JP2011095319A - 発光素子表示装置及び発光制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回路規模を大きくすることなく、リアルタイムに輝度傾斜を改善することのできる発光素子表示装置を提供する。
【解決手段】有機ＥＬ表示装置の画素３００は、駆動トランジスタ３０４と、駆動トランジスタ３０４のゲート側に接続された階調電圧容量３０６と、駆動トランジスタ３０４のドレイン線とゲート線との間に接続されたリセットスイッチ３１０と、駆動トランジスタ３０４のドレイン側に接続され、有機ＥＬ素子３０２へ流れる電流を制御する発光制御スイッチ３０８と、駆動トランジスタ３０４のソース線及び入力信号線２７０の間に配置された基準電圧容量３１２と、を備えている。入力信号線２７０と駆動トランジスタ３０４のゲート線との間の電位差、及び入力信号線２７０と駆動トランジスタ３０４のソース線との電位差は、それぞれ階調電圧容量３０６及び基準電圧容量３１２により保持される。
【選択図】図３

Description

本発明は、発光素子表示装置及び発光制御方法に関し、より詳しくは、階調値に基づく電流が流れることにより、自発光体である発光素子に発光させて表示を行う発光素子表示装置及びその発光制御方法に関する。

近年、有機発光ダイオード（Organic Light Emitting Diode）に代表される有機ＥＬ（Organic Electro-luminescent）素子と呼ばれる自発光体を用いた画像表示装置（以下、「有機ＥＬ表示装置」という。）が実用化段階にある。この有機ＥＬ表示装置は、従来の液晶表示装置と比較して、自発光体を用いているため、視認性、応答速度の点で優れているだけでなく、バックライトのような補助照明装置を要しないため、更なる薄型化が可能となっている。

図１８には、このような有機ＥＬ表示装置の一例である有機ＥＬ表示装置８００の内部構成が示されている。図１８に示される構成は、基板８０２、ドライバ素子８０４及びフレキシブル基板８０６であり、基板は画面８０８を有している。基板８０２は、狭額縁を実現するために、画面の片側（図面右側）からのみ電力を供給する構成となっている。図１９は、この片側からのみ電力を供給する回路構成を模式的に示している。この図１９に示すように、電流は、アノード電極部８１２からアノード配線８１６を経由して、発光素子８２０を流れ、カソード配線８１８を経由してカソード電極部８１４に流れる。アノード配線８１６及びカソード配線８１８は各画素間に抵抗を有しているため電圧降下を生じ、給電側から遠い画素の発光素子のアノードは電圧が低く、また、給電側に近い画素の発光素子のカソード側の電圧は低くなる。したがって、図２０のグラフに示されるように、給電側に近い画素の発光素子の両端に掛かる電位差は大きく、給電側から遠い発光素子の両端に掛かる電位差は小さくなる傾向にある。このため、給電側に近い程画面が明るく、遠いほど画面が暗いという輝度傾斜の現象を生じていた。

このような輝度傾斜を改善するために、特許文献１では、輝度分布情報を測定し、各階調の輝度を調整することについて開示している。また、特許文献２では、消費電流を計測することにより、駆動トランジスタのゲート・ソース間の電圧を補正することについて開示している。

特開２００４−１２６１６８号公報 特開２００５−１２２０７６号公報

上述の特許文献１及び特許文献２に記載されたような対策は有効であるが、計測値をフィードバックしているため、回路規模が大きくなると共に、リアルタイム性に関し改善の余地がある。

本発明は、上述の事情を鑑みてしたものであり、回路規模を大きくすることなく、リアルタイムに輝度傾斜を改善することのできる発光素子表示装置を提供することを目的とする。

本発明の発光素子表示装置は、階調値に基づく電流を流すことにより、自発光体である発光素子に発光させて表示を行う発光素子表示装置において、前記階調値に基づく電圧を保持するための階調電圧容量と、前記階調電圧容量の一端がゲート線に接続されることにより前記階調値に基づく電流を流す駆動トランジスタと、前記駆動トランジスタのソース電極が接続するソース線と、前記駆動トランジスタのドレイン電極が接続するドレイン線と、前記駆動トランジスタのソース線と前記階調電圧容量の他端との間に形成された基準電圧容量と、を備える発光素子表示装置である。

