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JP5675601B2 - 有機el表示パネル及びその駆動方法 - Google Patents

有機el表示パネル及びその駆動方法 Download PDF

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Description

本発明は、有機EL表示パネル及びその駆動方法に関し、特にアクティブマトリクス型の駆動回路を用いた有機EL表示パネル及びその駆動方法に関する。
電流駆動型の発光素子を用いた表示パネルとして、有機エレクトロルミネッセンス(EL)素子を用いた表示パネルが知られている。この自発光する有機EL素子を用いた有機EL表示パネルは、液晶表示パネルに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。また、視野角にも制限がないため、次世代の表示パネルとして実用化が期待されている。また、有機EL表示パネルに用いられる有機EL素子は、各発光素子の輝度がそこに流れる電流値により制御される点で、液晶セルがそこに印加される電圧により制御されるのとは異なる。
有機EL表示パネルでは、通常、画素を構成する有機EL素子がマトリクス状に配置される。複数の行電極(走査線)と複数の列電極(データ線)との交点に有機EL素子を設け、選択した行電極と複数の列電極との間にデータ信号に相当する電圧を印加するようにして有機EL素子を駆動するものをパッシブマトリクス型の有機ELディスプレイと呼ぶ。
一方、複数の走査線と複数のデータ線との交点にスイッチング薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)を設け、このスイッチングTFTに駆動TFTのゲートを接続し、選択した走査線を通じてこのスイッチングTFTをオンさせて信号線からデータ信号を駆動TFTに入力する。この駆動TFTによって有機EL素子が駆動されるものをアクティブマトリクス型の有機EL表示パネルと呼ぶ。
アクティブマトリクス型の有機EL表示パネルは、各行電極(走査線)を選択している期間のみ、それに接続された有機EL素子が発光するパッシブマトリクス型の有機EL表示パネルとは異なり、次の走査(選択)まで有機EL素子を発光させることが可能であるため、走査線数が増大してもディスプレイの輝度減少を招くようなことはない。この点で、アクティブマトリクス型の駆動方式は、大画面及び高精細度の表示パネルを実現する上で有利である。
一方、電流駆動型の有機EL素子を用いた有機EL表示パネルは、各画素の有する有機EL素子に電流が流れることにより発光動作を行うことから、電圧駆動型の素子である液晶素子と比較して表示パネルの消費電力が増大する傾向にある。特に、大画面化及び高精細化に伴い表示パネルの消費電力は増大する。
特許文献1には、アクティブマトリクス型の有機EL表示装置における画素部の消費電力を低減する回路構成が開示されている。
図17は、特許文献1に記載された有機EL表示装置の有する画素回路の具体的な回路構成の一例を示す回路図である。同図に示されるように、発光画素100Aは、走査線111からの走査信号により発光画素100Aが選択されたときに、データ線112の電圧を保持容量素子124bに書込むための選択トランジスタ121bと、保持容量素子124bと、保持容量素子124bの保持電圧に応じた駆動電流を、高輝度用電源線113または低輝度用電源線114から基準電源線115へ流すp型駆動トランジスタ122と、当該駆動電流が流れることにより発光する有機EL素子125とを備える。以上の画素構成は、通常の画素回路に備わる構成である。
さらに、発光画素100Aは、高輝度用電源線113からの高輝度用電源電圧をオン/オフするスイッチングトランジスタ123と、低輝度用電源線114からの低輝度用電源電圧をオン/オフするダイオード126と、一端が高輝度用電源線113に接続され他端がスイッチングトランジスタ123のゲートに接続された保持容量素子124aと、ゲートが走査線111に接続され、走査線111からの走査信号によって発光画素100Aが選択されたとき制御信号VELSをスイッチングトランジスタ123のゲートに入力する選択トランジスタ121aとを備える。スイッチングトランジスタ123のソースと、ダイオード126のカソードとは共通接続されており、その共通接続点にp型駆動トランジスタ122のソースが接続されている。
上述した、スイッチングトランジスタ123、選択トランジスタ121a、保持容量素子124a及びダイオード126は、p型駆動トランジスタ122に供給する画素電源電圧として、高輝度用の電源電圧と低輝度用の電源電圧のいずれを使用するかを切り換えるための電源電圧切り換え手段を構成する。
上記回路構成において、高輝度用の電源電圧が選択されるときは、書込み期間において、走査信号および制御信号VELSが同時にハイレベルとなる。この場合には、スイッチングトランジスタ123がオンし、高輝度用の電源電圧が、p型駆動トランジスタ122のソースに供給される。このとき、ダイオード126は、アノード電位が低輝度用の電源電圧となり、カソード電位が高輝度用の電源電圧となるため、逆バイアス状態となって自動的にオフし、低輝度用電源線114からの電源電圧は遮断される。
一方、低輝度用の電源電圧が選択されるときは、書込み期間において、走査信号のみがハイレベルとなり、制御信号VELSはローレベルを維持する。この場合には、スイッチングトランジスタ123はオフし、高輝度用電源線113からの電源電圧は遮断される。このとき、ダイオード126は順バイアスされてオンし、低輝度用の電源電圧がp型駆動トランジスタ122のソースに供給される。
以上のように、図17に記載された回路構成では、制御信号VELSにより、スイッチングトランジスタ123をオン/オフすることで、ダイオード126をオン/オフする。
ここで、制御信号VELSは、走査線111が接続された走査線駆動回路により、以下のようにして電圧レベルが決定されている。例えば、全表示階調が256階調で表現されるような場合、発光画素100Aの階調信号値が、128階調値を基準値とした場合に、高階調側に属するときは、高輝度用の電源電圧を選択するよう制御信号VELSをハイレベルとし、低階調側に属するときは、低輝度用の電源電圧を選択するよう制御信号VELSをローレベルとする。
上記構成により、特許文献1に記載された有機EL表示装置は、高輝度用の電源電圧と低輝度用電源電圧を設け、制御信号VELSによって、画素電圧を画素回路毎に個別に切り換え制御し、これにより、画質の低下を確実に防止しつつ、併せて低消費電力化を図るという回路構成を有している。
特開2008−89726号公報
しかしながら、特許文献1に記載された有機EL表示装置では、低階調表示時に使用する画素電源として低電源電圧を選択するために、通常の画素回路に必須な回路構成に加え、電源電圧切換え手段として、発光画素ごとに、選択トランジスタ121a、保持容量素子124a及びダイオード126が必要である。また、制御信号VELSをスイッチングトランジスタ123のゲートに印加するための制御線を、走査線駆動回路から別途設けなければならない。これらの回路部品及び配線のため、画素回路の回路規模が大きくなってしまい、表示パネルの高精細化にとって不都合となる。
また、走査線駆動回路は、発光画素ごとに、制御信号VELSの電圧レベルを切り換えなければならず、駆動回路からの出力信号の電圧切り換えの負荷が増大してしまう。
上記課題に鑑み、本発明は、発光画素の微細化及び高精細化が進行しても、画素回路の素子数を大幅に増加させることなく、簡単な画素回路構成により、低消費電力を実現する有機EL表示パネル及びその駆動方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る有機EL表示パネルは、有機EL素子と、第1電極と第2電極とを有し、データ電圧に対応した電圧を保持するコンデンサと、ゲート電極が前記コンデンサの第1電極に接続され、ドレイン電極が前記有機EL素子のアノード電極に接続され、前記コンデンサに保持された前記電圧に応じた第1ドレイン電流を前記有機EL素子に供給することにより前記有機EL素子を発光させるp型の第1駆動トランジスタと、ゲート電極が前記コンデンサの第1電極に接続され、ソース電極が前記有機EL素子のアノード電極に接続され、前記コンデンサに保持された前記電圧に応じた第2ドレイン電流を前記有機EL素子に供給することにより前記有機EL素子を発光させるn型の第2駆動トランジスタと、前記データ電圧を供給するためのデータ線と、前記データ線と前記コンデンサとの導通及び非導通を切り換えることにより前記コンデンサに前記電圧を保持させるためのスイッチングトランジスタと、前記第1駆動トランジスタのソース電極に第1電源電圧を印加する第1電源線と、前記第2駆動トランジスタのドレイン電極に前記第1電源電圧より高い第2電源電圧を印加する第2電源線とを備え、前記第1駆動トランジスタは、前記有機EL素子の電流−電圧特性における所定の電流値に対応する第1のゲート電圧値が前記データ電圧における最小電圧となり、前記第1ドレイン電流が前記所定の電流値より小さくなる程、前記第1ドレイン電流を流すためのゲート電圧が大きくなるような電流−電圧特性を持つトランジスタであり、前記第2駆動トランジスタは、前記所定の電流値に対応する第2のゲート電圧値が、前記有機EL素子に流す最小電流値に対応する第3のゲート電圧値より大きい電圧値であり、前記第2ドレイン電流が前記所定の電流値より大きくなる程、前記第2ドレイン電流を流すためのゲート電圧が大きくなるような電流−電圧特性を持つトランジスタであることを特徴とする。
