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KR100454521B1 - 자발광형 표시 장치 - Google Patents

자발광형 표시 장치 Download PDF

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KR100454521B1
KR100454521B1 KR10-2002-7015526A KR20027015526A KR100454521B1 KR 100454521 B1 KR100454521 B1 KR 100454521B1 KR 20027015526 A KR20027015526 A KR 20027015526A KR 100454521 B1 KR100454521 B1 KR 100454521B1
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light
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KR10-2002-7015526A
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이노우에미츠오
오카베마사시
이와타슈지
야마모토다카시
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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

액티브 매트릭스 방식에 의한 자발광형 표시 장치의 화소 구동 회로에 있어서, 발광 소자의 전류를 제어하는 트랜지스터의 임계값 전압의 편차, 및 발광 소자의 발광 임계값 전압의 편차를 억제하여, 발광 소자의 휘도 편차가 없는 자발광형 표시 장치를 실현하는 것을 목적으로 한다.
발광 소자의 발광을 검지하는 광 검지 소자와 저항을 직렬 접속하고, 그 접속점의 전위에 의해 트랜지스터의 임계값 전압을 검지하고 있다. 또한, 광 검지 소자의 신호에 의해 제어된 트랜지스터를 마련하고, 발광 소자의 발광 임계값 전압도 검지하고 있다.

Description

자발광형 표시 장치{SELFLUMINOUS DISPLAY DEVICE}
표시 패널에, 발광 소자인 유기 EL 소자를 이용한 유기 EL 패널이 실용 레벨에 이르렀다. 유기 EL 패널은 자발광, 고속 응답, 광(廣)시야각 등 액정 패널이 갖고 있지 않은 우수한 특징을 갖고 있기 때문에, 문자, 도형, 화상이나 동화상 표시를 선명하게 할 수 있는 플랫 패널로서 기대가 크다. 유기 EL 패널은 구동 방법에 의해 패시브 매트릭스형(PM형)과 액티브 매트릭스형(AM형)으로 분류할 수 있다.
PM형은 유기 EL 패널의 외부에 구동 회로를 마련하기 때문에, 유기 EL 패널 자체의 구조가 간단해져 저비용화를 실현할 수 있다고 말하고 있다. 현재, 유기 EL 패널이 제품화되어 있는 것은 이 PM형이며, 차량용이나 휴대 전화용으로 이용되고 있다.
유기 EL 소자는 전류 구동 소자이기 때문에, 유기 EL 패널의 휘도 편차를 없애기 위해서는, 각 발광 화소에 흐르는 전류를 동일한 크기로 할 필요가 있다. 그러나, 다음 (1) 내지 (3)에 나타내는 문제에 의해 동일 전류로 하는 것과 저소비 전력으로 하는 것은 곤란하다.
(1) 모든 화소의 휘도를 균일화하기 위해서는, 각 화소에 흐르는 전류를 동일하게 해야 한다. 그것을 위해서는 각 화소의 양극이나 음극의 어느 한쪽을 정전류원으로 한다. 그러나, 정전류원으로서 동작시키기 위해서는, 버스 라인의 저항 성분에 의한 전압 강하분의 영향이 없도록, 다른 측의 매트릭스 전극의 구동 전압을 높게 해야 한다. 이것은 소비 전력을 크게 하는 요인으로 된다. 구동 전압이 충분히 높게 할 수 없는 경우, 각 화소까지의 버스 라인의 길이에 대응한 전압 강하분이 발광을 위한 전류량에 영향을 미친다. 즉, 정전류원으로 되지 않고 휘도 편차의 원인을 생성한다.
(2) PM형은 소정의 면 휘도를 얻기 위해서, 표시 패널의 주사선 수를 N개라고 하면, 순간 휘도는 N배로 발광시켜야 한다. 통상, 화소에 흐르는 전류와 발광 휘도는 비례하기 때문에, 흘러야 하는 전류는 N배로 된다. 그런데, 유기 EL 소자는 흐르는 전류가 커지면 발광 효율이 저하하는 성질을 갖고 있기 때문에, 소정의 면 휘도를 얻기 위해서는 N배 이상의 화소 전류가 필요하다.
이러한 이유에 의해 주사선 수 N이 많아질수록 소비 전력도 커진다. 이 문제는 상기 (1)의 문제를 더욱더 조장시킨다.
(3) 유기 EL 소자는 면 구조로 되어 있기 때문에, 각 화소에는 등가 회로에서 보면 병렬로 용량성 부하가 접속된다. 화소 전류가 커지거나, 화소 수가 많아져 반복 주파수가 높아지면, 이 용량성 부하로의 충방전 전류가 커져 소비 전력이 높아지게 된다. 상기 (2)의 문제도 있어, PM형에서는 용량성 부하에 의한 소비 전력이 더욱 증가한다.
이상의 문제에 의해, 현 상태에서 제품화되어 있는 PM 형의 것은 화면 사이즈가 수 인치 이하, 화소 수가 1만 화소 레벨 정도까지이다.
AM형의 유기 EL 패널은 상기의 문제를 개선할 수 있다.
상기 (1)의 문제는, AM형은 각 화소에 TFT 구동 회로를 마련하기 때문에, 순간적으로 대(大)전류를 흘릴 필요가 없어, 그 결과, 상기 (1)의 버스 라인에 의한 전압 저하분이 작아져, 인가 전압도 작아져도 되기 때문에, 소비 전력을 PM형에 비하여 대폭 저감할 수 있다. 인가 전압이 작아도 되는 것은 조금 높은 인가 전압으로 설정하는 것만으로, 각 화소까지의 버스 라인의 길이에 대응한 전압 강하분이 화소 전류량에 영향을 미치는 것이 없어지기 때문에, 균일한 휘도를 얻을 수 있다.
