JP2014063175A

JP2014063175A - 電力線電圧降下に応答するデータ調整によるアクティブマトリクス電子発光ディスプレイ

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Publication number: JP2014063175A
Application number: JP2013222327A
Authority: JP
Inventors: Eugene Miller Michael; ユージンミラー，マイケル; John Murdoch Michael; ジョンマードック，マイケル; William Hamer John; ウィリアムハイマー，ジョン
Original assignee: Global OLED Technology LLC
Current assignee: Global OLED Technology LLC
Priority date: 2006-11-01
Filing date: 2013-10-25
Publication date: 2014-04-10
Also published as: US20080100542A1; KR101280460B1; CN101536071A; WO2008057187A1; EP2078300B1; JP2010508559A; EP2078300A1; KR20090077061A; JP5676105B2; US7872619B2; CN102231260A; CN101536071B; CN102231260B

Abstract

【課題】発光素子アレーからなるアクティブマトリクス・ディスプレイシステムにおいて、各発光素子に供給される電流は、電力線対間の電圧に応じて決まる。電力線により供給される電圧は一定であることが好ましいが、しかし、これらの線の有限抵抗のせいで、意図せぬ電圧差が伝導電流に比例して電力線に沿って生み出される。この電位差を自動的に調整する方法を提供する。
【解決手段】ディスプレイドライバーは、順次、領域配列の各領域内の発光素子を駆動するための入力画像信号を受け取り、各領域用に受け取られた入力画像信号を分析して、電流を各領域に提供する少なくとも一つの電力線に沿っての少なくとも１点で生じるであろう電流を推定し、順次、各領域中の発光素子を駆動するための変換画像信号を生成する。
【選択図】図５

Description

本発明は、能動的に対応する電子発光ディスプレイシステム、および電力供給線に沿っての電圧損失補償に対する入力画像情報に応じてアクティブマトリクス電子発光ディスプレイの挙動を自動的に調整するための方法に関する。

陰極線管（ＣＲＴ）および蛍光体のプラズマ励起に基づくディスプレイを含む自発光型ディスプレイ技術は、これらの技術が、本来、液晶を用いて製造されるディスプレイ（ＬＣＤ）などの反射型または透過型ディスプレイ技術に対して優れた性能・特性を有するため、多くの用途に用いられてきた。これらのディスプレイの優れた特性として、広いダイナミックレンジ、広視野角、及び、多くの場合、低消費電力が挙げられる。しかし、自発光型ディスプレイ技術の電力消費量は、一般的な自発光型ディスプレイが黒い画像を生成するにはほとんど出力を必要としないのに対して、高輝度の白色画像を生成するには非常に高い出力を必要とするため、直接的にディスプレイ素子への入力信号に応じて決まる。最近になって、ディスプレイ及び他の発光素子に用いる有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）が検討され始めた。ＣＲＴ及びプラズマディスプレイのようにＯＬＥＤに基づき構築されるデバイスは自発光型であり、電力消費量が入力信号に応じて決まるという特性を有する。

ディスプレイへの入力信号を制御することにより、自発光型ディスプレイの電力を制御することが知られている。例えば、「ＣｏｌｏｒＤｉｓｐｌａｙＡｐｐａｒａｔｕｓ」と題する米国特許第６，３８０，９４３号明細書、「Ｉｍａｇｅｒｅｐｒｏｄｕｃｉｎｇｍｅｔｈｏｄ，ｉｍａｇｅｄｉｓｐｌａｙａｐｐａｒａｔｕｓａｎｄｐｉｃｔｕｒｅｓｉｇｎａｌｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｄｅｖｉｃｅ」と題する米国特許第２００１／００３５８５０号明細書、「Ｃｏｎｔｒｏｌａｐｐａｒａｔｕｓａｎｄｍｅｔｈｏｄｆｏｒｉｍａｇｅｄｉｓｐｌａｙ」と題する米国特許第２００３／００８５９０５号明細書、「ＤｉｓｐｌａｙＡｐｐａｒａｔｕｓ」と題する米国特許第２００１／００００２１７号明細書、「ＤｒｉｖｉｎｇＤｅｖｉｃｅｆｏｒＰｌａｓｍａＤｉｓｐｌａｙＰａｎｅｌ」と題する米国特許第２００３／０１２２４９４号明細書は、全て、出力が画像信号の各フィールドまたはフレームに対して推定されると共に、データ信号が平均的なフィールドまたはフレーム出力の特定の推定値の関数として計算されて、自発光型ディスプレイの全体の出力を制御する、自発光型ディスプレイ、一般にプラズマディスプレイの出力を制御するための方法を論じている。これらの開示内容に記載されている方法の主目的は、ディスプレイ素子に必要なピーク電力を下げるか、及び／または、これらのディスプレイ素子内で発生する熱を制御することである。しかし、これらの開示内容は、ＯＬＥＤディスプレイなどのアクティブマトリクス電子発光（ＥＬ）ディスプレイが、プラズマディスプレイに適用されるものとは顕著に構造が異なる駆動用レイアウトを用い、従って、ディスプレイ素子の出力を下げながら画像アーチファクトを避けるための出力低減に対する異なるアプローチを必要とするという事実には対応していない。

一般的なアクティブマトリクスＥＬディスプレイにおいて、行ドライバーは、選択線の行に選択電圧を連続的に提供し、一方で、列ドライバーはデータ線の垂直列の電圧を提供する。ピクセル駆動回路は、一般的に、選択ＴＦＴ、キャパシタ、及び電力ＴＦＴを含み、これらの選択線及びデータ線の各交点に形成される。次に、このピクセル駆動回路は、データ線上に提供される別個のデータ電圧信号に基づくディスプレイデバイス内の各ＥＬ発光素子に提供される電流を制御する。また一般に、回路は電力供給線及び戻り電力線を含む電気線対からなる。ピクセル駆動回路内の電力ＴＦＴのゲートとソースとの間の電圧を制御することにより、ピクセル駆動回路は、光を発生するＯＬＥＤを通しての電力供給線から戻り電力線に戻って流れる電流を調節する。

残念なことに、このピクセル駆動回路によりＥＬ発光素子に供給される電流は、電力線対間の電圧に応じて決まる。理想的には、電力線により供給される電圧は、各ピクセル駆動回路に対して一定である。しかし、電流は、一般的に、単一電力線対により多数のＥＬ発光素子に提供され、電力線が有限の抵抗を有するため、各電力線及び各電力線の抵抗を通して伝導される電流に比例する意図せぬ電圧差が生み出される。意図せぬ電圧差が電流及び抵抗と正に相関するので、電力線に沿っての電圧損失は、配線が大電流を運ぶか、または配線が高抵抗を有する場合に、より大きくなる。これは、電力線に沿って各ピクセル駆動回路に供給される電圧の意図せぬ変化をもたらし、これに伴って、供給される電流、及び電力線により直列に接続される各ＥＬ発光素子により提供される輝度の両方の変化をもたらす。この意図せぬ電圧差を生み出す現象は、一般的に、「ＩＲ降下」と呼ばれる。さらに、電力線の抵抗が長さと共に増大するので、このＩＲ降下は、電源からの距離が増大するにつれて、電力線に沿ってＯＬＥＤの輝度が徐々に失われるという結果をもたらす。この輝度の損失は、望ましくない画像アーチファクトを作り出す原因となる。従って、これらのアーチファクトを避けることが必要である。アクティブマトリクス・ディスプレイにおけるこれらのアーチファクトを避けるための一般的な方法は、一般的にディスプレイの垂直方向の寸法がディスプレイの幅よりも短いため、ディスプレイ基板上でデータ線及び電力線を垂直方向に配置し、その結果、電力線を水平方向に配置した場合よりも、少ないＯＬＥＤに電力線が電流を提供するようにすることである。加えて、長手方向のＩＲ降下をさらに下げるために、これらの電力線は、しばしば両端で電源に接続される。

これらのアーチファクトの類型及び程度は、用いられるディスプレイ全体の構造及び駆動特性に基づき変動する。例えば、ＯＬＥＤから形成されるＥＬディスプレイは、通常、非反転構造（即ち、陽極がＯＬＥＤの上部にではなく、基板上に形成される構造）と呼ばれるものを用いるアモルファスシリコンの大型基板上に構築される。この構造において、アクティブマトリクス回路は、ＯＬＥＤ構造内の電力ＴＦＴ上でゲート・ソース間電圧を制御し、ＯＬＥＤを駆動するために提供される電圧であるゲート・ソース間電圧は、データ電圧から電力線の電圧を減算し、さらにＯＬＥＤを横切る電圧を減算する計算を行うことにより決定される。この構造において、ＯＬＥＤ電圧は、しばしばデータ電圧よりも大きいため、この式におけるＯＬＥＤ電圧の存在は、ゲート・ソース間電圧に及ぼす電力線電圧の降下の影響を低下させることに役立つ。残念なことに、ＯＬＥＤに提供される電圧は直接計算することはできず、この実際の適切な推定値を提供するためには計算を繰り返し行うことが要求され、その結果、ＩＲ降下による電力線電圧の損失を補償することは困難である場合がある。他の例では、ＯＬＥＤは、基板上に形成される陰極を有すると共に、アモルファスシリコンの基板が電子をＯＬＥＤに注入することを可能とする反転構造に形成することも可能である。この構造において、ゲート・ソース間電圧は、データ電圧および電力線を横切る電圧のみに依存する。ＯＬＥＤへの電圧は、この構造において単一の式を用いて計算することが可能であるが、一方で、電力線電圧のより小さな変化は、データ電圧が多くの場合電力線を横切る電圧よりも有意に小さいので、非反転ＯＬＥＤ構造に関して電力線を横切る電圧の同じ変化よりも一段と大きな影響をゲート・ソース間電圧に及ぼす。この理由により、一般に、画像アーチファクトは電力線に沿ったＩＲ損失のために生じるため、アモルファスシリコン上に反転型ＯＬＥＤを構築することは回避される。

