JP3925435B2 - 発光駆動回路及び表示装置並びにその駆動制御方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光駆動回路及び表示装置並びにその駆動制御方法に関し、特に、表示データに応じた電流を供給することにより所定の輝度階調で発光する電流制御型(又は、電流駆動型)の発光素子を、複数配列してなる表示パネル(画素アレイ)に適用可能な発光駆動回路、及び、該電流駆動回路を画素駆動回路として適用した表示装置、並びに、該表示装置における駆動制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、パーソナルコンピュータや映像機器のモニタやディスプレイとして、液晶表示装置(LCD)等の陰極線管(CRT)を適用した表示装置に替わる表示デバイスの普及が著しい。特に、液晶表示装置は、旧来の表示装置に比較して、薄型軽量化、省スペース化、低消費電力化等が可能であるため、急速に普及している。また、比較的小型の液晶表示装置は、近年普及が著しい携帯電話やデジタルカメラ、携帯情報端末(PDA)等の表示デバイスとしても広く適用されている。
【0003】
このような液晶表示装置に続く次世代の表示デバイス(ディスプレイ)として、有機エレクトロルミネッセンス素子(以下、「有機EL素子」と略記する)や無機エレクトロルミネッセンス素子(以下、「無機EL素子」と略記する)、あるいは、発光ダイオード(LED)等のような自己発光型の光学要素を、マトリクス状に配列した表示パネルを備えた発光素子型の表示デバイス(以下、「発光素子型ディスプレイ」と記す)の本格的な実用化が期待されている。
【0004】
特に、アクティブマトリックス駆動方式を適用した発光素子型ディスプレイは、近年普及が著しい液晶表示装置に比較して、表示応答速度が速く、視野角依存性もなく、また、高輝度・高コントラスト化、表示画質の高精細化、低消費電力化等が可能であるとともに、液晶表示装置のようにバックライトを必要としないので、一層の薄型軽量化が可能であるという極めて優位な特徴を有している。
【0005】
ここで、上述した発光素子型ディスプレイにおいては、発光素子の動作(発光状態)を制御するための駆動制御機構や制御方法が種々提案されている。例えば、特許文献1等に記載されているように、表示パネルを構成する各表示画素ごとに、上記発光素子に加えて、該発光素子を発光駆動制御するための複数のスイッチング素子からなる駆動回路(以下、便宜的に、「発光駆動回路」と記す)を備えた構成が知られている。
【0006】
図10は、従来技術における有機EL素子を備えた発光素子型ディスプレイの各表示画素の回路構成例を示す等価回路である。
すなわち、特許文献1に記載された表示画素は、図10に示すように、表示パネルにマトリクス状に配設された複数の選択ライン(走査ライン)SL及びデータライン(信号ライン)DLの各交点近傍に、ゲート端子が選択ラインSLに、ソース端子及びドレイン端子がデータラインDL及び接点N31に各々接続された薄膜トランジスタ(TFT)Tr31と、ゲート端子が接点N31に、ソース端子が接地電位Vgndに各々接続された薄膜トランジスタTr32と、を備えた発光駆動回路DCP、及び、発光駆動回路DCPの薄膜トランジスタTr32のドレイン端子にアノード端子が接続され、カソード端子が接地電位Vgndよりも低い定電源電圧Vssに接続された有機EL素子OELを有して構成されている。
【0007】
なお、図10において、Cpは、薄膜トランジスタTr32のゲート−ソース間に形成される寄生容量である。また、薄膜トランジスタTr31はnチャンネル型MOSトランジスタ(NMOSトランジスタ)により構成され、薄膜トランジスタTr32はpチャンネル型MOSトランジスタ(PMOSトランジスタ)により構成されている。
そして、このような構成を有する発光駆動回路DCPにおいては、以下に示すように、薄膜トランジスタTr31及びTr32からなる2個のトランジスタ(スイッチング手段)を所定のタイミングでオン、オフ制御することにより、有機EL素子OELを発光制御する。
【0008】
すなわち、発光駆動回路DCPにおいて、まず、図示を省略した走査ドライバにより、選択ラインSLにハイレベルの選択信号Vselを印加して表示画素を選択状態に設定すると、薄膜トランジスタTr31がオン動作し、図示を省略したデータドライバによりデータラインDLに印加された、表示データ(画像信号)に応じた信号電圧(階調電圧)Vpixが薄膜トランジスタTr31を介して、薄膜トランジスタTr32のゲート端子に印加される。これにより、薄膜トランジスタTr32が上記信号電圧Vpixに応じた導通状態でオン動作して、接地電位Vgndから薄膜トランジスタTr32を介して定電源電圧Vss方向に所定の発光駆動電流が流れ、有機EL素子OELが表示データに応じた輝度階調で発光する。
【0009】
次いで、選択ラインSLにローレベルの選択信号Vselを印加して表示画素を非選択状態に設定すると、薄膜トランジスタTr31がオフ動作することにより、データラインDLと発光駆動回路DCPとが電気的に遮断される。これにより、薄膜トランジスタTr32のゲート端子に印加された電圧が寄生容量Cpにより保持されて、薄膜トランジスタTr32は、オン状態を維持することになり、接地電位Vgndから薄膜トランジスタTr32を介して有機EL素子OELに発光駆動電流が流れる動作が維持され、発光動作が継続される。この発光動作は、次の表示データに応じた信号電圧Vpixが各表示画素に書き込まれるまで、例えば、1フレーム期間継続されるように制御される。
このような駆動制御方法は、各表示画素(薄膜トランジスタTr32)に印加する電圧(信号電圧Vpix)を調整することにより、有機EL素子に流す発光駆動電流の電流値を制御して、所定の輝度階調で発光動作させていることから、電圧駆動方式又は電圧印加方式と呼ばれている。
【0010】
【特許文献1】
特開2002−156923号公報 (第4頁、図2)
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような発光駆動回路を表示画素に備えた表示装置においては、以下に示すような問題を有していた。
すなわち、図10に示したような発光駆動回路においては、2個の薄膜トランジスタTr31及びTr32の素子特性(チャネル抵抗等)や有機EL素子OELの素子特性(抵抗等)が、周囲の温度や使用時間に依存して変化した場合には、発光素子(有機EL素子OEL)に供給される発光駆動電流に影響を与えるため、長期間にわたり安定的に所望の発光特性(所定の輝度階調での表示)を実現することが困難になるという問題を有していた。
【0012】
また、表示画質の高精細化を図るために、表示パネルを構成する各表示画素を微細化すると、発光駆動回路を構成する薄膜トランジスタTr31及びTr32の動作特性(ソース−ドレイン間電流等)のバラツキが大きくなるため、適正な階調制御が行えなくなり、各表示画素の表示特性にバラツキが生じて画質の劣化を招くという問題を有していた。
【0013】
さらに、図10に示したような発光駆動回路においては、回路構成上、発光素子(有機EL素子)に発光駆動電流を供給する薄膜トランジスタTr32のソース端子に電流供給源となる接地電位Vgndが接続され、発光素子の他端側(カソード側)に電流供給源よりも低電位の定電源電圧Vssが接続されているため、これらの薄膜トランジスタを良好に動作させるためには、PMOSトランジスタを適用する必要がある。
【0014】
ここで、一般に、既に製造技術が確立されたアモルファスシリコンを用いてPMOSトランジスタを形成した場合、十分な動作特性や機能を実現することができないため、発光駆動回路にPMOSトランジスタを混在させた構成を有する場合にあっては、ポリシリコンや単結晶シリコンの製造技術を用いなければならなかった。しかしながら、ポリシリコンや単結晶シリコンを用いた製造技術においては、アモルファスシリコンを用いた製造技術に比較して、製造プロセスが煩雑なうえ、製造コストも高価であるため、発光駆動回路を備えた表示装置の製品コストの高騰を招くという問題を有していた。
【0015】
そこで、本発明は、上述した種々の問題点に鑑み、発光素子を所望の輝度階調で発光動作させるディスプレイにおいて、既に確立された安価な製造技術を適用しつつ、良好な発光特性を実現することができる発光駆動回路を提供し、以て、高精細化が可能な安価な表示パネルを備えた表示装置並びにその駆動制御方法を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発光駆動回路は、一端が発光素子に接続され、他端が所定の電源電圧に接続された第1の電流路、及び、該第1の電流路の一端側から他端側方向に所定の電流値を有する書込電流を流し、該書込電流に伴う電荷を蓄積する電荷蓄積手段を有し、前記発光素子は、前記第1の電流路の一端と、一定の電圧値を有する定電圧源との間に、前記第1の電流路の一端側の電圧が前記定電圧源側の電圧より低い状態が順バイアス状態となるように接続され、該順バイアス状態において前記電荷蓄積手段に蓄積された電荷に基づく駆動電流を、前記第1の電流路の一端側から他端側方向に流すことにより、該駆動電流を前記発光素子に供給する制御を行う発光制御手段と、前記第1の電流路に前記書込電流を流す制御を行う書込制御手段と、前記第1の電流路に電気的に接続され、前記書込電流の電流値を規定する信号電流が流れる第2の電流路と、を備え、第1の動作タイミングで、前記発光制御手段により、前記電源電圧の電圧を第1の電圧に設定し、前記書込制御手段により前記第1の電流路の一端の電圧を前記第1の電圧及び前記定電圧源の電圧より高い電圧に設定して前記発光素子を逆バイアス状態とするとともに、前記第1の電流路に前記書込電流を流すことにより、前記電荷蓄積手段に前記書込電流に応じた所定の電荷を蓄積し、第2の動作タイミングで、前記発光制御手段により、前記電源電圧の電圧を、前記定電圧源の電圧より低く、前記第1の電圧より低い第2の電圧に設定して、前記発光素子を順バイアス状態とし、前記電荷蓄積手段に蓄積された電荷に基づいて前記第1の電流路に前記駆動電流を流すことにより、前記書込電流と略同等の電流値を有する前記駆動電流を前記発光素子に供給することを特徴とする。
