JP6141048B2 - 発光素子の駆動装置および表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、表示装置、発光素子の駆動装置ならびに画像形成装置に関し、特に、有機エレクトロルミネセンス素子とその駆動回路を備えた表示装置に関する。

有機化合物のエレクトロルミネセンス（ＥＬ）を利用した発光素子は、それらをマトリクス状に配列させて表示装置として用いられている。アクティブマトリクス型の表示装置においては、各画素に駆動回路が付随し、データ電圧に応じた電流を有機ＥＬ素子に供給する。このとき、駆動回路を構成する駆動トランジスタの閾値電圧が均一でないため、有機ＥＬ素子に供給する電流が画素ごとにばらつくことが問題になっている。

特許文献１は、駆動トランジスタの閾値電圧によらない電流が生成されるようにした駆動回路を開示する。データ電圧の書き込みに先立って、駆動トランジスタと有機ＥＬ素子の間の電流経路を遮断し、かつゲート−ドレイン間を短絡する。これによって駆動トランジスタのドレイン電流がゲート−ソース間の容量を放電し、ゲート−ソース間電圧を小さくしていく。ゲート−ソース間電圧が駆動トランジスタの閾値電圧に等しくなった時点でドレイン電流が０になる。これによって容量に閾値電圧が保持される。このような、トランジスタに流れる電流によってゲート−ソース間電圧をそのトランジスタの閾値電圧にする動作は、オートゼロと呼ばれている。

オートゼロによって駆動トランジスタのゲート−ソース間容量に閾値電圧が保持された状態にある駆動回路にデータ電圧を書き込むには、ゲートとデータ線の間に接続された別の容量を介してデータ線の電圧変化を駆動トランジスタのゲートに伝える。データ線の電圧をオートゼロ時の基準電圧からデータ電圧に変化させると、ゲート−ソース間容量の両端電圧は、閾値電圧から、データ線の電圧変化に比例した電圧分だけ変化する。変化後のゲート−ソース間電圧は閾値電圧にデータ電圧に比例した変化分を上乗せした値になっている。これによって閾値電圧によらないドレイン電流が得られる。

特許文献２は、演算増幅器を用いた、閾値に依存しない駆動電圧を得る発光素子の駆動回路を開示する。

発光素子の輝度信号電圧を演算増幅器の一方の入力とし、駆動トランジスタのソースまたはドレインに接続された発光素子の電圧を、フィードバック信号として演算増幅器のもう一方の入力とする。演算増幅器の出力は駆動トランジスタのゲートに接続される。演算増幅器の作用によって、駆動トランジスタの閾値電圧によらず、発光素子の電圧を輝度信号電圧に等しくすることができる。

特表２００２−５１４３２０号公報 特開２００３−０５８１０６号公報

しかし、データ線とフィードバック線でフィードバックループを構成して、演算増幅器を安定にフィードバック動作させることは非常に困難である。データ線やフィードバック線が比較的大きな容量や抵抗成分を持つために、安定点に収束させるのに時間がかかる。またデータ線やフィードバック線がインダクタンスを持つために、発振を生じやすいといった問題がある。

本発明の第１は、前述の問題点を解決するためになされたものであって、
発光素子と前記発光素子に電流を供給する駆動回路とが行方向と列方向に配列し、
前記駆動回路の列に対してデータ線およびフィードバック線が設けられ、
前記駆動回路は、
前記発光素子に電流を供給するトランジスタと、
前記トランジスタのゲートと前記データ線とを接続する第１スイッチと、
前記トランジスタのドレインまたはソースと前記フィードバック線とを接続する第２スイッチと、
前記トランジスタのドレインまたはソースと前記発光素子とを接続する第３スイッチと、
を含み、
前記駆動回路の第１ないし第３スイッチを行ごとに制御する行制御回路と、
前記データ線に電圧を供給する列制御回路と
を有する表示装置であって、
前記列制御回路は、
データ生成回路と、
入力端が容量を介して前記データ生成回路に接続され、出力端が前記データ線に接続されており、入力端の電圧によって定まる電圧を出力端に出力する非反転電圧増幅器と、
前記電圧増幅器の入力端と前記フィードバック線を接続する第４スイッチと
を含むことを特徴とする。

本発明の第２は、
ソースとドレインのうちいずれか一方の端子が電源に接続され、他方の端子から電流が供給されるトランジスタを用いる発光素子の駆動方法であって、
前記トランジスタの前記電流が供給される端子を容量の一端に接続し、前記トランジスタを流れる電流が前記容量を充電するときの前記容量の電圧変化を、入力端の電圧によって決まる電圧を出力端に出力する非反転電圧増幅器を通して前記トランジスタのゲートに供給することにより、前記トランジスタのゲート−ソース間に前記トランジスタの閾値電圧を設定する第１工程と、
前記トランジスタの前記電流供給端子と前記容量の一端とを切り離し、前記容量の他端にデータ電圧を印加することにより、前記電圧増幅器を通して前記トランジスタのゲートーソース間に前記データ電圧に応じた電圧を設定する第２工程と、
前記トランジスタの前記電流供給端子を前記発光素子に接続して、前記トランジスタに流れる電流を前記発光素子に供給することにより、前記発光素子を前記データ電圧に応じた輝度で発光させる第３工程と
を有することを特徴とする発光素子の駆動方法である。

