KR100668543B1 - 발광 장치 및 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

간이한 회로로 시분할 디지털 계조 표시를 가능하게 한다. 표시 장치의 각 화소는 유기 EL 소자(40), 구동 TFT(36), 제어 TFT(32), 제어 용량(38)을 갖고, 구동 TFT(36)는, 유기 EL 소자(40)와 EL 전원과의 사이에 설치되어 유기 EL 소자(40)로의 전력 공급을 제어한다. 제어 TFT(32)는 정전압원과 구동 TFT(36)의 게이트와의 사이에 접속되어, 게이트에 디지털 데이터 신호를 받아서 구동 TFT(36)의 게이트 전압을 고정할지의 여부를 제어한다. 제어 라인에는 유기 EL 소자(40)의 발광 기간을 지정하는 제어 펄스 신호가 인가되고, 제어 라인과 구동 TFT(36)의 게이트와의 사이에는 제어 용량(38)이 접속되어 있다. 제어 펄스 신호가 지정하는 발광 기간 중, 제어 TFT(32)가 오프이고 구동 TFT(36)의 게이트 전압 V2가 비고정이면, V2는 제어 펄스 신호에 따른 전압으로 시프트한다. 구동 TFT(36)의 온인가의 여부를 제어 펄스 신호의 레벨로 제어할 수 있고, 데이터 신호는 제어 TFT(32)의 온오프를 제어하면 된다.
시분할 디지털 계조 표시, 유기 EL 소자, 제어 TFT, 구동 TFT, 디지털 데이터 신호, 제어 용량, 축적 용량

Description

발광 장치 및 표시 장치{LIGHT EMITTING DEVICE AND DISPLAY DEVICE}
도 1은 시분할 디지털 계조 표시 방식의 종래의 표시 장치의 화소 구성을 도시하는 등가 회로도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 디지털 계조 표시 방식의 표시 장치의 화소 구성을 도시하는 등가 회로도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치의 주목 화소를 구동하기 위한 신호의 타이밍차트.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
30 : 구동 TFT(스위칭 트랜지스터)
32 : 제어 TFT
34 : 축적 용량
36 : 구동 TFT
38 : 제어 용량
40 : 유기 EL 소자
본 발명은 표시 장치, 특히 각 화소에 발광 소자 등의 표시 소자를 구비하고, 이 소자를 디지털 신호에 의해 동작시키고, 또한 계조를 표현하는 디지털 표시 장치에 관한 것이다.
표시 소자로서, 예를 들면 발광 소자인 일렉트로루미네센스(Electroluminescence : 이하 EL) 소자를 각 화소에 이용한 EL 표시 장치는, 자발광형임과 함께, 얇고 소비 전력이 적다는 등의 유리한 점이 있어, 액정 표시 장치(LCD)나 CRT 등의 표시 장치를 대신할 표시 장치로서 주목받고 있다.
특히, EL 소자를 개별적으로 제어하는 박막 트랜지스터(TFT) 등의 스위치 소자를 각 화소에 설치하고, 화소마다에 EL 소자를 제어하는 액티브 매트릭스형 EL 표시 장치에서는, 고정밀한 표시가 가능하다.
이 액티브 매트릭스형 EL 표시 장치에서는, 기판 상에, 복수의 화소와, 수평 주사 방향(행방향)으로 연장하는 복수개의 선택 라인(게이트 라인)과, 수직 주사 방향(열방향)으로 연장하는 복수개의 데이터 라인 및 전원 라인이 설치되어 있다. 또한, 각 화소는 유기 EL 소자와, 선택 TFT, 구동 TFT 및 축적 용량을 구비하고 있다. 선택 라인에 선택 신호를 출력함으로써 이 라인에 접속된 선택 TFT를 온시키고, 축적 용량 및 구동 TFT에, 데이터 라인에 출력되는 데이터 신호(아날로그 전압 신호)를 공급하고, 축적 용량에 의해, 데이터 신호에 따른 전압을 소정 기간 유지함과 함께, 구동 TFT를 구동시켜서 전원 라인으로부터 유기 EL 소자에 공급하는 전류를 제어한다.
또한, 아날로그의 데이터 신호에 의해 각 유기 EL 소자를 구동하는 방식 외에, 도 1에 도시된 바와 같이, 디지털 데이터 신호에 의해 각 유기 EL 소자를 구동하는 방식(디지털 구동)이 보고되어 있다. 도 1에 도시하는 화소 회로에서는, 상기와 같은 아날로그 신호에 의해 EL 소자를 구동하는 회로 구성에서, EL 전원과 유기 EL 소자(28)의 사이에 접속되어 이 유기 EL 소자(28)로의 공급 전류를 제어하는 구동 TFT(22)와, 상기 유기 EL 소자(28)와의 사이에, 또한 전류의 온오프용의 TFT(26)를 추가한 구성으로 되어 있다. 게이트 라인에 선택 신호가 출력되고, 선택 TFT(20)이 온하였을때에, 데이터 라인에 출력되는 디지털 신호가 이 선택 TFT(20)를 통하여, 축적 용량(24)에 유지됨과 함께, 구동 TFT(22)의 게이트에 인가된다.
