JP2009258302A - 有機ｅｌ表示装置のムラ補正データ取得方法、有機ｅｌ表示装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】補正データを効率的に得る。
【解決手段】パネル上の所定数の画素のＴＦＴのゲート電圧対ドレイン電流特性（Ｖｇｓ‐Ｉｄ特性）を測定し、平均的な画素の特性をＩｄ＝（ａ（Ｖｇｓ−ｂ））^ｃというべき乗の関数で近似する（Ｓ１〜Ｓ３）。次に、全画素を測定し、各画素に固有なａ‘とｂ’とを用いて各々Ｉｄ＝（ａ‘（Ｖｇｓ−ｂ’））^ｃというべき乗の関数で近似する（Ｓ４，Ｓ５）。もとめたａ，ｂ，ｃ，ａ‘，ｂ’より、各画素の補正データを演算する。
【選択図】図１２

Description

表示の際に、入力信号と、各画素の輝度のばらつきを補正するための補正データとで演算を行い輝度ムラの補正を行う、ムラ補正機能を備えた有機ＥＬ表示装置のムラ補正データ取得に関する。

有機ＥＬ素子を発光素子として用いる有機ＥＬ表示装置が知られている。有機ＥＬ素子は、流す電流によって発光量が変化し、アクティブ型の有機ＥＬ表示装置では、その電流量を制御するためにＴＦＴが用いられる。

図１に基本的なアクティブ型の有機ＥＬ表示装置における１画素分の回路（画素回路）の構成を、図２に表示装置（表示パネル）の構成の一例とその入力信号を示す。

図１に示すように、画素回路は、ソースまたはドレインがデータラインＤａｔａに接続され、ゲートがゲートラインＧａｔｅに接続された選択ＴＦＴ２と、この選択ＴＦＴ２のドレインまたはソースがゲートに接続され、ソースが電源ＰＶｄｄに接続された駆動ＴＦＴ１と、駆動ＴＦＴ１のゲート・ソース間を接続する保持容量Ｃと、駆動ＴＦＴ１のドレインにアノードが接続されカソードが低電圧電源ＣＶに接続される有機ＥＬ素子３とから構成されている。

また、図２に示すように、図１に示す画素回路を有する画素部１４がマトリクス状に配置されて、表示部が構成されており、この表示部の各画素部を駆動するためにソースドライバ１０およびゲートドライバ１２が設けられている。

そして、画像データ信号、水平同期信号、画素クロック、その他駆動信号がソースドライバ１０に供給され、水平同期信号、垂直同期信号、その他駆動信号がゲートドライバ１２に供給される。ソースドライバ１０からは、垂直方向のデータラインＤａｔａが画素部１４の列ごとに伸び、ゲートドライバ１２からは水平方向のゲートラインＧａｔｅが画素部１４の行ごとに伸びている。

水平方向に伸びるゲートライン（Ｇａｔｅ）をハイレベルにして、選択ＴＦＴ２をオンし、その状態で垂直方向に伸びるデータライン（Ｄａｔａ）に表示輝度に応じた電圧を有するデータ信号を載せることで、データ信号が保持容量Ｃに蓄積される。これによって、駆動ＴＦＴ１が保持容量Ｃに蓄積されたデータ信号に応じた駆動電流を有機ＥＬ素子３に供給して、有機ＥＬ素子３が発光する。

ここで、有機ＥＬ素子３の電流と発光量とはほぼ比例関係にある。通常、駆動ＴＦＴ１のゲート−ＰＶｄｄ間（Ｖｇｓ）には画像の黒レベル付近でドレイン電流が流れ始めるような電圧（Ｖｔｈ）を与える。また、画像信号の振幅としては、白レベル付近で所定の輝度となるような振幅を与える。

