JP2002297097A - 表示装置及びその駆動方法 - Google Patents

表示装置及びその駆動方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】電気光学素子を用いたアクティブマトリクス表
示装置において、低電力で高画質の表示を得る。 【解決手段】有機EL素子を用いたアクティブマトリクス
表示装置の画素回路に、走査パルスに同期して信号配線
７の信号電圧をサンプリングするサンプリング回路１
と、基準電圧９、コンパレータ回路４を具備し、画素回
路内でサンプリングした信号電圧と基準電圧とを比較
し、電圧関係が反転するまでの期間をもってＥＬ素子の
発光する表示時間を制御することにより、１フレーム時
間内での発光時間を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は時間デューティーを
可変し、階調表示が可能な有機ＥＬ表示装置、及び液
晶、ＦＥＤなどの２値表示が可能な表示装置とその駆動
方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】アクティブマトリクス方式の有機ＥＬ表
示装置は高効率、高輝度、高視野角の特徴を有する自発
光表示装置であり、実用化が進んでいる。階調駆動を実
現するため画素内にアナログメモリ及び電圧−電流変換
回路を搭載し、アナログメモリの電圧に対応して有機Ｅ
Ｌ素子駆動電流を制御する方法であるが、トランジスタ
の特性ばらつきが大きいため、発光輝度のばらつきが大
きく、表示輝度が不均一となり、画質向上は困難であ
る。一方、デジタル表示駆動方式ではＥＬ素子は画素の
スイッチトランジスタにより点灯もしくは非点灯状態の
いずれかの状態となるよう制御する。
【０００３】この技術は特開平８−２４１０４８号に詳
細に述べられ、１ＴＦＴ及び１個の容量からなるディジ
タルメモリを内蔵し、このメモリの出力に応じて有機Ｅ
Ｌの点灯／非点灯を制御する画素構成が示されている。
この方式により、画素の点灯時の輝度均一性は大きく改
善された。
【０００４】この画素を駆動するためには、１フレーム
時間中に複数のサブフィールド期間に分割し、１画面分
の走査後に一定の表示機間を設け、各画素の点灯／非点
灯を制御し、これを繰り返すことにより各画素の階調表
示を実現している。このため、マトリクスが大型化した
際には、配線抵抗及び配線容量からなる配線遅延が大幅
に増大し、必要とするサブフィールドごとの走査時間が
増大するため、表示時間が不足してしまう。表示輝度を
高めるためには、ＥＬにとって発光効率が低い大電流の
動作点を用いなくてはならず、パネルの消費電力の増大
につながる懸念がある。また、大型化しようとすると配
線遅延が著しく増大し、フレーム時間が長くなってしま
い、ちらつきなどを生じて、動画像表示の特性が低下し
てしまう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術において
は、表示輝度のばらつきを無くすために画素の有機ＥＬ
素子を２値駆動した。また、階調駆動を得るために１フ
レーム時間を複数のサブフィールド期間に分割し、各サ
ブフィールド期間毎に全ての画素を走査し、各階調のビ
ット構成の２値表示データを画素に書き込み、表示期間
に階調毎に所定の輝度、時間点灯させている。
【０００６】しかしながら、画質を向上させるために階
調数を増やすとサブフィールド数が増加し、画素の走査
周波数が向上する。例えば、640×480画素の表示装置を
フレーム周波数６０Hzにてbit階調で、水平ブランキン
グ期間を２０％、１サブフィールド期間中の１／２期間
を表示時間として表示しようとすると、走査周波数は60
×480×1.2×８×２＝552ｋHzとなり、１水平走査期間
は1.8μsecとなる。これは、従来のアナログ駆動の走査
周波数が34.6kHzであり、実に16倍もの高速動作が必要
である。
【０００７】このため、画素部の配線抵抗、容量による
配線遅延をアナログ画素に比べ大幅に低抵抗化、低容量
化する必要が有り、配線膜厚や配線層間絶縁膜を厚くす
る必要が有る。このことは、歩留りを低下させる要因と
なるとともにプロセスが複雑となりコストが増大する。
また、画質を向上しようとして高精細化、階調数を増大
したり、大型化しようとすると、更なる走査周波数の増
大を招き高画質化、大型化が困難になる。また、走査周
波数の増大は回路消費電力の増大を引き起こし、また信
号処理回路の高速化が必要となるためパネルの発熱量が
増大する原因となる。
【０００８】本発明の目的は、上記従来技術の問題点に
鑑み、高精度の階調表示ができ、かつ、電力損失を低減
できる表示装置とその駆動方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明は、画素の表示輝度を均一とするため各画素において
点灯／非点灯を制御することとし、表示時間を有効に用
いるため、従来技術におけるサブフィールドの組み合わ
せによる階調表示ではなく、フレーム時間における点灯
時間の比率を画素毎に制御することにより階調制御を実
現した。
【００１０】このため、画素には表示輝度に対応したア
ナログの信号電圧をサンプリングするため、トランジス
タ及び容量からなる信号サンプリング回路と、サンプリ
ングした信号電圧を時間とともに変化させるため時定数
回路もしくは定電流回路を設け、サンプリングした信号
電圧を連続的に変化させ、比較の基準として基準電圧と
の高低関係を比較するための電圧比較回路を画素に設け
た。
【００１１】また、第２の手段として、上記手段に加え