本発明の有機EL表示パネル及びその駆動方法によれば、低消費電力化のため発光画素ごとに駆動トランジスタの個数を2個必要とするが、高電圧電源線と低電圧電源線との切り換え回路を増設することなく、また、2個の駆動トランジスタに対応してデータ線及び選択トランジスタの各々を2個ずつ配置することなく、駆動トランジスタの個数を1個増加することで、データ電圧に応じて高電圧電源線と低電圧電源線とが自動的に選択される。その結果、発光画素の回路素子を大幅に増加させることなく、簡易な構成により、省エネの画素回路を実現することが可能となる。
図1は、本発明の実施の形態に係る有機EL表示パネルの機能ブロック図である。 図2は、本発明の実施の形態に係る発光画素の回路図である。 図3は、有機EL素子の電流−電圧特性を模式的に表したグラフである。 図4は、本発明の実施の形態に係る2つの駆動トランジスタの電流−電圧特性を表すグラフである。 図5Aは、本発明の実施の形態に係るp型駆動トランジスタの電流−電圧特性を表すグラフである。 図5Bは、本発明の実施の形態に係るn型駆動トランジスタの電流−電圧特性を表すグラフである。 図6は、本発明の実施の形態に係る変換回路の変換特性を表すグラフである。 図7Aは、本発明の実施の形態に係る有機EL表示パネルにおける各種信号の流れを表す図である。 図7Bは、本発明の実施の形態に係る有機EL表示パネルの駆動タイミングチャートである。 図8は、本発明の実施の形態に係る有機EL表示パネルの有する各回路の動作フローの関係を表す図である。 図9は、本発明の実施の形態に係る発光画素回路の動作フローチャートである。 図10は、本発明の実施の形態に係る有機EL表示パネルの駆動動作を詳細に説明する駆動タイミングチャートの一例である。 図11は、本発明の実施の形態に係る変換回路の変換特性の一例を表すグラフである。 図12は、本発明の実施の形態に係る隣接行における発光画素の回路状態を表す図である。 図13は、本発明の実施の形態に係る2つの駆動トランジスタの電流−電圧特性の一例を表すグラフである。 図14は、本発明の実施の形態に係る変形例を示す発光画素の回路図である。 図15は、本発明の実施の形態に係る変形例を示す発光画素の有する2つの駆動トランジスタの電流−電圧特性を表すグラフである。 図16は、本発明の有機EL表示パネルを内蔵した薄型フラットTVの外観図である。 図17は、特許文献1に記載された有機EL表示装置の有する画素回路の具体的な回路構成の一例を示す回路図である。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る有機EL表示パネルは、有機EL素子と、第1電極と第2電極とを有し、データ電圧に対応した電圧を保持するコンデンサと、ゲート電極が前記コンデンサの第1電極に接続され、ドレイン電極が前記有機EL素子のアノード電極に接続され、前記コンデンサに保持された前記電圧に応じた第1ドレイン電流を前記有機EL素子に供給することにより前記有機EL素子を発光させるp型の第1駆動トランジスタと、ゲート電極が前記コンデンサの第1電極に接続され、ソース電極が前記有機EL素子のアノード電極に接続され、前記コンデンサに保持された前記電圧に応じた第2ドレイン電流を前記有機EL素子に供給することにより前記有機EL素子を発光させるn型の第2駆動トランジスタと、前記データ電圧を供給するためのデータ線と、前記データ線と前記コンデンサとの導通及び非導通を切り換えることにより前記コンデンサに前記電圧を保持させるためのスイッチングトランジスタと、前記第1駆動トランジスタのソース電極に第1電源電圧を印加する第1電源線と、前記第2駆動トランジスタのドレイン電極に前記第1電源電圧より高い第2電源電圧を印加する第2電源線とを備え、前記第1駆動トランジスタは、前記有機EL素子の電流−電圧特性における所定の電流値に対応する第1のゲート電圧値が前記データ電圧における最小電圧となり、前記第1ドレイン電流が前記所定の電流値より小さくなる程、前記第1ドレイン電流を流すためのゲート電圧が大きくなるような電流−電圧特性を持つトランジスタであり、前記第2駆動トランジスタは、前記所定の電流値に対応する第2のゲート電圧値が、前記有機EL素子に流す最小電流値に対応する第3のゲート電圧値より大きい電圧値であり、前記第2ドレイン電流が前記所定の電流値より大きくなる程、前記第2ドレイン電流を流すためのゲート電圧が大きくなるような電流−電圧特性を持つトランジスタである。
本態様によると、電源電圧の異なる2本の電源線が設けられ、データ電圧に応じて第1電源線と第2電源線とが使い分けられることとなる。そのため、いずれのデータ電圧に対しても最大値として準備されている高電源電圧を供給するのではなく、正確な輝度での発光のために高電源電圧が必要なデータ電圧の場合にのみ、高電源電圧を使用することになる。その結果、いずれのデータ電圧に対しても高電源電圧を供給する場合に比較し、大幅に消費電力を節約できる。
また、本態様によると、電源線を2本設けて、データ電圧に応じて第1電源線と第2電源線とが選択されるに際し、有機EL素子を駆動する駆動トランジスタとしてp型の第1駆動トランジスタとn型の第2駆動トランジスタという、相互に極性が反転した駆動トランジスタが設けられている。そして、第1電源線にはp型の第1駆動トランジスタのソース電極が接続され、第2電源線にはn型の第2駆動トランジスタのドレイン電極が接続されている。
その上で、第1駆動トランジスタは、有機EL素子の電流−電圧特性における所定の電流値が第1ドレイン電流として流れるときのゲート電圧が最小電圧となり、第1ドレイン電流が上記所定の電流値より小さくなる程第1ドレイン電流を流すためのゲート電圧値が大きくなるような電流−電圧特性を持つトランジスタである。一方、第2駆動トランジスタは、上記所定の電流値が第2ドレイン電流として流れるときのゲート電圧値が、有機EL素子を流れる最小電流値に対応するゲート電圧値より大きい電圧値であり、第2ドレイン電流が上記所定の電流値より大きくなる程第2ドレイン電流を流すためのゲート電圧値が大きくなるような電流−電圧特性を持つトランジスタである。なお、有機EL素子を流れる最小電流値とは、ダイオード特性を有する有機EL素子において、閾値電圧を超えて順方向電流が流れ始めるときの電流値であり、有機EL素子が発光を開始する電流である。
これにより、駆動トランジスタの個数は1個増加するものの、第1電源線と第2電源線との切り換え回路を増設することなく、また、2個の駆動トランジスタごとにデータ線及びスイッチングトランジスタを配設することなく、駆動トランジスタの個数を1個増加することで、データ電圧に応じて第1電源線と第2電源線とを使い分けることが可能となる。その結果、発光画素の回路素子を大幅に増加させることなく、簡易な構成により、低消費電力化が図られた省エネの画素回路を実現できる。
また、本発明の一態様に係る有機EL表示パネルは、前記第1駆動トランジスタの電流−電圧特性における、前記有機EL素子に流す最小電流値に対応する第4のゲート電圧値は、前記第3のゲート電圧値より小さいことが好ましい。
本態様によると、p型の第1駆動トランジスタによる第1ドレイン電流を流すためのゲート電圧の範囲と、n型の第2駆動トランジスタによる第2ドレイン電流を流すためのゲート電圧の範囲とが重ならず、完全に分離される。これにより、高電圧電源線と低電圧電源線との切り換え回路を増設することなく、全範囲のデータ電圧において、いずれか一方のみの駆動トランジスタから供給されるドレイン電流により有機EL素子を発光させることが可能となる。
また、本発明の一態様に係る有機EL表示パネルは、さらに、映像データを変換データ信号に変換する変換回路と、前記変換回路から入力される前記変換データ信号を前記データ電圧に変換するDA変換回路を含み、前記データ電圧を前記データ線に供給するデータ線駆動回路とを備えることが好ましい。
本態様では、データ線駆動回路は、映像データにそのまま対応するデータ電圧を入力するのではなく、変換回路を介して所定の変換を行った変換データ信号をアナログ変換することで得られるデータ電圧をデータ線に供給する。
また、本発明の一態様に係る有機EL表示パネルは、前記変換回路は、前記変換データ信号に対応する前記データ電圧が、前記第1駆動トランジスタの電流−電圧特性における前記第1のゲート電圧値から前記第4のゲート電圧値までの範囲の場合、当該範囲に対応する前記映像データの表示階調が上がるに従って変換後のデータ電圧が小さくなるよう前記変換データ信号に変換し、前記変換データ信号に対応する前記データ電圧が、前記第2駆動トランジスタの電流−電圧特性における前記第2のゲート電圧値以上の範囲の場合、当該範囲に対応する前記映像データの表示階調が上がるに従って変換後のデータ電圧が大きくなるよう前記変換データ信号に変換することが好ましい。
