JP5347029B2 - Ｅｌサブピクセル内の駆動トランジスタのゲート電極に駆動信号を与える方法 - Google Patents

Description

本発明は、固体エレクトロルミネッセントフラットパネルディスプレイに関し、より詳細には、エレクトロルミネッセントディスプレイ構成要素の効率損失を補償する手段を有するそのようなディスプレイに関する。

エレクトロルミネッセント（ＥＬ）デバイスは何年にもわたって知られており、最近になって市販のディスプレイデバイスにおいて用いられるようになった。そのようなデバイスは、アクティブマトリックス制御方式及びパッシブマトリックス制御方式の両方を利用し、複数のサブピクセルを利用することができる。各サブピクセルは、ＥＬエミッタと、ＥＬエミッタに流れる電流を駆動するための駆動トランジスタとを含む。サブピクセルは通常２次元のアレイに配列され、サブピクセル毎に１つの行及び列アドレスがあり、サブピクセルには１つのデータ値が関連付けられる。赤色、緑色、青色及び白色のような異なる色のサブピクセルをグループ化して、ピクセルを形成する。ＥＬディスプレイは、コーティング可能な無機発光ダイオード、量子ドット及び有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）を含む、種々のエミッタ技術から形成することができる。

固体ＯＬＥＤディスプレイは、優れたフラットパネルディスプレイ技術として大きな関心を集めている。これらのディスプレイは有機材料の薄膜を通って流れる電流を利用して光を生成する。放射される光の色、及び電流から光へのエネルギー変換効率は、有機薄膜材料の組成によって決定される。異なる有機材料は異なる色の光を放射する。しかしながら、ディスプレイが使用されるにつれて、ディスプレイ内の有機材料に経年変化が生じ、光を放射する際の効率が低下する。これにより、ディスプレイの寿命が短くなる。有機材料が異なると、異なる速度で経年変化が生じる可能性があるので、ディスプレイが使用されるにつれて、色によって経年変化に差が生じ、ディスプレイの白色点が変化する。さらに、個々のピクセルは、他のピクセルとは異なる速度で経年変化を生じるので、結果として、ディスプレイが不均一になる可能性がある。

材料に経年変化が生じる速度は、ディスプレイの中に流れる電流の量に、それゆえ、ディスプレイから放射された光の量に関連付けられる。ポリマー発光ダイオードにおけるこの経年変化の影響を補償する１つの技法が、Sundahl他による特許文献１において記述されている。この手法は、早期の使用段階において与えられる電流を制御しながら低減し、その後、第２段階においてディスプレイ出力を徐々に減少させることに基づく。この解決策では、後に補償電流量を与えるコントローラ内のタイマが、ディスプレイの動作時間を追跡する必要がある。さらに、一旦、ディスプレイが使用中になると、ディスプレイ動作時間の誤差を回避するために、コントローラをディスプレイに関連付けたままにしなければならない。この技法は、小分子有機発光ダイオードディスプレイの性能を十分に示さないという不都合を有する。さらに、ディスプレイが使用中になっていた時間を累積しなければならないので、コントローラ内にタイミング、計算及び記憶回路部を必要とする。また、この技法は、輝度及び温度レベルが異なる際のディスプレイの挙動の違いには対応せず、異なる有機材料の経年変化の速度が異なることにも対応することができない。

Shen他による特許文献２は、ピクセルに加えられる累積駆動電流に基づいて各ピクセルの光出力効率の低下を計算し、予測することによってＯＬＥＤディスプレイ内の個々のＯＬＥＤエミッタの発光効率の長期変動を補償する方法及び関連するシステムを記述している。その方法は、ピクセル毎に次の駆動電流に適用される補正係数を導出する。この技法では、各ピクセルに加えられる駆動電流を測定し、累積する必要があり、ディスプレイが使用されるのに応じて絶えず更新されなければならない格納メモリを必要とし、それゆえ、複雑で、大規模な回路部を必要とする。

Everttによる特許文献３は、ＯＬＥＤディスプレイのためのパルス幅変調ドライバを記述している。ビデオディスプレイの一実施形態が、選択された電圧を与えて、ビデオディスプレイ内の有機発光ダイオードを駆動するための電圧ドライバを備える。電圧ドライバは、補正表から、経年変化、列抵抗、行抵抗及び他のダイオード特性を考慮に入れた電圧情報を受信することができる。その発明の一実施形態では、補正表は、通常の回路動作前に、又は動作中に計算される。ＯＬＥＤ出力光レベルはＯＬＥＤ電流に対して線形であると仮定されるので、その補正方式は、過渡現象が落ち着くことができるほど十分に長い持続時間にわたってＯＬＥＤダイオードの中に既知の電流を送り込み、その後、列ドライバ上に存在するアナログ／デジタルコンバータ（Ａ／Ｄ）を用いて対応する電圧を測定することに基づく。較正電流源及びＡ／Ｄは、スイッチングマトリックスを通じて、任意の列に切り替えることができる。しかしながら、この技法は、パッシブマトリックスディスプレイにのみ適用可能であり、一般的に利用される、より高性能のアクティブマトリックスディスプレイには適用可能でない。さらに、この技法は、ＯＬＥＤ効率損失のような、経年変化に伴うＯＬＥＤエミッタの変化に対する補正を一切含まない。

Narita他による特許文献４は、複数の発光素子を配列することによって形成される発光素子アレイと、発光素子アレイを駆動し、発光素子のそれぞれから光を放射するための駆動ユニットと、発光素子アレイの発光素子毎の発光回数を格納するためのメモリユニットと、各発光素子から放射される光の量が一定に保持されるように、メモリユニット内に格納される情報に基づいて駆動ユニットを制御するための制御ユニットとを備える発光ディスプレイを記述している。その発光ディスプレイを利用する露光ディスプレイ、及びその露光ディスプレイを利用する画像形成装置も開示される。この設計では、使用量を記録するために各ピクセルに送信される各信号に応答する計算ユニットを使用する必要があり、回路設計が非常に複雑になる。