ＩＲ降下によるアーチファクトを低下させるための一つの方法は、「Ｌｉｇｈｔｅｍｉｔｔｉｎｇｐａｎｅｌａｎｄｌｉｇｈｔｅｍｉｔｔｉｎｇａｐｐａｒａｔｕｓｈａｖｉｎｇｔｈｅｓａｍｅ」と題する米国特許第２００４／０００４４４４号明細書に示唆されているように、電力線の抵抗を下げることである。抵抗は、より導電性の高い材料を用いるか、または電力線の断面積を増大させることにより下げることができる。一部のケースにおいて、平面導電率が高い材料は、抵抗を下げるために１つまたは複数の個々の電力線の代わりに用いることができるが、これは素子構造に依存し、十分な性質を有する材料、及び／またはこの材料の平面を製造するための方法を見つけ出すことは難しい。同様に、抵抗を下げるために利用可能である材料、及び個々の電力線の断面積は、多くの場合、利用可能である製造技術により決まってしまうため、多くの場合、電力線の抵抗を下げることは費用効果的ではない。結局、より大きなディスプレイにおいて、電力線は一般的により長く、配線の各セットに接続される、より多くの数のＥＬ発光素子が存在する。従って、電力線は、より小さなディスプレイ上のものよりも、高抵抗を有し、大電流を運ぶ傾向にある。このことは、多くの場合、ＥＬ技術を用いて製造することができるディスプレイのサイズまたは輝度を制限する。

自動的に輝度を制限することが電力を制限するためにＯＬＥＤディスプレイに課されうることが示唆されてきた。「Ｄｉｓｐｌａｙｄｅｖｉｃｅｈａｖｉｎｇｄｒｉｖｅｎ−ｂｙ−ｃｕｒｒｅｎｔｔｙｐｅｅｍｉｓｓｉｖｅｅｌｅｍｅｎｔ」と題する米国特許第６，６９０，１１７号明細書は、電源とＯＬＥＤディスプレイ素子の電力線との間に配置される抵抗について論じている。電流に依存する電圧降下は、この抵抗に渡って生じ、大電流が流れる場合（即ち、ディスプレイが相対的に高輝度の場合）に電圧を減少させる。これは、ディスプレイ中の全てのＯＬＥＤでデータ電圧の低下をもたらし、従って、低輝度という代償を払って、各ＯＬＥＤで必要とされる電流を減少させる。この抵抗に渡っての電圧降下は、検出することができ、電圧降下に応じて、入力信号のコントラストを修正することができる。この技術は供給しなければならないピーク電流を下げ、従って、ＩＲ降下による電力線に渡って生じる電圧降下を制限する一方で、この技術は各ＯＬＥＤで予測可能な応答を可能としない。実際、それは、現実に、パネルの一部のＴＦＴがそれらの飽和領域下の電圧レベルで駆動することが可能であるので、追加的な望ましくないアーチファクトをもたらす可能性があり、輝度のさらなる低下、および所定のデータ電圧に対してＯＬＥＤを通して伝導される電流の一層の変動をもたらす。この理由により、教示される該技術は、アクティブマトリクスＯＬＥＤディスプレイの電力を制御する一方で、ＩＲ降下の結果として起こるアーチファクトを許容可能レベルまで下げるとは必ずしもいえない。

「Ｄｉｓｐｌａｙａｐｐａｒａｔｕｓａｎｄｍｅｔｈｏｄｏｆａｄｉｓｐｌａｙｄｅｖｉｃｅｆｏｒａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙａｄｊｕｓｔｉｎｇｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓｕｎｄｅｒｌｉｍｉｔｅｄｐｏｗｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ」と題する米国特許第２００５００６２６９６号明細書には、抵抗が陰極に取り付けられ、これが、また、大電流の存在下でＯＬＥＤに渡る電圧降下を減少させるという点で、米国特許第６，６９０，１１７号明細書に類似の機能を提供している。しかしながら、この開示は、電力線が異なればＩＲ降下も異なりうると共に、大電流の負荷が存在する場合に、隣接する電力線により駆動される発光素子間で輝度レベルが異なりうるという点を認識していないし、この問題に対する解決法を提案していない。

大電力の条件下で、ディスプレイの輝度レベルを自動的に下げるために類似のプロセスがデジタルで実行されている。例えば、「ＣｏｌｏｒＤｉｓｐｌａｙＡｐｐａｒａｔｕｓ」と題する米国特許第６，３８０，９４３号明細書では、「発光ダイオード装置」を含むＲＧＢディスプレイにより消費される電力を推定する方法を含む、消費電力を制御する方法が論じられている。この電力推定法において、各カラーチャンネルにより消費される電力は、各種ゲインを用いて個々に計算され、得られた値は合算されて総電力を計算している。一般に、電力を制御するための方法は、データのフィールド全体またはフレーム全体に適用される。この開示は、必要なメモリを減らすために同時にディスプレイ素子の一部を更新することは望ましく、従って、電力はディスプレイ内のサブ領域に関して同時に計算することが可能である点を認識している。しかし、電力線が異なればＩＲ降下も異なりうると共に、大電流の負荷が存在する場合に、隣接する電力線により駆動される発光素子間で輝度レベルが異なりうるという点を認識していないし、この問題に対する解決法を提案していないため、上述の方法は、なお、好ましくないレベルのアーチファクトをもたらしうる。さらに、このアプローチは、補償適用前に画像フレームの全体でないとしても大部分に対して計算が行われることを要求する。得られる画像を表示する前にこうした計算を行うためには、メモリ中に画像全体を記憶しておくことが必要であり、データの枠組み全体を保存するために十分なメモリを必要とし、ディスプレイシステム全体のコストを顕著に引き上げる。加えて、即時性を必要とする用途に用いられるディスプレイにおいて、フレーム・バッファの使用は、視覚情報の提示を、著しく、且つ許容できない程度に遅らせることとなる。例えば、こうしたディスプレイがゲーム機に接続される場合に、ユーザーは、表示されているビデオ画像に即座に影響を与えることが期待される制御動作を行う場合に、１フレームの遅れに気付く可能性がある。

２００５年１２月２２日に出願された同時係属の同一出願人による米国特許出願第１１／３１６，４４３号明細書には、入力画像信号を受信し、ディスプレイ中の発光素子を駆動するための変換された画像信号を生成するためのディスプレイドライバーを有する電子発光ディスプレイシステムが記載されており、該ディスプレイドライバーは、表示しようとする完全な画像用の入力画像信号を分析して、複数の領域のそれぞれに電流を提供する少なくとも１つの電力線に沿った少なくとも１点で生じるであろう電流を推定すると共に、入力画像信号および推定電流の関数として変換画像信号を生成する。自動的に輝度レベルを制御する上述の文献と同様に、開示されている具体例によれば、補償を適用する前に、画像フレーム全体に対して変換計算を行うことが必要とされている。

「Ｄｉｓｐｌａｙａｐｐａｒａｔｕｓａｎｄｉｍａｇｅｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｐｐａｒａｔｕｓａｎｄｄｒｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌａｐｐａｒａｔｕｓｆｏｒｔｈｅｓａｍｅ」と題する米国特許第７，００９，６２７号明細書には、行電極が走査され、調節信号が列電極に提供されるパッシブマトリクスＥＬディスプレイが記載されており、提供される該信号は、入力画像を分析して、画像全体の輝度を調整するための係数、及び行電極を横切る電圧降下による表示輝度の変動に対する補償の両方を計算することにより作り出される。前述の開示と同様に、画像の輝度を調整するための係数の計算は、画像全体の内容が、それが表示される前に分析用に利用可能であることを必要とする。従って、このアプローチを実施するためには、フレームのデータ全体を蓄えるためのバッファを必要とするであろう。さらに、この開示はパッシブマトリクス装置におけるＩＲ降下を補償する方法のみを提供しているため、それは関連するアーチファクト回避法に及ぼすアクティブ駆動回路または関連する駆動エレクトロニクスの影響を検討せず、とりわけ、ＯＬＥＤアーキテクチャのアクティブマトリクス・バックプレーンとの相互作用を考慮するような方法を検討していない。

従って、フレームメモリバッファの付加によって生じうるディスプレイシステムコストの実質的な増加が必要ないか、または画像表示に実質的な遅れを要さずに、視覚上のアーチファクトが減少した大型且つ／または高輝度のディスプレイの製造を可能とする、有限の抵抗を有する電力線に沿って大電流レベルが必要とされる場合に生じうる、ＯＬＥＤディスプレイなどのアクティブマトリクス電子発光（ＥＬ）ディスプレイ中の明白なアーチファクトを減少させるための方法が必要である。さらに、こうした方法の実施は、各種ＥＬアーキテクチャを用いるアクティブマトリクスＥＬディスプレイに適用可能、または調整可能でなければならない。

