JP5346520B2 - 画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像表示装置に係り、特に、有機ＥＬ素子などを用いた有機ＥＬ表示装置に適用して有効な技術に関する。

従来表示装置の主流であったＣＲＴに代わり、近年、フラットディスプレイ装置の需要が増大している。特に、有機ＥＬ（Electro Luminescence）素子（ＯＬＥＤ；Oganic Light Emitting Diode）を用いた有機ＥＬ表装置は、消費電力、軽さ、薄さ、動画特性、視野角などの点で優れており、開発、実用化も進んでいる。
有機ＥＬ表示装置は、例えば、下記特許文献１、特許文献２、特許文献３に記載されている。
前述の特許文献１には、発光期間内にＰＷＭ信号として三角波波形の信号を使用すること、および、この三角波波形信号は、様々な変更が可能であり、例えば、発光の時間軸重心が発光階調に依存しないように左右対象の三角波波形、非対称の三角波波形や、ガンマ特性変調に相当する非直線の三角波波形、複数の三角波波形などを用いてそれぞれ異なる視覚特性を得ることが記載されている。
また、前述の特許文献２には、判断回路の判断結果に基づいて、複数の輝度モードのうちの１つを選択する選択回路を備える電気光学装置が記載されている。この特許文献２では、低輝度部でつぶれを生じた場合などには、ガンマ補正電圧などの基準電位を調整してガンマカーブを適宜変更することにより、低輝度部で階調差を判別し易くすることができる。なお、このような処理は、例えば、ガンマ基準用電源回路を制御信号に応じて接続／非接続を切り替え可能な抵抗を組み込んでおくとともに、最大輝度を低下させる場合に主制御回路が先の制御信号を出力するようにプログラミングしておくことなどにより自動的に実施することができる、或いは、ユーザの入力操作に応じて先の処理が実施されるように構成してもよいと記載されている。
また一般に、アクティブ・マトリクス型有機ＥＬ表示装置（ＡＭ−ＯＬＥＤ）に使用される赤、緑、青に発光する各有機ＥＬ素子は、発光特性（発光輝度、電圧−電流特性、電圧−発光輝度特性等）が、各色毎に異なっている。この赤、緑、青の各有機ＥＬ素子の発光特性のバラツキも、表示画面上では、前述したような微細なムラとなって見えることになる。
この赤、緑、青の各有機ＥＬ素子の発光特性のバラツキによる表示不均一を抑制するために、例えば、前述の特許文献３には、赤、緑、青の各有機ＥＬ素子に供給するＲ・Ｇ・Ｂのそれぞれの映像信号に対して、ガンマ補正するメモリを設け、Ｒ・Ｇ・Ｂ毎にガンマ補正値を変更する手法が記載されている。

なお、本願発明に関連する先行技術文献としては以下のものがある。
特開２００３−５７０３号公報 特開２００５−３１６１１０号公報 特開２００１−９２４１３号公報

有機ＥＬ表示装置は、複数の輝度表示モード（所謂、複数の発光輝度設定）が必要とされる場合があったが、輝度表示モードを切り替えるために陽極電源の電圧を制御することにより変動した階調特性を、ＰＷＭ信号の変曲点を所定の階調特性に合わせて規定することは、前述の各特許文献には記載されていない。
また、引用文献２、引用文献３では、ガンマ補正するために、Ａ／Ｄ変換器と、Ｄ／Ａ変換器と、補正メモリとを必要とし、構成が複雑でコストがかかるという問題点がある。その上、引用文献３では、各画素間の輝度バラツキなどの局所的な特性のバラツキについては考慮されておらず、この引用文献３では、各画素間の輝度バラツキなどの局所的な特性のバラツキを解消することは不可能である。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、ＥＬ素子のような電流駆動型発光素子を有する画像表示装置において、従来よりも駆動回路の構成が簡単で、しかも、発光輝度のバランスをとりつつ高輝度から低輝度まで広範囲に亘る赤、緑、青の各画素の発光輝度を制御することが可能となる技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。

（１）自発光素子を有する画素を含む画素マトリクスと、画素電源電圧を生成する画素電源電圧生成回路と、自発光素子印加電圧を生成する自発光素子印加電圧供給回路と、画素マトリクス駆動信号を生成する画素マトリクス駆動信号生成回路と、画像信号を生成する画像信号生成回路と、画素駆動信号を生成する画素駆動信号生成回路とを有し、画素容量の第一電極がゲート電極に接続され、前記画素電源電圧がソース電極に入力され、前記自発光素子の第一電極がドレイン電極に接続された駆動トランジスタと、前記駆動トランジスタのゲート電極とドレイン電極間に、ソース電極とドレイン電極が接続されたリセットスイッチトランジスタを有し、前記自発光素子の第二電極には前記自発光素子印加電圧が入力され、前記リセットスイッチトランジスタのゲート電極には前記画素マトリクス駆動信号が入力され、１フレーム期間内に前記各画素に前記画像信号を書込む書込み期間と発光期間とを有し、書込み期間に、前記画像信号を前記画素容量の第二電極に入力し、前記発光期間に、前記全画素の前記リセットスイッチトランジスタをオフとして、前記画素駆動信号を前記画素容量の第二電極に入力する画像表示装置であって、輝度モード制御回路で制御される２つ以上の輝度表示モードを有し、前記輝度表示モードには、前記発光期間における前記画素駆動信号波形を直流電圧波形とする第一の輝度表示モードと、前記発光期間における前記画素駆動信号波形を変動電圧波形とする第二の輝度表示モードを有する。

（２）（１）において、前記第一の輝度表示モードと、前記第二の輝度表示モードとで、画素電源電圧が異なる。
（３）（１）において、前記画像信号生成回路と前記画素駆動信号生成回路とは、同一の回路で共用する。
（４）（１）において、前記第一の輝度表示モードでは前記駆動トランジスタが飽和領域で前記自発光素子を発光させ、前記第二の輝度表示モードでは前記駆動トランジスタは非飽和領域で前記自発光素子を発光させる。
（５）（１）において、前記第二の輝度表示モードにおける前記画素駆動信号波形は、複数の変極点を有する多角形である。
（６）（５）において、前記第二の輝度表示モードにおける前記画素駆動信号波形は、複数の変極点を有する放物線波形である。
（７）（１）において、前記第二の輝度表示モードにおける前記画素駆動信号波形は、概略放物線波形である。

