本発明に係る表示駆動装置及びその駆動方法、並びに、表示装置及びその駆動方法について、以下に実施の形態を示して詳しく説明する。
<表示画素の要部構成>
まず、本発明に係る表示装置に適用される表示画素の要部構成及びその制御動作について図面を参照して説明する。
図1は、本発明に係る表示装置に適用される表示画素の要部構成を示す等価回路図である。ここでは、表示画素に設けられる電流駆動型の発光素子として、便宜的に有機EL素子を適用した場合について説明する。
本発明に係る表示装置に適用される表示画素は、図1に示すように、画素回路部(後述する画素駆動回路DCに相当する)DCxと、電流駆動型の発光素子である有機EL素子OLEDと、を備えた回路構成を有している。画素回路部DCxは、例えば、ドレイン端子及びソース端子が電源電圧Vccが印加される電源端子TMv及び接点N2に、ゲート端子が接点N1に、各々接続された駆動トランジスタT1と、ドレイン端子及びソース端子が電源端子TMv(駆動トランジスタT1のドレイン端子)及び接点N1に、ゲート端子が制御端子TMhに、各々接続された保持トランジスタT2と、駆動トランジスタT1のゲート−ソース端子間(接点N1と接点N2との間)に接続されたキャパシタ(電圧保持素子)Cxと、を有している。また、有機EL素子OLEDは、アノード端子に上記接点N2が接続され、カソード端子TMcに一定値の基準電圧Vssが印加されている。
ここで、後述する制御動作において説明するように、表示画素(画素回路部DCx)の動作状態に応じて、電源端子TMvには、動作状態に応じて異なる電圧値を有する電源電圧Vccが印加され、有機EL素子OLEDのカソード端子TMcには電源電圧Vssが印加され、制御端子TMhには、保持制御信号Shldが印加され、接点N2に接続されたデータ端子TMdには、表示データの階調値に対応するデータ電圧Vdataが印加される。
また、キャパシタCxは、駆動トランジスタT1のゲート−ソース端子間に形成される寄生容量であってもよいし、該寄生容量に加えて接点N1及び接点N2間にさらに容量素子を並列に接続したものであってもよい。また、駆動トランジスタT1及び保持トランジスタT2の素子構造や特性等については、特に限定するものではないが、ここでは、nチャネル型の薄膜トランジスタを適用した場合を示す。
<表示画素の制御動作>
次いで、上述したような回路構成を有する表示画素(画素回路部DCx及び有機EL素子OLED)における制御動作(制御方法)について説明する。
図2は、本発明に係る表示装置に適用される表示画素の制御動作を示す信号波形図である。
図2に示すように、図1に示したような回路構成を有する表示画素(画素回路部DCx)における動作状態は、表示データの階調値に応じた電圧成分をキャパシタCxに書き込む書き込み動作と、該書き込み動作において書き込まれた電圧成分をキャパシタCxに保持する保持動作と、該保持動作により保持された電圧成分に基づいて有機EL素子OLEDに表示データの階調値に応じた階調電流を流して、表示データに応じた輝度階調で有機EL素子OLEDを発光させる発光動作と、に大別することができる。以下、各動作状態について図2に示したタイミングチャートを参照しながら具体的に説明する。
(書き込み動作)
書き込み動作では、有機EL素子OLEDを発光させない消灯状態において、キャパシタCxに表示データの階調値に応じた電圧成分を書き込む動作を行なう。
図3は、表示画素の書き込み動作時における動作状態を示す概略説明図であり、図4(a)は表示画素の書き込み動作時における駆動トランジスタの動作特性を示す特性図であり、図4(b)は有機EL素子の駆動電流と駆動電圧の関係を示す特性図である。図4(a)に示す実線SPwは、駆動トランジスタT1としてnチャネル型の薄膜トランジスタを適用し、ダイオード接続した場合の、ドレイン−ソース間電圧Vdsとドレイン−ソース間電流Idsの、初期状態における関係を示す特性線である。また、破線SPw2は、駆動トランジスタT1の、駆動履歴に伴って特性変化が生じたときの特性線の一例を示す。特性線SPw上の点PMwは駆動トランジスタT1の動作点を示す。
駆動トランジスタT1のしきい値電圧Vth(ゲート−ソース間のしきい値電圧=ドレイン−ソース間のしきい値電圧)は、特性線SPw上にあり、ドレイン−ソース間電圧Vdsがしきい値電圧Vthを超えると、ドレイン−ソース間電流Idsはドレイン−ソース間電圧Vdsの増加に伴い非線形的に増加する。すなわちドレイン・ソース間電圧Vdsのうち、図中でVeff_gsで示される電圧が実効的にドレイン−ソース間電流Idsを形成する電圧成分であり、ドレイン−ソース間電圧Vdsは、(1)式に示すように、しきい値電圧Vthと電圧成分Veff_gsの和となる。
Vds=Vth+Veff_gs・・・(1)
図4(b)に示す実線SPeは、有機EL素子OLEDの、初期状態における有機EL素子OLEDのアノード−カソード間に印加される駆動電圧Voledと有機EL素子OLEDのアノード−カソード間に流れる駆動電流Ioledの関係を示す特性線である。また、一点鎖線SPe2は、有機EL素子OLEDの、駆動履歴に伴って特性変化が生じたときの特性線の一例を示す。詳しくは後述する。しきい値電圧Vth_oledは、特性線SPe上にあり、駆動電圧Voledがしきい値電圧Vth_oledを超えると、駆動電流Ioledは駆動電圧Voledの増加に伴い非線形的に増加する。
書き込み動作においては、まず、図2、図3(a)に示すように、保持トランジスタT2の制御端子TMhにオンレベル(ハイレベル)の保持制御信号Shldを印加して保持トランジスタT2をオン動作させる。これにより、駆動トランジスタT1のゲート−ドレイン間を接続(短絡)して駆動トランジスタT1をダイオード接続状態に設定する。
続いて、書き込み時に電源端子TMv端子に第1の電源電圧Vccwを印加し、データ端子TMdに表示データの階調値に対応したデータ電圧Vdataを印加する。このとき、駆動トランジスタT1のドレイン−ソース間にはドレイン−ソース間の電位差(Vccw−Vdata)に応じた電流Idsが流れる。このデータ電圧Vdataは、ドレイン−ソース間に流れる電流Idsが、有機EL素子OLEDが表示データの階調値に応じた輝度階調で発光するために必要な電流値となるための電圧値に設定される。
このとき、駆動トランジスタT1がダイオード接続されているため、図3(b)に示すように、駆動トランジスタT1のドレイン−ソース間電圧Vdsはゲート−ソース間電圧Vgsに等しく、(2)式に示すようになる。
Vds=Vgs=Vccw−Vdata・・・(2)
そして、このゲート−ソース間電圧VgsがキャパシタCxに書き込まれる(充電される)。
ここで、第1の電源電圧Vccwの値に必要な条件について説明する。駆動トランジスタT1はnチャネル型であるため、ドレイン−ソース間電流Idsが流れるためには、駆動トランジスタT1のゲート電位はソース電位に対し正(高電位)でなければならない。ゲートとドレインが接続されるダイオード接続の場合、ゲート電位はドレイン電位に等しく、第1の電源電圧Vccwであり、ソース電位はデータ電圧Vdataであるから、(3)式の関係が成立しなければならない。
Vdata<Vccw・・・(3)
また、接点N2はデータ端子TMdに接続されていると共に有機EL素子OLEDのアノード端子に接続されており、書き込み時には有機EL素子OLEDに電流が流れないようにするために、接点N2の電位Vdataは、有機EL素子OLEDのカソード側端子TMcの電圧Vssに有機EL素子OLEDのしきい値電圧Vth_oledを加えた値以下でなければならないから、接点N2の電位Vdataは(4)式を満たさなければならない。
Vdata−Vss≦Vth_oled・・・(4)
ここでVssを接地電位0Vとすると、(5)式となる。
Vdata≦Vth_oled・・・(5)
次に、(2)式と(5)式より(6)式が得られ、
Vccw−Vgs≦Vth_oled・・・(6)
更に(1)式より、Vgs=Vds=Vth+Veff_gsであるから、(7)式が得られる。
Vccw≦Vth_oled+Vth+Veff_gs・・・(7)
ここで、(7)式はVeff_gs=0でも成り立つことが必要であるから、Veff_gs=0とすると、(8)式が得られる。
Vdata<Vccw≦Vth_oled+Vth・・・(8)
すなわち、書き込み動作時において、第1の電源電圧Vccwの値は、ダイオード接続の状態において、(8)式の関係を満たす値に設定されなければならない。次に、駆動履歴に伴う駆動トランジスタT1及び有機EL素子OLEDの特性変化の影響について説明する。駆動トランジスタT1のしきい値電圧Vthは駆動履歴に従って増大することが知られている。図4(a)に示す破線SPw2は、駆動履歴により特性変化が生じたときの特性線の一例を示し、ΔVthはしきい値電圧Vthの変化量を示す。図に示すように、駆動トランジスタT1の駆動履歴に従う特性変動は、初期の特性線をほぼ平行移動した形に変化する。このため、表示データの階調値に応じた階調電流(ドレイン−ソース間電流Ids)を得るために必要なデータ電圧Vdataの値は、しきい値電圧Vthの変化量ΔVth分だけ増加させなければならない。
また、有機EL素子OLEDは駆動履歴に従い高抵抗化することが知られている。図4(b)に示す一点鎖線SPe2は、駆動履歴に伴って特性変化が生じたときの特性線の一例を示し、有機EL素子OLEDの駆動履歴に従う高抵抗化による特性変動は、初期の特性線に対して、概ね、駆動電圧Voledに対する駆動電流Ioledの増加率が減少する方向に変化する。すなわち、有機EL素子OLEDが表示データの階調値に応じた輝度階調で発光するために必要な駆動電流Ioledを流すため駆動電圧Voledは、特性線SPe2−特性線SPe分だけ増加する。この増加分は、図4(b)中のΔVoled maxに示すように、駆動電流Ioledが最大値Ioled(max)となる最高階調時において最大となる。
(保持動作)
図5は、表示画素の保持動作時における動作状態を示す概略説明図であり、図6は、表示画素の保持動作時における駆動トランジスタの動作特性を示す特性図である。保持動作では、図2、図5(a)に示すように、制御端子TMhにオフレベル(ローレベル)の保持制御信号Shldを印加して保持トランジスタT2をオフ動作させることにより、駆動トランジスタT1のゲート−ドレイン間を遮断(非接続状態に)してダイオード接続を解除する。これにより、図5(b)に示すように、上記書き込み動作においてキャパシタCxに充電された駆動トランジスタT1のドレイン−ソース間の電圧Vds(=ゲート−ソース間電圧Vgs)が保持される。
図6中に示す実線SPhは、駆動トランジスタT1のダイオード接続を解除し、ゲート−ソース間電圧Vgsを一定電圧(例えば、保持動作期間にキャパシタCxに保持された電圧)としたときの特性線である。また、図6中に示す破線SPwは駆動トランジスタT1をダイオード接続したときの特性線である。保持時の動作点PMhはダイオード接続したときの特性線SPwとダイオード接続を解除したときの特性線SPhの交点となる。
図6中に示す一点鎖線SPoは特性線SPw−Vthとして導かれたものであり、一点鎖線SPoと特性線SPhとの交点Poはピンチオフ電圧Vpoを示す。ここで、図6に示すように、特性線SPhにおいて、ドレイン−ソース間電圧Vdsが0Vからピンチオフ電圧Vpoまでの領域は不飽和領域となり、ドレイン−ソース間電圧Vdsがピンチオフ電圧Vpo以上の領域は飽和領域となる。
(発光動作)
図7は、表示画素の発光動作時における動作状態を示す概略説明図であり、図8は表示画素の発光動作時における駆動トランジスタの動作特性を示す特性図、及び、有機EL素子の負荷特性を示す特性図である。
図2、図7(a)に示すように、制御端子TMhにオフレベル(ローレベル)の保持制御信号Shldを印加した状態(ダイオード接続状態を解除した状態)を維持し、電源端子TMvの端子電圧Vccを書き込みのための第1の電源電圧Vccwから発光の為の第2の電源電圧Vcceに切り替える。この結果、駆動トランジスタT1のドレイン−ソース間にはキャパシタCxに保持された電圧成分Vgsに応じた電流Idsが流れ、この電流が有機EL素子OLEDに供給され、有機EL素子OLEDは、供給された電流の値に応じた輝度で発光動作をする。
図8(a)に示す実線SPhは、ゲート−ソース間電圧Vgsを一定電圧(例えば、保持動作期間から発光動作期間にわたってキャパシタCxに保持された電圧)としたときの駆動トランジスタのT1の特性線である。また、実線SPeは有機EL素子OLEDの負荷線を示し、電源端子TMvと有機EL素子OLEDのカソード端子TMc間の電位差、すなわちVcce−Vssの値を基準として有機EL素子OLEDの駆動電圧Voled−駆動電流Ioled特性が逆向きにプロットされたものである。
