(57)【要約】【課題】アクティブマトリクス型有機ＥＬ表示装置に出力デバイスとしての機能に加え入力デバイスとしての機能を付加することで、応用機器の一層の小型化を達成する。【解決手段】有機ＥＬ表示装置は、走査線２Ａの列と、信号線２Ｂの列と、各走査線と各信号線が交差する部分にマトリクス状に配された画素ＰＸＬとを備えている。各画素は、発光素子ＥＬと、薄膜トランジスタで構成された発光回路２１と、同じく薄膜トランジスタで構成された受光回路２２とを含む。発光回路２１は、走査線２Ａにより選択された時信号線２Ｂから入力された映像信号に応じて発光素子ＥＬを駆動し、以ってマトリクス状の画素に映像を表示する。受光回路２２は、発光回路が動作していないときに選択され、画素に入射する光量に応じた受光信号を別の信号線２Ｅに出力する【選択図】図１
2005165251.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査線の列と、信号線の列と、各走査線と各信号線が交差する部分にマトリクス状に配された画素とを備え、
各画素は、有機ＥＬ素子からなる発光素子と、薄膜トランジスタで構成された発光回路と、同じく薄膜トランジスタで構成された受光回路とを含み、
前記発光回路は、該走査線により選択された時該信号線から入力された映像信号に応じて該発光素子を駆動し、以ってマトリクス状の画素に映像を表示し、
前記受光回路は、該発光回路が動作していないときに選択され、画素に入射する光量に応じた受光信号を別の信号線に出力することを特徴とする
アクティブマトリクス型有機ＥＬ表示装置。
【請求項２】
前記受光回路は、該画素の表面に形成された該発光素子に入射する光量を検出して、対応する受光信号を出力することを特徴とする請求項１記載のアクティブマトリクス型有機ＥＬ表示装置。
【請求項３】
前記受光回路は、該発光素子を逆バイアスの状態にリセットするリセット部と、逆バイアスの状態下入射する光量に応じて該発光素子に流れる光リーク電流を増幅して受光信号を生成する増幅部とを含むことを特徴とする請求項１記載のアクティブマトリクス型有機ＥＬ表示装置。
【請求項４】
前記受光回路は、入射する光量に応じて該発光素子に流れる光リーク電流を該増幅部に取り入れる入力スイッチと、取り入れた光リーク電流を増幅して得られた受光信号を該増幅部から信号線に読み出す出力スイッチとを含み、該入力スイッチと出力スイッチは互いに独立したタイミングでオンオフ制御可能にしたことを特徴とする請求項３記載のアクティブマトリクス型有機ＥＬ表示装置。
【請求項５】
前記受光回路は、該発光回路が動作している間該入力スイッチ及び出力スイッチをともにオフし、該発光回路が動作しなくなった時先ず該入力スイッチをオンして該増幅部に対する光リーク電流の供給を開始し、次に該光リーク電流の供給が安定した時点で該出力スイッチをオンすることを特徴とする請求項４記載のアクティブマトリクス型有機ＥＬ表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアクティブマトリクス型の有機ＥＬ表示装置に関する。より詳しくは、各画素毎に配された発光回路に加え、情報入力用の受光回路を備えた有機ＥＬ表示装置の画素回路構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、低消費電力で応答速度が速く、自発光なので視野角が広いなどの理由から、有機ＥＬ表示装置が出力デバイスとして注目を集めている。特に、近年では通信環境の発達などにより、モバイル端末においても出力デバイスとしてのディスプレイに動画表示時の高性能化が要求されており、有機ＥＬ表示装置に期待が寄せられている。特に能動素子として薄膜トランジスタを集積形成したアクティブマトリクス型の有機ＥＬ表示装置の開発が盛んに行われており、以下の特許文献１〜特許文献３に記載されている。