図３は、駆動ＴＦＴ１のＶｇｓとドレイン電流Ｉｄの関係を示す図である。このように、カーブ自体が直線でないだけでなく、画素によって電流が流れ始めるオフセット電圧、傾きが異なる場合がある。これは、製造上の問題や経年変化等により、画素を駆動するＴＦＴのＶｔｈや、移動度（μ）がばらつくために起こる。

そこで、ガンマ補正回路により画像データと輝度の関係がリニアになるようにするとともに、各画素を駆動する画像データに所定値を乗算することによりμの補正(ゲイン補正)を、また所定値を加算してＶｔｈの補正（オフセット補正）を行うことが提案されている。

特開平１１−２８２４２０号公報 特開２００４−２６４７９３号公報 特開２００５−２８４１７２号公報 特開２００７−２７９２９０号公報

このような補正をおこなうために駆動ＴＦＴの特性を関数に近似するが、一般的に知られている後述の［数４］をもとにＩｄを（Ｖｇｓ−Ｖｔｈ）の２乗に比例する関数に近似すると、Ｉｄが小さい時に誤差が大きくなり、正確な補正値を求めることができなかった。

本発明は、表示の際に、入力信号と、各画素の輝度のばらつきを補正するための補正データとで演算を行い輝度ムラの補正を行う、ムラ補正機能を備えた有機ＥＬ表示装置のムラ補正データ取得方法であって、前記補正データの採集時に、パネル上の全ての画素のＴＦＴのゲート電圧対ドレイン電流特性（Ｖｇｓ‐Ｉｄ特性）を、全ての画素に共通なｃの値と、各画素に固有なａとｂとを用いてＩｄ＝（ａ（Ｖｇｓ−ｂ））^ｃというべき乗の関数で近似し、補正データを求めることを特徴とする。

また、本発明に係る有機ＥＬ表示装置は、上記方法を用いて取得したムラ補正データを記憶しておき、表示の際に入力信号と前記補正データとで演算を行い輝度ムラの補正を行うことを特徴とする。

また、本発明に係る有機ＥＬ表示装置は、上記方法を用いて取得したムラ補正データ取得し、取得した補正データを記憶させるとともに、表示の際に表示データと前記補正データとで演算を行い輝度ムラの補正を行う、ムラ補正機能を備えた有機ＥＬ表示装置を製造することを特徴とする。

このように、本発明によれば、有機ＥＬディスプレイの輝度ムラの補正データを精度良く効率的に取得することができる。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。図４は、表示装置の全体構成を示す図である。このように、本実施形態では、ガンマ補正回路（γＬＵＴ）１６を通し画像データと輝度の関係がリニアになるようにするとともに、補正演算部２０において、各画素を駆動する信号データにある値を乗算することによりμの補正(ゲイン補正)を、また、ある値を加算してＶｔｈの補正（オフセット補正）を行う。

画像データ信号は、画素ごとの輝度を表す信号であり、カラー信号であるため色ごとの画像データ信号から形成されている。従って、ＲＧＢの各色に対応して３つのガンマ補正回路１６が設けられ、これらからガンマ補正後の画像データ信号が出力される。そして、このガンマ補正後の画像データ信号に対し、補正演算部２０において、ゲインおよびオフセットの補正が行われる。

従って、ソースドライバ１０には、これら補正後の画像データ信号が供給され、これがデータラインＤａｔａに供給され、これらがＲ表示用、Ｇ表示用、Ｂ表示用の画素部１４にそれぞれ供給される。なお、ソースドライバ１０は、図に示すように、画素ごとの画像データ信号を一旦記憶するデータラッチ１０ａと、データラッチ１０ａに記憶された１水平ライン分の画像データ信号をラッチし、１水平ラインのデータを同時にＤ／Ａ変換して出力するＤ／Ａ１０ｂを含んでいる。また、複数の画素部１４がマトリクス状に配置された領域が表示パネルの有効画素領域１８として図示されており、ここにおいて画像データ信号に基づく表示が行われる。