상기 (2)의 문제는, AM형은 각 화소에 TFT 구동 회로를 마련하기 때문에, 주사선의 수 N에 의존하지 않고, 언제나 작은 화소 전류를 흘려 두면 되므로, 화소 전류가 커지는 것에 의한 발광 효율의 저하에 기인하는 소비 전력의 증대는 없다. 상기 (3)의 문제는, AM 각 화소에 TFT 구동 회로를 마련하기 때문에, 주사선의 수 N에 의존하지 않고, 작은 화소 전류를 흘려 두면 되므로, 용량성 부하로의 충방전 전류가 작아도 되어, 이 영향에 의한 소비 전력은 작다. 이와 같이 AM형의 유기EL 소자는 휘도 편차나 소비 전력을 저감할 수 있다.
그런데, AM형에는 이하의 큰 결점이 있다. 즉, 유기 EL 패널 전역에 걸쳐, 특성이 모두 갖추어진 구동 소자를 만드는 것이 곤란하다. 그 결과, 각 화소에 흐르는 전류값이 달라 휘도의 편차로 되어 나타난다.
도 7은 종래의 AM형 유기 EL 디스플레이에서의 화소를 발광시키기 위한 화소 구동 회로를 나타내는 회로도이며, 이 구동 회로는, 예컨대 일본 특허 제 2784615 호 공보에 기재되어 있다.
도 7을 이용하여 이 화소 구동 회로의 동작을 설명한다.
제 1 트랜지스터(53)는 예컨대 N 채널 타입으로 구성하는 FET이며, 스위칭 소자로서 동작한다. 제 2 트랜지스터(55)는 예컨대 P 채널로 구성하는 FET이며, 구동 소자로서 동작한다. 캐패시터(54)는 제 1 트랜지스터(53)의 드레인 단자에 접속되어 있는 용량성 부하이다. 제 2 트랜지스터(54)의 드레인 단자에는 유기 EL 소자(56)가 접속되어 있다. 제 1 트랜지스터(53)의 드레인 단자는 제 2 트랜지스터(55)의 게이트 단자에 접속된다. 제 1 트랜지스터(53)의 게이트 단자에는 제 1 수직 주사선(51)으로부터 주사 신호가 인가된다. 소스 단자에는 제 1 수평 주사선(52)으로부터 화상 신호가 인가된다. (57)은 전원선이다.
다음에 발광 모드에 대하여 설명한다. 먼저, 제 1 트랜지스터(53)의 게이트 단자에는 주사선 신호가 인가된다. 이때에 제 1 트랜지스터(53)의 소스 단자에 화상 신호가 소정의 전압으로 인가되면, 제 1 트랜지스터(53)의 드레인 단자에 접속된 캐패시터(54)에는 화상 신호의 크기에 대응한 전압 레벨이 V1로 유지된다. 제2 트랜지스터(55)의 게이트 전압으로 유지되는 전압 레벨 V1의 크기가 드레인 전류를 흘리는데 충분한 크기이면, 전압 레벨 V1의 크기에 대응한 전류가 제 2 트랜지스터(55)의 드레인에 흐른다. 이 드레인 전류가 유기 EL 소자(56)의 발광 전류로 된다. 휘도는 발광 전류의 크기에 비례한다.
도 8은 이러한 동작으로 발광하는 경우의 휘도 편차의 발생에 대하여 설명하기 위한 특성도이다. 이 특성도는 제 2 트랜지스터(55)의 게이트·소스간 전압과 드레인 전류의 관계를 나타낸 것이다. 제 1 트랜지스터(53)나 제 2 트랜지스터(55)가 저온 폴리실리콘으로 구성되는 경우, 저온 폴리실리콘의 제법상의 관계로 인해, 표시 패널 전역에 걸쳐 동일 특성의 FET가 얻어지지 않는다. 예컨대, 제 1 트랜지스터(53)나 제 2 트랜지스터(55)는 도 8에 나타내는 특성의 편차를 갖는다. 이러한 특성을 갖는 제 2 트랜지스터(55)에 전압 레벨 V1이 인가되면, 드레인 전류의 크기는 Ia 내지 Ib의 폭으로 분산된다. 유기 EL은 전류의 크기에 비례한 휘도로 발광하기 때문에, 제 2 트랜지스터(55)에서의 특성의 편차가 발광 휘도의 편차로 되어 나타난다. 특히, 도 8에 나타내는 특성 편차는, 아날로그량으로 휘도 변조하는 방식, 즉 전압 레벨 V1의 크기로 발광 휘도를 제어하는 방식으로는 휘도 편차의 발생을 방지할 수 없다.
그래서, 제 2 트랜지스터(55)의 게이트·소스간 전압과 드레인 전류의 관계를 나타낸 도 9에서, 전압 레벨 V1이 항상 일정한 값으로 되는 레벨로 휘도 제어하는 디지털 휘도 제어 방식에서는, 전류가 포화된 레벨을 이용하기 때문에, 아날로그 휘도 제어 방식으로 발생한 휘도 편차를 방지할 수 있다. 그런데, 도 10에 마찬가지로 나타내는 제 2 트랜지스터(55)의 게이트·소스간 전압과 드레인 전류의 관계를 갖는 특성의 것에서는, 포화 전류가 동일하지 않기 때문에, 디지털 휘도 제어 방식에서도 휘도 편차가 발생한다. 도 11은 구동 소자의 특성 편차를 개선하는 그 밖의 종래예인 「Active Matrix OELD Displays with Po-SiTFT. The 10th International Workshop on Inorganic&OEL. p347∼p356」에 기재된 화소 구동 회로를 나타내는 회로도이다. 이 종래예에서는, 구동 소자로서의 제 2 트랜지스터(55A, 55B)를 병렬로 접속하는 것에 의해 상기 특성의 편차를 평균화하고 있다.
또한, 구동 소자의 특성 편차를 자동적으로 보정하는 회로가 제안되어 있다. 도 11은 {R. Dawson. et al. : Proc. of SID' 99(1999) p.438}에 나타내어진 화소내에 마련되는 구동 소자 특성 편차 자동 보정 회로이다. 본 회로에서는, 제 1 트랜지스터, 제 2 트랜지스터에 부가하여, 2개의 트랜지스터를 이용하는 것에 의해 구동 소자의 특성 편차를 보정하고 있다.
