JP6120511B2 - 発光装置、発光素子の駆動回路および駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、発光装置および発光素子の駆動回路に関し、詳しくは、発光素子として有機エレクトロルミネセンス素子（以下、有機ＥＬ素子という）を用いた発光装置に関するものである。

有機ＥＬ素子は、２つの電極間に有機化合物の層を挟んでなる発光素子で、電極間に流れる電流に応じた明るさで発光する。有機ＥＬ素子を用いた発光装置としては、有機ＥＬ素子を平面内にマトリクス状に並べた表示装置のほか、１次元配列させた電子写真プリンタの露光装置や、広い面積で発光させる照明装置などの応用が考えられている。

有機ＥＬ素子は発光時に大きな電流が流れるので、電源から有機ＥＬ素子の駆動回路に至る導電線（以下、電源線という）の抵抗が高いと、その部分で大きな電圧降下が生じ、有機ＥＬ素子に与えられる電源電圧が低くなってしまう。また、電源線に沿って有機ＥＬ素子を多数並べた発光装置では、電源に近い有機ＥＬ素子と遠い有機ＥＬ素子で、電源電圧に違いが生じる。電源電圧の変動は、有機ＥＬ素子のアノード側の電源線とカソード側の電源線の両方で、その抵抗値に応じて生じる。

一方で、有機ＥＬ素子には発光輝度を決める電圧信号がデータ線などを通して与えられている。データ線には過渡的にしか電流が流れないので、電源線に比べると電圧降下は非常に少ない。したがって、有機ＥＬ素子の駆動回路には、電源電圧の変動とは関係なく均一な電圧信号が書き込まれる。

駆動回路は、書き込まれた電圧信号に応じた電流を生成し、有機ＥＬ素子に供給する。駆動回路内の電流生成は、アノード側あるいはカソード側の電源電圧を基準として行われるので、信号電圧が均一であっても、生成される電流は、基準となるほうの電源電圧の変動によって不均一になってしまう。

特許文献１は、駆動回路内の容量の両端を駆動回路から切り離して、一端に一定電圧、他端に信号電圧を与え、この電圧を維持したまま駆動回路に再接続することにより、電源電圧によらない電流を生成する駆動回路の発明を開示する。別の実施例では、容量に信号電圧を書き込んでいる間に、駆動回路内で別の容量に駆動トランジスタの閾値電圧を保持する。容量を再接続して信号電圧と閾値電圧の和を駆動トランジスタに与えることにより、閾値によらない電流が生成でき、閾値電圧のばらつきをキャンセルすることができる。

特許第０４８２６１３１号公報

従来の駆動回路は、電源電圧の変動の影響をなくしつつ、駆動トランジスタの閾値ばらつきもキャンセルしようとすると、２つの容量が必要である。容量は画素内で占有する面積が大きく、２つ設けるには大きなレイアウト面積を必要とする。このため、画素サイズの小さくして精細度を高めることが困難になる。

本発明の目的は、駆動回路内の容量の数を増やすことなく、電源電圧変動に起因した駆動電流のバラツキを抑制することにある。

本発明の第一は、発光素子と、駆動トランジスタ、前記駆動トランジスタのゲートとドレインの間に設けられた第１のスイッチ、前記駆動トランジスタのドレインと前記発光素子の一端の間に設けられた第２のスイッチ、ならびに前記駆動トランジスタのゲートに一端が接続された容量、を含む駆動回路と、前記駆動回路に電源電圧を供給する電源線と、前記駆動回路に第１電圧および第２電圧をそれぞれ供給する第１電圧線および第２電圧線と、を有する発光装置であって、前記駆動回路は、前記駆動トランジスタのソースを前記電源線と前記第１電圧線のいずれか一方に切り替え可能に接続する第３のスイッチと、前記容量の他端を前記駆動トランジスタのソースと前記第２電圧線のいずれか一方に切り替え可能に接続する第４のスイッチとを備え、前記第１ないし第４のスイッチは、前記第１のスイッチがオン、かつ前記第２のスイッチがオフの第１期間に、前記第３のスイッチが前記駆動トランジスタのソースを前記第１電圧線に接続し、前記第４のスイッチが前記容量の他端を前記第２電圧線に接続し、前記第１のスイッチがオフ、かつ前記第２のスイッチがオンの第２期間に、前記第３のスイッチが前記駆動トランジスタのソースを前記電源線に接続し、前記第４のスイッチが前記容量の他端を前記駆動トランジスタのソースに接続するように、制御されることを特徴とする。

本発明の第３は、電源線と第１電圧線と第２電圧線に接続された駆動回路を用いて発光素子を駆動する発光素子の駆動方法であって、
前記駆動回路は、駆動トランジスタと、前記駆動トランジスタのゲートに一端が接続された容量と、前記駆動トランジスタのゲートを前記駆動トランジスタのドレインに接続する第１のスイッチと、前記駆動トランジスタのドレインを前記発光素子に接続する第２のスイッチと、前記駆動トランジスタのソースを前記電源線と前記第１電圧線のいずれか一方に接続する第３のスイッチと、前記容量の他端を前記駆動トランジスタのソースと前記第２電圧線のいずれか一方に接続する第４のスイッチと、を備えており、
前記第１のスイッチをオンさせ、かつ前記第２のスイッチをオフさせて、前記第３のスイッチによって前記駆動トランジスタのソースを前記第１電圧線に接続し、前記第４のスイッチによって前記容量の他端を前記第２電圧線に接続する第１の工程と
前記第１のスイッチをオフさせ、かつ前記第２のスイッチをオンさせて、前記第３のスイッチによって前記駆動トランジスタのソースを前記電源線に接続し、前記第４のスイッチによって前記容量の他端を前記駆動トランジスタのソースに接続する第２の工程と
を有することを特徴とする。

