JP2010541015A - 電気光学ディスプレイを駆動する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、電気光学ディスプレイを駆動する方法を提供する。この方法は、電流源を提供し、電流源をデジタル的に変調して変調されたデジタル信号を生成し、表示画素が実効的なアナログ駆動電流を受けるように、変調されたデジタル信号を実効的なアナログ駆動信号に変換することを備え、電気光学ディスプレイの内部静電容量が、デジタル的に変調された信号を平滑化して実効的なアナログ駆動信号を生成する。

Description

有機発光ダイオード（Organic light emitting diode、ＯＬＥＤ）は、著しく有利な形態の電気光学ディスプレイを構成する。ＯＬＥＤは明るく、色彩に富み、スイッチングが高速で、広い視野角が得られ、多様な基板上で容易かつ安価に製造できる。

有機ＬＥＤ（ここでは有機金属系のＬＥＤを含む）は、ポリマーまたは小分子のいずれかを用いて、使用される材料に依存するさまざまな色で製造され得る。ポリマー系の有機ＬＥＤの例は、国際公開第９０／１３１４８号、国際公開第９５／０６４００号、および国際公開第９９／４８１６０号に記載され、小分子系のデバイスの例は、米国特許第４，５３９，５０７号明細書に記載され、デンドリマー系の材料の例は、国際公開第９９／２１９３５号および国際公開第０２／０６７３４３号に記載されている。

典型的な有機ＬＥＤの基本構造１００を図１ａに示す。ガラスまたはプラスチックの基板１０２が透明なアノード層１０４を支持し、アノード層１０４は、例えば酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）で構成され、その上に正孔輸送層１０６、エレクトロルミネッセンス層１０８、およびカソード１１０が堆積させられる。エレクトロルミネッセンス層１０８は、例えばＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（ポリエチレンジオキシチオフェンのポリスチレンスルホン酸ドープ体）で構成されてよい。カソード層１１０は、典型的には、カルシウムのような低仕事関数金属で構成され、また、電子のエネルギー準位の整合を向上させるため、アルミニウムの層のような付加的な層をエレクトロルミネッセンス層１０８に直接隣接して含んでよい。アノードおよびカソードへの接触ワイヤ１１４および１１６は、それぞれ電源１１８への接続を提供する。小分子のデバイスにも同様の基本構造が用いられ得る。

図１ａに示す例では、光１２０は、透明なアノード１０４および基板１０２を通して発せられる。このようなデバイスは、「ボトムエミッタ」と呼ばれる。カソードを通して発するデバイスも、例えば、カソードが実質的に透明になるようにカソード層１１０の厚さを約５０〜１００ｎｍより小さく保つことによって、構成され得る。

有機ＬＥＤは、画素のマトリクスという形で基板上にデポされて、単色または多色画素型ディスプレイを構成し得る。多色型ディスプレイは、赤、緑、および青の発光画素群を用いて構成されてよい。そのようなディスプレイでは、複数の行ライン（または列ライン）をアクティブにすることによって個々の素子が全体的にアドレス指定されて複数の画素が選択され、複数の行（または列）の画素に書き込みが行われて、表示が作り出される。いわゆるアクティブマトリクスディスプレイは、各画素と関連付けられた、典型的には蓄積キャパシタおよびトランジスタであるメモリ素子を有し、一方、パッシブマトリクスディスプレイはそのようなメモリ素子を持たず、その代わり、安定した画像という印象を与えるために、テレビ映像と幾分同じように、繰り返し走査される。

図１ｂは、パッシブマトリクスＯＬＥＤディスプレイ１５０の断面を示す図であり、同図において、図１ａのものと同じ要素は同じ参照番号で示されている。パッシブマトリクスディスプレイ１５０において、エレクトロルミネッセンス層１０８は複数の画素１５２を備え、カソード層１１０は電気的に互いに絶縁された複数の導線１５４を備え、導線１５４は、図１ｂにおいてページを貫くように通っており、付随する接点１５６がそれぞれに付いている。同様に、ＩＴＯアノード層１０４も、カソード線と直交して通っている複数のアノード線１５８を備えており、そのうちの１本のみが図１ｂに示されている。また、各アノード線にも接点（図１ｂには図示しない）が設けられている。カソード線およびアノード線の交点のエレクトロルミネッセンス画素１５２は、該当するアノード線とカソード線との間に電圧を印加することによってアドレス指定されてよい。

