JP5538477B2 - 画像表示装置およびその駆動方法 - Google Patents

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Description

本発明は、有機ＥＬディスプレイ装置等の画像表示装置およびその駆動方法に関するものである。
従来から、発光層に注入された正孔と電子とが再結合することによって光を生じる機能を有する有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子を用いた画像表示装置が提案されている。
この種の画像表示装置では、例えばアモルファスシリコンや多結晶シリコン等で形成された薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：以下「ＴＦＴ」という）や有機ＥＬ素子の一つである有機発光ダイオード（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：以下「ＯＬＥＤ」という）などが各画素を構成しており、各画素に適切な電流値が設定されることにより、各画素の輝度が制御される。
例えば、ＯＬＥＤなどの電流駆動型発光素子と、ＯＬＥＤに流れる電流を制御する、例えばＴＦＴなどの駆動トランジスタとが直列に配置された複数の画素を有するアクティブ・マトリクス型の画像表示装置では、各画素に設けられた駆動トランジスタの閾値電圧のばらつきにより、発光素子に流れる電流値が変化して輝度むらが発生する。この現象を改善するための手法として、例えば駆動トランジスタの閾値電圧を予め検出するとともに、検出した閾値電圧に基づいて発光素子に流れる電流を制御する方式（例えば非特許文献１）や、当該方式に基づく具体的な回路構成（例えば非特許文献２）などが開示されている。
また、駆動トランジスタの閾値電圧のばらつきに加え、ＯＬＥＤにも経時的な変化があり、自身への印加電圧に応じて自身の電流密度や輝度が変化（低下）するといった現象が知られている。この現象に対処するための手法として、光導電素子を用いることなく、単純な回路構成にて経時変化に伴う輝度の変化を補うことが可能な表示装置およびその駆動方法を開示した文献が存在する（例えば特許文献１）。この特許文献１では、発光素子への印加電圧や発光素子に流れる電流を検出するとともに、検出した検出電圧または検出電流に基づいて発光素子の輝度を補正するようにしている。
特開２００３−３３０４１８号公報
Ｒ．Ｍ．Ａ． Ｄａｗｓｏｎ，ｅｔ ａｌ．（１９９８）．Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａｎ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｐｉｘｅｌ ｆｏｒ ａ Ｐｏｌｙｓｉｌｉｃｏｎ Ａｃｔｉｖｅ−Ｍａｔｒｉｘ Ｏｒｇａｎｉｃ ＬＥＤ Ｄｉｓｐｌａｙ． ＳＩＤ９８ Ｄｉｇｅｓｔ，ｐｐ．１１−１４． Ｓ．Ｏｎｏ，ｅｔ ａｌ．（２００３）．Ｐｉｘｅｌ Ｃｉｒｃｕｉｔ ｆｏｒ ａ−Ｓｉ ＡＭ−ＯＬＥＤ．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＩＤＷ’０３，ｐｐ．２５５−２５８．
しかしながら、上記特許文献１に示された手法では、ＯＬＥＤなどの発光素子を含む回路の電流または電圧の検出処理や、発光素子の輝度変化の補正処理を画素内で行っていないので、外部回路が複雑かつ大型化するといった問題点があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、外部回路を簡素に維持しつつ発光素子の経時的変化による発光輝度の変化を補償する画像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。
本発明にかかる画像表示装置は、複数の画素を備え、各前記画素は、通電により発光する発光素子と、前記発光素子に電気的に接続され、前記発光素子の発光を制御するドライバ素子と、前記発光素子及び前記ドライバ素子に対して電気的に接続され、少なくとも前記発光素子の発光中に前記発光素子に印加される電圧を直接的または間接的に検出し、該検出結果を前記ドライバ素子に反映させる制御回路と、を備えている。
また本発明に係る画像表示装置の駆動方法において、発光素子と、前記発光素子の発光を制御するドライバ素子と、を備えた画像表示装置を準備するステップと、少なくとも前記発光素子の発光中に、前記発光素子に印加される電圧を直接的または間接的に検出するステップと、少なくとも前記発光素子の発光中に、前記検出された電圧に対応する電圧を前記ドライバ素子に印加するステップと、を備えている。
本発明によれば、各画素内の回路で発光素子の経時変化による輝度の変化を抑制できるため、発光素子の輝度補償を行っても、外部回路を簡素に維持することができる。
