(57)【要約】単位画素（１０）が、制御端子を有し単一のＥＬ素子（１１）に接続された複数個の電流制御素子（Ｔｒ２ａ〜Ｔｒ２ｄ）と、各電流制御素子に対応して設けられ、走査信号の状態に応じて制御端子に対するデジタル画像信号の印加と遮断を切り替えるスイッチング素子（Ｔｒ１ａ〜Ｔｒ１ｄ）とを備える。電流制御素子は各々、デジタル画像信号の電圧により制御されて、ＥＬ素子に対する駆動電流の供給を遮断するオフ状態と、デジタル画像信号の電圧に応じた駆動電流をＥＬ素子に供給するオン状態とをとり、ＥＬ素子を流れる電流量は、オン状態の各電流制御素子から供給される電流の加算値となる。オン状態の電流制御素子の組み合わせにより、ＥＬ素子への供給電流量が、階調に応じた値に制御される。
2003003339.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＥＬ素子を含む複数の単位画素がマトリクス状に配置され、前記各単位画素に供給される走査信号およびデジタル画像信号に基づき前記ＥＬ素子に駆動電流を供給し発光させて画像表示を行うアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置において、
前記単位画素は、前記デジタル画像信号が印加される制御端子を有し単一の前記ＥＬ素子に接続された複数個の電流制御素子と、前記各電流制御素子に対応して設けられ各々前記走査信号が供給されて、前記走査信号の状態に応じて前記制御端子に対する前記デジタル画像信号の印加と遮断を切り替えるスイッチング素子とを備え、
前記電流制御素子は各々、前記制御端子に印加される前記デジタル画像信号の電圧により制御されて、前記ＥＬ素子に対する前記駆動電流の供給を遮断するオフ状態と、前記デジタル画像信号の電圧に応じた前記駆動電流を前記ＥＬ素子に供給するオン状態とをとるように構成され、それにより前記ＥＬ素子を流れる電流量は、オン状態の前記各電流制御素子から供給される電流の加算値となり、
オン状態の前記電流制御素子の組み合わせにより、前記ＥＬ素子に供給される電流量が、表示すべき階調に応じた値に制御されることを特徴とするアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置。
【請求項２】
複数の前記電流制御素子の電流駆動能力は各々、前記デジタル画像信号の各ビットの重み付けに対応した大きさに設定されている請求項１に記載のアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置。
【請求項３】
前記単位画素内の前記電流制御素子の数は、前記デジタル画像信号のビット数と同数である請求項２に記載のアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置。
【請求項４】
前記電流制御素子は薄膜トランジスタである請求項１または２に記載のアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置。
【請求項５】
前記薄膜トランジスタが多結晶シリコンを用いて形成されている請求項４に記載のアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置。
【請求項６】
前記薄膜トランジスタの電流駆動能力Ｘは、下記の式で表される関係に基づいて設定されている請求項４に記載のアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置。
Ｘ＝（ａ・Ｗ）／Ｌ
ａは定数、Ｌは薄膜トランジスタのゲート長（μｍ）、Ｗは薄膜トランジスタのゲート幅（μｍ）である。
【請求項７】
前記薄膜トランジスタのゲート幅Ｗまたはゲート長Ｌは、前記デジタル画像信号の各ビットの重み付けに対応した長さに設定されている請求項６に記載のアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置。
【請求項８】
前記電流制御素子の制御端子に補助容量が接続されている請求項１に記載のアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置。
【請求項９】
前記電流制御素子の制御端子と前記走査信号供給用の複数の走査線のうちの前段または後段の走査線との間に補助容量が形成されている請求項８に記載のアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置。
【請求項１０】
前記電流制御素子を介して前記ＥＬ素子に対して駆動電流を供給するための電流供給専用のバスラインを有し、前記電流制御素子の制御端子と前記電流供給専用のバスラインとの間に補助容量が形成されている請求項８に記載のアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置。
【請求項１１】