て、基準電圧をサンプリングするための基準電圧サンプ
リング回路を設け、基準電圧を時間とともに変化させる
ために時定数回路もしくは定電流回路を設け、サンプリ
ングした基準電圧を連続的に変化させ、信号サンプリン
グ電圧との電圧の高低関係を比較するための電圧比較回
路を画素に設けた。
【００１２】また、第３の手段として、画素には表示輝
度に対応したアナログの信号電圧をサンプリングするた
め、トランジスタ及び容量からなる信号サンプリング回
路と、基準電圧をサンプリングするための基準電圧サン
プリング回路を設け、基準電圧をサンプリングした基準
電圧コンデンサを基準電圧と電圧比較回路との間に接続
することにより、サンプリングした時点での基準電圧か
らの差電圧と信号サンプリング電圧を比較するように接
続した画素回路を用いた。
【００１３】以上の手段により点灯時間の比率を制御す
るため、駆動方式を以下のように制御した。
【００１４】第１の手段においては、線順次走査駆動に
より走査配線毎に選択した画素において信号電圧をサン
プリングし、選択期間終了後の信号電圧は、時定数階回
路により時間とともに信号をサンプリングした容量の端
子間電圧が低下する。電圧比較回路では信号電圧と基準
電圧が比較され、高低関係が反転すると出力端子である
制御電圧が変化する。制御電圧によりＥＬ駆動回路は主
回路が開閉し、画素の有機ＥＬ素子は主回路が閉じてい
る期間だけ点灯する。
【００１５】第２の手段においては、線順次走査駆動に
より走査配線毎に選択した画素において信号電圧及び基
準電圧をサンプリングし、選択期間終了後のサンプリン
グした基準電圧は、時定数階回路により時間とともにサ
ンプリングした容量の端子間電圧が低下する。電圧比較
回路では信号電圧と基準電圧が比較され、高低関係が反
転すると出力端子である制御電圧が変化する。制御電圧
によりＥＬ駆動回路は主回路が開閉し、画素の有機ＥＬ
素子は主回路が閉じている期間だけ点灯する。
【００１６】第３の手段においては、線順次走査駆動に
より走査配線毎に選択した画素において信号電圧及び基
準電圧をサンプリングし、選択期間終了後のサンプリン
グした基準電圧は、サンプリングした容量の端子間電圧
を基準電圧配線と電圧比較回路の入力端子間に挿入され
る。この時電圧比較回路に対して極性が反転するように
接続されるので選択期間終了直後の電圧比較回路の基準
電圧入力端子電圧である相対基準電圧はほぼ０となって
いる。その後は基準電圧配線の電圧変化に応じて入力で
電圧が相対的に変化する。電圧比較回路では信号電圧と
相対基準電圧が比較され、高低関係が反転すると出力端
子である制御電圧が変化する。制御電圧によりＥＬ駆動
回路は主回路が開閉し、画素の有機ＥＬ素子は主回路が
閉じている期間だけ点灯する。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら詳細に説明する。 （第１実施例）図１は実施例１による表示装置の画素回
路の基本構成を示す。画素回路には、信号電圧サンプリ
ングコンデンサ３と、信号サンプリングTFT２から構成
され、信号電圧をサンプリングする信号サンプリング回
路１、コンパレータ４、基準電圧配線９、OLED駆動回路
であるOLED電源配線１１、OLEDドライバトランジスタ
５、OLED６、図示していないOLEDコモン電極１２、及び
サンプリング動作を制御する走査配線８、映像信号を供
給する信号配線７、グランド電位を供給するコモン配線
１０、から構成される。表示装置はこの画素回路をマト
リクス状に配置して構成される。
【００１８】図２は本画素の駆動波形を示す。走査配線
８に印加する走査電圧は走査配線毎に上から順次下方向
に選択状態になると、サンプリング回路１では信号配線
７を介して供給する信号電圧をサンプリングコンデンサ
３に接続し、メモリ電圧として充電する。メモリ電圧は
次に走査電圧が選択状態になるまでこの電圧を保持す
る。１画面分の走査期間が終了した後に、表示期間を取
り、基準電圧配線９には図示のようなのぎり波形を印加
する。コンパレータ４では入力端子のいずれの電圧が高
いかにより出力端子電圧が変化する。本回路においては
入力端子にはサンプリング回路１のメモリ電圧が印加さ
れ、他方には基準電圧配線が接続されている。メモリ電
圧は信号電圧に応じて１フレーム時間内は１定の電圧を
保ち、基準電圧は表示期間中に変化するので、信号電圧
範囲を基準電圧範囲内で変化させることにより、表示期
間内の任意のタイミングにおいて基準電圧とメモリ電圧
の高低関係が反転する。
【００１９】これにより表示期間内の任意の時間だけコ
ンパレータの出力パルスを発生させる事ができる。コン
パレータの出力にはOLED駆動回路５が接続されており、
コンパレータの出力電圧が高い期間はOLEDドライバトラ
ンジスタが導通し、OLEDドライバトランジスタによりOL
EDは点灯するので表示期間中において任意の時間だけOL
EDの発光させるよう制御する事ができ、階調表示を行う
事ができる。この方式によれば回路構成は簡便であり、
すべての画素駆動回路の制御にTFTを用いて構成すれ
ば、ガラス基板上に表示装置を内蔵できる。また、Ｓｉ
ウェハー上に本回路を形成すれば、ガラス基板上に形成
するTFTに比べて微細加工が可能であるので、発光型の
小型、高精細パネルを実現できる利点がある。 （第２実施例）次に、図３を用いて第２の実施例を説明
する。本実施例は画素内の信号電圧サンプリング回路に
時定数回路を設け、メモリ電圧波形を時間とともに変化
させることにより発光時間を制御し、階調制御を実現し