本発明にかかる画像表示装置の一実施形態を説明するための図であり、画像表示装置の１画素に対応する画素回路の構成例を示す図である。 図１に示した画素回路上にトランジスタの寄生容量および有機発光素子容量を示した回路構成を示す図である。 図２に示した画素回路の一般的な動作を説明するためのシーケンス図である。 図３に示した準備期間の動作を説明する図である。 図３に示した閾値電圧検出期間の動作を説明する図である。 図３に示した書き込み期間の動作を説明する図である。 図３に示した発光期間の動作を説明する図である。 有機発光素子ＯＬＥＤへの印加電圧と有機発光素子ＯＬＥＤに流れる電流の電流密度との関係の一例を示す図である。 有機発光素子ＯＬＥＤに流れる電流の電流密度と有機発光素子ＯＬＥＤの発光輝度との関係の一例を示す図である。 有機発光素子ＯＬＥＤを制御する駆動トランジスタＴｄのゲートに印加する電圧（画像信号電位）と有機発光素子ＯＬＥＤの発光輝度との関係の一例を示す図である。 図８〜図１０と同様な試験を行った際の、５０１時間経過後のΔＶｏｌｅｄとΔＶｇｓとの関係を示す図である。 図１１の特性図上（破線Ｐ３）にそれぞれ４８．５時間経過後（実線Ｐ１）および１６５．５時間経過後（破線Ｐ２）の特性曲線を重ね合わせた図である。 本実施の形態にかかる補償手法に基づいて補償した補償後の特性（駆動トランジスタＴｄのゲートに印加する画像信号電位と有機発光素子ＯＬＥＤの発光輝度特性）を示す図である。 本実施の形態にかかる補償手法を図１に示した画素回路に適用する場合の一構成例を示す図である。 図１４に示した画素回路の動作を説明するためのシーケンス図である。 図１４に示した画素回路の動作を説明するための他のシーケンス図である。 本発明にかかる画像表示装置の他の実施形態を説明するための図であり、画像表示装置の１画素に対応する画素回路の構成例を示す図である。 本発明にかかる画像表示装置の他の実施形態を説明するための図であり、画像表示装置の１画素に対応する画素回路の構成例を示す図である。
以下に、本発明の画像表示装置およびその駆動方法にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。
図１は、本発明にかかる画像表示装置の一実施形態を説明するための図であり、画像表示装置の１画素に対応する画素回路の構成例を示す図である。同図に示す画素回路は、発光素子の一つである有機発光素子ＯＬＥＤ、有機発光素子ＯＬＥＤを駆動するためのドライバ素子である駆動トランジスタＴｄ、閾値電圧検出用トランジスタＴｔｈ、保持容量Ｃｓと、スイッチングトランジスタＴｓと，スイッチングトランジスタＴｍと、を備えるように構成されている。なお、図１に示す構成は、有機発光素子などを制御する画素回路の一般的構成であり、本発明の特徴を示すものではない。また、この画像表示装置は複数の画素をマトリックス状に配列した構成を有している。
図１において、駆動トランジスタＴｄは、第１の端子であるゲートと第２の端子であるソースとの間に与えられる電位差に応じて有機発光素子ＯＬＥＤに流れる電流量を制御するための制御素子（駆動素子）である。
閾値電圧検出用トランジスタＴｔｈは、オン状態となったときに、駆動トランジスタＴｄのゲートとドレインとを電気的に接続する。その結果、駆動トランジスタＴｄのゲート・ソース間の電位差が実質的に駆動トランジスタＴｄの閾値電圧Ｖｔｈとなるまで、駆動トランジスタＴｄのゲートからドレインに向かって電流が流れ、駆動トランジスタＴｄの閾値電圧Ｖｔｈが検出される。
有機発光素子ＯＬＥＤは、有機発光素子ＯＬＥＤの閾値電圧以上の電位差がアノード−カソード間に印加されることにより、電流が流れて発光する特性を有する素子である。具体的には、有機発光素子ＯＬＥＤは、例えば、Ａｌ、ＣｕまたはＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等によって形成されたアノード層およびカソード層と、アノード層とカソード層との間に介在され、フタルシアニン、トリスアルミニウム錯体、ベンゾキノリノラト、ベリリウム錯体等の有機系の材料によって形成された発光層と、を少なくとも備えた構造を有している。そして、有機発光素子ＯＬＥＤは、発光層に注入された正孔と電子とが再結合することによって光を生じる機能を有する。
駆動トランジスタＴｄ、閾値電圧検出用トランジスタＴｔｈ、スイッチングトランジスタＴｓおよびスイッチングトランジスタＴｍは、例えば、薄膜トランジスタとして構成される。なお、以下で参照される各図面においては、各薄膜トランジスタについてのチャネル（ｎ型またはｐ型）については、特に明示していないが、ｎ型またはｐ型のいずれを用いてもよい。本実施形態においては、各薄膜トランジスタとして、ｎ型の薄膜トランジスタを用いている。また各薄膜トランジスタは、非晶質シリコン、微結晶シリコン、及びポリシリコンのいずれを用いても良い。