도 12를 이용하여 본 회로의 동작을 설명한다. 먼저 제 1 수직 주사선(51)을 활성화하는 것에 의해 제 1 트랜지스터(53)가 도통되어, 제 1 수평 주사선(52)으로부터 제 1 트랜지스터(53) 및 보조 캐패시터(553)를 거쳐서 제 2 트랜지스터(55)가 충분히 도통되는 신호가 입력된다. 이때, 유기 EL 소자 접속용 수직 주사선(552)에 의해 제어되는 유기 EL 소자 접속용 트랜지스터(555)는 도통하게 되어, 전원선(57)으로부터의 전류에 의해 유기 EL 소자(56)에 전류가 흐른다. 다음에 유기 EL 소자 접속용 수직 주사선(552)을 비활성화하고 또한 보정용 수직주사선(551)을 활성화하면, 유기 EL 소자(56)의 전류가 정지하는 한편, 캐패시터(54), 제 2 트랜지스터(55) 및 보정용 트랜지스터(554)의 폐(閉) 회로가 형성되어, 캐패시터(54)의 전압, 즉 제 2 트랜지스터(55)의 게이트·소스간 전압은 서서히 저하하여, 이 전압이 제 2 트랜지스터(55)의 임계값 전압에 도달했을 때, 이 제 2 트랜지스터(55)는 비도통으로 되기 때문에, 상기 폐 회로는 개방된다. 따라서, 캐패시터(54)에는 임계값 전압분의 전위가 메모리되게 된다. 다음에, 보정용 트랜지스터(554)를 보정용 수직 주사선(551)에 의해 비도통으로 하고, 유기 EL 소자 접속용 수직 주사선(552)을 활성화하는 것에 의해 유기 EL 소자 접속용 트랜지스터(55)5를 도통 상태로 한 후, 제 1 수평 주사선(52)으로부터 유기 EL 소자(56)의 필요 휘도에 따른 데이터 신호를 인가함으로써, 규정 휘도를 실현할 수 있다. 본 회로에서는, 제 2 트랜지스터(55)의 임계값 전압을 화소내의 캐패시터(54)에 메모리함으로써, 임계값 편차를 보정하여, 휘도 편차를 저감하고 있다.
종래의 자발광형 표시 장치는 이상과 같이 구성되어 있기 때문에, 구동 소자인 트랜지스터의 임계값 전압이 분산된 경우에는, 유기 EL 소자로의 인가 전압이 분산되게 되어, 동일 계조의 표시를 한 경우에 각 화소에서 휘도가 분산된다고 하는 문제점이 있었다.
한편, 상기한 바와 같은 휘도 편차를 억제할 목적으로, 트랜지스터의 임계값 전압 편차를 소거하기 위해서, 도 12에 나타내는 구성과 같이, 하나의 화소내에 4개의 트랜지스터를 이용한 자발광형 표시 장치에서는 트랜지스터의 임계값 편차는억제할 수 있지만, 유기 EL 소자의 경우, 도 13에 나타내는 휘도-소자 인가 전압 특성이 있어, 발광 임계값 전압의 편차에 의해 예컨대 특성 A, B, C를 갖는다. 동일 계조의 표시를 하기 위해서 동일한 전압 Vs를 인가하면, 발광 임계값 전압의 차이에 의해 각 화소의 휘도는 Bo, Ba, Bb로서 나타내는 값에 편차가 발생하여, 유기 EL 소자 자체의 상기 특성의 편차에 기인하는 휘도의 편차는 억제할 수 없다.
발명의 개시
본 발명의 제 1 구성에 따른 자발광형 표시 장치는, 매트릭스 형상으로 배열된 복수의 발광 소자와, 각각의 발광 소자에 대하여 적어도 하나 마련되고, 발광 소자로부터의 발광을 수광하도록 형성된 광 검지 소자를 구비하며, 광 검지 소자의 신호에 의해 발광 소자의 발광량을 제어하는 것이다.
이 구성에 따르면, 트랜지스터의 임계값 전압을 보정하여 휘도 편차를 억제할 수 있다.
본 발명의 제 2 구성에 따른 자발광형 표시 장치는, 복수의 제 1 수직 주사선 및 제 1 수평 주사선과, 제 1 수직 주사선의 각각에 교차하도록 배치된 복수의 제 1 수평 주사선과 복수의 전원선과, 제 1 수직 주사선과 제 1 수평 주사선의 교점 근방에 구비되고, 제 1 수직 주사선에 의해 제어되는 제 1 트랜지스터와, 제 1 트랜지스터를 거쳐서 제 1 수평 주사선에 접속되는 캐패시터와, 제 1 트랜지스터를 거쳐서 제 1 수평 주사선에 접속되고, 제 1 수평 주사선에 의해 제어되는 제 2 트랜지스터와, 제 2 트랜지스터를 거쳐서 전원선에 접속되고 매트릭스 형상으로 배열된 발광 소자를 구비한 자발광형 표시 장치에 있어서, 제 1 수직 주사선과 전원선 사이에 광 검지 소자와 저항이 직렬로 접속되고, 광 검지 소자와 저항의 접속점의 전위로 제어되는 제 3 트랜지스터를 구비하며, 제 3 트랜지스터를 거쳐서 전원선이 제 2 수평 주사선에 접속되고, 광 검지 소자가 발광 소자로부터의 광을 수광하도록 한 것이다.
이 구성에 따르면, 간단한 회로로 트랜지스터의 임계값 전압 편차를 검출할 수 있다.
본 발명의 제 3 구성에 따른 자발광형 표시 장치는, 제 2 구성에 따른 자발광형 표시 장치에 있어서, 수광 소자의 신호를 제 2 수평 주사선을 거쳐서 판독하기 위한 제어 회로와, 발광 소자마다의 신호를 데이터로서 저장하기 위한 메모리와, 메모리의 데이터에 근거하여 발광 소자에 인가하는 신호 전압을 변조해서 제 1 수평 주사선에 인가하는 수단을 구비한 것이다.