本態様によると、相互に極性が反転した2個の駆動トランジスタを用いて有機EL素子を駆動する場合であっても、映像データを変換して得られる変換データ信号に対応するデータ電圧の範囲に応じて、映像データの最小値から最大値までの全領域に対応したデータ電圧を生成できる。
これにより、変換データ信号に対応するデータ電圧が、第1駆動トランジスタの電流−電圧特性において、上記所定の電流値に対応する第1のゲート電圧値から有機EL素子に流す最小電流値に対応する第4のゲート電圧値までの範囲の場合と、第2駆動トランジスタの電流−電圧特性において、上記所定の電流値に対応する第2のゲート電圧値以上の範囲の場合とで、映像データに対応する変換データ信号を増減させる制御が異なるが、相互に極性が反転した2個の駆動トランジスタを用いて有機EL素子を駆動する場合であっても、映像データの最小値から最大値までの全領域に対応したデータ電圧を生成できる。
また、本発明の一態様に係る有機EL表示パネルは、さらに、前記スイッチングトランジスタの導通及び非導通を制御する走査信号を、走査線を介して前記スイッチングトランジスタに出力する走査線駆動回路を備えることが好ましい。
本態様によれば、発光画素へのデータ電圧の供給タイミングは、走査線駆動回路から走査線を介してスイッチングトランジスタに出力される走査信号により決定される。
また、本発明の一態様に係る有機EL表示パネルは、前記有機EL素子、前記コンデンサ、前記第1駆動トランジスタ、及び前記第2駆動トランジスタを含む画素回路が、マトリクス状に配置されていてもよい。
これにより、駆動トランジスタの個数は各画素回路にて1個増加するたけで、データ電圧に応じて第1電源線と第2電源線とを使い分けることが可能となる。その結果、マトリクス状に配置された発光画素を有する表示パネル全体として、回路素子を大幅に増加させることなく、簡易な構成により表示パネルを実現できる。
また、本発明の一態様に係る有機EL表示パネルは、さらに、前記データ線駆動回路及び前記走査線駆動回路を制御する制御回路を備え、前記制御回路は、前記走査線駆動回路によって、前記マトリクス状のある一ラインにおける各画素回路に含まれる前記スイッチングトランジスタをON制御するタイミングと、前記データ線駆動回路によって、前記ある一ラインにおける各画素回路に前記データ線を介して前記データ電圧を供給するタイミングとの同期をとる制御を行ってもよい。
本態様によれば、データ線駆動回路からのデータ電圧の供給タイミングと、走査線駆動回路からの走査信号の供給タイミングとの同期が行順次にとられる。これにより、パネル発光の行順次走査が実現される。
また、本発明の一態様に係る有機EL表示パネルは、前記データ線駆動回路は、前記制御回路からの同期信号の入力によって、前記走査線駆動回路から前記マトリクス状のある一ラインにおける各画素回路に前記走査信号を出力するタイミングと同期させて、前記ある一ラインにおける各画素回路に前記データ線を介して前記データ電圧を供給してもよい。
本態様によれば、変換回路をデータ線駆動回路の前段に配置して映像信号に応じてデータ電圧の変換傾向を変える場合であっても、走査信号と同期させて変換後のデータ電圧をデータ線駆動回路から出力させることが可能となる。
また、本発明は、このような特徴的な手段を備える有機EL表示パネルとして実現することができるだけでなく、有機EL表示パネルを備えた有機EL表示装置として実現することができる。
また、本発明は、このような特徴的な手段を備える有機表示パネルとして実現することができるだけでなく、有機EL表示パネルに含まれる特徴的な手段をステップとする有機EL表示パネルの駆動方法として実現することができる。
また、本発明の一態様に係る有機EL表示パネルは、有機EL素子と、第1電極と第2電極とを有し、データ電圧に対応する電圧を保持するコンデンサと、ゲート電極が前記コンデンサの第1電極に接続され、ドレイン電極が前記有機EL素子のカソード電極に接続され、前記コンデンサに保持された前記電圧に応じた第1ドレイン電流を前記有機EL素子に供給することにより前記有機EL素子を発光させるn型の第1駆動トランジスタと、ゲート電極が前記コンデンサの第1電極に接続され、ソース電極が前記有機EL素子のカソード電極に接続され、前記コンデンサに保持された前記電圧に応じた第2ドレイン電流を前記有機EL素子に供給することにより前記有機EL素子を発光させるp型の第2駆動トランジスタと、前記データ電圧を供給するためのデータ線と、前記データ線と前記コンデンサとの導通及び非導通を切り換えることにより前記コンデンサの第1電極に前記データ電圧を保持させるためのスイッチングトランジスタと、前記第1駆動トランジスタのソース電極に第1電源電圧を設定する第1電源線と、前記第2駆動トランジスタのドレイン電極に前記第1電源電圧より低い第2電源電圧を設定する第2電源線とを備え、前記第1駆動トランジスタは、前記有機EL素子の電流−電圧特性における所定の電流値に対応する第1のゲート電圧値が前記データ電圧における最大電圧となり、前記第1ドレイン電流が前記所定の電流値より小さくなる程、前記第1ドレイン電流を流すためのゲート電圧が小さくなるような電流−電圧特性を持つトランジスタであり、前記第2駆動トランジスタは、前記所定の電流値に対応する第2のゲート電圧値が、前記有機EL素子に流す最小電流値に対応する第3のゲート電圧値より小さい電圧値であり、前記第2ドレイン電流が前記所定の電流値より大きくなる程、前記第2ドレイン電流を流すためのゲート電圧が小さくなるような電流−電圧特性を持つトランジスタであってもよい。
本態様によれば、有機EL素子のカソード側に駆動トランジスタが接続された回路構成においても、有機EL素子のアノード側に駆動トランジスタが接続された回路構成を有する有機EL表示パネルと同様の効果が奏される。
(実施の形態)
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係る有機EL表示パネルの機能ブロック図である。同図における有機EL表示パネル1は、制御回路2と、走査線駆動回路3と、データ線駆動回路4と、電源供給回路5と、表示部6と、変換回路7とを備える。
表示部6は、マトリクス状に配置された複数の発光画素6Aを備える。データ電圧Vdataは、発光画素列ごとに配置されたデータ線を介して発光画素6Aに供給される。走査信号SCANは、発光画素行ごとに配置された走査線を介して発光画素6Aに供給される。
走査線駆動回路3は、行ごとに配置された走査線へ走査信号SCANを行順次に出力することにより、発光画素6Aの有する回路素子を駆動する。走査信号SCANは、発光画素6Aの有するスイッチングトランジスタの導通及び非導通を切り換える信号である。具体的には、走査線駆動回路3は、制御回路2からのスタートパルス信号の入力により、走査信号SCANを発光画素6Aへ供給する。
データ線駆動回路4は、列ごとに配置されたデータ線へ映像信号に基づいたデータ電圧を出力することにより、発光画素の有する回路素子を駆動する。具体的には、データ線駆動回路4は、制御回路2からの同期信号の入力により、走査線駆動回路3から発光画素6Aへ走査信号を行順次に出力するタイミングと同期させて、データ電圧を発光画素6Aへ供給する。また、データ線駆動回路4は、変換回路7から入力されるデジタル信号である変換データ信号を、アナログ信号であるデータ電圧に変換するDA(デジタル/アナログ)変換回路を含む。
制御回路2は、走査線駆動回路3から出力される走査信号SCANの出力タイミングを制御する。また、制御回路2は、データ線駆動回路4から出力されるデータ電圧を出力するタイミングを制御する。具体的には、外部から入力された映像信号により、走査線駆動回路3に対してスタートパルス信号を出力することにより発光画素6Aのスイッチングトランジスタを導通状態とするタイミングを制御する。また、データ線駆動回路4に対して同期信号を出力することにより、データ線駆動回路4から出力されるデータ電圧を供給するタイミングと、走査信号SCANの出力タイミングとの同期をとる制御を行う。
電源供給回路5は、各電源線を介し、全ての発光画素6Aへ定電源電圧を供給する。
変換回路7は、外部から入力された映像信号の輝度情報である映像データを変換データ信号に変換する。具体的な変換方式は、図6を用いて後述する。
図2は、本発明の実施の形態に係る発光画素の回路図である。同図に記載された発光画素6Aは、選択トランジスタ21と、p型駆動トランジスタ22と、n型駆動トランジスタ23と、コンデンサ24と、有機EL素子25とを備える。また、発光画素列ごとに、データ線12が配置され、発光画素行ごとに、走査線11が配置されている。さらに、全ての発光画素6Aに対して、第1電源線14と、第2電源線13と、基準電源線15と、参照電源線16とが配置されている。また、第1電源線14、第2電源線13、基準電源線15及び参照電源線16は、それぞれ、他の発光画素にも接続されており、電源供給回路5に接続されている。また、第2電源線13に設定された高電圧VDD1は、第1電源線14に設定された低電圧VDD2よりも高く設定されており、第1電源線14及び第2電源線13とも、基準電源線15よりも高い電位に設定されている。