次に、図２ａを参照すると、この図は図１ｂに示した種類のパッシブマトリクスＯＬＥＤディスプレイ１５０用の駆動構成を概念的に示すものである。複数の定電流発生器２００が設けられ、そのそれぞれが供給線２０２と複数の列ライン２０４のうちの１本とに接続されているが、明快にするため、そのうちの１本のみを示してある。複数の行ライン２０６（そのうちの１本のみを示してある）も設けられており、そのそれぞれは、交換接続２１０によって接地線２０８へ選択的に接続されてよい。図示のように、線２０２の供給電圧が正なので、列ライン２０４はアノード接続１５８を備え、行ライン２０６はカソード接続１５４を備えるが、電源供給線２０２が接地線２０８に対して負である場合は、これらの接続は逆にされる。

図示のように、ディスプレイの画素２１２には電力が供給され、それにより点灯する。画像を生成するためには、行の接続２１０を保ったまま、各列ラインを、行全体がアドレス指定されるまで順にアクティブ化し、そして次の行を選択してこの処理を繰り返す。あるいは、行を選択してすべての列を並行して書き込む、すなわち、行を選択し電流を各列ラインに同時に送り込んで行の各画素をそれぞれの所望の明るさで同時に点灯させてもよい。後者の構成は、さらなる列駆動回路が必要にはなるが、各画素のリフレッシュを高速化できるので好ましい。さらなる代替構成では、列の各画素を順にアドレス指定してから次の列をアドレス指定するようにしてもよいが、これは、特に以下に述べるような列の静電容量の効果の理由から、普通は好ましくない。なお、図２ａの構成において、列駆動回路の機能と行駆動回路の機能とを入れ替えてもよいことは理解されるであろう。

通常、ＯＬＥＤに対しては電圧制御型の駆動ではなく電流制御型の駆動を施すが、これは、ＯＬＥＤを流れる電流によってＯＬＥＤが出力する光子の数が決まり、それによってＯＬＥＤの明るさが決まるからである。電圧制御型の構成では、ディスプレイの領域にわたって明るさが変化したり、時間、温度、経年とともに明るさが変化したりする可能性があり、そのため、所与の電圧で駆動された時に画素がどれくらいの明るさで光るのかを予測することが困難になる。カラーディスプレイでは、色表現の正確さが影響を受ける恐れもある。

図２ｂ〜２ｄはそれぞれ、画素がアドレス指定された際の、画素にかけられる電流駆動２２０と、画素端子間の電圧２２２と、画素からの光出力２２４とを、時間２２６に対して示す図である。画素を含む行をアドレス指定し、破線２２８で示す時刻にその画素の列ラインに電流を流す。列ライン（および画素）は付随する静電容量を有するので、電圧は徐々に最大値２３０まで上昇する。画素が発光し始めるのは、画素端子間の電圧がＯＬＥＤのダイオード電圧降下よりも大きくなる点２３２に達してからである。同様に、時刻２３４で駆動電流を切ると、電圧および光出力は、列の静電容量が放電するに連れて徐々に減衰する。行の画素がすべて同時に書き込まれる場合、すなわち列が並行して駆動される場合は、時刻２２８と時刻２３４との時間間隔はライン走査周期と一致する。

図３は、パッシブマトリクスＯＬＥＤディスプレイ用の一般的な駆動回路の概略図３００を示す。ＯＬＥＤディスプレイは、破線３０２で示されており、対応する行電極接点３０６をそれぞれが持つ複数のｎ本の行ライン３０４と、対応する複数の列電極接点３１０をもつ複数のｍ本の列ライン３０８とを備える。ＯＬＥＤは、行ラインと列ラインとの各組の間に接続されており、図示の構成では、ＯＬＥＤのアノードが列ラインに接続されている。Ｙドライバ３１４は定電流で列ライン３０８を駆動し、Ｘドライバ３１６は行ライン３０４を、行ラインを選択的に接地させて駆動する。Ｙドライバ３１４およびＸドライバ３１６は、典型的には、両方ともプロセッサ３１８に制御される。電源３２０は、回路、特にＹドライバ３１４へ電力を供給する。