本発明によれば、電源電圧変動に起因した輝度バラツキを抑制することができる。

本発明の発光装置における駆動回路の構成を示す回路図である。 駆動装置のタイミングチャートである。 実施例１の表示装置の構成を示す回路ブロック図である。 実施例１における駆動回路の構成を示す回路図である。 実施例１における駆動回路の動作を示すタイミングチャートである。 実施例２の露光装置の構成を示す回路ブロック図である。 実施例２における駆動回路の構成を示す回路図である。 実施例２における駆動回路の動作を示すタイミングチャートである。 実施例３の露光装置の構成を示す回路ブロック図である。 実施例３の露光装置の平面図である。 実施例３の露光装置を用いた画像形成装置の断面図である。

本発明は、駆動回路の容量の一方の端子と駆動トランジスタのソース端子を駆動回路から切り離して、それらの端子に一定電圧と信号電圧を与えることにより、駆動トランジスタの閾値電圧と信号電圧の両方を保持させ、駆動回路に再接続したときに閾値電圧および電源電圧によらない電流が生成されるようにしたものである。

以下、本発明に係る発光装置の実施形態について、図面を用いて説明する。

図１は本発明の発光装置における駆動回路の構成を示す図である。

駆動回路１００は、駆動トランジスタＭ１と、容量Ｃ１と、第１ないし第４のスイッチを含む。

駆動トランジスタＭ１はＰチャネル型のＭＯＳトランジスタである。駆動トランジスタＭ１のソースＳは第３のスイッチＳＷ３の一方の端子３１と第４のスイッチＳＷ４の第２端子４２に接続されている。ゲートＧは、容量Ｃ１の一方の端子に接続されると同時に、第１のスイッチＳＷ１の一端１１にも接続されている。ドレインＤは、第１のスイッチＳＷ１のもう１つの端子１２と第２のスイッチの１つの端子２１に接続されている。

容量Ｃ１は一端が駆動トランジスタＭ１のゲートに接続され、他端が第４スイッチＳＷ４の第１端子４１に接続される。

有機ＥＬ素子ＥＬは、アノードが第２のスイッチＳＷ２の第２端子２２に接続され、カソードは接地線６４に接続されている。

第１のスイッチＳＷ１と第２のスイッチＳＷ２は、ともに、２端子の、オン・オフの切り替えを行うスイッチである。第３と第４のスイッチは、ともに、３端子のスイッチであり、第１の端子と第２の端子が接続され、第１と第３の端子が切り離された状態と、第１の端子と第２の端子が切り離され、第１と第３の端子が接続された状態の、いずれか一方の状態をとる。第１ないし第４のスイッチには不図示の制御線が接続されており、Ｈ（ｈｉｇｈ）とＬ（ｌｏｗ）の２値をとる制御信号によって接続状態が制御される。

駆動回路１００には、電源線６０、第１の電圧線６１、第２の電圧線６２、接地線６４の各配線が配置されている。電源線６０は第３のスイッチＳＷ３の第２端子３２に電源電圧Ｖｏｌｅｄを与える。第１電圧線６１は第３のスイッチＳＷ３の第３端子３３に電圧Ｖ１を与え、第２の電圧線６２は第４のスイッチＳＷ４の第３端子４３に電圧Ｖ２を与える。接地線６４は、有機ＥＬ素子ＥＬのカソードに共通電位Ｖｃｏｍを与える。

有機ＥＬ素子の発光輝度を決定する信号電圧は、第１電圧線６１の電圧Ｖ１と第２電圧線６２の電圧Ｖ２の差として駆動回路に書き込まれる。

駆動回路１００は、駆動トランジスタＭ１のソースＳが第３のスイッチＳＷ３を介して電源線６０に接続されたときに、ゲート−ソース間電圧に応じた電流を電源線から引き出してドレイン電流を生成する。ドレイン電流は、第２のスイッチＳＷ２がオンのときに有機ＥＬ素子ＥＬに供給され、アノードＡとカソードＫの間に流れる。有機ＥＬ素子ＥＬは、この電流に応じた輝度で発光する。

第１ないし第４のスイッチＳＷ１−ＳＷ４は、図１で矢印で示したようにそれぞれに制御信号が与えられて、その接続状態が切り替え可能になっている。

図２は、第１ないし第４のスイッチＳＷ１−ＳＷ４の接続手順と、駆動トランジスタのゲート電圧Ｖｇを示すタイミングチャートである。

時刻ｔ１−ｔ２は、容量Ｃ１に電圧を書き込むための期間であって、第１のスイッチＳＷ１がオン、第２のスイッチＳＷ２がオフ、第３のスイッチＳＷ３が第３端子側にオン、すなわち第１端子と第３端子が接続され、第１端子と第２端子がオフになる。第４のスイッチＳＷ４も第３端子側にオンの状態にある。（図２ではこの状態を１−３ｏｎ、それと反対側の状態を１−２ｏｎと書いた。）駆動トランジスタＭ１のソースＳは第１電圧線６１に接続され、第１電圧Ｖ１が供給される。容量Ｃ１の駆動トランジスタのゲートＧと反対側の端子は第２電圧線６２に接続され、第２電圧Ｖ２が供給される。

この期間の駆動トランジスタＭ１のゲートＧの電圧を図２のＶｇで示した。第１電圧線６１から供給され駆動トランジスタＭ１のソース−ドレイン間を流れた電流（ドレイン電流）は、第１のスイッチＳＷ１を通って容量Ｃ１に入る。この電流によって、容量Ｃ１の駆動トランジスタＭ１のゲートに接続されたほうの端子の電圧（すなわちゲート電圧Ｖｇ）が上昇する。ゲート電圧Ｖｇの上昇によって駆動トランジスタＭ１のゲート−ソース間電圧が小さくなり、駆動トランジスタＭ１の閾値電圧Ｖｔｈに近づくと、それにつれてドレイン電流も小さくなる。十分長い時間のうちには、駆動トランジスタＭ１のゲートＧの電圧はＶ１−Ｖｔｈになり、容量Ｃ１の両端電圧ｄＶは、ゲート側を負としてＶ２−Ｖ１＋Ｖｔｈになる。