（８）（１）において、前記画素駆動信号波形は、各画素における前記自発光素子の発光色によって波形が異なる。
（９）（１）において、前記第一の輝度表示モードにおける前記画素駆動信号波形は、矩形波である。
（１０）（１）において、前記第一の輝度表示モードにおける前記画素駆動信号波形は、台形波である。
（１１）（１）において、前記輝度表示モードには、前記発光期間における前記画素駆動信号波形が変動電圧波形であり、前記変動電圧波形の形状が異なる複数の輝度表示モードを有する。
（１２）（１）において、前記輝度表示モードには、前記発光期間における前記画素駆動信号波形が変動電圧波形であり、前記変動電圧波形の周期が異なる複数の輝度表示モードを有する。
（１３）（１）において、前記輝度表示モードは、外光の明るさを検出して自動的に選択可能である。

本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明によれば、ＥＬ素子のような電流駆動型発光素子を有する画像表示装置において、従来よりも駆動回路の構成が簡単で、しかも、発光輝度のバランスをとりつつ高輝度から低輝度まで広範囲に亘る赤、緑、青の各画素の発光輝度を制御することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
［本発明の前提となる有機ＥＬ表示装置の概要］
図１は、本発明の前提となる有機ＥＬ表示装置の概略構成を示すブロック図である。
図１において、ＡＲは表示部、２１は信号線駆動回路、２２は走査線駆動回路、１００は輝度モード制御部、１１０は陽極電源部、１１１は電源制御部、１３０は表示制御部である。
１３１は外部から入力される映像デジタル信号である映像データ信号であり、画像の各画素の濃淡値を表す信号である。１３２は垂直同期信号（ＶＳＹＮＣ）であり、表示一画面周期（１フレーム）の信号で映像データ信号の１フレーム分の始まりを示す信号である。
１３３は水平同期信号（ＨＳＹＮＣ）であり、一水平周期の信号で表示データデジタル信号の１水平ライン分の始まりを示す信号である。１３４はデータイネーブル信号であり、映像データ信号が有効である期間を示す信号である。
映像データ信号１３１、垂直同期信号１３２、水平同期信号１３３、データイネーブル信号１３４は全てデータ同期クロック１３５に同期して入力される。
本実施例では、映像データ信号１３１は、一画面分が左上端の画素から順次ラスタスキャン形式で転送されるものとして以下説明する。

表示制御部１３０は、有機ＥＬ表示装置全体をコントロールする部分で、外部から入力される映像データ信号１３１、垂直同期信号１３２、水平同期信号１３３、データイネーブル信号１３４、および、データ同期クロック１３５に応じて、所定のタイミングで表示データ１３６、信号線駆動回路制御信号１３７、走査線駆動回路制御信号１３８を出力する。
信号線駆動回路２１は、信号線駆動回路制御信号１３７によって制御され、信号線を介して表示部内の各画素にアナログ信号で画像信号を書き込む。
走査線駆動回路２２は、走査線駆動回路制御信号１３８によって制御され、リセット線１５と点灯スイッチ線１９とを介して表示部ＡＲに書き込み選択信号を送る。
陽極電源部１１０は有機ＥＬ素子の陽極側の電源である。陽極電源部１１０は、有機ＥＬ素子７が発光するために必要な電力を表示部ＡＲに供給する。
輝度モード制御部１００は、外部から設定され、輝度モード制御部１００は、電圧制御信号１０１を電源制御部１１１に、発光期間制御信号１０２を信号線駆動回路２１に出力する。
電源制御部１１１は各種の輝度表示モードに応じて、予め規定した有機ＥＬ素子の駆動電圧を表示部ＡＲに供給する。なお、輝度モード制御部１００は、外光の明るさに応じて、自動的に２つ以上の輝度表示モードの中の所定の輝度表示モードを選択するようにしてもよい。
信号線駆動回路２１は、有機ＥＬ表示装置に入力される画像信号の階調に対する実際の表示輝度（即ち、階調特性）を制御する。陰極電源部１２０は表示部内の各画素の有機ＥＬ素子の陰極側に陰極電源線１２１を介して接続されている。

図２は、図１に示す有機ＥＬ表示装置の表示部ＡＲの全体構成を示す図である。図２に示すように、有機ＥＬ表示パネルの表示領域内には複数の画素１０がマトリクス状に設けられる。
画素１０には、信号線１７、リセット線１５、点灯スイッチ線１９、および電源線１８がそれぞれ入力される。リセット線１５、および、点灯スイッチ線１９は、走査線駆動回路２２に接続される。
信号線１７には、信号線駆動回路２１から、画像信号とＰＷＭ信号が入力される。
また、実際には画素１０は、有機ＥＬ表示パネルの表示領域内に多数個配置されるが、図面の簡略化のために図１では、４画素のみを記載してある。
各画素１０には、発光素子としての有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子という。）７が設けられており、有機ＥＬ素子７のカソード電極は陰極電源線１２１に接続される。
また、アノード電極は、ｎ型薄膜トランジスタで構成される点灯スイッチ素子９と、ｐ型薄膜トランジスタ（以下、駆動ＴＦＴという。）４を介して電源線１８に接続される。
また、駆動ＴＦＴ４のゲート電極とソース電極との間には、容量素子２が接続され、駆動ＴＦＴ４のドレイン電極とゲート電極との間には、薄膜トランジスタで構成されるリセットスイッチ素子５が設けられる。
なお、リセットスイッチ素子５のゲート電極は、リセット線１５に接続される。また、点灯スイッチ素子９のゲート電極は、点灯スイッチ線１９に接続される。
画素１０、走査線駆動回路２２、信号線駆動回路２１等の各回路は全て、半導体層として、一般に良く知られている低温多結晶シリコン層を有する低温多結晶シリコン薄膜トランジスタを用いて構成され、これらの薄膜トランジスタは、ガラス基板上に形成される。
また、低温多結晶シリコン薄膜トランジスタ、あるいは、有機ＥＬ素子７の製造方法などに関しては、一般に報告されているものと大きな相違はないため、ここではその説明は省略する。