図４は、図３のディスプレイ３０２のようなパッシブマトリクスＯＬＥＤディスプレイの列ライン１本用の電流駆動部４０２の主な特徴を模式的に示す図である。パッシブマトリクスディスプレイの複数の列電極を駆動するため、典型的には、このような電流駆動部が図３のＹドライバ３１４のような列駆動集積回路に複数設けられる。

図４の電流駆動部４０２は、この回路の主な特徴を概説するものであり、バイポーラトランジスタ４１６を内蔵する電流駆動ブロック４０６を備え、バイポーラトランジスタ４１６は、供給電圧Ｖ_sの電源供給線４０４へ実質的に直接接続されたエミッタ端子を有する（これは、エミッタ端子が駆動部用の電源供給線または端子に最も直接的な経路で接続されることが必ずしも必要であるということではなく、エミッタと電源供給レールとの間の駆動回路内の経路または接続部分に内在する抵抗は別として、間に入る構成要素がないことが好ましいということである）。列駆動出力４０８は、通常は行駆動ＭＯＳスイッチ（図４には図示しない）を介して、ＯＬＥＤ４１２に電流駆動を提供する。ＯＬＥＤ４１２は、接地接続４１４も有する。電流駆動ブロック４０６には電流制御入力４１０が提供される。電流制御入力４１０については、説明のためトランジスタ４１６のベースに接続された状態を示すが、実際には電流ミラー構成が好ましい。電流制御線４１０の信号は、電圧信号または電流信号のいずれかを含んでよい。電流駆動ブロック４０６が可変の制御可能電流源を提供する場合は、各電流駆動ブロックは、インターフェースを介してデジタル・アナログコンバータからのアナログ出力により制御されてよい。そのような制御可能電流源により、輝度可変またはグレースケールのディスプレイを提供できる。画素の明るさを変える他の方法としては、パルス幅変調（Pulse Width Modulation、ＰＷＭ）を用いて画素点灯時間を変えることなどがある。ＰＷＭ方式では、画素は完全に点灯されるか完全に消灯されるかのいずれかであるが、観察者の肉眼における時間積分によって画素の見かけの明るさが変わる。

本発明の発明者らは、デジタル駆動方法では、ディスプレイの行および列の継続的な充放電が必要になること、そして、それはそのような駆動方法では画素は完全に点灯されるか完全に消灯されるかのいずれかだからであるということを理解した。そのような継続的な完全点灯と完全消灯のサイクルは、ＯＬＥＤディスプレイの寿命を縮めてしまう恐れがある。ディスプレイの寿命を延ばすことのできる技術であってパッシブマトリクスディスプレイに適用できる技術については特に必要性があるが、これはパッシブマトリクスディスプレイの製造がアクティブマトリクスディスプレイよりも非常に安く済むからである。ＯＬＥＤの駆動レベル（ひいては明るさ）を低減させることにより、デバイスの寿命を著しく向上できる。例えば、ＯＬＥＤの駆動・明るさを半分にすることにより、その寿命をおよそ４倍に延ばすことが可能である。国際公開第２００６／０３５２４６号、国際公開第２００６／０３５２４７号、および国際公開第２００６／０３５２４８号の内容は引用することによりここに組み込まれているものとするが、これらの出願において、本出願人は、特にパッシブマトリクスＯＬＥＤディスプレイにおいて、ディスプレイ駆動レベルのピークを下げ、それによりディスプレイの寿命を延ばすために用いられるマルチラインアドレッシング技術に、一つの解決策があることを認めた。大まかに言えば、これらの方法は、ＯＬＥＤディスプレイの２つ以上の行電極を第１の行駆動信号セットで駆動するのと同時にＯＬＥＤディスプレイの複数の列電極を第１の列駆動信号セットで駆動することを含み、次いで、２つ以上の行電極が第２の行駆動信号セットで駆動されるのと同時に列電極が第２の列駆動信号セットで駆動される。好ましくは、行駆動信号および列駆動信号は、電流源または電流シンクのような実質的定電流発生器からの電流駆動信号で構成される。また、こうした電流発生器は、例えばデジタル・アナログコンバータを用いて、制御可能またはプログラム可能となっていることが好ましい。