前記電流制御素子は各々、前記ＥＬ素子への接続側の他方の端子が前記走査信号を供給するための走査線に接続されて、前記走査線は、前記電流制御素子を介して前記ＥＬ素子に対して駆動電流を供給するための電流供給線として兼用されている請求項１に記載のアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置。
【請求項１２】
前記電流制御素子は各々、前段の前記電流制御素子に対応する前記走査線に接続されている請求項１１に記載のアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置。
【請求項１３】
ＥＬ素子を含む複数の単位画素をマトリクス状に配置し、前記各単位画素に供給する走査信号およびデジタル画像信号に基づき前記ＥＬ素子に駆動電流を供給し発光させて画像表示を行うアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置の駆動方法において、
前記単位画素中の単一の前記ＥＬ素子に対して複数個の電流制御素子を接続し、前記走査信号の状態に応じて、前記各電流制御素子の制御端子に対する前記デジタル画像信号の印加と遮断を切り替え、
前記各電流制御素子を、前記制御端子に印加する前記デジタル画像信号の電圧により、前記ＥＬ素子に対する前記駆動電流の供給を遮断するオフ状態と、前記デジタル画像信号の電圧に応じた前記駆動電流を前記ＥＬ素子に供給するオン状態とに制御して、オン状態の前記各電流制御素子からの電流の加算値の電流を前記ＥＬ素子に供給し、
オン状態の前記複数の電流制御素子の組み合わせを前記デジタル画像信号により選択して、前記ＥＬ素子に供給する電流量を、表示すべき階調に応じた値に制御することを特徴とするアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置の駆動方法。
【請求項１４】
前記電流制御素子を線形領域で動作させる請求項１３に記載のアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置の駆動方法。
【請求項１５】
前記電流制御素子の制御端子に印加される制御電圧を５Ｖ以上とする請求項１３または１４に記載のアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、いわゆる携帯機器などに適用されるアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置及びその駆動方法に関する。
背景技術
図１２に、従来の典型的なアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置１０１の構成を示す。１０２は、アクティブマトリクス型ＥＬ表示装置１０１に含まれる単位画素である。実際には、この単位画素１０２がマトリクス状に配列されているが、図示の便宜上、１つの単位画素のみを示す。単位画素１０２には、ＥＬ素子１０３、ＥＬ素子１０３の一端に接続された駆動用トランジスタ１０４、駆動用トランジスタ１０４のゲートに接続されたスイッチングトランジスタ１０５、およびキャパシタ１０６が含まれる。スイッチングトランジスタ１０５のゲートには、走査線１０７を通して、走査側駆動回路１０８から走査信号が供給される。駆動用トランジスタ１０４のゲートには、スイッチングトランジスタ１０５および信号線１０９を介して、信号側駆動回路１１０から画像信号が供給される。ＥＬ素子１０３には、駆動用トランジスタ１０４および電流供給線１１１を介して、電流供給回路１１２から電流が供給される。
このＥＬ表示装置１０１の発光動作を以下に説明する。先ず、走査線１０７、信号線１０９が両方ともオンになると、スイッチングトランジスタ１０５を通してキャパシタ１０６に電荷が蓄積される。そして、このキャパシタ１０６が駆動用トランジスタ１０４のゲートに電圧を加え続けるため、スイッチングトランジスタ１０５がオフになっても、電流供給回路１１２から電流供給線１１１を介してＥＬ素子１０３に電流が流れつづけ、次のフィールドで画像信号が書き込まれるまで、現在の画像信号に応じた電流により発光駆動される。
上記従来例のアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置により階調表示する場合に、駆動用トランジスタ１０４のゲートに階調に応じた電圧を印加して、オン電流をアナログ的に変化させる方法がある。その場合、駆動用トランジスタ１０４のオン電流のばらつきが表示に影響する。トランジスタのオン電流は、単結晶で形成されたトランジスタであればきわめて均一であるが、安価なガラス基板に形成することのできる低温ポリシリコンでトランジスタを作製した場合は、そのしきい値が±０．２Ｖ〜０．５Ｖの範囲でばらつきを持つ。そのため、駆動用トランジスタ１０４を流れるオン電流がこれに対応してばらつき、表示にムラが発生する。オン電流のばらつきは、しきい値電圧のばらつきのみならず、ＴＦＴの移動度のばらつき、ゲート絶縁膜の厚みのばらつき等に起因しても発生する。従って、上述のようにアナログ的に階調を表示させる方法では、均一な表示を得るために、それらの特性を厳密に制御する必要があるが、現状の低温ポリシリコンＴＦＴでは制御が困難である。