本発明の一実施形態に係るアクティブマトリクス電子発光ディスプレイシステムは、
ａ）領域アレーからなるディスプレイであって、各領域への電流は１対の電力線により提供され、少なくとも一つの電力線はディスプレイの第１次元に沿った方向に配置され、各領域は発光のための発光素子アレーを含むディスプレイと、
ｂ）画像信号に応じて各発光素子への電流を独立に制御するためのピクセル駆動回路であって、該発光素子による光出力強度は各発光素子に提供される電流に応じて決まるピクセル駆動回路と、
ｃ）いずれの領域内のピクセル駆動回路も遅れずにいつ何時でもデータ信号を受信できるように選択されることを可能とする、各領域アレー内のピクセル駆動回路に信号を順次提供するための第１次元に沿った方向に配置された選択線アレーと、
ｄ）第１次元に垂直であるディスプレイの第２次元に沿った方向に配置されたデータ線アレーであって、該データ線は各発光素子用のピクセル駆動回路に画像信号を提供するデータ線アレーと、
ｅ）ピクセル駆動回路を駆動するためのデータ用の入力画像信号を受信すると共に、データ線および選択線を通して提供される信号によってディスプレイの各領域中の発光素子を駆動するための変換画像信号を生成するための１つまたは複数のディスプレイドライバーであって、領域アレーの各領域内の発光素子を駆動するための入力画像信号を順次受信し、各領域に関して受信した入力画像信号を分析して、さらなる修正なしで用いられる場合、デバイスアーキテクチュアおよびデバイス部品の材料および性能特性に基づき、各領域に電流を提供する少なくとも一つの電力線に沿っての少なくとも１点で生じるであろう電流を推定し、入力画像信号および推定電流の関数として各領域中の発光素子を駆動するための変換画像信号を生成するディスプレイドライバーと、
を含むことを特徴とする。

本発明によるディスプレイシステムのブロック図である。本発明のディスプレイシステムにおいて有用なディスプレイ回路レイアウトの一部の回路図である。本発明の実施形態による方法の主要ステップのフローチャートである。本発明の実施形態による非反転型ＯＬＥＤを制御する上で有用なピクセル制御回路用の回路図である。本発明の実施形態によるディスプレイの１つの領域を描く回路図である。代表的な望ましいディスプレイ画像を示す図である。図６ａに示した望ましい画像を一般的な従来のディスプレイシステム上に表示する場合に現れる画像アーチファクトを示す図である。本発明において有用な非反転型ＯＬＥＤ素子の層を示す図である。本発明の実施形態によるディスプレイを駆動するための詳細な一連のステップを示すフローチャートである。本発明において有用な反転型ＯＬＥＤ素子の層の説明図である。本発明の実施形態による反転型ＯＬＥＤを制御する上で有用なピクセル制御回路用の回路図である。複数の行および列ドライバーを用いる本発明の実施形態を実施する上で有用なディスプレイの平面図である。本発明の他の実施形態によるディスプレイを駆動するための詳細な一連のステップを示すフローチャートである。

本発明は、ディスプレイ１０およびディスプレイドライバー１２からなる、図１に描かれるようなアクティブマトリクス電子発光ディスプレイシステムを提供する。このシステムは、電力をディスプレイ１０に提供するための電源装置１４を有することが好ましい。このシステム内で、その一部が図２に描かれるディスプレイは、領域アレー２０及び２２からなり、各領域への電流は、１対の電力線、即ち、ディスプレイの第１次元に沿った方向に配置された少なくとも１つの電力線２４及び２６により提供され、各領域２０及び２２は、発光用の発光素子アレー３０、３２、３４、３６、３８、４０、４２、４４を含むと共に、各発光素子への電流はピクセル駆動回路により制御される。各領域に対して１つの電力線２４、２６しか描かれていないが、一方で、各領域は、一般に、また、以下に検討される図９中の層１８８または図７中の層１３８といった共通の上部電極層の形で第２電力線が配置されている。図２に示すように、各発光素子用の回路は選択ＴＦＴ４６、キャパシタ４８、及び電力ＴＦＴ５０を有する。選択線アレー５２、５４は、各領域アレー内のピクセル駆動回路に信号を順次提供するための電力線２４、２６に実質的に平行なディスプレイの第１次元に沿った方向に配置され、いずれの領域内のピクセル駆動回路も遅れずにいつ何時でもデータ信号を受信できるように選択される。データ線アレーは第１次元に垂直であるディスプレイの第２次元に沿った方向に配置され、各データ線５８、６０、６２、６４は選択領域内のピクセル駆動回路にデータ信号を提供し、各ピクセル駆動回路はデータ線により提供されるデータ信号に応答して各発光素子への電流を独立に制御すると共に、各発光素子によって出力される光の強度は、各発光素子３０、３２、３４、３６、３８、４０、４２、４４に提供される電流に依存する。

このシステム内で、１つまたは複数のディスプレイドライバーは入力画像信号１６を受信し、ディスプレイにおける発光素子を駆動するためのデータ線により各ピクセル駆動回路に提供される変換データ信号１８を生成する。図３に示すように、本方法は、１つまたは複数のディスプレイドライバーによって実行され、各領域２０内の発光素子（例えば、３０、３２、３４、３６）を駆動するための入力画像信号１６を順次受信し（ステップ８０）、その間にピクセル駆動回路が電力線に沿った電圧降下により影響を受けないと仮定する電力線２４によって規定される各領域２０に電流を提供する少なくとも一つの電力線２４に沿った少なくとも１点を流れるであろう電流を推定するために入力画像信号を分析し（ステップ８２）、次に、入力画像信号および推定電流の関数として各領域における発光素子を駆動するための変換画像信号を順次生成する（ステップ８４）。本発明の範囲内で、必要とはされていないが、電力線２４に沿った全てでないとしても多くのピクセル駆動回路での電流を計算することは、一般に望ましい。データ線が、データ線５８、６０、６２、６４の方向により規定される第２次元に実質的に垂直である電力線２４により規定される領域２０に配置されるピクセル駆動回路にデータ信号を提供するため、入力画像信号は、いつでも１つの電力線に沿って配置された発光素子用に蓄えることのみが必要とされる。そういうものとして、各ピクセル駆動回路におけるＩＲ降下を計算するために蓄えねばならないデータの量、及び蓄積により引き起こされる時間遅延は、蓄えようとするデータのフレーム全体を必要とする従来技術のシステムに比べて短縮される。

本発明は、公知のＯＬＥＤなどのＥＬ発光素子に提供される電流を制御するための非常に多数のピクセル駆動回路及びＥＬ発光アーキテクチャを有するアクティブマトリクスディスプレイにおいて実施可能である。図２に示したような本発明の一つの実施形態によるディスプレイ１０内の非反転型ＯＬＥＤ発光素子用の電流を制御するために有用な一つのピクセル駆動回路を図４に示す。同図に示すように、この回路は、選択線１００、データ線１０２、選択ＴＦＴ４６、キャパシタ４８、電力ＴＦＴ５０、電力供給線１０４、ＯＬＥＤ１０６、キャパシタ線１０８、及び戻り電力線１１０からなる。ＯＬＥＤを所望の輝度で発光させるために、信号が選択線１００に提供され、選択ＴＦＴ４６を活性化させる。データ線１０２上に提供される電圧は、次に、キャパシタ４８を所望の電圧に充電するために用いられる。この電圧が電力ＴＦＴ５０に利用可能である場合に、電力ＴＦＴが活性化され、電流がＯＬＥＤ１０６に流れることが可能となる。回路は戻り電力線１１０を通して電源装置に戻り完結する。この実施形態において、電力供給線１０４及び戻り電力線１１０は、電力線対を形成する。

これは、さらに、共通の電力供給線１０４及び共通の戻り電力線１１０により接続される、４組の回路１１８（図４参照）が図５に例示されている。抵抗が同等の電力供給線１０４及び戻り電力線１１０を有するディスプレイにおいて、電圧降下の一部は各回路接続部間の各電力線上で生じる。特に、各回路１１８が接続される箇所間の各電力線１０４、１１０の各セグメント１１９は多少の抵抗を有する。この抵抗は、各接続箇所間でほぼ同等である。各セグメント１１９は、一般的に、いくらかの電流を運ぶことを要求され、電源により近い電力線のセグメントは各回路１１８におけるＯＬＥＤに電流を提供しなければならないため、大部分の電流を運び、一方、電力線の末端近傍の電力線は電力線の末端近傍の回路１１８のみに電流を提供する必要がある。各電力線の各セグメント１１９に渡る電圧降下は、同じ電力線セグメントに渡って供給する必要がある電流を電力線セグメントの抵抗に乗算した結果に等しい。従って、電力線上のこれらの電圧変化を引き起こすＩＲ降下は一定ではなく、あらゆる電力線対により電力が供給されるＯＬＥＤを駆動するために必要とされる電流の関数として変動することに注目されたい。

