アクティブマトリクス型表示装置
【課題】画素回路のＩＶ特性を設定することで階調の再現精度を高めることのできるアクティブマトリックス型表示装置を提供する。
【解決手段】マトリクス状に配設された複数の画素部ＰＸと、画素部の列毎に接続された複数の映像信号線Ｘと、それぞれ画素部の行毎に接続された複数の制御信号線ＳＧ、ＢＧとを備え、各画素部は、低電位電源線と高電位電源線との間に接続される表示素子ＥＬと、高電位電源線と表示素子との間に接続され表示素子に供給される発光電流Ｉｅｌを制御する駆動トランジスタＤＲＴと、ＤＲＴのドレインと表示素子との間に接続される出力スイッチＢＣＴと、ＤＲＴのゲート、ソース間に接続される保持容量Ｃｓとを有し、前記発光電流が最高階調に対応する電流の場合には、前記ＢＣＴが線形領域、前記ＤＲＴが飽和領域で動作し、前記発光電流が最低階調に対応する電流の場合には、前記ＢＣＴが飽和領域、前記ＤＲＴが線形領域で動作するアクティブマトリクス型表示装置である。
【解決手段】マトリクス状に配設された複数の画素部ＰＸと、画素部の列毎に接続された複数の映像信号線Ｘと、それぞれ画素部の行毎に接続された複数の制御信号線ＳＧ、ＢＧとを備え、各画素部は、低電位電源線と高電位電源線との間に接続される表示素子ＥＬと、高電位電源線と表示素子との間に接続され表示素子に供給される発光電流Ｉｅｌを制御する駆動トランジスタＤＲＴと、ＤＲＴのドレインと表示素子との間に接続される出力スイッチＢＣＴと、ＤＲＴのゲート、ソース間に接続される保持容量Ｃｓとを有し、前記発光電流が最高階調に対応する電流の場合には、前記ＢＣＴが線形領域、前記ＤＲＴが飽和領域で動作し、前記発光電流が最低階調に対応する電流の場合には、前記ＢＣＴが飽和領域、前記ＤＲＴが線形領域で動作するアクティブマトリクス型表示装置である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば有機エレクトロルミネッセンス（以下、ＥＬと称する）素子のような表示素子を含む表示画素をマトリクス状に配列して表示画面を構成したアクティブマトリクス表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パーソナルコンピュータ、情報携帯端末あるいはテレビジョン等の表示装置として、平面型のアクティブマトリクス型表示装置が広く利用されている。近年、このような平面型のアクティブマトリクス型表示装置として、有機ＥＬ素子のような自己発光素子を用いた有機ＥＬ表示装置が注目され、盛んに研究開発が行われている。この有機ＥＬ表示装置は、薄型軽量化の妨げとなるバックライトを必要とせず、高速な応答性から動画再生に適し、さらに低温で輝度低下しないために寒冷地でも使用できるという特徴を備えている。
【０００３】
一般に、有機ＥＬ表示装置は、複数行、複数列に並んで設けられ表示画面を構成した複数の表示画素、表示画素の各行に沿って延びた複数の走査線、表示画素の各列に沿って延びた複数の信号線、各走査線を駆動する走査線駆動回路、各信号線を駆動する信号線駆動回路等を備えている。各表示画素は自己発光素子である有機ＥＬ素子、およびこの有機ＥＬ素子に駆動電流を供給する画素回路により構成されている。
【０００４】
例えば、特許文献１に開示されているように、各画素回路は、有機ＥＬ素子に流れる電流のオン、オフ制御を行う出力スイッチ、有機ＥＬ素子に流す電流量を映像信号に基づいて制御する駆動トランジスタ、駆動トランジスタのゲート制御電圧を保持する保持容量、映像信号電流を画素回路に取り込む画素スイッチ、および、映像信号書き込み時に駆動トランジスタのゲートとドレインとを短絡させるスイッチを備えている。これらのスイッチおよび駆動トランジスタは、薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと称する）により構成されている。
【０００５】
映像信号電流の書き込み時、画素回路制御用の制御信号線電位をオンレベルに設定し、画素スイッチおよびスイッチをオンさせるとともに、ＥＬ発光制御用の制御信号線電位をオフレベルに設定し出力スイッチをオフさせる。これにより、映像信号電流が駆動トランジスタを流れる状態となり、駆動トランジスタのゲート電位は映像信号電流の電流量に応じた電位に設定される。その後、画素スイッチおよびスイッチをオフ状態とし、画素回路を映像信号配線と切り離す。この映像信号はゲート制御電圧として保持容量に書き込まれ所定期間保持される。続いて、出力スイッチをオン状態にすることで映像信号に応じた電流が駆動トランジスタおよび出力スイッチを経由して有機ＥＬ素子に供給され、有機ＥＬ素子を所望の輝度レベルで発光させる。
【特許文献１】特開２００３−２８０５７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような画素回路においては、階調の再現精度が高いこと、即ち有機ＥＬ素子に流れる発光電流が、書き込みに使用された映像信号電流に精度良く対応していることが望ましい。
ところで有機ＥＬ素子に流れる電流が、駆動トランジスタ、出力スイッチ及び有機ＥＬ素子のそれぞれのＩＶ（電流−電圧）特性のバランスによって決定されることを考えた場合、これらのＩＶ特性を適切に設定することにより階調再現精度を高めることができるものと考えられる。
【０００７】
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、画素回路のＩＶ特性を設定することで階調の再現精度を高めることのできるアクティブマトリックス型表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、この発明の態様に係るアクティブマトリクス型表示装置は、基板上にマトリクス状に配設された複数の画素部と、前記画素部の列毎に接続された複数の映像信号線と、それぞれ前記画素部の行毎に接続された複数の第１制御信号線および第２制御信号線とを備え、各画素部は、低電位の第１電圧電源線と高電位の第２電圧電源線との間に接続され、供給電流に応じて発光する表示素子と、前記第２電圧電源線と前記表示素子との間に接続されゲート制御電圧に応じて前記表示素子に供給される発光電流を制御する駆動トランジスタと、前記駆動トランジスタのドレインと前記表示素子との間に接続されているとともに、前記第１制御信号線からの制御信号によりオン、オフ制御される出力スイッチトランジスタと、前記駆動トランジスタのゲート、ソース間に接続される保持容量とを有し、前記発光電流が最高階調に対応する電流の場合には、前記出力スイッチトランジスタが線形領域、前記駆動トランジスタが飽和領域で動作し、前記発光電流が最低階調に対応する電流の場合には、前記出力スイッチトランジスタが飽和領域、前記駆動トランジスタが線形領域で動作するアクティブマトリクス型表示装置である。
【発明の効果】
【０００９】
この発明のアクティブマトリクス型表示装置によれば、画素回路のＩＶ特性を設定することで階調の再現精度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係るアクティブマトリクス型の有機ＥＬ表示装置について詳細に説明する。
図１に示すように、有機ＥＬ表示装置は、有機ＥＬパネル１０および有機ＥＬパネル１０を制御するコントローラ１２を備えている。
【００１１】
有機ＥＬパネル１０は、ガラス板等の光透過性絶縁基板８上にマトリクス状に配列され表示領域１１を構成したｍ×ｎ個の表示画素ＰＸ、表示画素の行毎に接続されている。それとともにそれぞれ独立してｎ本ずつ設けられた書込制御線ＳＧ（１〜ｎ）および発光制御線ＢＧ（１〜ｎ）と、表示画素の列毎にそれぞれ接続されたｍ本の信号線Ｘ（１〜ｍ）を有し、さらに書込制御線ＳＧ（１〜ｎ）および発光制御線ＢＧ（１〜ｎ）を表示画素の行毎に順次駆動する走査線駆動回路１４、および複数の信号線Ｘ（１〜ｍ）を駆動する信号線駆動回路１５を備えている。
【００１２】