そこで、アクティブマトリクス型ＥＬ表示装置を構成する単位画素内に、複数のＥＬ素子と各ＥＬ素子に電流を供給する複数の薄膜トランジスタを形成し、階調に応じて発光させるＥＬ素子の個数を薄膜トランジスタにより制御する、面積階調法が提案されている。このような構成とすることにより、薄膜トランジスタの特性のばらつきがＥＬ素子の輝度のばらつきとして表われることはなく、精度の良い階調表示を行うことできる。
しかし、アクティブマトリクス型ＥＬ表示装置により面積階調法を用いて表示を行う場合、表示画像に固定模様（固定パターン）が発生し、映像の品位が低下するという問題があった。
発明の開示
上記課題に鑑み、本発明は、固定模様を発生することなく、精度の良い階調表示を行うことができるアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置及びその駆動方法を提供することを目的とする。
本発明のアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置は、ＥＬ素子を含む複数の単位画素がマトリクス状に配置され、前記各単位画素に供給される走査信号およびデジタル画像信号に基づき前記ＥＬ素子に駆動電流を供給し発光させて画像表示を行う装置である。上記課題を解決するために、前記単位画素は、前記デジタル画像信号が印加される制御端子を有し単一の前記ＥＬ素子に接続された複数個の電流制御素子と、前記各電流制御素子に対応して設けられ各々前記走査信号が供給されて、前記走査信号の状態に応じて前記制御端子に対する前記デジタル画像信号の印加と遮断を切り替えるスイッチング素子とを備える。前記電流制御素子は各々、前記制御端子に印加される前記デジタル画像信号の電圧により制御されて、前記ＥＬ素子に対する前記駆動電流の供給を遮断するオフ状態と、前記デジタル画像信号の電圧に応じた前記駆動電流を前記ＥＬ素子に供給するオン状態とをとるように構成され、それにより前記ＥＬ素子を流れる電流量は、オン状態の前記各電流制御素子から供給される電流の加算値となる。オン状態の前記電流制御素子の組み合わせにより、前記ＥＬ素子に供給される電流量が、表示すべき階調に応じた値に制御される。
この構成によれば、単一のＥＬ素子に供給する電流量を複数の電流制御素子により制御して階調表示を行うので、固定模様が発生することがなく、単一の電流制御素子によりアナログ的に電流量を変化させる場合に比べて、精度の良い階調表示を行うことができる。
上記構成において好ましくは、複数の前記電流制御素子の電流駆動能力は各々、前記デジタル画像信号の各ビットの重み付けに対応した大きさに設定される。それにより、階調表示のための制御を簡略な構成で行うことができる。より好ましくは、前記単位画素内の前記電流制御素子の数を、前記デジタル画像信号のビット数と同数とする。
上記の構成において、前記電流制御素子は薄膜トランジスタとすることができる。また、前記薄膜トランジスタを多結晶シリコンを用いて形成することができる。上述のような精度の良い階調表示を行うこと可能な効果により、しきい値のばらつきが大きい多結晶シリコンを用いても、良好な階調表示が可能である。
上記の構成において、前記薄膜トランジスタの電流駆動能力Ｘを、下記の式で表される関係に基づいて設定することができる。
Ｘ＝（ａ・Ｗ）／Ｌ
ａは定数、Ｌは薄膜トランジスタのゲート長（μｍ）、Ｗは薄膜トランジスタのゲート幅（μｍ）である。
この構成において、前記薄膜トランジスタのゲート幅Ｗまたはゲート長Ｌを、前記デジタル画像信号の各ビットの重み付けに対応した長さに設定することが好ましい。
また上記の構成において好ましくは、前記電流制御素子の制御端子に補助容量を接続する。例えば、前記電流制御素子の制御端子と前記走査信号供給用の複数の走査線のうちの前段または後段の走査線との間に補助容量を形成する。あるいは、前記電流制御素子を介して前記ＥＬ素子に対して駆動電流を供給するための電流供給専用のバスラインを有する場合に、前記電流制御素子の制御端子と前記電流供給専用のバスラインとの間に補助容量を形成する。
電流制御素子の制御端子に容量を接続することにより、前記スイッチング素子のリークによる電流制御素子の電位の変動を抑制する効果が得られる。
また上記構成において、前記電流制御素子は各々、前記ＥＬ素子への接続側の他方の端子が前記走査信号を供給するための走査線に接続されて、前記走査線は、前記電流制御素子を介して前記ＥＬ素子に対して駆動電流を供給するための電流供給線として兼用されている構成とすることができる。
あるいは、前記電流制御素子は各々、前段の前記電流制御素子に対応する前記走査線に接続されている構成とすることができる。
走査線からＥＬ素子に電流を供給することにより、ＥＬ素子に電流を供給するための専用の電流供給線が不要となる。その結果、開口率を増大させることができると共に、電流供給線に起因した層間ショートの発生を防止し、歩留まりの向上が可能なマトリクス型ＥＬ表示装置を構成することができる。
