JP5199367B2 - 表示装置およびその駆動方法 - Google Patents

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Description

本発明は、表示装置に関し、より特定的には、有機ELディスプレイやFEDなどの電流駆動型の表示装置、および、その駆動方法に関する。
近年、薄型、軽量、高速応答可能な表示装置の需要が高まり、これに伴い、有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイやFED(Field Emission Display)に関する研究開発が活発に行われている。
有機ELディスプレイに含まれる有機EL素子は、印加される電圧が高く、流れる電流が多いほど、高い輝度で発光する。ところが、有機EL素子の輝度と電圧の関係は、駆動時間や周辺温度などの影響を受けて容易に変動する。このため、有機ELディスプレイに電圧制御型の駆動方式を適用すると、有機EL素子の輝度のばらつきを抑えることが非常に困難になる。これに対して、有機EL素子の輝度は電流にほぼ比例し、この比例関係は周辺温度などの外的要因の影響を受けにくい。したがって、有機ELディスプレイには電流制御型の駆動方式を適用することが好ましい。
一方、表示装置の画素回路や駆動回路は、アモルファスシリコン、低温多結晶シリコン、CG(Continuous Grain)シリコンなどで構成されたTFT(Thin Film Transistor:薄膜トランジスタ)を用いて構成される。ところが、TFTの特性(例えば、閾値電圧や移動度)には、ばらつきが生じやすい。そこで、有機ELディスプレイの画素回路にはTFTの特性のばらつきを補償する回路が設けられ、この回路の作用により有機EL素子の輝度のばらつきが抑えられる。
電流制御型の駆動方式においてTFTの特性のばらつきを補償する方式は、駆動用TFTに流れる電流の量を電流信号で制御する電流プログラム方式と、この電流の量を電圧信号で制御する電圧プログラム方式とに大別される。電流プログラム方式を用いれば閾値電圧と移動度のばらつきを補償することができ、電圧プログラム方式を用いれば閾値電圧のばらつきのみを補償することができる。
ところが、電流プログラム方式には、第1に、非常に微少な量の電流を扱うので画素回路や駆動回路の設計が困難である、第2に、電流信号を設定する間に寄生容量の影響を受けやすいので大面積化が困難であるという問題がある。これに対して、電圧プログラム方式では、寄生容量などの影響は軽微であり、回路設計も比較的容易である。また、移動度のばらつきが電流量に与える影響は、閾値電圧のばらつきが電流量に与える影響よりも小さく、移動度のばらつきはTFT作製工程である程度抑えることができる。したがって、電圧プログラム方式を適用した表示装置でも、十分な表示品位が得ることができる。
電流制御型の駆動方式を適用した有機ELディスプレイについては、従来から各種の構成が知られている。例えば特許文献1には、図2に示す画素回路100(詳細は後述)を図13に示すタイミングチャートに従って駆動することが記載されている。図13に示す駆動方法では、時刻t1より前では、走査線Giと制御配線Wiの電位はハイレベルに、制御配線Riの電位はローレベルに、データ線Sjの電位は基準電位Vpcに制御される。時刻t1において走査線Giの電位がローレベルに変化すると、スイッチ用TFT111が導通状態に変化する。次に時刻t2において制御配線Wiの電位がローレベルに変化すると、スイッチ用TFT112が導通状態に変化する。これにより、駆動用TFT110のゲート端子とドレイン端子は、短絡されて同電位となる。
次に時刻t3において制御配線Riの電位がハイレベルに変化すると、スイッチ用TFT113が非導通状態に変化する。このとき、電源配線Vpから駆動用TFT110とスイッチ用TFT112を経由して駆動用TFT110のゲート端子に電流が流れ込み、駆動用TFT110のゲート端子電位は駆動用TFT110が導通状態である間は上昇する。駆動用TFT110はゲート−ソース間電圧が閾値電圧Vth(負の値)になると非導通状態に変化するので、駆動用TFT110のゲート端子電位は(VDD+Vth)まで上昇する。
次に時刻t4において制御配線Wiの電位がハイレベルに変化すると、スイッチ用TFT112が非導通状態に変化する。このときコンデンサ121には、駆動用TFT110のゲート端子とデータ線Sjとの電位差(VDD+Vth−Vpc)が保持される。
次に時刻t5においてデータ線Sjの電位が基準電位Vpcからデータ電位Vdataに変化すると、駆動用TFT110のゲート端子電位は、同じ量(Vdata−Vpc)だけ変化して(VDD+Vth+Vdata−Vpc)となる。次に時刻t6において走査線Giの電位がハイレベルに変化すると、スイッチ用TFT111が非導通状態に変化する。このときコンデンサ122には、駆動用TFT110のゲート−ソース間電圧(Vth+Vdata−Vpc)が保持される。
次に時刻t7において、データ線Sjの電位がデータ電位Vdataから基準電位Vpcに変化する。次に時刻t8において制御配線Riの電位がローレベルに変化すると、スイッチ用TFT113が導通状態に変化する。これにより、電源配線Vpから駆動用TFT110とスイッチ用TFT113を経由して有機EL素子130に電流が流れる。駆動用TFT110を流れる電流の量はゲート端子電位(VDD+Vth+Vdata−Vpc)に応じて増減するが、閾値電圧Vthが異なっていても電位差(Vdata−Vpc)が同じであれば電流量は同じである。したがって、閾値電圧Vthの値にかかわらず、有機EL素子130にはデータ電位Vdataに応じた量の電流が流れ、有機EL素子130はデータ電位Vdataに応じた輝度で発光する。
このように図2に示す画素回路100を図13に示すタイミングチャートに従って駆動することにより、駆動用TFT110の閾値電圧Vthにかかわらず、有機EL素子130に所望量の電流を流し、有機EL素子130を所望の輝度で発光させることができる。
特許文献2には、図14に示す画素回路900を図15に示すタイミングチャートに従って駆動することが記載されている(ただし、本願発明との対比を容易にするために、信号線の名称は変更されている)。図15に示す駆動方法では、時刻t1より前では、走査線G1i、G2iの電位はハイレベルに、制御配線Eiの電位はローレベルに制御される。時刻t1において制御配線Eiの電位がハイレベルに変化すると、スイッチ用TFT913、914が非導通状態に変化する。次に時刻t2において走査線G1i、G2iの電位がローレベルに変化すると、スイッチ用TFT911、912、915が導通状態に変化する。これにより、駆動用TFT910のゲート端子とドレイン端子は短絡されて同電位となり、駆動用TFT910のゲート端子電位Vgは電源配線Vintの電位Vpcに等しくなる。また、スイッチ用TFT911とコンデンサ921の接続点(以下、接続点Bという)には、データ線Sjの電位Vdataが印加される。
次に時刻t3において走査線G2iの電位がハイレベルに変化すると、スイッチ用TFT915が非導通状態に変化する。このとき、電源配線Vpから駆動用TFT910とスイッチ用TFT912を経由して駆動用TFT910のゲート端子に電流が流れ込み、駆動用TFT910のゲート端子電位Vgは駆動用TFT910が導通状態である間は上昇する。駆動用TFT910はゲート−ソース間電圧が閾値電圧Vth(負の値)になると非導通状態に変化するので、駆動用TFT910のゲート端子電位Vgは(VDD+Vth)まで上昇する。
次に時刻t4において、走査線G1iの電位がハイレベルに変化し、制御配線Eiの電位がローレベルに変化すると、スイッチ用TFT911、912が非導通状態に変化し、スイッチ用TFT913、914が導通状態に変化する。このとき、接続点Bの電位はVdataからVpcに変化し、駆動用TFT910のゲート端子電位Vgは接続点Bの電位と同じ量だけ変化して(VDD+Vth+Vpc−Vdata)になる。コンデンサ921は、駆動用TFT910のゲート端子と電源配線Vintとの電位差(VDD+Vth−Vdata)を保持する。