２つ以上の行と同時に列を駆動することの効果は、行駆動信号により定められる比率で、２つ以上の行の間で列駆動を分割するということである。言い換えると、電流駆動の場合は、行駆動信号の相対値または比率により定められる比率で、２つ以上の行の間で列の電流が分割される。大まかに言えば、これにより画素の行またはラインのルミネッセンスプロファイルが複数のライン走査周期にわたって構築されるので、ＯＬＥＤ画素のピーク輝度が効果的に低減され、その結果、ディスプレイの画素の寿命が延びる。電流駆動では、画素の所望のルミネッセンスが画素への連続する駆動信号の実質的線形和によって得られる。

画素の継続的な充放電の必要性を克服することを特に狙ったさらなる手法は、デジタル駆動部をアナログ駆動部と置き換えることである。しかしながら、要求される電流のダイナミックレンジに適応できるアナログ駆動部は、高価であり、実際に実現するのは困難である。

従って、デジタル駆動とアナログ駆動の両方の利益をもたらす、ディスプレイの寿命を延ばすことのできる改良された駆動手法を提供することが必要である。

本発明の第１の態様によれば、複数の表示画素を有する電気光学ディスプレイを駆動する方法が提供され、この方法は、電流源を提供し、電流源を変調して変調されたデジタル信号を生成し、表示画素が実効的なアナログ駆動電流を受けるように、変調されたデジタル信号を実効的なアナログ駆動信号に変換することを備え、電気光学ディスプレイの内部静電容量が、デジタル的に変調された信号を平滑化して実効的なアナログ駆動信号を生成する。

好ましくは、ディスプレイは、パッシブマトリクス駆動の電気光学ディスプレイであり、表示画素は、有機エレクトロルミネッセンス材料で構成される。

好ましくは、パッシブマトリクスディスプレイは、行電極と列電極とのアレイを備え、行電極および列電極の駆動は、第１および第２の列駆動信号セットならびに第１および第２の行駆動信号セットでそれぞれに駆動することを含む。

好ましくは、本方法は、ディスプレイの２つ以上の行電極を第１の行駆動信号セットで駆動するのと同時にディスプレイの列電極を第１の列駆動信号セットで駆動し、次いで、２つ以上の行電極が第２の行駆動信号セットで駆動されるのと同時に列電極を第２の列駆動信号セットで駆動することを含む。

好ましくは、第１および第２の列駆動信号ならびに第１および第２の行駆動信号は、行電極および列電極によって駆動されるディスプレイの画素の所望のルミネッセンスが、第１の行駆動信号および輝度ならびに第１の列駆動信号および輝度により決定される輝度の実質的線形和によって得られるように選択される。

変調周波数の好ましい値は、１ＭＨｚより高い変調周波数で変調することなどである。好ましくは、１ＭＨｚから２ＭＨｚの範囲内である。

デジタル的に変調する好ましい方法は、パルス幅変調およびデルタシグマ変調などである。

次に、本発明のこれらおよびさらなる実施の形態について、単に例として、添付の図面を参照して説明する。

図１ａおよび図１ｂはそれぞれ、有機発光ダイオードおよびパッシブマトリクスＯＬＥＤディスプレイの断面を示す図である。 図２ａないし図２ｄはそれぞれ、パッシブマトリクスＯＬＥＤディスプレイの概念的な駆動部構成と、ディスプレイ画素の、時間に対する電流駆動のグラフと、時間に対する画素電圧のグラフと、時間に対する画素光出力のグラフとを示す図である。 図３は、従来技術によるパッシブマトリクスＯＬＥＤディスプレイの一般的な駆動回路の概略図を示す。 図４は、パッシブマトリクスＯＬＥＤディスプレイの列の電流駆動部を示す図である。 図５は、本発明の実施の形態による列駆動部を示す図である。 図６は、本発明の実施の形態による、ディスプレイに適用される３つの駆動手法について、時間に対する電流のグラフを示す図である。

図５を参照すると、本発明の実施の形態による列駆動部５００は、グループ化された一組の調整可能な実質的定電流源５０２を備える。大まかに言うと、電流をディザリングするためにいくつかのスイッチ５０４が設けられており、これらにより高速スイッチング変調を施して、１つまたは一連の電流源５０２の出力を調節する。