電源線１０は、駆動トランジスタＴｄおよびスイッチングトランジスタＴｍに複数の所定電圧を供給する。Ｔｔｈ制御線１１は、閾値電圧検出用トランジスタＴｔｈの駆動を制御するための信号を閾値電圧検出用トランジスタＴｔｈに供給する。マージ線１２は、スイッチングトランジスタＴｍの駆動を制御するための信号をスイッチングトランジスタＴｍに供給する。走査線１３は、スイッチングトランジスタＴｓの駆動を制御するための信号をスイッチングトランジスタＴｓに供給する。画像信号線１４は、画像信号を保持容量Ｃｓに供給する。
なお、図１では、有機発光素子ＯＬＥＤのアノード側にグラウンド線を、カソード側に電源線１０を配するようにしているが、アノード側に電源線１０を、カソード側にグランド線を配するようにしても良い。また、有機発光素子ＯＬＥＤのアノード側およびカソード側の双方に対して電源線を配置するようにしてもよい。
ところで、トランジスタには、一般的にゲート・ソース間およびゲート・ドレイン間に寄生容量が存在する。本実施形態において駆動トランジスタＴｄのゲート電位に影響を与える寄生容量は、駆動トランジスタＴｄのゲート・ソース間容量ＣｇｓＴｄ、駆動トランジスタＴｄのゲート・ドレイン間容量ＣｇｄＴｄ、および閾値電圧検出用トランジスタＴｔｈのゲート・ソース間容量ＣｇｓＴｔｈ、閾値電圧検出用トランジスタＴｔｈのゲート・ドレイン間容量ＣｇｄＴｔｈである。なお、これらの寄生容量と、有機発光素子ＯＬＥＤが固有に有している有機発光素子容量Ｃｏｌｅｄを加えたものを図２に示す。
つぎに、本実施の形態の動作について、図３〜図７を参照して説明する。ここで、図３は、図２に示した画素回路の一般的な動作を説明するためのシーケンス図であり、図４〜図７は、４つの期間に区分された準備期間（図４）、閾値電圧検出期間（図５）、書き込み期間（図６）および発光期間（図７）の各区間の動作を説明するための図である。なお、以下に説明する動作は、制御部（図示略）の制御下で行われる。
（準備期間）
準備期間の動作については、図３および図４を参照して説明する。準備期間では、電源線１０が高電位（Ｖｐ）、マージ線１２が高電位（ＶｇＨ）、Ｔｔｈ制御線１１が低電位（ＶｇＬ）、走査線１３が低電位（ＶｇＬ）、画像信号線１４がゼロ電位とされる。これにより、図４に示すように、閾値電圧検出用トランジスタＴｔｈがオフ、スイッチングトランジスタＴｓがオフ、駆動トランジスタＴｄがオン、スイッチングトランジスタＴｍがオンとされ、電源線１０→駆動トランジスタＴｄ→有機発光素子容量Ｃｏｌｅｄという経路で電流が流れ、有機発光素子容量Ｃｏｌｅｄに電荷が蓄積される。なお、この準備期間で有機発光素子容量Ｃｏｌｅｄに電荷を蓄積する理由は、後述する閾値電圧検出期間に駆動トランジスタＴｄのドレイン・ソース間電流（以下「Ｉｄｓ」と表記）が実質的に流れなくなる状態における駆動トランジスタTdのゲート・ソース間電圧(すなわち駆動トランジスタＴｄの閾値電圧）を検出する際に、有機発光素子容量Ｃｏｌｅｄを駆動トランジスタＴｄのドレイン・ソース間に流す電流の供給源として作用させるためである。
（閾値電圧検出期間）
つぎに、閾値電圧検出期間の動作について図３および図５を参照して説明する。閾値電圧検出期間では、電源線１０がゼロ電位、マージ線１２が高電位（ＶｇＨ）、Ｔｔｈ制御線１１が高電位（ＶｇＨ）、走査線１３が低電位（ＶｇＬ）、画像信号線１４がゼロ電位とされる。これにより、図５に示すように、閾値電圧検出用トランジスタＴｔｈがオンとなり、駆動トランジスタＴｄのゲートとドレインとが接続される。
また、保持容量Ｃｓおよび有機発光素子容量Ｃｏｌｅｄに蓄積された電荷が放電され、駆動トランジスタＴｄ→電源線１０という経路で電流が流れる。そして、駆動トランジスタＴｄのゲート−ソース間の電位差が閾値電圧Ｖｔｈに実質的に達すると、駆動トランジスタＴｄが実質的にオフとされ、駆動トランジスタＴｄの閾値電圧Ｖｔｈが検出される。
（書き込み期間）
さらに、書き込み期間の動作について図３および図６を参照して説明する。書き込み期間では、データ電位（−Ｖｄａｔａ）を保持容量Ｃｓに供給することにより、駆動トランジスタＴｄのゲート電位を、データ電位に応じた所望の電位に変化させることが行われる。具体的には、電源線１０がゼロ電位、マージ線１２が低電位（ＶｇＬ）、Ｔｔｈ制御線１１が高電位（ＶｇＨ）、走査線１３が高電位（ＶｇＨ）、画像信号線１４がデータ電位（−Ｖｄａｔａ）とされる。
これにより、図６に示したように、スイッチングトランジスタＴｓがオン、スイッチングトランジスタＴｍがオフとなり、有機発光素子容量Ｃｏｌｅｄに蓄積された電荷が放電され、有機発光素子容量Ｃｏｌｅｄ→閾値電圧検出用トランジスタＴｔｈ→保持容量Ｃｓという経路で電流が流れ、保持容量Ｃｓに電荷が蓄積される。すなわち、有機発光素子容量Ｃｏｌｅｄに蓄積された電荷は、保持容量Ｃｓに移動する。その結果、駆動トランジスタＴｄのゲート電位がデータ電位に対応した電位となる。