時刻ｔ２の時点で容量Ｃ１に保持される電圧は、駆動トランジスタの閾値電圧Ｖｔｈを含んでいる。これは、容量Ｃ１を、駆動トランジスタＭ１を流れる電流によって充電するという動作の結果である。この動作により、輝度を指定する信号電圧（Ｖ２−Ｖ１）と駆動トランジスタの閾値電圧Ｖｔｈを１つの容量Ｃ１で保持することを可能にしたものである。

時刻ｔ２以降は、第１のスイッチＳＷ１をオフ、第２のスイッチＳＷ２をオン、第３のスイッチＳＷ３を第２端子側にオン、第４のスイッチＳＷ４も第２端子側にオンにする。駆動トランジスタＭ１のソースＳは電源線６０に接続され、容量Ｃ１の駆動トランジスタのゲートと反対側の端子は駆動トランジスタのソースＳに接続される。この結果、駆動トランジスタＭ１のソースＳは電源電圧Ｖｏｌｅｄになり、駆動トランジスタＭ１のゲート−ソース間には、容量Ｃ１に保持された電圧ｄＶ＝Ｖ２−Ｖ１＋Ｖｔｈがかかる。この電圧は、ソース側を正、ゲート側を負とする電圧なので、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタにおいては、Ｖ２＞Ｖ１となるように設定しておけば駆動トランジスタＭ１がオンになり、Ｖ２−Ｖ１によって決定されるドレイン電流が流れる。このとき、駆動回路１００で生成される電流は、電源電圧Ｖｏｌｅｄにも、閾値電圧Ｖｔｈにも依存しない。

ドレイン電流がＶ２−Ｖ１によって決定されるのは、有機ＥＬ素子のアノード電圧すなわち駆動トランジスタＭ１のドレイン電圧がゲート電圧より低いとき、言い換えれば駆動トランジスタＭ１が飽和領域で動作しているときである。これはＶｏｌｅｄを十分高くしておくことにより保障される。

かりに、第３のスイッチＳＷ３がなく、駆動トランジスタＭ１のソースが常に電源線６０に接続されているとすると、ｔ２時点での容量Ｃ１の両端電圧はＶ２−Ｖｏｌｅｄ＋Ｖｔｈとなり、ｔ２以降のドレイン電流は電源線６０の電圧Ｖｏｌｅｄに依存する。電源線６０は、電源電圧を発生するもともとの電源から発して駆動回路１００に配線される導電線であるから、抵抗を持っており、駆動回路１００に与えられる電圧は、電源線を流れる電流によって異なった値になる。電源から駆動回路１００に至る電源線が同様の他の駆動回路に接続されている場合は、電源電圧の変動はその駆動回路に供給される電流にも依存する。

これに対して本発明では、容量Ｃ１に電圧を書き込む期間中に駆動トランジスタＭ１を電源線から切り離し、別の（第１）電圧線６１に接続するので、得られるドレイン電流は電源電圧の変動の影響を受けない。

ｔ１−ｔ２の期間中、第１電圧線に流れる電流は容量Ｃ１に流れる過渡的な電流であるから、時間とともに小さくなり、時刻ｔ２では第１電圧線にはほとんど電流が流れていない。したがって、第１電圧線が大きな抵抗を持っていたとしても、電圧Ｖ１の変動は実際上問題とならない。第１電圧線６１を流れる電流は容量Ｃ１を通して第２電圧線６２にも流れるが、同じ理由で第２電圧Ｖ２の変動もないとしてよい。

時刻ｔ２以降は、Ｖ２−Ｖ１によって決定されるドレイン電流が駆動トランジスタＭ１から有機ＥＬ素子ＥＬに流れ、有機ＥＬ素子ＥＬが発光する期間である。ｔ２で開始された発光は時刻ｔ７で終了し、ｔ７以降の時間に同じ駆動回路１００に新しい信号電圧が書き込まれる。

以下、ｔ１−ｔ２の期間を第１期間または書き込み期間、ｔ２−ｔ７の期間を第２期間または発光期間と呼ぶ。

図１の回路は、駆動トランジスタＭ１がＰチャネル型のＭＯＳトランジスタであるから、Ｖ２＞Ｖ１のときにドレイン電流が流れる。通常は、第２電圧線６２にＶ２として有機ＥＬ素子の輝度を決定する信号電圧Ｖｄａｔａを与え、第１電圧線の電圧Ｖ１は固定されるが、逆に第１電圧線６１に信号電圧Ｖｄａｔａを与え、第２電圧線に固定電圧を与えてもよい。

書き込み期間の長さを十分に長くとれば、駆動トランジスタＭ１から第１スイッチＳＷ１を通って容量Ｃ１に流れる電流はゼロになるが、実際には書き込み時間は有限で、電流がゼロになる前に書き込み期間を終了させることになる。この場合、書き込み開始前（ｔ１以前）に容量Ｃ１に保持されていた電圧の影響が残る。これを防ぐため、ｔ１以前に、容量Ｃ１の電圧を初期化する期間（第３期間または初期化期間という）を設けてもよい。容量Ｃ１の初期化は、第１のスイッチと第２のスイッチをともにオンにして駆動トランジスタＭ１をダイオード接続した状態で電流を流すことにより、容量Ｃ１に駆動トランジスタＭ１の閾値電圧を超える十分大きな電圧を保持させることによって行うことができる。このとき駆動トランジスタＭ１には定常電流が流れるので、第３と第４のスイッチは発光時と同じ状態にして、電源線６０から電流が供給されるようにしておくことが好ましい。