【特許文献１】特開２００１−８５１６０号公報
【特許文献２】特開２００２−２９７０９６号公報
【特許文献３】特開２００３−１１８１６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
モバイル機器では出力デバイスの他入力デバイスも必要である。入力デバイスとしては従来から抵抗薄膜型のタッチパネルが使われている。しかしながら、タッチパネルは接触点における電位変化を検出する方式の為、二箇所以上の接触点を同時に検出することは原理的に不可能である。この為、タッチパネルはゲーム用途に対応仕切れない場合がある。又ディスプレイデバイスの表示面上にタッチパネルを設置する為、必然的に機器の厚さの増加及びディスプレイの輝度低下を招く問題がある。
【０００４】
又近年では、入力デバイスとしてＣＣＤカメラあるいはＣＭＯＳカメラが付属している携帯電話機が広く普及している。更には、個人認証用に指紋センサを内蔵する携帯電話機も登場している。しかしながら、これら入力デバイスとしてのセンサは画像表示部とは一体になっていない為、機器の実装密度の増加を招く問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した従来の技術の課題に鑑み、本発明はアクティブマトリクス型有機ＥＬ表示装置に出力デバイスとしての機能に加え入力デバイスとしての機能を付加することで、応用機器の一層の小型化を達成することを目的とする。係る目的を達成する為に以下の手段を講じた。すなわち、本発明にかかるアクティブマトリクス型有機ＥＬ表示装置は、走査線の列と、信号線の列と、各走査線と各信号線が交差する部分にマトリクス状に配された画素とを備え、各画素は、有機ＥＬ素子からなる発光素子と、薄膜トランジスタで構成された発光回路と、同じく薄膜トランジスタで構成された受光回路とを含み、前記発光回路は、該走査線により選択された時該信号線から入力された映像信号に応じて該発光素子を駆動し、以ってマトリクス状の画素に映像を表示し、前記受光回路は、該発光回路が動作していないときに選択され、画素に入射する光量に応じた受光信号を別の信号線に出力することを特徴とする。
具体的には、前記受光回路は、該画素の表面に形成された該発光素子に入射する光量を検出して、対応する受光信号を出力する。前記受光回路は、該発光素子を逆バイアスの状態にリセットするリセット部と、逆バイアスの状態下入射する光量に応じて該発光素子に流れる光リーク電流を増幅して受光信号を生成する増幅部とを含む。更に前記受光回路は、入射する光量に応じて該発光素子に流れる光リーク電流を該増幅部に取り入れる入力スイッチと、取り入れた光リーク電流を増幅して得られた受光信号を該増幅部から信号線に読み出す出力スイッチとを含み、該入力スイッチと出力スイッチは互いに独立したタイミングでオンオフ制御可能にしている。具体的には前記受光回路は、該発光回路が動作している間該入力スイッチ及び出力スイッチをともにオフし、該発光回路が動作しなくなった時先ず該入力スイッチをオンして該増幅部に対する光リーク電流の供給を開始し、次に該光リーク電流の供給が安定した時点で該出力スイッチをオンする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、アクティブマトリクス型有機ＥＬ表示装置の各画素内に発光回路と受光回路を薄膜トランジスタなどで集積形成している。発光回路は映像信号に応じて有機ＥＬ素子を発光させることで、画像表示出力が可能になる。