JP4652233B2 - アクティブマトリクス型表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、マトリクス状に配置された複数の画素を用いて画像の表示を行う表示装置およびその駆動方法に関する。

液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）や、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）ディスプレイ等をはじめとする表示装置においては、近年大画面化、高精細化が進み、さらに、画素部と、画素部を制御するための周辺回路を基板上に一体形成することによる回路の高集積化が進んでいる。

エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子は、それ自身に電流が流れることにより発光を得る素子であり、これを用いて作製される表示装置は、自発光型ゆえの広視野角、高輝度といったメリットを有し、次世代の表示装置として期待を集めている。

また、基板上に画素部と周辺駆動回路を一体形成した、アクティブマトリクス型表示装置は、パッシブマトリクス型表示装置に比べ、大画面化、高精細化に向いており、今後の主流になると思われる。

図４（Ａ）に、アクティブマトリクス型ＥＬ表示装置の基本的な構成を示す。基板４０１上に、画素部４０２が設けられている。画素部４０２の周辺には、ソース信号線駆動回路４０３、ゲート信号線駆動回路４０４が設けられている。ソース信号線駆動回路４０３およびゲート信号線駆動回路４０４への信号入力、およびＥＬ素子への電流供給等は、フレキシブルプリント基板（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔ Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＦＰＣ）４０５を介して外部より行われる。

画素部４０２は、図４（Ｂ）に示すように、複数の画素４１１がマトリクス状に配置され、各画素の発光状態を制御することによって画像の表示が行われる。各画素はそれぞれ、スイッチング用ＴＦＴ４１５、駆動用ＴＦＴ４１６を有し、ソース信号線４１２、ゲート信号線４１３からの信号によって制御される。スイッチング用ＴＦＴ４１５がＯＮし、駆動用ＴＦＴ４１６のゲート電極に映像信号が入力されると、それに伴った電流が、電流供給線４１４より、駆動用ＴＦＴ４１６を介してＥＬ素子４１７に供給され、発光を得る。

アクティブマトリクス型ＥＬ表示装置は、ＥＬ素子に供給される電流値によって輝度が変化する。これを階調表現に用いる方法もあるが、ＴＦＴは、製造時に面内でしきい値や移動度がばらつきを生じやすいため、同じ階調信号を入力しても、面内で輝度ばらつきが生じる場合がある。そこで、駆動用ＴＦＴはＯＮ、ＯＦＦの２状態のみで制御し、ＥＬ素子に電流が供給されている時間を制御することによって階調を表現する、デジタル時間階調方式がある。デジタル時間階調方式に関しては、特許文献１に詳細な記載がある。

それぞれの画素が有するＥＬ素子４１７への電流供給は、一般的には図４（Ｂ）に矢印で示すように、外部からＦＰＣを介して、表示領域の周辺に設けられた配線から、各電流供給線を通じ、各画素に供給される。必ずしも図４（Ｂ）のような経路で供給する必要はないが、電流供給の経路は、配線抵抗等を考慮すると、一般的には入力源は出来るだけ多い方が望ましい。

特開２００１−３４３９３３号公報

図４（Ｂ）に示したような電流経路を有する場合、上下両方に引き回された電流供給線から、均一に画素部に電流が供給されるのが理想的である。しかし実際には、よりＦＰＣに近いＡの経路を流れる電流量が、Ｂの経路を流れる電流量よりはるかに大きく、画面上から下に向かい、さらに左右端部から中心部に向かい、電圧降下による勾配が生ずる。模式的に図示すると、図５（Ａ）に示すような勾配となる。特に下側は、周辺の引き回しによって、電流供給経路が存在するにもかかわらず、大きく電圧降下が生ずる。

ここで、画素部５００における駆動用ＴＦＴ、ＥＬ素子、電流供給線の構成の模式図を図５（Ｂ）に示す。例として、駆動用ＴＦＴ５０２はＰ型ＴＦＴであるとする。ＥＬ素子の輝度制御は、図５（Ｂ）に示すように、駆動用ＴＦＴ５０２のゲート・ソース間電圧ＶＧＳと、ソース・ドレイン間電圧ＶＤＳにより決定される。つまり、図５（Ｃ）に示すグラフにおいて、Ａで示す点が動作点であり、電流供給線の電位Ｖ_{ＡＮＯＤＥ}と対向電極の電位Ｖ_{ＣＡＴＨＯＤＥ}間の電圧は、駆動用ＴＦＴ５０２のＶＤＳと、ＥＬ素子の陽極・陰極間電圧ＶＥＬによって分圧される。