初期化は、容量Ｃ１の両端に直接、上記の大きな電圧を与えることによってもなし得る。これについては実施例２で詳しく説明する。

第３、第４のスイッチは、必ず同じタイミングで切り替えられるので、１つの制御線で制御することができる。後述の実施例では、初期化に際し、駆動トランジスタのソースを第１電圧線に、容量のゲートと反対側の端子を第２電圧線に接続するので、第２のスイッチも、第３と第４のスイッチと同じタイミングで切り替えられ、これらの制御線を１本にすることができる。

以下、本発明を実施例によって詳しく説明する。以下の実施例では有機ＥＬ素子を用いた発光装置を例に取っているが、無機ＥＬ素子、電界放出素子、ＬＥＤなどの発光素子を用いた発光装置とその駆動回路にも本発明は適用できる。

図３は本発明の第１の実施例の発光装置であって、複数の有機ＥＬ素子ＥＬとその駆動回路１００をＮ行Ｍ列のマトリクス状に配列した表示装置である。ＮとＭはそれぞれ２以上の整数で、典型的には、Ｎ＝４８０、Ｍ＝６４０×３である。

行方向に各行３本ずつの制御線７１，７２、７３が設けられ、走査回路ＳＣＮによって生成される制御信号が与えられる。

行方向と交差する列方向には、電源線６０、第１の電圧線６１、第２の電圧線６２が設けられている。電源線６０は１列おきに配置され、両側の２列の駆動回路に共通に電源電圧を供給する。電源線６０が設けられていない列間には、これも１列おきに第１電圧線６１が配置され、隣り合う２列の駆動回路に共通に第１電圧Ｖ１を供給している。第２電圧線６２は各列に１本ずつ配置され、有機ＥＬ素子ＥＬの輝度に応じた信号電圧Ｖ２＝Ｖｄａｔａを供給する。

電源線６０は画素マトリクスの外で１本にまとめられ、電源ＰＳ０に接続されている。列ごとの電源線６０を共通接続して電源に接続する配線も、列間の電源線６０と同様に抵抗を有しており、電源線の一部を構成する。第１電圧線６１も画素マトリクスの外で１本にまとめられ、第１電圧Ｖ１の電源ＰＳ１に接続されている。第２電圧線６２は列ごとに信号電圧生成回路ＳＩＧに接続される。

図４は、図３の表示装置の各画素の回路構成を示す図である。図１と同じ部分には同じ符号を付した。

本実施例では、第１ないし第４のスイッチＳＷ１−４をＭＯＳトランジスタで構成する。第３と第４のスイッチは、ともに３端子のスイッチで、第１端子と第２端子がオンのとき第１端子と第３端子がオフ、第１端子と第２端子がオフのとき第１端子と第３端子がオン、という相補的なスイッチなので、ゲートが共通の２つの相補的なＭＯＳトランジスタを用いて構成することができる。

第１のスイッチＳＷ１は１つのＮチャネル型ＭＯＳトランジスタＭ４で構成され、そのゲートには第１の制御線７１が制御信号Ｐ１を供給する。第２のスイッチＳＷ２は１つのＰチャネル型ＭＯＳトランジスタＭ６で構成され、そのゲートには第２の制御線７２が制御信号Ｐ２を供給する。第３のスイッチは、第１端子と第２端子間のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタＭ７と、第１端子と第３端子間のＮチャネル型ＭＯＳトランジスタＭ５の２つのトランジスタで構成されている。共通のゲートには第３の制御線７３が制御信号Ｐ３を供給する。第４のスイッチＳＷ４は、第３のスイッチＳＷ３と同じく、第１端子と第２端子間のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタＭ８と、第１端子と第３端子間のＮチャネル型ＭＯＳトランジスタＭ２で構成され、共通のゲートに第３のスイッチと同じ第３の制御線７３が制御信号Ｐ３を供給する。

図５は各行の３本の制御線に与えられる制御信号Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を示すタイミングチャートである。Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の後の（）内の数字は行番号を表す。図２では、各スイッチのオン・オフ状態を示したが、図５の制御信号Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は電圧信号を示し、上がＨ（ｈｉｇｈ）レベル、下がＬ（ｌｏｗ）レベルである。

時刻ｔ０−ｔ１は第１行の駆動回路１００の初期化期間であり、Ｐ１＝Ｈ、Ｐ２＝Ｌ、Ｐ３＝Ｌの信号が与えられて、第１のスイッチＳＷ１であるトランジスタＭ４と、第２のスイッチＳＷ２であるトランジスタＭ６がオンになる。第３のスイッチＳＷ３と第４のスイッチＳＷ４は、それぞれの第２端子側のトランジスタＭ７とＭ８がオンになり、第３端子側のトランジスタＭ５とＭ２はオフである。駆動トランジスタＭ１はゲート−ドレイン間が短絡されてダイオード接続となり、ソース−ドレイン間に初期化電流が流れて容量Ｃ１に閾値電圧Ｖｔｈを超えるオン電圧を生じる。

時刻ｔ１−ｔ２は、Ｐ１＝Ｈ、Ｐ２＝Ｈ、Ｐ３＝Ｈになり、第１のスイッチＳＷ１であるトランジスタＭ４はオンのままだが、第２のスイッチＳＷ２であるトランジスタＭ６はオフになる。第３のスイッチＳＷ３と第４のスイッチＳＷ４は、それぞれの第３端子側のトランジスタＭ５とＭ２がオンになり、第２端子側のトランジスタＭ７とＭ８はオフである。

このとき、駆動トランジスタＭ１のソースＳは第１電圧線６１に接続されて第１電圧Ｖ１が与えられ、容量Ｃ１のゲートＧと反対側の端子は第２電圧線６２に接続されて第２電圧Ｖ２が与えられる。第１電圧Ｖ１は一定の参照電圧Ｖｒｅｆであり、第２電圧Ｖ２は有機ＥＬ素子ＥＬの輝度を決定する輝度信号Ｖｄａｔａである。