上述のように、ＯＬＥＤディスプレイは、図２に示した基板上で各電力線を提供することができ、あるいは基板上に一つの電力線２４、２６を提供することができ、ＯＬＥＤ装置全体を覆ってスパッタまたは蒸着される導電膜としての補完的な電力線を形成することが可能であるため、これらの電力線のうちの１つだけが図２に描かれている。こうしたディスプレイ構造において、導電膜の抵抗は、基板上に形成される電力線２４、２６の抵抗よりも一段と低く（例えば、１桁低く）することが可能であり、この１つの電力線に渡るＩＲ降下を無視できるようにＩＲ降下をごく小さくすることができる。

以下の議論の理解のためには、ゲート１１２、ドレイン１１４、及びソース１１６を有する、図４に示す電力ＴＦＴ５０の部分を理解することはさらに重要である。この駆動スキームにおいて、ＯＬＥＤ１０６に渡って供給される電流は、理想的には、電力ＴＦＴ５０の特性及びデータ線１０２により供給される電圧のみに依存する。実際には、ＯＬＥＤ１０６に渡って供給される電流は、ドレイン１１４・ソース１１６間電圧に依存する、ゲート１１２・ソース１１６間電圧を含む他の因子に依存する。従って、電力供給線１０４及び戻り電力線１１０における、これらの配線に沿ったＩＲ降下による電圧変化は、ＯＬＥＤ１０６に渡って供給される電流を変化させ得る。アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）素子の場合のように、電力ＴＦＴ５０がｎ型トランジスタであると共に、ＯＬＥＤが非反転構造で形成される場合において、電力供給線１０４により提供される電圧のあらゆる変化は、ゲート・ソース間及び電力ＴＦＴ５０に渡るドレイン・ソース間電圧の両方の変化をもたらす。同様に、戻り電力線１１０により提供される電圧における変化は、電力ＴＦＴ５０に渡るドレイン・ソース間電圧の変化をもたらす。一般的に低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ）素子の場合のように、電力ＴＦＴ５０がｐ型トランジスタである場合において、同様の変化はＯＬＥＤが反転構造で形成された場合に起こる。

一般的な底面発光アクティブマトリクスＯＬＥＤディスプレイにおいて、いくつかの発光素子は共通の電力線対を共有する。電力供給線は、多くの場合、他の部品とディスプレイのバックプレーンにおける層を共有する。一般的に垂直方向に配置され、それらの長さを最小化するために従来技術におけるデータ線を備えた平面を共有する一方で、本発明の好ましい実施形態においては、電力供給線１０４は、水平軸上に広がるように配置され、データ線に垂直となるように、本発明のディスプレイにおいて選択線１００を備えた平面を共有してもよい。いずれの例においても、これらの電力供給線は、多くの場合、ディスプレイの狭い領域に電力を提供する。他方、戻り電力線１１０は、多くの場合、ディスプレイの電子発光層の最上部に戻り電力平面として構成される。場合によっては、戻り電力平面は、ディスプレイのバックプレーン上で、電力供給線に類似の別の戻り電力線に接続される。基板上におけるこれらの戻り電力線に対する必要性は、戻り電力平面を作り出すために用いられる材料の導電率に依存する。他の場合において、ＯＬＥＤディスプレイの各発光素子は、基板上の戻り電力線に個別に接続される。後者の場合、戻り電力線は、多くの場合、電力供給線により規定されるディスプレイの同一の狭い領域から電力を戻す。戻り電力線が戻り電力平面として構成される場合、戻り電力線が電力供給線よりも著しく低い抵抗を有することが可能である。電力線対の１つが他に比べて著しく抵抗が低いという状況において、最も抵抗が高い電力線に沿った少なくとも１点での電流を推定することは適切であろう。

図２を再度参照して、データ線５８、６０、６２、６４は、一般的に、いずれかの時点でピクセル駆動回路の１つにただ１つの制御信号を供給し、ディスプレイは、一般的に、さらに、選択線アレー５２、５４を有し、各データ線は、第１次元に沿った方向に（即ち、図２に示すように水平に）配置された選択線によりさらに制御される各ピクセル駆動回路にデータ信号を実質的に同時に提供する。即ち、電圧が選択線５２、５４に供給される場合、選択線５２、５４に接続された各ピクセル駆動回路は、それが接続されるデータ線５８、６０、６２、６４からデータ信号を受信する。１つの領域が電力線により電力を提供され、領域内のすべての発光素子が正確に１つの選択線に接続される場合、全てのデータは、領域内の全ての発光素子に関して、１つまたは複数のディスプレイドライバーからピクセル駆動回路へ記録される。

この実施形態は、アクティブマトリクス駆動回路の特定の構成及びサブピクセルの設計に関するが、一方で、公知の従来の回路のいくつかの変形も、また、当業者により本発明に適用することができる。例えば、米国特許第５，５５０，０６６号明細書における変形例では、別のキャパシタ線の代わりに、キャパシタを直接電力線に接続している。米国特許第６，４７６，４１９号明細書における変形例では、直接互いに重なるように配置した２つのキャパシタを用いており、第１キャパシタが半導体層とゲートの導体を形成するゲート導体層との間に形成され、第２キャパシタがゲート導体層と電力線及びデータ線を形成する第２導体層との間に形成されている。

本明細書に記載されるピクセル駆動回路は、選択トランジスタ及び電力トランジスタを必要とするが、一方で、これらのトランジスタのデザインのいくつかの変形は公知である。例えば、単一ゲートトランジスタ及びマルチゲートトランジスタは公知であり、従来技術において選択トランジスタに適用されてきた。単一ゲートトランジスタは、ゲート、ソースおよびドレインを含む。選択トランジスタ用に単一ゲート型のトランジスタを使用する例は、米国特許第６，４２９，５９９号明細書に開示されている。マルチゲートトランジスタは、電気的に共通接続される少なくとも２つのゲートを有し、そのため、ソース、ドレイン、及びゲート間の少なくとも１つの中間のソース・ドレインを有する。選択トランジスタ用にマルチゲートタイプトランジスタを使用する例は、米国特許第６，４７６，４１９号明細書に開示されている。このタイプのトランジスタは、単一トランジスタにより、あるいは、ゲートが接続され、１つのトランジスタのソースが次のトランジスタのドレインに直接接続される２以上の直列のトランジスタにより、回路図上に示すことができる。これらの構成の性能は異なる場合があるが、両タイプのトランジスタは回路上で同じ機能を果たすと共に、いずれのタイプも当業者であれば本発明に適用することができる。図２に示すように、本発明の実施例は、マルチゲート型の選択トランジスタ４６を備えている。

一般的に電力トランジスタ５０に適用される並列マルチトランジスタの使用も公知である。並列マルチトランジスタは米国特許第６，５０１，４４８号明細書に記載されている。並列マルチトランジスタは、ソースが共通接続され、ドレインが共通接続され、ゲートが共通接続された、２以上のトランジスタからなる。マルチトランジスタは、複数の平行な電流経路を提供するために発光素子内で分離される。並列マルチトランジスタの使用は、半導体成膜プロセスにおけるばらつき及び欠陥に対するロバスト性を提供するという利点を有する。本発明の種々の実施形態に記載の電力トランジスタは単一トランジスタとして示されているが、並列マルチトランジスタは当業者に使用可能であり、本発明の主旨に含まれる。

ディスプレイの少なくとも２つの異なる領域２０及び２２における発光素子が、異なる電力供給線または戻り線２４、２６により電力を提供されることは、本発明にとって重要である。図２に示す実施形態において、発光素子は発光素子の各行用の個別の電力線により電力が供給される。例えば、発光素子３０、３２、３４、４６は電力供給線２４により電力が供給される一方、発光素子３８、４０、４２、４４は電力供給線２６により電力が供給される。電力供給線２４、２６がバックプレーン上の他の部品と領域を共有しなければならない点も留意すべきである。例えば、電力供給線２４、２６、選択線５２、５４、及び少なくとも電力ＴＦＴ５０の一部は、一般的に、基板の１つの層に形成されるであろう。さらに、底面発光ＯＬＥＤの実施形態においては、これらの部品は、一般的に表示が見える側とその発光層との間にある層上に形成される。電力供給線２４、２６、選択線５２、５４、及び電力ＴＦＴ５０の材料は一般的に不透明であるため、これらの部品は、一般的に、発光領域と重ならないように設計される。これらの制約は従来型のバックプレーンのデザインにおいて電力線２４、２６の幅を制限する。さらに、電力ＴＦＴの性能がその厚さに直接関係するため、電力供給線２４、２６の厚さは、多くの場合、一般的に同じ金属層から形成される電力ＴＦＴの望ましい厚さに適合するように制約されることが知られている。これらの理由により、電力線の幅及び厚さの両者はしばしば制約を受け、この層を形成するために一般的に用いられる金属（例えば、アルミニウム）は、多くの場合、相当な有限量の抵抗を有する。

さらに、当然ながら、電力供給線の有限抵抗のために、電力線が大電流にさらされる場合に、電圧損失が電力供給線または戻り線に沿って生じる場合があり、電力線が、非常に多くの発光素子に電力を供給しなければならない場合、あるいはそれぞれが高輝度を達成するために発光素子が大電流を必要とする場合に、大電流が必要とされる。実際、電圧損失は抵抗と電流の積に比例する。従って、電圧は電力線に沿った距離に応じて減少する。この減少は電力線及び戻り線に沿って生じる。図４に示すような回路において、電力ＴＦＴ５０のゲートでの電圧は、直接、ＯＬＥＤに供給される電流に影響を及ぼし、ＯＬＥＤの光出力が、注入される電流に比例するので、電力線１０４、１１０の１つまたは両方に沿った電圧損失は、電力線が外部電源装置に接続される点から最も遠くにある共通電力線に接続される発光素子に関して低い光出力をもたらし、この光出力の損失は、電力線及び戻り線の抵抗、及び所望の入力画像信号を表示するために必要とされる電流に比例する。

