JP4477617B2 - 有機発光ダイオード表示素子及びその駆動方法 - Google Patents

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Description

本発明は、有機発光ダイオード表示素子及びその駆動方法に関し、特に、データライン充電時間を短縮して、画質均一度を改善し、残像問題を解決することにより表示品質を向上させることのできる有機発光ダイオード表示素子に関する。
最近、陰極線管（ＣＲＴ）の短所である重量及び体積を減少させることのできる各種平板表示装置が開発されている。このような平板表示装置としては、液晶表示装置（ＬＣＤ）、電界放出表示装置（ＦＥＤ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）及び電界発光素子等がある。
このうち、ＰＤＰは構造と製造工程とが単純であるため、軽薄短小であると共に、大画面化に最も有利である表示装置として注目を浴びているが、発光効率と輝度が低くて、消費電力が大きいという問題点がある。スイッチング素子として薄膜トランジスタ（以下、「ＴＦＴ」という。）が適用されたアクティブマトリクスＬＣＤは、半導体工程を用いるため大画面化し難いが、ノートブックコンピューターの表示素子として主に用いられるに連れて需要が増えている。一方、電界発光素子は、発光層の材料によって無機電界発光素子と有機発光ダイオード素子と大別され、自ずから発光する自発光素子として、応答速度が速く、発光効率、輝度及び視野角が大きいという利点がある。
有機発光ダイオード素子は、図１に示すように、ガラス基板上に透明導電性物質からなるアノード電極を含み、その上に順次積層された有機化合物層及び導電性金属からなるキャソード電極を含む。
有機化合物層は、正孔注入層（ＨＩＬ）、正孔輸送層（ＨＴＬ）、発光層（ＥＭＬ）、電子輸送層（ＥＴＬ）、及び電子注入層（ＥＩＬ）を含む。
アノード電極とキャソード電極に駆動電圧が印加されると、正孔注入層内の正孔と電子注入層内の電子のそれぞれは、発光層の方に進み、発光層を励起させ、その結果、発光層が可視光を発散するようになる。このように、発光層から発生される可視光で画像または映像を示すようになる。
このような有機発光ダイオード素子は、パッシブマトリクス方式、またはスイッチング素子としてＴＦＴを用いるアクティブマトリクス方式の表示素子として応用されている。パッシブマトリクス方式は、アノード電極とキャソード電極とを直交させ、その電極に印加される電流によって発光セルを選択する。アクティブマトリクス方式は、能動素子であるＴＦＴを選択的にターンオンさせて発光セルを選択し、ストレージキャパシタに維持される電圧で発光セルの発光を維持する。
図２は、従来のアクティブマトリクス方式の有機発光ダイオード表示素子を示す図面であり、図３は、図２に示す１つの画素を等価的に示す回路図である。
図２及び図３を参照すると、従来の有機発光ダイオード表示素子は、ゲートラインＧＬとデータラインＤＬとの交差部ごとに配列された画素２２を含む有機発光ダイオード表示パネル１６と、ゲートラインＧＬを駆動するためのゲート駆動回路１８と、データラインＤＬを駆動するためのデータ駆動回路２０と、ゲート駆動回路１８及びデータ駆動回路２０を制御するためのタイミングコントローラ２４とを備える。
タイミングコントローラ２４は、データ駆動回路２０及びゲート駆動回路１８を制御する。このために、タイミングコントローラ２４は各種制御信号をデータ駆動回路２０及びゲート駆動回路１８に供給する。そして、タイミングコントローラ２４はデータを再整列してデータ駆動回路２０に供給する。
ゲート駆動回路１８は、タイミングコントローラ２４からの制御信号に応じて、ゲートラインＧＬにゲート信号を順次供給する。ここで、ゲート信号は１水平期間１Ｈの幅を有するように供給される。
データ駆動回路２０は、タイミングコントローラ２４の制御により、ビデオ信号をデータラインＤＬに供給する。この際、データ駆動回路２０は、ゲート信号が供給される１水平期間１Ｈの間、１水平ライン分のビデオ信号をデータラインＤＬに供給する。
画素２２は、データラインＤＬに供給されるビデオ信号（即ち、電流信号）に対応する光を発光することにより、ビデオ信号に対応する画像を示す。このために、画素２２のそれぞれは、図３に示すように、データラインＤＬとゲートラインＧＬのそれぞれから供給される駆動信号によって、有機発光ダイオード素子ＯＬＥＤを駆動させるための有機発光ダイオード素子駆動回路３０と、有機発光ダイオード素子駆動回路３０と基底電圧源ＧＮＤとの間に接続される有機発光ダイオード素子ＯＬＥＤとを備える。
有機発光ダイオード素子駆動回路３０は、高電位駆動電圧源ＶＤＤと有機発光ダイオード素子ＯＬＥＤとの間に接続された第１駆動ＴＦＴＴ１と、ゲートラインＧＬとデータラインＤＬとの間に接続された第１スイッチングＴＦＴＴ３と、第１スイッチングＴＦＴＴ３と高電位駆動電圧源ＶＤＤとの間に接続され、第１駆動ＴＦＴＴ１と電流ミラー回路を形成する第２駆動ＴＦＴＴ２と、ゲートラインＧＬと第２駆動ＴＦＴＴ２との間に接続される第２スイッチングＴＦＴＴ４と、第１及び第２駆動ＴＦＴＴ１、Ｔ２の間のノードと高電位駆動電圧源ＶＤＤとの間に接続されたストレージキャパシタＣｓｔとを備える。ここで、ＴＦＴは、Ｐタイプの電子金属酸化膜半導体電界効果トランジスタである。