時刻ｔ１−ｔ２の書き込み期間に、第１電圧線から駆動トランジスタＭ１のソースＳに入る電流は、ドレインを出てトランジスタＭ４を通り、容量Ｃ１の一方端子に入る。容量Ｃ１のもう一方の端子を出た電流は第２電圧線６２を通って流れ出る。この電流によって、時刻ｔ２で、容量Ｃ１の両端に（ゲート側を負として）Ｖｄａｔａ−Ｖｒｅｆ＋Ｖｔｈの電圧が生じる。

時刻ｔ２で制御電圧が切り替わり、Ｐ１＝Ｌ、Ｐ２＝Ｌ、Ｐ３＝Ｌになる。第１のスイッチＳＷ１であるトランジスタＭ４はオフ、第２のスイッチＳＷ２であるトランジスタＭ６はオンになる。第３のスイッチＳＷ３と第４のスイッチＳＷ４は、それぞれの第２端子側がオンになり、容量Ｃ１のゲートＧと反対側の端子が駆動トランジスタＭ１のソースＳに接続され、駆動トランジスタＭ１のソースは再び電源線６０に接続される。

この結果、駆動トランジスタＭ１のドレインＤから有機ＥＬ素子ＥＬのアノードに向けて、Ｖｄａｔａ−Ｖｒｅｆによって決まる電流が流れる。Ｖｄａｔａが高いほど電流が大きく、有機ＥＬ素子が高い輝度で発光する。Ｖｄａｔａ＝Ｖｒｅｆのときは電流がゼロで、有機ＥＬ素子は発光しない。

時刻ｔ２以降は第１行の有機ＥＬ素子の発光期間であるが、同時に第２行の駆動回路の初期化が開始される。第２電圧線６２の電圧Ｖ２は、第２行の有機ＥＬ素子の輝度を決定する信号に切り替わる。ｔ２−ｔ３で駆動回路が初期化され、ｔ３−ｔ４で書き込みが行われる。

以下、行ごとに順次初期化と書き込みが行われ、ｔ７で最終の第Ｎ行の書き込みが完了する。

全ての行の書き込みが終了後に、再び第１行の書き込みが行われる。このように、各行の初期化と信号電圧の書き込みは他の行の発光期間中に行われ、発光期間は全行で同じ長さになる。

本実施例では、電源線６０は１列おきに第１電圧線６１のない列間に設けられており、２列の画素回路が列方向の電源線を共有する。これによって電源線６０の配線幅を広くすることができる。列間の寸法が十分広いときは、電源線６０と第１電圧線６１を各列に１本ずつ設けてもよい。

信号電圧の書き込みは行ごとに行われるので、１つの列に並ぶ駆動回路１００のうち１つだけが書き込み期間になり、残る（Ｎ−１）個の駆動回路は発光期間にある。このため、各行の駆動回路の書き込み期間に、発光期間中の（Ｎ−１）行の有機ＥＬ素子に向かう電流が電源線に流れており、電源線６０には列方向に沿った電圧降下が生じている。発光期間中はこれに当該行の有機ＥＬ素子への電流による電圧降下が加わる。しかし、書き込み期間中は電源線から切り離して信号が書き込まれ、発光期間中は書き込まれた電圧によって電流が決まるので、有機ＥＬ素子ＥＬの発光輝度は電源線６０の電圧降下の影響を受けない。

各列の電源線６０を束ねて電源ＰＳ０につなぐ部分の電源線６０にも電流が流れるので、各駆動回路の電源電圧は行方向にも電圧降下が生じるが、書き込まれる信号電圧と発光時の電流は、いかなる電源電圧降下の影響も受けないので、行方向の輝度ばらつきもない。

第３のスイッチの第２端子側にあるトランジスタＭ７に高いオン抵抗が存在すると、このトランジスタＭ７による電圧降下が生じ、発光時の駆動トランジスタＭ１のソースＳの電圧は電源線６０の電圧Ｖｏｌｅｄよりさらに低くなる。しかし、本実施例のように、第４のスイッチＳＷ４の第２端子４２を第３のスイッチＳＷ３の第１端子、あるいは同じことだが駆動トランジスタＭ１のソースＳに接続しておくと、トランジスタＭ７の電圧降下にも影響されない電流が生成される。

トランジスタＭ７のオン抵抗が小さく、その電圧降下が無視できるときは、第４スイッチの第２端子を第３のスイッチの第２端子、すなわち電源線６０に接続してもよい。

本実施例は、有機ＥＬ素子が１次元に配列し、発した光を感光体に照射する電子写真プリンタの露光装置の例である。

図６は感光ドラムに光を照射して潜像を形成する有機ＥＬ露光ヘッドの全体図である。図３と同じ部分には同じ符号を付した。

ガラス基板１の上に、有機ＥＬ素子ＥＬがライン状に配置され、各有機ＥＬ素子には駆動回路１００が接続されている。電源線６０、第２電圧線６２、有機ＥＬ素子のカソードを接地電位Ｖｃｏｍにする接地線６４は、ラインに沿って全部の有機ＥＬ素子と駆動回路に共通に設けられている。有機ＥＬ素子の総数は、Ａ４用紙の短手方向に６００ｄｐｉの画像を形成するプリンタの場合、４８００個である。

駆動回路１００は、Ｍ個の駆動回路を１ブロックとしてＮブロックに分けられ、同じブロック内のＭ個の駆動回路は共通の制御線７１，７３，７４で制御される。制御線７１，７３，７４はそれぞれＮ本あり、駆動回路をブロックごとに制御可能である。Ｎ本の制御線は各ブロックを個別に順次選択して制御信号を与える。ＮとＭは２以上の整数であればよいが、典型的にはＮ＝６４、Ｍ＝７５のときに総数４８００になる。