구동 TFT(22)는, 그 게이트에 인가되는 디지털 데이터 신호에 따라 온이나 오프 중 어느 한 상태로 되고, 전류 온오프용 TFT(26)에 의해, 그 구동 TFT(22)가 흘리는 전류를 유기 EL 소자(28)에 공급하여 발광시킬지의 여부를 제어한다. 이 온오프용 TFT(26)는, 1 프레임 기간(1화면 표시 기간)에, 디지털 데이터의 비트수에 따라, 복수회, 시분할로 온오프 제어되고, 이에 의해, 유기 EL 소자(28)의 1프레임 기간 중에서의 총 발광 기간이 제어된다. 1 프레임 기간 중에서의 발광 기간의 길이에 따라, 관찰자에 인식되는 발광 강도가 달라지기 때문에, 이와 같은 시분할의 발광 제어에 의해 계조를 표현할 수 있다. 즉, 발광 계조를 1 프레임 기간 중에 있어서 유기 EL 소자(28)의 발광 기간의 제어 만으로 표현할 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같은 화소 회로를 이용하여, 시분할 디지털 계조 구동 방식에 의해 계조를 표현하면, 구동 TFT(22)는, 계조 표시를 위한 유기 EL 소자(28)에 공급하는 전류량을 아날로그적으로 제어할 필요가 없고, 디지털적으로 온오프 동작하여 유기 EL 소자(28)에 전류를 공급할지의 여부를 제어하기만 하면 된다. 이 때문에, 구동 TFT(22)로부터 유기 EL 소자(28)에 전류를 공급해야할 때에, 구동 TFT(22)의 온 저항이 충분히 적어지게 되는 큰 전압을 구동 TFT(22)의 게이트에 인가하도록 데이터 신호 전압을 설정함으로써, 각 화소의 유기 EL 소자(28)의 발광 강도에 미치는 각 TFT 특성의 변동의 영향을 적게 할 수 있다. 따라서, 디지털 표시 방식에서는, 표시 휘도의 화소마다의 변동, 즉, 표시 불균일을 제어하기 용이하게 된다.
<특허문헌1>
일본 특개2002-149112호 공보
그러나, 상기 도 1에 도시된 바와 같은 회로 구성의 경우, 상술한 바와 같이 구동 TFT(22)의 온오프 동작을 이 TFT(22)의 게이트에 인가하는 데이터 신호에 의해 직접 제어해야만 한다. 따라서, 데이터 신호는 디지털 신호이기는 하지만, 구동 TFT(22)의 온오프 저항비를 충분히 확보할 수 있는 큰 진폭으로 하고, 이것을 구동 TFT(22)의 게이트에 공급해야만 한다.
여기서, 매트릭스형의 표시 장치에서는, 도 1과 같은 회로 구조의 화소가 복수 매트릭스 형상으로 형성되고, 이 복수의 화소 중, 각 열방향으로 배열된 화소에 대하여 1개의 데이터 라인이 접속되고, 이 데이터 라인을 통하여 상기와 같은 데이 터 신호가 각 화소에 공급된다. 즉, 1개의 데이터 라인에 대해서는, 열방향으로 배열된 복수의 화소가 접속되어 있고, 이들 접속된 화소는, 각 데이터 라인에 인가되는 데이터 신호로부터 하면, 매우 큰 기생 용량(용량 부하)이 데이터 라인에 병렬로 접속되어 있는 것과 같다. 따라서, 이와 같은 큰 용량 부하가 접속되어 있는 데이터 라인에 대하여, 각 화소의 구동 TFT(22)의 온오프를 충분히 제어 가능한 진폭의 데이터 신호를 공급하기 위해서는, 구동 능력이 높은 회로를 채용해야만 한다.
또한, 시분할 디지털 계조 구동 방식의 경우, 1프레임 기간을 표시 계조수에 따라 결정된 데이터 비트수와 동일한 횟수로 제산한 서브필드 기간을 설정하고, 각 서브필드 기간에 있어서 각각 데이터 신호를 출력해야만 한다. 따라서, 아날로그 신호에 의해 계조 표시를 행하는 방식 등에 비해, 데이터 신호의 전송 속도가 빠르게 되어, 표시 계조수가 증가하면 증가할수록, 고속 전송이 필요하게 된다. 그러나, 상기와 같이, 데이터 신호를 출력하는 데이터 라인에 접속된 기생 용량은 크고, 큰 기생 용량이 접속된 데이터 라인에 대하여, 고속으로 또한 각 구동 TFT(22)를 충분히 온오프 제어시키기 위한 큰 진폭의 데이터 신호를 출력하는 것이 어렵다. 따라서, 표시 계조수를 증가시키기 위해 데이터 라인을 고속 구동할 수 없어서, 표시 가능한 계조수가 제한되게 된다.
본 발명은, 간이한 구동 회로를 이용 가능한 디지털 발광 장치 또는 표시 장치나, 고속 구동이 가능하고 또한 다계조 표시도 용이한 디지털 발광 장치 또는 표시 장치에 관한 것이다.
본 발명은, 발광 장치에 관한 것으로서, 발광 소자와 전원과의 사이에 설치되고, 상기 발광 소자에 대한 상기 전원으로부터의 전력 공급을 제어하여 그 발광 소자를 구동하는 구동 트랜지스터와, 디지털 데이터 신호를 게이트에 받아서, 이 디지털 신호에 따라, 상기 구동 트랜지스터의 게이트를 소정 전위로 고정할지의 여부를 제어하는 제어 트랜지스터와, 상기 구동 트랜지스터의 게이트와, 상기 발광 소자의 발광 기간을 제어하기 위한 제어 펄스 신호가 인가되는 제어 라인과의 사이에 접속된 제어 용량을 구비하고, 상기 제어 펄스 신호에 의해 지정되는 소자 동작 기간 중에, 상기 구동 트랜지스터의 게이트 전위를 상기 제어 펄스 신호에 따른 전위로 시프트시킬지의 여부를, 상기 제어 트랜지스터의 게이트에 공급하는 디지털 데이터 신호에 따라 제어하여, 상기 구동 트랜지스터의 상기 발광 소자에 대한 전력 공급 동작을 제어한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 표시 장치에 있어서, 표시 소자에 제1 도전 영역이 접속되고, 전원에 제2 도전 영역이 접속된 구동 트랜지스터와, 디지털 데이터 신호를 게이트에 받아서, 상기 전원과 상기 구동 트랜지스터의 게이트와의 전기적 접속을 제어하는 제어 트랜지스터와, 상기 표시 소자의 표시 기간을 제어하기 위한 제어 펄스 신호가 인가되는 제어 라인과, 상기 구동 트랜지스터의 게이트 및 상기 제어 트랜지스터와의 사이에 전기적으로 접속된 제어 용량을 구비하고, 상기 제어 펄스 신호에 의해 지정되는 소자 동작 기간 중에, 상기 구동 트랜지스터의 게이트 전위를 상기 제어 펄스 신호에 따른 전위로 시프트시킬지의 여부를, 상기 제 어 트랜지스터의 게이트에 공급하는 디지털 데이터 신호에 따라 제어하여, 상기 구동 트랜지스터의 상기 표시 소자에 대한 전력 공급 동작을 제어한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 복수의 화소를 갖는 표시 장치로서, 각 화소에는, 선택 신호가 공급되는 선택 라인과, 디지털 데이터 신호가 공급되는 데이터 라인에 접속된 선택 트랜지스터와, 발광 소자와, 상기 발광 소자와 전원과의 사이에 설치되고, 상기 발광 소자에 대한 상기 전원으로부터의 전력 공급을 제어하여 이 발광 소자를 구동하는 구동 트랜지스터와, 상기 선택 트랜지스터를 통하여, 상기 디지털 데이터 신호를 게이트에 받아서, 이 디지털 데이터 신호에 따라, 상기 구동 트랜지스터의 게이트를 소정 전위로 고정할지의 여부를 제어하는 제어 트랜지스터와, 상기 구동 트랜지스터의 게이트와, 상기 발광 소자의 소자 동작 기간을 제어하기 위한 제어 펄스 신호가 인가되는 제어 라인과의 사이에 접속된 제어 용량을 구비한다. 또한, 상기 제어 펄스 신호에 의해 지정되는 소자 동작 기간 중에, 상기 구동 트랜지스터의 게이트 전위를 상기 제어 펄스 신호에 따른 전위로 시프트시킬지의 여부를, 상기 제어 트랜지스터의 게이트에 공급하는 디지털 데이터 신호에 따라 제어하여, 상기 구동 트랜지스터의 상기 발광 소자에 대한 전력 공급 동작을 제어한다.