ここで、駆動トランジスタＴｄの閾値電圧をＶｔｈ、保持容量Ｃｓの容量値をＣｓ、閾値電圧検出用トランジスタＴｔｈがオンの場合の全容量（すなわち駆動トランジスタＴｄのゲートに接続された静電容量および寄生容量）をＣａｌｌとすると、駆動トランジスタＴｄのゲート電位Ｖｇは、次式で表される（なお、上記仮定は、以下の式についても及ぶものとする）。
Vg＝Vth−(Cs/Call)・Vdata ・・・（１）
また、保持容量Ｃｓの両端の電位差ＶＣｓは、次式で表される。
VCs＝Vg−(−Vdata)＝Vth＋[(Call−Cs)/Call]・Vdata ・・・（２）
上記（２）式に示される全容量Ｃａｌｌは、閾値電圧検出用トランジスタＴｔｈの導通時の全容量であり、次式で表される。
Call＝Coled＋Cs＋CgsTth＋CgdTth＋CgsTd ・・・（３）
なお、上記（３）式に駆動トランジスタＴｄのゲート・ドレイン間容量ＣｇｄＴｄが含まれていないのは、駆動トランジスタＴｄのゲート・ドレイン間が閾値電圧検出用トランジスタＴｔｈによって接続され、駆動トランジスタＴｄ両端が略同電位となっているからである。また、保持容量Ｃｓと有機発光素子容量Ｃｏｌｅｄとは、Ｃｓ＜Ｃｏｌｅｄの関係を満足している。
（発光期間）
最後に、発光期間の動作について図３および図７を参照して説明する。発光期間では、電源線１０がマイナス電位（−ＶＤＤ）、マージ線１２が高電位（ＶｇＨ）、Ｔｔｈ制御線１１が低電位（ＶｇＬ）、走査線１３が低電位（ＶｇＬ）、画像信号線１４がゼロ電位とされる。
これにより、図７に示したように、駆動トランジスタＴｄがオン、閾値電圧検出用トランジスタＴｔｈがオフ、スイッチングトランジスタＴｓがオフとなり、有機発光素子ＯＬＥＤ→駆動トランジスタＴｄ→電源線１０という経路で電流が流れ、有機発光素子ＯＬＥＤが発光する。
このとき、駆動トランジスタＴｄのドレインからソースに流れる電流(すなわちＩｄｓ)は、駆動トランジスタＴｄの構造および材質から決定される定数β、駆動トランジスタＴｄのゲート・ソース間の電位差Ｖｇｓ、駆動トランジスタＴｄの閾値電圧Ｖｔｈを用いて次式で表される。
Ids＝(β/2)・(Vgs−Vth)2 ・・・（４）
つぎに、駆動トランジスタＴｄのゲート・ソース間の電位差Ｖｇｓと電流Ｉｄｓとの関係を考察するため、画素回路の寄生容量を考慮しない場合の電位差Ｖｇｓを算出する。
図７において、発光時には駆動トランジスタＴｄが導通しており、駆動トランジスタＴｄのソース電位とドレイン電位が略同電位に保持される。また、図７において、駆動トランジスタＴｄのゲート電位は、書き込み電位（−Ｖｄａｔａ）が保持容量Ｃｓと有機発光素子容量Ｃｏｌｅｄとの間で分圧された状態となるので、電位差Ｖｇｓは、次式で表せる。
Vgs＝Vth＋Coled/(Cs＋Coled)・Vdata ・・・（５）
したがって、駆動トランジスタＴｄのゲート・ソース間の電位差Ｖｇｓと電流Ｉｄｓとの関係式は、上記（４）式、（５）式を用いて次式のようになる。
Ids＝(β/2)・(Coled/(Cs＋Coled)・Vdata)2
＝a・Vdata2 ・・・（６）
（６）式に示されるように、駆動トランジスタＴｄの閾値電圧Ｖｔｈを検出することにより、理論的には、閾値電圧Ｖｔｈに依存しない電流Ｉｄｓを得ることができる。
上述した画素回路は、駆動トランジスタＴｄの経時的な変化や、駆動トランジスタＴｄを含む各トランジスタが有する寄生容量の影響を補償する。ところが、駆動トランジスタＴｄだけでなく、有機発光素子ＯＬＥＤにも経時的な変化があり、有機発光素子ＯＬＥＤへの印加電圧に対する有機発光素子ＯＬＥＤに流れる電流の電流密度特性や、有機発光素子ＯＬＥＤに流れる電流の電流密度に対する有機発光素子ＯＬＥＤの発光輝度特性が、有機発光素子ＯＬＥＤの使用時間に応じて低下することになる。
例えば、図８は、有機発光素子ＯＬＥＤへの印加電圧と有機発光素子ＯＬＥＤに流れる電流の電流密度との関係の一例を示す図である。なお、同図に示すグラフは、有機発光素子ＯＬＥＤを連続的に点灯させる常時点灯試験を行った結果を示すものであり、初期（ＯＬＥＤ使用時間０時間：実線Ｋ１）、ＯＬＥＤ使用時間４８．５時間経過後（破線Ｋ２）、ＯＬＥＤ使用時間１６５．５時間経過後（破線Ｋ３）およびＯＬＥＤ使用時間５０１時間経過後（破線Ｋ４）の各特性を示している。なお、同図に示す特性には、上記特許文献１の図２、図７などに示された発光素子の特性とは異なり、駆動トランジスタＴｄを含む各トランジスタの劣化成分は含まれていない。
図８の特性から明らかなように、有機発光素子ＯＬＥＤの使用時間が長くなるに従って、同一電圧を印加しても、得られる電流密度が小さくなることが分かる。また、同一の発光輝度を得るためには、使用時間の経過に応じて有機発光素子ＯＬＥＤへの印加電圧を増加させる必要があることも分かる。