都合よく、ヒト視覚系は輝度における低い空間周波数の変化に対しては比較的鈍感である。従って、一般的なデスクトップまたは壁掛けディスプレイにおいては、人間には見えないか、少なくとも不快には感じずに、ディスプレイの高さまたは幅にわたって輝度は３０％も変化可能である。従って、多くの環境下で、電源装置からの距離に伴う電圧損失及びこれに基づくディスプレイ輝度の損失は、実質的に画像品質アーチファクトをもたらさない。これは、平坦な画像及び多くの一般的な画像を表示する場合に、特に当てはまる。しかし、発明者らは、電力線に沿ったＩＲ降下から生じるこれらの意図しない輝度変化が、ある状況下で直接観察され、表示装置のユーザーにとって不快となりうることを見出した。発明者らは、また、多くの一般的な画像を見る場合にこのアーチファクトは直接的には観察できないものの、これらの意図しない輝度変化は局所コントラストを低下させ、従って全体的な画像品質を低下させうることに気づいた。

図６ａはＩＲ降下のために劣化する恐れがある代表的な所望の画像を示し、図６ｂはＩＲ降下の結果、得られるであろう画像を示している。図６ａに示すように、白色領域１２０及び２つの黒色領域１２２、１２４は、画像の左に表示することになっている。画像の右側には、最初の３つの帯に直交し、均一な輝度を有する灰色の帯１２５が表示されることになっている。この画像は、ディスプレイの左側に電源コネクタを有するＥＬディスプレイ上にＩＲ降下が存在する場合に、ＩＲ降下なしでＥＬディスプレイ上に表示されるとしたら図示のように表示されるであろうが、白色領域１２０が大きな引き込み電流を有するように駆動される場合は、得られる画像は、実際には、図６ｂに示すように表示される。輝度は徐々に変化するため、ディスプレイの右側近傍よりも、電力線がディスプレイに入るディスプレイの左側近傍の方が白色領域１２０は、輝度がより高くなりうるが、ヒトの目は、一般的に、この緩やかな変化を検知できない。しかしながら、図６ａにおける灰色の帯１２５の外観は、ＩＲ降下により顕著に影響を受け、たとえ同じ入力信号が１２５で示されるディスプレイの右端部全体を駆動するために用いられるとしても、全てが異なる輝度を有する、図６ｂの３つの帯の区分１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃが形成されているように見えるであろう。同じ入力電圧を用いて表示されながら、領域１２０に引き込まれる電流が領域１２２及び１２４に引き込まれる電流とは異なる結果、領域１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃを駆動する異なる電力線に沿ったＩＲ降下が異なるため、灰色の帯（１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃを含む）は、輝度が均一ではない。実際、２つの黒色領域１２２及び１２４と同じ電力線により駆動される領域１２６ａ及び１２６ｃは、白色領域１２０と同じ電力線により駆動される領域１２６ｂよりも著しく輝度が高い。ディスプレイの左から右への白色の帯の緩やかな輝度の変化と異なり、均一となるように意図された灰色の帯（１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃを含む）を横切る輝度の変化は、急であり視認できる。結果として生じる隣接する電力線間の電流の変化のために、１２６ａと１２６ｂとの間の境界、及び１２６ｃと１２６ｂとの間の境界で、隣接するＯＬＥＤ間で輝度の変化が生じる。この急で意図しない輝度の変化はヒトの目で容易に検知でき、極めて望ましくないディスプレイアーチファクトをもたらす。本実施形態は、ディスプレイのピーク輝度が、この種のアーチファクトを作り出すほど電流が十分高い場合に、隣接する電力線により駆動される隣接するＯＬＥＤ間に生じうる輝度変化を低下させることを示すことを意図している。

本発明の各実施形態において、ディスプレイが提供され、図２に示すディスプレイの一部は領域アレーからなり、各領域への電流が電力線対により提供され、少なくとも１つの電力線がディスプレイの第１次元に沿った方向に配置され、各領域は発光用の発光素子配列を含み、各発光素子への電流はピクセル駆動回路により制御されている。ディスプレイは、さらに、いずれの領域内のピクセル駆動回路も遅れずにいつ何時でもデータ信号を受信できるように選択され、各領域アレー内のピクセル駆動回路に信号を順次供給するためにディスプレイの第１次元に沿った方向に配置される選択線アレーを含む。ディスプレイは、さらに、第１次元に垂直であるディスプレイの第２次元に沿った方向に配置されたデータ線アレーを含み、各データ線は選択された領域内のピクセル駆動回路にデータ信号を供給し、各ピクセル駆動回路は独立にデータ線により供給されるデータ信号に応答して各発光素子への電流を制御し、各発光素子による光出力の強度は各発光素子に供給される電流に依存する。

さらに、本発明の実施形態は、入力画像信号を受信し、ディスプレイにおける発光素子を駆動するためにデータ線により各ピクセル駆動回路に供給しようとする変換されたデータ信号を生成する１つまたは複数のディスプレイドライバーを使用し、１つまたは複数のディスプレイドライバーは領域内の発光素子を駆動するための入力画像信号を受信し、入力画像信号を分析して、ピクセル駆動回路が電力線に沿った電圧降下により影響を受けないと仮定した場合に、各領域に電流を供給する少なくとも１つの電力線に沿った少なくとも１点に流れるであろう電流を推定し、電力線により規定される領域にわたって電圧降下を遅れずに計算することを可能とする、入力画像信号及び推定電流の関数として、領域内の発光素子を駆動するための変換画像信号を生成する。しかしながら、好ましい実施形態の詳細は、ＥＬ装置の実際の構造により実質的に異なっていてもよい。本明細書において、２つの異なる方法が２つの異なるＥＬ装置の構成に利用されている。しかしながら、これらの方法に対する修正またはこれらの組合せが、同様の結果を得るために適用可能であることは言うまでもない。

第１実施形態において、非反転型ＯＬＥＤがアモルファスシリコンなどのｎ型半導体材料を用いるアクティブマトリクス基板上に形成されるものと仮定する。非反転型ＯＬＥＤとは、ＯＬＥＤの陽極が基板近傍に設けられ、ＯＬＥＤの陰極が陽極とは反対側のＯＬＥＤ材料に形成されることを意味する。こうした実施形態の一般的な層構造は、図７に示され、その上に、少なくとも１層の半導体層１３２を含むディスプレイのアクティブマトリクス回路素子が被覆される基板１３０が記載されている。次に、陽極１３４がアクティブマトリクス回路と接触して形成され、ＥＬ層１３６に空孔を注入するために用いられる。これらの空孔は、一般的に、発光サブレイヤーに達するために通過すべきＥＬ層内の空孔注入または空孔輸送サブレイヤーに注入される。これらの空孔は、結局、発光層中の電子と結合して、蛍光またはリン光を介して発光して減衰するエキシトンを形成する。陰極１３８はＥＬ層の最上部に形成され、電子は発光層中で空孔と結合するＥＬ層中に注入され、エキシトンを形成し発光する。

こうした実施形態において、図４中に示すような回路が各発光素子を駆動するために用いられる。この構造において、電力トランジスタ５０のソース１１６からゲート１１２へ流れる電流は、このトランジスタのゲート・ソース間の電圧（Ｖ_gs）に依存する。さらに、Ｖ_gsは、データ電圧からソースとドレイン電力線との間の電圧を減算し、ＯＬＥＤにわたる電圧差を減算した値に等しい。しかしながら、ソースとドレイン電力線との間の電圧は、電力線の抵抗及び電力線に沿って他のＯＬＥＤを駆動するために必要とされる電流の関数として生じる電圧降下を減算した供給電力として供給される、これらの配線に渡る電圧に等しい。電流および電圧は一般にこれらの素子において非線形の関係を有するため、この問題の正確な解法は、一般に、比較的複雑な非線形方程式の系統の解法を必要とする。従って、こうした構造体において、ＩＲ降下を許容範囲内に限定する等により、電力線（複数を含む）の１つまたは複数のセグメント内の最大電流を単純に限定することは、計算を単純化することができる。発明者らは、これが、ディスプレイのいずれの領域に沿った輝度も隣接領域と実質的に違わない限り、いずれの所定の配線のピーク電流も一定の限度内に単純に下げることにより達成可能であることを見出した。さらに、こうした限定法を適用することにより生じるあらゆる輝度変化を排除するために、映像シーケンス内のフレーム間の相関を活かすことが可能である。