本発明のアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置の駆動方法は、ＥＬ素子を含む複数の単位画素をマトリクス状に配置し、前記各単位画素に供給する走査信号およびデジタル画像信号に基づき前記ＥＬ素子に駆動電流を供給し発光させて画像表示を行う方法であって、以下の特徴を有する。すなわち、前記単位画素中の単一の前記ＥＬ素子に対して複数個の電流制御素子を接続し、前記走査信号のオンオフに応じて、前記各電流制御素子の制御端子に対する前記デジタル画像信号の印加と遮断を切り替える。前記各電流制御素子を、前記制御端子に印加する前記デジタル画像信号の電圧により、前記ＥＬ素子に対する前記駆動電流の供給を遮断するオフ状態と、前記デジタル画像信号の電圧に応じた前記駆動電流を前記ＥＬ素子に供給するオン状態とに制御して、オンとなった前記各電流制御素子からの電流の加算値の電流を前記ＥＬ素子に供給する。オンとなる前記複数の電流制御素子の組み合わせを前記デジタル画像信号により選択して、前記ＥＬ素子に供給する電流量を、表示すべき階調に応じた値に制御する。
上記の方法において好ましくは、前記電流制御素子を線形領域で動作させる。
また好ましくは、前記電流制御素子の制御端子に印加される制御電圧を５Ｖ以上とする。
発明を実施するための最良の形態
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るアクティブマトリクス型のＥＬ表示装置１の回路構成を示す。このＥＬ表示装置１は、デジタル画像信号により階調表示を行うデジタル駆動方式であって、デジタル画像信号は４ビットデータで構成され、１６階調を表示することができる。
ＥＬ表示装置１の表示部２は、単位画素１０を複数個配列して構成される。実際には複数の単位画素１０がマトリクス状に配列されているが、図示の便宜上、図１には単位画素１０を１個のみ示す。各単位画素１０は、発光体として機能する単一のＥＬ素子１１を有する。各単位画素１０に、電流制御素子として４個の駆動用トランジスタＴｒ２ａ〜Ｔｒ２ｄが配置され、それらのソース電極またはドレイン電極の一方がＥＬ素子１１を構成する画素電極に接続されている。駆動用トランジスタＴｒ２ａ〜Ｔｒ２ｄのゲートには各々、スイッチング素子を構成するスイッチングトランジスタＴｒ１ａ〜Ｔｒ１ｄのソース電極またはドレイン電極の一方が接続されている。
各単位画素１０は、走査信号を供給する走査側駆動回路４、画像信号を供給する信号側駆動回路６、および電流を供給する電流供給回路７により駆動される。走査側駆動回路４からの走査信号は、各々複数の走査線３ａ〜３ｄを通して、スイッチングトランジスタＴｒ１ａ〜Ｔｒ１ａのゲートに供給される。信号側駆動回路６からの画像信号は、信号線５およびスイッチングトランジスタＴｒ１ａ〜Ｔｒ１ａを通して、駆動用トランジスタＴｒ２ａ〜Ｔｒ２ｄのゲートに各々供給される。電流供給回路７から供給される電流は、電流供給バスラインである電流供給線８および駆動用トランジスタＴｒ２ａ〜Ｔｒ２ｄを通して、ＥＬ素子１１の画素電極に供給される。スイッチングトランジスタＴｒ１ａ〜Ｔｒ１ａ及び駆動用トランジスタＴｒ２ａ〜Ｔｒ２ｄは、いずれも同極性の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）であり、本実施の形態１ではＰチャネル型トランジスタで構成されている。
図２は、ＥＬ素子１１および駆動用トランジスタＴｒ２ａの構造を示す概略断面図である。駆動用トランジスタＴｒ２ａは、４個の駆動用トランジスタのうちの１個を例示したものであり、他の駆動用トランジスタも同様に形成される。透明基板２０上に、周知の構造の駆動用トランジスタＴｒ２ａが形成されている。ゲート絶縁膜２１は、駆動用トランジスタＴｒ２ａを構成する要素として形成された膜である。駆動用トランジスタＴｒ２ａおよびゲート絶縁膜２１を覆って層間絶縁膜２２が形成され、さらに平坦化膜２３により全体が平坦化されている。
平坦化膜２３の上に形成されたＥＬ素子１１は、順次積層された画素電極２４、ＥＬ発光層２５および対向電極２６からなり、ＥＬ発光層２５を画素電極２４と対向電極２６とにより挟んだ構造を形成している。本実施の形態では、画素電極２４はアノード電極に、対向電極２６はカソード電極にそれぞれ相当する。画素電極２４（アノード電極）はインジウムティンオキサイド（ＩＴＯ）等の透明電極であり、対向電極２６（カソード電極）は不透明電極である。従って、ＥＬ発光層２５からの光は、透明基板２０側から照射される。
ＥＬ素子１１は、有機ＥＬ素子でも、無機ＥＬ素子であってもよく、また、電荷注入層や電荷輸送層を有する構成であってもよい。要するに、図２に示す構成のものに限定されるものではなく、公知のＥＬ素子を使用することができる。また、透明基板２０は、ＥＬ素子１１を坦持できるものであればよく、ガラス基板や、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレートなどの樹脂フィルムからなる透明基板を用いることができる。