이상과 같이, 본 발명에 따르면, 디지털 데이터 신호에 의해, 예를 들면 유기 EL 소자 등의 표시 소자로의 전력 공급을 제어하는 구동 트랜지스터의 동작(전력 공급 동작)을 직접 제어하지 않아도 된다. 본 발명에 있어서, 디지털 데이터 신호는, 제어 트랜지스터의 동작, 즉, 그 온오프를 제어하여, 구동 트랜지스터의 게이트 전위를 전원 등의 고정 전위로 할지의 여부를 제어하면 된다. 즉, 디지털 데이터 신호는 그 제어 트랜지스터의 온오프를 제어하는데 있어서 필요한 진폭이 있으면 되므로, 구동 트랜지스터의 동작을 직접 제어하는 경우와 비교하여 작은 진폭으로 할 수 있다. 따라서, 데이터 신호의 처리·출력부에 간략한 회로를 채용할 수 있어서 소비 전력을 저감하는 것도 가능하게 된다.
또한, 작은 진폭의 디지털 데이터 신호를 이용하여 구동이 가능하기 때문에, 이 디지털 데이터 신호의 신호 공급 경로에 배치되는 예를 들면 각 화소의 선택 트랜지스터의 내압이나, 전하 공급 능력을 그 만큼 크게 하지 않아도 되고, 또한, 일정 기간 디지털 데이터 신호에 따른 전압을 유지하는 축적 용량을 설치하는 경우에도, 작은 용량을 채용할 수 있다. 이들 트랜지스터나, 축적 용량 등은, 데이터 라인에 전기적으로 접속되는 기생 용량(용량 부하)에 상당하는데, 본 발명에 따르면, 이 기생 용량은 작게 할 수 있어, 이 점으로부터도 간이한 구동 회로를 채용할 수 있고, 또한 데이터 신호의 전송 속도의 고속화가 용이하게 된다. 이 때문에, 표시 계조수의 증가도 용이하게 된다.
본 발명의 다른 양태에서는, 상기 발광 장치 또는 표시 장치에 있어서, 상기 디지털 데이터 신호는 복수 비트의 디지털 신호로 이루어지고, 1화면 표시 기간에 상당하는 1프레임 기간은, 상기 디지털 데이터 신호의 비트수에 따른 수의 서브필드 기간으로 분할되고, 각 서브필드 기간에 있어서, 상기 디지털 데이터 신호의 각 비트의 디지털 신호가, 순차 상기 제어 트랜지스터에 공급된다.
또한, 이 서브필드 기간은, 디지털 데이터 신호의 각 비트에 대응되고, 제어 라인에 대해서는, 이 각 서브필드 기간 중의 소자 동작 기간에 따른 펄스폭의 신호를 제어 펄스 신호로서 공급할 수 있다. 여기서, 디지털 데이터의 각 비트에 가중 부여를 하면, 다계조를 효과적으로 표현할 수 있는데, 이 경우에는, 각 서브필드 기간, 특히 각 기간의 소자 동작 기간(발광 기간), 즉 제어 펄스 신호의 펄스폭을, 디지털 데이터 신호의 비트, 보다 구체적으로는 비트의 자리수에 따른 폭으로 설정함으로써 대응할 수 있다.
또한, 제어 펄스 신호의 진폭(특히 펄스 신호의 레벨)에 대해서는, 제어 트랜지스터에 의해 전위가 고정되어 있지 않은 경우에, 구동 트랜지스터의 게이트 전위를 시프트시키고, 또한, 그 시프트 전후에, 이 구동 트랜지스터의 발광 소자로의 전력 공급 동작을 온 또는 오프시키기 위해 필요한 진폭으로 하면 된다. 또한 이 제어 펄스 신호는, 전 화소에 대하여 공통으로, 각 서브필드 기간에 1회 출력하면 되고, 그 진폭이 큰 경우에도, 펄스 신호로서의 주파수가 낮기 때문에, 소비 전력의 상승을 억제할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여, 도면에 기초하여 설명한다.
도 2는, 실시예에 따른 표시 영역에 매트릭스 형상으로 배치된 복수의 화소의 1화소당의 등가 회로를 도시하고 있다.