一方受光回路は、有機ＥＬ素子に逆バイアス電圧を印加した状態で入射光量に応じた光リーク電流を増幅することにより、画像情報の入力を可能にしている。本発明による有機ＥＬ表示装置は、タッチパネルなどを用いなくとも光学的に座標位置検出が可能で、且つ二箇所以上の同時座標検出も原理的に可能である。又、座標検出用としてディスプレイ上に別途位置検出装置を設置する必要がない為、高輝度な画像表示を得ることができる。又、座標検出以外の応用として、画素単位の光検出に基づいたスキャナを実現できる。これにより、付加価値の高い表示装置を提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明に係るアクティブマトリクス型有機ＥＬ表示装置の構成を示す模式的な全体平面図（Ａ）及び部分平面図（Ｂ）である。（Ａ）に示す様に、本表示装置１は、フラットパネル型であり、中央に画素アレイ２を備えている。画素アレイ２は、走査線２Ａの列と、信号線２Ｂの列と、各走査線２Ａと各信号線２Ｂが交差する部分にマトリクス状に配された画素ＰＸＬとを備えている。
【０００８】
（Ｂ）に示す様に、各画素ＰＸＬは、有機ＥＬ素子（以下本明細書では単にＥＬと記載する場合がある）からなる発光素子と、薄膜トランジスタで構成された発光回路２１と、同じく薄膜トランジスタで構成された受光回路２２とを含む。発光回路２１は、対応する走査線２Ａにより選択された時、対応する信号線２Ｂから入力された映像信号に応じて発光素子（ＥＬ）を駆動し、以ってマトリクス状の画素に映像を表示する。受光回路２２は、発光回路２１が動作していない時に選択され、画素ＰＸＬに入射する光量に応じた受光信号を別の信号線２Ｅに出力する。具体的には、受光回路２２は、画素ＰＸＬの表面に形成された発光素子（ＥＬ）に入射する光量を検出して、対応する受光信号を出力する。換言すると、本実施形態は発光素子ＥＬを受光素子にも兼用している。但し、本発明はこれに限られるものではなく、発光素子とは別体に受光素子を設けることも可能である。ＥＬに接続された受光回路２２は、リセット部と増幅部とを含む。リセット部は発光素子（ＥＬ）を逆バイアスの状態にリセットする。増幅部は、逆バイアスの状態下入射する光量に応じて発光素子（ＥＬ）に流れる光リーク電流を増幅して受光信号を生成する。
【０００９】
再び（Ａ）に戻って、本表示装置１の周辺部及び外付部を説明する。表示装置１を構成するフラットパネルの周辺部には走査線駆動回路３が配されており、順次走査線２Ａに選択パルスを印加して、画素ＰＸＬをライン毎に選択する。フラットパネルの下部には映像信号線駆動用集積回路４Ｃが形成されており、列状の映像信号線２Ｂを駆動して、各画素ＰＸＬに映像信号を供給する。外付けの映像信号制御回路４がフラットケーブル４Ｆを介して映像信号線駆動用集積回路４Ｃに接続されている。映像信号制御回路４はＩＣを搭載した基板からなり、映像信号線駆動用集積回路４Ｃに必要な映像信号を供給するとともに、走査線駆動回路３との同期制御も行っている。加えて受光信号処理回路５がフラットケーブル５Ｆを介して列状の受光信号線２Ｅに接続している。受光信号処理回路５は受光信号処理用のＩＣを搭載した基板からなる。受光信号処理回路５は電流／電圧変換回路を備えており、各受光信号線２Ｅから出力される信号電流を電圧信号に変換した後、更にＡ／Ｄ変換処理を施した上で、デジタルデータ処理及び必要な演算を行う。これにより、受光信号からフラットパネル上に入力された情報を抽出できる。
【００１０】
