JP5073547B2 - 表示駆動回路と表示駆動方法 - Google Patents

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Description

本発明は、有機EL(Electro Luminescence)素子等の電流駆動型の発光素子を駆動するための表示駆動回路と表示駆動方法に関するものである。
現在、軽量薄型で低消費電力の表示デバイスとして広く使用されているLCD(液晶表示装置)に続く次世代の表示デバイスとして、有機EL素子や無機EL素子、或いはLED(発光ダイオード)等の自己発光型の素子をマトリクス状に配置した表示装置の本格的な普及に向けた研究開発が行われている。自己発光型の素子を用いた表示装置は、LCDに比較して表示応答速度が速く、視野角依存性がなく、高輝度・高コントラスト・高精細化が可能であると共に、LCDのようにバックライトを必要としないので、一層の薄型軽量化や低消費電力化が可能という特徴を有している。
自己発光型の素子を用いて階調表示を行うには、表示パネルを構成する表示画素毎に、発光素子とこの発光素子を駆動するための複数のスイッチング素子からなる発光駆動回路が必要となる。詳細は後述するが、一般的に発光駆動回路は、選択線で指定されたときにデータ線から与えられる表示データ(階調信号)をキャパシタに保持するためのスイッチ用のトランジスタと、このキャパシタに保持された階調信号に応じた電流を発光素子に供給する駆動用のトランジスタで構成されている。これらのトランジスタには、製造プロセスが簡易で動作特性が均一な単一チャネル型のアモルファスシリコン薄膜トランジスタが用いられるが、アモルファスシリコン薄膜トランジスタは、一般的に駆動履歴による閾値電圧の変化(VTシフト)が顕著に生じることが知られている。
駆動用のトランジスタの閾値電圧が変化すると、発光素子に供給される電流が表示データに対応しなくなり、適切な輝度階調で発光動作をすることができなくなる。閾値電圧の変化は、各発光素子の発光履歴(即ち、駆動用のトランジスタの駆動履歴)に起因するものであるため、表示素子毎に発光特性にばらつきが生じ、表示画質が劣化するという問題があった。
このような問題を解決するために、下記特許文献1には、画面表示を行う前に予め各発光駆動回路の駆動用のトランジスタの閾値電圧を測定してその測定結果に基づいて各画素に対する補正データを作成しておき、表示データに対応する電圧と補正データに応じた電圧を加算することによって駆動電圧を補正して発光駆動回路に与えるように構成した表示駆動装置が記載されている。
図2は、下記特許文献1に記載された従来の表示駆動装置の構成図である。
この表示駆動装置は、発光駆動回路DCと有機EL素子OELからなる表示画素PXをマトリクス状に配置した表示パネルを駆動するもので、シフトレジスタ・データレジスタ部110、表示データラッチ部120、階調電圧生成部130、閾値検出電圧アナログ−デジタル変換器(以下、アナログ−デジタル変換器を「ADC」という)140、閾値補償電圧デジタル−アナログ変換器(以下、デジタル−アナログ変換器を「DAC」という)150、閾値データラッチ部160、フレームメモリ170、電圧加算部180、及びデータ線入出力切換部190を備えている。
シフトレジスタ・データレジスタ部110は、外部から順次与えられる表示パネル1行分の表示画素PXに対応した表示データを取り込んで表示データラッチ部120に転送する動作、閾値検出電圧ADC140でデジタル信号に変換されて閾値データラッチ部160に保持された1行分の表示画素PXの閾値電圧を順次取り込んでフレームメモリ170に転送する動作、またはフレームメモリ170から特定の1行分の表示画素PXの閾値補償データを順次取り込んで閾値データラッチ部160に転送する動作のいずれか1つを選択的に実行するものである。
表示データラッチ部120は、シフトレジスタ・データレジスタ部110から転送された1行分の表示画素PXの表示データを保持するものである。階調電圧生成部130は、有機EL素子OELを表示データに応じて発光表示させるための階調実効電圧Vreal、または黒表示をさせるための無発光表示電圧Vzeroのいずれかを選択的に供給するものである。
閾値検出電圧ADC140は、表示画素PXの有機EL素子OELに発光駆動電流を供給するトランジスタTR13の閾値電圧をアナログ電圧として取り込み、デジタルの閾値検出データに変換するものである。閾値補償電圧DAC150は、閾値電圧を検出するための検出用電圧Vpv、または各表示画素PXのトランジスタTR13の閾値補償データをアナログ電圧に変換して補償電圧Vpthを出力するものである。
閾値データラッチ部160は、閾値検出電圧ADC140で生成された閾値検出データを1行分の表示画素PX単位で取り込んで保持し、シフトレジスタ・データレジスタ部110を介してフレームメモリ170に順次転送する動作、またはフレームメモリ170から1行分の表示画素PX単位で閾値補償データを順次取り込んで保持して閾値補償電圧DAC150に転送する動作のいずれかを選択的に行うものである。
フレームメモリ170は、表示パネルに配列された各表示画素PXへの表示データの書き込み動作に先立って、閾値検出電圧ADC140と閾値データラッチ部160によって検出された閾値検出データを、シフトレジスタ・データレジスタ部110を介して順次取り込み、表示パネルの1画面(1フレーム)分の表示画素PX毎に個別に記憶すると共に、閾値補償データとしてシフトレジスタ・データレジスタ部110を介して順次出力し、閾値データラッチ部160へ転送するものである。
