JP4788216B2 - 駆動装置および表示装置ならびに駆動装置および表示装置の駆動方法 - Google Patents

駆動装置および表示装置ならびに駆動装置および表示装置の駆動方法 Download PDF

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Description

本発明は駆動装置および表示装置ならびに駆動装置および表示装置の駆動方法に関する。
従来、有機EL、無機ELまたはLED等のように表示素子として発光素子がマトリクス状に配列されて、各発光素子が発光そることによって表示を行う発光素子型表示装置が知られている。特にアクティブマトリクス駆動方式の発光素子型表示装置は、高輝度、高コントラスト、高精細、低電力などの優位性を有しており、このような表示装置が近年開発され、特に有機EL表示装置が注目されている。
かかる表示装置においては、1画素中に、有機ELからなる発光素子およびこの発光素子をスイッチング駆動する複数の薄膜トランジスタを組み合わせたものがあり、例えば特許文献1によると、互いに平行に配列された複数の走査線および信号線と呼ばれる電極線が、透光性を有する基板上に形成され、これらの走査線および信号線に対して直交するように配列された複数の電源線と呼ばれる電極線も基板上に形成されている。
具体的には、例えば特許文献1に開示された技術によると、走査線、信号線および電源線に囲まれた領域に、アモルファスシリコンからなる3つの薄膜トランジスタが形成されており、さらにこの領域に1個の有機EL素子が設けられている。すなわち1個の画素に対して、3つのトランジスタおよび3本の電極線が設けられている。有機EL素子は、内部を流れる電流の単位面積あたりの値により発光強度(cd/m2)が決まる特性を有している。
特許文献1に開示されている発光素子型表示装置の駆動装置について説明する。図6は特許文献1に開示されている発光素子型表示装置の駆動装置の構成を示す。
まず、図6の回路の構成を説明する。図6において、トランジスタ42の制御電極は走査線46に接続されている。トランジスタ42のドレイン電極は、トランジスタ41のドレイン電極および電源線47に接続されている。トランジスタ42のソース電極はトランジスタ41のゲート電極およびコンデンサ44の一方の電極に接続されている。トランジスタ41のソース電極は、コンデンサ44の他方の電極およびトランジスタ43のドレイン電極に接続されている。トランジスタ43のゲート電極は走査線46に、ソース電極は信号線48に接続されている。トランジスタ44のソース電極、コンデンサ44の他方の電極ならびにトランジスタ43のドレイン電極は有機EL素子45のアノード電極に接続されている。有機EL素子45のカソード電極は基準電位Vssに接続されている。基準電位Vssは非選択期間(詳細は後述する)における電源線47の電位以下であって、選択期間(詳細は後述する)における電源線47の電位より高い。例えば、基準電位Vssは接地電位である。トランジスタ41,42および43はnチャンネルアモルファスシリコン薄膜トランジスタである。
次に図6の回路の動作を説明する。
(選択期間)
選択期間では、走査線46にハイレベルのオン電圧(基準電位Vssより十分高い)が印加され、電源線47にはローレベル(基準電位Vssと同等またはVssより低い電位)が印加され、信号線48には画像データに従った電流値のシンク電流が流される。したがって、コンデンサ44には、トランジスタ41に画像データに従った電流を通電させるようなゲート電極−ソース電極間の電圧差を生じさせる電荷がチャージされる。
(非選択期間)
非選択期間では、走査線46にローレベルのオフ電圧(基準電位Vssと等電位あるいは基準電位Vssより低い)が印加され、電源線47には基準電位Vssより高いハイレベルの電圧が印加される。したがって、トランジスタ42および43はオフになり、コンデンサ44は選択期間でチャージされた電荷を保持し続けて、トランジスタ41はオン状態を維持し続ける。このときトランジスタ41を流れる電流は有機EL素子45に流れて有機EL素子45が発光する。
また、かかる有機EL素子を用いた表示装置は、その構造から、有機EL層の基板の側から光を取り出すボトムエミッション型と、基板の反対側から光を取り出すトップエミッション型に類別される。
トップエミッション型は開口率がほぼ100%にできる反面、透明電極としてスパッタリング法を使用しないで薄膜を形成することが可能な材料を使用する必要があり、電極材料の選択が制限される。ボトムエミッション型は、駆動回路や配線のため開口率が低下するというデメリットがある反面、透明電極にスパッタリングによるITO(錫ドープ酸化インジウム)を使用することができるというメリットがある。
EL素子の駆動方法においては、特許文献1で開示されている電流プログラム法と呼ばれる駆動方法以外に、電圧プログラム法と呼ばれる駆動方法(非特許文献1参照)がある。電圧プログラム法は、劣化や温度変化などにともなうキャリヤの移動度変動によるスイッチングトランジスタの特性変動や発光素子の特性変動の影響を受け、同じ駆動電圧を与えても発光素子に供給される電流が異なってしまい、所望の発光強度で発光させることができないという問題があり、表示装置全体で素子特性がばらついた場合は表示装置の発光強度の均一性が悪化することにもなる。一方、電流プログラム法では、発光させる電流の大きさに対応した電圧を駆動回路に記憶させるため、スイッチングトランジスタや発光素子の特性が変化しても、所望の電流で駆動することができ、表示装置の発光強度の均一性の問題も生じない。
特開2003−195810号公報 SID2003 IBM "TFT AMOLED Pixel Circuits and Driving Methods"
