JP5416228B2 - 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トランジスタ制御信号を与えるための装置 - Google Patents
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Description
しかしながら、アモルファスシリコンは準安定性である。すなわちa−Si TFTのゲートに電圧バイアスが印加されるのに応じて、経時的に、そのしきい値電圧(Vth)がシフトし、それにより、そのI−V曲線がシフトする(Kagan & Andry編「Thin-film Transistors」(New York: Marcel Dekker, 2003. Sec. 3.5, pp. 121-131))。Vthは通常順方向バイアス下で経時的に上昇するので、経時的には、Vthシフトよって、平均してディスプレイが薄暗くなる。
3つの経時変化作用のうちの1つ又は複数を補償することが知られている。一次的な作用であり、印加されるバイアスによって逆方向にも作用するVthシフトについて考えるとき(Mohan他著「Stability issues in digital circuits in amorphous silicon technology」(Electrical and Computer Engineering, 2001, Vol. 1, pp. 583-588))、補償方式は概ね4つのグループ:ピクセル内補償、ピクセル内測定、パネル内測定及び逆方向バイアスに分けられる。
図1は本発明のディスプレイシステム10のブロック図を示す。非線形入力信号11は、ELサブピクセル内のELエミッターからの特定の光強度を指示する。この信号11は、ビデオ復号器、画像処理経路、又は別の信号源から到来することができ、デジタル又はアナログとすることができ、非線形又は線形に符号化することができる。たとえば、非線形入力信号は、sRGBコード値(IEC 61966−2−1:1999+A1)又はNTSC輝度(luma)電圧とすることができる。どのような信号源及び信号形式であっても、その信号は、変換器12によって、デジタル形式に、かつ線形電圧のような線形領域に優先的に変換されることができ、それについては、「領域間処理及びビット深度」において下記でさらに検討される。変換の結果は線形コード値になり、そのコード値は指示される駆動電圧を表すことができる。
図9は、OLEDエミッターのようなELエミッターに電流を流すELサブピクセル15、及び関連回路部を示す。ELサブピクセル15は、駆動トランジスタ201と、ELエミッター202と、オプションでストレージキャパシタ1002及び選択トランジスタ36とを備える。第1の電圧供給源211(「PVDD」)は正とすることができ、第2の電圧供給源206(「Vcom」)は負とすることができる。ELエミッター202は、第1の電極207及び第2の電極208を有する。駆動トランジスタは、ゲート電極203と、駆動トランジスタのドレインすることができる第1の供給電極204と、駆動トランジスタのソースとすることができる第2の供給電極205とを有する。オプションでは選択トランジスタ36を通して、駆動トランジスタ制御信号をゲート電極203に与えることができる。駆動トランジスタ制御信号は、ストレージキャパシタ1002に格納することができる。第1の供給電極204は、第1の電圧供給源211に電気的に接続される。第2の供給電極205は、ELエミッターに電流を流すために、ELエミッター202の第1の電極207に電気的に接続される。ELエミッターの第2の電極208は、第2の電圧供給源206に電気的に接続される。電圧供給源は通常ELパネル外に配置される。電気的接続は、スイッチ、バス線、導通トランジスタ、又は電流のための経路を提供することができる他のデバイス若しくは構造を通して行なうことができる。
ハードウエア
さらに図2を参照すると、パネル上にあるどの特殊な電子回路にも頼ることなく、ELサブピクセル15の電流を測定するために、本発明は、電流ミラーユニット210、相関ダブルサンプリング(CDS)ユニット220、並びにオプションでアナログ/デジタルコンバータ(ADC)230及びステータス信号生成ユニット240を含む測定用回路16を用いる。
