JP2006251515A

JP2006251515A - 表示装置

Info

Publication number: JP2006251515A
Application number: JP2005069569A
Authority: JP
Inventors: Atsuo Ishizuka; 淳夫石塚; Takuya Yoshimi; 琢也吉見
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2005-03-11
Filing date: 2005-03-11
Publication date: 2006-09-21

Abstract

【課題】表示装置の輝度ばらつきを抑制する。
【解決手段】複数の走査線と、走査線に交差する方向に配置され、走査線の選択に対応して階調信号に対応する書き込み電流が供給される複数のデータ線と、複数の走査線とデータ線との交差位置に配置され、供給される書き込み電流に対応する状態を記憶し，当該書き込み電流に基づいて発光素子を駆動する複数の画素と，データ線駆動回路を有する。データ線駆動回路は、書き込み時において，記階調信号に対応する駆動電圧をデータ線に供給し，画素に書き込み電流に対応する状態を記憶させ、データ線に発生した書き込み電流を監視し、当該監視書込電流に基づいて駆動電圧を補正する。
【選択図】なし

Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子など電流によって発光輝度が制御される発光素子を画素毎に設けた表示装置に関し、特に、発光素子を駆動する電流を補正する表示装置に関する。

携帯電話機，ＰＨＳ、ＤＶＤプレーヤ、ＰＤＡ（携帯端末装置）等に搭載される有機エレクトロルミネッセンス（以下ＥＬ）表示装置は、各画素に発光素子である有機EL素子を設ける自発光型表示装置である。そのため、液晶表示装置に比べ、画像の視認性が高く、バックライトが不要で、応答速度が速いなどの利点がある。有機EL素子の発光輝度は、駆動電流値によって制御され、輝度情報に対応した駆動電流を各画素内の有機EL素子に流す必要がある。

また、有機EL表示装置には、単純マトリクス方式と、アクティブマトリクス方式の2種類の駆動方式がある。単純マトリクス方式では、有機EL素子は走査期間のみ発光する。一方、アクティブマトリクス方式では、有機EL素子に流れる駆動電流は、画素内に設けられた薄膜トランジスタ（以下TFT）などの能動素子により制御される。

アクティブマトリクス方式の有機EL表示装置において，所望の輝度を得るために必要な1画素あたりの駆動電流は，最大で数マイクロアンペア程度であり，低階調時には数十ナノアンペアの電流となる。

このような微小な駆動電流を画素内のTFTによって制御するため，ディスプレイ表示領域内でのTFTの特性のばらつきが、有機EL素子の輝度ばらつきに大きく影響する。特許文献１に記載された発明は、駆動電流を外部駆動回路で生成し、画素内のＴＦＴ回路の改良により生成された駆動電流で画素内の書き込みキャパシタに書き込みを行いその駆動電流で有機ＥＬ素子を駆動できるようにして，画素回路内のTFTの特性ばらつきを補償し、輝度ばらつきを低減する。
特開２００１−１４７６５９号公報

しかしながら、画素内のＴＦＴの特性ばらつきは補償したとしても，微小な電流を指定する外部駆動回路自身の出力のばらつきが大きいため、各コラムに対応して設けられる外部駆動回路の駆動電流にばらつきがあり，コラム間の輝度のばらつきが大きくなる。

一方で，上記の電流駆動型の駆動回路に代えて電圧駆動型の駆動回路を用いることが考えられる。電圧駆動型駆動回路は，各コラムのデータ線に階調値に対応する電圧を印加し，電圧値に対応する電流で画素回路を駆動する。

かかる電圧駆動型の駆動回路を用いると、有機ＥＬ素子は印加電圧に対して得られる発光輝度に温度依存性を有するため、ＴＦＴの特性ばらつきによる輝度のばらつきだけでなく、周囲温度の変化によりその発光輝度が変動する。一般に，温度が上昇すると有機ＥＬ素子が低抵抗になり電流値が上昇し発光輝度が上昇する。さらに、有機ＥＬ素子自らの発熱により表示装置の温度が上昇し輝度が増加し、それに伴ってさらに電流が流れ、表示装置の温度が上昇する。