Numao Kojiによる特許文献５は、電流測定回路によって有機ＥＬ素子に所定の電圧が印加され、電流の流れが測定され、温度測定回路が有機ＥＬ素子の温度を推定する方法を記述している。素子に印加される電圧値、電流値及び推定された温度、予め求められた同じように構成される素子の経年変化に起因する変化、電流−ルミナンス特性の経年変化に起因する変化、及び素子の電流−ルミナンス特性を推定するための特性測定時の温度が比較される。その後、表示データが表示される時間間隔中に素子に供給される電流の量の総計が変更され、それは、電流−ルミナンス特性の推定値、素子内に流れる電流の値、及び表示データに基づいて、本来表示されることになっているルミナンスを与えることができる。この設計は、ピクセルの予測可能な相対的使用量を推定し、ピクセルのグループ又は個々のピクセルの実際の使用量の差に対応しない。それゆえ、色及び空間グループのための補正は、経時的に不正確になる可能性がある。さらに、ディスプレイ内に温度検知回路及び複数の電流検知回路を集積する必要がある。この集積は複雑であり、製造歩留まりを低減し、ディスプレイ内の空間を占有する。

Ishizuki他による特許文献６は、長期の使用後であっても、ルミナンスを不揃いにすることなく高品質の画像を提供するためのディスプレイパネル駆動デバイス及び駆動方法を開示している。各ピクセルが連続して、かつ独立して光を放射する間に、発光駆動電流の流れが測定される。その後、測定された駆動電流値に基づいて、入力ピクセルデータ毎にルミナンスが補正される。別の態様によれば、１つの駆動電流値が所定の基準電流に等しくなるように、駆動電圧が調整される。さらなる態様では、ディスプレイパネルの漏れ電流に対応するオフセット電流を、駆動電圧発生器回路から出力される電流に加算しながら電流が測定され、結果として生成される電流がピクセル部分のそれぞれに供給される。その測定技法は繰返し行なわれるので、低速である。

特許文献７において、Arnold他は、ＯＬＥＤデバイス（エミッタ）の経年変化を補償する方法を教示する。この方法は、ＯＬＥＤエミッタに流れる電流を駆動する駆動トランジスタに基づく。しかしながら、当該技術分野において知られている駆動トランジスタは、理想的ではなく、この方法ではＯＬＥＤエミッタ経年変化と混同される。低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ）トランジスタはディスプレイの表面にわたって不均一なしきい値電圧及び移動度を有する可能性があり、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）トランジスタは、使用するにつれて変化するしきい値電圧を有する。それゆえ、アーノルド他の方法は、トランジスタがそのような作用を示す回路内では、ＯＬＥＤ効率損失を完全には補償しない。さらに、逆方向バイアスのような方法を用いて、ａ−Ｓｉトランジスタしきい値電圧シフトを緩和するとき、逆方向バイアス作用の適切で、かつ費用がかかる可能性がある追跡及び予測を用いなければ、ＯＬＥＤ効率損失の補償は信頼性がなくなる可能性がある。

それゆえ、エレクトロルミネッセントディスプレイのためのさらに完全な補償手法が必要とされている。

米国特許第６，４５６，０１６号 米国特許第６，４１４，６６１号 米国特許出願公開第２００２／０１６７４７４号 米国特許第６，５０４，５６５号 特開２００２−２７８５１４号公報 米国特許出願公開第２００３／０１２２８１３号 米国特許第６，９９５，５１９号

それゆえ、本発明の目的は、トランジスタに経年変化がある場合にＯＬＥＤエミッタ内の効率の変化を補償することである。

これは、エレクトロルミネッセント（ＥＬ）サブピクセル内の駆動トランジスタのゲート電極に駆動信号を与える方法であって、
ａ）前記駆動トランジスタ、ＥＬエミッタ、及び読出しトランジスタを有する前記ＥＬサブピクセルを設けることであって、前記駆動トランジスタは第１の電極と、第２の電極と、前記ゲート電極とを有する、こと、
ｂ）第１の電圧源と、該第１の電圧源を前記駆動トランジスタの前記第１の電極に選択的に接続するための第１のスイッチとを設けること、
ｃ）前記ＥＬエミッタを前記駆動トランジスタの前記第２の電極に接続すること、
ｄ）前記ＥＬエミッタに接続される第２の電圧源を設けること、
ｅ）前記読出しトランジスタの前記第１の電極を前記駆動トランジスタの前記第２の電極に接続すること、
ｆ）電流源と、該電流源を前記読出しトランジスタの前記第２の電極に選択的に接続するための第３のスイッチとを設けること、
ｇ）前記読出しトランジスタの前記第２の電極に接続される電圧測定回路を設けること、
ｈ）前記第１のスイッチを開き、前記第３のスイッチを閉じると共に、前記電圧測定回路を用いることであって、前記読出しトランジスタの前記第２の電極における電圧を測定して、第１のエミッタ電圧信号を与える、こと、
ｉ）前記第１のエミッタ電圧信号を用いることであって、前記ＥＬエミッタの効率を表す経年変化信号を与える、こと、
ｊ）入力信号を受信すること、
ｋ）前記経年変化信号及び前記入力信号を用いることであって、補償済み駆動信号を与える、こと、
ｌ）前記補償済み駆動信号を前記駆動トランジスタの前記ゲート電極に与えることであって、前記ＥＬエミッタの効率の変化を補償する、こと、
前記ＥＬエミッタを前記第２の電圧源に選択的に接続するための第２のスイッチを設けること、
を含み、前記ステップｈは、前記第２のスイッチを閉じることを含み、
前記ステップｈは、
ｉ）第１の時点において前記読出しトランジスタの前記第２の電極において電圧を測定することであって、前記第１のエミッタ電圧信号を与える、こと、
ｉｉ）前記第１のエミッタ電圧信号を格納すること、
ｉｉｉ）第２の時点において第２のエミッタ電圧信号を測定することであって、該第２の時点は前記第１の時点とは異なること、及び
ｉｖ）前記第２のエミッタ電圧信号を格納すること、
をさらに含み、
前記ステップｉは、前記格納された第１のエミッタ電圧信号及び第２のエミッタ電圧信号を比較して、前記経年変化信号を計算し、
前記ステップｌは、ソースドライバを設けること、及び該ソースドライバを用いることであって、前記駆動トランジスタの前記ゲート電極に前記補償済み駆動信号を与えることをさらに含み、
前記ソースドライバは、前記電圧測定回路と前記第１のスイッチとの間に設けられ、前記ソースドライバを用いて、複数のサブピクセル内の各サブピクセルに対応する補償済み駆動信号が、そのサブピクセル内の駆動トランジスタのゲート電極に与えられる、方法によって達成される。