データ線12は、データ線駆動回路4に接続され、発光画素6Aを含む画素列に属する各発光画素へ接続されている。これにより、データ線12を介して、発光強度を決定するデータ電圧Vdataが発光画素6Aに供給される。
走査線11は、走査線駆動回路3に接続され、発光画素6Aを含む画素行に属する各発光画素に接続されている。これにより、走査線11を介して、データ電圧Vdataを書き込むタイミングを示す走査信号SCANが発光画素6Aに供給される。
選択トランジスタ21は、ゲート電極が走査線11に接続され、ソース電極及びドレイン電極の一方がp型駆動トランジスタ22及びn型駆動トランジスタ23のゲート電極に接続されたスイッチングトランジスタである。選択トランジスタ21は、走査線11からの走査信号SCANにより、データ線12とコンデンサ24との導通及び非導通を切り換えることでコンデンサ24にデータ電圧に対応した電圧を保持させる。選択トランジスタ21は、例えば、n型の薄膜トランジスタ(n型TFT)で構成される。
p型駆動トランジスタ22は、ゲート電極がコンデンサ24の第1電極に接続され、ドレイン電極が有機EL素子25のアノード電極に接続され、ソース電極が第1電源線14に接続されている。上記接続関係により、p型駆動トランジスタ22は、コンデンサ24に保持された電圧に応じて第1ドレイン電流を有機EL素子25に供給することで有機EL素子25を発光させる。p型駆動トランジスタ22は、p型の薄膜トランジスタ(p型TFT)で構成される。ここで、第1ドレイン電流は、p型駆動トランジスタ22を介して第1電源線14から基準電源線15に流れる電流である。
n型駆動トランジスタ23は、ゲート電極がコンデンサ24の第1電極に接続され、ソース電極が有機EL素子25のアノード電極に接続され、ドレイン電極が第2電源線13に接続されている。上記接続関係により、n型駆動トランジスタ23は、コンデンサ24に保持された電圧に応じて第2ドレイン電流を有機EL素子25に供給することで有機EL素子25を発光させる。n型駆動トランジスタ23は、n型の薄膜トランジスタ(n型TFT)で構成される。ここで、第2ドレイン電流は、n型駆動トランジスタ23を介して第2電源線13から基準電源線15に流れる電流である。
有機EL素子25は、アノード電極がp型駆動トランジスタ22のドレイン電極及びn型駆動トランジスタ23のソース電極に接続され、カソード電極が基準電源線15に接続された発光素子である。上記接続関係により、有機EL素子25は、p型駆動トランジスタ22の第1ドレイン電流またはn型駆動トランジスタ23の第2ドレイン電流が流れることにより発光する。
コンデンサ24は、第1電極がp型駆動トランジスタ22及びn型駆動トランジスタ23のゲート電極に接続され、第2電極が参照電源線16に接続され、データ電圧に対応した電圧を保持する。例えば、選択トランジスタ21がオフ状態となった後に、p型駆動トランジスタ22及びn型駆動トランジスタ23のゲート−ソース間電圧を安定的に保持し、第1及び第2ドレイン電流を安定化する機能を有する。
ここで、p型駆動トランジスタ22が供給する第1ドレイン電流及びn型駆動トランジスタ23が供給する第2ドレイン電流は、有機EL素子25の電流−電圧特性における所定の電流値を閾値として、選択的に有機EL素子25を流れるように設定されている。つまり、各表示階調において、第1ドレイン電流及び第2ドレイン電流のいずれか一方が有機EL素子25を流れることでいずれかのドレイン電流が有機EL素子25の発光電流となっている。発光画素6Aでは、例えば、低発光電流領域では、p型駆動トランジスタ22がオン状態となり第1ドレイン電流を発光電流として流す。また、高発光電流領域では、n型駆動トランジスタ23がオン状態となり第2ドレイン電流を発光電流として流す。このため、低発光電流領域では、低電圧VDD2が設定されている第1電源線14から第1ドレイン電流が有機EL素子25に流れる。よって、低発光電流領域における表示動作では、第2電源線13からドレイン電流を流す場合と比較して低消費電力化が図られる。
つまり、通常の発光画素回路と比較して、本発明の実施の形態に係る発光画素6Aでは、駆動トランジスタの個数は1個増加するものの、第1電源線14と第2電源線13との切り換え回路を増設することなく、また、2個の駆動トランジスタごとにデータ線及び選択トランジスタを配設することなく、駆動トランジスタの個数を1個増加することでで、データ電圧に応じて第1電源線14と第2電源線13とを使い分けることが可能となる。その結果、発光画素の回路素子を大幅に増加させることなく、簡易な構成により、低消費電力化が図られた省エネの画素回路を実現できる。
以下では、本発明の有機EL表示パネル1において、第1電源線14と第2電源線13との切り換え回路を増設することなく、表示階調に応じて第1ドレイン電流及び第2ドレイン電流の選択が実現されるための構成を説明する。
図3は、有機EL素子の電流−電圧特性を模式的に表したグラフである。同図において、横軸は有機EL素子のアノード−カソード間への印加電圧を表し、縦軸は順方向電流を表す。同図に示されるように、有機EL素子25の電流−電圧特性はダイオード特性となる。所定の閾値電圧以上の電圧をアノード−カソード間へ印加すると順方向電流が流れ始め、電圧増加に伴い電流が単調増加していく。
ここで、本発明の実施の形態に係る有機EL表示パネル1では、有機EL素子25の電流−電圧特性において、所定の電流値Iaが定義される。有機EL素子25が発光する電流Iaを境界電流として、Iaより大きい電流領域では、高電圧の電源電圧を供給する第2電源線13及びn型駆動トランジスタ23を経由して有機EL素子25に発光電流を流し、Ia以下の電流領域では、低電圧の電源電圧を供給する第1電源線14及びp型駆動トランジスタ22を経由して有機EL素子25に発光電流を流す。
次に、Iaを閾値として第1ドレイン電流及び第2ドレイン電流のいずれかを有機EL素子25に流すためのp型駆動トランジスタ22及びn型駆動トランジスタ23の電流−電圧特性を説明する。
図4は、本発明の実施の形態に係る2つの駆動トランジスタの電流−電圧特性を表すグラフである。同図において、横軸はデータ電圧Vdata、つまり、駆動トランジスタのゲート電極に印加される電圧を表し、縦軸は駆動トランジスタのドレイン電流Idを表す。また、第1のゲート電圧値はVL2であり、第2のゲート電圧値はVH1であり、第3のゲート電圧値はVH0であり、第4のゲート電圧値はVL1である。
p型駆動トランジスタ22は、図3に示された有機EL素子25の電流−電圧特性における電流Iaを第1ドレイン電流として流すときの第1のゲート電圧値VL2が表示階調を表現するデータ電圧の範囲における最小電圧となり、第1ドレイン電流が電流Iaより小さくなる程、第1ドレイン電流を流すためのゲート電圧が大きくなるような電流−電圧特性を有している。言い換えれば、ゲート電圧が大きくなる程第1ドレイン電流が小さくなる電流−電圧特性を有している。
一方、n型駆動トランジスタ23は、電流Iaを第2ドレイン電流として流すときの第2のゲート電圧値VH1が、有機EL素子25に流す最小電流値Iminに対応する第3のゲート電圧値VH0より大きい電圧値であり、第2ドレイン電流が電流Iaより大きくなる程、第2ドレイン電流を流すためのゲート電圧が大きくなるような電流−電圧特性を有している。言い換えれば、ゲート電圧が大きくなる程第2ドレイン電流が大きくなる電流−電圧特性を有している。また、n型駆動トランジスタ23は、ゲート電圧値VH2のとき、第2ドレイン電流として電流Ibを流す。ここで、電流値Iminとは、図4に示された電流−電圧特性における横軸上の電流値であり、当該電流値より小さい電流は発光電流として無視できるものである。
なお、p型駆動トランジスタ22の電流−電圧特性における、有機EL素子に流す最小電流値Iminに対応する第4のゲート電圧値VL1は、第3のゲート電圧値VH0より小さく設定されていることが好ましい。
これによりp型駆動トランジスタ22による第1ドレイン電流を流すためのゲート電圧の範囲と、n型駆動トランジスタ23による第2ドレイン電流を流すためのゲート電圧の範囲とが重ならず、完全に分離される。これにより、高電圧電源線と低電圧電源線との切り換え回路を増設することなく、全範囲のデータ電圧において、いずれか一方のみの駆動トランジスタから供給されるドレイン電流により有機EL素子25を発光させることが可能となる。
また、n型駆動トランジスタ23の第2のゲート電圧値VH1と第3のゲート電圧値VH0との電位差は、p型駆動トランジスタ22の第4のゲート電圧値VL1と第1のゲート電圧値VL2との電位差よりも小さいことが好適である。さらに、n型駆動トランジスタ23の第2のゲート電圧値VH1と第3のゲート電圧値VH0との電位差はできるだけ小さい方が好適である。
