(57)【要約】【課題】ソースを共通とするカレントミラー型の電流プログラミング画素回路の長所を維持しつつ、カレントミラーを構成する２個のトランジスタの特性のずれに対する出力電流の変化を小さく抑える、発光素子の駆動回路を提供する。【解決手段】ゲートとソースがそれぞれ共通に接続された２つのトランジスタを含むカレントミラー回路と、一方の端子の電位が固定され、もう一方の端子が前記カレントミラー回路の共通ゲートに接続された保持容量とを備え、前記カレントミラー回路の入力電流を前記保持容量の電圧として保持し、前記保持容量の電圧に応じた電流を共通ソースに接続された発光素子に供給する発光素子の駆動回路であって、前記カレントミラー回路に入力電流が供給されている間、前記カレントミラー回路の出力側のトランジスタのドレイン電流を遮断するスイッチが設けられている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドレインから入力電流が供給される第一のトランジスタと、ドレインが電源に接続され、ソースが前記第一のトランジスタのソースに接続された第二のトランジスタと、一方の端子が前記第一のトランジスタのゲートに接続され他方の端子の電位が固定された保持容量とを備え、前記入力電流を前記保持容量の電圧として保持し、前記第二のトランジスタが、前記保持容量の電圧に応じた電流を前記電源から前記共通ソースに接続された発光素子に供給する発光素子の駆動回路であって、
前記第一のトランジスタに前記入力電流が供給されている間、前記第二のトランジスタの電流が遮断されていることを特徴とする発光素子の駆動回路。
【請求項２】
請求項１に記載の発光素子の駆動回路であって、
前記第二のトランジスタのゲートが前記第一のトランジスタのゲートに接続され、前記第二のトランジスタのドレインは、スイッチを介して前記電源と接続され、前記第一のトランジスタに前記入力電流が供給されている間、前記スイッチは遮断されていることを特徴とする発光素子の駆動回路。
【請求項３】
請求項１に記載の発光素子の駆動回路であって、
前記第二のトランジスタのゲートは、スイッチを介して、前記第一のトランジスタのゲートに接続され、前記第一のトランジスタに前記入力電流が供給されている間、前記スイッチは遮断されていることを特徴とする発光素子の駆動回路。
【請求項４】
請求項１に記載の発光素子の駆動回路が、前記電源を共通にして複数並んでなるディスプレイであって、
前記第二のトランジスタのゲートが前記第一のトランジスタのゲートに接続され、前記第二のトランジスタのドレインは、各駆動回路に設けられたスイッチを介して前記電源に接続され、前記第一のトランジスタに前記入力電流が供給されている間、前記スイッチは遮断されていることを特徴とするディスプレイ。
【請求項５】
請求項１に記載の発光素子の駆動回路が、前記電源を共通にして複数並んでなるディスプレイであって、
前記第二のトランジスタのゲートが、スイッチを介して前記第一のトランジスタのゲートに接続され、前記第一のトランジスタに前記入力電流が供給されている間、前記スイッチが遮断されていることを特徴とするディスプレイ。
【請求項６】
ソースが共通に接続された２つのトランジスタを含むカレントミラー回路と、一方の端子の電位が固定され、もう一方の端子が前記カレントミラー回路の前記２つのトランジスタの一方のゲートに接続された保持容量とを備え、前記カレントミラー回路の入力電流を前記保持容量の電圧として保持し、前記保持容量の電圧に応じた電流を前記共通に接続されたソースから発光素子に供給する発光素子の駆動方法であって、
前記カレントミラー回路に入力電流が供給されている間、前記カレントミラー回路の出力側のトランジスタのドレイン電流を遮断することを特徴とする発光素子の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ(Electro Luminescence)アクティブマトリックスディスプレイなどのディスプレイ並びにそれで利用される発光素子の駆動回路及び発光素子の駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機物半導体材料を用いた、電子デバイスの開発が広く行なわれており、発光素子である有機ＥＬ、有機ＴＦＴ（Thin Film Transistor）、有機太陽電池等の開発が報告されている。中でも、有機ＥＬディスプレイは、最も実用化に近い技術として有望視されている。
【０００３】