図２は、有機ＥＬ素子の電流−電圧特性を示すグラフである。有機ＥＬ素子は電気的に見るとダイオードと等価である。アノード・カソード間電圧Ｖａｋが正の場合（順バイアスの場合）、ＥＬは閾値特性を有するダイオードとほぼ同じ特性を示し、Ｖａｋの上昇とともにＥＬ電流が増加し従って発光輝度が高くなる。順バイアス下におけるこの電流／電圧特性を利用して発光回路はＥＬを電流駆動し、以ってマトリクス状の画素に映像を表示する。
【００１１】
これに対し、Ｖａｋが負の場合（逆バイアス状態）ＥＬには光励起によるキャリアが発生し、これに応じて光電流Ｉｐが流れる。印加電圧を一定とした場合、光電流ＩｐはＥＬに入射する光量が大きくなる程増大する。この現象を利用して、受光回路はＥＬを逆バイアスにリセットし且つ光電流を増幅することで、信号線に受光信号を出力している。画素に対応した分解能を有する受光信号を処理することで、画素アレイ上に光学的に入力された情報を検出可能である。
【００１２】
図３は、本発明の応用例を表わしており、携帯用個人端末と携帯電話機を挙げている。携帯用個人端末１００を開くと、中央に出力デバイスとして有機ＥＬ表示装置１が取り付けられている。この有機ＥＬ表示装置１はディスプレイに加え入力デバイスとして機能する。例えば指をフラットパネルの表面に近づけるとその影が検出され、対応する座標位置が入力される。この様に、本ディスプレイパネルはタッチパネルを用いることなく直接座標入力が可能である。しかも、座標は画素アレイによって読み取られる為、複数同時箇所の入力も可能であり、ゲーム用途などに好適である。この場合、ゲーム画面の表示と座標入力を同時に行う為、発光回路と受光回路は時分割で駆動されることになる。
【００１３】
他の用途として、フラットパネルはスキャナにも使える。フラットパネルの表面に近接して対象物を配置し、画素アレイを走査することで、対象物のイメージを読み取ることができる。この場合には、発光回路側の駆動は停止し、もっぱら受光回路を走査して、イメージ情報を読み取ることになる。
【００１４】
この様に出力デバイスと入力デバイスを兼ねたフラットパネルは極めて実装密度が高く、図示の様に携帯電話機２００のディスプレイに組み込むと、より顕著な効果が得られる。
【００１５】
図４は、図１（Ｂ）に示した画素回路の実施形態を示す回路図である。走査線２Ａと映像信号線２Ｂの交差部に発光回路２１が配され、ＥＬを駆動する様になっている。尚発光回路２１には発光制御線２Ｑが接続されている。この発光制御線２Ｑは走査線駆動回路３と共用又は別体の駆動回路によって駆動される。ＥＬには受光回路２２も接続されている。受光回路２２の出力は受光信号線２Ｅに供給される。この受光信号線２Ｅは映像信号線２Ｂと平行に配されている。場合によっては、映像信号線２Ｂと受光信号線２Ｅを共用化し時分割で発光回路２１と受光回路２２側で使い分けることも可能である。受光回路２２には受光制御線２Ｄとリセット制御線２Ｃが接続されている。これらの制御線２Ｃ，２Ｄは走査線駆動回路３と共通又は別体の駆動回路によって駆動される。
【００１６】
以下発光回路２１及び受光回路２２の構成を具体的に説明する。まず発光回路２１は直交配列された走査線２Ａと映像信号線２Ｂの交点に、映像信号のサンプリング用薄膜トランジスタ（Ｎ型ＴＦＴ）２Ｆが配置されている。サンプリング用薄膜トランジスタ２Ｆのゲートは走査線２Ａに接続され、ドレインは対応する映像信号線２Ｂに接続されている。サンプリング用薄膜トランジスタ２Ｆのソースには、保持容量２Ｎの一方の電極と、駆動用薄膜トランジスタ（Ｐ型ＴＦＴ）２Ｇのゲートが接続される。尚、これらが接続されるノードをＡ点で表わしてある。駆動用薄膜トランジスタ２Ｇのソースには保持容量２Ｎの他方の電極と発光用アノード電源ＶＡが接続され、ドレインには発光制御用薄膜トランジスタ（Ｎ型ＴＦＴ）２Ｐが接続されている。発光制御用薄膜トランジスタ２Ｐのソースは有機ＥＬ素子のアノードに接続されている。有機ＥＬ素子のカソードはカソード電源ＶＫに接続されている。尚、発光制御用薄膜トランジスタ２Ｐのゲートは発光制御線２Ｑによって制御される。