たものである。時定数付き信号サンプリング回路２０は
信号サンプリングコンデンサ３と、時定数抵抗２１から
構成され、時定数抵抗２１は信号電圧サンプリングコン
デンサ３と並列に接続されている。
【００２０】図４に駆動波形を示す。回路の時定数はフ
レーム時間である16ｍ秒程度であり、画素内部に用いる
容量はSｉＯ2ゲート絶面膜が100nmであると、０．３４
５Ff／μm2なので、200μm角のエリアでは１３ｐF、抵
抗として１．３Gオーム程度の高抵抗が必要であるの
で、Siを用いた抵抗が適している。
【００２１】この画素回路方式では、時定数回路が内蔵
されているのでサンプリングしたメモリ電圧が選択期間
終了後に放電するので、メモリ電圧はエクスポーネンシ
ャルに低下し、基準電圧以下になるとコンパレータ出力
が反転するのでOLEDは走査の際に点灯し、任意の時間が
経過すると消灯する。
【００２２】従って、各画素において信号電圧に応じた
発光時間制御ができる。表示期間は各走査線毎に走査パ
ルス印加と同時に発光し、走査のタイミングを基準とし
て１フレーム時間内の任意の発光時間制御が可能であ
る。この点は実施例１と大きく異なっており、フレーム
時間のすべてを発光時間に充てる事ができる。
【００２３】これに対し、実施例１ではフレーム期間中
には各画素に信号電圧を書き込む選択時間と、発光表示
するための表示期間とに分かれている。表示輝度は時間
平均輝度となるので同じ明るさを得るためには、選択時
間と発光時間の比率の分だけ高輝度に発光させる必要が
在る。その分、OLED素子には多くの電流を印加する必要
がある。
【００２４】このように、第２の実施例により、低電力
化、長寿命化が可能になる。なお、これまでの説明では
走査電圧が印加するときに発光を開始するので、完全に
「黒」のデータを表示する際には信号電圧は基準電圧よ
りも低く設定する事により全く発光しないように駆動で
き、コントラスト比を高く取る事ができる。また、最も
輝度の高い表示する際には信号電圧を高くし、１フレー
ム時間経過した後でもメモリ電圧を基準電圧以上となる
ように信号電圧を設定する事により、画素は常時点灯す
るので輝度が高くなる。
【００２５】また、CRTで微少面積部において高輝度を
表示する際に得られる、いわゆるピーク輝度表示に対応
して特定部分の輝度を高められるので、映像にめりはり
を表わす事ができる。また、OLED電源配線は走査線毎に
分けて駆動しているので、フレーム時間の一部分のみの
OLED駆動電圧を高く設定する事によってもピーク輝度を
表示できる。この場合は特に、OLED駆動電圧として各走
査線毎にタイミングをずらせて電圧を変化する波形を印
加する事により実現できる。 （第３の実施例）次に、図５を用いて第３の実施例を説
明する。第２の実施例に対し、メモリ電圧を放電するた
めの放電用トランジスタ３２と、放電制御電圧３３が加
えられている。画素選択期間終了後に放電制御電圧を印
加する事により、放電用トランジスタを介して信号電圧
をメモリコンデンサに充電した電荷が放電し、メモリ電
圧を変化させる。
【００２６】なお、図６に示すように、トランジスタの
ドレイン電圧は非飽和領域において、ドレン電圧に依ら
ず定電流特性を示すので、リニアリティーの高い電圧−
時間変換が可能になる。コンパレータとの接続の際に
は、信号電圧が基準電圧よりも高い場合にOLEDが点灯す
るように接続するのがよい。また、放電用とランジスタ
をTFTで構成する場合は、トランジスタを直列に接続す
る、あるいはゲート幅よりもゲート長が長いトランジス
タとする事によりオフ時の電流を下げられるので、フレ
ーム時間程の長い放電時定数を得る事ができる。 （第４の実施例）次に図７を用いて第４の実施例を説明
する。本実施例の特徴は基準電圧に時定数回路を接続
し、走査パルスにより容量を放電する事により時間変化
波形を発生させ、サンプリングした信号電圧と逐次電圧
を比較することにより発光時間を制御する事にある。こ
のため、基準電圧配線１１及びグランド配線１０間に抵
抗５１とコンデンサ５２からなる時定数回路５０を設
け、コンデンサに並列に放電用トランジスタ５３を設
け、ゲートを走査配線８に接続する。
【００２７】図８に駆動波形を示す。時定数回路５０の
コンデンサの電圧である比較入力電圧は、走査パルスが
印加されるとグランド電位にリセットされ、コンパレー
タの出力がリセットされる。パルスが終了すると同時
に、抵抗を介して基準電圧が印加されるので電圧が上昇
する。この電圧と信号電圧とがコンパレータに接続され
ており、比較電圧がメモリ電圧であるＶｍを越えた時点
でコンパレータの出力が変化する。
【００２８】OLEDはコンパレータの出力がリセットされ
ている期間のみ発光するように制御されるので、図のよ
うに走査パルス印加と同時に発光し、フレーム時間内の
任意の時間に消灯することができる。また、走査期間に
発光を停止させるためには、OLED電源電圧を最低走査選
択時間よりも長く、発光しきい値以下に下げる事により
不要な発光を抑制できる。 （第５の実施例）第５の実施例を図９に示す。本実施例
の特徴は、保持期間中のメモリ電圧を変化させるため
に、信号電圧メモリ容量に並列に時定数回路を接続し、
１つのトランジスタからなるコンパレータ回路８０を用
いたものである。
【００２９】本実施例ではコンパレータトランジスタ８
３のゲート電極とソース電極を入力端子として用いるの
で、それぞれメモリ電圧と基準電圧配線に接続する。ド
レイン端子からは負荷抵抗８１を介してOLED電源配線１
１に接続する。コンパレータトランジスタはゲート電圧
がドレイン電圧よりも高くなるとオン状態となり、出力