本発明の第３は、
行方向と列方向に配列し、ソースとドレインのうちいずれか一方の端子が電源に接続され、他方の端子から発光素子に電流が供給される複数のトランジスタ、
列方向の前記複数のトランジスタに共通に設けられ、ゲートに第１スイッチを介して接続されたデータ線、
列方向の前記複数のトランジスタに共通に設けられ、前記電流を供給する端子に第２スイッチを介して接続されたフィードバック線、
前記複数のトランジスタの前記電流を供給する端子を前記発光素子に接続する第３スイッチ、
入力端が前記フィードバック線に第４スイッチを介して接続され、出力端が前記データ線に接続された電圧増幅器、ならびに
直列の容量を介して前記電圧増幅器の前記入力端に接続されるデータ生成回路
を有し、
前記電圧増幅器は、入力端の電圧変化を極性を変えずに出力端に出力する非反転電圧増幅器であって、前記トランジスタから前記容量に流れる電流によって生じる前記入力端の電圧変化を、前記トランジスタをオフさせる向きの電圧変化に変換して前記出力端に出力することを特徴とする発光素子の駆動装置である。

本発明によれば、演算増幅器を用いて駆動トランジスタの出力電圧をゲートにフィードバックする発光装置の駆動回路の動作を安定させることができる。

本発明の第１の実施形態である表示装置の構成を示すブロック図である。 第１の実施形態の詳細を示す回路図である。 従来の表示装置の画素と列制御回路の図である。 従来の表示装置の結合容量の位置を変更した図である。 第１の実施形態における電圧増幅器の構成例である。 第１の実施形態である表示装置の動作を示すタイミングチャートである。 第１の実施形態の変形を示す回路図である。 第１の実施形態の変形である表示装置の動作を示すタイミングチャートである。 本発明の第２の実施形態である画像記録装置の構成を示すブロック図である。

図１は本発明の第１の実施形態である表示装置の構成を示すブロック図である。

マトリクス表示装置１０は行方向および列方向に配列した複数の画素１によって表示が行われる。画素１は、有機ＥＬ素子などの発光素子と、それを駆動する画素回路から構成されている。カラー表示が可能な表示装置においては、発光素子は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３種類あって、行方向に周期的に配列している。

画素１は、行方向に延びる走査線４および発光制御線５と、列方向に延びるデータ線６およびフィードバック線７によって制御される。走査線４と発光制御線５は、行制御回路２によって信号が与えられ、画素１を書き込みモード、発光モードなどにする。画素１の発光状態を決めるデータ信号は、列制御回路３内で生成され、データ線６を通じて書き込みモードにある画素１に書き込まれる。画素１は、発光モードにあるときに、書き込まれた輝度信号に応じて発光する。

図２は、図１のマトリクス表示装置１０の１つの列を取り出して、画素回路の詳細とデータ線６とフィードバック線７がどのように列制御回路３に接続されているかを示した図である。図１と同じ部分には同じ符号を付した。

駆動回路９は、４つのｐチャネル型電界効果トランジスタ１１，１２，１３，１４と、データ電圧を保持するための画素容量１５とを含んでいる。駆動回路９には、走査線４，発光制御線５、データ線６、フィードバック線７の他に、図１では省略されていた電源線２３が接続されている。

電源線２３には、画素容量１５の一端とトランジスタ１１のソースが接続される。トランジスタ１１は、画素容量１５に保持されたゲート−ソース間電圧によって決まる電流をドレインから出力し、トランジスタ１４を経て発光素子８に供給する。以後、トランジスタ１１を駆動トランジスタと呼ぶ。

データ線６と駆動トランジスタ１１のゲートの間にあるトランジスタ１２は、データ線６の電圧を駆動トランジスタ１１のゲートに伝えるためのスイッチである。以下これを第１スイッチという。また、フィードバック線７と駆動トランジスタ１１のドレインの間にあるトランジスタ１３は、トランジスタ１２がオフのときに、駆動トランジスタ１１のドレイン電流をフィードバック線７に流すためのスイッチである。以下これを第２スイッチという。トランジスタ１２と１３は、共通の走査線４に与えられる制御信号によって制御される。

トランジスタ１４は、発光制御線５の信号によって導通と非導通の２状態に切り替えられて、駆動トランジスタ１１の発生する駆動電流をＥＬに供給するかまたは遮断するためのスイッチとなる。以下これを第３スイッチという。