ここで、図４の例では、電源立ち上げ時などに、予め記憶しておいた画素毎の補正データを補正データ転送回路２２からメモリ２４に供給する。そして、表示の際には、タイミング信号発生回路２６からのタイミング信号に応じて、入力されてくる画像データに対する補正データがメモリ２４から読み出され、補正演算部２０に供給される。なお、補正演算部２０は、補正用ゲイン発生回路２０ａ、補正オフセット発生回路２０ｂ、乗算器２０ｃ、加算器２０ｄからなっている。メモリ２４からの補正データに基づいて、補正用ゲイン発生回路２０ａは補正用ゲインを発生し、これが乗算器２０ｃで画像データに乗算される。また、補正用オフセット発生回路２０ｂは補正用オフセットを発生し、これが加算器２０ｄで画像データに加算される。

ここで、図３を用いて補正データの計算方法を説明する。まず、複数の画素について、いくつかの入力電圧に対する出力電流を正確に測定することにより、そのパネルの平均的な画素のゲート電圧対ドレイン電流特性（Ｖｇｓ‐Ｉｄ特性）を求める。そして、このカーブがＩ＝ｆ（ａ（Ｖｇｓ−ｂ））という式で表されると仮定して関数ｆ（ｘ）を決定する。このパネルの全ての画素はこのｆ（ｘ）で表され、特性のばらつきは係数ａと係数ｂの違いによるものと仮定すれば、各画素のａとｂは２つ以上の入力電圧レベルに対応する画素電流を測定することにより求めることができる。

いま、画素ｐのＶｇｓ‐Ｉｄ特性がＩｄ＝ｆ（ａ’（Ｖｇｓ−ｂ’））で表されるとし、平均的な画素にＶｇｓ１を入力した時に流れる電流Ｉ１と同じドレイン電流を流すためには、
［数１］ Ｉ１＝ｆ（ａ（Ｖｇｓ１−ｂ））＝ｆ（ａ‘（Ｖｇｓ２−ｂ’））
すなわち、
［数２］ ａ（Ｖｇｓ１−ｂ）＝ａ’（Ｖｇｓ２−ｂ’）
の関係が成り立つ電圧Ｖｇｓ２を入力する必要がある。

Ｖｇｓ１及びＶｇｓ２の電圧を得るためのＤ／Ａ変換器の入力データをそれぞれｄ１、ｄ２とし、Ｄ／Ａ変換の入出力の関係がＶ＝ｋｄで表されるようなＤ／Ａ変換係数ｋを用いれば、数２より次式が得られる。
［数３］ ｄ２＝（ａ／ａ’）ｄ１＋ｋ（ｂ’−（ａｂ／ａ’））
すなわち、ｄ１に対しゲインとしてａ／ａ’を乗算し、オフセットとしてｋ（ｂ’−（ａｂ／ａ’））を加算することにより、目的の電流Ｉ１を得ることができる。

ここで、関数ｆ（ｘ）は任意の関数であるが、ＴＦＴのＶｇｓ-Ｉｄ特性は、一般的に飽和領域において次式に従うことが知られている。
［数４］ Ｉｄ＝ＷμＣｉ（Ｖｇｓ−Ｖｔｈ）^２／２Ｌ

ただし、Ｖｄ＞Ｖｇｓ−Ｖｔｈ、Ｖｇｓ＞Ｖｔｈ

ここで、μは移動度、Ｃｉは単位面積あたりのゲート絶縁膜容量、Ｖｔｈはしきい値電圧、Ｗはゲートチャンネル幅、Ｌはゲートチャンネル長である。

すなわち、ｆ（ｘ）として、ｆ（ｘ）＝ｘ^２を使用すればよいはずである。しかしながら、多くのパネルのＴＦＴの特性を調べてみるとＶｇｓ−Ｖｔｈが小さい領域すなわちＩｄが小さい領域でこのカーブに乗らず、カーブがねてくる傾向がある。図５Ａ及び図５Ｂは、あるＴＦＴについて、それぞれ縦軸をＬｏｇ_１０Ｉｄとした時と、√Ｉｄとした時の両方のＶｇｓ‐Ｉｄ特性をプロットした図である。

