(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機ＥＬ（Electro Luminescence）素子である光学素子と、その光学素子を駆動するトランジスタである駆動素子とを含む画素回路と、その駆動に用いられる第１の電圧源および第２の電圧源と、を含み、
前記第１の電圧源および第２の電圧源は、それぞれプラスとマイナスとなる電圧値をもつとともに、それらの電圧源のうちプラスとなる電圧源の電圧値は前記駆動素子のゲートソース電圧またはゲートドレイン電圧に関する耐圧電圧値より低く、
前記光学素子は、少なくとも一端に前記第１の電圧源または第２の電圧源により定電圧が印加されるとともに、その両端の各電位がプラスとマイナスで等しい絶対値をもつよう設定されることを特徴とする表示装置。
【請求項２】
有機ＥＬ（Electro Luminescence）素子である光学素子と、その光学素子を駆動する駆動素子とを含む画素回路と、その駆動に用いられる第１の電圧源および第２の電圧源と、を含み、
前記第１の電圧源および第２の電圧源は、それぞれプラスとマイナスとなる電圧値をもつとともに、それらの電圧源のうちマイナスとなる電圧源の電圧値は、その絶対値が前記光学素子の両端にかかる電圧値に関する耐圧電圧値より低く、
前記光学素子は、少なくとも一端に前記第１の電圧源または第２の電圧源により定電圧が印加されるとともに、その両端の各電位がプラスとマイナスで等しい絶対値をもつよう設定されることを特徴とする表示装置。
【請求項３】
有機ＥＬ（Electro Luminescence）素子である光学素子と、その光学素子を駆動する駆動素子とを含む画素回路と、その駆動に用いられる第１の電圧源および第２の電圧源と、を含み、
前記第１の電圧源および第２の電圧源は、それぞれプラスとマイナスとなる電圧値をもつとともに、それらの電圧源のうちマイナスとなる電圧源の電圧値は、その絶対値が前記光学素子の閾値電圧値以上であり、
前記光学素子は、少なくとも一端に前記第１の電圧源または第２の電圧源により定電圧が印加されるとともに、その両端の各電位がプラスとマイナスで等しい絶対値をもつよう設定されることを特徴とする表示装置。
【請求項４】
前記光学素子は、前記駆動素子に対して所定の範囲の電圧値で輝度データが書き込まれたときに動作するよう設定され、
前記輝度データの範囲は、所定の色に対応する輝度データの電圧値がゼロとなる基準で設定されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示装置に関する。本発明は特に、アクティブマトリックス型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ノート型パーソナルコンピュータや携帯端末の普及が進んでいる。現在、これらの表示装置に主に使用されているのが液晶ディスプレイであり、次世代平面表示パネルとして期待されているのが有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイである。これらディスプレイの表示方法として中心に位置するのがアクティブマトリックス駆動方式である。この方式を用いたディスプレイは、アクティブマトリックス型ディスプレイと呼ばれ、画素は縦横に多数配置されてマトリックスを形成し、各画素にはスイッチ回路が配置される。映像データはスイッチ回路によって走査ラインごとに順次書き込まれる。
【０００３】
有機ＥＬディスプレイの実用化設計は草創期にあり、様々な画素回路が提案されている。そのような回路の一例として、特開平１１−２１９１４６号公報に開示されている画素回路について図４をもとに簡単に説明する。
【０００４】
この回路は、２個のｎチャネルトランジスタである第１、２のトランジスタＴｒ５０、Ｔｒ５１と、光学素子であるＯＬＥＤ５０と、保持容量Ｃ５０と、選択信号を送る選択線ＳＬ５０と、輝度データを伝搬するデータ線ＤＬ５０と、電力供給線ＰＬ５０を備える。電力供給線ＰＬ５０は、電源電圧Ｖｄｄに接続される。ＯＬＥＤ５０のカソード電極は、接地電位と同電位である。
【０００５】