加えて、電源ラインやデータ線の配線において電圧降下が大きくなると、表示装置内に配線の長さに依存する電圧降下の分布ができ、表示装置の面内で輝度がばらつく。

そこで、本発明の目的は、表示装置内の輝度のばらつきを抑制した表示装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の第一の側面によれば、複数の走査線と、前記走査線に交差する方向に配置され、前記走査線の選択に対応して階調信号に対応する書き込み電流が供給される複数のデータ線と、前記複数の走査線とデータ線との交差位置に配置され、供給される前記書き込み電流に対応する状態を記憶し，当該書き込み電流に基づいて発光素子を駆動する複数の画素とを有する表示装置において、書き込み時において，前記階調信号に対応する駆動電圧をデータ線に供給し，前記画素に前記書き込み電流に対応する状態を記憶させ、前記データ線に発生した前記書き込み電流を監視し、当該監視書込電流に基づいて前記駆動電圧を補正するデータ線駆動回路を備えることを特徴とする。

上記発明の第一の側面において、好ましい実施例では、前記データ線駆動回路は、前記書き込み電流の経路に所定の抵抗値を有する抵抗器を備え、前記抵抗器の両端の電位差に基づいて前記書込み電流を監視することを特徴とする。

また、上記発明の第一の側面において、さらに好ましい実施例では、前記階調信号は、デジタル信号であり、前記データ線駆動回路は、前記階調信号をアナログ信号である書き込み信号に変換するＤ／Ａ変換器と、前記書き込み電流と前記階調信号とに基づいて前記Ｄ／Ａ変換器の基準電圧を可変制御することを特徴とする。

また、上記発明の第一の側面において、さらに好ましい実施例では、前記画素は、発光素子と，それを駆動する駆動トランジスタと，当該駆動トランジスタのゲートに接続されたコンデンサとを有し、書き込み時において、前記データ線の駆動電圧を前記発光素子と駆動トランジスタの直列回路に印加して前記コンデンサに前記駆動電圧に対応するゲート電圧を書き込み，読み出し時において、前記書き込まれたゲート電圧に基づく駆動電流で、前記発光素子を駆動することを特徴とする。

本発明の表示装置は、データ線駆動回路が、実際に画素内のトランジスタに流れている電流を監視し、電流値をフィードバックすることによって表示装置内の輝度のばらつきを抑制した表示装置を提供することができる。

以下、図面に従って本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。

図６は，有機ＥＬ素子における発光輝度の駆動電流と印加電圧に対する依存性を示す図である。図６（Ａ）に示すとおり，有機ＥＬ素子は，駆動電流に比例して発光輝度を有する。したがって，駆動電流を制御することにより有機ＥＬ素子の発光輝度を制御することができる。一方，図６（Ｂ）に示すとおり，有機ＥＬ素子はダイオード特性を有し，印加電圧が閾値電圧を超えると導通して発光し，印加電圧を更に上昇させると電流値が急激に増加し発光輝度も増加する。

図６（Ｂ）に示されるように，有機ＥＬ素子は，温度の変化に応じて抵抗が変動し，それに伴って電流も変動して発光輝度も変動する。つまり，温度が上昇すると抵抗が下がり電流値が増加し発光輝度も増加する。逆に，温度が低下すると抵抗が上がり電流値も減少し発光輝度も減少する。有機ＥＬ素子の温度は，周囲の温度に加えて，素子自体の駆動によっても上昇する。したがって，この有機EL素子の温度特性を抑制することが求められる。

図１は、本実施の形態における表示装置の構成図である。この表示装置は、たとえば、有機ＥＬ素子を利用した有機ＥＬ表示装置である。表示パネル１には、水平方向に設けられた複数の第一の走査線Wscan１〜Nと、複数の第二の走査線Escan1〜Nと、垂直方向に設けられた複数のデータ線Data１〜Mと、それらの交差位置に配置されたマトリクス状の画素PXとが設けられている。そして、フレーム期間内において、第一の走査線駆動回路２が第一の走査線Wscan1〜Nを、第二の走査線駆動回路３が第二の走査線Escan1〜Nをそれぞれ順次走査し、各走査期間においてデータ線駆動回路10がデータ線Data1〜Mに輝度情報に対応した書き込み電流Iwを供給する。

