(57)【要約】【課題】表示輝度の変動にかかわらず薄膜トランジスタ等のトランジスタ素子の電気特性の低下を抑制した表示装置を実現する。【解決手段】表示部２における表示輝度に基づいて電源線５に与える電圧および信号線駆動回路８における表示信号生成の際に用いられる参照電圧とを、薄膜トランジスタ１１が飽和領域にて駆動する状態を維持しつつ変動させる構成を有する。具体的には、本実施の形態１にかかる表示装置は、電流源電圧を供給する電流源９と、信号線駆動回路８に対して、表示信号生成に用いられる参照電圧を供給する参照電圧生成部１５と、電流源電圧および参照電圧の値を制御する制御部１８とを備える。【選択図】        図１
2005345992.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
注入電流に応じた輝度で発光する電流発光素子と、
ゲート・ソース間に供給されるデータ電圧に基づいて、前記電流発光素子に流れる電流値を制御するトランジスタ素子と、
前記トランジスタ素子が飽和領域にて駆動する状態を維持しつつ、前記電流発光素子の輝度の変化に応じて前記トランジスタ素子のゲート・ソース間電圧およびゲート・ドレイン間電圧を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記トランジスタ素子のゲート・ソース間電圧と前記トランジスタ素子の駆動閾値電圧との差分値が、前記トランジスタ素子のドレイン・ソース間の電圧以下の値となるよう制御することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
所定の電流源電圧を出力することによって前記電流発光素子に対して電流を供給する電流源と、
所定の参照電圧に基づいて、表示階調に応じたデータ電圧を生成するデータ電圧供給手段と、
表示輝度に応じた参照電圧を生成する参照電圧生成手段と、
をさらに備え、
前記制御手段は、前記電流源電圧および前記参照電圧の値を制御することによって、前記トランジスタ素子のゲート・ソース間電圧およびゲート・ドレイン間電圧を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記制御手段は、所定の基準表示輝度において前記トランジスタ素子が飽和領域で駆動する電流源電圧である基準電流源電圧と、前記基準表示輝度において前記トランジスタ素子が飽和領域で起動する参照電圧である基準参照電圧とに基づいて、任意の表示輝度における電流源電圧および参照電圧の値を制御することを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
【請求項５】
前記電流発光素子は、陽極側が前記電流源と電気的に接続され、陰極側が前記トランジスタ素子のドレイン電極と電気的に接続され、
前記基準電流源電圧および前記基準参照電圧は、前記基準電流源電圧と前記電流発光素子の陽極・陰極間に印加される電圧の最大値との差分値が、前記基準参照電圧以上の値となるよう定められることを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
【請求項６】
前記制御手段は、
前記電流源電圧を、前記基準電流源電圧と、表示輝度に応じた差分電圧の和として導出し、
前記参照電圧を、前記基準参照電圧と、前記差分電圧を前記トランジスタ素子周辺の回路構造に基づいて定まる回路パラメータによって除算した値との和として導出することを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
【請求項７】
前記トランジスタ素子の駆動閾値電圧を検出する閾値電圧検出手段をさらに備え、
前記トランジスタ素子のゲート・ソース間には、前記データ電圧と、前記閾値電圧検出手段によって検出された駆動閾値電圧との和に対応した電圧が供給されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示階調に応じて発光する電流発光素子および電流発光素子に対して流入する電流値を制御する薄膜トランジスタを備えた表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自ら発光する有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子を用いた有機ＥＬ表示装置は、液晶表示装置で必要なバックライトが不要で装置の薄型化に最適であるとともに、視野角にも制限がない。このため、液晶表示装置に替わる次世代の表示装置として実用化が期待されている。
【０００３】
有機ＥＬ素子を用いた画像表示装置として、単純（パッシブ）マトリックス型とアクティブマトリックス型とが知られている。前者は構造が単純であるものの大型かつ高精細のディスプレイの実現が困難であるとの問題がある。このため、近年、画素内部の発光素子に流れる電流を、同時に画素内に設けた能動素子、たとえば、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor）からなるドライバ素子によって制御する、アクティブマトリックス型の表示装置の開発が盛んに行われている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