また、駆動用ＴＦＴ５０２が飽和領域で動作しているか、線形領域で動作しているかによって、各駆動条件が異なる。

図５（Ｃ）の＜ｉ＞に示すように、駆動用ＴＦＴ５０２が飽和領域で動作するように動作点を決定してやると、ＥＬ素子５０３が劣化し、電圧・電流特性が実線から点線のように変化しても、動作点における電流値の変化が小さいため、輝度変化も小さい。つまり、ＥＬ素子５０３の劣化に対し、マージンを持たせることが出来る。さらにこのマージンにより、対向電極５０４側で電圧降下が生じても、ある程度、具体的には駆動用ＴＦＴ５０２の動作領域が飽和領域から線形領域に移行するまでは電流値が変化しないため、輝度変化も抑えられる。反面、駆動用ＴＦＴ５０２のＶＤＳが高くなるため、全体としての駆動電圧（Ａｎｏｄｅ・Ｃａｔｈｏｄｅ間電圧）が高くなり、消費電力が増加するといったデメリットがある。

一方、図５（Ｃ）の＜ｉｉ＞に示すように、駆動用ＴＦＴ５０２が線形領域で動作するように動作点を決定してやると、駆動用ＴＦＴ５０２のＶＤＳははるかに小さくなり、全体としての駆動電圧（Ａｎｏｄｅ・Ｃａｔｈｏｄｅ間電圧）を低くすることが出来る。さらに、駆動用ＴＦＴ５０２のＶＧＳが多少変動しても、画質に影響しにくい。ただし、前者のように、ＥＬ素子５０３の劣化に対しては、直接輝度変化に影響する。

ここで、電流供給線５０１、もしくは対向電極５０４において、前述の電圧降下が生じた場合を考える。電流供給線５０１側での電圧降下は、駆動用ＴＦＴ５０２のソース電位に影響する。つまり、画面上部と下部とで、駆動用ＴＦＴ５０２のソース電位に差が生じ、すなわちＶＧＳに差が生ずる。具体的には、画面上部よりも下部の方が、駆動用ＴＦＴ５０２のＶＧＳが小さくなり、電流値が小さくなる。つまり、画面上部と下部において、輝度に差が生ずる。これは、駆動用ＴＦＴ５０２が飽和領域で動作している場合、より顕著に現れる。

一方、対向電極５０４側での電圧降下は、ＥＬ素子５０３の特性変化が無い場合には、駆動用ＴＦＴ５０２のドレイン電位に影響する。つまり、画面上部と下部とで、駆動用ＴＦＴ５０２のドレイン電位に差が生じ、すなわちＶＤＳに差が生ずる。具体的には、画面上部よりも下部の方が、駆動用ＴＦＴ５０２のＶＤＳが小さくなり、電流値が小さくなる。この場合も、画面上部と下部において、輝度に差が生ずる。これは、駆動用ＴＦＴ５０２が線形領域で動作している場合、より顕著に現れる。

このように、配線抵抗による面内の電圧降下は、表示品質に著しく影響する。これは、面内で消費される電流値が大きいほど顕著となる。すなわち、大画面化を視野に入れた場合、避けられない課題である。

本発明は、上述の課題に鑑み、消費電力の増加要因となる電圧補償回路等の追加を必要とせず、面内の電圧分布を均一化し、良好な表示品質を得ることの出来る表示装置およびその駆動方法を提供することを目的とする。

画面上部と下部の両方に電流経路を設けた場合にも、配線抵抗の大小によって、上側の経路が支配的となり、理想的な電圧勾配が得られない点は前述の通りである。

そこで本発明においては、画面上部への電流供給経路と、画面下部への電流供給経路を完全に分離する。さらに、画面上部からの電流供給と、画面下部からの電流供給のタイミングに変化を与え、面内で生ずる電圧降下を相殺し、結果、面内で良好な電圧分布が得られる構成とする。

本発明の構成を以下に記す。

本発明の表示装置は、
複数の画素がマトリクス状に配置された画素部と、
前記画素部周辺に設けられた複数の電流供給経路と、
前記複数の電流供給経路から少なくとも１つ以上を選択するスイッチを有することを特徴とする。

本発明の表示装置の駆動方法は、
複数の画素がマトリクス状に配置された画素部と、
前記画素部周辺に設けられた複数の電流供給経路を有する表示装置において、
前記複数の電流供給経路のうち、いずれか選ばれた電流供給経路を用いて、前記画素部に電流供給を行い、
前記選ばれた電流供給経路は、経時的に切り替えが行われることを特徴とする。