時刻t4以降、電源配線Vpから駆動用TFT910とスイッチ用TFT913を経由して有機EL素子930に電流が流れる。駆動用TFT910を流れる電流の量はゲート端子電位(VDD+Vth+Vpc−Vdata)に応じて増減するが、閾値電圧Vthが異なっていても電位差(Vpc−Vdata)が同じであれば電流量は同じである。したがって、閾値電圧Vthの値にかかわらず、有機EL素子930にはデータ電位Vdataに応じた量の電流が流れ、有機EL素子930はデータ電位Vdataに応じた輝度で発光する。
このように図14に示す画素回路900を図15に示すタイミングチャートに従って駆動することにより、駆動用TFT910の閾値電圧Vthにかかわらず、有機EL素子930に所望量の電流を流し、有機EL素子930を所望の輝度で発光させることができる。
なお、電流制御型の駆動方式を適用した有機ELディスプレイの例は、特許文献3や、本出願と出願人および発明者が共通する別の出願(日本国特願2008−131568号、平成20年(2008年)5月20日出願)にも記載されている。
国際公開第98/48403号パンフレット 日本国特開2007−133369号公報 日本国特開2004−341359号公報
"4.0-in. TFT-OLED Displays and a Novel Digital Driving Method"、SID'00 Digest、pp. 924-927、半導体エネルギー研究所 "Continuous Grain Silicon Technology and Its Applications for Active Matrix Display"、AM-LCD 2000、pp. 25-28、半導体エネルギー研究所 "Polymer Light-Emitting Diodes for Use in Flat Panel Display"、AM-LCD' 01、pp. 211-214、University of Cambridge、Cambridge Display Technology
図2に示す画素回路100において駆動用TFT110を飽和領域で動作させた場合、駆動用TFT110のドレイン−ソース間を流れる電流Idsは、駆動用TFT110のゲート−ソース間電圧Vgsを用いて、次式(1)のように表される。
Ids=(1/2)・(W/L)・μ・Cox(Vgs−Vth)2 …(1)
ただし、式(1)において、Wは駆動用TFT110のチャネル幅、Lは駆動用TFT110のチャネル長、μは駆動用TFT110の移動度、Coxは駆動用TFT110のゲート酸化膜容量、Vthは駆動用TFT110の閾値電圧を表す。
式(1)に含まれる値のうち閾値電圧Vthと移動度μには、TFT作製工程でばらつきが生じやすい。このため、図2に示す画素回路100を図13に示すタイミングチャートに従って駆動した場合、有機EL素子130に流れる電流の量は駆動用TFT110の移動度のばらつきの影響を受けて変動するので、有機EL素子130を所望の輝度で発光させることが困難になる。図14に示す画素回路900を図15に示すタイミングチャートに従って駆動した場合にも、同様の問題が発生する。
それ故に、本発明は、電圧プログラム方式を用いて駆動素子の閾値電圧のばらつきと移動度のばらつきの両方を補償する表示装置、および、その駆動方法を提供することを目的とする。
本発明の第1の局面は、電流駆動型の表示装置であって、
複数の走査線と複数のデータ線の各交差点に対応して配置された複数の画素回路と、
前記走査線を用いて書き込み対象の画素回路を選択し、前記データ線に対して表示データに応じたデータ電位を与える駆動回路とを備え、
前記画素回路は、
第1の電源配線と第2の電源配線との間に設けられた電気光学素子と、
前記第1の電源配線と前記第2の電源配線との間に前記電気光学素子と直列に設けられた駆動素子と、
前記駆動素子の制御端子に第1の電極が接続され、前記駆動回路によって制御される第1の制御配線に第2の電極が接続された補償用コンデンサと、
前記駆動素子の制御端子と一方の電流入出力端子との間に設けられ、前記走査線に制御端子が接続された補償用スイッチング素子と
前記駆動素子の一方の電流入出力端子と前記第1の電源配線との間に設けられ、前記駆動回路によって制御される第2の制御配線に制御端子が接続された遮断用スイッチング素子と、
前記駆動素子の他方の電流入出力端子と前記データ線との間に設けられ、前記走査線に制御端子が接続された書き込み用スイッチング素子とを含み、
前記駆動回路は、書き込み対象の画素回路について、前記データ線に前記データ電位を与えながら、前記書き込み用スイッチング素子と前記補償用スイッチング素子を導通状態に、前記遮断用スイッチング素子を非導通状態に制御することにより、前記駆動素子の制御端子に前記表示データと前記駆動素子の閾値電圧に応じた電位を与え、その後に、前記書き込み用スイッチング素子、前記補償用スイッチング素子および前記遮断用スイッチング素子の状態保ったままで前記第1の制御配線に与える電位を切り替えることにより、前記駆動素子の制御端子に前記表示データと前記閾値電圧に応じた書き込み電位を与え
前記駆動回路は、前記駆動素子の制御端子に前記書き込み電位が与えられるように前記第1の制御配線に与える電位を切り替えた後に、前記データ線に与える電位を前記データ電位と比べて前記駆動素子の制御端子の電位により近い基準電位に切り替えることを特徴とする。
本発明の第1の局面によれば、補償用スイッチング素子を導通状態に制御することにより、駆動素子は制御端子に閾値電圧が印加された状態になり、その後に補償用スイッチング素子を導通状態に保ったままで補償用コンデンサの第2の電極に与える電位を切り替えることにより、駆動素子の制御端子に表示データと閾値電圧に応じた書き込み電位が与えられる。黒表示の場合を除き、駆動素子は導通状態になり、補償用スイッチング素子と駆動素子を経由して駆動素子の移動度に応じた電流が流れ、駆動素子の制御端子の電位は駆動素子の移動度に応じて変化する。これにより、電気光学素子の発光時に、駆動素子の閾値電圧のばらつきの影響を受けず、駆動素子の移動度のばらつきの影響も受けない電流を電気光学素子に流すことができる。したがって、駆動素子の閾値電圧のばらつきと移動度のばらつきの両方を補償し、電気光学素子を所望の輝度で発光させることができる。
また、電気光学素子、駆動素子、3個のスイッチング素子(補償用と書き込み用と遮断用)、および、補償用コンデンサを含む画素回路を備えた表示装置について、駆動素子の閾値電圧のばらつきの影響を受けず、駆動素子の移動度のばらつきの影響も受けない電流を電気光学素子に流して、駆動素子の閾値電圧のばらつきと移動度のばらつきの両方を補償することができる。
また、データ線に対してデータ電位を与えながら、書き込み用スイッチング素子と補償用スイッチング素子を導通状態に、遮断用スイッチング素子を非導通状態に制御することにより、駆動素子の制御端子に駆動素子の閾値電圧のばらつき分を補正した電位を与えることができる。次に各スイッチング素子の状態を保ったままで、補償用コンデンサの第2の電極に接続された制御配線に与える電位を好適なレベルに切り替えることにより、駆動素子の制御端子に表示データと閾値電圧に応じた書き込み電位を与えることができる。その後、駆動素子の制御端子の電位は駆動素子の移動度に応じて変化する。これにより、駆動素子の閾値電圧のばらつきの影響を受けず、駆動素子の移動度のばらつきの影響も受けない電流を電気光学素子に流して、駆動素子の閾値電圧のばらつきと移動度のばらつきの両方を補償することができる。
また、データ電位と比べて駆動素子の制御端子の電位により近い基準電位をデータ線に与えることにより、駆動素子の制御端子の電位の変化を小さくすることができる。したがって、駆動素子の移動度が大きい場合でも、駆動素子の移動度が駆動素子の制御端子の電位に与える影響を小さくして、駆動素子の閾値電圧のばらつきと移動度のばらつきの両方を補償することができる。