有機ＥＬディスプレイパネルの構成には、パッシブマトリックスとアクティブマトリックスに分類される。パッシブマトリックスでは点滅駆動が前提となるため、輝度と寿命に深刻なトレードオフが存在する有機ＥＬ素子においては、高輝度のディスプレイパネルを得ることが難しいとされる。一方、アクティブマトリックスでは、必ずしも点滅駆動させる必要が無く、常時点灯に近い動作が可能となるため、有機ＥＬの長寿命化に有効であるとされるが、ＴＦＴ、有機ＥＬ素子のばらつきや、特性ドリフトをどう克服するかが大きな課題となっている。
【０００４】
このため、電圧プログラミング法、電流プログラミング法などが提案され、主にＴＦＴのばらつきや特性ドリフト（主に閾値ドリフト）を補正する試みがなされている（例えば、特許文献１及び特許文献２を参照）。
【０００５】
また、電流プログラム法により、より精密な補正（ＴＦＴの移動度変化等の補正）をする試みもなされている（例えば、特許文献３及び特許文献４を参照）。
【０００６】
さらに、カレントミラー回路を用い、有機ＥＬ素子に電流を流すことによって、ＴＦＴの飽和特性が十分でない（定電流源として機能し得ない）場合でも、ＴＦＴおよび有機ＥＬ素子の特性ドリフトを補正する試みもなされている（例えば、特許文献５を参照）。
【０００７】
特許文献５に開示されるカレントミラー回路を含む電流プログラミング画素回路は、図４に示すように、カレントミラーを構成する２個のトランジスタＴ３、Ｔ４のうち片方Ｔ３を経由して、ＯＬＥＤにプログラム電流を流し、所定の電圧を保持容量Ｃｓにプログラムする駆動方法である。これにより、Ｔ３、ＯＬＥＤの特性ドリフトを補正することができ、さらに駆動電圧を低く抑え（消費電力を低く抑え）ることも可能である。
【特許文献１】米国特許第６，２２９，５０６号明細書
【特許文献２】特許第２，７８４，６１５号公報
【特許文献３】米国特許第６，３７３，４５４号明細書
【特許文献４】米国特許第６，５０１，４６６号明細書
【特許文献５】国際公開第２００５／０２９，４５５号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図４の回路でＴ３とＴ４の特性がずれてゆくと、補正が効かないばかりでなく、むしろ逆方向に補正がかかるという問題がある。
【０００９】
Ｔ４の閾値電圧がＴ３より高くなると、Ｔ３にプログラム電流を流している期間のＴ４のドレイン電流が小さくなり、ＯＬＥＤの端子間電圧が下がるので、保持容量Ｃｓの電圧が下がってしまう。その結果、ＥＬ駆動時は、Ｔ４の閾値電圧が大きくなったことによるＴ４ドレイン電流の減少に加えて、Ｔ４のゲート電位の低下によるドレイン電流の減少が加わり、ＥＬ駆動電流が一層少なくなる。
【００１０】
これは、Ｔ３、Ｔ４の出力がともにＯＬＥＤに接続されている図４のカレントミラー回路１３に特有の問題である。上で述べたように、Ｔ４の閾値がシフトし駆動力が下がったとすると、Ｔ３、Ｔ４の共通出力（ソース端子）を通じてＴ３のドレイン電位が下がり、正常時より小さなゲート電位でＴ３にプログラム電流が流れてしまう。Ｔ４の閾値電圧増加を補正するには、より大きなゲート電位をプログラムしなければならないのに、逆のより小さなゲート電位がプログラムされてしまうのである。
【００１１】
このように、ソースを共通とするカレントミラー型の電流プログラミング画素回路は、カレントミラーを構成する２個のトランジスタの特性がずれると電流の変化が生じて、プログラミングした輝度から大きく外れた輝度の表示が行われてしまう。
【００１２】
本発明の目的は、ソースを共通とするカレントミラー型の電流プログラミング画素回路の長所を維持しつつ、カレントミラーを構成する２個のトランジスタの特性のずれに対する出力電流の変化を小さく抑える、発光素子の駆動回路及びその方法、これを用いたディスプレイを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第一は、ドレインから入力電流が供給される第一のトランジスタと、ドレインが電源に接続され、ソースが前記第一のトランジスタのソースに接続された第二のトランジスタと、一方の端子が前記第一のトランジスタのゲートに接続され他方の端子の電位が固定された保持容量とを備え、前記入力電流を前記保持容量の電圧として保持し、前記第二のトランジスタが、前記保持容量の電圧に応じた電流を前記電源から前記共通ソースに接続された発光素子に供給する発光素子の駆動回路であって、