第１駆動ＴＦＴＴ１のゲート端子は、第２駆動ＴＦＴＴ２のゲート端子に接続され、ソース端子は高電位駆動電圧源ＶＤＤに接続される。そして、第１駆動ＴＦＴＴ１のドレイン端子は有機発光ダイオード素子ＯＬＥＤに接続される。第２駆動ＴＦＴＴ２のソース端子は高電位駆動電圧源ＶＤＤに接続され、ドレイン端子は第１スイッチングＴＦＴＴ３のドレイン端子と第２スイッチングＴＦＴＴ４のソース端子に接続される。第１スイッチングＴＦＴＴ３のソース端子はデータラインＤＬに接続され、ゲート端子はゲートラインＧＬに接続される。第２スイッチングＴＦＴＴ４のドレイン端子は第１及び第２駆動ＴＦＴＴ１、Ｔ２のゲート端子及びストレージキャパシタＣｓｔに接続される。そして、第２スイッチングＴＦＴＴ４のゲート端子はゲートラインＧＬに接続される。
ここで、第１及び第２駆動ＴＦＴＴ１、Ｔ２は電流ミラーを形成するように接続される。従って、第１及び第２駆動ＴＦＴＴ１、Ｔ２が同一なチャネル幅を有すると仮定すると、第１及び第２駆動ＴＦＴＴ１、Ｔ２に流れる電流量は同一に設定される。
このような有機発光ダイオード素子駆動回路３０の動作過程を説明すると、まず、水平ラインを成すゲートラインＧＬからゲート信号が供給される。ゲート信号が供給されると、第１及び第２スイッチングＴＦＴＴ３、Ｔ４がターンオンされる。第１及び第２スイッチングＴＦＴＴ３、Ｔ４がターンオンされると、データラインＤＬからのビデオ信号が第１及び第２スイッチングＴＦＴＴ３、Ｔ４を経由して、第１及び第２駆動ＴＦＴＴ１、Ｔ２のゲート端子に供給される。この際、ビデオ信号の供給を受けた第１及び第２駆動ＴＦＴＴ１、Ｔ２がターンオンされる。
ここで、第１駆動ＴＦＴＴ１は、ゲート端子に供給されるビデオ信号によって、ソース端子（即ち、ＶＤＤ）からドレイン端子に流れる電流を調節して有機発光ダイオード素子ＯＬＥＤに供給することにより、有機発光ダイオード素子ＯＬＥＤからビデオ信号に対応する明るさを有する光が発光されるように制御する。
これと同時に、第２駆動ＴＦＴＴ２は、高電位駆動電圧源ＶＤＤから供給される電流Ｉｄを第１スイッチングＴＦＴＴ３を経由してデータラインＤＬに供給する。ここで、第１及び第２駆動ＴＦＴＴ１、Ｔ２が電流ミラー回路を形成するため、第１及び第２駆動ＴＦＴＴ１、Ｔ２には同一な電流が流れるようになる。一方、ストレージキャパシタＣｓｔは、第２駆動ＴＦＴＴ２に流れる電流Ｉｄ量に対応するように、高電位駆動電圧源ＶＤＤからの電圧を貯蔵する。そして、ストレージキャパシタＣｓｔは、ゲート信号がオフに転換され第１及び第２スイッチングＴＦＴＴ３、Ｔ４がターンオフされる際、貯蔵した電圧を用いて第１駆動ＴＦＴＴ１をターンオンさせることにより、有機発光ダイオード素子ＯＬＥＤへビデオ信号に対応する電流が供給されるようにする。
ところで、このように電流駆動方式によって駆動される従来有機発光ダイオード表示素子においては、低階調駆動時、即ち、低いデータ電流により駆動される際、データラインに存在する寄生容量の影響によって、データラインに対する充電特性が悪くなるため、充電時間が非常に長くなるという問題がある。
これを解決するために、従来の有機発光ダイオード表示素子は、有機発光ダイオード素子駆動回路３０において、データ電流Ｉｄをデータ電圧Ｖｐに変換する関数ｆ１と、データ電圧Ｖｐを有機発光ダイオード素子ＯＬＥＤ電流Ｉｅｌに変換する関数ｆ２とは、線形的に比例するという仮定により、Ｔ２/Ｔ１の比例常数に電流スケーリングができるように具現される。しかし、Ｔ２、Ｔ１間の比例関係は、画素の間で常に一定に維持されず、ＴＦＴごとに不均一となり、またはＴＦＴの劣化によって画素間から差異が発生する。これによって、従来の有機発光ダイオード表示素子は画質が低下されるという問題点がある。
更に、従来の有機発光ダイオード表示素子は、階調とは関わりなく、同一な倍率にアップスケーリングすることにより、相対的に高い比率にアップスケーリングされるべき低階調では、十分なデータライン充電のための最少値の電流にも達しない場合が生じ得る。反面、相対的に低い比率にアップスケーリングされるべき高階調では、それによって駆動ＴＦＴのバイアスストレスが増加する問題点がある。
従って、本発明の目的は、データライン充電時間を短縮して、画質均一度を改善し、残像問題を解決することにより表示品質を向上させることを可能にした有機発光ダイオード表示素子を提供することにある。
本発明のほかの目的は、階調によって互いに異なる倍率のアップスケーリング電流をデータラインに供給して、低階調駆動時にはデータ充電時間を更に短縮させ、高階調駆動時には駆動ＴＦＴのバイアスストレス負担を軽減させるようにした有機発光ダイオード表示素子を提供することにある。
上記目的の達成のため、本発明の実施の形態における有機発光ダイオード表示素子は、データライン、前記データラインと交差する第１及び第２ゲートライン、前記データラインと交差するエミッションライン、アノード電極とキャソード電極とを有し、電流により発光される有機発光ダイオード素子、前記アノード電極に高電位駆動電圧ＶＤＤを供給するための高電位駆動電圧源、前記第１ゲートラインからの第１スキャンパルスに応じて、第１ノードと前記有機発光ダイオード素子のキャソード電極とを接続させるための第１スイッチ素子、前記第２ゲートラインからの第２スキャンパルスに応じて、第２ノードと前記データラインとを接続させるための第２スイッチ素子、前記エミッションラインからのエミッションパルスに応じて、前記第２ノードと基底電圧源とを接続させるための第３スイッチ素子、前記第１ノードの電圧に応じて、前記有機発光ダイオード素子のキャソード電極と前記第１ノードとの間に流れる電流を調節する駆動素子、前記第２ゲートラインと前記第１ノードとの間に接続された第１キャパシタ、及び前記第１ノードと前記第２ノードとの間に接続された第２キャパシタを備える。