本発明の第1の実施形態および第1〜第3の参考例に係る表示装置の構成を示すブロック図である。 1の参考例に係る表示装置に含まれる画素回路の回路図である。 1の参考例に係る表示装置における画素回路の駆動方法を示すタイミングチャートである。 1の参考例に係る表示装置に含まれる画素回路の移動度補償期間開始直後の状態を示す図である。 本発明の第の実施形態および第2の参考例に係る表示装置に含まれる画素回路の回路図である。 2の参考例に係る表示装置における画素回路の駆動方法を示すタイミングチャートである。 2の参考例に係る表示装置に含まれる画素回路の移動度補償期間開始直後の状態を示す図である。 インバータの回路図である。 本発明の第の実施形態に係る表示装置における画素回路の駆動方法を示すタイミングチャートである。 本発明の第の実施形態に係る表示装置に含まれる画素回路の移動度補償期間開始直後の状態を示す図である。 第3参考例に係る表示装置に含まれる画素回路の回路図である。 第3参考例に係る表示装置における画素回路の駆動方法を示すタイミングチャートである。 従来の表示装置における画素回路の駆動方法を示すタイミングチャートである。 ある文献に記載された画素回路の回路図である。 図14に示す画素回路の駆動方法を示すタイミングチャートである。
以下、図1〜図12を参照して、本発明の第1の実施形態および第1〜第3の参考例に係る表示装置について説明する。第1の実施形態および各参考例に係る表示装置は、電気光学素子、駆動素子、コンデンサおよび複数のスイッチング素子を含む画素回路を備えている。スイッチング素子は、低温ポリシリコンTFTやCGシリコンTFTやアモルファスシリコンTFTなどで構成することができる。これらTFTの構成や製造プロセスは公知であるので、ここではその説明を省略する。また、電気光学素子には有機EL素子が使用される。有機EL素子の構成も公知であるので、ここではその説明を省略する。
図1は、本発明の第1の実施形態および第1〜第3の参考例に係る表示装置の構成を示すブロック図である。図1に示す表示装置10は、複数の画素回路Aij(iは1以上n以下の整数、jは1以上m以下の整数)、表示制御回路11、ゲートドライバ回路12、および、ソースドライバ回路13を備えている。表示装置10には、互いに平行に配置された複数の走査線Giと、走査線Giに直交するように互いに平行に配置された複数のデータ線Sjとが設けられる。画素回路Aijは、走査線Giとデータ線Sjの各交差点に対応してマトリクス状に配置されている。
これに加えて表示装置10には、複数の制御配線(Ri、Ui、Wiなど;図示せず)が走査線Giと平行に配置されている。また、図1では省略されているが、画素回路Aijの配置領域には電源配線Vpと共通陰極Vcomが配置されている。走査線Giと制御配線はゲートドライバ回路12に接続され、ゲートドライバ回路12によって駆動される。データ線Sjはソースドライバ回路13に接続され、ソースドライバ回路13によって駆動される。
表示制御回路11は、ゲートドライバ回路12に対してタイミング信号OE、スタートパルスYIおよびクロックYCKを出力し、ソースドライバ回路13に対してスタートパルスSP、クロックCLK、表示データDAおよびラッチパルスLPを出力する。
ゲートドライバ回路12とソースドライバ回路13は、画素回路Aijの駆動回路である。ゲートドライバ回路12は走査線Giを用いて書き込み対象の画素回路を選択する走査信号出力回路として機能し、ソースドライバ回路13はデータ線Sjに対して表示データに応じた電位(以下、データ電位という)を与える表示信号出力回路として機能する。
より詳細には、ゲートドライバ回路12は、シフトレジスタ回路、論理演算回路、および、バッファ(いずれも図示せず)を含んでいる。シフトレジスタ回路は、クロックYCKに同期してスタートパルスYIを順次転送する。論理演算回路は、シフトレジスタ回路の各段から出力されたパルスとタイミング信号OEとの間で論理演算を行う。論理演算回路の出力は、バッファを経由して、対応する走査線Giと制御配線に与えられる。
ソースドライバ回路13は、mビットのシフトレジスタ21、レジスタ22、ラッチ回路23、および、m個のD/A変換器24を含んでいる。シフトレジスタ21は、縦続接続されたm個の1ビットレジスタを含んでいる。シフトレジスタ21は、クロックCLKに同期してスタートパルスSPを順次転送し、各段のレジスタからタイミングパルスDLPを出力する。タイミングパルスDLPの出力タイミングに合わせて、レジスタ22には表示データDAが供給される。レジスタ22は、タイミングパルスDLPに従い、表示データDAを記憶する。レジスタ22に1行分の表示データDAが記憶されると、表示制御回路11はラッチ回路23に対してラッチパルスLPを出力する。ラッチ回路23は、ラッチパルスLPを受け取ると、レジスタ22に記憶された表示データを保持する。D/A変換器24は、各データ線Sjに1つずつ設けられる。D/A変換器24は、ラッチ回路23に保持された表示データをアナログ信号電圧に変換し、対応するデータ線Sjに与える。
なお、ここではソースドライバ回路13は、1本の走査線に接続された画素回路に対して1行分のデータ電位を同時に供給する線順次走査を行うこととしたが、これに代えて、各画素回路に対してデータ電位を順に供給する点順次走査を行ってもよい。点順次走査を行うソースドライバ回路の構成は公知であるので、ここでは説明を省略する。
以下、第1の実施形態および各参考例に係る表示装置に含まれる画素回路Aijの詳細を説明する。画素回路Aijに含まれる駆動用TFT、スイッチ用TFTおよび有機EL素子は、それぞれ、駆動素子、スイッチング素子および電気光学素子として機能する。また、電源配線Vpは第1の電源配線に相当し、共通陰極Vcomは第2の電源配線に相当し、電源配線Vintは第3の電源配線に相当する。
(第1の参考例
図2は、第1の参考例に係る表示装置に含まれる画素回路の回路図である。図2に示す画素回路100は、駆動用TFT110、スイッチ用TFT111〜113、コンデンサ121、122、および、有機EL素子130を備えている。画素回路100に含まれるTFTは、いずれもpチャネル型である。画素回路100は、特許文献1(国際公開第98/48403号パンフレット)にも記載されている。
画素回路100は、電源配線Vp、共通陰極Vcom、走査線Gi、制御配線Wi、Riおよびデータ線Sjに接続されている。このうち、電源配線Vpと共通陰極Vcomには、それぞれ、一定の電位VDD、VSS(ただし、VDD>VSS)が印加される。共通陰極Vcomは、表示装置内のすべての有機EL素子130に共通する陰極である。
図2でG、SおよびDと記載したTFTの端子を、それぞれ、ゲート端子、ソース端子およびドレイン端子という。一般にpチャネル型TFTでは、2個の電流入出力端子のうち、印加電圧の低いほうをドレイン端子といい、印加電圧の高いほうをソース端子という。また、nチャネル型TFTでは、2個の電流入出力端子のうち、印加電圧の低いほうをソース端子といい、印加電圧の高いほうをドレイン端子という。しかし、電圧の大小関係に応じて端子名を変更すると説明が複雑になるので、電圧の大小関係が逆になり、2個の電流入出力端子を逆の名称で呼ぶべき場合でも、2個の端子を便宜上図示した名称で呼ぶこととする。また、本参考例では、すべてのTFTにpチャネル型を用いているが、スイッチ用TFTにnチャネル型を用いてもよい。TFTの端子名とTFTの型に関する上記の説明は、第の実施形態および第2〜第3の参考例にも適用される。
画素回路100では、電源配線Vpと共通陰極Vcomとの間に電源配線Vp側から順に、駆動用TFT110、スイッチ用TFT113および有機EL素子130が直列に設けられている。駆動用TFT110のゲート端子とデータ線Sjとの間にはゲート端子側から順に、コンデンサ121およびスイッチ用TFT111が直列に設けられている。駆動用TFT110のゲート端子とドレイン端子との間にはスイッチ用TFT112が設けられ、駆動用TFT110のゲート端子と電源配線Vpとの間にはコンデンサ122が設けられている。スイッチ用TFT111のゲート端子は走査線Giに接続され、スイッチ用TFT112のゲート端子は制御配線Wiに接続され、スイッチ用TFT113のゲート端子は制御配線Riに接続されている。