図３は、本発明の前提となる有機ＥＬ表示装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
図３に示すように、本実施例の前提となる有機ＥＬ表示装置では、各画素は、１フレーム期間内に、書込期間（図３のＡの期間）と発光期間（図３のＢの期間）とを有し、書込期間に各画素１０に画像信号を書き込み、発光期間に点灯して表示を行う。
画像信号の書き込みは、１表示ライン単位、即ち、リセット線１５毎に行なわれる。ここで、本実施例の有機ＥＬ表示装置の表示部ＡＲの画素数は、６４０×４８０×３画素となっているため、リセット線１５は、垂直方向に第１リセット線から第４８０リセット線まで４８０本並び、信号線１７は、Ｒ・Ｇ・Ｂの各画素毎に、水平方向に第１信号線、第２信号線から、第６４０信号線まで６４０本並んでいるものとして、以下説明する。
さらに、電源線１８は、Ｒ・Ｇ・Ｂの各画素毎に、水平方向に第１電源線、第２電源線から、第６４０電源線まで６４０本並んでいるものとして、以下説明する。
以下、本実施例の有機ＥＬ表示装置の前提となる駆動方法の各期間の動作について説明する。

［書込期間］
書込期間においては、図３のＣに示すように、走査線駆動回路２２が、１表示ライン単位に各行の複数の画素１０を順次走査し、これと同期して、信号線駆動回路２１から画像信号を信号線１７に書き込む。
以下、走査線駆動回路２２によって選択された、任意の表示ラインの画素１０の「書込み期間」における動作について説明する。
書込み期間内に、信号線駆動回路２１から信号線１７に、画像電圧が供給される。
始めに、リセット線１５と点灯スイッチ線１９とがＨｉｇｈレベル（以下、Ｈレベル）となるので、リセットスイッチ素子５と点灯スイッチ素子９とがオンとなり、これにより、駆動ＴＦＴ４はゲート電極とドレイン電極とが接続されたダイオード接続になる。
次に、点灯スイッチ線１９がＬｏｗレベル（以下、Ｌレベル）となり、点灯スイッチ素子９がオフすると、駆動ＴＦＴ４と有機ＥＬ素子７とは強制的に電流オフ状態になるが、このとき、駆動ＴＦＴ４のゲート電極とドレイン電極はリセットスイッチ素子５で短絡されているため、容量素子２の一端でもある、駆動ＴＦＴ４のゲート電極の電圧は、電源線１８の電圧（Ｖｄｄ）よりしきい値電圧（Ｖｔｈ）だけ低い電圧（Ｖｄｄ−Ｖｔｈ）に自動的にリセットされる。なお、このとき、前述したように、容量素子２の他端には、信号線１７から画像信号が入力されている。
即ち、図４に示すように、駆動ＴＦＴ４と有機ＥＬ素子７とで構成される駆動インバータ（ＩＮＶ）の入出力が短絡されることとなり、各々の画素の駆動インバータ（ＩＮＶ）を構成する駆動ＴＦＴ４の特性に従った基準電圧（Ｖｒｅｆ）が設定され、この基準電圧を基準として、信号線１７からの映像電圧を容量素子２に蓄積する。
駆動インバータ（ＩＮＶ）は、書込期間後の発光期間に入力される三角波波形のＰＷＭ信号が、容量素子２に蓄積された画像電圧より高いときは、有機ＥＬ素子７をオフ状態とし、書込期間後の発光期間に入力される三角波波形のＰＷＭ信号が、容量素子２に蓄積された画像電圧より低いときは有機ＥＬ素子７をオン状態とすることによって、画像電圧に従った有機ＥＬ素子７の発光時間制御を行う。

図５は、図４に示した駆動インバータ（ＩＮＶ）における信号電圧の基準電圧の設定を説明するための図である。
図５において、Ａは駆動インバータ（ＩＮＶ）の入出力特性を、またＢは入出力短絡条件を示し、Ａに示す曲線とＢに示す直線の交叉点Ｃは駆動インバータ（ＩＮＶ）の画像電圧書込み基準電位（Ｖｒｅｆ）である。
駆動ＴＦＴ４は、画像信号の書き込み時に入出力が短絡されるため、入力、出力の電位は、入出力特性と、Ｖｉｎ＝Ｖｏｕｔの直線で示す入出力短絡条件の交点Ｃである画像電圧書込み基準電位（Ｖｒｅｆ）となる。画像電圧の書き込みはこの信号電圧書込み基準電圧（Ｖｒｅｆ）を基準として行われる。

［発光期間］
発光期間においては、走査線駆動回路２２は停止し、リセット線１５がＬレベル、点灯スイッチ線１９がＨレベルとなるので、全画素のリセットスイッチ素子５がオフ、点灯スイッチ素子９が一斉にオンとなる。
このとき、信号線１７には、信号線駆動回路２１から、図３のＤに示す三角波波形のＰＷＭ信号が入力される。
そして、三角波波形のＰＷＭ信号が、容量素子２に蓄積された画像電圧より高いときは、有機ＥＬ素子７がオフ状態となり、三角波波形のＰＷＭ信号が、容量素子２に蓄積された画像電圧より低いときは有機ＥＬ素子７をオン状態となる。
なお、本実施例では、駆動ＴＦＴ４と有機ＥＬ素子７が点灯スイッチ素子９を介して接続されていたが、点灯スイッチ素子９がなくても同様の効果は得られる。
また、走査線駆動回路２２、信号線駆動回路２１等からなる周辺駆動回路は、低温多結晶シリコン（ポリシリコン）薄膜トランジスタ回路で構成しているが、これらの周辺駆動回路あるいはその一部分を単結晶ＬＳＩ（Large Scale Integrated circuit）回路で構成して実装するようにしてもよい。その場合に、駆動ＴＦＴ４、リセットスイッチ素子５、および、点灯スイッチ素子９等は、それぞれ半導体層にアモルファスシリコンを用いるアモルファスシリコン薄膜トランジスタを用いてガラス基板上に構成するようにしてもよい。

