JP2004151587A - 電気光学表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】各画素の薄膜トランジスタ等の能動素子の特性ばらつきによって引き起こされる画質の劣化を抑制する電気光学表示装置を提供すること。
【解決手段】走査線を選択し、書き込みトランジスタＴ１を導通状態にする。データ線から画像信号を入力すると、書き込みトランジスタＴ１を経由して、保持容量Ｃ１に画像信号が蓄積される。走査線を非選択とし、トランジスタＴ１を遮断状態にする。比較線に比較信号としてステップ電圧もしくは三角波を入力する。保持容量Ｃ１に蓄えられた画像信号と比較信号を比較手段６によって比較し、それらの大小関係に応じて制御トランジスタＴ４の導通・遮断を制御すると、画素である有機ＥＬ素子７を画像信号の電位に応じたパルス幅で定電流駆動することができ、時間変調を行うことができる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子や液晶ディスプレイなどのアクティブマトリクス方式の電気光学表示装置に関し、特に、各画素の薄膜トランジスタ等の能動素子の特性ばらつきによって引き起こされる画質の劣化を抑制するための、新しい表示装置と、その駆動方法に特徴を有する電気光学表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）に替わるフラットパネルディスプレイとして、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子を画素部に用いた有機ＥＬディスプレイが注目を集めている。有機ＥＬディスプレイは、自己発光型素子であるため視認性が高く、低電圧で駆動できるという特徴を持つため実用化の研究が積極的になされている。有機ＥＬ素子はエレクトロルミネッセンス（電場を加えることで生じる発光）が得られる有機化合物を含む層（以下、有機層と表記）と陽極と陰極とを有する。有機化合物には、一重項励起（蛍光）と三重項励起（燐光）を用いたものがある。
【０００３】
有機ＥＬディスプレイの駆動方法としては、液晶ディスプレイと同様に、パッシブマトリクス（単純マトリクス）型、およびアクティブマトリクス型がある。
【０００４】
パッシブマトリクス型の場合は、透明基板上の複数の陽極と、陽極に交差する複数の陰極と、これらに挟持された有機層とから構成される。陽極と陰極の交差領域の発光部を１単位として１画素を形成し、この画素が複数個配列することにより表示部が形成される。陽極および陰極を表示部より基板周囲へ延長し形成した接続部を介して、外部駆動回路と表示部を接続することによりディスプレイ装置が構成される。この方式は構造が単純であるものの、マトリクスの画素数増加と共に瞬間輝度を上げなくてはならず、寿命や消費電力の点で困難が生じる。
【０００５】
アクティブマトリクス型の場合は、透明基板上の複数のゲート電極と、ゲート電極に交差する複数のソース電極と、これら電極の各交差領域に接続された能動（スイッチング）素子（一般には、絶縁ゲート型電界効果トランジスタの一種である薄膜トランジスタ、以下ＴＦＴと表記）および画像信号の保持容量とから構成される。該スイッチング素子上に有機発光層、対向電極が順次積層され画素を形成し、この画素が複数個配列することにより表示部が形成される。ゲート電極、ソース電極および対向電極を表示部より基板周囲へ延長し形成した接続部を介して、外部駆動回路と表示部を接続することによりディスプレイ装置が構成される。
【０００６】
図５は、有機ＥＬディスプレイに用いられているアクティブマトリクス型表示装置の構成例を示すものである。データ線駆動回路１および走査線駆動回路２が接続されたＸＹマトリクスの各交点に画素３が存在する。図６は、アクティブマトリクス型表示装置の１画素の構成例を示すものである。画素に画像信号を書き込む時のスイッチング機能を果たす書き込みトランジスタＴｒ１と、該画像信号を保持する保持容量４と、該保持容量４の電圧によって駆動される駆動トランジスタＴｒ２と、有機ＥＬ素子５とで構成されている。画素中の能動素子は主に低温多結晶シリコンで形成された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）であることが多い。ＴＦＴの動作上、有機ＥＬ素子の製造上の制約から、駆動トランジスタはｐチャネル型であることが多い（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
図７に従来のアクティブマトリクス駆動のタイミングチャートの例を示す。
【０００８】