上記構成のＥＬ表示装置１において、信号線５に画像信号に応じた信号電圧が印加された時に、走査線３ａ〜３ｄのうち走査電圧の印加されているラインのスイッチングトランジスタのみが導通し、他のスイッチングトランジスタは導通しない。それにより、駆動用トランジスタＴｒ２ａ〜Ｔｒ２ｄのうち、導通したスイッチングトランジスタに接続されたもののみがオン状態となり、電流供給線８からの電流をＥＬ素子１１に供給する。このようにして、電流供給線８とＥＬ素子１１間のラインが、複数の電流供給分岐ラインを構成する。
次に、駆動用トランジスタＴｒ２ａ〜Ｔｒ２ｄの設定について説明する。駆動用トランジスタＴｒ２ａ〜Ｔｒ２ｄの電流駆動能力は、それぞれ予め所定値に設定される。本実施の形態では、各駆動用トランジスタの電流駆動能力の設定値をＰａ〜Ｐｄで表したとき、Ｐａ：Ｐｂ：Ｐｃ：Ｐｄが、１：２：４：８となるように設定される。
駆動用トランジスタの電流駆動能力は、駆動用トランジスタのゲート幅Ｗ（μｍ）と、ゲート長Ｌ（μｍ）によって決定することができる。表１に、薄膜トランジスタの電流駆動能力と、ゲート幅及びゲート長との関係を示す。
【表１】
2003003339.tif 000003
表１に示すように、駆動用トランジスタＴｒ２ａのＷ／Ｌ比を０．２、駆動用トランジスタＴｒ２ｂのＷ／Ｌ比を０．４、駆動用トランジスタＴｒ２ｃのＷ／Ｌ比を０．８、駆動用トランジスタＴｒ２ｄのＷ／Ｌ比を１．６とすることにより、駆動用トランジスタの電流駆動能力の比Ｐａ：Ｐｂ：Ｐｃ：Ｐｄを、１：２：４：８となるように設定することができる。この比は、デジタル信号の重み付けに対応する。
次に、本実施の形態において、ＥＬ表示装置を駆動する駆動条件について説明する。本実施の形態では、ＥＬ表示装置を駆動する際に、駆動用トランジスタが線形領域で動作するような動作条件、具体的には、例えばゲート電圧を５Ｖ以上として駆動用トランジスタを駆動する。このように、駆動用トランジスタを線形領域で動作させることにより、駆動用トランジスタのしきい値がばらついたとしても、ＥＬ素子に供給される電流量のばらつきを抑制することができる。以下に詳しく説明する。
図３ＡおよびＢは、アクティブマトリクス型のＥＬ表示装置を構成する駆動用トランジスタの動作領域を説明するための図である。図３Ａは、本発明のアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置を構成する駆動用トランジスタの場合、図３Ｂは、比較のため、従来のアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置を構成する駆動用トランジスタの場合を示す。
図３Ａには、単位画素内に単一のＥＬ素子と単一の駆動用トランジスタ（Ｐチャネル型トランジスタ）を設けた場合の、ＥＬ素子と駆動用トランジスタの動作点解析を行った結果が示される。図３Ａにおいて、曲線Ｌ５はＥＬ素子の電圧／電流特性を示し、曲線Ｌ１〜Ｌ４は駆動用トランジスタのドレイン電圧／ドレイン電流特性を示す。曲線Ｌ１はゲート電圧を５Ｖとした場合、曲線Ｌ２はゲート電圧を６Ｖとした場合、曲線Ｌ３はゲート電圧を７Ｖとした場合、曲線Ｌ４はゲート電圧を８Ｖとした場合のドレイン電圧／ドレイン電流特性である。
図３Ｂには、従来のＥＬ素子と駆動用トランジスタの動作点解析を行った結果が示される。図３Ｂにおいて、曲線Ｌ６〜Ｌ９は駆動用トランジスタのドレイン電圧／ドレイン電流特性を示す。曲線Ｌ６はゲート電圧を１Ｖとした場合、曲線Ｌ７はゲート電圧を２Ｖとした場合、曲線Ｌ８はゲート電圧を３Ｖとした場合、曲線Ｌ９はゲート電圧を４Ｖとした場合のドレイン電圧／ドレイン電流特性である。
図３Ｂに示すように、従来、アクティブマトリクス型ＥＬ表示装置を階調表示する場合は、駆動用トランジスタのゲートに階調に応じた電圧を印加して、飽和領域（図の右側）で動作させるような動作条件により駆動していた。このような駆動条件下で、駆動用トランジスタに低温ポリシリコンを用いた場合には、駆動用トランジスタのしきい値が±０．２Ｖ〜０．５Ｖの範囲でばらつきを持つため、駆動用トランジスタを流れるオン電流がこれに対応してばらつき、表示にムラが発生する。このように、アナログ的に階調を表示させる方法では、均一な表示を得るために、駆動用トランジスタの特性を厳密に制御する必要がある。
これに対して本発明によれば、図３Ａに示されるように、駆動用トランジスタのゲートに印加するゲート電圧を５Ｖ以上とし、線形領域（図の左側）で動作させるようにする。この場合、駆動用トランジスタのドレイン電圧／ドレイン電流特性とＥＬ素子の電圧／電流特性との交点の電流値は、ゲート電圧が変化してもほとんど影響を受けないことが理解される。従って、駆動用トランジスタのしきい値が±０．２Ｖ〜０．５Ｖの範囲でばらつき、そのばらつきのためにゲート電圧が変化するような、従来では使用に耐えられないと考えられてきた特性の悪いトランジスタを、駆動用トランジスタとして使用できる。これは特に駆動用トランジスタの形成にポリシリコンを用いる場合に有利な効果である。本実施の形態では、駆動用トランジスタＴｒ２ａ〜Ｔｒ２ｄのゲートに、信号線５を介して５Ｖの信号電圧を印加する。
