JP2024510535A - 基板効果を除去したＯＬＥＤｏＳ画素補償回路およびその制御方法 - Google Patents

基板効果を除去したＯＬＥＤｏＳ画素補償回路およびその制御方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、基板効果を除去するためのＯＬＥＤ画素補償回路に関し、本発明による画素補償回路は、６個のトランジスタと２個の蓄電池を利用してＯＬＥＤを駆動する駆動トランジスタのソース電圧およびボディ電圧を全て固定することにより、基板効果による誤差を除去し、より正確な画素補償結果を提示することができる効果がある。【選択図】図２

Description

本発明は、ＯＬＥＤ駆動のための画素回路に関する。
ＯＬＥＤを駆動するための一般的な画素補償回路は、４個のトランジスタと２個の蓄電池で構成される。図１は、このような一般的な画素補償回路の例を示す。これに使用されたトランジスタは、全部Ｐ型トランジスタである。
ＯＬＥＤ駆動は、３つの段階からなるが、閾値電圧を感知し、情報を伝達し、発光する段階からなる。
閾値電圧感知段階では、Ｔ４がオフし、ＯＬＥＤがオフし、Ｔ１、Ｔ３がオンすることにより、ソース（ｓｏｕｒｃｅ）とゲート（ｇａｔｅ）の電圧差が閾値電圧に設定され、蓄電池Ｃ１、Ｃ２に保存される。
情報伝達段階では、Ｔ３もオフし、Ｔ１のみがオンすることにより、ＤＡＴＡがＴ１を介してＣ１に伝達される。伝達された電圧情報は、Ｃ１とＣ２に分けて保存される。
発光段階では、Ｔ１がオフし、Ｔ４のみがオンし、ＥＬＶＤＤからＯＬＥＤまで電流が流れることになり、したがって、ＯＬＥＤが発光することになる。
ところで、閾値電圧感知段階でＴ２のソース－ボディ（ｂｏｄｙ）の間の電圧と発光段階でのＴ２のソース－ボディの間の電圧が変わるが、これは、Ｔ２のソース電圧が変わるためである。したがって、基板効果のため、Ｔ２の各段階ごとの閾値電圧が変わり、ＯＬＥＤ駆動電流にも誤差が発生し、映像が出力される問題がある。
本発明の発明者らは、このような従来技術のＯＬＥＤ駆動回路の問題点を解決するために研究努力してきた。駆動トランジスタのソース電圧を固定し、基板効果を除去することにより、ＯＬＥＤ駆動電流の誤差を減らし、より正確な補償が可能なＯＬＥＤ駆動回路およびその制御方法を提供するためにたくさんの努力の末に本発明を完成するに至った。
本発明の目的は、基板効果を除去し、ＯＬＥＤ駆動電流の誤差を減らしたＯＬＥＤ画素補償回路およびその制御方法を提供することにある。
なお、本発明の明示されていない他の目的は、下記の詳細な説明およびその効果から容易に推論できる範囲内でさらに考慮される。
本発明によるＯＬＥＤ画素補償回路は、
ＯＬＥＤ素子と；第２ノードに連結されたゲート電極に印加されるデータ信号電圧により前記ＯＬＥＤ素子を駆動し、電源電圧と第３ノードの間を連結する駆動トランジスタと；現在スキャン信号ＳＣＡＮ［ｎ］によりスイッチングされ、入力されるデータ信号電圧を第１ノードに連結された第２蓄電池に伝達する第１トランジスタと；補償信号によりスイッチングされ、基準電圧を前記第１ノードに連結された第２蓄電池に伝達する第２トランジスタと；前記現在スキャン信号より２タイミング前のスキャン信号ＳＣＡＮ［ｎ－２］によりスイッチングされ、前記基準電圧を第１蓄電池と前記第２蓄電池の間の第２ノードに伝達する第３トランジスタと；前記現在スキャン信号より１タイミング前のスキャン信号ＳＣＡＮ［ｎ－１］によりスイッチングされ、前記第２ノードと前記第３ノードの間を連結する第４トランジスタと；発光信号によりスイッチングされ、一端が接地に連結されたＯＬＥＤ素子の他端と前記第３ノードの間を連結する第５トランジスタと；前記電源電圧と前記第２ノードの間に連結された第１蓄電池と；前記第１ノードと前記第２ノードの間に連結された第２蓄電池と；を含む。