有機EL素子25に供給するドレイン電流は、p型駆動トランジスタ22のゲート電極に第4のゲート電圧値VL1に対応するゲート電圧が印加されることで第1ドレイン電流が流れ始め、第1ドレイン電流が大きくなるにつれて、ゲート電圧は第1のゲート電圧値VL2まで小さくなる。そして、第1ドレイン電流値が所定の電流値Iaになると、n型駆動トランジスタ23のゲート電極に第2のゲート電圧値VH1に対応する電圧が印加されることで、第2ドレイン電流が流れ始める。即ち、p型駆動トランジスタ22及びn型駆動トランジスタ23の双方とも電流を流さない電圧の範囲は、第4のゲート電圧値VL1と第2のゲート電圧値VH1との間に対応する電圧範囲である。この範囲を小さくすること、つまり、当該範囲におけるn型駆動トランジスタ23の電流−電圧特性の傾きを急峻にすることで、第2のゲート電圧値VH1はできるだけ低電圧側(VH1’→ VH1)に設定することができるので、第2駆動トランジスタに流れる第2ドレイン電流を流すための電圧を小さくでき、消費電力を低減することができる。
また、p型駆動トランジスタ22の第4のゲート電圧値VL1と第1のゲート電圧値VL2との電位差は、n型駆動トランジスタ23の第2のゲート電圧値VH1と第3のゲート電圧値VH0との電位差よりも大きいことが好適である。p型駆動トランジスタ22の第4のゲート電圧値VL1と第1のゲート電圧値VL2との電位差をn型駆動トランジスタ23の第2のゲート電圧値VH1と第3のゲート電圧値VH0との電位差よりも大きくすることで、低階調域での表示可能階調数を増やすことができる。以下にその理由を述べる。
p型駆動トランジスタ22及びn型駆動トランジスタ23のそれぞれのゲート電極に印加されるデータ電圧は、所定の最小分解能をもって印加される。例えば、0.01Vを最小分解能とすると、0.01V単位でデータ電圧を入力することが可能となる。そこで、例えば、n型駆動トランジスタ23の第2のゲート電圧値VH1と第3のゲート電圧値VH0との電位差を0.5Vと設定し、p型駆動トランジスタ22の第4のゲート電圧値VL1と第1のゲート電圧値VL2との電位差を1Vと設定した場合を想定する。この場合、n型駆動トランジスタ23の第2のゲート電圧値VH1と第3のゲート電圧値VH0との電位差間ではIa以下のドレイン電流範囲で50階調を割り当てることが可能であるのに対して、p型駆動トランジスタ22の第4のゲート電圧値VL1と第1のゲート電圧値VL2との電位差間では、同様のドレイン電流範囲で100階調を割り当てることが可能となる。本実施の形態に係る有機EL表示パネル1では、所定の電流値Ia以下では、p型駆動トランジスタ22を流れる第1ドレイン電流が、有機EL素子25に流れる。従って、n型駆動トランジスタ23の階調数ではなく、p型駆動トランジスタ22の階調数により低階調域での電流制御が行われる。これにより、所定の電流値Ia以下でのドレイン電流範囲における階調数を多く設定できることで、有機EL素子25の低階調域における出力可能階調も増加する。特に、人間の目は低階調域における輝度の感度が高いため、低階調域における表示可能階調が増加することにより、表示装置の表現可能色の品質を上げることができる。
次に、上述したp型駆動トランジスタ22及びn型駆動トランジスタ23の電流−電圧特性における電圧を、ゲート−ソース間電圧により表現する。
図5Aは、本発明の実施の形態に係るp型駆動トランジスタの電流−電圧特性を表すグラフである。p型駆動トランジスタ22のゲート電極に印加されたゲート電圧値に対して、ゲート−ソース間電圧Vgsは、ゲート電圧値からソース電極の電圧であるVDD2を減じた値となる。よって、p型駆動トランジスタ22の第1ドレイン電流を流すデータ電圧の範囲と、Vgsの範囲とを同じ(VL1−VL2)に設定することが可能となる。
以上、図4、図5A及び図5Bに示される駆動トランジスタの特性より、p型駆動トランジスタ22の第1ドレイン電流を有機EL素子25に流すためのデータ電圧の範囲として、VL1〜VL2を設定し、n型駆動トランジスタ23の第2ドレイン電流を有機EL素子25に流すためのデータ電圧の範囲として、VH1〜VH2を設定することにより、ドレイン電流がIa以下の範囲では、p型駆動トランジスタ22の第1ドレイン電流を有機EL素子の発光電流とし、ドレイン電流がIaより大きい範囲では、n型駆動トランジスタ23の第2ドレイン電流を有機EL素子25の発光電流として流し分けることが可能となる。
次に、上述したデータ電圧の範囲であるVL1〜VL2及びVH1〜VH2により、有機EL素子25の発光電流を表示階調に応じて連続的に流すための変換回路7の機能について説明する。変換回路7は、外部から入力された映像データを変換データ信号VTに変換する。
図6は、本発明の実施の形態に係る変換回路の変換特性を表すグラフである。同図に記載されたグラフにおいて、横軸は変換回路7に入力される映像データを表し、縦軸は変換回路7から出力される変換データ信号VTを表す。映像データは、例えば、256階調(0〜255)の輝度を表現するためのデジタルデータである。グラフの変換特性は、表示階調が低階調(0)〜所定の中間階調(例えば127階調)までは、表示階調の増加に伴い、VTがVL1〜VL2の範囲で単調減少している。また、表示階調が所定の中間階調(例えば128階調)〜高階調までは、表示階調の増加に伴い、VTがVH1〜VH2の範囲で単調増加している。
また、変換回路7から出力されたVTはデータ線駆動回路4のDA変換回路41に入力され、アナログ信号としてのデータ電圧へと変換される。本実施の形態では、データ線駆動回路4は、映像データにそのまま対応するデータ電圧を出力するのではなく、変換回路7を介して所定の変換を行った変換データ信号を、アナログ変換することで得られるデータ電圧をデータ線に供給する。
つまり、変換回路7は、変換データ信号VTに対応するデータ電圧が、p型駆動トランジスタ22の電流−電圧特性におけるVL2〜VL1までの範囲の場合、当該範囲に対応する映像データの表示階調が上がるに従ってデータ電圧が小さくなるよう、映像データから変換データ信号VTに変換する。一方、変換データ信号VTに対応するデータ電圧が、n型駆動トランジスタ23の電流−電圧特性におけるVH1以上の範囲の場合、当該範囲に対応する映像データの表示階調が上がるに従ってデータ電圧が大きくなるよう、映像データから変換データ信号VTに変換する。
有機EL表示パネル1は、上述した変換特性のテーブルを、例えば、内蔵メモリに記憶している。変換回路7は、上記メモリから変換特性のテーブルを読み出し、当該テーブルにより映像データを変換データ信号に変換する。
本態様によると、相互に極性が反転した2個の駆動トランジスタを用いて有機EL素子を駆動する場合であっても、映像データを変換して得られる変換データ信号に対応するデータ電圧の範囲に応じて、映像データの最小値から最大値までの全領域に対応したデータ電圧を生成できる。
これにより、変換データ信号VTに対応するデータ電圧が、p型駆動トランジスタ22の電流−電圧特性におけるVL2〜VL1までの範囲の場合と、n型駆動トランジスタ23の電流−電圧特性におけるVH1以上の範囲の場合とで、映像データに対応する変換データ信号を増減させる制御が異なるが、相互に極性が反転した2個の駆動トランジスタを用いて有機EL素子25を駆動する場合であっても、映像データの最小値から最大値までの全領域に対応したデータ電圧を生成できる。
以降では、本発明の有機EL表示パネルに映像信号が入力され、有機EL表示パネルが表示動作するまでの有機EL表示パネルの駆動方法及び各種信号の流れを説明する。
図7Aは、本発明の実施の形態に係る有機EL表示パネルにおける各種信号の流れを表す図である。映像信号は、同期信号及び映像データから構成される。
同期信号は、垂直同期信号V、水平同期信号H及びDE(Display Enable)信号から構成され、それらの同期信号は制御回路2に入力される。制御回路2は、上記同期信号を受け、走査線駆動回路3に対してスタートパルス信号を出力することにより走査線駆動回路3から出力される走査信号SCANの出力タイミングを制御し、データ線駆動回路4に対して同期信号を出力することにより、データ線駆動回路4から出力されるデータ電圧を供給するタイミングと、走査信号SCANの出力タイミングとの同期をとる制御を行う。
映像データは、各発光画素6Aの有機EL素子25を発光させるためのデジタル輝度情報信号であり、変換回路7に入力される。変換回路7は、図6に示される変換特性のように、映像データを変換データ信号VTに変換してデータ線駆動回路4に出力する。データ線駆動回路4は、内蔵するDA変換回路41によりデジタルの変換データ信号VTをアナログのデータ電圧に変換して発光画素6Aへと出力する。
図7Bは、本発明の実施の形態に係る有機EL表示パネルの駆動タイミングチャートである。同図には、上から順に、垂直同期信号V、水平同期信号H、DE信号、映像データ、変換データ信号VT、スタートパルス信号、1行目の走査信号SCAN_1、2行目の走査信号SCAN_2、3行目の走査信号SCAN_3、及び最終行の走査信号SCAN_Eの信号が時系列で表示されている。
まず、垂直同期信号Vにより、1フレームの書き込みタイミングが決定され、水平同期信号Hにより、各発光画素行への書き込みタイミングが決定される。