図６は、図１に示す信号線駆動回路２１の内部構成を示す概略ブロック図である。
図６において、データシフト手段３１は、データクロックＣＫ２に従い、一ライン分の表示入力シリアルデータＤａｔａ（図１の表示データ１３６）を、データスタート信号ＳＴを取り込み開始の基準として一水平期間中に取り込み、シフトデータとして出力する。
１ラインラッチ手段３２は、シフトデータを１ライン分ラッチし、水平ラッチクロックＣＫ１に同期して１ラインラッチデータとして出力する。
なお、データクロックＣＫ２、データスタート信号ＳＴ、および、水平ラッチクロックＣＫ１は、図１に示す信号線駆動回路制御信号１３７に含まれる信号である。また、一ライン分の表示入力シリアルデータＤａｔａは、図１の表示データ１３６に相当する。
階調電圧選択手段３３は、１ラインラッチデータに従って２５６レベルの階調電圧のうちの１レベルを選択し、１ライン分の画像信号として出力する。
三角波生成手段３５は、発光期間制御信号１０２と帰線期間信号３８に従って、発光期間中に入力表示データと無関係な三角波波形のＰＷＭ信号３６を生成し、出力するとともに、三角波波形のＰＷＭ信号３６を信号線１７に出力する期間を示す三角波切替信号３７を生成する。
階調電圧−三角波切替手段３４は、三角波切替信号３７に従って、１ライン分の画像信号と三角波波形のＰＷＭ信号を切り替え、信号線１７に出力する。

図７は、図６に示す三角波生成手段３５の内部構成示す概略ブロック図である。
基準クロック生成手段５１は、三角波波形のＰＷＭ信号を生成するための基準クロック５２を生成する。
アップダウンカウント手段５３は、発光期間制御信号１０２と帰線期間信号３８の制御の元に、基準クロック５２に同期して、初期値からカウントダウン、“０”となった後再び初期値に戻るまでカウントアップを行い、カウント出力５４を出力する。
デジタル／アナログ変換手段５５は、デジタルデータであるカウント出力５４を、アナログ信号変換し、三角波波形のＰＷＭ信号３６として出力する。
図７に示す回路では、アップダウンカウント手段５３は、８ビットのカウンタであることとし、カウント開始の初期値は“２５５”、デジタル／アナログ変換手段５５も８ビットデジタルデータに対応するものとする。
三角波切替信号生成手段５６は、帰線期間信号３８に基づき三角波切替信号３７を生成する。

図８は、図７の三角波生成手段３５の動作を説明するためのタイミングチャートである。
図８において、基準クロック５２は、人力表示データ終了タイミングから人力表示データ開始タイミングまでの三角波期間（図８の帰線期間信号３８の間のＡの期間）の期間中に、最低限、アップダウンカウント手段５３が、初期値“２５５”から“０”までカウントダウンし、その後再び“２５５”までカウントアッブするために必要なサイクル数を有するクロックとなる。
アップダウンカウント手段５３から出力されるカウント出力５４は、基準クロック５２に従って、初期値“２５５”からカウントダウンを開始し、“０”となった後、再び初期値である“２５５”までカウントアップした値となる出力である。
デジタル／アナログ変換手段５５から出力される三角波波形のＰＷＭ信号３６は、“０”から“２５５”までを示す８ビットデジタルデータであるカウント出力５４を、“０”のときを最低、“２５５”のときを最高レベルとするアナログ値に変換した信号である。

［実施例］
本発明では、輝度モード制御部１００より、複数の輝度表示モードに切り換えるが、このとき、それぞれの輝度表示モードに応じて、最適の波形のＰＷＭ信号を使用するようにしたものである。
図９Ａは、本実施例の有機ＥＬ表示装置の標準輝度モードにおけるＰＷＭ信号を説明するための図である。なお、図９Ａ〜図９Ｄにおいて、書込み期間は、１表示ライン毎（あるいは、２表示ライン毎）に各画素に画像信号を書込む期間である。
本実施例の標準輝度モードでは、図９Ａに示すように、発光期間に三角波波形（例えば、図３のＣに示す波形）のＰＷＭ信号に代えて、Ａ１〜Ａ５の変曲点を有する放物線波形に近い波形のＰＷＭ信号を用いる。なお、本発明では、この変曲点とは、この変曲点を境に直線の傾きが異なる点を意味している。
本実施例では、変曲点を有する放物線波形に近い波形のＰＷＭ信号を用い、それぞれの輝度表示モードに応じて最適の変曲点を設定することにより、それぞれの輝度表示モードに応じて最適な輝度制御を行うことが可能となる。また、本実施例において、例えば、Ｒ・Ｇ・Ｂの各画素毎に、ＰＷＭ信号の変曲点を設定することにより、赤、緑、青の各画素の発光輝度のバランスを調整することが可能となる。さらに、本実施例では、ＰＷＭ信号の変曲点を適宜設定することにより、ガンマ調整も行うことが可能となる。但し、これらの場合には、赤、緑、青の各画素毎にそれぞれ異なるＰＷＭ信号を供給する必要があるので、赤、緑、青の各画素毎にＰＷＭ信号を供給する信号線１７をそれぞれ分離する必要がある。
なお、図９Ａに示すようなＰＷＭ信号を生成するには、例えば、図７に示す基準クロック生成手段５１に、それぞれ周期の異なる複数のクロック生成回路を容易しておき、カウント数に応じて適宜切り換えて、図７に示す基準クロック生成手段５１から出力することにより容易に実現可能である。