前記第１～第５トランジスタおよび駆動トランジスタは、Ｐ型トランジスタであることを特徴とする。
前記ＯＬＥＤ素子は、ＯＬＥＤｏＳ（ＯＬＥＤ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）であることを特徴とする。
前記第１～第５トランジスタおよび前記駆動トランジスタのボディ（ｂｏｄｙ）は、前記電源電圧に連結されることを特徴とする。
本発明の他の実施形態によるＯＬＥＤ画素補償回路の制御方法は、
（ａ）前記第２トランジスタと第３トランジスタをオンさせ（Ｔｕｒｎ－ｏｎ）、残りのトランジスタをオフさせる（Ｔｕｒｎ－ｏｆｆ）初期化段階と；（ｂ）前記第２トランジスタをオンさせた状態を維持し、前記第４トランジスタをオンさせ、残りのトランジスタをオフさせる閾値電圧感知段階と；（ｃ）前記第１トランジスタのみをオンさせ、残りのトランジスタをオフさせる情報入力段階と；（ｄ）前記第５トランジスタのみをオンさせ、前記第１～第４トランジスタをオフさせ、前記駆動トランジスタは前記第２ノードの電圧によりスイッチングされ、前記ＯＬＥＤ素子を駆動する発光段階と；を含む。
本発明によれば、駆動トランジスタのソース電圧およびボディ電圧を全て固定することにより、基板効果による誤差が発生せず、より正確な画素補償結果を提示することができる効果がある。
なお、ここで明らかに言及されていない効果といっても、本発明の技術的特徴によって期待される以下の明細書で記載された効果およびその暫定的な効果は、本発明の明細書に記載されたように扱われることを付け加える。
図１は、従来技術の画素補償回路の例を示す。 図２は、本発明の好ましい一実施形態による画素補償回路の構造図である。 図３は、本発明の好ましい一実施形態による画素補償回路のタイミングに応じた動作を示す。 図４は、本発明の好ましい一実施形態による画素補償回路のタイミングに応じた動作を示す。 図５は、本発明の好ましい一実施形態による画素補償回路のタイミングに応じた動作を示す。 図６は、本発明の好ましい一実施形態による画素補償回路のタイミングに応じた動作を示す。 図７は、本発明の好ましい一実施形態による画素補償回路の効果を示す。 図８は、本発明の好ましい一実施形態による画素補償回路の効果を示す。 図９は、本発明の好ましい他の実施形態による画素補償回路の制御方法のフローチャートである。 添付の図面は、本発明の技術思想に対する理解のために参照として例示されたことを明らかにし、それによって本発明の権利範囲が制限されるものではない。
以下、図面を参照して本発明の多様な実施形態が案内する本発明の構成と当該構成による効果について説明する。本発明を説明するに際して、関連した公知機能についてこの分野の技術者に自明な事項であり、本発明の要旨を不明にすることができると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。