この回路の動作は、ＯＬＥＤ５０の輝度データの書込のために、選択線ＳＬ５０の選択信号がハイになり、第１のトランジスタＴｒ５０がオンとなり、データ線ＤＬ５０に入力された輝度データが第２のトランジスタＴｒ５１および保持容量Ｃ５０に設定され、その輝度データに応じた電流が流れてＯＬＥＤ５０が発光する。選択線ＳＬ５０の選択信号がローになると第１のトランジスタＴｒ５０がオフとなり、第２のトランジスタＴｒ５１のゲート電圧が維持され、設定された輝度データに応じて発光を継続する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、有機ＥＬディスプレイが克服すべき課題の一つに、消費電力の大きさが挙げられる。有機ＥＬディスプレイに用いられる光学素子は、一般に電圧降下が大きく、したがって装置全体としても動作に必要な電力が比較的大きい。図４に挙げられる表示装置の場合、電源電圧Ｖｄｄの電圧値は、例えば１５Ｖ〜２０Ｖほどに及び、大きな電力を必要とする。
【０００７】
本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は電力消費を低減させる新たな回路を提案する点にある。本発明の別の目的は、装置の起動時に駆動素子にかかる電圧を低減させる点にある。さらに別の目的は、装置の起動時に光学素子にかかる電圧を低く抑える点にある。さらに別の目的は、有機発光ダイオードにおける電子の注入効率を高める点にある。さらに別の目的は、表示装置の製造コストを低減させる点にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のある実施の形態は表示装置である。この装置は、光学素子と、その光学素子を駆動する駆動素子と、その駆動に用いられる第１の電圧源および第２の電圧源と、を含む。第１の電圧源および第２の電圧源は、それぞれプラスとマイナスとなる電圧値をもつとともに、それらの電圧源のうちプラスとなる電圧源の電圧値は駆動素子の耐圧電圧値より低い。光学素子としては、有機発光ダイオード（Organic Light Emitting Diode。以下、単に「ＯＬＥＤ」と表記する。）を主に想定する。光学素子の駆動に用いる二つの電圧源のうち一方は、一般的には接地電位と同電位にされる場合が多いが、二つの電圧源をともにマイナス側にシフトさせることによって、電位差に変化が無くとも両電位の絶対値がいずれも小さい値の範囲に収まることになる。プラスとなる電圧源の電圧値を駆動素子の耐圧電圧値より低くすれば、起動時に駆動素子にかかる電圧が低くなるので駆動素子の信頼性を向上させることができる。ここでいう「耐圧」は、駆動素子のゲートソース電圧またはゲートドレイン電圧であって、絶縁破壊耐圧ではない。この「耐圧」は、トランジスタの構造やプロセス条件などによって異なるが、一般には１５Ｖ程度と考えられる。
【０００９】
本発明の別の実施の形態もまた表示装置である。この装置もまた、光学素子と、その光学素子を駆動する駆動素子と、その駆動に用いられる第１の電圧源および第２の電圧源と、を含む。第１の電圧源および第２の電圧源は、それぞれプラスとマイナスとなる電圧値をもつとともに、それらの電圧源のうちマイナスとなる電圧源の電圧値は、その絶対値が光学素子の耐圧電圧値より低い。このように、マイナスとなる電圧源の電圧値が光学素子の耐圧より低く抑えられるので、起動時に光学素子にかかる負担を低くしてその信頼性を向上させることができる。ここでいう「耐圧」は、光学素子の両端にかかる電圧をいい、その値はＯＬＥＤの構造やプロセス条件などによって異なるが一般には順方向のバイアスで１５Ｖ程度、逆方向のバイアスで２０Ｖ程度と考えられる。
【００１０】
これらの表示装置は、輝度データの書込と保持を切り替えるスイッチ回路をさらに含む。この「輝度データ」は、駆動素子に設定される輝度情報に関するデータであって、その光学素子が放つ光強度とは区別する。駆動素子やスイッチ回路としては、金属酸化膜（ＭＯＳ：Metal Oxide Semiconductor ）トランジスタや薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）を主に想定する。ここで、駆動素子の両端にかかる電圧の絶対値を小さくすれば、駆動素子に書き込まれる輝度データの電圧の絶対値も小さくすることができる。さらに、スイッチ回路に印加される選択信号の電圧の絶対値も小さくなる。したがって、表示装置全体で消費電力を低減できる。