また、図９は、有機発光素子ＯＬＥＤに流れる電流の電流密度と有機発光素子ＯＬＥＤの発光輝度との関係の一例を示す図である。なお、同図に示すグラフは、図８と同様な常時点灯試験を行った試験結果であり、初期（ＯＬＥＤ使用時間０時間：実線Ｌ１）、ＯＬＥＤ使用時間４８．５時間経過後（破線Ｌ２）、ＯＬＥＤ使用時間１６５．５時間経過後（破線Ｌ３）およびＯＬＥＤ使用時間５０１時間経過後（破線Ｌ４）の各特性を示している。なお、同図に示す特性にも、図８と同様に、駆動トランジスタＴｄを含む各トランジスタの劣化成分は含まれていない。図９から理解されるように、有機発光素子ＯＬＥＤの使用時間が長くなるに従って有機発光素子ＯＬＥＤに同一電流を流した場合に得られる発光輝度が小さくなっていることが分かる。また、同一の発光輝度を得るためには、使用時間の経過に応じて有機発光素子ＯＬＥＤに流す電流を増加させる必要があることも分かる。
一方、図１０は、有機発光素子ＯＬＥＤを制御する駆動トランジスタＴｄのゲートに印加する電圧（画像信号電位）と有機発光素子ＯＬＥＤの発光輝度との関係の一例を示す図であり、図８および図９と同様な常時点灯試験を行なった試験結果であり、初期（ＯＬＥＤ使用時間０時間：実線Ｍ１）、ＯＬＥＤ使用時間４８．５時間経過後（破線Ｍ２）、ＯＬＥＤ使用時間１６５．５時間経過後（破線Ｍ３）およびＯＬＥＤ使用時間５０１時間経過後（破線Ｍ４）の各特性が示されている。例えば、上述した画素回路の例では、直接的に制御される対象は、有機発光素子ＯＬＥＤを駆動し、画像信号電位が書き込まれる駆動トランジスタＴｄのゲートの電位であるので、図１０に示すような変動特性を明らかにする必要がある。
なお、図１０に示す特性においても、図８および図９と同様な特性が表れている。すなわち、閾値電圧Ｖｔｈを考慮して書き込んだ画像信号電位Ｖｄａｔａを駆動トランジスタＴｄのゲートに印加したとしても、有機発光素子ＯＬＥＤの使用時間が大きくなるに従って得られる発光輝度が低下することが分かる。また、同一の発光輝度を得るためには、使用時間の経過に応じて駆動トランジスタＴｄへの印加電圧を増加させる必要があることも分かる。
ところで、上記特許文献１に示された手法は、検出電圧や検出電流を検出したフレーム（以下「検出フレーム」という）内において反映させているのではなく、最短でも検出したフレームよりも１フレーム後のフレームにしか反映させることができない。したがって、従来手法では、例えばフレームの前後で輝度が大きく変化する場合には、適切な補正を行なうことができない。なお、ここでいう「フレーム」とは、画像表示装置のディスプレイに表示される画像を書き換える周期を意味するものであり、例えば、６０Ｈｚの周期で駆動されるディスプレイであれば、１フレーム周期が１６．６７ｍｓとなる。
一方、後述する本実施形態にかかる手法では、有機発光素子ＯＬＥＤへの印加電圧の変化を画素回路の内部、すなわち個々の画素回路自身が有機発光素子ＯＬＥＤに印加される電圧を検出し、検出した電圧に対応する電圧を同一フレーム内で駆動トランジスタＴｄに反映する。以下、その原理について説明する。
発光時における有機発光素子ＯＬＥＤへの印加電圧Ｖｏｌｅｄの初期値と、有機発光素子ＯＬＥＤを一定時間使用した後における有機発光素子ＯＬＥＤへの印加電圧との差分値を「ΔＶｏｌｅｄ」とする。また、一定時間使用後における有機発光素子ＯＬＥＤの発光輝度を初期値にまで上げるのに必要なＶｇｓの値（差分値）を「ΔＶｇｓ」とする。図１１は、上記と同様な常時点灯試験を行った際の、５０１時間経過後のΔＶｏｌｅｄとΔＶｇｓとの関係を示す図である。同図によれば、画像信号電位Ｖｄａｔａに依存してΔＶｏｌｅｄおよびΔＶｇｓの両者ともに変化することが分かる。
図１２は、図１１の特性図上（破線Ｐ３）にそれぞれ４８．５時間使用後（実線Ｐ１）および１６５．５時間使用後（破線Ｐ２）の特性曲線を重ね合わせた図である。なお、図１２では、所定の傾き（同図の例では、傾き０．４３）を有する直線が併せて示されており、本願発明者らは、ΔＶｏｌｅｄに対するΔＶｇｓの特性曲線の全体が有機発光素子ＯＬＥＤの使用時間をパラメータとして、所定の傾きを有する直線に沿って並ぶということを見出している。
したがって、発光時における有機発光素子ＯＬＥＤへの印加電圧の変化ΔＶｏｌｅｄに略比例した電圧（図１２の例では、比例定数０．４３）を駆動トランジスタＴｄのゲート・ソース間の電位差Ｖｇｓに加算するようにすれば、輝度劣化を全階調でほぼ補償することができる。
図１３は、上述の手法に基づいて補償した補償後の特性を示す図である。補償前の特性を示す図１０と比較すれば明らかなように、使用時間に依存する輝度変化を低減することができる。
つぎに、上述の電圧加算の実現手法について説明する。なお、実際の制御に際しては、制御の容易性を確保する観点から、ΔＶｏｌｅｄに代えてＶｏｌｅｄの加算で代用することを考える。なお、無論、ΔＶｏｌｅｄに基づく電圧加算を行うことも可能である。