例えば、図１０（ａ）に示すように、図７に示す基準クロック生成手段５１に、周期Ｔのクロックを生成するクロック生成回路５１−１と、クロック生成回路５１−１の２倍の周期（２Ｔ）のクロックを生成するクロック生成回路５１−３と、クロック生成回路５１−１の１／２倍の周期（Ｔ／２）のクロックを生成するクロック生成回路５１−２を用意する。
ここで、クロック生成回路５１−１から出力されるクロックを用いて、１６カウント数でアップダウン繰り返す場合、図１０（ｂ）のＢに示すような、三角波波形のＰＷＭ信号が得られる。
また、１から４のカウント数の時に、クロック生成回路５１−２から出力されるクロック、５から６のカウント数の時に、クロック生成回路５１−１から出力されるクロック、７から１０のカウント数の時に、クロック生成回路５１−３ら出力されるクロック、１１から１２のカウント数の時に、クロック生成回路５１−１から出力されるクロック、１３から１６のカウント数の時に、クロック生成回路５１−２から出力されるクロックを用いて、１６カウント数でアップダウン繰り返す場合、図１０（ｂ）のＣに示すような、Ａ１〜Ａ５の変曲点を有する放物線波形に近い波形のＰＷＭ信号を得ることできる。

図９Ｂは、本実施例の有機ＥＬ表示装置の低輝度表示モードにおけるＰＷＭ信号を説明するための図である。
図９Ｂに示すように、本実施例の低輝度表示モードのＰＷＭ信号は、図９Ａに示すＰＷＭ信号と同様に、Ａ１〜Ａ５の変曲点を有する放物線波形に近い波形のＰＷＭ信号であるが、図９Ａに示すＰＷＭ信号に比して、周期が、図９Ａに示すＰＷＭ信号の周期の約半分となっている。このようなＰＷＭを信号を用いることにより、画像信号の書込から発光までの期間が短くなるので低輝度制御に最適な波形となっている。
なお、図９Ｂに示すようなＰＷＭ信号を生成するには、例えば、図１０（ａ）に示すクロック生成回路５１−１、クロック生成回路５１−２、およびクロック生成回路５１−３において、周期（Ｔ）を短くする（あるいは、クロック生成回路５１−１で生成されるクロックの周波数を高かい周波数とする）ことで容易に実現可能である。

図９Ｃは、本実施例の有機ＥＬ表示装置の高輝度表示モードにおけるＰＷＭ信号を説明するための図である。
図９Ｃに示すように、本実施例の高輝度表示モードのＰＷＭ信号は、Ａ１〜Ａ４の変曲点を有し、矩形波に近い波形のＰＷＭ信号である。また、この高輝度表示モードでは、駆動ＴＦＴ４を飽和領域で動作させる。
前述したように、Ｖｄｄを電源線１８の電圧、Ｖｄａｔａを画像信号の電圧、Ｖｄｓを駆動ＴＦＴ４のソースードレイン間の電圧とするとき、下記（１）式を満足する場合、駆動ＴＦＴ４は飽和領域で動作する。
（Ｖｄｄ−Ｖｄａｔａ）≦Ｖｄｓ ・・・・・・・・・・・・・・ （１）
駆動ＴＦＴ４が飽和領域で動作する場合、ドレイン電流（ＩＤ）は、ゲート・ソース間電圧の２乗に比例するので、ガンマ調整が容易となる。なお、図１１に、ガンマ値が１．０、１．８、２．０、２．２の時の、画像信号の信号レベルと輝度レベルのグラフを示す。
なお、図９Ｃに示すようなＰＷＭ信号を生成するには、発光期間制御信号１０２に基づき、アップダウンカウント手段５３のダウン動作開始時と、アップ動作時に、アップダウンカウント手段５３のダウン動作を制御するアップダウン制御信号を入力するようにすればよい。

図９Ｄは、本実施例の有機ＥＬ表示装置の最大輝度表示モードにおけるＰＷＭ信号を説明するための図である。
図９Ｄに示すように、本実施例の最大輝度表示モードのＰＷＭ信号は、Ａ１、Ａ２の変曲点を有し、図９Ｃに示すＰＷＭ信号よりも、より矩形波に近い台形波波形のＰＷＭ信号である。また、この最大輝度表示モードでも、駆動ＴＦＴ４を飽和領域で動作させる。
図９Ｄに示すように、この最大輝度表示モードでは、例えば、インタレース駆動により、画像信号の書込期間が、図９Ｃに示す高輝度表示モードの画像信号の書込期間の半分期間となっている。これにより、図９Ｃに示す高輝度表示モードに比して、より高輝度の画像を表示することが可能となる。
このインタレース駆動では、奇数番号の表示ライン上の画素に対する画像信号の書き込みと、偶数番号の表示ライン上の画素に対する画像信号の書き込みとが、１フレーム毎に交互に繰り返される。
例えば、奇数フレームでは、奇数番号の表示ライン上の画素に対する画像信号の書き込み行われ、偶数番号では、偶数番号の表示ライン上の画素に対する画像信号の書き込みが行われる。

本発明において、「有機ＥＬ素子」とは、カソード電極とアノード電極とで有機発光層を挟み込んで形成される１つのサブ画素を構成に備えた構造をいう。
「有機ＥＬ表示パネル」とは、サブ画素を構成する有機ＥＬ素子を備えた基板のことをいう。ここで、ドライバＩＣが実装（実装方法は、チップオンガラス（ＣＯＧ）、テープキャリアパッケージ（ＴＣＰ）、チップオンフィルム（ＣＯＦ）等）されている構造、半導体層がポリシリコンで構成される薄膜トランジスタによって基板上にドライバが内蔵されている構造、封止基板で封止された構造も含む。
「有機ＥＬ表示装置」は、有機ＥＬ表示パネルの他、この有機ＥＬ表示パネルのドライバを制御するタイミング制御回路や、電源回路などのインターフェ一スを含めた構造のことをいうものとする。
図１２に、有機ＥＬ表示装置の外観を示す。
図１２に示す有機ＥＬ表示装置は、有機ＥＬ表示パネル（以下、単にパネルとも称する。）の表示部ＡＲが露出する開口を備えた前面フレーム（ＦＦ）と、有機ＥＬ表示パネルの裏面全体を覆い、前面フレーム（ＦＦ）とスナップフィットにより固定されている裏面フレーム（ＲＦ）と、裏面フレーム（ＲＦ）のさらに裏面に配置された回路基板（ＳＵＢ）と有機ＥＬ表示パネルとの間に取り付けられたフレキシブル回路基板（ＦＰＣ）を備えた構造である。
なお、回路基板（ＳＵＢ）は、裏面フレーム（ＲＦ）に対して、接着剤や面面テープで固定してもよいし、さらに外部に設けた電子装置のフレームにねじ等で固定してもよい。

