JP4133339B2 - 自発光型表示装置 - Google Patents

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Description

この発明は、発光素子マトリクスを搭載したアクティブマトリックス方式の自発光型表示装置において、特に自発光素子（例えば有機ＥＬ素子のような自発光型の発光素子）の輝度制御に関し、自発光素子の輝度ばらつき抑制を目的としたものである。なお、以下の説明では自発光素子を単に発光素子と記載している。
表示パネルに、発光素子である有機ＥＬ素子を用いた有機ＥＬパネルが実用レベルに達してきた。有機ＥＬパネルは自発光、高速応答、広視野角など液晶パネルに持ち合わせていない優れた特徴を有しているため、文字図形画像や動画像表示が鮮明にできるフラットパネルとして期待が大きい。有機ＥＬパネルは駆動方法により、パッシィブマトリクス型（ＰＭ型）とアクティブマトリクス型（ＡＭ型）に分類することができる。
ＰＭ型は有機ＥＬパネルの外部に駆動回路を設けるため、有機ＥＬパネル自体の構造が簡単となり低コストが実現できると言われている。現在、有機ＥＬパネルが製品化されているのは、このＰＭ型であり車載用や携帯電話用に用いられている。
有機ＥＬ素子は電流駆動素子であるので、有機ＥＬパネルの輝度ばらつきをなくすためには、各発光画素に流れる電流を同じ大きさにする必要がある。しかし、次の（１）から（３）に示す問題により同一電流にすることと低消費電力にすることが困難である。
（１）全画素の輝度を均一化するには、各画素に流れる電流を同一にしなければならない。そのためには各画素の陽極か陰極かのどちらか一方を定電流源にする。しかし、定電流源として動作させるためには、バスラインの抵抗成分による電圧降下分の影響がないように、他方側のマトリクス電極の駆動電圧を高くする必要がある。これは消費電力を大きくする要因となる。駆動電圧が十分に高くできない場合、各画素までのバスライン長の長さに対応した電圧降下分が発光のための電流量に影響を与える。すなわち定電流源にならず輝度ばらつきの原因をつくる。
（２）ＰＭ型は所定の面輝度を得るために、表示パネルの走査線の数をＮ本とすると瞬間輝度はＮ倍で発光させる必要がある。通常、画素に流れる電流と発光輝度は比例するので流すべき電流はＮ倍となる。ところが、有機ＥＬ素子は流す電流が大きくなれば発光効率が底下する性質を持っているので、所定の面輝度を得るにはＮ倍以上の画素電流が必要である。
このような理由により走査線の数Ｎが多くなればなるほど消費電力も大きくなる。この問題は上記（１）の問題をますます助長する。
（３）有機ＥＬ素子は面構造になっているので、各画素には等価回路から見れば並列に容量性負荷が接続される。画素電流が大きくなったり、画素数が多くなって繰り返し周波数が高くなると、この容量性負荷への充放電電流が大きくなり消費電力がおおきくなる。上記（２）の問題もあってＰＭ型では、容量性負荷による消費電力が格段に増加する。
以上の問題により、現状で製品化されているＰＭ型のものは、画面サイズが数インチ以下、画素数が１万画素レベルぐらいまでである。
ＡＭ型の有機ＥＬパネルは、上記の問題が改善できる。
上記（１）の問題は、ＡＭ型は各画素にＴＦＴ駆動回路を設けるので、瞬間的に大電流を流す必要がなく、その結果、上記（１）のバスラインによる電圧低下分が小さくなり、印加電圧も小さくてよいので消費電力がＰＭ型に比べて大幅に低減できる。印加電圧が小さくて良いことは少し高めの印加電圧に設定するだけで、各画素までのバスライン長の長さに対応した電圧降下分が画素電流量に影響を与えることが無くなるので、均一な輝度を得ることができる。
上記（２）の問題は、ＡＭ型は各画素にＴＦＴ駆動回路を設けるので、走査線の数Ｎによらず、いつも小さな画素電流を流しておけばよいので、画素電流が大きくなることによる発光効率の低下に起因する消費電力の増大はない。上記（３）の問題は、ＡＭ各画素にＴＦＴ駆動回路を設けるので、走査線の数Ｎによらず、小さな画素電流を流しておけばよいので、容量性負荷への充放電電流が小さくて良く、この影響による消費電力は小さい。このようにＡＭ型の有機ＥＬ素子は、輝度ばらつきや消費電力を低減できる。
ところが、ＡＭ型には次の大きな欠点がある。すなわち、有機ＥＬパネル全域にわたって、特性のそろった駆動素子を作ることが困難である。その結果、各画素に流れる電流値が異なり輝度のばらつきとなって表れる。