電流ミラーユニット210によって、単一の時点におけるELサブピクセルのための電流を測定できるようになる。信号対雑音比を改善するために、一実施形態において、本発明は相関ダブルサンプリングを用いる。
実際には、電流波形はきれいなステップではない可能性があるので、波形が整定するのを待った後にのみ測定を行なうことができる。各サブピクセルを何度も測定し、合わせてその平均をとることもできる。そのような測定は、連続して、又は別々の測定パスにおいて行なうことができる。電圧供給源206と211との間のキャパシタンスは、整定時間に加算することができる。このキャパシタンスは、通常の動作において一般的であるように、パネルに内在するか、外部キャパシタによって与えることができる。測定を行なう間に外部キャパシタを電気的に切断するために用いることができるスイッチを設けることが有利となる場合がある。
これまでの検討では、一旦、サブピクセルがオンになり、或る電流に整定すると、その列の残りの部分に対してその電流のままであると仮定する。その仮定を破る可能性がある2つの作用が、ストレージキャパシタ漏れ及びサブピクセル内作用である。
図4Aを参照すると、I−V曲線501は、経時変化前のサブピクセルの測定された特性である。I−V曲線502は、経時変化後のサブピクセルの測定された特性である。曲線501、及び502は、異なる電流レベルにおける同一の電圧差503、504、505、及び506によって示されるように、主に水平方向のシフトによって分離される。すなわち、経時変化の主な作用は、ゲート電圧軸上で一定の量だけI−V曲線をシフトすることである。これは、MOSFET飽和領域の駆動トランジスタの式、Id=K(Vgs−Vth)2に従う(Lurch, N. Fundamentals of electronics, 2e. New York: John Wiley & Sons, 1971, pg. 110):駆動トランジスタが動作すると、Vthは増加し、そして、Vthが増加すると、それに応じてVgsが増加して、Idを一定に保持する。それゆえ、Vgsを一定にする結果として、Vthが増加すると、Idsが小さくなる。
Ids=K[2(Vgs−Vth)Vds−Vds 2]
であり(Lurch, op. cit., pg. 112)、電流IdsはVdsに大きく依存する。図9に示されるように、
Vds=(PVDD−Vcom)−Voled
であるので、線形領域におけるIdsはVoledに大きく依存する。それゆえ、駆動トランジスタ201の線形動作領域において電流を測定することは、飽和領域において同じ測定を行なうのに比べて、新品のOLEDエミッター(511)と経時変化したOLEDエミッター(512a)との間の測定電流の変化の大きさを大きくするので好都合である。
図5Aを参照すると、補償器13の一実施形態が示される。補償器13への入力は線形コード値602であり、それは、ELサブピクセル15のための指示される駆動電圧を表すことができる。補償器13は、その線形コード値を変更して、ソースドライバのための変更済み線形コード値を生成し、それは、たとえば、補償済み電圧出力603とすることができる。補償器13は、4つの主なブロック:サブピクセルの製造後経過時間を求める(61)、オプションでOLED効率を補償する(62)、製造後経過時間に基づいて補償を決定する(63)及び補償する(64)を含むことができる。ブロック61及び62は主にOLED効率補償に関連し、ブロック63及び64は主に電圧補償、具体的には、Vth/Voled補償に関連する。
Vout=Vin+ΔVth(1+α(Vg,ref−Vin)) (式1)
ただし、Voutは、補償済み電圧出力603であり、ΔVthは電圧シフト631であり、αはアルファ値632であり、Vg,refは測定基準ゲート電圧510であり、Vinは効率的な調整済み電圧622である。補償済み電圧出力は、ソースドライバのための変更済み線形コード値として表すことができ、駆動トランジスタ及びELエミッターの或る期間にわたる動作によって引き起こされる駆動トランジスタ及びELエミッターの特性の変動を補償する。