さらに、前面フレーム（ＦＦ）と裏面フレーム（ＲＦ）との間に挟まれた有機ＥＬ表示パネルの構造を図１３、図１４を用いて説明する。
図１３は、表示面斜上方から見た有機ＥＬ表示パネルの分解図である。図１４は、図１３に示す有機ＥＬパネルの断面構造を示す断面図であり、同図（ａ）は、図１３のＡ−Ａ’切断線に沿った断面構造を示す断面図、同図（ｂ）は図１３のＢ−Ｂ’切断線に沿った断面構造を示す断面図である。
前面フレーム（ＦＦ）の側から、光学フィルム（ＯＦ）、有機ＥＬ表示パネル（ＰＥＬ）、熱拡散シート＆衝撃吸収剤（ＡＤＦ）、裏面フレーム（ＲＦ）の順に積層されている。
前面フレーム（ＦＦ）と裏面フレーム（ＲＦ）は、鉄とニッケルを主成分とする金属で構成され、アンバーやインバーと呼ばれる鉄を約３６％含有する材料で構成された合金で構成された金属フレームである。
なお、この金属は、インバーにニッケルを含有させたスーパーインバーと呼ばれる合金で構成された金属フレームでもよい。また、ステンレスや鉄を用いた場合、廉価で容易に製造できる。前面フレーム（ＦＦ）は、裏面フレーム（ＲＦ）に向かって折り曲げられた形状をしている。

ボトムエミッション型の有機ＥＬ表示パネル（ＰＥＬ）の断面構造を図１５に示す。
半導体層がポリシコンから薄膜トランジスタの製造プロセスにより、ガラス基板（ＧＬＡＳ１）上にチャネル（ＦＧ）、ゲート絶縁膜（材料：Ｐ−ＴＥＯＳ）（ＧＩ）、ゲート配線（材料：ＭｏＷ）（ＳＧ）、ＣＯＮＴ絶縁膜（材料：Ｐ−ＴＥＯＳ）（ＰＡＳ１）、ＳＤ配線（材料：金属／ＡｌＳｉ／金属）（ＡＬ）、パシベーション層（材料：Ｐ−ＳｉＮ）（ＰＡＳ２）からなる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形成する。
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の形成については、ｎＭＯＳ単テャネルプロセスにカウンタードープｐＭＯＳプロセスを加えたＣＭＯＳプロセスで作製する。
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）形成後に、有機ＥＬ素子７の下部電極の陽極（ＩＴＯ）を形成する。ボトムエミッション型の有機ＥＬ表示パネル（ＰＥＬ）は、光の取り出し方向を薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）基板側とするため、下部電極の陽極が透明電極であるＩＴＯとなっている。
陽極（ＩＴＯ）の形成後に電極端部での陽極−陰極間のショートを防ぐためのＳｉＮバンク（ＳｉＬ２）（ＢＡＮＫ）を形成する。
次に、有機ＥＬ素子工程（ＯＬＥＤ工程）にてＲ・Ｇ・Ｂを打ち分けるため精密マスクを用いて有機ＥＬ層（ＥＬＳ）を形成し、表示領域全体を覆う形で上部電極の陰極（ＡＩ）を形成する。陰極ＡＩは反射層を兼ねている。
最後に有機ＥＬ素子の劣化要因となる水分の浸入を防ぐため乾燥剤（ＫＺＡ）を貼り付けた封止ガラス（ＧＬＡＳ２）を、Ｎ_２環境下で封止して有機ＥＬ表示パネル（ＰＥＬ）パネルの完成となる。

トップエミッション型の有機ＥＬ表示パネル（ＰＥＬ）の断面構造を図１６に示す。
半導体層がポリシコンから薄膜トランジスタの製造プロセスにより、ガラス基板（ＧＬＡＳ１）上にチャネル（ＦＧ）、ゲート絶縁膜（材料：Ｐ−ＴＥＯＳ）（ＧＩ）、ゲート配線（材料：ＭｏＷ）（ＳＧ）、ＣＯＮＴ絶縁膜（材料：Ｐ−ＴＥＯＳ）（ＰＡＳ１）、ＳＤ配線（材料：金属／ＡｌＳｉ／金属）（ＡＬ）、パシベーション層（材料：Ｐ−ＳｉＮ）（ＰＡＳ２）からなる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形成する。形成工程は、ボトムエミッション型の有機ＥＬ表示パネル（ＰＥＬ）と同一である。
その後、パッシベーション層（ＰＡＳ２）の上に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の形成によって生じた段差を平坦化するための有機層（平坦化層）（ＯＣ）を形成する。
トップエミッション型の有機ＥＬ表示パネル（ＰＥＬ）は、光の取り出し方向が薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）基板の上側になるため、平坦化層（ＯＣ）を挿入すると画素回路に制限されることなく画素開口を配置することができる。このため、トップエミッション型の有機ＥＬ表示パネル（ＰＥＬ）は高精細化が可能となる。
平坦化層（ＯＣ）には、窒化シリコンなどの無機膜やアクリル樹脂、ポリイミド樹脂などの有機膜が適用可能である。これは、ボトムエミッション型の有機ＥＬ表示パネル（ＰＥＬ）でも同様である。