こうした限定法の１つが図８に描かれている。同図に示すように、１つまたは複数のディスプレイドライバーは、一般的に入力ＲＧＢコード値を含む入力画像信号を受信する（ステップ１４０）。この入力信号は、次に、典型的には非線形ルックアップテーブルを適用することにより、線形強度値に変換される（ステップ１４２）。次に、各ＲＧＢ強度値のピクセル位置に対応する発光素子の輝度が、行列乗法の適用等、周知の方法を用いて決定される（ステップ１４４）。このステップは、ユーザーによる輝度調整、ユーザーによるコントラスト調整、周囲照明センサー及び／または温度センサーなどの外部ソースからの入力に左右される場合がある。輝度値は、これらの外部ソースからの入力に基づき調整され、発光素子の最終的な輝度を決定する（ステップ１４４）。次に、各発光素子の効率が入力され（ステップ１４６）、必要とされる電流を得るために、必要とされる輝度を各発光素子で分担し、各発光素子により必要とされる電流の推定値を計算する（ステップ１４８）。ステップ１４２〜１４８では、ピクセル駆動回路が電力線に沿った電圧降下により影響を受けないと仮定した場合に、各領域に電流を供給する少なくとも１つの電力線に沿った少なくとも１点を流れる電流を推定するための入力画像信号の分析を行っている点に注目されたい。次に、ディスプレイの領域内の各発光素子により必要とされる電流は、合算され（ステップ１５０）、ＲＧＢ強度値は後の計算用に格納される（ステップ１５２）。全電流が全領域に対して計算されると、各領域に関する最大許容電流が得られ（ステップ１５４）、この最大許容値の、領域に流れる電流の合計値に対する比率が計算される（ステップ１５６）。この値が１を超える場合、それは値１に設定される（ステップ１５８）。次に、ローパスフィルタは、ステップ１５８において計算された比率に適用される（ステップ１６０）。このステップは、現在の配線に関する値がその前の配線に関する値と大幅には変わらず、従って、ヒトの視覚系がさほど敏感でない輝度の低周波シフトのみを許容することを確実にする。次に、得られたフィルタ処理後の比率は、入力画像信号及び推定電流値の関数として、領域内の発光素子を駆動するための変換画像信号を生成するための各領域用の線形強度値に適用される（ステップ１６２）。次に、駆動電圧に対する入力強度ルックアップテーブル（ＬＵＴ）が入力され（ステップ１６４）、そしてこれらのＬＵＴを介してディスプレイ駆動電圧を得るための変換画像信号が供給され（ステップ１６６）、次にこのディスプレイ駆動電圧はアクティブマトリクス・ディスプレイの適切なデータ線上に生成され、画像が表示される（ステップ１６８）。

この方法において、各領域（典型的には配線）のサイズに対するバッファは、最終的に調整された画像を生成するために必要とされる全てのサイズであり、こうしたプロセスを通じて作り出される画像表示における遅れは、配線上のデータを配線用バッファに記録するために必要とされる時間のみであることに注目されたい。こうしたプロセスは、入力画像信号に必要な修正を提供可能であるが、このプロセスに対して多くの拡張または改善が可能である。１つのこうしたプロセスにおいて、ステップ１５８において計算された比率は各領域用に記憶可能である。次に、これらの値の最小値は、各場面用に記録され、後に続く画像用の初期比率値として規定することが可能である。次に、この初期比率値は、１つ前の画像における各領域用に計算された比率と、現在の画像の各領域用の比率との間の差の比率を計算し、この初期比率値をこの差のいくらかの割合で調整することにより、調整することが可能である。その結果として、画像における位置の関数としてのこの割合の変化は、最小化することが可能である。こうしたプロセスが要求する必要な記憶量の増加は少ないが、画像表示は、画像の単一の領域のためのデータを入力するのに必要な時間しか遅れないことに注目されたい。こうしたプロセスを通じて、ＩＲ降下による輝度の行から行への想定外の変化は、著しく抑制可能である。さらに、このプロセスは、画像用に引き込まれる最大電流に対する制限を適用するための公知の他の方法と組み合わせることが可能である。

第２実施形態において、反転型ＯＬＥＤがｎ型半導体材料を用いるアクティブマトリクス基板近くに形成されるものとする。反転型ＯＬＥＤとは、ＯＬＥＤの陰極が半導体基板上に設けられ、ＯＬＥＤの陽極が陰極とは反対側のＯＬＥＤ材料に形成されることを意味する。こうした実施形態の一般的な層構造は、少なくとも１層の半導体層１８２を含む、ディスプレイのアクティブマトリクス回路素子が形成された基板１８０を描いた図９に示されている。次に、陰極１８４は、アクティブマトリクス回路に接続されるように形成され、電子を電子発光層１８６に注入するために用いられる。これらの電子は、一般的に、電子注入層または電子輸送層に注入され、結果として発光層中の空孔と結合して発光を生じる。陽極層１８８は、一般的に、発光層に達するために通過すべき空孔注入層または空孔輸送層に空孔を注入する。こうしたデバイスを駆動するための回路は図１０に描かれ、２〜３の注目すべき例外を除いて図４に示す回路とほぼ同等である。図４においては、電子がＯＬＥＤ１０６を通り、次に電力ＴＦＴ５０を通過し、電力ＴＦＴのソース１１６は同図の底部近傍に配置され、ＴＦＴのドレイン１１４は同図の頂部近傍に配置される一方、反転型ＯＬＥＤに関しては図９に示すように、電子は電力ＴＦＴを通過し、次にＯＬＥＤ１０６を通過し、電力ＴＦＴ５０のソース及び電力供給線１０４は同図の頂部近傍に配置されている点に留意されたい。さらに、電力ＴＦＴ５０のドレイン１１４及び戻り電力線１１０は、同図の底部近傍に配置されている。この変更の一層有意な影響の一つは、今回は単にデータ信号電圧と、ソース・ドレイン電力線間の電圧との間の差分である、ゲート１１２とソース１１６との間の電圧の計算を単純化し、理論的に、ＯＬＥＤ１０６への電流、従って発光素子により生じる輝度に対する正確な制御が一段と容易に得られることである。残念なことに、この変更は同時に、データ信号電圧が多くの場合ゲート・ソース間電圧よりも一段と小さいという事実のため、電力供給線１０４及び戻り電力線１１０間の電圧の変化に対してゲート１１２とソース１１６間の電圧は極めて敏感であるので、ＩＲ降下の変化に対して、こうしたディスプレイでは、より影響を受けやすいという結果をもたらす。そのＩＲ降下に対する極端な鋭敏性のため、こうしたデバイスの製造は一般的には避けられる。従って、本発明により電圧降下を補償するシステムは、反転型ＯＬＥＤ素子を用いて利用することが特に望ましい。

発明者らは、さらに、こうした反転型ＯＬＥＤディスプレイ構造におけるＩＲ降下の影響は、１組の線形方程式を単に解くことにより有利にモデル化可能である点に注目してきた。他のＯＬＥＤ構造におけるＩＲ降下を補償する変換画像信号を形成することは可能である一方、反転構造体においてゲート・ソース間電圧がデータ信号電圧及び電力線に渡る電圧によってのみ影響を受けるという事実は、第１実施形態において議論したように大電流値を避けることにより、その影響を単に改善することを試みることよりもむしろ、ＩＲ降下の影響を補償する変換画像信号を形成することを特に有利にする。さらに、これらの計算は、入力画像信号８２を分析し、変換画像信号８４を生成するステップが、２〜３の処理ステップを付加しながら、ほとんどの一般的なディスプレイの列ドライバー内で実行可能となるように単純化することが可能である。従って、このような方法について詳細に説明する。

この方法を検討するために、線形方程式の観点から電力供給線と戻り電力線との間の実際の電圧を定義することは、まず重要である。そのため、我々は以下のベクトルを定義する。

ここで、

は各回路接続部での電力線の実際の電圧を表す列ベクトルであり、

は少なくとも１つの電力線の各セグメント１１９用の電流を表す列ベクトルであり（１つの電力線の所定のセグメント用の電流は、一般的に、電力線対における他の電力線の対応するセグメント用の電流に等しいことに注目されたい）、

は電源により提供される電力線の起始部での初期の電圧値のベクトルである。さらに、我々は対称行列Ａを定義する。この行列は、電力線に沿った回路１１８の数を行ベクトル及び列ベクトルに割り当てることにより定義され、これらのアレーを行列に対するインデックスとして扱い、次に、行列中の各値を行列中の各点での行及び列インデックス値の最小値として行列中の各値を計算する。例えば、１対の電力線が設けられた８つの回路を有するディスプレイは、以下のような行列Ａを有するであろう。

次に、この行列は、電力供給線１０４および戻り電力線１１０対に設けられた回路１１８の数に等しい行および列の数を提供するように拡張されるであろう。

一連の行列を前提として、各電力線の各セグメントの抵抗が一定であると仮定すると、各回路接続部での電圧を表す電圧値

のアレーは、次に、以下の式から計算することができる。

ここで、ｒは、電力線の１つにおける各セグメントの抵抗、または、電力線対における各電力線の各セグメントの抵抗が同等であるならば、２つの電力線に関する抵抗値の合計を表す。

各回路についての接続部における実際の電圧を計算した後、以下の式

から計算される量を、ディスプレイがｎ型半導体バックプレーンを有する反転型ＯＬＥＤを利用する場合に、各発光素子用の駆動電圧値に付加することにより、ＩＲ降下を修正することができる。これと同じ修正は、ｐ型半導体バックプレーンを有する非反転型ＯＬＥＤを利用するＯＬＥＤに適用することができる。