いま、有機発光素子ＯＬＥＤへの印加電圧の初期値をＶｏｌｅｄ０とし、駆動トランジスタＴｄのゲート・ソース間に印加する補正後の印加電圧をＶｇｓ’とすれば、このＶｇｓ’は、上記特性曲線上に示した直線の傾きに相当する比例定数ｂを用いて次式のように表すことができる。
Vgs’＝Vgs＋ΔVgs
＝Vgs＋ｂ・ΔVoled
＝Vgs＋ｂ・(Voled−Voled0） ・・・（７）
また、上記（５）式において、d＝Coled／(Cs＋Coled）とし、上記（７）式に（５）式を代入することで、補正後の印加電圧をＶｇｓ’は、次式で表すことができる。
Vgs’＝Vth＋d・Vdata＋ｂ・(Voled−Voled0）
＝Vgs＋(d・Vdata−ｂ・Voled0)＋ｂ・Voled ・・・（８）
上記（８）式において、第２項のｂ・Vｏｌｅｄ０は、有機発光素子ＯＬＥＤの経時変化に依存することなくＶｄａｔａによって決まる項であり、有機発光素子ＯＬＥＤの経時変化に依存する項は、第３項のＶｏｌｅｄである。したがって、有機発光素子ＯＬＥＤの経時変化に依存しないｂ・Vｏｌｅｄ０を予め考慮することで、上記（８）式に基づいて有機発光素子ＯＬＥＤの輝度変化を補償することができる。なお、このｂ・Vｏｌｅｄ０は有機発光素子ＯＬＥＤの特性によって決まる定数値なので、例えば図１に示した画素回路であれば、保持容量Ｃｓに画像信号電位（−Ｖｄａｔａ）を書き込む際に、ｂ・Ｖｏｌｅｄ０に対応する所定値を減算した電圧を書き込むようにすれば、有機発光素子ＯＬＥＤの初期特性を記憶しておく必要はない。また、ｂ・Vｏｌｅｄ０以外の定数値が加わった場合であっても同様であり、それらの値を記憶する必要はない。
図１４は、上述の実現手法を図１に示した画素回路に適用する場合の一構成例を示す図である。同図に示す画素回路は、図１に示す構成から、有機発光素子ＯＬＥＤの両端の電圧を検出する検出手段としての検出回路２１と、検出回路２１にて検出された電圧を保持する電圧保持手段としての電圧保持回路２３と、電圧保持回路２３に保持された電圧を駆動トランジスタＴｄのゲート・ソース間に印加するフィードバック手段としてのフィードバック回路２５と、を有する制御回路Ａを備えるように構成されている。この制御回路Ａは各画素に配設されている。なお、図１４では、制御回路Ａを構成するトランジスタに存在する寄生容量の表示は省略している。
図１４において、電圧保持回路２３は、電圧を保持可能な追加容量Ｃａｄｄを具備する。また、検出回路２１は、例えば電圧保持回路２３を介して接続された一対のトランジスタを具備し、それぞれのゲートが第１の制御線であるＶｏｌｅｄ制御線１５に共通的に接続されるような構成を採用することができる。なお、検出回路２１の一端（例えば一方のトランジスタのドレインまたはソース）は、有機発光素子ＯＬＥＤのカソードに接続し、検出回路２１の他端（例えば他方のトランジスタのドレインまたはソース）は、有機発光素子ＯＬＥＤのアノードに接続すればよい。
フィードバック回路２５は、検出回路２１と同様な構成を採ることができる。例えば、電圧保持回路２３を介して接続された一対のトランジスタを具備し、それぞれのゲートが第２の制御線であるＶｏｌｅｄ制御線１６に共通的に接続されるような構成を採用することができる。なお、フィードバック回路２５の一端（例えば一方のトランジスタのドレインまたはソース）は、駆動トランジスタＴｄの第１の端子（ゲート）に接続し、フィードバック回路２５の他端（例えば他方のトランジスタのドレインまたはソース）は、駆動トランジスタＴｄの第２の端子（ソースまたはドレイン）に接続すればよい。
つぎに、図１４に示した画素の動作について、図１４および図１５を参照して説明する。ここで、図１５は、図１４に示した画素回路の動作を説明するためのシーケンス図である。
図１５において、まず、準備期間、Ｖｔｈ検出期間および書き込み期間の動作については、図３に示したシーケンスと同一であり、その説明を省略する。つづいて、発光期間では、Ｖｏｌｅｄ制御線１５を高電位（ＶｇＨ）にし、検出回路２１を構成する一対のトランジスタを導通させる。一方、Ｖｏｌｅｄ制御線１６を低電位（ＶｇＬ）にし、フィードバック回路２５を構成する一対のトランジスタを非導通にする。この後、有機発光素子ＯＬＥＤを発光させると、追加容量Ｃａｄｄに有機発光素子ＯＬＥＤの両端電圧Ｖｏｌｅｄに基づく電荷が蓄積され、Ｖｏｌｅｄに相当する電圧が電圧保持回路２３によって保持される。つづいて、Ｖｏｌｅｄ制御線１５を低電位（ＶｇＬ）にし、Ｖｏｌｅｄ制御線１６を高電位（ＶｇＨ）にすると、保持容量Ｃｓに書き込まれた画像信号電位に追加容量Ｃａｄｄに保持されたＶｏｌｅｄが加算されるので、上記（８）式に基づく制御手法を実現することができる。なお、（８）式における比例定数ｂは、駆動トランジスタＴｄのゲート・ソース間に電気的に接続される各容量値（駆動トランジスタＴｄの寄生容量等）と、追加容量Ｃａｄｄとの容量比によって決定されるので、追加容量Ｃａｄｄの容量値を適切に定めることで所望の比例定数を選択することができる。例えば、本実施形態の場合、図１２より、比例定数ｂ＝０．４３である。