【0018】
請求項2記載の発光駆動回路は、請求項1記載の発光駆動回路において、前記書込制御手段は、前記第1の電流路と前記第2の電流路の間に設けられ、前記第2の電流路側から前記第1の電流路側へ前記書込電流を流す第3の電流路を備えることを特徴とする。
請求項3記載の発光駆動回路は、請求項2記載の発光駆動回路において、前記書込制御手段は、該第3の電流路に流れる電流を制御する電流制御手段を備えることを特徴とする。
【0019】
請求項4記載の発光駆動回路は、請求項3記載の発光駆動回路において、前記発光制御手段は、前記第1の電流路に設けられ、前記第1の電流路に流れる前記書込電流の電流値を制御する第1のスイッチング素子を備え、前記電荷蓄積手段は、少なくとも、前記第1のスイッチング素子と前記第1の電流路の間に設けられた容量素子からなり、前記書込制御手段は、前記第1のスイッチング素子の動作を制御する第2のスイッチング素子を備え、前記電流制御手段は、前記第3の電流路に設けられ、該第3の電流路に流れる電流を制御する第3のスイッチング素子を備えることを特徴とする。
【0021】
請求項5記載の発光駆動回路は、請求項4記載の発光駆動回路において、前記第1乃至第3のスイッチング素子は、nチャネル型のアモルファスシリコンからなる薄膜トランジスタにより構成されていることを特徴とする。
請求項6記載の発光駆動回路は、請求項4記載の発光駆動回路において、前記電荷蓄積手段は、前記容量素子と、前記第1のスイッチング素子及び前記第2のスイッチング素子の間に形成される寄生容量と、を含むことを特徴とする。
【0022】
請求項7記載の発光駆動回路は、請求項6記載の発光駆動回路において、前記電荷蓄積手段は、前記容量素子の容量値が、前記寄生容量よりも小さくなるように設定されていることを特徴とする。
請求項8記載の発光駆動回路は、請求項1乃至7のいずれかに記載の発光駆動回路において、前記発光素子は、前記発光制御手段により供給される前記駆動電流の電流値に応じて、所定の輝度階調で発光動作する電流制御型の発光素子であることを特徴とする。
請求項9記載の発光駆動回路は、請求項8記載の発光駆動回路において、前記発光素子は、有機エレクトロルミネッセント素子であることを特徴とする。
【0023】
請求項10記載の表示装置は、マトリクス状に配列された複数の表示画素を有する表示パネルを備え、前記各表示画素に対して、表示信号に応じた電流値を有する信号電流を供給することにより、前記表示パネルに所望の画像情報を表示する表示装置において、前記各表示画素は、発光素子と、前記発光素子の発光動作を制御する画素駆動回路と、を備え、前記画素駆動回路は、一端が前記発光素子に接続され、他端が所定の電源電圧に接続された第1の電流路、及び、該第1の電流路の一端側から他端側方向に所定の電流値を有する書込電流を流し、該書込電流に伴う電荷を蓄積する電荷蓄積手段を有し、前記発光素子は、前記第1の電流路の一端と、一定の電圧値を有する定電圧源との間に、前記第1の電流路の一端側の電圧が前記定電圧源側の電圧より低い状態が順バイアス状態となるように接続され、該順バイアス状態において前記電荷蓄積手段に蓄積された電荷に基づく駆動電流を、前記第1の電流路の一端側から他端側方向に流すことにより、該駆動電流を前記発光素子に供給する制御を行う発光制御手段と、前記第1の電流路に前記書込電流を流す制御を行う書込制御手段と、を備えて、第1の動作タイミングで、前記発光制御手段により、前記電源電圧の電圧を第1の電圧に設定し、前記書込制御手段により前記第1の電流路の一端の電圧を前記第1の電圧及び前記定電圧源の電圧より高い電圧に設定して前記発光素子を逆バイアス状態とするとともに、前記第1の電流路に前記書込電流を流すことにより、前記電荷蓄積手段に前記書込電流に応じた所定の電荷を蓄積し、第2の動作タイミングで、前記発光制御手段により、前記電源電圧の電圧を、前記定電圧源の電圧より低く、前記第1の電圧より低い第2の電圧に設定して前記発光素子を順バイアス状態とし、前記電荷蓄積手段に蓄積された電荷に基づいて前記第1の電流路に前記駆動電流を流すことにより、前記書込電流と略同等の電流値を有する前記駆動電流を前記発光素子に供給し、前記表示パネルは、前記各表示画素を行単位で選択するための選択信号が印加される選択ラインと、前記第1の電流路に電気的に接続され、前記書込電流の電流値を規定する前記信号電流が流れる第2の電流路としてのデータラインと、を備えることを特徴とする。
【0024】
請求項11記載の表示装置は、請求項10記載の表示装置において、少なくとも、前記選択ラインに前記選択信号を印加する走査駆動手段と、前記データラインに前記信号電流を流す信号駆動手段と、を備えることを特徴とする。
【0025】
請求項12記載の表示装置は、請求項10記載の表示装置において、前記書込制御手段は、前記第1の電流路及び前記データラインの間に設けられ、前記データライン側から前記第1の電流路側へ前記書込電流を流す第3の電流路と、前記第3の電流路に流れる電流を制御する電流制御手段と、を備えることを特徴とする。
【0026】
請求項13記載の表示装置は、請求項12記載の表示装置において、前記発光制御手段は、前記第1の電流路に設けられ、前記第1の電流路に流れる前記書込電流の電流値を制御する第1のスイッチング素子を備え、前記電荷蓄積手段は、少なくとも、前記第1のスイッチング素子と前記第1の電流路の間に設けられた容量素子からなり、前記書込制御手段は、前記第1のスイッチング素子の動作を制御する第2のスイッチング素子を備え、前記電流制御手段は、前記第3の電流路に設けられ、該第3の電流路に流れる電流を制御する第3のスイッチング素子を備えることを特徴とする。
【0028】
請求項14記載の表示装置は、請求項13記載の表示装置において、前記第1乃至第3のスイッチング素子は、nチャネル型のアモルファスシリコン薄膜トランジスタにより構成されていることを特徴とする。
請求項15記載の表示装置は、請求項13記載の表示装置において、前記電荷蓄積手段は、前記容量素子と、前記第1のスイッチング素子及び前記第2のスイッチング素子の間に形成される寄生容量と、を含み、前記容量素子の容量値が、前記寄生容量よりも小さくなるように設定されていることを特徴とする。
請求項16記載の表示装置は、請求項10乃至15のいずれかに記載の表示装置において、前記発光素子は、前記発光制御手段により供給される前記駆動電流の電流値に応じて、所定の輝度階調で発光動作する電流制御型の発光素子であることを特徴とする。
【0029】
請求項17記載の表示装置の駆動制御方法は、マトリクス状に配列された複数の表示画素を有する表示パネルを備え、該各表示画素は発光素子を備え、各表示画素に対して、表示信号に応じた電流値を有する信号電流を供給することにより、前記表示パネルに所望の画像情報を表示する表示装置の駆動制御方法において、前記発光素子は、第1の電流路の一端と、一定の電圧値を有する定電圧源との間に、前記第1の電流路の一端側の電圧が前記定電圧源側の電圧より低い状態が順バイアス状態となるように接続され、前記各表示画素の選択期間中に、前記第1の電流路の他端に第1の電圧を印加し、該第1の電流路の一端に、前記第1の電圧及び前記定電圧源の電圧より高い電圧を印加して、前記発光素子を逆バイアス状態とするとともに、前記第1の電流路の、一端側から他端側方向に所定の電流値を有する書込電流を流すステップと、少なくとも、前記第1の電流路に付設された容量素子に、前記書込電流に応じた所定の電荷を蓄積するステップと、前記各表示画素の非選択期間中に、前記第1の電流路の他端に、前記定電圧源の電圧より低く、前記第1の電圧より低い第2の電圧を印加して、前記発光素子を順バイアス状態とし、前記容量素子に蓄積された電荷に応じた駆動電流を、前記第1の電流路の一端側から他端側方向に流すことにより、前記書込電流と略同等の電流値を有する前記駆動電流を前記発光素子に供給するステップと、を含むことを特徴とする。
【0031】
すなわち、本発明に係る発光駆動回路は、有機EL素子や発光ダイオード等のように、供給される電流値に応じて所定の輝度で自己発光する電流制御型の発光素子に対して、所望の輝度階調で発光動作させるための駆動電流(発光駆動電流)を供給する駆動回路であって、第1の電流路に流す書込電流及び発光駆動電流を制御する第1のスイッチング素子(薄膜トランジスタ)及び電荷蓄積手段(容量素子)を備えた発光制御手段と、第1のスイッチング素子の動作状態を制御して書込電流を第1の電流路に流す制御を行う第2のスイッチング素子(薄膜トランジスタ)、及び、書込電流の電流値を規定する信号電流(階調電流)が流れる第2の電流路(データライン)と第1の電流路との間に設けられた第3の電流路に上記書込電流を流すことにより、第1の電流路に書込電流を流す制御を行う第3のスイッチング素子(薄膜トランジスタ;電流制御手段)を備えた書込制御手段と、を有して構成されている。