第７図は、従来のＡＭ型有機ＥＬディスプレイにおける画素を発光させるための画素駆動回路を示す回路図であり、この駆動回路は例えば日本特許２７８４６１５号公報に記載されている。
第７図を用いてこの画素駆動回路の動作を説明する。
第１のトランジスタ５３は、例えばＮチャンネルタイプで構成するＦＥＴでありスイッチング素子として動作する。第２のトランジスタ５５は例えばＰチャンネルで構成するＦＥＴであり駆動素子として動作する。キャパシタ５４は第１のトランジスタ５３のドレイン端子に接続されている容量性負荷である。第２のトランジスタ５４のドレイン端子には有機ＥＬ素子５６が接続されている。第１のトランジスタ５３のドレイン端子は第２のトランジスタ５５のゲート端子に接続される。第１のトランジスタ５３のゲート端子には第１の垂直走査線５１から走査信号が印加される。ソース端子には第１の水平走査線５２から画像信号が印加される。５７は電源線である。
次に発光モードについて説明する。まず、第１のトランジスタ５３のゲート端子には走査線信号が印加される。この時に第１のトランジスタ５３のソース端子に画像信号が所定の電圧で印加されると、第１のトランジスタ５３のドレイン端子に接続されたキャパシタ５４には画像信号の大きさに対応した電圧レベルがＶ１で保持される。第２のトランジスタ５５のゲート電圧に保持される電圧レベルＶ１の大きさがドレイン電流を流すのに十分な大きさであれば、電圧レベルＶ１の大きさに対応した電流が第２のトランジスタ５５のドレインに流れる。このドレイン電流が有機ＥＬ素子５６の発光電流となる。輝度は発光電流の大きさに比例する。
第８図は、このような動作で発光する場合の輝度ばらつきの発生について説明するための特性図である。この特性図は第２のトランジスタ５５のゲート・ソース間電圧とドレイン電流の関係を示したものである。第１のトランジスタ５３や第２のトランジスタ５５が低温ポリシリコンで構成される場合、低温ポリシリコンの製法上の関係から、表示パネル全域にわたり同一特性のＦＥＴが得られない。例えば、第１のトランジスタ５３や第２のトランジスタ５５は第８図に示すような特性のばらつきをもつ。このような特性をもつ第２のトランジスタ５５に電圧レベルＶ１が印加されると、ドレイン電流の大きさはＩａからＩｂの幅でばらつく。有機ＥＬは電流の大きさに比例した輝度で発光するので、第２のトランジスタ５５における特性のばらつきが発光輝度のばらつきとなって表れる。特に、第８図に示すような特性ばらつきは、アナログ量で輝度変調する方式、すなわち電圧レベルＶ１の大きさで発光輝度を制御する方式では輝度ばらつきの発生を防止することができない。
そこで、第２のトランジスタ５５のゲート・ソース間電圧とドレイン電流の関係を示した第９図において、電圧レベルＶ１が常に一定の値となるレベルで輝度制御するデジタル輝度制御方式では、電流が飽和したレベルを用いるので、アナログ輝度制御方式で発生した輝度ばらつきが防止できる。ところが、第１０図に同様に示す第２のトランジスタ５５のゲート・ソース間電圧とドレイン電流の関係を持つ特性のものでは、飽和電流が同一でないので、デジタル輝度制御方式においても、輝度ばらつきが発生する。第１１図は、駆動素子の特性ばらつきを改善するその他の従来例である「Ａｃｔｉｖｅ Ｍａｔｒｉｘ ＯＥＬＤ Ｄｉｓｐｌａｙｓ ｗｉｔｈ Ｐｏ−ＳｉＴＦＴ．Ｔｈｅ １０ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ＆ＯＥＬ．ｐ３４７〜ｐ３５６」に記載された画素駆動回路を示す回路図である。この従来例では、駆動素子としての第２のトランジスタ５５Ａ、５５Ｂを並列に接続することにより上記特性のばらつきを平均化している。
また、駆動素子の特性ばらつきを自動的に補正する回路が提案されている。第１１図は、｛Ｒ．Ｄａｗｓｏｎ．ｅｔ ａｌ．：Ｐｒｏｃ．ｏｆ ＳＩＤ’９９（１９９９）ｐ．４３８｝に示された画素内に設けられる駆動素子特性ばらつき自動補正回路である。本回路では、第１のトランジスタ、第２のトランジスタに加えて、２つのトランジスタを用いることにより、駆動素子の特性ばらつきを補正している。