前記第一のトランジスタに前記入力電流が供給されている間、前記第二のトランジスタの電流が遮断されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の第二は、ゲートとソースがそれぞれ共通に接続された２つのトランジスタを含むカレントミラー回路と、一方の端子の電位が固定され、もう一方の端子が前記カレントミラー回路の前記共通に接続されたゲートに接続された保持容量とを備え、前記カレントミラー回路の入力電流を前記保持容量の電圧として保持し、前記保持容量の電圧に応じた電流を前記共通に接続されたソースに接続された発光素子に供給する発光素子の駆動方法であって、
前記カレントミラー回路に入力電流が供給されている間、前記カレントミラー回路の出力側のトランジスタのドレイン電流をスイッチにより遮断することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ソースを共通とするカレントミラー型の電流プログラミング画素回路の長所を維持しつつ、カレントミラーを構成する２個のトランジスタの特性のずれに対する出力電流の変化を小さく抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の有機半導体素子の一例を実施の形態として以下に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の実施形態の概略を示すもので、表示装置の１ピクセル分の画素回路を示すブロック図である。交差する複数のデータ線１１と複数の選択線１２をもち、その交点部分に、カレントミラー回路１３とスイッチング回路１４と保持容量１５とからなる駆動回路が設けられ、カレントミラー回路を流れる２つの電流が合流して有機ＥＬ素子（発光素子の一例）１６に流れるように接続されている。保持容量１５の一方の端子はグランドに固定され、もう一方の端子は、カレントミラー回路１３に接続されている。また、電源１８からの電流をオン/オフする電源線スイッチ（オン／オフ手段１７）が電源１８とカレントミラー回路１３との間に設けられている。このオン／オフ手段１７は、画素回路に含まれても、画素回路外にあってもよい。
【００１８】
カレントミラー回路１３は、内部に２つの電流経路を持ち、それらに流れる電流がつねに同じになる、または比率が一定になるように設定された回路である。一方の電流経路の電流を外部信号源１０から入力し、他方の電流経路の電流を外部に出力することにより、電流増幅器として用いる。このとき、外部信号源１０から入力するほうを入力電流、外部に出力するほうを出力電流という。
【００１９】
図２は、前記画素回路がマトリックス状に配置された表示装置を示したもので、４画素分示してある。この例では、データ線１１に、輝度情報を与える手段として、可変電流源１９−１を持ち、ロジック回路１９−２および制御回路２１を併せ持つ構成となっている。輝度情報を与える手段として、可変電圧源、可変電流源を持つ場合も考えられる。
【００２０】
図３は、図2の画素回路をより詳しく示したものである。スイッチング回路１４として、電圧プログラム用のスイッチ１４−１と有機ＥＬ素子１６にプログラム電流を流すためのスイッチ１４−２との２個のスイッチを設ける。本実施形態のカレントミラー回路１３は、入力電流経路を構成する第一のトランジスタ３１（入力側トランジスタ）と出力電流経路を構成する第二のトランジスタ３２（出力側トランジスタ）からなり、これら２つのトランジスタのゲートとソースがそれぞれ共通に接続されている。さらに、第一のトランジスタ３１と第二のトランジスタ３２の共通ソースが有機ＥＬ素子１６に接続される。電源電流のオン／オフ手段１７として、電源線スイッチ１７−１を設ける。
【００２１】
信号源１０が発生した電流信号はデータ線１１とスイッチ１４−１を経て入力側トランジスタである第一のトランジスタ３１のドレインに流れ込み、ソースから有機ＥＬ素子１６に供給される。２つのトランジスタ３１，３２のゲートとソースが共通なので、２つのトランジスタ３１，３２の閾値電圧、コンダクタンスなどの特性が同じである限り、第二のトランジスタにも同じ電流が流れる。
【００２２】
所定の電圧値を輝度情報として保持容量１５にプログラムするプログラム工程では、図３における（１）のように、スイッチング回路１４をオンとし、保持容量１５に入力電流が流入する時に、電源線スイッチ（電源電流オン／オフ手段１７）をオフとし、前記カレントミラー回路１３における第二のトランジスタ３２に電流を遮断する。
【００２３】