また、本発明の発光素子表示装置では、前記階調電圧容量の他端に接続された配線は、前記階調値に基づく電流が流れる発光期間においてフローティング状態とすることができる。ここで、フローティング状態とは、配線が電気的に独立した状態であり、電源等から電圧が印加されていない状態を意味する。

また、本発明の発光素子表示装置は、前記階調電圧容量の他端に接続された配線と、前記階調値に基づく電圧が印加されるデータ信号線とを接続するためのデータ信号スイッチと、前記階調電圧容量の他端に接続された配線と基準電圧が印加される基準電圧信号線とを接続するための基準電圧信号スイッチと、を更に備え、前記フローティング状態では、前記データ信号スイッチ及び前記基準電圧信号スイッチが共に開状態である、とすることができる。

また、本発明の発光素子表示装置は、前記基準電圧容量は、前記階調電圧容量の他端に接続された配線と前記ソース線との間に接続されている、とすることができる。

また、本発明の発光素子表示装置は、前記ドレイン線と前記発光素子との間の電気的な接続を制御する発光制御スイッチと、前記ゲート線と前記ドレイン線との間の電気的な接続を制御するリセットスイッチと、を更に有する、とすることができる。

本発明の発光制御方法は、階調値に基づく電流を流すことにより、自発光体である発光素子に発光させて表示を行う発光素子表示装置の発光制御方法であって、前記階調値に基づく電流を流すための駆動トランジスタのゲート線に一端が接続された階調電圧容量に、前記階調値に基づく電圧を保持させる階調値電圧保持工程と、前記駆動トランジスタのソース線と、前記階調電圧容量の他端との間に接続された基準電圧容量に、基準電圧を保持させる基準電圧保持工程と、を備える発光制御方法である。

また、本発明の発光制御方法は、前記階調値電圧保持工程は、前記ゲート線と前記駆動トランジスタのドレイン線との間の電気的な接続を制御するリセットスイッチを開状態にすることにより行い、前記基準電圧保持工程は、前記階調電圧容量の他端に接続された配線をフローティング状態とすることにより行う、とすることができる。

本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ表示装置について示す図である。 図１の有機ＥＬ表示装置の基板について概略的に示す図である。 図２の基板の画素内の回路について概略的に示す図である。 図３の回路の発光サイクルにおけるスイッチの動作と電圧の変化について示すタイミングチャートである。 図４のタイミングチャートのＡの期間のスイッチの状態を示す回路図である。 図４のタイミングチャートのＢの期間のスイッチの状態を示す回路図である。 図４のタイミングチャートのＣの期間のスイッチの状態を示す回路図である。 図４のタイミングチャートのＤの期間のスイッチの状態を示す回路図である。 図４のタイミングチャートのＥの期間のスイッチの状態を示す回路図である。 図４のタイミングチャートのＦの期間のスイッチの状態を示す回路図である。 図４のタイミングチャートのＧの期間のスイッチの状態を示す回路図である。 画素内の回路の第１変形例について示す図である。 画素内の回路の第２変形例について示す図である。 図１３の回路の発光サイクルにおけるスイッチの動作と電圧の変化について示すタイミングチャートである。 図１４の書込み期間Ｗについて拡大して示すタイミングチャートである。 画素内の回路の第３変形例について示す図である。 駆動トランジスタにｎ型トランジスタを用いた場合の一例を示す図である。 従来の有機ＥＬ表示装置について示す図である。 図１８の有機ＥＬ表示装置の回路構成を模式的に示す図である。 給電側からの距離とアノード電圧及びカソード電圧について示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、図面において、同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ表示装置１００について示す図である。この図に示されるように、有機ＥＬ表示装置１００は、基板２００及び不図示の封止基板から構成される有機ＥＬパネルを挟むように固定する上フレーム１１０及び下フレーム１２０と、表示する情報を生成する回路素子を備える回路基板１４０と、その回路基板１４０において生成された表示情報を基板２００に伝えるフレキシブル基板１３０と、により構成されている。