電圧加算部180は、階調電圧生成部130から出力される電圧と、閾値補償電圧DAC150から出力される電圧とを加算して、データ線入出力切換部190を介して表示パネルの列方向に設けられたデータ線DLに出力するものである。また、データ線入出力切換部190は、2つのスイッチ191,192によって、データ線DLと閾値検出電圧ADC140または電圧加算部180との間の接続を、切換制御信号AZに従って切り替えるものである。
また、表示画素PXは、表示パネルの行方向(図の左右方向)に配置された複数の選択線SLと、列方向(図の上下方向)に配置された複数のデータ線DLとの各交点近傍に配置された発光駆動回路DCと有機EL素子OELで構成されている。
発光駆動回路DCは、スイッチ用のトランジスタTR11,TR12と、駆動用のトランジスタTR13と、階調表示電圧保持用のキャパシタCSを有している。トランジスタTR11のゲートとドレインとソースは、それぞれ選択線SL、供給電圧線VL、ノードN11に接続され、トランジスタTR12のゲートとドレインとソースは、それぞれ選択線SL、データ線DL、ノードN12に接続されている。トランジスタTR13のゲートとドレインとソースは、それぞれノードN11、供給電圧線VL、ノードN12に接続され、キャパシタCSはノードN11,N12の間に接続されている。そして、ノードN12に有機EL素子OELのアノードが接続され、この有機EL素子OELのカソードは共通電圧(例えば、接地電位GND)に接続されている。
この表示駆動装置の動作は、表示パネル内の各表示画素PXにおける発光駆動用のトランジスタTR13の閾値電圧を測定して閾値補償データを記憶する閾値電圧検出動作と、この閾値電圧検出動作で得られた閾値補償データに基づいて表示データに対応する階調実効電圧を補正し、補正した電圧に従って有機EL素子OELを発光させる表示駆動動作に大別される。
閾値電圧検出動作は、表示駆動動作に先立つ任意のタイミング(例えば、電源投入直後等)に行われるもので、電圧印加動作と、電圧収束動作と、電圧読み取り動作の3つの期間に分けられる。
電圧印加動作期間では、切換制御信号AZによってデータ線入出力切換部190のスイッチ192をオン状態にし、データ線DLを電圧加算部180に接続する。また、選択線SLを“H”レベルに設定し、供給電圧線VLには低電位の供給電圧(例えば、接地電位GND)を印加する。更に、階調電圧生成部130は、黒表示をさせるための無発光表示電圧Vzeroを出力する。また、閾値補正電圧DAC150から、閾値電圧を検出するための検出用電圧Vpvを出力する。
これにより、閾値補償電圧DAC150から出力される検出用電圧Vpvが、電圧加算部180及びデータ線入出力切換部190を介してデータ線DLに印加される。データ線DL上の検出用電圧Vpvは、選択線SLによってオン状態にされたトランジスタTR12を介してノードN12に与えられる。また、供給電圧線VLの接地電位GNDは、選択線SLによってオン状態にされたトランジスタTR11を介してノードN11に与えられる。
ここで、検出用電圧Vpvの絶対値を、トランジスタTR12,13の閾値電圧Vth12,Vth13の合計よりも大きくなるように設定しておくと、トランジスタTR13のゲート・ソース間に閾値電圧Vth13よりも大きな電圧Vcpが印加される。これにより、供給電圧線VLからトランジスタTR13のドレイン・ソース間を介して閾値補償電圧DAC150に向けて、電圧Vcpに応じた大電流の検出用電流Ipvが強制的に流れる。従って、キャパシタCSは、急速に電圧Vcpに充電される。
次いで、電圧収束動作期間では、選択線SLが“H”レベルに、供給電圧線VLには接地電位GNDが印加された状態で、切換制御信号AZによってデータ線入出力切換部190のスイッチ191をオン状態に設定する。また、閾値補償電圧DAC150からの検出用電圧Vpvの出力を停止する。この状態では、トランジスタTR11,TR12はオン状態を維持するので、発光駆動回路DCはデータ線DLとの電気的な接続状態は保持されるものの、このデータ線DLへの電流が遮断され、キャパシタCSの一端(ノードN12)はハイインピーダンス状態となる。
このとき、キャパシタCSに蓄積された電荷(電圧Vcp)により、トランジスタTR13のゲート電圧が保持され、このトランジスタTR13はオン状態を保持してドレイン・ソース間に電流が流れ続ける。これにより、トランジスタTR13のソース(ノードN12)の電位が、ドレイン(供給電圧線VL)の電位に近づくように徐々に上昇する。これに伴い、キャパシタCSに蓄積された電荷の一部が放電され、トランジスタTR13のゲート・ソース間電圧が低下して、最終的にトランジスタTR13の閾値電圧Vth13に収束する。また、トランジスタTR13のドレイン・ソース間電流も減少し、最終的に電流は停止する。
次いで、電圧読み取り動作期間では、選択線SLが“H”レベルに設定され、供給電圧線VLには接地電位GNDが印加され、切換制御信号AZによってデータ線入出力切換部190のスイッチ191がオン状態に設定された状態で、閾値検出電圧ADC140と閾値データラッチ部160により、データ線DLの電位(検出電圧Vdec)を測定する。
この時点では、データ線DLはオン状態のトランジスタTR12を介してノードN12に接続されており、このノードN12の電位はトランジスタTR13の閾値電圧Vth13相当の電荷が蓄積されたキャパシタCSの一端の電位に相当する。一方、ノードN11の電位は、トランジスタTR13の閾値電圧Vth13相当の電荷が蓄積されたキャパシタCSの他端の電位であって、オン状態に設定されたトランジスタTR11を介して接地電位GNDに接続された状態となっている。