「第１」、「第２」などの用語は、様々な構成要素を説明するのに使用できるが、前記構成要素は、上記の用語によって限定されるべきではない。上記の用語は、ただ１つの構成要素を他の構成要素から区別する目的で使用できる。例えば、本発明の権利範囲を逸脱することなく、「第１構成要素」は「第２構成要素」と命名することができ、同様に、「第２構成要素」も「第１構成要素」と命名することができる。また、単数の表現は、門脈上明白に相異に表現しない限り、複数の表現を含む。本発明の実施形態において使用される用語は、別途定義しない限り、当該技術分野における通常の知識を有する者に通常的に知られている意味と解することができる。
以下、図面を参照して本発明の様々な実施形態が案内する本発明の構成と当該構成による効果について説明する。
図２は、本発明の好ましい一実施形態による画素補償回路の構造図である。
本発明による画素補償回路は、基板効果を除去するために、６個のトランジスタと２個の蓄電池で構成される。本発明に使用されるトランジスタは、全部Ｐ型トランジスタであってもよい。また、発光素子であるＯＬＥＤは、ＯＬＥＤｏＳ（ＯＬＥＤ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）であってもよい。
発光素子であるＯＬＥＤ素子を駆動するための駆動トランジスタＴＤは、電源電圧ＶＤＤをＯＬＥＤに伝達し、第２ノードＮ２がゲート電極に連結され、データ（ＤＡＴＡ）電圧によりスイッチングされる。このために、駆動トランジスタＴＤは、電源電圧ＶＤＤと第３ノードＮ３の間を連結する。駆動トランジスタＴＤは、ゲート（ｇａｔｅ）とソース（ｓｏｕｒｃｅ）の間の電圧差を利用してＯＬＥＤに流れる電流を調整する。
第１トランジスタＴ１は、現在スキャン信号ＳＣＡＮ［ｎ］によりスイッチングされ、データ電圧ＤＡＴＡを第１ノードＮ１に連結された第２蓄電池Ｃ２に伝達する。
第２トランジスタＴ２は、補償信号ＣＯＭＰ［ｎ］によりスイッチングされ、基準電圧Ｖｒｅｆを第１ノードＮ１に連結された第２蓄電池Ｃ２に伝達する。
第３トランジスタＴ３は、現在スキャン信号ＳＣＡＮ［ｎ］より２タイミング前のスキャン信号ＳＣＡＮ［ｎ－２］によりスイッチングされ、基準電圧Ｖｒｅｆを第１蓄電池Ｃ１と第２蓄電池Ｃ２の間の第２ノードＮ２に伝達する。
第４トランジスタＴ４は、現在スキャン信号ＳＣＡＮ［ｎ］より１タイミング前のスキャン信号ＳＣＡＮ［ｎ－１］によりスイッチングされ、第２ノードＮ２と第３ノードＮ３の間を連結する。
第５トランジスタＴ５は、発光信号ＥＭ［ｎ］によりスイッチングされ、接地ＧＮＤに一端が連結されたＯＬＥＤ素子の他端と第３ノードＮ３の間を連結する。
第１蓄電池Ｃ１は、電源電圧ＶＤＤと第２ノードＮ２の間を連結する。
第２蓄電池Ｃ２は、第１ノードＮ１と第２ノードＮ２の間を連結する。
本発明の画素補償回路に含まれたすべてのトランジスタは、ボディ（Ｂｏｄｙ）が全て電源電圧ＶＤＤに連結されていてもよい。
本発明による画素補償回路は、初期化、閾値電圧感知、情報入力、発光の４段階にわたって駆動することができる。
図３～図６は、本発明の好ましい一実施形態による画素補償回路のタイミングに応じた動作を示す。
４段階は、１フレームタイム（ｆｒａｍｅ ｔｉｍｅ）に行われるが、初期化、閾値電圧感知、情報入力段階は、それぞれ、１ラインタイム（ｌｉｎｅ ｔｉｍｅ）中に行われ、発光段階は、１フレームタイムから３ラインタイムを抜いた残りの時間に行われる。
図３は、初期化段階の各トランジスタのオンオフ状態と制御信号のタイミングを示す。
図３の（ｂ）において、補償信号ＣＯＭＰ［ｎ］と２タイミング前のスキャン信号ＳＣＡＮ［ｎ－２］のみが０であるから、第２トランジスタＴ２および第３トランジスタＴ３のみがオンする。