1화소는, 도 2의 예에서는, 각각 유기 EL 소자(40)를 갖고, 이 유기 EL 소자(40)의 발광 동작을 제어하기 위해, 선택 트랜지스터(스위칭 트랜지스터; 이하 선택 TFT; 30), 축적 용량(34), 제어 트랜지스터(제어 TFT; 32), 구동 트랜지스터(구동 TFT; 36), 제어 용량(38)을 구비한다. 또한, 기판 상에는, 수직 주사 방향으 로 연장하는 디지털 데이터 신호를 대응하는 화소에 공급하는 데이터 라인 DL과, 수평 주사 방향으로 연장하고, 수평 주사 방향으로 배열되는 화소를 선택하기 위한 선택 신호(게이트 신호)를 출력하는 선택 라인(게이트 라인), 및 유기 EL 소자(40)의 발광 기간을 제어하기 위한 제어 펄스 신호가 공급되는 제어 라인 CPL을 갖는다. 또한, 다이오드 구조를 갖는 각 유기 EL 소자(40)의 양극 측에는, 구동 TFT(36)를 통하여 EL 전원 Pvdd가 접속되어 있다. 이 EL 전원은, 예를 들면, 여기서는, 데이터 라인과 평행하게 수직 주사 방향으로 연장하는 전원 라인으로서 형성되고, 유기 EL 소자(40)의 음극이 접속되는 캐소드 전원 Cv보다도 충분히 높은 전압으로 설정되어 있다. 캐소드 전원 Cv는, 예를 들면, 복수의 화소에 있어서 공통 전극으로서 형성된 유기 EL 소자(40)의 음극에 접속되어, 각 유기 EL 소자(40)의 음극 전위를 결정한다.
구동 TFT(36)는, 유기 EL 소자(40)의 애노드와 EL 전원과의 사이에 접속되고, EL 전원으로부터의 유기 EL 소자(40)에 대하여 전류를 공급할지의 여부를 그 게이트에 인가되는 전압에 따라 제어한다. 여기서, 본 실시예에서는, 구동 TFT(36)는, p채널형 TFT로 형성되어 있고, 소스(제1 도전 영역)는, EL 전원에 접속되고, 드레인(제2 도전 영역)은 유기 EL 소자(40)의 양극 측에 접속되어 있다.
제어 TFT(32)는, 여기서는, p채널형 TFT로 구성되어 있고, 선택 TFT(30)를 통하여 공급되는 디지털 데이터 신호, 즉, "1" 또는 "0"에 따른 전압이 그 게이트에 공급된다. 제어 TFT(32)의 소스(제1 도전 영역)는, 소정의 정전압 전원에 접속되고, 드레인(제2 도전 영역)은, 구동 TFT(36)의 게이트(제어단)에 접속되어 있다. 이 때문에, 제어 TFT(32)가 온했을 때에는, 제어 TFT(32)의 소스/드레인을 통하여 구동 TFT(36)의 게이트가 그 정전압 전원에 접속되고, 구동 TFT(36)의 게이트 전압 V2는, 그 정전압에 고정된다. 이 정전압은, 구동 TFT(36)를 온 상태나 오프 상태(여기서는 오프 상태)로 고정하는 일정 전압이면 된다. 도 2의 구성에서는, 이 정전압 전원으로서, 충분히 높은 전압으로 설정되어 있는 EL 전원 Pvdd를 채용하고 있고, 제어 TFT(32)의 소스는 이 EL 전원 Pvdd에 접속되어 있다. 따라서, 제어 TFT(32)가 온했을 때에는, 구동 TFT(36)는, 그 게이트와 소스가 모두 EL 전원 Pvdd에 접속되어 쇼트 상태가 되어, 오프 상태를 유지한다.
제어 TFT(32)의 게이트에는, 그 게이트 전압 V1을 소정 기간(적어도, 후술하는 1서브필드 기간) 공급되는 디지털 데이터 신호의 전압으로 유지하기 위한 축적 용량(34)이 접속되어 있다. 더 구체적으로 설명하면, 도 2의 예에서는, 축적 용량(34)의 한쪽의 단자가 제어 TFT(32)의 게이트에 접속되고, 다른쪽의 단자가 소스 및 EL 전원 Pvdd에 접속되어 있다.
선택 TFT(30)는 이 예에서는 n채널 TFT로 구성되고, 게이트는 게이트 라인 GL에 접속되고, 드레인은 데이터 라인 DL에 접속되고, 소스는 상기 제어 TFT(32)의 게이트와 축적 용량(34)에 접속된다.
또한, 제어 TFT(32)의 드레인 및 구동 TFT(36)의 게이트와, 제어 라인 CPL과의 사이에는, 제어 용량(38)이 접속되어 있다. 이 제어 용량(38)은, 제어 TFT(32)가 온하여 구동 TFT(36)의 게이트가 EL 전원 Pvdd에 접속되었을 때에는, 이 구동 TFT(36)의 게이트, 즉 EL 전원 Pvdd와 제어 라인 CPL과의 전위차를 유지한다(제어 라인 CPL이, EL 전원과 쇼트하는 것을 방지함). 제어 TFT(32)가 오프하여 구동 TFT(36)의 게이트가 EL 전원 Pvdd로부터 분리되고, 게이트 전압 V2가 비고정 상태로 되었을 때에는, 그 게이트 전압 V2를 제어 라인 CPL의 전위, 즉 제어 펄스 신호에 따른 전압으로 한다. 따라서, 유기 EL 소자(40)의 발광 기간을 규정하는 펄스폭의 제어 펄스 신호가 제어 라인 CPL에 출력되면, 게이트 전압 V2는 그 펄스 신호의 진폭에 따른 분 만큼 시프트되고, 다음으로 펄스 신호의 전압이 변화하기까지 유지된다.
이하, 본 실시예의 화소 회로의 동작을 상기 도 2와 함께 또한 도 3에 도시하는 타임 차트를 참조하여 다시 설명한다. 또한, 여기서는, 표시 장치의 계조는, 16으로 하고, 이것을 표현하기 위해 디지털 데이터 신호는 4비트로 하고 있다. 또한, 이 16 계조를 시분할의 디지털 표시로 표현하기 위해서, 1필드 기간은, 디지털 데이터 신호의 비트수에 따른 4개의 서브필드 기간(SF1, SF2, SF3, SF4)으로 분할되어 있다. 또한, 주목하는 화소의 유기 EL 소자(40)의 1필드 기간에서의 표시 계조(발광 강도)는, 16계조 중 아래로부터 5번째의 계조(이하 제5 계조라 함)이고, 이 화소에 공급되는 디지털 데이터 신호는, "0101"인 경우를 예로 들어 설명한다. 또한 "0000"은 여기서는 0번째의 계조로 하고 있다.