図４は、信号側駆動回路周辺の具体的な構成を示すブロック図である。画像信号は、Ａ／Ｄ変換器３０によりデジタルデータに変換され、デコーダ３１により［００００］（０）〜［１１１１］（１５）の１６段階の階調データにデコードされて、ラッチ３２にラッチされ、１ビットずつ読み出されてシフトレジスタ３３に順次シフト入力される。水平方向の１走査分のデータが蓄積されると、表示バッファ３４にパラレルに転送されて保持され、各々のビットデータが、信号側駆動回路６および信号線５を介して駆動用トランジスタＴｒ２ａ〜Ｔｒ２ｄに各々、信号電圧として印加される。
図５は、デコーダ３１におけるデコード内容を表す。上述の駆動用トランジスタＴｒ２ａ〜Ｔｒ２ｄの電流駆動能力の比に従い、明暗の１６段階の階調に応じた２進データが与えられるようにデコードされる。
信号側駆動回路６では、「１」のデータに対しては、５Ｖの電圧が信号電圧として出力され、「０」のデータに対しては、０Ｖの電圧が信号電圧として出力される。
次に、本実施の形態におけるアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置の動作について、図１を参照して具体的に説明する。
１６段階の階調データのうち、いちばん低い［００００］のデータが与えられると、いずれの駆動用トランジスタも駆動されないので、ＥＬ素子１１に流れる電流はゼロであり、最も暗い状態となる。階調データが１段上の［１０００］である１の階調レベルになると、駆動用トランジスタＴｒ２ａのみがオンされ、また２段上の［０１００］である２の階調レベルになると、駆動用トランジスタＴｒ２ｂのみがオンされる。この場合、駆動用トランジスタＴｒ２ｂの電流駆動能力は駆動用トランジスタＴｒ２ａの電流駆動能力の２倍であるので、ＥＬ素子１１に流れる電流量は２倍となる。更に、３段上の［１１００］である３の階調レベルになると、駆動用トランジスタＴｒ２ａおよびＴｒ２ｂがオンされ、４段上の［００１０］である４の階調レベルになると、駆動用トランジスタＴｒ２ｃのみがオンされる。この場合、駆動用トランジスタＴｒ２ｃの電流駆動能力は駆動用トランジスタＴｒ２ａの電流駆動能力の４倍であるので、ＥＬ素子１１に流れる電流量は４倍となる。
このようにして、階調レベルを０、１、２、３．．．と変化させることにより、明暗の階調表示が可能となる。駆動用トランジスタＴｒ２ａ〜Ｔｒ２ｄの電流駆動能力は、デジタル信号の重み付けに対応した大きさに設定されているため、デジタル画像データに応じて、１６階調の表示が可能である。
以上のように本実施の形態によれば、デジタル画像信号を、各々スイッチング素子を介して複数の電流制御素子に印加する。そして、複数の電流制御素子のうち能動化される電流制御素子の組み合わせを選択することにより、複数の電流制御素子からの各出力電流の加算値を表示すべき階調に応じて制御し、階調に応じた電流量をＥＬ素子に供給する。このような構成により、ばらつきの小さい高精度な階調表示を行うことができる。また、面積階調法の場合のような、固定模様の発生による映像品位の低下を回避することができる。
（実施の形態２）
図６は、実施の形態２に係るアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置１ａの単位画素１０ａの回路構成を示す。図１に示したＥＬ表示装置１の要素と同様の要素には同一の参照番号を付して、説明を簡略化する。
本実施の形態２においては、スイッチングトランジスタＴｒ１ａ〜Ｔｒ１ｄ及び駆動用トランジスタＴｒ２ａ〜Ｔｒ２ｄが、いずれもＮチャネル型トランジスタである。図７に、ＥＬ素子１１ａおよび駆動用トランジスタＴｒ２ａの概略構造を示す。画素電極２４ａはＥＬ素子１１ａのカソード電極であり、対向電極２６ａはアノード電極である。カソード電極である画素電極２４ａは不透明電極とし、アノード電極である対向電極２６ａはＩＴＯ電極とする。その他の構成は、実施の形態１と同様である。この構成では、ＥＬ発光層２５からの光は、基板２０ａとは反対側から照射される。従って、この実施の形態２では、基板２０ａは必ずしも透明である必要はなく、シリコン等の不透明基板を使用してもよい。
また、ＥＬ素子１１ａのカソード電極を画素電極２４ａとし、アノード電極を対向電極２６ａとして構成する場合に、駆動用トランジスタＴｒ２ａをＰチャネル型トランジスタとしてもよいが、低電圧化の観点からはＮチャネル型トランジスタを用いる方が望ましい。そして、駆動用トランジスタ及びスイッチングトランジスタをいずれも、Ｎチャネル型トランジスタとすることにより、表示装置全体として低電圧化を図ることが可能となる。
なお、本実施の形態２に係るＥＬ表示装置の動作は、上記実施の形態１と同様である。また、本実施の形態において、駆動用トランジスタとスイッチングトランジスタとは極性の異なるトランジスタで構成するようにしてもよい。