本発明の利点は、使用中又は動作時に発光素子の連続的な測定値を累積するための大規模又は複雑な回路部を必要とすることなく、回路部又はトランジスタの経年変化又は不均一性があるディスプレイにおいて有機材料の経年変化を補償する、ＯＬＥＤディスプレイのようなエレクトロルミネッセントディスプレイである。本発明のさらなる利点は、そのディスプレイが簡単な電圧測定回路部を使用することである。本発明のさらなる利点は、電圧の全ての測定を行なうことによって、電流を測定する方法よりも、変化に反応しやすくなることである。本発明のさらなる利点は、単一の選択線を用いて、データ入力及びデータ読出しを可能にすることができることである。本発明のさらなる利点は、ＯＬＥＤ変化の特性評価及び特性補償が特定の素子に特有であり、開放又は短絡される場合がある他の素子によって影響を及ぼされないことである。

ＯＬＥＤ効率、ＯＬＥＤ経年変化及びＯＬＥＤ駆動電流密度の間の関係を示すグラフである。 本発明を実施する際に用いることができるエレクトロルミネッセント（ＥＬ）ディスプレイの一実施形態の概略図である。 本発明を実施する際に用いることができるＥＬサブピクセル及び接続される構成要素の一実施形態の概略図である。 ＯＬＥＤエミッタの経年変化がルミナンス効率に及ぼす影響を示す図である。 ＯＬＥＤエミッタ又は駆動トランジスタの経年変化がエミッタ電流に及ぼす影響を示す図である。 本発明の方法の一実施形態のブロック図である。 ＯＬＥＤ効率とＯＬＥＤ電圧の変化との間の関係を示すグラフである。

ここで図２を参照すると、本発明を実施する際に用いることができるエレクトロルミネッセント（ＥＬ）ディスプレイの一実施形態の概略図が示される。ＥＬディスプレイ１０は、行及び列に配列される所定の数のＥＬサブピクセル６０のアレイを含む。ＥＬディスプレイ１０は複数の行選択線２０を含み、ＥＬサブピクセル６０の各行が１つの行選択線２０を有する。ＥＬディスプレイ１０は複数の読出し線３０を含み、ＥＬサブピクセル６０の各列が１つの読出し線３０を有する。各読出し線３０は第３のスイッチ１３０に接続され、第３のスイッチは、較正プロセス中に、読出し線３０を電流源１６０に選択的に接続する。明確に例示するために図示されないが、当該技術分野においてよく知られているように、ＥＬサブピクセル６０の各列はデータ線も有する。複数の読出し線３０は、１つ又は複数のマルチプレクサ４０に接続され、これによって、後に明らかになるように、ＥＬサブピクセルから信号を並列／順次に読み出すことができるようになる。マルチプレクサ４０は、ＥＬディスプレイ１０と同じ構造の一部とすることもできるし、ＥＬディスプレイ１０に対し接続することも切り離すこともできる別の構成とすることもできる。「行」及び「列」は、パネルの任意の特定の向きを意味しないことに留意されたい。

ここで図３を参照すると、本発明を実施する際に用いることができるＥＬサブピクセルの一実施形態の概略図が示される。ＥＬサブピクセル６０は、ＥＬエミッタ５０と、駆動トランジスタ７０と、キャパシタ７５と、読出しトランジスタ８０と、選択トランジスタ９０とを備える。トランジスタのそれぞれは、第１の電極と、第２の電極と、ゲート電極とを有する。第１のスイッチ１１０によって駆動トランジスタ７０の第１の電極に第１の電圧源１４０が選択的に接続され、第１のスイッチはＥＬディスプレイ基板上に、又は別の基板上に配置することができる。「接続される」は、要素が直に接続されるか、又は別の構成要素、たとえば、スイッチ、ダイオード若しくは別のトランジスタを介して電気的に接続されることを意味する。駆動トランジスタ７０の第２の電極はＥＬエミッタ５０に接続され、第２のスイッチ１２０によってＥＬエミッタ５０に第２の電圧源１５０を選択的に接続することができ、第２のスイッチ１２０も同様にＥＬディスプレイ基板から離れて存在することができる。ＥＬエミッタ５０は、第２の電圧源１５０に直に接続されることもできる。そのＥＬディスプレイのために、少なくとも１つの第１のスイッチ１１０及び第２のスイッチ１２０が設けられる。ＥＬディスプレイが、電力を供給される複数のピクセルサブグループを有する場合には、さらなる第１のスイッチ及び第２のスイッチを設けることができる。駆動トランジスタ７０は、概ね電流が流れないように逆方向バイアスをかけて動作させることによって、第１のスイッチ１１０として用いることができる。逆方向バイアスをかけてトランジスタを動作させるための方法は当該技術分野において知られている。通常の表示モードでは、第１のスイッチ及び第２のスイッチは閉じられ、他のスイッチ（後に説明される）は開いている。駆動トランジスタ７０のゲート電極は選択トランジスタ９０に接続され、当該技術分野においてよく知られているように、データ線３５から駆動トランジスタ７０に選択的にデータを与える。複数の行選択線２０のそれぞれは、ＥＬサブピクセル６０の対応する行内の選択トランジスタ９０のゲート電極に接続される。選択トランジスタ９０のゲート電極は、読出しトランジスタ８０のゲート電極に接続される。