次に、スタートパルス信号により、行順次に走査信号SCANがハイレベルとなり、DE信号に同期して変換データ信号VTから変換されたデータ電圧が、データ線に出力される。
以下、本発明の実施の形態に係る有機EL表示パネルの駆動方法を説明する。
図8は、本発明の実施の形態に係る有機EL表示パネルの有する各回路の動作フローの関係を表す図である。同図には、有機EL表示パネル1の有する制御回路2、走査線駆動回路3、データ線駆動回路4及び変換回路7を主体とした動作及びそれらの動作の関係が示されている。
まず、外部から映像信号が入力され、有機EL表示パネル1は、映像信号を構成する映像データを変換回路7に入力し(S01)、同期信号を制御回路2に入力する(S21)。
次に、変換回路7は、図6で示された変換特性に基づき、入力された映像データを変換データ信号VTに変換する(S02)。そして、変換回路7は、変換した変換データ信号VTをデータ線駆動回路4へ出力する(S03)。
一方、同期信号が入力された制御回路2は、入力された同期信号を構成するDE信号からスタートパルス信号を生成する(S22)。
次に、制御回路2は、DE信号をデータ線駆動回路4へ出力するとともに、生成したスタートパルス信号を走査線駆動回路3へ出力する(S23)。
次に、DE信号が入力されたデータ線駆動回路4は、内蔵するDA変換回路41により、変換回路7から出力された変換データ信号VTをデータ電圧Vdataに変換する(S11)。
次に、データ線駆動回路4は、DE信号に同期した変換データ信号VTから順に、DA変換されたデータ電圧を、データ線ごと、走査順となるよう各データドライバに設定する(S12)。
一方、スタートパルス信号が入力された走査線駆動回路3は、当該スタートパルス信号によりSCAN信号を生成する(S31)。
次に、走査線駆動回路3は、生成した走査信号SCANを走査線ごとに出力する(S32)。
データ線駆動回路4は、走査線駆動回路3から出力された走査信号SCANによりハイレベルとなっている走査線に接続された発光画素のデータ電圧を出力する(S13)。
最後に、走査線駆動回路3は、ステップS13でハイレベルとした走査線をローレベルとする(S33)。
以下では、走査線駆動回路3から走査信号SCANが入力され、データ線駆動回路4からデータ電圧Vdataが入力された発光画素の回路動作を説明する。
図9は、本発明の実施の形態に係る発光画素回路の動作フローチャートである。
まず、走査信号SCANにより走査線11がハイレベルとなり、発光画素6Aの選択トランジスタ21が導通状態となる(S41)。
次に、データ線駆動回路4からデータ線12に発光画素6Aのデータ電圧が出力される(S42)。
ステップS41及びステップS42により、発光画素6Aのコンデンサ24にデータ電圧に対応した電圧が保持される(S43)。
次に、走査信号SCANにより走査線11がローレベルとなり、発光画素6Aの選択トランジスタ21が非導通状態となる(S44)。
次に、印加されたデータ電圧の大きさに応じて自動的に、p型駆動トランジスタ22またはn型駆動トランジスタ23がオン状態となる(S45)。
ステップS45で、p型駆動トランジスタ22がオン状態となった場合、低電圧VDD2を電源電圧として第1電源線14からp型駆動トランジスタ22を介して第1ドレイン電流が有機EL素子25に流れる(S47)。一方、ステップS45で、n型駆動トランジスタ23がオン状態となった場合、高電圧VDD1を電源電圧として第2電源線13からn型駆動トランジスタ23を介して第2ドレイン電流が有機EL素子25に流れる(S46)。
ステップS46またはステップS47により、有機EL素子25がデータ電圧に対応して発光する。
図10は、本発明の実施の形態に係る有機EL表示パネルの駆動動作を詳細に説明する駆動タイミングチャートの一例である。同図に示された駆動タイミングチャートは、図7Bに示された駆動タイミングチャートの同じデータ線の4画素の4水平期間分を抜粋し、具体的なデータ電圧値を設定したものである。1行目〜4行目に対応する映像データを、それぞれ、D1〜D4としている。また、D1〜D4に対応する変換データ信号VT及びデータ電圧を、それぞれ、V1〜V4としている。また、データ電圧V1〜V4により有機EL素子25に流れるドレイン電流を、それぞれ、Id1〜Id4としている。
映像データD1〜D4は、それぞれ、図11に示された変換特性により変換データ信号VT及びデータ電圧に変換される。
図11は、本発明の実施の形態に係る変換回路の変換特性の一例を表すグラフである。同図に記載されたように、映像データD1〜D4は、低階調であるD1から高階調であるD4まで順次、階調が高くなっている。D1及びD2は、映像データが高階調になるほどデータ電圧が低くなる変換特性領域が使用されて、それぞれ、V1及びV2に変換される。一方、D3及びD4は、映像データが高階調になるほどデータ電圧が高くなる変換特性領域が使用されて、それぞれ、V3及びV4に変換される。
図12は、本発明の実施の形態に係る隣接行における発光画素の回路状態を表す図である。同図には、上述した映像データD1〜D4に対応したデータ電圧V1〜V4が、それぞれ1行目の発光画素〜4行目の発光画素へ書き込まれた場合の、ドレイン電流が流れる経路が示されている。
また、図13は、本発明の実施の形態に係る2つの駆動トランジスタの電流−電圧特性の一例を表すグラフである。同図には、2つの駆動トランジスタにより実現された発光画素の電流−電圧変換特性が示されている。また、上述したデータ電圧V1〜V4が、それぞれ1行目の発光画素〜4行目の発光画素へ書き込まれた場合の、ドレイン電流Id1〜Id4の大きさが示されている。
図11〜図13に示されたグラフは、低階調の映像データD1及びD2が、それぞれ、変換回路7によりV1及びV2に変換され、V1及びV2がVL2〜VL1の範囲であることから低電圧VDD2を電源電圧としてp型駆動トランジスタ22から有機EL素子25へと、それぞれ、第1ドレイン電流Id1及びId2が流れることを示している。また、高階調の映像データD3及びD4が、それぞれ、変換回路7によりV3及びV4に変換され、V3及びV4がVH1〜VH2の範囲であることから高電圧VDD1を電源電圧としてn型駆動トランジスタ23から有機EL素子25へと、それぞれ、第2ドレイン電流Id3及びId4が流れることを示している。
再び、図10に戻って駆動タイミングチャートを説明する。映像データD1〜D4が、それぞれ、変換データ信号及びデータ電圧V1〜V4に変換され、変換されたデータ電圧V1〜V4が、1行目〜4行目の走査信号SCAN1〜SCAN4と同期して各行の発光画素へ書き込まれ、当該書き込み動作完了時以降から各発光画素でドレイン電流Id1〜Id4が発生し、有機EL素子25が発光する。上記動作により、1フレーム期間での、1行目〜4行目の発光画素に発生する消費電力P1〜P4は、以下のように表される。
P1=Id1×VDD2 (式1)
P2=Id2×VDD2 (式2)
P3=Id3×VDD1 (式3)
P4=Id4×VDD1 (式4)
上記式1〜式4によれば、低階調の映像データD1及びD2についての表示動作では、低電圧VDD2を印加する第1電源線14が使用される。ここで、全階調の映像データに対応したドレイン電流を1つの駆動トランジスタで流すような従来の回路構成の場合には、高電圧VDD1を印加する第2電源線13が常に使用されることになる。両者を比較した場合、本発明の有機EL表示パネル1のように、2つの駆動トランジスタが配置され表示階調により電源線を使い分けた場合の方が、低階調の映像データD1及びD2を表示させるときの消費電力が低減される点で、パネル全体の低消費電力化が図られる。
以上、実施の形態について説明してきたが、本発明に係る有機EL表示パネルは、上述した実施の形態に限定されるものではない。上記実施の形態における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の実施の形態や、上記実施の形態に対して本発明の主旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、本発明に係る有機EL表示パネルを内蔵した有機EL表示装置も本発明に含まれる。
例えば、上記実施の形態では、2つの駆動トランジスタのソース電極またはドレイン電極が、有機EL素子25のアノード電極と接続され、2つの駆動トランジスタの方が有機EL素子25よりも高電位側に配置された構成をとっているが、本発明は当該構成に限られない。以下、上記実施の形態にて示された発光画素6Aの回路構成の変形例を説明する。
図14は、本発明の実施の形態に係る変形例を示す発光画素の回路図である。同図に示された発光画素6Bは、有機EL素子45のカソード電極と2つの駆動トランジスタのソース電極またはドレイン電極とが接続され、2つの駆動トランジスタの方が有機EL素子45よりも低電位側に配置された構成をとっている点のみが、実施の形態で示された発光画素6Aと異なる。
図14に記載された発光画素6Bを備える有機EL表示パネルは、上述した実施の形態に係る有機EL表示パネル1と同様の効果を奏するものである。以下、発光画素6Aの構成と同じ点は説明を省略し、異なる点を中心に説明する。