したがって、基準電圧Ｖｒｅｆ信号が第２トランジスタＴ２を介して第２蓄電池Ｃ２に伝達され、第３トランジスタＴ３を介して第１蓄電池Ｃ１に伝達され、保存される。第１蓄電池Ｃ１の両端に電源電圧ＶＤＤと基準電圧Ｖｒｅｆが印加され、第２蓄電池Ｃ２の両端に基準電圧Ｖｒｅｆが印加されるので、２つの蓄電池は、いずれも、保存されていた内容が消去され、初期化される。
次に、図４は、閾値電圧感知段階の各トランジスタのオンオフ状態と制御信号のタイミングを示す。
図４の（ｂ）において、補償信号ＣＯＭＰ［ｎ］は、依然として０であり、１タイミング前のスキャン信号ＳＣＡＮ［ｎ－１］が０であるから、第２トランジスタＴ２と第４トランジスタＴ４がオンする。
第４トランジスタＴ４により第４トランジスタＴ４と連結された駆動トランジスタＴＤのゲートとソースに沿って駆動トランジスタＴＤのゲート電圧はＶＤＤ－Ｖｔｈ，ＴＤに達する。
この際、第１蓄電池Ｃ１と第２蓄電池Ｃ２に充電された第１電荷量Ｑ１は、次の式で求めることができる。
Ｑ１＝Ｃ１（Ｖｔｈ，ＴＤ）＋Ｃ２（ＶＤＤ＋Ｖｔｈ，ＴＤ－Ｖｒｅｆ）
次に、図５は、情報入力段階の各トランジスタのオンオフ状態と制御信号のタイミングを示す。
現在スキャン信号ＳＣＡＮ［ｎ］のみが０であるから、第１トランジスタＴ１のみがオンする。したがって、ＯＬＥＤ素子が表現する情報を入れたデータ電圧ＶＤＡＴＡが第２蓄電池Ｃ２に伝達される。
第２蓄電池Ｃ２に伝達されたデータ電圧ＶＤＡＴＡは、駆動トランジスタＴＤのゲート電圧を変化させる。駆動トランジスタＴＤの変化したゲート電圧をＶｘとすると、第１蓄電池Ｃ１と第２蓄電池Ｃ２に充電された変化した電荷量である第２電荷量Ｑ２は、次の式で求めることができる。
Ｑ1＝Ｃ１（Ｖｘ－ＶＤＤ）＋Ｃ２（Ｖｘ－ＶＤＡＴＡ）
電荷量保存の法則によって第１電荷量Ｑ１と第２電荷量Ｑ２は同一である（Ｑ１＝Ｑ２）。したがって、駆動トランジスタＴＤのゲート電圧Ｖｘは、次のように求めることができる。
Ｖｘ＝（Ｃ１（ＶＤＡＴＡ－Ｖｒｅｆ）／（Ｃ１+Ｃ２））+ＶＤＤ+Ｖｔｈ，ＴＤ
次に、図６は、発光段階の各トランジスタのオンオフ状態と制御信号のタイミングを示す。
発光信号ＥＭ［ｎ］のみが０であるから、第５トランジスタＴ５を除いた他のトランジスタがオフし、電源電圧ＶＤＤからＯＬＥＤ素子に電流が流れるので、ＯＬＥＤがオンする。
この際、ＯＬＥＤに流れる電流は、駆動トランジスタＴＤのソース－ドレーン電流と同一であり、これは、次の式と同じである。
ＩＯＬＥＤ＝ＩＯｅｘｐ（（Ｖｇａｔｅ，ＴＤ－Ｖｓｏｕｒｃｅ，ＴＤ）－Ｖｔｈ，ＴＤ）／ηＶＴ）
これに駆動トランジスタＴＤのゲート電圧であるＶｘを代入して整理すると、次の式を得ることができる。
ＩＯＬＥＤ＝ＩＯｅｘｐ（（１／ηＶＴ）＊（Ｃ２／（Ｃ１＋Ｃ２））（Ｖｒｅｆ－ＶＤＡＴＡ））
結果的に、上記の式で求めた電流によりＯＬＥＤが発光することになる。ここで、データ電圧ＶＤＡＴＡに基準電圧Ｖｒｅｆが加算されており、Ｃ２／（Ｃ１＋Ｃ２）が乗算されていることを確認することができる。したがって、２つの値を調節すると、出力ＯＬＥＤ電流ＩＯＬＥＤに比べて入力情報電圧ＶＤＡＴＡの範囲を調整することができる。第２蓄電池Ｃ２に比べて第１蓄電池Ｃ１の静電容量を増加させるほど同じ大きさの電流変化に対応する電圧範囲が広くなる。また、基準電圧Ｖｒｅｆは、入力電圧－出力電流反応曲線を平行移動させることによって、所望の部分を使用することができる。