当該技術分野において既知の画像処理経路は通常非線形コード値(NLCV)、すなわち、輝度に対して非線形の関係を有するデジタル値を生成する(Giorgianni & Madden著「Digital Color Management: encoding solutions」(Reading, Mass.: Addison-Wesley, 1998. Ch. 13, pp. 283-295))。非線形出力を用いることは、通常のソースドライバの入力領域に一致し、かつコード値精度範囲を人の目の精度範囲に一致させる。しかしながら、Vthシフトは電圧領域動作であるので、線形電圧空間において実施されることが好ましい。ソースドライバを使用し、ソースドライバの前に領域変換を実行して、非線形領域画像処理経路を線形領域補償器と実効的に統合することができる。この検討はデジタル処理に関するものであるが、アナログ又はデジタル/アナログ混在システムにおいても同様の処理を実行できることに留意されたい。また、補償器は、電圧以外の線形空間において動作できることにも留意されたい。たとえば、補償器は線形電流空間において動作することができる。
パネル設計特徴付け
このセクションは、特定のOLEDパネル設計の大量生産との関連で説明される。大量生産を開始する前に、その設計を特徴付けることができる。加速寿命試験を実行することができ、種々のレベルまで経時変化した種々のサンプル基板上の種々の色の種々のサブピクセルに対してI−V曲線を測定することができる。必要とされる測定の数及びタイプ、並びに経時変化レベルの数及びタイプは、特定のパネルの特性による。これらの測定値を用いて、値アルファ(α)を計算することができ、測定基準ゲート電圧を選択することができる。アルファ(図5C 項632)は、経時的な直線シフトからの偏差を表す値である。0のα値は、たとえば、Vthシフトのみの場合に当てはまるように、全ての経時変化が電圧軸上で直線的なシフトであることを示す。測定基準ゲート電圧(図4A 510)は、補償のために経時変化信号測定が行なわれる電圧であり、許容可能なS/N比を与えつつ、かつ電力損を低く抑えるように選択することができる。
設計が特徴付けられると、大量生産を開始することができる。製造時に、ステータス信号生成ユニット240の選択された実施形態に従って、生産されるサブピクセル毎に適切な値が測定される。たとえば、I−V曲線及びサブピクセル電流を測定することができる。現実的なI−V曲線を形成するだけの十分な駆動電圧において電流を測定することができ、I−V曲線における任意の誤差が結果に影響を及ぼす可能性がある。測定基準ゲート電圧においてサブピクセル電流を測定して、ターゲット信号i0611を与えることができる。I−V曲線及び基準電流は、サブピクセルに関連付けられる不揮発性メモリに格納され、現場に送られる。
現場に出ると、サブピクセルは、如何に激しく駆動されるかによって決まる速度で経時変化する。しばらくして、サブピクセルが、補償される必要があるほど十分にシフトした。その時点を判断する方法が、以下において検討される。
11 非線形入力信号
12 線形領域へのコンバータ
13 補償器
14 ソースドライバ
15 ELサブピクセル
16 電流測定回路
32 列線
34 ゲート線
36 選択トランジスタ
41 電流
43 差
49 電流
61 ブロック
62 ブロック
63 ブロック
64 ブロック
78 電圧範囲
79 電圧範囲
90 直線の当てはめ
127 象限
137 象限
200 スイッチ
201 駆動トランジスタ
202 ELエミッター
203 ゲート電極
204 第1の供給電極
205 第2の供給電極
206 電圧供給源
207 第1の電極
208 第2の電極
210 電流ミラーユニット
211 電圧供給源
212 第1の電流ミラー
213 第1の電流ミラー出力
214 第2の電流ミラー
215 バイアス供給源
216 電流/電圧コンバータ
220 相関ダブルサンプリングユニット
221 サンプルアンドホールドユニット
222 サンプルアンドホールドユニット
223 差動増幅器
230 アナログ/デジタルコンバータ
240 ステータス信号生成ユニット
501 経時変化していないI−V曲線
502 経時変化したI−V曲線
503 電圧差
504 電圧差
505 電圧差
506 電圧差
510 測定基準ゲート電圧
511 電流
512a 電流
512b 電流
513 電圧
514 電圧シフト
550 電圧シフト
552 電圧シフト
602 線形コード値
603 補償済み電圧
611 電流