図２は、本実施の形態における表示装置の画素回路を示す図である。この画素PXには、駆動電流に応じた輝度で発光する有機EL素子などの発光素子OLEDと、その発光素子OLEDに駆動電流を供給する駆動トランジスタTFT4と、駆動トランジスタTFT4のドレインを電源Vddに接続する第三のトランジスタTFT3と、第一の走査線Wscanにゲートが接続された第一のトランジスタTFT１と、第二の走査線Escanにゲートが接続された第二のトランジスタTFT2と、駆動トランジスタTFT4のゲートと所定の定電圧源Vcsとの間に設けられたコンデンサCとを有する。第三のトランジスタTFT3のみがP型トランジスタであり、他のトランジスタはN型トランジスタである。

図３は、本実施の形態における動作波形図である。図３には、データ線Dataに供給される輝度情報である書き込み電流Iwと、第一の走査線Wscan1〜Nの駆動パルス波形と、第二の走査線Escan1〜Nの駆動パルス波形と、発光素子OLEDの発光波形（OELD輝度）とが示されている。

図４は，駆動トランジスタTFT4の電流・電圧特性を示す図である。この図には，縦軸にドレイン電流，横軸にソース・ドレイン電圧が示される。

図３に示されるとおり，１フレーム期間FLにおいて、第一の走査線Wscan1〜Nに駆動パルスが順次供給され、対応する画素内の第一トランジスタTFT1を導通させる。また、第二の走査線Escan1〜Nにも駆動パルスが順次供給され、対応する画素内の第二トランジスタTFT2を導通させる。第二の走査線Escanへの駆動パルスは、第一の走査線Wscanへの駆動パルスよりも早く立ち上がり、ほぼ同時に立ち下がる。したがって、第二のトランジスタTFT2が先に導通し、その後、第一のトランジスタTFT1が導通し、両方のトランジスタが同時に非導通となる。また、第三のトランジスタTFT3は、第二の走査線EscanがLレベルの間導通し、Hレベルの間非導通となる。

また、図３には、第一の走査線Wscanに接続される画素に対する書き込み期間ｔWと、読み出し期間ｔRと、消去期間ｔEも示される。さらに、発光素子OLEDの発光期間ｔLEと、消光期間ｔNLEも示される。

書き込み期間ｔWにおいては、第一及び第二の走査線Wscan、Escanが共にHレベルになり、トランジスタTFT1とTFT2とが共に導通し、第三のトランジスタTFT3が非道通になる。これに伴い、データ線駆動回路10からの書き込み電流Iwが、データ線を通じて各画素に供給される。このとき、書き込み電流Iwは、データ線Dataから、第一のトランジスタTFT1、ノードN1、駆動トランジスタTFT4の順に通過し、発光素子OLEDに達する。

この書き込み動作において，駆動トランジスタTFT4はダイオード接続された状態となり，データ線Dataからみると，第一のトランジスタTFT1，ダイオード接続された駆動トランジスタTFT4，及び発光素子OLEDの直列回路になる。つまり，書き込み時では，データ線駆動電圧が，トランジスタTFT1，TFT4及び発光素子OLEDの直列回路に印加される。それに伴い，これらの素子にはそれぞれデータ線駆動電圧に応じた電圧が印加されると共に，駆動トランジスタTFT4のゲート・ソース間電圧Vgs（ドレイン・ソース間電圧Vdsにほぼ等しい）とドレイン電流，及び発光素子OLEDの順方向電圧と電流は，いずれもダイオード特性に対応した値をとる。図４の破線はダイオード接続された駆動トランジスタTFT4のダイオード特性であり，その動作点OP1は，発光素子OLEDと第一のトランジスタTFT1の電圧との関係から決まる動作点になる。

上記の書き込み動作では，第二のトランジスタTFT2も導通状態にあり，コンデンサCに電荷が充電され，ノードN2の電位は，動作点OP1上の駆動トランジスタTFT4のゲート・ソース間電圧Vgs0に等しくなる。つまり，コンデンサCには，書き込み動作により，書き込み電流Iwに対応するゲート・ソース間電圧Vgs0が書き込まれることになる。