ここで、上記第1の電流路の一端側には、発光素子が接続され、他端側には、所定の電源電圧が接続されている。また、発光素子は、上記第1の電流路の一端と所定の定電圧源(定電源電圧)との間に接続され、定電圧源側の電圧が第1の電流路の一端側よりも高い状態を順バイアス状態とするように構成されている。
【0032】
このような構成を有する発光駆動回路において、書込動作期間(選択期間;第1の動作タイミング)においては、上記第1及び第3のスイッチング素子を介して、第1の電流路の一端側から他端側方向に、第1の電流路に書込電流が流れるように制御され、第1のスイッチング素子に付設された電荷蓄積手段に、第1の書込電流に応じた所定の電荷が蓄積されるとともに、発光素子に逆バイアスが印加されて非発光状態に保持されるように制御される。
また、書込動作期間後の発光動作期間(保持期間、非選択期間;第2の動作タイミング)においては、上記容量素子に蓄積された電荷に基づいて、第1の電流路の一端側から他端側方向に上記書込電流と略同等の駆動電流が流れることにより、発光素子に順バイアスが印加されて、該駆動電流が発光素子に供給されて所定の輝度階調で発光動作する。
【0033】
これにより、発光素子の発光状態(輝度階調)に応じて電流値を指定した階調電流を供給し、該階調電流に対応する書込電流の電流値に応じて保持される電圧に基づいて、発光素子に流す駆動電流の電流値を制御することにより、発光素子を所定の輝度階調で発光動作させる電流指定方式を適用することができ、また、上記書込電流を電圧成分に変換する機能(電流/電圧変換機能)と、発光素子に所定の電流値の駆動電流を供給する機能(発光駆動機能)を単一の薄膜トランジスタ(第1のスイッチング素子)を用いて実現することができるので、発光駆動回路を構成する各スイッチング素子の素子特性(各薄膜トランジスタの動作特性)相互のバラツキの影響を排除して長期間にわたり安定的に所望の発光特性を実現することができる。
【0034】
また、本発明に係る発光駆動回路においては、発光駆動回路を構成する第1乃至第3のスイッチング素子として、全てnチャネル型のアモルファスシリコン薄膜トランジスタを適用することができるので、すでに確立されたアモルファスシリコンを用いたトランジスタ製造技術を適用して、ポリシリコンや単結晶シリコンを用いた製造技術に比較して、簡易かつ安価な製造プロセスで、動作特性が良好で安定した発光駆動回路を製造することができる。
【0035】
また、本発明に係る発光駆動回路おいては、負荷となる発光素子側に定電圧源(定電源電圧)を設け、第1の電流路の一端側(発光素子側)から他端側(電源電圧側)方向に駆動電流が流れることにより発光素子に順バイアスの電圧が印加されるように、回路構成及び電圧関係を設定する(ソースフォロア型の回路構成を適用せず、かつ、トップアノード型の接続構成を適用している)ことにより、第1のスイッチング素子の制御電圧の変化量が、発光素子の特性変化(経時変化)の影響を受けないので、発光素子に流れる発光駆動電流のバラツキを抑制して、発光輝度の均一化を図ることができる。
【0036】
さらに、本発明に係る発光駆動回路において、電荷蓄積手段として、第1のスイッチング素子と第1の電流路との間に付設された容量素子に加え、該容量素子に並列的に形成される寄生容量を含み、かつ、容量素子の容量値を寄生容量よりも小さくなるように設定することにより、書込動作時における第1のスイッチング素子の制御電圧の変化量を大きくすることができるので、発光素子に供給される駆動電流に対する書込電流の電流値を相対的に大きく設定することができる。したがって、第2の電流路(データライン)を介して発光駆動回路に供給する信号電流(階調電流)の電流値を大きくして、第2の電流路に付加される配線容量を迅速に充電することができ、比較的低い輝度階調で発光素子を発光動作させる場合であっても、信号電流に対応する書込電流を発光駆動回路に短時間で良好に書き込む(電圧成分として保持する)ことができる。
【0037】
そして、本発明に係る表示装置及びその駆動制御方法は、上述したような回路構成を有する発光駆動回路を画素駆動回路として適用し、相互に直交する選択ライン及びデータラインの交点近傍に、画素駆動回路及び発光素子からなる表示画素をマトリクス状に配列してなる表示パネルを備えた表示装置において、上記表示パネルの所定の行に配列された表示画素群の選択期間(書込動作期間)では、各表示画素を構成する画素駆動回路において一端が発光素子に、他端が所定の電源電圧に各々接続された第1の電流路の、一端側から他端側方向に、各発光素子を所望の輝度階調で発光動作させるための階調電流により規定される電流値を有する書込電流を流すことにより、該第1の電流路に付設された容量素子に書込電流に応じた所定の電荷を蓄積するとともに、発光素子に逆バイアスを印加して非発光状態に保持し、一方、上記選択期間経過後の非選択期間(発光動作期間)では、上記選択期間において容量素子に蓄積された電荷に基づいて、第1の電流路の一端側から他端側方向に上記書込電流と略同等の電流値を有する駆動電流(発光駆動電流)が流れることにより、発光素子に順バイアスが印加されて、発光素子に該駆動電流が供給され、所定の輝度階調で発光動作するように構成されている。
【0038】
これにより、発光素子の発光状態(輝度階調)に応じて電流値を指定した階調電流に対応する書込電流の電流値に応じて保持される電圧に基づいて、発光素子に流す駆動電流の電流値を制御することにより、発光素子を所定の輝度階調で発光動作させる電流指定方式を適用することができるとともに、書込電流を電圧成分に変換する機能(電流/電圧変換機能)と、発光素子に所定の電流値の駆動電流を供給する機能(発光駆動機能)を単一のスイッチング素子(薄膜トランジスタ)を用いて実現することができるので、発光駆動回路を構成する各スイッチング素子の素子特性のバラツキを抑制して適正な階調制御を行うことができ、各表示画素の表示特性を均一化して表示画質の向上を図ることができる。
【0039】
また、本発明に係る表示装置及びその駆動制御方法においては、上述したように、画素駆動回路(発光駆動回路)を構成し、電流/電圧変換機能及び発光駆動機能を備えるスイッチング素子に対して、負荷となる発光素子がソースフォロア型の回路構成を有さず、かつ、該発光素子がトップアノード型の接続構成を有していることにより、上記スイッチング素子の制御電圧の変化量が、発光素子の特性変化(経時変化)の影響を受けないようにすることができるので、表示パネルを構成する各表示画素の発光素子に流れる発光駆動電流のバラツキを抑制して、発光輝度の均一化を図ることができ、良好な表示画質を実現することができる。
【0040】
さらに、本発明に係る表示装置において、電荷蓄積手段として、上記容量素子に加え、該容量素子に並列的に形成される寄生容量を含み、かつ、容量素子の容量値を寄生容量よりも小さくなるように設定することにより、表示画素群の選択期間(書込動作期間)における上記スイッチング素子(電流/電圧変換機能及び発光駆動機能を備えるスイッチング素子)の制御電圧の変化量を大きくすることができるので、発光素子に供給される駆動電流に対する書込電流の電流値を相対的に大きく設定することができる。したがって、比較的低い輝度階調で発光素子を発光動作させる場合や、表示パネルの高精細化等に伴って各表示画素の選択期間を短く設定した場合等であっても、データラインを介して各表示画素(画素駆動回路)に供給される階調電流の電流値を大きくして、該データラインに付加される配線容量を迅速に充電して、所定の書込動作期間内に表示データ(階調電流に対応する書込電流)を良好に書き込むことができ、高精細化された表示パネルを備えつつ、表示応答特性や表示画質に優れた表示装置を実現することができる。
【0041】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る発光駆動回路及び表示装置並びにその駆動制御方法について、実施の形態を示して詳しく説明する。
<発光駆動回路>
図1は、本発明に係る発光駆動回路の一実施形態を示す回路構成図である。
【0042】
図1に示すように、本実施形態に係る発光駆動回路DCAは、例えば、相互に直交するように配設された選択ライン(走査ライン)SLとデータライン(信号ライン)DLとの交点近傍に、ゲート端子が選択ラインSLに、ソース端子及びドレイン端子がデータライン(第2の電流路)DL及び接点N11に各々接続された薄膜トランジスタ(第3のスイッチング素子)Tr12と、ゲート端子が選択ラインSLに、ソース端子及びドレイン端子が接点N11及び接点N12に各々接続された薄膜トランジスタ(第2のスイッチング素子)Tr11と、ゲート端子が接点N12に、ソース端子が電源ラインVLに接続されるとともに、ドレイン端子が接点N11に各々接続された薄膜トランジスタ(第1のスイッチング素子)Tr13と、接点N12(薄膜トランジスタTr3のゲート端子)及び電源ラインVL間に接続されたコンデンサ(電荷蓄積手段、容量素子)Csaと、を備えた構成を有している。
【0043】