ＯＬＥＤが、ｎ型半導体バックプレーン上の非反転型ＯＬＥＤ、またはｐ型半導体バックプレーン上の反転型ＯＬＥＤとして形成される場合、この方法は若干修正する必要がある。後者のケースに関して、ＩＲ降下は、各発光素子用の駆動電圧に対して少し異なる修正電圧により修正することができる。この値は、以下の式から計算される。

ここで、ｂはソース・ドレイン間電圧に対するソース・ドレイン間電流に関連する電力トランジスタの曲線の勾配であり、ａは動作点でのゲート・ソース間電圧に対するソース・ドレイン間電流に関連するトランジスタの曲線の勾配である。しかしながら、以前に指摘したように、動作点が計算しようとする値である点に留意されたい。しかしながら、この動作点は、ａおよびｂが１であるか、または曲線の勾配に関する平均値を有するものと仮定して、

の初期値を計算することを含む多くの方法で近似可能である。

検討してきた行列式は修正を適用することを可能とする一方、行列Ａは、実際に、ほとんどの商業上のディスプレイに関して非常に大きい点に留意することは重要である。例えば、ＨＤＴＶの解像度をサポートするテレビは、１つの行に５７６０（１９２０画素に１画素当り３色の発光素子を乗算）もの発光素子を有し、これらの発光素子は全て、理想的には、１対の電力線により電力が供給される。このようなディスプレイについてこの計算を提供するためには、３３０万を超える要素を有するＡ行列が必要とされるであろう。この行列は管理不能な量のデータの記憶を要求するであろうし、解法には許容不可能な回数の計算を必要とするであろう。幸運にも、この行列計算は、ｎ×ｎのＡ行列をｐ×ｐの等しいサイズの部分行列ブロック（それぞれがｑ＝ｎ／ｐの行および列を有する）に分解することにより単純化することが可能である。この単純化を説明するために、前述の行列は、２つの対角行列、即ち、超対角行列（すなわち、対角を超える）、及びｎ＝８、ｐ＝２、ｑ＝４の場合について示した部分対角行列に分解される。

超対角部分行列の列が４行の数からなり、各行の各列が同じ数を含有する点に注目されたい。従って、適切な電流値にこの超対角部分行列Ａを掛けることにより得られる量の計算は、以下の式１から計算することができる。

ここで、ｓは元の行列における行数であり、ｋは超対角部分行列の全ての列にわたり増分されるインデックスである。

加えて、部分対角部分行列の各列は、同じ数を含有し、従って、これらの要素の計算も、以下の式２のように単純化することができる。

ここで、ｋは元の行列における列数であり、超対角部分行列における全ての列に渡って増分される。電流と、部分対角および超対角部分行列におけるＡ行列との行列乗算は、形式、

および

の合計のみを含み、これらは行数により変化する整数乗数を除いて、部分行列内の全ての修正

に対して一定である点に留意されたい。

次に、全行列を計算するために、元の行列の対角上の部分行列について付加的な行列乗算を行うことのみが必要である。さらに、この演算はいかなる規模ででも行うことが可能である。例えば、水平方向に３００万の発光素子を有するディスプレイで、Ａ行列は極めて大きな数（ｐ）の部分行列に分解され、基準から外れた（ｏｆｆ）対角行列は、それぞれ、これらの比較的簡単な式を用いて計算し、次に、合算することが可能である。

電圧アーチファクトに関する正確な修正が、対角部分行列ブロックの最初及び最後の行に関するこれらの同じ簡単な合算値（Ｓ₀およびＳ_l）を用いて与えられる点に留意されたい。それは、各行に関して一意的な（ｕｎｉｑｕｅ）合算を必要とする対角部分行列の内部の行のみである。

修正における小さな誤差が許容可能な場合、最初及び最後の行からの内挿により各部分行列ブロックの内部の行に対する修正を決定することが可能である（これらの修正が部分行列および超行列（ｓｕｐｅｒｍａｔｒｉｘ）の合算値から正確に計算されるため）。修正の精度を改善しようとする場合、対角行列それ自体は、より小さな部分行列（超対角、部分対角、および対角）に細分することができ、所望の精度が最小部分行列内の行に対して達成されるまで同じ処理が繰り返される。

これらの計算は１つのプロセッサ内で計算可能であるが、Ｓ₀およびＳ_lが他の部分行列における値を知らなくてもあらゆる部分行列で計算可能であるため、多くの計算が複数のプロセッサにより並行して実行可能であることに留意されたい。ほとんどのアクティブマトリクス・ディスプレイにおいて、多数の行ドライバー２０４ａ、２０４ｂ及び列ドライバー２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃは、図１１に示すように、ディスプレイ１０の端部に形成されるか、またはそれらに結合される。次に、データは、ディスプレイ制御装置２００により行ドライバー２０４ａ、２０４ｂ及び列ドライバー２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃに供給される。列ドライバー２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃは駆動電圧をディスプレイ１０のデータ線５８、６０、６２、６４に供給する一方、行ドライバー２０４ａ、２０４ｂは選択信号を選択線５２、５４に供給する。

従って、好ましい実施形態において、これまでに記載した方法及び図１１に示したディスプレイシステムを用いることにより、ピクセル駆動回路を駆動するためのデータ用の入力画像信号を受信し、ディスプレイ１０における発光素子を駆動するための変換画像信号１６を生成するための１つまたは複数のディスプレイドライバーは、図１２に示す処理を利用する少なくとも１つのディスプレイ制御装置２００及び１つまたは複数の列ドライバー２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃを含むことが可能である。図１２に示すように、ディスプレイ制御装置２００は、一般的に入力ＲＧＢコード値からなる入力画像信号を受信する（ステップ２１０）。次に、この入力信号は、一般的に非線形ルックアップテーブル及びマトリクス乗算を適用することにより、線形強度値に変換される（ステップ２１２）。次に、各ＲＧＢ強度値のピクセル位置に対応する発光素子の輝度が、周知の方法を用いて決定される（ステップ２１４）。このステップは、ユーザーによる輝度調整、ユーザーによるコントラスト調整、周囲照明センサー及び／または温度センサーなどの外部ソースからの入力に依存してもよい。輝度値は、これらの外部ソースからの入力に基づき調整され、発光素子の最終輝度を決定する（ステップ２１４）。次に、各発光素子の効率が入力され（ステップ２１６）、必要とされる電流を得るために、必要とされる輝度を各発光素子で分担し、各発光素子により必要とされる電流の推定値を計算する（ステップ２１８）。ステップ２１２〜２１８は、ピクセル駆動回路が電力線に沿った電圧降下により影響を受けないと仮定した場合に、各領域に電流を供給する少なくとも１つの電力線に沿った少なくとも１点を流れる電流を推定するための入力画像信号の分析を行っている点に注目されたい。次に、これらの電流値は列ドライバー２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃに伝送され（ステップ２２０）、各列ドライバーは、駆動用の信号を供給すべき発光素子用の電流値を受信する。次に、列ドライバーは、駆動線５８、６０、６２、６４を通じてデータ信号を提供すべき発光素子に対応する部分行列用のＳ₁およびＳ₀を計算する（ステップ２２２）。次に、各列ドライバー２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃは、他の列ドライバーにＳ₁及びＳ₀の計算値を伝送する（ステップ２２４）。次に、電圧修正値Ｖ_cが各発光素子用に計算される（ステップ２２６）。次に、列ドライバーは、電流を電圧に変換するためのルックアップテーブル（ＬＵＴ）を得る（ステップ２２８）と共に、ＬＵＴを通じて電流値を与えて駆動電圧値を得る（ステップ２３０）。次に、変換画像信号が駆動電圧値に電圧修正値Ｖｃを付加することにより形成され（ステップ２３２）、ディスプレイにおける発光素子を駆動するための変換画像信号を形成する。次に、得られた電圧値はアナログ信号に変換され、データ線上に提供されて、ディスプレイの発光素子を駆動し、その結果、修正画像を表示する（ステップ２３４）。

また、ディスプレイ制御装置２００は、行ドライバーに同期信号を供給しなければならず、列ドライバーがデータ線に修正電圧値を供給する前に必要な計算を行うことを可能とするいくらかの遅延を、ディスプレイ制御装置または行ドライバーのいずれかにより導入可能である点に留意されたい。一部の修正電圧値が、潜在的に、列ドライバーにより供給可能な電圧値の範囲外となりうる点に留意されたい。この例において、値を利用可能な最大値に削減すること、配線用の各修正値を拡大または縮小すること、またはこれらの機構の一部の組合せを含む、あらゆる手段を採用することが可能である。

