JP4534052B2 - 有機el基板の検査方法 - Google Patents

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Description

本発明は、有機EL基板上に多数形成したスイッチング素子の個々の特性を検査する検査方法に関する。
有機EL表示装置は、絶縁基板上に、選択端子とデータ端子を有するスイッチング素子と有機EL素子を多数マトリクス状に配列し、行方向に配列されたスイッチング素子の選択端子を共通接続した多数本の選択用信号線と、列方向に配列されたスイッチング素子のデータ端子を共通接続し選択信号線に対して交差配列された多数本のデータ信号線とを備えた有機EL基板の、各スイッチング素子により選択された有機EL素子を発光させ表示するもので、スイッチング素子として薄膜トランジスタが用いられる。
この薄膜トランジスタの半導体材料としてアモルファスシリコンやポリシリコンやが用いられるが、アモルファスシリコンから製造された薄膜トランジスタは、特性のばらつきが緩やかで表示のばらつきも画面全体に分散されるのに対して、アモルファスシリコンをレーザ光により局所加熱して製造されたポリシリコンは画素単位で特性がばらつくという傾向がある。
このスイッチング素子は特性がはらつくと有機EL素子の輝度のばらつきを生じ、その結果、表示品質がばらつくため、スイッチング素子の特性を安定化することが重要である。
しかしながら、スイッチング素子の数は画面サイズが大型化すると飛躍的に増大するため、すべてのスイッチング素子の特性を良好にすることは困難である。
特許文献1には有機EL素子の負荷電流を電流測定回路で測定し、その結果により表示データを補正し輝度補正を行うようにした表示装置が開示されている。
また特許文献2には、画素毎及び有機EL基板毎に均一な発光光量を得、画像品位を良くした表示装置がそれぞれ開示されている。
特開2002−341825号公報 特開平10−333641号公報
動画の表示を主目的とする表示装置は、画面の局所に発光輝度のばらつきが集中すると画質が極端に低下する。そのため、特性のばらつきを生じても画面全体に分散する傾向にあるアモルファスシリコンを用いた薄膜トランジスタをスイッチング素子として利用している。スイッチング素子の特性のうち、スイッチング速度や閾値電圧が重要で、閾値電圧がばらつくと輝度がばらつく。
特許文献1に開示された表示装置は、スイッチング素子すなわち有機EL素子に流れる電流を検出し、この検出電流に基づいてデータ信号線に供給する信号のレベルを調整している。
しかしながら、有機EL基板とデータ信号線にデータを供給するドライバICとの間に、電流測定部、測定した電流値を記憶させるメモリ、補正量を演算する演算部、演算部から出力されるデジタルデータをアナログデータに変換するD/A変換器などから構成される付加回路が、各データ信号線毎に必要で、この付加回路のコストが嵩むという問題があった。
また特許文献2に開示された表示装置も、画像信号を記憶させる画像信号記憶部、この記憶部からの信号を演算する演算回路、演算回路から出力される複数のサブフレームデータを記憶させる複数のサブフレームメモリ、サブフレームメモリから所定のフレームデータを取り出す読み出し回路などが必要で回路が複雑になるという問題があった。
また全画素を検査するのに長時間の検査時間を要し、データを保存するため大容量のメモリが必要であった。