このとき、前記電流供給経路の切り替えは、少なくとも１フレーム期間内に１回以上の周期で行われることが望ましい。

本発明によって、ＥＬ表示装置をはじめとしたアクティブマトリクス型表示装置において、配線抵抗による面内電圧降下起因の輝度分布を抑制し、良好な表示を得ることが出来る。また本発明は、面内での消費電流が大きいほど効果が大きく、今後さらに進むと思われる高精細化、大画面化に大いに貢献すると思われる。

図１（Ａ）に、本発明の実施形態を示す。図４（Ｂ）と同様、画素部１０１の上下より、電流を入力する経路を有する。ただし、本実施形態においては、画素部１０１の上側から入力される経路を第１の電流供給経路１０２、画素部１０１の下側から入力される経路を第２の電流供給経路１０３とし、基板上では互いに独立した経路として配置される。

第１の電流供給経路１０２、第２の電流供給経路１０３は、図１（Ｂ）に示すように、フレーム期間内に少なくとも１回、電流供給のＯＮ、ＯＦＦの切り替えが行われる。あるフレーム期間において、点線枠１１１で示される期間においては、第１の電流供給経路１０２から電流供給が行われ、第２の電流供給経路１０３は、経路が遮断された状態となっている。一方、点線枠１１２で示される期間においては、第２の電流供給経路１０３から電流供給が行われ、第１の電流供給経路１０２は、経路が遮断された状態となっている。

第１の電流供給経路１０２から電流供給が行われているとき、画素部１０１における電圧分布は図１（Ｃ）の＜ｉ＞のようになる。具体的には、電流経路の中で最もＦＰＣに近い画面右上、左上から、中央下端に向かって電圧降下が生ずる。一方、第２の電流供給経路１０３から電流供給が行われているとき、画素部１０１における電圧分布は図１（Ｃ）の＜ｉｉ＞のようになる。具体的には、電流経路の中で最もＦＰＣに近い画面右下、左下から、中央上端に向かって電圧降下が生ずる。このとき、図１（Ｃ）の＜ｉｉ＞においては、原理を簡単に説明するために図１（Ｃ）の＜ｉ＞を上下反転した分布として示しているが、ＦＰＣから画面下端までの引き回し部分による配線抵抗の影響により、実際には図１（Ｃ）の＜ｉ＞よりも全体的に電圧降下が大きくなる。

前述の２つの状態、つまり図１（Ｃ）において＜ｉ＞、＜ｉｉ＞で示した状態が、フレーム期間内に交互に現れる。連続的に画面が表示されている間の電圧分布を平均化すると、画素部１０１における見かけ上の電圧分布は、図１（Ｃ）の＜ｉｉｉ＞のようになり、画面端部と中央部との電位差が小さくなっているのがわかる。

前述したように図１（Ｃ）における＜ｉ＞、＜ｉｉ＞の状態は、実際には図１（Ｃ）の＜ｉ＞の電圧降下に比べ、図１（Ｃ）の＜ｉｉ＞の電圧降下の分布はＦＰＣから画面下端までの引き回し部分による配線抵抗の影響により、全体的に電圧降下が大きい。そのため、単に画素部の上下両方に引き回された電流供給線から電流を供給し、面内に生ずる電圧降下を相殺して平均化する場合に比べ、画素部１０１における電圧分布の勾配を小さくできる。具体的には、第１の電流供給経路１０２から画素部の中央に向かう電圧降下と第２の電流供給回路から画素部の中央に向かう電圧降下の勾配が異なる分、面内に生ずる電圧降下がより相殺されるため、画素部１０１における電圧分布の勾配は小さくなる。

図１（Ａ）に示した構成において、画素部の上下両方の電流供給線から常に電流供給を行う場合、電流供給経路の配線抵抗の大小によって上下いずれかの電流供給線かが支配的となる場合がある。電流供給経路を経時的に切り替えることで、いずれかの電流供給経路の電圧降下の勾配が画素部に対し支配的に働くことなく、電圧降下の勾配をより効果的に平均化できる。