【００１７】
受光回路２２は、受光制御線（読出制御線）２Ｄと受光信号線２Ｅが直交配列されている。読出制御線２Ｄは、ＥＬ電流入力制御用薄膜トランジスタ（Ｎ型ＴＦＴ）２Ｊのゲートと、受光信号出力制御用薄膜トランジスタ（Ｎ型ＴＦＴ）２Ｍのゲートに接続される。ＥＬ電流入力制御用薄膜トランジスタ２Ｊのドレイン（ノードＢ点で表わす）には有機ＥＬ素子のアノードと、リセット制御用の薄膜トランジスタ（Ｎ型ＴＦＴ）２Ｈのドレインが接続されている。リセット制御用薄膜トランジスタ２Ｈのソースはリセット電源Ｖｒｅｓに接続され、ゲートはリセット制御線２Ｃに接続されている。
【００１８】
Ｎ型の薄膜トランジスタ２Ｋと同じくＮ型の薄膜トランジスタ２Ｌにてカレントミラー回路を構成する。受光時のＥＬ電流Ｉ１はＥＬ電流入力制御用薄膜トランジスタ２Ｊを介して、カレントミラー回路を構成する一方の薄膜トランジスタ２Ｋのドレインとゲートに入力され、そのソースを介してバイアス電源Ｖｂ１に流れ込む。そして、この受光電流Ｉ１によりカレントミラー回路を構成する他方の薄膜トランジスタ２Ｌのゲート電位が確定し、これにより受光電流Ｉ２が薄膜トランジスタ２Ｍと２Ｌを介してバイアス電源Ｖｂ２に流れ込む。
【００１９】
ここで受光時にカレントミラー回路を構成する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）２Ｋと２Ｌが飽和領域で動作するものとすると、受光時ＥＬ電流Ｉ１と受光電流Ｉ２は次式で表わすことができる。
Ｉ１＝ｋ１・（Ｖｇ−Ｖｂ１−Ｖｔｈ１）２・・・（１）式
Ｉ２＝ｋ２・（Ｖｇ−Ｖｂ２−Ｖｔｈ２）２・・・（２）式
ここでｋ１はＴＦＴ２Ｋのサイズファクタ、Ｖｔｈ１はＴＦＴ２Ｋの閾値電圧を表わす。又、ｋ２はＴＦＴ２Ｌのサイズファクタを、Ｖｔｈ２はＴＦＴ２Ｌの閾値電圧を表わす。又、ＶｇはＴＦＴ２Ｋ及びＴＦＴ２Ｌのゲート電圧を表わす。
【００２０】
上記の式（１）及び（２）を受光電流Ｉ２の式に書き下ろすと、以下の（３）式となる。
Ｉ２＝ｋ２・（（Ｉ１／ｋ１）１／２＋Ｖｂ１−Ｖｂ２＋Ｖｔｈ１−Ｖｔｈ２）２・・・（３）式
一画素内でＴＦＴ特性が均一だとすると、（３）式は（４）式の様に簡略化される。
Ｉ２＝ｋ２・（（Ｉ１／ｋ１）１／２＋Ｖｂ１−Ｖｂ２）２・・・（４）式
上式から、Ｉ２は受光時ＥＬ電流Ｉ１の単調増加関数で表わされることが分かる。
ここで、図２を参照して説明した様に、有機ＥＬ素子のアノード・カソード間電圧Ｖａｋが負の場合、有機ＥＬ素子には光励起によるキャリア発生が生じ、この結果光電流Ｉｐが流れる。Ｉｐは入射光量に対してほぼ線形的に比例する。従って、（４）式でＩ１＝Ｉｐと置くと、以下の（５）式が得られる。
Ｉ２＝ｋ２・（（Ｉｐ／ｋ１）１／２＋Ｖｂ１−Ｖｂ２）２・・・（５）式
この式から明らかな様に、受光電流Ｉ２は受光時光量の単調増加関数となり光検出が画素単位で可能となる。又、受光電流Ｉ２は、ＴＦＴ２ＫとＴＦＴ２Ｌのサイズファクタ及びバイアス電源Ｖｂ１，Ｖｂ２の電圧を変化させることで適宜調整可能である。すなわち、これらのパラメータを調節することで、ＴＦＴ２ＫとＴＦＴ２Ｌで構成されるカレントミラー回路の増幅率を適宜設定できる。
【００２１】