図１に示すコントローラ１２は有機ＥＬパネル１０の外部に配置されたプリント回路基板上に形成され、走査線駆動回路１４および信号線駆動回路１５を制御する。コントローラ１２は外部から供給されるデジタル映像信号および同期信号を受け取り、垂直走査タイミングを制御する垂直走査制御信号、および水平走査タイミングを制御する水平走査制御信号を同期信号に基づいて発生し、これら垂直走査制御信号および水平走査制御信号をそれぞれ走査線駆動回路１４および信号線駆動回路１５に供給すると共に、水平および垂直走査タイミングに同期してデジタル映像信号を信号線駆動回路１５に供給する。
【００１３】
信号線駆動回路１５は水平走査制御信号の制御により各水平走査期間において順次得られる映像信号Ｄａｔａ１〜Ｄａｔａｍをアナログ形式に変換し電流信号として複数の信号線Ｘ（１〜ｍ）に並列的に供給する。走査線駆動回路１４は、シフトレジスタ、出力バッファ等を含み、外部から供給される水平走査スタートパルスを順次次段に転送し、出力バッファを介して各行の表示画素ＰＸに２種類の制御信号、すなわち、制御信号Ｓａ、制御信号Ｓｂを供給する。これにより、各書込制御線ＳＧ（１〜ｎ）、発光制御線ＢＧ（１〜ｎ）には、それぞれ制御信号Ｓａ、制御信号Ｓｂが供給され、ＳＳＴ、ＴＣＴおよびＢＣＴが駆動される。
【００１４】
一方、各表示画素ＰＸは、表示素子として、自己発光素子である有機ＥＬ素子１６、およびこの有機ＥＬ素子に駆動電流を供給する画素回路１８を有している。
図２に表示画素ＰＸの等価回路を示す。画素回路１８は電流信号からなる映像信号に応じて有機ＥＬ素子１６の発光を制御する電流信号方式の画素回路であり、薄膜トランジスタＳＳＴ（以下、ＳＳＴと称す）、薄膜トランジスタＤＲＴ（以下、ＤＲＴと称す）、薄膜トランジスタＴＣＴ（以下、ＴＣＴと称す）、薄膜トランジスタＢＣＴ（以下、ＢＣＴと称す）、および保持容量Ｃｓを備えている。
ＳＳＴ、ＤＲＴ、ＴＣＴ、ＢＣＴは、同一導電型、例えばＰチャネル型の薄膜トランジスタにより構成されている。
【００１５】
ＤＲＴ、ＢＣＴ、および有機ＥＬ素子１６は、高電位電源線Ｖｄｄと低電位電源線Ｖｓｓとの間で直列に接続されている。ＤＲＴのソースは高電位電源線Ｖｄｄに接続されている。有機ＥＬ素子１６は、一方の電極、ここでは陰極が低電位電源線Ｖｓｓに接続されている。ＢＣＴは、ソースがＤＲＴのドレインに、ドレインが有機ＥＬ素子１６の陽極にそれぞれ接続され、更に、ゲートが発光制御線ＢＧに接続されている。高電位電源線Ｖｄｄと低電位電源線Ｖｓｓは、例えば＋５Ｖおよび−５．５Ｖの電位にそれぞれ設定される。
【００１６】
ＤＲＴは、映像信号に応じた信号電流を有機ＥＬ素子１６に出力する。ＢＣＴは、発光制御線ＢＧからの制御信号によりオン（導通状態）、オフ（非導通状態）制御され、ＤＲＴと有機ＥＬ素子１６との接続、非接続を制御する。
【００１７】
保持容量Ｃｓは、ＤＲＴのソース、ゲート間に接続され、映像信号により決定されるＤＲＴのゲート制御電位を保持する。保持容量Ｃｓは互いに平行に対向した一対の平板状の電極を有し、ここでは、ＤＲＴのゲート電極膜と、ポリシリコン層とにより平行平板容量として形成されている。
【００１８】
ＳＳＴは、対応する信号線ＸとＤＲＴのドレインとの間に接続され、そのゲートは書込制御線ＳＧに接続されている。ＳＳＴは、書込制御線ＳＧから供給される制御信号に応答してオン（導通状態）、オフ（非導通状態）制御され、対応信号線Ｘから映像信号を取り込む。
【００１９】
ＴＣＴは、ＤＲＴのドレイン、ゲート間に接続され、そのゲートが書込制御線ＳＧに接続されている。ＴＣＴは、書込制御線ＳＧからの制御信号に応じてオン（導通状態）、オフ（非導通状態）制御され、ＤＲＴのゲート、ドレイン間の接続、非接続を制御する。
【００２０】
本実施形態において、画素回路１８を構成する薄膜トランジスタは全て同一工程、同一層構造で形成され、半導体層にポリシリコンを用いたトップゲート構造の薄膜トランジスタである。全て同一の導電型の薄膜トランジスタで構成することにより、製造工数の増大を抑制することができる。
【００２１】
次に、図２を参照しつつ、画素回路の動作について説明する。
映像信号電流の書込時においては、走査線駆動回路１４は、発光制御線ＢＧにオフ電位を設定してＢＣＴを非導通状態とし、書込制御線ＳＧにオン電位を設定してＳＳＴとＴＣＴを導通状態とする。そして信号線駆動回路１５が、映像信号線Ｘより映像信号電流を流し、ＤＲＴのゲートソース間電圧を保持可能な保持容量Ｃｓに書き込む。これによって、ＤＲＴのゲート電位はこの電流量に応じた電位に設定される。
映像表示時においては、走査線駆動回路１４は、書込制御線ＳＧにオフ電位を設定してＳＳＴとＴＣＴを非導通状態とすることによって、画素回路１８と映像信号線Ｘとを切り離すが、書き込まれた映像電流に対応したＤＲＴのゲート電位は、保持容量Ｃｓによって保持されている。
次に走査線駆動回路１４は、発光制御線ＢＧにオン電位を設定してＢＣＴを導通状態とする。そうすると、ＤＲＴのゲートソース間電圧に対応した発光電流が有機ＥＬ素子１６に流れ、有機ＥＬ素子１６は、発光電流に対応した輝度で発光する。
【００２２】
図３は、ＤＲＴおよび有機ＥＬ素子１６の構造を示す断面図である。図３を参照して、ＤＲＴの構成を詳細に説明する。
【００２３】
ＤＲＴを構成したＰチャネル型の薄膜トランジスタは、絶縁基板８上に形成されたポリシリコンからなる半導体層５０を備え、この半導体層はソース領域５０ａ、ドレイン領域５０ｂ、およびソース、ドレイン領域間に位置したチャネル領域５０ｃを有している。半導体層５０に重ねてゲート絶縁膜５２が形成され、このゲート絶縁膜上にゲート電極Ｇが設けられチャネル領域５０ｃと対向している。ゲート電極Ｇに重ねて層間絶縁膜５４が形成され、この層間絶縁膜上にソース電極（ソース）Ｓおよびドレイン電極（ドレイン）Ｄが設けられている。
ソース電極Ｓおよびドレイン電極Ｄは、それぞれ層間絶縁膜５４およびゲート絶縁膜５２に貫通形成されたコンタクトを介して半導体層５０のソース領域５０ａおよびドレイン領域５０ｂにそれぞれ接続されている。ＤＲＴのドレイン電極Ｄは、層間絶縁膜５４上に形成された配線を介してＢＣＴに接続されている。なお、画素スイッチ２０、スイッチ２４、ＢＣＴを構成する各薄膜トランジスタも上記と同一の構造に形成されている。
【００２４】
層間絶縁膜５４上には映像信号配線Ｘを含む複数の配線が設けられている。また、層間絶縁膜５４上にはソース電極Ｓ、ドレイン電極Ｄ、配線を覆って保護膜５６が形成されている。保護膜５６上には、親水膜５８、隔壁膜６０が順に積層されている。
【００２５】
有機ＥＬ素子１６は、ルミネセンス性有機化合物を含む有機発光層６４を陽極６２および陰極６６間に挟持した構造を有している。陽極６２は、ＩＴＯ（インジウム・ティン・オキサイド）等の透明電極材料から形成され、保護膜５６上に設けられている。親水膜５８および隔壁膜６０の内、陽極６２と対応した部分はエッチングにより除去されている。そして、陽極６２上に陽極バッファ層６３および有機発光層６４が形成され、更に、有機発光層６４および隔壁膜６０に重ねてバリウム・アルミ合金から成る陰極６６が積層されている。
【００２６】
このような構造の有機ＥＬ素子１６では、陽極６２から注入されたホールと、陰極６６から注入された電子とが有機発光層６４の内部で再結合したときに、有機発光層を構成する有機分子を励起して励起子を発生させる。この励起子が放射失活する過程で発光し、この光が有機発光層６４から透明な陽極６２および絶縁基板８を介して外部へ放出される。
【００２７】
ここで、陽極６２をＢＣＴおよびＰチャネル型のＤＲＴを介して高電位電源線Ｖｄｄに接続し、陰極６６を低電位電源線Ｖｓｓに接続する場合について説明したが、陰極６６をＢＣＴのドレインを介してＤＲＴのドレインに、陽極６２を低電位電源線Ｖｓｓに接続してもよい。いずれの場合も光出射面側を透明導電材料で形成する必要があり、例えば陰極６６を光出射面側に配置する場合には、アルカリ土類金属、希土類金属を光透過性を有する程度に薄く形成することで達成できる。
【００２８】
続いて、ＤＲＴ、ＢＣＴ及び有機ＥＬ素子のＩＶ（電流−電圧）特性について説明する。
図４は、ＤＲＴ、ＢＣＴ及び有機ＥＬ素子のＩＶ特性をまとめて示す概念図である。