製造歩留まりの向上、駆動回路の小型化及び低コスト化という観点からは、各画素の回路構成を簡素化し、できるだけ少ないエレメントで回路を構成することが求められる。特に、バスラインの本数が多い場合は、実際の製造段階での断線発生による影響を受けやすくなり製造歩留まりの低下につながる恐れがあり、また、本数が多いために駆動回路も複雑化しやすくなるという問題がある。このため、バスラインの数を減らすことは非常に重要な命題である。しかしながら、上記特許文献1に開示される発明では、個々のバスラインにそれぞれ独自の機能が与えられており、その本数を少なくすることについて何ら考慮されていなかった。
したがって、本発明の課題とするところは、素子の劣化や温度変化の影響を受けにくい電流プログラム法を採用し、かつバスライン個々に与えられていた機能を特定のバスラインに重複して与えることにより、必要なバスラインの数を減らし、製造歩留まりを高くし、またバスラインを駆動する回路を小型化および低コスト化することが可能な駆動装置および表示装置ならびにそれらの駆動方法を提供することである。
(請求項1)
複数の単位回路が配列された駆動装置で、
各単位回路は表示素子を駆動する駆動回路であって、
前記表示素子の一方の電極に、制御電極と第2電極間の電圧に従った電流を通電する第1のトランジスタと、
前記第1のトランジスタの制御電極に電圧を印加する第2のトランジスタと、
前記表示素子の一方の電極に電流を通電する第3のトランジスタと、
前記単位回路を選択するための走査信号が印加される第1の電極線と、
前記表示素子に電流を通電するための第2の電極線と、を有し、
前記第2および前記第3のトランジスタの制御電極は前記第1の電極線に接続され、
前記第1および前記第2のトランジスタの第1電極は第2の電極線に接続され、
前記第3のトランジスタの第1電極は前記表示素子の一方の電極に接続され、
前記第3のトランジスタの第2電極は隣接する前記単位回路の第1の電極線に接続されていることを特徴とする駆動装置。
(請求項2)
前記第1のトランジスタの制御電極と第2電極との間に接続されたコンデンサを有することを特徴とする請求項1に記載の駆動装置。
(請求項3)
請求項1または2に記載の駆動装置の駆動方法であって、
前記第1の電極線の1本に、前記第2および第3のトランジスタをオンさせる電圧を印加し、前記第2の電極線に、前記表示素子を活性化させるのと同等の電流を通電する工程と、
前記第1の電極線に、前記第2および第3のトランジスタをオフさせる電圧を印加し、前記第2の電極線に電圧を印加して前記第1のトランジスタに通電し、前記表示素子を活性化させる工程からなることを特徴とする駆動装置の駆動方法。
(請求項4)
請求項1または2の駆動装置において、
前記第1の電極線に接続され、前記単位回路を選択する信号を、前記第1の電極線の1本に出力する状態、および第1の電極線の全てに、前記単位回路を選択しない信号を出力する状態を有する走査回路と、
前記第2の電極線に接続され、
前記表示素子を活性化させるのと同等の電流を通電する状態、および前記表示素子に電流を通電させるための電圧を出力する状態を有するデータドライバ回路と、を有することを特徴とする駆動装置。
(請求項5)
請求項4に記載の駆動装置の駆動方法であって、
前記走査回路は、
前記単位回路を選択する信号を、前記第1の電極線の1本に出力する状態、および第1の電極線の全てに、前記単位回路を選択しない信号を出力する状態を有し、
前記データドライバ回路は、
前記表示素子を活性化させるのと同等の電流を通電する状態、および前記表示素子に電流を通電させるための電圧を出力する状態を有することを特徴とする駆動装置の駆動方法。
(請求項6)
複数の単位回路が配列された表示装置で、
各単位回路は、
表示素子と、
前記表示素子の一方の電極に、制御電極と第2電極間の電圧に従った電流を通電する第1のトランジスタと、
前記第1のトランジスタの制御電極に電圧を印加する第2のトランジスタと、
前記表示素子の一方の電極に電流を通電する第3のトランジスタと、
前記単位回路を選択するための走査信号が印加される第1の電極線と、
前記表示素子に電流を通電するための第2の電極線と、を有し、
前記第2および前記第3のトランジスタの制御電極は前記第1の電極線に接続され、
前記第1および前記第2のトランジスタの第1電極は第2の電極線に接続され、
前記第3のトランジスタの第1電極は前記表示素子の一方の電極に接続され、
前記第3のトランジスタの第2電極は隣接する前記単位回路の第1の電極線に接続されていることを特徴とする表示装置。
(請求項7)
前記第1のトランジスタの制御電極と第2電極との間に接続されたコンデンサを有することを特徴とする請求項6に記載の表示装置。
(請求項8)
請求項6または7に記載の表示装置の駆動方法であって、
前記第1の電極線の1本に、前記第2および第3のトランジスタをオンさせる電圧を印加し、前記第2の電極線に、前記表示素子を活性化させるのと同等の電流を通電する工程と、
前記第1の電極線に、前記第2および第3のトランジスタをオフさせる電圧を印加し、前記第2の電極線に電圧を印加して前記第1のトランジスタに通電し、前記表示素子を活性化させる工程からなることを特徴とする表示装置の駆動方法。
(請求項9)
請求項6または7の表示装置において、
前記第1の電極線に接続され、前記単位回路を選択する信号を、前記第1の電極線の1本に出力する状態、および第1の電極線の全てに、前記単位回路を選択しない信号を出力する状態を有する走査回路と、
前記第2の電極線に接続され、
前記表示素子を活性化させるのと同等の電流を通電する状態、および前記表示素子に電流を通電させるための電圧を出力する状態を有するデータドライバ回路とを有することを特徴とする表示装置。
(請求項10)
請求項9に記載の表示装置の駆動方法であって、
前記走査回路は、
前記単位回路を選択する信号を、前記第1の電極線の1本に出力する状態、および第1の電極線の全てに、前記単位回路を選択しない信号を出力する状態を有し、
前記データドライバ回路は、
前記表示素子を活性化させるのと同等の電流を通電する状態、および前記表示素子に電流を通電させるための電圧を出力する状態を有することを特徴とする表示装置の駆動方法。