도 3은, 주목 화소에 각 라인으로부터 공급되는 제어 펄스 신호, 선택 신호, 데이터 신호와, 제어 TFT(32)의 게이트 전압 V1과, 구동 TFT(36)의 게이트 전압 V2의 파형을 각각 도시한다. 여기서, 상기와 같이 16 계조를 얻기 위해 1필드 기간은, 4개의 서브필드 기간으로 분할되고, 각 서브필드 기간에는, 대응하는 디지털 데이터 신호의 비트의 자릿수 위치에 따른 가중 부여가 이루어지고, 그 결과, 각 서브필드 기간의 길이는 대응하는 비트에 따라 서로 다르다. 도 3의 예에서는, 데이터 라인에 출력되는 디지털 데이터 신호를 그 하위 비트측(1비트째)으로부터 순서대로 출력하고, 대응하는 서브필드 기간 SF1∼SF4는, 후의 서브필드일수록 그 기간이 길다. 디지털 데이터 신호의 출력 순서가 상위 비트측으로부터이면, 대응하는 서브필드 기간은 후의 서브필드 기간일수록 짧게 하면 된다.
각 서브필드 기간은, 각 화소에 대하여 각각 대응하는 비트의 디지털 데이터를 기입하는 기간 WP와, 기입된 데이터를 표시하는 (발광하는) 기간 DP를 갖고, 기입 기간 WP는, 어느 서브필드 기간에서도 일정하고, 표시 기간 DP의 길이가 대응하는 비트에 따라 설정되어 있다.
도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 제어 라인에 출력되는 제어 펄스 신호는, 각 서브필드에 있어서 이 기입 기간 WP, 표시 기간 DP의 길이에 대응하고 있고, 여기서는, 제어 펄스 신호의 L 레벨 기간이 각 서브필드 기간의 표시 기간 DP에 상당한다. 또한, 각 서브필드 기간의 표시 시간 DP(제어 펄스 신호의 L 레벨 기간)는, 여기서는, 제1 서브필드 SF1에서의 길이를 「1」 단위 기간으로 하면, 제2, 제3, 제4 서브필드 기간 SF2, SF3, SF4는, 각각 「2」, 「4」, 「8」의 길이로 설정되어 있다.
시분할 디지털 계조 표시는, 사람의 눈의 잔상 효과를 이용하며, 구체적으로 설명하면, 상술한 바와 같이 1필드 기간 내에서의 총 발광 기간을 변화시킴으로써, 발광 기간의 길이에 따라서 인식되는 휘도가 제어된다. 상위 비트일수록 서브필드 기간의 발광 기간 DP를 길게 함으로써, 1필드 기간 중에 복수회 기입 기간이 설정될 필요가 있고, 그 만큼 총 표시 기간이 제어되더라도, 명확하고, 또한 충분한 휘도차가 있는 계조를 표현하는 것도 가능하게 된다.
우선, 제1 서브필드 기간 SF1에 있어서, 주목 화소에 접속되어 있는 게이트 라인 GL의 선택 신호가, 여기서는 1 수평 주사 기간 만큼, 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이 H 레벨로 되면, 그 게이트 라인(행)에 접속된 각 화소의 n 채널형으로 구성된 선택 TFT(30)가 온으로 된다. 이 때, 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이, 대응하는 데이터 라인에 출력되는 디지털 데이터 신호가, 선택 TFT(30)를 통하여 제어 TFT(32)의 게이트에 공급된다. 도 3의 (c)의 예에서는, SF1 기간에 있어서 디지털 데이터 신호가 H 레벨 "1"이므로, 제어 TFT(32)의 게이트 전압 V1도 H레벨로 된다. 이 게이트 전압 V1은, 선택 신호가 L레벨로 되어 선택 TFT(30)가 온하고, 데이터 라인과 제어 TFT(32)의 게이트가 차단된 후에도, 적어도, 다음으로 선택 신호가 H레벨로 되어, 다음 비트의 디지털 데이터 신호가 기입될 때까지 축적 용량(34)에 의해 유지된다.
또, 디지털 데이터 신호는, 대응하는 게이트 라인에 선택 신호(여기서는 H레벨)가 출력되는 동안(1수평 주사 기간) 계속하여, 대응하는 화소에 기입될 "1" 또는 "0"의 레벨을 유지하고 있어도 되고, 1 수평 주사선(1게이트 라인)에 접속된 화소에 대하여 열 순으로 데이터를 기입하는 경우에는, 순서에 대응하는 데이터 라인에 디지털 데이터 신호를 출력한다.
또한, 디지털 비디오 신호는 예를 들면, 원하는 프레임 메모리 등에 의해, 각 화소의 1 프레임분의 데이터가 기억되고, 여기서는 하위 비트로부터 각각 대응하는 데이터 라인으로 출력된다.
주목 화소에 대한 설명으로 돌아가면, 이상과 같이 하여, 디지털 데이터 신호가 기입되면, 도 3의 (d)에 도시된 바와 같이, 이 디지털 데이터 신호에 대응하는 전압이 축적 용량(34)에 제어 TFT(32)의 게이트 전압 V1으로서 1서브필드 기간(SF1) 유지된다. 여기서, 유지되는 게이트 전압 V1은 대응하는 디지털 데이터 신호가 "1"이기 때문에, 소정의 H레벨을 유지한다. 이 때문에, p채널 TFT로 구성되는 제어 TFT(32)는 오프 상태를 유지하고, 구동 TFT(36)의 게이트는 EL 전원 Pvdd로부터 분리된다. 구동 TFT(36)의 게이트에 제어 용량(38)을 통하여 접속되어 있는 제어 라인 CPL은, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 기입 기간 WP 중에는, H레벨로 유지되고, 이때 EL 전원 Pvdd와 분리되어 있는 구동 TFT(36)의 게이트 전압 V2는, 제어 펄스 신호의 레벨에 따른 H레벨로 유지된다. 상술한 바와 같이 구동 TFT(36)는 p채널형으로 구성되어 있다. 따라서, 제어 TFT(32)가 오프하고, 구동 TFT(36)의 게이트 전압 V2가 H레벨로 고정된 기간 중에는, 이 구동 TFT(36)는 오프 상태를 유지하여, 유기 EL 소자(40)에는 EL 전원으로부터의 전류는 공급되지 않는다.