図14に記載された発光画素6Bは、選択トランジスタ21と、n型駆動トランジスタ42と、p型駆動トランジスタ43と、コンデンサ24と、有機EL素子45とを備える。また、発光画素列ごとに、データ線12が配置され、発光画素行ごとに、走査線11が配置されている。
さらに、全ての発光画素6Bに対して、第1電源線34と、第2電源線33と、基準電源線35と、参照電源線16とが配置されている。また、第1電源線34、第2電源線33、基準電源線15及び参照電源線16は、それぞれ、他の発光画素にも接続されており、電源供給回路5に接続されている。また、第1電源線34に設定された高電圧VEE2は、第2電源線33に設定された低電圧VEE1よりも高く設定されており、第2電源線33及び第1電源線34とも、基準電源線よりも低い電位に設定されている。
選択トランジスタ21は、ゲート電極が走査線11に接続され、ソース電極及びドレイン電極の一方がn型駆動トランジスタ42及びp型駆動トランジスタ43のゲート電極に接続されたスイッチングトランジスタである。
n型駆動トランジスタ42は、ゲート電極がコンデンサ24の第1電極に接続され、ドレイン電極が有機EL素子45のカソード電極に接続され、ソース電極が第1電源線34に接続されている。上記接続関係により、n型駆動トランジスタ42は、コンデンサ24に保持された電圧に応じて第1ドレイン電流を有機EL素子45に供給することで有機EL素子45を発光させる。n型駆動トランジスタ42は、n型の薄膜トランジスタ(n型TFT)で構成される。ここで、本変形例において、第1ドレイン電流は、n型駆動トランジスタ42を介して基準電源線35から第1電源線34に流れる電流である。
p型駆動トランジスタ43は、ゲート電極がコンデンサ24の第1電極に接続され、ソース電極が有機EL素子45のカソード電極に接続され、ドレイン電極が第2電源線33に接続されている。上記接続関係により、p型駆動トランジスタ43は、コンデンサ24に保持された電圧に応じて第2ドレイン電流を有機EL素子45に供給することで有機EL素子45を発光させる。p型駆動トランジスタ43は、p型の薄膜トランジスタ(p型TFT)で構成される。ここで、本変形例において、第2ドレイン電流は、p型駆動トランジスタ43を介して基準電源線35から第2電源線33に流れる電流である。
有機EL素子45は、カソード電極がn型駆動トランジスタ42のドレイン電極及びp型駆動トランジスタ43のソース電極に接続され、アノード電極が基準電源線35に接続された発光素子である。上記接続関係により、有機EL素子45は、n型駆動トランジスタ42の第1ドレイン電流またはp型駆動トランジスタ43の第2ドレイン電流が流れることにより発光する。
コンデンサ24は、第1電極がn型駆動トランジスタ42及びp型駆動トランジスタ43のゲート電極に接続され、第2電極が参照電源線16に接続され、データ電圧に対応した電圧を保持する。
ここで、n型駆動トランジスタ42が供給する第1ドレイン電流及びp型駆動トランジスタ43が供給する第2ドレイン電流は、有機EL素子25の電流−電圧特性における所定の電流値を閾値として、選択的に有機EL素子45を流れるように設定されている。つまり、各表示階調において、第1ドレイン電流及び第2ドレイン電流のいずれか一方が、有機EL素子45を流れることでいずれかのドレイン電流が有機EL素子25の発光電流となっている。発光画素6Bでは、例えば、低発光電流領域では、n型駆動トランジスタ42がオン状態となり第1ドレイン電流を発光電流として流す。また、高発光電流領域では、p型駆動トランジスタ43がオン状態となり第2ドレイン電流を発光電流として流す。このため、低発光電流領域では、基準電源線35から低電圧VEE1が設定されている第2電源線33へと第1ドレイン電流が有機EL素子45に流れる。よって、低発光電流領域における表示動作では、第1電源線34へとドレイン電流を流す場合と比較して低消費電力化が図られる。
つまり、通常の発光画素回路と比較して、発光画素6Bでは、駆動トランジスタの個数は1個増加するものの、第1電源線34と第2電源線33との切り換え回路を増設することなく、また、2個の駆動トランジスタごとにデータ線及び選択トランジスタを配設することなく、駆動トランジスタの個数を1個増加することでで、データ電圧に応じて第1電源線34と第2電源線33とを使い分けることが可能となる。その結果、発光画素の回路素子を大幅に増加させることなく、簡易な構成により、低消費電力化が図られた省エネの画素回路を実現できる。
図15は、本発明の実施の形態に係る変形例を示す発光画素の有する2つの駆動トランジスタの電流−電圧特性を表すグラフである。ここで、本変形例では、第1のゲート電圧値はVL2であり、第2のゲート電圧値はVH1であり、第3のゲート電圧値はVH0であり、第4のゲート電圧値はVL1である。
n型駆動トランジスタ42は、図3に示された有機EL素子の電流−電圧特性における電流Iaを第1ドレイン電流として流すときの第1のゲート電圧値VL2が表示階調を表現するデータ電圧の範囲における最大電圧となり、第1ドレイン電流が電流Iaより小さくなる程、第1ドレイン電流を流すためのゲート電圧が小さくなるような電流−電圧特性を有している。言い換えれば、ゲート電圧が大きくなる程第1ドレイン電流が大きくなる電流−電圧特性を有している。
一方、p型駆動トランジスタ43は、電流Iaを第2ドレイン電流として流すときの第2のゲート電圧値VH1が、有機EL素子45に流す最小電流値Iminに対応する第3のゲート電圧値VH0より小さい電圧値であり、第2ドレイン電流が電流Iaより大きくなる程、第2ドレイン電流を流すためのゲート電圧が小さくなるような電流−電圧特性を有している。言い換えれば、ゲート電圧が大きくなる程第2ドレイン電流が小さくなる電流−電圧特性を有している。ここで、電流値Iminとは、図15に示された電流−電圧特性における横軸上の電流値であり、当該電流値より小さい電流は発光電流として無視できるものである。
なお、n型駆動トランジスタ42の電流−電圧特性における、最小電流値Iminに対応する第4のゲート電圧値VL1は、第3のゲート電圧値VH0より大きく設定されていることが好ましい。
これによりn型駆動トランジスタ42による第1ドレイン電流を流すためのゲート電圧の範囲と、p型駆動トランジスタ43による第2ドレイン電流を流すためのゲート電圧の範囲とが重ならず、完全に分離される。これにより、高電圧電源線と低電圧電源線との切り換え回路を増設することなく、全範囲のデータ電圧において、いずれか一方のみの駆動トランジスタから供給されるドレイン電流により有機EL素子45を発光させることが可能となる。
また、例えば、本発明に係る有機EL表示パネルは、図16に記載されたような薄型フラットTVに内蔵される。本発明に係る有機EL表示パネルが内蔵されることにより、低消費電力かつ高精度な画像表示が可能な薄型フラットTVが実現される。
本発明は、特に、画素信号電流により画素の発光強度を制御することで輝度を変動させるアクティブ型の有機ELフラットパネルディスプレイに有用である。
1 有機EL表示パネル
2 制御回路
3 走査線駆動回路
4 データ線駆動回路
5 電源供給回路
6 表示部
6A、6B、100A 発光画素
7 変換回路
11、111 走査線
12、112 データ線
13、33 第2電源線
14、34 第1電源線
15、35、115 基準電源線
16 参照電源線
21、121a、121b 選択トランジスタ
22、43、122 p型駆動トランジスタ
23、42 n型駆動トランジスタ
24 コンデンサ
25、45、125 有機EL素子
41 DA変換回路
113 高輝度用電源線
114 低輝度用電源線
123 スイッチングトランジスタ
124a、124b 保持容量素子
126 ダイオード

Claims (10)

  1. 有機EL素子と、
    第1電極と第2電極とを有し、データ電圧に対応した電圧を保持するコンデンサと、
    ゲート電極が前記コンデンサの第1電極に接続され、ドレイン電極が前記有機EL素子のアノード電極に接続され、前記コンデンサに保持された前記電圧に応じた第1ドレイン電流を前記有機EL素子に供給することにより前記有機EL素子を発光させるp型の第1駆動トランジスタと、
    ゲート電極が前記コンデンサの第1電極に接続され、ソース電極が前記有機EL素子のアノード電極に接続され、前記コンデンサに保持された前記電圧に応じた第2ドレイン電流を前記有機EL素子に供給することにより前記有機EL素子を発光させるn型の第2駆動トランジスタと、
    前記データ電圧を供給するためのデータ線と、
    前記データ線と前記コンデンサとの導通及び非導通を切り換えることにより前記コンデンサに前記電圧を保持させるためのスイッチングトランジスタと、
    前記第1駆動トランジスタのソース電極に第1電源電圧を印加する第1電源線と、
    前記第2駆動トランジスタのドレイン電極に前記第1電源電圧より高い第2電源電圧を印加する第2電源線とを備え、