このように、Ｖｇｓ−Ｖｔｈが小さい領域でＶｇｓ‐Ｉｄ特性が２乗からずれてくる。例えば２乗で近似した場合、図５ＢのＶｘが、ドレイン電流が流れ出すＶｇｓ、すなわちＶｔｈとみなされることになる。ところが実際には、この電圧では電流はまだわずかに流れ、うっすらと点灯する。

一方、ムラ補正のデータを取得する上で、電流が少ない部分、すなわち暗い部分での精度は重要である。図６に、Ｖｔｈだけが平均的画素よりもΔＶｔｈだけシフトしており、Ｖｇｓ‐Ｉｄ特性の傾き（μ）は平均的画素と同じである画素ｐの特性を示す。２乗の式で近似すると、平均的画素のＶｇｓ‐Ｉｄ特性は破線のように電流の少ない部分で実際の特性からずれている。２乗の式で近似されると仮定した画素ｐの特性を、Ｖ１とＶ２を与えた時に流れる電流から求めると、図のようにΔＶｔｈもカーブの傾きも実際の特性からずれてしまう。すなわち、低電流部分での近似のずれが大きいと、各画素におけるオフセット値とゲイン値を算出するときに誤差が大きくなり、正確なデータを得ることができなくなる。

Ｖｇｓ‐Ｉｄ特性を正確に近似するには、例えばＶｇｓ−Ｖｔｈが、図５ＢのＶｙを境界に、０＜Ｖｇｓ−Ｖｔｈ＜Ｖｙの範囲の時とＶｙ＜Ｖｇｓ−Ｖｔｈの範囲の時とで違う関数を用いることも考えられる。しかし、このようにすると、Ｖｙ点の探索を含めた関数のフィッティングが複雑になる。

本実施形態においては、パネル上の全ての画素のＴＦＴのＶｇｓ‐Ｉｄ特性が、全ての画素に共通なｃの値と、各画素に固有なａとｂとを用いてＩ＝（ａ（Ｖｇｓ−ｂ））^ｃという、べき乗の関数で近似されると仮定し、補正データを求める。

図７は、ｘ＝１の時にｙ＝１になるという条件のもとに、それぞれｃが２，２．３，２．５，３の時にグラフがどのようになるかを描いたものである。また、図８はこれらの式を、縦軸を√ｙとしてプロットしなおしたグラフである。ｘ＞１の時の若干のずれを許せば、ｘが非常に小さいときのカーブはｃ＞２の時にＴＦＴのカーブにより近づく。従って、ＴＦＴ特性がべき乗の関数に近似できると仮定することにより、比較的簡単に関数ｆ（ｘ）を求めることができる。

次に、補正データを求める手順について説明する。１画素をＲＧＢの３つのサブピクセル（ドット）で構成するＱＶＧＡのパネル（縦３２０、横２４０ｘＲＧＢ＝７２０）を考える。この場合、全ドット数は２３０４００ドットとなり、まずこのうちの５００ドットを用いて、平均的なＴＦＴのＶｇｓ‐Ｉｄ特性を測定する。色により負荷となる有機ＥＬ材料の特性が違うため、Ｖｇｓ‐Ｉｄ特性が色毎に若干異なる可能性がある。従って、基準となるＴＦＴ特性は色毎に測定を行い、異なるカーブを用いることでより厳密な補正が可能となるが、ここでは色にかかわらず一つの代表的なＴＦＴ特性をもつものとして考える。できるだけパネルの平均的な特性が求められるように、ドットはパネル上のいろいろな場所からランダムに選ぶと良い。また、中心付近のＴＦＴ特性を重視したい場合は、中心に近いエリアのみからランダムに選んでも良い。