従って、閾値検出電圧ADC140によって測定されるデータ線DLの電位は、トランジスタTR13のソースの電位に相当することになるので、検出電圧Vdecに基づいて、トランジスタTR13の閾値電圧Vth13を検出することができる。検出された閾値電圧Vth13は、閾値検出電圧ADC140によってデジタルの閾値検出データに変換され、閾値データラッチ部140に一旦保持された後、1行分の表示画素PX単位でシフトレジスタ・データレジスタ部110によって順次読み出され、フレームメモリ170の所定の記憶領域に順次記憶される。フレームメモリ170に記憶された表示パネルの各表示画素PXの閾値検出データは、外部から与えられる表示データに対する閾値補償データとして使用され、次の表示駆動動作が行われることになる。
表示駆動動作は、外部から順次与えられる表示データに基づく階調実効電圧を、閾値補償データに基づく補償電圧によって補正し、補正した電圧に従って有機EL素子OELを発光させるもので、書込み動作と発光動作の期間に分けられる。
書込み動作期間では、選択線SLが“H”レベルに、供給電圧線VLには接地電位GNDが印加された状態で、切換制御信号AZによってデータ線入出力切換部190のスイッチ192をオン状態に設定する。更に、閾値補償電圧DAC150から閾値補償データに基づいた補償電圧Vpthを出力すると共に、階調電圧生成部130から表示データに基づいた階調実効電圧Vrealを出力する。
補償電圧Vpthと階調実効電圧Vrealは、電圧加算部180で合算され、階調指定電圧Vdataとしてデータ線入出力切換部190を介してデータ線DLに印加される。これにより、接地電位GNDがオン状態のトランジスタTR11を介してノードN11に印加されると共に、データ線DLの階調指定電圧Vdataがオン状態のトランジスタTR12を介してノードN12に印加される。従って、キャパシタCSには、階調指定電圧Vdataが保持される。即ち、トランジスタTR13のゲート・ソース間に、このトランジスタTR13の固有の閾値電圧Vth13と階調実効電圧Vrealの総和に相当する電位差が生じる。
次いで、発光動作期間では、選択線SLが“L”レベルに設定され、供給電圧線VLには高電位の供給電圧(電圧Ve)が印加されると共に、閾値補償電圧DAC150からの補償電圧Vpthと、階調電圧生成部130からの階調実効電圧Vrealの出力が停止される。これにより、トランジスタTR11,TR12がオフ状態となり、高電位(電圧Ve)の供給電圧線VLからトランジスタTR13を介して、有機EL素子OELに発光駆動電流Iemが流れ、この有機EL素子OELは発光駆動電流Iemの大きさに応じた所定の輝度階調で発光する。ここで、トランジスタTR13に流れる発光駆動電流Iemは、このトランジスタTR13のゲート・ソース間電圧、即ちキャパシタCSに保持された、トランジスタTR13の固有の閾値電圧Vth13と階調実効電圧Vrealの総和の電圧に対応した電流となる。
このように、この表示駆動装置は、表示駆動動作に先立って、表示パネル内の各表示画素PXにおける発光駆動用のトランジスタTR13の閾値電圧を測定して閾値補償データとして記憶しておき、表示駆動動作時に、外部から与えられる表示データに基づく階調実効電圧をこの閾値補償データから生成される補償電圧で補正してトランジスタTR13に流れる発光駆動電流を制御するようにしている。これにより、駆動用のトランジスタの駆動履歴に起因する閾値電圧の変化が補正され、表示画質に劣化を生じさせることのない表示駆動装置が得られる。
特開2006−301250号公報
しかしながら、前記表示駆動装置は、補償電圧を生成するための閾値補償電圧DAC150に加えて、発光駆動用のトランジスタTR13の閾値電圧を測定するための閾値検出電圧ADC140を必要としている。このため、回路規模が増大してレイアウト面積が大きくなるという課題があった。
本発明は、発光駆動用のトランジスタの駆動履歴に起因する発光特性のばらつきを補償する回路を備えた表示駆動回路の回路規模を縮小することを目的としている。
本発明の表示駆動回路は、電流制御型の発光素子と該発光素子に対する駆動電流を供給する駆動用のトランジスタを備えた表示画素に、外部から与えられる表示データに応じて階調信号を与えることによって該発光素子を所定の輝度階調で発光動作させる表示駆動回路であって、前記トランジスタの閾値電圧の測定値に基づく補償データを格納するメモリと、前記表示データを一時的に保持するレジスタと、表示動作に先立つ所定の閾値電圧測定時に、前記トランジスタが接続されるデータ線を介して該トランジスタの閾値電圧を測定して前記補償データを生成して前記メモリに格納し、表示動作時には、前記レジスタに保持された前記表示データを該メモリに格納された補償データで補正して該トランジスタが接続されるデータ線に前記階調信号を出力するデータ線駆動部とを備えている。
更に、データ線駆動部は、前記閾値電圧測定を行うための第1、第2及び第3ステップの内の第3ステップにおいてクロック信号に同期してカウント動作を行うカウンタと、前記第1ステップにおいて前記データ線に閾値測定用の検出電圧を出力するための検出用データを選択し、前記第2及び第3ステップにおいて前記カウンタのカウント値を選択し、前記表示動作時には前記メモリに格納された補償データを選択して出力するセレクタと、前記閾値電圧測定時には、前記セレクタで選択されたデータをアナログ電圧に変換して出力し、前記表示動作時には、該セレクタで選択された前記補償データによって前記レジスタに保持された前記表示データを補正したアナログ電圧を出力するDACと、前記第1ステップ及び前記表示動作時には、ボルテージフォロワ回路を構成して前記DACの出力電圧を前記データ線に出力し、前記第2及び第3ステップでは電圧比較器を構成して該デジタル−アナログ変換器の出力電圧と該データ線の電圧を比較する演算増幅器と、前記第3ステップにおいて前記演算増幅器の比較結果を監視し、該比較結果が反転した時点で前記カウンタのカウント値を前記閾値電圧として保持するデータ保持部を有することを特徴としている。