図２には、図１の基板２００が概略的に示されている。基板２００は、有機ＥＬ素子を有し、表示の最小単位である画素３００と、表示する階調値に対応するデータ信号をデータ信号線２１４に出力するデータ信号駆動部２１０と、各画素３００に複数配置されたトランジスタスイッチを制御するための信号（リセット信号２２２、発光制御信号２２４等）を出力するゲート駆動部２２０と、基準電圧Ｖ_ｒｅｆを基準電圧信号線２３４に出力する基準電圧印加部２３０と、基準電圧信号線２３４と入力信号線２７０と接続する基準電圧信号スイッチ２３６と、データ信号線２１４と入力信号線２７０とを接続するデータ信号スイッチ２１６と、アノード電源線２４５に対し電圧を印加するアノード電極部２４０と、カソード線に対し電圧を印加するカソード電極部と、を備えている。なお、この図においては、図が煩雑にならないようにカソード線とカソード電極を図示していない。また画素３００は複数形成されてマトリクス状に配置されている。図２では画素３００の数を減らし、簡略化して記載している。

図３には、画素３００内の回路が概略的に示されている。この図に示されるように、画素３００は、自発光体である有機ＥＬ素子３０２と、有機ＥＬ素子３０２を駆動するためのスイッチとして機能する駆動トランジスタ３０４と、駆動トランジスタ３０４のゲート側に配置された階調電圧容量３０６と、リセット信号２２２により駆動するリセットスイッチ３１０と、発光制御信号２２４により作動する発光制御スイッチ３０８と、基準電圧容量３１２と、を備えている。

駆動トランジスタ３０４のドレイン側には、有機ＥＬ素子３０２のアノード側が発光制御スイッチ３０８を介して接続されている。リセットスイッチ３１０は、駆動トランジスタ３０４のドレイン線とゲート線とを結ぶように接続され、リセット信号２２２により駆動する。発光制御スイッチ３０８は、駆動トランジスタ３０４のドレイン側にあり、発光制御信号２２４により作動する。基準電圧容量３１２は駆動トランジスタ３０４のソース線と入力信号線２７０の間に配置される。また、駆動トランジスタ３０４のソース線はアノード電源線２４５を介してアノード電極部２４０に接続され、有機ＥＬ素子３０２のカソード側はカソード線２５５を介してカソード電極部２５０に接続されている。

なお、本実施形態においては、駆動トランジスタ３０４はｐ型ＭＯＳにより形成され、他のトランジスタはｎ型ＭＯＳにより形成されている。

図４には、有機ＥＬ表示装置１００の発光サイクルにおけるスイッチの動作と電圧の変化のタイミングを示す図が示されている。この有機ＥＬ表示装置１００の画面内の画素は、図４の書き込み期間に階調値に応じたデータが設定され、発光期間に有機ＥＬ素子３０２が発光することにより表示が行われる。一垂直同期期間が１サイクルとなる。

図４のタイミングチャートについて、図５〜図１１の回路図を参照しつつ説明する。図５は、図４のＡの期間のスイッチの状態を表した回路図である。図５に示されるように、Ａの期間では、データ信号スイッチ２１６が閉（ＯＮ）状態であるが、基準電圧信号スイッチ２３６を含む他のスイッチは開（ＯＦＦ）状態である。ここで、データ信号線２１４には、他の画素へのデータ信号電圧が印加されている。図６には、図４のＢの期間のスイッチの状態を表した回路図が示されている。Ｂの期間では、リセットスイッチ３１０及び発光制御スイッチ３０８が共に閉状態となり、データ信号線２１４に画素３００への階調電圧が印加される。これにより、駆動トランジスタ３０４のソース・ドレイン間には電流が流れる。またＢの期間からＣの期間では、Ａの期間でデータ信号線２１４に該当画素へのデータ信号電圧が充分に印加されていれば、データ信号スイッチ２１６を閉状態にして、データ信号線２１４をフローティング状態にしてもよい。

