JP5470668B2 - アクティブマトリクス型表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、有機電界発光素子など、電流量により階調表示を行う表示装置に関するものである。

有機発光素子は、自発光素子であるため、液晶表示装置で必要とされるバックライトが不要であり、視野角が広いなどの利点から、次世代表示装置として期待されている。

発明が解決しようとする課題

有機発光素子のように、素子の発光強度と素子に印加される電界が比例関係とならず、素子の発光強度と素子を流れる電流密度が比例関係にあるため、素子の膜厚のばらつき及び入力信号値のばらつきに対し、発光強度のばらつきは電流制御により階調表示を行う方が小さくすることができる。

半導体層を有するトランジスタを用いたアクティブマトリクス型表示装置の例を図５０に示す。各画素は７９に示すように、複数のトランジスタ（スイッチング素子）７３と蓄積容量７４ならびに有機発光素子７２からなる。

トランジスタ７３は１フレームのうち行選択期間（期間Ａ）にはゲートドライバ７０からの出力により７３ａ及び７３ｂのトランジスタを導通させ、７３ｄのトランジスタは非導通状態とする。非選択期間（期間Ｂ）には、逆に７３ｄのトランジスタを導通状態とし、７３ａ及び７３ｂのトランジスタを非導通状態とする。

この操作により期間Ａにおいて、ソースドライバ７１から出力される電流値に応じて、トランジスタ７３ｃを流れる電流量が決められ、トランジスタ７３ｃのソースドレイン間電流とゲート電圧の関係からゲート電圧が決まり、ゲート電圧に応じた電荷が蓄積容量７４に蓄積される。期間Ｂでは期間Ａで蓄積された電荷量に応じて、トランジスタ７３ｃのゲート電圧が設定されるため、期間Ａでトランジスタ７３ｃに流れた電流と同一の電流が期間Ｂにおいてもトランジスタ７３ｃを流れ、トランジスタ７３ｄを通じて、有機発光素子７２を発光させる。ソース信号線の電流量に応じ、蓄積容量７４の電荷量が変わり、有機発光素子７２の発光強度が変化する。

表示パターンとして、あるソース信号線に、点灯、非点灯の順に電流を流した場合と、非点灯、非点灯の順に電流を流した場合で、非点灯時画素の輝度が異なることがわかった。点灯、非点灯の順の場合、非点灯画素は点灯時の輝度を１、非点灯時の輝度を０とすると、０．５程度点灯した。また、一度点灯信号を流した後、残りの同一フレーム期間内で非点灯信号を流し続けた場合、非点灯画素の輝度は０．５から徐々に減少し、フレーム周波数が６０Ｈｚ、表示行数が２２０行の場合、６から７行目より輝度は０となることがわかった。

一方、非点灯の後に点灯信号を流した場合は、点灯輝度ははじめ０．８であったが、３行目より輝度１で表示できた。

このことは、ソースドライバの出力は表示画素に応じて、電流値を変化させているが、各画素へ供給される電流波形が、ソース信号線の配線抵抗および浮遊容量によりなまり、所望の電流値が各画素へ蓄積容量７４の電荷として蓄えられていないことを示す。つまり、所望の電流値を書き込む能力が小さいことがわかった。

特に、電流値小から電流値大への変化に比べ、電流値大から電流値小への変化は２倍程度かかることがわかった。

フレーム周波数を遅くし、１行ごとの書き込み時間を多く取ることで、波形なまりの影響が小さくなり、上記課題が改善することを確認した。

フレーム周波数を遅くすると、トランジスタ７３のオフ特性が悪い場合、蓄積容量７４の電荷量はトランジスタ７３のリークにより変化し、その上、有機発光素子７２の電流量も変化することで、フリッカが発生する。

従って、フリッカのない表示を得るためには、電流波形のなまりを低減し、１つ前に表示される画素に流す電流値によらず、所望の電流値が選択期間内に流れるようにする必要がある。

課題を解決するための手段

【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のアクティブマトリクス型表示装置は、表示素子と、ソース信号線と、前記表示素子と並列に接続され、バイアス電流を流す電流源と、前記ソース信号線にソース信号線電流を供給する電源と、前記電源から供給される前記ソース信号線電流に応じて前記表示素子用の電流及び前記バイアス電流を供給する駆動用トランジスタと、第１ゲート信号線により導通及び非導通を切り換え、前記ソース信号線から前記駆動用トランジスタに電流経路を形成する信号線接続トランジスタと、第２ゲート信号線により導通及び非導通を切り換え、前記表示素子用の電流及び前記バイアス電流を供給するＥＬ接続トランジスタを具備し、前記ＥＬ接続トランジスタが導通のとき、前記表示素子に流れる電流は前記駆動用トランジスタから供給され、前記ＥＬ接続トランジスタが非導通のとき、前記表示素子には、前記電流源により逆方向電流が流れ、前記電流源と前記表示素子からなる閉ループにおいて、前記表示素子のアノード電極を介して、前記逆方向電流は前記バイアス電流として供給されることを特徴とする。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明を行う。

（実施の形態１）
図２は本発明の第１の実施の形態における１つのソース信号線につながる２画素分の有機発光素子の駆動回路を示した図である。

本発明では、表示階調に応じた所望の電流を流す電流源１０と、所定の電圧を印加するための電圧源１８を設け、電源切り替え手段１９によりソース信号線に入力する電源を切り替えられるようにしたことが特徴である。

携帯電話およびモニターなどの表示部の各画素の大きさは横１００μｍ、縦２５０μｍ程度であり、１００カンデラ／平方メートルの輝度を得るためのソース信号線に必要な電流値は、表示色及び外部量子効率により異なるが、およそ１μＡ程度である。

ＥＬ素子１６に対して１μＡを流すにはソースドライバ側で電源切り替え手段１９は電流源１０を選択し、電流源１０は流れる電流値を１μＡとする。

選択行ではゲート信号線（１）１２にトランジスタ１７が導通する信号、ゲート信号線（２）１３には非導通の信号を印加し、非選択行では逆にゲート信号線（１）１２に非導通信号、ゲート信号線（２）１３に導通信号を印加する。

これにより、選択行（この例では１行目とする）においては、ソース信号線１１の電流がトランジスタ１７ｂ、１７ｃを通じて画素内部に流れる。画素内の電流経路はトランジスタ１７ａを通してＥＬ電源線１５ａとつながっているのみであるため、トランジスタ１７ａにも１μＡの電流が流れ、蓄積容量１４ａにはこの時のゲート電圧分の電荷が蓄積される。非選択期間になると、トランジスタ１７ｄが導通し、トランジスタ１７ｂ、１７ｃは非導通となるため、選択期間で蓄積容量１４ａに蓄積された電荷に基づいてトランジスタ１７ａに流れる電流が規定され、ＥＬ素子１６ａに１μＡの電流が流れる。

このことからＥＬ素子１６ａに所望の電流値（例えば１μＡ）を流すには選択期間において、トランジスタ１７ａが所望の電流値を流すようなゲート電圧を与えるよう蓄積容量１４ａに電荷を蓄えさせる必要がある。

しかしながら、ソース信号線１１に浮遊容量２０が存在すると、ソース信号線１１の配線抵抗と浮遊容量２０の時定数で決まる波形のなまりが観測される。電流値により階調表示を行う場合、この波形なまりはソース信号線に流れる電流値によっても異なり、電流値が小さいほど立ち上がり、立ち下がりに時間がかかる。例えば、配線容量が１００ｐＦ、配線抵抗が５００オームの時、電流源１０の電流値を変化させた時にソース信号線の電流値及び接点１００１の電流値が０．２４μＡから４０ｎＡへ変化するのに必要な時間は３００μ秒、４０ｎＡから０．２４μＡへ変化するのに必要な時間は２５０μ秒であった。

低電流領域では単位時間あたりの電荷の移動量が少ないため、浮遊容量２０にたまった電荷を充放電することが難しいのである。

例えば、図５１に示すように、ゲート信号線（１）１２のオン期間を６４μ秒、２５６μ秒と変化させた時、２５６μ秒では入力電流に対し、ほぼ同一の出力電流が得られたのに対し、６４μ秒においては、低電流（０．７μＡ以下）を中心に、入力に対し、出力電流が異なることがわかった。

このため、従来の電流による階調表示方法では、１水平走査期間の最小時間は３００μ秒必要である。これでは、携帯電話のように走査線数が２２０本の場合、１フレームは１０Ｈｚ程度で駆動させる必要があり、トランジスタ１７のオフ特性によっては、蓄積容量１４の電荷量が変化し、ＥＬ素子１６に流れる電流が変化することによるフリッカが発生する。

また、ソース信号線に電圧値を印加する場合には、電圧値によらずソース信号線の配線抵抗と浮遊容量２０の時定数のみで決まるため、接点１００１の電圧値は１μ秒程度と電流源１０により接点１００１の電流値に対応する電圧値を決める時に比べ高速である。

そこで１水平走査期間を短くするために、本発明では電流波形の変化において、低電流（黒表示）から高電流（白表示）へ変化する時の方が、高電流（白表示）から低電流（黒表示）へ変化する時よりもはやいということを利用しようと考えた。