前記第１スイッチ素子は、前記第１ゲートラインに接続されたゲート電極、前記第１ノードに接続されたソース電極及び前記有機発光ダイオード素子のキャソード電極に接続されたドレイン電極を含み、前記第２スイッチ素子は、前記第２ゲートラインに接続されたゲート電極、前記データラインに接続されたソース電極及び前記第２ノードに接続されたドレイン電極を含み、前記第３スイッチ素子は、前記エミッションラインに接続されたゲート電極、前記基底電圧源に接続されたソース電極及び前記第２ノードに接続されたドレイン電極を含み、前記駆動素子は、前記第１ノードに接続されたゲート電極、前記第２ノードに接続されたソース電極及び前記有機発光ダイオード素子のキャソード電極に接続されたドレイン電極を含む。
第１期間の間、前記第１及び第２スキャンパルスは活性化論理電圧に発生された後、第２期間の間、前記第１及び第２スキャンパルスは前記活性化論理電圧に維持され、前記第１及び第２期間の間、前記エミッションパルスは非活性化論理電圧に維持される。
第１期間の間、前記データラインに前記高電位駆動電圧と前記有機発光ダイオード素子の臨界電圧との差電圧に決定されるプリチャージ電圧が供給され、前記第１期間の間、前記第２スイッチ素子のターンオンにより、前記第１ノードに前記プリチャージ電圧が充電される。
前記第２期間の間、前記データラインには数１のように定義されるアップスケーリング電流Ｉｄａｔａが供給され、前記第２期間の間、前記第２スイッチ素子のターンオンにより、前記第２ノードに前記アップスケーリング電流が充電される。
前記第２期間に続いて、前記第１及び第２スキャンパルスは、第３期間の間に非活性化論理電圧に変わった後、第４期間の間に前記非活性化論理電圧を維持し、前記第３期間の間、前記エミッションパルスは非活性化論理電圧に維持された後、前記第４期間の間、活性化電圧に変わる。
前記第３期間の間、前記第１及び第２スイッチ素子は前記スキャンパルスの非活性化電圧に応じてターンオフされ、前記駆動素子のゲートとソースとの間の電圧Ｖｇｓは数２のΔＶｇｓほど変化され、前記有機発光ダイオード素子に流れる電流ＩＯＬＥＤは数２のように変化される。
前記第４期間の間、前記第３スイッチ素子は、前記エミッションパルスの活性化電圧に応じてターンオンされ、前記駆動素子と前記基底電圧源との間の電流パスを道通させる。
前記第２期間の間、前記データラインに供給されるアップスケーリング電流Ｉｄａｔａは、前記第４期間の間、前記有機発光ダイオード素子に流れる電流ＩＯＬＥＤの整数倍数以上の大きな電流で発生され、前記整数倍数は、ディジタルビデオデータの階調が所定の基準階調以上の高階調範囲でより、前記基準階調未満の低階調範囲で更に大きい。
また、本発明有機発光ダイオード素子の駆動方法であって、高電位駆動電圧と基底電圧源との間に有機発光ダイオード素子と駆動素子とが接続され、前記駆動素子のソース電極が第１ノードに接続され、前記駆動素子のゲート電極が第２ノードに接続された有機発光ダイオード素子の駆動方法において、第１期間の間、第１ゲートラインの電圧に応じる第１スイッチ素子をターンオンさせ、前記有機発光ダイオード素子のキャソード電極と前記第２ノードとの間の電流パスを導通させ、第２ゲートラインの電圧に応じる第２スイッチ素子をターンオンさせ、データラインと前記第１ノードとの間の電流パスを道通させて、エミッションラインの電圧に応じる第３スイッチ素子をターンオフさせ、前記駆動素子と基底電圧源との間の電流パスを遮り、前記データラインに前記高電位駆動電圧と前記有機発光ダイオード素子の臨界電圧との差電圧に決定されるプリチャージ電圧をデータラインに供給する段階、前記第１期間に続いて、第２期間の間、前記第１及び第２スイッチ素子のオン状態を維持させ、前記第３スイッチ素子のオフ状態を維持させ、ビデオデータに相応するデータ電流より大きな所定のアップスケーリング電流を前記データラインに供給する段階、前記第２期間に続いて、第３期間の間、前記第１及び第２スイッチ素子をターンオフさせ、前記第３スイッチ素子のオフ状態を維持させ、前記第１及び第２ノードに接続されたキャパシタ、及び前記第２ゲートラインと前記第２ノードとの間に接続されたキャパシタの分圧電圧を発生させ、前記キャパシタの分圧電圧を用いて、前記所定のアップスケーリング電流を前記ビデオデータに相応する大きさにダウンスケーリングする段階、及び前記第３期間に続いて、第４期間の間、前記第１及び第２スイッチ素子のオフ状態を維持させ、前記第３スイッチ素子をターンオンさせ、前記ダウンスケーリングされた電流により前記有機発光ダイオード素子を発光させる段階を含む。
本発明における有機発光ダイオード表示素子及びその駆動方法は、データライン充電のため、プリチャージ電圧を供給し、ビデオデータの階調に相応して、もとから印加されるべき電流より更に大きなアップスケーリング電流にデータラインを充電した後、実際発光時にはまたダウンスケーリングすることにより、データライン充電時間を短縮して画質均一度の改善などの表示品質を向上させることが可能となる。
特に、本発明における有機発光ダイオード表示素子及びその駆動方法は、階調によって非線形的にアップスケーリング電流をデータラインに充電し、実際発光のため、それをまた階調によって非線形的にダウンスケーリングすることにより、低階調駆動時にはデータ充電時間を更に短縮させることができ、高階調駆動時には駆動ＴＦＴのバイアスストレス負担を軽減させることができる。
以下、図４ないし図１１を参照して、本発明の好ましい実施の形態について説明する。