本発明の表示駆動方法は、電流制御型の発光素子と該発光素子に対する駆動電流を供給する駆動用のトランジスタを備えた表示画素に、外部から与えられる表示データに応じて階調信号を与えることによって該発光素子を所定の輝度階調で発光動作させる表示駆動方法であって、表示動作に先立つ所定の閾値電圧測定時に、前記駆動用のトランジスタが接続されるデータ線に該トランジスタの閾値電圧を測定するための検出電圧に対応する検出用データをDACに与えてアナログ電圧に変換し、該アナログ電圧をボルテージフォロワ接続した演算増幅器を介して該データ線に出力する電圧印加処理と、前記電圧印加処理の後、前記データ線に対する前記閾値測定用の検出電圧を停止し、該データ線の電圧を前記駆動用のトランジスタの閾値電圧に収束させる電圧収束処理と、前記データ線の電圧が前記閾値電圧に収束した後、クロック信号に同期してカウント動作するカウンタのカウント値を前記DACに与えてアナログ電圧に変換すると共に、このアナログ電圧と前記データ線の電圧とを前記演算増幅器で比較し、その比較結果が反転した時の該カウンタのカウント値を補償データとしてメモリに格納する電圧読み取り処理を行い、表示動作時には、外部から与えられてレジスタに保持された表示データを前記メモリに格納された補償データで補正したアナログ電圧を生成し、前記階調信号としてボルテージフォロワ接続した前記演算増幅器を介して前記データ線に出力する表示処理を行うことを特徴としている。
本発明では、駆動用のトランジスタが接続されるデータ線を駆動する演算増幅器の接続を切り換えることにより、このデータ線にアナログ電圧を印加するときにはボルテージフォロワ回路として使用し、このデータ線に現れる駆動用のトランジスタの閾値電圧を測定するときには電圧比較器として使用するようにしている。これにより、検出用の電圧や補償用の電圧を生成するためのDACを、閾値電圧測定時にADCの一部として使用することができる。これにより、発光駆動用のトランジスタの駆動履歴に起因する発光特性のばらつきを補償する回路を備えた表示駆動回路の回路規模を縮小することができるという効果がある。
この発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、次の好ましい実施例の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、より完全に明らかになるであろう。但し、図面は、もっぱら解説のためのものであって、この発明の範囲を限定するものではない。
図1は、本発明の実施例を示す表示駆動回路の構成図である。
この表示駆動回路は、発光駆動回路DCと有機EL素子OELからなる表示画素PXをマトリクス状に配置した表示パネルを駆動するもので、シフトレジスタ・データレジスタ部10、表示データラッチ部20、階調電圧生成部30、データ線駆動部40、閾値データラッチ部60、及びフレームメモリ70を備えている。
表示画素PXは、表示パネルの行方向(図の左右方向)に配置された複数の選択線SLと、列方向(図の上下方向)に配置された複数のデータ線DLと、これらの選択線SLとデータ線DLの各交点近傍に配置された発光駆動回路DCと有機EL素子OELで構成されている。但し、この図には、1組の選択線SLとデータ線DLと発光駆動回路DCのみを示している。
発光駆動回路DCは、スイッチ用のトランジスタ1,2と、駆動用のトランジスタ3と、階調表示電圧保持用のキャパシタ4を有している。トランジスタ1のゲートとドレインとソースは、それぞれ選択線SL、供給電圧線VL、ノードN1に接続され、トランジスタ2のゲートとドレインとソースは、それぞれ選択線SL、データ線DL、ノードN2に接続されている。トランジスタ3のゲートとドレインとソースは、それぞれノードN1、供給電圧線VL、ノードN2に接続され、キャパシタ4はノードN1,N2の間に接続されている。そして、ノードN2に有機EL素子OELのアノードが接続され、この有機EL素子OELのカソードは共通電圧(例えば、接地電位GND)に接続されている。
シフトレジスタ・データレジスタ部10は、外部から順次与えられる表示パネル1行分の表示画素PXに対応した表示データを取り込んで表示データラッチ部20に転送する動作、閾値データラッチ部60に保持された1行分の表示画素PXの閾値検出データを順次取り込んでフレームメモリ70に転送する動作、またはフレームメモリ70から特定の1行分の表示画素PXの閾値補償データを順次取り込んで閾値データラッチ部60に転送する動作のいずれか1つを選択的に実行するものである。
表示データラッチ部20は、シフトレジスタ・データレジスタ部10から転送された1行分の表示画素PXの表示データを保持するものである。階調電圧生成部30は、表示データラッチ部20から与えられる表示データに応じて有機EL素子OELを発光表示させるための階調実効電圧Vrealを生成するものである。
データ線駆動部40は、表示動作時には、階調電圧生成部30から表示データに応じて出力される階調実効電圧Vrealを補償電圧Vpthで補正してデータ線DLを駆動するものであるが、この表示動作に先立って、補償電圧Vpthを生成するための閾値補償データを検出する機能を有している。即ち、データ線駆動部40は、表示画素PXの有機EL素子OELに発光駆動電流を供給するトランジスタ3の閾値電圧をアナログ電圧として取り込み、デジタルの閾値検出データに変換する機能と、閾値データラッチ部60から与えられる閾値補償データをアナログの補償電圧pthに変換し、これに階調実効電圧Vrealを加算してデータ線DLを駆動するための階調指定電圧Vdataを出力する機能を有している。なお、データ線駆動部40は、1個のみ図示しているが、実際にはデータ線DL単位に(即ち、1ラインを構成する表示画素の数だけ)設けられている。