図３（ａ）に示すように、１水平走査期間の初めに電源切り替え手段１９を電圧源１８側に切り替え、この電圧源１８を用いて、ソース信号線２２ａの電圧を黒信号電流値が流れている状態と同じ電圧にする（ディスチャージ電圧印加期間２４）。次に、電源切り替え手段１９を電流源１０側に切り替え、この電流源１０により映像信号に応じた所望の電流値をソース信号線２２ａに流す（映像信号電流印加期間２５）。

図４に入力電流に対する出力電流の電圧印加期間依存性を示す。入力電流が１μＡの時は電圧印加時間によらず、出力もほぼ１μＡである。入力電流が４０ｎＡと小さい場合（黒表示を想定）、電圧印加期間がないと出力は０．６５μＡ、４μ秒以上で０．３８μＡであり、４μ秒以上にしても出力に影響はない。従って、電流表示期間を長くしたいことから、ディスチャージ電圧印加期間２４は最大でも４μ秒あればよく、望ましくは０．５μ秒から３μ秒あれば、ソース信号線が黒の電圧値になる。また、映像信号電流印加期間２５も黒表示から所望の電流になるための時間は、最も時間のかかる黒表示から白表示に２５０μ秒程度であり、中間調表示においても前記白表示から黒表示に変化する時間よりも短く２７０μ秒程度であることから、１水平走査期間は２７０μ秒程度で済み、従来の３００μ秒に比べて９０％短縮でき、低フリッカの表示が可能となった。

更に、ディスチャージ電圧印加期間２４において、０．０１カンデラ／平方メートル以下の輝度となるような、ソース電圧を印加することで、黒表示時の輝度を低下させ、黒がしまる映像を表示することができる。例えば、ＥＬ電源線１５から供給される電圧に近い電圧をソース信号線１１に印加すればよい。電流駆動時においてソース信号線１１にＥＬ電源電圧に近い電圧を与えるには、微小電流（数ｎＡ）の供給が必要であり、数ｎＡ電流でのソース信号線電圧の規定にはこれまで述べたように数百μ秒から１ｍ秒かかるため、困難である。このように、本発明における電圧挿入は、短時間で黒表示を行うために有効である。

なお、ある行（Ｎ行：Ｎは自然数）から次の行（Ｍ行：ＭはＮでない自然数）へ走査行が移る際に、全ての行が非選択となる期間が存在する場合には、図３（ｂ）に示すように、ゲート制御信号がアクティブ（全ての行が非選択状態）の時に、黒表示になる電圧値を印加し、選択期間には選択行に対応する映像信号電流をいれてもよいし、更に図３（ｃ）に示すように、黒電圧印加期間は全行非選択状態と、１行選択期間の一部にまたがってもよい。

黒電圧印加は、ソース信号線１１の浮遊容量２０に黒状態まで電荷を充電することが目的であるため、ソース信号線１１につながる画素トランジスタが非導通状態であっても、導通状態であっても問題はない。

本来の階調表示に必要な電流書き込み時間を長くするため、全行非選択期間が存在する場合、電圧印加期間は、全行非選択期間を含むようにすることがよい。

また、電圧印加期間にソース信号線１１に印加する電圧は必ずしも黒を表示する電圧でなくてもよいが、電流源１０により、所定の電流値に対応する電圧値まで変化させるのに、白表示に比べ黒表示の方が時間がかかるため、電圧源１８の電圧値は白信号時電圧と黒信号時電圧の中間値より黒信号電圧値側の値であることが望ましい。

（実施の形態２）
実施の形態１において、ディスチャージ電圧印加期間２４を設け、黒信号を表示する電圧を印加することで、ソース信号線が黒を示す電流に容易に変化できるようにした。

これにより、黒および黒付近の階調は電圧変化量が小さくなったため、１水平走査期間が２００μ秒から２３０μ秒で表示可能であった。また、白表示時は電流量が最大であるため、ソース信号線１１に存在する浮遊容量２０の電荷の放電速度が速く、変化量が大きいにもかかわらず１水平走査期間が１８０μ秒程度で、表示可能であった。一方で、白と黒の中間付近より黒よりの階調は、電流量も白表示時の半分以下なので、浮遊容量２０の電荷放電速度が半分となるため１水平期間が２５０μ秒程度と最もかかる。

そこで、ディスチャージ電圧印加期間２４において、黒信号を表示する電圧を印加するのではなく、次に表示する映像信号の階調に応じて、数段階の異なる電圧を印加することを考えた。

これを実現するための、本発明の表示装置のソースドライバ７１の内部ブロックを図５に示す。階調データ検出手段５２により入力映像信号の階調を検出し、その検出結果により、ソース信号用電流源５３に流れる電流量を制御すると同時に、複数の電圧源５４ａから５４ｃのうちの１つを選択する。また、水平同期信号によって電圧印加期間制御部５１の出力を変化させ、電圧印加期間と電流印加期間を制御する。

図２において、ソース信号線１１から信号を画素に書き込む場合、トランジスタ１７ｂ、１７ｃが導通状態、トランジスタ１７ｄが非導通状態であることからこの時の１画素分の等価回路を図６（ａ）に示す。

電流源１２５によって所定の電流Ｉをソース信号線１２４に流す場合、トランジスタ１２１にも電流量がＩの電流が流れる。図６（ａ）でわかるように、トランジスタ１２１のソースまたはドレインとゲートは同一電位となるため、トランジスタ１２１のゲート電圧とドレイン電流が図６（ｂ）に示すような関係にある場合、ソース信号線１２４の電位は、電流値により変化する。

例えば、ソース信号線１２４に流れる電流がＩ１からＩ２に変化する場合、ソース信号線１２４の電位はＶｄｄ−Ｖ１からＶｄｄ−Ｖ２に変化する。また、電流がＩ１からＩ３に変化する場合についても同様である。

電流値変化に要する時間は図６（ｃ）に示すように、変化後の電流値により異なり、Ｉ１からＩ２ヘは１２６の実線で示すようにｔ４−ｔ１時間かかり、１２７の点線で示すようにＩ１からＩ３へはｔ３−ｔ１時間かかり、電流値が小さいほど変化に時間がかかることがわかる。これは、ソース信号線１２４にある浮遊容量１２３の充放電を低電流を用いて行うと、時間がかかるためである。

そこで、低電流領域（黒に近い階調）では変化に時間がかかることを考慮し、表示階調ごともしくは複数の表示階調ごとに異なる電圧値を印加するようにして、変化量を少なくし、書き込み時間の短縮を図った。

例えば、１６階調表示の場合は階調１、２、４に対応する電圧を準備し、階調１では対応する電圧を電圧印加期間に印加し、階調２、３では階調２に対応する電圧を印加し、階調４以上の場合では階調４に対応する電圧を印加することで、書き込みに必要な時間、特に時間がかかった低電流領域での書き込み時間が短縮でき、１水平走査期間は表示階調によらず２２０μ秒あればよい。

他の階調数の場合でも同様に、図５の複数の電圧源で印加する電圧値はそれぞれ、階調表現に必要な最大電圧値と最小電圧値から電圧源５４の数で等間隔に割り振った電圧値よりも、低電流領域よりに、電圧値を設定する方がよい。

また、用意する電源数はソース信号線１２４の取り得る電圧振幅にもよるが、ソースドライバの回路規模増大と、電源数増加による画質改善の兼ね合いから多くても５つ程度が望ましい。

（実施の形態３）
電流により階調制御を行う表示デバイスとして、有機発光素子が挙げられる。有機発光素子を用いたマルチカラー表示装置を実現する方法のひとつとして、赤色発光素子、緑色発光素子、青色発光素子を並べてマルチカラー化する方法がある。

発光色ごとに発光効率および、有機層中のキャリアの移動度、電極から有機層へのエネルギー差が異なることから、電流と輝度、電圧と輝度、電流と電圧の関係は発光色ごとに異なる。例えば、図５２（ａ）に示すように、同一電圧値に対して、輝度が異なり、その結果、発光開始電圧も素子ＧがＶ１に対し、素子ＲがＶ２と異なる値をとる。また、図５２（ｂ）に示すように発光開始電流も異なる。

実施の形態１においては電圧印加期間での電圧値は１種類であった。この形態において、図５２に示す２種類の素子ＧとＲで構成された表示装置に同一電圧値で電圧印加を行うと、素子Ｒの黒表示電流値であるＪ２に対応する電圧を全てのソース信号線に印加した場合、素子Ｇにつながるソース信号線では黒表示に対応する電位とならず、最も時間のかかる黒表示に対し、ソース信号線の電位を変化させる必要が出てくる。逆に、Ｊ１に対応する電圧をソース信号線に印加した場合、素子Ｒに対しては、黒表示電圧値よりも高い電圧値が印加され、電圧印加期間が存在しない場合に比べ、ソース信号の電圧振幅が大きくなるという問題がある。