    前記第1駆動トランジスタは、前記有機EL素子の電流−電圧特性における所定の電流値に対応する第1のゲート電圧値が前記データ電圧における最小電圧となり、前記第1ドレイン電流が前記所定の電流値より小さくなる程、前記第1ドレイン電流を流すためのゲート電圧が大きくなるような電流−電圧特性を持つトランジスタであり、
    前記第2駆動トランジスタは、前記所定の電流値に対応する第2のゲート電圧値が、前記有機EL素子に流す最小電流値に対応する第3のゲート電圧値より大きい電圧値であり、前記第2ドレイン電流が前記所定の電流値より大きくなる程、前記第2ドレイン電流を流すためのゲート電圧が大きくなるような電流−電圧特性を持つトランジスタであり、
    前記最小電圧は、映像データの全表示階調を表示するのに必要な前記データ電圧のうち最小電圧値を示す電圧であり、
    前記第1駆動トランジスタの電流−電圧特性における、前記有機EL素子に流す最小電流値に対応する第4のゲート電圧値は、前記第3のゲート電圧値より小さい
    有機EL表示パネル。
  2. さらに、
    前記映像データを変換データ信号に変換する変換回路と、
    前記変換回路から入力される前記変換データ信号を前記データ電圧に変換するDA変換回路を含み、前記データ電圧を前記データ線に供給するデータ線駆動回路とを備える
    請求項に記載の有機EL表示パネル。
  3. 前記変換回路は、
    前記変換データ信号に対応する前記データ電圧が、前記第1駆動トランジスタの電流−電圧特性における前記第1のゲート電圧値から前記第4のゲート電圧値までの範囲の場合、当該範囲に対応する前記映像データの表示階調が上がるに従って変換後のデータ電圧が小さくなるよう前記変換データ信号に変換し、
    前記変換データ信号に対応する前記データ電圧が、前記第2駆動トランジスタの電流−電圧特性における前記第2のゲート電圧値以上の範囲の場合、当該範囲に対応する前記映像データの表示階調が上がるに従って変換後のデータ電圧が大きくなるよう前記変換データ信号に変換する
    請求項に記載の有機EL表示パネル。
  4. さらに、
    前記スイッチングトランジスタの導通及び非導通を制御する走査信号を、走査線を介して前記スイッチングトランジスタに出力する走査線駆動回路を備える
    請求項に記載の有機EL表示パネル。
  5. 前記有機EL素子、前記コンデンサ、前記第1駆動トランジスタ、及び前記第2駆動トランジスタを含む画素回路が、マトリクス状に配置されている
    請求項に記載の有機EL表示パネル。
  6. さらに、
    前記データ線駆動回路及び前記走査線駆動回路を制御する制御回路を備え、
    前記制御回路は、
    前記走査線駆動回路によって、前記マトリクス状のある一ラインにおける各画素回路に含まれる前記スイッチングトランジスタをON制御するタイミングと、
    前記データ線駆動回路によって、前記ある一ラインにおける各画素回路に前記データ線を介して前記データ電圧を供給するタイミングとの同期をとる制御を行う
    請求項に記載の有機EL表示パネル。
  7. 前記データ線駆動回路は、前記制御回路からの同期信号の入力によって、前記走査線駆動回路から前記マトリクス状のある一ラインにおける各画素回路に前記走査信号を出力するタイミングと同期させて、前記ある一ラインにおける各画素回路に前記データ線を介して前記データ電圧を供給する
    請求項に記載の有機EL表示パネル。
  8. 請求項1から請求項のいずれか1項に記載の有機EL表示パネルを備えた有機EL表示装置。
  9. 有機EL素子と、
    第1電極と第2電極とを有し、データ電圧に対応する電圧を保持するコンデンサと、
    ゲート電極が前記コンデンサの第1電極に接続され、ドレイン電極が前記有機EL素子のアノード電極に接続され、前記コンデンサに保持された前記電圧に応じた第1ドレイン電流を前記有機EL素子に供給することにより前記有機EL素子を発光させるp型の第1駆動トランジスタと、
    ゲート電極が前記コンデンサの第1電極に接続され、ソース電極が前記有機EL素子のアノード電極に接続され、前記コンデンサに保持された前記電圧に応じた第2ドレイン電流を前記有機EL素子に供給することにより前記有機EL素子を発光させるn型の第2駆動トランジスタと、
    前記データ電圧を供給するためのデータ線と、
    前記データ線と前記コンデンサとの導通及び非導通を切り換えることにより前記コンデンサの第1電極に前記データ電圧を保持させるためのスイッチングトランジスタと、
    前記第1駆動トランジスタのソース電極に第1電源電圧を設定する第1電源線と、
    前記第2駆動トランジスタのドレイン電極に前記第1電源電圧より高い第2電源電圧を設定する第2電源線と、
    映像データを変換データ信号に変換する変換回路と、
    前記変換回路から入力される前記変換データ信号を前記データ電圧に変換するDA変換回路を含み、前記データ電圧を前記データ線に供給する前記データ線駆動回路とを備え、
    前記第1駆動トランジスタは、前記有機EL素子の電流−電圧特性における所定の電流値に対応する第1のゲート電圧値が前記データ電圧における最小電圧となり、前記第1ドレイン電流が前記所定の電流値より小さくなる程、前記第1ドレイン電流を流すためのゲート電圧が大きくなるような電流−電圧特性を持つトランジスタであり、
    前記第2駆動トランジスタは、前記所定の電流値に対応する第2のゲート電圧値が、前記有機EL素子に流す最小電流値に対応する第3のゲート電圧値より大きい電圧値であり、前記第2ドレイン電流が前記所定の電流値より大きくなる程、前記第2ドレイン電流を流すためのゲート電圧が大きくなるような電流−電圧特性を持つトランジスタであり、
    前記最小電圧は、前記映像データの全表示階調を表示するのに必要な前記データ電圧のうち最小電圧値を示す電圧であり、
    前記第1駆動トランジスタの電流−電圧特性における、前記有機EL素子に流す最小電流値に対応する第4のゲート電圧値は、前記第3のゲート電圧値より小さい、
    有機EL表示パネルの駆動方法であって、
    前記変換回路は、
    前記変換データ信号に対応する前記データ電圧が、前記第1駆動トランジスタの電流−電圧特性における前記第1のゲート電圧値から、前記第4のゲート電圧値までの範囲の場合、当該範囲に対応する前記映像データの表示階調が上がるに従って変換後のデータ電圧が小さくなるように変換する第1変換ステップと、
    前記変換データ信号に対応する前記データ電圧が、前記第2駆動トランジスタの電流−電圧特性における前記第2のゲート電圧値以上の範囲の場合、当該範囲に対応する前記映像データの表示階調が上がるに従って変換後のデータ電圧が大きくなるように変換する第2変換ステップとを含む
    有機EL表示パネルの駆動方法。
  10. 有機EL素子と、
    第1電極と第2電極とを有し、データ電圧に対応する電圧を保持するコンデンサと、
    ゲート電極が前記コンデンサの第1電極に接続され、ドレイン電極が前記有機EL素子のカソード電極に接続され、前記コンデンサに保持された前記電圧に応じた第1ドレイン電流を前記有機EL素子に供給することにより前記有機EL素子を発光させるn型の第1駆動トランジスタと、
    ゲート電極が前記コンデンサの第1電極に接続され、ソース電極が前記有機EL素子のカソード電極に接続され、前記コンデンサに保持された前記電圧に応じた第2ドレイン電流を前記有機EL素子に供給することにより前記有機EL素子を発光させるp型の第2駆動トランジスタと、
    前記データ電圧を供給するためのデータ線と、
    前記データ線と前記コンデンサとの導通及び非導通を切り換えることにより前記コンデンサの第1電極に前記データ電圧を保持させるためのスイッチングトランジスタと、
    前記第1駆動トランジスタのソース電極に第1電源電圧を設定する第1電源線と、
    前記第2駆動トランジスタのドレイン電極に前記第1電源電圧より低い第2電源電圧を設定する第2電源線とを備え、
    前記第1駆動トランジスタは、前記有機EL素子の電流−電圧特性における所定の電流値に対応する第1のゲート電圧値が前記データ電圧における最大電圧となり、前記第1ドレイン電流が前記所定の電流値より小さくなる程、前記第1ドレイン電流を流すためのゲート電圧が小さくなるような電流−電圧特性を持つトランジスタであり、
    前記第2駆動トランジスタは、前記所定の電流値に対応する第2のゲート電圧値が、前記有機EL素子に流す最小電流値に対応する第3のゲート電圧値より小さい電圧値であり、前記第2ドレイン電流が前記所定の電流値より大きくなる程、前記第2ドレイン電流を流すためのゲート電圧が小さくなるような電流−電圧特性を持つトランジスタであり、
    前記最大電圧は、映像データの全表示階調を表示するのに必要な前記データ電圧のうち最大電圧値を示す電圧であり、
    前記第1駆動トランジスタの電流−電圧特性における、前記有機EL素子に流す最小電流値に対応する第4のゲート電圧値は、前記第3のゲート電圧値より大きい
    有機EL表示パネル。
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