それぞれ１ドットずつ点灯し、図９Ａ，図９Ｂに示すようにＶｇｓを０Ｖから３．５Ｖまで０．５Ｖごとに変化させ、それぞれについて、流れる電流を測定する。最終的に、５００ドットの電流の測定結果を入力電圧ごとに平均し、平均電流値を電圧ごとにプロットする。

上述の方法は測定値を平均しているため、測定時の誤差やノイズが大きい場合に有効であり、近似関数を求める演算も１度だけ行えば良い。一方、平均的画素の特性の求め方としては、５００ドットの画素のそれぞれについて、ａ，ｂ，ｃの係数を求め、それらの係数を平均した値を用いても良い。測定時の誤差やノイズが少ない場合は、この方がより正確に平均的特性を求めることができるが、近似関数を求める演算をドット数分（この例では５００回）行う必要があり時間がかかる。

図９Ａは、このようにして求めた電流値をプロットした図であり、２乗の式で近似した曲線を重ねて描いてある。図９Ｂのように縦軸を√Ｉｄとして同じデータをプロットしなおすと、Ｖｇｓの低い部分でずれが大きくなっているのが良くわかる。

図１０Ａには、同じＴＦＴに対し、２．７２乗の式で近似した曲線が重ねて描かれている。この場合は、縦軸を√Ｉｄとして同じデータをプロットしなおしたときも、Ｖｇｓの低い部分でのずれは小さい（図１０Ｂ）。

実際の近似式の係数の算出方法としては、一般に良く使われている最小二乗法等を用いることができる。図１１において、各測定データと関数Ｉｄ＝（ａ（Ｖｇｓ−ｂ））^ｃとの差、すなわち残差、
［数５］ ｅ（Ｖｉ）＝（ａ（Ｖｉ−ｂ））^ｃ−Ｉｉ
の２乗和をＪとすると、Ｊは、
［数６］Ｊ＝Σ（ｅ^２（Ｖｉ））＝Σ（（ａ（Ｖｉ−ｂ））^ｃ−Ｉｉ）^２ ［ｉ＝１〜ｎ］
で示される。このＪが最小となるようにａ，ｂ及びｃを決定すればよい。

この例では、Ｉｄ＝（０．０４６（Ｖｇｓ−０．５））^２．７２という式に近似したので、ａ，ｂ，ｃはそれぞれａ＝０．０４６、ｂ＝０．５、ｃ＝２．７２となる。

次に、これらａ，ｂ，ｃの値に基づき、このパネルの全てのドットのａ’及びｂ’を求める。ｃは、全てのドットのカーブに共通の値と考えるので、未知数はａ’及びｂ’のみとなり、２つ以上のゲート電圧（Ｖ１、Ｖ２）におけるドレイン電流値（Ｉ１、Ｉ２）が測定できれば、次式のような二元連立方程式を解くことによって求まる。
［数７］ Ｉ１＝（ａ’（Ｖ１−ｂ’））^２．７２，Ｉ２＝（ａ’（Ｖ２−ｂ’））^２．７２

すなわち、全てのドットについて、２つのゲート電圧を与え、そのときに流れる電流を測定することによりそれぞれのドットのａ’とｂ’を簡単に求めることができる。

このように、本実施形態では、図１２に示すような手順で係数ａ，ｂ，ｃが求められる。まず、所定数の画素を選択し（Ｓ１）、選択された画素について入力電圧（Ｖｇｓ）対電流（Ｉｄ）特性を求め（Ｓ２）、求められたＶｇｓ‐Ｉｄ特性から平均的なＶｇｓ‐Ｉｄ特性を求め、これから最小二乗法によって係数ａ，ｂ，ｃを求める（Ｓ３）。このようにして係数ｃを求めた後、全画素について１つずつ２点以上の入力電圧（Ｖｇｓ）で電流（Ｉｄ）を求め（Ｓ４）、決定されている係数ｃを用いて各画素のａ’，ｂ’を求める（Ｓ５）。