【００１１】
第１の電圧源および第２の電圧源のうちマイナスとなる電圧源の電圧値は、その絶対値が光学素子の閾値電圧値以上となるよう構成してもよい。ここで、ＯＬＥＤの電圧輝度（Ｖ−Ｌ）特性において、最小輝度Ｌminを得るための最小電圧Ｖminは、必ずＯＬＥＤの閾値電圧Ｖｆ以上である。したがって、一般に駆動素子のゲート電極に設定すべき輝度データは、少なくとも最小電圧Ｖmin以上になる。この輝度データの最小値をゼロにしたい場合には、ＯＬＥＤのカソード電極の電位を最小電圧Ｖmin分だけマイナス方向にシフトさせる必要があり、これは上記の構成によって実現される。これにより、輝度データの電圧値を低くして電力消費を低減できる。
【００１２】
これらの表示装置において、光学素子は、少なくとも一端に第１の電圧源または第２の電圧源により定電圧が印加されるとともに、その両端の各電位がプラスとマイナスでほぼ等しい絶対値をもつよう設定されてもよい。これにより、両端の電位差は変化が無くともプラス側とマイナス側で平均的に絶対値を小さくできるので、両端にかかる電圧の絶対値を最小にでき、したがって必要な電力も最小にできる。
【００１３】
これらの表示装置において、光学素子は、駆動素子に対して所定の範囲の電圧値で輝度データが書き込まれたときに動作するよう設定され、その輝度データの範囲は、所定の色に対応する輝度データの電圧値がゼロとなる基準で設定されてもよい。この場合、輝度データの電圧を中心にして表示装置全体の電力消費を低減させることができる。ここでいう「所定の色」は、有効な表示色の範囲に含まれる色をいう。例えば、表示色の有効範囲に対応して輝度データの電圧値にも有効範囲が考えられるが、その最低値より小さい電圧でも結果として黒色表示になり、その最高値より大きい電圧でも結果として白色表示になり得る。しかし、ここでは有効範囲内にある電圧値だけを扱い、それ以外の電圧値を意図しない。
【００１４】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態においては、表示装置としてアクティブマトリックス型有機ＥＬディスプレイを想定する。以下、いくつかの実施形態に分けて説明する。
【００１６】
（第１実施形態）
図１は、１画素分の画素回路の構成を示す。画素回路Ｐｉｘには、第１、２のトランジスタＴｒ１０、Ｔｒ１１と、ＯＬＥＤと、定電圧Ｃｖと、が含まれる。画素回路Ｐｉｘの周囲には、データ線ＤＬ、選択線ＳＬ、および電力供給線ＰＬが配置されている。データ線ＤＬは、画素回路Ｐｉｘに書き込む輝度データを伝搬し、選択線ＳＬは、輝度データ書込タイミングを決定する選択信号を伝搬する。電力供給線ＰＬは、画素回路Ｐｉｘに電力を供給する。
【００１７】
第１、２のトランジスタＴｒ１０、Ｔｒ１１はともにｎチャネルトランジスタである。第１のトランジスタＴｒ１０は、輝度データ書込を制御するためのスイッチ回路であり、ゲート電極が選択線ＳＬに接続され、ドレイン電極（またはソース電極）がデータ線ＤＬに接続され、ソース電極（またはドレイン電極）が第２のトランジスタＴｒ１１のゲート電極に接続される。第２のトランジスタＴｒ１１は、ＯＬＥＤを駆動する駆動素子であり、ドレイン電極が電力供給線ＰＬに接続され、ソース電極がＯＬＥＤのアノード電極に接続される。ＯＬＥＤのカソード電極は定電圧Ｃｖに接続される。電力供給線ＰＬは電源電圧Ｖｄｄに接続される。定電圧Ｃｖは、電源電圧Ｖｄｄに対して低い側の電圧である。なお、これら電源電圧Ｖｄｄと定電圧Ｃｖは、特許請求の範囲でいう「第１の電圧源および第２の電圧源」に相当する。
【００１８】