発光動作時の駆動トランジスタT1の動作点は、保持動作時のPMhから駆動トランジスタのT1の特性線SPhと有機EL素子OLEDの負荷線SPeの交点であるPMeに移動する。ここで、動作点PMeは、図8(a)に示すように、電源端子TMvと有機EL素子OLEDのカソード端子TMc間にVcce−Vssの電圧が印加された状態で、この電圧が駆動トランジスタのT1のソース−ドレイン間と有機EL素子OLEDのアノード・カソード間で分配されるポイントを表している。すなわち、動作点PMeにおいて、駆動トランジスタのT1のソース−ドレイン間に電圧Vdsが印加され、有機EL素子OLEDのアノード・カソード間には駆動電圧Voledが印加される。
ここで、書き込み動作時の駆動トランジスタT1のドレイン−ソース間に流す電流Ids(期待値電流)と発光動作時に有機EL素子OLEDに供給される駆動電流Ioledが変わらないようにするために、動作点PMeは特性線上の飽和領域内に維持されていなければならない。Voledは最高階調時に最大Voled(max)となる。よって前述したPMeを飽和領域内に維持する為には、第2の電源電圧Vcceの値は(9)式の条件を満たさなければならない。
Vcce−Vss≧Vpo+Voled(max)・・・(9)
ここでVssを接地電位0Vとすると(10)式となる。
Vcce≧Vpo+Voled(max)・・・(10)
<有機素子特性の変動と電圧−電流特性との関係>
図4(b)に示したように、有機EL素子OLEDは駆動履歴に従って高抵抗化し、駆動電圧Voledに対する駆動電流Ioledの増加率が減少する方向に変化する。すなわち、図8(a)に示す有機EL素子OLEDの負荷線SPeの傾きが減少する方向に変化する。図8(b)はこの有機EL素子OLEDの負荷線SPeの駆動履歴に従った変化を記入したものであり、負荷線はSPe→SPe2→SPe3の変化を生じる。結果としてそのため、駆動トランジスタT1の動作点は、駆動履歴に伴い駆動トランジスタのT1の特性線SPh上をPMe→PMe2→PMe3方向に移動する。
このとき、動作点が特性線上の飽和領域内にある間(PMe→PMe2)は、駆動電流Ioledは書き込み動作時の期待値電流の値を維持するが、不飽和領域に入ってしまうと(PMe3)駆動電流Ioledは書き込み動作時の期待値電流より減少してしまい、つまり、有機EL素子OLEDに流れる駆動電流Ioledの電流値が書込動作時の期待値電流の電流値との差が明らかに異なってしまうため表示特性が変わってしまう。図8(b)においてピンチオフ点Poは不飽和領域と飽和領域の境界にあり、すなわち発光時の動作点PMeとPo間の電位差は、有機ELの高抵抗化に対し発光時のOLED駆動電流を維持するための補償マージンとなる。言い換えると、各Ioledレベルにおいてピンチオフ点の軌跡SPoと有機EL素子の負荷線SPeに挟まれた、駆動トランジスタの特性線SPh上電位差が補償マージンとなる。図8(b)に示すように、この補償マージンは駆動電流Ioledの値の増大に伴って減少し、電源端子TMvと有機EL素子OLEDのカソード端子TMc間に印加された電圧Vcce−Vssの増加に伴い増大する。
<TFT素子特性の変動と電圧−電流特性との関係>
ところで、上述した表示画素(画素回路部)に適用されるトランジスタを用いた電圧階調制御においては、予め初期に設定されたトランジスタのドレイン−ソース間電圧Vds−ドレイン−ソース間電流Ids特性によりデータ電圧Vdataを設定しているが、図4(a)に示すように、駆動履歴に応じてしきい値電圧:Vthが増大し、発光素子(有機EL素子OLED)に供給される発光駆動電流の電流値が表示データ(データ電圧)に対応しなくなり、適切な輝度階調で発光動作することができなくなる。特に、トランジスタとしてアモルファスシリコントランジスタを適用した場合、素子特性の変動が顕著に生じることが知られている。
ここでは、表1に示すような設計値を有するアモルファスシリコントランジスタにおいて、256階調の表示動作を行う場合における、ドレイン−ソース間電圧Vdsとドレイン−ソース間電流Idsの初期特性(電圧−電流特性)の一例を示す。
nチャネル型アモルファスシリコントランジスタにおける電圧−電流特性、すなわち図4(a)に示すドレイン−ソース間電圧Vdsとドレイン−ソース間電流Idsとの関係には、駆動履歴や経時変化に伴うゲート絶縁膜へのキャリヤトラップによるゲート電界の相殺に起因したVthの増大(初期状態:SPwから高電圧側:SPw2へのシフト)が生じる。これによりアモルファスシリコントランジスタに印加したドレイン−ソース間電圧Vdsを一定とした場合に、ドレイン−ソース間電流Idsは減少し、発光素子の輝度階調が低下する。
この素子特性の変動においては主にしきい値電圧Vthが増大し、アモルファスシリコントランジスタの電圧−電流特性線(V−I特性線)は初期状態における特性線をほぼ平行移動した形となるため、シフト後のV−I特性線SPw2は、初期状態におけるV−I特性線SPwのドレイン−ソース間電圧Vdsに対して、しきい値電圧Vthの変化量ΔVth(図中では、約2V)に対応する一定の電圧(後述するオフセット電圧Vofstに相当する)を一義的加算した場合(すなわち、V−I特性線SPwをΔVthだけ平行移動させた場合)の電圧−電流特性に略一致させることができる。
これは、換言すると、表示画素(画素回路部DCx)への表示データの書き込み動作に際し、当該表示画素に設けられた駆動トランジスタT1の素子特性(しきい値電圧)の変化量ΔVに対応する一定の電圧(オフセット電圧Vofst)を加算して補正したデータ電圧(後述する補正階調電圧Vpixに相当する)を、駆動トランジスタT1のソース端子(接点N2)に印加することにより、当該駆動トランジスタT1のしきい値電圧Vthの変動に起因する電圧−電流特性のシフトを補償して、表示データに応じた電流値を有する駆動電流Iemを有機EL素子OLEDに流すことができ、所望の輝度階調で発光動作させることができることを意味する。
なお、保持制御信号Shldをオンレベルからオフレベルに切り換える保持動作と、電源電圧Vccを電圧Vccwから電圧Vcceに切り換える発光動作とを、同期して行ってもよい。
以下、上述したような画素回路部の要部構成を含む複数の表示画素が2次元配列された表示領域を備えた表示装置の全体構成を示して具体的に説明する。
<第1の実施形態>
<表示装置>
図9は、本発明に係る表示装置の第1の実施形態を示す概略構成図である。図10は、本実施形態に係る表示装置に適用可能なデータドライバ及び表示画素の一例を示す要部構成図である。なお、図10においては、上述した画素回路部DCx(図1参照)に対応する回路構成の符号を併記して示す。また、図10においては、説明の都合上、データドライバの各構成間で送出される各種の信号やデータ、及び、印加される電圧等を便宜的に表記するが、後述するように、これらの信号やデータ、電圧等が同時に送出又は印加されるとは限らない。
図9、図10に示すように、本実施形態に係る表示装置100は、例えば、行方向(図面左右方向)に配設された複数の選択ラインLsと列方向(図面上下方向)に配設された複数のデータラインLdとの各交点近傍に、上述した画素回路部DCxの要部構成(図1参照)を含む複数の表示画素PIXがn行×m列(n、mは、任意の正の整数)からなるマトリクス状に配列された表示領域110と、各選択ラインLsに所定のタイミングで選択信号Sselを印加する選択ドライバ120と、選択ラインLsに並行して行方向に配設された複数の電源電圧ラインLvに所定のタイミングで所定の電圧レベルの電源電圧Vccを印加する電源ドライバ130と、各データラインLdに所定のタイミングで階調信号(補正階調電圧Vpix)を供給するデータドライバ(表示駆動装置)140と、後述する表示信号生成回路160から供給されるタイミング信号に基づいて、少なくとも選択ドライバ120、電源ドライバ130及びデータドライバ140の動作状態を制御する選択制御信号、電源制御信号及びデータ制御信号を生成して出力するシステムコントローラ150と、例えば表示装置100の外部から供給される映像信号に基づいて、デジタル信号からなる表示データ(輝度階調データ)を生成してデータドライバ140に供給するとともに、該表示データに基づいて表示領域110に所定の画像情報を表示するためのタイミング信号(システムクロック等)を抽出、又は、生成して上記システムコントローラ150に供給する表示信号生成回路160と、表示領域110、選択ドライバ120、データドライバ140が設けられている基板を有する表示パネル170と、を備えている。
なお、電源ドライバ130は、表示パネル170外でフィルム基板を介して接続されているが、表示パネル170上に配置されてもよい。データドライバ140は一部が、表示パネル170に設けられ、残りの一部が表示パネル170外でフィルム基板を介して接続されている構造であってもよい。このとき、表示パネル170内のデータドライバ140の一部は、ICチップであってもよいし、後述する画素回路部DCxの各トランジスタと一括して製造されるトランジスタによって構成されていてもよい。
また選択ドライバ120は、ICチップであってもよいし、後述する画素回路部DCxの各トランジスタと一括して製造されるトランジスタによって構成されていてもよい。
以下、上記各構成について説明する。
(表示領域)
本実施形態に係る表示装置100においては、表示パネル170の中央に位置する表示領域110にマトリクス状に配列される複数の表示画素PIXが設けられている。複数の表示画素PIXは、例えば図9に示すように、表示領域110の上方領域(図中上方に位置)と下方領域(図中下方に位置)とにグループ分けされ、各グループに含まれる表示画素PIXが、各々、分岐した個別の電源電圧ラインLvに接続されている。そして、上方領域のグループの各電源電圧ラインLvは、第1電源電圧ラインLv1に接続されており、下方領域のグループの各電源電圧ラインLvは、第2電源電圧ラインLv2に接続され、第1電源電圧ラインLv1及び第2電源電圧ラインLv2は、互いに電気的に独立して電源ドライバ130に接続されている。すなわち、表示領域110の上方領域の1〜n/2行目(ここではnは偶数)の表示画素PIXに対して第1電源電圧ラインLv1を介して共通に印加される電源電圧Vccと、下方領域の1+n/2〜n行目の表示画素PIXに対して第2電源電圧ラインLv2を介して共通に印加される電源電圧Vccは、電源ドライバ130により異なるタイミングで異なるグループの電源電圧ラインLvに独立して出力される。
(表示画素)
本実施形態に適用される表示画素PIXは、選択ドライバ120に接続された選択ラインLsとデータドライバ140に接続されたデータラインLdとの交点近傍に配置され、例えば図10に示すように、電流駆動型の発光素子である有機EL素子OLEDと、上述した画素回路部DCxの要部構成(図1参照)を含み、有機EL素子OLEDを発光駆動するための発光駆動電流を生成する画素駆動回路DCと、を備えている。
画素駆動回路DCは、例えば、ゲート端子が選択ラインLsに、ドレイン端子が電源電圧ラインLvに、ソース端子が接点N11に各々接続されたトランジスタTr11(ダイオード接続用トランジスタ)と、ゲート端子が選択ラインLsに、ソース端子がデータラインLdに、ドレイン端子が接点N12に各々接続されたトランジスタTr12(選択トランジスタ)と、ゲート端子が接点N11に、ドレイン端子が電源電圧ラインLvに、ソース端子が接点N12に各々接続されたトランジスタTr13(駆動トランジスタ)と、接点N11及び接点N12間(トランジスタTr13のゲート−ソース端子間)に接続されたキャパシタCsと、を備えている。
ここで、トランジスタTr13は上述した画素回路部DCxの要部構成(図1)に示した駆動トランジスタT1に対応し、また、トランジスタTr11は保持トランジスタT2に対応し、キャパシタCsはキャパシタCxに対応し、接点N11及びN12は各々接点N1及び接点N2に対応する。また、選択ドライバ120から選択ラインLsに印加される選択信号Sselは、上述した保持制御信号Shldに対応し、データドライバ140からデータラインLdに印加される階調信号(補正階調電圧Vpix)は、上述したデータ電圧Vdataに対応する。
また、有機EL素子OLEDは、アノード端子が上記画素駆動回路DCの接点N12に接続され、カソード端子TMcには一定の低電圧である基準電圧Vssが印加されている。ここで後述する表示装置の駆動制御動作において、表示データに応じた階調信号(補正階調電圧Vpix)が画素駆動回路DCに供給される書き込み動作期間においては、データドライバ140から印加される補正階調電圧Vpix、基準電圧Vss、発光動作期間に電源電圧ラインLvに印加される高電位の電源電圧Vcc(=Vcce)は、上述した(3)〜(10)式の関係を満たしており、故に書き込み動作時に有機EL素子OLEDが点灯することはない。
また、キャパシタCsは、トランジスタTr13のゲート−ソース間に形成される寄生容量であってもよいし、該寄生容量に加えて接点N11及び接点N12間にトランジスタTr13以外の容量素子を接続したものであってもよく、これら両方であってもよい。