端子８２は基準電圧となる。また、ゲート電圧がソース
電圧よりも低い場合にはオフ状態となるので出力端子は
OLED電源電圧となり、コンパレータ機能を有する。この
実施例の接続ではメモリ電圧が基準電圧よりも高い場合
にコンパレータ出力は基準電位となり、OLEDドライバト
ランジスタがオン状態となり点灯する。
【００３０】この回路ではメモリ電圧の入力端子とし
て、高インピーダンスのトランジスタのゲート端子を用
いる事により、高インピーダンスのサンプリング回路の
出力を電圧変動なく取り出せる利点がある。また、ドレ
イン端子には抵抗が接続されているのでＯＬＥＤ電源電
圧が変化しても、しきい特性に影響が少ない。さらに、
ゲート端子とメモリ電圧との間にＭＯＳダイオードを直
列に接続する事により、トランジスタのしきい値電圧が
補正できるのでコンパレータの精度が向上する。これ
は、コンパレータの導通はトランジスタのＶＧＳにより
制御され、ＶＧＳ＞Ｖｔｈなるしきい値Ｖｔｈ以上の電
圧により、トランジスタの導通が制御されるためであ
り、ＭＯＳダイオードを挿入する事によりゲート端子に
はＶｔｈ相当の電圧をバイアスして印加できる。
【００３１】なお、ドレイン端子に接続した抵抗は負荷
抵抗であり、抵抗値が高いとコンパレータの感度が高ま
る。これは回路の増幅度が負荷抵抗に依存しており、高
抵抗になるほどゲートとソースの電位差によるドレイン
電流の変化を大きな電圧差として取り出せるためであ
る。抵抗を構成するためには金属薄膜やＳｉを用いる事
ができるが、不純物濃度が低いＳｉ膜が適している。
【００３２】更には、抵抗ではなくダイオードを接続す
る事により同等の効果が得られる。ダイオードを構成す
るためにはトランジスタのドレインとゲートを接続した
素子や、ｉ層を介してｐ型ｎ型半導体を接続したpinダ
イオードがよい。これらの素子はTFTプロセスで形成で
き、電圧電流特性が非線型製を有しており、この抵抗値
は１０Ｍオーム以上と高く（ドープしたシリコン薄膜は
たかだか数ｋオーム）、感度の高いコンパレータを形成
できる。 （第６実施例）次に、図１０を用いて実施例６を説明す
る。本実施例の特徴は、コンパレータ回路７９としてイ
ンバータ回路を基本構成として用いており、トランジス
タ特性などのばらつきに起因する入出力特性のばらつき
を補償する目的で、入出力端子間を短絡する初期化手
段、つまりリセット機構を設けている点である。もう一
つの特徴は、インバータがリセットされた状態の出力電
圧に等しい入力電圧を、コンパレータのしきい電圧とし
て記憶させるリセット電圧サンプリング回路８０を有す
る点にある。
【００３３】コンパレータ回路７９は、１対のＣＭＯＳ
トランジスタからなるインバータ回路７５と、インバー
タ回路の入力端子と出力端子を接続する初期設定トラン
ジスタ７４とから構成される。インバータ回路７５のリ
セット状態で、等しい電圧関係にある入出力電圧をサン
プリングするリセット電圧サンプリング回路８０は、イ
ンバータの入力電圧をサンプリングする為、リファレン
ス電圧保持容量７１とインバータ入力端子とリファレン
ス電圧保持容量間に主回路を接続したリセットトランジ
スタ７２と、リファレンス電圧保持容量７１と、信号電
圧サンプリングコンデンサ３の一端に接続されている直
列制御トランジスタ７３から構成される。
【００３４】信号電圧メモリ回路は、信号電圧サンプリ
ングコンデンサ３の一端に主回路を接続された入力スイ
ッチトランジスタ７７と、信号電圧サンプリングコンデ
ンサ３の他端とｌコモン配線１０との間に接続したコモ
ンスイッチトランジスタ７６とが接続されている。
【００３５】初期設定トランジスタ７４、リセットトラ
ンジスタ７２、入力スイッチトランジスタ７７、コモン
スイッチトランジスタ７６、直列制御トランジスタ７３
のゲート端子は共通して走査配線８に接続されており、
入力スイッチトランジスタ７７、入力スイッチトランジ
スタ７７がｐ型トランジスタであり他のトランジスタは
ｎ型構成となっている。
【００３６】またコンパレータの出力端子はｐ型のＯＬ
ＥＤドライバトランジスタ５に接続され、ＯＬＥＤ６を
駆動している。インバータの電源はインバータ電源配線
７０に接続しているＯＬＥＤ駆動電源と分離してコンパ
レータを駆動しており、コンパレータのしきい値が安定
する。
【００３７】この回路の動作について、図１１の画素駆
動波形を用いて説明する。走査線に選択パルスが印加さ
れると初期設定トランジスタ７４が導通状態となり、イ
ンバータ７５の入力端子と出力端子間を短絡する。する
と、回路の入出力特性曲線上において、入力電圧＝出力
電圧を表わす交点の電圧値であるリセット電圧で安定す
る。ここでは、Ｖｒｅｆで示している。この初期化電圧
はオン状態のリセットトランジスタ７２を介してリファ
レンス電圧保持容量７１を充電するので、リファレンス
電圧保持容量のトランジスタ側の電極電圧も図に示すと
おりＶｒｅｆに充電される。また信号電圧サンプリング
回路ではコモンスイッチトランジスタ７６がオン状態で
あるので、図中でＶｓｉｇであらわされる信号電圧が信
号電圧サンプリング容量に書き込まれ、保持される。
【００３８】次に画素の選択時間が終了すると初期設定
トランジスタ７４、リセットトランジスタ７２、入力ス
イッチトランジスタ７７、コモンスイッチトランジスタ
７６はオフ状態となり、直列制御トランジスタ７３が導
通する。この結果、リファレンス電圧保持容量７１と、
信号電圧サンプリングコンデンサ３が直列接続となり、
各々の容量に充電されて電圧が加算されてコンパレータ
の入力端子に接続される。この時、コンパレータの入力