第１２図を用いて本回路の動作を説明する。まず第１の垂直走査線５１を活性化することにより第１のトランジスタ５３が導通し、第１の水平走査線５２から第１のトランジスタ５３および補助キャパシタ５５３を介して第２のトランジスタ５５が十分に導通する信号が入力される。この時、有機ＥＬ素子接続用垂直走査線５５２に制御される有機ＥＬ素子接続用トランジスタ５５５は導通しており、電源線５７からの電流により有機ＥＬ素子５６に電流が流れる。次に有機ＥＬ素子接続用垂直走査線５５２を非活性化するとともに、補正用垂直走査線５５１を活性化すると、有機ＥＬ素子５６の電流が停止する一方、キャパシタ５４と第２のトランジスタ５５と補正用トランジスタ５５４の閉回路が形成され、キャパシタ５４の電圧、すなわち第２のトランジスタ５５のゲート・ソース間電圧は徐々に低下し、この電圧が第２のトランジスタ５５の閾値電圧に達した時、この第２のトランジスタ５５は非導通となるため上記閉回路はオープンとなる。したがって、キャパシタ５４には閾値電圧分の電位がメモリされたことになる。次に補正用トランジスタ５５４を補正用垂直走査線５５１により非導通にし、有機ＥＬ素子接続用垂直走査線５５２を活性化することにより有機ＥＬ素子接続用トランジスタ５５５を導通状態にした後、第１の水平走査線５２より有機ＥＬ素子５６の必要輝度に応じたデータ信号を加えることにより、規定の輝度を実現する事ができる。本回路では、第２のトランジスタ５５の閾値電圧を画素内のキャパシタ５４にメモリすることで、閾値ばらつきを補正して、輝度ばらつきを低減している。
従来の自発光型表示装置は、以上のように構成されているので駆動素子であるトランジスタの閾値電圧がばらついた場合には、有機ＥＬ素子への印加電圧がばらつくことになり、同一階調の表示を行った場合に各画素で輝度がばらつくといった問題点があった。
一方、上記のような輝度ばらつきを抑制する目的で、トランジスタの閾値電圧ばらつきをキャンセルするため、第１２図に示す構成のように、一つの画素内に４つのトランジスタを用いた自発光型表示装置ではトランジスタの閾値ばらつきは抑制できるものの、有機ＥＬ素子の場合、第１３図に示すような輝度─素子印加電圧特性があり、発光閾値電圧のばらつきにより例えば特性Ａ、Ｂ、Ｃをもつ。同一階調の表示を行うため同一の電圧Ｖｓを印加すると発光閾値電圧の違いにより、各画素の輝度はＢｏ、Ｂａ、Ｂｂとして示す値にばらつきが生じ、有機ＥＬ素子自体の上記特性のばらつきに起因する輝度のばらつきは抑制することができない。
この発明の第１の構成による自発光型表示装置は、マトリクス状に配列された複数の発光素子と、各々の発光素子に対して少なくとも一つ設けられ、発光素子からの発光を受光するように形成された光検知素子とを備え、光検知素子の信号により発光素子の発光量を制御するものである。
この構成によれば、トランジスタの閾値電圧を補正して輝度ばらつきを抑制することができる。
この発明の第２の構成による自発光型表示装置は、複数の第１の垂直走査線および第１の水平走査線と、第１の垂直走査線の各々に交わるように配設された複数の第１の水平走査線と複数の電源線と、第１の垂直走査線と第１の水平走査線との交点近傍に備えられ、第１の垂直走査線に制御される第１のトランジスタと、第１のトランジスタを介して第１の水平走査線に接続されるキャパシタと、第１のトランジスタを介して第１の水平走査線に接続され、第１の水平走査線に制御される第２のトランジスタと、第２のトランジスタを介して、電源線に接続されマトリックス状に配列された発光素子とを備えた自発光型表示装置において、第１の垂直走査線と電源線との間に光検知素子と抵抗が直列に接続され、光検知素子と抵抗との接続点の電位に制御される第３のトランジスタを備え、第３のトランジスタを介して電源線が第２の水平走査線に接続され、光検知素子が発光素子からの光を受光するようにしたものである。
この構成によれば、簡単な回路でトランジスタの閾値電圧ばらつきを検出することができる。
この発明の第３の構成による自発光型表示装置は、第２の構成による自発光型表示装置において、受光素子の信号を第２の水平走査線を介して読み出すための制御回路と、発光素子毎の信号をデータとして格納するためのメモリと、メモリのデータに基づき発光素子に与える信号電圧を変調して第１の水平走査線に印加する手段とを備えたものである。
この構成によれば、メモリのデータに基づき発光素子に与える信号電圧を変調することができ、輝度ばらつきを抑制することができる。
この発明の第４の構成による自発光型表示装置は、複数の第１の垂直走査線および第１の水平走査線と、第１の垂直走査線と第１の水平走査線との交点近傍に備えられ、第１の垂直走査線に制御される第１のトランジスタと、第１のトランジスタを介して第１の水平走査線に接続されるキャパシタと、第１のトランジスタを介して第１の水平走査線に接続され、第１の水平走査線に制御される第２のトランジスタと、第２のトランジスタを介して、電源線に接続されマトリックス状に配列された発光素子とを備えた表示装置において、第１の垂直走査線で制御される第４のトランジスタを備えた自発光型表示措置において、第１の垂直走査線と電源線との間に光検知素子とキャパシタが直列に接続され、光検知素子とキャパシタとの接続点が第４のトランジスタを介して第２の水平走査線に接続され、光検知素子が発光素子からの光を受光するように構成したものである。