定電圧Ｃｖは−７Ｖに設定されている。電源電圧Ｖｄｄは＋８Ｖに設定されている。一般的には定電圧Ｃｖが接地電位と同電位である０Ｖに設定され、電源電圧Ｖｄｄが＋１５Ｖ程度に設定されることが多い。本実施形態においてはこれをマイナス側に７Ｖシフトさせることにより、ＯＬＥＤの両端の電圧値がそれぞれほぼ等しい絶対値をもつようにしている。これにより電力消費を低減させることができる。また、ＯＬＥＤのカソード電極の電位をマイナスにしているので、キャリアである電子の注入効率を高めることができる。
【００１９】
以上の構成による動作を以下説明する。選択線ＳＬの選択信号がハイになると、第１のトランジスタＴｒ１０がオンになり、データ線ＤＬに流れた輝度データが第２のトランジスタＴｒ１１のゲート電極に設定される。第２のトランジスタＴｒ１１のゲートソース電圧に応じた電流が流れ、その電流に応じた強度でＯＬＥＤが発光する。
【００２０】
第２のトランジスタＴｒ１１に設定される輝度データの電圧値は、第２のトランジスタＴｒ１１のソース電位に応じて定められる。ここでは、ソースであるＯＬＥＤのアノード電極の電位に応じて定められる。本実施形態においてはＯＬＥＤのカソード電極の電位を一般に比べて７Ｖ程度下げているので、それだけＯＬＥＤのアノード電極の電位も低くなる。これに応じて第２のトランジスタＴｒ１１に設定される輝度データの電圧値も低くすることができ、ここでも電力消費を低減できる。なお、第２のトランジスタＴｒ１１としてｐチャネルトランジスタを用いた場合は、ソースが電源電圧Ｖｄｄの電位となるが、この場合も電源電圧Ｖｄｄを一般と比べて７Ｖ程度下げているので、同様の電力消費の効果がある。
【００２１】
装置の起動時に駆動素子である第２のトランジスタＴｒ１１にかかる電圧を低減できる。すなわち、一般に電源電圧Ｖｄｄが１５〜２０Ｖとすると、起動時のゲート電位が０Ｖなのでこれらの電位差は１５〜２０Ｖになる。一方、本実施形態では、起動時のゲート電位が０Ｖであるのに対して電源電圧Ｖｄｄが８Ｖであればこれらの電位差は８Ｖとなり、第２のトランジスタＴｒ１１にかかる電圧が低減され、その負荷が小さくなる。これらの電位差が第２のトランジスタＴｒ１１の耐圧電圧値より低ければ、その信頼性を維持または向上させることができる。
【００２２】
装置の起動時に光学素子であるＯＬＥＤにかかる電圧を低減できる。すなわち、定電圧Ｃｖの電位をマイナス側にシフトした場合にこれをＯＬＥＤの耐圧電圧値より低くすることによってＯＬＥＤの信頼性を維持または向上させることができる。
【００２３】
図２は、４画素分の画素回路と周辺の制御回路および信号線の構成を示す。表示パネルを構成する多数の画素回路は行列状に配置されるが、そのうち４画素分の画素回路として、第１〜４の画素回路Ｐｉｘ１１、Ｐｉｘ１２、Ｐｉｘ２１、Ｐｉｘ２２を本図において示す。第１の選択線ＳＬ１０は、１行目の第１、２の画素Ｐｉｘ１１、Ｐｉｘ１２に輝度データを書き込むタイミングでハイの選択信号を伝搬する。第２の選択線ＳＬ２０は、２行目の第３、４の画素Ｐｉｘ２１、Ｐｉｘ２２に輝度データを書き込むタイミングでハイの選択信号を伝搬する。
【００２４】
第１のデータ線ＤＬ１０は、１列目の第１、３の画素Ｐｉｘ１１、Ｐｉｘ２１に書き込む輝度データを伝搬する。第２のデータ線ＤＬ２０は、２列目の第２、４の画素Ｐｉｘ１２、Ｐｉｘ２２に書き込む輝度データを伝搬する。第１の電力供給線ＰＬ１１は、１列目の第１、３の画素Ｐｉｘ１１、Ｐｉｘ２１に電力を供給する。第２の電力供給線ＰＬ２１は、２列目の第２、４の画素Ｐｉｘ１２、Ｐｉｘ２２に電力を供給する。
【００２５】
選択制御回路１００は、第１、２の選択線ＳＬ１０、ＳＬ２０に伝搬させる選択信号を生成する。すなわち、選択信号の電圧値は選択制御回路１００によって決定される。データ制御回路１０２は、第１、２のデータ線ＤＬ１０、ＤＬ２０に伝搬させる輝度データを生成する。すなわち、輝度データの電圧値はデータ制御回路１０２によって決定される。
【００２６】
（第２実施形態）
本実施形態においては、表示装置に含まれる電源電圧の値を、輝度データの電圧値を基準に設定する点で第１実施形態と異なる。すなわち、所定の色に対応する輝度データの電圧値がゼロになるよう設定し、これに合わせて全体が動作するように他の電圧源の電圧値を設定する。
【００２７】