ここで、薄膜トランジスタTr11乃至Tr13は、いずれもnチャネル型のアモルファスシリコンにより構成されている。また、有機EL素子(発光素子)OELは、上記発光駆動回路DCAの接点N11にカソード端子が、所定の定電源電圧(高電位電圧Vad;定電圧源)にアノード端子が各々接続されている。ここで、本発明においては、このような発光素子の接続構成を、便宜的に「トップアノード型」とも表記する。さらに、コンデンサCsaは、薄膜トランジスタTr13のゲート−ソース間に形成される寄生容量であってもよいし、その寄生容量に加えて接点N12及び電源ラインVL間にさらに、容量素子を別個に付加するようにしたものであってもよい。
【0044】
すなわち、上述したような構成を有する発光駆動回路DCAにおいて、薄膜トランジスタTr13が設けられる電源ラインVLと接点N11間の電流路は、本発明に係る第1の電流路を構成し、該第1の電流路、薄膜トランジスタTr13及びコンデンサCsaを含む回路構成は、本発明に係る発光制御手段を構成する。また、上記薄膜トランジスタTr12を含む回路構成は、本発明に係る電流制御手段を構成し、薄膜トランジスタTr12が設けられる接点N11とデータラインDL間の電流路は、本発明に係る第3の電流路を構成し、薄膜トランジスタTr11、第3の電流路及び薄膜トランジスタTr12を含む回路構成は、本発明に係る書込制御手段を構成する。
【0045】
<電流駆動回路の駆動制御方法>
次いで、上述したような構成を有する電流駆動回路における駆動制御方法について説明する。
上述したように、本実施形態に係る発光駆動回路おいては、発光駆動回路DCAに設けられた、電流/電圧変換機能及び発光駆動機能を備えた薄膜トランジスタTr13に対して、負荷となる有機EL素子OELがドレイン端子に接続され(すなわち、ソース端子に接続されたソースフォロア型の回路構成を適用せず)、かつ、該薄膜トランジスタTr13に接続される有機EL素子OELのアノード端子側に定電源電圧(ハイレベル)Vadが印加されるトップアノード型の接続構成を適用した構成を有している。
【0046】
すなわち、薄膜トランジスタTr13において、ソース端子側に電源ラインVLを介して所定の信号電圧を有する電源電圧Vccが印加され、かつ、ドレイン端子に有機EL素子OELが接続された構成を有している。また、書込動作時における階調電流を、データライン側から各表示画素(発光駆動回路)方向へ流し込む書込方式(以下、便宜的に「電流供給型」と表記する)を適用するとともに、発光動作時における発光駆動電流を、有機EL素子OEL側から発光駆動回路方向へ流し込む発光駆動方式を適用する。以下、詳しく説明する。
【0047】
図2は、本実施形態に係る発光駆動回路の動作例(書込動作/発光動作)を示す概念図であり、図3は、本実施形態に係る発光駆動回路の動作例を示すタイミングチャートである。
(発光駆動回路の書込動作期間;選択期間)
図1に示した本実施形態に係る発光駆動回路の書込動作期間(第1の動作タイミング)においては、図2(a)及び図3に示すように、任意の行(図3においては、i行目)の選択ラインSLに対して、ハイレベルの選択信号Vsel(=Vsh)が印加されるとともに、電源ラインVLに対して、ハイレベルの電源電圧Vcc(=Vch)が印加される。また、このタイミングに同期して、各列(図3においては、j列目)の有機EL素子OELを所定の輝度階調で発光動作させるために必要な所定の階調電流Id(=Ipix)をデータラインDLに供給する。ここで、電源電圧Vcc(=Vch)として、選択信号Vsel(=Vsh)よりも低い電圧レベル(Vsh>Vch)を有するように設定し、また、データラインDLに階調電流Ipixを供給するための階調電圧Vd(=Vpix)として、有機EL素子OELのアノード端子に印加される高電位電圧Vad及び電源電圧Vcc(=Vch)よりも高い電圧レベル(Vd>Vad、Vch)を有するように設定する。
【0048】
これにより、図2(a)に示すように、発光駆動回路DCAを構成する薄膜トランジスタTr11及びTr12がオン動作して、データラインDLから階調電流Ipixが供給される(押し込まれる)動作が行われることにより、薄膜トランジスタTr12を介して電源電圧Vchよりも高電位の階調電圧Vdが接点N11(すなわち、薄膜トランジスタTr13のドレイン端子)及び接点N12(すなわち、薄膜トランジスタTr13のゲート端子)に印加されるとともに、階調電圧Vdよりも低電位の電源電圧Vchが薄膜トランジスタTr13のソース端子に印加される。
【0049】
このように、接点N11及び接点N12間(薄膜トランジスタTr13のゲート−ソース間)に電位差が生じることにより、薄膜トランジスタTr13がオン動作して、図2(a)及び図3に示すように、データラインDLから薄膜トランジスタTr12、接点N11、薄膜トランジスタTr13を介して、電源ラインVL方向に階調電流(信号電流)Ipixに対応した書込電流IAaが流れる。
【0050】
このとき、コンデンサCsaには、薄膜トランジスタTr13のゲート−ソース間に生じた電位差に対応する電荷が蓄積され、電圧成分として保持される(充電される)。また、有機EL素子OELのアノード端子に印加される電圧Vadよりも高電位の階調電圧Vdに基づいて書込電流IAaが流れることにより、接点N11は、上記電圧Vadよりも高くなり、有機EL素子OELに逆バイアス電圧が印加されている状態となるため、有機EL素子OELには発光駆動電流が流れず、発光動作は行われない。
【0051】
(発光駆動回路の発光動作期間;保持期間)
次いで、上述した書込動作期間終了後の有機EL素子OELの発光動作期間(第2の動作タイミング)においては、選択ラインSLに対して、ローレベルの選択信号Vsel(=Vsl)が印加されるとともに、電源ラインVLに対して、ローレベルの電源電圧Vcc(=Vcl)が印加される。また、このタイミングに同期して、データラインDLを介してi行目の各発光駆動回路DCAへ供給される階調電流Ipixの供給動作(書込電流IAaの供給動作)を停止する。ここで、少なくとも電源電圧Vcc(=Vcl)として、有機EL素子OELのアノード端子に印加される高電位電圧Vadよりも低い電圧レベル(Vad>Vcl)を有するように設定する。
【0052】
これにより、図2(b)に示すように、発光駆動回路DCAを構成する薄膜トランジスタTr11及びTr12がオフ動作して、接点N11及び接点N12への階調電圧Vdの印加が遮断されるとともに、薄膜トランジスタTr12を介してデータラインDLから接点N11へ流れる書込電流IAaが遮断されるので、コンデンサCsaは、上述した書込動作において蓄積された電荷(充電電圧)を保持する。
【0053】
このように、コンデンサCsaが書込動作時の充電電圧を保持することにより、接点N11及び接点N12間(薄膜トランジスタのTr13のゲート−ソース間)の電位差が保持されることになり、薄膜トランジスタTr13はオン状態を維持する。また、電源ラインVLには、有機EL素子OELのアノード端子に印加される電圧Vadよりも低い電源電圧Vclが印加されるので、有機EL素子OELのカソード端子(接点N11)に印加される電位は、アノード端子の電圧Vadよりも低くなり、有機EL素子OELに順バイアス電圧が印加される状態となる。
【0054】
したがって、図2(b)及び図3に示すように、高電位電圧V ad を有する定電圧源から有機EL素子OEL、接点N11、薄膜トランジスタTr13を介して、電源ラインVL方向に発光駆動電流(駆動電流)IAbが流れ、有機EL素子OELが該発光駆動電流IAbの電流値に応じた所定の輝度階調で発光する。ここで、コンデンサCsaに保持される電荷(充電電圧)に基づく電位差は、薄膜トランジスタTr13において階調電流Id(=Ipix)に対応する書込電流IAaを流す場合の電位差に相当するので、有機EL素子OELに流れる発光駆動電流IAbは、上記書込電流IAaと同等の電流値(IAb≒IAa)を有することになる。これにより、書込動作期間に書き込まれた電圧成分に基づいて、所定の発光状態(輝度階調)に対応する発光駆動電流IAbが供給されることになり、有機EL素子OELは所望の輝度階調で継続的に発光する。
【0055】
上述したような発光駆動回路DCAによれば、書込動作期間において、有機EL素子OELの発光状態(輝度階調)に応じて電流値を指定した階調電流Id(書込電流IAa)を供給し、その電流値に応じて保持される電圧に基づいて、有機EL素子OELに流す発光駆動電流IAbを制御することにより、所定の輝度階調で発光動作させる電流指定方式が適用され、また、単一の薄膜トランジスタTr13により、所望の輝度階調に応じた信号電流の電流レベルを電圧レベルに変換する機能(電流/電圧変換機能)と、有機EL素子OELに所定の電流値の発光駆動電流IAbを供給する機能(発光駆動機能)の双方を実現しているので、発光駆動回路DCAを構成する各薄膜トランジスタの動作特性のバラツキの影響を受けることなく、長期間にわたり安定的に所望の発光特性を実現することができるという利点を有している。
【0056】
また、上述したような発光駆動回路DCAを構成する各薄膜トランジスタTr11〜Tr13については、全てnチャネル型MOSトランジスタを適用することにより、上記駆動制御動作を良好に実行させることができるので、アモルファスシリコンを用いた単一型の薄膜トランジスタを、上記発光駆動回路DCAに良好に適用することができる。したがって、すでに確立されたアモルファスシリコンを用いた製造技術を適用して、動作特性の安定した回路構成を比較的安価に実現することができる。