この構成によれば、直流電流を抑制することができ、消費電力を抑制しながらトランジスタの閾値電圧ばらつきを検出することができる。
この発明の第５の構成による自発光型表示装置は、この発明の第４の構成による自発光型表示装置において、光検知素子の信号を前記第２の水平走査線を介して読み出すための制御回路と、発光素子毎の信号をデータとして格納するためのメモリと、メモリのデータに基づき発光素子に与える信号電圧を変調して前記第１の水平走査線に印加する手段とを備えたものである。
この構成によれば、メモリのデータに基づき発光素子に与える信号電圧を変調することができ、消費電力を抑えながら輝度ばらつきを抑制することができる。
この発明の第６の構成による自発光型表示装置は、複数の第１の垂直走査線および第１の水平走査線と、第１の垂直走査線と第１の水平走査線との交点近傍に備えられ、第１の垂直走査線に制御される第１のトランジスタと、第１のトランジスタと第２のキャパシタを介して第１の水平走査線に接続されるキャパシタと、第１のトランジスタと第２のキャパシタを介して第１の水平走査線に接続され、第１の水平走査線に制御される第２のトランジスタと、第２のトランジスタを介して電源線に接続されマトリックス状に配列された複数の発光素子と、第２の垂直走査線に制御され第２のトランジスタの制御線と発光素子の間に設けられた第５のトランジスタとを備えた自発光型表示装置において、第２のトランジスタの制御線と発光素子の間に前記第５のトランジスタと直列に第６のトランジスタが設けられ、第２の垂直走査線と電源線との間に光検知素子と抵抗が直列に接続され、光検知素子と抵抗との接続点が前記第６のトランジスタの制御線に接続され、光検知素子が発光素子からの光を受光するように構成したものである。
この構成によれば、発光素子の発光閾値電圧を検知するようにしたので、トランジスタの閾値電圧ばらつきと発光素子の発光閾値電圧ばらつきを画素内で補正して、輝度ばらつきを抑制することができる。
この発明の第７の構成による自発光型表示装置は、この発明の第１構成による自発光型表示装置において、光検知素子が、アモルファスシリコンで構成されたものである。
この構成によれば、簡単なプロセスで光検知素子を形成することができ、輝度ばらつきの少ない自発光型表示装置を低コストで実現することができる。
この発明の第８の構成による自発光型表示装置は、この発明の第２、叉は第６の構成による自発光型表示装置おいて、光検知素子と抵抗体が、いずれもアモルファスシリコンで構成され、抵抗体を構成するアモルファスシリコンと発光素子を構成するアモルファスシリコンとの間に遮光膜を形成したものである。
この構成によれば、輝度ばらつきの少ない自発光型表示装置を低コストで実現することができる。
以下、この発明の実施例を図に従って説明する。なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
実施例１
第１図は、この発明の実施例１による自発光型表示装置の一つの画素に対応した画素駆動回路（図中上の半分）を示す回路図である。図において、５１は第１の垂直走査線、５２は第１の水平走査線、５３は第１のトランジスタ、５４はキャパシタ、５５は第２のトランジスタ、５６は発光素子であり、有機ＥＬ素子からなる。なお、キャパシタ５４の一端、及び有機ＥＬ素子５６のカソード側は接地されているが固定電位であればよい。５７は電源線である。また、８は光検知素子、９は抵抗であり、この光検知素子８と抵抗９は、第１の垂直走査線５１と次段の第１の垂直走査線５７との間において、互いに直列に接続されている。１０は光検知素子８と抵抗９との接続点にゲートが接続された第３のトランジスタ、１１は第２の水平走査線であり、この第２の水平走査線１１には第３のトランジスタ１０のドレインが接続されている。なお、図の下半分の構成は、次段の構成であり、上半分と同一の構成であるので説明は省略する。また、この画素駆動回路は、マトリックス状に配列されているが、この構成は従来と同じであるため、記載を省略する。
次に動作について説明する。