次に，読み出し期間ｔRにおいては、第一及び第二の走査線Wscan、Escanが共にLレベルになり、第一及び第二のトランジスタTFT1、TFT2が共に非導通となり、第三のトランジスタTFT3が導通する。その結果、読み出し期間においては、電源Vdd、第三のトランジスタTFT3、駆動トランジスタTFT4、発光素子OLED、グランドGNDの直列回路となる。また、コンデンサC内の電荷には放電経路がなく、駆動トランジスタTFT4のゲートのノードN2の電位は維持される。

図４の実線は、駆動トランジスタTFT4の電流・電圧特性を示す。図中，４種類の値Vgs0,Vgsx,Vgsy,Vgszはそれぞれ異なるゲート・ソース間電圧を示している。読み出し期間において、ノードN2の電位は、書き込み期間と同じくゲート・ソース間電圧Vgs0に維持されている。図４では、上から2番目の値をとることになる。このゲート・ソース間電圧Vgs0は、書き込み期間ｔWにおいて、書き込み電流Iwが駆動トランジスタTFT4のドレイン・ソース間を流れていた時のゲート・ソース間電圧であるから、読み出し期間においても，そのゲート・ソース間電圧Vgs0が維持される限りにおいて，駆動トランジスタTFT4の読み出し時の動作点OP2は，ゲート・ソース間電圧Vgs0に対応する駆動トランジスタの飽和領域上のいずれかの位置になる。その結果，駆動トランジスタTFT4を流れる電流は書き込み電流Iwと同じ電流値をとる。よって，読み出し期間中，発光素子OLEDには書き込み電流Iwが継続して流れることになる。

消去期間ｔEにおいては、第一の走査線WscanがLレベル、第二の走査線EscanがHレベルとなり、第一及び第三のトランジスタTFT1、TFT3が非導通、第二のトランジスタTFT2が導通状態となる。その結果、コンデンサCに蓄積されている電荷は、第一のトランジスタTFT1、駆動トランジスタTFT4を介して放電される。その放電により，発光素子OLEDは一時的に発光するが，放電が完了した後は、発光素子OLEDはもはや発光しない。

上記図２，３，４の画素回路とその動作については，本出願人により先に出願されたPCT/JP2004/006352に詳細に説明されており，本明細書にも引用により含まれる。

このように、図２に示した本実施の形態における表示装置の画素回路は、書き込み期間ｔWや読み出し期間ｔRにおいて、データ線駆動回路10からの書き込み電流に依存して発光素子OLEDが発光する。発光素子OLEDの発光量は、発光素子を通過する電流に比例するため，書き込み電流Iwは高精度に制御されなければならない。

しかしながら，前述したとおり，有機EL素子からなる発光素子OLEDは，温度特性を有する。図６（Ｂ）で説明したとおり，温度が上昇すると有機ＥＬ素子の抵抗が低下し電圧も低下する。そのため，書き込み期間tWにて，データ線駆動回路によりデータ線Dataが所定電圧で駆動されたとき，温度が上昇していると有機EL素子OLEDの低抵抗化によりその電圧が低下し，コンデンサCに蓄積される駆動トランジスタTFT4のゲート・ソース間電圧Vgsは上昇する。つまり，有機EL素子OLEDの温度特性によるばらつきが，書き込み時のゲート・ソース間電圧Vgsに影響を与えてしまう。

また，データ線Dataが長くなるとその配線抵抗により，データ線駆動回路１０に近接する画素でのデータ線電圧と，データ線駆動回路１０から離れた画素でのデータ線電圧とにばらつきが生じる。この画素に印加されるデータ線電圧の違いは，書き込み時の駆動トランジスタTFT4のゲート・ソース間電圧に影響し，画素の位置によって発光輝度にばらつきが生じる。

そして，データ線駆動回路自体の特性ばらつきによっても，データ線に印加する電圧にばらつきが生じ，コラム間で発光輝度にばらつきが生じる。

図５は、本実施の形態におけるデータ線駆動回路の構成図である。データ線駆動回路10は、Ｄ／Ａ変換器11、増幅器12、抵抗器13、Ａ／Ｄ変換機14、演算器15、比較器16、基準電圧生成器17によって構成されている。演算器15，比較器16及び基準電圧生成器17は，書き込み時においてデータ線Dataに流れる書き込み電流Iwに基づいて，データ線の駆動電圧Vdataを補正する補正回路１８を構成する。この補正回路１８により，上記の発光輝度のばらつきが低減できる。