【0057】
さらに、本実施形態に係る発光駆動回路DCAにおいては、以下に示すような作用効果も有している。
すなわち、図1及び図2に示したように、上述した発光駆動回路DCAにおいては、電流/電圧変換機能及び発光駆動機能を備えた薄膜トランジスタTr13のドレイン端子に有機EL素子OELのカソード端子が接続された構成を有しており、ソース端子に負荷の入力端子(有機EL素子OELのアノード端子に相当する)が接続された、いわゆる、ソースフォロア型の回路構成を有していない。
【0058】
加えて、有機EL素子OELのアノード端子が定電源電圧(高電位電圧Vad)に接続されたトップアノード型の接続構成を有しており、カソード端子が定電源電圧(例えば、接地電位)に接続された接続構成(便宜的に「トップカソード型」と表記する)を有していない。このようなトップアノード型の接続構成を適用した回路構成においては、書込動作期間にコンデンサCsaに蓄積される電荷量Qsaは、次式(11)のように表される。
Qsa=Csa×(VN12−Vcc) ・・・(11)
ここで、VN12は書込動作時における接点N12の電圧であり、Vccは書込動作時に電源ラインVLに印加される電源電圧(ハイレベル)である。
【0059】
このとき、薄膜トランジスタTr11のゲート端子(選択ラインSL)と接点N12間に形成される寄生容量Ctaに蓄積される電荷量Qtaは、次の式(12)のように表される。
Qta=Cta×(Vsel−VN12) ・・・(12)
ここで、Vselは書込動作時に選択ラインSLに印加される選択信号の信号電圧(ハイレベル)である。
【0060】
一方、発光動作期間(保持期間)において、コンデンサCsaに蓄積される電荷量Qsa´は、次式(13)のように表される。
Qsa´=Csa×(VN12´−Vcc´) ・・・(13)
ここで、VN12´は発光動作時における接点N12の電圧であり、Vcc´は発光動作時に電源ラインVLに印加される電源電圧(ローレベル)である。
【0061】
このとき、上記寄生容量Ctaに蓄積される電荷量Qta´は、次式(14)のように表される。
Qta´=Cta×(Vsel´−VN12´) ・・・(14)
ここで、Vsel´は発光動作時に選択ラインSLに印加される選択信号Vselの信号電圧(ローレベル)である。
【0062】
そして、上述した書込動作から発光動作への状態の移行において、次式(15)に示すように、各コンデンサ及び寄生容量における電荷の変化量が等しいとすると、上記式(11)〜式(14)に基づいて、次式(16)のように表され、書込動作期間から発光動作期間への状態の移行における薄膜トランジスタTr13のゲート−ソース間電位VT13gsの変化量ΔVT13gsは、式(17)のように表される。
【0063】
なお、ΔVN12は書込動作期間から発光動作期間へ状態移行した場合の接点N12の電圧の変化量(VN12−VN12´)である。
ここで、上記式(17)に示した、接点N12の電圧の変化量ΔVN12は、次式(18)のように表わすことができるので、上記式(17)は、式(19)のように表される。
ΔVN12=(VT13gs(hold)+Vcc(hold))−Vcc(write)
・・・(18)
ΔVT13gs
=Cta/Csa×(ΔVsel−VT13 gs(hold)−Vcc(hold))+Vcc(write)
・・・(19)
なお、VT13gs(hold)は発光動作時における薄膜トランジスタTr13のゲート−ソース間電圧であり、Vcc(hold)は発光動作時に電源ラインVLに印加される電源電圧(ローレベル)であり、Vcc(write)は書込動作時に電源ラインVLに印加される電源電圧(ハイレベル)である。
【0064】
このように、本実施形態に係る発光駆動回路によれば、上記式(19)に示すように、有機EL素子OELのアノード端子及びカソード端子間に印加される電圧に関連する項を含まないため、有機EL素子OELの素子特性の経時変化(特性変化)の影響を受けることがない。
したがって、このような発光駆動回路を、表示パネルを構成する各表示画素に適用した場合、有機EL素子OELに流れる発光駆動電流のバラツキを抑制して、発光輝度を均一化することができるので、良好な表示画質を実現することができる。
【0065】
また、本実施形態に係る発光駆動回路において、上記式(19)に示すように、コンデンサCsaの容量値と寄生容量Ctaの容量との比は、薄膜トランジスタTr13のゲート−ソース間電位の変化量ΔVT13gsや、接点N12の電圧の変化量ΔVN12に密接に関係するので、コンデンサCsaの容量値を寄生容量Ctaに比較して小さく設定(Csa<Cta)することにより、書込動作時における接点N12の電圧の変化量ΔVN12を大きくして、発光駆動電流IAbに対する書込電流IAaの電流値を大きく(IAa>IAb)することができる。
したがって、データラインDLに供給する階調電流Idの電流値を大きくして、データラインに付加される寄生容量(配線容量)を迅速に充電することができるので、比較的低い輝度階調の表示データであっても、表示パネルへの書込速度を向上させることができ、表示応答特性の改善を図ることができる。
【0066】
なお、上述した実施形態においては、発光駆動回路DCAとして3個の薄膜トランジスタTr11乃至Tr13を備えた回路構成を示して説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、電流指定方式を適用した発光駆動回路であって、発光駆動回路DCAに設けられた電流/電圧変換機能及び発光駆動機能を備えた薄膜トランジスタに対して、負荷となる発光素子(有機EL素子)がソースフォロア型に接続されておらず、かつ、該発光素子の入力端子(有機EL素子のアノード端子)側に定電源電圧が印加された接続構成(トップアノード型)を有するものであれば、他の回路構成を有するものであってもよいことはいうまでもない。
【0067】
<表示装置>
次に、上述した発光駆動回路を表示画素の画素駆動回路として適用し、該表示画素を複数マトリクス状に配列してなる表示パネルを備えた表示装置について、図面を参照して説明する。
図4は、本発明に係る表示装置の全体構成の一例を示す概略ブロック図であり、図5は、本実施形態に係る表示装置に適用される表示パネルの一例を示す概略構成図である。
【0068】
図4、図5に示すように、本実施形態に係る表示装置100は、概略、相互に並行して配設された複数の選択ライン(走査ライン)SL及び電源ラインVLと複数のデータライン(信号ライン)DLとの各交点近傍に、上述した発光駆動回路と同等の回路構成を有する画素駆動回路DC及び有機EL素子(発光素子)OELを備えた複数の表示画素がマトリクス状に配列された表示パネル110と、表示パネル110の選択ラインSLに接続され、各選択ラインSLに所定のタイミングで順次ハイレベルの選択信号(走査信号)Vselを印加することにより、行ごとの表示画素群を選択状態に設定(走査)する走査ドライバ(走査駆動手段)120Aと、表示パネル110のデータラインDLに接続され、各データラインDLへの表示データに応じた信号電流(階調電流)の供給状態を制御するデータドライバ(信号駆動手段)130と、表示パネル110の選択ラインSLに並行して配設された電源ラインVLに接続され、各電源ラインVLに所定のタイミングで順次ハイレベル又はローレベルの電源電圧Vccを印加することにより、表示画素群に表示データに応じた所定の信号電流(書込電流、発光駆動電流)を流す電源ドライバ140と、後述する表示信号生成回路160から供給されるタイミング信号に基づいて、少なくとも、走査ドライバ120A及びデータドライバ130、電源ドライバ140の動作状態を制御する走査制御信号及びデータ制御信号、電源制御信号を生成、出力するシステムコントローラ150と、表示装置100の外部から供給される映像信号に基づいて、表示データを生成してデータドライバ130に供給するとともに、該表示データを表示パネル110に画像表示するためのタイミング信号(システムクロック等)を抽出、又は、生成してシステムコントローラ150に供給する表示信号生成回路160と、を備えて構成されている。
【0069】
以下、上記各構成について説明する。
図6は、本実施形態に係る表示装置に適用されるデータドライバの要部構成を示すブロック図であり、図7は、本実施形態に係るデータドライバに適用される電圧電流変換・階調電流供給回路の一例を示す回路構成図である。また、図8は、本実施形態に係る表示装置の駆動制御方法の一動作タイミングを示すタイミングチャートである。さらに、図9は、本発明に係る表示装置に適用される走査ドライバの他の例を示す概略構成図である。
【0070】
(表示パネル)
表示パネル110にマトリクス状に配列された表示画素は、図5に示すように、走査ドライバ120から選択ラインSLに印加される走査信号Vsel、及び、信号ドライバ130からデータラインDLに供給される信号電流(階調電流)Ipix、電源ドライバ140から電源ラインVLに印加される電源電圧Vccに基づいて、上述した発光駆動回路DCAと同様に、表示画素への書込動作及び発光動作を制御する画素駆動回路DCと、画素駆動回路DCにより供給される発光駆動電流の電流値に応じて発光時の輝度階調が制御される有機EL素子(発光素子)OELと、を有して構成されている。なお、本実施形態においては、発光素子として有機EL素子OELを適用した場合について示すが、発光駆動電流の電流値に応じて所定の輝度階調で発光動作を行う電流制御型の発光素子であれば、発光ダイオード等の他の発光素子であってもよい。