なお、画素回路100では、スイッチ用TFT111は書き込み用スイッチング素子として、スイッチ用TFT112は補償用スイッチング素子として、スイッチ用TFT113は遮断用スイッチング素子として、コンデンサ121は補償用コンデンサとして、コンデンサ122は保持用コンデンサとして機能する。
特許文献1に記載された表示装置は、画素回路100を図13に示すタイミングチャートに従って駆動することにより、駆動用TFT110の閾値電圧のばらつきを補償する。これに対して、本参考例に係る表示装置は、駆動用TFT110の閾値電圧のばらつきと移動度のばらつきの両方を補償するために、画素回路100を従来とは異なるタイミングチャート(図3)に従って駆動する。
図3は、本参考例に係る表示装置における画素回路100の駆動方法を示すタイミングチャートである。図3には、データ線Sj、制御配線Wi、Riおよび走査線Giの電位の変化と、駆動用TFT110のゲート端子電位Vgの変化とが記載されている。
図3に示すように、時刻t1より前では、走査線Giと制御配線Wiの電位はハイレベルに、制御配線Riの電位はローレベルに、データ線Sjの電位は基準電位Vpcに制御される。時刻t1において走査線Giの電位がローレベルに変化すると、スイッチ用TFT111が導通状態に変化する。このとき、コンデンサ121のスイッチ用TFT111側の電極には、データ線Sjの電位Vpcが印加される。
次に時刻t2において制御配線Wiの電位がローレベルに変化すると、スイッチ用TFT112が導通状態に変化する。これにより、駆動用TFT110のゲート端子とドレイン端子は、短絡されて同電位となる。
次に時刻t3において制御配線Riの電位がハイレベルに変化すると、スイッチ用TFT113が非導通状態に変化する。時刻t3以降、電源配線Vpから駆動用TFT110とスイッチ用TFT112を経由して駆動用TFT110のゲート端子に電流が流れ込み、駆動用TFT110のゲート端子電位は駆動用TFT110が導通状態である間は上昇する。駆動用TFT110は、ゲート−ソース間電圧が閾値電圧Vth(負の値)になる(すなわち、ゲート端子電位が(VDD+Vth)になる)と、非導通状態に変化する。したがって、駆動用TFT110のゲート端子電位は(VDD+Vth)まで上昇する。ここまでは、従来の駆動方法と同じである。
次に時刻t4において、データ線Sjの電位が基準電位Vpcからデータ電位Vdata(黒表示の場合を除き、Vdata<Vpc)に変化する。本参考例に係る表示装置は、スイッチ用TFT112を導通状態に保ったままでデータ線Sjにデータ電位Vdataを与える点で、スイッチ用TFT112を非導通状態に変化させた後にデータ線Sjにデータ電位Vdataを与える従来の表示装置と相違する。
データ線Sjの電位がVpcからVdataに変化すると、コンデンサ121のスイッチ用TFT111側の電極の電位も同様に変化し、駆動用TFT110のゲート端子電位は同じ量(Vdata−Vpc)だけ変化する。この結果、時刻t4における駆動用TFT110のゲート端子電位Vgとゲート−ソース間電圧Vgsは、それぞれ、次式(2)と(3)に示すようになる。
Vg =VDD+Vth+(Vdata−Vpc) …(2)
Vgs=Vth+(Vdata−Vpc) …(3)
図4は、時刻t4の直後の画素回路100の状態を示す図である。時刻t4以降、駆動用TFT110は、ゲート−ソース間電圧Vgsの低下に伴い、導通状態に変化する(ただし、黒表示の場合を除く)。また、スイッチ用TFT112は、時刻t4以降も導通状態にある。このため、図4に示すように、時刻t4の直後から、電源配線Vpから駆動用TFT110とスイッチ用TFT112を経由して駆動用TFT110のゲート端子に電流Iaが流れ込み、駆動用TFT110のゲート端子電位Vgは上昇する(図4では上昇量をαと記載)。
次に時刻t5において走査線Giの電位がハイレベルに変化すると、スイッチ用TFT111が非導通状態に変化する。画素回路100の選択期間は、この時点で終了する。次に時刻t6において、データ線Sjの電位がデータ電位Vdataから基準電位Vpcに変化する。時刻t5以降スイッチ用TFT111は非導通状態にあるので、時刻t6においてデータ線Sjの電位が変化しても、画素回路100はその影響を受けない。
次に時刻t7において制御配線Wiの電位がハイレベルに変化すると、スイッチ用TFT112が非導通状態に変化する。このため時刻t7以降、電源配線Vpから駆動用TFT110のゲート端子に至る電流経路は遮断され、駆動用TFT110のゲート端子電位はその後は上昇しなくなる。時刻t4から時刻t7までの間(以下、移動度補償期間という)における駆動用TFT110のゲート端子電位の変化量をΔV(ただし、ΔV>0)とすると、時刻t7における駆動用TFT110のゲート端子電位Vgとゲート−ソース間電圧Vgsは、それぞれ、次式(4)と(5)に示すようになる。
Vg =VDD+Vth+(Vdata−Vpc)+ΔV …(4)
Vgs=Vth+(Vdata−Vpc)+ΔV …(5)
また、時刻t7において、コンデンサ122の駆動用TFT110側には、駆動用TFT110のゲート−ソース間電圧(Vth+Vdata−Vpc+ΔV)が保持される。
次に時刻t8において制御配線Riの電位がローレベルに変化すると、スイッチ用TFT113が導通状態に変化する。時刻t8以降、電源配線Vpから駆動用TFT110とスイッチ用TFT113を経由して有機EL素子130に電流が流れる。駆動用TFT110を流れる電流の量は、駆動用TFT110のゲート−ソース間電圧(Vth+Vdata−Vpc+ΔV)に応じて変化する。有機EL素子130は、駆動用TFT110を流れる電流に応じた輝度で発光する。
ここで、まずΔVを無視して考えると、閾値電圧Vthが異なっていても電位差(Vdata−Vpc)が同じであれば、駆動用TFT110を流れる電流の量は同じになる。このため、閾値電圧Vthの値にかかわらず、有機EL素子130にはデータ電位Vdataに応じた量の電流が流れ、有機EL素子130はデータ電位Vdataに応じた輝度で発光する。このように本参考例に係る表示装置によれば、駆動用TFT110の閾値電圧Vthのばらつきを補償することができる。
次に、ΔVを含めて考える。一般にTFTを作製するときには、TFTの特性(閾値電圧Vthや移動度μなど)の目標値を予め定めた上で、作製するTFTの特性を目標値に近づけるために各種の処理が行われる。ところが、作製されたTFTの移動度μは、目標値よりも大きくなる場合と目標値よりも小さくなる場合とがある。以下、駆動用TFT110の移動度μが目標値に等しい場合を基準とする。
移動度補償期間に駆動用TFT110のゲート端子に流れ込む電流(図4に示す電流Ia)は、式(1)と(3)で定まり、駆動用TFT110の移動度μに応じて増減する。駆動用TFT110の移動度μが目標値よりも大きい場合には、移動度補償期間における電流Iaは基準よりも大きくなる。このため、移動度補償期間における駆動用TFT110のゲート端子電位の変化量ΔVは基準よりも大きくなり、時刻t7における駆動用TFT110のゲート−ソース間電圧の絶対値|Vgs|は基準よりも小さくなる。したがって、駆動用TFT110の閾値電圧Vthのばらつきだけを補償した場合と比べて、より基準に近い電流が有機EL素子130に流れる。
一方、駆動用TFT110の移動度μが目標値よりも小さい場合には、移動度補償期間における電流Iaは基準よりも小さくなる。このため、移動度補償期間における駆動用TFT110のゲート端子電位の変化量ΔVは基準よりも小さくなり、時刻t7における駆動用TFT110のゲート−ソース間電圧の絶対値|Vgs|は基準よりも大きくなる。したがって、駆動用TFT110の閾値電圧Vthのばらつきだけを補償した場合と比べて、より基準に近い電流が有機EL素子130に流れる。