平坦化層（ＯＣ）の形成後に反射層（ＡＭ）、陽極ＩＴＯを形成する。
反射層にはＡｌＳｉ（Ｓｉ：１．０ｗｔ％以下）を用いるが、平坦化層（ＯＣ）は金属との密着性が悪いことから、ＭｏＷ（Ｍｏ：８０ｗｔ％，Ｗ：２０ｗｔ‰）を下地として追加し，ＡｌＳｉ／ＭｏＷの２層構造とした。
ＳＤ配線（ＡＬ）と陽極（ＩＴＯ）との電気的接続に関しては反射層（ＡＭ）を介して陽極（ＩＴＯ）に接続する方法と、反射層（ＡＭ）を介さずに直接ＳＤ配線（ＡＬ）と陽極（ＩＴＯ）を接続する方法が考えられるが、ＡｌＳｉとＩＴＯはオーミック接続とならないため、直接ＳＤ配線（ＡＬ）と陽極（ＩＴＯ）を接続することとした。
ＳＤ配線（ＡＬ）は、従来から陽極（ＩＴＯ）との接続を考慮してキャップ金属を用いており、陽極（ＩＴＯ）との接続については問題ない。
陽極（ＩＴＯ）の形成後に、電極端部での陽極−陰極間ショートを防ぐためのＳｉＮバンク（ＳｉＬ２）（ＢＡＮＫ）を形成する。
有機ＥＬ素子工程（ＯＬＥＤ工程）にてＲ・Ｇ・Ｂを打ち分けるため精密マスクを用いて有機ＥＬ層（ＥＬＳ）を形成し、表示領域全体を覆う形で上部電極の透明陰極（ＩＺＯ）を形成する。
光学干渉のため透明陰極（ＩＺＯ）は薄膜化する必要があり、透明陰極（ＩＺＯ）の抵抗が問題となる。そこで画素と画素の間に補助電極（ＨＳＤ）を形成する。
最後に有機ＥＬ素子の劣化要因となる水分の浸入を防ぐため乾燥剤（図示せず）を貼り付けたガラス基板（ＧＬＡＳ２）を、Ｎ_２環境下で封止して有機ＥＬ表示パネル（ＰＥＬ）パネルの完成となる。

本実施例の有機ＥＬ表示装置は、自発光型であるため高コントラストで視野角が広く、かつ薄型・軽量である。従って、様々な電子装置の表示部として用いることができる。例えば、ＴＶ放送等を大画面で鑑賞するには対角３０インチ以上（典型的には４０インチ以上）のＥＬディスプレイ（有機ＥＬ表示装置を笙体に組み込んだディスプレイ）の表示部として本願発明の有機ＥＬ表示装置を用いるとよい。
なお、ＥＬディスプレイには、パソコン用ディスプレイ、ＴＶ放送受信用ディスプレイ、広告表示用ディスプレイ等の全ての情報表示用ディスプレイが含まれる。また、その他にも様々な電子装置の表示部として本発明の有機ＥＬ表示装置を用いることができる。その様な電子装置としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、カーナビゲーションシステム、カーオーディオ、ノート型パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等）、記録媒体を備えた画像再生装置などが挙げられる。
特に、斜め方向から見ることの多い携帯情報端末は視野角の広さが重要視されるため、有機ＥＬ表示装置を用いることが望ましい。それら電子装置の具体例を以下に示す。
図１７は、携帯電話であり、本実施例の有機ＥＬ表示装置は表示部に用いることができる。なお、表示部は黒色の背景に白色の文字を表示することで携帯電話の消費電力を抑えることができる。図１８は、デジタルステルカメラであり、本実施例の有機ＥＬ表示装置は表示部に用いることができる。また、有機ＥＬ表示装置は発光している部分が電力を消費するため、発光部分が極力少なくなるように情報を表示することが望ましい。
図１９は、デジタルビデオカメラであり、本実施例の有機ＥＬ表示装置は表示部に用いることができる。図２０はカーナビゲーションシステムであり、本実施例の有機ＥＬ表示装置は表示部に用いることができる。
以上の様に、本実施例の有機ＥＬ表示装置の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子装置に用いることが可能である。

有機ＥＬ表示装置は、複数の輝度表示モード（所謂、複数の発光輝度設定）が必要とされる場合があった。例えば、デジタル・スチル・カメラ（以下、ＤＳＣ）などのモバイル機器の表示部として使用される有機ＥＬ表示装置では、外光視認性を確保するために高輝度表示と、通常の表示との２つの輝度表示モードが設定可能であることが強く求められている。
本実施例の有機ＥＬ表示装置において、複数の発光輝度設定（例えば、最大表示輝度：５００ｃｄ／ｍ^２、輝度表示モード：ＲＧＢ各５０ステップ（各ステップ内で２５６階調）：輝度ステップ≦１０ｃｄ／ｍ^２）が必要な場合、電源制御部１１１での電圧制御により変動した階調特性をＰＷＭ信号の変曲点を所定の階調特性に合わせて規定することにより、高コントラストかつ正確な階調性能を得ることができる。
また、高輝度表示モード時に、ＰＷＭ信号を飽和領域駆動に切り替えることで、所定の輝度を得ることができ屋外視認性が向上する。さらに、飽和駆動に切り替えることで、非飽和領域駆動に対して、配線抵抗による電圧降下に起因する面内輝度むら（シェーディング）や焼付き発生時間を大幅に低減することもできる。
また、ＲＧＢ各色の陽極電源部１１０が共通であっても、ＲＧＢの各画素を独立で階調制御が可能となり、高品位な表示装置の提供が可能となる。
さらに、本実施例においては、各画素のガンマ調整を行うことにより、適宜制御された発光輝度で発光するＥＬ素子を有する有機ＥＬ表示装置が作製される。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。