이 구성에 따르면, 메모리의 데이터에 근거하여 발광 소자에 인가하는 신호 전압을 변조할 수 있어, 휘도 편차를 억제할 수 있다.
본 발명의 제 4 구성에 따른 자발광형 표시 장치는, 복수의 제 1 수직 주사선 및 제 1 수평 주사선과, 제 1 수직 주사선과 제 1 수평 주사선의 교점 근방에 구비되고, 제 1 수직 주사선에 의해 제어되는 제 1 트랜지스터와, 제 1 트랜지스터를 거쳐서 제 1 수평 주사선에 접속되는 캐패시터와, 제 1 트랜지스터를 거쳐서 제 1 수평 주사선에 접속되고, 제 1 수평 주사선에 의해 제어되는 제 2 트랜지스터와, 제 2 트랜지스터를 거쳐서 전원선에 접속되고, 매트릭스 형상으로 배열된 발광 소자를 구비한 표시 장치에 있어서, 제 1 수직 주사선에 의해 제어되는 제 4 트랜지스터를 구비한 자발광형 표시 장치에서, 제 1 수직 주사선과 전원선 사이에 광 검지 소자와 캐패시터가 직렬로 접속되고, 광 검지 소자와 캐패시터의 접속점이 제 4 트랜지스터를 거쳐서 제 2 수평 주사선에 접속되며, 광 검지 소자가 발광 소자로부터의 광을 수광하도록 구성한 것이다.
이 구성에 따르면, 직류 전류를 억제할 수 있어, 소비 전력을 억제하면서 트랜지스터의 임계값 전압 편차를 검출할 수 있다.
본 발명의 제 5 구성에 따른 자발광형 표시 장치는, 본 발명의 제 4 구성에 따른 자발광형 표시 장치에 있어서, 광 검지 소자의 신호를 상기 제 2 수평 주사선을 거쳐서 판독하기 위한 제어 회로와, 발광 소자마다의 신호를 데이터로서 저장하기 위한 메모리와, 메모리의 데이터에 근거하여 발광 소자에 인가하는 신호 전압을 변조해서 상기 제 1 수평 주사선에 인가하는 수단을 구비한 것이다.
이 구성에 따르면, 메모리의 데이터에 근거하여 발광 소자에 인가하는 신호 전압을 변조할 수 있어, 소비 전력을 억제하면서 휘도 편차를 억제할 수 있다.
본 발명의 제 6 구성에 따른 자발광형 표시 장치는, 복수의 제 1 수직 주사선 및 제 1 수평 주사선과, 제 1 수직 주사선과 제 1 수평 주사선의 교점 근방에 구비되고, 제 1 수직 주사선에 의해 제어되는 제 1 트랜지스터와, 제 1 트랜지스터와 제 2 캐패시터를 거쳐서 제 1 수평 주사선에 접속되는 캐패시터와, 제 1 트랜지스터와 제 2 캐패시터를 거쳐서 제 1 수평 주사선에 접속되고, 제 1 수평 주사선에 의해 제어되는 제 2 트랜지스터와, 제 2 트랜지스터를 거쳐서 전원선에 접속되고,매트릭스 형상으로 배열된 복수의 발광 소자와, 제 2 수직 주사선에 의해 제어되고 제 2 트랜지스터의 제어선과 발광 소자 사이에 마련된 제 5 트랜지스터를 구비한 자발광형 표시 장치에 있어서, 제 2 트랜지스터의 제어선과 발광 소자 사이에 상기 제 5 트랜지스터와 직렬로 제 6 트랜지스터가 마련되고, 제 2 수직 주사선과 전원선 사이에 광 검지 소자와 저항이 직렬로 접속되고, 광 검지 소자와 저항의 접속점이 상기 제 6 트랜지스터의 제어선에 의해 접속되며, 광 검지 소자가 발광 소자로부터의 광을 수광하도록 구성한 것이다.
이 구성에 따르면, 발광 소자의 발광 임계값 전압을 검지하도록 했기 때문에, 트랜지스터의 임계값 전압 편차와 발광 소자의 발광 임계값 전압 편차를 화소내에서 보정하여 휘도 편차를 억제할 수 있다.
본 발명의 제 7 구성에 따른 자발광형 표시 장치는, 본 발명의 제 1 구성에 따른 자발광형 표시 장치에 있어서, 광 검지 소자가 비정질 실리콘으로 구성된 것이다.
이 구성에 따르면, 간단한 프로세스로 광 검지 소자를 형성할 수 있어, 휘도 편차가 적은 자발광형 표시 장치를 저비용으로 실현할 수 있다.
본 발명의 제 8 구성에 따른 자발광형 표시 장치는, 본 발명의 제 2 또는 제 6 구성에 따른 자발광형 표시 장치에 있어서, 광 검지 소자와 저항체가 모두 비정질 실리콘으로 구성되고, 저항체를 구성하는 비정질 실리콘과 발광 소자를 구성하는 비정질 실리콘과의 사이에 차광막을 형성한 것이다.
이 구성에 따르면, 휘도 편차가 적은 자발광형 표시 장치를 저비용으로 실현할 수 있다.
본 발명은, 발광 소자 매트릭스를 탑재한 액티브 매트릭스 방식의 자발광형 표시 장치에서, 특히 자발광 소자(예컨대, 유기 EL 소자와 같은 자발광형 발광 소자)의 휘도 제어에 관한 것으로, 자발광 소자의 휘도 편차 억제를 목적으로 한 것이다. 또, 이하의 설명에서는 자발광 소자를 간단히 발광 소자라고 기재하고 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에서의 화소 구동 회로의 구성을 나타내는 회로도,
도 2는 본 발명의 실시예 1에서의 자발광형 표시 장치의 제어 회로의 개략 구성을 나타내는 개념도,
도 3은 본 발명의 실시예 1에서의 화소 구동 회로의 구성을 나타내는 단면도,
도 4는 본 발명의 실시예 2에서의 화소 구동 회로의 구성을 나타내는 회로도,
도 5는 본 발명의 실시예 3에서의 화소 구동 회로의 구성을 나타내는 회로도,
도 6은 본 발명의 실시예 3에서의 화소 구동 회로의 동작 시퀀스를 나타내는 파형도,
도 7은 종래의 자발광형 표시 장치에서의 화소 구동 회로의 구성을 나타내는 회로도,
도 8은 종래의 자발광형 표시 장치의 동작을 설명하기 위한 특성도,
도 9는 종래의 자발광형 표시 장치의 동작을 설명하기 위한 특성도,
도 10은 종래의 자발광형 표시 장치의 동작을 설명하기 위한 특성도,
도 11은 종래의 다른 자발광형 표시 장치에서의 화소 구동 회로를 나타내는 회로도,
도 12는 종래의 다른 자발광형 표시 장치에서의 화소 구동 회로를 나타내는 회로도,
도 13은 종래의 자발광형 표시 장치의 동작을 설명하기 위한 특성도이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 본 발명의 실시예를 도면에 따라 설명한다. 또, 도면 중, 동일 부호는 동일 또는 상당 부분을 나타낸다.