一方、各駆動回路に輝度信号を与える第１電圧線６１は、１本ずつが、ブロック内の駆動回路を１つずつ選んで全部のブロックに共通に接続している。

図６における有機ＥＬ素子と駆動回路は、ライン状に配列し、制御線が電源線や第１、第２電圧線と平行に設けられているが、回路の接続は、図３に示したＮ行Ｍ列のマトリクス配置と等価である。ブロック内の駆動回路は、マトリクス表示装置における各行の駆動回路に対応し、同時に選択され、同時に書き込みが行われる。ブロックが異なり、第１電圧線を共通にする駆動回路は、マトリクス表示装置における各列の駆動回路に対応している。図６の画素回路１００に付した（１，１）などの符号は、ブロック番号とブロック内の位置を示しており、実施例１の表示装置の行と列に対応する。

ＭとＮは２以上の整数であればどんな数でもよいが、Ｍを大きくするとブロックを高速で走査する必要があり、一方Ｎを大きくすると第１電圧線の本数が増えて占有面積が大きくなってしまう。ＭとＮを同程度の大きさにすることが好ましい。

実施例１とは異なり、第２制御線は第３制御線と共通化され同一の制御線（第３制御線７３と呼ぶ）になっている。また、第３電圧線６３と第４の制御線７４が設けられている。

制御線７１、７３、７４は、駆動回路１００を挟んで電源線６０とは反対側にあり、ブロックごとに制御信号Ｐ１（ｎ）、Ｐ３（ｎ）、Ｐ４（ｎ）（ｎはブロックの番号，ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）を供給している。その外側にこれらの制御信号を生成する走査回路ＳＣＮが設けられている。走査回路ＳＣＮには、外部から、クロック信号ＣＫ、その反転信号ＣＫＢ、走査開始信号ＳＴが入力されている。

制御信号Ｐ１，Ｐ３，Ｐ４は、第１ブロックから始まって第Ｎブロックまで順にブロックを選択して、選択されたブロックの駆動回路１００に第１電圧線６１から信号電圧Ｖｄａｔａを書き込む。

本実施例では、第２電圧線６２の信号電圧Ｖｄａｔａは外部から入ってきているが、実施例１のＰＳ３に対応する信号電圧生成回路を集積回路で作り、これを基板１の上にＣＯＧ法で実装してもよい。

図７は、駆動回路１００の回路図である。図４と同じ部分には同じ符号を付した。

本実施例の駆動回路１００は、図４の駆動回路に加えて、トランジスタＭ３と、第３電圧線６３と、第４の制御線７４を設け、第２の制御線７２と第３の制御線７３を共通の１本の制御線７３に共通化したものである。第２のスイッチであるトランジスタＭ５は、ゲートが第３の制御線７３に接続され、Ｐ３＝Ｌのときオンになる。

Ｎチャネル型のＭＯＳトランジスタＭ３は、ソースが駆動トランジスタＭ１のゲートに接続され、ドレインが第３電圧線６３に接続されている。ゲートは第４の制御線７４に接続され、制御信号Ｐ４＝Ｌのときオンになる。トランジスタＭ３は、第５のスイッチとして第１ないし第４のスイッチとは独立に開閉が制御される。

本実施例では、第１電圧線６１の電圧を信号電圧Ｖｄａｔａとし、第２電圧線６２の電圧を固定電圧Ｖｒｅｆとした。また、第３電圧線６３には初期化のための電圧Ｖｉｎｉを与える。

図８は図７の駆動回路の動作を示すタイミングチャートである。

初期化期間である時刻ｔ０−ｔ１において、第１ブロックの制御信号が、Ｐ１（１）＝Ｌ，Ｐ３（１）＝Ｈ，Ｐ４（１）＝Ｈになる。

Ｐ１＝Ｌなので第１のスイッチＳＷ１であるトランジスタＭ４はオフになる。Ｐ３＝Ｈなので、第２のスイッチＳＷ２であるトランジスタＭ５はオフ、第３のスイッチＳＷ３は第３端子側のトランジスタＭ５がオンになり、第４のスイッチＳＷ４も第３端子側のトランジスタＭ２がオンになる。Ｐ４＝Ｈなので第５のスイッチＳＷ５であるトランジスタＭ３もオンになる。

このとき、有機ＥＬ素子ＥＬへの電流供給は停止され、駆動トランジスタＭ１のソースは第１電圧線６１に接続され、保持容量Ｃ１の一端が第２電圧線６２に接続される。駆動トランジスタＭ１のソースＳにはＶ１＝Ｖｄａｔａが設定され、ゲートＧにはＶｉｎｉが設定される。ゲート−ソース間電圧は（ゲート側を負として）Ｖｄａｔａ−Ｖｉｎｉとなる。ＶｄａｔａをＶｉｎｉより十分低い電圧にしておくことにより駆動トランジスタＭ１を深いオン状態にすることができる。

実施例１と異なり、初期化期間中に有機ＥＬ素子に電流が流れない。輝度が０の有機ＥＬ素子は終始消灯状態にあり、このため、明暗のコントラストが高い。

時刻ｔ１−ｔ２は書き込み期間で、Ｐ１（１）＝Ｈ、Ｐ３（１）＝Ｈ、Ｐ４（１）＝Ｌである。

第１スイッチＳＷ１であるトランジスタＭ４がオン、第２スイッチＳＷ２であるトランジスタＭ６はオフ、第５スイッチＳＷ５であるトランジスタＭ３もオフになる。実施例１の図４の回路と同じ動作によって、容量Ｃ１に（駆動トランジスタＭ１のゲートに接続された端子側を負とする）Ｖｒｅｆ−Ｖｄａｔａ＋Ｖｔｈの電圧が生じる。