デジタルの階調信号TSが，データ線駆動回路10に入力される。入力された階調信号ＴＳは、Ｄ／Ａ変換器11に入力し、アナログ信号TSaへと変換される。変換されたアナログ信号TSaは、増幅器12によって増幅される。増幅器１２は，より大きな電流駆動能力を有するオペレーションアンプであり，入力されるアナログ階調信号Tsaの電圧値に応じた駆動電圧Vdataをデータ線Dataに印加する。そして，このデータ線駆動電圧Vdataが画素内のトランジスタTFT1,TFT4,と有機EL素子OLEDの直列回路に印加される。そして，前述したとおり，書き込み時におけるこの直列回路の動作点OP1で決まる書き込み電流Iwが，読み出し期間ｔRにおける有機EL素子OELDの電流値を決定する。

本実施の形態では，書き込み期間ｔWにおいて，データ線Dataに流れる書き込み電流Iwを監視し，その書き込み電流Iwの変動に応じて，駆動電圧Vdataの値を補正し，発光輝度のばらつきを低減する。つまり，温度上昇やデータ線の電圧降下，駆動電圧そのもののばらつきなどにより，書き込み電流Iwがばらつくと，それに対応して駆動電圧Vdataを補正して，書き込み電流Iwが所望の値に維持されるよう制御される。

データ線Dataには低抵抗の抵抗器13が設けられ，この抵抗器13の両端の電位差ｄVがＡ／Ｄ変換器14に入力され，デジタル化された電位差ｄVが生成される。そして，Ａ／Ｄ変換器14によってデジタル値に変換された電位差ｄＶは、演算器15に入力する。また、演算器15には、デジタル階調信号ＴＳも入力し、演算器15はこれらの入力信号からdV/TSを求める。演算器15は、現在のフレームの演算結果dV_x／TS_xと、現フレームの１フレーム前の演算結果dV_x-1／TS_x-1を出力する。これらの出力は、比較器16に入力し、dV_x／TS_xと、dV_x-1／TS_x-1とが比較され、比較結果が基準電圧生成器17に供給される。

基準電圧生成器17は、比較器16の出力を受けて、D/A変換器11に供給する基準電圧Vrefを変化させる。

図７は，一例としてのD/A変換器の回路図である。このD/A変換器は，重み付き電流加算型D/A変換器であり，４ビットのデジタル値D3〜D0に対応して，抵抗値が重み付けされた抵抗R3〜R0（例えば１：２：４：８）とスイッチが設けられ，さらに，フィードバック抵抗Rfを有するオペアンプ２０を有する。そして，４つのスイッチは，デジタル値D3〜D0により基準電圧Vrefかグランド電位かのいずれかに接続され，重み付け抵抗R3〜R0に応じた電流が加算されて加算電流Iがフィードバック抵抗Rfに流れる。したがって，このフィードバック抵抗Rfに生じる加算電流Iに応じた電圧降下が出力TSaに生じる。したがって，この基準電圧Vrefを可変制御することで，出力Tsaのレベルを調整することができる。

今仮に，演算結果dV_x／TS_xが、dV_x-1／TS_x-1よりも大きくなった場合は、データ線Dataに供給される書き込み電流Iwが増加していることを意味するので、基準電圧Vrefを低く設定することによってD/A変換器11の出力TSaを小さくする。これにより書き込み電流Iwを低く補正することができる。逆に、演算結果dV_x／TS_xが、dV_x-1／TS_x-1よりも小さくなった場合は、データ線Dataに供給される書き込み電流Iwが減少しているので、基準電圧Vrefを高く設定することによってD/A変換器11の出力を大きくする。これにより書き込み電流Iwを高く補正することができる。