なお、トランジスタTr11〜Tr13については、特に限定するものではないが、例えば全てnチャネル型の電界効果型トランジスタにより構成することにより、nチャネル型のアモルファスシリコン薄膜トランジスタを適用することができる。この場合、すでに確立されたアモルファスシリコン製造技術を用いて、素子特性(電子移動度等)の安定したアモルファスシリコン薄膜トランジスタを有する画素駆動回路DCを比較的簡易な製造プロセスで製造することができる。以下の説明においては、トランジスタTr11〜Tr13として全てnチャネル型の薄膜トランジスタを適用した場合について説明する。
また、表示画素PIX(画素駆動回路DC)の回路構成については、図10に示したものに限定されるものではなく、少なくとも図1に示したような駆動トランジスタT1、保持トランジスタT2及びキャパシタCxに対応する素子を備え、駆動トランジスタT1の電流路が電流駆動型の発光素子(有機EL素子OLED)に直列に接続された構成を有するものであれば、他の回路構成を有するものであってもよい。また、画素駆動回路DCにより発光駆動される発光素子についても、有機EL素子OLEDに限定されるものではなく、発光ダイオード等の他の電流駆動型の発光素子であってもよい。
(選択ドライバ)
選択ドライバ120は、システムコントローラ150から供給される選択制御信号に基づいて、各選択ラインLsに選択レベル(図10に示した表示画素PIXにおいては、ハイレベル)の選択信号Sselを印加することにより、各行ごとの表示画素PIXを選択状態及び非選択状態のいずれかに設定する。具体的には、各行の表示画素PIXについて、後述する補償電圧取得動作期間及び書き込み動作期間中、オンレベル(ハイレベル)の選択信号Sselを当該行の選択ラインLsに印加する動作を、各行ごとに所定のタイミングで順次実行することにより、各行ごとの表示画素PIXを順次選択状態に設定する。
なお、選択ドライバ120は、例えば、後述するシステムコントローラ150から供給される選択制御信号に基づいて、各行の選択ラインLsに対応するシフト信号を順次出力するシフトレジスタと、該シフト信号を所定の信号レベル(選択レベル)に変換して、各行の選択ラインLsに選択信号Sselとして順次出力する出力回路部(出力バッファ)と、を備えたものを適用することができる。選択ドライバ120の駆動周波数がアモルファスシリコントランジスタでの動作が可能な範囲であれば、画素駆動回路DC内のトランジスタTr11〜Tr13とともに選択ドライバ120に含まれるトランジスタの一部又は全部を駆動回路DC内のトランジスタTr11〜Tr13とともに一括してアモルファスシリコントランジスタとして製造してもよい。
(電源ドライバ)
電源ドライバ130は、システムコントローラ150から供給される電源制御信号に基づいて、各電源電圧ラインLvに、少なくとも、後述する補償電圧取得動作期間及び書き込み動作期間においては、低電位の電源電圧Vcc(=Vccw;第1の電源電圧)を印加し、発光動作期間中においては、上記書き込み動作時の電源電圧Vccwより高電位の電源電圧Vcc(=Vcce;第2の電源電圧)を印加する。
ここで、本実施形態においては、図9に示すように、表示画素PIXが例えば表示領域110の上方領域と下方領域とにグループ分けされ、グループごとに分岐した個別の電源電圧ラインLvが配設されているので、電源ドライバ130は、上方領域のグループの動作期間においては、第1電源電圧ラインLv1を介して、上方領域に配列された表示画素PIXに対して電源電圧Vccを出力し、下方領域のグループの動作期間においては、第2電源電圧ラインLv2を介して、下方領域に配列された表示画素PIXに対して電源電圧Vccを出力する。
なお、電源ドライバ130は、例えば、システムコントローラ150から供給される電源制御信号に基づいて、各領域(グループ)の電源電圧ラインLvに対応するタイミング信号を生成するタイミングジェネレータ(例えばシフト信号を順次出力するシフトレジスタ等)と、タイミング信号を所定の電圧レベル(電圧値Vccw、Vcce)に変換して、各領域の電源電圧ラインLvに電源電圧Vccとして出力する出力回路部と、を備えたものを適用することができる。第1電源電圧ラインLv1及び第2電源電圧ラインLv2のように電源電圧ラインの本数が少なければ、電源ドライバ130を表示パネル170に配置せずに、システムコントローラ150の一部に配置してもよい。
(データドライバ)
データドライバ140は、表示領域110に配列された各表示画素PIX(画素駆動回路DC)に設けられた発光駆動用のトランジスタTr13(駆動トランジスタT1に相当する)の変動している素子特性(しきい値電圧)に対応するオフセット電圧(補償電圧)Vofstを生成して、後述する表示信号生成回路160から供給される表示画素PIXごとの表示データに含まれる輝度階調値に応じた信号電圧(原階調電圧Vorg;階調電圧)に上記オフセット電圧Vofstを加算する補正処理を施して補正階調電圧Vpixを生成し、データラインLdを介して各表示画素PIXに供給する。トランジスタTr13の素子特性は、初期状態での各トランジスタTr13ごとに異なっているしきい値電圧のばらつき特性や、経時的にしきい値電圧の絶対値が高電圧側にシフトする特性を示している。
本実施形態に係るデータドライバ140は、例えば図10に示すように、シフトレジスタ・データレジスタ部141と、階調電圧生成部142と、電圧減算部143と、電圧ラッチ部144と、電圧設定部145と、信号経路切換スイッチ(切換スイッチ)146a、146b、146cと、電流源147と、を備えている。ここで、シフトレジスタ・データレジスタ部141を除く、階調電圧生成部142、電圧減算部143、電圧ラッチ部144、電圧設定部145、信号経路切換スイッチ146a、146b、146c及び電流源147は、各列のデータラインLdごとに設けられ、本実施形態に係る表示装置100においては、データドライバ140内にm組設けられている。
シフトレジスタ・データレジスタ部141は、例えば、システムコントローラ150から供給されるデータ制御信号に基づいて、シフト信号を順次出力するシフトレジスタと、該シフト信号に基づいて、表示信号生成回路160からシリアルデータとして順次供給される、表示領域110の1行分の表示画素PIXに対応した表示データ(輝度階調データ)を順次取り込み、列ごとに設けられた階調電圧生成部142に並列的に転送するデータレジスタと、を備えている。
階調電圧生成部142は、上記シフトレジスタ・データレジスタ部141を介して取り込まれた各表示画素PIXの表示データに基づいた輝度階調で有機EL素子OLEDを発光動作、又は、無発光動作(黒表示動作)させるための電圧値を有する原階調電圧Vorg_xを生成して出力する。
また、階調電圧生成部142は、後述する補償電圧取得動作においては、シフトレジスタ・データレジスタ部141から出力される所定の表示データの輝度階調値に基づいて、もしくは、シフトレジスタ・データレジスタ部141からの入力なしに、トランジスタTr13がV−I特性線SPwの状態において、トランジスタTr13に所定の階調の参照電流Iref(例えば、最高階調の参照電流Iref_max)が流れるときの電源電圧ラインLvとデータラインLdとの間の理論電圧であるオフセット電圧取得用の原階調電圧Vorg(Vorg_max)を電圧減算部143に出力する。
ここで、表示データに応じた電圧値を有する原階調電圧Vorg_xを生成する構成としては、例えば、図示を省略した電源供給部から供給される階調基準電圧(表示データに含まれる輝度階調値の階調数に応じた基準電圧)に基づいて、上記表示データのデジタル信号電圧を、アナログ信号電圧に変換するデジタル−アナログ変換器(D/Aコンバータ)と、所定のタイミングで当該アナログ信号電圧を上記原階調電圧Vorg_xとして出力する出力回路と、を備えたものを適用することができる。
電圧減算部143は、補償電圧取得動作時において、階調電圧生成部142から出力される原階調電圧Vorg(Vorg_max;基準電位)と、後述する電流源147により所定階調の参照電流Iref(最高階調の参照電流Iref_max)を流すことによりデータラインLdに生じる電位(データライン電圧)Vmeas_maxとの演算結果(詳しくは後述する)に基づいて、各表示画素PIX(画素駆動回路DC)のトランジスタTr13のしきい値電圧の変化量(図4(a)に示したΔVthに相当する)に応じたオフセット電圧(補償電圧)Vofstを生成して出力する。
ここで、電圧減算部143により生成されるオフセット電圧Vofstは、具体的には、次の(11)式のように、補償電圧取得動作時において、データラインLdを介して電圧減算部143に入力される電位Vmeas_maxと、電圧減算部143に入力され、オフセット電圧取得用の原階調電圧Vorg(Vorg_max)との差分を演算(減算処理)することにより得られる電圧値に設定される。
Vofst=Vmeas_max−Vorg_max・・・(11)
このようにオフセット電圧Vofstは、所定の階調(ここでは最高輝度階調)で有機EL素子OLEDが発光するようなトランジスタTr13のゲート−ソース間電位となるために予め設定された電位Vorg_maxと、実際に、当該所定の階調で有機EL素子OLEDが発光する程度の電流値の電流である参照電流Iref_maxを画素回路部DC及びデータラインLdを介して流したときに、画素回路部DCの経時的な高抵抗化や表示領域110内の各画素回路部DCの特性ばらつき等の要因によって変位する、電圧減算部143での電位である電位Vmeas_maxとのずれ(主にトランジスタTr13のしきい値ずれ或いはしきい値ばらつき)に相当する電圧値に設定される。これにより、書き込み動作において階調電圧生成部142から出力される原階調電圧Vorgをそのまま出力するのではなく、原階調電圧Vorg及び上記オフセット電圧Vofstに基づいて補正することによって、表示データの輝度階調値に対応した正規の電流値に近似する補正階調電流がトランジスタTr13のドレイン−ソース間に流れるように各表示画素PIX(画素駆動回路DC)のトランジスタTr13のしきい値電圧の変化量及びトランジスタTr12のしきい値電圧の変化量を補正した電圧値を有する補正階調電圧Vpixが設定される。
電圧ラッチ部144は、補償電圧取得動作において電圧減算部143から出力されたオフセット電圧Vofstを保持し、書き込み動作において後述する電圧設定部145に出力する。ここで、電圧ラッチ部144は、選択ドライバ120により特定の行の表示画素PIXが選択状態に設定され、補償電圧取得動作及び書き込み動作が実行されている期間(選択期間)中、当該行の表示画素PIXについて取得されたオフセット電圧Vofstを保持する動作を継続する。
電圧設定部145は、書き込み動作において、階調電圧生成部142から出力される原階調電圧Vorgと、電圧ラッチ部144に保持されたオフセット電圧Vofstとを加算して補正階調電圧Vpixを生成し、表示領域110の列方向に配設されたデータラインLdに出力する。具体的には、補正階調電圧Vpixは、下記(12)式を満たす値となる。
Vpix=Vorg+Vofst・・・(12)
つまり、階調電圧生成部142から出力される表示データの輝度階調値に応じた原階調電圧Vorgに、電圧減算部143により算出され電圧ラッチ部144に保持されたオフセット電圧Vofstをアナログ的(階調電圧生成部142がD/Aコンバータを備えている場合)あるいはデジタル的に加算して、その総和となる電圧成分を補正階調電圧VpixとしてデータラインLdに出力する。このため、補正階調電圧Vpixは、画素回路部DCの経時的な高抵抗化や表示領域110内の各画素回路部DCの特性ばらつき等の要因によって変位する電位ずれが含まれているので、トランジスタTr13のゲート−ソース間の電位を、精度よく当該輝度階調にあった電位にすることができる。
ここで、画素駆動回路DCが図10に示す回路構成を有する場合においては、後述するように、書き込み動作時にデータラインLdに流す電流が、データラインLdからデータドライバ140側に電流を引き込む方向に設定されるため、電圧設定部145により生成される補正階調電圧Vpixも、電源電圧ラインLvから、トランジスタTr13のドレイン−ソース間、トランジスタTr12のドレイン−ソース間、データラインLdを介して電流が流れるように、書き込み動作時における電源電圧ラインLvの電源電圧Vcc(=Vccw)に対して負極性となる電圧値に設定される。
信号経路切換スイッチ146aは、補償接点Nha及び書き込み接点Nwaを備え、階調電圧生成部142を補償接点Nha側の信号線Lda又は書き込み接点Nwa側の電圧設定部145のいずれか一方に選択的に接続する切換スイッチであり、信号経路切換スイッチ146bは、補償接点Nhb及び書き込み接点Nwbを備え、信号線Ldbを補償接点Nhb側の上記信号線Lda又は書き込み接点Nwb側の電圧設定部145のいずれか一方に選択的に接続する切換スイッチであり、また、信号経路切換スイッチ146cは、補償接点Nhc及び書き込み接点Nwcを備え、データラインLdを補償接点Nhc側の参照電流Iref_maxを強制的に流す電流源147又は書き込み接点Nwc側の上記信号線Ldbのいずれか一方に選択的に接続する切換スイッチである。