読出しトランジスタ８０の第１の電極は駆動トランジスタ７０の第２の電極、及びＥＬエミッタ５０に接続される。複数の読出し線３０のそれぞれは、ＥＬサブピクセル６０の対応する列内の読出しトランジスタ８０の第２の電極に接続される。読出し線３０は第３のスイッチ１３０に接続される。ＥＬサブピクセル６０の列毎に、それぞれの第３のスイッチ１３０（Ｓ３）が設けられる。第３のスイッチによって、電流源１６０を読出しトランジスタ８０の第２の電極に選択的に接続できるようになる。電流源１６０は、第３のスイッチによって接続されると、ＥＬサブピクセル６０の中に所定の定電流が流れ込むことができるようにする。第３のスイッチ１３０及び電流源１６０は、ＥＬディスプレイ基板上に配置することもでき、該基板から離れて配置することもできる。電流源１６０は、概ね電流が流れないようにハイインピーダンス（Ｈｉ−Ｚ）モードに設定することによって、第３のスイッチ１３０として用いることができる。電流源をハイインピーダンスモードに設定するための方法は、当該技術分野において知られている。

読出しトランジスタ８０の第２の電極は電圧測定回路１７０にも接続され、該電圧測定回路は電圧を測定し、ＥＬサブピクセル６０の特性を表す信号を与える。電圧測定回路１７０は、電圧測定値をデジタル信号に変換するためのアナログ／デジタルコンバータ１８５と、プロセッサ１９０とを含む。アナログ／デジタルコンバータ１８５からの信号はプロセッサ１９０に送信される。電圧測定回路１７０は、電圧測定値を格納するためのメモリ１９５、及びローパスフィルター１８０も含むことができる。電圧測定回路１７０は、所定の数のＥＬサブピクセル６０から電圧を順次に読み出すために、マルチプレクサ出力線４５及びマルチプレクサ４０を通じて、複数の読出し線３０及び読出しトランジスタ８０に接続される。複数のマルチプレクサ４０が存在する場合には、それぞれが自らのマルチプレクサ出力線４５を有することができる。こうして、所定の数のＥＬサブピクセルを同時に駆動することができる。複数のマルチプレクサによって、種々のマルチプレクサ４０から電圧を並列に読み出すことができるようになり、各マルチプレクサ４０は、そのマルチプレクサに取り付けられる読出し線３０を順次に読み出すことができる。本明細書において、これを並列／順次プロセスと呼ぶ。

プロセッサ１９０は、制御線９５及びソースドライバ１５５を通じて、データ線３５にも接続されることができる。こうして、プロセッサ１９０は本明細書において説明されることになる測定プロセス中にデータ線３５に所定のデータ値を与えることができる。また、プロセッサ１９０は入力信号８５を介して表示データを受信し、本明細書において後に説明されるように変化を補償できるようにし、それゆえ、表示プロセス中にソースドライバ１５５を用いて、データ線３５に補償済みのデータを与えることができる。ソースドライバ１５５は、デジタル／アナログコンバータ又はプログラマブル電圧源、プログラマブル電流源、又はパルス幅変調電圧（「デジタルドライブ」）若しくは電流ドライバ、又は当該技術分野において知られている別のタイプのソースドライバを含むことができる。

図３に示される実施形態は、非反転ＮＭＯＳサブピクセルである。本発明と共に、当該技術分野において知られているような他の構成も用いることができる。ＥＬエミッタ５０は、ＯＬＥＤエミッタ、又は当該技術分野において知られている他のエミッタタイプとすることができる。ＥＬエミッタ５０がＯＬＥＤエミッタであるとき、ＥＬサブピクセル６０はＯＬＥＤサブピクセルである。駆動トランジスタ７０及び他のトランジスタ（８０、９０）は、低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、若しくはアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）トランジスタ、又は当該技術分野において知られている別のタイプのトランジスタとすることができる。各トランジスタ（７０、８０、９０）はＮチャネル又はＰチャネルとすることができ、ＥＬエミッタ５０は、反転又は非反転構成において、駆動トランジスタ７０に接続することができる。当該技術分野において知られているような反転構成では、第１及び第２の電源の極性は反転され、ＥＬエミッタ５０は、駆動トランジスタから離れる方向ではなく、駆動トランジスタに向かって電流を流す。それゆえ、本発明の電流源１６０は、負の電流を供給しなければならず、すなわち、電流シンクとして挙動し、ＥＬエミッタ５０を通じて電流を引き込む。