そこで、ソース信号線により発光開始電流値が異なる素子が形成されている場合、少なくとも発光開始電流値が異なる素子が形成されたソース信号線ごとに、異なる電圧源を設け、黒信号電圧を調整できるようにすればよい。図５２のＲ、Ｇ素子で形成された表示装置の場合は、図７の構成での電圧源５４を２つ用意し、素子Ｒが並ぶソース信号線と素子Ｇが並ぶソース信号線でそれぞれ異なる電圧源を設ける。

また、更に書き込み時間を短縮するためには、実施の形態２で行ったようにそれぞれの信号線に対し、更に複数の電圧源を用意し、階調に応じて印加電圧値を変化させればよい。

（実施の形態４）
フレーム周波数が早くなればなるほど１水平走査期間が短くなるため、周波数が早い場合は、実施の形態２で実施した複数の電圧源の電圧値は書き込みに時間がかかる黒表示付近に対応する電圧値を中心に用意する。一方、フレーム周波数をゆっくりとすると、電圧変化に要する時間を長く取れることから、電圧値の取り方を白表示側にシフトさせてもよい。これにより、白表示時の輝度を向上させることが可能であり、コントラストの向上につながる。

携帯情報端末など、低電力駆動が要求される表示装置では、図８に示すボタン１８４操作時には全画面を表示するが、待ち受け時などボタン１８４が長時間操作されない場合には、一部分のみ表示を行うパーシャル表示モードにして低電力化を図ることもある。このパーシャル表示モード時には表示ライン数が少なくなるためフレーム周波数を下げることもでき、全画面表示時と異なる発振周波数を用いて回路を動作させることが可能である。

図９に複数の発振器と切り替え回路、分周回路を持ち、複数フレーム周波数に対応した表示装置のコントローラ、ソースドライバ部のブロック図を示す。階調表示はメモリ８６から読み出されたデータを階調制御部８７で電流源９０の制御もしくは選択によりセレクタ８８を介してソース信号線に出力することで行う。印加電圧の電圧値は電圧制御手段８５と電圧発生部８９により決められ、更に電圧制御手段８５は発振周波数検出手段８３の出力を受け、周波数により電圧値を変更することが可能である。これにより、フレーム周波数の違いにより電圧印加期間の複数の電圧源の電圧値を変更し、最適な階調表示を行うことが可能となる。

携帯情報端末の他にも、例えばテレビとして用いた場合、映像信号送信方式が異なると、フレームレートも異なる。両方式に対応した表示装置を作成する場合、図１０に示したテレビにおいて、映像信号処理回路４４により送信方式を検出し、複数の電圧源の電圧値の組み合わせを変化させることで、最適な階調表示を行うことが可能である。

（実施の形態５）
実施の形態１で行った黒電圧印加は、図２のトランジスタ１７ａの電流対電圧特性を用いて、黒表示時の電流値に対応する電圧値を印加していた。しかし、同一電流に対する電圧値がロット間、基板の位置により変化する可能性があるため、最適な黒電圧値を印加するためには表示装置ごとに入力電圧値を調整する必要がある。

表示装置ごとに調整することは製造工程を複雑にするため、望ましくない。そこで、電圧値のばらつきが、ロット間にくらべ、表示装置内の画素間では小さいことから、少なくとも表示装置内に１つのテスト用トランジスタを作成し、トランジスタに黒表示時の電流を流した時に必要なトランジスタのゲート電圧を検出し、その結果に応じた電圧値をソース信号線に印加することを考えた。回路構成を図１１に示す。

ソース信号線１００には黒信号を表す電流値を流す。この時、トランジスタ９８のドレインにも同一電流値が流れ、接点９９と、ＥＬ電源線９６との電位差を電圧検出手段９１で検出し、その検出結果を電圧発生手段９２に入力し、図２の電圧源１８に対応する電圧値を変化させる。セレクタ９３により電圧印加期間と電流期間を制御する。

この方法では、駆動トランジスタの電流対電圧特性がロット間でばらついても常に黒表示の電圧を印加させることができるため、トランジスタの作成ばらつきによる黒浮きを防止することが可能である。

なお、ソース信号線１００に様々な階調に対応する電流値を流すことで、その時の電圧を電圧検出手段９１で検出でき、電圧発生手段９２及びセレクタ９３を用いてソース信号線に印加することが可能であることから、本発明は必ずしも黒信号印加時のみに限定されるものではなく、一般にある階調に対応する電圧を印加する場合にも適応可能である。

（実施の形態６）
ソース信号の電流値の変化は、変化後の電流値が大きくなるほど早くなる。図６（ｃ）に示すように、電流Ｉ１からＩ２もしくはＩ３に変化する場合、電流値が大きいＩ３への変化の方が短時間で変化できる。これは電流源１２５によりソース信号線の浮遊容量１２３の電荷を引き抜きもしくは蓄積することで電流値を変化させることから、たくさんの電荷を流すことが可能な高電流領域の方が早く変化できるためである。

そこで、電流をたくさん流すと波形の立ち上がり時間が短くなることを利用して、図１２に示す１水平走査期間の内の初めからある期間１３３まで、表示階調に対する所定の電流値の３倍以上１０倍以下の電流値を流す。その後の期間１３５において所定の電流値を流す。これにより、従来は１３１（点線）のように電流値が変化したのに対し、１３２（実線）のように立ち上がりを早くすることができる。これにより、書き込み時間が短縮し、１水平走査期間１３４を短くすることが可能となり、２３０μ秒で書き込みが可能となった。この方法は、実施の形態１から５と異なって電圧源、電圧発生部、セレクタが不要になるため、回路規模が小さいソースドライバを実現することができる。

黒表示時は電流を３から１０倍すると書き込み速度を早くすることが可能であるが、電流が増加すると輝度が大きくなるため、電流値を１０倍にした場合、黒浮きが発生する場合がある。また、前走査期間でのソース電流値に比べ、次の走査期間でのソース電流値が小さくなる場合、輝度が高くなるため、書き込み速度が速くなっても、コントラストが低下する問題が出る恐れがある。

そこで、図１３に示すように、１水平走査期間の初めに実施の形態１から５と同様に黒信号電圧挿入期間１４４を設け、その後、３倍以上１０倍以下の電流値を流す期間１４５、階調に応じた電流値を流す期間１４６を設ける。

電流値が小さい場合から大きい場合に変化する時、３倍以上１０倍以下の電流値を流す期間１４５ａにより、従来の立ち上がり１４１（点線）に比べ、１４２（実線）に示すように早く変化することができる。

電流値が大きい場合から小さい場合に変化する時、黒信号電圧挿入期間１４４により瞬時（少なくとも４μ秒以内）で黒状態に変化することができるため、立ち下がりも早く変化させることが可能となる。

このような波形を実現するための回路構成を図７に示す。実施の形態１とほぼ同一構成で実現可能であり、水平走査期間の中で階調データ検出手段５２の出力を変化させることで、所定電流の３倍以上１０倍以下の期間と、所定電流値を流す期間を作ることができる。これにより、１水平走査期間が１５０μ秒で走査することが可能となった。

（実施の形態７）
実施の形態６により、例えば走査線数が２２０本の表示装置であれば、フレーム周波数が３０Ｈｚで動作可能となった。これにより、フリッカの少ない表示が可能となった。しかし、テレビのようにフレーム周波数が６０Ｈｚのものに適用させる場合、書き込み不足による黒表示時の輝度増大、白表示時の輝度低下が発生する。

さらに、書き込み時間を早くするための方法として図１４、図１５に示す方法を考えた。図１５に示すように、１水平走査期間の初めにソース信号線に階調に応じた電圧値を印加する（電圧値に応じた階調表示１１４）。この時の電圧変化の速度はソース信号線の配線抵抗と、浮遊容量から決まる時定数により決まるため、２μ秒以下である。図２の画素構成において、このままＥＬ素子１６に電流を流そうとすると、トランジスタ１７ａもしくは１７ｅのゲート電圧とドレイン電流の関係が画素ごとに変化した場合に、電流値が変化量と同じだけ変化し、ＥＬ素子１６の輝度が変化することで表示むらが発生する。そこで、残りの期間１１５に、ソース信号線に電流値に応じた電流を流すことで、トランジスタ１７ａもしくは１７ｅのゲート電圧を、所定のドレイン電流が流れるように変化させる。これにより、トランジスタの電流電圧特性のばらつきを補正し、表示むらのない表示装置を実現する。

この時の回路構成が図１４であり、ソース信号線ごとに設けられた階調データ検出手段５２により、ソース信号用電流源５３、電圧源１０４を制御し、階調ごとに電流量または電圧値を変化させる。これにより、１１４、１１５の期間で表示階調ごとに電圧、電流値を変化させ、さらに、ソース信号用電流源５３と電圧源１０４のどちらをソース信号線とつなげるかを決める切り替え手段１０６を水平同期信号により制御される電圧印加期間制御部５１により制御することで、水平走査期間１１３内で期間１１４と期間１１５の長さを可変させることができる。

書き込み時間においても電流に応じて階調表示を行う期間で電流が変化する量は、せいぜいトランジスタの電流電圧特性のばらつきの範囲内であるため、５０μ秒程度で済む。

電圧印加期間は多くても３μ秒あればよく、電流書き込み時間が２０μ秒程度で済むため、走査線数が２２０本の場合は６０Ｈｚでの駆動が可能であり、フリッカレス駆動が実現できた。

