(57)【要約】【課題】デジタル駆動型の表示素子における輝度の変動を軽減する。【解決手段】デジタル駆動型の有機ＥＬ表示装置を構成する画素回路１００において、電流が供給されることにより発光する有機発光素子ＯＬＥＤと、有機発光素子ＯＬＥＤへの電流の供給を制御する２個の駆動用トランジスタＴｒ２ａおよびＴｒ２ｂとを直列に接続する。駆動用トランジスタＴｒ２ｂは、有機発光素子ＯＬＥＤに流れる電流を調整するための電流調整素子として機能する。有機発光素子ＯＬＥＤの劣化や温度の低下などにより、有機発光素子ＯＬＥＤに流れる電流が減少すると、駆動用トランジスタＴｒ２ｂは電流を増加させるように作用する。【選択図】        図２
2004302288.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタル駆動型の表示素子であって、
電流が供給されることにより発光する発光素子と、
前記発光素子への電流の供給を制御する、線形領域で動作される駆動用トランジスタと、
前記発光素子および前記駆動用トランジスタと直列に接続され、前記発光素子に流れる電流を調整するための電流調整素子と、
を備えることを特徴とする表示素子。
【請求項２】
前記電流調整素子は、トランジスタであることを特徴とする請求項１に記載の表示素子。
【請求項３】
前記トランジスタのゲート電極には、前記駆動用トランジスタのゲート電極に入力される信号と同じ信号が入力されることを特徴とする請求項２に記載の表示素子。
【請求項４】
前記トランジスタのゲート電極には、前記発光素子に流れる電流を可変に制御するための制御信号が入力されることを特徴とする請求項２に記載の表示素子。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の表示素子をマトリクス状に配置したことを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示素子および表示装置に関し、とくに、デジタル駆動型の表示素子および表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機エレクトロルミネッセンス表示装置（以下、「有機ＥＬ表示装置」または「有機ＥＬパネル」ともいう）が、新たな平面型表示装置として注目されている。有機ＥＬ表示装置は、現在広く普及している液晶表示装置を席巻する日も近いと目されており、実用化に向けて熾烈な開発競争の最中にある。
【０００３】
有機ＥＬ表示装置の駆動方式には、大きく分けて、アナログ駆動方式とデジタル駆動方式の２種類がある。アナログ駆動方式は、各有機ＥＬ素子にデータ電圧に応じた大きさの電流を供給して、データ電圧に応じた輝度で点灯させる方式である。デジタル駆動方式は、様々な方式が提案されているが、たとえば時間階調方式は、各有機ＥＬ素子にデータ電圧に応じたデューティ比を有するパルス電流を供給して、データ電圧に応じた期間点灯させ、多階調を表現する方式である。
【０００４】
時間階調方式のうち、サブフィールド駆動方式では、１画面の表示周期である１フィールド（フレーム）期間を複数のサブフィールド（フレーム）期間に分割し、各サブフィールド期間における点灯のオン／オフを制御することにより、データ電圧に応じた期間、有機ＥＬ素子を点灯させる。このとき、有機発光素子には同じ大きさの電流が供給され、有機発光素子は同じ輝度で発光するが、点灯時間の長短により階調が表現される。各サブフィールドの発光期間は、２のｎ乗（ｎ＝０，１，２，・・・，Ｎ−１）の長さを有し、たとえば１，２，４，８，１６，３２，６４，１２８の長さに設定された発光期間のオン／オフにより、２５６階調が表現される。
【０００５】