第１の垂直走査線５１が活性化されると第１のトランジスタ５３は導通状態となり、第１の水平走査線５２の電圧が第１のトランジスタを介してキャパシタ５４に充電される。同時にキャパシタ５４に充電された電圧は第２のトランジスタ５５のゲートに接続されているので第２のトランジスタ５５は導通状態になり、電源線５７から有機ＥＬ素子５６に電流を供給し、有機ＥＬ素子５６は光を発するが、第２のトランジスタ５５のゲートに印加される電圧値によって発光量が制御されるとともに、キャパシタ５４によりその電圧は維持され有機ＥＬ素子５６は第１の垂直走査線５１が非活性化され、第１のトランジスタ５３は非導通状態になった後も発光し続けることは既に述べた。
ところで、有機ＥＬ５６素子に流れる電流は第２のトランジスタ５５のゲートに印加される電圧値により制御されるが、その電流値Ｉｄと第２のトランジスタ５５のゲートに印加される電圧値Ｖｇとは（１）式の関係がある。
Ｉｄ＝ｋｘＶｄｘ（Ｖｇ−Ｖｔｈ）・・・（１）
ここでＶｄはトランジスタのソース−ドレイン間に印加される電圧、Ｖｔｈはトランジスタの閾値電圧、ｋは第２のトランジスタ５５のチャネル長、チャネル幅やキャリア移動度で決まる定数である。すなわち、第２のトランジスタ５５の電流値Ｉｄは、第２のトランジスタ５５のゲート電圧Ｖｇからトランジスタの閾値電圧Ｖｔｈの差により決定されるが、Ｖｔｈにはトランジスタ毎にばらつきが大きいため、同一のＶｇを印加したとしても同一の輝度をえることはできないことも既に述べた。
この実施例１では、有機ＥＬ素子５６の光を光検知素子８により検知できるように構成されている。第１の垂直走査線５１が活性化されると、光検知素子８および抵抗９には電源線５７と第１の垂直走査線５１との間の電圧が印加される。同時に第１の水平走査線５２には輝度データに対応した電圧が印加され、有機ＥＬ素子５６が発光するが、この発光により光検知素子８の抵抗値が急激に低下し、光検知素子８と抵抗９の接続点の電圧は第１の垂直走査線５１の電圧に近づく。この接続点は第３のトランジスタ１０のゲートに接続されているため、この電圧により第３のトランジスタ１０は導通し、第２の水平走査線１１は第３のトランジスタ１０を介して電源線５７と接続され、第２の水平走査線１１の電位は電源線５７の電位と概ね同一となる。このため第２の水平走査線１１の電位を観測することにより、活性化された第１の垂直走査線５１に対応する有機ＥＬ素子５６が発光したことを検知することができる。
すなわち、第１の水平走査線５２の電圧データを順次変化、例えば、階段状に電圧を上昇させていくことにより、有機ＥＬ素子５６が発光を始める電圧が判明する。
第２図は、この実施例１による自発光型表示装置の制御回路を示す。図中、２１は制御回路２７（後述）からの垂直走査線信号に基づき第１の垂直走査線５１を制御する垂直走査回路、２２は第１の水平走査線５２を制御する第１の水平走査回路、２３は第２の水平走査線１１を制御する第２の水平走査回路、２４は有機ＥＬ素子５６および光検知素子８を含む多数の画素がマトリクス状に形成された表示部分、２５は光検知素子８で検知された時点における所定画素のアドレスにおける第１の水平走査線５２の電圧（第１の水平走査線信号）をデータとして記憶するメモリ、２６は第１の水平走査線５２に印加する電圧をメモリ２５のデータに基づき変換するための電圧変換回路、２７は、垂直走査回路２１へ垂直同期信号を、電圧変換回路２６へ輝度データを、そして画素のアドレスに関するデータをメモリ２５へ送る。上記電圧変換回路２６では、具体的には、メモリ２５に記憶された各画素が発光し始める電圧を、画素を光らせようとする輝度に対応した電圧に加え、制御回路２７から送られた輝度データの最小階調に対応させてその他の各階調の輝度データを電圧変換回路２６により信号電圧データに変調し、第１の水平走査線２２へ印加している。
主要な動作を説明する。
光検知素子８により有機ＥＬ素子５６の発光が検知されると、第２の水平走査線１１の電位信号が発光のタイミング信号としてメモリ２５へ送られるとともに、光検知素子８で検知された時点における第１の水平走査線５２の電圧信号がメモリ２５へ送られる。メモリ２５では、上記タイミング信号に基づいて、制御回路２７から送られた有機ＥＬ５６に対応した画素のアドレスのデータと関連づけて、上記第１の水平走査線５２の電圧信号がメモリ２５に記憶される。メモリ２５には、各行毎の各画素について第１の水平走査線５２の電圧信号が記憶され、各列についても各画素ごとに同様に記憶される。メモリ２５の記憶動作は、次のフレームとして第１の垂直走査線５１による走査が行われるまで継続されるる。次のフレームにおいては上記動作が繰り返される。