(실시예 1)
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 자발광형 표시 장치의 하나의 화소에 대응한 화소 구동 회로(도면 중 상반(上半) 부분)를 나타내는 회로도이다. 도면에 있어서, (51)은 제 1 수직 주사선, (52)는 제 1 수평 주사선, (53)은 제 1 트랜지스터, (54)는 캐패시터, (55)는 제 2 트랜지스터(56)는 발광 소자로서, 유기 EL 소자로 이루어진다. 또, 캐패시터(54)의 일단(一端) 및 유기 EL 소자(56)의 캐소드측은 접지되어 있지만, 고정 전위이면 된다. (57)은 전원선이다. 또한, (8)은 광 검지 소자, (9)는 저항이며, 이 광 검지 소자(8)와 저항(9)은 제 1 수직 주사선(51)과 다음 단의 제 1 수직 주사선(77) 사이에서 서로 직렬로 접속되어 있다. (10)은 광 검지 소자(8)와 저항(9)의 접속점에 게이트가 접속된 제 3 트랜지스터, (11)은 제 2 수평 주사선이며, 이 제 2 수평 주사선(11)에는 제 3 트랜지스터(10)의 드레인이 접속되어 있다. 또, 도면의 하반(下半) 부분의 구성은 다음 단의 구성이며, 상반 부분과 동일한 구성이기 때문에 설명은 생략한다. 또한, 이 화소 구동 회로는 매트릭스 형상으로 배열되어 있지만, 이 구성은 종래와 동일하기 때문에 기재를 생략한다.
다음에 동작에 대하여 설명한다.
제 1 수직 주사선(51)이 활성화되면 제 1 트랜지스터(53)는 도통 상태로 되어, 제 1 수평 주사선(52)의 전압이 제 1 트랜지스터를 거쳐서 캐패시터(54)에 충전된다. 동시에 캐패시터(54)에 충전된 전압은 제 2 트랜지스터(55)의 게이트에 인가되어 있기 때문에, 제 2 트랜지스터(55)는 도통 상태로 되어, 전원선(57)으로부터 유기 EL 소자(56)로 전류를 공급하여, 유기 EL 소자(56)가 광을 발생시키는데, 제 2 트랜지스터(55)의 게이트에 인가되는 전압값에 의해서 발광량이 제어되고, 또한 캐패시터(54)에 의해 그 전압이 유지되어, 유기 EL 소자(56)는 제 1 수직 주사선(51)이 비활성화되어, 제 1 트랜지스터(53)가 비도통 상태가 된 후에도 계속 발광하는 것은 이미 설명하였다.
그런데, 유기 EL 소자(56)에 흐르는 전류는 제 2 트랜지스터(55)의 게이트에 인가되는 전압값에 의해 제어되지만, 그 전류값 Id와 제 2 트랜지스터(55)의 게이트에 인가되는 전압값 Vg는 다음 수학식 1의 관계가 있다.
(수학식 1)
Id = k × Vd × (Vg - Vth)
여기서, Vd는 트랜지스터의 소스-드레인 사이에 인가되는 전압, Vth는 트랜지스터의 임계값 전압, k는 제 2 트랜지스터(55)의 채널 길이, 채널 폭이나 캐리어 이동도에 의해 결정되는 정수이다. 즉, 제 2 트랜지스터(55)의 전류값 Id는 제 2 트랜지스터(55)의 게이트 전압 Vg로부터 트랜지스터의 임계값 전압 Vth의 차이에 의해 결정되지만, Vth에는 트랜지스터마다 편차가 크기 때문에, 동일한 Vg를 인가했다고 해도 동일한 휘도를 얻는 것은 불가능하다는 것도 이미 설명하였다.
본 실시예 1에서는, 유기 EL 소자(56)의 광을 광 검지 소자(8)에 의해 검지할 수 있도록 구성되어 있다. 제 1 수직 주사선(51)이 활성화되면, 광 검지 소자(8) 및 저항(9)에는 전원선(57)과 제 1 수직 주사선(51) 사이의 전압이 인가된다. 동시에 제 1 수평 주사선(52)에는 휘도 데이터에 대응한 전압이 인가되어, 유기 EL 소자(56)가 발광되지만, 이 발광에 의해 광 검지 소자(8)의 저항값이 급격히 저하하여, 광 검지 소자(8)와 저항(9)의 접속점의 전압은 제 1 수직 주사선(51)의 전압에 가까이 간다. 이 접속점은 제 3 트랜지스터(10)의 게이트에 접속되어 있기 때문에, 이 전압에 의해 제 3 트랜지스터(10)는 도통되고, 제 2 수평 주사선(11)은 제 3 트랜지스터(10)를 거쳐서 전원선(57)과 접속되며, 제 2 수평 주사선(11)의 전위는 전원선(57)의 전위와 거의 동일해진다. 이 때문에, 제 2 수평 주사선(11)의 전위를 관측하는 것에 의해, 활성화된 제 1 수직 주사선(51)에 대응하는 유기 EL 소자(56)가 발광했다는 것을 검지할 수 있다.