ドライバ素子として機能する薄膜トランジスタのチャネル形成領域を形成する材料として、多結晶シリコンと非晶質シリコンとが知られている。ここで、多結晶シリコンによって形成した薄膜トランジスタの場合、キャリア移動度を高くすることが可能な反面、チャネル層を形成する多結晶シリコンの粒径を制御することが難しいという問題を有する。多結晶シリコンを用いた薄膜トランジスタの移動度は、チャネル層を形成する多結晶シリコンの粒径の影響を受けることから、粒径の制御が困難な場合、薄膜トランジスタの移動度が画素ごとに相違することとなる。例えば画面全体に単一色を表示するために、それぞれの画素を構成する薄膜トランジスタに対して印加するゲート電圧を等しくした場合を考える。多結晶シリコンを用いた薄膜トランジスタは、粒径の制御が困難であるため、画素ごとに移動度が相違し、有機ＥＬ素子に流れる電流値も相違することとなる。有機ＥＬ素子は電流発光素子であるため、流入する電流値が相違することで輝度が画素ごとに変動することとなるため、実際に単一色を表示することができなくなる。
【０００５】
これに対してチャネル層を非晶質シリコンによって形成された薄膜トランジスタは、粒径を制御する必要がないため、画素ごとに設けられた個々の薄膜トランジスタの移動度が相違する問題は生じない。このため、有機ＥＬ素子のドライバ素子として用いる薄膜トランジスタは、チャネル層を非晶質シリコンによって形成されたものを用いることが好ましく、かかる構造の薄膜トランジスタを用いることによって個々の有機ＥＬ素子に対してほぼ均一な電流を流すことが可能となる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１９６３５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、非晶質シリコンによってチャネル層が形成された薄膜トランジスタをドライバ素子として使用した場合、従来の画像表示装置では長時間に渡って画像表示を行うことが困難であるという問題が存在する。非晶質シリコンを用いた薄膜トランジスタは、長時間に渡ってチャネル層に電流を流した場合、徐々に閾値電圧が変動することが知られており、一定のゲート電圧を印加し続けても閾値電圧の変動に応じてチャネル層を流れる電流の値は変化するためである。
【０００８】
例えば、従来の画像表示装置で有機ＥＬ素子を１５０ｃｄ／ｍ2の輝度で発光するよう電流を流し続けた場合、２０００時間経過すると、１００時間程度経過した時点の２倍もの閾値電圧変動が生じることが知られている。一般に、有機ＥＬ素子を用いた画像表示装置の性能としては、２００００時間程度連続して一定の輝度を保持することが要請されており、短時間で閾値電圧が大きく変動することは好ましくない。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、表示輝度の変動にかかわらず薄膜トランジスタ等のトランジスタ素子の電気特性の低下を抑制した表示装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１にかかる表示装置は、注入電流に応じた輝度で発光する電流発光素子と、ゲート・ソース間に供給されるデータ電圧に基づいて、前記電流発光素子に流れる電流値を制御するトランジスタ素子と、前記トランジスタ素子が飽和領域にて駆動する状態を維持しつつ、前記電流発光素子の輝度の変化に応じて前記トランジスタ素子のゲート・ソース間電圧およびゲート・ドレイン間電圧を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
この請求項１の発明によれば、表示輝度の変化に応じてトランジスタ素子が飽和領域にて駆動する状態を維持しつつ、トランジスタ素子のゲート電圧、ソース電圧およびドレイン電圧を制御する制御手段を備えることとしたため、トランジスタ素子の駆動閾値電圧の変動を抑制し、長寿命の表示装置を実現することができる。
【００１２】
また、請求項２にかかる表示装置は、上記の発明において、前記制御手段は、前記トランジスタ素子のゲート・ソース間電圧と前記トランジスタ素子の駆動閾値電圧との差分値が、前記トランジスタ素子のドレイン・ソース間の電圧以下の値となるよう制御することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項３にかかる表示装置は、上記の発明において、所定の電流源電圧を出力することによって前記電流発光素子に対して電流を供給する電流源と、所定の参照電圧に基づいて、表示階調に応じたデータ電圧を生成するデータ電圧供給手段と、表示輝度に応じた参照電圧を生成する参照電圧生成手段とをさらに備え、前記制御手段は、前記電流源電圧および前記参照電圧の値を制御することによって、前記トランジスタ素子のゲート・ソース間電圧およびゲート・ドレイン間電圧を制御することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項４にかかる表示装置は、上記の発明において、前記制御手段は、所定の基準表示輝度において前記トランジスタ素子が飽和領域で駆動する電流源電圧である基準電流源電圧と、前記基準表示輝度において前記トランジスタ素子が飽和領域で起動する参照電圧である基準参照電圧とに基づいて、任意の表示輝度における電流源電圧および参照電圧の値を制御することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項５にかかる表示装置は、上記の発明において、前記電流発光素子は、陽極側が前記電流源と電気的に接続され、陰極側が前記トランジスタ素子のドレイン電極と電気的に接続され、前記基準電