제1 서브필드(SF1) 기간의 기입 기간 WP가 종료하고, 제어 라인 CPL의 제어 펄스 신호가 L레벨로 변화하면, 상기와 같이, 그때까지 제어 펄스 신호의 H레벨에 따른 H레벨로 고정되어 있던 구동 TFT(36)의 게이트 전압 V2는, 제어 펄스 신호의 레벨 변화에 추종하여 L레벨로 된다. 이에 의해 구동 TFT(36)는 온 상태로 되고, EL 전원 Pvdd로부터 구동 TFT(36)의 소스-드레인을 통하여 유기 EL 소자(40)에 전류가 공급되어, 유기 EL 소자(40)가 발광한다. 발광 기간 DP가 완료하면, 다음의 서브필드(SF2) 기간으로 이행하여, 제어 라인 CPL의 제어 펄스 신호가 H레벨로 되돌아가고, 구동 TFT(36)의 게이트 전압 V2는 이에 따라 원하는 H레벨로 되고, 구동 TFT(36)가 오프하여 유기 EL 소자(40)에서의 발광은 정지한다.
만일 공급되는 디지털 데이터 신호가 "0"인 경우, 제어 TFT(32)의 게이트 전압 V1이 L레벨로 되고, 제어 TFT(32)가 온하여 구동 TFT(36)는 게이트와 소스가 단락되고, 모두 EL 전원 Pvdd로 된다. 따라서, 구동 TFT(36)의 게이트 전압 V2는, 표시 기간 DP에 있어서 제어 펄스 신호가 L레벨로 되더라도, H레벨을 유지하여, 오프 상태가 계속되기 때문에, 유기 EL 소자(40)는 발광하지 않는다.
따라서, "1"의 디지털 데이터 신호가 공급된 화소만이, 제어 라인 CPL의 제어 펄스 신호가 L레벨로 된 기간, 즉 소자 동작 기간을 지정하는 제어 펄스 신호의 펄스폭에 따른 기간만큼, 이 제어 펄스 신호의 L레벨에 따라서 구동 TFT(36)가 온 제어되어, 유기 EL 소자(40)가 발광하게 된다.
여기서, 일례로서, 선택 신호 및 제어 펄스 신호의 H레벨은 8V, L레벨은 -4V로 설정되고, 한편, 디지털 데이터 신호의 H레벨 "1"은, 5V, L레벨 "0"은 0V로 할 수 있다. 도 1에 관하여 설명한 바와 같이 구동 TFT의 게이트 전압을 디지털 데이터 신호에 의해 직접 제어하는 경우에는, 종래의 구동 TFT의 특성이 본 실시예의 구동 TFT와 동등하다고 가정하고, 단순하게 비교한 경우, 디지털 데이터 신호로서, 제어 펄스 신호와 동등 이상의 8V∼-4V의 12V 진폭 신호를 채용해야만 한다. 그러 나, 본 실시예와 같이 디지털 데이터 신호에 의해, 제어 TFT(32)의 온오프를 제어하기만 해도, 상기와 같이 예를 들면 5V의 진폭의 디지털 데이터 신호를 채용하는 것이 가능하게 된다.
다음으로, 제2 서브필드(SF2) 기간으로 이행하여, H레벨의 선택 신호가 게이트 라인에 인가되었을 때, 주목 화소에 대한 2비트째의 디지털 데이터 신호는 "0"이기 때문에, 선택 TFT(30)를 통하여 인가되어 축적 용량(34)에 유지되는 디지털 데이터 신호의 전압은 "0"에 대응하는 소정 L레벨로 된다. 따라서, 제2 서브필드 기간 SF2의 동안, 즉, 다음의 제3 서브필드 SF3 기간에서, 게이트 라인이 H레벨로 되고 다음의 비트의 디지털 데이터 신호가 기입될 때까지, 제어 TFT(32)의 게이트 전압 V1은 L레벨로 유지되고, 제어 TFT(32)는 온 상태를 유지한다. 이 때문에, 구동 TFT(36)의 게이트는 EL 전원과 동전위로 고정된다.
따라서, 이 상태에서, 제어 라인 CPL의 제어 펄스 신호가 L레벨로 되어도 구동 TFT(36)의 게이트는, EL 전원과 접속되어 있기 때문에, 게이트 전압 V2는 H레벨인 채로 변하지 않는다. 이 때문에, 구동 TFT(36)는 오프 상태를 유지하여, 유기 EL 소자(40)에는 전류가 공급되지 않아서, 유기 EL 소자(40)는 발광하지 않는다.
다음으로, 제3 서브필드(SF3) 기간으로 이행하여, 다시 H레벨의 선택 신호가 게이트 라인에 인가되었을 때, SF1 기간과 마찬가지로, 주목 화소에 대한 3비트째의 디지털 데이터 신호는, "1"이다. 따라서, 이 SF3 기간 중에, 축적 용량(34)에 의해 제어 TFT(32)의 게이트 전압 V1은, H레벨로 유지되어, 제어 TFT(32)가 오프 상태를 유지한다. 이 때문에, 제어 라인 CPL의 제어 펄스 신호가 SF3에 따른 기 간, L레벨로 되면, 그 기간 중(DP)에, 구동 TFT(36)는 온하고, 유기 EL 소자(40)는 발광한다. 여기서 SF3 기간의 표시 기간 DP, 즉 제어 펄스 신호의 L레벨 기간은, 상술한 바와 같이 SF1 기간의 표시 기간 DP의 4배의 길이로 설정되어 있다. 따라서, 유기 EL 소자(40)의 발광 기간은, SF1 기간의 발광 기간의 4배의 길이이다.