【0071】
ここで、画素駆動回路DCは、上述した発光駆動回路DCAと同様に、選択信号Vselに基づいて選択状態(書込動作期間;選択期間)又は非選択状態(発光動作期間;保持期間)に設定され、選択状態において表示データに応じた階調電流Ipix(書込電流IAa)を取り込んで電圧レベルとして保持し、非選択状態において保持した電圧レベルに応じた発光駆動電流IAbを有機EL素子OELに流して、所定の輝度階調で継続的に発光させる機能を有している。
【0072】
(走査ドライバ)
走査ドライバ120Aは、システムコントローラ150から供給される走査制御信号に基づいて、各選択ラインSLにハイレベルの走査信号Vselを順次印加することにより、各行ごとの表示画素を選択状態とし、データドライバ130により表示データに基づく階調電流IpixをデータラインDLに供給して、各表示画素に所定の書込電流IAaを書き込むように制御する。
【0073】
走査ドライバ120Aは、具体的には、図5に示すように、シフトレジスタとバッファからなるシフトブロックSBを、各選択ラインSLに対応させて複数段備え、後述するシステムコントローラ150から供給される走査制御信号(走査スタート信号SSTR、走査クロック信号SCLK等)に基づいて、シフトレジスタにより表示パネル110の上方から下方に順次シフトしつつ生成されたシフト信号が、バッファを介して所定の電圧レベル(ハイレベル)を有する走査信号Vsel(=Vsh)として各選択ラインSLに印加される。
【0074】
(データドライバ)
データドライバ130は、システムコントローラ150から供給されるデータ制御信号(出力イネーブル信号OE、データラッチ信号STB、サンプリングスタート信号STR、シフトクロック信号CLK等)に基づいて、表示信号生成回路160から供給される表示データを所定のタイミングで取り込んで保持し、該表示データに対応する階調電圧を電流成分に変換して、階調電流Ipixとして各データラインDLに一括して供給する。
【0075】
データドライバ130は、具体的には、図6に示すように、システムコントローラ150から供給されるデータ制御信号(シフトクロック信号CLK、サンプリングスタート信号STR)に基づいて、順次シフト信号を出力するシフトレジスタ回路131と、該シフト信号の入力タイミングに基づいて、表示信号生成回路160から供給される1行分の表示データD0〜Dn(デジタルデータ)を順次取り込むデータレジスタ回路132と、データ制御信号(データラッチ信号STB)に基づいて、データレジスタ回路132により取り込まれた1行分の表示データD0〜Dnを保持するデータラッチ回路133と、図示を省略した電源供給手段から供給される階調生成電圧V0〜Vnに基づいて、上記保持された表示データD0〜Dnを所定のアナログ信号電圧(階調電圧Vd(=Vpix))に変換するD/Aコンバータ134と、アナログ信号電圧に変換された表示データに対応する階調電流Ipixを生成し、システムコントローラ150から供給されるデータ制御信号(出力イネ−ブル信号OE)に基づくタイミングで、該階調電流Ipixを表示パネル110に配設された各データラインDLに供給する電圧電流変換・階調電流供給回路135と、を有して構成されている。
【0076】
ここで、電圧電流変換・階調電流供給回路135に適用可能であって、各データラインDLごとに接続される回路構成としては、例えば、図7に示すように、一方の入力端子に、入力抵抗Rを介して階調電圧Vpixが入力され、他方の入力端子に、入力抵抗Rを介して基準電圧(接地電位)が入力されるとともに、出力端子が帰還抵抗Rを介して一方の入力端子に接続されたオペアンプOP1と、オペアンプOP1の出力端子に出力抵抗Rを介して設けられた接点NAの電位が、一方の入力端子に入力され、出力端子が他方の入力端子に接続されるとともに、出力抵抗Rを介してオペアンプOP1の他方の入力端子に接続されたオペアンプOP2と、接点NAに、システムコントローラ150から供給される出力イネ−ブル信号OEに基づいてオン/オフ動作し、データラインDLへの階調電流Ipixの供給状態を制御するスイッチング手段SWと、を備えた構成を有している。
【0077】
このような電圧電流変換・階調電流供給回路によれば、入力される階調電圧Vpixに対して、Ipix=Vpix/Rからなる階調電流Ipixが生成され、出力イネーブル信号OEの入力タイミングに基づいて、データラインDLに供給される。
したがって、本実施形態に係るデータドライバ130によれば、表示データに応じた階調電圧Vpixから階調電流Ipixが変換、生成され、所定のタイミングで各データラインDLに供給されることにより、選択状態に設定された行の各表示画素(画素駆動回路)に、表示データに対応する階調電流Ipixが流れ込むように制御される。
【0078】
(システムコントローラ)
システムコントローラ150は、走査ドライバ120A及びデータドライバ130、電源ドライバ140の各々に対して、動作状態を制御する走査制御信号及びデータ制御信号(上述した走査シフトスタート信号SSTRや走査クロック信号SCLK、シフトスタート信号STRやシフトクロック信号CLK、ラッチ信号STB、出力イネ−ブル信号OE等)、電源制御信号(電源スタート信号VSTR、電源クロック信号VCLK等)を出力することにより、各ドライバを所定のタイミングで動作させて、所定の電圧レベルを有する選択信号Vsel及び階調電流Ipix、電源電圧Vccを生成、出力させ、各表示画素(画素駆動回路)における駆動制御動作(書込動作、発光動作)を連続的に実行させて、所定の映像信号に基づく画像情報を表示パネル110に表示させる制御を行う。
【0079】
(電源ドライバ)
電源ドライバ140は、システムコントローラ150から供給される電源制御信号に基づいて、上記走査ドライバ120Aにより各行ごとの表示画素群が選択状態に設定されるタイミング(書込動作期間)に同期して、電源ラインVLにハイレベルの電源電圧Vch(選択信号Vsel及び階調電圧Vpixよりも低い電圧レベル)を印加することにより、データドライバ130からデータラインDL及び表示画素(発光駆動回路DC)を介して電源ラインVL方向に、表示データに基づく所定の書込電流Ipixを供給し、一方、走査ドライバ120Aにより各行ごとの表示画素群が非選択状態に設定されるタイミング(発光動作期間)に同期して、電源ラインVLにローレベルの電源電圧Vclを印加することにより、有機EL素子OELから表示画素(発光駆動回路)を介して電源ラインVL方向に、表示データに基づいて書き込まれた書込電流IAaと同等の発光駆動電流IAbを流すように制御する(上述した発光駆動回路の説明及び図2参照)。
【0080】
電源ドライバ140は、具体的には、図5に示すように、概略、上述した走査ドライバ120Aと同様に、シフトレジスタとバッファからなるシフトブロックSBを、各電源ラインVLに対応させて複数段備え、システムコントローラ150から供給される電源制御信号(電源スタート信号VSTR、電源クロック信号VCLK等)に基づいて、シフトレジスタにより表示パネル110の上方から下方に順次シフトしつつ生成されたシフト信号が、バッファを介して所定の電圧レベル(走査ドライバ120Aによる選択状態においてはハイレベル、非選択状態においてはローレベル)を有する電源電圧Vch、Vclとして各電源ラインVLに印加される。
【0081】
(表示信号生成回路)
表示信号生成回路160は、例えば、表示装置の外部から供給される映像信号から輝度階調信号成分を抽出し、表示パネル110の1行分ごとに、該輝度階調信号成分を表示データとしてデータドライバ130のデータレジスタ回路132に供給する。ここで、上記映像信号が、テレビ放送信号(コンポジット映像信号)のように、画像情報の表示タイミングを規定するタイミング信号成分を含む場合には、表示信号生成回路160は、上記輝度階調信号成分を抽出する機能のほか、タイミング信号成分を抽出してシステムコントローラ150に供給する機能を有するものであってもよい。この場合においては、上記システムコントローラ150は、表示信号生成回路160から供給されるタイミング信号に基づいて、走査ドライバ120Aやデータドライバ130、電源ドライバ140に対して供給する走査制御信号及びデータ制御信号、電源制御信号を生成する。
【0082】
このような構成を有する表示装置における駆動制御方法は、まず、図8に示すように、1フレーム期間Tcycを1周期として、該1フレーム期間Tcyc内に、特定の選択ラインSLに接続された表示画素群を選択して表示データに対応する階調電流Ipixを表示画素(画素駆動回路DC)に流し込むように供給して、各表示画素に所定の書込電流(図2に示した書込電流IAa)を流し、信号電圧として保持する表示画素の選択期間(図2に示した選択期間に対応する)Tseと、該書込動作期間Tseに書き込み、保持された信号電圧に基づいて、上記表示データに応じた発光駆動電流(図2に示した発光駆動電流IAb)を有機EL素子OELを介して画素駆動回路に流し込むように供給して、有機EL素子OELを所定の輝度階調で発光動作させる表示画素の非選択期間(図5に示した保持期間に対応する)Tnseと、を設定(Tcyc=Tse+Tnse)し、各動作期間において、上述した発光駆動回路DCAと略同等の駆動制御を実行する。ここで、各行ごとに設定される書込動作期間Tseは、相互に時間的な重なりが生じないように設定される。