本発明によれば、ＯＬＥＤ出力電流で駆動トランジスタＴＤの閾値電圧Ｖｔｈの効果を除去することにより、基板効果をなくすことができる。従来技術とは異なって、駆動トランジスタＴＤのソース電圧が固定されているためである。
また、本発明によれば、電源および閾値電圧の不均一の問題による効果をも除去することができる。上記で求めたＯＬＥＤ駆動電流の式には、電源電圧ＶＤＤおよび閾値電圧Ｖｔｈ，ＴＤが示されていないことが見られる。したがって、電源電圧と閾値電圧が不均一であっても、ＯＬＥＤ駆動電流に影響を及ぼさず、輝度に反映されないので、均一度を高めることができる効果を得ることができる。
図７および図８は、本発明の好ましい一実施形態による画素補償回路の効果を示す。
図７は、ＯＬＥＤの２５６階調を表現するための情報電圧の範囲を示す。
従来技術は、２５６階調を表現するための情報電圧の範囲が０．２８４ボルトに過ぎない。すなわち情報電圧の小さいエラーにも階調が大きく変わることができる。
一方、本発明による情報電圧の範囲は、２．５ボルトであり、従来技術に比べて９倍に近い範囲を有する。したがって、情報電圧のエラーにもかかわらず、従来技術に比べて一層正確な階調を表現することができる長所がある。
図８は、発光電流と閾値電圧の変化による誤差率を示す。
トランジスタ製造工程の過程でトランジスタの閾値電圧の偏差が発生するしかない。したがって、このような偏差を補償しなければ、映像に欠陥が発生する。
図８は、閾値電圧の補償を確認するために、閾値電圧を＋１０ｍＶ、－１０ｍＶ変化を与えてテストした結果であり、図８の（ａ）は、従来技術、図８の（ｂ）は、本発明による結果を示す。
従来発明では、階調変化によって両方向に２０％を超える誤差を示すのに対し、本発明によれば、０．５％程度であり、従来技術に比べて１／４０に過ぎない誤差率を示すので、補償がうまくいっていることを確認することができる。
図９は、本発明の好ましい他の実施形態による画素補償回路の制御方法をもう一度整理したフローチャートである。
本発明の図２に示されたＯＬＥＤ画素補償回路を制御する方法は、４段階からなる。
まず、初期化段階Ｓ１０では、補償信号ＣＯＭＰ［ｎ］と２タイミング前のスキャン信号ＳＣＡＮ［ｎ－２］を０とする。
第２トランジスタＴ２と第３トランジスタＴ３がオンするので、第１蓄電池Ｃ１と第２蓄電池Ｃ２が初期化される。
次に、閾値電圧感知段階Ｓ２０では、補償信号ＣＯＭＰ［ｎ］を０に維持し、２タイミング前のスキャン信号ＳＣＡＮ［ｎ－２］は１に変え、１タイミング前のスキャン信号ＳＣＡＮ［ｎ－１］を０とする。
これによって、第４トランジスタＴ４がオンし、第４トランジスタＴ４と連結された駆動トランジスタＴＤのゲート電圧が設定される。また、駆動トランジスタＴＤの閾値電圧により第１蓄電池Ｃ１と第２蓄電池Ｃ２が充電される。
次に、情報入力段階Ｓ３０では、現在スキャン信号ＳＣＡＮ［ｎ］のみが０となるので、第１トランジスタＴ１のみがオンし、データ電圧ＶＤＡＴＡが第２蓄電池Ｃ２に伝達され、これは、駆動トランジスタＴＤのゲート電圧を変化させる。
次に、発光段階Ｓ４０では、発光信号ＥＭ［ｎ］のみが０であるから、第５トランジスタＴ５のみがオンする。
第５トランジスタＴ５がオンすることにより、電源電圧ＶＤＤからＯＬＥＤ素子に電流が流れ、ＯＬＥＤがオンする。この際、ＯＬＥＤを駆動する電流は、駆動トランジスタＴＤのソース－ドレーン電流である。この電流は、基準電圧Ｖｒｅｆと蓄電池の影響を受けるので、基準電圧Ｖｒｅｆと第１蓄電池Ｃ１、第２蓄電池Ｃ２の静電容量を調節し、ＯＬＥＤ駆動電流を制御することができる。