流源電圧および前記基準参照電圧は、前記基準電流源電圧と前記電流発光素子の陽極・陰極間に印加される電圧の最大値との差分値が、前記基準参照電圧以上の値となるよう定められることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項６にかかる表示装置は、上記の発明において、前記制御手段は、前記電流源電圧を、前記基準電流源電圧と、表示輝度に応じた差分電圧の和として導出し、前記参照電圧を、前記基準参照電圧と、前記差分電圧を前記トランジスタ素子周辺の回路構造に基づいて定まる回路パラメータによって除算した値との和として導出することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項７にかかる表示装置は、上記の発明において、前記トランジスタ素子の駆動閾値電圧を検出する閾値電圧検出手段をさらに備え、前記トランジスタ素子のゲート・ソース間には、前記データ電圧と、前記閾値電圧検出手段によって検出された駆動閾値電圧との和に対応した電圧が供給されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明にかかる表示装置は、表示輝度の変化に応じてトランジスタ素子が飽和領域にて駆動する状態を維持しつつ、トランジスタ素子のゲート電圧、ソース電圧およびドレイン電圧を制御する制御手段を備えることとしたため、トランジスタ素子の駆動閾値電圧の変動を抑制し、長寿命の表示装置を実現することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明にかかる表示装置を実施するための最良の形態（以下、単に「実施の形態」と称する）について図面を参照しつつ説明を行う。なお、図面は模式的なものであって現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。また、以下の説明においては、薄膜トランジスタについて、ゲート電極以外の電極構造は、ソース電極およびドレイン電極のいずれとしても機能させることが可能である場合には、ソース／ドレイン電極と称することとする。さらに、以下で言及する薄膜トランジスタは、ｎチャネルのものとして説明するが、ｐチャネルのものに本発明を適用可能なことは言うまでもない。
【００２０】
（実施の形態１）
まず、実施の形態１にかかる表示装置について説明する。図１は、本実施の形態１にかかる表示装置の全体構成を示す模式図である。図１に示すように、本実施の形態１にかかる表示装置は、表示画素に対応して行列状に複数配置された画素回路１を備えた表示部２と、画素回路１によって形成される行列の列方向に延伸し、それぞれ同一行に属する画素回路１に対して所定の走査信号を供給する複数の走査線３と、画素回路１によって形成される行列の行方向に延伸し、それぞれ同一列に属する画素回路１に対して所定の表示信号を供給する複数の信号線４と、画素回路１に対して電流供給を行う電源線５と、画素回路１に注入された電流を排出する電流排出線６とを備える。また、本実施の形態１にかかる表示装置は、走査線３と接続され、走査線３によって供給される走査信号を生成する走査線駆動回路７と、信号線４と接続され、信号線４によって供給される表示信号を生成する信号線駆動回路８とを備える。
【００２１】
画素回路１は、表示画素（カラー表示を行う表示装置の場合には、表示画素のうち、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の副画素）に対応して行列状に配置され、表示階調に応じた輝度で光を出力することによって、全体で画像表示を行うためのものである。具体的には、画素回路１は、注入電流に応じた輝度で発光する電流発光素子１０と、電流発光素子１０の陰極側にドレイン電極が接続されると共にソース電極が電流排出線６に接続され、電流発光素子１０に流れる電流値を制御する薄膜トランジスタ１１とを備える。また、画素回路１は、薄膜トランジスタ１１のゲート・ソース間に配置されたコンデンサ１２と、ゲート電極が走査線３と接続され、一方のソース／ドレイン電極が信号線４と接続され、他方のソース／ドレイン電極が薄膜トランジスタ１１のゲート電極と接続された薄膜トランジスタ１３とを備える。
【００２２】
電流発光素子１０は、注入電流に応じた輝度で発光する機能を有する。電流発光素子１０は、例えば有機ＥＬ素子によって構成されており、具体的には、アノード層、発光層およびカソード層が順次積層された構造を有する。発光層は、カソード層側から注入された電子と、アノード層側から注入された正孔とが発光再結合するためのものであり、具体的にはフタルシアニン、トリスアルミニウム錯体、ベンゾキノリノラト、ベリリウム錯体等の有機系の材料によって形成され、必要に応じて所定の不純物が添加された構造を有する。なお、電流発光素子１０として有機ＥＬ素子を用いた場合には、発光層に対してアノード側に正孔輸送層を設け、発光層に対してカソード側に電子輸送層を設けた構造としても良い。
【００２３】
薄膜トランジスタ１１は、特許請求の範囲におけるトランジスタ素子の一例として機能するものである。具体的には、薄膜トランジスタ１１は、表示階調に対応した電圧がゲート電極に印加されることによって、電流発光素子１０に流れる電流値を制御する機能を有する。なお、薄膜トランジスタ１１の構造としては任意のものを用いることが可能であるが、多数存在する画素回路１のそれぞれにおける電気特性の変動の少なさ等の利点等を考慮して、本実施の形態１では、チャネル形成領域が非晶質シリコンによって形成されたものを用いることとする。