즉, 제 1 수평 주사선(52)의 전압 데이터를 순차적으로 변화, 예컨대 계단 형상으로 전압을 상승시켜 가는 것에 의해, 유기 EL 소자(56)가 발광을 시작하는전압이 판명된다.
도 2는 본 실시예 1에 따른 자발광형 표시 장치의 제어 회로를 나타낸다. 도면 중, (21)은 제어 회로(27)(후술)로부터의 수직 주사선 신호에 근거하여 제 1 수직 주사선(51)을 제어하는 수직 주사 회로, (22)는 제 1 수평 주사선(52)을 제어하는 제 1 수평 주사 회로, (23)은 제 2 수평 주사선(11)을 제어하는 제 2 수평 주사 회로, (24)는 유기 EL 소자(56) 및 광 검지 소자(8)를 포함하는 다수의 화소가 매트릭스 형상으로 형성된 표시 부분, (25)는 광 검지 소자(8)에 의해 검지된 시점에서의 소정 화소의 어드레스에서의 제 1 수평 주사선(52)의 전압(제 1 수평 주사선 신호)을 데이터로서 기억하는 메모리, (26)은 제 1 수평 주사선(52)에 인가하는 전압을 메모리(25)의 데이터에 근거하여 변환하기 위한 전압 변환 회로, (27)은 수직 주사 회로(21)로 수직 동기 신호를, 전압 변환 회로(26)로 휘도 데이터를, 그리고 화소의 어드레스에 관한 데이터를 메모리(25)로 보낸다. 상기 전압 변환 회로(26)에서는, 구체적으로는 메모리(25)에 기억된 각 화소가 발광하기 시작하는 전압을, 화소를 발광시키게 하는 휘도에 대응한 전압에 부가하여, 제어 회로(27)로부터 전달된 휘도 데이터의 최소 계조에 대응시키고 그 밖의 각 계조의 휘도 데이터를 전압 변환 회로(26)에 의해 신호 전압 데이터로 변조해서 제 1 수평 주사선(22)에 인가하고 있다.
주요 동작을 설명한다.
광 검지 소자(8)에 의해 유기 EL 소자(56)의 발광이 검지되면, 제 2 수평 주사선(11)의 전위 신호가 발광 타이밍 신호로서 메모리(25)에 전달되고, 또한 광 검지 소자(8)에 의해 검지된 시점에서의 제 1 수평 주사선(52)의 전압 신호가 메모리(25)에 전달된다. 메모리(25)에서는, 상기 타이밍 신호에 근거하여, 제어 회로(27)로부터 전달된 유기 EL 소자(56)에 대응한 화소의 어드레스의 데이터와 관련지어, 상기 제 1 수평 주사선(52)의 전압 신호가 메모리(25)에 기억된다. 메모리(25)에는 각 행마다의 각 화소에 대하여 제 1 수평 주사선(52)의 전압 신호가 기억되고, 각 열에 대해서도 각 화소마다 마찬가지로 기억된다. 메모리(25)의 기억 동작은 다음 프레임으로서 제 1 수직 주사선(51)에 의한 주사가 이루어질 때까지 계속된다. 다음 프레임에서는 상기 동작이 반복된다.
도 3은 본 실시예 1에 관계되는 화소부의 단면도를 나타낸다. 도면에 있어서, (40)은 투명 절연 기판, (41)은 차광막, (42)는 홀 주입층, (43)은 전자 주입층, (44)는 발광층, (56)은 유기 EL 소자이다.
도 3에 있어서, 투명 절연 기판(40)상에, 도시하지 않은 제 1 트랜지스터(53), 제 2 트랜지스터(55), 제 3 트랜지스터(10) 및 캐패시터(54)가 형성되어 있다. 층간 절연막을 형성하고, 그 위에 비정질 실리콘층을 형성하며, 전극을 마련함으로써 광 검지 소자(8) 및 저항(9)을 형성하지만, 저항(9) 위에만 차광막(41)을 배치함으로써, 동일한 비정질 실리콘에 의해 광 검지 소자(8)와 저항(9)을 나누어 만들 수 있다. 또 층간 절연막을 거쳐서 홀 주입층(42), 발광층(44), 전자 주입층(43)을 적층하여 유기 EL 소자(56)를 구성함으로써, 유기 EL 소자(56)와 광 검지 소자(8)를 한 쌍으로 한 자발광형 표시 장치를 실현할 수 있다.
실시예 1에 따른 자발광형 표시 장치의 화소 구동 회로는 이상과 같이 구성되어 있기 때문에, 미리 각 화소가 발광하기 시작하는 전압을 광 검지 소자(8)에 의해서 검지하여, 그 전압을 메모리(25)에 기억시켜 둘 수 있고, 또한 각 화소에 요구되는 휘도를 정확하게 표시시키므로, 휘도에 대응한 전압에 유기 EL 소자(56)가 발광하기 시작하는 임계값 전압을 부가할 수 있어, 제 2 트랜지스터(55)의 임계값 편차에 좌우되지 않고 소망 휘도로 표시할 수 있다.
(실시예 2)
도 4는 본 발명의 실시예 2를 나타내며, 자발광형 표시 장치에서의 하나의 화소의 화소 구동 회로를 나타내는 회로도이다. 도면에 있어서, (51)은 제 1 수직 주사선, (52)는 제 1 수평 주사선, (53)은 제 1 트랜지스터, (54)는 캐패시터, (55)는 제 2 트랜지스터, (56)은 유기 EL 소자, (57)은 전원선이다. 또, 캐패시터(54)의 일단 및 유기 EL 소자(56)의 캐소드측은 접지되어 있지만, 고정 전위이면 된다. 또한, (8)은 광 검지 소자, (11)은 제 2 수평 주사선, (30)은 제 4 트랜지스터, (31)은 제 2 캐패시터이다. 본 실시예에서는, 광 검지 소자(8)의 한쪽 단자는 전원선(57)에 접속되어 있고, 다른쪽 단자는 제 2 캐패시터(31)를 거쳐서 제 1 수직 주사선(51)에 접속된다. 제 4 트랜지스터(30)의 게이트 단자는 제 1 수직 주사선(51)에 접속되어 제 1 수직 주사선(51)에 의해 제어되고, 또한 소스 단자는 광 검지 소자(8)와 제 2 캐패시터의 접속점에 접속되어 있으며, 도통시에는 광 검지 소자(8)와 제 2 캐패시터에서의 접속점의 전위를 제 2 수평 주사선(11)에 인가하도록 구성되어 있다. 제 4 트랜지스터(30)의 드레인 단자는 제 2 수평 주사선에 접속되어 있다.