また、電流供給経路の切り替えのタイミングの指標としては、通常、アクティブマトリクス型表示装置において、使用者が画面のちらつきを感じないように、１秒間に６０フレーム程度の画面描画を行っている。電流供給経路の切り替えを行った場合、電圧分布の変化によって、画面の書き換えを行ったかのように振る舞うため、切り替え回数が少ないと、使用者にちらつきとして認識されてしまう可能性がある。よって、少なくともこの１フレーム期間内に、図１（Ｂ）に示したように１回以上、電流供給経路のＯＮ、ＯＦＦの切り替えが行われることが望ましい。この切り替えの回数が多いほど、ちらつきとして認識されにくくなり、表示品位が向上する。

また、図１（Ｂ）においては、第１の電流供給経路１０２、第２の電流供給経路１０３は、互い違いにＯＮ、ＯＦＦのタイミングが設けられているが、両方がＯＮ、あるいは両方がＯＦＦしている期間がオーバーラップしている期間があっても構わない。

また、表示装置外部の電源等に関して、図３（Ａ）に示す。画素部３０１に対し、第１の電流供給経路３０２、第２の電流供給経路３０３の電流供給経路の切り替えを行う際、単一の駆動用電源３０４を設け、スイッチ３０５によって電流供給経路との接続、遮断の切り替えを行っても良いし、図３（Ｂ）に示すように、複数の駆動用電源３１１、３１２を設け、スイッチ３１３によって互いに電流供給経路との接続、遮断の切り替えを行っても良い。

本発明の実施形態に従ってシミュレーションを行った結果を図２（Ａ）〜（Ｃ）に示す。図２（Ａ）〜（Ｃ）は、横３２０、縦２４０（ＱＶＧＡ）を想定した画素部において、画素部全面にわたって全発光させた場合のＡｎｏｄｅ電位の電圧降下について示している。向かって奥側が画面上端、手前が画面下端に該当する。図２（Ａ）は、第１の電流供給経路より電流供給を行っている期間の電圧分布、図２（Ｂ）は、第２の電流供給経路より電流供給を行っている期間の電圧分布、図２（Ｃ）は、両者を平均化した場合の電圧分布を示している。

図２（Ａ）においては、最も電圧降下の小さい画面右上、左上部分と、最も電圧降下の大きい画面中央下端との間に、０．１３Ｖ程度の電位差が生じている。また、全域にわたって勾配がある。従来のように、画素部上下の両方から電流供給を行う場合にも、引き回し配線抵抗によって、画素部上側からの電流供給経路が支配的となり、画素部下側からの電流供給経路は十分に電流供給経路としての役目を果たさないため、図２（Ａ）に類似した電圧分布が現れる。

図２（Ｂ）においては、最も電圧降下の小さい画面右下、左下部分と、最も電圧降下の大きい画面中央上端との間に、０．０８Ｖ程度の電位差が生じている。画面全体にわたっての電圧勾配は、図２（Ａ）に比べて平坦に近くなっているが、周辺の引き回し部分による電圧降下の影響が大きく、図２（Ａ）に比べ、全体的に約１Ｖ程度、電位が低くなっている。

第１の電流供給経路及び第２の電流供給経路を経時的に切り替えて画素部に電流供給を行い、両者を平均化したものが図２（Ｃ）である。当初の図２（Ａ）に比べ、最も電圧降下の小さい画面右上、左上部分と、最も電圧降下の小さい画面中央部分との電位差は０．０８Ｖ程度と、図２（Ａ）に比べてその差が縮小している。また、面内の勾配も比較的平坦な領域が大きくなっている。

以上のように、本発明は、画素部の電圧分布をより平坦にし、結果として駆動用ＴＦＴのＶＧＳ変化を小さくすることが出来るため、面内の輝度分布を小さくすることが出来る。また、本発明は異なる画素部に接続される電流供給経路を経時的に切り替える構成を有しているため、各々の電流供給経路を独立した状態で使うことが出来る。よって、一方の電流供給経路における電流値、電圧降下が他方の電流供給経路における電流値、電圧降下に影響することなく、電圧降下の勾配を平均化できる。電圧降下は、消費電流が大きいほど影響が大きくなるため、本発明は大画面、高精細なアクティブマトリクス型表示装置の画質向上に大きく貢献する。

図１は本発明の一実施形態を示す図である。 図２は画素部の電圧降下に関するシミュレーション結果を示す図である。 図３は本発明の一実施形態を示す図である。 図４はアクティブマトリクス型表示装置の構成および画素部の構成を示す図である。 図５は画素部の電圧降下と、ＥＬ素子の動作状態について示す図である。