図４の縦軸はＤＲＴ、ＢＣＴ、有機ＥＬ素子１６に流れる電流を表し、横軸はＤＲＴのソース−ドレイン間の印加電圧Ｖｄｓ、ＢＣＴのソース−ドレイン間の印加電圧Ｖ’ｄｓ、有機ＥＬ素子１６の陰極と陽極間の印加電圧を表している。そして、実線はＤＲＴのＩＶ特性曲線７０、粗い点線はＢＣＴのＩＶ特性曲線７１、細い点線は有機ＥＬ素子１６のＩＶ特性曲線７２を表している。
【００２９】
なお、３つの特性を一つの図面で表現するため、横軸の原点位置は低電位電源線Ｖｓｓの電位を表し、グラフの右端の位置は高電位電源線Ｖｄｄの電位を表している。従って、有機ＥＬ素子１６のＩＶ特性曲線７２では、印加電圧が増加（右方向に移動）するにつれて発光電流が増加することを表している。一方、ＤＲＴのＩＶ特性曲線７０、ＢＣＴのＩＶ特性曲線７１では、印加電圧が増加（左方向に移動）するにつれて、ドレイン電流が増加することを表している。
【００３０】
映像信号電流の書込時においては、上述のように信号線駆動回路１５が、映像信号線Ｘより映像信号電流を流し、ＤＲＴのゲート−ソース間電圧を保持可能な保持容量Ｃｓに書き込む。これによって、ＤＲＴのゲート電位はこの映像信号電流量に応じた電位に設定される。このとき、ＤＲＴのＩＶ特性はＤＲＴのゲート電位によって定められ、図４の特性曲線７０がＤＲＴのゲート電位によって定められたＩＶ特性を表している。また、このときのソース−ドレイン間の印加電圧Ｖｄｓに対応する位置を書き込み動作点として示している。
【００３１】
映像表示時においては、上述のように走査線駆動回路１４は、発光制御線ＢＧにオン電位を設定してＢＣＴを導通状態とする。そうすると、高電位電源線Ｖｄｄと低電位電源線Ｖｓｓとの間で、ＤＲＴ、ＢＣＴ、有機ＥＬ素子１６が接続された回路が構成され、ＤＲＴのソース−ドレイン間電圧Ｖｄｓが変化する。その結果、ＤＲＴの新たなドレイン電位は、特性曲線７０のＤＲＴの動作点として示した位置になる。従って、このＤＲＴの動作点に対応する電流がＤＲＴのソース−ドレイン電流Ｉｄｓとなる。
一方、ＢＣＴのソース−ドレイン間には、電圧Ｖ’ｄｓが発生する。但し、ＢＣＴのソース−ドレイン間に流れる電流Ｉ’ｄｓはＤＲＴのソース−ドレイン電流Ｉｄｓと等しい。従って、ＢＣＴの動作点は、ＤＲＴの動作点をＸ軸に平行な直線上で、ＢＣＴのソース−ドレイン電圧Ｖ’ｄｓだけ離れた位置に存在する。このＢＣＴの動作点は、またＢＣＴのＩＶ特性曲線７１上の点である。
更に、ＢＣＴのドレイン電位は有機ＥＬ素子１６の陽極の電位と等しく、有機ＥＬ素子１６に流れる発光電流ＩｅｌはＤＲＴのソース−ドレイン電流Ｉｄｓと等しい。従って、有機ＥＬ素子１６の動作点はＢＣＴの動作点と一致する。そして、有機ＥＬ素子１６の動作点は、また有機ＥＬ素子１６のＩＶ特性曲線７２上の点である。
【００３２】
次に、従来の画素回路での階調表示不良について説明する。
図５は、画素回路において白表示を行う際の各部の電位を示す図である。
ＤＲＴのゲート電位が１．５Ｖであるとき、ＢＣＴのオン電位を−９Ｖで動作させた。このときのＢＣＴのソース電位は１．４Ｖであり、ドレイン電位は１．１Ｖであった。なお、ＢＣＴの閾値電圧Ｖｔｈは−１．９Ｖである。
このとき、式（１）に示す関係が成立することより、ＢＣＴは線形領域で動作している。
【００３３】
Ｖｄｓ＝−０．３Ｖ ＞ Ｖｇｓ−Ｖｔｈ＝−８．５Ｖ ・・・式（１）
図６は、画素回路において黒表示を行う際の各部の電位を示す図である。
ＤＲＴのゲート電位が２．９Ｖであるとき、ＢＣＴのオン電位を−９Ｖで動作させた。このときのＢＣＴのソース電位は−２．４Ｖであり、ドレイン電位は−２．５Ｖであった。なお、ＢＣＴの閾値電圧Ｖｔｈは−１．９Ｖである。
このとき、式（２）に示す関係が成立することより、ＢＣＴは線形領域で動作している。
【００３４】
Ｖｄｓ＝−０．１Ｖ ＞ Ｖｇｓ−Ｖｔｈ＝−４．７Ｖ ・・・式（２）
図７は、図５、図６で説明した画素回路におけるＤＲＴ、ＢＣＴ及び有機ＥＬ素子のＩＶ特性をまとめて示す概念図である。
図７のＩＶ特性曲線３５、ＩＶ特性曲線３６は、それぞれ白表示におけるＤＲＴ、ＢＣＴの特性曲線を示している。また、ＩＶ特性曲線３８、ＩＶ特性曲線３９は、それぞれ黒表示におけるＤＲＴ、ＢＣＴの特性曲線を示している。ＩＶ特性曲線３７は、有機ＥＬ素子１６の特性曲線を示している。
【００３５】
白表示時では、白の書き込み動作点と発光動作点は共にＤＲＴのＩＶ特性の飽和領域に存在し、両動作点において流れる電流はほぼ同一であることがわかる。このことは、書込み時に予定した発光電流を表示時において有機ＥＬ素子１６に流すことができることを示している。
一方、黒表示時では、黒の書き込み動作点と発光動作点において流れる電流は異なっている。これは、ＤＲＴのＩＶ特性には、電流が急激に増加するキンク領域が存在し、黒の発光動作点が、このキンク領域に属していることが原因である。このことは、書込み時に予定した電流よりも大きな電流が表示時において有機ＥＬ素子１６に流れ、従って、黒輝度が浮いて表示されることを示している。
【００３６】
本願発明者は、この階調表示精度不良について検討を重ねた。
上述のように、ＤＲＴ、ＢＣＴ及び有機ＥＬ素子１６のＩＶ特性のバランスによって発光電流が決定される。ところで、ＤＲＴと有機ＥＬ素子１６については、直接的に導通状態を操作することは困難である。しかし、ＢＣＴについては、ゲート電位を設定することで、導通状態を操作することは可能であると考えられる。即ち、ＢＣＴのゲート電位を操作することで発光電流を調整できると考えられる。
本願発明者は、この技術思想に基づいてＢＣＴのゲート電位とＩＶ特性との関係について調査を重ね、階調再現精度を高くすることのできる条件を明らかにした。
【００３７】
図８は、ＢＣＴのゲート電位を変更した画素回路において白表示を行う際の各部の電位を示す図である。
ＤＲＴのゲート電位が１．５Ｖであるとき、ＢＣＴのオン電位を０Ｖで動作させた。このときのＢＣＴのソース電位は３．９Ｖであり、ドレイン電位は１．１Ｖであった。なお、ＢＣＴの閾値電圧Ｖｔｈは−１．９Ｖである。
このとき、式（３）に示す関係が成立することより、ＢＣＴは飽和領域で動作している。
【００３８】
Ｖｄｓ＝−２．８Ｖ ＜ Ｖｇｓ−Ｖｔｈ＝−２．０Ｖ ・・・式（３）
図９は、ＢＣＴのゲート電位を変更した画素回路において黒表示を行う際の各部の電位を示す図である。
ＤＲＴのゲート電位が２．９Ｖであるとき、ＢＣＴのオン電位を０Ｖで動作させた。このときのＢＣＴのソース電位は１．９Ｖであり、ドレイン電位は−２．５Ｖであった。なお、ＢＣＴの閾値電圧Ｖｔｈは−１．９Ｖである。
このとき、式（４）に示す関係が成立することより、ＢＣＴは飽和領域で動作している。
【００３９】
Ｖｄｓ＝−４．４Ｖ ＜ Ｖｇｓ−Ｖｔｈ＝０Ｖ ・・・式（４）
図１０は、図８、図９で説明した画素回路におけるＤＲＴ、ＢＣＴ及び有機ＥＬ素子のＩＶ特性をまとめて示す概念図である。
図１０のＩＶ特性曲線４１、ＩＶ特性曲線４２は、それぞれ白表示におけるＤＲＴ、ＢＣＴの特性曲線を示している。また、ＩＶ特性曲線４５、ＩＶ特性曲線４６は、それぞれ黒表示におけるＤＲＴ、ＢＣＴの特性曲線を示している。ＩＶ特性曲線４３は、有機ＥＬ素子１６の特性曲線を示している。
【００４０】
白表示時では、白の書き込み動作点はＤＲＴのＩＶ特性の飽和領域に存在しているが、発光動作点は飽和領域から外れている。この結果、両動作点において流れる電流には相違が生じている。このことは、書込み時に予定した発光電流よりも小さな電流が表示時において有機ＥＬ素子１６に流れ、従って、白輝度が低下して表示されることを示している。この原因は、ＢＣＴが飽和領域で動作しているため流せる電流に制限が設けられたことによる。
【００４１】
一方、黒表示時では、黒の書き込み動作点と発光動作点において流れる電流の差は小さい。このことは、書込み時に予定した電流とほぼ同一の電流が表示時において有機ＥＬ素子１６に流れ、従って、書込み時に予定した発光電流を表示時において有機ＥＬ素子１６に流すことができることを示している。この理由は、ＢＣＴが飽和領域で動作しているため、黒の発光動作点がキンク領域に位置しないためである。