上述のような時間階調方式を採用した有機ＥＬパネルでは、トランジスタのばらつきの影響を軽減するために、有機発光素子を定電流駆動させるための駆動用トランジスタを線形領域で動作させるのが好ましい。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−３１２１７３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、デジタル駆動方式において、駆動用トランジスタを線形領域で動作させる場合、駆動用トランジスタを飽和領域で動作させるアナログ駆動方式に比べて、温度変化や経時劣化による電流の変動が大きいという問題がある。有機発光素子に供給する電流の変動が大きいと、有機発光素子の輝度にばらつきが生じ、表示品質が劣化する恐れがある。
【０００８】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、デジタル駆動型の表示素子における輝度のばらつきを軽減する技術の提供にある。本発明の別の目的は、デジタル駆動型の表示素子の経時劣化による輝度の低下を軽減する技術の提供にある。本発明のさらに別の目的は、デジタル駆動型の表示装置における熱暴走の発生を抑える技術の提供にある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のある態様は、表示素子に関する。この表示素子は、デジタル駆動型の表示素子であって、電流が供給されることにより発光する発光素子と、発光素子への電流の供給を制御する、線形領域で動作される駆動用トランジスタと、発光素子および駆動用トランジスタと直列に接続され、発光素子に流れる電流を調整するための電流調整素子と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
電流調整素子を設けることにより、温度変化や発光素子の経時劣化などに起因する電流の変動を軽減し、輝度の変動を軽減することができる。
【００１１】
電流調整素子は、トランジスタであってもよい。温度変化や経時変化により、発光素子の両電極間の電圧が上昇したときに、その電圧上昇を緩和する方向に動作点がシフトするようにトランジスタを接続すればよい。トランジスタのゲート電極には、駆動用トランジスタのゲート電極に入力される信号と同じ信号が入力されてもよい。これにより、簡略な構成で、電流調整を実現することができる。トランジスタのゲート電極には、発光素子に流れる電流を可変に制御するための制御信号が入力されてもよい。これにより、より効果的に電流を調整することができる。
【００１２】
本発明の別の態様は、表示装置に関する。この表示装置は、上述した表示素子のうちいずれかをマトリクス状に配置したことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、実施の形態に係る有機ＥＬ表示装置１０の構成を示す。有機ＥＬ表示装置１０は、複数の画素をマトリクス状に配列した有機ＥＬパネル５、有機ＥＬパネル５に走査信号を供給する走査ドライバ３、および有機ＥＬパネル５に輝度データ信号を供給するデータドライバ４を含む有機ＥＬ表示ユニット２と、映像信号を処理する映像信号処理回路６と、表示のタイミングを制御するタイミング信号を発生するタイミング信号発生回路７とを備える。
【００１４】
映像信号処理回路６は、入力された映像信号に対して表示に必要な処理を施し、Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色の映像信号をデータドライバ４に出力し、水平同期信号ＨＳｙｎｃおよび垂直同期信号ＶＳｙｎｃをタイミング信号発生回路７に出力する。タイミング信号発生回路７は、水平同期信号ＨＳｙｎｃと垂直同期信号ＶＳｙｎｃに基づいて、表示のタイミングを制御するタイミング信号を発生し、走査ドライバ３およびデータドライバ４に供給する。
【００１５】