このように、本実施の形態にかかる画像表示装置では、有機発光素子ＯＬＥＤへの印加電圧の変化を個々の画素回路自身が検出し、検出した電圧に対応する電圧をドライバ素子へ印加して検出した結果を反映させることができる。それ故、外部回路の構成を簡素に維持することができる。また、駆動トランジスタの特性変動の影響を抑制した有機発光素子ＯＬＥＤの輝度変化の補償を実現することができる。また、有機発光素子ＯＬＥＤへの印加電圧を検出する工程と、検出した有機発光素子ＯＬＥＤへの印加電圧に対応する電圧を駆動トランジスタＴｄへ印加する工程とを同一フレーム内で行うことにより、有機発光素子ＯＬＥＤの発光輝度をより適切に補償を行うことができる。またこれら一連の工程は毎フレーム行うことが好ましい。
なお、図１などの回路構成から明らかなように、有機発光素子ＯＬＥＤの両端電圧Ｖｏｌｅｄと駆動トランジスタＴｄのドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓとの和は略一定なので、Ｖｏｌｅｄの電圧変化を、これと等価な駆動トランジスタＴｄのＶｄｓの電圧変化として検出し、検出した電圧に基づいて駆動トランジスタＴｄを制御するようにしてもよい。この場合には、検出回路２１の一端および他端をそれぞれ駆動トランジスタＴｄのドレイン、ソースに接続すればよい。例えば、図１８に示すように、検出回路２１を駆動トランジスタTdのドレイン・ソースに接続し、フィードバック回路２５を駆動トランジスタTdのゲートと、有機発光素子OLEDのアノードに接続するようにしても良い。図１８の画素回路は、図１５，１６と同様のシーケンスにより駆動することができる。なお、フィードバック回路２５を駆動トランジスタTdのゲートと、有機発光素子OLEDのカソード（または駆動トランジスタTdのドレイン）に接続するようにしても良い。しかしながら、図１８に示すように、フィードバック回路２５の一端を有機発光素子OLEDのアノードに接続し、有機発光素子OLEDを介してフィードバック回路２５を駆動トランジスタTdのゲートとドレインに接続する方が有機発光素子OLEDの輝度をダイレクトに調整することができ、輝度補償が容易であるというメリットがある。
また、図１６は、図１５とは異なる他のシーケンス図である。同図に示すシーケンスでは、準備期間中にＶｏｌｅｄ制御線１５を高電位（ＶｇＨ）とする一方で、Ｖｏｌｅｄ制御線１６を低電位（ＶｇＬ）に設定している。なお、準備期間中にＶｏｌｅｄ制御線１５を高電位に設定している場合であっても、Ｖｏｌｅｄ制御線１６を低電位（ＶｇＬ）に設定している限りにおいて、追加容量Ｃａｄｄに保持された電圧が駆動トランジスタＴｄのゲート・ソース間に印加されることはないので問題はない。特に、図１５のシーケンスにおいて、発光時間を充分に確保したい場合には、有機発光素子ＯＬＥＤの両端電圧の検出時間を短くする必要があり、その場合には追加容量Ｃａｄｄへの電荷の蓄積が充分になされないことが考えられる。一方、図１６のシーケンスでは、有機発光素子ＯＬＥＤの両端電圧の検出時間を充分に確保することができる。なお、図１６において、Ｖｏｌｅｄ制御線１５を低電位（ＶｇＬ）から高電位（ＶｇＨ）にするタイミングと、Ｖｏｌｅｄ制御線１６を高電位（ＶｇＨ）から低電位（ＶｇＬ）にするタイミングを準備期間中に行うようにしているが、これらのタイミングはＶｔｈ検出期間あるいは書き込み期間であっても構わない。
また、本実施形態において、検出回路２１及びフィードバック回路２５を構成する薄膜トランジスタのチャネル幅Ｗ２１、Ｗ２５は、駆動トランジスタＴｄのチャネル幅ＷＴｄよりも小さくなるように設定されることが好ましい。この場合、制御回路Ａの配設に必要なスペースを小さくすることができる。なお、検出回路２１やフィードバック回路２５に流れる電流は、駆動トランジスタＴｄに流れる電流よりも小さいため、駆動トランジスタＴｄよりも検出回路２１及びフィードバック回路２５のチャネル幅を小さくしても特に問題はない。また、制御回路Ａのスペースを小さくするという観点から、検出回路２１及びフィードバック回路２５を構成する薄膜トランジスタのチャネル幅Ｗ２１及びＷ２５は、閾値電圧検出用トランジスタＴｔｈやスイッチングトランジスタＴｓ，Ｔｍ，Ｔｋのチャネル幅ＷＴｓ、ＷＴｍ及びＷＴｋよりも小さくすることが好ましい。
さらに、電圧保持回路２３を構成する追加容量Ｃａｄｄの容量値を駆動トランジスタＴｄに接続される保持容量Ｃｓの容量値よりも小さくすることが好ましい。その理由は、大きいと書込み効率（画像信号線の変化量に対する（Ｖｇｓ−Ｖｔｈ）の変化量）が低下するからである。
また、制御回路Ａを構成するトランジスタと、駆動トランジスタＴｄ及びスイッチングトランジスタＴｓ，Ｔｍ，Ｔｋ等のトランジスタとは、互いに異なる層に形成することが可能である。その結果、１画素の面積を拡大することなく、制御回路Ａを配置することができる。