【００４２】
即ち、ＢＣＴを飽和領域で動作させるように、ＢＣＴのゲート電位を設定することにより、黒表示での階調再現精度を高めることができる。ただし、この例では、逆に白表示での階調再現精度が低下している。
【００４３】
図１１は、ＢＣＴのゲート電位を変更した画素回路において白表示を行う際の各部の電位を示す図である。
ＤＲＴのゲート電位が１．５Ｖであるとき、ＢＣＴのオン電位を−４Ｖで動作させた。このときのＢＣＴのソース電位は１．７Ｖであり、ドレイン電位は１．１Ｖであった。なお、ＢＣＴの閾値電圧Ｖｔｈは−１．９Ｖである。
このとき、式（５）に示す関係が成立することより、ＢＣＴは線形領域で動作している。
【００４４】
Ｖｄｓ＝−０．６Ｖ ＞ Ｖｇｓ−Ｖｔｈ＝−３．８Ｖ ・・・式（５）
図１２は、ＢＣＴのゲート電位を変更した画素回路において黒表示を行う際の各部の電位を示す図である。
ＤＲＴのゲート電位が２．９Ｖであるとき、ＢＣＴのオン電位を−４Ｖで動作させた。このときのＢＣＴのソース電位は−２．１Ｖであり、ドレイン電位は−２．５Ｖであった。なお、ＢＣＴの閾値電圧Ｖｔｈは−１．９Ｖである。
このとき、式（６）に示す関係が成立することより、ＢＣＴは飽和領域で動作している。
【００４５】
Ｖｄｓ＝−０．４Ｖ ＜ Ｖｇｓ−Ｖｔｈ＝０Ｖ ・・・式（６）
図１３は、図１１、図１２で説明した画素回路におけるＤＲＴ、ＢＣＴ及び有機ＥＬ素子のＩＶ特性をまとめて示す概念図である。
図１３のＩＶ特性曲線３０、ＩＶ特性曲線３１は、それぞれ白表示におけるＤＲＴ、ＢＣＴの特性曲線を示している。また、ＩＶ特性曲線３３、ＩＶ特性曲線３４は、それぞれ黒表示におけるＤＲＴ、ＢＣＴの特性曲線を示している。ＩＶ特性曲線３２は、有機ＥＬ素子１６の特性曲線を示している。
【００４６】
白表示時では、白の書き込み動作点と発光動作点は共にＤＲＴのＩＶ特性の飽和領域に存在し、両動作点において流れる電流はほぼ同一であることがわかる。このことは、書込み時に予定した発光電流を表示時において有機ＥＬ素子１６に流すことができることを示している。
一方、黒表示時でも、黒の書き込み動作点と発光動作点において流れる電流の差は小さい。このことは、書込み時に予定した電流とほぼ同一の電流が表示時において有機ＥＬ素子１６に流れ、従って、書込み時に予定した発光電流を表示時において有機ＥＬ素子１６に流すことができることを示している。この理由は、ＢＣＴが飽和領域で動作しているため、黒の発光動作点がキンク領域に位置しないためである。
【００４７】
以上説明したように、発光電流が最高階調に対応する電流の場合はＢＣＴを線形領域で動作させ、発光電流が最低階調に対応する電流の場合はＢＣＴを飽和領域で動作させるように、ＢＣＴのゲート電位を設定することにより、白輝度の低下を伴うことなく、黒輝度の浮きを抑制することができる。なお、いずれの場合についてもＤＲＴは飽和領域で動作させている。
【００４８】
その他、本発明は前述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することできる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００４９】
前述した実施形態では、画素回路を構成する薄膜トランジスタを全て同一の導電型、ここではＰチャネル型で構成する場合について説明したが、これに限定されず、全てをＮチャネル型の薄膜トランジスタで構成することも可能である。また、画素スイッチ、スイッチをＮチャネル型の薄膜トランジスタ、駆動トランジスタおよび出力スイッチをＰチャネル型の薄膜トランジスタでそれぞれ構成するなど、画素回路を異なる導電型の薄膜トランジスタを混在して形成することも可能である。
【００５０】
更に、薄膜トランジスタの半導体層は、ポリシリコンに限らず、アモルファスシリコンで構成することも可能である。表示画素を構成する自己発光素子は、有機ＥＬ素子に限定されず自己発光可能な様々な発光素子を適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施形態に係る有機ＥＬ表示装置の構成を示す回路図。
【図２】上記有機ＥＬ表示装置における表示画素の等価回路を示す図。
【図３】ＤＲＴおよび有機ＥＬ素子の構造を示す断面図。
【図４】ＤＲＴ、ＢＣＴ及び有機ＥＬ素子のＩＶ特性をまとめて示す図。
【図５】画素回路において白表示を行う際の各部の電位を示す図。
【図６】画素回路において黒表示を行う際の各部の電位を示す図。
【図７】上図で説明した画素回路におけるＤＲＴ、ＢＣＴ及び有機ＥＬ素子のＩＶ特性をまとめて示す概念図。
【図８】ＢＣＴのゲート電位を変更した画素回路において白表示を行う際の各部の電位を示す図。
【図９】ＢＣＴのゲート電位を変更した画素回路において黒表示を行う際の各部の電位を示す図。
【図１０】上図で説明した画素回路におけるＤＲＴ、ＢＣＴ及び有機ＥＬ素子のＩＶ特性をまとめて示す概念図。
【図１１】ＢＣＴのゲート電位を変更した画素回路において白表示を行う際の各部の電位を示す図。
【図１２】ＢＣＴのゲート電位を変更した画素回路において黒表示を行う際の各部の電位を示す図。
【図１３】上図で説明した画素回路におけるＤＲＴ、ＢＣＴ及び有機ＥＬ素子のＩＶ特性をまとめて示す概念図。
【符号の説明】
【００５２】
１２…コントローラ、１４…走査線駆動回路、１５…信号線駆動回路、１６…有機ＥＬ素子、１８…画素回路、３０…ＤＲＴのＩＶ特性曲線、３１…ＢＣＴのＩＶ特性曲線、３２…有機ＥＬのＩＶ特性曲線、３３…ＤＲＴのＩＶ特性曲線、３４…ＢＣＴのＩＶ特性曲線、５０ａ…ソース、５０ｂ…ドレイン、５０ｃ…ゲート、ＳＳＴ…画素スイッチ、ＤＲＴ…駆動トランジスタ、ＴＣＴ…スイッチ、ＢＣＴ…出力スイッチ、ＢＧ…発光制御線、ＳＧ…書込制御線、ＣＧ…キャンセル制御線、Ｉｅｌ…発光電流、Ｖｄｓ…ＤＲＴのソースドレイン間電圧、Ｖ’ｄｓ…ＢＣＴのソースドレイン間電圧、ＰＸ…表示画素、Ｖｄｄ…高電位電源線、Ｖｓｓ…低電位電源線、Ｘ…映像信号線。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば有機エレクトロルミネッセンス（以下、ＥＬと称する）素子のような表示素子を含む表示画素をマトリクス状に配列して表示画面を構成したアクティブマトリクス表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パーソナルコンピュータ、情報携帯端末あるいはテレビジョン等の表示装置として、平面型のアクティブマトリクス型表示装置が広く利用されている。近年、このような平面型のアクティブマトリクス型表示装置として、有機ＥＬ素子のような自己発光素子を用いた有機ＥＬ表示装置が注目され、盛んに研究開発が行われている。この有機ＥＬ表示装置は、薄型軽量化の妨げとなるバックライトを必要とせず、高速な応答性から動画再生に適し、さらに低温で輝度低下しないために寒冷地でも使用できるという特徴を備えている。
【０００３】
一般に、有機ＥＬ表示装置は、複数行、複数列に並んで設けられ表示画面を構成した複数の表示画素、表示画素の各行に沿って延びた複数の走査線、表示画素の各列に沿って延びた複数の信号線、各走査線を駆動する走査線駆動回路、各信号線を駆動する信号線駆動回路等を備えている。各表示画素は自己発光素子である有機ＥＬ素子、およびこの有機ＥＬ素子に駆動電流を供給する画素回路により構成されている。
【０００４】
例えば、特許文献１に開示されているように、各画素回路は、有機ＥＬ素子に流れる電流のオン、オフ制御を行う出力スイッチ、有機ＥＬ素子に流す電流量を映像信号に基づいて制御する駆動トランジスタ、駆動トランジスタのゲート制御電圧を保持する保持容量、映像信号電流を画素回路に取り込む画素スイッチ、および、映像信号書き込み時に駆動トランジスタのゲートとドレインとを短絡させるスイッチを備えている。これらのスイッチおよび駆動トランジスタは、薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと称する）により構成されている。