図２は、有機ＥＬパネル５の１画素分の画素回路１００の構成を示す。この画素回路１００は、有機発光素子ＯＬＥＤと、有機発光素子ＯＬＥＤに対するデータの書き込みのタイミングを制御するスイッチングトランジスタＴｒ１と、有機発光素子ＯＬＥＤに対する通電を制御する駆動用トランジスタＴｒ２ａおよびＴｒ２ｂと、保持容量Ｃと、輝度データ電圧をパルス幅に変調するパルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ）回路５０と、走査信号を送る走査線ＳＣＡＮと、輝度データを送るデータ線ＤＡＴＡと、有機発光素子ＯＬＥＤに電流を供給する電源供給線ＶＤＤとを備える。電源供給線ＶＤＤは、有機発光素子ＯＬＥＤを発光させるための電流を供給する。データ線ＤＡＴＡは、有機発光素子ＯＬＥＤのそれぞれの輝度を制御するための輝度データの信号を流す。走査線ＳＣＡＮは、有機発光素子ＯＬＥＤのそれぞれの発光タイミングを制御するための走査信号を流す。
【００１６】
本実施の形態の画素回路１００は、直列に接続された２つの駆動用トランジスタＴｒ２ａおよびＴｒ２ｂを備える。このとき、一方の駆動用トランジスタＴｒ２ｂは、後述するように、駆動用トランジスタＴｒ２ａおよびＴｒ２ｂのソース−ドレイン間、および有機発光素子ＯＬＥＤに流れる電流を調整するための電流調整素子としても機能する。実際には、駆動用トランジスタＴｒ２ａおよびＴｒ２ｂの協働により電流調整作用が実現されるので、双方を電流調整素子と呼んでもよい。電流調整素子を設けることにより、有機発光素子ＯＬＥＤの温度または経時劣化の影響による輝度の変動を低減することができる。
【００１７】
スイッチングトランジスタＴｒ１は、ゲート電極が走査線ＳＣＡＮに接続され、ソース電極がデータ線ＤＡＴＡに接続され、ドレイン電極がＰＷＭ回路５０に接続される。スイッチングトランジスタＴｒ１は、シングルゲート構造、ダブルゲート構造、または３以上のゲート電極を有するマルチゲート構造のいずれであってもよい。また、スイッチングトランジスタＴｒ１は、ｎチャネルトランジスタであってもｐチャネルトランジスタであってもよい。ソース電極とドレイン電極が逆であってもよい。
【００１８】
駆動用トランジスタＴｒ２ａは、ソース電極が電源供給線ＶＤＤに接続され、ドレイン電極が駆動用トランジスタＴｒ２ｂのソース電極に接続され、ゲート電極がＰＷＭ回路５０に接続される。駆動用トランジスタＴｒ２ｂは、ソース電極が駆動用トランジスタＴｒ２ａのドレイン電極に接続され、ドレイン電極が有機発光素子ＯＬＥＤの陽極に接続され、ゲート電極がＰＷＭ回路５０に接続される。この例では、駆動用トランジスタＴｒ２を２個直列に設けているが、駆動用トランジスタＴｒ２を３個以上設けてもよい。
【００１９】
有機発光素子ＯＬＥＤは、陽極が駆動用トランジスタＴｒ２ｂのドレイン電極に接続され、陰極は接地される。保持容量Ｃの一端は、スイッチングトランジスタＴｒ１のドレイン電極に接続され、他端は、図示しない配線に接続される。保持容量Ｃの他端は、電源供給線ＶＤＤに接続されてもよい。ＰＷＭ回路５０は、スイッチングトランジスタＴｒ１のドレイン電極と、駆動用トランジスタＴｒ２ａおよびＴｒ２ｂのゲート電極との間に設けられる。
【００２０】
以上の構成による動作を説明する。まず、データドライバ４は、１ライン分の輝度データを用意し、各データ線ＤＡＴＡに供給する。ここで、走査ドライバ３が、データの書き込みを行う水平ラインの走査線ＳＣＡＮに走査信号を送ると、その水平ラインの画素のスイッチングトランジスタＴｒ１がオンになり、データ線ＤＡＴＡに設定された輝度データが保持容量Ｃに設定されるとともに、ＰＷＭ回路５０に入力される。ＰＷＭ回路５０は、入力された輝度データの電圧を、その電圧に応じた幅を有するパルス信号に変調する。パルス信号は、一定の振幅を有し、輝度データに応じた期間アクティブとなる信号である。ＰＷＭ回路５０から出力されたパルス信号は、駆動用トランジスタＴｒ２ａおよびＴｒ２ｂのゲート電極に入力される。パルス信号がアクティブである期間だけ駆動用トランジスタＴｒ２ａおよびＴｒ２ｂがオンとなり、一定の電流が有機発光素子ＯＬＥＤに供給されて、有機発光素子ＯＬＥＤが発光する。以上の動作が水平ライン分繰り返され、１フレームの画像が表示される。