列制御回路３は、２つの回路ブロック１７，２１と、１つのスイッチ１９と、１つの容量２０を含んでいる。回路ブロック２１はデータ電圧を生成するデータ生成回路、回路ブロック１７は電圧増幅器である。容量２０は、データ生成回路２１の出力を電圧増幅器１７に伝える結合容量である。

データ生成回路２１で生成されたデータ電圧は、結合容量２０と電圧増幅器１７を経てデータ線６に出力される。

図３と図４は、従来の表示装置と本発明の違いを説明するための図である。図３は先行技術文献１に開示されている従来の表示装置、図４はその一部を改良した表示装置の画素回路と列制御回路を示している。

従来の表示装置においては、駆動回路９は、ゲート−ソース間の容量１５とゲート−データ線間の容量１６の２つを有していた。容量１５はデータ電圧を保持するための保持容量、容量１６はデータ線６の電圧を駆動回路９に伝達するための結合容量である。データ電圧は、列制御回路３のデータ生成回路２１で作られ、データ線６を通して駆動回路９に伝えられる。

駆動回路９の動作は先行技術文献１に詳しく説明されている。概略は、まず、データ線６を基準電圧にした状態で、オートゼロによって駆動トランジスタ１１のゲート−ソース間容量１５に閾値電圧を保持する。その後、データ線６の電圧をデータ電圧に切り替えると、この電圧変化が結合容量１６を介して駆動トランジスタ１１のゲートに伝えられる。この結果、画素容量１５には閾値電圧にデータ電圧に比例した電圧が上乗せされ、駆動トランジスタ１１は、飽和動作領域で、閾値電圧に依存しない電流をドレイン電流として出力する。

図４は、図３の駆動回路９における結合容量１６を、結合容量２０として列制御回路３の中に移したものである。結合容量２０は、一端がデータ生成回路２１の出力端に接続され、他端がデータ線６に接続されている。

結合容量２０は列制御回路３の各列に１つずつ設けられ、同じデータ線６に接続されるすべての画素１が結合容量２０を共有する。駆動回路９はデータ電圧を保持する画素容量１５だけを備えており、図３の画素回路に比べて占有面積は格段に小さくなる。

しかし、図４の表示装置は実際に基板上に形成しようとすると以下のような問題がある。

データ線６には、１つの駆動回路９だけでなく、同じ列の他の画素回路も接続されている。書き込みモードにある駆動回路９以外は、電気的にはデータ線６と遮断された状態にあり、選択された駆動回路９へのデータの書き込み動作には影響しない。しかし、遮断状態の画素であってもトランジスタの寄生容量はデータ線６につながっており、また、第１・第２走査線４ａ，４ｂや発光制御線５がデータ線６と交差することによっても寄生容量が生じる。これらの寄生容量は、トランジスタの形状、走査線とデータ線の間にある絶縁膜の厚さ、誘電率などによって変動するので、一定の大きさにすることは困難である。

データ生成回路２１の出力は、結合容量２０を通ると、係数Ｃｃ／（Ｃｃ＋Ｃｓｔ＋Ｃｇｓ）だけ小さくなる。Ｃｃは結合容量２０の大きさ、Ｃｓｔはデータ線６の寄生容量２４の大きさ、Ｃｇｓは駆動回路９の画素容量１５の大きさである。寄生容量２４（Ｃｓｔ）は、画素回路の容量１５（Ｃｇｓ）に比べて桁違いに大きいため、データ線の電圧は寄生容量Ｃｓｔによって影響を受ける。上で述べたようにＣｓｔの大きさはばらつくから、データ生成回路２１の出力はデータ線６に正確に伝わらないことになる。

この問題を解決するために、結合容量２０とデータ線６の間に電圧増幅器１７を設けたのが図２の表示装置である。

図２の列制御回路３では、データ生成回路２１の出力が、直列接続された結合容量２０と電圧増幅器１７を経由してデータ線６に伝達さる。また、データ線６に平行してフィードバック線７が設けられている。図３と図４で駆動トランジスタ１１のゲート−ドレイン間を短絡する第２スイッチとして設けられていたトランジスタ１３ａは、駆動トランジスタ１１のドレインとフィードバック線７の間のトランジスタ１３に置き換えられ、第１スイッチであるトランジスタ１２と共通の走査線４で制御されている。フィードバック線７は、第２スイッチであるトランジスタ１３によって駆動トランジスタ１１のドレインと接続され、また、列制御回路３のスイッチ１９によって電圧増幅器１７の入力端に接続される。以下スイッチ１９を第４スイッチという。

電圧増幅器１７は、データ線６への出力インピーダンスを低くする役割をする。出力インピーダンスは、電圧増幅器１７の出力端からデータ線に供給される電流の変化に対するデータ線の電圧の変化の割合である。理想的な電圧増幅器１７の出力インピーダンスは０であって、データ線に供給する電流によらず、入力電圧に応じた一定の電圧をデータ線６に出力する。電圧増幅器１７を設けることによって、データ線６に寄生容量Ｃｓｔがあっても、データ生成回路２１が出力したデータ電圧を正確にデータ線６に伝えることができる。