本発明による有機EL基板の検査方法は、絶縁基板上に、選択端子とデータ端子を有するスイッチング素子と、このスイッチング素子により選択されデータが供給される有機EL素子を、多数組マトリクス状に配列し、行方向に配列されたスイッチング素子の選択端子を共通接続した多数本の選択信号線と、列方向に配列されたスイッチング素子のデータ端子を共通接続し前記選択信号線に対して交差配列された多数本のデータ信号線と、選択された行の有機EL素子に出力すべき映像に応じた電圧を印加し発光させる多数本の共通制御線とを備えた有機EL基板の、すべてのデータ信号線に一定レベルの信号を供給した状態で、選択信号線及び共通制御線に順次第1、第2のパルス信号を同期して供給し、各パルス信号を供給する毎に選択信号線に接続されたスイッチング素子群に流れる第1群の電流値を得る第1のステップと、すべての選択信号線及び共通制御線に一定レベルの第1、第2のパルス信号を同期して供給した状態で、データ信号線に第3のパルス信号を順次供給し、データ信号線に接続された全スイッチング素子群に流れる第2群の電流値を得る第2のステップと、第1、第2の各ステップで得たパルス信号毎の各群の電流値から、有機EL素子を含む各スイッチング素子に流れる電流を演算する第3のステップとを含み、これにより個々のスイッチング素子に流れる電流値を知ることができる。
また上記検査方法で、前記選択信号線に供給する第1のパルス信号のレベルを、データ信号線に供給する信号レベルに対して変化させることにより、各スイッチング素子の電子移動度及び閾値電圧を知ることができる。
有機EL表示装置は、絶縁基板上に、選択端子とデータ端子を有するスイッチング素子と、このスイッチング素子により選択されデータが供給される有機EL素子を、多数組マトリクス状に配列し、行方向に配列されたスイッチング素子の選択端子を共通接続した多数本の選択信号線と、列方向に配列されたスイッチング素子のデータ端子を共通接続し選択信号線に対して交差配列された多数本のデータ信号線と、選択された行の有機EL素子に出力すべき映像に応じた電圧を印加し発光させる多数本の共通制御線とを備えた有機EL基板と、前記スイッチング素子の個々の特性データを記憶させたメモリと、前記メモリに記憶させたスイッチング素子の特性データにより有機EL基板に供給する映像信号を補正する演算部とを含む。
本発明による有機EL基板の検査方法によれば、少ないデータで各スイッチング素子を通して有機EL素子に流れる電流値を知ることができ、有機EL基板全体の電流の分布状態を知ることができる。また検査用パルス信号のレベルを変化させて各スイッチング素子に流れる電流値を求めることにより、各スイッチング素子の電子移動度や閾値を知ることもできる。
また有機EL表示装置は、有機EL基板内の各スイッチング素子を流れる電流値を記憶させたメモリを備え、有機EL基板毎の各スイッチング素子の特性のばらつきを前記メモリに記憶させたデータに基づいて補正できるため、表示画面全面の表示品質を均一化できる。
絶縁基板上に、選択端子とデータ端子を有するスイッチング素子と、このスイッチング素子により選択されデータが供給される有機EL素子を、多数組マトリクス状に配列し、行方向に配列されたスイッチング素子の選択端子を共通接続した多数本の選択信号線と、列方向に配列されたスイッチング素子のデータ端子を共通接続し前記選択信号線に対して交差配列された多数本のデータ信号線と、選択された行の有機EL素子にその閾値以上の電圧を印加し発光させる多数本の共通制御線とを備えた有機EL基板は、スイッチング素子により選択された有機EL素子のみが共通制御線に供給される電圧に応じた輝度で発光する。一方、選択されたスイッチング素子には行方向又は列方向に多数のスイッチング素子が接続されているが、これらは選択信号線とデータ信号線から同時にパルスが供給されないため、オフ状態であり、有機EL素子には電流は流れない。
マトリクス配列されたスイッチング素子及び有機EL素子のうち、任意の座標(x、y)のスイッチング素子及び有機EL素子に流れる電流値i(x,y)が関数f(x)及びg(y)によって、i(x,y)=f(x)・g(y)であるものと仮定し、任意の座標(x,y)の選択されたスイッチング素子が接続されたy行の複数のスイッチング素子を同時にオン状態としてy行のすべてのスイッチング素子に流れる全電流値をI(x)、x列の複数のスイッチング素子を同時にオン状態としてx列のすべてのスイッチング素子に流れる全電流値をJ(y)とすると、y行の全電流値I(x)は、