電圧は図に示すようにVref+Vsigの値を示す。入力電圧
はインバータのしきい電圧を超えた値となるのでコンパ
レータの出力は「Ｌ」レベルとなる。この時ＯＬＥＤド
ライバトランジスタが導通し、ＥＬ素子が点灯する。
【００３９】信号電圧は時定数抵抗２１により放電する
ので、次第に電圧がコモン電圧に向かって低下する。こ
の結果、電圧が低下しリセット電圧である図中のＶｒｅ
ｆの値を割り込むと、インバータ出力は反転するので
「Ｌ」から「Ｈ」状態に変化しＯＬＥＤを消灯する。点
灯から消灯までの時間はＶｓｉｇの値により制御するこ
とができるので階調表示が可能である。
【００４０】この方式によれば、トランジスタのしきい
値が画素毎に変化しても、画素毎に適正なリセット電圧
を発生させるので、コンパレータ回路のしきい値が常に
一定の値となる。また温度変化や、経時変化により素子
特性が変化しても、つねに最適リセット電圧を得る事が
できる利点がある。以上により、常に画面全域において
正しい階調表示が得られる。 （実施例７）以上説明した画素回路を用いて表示装置を
構成する際には、映像信号に比例して発光時間を制御す
る必要がある。テレビジョンなどに用いるアナログ映像
信号には、ＣＲＴの蛍光体に合わせたガンマ関数が掛け
られている。また、本発明の画素回路ではＣＲなどの時
定数回路が取り込まれているため、印加電圧と発光時間
は比例しない。このため、映像信号を単に増幅、シフト
するのみでは、図１２に示すように、比例関係にある信
号電圧Ｖｓｉｇ１，Ｖｓｉｇ２，Ｖｓｉｇ３を入力して
も発光時間は比例しない。そこで、非線型の関係にある
映像信号変換回路を介して、入力された映像信号を変換
信号電圧に変換し、上記の各実施例に説明した画素回路
に印加する。
【００４１】具体的な信号処理を説明する。信号電圧を
Ｖｓｉｇ、コンパレータのしきい電圧Ｖｒｅｆとする
と、容量Ｃ、抵抗Ｒによる時定数回路を含む画素のサン
プリング回路の容量の時間ｔ後の電圧Ｖｍｅｍは（１）
式のようになる。
【００４２】 Ｖｍｅｍ＝Ｖｓｉｇ×exp(−１／ＣＲ) （１） このＶｍｅｍがＶｒｅｆとなるまでの時間tselは（２）
式をｔについて解くことにより得られる。
【００４３】 Ｖｍｅｍ＝Ｖｒｅｆ＝Ｖｓｉｇ×exp(−ｔ／ＣＲ) （２） すなわち、画素内でのメモリ電圧の時間関数に対する逆
関数に対応する非線型変換により得られる。Vsigとｔが
比例関係となるようにVsigを変換する。これにより、図
１３に示すように、映像信号と発光時間ｔが比例し、正
確な階調表示が得られる。この変換は、非線型回路によ
り対応することができる。詳しくは、（２）式の対数を
取った（３）式より得られる。
【００４４】 ＣＲ（ln(Vsig)−ln(Vref)）＝ｔ （３） 従って、入力信号電圧Vsigにあらかじめ指数関数をか
け、Vdrv＝exp（Vsig）なるように変換すれば、（３）
式のｔがVsigに比例する関数となる。また、Vrefを０Ｖ
とすれば、さらに誤差を少なくすることができる。
【００４５】図１４に、以上のように信号処理する回路
を組み込んだ映像信号変換回路１２２を含む表示装置の
構成を示す。画素表示部１２６には走査線に接続したシ
フトレジスタ回路１２５、信号配線に接続したサンプル
ホールド回路１２４、シリアル−パラレル信号変換に必
要なシフトレジスタ回路１２３が、図示のように配置さ
れている。映像信号変換回路１２２は外部から入力する
映像信号１２８を処理して、サンプルホールド回路１２
４をへて、上述した画素表示部に印加される。また、こ
れらパネルは電源回路により必要な電源を得ることがで
きる。
【００４６】これによれば、個々の画素のトランジスタ
特性にばらつきが生じても、画素回路において同一の信
号電圧に対して同じ発光特性を得ることができる。ま
た、新たに付加した映像信号変換回路により、表示装置
に入力された映像信号に比例した表示が得られるので、
全体として均一で正確な階調表示を得ることができる。
【００４７】
【発明の効果】有機ELを用い、コンパレータ回路が内蔵
された画素構成とすることにより、画素ごとに発光時間
が制御できるので画素回路を構成するトランジスタの特
性が変動しても輝度のばらつきが少なく、高精度の階調
表示が可能であり良好な表示を提供できる。また、画素
での消費電力はOLEDの点灯／非点灯状態であるのでトラ
ンジスタにおけるドレイン電力損失を低減でき、高効率
の表示が実現可能であり、低電力の表示装置を提供でき
る。
【００４８】また、コンパレータを用いた回路構成とし
て、画素内に時定数回路を用いることにより回路構成を
簡略にして構成できる。このため画素の部品点数が少な
く、高精細の表示が可能となる。また、外部から三角波
を印加し、画素に保持した電圧と比較する方式により発
光時間を制御する構成においては、精度良く発光時間制
御が可能であり、多階調化に有利となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１による画素部回路の構成図。
【図２】実施例１の画素部の駆動波形図。
【図３】実施例２による時定数回路を有する画素部回路
の構成図。
【図４】実施例２の画素部の駆動波形図。
【図５】実施例３による放電用TFTを有する画素部回路
の構成図。
【図６】TFTの定電流特性図。
【図７】実施例４による基準電圧放電回路を有する画素
部回路の構成図。
【図８】実施例３の画素部の駆動波形図。
【図９】実施例５による１TFTコンパレータ回路を有す
る画素部回路の構成図。
【図１０】実施例６による２TFTコンパレータ回路を有
する画素部回路の構成図。