ＥＬエミッタ５０、たとえば、ＯＬＥＤエミッタが使用されるにつれて、多くの場合にｃｄ／Ａで表されるそのルミナンス効率は減少する可能性があり、その抵抗は増加する可能性がある。これらの効果はいずれも、ＥＬエミッタによって放射される光の量を経時的に減少させる可能性がある。そのような減少の量は、ＥＬエミッタの使用量に依存する。それゆえ、その減少は、ディスプレイ内の異なるＥＬエミッタでは異なる可能性があり、その影響は本明細書において、ＥＬエミッタ５０の特性の空間変動と呼ばれる。そのような空間変動は、ディスプレイの異なる部分における輝度及びカラーバランスの差、並びに画像「焼き付き」を含むことができ、画像「焼き付き」では、頻繁に表示される画像（たとえば、ネットワークロゴ）によって、画像そのもののゴーストがアクティブディスプレイ上に常に表示される可能性がある。そのような問題を防ぐために、しきい値電圧のそのような変化を補償することが望ましい。

ここで図４Ａを参照すると、ＯＬＥＤエミッタの中に電流が流れるにつれて、ＯＬＥＤエミッタの経年変化がルミナンス効率に及ぼす影響を示す図が示される。３つの曲線は、経時的なルミナンス出力又は累積電流によって表されるような、異なる色の光を放射する異なる光エミッタ（たとえば、Ｒ、Ｂ、Ｇはそれぞれ赤色光、緑色光及び青色光エミッタを表す）の通常の性能を表す。異なる色の光エミッタ間のルミナンスの低下は異なる可能性がある。その差は、異なる色の光エミッタにおいて用いられる材料の経年変化特性が異なることに起因するか、又は異なる色の光エミッタの使用量が異なることに起因する可能性がある。それゆえ、従来の使用法では、経年変化を補正しない場合、ディスプレイは明るくなくなる可能性があり、ディスプレイの色、特に白色点がシフトする可能性がある。

ここで図４Ｂを参照すると、ＯＬＥＤエミッタ若しくは駆動トランジスタ、又はその両方の経年変化がエミッタ電流に及ぼす影響を例示する図が示される。図４Ｂの横座標は駆動トランジスタ７０のゲート電圧を表し、縦座標は、そのゲート電圧において駆動トランジスタの中に流れる電流に関する、底を１０とする対数を表す。経年変化のない曲線２３０は、経年変化前のサブピクセルを示す。サブピクセルが経年変化するのに応じて、所望の電流を得るのに、より大きな電圧が必要とされる。すなわち、その曲線は、量ΔＶだけ、経年変化がある曲線２４０の方に移動する。ΔＶは、図に示されるように、しきい値電圧の変化（ΔＶ_th、２１０）と、ＯＬＥＤエミッタ抵抗の変化から生じるＯＬＥＤ電圧の変化（ΔＶ_OLED、２２０）との和である。この変化の結果として、性能が低下する。所望の電流を得るのに、より大きな電圧が必要とされる。ＯＬＥＤ電流（それは駆動トランジスタの中を流れるドレイン−ソース間電流でもある）、ＯＬＥＤ電圧、及び飽和時のしきい値電圧の間の関係は以下の通りである。

ただし、ＷはＴＦＴチャネル幅であり、ＬはＴＦＴチャネル長であり、μはＴＦＴ移動度であり、Ｃ₀は単位面積当たりの酸化物キャパシタンスであり、Ｖ_gはゲート電圧であり、Ｖ_gsは駆動トランジスタのゲートとソースとの間の電圧差である。簡単にするために、μがＶ_gsに依存するのを無視する。したがって、電流を一定にしておくために、Ｖ_th及びＶ_OLEDの変化を補償しなければならない。

ここで図５を参照し、合わせて図３も参照すると、本発明の方法の一実施形態のブロック図が示される。

ＥＬエミッタ５０の特性を測定するために、第１のスイッチ１１０が開けられ、第２のスイッチ１２０及び第３のスイッチ１３０が閉じられる（ステップ３４０）。読出しトランジスタ８０をオンにするために、選択された行のための選択線２０がアクティブにされる（ステップ３４５）。こうして、電流源１６０から、ＥＬエミッタ５０を通って、第２の電圧源１５０まで電流Ｉ_testsuが流れる。電流源１６０の中に流れる電流の値は、ＥＬエミッタ５０の中に流すことができる最大電流よりも小さくなるように選択される。通常の値は、１マイクロアンペア〜５マイクロアンペアの範囲にあり、ＥＬサブピクセルの寿命中の全ての測定について一定になる。このプロセスにおいて２つ以上の測定値を用いることができ、たとえば、１、２及び３マイクロアンペアにおいて測定を実行することができる。２つ以上の測定値において測定を行なうことによって、ＥＬサブピクセル６０の完全なＩ−Ｖ曲線を形成できるようになる。電圧測定回路１７０を用いて、読出し線３０上の電圧を測定する（ステップ３５０）。この電圧は、読出しトランジスタ８０の第２の電極における電圧Ｖ_outであり、この電圧を用いて、抵抗、それゆえＥＬエミッタ５０の効率を含む、ＥＬエミッタ５０の特性を表す第１のエミッタ電圧信号Ｖ₂を与えることができる。

サブピクセル内の構成要素の電圧は以下の式によって関連付けられる。
Ｖ₂＝ＣＶ＋Ｖ_OLED＋Ｖ_read （式２）
これらの電圧の値によって、読出しトランジスタ８０の第２の電極における電圧（Ｖ_out）が式２を満たすように調整される。上記の条件下で、ＣＶは或る設定された値であり、読出しトランジスタの中に流れる電流が低く、経時的に大きく変化しないので、Ｖ_readは、一定であると仮定することができる。Ｖ_OLEDは、電流源１６０によって設定される電流の値及びＥＬエミッタ５０の電流−電圧特性によって制御される。