従って、マージンを考慮するとフレーム周波数により、電圧印加期間を１水平走査期間の１％以上５０％以下にすることが望ましい。

（実施の形態８）
図１６は本発明によるソースドライバ部出力段を示したものである。２６３はＸビットの映像信号をアナログ信号に変換するデジタルアナログコンバータであり、２６４はアナログ電圧出力の最大値を決めるリファレンス電圧線である。本発明ではリファレンス電圧生成部２６１により生成された複数の電圧値を選択部２６２によりクロック及び水平同期信号２６７に応じて１つ選択することでリファレンス電圧線２６４に印加する電圧値を変化できるようにしたことが特徴である。

図１７に入力映像信号が８ビットの場合のタイミングチャートを示す。必要となる最大輝度に対応するソース信号線２６５の電圧値がＶ１であるとすると、図１７中の電圧Ｖ２はＶ１の３倍以上１０倍以下の電圧を印加すればよい。また、リファレンス電圧にＶ２を印加する期間は水平走査期間のうちの５分の１以上２分の１以下あればよい。また、このソース信号線電圧により階調表現を行う場合は更に短く、１μ秒以上５μ秒以下であればよい。

このリファレンス電圧の操作により入力映像信号データがＦＦの場合、ソース信号線への出力は初めにＶ２の電圧が出力され、その後リファレンス電圧の変化によりＶ１を出力する。入力データが００の場合は、ソース信号線への出力は常に０の電圧が印加される。また、その間の値においてはリファレンス電圧値がＶ２の時は所定出力電圧の３倍以上１０倍以下の電圧が、Ｖ１の時は所定電圧値が出力される。

このようにソース信号線電圧を制御することにより、図５０のような構成の表示装置においてソース信号線７６の浮遊容量による波形なまりを小さくすることができ、２型程度の大きさのパネルであれば、１ラインあたりの書き込み時間は１５０μ秒程度で駆動させることができる。

（実施の形態９）
図１８は本発明の第９の実施の形態における１画素分の回路とソース信号線及び階調表示を行う電流源を示した図である。

図１９にタイミングチャートを示す。ゲート信号線（１）１２は行選択期間に導通状態（ここでは図１８のトランジスタ１７がＰチャネルトランジスタであるためローレベルで導通となる）となり、ゲート信号線（２）１３は非選択期間時に導通状態とする。

これにより、行選択期間にはトランジスタ１７ｂ、１７ｃ、１７ｊが導通、トランジスタ１７ｄが非導通状態になり、等価的には図２０（ａ）に示すような回路となり、ＥＬ電源線１５からソース信号線１１へはトランジスタ１７ａ及び１７ｉを通して流れ、トランジスタ１７ａを流れる電流Ｉａ及びトランジスタ１７ｉを流れる電流Ｉｉの和Ｉｉｎがソース信号線１１に流れる。また、蓄積容量１４にはトランジスタ１７ａ及び１７ｉに流れる電流値の和がＩｉｎとなるようなゲート電圧になるように電荷が蓄積される。

非選択期間には逆にトランジスタ１７ｄが導通、トランジスタ１７ｂ、１７ｃ、１７ｊが非導通状態になるため、図２０（ｂ）のような等価回路となり、ＥＬ電源線１５からＥＬ素子１６へトランジスタ１７ａを通して電流が流れる。電流量は蓄積容量１４に蓄えられた電荷量により決められ、選択期間で保持した電荷に対応した電流が流れる。つまり、トランジスタ１７ａには非選択期間に電流Ｉａが流れ、ＥＬ素子１６にも電流Ｉａが流れる。

ソース信号線に流す電流Ｉｉｎ＝Ｉａ＋Ｉｉに対し、ＥＬ素子に流れる電流がＩａとなることから、電流値Ｉｉを調整することでＥＬ素子の輝度を変えずにソース信号線に流す電流値を増加させることができ、ソース信号線１１に存在する浮遊容量２０の電荷の充放電が早くなることで、従来に比べ短い時間でソース信号線に流れる電流値が所定の値となる。

ここで、電流ＩａとＩｉの関係はトランジスタ１７ａと１７ｉのチャネル幅、チャネル長により調整が可能である。図２１に２つのトランジスタのチャネルサイズとソース信号線１１に流す電流を決める電流源１０の電流値とＥＬ素子１６に流れる電流値の関係を示す。

トランジスタ１７ｉのチャネルサイズをトランジスタ１７ａと同じにした場合、ＥＬ素子１６に流れる電流はソース信号線１１に流れる電流の半分となる。ソース信号線に流れる電流は図２０（ａ）に示すように、１７ａ、１７ｉの両方のトランジスタに流れる。製膜プロセスによるばらつきを無視すれば２つのトランジスタのゲート電圧対ソースドレイン間電流特性は同じであり、またゲートには同一電圧がかかるため、それぞれのトランジスタには均等に電流が流れる。ＥＬ素子に流れる電流はこのうちのトランジスタ１７ａを通る電流のみであるため、ソース信号線１１に流れる電流の半分となる。

トランジスタ１７ｉのチャネル幅、チャネル長を変化させると、ゲート電圧対ソースドレイン間電流の特性が変化し、チャネル幅を広くするかチャネル長を短くすると、トランジスタ１７ｉに電流が流れやすくなるため、ソース信号線１１に流れる電流に対するＥＬ素子１６に流れる電流の割合を小さくすることができる。図２１には一例として、トランジスタ１７ａに比べチャネル幅を９倍にした場合、チャネル幅を３倍にしてチャネル長を３分の１にした場合について示している。いずれもソース信号線１１に流れる電流に対し、ＥＬ素子１６に流れる電流は１０分の１となる。

ソース信号線の電流値変化に要する時間ｔは、浮遊容量の大きさをＣ、ソース信号線の電圧をＶ、ソース信号線に流れる電流をＩとすると、ｔ＝Ｃ・Ｖ／Ｉであるため電流値を１０倍大きくできることは電流値変化に要する時間が１０分の１近くまで短くできることを示す。これにより、走査線数が２２０本の場合にフレーム周波数６０Ｈｚで駆動させることが可能である。

（実施の形態１０）
実施の形態９において、ソース信号線に流す電流値を１０倍することで所定電流に変化するまでの時間を短くしたが、黒表示時には理想的には電流０であるが、実際にはトランジスタのリーク電流および電流源を構成するトランジスタのリークにより数十ｎＡ程度流れるが、黒浮きを防ぐためには電流値は小さい方がよく、電流値を大きくすることで変化速度を早くする方法ではコントラストの低下を招きやすい。

そこで、図２２に示すように、ソース信号線１１に電源切り替え手段１９を設け、電流源１０もしくは電圧源１８の出力をソース信号線に印加するようにし、電圧源１８はトランジスタ１７ａを流れる電流が数十ｎＡ程度になるようなソース信号線電圧を印加する。電源切り替え手段１９は水平走査期間の初めに１以上５μ秒程度電圧源１８を選択し、残りの期間は電流源１０を選択する。図３（ａ）に示すように、ソース信号線１１にはディスチャージ電圧印加期間と映像信号電流印加期間が存在し、水平走査期間の初めには必ずソース信号線が黒表示を表す電圧値が印加される。この操作により黒表示時に微点灯するという現象をなくすことが可能となる。

一方、黒以外の各階調については、電流印加期間に流れる電流値が大きいほどしやすいことから、最も変化に時間がかかる階調は黒の１つ上の階調である。これは電流変化に要する時間ｔはｔ＝ＣＶ／Ｉ（Ｃ：ソース信号線に存在する浮遊容量、Ｖ：ソース信号線電圧、Ｉ：ソース信号線に流れる電流）で表わされ、Ｃは階調によらず一定で表示装置の大きさにより決まる、ＶはＰチャネルトランジスタを用いた場合、黒信号になるほど大きくなり、更にＩは黒信号になるほど小さくなるため、黒の階調に近づくほど電流変化に要する時間がかかるためである。ここでは説明のため、黒を示す階調を階調０、次に輝度の高い階調を階調１、以下輝度が高くなるにつれ、階調値を１つずつ大きくすることとする。

図３に示すように、水平走査期間の初めに黒電圧を印加した場合、前ラインで表示される映像信号に関わらず常に階調０の期間が存在し、同一水平走査期間内に所定階調を示す電流値まで変化できれば、所定階調が表示可能である。

最も変化に時間がかかるのは階調１表示の場合であり、１水平走査期間内に階調０から階調１に変化できれば、全ての階調が表示可能である。

図２３に図２に示す画素構成の場合（ａ）と図２２に示す画素構成の場合（ｂ）（ＥＬ素子１６を流れる電流値に対してソース信号線１１を流れる電流値が１０倍となるようなトランジスタ１７ａ、１７ｉの組み合わせとした）で水平走査期間を７５μ秒とし、階調１を表示させてソース信号線の容量を変化させた時に、ＥＬ素子１６を流れる電流が所定電流に対しどれだけ流せるかを示した図である。１００％の場合、所定電流値まで変化できたことを示し、それ以下の場合、変化に要する時間が７５μ秒よりも遅いことを示し、所定階調表示が行えないことを示す。