Figure 0004534052
となり、x列の全電流値J(y)は、
Figure 0004534052
となる。
また、有機EL基板全体に流れる電流の総計Tは、
Figure 0004534052
となる。
上記式1から決定されるg(y)と、式2から決定されるf(x)を式3に代入すると、
Figure 0004534052
が得られる。
この式4から、任意座標(x,y)のスイッチング素子及び有機EL素子に流れる電流i(x,y)はy行方向の全電流値I(x)、x列方向の全電流値J(y)及び有機EL基板全体に流れる電流の総計Tから求めることができる。
一方、スイッチング素子のゲート・ソース間電圧Vgs、電子移動度に比例する係数をβ(x,y)、閾値電圧をVth(x,y)とすると、スイッチング素子に流れる電流i(x,y)は、
Figure 0004534052
で表される。
ここで、異なる座標を2点以上指定し、ゲート・ソース間電圧Vgsを異ならせて、指定されたy行方向の全電流値I(x)、x列方向の全電流値J(y)を求め、指定された座標の電流値が求められると、電子移動度に比例する係数β(x,y)及び閾値電圧Vth(x,y)を求めることができる。
以下に本発明の実施例を説明する。図1は有機EL表示装置を示し、10は絶縁基板、12a、12bは2個一組の第1、第2のスイッチング素子、図示例ではMOSFETで、第1のスイッチング素子12aのゲート電極を選択用端子、ソース電極をデータ供給用端子とし、ドレイン電極を第2のスイッチング素子12bのゲート電極に接続している。14は一端が第1、第2のスイッチング素子12a、12bの接続点に接続されたデータ保持用のコンデンサで、他端は第2のスイッチング素子12bのソース電極に接続されて共通端子としている。16は有機EL素子で、カソード電極が第2のスイッチング素子12bのドレイン電極に接続され、アノード電極を接地端子としている。上記スイッチング素子12a、12bとコンデンサ14、有機EL素子16は前記絶縁基板10上に多数組マトリクス状に配置されている。図示横方向(行方向)に配列されたスイッチング素子12aの選択用端子と共通端子はそれぞれ選択信号線にsel(1)〜sel(n)とcom(1)〜com(n)に共通接続され、縦方向(列方向)に配列されたスイッチング素子12aのデータ供給用端子は前記選択信号線に対して交差配列された多数本のデータ信号線data(1)〜data(m)に共通接続され、すべての有機EL素子16のアノード電極は接地線GNDに共通接続されている。この有機EL基板18の接地線GNDを電流検出用の抵抗20を介して接地し、各ステップ毎に図2に示すパルス信号を与え、抵抗20の端子間電圧から流れる電流を検出する。
(第1のステップ) 先ず図2(a)に示すように、すべてのデータ信号線data(1)〜data(m)に一定レベルの信号を供給した状態で、各選択信号線sel(1)〜sel(n)に第1のパルス信号を順次与え、この第1のパルス信号と同期して共通制御線com(1)〜com(n)に第2のパルス信号を同期して順次供給する。第1、第2のパルス信号を供給する毎に選択信号線sel(1)〜sel(n)に接続されたスイッチング素子群に流れる第1群の電流値を得、この電流値をJ(1)〜J(n)とする。
(第2のステップ) 次に図2(b)に示すように、すべての選択信号線sel(1)〜sel(n)に第1のパルス信号を、すべての共通制御線com(1)〜com(n)に第2のパルス信号をそれぞれ同期して順次供給した状態で、データ信号線data(1)〜data(m)に第3のパルス信号を順次供給し、データ信号線data(1)〜data(m)に接続されたスイッチング素子群に流れる第2群の電流値を得る。この電流値をI(1)〜I(m)とする。