ＥＬエミッタ５０が経年変化に関連して変化するのに応じて、Ｖ_OLEDは変化する可能性がある。Ｖ_OLEDの変化を判断するために、異なる時点で２回の別々の試験測定が実行される。最初の時点、たとえば、ＥＬエミッタ５０が経年変化によって劣化してないときに、最初の測定が実行される。これは、表示するためにＥＬサブピクセル６０が用いられる前の任意の時点とすることができる。最初の測定時の電圧Ｖ₂の値は、第１のエミッタ電圧信号（これ以降、Ｖ_2a）であり、測定され、格納される。最初の時点とは異なる第２の時点、たとえば、所定の時間にわたって画像を表示することによってＥＬエミッタ５０が経年変化した後に、その測定が繰り返され、第２のエミッタ電圧信号（これ以降、Ｖ_2b）が格納される。

その行内に測定されるべきさらなるＥＬサブピクセルが存在する場合には、複数の読出し線３０に接続されるマルチプレクサ４０を用いて、電圧測定回路１７０が所定の数のＥＬサブピクセルのそれぞれ、たとえば、その行内の全てのサブピクセルを順次に測定し（判断ステップ３５５）、サブピクセル毎に対応する第１及び第２のエミッタ電圧信号を与えることができるようにする。ディスプレイが十分に大きい場合には、複数のマルチプレクサを必要とする可能性があり、第１及び第２のエミッタ電圧信号が並列／順次プロセスにおいて与えられる。ＥＬディスプレイ１０内に測定すべきさらなるサブピクセル行が存在する場合には、ステップ３４５〜３５５が行毎に繰り返される（判断ステップ３６０）。測定プロセスを促進するために、測定が行なわれるときに任意の安定時間が経過するように、所定の数のＥＬサブピクセルのそれぞれを同時に駆動することができる。

ＥＬエミッタ５０が変化するときに、Ｖ_OLEDを変化させて、試験電流Ｉ_testsuを保持することができる。これらのＶ_OLEDの変化は、Ｖ₂の変化に反映されるであろう。それゆえ、ＥＬサブピクセル６０毎に格納される２つのエミッタ電圧信号（Ｖ₂）測定値を比較して、以下のように、ＥＬエミッタ５０の効率を表す経年変化信号ΔＶ₂を計算することができる（ステップ３７０）。
ΔＶ₂＝Ｖ_2b−Ｖ_2a＝ΔＶ_OLED （式３）

上記の方法では、サブピクセル毎の対応する第１のエミッタ電圧信号が後に比較するために格納される必要がある。初期測定値を必要としないがＶ_OLEDの空間変動を補償することができる、メモリ使用量が少ない方法を用いることができる。経年変化後に、上記のように、電流源１６０の選択された値と共に、サブピクセル毎に第２のエミッタ電圧信号（Ｖ_2b）を記録することができる。その後、測定されるサブピクセルの母集団から、最小のＶ_OLEDシフト（すなわち、測定される最小のＶ_2b）を有するサブピクセルが、ターゲット信号として選択される。このターゲット信号は、全てのサブピクセルのための第１のエミッタ電圧信号（Ｖ_2a,tgt）としての役割を果たす。その際、複数のサブピクセルのサブピクセルのそれぞれについて経年変化信号ΔＶ₂を以下のように表すことができる。
ΔＶ₂＝Ｖ_2b−Ｖ_2a,tgt （式４）

その後、ＥＬサブピクセル６０のための経年変化信号を用いて、そのＥＬサブピクセルの特性の変化を補償することができる。

ＥＬの経年変化を補償するために、上記のように、ΔＶ_OLED（ΔＶ₂に関連付けられる）を補正する必要がある。しかしながら、第２の要因もＥＬエミッタのルミナンスに影響を及ぼし、経年変化によって、又は使用するにつれて変化する。ＥＬエミッタの効率は、使用するにつれて低下し、それにより、所与の電流において放射される光が減少する（図４Ａに示される）。上記の関係に加えて、ＥＬエミッタのルミナンス効率の減少とΔＶ_OLEDとの間に関係があること、すなわち、所与の電流の場合のＥＬルミナンスがＶ_OLEDの変化の関数であることがわかっている。

試験されるＯＬＥＤエミッタのためのルミナンス効率とΔＶ_OLEDとの間の関係の一例が図６のグラフにおいて示される。図６は、凡例内に示される種々のフェード電流密度（fade current densities）におけるこの関係を示す。図に示されるように、その関係は、フェード電流密度とは概ね無関係であることが実験的に確認されている。所与の電流を用いて、ルミナンス減少と、ΔＶ_OLEDに対するその関係とを測定することによって、ＥＬエミッタ５０に公称ルミナンスを出力させるために必要な補正信号の変化を求めることができる。この測定は、モデルシステムにおいて行なうことができ、後に、ルックアップテーブルに格納するか、又はアルゴリズムとして用いることができる。このモデル化は、ＯＬＥＤ電圧上昇とＯＬＥＤ効率損失との間の関係がフェード電流密度とは概ね無関係であるという図６に示される結論を用いて、さらに正確な結果を得るために種々のフェード電流密度において実行することもできるし、コストを下げるために、単一のフェード電流密度において実行することもできる。