以上のような本発明のＯＬＥＤ画素補償回路およびその制御方法によれば、駆動トランジスタのソース電圧とボディ電圧を全て固定することにより、基板効果による誤差が発生せず、したがって、より正確な画素補償が可能な長所がある。
本発明の保護範囲が以上で明示的に説明した実施形態の記載と表現に制限されるものではない。また、本発明の属する技術分野における自明な変更や置換により本発明の保護範囲が制限されることもできないことをもう一度付け加える。
本発明は、自然法則を利用してＯＬＥＤの駆動電流の誤差を補償する回路および方法に関し、産業上の利用可能性がある。

Claims (5)

  1. ＯＬＥＤ素子と；
    第２ノードに連結されたゲート電極に印加されるデータ信号電圧により前記ＯＬＥＤ素子を駆動し、電源電圧と第３ノードの間を連結する駆動トランジスタと；
    現在スキャン信号ＳＣＡＮ［ｎ］によりスイッチングされ、入力されるデータ信号電圧を第１ノードに連結された第２蓄電池に伝達する第１トランジスタと；
    補償信号によりスイッチングされ、基準電圧を前記第１ノードに連結された第２蓄電池に伝達する第２トランジスタと；
    前記現在スキャン信号より２タイミング前のスキャン信号ＳＣＡＮ［ｎ－２］によりスイッチングされ、前記基準電圧を第１蓄電池と前記第２蓄電池の間の第２ノードに伝達する第３トランジスタと；
    前記現在スキャン信号より１タイミング前のスキャン信号ＳＣＡＮ［ｎ－１］によりスイッチングされ、前記第２ノードと前記第３ノードの間を連結する第４トランジスタと；
    発光信号によりスイッチングされ、一端が接地に連結されたＯＬＥＤ素子の他端と前記第３ノードの間を連結する第５トランジスタと；
    前記電源電圧と前記第２ノードの間に連結された第１蓄電池と；
    前記第１ノードと前記第２ノードの間に連結された第２蓄電池と；を含む、ＯＬＥＤ画素補償回路。
  2. 前記第１～第５トランジスタおよび駆動トランジスタは、Ｐ型トランジスタであることを特徴とする請求項１に記載のＯＬＥＤ画素補償回路。
  3. 前記ＯＬＥＤ素子は、ＯＬＥＤｏＳ（ＯＬＥＤ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）であることを特徴とする請求項１に記載のＯＬＥＤ画素補償回路。
  4. 前記第１～第５トランジスタおよび前記駆動トランジスタのボディ（ｂｏｄｙ）は、前記電源電圧に連結されることを特徴とする請求項１に記載のＯＬＥＤ画素補償回路。
  5. 請求項１に記載のＯＬＥＤ画素補償回路の制御方法であって：
    （ａ）前記第２トランジスタと第３トランジスタをオンさせ（Ｔｕｒｎ－ｏｎ）、残りのトランジスタをオフさせる（Ｔｕｒｎ－ｏｆｆ）初期化段階と；
    （ｂ）前記第２トランジスタをオンさせた状態を維持し、前記第４トランジスタをオンさせ、残りのトランジスタをオフさせる閾値電圧感知段階と；
    （ｃ）前記第１トランジスタのみをオンさせ、残りのトランジスタをオフさせる情報入力段階と；
    （ｄ）前記第５トランジスタのみをオンさせ、前記第１～第４トランジスタをオフさせ、前記駆動トランジスタは前記第２ノードの電圧によりスイッチングされ、前記ＯＬＥＤ素子を駆動する発光段階と；を含む、ＯＬＥＤ画素補償回路の制御方法。
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