【００２４】
薄膜トランジスタ１３は、走査線３から印加される電圧に基づいて駆動する構成を有し、走査線３から印加される電圧に応じて、薄膜トランジスタ１１のゲート電極と信号線４との間の導通状態を制御する機能を有する。なお、薄膜トランジスタ１３の具体的な構造は、薄膜トランジスタ１１と同様とする。
【００２５】
走査線駆動回路７は、走査線３を介して画素回路１に備わる薄膜トランジスタ１３の駆動を制御するためのものである。具体的には、走査線駆動回路７は、画素回路１によって形成される行列の各行に対応して配置された複数の走査線３に対して順次薄膜トランジスタ１３の駆動に充分な電圧を供給する機能を有する。
【００２６】
信号線駆動回路８は、信号線４を介して画素回路１に備わる薄膜トランジスタ１１に対して表示階調に応じた電圧を供給するためのものである。具体的には、信号線駆動回路８は、外部に形成された画像データ生成装置１９によって生成された画像データと、後述する参照電圧生成部１５によって生成された参照電圧とに基づいて、それぞれの画素回路１に備わる薄膜トランジスタ１１に供給する電圧を生成する。なお、本実施の形態１において信号線駆動回路８が現実に供給する電圧は、薄膜トランジスタ１１の駆動閾値電圧も考慮し、表示階調に応じたデータ電圧Ｖdataと駆動閾値電圧Ｖthとの和であることとする。
【００２７】
また、本実施の形態１にかかる表示装置は、電源線５を介して有機ＥＬ素子１２の発光に必要な電流を供給する電流源９と、信号線駆動回路８によって供給されるデータ電圧Ｖdataの決定の際に用いられる参照電圧を生成する参照電圧生成部１５と、表示部２全体における表示輝度の具体的な値を入力するための輝度値入力部１７とを備える。さらに、本実施の形態１にかかる表示装置は、電流源９によって電流が供給される際に有機ＥＬ素子１２の陽極側に印加される電流源電圧ＶDDの値と、参照電圧生成部１５によって生成される参照電圧Ｖrefの値の決定等を行う制御部１８とを備える。
【００２８】
電流源９は、電源線５を介して電流発光素子１０の陽極に対して所定電圧を印加することによって電流発光素子１０の陽極・陰極間に所定の電位差を与え、かかる電位差に基づいて電流発光素子１０に電流を流す機能を有する。また、電流源９は、後述するように制御部１８の制御に基づいて有機ＥＬ素子１２の陽極側に供給する電流源電圧ＶDDの値を変化させる機能をする。
【００２９】
参照電圧生成部１５は、表示部２全体の表示輝度に応じた参照電圧の生成・出力を行うためのものである。ここで、参照電圧と、信号線駆動回路８によって生成されるデータ電圧との関係について簡単に説明する。図２は、両者の関係を示す模式図である。図２に示すように、信号線駆動回路８は、電気抵抗Ｒ0〜Ｒ256が直列に接続された構造を備え、かかる直列接続構造の一端はアース電位に接続され、他端は参照電圧生成部１５によって生成された参照電圧Ｖrefが入力されるよう形成されている。
【００３０】
また、図２における電圧Ｖ0〜Ｖ255は、それぞれ表示階調０〜２５５に対応したデータ電圧Ｖdataの値を示している。すなわち、信号線駆動回路８において生成されるデータ電圧Ｖdataは、図２に示すように、参照電圧生成部１５から供給される参照電圧Ｖrefの分圧によって決定されている。従って、同一階調であっても、参照電圧Ｖrefの具体的な値に応じてデータ電圧Ｖdataの絶対値が相違することとなり、参照電圧Ｖrefの値を表示部２全体の表示輝度等に応じて変化させることによって、データ電圧Ｖdataの絶対的な値も変化することとなる。
【００３１】
輝度値入力部１７は、表示部２全体の輝度の値を入力するためのものである。輝度入力部２１は、具体的には、例えばユーザが所望の輝度に応じた数値を入力可能な構成としても良いし、消費電力等の駆動条件の変更に伴い適正な輝度を導出する構成としても良い。
【００３２】
制御部１８は、実施の形態１にかかる表示装置の各構成要素の駆動状態等について制御する機能を有する他、輝度値入力部１７から入力される具体的な輝度に応じて電流源９から出力される電流源電圧ＶDDおよび参照電圧生成部１５から出力される参照電圧Ｖrefの具体的な値を決定し、電流源９等に決定した電圧を出力するよう制御する機能を有する。具体的には、制御部１８は、画素回路１毎に配置され、ドライバ素子として機能する薄膜トランジスタ１１の駆動閾値電圧の変動が抑制されるよう電流源電圧ＶDDおよび参照電圧Ｖrefを導出している。
【００３３】
本実施の形態１にかかる表示装置において、制御部１８によって導出される電流源電圧ＶDDと参照電圧Ｖrefの決定メカニズムについて説明する。本実施の形態１では、あらかじめ所定の基準輝度において薄膜トランジスタ１１が飽和領域にて常に駆動するために必要となる基準電流源電圧および基準参照電圧を導出している。かかる基準電流源電圧等に基づいて、制御部１８は、所定の輝度における電流源電圧等を導出し、電流源９および参照電圧生成部１５に対して導出した電圧を供給するよう指示する構成を有する。以下では、基準輝度として表示部２全体で表示しうる最も低い輝度（以下、「最低輝度」と称する）を用いた例について基準電流源電圧および基準参照電圧の導出メカニズムについて説明した後、基準電流源電圧等を用いた、任意の輝度における電流源電圧等の導出について説明する。なお、以下では簡単のため、各画素における有機ＥＬ素子１２および薄膜トランジスタ１１等の電気特性は画素の相違にかかわらず互いに同一であることとし、また薄膜トランジスタ１１等の電気特性の経時変化は生じないものとする。