【００２１】
図３は、駆動用トランジスタＴｒ２ａおよびＴｒ２ｂのソース−ドレイン間電圧と、有機発光素子ＯＬＥＤの両電極間の電圧の関係を示す。駆動用トランジスタＴｒ２ａおよびＴｒ２ｂと、有機発光素子ＯＬＥＤは、直列に接続されているので、漏れ電流を考慮しなければ、流れる電流Ｉは同じである。駆動用トランジスタＴｒ２ａのソース−ドレイン間電圧をＶＤＳ１、駆動用トランジスタＴｒ２ｂのソース−ドレイン間電圧をＶＤＳ２、有機発光素子ＯＬＥＤの両電極間の電圧をＶＯＬＥＤとすると、次式が成立する。
ＶＤＤ＝ＶＤＳ１＋ＶＤＳ２＋ＶＯＬＥＤ
【００２２】
図４は、温度変化や経時変化により有機発光素子ＯＬＥＤに流れる電流が変動したときに、電流調整素子により電流の変動が軽減される様子を説明するための図である。ある時点ｔ１における有機発光素子ＯＬＥＤの特性曲線を２００ａ、駆動用トランジスタＴｒ２ａの特性曲線を２１０、駆動用トランジスタＴｒ２ｂの特性曲線を２２０ａで示す。このとき、駆動用トランジスタＴｒ２ｂの動作点は２３０ａであり、有機発光素子ＯＬＥＤ、駆動用トランジスタＴｒ２ａおよびＴｒ２ｂには、電流値Ｉ１の電流が流れる。
【００２３】
有機発光素子ＯＬＥＤは、発光時間の経過とともに電流が流れにくくなり、輝度が低下することが知られている。すなわち、有機発光素子ＯＬＥＤの特性曲線は、経時劣化に伴って、図３において右方向へシフトする。また、温度の低下によっても、有機発光素子ＯＬＥＤの特性曲線は右方向へシフトする。経時劣化により輝度と電流が低下すると、表示パネルの温度が低下し、より電流を減少させる方向に特性曲線がシフトするので、さらに輝度が低下するという悪循環に陥る恐れがある。
【００２４】
ここで、経時変化または温度の低下により、ある時点ｔ２における有機発光素子ＯＬＥＤの特性曲線が２００ｂにシフトすると、動作点は２３０ｂに移動し、電流値はＩ２に低下する。このとき、駆動用トランジスタＴｒ２ａの動作点も右へ移動するので、駆動用トランジスタＴｒ２ｂのソース電極の電位が上昇し、駆動用トランジスタＴｒ２ｂのゲート−ソース間電圧ＶＧＳが上昇する。すると、Ｔｒ２ｂの特性曲線は２２０ｂに変わるので、動作点は２３０ｃとなり、電流値はＩ３に増加する。駆動用トランジスタが１つだけ設けられていた場合は、電流がＩ２に減少することになるが、駆動用トランジスタを直列に２個接続することで電流はＩ３となり、温度の低下や経時変化による電流の減少を軽減することができる。
【００２５】
逆に、温度が高くなったとき、有機発光素子ＯＬＥＤの特性曲線は左方向にシフトするので、動作点が左上方向にシフトし、電流が増加する。すると、パネルの温度がさらに上昇して、熱暴走を引き起こす恐れがある。この場合も、本実施の形態の画素回路１００によれば、電流調整作用が働いて、電流値を減少させる方向に動作点をシフトさせ、熱暴走を抑えることができる。具体的には、温度の上昇に伴って動作点２３０ａが左上方向にシフトすると、駆動用トランジスタＴｒ２ｂのゲート−ソース間電圧ＶＧＳが低下して、駆動用トランジスタＴｒ２ｂの特性曲線が下方向にシフトする。これにより、動作点が左下方向にシフトするので、電流の増加を軽減することができる。
【００２６】
駆動用トランジスタを複数個設けることにより、有機発光素子ＯＬＥＤに繋がるトランジスタの線形領域の傾きがなだらかになり、温度変化や経時劣化の影響を受けにくくなるという効果もある。
【００２７】