図４は、本発明の実施の形態における有機発光ダイオード表示素子を示すブロック図であり、図５は、図４の画素のうち垂直にｋ（ｋは、１からｎの間の正の整数）番目の画素に印加される信号パルスとデータ電流を示す図面である。
図４及び図５を参照すると、本発明の実施の形態における有機発光ダイオード表示素子は、ｍ×ｎ個の画素１２２が形成される表示パネル１１６と、データラインＤＬ１〜ＤＬｍにプリチャージ電圧とアップスケーリング電流を供給するためのデータ駆動回路１２０と、データラインＤＬ１〜ＤＬｍと交差する第１及び第２ゲートラインＧＬ１１〜ＧＬ１ｎ、ＧＬ２１〜ＧＬ２ｎとエミッションラインＥＬ１〜ＥＬｎに３つのスキャンパルス対を順次供給するためのゲート駆動回路１１８と、データ及びゲート駆動回路１２０、１１８を制御するためのタイミングコントローラ１２４とを備える。
表示パネル１１６において、それぞれｎ個の第１、２ゲートラインＧＬ１１〜ＧＬ１ｎ、ＧＬ２１〜ＧＬ２ｎ及びエミッションラインＥＬ１〜ＥＬｎと、ｍ個のデータラインＤＬ１〜ＤＬｍの交差により定義された画素領域に画素１２２が形成される。このような表示パネル１１６には、高電位駆動電圧ＶＤＤをそれぞれの画素１２２に供給するための信号配線が形成される。また、未図示ではあるが、表示パネル１１６には、基底電圧ＧＮＤをそれぞれの画素１２２に供給するための信号配線が形成される。
データ駆動回路１２０は、タイミングコントローラ１２４からのディジタルビデオデータＲＧＢをアナログガンマ補償電圧に変換する。データ駆動回路１２０は、タイミングコントローラ１２４からの制御信号ＤＤＣに応じて、各画素１２２の有機発光ダイオード素子ＯＬＥＤが発光される前に割り当てられた所定のプリチャージ期間ＰＰの間、プリチャージ電圧ＶｐｃをデータラインＤＬ１〜ＤＬｍに供給する。データ駆動回路１２０は、タイミングコントローラ１２４からの制御信号ＤＤＣに応じて、各画素１２２の有機発光ダイオード素子ＯＬＥＤが発光される前に割り当てられた所定のアップスケーリング期間ＵＰの間、変換されたアナログガンマ補償電圧に相応して、もとから印加されるべき電流より更に大きなアップスケーリング電流ＩｄａｔａをデータラインＤＬ１〜ＤＬｍに供給する。
ゲート駆動回路１１８は、タイミングコントローラ１２４からの制御信号ＧＤＣに応じて、図５のような第１スキャンパルスＳ１１〜Ｓ１ｎ（Ｓ１ｋ）を第１ゲートラインＧＬ１１〜ＧＬ１ｎに順次供給すると共に、第２スキャンパルスＳ２１〜Ｓ２ｎ（Ｓ２ｋ）を第２ゲートラインＧＬ２１〜ＧＬ２ｎに順次供給する。また、ゲート駆動回路１１８は、タイミングコントローラ１２４からの制御信号ＧＤＣに応じて、図５のようなエミッションパルスＥ１〜Ｅｎ（Ｅｋ）をエミッションラインＥＬ１〜ＥＬｎに順次供給する。
タイミングコントローラ１２４は、ディジタルビデオデータＲＧＢをデータ駆動回路１２０に供給し、垂直/水平同期信号とクロック信号等を用いて、ゲート駆動回路１１８とデータ駆動回路１２０の動作タイミングを制御するための制御信号ＤＤＣ、ＧＤＣを発生させる。
図５のＰＰは、プリチャージ期間、ＵＰはアップスケーリング期間、ＤＰはダウンスケーリング期間、ＥＰは発光期間を意味する。これについては、図７ないし図１０を参照して詳細に説明する。
また、表示パネル１１６には、高電位駆動電圧ＶＤＤを供給するための正電圧源と、基底電圧ＧＮＤを供給するための正電圧源とが接続される。
画素１２２のそれぞれは、図６に示すように、有機発光ダイオード素子ＯＬＥＤ、４つのＴＦＴＭ１〜Ｍ４及び２つのキャパシタＣ１、Ｃ２を含む。
図６は、本発明における有機発光ダイオード表示素子において、画素１２２を示す回路図である。
図６を参照すると、画素１２２のそれぞれは、データラインＤＬ１〜ＤＬｍと信号ラインＧＬ１１〜ＧＬ１ｎ、ＧＬ２１〜ＧＬ２ｎ、ＥＬ１〜ＥＬｎのそれぞれから供給される駆動信号によって、有機発光ダイオード素子ＯＬＥＤを駆動させるための有機発光ダイオード素子駆動回路１３０と、有機発光ダイオード素子駆動回路１３０と高電位駆動電圧源ＶＤＤとの間に接続される有機発光ダイオード素子ＯＬＥＤとを備える。以下には、説明の便宜のため、第１データラインＤＬ１と第１信号ラインＧＬ１１、ＧＬ２１、ＥＬ１との交差領域に形成される画素１２２を例に挙げ説明する。
有機発光ダイオード素子駆動回路１３０は、第１ゲートラインＧＬ１１からの第１スキャンパルスＳ１１に応じて、第１ノードｎ１と有機発光ダイオード素子ＯＬＥＤのキャソード電極とを接続させるための第１ＴＦＴＭ１と、第２ゲートラインＧＬ２１からの第２スキャンパルスＳ２１に応じて、第２ノードｎ２とデータラインＤＬ１とを接続させるための第２ＴＦＴＭ２と、エミッションラインＥＬ１からのエミッションパルスＥ１に応じて、第２ノードｎ２と基底電圧源ＧＮＤとを接続させるための第３ＴＦＴＭ３と、第１ノードｎ１の電圧によって、有機発光ダイオード素子ＯＬＥＤのキャソード電極と第１ノードｎ１との間に流れる電流を調節する第４ＴＦＴＭ４と、第２ゲートラインＧＬ２１と第１ノードｎ１との間に接続された第１キャパシタＣ１と、第１ノードｎ１と第２ノードｎ２との間に接続された第２キャパシタＣ２とを備える。ここで、ＴＦＴは、Ｎタイプの電子金属酸化膜半導体電界効果トランジスタである。
第１ＴＦＴＭ１は、第１ゲートラインＧＬ１１から供給される第１スキャンパルスＳ１１により、プリチャージ期間ＰＰ及びアップスケーリング期間ＵＰの間にターンオンされ、有機発光ダイオード素子ＯＬＥＤのキャソード電極と第１ノードｎ１との間の電流パスを形成する。また、ダウンスケーリング期間ＤＰ及び光放出期間ＥＰの間にはターンオフされ、有機発光ダイオード素子ＯＬＥＤのキャソード電極と第１ノードｎ１との間の電流パスを遮る。この第１ＴＦＴＭ１のゲート電極は第１ゲートラインＧＬ１１に接続され、ソース電極は第１ノードｎ１に接続される。そして、第１ＴＦＴＭ１のドレイン電極は有機発光ダイオード素子ＯＬＥＤのキャソード電極に接続される。