【００３４】
まず、前提として、電流源電圧等の決定メカニズムを説明する際に用いる値について説明する。表示部２全体において保証される最大可能輝度をＬmax,maxとし、最低輝度をＬmax,minとする。かかる輝度の値は表示装置の具体的な構造に基づいて定めることとしても良いし、生産者が製品の品質として保証しうる値として設定することとしても良い。
【００３５】
そして、画面全体の表示輝度をＬmax,maxとした場合に供給されるデータ電圧をＶdata,max,max,Z（Ｚ＝Ｒ,Ｇ,Ｂ）とし、かかる条件の下で表示がなされる際における有機ＥＬ素子１２に対する印加電圧をＶOLED，maxとする。また、最低輝度Ｌmax,minで表示を行う際における電流源電圧の値をＶDDminとし、最低輝度の条件下で最も明るい階調の表示を行う画素回路１に対して供給されるデータ電圧をＶdata，max，min，Z（Ｚ＝Ｒ，Ｇ，Ｂ）とする。また、最低輝度Ｌmax,minで表示を行う際における参照電圧の値をＶref,max,minとする。
【００３６】
これらの値を用いて、まず表示部２全体の輝度が最低輝度Ｌmax,minとなった場合に、薄膜トランジスタ１１が飽和領域で駆動する条件を求める。まず、薄膜トランジスタ１１のソース電極はアース電位、すなわち０電位に接続され、ドレイン電極は有機ＥＬ素子１２を介して電流源９と電気的に接続されている。従って、ドレイン・ソース間電圧Ｖdsは、電流源９から供給される電位ＶDDと、有機ＥＬ素子１２に印加される電圧ＶOLEDとを用いて、
Ｖds＝ＶDD−ＶOLED  ・・・（１）
と与えられる。ここで、最低輝度Ｌmax,minの場合におけるＶdsの値について、電流源９からの供給電位ＶDDの最小値たるＶDDminと、有機ＥＬ素子１２への印加電圧ＶOLEDの最大値たるＶOLED，maxを用いて、
Ｖds≧ＶDDmin−ＶOLED，max  ・・・（２）
の関係が成立する。すなわち、最低輝度Ｌmax,minの際には電流源電圧は上述のＶDDminで与えられる。また、印加電圧ＶOLEDは、流入電流の値に応じて変化する値であるが、常に最大値ＶOLED，maxよりも小さな値となるため、最低輝度Ｌmax,minの状態でＶdsが（２）式を満たさない状態となることはない。なお、（２）式において最低輝度Ｌmax,minの際におけるＶOLEDの最大値を用いるのではなく、最高輝度Ｌmax，maxの際における値を用いることとした理由については後述する。
【００３７】
一方、薄膜トランジスタ１１のゲート・ソース間電圧Ｖgsは、ソース電極がアース電位（０電位）に維持される一方、信号線駆動回路８から出力されるデータ電圧Ｖdataおよび薄膜トランジスタ１１の駆動閾値電圧Ｖthとを用いて、
Ｖgs＝αＶdata＋Ｖth  ・・・（３）
と表される。ここで、係数αは、回路パラメータと称されるものであり、信号線駆動回路８から出力された電圧と、かかる電圧に対応して実際に薄膜トランジスタ１１のゲート電極に印加される電圧との比を示す係数である。なお、本実施の形態１では薄膜トランジスタの駆動閾値Ｖthについても信号線駆動回路８から供給することとしているため、本来であれば（３）式右辺の第２項にもαを乗算する必要があるが、ここでは理解を容易にするため、信号線駆動回路８はあらかじめ（Ｖth／α）の電圧を駆動閾値電圧として供給し、薄膜トランジスタ１１のゲート電極においてＶthの電圧が印加されていることとする。
【００３８】
ここで、画面全体の輝度が最低輝度Ｌmax,minの際におけるゲート・ソース間電圧Ｖgsの最大値を導出する。駆動閾値電圧Ｖthが定数であると仮定した場合には、（３）式を参照すると明らかなように、データ電圧Ｖdataの値が最大となる際にＶgsの値も最大になることが分かる。すなわち、最低輝度Ｌmax,minにおいて最も明るい階調で表示する（すなわち、最低輝度Ｌmax,minの際に最も大きなデータ電圧が供給される）際におけるデータ電圧Ｖdata，max，minを用いて、
Ｖgs≦αＶdata,max,min＋Ｖth  ・・・（４）
の関係が成立する。さらに、図２にも示したように、データ電圧Ｖdataは、参照電圧Ｖrefの分圧によって与えられることから、最低輝度Ｌmax,minの際に設定される参照電圧Ｖref,minと、Ｖdata,max,minとは、
Ｖref，min≧Ｖdata,max,min  ・・・（５）
の関係を有する。
【００３９】
ところで、薄膜トランジスタ１１を飽和領域で駆動させるためには、ゲート・ソース間電圧Ｖgsと、ドレイン・ソース間電圧Ｖdsとの間に一定の関係が必要となる。すなわち、
Ｖds≧Ｖgs−Ｖth  ・・・（６）
の関係を満たしている場合に、薄膜トランジスタ１１は飽和領域で駆動することとなる。
【００４０】
このため、最低輝度値Ｌmax,minの際に薄膜トランジスタ１１が飽和領域で駆動するためには、（１）式〜（４）式によって示されたＶdsおよびＶgsが常に（６）式を満たすよう、最低輝度Ｌmax,minの際に使用する電流源電圧ＶDDminおよび参照電圧Ｖref,minの値を設定する必要がある。具体的には、最低輝度Ｌmax,minの際には、
ＶDDmin−ＶOLED，max≧αＶref,min  ・・・（７）
を満たすよう電流源電圧ＶDDminおよび参照電圧Ｖref,minの値を定めている。すなわち、（７）式の右辺は、（２）式からも明らかなように電流源電圧ＶDDminの下限を示しており、右辺は、（４）式および（５）式を用いて、