(第3のステップ) 第1、第2の各ステップによって得られた各群のパルス信号毎の電流値J(1)〜I(n)、I(1)〜I(m)から、有機EL素子16を含む各スイッチング素子12に流れる電流を演算する。例えばXGA仕様の表示装置では、画素数が横1024、縦768に設定され、全画素数はカラーの場合2359296となるが、説明を簡略化するため、画素数を横4、縦3とする。この表示装置の画面上で、各座標の電流値(真値)が図3(a)に示す値であるとする。
本発明では、各画素毎の電流値は未知であるが、第1のステップからスイッチング素子群に流れる第1群の電流値J(1)〜J(3)が求められ、また第2のステップから第2群の電流値I(1)〜I(4)が求められる。そしていずれかの群の電流値から全画素に流れる電流の合計値Tが求められる。第3のステップではi(x,y)=I(x)・J(y)/Tから、各画素位置毎の電流値が演算される。例えば画面左上の座標(1,1)の電流値はi(1,1)=I(1)・J(1)/Tから、67×48/214=15.0となる。他の座標の電流値も同様にして計算でき、各電流値は図3(b)のようになる。この計算値と真値との差は図3(c)に示すように微差で、各画素座標の真値の代わりに計算値を利用することができる。縦横比が3:4で横方向の画素数が1024のカラー表示装置の場合、1024×3×768個(全画素数は2359296)の座標を検査する必要がある。これに対して本発明による検査方法では(1024×3+768+1)×2個(全データ数は7682個)検査すればよく、全座標を検査する場合の約1/300で済み、短時間で検査でき、検査データを記憶させるメモリも小容量で済み、より高精細の表示装置では顕著な効果を奏する。
本発明による検査方法は、各選択信号線やデータ信号線毎に電流検出する必要がなく、有機EL素子16が接続された接地端子に接続した抵抗20の端子間電圧を検出するだけでよく、検査のためのパルス信号もパーソナルコンピュータ等で容易に発生させることができるため、簡単な検査装置で済む。
図1に示す有機EL表示基板18に、図2(a)に示すパルス信号を供給する。すべてのデータ信号線data(1)〜data(m)に一定レベルの信号を供給した状態で、各選択信号線sel(1)〜sel(n)に第1のパルス信号(レベルをVg1とする)を順次与え、この第1のパルス信号と同期して共通制御線com(1)〜com(n)に第2のパルス信号を同期して順次供給する。これにより第1のパルス信号とデータ信号線に与えられる信号の差レベルの電圧がスイッチング素子12aのゲート・ソース間に与えられ、第1、第2のパルス信号を供給する毎に選択信号線sel(1)〜sel(n)に接続されたスイッチング素子群に流れる第1群の電流値J1(1)〜J1(n)を得る。
そして図2(b)に示すパルス信号を供給する。すべての選択信号線sel(1)〜sel(n)に第1のパルス信号(レベルはVg1)を、すべての共通制御線com(1)〜com(n)に第2のパルス信号をそれぞれ同期して順次供給した状態で、データ信号線data(1)〜data(m)に第3のパルス信号を順次供給する。
これにより第1のパルス信号とデータ信号線に与えられる第3のパルス信号の差レベルの電圧がスイッチング素子12aのゲート・ソース間に与えられ、データ信号線data(1)〜data(m)に接続されたスイッチング素子群に流れる第2群の電流値I1(1)〜I1(m)を得る。
次に図2(a)に示すパルス信号のうち、選択信号線に供給する第1のパルス信号のレベルのみを90〜50%間の一定レベルVg2に設定し、他条件は変えずに再度スイッチング素子群に流れる第1群の電流値J2(1)〜J2(n)を得る。
そして図2(b)に示すパルス信号を供給する。すべての選択信号線sel(1)〜sel(n)に第1のパルス信号(レベルはVg2)を、すべての共通制御線com(1)〜com(n)に第2のパルス信号をそれぞれ同期して順次供給した状態で、データ信号線data(1)〜data(m)に第3のパルス信号を順次供給し、データ信号線data(1)〜data(m)に接続されたスイッチング素子群に流れる第2群の電流値I2(1)〜I2(m)を得る。