すなわち、後述する補償電圧取得動作においては、上記信号経路切換スイッチ146a、146b、146cが各々、補償接点Nha、Nhb、Nhc側に切り換え設定されて、階調電圧生成部142が信号線Lda、Ldbを介して電圧減算部143に接続され、階調電圧生成部から出力されるオフセット電圧取得用の原階調電圧Vorg_maxが電圧減算部143に取り込まれるとともに、データラインLdが電流源147に接続され、電流源147に流れる参照電流Iref_maxに基づく電位Vmeas_maxが電圧減算部143に取り込まれる。一方、書き込み動作においては、上記信号経路切換スイッチ146a、146b、146cが各々、書き込み接点Nwa、Nwb、Nwc側に切り換え設定されて、階調電圧生成部142が電圧設定部145、信号線Ldbを介してデータラインLdに接続され、表示データに応じた原階調電圧Vorg_xとオフセット電圧Vofstに基づいて電圧設定部145により生成された補正階調電圧VpixがデータラインLdを介して表示画素PIXに印加される。
電流源147は、補償電圧取得動作において、データラインLdを介して選択状態に設定された行の表示画素PIXの画素駆動回路DCに所定の階調の参照電流(例えば、最高階調参照電流Iref_max)を流す。この参照電流Iref_maxを流したときの電流源147側の電位Vmeas_maxはオフセット電圧Vofstの生成のために電圧減算部143に取り込まれる。
(システムコントローラ)
システムコントローラ150は、選択ドライバ120、電源ドライバ130及びデータドライバ140の各々に対して、動作状態を制御する選択制御信号、電源制御信号及びデータ制御信号を生成して出力することにより、各ドライバを所定のタイミングで動作させて、所定の電圧レベルを有する選択信号Ssel、電源電圧Vcc、補正階調電圧Vpix及び参照電流Iref_maxを生成して出力させ、各表示画素PIX(画素駆動回路DC)に対する一連の駆動制御動作(補償電圧取得動作、書き込み動作、保持動作及び発光動作)を実行させて、映像信号に基づく所定の画像情報を表示領域110に表示させる制御を行う。
(表示信号生成回路)
表示信号生成回路160は、例えば表示装置100の外部から供給される映像信号から輝度階調信号成分を抽出し、表示領域110の1行分ごとに、該輝度階調信号成分をデジタル信号からなる表示データ(輝度階調データ)としてデータドライバ140に供給する。ここで、上記映像信号が、テレビ放送信号(コンポジット映像信号)のように、画像情報の表示タイミングを規定するタイミング信号成分を含む場合には、表示信号生成回路160は、上記輝度階調信号成分を抽出する機能のほかに、タイミング信号成分を抽出してシステムコントローラ150に供給する機能を有するものであってもよい。この場合においては、上記システムコントローラ150は、表示信号生成回路160から供給されるタイミング信号に基づいて、選択ドライバ120や電源ドライバ130、データドライバ140に対して個別に供給する各制御信号を生成する。
<表示装置の駆動方法>
次に、本実施形態に係る表示装置における駆動方法について説明する。
図11は、本実施形態に係る表示装置における駆動方法の一例を示すタイミングチャートである。ここでは、説明の都合上、表示領域110にマトリクス状に配列された表示画素PIXのうち、i行j列、及び、(i+1)行j列(iは1≦i≦nとなる正の整数、jは1≦j≦mとなる正の整数)の表示画素PIXを、表示データに応じた輝度階調で発光動作させる場合のタイミングチャートを示す。
本実施形態に係る表示装置100の駆動制御動作は、例えば図11に示すように、所定の1処理サイクル期間Tcyc内に、少なくとも、表示領域110に配列された各表示画素PIX(画素駆動回路DC)の発光駆動用のトランジスタTr13(駆動トランジスタ)が、経時的に高抵抗になったり或いは表示領域110内の他のトランジスタTr13とばらつきによって変動している素子特性(しきい値電圧)に応じて変位するオフセット電圧Vofstを表示画素PIXごとに取得する補償電圧取得動作(補償電圧取得動作期間Tdet)と、表示信号生成回路160から供給される各表示画素PIXごとの表示データに応じた原階調電圧Vorgに、上記オフセット電圧(補償電圧)Vofstを加算して補正階調電圧Vpixを生成し、各データラインLdを介して各表示画素PIXに補正階調電圧Vpixを供給する書き込み動作(書き込み動作期間Twrt)と、該書き込み動作により表示画素PIXの画素駆動回路DCに設けられたトランジスタTr13のゲート−ソース間に書き込み設定された補正階調電圧Vpixに応じた電圧成分をキャパシタCsに充電して保持する保持動作(保持動作期間Thld)と、該保持動作によりキャパシタCsに保持された電圧成分に基づいて、トランジスタTr13の素子特性の変動の影響を補償し、表示データに応じた電流値を有する発光駆動電流Iemを有機EL素子OLEDに流して、所定の輝度階調で発光させる発光動作(発光動作期間Tem)と、を実行するように設定されている(Tcyc≧Tdet+Twrt+Thld+Tem)。これらの各動作は、システムコントローラ150から供給される各種制御信号に基づいて実行される。
ここで、本実施形態に係る駆動制御動作に適用される1処理サイクル期間Tcycは、例えば、表示画素PIXが1フレームの画像のうちの1画素分の画像情報を表示するのに要する期間に設定される。すなわち、複数の表示画素PIXを行方向及び列方向にマトリクス状に配列した表示領域110において、1フレームの画像を表示する場合、上記1処理サイクル期間Tcycは、1行分の表示画素PIXが1フレームの画像のうちの1行分の画像を表示するのに要する期間に設定される。
以下、各動作について具体的に説明する。
(補償電圧取得動作)
図12は、本実施形態に係る表示装置における駆動方法(補償電圧取得動作及び書き込み動作)の一例を示すフローチャートであり、図13は、本実施形態に係る表示装置における補償電圧取得動作を示す概念図である。
本実施形態に係る補償電圧取得動作(補償電圧取得動作期間Tdet)は、図11、図12に示すように、まず、システムコントローラ150から出力される電源制御信号及び選択制御信号に基づいて、上述した画素回路部DCxの書き込み動作と同様に、i行目(1≦i≦nとなる正の整数)の表示画素PIXに接続された電源電圧ラインLv(図9に示した表示装置においては、i行目が含まれるグループの全表示画素PIXに共通に接続された電源電圧ラインLv)に対して、電源ドライバ130から書き込み動作レベルである低電位の電源電圧Vcc(=Vccw≦基準電圧Vss)を印加した状態で、選択ドライバ120からi行目の選択ラインLsに選択レベル(ハイレベル)の選択信号Sselを印加して、i行目の表示画素PIXを選択状態に設定する(ステップS111)。
これにより、i行目の表示画素PIXの画素駆動回路DCに設けられたトランジスタTr11がオン動作して、トランジスタTr13(駆動トランジスタ)がダイオード接続状態に設定され、上記電源電圧Vcc(=Vccw)がトランジスタTr13のドレイン端子及びゲート端子(接点N11;キャパシタCsの一端側)に印加されるとともに、トランジスタTr12もオン状態となってトランジスタTr13のソース端子(接点N12;キャパシタCsの他端側)が各列のデータラインLdに電気的に接続される。
次いで、図12、図13に示すように、システムコントローラ150から出力されるデータ制御信号に基づいて、各列(各データラインLd)に設けられた信号経路切換スイッチ146a〜146cを各々補償接点Nha〜Nhc側に切り換えた後(ステップS112)、階調電圧生成部142からオフセット電圧取得用の所定の輝度階調に対応した原階調電圧Vorg(例えば最高輝度階調に対応した原階調電圧Vorg_max)を出力して、上記信号経路切換スイッチ146a、信号線Lda及び信号経路切換スイッチ146bを介して信号線Ldbに印加する(ステップS113)。
次いで、この状態で、各列(各データラインLd)に設けられた電流源147により所定の輝度階調の表示データを表示画素PIXに書き込む際の電圧により表示画素PIXに流すべき電流(期待値電流)と一致する(又は同等となる)ように設定された参照電流Iref(例えば、最高輝度階調に応じた参照電流Iref_max)を、信号経路切換スイッチ146cを介してデータラインLd側からデータドライバ140方向へ引き込むように強制的に流す(ステップS114)。参照電流Irefは、選択されたi行目の画素回路部DC、つまり、トランジスタTr12及びトランジスタTr13を経由して流れる。
このときのトランジスタTr13のドレイン−ソース間電流Idsの電流値は、トランジスタTr12及びトランジスタTr13が、ともに図4(a)に示すように、初期状態におけるV−I特性線SPwであっても、あるいは、しきい値電圧Vthシフト後のV−I特性線SPw2であっても関係なく、参照電流Irefの電流値に一致する。ここで、参照電流Irefは目標とする電流値に高速で定常化することが好ましく、最高輝度階調もしくはその近傍の階調のより大きな電流値に設定されていることが望ましい。以下の説明では、最高輝度階調に応じた電流値(参照電流Iref_max)に設定した場合について説明する。
次いで、電圧減算部143において、階調電圧生成部142から信号線Ldbに印加された原階調電圧Vorg_maxと、電流源147により参照電流Iref_maxを流すことによりデータラインLdに生じた電位(データライン電圧)Vmeas_maxと、を取り込んで(ステップS115)、その差分を演算(減算処理)することにより上記(11)式に示したようにオフセット電圧Vofstを取得する(ステップS116)。このオフセット電圧Vofstは、図13に示すように、電圧ラッチ部144に保持される(ステップS117)。
ここで、電圧減算部143に取り込まれるデータライン電圧Vmeas_maxは、ドレイン−ソース間に参照電流Iref_maxがそれぞれ流れるトランジスタTr12及びトランジスタTr13の高抵抗化等に起因して変動している素子特性にしたがって異なってくる。特に、データライン電圧Vmeas_maxは、ダイオード接続されたトランジスタTr13のゲート−ソース間(又はドレイン−ソース間)電圧Vgsでの図4(a)に示すしきい値電圧VthがシフトしたV−I特性線SPw2の進行の程度と、トランジスタTr12のゲート−ソース間電圧Vgsでのしきい値電圧VthがシフトしたV−I特性線SPw2の進行の程度と、に影響される。換言すれば、トランジスタTr13及びトランジスタTr12でのしきい値電圧Vthの変動(Vthシフト)が進行すれば(ΔVthが大きくなれば)、定電圧である第1の電源電圧Vccwが印加されている電源電圧ラインLvと、参照電流Iref_maxが流れるためにデータライン電圧Vmeas_maxとなっているデータラインLdとの電位差が大きくなるため、データライン電圧Vmeas_maxはより低くなる。トランジスタのしきい値電圧のシフト量は、トランジスタがオン状態になっている時間が長いほど大きくなる傾向があるので、トランジスタTr13は、1処理サイクル期間Tcyc内に占める割合が高い発光動作期間Temにおいてオン状態なためにしきい値が経時的に、より正側電圧にシフトして高抵抗化しやすいのに対して、トランジスタTr12は、1処理サイクル期間Tcyc内に占める割合が比較的低い選択期間Tselのみオン状態なので、トランジスタTr13と比べると、しきい値が経時的シフトの程度が小さい。
このように、本実施形態に係る補償電圧取得動作においては、図13に示すように、定電流源147をデータラインLdに接続して所定の参照電流を流した場合の当該データラインLdの電位Vmeas_maxを取り込み、初期状態におけるV−I特性線SPwにしたがった所定階調(例えば、最高輝度階調)でのトランジスタTr13のドレイン−ソース間電流Idsを期待値としたときに、書き込み動作時にこの期待値に近似したトランジスタTr13のドレイン−ソース間電流Idsを流すための原階調電圧Vorg_maxとの差分(原階調電圧Vorg_maxとデータライン電圧Vmeas_maxとの差分電圧)をオフセット電圧Vofstとして扱う。つまり、このオフセット電圧Vofstは、画素回路部DCの経時的な高抵抗化や表示領域110内の各画素回路部DCの特性ばらつき等の要因によって変位する電位ずれに相当する電圧である。
なお、この補償電圧取得動作の期間においては、各端子の電位は上述した(3)〜(10)式の関係を満たしており、故に有機EL素子OLEDには電流が流れず発光動作しない。
また、本実施形態においては、階調電圧生成部142から出力されるオフセット電圧取得用の原階調電圧Vorg_maxについて、その生成過程を具体的に示さなかったが、例えば、図13に示すように、表示信号生成回路160から各表示画素PIXごとに供給される表示データに基づいて階調電圧生成部142において生成するものであってもよいし、表示信号生成回路160から表示データを供給することなく、階調電圧生成部142が独立して所定の輝度階調に対応した原階調電圧Vorg_maxを出力するものであってもよい。