【図１１】実施例６の画素部の駆動波形図。
【図１２】印加電圧と発光時間の関係を示す特性図。
【図１３】実施例７による映像信号と発光時間の関係を
示す特性図。
【図１４】実施例７による表示装置を示す構成図。
【符号の説明】
１…信号サンプリング回路１、２…信号サンプリングTF
T、３…信号電圧サンプリングコンデンサ、４…コンパ
レータ、５…OLEDドライバトランジスタ、６…OLED、７
…信号配線、８…走査配線、９…基準電圧配線、１０…
コモン配線、１１…OLED電源配線、１２…OLEDコモン電
極、２０…時定数付き信号サンプリング回路、２１…時
定数抵抗、３２…放電用トランジスタ、３３…放電制御
電圧、５０…時定数回路、５１…抵抗、５２…コンデン
サ、５３…放電用トランジスタ、７０…インバータ電源
配線、７１…リファレンス電圧保持容量、７２…リセッ
トトランジスタ、７３…直列制御トランジスタ、７４…
初期設定トランジスタ、７５…インバータ回路、７６…
コモンスイッチトランジスタ、７７…入力スイッチトラ
ンジスタ、８０…コンパレータ回路、８１…負荷抵抗、
８２…出力端子、８３…コンパレータトランジスタ、１
２１…制御回路、１２２…映像信号変換回路、１２３…
シフトレジスタ回路、１２４…サンプルホールド回路、
１２５…シフトレジスタ回路、１２６…画素表示部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｂ 33/14 Ｈ０５Ｂ 33/14 Ａ (72)発明者 佐藤 敏浩 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日立 製作所ディスプレイグループ内 (72)発明者 金子 好之 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 田中 省作 鳥取県鳥取市湖山町南３−212−４ Ｆターム(参考） 3K007 AB02 AB05 AB18 BA06 DA01 DB03 EB00 GA02 GA04 5C080 AA06 AA10 BB05 DD03 DD26 EE25 EE29 GG09 JJ03 JJ04 JJ05

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数の走査配線と、互いに交差する複数
    の信号配線により囲まれた画素と、基準電圧配線により
    前記画素に基準電圧が印加された表示装置において、 前記画素にはサンプリング回路と電圧比較回路と電気光
    学素子駆動回路が配置されており、 前記サンプリング回路は、前記信号配線の信号電圧をサ
    ンプリング電圧として取り込むサンプリング動作が前記
    走査配線の電圧により制御されており、 前記電圧比較回路は、前記基準電圧と前記サンプリング
    電圧を比較し、両者の電圧の高低状態により制御出力が
    変化し、 前記電気光学素子駆動回路は、その制御電圧により電気
    光学素子の点灯及び非点灯状態を２値制御することを特
    徴とする表示装置。
  2. 【請求項２】 請求項１において、 前記電気光学素子として、有機エレクトロルミネッセン
    ス素子を用いたことを特徴とする表示装置。
  3. 【請求項３】 複数の走査配線と、互いに交差する複数
    の信号配線により囲まれた画素には、サンプリング回路
    と電圧比較回路と基準電圧配線と有機ＥＬ駆動回路が配
    置されており、 前記サンプリング回路は、前記信号配線の信号電圧をサ
    ンプリング電圧として取り込むサンプリング動作が走査
    配線の電圧により制御されており、 前記電圧比較回路は、その基準電圧と前記サンプリング
    電圧を比較し、前記サンプリング電圧もしくは前記基準
    電圧が時間とともに変化することにより、両者の電圧の
    高低状態が反転すると制御出力が変化し、 前記有機ＥＬ駆動回路は、その制御電圧により有機ＥＬ
    素子の点灯及び非点灯状態を２値制御することを特徴と
    する表示装置。
  4. 【請求項４】 請求項３において、 前記電圧比較回路として、差動入力回路を用いたことを
    特徴とする表示装置。
  5. 【請求項５】 請求項３において、 能動素子として薄膜トランジスタを用い、前記電圧比較
    回路の複数の入力部には、前記サンプリング電圧と前記
    基準電圧の少なくともいずれかの入力端子が前記サンプ
    リング電圧と前記基準電圧に電圧差を発生させる電圧補
    正回路を介して接続されていることを特徴とする表示装
    置。
  6. 【請求項６】 請求項５において、 前記電圧補正回路は、容量と薄膜トランジスタからなる
    ことを特徴とする表示装置。
  7. 【請求項７】 複数の走査配線と、互いに交差する複数
    の信号配線により囲まれた画素には、サンプリング回路
    と電圧比較回路と基準電圧配線と有機ＥＬ駆動回路が配
    置されており、 前記サンプリング回路は、前記信号配線の信号電圧をサ
    ンプリング電圧として取り込むサンプリング動作が走査
    配線の電圧により制御されており、 前記サンプリング電圧が時間とともに基準電圧に近くな
    るように変化させるサンプリング電圧処理回路を含み、 前記電圧比較回路は、前記基準電圧と前記サンプリング
    電圧を比較し、両者の電圧の高低状態が反転すると制御
    出力が変化し、 前記有機ＥＬ駆動回路は、その制御電圧により有機ＥＬ
    素子の点灯及び非点灯状態を２値制御することを特徴と
    する表示装置。