第２ＴＦＴＭ２は、第２ゲートラインＧＬ２１から供給される第２スキャンパルスＳ２１により、プリチャージ期間ＰＰ及びアップスケーリング期間ＵＰの間にターンオンされ、データラインＤＬ１と第２ノードｎ２との間の電流パスを形成する。また、ダウンスケーリング期間ＤＰ及び光放出期間ＥＰの間にはターンオフされ、データラインＤＬ１と第２ノードｎ２との間の電流パスを遮る。ここで、第２スキャンパルスＳ２１は第１スキャンパルスＳ１１と同一なデューティ比を有し、一定な位相差を有して遅く発生される。この第２ＴＦＴＭ２のゲート電極は第２ゲートラインＧＬ２１に接続され、ソース電極はデータラインＤＬ１に接続される。そして、第２ＴＦＴＭ２のドレイン電極は第２ノードｎ２に接続される。
第３ＴＦＴＭ３は、エミッションラインＥＬ１から供給されるエミッションパルスＥ１により、プリチャージ期間ＰＰ、アップスケーリング期間ＵＰ及びダウンスケーリング期間ＤＰの間にターンオフされ、第２ノードｎ２と基底電圧源ＧＮＤとの間の電流パスを遮る。また、光放出期間ＥＰの間にはターンオンされ、第２ノードｎ２と基底電圧源ＧＮＤとの間の電流パスを形成する。この第３ＴＦＴＭ３のゲート電極はエミッションラインＥＬ１に接続され、ソース電極は基底電圧源ＧＮＤに接続される。そして、第３ＴＦＴＭ３のドレイン電極は第２ノードｎ２に接続される。
第４ＴＦＴＭ４は、駆動ＴＦＴとして第１ノードｎ１の電圧によって、有機発光ダイオード素子ＯＬＥＤのキャソード電極と第2ノードｎ2との間に流れる電流を調節する。この第４ＴＦＴＭ４のゲート電極は第１ノードｎ１に接続され、ソース電極は第２ノードｎ２に接続される。そして、第４ＴＦＴＭＭ４のドレイン電極は有機発光ダイオード素子ＯＬＥＤのキャソード電極に接続される。
第１キャパシタＣ１は、ダウンスケーリング期間ＤＰの間、第４ＴＦＴＭ４のゲート電圧が減少されるようにすることにより、有機発光ダイオード素子ＯＬＥＤに流れる電流を減少させる。この第１キャパシタＣ１は、第２ゲートラインＧＬ２１と第１ノードｎ１との間に接続される。
第２キャパシタＣ２は、ストレージキャパシタＣｓｔとして、光放出区間ＥＰで第４ＴＦＴＭ４のゲート電圧を一定に維持させ、有機発光ダイオード素子ＯＬＥＤに流れる電流が一定に維持されるようにする。この第２キャパシタＣ２は、第１ノードｎ１と第２ノードｎ２との間に接続される。
有機発光ダイオード素子ＯＬＥＤは、図１のような構造を有し、光放出期間ＥＰの間、図１１の点線のように、第３ＴＦＴＭ３と第４ＴＦＴＭ４とを経由して流れる電流ＩＯＬＥＤにより発光する。
このような画素１２２の動作を、図７ないし図１１を参照して段階的に説明すると下記のようである。
図７は、プリチャージ期間ＰＰの間の画素１２２の等価回路図であり、図８は、データ駆動回路内のＶｐｃ供給部１５２とＩｄａｔａ供給部１５４を示す図面である。
図７及び図８を参照すると、プリチャージ期間ＰＰの間、第１スキャンパルスＳ１１はハイ論理電圧を維持して第１ＴＦＴＭ１をターンオンさせ、第２スキャンパルスＳ２１は第１スキャンパルスＳ１１に続いて発生された後、ハイ論理電圧を維持して第２ＴＦＴＭ２をターンオンさせ、エミッションパルスＥ１はロー論理電圧を維持して第３ＴＦＴＭ３をターンオフさせる。これによって、有機発光ダイオード素子ＯＬＥＤのキャソード電極と第１ノードｎ１は電気的にショートされ、第２ノードｎ２と基底電圧源ＧＮＤとの間の電流パスは遮られる。この状態で、データラインＤＬ１に高電位駆動電圧ＶＤＤと有機発光ダイオード素子ＯＬＥＤの臨界電圧との差電圧に決定されるプリチャージ電圧Ｖｐｃが供給される。データラインＤＬ１に供給されたプリチャージ電圧Ｖｐｃは、第１ノードｎ１と第２ノードｎ２との間に接続された第２キャパシタＣ２に貯蔵される。このようなプリチャージ電圧Ｖｐｃは、高電位駆動電圧ＶＤＤと類似する高い電圧として、低階調でデータラインＤＬ１の充電時間を短縮させる役割をする。このために、データ駆動回路１２０は、図８に示すように、タイミングコントローラ１２４の制御信号ＤＤＣに応じてＶｐｃ供給部１５２をデータラインＤＬ１に接続させ、プリチャージ電圧ＶｐｃがデータラインＤＬ１に供給されるようにする。
図９は、アップスケーリング期間ＵＰの間の画素１２２の等価回路図である。
図９を参照すると、アップスケーリング期間ＵＰの間、第１スキャンパルスＳ１１及び第２スキャンパルスＳ２１はハイ論理電圧を維持して第１ＴＦＴＭ１及び第２ＴＦＴＭ２をターンオン状態に維持させ、エミッションパルスＥ１はロー論理電圧を維持して第３ＴＦＴＭ３をターンオフ状態に維持させる。これに従って、有機発光ダイオード素子ＯＬＥＤのキャソード電極と第１ノードｎ１とは電気的にショート状態が続けられ、第２ノードｎ２と基底電圧源ＧＮＤとの間の電流パスは遮られた状態に維持される。また、第２キャパシタＣ２にはプリチャージ電圧Ｖｐｃが充電されてあるため、第１ノードｎ１の電位はＶｐｃに維持される。この状態で、データラインＤＬ１には数１の（１）のように定義されるアップスケーリング電流Ｉｄａｔａが供給される。
Figure 0004477617
ここで、ＩＯＬＥＤは有機発光ダイオード素子ＯＬＥＤの電流、Ｖｇｓは第４ＴＦＴＭ４のゲート電極とソース電極との間に印加される電圧、Ｖｔｈは第４ＴＦＴＭ４の臨界電圧、ｋＤＲは第４ＴＦＴＭ４の移動度と寄生容量により決定される常数をそれぞれ示す。