αＶref，min≧αＶdata,max,min≧Ｖgs−Ｖth  ・・・（８）
と表されることからも明らかなように、（６）式の右辺に示すゲート・ソース間電圧Ｖgsと駆動閾値電圧の差分値の上限を示している。従って、最低輝度Ｌmax,minの際には、（７）式を満たすよう電流源電圧ＶDDminおよび参照電圧Ｖref,minを定めることによって、薄膜トランジスタ１１を常に飽和領域にて駆動させることが可能となる。このようにして、最低輝度を基準輝度とした場合における基準電流源電圧（すなわち、電流源電圧ＶDDmin）と、基準参照電圧（すなわち、参照電圧Ｖref,min）の値が定まる。
【００４１】
次に、導出された基準電流源電圧および基準参照電圧とに基づいて、任意の表示輝度において薄膜トランジスタ１１が常に飽和領域にて駆動することとなる電流源電圧ＶDDおよび参照電圧Ｖrefの値の導出メカニズムについて説明する。画面全体の輝度が最低輝度Ｌmax,minよりも明るい値となる場合には、一般に最低輝度Ｌmax,minの時と比較して有機ＥＬ素子１２に流入する電流値を大きくする必要がある。このため、電流源電圧ＶDDおよび参照電圧Ｖrefの値は、表示輝度Ｌの増加に伴い、それぞれＶDDminおよびＶref,minの値よりも大きな値に変化する。
【００４２】
しかしながら、電流源電圧ＶDDおよび参照電圧Ｖrefの値を任意に増加できることとすると、薄膜トランジスタ１１が飽和領域を外れて直線領域にて駆動するおそれがある。このため、本実施の形態１では、制御部１８は、所定の輝度Ｌ（Ｌmax,min≦Ｌ≦Ｌmax,max）における電流源電圧ＶDDおよび参照電圧Ｖrefについて、（７）式に示した条件を満たすようＶDD等の値を導出している。
【００４３】
ここで、（７）式の両辺に対して、所定の差分電圧ΔＶを加算すると、（７）式における不等号が維持され、
ＶDDmin−ＶOLED，max＋ΔＶ≧αＶref,min＋ΔＶ  ・・・（９）
の関係が成立する。そして、（９）式の両辺を整理すると、
（ＶDDmin＋ΔＶ）−ＶOLED，max≧α｛Ｖref,min＋（ΔＶ／α）｝  ・・・（１０）
となる。ここで、電流源電圧ＶDDおよび参照電圧Ｖrefについて、
ＶDD＝ＶDDmin＋ΔＶ  ・・・（１１）
Ｖref＝Ｖref,min＋（ΔＶ／α）  ・・・（１２）
と定義した場合、（１０）式からも明らかなように、ＶDDおよびＶrefは、（７）式における不等式の関係を満たすこととなる。ここで、（７）式は、薄膜トランジスタ１１が常に飽和領域で駆動するための条件であることから、（１１）式および（１２）式によって定義された電流源電圧ＶDDおよび参照電圧Ｖrefの組み合わせを用いた場合に、薄膜トランジスタ１１は、常に飽和領域で駆動することとなる。
【００４４】
従って、本実施の形態１において、制御部１８は、表示輝度値入力部１７から入力された輝度情報に基づいて、例えば入力された輝度と、最低輝度との差に応じた差分電圧ΔＶの具体的な値を導出すると共に、導出した差分電圧ΔＶの値を用いて、（１１）式および（１２）式に示す演算を行うことによって電流源電圧ＶDDおよび参照電圧Ｖrefを導出している。そして、導出した電流源電圧等の具体的な値を出力するよう電流源９および参照電圧生成部１５に対して指示を行い、電流源９等は、指示に応じた電流源電圧等を出力している。
【００４５】
次に、薄膜トランジスタ１１を飽和領域にて駆動させることによる利点について説明する。図３は、同一構造の薄膜トランジスタについて、飽和領域で動作させた場合と、線形領域で動作させた場合とにおける、時間経過に対する閾値変動値を比較するグラフである。なお、図３において、曲線ｌ1は、線形領域で薄膜トランジスタを動作させた場合を示し、曲線ｌ2は、飽和領域で薄膜トランジスタを動作させた場合について示している。
【００４６】
図３に示すように、薄膜トランジスタを飽和領域で動作させた場合（曲線ｌ2）、線形領域で動作させた場合（曲線ｌ1）と比較して明らかに閾値電圧の変動値が小さくなる。例えば、１０００００秒経過した時点で比較すると、飽和領域で動作させた場合の閾値電圧変動値は、閾値電圧変動値の１／１０以下に抑制されている。従って、薄膜トランジスタ１１を飽和領域で動作させることによって、閾値電圧の変動を抑制することが可能である。
【００４７】
一方で、薄膜トランジスタ１１のゲート電圧およびドレイン電圧は、各表示画素における表示階調や、表示部２全体における表示輝度に応じて変動する性質を有する。従って、本実施の形態１では、基準値としてあらかじめ（７）式を満たす電流源電圧ＶDDminおよび参照電圧Ｖref,minを導出しておくと共に、制御部１８によって、表示輝度の変化に応じてΔＶを定めると共に、（１１）式および（１２）式に基づいて表示輝度に対応し、かつ薄膜トランジスタ１１が飽和領域にて駆動するに適した電流源電圧ＶDDおよび参照電圧Ｖrefを導出するのである。
【００４８】
従って、本実施の形態１にかかる表示装置は、画面全体における表示輝度の変動にもかかわらず、ドライバ素子として機能する薄膜トランジスタ１１が常に飽和領域で駆動することとなる。このため、図３にも示したように、従来の表示装置と比較して、ドライバ素子の駆動閾値電圧の変動が抑制され、高品位な画像表示が可能であって長寿命の表示装置を実現することが可能となるという利点を有する。
【００４９】