オートゼロは、第１スイッチ（トランジスタ１２）と第２スイッチ（トランジスタ１３）および第４スイッチ１９をオンにし、第３スイッチ（トランジスタ１４）をオフにしたときに行われる。

このとき、駆動トランジスタ１１のドレイン電流は、結合容量２０とフィードバック線の寄生容量２５を充電し、フィードバック線７の電圧を上昇させる。これが電圧増幅器１７によって駆動トランジスタ１１のゲートに伝えられ、ゲート電圧を上昇させる。ゲート電圧が上昇するにつれてドレイン電流が小さくなり、駆動トランジスタ１１のゲートーソース間電圧が閾値電圧近くになるとほぼゼロになる。

オートゼロの終了時点で、駆動トランジスタ１１のゲート電圧はソース電位すなわち電源線２３の電圧から閾値電圧だけ低い電位になるから、フィードバック線もそれに対応した電位になり、結合容量２０には閾値電圧Ｖｔｈに応じた電圧が保持される。

電圧増幅器１７の入力インピーダンスは、駆動トランジスタのドレインに接続される結合容量２０やフィードバック線の寄生容量２５などの負荷インピーダンスにくらべて非常に大きく、入力端に流れ込む電流はほぼゼロと見做せるとする。また、電圧増幅器の出力インピーダンスは非常に小さく、出力電圧は、寄生容量２４の充電などのためにデータ線に流れる電流によってほとんど変わらないものとする。これらの条件は、通常の電圧増幅器が用いられる際に要請される条件と同じであり、この条件を満たす電圧増幅器は、周知の回路技術によって作成することができる。

図２の回路では、電圧増幅器１７のゲインをαとすると、入力端の電圧Ｖｉｎと出力端の電圧Ｖｏｕｔの関係は、
Ｖｏｕｔ＝α＊Ｖｉｎ
とかける。ドレイン電圧の上昇に応じてゲート電圧が高くなるように、ゲインは正の値でなければならない。つまり、電圧増幅器１７は非反転電圧増幅器である。しかしゲインの絶対値は必ずしも大きいものでなくてよく、１または１以下であってもよい。

電圧増幅器１７は、演算増幅器を用いて構成することができる。通常、演算増幅器を用いた電圧増幅回路は、入力電圧がゼロであっても出力はゼロにはならず、オフセットを伴う。電圧増幅器１７のオフセット電圧をＶｏｆｆｓｅｔとかくと、入力端の電圧Ｖｉｎと出力端の電圧Ｖｏｕｔの関係は、
Ｖｏｕｔ＝α＊Ｖｉｎ＋Ｖｏｆｆｓｅｔ
となる。

非反転増幅器の具体例を図５（ａ），（ｂ）に示す。

（ａ）は、演算増幅器３０の正極性入力（＋ｉｎ）を非反転増幅器の入力端３１とし、負極性入力（−ｉｎ）と出力（ｏｕｔ）とを短絡して、これを非反転増幅器の出力端３２とした回路である。このような回路は、出力端電圧が常に入力端電圧に等しいので、ボルテージフォロワ回路とよばれる。

（ｂ）は、別の非反転増幅器の例である。入力端３１が直列の抵抗Ｒ１を介して演算増幅器３０の正極性入力（＋ｉｎ）に接続されている。演算増幅器３０の負極性入力（−ｉｎ）は、抵抗Ｒ２を通じて基準電圧ＧＮＤに接続され、また抵抗Ｒ３を通じて演算増幅器３０の出力（ｏｕｔ）に接続されている。演算増幅器３０の出力（ｏｕｔ）が、非反転増幅器の出力端３２となる。この回路は、出力端電圧Ｖｏｕｔが入力端電圧Ｖｉｎの（１＋Ｒ３／Ｒ２）倍になり、Ｖｉｎが上昇するとＶｏｕｔも上昇し、Ｖｉｎが下がるとＶｏｕｔも下がる。つまりゲインが（１＋Ｒ３／Ｒ２）の非反転増幅器になっている。抵抗Ｒ３をＲ２より小さくしてゲインを１近くにすると、動作が安定して好ましい。

図５（ａ），（ｂ）に示す非反転増幅器は、予期しない発振やドリフトが生じないように内部に負帰還ループを持っており、動作が安定に保たれる。（ａ）では、演算増幅器３０の負極性入力−ｉｎと出力とを結ぶ結線が、負帰還ループを構成している。外的な要因で出力端電圧が一時的に上昇しても、負帰還ループにより負極性入力の電圧が上昇し、演算増幅器の出力電圧を低くするので、出力端電圧の上昇が抑えられる。（ｂ）では、演算増幅器３０の負極性入力−ｉｎと出力とを結ぶ抵抗Ｒ３が、負帰還ループを構成している。