有機発光ダイオード素子ＯＬＥＤのキャソード電極と第１ノードｎ１は電気的にショート状態であるため、これらのそれぞれと等電位である第４ＴＦＴＭ４のゲート電極とドレイン電極もショート状態である。この状態で、アップスケーリング電流Ｉｄａｔａが強いて印加されると、第４ＴＦＴＭ４は飽和領域で動作し、電流数式はＶｇｓだけによって決定されるため、数１のような関係式が成立する。このようなアップスケーリング電流Ｉｄａｔａは、光放出期間ＥＰの間、有機発光ダイオード素子に流れる電流ＩＯＬＥＤの整数倍数以上の大きな電流に発生される。特に、アップスケーリング電流Ｉｄａｔａは、ディジタルビデオデータの階調が所定の基準階調以上の高階調範囲でより、基準階調未満の低階調範囲で更に大きな倍数に発生される。ここで、基準階調というのは、ＯＬＥＤパネルによって異なる値に設定されることができる。例えば、ピークホワイト階調値の略４０％になる際の階調値に設定されることができる。このように、データラインＤＬ１に供給されたアップスケーリング電流Ｉｄａｔａは、もとからデータラインＤＬ１に印加されるべきデータ電流より更に大きな電流として、それによって数１の（２）によってＶｇｓがセットされ、第２キャパシタＣ２に臨時貯蔵される。結果的に、アップスケーリング電流Ｉｄａｔａは、データラインＤＬ１に存在する寄生容量の影響を減らして、データラインＤＬ１の充電時間を更に短縮させる役割をする。
データ駆動回路１２０は、図８に示すように、タイミングコントローラ１２４の制御信号ＤＤＣに応じて、Ｉｄａｔａ供給部１５４をデータラインＤＬ１に接続させてアップスケーリング電流ＩｄａｔａがデータラインＤＬ１に供給されるようにする。Ｉｄａｔａ供給部１５４は、階調範囲によって異なる大きさを有するアップスケーリング電流Ｉｄａｔａを発生させる。従来では、低階調駆動時、データラインの充電時間を短縮するため、もとから有機発光ダイオード素子ＯＬＥＤに印加されるべき電流（例えば２０ｎＡ）より大きな整数倍（例えば５倍）にデータ電流（１００ｎＡ）が供給されたとすると、高階調駆動時にも、印加されるべき電流（例えば１μＡ）より大きな同一な整数倍（５倍）のデータ電流（５μＡ）が供給されるようにする方式を取った。このように低階調及び高階調で線形的に比例してデータ電流をアップスケーリングすると、相対的に高い比率にアップスケーリングされるべき低階調では、十分なデータライン充電のための最少値の電流にも達しない場合が生じ得る。反面、相対的に低い比率にアップスケーリングされるべき高階調では、それによって駆動ＴＦＴのバイアスストレスが増加する問題が発生した。しかし、本発明においては、前述のように、相対的に高い比率にアップスケーリングされるべき低階調では、更に高い整数倍（例えば５０倍）にデータ電流（１μＡ）を供給し、相対的に低い比率にアップスケーリングされるべき高階調では、更に低い整数倍（例えば２倍）にデータ電流（２μＡ）を供給する方式を取る。これによって、本発明においては、低階調駆動時、データ充電時間を更に短縮させることができ、高階調駆動時、駆動ＴＦＴのバイアスストレス負担を軽減させることができる。
図１０は、ダウンスケーリング期間ＤＰの間の画素１２２の等価回路図である。
図１０を参照すると、ダウンスケーリング期間ＤＰの間、第１スキャンパルスＳ１１はロー論理電圧を維持して第１ＴＦＴＭ１をターンオフさせ、エミッションパルスＥ１はロー論理電圧の状態を維持して第３ＴＦＴＭ３をターンオフ状態に維持させる。これによって、有機発光ダイオード素子ＯＬＥＤのキャソード電極と第１ノードｎ１との間の電気的なショート状態が解除され、第２ノードｎ２と基底電圧源ＧＮＤとの間の電流パスは遮られた状態に維持される。また、第２スキャンパルスＳ２１は、第１スキャンパルスＳ１１に続いて発生するロー論理電圧を維持して第２ＴＦＴＭ２をターンオフさせる。このように、第２スキャンパルスＳ２１がハイ論理電圧ＶＧＨからロー論理電圧ＶＧＬに変わると、第１及び第２キャパシタＣ１、Ｃ２のキャパシティブ・カップリング（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ−Ｃｏｕｐｌｉｎｇ）現象により、第２キャパシタＣ２の両段電圧であるＶｇｓ値が数２の（１）のようにΔＶｇｓほど減少する。第４ＴＦＴＭ４のＶｇｓ電圧がΔＶｇｓほど減少するため、結果的に、有機発光ダイオード素子ＯＬＥＤの電流ＩＯＬＥＤは非線形的にダウンスケーリングされ、数２の（３）のようになる。数２の（２）はアップスケーリング電流を定義する。
Figure 0004477617
ここで、ＩＯＬＥＤは有機発光ダイオード素子ＯＬＥＤの電流、ｋＤＲは第４ＴＦＴＭ４の移動度と寄生容量により決定される常数、Ｖｇｓは第４ＴＦＴＭ４のゲート電極とソース電極との間に印加される電圧、ΔＶｇｓはＶｇｓの変化量、Ｖｔｈは第４ＴＦＴＭ４の臨界電圧、Ｉｄａｔａはアップスケーリング電流、Ｃｌは第１キャパシタの静電容量、Ｃ２は第２キャパシタの静電容量、ΔＶｇａｔｅ２は第２スキャンパルスＳ２１の論理電圧の変化量、ΔＶｓは第４ＴＦＴＭ４のソース電圧の変化量を示す。
上記数１及び数２に示すように、本発明の画素回路は、階調によって非線形的にダウンスケーリングされるようにする。即ち、ΔＶｇｓは数２の（１）により一定な値を有するが、ＩＯＬＥＤは数２の（３）により（Ｖｇｓ−ΔＶｇｓ−Ｖｔｈ）２ に比例するため、階調によって非線形的にダウンスケーリングされるようになる。