本発明の前提となる有機ＥＬ表示装置の概略構成を示すブロック図である。 図１に示す有機ＥＬ表示装置の表示部の全体構成を示す図である。 本発明の前提となる有機ＥＬ表示装置の動作を説明するためのタイミングチャートを示す図である。 図１に示す１画素を説明するため図である。 図４に示した駆動インバータ（ＩＮＶ）における信号電圧の基準電圧の設定を説明するための図である。 図１に示す信号線駆動回路の内部構成を示す概略ブロック図である。 図６に示す三角波生成手段の内部構成示す概略ブロック図である。 図７の三角波生成手段の動作を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の実施例の有機ＥＬ表示装置の標準輝度モードにおけるＰＷＭ信号を説明するための図である。 本発明の実施例の有機ＥＬ表示装置の低輝度表示モードにおけるＰＷＭ信号を説明するための図である。 本発明の実施例の有機ＥＬ表示装置の高輝度表示モードにおけるＰＷＭ信号を説明するための図である。 本発明の実施例の有機ＥＬ表示装置の最大輝度表示モードにおけるＰＷＭ信号を説明するための図である。 図９Ａに示すＰＷＭ信号を生成する回路構成を示す図である。 ガンマ値が１．０、１．８、２．０、２．２の時の、画像信号の信号レベルと輝度レベルとの間の関係を示すグラフである。 有機ＥＬ表示装置の外観を示す図である。 表示面斜上方から見た有機ＥＬ表示パネルの分解図である。 図１３に示す有機ＥＬパネルの断面構造を示す断面図である。 ボトムエミッション型の有機ＥＬ表示パネル（ＰＥＬ）の断面構造を示す断面図である。 トップエミッション型の有機ＥＬ表示パネル（ＰＥＬ）の断面構造を示す断面図である。 本発明の実施例の有機ＥＬ表示装置を表示部に使用する携帯電話を示す図である。 本発明の実施例の有機ＥＬ表示装置を表示部に使用するデジタルステルカメラを示す図である。 本発明の実施例の有機ＥＬ表示装置を表示部に使用するデジタルビデオカメラを示す図である。 本発明の実施例の有機ＥＬ表示装置を表示部に使用するカーナビゲーションシステムを示す図である。

符号の説明

２ 容量素子
４ ｐ型薄膜トランジスタ（駆動ＴＦＴ）
５ リセットスイッチ素子
７ 有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）
９ 点灯スイッチ素子
１０ 画素
１７ 信号線
１５ リセット線
１９ 点灯スイッチ線
１８ 電源線
２１ 信号線駆動回路
２２ 走査線駆動回路
３１ データシフト手段
３２ １ラインラッチ手段
３３ 階調電圧選択手段
３４ 階調電圧−三角波切替手段
３５ 三角波生成手段
５１ 基準クロック生成手段
５１−１，５１−２，５１−３ クロック生成回路
５３ アップダウンカウント手段
５５ デジタル／アナログ変換手段
５６ 三角波切替信号生成手段
１００ 輝度モード制御部
１１０ 陽極電源部
１１１ 電源制御部
１２０ 陰極電源部
１２１ 陰極電源線
１３０ 表示制御部
ＡＲ 表示部
ＩＮＶ 駆動インバータ
ＦＦ 前面フレーム
ＲＦ 裏面フレーム
ＳＵＢ 回路基板
ＦＰＣ フレキシブル回路基板
ＯＦ 光学フィルム
ＰＥＬ 有機ＥＬ表示パネル
ＡＤＦ 熱拡散シート＆衝撃吸収剤
ＧＬＡＳ１，ＧＬＡＳ２ ガラス基板
ＦＧ チャネル
ＧＩ ゲート絶縁膜
ＳＧ ゲート配線
ＰＡＳ１ ＣＯＮＴ絶縁膜
ＡＬ ＳＤ配線
ＰＡＳ２ パシベーション層
ＴＦＴ 薄膜トランジスタ
ＯＣ 有機層（平坦化層）
ＩＴＯ 陽極
ＢＡＮＫ ＳｉＮバンク
ＥＬＳ 有機ＥＬ層
ＡＩ 陰極
ＫＡＺ 乾燥剤
ＡＭ 反射層
ＨＳＤ 補助電極

Claims (7)

1. 自発光素子を有する画素をマトリクス状に設けた表示領域と、
   前記自発光素子の陽極である第一電極に供給される第一電源電圧を生成する陽極電源部と、
   前記自発光素子の陰極である第二電極に供給される第二電圧を生成する陰極電源部と、
   リセット線が接続する走査線駆動回路と、
   画像信号と、発光時間の制御を行う信号を供給する信号線駆動回路とを有し、
   画素容量の第一電極がゲート電極に接続され、前記第一電源電圧がソース電極に入力され、前記自発光素子の第一電極がドレイン電極に接続された駆動トランジスタと、
   前記駆動トランジスタのゲート電極とドレイン電極間に、ソース電極とドレイン電極が接続されたリセットスイッチ素子を有し、
   前記自発光素子の第二電極には前記第二電圧が入力され、
   前記リセットスイッチ素子のゲート電極には前記リセット線が接続され、
   １フレーム期間内に前記各画素に前記画像信号を書込む書込み期間と、前記自発光素子を発光させる発光期間とを有し、
   前記書込み期間に、前記画像信号を前記画素容量の第二電極に入力し、前記発光期間に、前記全画素の前記リセットスイッチ素子をオフとして、前記発光時間の制御を行う信号を前記画素容量の第二電極に入力する画像表示装置であって、
   輝度モード制御回路で制御される２つ以上の輝度表示モードを有し、
   前記輝度表示モードには、前記発光期間における前記発光時間の制御を行う信号の波形を台形波形として高輝度で表示する第一の輝度表示モードと、前記発光期間における前記発光時間の制御を行う信号の波形を前記第一の輝度表示モードよりも放物線波形に近い波形として低輝度で表示する第二の輝度表示モードを有することを特徴とする画像表示装置。
2. 前記第一の輝度表示モードでは前記駆動トランジスタが飽和領域で前記自発光素子を発光させ、前記第二の輝度表示モードでは前記駆動トランジスタは非飽和領域で前記自発光素子を発光させることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記第二の輝度表示モードにおける前記発光時間の制御を行う信号の波形は、複数の変極点を有する多角形であることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
4. 前記第二の輝度表示モードにおける前記発光時間の制御を行う信号の波形は、複数の変極点を有する放物線波形であることを特徴とする請求項３に記載の画像表示装置。
5. 前記発光時間の制御を行う信号の波形は、各画素における前記自発光素子の発光色によって波形が異なることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
6. 前記輝度表示モードには、前記発光期間における前記発光時間の制御を行う信号の波形の形状が異なる複数の輝度表示モードを有することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
7. 前記輝度表示モードは、外光の明るさを検出して自動的に選択可能であることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。

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