第３図は、この実施例１にかかわる画素部の断面図を示す。図において、４０は透明絶縁基板、４１は遮光膜、４２はホール注入層、４３は電子注入層、４４は発光層、５６は有機ＥＬ素子である。
第３図において、透明絶縁基板４０上に第１のトランジスタ５３、第２のトランジスタ５５、第３のトランジスタ１０およびキャパシタ５４が形成されている。層間絶縁膜を形成し、その上にアモルファスシリコン層を形成し、電極を設けることにより、光検知素子８および抵抗９を形成するが、抵抗９の上にのみ遮光膜４１を配することにより、同一のアモルファスシリコンにより光検知素子８と抵抗９を作り分けることができる。さらに層間絶縁膜を介してホール注入層４２、発光層４４、電子注入層４３を積層して有機ＥＬ素子５６を構成することにより、有機ＥＬ素子５６と光検知素子８とを一対とした自発光型表示装置を実現することができる。
実施例１による自発光型表示装置の画素駆動回路は以上のように構成されているので、あらかじめ各画素が光り始める電圧を光検知素子８によって検知し、その電圧をメモリ２５に記憶させておくことができ、また各画素に要求される輝度を正確に表示させるため輝度に対応した電圧に有機ＥＬ素子５６が光り始める閾値電圧を加えることができるので、第２のトランジスタ５５の閾値ばらつきに左右されず所望の輝度で表示することができる。
実施例２
第４図は、この発明の実施例２を示し、自発光型表示装置における一つの画素の画素駆動回路を示す回路図である。図において、５１は第１の垂直走査線、５２は第１の水平走査線、５３は第１のトランジスタ、５４はキャパシタ、５５は第２のトランジスタ、５６は有機ＥＬ素子、５７は電源線である。なお、キャパシタ５４の一端、及び有機ＥＬ素子５６のカソード側は接地されているが固定電位であればよい。また、８は光検知素子、１１は第２の水平走査線、３０は第４のトランジスタ、３１は第２のキャパシタである。本実施例では、光検知素子８の一方の端子は、電源線５７に接続されており、他方の端子は第２のキャパシタ３１を介して第１の垂直走査線５１に接続される。第４のトランジスタ３０のゲート端子は第１の垂直走査線５１に接続されて第１の垂直走査線５１で制御されるとともに、ソース端子は光検知素子８と第２のキャパシタとの接続点に接続されており、導通時には光検知素子８と第２のキャパシタにおける接続点の電位を第２の水平走査線１１に与えるように構成されている。第４のトランジスタ３０のドレイン端子は第２の水平走査線に接続されている。
次に動作について説明する。
実施例２においては、上記のように電気回路が構成されているので、第１の垂直走査線５１が活性化されたときには、第１のトランジスタ５３、および第４のトランジスタ３０は共に導通状態となる。第１の水平走査線５２からデータがキャパシタ５４に書き込まれる。そのデータの電圧値が第２のトランジスタ５５を導通できる電圧、すなわち第２のトランジスタ５５の閾値電圧に達しない時は、有機ＥＬ素子５６は光を発しないので、光検知素子８は高抵抗のまま維持され、光検知素子８と第２のキャパシタの接続点における電位は電源線５７の電位から第１の垂直走査線５１の活性化電圧分だけ引き込まれた電圧が第４のトランジスタ３０を介して第２の水平走査線１１に供給される。一方、第１の水平走査線５２から供給されるデータの電圧が第２のトランジスタ５５を導通できる電圧に達した時は、有機ＥＬ素子５６に電流が供給され、有機ＥＬ素子５６は光を発することになる。この光を光検知素子８が検知すると光検知素子８の抵抗値が低下し、概ね電源線５７の電位が第４のトランジスタ３０を介して第２の水平走査線１１に供給される。
このように、第１の水平走査線５２に与えられるデータの電圧により、第２のトランジスタ５５の閾値電圧が検知できることになり、実施の形態１の場合と同様に、その電圧をメモリ２５に記憶させておくことができ、また各画素に要求される輝度を正確に表示させるため輝度に対応した電圧に有機ＥＬ素子５６が光り始める閾値電圧を加えることができるので、第２のトランジスタ５５の閾値ばらつきに左右されず所望の輝度で表示させることができる。
実施の形態３