所定電流値（輝度）に対し１０％程度のずれは目で確認できないことから実用上は９０％以上１００％以下であればよい。この条件で許容できるソース信号線容量は図２の画素構成では２ｐＦ以下のみ動作するが、図２２に示す画素構成では２７ｐＦ以下で動作可能である。２型程度の表示装置であれば、ソース信号線に寄生する容量はドライバＩＣの出力段を含め１５から２０ｐＦ程度であり、ソース信号線の電流値を１０倍にした本実施の形態１０を用いることでフレーム周波数６５Ｈｚ以下で駆動することが可能であり、フリッカの少ない表示が可能である。また、テレビなどにも適用できる。

ソース信号線１１に寄生する容量は表示装置の大きさによって変化する。１５型にすると５０ｐＦ程度となる。この場合はソース信号線電流をＥＬ電流の１０倍にして書き込んだとしても７０％程度しか書き込むことができないため、走査ライン数が等しい場合、例えばチャネルサイズの比を１５倍に増加させることで６０Ｈｚ駆動が可能となることがわかった。

このように、本発明の形態１０によれば、表示装置の大きさによって駆動トランジスタ１７ａと１７ｉのチャネル領域の大きさを変化させることで、所定の水平走査期間内に所定電流値を書き込むことが可能となる。

（実施の形態１１）
実施の形態１０において、水平走査期間が黒信号電圧印加期間と所定電流値の数倍の電流値を流す期間となっている場合に、ソース信号線の容量が２０ｐＦであっても６０Ｈｚで駆動することを実現した。

図２２のトランジスタ１７ａ及び１７ｉのゲート閾値電圧のパネル内でのばらつきにより、黒電圧印加に対するＥＬ素子１６に流れる電流値は異なり、閾値電圧が低い場合、電流が多く流れるため黒が浮くという問題が発生する。

この問題を解決するためにはパネル内でのトランジスタのゲート閾値電圧のばらつきを考慮し、最も多く電流が流れるトランジスタを用いても黒表示となる輝度となるように、黒電圧を高めに印加すればよいが、この場合、最も多く電流が流れるトランジスタを用いた画素では階調０から階調１への電流値の変化量が大きくなり、所定電流値への変化に要する時間が長くなる。その結果として、例えば黒電圧を０．５Ｖ高めにした場合、階調０から階調１への変化に対し、水平走査期間７５μ秒で書き込めるのに許容されるソース信号線容量値は２ｐＦ程度となる。

実施の形態１０のように、トランジスタ１７ａと１７ｉのチャネル領域の大きさの比を変化させてもよいが、本実施の形態１１では階調０以外の階調の電流値を増加させることで許容される容量値を大きくすることを考えた。各階調に対応する電流値を供給する電流源を用意し、更に大きな電流を流す複数個（α個）の電流源を用意する。図２２ではαが４の場合を示し、階調０に対してはこれまでと同様に電流源０を用い、階調１に対しては電流源１ではなく電流源５を用いる。階調２には電流源６、以下順に階調ｉに対して電流源（ｉ＋４）を用いる。

これにより、各階調表示時にソース信号線に流れる電流が増加するため電流値の変化が早くなる。図２４に階調１に対し電流源１を用いた場合（ａ）、電流源５を用いた場合（ｂ）のソース信号線容量に対する７５μ秒で所定電流値に書き込みができるかどうかを示す。実施の形態１０においては２ｐＦ以下でないと階調表現ができなかったが、本実施の形態１１においては２０ｐＦ以下まで書き込みすることができる。

また、この手法は電圧印加期間と併用しない場合でも、各階調の電流値が増加することから書き込み時間の短縮ができる。

なお、電流源の数においても階調数＋α個必要というわけでなく、階調表示に必要のないα個の電流源はなくてもよい。上記実施の形態１１においては電流源１から電流源４の４つの電源は必要な構成用件ではない。

（実施の形態１２）
電流値により階調表示を行う場合、各階調に対応する電流値をソース信号線に流す方法として、各階調に対応した電流を流す電流源を少なくとも階調数分用意し、入力データに応じて１つを選択し出力する方法がある。

この方法では階調数が増加すると必要な電流源の数も増加し、ソースドライバの面積が増大する。

階調ｋにおいて電流値がＩｋであり、階調Ｌにおいて電流値がＩＬであり、ＩＬ＝Ｉｋ×２であるとすると、従来出力電流値がＩｋとＩＬである２つの電流源が必要である。

図１８のように１画素に対してトランジスタ１７を形成すると、１７ａと１７ｉのトランジスタのチャネル領域の大きさの比を変化させると、同一のソース信号線１１電流に対しＥＬ素子１６に流れる電流値が変化し、図２１に示すような関係となる。

ここでトランジスタ１７ｊに注目し、トランジスタ１７ａと１７ｉのチャネルサイズが同一であるとした場合に、階調Ｌの場合は常に非導通状態とし、階調ｋの場合はゲート信号線（１）１２と同一動作を行うとすると、階調Ｌ表示時には１７ｉのトランジスタがないのと同じであるためソース信号線１１に流れた電流がそのままＥＬ素子１６に流れる。この時のソース信号線電流値はＩＬである。

一方、階調ｋ表示時にはソース信号線１１に流れる電流値に対し、ＥＬ素子１６を流れる電流は半分となる。従って、ＥＬ素子１６に必要な電流Ｉｋを流すためにはソース信号線にはＩｋ×２の電流量が必要となる。

この方法を用いれば、ＩＬ＝Ｉｋ×２であることから、階調ｋと階調Ｌで同一電流値ＩＬを用いることができるため、必要な電流源の数を減らすことが可能である。階調０〜Ｐまではトランジスタ１７ｊを動作させ、階調Ｐ＋１以上では常に非導通状態にすることで、各階調に対するソース信号線１１を流れる電流は図２５の実線（２５２、２５３、２５４）で示すように変化する。電流値Ｉｐ＋１以上では、２つの階調に対して同一の電流値となることがあり、必要な電流源の数を減らすことが可能となり、ソースドライバのチップ面積を小さくすることが可能である。

また、従来例（図２５の点線２５１）に比べてソース信号線１１に流れる電流値の最低値が大きくなるため、ソース信号線１１に寄生する浮遊容量による波形なまりの影響を小さくすることができ、より短い水平走査期間で書き込みが可能である。

実施の形態１０で行ったように、全ての階調においてソース信号線電流を数倍にして書き込みを行う場合に比べても、低輝度領域に比べ十分に書き込みを行える階調においては、ソース信号線に流す電流のＥＬ電流に対する倍率を低下させても、階調１表示時よりも大きい電流値であれば、書き込み時間が不足することはなく、同一水平走査期間で書き込みが可能である。むしろ、ソース信号線１１に流す電流値を下げることで低消費電力駆動が可能という利点がある。

以上の説明ではトランジスタ１７ａと１７ｉのチャネルサイズを同一として電流値を２倍にした例で説明を行ったが、階調とソース信号線に流れる電流値の関係によって、３倍、１０倍など、倍率を調整し、図２５の実線２５２と２５４のように同一ソース電流値に対し、２つの階調が入るように変更することで同様な効果が得られる。従来例で示した点線の傾きが大きいほど倍率を大きくすることが望ましい。また、傾きが大きい場合、階調０から階調Ｐまでを４倍、階調Ｐ＋１からＱまでを２倍、階調Ｑ＋１以上で１倍とするなど、複数の倍率を２つ以上組み合わせて用いてもよい。

このような動作を行うためには従来の図１８のトランジスタ１７ｊに対し、入力階調に応じて少なくとも２つの異なる動作をさせる必要がある。そのため図２６のように、倍率変更手段３４３を設け、その出力とゲート信号線（１）３４５と論理積をとり、トランジスタ１７ｊのゲートへ入力する。この図２６において、倍率変更手段３４３はトランジスタ１７ｊがＰチャネルであるため階調Ｐ以下ではハイレベルを出力し、階調Ｐ＋１以上ではローレベルを出力することで、階調Ｐ＋１以上ではトランジスタ１７ｊが常に非導通状態となってソース信号線電流＝ＥＬ素子電流となり、階調Ｐ以下ではトランジスタ１７ｊと１７ａのチャネルサイズの比で異なる倍率の電流値を流すようにすることが可能である。

ソース信号線１１に流す電流は複数の電流源３４４のうち入力映像信号３４１により電流切り替え手段３４２にて１つを選択し、電源切り替え手段１９が電流源を選択した時に所定の電流を流すようにする。この図２６では階調０表示時に黒浮きを防ぐために電圧源１８を用いた構成としているが、電圧源１８のあるなしにかかわらず、電流源３４４の数を減らすという本発明の効果には影響しないため、なくてもよい。

（実施の形態１３）
電流値が最も低い場合に黒表示を行う表示素子において、水平走査期間の初めに黒をあらわす電圧をソース信号線に印加し、黒表示時における輝度上昇による黒浮きを防ぐ場合は、水平走査期間内に黒状態から所定電流値に変化できるか確認することで、書き込み不足が起こっているかどうか判断できる。