請求項1に係る発明によれば、第3のトランジスタの第2電極が隣接する単位回路の第1の電極線に接続されているため、本発明の駆動装置は、第1の電極線および第2の電極線の2種類のバスラインで駆動することができる。したがって、回路に必要な要素が少なくなり、回路の面積も小さくなるため駆動装置の製造歩留まりを高くすることができる。
請求項2に係る発明によれば、第1のトランジスタの制御電極と第2電極間に電圧を保持するためのコンデンサが設けられている。したがって、表示素子に通電する電流を長時間にわたって安定して通電することができる。
請求項3に係る発明によれば、第1のトランジスタには表示素子を発光させるのと同等の電流を通電し、そのときの制御電極−第2電極間の電圧を容量に保持するので、第1のトランジスタや表示素子の特性が劣化や温度変化により変化しても、表示素子を活性化させる工程で、所望の電流を表示素子に通電させることができるため、安定した強度で表示素子の表示を行わせることができる。
また、本発明によると、表示素子を活性化させるのと同等の電流を通電する機能、および第1のトランジスタに通電し表示素子を活性化させる電圧を印加する機能の2つの機能を、第2の電極線に持たせている。したがって、バスラインとしては第1の電極線および第2の電極線の2種類が必要なだけである。そのため、表示素子を駆動するための回路要素が少なくなり、回路の面積も小さくなるため駆動装置の製造歩留まりを高くすることができる。
請求項4に係る発明によれば、複数の第1の電極線の1本のみに単位回路を選択する信号を出力するので、単位回路を選択する信号を出力する電極線を順次切り換えることにより、配列された駆動回路を走査しながら第1のトランジスタの制御電極−第2電極間に所望の電位差を保持させることができる。また、表示素子を活性化させる工程においては、第1の電極線のすべてに単位回路を選択しない信号を出力し、第2の電極線には表示素子に電流を通電するための電圧を印加するので、配列された全ての単位回路の表示素子が活性化される。したがって、配列された駆動回路を簡単な回路の構成によって走査すること、および表示素子を活性化することが可能である。
請求項5に係る発明によれば、複数の第1の電極線の一本のみに単位回路を選択する信号を出力するので、単位回路を選択する信号を出力する電極線を順次切り換えることにより、配列された駆動回路を走査しながら第1のトランジスタの制御電極−第2電極間に所望の電位差を保持させることができる。また、表示素子を活性化させる工程においては、第1の電極線のすべてに単位回路を選択しない信号を出力し、第2の電極線には表示素子に電流を通電するための電圧を印加するので、配列された全ての単位回路の表示素子が活性化される。したがって、配列された駆動回路を簡単な回路の構成によって走査すること、および表示素子を活性化することが可能である。
請求項6に係る発明によれば、第3のトランジスタの第2電極が隣接する単位回路の第1の電極線に接続されているため、本発明の表示装置は、第1の電極線および第2の電極線の2種類のバスラインで駆動することができる。したがって、回路に必要な要素が少なくなり、回路の面積も小さくなるため表示装置の製造歩留まりを高くすることができる。
請求項7に係る発明によれば、第1のトランジスタの制御電極と第2電極間に電圧を保持するためのコンデンサが設けられている。したがって、表示素子に通電する電流を長時間にわたって安定して通電することができる。
請求項8に係る発明によれば、第1のトランジスタには表示素子を発光させるのと同等の電流を通電し、そのときの制御電極−第2電極間の電圧を容量に保持するので、第1のトランジスタや表示素子の特性が劣化や温度変化により変化しても、表示素子を活性化させる工程で、所望の電流を表示素子に通電させることができるため、安定した強度で表示素子の表示を行わせることができる。
また、本発明によると、表示素子を活性化させるのと同等の電流を通電する機能、および第1のトランジスタに通電し表示素子を活性化させる電圧を印加する機能の2つの機能を、第2の電極線に持たせている。したがって、バスラインとしては第1の電極線および第2の電極線の2種類が必要なだけである。そのため、表示素子を駆動するための回路要素が少なくなり、回路の面積も小さくなるため駆動装置の製造歩留まりを高くすることができる。
請求項9に係る発明によれば、複数の第1の電極線の1本のみに単位回路を選択する信号を出力するので、単位回路を選択する信号を出力する電極線を順次切り換えることにより、配列された駆動回路を走査しながら第1のトランジスタの制御電極−第2電極間に所望の電位差を保持させることができる。また、表示素子を活性化させる工程においては、第1の電極線のすべてに単位回路を選択しない信号を出力し、第2の電極線には表示素子に電流を通電するための電圧を印加するので、選択された単位回路のすべての表示素子が活性化される。したがって、配列された駆動回路を簡単な回路の構成によって走査すること、および表示素子を活性化することが可能である。
請求項10に係る発明によれば、複数の第1の電極線の1本のみに単位回路を選択する信号を出力するので、単位回路を選択する信号を出力する電極線を順次切り換えることにより、配列された駆動回路を走査しながら第1のトランジスタの制御電極−第2電極間に所望の電位差を保持させることができる。また、表示素子を活性化させる工程においては、第1の電極線のすべてに単位回路を選択しない信号を出力し、第2の電極線には表示素子に電流を通電するための電圧を印加するので、すべての表示素子が活性化される。したがって、配列された駆動回路を簡単な回路の構成によって走査すること、および表示素子を活性化することが可能である。
従来の駆動装置、例えば図6の駆動装置では、信号線48には、選択期間において、画像データに従った大きさの電流を通電する機能のみを持たせ、電源線47には、非選択期間において、トランジスタ41および有機EL素子45に発光電流を通電するための電圧を印加する機能を持たせていた。