高速スイッチング変調は、表示装置のＲＣ時定数よりも高い周波数で行われる。より詳しくは、デジタル変調の周波数がディスプレイのカットオフ周波数よりも高くなっていて、ディスプレイの静電容量により信号が平滑化され、これにより、画素からは、絶え間ない充放電デジタル駆動ではなく実効的なアナログ駆動信号が「見える」ようになっている。変調周波数は０．５ＭＨｚよりも大きいが、特定の実施の形態は、１ＭＨｚ、１．５ＭＨｚ、または２ＭＨｚよりも大きな、より高い周波数の恩恵を受ける。

図５に描かれているように、各電流源５０２には、各列電極への電流を生じさせる可変参照電流Ｉ_refが提供される。参照電流Ｉ_refは、当技術分野で知られた技術によってデジタル的に変調される。そのような技術としては、パルス幅変調およびシグマデルタ変調のような、パルス変調方式などがある。マルチラインアドレッシング方式の場合は、国際公開第２００６／０３５２４７号に記載されているように、因子行列の１行から引き出された各列ごとの異なる値で参照電流をデジタル的に変調することができる。

図６でよく分かるように、時間に対する変調電流のグラフがグラフＡに示されており、これは約１００Ｈｚの周波数を有する、標準的な従来技術のパルス幅変調信号６００である。各立ち上がりおよび立ち下がりは、ディスプレイのエレクトロルミネッセンス画素の充電および放電を表している。グラフＢを参照すると、高速パルス幅変調信号６０２が、１ＭＨｚを超える周波数で与えられている。グラフＣは、ディスプレイによる高速変調信号Ｂの平滑化の後にディスプレイのエレクトロルミネッセンス画素を駆動するのに用いられる実効的なアナログ駆動信号６０４を表す。

無論、当業者には他の多くの効果的な代替例が見いだされるであろう。本発明が、記載された実施の形態に限定されず、本明細書に添付された請求の範囲の精神と範囲内にある、当業者にとって明らかな変更を包含することは理解されるであろう。

Claims (11)

1. 複数の表示画素を有する電気光学ディスプレイを駆動する方法であって、
   電流源を提供し、
   前記電流源をデジタル的に変調して変調されたデジタル信号を生成し、
   前記表示画素が実効的なアナログ駆動電流を受けるように、前記変調されたデジタル信号を実効的なアナログ駆動信号に変換すること
   を備え、
   前記電気光学ディスプレイの内部静電容量が、前記デジタル的に変調された信号を平滑化して前記実効的なアナログ駆動信号を生成する方法。
2. 前記ディスプレイは、パッシブマトリクス駆動の電気光学ディスプレイである請求項１に記載の方法。
3. 前記表示画素は、有機エレクトロルミネッセンス材料で構成される請求項２に記載の方法。
4. 前記パッシブマトリクスディスプレイは、行電極と列電極とのアレイを備え、前記行電極および列電極の駆動は、第１および第２の列駆動信号セットならびに第１および第２の行駆動信号セットでそれぞれに駆動することを含む請求項２または３に記載の方法。
5. 前記ディスプレイの２つ以上の行電極を前記第１の行駆動信号セットで駆動するのと同時に前記ディスプレイの前記列電極を前記第１の列駆動信号セットで駆動し、次いで、２つ以上の行電極が前記第２の行駆動信号セットで駆動されるのと同時に前記列電極を前記第２の列駆動信号セットで駆動することを含む請求項４に記載の方法。
6. 前記第１および第２の列駆動信号ならびに前記第１および第２の行駆動信号は、前記行電極および列電極によって駆動される前記ディスプレイの画素の所望のルミネッセンスが、前記第１の行駆動信号および輝度ならびに第１の列駆動信号および輝度により決定される輝度の実質的線形和によって得られるように選択される請求項４または５に記載の方法。
7. 前記デジタル的に変調するステップは、１ＭＨｚより高い変調周波数で行われる上記請求項のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記デジタル的に変調するステップは、１ＭＨｚから２ＭＨｚの範囲内の変調周波数で行われる請求項１ないし６のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記デジタル的に変調するステップは、パルス幅変調を含む上記請求項のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記デジタル的に変調するステップは、デルタシグマ変調を含む上記請求項のいずれか１項に記載の方法。
11. 実質的に上に、および／または添付の図面の図５および図６を参照して記載された、電気光学ディスプレイを駆動する方法。

Images