図７には、図４のＣの期間のスイッチの状態を表した回路図が示されている。Ｃの期間では、発光制御スイッチ３０８が開状態となり、駆動トランジスタ３０４のソース・ドレイン間に流れていた電流は、駆動トランジスタ３０４のゲート・ソース間の電圧が、駆動トランジスタ３０４の閾値電圧Ｖ_ｔｈになった時点で停止する。図８には、図４のＤの期間のスイッチの状態を表した回路図が示されている。Ｄの期間では、データ信号線２１４に階調電圧が印加された状態のまま、リセットスイッチ３１０が開状態になる。このときに階調電圧とゲート線の電圧との差が階調電圧容量３０６に保持される。その後は、データ信号線２１４には、他の画素の階調電圧が印加される。

図９には、図４のＥの期間のスイッチの状態を表した回路図が示されている。Ｅの期間では、データ信号スイッチ２１６が開状態となり、基準電圧信号スイッチ２３６が閉状態になる。基準電圧信号線２３４に印加された基準電圧Ｖ_ｒｅｆが入力信号線の電圧となることにより、駆動トランジスタ３０４のゲート線の電圧が引き下げられる。図１０には、図４のＦの期間のスイッチの状態を表した回路図が示されている。Ｆの期間では、基準電圧信号スイッチ２３６が開状態になることにより、基準電圧容量３１２に基準電圧Ｖ_ｒｅｆとアノード電源電圧との差が保持され、入力信号線２７０は、いずれの電圧も印加されていないフローティング状態となる。

図１１には、図４のＧの期間のスイッチの状態を表した回路図が示されている。Ｇの期間では、発光制御スイッチ３０８を閉状態にすることにより、駆動トランジスタ３０４のゲート電圧に応じた電流が有機ＥＬ素子３０２を流れることとなる。ここで、画面全体の画素３００に対して発光が行われるため、図４に示されるように、アノード電源線２４５の電位は低下するが、階調電圧容量３０６により、入力信号線２７０と駆動トランジスタ３０４のゲート線との間の電位差は保持されると共に、基準電圧容量３１２により、入力信号線２７０と駆動トランジスタ３０４のソース線との電位差も保持されるため、結果として、駆動トランジスタ３０４のゲート・ソース間の電位差は保持される。すなわち、アノード電源線２４５の電位に変動があったとしても、駆動トランジスタ３０４のゲート・ソース間の電位差が保持されるため、駆動トランジスタ３０４のソース・ドレイン間には所定の電流を流すことができ、有機ＥＬ素子３０２の発光量を安定させることができる。

したがって、本実施形態によれば、データ信号スイッチ２１６及び基準電圧信号スイッチ２３６を共に開状態とすることにより、入力信号線２７０をフローティング状態とするため、入力信号線２７０とアノード電源線２４５との電位差、及び入力信号線２７０と駆動トランジスタ３０４のゲート線との電位差を保持することができる。また、回路構成に基準電圧容量３１２を加えるのみであるため、回路規模を大きくすることなく、リアルタイムに輝度傾斜を改善することができる。

図１２には、本発明の実施形態の第１の変形例である画素４００内の回路が概略的に示されている。画素４００は、入力信号線２７０と基準電圧容量３１２との間に基準電圧書込スイッチ４０２と、基準電圧書込スイッチ４０２の制御信号である基準電圧書込スイッチ制御信号４０４とを有し、その他の構成は上述の実施形態と同様である。基準電圧書込スイッチ４０２は、基準電圧Ｖ_ｒｅｆが入力信号線２７０に印加されてから、発光期間が終わるまで閉状態となるスイッチである。このため、階調電圧容量３０６に書き込む際に、基準電圧書込スイッチ４０２が開状態で、基準電圧容量３１２と切り離されていることにより、データ信号の書き込み負荷を低減することができる。