図３は、ＯＬＥＤと第２のトランジスタＴｒ１１を直列接続した系の両端にかかる二つの電圧値と輝度データの電圧値の関係を示す。図３（ａ）は、本実施形態における電圧値であり、図３（ｂ）は、一般的な電圧値である。図３（ｂ）のように、一般的にはＯＬＥＤのカソード電極に定電圧Ｃｖとして０Ｖを設定する場合、電源電圧Ｖｄｄの電圧値は例えば２０Ｖとなり、輝度データの電圧値は黒色から白色までで１０Ｖ〜１５Ｖの範囲となる。
【００２８】
一方、図３（ａ）のように、本実施形態においては輝度データの電圧値がゼロ近辺になるように定電圧Ｃｖと電源電圧Ｖｄｄを設定する。ここでは、黒色に対応する輝度データの電圧値が０Ｖになるよう設定される。輝度データの範囲は、黒色から白色までで０Ｖ〜５Ｖとなる。これに合わせると、定電圧Ｃｖは−１０Ｖとなり、電源電圧Ｖｄｄは１０Ｖとなる。このように、図３（ｂ）においては電圧の絶対値が１０〜１５および０〜２０であるのに対し、図３（ａ）における電圧の絶対値が０〜５および０〜１０となり、装置全体として電力消費の低減が図られる。
【００２９】
また、図３（ａ）における輝度データの範囲を、白色に対応する輝度データの電圧値を０Ｖにする形で定める場合、これに合わせて定電圧Ｃｖが−１５Ｖになり、電源電圧Ｖｄｄが５Ｖになる。輝度データの範囲を、黒色から白色の中間に位置する色に対応する輝度データの電圧値を０Ｖにする形で定める場合、これに合わせて定電圧Ｃｖが−１２〜−１３Ｖになり、電源電圧Ｖｄｄが７〜８Ｖになる。このように輝度データの電圧値を基準に装置各部の電圧値を決定する場合にも、電圧の絶対値が小さくして装置全体の電力消費を低減できる。
【００３０】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、そうした例を述べる。
【００３１】
第１のトランジスタＴｒ１０は、二つ以上直列におかれる形で構成されてもよい。その際、電流増幅率など、それらのトランジスタの特性を異ならせてもよい。例えば、第１のトランジスタＴｒ１０において第２のトランジスタＴｒ１１に近い側のトランジスタの電流増幅率を低めに設定すれば、漏れ電流を減らす効果が大きい。さらに、第１のトランジスタＴｒ１０と第２のトランジスタＴｒ１１の特性を変えてもよい。例えば、第２のトランジスタＴｒ１１の電流増幅率を小さくした場合、同じ輝度レンジに対応する設定データのレンジが広がるため、輝度の制御が容易になる。
【００３２】
第２実施形態においては、輝度データの電圧値として０Ｖ〜５Ｖを設定したが、変形例では液晶ディスプレイにおける一般的な輝度データと同じになるように１Ｖ〜５Ｖに設定するとともに、液晶ディスプレイ用のドライバ、例えば三洋電機株式会社製ＬＣ１５００４（商標）や日本電気株式会社製μＰＤ１６４９１（商標）などをデータ制御回路１０２として転用してもよい。これにより表示装置の製造コストを低減できる。同様に、定電圧Ｃｖにマイナスの電圧を設定する場合に、液晶ディスプレイで使用する交流電圧の電源を転用することによって製造コストを低減させてもよい。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、表示装置の電力消費を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１実施形態における１画素分の画素回路の構成を示す図である。
【図２】  第１実施形態における４画素分の画素回路と周辺の制御回路および信号線の構成を示す図である。
【図３】  第２実施形態におけるＯＬＥＤの両端にかかる二つの電圧源の電圧値と輝度データの電圧値の関係を示す図である。
【図４】  従来技術における１画素分の画素回路の構成を示す図である。
【符号の説明】
Ｖｄｄ  電力供給線、  ＳＬ  選択線、  ＤＬ  データ線、  Ｐｉｘ  画素回路、  Ｔｒ  トランジスタ、  １００  選択制御回路、  １０２  データ制御回路。
【図１】
0003671012.tif 000002
【図２】
0003671012.tif 000003
【図３】
0003671012.tif 000004
【図４】
0003671012.tif 000005