なお、本実施の形態１では、電流源電圧および参照電圧の基準値の導出を、最低輝度Ｌmax,minの条件下で導出したが、上記の説明から明らかなように、基準値の導出時における輝度は、最低輝度Ｌmax,minに限定されることはない。すなわち、（７）式の導出に際して有機ＥＬ素子１２に印加される電圧の最大値であるＶOLED,maxを使用していることから、（７）式は、最低輝度Ｌmax,minの場合のみならず、任意の輝度Ｌにおいて薄膜トランジスタ１１の飽和領域における駆動の条件式として用いることが可能である。従って、ＶDDminおよびＶref,minの代わりに、最低輝度以外の表示輝度の際に（７）式を満たす電流源電圧および参照電圧について、それぞれ基準電流源電圧および基準参照電圧とし、差分電圧ΔVを、上記の最低輝度以外の表示輝度と、入力された輝度との差に応じて定めることとしても良い。
【００５０】
また、上記の例では、基準電流源電圧および基準参照電圧があらかじめ定められていることとしたが、制御部１８内において基準電流源電圧および基準参照電圧についても導出する構成としても良い。図４は、基準電流源電圧に基づいて基準参照電圧を生成する回路の構成について示す回路図である。図４に示す回路において、図示するように基準電流源電圧たるＶDDminおよび−ＶOLED,maxを入力することによって、出力Ｖoutは、
Ｖout＝−ＶOLED,max＋｛（Ｒf＋Ｒs）／Ｒs｝｛Ｒ1／（Ｒ1＋Ｒ2）｝ＶDDmin・・・（１３）
となる。ここで、
Ｒf／Ｒs＝Ｒ2／Ｒ1  ・・・（１４）
となるよう図４に示す回路の各電気抵抗の値をあらかじめ定めておくことによって、（１３）式の右辺のＶDDminの係数が１となる。かかる状態で、
Ｖout＝Ｖref,min  ・・・（１５）
とすると、（１３）式は、基準電流源電圧に基づいて基準参照電圧を生成する式を意味することとなる。なお、かかる導出を行った場合でも、（７）式に反することはない。すなわち、回路パラメータαは、信号線駆動回路８から出力された電位の強度減衰に応じて定まる値であり、１よりも大きくなることはないから、（１３）式〜（１５）式を用いて導出したＶref,minについても、（７）式を満たすことは明らかである。
【００５１】
同様に、図５に示す回路を用いることとしても良い。図５に示す回路においては、Ｖoutは、各電気抵抗の値に関して、
Ｒf1／Ｒs1＝Ｒf2／Ｒs2＝（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ１  ・・・（１６）
が成立するようあらかじめ定めておくことによって、
Ｖout＝ＶDDmin−ＶOLED,max  ・・・（１７）
の関係が導出される。かかる場合にも、ＶoutをＶref,minとして用いることが可能である。
【００５２】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２にかかる表示装置について説明する。本実施の形態２にかかる表示装置は、実施の形態１にかかる表示装置の構成に加えて、入力されたデータ電圧に対して薄膜トランジスタ１１の駆動閾値電圧を印加する閾値電圧加算部を画素回路内に新たに配置した構成を有する。
【００５３】
図６は、本実施の形態２にかかる表示装置の全体構成を示す模式図である。行列状に複数配置される画素回路２５は、ドライバ素子として機能する薄膜トランジスタ１１の駆動閾値電圧を検出すると共に、入力されるデータ電圧に検出した駆動閾値電圧を加算して薄膜トランジスタ１１のゲート電極に印加する閾値電圧加算部２６を備えた構成を有する。
【００５４】
閾値電圧加算部２６は、薄膜トランジスタ１１のゲート電極と接続された陰極と、薄膜トランジスタ１３のソース・ドレイン電極と接続された陽極とによって形成されるコンデンサ２８と、薄膜トランジスタ１１のゲート・ドレイン間を適宜導通させる第１スイッチング素子２９と、コンデンサ２８の陽極と電流排出線６との間を適宜導通させる第２スイッチング素子３０とを備える。なお、第１スイッチング素子２９および第２スイッチング素子３０はそれぞれ薄膜トランジスタによって形成され、それぞれのゲート電極は、リセット線３１を介して加算制御部３２に電気的に接続されている。また、閾値電圧加算部２６が新たに設けられたことに対応して、本実施の形態２にかかる表示装置では、信号線駆動回路３３は、参照電圧生成部１５によって生成された参照電圧に基づいて、画像データ生成装置１９より入力された画像データに対応したデータ電圧のみを生成して出力することとする。
【００５５】
閾値電圧加算部２６を用いた薄膜トランジスタ１１のゲート電極への電圧供給動作について説明する。図７は、本実施の形態２にかかる表示装置において、それぞれ電源線５、リセット線３１、走査線３および信号線４の電位変動を示すタイムチャートである。以下、図７を適宜参照しつつ電圧供給動作について簡単に説明する。なお、以下の説明において、電流排出線６の電位は０に維持されていると共に、薄膜トランジスタ１１のゲート電極には所定の電圧が印加され、初期状態として薄膜トランジスタ１１は駆動しているものとする。
【００５６】
まず、期間Δｔ１において、電源線５の電位がマイナスの値となり、電流発光素子１０に対して、発光時とは逆方向に電圧が印加される。かかる状態において電流発光素子１０は静電容量として機能することから、電流発光素子１０には電流排出線６と電源線５との電位差に応じた電荷が蓄積される。なお、期間Δｔ１において、リセット線３１、走査線３および信号線４は低電位に維持されており、スイッチング素子２９、３０および薄膜トランジスタ１３は、駆動を停止した状態を維持している。