図１１は、光放出期間ＥＰの間の画素１２２の等価回路図である。
図１１を参照すると、光放出期間ＥＰの間、第１スキャンパルスＳ１１及び第２スキャンパルスＳ２１はロー論理電圧を維持して第１ＴＦＴＭ１及び第２ＴＦＴＭ２をターンオン状態に維持させ、エミッションパルスＥ１はハイ論理電圧を維持して第３ＴＦＴＭ３をターンオンさせる。これによって、第２ノードｎ２と基底電圧源ＧＮＤとの間の電流パスが形成され、数２の（３）式のようなダウンスケーリングされた電流ＩＯＬＥＤが有機発光ダイオード素子ＯＬＥＤを通じて流れるようになる。
前述のように、本発明における有機発光ダイオード表示素子及びその駆動方法は、データラインの充電のため、プリチャージ電圧を供給し、ビデオデータの階調に相応して、もとから印加されるべき電流より更に大きなアップスケーリング電流にデータラインを充電した後、実際の発光時にはまたダウンスケーリングすることにより、データライン充電時間を短縮して画質均一度の改善などの表示品質を向上させることが可能となる。
特に、本発明における有機発光ダイオード表示素子及びその駆動方法は、階調によって非線形的にアップスケーリング電流をデータラインに充電し、実際の発光のため、それをまた階調によって非線形的にダウンスケーリングすることによって、低階調駆動時にはデータ充電時間をを更に短縮させ、高階調駆動時には駆動ＴＦＴのバイアスストレス負担を軽減させることが可能となる。
また、本発明における有機発光ダイオード表示素子及びその駆動方法は、アップスケーリング時に駆動ＴＦＴを直接用いることにより、電流補償効果が非常に正確になるため、信頼性を向上させることが可能となる。
以上、説明した内容を通じて、当業者であれば本発明の技術思想を逸脱しない範囲内で種々なる変更および修正が可能であることが分かる。従って、本発明の技術的範囲は、明細書の詳細な説明に記載した内容に限定されるものではなく、特許請求の範囲により定めなければならない。
一般的な有機発光ダイオード素子の構造を概略的に示す図面である。 従来のアクティブマトリクス方式の有機発光ダイオード表示素子を示す図面である。 図２に示す１つの画素を等価的に示す回路図である。 本発明の実施の形態における有機発光ダイオード表示素子を示すブロック図である。 図４の画素のうち垂直にｋ（ｋは、１からｎの間の正の整数）番目の画素に印加される信号パルスとデータ電流を示す図面である。 本発明における有機発光ダイオード表示素子において、画素を示す回路図である。 プリチャージ期間ＰＰの間の画素の等価回路図である。 データ駆動回路内のＶｐｃ供給部とＩｄａｔａ供給部を示す図面である。 アップスケーリング期間ＵＰの間の画素の等価回路図である。 ダウンスケーリング期間ＤＰの間の画素の等価回路図である。 光放出期間ＥＰの間の画素の等価回路図である。
符号の説明
１１６：表示パネル
１１８：ゲート駆動回路
１２０：データ駆動回路
１２２：画素
１２４：タイミングコントローラ
１５２：Ｖｐｃ供給部
１５４：Ｉｄａｔａ供給部
Ｍ１〜Ｍ４：ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）
Ｃ１、Ｃ２：キャパシタ
ＰＰ：プリチャージ期間
ＵＰ：アップスケーリング期間
ＤＰ：ダウンスケーリング期間
ＥＰ：光放出期間

Claims (11)

  1. データライン、
    前記データラインと交差する第１及び第２ゲートライン、
    前記データラインと交差するエミッションライン、
    アノード電極とキャソード電極とを有し、電流により発光する有機発光ダイオード素子、
    前記アノード電極に高電位駆動電圧ＶＤＤを供給するための高電位駆動電圧源、
    前記第１ゲートラインからの第１スキャンパルスに応じて、第１ノードと前記有機発光ダイオード素子のキャソード電極とを接続させるための第１スイッチ素子、
    前記第２ゲートラインからの第２スキャンパルスに応じて、第２ノードと前記データラインとを接続させるための第２スイッチ素子、
    前記エミッションラインからのエミッションパルスに応じて、前記第２ノードと基底電圧源とを接続させるための第３スイッチ素子、
    前記第１ノードの電圧に応じて、前記有機発光ダイオード素子のキャソード電極と前記第2ノードとの間に流れる電流を調節する駆動素子、
    前記第２ゲートラインと前記第１ノードとの間に接続された第１キャパシタ、及び
    前記第１ノードと前記第２ノードとの間に接続された第２キャパシタ、
    を備えることを特徴とする有機発光ダイオード表示素子。
  2. 前記第１スイッチ素子は、前記第１ゲートラインに接続されたゲート電極、前記第１ノードに接続されたソース電極、及び前記有機発光ダイオード素子のキャソード電極に接続されたドレイン電極を含み、
    前記第２スイッチ素子は、前記第２ゲートラインに接続されたゲート電極、前記データラインに接続されたソース電極、及び前記第２ノードに接続されたドレイン電極を含み、
    前記第３スイッチ素子は、前記エミッションラインに接続されたゲート電極、前記基底電圧源に接続されたソース電極、及び前記第２ノードに接続されたドレイン電極を含み、
    前記駆動素子は、前記第１ノードに接続されたゲート電極、前記第２ノードに接続されたソース電極、及び前記有機発光ダイオード素子のキャソード電極に接続されたドレイン電極を含むことを特徴とする請求項１に記載の有機発光ダイオード表示素子。