したがって、第１の変形例においても、データ信号スイッチ２１６及び基準電圧信号スイッチ２３６を共に開状態とし、基準電圧書込スイッチ４０２を閉状態とすることにより、入力信号線２７０をフローティング状態とできるため、入力信号線２７０とアノード電源線２４５との電位差、及び入力信号線２７０と駆動トランジスタ３０４のゲート線との電位差を保持することができる。また、回路構成に基準電圧容量３１２を加えることで、回路規模を大きくすることなく、リアルタイムに輝度傾斜を改善することができる。

図１３には、本発明の実施形態の第２の変形例である画素５００内の回路が概略的に示されている。画素５００は、入力信号切離しスイッチ５０２と、入力信号切離しスイッチ５０２の制御信号である入力信号切離しスイッチ制御信号５０４とを有し、その他の構成は上述の実施形態と同様である。入力信号切離しスイッチ５０２は、階調電圧及び基準電圧の書き込み時、並びに発光期間中に閉状態となる。

したがって、第２の変形例においても、入力信号切離しスイッチ５０２を開状態とすることにより、基準電圧容量３１２と階調電圧容量３０６と結ぶ配線をフローティング状態とできるため、この配線とアノード電源線２４５との電位差、及びこの配線と駆動トランジスタ３０４のゲート線との電位差を保持することができる。また、回路構成に基準電圧容量３１２を加えることで、回路規模を大きくすることなく、リアルタイムに輝度傾斜を改善することができる。

さらに、第２の変形例においては、図１４及び図１５に示すタイミングチャートで発光させることも可能である。図１５は、図１４の書込み期間Ｗを拡大して示す図である。図１４及び図１５に示すタイミングチャートの場合、データ信号の書き込みを行う行以外の行は発光を行うため、１サイクル内での発光時間が延び輝度を向上させることが出来る。図１５のタイミングチャートでは、書込み期間Ｗでは入力信号切離しスイッチ５０２は閉状態となり、その他のスイッチの動作は上述した書込み期間の動作と同様である。データ信号の書き込みを行う行以外では、各行にて入力信号切離しスイッチが開状態であり、階調電圧容量と基準電位容量の間で基準電位がフローティング状態で印加されているため発光動作を行う。

図１６には、本発明の実施形態の第３の変形例である画素６００内の回路が概略的に示されている。画素６００は、基準電圧信号スイッチ６０４と、基準電圧信号スイッチ６０４の制御信号である基準電圧信号スイッチ制御信号６０８と、データ信号スイッチ６０２と、データ信号スイッチ６０２の制御信号であるデータ信号スイッチ制御信号６０６とを有し、図２の基準電圧信号スイッチ２３６及びデータ信号スイッチ２１６は有さない構成となっている他は、上述の実施形態と同様である。

本変形例の基準電圧信号スイッチ６０４及びデータ信号スイッチ６０２は、上述の実施形態における基準電圧信号スイッチ２３６及びデータ信号スイッチ２１６と同様のタイミングで動作するが、各画素に個別のスイッチを有しているという点で異なっている。

したがって、第３の変形例においても、データ信号スイッチ６０２及び基準電圧信号スイッチ６０４を共に開状態とすることにより、入力信号線２７０をフローティング状態とできるため、入力信号線２７０とアノード電源線２４５との電位差、及び入力信号線２７０と駆動トランジスタ３０４のゲート線との電位差を保持することができる。また、回路構成に基準電圧容量３１２を加えることで、回路規模を大きくすることなく、リアルタイムに輝度傾斜を改善することができる。

なお、上述の実施形態においては、駆動トランジスタをｐ型のトランジスタとしたが、本発明は、図１７に一例を示すようにｎ型のトランジスタを駆動トランジスタとした画素回路にも用いることができる。