【０００５】
映像信号電流の書き込み時、画素回路制御用の制御信号線電位をオンレベルに設定し、画素スイッチおよびスイッチをオンさせるとともに、ＥＬ発光制御用の制御信号線電位をオフレベルに設定し出力スイッチをオフさせる。これにより、映像信号電流が駆動トランジスタを流れる状態となり、駆動トランジスタのゲート電位は映像信号電流の電流量に応じた電位に設定される。その後、画素スイッチおよびスイッチをオフ状態とし、画素回路を映像信号配線と切り離す。この映像信号はゲート制御電圧として保持容量に書き込まれ所定期間保持される。続いて、出力スイッチをオン状態にすることで映像信号に応じた電流が駆動トランジスタおよび出力スイッチを経由して有機ＥＬ素子に供給され、有機ＥＬ素子を所望の輝度レベルで発光させる。
【特許文献１】特開２００３−２８０５７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような画素回路においては、階調の再現精度が高いこと、即ち有機ＥＬ素子に流れる発光電流が、書き込みに使用された映像信号電流に精度良く対応していることが望ましい。
ところで有機ＥＬ素子に流れる電流が、駆動トランジスタ、出力スイッチ及び有機ＥＬ素子のそれぞれのＩＶ（電流−電圧）特性のバランスによって決定されることを考えた場合、これらのＩＶ特性を適切に設定することにより階調再現精度を高めることができるものと考えられる。
【０００７】
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、画素回路のＩＶ特性を設定することで階調の再現精度を高めることのできるアクティブマトリックス型表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、この発明の態様に係るアクティブマトリクス型表示装置は、基板上にマトリクス状に配設された複数の画素部と、前記画素部の列毎に接続された複数の映像信号線と、それぞれ前記画素部の行毎に接続された複数の第１制御信号線および第２制御信号線とを備え、各画素部は、低電位の第１電圧電源線と高電位の第２電圧電源線との間に接続され、供給電流に応じて発光する表示素子と、前記第２電圧電源線と前記表示素子との間に接続されゲート制御電圧に応じて前記表示素子に供給される発光電流を制御する駆動トランジスタと、前記駆動トランジスタのドレインと前記表示素子との間に接続されているとともに、前記第１制御信号線からの制御信号によりオン、オフ制御される出力スイッチトランジスタと、前記駆動トランジスタのゲート、ソース間に接続される保持容量とを有し、前記発光電流が最高階調に対応する電流の場合には、前記出力スイッチトランジスタが線形領域、前記駆動トランジスタが飽和領域で動作し、前記発光電流が最低階調に対応する電流の場合には、前記出力スイッチトランジスタが飽和領域、前記駆動トランジスタが線形領域で動作するアクティブマトリクス型表示装置である。
【発明の効果】
【０００９】
この発明のアクティブマトリクス型表示装置によれば、画素回路のＩＶ特性を設定することで階調の再現精度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係るアクティブマトリクス型の有機ＥＬ表示装置について詳細に説明する。
図１に示すように、有機ＥＬ表示装置は、有機ＥＬパネル１０および有機ＥＬパネル１０を制御するコントローラ１２を備えている。
【００１１】
有機ＥＬパネル１０は、ガラス板等の光透過性絶縁基板８上にマトリクス状に配列され表示領域１１を構成したｍ×ｎ個の表示画素ＰＸ、表示画素の行毎に接続されている。それとともにそれぞれ独立してｎ本ずつ設けられた書込制御線ＳＧ（１〜ｎ）および発光制御線ＢＧ（１〜ｎ）と、表示画素の列毎にそれぞれ接続されたｍ本の信号線Ｘ（１〜ｍ）を有し、さらに書込制御線ＳＧ（１〜ｎ）および発光制御線ＢＧ（１〜ｎ）を表示画素の行毎に順次駆動する走査線駆動回路１４、および複数の信号線Ｘ（１〜ｍ）を駆動する信号線駆動回路１５を備えている。
【００１２】
図１に示すコントローラ１２は有機ＥＬパネル１０の外部に配置されたプリント回路基板上に形成され、走査線駆動回路１４および信号線駆動回路１５を制御する。コントローラ１２は外部から供給されるデジタル映像信号および同期信号を受け取り、垂直走査タイミングを制御する垂直走査制御信号、および水平走査タイミングを制御する水平走査制御信号を同期信号に基づいて発生し、これら垂直走査制御信号および水平走査制御信号をそれぞれ走査線駆動回路１４および信号線駆動回路１５に供給すると共に、水平および垂直走査タイミングに同期してデジタル映像信号を信号線駆動回路１５に供給する。
【００１３】
信号線駆動回路１５は水平走査制御信号の制御により各水平走査期間において順次得られる映像信号Ｄａｔａ１〜Ｄａｔａｍをアナログ形式に変換し電流信号として複数の信号線Ｘ（１〜ｍ）に並列的に供給する。走査線駆動回路１４は、シフトレジスタ、出力バッファ等を含み、外部から供給される水平走査スタートパルスを順次次段に転送し、出力バッファを介して各行の表示画素ＰＸに２種類の制御信号、すなわち、制御信号Ｓａ、制御信号Ｓｂを供給する。これにより、各書込制御線ＳＧ（１〜ｎ）、発光制御線ＢＧ（１〜ｎ）には、それぞれ制御信号Ｓａ、制御信号Ｓｂが供給され、ＳＳＴ、ＴＣＴおよびＢＣＴが駆動される。
【００１４】
一方、各表示画素ＰＸは、表示素子として、自己発光素子である有機ＥＬ素子１６、およびこの有機ＥＬ素子に駆動電流を供給する画素回路１８を有している。
図２に表示画素ＰＸの等価回路を示す。画素回路１８は電流信号からなる映像信号に応じて有機ＥＬ素子１６の発光を制御する電流信号方式の画素回路であり、薄膜トランジスタＳＳＴ（以下、ＳＳＴと称す）、薄膜トランジスタＤＲＴ（以下、ＤＲＴと称す）、薄膜トランジスタＴＣＴ（以下、ＴＣＴと称す）、薄膜トランジスタＢＣＴ（以下、ＢＣＴと称す）、および保持容量Ｃｓを備えている。
ＳＳＴ、ＤＲＴ、ＴＣＴ、ＢＣＴは、同一導電型、例えばＰチャネル型の薄膜トランジスタにより構成されている。
【００１５】
ＤＲＴ、ＢＣＴ、および有機ＥＬ素子１６は、高電位電源線Ｖｄｄと低電位電源線Ｖｓｓとの間で直列に接続されている。ＤＲＴのソースは高電位電源線Ｖｄｄに接続されている。有機ＥＬ素子１６は、一方の電極、ここでは陰極が低電位電源線Ｖｓｓに接続されている。ＢＣＴは、ソースがＤＲＴのドレインに、ドレインが有機ＥＬ素子１６の陽極にそれぞれ接続され、更に、ゲートが発光制御線ＢＧに接続されている。高電位電源線Ｖｄｄと低電位電源線Ｖｓｓは、例えば＋５Ｖおよび−５．５Ｖの電位にそれぞれ設定される。
【００１６】
ＤＲＴは、映像信号に応じた信号電流を有機ＥＬ素子１６に出力する。ＢＣＴは、発光制御線ＢＧからの制御信号によりオン（導通状態）、オフ（非導通状態）制御され、ＤＲＴと有機ＥＬ素子１６との接続、非接続を制御する。
【００１７】
保持容量Ｃｓは、ＤＲＴのソース、ゲート間に接続され、映像信号により決定されるＤＲＴのゲート制御電位を保持する。保持容量Ｃｓは互いに平行に対向した一対の平板状の電極を有し、ここでは、ＤＲＴのゲート電極膜と、ポリシリコン層とにより平行平板容量として形成されている。
【００１８】
ＳＳＴは、対応する信号線ＸとＤＲＴのドレインとの間に接続され、そのゲートは書込制御線ＳＧに接続されている。ＳＳＴは、書込制御線ＳＧから供給される制御信号に応答してオン（導通状態）、オフ（非導通状態）制御され、対応信号線Ｘから映像信号を取り込む。
【００１９】
ＴＣＴは、ＤＲＴのドレイン、ゲート間に接続され、そのゲートが書込制御線ＳＧに接続されている。ＴＣＴは、書込制御線ＳＧからの制御信号に応じてオン（導通状態）、オフ（非導通状態）制御され、ＤＲＴのゲート、ドレイン間の接続、非接続を制御する。
【００２０】
本実施形態において、画素回路１８を構成する薄膜トランジスタは全て同一工程、同一層構造で形成され、半導体層にポリシリコンを用いたトップゲート構造の薄膜トランジスタである。全て同一の導電型の薄膜トランジスタで構成することにより、製造工数の増大を抑制することができる。