【００５７】
そして、期間Δｔ２において、電源線５の電位が０となると共にリセット線３１の電位がスイッチング素子２９、３０の駆動閾値電圧以上の電圧となる。これにより、スイッチング素子２９、３０が駆動し、それぞれ薄膜トランジスタ１１のゲート・ドレイン間およびコンデンサ２８の陽極と電流排出線６との間を導通状態に変化させる。スイッチング素子２９が駆動することおよび電流排出線６の電位が０になることによって、電流発光素子１０に蓄積された電荷および薄膜トランジスタ１１のゲート電極に印加された電圧に対応した電荷は薄膜トランジスタ１１のドレイン・ソース間を流れて電流排出線６に排出される。一方で、電荷が排出されることによって薄膜トランジスタ１１のゲート電極の電位は低下し、ある程度電荷が排出された時点で薄膜トランジスタ１１のゲート・ソース間の電位差が駆動閾値電圧まで低下し、薄膜トランジスタ１１の駆動が停止することによって電荷の排出動作が停止する。薄膜トランジスタ１１のソース電極の電位は電流排出線６によって０電位に維持されることから、薄膜トランジスタ１１のゲート電極（およびゲート電極と電気的に接続されたコンデンサ２８の陰極）には、駆動閾値電圧と等しい電圧が残存することとなる。また、スイッチング素子３０が駆動してコンデンサ２８の陽極と電流排出線６との間が導通することによって、コンデンサ２８の陽極側の電位が電流排出線６の電位と等しい値、すなわち０電位に変化する。
【００５８】
その後、期間Δｔ３において、表示階調に応じたデータ電圧の書き込みがなされる。すなわち、走査線３の電位が薄膜トランジスタ１３の駆動閾値電圧以上の値に変化することによって、薄膜トランジスタ１３が駆動し、信号線４とコンデンサ２８の陽極とが導通する。また、期間Δｔ３においてリセット線３１の電位は低電位に変化し、スイッチング素子３０は駆動を停止していることから、信号線４から供給されるデータ電圧がコンデンサ２８の陽極側に供給される。
【００５９】
コンデンサ２８の陽極にデータ電圧に対応した電位変化が生じることによって、コンデンサ２８の陰極にも電位変化が生じる。すなわち、リセット線３１の電位が低電位に変化することによってスイッチング素子２９が駆動を停止し、期間Δｔ３においてコンデンサ２８の陰極はフローティング状態となっている。ここで、コンデンサ２８の静電容量がコンデンサ１２の静電容量を無視しうる程度に大きいと仮定した場合、コンデンサ２８の陰極には、期間Δｔ２において印加された薄膜トランジスタ１１の駆動閾値電圧に加えてデータ電圧と等しい値の電圧が印加されることとなる。以上、期間Δｔ１〜Δｔ３のプロセスを経ることにより、コンデンサ２８の陰極および陰極と接続された薄膜トランジスタ１１のゲート電極には表示階調に応じたデータ電圧と、薄膜トランジスタ１１の駆動閾値電圧とを加算した値の電圧が供給される。
【００６０】
本実施の形態２にかかる表示装置では、表示部２７内に多数配置される画素回路２５のそれぞれに対応して閾値電圧加算部２６が設けられている。また、図７の期間Δｔ２からも明らかなように、それぞれの画素回路２５に備わる薄膜トランジスタ１１の特性に応じた駆動閾値電圧の検出が行うことが可能である。従って、本実施の形態２にかかる表示装置は、それぞれの画素回路２５に備わる薄膜トランジスタ１１ごとの特性の相違または同一の画素回路２５における薄膜トランジスタ１１の特性の経時変化による駆動閾値の変化に追随した電圧供給を行うことが可能であるという利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】実施の形態１にかかる表示装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】実施の形態１にかかる表示装置における電流源電圧決定および参照電圧決定について説明するためのフローチャートである。
【図３】薄膜トランジスタを連続駆動させた場合における駆動閾値電圧の変動について示すグラフである。
【図４】表示装置に備わる制御部の具体例を示す回路図である。
【図５】表示装置に備わる制御部の具体例を示す回路図である。
【図６】実施の形態２にかかる表示装置の全体構成を示す模式図である。
【図７】実施の形態２にかかる表示装置に備わる配線構造の電位変動を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００６２】
１    画素回路
２    表示部
３    走査線
４    信号線
５    電源線
６    電流排出線
７    走査線駆動回路
８    信号線駆動回路
９    電流源
１０  電流発光素子
１１  薄膜トランジスタ
１２  コンデンサ
１３  薄膜トランジスタ
１５  参照電圧生成部
１７  輝度値入力部
１８  制御部
１９  画像データ生成装置
２５  画素回路
２６  閾値電圧加算部
２７  表示部
２８  コンデンサ
２９  スイッチング素子
３０  スイッチング素子
３１  リセット線
３２  加算制御部
３３  信号線駆動回路
【図１】
2005345992.tif 000003
【図２】
2005345992.tif 000004
【図３】
2005345992.tif 000005
【図４】
2005345992.tif 000006
【図５】
2005345992.tif 000007
【図６】
2005345992.tif 000008
【図７】
2005345992.tif 000009