다음에 동작에 대하여 설명한다.
실시예 2에서는, 상기한 바와 같이 전기 회로가 구성되어 있기 때문에, 제 1 수직 주사선(51)이 활성화되었을 때에는 제 1 트랜지스터(53) 및 제 4 트랜지스터(30)가 모두 도통 상태로 된다. 제 1 수평 주사선(52)으로부터 데이터가 캐패시터(54)에 기입된다. 그 데이터의 전압값이 제 2 트랜지스터(55)를 도통할 수 있는 전압, 즉 제 2 트랜지스터(55)의 임계값 전압에 이르지 않을 때에는 유기 EL 소자(56)가 광을 발하지 않기 때문에, 광 검지 소자(8)는 고저항인 채로 유지되고, 광 검지 소자(8)와 제 2 캐패시터의 접속점에서의 전위는 전원선(57)의 전위로부터 제 1 수직 주사선(51)의 활성화 전압분만큼 끌어들인 전압이 제 4 트랜지스터(30)를 거쳐서 제 2 수평 주사선(11)에 공급된다. 한편, 제 1 수평 주사선(52)으로부터 공급되는 데이터의 전압이 제 2 트랜지스터(55)를 도통할 수 있는 전압에 이르렀을 때에는, 유기 EL 소자(56)에 전류가 공급되어, 유기 EL 소자(56)가 광을 발하게 된다. 이 광을 광 검지 소자(8)가 검지하면, 광 검지 소자(8)의 저항값이 저하하고, 대체로 전원선(57)의 전위가 제 4 트랜지스터(30)를 거쳐서 제 2 수평 주사선(11)에 공급된다.
이와 같이, 제 1 수평 주사선(52)에 인가되는 데이터의 전압에 의해, 제 2 트랜지스터(55)의 임계값 전압을 검지할 수 있게 되어, 실시예 1의 경우와 마찬가지로, 그 전압을 메모리(25)에 기억시켜 둘 수 있고, 또한 각 화소에 요구되는 휘도를 정확하게 표시시키게 되므로, 휘도에 대응한 전압에 유기 EL 소자(56)가 발광하기 시작하는 임계값 전압을 부가할 수 있어, 제 2 트랜지스터(55)의 임계값 편차에 좌우되지 않고 소망하는 휘도로 표시시킬 할 수 있다.
(실시예 3)
도 5는 본 발명의 실시예 3을 나타내며, 자발광형 표시 장치에서의 하나의 화소의 화소 구동 회로를 나타내는 회로도이다. 도면에 있어서, (51)은 제 1 수직 주사선, (52)는 제 1 수평 주사선, (53)은 제 1 트랜지스터, (54)는 캐패시터, (55)는 제 2 트랜지스터, (56)은 유기 EL 소자로 구성되어 있다. (57)은 전원선, (8)은 광 검지 소자, (9)는 저항이다. 또한, (551)은 보정용 제 2 수직 주사선, (553)은 보조용 제 3 캐패시터, (554)는 보정용 제 5 트랜지스터, (35)는 제 6 트랜지스터이다. 또, 유기 EL 소자(56)의 캐소드측은 접지되어 있지만, 고정 전위이면 된다.
또, 도면의 하반 부분의 구성은 다음 단의 구성이며, 상반 부분과 동일한 구성이므로 설명은 생략한다. 또한, 이 화소 구동 회로는 매트릭스 형상으로 배열되어 있는데, 이 구성은 종래와 동일하기 때문에 기재를 생략한다.
다음에 도 6의 파형도를 참조하여 동작에 대해 설명한다. 도면에 있어서, 파형 A는 제 1 수직 주사 신호, 파형 B는 제 1 수평 주사 신호, 파형 C는 보정용 수직 주사 신호, 파형 D는 제 2 트랜지스터의 게이트 전압, 파형 E는 유기 EL 소자의 발광 강도, 파형 F는 노드 Z의 전압을 각각 나타내고 있다.
도 6의 타이밍 T1에서, 파형 A로 나타내는 제 1 수직 주사선 신호에 근거하여 제 1 수직 주사선(51)을 활성화하는 것에 의해 제 1 트랜지스터(53)가 도통된다. 도 6의 타이밍 T2에서, 캐패시터(54)에는 제 1 수평 주사선(52)으로부터 제 1 트랜지스터(53) 및 보조용 제 3 캐패시터(553)를 거쳐서 제 2 트랜지스터(55)가 충분히 도통되는 제 1 수평 주사선 신호(파형 B)가 입력되는 결과, 캐패시터(54)의 충전 전압, 즉 제 2 트랜지스터(55)의 게이트·소스간 전압(파형 D)이 커져, 제 2 트랜지스터(55)의 저항이 저하된다. 이에 따라 유기 EL 소자(56)의 양단에 인가되는 전압이 커져, 그 전압은 유기 EL 소자(56)가 도통되는 임계값 전압을 충분히 초과하도록 설정해 둠으로써, 전원선(57)으로부터 제 2 트랜지스터(55), 유기 EL 소자(56)를 거쳐서 전류가 흐르고, 도 6의 타이밍 T3에서, 유기 EL 소자(56)는 발광한다(파형 E). 이 발광이 광 검지 소자(8)에 입사되도록 구성되어 있기 때문에, 그 광에 의해 광 검지 소자(8)의 저항값은 내려가고, 제 6 트랜지스터(35)의 게이트 전위, 즉 도 5의 노드 Z는 보정용 수직 주사선(551)의 전위와 동등하게 되어, 제 6 트랜지스터(35)는 보정용 수직 주사선(551)에 의해 제어되게 된다.