図５は、図４に示した画素回路の動作説明に供するタイミングチャートである。本実施形態では、１フレームの前半を発光動作期間とし、後半を受光動作期間として、時分割的な制御を行っている。タイミングチャートは、映像信号線２Ｂ、走査線２Ａ、受光制御線２Ｄ、リセット制御線２Ｃ及び発光制御線２Ｑにそれぞれ印加される制御信号の波形を表わしている。更に、ＴＦＴ２Ｇのゲートに連なるノードＡ点及び有機ＥＬ素子のアノードに連なるノードＢ点の電位変化を表わしている。更に、有機ＥＬ素子に流れるＥＬ電流ＩＥＬ、ＴＦＴ２Ｋのソース電流Ｉ１及び受光信号電流Ｉ２の電流波形も示されている。
【００２２】
まず発光動作だが、走査線２Ａに選択パルスを印加してハイレベルとすることで、サンプリング用薄膜トランジスタ２Ｆがオンし、映像信号線２Ｂから供給された映像信号が保持容量２Ｎに保持される。この結果、ノードＡ点の電位が映像信号に相当するレベルまで上昇する。続いて発光制御線２Ｑをハイレベルに切り替えることで発光制御用薄膜トランジスタ２Ｐがオンし、駆動用薄膜トランジスタ２Ｇ及び発光制御用薄膜トランジスタ２Ｐを介して、有機ＥＬ素子に駆動電流が供給され、映像信号レベルに応じた発光が行われる。すなわち、ＥＬ素子のアノード電圧は映像信号に対応して上昇し、有機ＥＬ素子には順方向電流が流れる。尚、この間受光制御線２Ｄはローレベルになり、受光回路２２側の入力制御用薄膜トランジスタ２Ｊはカットオフしている為、ミラー回路を構成する薄膜トランジスタ２Ｋに電流は流れない。従って受光電流Ｉ２も流れない。
【００２３】
次に受光動作であるが、まず発光制御線２Ｑをオフすることで、発光動作を終了する。その後、受光制御線２Ｄを一旦ハイレベルにすると同時にリセット制御線２Ｃもハイレベルに切り替える。これによりリセット用薄膜トランジスタ２Ｈを介して有機ＥＬ素子をある一定電位Ｖｒｅｓにチャージする。この時、有機ＥＬ素子が発光しない様に逆バイアスとなる電位に設定する。例えばカソード電圧Ｖｋ＝０Ｖとした場合、リセット電圧Ｖｒｅｓ＝−５Ｖ程度にする。尚この時電流Ｉ２が薄膜トランジスタ２Ｍ及び２Ｌを介してバイアス電源Ｖｂ２に流れるが、その値はリセット電圧Ｖｒｅｓに対応したものとなり、入射光強度には依存しない。
【００２４】
有機ＥＬ素子ＥＬを逆バイアスにリセットした後受光制御線２Ｄをローレベルに戻す。これによりＴＦＴ２Ｊ，２Ｍをオフ状態にして、有機ＥＬ素子のＥＬ薄膜に蓄積された電荷を放電する。この電荷放電によりアノード電圧（ノードＢ点の電圧）は徐々に上昇を始める。この放電期間は、光リーク電流が微弱である為、カレントミラー回路の動作点近傍までアノード電位を設定する為に必要である。
【００２５】
次いで信号出力期間に再び受光制御線２Ｄをハイレベルに切り替え、ＴＦＴ２Ｊ及び２Ｍをオンする一方、リセット制御線はオフレベルに維持することで、（５）式で決定される受光電流Ｉ２が受光信号線２Ｅに流れる。この受光電流Ｉ２は有機ＥＬ素子の受光量に応じたものとなる。この受光電流Ｉ２は受光信号線２Ｅに電流／電圧変換回路を接続することで電圧信号に変換され、更にＡＤ変換することでデジタル処理が可能になる。又、リセット動作時に流れる受光電流Ｉｒｅｓは、入射光には依存せずカレントミラー回路及び有機ＥＬ素子のばらつきにより決定される電流である。従って、外部で信号出力期間に得られる受光電流Ｉ２とリセット時に流れる受光電流Ｉｒｅｓの差分を取ることで、ＴＦＴバラツキ起因の固定ノイズパタンをキャンセルすることも可能である。
【００２６】