【００２１】
次に、図２を参照しつつ、画素回路の動作について説明する。
映像信号電流の書込時においては、走査線駆動回路１４は、発光制御線ＢＧにオフ電位を設定してＢＣＴを非導通状態とし、書込制御線ＳＧにオン電位を設定してＳＳＴとＴＣＴを導通状態とする。そして信号線駆動回路１５が、映像信号線Ｘより映像信号電流を流し、ＤＲＴのゲートソース間電圧を保持可能な保持容量Ｃｓに書き込む。これによって、ＤＲＴのゲート電位はこの電流量に応じた電位に設定される。
映像表示時においては、走査線駆動回路１４は、書込制御線ＳＧにオフ電位を設定してＳＳＴとＴＣＴを非導通状態とすることによって、画素回路１８と映像信号線Ｘとを切り離すが、書き込まれた映像電流に対応したＤＲＴのゲート電位は、保持容量Ｃｓによって保持されている。
次に走査線駆動回路１４は、発光制御線ＢＧにオン電位を設定してＢＣＴを導通状態とする。そうすると、ＤＲＴのゲートソース間電圧に対応した発光電流が有機ＥＬ素子１６に流れ、有機ＥＬ素子１６は、発光電流に対応した輝度で発光する。
【００２２】
図３は、ＤＲＴおよび有機ＥＬ素子１６の構造を示す断面図である。図３を参照して、ＤＲＴの構成を詳細に説明する。
【００２３】
ＤＲＴを構成したＰチャネル型の薄膜トランジスタは、絶縁基板８上に形成されたポリシリコンからなる半導体層５０を備え、この半導体層はソース領域５０ａ、ドレイン領域５０ｂ、およびソース、ドレイン領域間に位置したチャネル領域５０ｃを有している。半導体層５０に重ねてゲート絶縁膜５２が形成され、このゲート絶縁膜上にゲート電極Ｇが設けられチャネル領域５０ｃと対向している。ゲート電極Ｇに重ねて層間絶縁膜５４が形成され、この層間絶縁膜上にソース電極（ソース）Ｓおよびドレイン電極（ドレイン）Ｄが設けられている。
ソース電極Ｓおよびドレイン電極Ｄは、それぞれ層間絶縁膜５４およびゲート絶縁膜５２に貫通形成されたコンタクトを介して半導体層５０のソース領域５０ａおよびドレイン領域５０ｂにそれぞれ接続されている。ＤＲＴのドレイン電極Ｄは、層間絶縁膜５４上に形成された配線を介してＢＣＴに接続されている。なお、画素スイッチ２０、スイッチ２４、ＢＣＴを構成する各薄膜トランジスタも上記と同一の構造に形成されている。
【００２４】
層間絶縁膜５４上には映像信号配線Ｘを含む複数の配線が設けられている。また、層間絶縁膜５４上にはソース電極Ｓ、ドレイン電極Ｄ、配線を覆って保護膜５６が形成されている。保護膜５６上には、親水膜５８、隔壁膜６０が順に積層されている。
【００２５】
有機ＥＬ素子１６は、ルミネセンス性有機化合物を含む有機発光層６４を陽極６２および陰極６６間に挟持した構造を有している。陽極６２は、ＩＴＯ（インジウム・ティン・オキサイド）等の透明電極材料から形成され、保護膜５６上に設けられている。親水膜５８および隔壁膜６０の内、陽極６２と対応した部分はエッチングにより除去されている。そして、陽極６２上に陽極バッファ層６３および有機発光層６４が形成され、更に、有機発光層６４および隔壁膜６０に重ねてバリウム・アルミ合金から成る陰極６６が積層されている。
【００２６】
このような構造の有機ＥＬ素子１６では、陽極６２から注入されたホールと、陰極６６から注入された電子とが有機発光層６４の内部で再結合したときに、有機発光層を構成する有機分子を励起して励起子を発生させる。この励起子が放射失活する過程で発光し、この光が有機発光層６４から透明な陽極６２および絶縁基板８を介して外部へ放出される。
【００２７】
ここで、陽極６２をＢＣＴおよびＰチャネル型のＤＲＴを介して高電位電源線Ｖｄｄに接続し、陰極６６を低電位電源線Ｖｓｓに接続する場合について説明したが、陰極６６をＢＣＴのドレインを介してＤＲＴのドレインに、陽極６２を低電位電源線Ｖｓｓに接続してもよい。いずれの場合も光出射面側を透明導電材料で形成する必要があり、例えば陰極６６を光出射面側に配置する場合には、アルカリ土類金属、希土類金属を光透過性を有する程度に薄く形成することで達成できる。
【００２８】
続いて、ＤＲＴ、ＢＣＴ及び有機ＥＬ素子のＩＶ（電流−電圧）特性について説明する。
図４は、ＤＲＴ、ＢＣＴ及び有機ＥＬ素子のＩＶ特性をまとめて示す概念図である。
図４の縦軸はＤＲＴ、ＢＣＴ、有機ＥＬ素子１６に流れる電流を表し、横軸はＤＲＴのソース−ドレイン間の印加電圧Ｖｄｓ、ＢＣＴのソース−ドレイン間の印加電圧Ｖ’ｄｓ、有機ＥＬ素子１６の陰極と陽極間の印加電圧を表している。そして、実線はＤＲＴのＩＶ特性曲線７０、粗い点線はＢＣＴのＩＶ特性曲線７１、細い点線は有機ＥＬ素子１６のＩＶ特性曲線７２を表している。
【００２９】
なお、３つの特性を一つの図面で表現するため、横軸の原点位置は低電位電源線Ｖｓｓの電位を表し、グラフの右端の位置は高電位電源線Ｖｄｄの電位を表している。従って、有機ＥＬ素子１６のＩＶ特性曲線７２では、印加電圧が増加（右方向に移動）するにつれて発光電流が増加することを表している。一方、ＤＲＴのＩＶ特性曲線７０、ＢＣＴのＩＶ特性曲線７１では、印加電圧が増加（左方向に移動）するにつれて、ドレイン電流が増加することを表している。
【００３０】
映像信号電流の書込時においては、上述のように信号線駆動回路１５が、映像信号線Ｘより映像信号電流を流し、ＤＲＴのゲート−ソース間電圧を保持可能な保持容量Ｃｓに書き込む。これによって、ＤＲＴのゲート電位はこの映像信号電流量に応じた電位に設定される。このとき、ＤＲＴのＩＶ特性はＤＲＴのゲート電位によって定められ、図４の特性曲線７０がＤＲＴのゲート電位によって定められたＩＶ特性を表している。また、このときのソース−ドレイン間の印加電圧Ｖｄｓに対応する位置を書き込み動作点として示している。
【００３１】
映像表示時においては、上述のように走査線駆動回路１４は、発光制御線ＢＧにオン電位を設定してＢＣＴを導通状態とする。そうすると、高電位電源線Ｖｄｄと低電位電源線Ｖｓｓとの間で、ＤＲＴ、ＢＣＴ、有機ＥＬ素子１６が接続された回路が構成され、ＤＲＴのソース−ドレイン間電圧Ｖｄｓが変化する。その結果、ＤＲＴの新たなドレイン電位は、特性曲線７０のＤＲＴの動作点として示した位置になる。従って、このＤＲＴの動作点に対応する電流がＤＲＴのソース−ドレイン電流Ｉｄｓとなる。
一方、ＢＣＴのソース−ドレイン間には、電圧Ｖ’ｄｓが発生する。但し、ＢＣＴのソース−ドレイン間に流れる電流Ｉ’ｄｓはＤＲＴのソース−ドレイン電流Ｉｄｓと等しい。従って、ＢＣＴの動作点は、ＤＲＴの動作点をＸ軸に平行な直線上で、ＢＣＴのソース−ドレイン電圧Ｖ’ｄｓだけ離れた位置に存在する。このＢＣＴの動作点は、またＢＣＴのＩＶ特性曲線７１上の点である。
更に、ＢＣＴのドレイン電位は有機ＥＬ素子１６の陽極の電位と等しく、有機ＥＬ素子１６に流れる発光電流ＩｅｌはＤＲＴのソース−ドレイン電流Ｉｄｓと等しい。従って、有機ＥＬ素子１６の動作点はＢＣＴの動作点と一致する。そして、有機ＥＬ素子１６の動作点は、また有機ＥＬ素子１６のＩＶ特性曲線７２上の点である。
【００３２】
次に、従来の画素回路での階調表示不良について説明する。
図５は、画素回路において白表示を行う際の各部の電位を示す図である。
ＤＲＴのゲート電位が１．５Ｖであるとき、ＢＣＴのオン電位を−９Ｖで動作させた。このときのＢＣＴのソース電位は１．４Ｖであり、ドレイン電位は１．１Ｖであった。なお、ＢＣＴの閾値電圧Ｖｔｈは−１．９Ｖである。
このとき、式（１）に示す関係が成立することより、ＢＣＴは線形領域で動作している。
【００３３】
Ｖｄｓ＝−０．３Ｖ ＞ Ｖｇｓ−Ｖｔｈ＝−８．５Ｖ ・・・式（１）
図６は、画素回路において黒表示を行う際の各部の電位を示す図である。
ＤＲＴのゲート電位が２．９Ｖであるとき、ＢＣＴのオン電位を−９Ｖで動作させた。このときのＢＣＴのソース電位は−２．４Ｖであり、ドレイン電位は−２．５Ｖであった。なお、ＢＣＴの閾値電圧Ｖｔｈは−１．９Ｖである。
このとき、式（２）に示す関係が成立することより、ＢＣＴは線形領域で動作している。
【００３４】