図６は、図２の回路の動作を示すタイミングチャートである。

ＳＥＬ［ｎ］は第ｎ行の走査線４の制御信号、ＩＬＭ［ｎ］は第ｎ行の発光制御線５に印加される制御信号である。ＳＥＬ［ｎ］がＬ（Ｌｏｗ）レベルになると、その行の駆動回路９の第１スイッチ（トランジスタ１２）と第２スイッチ（トランジスタ１３）がオンになる。ＩＬＭ［ｎ］は、Ｌレベルのとき第３スイッチ（トランジスタ１３）をオンにして有機ＥＬ素子８に電流を流す。

Ｓｃは列制御回路３の第４スイッチ１９（トランジスタ１４）をコントロールする制御信号である。Ｌレベルになると第４スイッチがオンになる。ＧＥＮは、データ生成回路２１の出力電圧、ＤＡＴＡはデータ線６の電圧、ＦＢはフィードバック線７の電圧を表している。

走査線４は行ごとに順にＬレベルになり、Ｌレベルになった行の画素回路が書き込みモードになる。期間ｔ１−ｔ４が、第ｎ行の画素回路の書き込みモード期間である。書き込みモード期間ｔ１−ｔ４は、ｔ１−ｔ２のプリチャージ期間、ｔ２−ｔ３のオートゼロ期間、ｔ３−ｔ４のデータ書き込み期間に区分される。

ｔ１−ｔ２のプリチャージ期間中、ＳＥＬとＩＬＭとＳｃはともにＬレベルになり、駆動回路の第１スイッチ（トランジスタ１２）、第２スイッチ（トランジスタ１３）、第３スイッチ（トランジスタ１４）がすべてオンになる。列制御回路３の第４スイッチもオンになる。

プリチャージ期間は、駆動トランジスタを導通状態に初期化するための期間である。駆動トランジスタ１１のドレイン電流は有機ＥＬ素子８に流れ、ドレイン電圧は、電圧増幅器１７を通じて駆動トランジスタ１１のゲート電圧を与える。電圧増幅器１７のゲインを１、オフセットをゼロとすれば、駆動トランジスタ１１はドレインとゲートが短絡された状態になり、ゲート−ソース間電圧が閾値より十分大きい導通状態になる。ゲインが１より大きいとき、ゲート電圧はドレイン電圧より高くなり、ドレイン電流の可変範囲は狭くなるが、駆動トランジスタが導通状態になるような範囲にあればよい。オフセットについても同じである。

プリチャージ期間中、データ生成回路２１の出力ＧＥＮはデータによらない一定電圧になっており、データ線６に何の影響も及ぼさない。

オートゼロ期間（ｔ２−ｔ３）になると、ＳＥＬとＳｃはＬレベルのままだが、ＩＬＭはＨレベルになり、トランジスタ１４（第３スイッチ）がオフなる。トランジスタ１２（第１スイッチ）、トランジスタ１３（第２スイッチ）、第４スイッチ１９はオンのままである。データ生成回路２１はプリチャージ期間と同じ一定電圧Ｖｒｅｆを出力している。

オートゼロ開始直後（時刻ｔ２直後）は、駆動トランジスタ１１は導通状態にあるので、ドレイン電流はトランジスタ１３を通ってフィードバック線７に流れ、容量２０を充電し、時刻ｔ２で電源電圧より十分低い電位にあったフィードバック線７の電圧を上昇させる。フィードバック線７の電圧は、電圧増幅器１７によってデータ線６に伝えられ、データ線の電圧すなわち駆動トランジスタ１１のゲート電圧も上昇する。図５のｔ２からｔ３にかけてのＤＡＴＡとＦＢの電圧上昇はこの変化を示している。

ゲート−ソース間電圧が閾値電圧に近づくとドレイン電流は小さくなり、それにつれてゲート電圧の変化も緩やかになる。ゲート−ソース間電圧が閾値電圧に厳密に等しくなるには無限大の時間を必要とするが、実際上ドレイン電流がゼロと見做せるくらいに小さくなったところ（時刻ｔ３）でＳｄをＨレベルにしてスイッチ１９をオフにする。これでオートゼロ期間が終了する。

このように、駆動トランジスタ１１に電流が流れて容量２０を充電している間は、フィードバック線７の電圧が上昇するので、それに応じて駆動トランジスタがオフに近づくように、ゲート電圧を上昇させる。非反転電圧増幅器１７を用いるのはそのためである。ゲート−ソース間電圧が閾値電圧に達すると、駆動トランジスタ１１の電流がゼロになり、フィードバック線７の電圧上昇も停止する。

オートゼロ終了直前（時刻ｔ３）のデータ線６の電圧は、ほぼ、駆動トランジスタ１１のソース電圧Ｖｓｓから閾値電圧Ｖｔｈだけ低い電圧（Ｖｓｓ−Ｖｔｈ）になっている。したがって、このときのフィードバック線７の電圧すなわち電圧増幅器１７の入力端電圧Ｖａは、
Ｖｓｓ−Ｖｔｈ＝αＶａ＋Ｖｏｆｆｓｅｔ （１）
を満たす値になっている。