図６は、図１（Ｂ）に示した画素回路の他の実施形態を示す回路図である。図４に示した先の実施形態と対応する部分には対応する参照符号を付して理解を容易にしている。図示するように、画素の発光回路２１は、直交配列された走査線２Ａと映像信号線２Ｂの交点に、映像信号サンプリング用Ｎ型ＴＦＴ２Ｆが配置されている。映像信号サンプリング用Ｎ型ＴＦＴ２Ｆのゲートに走査線２Ａが接続され、ドレインに映像信号線２Ｂが接続される。映像信号サンプリング用Ｎ型ＴＦＴ２Ｆのソースには、保持容量２Ｎと駆動用Ｐ型ＴＦＴ２Ｇのゲートが接続される。駆動用Ｐ型ＴＦＴ２Ｇのソースには、保持容量２Ｎと発光用アノード電源ＶＡが接続され、ドレインには発光制御用Ｎ型ＴＦＴ２Ｐが接続されている。発光制御用Ｎ型ＴＦＴ２Ｐのソースは有機ＥＬ素子のアノードと接続されている。有機ＥＬ素子ののカソードはカソード電源ＶＫに接続される。
【００２７】
画素の受光回路２２は、受光入力制御線２Ｄ１及び受光出力制御線２Ｄ２が受光信号線２Ｅと直交配列されている。受光入力制御線２Ｄ１は、受光電流入力制御用Ｎ型ＴＦＴ２Ｊのゲートに接続され、受光出力制御線２Ｄ２は受光信号出力制御用Ｎ型ＴＦＴ２Ｍのゲートに接続される。ＥＬ電流入力制御用Ｎ型ＴＦＴ２Ｊのドレインには有機ＥＬ素子のアノードとリセット制御用Ｎ型ＴＦＴ２Ｈのドレインが接続されている。リセット制御用Ｎ型ＴＦＴ２Ｈのソースはリセット電源Ｖｒｅｓに接続され、リセット制御用Ｎ型ＴＦＴ２Ｈのゲートはリセット制御線２Ｃに接続される。Ｎ型ＴＦＴ２ＫとＮ型ＴＦＴ２Ｌにてカレントミラー回路を構成している。受光時のＥＬ電流Ｉ１はＥＬ電流入力制御用Ｎ型ＴＦＴ２Ｊを介して、カレントミラー回路を構成するＮ型ＴＦＴ２Ｋのドレインとゲートに入力され、Ｎ型ＴＦＴ２Ｋのソースを介してバイアス電源Ｖｂ１に流れ込む。
【００２８】
有機ＥＬ素子は、発光素子であると同時に受光素子としても用いる。図２に示した有機ＥＬ素子の電流―電圧特性の光依存性から明らかなように、アノード・カソード間電圧Ｖａｋが正の場合、有機ＥＬ素子は閾値特性を有するダイオードとほぼ同じ特性を示し、入射光により特性は変化しない。一方、Ｖａｋが負の場合、ＥＬ素子には光励起によるキャリア発生により光電流Ｉｐが流れ、いわゆるフォトダイオードと同じ特性を示す。本発明では、前述したように逆バイアス時の有機ＥＬの光応答特性を用いて、光検出を行っている。
【００２９】
図７は、図６に示した画素回路の動作を表すタイムチャートである。本実施形態では、１フレームの前半を発光動作期間、後半を受光動作期間としている。まず発光動作だが、走査線２Ａをハイレベルにすることで映像信号を保持容量２Ｎに取り込む。その後、発光制御スイッチ２Ｐをオンにして発光を行う。この時、ＥＬ素子のアノード電圧は、映像信号に対応して上昇し、ＥＬ素子には順方向電流が流れる。なおＴＦＴ２Ｋには、ＴＦＴ２Ｊがカットオフしているため電流は流れない。そのため、受光電流Ｉ２も流れない。
【００３０】
受光動作では、まず発光制御線２Ｑをオフすることで、発光動作を終了する。その後、リセット制御線２Ｃと受光入力制御線２Ｄ１をオンにすることで、有機ＥＬ素子のＥＬ薄膜を、一定のリセット電位にチャージし、発光動作時に印加された電荷をクリアする。この時、ＥＬ素子が発光しないように逆バイアスとなる電位を設定する。例えば、カソード電圧ＶＫ＝０Ｖとした場合には、リセット電圧Ｖｒｅｓ＝−５Ｖ程度にする。なお、この時の受光信号電流Ｉ２はリセット電圧Ｖｒｅｓに対応した電流が流れ、入射光強度には依存しない。その後の受光期間では、リセット制御線２Ｃと受光出力制御線２Ｄ２をオフにしておき、受光入力制御線２Ｄ１はオンにする。この期間に、ＥＬ素子にはＴＦＴ２Ｋと２Ｊを介して逆バイアス電位Ｖｂ１が印加されており、Ｖｂ１と入射光により決定される光励起電流が流れる。この光励起電流が安定してから後の出力読み取り期間で、受光出力制御線２Ｄ２をオンすることで、ＴＦＴ２Ｋと２Ｌで構成されるカレントミラー回路により増幅された読み出し電流Ｉ２が外部に出力される。この方式では、受光期間中、常にＥＬ素子に一定の逆バイアス電位が印加されているので、感度が上昇する。