  8. 【請求項８】 請求項７において、 前記サンプリング回路は、少なくとも１つのサンプリン
    グトランジスタ及び１つのサンプリング容量から構成さ
    れており、 前記サンプリングトランジスタは前記走査配線及び前記
    信号配線及び前記サンプリング容量に接続されており、 前記サンプリング電圧処理回路は、サンプリング容量を
    含む１つ以上の容量と１つ以上の抵抗からなり、前記サ
    ンプリング容量に保持した電荷量を時間ともに変化させ
    る回路から構成されることを特徴とする表示装置。
  9. 【請求項９】 請求項７において、 前記サンプリング回路は、少なくとも１つのサンプリン
    グトランジスタ及び１つのサンプリング容量から構成さ
    れており、 前記サンプリングトランジスタは、前記走査配線、前記
    信号配線及びサンプリング容量に接続されており、 前記サンプリング電圧処理回路は、サンプリング容量を
    含む１つ以上の容量と抵抗およびトランジスタからなる
    電流制御回路から構成されることを特徴とする表示装
    置。
  10. 【請求項１０】 複数の走査配線と、互いに交差する複
    数の信号配線により囲まれた画素には、サンプリング回
    路と電圧比較回路と基準電圧配線と有機ＥＬ駆動回路が
    配置されてなる表示装置の駆動方法において、 前記サンプリング回路は、前記信号配線の信号電圧をサ
    ンプリング電圧として取り込むサンプリング動作が走査
    配線の電圧により制御されており、 前記電圧比較回路は、その基準電圧と前記サンプリング
    電圧を比較し、両者の電圧の高低状態が反転すると制御
    出力が変化し、 前記有機ＥＬ駆動回路は、その制御電圧により有機ＥＬ
    素子の点灯及び非点灯状態を２値制御し、 かつ、前記基準電圧は周期毎に時間とともに変化し、サ
    ンプリング電圧と電圧の高低が周期内に反転するように
    設定されており、周期はじめから反転時まで、もしくは
    反転時から次周期までの期間、前記有機ＥＬ素子を点灯
    させることにより周期中の点灯時間を制御することを特
    徴とする表示装置の駆動方法。
  11. 【請求項１１】 複数の走査配線と、互いに交差する複
    数の信号配線により囲まれた画素には、信号サンプリン
    グ回路と、基準電圧サンプリング回路と、電圧比較回路
    と基準電圧配線と有機ＥＬ駆動回路が配置されており、 前記信号サンプリング回路は、前記信号配線の信号電圧
    を信号サンプリング電圧として取り込む信号サンプリン
    グ動作が前記走査配線の電圧により制御されており、 前記基準電圧サンプリング回路は、前記基準電圧配線の
    基準値を基準サンプリング電圧としてサンプリングし、
    基準電圧処理回路を介して画素基準電圧に変換して電圧
    比較回路に接続されており、 前記電圧比較回路は、その基準サンプリング電圧と前記
    画素基準電圧を比較し、両者の電圧の高低状態が反転す
    ると制御出力が変化し、 前記有機ＥＬ駆動回路は、その制御電圧により有機ＥＬ
    素子の点灯及び非点灯状態を２値制御することを特徴と
    する表示装置。
  12. 【請求項１２】 請求項１１において、 前記基準電圧処理回路は、基準電圧の極性を反転し、前
    記基準電圧との和電圧を演算する機能を有することを特
    徴とする表示装置。
  13. 【請求項１３】 請求項１２において、 前記基準電圧処理回路は、容量とトランジスタからなる
    サンプリング回路から構成され、前記トランジスタの主
    回路には前記基準電圧配線と、基準電圧サンプリング容
    量が接続され、基準電圧をサンプリングした後、前記基
    準電圧配線と前記電圧比較回路の入力部に直列に挿入す
    ることにより、それらの和電圧を演算する機能を有する
    ことを特徴とする表示装置。
  14. 【請求項１４】 複数の走査配線と、互いに交差する複
    数の信号配線により囲まれた画素には、信号サンプリン
    グ回路と、基準電圧サンプリング回路と、電圧比較回路
    と基準電圧配線と有機ＥＬ駆動回路が配置されており、 前記信号サンプリング回路は、前記信号配線の信号電圧
    を信号サンプリング電圧として取り込む信号サンプリン
    グ動作が前記走査配線の電圧により制御されており、 前記基準電圧サンプリング回路は、前記基準電圧配線の
    基準値を基準電圧としてサンプリングし、基準電圧処理
    回路を介して画素基準電圧に変換して電圧比較回路に接
    続されており、 前記基準電圧処理回路は、基準サンプリング電圧を前記
    信号サンプリング電圧と電圧の高低が反転するように時
    間とともに変化させる機能を有しており、 前記電圧比較回路は、その基準サンプリング電圧と前記
    画素基準電圧を比較し、両者の電圧の高低状態が反転す
    ると制御出力が変化し、 前記有機ＥＬ駆動回路は、その制御電圧により有機ＥＬ
    素子の点灯及び非点灯状態を２値制御することを特徴と
    する表示装置。
  15. 【請求項１５】 請求項１４において、 前記基準電圧処理回路は、基準電圧サンプリング容量を
    含む１つ以上の容量と１つ以上の抵抗からなり、前記基
    準電圧サンプリング容量に保持した電荷量を時間ともに
    変化させる回路もしくはサンプリング容量を含む１つ以
    上の容量と抵抗およびトランジスタからなる電流制御回
    路から構成されることを特徴とする表示装置。