図２７は黒信号状態にあるソース信号線に対し、あるソース信号線容量の値の場合にソース信号線に流れる電流とその電流値に変化するのに要する時間の関係を示したものである。ソース電流値が小さいほど、変化に要する時間が長くなる。これは変化に要する時間をｔ、ソース信号線容量をＣ、ソース電流値をＩ、ソース信号電圧をＶとすると、ｔ＝ＣＶ／Ｉで表されるためＩが小さいとｔが大きくなるためである。更に、図２に示すように駆動トランジスタ１７ａがＰチャネルトランジスタである場合、ソース信号電流が大きくなるにつれ、ソース信号電圧が低下する。低下割合はトランジスタ１７ａのゲート電圧とソースドレイン間電流の関係により決まる。これにより、電流Ｉが小さくなると電圧Ｖは大きくなるため、所定電流まで変化するのに必要な時間は電流減少の割合に比べ急速に長くなる。そのため、図２７のようなカーブを描くことになる。

図２８に異なる３つの電流をソース信号線に流した場合に所定電流に対する割合の時間的変化を示す。ここで３つの電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３において、Ｉ１＜Ｉ２＜Ｉ３という関係があるとすると、時間ｔ１後にはＩ３では９５％、Ｉ２では８８％、Ｉ１では８０％程度まで変化している。

図２９に６５μ秒後に各ソース電流値入力に対して所定電流値のうちの何割まで変化できたかを示す（ソース信号線容量は４０ｐＦ）。書き込み割合は指数関数的に増加することがわかる。

このような状態において、１水平走査期間を６５μ秒としてＥＬ電流（出力電流）を測定すると、図３０のようにソース信号線電流（入力電流）に対し、比例関係とはならず、低電流ほど出力電流が所定値より小さくなる割合が多くなり、入力電流に対し等間隔で階調を設定した場合、得られる輝度（出力電流に比例）はガンマ補正がかかったように黒に近い階調では緩やかに変化し、白になるにつれ変化量が大きくなる。

このように全ての階調において、所定の輝度に書き込むように書き込み時間を用意しなくてもよく、各階調の電流値が等間隔である場合、図３０のように輝度は緩やかに指数関数的に増加するため、全階調をランプ表示した場合に、入力信号強度対輝度が２．２乗に比例するガンマ曲線に近づき、表示品位を向上させることができる。

図３１は書き込み時間を変化させるための機能を設けたゲートドライバの構成を示したものである。ゲートイネーブルパルス生成部４１２を設け、イネーブルパルスが出力されたときは図２に示すゲート信号線（１）のトランジスタ１７ｃ、１７ｇ（ソース信号線と駆動トランジスタの経路上にあるトランジスタ）は全ての行において非導通状態とすることで、書き込み時間を短くすることができる。この方法以外にもフレーム周波数を変化させてもよいし、フレーム毎にブランキング期間を設けて、書き込み時間を調整する方法でもよい。

図１０に本発明の実施の形態を用いたテレビを示している。調整手段４２により図３１のゲートイネーブルパルス生成部４１２を変化させ、イネーブルパルス幅を変化させることでガンマ特性を調整する機能を有している。

また、外部切り替え手段４１３を設け、切り替えによりゲートイネーブルパルスのパルス幅を変更させるようにして、ガンマ曲線調整機能を設けてもよい。

（実施の形態１４）
図３１でイネーブルパルス幅を大きくすると、書き込み時間が短くなり、所定電流値に対し、書き込まれる電流値が小さくなる。例えば、図２８において、ソース信号線に電流値Ｉ３を流し、ゲート信号線（１）の導通期間をｔ２とすると、所定電流値に対し５０％となり、輝度は半減する。逆に、電流値をあらかじめ所定輝度に対し大きい値をソース信号線に流し、ソース信号線が黒状態から所定輝度に達した時間でソース信号線に接続されたトランジスタを非導通状態とすることで、表示素子に流れる電流に対し、ソース信号線電流を大きくして変化に要する時間を早くすることができた。

（実施の形態１５）
ソース信号線に流れる電流量をＥＬ素子に流れる電流量に比べ大きくする方法として、図１のような１画素の構成が考えられる。

これまでの発明と異なる点は、表示階調に対応して流す電流Ｉｅを数倍（３〜２０倍程度）とするのではなく、最低電流値の値を従来の数倍程度とし、以降階調増加分は従来と同様の増加量とすることである。つまり、ソース信号線に流れる電流Ｉｓは表示階調に対応した電流Ｉｅとバイアス電流Ｉｂとの和になる。ここでバイアス電流Ｉｂは電流Ｉｅの最小値の３倍以上２０倍以下の値をとる。

本構成では１画素あたりのトランジスタの数が４つであり、他の発明の形態と異なり、トランジスタの数を増加させることなくソース信号線電流値を増加させることができる点で有利である。

本実施の形態１５の画素構成における動作を図１及び図３２を用いて説明する。ソース信号線から画素に信号を書き込む時には図３２（ａ）に示すように、ゲート信号線（１）４２２はトランジスタを導通状態とし、バイアス制御線４２８はトランジスタを非導通状態とするため駆動用トランジスタ４２１ａにはソース信号線４２０に流れる電流量と同じＩｅ＋Ｉｂの電流が流れる。

ＥＬ素子１６を発光させる期間では図３２（ｂ）に示すように、トランジスタ４２１ｂ、４２１ｃ、４２１ｆが動作する。

図３２における（ａ）と（ｂ）の期間は図３３のタイミングチャートで示すように、ある行の画素で見ると、（ａ）の期間は１フレームのうち１／（走査行数）以下の期間であり、（ｂ）の期間はその残りの期間である。行ごとに（ａ）の期間はフレーム内で重ならないように配置される。

図３２における（ｂ）の期間では、駆動トランジスタ４２１ａを流れる電流は（ａ）の期間で蓄積容量４２６で記憶された電荷に対応したＩｅ＋Ｉｂである。そのうち、電流源４２９の電流値がバイアス電流Ｉｂであるとすると、ＥＬ素子４２７には電流Ｉｅが流れ、階調に応じた電流をＥＬ素子に流すことが可能となる。

ソース信号線に流れる電流値が最も小さい時とは電流Ｉｅが最小値の場合であり、バイアス電流Ｉｂにはこのときに期間（ａ）の間で電流値が所定電流に十分変化できるくらいの値を設定すればよく、ソース信号線容量が２０ｐＦ程度であれば、電流Ｉｅの最小値の８から１０倍程度あれば動作できる。これにより１水平走査期間が７５μ秒で駆動が可能となる。

図１の構成では、ソース信号線の電流を画素にとりこむ際に、図３２（ａ）に示すように、ＥＬ素子４２７には電流源４２９により逆方向電流（逆バイアス電流）Ｉｂが流れるため、ＥＬ素子４２７が有機電界発光素子の場合、逆方向電圧を印加した場合のように、有機分子の酸化還元反応などによる電気化学的劣化を遅くすることが可能となる。図３４に陽極／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／陰極からなる３層型有機発光素子のエネルギーダイアグラムを示す。発光時の正負キャリアの挙動は図３４（ａ）で表わされる。電子は陰極４５０より電子輸送層４５１に注入されると同時に正孔も陽極４５４から正孔輸送層４５３に注入される。注入された電子、正孔は印加電界により対極に移動する。その際、有機層中にトラップされたり、発光層界面でのエネルギー準位の差により４５５のようにキャリアが蓄積されたりする。

有機層中（電子輸送層４５１、発光層４５２、正孔輸送層４５３）に空間電荷が蓄積されると分子が酸化もしくは還元され、生成されたラジカル陰イオン分子もしくはラジカル陽イオン分子が不安定であることで、膜質の低下により輝度の低下および定電流駆動時の駆動電圧の上昇を招くことが知られている（Applied Physics Letters, Vol.69, No.15, P.2160〜2162, 1996）。これを防ぐためにデバイス構造を変えたり逆方向電圧を印加しているのである。

期間（ｂ）においては逆方向電流が印加されるため、注入された電子及び正孔がそれぞれ陰極及び陽極へ引き抜かれる。これにより、有機居中の空間電荷形成を解消し、分子の電気化学的劣化を抑えることで寿命を長くすることが可能となる。

なお、図３４では３層型素子について説明を行ったが、４層型以上の多層型素子及び２層型以下の素子においても、電極から注入された電子及び正孔により有機膜の電気化学的劣化が起こることは同様であるため、層の数によらず本実施の形態１５により寿命を長くすることが可能となる。１つの層に複数の材料を混ぜ合わせた素子においても分子の電気化学的劣化は同様に生じるため効果がある。

本発明での特徴はこのように、有機分子の劣化を防ぐ機能を持たせ、かつソース信号線に寄生する浮遊容量による波形なまりを防ぐためのバイアス電流を流す機能を持たせても、図２に示す構成と比べて各画素に必要なトランジスタ数を増加させることなく表示が可能であるということである。つまり、逆方向電流を流すためのトランジスタの数を増やさなくてもよいということが、表示装置の各画素の開口率を下げなくて済むため利点となる。

