられる。それらの電子機器の具体例を図６に示す。

図６（Ａ）は発光装置であり、筐体２００１、支持台２００２、表示部２００３、スピーカー部２００４、ビデオ入力端子２００５等を含む。本発明は表示部２００３に適用することができる。発光装置は自発光型であるためバックライトが必要なく、液晶ディスプレイよりも薄い表示部とすることができる。なお、発光装置は、パソコン用、ＴＶ放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用表示装置が含まれる。

図６（Ｂ）はデジタルスチルカメラであり、本体２１０１、表示部２１０２、受像部２１０３、操作キー２１０４、外部接続ポート２１０５、シャッター２１０６等を含む。本発明は、表示部２１０２に適用することができる。

図６（Ｃ）はノート型パーソナルコンピュータであり、本体２２０１、筐体２２０２、表示部２２０３、キーボード２２０４、外部接続ポート２２０５、ポインティングマウス２２０６等を含む。本発明は、表示部２２０３に適用することができる。

図６（Ｄ）はモバイルコンピュータであり、本体２３０１、表示部２３０２、スイッチ２３０３、操作キー２３０４、赤外線ポート２３０５等を含む。本発明は、表示部２３０２に適用することができる。

図６（Ｅ）は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置（具体的にはＤＶＤ再生装置）であり、本体２４０１、筐体２４０２、表示部Ａ２４０３、表示部Ｂ２４０４、記録媒体（ＤＶＤ等）読み込み部２４０５、操作キー２４０６、スピーカー部２４０７等を含む。表示部Ａ２４０３は主として画像情報を表示し、表示部Ｂ２４０４は主として文字情報を表示するが、本発明は表示部Ａ、Ｂ２４０３、２４０４に適用することができる。なお、記録媒体を備えた画像再生装置には家庭用ゲーム機器なども含まれる。

図６（Ｆ）はゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）であり、本体２５０１、表示部２５０２、アーム部２５０３を含む。本発明は、表示部２５０２に適用することができる。

図６（Ｇ）はビデオカメラであり、本体２６０１、表示部２６０２、筐体２６０３、外部接続ポート２６０４、リモコン受信部２６０５、受像部２６０６、バッテリー２６０７、音声入力部２６０８、操作キー２６０９等を含む。本発明は、表示部２６０２に適用することができる。

図６（Ｈ）は携帯電話であり、本体２７０１、筐体２７０２、表示部２７０３、音声入力部２７０４、音声出力部２７０５、操作キー２７０６、外部接続ポート２７０７、アンテナ２７０８等を含む。本発明は、表示部２７０３に適用することができる。なお、表示部２７０３は黒色の背景に白色の文字を表示することで携帯電話の消費電流を抑えることができる。

なお、将来的に発光材料の発光輝度が高くなれば、出力した画像情報を含む光をレンズ等で拡大投影してフロント型若しくはリア型のプロジェクターに用いることも可能となる。

また、上記電子機器はインターネットやＣＡＴＶ（ケーブルテレビ）などの電子通信回線を通じて配信された情報を表示することが多くなり、特に動画情報を表示する機会が増してきている。発光材料の応答速度は非常に高いため、発光装置は動画表示に好ましい。

また、発光装置は発光している部分が電力を消費するため、発光部分が極力少なくなるように情報を表示することが望ましい。従って、携帯情報端末、特に携帯電話や音響再生装置のような文字情報を主とする表示部に発光装置を用いる場合には、非発光部分を背景として文字情報を発光部分で形成するように駆動することが望ましい。

以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に用いることが可能である。また本実施の形態の電子機器は、実施の形態１〜６に示したいずれの構成の発光装置を用いても良い。

電圧電流特性を説明する図。 本発明の効果を説明する図。 シミュレーションの結果を示す図。 本発明の発光装置を示す図。 本発明の発光装置を示す図。 本発明が適用される電子機器を示す図。 本発明の画素のレイアウト図。 本発明の画素のレイアウト図。 定電流駆動と定電圧駆動の概念図。 電圧電流特性を示す図。

Claims (5)

1. 発光素子と駆動用トランジスタを含む画素が複数、マトリクス状に配置された画素部と、
   信号線駆動回路と、
   走査線駆動回路を有し、
   前記発光素子は、前記駆動用トランジスタのソース電極及びドレイン電極の一方に電気的に接続され、
   前記駆動用トランジスタのチャネル幅Ｗとチャネル長Ｌは、Ｌ／Ｗ≧１０を満たし、
   前記駆動用トランジスタのゲート・ソース間電圧Ｖ_ＧＳ、ソース・ドレイン間電圧Ｖ_ＤＳ、しきい値電圧Ｖ_ＴＨが１ボルト≦｜Ｖ_ＤＳ｜≦｜Ｖ_ＧＳ−Ｖ_ＴＨ｜を満たすように、前記駆動用トランジスタのゲート電極に第１の電圧が印加され、前記駆動用トランジスタのドレイン電極及びソース電極の他方に第２の電圧が印加されることを特徴とする発光装置。
2. 発光素子と駆動用トランジスタを含む画素が設けられ、
   前記発光素子は、前記駆動用トランジスタのソース電極及びドレイン電極の一方に電気的に接続され、
   前記駆動用トランジスタのチャネル幅Ｗとチャネル長Ｌは、Ｌ／Ｗ≧１０を満たし、
   前記駆動用トランジスタのゲート・ソース間電圧Ｖ_ＧＳは、前記駆動用トランジスタのゲート電極と前記駆動用トランジスタの半導体層と、前記ゲート電極と前記半導体層の間のゲート絶縁膜からなる容量素子によって保持され、
   前記駆動用トランジスタのゲート・ソース間電圧Ｖ_ＧＳ、ソース・ドレイン間電圧Ｖ_ＤＳ、しきい値電圧Ｖ_ＴＨが１ボルト≦｜Ｖ_ＤＳ｜≦｜Ｖ_ＧＳ−Ｖ_ＴＨ｜を満たすように、前記駆動用トランジスタのゲート電極に第１の電圧が印加され、前記駆動用トランジスタのドレイン電極及びソース電極の他方に第２の電圧が印加されることを特徴とする発光装置。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記画素にはスイッチング用トランジスタが設けられ、
   前記スイッチング用トランジスタのソース電極及びドレイン電極の一方は前記駆動用トランジスタのゲート電極に電気的に接続され、他方はソース線に電気的に接続され、
   前記スイッチング用トランジスタのゲート電極はゲート線に電気的に接続されていることを特徴とする発光装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
   前記画素には消去用トランジスタが設けられ、
   前記消去用トランジスタのソース電極及びドレイン電極の一方は前記駆動用トランジスタのゲート電極に電気的に接続され、他方は電源線に電気的に接続されていることを特徴とする発光装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の前記発光装置を用いた電子機器。
   

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