符号の説明

１０１ 画素部
１０２ 第１の電流供給経路
１０３ 第２の電流供給経路
１１１ 点線枠
１１２ 点線枠
３０１ 画素部
３０２ 第１の電流供給経路
３０３ 第２の電流供給経路
３０４ 駆動用電源
３０５ スイッチ
３１１ 駆動用電源
３１２ 駆動用電源
３１３ スイッチ
４０１ 基板
４０２ 画素部
４０３ ソース信号線駆動回路
４０４ ゲート信号線駆動回路
４０５ ＦＰＣ
４１１ 画素
４１２ ソース信号線
４１３ ゲート信号線
４１４ 電流供給線
４１５ スイッチング用ＴＦＴ
４１６ 駆動用ＴＦＴ
４１７ ＥＬ素子
５００ 画素部
５０１ 電流供給線
５０２ 駆動用ＴＦＴ
５０３ ＥＬ素子
５０４ 対向電極

Claims (7)

1. 複数の画素がマトリクス状に配置された画素部と、
   前記画素部周辺に設けられた第１の電流供給経路と、
   前記画素部周辺に設けられた第２の電流供給経路と、
   前記第１の電流供給経路と前記第２の電流供給経路のいずれか一方を選択するスイッチとを有し、
   前記複数の画素のそれぞれはＥＬ素子を有し、
   前記第１の電流供給経路は前記画素部の上部への電流経路であり、
   前記第２の電流供給経路は前記画素部の下部への電流経路であり、
   前記スイッチによって選択された前記第１の電流供給経路と前記第２の電流供給経路のいずれか一方から前記複数の画素のそれぞれの前記ＥＬ素子に電流供給を行うことを特徴とするアクティブマトリクス型表示装置。
2. 複数の画素がマトリクス状に配置された画素部と、
   前記画素部周辺に設けられた第１の電流供給経路と、
   前記画素部周辺に設けられた第２の電流供給経路と、
   前記第１の電流供給経路と前記第２の電流供給経路のいずれか一方を選択し、且つ前記第１の電流供給経路及び前記第２の電流供給経路を経時的に切り替えるスイッチとを有し、
   前記複数の画素のそれぞれはＥＬ素子を有し、
   前記第１の電流供給経路は前記画素部の上部への電流経路であり、
   前記第２の電流供給経路は前記画素部の下部への電流経路であり、
   前記スイッチによって選択された前記第１の電流供給経路と前記第２の電流供給経路のいずれか一方から前記複数の画素のそれぞれの前記ＥＬ素子に電流供給を行うことを特徴とするアクティブマトリクス型表示装置。
3. 請求項１又は２において、
   前記複数の画素のそれぞれは駆動用トランジスタを有し、
   前記スイッチによって選択された前記第１の電流供給経路と前記第２の電流供給経路のいずれか一方から前記複数の画素のそれぞれの前記ＥＬ素子に、前記駆動用トランジスタを介して、電流供給を行うことを特徴とするアクティブマトリクス型表示装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一において、
   前記第１の電流供給経路又は前記第２の電流供給経路の切り替えは、少なくとも１フレーム期間内に１回以上の周期で行われることを特徴とするアクティブマトリクス型表示装置。
5. 複数の画素がマトリクス状に配置された画素部と、
   前記画素部周辺に設けられた第１の電流供給経路と、
   前記画素部周辺に設けられた第２の電流供給経路と、を有し、
   前記複数の画素のそれぞれはＥＬ素子を有するアクティブマトリクス型表示装置において、
   前記第１の電流供給経路は前記画素部の上部への電流経路であり、
   前記第２の電流供給経路は前記画素部の下部への電流経路であり、
   前記第１の電流供給経路及び前記第２の電流供給経路のうち、いずれか選ばれた電流供給経路を用いて、前記複数の画素のそれぞれの前記ＥＬ素子に電流供給を行い、
   前記選ばれた電流供給経路は、経時的に切り替えが行われることを特徴とするアクティブマトリクス型表示装置の駆動方法。
6. 請求項５において、
   前記複数の画素のそれぞれは駆動用トランジスタを有し、
   前記第１の電流供給経路及び前記第２の電流供給経路のうち、いずれか選ばれた電流供給経路を用いて、前記複数の画素のそれぞれの前記ＥＬ素子に、前記駆動用トランジスタを介して、電流供給を行うことを特徴とするアクティブマトリクス型表示装置の駆動方法。
7. 請求項５又は６において、
   前記電流供給経路の切り替えは、少なくとも１フレーム期間内に１回以上の周期で行われることを特徴とするアクティブマトリクス型表示装置の駆動方法。

Images