  16. 【請求項１６】 複数の走査配線と、互いに交差する複
    数の信号配線により囲まれた画素には、サンプリング回
    路と電圧比較回路と基準電圧配線と有機ＥＬ駆動回路が
    配置されてなる表示装置の駆動方法において、 前記表示装置に、請求項１１〜１５の何れかに記載の表
    示装置を用い、 前記画素基準電圧は周期毎に時間とともに変化し、信号
    サンプリング電圧と電圧の高低が周期内に反転するよう
    に設定されており、周期はじめから反転時まで、もしく
    は反転時から次周期までの期間、前記有機ＥＬ素子を点
    灯させ、周期中の点灯時間を制御することにより表示輝
    度を制御することを特徴とする表示装置の駆動方法。
  17. 【請求項１７】 複数の走査配線と、互いに交差する複
    数の信号配線により囲まれた画素には、サンプリング回
    路と電圧比較回路と基準電圧配線と有機ＥＬ駆動回路が
    配置されてなる表示装置の駆動方法において、 前記表示装置に、請求項３〜９の何れかに記載の表示装
    置を用い、 前記サンプリング電圧は時間とともに変化し、前記サン
    プリング電圧と前記信号サンプリング電圧との高低が反
    転するように設定されており、 前記走査配線により周期的にサンプリングが繰り返され
    ることにより、周期はじめから反転時まで、もしくは反
    転時から次周期までの期間、前記有機ＥＬ素子を点灯さ
    せ、周期中の点灯時間を制御することにより表示輝度を
    制御することを特徴とする表示装置の駆動方法。
  18. 【請求項１８】 請求項１〜９及び請求項１１〜１５の
    何れか１項において、 前記電圧比較回路は、インバータ回路と、該インバータ
    回路の出力と入力端子を短絡させる初期化手段と、該短
    絡時の出力電圧を保持し、前記サンプリング電圧と重畳
    させる機能を有することを特徴とする表示装置。
  19. 【請求項１９】 請求項１〜９及び請求項１１〜１５の
    何れか１項において、 前記電圧比較回路は、反転増幅回路と、該反転増幅回路
    の出力と入力端子を短絡させる初期化手段と、該短絡時
    の出力電圧を保持し、前記サンプリング電圧と重畳させ
    る機能を有することを特徴とする表示装置。
  20. 【請求項２０】 請求項１〜９及び請求項１１〜１５の
    何れか１項において、 前記電圧比較回路は少なくとも１つのトランジスタから
    なり、その入力端子としてゲート端子及びソース端子を
    用い、一方の端子に前記サンプリング電圧もしくは信号
    先負リング電圧を接続し、他方に前記基準電圧または前
    記画素基準電圧を接続することを特徴とする表示装置。
  21. 【請求項２１】 請求項１〜９及び請求項１１〜１５の
    何れか１項において、 前記電圧比較回路は少なくとも１つのトランジスタから
    なり、その入力端子としてゲート端子及びソース端子を
    用い、前記ゲート端子には前記信号サンプリング電圧を
    接続し、前記ソース端子には前記基準電圧または前記画
    素基準電圧を接続することを特徴とする表示装置。
  22. 【請求項２２】 請求項１〜９及び請求項１１〜１５の
    何れか１項において、 前記電圧比較回路として少なくとも１つのトランジスタ
    からなる増幅回路を用い、ゲート端子には前記信号サン
    プリング電圧を接続し、ソース端子には前記基準電圧ま
    たは前記画素基準電圧を接続し、ドレインには負荷とし
    て抵抗またはダイオードを接続することを特徴とする表
    示装置。
  23. 【請求項２３】 請求項２０〜２２のいずれかにおい
    て、 前記電圧比較回路の複数の入力端子は、その一方に前記
    サンプリング電圧もしくは前記信号サンプリング電圧、
    他方に前記基準電圧または前記画素基準電圧を接続する
    際に、少なくとも一方の入力端子には容量を介して接続
    することを特徴とする表示装置。
  24. 【請求項２４】 複数の走査配線と、互いに交差する複
    数の信号配線により囲まれた画素には、サンプリング回
    路と電圧比較回路と基準電圧配線と有機ＥＬ駆動回路が
    配置されており、 前記サンプリング回路は、前記信号配線の信号電圧をサ
    ンプリング電圧として取り込むサンプリング動作が走査
    配線の電圧により制御されており、前記サンプリング電
    圧が時間とともに基準電圧に近くなるように変化させる
    サンプリング電圧処理回路を含み、 前記電圧比較回路は、前記基準電圧と前記サンプリング
    電圧を比較し、両者の電圧の高低状態が反転すると制御
    出力が変化し、 前記有機ＥＬ駆動回路は、その制御電圧により有機ＥＬ
    素子の点灯及び非点灯状態を２値制御し、 前記画素を多数配列した表示領域の外部に、前記走査配
    線を駆動するために順次シフトするパルスを発生するパ
    ルス駆動回路が接続され、 前記信号配線には、外部から入力した映像信号を、前記
    サンプリング電圧処理回路の時間関数の逆関数となる電
    圧に変換する非線型変換機能を有する映像信号変換回路
    により変換して入力することを特徴とする表示装置。
  25. 【請求項２５】 請求項２４において、 前記映像信号変換回路は、前記信号電圧を指数関数に相
    当する非線型回路を含むことを特徴とする表示装置。
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