本発明は、特に、その一部の好ましい実施形態を参照して詳細に記載したが、変更及び修正が本発明の精神及び本発明の範囲内で達成することができることは言うまでもない。

１０ディスプレイ
１２ディスプレイドライバー
１４電源装置
１６入力画像信号
１８変換データ信号
２０第１領域
２２第２領域
２４第１電力線
２６第２電力線
３０発光素子
３２発光素子
３４発光素子
３６発光素子
３８発光素子
４０発光素子
４２発光素子
４４発光素子
４６選択ＴＦＴ
４８キャパシタ
５０電力ＴＦＴ
５２選択線
５４選択線
５８データ線
６０データ線
６２データ線
６４データ線
８０入力画像信号を受け取るステップ
８２入力画像信号を分析するステップ
８４変換画像信号を生成するステップ
１００選択線
１０２データ線
１０４電力供給線
１０６ＯＬＥＤ
１０８キャパシタ線
１１０戻り電力線
１１２ゲート
１１４ドレイン
１１６ソース
１１８ピクセル駆動回路
１１９電力線セグメント
１２０白色面
１２２黒色面
１２４黒色面
１２５均一輝度灰色棒
１２６ａ灰色棒の高輝度部分
１２６ｂ灰色棒の低輝度部分
１２６ｃ灰色棒の高輝度部分
１３０基板
１３２半導体層
１３４陽極
１３６ＥＬ層
１３８陰極
１４０入力画像信号を受け取るステップ
１４２線形強度に変換するステップ
１４４輝度を決定するステップ
１４６効率を入力するステップ
１４８電流推定値を計算するステップ
１５０電流を合算するステップ
１５２強度値を蓄えるステップ
１５４最大許容可能電流を得るステップ
１５６比率を計算するステップ
１５８セット比率
１６０ローパスフィルタを適用するステップ
１６２フィルタ処理比率値を適用するステップ
１６４ルックアップ表を入力するステップ
１６６提供ステップ
１６８表示ステップ
１８０基板
１８２半導体層
１８４陰極
１８６電子発光層
１８８陽極
２００ディスプレイ制御装置
２０２ａ列ドライバー
２０２ｂ列ドライバー
２０２ｃ列ドライバー
２０４ａ行ドライバー
２０４ｂ行ドライバー
２１０入力画像信号を受け取るステップ
２１２線形強度に変換するステップ
２１４輝度を決定するステップ
２１６効率を入力するステップ
２１８電流推定値を計算するステップ
２２０電流値を伝送するステップ
２２２Ｓ₁およびＳ₀を計算するステップ
２２４伝送ステップ
２２６電圧修正値を計算するステップ
２２８ルックアップ表を得るステップ
２３０提供ステップ
２３２電圧修正値を付加するステップ
２３４表示ステップ

Claims

アクティブマトリクス電子発光ディスプレイシステムであって、
ａ）領域アレーからなるディスプレイであって、各領域への電流は１対の電力線により提供され、少なくとも一つの電力線は前記ディスプレイの第１次元に沿った方向に配置され、各領域は発光のための発光素子アレーを含む、ディスプレイと、
ｂ）画像信号に応じて各発光素子への電流を独立に制御するためのピクセル駆動回路であって、該発光素子による光出力強度は各発光素子に提供される電流によって決まる、ピクセル駆動回路と、
ｃ）各領域アレー内のピクセル駆動回路に信号を順次提供するための前記第１次元に沿った方向に配置された選択線アレーであって、いずれの領域内のピクセル駆動回路も遅れずに何時でもデータ信号を受信できるように選択される、選択線アレーと、
ｄ）前記第１次元に垂直である前記ディスプレイの第２次元に沿った方向に配置されたデータ線アレーであって、データ線は各発光素子用のピクセル駆動回路に画像信号を提供する、データ線アレーと、
ｅ）前記ピクセル駆動回路を駆動するためのデータ用の入力画像信号を受信すると共に、前記データ線および選択線を通って提供される信号を用いて、前記ディスプレイの各領域中の発光素子を駆動するための変換画像信号を生成するための１つまたは複数のディスプレイドライバーであって、前記領域アレーの各領域内の発光素子を駆動するための入力画像信号を順次受信し、各領域に関して受信した入力画像信号を分析して、さらなる修正なしで用いられる場合、デバイスアーキテクチュア並びにデバイス部品の材料および動作特性に基づき、各領域に電流を提供する少なくとも一つの電力線に沿っての少なくとも１点で生じるであろう電流を推定し、前記入力画像信号および前記の推定電流の関数として各領域中の発光素子を駆動するための変換画像信号を順次生成する、ディスプレイドライバーと、
を含むことを特徴とするアクティブマトリクス電子発光ディスプレイシステム。
前記発光素子がＯＬＥＤを含む、請求項１に記載のディスプレイシステム。
前記ピクセル駆動回路が、前記発光素子に提供される電圧を制御し、各領域内の各発光素子に供給される電流を間接的に制御する、請求項２に記載のディスプレイシステム。
前記１つまたは複数のディスプレイドライバーが、前記電力線に沿っての少なくとも１点での推定された電流および電力線の抵抗に基づき、少なくとも一つの電力線対の少なくとも一部を横切る電圧降下を推定し、前記の推定された電圧降下に基づき前記変換画像信号を生成する、請求項３に記載のディスプレイシステム。
発光素子が反転発光構造からなると共に、発光素子に提供される電圧が該回路を駆動するための元の電圧に推定電圧降下を付加することにより修正される、請求項４に記載のディスプレイシステム。
前記１つまたは複数のディスプレイドライバーが、
ａ．ピクセル駆動回路接続部に対応する多点での少なくとも一つの電力線に沿う推定電流値の合算値、および指標値を掛けた多点での推定電流値の合算値を計算し、
ｂ．抵抗値を掛けた推定電流値の合算値、および抵抗値を掛けた指標値を掛けた推定電流値の合算値に基づき、電力線に沿っての各多点での電圧降下を推定し、
ｃ．入力画像信号から各領域中の各ピクセル駆動回路用の初期駆動電圧を計算し、
ｄ．ピクセル駆動回路接続部での推定電圧降下の合算値、および計算された初期駆動電圧に基づき、各ピクセル駆動回路用の修正駆動電圧を計算することにより、各領域中の発光素子を駆動するための変換画像信号を順次生成する、
請求項５に記載のディスプレイシステム。
発光素子が非反転発光構造からなり、電圧降下の結果として起こるであろう電流降下を決定することにより発光素子に提供される電圧が修正されると共に、電流降下を元の電流推定値に付加することにより相対電流値が修正され、ピクセル駆動回路を駆動するための電圧を提供するための駆動電圧信号に該電流値を変換することにより修正電圧が計算される、請求項４に記載のディスプレイシステム。
ｉ）入力画像信号が２以上の領域にかかる望ましい均一な輝度の目標面を含む場合、およびｉｉ）２以上の領域のうちの１つにおいて目標面の外側で発光素子を駆動するために用いられる平均入力画像信号が、２以上の領域の他の領域の内で目標面の外側で発光素子を駆動するために用いられる平均入力画像信号よりも有意に高くある場合に、画像を表示することから生じる輝度パターンが、変換画像信号がディスプレイの発光素子を駆動するために用いられる場合に、入力画像信号が発光素子を駆動するために用いられようとする場合に較べて、目標面において一層均一であるように、１つまたは複数のディスプレイドライバーが入力画像信号を修正する、請求項１に記載のディスプレイシステム。
前記１つまたは複数のディスプレイドライバーが、推定された電流と参照値の相対値に基づく１つまたは複数の標準化定数の関数として変換画像信号を生成する、請求項１に記載のディスプレイシステム。
前記１つまたは複数のディスプレイドライバーが、各電力線用のピーク電流を推定し、最大推定ピーク電流対参照値の比率に基づく標準化定数を計算し、および標準化定数を入力画像信号に乗算して変換画像信号を生成する、請求項９に記載のディスプレイシステム。
前記１つまたは複数のディスプレイドライバーが、領域の各配列用の値を蓄えると共に、推定電流値と領域用に蓄えられた値間の差の関数として領域用の１つまたは複数の標準化定数を計算して、変換画像信号を生成する、請求項９に記載のディスプレイシステム。
前記１つまたは複数のディスプレイドライバーが、隣接領域用に既に計算された標準化定数の初期セットのフィルタ処理版として各領域用の修正標準化定数を計算することにより変換画像信号を生成する、請求項９に記載のディスプレイシステム。
前記１つまたは複数のディスプレイドライバーが、経時的画像シーケンス中の前の画像用に計算された標準化定数の初期セットのフィルタ処理版として、多入力画像信号用の修正標準化定数を計算することにより経時的画像シーケンス中の個々の入力画像信号用の変換画像信号を生成する、請求項９に記載のディスプレイシステム。
少なくとも一つの領域が、少なくとも別の一つの領域とは異なる色の発光素子を含有する、請求項１に記載のディスプレイシステム。
少なくとも一つの領域が１色を超える発光素子を含有する、請求項１に記載のディスプレイシステム。
前記ディスプレイが異なる３色を超える発光素子を含有し、ディスプレイドライバーが３色入力画像信号を４色以上の画像入力信号に変換し、４色以上の入力画像信号のさらなる修正なしで用いられる場合に、各電力線に沿っての少なくとも１点で生じるであろう推定電流、および、４色以上の入力画像信号の関数として、ディスプレイ中の発光素子を駆動するための変換画像信号を生成する、請求項１に記載のディスプレイシステム。
前記ディスプレイドライバーが、ユーザー輝度調整、ユーザーコントラスト調整、周囲照明センサー、および／または温度センサーを含む１つまたは複数のセットの関数として、入力画像信号を追加的に修正する、請求項１に記載のディスプレイシステム。
前記ディスプレイが少なくとも異なる４色の発光素子を含有すると共に、各領域が全色の発光素子を含有する、請求項１に記載のディスプレイシステム。
前記ピクセル駆動回路は、アモルファスシリコン薄膜トランジスタからなる、請求項１に記載のディスプレイシステム。
前記１つまたは複数のディスプレイドライバーが、１つまたは複数のディスプレイ列ドライバーを含む、請求項１に記載のディスプレイシステム。