しかしながら、本発明では、データ電極線(詳細は後述する)に、書き込み期間(詳細は後述する)において、画像データに応じた大きさの電流を通電する機能、および表示期間(詳細は後述する)において、第1のトランジスタおよび表示素子に通電される電流を供給するための電圧を印加する機能の2つの機能を持たせている。したがって、本発明によると、バスラインを1本減らすことができ、走査電極線およびデータ電極線の2本のバスラインによって表示素子を駆動することができる。
(第1の実施形態)
図を用いて本発明の第1の実施形態にかかる駆動装置および表示装置を説明する。図1および図2は第1の実施形態に係る駆動装置を用いた表示装置の構成を示す図である。図1および図2では説明の簡単のために単位回路の2行2列の配列としているが、本発明はこれに限定されるものではない。
まず、本実施形態の構成を説明する。
図1において、符号1は表示装置であり、透明なガラス基板上にnチャンネルアモルファスシリコントランジスタ、コンデンサ、配線、有機EL素子などが形成されている。符号2は走査回路として機能する走査ドライバ回路であり、行方向に並ぶ単位回路の数より1多い数の走査信号を出力する出力端子G1,G2およびG3を有している。符号3はデータドライバ回路であり、列方向に並ぶ単位回路の数と同数の出力端子D1およびD2を有している。データドライバ回路3は書き込み期間(詳細は後述する)においては表示素子に流すべき電流を出力し、表示期間(詳細は後述する)においては定電圧を出力する。符号4,5,6および7は単位回路である。符号X1,X2およびX3は第1の電極線である走査電極線であり、それぞれ走査ドライバ回路の出力端子G1,G2およびG3に接続されている。符号Y1およびY2は第2の電極線であるデータ電極線であり、それぞれデータドライバ回路の出力端子D1およびD2に接続されている。それぞれの単位回路は以下の要素によって構成されている。m、nを自然数として、符号Q1(m、n)(m=1,2、n=1,2)は第1のトランジスタ、符号Q2(m、n)(m=1,2、n=1,2)は第2のトランジスタ、符号Q3(m、n)(m=1,2、n=1,2)は第3のトランジスタ、符号C(m、n)(m=1,2、n=1,2)はコンデンサ、符号EL(m、n)(m=1,2、n=1,2)は表示素子である有機EL素子である。
表示装置1から有機EL素子EL(m、n)を除いたものが駆動装置である。
第1のトランジスタQ1(m、n)は、第1電極であるドレイン電極がデータ電極線Y1,Y2に接続され、制御電極であるゲート電極が第2のトランジスタQ2(m、n)の第2電極であるソース電極およびコンデンサC(m、n)の一方の電極に接続され、ソース電極が有機EL素子EL(m、n)の一方の電極であるアノード電極およびコンデンサC(m、n)の他方の電極に接続されている。
第2のトランジスタQ2(m、n)は、ソース電極が第1のトランジスタQ1(m、n)のゲート電極およびコンデンサC(m、n)の一方の電極に接続され、ゲート電極が走査電極線X1,X2に接続され、ドレイン電極がデータ電極線Y1,Y2に接続されている。
第3のトランジスタQ3(m、n)は、ドレイン電極が有機EL素子EL(m、n)のアノード電極およびコンデンサC(m、n)の他方の電極に接続され、ゲート電極が走査電極線X1,X2に接続され、ソース電極が隣接する単位回路の走査電極線X2,X3に接続されている。
符号8はカソード電極であり、すべての単位回路のカソード電極8は共通に接続されている。カソード電極8はバイアス電圧を供給するカソード電源9に接続されている。
なお、本実施形態におけるコンデンサC(m、n)については、素子間の浮遊容量で代用することも可能である。
次に、本実施形態の動作を説明する。
(書き込み期間)
図1は書き込み期間における、各電極線の電圧および電流の一例を示している。図1を参照して、走査信号として、走査電極線X1,X2,X3のいずれか1本に選択電圧として高電圧を、他の電極線には非選択電圧として低電圧を、走査ドライバ回路2から出力する。ここでは例えば選択電圧として20(V)を走査電極線X1に出力し、非選択電圧として0(V)を走査電極線X2,X3に出力したとする。選択電圧としてはトランジスタのスレッショルド電圧以上の電圧とする。これにより第2のトランジスタQ2(1、1),Q2(1、2)および第3のトランジスタQ3(1、1),Q3(1、2)がオンし、第1行目の単位回路4および5が選択される。データ電極線Y1,Y2には有機EL素子EL(1、1),EL(1、2)に流すべき電流I1,I2を、データドライバ回路3からそれぞれデータ電極線Y1,Y2に出力する。有機EL素子EL(1、1),EL(1、2)に流すべき電流I1,I2は表示装置1に表示すべき画像データに従って決定される。カソード電極8には有機EL素子EL(m、n)が逆バイアスになるように、例えば非選択電圧より高い電圧10(V)がカソード電源9から印加される。
このとき、第2のトランジスタQ2(1、1),Q2(1、2)ならびに第3のトランジスタQ3(1、1),Q3(1、2)がオンし、有機EL素子EL(1、1),EL(1、2)は逆バイアスされているので、電流I1,I2はそれぞれ第1のトランジスタQ1(1、1),Q1(1、2)ならびに第3のトランジスタQ3(1、1),Q3(1、2)を流れて走査電極線X2に流出し、コンデンサC(1、1),C(1、2)には、それぞれ第3のトランジスタQ3(1、1),Q3(1、2)に、それぞれ電流I1,I2を流すための電圧が充電される。
次に、走査電極線X2に選択電圧を、走査電極線X1,X3に非選択電圧を出力し、第2行目の単位回路6,7を選択して、上述したのと同様に有機EL素子EL(2、1),EL(2、2)に流すべき電流I1,I2をデータドライバ回路3からデータ電極線Y1,Y2に出力して、コンデンサC(2、1),C(2、2)を充電する。
上述のように走査して、表示装置1上のすべての単位回路のコンデンサC(m、n)を充電する。