このように、本参考例に係る表示装置では、駆動用TFT110の移動度μが大きいときには、移動度補償期間後の駆動用TFT110のゲート−ソース間電圧の絶対値|Vgs|は小さくなり、基準の移動度を有する駆動用TFTにより近い電流が発光時に有機EL素子130に流れる。また、駆動用TFT110の移動度μが小さいときには、移動度補償期間後の駆動用TFT110のゲート−ソース間電圧の絶対値|Vgs|は大きくなり、基準の移動度を有する駆動用TFTにより近い電流が発光時に有機EL素子130に流れる。このため、移動度μの値にかかわらず、有機EL素子130にはデータ電位Vdataに応じた量の電流が流れ、有機EL素子130はデータ電位Vdataに応じた輝度で発光する。したがって、本参考例に係る表示装置によれば、駆動用TFT110の閾値電圧のばらつきに加えて、駆動用TFT110の移動度のばらつきを補償することができる。
なお、本参考例に係る表示装置では、データ線Sjの電位がデータ電位Vdataから基準電位Vpcに変化するタイミングは、走査線Giの電位がハイレベルに変化した後であれば、いつでもよい。すなわち、時刻t6は、時刻t5より後であればいつでもよい。また、制御配線Wiの電位がハイレベルに変化するタイミングは、データ線Sjの電位が基準電位Vpcからデータ電位Vdataに変化した後、かつ、制御配線Riの電位がローレベルに変化する前の範囲内で決定される。すなわち、時刻t7は、時刻t4から時刻t8の範囲内で決定される。時刻t7は、駆動用TFT110の移動度μ、閾値電圧Vthのばらつき、および、移動度μのばらつきなどに基づき決定される。
以上に示すように、本参考例に係る表示装置によれば、図2に示す画素回路100を図3に示すタイミングチャートに従って駆動することにより、駆動用TFT110の閾値電圧のばらつきと移動度のばらつきの両方を補償し、有機EL素子130を所望の輝度で発光させることができる。
(第2の参考例
図5は、第2の参考例に係る表示装置に含まれる画素回路の回路図である。図5に示す画素回路200は、駆動用TFT210、スイッチ用TFT211〜213、コンデンサ221、および、有機EL素子230を備えている。画素回路200に含まれるTFTは、いずれもnチャネル型である。画素回路200は、本出願と出願人および発明者が共通する別の出願(日本国特願2008−131568号)にも記載されている。
画素回路200は、電源配線Vp、共通陰極Vcom、走査線Gi、制御配線Ri、Uiおよびデータ線Sjに接続されている。このうち、電源配線Vpと共通陰極Vcomには、それぞれ、一定の電位VDD、VSS(ただし、VDD>VSS)が印加される。共通陰極Vcomは、表示装置内のすべての有機EL素子230に共通する陰極である。
画素回路200では、電源配線Vpと共通陰極Vcomとの間に電源配線Vp側から順に、スイッチ用TFT213、駆動用TFT210および有機EL素子230が直列に設けられている。駆動用TFT210のソース端子とデータ線Sjとの間にはスイッチ用TFT211が設けられ、駆動用TFT210のゲート端子とドレイン端子との間にはスイッチ用TFT212が設けられ、駆動用TFT210のゲート端子と制御配線Uiとの間にはコンデンサ221が設けられている。スイッチ用TFT211、212のゲート端子はいずれも走査線Giに接続され、スイッチ用TFT213のゲート端子は制御配線Riに接続されている。
なお、画素回路200では、スイッチ用TFT211は書き込み用スイッチング素子として、スイッチ用TFT212は補償用スイッチング素子として、スイッチ用TFT213は遮断用スイッチング素子として、コンデンサ221は補償用コンデンサとして機能する。
図6は、本参考例に係る表示装置における画素回路200の駆動方法を示すタイミングチャートである。図6には、走査線Gi、制御配線Ri、Uiおよびデータ線Sjの電位の変化と、駆動用TFT210のゲート端子電位Vgの変化とが記載されている。図6において、Vg0は、画素回路200に対して前回にデータ電位を書き込んだ後の駆動用TFT210のゲート端子電位を表す。
図6に示すように、時刻t1より前では、走査線Giの電位はローレベルに、制御配線Riの電位はハイレベルに、制御配線Uiの電位は相対的に高い電位V1に制御される。このため、スイッチ用TFT211、212は非導通状態、スイッチ用TFT213は導通状態にある。このとき駆動用TFT210は導通状態にあるので、電源配線Vpからスイッチ用TFT213と駆動用TFT210を経由して有機EL素子230に電流が流れ、有機EL素子230は所定の輝度で発光する。
次に時刻t1において、走査線Giの電位がハイレベルに変化すると共に、データ線Sjに新たなデータ電位Vdataが印加される。このため、スイッチ用TFT211、212は導通状態になり、データ線Sjからスイッチ用TFT211を経由して駆動用TFT210のソース端子にデータ電位Vdataが印加される。
ただし、このときに印加されるデータ電位Vdataは、有機EL素子230が非発光状態となるように決定される。具体的には、共通陰極Vcomの電位をVSS、有機EL素子230の発光閾値電圧をVth_oledとしたとき、データ電位Vdataは、電位VSSとの差が発光閾値電圧Vth_oled以下になるように決定される。これを式で表すと、次式(6)のようになる。
Vth_oled≧Vdata−VSS …(6)
また、スイッチ用TFT212が導通状態にあるので、駆動用TFT210のゲート−ドレイン間は短絡され、駆動用TFT210のゲート端子とドレイン端子には電源配線Vpから電位VDDが印加される。したがって、駆動用TFT210のゲート−ソース間電圧Vgsは、次式(7)のようになる。
Vgs=VDD−Vdata …(7)
次に時刻t2において、制御配線Uiの電位が相対的に低い電位V2に変化する。次に時刻t3において、制御配線Riの電位がローレベルに変化する。このため、スイッチ用TFT213は非導通状態になり、駆動用TFT210のゲート端子(および、これに短絡されたドレイン端子)からソース端子に電流が流れ、駆動用TFT210のゲート端子電位は徐々に下降する。駆動用TFT210のゲート−ソース間電圧が駆動用TFT210の閾値電圧Vthに等しくなったとき(すなわち、ゲート端子電位が(Vdata+Vth)になったとき)に、駆動用TFT210は非導通状態になり、駆動用TFT210のゲート端子電位はその後は下降しなくなる。この時点で駆動用TFT210は、閾値電圧Vthにかかわらず、ゲート−ソース間に閾値電圧Vthが印加された状態になる。
時刻t3以降に駆動用TFT210のソース端子まで流れた電流は、有機EL素子230の抵抗成分とスイッチ用TFT211の導通時の抵抗成分とに応じて、有機EL素子230とスイッチ用TFT211に流れる。一般に、有機EL素子の寿命は、電流を多く流すほど短くなる。そこで、有機EL素子230に電流が流れることを防止するために、式(6)を満たすデータ電位Vdataを使用することが好ましい。そのようなデータ電位Vdataを使用した場合、有機EL素子230の陽極と陰極は同電位になるか、有機EL素子230に逆方向バイアス電圧が印加されるかのいずれかになる。これにより、時刻t3以降に電流が有機EL素子230に流れることを防止し、有機EL素子230の寿命を延ばすことができる。
次に時刻t4において、制御配線Uiの電位がV2からV1に変化する。また、制御配線Uiと駆動用TFT210のゲート端子はコンデンサ221を介して接続されている。このため、制御配線Uiの電位がV2からV1に変化すると、駆動用TFT210のゲート端子電位は同じ量(V1−V2)だけ変化して、次式(8)に示すようになる。
Vg=Vdata+Vth+V1−V2 …(8)
図7は、時刻t4の直後の画素回路200の状態を示す図である。時刻t4以降、駆動用TFT210は、ゲート−ソース間電圧Vgsの上昇に伴い、導通状態に変化する(ただし、黒表示の場合を除く)。また、スイッチ用TFT212は、時刻t4以降も導通状態にある。このため、図7に示すように、時刻t4の直後から、駆動用TFT210のゲート端子(および、これに短絡されたドレイン端子)からスイッチ用TFT212と駆動用TFT210とスイッチ用TFT211を経由してデータ線Sjに電流Ibが流れ出し、駆動用TFT210のゲート端子電位Vgは下降する(図7では下降量をβと記載)。