【００３１】
図４に示した先の実施形態と同様に、図６の実施形態でも、受光回路２２は発光素子ＥＬを逆バイアスの状態にリセットするリセット部と、逆バイアスの状態下入射する光量に応じて発光素子ＥＬに流れる光リーク電流Ｉ１を増幅して受光信号Ｉ２を生成する増幅部とを含む。先の実施形態と同様本実施形態でも、この増幅部はＴＦＴ２Ｋ及び２Ｌの組からなるカレントミラー回路で構成されている。更に受光回路２２は、入射する光量に応じて発光素子ＥＬに流れる光リーク電流Ｉ１を増幅部に取り入れる入力スイッチ２Ｊと、取り入れた光リーク電流Ｉ１を増幅して得られた受光信号Ｉ２を増幅部から信号線２Ｅに読み出す出力スイッチ２Ｍとを含む。特徴事項として、本実施形態は入力スイッチ２Ｊと出力スイッチ２Ｍは別々の制御線２Ｄ１，２Ｄ２により互いに独立したタイミングでオンオフ制御可能にしている。具体的には図７のタイミングチャートに示すように、受光回路２２は、発光回路２１が動作している間入力スイッチ２Ｊ及び出力スイッチ２Ｍをともにオフしておく。発光回路２１が動作しなくなった時、先ず入力スイッチ２Ｊをオンして増幅部に対する光リーク電流Ｉ１の供給を開始し、次に光リーク電流Ｉ１の供給が安定した時点で出力スイッチ２Ｍをオンする。
【００３２】
これに対し図４で示した先の実施形態では、受光制御においてまずリセット制御線２Ｃ及び受光制御線２Ｄをオンにすることで、ＥＬ素子容量に逆バイアス電位を印加する。この時、受光信号線２Ｅにはリセット電位に対応した電流が流れる。リセット終了後、リセット制御線２Ｃ及び受光制御線２Ｄをオフにする。受光期間中は、光リークによりＥＬ素子に充電された電荷を放電していく。そして、その後の読み出し期間で受光制御線２Ｄをオンすることで、受光期間中に放電された電荷量でカレントミラー回路の動作点を決定し、受光信号を出力する。この先の実施形態の方式では、ＥＬ素子に逆バイアスが印加されるのは、リセット期間と読み出し期間のみである。また光励起によりＥＬ電荷を放電する方式のため、読み出し時に最終的にはＴＦＴ２Ｊのソース・ドレイン間電位が減少し、感度が低下する。一方、図６に示した後の実施形態では、受光期間中ＥＬ素子に常に逆バイアスＶｂ１を印加するので、より安定で高感度な受光信号を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係るアクティブマトリクス型有機ＥＬ表示装置の構成を示す全体平面図及び部分平面図である。
【図２】有機ＥＬ素子の電流電圧特性を示すグラフである。
【図３】本発明に係るアクティブマトリクス型有機ＥＬ表示装置の適用例を示す模式図である。
【図４】本発明に係るアクティブマトリクス型有機ＥＬ表示装置の画素回路の実施形態を示す回路図である。
【図５】図４に示した画素回路の動作説明に供するタイミングチャートである。
【図６】本発明に係るアクティブマトリクス型有機ＥＬ表示装置の画素回路の他の実施形態を示す回路図である。
【図７】図６に示した画素回路の動作説明に供するタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００３４】
１・・・表示装置、２・・・画素アレイ、３・・・走査線駆動回路、４・・・映像信号制御回路、５・・・受光信号処理回路、２１・・・発光回路、２２・・・受光回路、ＰＸＬ・・・画素、ＥＬ・・・発光素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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