なお、ゲート信号線（１）４２２及びバイアス制御線４２８はそれぞれ図２のゲート信号線（１）１２及びゲート信号線（２）１３と同一操作で動作させればよく、逆方向電流印加のためにゲートドライバの機能を増やさなくてもよいという利点もある。

（実施の形態１６）
図３５は本発明の第１６の実施の形態を示したものである。ＥＬ素子４６７及び負荷４６８に駆動用トランジスタ４６１ａから流れる電流を流し、負荷及びＥＬ素子の抵抗値の比により、駆動用トランジスタ４６１ａに流れる電流に対するＥＬ素子に流れる電流の比を変化させることができる。

また、ゲート信号線（３）４６４の電圧を変化させ、トランジスタ４６１ｅの抵抗値を変化させることで、ＥＬ素子に流れる電流の比を変化させてもよい。

例えば、負荷４６８をＥＬ素子４６７と同様にダイオード特性の負荷として、抵抗の比をある値に設定することで、ソース信号線４６０に流れる電流値に対し、ＥＬ素子に流れる電流値を変化させることができる。例えば、負荷４６８の抵抗とＥＬ素子４６７の抵抗の比が１対９であるならば、ソース信号線電流はＥＬ素子を流れる電流の１０倍必要となる。これにより、図２３（ｂ）で示したように、従来に比べソース信号線が２０から２５ｐＦ程度あっても１水平走査期間が７５μ秒で表示可能となる。

また、図３６に示すような電流電圧特性を持つように負荷４６８を抵抗性の負荷とした場合に、階調に対しソース信号線の電流値が図３７の４９１で示すように変化すると、ＥＬ素子に流れる電流は階調に対し図３７の４９２で示すように増加する。負荷４６８とＥＬ素子４６７にかかる電圧は等しいため、同一電圧に対する電流の比によりＥＬ素子の電流値が決定され、電流値（階調）によってＥＬ素子の抵抗値が変化することから、ＥＬ素子は図３７の４９２で示すような非線形の特性となる。階調として、図３７のＮ以下の領域を使うことで、ガンマカーブに近い形となり、ガンマ補正が可能である。これにより、電流源の最小刻み幅に制約があり、黒領域の階調に対し、輝度変化を小さくできない場合でも、ガンマカーブに沿った階調対輝度特性を得ることができる。

なお、図３５ではＥＬ素子と負荷に電流が流れる期間を個別に制御することが可能であるが、図３８のように同一に制御するようにしてもよい。

図３９は外部調整手段５０１により負荷４６８の値を変更できるようにした場合の画素構成である。負荷４６８の値を変更することにより、ＥＬ素子４６７との抵抗値の比が変化するため、輝度の調節が可能となる。また、負荷４６８が抵抗性の負荷である場合は、図３７のＥＬ素子に対する階調特性カーブが変化するためガンマ調整やコントラスト調整などが可能である。

外部調整手段５０１は例えば、図１０のテレビや図８の携帯情報端末、図４０のビデオカメラ、図４１のデジタルカメラなどに、表示装置の設定用のボタンなどの形で外部に設置し、ユーザに調整できるような機能を設けることができる。もちろん、表示される画面にしたがってユーザがコマンドとして送って調整できるようにしてもよい。図４０の制御ボタン５１８や図４１のボタン５２５が外部調整手段に用いられる。

以上の発明はまた、各階調間の電流値の差が大きくなることから各階調に対応する電流源出力のばらつきの許容値を大きくできる利点がある。

以上の発明を用いることで、ソース信号線に寄生する容量値が２５ｐＦであっても水平走査期間が６５μ秒で書き込むことが可能であり、フリッカの少ない表示が可能である。

図８は本発明の実施の形態のうち、少なくとも１つの形態を用いた表示部１８２に復調装置、アンテナ１８１、ボタン１８４を取り付け、筐体１８３でもって携帯情報端末にしたものである。

図１０は本発明の実施の形態のうち、少なくとも１つの形態を用いた表示装置４１に映像信号入力４６と映像信号処理回路４４をとりつけ、筐体４７でもってテレビにしたものである。

また、本発明の実施の形態において、図５０のソースドライバ７１及びゲートドライバ７０を低温ポリシリコンを用いて表示装置のガラス基板に形成してもよい。もしくはソースドライバ７１及びゲートドライバ７０を半導体回路として作成し、表示パネルと組み合わせてもよい。また、一方のドライバを低温ポリシリコンで表示装置のガラス基板に形成し、他方を半導体回路として形成し、表示パネルと組み合わせる方法でもよい。

本発明の実施の形態のうち、ソース信号線に流れる電流値と、ＥＬ素子に流れる電流値の割合を変化させる方法として、少なくとも２つの駆動トランジスタを用いた回路例を図１８に示したが、トランジスタ１７ｊの配置場所は１７ａ、１７ｉの２つのトランジスタのうちの１つにトランジスタ１７ｄが導通時、電流を流さないような構成にすればよく、例えば図４２、図４３もしくは図４４に示したように配置しても同様な効果が得られる。また、これらの図に関わらず、上記目的を達するような構成であればトランジスタ１７ｊの挿入場所は任意でよい。

この例ではスイッチング素子として、Ｐチャネルのトランジスタを例にして説明を行ったが、Ｎチャネルのトランジスタ、もしくはその組み合わせによっても、同様に実現可能である。例えば、図２に示した画素構成の場合、ゲート信号線（１）１２及びゲート信号線（２）１３に印加させる電圧値にＮチャネルトランジスタを用いた場合は、ロジックレベルで考えるとＰチャネルトランジスタの信号の反転信号を入れればよく、電流源１０については電流を流す向きを逆にし、ＥＬ電源線１５から供給される電圧を電流源１０の電源切り替え手段１９とは逆の端子電圧に比べ、低くすることで同様に実現することが可能である。つまり、電流の向きと電位の関係が反転するだけで、ソース信号線１１に存在する浮遊容量２０の電荷の充放電を早くするという目的は同一であるからである。

また、Ｎチャネルトランジスタの場合に電流比を変化させる構成の一例として図４５を示す。

また、ダイナミックカレントコピアの画素構成において説明を行ってきたが、図４６に示すようなカレントミラー構成の画素においても同様に本発明を実施可能である。カレントミラー構成の場合においても、行選択時にはトランジスタ１７７ｄを導通状態、１７７ｂを非導通状態にして、電流源１７０により、ＥＬ電源線１７５、トランジスタ１７７ａ、１７７ｄ、ソース信号線１７１を通して階調に応じた電流を流すという動作を行うため、ソース信号線１７１に浮遊容量が存在した場合、電流源１７０の電流値の変化時に、低電流領域では浮遊容量にたまった電荷の充放電を行うことが難しいという課題は同じである。従って、本発明の実施により、書き込み速度が速くなるという効果を得ることができる。

ソース信号線に流す電流と、ＥＬ素子に流す電流値を変化させるには図４７に示すように、トランジスタ１７７ｍ及び１７７ｎを追加し、１７７ｎのゲート電極にゲート信号線（１）１７２を接続して、トランジスタ１７７ｍ、１７７ａのチャネルサイズを変化させることで、実現可能である。

また、トランジスタ１７７ｎのゲート端子をゲート信号線（１）１７２ではなく独立させて制御することで例えば、階調に応じて常に非導通もしくはゲート信号線（１）１７２と同一動作を行うもののうちのいずれかを選択することで、表示階調ごとにソース信号線電流とＥＬ素子に流れる電流の比を変化させることが可能となる。

これにより、ソース信号線に流す電流値を大きくすることができるため電流値の変化を早くすることが可能である。

本発明においてスイッチング素子として用いたトランジスタ１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１７ｊ、１７７ｂ、１７７ｄ、１７７ｎは薄膜トランジスタを例にして説明を行ったが、薄膜トランジスタに限らず、バリスタ、サイリスタ、リングダイオード、薄膜ダイオード（ＴＦＤ、ＭＩＭ）などを用いても同様な効果が得られる。

また、表示素子としてＥＬ素子で説明を行ったが、有機電界発光素子や無機エレクトロルミネッセンス素子、発光ダイオードなどを用いてもよい。

更に、例えば液晶などの光変調パネルにも応用できる。図２においてＥＬ素子１６を液晶層とすればよい。

同様に、ＥＬ素子を電流値により駆動させるための画素構成として図４８（ａ）に示すような構成も考えられる。図１８と異なるのはスイッチングトランジスタがＥＬ素子ではなく、電源線につながっているところである。

以下、図４８（ａ）の画素構成における動作を説明する。

ゲート信号線（１）３９１によりトランジスタ１７ｃ、１７ｂ、１７ｊを導通状態とする。さらにゲート信号線（２）３９２によりトランジスタ１７ｄを非導通状態とする。蓄積容量１４にはトランジスタ１７ａと１７ｉに流れる電流の和がソース信号線電流値と同じになる値となるように応じた電圧が記憶される。トランジスタ１７ａと１７ｉに流れる電流値の比はチャネルの長さの比及びチャネルの幅の比により決められる。