（実施の形態３）
図８は、実施の形態３に係るアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置１ｂの単位画素１０ｂの回路構成を示す。図１に示したＥＬ表示装置１の要素と同様の要素には同一の参照番号を付して、説明を簡略化する。
本実施の形態では、駆動用トランジスタＴｒ２ａ〜Ｔｒ２ｄと後段の走査線３ｂ〜３ｅとの間に、補助容量１２をそれぞれ設ける。補助容量１２を設けることにより、駆動用トランジスタＴｒ２ａ〜Ｔｒ２ｄのゲート電圧の変動を低減することができる。例えばスイッチングトランジスタＴｒ１ａ〜Ｔｒ１ｄのＯＦＦ時のリーク電流が大きい場合には、駆動用トランジスタＴｒ２ａ〜Ｔｒ２ｄのゲート電圧が変動するおそれがあり、そのような場合には補助容量１２は特に有効である。なお、補助容量１２は、各々同一容量としても、あるいは駆動用トランジスタの電流駆動能力比に対応した容量比としても良い。
また、図９のＥＬ表示装置１ｃような構成とすることもできる。すなわち、補助容量１２が、電流供給線８と駆動用トランジスタＴｒ２ａ〜Ｔｒ２ｄのゲートとの間にそれぞれ形成されている。この構成によっても、スイッチング素子のリークによる電流制御素子の電位の変動を抑制する効果が得られる。
（実施の形態４）
図１０Ａは、本発明の実施の形態４に係るアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置１ｄの単位画素１０ｄの回路構成を示す。実施の形態４において、ＥＬ素子１１、スイッチングトランジスタＴｒ１ａ〜Ｔｒ１ｄ、及び駆動用トランジスタＴｒ２ａ〜Ｔｒ２ｄの構成は、基本的には図１に示したＥＬ表示装置１と同様である。従って、同様の要素には同一の参照番号を付して、説明を簡略化する。また、走査側駆動回路３０、走査線３１ａ〜３１ｄ、信号側駆動回路３２、および信号線３３との接続関係も、図１に示したＥＬ表示装置１の場合と同様である。さらに、図８に示した実施の形態３と同様に、補助容量１２が配置されている。
上記の実施の形態と相違する点は、駆動用トランジスタＴｒ２ａ〜Ｔｒ２ｄのソース電極またはドレイン電極のうち、ＥＬ素子１１の画素電極に接続されていない側が、走査線３１ａ〜３１ｄにそれぞれ接続されており、専用の電流供給線が設けられていないことである。すなわち、走査線３１ａ〜３１ｄが電流供給線を兼ねており、走査線３１ａ〜３１ｄを通ってＥＬ素子１１に駆動電流が供給される。
この回路において走査信号および駆動電流が走査線３１ａ〜３１ｄを通じて供給される動作について、図１０Ｂを参照して説明する。まず、走査線３１ａに走査信号Ｓ１が供給されて電圧がローレベルになると、スイッチングトランジスタＴｒ１ａがオンとなる。それにより、信号線３３を通して供給される画像信号が、駆動用トランジスタＴｒ２ａのゲートに供給され電荷が蓄積される。走査信号Ｓ１が終了して走査線３１ａの電圧がハイレベルになると、スイッチングトランジスタＴｒ１ａがオフとなり、駆動用トランジスタＴｒ２ａのゲートは、画像信号に応じた電圧に維持される。走査線３１ａの電圧がハイレベルになっているので、駆動用トランジスタＴｒ２ａは、画像信号に応じた電流をＥＬ素子１１に供給する。
同様の動作が、走査線３１ｂ〜３１ｄに走査信号Ｓ２〜Ｓ４が供給されるごとに繰り返される。
このように走査線３１ａ〜３１ｄを通してＥＬ素子１１に駆動電流を供給することにより、専用の電流供給線を省略することができる。走査線３１ａ〜３１ｄと駆動用トランジスタＴｒ２ａ〜Ｔｒ２ｄ間は、電流供給線のようなバス配線ではないため、線幅は小さくてよく、単位画素１０ｄの面積に対して占める割合は小さい。従って、開口率が向上する。また、電流供給線が不要となるため、信号線や走査線と電流供給線との間のショートの発生を防止できる。
なお、補助容量１２は、本実施の形態において必須の構成要素ではない。すなわち、駆動用トランジスタＴｒ２ａ〜Ｔｒ２ｄのゲート容量により、一定電圧を保持することが可能だからである。ただし、スイッチングトランジスタＴｒ１ａ〜Ｔｒ１ｄのＯＦＦ時のリーク電流が大きい場合には、駆動用トランジスタＴｒ２ａ〜Ｔｒ２ｄのゲート電圧の変動を抑制するため、補助容量１２を設けることが好ましい。
また、図１１Ａに示すＥＬ表示装置１ｅような構成とすることもできる。この構成においては、図１０Ａの装置と同様に、単位画素１０ｅにおける駆動用トランジスタＴｒ２ａ〜Ｔｒ２ｄに対して、専用の電流供給線を用いずに電流を供給する。図１０Ａの装置との相違は、スイッチングトランジスタＴｒ１ａ〜Ｔｒ１ｄに走査信号を供給するために走査線３１ａ〜３１ｄが用いられるのに対して、電流供給線としては前段の走査線３１ｐ、３１ａ〜３１ｃが用いられる点である。ここで走査線３１ｐは、前段の単位画素（図示せず）における走査線である。補助容量１２も、前段の走査線３１ｐ、３１ａ〜３１ｃと駆動用トランジスタＴｒ２ａ〜Ｔｒ２ｄのゲートとの間に接続されている。