다음으로, 제4 서브필드(SF4) 기간으로 이행하여, 재차 H레벨의 선택 신호가 게이트 라인에 인가되었을 때, SF2 기간과 마찬가지로, 4비트째의 디지털 데이터 신호는 "0"이고, 제어 TFT(32)가 온 상태를 유지하며, 제어 펄스 신호가 L레벨로 변화하여도 구동 TFT(36)는 오프 상태를 유지하여, 유기 EL 소자(40)는 발광하지 않는다.
이상, "0101"의 디지털 데이터 신호가 공급된 화소는, SF1∼SF4 기간으로 이루어지는 1필드 기간에 있어서, 그 유기 EL 소자(40)가 5 단위 기간, 발광한다. 공급되는 디지털 데이터 신호가 "1111"이면, SF1∼SF4의 전 표시 기간 DP 중에, 유기 EL 소자(40)가 발광하고, 최고 휘도인 15번째의 계조가 표현되고, 데이터 신호가 "0000"이면 전부 발광하지 않고, 최저 휘도(비발광)인 0번째의 계조가 표현된다. 이와 같이, 본 실시예에 따르면 각 화소는 1프레임 기간에서 16 계조(16 종류의 휘도의 표시) 중 어느 하나의 계조를 표시할 수 있고, 도 3에서 설명한 주목 화소에서는, 저휘도측으로부터 5번째의 계조(발광 휘도)가 표시되게 된다.
본 실시예에 따르면, 디지털 데이터 신호에 따라 온오프하는 것은, 제어 TFT(32)이다. 이 제어 TFT(32)는, 제어 용량(38)이 접속된 구동 TFT(36)의 게이트 전위를 매우 높은 EL 전원 Pvdd로 고정할지 여부, 또한 도 2의 회로예에서는 구동 TFT(36)의 게이트-소스를 쇼트시킬지 오픈으로 할지를 제어하기만 하면 된다. 따라서, 제어 TFT(32)가 흘러야만 하는 전류량은 매우 미소하여도 되어, 전류 능력이 작은 TFT를 채용할 수 있다. 또한, 제어 TFT(32)가 온했을 때에, 제어 용량(38)이 누설 등에 의해 다소 방전되고, V2의 전압이 저하하여도, EL 전원 Pvdd로부터 이 제어 용량(38)을 충전하는데 있어서 필요한 전류만 흘릴 수 있으면 되고, 반드시 풀온할 필요도 없다. 즉, 제어 TFT(32)가 구동 TFT(36)의 게이트에 흐르는 전류량이 만일 그 특성 변동에 기인하여, 화소 마다 다소 변동하여도, 어느 화소의 구동 TFT(36)의 게이트 전압 V2에 대해서도, 이것을 EL 전원 Pvdd로 할 수 있다. 따라서, 데이터 라인으로 출력하는 디지털 데이터 신호의 진폭은, 제어 TFT(32)의 온오프를 제어할 수 있으면 충분하며, 직접 구동 TFT(36)를 제어하는 경우와 비교하여 그 요구 정밀도를 낮추는 것도 가능하고, 진폭을 작게 하는 것도 가능하다. 따라서, 표시 계조수를 더 증대시킴으로써, 구동이 보다 고속으로 된 경우에도 용이하게 대응할 수 있다. 또한, 디지털 데이터 신호를 처리·출력하는 회로도 진폭을 작게 할 수 있기 때문에, 구동 부하가 작은 간이한 회로로 확실한 구동이 가능하게 된다.
또한, 제어 라인 CPL에 인가되는 제어 펄스 신호의 진폭은 충분한 크기로 하면, 구동 TFT(36)를 충분히 오프시키거나, 또는 온시킬 수 있다. 특히, 제어 펄스 신호의 표시 기간을 규정하는 L레벨의 전압을, EL 전원 전압에 대하여 충분히 낮은 전압으로 설정함으로써, 구동 TFT(36)를 그 온 저항이 충분히 작은 전압 영역(포화 영역)에서 풀온시킬 수 있다. 따라서, 구동 TFT(36)의 각 화소마다의 동작 임계값 의 변동의 영향을 받지 않고, 유기 EL 소자(40)의 발광량을 제어할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이 제어 라인 CPL은, 전 화소 공통으로 할 수 있어서, 모든 화소에 대하여, 각 서브필드 기간의 기입 기간과 표시(발광) 기간을 규정하는 제어 펄스 신호를 출력하면 된다.
또한, 이 제어 펄스 신호의 진폭은 데이터 신호와 비교하면 비교적 커지게 될 가능성이 있지만, 제어 펄스 신호는, 각 서브필드 기간에 있어서 기입 기간과 표시 기간과의 전환 시에 그 레벨이 반전되면 되므로, 반전 기간이 길다. 따라서, 제어 펄스 신호의 출력 회로의 부하가 작아서, 간이 구성의 회로를 채용할 수 있다.
본 실시예에서는 구동 TFT(36)로서 p채널 TFT를 채용하였지만, n채널 TFT를 채용하여도 된다. 이 경우에는, 제어 TFT(32)의 소스에 접속되는 전원을, 일정한 낮은 전원 전압(예를 들면 캐소드 전원)으로 하고, 제어 펄스 신호의 극성을 역으로 하여, 표시 기간에 H레벨로 되는 펄스 신호로 하면 된다. 또한, 제어 TFT(32)의 n채널 TFT로 할 수도 있다. 그 경우, 데이터 신호의 극성을 "1" "0"에 있어서 역으로 하면 된다. 또한 선택 TFT(30)로서 n채널 TFT를 채용하였지만, p채널 TFT를 채용하여도 된다. 그 경우, 선택 신호의 극성을 역으로 하면 된다.