(表示期間)
図2は表示期間における、各電極線の電圧の一例を示している。図2を参照して、走査ドライバ回路2の出力端子G1,G2,G3からは走査電極線X1,X2,X3に非選択電圧の0(V)が出力され、データドライバ回路3の出力端子D1,D2からはデータ電極線Y1,Y2に20(V)の電圧が出力され、カソード電極8には0(V)がカソード電源9から印加されている。データドライバ回路3から出力する電圧は、第1のトランジスタを飽和領域で駆動させるだけの電圧であり、すべての有機EL素子に供給する電流が出力可能な電流容量を有することが好ましい。
このとき、第2のトランジスタQ2(m、n)および第3のトランジスタQ3(m、n)はオフしているが、第1のトランジスタQ1(m、n)はそのゲート電極−ソース電極間に設けたコンデンサC(m、n)にチャージされた電圧でオンし、有機EL素子EL(m、n)は順方向にバイアスされているので、書き込み期間において各コンデンサC(m、n)にチャージした電圧に従って、表示素子に流すべき所望の電流が、データ電極線Y1,Y2から第1のトランジスタQ1(m、n)および有機EL素子EL(m、n)を通ってカソード電極8へ流れる。このようにして、有機EL素子EL(m、n)は表示すべき画素データに従って所望の明るさで発光する。
上述した本駆動装置の動作を、タイミングチャートを用いて説明する。図3は本実施形態の表示装置の各部の電圧および電流の時間変化を示した図である。縦軸は電圧または電流、横軸は時間を示す。
図3において、G1,G2,G3は走査ドライバ回路2の出力端子の電圧、D1,D2はデータドライバ回路3の出力端子の電流および電圧、Vcはカソード電極8の電圧である。IEL(1,1),IEL(1,2),IEL(2,1),IEL(2,2)はそれぞれ有機EL素子EL(1,1),EL(1,2),EL(2,1),EL(2,2)に流れる電流である。符号TWは書き込み期間、符号TDは表示期間を示す。
タイミングT1より前では、出力端子G1,G2,G3には非選択電圧の0(V)の電圧が出力され、出力端子D1,D2には0(V)が出力され、カソード電極8には0(V)が印加されている。このとき有機EL素子を流れる電流IEL(1,1),IEL(2,1),IEL(2,1),IEL(2,2)は0(A)である。
タイミングT1において、出力端子G1には選択電圧の20(V)の電圧が出力され、出力端子D1,D2には、それぞれ画像データに応じて有機EL素子EL(1,1),EL(1,2)に流すべき電流IW(1,1),IW(1,2)が出力され、カソード電極8には有機EL素子EL(m,n)が逆バイアスになる10(V)の電圧が印加される。
タイミングT2において、出力端子G1の電圧は非選択電圧の0(V)にされ、出力端子G2の電圧は選択電圧の20(V)にされ、出力端子D1,D2には、それぞれ有機EL素子EL(2,1),EL(2,2)に流すべき電流IW(2,1),IW(2,2)が出力される。このとき出力端子G1が20(V)である期間と出力端子G2が20(V)である期間は重なっていないことが好ましい。このタイミングにおいて、第2のトランジスタQ2(1、1),Q2(1、2)はオフになるので、コンデンサC(1,1),C(1,2)には、それぞれ第1のトランジスタQ1(1,1),Q1(1,2)に、それぞれ電流IW(1,1),IW(1,2)を流すためのゲート電極−ソース電極電圧が保持される。
タイミングT3において、出力端子G2の電圧は非選択電圧の0(V)にされ、よってすべての単位回路は非選択状態になる。このタイミングにおいて、第2のトランジスタQ2(2、1),Q2(2、2)はオフになるので、コンデンサC(2,1),C(2,2)には、それぞれ第1のトランジスタQ1(2,1),Q1(2,2)に、それぞれ電流IW(2,1),IW(2,2)を流すためのゲート電極−ソース電極電圧がチャージされる。
さらに、出力端子D1,D2には有機EL素子EL(m,n)を駆動するための電圧20(V)が出力され、カソード電極8には有機EL素子EL(m,n)を順バイアスにする電圧0(V)が印加される。したがって、第1のトランジスタQ1(m,n)および有機EL素子EL(m,n)には、T1からT3の期間においてコンデンサC(m、n)に保持された電圧に従った電流が流れ、表示装置1は所望の輝度で表示を行う。図3において電流IEL(1,1),IEL(1,2),IEL(2,1),IEL(2,2)の大きさは、それぞれIW(1,1),IW(1,2),IW(2,1),IW(2,2)となる。
タイミングT4においては出力端子G1には再度選択電圧の20(V)が出力され書き込み期間が始まる。
上述において、タイミングT1からT3までが書き込み期間、タイミングT3からT4までが表示期間となる。
図4は本実施形態に係る表示装置1の構成を示す断面である。図4は第1のトランジスタQ1(m,n)および有機EL素子EL(m,n)を通る面での断面図である。
図4において、符号1は表示装置、符号11は透明なガラス基板、符号12はゲート電極である。ゲート電極12は、クロム、クロム合金、アルミニウム、アルミニウム合金、チタンもしくはチタン合金またはこれらの化合物であり、可視光の透過を遮断すると共に導電性を有するものである。
符号13はSiO2,SiNなど絶縁性および透光性を有する材料によるゲート絶縁膜、符号14はアモルファスシリコンによる半導体層、符号15は有機EL素子EL(m,n)のアノード電極である。符号16はドレイン電極、符号17はソース電極であり、ゲート電極12、ゲート絶縁層13、半導体層14、ドレイン電極16およびソース電極17で第1のトランジスタQ1(m,n)を形成している。
ドレイン電極16およびソース電極17は、クロム、クロム合金、アルミニウム、アルミニウム合金、チタンもしくはチタン合金またはこれらの化合物であり、可視光の透過を遮断すると共に導電性を有するものである。