ところでアクティブマトリクス型ディスプレイの駆動方法は、大きくアナログ階調とデジタル階調に分類される。さらにデジタル階調には、時分割変調や面積変調などがある。
【０００９】
アナログ階調は、図５においてデータ線駆動回路から画素に書き込まれる画像信号がアナログ電圧、もしくはアナログ電流であり、この電圧値もしくは電流値が階調を制御している。そしてこの画像信号が駆動トランジスタのゲートに印加されて駆動トランジスタがＯＮすることで画素に電流を流す。
【００１０】
一方、デジタル階調は、データ線駆動回路から画素に書き込まれる画像信号はＯＮとＯＦＦの２値である。画像信号の時間幅により階調制御する方式は時間変調と呼ばれ、画素を複数の副画素に分割し、その点灯数で階調制御する方式は面積階調と呼ばれる。時間変調としてはサブフイールド法と呼ばれるものが公開されている（特許文献２，３参照）。サブフイールド法は図８のように１フレームを複数のサブフイールドに分割し、各サブフイールド毎は点灯時間が２のべき乗に設定され、それらサブフイールドの点灯・非点灯の組み合わせで階調を表現するものである。
【００１１】
サブフイールド法は、その駆動方法ゆえに動画再生において擬似輪郭現象をもたらす。これは２のべき乗で構成されたサブフイールドの組み合わせが、１フレーム内での時間の偏りが一定しないために発生する。ある中間階調を表現するために、１フレーム内における点灯サブフイールドの時間間隔が広い場合、次の１フレームの点灯サブフイールドと輝度が加算されて認識されるためである。これを解決するために、サブフイールドの配置を変えたり、サブフイールドを２のべき乗ではない配分にしたりする工夫をしている。
【００１２】
【特許文献１】
特開平８−２４１０４８号公報
【００１３】
【特許文献２】
特許第２７８４６１５号公報
【００１４】
【特許文献３】
特開２００２−６８０８号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
アクティブマトリクス型有機ＥＬディスプレイにおいては、能動素子として一般にガラス基板上に形成されたＴＦＴ（薄膜トランジスタ）が利用される。しかしＴＦＴの形成に使用されるアモルファスシリコンやポリシリコンは、単結晶シリコンに比べて結晶性が悪く、形成されたＴＦＴは特性のばらつきが大きいことが知られている。特に大型のガラス基板上にポリシリコンＴＦＴを形成する場合には、ガラス基板の熱変形等の問題を避けるため、通常はレーザーアニール法が用いられる。しかし大きなガラス基板に均一にレーザーエネルギーを照射することは難しく、ポリシリコンの結晶化の状態が基板内の場所によってばらつきを生ずることが避けられない。
【００１６】
この結果、同一基板上に形成したＴＦＴであっても、そのＶｔｈ（閾値）が基板内の画素によって数百ｍＶ程度のばらつきを生ずる。このため、異なる画素に同じ電位の信号を書き込んでも、画素によってＶｔｈがばらつくために、画素に流れる電流は画素毎に大きく異なってしまう。したがって、駆動トランジスタにアナログ電圧を印加して階調表現を行うアナログ階調においては、ディスプレイとして高品質の画像を表示することができない。
【００１７】
一方、デジタル階調は、駆動トランジスタのＶｔｈより十分大きい電圧もしくは十分小さい電圧の２値のみで駆動され、階調制御は駆動トランジスタの導通時間で行われる。このため画素毎の印加電圧の相違は小さく、画面全体の輝度分布は十分に小さく、画質は良好である。
【００１８】
しかしデジタル階調におけるサブフイールド法や面積階調法は、その駆動方法ゆえに階調数が多くできないという問題を抱えている。サブフイールド法において階調数を増やすには、１フレームをさらに多くのサブフイールドに分割する必要があり、すなわちこれはアドレス速度（画素への画像信号書きこみ速度）を非常に速くしなければならない。また面積階調法において階調数を増やすには、画素をさらに多くの副画素に分割しなければならず、すなわちこれは開口率の低下を招く。
【００１９】
そこで、本発明の目的は、以上のような問題を解消した高品位な画像を表示することが可能な表示装置を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、走査線を線順次走査する走査線駆動回路と、輝度情報に応じた電圧レベルを有する画像信号を逐次データ線に供給するデータ線駆動回路と、各走査線および各データ線の交差部に配置された画素とを有するアクティブマトリクス型電気光学表示装置であって、前記各画素は、前記走査線が選択されたときに前記データ線から画像信号を取り込む第１のスイッチング素子と、該第１のスイッチング素子から取り込んだ画像信号を保持する保持容量と、該保持容量に保持された該画像信号と比較線からの比較信号とを比較する比較手段と、該比較手段の出力信号に応じた駆動電流を前記画素に供給する駆動手段とを具えたことを特徴とする。