上記第1のパルス信号としてレベルVg1の信号を与えたときの第1群の電流値J1(1)〜J1(n)と第2群の電流値I1(1)〜I1(m)及び全電流値Tから各座標の電流値が求まる。
また第1のパルス信号としてレベルVg2の信号を与えたときの第1群の電流値J2(1)〜J2(n)と第2群の電流値I2(1)〜I2(m)及び全電流値Tから各座標の電流値が求まる。
レベルVg1の第1のパルスを与えたとき、任意に選択した2つの座標の電流値が前記式4より演算され、それぞれa1、a2とし、レベルVg2の第1のパルスを与えたとき、上記2つの座標の電流値をa3、a4とする。
ソース電圧を決定するデータ信号のレベルは一定であるから、第1のスイッチング素子12aにかかるゲート・ソース間電圧はゲート電圧である第1のパルスのレベルで決定され、これをVgs1、Vgs2とする。
スイッチング素子12aのゲートソース間電圧Vgsが既知であるから、選択した座標の電流値a1、a3又はa2,a4を前記式5に代入すると、閾値電圧Vthを求めることができ、これを再度式5に代入することにより電子移動度に比例する係数βを求めることができる。電流値a1、a3を式5に代入した結果を式6に示す。
Figure 0004534052
図4は本発明を適用した有機EL表示装置を示す。図において、図1と同一部分には同一符号を付し重複する説明を省略する。22、24は内部にスイッチング素子と有機EL素子とを多数組みマトリクス状に配列した有機EL基板18の周縁部に固定されたドライバICを示す。選択信号線selと共通制御線comを駆動するドライバIC(ゲートドライバIC)22は、有機EL基板18の両側もしくは片側に配置され、データ信号線dataを駆動するデータ信号線ドライバIC(ソースドライバIC)24は有機EL基板18の上辺もしくは下辺に沿って配置されている。
24は外部から供給される映像信号を内部処理する制御ICで、図示省略するがシフトレジスタ、ラッチ回路、アナログデータスイッチなどから構成され、内部処理した信号を各ドライバIC22、24に供給する。
28は本発明検査方法により得られた各画素毎の電流を記憶させたメモリで、表示画面の行方向の電流値I(1)〜I(m)と列方向の電流値J(1)〜J(n)のデータを記憶させている。XGA仕様の表示装置では、画素数が横1024、縦768に設定され、カラー表示装置の場合、データ数は(1024×3+768+1)×2個(7682個)のデータを記憶させている。
30はメモリ28に記憶させたデータに基づいて、映像信号のレベルを補正する演算部で、行方向の電流値I(x)と列方向の電流値J(y)、行又は列方向の電流値を合計して得られる全電流値Tから、
座標(x、y)の画素に流れる電流値i(x、y)をI(x)・J(y)/Tより、電子移動度に比例する係数β(x,y)と閾値電圧Vthを式6よりそれぞれ演算し、これらの値に基づいて画素毎の映像信号のレベルを調整する。
この有機EL表示装置は、有機EL基板18上の画素毎の電流値のばらつきを補正して、画面全体の電流値を平均化できるため、有機EL基板18に配列したスイッチング素子、有機EL素子のばらつきを補正することができ、表示品質を向上し、安定させることができる。
この表示装置に装着したメモリ28は組み合わされる有機EL基板18の画素電流データを検査し、その検査データを記憶させたものであるが、全データ数が画面の(横画素数×3+縦画素数+1)×2で済むため、検査時間を短縮でき、小容量のメモリで済む。
そのため高精細の表示装置、例えばU−XGA仕様では画素数が1600×1200で、カラーの場合、全画素数は5,760,000個となるが、データ数は12,002個で済み、さらに高精細度のQ−XGA仕様では、画素数は2048×1536で、カラーの場合、全画素数は9,437,184個となるが、データ数は15,362個で済み、高精細度の表示装置ほど、検査時間を短縮でき、小容量のメモリで済む。