書き込み期間tWにおいて，温度上昇で有機EL素子OELDの抵抗が下がり発光電流が増加すると，その発光電流が，データ線に流れる書き込み電流Iwとして検出される。そして，この書き込み電流Iwに応じてデータ線を駆動する駆動電圧Vdataを補正（Iw上昇時にVdataを低下させIw低下時にVdataを上昇させる補正）をすれば，所望の輝度階調値に対応したゲート・ソース間電圧Vgs0を画素の駆動トランジスタTFT4のゲート容量Cに記憶させることができる。したがって，読み出し期間ｔRにおいて，補正して記憶されたゲート・ソース間電圧Vgs0により制御されたドレイン電流が有機EL素子OELDに流れ，補正された輝度値に制御される。

このように、書き込み期間ｔWにおいて，データ線Dataに流れる書き込み電流Iwを監視し、D/A変換器11に供給される基準電圧Vrefを調整することによって、発光輝度のばらつきを抑制することができる。さらに，データ線駆動回路自身の出力にばらつきがある場合も，この補正回路を利用することにより出力駆動電圧のばらつきを抑制することができる。

また，データ線駆動回路10から画素PXまでのデータ線の長さに依存する画素の発光輝度のばらつきも抑制することができる。つまり，書き込み期間ｔWにおいて，データ線駆動回路10から離れた画素回路に書き込みを行う際に，データ線Dataによる電圧降下が大きいと，画素回路に供給されるデータ線電圧が低下し，動作点OP1が左に移動し駆動トランジスタTFT4を流れる書き込み電流Iwも低下する。そこで，その書き込み電流Iwに応じてデータ線駆動電圧Vdataを補正することで，かかるばらつきを抑制することができる。

上記の補正回路１８は，一例に過ぎず，他の回路構成を取ることができる。たとえば，比較器１６の比較結果を利用して増幅器１２の出力電圧Vdataを直接補正するようにしても良い。また，前後するフレーム間の比較を行うことなく，検出した書き込み電流Iwの値から直接基準電圧Vrefを補正する様にしても良い。

本発明によれば，発光輝度のばらつきを低減した表示装置を提供できる。

本実施の形態における表示装置の構成図である。本実施の形態における表示装置の画素回路を示す図である本実施の形態における動作波形図である。駆動トランジスタの電流・電圧特性を示す図である。本実施の形態におけるデータ線駆動回路の構成図である。有機EL素子における発光輝度の印加電圧と駆動電流に対する依存性を示す図である。一例としてのD/A変換器の回路図である。

Claims

複数の走査線と、
前記走査線に交差する方向に配置され、前記走査線の選択に対応して階調信号に対応する書き込み電流が供給される複数のデータ線と、
前記複数の走査線とデータ線との交差位置に配置され、供給される前記書き込み電流に対応する状態を記憶し，当該書き込み電流に基づいて発光素子を駆動する複数の画素とを有する表示装置において、
書き込み時において，前記階調信号に対応する駆動電圧をデータ線に供給し，前記画素に前記書き込み電流に対応する状態を記憶させ、前記データ線に発生した前記書き込み電流を監視し、当該監視書込電流に基づいて前記駆動電圧を補正するデータ線駆動回路を備えることを特徴とする表示装置。
請求項１において、
前記データ線駆動回路は、前記書き込み電流の経路に所定の抵抗値を有する抵抗器を備え、前記抵抗器の両端の電位差に基づいて前記書込み電流を監視することを特徴とする表示装置。
請求項１において、
前記階調信号は、デジタル信号であり、
前記データ線駆動回路は、前記階調信号をアナログ信号である書き込み信号に変換するＤ／Ａ変換器と、前記書き込み電流と前記階調信号とに基づいて前記Ｄ／Ａ変換器の基準電圧を可変制御することを特徴とする表示装置。
請求項１において、
前記画素は、発光素子と，それを駆動する駆動トランジスタと，当該駆動トランジスタのゲートに接続されたコンデンサとを有し、書き込み時において、前記データ線の駆動電圧を前記発光素子と駆動トランジスタの直列回路に印加して前記コンデンサに前記駆動電圧に対応するゲート電圧を書き込み，読み出し時において、前記書き込まれたゲート電圧に基づく駆動電流で、前記発光素子を駆動することを特徴とする表示装置。