このデータ線駆動部40は、クロック信号CLKをカウントして、カウント結果のカウント値CNTを出力するカウンタ41と、カウント値CNTを検出信号DETのタイミングで保持して閾値検出データとして出力するフリップフロップ(以下、「FF」という)42を有している。カウント値CNTは、更にセレクタ43の第2入力端子Bに与えられている。セレクタ43は、選択信号SELに従って第1〜第3入力端子のデータのいずれかを選択して出力するもので、このセレクタ43の第1入力端子Aと第3入力端子Cには、それぞれ閾値測定用データと閾値補償データが与えられている。なお、閾値測定用データは、絶対値がトランジスタ2,3の閾値電圧Vth2,Vth3の合計よりも大きな検出用電圧Vpv(例えば、−10V)を発生させて、データ線DLに供給するための固定値データである。
セレクタ43の出力側には、DAC44が接続され、このDAC44の出力側が電圧加算器45に接続されている。電圧加算器45は、DAC44から出力されるアナログの電圧V44と、階調電圧生成部30から出力される階調実効電圧Vrealを加算し、アナログの電圧V45を出力するものである。電圧加算器45の出力側は、演算増幅器(OP)46の非反転入力端子に接続されている。
演算増幅器46の出力側は、切換制御信号I/Oでオン・オフ制御されるスイッチ47を介して、データ線DLに接続されると共にこの演算増幅器46の反転入力端子に接続されている。演算増幅器46の出力側は、更に、FF48のデータ端子Dに接続されると共に、2入力の論理積ゲート(以下、「AND」という)49の一方の入力側に接続されている。FF48は、クロック信号CLKのタイミングに従って演算増幅器46の出力信号を保持し、保持した内容を反転して反転出力端子/Qから出力するものである。FF48の反転出力端子/Qは、AND49の他方の入力側に接続されている。
AND49の出力側は、2入力の否定的論理積ゲート(以下、「NAND」という)50の一方の入力側に接続され、このNAND50の他方の入力側には、クロック信号CLKがインバータ51で反転されて与えられている。そして、NAND50の出力信号が検出信号DETとしてFF42のクロック端子に与えられるようになっている。
閾値データラッチ部60は、データ線駆動部40で生成された閾値検出データを1行分の表示画素PX単位で取り込んで保持し、シフトレジスタ・データレジスタ部10を介してフレームメモリ70に順次転送する動作、またはフレームメモリ70から1行分の表示画素PX単位で閾値補償データを順次取り込んで保持して、このデータ線駆動部40に転送する動作のいずれかを選択的に行うものである。
フレームメモリ70は、データ線駆動部40によって検出された表示パネルの各表示画素PXの閾値検出データを、シフトレジスタ・データレジスタ部10を介して順次取り込み、表示パネルの1画面(1フレーム)分の表示画素PX毎に個別に記憶すると共に、閾値補償データとしてシフトレジスタ・データレジスタ部10を介して順次出力し、閾値データラッチ部60へ転送するものである。
図3は、図1の表示駆動回路の動作を示すタイミング・チャートである。
図3に示すように、この表示駆動回路は、表示パネル内の各表示画素PXにおける発光駆動用のトランジスタ3の閾値電圧を測定して閾値補償データを記憶する閾値電圧検出動作と、この閾値電圧検出動作で得られた閾値補償データに基づいて表示データに対応する階調実効電圧を補正し、補正した電圧に従って有機EL素子OELを発光させる表示駆動動作に大別される。更に、閾値電圧検出動作は、電圧印加動作と、電圧収束動作と、電圧読み取り動作の3つの期間に分けられ、表示駆動動作は、書込み動作と発光動作の期間に分けられる。以下、この図3を参照しつつ、図1の動作を説明する。
先ず、閾値電圧検出動作における電圧印加動作期間では、外部からシフトレジスタ・データレジスタ部10にすべて黒画素となるような表示データを入力し、表示データラッチ部20に黒画素データを保持される。これにより、階調電圧生成部30から出力される階調実効電圧Vrealは、黒表示をさせるための無発光表示電圧Vzeroとなる。また、供給電圧線VLには低電位の供給電圧(例えば、接地電位GND)を印加し、選択線SLを“H”レベルに設定する。更に、切換制御信号I/Oによってスイッチ47をオン状態にして演算増幅器46をボルテージフォロワ接続すると共に、選択信号SELによってセレクタ43の第1入力端子Aを選択する。また、カウンタ41は“H”レベルのリセット信号RSTによってリセット状態に維持される。
これにより、セレクタ43で閾値測定用データが選択されてDAC44に与えられ、このDAC44から検出用電圧Vpv(例えば、−10V)が出力される。検出用電圧Vpvは電圧加算器45で、階調電圧生成部30から出力される無発光表示電圧Vzero(実際には、0V)と加算され、ボルテージフォロワ接続された演算増幅器46を介してデータ線DLに印加される。データ線DL上の検出用電圧Vpvは、選択線SLによってオン状態にされたトランジスタ2を介してノードN2に与えられる。また、供給電圧線VLの接地電位GNDは、選択線SLによってオン状態にされたトランジスタ1を介してノードN1に与えられる。
検出用電圧Vpvは接地電位GNDよりも十分低く、かつ、その絶対値がトランジスタ2,3の閾値電圧Vth2,Vth3の合計よりも大きく設定されているので、トランジスタ3のゲート・ソース間に閾値電圧Vth3よりも大きな電圧Vcpが印加される。これにより、供給電圧線VLからトランジスタ3のドレイン・ソース間を介して演算増幅器46に向けて、電圧Vcpに応じた大電流の検出用電流Ipvが強制的に流れる。従って、キャパシタ4の端子間電圧VCは、急速に電圧Vcpに充電される。