도 6의 타이밍 T4에서, 보정용 수직 주사선 신호(파형 C)에 의해 보정용 수직 주사선(551)이 활성화되면, 보정용 제 5 트랜지스터(554) 및 제 6 트랜지스터(35)가 동시에 도통되어, 이것에 의해, 캐패시터(54), 제 2 트랜지스터(55), 보정용 제 5 트랜지스터(554) 및 제 6 트랜지스터(35)에 의한 폐 회로가 형성된다. 이 폐 회로는 캐패시터(54)의 방전 회로를 형성하고 있기 때문에, 캐패시터(54)의 전압, 즉 제 2 트랜지스터(55)의 게이트·소스간 전압(파형 D)은 저하해 간다. 따라서, 제 2 트랜지스터(55)의 저항값은 다시 커짐에 따라서,유기 EL 소자(56)에 흐르는 전류값이 작아지고, 또한 유기 EL 소자(56)의 양단에 인가되는 전압이 저하해 가서, 전압값이 유기 EL 소자(56)의 임계값 전압보다 작아지면, 드디어 유기 EL 소자(56)에는 전류가 흐르지 않아, 도 6의 타이밍 T5에서, 파형 E로 나타내는 바와 같이, 유기 EL 소자(56)로부터의 발광이 정지한다.
유기 EL 소자(56)의 발광이 정지하면, 광 검지 소자(8)의 저항값이 상승함으로써, 노드 Z는 전원선(57)의 전위와 동등하게 되어, 제 6 트랜지스터(35)는 비도통으로 되기 때문에(파형 F), 캐패시터(54), 제 2 트랜지스터(55), 보정용 제 5 트랜지스터(554) 및 제 6 트랜지스터(35)에 의한 폐 회로는 개방되게 되어, 캐패시터(54)의 방전은 정지되고, 최종적으로 제 2 트랜지스터(55)와 유기 EL(56)이 직렬로 접속된 회로에 전원선(57)으로부터 전류를 흘리기 위해서 필요한 게이트·소스간 전압과 동등한 전위가 캐패시터(54)에 메모리된 채로 남게 되다.
캐패시터(54)에 메모리된 전압은, 다음 프레임으로서 제 1 수직 주사선(51)에 의한 활성화가 행하여질 때까지 유지된다.
다음에 도 6의 타이밍 T6에서, 보정용 제 5 트랜지스터(554)를 보정용 수직 주사선(551)에 의해 비도통으로 한 후, 도 6의 타이밍 T7에서 제 1 수평 주사선(52)으로부터 유기 EL 소자(56)의 필요 휘도에 따른 데이터 신호(P)를 가함으로써, 제 2 트랜지스터(55)의 임계값 전압과 유기 EL 소자(56)의 임계값 전압의 양쪽을 보정할 수 있어, 유기 EL 소자(56)의 휘도 편차를 억제할 수 있다. 캐패시터(54)에 메모리된 전압은, 다음 프레임으로서 제 1 수직 주사선(51)에 의한 활성화가 행하여질 때까지 유지된다.
1 화소에 대하여 화소 구동 회로의 동작을 설명했지만, 매트릭스 형상으로 배치된 각 화소에 대하여 마찬가지의 동작이 행하여져, 화면 전체에서 휘도 편차가 없는 자발광형 표시 장치를 실현할 수 있다.
이상 회로 구성에서는 모든 트랜지스터를 P형으로 하여 설명했지만, P형에 한정되는 것은 아니다.
또한, 이상의 설명에서는, 표시 소자인 발광 소자로서 유기 EL 소자를 이용했지만, 발광 소자로서는 무기(無機) EL 소자 등이라도 되고, 유기 EL 소자에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은, 발광 소자의 전류를 제어하는 트랜지스터의 임계값 전압의 편차와, 발광 소자의 발광 임계값 전압의 편차를 억제할 수 있기 때문에, 발광 소자의 휘도 편차를 억제하여, 자발광형 표시 장치에 유효하게 이용할 수 있다.

Claims (8)

  1. 매트릭스 형상으로 배열된 복수의 발광 소자와,
    각 발광 소자에 대하여 적어도 하나 마련되고, 발광 소자로부터의 발광을 수광하도록 형성된 광 검지 소자
    를 구비하되,
    광 검지 소자의 신호에 의해 발광 소자의 발광량을 제어하는 것
    을 특징으로 하는 자발광형 표시 장치.
  2. 복수의 제 1 수직 주사선 및 제 1 수평 주사선과, 제 1 수직 주사선과 제 1 수평 주사선의 교점 근방에 구비되고, 제 1 수직 주사선에 의해 제어되는 제 1 트랜지스터와, 제 1 트랜지스터를 거쳐서 제 1 수평 주사선에 접속되는 캐패시터와, 제 1 트랜지스터를 거쳐서 제 1 수평 주사선에 접속되고, 제 1 수평 주사선에 의해 제어되는 제 2 트랜지스터와, 제 2 트랜지스터를 거쳐서 전원선에 각각 접속되고 매트릭스 형상으로 배열된 복수의 발광 소자를 구비한 자발광형 표시 장치에 있어서,
    제 1 수직 주사선과 전원선 사이에 광 검지 소자와 저항이 직렬로 접속되고, 광 검지 소자와 저항의 접속점의 전위로 제어되는 제 3 트랜지스터를 구비하며, 제 3 트랜지스터를 거쳐서 전원선이 제 2 수평 주사선에 접속되고, 광 검지 소자가 발광 소자로부터의 광을 수광하도록 구성된 자발광형 표시 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 검지 소자의 신호를 상기 제 2 수평 주사선을 거쳐서 판독하기 위한 제어 회로와,
    발광 소자마다의 신호를 데이터로서 저장하기 위한 메모리와,
    메모리의 데이터에 근거하여 발광 소자에 인가하는 신호 전압을 변조하여 상기 제 1 수평 주사선에 인가하는 수단을 구비한 것
    을 특징으로 하는 자발광형 표시 장치.
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