図５は、画素回路１００の他の例を示す。図５の例では、電流調整素子として機能する駆動用トランジスタＴｒ２ａのゲート電極に、図示しない電流制御部により生成された、電流を可変に制御するための制御信号が入力される。これにより、有機発光素子ＯＬＥＤに流れる電流を能動的に制御することができるので、より効果的な電流調整を実現することができる。この画素回路１００における電流調整作用について、図４を参照して説明する。駆動用トランジスタＴｒ２ａのゲート電圧を調整することにより、特性曲線２１０が上下にシフトする。これに加えて、駆動用トランジスタＴｒ２ｂのゲート−ソース間電圧ＶＧＳが増減するので、特性曲線２２０ａが上下にシフトし、動作点２３０ａが移動する。
【００２８】
図６は、画素回路１００の他の例を示す。図６の例では、電流調整素子として機能する駆動用トランジスタＴｒ２ｂのゲート電極に、図示しない電流制御部により生成された、電流を可変に制御するための制御信号が入力される。これにより、有機発光素子ＯＬＥＤに流れる電流を能動的に制御することができるので、より効果的な電流調整を実現することができる。この画素回路１００における電流調整作用について、図４を参照して説明する。駆動用トランジスタＴｒ２ｂのゲート電圧を調整することにより、特性曲線２２０ａが上下にシフトし、動作点２３０ａが移動する。
【００２９】
以上、説明したように、本実施の形態の技術によれば、表示素子における温度変化や経時変化による輝度の変動を最小限に抑えることができる。これにより、表示装置の焼き付きを抑え、寿命を延ばすことができる。
【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例が可能なこと、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。
【００３１】
実施の形態では、ＰＷＭ回路５０により輝度データに応じたパルス幅を有するパルス信号を発生して、有機発光素子ＯＬＥＤをデジタル駆動する例について説明したが、別の例では、サブフィールド駆動であってもよい。また、有機発光素子を例にとって説明したが、他の電流駆動型の発光素子にも本発明を適用可能である。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、デジタル駆動型の表示素子における輝度の変動を軽減する技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係る有機ＥＬ表示装置の構成を示す図である。
【図２】有機ＥＬパネルの１画素分の画素回路の構成を示す図である。
【図３】駆動用トランジスタＴｒ２ａおよびＴｒ２ｂのソース−ドレイン間電圧と、有機発光素子ＯＬＥＤの両電極間の電圧の関係を示す図である。
【図４】温度変化や経時変化により有機発光素子ＯＬＥＤに流れる電流が変動したときに、電流調整素子により電流の変動が軽減される様子を説明するための図である。
【図５】画素回路の他の例を示す図である。
【図６】画素回路の他の例を示す図である。
【符号の説明】
２・・・有機ＥＬ表示ユニット、３・・・走査ドライバ、４・・・データドライバ、５・・・有機ＥＬパネル、６・・・映像信号処理回路、７・・・タイミング信号発生回路、１０・・・有機ＥＬ表示装置、５０・・・ＰＷＭ回路、１００・・・画素回路、Ｃ・・・保持容量、ＤＡＴＡ・・・データ線、ＯＬＥＤ・・・有機発光素子、ＳＣＡＮ・・・走査線、Ｔｒ１・・・スイッチングトランジスタ、Ｔｒ２・・・駆動用トランジスタ、Ｔｒ２ａ・・・駆動用トランジスタ、Ｔｒ２ｂ・・・駆動用トランジスタ、ＶＤＤ・・・電源供給線。
【図１】
2004302288.tif 000003
【図２】
2004302288.tif 000004
【図３】
2004302288.tif 000005
【図４】
2004302288.tif 000006
【図５】
2004302288.tif 000007
【図６】
2004302288.tif 000008