  3. 第１期間の間、前記第１及び第２スキャンパルスは活性化論理電圧が発生された後、第２期間の間、前記第１及び第２スキャンパルスは前記活性化論理電圧に維持され、前記第１及び第２期間の間、前記エミッションパルスは非活性化論理電圧に維持されることを特徴とする請求項２に記載の有機発光ダイオード表示素子。
  4. 第１期間の間、前記データラインに前記高電位駆動電圧と前記有機発光ダイオード素子の臨界電圧との差電圧に決定されるプリチャージ電圧が供給され、前記第１期間の間、前記第２スイッチ素子のターンオンにより、前記第１ノードに前記プリチャージ電圧が充電されることを特徴とする請求項３に記載の有機発光ダイオード表示素子。
  5. 前記第２期間の間、前記データラインには次式で定義されるアップスケーリング電流Ｉｄａｔａが供給され、前記第２期間の間、前記第２スイッチ素子のターンオンにより、前記第２ノードに前記アップスケーリング電流が充電されることを特徴とする請求項４に記載の有機発光ダイオード表示素子。
    Figure 0004477617
     ここで、ＩＯＬＥＤは前記有機発光ダイオード素子の電流、Ｖｇｓは前記駆動素子のゲート電極とソース電極との間に印加される電圧、Ｖｔｈは前記駆動素子の臨界電圧、前記ｋＤＲは前記駆動素子の移動度と寄生容量により決定される常数をそれぞれ示す。
  6. 前記第２期間に続いて、前記第１及び第２スキャンパルスは、第３期間の間に非活性化論理電圧に変わった後、第４期間の間に前記非活性化論理電圧を維持し、前記第３期間の間、前記エミッションパルスは非活性化論理電圧に維持された後、前記第４期間の間、活性化電圧に変わることを特徴とする請求項５に記載の有機発光ダイオード表示素子。
  7. 前記第３期間の間、前記第１及び第２スイッチ素子は前記スキャンパルスの非活性化電圧に応じてターンオフされ、前記駆動素子のゲートソース間の電圧Ｖｇｓは次式のΔＶｇｓほど変化され、前記有機発光ダイオード素子に流れる電流ＩＯＬＥＤは次式のように変化されることを特徴とする請求項６に記載の有機発光ダイオード表示素子。
    Figure 0004477617
     ここで、ｋＤＲは前記駆動素子の移動度と寄生容量により決定される常数、Ｖｇｓは前記駆動素子のゲート電極とソース電極との間に印加される電圧、ΔＶｇｓは前記Ｖｇｓの変化量、Ｖｔｈは前記駆動素子の臨界電圧、ΔＶｇａｔｅ２は前記第２スキャンパルスの論理電圧の変化量、ΔＶｓは前記駆動素子のソース電圧の変化量を示す。
  8. 前記第４期間の間、前記第３スイッチ素子は、前記エミッションパルスの活性化電圧に応じてターンオンされ、前記駆動素子と前記基底電圧源との間の電流パスを形成させることを特徴とする請求項７に記載の有機発光ダイオード表示素子。
  9. 前記第２期間の間、前記データラインに供給されるアップスケーリング電流Ｉｄａｔａは、前記第４期間の間、前記有機発光ダイオード素子に流れる電流ＩＯＬＥＤの整数倍数以上の大きな電流で発生され、前記整数倍数は、ディジタルビデオデータの階調が所定の基準階調以上の高階調範囲でより、前記基準階調未満の低階調範囲で更に大きいことを特徴とする請求項８に記載の有機発光ダイオード表示素子。
  10. 高電位駆動電圧と基底電圧源との間に有機発光ダイオード素子と駆動素子とが接続され、前記駆動素子のソース電極が第１ノードに接続され、前記駆動素子のゲート電極が第２ノードに接続された有機発光ダイオード素子の駆動方法において、
    第１期間の間、第１ゲートラインの電圧に応じる第１スイッチ素子をターンオンさせ、前記有機発光ダイオード素子のキャソード電極と前記第２ノードとの間の電流パスを道通させ、第２ゲートラインの電圧に応じる第２スイッチ素子をターンオンさせ、データラインと前記第１ノードとの間の電流パスを道通させて、エミッションラインの電圧に応じる第３スイッチ素子をターンオフさせ、前記駆動素子と基底電圧源との間の電流パスを遮り、前記データラインに前記高電位駆動電圧と前記有機発光ダイオード素子の臨界電圧との差電圧に決定されるプリチャージ電圧をデータラインに供給する段階、
    前記第１期間に続いて、第２期間の間、前記第１及び第２スイッチ素子のオン状態を維持させ、前記第３スイッチ素子のオフ状態を維持させ、ビデオデータに相応するデータ電流より大きな所定のアップスケーリング電流を前記データラインに供給する段階、
    前記第２期間に続いて、第３期間の間、前記第１及び第２スイッチ素子をターンオフさせ、前記第３スイッチ素子のオフ状態を維持させ、前記第１及び第２ノードに接続されたキャパシタ、及び前記第２ゲートラインと前記第２ノードとの間に接続されたキャパシタの分圧電圧を発生させ、前記キャパシタの分圧電圧を用いて、前記所定のアップスケーリング電流を前記ビデオデータに相応する大きさにダウンスケーリングする段階、及び、
    前記第３期間に続いて、第４期間の間、前記第１及び第２スイッチ素子のオフ状態を維持させ、前記第３スイッチ素子をターンオンさせ、前記ダウンスケーリングされた電流により前記有機発光ダイオード素子を発光させる段階
    を含むことを特徴とする有機発光ダイオード表示素子の駆動方法。
  11. 前記アップスケーリング電流を前記データラインに供給する段階において、前記アップスケーリング電流を、前記有機発光ダイオード素子に流れる電流の整数倍数以上に大きな電流で発生させ、前記整数倍数は、ディジタルビデオデータの階調が所定の基準階調以上の高階調範囲でより、前記基準階調未満の低階調範囲で更に大きいことを特徴とする請求項１０に記載の有機発光ダイオード表示素子の駆動方法。
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