(書き込み動作)
図14は、本実施形態に係る表示装置における書き込み動作を示す概念図である。
上述したように、選択状態に設定された行の各表示画素PIXについて、画素駆動回路DCに設けられた発光駆動用のトランジスタTr13のしきい値電圧Vthの変動に対応するオフセット電圧Vofstを抽出する動作の後、図11、図12に示すように、引き続き表示データの書き込み動作を実行する。
書き込み動作(書き込み動作期間Twrt)においては、図11に示すように、上述した一連の補償電圧取得動作と同様に、i行目の選択ラインLs及び電源電圧ラインLvに対して、ハイレベルの選択信号Ssel及び低電位の電源電圧Vcc(=Vccw)を印加した選択状態を保持した状態で、図12、図14に示すように、システムコントローラ150から出力されるデータ制御信号に基づいて、信号経路切換スイッチ146a〜146cを各々書き込み接点Nwa〜Nwc側に切り換える(ステップS118)。これにより、階調電圧生成部142が信号経路切換スイッチ146aを介して電圧設定部145に接続されるとともに、電圧設定部145が信号経路切換スイッチ146b、信号線Ldb及び信号経路切換スイッチ146cを介してデータラインLdに接続される。
次いで、表示信号生成回路160から供給される表示データをシフトレジスタ・データレジスタ部141を介して取り込み、各列(各データラインLd)に設けられた階調電圧生成部142に転送し、上記表示データから書き込み動作の対象となっている(すなわち、選択状態に設定されている)表示画素PIXの輝度階調値を取得し(ステップS119)、当該輝度階調値が最低輝度階調(無発光)の”0”か否かを判定する(ステップS120)。
ステップS120における階調値判定処理において、輝度階調値が”0”の場合には、階調電圧生成部142から無発光動作(又は黒表示動作)を行うための所定の階調電圧(黒階調電圧)Vzeroを出力し、電圧設定部145において電圧ラッチ部144に保持されたオフセット電圧Vofstを加算することなく(つまり、トランジスタTr12、Tr13のしきい値電圧の変動に対する補償処理を行うことなく)、そのままデータラインLdに印加する(ステップS121)。
ここで、無発光動作のための階調電圧Vzeroは、ダイオード接続されたトランジスタTr13のゲート−ソース間に印加される電圧Vgs(≒Vccw−Vzero)が当該トランジスタTr13のしきい値電圧Vthよりも低くなる関係(Vgs<Vth)を有する電圧値(−Vzero<Vth−Vccw)に設定されている。さらには、トランジスタTr12、Tr13のしきい値シフトを抑制するため、Vzero=Vccwであることが好ましい。
ステップS120において、輝度階調値が”0”ではない場合(例えば第150階調)には、図14に示すように、階調電圧生成部142から当該輝度階調値(=階調値”150”)に応じた電圧値を有する原階調電圧Vorgを生成して出力し、電圧設定部145において上述した補償電圧取得動作により取得し電圧ラッチ部144に保持されたオフセット電圧Vofstと原階調電圧Vorgを加算して、上記(12)式を満たす負電位の補正階調電圧Vpixを生成し(ステップS122)、データラインLdに印加する。なお、オフセット電圧Vofstは、画素回路部DCの経時的な高抵抗化や表示領域110内の各画素回路部DCの特性ばらつき等の要因によって変位する電位ずれであり、原階調電圧Vorgの階調や原階調電圧Vorg_maxの階調に依存しない値である。
ここで、電圧設定部145において生成される補正階調電圧Vpixは、電源ドライバ130から電源電圧ラインLvに印加される書き込み動作レベル(低電位)の電源電圧Vcc(=Vccw)を基準として相対的に負電位側に電圧振幅を有し、かつ、階調が高くなるにしたがって負電位側により低く(電圧振幅の絶対値は大きく)なるように設定されている。
これにより、トランジスタTr13のソース端子(接点N12)に、当該トランジスタTr13のしきい値電圧Vthの変動に応じたオフセット電圧Vofstを加算して補正した補正階調電圧Vpixが印加されるので、トランジスタTr13のゲート−ソース間(キャパシタCsの両端)に、補正された電圧Vgsが書き込み設定される(ステップS123)。このような書き込み動作においては、表示画素PIXに対して表示データに応じた電流を流して電圧成分を書き込むのではなく、トランジスタTr13のゲート端子及びソース端子に対して、直接所望の電圧を印加する手法を適用しているので、各端子や接点の電位を速やかに所望の状態に設定することができる。
なお、この書き込み動作期間Twrtにおいては、有機EL素子OLEDのアノード端子側の接点N12に印加される補正階調電圧Vpixの電圧値が、カソード端子TMcに印加される基準電圧Vssよりも低くなるように設定されている(つまり、有機EL素子OLEDが逆バイアス状態に設定されている)ので、有機EL素子OLEDには電流が流れず発光動作しない。
このように、本実施形態においては、書き込み動作の対象となるi行目の表示画素PIXが選択状態に設定された選択期間Tsel内に、補償電圧取得動作(補償電圧取得動作期間Tdet)及び書き込み動作(書き込み動作期間Twrt)が連続的に実行され(Tsel≧Tdet+Twrt)、当該選択期間Tsel以外の非選択期間において、後述する保持動作(保持動作期間Thld)及び発光動作(発光動作期間Tem)が実行される。
(保持動作)
図15は、本実施形態に係る表示装置における保持動作を示す概念図である。
次いで、上述したような補償電圧取得動作及び書き込み動作終了後の保持動作(保持動作期間Thld)においては、図11に示すように、i行目の選択ラインLsに非選択レベル(ローレベル)の選択信号Sselを印加することにより、図15に示すように、トランジスタTr11及びTr12をオフ動作させて、トランジスタTr13のダイオード接続状態を解除するとともに、トランジスタTr13のソース端子(接点N12)への補正階調電圧Vpixの印加を遮断して、トランジスタTr13のゲート−ソース間に印加されていた電圧成分(Vgs=Vpix−Vccw)をキャパシタCsに充電(保持)する。
次いで、図12に示すように、上述したようなi行目の各表示画素PIXに対してオフセット電圧Vofstを取得し、当該オフセット電圧Vofstに基づいて表示データ(原階調電圧Vorg)を補正した補正階調電圧Vpixを書き込む一連の処理動作を、次の行(i+1行目)の表示画素PIXに対しても実行するために、行を指定するための変数“i”をインクリメントする処理(i=i+1)を実行する(ステップS124)。ここで、インクリメント処理された変数“i”が表示領域110に設定された行数nよりも小さい(i<n)か否かを比較判定する(ステップS125)。
ステップS125において、変数“i”が行数nよりも小さいと判定された場合(i<n)には、(i+1)行目の表示画素PIXに対して上述したステップS111からS125までの処理が再度実行され、ステップS125において、変数“i”が行数nと一致(i=n)すると判定されるまで同様の処理が繰り返し実行される。
そして、ステップS125において、変数“i”が行数nと一致(i=n)すると判定された場合には、各行の表示画素PIXに対する補償電圧取得動作及び書き込み動作が表示領域110の全行について実行されたものとして、上述した一連の処理動作を終了する。
すなわち、図11に示すように、i行目の表示画素PIXにおける保持動作期間Thldにおいては、選択ドライバ120から(i+1)行目以降の選択ラインLsに対して選択レベル(ハイレベル)の選択信号Sselが異なるタイミングで順次印加されることにより、(i+1)行目以降の表示画素PIXにおいて、上記と同様の補償電圧取得動作、書き込み動作及び保持動作からなる一連の処理動作が各行ごとに順次実行される。したがって、i行目の表示画素PIXの保持動作期間Thldにおいては、(i+1)行目以降の全ての行の表示画素PIXに対して表示データに応じた電圧成分(補正階調電圧Vpix)が順次書き込まれるまで保持動作が継続される。
(発光動作)
図16は、本実施形態に係る表示装置における発光動作を示す概念図である。
次いで、上述した補償電圧取得動作、書き込み動作及び保持動作終了後の発光動作(発光動作期間Tem)においては、図11に示すように、各行の選択ラインLsに非選択レベル(ローレベル)の選択信号Sselを印加した状態で、各行の表示画素PIXに接続された電源電圧ラインLvに発光動作レベルである高電位(正の電圧)の電源電圧Vcc(=Vcce>Vccw)を印加する。
ここで、電源電圧ラインLvに印加される高電位の電源電圧Vcc(=Vcce)は、上述した図7、図8に示した場合と同様に、トランジスタTr13の飽和電圧(ピンチオフ電圧Vpo)と有機EL素子OLEDの駆動電圧(Voled)との和よりも大きくなるように設定されているので、トランジスタTr13が飽和領域で動作する。また、有機EL素子OLEDのアノード側(接点N12)には上記書き込み動作によりトランジスタTr13のゲート−ソース間に書き込み設定された電圧成分(|Vpix−Vccw|)に応じた正の電圧が印加され、一方、カソード端子TMcには基準電圧Vss(例えば接地電位)が印加されることにより、有機EL素子OLEDは順バイアス状態に設定されるので、図16に示すように、電源電圧ラインLvからトランジスタTr13を介して有機EL素子OLEDに、表示データ(厳密には、補正階調電圧Vpix)に応じた電流値を有する発光駆動電流Iem(トランジスタTr13のドレイン−ソース間電流Ids)が流れ、所定の輝度階調で発光動作する。
この発光動作は、電源ドライバ130から書き込み動作レベルである低電位(負の電圧)の電源電圧Vcc(=Vccw)が印加されて、次の1処理サイクル期間Tcycが開始されるタイミングまで継続して実行される。
なお、図15、図16に示した保持動作及び発光動作においては、信号経路切換スイッチ146cが書き込み接点Nwc側に切り換え設定されて、データラインLdが信号線Ldbに接続されているが、図10に示したように、データラインLdを電流源147及び信号線Ldbのいずれにも接続しないように設定してもよい。
<第2の実施形態>
<表示装置>
次に、本発明に係る表示装置の第2の実施形態について具体的に説明する。ここで、本実施形態に係る表示装置の全体構成は、上述した第1の実施形態(図9参照)と同等であるので、その説明を省略し、本実施形態に特有の構成を有するデータドライバについて詳しく説明する。
図17は、第2の実施形態に係る表示装置に適用可能なデータドライバ及び表示画素の一例を示す要部構成図である。なお、図17においても、上述した画素回路部DCx(図1参照)に対応する回路構成の符号を併記して示す。また、図17においても、説明の都合上、データドライバの各構成間で送出される各種の信号やデータ、及び、印加される電圧等を便宜的に表記するが、後述するように、これらの信号やデータ、電圧等が同時に送出又は印加されるとは限らない。
本実施形態に係るデータドライバ140は、例えば図17に示すように、シフトレジスタ・データレジスタ部141と、階調電圧生成部142と、電圧減算部143と、電圧ラッチ部144と、電圧設定部145と、信号経路切換スイッチ(切換スイッチ)146dと、電流源147と、を備えている。ここで、シフトレジスタ・データレジスタ部141を除く、階調電圧生成部142、電圧減算部143、電圧ラッチ部144、電圧設定部145、信号経路切換スイッチ146d及び電流源147は、各列のデータラインLdごとに設けられ、本実施形態に係る表示装置100においては、データドライバ140内にm組設けられている。
シフトレジスタ・データレジスタ部141は、上述した第1の実施形態と同様に、システムコントローラ150から供給されるデータ制御信号に基づいて、表示信号生成回路160から順次供給される表示データ(輝度階調データ)を順次取り込み、列ごとに設けられた階調電圧生成部142に並列的に転送し、階調電圧生成部142は、該表示データに基づいて、有機EL素子OLEDを所定の輝度階調で発光動作させるための原階調電圧Vorg、又は、無発光動作させるための黒階調電圧Vzeroを生成して出力する。
電圧減算部143は、補償電圧取得動作時において、電源端子を介して供給される参照電圧Vref(Vref_max)と、後述する電流源147により所定階調の参照電流Iref(最高階調の参照電流Iref_max)を流すことによりデータラインLdに生じる電位Vmeas_maxとの演算結果に基づいて、各表示画素PIX(画素駆動回路DC)のトランジスタTr13のしきい値電圧の変化量(図4(a)に示したΔVthに相当する)に応じたオフセット電圧Vofstを生成して出力する。
ここで、電圧減算部143により生成されるオフセット電圧Vofstは、具体的には、次の(13)式のように、補償電圧取得動作時において、データラインLdに生じる電位Vmeas_maxとオフセット電圧取得用に予め設定された参照電圧Vref(Vref_max)との差分を演算(減算処理)することにより得られる電圧値に設定される。