時刻ｔ３で第４スイッチ１９をオフにすると同時に、あるいは第４スイッチ１９がオフになった後で、データ生成回路２１の出力ＧＥＮを、一定電圧Ｖｒｅｆからデータ電圧Ｖｄａｔａに切り替える。Ｖｄａｔａは、有機ＥＬ素子の輝度に応じて、くろ（Ｂ）のレベルから白（Ｗ）のレベルまで連続的に可変である。この電圧変化によって、電圧増幅器１７の入力端電圧は、式（１）のＶａから電圧差（Ｖｄａｔａ−Ｖｒｅｆ）だけ変化し、Ｖａ＋（Ｖｄａｔａ−Ｖｒｅｆ）となる。したがって、電圧増幅器１７の出力端電圧すなわちデータ線６の電圧Ｖｘは、
Ｖｘ＝α［Ｖａ＋（Ｖｄａｔａ−Ｖｒｅｆ）］＋Ｖｏｆｆｓｅｔ （２）
となる。

式（１）と式（２）より
Ｖｘ＝（Ｖｓｓ−Ｖｔｈ）＋α（Ｖｄａｔａ−Ｖｒｅｆ） （３）
が得られる。これが図６のｔ３−ｔ４の期間におけるＤＡＴＡの値である。第４スイッチがオフなので、フィードバック線７の電圧ＦＢはオートゼロ終了時のまま変化しない。

以上のようにして、期間ｔ１−ｔ４で第ｎ行の書き込みが完了すると、走査線４の走査信号ＳＥＬ［ｎ］がＨレベルに戻り、同じ第ｎ行の発光制御線５の走査信号ＩＬＭ［ｎ］がＬレベルになる。これによって有機ＥＬ素子８に電流が流れ発光する。有機ＥＬ素子８に流れる電流は、
Ｉ＝ｃｏｎｓｔ＊（Ｖｓｓ−Ｖｘ−Ｖｔｈ）^２
であるから、（３）式により、閾値電圧Ｖｔｈによらない電流が得られることになる。

第２走査線の走査信号ＳＥＬ２がＨレベルに戻ると発光は停止する。

引き続く（ｎ＋１）行以下の書き込みモードと発光モードも同様に行われる。

式（３）に示されているように、データ書き込み終了後のゲート電圧Ｖｘはオフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔによらない電圧になる。列間でオフセット電圧にばらつきがあっても、図１および図２の列制御回路３はばらつきを自動的に補償しており、データ線６に均一な電圧を出力する。オフセットばらつきが補償できたのは、オートゼロ動作と、それに続く結合容量２０を介してデータ電圧を入力し出力電圧を再設定する動作とで、電圧増幅器１７のオフセットの影響が打ち消されたためである。すなわち、駆動トランジスタ１１のドレイン電圧をゲート電圧にフィードバックするオートゼロ動作では、電圧増幅器１７の出力電圧が駆動トランジスタの閾値電圧で決まるために、オフセットは電圧増幅器の入力端の電圧に含まれることになる。この状態でフィードバックループを切り離し、結合容量２０を介して電圧増幅器１７の入力端にデータ電圧を加えると、電圧増幅器１７の出力端にはオフセットに依存しない電圧が現れる。この電圧をゲート電圧とすることによりオフセットによらない電流で発光素子を発光させることができる。

以上の説明では、ｔ１−ｔ２のプリチャージ期間中、トランジスタ１４（第３スイッチ）をオンにして有機ＥＬ素子に電流を流した。プリチャージは必ずしもこの方法によらずとも好い。

図７は、列制御回路中に固定電圧源２２と第５スイッチ１８を設けたものである。プリチャージ期間に第５スイッチ１８をオンにして、データ線６とフィードバック線７を固定電圧源の電圧Ｖｐにする。Ｖｐは、駆動トランジスタ１１のゲートをソース電位よりも十分低くする電圧である。これにより、プリチャージ期間中第３スイッチをオフにして有機ＥＬ素子に電流を流さないようにすることができる。

図８は、図７の表示装置の動作を示すタイミングチャートである。制御信号Ｓｄは第５スイッチを制御し、プリチャージ期間ｔ１−ｔ２に第５スイッチをオンにする。プリチャージ期間中、データ線６とフィードバック線７の電圧はＶｐに固定される。第３スイッチ（トランジスタ１４）の制御信号ＩＬＭは、プリチャージ期間中Ｈレベルにあり、第３スイッチをオフにしている。ｔ２以降の動作は、図８と同じである。

画素ごとに設けられている画素容量１５は、駆動トランジスタ１１のゲート−ソース間容量で代用することができる。トランジスタのゲート−ソース間容量は、チャネル容量やゲート電極とソース電極の重なりによって生じる寄生容量である。寄生容量が小さすぎるとデータ電圧が保持できないので、その場合は真正の画素容量１５を設ける。