第５図は、この発明の実施例３を示し、自発光型表示装置における一つの画素の画費駆動回路を示す回路図である。図において、５１は第１の垂直走査線、５２は第１の水平走査線、５３は第１のトランジスタ、５４はキャパシタ、５５は第２のトランジスタ、５６は有機ＥＬ素子で構成されている。５７は電源線、８は光検知素子、９は抵抗である。また、５５１は補正用の第２の垂直走査線、５５３は補助用の第３のキャパシタ、５５４は補正用の第５のトランジスタ、３５は第６のトランジスタである。なお、有機ＥＬ素子５６のカソード側は接地されているが、固定電位であればよい。
なお、図の下半分の構成は、次段の構成であり、上半分と同一の構成であるので説明は省略する。また、この画素駆動回路は、マトリックス状に配列されているが、この構成は従来と同じであるため、記載を省略する。
次に第６図の波形図を参照し動作について説明する。図において、波形Ａは第１の垂直走査信号、波形Ｂは第１の水平走査信号、波形Ｃは補正用の垂直走査信号、波形Ｄは第２のトランジスタのゲート電圧、波形Ｅは有機ＥＬ素子の発光強度、波形ＦはノードＺの電圧をそれぞれ示している。
第６図のタイミングＴ１において、波形Ａに示す第１の垂直走査線信号に基づき第１の垂直走査線５１を活性化することにより第１のトランジスタ５３が導通する。第６図のタイミングＴ２において、キャパシタ５４には第１の水平走査線５２から第１のトランジスタ５３および補助用の第３のキャパシタ５５３を介して第２のトランジスタ５５が十分に導通する第１の水平走査線信号（波形Ｂ）が入力される結果、キャパシタ５４の充電電圧、すなわち第２のトランジスタ５５のゲート・ソース間電圧（波形Ｄ）が大きくなり、第２のトランジスタ５５の抵抗が低下する。これに伴い有機ＥＬ素子５６の両端に印加される電圧が大きくなり、その電圧は有機ＥＬ素子５６が導通する閾値電圧を十分に超えるように設定しておくことにより、電源線５７から第２のトランジスタ５５、有機ＥＬ素子５６を介して電流が流れ、第６図のタイミングＴ３において、有機ＥＬ素子５６は発光する（波形Ｅ）。この発光が光検知素子８に入射されるように構成されているので、その光により光検知素子８の抵抗値は下って、第６のトランジスタ３５のゲート電位、すなわち第５図のノードＺは補正用垂直走査線５５１の電位と同等になり、第６のトランジスタ３５は補正用垂直走査線５５１により制御されるようになる。
第６図のタイミングＴ４において、補正用の垂直走査線信号（波形Ｃ）により補正用垂直走査線５５１が活性化されると、補正用の第５のトランジスタ５５４、および第６のトランジスタ３５が同時に導通し、これにより、キャパシタ５４と第２のトランジスタ５５と補正用の第５のトランジスタ５５４と第６のトランジスタ３５による閉回路が形成される。この閉回路はキャパシタ５４の放電回路を形成しているので、キャパシタ５４の電圧、すなわち第２のトランジスタ５５のゲート・ソース間電圧（波形Ｄ）は低下していく。したがって、第２のトランジスタ５５の抵抗値は再び大きくなるにつれて、有機ＥＬ素子５６に流れる電流値が小さくなるとともに、有機ＥＬ素子５６の両端に印加される電圧は低下していき、電圧値が有機ＥＬ素子５６の閾値電圧より小さくなると、ついに有機ＥＬ素子５６には電流が流れなくなり、第６図のタイミングＴ５において、波形Ｅに示すように有機ＥＬ素子５６からの発光が停止する。
有機ＥＬ素子５６の発光が停止すると、光検知素子８の抵抗値が上昇することにより、ノードＺは電源線５７の電位に等しくなり、第６のトランジスタ３５は非導通となるため（波形Ｆ）、キャパシタ５４と第２のトランジスタ５５と補正用の第５のトランジスタ５５４と第６のトランジスタ３５による閉回路はオープンとなり、キャパシタ５４の放電は止まり、最終的に第２のトランジスタ５５と有機ＥＬ５６が直列に接続された回路に電源線５７から電流を流すために必要なゲート・ソース間電圧に等しい電位がキャパシタ５４にメモリされたまま残ることになる。
キャパシタ５４にメモリされた電圧は、次のフレームとして第１垂直走査線５１による活性化が行われるまで保持される。
次に第６図のタイミングＴ６において、補正用の第５のトランジスタ５５４を補正用垂直走査線５５１により非導通にした後、第６図のタイミングＴ７において第１の水平走査線５２より有機ＥＬ素子５６の必要輝度に応じたデータ信号（Ｐ）を加えることにより、第２のトランジスタ５５の閾値電圧と有機ＥＬ素子５６の閾値電圧の両方を補正することができ、有機ＥＬ素子５６の輝度ばらつきを抑制することができる。キャパシタ５４にメモリされた電圧は、次のフレームとして第１垂直走査線５１にる活性化が行なわれるまで保持される。
一画素について画素駆動回路の動作を説明したが、マトリックス状に配置された各画素について、同様な動作が行われ、画面全体において輝度ばらつきのない自発光型表示装置を実現することができる。