前記プログラム工程後に、電源１８に接続された第二のトランジスタ３２に電源１８からの電流を流す発光工程に移行する。発光工程においては、図３における（２）のように、前記スイッチング回路１４のスイッチ１４-１と１４-２をともにをオフとし、電源線スイッチ（電源電流オン／オフ手段１７）をオンとする。これによって前記カレントミラー回路１３における第二のトランジスタ３２に出力電流を流し、ソースから有機ＥＬ素子１６２に供給する。
【００２４】
前記プログラム工程において電源線スイッチをオフ（１）にするので、共通ソース端子（図３のＡ点）の電位は、第一のトランジスタ３１により供給される入力電流のみによって決定される。
【００２５】
有機ＥＬ素子１６の電流-電圧特性や第一のトランジスタ３１の特性変化によって保持容量１５にプログラムされる電圧自体は変化する。しかし、この変化は、第二のトランジスタ３２の特性変化には無関係である。また、第一のトランジスタ３１の特性と第二のトランジスタ３２の特性が同じである限り、電源スイッチ１７をオン(２)にしたときの第二のトランジスタを流れる出力電流は変化せず、したがって有機ＥＬ素子１６に流れる電流も変化しない。
【００２６】
第一のトランジスタ３１の特性と第二のトランジスタ３２の特性が異なるような変化が生じたときは、出力電流に変化が生じる。しかしその変化量は、第一のトランジスタ３１と共通の変化分が差し引かれた、２つのトランジスタの、第一のトランジスタ３１に対する特性の差分に応じた変化量である。第二のトランジスタ３２の特性変化がそのまま影響するのではないから、出力電流の変化量はその分小さく抑えられる。
【００２７】
図４は、図３の電源線スイッチ１７のない電流プログラミング画素回路で、比較例として示してある。先に説明したように、この場合は、第一のトランジスタに対応するＴ３と第二のトランジスタに対応するＴ４の特性がずれないで揃って変化した場合でも、入力電流と出力電流は同じではなくなる。Ｔ３とＴ４の閾値電圧が同じだけ増えたとすると、プログラミングされたゲート電位は高くなるから、プログラミングが終了した後の発光時には出力電流が増加する。Ｔ３とＴ４の特性がずれてゆくと、補正が効かないばかりでなく、むしろ逆方向に補正がかかる問題がある。これは、Ｔ４から電流が常に供給され、図４のA点の電位がＴ３を通るプログラム電流のみで決まらず、Ｔ４を流れる電流にも依存するために生じる。
【００２８】
また、カレントミラー回路１３と前記スイッチング回路１４を構成するトランジスタ３１、３２が薄膜トランジスタであってもよい。
【００２９】
また、カレントミラー回路１３が２個の薄膜トランジスタで構成されてもよい。
【００３０】
また、カレントミラー回路１３を構成する第一のトランジスタ３１以外のトランジスタに電源１８からの電流をオン、オフする手段として、電源線にスイッチを設けてもよい。
【００３１】
また、カレントミラー回路１３を構成する第一のトランジスタ３１以外のトランジスタに電源１８からの電流をオン、オフする手段として、電源線と前記第一以外のトランジスタとの間にスイッチを設けてもよい。
【００３２】
また、カレントミラー回路１３を構成する第一のトランジスタ３１以外のトランジスタに電源からの電流をオン、オフする手段として、第一のトランジスタ３１以外のトランジスタのゲート電極部にスイッチを設けてもよい。
【実施例１】
【００３３】
図５は実施例１の画素回路を示す概略図である。図5は、図３のスイッチング回路14のスイッチ１４−１と１４−２、および電源スイッチ１７−１をＴＦＴで置き換えたものである。
【００３４】
また、図６は、図５をもとに駆動状態をあらわすための電圧印加タイミング図である。
【００３５】
図５をもとに、ＳＰＩＣＥシミュレーションを行なった。ＴＦＴの特性は、ＳＰＩＣＥモデルＬｅｖｅｌ３を用い、ＯＬＥＤの特性は、ダイオードモデルとキャパシタを組み合わせて用い、フィッティングした。ゲート幅は、Ｔ１、Ｔ３、Ｔ４が４０ｕｍ、Ｔ２が２００ｕｍと設定した。Ｔ１〜Ｔ４いずれにおいても、ｎチャネル型ＦＥＴモデルを用い、キャリア移動度０．７ｃｍ２／Ｖｓ、ゲート絶縁膜厚０．３ｕｍ、ゲート長５ｕｍと設定した。また、電源電圧を１５Ｖと設定した。
【００３６】
これらのパラメータをもとに、Ｔ２の閾値電圧のみを０Ｖから正方向に１Ｖずつずらせたときの有機ＥＬに流れる電流値を計算した。また、電流源による電圧プログラム時においてＴ２に電流を流さない駆動モード（A mode；本発明）と電流源による電圧プログラム時においてＴ２に電流を流す駆動モード（B mode；従来）とを比較した。その結果を表１に示す。