次に、ゲート信号線（１）３９１及び（２）３９２の操作により、トランジスタ１７ｃ、１７ｂ、１７ｊを非導通状態、トランジスタ１７ｄを導通状態とし、ＥＬ電源線３９３より電流をトランジスタ１７ａとＥＬ素子１６に流す。このときの電流値はソース信号線電流からトランジスタ１７ａに流れた電流値と同じ大きさである。

これにより、図１８の構成と同様に、ソース信号線に対する電流値とＥＬ素子に流れる電流値の比を少なくとも２つの駆動トランジスタ１７ａ、１７ｉのチャネルサイズの比を変更することで、変化させることが可能となり、従来の構成に比べてソース信号線に流す電流量が大きくなることで、浮遊容量２０による波形のなまりを小さくする効果が図１８の構成と同様に得られる。

また、本発明の実施により各階調のソース信号線に流れる電流値を数倍（２型パネルの時は５から１０倍程度）とすることで、各階調の電流ステップの刻み幅を大きくすることができ、ソースドライバに構成された各階調に対応した電流源の出力ばらつきの許容範囲を大きくすることができる。

また、電流調整がしやすいという利点が得られる。

ソース信号線１７１に電源切り替え手段１７９を設け、電流源１７０と電圧源１７８とを切り替えて使うことで、実施可能となる。

発明の効果

以上のように本発明は、ソース信号線に切り替え手段を有し、１水平走査期間内に、電圧印加期間と電流印加期間を設け、ソース僧号線に存在する浮遊容量に蓄積された電荷をすばやく所定の階調に対応する電荷量に変化させることで、１水平走査期間を短くし、フリッカレス駆動を実現できる。

また、１水平走査期間のうち表示階調に対応する電流値に対し、３倍以上１０倍以下の電流値を流す期間を設け、ソース信号線に存在する浮遊容量に蓄積された電荷の変化に要する時間を短くできたこと、ＥＬ電流値に対しソース信号線に流す電流値を１０倍程度にすることで、１水平走査期間を短くしフリッカレス駆動を実現できる。一般には電流値が少なくともソース容量値とソース電圧の積を１水平走査期間で割った値よりも大きくすれば、各階調に対応した電流値を水平走査期間内に書き込むことが可能となる。

本発明の第１５の実施の形態における画素の構成を示した図 本発明の第１の実施の形態による画素、ソース信号線及び電源を示した図 水平走査期間内での電庄印加期間と電流印加期間のタイミングを示した図 白表示及び黒表示時に対する出力電流の電圧印加期間依存性を示した図 本発明の第２の実施の形態におけるソースドライバ部、電源部およびソース信号線の関係を示した図 ソース信号線からある画素への電流書き込み時の等価回路及び画素内のトランジスタの電流電圧特性及びソース信号線の波形を示した図 本発明の第３および第６の実施の形態におけるソースドライバ部の構成を示した図 本発明の実施の形態における表示装置を組み込んだ携帯情報端末の図 本発明の第４の実施の形態におけるコントローラ及びソースドライバのブロック図 本発明の実施の形態における表示装置を組み込んだテレビを示した図 本発明の第５の実施の形態におけるソース信号線電流に対応した電圧を発生させるためのブロック図 本発明の第６の実施の形態におけるソース信号線に流れる電流の波形を示した図 本発明の第６の実施の形態におけるソース信号線に流れる電流の波形を立ち上がり時及び立ち下がり時に従来例と比較し示した図 本発明の第７の実施の形態におけるソースドライバのブロック図と画素部の構成を示した図 本発明の第７の実施の形態におけるタイミングチャート 本発明の第８の実施の形態におけるデジタルアナログ変換器を用いたソース信号線出力を示した図 本発明の第８の実施の形態における水平走査期間内でのリファレンス電圧の変化を示した図 本発明の第９の実施の形態における１画素分の回路を示した図 本発明の第９の実施の形態におけるソース信号線電流とＥＬ素子に流れる電流の関係を示した図 図１８に示す回路構成においてソース信号線に電流を流す場合と、ＥＬ素子に電流を流す場合の各トランジスタの導通状態を示した図 本発明の第９の実施の形態において図１８中のトランジスタのチャネルサイズの変化による電流源の電流値とＥＬ素子を流れる電流値の変化を示した図 本発明の第１０の実施の形態における１画素分の回路を示した図 水平走査期間が７５μ秒の時、ソース信号線容量により所定電流値に対しどの程度まで書き込めるのかを示した図 本発明の第１１の実施の形態において水平走査期間が７５μ秒の場合にソース信号線容量の変化により所定電流値に対しどの程度まで書き込めるのかを示した図 本発明の第１２の実施の形態における階調とソース信号線に流れる電流の関係を示した図 階調によって、ソース信号線に流す電流値と、ＥＬ素子に流す電流値の比を変更させるための回路構成を示した図 あるソース容量値に対するソース信号線電流とその電流値に達するのに要する時間の関係を示した図 異なる３つの電流値に対し、所定電流値まで変化するのに必要な時間が異なることを示した図 ソース信号線容量が４０ｐＦの時、６５μ秒後に各ソース信号電流値に対して所定電流値までの何％まで変化したかを示した図 図４５に示す割合で書き込まれた場合に、ソース信号入力電流に対するＥＬ素子に出力される電流値の関係を示した図 本発明の第１３の実施の形態におけるゲートドライバ部の構成を示した図 図１の画素構成の動作を示した図 図１の画素構成におけるゲート信号線、バイアス制御線の動作波形を示した図 ３層型発光素子におけるキャリアの挙動を示した図 本発明の第１６の実施の形態における画素の構成を示した図 図３５及び図３８のＥＬ素子及び負荷に用いられた素子の電流と電圧の関係を示した図 ＥＬ素子とソース信号線における階調と電流の関係を示した図 図３５に示す画素の構成において負荷とＥＬ素子に接続されるトランジスタを共通にした図 調整手段により負荷の抵抗値を変化させる機能を設けた図 本発明の表示装置を用いたビデオカメラを示した図 本発明の表示装置を用いたデジタルカメラを示した図 ソース信号線に流す電流値と、ＥＬ素子に流す電流値の比を変更させるための回路構成を示した図 ソース信号線に流す電流値と、ＥＬ素子に流す電流値の比を変更させるための回路構成を示した図 ソース信号線に流す電流値と、ＥＬ素子に流す電流値の比を変更させるための回路構成を示した図 Ｎチャネルトランジスタを用いた場合にソース信号線に流す電流値と、ＥＬ素子に流す電流値の比を変更させるための回路構成を示した図 画素がカレントミラー構成となった場合の本発明の実施の形態を示した図 カレントミラー構成において、ソース信号線に流す電流値とＥＬ素子に流す電流値を異ならせることができるようにした図 ＥＬ素子ではなく、ＥＬ電流線をトランジスタにより導通非導通状態に変化させる場合のソース信号線に流す電流値と、ＥＬ素子に流す電流値の比を変更させるための回路構成を示した図 本発明の第１１の実施の形態における階調に対する電流源の割り当てを示した図 従来の表示装置の構成を示した図 ゲート信号線の走査時間を変化させた場合の入力電流と出力電流の関係を示した図 表示色の違いによる有機発光素子の電圧−輝度特性及び電流密度−輝度特性の違いを示した図

１０ 電流源
１１ ソース信号線
１２ ゲート信号線（１）
１３ ゲート信号線（２）
１４ 蓄積容量
１５ ＥＬ電源線
１６ ＥＬ素子
１７ トランジスタ
１８ 電圧源
１９ 電源切り替え手段
２０ 浮遊容量
４２０ ソース信号線
４２１ トランジスタ
４２２ ゲート信号線（１）
４２５ ＥＬ電源線
４２６ 蓄積容量
４２７ ＥＬ素子
４２８ バイアス制御線
４２９ 電流源

Claims (1)

1. アクティブマトリクス型表示装置であって、
   表示素子と、
   ソース信号線と、
   前記表示素子と並列に接続され、バイアス電流を流す電流源と、
   前記ソース信号線にソース信号線電流を供給する電源と、
   前記電源から供給される前記ソース信号線電流に応じて前記表示素子用の電流及び前記バイアス電流を供給する駆動用トランジスタと、
   第１ゲート信号線により導通及び非導通を切り換え、前記ソース信号線から前記駆動用トランジスタに電流経路を形成する信号線接続トランジスタと、
   第２ゲート信号線により導通及び非導通を切り換え、前記表示素子用の電流及び前記バイアス電流を供給するＥＬ接続トランジスタを具備し、
   前記ＥＬ接続トランジスタが導通のとき、
   前記表示素子に流れる電流は前記駆動用トランジスタから供給され、
   前記ＥＬ接続トランジスタが非導通のとき、前記表示素子には、前記電流源により逆方向電流が流れ、前記電流源と前記表示素子からなる閉ループにおいて、前記表示素子のアノード電極を介して、前記逆方向電流は前記バイアス電流として供給されることを特徴とするアクティブマトリクス型表示装置。
   

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