次いで、電圧収束動作期間では、切換制御信号I/Oによってスイッチ47をオン状態からオフ状態に切り換えると共に、選択信号SELによってセレクタ43を第1入力端子Aから第2入力端子Bに切り換える。その他の設定状態は、電圧印加動作時と同じである。即ち、選択線SLは“H”レベル、供給電圧線VLは接地電位GNDに接続され、表示データラッチ部20には黒画素データが保持されて階調電圧生成部30からは無発光表示電圧Vzeroが出力されている。また、リセット信号RSTは“H”レベルである。
これにより、セレクタ43でカウンタ41のカウント値CNTが選択される。この時点では、カウンタ41は、リセット状態となっているので、カウント値CNTは0であり、DAC44からの検出用電圧Vpvの出力は停止する。
この状態では、発光駆動回路DCのトランジスタ1,2はオン状態を維持するので、この発光駆動回路DCはデータ線DLとの電気的な接続状態は保持されるものの、スイッチ47がオフ状態であるので、このデータ線DLへの電流が遮断され、キャパシタ4の一端(ノードN2)はハイインピーダンス状態となる。
このとき、キャパシタ4に蓄積された電荷(電圧Vcp)により、トランジスタ3のゲート電圧が保持され、このトランジスタ3はオン状態を保持してドレイン・ソース間に電流が流れ続ける。これにより、トランジスタ3のソースの電位が、ドレイン(供給電圧線VL)の電位に近づくように徐々に上昇する。これに伴い、キャパシタ4に蓄積された電荷の一部が放電され、トランジスタ3のゲート・ソース間電圧が低下して、最終的にトランジスタ3の閾値電圧Vth3に収束する。また、トランジスタ3のドレイン・ソース間電流も減少し、最終的に電流は停止する。
更に、電圧読み取り動作期間では、リセット信号RSTが“L”レベルになり、カウンタ41のリセット状態が解除される。その他の設定状態は、電圧収束動作時と同じである。即ち、選択線SLは“H”レベル、供給電圧線VLは接地電位GNDに接続され、表示データラッチ部20には黒画素データが保持されて階調電圧生成部30からは無発光表示電圧Vzeroが出力されている。また、セレクタ43では第2入力端子Bのカウント値CNTが選択され、スイッチ47はオフ状態で、演算増幅器46は電圧比較器として動作する。
このような接続状態により、データ線駆動部40は、データ線DLの電圧を測定して、その測定結果をデジタル値で出力するアナログ−デジタル変換器として機能する。詳細は後述するが、概略は次の通りである。
即ち、カウンタ41はクロック信号CLKに同期してカウントアップ動作を開始し、そのカウント値CNTがセレクタ43を介してDAC44に与えられ、アナログの電圧に変換されて演算増幅器46(電圧比較器)でデータ線DLの電圧と比較される。DAC44の出力電圧がデータ線DLの電圧を越えると演算増幅器46の信号S46は“L”から“H”レベルに変化する。FF48とAND49は、信号S46の変化タイミングを検出し、このAND49から出力される信号S49は、NAND50とインバータ51によってクロック信号CLKの立ち上がりに同期した検出信号DETとなる。そして、検出信号DETの立ち上がりでカウント値CNTがFF42に保持され、閾値検出データTHDとして閾値データラッチ部60に出力される。
閾値検出データTHDは、閾値データラッチ部60に一旦保持された後、1行分の表示画素PX単位でシフトレジスタ・データレジスタ部10によって順次読み出され、フレームメモリ70の所定の記憶領域に順次記憶される。このような閾値電圧検出動作は、表示パネルのライン毎に順次行われ、全ラインの閾値電圧が検出されてフレームメモリ70に記憶された時点で終了する。
フレームメモリ70に記憶された表示パネルの各表示画素PXの閾値検出データTHDは、外部から与えられる表示データに対する閾値補償データとして使用され、次の表示駆動動作が行われることになる。
表示駆動動作における書込み動作期間では、外部からシフトレジスタ・データレジスタ部10に実際に表示すべき1行分の表示データが入力され、表示データラッチ部20に保持される。これにより、階調電圧生成部30から表示データに対応した階調実効電圧Vrealが出力される。また、シフトレジスタ・データレジスタ部10によって、フレームメモリ70から特定の1行分(即ち、表示データラッチ部20に保持された表示データに対応する1行分)の表示画素PXの閾値補償データが閾値データラッチ部60に転送される。
また、供給電圧線VLには低電位の供給電圧(例えば、接地電位GND)を印加し、選択線SLを“H”レベルに設定する。更に、切換制御信号I/Oによってスイッチ47をオン状態にして演算増幅器46をボルテージフォロワ接続すると共に、選択信号SELによってセレクタ43の第3入力端子Cを選択する。また、カウンタ41は“H”レベルのリセット信号RSTによってリセット状態に維持される。これにより、階調電圧生成部30から表示データに基づいた階調実効電圧Vrealが出力されると共に、DAC44から閾値補償データに基づいた補償電圧Vpthが出力される。
階調実効電圧Vrealと補償電圧Vpthは、電圧加算器45で合算され、ボルテージフォロワ接続された演算増幅器46を介して階調指定電圧Vdataとしてデータ線DLに印加される。これにより、接地電位GNDがオン状態のトランジスタ1を介してノードN1に印加されると共に、データ線DLの階調指定電圧Vdataがオン状態のトランジスタ2を介してノードN2に印加される。従って、キャパシタ4には、階調指定電圧Vdataが保持される。即ち、トランジスタ3のゲート・ソース間に、このトランジスタ3の固有の閾値電圧Vth3と階調実効電圧Vrealの総和に相当する電位差が生じる。