時刻ｔ２−ｔ７の発光期間では、Ｐ１（１）＝Ｌ、Ｐ３（１）＝Ｌ、Ｐ４（１）＝Ｌにする。第１のスイッチＳＷ１であるトランジスタＭ４がオフになり、容量Ｃ１の両端には、書き込み期間に生じたＶｒｅｆ−Ｖｄａｔａ＋Ｖｔｈが保持される。したがって、信号電圧ＶｄａｔａをＶｒｅｆより低い電圧範囲に設定し、駆動トランジスタを飽和領域で動作させると、Ｖｒｅｆ−Ｖｄａｔａで決定され、電源電圧や閾値電圧に依らない電流を有機ＥＬ素子に流すことができる。

時刻ｔ２−ｔ７の第１ブロックの発光期間中に、第２ブロックがｔ２−ｔ３の期間に初期化され、ｔ３−ｔ４の期間に信号電圧が書き込まれ、ｔ４以降に発光する。以下、第Ｎブロックまで、ブロックごとに順次、初期化と書き込みと発光が行われる。

図９は本発明の第３の実施例であって、実施例２と同じく電子写真プリンタの露光装置の例である。実施例２と異なる点は、第１電圧線６１と第２電圧線６２が入れ替わっている点で、第１電圧線６１に固定電圧Ｖｒｅｆを供給し、第２電圧線６２に輝度を決定する信号電圧Ｖｄａｔａを与える。駆動回路は図７と同じであり、制御信号Ｐ１，Ｐ３，Ｐ４のタイミングは図８と同じである。ただし、図８と異なり、信号電圧Ｖｄａｔａは、固定電圧Ｖｒｅｆよりも高い電圧範囲に設定される。

図１０は、本実施例の露光装置の平面図である。露光装置は、有機ＥＬ素子により形成された発光領域４００を複数有している。（ａ）は発光領域４００が千鳥配置された例、（ｂ）は直線配置された例である。パーソナルコンピュータ等の外部機器からコードデータＤｃが図１０のプリントコントローラ４１０に入力されると、コードデータＤｃは、画像データ（ドットデータ）Ｄｉに変換される。この画像データＤｉは露光装置に入力され、各有機ＥＬ素子４００が画像データＤｉに基づいて制御される。

図１１は本実施例の露光装置を備えた電子写真プリンタの断面図である。電子写真プリンタに代表される画像形成装置は、露光装置と、露光装置によって表面に潜像が形成される感光体を備えている。露光装置は、レーザビームを走査する方式と、本実施例のように発光素子をアレイ状に並べた固体露光方式とがある。

画像形成装置は、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色のトナーを重ね合わせてカラー画像を形成するカラーモードと、ブラック（Ｋ）のトナーのみを用いてモノクロ画像を形成するモノクロモードとを選択的に実行可能である。

露光ユニット７０Ｙは、本実施形態の露光装置と、露光装置から射出された光を集光して感光ドラム８５Ｙの表面に露光光を照射するためのレンズと、を有している。また、露光ユニット７０Ｙは、感光ドラム８５Ｙの表面の所定の位置以外に光が照射されないように光吸収部材を有していてもよい。

画像形成装置の筺体８０内には、露光ユニット７０Ｙ，７０Ｍ，７０Ｃ，７０Ｋの他に、転写ベルト８１、給紙ユニット８２、定着ローラ８３、加圧ローラ８４、が配置されている。さらに、筺体８０内には、感光ドラム８５Ｙ，８５Ｍ，８５Ｃ，８５Ｋ、帯電ローラ８６Ｙ，８６Ｍ，８６Ｃ，８６Ｋ、現像器８７Ｙ，８７Ｍ，８７Ｃ，８７Ｋ、転写ローラ８８Ｙ，８８Ｍ，８８Ｃ，８８Ｋが配置されている。給紙ユニット８２は、着脱自在に構成されている。

画像形成動作は以下のとおりである。なお、以下では、イエロー（Ｙ）の画像を潜像する場合について述べるが、転写ベルト８１によって用紙が搬送されて、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の画像が、イエロー（Ｙ）の画像形成と同様に、順次形成される。

まず、プリントコントローラからの信号に基づき、静電潜像担持体である感光ドラム８５Ｙは、モーター（不図示）によって時計廻りに回転する。そして、この回転に伴って、感光ドラム８５Ｙの感光面が露光光に対して回転する。感光ドラム８５Ｙの上方には、感＿＿光ドラム８５Ｙの表面を所望のパターンで帯電するための帯電ローラ８６Ｙが表面に当接するように設けられている。そして、帯電ローラ８６Ｙによって一様に帯電された感光ドラム８５Ｙの表面に、露光ユニット７０Ｙによって露光光が照射される。

露光ユニット７０Ｙから射出された露光光は、画像データＤｉに基づいて照射位置、照射タイミング、照射時間、照射強度などが調整され、露光光によって感光ドラム８５Ｙの表面に静電潜像が形成される。この静電潜像は、露光光の照射位置よりも感光ドラム８５Ｙの回転方向の下流側に感光ドラム８５Ｙと当接するように配設された現像器８７Ｙによってトナー像として現像される。

現像器８７Ｙによって現像されたトナー像は、感光ドラム８５Ｙの下方で、感光ドラム８５Ｙに対向するように配設された転写ローラ８８Ｙによって被転写材である用紙の上に転写される。用紙は、給紙ユニット８２内の用紙カセット内に収納されているが、手差しトラーでも給紙が可能である。用紙カセットの端部には、給紙ローラが配設されており、用紙カセット内の用紙を搬送路へ送り込む。

以上のようにして、トナー像が転写された用紙は、転写ベルト８１によって定着器へと搬送される。定着器は、内部に定着ヒータ（不図示）を有する定着ローラ８３とこの定着ローラ８３に圧接するように配設された加圧ローラ８４とで構成されている。搬送されてきた用紙を定着ローラ８３と加圧ローラ８４とで加圧しながら加熱することにより、用紙上のトナー像を定着させる。