駆動トランジスタ１１やその他のトランジスタは、ｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴ、ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴのいずれでも良い。これらのＭＯＳＦＥＴは、シリコンなどの半導体基板に形成される。また、絶縁性の基板にアモルファス半導体薄膜を形成してもよい。

本発明では、電圧増幅器１７を介したフィードバックによりオートゼロ動作を行う。電圧増幅器１７は、フィードバック線７の電圧によって決まる電圧をデータ線に出力する。フィードバック線７の電圧は，駆動トランジスタ１１がオン状態にあり電流が流れる限り変化し続ける。フィードバック線の電圧が変化しなくなるときは、すなわち駆動トランジスタのゲート−ソース間電圧が閾値電圧に達したときである。つまり、オートゼロの終了時に、ゲートは電源電圧ＶＤＤから閾値電圧だけ低い電圧になる。

電圧増幅器１７としては、入力電圧の変化を、極性を反転せず同じ方向の変化として出力する非反転増幅器を用いる。

駆動トランジスタの導電型がＰ型のとき、電流はドレインから流れ出る向きであるから、フィードバック線の電圧は上昇し、電圧増幅器も上昇電圧を出力する。この結果、Ｐ型の駆動トランジスタのゲート電圧は上昇方向すなわち駆動トランジスタのゲート−ソース間電圧が小さくなりオフに近づく方向に変化する。駆動トランジスタの導電型がＮ型のとき、電流はドレインに流入する向きであるから、フィードバック線の電圧は下降し、電圧増幅器も下降電圧を出力する。この結果、Ｎ型の駆動トランジスタのゲート電圧は下降方向に変化するが、これはすなわちオフに近づく方向である。

通常のオートゼロ動作は、ゲートとドレインを短絡して行う。これと同じ動作をさせるには、入力端と出力端の電圧が等しくなるように、非反転増幅器のゲインを１にすればよい。しかし、１でなく、ドレインの電圧変化を何倍かに大きくしてゲートに与えることによって、オートゼロの収束を速めることもできる。

電圧増幅器には、ゲイン１または比較的低ゲインの増幅作用を行わせるので、安定な動作が可能である。図５に示したように、電圧増幅器１７を演算増幅器を用いて構成するときも、電圧増幅器の内部で負帰還ループをつくることによって、データ線やフィードバック線を介した負帰還ループより安定した動作が得られる。

本発明は、図１の表示装置のほか、図１の１列だけを取り出して、直線上に整列した発光素子の駆動装置とすることもできる。そのような駆動装置は、電子写真プリンタなどの画像記録装置の露光ヘッドとして用いられる。

図９は、本発明の第２の実施形態である電子写真プリンタ８０の構成を示す図である。

記録ユニット８４は、感光材料が表面に塗布されたドラム状の感光体８５と、帯電器８６と、露光ヘッド８７と、現像器８８と、転写器８９を含んでいる。感光体８５の表面が帯電器８６で帯電させられ、露光ヘッド８７内にある有機ＥＬ素子が配列した発光素子アレイ（以下、有機ＥＬアレイという）が発光して感光体８５を露光する。感光体の感光量は、露光照度と露光時間の積によって制御される。有機ＥＬ素子が点灯し露光されたところは帯電電位が変化し、現像器８８を通ることでその部分にトナーが付着する。用紙８２は本体内の搬送ローラー９０によって記録ユニット８４に搬送される。転写器８９で感光体８５に付着したトナーが転写され、定着器９１で固定されて排出され、印刷が完了する。

露光ヘッド８７は、紙面に垂直に、すなわち矢印で示す感光体８５の移動方向に垂直に、多数の有機ＥＬ素子が配列したものである。有機ＥＬ素子は、その駆動装置とともにガラス基板上に形成されている。

１ 画素
２ 行制御回路
３ 列制御回路
４ 走査線
５ 発光制御線
６ データ線
７ フィードバック線
８ 有機ＥＬ素子
９ 駆動回路
１０ 表示装置
１１ 駆動トランジスタ
１２ 第１スイッチ
１３ 第２スイッチ
１４ 第３スイッチ
１５ 保持容量
１７ 電圧増幅器
１９ 第４スイッチ
２０ 結合容量
２１ データ生成回路

Claims (13)