次いで、発光動作期間では、選択線SLが“L”レベルに設定され、供給電圧線VLには高電位の供給電圧(電圧Ve)が印加されると共に、切換制御信号I/Oによってスイッチ47がオフ状態にされる。これにより、トランジスタ1,2がオフ状態となり、高電位(電圧Ve)の供給電圧線VLからトランジスタ3を介して、有機EL素子OELに発光駆動電流Iemが流れ、この有機EL素子OELは発光駆動電流Iemの大きさに応じた所定の輝度階調で発光する。ここで、トランジスタ3に流れる発光駆動電流Iemは、このトランジスタ3のゲート・ソース間電圧、即ちキャパシタ4に保持された、トランジスタ3の固有の閾値電圧Vth3と階調実効電圧Vrealの総和の電圧に対応した電流となる。
この表示駆動動作における書込み動作と発光動作は、外部から入力される表示データの1ライン毎に繰り返して行われる。
図4は、図1中のデータ線駆動部40による閾値電圧検出動作を示すタイミング・チャートである。
閾値電圧検出動作における電圧収束期間では、リセット信号RSTが“H”であるので、カウンタ41のカウント値CNTは0となっている。また、セレクタ43では選択信号SEL(=2)によってカウント値CNTが選択されており、これにより、DAC44では、カウント値CNT=0に対応して、接地電位GNDよりも十分低く、かつ、その絶対値がトランジスタ2,3の閾値電圧Vth2,Vth3の合計よりも大きく設定された電圧(例えば、−6V)が出力される。
電圧読み取り期間になってリセット信号RSTが“H”から“L”に変化すると、カウンタ41のリセット状態が解除され、カウンタ41のカウント値CNTは、クロック信号CLKに同期して1ずつカウントアップする。カウント値CNTは、セレクタ43を介してDAC44に与えられ、アナログの電圧V44に変換されて電圧加算器45で階調電圧生成部30からの階調実効電圧Vrealと加算されるが、この時点では階調実効電圧Vrealは、黒画素データに対応した無発光表示電圧Vzeroとなっているので、演算増幅器46(電圧比較器)に与えられる電圧V45は、電圧V44と同じ電圧となる。
演算増幅器46では、この電圧V45とデータ線DLの電圧が比較される。カウント値CNTが小さい間は、DAC44の出力電圧がデータ線DLの電圧よりも低いので、演算増幅器46から出力される信号S46は“L”レベルであるが、カウント値CNTが増加してDAC44の出力電圧がデータ線DLの電圧を越えると、信号S46は“H”レベルに変化する。
FF48とAND49によって、信号S46が“L”から“H”に変化した時点が検出され、このAND49から出力される信号S49が、NAND50とインバータ51によってクロック信号CLKの立ち上がりに同期した検出信号DETが生成される。そして、検出信号DETのタイミングに従ってカウント値CNTがFF42に保持され、閾値検出データTHDとして閾値データラッチ部60に出力される。
この電圧読み取り動作期間中、データ線DLはオン状態のトランジスタ2を介してノードN2に接続されており、このノードN2の電位はトランジスタ3の閾値電圧Vth3相当の電荷が蓄積されたキャパシタ4の一端の電位に相当する。一方、ノードN1の電位は、トランジスタ3の閾値電圧Vth3相当の電荷が蓄積されたキャパシタ4の他端の電位であって、オン状態に設定されたトランジスタ1を介して接地電位GNDに接続された状態となっている。従って、データ線駆動部40によって測定されるデータ線DLの電位は、トランジスタ3のソースの電位に相当することになるので、閾値検出データTHDに基づいて、トランジスタ3の閾値電圧Vth3を検出することができる。
以上のように、この実施例の表示駆動回路では、データ線駆動部40の演算増幅器46の接続を切り換えることにより、データ線DLを駆動するときにはボルテージフォロワ回路として使用し、このデータ線LDを通して発光駆動回路DC内の駆動用のトランジスタ3の閾値電圧Vth3を測定するときには電圧比較器として使用するようにしている。これにより、検出用電圧Vpvや補償電圧Vpthを生成するためのDAC44を、ADCの一部として使用することができるので、独立したADCを設ける場合に比べて回路規模を縮小できる。従って、本発明は、発光駆動用のトランジスタの駆動履歴に起因する発光特性にばらつきを補償する回路を備えた表示駆動回路の回路規模を縮小することができるという利点がある。
なお、本発明は、上記実施例に限定されず、種々の変形が可能である。この変形例としては、例えば、次のようなものがある。
(a) 階調電圧生成部30から出力されるアナログの階調実効電圧Vrealと、DAC44から出力されるアナログの電圧V44を電圧加算器45で加算しているが、セレクタ43から出力されるデジタルのデータと、表示データラッチ部20から出力されるデジタルの表示データをデジタル値で加算し、その加算結果をDAC44によってアナログ電圧に変換するようにしても良い。これにより、デジタルの加算器が増えるが、階調電圧生成部30と電圧加算器45は不要となる。
(b) 表示データに基づいて階調電圧生成部30から出力されるアナログの階調実効電圧Vrealと、閾値補償データに基づいてDAC44から出力されるアナログの電圧V44を電圧加算器45で加算してデータ線DLを駆動しているが、プロセッサを用いて表示データを閾値補償データに基づいて補正し、その補正した表示データをアナログ電圧に変換してデータ線DLを駆動するようにしても良い。