符号18はSiO2,SiN,有機樹脂などによるパッシベーション層、符号19は有機EL層、符号8は金属による電極で、有機EL素子EL(m,n)のカソード電極8となる。アノード電極15、有機EL層19およびカソード電極8は有機EL素子を構成している。
本表示装置1はボトムエミッション型と呼ばれる構成によるもので、有機EL層19で発生した光は、表示装置1のガラス基板11側から取り出される。
本実施形態で用いられる有機EL素子のアノード電極15は、透光性および導電性を有している。さらにアノード電極15は、有機EL層19へ正孔を効率良く注入するものが好ましい。例えば、アノード電極15としては、ITO以外にIZO(亜鉛ドープ酸化インジウム)、In23(酸化インジウム)、SnO2(酸化スズ)またはZnO(酸化亜鉛)を主成分としたものがある。
有機EL層19は、例えば、アノード電極15から順に正孔輸送層、発光層、電子輸送層となる3層構造であっても良いし、アノード電極15から順に正孔輸送層、発光層となる2層構造であっても良いし、発光層からなる1層構造であっても良いし、その他の層構造であってもよい。
つまり、有機EL層19は、正孔および電子を注入する機能、正孔および電子を輸送する機能、正孔と電子の再結合により励起子を生成して発光する機能を有する。有機EL層19は、電子的に中立な有機化合物であることが望ましく、これにより正孔と電子が有機EL層19内でバランス良く注入および輸送される。
なお、電子輸送性の物質が発光層に適宜混合されていても良いし、正孔輸送性の物質が発光層に適宜混合されていても良いし、電子輸送性の物質および正孔輸送性の物質が発光層に適宜混合されていても良い。
また、有機EL層19の発光層には、発光材料が含有されている。発光材料としては、高分子系材料が用いられることになる。高分子系材料としては、ポリカルバゾール、ポリパラフェニレン、ポリアリーレンビニレン、ポリチオフェン、ポリフルオレン、ポリシラン、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピリジン、ポリピリジンビニレン、ポリピロール系材料があげられる。また、高分子材料としては、上記高分子材料(ポリマー)を形成しているモノマーまたはオリゴマーの重合体もしくは共重合体、モノマーもしくはオリゴマーの誘導体の重合体もしくは共重合体、または、オキサゾール(オキサンジアゾール、トリアゾール、ジアゾール)もしくはトリフェニルアミン骨格を有するモノマーを重合した重合体もしくは共重合体を上げることができる。また、これらポリマーのモノマーとしては、熱、圧、UV、電子線などを与えることで上述の化合物を形成するモノマーおよびプレカーサポリマーを含むものである。また、これらモノマー間を結合する非共役系ユニットを導入してもかまわない。
このような高分子材料の具体的なものとしては、ポリビニルカルバゾール、ポリトデシルチオフェン、ポリエチレンジオキシチオフェン、ポリスチレンスルフォン酸分散体変性物、ポリ9,9−ジアルキルフルオレン、ポリ(チエニレン−9,9−ジアルキルフルオレン)、ポリ(2,5−ジアルキルパラフェニレン−チエニレン)、(ジアルキル:R=C1〜C20)、ポリパラフェニレンビニレン、ポリ(2−メトキシ−5−(2’−エチル−ペンチロキシ)−パラフェニレンビニレン)、ポリ(2,5−ジメチル−パラフェニレンビニレン)、ポリ(2,5−チエニレンビニレン)、ポリ(2,5−ジメトキシパラフェニレンビニレン)、ポリ(1,4−パラフェニレンシアノビニレン)などが挙げられる。
また、発光材料としては、高分子系材料に限られるものではなく、低分子材料を蒸着して成膜させても良い。また、低分子材料の性質によっては、低分子材料を溶媒に溶かした状態で塗布して使用するものとしても良い。さらに低分子材料をドーパントとして高分子ポリマー中に分散させてもよく、その際のポリマーとしては、周知の汎用ポリマーを含む各種ポリマーを状況に応じて使用することができる。
低分子の発光材料(発光物質またはドーパント)としては、アントラセン、ナフタレン、フェナントレン、ピレン、テトラセン、コロネン、クリセン、フルオレセイン、ペリレン、フタロペリレン、ナフタロペリレン、ペリノン、フタロペリノン、ナフタロペリノン、ジフェニルブタジエン、テトラフェニルブタジエン、クマリン、オキサジアゾール、アルダジン、ビスベンゾキゾリン、ビススチリル、ピラジン、オキシン、アミノキノリン、イミン、ジフェニルエチレン、ビニルアントラセン、ジアミノカルバゾール、ピラン、チオピラン、ポリメチン、メロシアニン、イミダゾールキレート化オキシノイド化合物など、4−ジメアノメチレン−4H−ピラン及び4−ジシアメノメチレン−4H−チオピラン、ジケトン、クロリン系化合物やこれらの誘導体が挙げられる。低分子発光材料の具体的なものとしては、Alq3、クナクリドンなどが挙げられる。なお、発光材料は、上述のものに限定されるものではない。
発光層あるいは電子輸送層に含有する電子輸送性物質としては、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(Alq3)などの8−キリノールまたはその誘導体を配位子とする有機金属錯体などのキノリン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ペリレン誘導体、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、キノキサリン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、ニトロ置換フルオレン誘導体などが挙げられる。
発光層あるいは正孔輸送層に含有する正孔輸送性物質としては、テトラアリールベンジシン化合物(トリアリールジアミンないしトリフェニルジアミン:TPD)、芳香族三級アミン、ヒドラゾン誘導体、イミダゾール誘導体、アミノ基を有するオキシジアゾール誘導体、ポリチオフェンなどが挙げられる。