【００２１】
請求項２の発明は、請求項１において、前記比較信号は徐々に電圧が上昇もしくは下降するステップ電圧もしくは三角波であり、前記比較手段は画像信号と比較信号とを比較することで画像信号を時間幅信号に変換し、該時間幅信号によって前記駆動手段を制御することを特徴とする。
【００２２】
請求項３の発明は、請求項１または２において、前記比較信号は、前記線順次走査により前記保持容量に画像信号が保存された後に前記比較線から供給することを特徴とする。
【００２３】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかにおいて、前記駆動手段は、カレントミラー回路を有し、画素に対して定電流駆動を行うことを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明は次の特徴を有する。第一に、駆動トランジスタの制御方法がパルス幅変調であるために、駆動トランジスタの動作は一定電流値のＯＮ・ＯＦＦの２状態のみであり、ＴＦＴのＶｔｈから充分に大きい電圧でＴＦＴを駆動するため電流ばらつきの影響が小さいという特徴を持つ。このため画素毎の有機ＥＬ素子への印加電圧の相違は小さく、画面全体の輝度分布は十分に小さく、画質は良好である。第二に、１フレームにおける各画素のパルス幅の分解能は、データ線駆動回路のアナログ電圧と、比較線に入力するステップ電圧または三角波で決定されるので、高階調数が容易に得られる。第三に、１フレーム内のアドレス回数は１回であり、さらに比較線に入力する比較信号を画素毎に独立して供給することで、１フレーム内の最大点灯時間を最適に設定することができる。
【００２５】
図１は、本発明に係る、画素の回路構成の一例を示すものである。
【００２６】
この回路は、画像信号を画素に取り込むための書き込みトランジスタＴ１と、画像信号の保持容量Ｃ１と、画像信号と比較信号を比較する比較手段６と、比較手段６の出力信号によって制御される制御トランジスタＴ４と、カレントミラー回路を構成し画素を駆動する駆動トランジスタＴ２およびＴ３と、有機ＥＬ素子７とからなる。走査線には走査線駆動回路（不図示）が接続され、データ線にはデータ線駆動回路（不図示）が接続され、比較線には比較線駆動回路（不図示）が接続される。図１では、Ｔ１をＮＭＯＳ，Ｔ２およびＴ３をＰＭＯＳで構成しているが、これは一例であり、必ずしもこの通りである必要はない。保持容量Ｃ１はグランドに接地されているが、これに限らず任意の一定電位であっても良い。
【００２７】
図２は、本回路に係る、１画素の駆動シーケンスの一例を示すものである。これを参照して、図１に示した画素回路の駆動方法を説明する。
【００２８】
第１に、走査線を選択し、書き込みトランジスタＴ１を導通状態にする。
【００２９】
第２に、データ線から画像信号を入力する。このとき導通状態の書き込みトランジスタＴ１を経由して、保持容量Ｃ１に画像信号が蓄積される。
【００３０】
第３に走査線を非選択とし、書き込みトランジスタＴ１を遮断状態にする。これで画素に画像信号が書き込まれた状態で保持されることとなる。
【００３１】
第４に、データ線の画像信号の設定を終了する。引き続き、別の画素へ画像情報の書き込みに移っても良い。
【００３２】
第５に、比較線に比較信号としてステップ電圧もしくは三角波を入力する。そして保持容量Ｃ１に蓄えられた画像信号と比較信号を比較手段６によって比較し、それらの大小関係に応じて制御トランジスタＴ４の導通・遮断を制御する。さらに制御トランジスタＴ４はカレントミラー回路で構成された駆動トランジスタＴ２およびＴ３を制御する。これにより画素である有機ＥＬ素子７を定電流駆動することができる。このとき画像信号は一定に保持されており、比較信号の電位が徐々に変化することで、比較手段６は画像信号の電位に応じたパルス幅を出力し、時間変調を行うことができる。ステップ電圧もしくは三角波の最大幅を１フレームに対して変化させることにより、駆動Ｄｕｔｙを任意に変化させることができる。
【００３３】
第６に、画像信号と比較信号の大小関係が入れ替わったとき、比較手段６は出力信号を反転させることでパルス幅を終了させ、駆動トランジスタＴ２を遮断状態にする。遮断状態は１フレームが終了するまで維持される。
【００３４】
第７に、比較信号が１周期を終え、すべてが初期状態に戻される。
【００３５】