1. 発光素子と前記発光素子に電流を供給する駆動回路とが行方向と列方向に配列し、
   前記駆動回路の列に対してデータ線およびフィードバック線が設けられ、
   前記駆動回路は、
   前記発光素子に電流を供給するトランジスタと、
   前記トランジスタのゲートと前記データ線とを接続する第１スイッチと、
   前記トランジスタのドレインまたはソースと前記フィードバック線とを接続する第２スイッチと、
   前記トランジスタのドレインまたはソースと前記発光素子とを接続する第３スイッチと、
   を含み、
   前記駆動回路の第１ないし第３スイッチを行ごとに制御する行制御回路と、
   前記データ線に電圧を供給する列制御回路と
   を有する表示装置であって、
   前記列制御回路は、
   データ生成回路と、
   入力端が容量を介して前記データ生成回路に接続され、出力端が前記データ線に接続されており、入力端の電圧によって定まる電圧を出力端に出力する非反転電圧増幅器と、
   前記電圧増幅器の入力端と前記フィードバック線を接続する第４スイッチと
   を含むことを特徴とする表示装置。
2. 前記行制御回路は、
   第１期間に前記第１ないし第４のスイッチをすべてオンさせ、
   第２期間に前記第１、第２、第４のスイッチをオンさせ、前記第３のスイッチをオフさせ、
   第３期間に前記第１と第２のスイッチをオンさせ、前記第３と第４のスイッチをオフさせる
   制御を前記駆動回路に対して行ごとに行い、
   前記データ生成回路は、前記第１期間と第２期間に一定電圧を出力し、前記第３期間に、前記発光素子の輝度に対応するデータ電圧を出力することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記電圧増幅器が、負帰還ループを備えた演算増幅器を含むことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
4. 前記電圧増幅器が、演算増幅器の正極性入力を入力端とし、前記演算増幅器の負極性入力と出力とを接続して出力端とするボルテージフォロワ回路であることを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
5. 前記電圧増幅器が、入力端が第１の抵抗を介して演算増幅器の正極性入力に接続され、前記演算増幅器の負極性入力が第２の抵抗を通じて基準電圧に接続され、前記演算増幅器の負極性入力と出力の間に第３の抵抗が接続され、前記演算増幅器の出力を出力端とする非反転電圧増幅器であることを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
6. 前記電圧増幅器が、入力端が第１の抵抗を介して演算増幅器の負極性入力に接続され、前記演算増幅器の正極性入力が基準電圧に接続され、前記演算増幅器の負極性入力と出力の間に第３の抵抗が接続され、前記演算増幅器の出力を出力端とする非反転電圧増幅器であることを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
7. 前記電圧増幅器の入力端を固定電圧源に接続する第５スイッチを有することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
8. ソースとドレインのうちいずれか一方の端子が電源に接続され、他方の端子から電流が供給されるトランジスタを用いる発光素子の駆動方法であって、
   前記トランジスタの前記電流が供給される端子を容量の一端に接続し、前記トランジスタを流れる電流が前記容量を充電するときの前記容量の電圧変化を、入力端の電圧によって決まる電圧を出力端に出力する非反転電圧増幅器を通して前記トランジスタのゲートに供給することにより、前記トランジスタのゲート−ソース間に前記トランジスタの閾値電圧を設定する第１工程と、
   前記トランジスタの前記電流供給端子と前記容量の一端とを切り離し、前記容量の他端にデータ電圧を印加することにより、前記電圧増幅器を通して前記トランジスタのゲートーソース間に前記データ電圧に応じた電圧を設定する第２工程と、
   前記トランジスタの前記電流供給端子を前記発光素子に接続して、前記トランジスタに流れる電流を前記発光素子に供給することにより、前記発光素子を前記データ電圧に応じた輝度で発光させる第３工程と
   を有することを特徴とする発光素子の駆動方法。
9. 前記第１工程に先立って、前記トランジスタを導通状態にする工程を有することを特徴とする請求項８に記載の発光素子の駆動方法。
10. 行方向と列方向に配列し、ソースとドレインのうちいずれか一方の端子が電源に接続され、他方の端子から発光素子に電流が供給される複数のトランジスタ、
    列方向の前記複数のトランジスタに共通に設けられ、ゲートに第１スイッチを介して接続されたデータ線、
    列方向の前記複数のトランジスタに共通に設けられ、前記電流を供給する端子に第２スイッチを介して接続されたフィードバック線、
    前記複数のトランジスタの前記電流を供給する端子を前記発光素子に接続する第３スイッチ、
    入力端が前記フィードバック線に第４スイッチを介して接続され、出力端が前記データ線に接続された電圧増幅器、ならびに
    直列の容量を介して前記電圧増幅器の前記入力端に接続されるデータ生成回路
    を有し、
    前記電圧増幅器は、入力端の電圧変化を極性を変えずに出力端に出力する非反転電圧増幅器であって、前記トランジスタから前記容量に流れる電流によって生じる前記入力端の電圧変化を、前記トランジスタをオフさせる向きの電圧変化に変換して出力することを特徴とする発光素子の駆動装置。
11. 前記トランジスタを導通状態に初期化する手段を有することを特徴とする請求項１０に記載の発光素子の駆動装置。
12. 感光体と、前記感光体の移動方向に垂直に配列した発光素子と、前記発光素子を駆動する請求項１０に記載の発光素子の駆動装置とを有することを特徴とする画像記録装置。
13. 行方向と列方向に配列した発光素子と、行方向に複数、配置され、前記列方向に配列した発光素子を駆動する請求項１０に記載の発光素子の駆動装置とを有することを特徴とする表示装置。

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