(c) データ線駆動部40は1ラインの表示画素数だけ必要であるが、その内の1つだけがカウンタ41を備えていれば、残りのデータ線駆動部40はカウンタ41を持たなくても良い。即ち、残りのデータ線駆動部40は、その1つのカウンタ41のカウント値CNTを利用することができる。
(d) 各データ線駆動部40のそれぞれカウンタ41を設け、検出信号DETによってそのカウンタ41のカウント動作を停止させるように構成すれば、カウント値CNTを保持するためのFF42は不要となる。
(e) 有機EL素子を発光素子として使用した表示パネルに対する表示駆動回路を説明したが、発光素子は有機EL素子に限らず、無機EL素子やLED等の電流駆動型のものであれば、同様に適用可能である。
(f) シフトレジスタ・データレジスタ部10、表示データラッチ部20、閾値データラッチ部60、及びフレームメモリ70の構成は一例である。即ち、表示データを一時的に保持するレジスタと、駆動用のトランジスタ3の閾値電圧の測定値に基づく補償データを格納するメモリとを有していれば良い。
(g) カウンタ41は、クロック信号CLKに同期してカウントアップするものであるが、カウントダウンするものでも良い。
本発明の実施例を示す表示駆動回路の構成図である。 従来の表示駆動装置の構成図である。 図1の表示駆動回路の動作を示すタイミング・チャートである。 図1中のデータ線駆動部40による閾値電圧検出動作を示すタイミング・チャートである。
符号の説明
1〜3 トランジスタ
4 キャパシタ
10 シフトレジスタ・データレジスタ部
20 表示データラッチ部
30 階調電圧生成部
40 データ線駆動部
41 カウンタ
42,48 FF
43 セレクタ
44 DAC
45 電圧加算部
46 演算増幅器
47 スイッチ
49 AND
50 NAND
51 インバータ
60 閾値データラッチ部
70 フレームメモリ
DC 発光駆動回路
DL データ線
OEL 有機EL素子
SL 選択線
VL 供給電圧線

Claims (2)

  1. 電流制御型の発光素子と該発光素子に対する駆動電流を供給する駆動用のトランジスタを備えた表示画素に、外部から与えられる表示データに応じて階調信号を与えることによって該発光素子を所定の輝度階調で発光動作させる表示駆動回路であって、
    前記トランジスタの閾値電圧の測定値に基づく補償データを格納するメモリと、
    前記表示データを保持するレジスタと、
    表示動作に先立つ所定の閾値電圧測定時に、前記トランジスタが接続されるデータ線を介して該トランジスタの閾値電圧を測定して前記補償データを生成して前記メモリに格納し、表示動作時には、前記レジスタに保持された前記表示データを該メモリに格納された補償データで補正して該トランジスタが接続されるデータ線に前記階調信号を出力するデータ線駆動部とを備え、
    前記データ線駆動部は、
    前記閾値電圧測定を行うための第1、第2及び第3ステップの内の第3ステップにおいてクロック信号に同期してカウント動作を行うカウンタと、
    前記第1ステップにおいて前記データ線に閾値測定用の検出電圧を出力するための検出用データを選択し、前記第2及び第3ステップにおいて前記カウンタのカウント値を選択し、前記表示動作時には前記メモリに格納された補償データを選択して出力するセレクタと、
    前記閾値電圧測定時には、前記セレクタで選択されたデータをアナログ電圧に変換して出力し、前記表示動作時には、該セレクタで選択された前記補償データによって前記レジスタに保持された前記表示データを補正したアナログ電圧を出力するデジタル−アナログ変換器と、
    前記第1ステップ及び前記表示動作時には、ボルテージフォロワ回路を構成して前記デジタル−アナログ変換器の出力電圧を前記データ線に出力し、前記第2及び第3ステップでは電圧比較器を構成して該デジタル−アナログ変換器の出力電圧と該データ線の電圧を比較する演算増幅器と、
    前記第3ステップにおいて前記演算増幅器の比較結果を監視し、該比較結果が反転した時点で前記カウンタのカウント値を前記閾値電圧として保持するデータ保持部とを、
    有することを特徴とする表示駆動回路。
  2. 電流制御型の発光素子と該発光素子に対する駆動電流を供給する駆動用のトランジスタを備えた表示画素に、外部から与えられる表示データに応じて階調信号を与えることによって該発光素子を所定の輝度階調で発光動作させる表示駆動方法であって、
    表示動作に先立つ所定の閾値電圧測定時に、前記駆動用のトランジスタが接続されるデータ線に該トランジスタの閾値電圧を測定するための検出電圧に対応する検出用データをデジタル−アナログ変換器に与えてアナログ電圧に変換し、該アナログ電圧をボルテージフォロワ接続した演算増幅器を介して該データ線に出力する電圧印加処理と、
    前記電圧印加処理の後、前記データ線に対する前記閾値測定用の検出電圧を停止し、該データ線の電圧を前記駆動用のトランジスタの閾値電圧に収束させる電圧収束処理と、
    前記データ線の電圧が前記閾値電圧に収束した後、クロック信号に同期してカウント動作するカウンタのカウント値を前記デジタル−アナログ変換器に与えてアナログ電圧に変換すると共に、このアナログ電圧と前記データ線の電圧とを前記演算増幅器で比較し、その比較結果が反転した時の該カウンタのカウント値を補償データとしてメモリに格納する電圧読み取り処理を行い、
    表示動作時には、外部から与えられてレジスタに保持された表示データを前記メモリに格納された補償データで補正したアナログ電圧を生成し、前記階調信号としてボルテージフォロワ接続した前記演算増幅器を介して前記データ線に出力する表示処理を行う、
    ことを特徴とする表示駆動方法。
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