【0083】
すなわち、表示画素への書込動作期間Tseにおいては、図8に示すように、特定の行(i行目)の表示画素群に対して、走査ドライバ120A及び電源ドライバ140により選択ラインSL及び電源ラインVLを所定の電圧レベルに設定して走査(ハイレベルの選択信号Vsh及びハイレベルの電源電圧Vchを印加)することにより、データドライバ130により各データラインDLを介して供給された階調電流Ipixに対応する書込電流IAaを電圧成分として保持するとともに、有機EL素子OELに発光駆動電流が流れないように制御し、その後の発光動作期間Tnseにおいては、上記書込動作期間Tseに保持された電圧成分に基づく発光駆動電流IAb(≒IAa)を定電源電圧から有機EL素子OELに継続的に供給することにより、表示データに対応する輝度階調で発光する動作が継続される。
このような一連の駆動制御動作を、図8に示すように、1フレーム期間Tcyc内に、表示パネル110を構成する全ての行の表示画素群について順次繰り返し実行することにより、表示パネル1画面分の表示データに基づいて所望の画像情報が表示される。
【0084】
したがって、本実施形態に係る表示装置及びその駆動制御方法によれば、表示パネルを構成する各表示画素に設けられた画素駆動回路(発光駆動回路)が、図1及び図2に示したように、書込電流の電流/電圧変換機能と発光駆動電流の供給機能の双方を、単一の薄膜トランジスタに備え、また、負荷となる有機EL素子が該薄膜トランジスタのドレイン端子に接続された回路構成を有し(すなわち、ソースフォロア型の回路構成を適用せず)、かつ、有機EL素子のアノード端子側に定電源電圧が印加されるトップアノード型の接続構成を有しているので、該薄膜トランジスタの動作に関連する電圧変化(ゲート−ソース間電位の変化量)が、有機EL素子に印加される電圧変化(すなわち、有機EL素子の特性変化)の影響を受けないようにして、有機EL素子に流れる発光駆動電流のバラツキを抑制することができ、表示パネルの発光輝度を均一化して良好な表示画質を実現することができる。
【0085】
また、上記薄膜トランジスタのゲート−ソース間に設けられる容量成分を構成するコンデンサ及び寄生容量について、寄生容量の容量値をコンデンサよりも大きく設定することにより、所定の発光駆動電流を流すために必要な書込電流の電流値を大きく設定することができるので、例えば、比較的下位の輝度階調で発光素子を発光動作させる場合や発光素子を微細化した場合のように、微小な駆動電流を発光素子に供給する場合、もしくは、各表示画素の書込動作期間(選択期間)を短く設定した場合であっても、比較的大きな電流値を有する階調電流によりデータラインの配線容量を短時間で充電して、所定の書込動作期間内に表示データを良好に書き込むことができ、高精細化された表示パネルを備えつつ、表示応答特性や表示画質に優れた表示装置を実現することができる。
【0086】
なお、本実施形態においては、表示パネル110の周辺に付設されるドライバとして、図4及び図5に示すように、走査ドライバ120A、データドライバ130及び電源ドライバ140を個別に配置した構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、上述したように、走査ドライバ120A及び電源ドライバ140は、タイミングが同期する同等の制御信号(走査制御信号及び電源制御信号)に基づいて動作するので、例えば、図9に示すように、走査ドライバ120Bに、選択信号Vselの生成、出力タイミングに同期して電源電圧Vccを供給する機能を備えるように構成したものであってもよい。このような構成によれば、周辺回路の構成を簡素化することができる。
【0087】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る発光駆動回路及び表示装置並びにその駆動制御方法によれば、有機EL素子や発光ダイオード等のように、供給される電流値に応じて所定の輝度で自己発光する電流制御型の発光素子に対して、所望の輝度階調で発光動作させるための駆動電流(発光駆動電流)を供給する発光駆動回路において、発光素子の発光状態(輝度階調)に応じて電流値を指定した階調電流を供給し、該階調電流に対応する書込電流の電流値に応じて保持される電圧に基づいて、発光素子に流す駆動電流の電流値を制御することにより、発光素子を所定の輝度階調で発光動作させる電流指定方式を適用することができ、また、上記書込電流を電圧成分に変換する機能(電流/電圧変換機能)と、発光素子に所定の電流値の駆動電流を供給する機能(発光駆動機能)を単一の薄膜トランジスタを用いて実現することができるので、発光駆動回路を構成する各薄膜トランジスタの動作特性相互のバラツキの影響を排除して長期間にわたり安定的に所望の発光特性を実現することができる。したがって、表示パネルを構成する各表示画素(発光素子)の適正な階調制御を行うことができ、各表示画素の表示特性を均一化して表示画質の向上を図ることができる。
【0088】
また、発光駆動回路を構成する各スイッチング素子として、全てnチャネル型のアモルファスシリコン薄膜トランジスタを適用することができるので、すでに確立されたアモルファスシリコンを用いたトランジスタ製造技術を適用して、ポリシリコンや単結晶シリコンを用いた製造技術に比較して、簡易かつ安価な製造プロセスで、動作特性が良好で安定した発光駆動回路、及び、該発光駆動回路を画素駆動回路として備えた表示装置を製造することができる。
【0089】
また、負荷となる発光素子の出力端子(カソード端子)を、電流/電圧変換機能及び発光駆動機能を備えた薄膜トランジスタのドレイン端子に接続し、発光素子の入力端子(アノード端子)を定電圧源(定電源電圧)に接続し、書込動作期間(選択期間)においては、発光素子に逆バイアスが印加されて非発光状態に保持され、また、発光動作期間(保持期間、非選択期間)においては、発光素子に順バイアスが印加されて、該駆動電流が発光素子に供給されて所定の輝度階調で発光動作するように回路構成及び電圧関係を設定する(ソースフォロア型の回路構成を適用せず、かつ、トップアノード型の接続構成を適用する)ことにより、上記薄膜トランジスタに印加される制御電圧の変化量が、発光素子の特性変化(経時変化)の影響を受けないようにすることができるので、このような発光駆動回路を、表示パネルを構成する各表示画素の画素駆動回路に適用することにより、各表示画素の発光素子に流れる発光駆動電流のバラツキを抑制して、発光輝度の均一化を図ることができ、良好な表示画質を実現することができる。
【0090】
さらに、階調電流に対応する書込電流を電圧成分として充電する電荷蓄積手段として、電流/電圧変換機能及び発光駆動機能を備えた薄膜トランジスタに付設された容量素子に加え、該容量素子に並列的に形成される寄生容量を含み、かつ、容量素子の容量値を寄生容量よりも小さくなるように設定することにより、書込動作時における上記薄膜トランジスタに印加される制御電圧の変化量を大きくすることができるので、発光素子に供給される駆動電流に対する書込電流の電流値を相対的に大きく設定することができる。したがって、比較的低い輝度階調で発光素子を発光動作させる場合や、表示パネルの高精細化等に伴って各表示画素の選択期間を短く設定した場合等であっても、データラインを介して各表示画素(画素駆動回路)に供給される階調電流の電流値を大きくして、該データラインに付加される配線容量を迅速に充電して、所定の書込動作期間内に表示データ(階調電流に対応する書込電流)を良好に書き込むことができ、高精細化された表示パネルを備えつつ、表示応答特性や表示画質に優れた表示装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る発光駆動回路の一実施形態を示す回路構成図である。
【図2】本実施形態に係る発光駆動回路の動作例(書込動作/発光動作)を示す概念図である。
【図3】本実施形態に係る発光駆動回路の動作例を示すタイミングチャートである。
【図4】本発明に係る表示装置の全体構成の一例を示す概略ブロック図である。
【図5】本実施形態に係る表示装置に適用される表示パネルの一例を示す概略構成図である。
【図6】本実施形態に係る表示装置に適用されるデータドライバの要部構成を示すブロック図である。
【図7】本実施形態に係るデータドライバに適用される電圧電流変換・階調電流供給回路の一例を示す回路構成図である。
【図8】本実施形態に係る表示装置の駆動制御方法の一動作タイミングを示すタイミングチャートである。
【図9】本発明に係る表示装置に適用される走査ドライバの他の例を示す概略構成図である。
【図10】従来技術における有機EL素子を備えた発光素子型ディスプレイの各表示画素の回路構成例を示す等価回路である。
【符号の説明】
DC 画素駆動回路
DCA 発光駆動回路
SL 選択ライン
DL データライン
VL 電源ライン
Tr11〜Tr13 薄膜トランジスタ
Csa コンデンサ
Cta 寄生容量
OEL 有機EL素子
100 表示装置