Vofst=Vmeas_max−Vref_max・・・(13)
このようにオフセット電圧Vofstは、予め設定された所定の電圧成分と、所定の階調を表示画素に書き込む際にデータラインLdに生じる電圧成分(又は、書き込み動作の対象となっている表示画素PIXに印加される電圧成分)とのずれ(差分)に相当する電圧値に設定される。これにより、書き込み動作において階調電圧生成部142から出力される原階調電圧Vorgを、上記オフセット電圧Vofstに基づいて補正することによって、表示データの輝度階調値に対応した正規の電流値に近似する補正階調電流がトランジスタTr13のドレイン−ソース間に流れるように各表示画素PIX(画素駆動回路DC)のトランジスタTr13のしきい値電圧の変化量及びトランジスタTr12のしきい値電圧の変化量を補正した電圧値を有する補正階調電圧Vpixが設定される。
電圧ラッチ部144は、電圧減算部143から出力されたオフセット電圧Vofstを保持し、書き込み動作において電圧設定部145に出力する。また、電圧設定部145は、書き込み動作において、階調電圧生成部142から出力される原階調電圧Vorgと、電圧ラッチ部144に保持されたオフセット電圧Vofstとを加算して上記(12)式を満たす補正階調電圧Vpixを生成し、表示領域110の列方向に配設されたデータラインLdに補正階調電圧Vpixを出力する。
信号経路切換スイッチ146dは、補償接点Nhd及び書き込み接点Nwdを備え、データラインLdを補償接点Nhd側の電流源147又は書き込み接点Nwd側の電圧設定部145のいずれか一方に選択的に接続する切換スイッチであり、補償電圧取得動作においては、補償接点Nhd側に切り換え設定されて、データラインLdが電流源147に接続され、電流源147に流れる参照電流Iref_maxに基づく電位Vmeas_maxが電圧減算部143に取り込まれる。一方、書き込み動作においては、上記信号経路切換スイッチ146dが書き込み接点Nwd側に切り換え設定されて、電圧設定部145がデータラインLdに接続され、当該電圧設定部145により表示データに応じた原階調電圧Vorg_xとオフセット電圧Vofstに基づいて生成された補正階調電圧VpixがデータラインLdを介して表示画素PIXに印加される。
電流源147は、補償電圧取得動作において、データラインLdを介して表示画素PIXに所定の階調の参照電流(例えば、最高階調参照電流Iref_max)を流し、これによりデータラインに生じる電位Vmeas_maxが、オフセット電圧Vofstの生成のために電圧減算部143に取り込まれる。
<表示装置の駆動方法>
次に、本実施形態に係る表示装置における駆動方法について説明する。
本実施形態に係る表示装置100の駆動制御動作は、上述した第1の実施形態(図11参照)と同様に、所定の1処理サイクル期間Tcyc内に、補償電圧取得動作(補償電圧取得動作期間Tdet)と、書き込み動作(書き込み動作期間Twrt)と、保持動作(保持動作期間Thld)と、発光動作(発光動作期間Tem)と、を実行するように設定され(Tcyc≧Tdet+Twrt+Thld+Tem)、特に、補償電圧取得動作において、階調電圧生成部142から所定の原階調電圧を出力することなく、各表示画素PIX(画素駆動回路DC)の発光駆動用のトランジスタTr13のしきい値電圧Vthの変動に対応するオフセット電圧(補償電圧)Vofstを取得するように制御される。
以下、本実施形態に係る駆動方法に特有の処理動作(補償電圧取得動作)について具体的に説明する。
図18は、本実施形態に係る表示装置における駆動方法(補償電圧取得動作及び書き込み動作)の一例を示すタイミングチャートであり、図19は、本実施形態に係る表示装置における補償電圧取得動作を示す概念図である。ここで、上述した第1の実施形態に示した駆動方法のタイミングチャート(図11参照)を適宜参照するとともに、同等の処理についてはその説明を省略又は簡略化する。
本実施形態に係る補償電圧取得動作(補償電圧取得動作期間Tdet)は、図11、図18に示すように、まず、i行目の電源電圧ラインLvに対して、電源ドライバ130から低電位の電源電圧Vcc(=Vccw≦Vss)を印加した状態で、選択ドライバ120からi行目の選択ラインLsに選択レベル(ハイレベル)の選択信号Sselを印加して、i行目の表示画素PIXを選択状態に設定する(ステップS211)。
次いで、図18、図19に示すように、信号経路切換スイッチ146dを補償接点Nhd側に切り換えた後(ステップS212)、電源端子からオフセット電圧取得用の所定の輝度階調に対応した参照電圧Vref(例えば最高輝度階調に対応した参照電圧Vref_max)を出力して、電圧減算部143の一方の入力端子に印加する。(ステップS213)。
次いで、この状態で、電流源147により所定の輝度階調の表示データを表示画素PIXに書き込む際の電圧により表示画素PIXに流すべき電流(期待値電流)と一致する(又は同等となる)ように設定された参照電流Iref(例えば、最高輝度階調に応じた参照電流Iref_max)を、信号経路切換スイッチ146dを介してデータラインLd側からデータドライバ140方向へ引き込むように強制的に流す(ステップS214)。これにより、トランジスタTr13のドレイン−ソース間電流Idsの電流値は、参照電流Iref(Iref_max)の電流値に一致する。
次いで、電圧減算部143において、電源端子から一方の入力端子に印加された参照電圧Vref_maxと、電流源147により参照電流Iref_maxを流すことによりデータラインLdに生じ、他方の入力端子に印加された電位(データライン電圧)Vmeas_maxと、を取り込んで(ステップS215)、その差分を演算(減算処理)することにより次の(14)式のように、トランジスタTr13のしきい値電圧の変化量(図4(a)に示したΔVthに相当する)に応じたオフセット電圧Vofstを生成し(ステップS216)、図19に示すように、電圧ラッチ部144に保持される(ステップS217)。
Vofst=Vmeas_max−Vref_max・・・(14)
なお、この補償電圧取得動作の期間においては、上述した第1の実施形態と同様に、有機EL素子OLEDには電流が流れず発光動作しない。
図20は、本実施形態に係る表示装置における書き込み動作を示す概念図である。
次に、書き込み動作(書き込み動作期間Twrt)においては、図11に示したように、i行目の表示画素PIXを選択状態に保持した状態で、図18、図20に示すように、信号経路切換スイッチ146dを書き込み接点Nwd側に切り換えることにより(ステップS218)、データラインLdが信号経路切換スイッチ146dを介して電圧設定部145に接続される。
次いで、表示信号生成回路160から供給される表示データをシフトレジスタ・データレジスタ部141を介して取り込み、各列の階調電圧生成部142に転送し、当該表示データから取得した輝度階調値が最低輝度階調(無発光)の”0”か否かを判定する(ステップS219、S220)。
輝度階調値が”0”であって、表示データによる階調表示が有機EL素子OLLEDの発光を伴わない黒表示の場合には、階調電圧生成部142から無発光動作を行うための所定の階調電圧(黒階調電圧)Vzeroを出力し、電圧設定部145において電圧ラッチ部144に保持されたオフセット電圧Vofstを加算することなく、データラインLdに印加する(ステップS221)。
一方、輝度階調値が”0”ではなく、表示データによる階調表示が有機EL素子OLLEDの発光を伴う場合(例えば第150階調)には、図20に示すように、階調電圧生成部142から当該輝度階調値(=階調値”150”)に応じた電圧値を有する原階調電圧Vorgを生成して出力し、電圧設定部145において上述した補償電圧取得動作により保持されたオフセット電圧Vofstを加算して、第1の実施形態に示した(12)式を満たす負電位の補正階調電圧Vpixを生成し(ステップS222)、データラインLdに印加する。
これにより、トランジスタTr13のソース端子(接点N12)に、しきい値電圧Vthの変動に応じて補正した補正階調電圧Vpixが印加されるので、トランジスタTr13のゲート−ソース間(キャパシタCsの両端)に、当該補正階調電圧Vpixに応じた電圧Vgsが書き込み設定される(ステップS223)。
なお、この書き込み動作期間Twrtにおいても、有機EL素子OLEDが逆バイアス状態に設定されているので、有機EL素子OLEDには電流が流れず発光動作しない。
図21は、本実施形態に係る表示装置における保持動作を示す概念図であり、図22は、本実施形態に係る表示装置における発光動作を示す概念図である。
次に、保持動作(保持動作期間Thld)においては、図11、図21に示すように、i行目の選択ラインLsに非選択レベル(ローレベル)の選択信号Sselを印加して、i行目の表示画素PIXを非選択状態に設定し、上記書き込み動作に伴ってトランジスタTr13のゲート−ソース間に印加されていた電圧成分(Vgs=Vpix−Vccw)をキャパシタCsに充電(保持)する。
このようなi行目の各表示画素PIXに対する補償電圧取得動作、書き込み動作及び保持動作からなる一連の処理動作を、(i+1)行目以降の各表示画素PIXに対しても各行ごとに順次繰り返し、表示領域110の全行について書き込み動作が終了するまで実行する(ステップS224、S225)。
次いで、発光動作(発光動作期間Tem)においては、図11、図22に示すように、各行の表示画素PIXを非選択状態に設定した状態で、各行の表示画素PIXに接続された電源電圧ラインLvに発光動作レベルである高電位(正の電圧)の電源電圧Vcc(=Vcce>0V)を印加する。
これにより、有機EL素子OLEDのアノード側(接点N12)には上記書き込み動作によりトランジスタTr13のゲート−ソース間に書き込み設定された電圧成分(|Vpix−Vccw|)に応じた正の電圧が印加され、一方、カソード端子TMcには基準電圧Vss(例えば接地電位)が印加されるので、有機EL素子OLEDは順バイアス状態に設定されて、電源電圧ラインLvからトランジスタTr13を介して有機EL素子OLEDに、表示データ(補正階調電圧Vpix)に応じた電流値を有する発光駆動電流Iemが流れ、所定の輝度階調で発光動作する。
なお、図21、図22に示した保持動作及び発光動作においては、信号経路切換スイッチ146dが書き込み接点Nwd側に切り換え設定された状態を示したが、図17に示したように、データラインLdを電圧設定部145及び電流源147のいずれにも接続しないように設定してもよい。
このように、上述した第1又は第2の実施形態に係る一連の駆動制御動作によれば、図11に示したように、表示領域110に配列された各行の表示画素PIXを選択状態に設定して、書き込み動作レベルの電源電圧Vcc(=Vccw)を印加し、各行ごとに各表示画素PIXの画素駆動回路DCに設けられたトランジスタTr13のしきい値電圧の変動に対応するオフセット電圧Vofstを取得し、表示データの輝度階調値に基づく原階調電圧Vorgに当該オフセット電圧Vofstを加算した補正階調電圧Vpixを書き込んだ後、当該行の表示画素PIXを非選択状態に設定して、上記書き込まれた電圧成分(|Vpix−Vccw|)を保持する一連の処理動作を順次行い、当該一連の処理動作が終了した行の表示画素PIXに対して、発光動作レベルの電源電圧Vcc(=Vcce)を印加することにより、当該行の表示画素PIXを表示データに応じた輝度階調で発光動作させることができる。
<第3の実施形態>
<表示装置>
次に、本発明に係る表示装置の第3の実施形態について具体的に説明する。ここで、本実施形態に係る表示装置の全体構成は、上述した第1の実施形態(図9参照)と同等であるので、その説明を省略し、本実施形態に特有の構成を有するデータドライバについて詳しく説明する。
図23は、第3の実施形態に係る表示装置に適用可能なデータドライバ及び表示画素の一例を示す要部構成図である。なお、図23においても、説明の都合上、データドライバの各構成間で送出される各種の信号やデータ、及び、印加される電圧等を便宜的に表記するが、後述するように、これらの信号やデータ、電圧等が同時に送出又は印加されるとは限らない。
上述した第1及び第2の実施形態においては、発光駆動用のトランジスタTr13のしきい値電圧Vthの変動を補償するためのオフセット電圧(補償電圧)Vofstを取得するための手法として、表示画素PIXから所定の参照電流Iref(Iref_max)を引き込んだ状態におけるデータラインLdに生じる電位(データライン電圧)Vmeas_maxと、所定の階調における理論電圧Vorg_max又は参照電圧Vref_maxと、の差分を演算(すなわち、電圧を比較)する手法について説明したが、本実施形態においては、表示画素PIXに所定の階調xになるように予め設定された検出電圧VdetをデータラインLdに印加した状態において実際に当該表示画素PIXに流れる検出電流Idetと、しきい値電圧のばらつきがなく且つしきい値電圧のシフトがない状態で理論上データラインLdに流れるはずべき所定の階調xとなる参照電流(基準電流値)Iref_xと、を比較することにより、オフセット電圧Vofstを規定する補正データを抽出する手法を有している。