有機EL素子を選択し、データ信号を供給するためのスイッチング素子は、一般的に薄膜トランジスタが用いられる。アモルファスシリコンで構成した薄膜トランジスタは、ばらつきが表示画面全体に分散されるため、近傍のトランジスタ間で特性のばらつきが小さい。
そのため本発明はスイッチング素子をアモルファスシリコンにより形成した有機EL基板に好適で、特に高速で動く画像を高速で補正する必要がある動画用表示装置に好適である。
本発明は画素数が多く高精細の有機EL表示装置に適用して検査時間を短縮でき、画像が高速で動く動画用表示装置に適用して画像信号を高速で補正することができる。
有機EL基板の画素の一例を示す平面図 図1基板に供給するパルス信号の波形図 図2に示すパルス信号を図1に示す基板に供給して得られた電流値から画素毎の電流を演算した電流値配置図 本発明による有機EL表示装置のブロック図
符号の説明
10 絶縁基板
12a、12b スイッチング素子
16 有機EL素子
18 有機EL基板
20 抵抗

Claims (2)

  1. 絶縁基板上に、マトリクス状に複数の画素が配列され、
    前記画素のそれぞれに、
    第1のゲート電極、第1のソース電極及び第1のドレイン電極を有する第1のスイッチング素子と、
    前記第1のスイッチング素子により選択されデータが供給される有機EL素子と、
    第2のゲート電極、第2のソース電極及び第2のドレイン電極を有する第2のスイッチング素子と、
    が設けられ、さらに、
    行方向に配列された第1の画素群の前記第1のスイッチング素子の前記第1のゲート電極に共通接続された多数本の選択信号線と、
    列方向に配列された第2の画素群の前記第1のスイッチング素子の前記第1のソース電極及び前記第1のドレイン電極のいずれか一方に共通接続され、前記選択信号線に対して交差配列された多数本のデータ信号線と、
    選択された行の有機EL素子に出力すべき映像に応じた電圧を印加し発光させる多数本の共通制御線と
    を備え、前記第2のスイッチング素子は、前記第2のゲート電極が前記第1のスイッチング素子の前記第1のソース電極又は前記第1のドレイン電極のうちの他方と接続され、前記第2ソース電極又は前記第2のドレイン電極のいずれか一方が前記共通制御線と接続され、前記第2のドレイン電極又は前記第2のソース電極の他方が前記有機EL素子と接続される有機EL基板の、
    すべてのデータ信号線に一定レベルの信号を供給した状態で、選択信号線に第1のパルス信号を、共通制御線に第2のパルス信号を、それぞれ同期して順次供給し、各パルス信号を供給する毎に共通の選択信号線に接続された第1の画素群に流れる第1群の電流値を得る第1のステップと、
    すべての選択信号線に第1のパルス信号を、すべての共通制御線に第2のパルス信号をそれぞれ同期して順次供給した状態で、データ信号線に第3のパルス信号を順次供給し、共通のデータ信号線に接続された第2の画素群に流れる第2群の電流値を得る第2のステップと、
    第1、第2の各ステップによって得られた各群のパルス信号毎の電流値から、有機EL素子を含む前記各画素に流れる電流を演算する第3のステップと、
    を含む有機EL基板の検査方法。
  2. 前記データ信号線に供給する信号と異なるレベルの前記第1のパルス信号を、
    前記第1のステップにて、それぞれの選択信号線に供給し、共通の選択信号線に接続された前記第1の画素群に流れる第1群の電流値を得、
    前記第2のステップにて、前記第2のパルス信号をすべての選択信号線に供給し、共通のデータ信号線に接続された前記第2の画素群に流れる第2群の電流値を得て、各群の電流値から、スイッチング素子の電子移動度または閾値電圧を求める請求項1に記載の有機EL基板の検査方法。
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