次に時刻t5において走査線Giの電位がローレベルに変化すると、スイッチ用TFT211、212が非導通状態に変化する。時刻t4から時刻t5までの間(以下、移動度補償期間という)における駆動用TFT210のゲート端子電位の変化量を−ΔV(ただし、ΔV>0)とすると、時刻t5における駆動用TFT210のゲート端子電位Vgは、次式(9)に示すようになる。
Vg=Vdata+Vth+V1−V2−ΔV …(9)
また、時刻t5では、コンデンサ221の電極間の電位差は(Vdata+Vth−V2−ΔV)である。時刻t5以降、コンデンサ221にはこの電位差が保持される。なお、時刻t5は、駆動用TFT210の移動度μ、閾値電圧Vthのばらつき、および、移動度μのばらつきなどに基づき決定される。
次に時刻t6において制御配線Riの電位がハイレベルに変化すると、スイッチ用TFT213が導通状態に変化し、駆動用TFT210のドレイン端子には電源配線Vpから電位VDDが印加される。コンデンサ221の作用により、駆動用TFT210のゲート端子電位は、時刻t6以降も(Vdata+Vth+V1−V2−ΔV)に保たれる。このため、時刻t6以降、電源配線Vpからスイッチ用TFT213と有機EL素子230を経由して有機EL素子230に、上記ゲート端子電位から駆動用TFT210の閾値電圧Vthを引いた電位(Vdata+V1−V2−ΔV)に応じた電流が流れ、有機EL素子230は当該電流に応じた輝度で発光する。
そこで、走査線Giの電位がハイレベルである期間(時刻t1から時刻t5)にデータ線Sjに印加されるデータ電位Vdataは、有機EL素子230を所望の輝度で発光させるために本来印加すべきデータ電位Vdata’から制御配線Uiの電位の振幅分(V1−V2)を引いた電位に設定される。これを式で表すと、次式(10)のようになる。
Vdata=Vdata’−(V1−V2) …(10)
ここで、まずΔVを無視して考えると、閾値電圧Vthが異なっていても電位(Vdata+V1−V2)が同じであれば、駆動用TFT210を流れる電流の量は同じになる。このため、閾値電圧Vthの値にかかわらず、有機EL素子230にはデータ電位Vdataに応じた量の電流が流れ、有機EL素子230はデータ電位Vdataに応じた輝度で発光する。このように本参考例に係る表示装置によれば、駆動用TFT210の閾値電圧Vthのばらつきを補償することができる。
次に、ΔVを含めて考える。移動度補償期間に駆動用TFT210のゲート端子から流れ出す電流(図7に示す電流Ib)は、式(1)に示すように、駆動用TFT210の移動度μに応じて増減する。駆動用TFT210の移動度μが目標値よりも大きい場合には、移動度補償期間における電流Ibは基準よりも大きくなる。このため、移動度補償期間における駆動用TFT210のゲート端子電位の変化量ΔVは基準よりも大きくなり、時刻t5における駆動用TFT210のゲート−ソース間電圧の絶対値|Vgs|は基準よりも小さくなる。したがって、駆動用TFT210の閾値電圧Vthのばらつきだけを補償した場合と比べて、より基準に近い電流が有機EL素子230に流れる。
一方、駆動用TFT210の移動度μが目標値よりも小さい場合には、移動度補償期間における電流Ibは基準よりも小さくなる。このため、移動度補償期間における駆動用TFT210のゲート端子電位の変化量ΔVは基準よりも小さくなり、時刻t5における駆動用TFT210のゲート−ソース間電圧の絶対値|Vgs|は基準よりも大きくなる。したがって、駆動用TFT210の閾値電圧Vthのばらつきだけを補償した場合と比べて、より基準に近い電流が有機EL素子230に流れる。
このように、本参考例に係る表示装置でも、第1の参考例と同様に、駆動用TFT210の移動度μが大きいときには、移動度補償期間後の駆動用TFT210のゲート−ソース間電圧の絶対値|Vgs|は小さくなり、基準の移動度を有する駆動用TFTにより近い電流が発光時に有機EL素子230に流れる。一方、駆動用TFT210の移動度μが小さいときには、移動度補償期間後の駆動用TFT210のゲート−ソース間電圧の絶対値|Vgs|は大きくなり、基準の移動度を有する駆動用TFTにより近い電流が発光時に有機EL素子230に流れる。このため、移動度μの値にかかわらず、有機EL素子230にはデータ電位Vdataに応じた量の電流が流れ、有機EL素子230はデータ電位Vdataに応じた輝度で発光する。したがって、本参考例に係る表示装置によれば、駆動用TFT210の閾値電圧のばらつきに加えて、駆動用TFT210の移動度のばらつきを補償することができる。
また、データ線Sjに対して式(6)を満たすデータ電位を与えることにより、データ線Sjの電位を画素回路200に書き込んだだけでは、有機EL素子230は発光しなくなる。これにより、他の画素回路200を発光させたままで書き込み対象の画素回路200だけを非発光状態に制御し、発光デューティー比を高くすることができる。
図6に示すように、ゲートドライバ回路12は、制御配線Uiの電位を2段階(V1とV2)に変化させる。このため、ゲートドライバ回路12の最終段には、バッファ回路として、図8に示すインバータ回路が設けられる。図8に示すインバータ回路は、入力信号INに応じて、制御配線Uiの電位を2段階に変化させる。
制御配線Uiの電位を3段階以上に変化させるためには、図8よりも複雑な回路が必要になり、ドライバ回路の面積が増大する。このため、ドライバ回路をガラス基板上に形成する場合には、額縁の拡大と歩留りの低下が問題になり、ドライバ回路をICに内蔵する場合には、チップ面積の増大に伴うコストの上昇と歩留りの低下、および、回路の複雑化に伴う消費電力の増大が問題となる。本参考例に係る表示装置は、制御配線Uiの電位を2段階に変化させるゲートドライバ回路12を備えている。このようなゲートドライバ回路は、簡単に構成することができる。
なお、本参考例に係る表示装置では、制御配線Uiの電位がV1からV2に変化するタイミングは、走査線Giの電位がハイレベルに変化する前でもよい。すなわち、時刻t2は時刻t1より前でもよい。この方法によれば、走査線Giの本数が多く、走査線Giの電位がハイレベルである時間が短い場合でも、駆動用TFT210の閾値電圧のばらつきと移動度のばらつきを補償することができる。ただし、この方法を用いると、有機EL素子230に順方向バイアス電圧が印加されて、有機EL素子230が不要に発光し、画面のコントラストが低下することがある。したがって、図6に示すように、走査線Giの電位がハイレベルに変化した後に、制御配線Uiの電位がV1からV2に変化するほうがより好ましい。
また、画素回路200では、スイッチ用TFT211、212のゲート端子を同一の走査線Giに接続することとしたが、スイッチ用TFT211、212をほぼ同じタイミングで変化する別々の制御配線に接続してもよい。
以上に示すように、本参考例に係る表示装置によれば、図5に示す画素回路200を図6に示すタイミングチャートに従って駆動することにより、駆動用TFT210の閾値電圧のばらつきと移動度のばらつきの両方を補償し、有機EL素子230を所望の輝度で発光させることができる。
(第の実施形態)
本発明の第の実施形態に係る表示装置は、第2の参考例に係る表示装置と同じく、図5に示す画素回路200を備えている。本実施形態に係る表示装置は、画素回路200を第2の参考例とは異なるタイミングチャート(図9)に従って駆動する。
図9は、本実施形態に係る表示装置における画素回路200の駆動方法を示すタイミングチャートである。図9に示すように、本実施形態に係る表示装置では、時刻t4から時刻t5までの間(移動度補償期間)、データ線Sjの電位はデータ電位Vdataよりも高い基準電位Vpcになる。これ以外の点では、図9に示すタイミングチャートは図6に示すタイミングチャートと同じである。