本実施形態に係るデータドライバ(表示駆動装置)140は、例えば図23に示すように、シフトレジスタ・データレジスタ部141と、階調電圧生成部142と、電圧設定部145と、オフセット電圧生成部(補償電圧生成部)148と、電流比較部149と、を備えている。ここで、シフトレジスタ・データレジスタ部141を除く、階調電圧生成部142、電圧設定部145、オフセット電圧生成部148及び電流比較部149は、各列のデータラインLdごとに設けられ、本実施形態に係る表示装置100においては、データドライバ140内にm組設けられている。
シフトレジスタ・データレジスタ部141は、上述した第1及び第2の実施形態と同様に、システムコントローラ150から供給されるデータ制御信号に基づいて、表示信号生成回路160から順次供給される表示データ(輝度階調データ)を順次取り込み、列ごとに設けられた階調電圧生成部142に並列的に転送し、階調電圧生成部142は、該表示データに基づいて、有機EL素子OLEDを所定の輝度階調で発光動作させるための原階調電圧Vorg、又は、無発光動作させるための黒階調電圧Vzeroを生成して出力する。
電圧設定部145は、階調電圧生成部142から出力される原階調電圧(階調電圧)Vorgと、後述するオフセット電圧生成部148から出力されるオフセット電圧(補償電圧)Vofstとを加算して、検出電圧Vdet又は補正階調電圧Vpixを生成し、後述する電流比較部149を介して表示領域110の列方向に配設されたデータラインLdに出力する。
具体的には、後述する補正データ取得動作において、階調電圧生成部142から出力される所定の階調(x階調)に対応した原階調電圧Vorg_xに、適宜変調することにより最適化されるオフセット設定値に基づいて生成されるオフセット電圧Vofstをアナログ的に加算して、その総和となる電圧成分を検出電圧VdetとしてデータラインLdに出力する。
また、書き込み動作においては、上記(12)式に示したように、階調電圧生成部142から出力される表示データに応じた原階調電圧Vorgに、補正データ取得動作において抽出された補正データ(最適化されたオフセット設定値)に基づいてオフセット電圧生成部148により生成されるオフセット電圧Vofstをアナログ的あるいはデジタル的に加算して、その総和となる電圧成分を補正階調電圧VpixとしてデータラインLdに出力する。
オフセット電圧生成部148は、電流比較部149から出力された比較判定結果(詳しくは後述する)に基づいて、各表示画素PIX(画素駆動回路DC)のトランジスタTr13のしきい値電圧Vthの変化量(図4(a)に示したΔVthに相当する)に応じたオフセット電圧(補償電圧)Vofstを生成して電圧設定部145に出力する。ここで、オフセット電圧Vofstは、上述した第1及び第2の実施形態と同様に、電源電圧ラインLvから、トランジスタTr13のドレイン−ソース間、トランジスタTr12のドレイン−ソース間、データラインLdを介してデータドライバ140に電流が流れるように設定され、具体的には、次の(15)式を満たす値となる。
Vofst=Vunit×Minc・・・(15)
ここで、Vunitは単位電圧であり、予め設定された電圧最小単位であり、かつ、負の電位である。また、Mincは、オフセット設定値であり、オフセット電圧生成部148内で適宜変調設定される数値である。
そして、このようなオフセット電圧Vofstは、補正階調電圧Vpixによって正常な階調における電流値に近似された補正階調電流がトランジスタTr13のドレイン−ソース間に流れるように各表示画素PIX(画素駆動回路DC)のトランジスタTr13のしきい値電圧Vthの変化量及びトランジスタTr12のしきい値電圧Vthの変化量を補正した電圧となっている。ただし、トランジスタTr13は、比較的長い時間である発光動作期間Temにおいてオン状態なためにしきい値が経時的に、より正側電圧にシフトして高抵抗化しやすいのに対して、トランジスタTr12は、比較的短い選択期間Tselのみオン状態なので、トランジスタTr13と比べると、しきい値が経時的シフトの程度が小さい。
すなわち、補正データ取得動作においては、オフセット設定値(変数)Mincが適合する値になるまで、上記単位電圧Vunitに乗算するオフセット設定値(変数)Mincの値を適宜変えることにより最適化を図る。具体的には、初期のオフセット設定値Mincの値にしたがったオフセット電圧Vofstを生成し、電流比較部149から出力される比較判定結果に基づいて、当該オフセット設定値Mincを補正データとして抽出する。また、表示データの書き込み動作においては、単位電圧Vunitに上記抽出された補正データ(最適化されたオフセット設定値Minc)を乗算して補償電圧としてのオフセット電圧Vofstを生成する。オフセット電圧Vofst画素回路部DCの経時的な高抵抗化や表示領域110内の各画素回路部DCの特性ばらつき等の要因によって変位する電位ずれに相当する電圧であり、原階調電圧Vorgの階調や原階調電圧Vorg_maxの階調に依存しない値である。
このようなオフセット設定値(変数)Mincは、例えば、オフセット電圧生成部143の内部に、所定のクロック周波数で動作し、クロック周波数CKのタイミングに取り込まれた所定の電圧値の信号が入力されるとカウンタ値を1つ上げるカウンタを備え、上記比較判定結果に基づいて、当該カウンタのカウント値を順次変調して(例えば増やしていって)設定することができる。
また、単位電圧Vunitは、任意の一定電圧に設定することができるが、この単位電圧Vunitの電圧の絶対値を小さく設定するほど、オフセット電圧Vofst相互の電圧差を小さくすることができるので、書き込み動作において各表示画素PIX(画素駆動回路DC)のトランジスタTr13のしきい値電圧の変化量により近似したオフセット電圧Vofstを生成することができ、階調信号をより細かくかつ適切に補正することができる。
なお、単位電圧Vunitは、トランジスタTr13における第k階調(kは整数であって、大きいほど高輝度階調)でのゲート−ソース間電圧Vgs_k(=ドレイン−ソース間電圧Vds_k(正の電圧値))から第(k+1)階調でのゲート−ソース間電圧Vgs_k+1(=ドレイン−ソース間電圧Vds_k+1(>Vds_k))を差し引いた電位差のうち、最も小さい電位差に設定することが好ましい。トランジスタTr13のような薄膜トランジスタでは、特にアモルファスシリコンTFTでは、流れる電流の電流密度に対しほぼ線形に発光輝度が増大する有機EL素子OLEDと組み合わせると、一般的に、階調が高くなるほど、つまりゲート−ソース間電圧Vgs_kが高いほど(換言するとドレイン−ソース間電流Idsが大きいほど)、隣接する階調間でのゲート−ソース間電圧Vgsの電位差が小さくなる傾向がある。つまり、256階調の電圧階調制御を行う場合(第0階調を無発光とする)、最高輝度階調(例えば第255階調)でのトランジスタTr13のゲート−ソース間電圧Vgsと第254階調でのトランジスタTr13のゲート−ソース間電圧Vgsとの間の電位差が隣接する階調間の電位差の中で最も小さい。このため、単位電圧Vunitは、最高輝度階調(もしくはその近傍の階調)より一つ下の輝度階調のゲート−ソース間電圧Vgsから、当該最高輝度階調(もしくはその近傍の階調)のゲート−ソース間電圧Vgsを減算した値であることが好ましい。
電流比較部149は、内部に電流計149aを備え、補正データ取得動作において、上記電圧設定部145により生成された検出電圧VdetをデータラインLdに印加することによって、電源電圧ラインLvに印加される電源電圧Vcc(=Vccw)との間に生じる電位差により、当該データラインLdに流れる検出電流Idetの電流値を測定し、当該電流値と、予め設定された所定階調x(例えば最高輝度階調)における所定の電流値となる参照電流Iref_x(例えば有機EL素子OLEDを最高輝度階調で発光するために要する電流値)とを比較してその大小関係(比較判定結果)を上記オフセット電圧生成部148に出力する。
ここで、参照電流Iref_xは、画素駆動回路DCの発光駆動用のトランジスタTr13が初期状態にあって駆動履歴による素子特性(しきい値電圧)の変動が殆ど生じていない初期特性を維持している状態であるときに、検出電圧Vdetから単位電圧Vunitを引いた電圧をデータラインLdに印加したときの、トランジスタTr13のドレイン−ソース間に流れる電流Idsの電流値に対応するものである。例えば、単位電圧Vunitとして、隣接する階調におけるドレイン−ソース間電圧Vds相互の電圧差を適用した場合には、検出電圧Vdetから1階調下の階調電圧をデータラインLdに印加したときの、初期特性を維持している状態のトランジスタTr13のドレイン−ソース間に流れる電流Idsの電流値が参照電流値Irefとなる。
なお、参照電流Irefの電流値は、固定値でよいので例えば電流比較部149内やデータドライバ140内に設けられたメモリに予め記憶されているものであってもよいし、例えばシステムコントローラ150等から供給されて、データドライバ140内に設けられたレジスタに一時保存されるものであってもよい。また、書き込み動作時においては、上記電圧設定部145により生成された補正階調電圧VpixがデータラインLdを介して表示画素PIXに印加されるが、電流比較部149における検出電流の測定や参照電流との比較処理は行われない。このため、例えば、書き込み動作時において電流比較部149を迂回する構成を更に備えるものであってもよい。
<表示装置の駆動方法>
次に、本実施形態に係る表示装置における駆動方法について説明する。
本実施形態に係る表示装置100の駆動制御動作は、上述した第1の実施形態(図11参照)において「補償電圧取得動作」を「補正データ取得動作」と読み替え、所定の1処理サイクル期間Tcyc内に、補正データ取得動作(補正データ取得動作期間Tdet)と、書き込み動作(書き込み動作期間Twrt)と、保持動作(保持動作期間Thld)と、発光動作(発光動作期間Tem)と、を実行するように設定される(Tcyc≧Tdet+Twrt+Thld+Tem)。ここで、補正データ取得動作においては、表示画素PIXに所定の検出電圧Vdetを印加した場合に当該表示画素PIXに流れる検出電流Idetと所定の参照電流Iref_xとを比較することにより、発光駆動用のトランジスタTr13のしきい値電圧Vthの変動に対応するオフセット電圧Vofstを規定する補正データを取得するように制御される。
以下、本実施形態に係る駆動方法に特有の処理動作(補正データ取得動作及び書き込み動作)について具体的に説明する。
図24は、本実施形態に係る表示装置における駆動方法(補正データ取得動作)の一例を示すフローチャートであり、図25は、本実施形態に係る表示装置における補正データ取得動作を示す概念図である。ここで、本実施形態における駆動方法を示すタイミングチャートは、上述した第1の実施形態と同等であるので、図11を適宜参照し、その説明を簡略化する。なお、本実施形態においては、図11に示したタイミングチャートの「補償電圧取得動作期間」を「補正データ取得動作期間」と読み替えるものとする。
(補正データ取得動作)
本実施形態に係る補正データ取得動作(補正データ取得動作期間Tdet)は、図11、図24に示すように、まず、オフセット電圧生成部148のレジスタに設定されるオフセット設定値Mincを初期化した後(ステップS311)、i行目の表示画素PIXに接続された電源電圧ラインLvに書き込み動作レベルの電源電圧Vcc(=Vccw)を印加した状態で、i行目の選択ラインLsに選択レベル(ハイレベル)の選択信号Sselを印加して、i行目の表示画素PIXを選択状態に設定する(ステップS312)。
次いで、オフセット電圧生成部148においてオフセット設定値Mincに基づいて、上記(15)式の通り、オフセット電圧Vofstを設定した後(ステップS313)、電圧設定部145において上記オフセット電圧Vofstと、階調電圧生成部142から出力される所定階調(例えば、x階調)の原階調電圧Vorg_xとを下記(16)式のように加算して検出電圧Vdet(p)を生成し(ステップS314)、図25に示すように、電流比較部149を介して表示領域110の列方向に配設された各データラインLdに印加する(ステップS315)。
Vdet(p)=Vorg_x+Vofst(p)・・・(16)
ここで、Vdet(p)及びVofst(p)のpは、補正データ取得動作において上記(15)式に示したオフセット電圧Vofstの設定回数であり、かつ、自然数であって、後述するオフセット設定値Mincの変更にしたがって順次、数が増えていく。特に、Vdet(p)は、Vofst(p)の値にしたがって、つまりpが大きくなるにしたがい絶対値が大きくなる負の電圧値である。