以上の動作を画素毎、フレーム毎に繰り返されることによりパルス幅変調を行うことができ、ディスプレイにおいて高い階調数の豊かな階調表現の画像を表示することが可能となる。
【００３６】
図３は、本発明に係る、アクティブマトリクス型表示回路を駆動するタイミングチャートの一例を示すものである。走査線すべてに渡り走査を行い、画素毎に画像信号を書き込んだ後に、すべての画素に共通で比較信号を入力する。この方法の場合は比較信号の生成は１種類で済むので、比較信号を生成する回路は小さくすることができる。
【００３７】
図４は、本発明に係る、アクティブマトリクス型表示回路を駆動するタイミングチャートの別の一例を示すものであって、画像信号を書き込んだ画素から順に比較信号を入力するものである。これによって、１フレームにおける発光時間、すなわち駆動Ｄｕｔｙを最大まで活用することができる。このことはディスプレイの表示における輝度を保ちながら、画素の駆動電流を低く抑えることができるので、低消費電力化や長寿命化に貢献する。逆に駆動Ｄｕｔｙを小さくすることで、動画再生における残像を低減することができる。
【００３８】
本発明においては、ＴＦＴ基板上にカラーフィルター等が形成されている場合に対しても適用可能である。また画素からの発光の取り出し方向は、ＴＦＴ基板側のみならず、ＴＦＴ基板と反対方向へも可能である。透明電極材料としては、ＩＴＯやインジウム亜鉛酸化物のほかに、酸化錫や酸化亜鉛、アルミニウム錫酸化物などを用いることができる。陰極材料としては、ＡｌやＡｌＬｉのほかに、ＡｇやＡｇＭｇなどの仕事関数の低い金属を用いることができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、能動素子の特性ばらつきによらず、安定した輝度で画素毎に駆動することができる。その結果、高精細、低駆動電圧、低消費電力、長寿命が可能なアクティブマトリクス型表示装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る、アクティブマトリクス型表示装置の１画素の回路構成の一例を示す図である。
【図２】本発明に係る、アクティブマトリクス型表示装置の１画素の駆動シーケンスの一例を示す図である。
【図３】本発明に係る、アクティブマトリクス型表示装置を駆動するタイミングチャートの一例を示す図である。
【図４】本発明に係る、アクティブマトリクス型表示装置を駆動するタイミングチャートの別の一例を示す図である。
【図５】従来のアクティブマトリクス型表示装置のマトリクス構成の一例を示す図である。
【図６】従来のアクティブマトリクス型表示装置の１画素の回路構成の一例を示す図である。
【図７】従来のアクティブマトリクス型表示装置を駆動する、電流変調法のタイミングチャートの一例を示す図である。
【図８】従来のアクティブマトリクス型表示装置を駆動する、サブフイールド法のタイミングチャートの一例を示す図である。
【符号の説明】
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４ トランジスタ
Ｃ１ 保持容量
６ 比較手段
７ 有機ＥＬ素子

Claims (4)

1. 走査線を線順次走査する走査線駆動回路と、輝度情報に応じた電圧レベルを有する画像信号を逐次データ線に供給するデータ線駆動回路と、各走査線および各データ線の交差部に配置された画素とを有するアクティブマトリクス型電気光学表示装置であって、
   前記各画素は、前記走査線が選択されたときに前記データ線から画像信号を取り込む第１のスイッチング素子と、該第１のスイッチング素子から取り込んだ画像信号を保持する保持容量と、該保持容量に保持された該画像信号と比較線からの比較信号とを比較する比較手段と、該比較手段の出力信号に応じた駆動電流を前記画素に供給する駆動手段とを具えたことを特徴とする電気光学表示装置。
2. 請求項１において、
   前記比較信号は徐々に電圧が上昇もしくは下降するステップ電圧もしくは三角波であり、前記比較手段は画像信号と比較信号とを比較することで画像信号を時間幅信号に変換し、該時間幅信号によって前記駆動手段を制御することを特徴とする電気光学表示装置。
3. 請求項１または２において、
   前記比較信号は、前記線順次走査により前記保持容量に画像信号が保存された後に前記比較線から供給することを特徴とする電気光学表示装置。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
   前記駆動手段は、カレントミラー回路を有し、画素に対して定電流駆動を行うことを特徴とする電気光学表示装置。

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