このように本実施形態に係る表示装置では、制御配線Uiの電位がV2からV1(駆動用TFT210が導通状態になる電位)に変化した後に、データ線Sjの電位は、データ電位Vdataよりも駆動用TFT210のゲート端子電位に近い電位に変化する。
基準電位Vpcは、階調反転を防止するために、データ電位Vdataが最小のときの駆動用TFT210のゲート端子電位よりも小さくなるように決定される。すなわち、最小階調を表示するときのデータ電位VdataをVmとしたとき、基準電位Vpcは次式(11)を満たすように決定される。
Vpc<Vm+Vth+V1−V2 …(11)
本実施形態に係る表示装置によれば、画素回路200を図9に示すタイミングチャートに従って駆動することにより、第2の参考例と同様に、駆動用TFT210の閾値電圧のばらつきの影響を受けず、駆動用TFT210の移動度のばらつきの影響も受けない電流を有機EL素子230に流して、駆動用TFT210の閾値電圧のばらつきと移動度のばらつきの両方を補償することができる。
以下、本実施形態に係る表示装置に特有の効果を説明する。図10は、本実施形態に係る表示装置における時刻t4の直後の画素回路200の状態を示す図である。本実施形態に係る表示装置でも、第2の参考例と同様に、時刻t4以降、駆動用TFT210のゲート端子からデータ線Sjに電流Icが流れ出し、駆動用TFT210のゲート端子電位Vgは下降する(図10では下降量をγと記載)。
ところで、TFTの中には移動度が大きいものがある。例えば、アモルファスシリコンTFTの移動度は10cm2 /Vsに満たないが、低温ポリシリコンTFTやCGシリコンTFTの移動度は100cm2 /Vsを超える。このため、移動度が大きいTFTを用いて第2の参考例に係る表示装置を構成した場合、移動度補償期間における駆動用TFT210のゲート端子電位の変化量ΔVが大きくなり、駆動用TFT210の閾値電圧のばらつきを正しく補償できなくなることがある。
これに対して本実施形態に係る表示装置では、時刻t4以降にデータ線Sjに与えられる基準電位Vpcは、データ電位Vdataよりも駆動用TFT210のゲート端子電位に近い。このため、時刻t4以降に駆動用TFT210のゲート端子からデータ線Sjに流れる電流Icは第2の参考例よりも少なくなり(Ic<Ib)、駆動用TFT210のゲート端子電位Vgの変化量も第2の参考例よりも小さくなる(γ<β)。この結果、移動度補償期間における駆動用TFT210のゲート端子電位の変化量は、第2の参考例よりも小さくなる。
したがって、本実施形態に係る表示装置によれば、駆動用TFT210の移動度が大きい場合でも、駆動用TFT210の移動度が駆動用TFT210のゲート端子電位に与える影響を小さくして、駆動用TFT210の閾値電圧のばらつきと移動度のばらつきの両方を補償することができる。
(第参考例
図11は、第3参考例に係る表示装置に含まれる画素回路の回路図である。図11に示す画素回路300は、駆動用TFT310、スイッチ用TFT311〜315、コンデンサ321、および、有機EL素子330を備えている。画素回路300に含まれるTFTは、いずれもpチャネル型である。画素回路300は、特許文献2(日本国特開2007−133369号公報)に記載された画素回路(図14)を、すべてのスイッチ用TFTのゲート端子を互いに異なる信号線に接続するように変形したものである。
画素回路300は、電源配線Vp、Vint、共通陰極Vcom、走査線G1i、G2i、G3i、制御配線E1i、E2iおよびデータ線Sjに接続されている。このうち、電源配線Vpと共通陰極Vcomには、それぞれ、一定の電位VDD、VSS(ただし、VDD>VSS)が印加され、電源配線Vintには一定の電位Vpcが印加される。共通陰極Vcomは、表示装置内のすべての有機EL素子330に共通する陰極である。
画素回路300では、電源配線Vpと共通陰極Vcomとの間に電源配線Vp側から順に、駆動用TFT310、スイッチ用TFT313および有機EL素子330が直列に設けられている。駆動用TFT310のゲート端子とデータ線Sjとの間にはゲート端子側から順に、コンデンサ321およびスイッチ用TFT311が直列に設けられている。駆動用TFT310のゲート端子とドレイン端子との間にはスイッチ用TFT312が設けられている。以下、スイッチ用TFT311とコンデンサ321の接続点を接続点Aという。接続点Aと電源配線Vintの間にはスイッチ用TFT314が設けられ、駆動用TFT310のドレイン端子と電源配線Vintの間にはスイッチ用TFT315が設けられている。
スイッチ用TFT311のゲート端子は走査線G1iに接続され、スイッチ用TFT312のゲート端子は走査線G3iに接続され、スイッチ用TFT313のゲート端子は制御配線E2iに接続され、スイッチ用TFT314のゲート端子は制御配線E1iに接続され、スイッチ用TFT315のゲート端子は走査線G2iに接続されている。走査線G1i、G2i、G3iは、図1では走査線Giに相当する。
なお、画素回路300では、スイッチ用TFT311は書き込み用スイッチング素子として、スイッチ用TFT312は補償用スイッチング素子として、スイッチ用TFT313は遮断用スイッチング素子として、スイッチ用TFT314は第1の初期化用スイッチング素子として、スイッチ用TFT315は第2の初期化用スイッチング素子として、コンデンサ321は補償用コンデンサとして機能する。
図12は、本参考例に係る表示装置における画素回路300の駆動方法を示すタイミングチャートである。図12には、走査線G1i、G2i、G3i、制御配線E1i、E2iおよびデータ線Sjの電位の変化と、駆動用TFT310のゲート端子電位Vgの変化とが記載されている。
図12に示すように、時刻t1より前では、走査線G1i、G2i、G3iの電位はハイレベルに、制御配線E1i、E2iの電位はローレベルに制御される。次に時刻t1において制御配線E1i、E2iの電位がハイレベルに変化すると、スイッチ用TFT313、314が非導通状態に変化する。
次に時刻t2において走査線G1i、G2i、G3iの電位がローレベルに変化すると、スイッチ用TFT311、312、315が導通状態に変化する。これにより、駆動用TFT310のゲート端子とドレイン端子は短絡されて同電位となり、駆動用TFT310のゲート端子電位Vgは電源配線Vintの電位Vpcに等しくなる。また、接続点Aには、データ線Sjの電位Vdataが印加される。
次に時刻t3において走査線G2iの電位がハイレベルに変化すると、スイッチ用TFT315が非導通状態に変化する。このとき、電源配線Vpから駆動用TFT310とスイッチ用TFT312を経由して駆動用TFT310のゲート端子に電流が流れ込み、駆動用TFT310のゲート端子電位Vgは駆動用TFT310が導通状態である間は上昇する。駆動用TFT310はゲート−ソース間電圧が閾値電圧Vth(負の値)になると非導通状態に変化するので、駆動用TFT310のゲート端子電位Vgは(VDD+Vth)まで上昇する。
次に時刻t4において、走査線G1iの電位がハイレベルに変化し、制御配線E1iの電位がローレベルに変化すると、スイッチ用TFT311が非導通状態に変化し、スイッチ用TFT314が導通状態に変化する。このとき、接続点Aの電位はVdataからVpcに変化し、駆動用TFT310のゲート端子電位Vgは接続点Aの電位と同じ量だけ変化する。この結果、時刻t4における駆動用TFT310のゲート端子電位Vgとゲート−ソース間電圧Vgsは、それぞれ、次式(12)と(13)に示すようになる。
Vg =VDD+Vth+(Vpc−Vdata) …(12)
Vgs=Vth+(Vpc−Vdata) …(13)
また、時刻t4において、コンデンサ321の駆動用TFT310側には、駆動用TFT310のゲート−ソース間電圧(Vth+Vpc−Vdata)が一時的に保持される。時刻t4以降、電源配線Vpから駆動用TFT310とスイッチ用TFT312を経由して駆動用TFT310のゲート端子に電流が流れ込み、駆動用TFT310のゲート端子電位Vgは上昇する。