612 電流
613 パーセント電流
614 パーセント効率
615 むら補正利得項
616 むら補償オフセット項
619 メモリ
621 電流
622 電圧
626 ブロック
628 演算
631 電圧シフト
632 アルファ値
633 演算
691 I−V曲線
692 I−V曲線の反転
695 モデル
701 軸
702 軸
703 軸
711 変換における最小の変化
712 ステップ
713 ステップ
721 変換
722 変換
1002 ストレージキャパシタ
1011 バス線
1012 シートカソード
Claims (9)
- 第1の電極及び第2の電極を備えるエレクトロルミネッセント(EL)エミッターを有し、かつ第1の供給電極、第2の供給電極及びゲート電極を備える駆動トランジスタを備えるエレクトロルミネッセント(EL)サブピクセルであって、前記駆動トランジスタの前記第2の供給電極は、前記ELエミッターに電流を流すために、該ELエミッターの前記第1の電極に電気的に接続される、エレクトロルミネッセントサブピクセルと、
前記駆動トランジスタの前記第1の供給電極に電気的に接続される第1の電圧供給源と、
前記ELエミッターの前記第2の電極に電気的に接続される第2の電圧供給源と、
前記駆動トランジスタの前記ゲート電極に電気的に接続される試験電圧源と、
前記第1の電圧供給源、前記第2の電圧供給源及び前記試験電圧源の電圧を制御し、前記駆動トランジスタを線形領域において動作させるための電圧コントローラーと、
種々の時点において前記駆動トランジスタの前記第1の供給電極及び前記第2の供給電極を通って流れる電流を測定し、前記駆動トランジスタ及び前記ELエミッターの或る期間にわたる動作によって引き起こされる該駆動トランジスタ及び該ELエミッターの特性の変動を表すステータス信号を与えるための測定回路であって、前記電流は、前記駆動トランジスタが前記線形領域において動作している間に測定される、測定回路と、
線形コード値を与える手段と、
前記ステータス信号に応答して前記線形コード値を変更し、前記駆動トランジスタ及び前記ELエミッターの特性の変動を補償するための補償器と、
前記駆動トランジスタの前記ゲート電極を駆動するために、変更済み線形コード値に応答して駆動トランジスタ制御信号を生成するためのソースドライバと、
を備え、前記ELサブピクセル内の前記駆動トランジスタの前記ゲート電極に前記駆動トランジスタ制御信号を与えるための装置であって、
前記測定回路は、
前記第1の供給電極及び前記第2の供給電極を通って流れる前記駆動電流の関数であるミラー電流を生成するための第1の電流ミラーと、
前記第1の電流ミラーにバイアス電流を流して該第1の電流ミラーのインピーダンスを下げるための第2の電流ミラーと
を含み、
前記駆動トランジスタの線形動作領域において、経時変化していない前記ELエミッターと経時変化した前記ELエミッターとの間の測定電流の変化を測定する、装置。 - 前記ELエミッターはOLEDエミッターからなる、請求項1に記載の装置。
- 前記駆動トランジスタは低温ポリシリコントランジスタからなる、請求項1に記載の装置。
- 前記測定回路を、前記第1の供給電極及び前記第2の供給電極を通って流れる電流に選択的に電気的に接続するためのスイッチをさらに備える、請求項1に記載の装置。
- 前記測定回路はさらに、前記ミラー電流に応答して、電圧信号を生成するための電流/電圧コンバータと、該電圧信号に応答して、前記ステータス信号を前記補償器に与える手段とを含む、請求項1に記載の装置。
- 前記駆動トランジスタ制御信号は電圧からなる、請求項1に記載の装置。
- 前記測定される電流は、前記ELエミッターから光を放射するために必要とされる電流として選択されるしきい値電流よりも小さい、請求項1に記載の装置。
- 前記測定回路は、パネル製造時に得られた、経時変化していない電流測定値であるターゲット信号及び直近の測定時に得られた経時変化した電流測定値を格納するためのメモリをさらに備える、請求項1に記載の装置。
- 前記補償器は、前記線形コード値を変更して、変更済み線形コード値を生成し、前記駆動トランジスタ及び前記ELエミッターの特性の変動を補償する、請求項1に記載の装置。
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