表1において、ΔVthはＴＦＴ  Ｔ２の閾値電圧のずれ、Ioledは有機EL素子１６に流れる電流、ΔIoledは、閾値電圧のずれがないときのIoledに対する相対変動量である。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
この結果から明らかなように、本発明による駆動方法（A mode）のほうが、Ｔ２の閾値電圧シフト（ΔVth）に対する有機ＥＬに流れる電流減少率（Δ Ioled）が小さく、Ｔ２の閾値電圧シフトに強いことが判る。
【００３９】
さらに、ａ−Ｓｉ  ＴＦＴによるテストパターン試作により、同様の効果を確認することができた。
【実施例２】
【００４０】
図７は、電源電流をオン/オフするための電源スイッチＴ５を各画素内に配置した例を示したものである。
また、この画素回路を駆動するためのタイミングチャートを図８に示す。電源線のスイッチＴ５は選択線２の信号で制御され、プログラミング時には遮断され、発光期間中は閉じられる。
【００４１】
1本の電源線から２以上の画素回路に電流が供給されているとき、本実施例のように電源スイッチＴ５を各画素内に配置することにより、プログラミング時に電源線を通じて他の画素回路のデータ電流が流れ込むのを防ぐことができる。
【実施例３】
【００４２】
図９は、実施例２の電源電流をオン/オフするためのスイッチＴ５の代わりに、電源スイッチＴ６を、各画素内のカレントミラーＴＦＴ（Ｔ１、Ｔ２）のゲート間に配置したものである。この画素回路を駆動するためのタイミングチャートを図１０に示す。
【００４３】
プログラミングに先立って、トランジスタＴ２のゲートの初期電圧を決める初期化期間をおく。初期化期間中は、データ電流は０にして、選択線１,２をともにＨレベルにし、スイッチング回路１４のスイッチングトランジスタＴ３、Ｔ４と電源スイッチＴ６をオンにする。これによってトランジスタＴ１、Ｔ２のゲート電位はＧＮＤレベルになる。
【００４４】
その後、選択線１のみをＨにしてプログラミングを行うと、Ｔ６はオフなのでＴ２のゲートはＧＮＤに維持され、Ｔ２はオフに保たれる。したがって、実施例２と同様に、同じ電源線上の他の画素回路からの電流は遮断される。発光期間中はＴ６をオンしてＴ２のゲート電圧を保持容量１５の電圧に等しくし、電源線から有機EL素子１６に電流を流す。
【実施例４】
【００４５】
図１１は、電源線を２本用意し、別個に電源電流をオン/オフするためのスイッチを設置し、カレントミラーの駆動側トランジスタを２個Ｔ２、Ｔ２’を配置した例である。この場合、Ｔ２、Ｔ２’のゲート幅を異なったものにすることにより、有機ＥＬに流す電流値を選択することができる。また、この画素回路を駆動するためのタイミングチャートを図８に示す。この例では、Ｔ２にのみ電源電流を流す駆動方法を示しているが、Ｔ２’のみ、またはＴ２、Ｔ２’両方に流すこともできる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施の形態に係る画素回路の概念を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る回路配置の概念を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る画素回路の概念を示す図である。
【図４】従来の画素回路の例である。
【図５】本発明の実施例１に係る画素回路を示す回路図である。
【図６】本発明の実施例１に係る駆動回路の電圧印加タイミングを示す図である。
【図７】本発明の実施例２に係る画素回路を示す回路図である。
【図８】本発明の実施例２に係る駆動回路の電圧印加タイミングを示す図である。
【図９】本発明の実施例３に係る画素回路を示す回路図である。
【図１０】本発明の実施例３に係る駆動回路の電圧印加タイミングを示す図である。
【図１１】本発明の実施例４に係る画素回路を示す回路図である。
【図１２】本発明の実施例４に係る駆動回路の電圧印加タイミングを示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１１  データ線
１２  選択線
１３  カレントミラー回路
１４  スイッチング回路
１５  保持容量
１６  有機ＥＬ素子
１７  オン／オフ手段
１８  電源
２１  制御回路
３１  第一のトランジスタ
３２  第二のトランジスタ
３３  電源線スイッチ
５１  電源線
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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