ＥＬサブピクセル６０の特性の上記の変化を補償するために、入力信号Ｖ_dataが受信される（ステップ３７５）。その後、経年変化信号及び入力信号を用いて、補償済み駆動信号を生成することができる（ステップ３８０）。以下の形の式を用いることができる。
ΔＶ_data＝ｆ₂（ΔＶ₂）＋ｆ₃（ΔＶ₂） （式６）
ただし、ΔＶ_dataは所望のルミナンスを保持するために必要とされる駆動トランジスタ７０のゲート電極上のオフセット電圧であり、ｆ₂（ΔＶ₂）は、ＥＬ抵抗の変化の補正であり、ｆ₃（ΔＶ₂）は、ＥＬ効率の変化の補正である。この場合、補償済み駆動信号Ｖ_compは、以下のようになる。
Ｖ_comp＝Ｖ_data＋ΔＶ_data （式７）
補償済み駆動信号Ｖ_compは、ソースドライバ１５５を用いて駆動トランジスタのゲート電極に与えられ（ステップ３８５）、ＥＬエミッタの電圧及び効率の変化を補償する。

複数のＥＬサブピクセルを有するＥＬディスプレイを補償するとき、各サブピクセルを測定して、複数の対応する第１及び第２のエミッタ電圧信号を与え、上記のように、複数の対応する経年変化信号が与えられる。サブピクセル毎の対応する入力信号が受信され、対応する経年変化信号を用いて、対応する補償済み駆動信号が上記のように計算される。当該技術分野において知られているように、ソースドライバ１５５を用いて、複数のサブピクセル内の各サブピクセルに対応する補償済み駆動信号が、そのサブピクセルのゲート電極に与えられる。これにより、複数のＥＬサブピクセル内の各ＥＬエミッタの効率の変化を補償できるようになる。

ＥＬディスプレイはコントローラを含むことができ、コントローラは、ＥＬエミッタ毎のオフセット電圧を計算するためのルックアップテーブル又はアルゴリズムを含むことができる。オフセット電圧を計算して、駆動トランジスタ７０のしきい値電圧の変化、及びＥＬエミッタ５０の経年変化に起因する電流の変化を補正すると共に、電流を増やしてＥＬエミッタ５０の経年変化に起因する輝度損失を補償し、それにより、ＥＬ経年変化を補償する完全な解決策を提供する。これらの変化はコントローラによって適用され、光出力を所望の公称ルミナンス値に補正する。ＥＬエミッタに加えられる信号を制御することによって、一定のルミナンス出力を有し、かつ所与のルミナンスにおいて寿命が延長されたＥＬエミッタが達成される。この方法はディスプレイ内のＥＬエミッタ毎に補正を与えるので、複数のＥＬサブピクセルの特性の空間変動を、そして具体的には、各ＥＬエミッタの効率の変化を補償する。

図１を参照すると、ＯＬＥＤエミッタのルミナンス効率と、そのエミッタが駆動される電流密度との間にさらなる関係が見いだされる。一般的に、ＯＬＥＤエミッタは、電流、電流密度、又は所与のＯＬＥＤエミッタの電流密度に全単射でマッピングされる任意の他の値として表される、駆動レベルに起因するＯＬＥＤ効率の変動を示す可能性がある。所与の電流の場合のＯＬＥＤルミナンスのさらに正確なモデルを得るために、この関係を上記式５において表される関係と組み合わせることができる。

ただし、ΔＶ_OLEDは、再び、上記のように電流Ｉ_testsuにおいて測定されるＯＬＥＤ電圧の変化であり、Ｉ_dsはＯＬＥＤの中に流れる電流であり、理想的には駆動入力信号８５から生じるであろう（図３）。この式において、Ｉ_dsの代わりに、入力信号８５の値、又は他の駆動レベル値を用いることができる。図１の各曲線は、或る特定の時点まで経年変化したＯＬＥＤについて、エミッタ面積で割った電流密度Ｉ_dsと効率（Ｌ_OLED／Ｉ_OLED）との間の関係を示す。その経過期間は、当該技術分野において知られているＴ表記法を用いて凡例内に示される。たとえば、Ｔ８６は、この事例では、２０ｍＡ／ｃｍ²の試験電流密度における８６％効率を意味する。

ＥＬサブピクセル６０、たとえば、ＯＬＥＤサブピクセルの特性の上記の変化を補償するために、以下の形の式において、入力信号を伴う式８を含む上記のモデルと共に、経年変化信号ΔＶ₂を用いることができる。
ΔＶ_data＝ｆ₂（ΔＶ₂）＋ｆ₃（ΔＶ₂，Ｉ_ds） （式９）
ただし、ΔＶ_dataは、所望のルミナンスを保持するために必要とされる駆動トランジスタ７０のゲート電極上のオフセット電圧であり、ｆ₂（ΔＶ₂）は、ＥＬ抵抗の変化の補正であり、ｆ₃（ΔＶ₂，Ｉ_ds）は、要求される電流Ｉ_dsにおけるＥＬ輝度の変化の補正である。関数ｆ₃は、図１に示される曲線のような曲線の当てはめとすることができる。上記のように、式９の第２項において、任意の駆動レベル値を用いることができる。その後、式７において、式９からのΔＶ_dataの値を用いて、補償済み駆動信号を与えることができる。これは、補償に関するさらに正確な解決策を提供することができる。

好ましい実施形態では、本発明は、限定はしないが、タン（Tang）他による米国特許第４，７６９，２９２号及びヴァンスライク（VanSlyke）他による米国特許第５，０６１，５６９号において開示されるような小分子又はポリマーＯＬＥＤから構成される、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）を含むディスプレイにおいて利用される。そのようなディスプレイを製造するために、有機発光ディスプレイの数多くの組み合わせ及び変形を用いることができる。