Ｖｄｓ＝−０．１Ｖ ＞ Ｖｇｓ−Ｖｔｈ＝−４．７Ｖ ・・・式（２）
図７は、図５、図６で説明した画素回路におけるＤＲＴ、ＢＣＴ及び有機ＥＬ素子のＩＶ特性をまとめて示す概念図である。
図７のＩＶ特性曲線３５、ＩＶ特性曲線３６は、それぞれ白表示におけるＤＲＴ、ＢＣＴの特性曲線を示している。また、ＩＶ特性曲線３８、ＩＶ特性曲線３９は、それぞれ黒表示におけるＤＲＴ、ＢＣＴの特性曲線を示している。ＩＶ特性曲線３７は、有機ＥＬ素子１６の特性曲線を示している。
【００３５】
白表示時では、白の書き込み動作点と発光動作点は共にＤＲＴのＩＶ特性の飽和領域に存在し、両動作点において流れる電流はほぼ同一であることがわかる。このことは、書込み時に予定した発光電流を表示時において有機ＥＬ素子１６に流すことができることを示している。
一方、黒表示時では、黒の書き込み動作点と発光動作点において流れる電流は異なっている。これは、ＤＲＴのＩＶ特性には、電流が急激に増加するキンク領域が存在し、黒の発光動作点が、このキンク領域に属していることが原因である。このことは、書込み時に予定した電流よりも大きな電流が表示時において有機ＥＬ素子１６に流れ、従って、黒輝度が浮いて表示されることを示している。
【００３６】
本願発明者は、この階調表示精度不良について検討を重ねた。
上述のように、ＤＲＴ、ＢＣＴ及び有機ＥＬ素子１６のＩＶ特性のバランスによって発光電流が決定される。ところで、ＤＲＴと有機ＥＬ素子１６については、直接的に導通状態を操作することは困難である。しかし、ＢＣＴについては、ゲート電位を設定することで、導通状態を操作することは可能であると考えられる。即ち、ＢＣＴのゲート電位を操作することで発光電流を調整できると考えられる。
本願発明者は、この技術思想に基づいてＢＣＴのゲート電位とＩＶ特性との関係について調査を重ね、階調再現精度を高くすることのできる条件を明らかにした。
【００３７】
図８は、ＢＣＴのゲート電位を変更した画素回路において白表示を行う際の各部の電位を示す図である。
ＤＲＴのゲート電位が１．５Ｖであるとき、ＢＣＴのオン電位を０Ｖで動作させた。このときのＢＣＴのソース電位は３．９Ｖであり、ドレイン電位は１．１Ｖであった。なお、ＢＣＴの閾値電圧Ｖｔｈは−１．９Ｖである。
このとき、式（３）に示す関係が成立することより、ＢＣＴは飽和領域で動作している。
【００３８】
Ｖｄｓ＝−２．８Ｖ ＜ Ｖｇｓ−Ｖｔｈ＝−２．０Ｖ ・・・式（３）
図９は、ＢＣＴのゲート電位を変更した画素回路において黒表示を行う際の各部の電位を示す図である。
ＤＲＴのゲート電位が２．９Ｖであるとき、ＢＣＴのオン電位を０Ｖで動作させた。このときのＢＣＴのソース電位は１．９Ｖであり、ドレイン電位は−２．５Ｖであった。なお、ＢＣＴの閾値電圧Ｖｔｈは−１．９Ｖである。
このとき、式（４）に示す関係が成立することより、ＢＣＴは飽和領域で動作している。
【００３９】
Ｖｄｓ＝−４．４Ｖ ＜ Ｖｇｓ−Ｖｔｈ＝０Ｖ ・・・式（４）
図１０は、図８、図９で説明した画素回路におけるＤＲＴ、ＢＣＴ及び有機ＥＬ素子のＩＶ特性をまとめて示す概念図である。
図１０のＩＶ特性曲線４１、ＩＶ特性曲線４２は、それぞれ白表示におけるＤＲＴ、ＢＣＴの特性曲線を示している。また、ＩＶ特性曲線４５、ＩＶ特性曲線４６は、それぞれ黒表示におけるＤＲＴ、ＢＣＴの特性曲線を示している。ＩＶ特性曲線４３は、有機ＥＬ素子１６の特性曲線を示している。
【００４０】
白表示時では、白の書き込み動作点はＤＲＴのＩＶ特性の飽和領域に存在しているが、発光動作点は飽和領域から外れている。この結果、両動作点において流れる電流には相違が生じている。このことは、書込み時に予定した発光電流よりも小さな電流が表示時において有機ＥＬ素子１６に流れ、従って、白輝度が低下して表示されることを示している。この原因は、ＢＣＴが飽和領域で動作しているため流せる電流に制限が設けられたことによる。
【００４１】
一方、黒表示時では、黒の書き込み動作点と発光動作点において流れる電流の差は小さい。このことは、書込み時に予定した電流とほぼ同一の電流が表示時において有機ＥＬ素子１６に流れ、従って、書込み時に予定した発光電流を表示時において有機ＥＬ素子１６に流すことができることを示している。この理由は、ＢＣＴが飽和領域で動作しているため、黒の発光動作点がキンク領域に位置しないためである。
【００４２】
即ち、ＢＣＴを飽和領域で動作させるように、ＢＣＴのゲート電位を設定することにより、黒表示での階調再現精度を高めることができる。ただし、この例では、逆に白表示での階調再現精度が低下している。
【００４３】
図１１は、ＢＣＴのゲート電位を変更した画素回路において白表示を行う際の各部の電位を示す図である。
ＤＲＴのゲート電位が１．５Ｖであるとき、ＢＣＴのオン電位を−４Ｖで動作させた。このときのＢＣＴのソース電位は１．７Ｖであり、ドレイン電位は１．１Ｖであった。なお、ＢＣＴの閾値電圧Ｖｔｈは−１．９Ｖである。
このとき、式（５）に示す関係が成立することより、ＢＣＴは線形領域で動作している。
【００４４】
Ｖｄｓ＝−０．６Ｖ ＞ Ｖｇｓ−Ｖｔｈ＝−３．８Ｖ ・・・式（５）
図１２は、ＢＣＴのゲート電位を変更した画素回路において黒表示を行う際の各部の電位を示す図である。
ＤＲＴのゲート電位が２．９Ｖであるとき、ＢＣＴのオン電位を−４Ｖで動作させた。このときのＢＣＴのソース電位は−２．１Ｖであり、ドレイン電位は−２．５Ｖであった。なお、ＢＣＴの閾値電圧Ｖｔｈは−１．９Ｖである。
このとき、式（６）に示す関係が成立することより、ＢＣＴは飽和領域で動作している。
【００４５】
Ｖｄｓ＝−０．４Ｖ ＜ Ｖｇｓ−Ｖｔｈ＝０Ｖ ・・・式（６）
図１３は、図１１、図１２で説明した画素回路におけるＤＲＴ、ＢＣＴ及び有機ＥＬ素子のＩＶ特性をまとめて示す概念図である。
図１３のＩＶ特性曲線３０、ＩＶ特性曲線３１は、それぞれ白表示におけるＤＲＴ、ＢＣＴの特性曲線を示している。また、ＩＶ特性曲線３３、ＩＶ特性曲線３４は、それぞれ黒表示におけるＤＲＴ、ＢＣＴの特性曲線を示している。ＩＶ特性曲線３２は、有機ＥＬ素子１６の特性曲線を示している。
【００４６】
白表示時では、白の書き込み動作点と発光動作点は共にＤＲＴのＩＶ特性の飽和領域に存在し、両動作点において流れる電流はほぼ同一であることがわかる。このことは、書込み時に予定した発光電流を表示時において有機ＥＬ素子１６に流すことができることを示している。
一方、黒表示時でも、黒の書き込み動作点と発光動作点において流れる電流の差は小さい。このことは、書込み時に予定した電流とほぼ同一の電流が表示時において有機ＥＬ素子１６に流れ、従って、書込み時に予定した発光電流を表示時において有機ＥＬ素子１６に流すことができることを示している。この理由は、ＢＣＴが飽和領域で動作しているため、黒の発光動作点がキンク領域に位置しないためである。
【００４７】
以上説明したように、発光電流が最高階調に対応する電流の場合はＢＣＴを線形領域で動作させ、発光電流が最低階調に対応する電流の場合はＢＣＴを飽和領域で動作させるように、ＢＣＴのゲート電位を設定することにより、白輝度の低下を伴うことなく、黒輝度の浮きを抑制することができる。なお、いずれの場合についてもＤＲＴは飽和領域で動作させている。
【００４８】
その他、本発明は前述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することできる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００４９】
前述した実施形態では、画素回路を構成する薄膜トランジスタを全て同一の導電型、ここではＰチャネル型で構成する場合について説明したが、これに限定されず、全てをＮチャネル型の薄膜トランジスタで構成することも可能である。また、画素スイッチ、スイッチをＮチャネル型の薄膜トランジスタ、駆動トランジスタおよび出力スイッチをＰチャネル型の薄膜トランジスタでそれぞれ構成するなど、画素回路を異なる導電型の薄膜トランジスタを混在して形成することも可能である。
【００５０】