次に時刻t5において走査線G3iの電位がハイレベルに変化すると、スイッチ用TFT312が非導通状態に変化する。このため時刻t5以降、電源配線Vpから駆動用TFT310のゲート端子に至る電流経路は遮断され、駆動用TFT310のゲート端子電位はその後は上昇しなくなる。時刻t4から時刻t5までの間(以下、移動度補償期間という)における駆動用TFT310のゲート端子電位の変化量をΔV(ただし、ΔV>0)とすると、時刻t5における駆動用TFT310のゲート端子電位Vgとゲート−ソース間電圧Vgsは、それぞれ、次式(14)と(15)に示すようになる。
Vg =VDD+Vth+(Vpc−Vdata)+ΔV …(14)
Vgs=Vth+(Vpc−Vdata)+ΔV …(15)
次に時刻t6において制御配線E2iの電位がローレベルに変化すると、スイッチ用TFT313が導通状態に変化する。時刻t6以降、電源配線Vpから駆動用TFT310とスイッチ用TFT313を経由して有機EL素子330に電流が流れる。駆動用TFT310を流れる電流の量は、駆動用TFT310のゲート−ソース間電圧(Vth+Vpc−Vdata+ΔV)に応じて変化する。有機EL素子330は、駆動用TFT310を流れる電流に応じた輝度で発光する。
ここで、まずΔVを無視して考えると、閾値電圧Vthが異なっていても電位差(Vpc−Vdata)が同じであれば、駆動用TFT310を流れる電流の量は同じになる。このため、閾値電圧Vthの値にかかわらず、有機EL素子330にはデータ電位Vdataに応じた量の電流が流れ、有機EL素子330はデータ電位Vdataに応じた輝度で発光する。このように本参考例に係る表示装置によれば、駆動用TFT310の閾値電圧Vthのばらつきを補償することができる。
次に、ΔVを含めて考える。移動度補償期間に駆動用TFT310のゲート端子に流れ込む電流は、式(1)と(13)で定まり、駆動用TFT310の移動度μに応じて増減する。駆動用TFT310の移動度μが目標値よりも大きい場合には、移動度補償期間における電流は基準よりも大きくなる。このため、移動度補償期間における駆動用TFT310のゲート端子電位の変化量ΔVは基準よりも大きくなり、時刻t5における駆動用TFT310のゲート−ソース間電圧の絶対値|Vgs|は基準よりも小さくなる。したがって、駆動用TFT310の閾値電圧Vthのばらつきのみを補償した場合と比べて、より基準に近い電流が有機EL素子330に流れる。
一方、駆動用TFT310の移動度μが目標値よりも小さい場合には、移動度補償期間における電流は基準よりも小さくなる。このため、移動度補償期間における駆動用TFT310のゲート端子電位の変化量ΔVは基準よりも小さくなり、時刻t5における駆動用TFT310のゲート−ソース間電圧の絶対値|Vgs|は基準よりも大きくなる。したがって、駆動用TFT310の閾値電圧Vthのばらつきのみを補償した場合と比べて、より基準に近い電流が有機EL素子330に流れる。
このため、移動度μの値にかかわらず、有機EL素子330にはデータ電位Vdataに応じた量の電流が流れ、有機EL素子330はデータ電位Vdataに応じた輝度で発光する。したがって、本参考例に係る表示装置によれば、駆動用TFT310の閾値電圧のばらつきに加えて、駆動用TFT310の移動度のばらつきを補償することができる。
以上に示すように、本参考例に係る表示装置によれば、図11に示す画素回路300を図12に示すタイミングチャートに従って駆動することにより、駆動用TFT310の閾値電圧のばらつきと移動度のばらつきの両方を補償し、有機EL素子330を所望の輝度で発光させることができる。
なお、以上の説明では、画素回路は電気光学素子として有機EL素子を含むこととしたが、画素回路は電気光学素子として、半導体LED(Light Emitting Diode)やFEDの発光部など、有機EL素子以外の電流駆動型の電気光学素子を含んでいてもよい。
また、以上の説明では、画素回路は、電気光学素子の駆動素子として、ガラス基板などの絶縁基板上に形成されるMOSトランジスタ(ここでは、シリコンゲートMOS構造を含めて、MOSトランジスタという)であるTFTを含むこととした。これに限らず、画素回路は、電気光学素子の駆動素子として、電流制御端子に印加する制御電圧に応じて出力電流が変化し、出力電流がゼロとなる制御電圧(閾値電圧)を有する任意の電圧制御型の素子を含んでいてもよい。このため、電気光学素子の駆動素子には、例えば、半導体基板上に形成されるMOSトランジスタなども含む、一般の絶縁ゲート型電界効果トランジスタを用いることができる。
また、本発明は上述した第1の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。第1の実施形態と第1〜第3の参考例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態も、本発明の技術的範囲に含まれる。
本発明の表示装置は、駆動素子の閾値電圧のばらつきと移動度のばらつきの両方を補償できるという効果を奏するので、有機ELディスプレイやFEDなど、電流駆動型の表示素子を備えた各種の表示装置に利用することができる。
10…表示装置
11…表示制御回路
12…ゲートドライバ回路
13…ソースドライバ回路
21…シフトレジスタ
22…レジスタ
23…ラッチ回路
24…D/A変換器
100、200、300、Aij…画素回路
110、210、310…駆動用TFT
111〜113、211〜213、311〜315…スイッチ用TFT
121、122、221、321…コンデンサ
130、230、330…有機EL素子
Gi、G1i、G2i、G3i…走査線
Ri、Ui、Wi、E1i、E2i…制御配線
Sj…データ線
Vp…電源配線
Vcom…共通陰極

Claims (1)

  1. 電流駆動型の表示装置であって、
    複数の走査線と複数のデータ線の各交差点に対応して配置された複数の画素回路と、
    前記走査線を用いて書き込み対象の画素回路を選択し、前記データ線に対して表示データに応じたデータ電位を与える駆動回路とを備え、
    前記画素回路は、
    第1の電源配線と第2の電源配線との間に設けられた電気光学素子と、
    前記第1の電源配線と前記第2の電源配線との間に前記電気光学素子と直列に設けられた駆動素子と、
    前記駆動素子の制御端子に第1の電極が接続され、前記駆動回路によって制御される第1の制御配線に第2の電極が接続された補償用コンデンサと、
    前記駆動素子の制御端子と一方の電流入出力端子との間に設けられ、前記走査線に制御端子が接続された補償用スイッチング素子と
    前記駆動素子の一方の電流入出力端子と前記第1の電源配線との間に設けられ、前記駆動回路によって制御される第2の制御配線に制御端子が接続された遮断用スイッチング素子と、
    前記駆動素子の他方の電流入出力端子と前記データ線との間に設けられ、前記走査線に制御端子が接続された書き込み用スイッチング素子とを含み、
    前記駆動回路は、書き込み対象の画素回路について、前記データ線に前記データ電位を与えながら、前記書き込み用スイッチング素子と前記補償用スイッチング素子を導通状態に、前記遮断用スイッチング素子を非導通状態に制御することにより、前記駆動素子の制御端子に前記表示データと前記駆動素子の閾値電圧に応じた電位を与え、その後に、前記書き込み用スイッチング素子、前記補償用スイッチング素子および前記遮断用スイッチング素子の状態保ったままで前記第1の制御配線に与える電位を切り替えることにより、前記駆動素子の制御端子に前記表示データと前記閾値電圧に応じた書き込み電位を与え
    前記駆動回路は、前記駆動素子の制御端子に前記書き込み電位が与えられるように前記第1の制御配線に与える電位を切り替えた後に、前記データ線に与える電位を前記データ電位と比べて前記駆動素子の制御端子の電位により近い基準電位に切り替えることを特徴とする、表示装置。
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