このように、本実施形態では、パネルにおいて平均的なＶｇｓ‐Ｉｄ特性を求め、これから全画素に共通の係数ｃを求め、これを利用して各画素のａ，ｂを求める。従って、比較的簡単な作業で、全画素の補正データ（ａ’，ｂ’）を得ることができ、これを用いて精度の高い補正を行うことができる。

なお、係数ｃは、ガンマ補正回路１６における補正に対応している。本実施形態のガンマ補正回路１６は、ルックアップテーブルとしているが、上述したようにべき乗（上記例では、２．７２乗）した補正によりかなり正しい輝度データを得ることができる。そこで、ガンマ補正回路１６を、入力されてくる画像データｘに対し、ｘ^１／ｃを算出し補正後の画像データを出力する回路とすることも可能である。この場合の係数ｃは、各色毎に別の値とすることが好適である。

基本的なアクティブ型の有機ＥＬ表示装置における１画素分の回路（画素回路）の構成例を示す図である。 表示装置の構成の一例と入力信号を示す図である。 駆動ＴＦＴ１のＶｇｓに対するドレイン電流Ｉｄの関係を示す図である。 画像データの補正のための構成を示す図である。 Ｖｇｓとｌｏｇ_１０Ｉｄの関係を示す図である。 Ｖｇｓと√Ｉｄの関係を示す図である。 ＶｇｓとＩｄの関係を示す図である。 ｘのべき乗についてのｘとｙの関係を示す図である。 ｘのべき乗についてのｘと√ｙの関係を示す図である。 ＴＦＴの特性と２乗で近似した場合のＶｇｓとＩｄの関係を示す図である。 ＴＦＴの特性と２乗で近似した場合のＶｇｓと√Ｉｄの関係を示す図である。 ＴＦＴの特性と２．７２乗で近似した場合のＶｇｓとＩｄの関係を示す図である。 ＴＦＴの特性と２．７２乗で近似した場合のＶｇｓと√Ｉｄの関係を示す図である。 最小二乗法による近似の状態を示す図である。 処理の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ ソースドライバ、１２ ゲートドライバ、１４ 画素部、１６ ガンマ補正回路、１８ 有効画素領域、２０ 補正演算部、２０ａ 補正用ゲイン発生回路、２０ｂ 補正オフセット発生回路、２０ｃ 乗算器、２０ｄ 加算器、２２ 補正データ転送回路、２４ メモリ、２６ タイミング信号発生回路。

Claims (3)

1. 表示の際に、入力信号と、各画素の輝度のばらつきを補正するための補正データとで演算を行い輝度ムラの補正を行う、ムラ補正機能を備えた有機ＥＬ表示装置のムラ補正データ取得方法であって、
   前記補正データの採集時に、
   パネル上の全ての画素のＴＦＴのゲート電圧対ドレイン電流特性（Ｖｇｓ‐Ｉｄ特性）を、全ての画素に共通なｃの値と、各画素に固有なａとｂとを用いてＩｄ＝（ａ（Ｖｇｓ−ｂ））^ｃというべき乗の関数で近似し、補正データを求める有機ＥＬ表示装置の補正データ取得方法。
2. 請求項１に記載の方法を用いて取得したムラ補正データを記憶しておき、表示の際に入力信号と前記補正データとで演算を行い輝度ムラの補正を行う、
   ムラ補正機能を備えた有機ＥＬ表示装置。
3. 請求項１に記載の方法を用いてムラ補正データを取得し、取得した補正データを、表示の際に表示データと前記補正データとで演算を行い輝度ムラの補正を行う、ムラ補正機能を備えた有機ＥＬ表示装置のムラ補正データの記憶手段に記憶させる、有機ＥＬ表示装置の製造方法。

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