ＥＬ 有機ＥＬ素子
Ｍ１ 駆動トランジスタ
Ｃ１ 容量
ＳＷ１−ＳＷ５ 第１ないし第５のスイッチ
６０ 電源線
６１−６３ 第１ないし第３電圧線
６４ 接地線
７１−７４ 第１ないし第４制御線
１００ 駆動回路
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４ 制御信号

Claims (14)

1. 発光素子と、
   駆動トランジスタ、前記駆動トランジスタのゲートとドレインの間に設けられた第１のスイッチ、前記駆動トランジスタのドレインと前記発光素子の一端の間に設けられた第２のスイッチ、ならびに前記駆動トランジスタのゲートに一端が接続された容量、を含む駆動回路と、
   前記駆動回路に電源電圧を供給する電源線と、
   前記駆動回路に第１電圧および第２電圧をそれぞれ供給する第１電圧線および第２電圧線と、を有する発光装置であって、
   前記駆動回路は、前記駆動トランジスタのソースを前記電源線と前記第１電圧線のいずれか一方に切り替え可能に接続する第３のスイッチと、前記容量の他端を前記駆動トランジスタのソースと前記第２電圧線のいずれか一方に切り替え可能に接続する第４のスイッチとを備え、
   前記第１ないし第４のスイッチは、
   前記第１のスイッチがオン、かつ前記第２のスイッチがオフの第１期間に、前記第３のスイッチが前記駆動トランジスタのソースを前記第１電圧線に接続し、前記第４のスイッチが前記容量の他端を前記第２電圧線に接続し、
   前記第１のスイッチがオフ、かつ前記第２のスイッチがオンの第２期間に、前記第３のスイッチが前記駆動トランジスタのソースを前記電源線に接続し、前記第４のスイッチが前記容量の他端を前記駆動トランジスタのソースに接続するように、制御されることを特徴とする発光装置。
2. 前記電源線に沿って１列に配置され、前記電源線を共有し、かつ前記第１ないし第４のスイッチを個別に制御可能な複数の前記駆動回路を有し、前記駆動回路の１つが前記第１期間にあるとき、残る前記駆動回路が前記第２期間にあることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記電源線に沿って１列に配置され、前記電源線を共有し、かつ前記第１ないし第４のスイッチをブロックごとに個別に制御可能なＭ×Ｎ（Ｍ、Ｎは２以上の整数）個の前記駆動回路を有し、１つのブロックを構成するＭ個の前記駆動回路が前記第１期間にあるとき、残るブロックのＭ×（Ｎ−１）個の前記駆動回路が前記第２期間にあることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
4. 前記第１電圧線が一定電圧を前記駆動回路に供給し、前記第２電圧線が前記発光素子の輝度を決定する電圧を前記駆動回路に供給することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発光装置。
5. 前記第２電圧線が一定電圧を前記駆動回路に供給し、前記第１電圧線が前記発光素子の輝度を決定する電圧を前記駆動回路に供給することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発光装置。
6. 前記第３のスイッチと前記第４のスイッチが同一の制御信号で制御されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の発光装置。
7. 前記第２のスイッチと前記第３のスイッチと前記第４のスイッチが同一の制御信号で制御されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の発光装置。
8. 前記第３のスイッチが、互いのゲートが接続されたＰ−ＭＯＳトランジスタとＮ−ＭＯＳトランジスタとで構成されている請求項１ないし７のいずれか１項に記載の発光装置。
9. 前記第４のスイッチが、互いのゲートが接続されたＰ−ＭＯＳトランジスタとＮ−ＭＯＳトランジスタとで構成されている請求項１ないし７のいずれか１項に記載の発光装置。
10. 前記駆動回路が、前記駆動トランジスタのゲートと第３電圧線の間に設けられた第５のスイッチを備え、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチがともにオフ、かつ前記第４のスイッチが前記容量の他端を前記第２電圧線に接続している第３期間に、前記第５のスイッチがオンになるように制御されることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の発光装置。
11. 電源線と第１電圧線と第２電圧線に接続された駆動回路を用いて発光素子を駆動する発光素子の駆動方法であって、
    前記駆動回路は、駆動トランジスタと、前記駆動トランジスタのゲートに一端が接続された容量と、前記駆動トランジスタのゲートを前記駆動トランジスタのドレインに接続する第１のスイッチと、前記駆動トランジスタのドレインを前記発光素子に接続する第２のスイッチと、前記駆動トランジスタのソースを前記電源線と前記第１電圧線のいずれか一方に接続する第３のスイッチと、前記容量の他端を前記駆動トランジスタのソースと前記第２電圧線のいずれか一方に接続する第４のスイッチと、を備えており、
    前記第１のスイッチをオンさせ、かつ前記第２のスイッチをオフさせて、前記第３のスイッチによって前記駆動トランジスタのソースを前記第１電圧線に接続し、前記第４のスイッチによって前記容量の他端を前記第２電圧線に接続する第１の工程と、
    前記第１のスイッチをオフさせ、かつ前記第２のスイッチをオンさせて、前記第３のスイッチによって前記駆動トランジスタのソースを前記電源線に接続し、前記第４のスイッチによって前記容量の他端を前記駆動トランジスタのソースに接続する第２の工程と、を有することを特徴とする発光素子の駆動方法。
12. 前記駆動回路が、前記駆動トランジスタのゲートと第３電圧線の間に設けられた第５のスイッチを備え、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチをともにオフさせ、かつ前記第４のスイッチによって前記容量の他端を前記第２電圧線に接続し、前記第５のスイッチをオンさせる第３の工程を有することを特徴とする請求項１１に記載の発光素子の駆動方法。
13. 請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の発光装置を含む表示装置。
14. 請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の発光装置を含む露光装置と感光体とを有する画像形成装置。

Images