１０ ＥＬディスプレイ
２０ 選択線
３０ 読出し線
３５ データ線
４０ マルチプレクサ
４５ マルチプレクサ出力線
５０ ＥＬエミッタ
６０ ＥＬサブピクセル
７０ 駆動トランジスタ
７５ キャパシタ
８０ 読出しトランジスタ
８５ 入力信号
９０ 選択トランジスタ
９５ 制御線
１１０ 第１のスイッチ
１２０ 第２のスイッチ
１３０ 第３のスイッチ
１４０ 第１の電圧源
１５０ 第２の電圧源
１５５ ソースドライバ
１６０ 電流源
１７０ 電圧測定回路
１８０ ローパスフィルター
１８５ アナログ／デジタルコンバータ
１９０ プロセッサ
１９５ メモリ
２１０ ΔＶ_th
２２０ ΔＶ_OLED
２３０ 経年変化のない曲線
２４０ 経年変化がある曲線
３４０ ステップ
３４５ ステップ
３５０ ステップ
３５５ 判断ステップ
３６０ 判断ステップ
３７０ ステップ
３７５ ステップ
３８０ ステップ
３８５ ステップ

Claims (10)

1. エレクトロルミネッセント（ＥＬ）サブピクセル内の駆動トランジスタのゲート電極に駆動信号を与える方法であって、
   ａ）前記駆動トランジスタ、ＥＬエミッタ、及び読出しトランジスタを有する前記ＥＬサブピクセルを設けることであって、前記駆動トランジスタは第１の電極と、第２の電極と、前記ゲート電極とを有する、こと、
   ｂ）第１の電圧源と、該第１の電圧源を前記駆動トランジスタの前記第１の電極に選択的に接続するための第１のスイッチとを設けること、
   ｃ）前記ＥＬエミッタを前記駆動トランジスタの前記第２の電極に接続すること、
   ｄ）前記ＥＬエミッタに接続される第２の電圧源を設けること、
   ｅ）前記読出しトランジスタの前記第１の電極を前記駆動トランジスタの前記第２の電極に接続すること、
   ｆ）電流源と、該電流源を前記読出しトランジスタの前記第２の電極に選択的に接続するための第３のスイッチとを設けること、
   ｇ）前記読出しトランジスタの前記第２の電極に接続される電圧測定回路を設けること、
   ｈ）前記第１のスイッチを開き、前記第３のスイッチを閉じると共に、前記電圧測定回路を用いることであって、前記読出しトランジスタの前記第２の電極における電圧を測定して、第１のエミッタ電圧信号を与える、こと、
   ｉ）前記第１のエミッタ電圧信号を用いることであって、前記ＥＬエミッタの効率を表す経年変化信号を与える、こと、
   ｊ）入力信号を受信すること、
   ｋ）前記経年変化信号及び前記入力信号を用いることであって、補償済み駆動信号を与える、こと、
   ｌ）前記補償済み駆動信号を前記駆動トランジスタの前記ゲート電極に与えることであって、前記ＥＬエミッタの効率の変化を補償する、こと、
   前記ＥＬエミッタを前記第２の電圧源に選択的に接続するための第２のスイッチを設けること、
   を含み、前記ステップｈは、前記第２のスイッチを閉じることを含み、
   前記ステップｈは、
   ｉ）第１の時点において前記読出しトランジスタの前記第２の電極において電圧を測定することであって、前記第１のエミッタ電圧信号を与える、こと、
   ｉｉ）前記第１のエミッタ電圧信号を格納すること、
   ｉｉｉ）第２の時点において第２のエミッタ電圧信号を測定することであって、該第２の時点は前記第１の時点とは異なること、及び
   ｉｖ）前記第２のエミッタ電圧信号を格納すること、
   をさらに含み、
   前記ステップｉは、前記格納された第１のエミッタ電圧信号及び第２のエミッタ電圧信号を比較して、前記経年変化信号を計算し、
   前記ステップｌは、ソースドライバを設けること、及び該ソースドライバを用いることであって、前記駆動トランジスタの前記ゲート電極に前記補償済み駆動信号を与えることをさらに含み、
   前記ソースドライバは、前記電圧測定回路と前記第１のスイッチとの間に設けられ、前記ソースドライバを用いて、複数のサブピクセル内の各サブピクセルに対応する補償済み駆動信号が、そのサブピクセル内の駆動トランジスタのゲート電極に与えられる、方法。
2. 前記電圧測定回路は、アナログ／デジタルコンバータを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記電圧測定回路は、ローパスフィルターをさらに含む、請求項２に記載の方法。
4. 複数のＥＬサブピクセルを設けることをさらに含み、前記ステップｈ及び前記ステップｉは、複数の対応する経年変化信号を生成するために前記ＥＬサブピクセル毎に実行され、前記ステップｊ〜前記ステップｌは前記対応する経年変化信号を用いて前記複数のサブピクセルのそれぞれについて実行される、請求項１に記載の方法。
5. 前記ステップｈは、所定の数のそのようなＥＬサブピクセルに対して実行され、その間、該所定の数のサブピクセルは同時に駆動される、請求項４に記載の方法。
6. 前記ＥＬサブピクセルは行及び列に配列され、前記方法は、対応する選択トランジスタの前記ゲート電極に接続される複数の行選択線と、対応する前記読出しトランジスタの前記第２の電極に接続される複数の読出し線とを設けることをさらに含む、請求項４に記載の方法。
7. 前記所定の数のＥＬサブピクセルのそれぞれを順次に測定して対応する前記第１のエミッタ電圧信号を与えるために前記複数の読出し線に接続されるマルチプレクサを用いることをさらに含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記駆動トランジスタの前記ゲート電極に接続される選択トランジスタを設けることをさらに含み、前記選択トランジスタの前記ゲート電極は前記読出しトランジスタの前記ゲート電極に接続される、請求項１に記載の方法。
9. 各前記ＥＬエミッタはＯＬＥＤエミッタを含み、各前記ＥＬサブピクセルはＯＬＥＤサブピクセルを含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記ソースドライバはデジタル／アナログコンバータを含む、請求項１に記載の方法。

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