110 表示パネル
120A 走査ドライバ
130 データドライバ
140 電源ドライバ
Claims (17)
- 一端が発光素子に接続され、他端が所定の電源電圧に接続された第1の電流路、及び、該第1の電流路の一端側から他端側方向に所定の電流値を有する書込電流を流し、該書込電流に伴う電荷を蓄積する電荷蓄積手段を有し、前記発光素子は、前記第1の電流路の一端と、一定の電圧値を有する定電圧源との間に、前記第1の電流路の一端側の電圧が前記定電圧源側の電圧より低い状態が順バイアス状態となるように接続され、該順バイアス状態において前記電荷蓄積手段に蓄積された電荷に基づく駆動電流を、前記第1の電流路の一端側から他端側方向に流すことにより、該駆動電流を前記発光素子に供給する制御を行う発光制御手段と、
前記第1の電流路に前記書込電流を流す制御を行う書込制御手段と、
前記第1の電流路に電気的に接続され、前記書込電流の電流値を規定する信号電流が流れる第2の電流路と、
を備え、
第1の動作タイミングで、前記発光制御手段により、前記電源電圧の電圧を第1の電圧に設定し、前記書込制御手段により前記第1の電流路の一端の電圧を前記第1の電圧及び前記定電圧源の電圧より高い電圧に設定して前記発光素子を逆バイアス状態とするとともに、前記第1の電流路に前記書込電流を流すことにより、前記電荷蓄積手段に前記書込電流に応じた所定の電荷を蓄積し、
第2の動作タイミングで、前記発光制御手段により、前記電源電圧の電圧を、前記定電圧源の電圧より低く、前記第1の電圧より低い第2の電圧に設定して、前記発光素子を順バイアス状態とし、前記電荷蓄積手段に蓄積された電荷に基づいて前記第1の電流路に前記駆動電流を流すことにより、前記書込電流と略同等の電流値を有する前記駆動電流を前記発光素子に供給することを特徴とする発光駆動回路。 - 前記書込制御手段は、前記第1の電流路と前記第2の電流路の間に設けられ、前記第2の電流路側から前記第1の電流路側へ前記書込電流を流す第3の電流路を備えることを特徴とする請求項1記載の発光駆動回路。
- 前記書込制御手段は、該第3の電流路に設けられ、該第3の電流路に流れる電流を制御する電流制御手段を備えることを特徴とする請求項2記載の発光駆動回路。
- 前記発光制御手段は、前記第1の電流路に設けられ、前記第1の電流路に流れる前記書込電流の電流値を制御する第1のスイッチング素子を備え、
前記電荷蓄積手段は、少なくとも、前記第1のスイッチング素子と前記第1の電流路の間に設けられた容量素子からなり、
前記書込制御手段は、前記第1のスイッチング素子の動作を制御する第2のスイッチング素子を備え、
前記電流制御手段は、前記第3の電流路に設けられ、該第3の電流路に流れる電流を制御する第3のスイッチング素子を備えることを特徴とする請求項3記載の発光駆動回路。 - 前記第1乃至第3のスイッチング素子は、nチャネル型のアモルファスシリコンからなる薄膜トランジスタにより構成されていることを特徴とする請求項4記載の発光駆動回路。
- 前記電荷蓄積手段は、前記容量素子と、前記第1のスイッチング素子及び前記第2のスイッチング素子の間に形成される寄生容量と、を含むことを特徴とする請求項4記載の発光駆動回路。
- 前記電荷蓄積手段は、前記容量素子の容量値が、前記寄生容量よりも小さくなるように設定されていることを特徴とする請求項6記載の発光駆動回路。
- 前記発光素子は、前記発光制御手段により供給される前記駆動電流の電流値に応じて、所定の輝度階調で発光動作する電流制御型の発光素子であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の発光駆動回路。
- 前記発光素子は、有機エレクトロルミネッセント素子であることを特徴とする請求項8記載の発光駆動回路。
- マトリクス状に配列された複数の表示画素を有する表示パネルを備え、前記各表示画素に対して、表示信号に応じた電流値を有する信号電流を供給することにより、前記表示パネルに所望の画像情報を表示する表示装置において、
前記各表示画素は、発光素子と、前記発光素子の発光動作を制御する画素駆動回路と、を備え、
前記画素駆動回路は、一端が前記発光素子に接続され、他端が所定の電源電圧に接続された第1の電流路、及び、該第1の電流路の一端側から他端側方向に所定の電流値を有する書込電流を流し、該書込電流に伴う電荷を蓄積する電荷蓄積手段を有し、前記発光素子は、前記第1の電流路の一端と、一定の電圧値を有する定電圧源との間に、前記第1の電流路の一端側の電圧が前記定電圧源側の電圧より低い状態が順バイアス状態となるように接続され、該順バイアス状態において前記電荷蓄積手段に蓄積された電荷に基づく駆動電流を、前記第1の電流路の一端側から他端側方向に流すことにより、該駆動電流を前記発光素子に供給する制御を行う発光制御手段と、前記第1の電流路に前記書込電流を流す制御を行う書込制御手段と、を備えて、第1の動作タイミングで、前記発光制御手段により、前記電源電圧の電圧を第1の電圧に設定し、前記書込制御手段により前記第1の電流路の一端の電圧を前記第1の電圧及び前記定電圧源の電圧より高い電圧に設定して前記発光素子を逆バイアス状態とするとともに、前記第1の電流路に前記書込電流を流すことにより、前記電荷蓄積手段に前記書込電流に応じた所定の電荷を蓄積し、第2の動作タイミングで、前記発光制御手段により、前記電源電圧の電圧を、前記定電圧源の電圧より低く、前記第1の電圧より低い第2の電圧に設定して前記発光素子を順バイアス状態とし、前記電荷蓄積手段に蓄積された電荷に基づいて前記第1の電流路に前記駆動電流を流すことにより、前記書込電流と略同等の電流値を有する前記駆動電流を前記発光素子に供給し、
前記表示パネルは、前記各表示画素を行単位で選択するための選択信号が印加される選択ラインと、前記第1の電流路に電気的に接続され、前記書込電流の電流値を規定する前記信号電流が流れる第2の電流路としてのデータラインと、を備えることを特徴とする表示装置。 - 前記表示装置は、少なくとも、
前記選択ラインに前記選択信号を印加する走査駆動手段と、
前記データラインに前記信号電流を流す信号駆動手段と、
を備えることを特徴とする請求項10記載の表示装置。 - 前記書込制御手段は、
前記第1の電流路及び前記データラインの間に設けられ、前記データライン側から前記第1の電流路側へ前記書込電流を流す第3の電流路と、
前記第3の電流路に設けられ、前記第3の電流路に流れる電流を制御する電流制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項10記載の表示装置。 - 前記発光制御手段は、前記第1の電流路に設けられ、前記第1の電流路に流れる前記書込電流の電流値を制御する第1のスイッチング素子を備え、
前記電荷蓄積手段は、少なくとも、前記第1のスイッチング素子と前記第1の電流路の間に設けられた容量素子からなり、
前記書込制御手段は、前記第1のスイッチング素子の動作を制御する第2のスイッチング素子を備え、
前記電流制御手段は、前記第3の電流路に設けられ、該第3の電流路に流れる電流を制御する第3のスイッチング素子を備えることを特徴とする請求項12記載の表示装置。 - 前記第1乃至第3のスイッチング素子は、nチャネル型のアモルファスシリコン薄膜トランジスタにより構成されていることを特徴とする請求項13記載の表示装置。
- 前記電荷蓄積手段は、前記容量素子と、前記第1のスイッチング素子及び前記第2のスイッチング素子の間に形成される寄生容量と、を含み、
前記容量素子の容量値が、前記寄生容量よりも小さくなるように設定されていることを特徴とする請求項13記載の表示装置。 - 前記発光素子は、前記発光制御手段により供給される前記駆動電流の電流値に応じて、所定の輝度階調で発光動作する電流制御型の発光素子であることを特徴とする請求項10乃至15のいずれかに記載の表示装置。
- マトリクス状に配列された複数の表示画素を有する表示パネルを備え、該各表示画素は発光素子を備え、各表示画素に対して、表示信号に応じた電流値を有する信号電流を供給することにより、前記表示パネルに所望の画像情報を表示する表示装置の駆動制御方法において、
前記発光素子は、第1の電流路の一端と、一定の電圧値を有する定電圧源との間に、前記第1の電流路の一端側の電圧が前記定電圧源側の電圧より低い状態が順バイアス状態となるように接続され、
前記各表示画素の選択期間中に、
前記第1の電流路の他端に第1の電圧を印加し、該第1の電流路の一端に、前記第1の電圧及び前記定電圧源の電圧より高い電圧を印加して、前記発光素子を逆バイアス状態とするとともに、前記第1の電流路の一端側から他端側方向に、前記信号電流により規定される所定の電流値を有する書込電流を流すステップと、
少なくとも、前記第1の電流路に付設された容量素子に、前記書込電流に応じた所定の電荷を蓄積するステップと、
前記各表示画素の非選択期間中に、
前記第1の電流路の他端に、前記定電圧源の電圧より低く、前記第1の電圧より低い第2の電圧を印加して、前記発光素子を順バイアス状態とし、前記容量素子に蓄積された電荷に応じた駆動電流を、前記第1の電流路の一端側から他端側方向に流すことにより、前記書込電流と略同等の電流値を有する前記駆動電流を前記発光素子に供給するステップと、
を含むことを特徴とする表示装置の駆動制御方法。
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