有機EL層19上に電極20すなわちカソード電極8が形成されている。カソード電極8の材料としては、仕事関数の小さい材料が適している。カソード電極8の材料の具体的なものとして、金、銀、銅、アルミニウム、インジウム、マグネシウム、カルシウム、もしくはバリウムもしくはこれらの合金またはこれら金属もしくは合金にリチウム、マグネシウムもしくはインジウムを含む化合物もしくは混合物などが挙げられる。また、カソード電極8は、以上の各種材料の層が積層された積層構造となっていても良く、具体的には、有機EL層19から順に高純度のバリウム層、高純度アルミニウム層となる積層構造などが挙げられる。
以上のように、積層構造となる有機EL素子EL(m、n)では、アノード電極15から正孔が有機EL層19に注入され、カソード電極8から有機EL層19に電子が注入される。そして、有機EL層19の発光層へ正孔および電子が輸送されて、発光層にて正孔と電子が再結合するときに発光する。
本実施形態によると、表示装置を横断して形成されるバスラインとしては、単位回路を選択するための走査電極線および単位回路に電流を通電するためのデータ電極線の2種類のみでよい。従って従来技術による駆動装置よりも少ないバスラインしか有しないため、従来の駆動装置よりも製造歩留まりを高くすることができる。また、バスラインが少ないため、バスラインを駆動する回路も小型化および低コスト化できる。したがって、従来よりも低コストで駆動装置および表示装置を提供することが可能である。
本実施形態では本駆動装置を用いてボトムエミッション型の表示装置を構成している。従って、従来技術の表示装置よりもバスラインが少ない分だけ開口率の大きな表示装置を構成することができるので、従来よりも輝度の高い表示装置を提供することが可能である。また、従来と同様の輝度で表示する場合は、従来より少ない電力で表示することが可能である。したがって、本発明は、駆動装置の存在に開口率が左右されないトップエミッション型の表示装置に使用するよりも、ボトムエミッション型の表示装置に用いられることがより好ましい。
なお、本実施形態では、nチャンネルのトランジスタを用いて駆動装置を構成したが、使用するトランジスタとしてはnチャンネルに限定されるものではなく、pチャンネルのトランジスタを用いても本発明の駆動装置を構成することは可能である。また、その場合の駆動方法においても、与える信号の電圧、電流の極性は本実施形態とは異なるものの、本実施形態と同様の動作をさせることは当業者にとって容易である。
本実施形態では、半導体層としてはアモルファスシリコンを用いたが、本発明に用いられる半導体層の材料としては、ポリシリコン、有機半導体などでも良い。
(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態は、使用する駆動回路は第1の実施形態と同じものであるが、表示装置の構成をトップエミッション型としたものである。したがって、表示装置の構成および駆動方法は第1の実施形態と同じであるのでその説明は省略し、表示装置の構成のみ説明する。
図5は本実施形態の駆動装置を用いた表示装置の構成を示す断面図である。図5は第1のトランジスタQ1(m,n)および有機EL素子EL(m,n)を通る面での断面図である。
図5において、図4と同じ機能の要素には同じ番号を付した。符号21は表示装置、符号11はガラス基板、符号12はゲート電極、符号13はSiO2,SiNなどによるゲート絶縁膜、符号14はアモルファスシリコンによる半導体層、符号16はドレイン電極、符号17はソース電極であり、ゲート電極12、ゲート絶縁層13、半導体層14、ドレイン電極16およびソース電極17で第1のトランジスタQ1(m,n)を形成している。符号18はSiO2,SiN,有機樹脂などによるパッシベーション層、符号22は有機樹脂などによる平坦化層、符号15は有機EL素子EL(m,n)のアノード電極、符号19は有機EL層、符号8は、有機EL素子EL(m,n)の透明なカソード電極である。アノード電極15、有機EL層19およびカソード電極8は有機EL素子を構成している。符号23は第1のトランジスタのソース電極17と有機EL素子EL(m,n)のアノード電極15を電気的に接続するコンタクト電極である。
本表示装置21はトップエミッション型と呼ばれる構成によるもので、有機EL層19で発生した光は、表示装置21のカソード電極8側から取り出される。
有機EL素子EL(m,n)のアノード電極15の材料としては、アルミニウム、アルミニウム合金、クロム合金などがある。
カソード電極8は、透光性を有する必要があり、有機EL層19に近い方から、マグネシウムと銀の混合物の薄膜とITOまたはIZO(亜鉛ドープ酸化インジウム)の積層構造などの構成をとることができる。
有機EL層19については、第1の実施形態と同様にすることができる。
本実施形態によると、表示装置を横断して形成されるバスラインとしては、単位回路を選択するための走査電極線および単位回路に電流を通電するためのデータ電極線の2種類のみでよい。従って従来技術による駆動装置よりも少ないバスラインしか有しないため、従来の駆動装置よりも製造歩留まりを高くすることができる。また、バスラインが少ないため、バスラインを駆動する回路も小型化および低コスト化出来る。従って従来よりも低コストで駆動装置および表示装置を提供することが可能である。
本発明の第1の実施形態に係る表示装置の構成およびその1つの動作状態を示す図である。 図1に示す表示装置の他の動作状態を示す図である。 第1の実施形態の表示装置の動作タイミングを示すタイミングチャートである。 第1の実施形態の表示装置の構成を示す断面図である。 第2の実施形態の表示装置の構成を示す断面図である。 従来の技術による駆動装置の構成を示す図である。
符号の説明
1 表示装置
2 走査ドライバ回路
3 データドライバ回路
4,5,6,7 単位回路
8 カソード電極
9 カソード電源
1,X2,X3 走査電極線
1,Y2 データ電極線
1(m,n) 第1のトランジスタ
2(m,n) 第2のトランジスタ
3(m,n) 第3のトランジスタ