이상, 본 실시예에서는, 각 화소의 표시 소자로서 유기 EL 소자(40)를 채용한 소위 유기 EL 표시 장치를 예로 들어 설명했지만, 유기 EL 소자(40) 외에, 무기 EL 소자 등의 다른 발광 소자나, 그 외의 표시 소자를 각 화소에 이용한 액티브 매트릭스형 표시 장치에 있어서, 각 화소에 마찬가지의 구성을 채용함으로써 마찬가 지의 효과를 얻을 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 디지털 데이터에 기초하여 발광 혹은 표시를 행하는 장치에 있어서, 최소한의 진폭의 디지털 데이터 신호를 기생 용량이 낮게 억제된 데이터 라인에 공급하면 되므로, 간이한 구동 회로를 채용할 수 있다. 이 때문에, 장치의 저소비 전력화를 도모하는 것도 가능하다.
또한, 디지털 데이터 신호를 고속으로 출력하는 것이 가능하기 때문에, 다계조 표시가 가능하여, 계조수를 더욱 증가시키는 것도 가능하게 된다.

Claims (9)

  1. 발광 소자와 전원과의 사이에 설치되고, 상기 발광 소자에 대한 상기 전원으로부터의 전력 공급을 제어하여 그 발광 소자를 구동하는 구동 트랜지스터와,
    디지털 데이터 신호를 게이트에 받아서, 이 디지털 신호에 따라, 상기 구동 트랜지스터의 게이트를 소정 전위로 고정할지의 여부를 제어하는 제어 트랜지스터와,
    상기 구동 트랜지스터의 게이트와, 상기 발광 소자의 발광 기간을 제어하기 위한 제어 펄스 신호가 인가되는 제어 라인과의 사이에 접속된 제어 용량을 구비하고,
    상기 제어 펄스 신호에 의해 지정되는 소자 동작 기간 중에, 상기 구동 트랜지스터의 게이트 전위를 상기 제어 펄스 신호에 따른 전위로 시프트시킬지의 여부를, 상기 제어 트랜지스터의 게이트에 공급하는 디지털 데이터 신호에 따라 제어하여, 상기 구동 트랜지스터의 상기 발광 소자에 대한 전력 공급 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  2. 표시 소자에 제1 도전 영역이 접속되고, 전원에 제2 도전 영역이 접속된 구동 트랜지스터와,
    디지털 데이터 신호를 게이트에 받아서, 이 디지털 데이터 신호에 따라, 상기 구동 트랜지스터의 게이트를 소정 전위로 고정할지의 여부를 제어하는 제어 트랜지스터와,
    상기 표시 소자의 소자 동작 기간을 제어하기 위한 제어 펄스 신호가 인가되는 제어 라인과, 상기 구동 트랜지스터의 게이트 및 상기 제어 트랜지스터와의 사이에 전기적으로 접속된 제어 용량
    을 구비하고,
    상기 제어 펄스 신호에 의해 지정되는 소자 동작 기간 중에, 상기 구동 트랜지스터의 게이트 전위를 상기 제어 펄스 신호에 따른 전위로 시프트시킬지의 여부를, 상기 제어 트랜지스터의 게이트에 공급하는 디지털 데이터 신호에 따라 제어하여, 상기 구동 트랜지스터의 상기 표시 소자에 대한 전력 공급 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어 트랜지스터의 게이트에는, 공급되는 상기 디지털 데이터 신호를 소정 기간 유지하기 위한 축적 용량이 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 디지털 데이터 신호는 복수 비트의 디지털 신호로 이루어지고,
    장치의 1프레임 기간은, 상기 디지털 데이터 신호의 비트수에 따른 수의 서브필드 기간으로 분할되고,
    각 서브필드 기간에서, 상기 디지털 데이터 신호의 대응하는 비트의 디지털 신호가, 순차적으로 상기 제어 트랜지스터에 공급되는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 서브 필드 기간은, 각각
    상기 제어 트랜지스터의 게이트에 대하여 상기 디지털 데이터 신호의 대응하는 비트의 디지털 신호를 기입하는 기간과,
    기입된 디지털 신호에 따라, 상기 발광 소자 또는 상기 표시 소자로의 전력 공급을 제어하는 소자 동작 기간을 갖는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제어 라인에는, 상기 제어 펄스 신호로서, 상기 각 서브 필드 기간 중의 소자 동작 기간에 따른 펄스폭의 신호가 출력되는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어 펄스 신호의 상기 각 서브 필드 기간 중의 소자 동작 기간에 따른 펄스폭은, 상기 디지털 데이터 신호에 대응하는 비트에 따라 서로 다른 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  8. 복수의 화소를 갖는 표시 장치에 있어서,
    각 화소에는,
    선택 신호가 공급되는 선택 라인과, 디지털 데이터 신호가 공급되는 데이터 라인에 접속된 선택 트랜지스터와,
    발광 소자와,
    상기 발광 소자와 전원과의 사이에 설치되고, 상기 발광 소자에 대한 상기 전원으로부터의 전력 공급을 제어하여 이 발광 소자를 구동하는 구동 트랜지스터와,
    상기 선택 트랜지스터를 통하여, 상기 디지털 데이터 신호를 게이트에 받아서, 이 디지털 데이터 신호에 따라, 상기 구동 트랜지스터의 게이트를 소정 전위로 고정할지의 여부를 제어하는 제어 트랜지스터와,
    상기 구동 트랜지스터의 게이트와, 상기 발광 소자의 소자 동작 기간을 제어하기 위한 제어 펄스 신호가 인가되는 제어 라인과의 사이에 접속된 제어 용량을 구비하고,
    상기 제어 펄스 신호에 의해 지정되는 소자 동작 기간 중에, 상기 구동 트랜지스터의 게이트 전위를 상기 제어 펄스 신호에 따른 전위로 시프트시킬지의 여부를, 상기 제어 트랜지스터의 게이트에 공급하는 디지털 데이터 신호에 따라 제어하여, 상기 구동 트랜지스터의 상기 발광 소자에 대한 전력 공급 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    1프레임 기간은, 상기 디지털 데이터 신호의 비트수에 따른 수의 복수의 서브필드 기간을 갖고,
    상기 제어 라인에는, 상기 복수의 서브필드 기간의 각각에 있어서 소정 펄스폭의 상기 제어 펄스 신호가 공급되고,
    상기 각 서브필드 기간 중에 있어서 상기 제어 펄스 신호의 펄스폭은, 상기 디지털 데이터 신호에 대응하는 비트에 따른 폭으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
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