この回路において走査信号および駆動電流が走査線３１ｐ、３１ａ〜３１ｄを通じて供給される動作について、図１１Ｂを参照して説明する。まず、走査線３１ｐに走査信号Ｓ０が供給された後、走査線３１ｐはハイレベルの電圧に維持される。次に、走査線３１ａに走査信号Ｓ１が供給されて電圧がローレベルになると、スイッチングトランジスタＴｒ１ａがオンとなる。それにより、信号線３３を通じて供給される画像信号が、駆動用トランジスタＴｒ２ａのゲートに供給され電荷が蓄積される。走査信号Ｓ１が終了して走査線３１ａの電圧がハイレベルになると、スイッチングトランジスタＴｒ１ａがオフとなり、駆動用トランジスタＴｒ２ａのゲートは、画像信号に応じた電圧に維持される。このとき走査線３１ｐの電圧がハイレベルになっているので、駆動用トランジスタＴｒ２ａは、画像信号に応じた電流をＥＬ素子１１に供給する。同様の動作が、走査線３１ｂ〜３１ｄについても繰り返される。
以上の実施の形態では、画像信号を４ビットのデジタル信号とし、駆動用トランジスタを４個用いる場合について説明したが、駆動用トランジスタの数は、画像信号のビット数に応じて決まり、基本的にはビット数に等しくする。
また、実施の形態１〜４の構成において、ＰＷＭ駆動方式を併用して表示を行うことができる。例えば、画像信号を６ビットとして６４階調を表示しようとする場合、上記実施の形態においては６個の駆動用トランジスタを用いる必要があり、単位画素内のトランジスタの数が増加し、レイアウトが困難となる。そこで、６ビットのうち４ビット（１６階調）を、実施の形態１〜４のような電流量を制御する電流階調方式で表示を行い、残りの２ビット（４階調）をＰＷＭ駆動方式で表示を行う構成とする。このように、電流階調方式とＰＷＭ駆動方式とを組み合わせることにより、レイアウトが容易で、しかも６４階調以上の多階調表示を行うことが可能になる。
また、実施の形態１〜４の構成と、空間変調階調方式（誤差拡散法、例えば特開平８−２８６６３４号公報参照）を併用して表示するようにしても良い。このような駆動方法により、フリッカの発生を解消することが可能となり、画質の向上を図ることが可能となる。
産業上の利用の可能性
本発明によれば、単一のＥＬ素子に供給する電流を複数の電流制御素子により制御して階調表示するので、固定模様が発生することなく、精度の良い階調表示を行うことが可能である。また、電流制御素子を構成する駆動用トランジスタのしきい値のばらつきに対応することが容易である。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の実施の形態１に係るアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置の構成を示す回路図、
図２は、同ＥＬ表示装置を構成するＥＬ素子および駆動用トランジスタの構造を示す断面図、
図３Ａは、同ＥＬ表示装置を構成する駆動用トランジスタの動作領域を説明するためのグラフ、
図３Ｂは、従来のアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置を構成する駆動用トランジスタの動作領域を説明するためのグラフ、
図４は、本発明の実施の形態におけるアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置の信号側駆動回路部分の構成を示すブロック図、
図５は、同ブロック図におけるデコーダによるデコード内容を示す図、
図６は、本発明の実施の形態２に係るアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置の構成を示す回路図、
図７は、同ＥＬ表示装置を構成するＥＬ素子および駆動用トランジスタの構造を示す断面図、
図８は、本発明の実施の形態３に係るアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置の構成を示す回路図、
図９は、同実施形態に係るアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置の他の構成例を示す回路図、
図１０Ａは、本発明の実施の形態４に係るアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置の構成を示す回路図、
図１０Ｂは、図１０ＡのＥＬ表示装置の動作を示す図、
図１１Ａは、同実施形態に係るアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置の他の構成例を示す回路図、
図１１Ｂは、図１１ＡのＥＬ表示装置の動作を示す図、
図１２は、従来例のアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置の構成を示す回路図である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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