以上回路構成ではすべてのトランジスタをＰ型として説明したが、Ｐ型に限るものではない。
また、以上の説明では、表示素子である発光素子として有機ＥＬ素子を用いたが、発光素子しとしては無機ＥＬ素子等でもよく、有機ＥＬ素子に限るものではない。
この発明は、発光素子の電流を制御するトランジスタの閾値電圧のばらつきと、発光素子の発光閾値電圧のばらつきとを抑制することができるため、発光素子の輝度ばらつきを抑制し、自発光型表示装置に有効に利用することができる。
この発明の実施例１における画素駆動回路の構成を示す回路図である。 この発明の実施例１における自発光型表示装置の制御回路の概略構成を示す概念図である。 この発明の実施例１における画素駆動回路の構成を示す断面図である。 この発明の実施例２における画素駆動回路の構成を示す回路図である。 この発明の実施例３における画素駆動回路の構成を示す回路図である。 この発明の実施例３における画素駆動回路の動作シーケンスを示す波形図である。 従来の自発光型表示装置における画素駆動回路の構成を示す回路図である。 従来の自発光型表示装置の動作を説明するための特性図である。 従来の自発光型表示装置の動作を説明するための特性図である。 従来の自発光型表示装置の動作を説明するための特性図である。 従来の他の自発光型表示装置における画素駆動回路を示す回路図である。 従来の他の自発光型表示装置における画素駆動回路を示す回路図である。 従来の自発光型表示装置の動作を説明するための特性図である。

Claims (6)

  1. 複数の第１の垂直走査線および第１の水平走査線と、第１の垂直走査線と第１の水平走査線との交点近傍に備えられ、第１の垂直走査線に制御される第１のトランジスタと、第１のトランジスタを介して第１の水平走査線に接続されるキャパシタと、第１のトランジスタを介して第１の水平走査線に接続され、第１の水平走査線に制御される第２のトランジスタと、第２のトランジスタを介して、電源線に各々接続されマトリクス状に配列された複数の発光素子とを備えた自発光型表示装置において、第１の垂直走査線と電源線との間に光検知素子と抵抗が直列に接続され、光検知素子と抵抗との接続点の電位に制御される第３のトランジスタを備え、第３のトランジスタを介して電源線が第２の水平走査線に接続され、光検知素子が発光素子からの光を受光するように構成された自発光型表示装置。
  2. 前記光検知素子の信号を前記第２の水平走査線を介して読み出すための制御回路と、発光素子毎の信号をデータとして格納するためのメモリと、メモリのデータに基づき発光素子に与える信号電圧を変調して前記第１の水平走査線に印加する手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の自発光型表示装置。
  3. 複数の第１の垂直走査線および第１の水平走査線と、第１の垂直走査線と第１の水平走査線との交点近傍に備えられ、第１の垂直走査線に制御される第１のトランジスタと、第１のトランジスタを介して第１の水平走査線に接続されるキャパシタと、第１のトランジスタを介して第１の水平走査線に接続され、第１の水平走査線に制御される第２のトランジスタと、第２のトランジスタを介して、電源線に接続されマトリクス状に配列された複数の発光素子とを備えた自発光型表示装置において、第１の垂直走査線で制御される第４のトランジスタを備え、第１の垂直走査線と電源線との間に光検知素子とキャパシタが直列に接続され、光検知素子とキャパシタとの接続点が前記第４のトランジスタを介して第２の水平走査線に接続され、光検知素子が発光素子からの光を受光するように構成された自発光型表示装置。
  4. 前記光検知素子の信号を第２の水平走査線を介して読み出すための制御回路と、発光素子毎の信号をデータとして格納するためのメモリと、メモリのデータに基づき発光素子に与える信号電圧を変調して第１の水平走査線に印加する手段とを備えたことを特徴とする請求項３記載の自発光型表示装置。
  5. 前記光検知素子が、アモルファスシリコンで構成されたことを特徴とする請求項１記載の自発光型表示装置。
  6. 前記光検知素子と抵抗体が、いずれもアモルファスシリコンで構成され、抵抗体を構成するアモルファスシリコンと発光素子を構成するアモルファスシリコンとの間に遮光膜を形成したことを特徴とする請求項１記載の自発光型表示装置。
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