C(m,n) コンデンサ
EL(m,n) 有機EL素子

Claims (10)

  1. 複数の単位回路が配列された駆動装置で、
    各単位回路は表示素子を駆動する駆動回路であって、
    前記表示素子の一方の電極に、制御電極と第2電極間の電圧に従った電流を通電する第1のトランジスタと、
    前記第1のトランジスタの制御電極に電圧を印加する第2のトランジスタと、
    前記表示素子の一方の電極に電流を通電する第3のトランジスタと、
    前記単位回路を選択するための走査信号が印加される第1の電極線と、
    前記表示素子に電流を通電するための第2の電極線と、を有し、
    前記第2および前記第3のトランジスタの制御電極は前記第1の電極線に接続され、
    前記第1および前記第2のトランジスタの第1電極は第2の電極線に接続され、
    前記第2のトランジスタの第2電極は前記第1のトランジスタの制御電極に接続され、
    前記第1のトランジスタの第2電極および前記第3のトランジスタの第1電極は前記表示素子の前記一方の電極に接続され、
    前記第3のトランジスタの第2電極は隣接する前記単位回路の第1の電極線に接続されていることを特徴とする駆動装置。
  2. 前記第1のトランジスタの制御電極と第2電極との間に接続されたコンデンサを有することを特徴とする請求項1に記載の駆動装置。
  3. 請求項1または2に記載の駆動装置の駆動方法であって、
    前記第1の電極線の1本に、前記第2および第3のトランジスタをオンさせる電圧を印加し、前記第2の電極線に、前記表示素子を活性化させるのと同等の電流を通電する工程と、
    前記第1の電極線に、前記第2および第3のトランジスタをオフさせる電圧を印加し、前記第2の電極線に電圧を印加して前記第1のトランジスタに通電し、前記表示素子を活性化させる工程からなることを特徴とする駆動装置の駆動方法。
  4. 請求項1または2の駆動装置において、
    前記第1の電極線に接続され、前記単位回路を選択する信号を、前記第1の電極線の1本に出力する状態、および第1の電極線の全てに、前記単位回路を選択しない信号を出力する状態を有する走査回路と、
    前記第2の電極線に接続され、
    前記表示素子を活性化させるのと同等の電流を通電する状態、および前記表示素子に電流を通電させるための電圧を出力する状態を有するデータドライバ回路と、を有することを特徴とする駆動装置。
  5. 請求項4に記載の駆動装置の駆動方法であって、
    前記走査回路が前記単位回路を選択する信号を前記第1の電極線の1本に出力する状態となるとき、前記データドライバ回路は前記表示素子を活性化させるのと同等の電流を通電する状態となり、
    前記走査回路が第1の電極線の全てに前記単位回路を選択しない信号を出力する状態となるとき、前記データドライバ回路は前記表示素子に電流を通電させるための電圧を出力する状態となることを特徴とする駆動装置の駆動方法。
  6. 複数の単位回路が配列された表示装置で、
    各単位回路は、
    表示素子と、
    前記表示素子の一方の電極に、制御電極と第2電極間の電圧に従った電流を通電する第1のトランジスタと、
    前記第1のトランジスタの制御電極に電圧を印加する第2のトランジスタと、
    前記表示素子の一方の電極に電流を通電する第3のトランジスタと、
    前記単位回路を選択するための走査信号が印加される第1の電極線と、
    前記表示素子に電流を通電するための第2の電極線と、を有し、
    前記第2および前記第3のトランジスタの制御電極は前記第1の電極線に接続され、
    前記第1および前記第2のトランジスタの第1電極は第2の電極線に接続され、
    前記第2のトランジスタの第2電極は前記第1のトランジスタの制御電極に接続され、
    前記第1のトランジスタの第2電極および前記第3のトランジスタの第1電極は前記表示素子の前記一方の電極に接続され、
    前記第3のトランジスタの第2電極は隣接する前記単位回路の第1の電極線に接続されていることを特徴とする表示装置。
  7. 前記第1のトランジスタの制御電極と第2電極との間に接続されたコンデンサを有することを特徴とする請求項6に記載の表示装置。
  8. 請求項6または7に記載の表示装置の駆動方法であって、
    前記第1の電極線の1本に、前記第2および第3のトランジスタをオンさせる電圧を印加し、前記第2の電極線に、前記表示素子を活性化させるのと同等の電流を通電する工程と、
    前記第1の電極線に、前記第2および第3のトランジスタをオフさせる電圧を印加し、前記第2の電極線に電圧を印加して前記第1のトランジスタに通電し、前記表示素子を活性化させる工程からなることを特徴とする表示装置の駆動方法。
  9. 請求項6または7の表示装置において、
    前記第1の電極線に接続され、前記単位回路を選択する信号を、前記第1の電極線の1本に出力する状態、および第1の電極線の全てに、前記単位回路を選択しない信号を出力する状態を有する走査回路と、
    前記第2の電極線に接続され、
    前記表示素子を活性化させるのと同等の電流を通電する状態、および前記表示素子に電流を通電させるための電圧を出力する状態を有するデータドライバ回路とを有することを特徴とする表示装置。
  10. 請求項9に記載の表示装置の駆動方法であって、
    前記走査回路が前記単位回路を選択する信号を前記第1の電極線の1本に出力する状態となるとき、前記データドライバ回路は前記表示素子を活性化させるのと同等の電流を通電する状態となり、
    前記走査回路が第1の電極線の全てに前記単位回路を選択しない信号を出力する状態となるとき、前記データドライバ回路は前記表示素子に電流を通電させるための電圧を出力する状態となることを特徴とする表示装置の駆動方法。
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