更に、薄膜トランジスタの半導体層は、ポリシリコンに限らず、アモルファスシリコンで構成することも可能である。表示画素を構成する自己発光素子は、有機ＥＬ素子に限定されず自己発光可能な様々な発光素子を適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施形態に係る有機ＥＬ表示装置の構成を示す回路図。
【図２】上記有機ＥＬ表示装置における表示画素の等価回路を示す図。
【図３】ＤＲＴおよび有機ＥＬ素子の構造を示す断面図。
【図４】ＤＲＴ、ＢＣＴ及び有機ＥＬ素子のＩＶ特性をまとめて示す図。
【図５】画素回路において白表示を行う際の各部の電位を示す図。
【図６】画素回路において黒表示を行う際の各部の電位を示す図。
【図７】上図で説明した画素回路におけるＤＲＴ、ＢＣＴ及び有機ＥＬ素子のＩＶ特性をまとめて示す概念図。
【図８】ＢＣＴのゲート電位を変更した画素回路において白表示を行う際の各部の電位を示す図。
【図９】ＢＣＴのゲート電位を変更した画素回路において黒表示を行う際の各部の電位を示す図。
【図１０】上図で説明した画素回路におけるＤＲＴ、ＢＣＴ及び有機ＥＬ素子のＩＶ特性をまとめて示す概念図。
【図１１】ＢＣＴのゲート電位を変更した画素回路において白表示を行う際の各部の電位を示す図。
【図１２】ＢＣＴのゲート電位を変更した画素回路において黒表示を行う際の各部の電位を示す図。
【図１３】上図で説明した画素回路におけるＤＲＴ、ＢＣＴ及び有機ＥＬ素子のＩＶ特性をまとめて示す概念図。
【符号の説明】
【００５２】
１２…コントローラ、１４…走査線駆動回路、１５…信号線駆動回路、１６…有機ＥＬ素子、１８…画素回路、３０…ＤＲＴのＩＶ特性曲線、３１…ＢＣＴのＩＶ特性曲線、３２…有機ＥＬのＩＶ特性曲線、３３…ＤＲＴのＩＶ特性曲線、３４…ＢＣＴのＩＶ特性曲線、５０ａ…ソース、５０ｂ…ドレイン、５０ｃ…ゲート、ＳＳＴ…画素スイッチ、ＤＲＴ…駆動トランジスタ、ＴＣＴ…スイッチ、ＢＣＴ…出力スイッチ、ＢＧ…発光制御線、ＳＧ…書込制御線、ＣＧ…キャンセル制御線、Ｉｅｌ…発光電流、Ｖｄｓ…ＤＲＴのソースドレイン間電圧、Ｖ’ｄｓ…ＢＣＴのソースドレイン間電圧、ＰＸ…表示画素、Ｖｄｄ…高電位電源線、Ｖｓｓ…低電位電源線、Ｘ…映像信号線。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にマトリクス状に配設された複数の画素部と、
前記画素部の列毎に接続された複数の映像信号線と、
それぞれ前記画素部の行毎に接続された複数の第１制御信号線および第２制御信号線と、を備え、
各画素部は、低電位の第１電圧電源線と高電位の第２電圧電源線との間に接続され、供給電流に応じて発光する表示素子と、前記第２電圧電源線と前記表示素子との間に接続されゲート制御電圧に応じて前記表示素子に供給される発光電流を制御する駆動トランジスタと、前記駆動トランジスタのドレインと前記表示素子との間に接続されているとともに、前記第１制御信号線からの制御信号によりオン、オフ制御される出力スイッチトランジスタと、前記駆動トランジスタのゲート、ソース間に接続される保持容量と、を有し、
前記発光電流が最高階調に対応する電流の場合には、前記出力スイッチトランジスタが線形領域、前記駆動トランジスタが飽和領域で動作し、前記発光電流が最低階調に対応する電流の場合には、前記出力スイッチトランジスタが飽和領域、前記駆動トランジスタが線形領域で動作することを特徴とするアクティブマトリクス型表示装置。
【請求項２】
各画素部は、トランジスタにより形成され前記駆動トランジスタのドレインと前記映像信号線との間に接続されているとともに、前記第２制御信号線からの制御信号によりオン、オフ制御され前記映像信号線からの映像信号を前記画素部に取り込む画素スイッチと、前記駆動トランジスタのゲート、ドレイン間に接続されているとともに、前記第２制御信号線からの制御信号によりオン、オフ制御されるスイッチとを更に有することを特徴とする請求項１に記載のアクティブマトリクス型表示装置。
【請求項３】
それぞれ前記画素部の行毎に接続された複数の第３制御信号線を備え、
各画素部は、一方の電極が前記駆動トランジスタのゲートに接続された書込容量と、トランジスタにより形成され前記書込容量の他方の電極と前記映像信号線との間に接続されているとともに、前記第２制御信号線からの制御信号によりオン、オフ制御され前記映像信号線からの映像信号を前記画素部に取り込む画素スイッチと、前記駆動トランジスタのゲート、ドレイン間に接続されているとともに、前記第３制御信号線からの制御信号によりオン、オフ制御されるスイッチとを更に有することを特徴とする請求項１に記載のアクティブマトリクス型表示装置。
【請求項１】
基板上にマトリクス状に配設された複数の画素部と、
前記画素部の列毎に接続された複数の映像信号線と、
それぞれ前記画素部の行毎に接続された複数の第１制御信号線および第２制御信号線と、を備え、
各画素部は、低電位の第１電圧電源線と高電位の第２電圧電源線との間に接続され、供給電流に応じて発光する表示素子と、前記第２電圧電源線と前記表示素子との間に接続されゲート制御電圧に応じて前記表示素子に供給される発光電流を制御する駆動トランジスタと、前記駆動トランジスタのドレインと前記表示素子との間に接続されているとともに、前記第１制御信号線からの制御信号によりオン、オフ制御される出力スイッチトランジスタと、前記駆動トランジスタのゲート、ソース間に接続される保持容量と、を有し、
前記発光電流が最高階調に対応する電流の場合には、前記出力スイッチトランジスタが線形領域、前記駆動トランジスタが飽和領域で動作し、前記発光電流が最低階調に対応する電流の場合には、前記出力スイッチトランジスタが飽和領域、前記駆動トランジスタが線形領域で動作することを特徴とするアクティブマトリクス型表示装置。
【請求項２】
各画素部は、トランジスタにより形成され前記駆動トランジスタのドレインと前記映像信号線との間に接続されているとともに、前記第２制御信号線からの制御信号によりオン、オフ制御され前記映像信号線からの映像信号を前記画素部に取り込む画素スイッチと、前記駆動トランジスタのゲート、ドレイン間に接続されているとともに、前記第２制御信号線からの制御信号によりオン、オフ制御されるスイッチとを更に有することを特徴とする請求項１に記載のアクティブマトリクス型表示装置。
【請求項３】
それぞれ前記画素部の行毎に接続された複数の第３制御信号線を備え、
各画素部は、一方の電極が前記駆動トランジスタのゲートに接続された書込容量と、トランジスタにより形成され前記書込容量の他方の電極と前記映像信号線との間に接続されているとともに、前記第２制御信号線からの制御信号によりオン、オフ制御され前記映像信号線からの映像信号を前記画素部に取り込む画素スイッチと、前記駆動トランジスタのゲート、ドレイン間に接続されているとともに、前記第３制御信号線からの制御信号によりオン、オフ制御されるスイッチとを更に有することを特徴とする請求項１に記載のアクティブマトリクス型表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００７−３１６５１２（Ｐ２００７−３１６５１２Ａ）
【公開日】平成１９年１２月６日（２００７．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１４８１８４（Ｐ２００６−１４８１８４）
【出願日】平成１８年５月２９日（２００６．５．２９）
【出願人】（３０２０２０２０７）東芝松下ディスプレイテクノロジー株式会社 (2,170)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月６日（２００７．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月２９日（２００６．５．２９）
【出願人】（３０２０２０２０７）東芝松下ディスプレイテクノロジー株式会社 (2,170)
【Ｆターム（参考）】
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