また、上述の実施形態においては、駆動トランジスタＴｄの閾値電圧Ｖｔｈを検出するための閾値電圧検出用トランジスタＴｔｈを有する画素回路に対して本発明を適用したが、閾値電圧検出用トランジスタＴｔｈを有さない、図１７のような画素回路に対しても本発明を適用可能である。
また、これまでの説明は、画像表示装置の１画素に対応する画素回路に関するものであったが、例えば、赤、緑、青の三原色画素が一つの絵素を構成する多色表示あるいは類似の多色表示にかかる画像表示装置に適用しても良い。この場合、駆動トランジスタＴｄのゲート・ソース間に接続される各容量値と、追加容量Ｃａｄｄとの容量比は各色ごとに異なるのが一般的である。このため、各色に最適な容量比を設定することにより、駆動トランジスタの特性変動の影響を抑制した発光輝度の補償を各色に実現することができる。
また、本実施形態においては、発光素子として有機発光素子を用いたが、無機のLED等、他の発光素子であっても良い。
１０ 電源線
１１ Ｔｔｈ制御線
１２ マージ線
１３ 走査線
１４ 画像信号線
１５，１６ Ｖｏｌｅｄ制御線
２１ 検出回路
２３ 電圧保持回路
２５ フィードバック回路
Ａ 制御回路
ＯＬＥＤ 有機発光素子
Ｔｄ 駆動トランジスタ
Ｔｔｈ 閾値電圧検出用トランジスタ
Ｔｓ，Ｔｍ，Ｔｋ スイッチングトランジスタ
Ｃｓ 保持容量
Ｃａｄｄ 追加容量

Claims (5)

  1. 発光素子と、
    前記発光素子の発光輝度に相当する画像信号電圧が保持される保持容量素子と、
    前記発光素子に電気的に接続され、前記発光素子の発光を制御するドライバ素子と、
    前記発光素子及び前記ドライバ素子に電気的に接続され、前記発光素子の両端に印加される電圧を検出し、前記保持容量素子に保持された画像信号電圧に該検出結果を加算し前記ドライバ素子に印加して前記ドライバ素子のゲート端子に印加される電圧を調節する制御回路を含み、
    前記制御回路は、
    第１電極および第２電極を備える追加容量素子と、
    前記第１電極および前記発光素子のアノード間を導通または非導通させる第１トランジスタと、
    前記第２電極および前記発光素子のカソード間を導通または非導通させる第２トランジスタと、
    前記第１電極および前記ドライバ素子のゲート間を導通または非導通させる第３トランジスタと、
    前記第２電極および前記ドライバ素子のソースまたはドレイン間を導津または非導通させる第４トランジスタとを備え、
    前記第１、第２トランジスタを導通させ、前記第３、第４トランジスタを非導通させることにより、前記発光素子の両端に印加される電圧を前記追加容量素子に保持し、
    前記第１、第２トランジスタを非道通させ、前記第３、第４トランジスタを導通させることにより、前記追加容量素子に保持された電圧を前記保持容量素子の前記画像信号電圧に加算することを特徴とする画像表示装置。
  2. 前記検出手段は、
    前記第１、第２トランジスタのそれぞれのゲートに接続された第１制御線と、
    前記第３、第４トランジスタのそれぞれのゲートに切側された第２制御線とを含むことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
  3. 前記検出手段のチャネル幅は、前記ドライバ素子のチャネル幅よりも小さいことを特徴とする、請求項１に記載の画像表示装置。
  4. 発光素子と、前記発光素子の発光輝度に相当する画像信号電圧が保持される保持容量素子と、前記発光素子に電気的に接続され、前記発光素子の発光を制御するドライバ素子と、第１電極および第２電極を備える追加容量素子と、前記第１電極および前記発光素子のアノード間を導通または非導通させる第１トランジスタと、前記第２電極および前記発光素子のカソード間を導通または非導通させる第２トランジスタと、前記第１電極および前記ドライバ素子のゲート間を導通または非導通させる第３トランジスタと、前記第２電極および前記ドライバ素子のソースまたはドレイン間を導津または非導通させる第４トランジスタとを備える画像表示装置の駆動方法において、
    前記第１、第２トランジスタを導通させ、前記第３、第４トランジスタを非導通させることにより、前記発光素子の両端に印加される電圧を前記追加容量素子に保持する検出段階と、
    前記第１、第２トランジスタを非道通させ、前記第３、第４トランジスタを導通させることにより、前記追加容量素子に保持された電圧を前記保持容量素子の前記画像信号電圧に加算する調節段階と、
    を含むことを特徴とする、画像表示装置の駆動方法。
  5. 前記検出段階と前記調節段階が同一フレーム内で行われることを特徴とする、請求項４記載の画像表示装置の駆動方法。
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