また、本発明は、上述の実施形態で用いた回路以外であっても、自発光体を発光させるための回路に適用することができる。

また、上述の実施形態においては、自発光体として有機ＥＬ素子を用いることとしたが、その他の自発光体を用いてもよい。

１００ 表示装置、１１０ 上フレーム、１２０ 下フレーム、１３０ フレキシブル基板、１４０ 回路基板、２００ 基板、２１０ データ信号駆動部、２１４ データ信号線、２１６ データ信号スイッチ、２２０ ゲート駆動部、２２２ リセット信号、２２４ 発光制御信号、２３０ 基準電圧印加部、２３４ 基準電圧信号線、２３６ 基準電圧信号スイッチ、２４０ アノード電極部、２４５ アノード電源線、２５０ カソード電極部、２５５ カソード線、２７０ 入力信号線、３００ 画素、３０２ 有機ＥＬ素子、３０４ 駆動トランジスタ、３０６ 階調電圧容量、３０８ 発光制御スイッチ、３１０ リセットスイッチ、３１２ 基準電圧容量、４００ 画素、４０２ 基準電圧書込スイッチ、４０４ 基準電圧書込スイッチ制御信号、５００ 画素、５０２ 入力信号切離しスイッチ、５０４ スイッチ制御信号、６００ 画素、６０２ データ信号スイッチ、６０４ 基準電圧信号スイッチ、６０６ データ信号スイッチ制御信号、６０８ 基準電圧信号スイッチ制御信号。

Claims (7)

1. 階調値に基づく電流を流すことにより、自発光体である発光素子に発光させて表示を行う発光素子表示装置において、
   前記階調値に基づく電圧を保持するための階調電圧容量と、
   前記階調電圧容量の一端がゲート線に接続されることにより、前記階調値に基づく電流を流す駆動トランジスタと、
   前記駆動トランジスタのソース電極が接続するソース線と、前記駆動トランジスタのドレイン電極が接続するドレイン線と、
   前記駆動トランジスタのソース線と、前記階調電圧容量の他端との間に形成された基準電圧容量と、を備える発光素子表示装置。
2. 前記階調電圧容量の他端に接続された配線は、前記階調値に基づく電流が流れる発光期間においてフローティング状態となる、ことを特徴とする請求項１に記載の発光素子表示装置。
3. 前記階調電圧容量の他端に接続された配線と、前記階調値に基づく電圧が印加されるデータ信号線とを接続するためのデータ信号スイッチと、
   前記階調電圧容量の他端に接続された配線と、基準電圧が印加される基準電圧信号線とを接続するための基準電圧信号スイッチと、を更に備え、
   前記フローティング状態では、前記データ信号スイッチ及び前記基準電圧信号スイッチが共に開状態である、ことを特徴とする請求項２に記載の発光素子表示装置。
4. 前記基準電圧容量は、前記階調電圧容量の他端に接続された配線と前記ソース線との間に接続されている、ことを特徴とする請求項１に記載の発光素子表示装置。
5. 前記ドレイン線と前記発光素子との間の電気的な接続を制御する発光制御スイッチと、
   前記ゲート線と前記ドレイン線との間の電気的な接続を制御するリセットスイッチと、を更に有する、ことを特徴とする請求項４に記載の発光素子表示装置。
6. 階調値に基づく電流を流すことにより、自発光体である発光素子に発光させて表示を行う発光素子表示装置の発光制御方法であって、
   前記階調値に基づく電流を流すための駆動トランジスタのゲート線に一端が接続された階調電圧容量に、前記階調値に基づく電圧を保持させる階調値電圧保持工程と、
   前記駆動トランジスタのソース線と、前記階調電圧容量の他端との間に接続された基準電圧容量に、基準電圧を保持させる基準電圧保持工程と、を備える発光制御方法。
7. 前記階調値電圧保持工程は、前記ゲート線と前記駆動トランジスタのドレイン線との間の電気的な接続を制御するリセットスイッチを開状態にすることにより行い、
   前記基準電圧保持工程は、前記階調電圧容量の他端に接続された配線をフローティング状態とすることにより行う、ことを特徴とする請求項６に記載の発光制御方法。

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