これにより、トランジスタTr12を介して、ダイオード接続されたトランジスタTr13のソース端子(接点N12)に上記検出電圧Vdetが印加されるとともに、トランジスタTr13のゲート端子(接点N11)及びドレイン端子に低電位の電源電圧Vccwが印加されるので、トランジスタTr13のゲート−ソース間(キャパシタCsの両端)に、検出電圧Vdetと電源電圧Vccwとの差分に相当する電圧(|Vdet−Vccw|)が印加されてトランジスタTr13がオン動作する。ここで、検出電圧Vdetは、上述したように、電源ドライバ130から表示画素PIXに印加されている書き込み動作レベル(低電位)の電源電圧Vccwに対して、負の極性の電圧値を有するように設定されている(Vdet=Vofst+Vorg<Vccw≦0)。
そして、上記電圧設定部145からデータラインLdに検出電圧Vdetを印加した状態で、電流比較部149に設けられた電流計149aにより当該データラインLdに流れる検出電流Idetの電流値を測定する(ステップS316)。ここで、表示画素PIXにおける電圧関係は、電源電圧ラインLvに印加される低電位の電源電圧Vccwよりも低電位の検出電圧VdetがデータラインLdに印加されるので、検出電流Idetは電源電圧ラインLvからダイオード接続されたトランジスタTr13、トランジスタTr12及びデータラインLdを介してデータドライバ140(電圧設定部145)方向に流れる。
次いで、電流比較部149において測定された検出電流Idetの電流値と、表示画素PIX(有機EL素子OLED)を上記所定階調(x階調)で発光動作させる場合にトランジスタTr13のドレイン−ソース間に流れる電流Idsの設計上の数値(参照電流Iref_x)とを比較する電流比較処理を行い、その比較判定結果(大小関係)をオフセット電圧生成部148に出力する(ステップS317)。ここで、電流比較部149における検出電流Idetと参照電流Iref_xとの比較処理は、例えば検出電流Idetが参照電流Iref_xよりも小さい(Idet<Iref_x)か否かを比較判定する。
ステップS317における電流比較処理において、検出電流Idetが参照電流Iref_xよりも小さい場合、書き込み動作時に検出電圧Vdet(=Vdet(p))をこのまま補正階調電圧VpixとしてデータラインLdに印加すると、トランジスタTr12及びトランジスタTr13のV−I特性線SPw2によるしきい値シフトやトランジスタTr12のしきい値ばらつきの影響によって、本来の表示したい階調よりも低い階調での電流がトランジスタTr13のドレイン−ソース間に流れる可能性がある。
このため、電流比較部145において、検出電流Idetが参照電流Iref_xよりも小さいと判定された場合には、オフセット電圧生成部148に設けられたカウンタのカウンタ値を1つ上げる比較判定結果(例えば正電圧信号)を、オフセット電圧生成部148のカウンタに出力する。
オフセット電圧生成部148のカウンタがカウントを1つ上げるとオフセット電圧生成部148は、オフセット設定値Mincの値に1を加算し(ステップS318)、加算されたオフセット設定値Mincに基づいて再びステップS313を繰り返してオフセット電圧Vofst(p+1)を生成する。したがって、オフセット電圧Vofst(p+1)は次の(17)式を満たす負の値となる。
Vofst(p+1)=Vofst(p)+Vunit・・・(17)
その後、ステップS314以降の処理を再び実行し、ステップS317で測定された検出電流Idetが参照電流Iref_xより大きくなるまで同様の処理を繰り返し実行する。
ステップS317において、電流比較部145により、検出電流Idetが参照電流Iref_xよりも大きいと判定された場合には、オフセット電圧生成部148のカウンタのカウンタ値を上げない比較判定結果(例えば負電圧信号)をオフセット電圧生成部148のカウンタに出力する。
カウンタに上記比較判定結果(負電圧信号)が取り込まれると、オフセット電圧生成部148は、検出電圧Vdet(p)がトランジスタTr12及びトランジスタTr13のV−I特性線SPw2によるしきい値シフト電位分を補正したとみなし、当該検出電圧Vdet(p)をデータラインLdに印加する補正階調電圧Vpixとするように、そのときの階調オフセット設定値Mincを補正データとしてオフセット電圧生成部148内に設けられたレジスタ等に保持し、補正データの取得(又は抽出)動作を終了する(ステップS319)。このレジスタに保持されるデータは、当該表示画素PIXの階調オフセット設定値Mincを一時的に保持されているものであり、次の行の表示画素PIXのステップS311で初期化されるので、レジスタ自体は極めて小さくすることができる。
なお、この補正データ取得動作の期間においては、各端子の電位は上述した(3)〜(10)式の関係を満たしており、故に有機EL素子OLEDには電流が流れず発光動作しない。
このように、補正データ取得動作においては、図25に示すように、データラインLdに検出電圧Vdetを印加した場合に流れる検出電流Idetを測定し、初期状態におけるV−I特性線SPwにしたがったx階調でのトランジスタTr13のドレイン−ソース間電流Ids_x(参照電流Iref_xに相当する)を期待値としたときに、書き込み動作時にこの期待値に近似したトランジスタTr13のドレイン−ソース間電流Idsを流すためのオフセット電圧Vofstを設定し、このオフセット電圧Vofstでの階調オフセット設定値Mincを補正データとして抽出する。
つまり、オフセット電圧生成部148から出力されるオフセット設定値Mincにしたがった負電位のオフセット電圧Vofst(p)と、階調電圧生成部142から出力されるx階調の負電位の原階調電圧Vorg_xとを、電圧設定部145において(16)式に示したように加算して検出電圧Vdet(p)を生成し、検出電圧Vdet(p)が書き込み動作時にトランジスタTr13の期待値となるドレイン−ソース間電流Ids_xに近似するように補正されると、この検出電圧Vdet(p)の電位をデータラインLdに印加する補正階調電圧Vpixとして扱えるように、検出電圧Vdet(p)を規定するオフセット設定値Mincを抽出する。
なお、本実施形態においても上述した第1の実施形態と同様に、補正データ取得動作(第1の実施形態では補償電圧取得動作)において、トランジスタTr13のしきい値電圧Vthの変動に対応するオフセット電圧Vofstを生成するための原階調電圧Vorg_xを固定値として、表示信号生成回路160から表示データを供給されることなく、階調電圧生成部142が独立して所定の輝度階調に対応した原階調電圧Vorg_xを出力するものであってもよい。
(書き込み動作)
図26は、本実施形態に係る表示装置における書き込み動作を示す概念図である。ここで、本実施形態における書き込み動作を示すフローチャートは、上述した第1及び第2の実施形態と略同等であるので、図12又は図18を適宜参照し、その説明を簡略化する。
次に、ステップS320の書き込み動作(書き込み動作期間Twrt)においては、図11に示したように、i行目の表示画素PIXを選択状態に保持した状態で、図24、図26に示すように、表示信号生成回路160から供給される表示データをシフトレジスタ・データレジスタ部141を介して取り込み、各列の階調電圧生成部142に転送し、当該表示データから取得した輝度階調値が“0”か否かを判定する。
輝度階調値が”0”の場合には、階調電圧生成部142から無発光動作を行うための黒階調電圧Vzeroを出力し、補正処理を行うことなく、そのままデータラインLdに印加し、一方、輝度階調値が”0”ではない場合には、上記(12)式に示したように、階調電圧生成部142により輝度階調値に応じて生成された負電位の原階調電圧Vorgと、オフセット電圧生成部148において上記(15)式に示したように、上述した補正データ取得動作により抽出された補正データ(オフセット設定値Minc)に基づいて生成された負電位のオフセット電圧Vofst(=Vunit×Minc)と、を加算して補正階調電圧Vpix(=Vorg+Vofst=Vorg+Vunit×Minc)を生成し、データラインLdに印加する。
これにより、図26に示すように、トランジスタTr13のソース端子(接点N12)に、しきい値電圧Vthの変動に応じて補正した補正階調電圧Vpixが印加されるので、トランジスタTr13のゲート−ソース間(キャパシタCsの両端)に、当該補正階調電圧Vpixに応じた電圧Vgsが書き込み設定される。
なお、この書き込み動作期間Twrtにおいても、上述した第1及び第2の実施形態と同様に、有機EL素子OLEDが逆バイアス状態に設定されているので、有機EL素子OLEDには電流が流れず発光動作しない。
(保持動作)
図27は、本実施形態に係る表示装置における保持動作を示す概念図である。
次に、保持動作(保持動作期間Thld)においては、上述した第1及び第2の実施形態と同様に、図11、図27に示すように、i行目の選択ラインLsに非選択レベル(ローレベル)の選択信号Sselを印加して、i行目の表示画素PIXを非選択状態に設定し、上記書き込み動作に伴ってトランジスタTr13のゲート−ソース間に印加されていた電圧成分(Vgs=Vpix−Vccw)をキャパシタCsに充電(保持)する。
このようなi行目の各表示画素PIXに対する補正データ取得動作、書き込み動作及び保持動作からなる一連の処理動作を、(i+1)行目以降の各表示画素PIXに対しても各行ごとに順次繰り返し、表示領域110の全行について書き込み動作が終了するまで実行する(ステップS321、S322)。
(発光動作)
図28は、本実施形態に係る表示装置における発光動作を示す概念図である。
次に、発光動作(発光動作期間Tem)においては、図11、図28に示すように、各行の表示画素PIXを非選択状態に設定した状態で、各行の表示画素PIXに接続された電源電圧ラインLvに発光動作レベルである高電位(正の電圧)の電源電圧Vcc(=Vcce>0V)を印加することにより、トランジスタTr13のゲート−ソース間に書き込み設定された電圧成分(|Vpix−Vccw|)に応じた電流値を有する発光駆動電流Iem(トランジスタTr13のドレイン−ソース間電流Ids)が有機EL素子OLEDに流れ、所定の輝度階調で発光動作する。
このように、上述した第1乃至第3の各実施形態に係る一連の駆動制御動作によれば、表示領域110に配列された複数の表示画素PIXに対して、各行ごとに選択状態に設定し、書き込みレベルの電源電圧Vcc(=Vccw)を印加した状態で(選択期間Tsel内に)、各表示画素PIXの素子特性(画素駆動回路DCに設けられたトランジスタTr13のしきい値変動)に対応したオフセット電圧(補償電圧)Vofstを取得する補償電圧取得動作(第1及び第2の実施形態の場合)、又は、当該オフセット電圧Vofstを規定する補正データ(オフセット設定値Minc)を取得する補正データ取得動作(第3の実施形態の場合)、並びに、表示データに応じた原階調電圧Vorgを当該オフセット電圧Vofstに基づいて補正した補正階調電圧Vpixを各表示画素PIXに書き込む書き込み動作からなる一連の処理動作を繰り返し実行し、当該一連の処理動作が終了した後の所定のタイミングで、各行の表示画素PIXを非選択状態に設定し、発光動作レベルの電源電圧Vcc(=Vcce)を印加することにより、当該行の表示画素PIXを表示データに応じた輝度階調で発光動作させることができる。このため、経時劣化による画素駆動回路DC内のしきい値電圧Vthの変化量ΔVthや、初期状態での各画素駆動回路DCごとに異なっているしきい値電圧のばらつきによる量を、全表示画素PIX分、フレームメモリで保存することなく、選択期間内に判定して引き続き書き込み時に反映することができるので正確な輝度階調での表示を行うことができる。
なお、上述した第1乃至第3の各実施形態においては、補償電圧取得動作又は補正データ取得動作、及び、書き込み動作において、トランジスタTr13のドレイン−ソース間電流Idsが、表示画素PIX(トランジスタTr13)からデータラインLdを介してデータドライバ140に流れる電流引き込み型の表示装置を示して説明したが、データドライバ140から、有機EL素子OLEDに直列に接続されるトランジスタに向けて当該トランジスタのドレイン−ソース間電流Idsが流れる電流押し込み型の表示装置であってもよい。
また、上述した第1乃至第3の各実施形態に係る駆動方法において、表示データ(補正階調電圧Vpix)に応じた電圧成分を各表示画素PIXのトランジスタTr13のゲート−ソース間(キャパシタCsの両端)に書き込んだ後、一定期間保持する保持動作(保持動作期間Thld)は、例えば、以下に述べるように、表示領域110に設定された各グループ内の全ての行の表示画素PIXへの書き込み動作が終了した後に、当該グループの全ての表示画素PIXを一斉に発光動作させる駆動制御を行う場合に、書き込み動作と発光動作の間に設けられる。この場合、保持動作期間Thldの長さは行ごとに異なる。また、このような駆動制御を行わない場合には、保持動作を行わないものであってもよい。
ここで、図9に示した表示装置100においては、表示領域110に配列された表示画素PIXを、表示領域110の上方領域と下方領域を有する2組にグループ分けして、各グループごとに分岐した個別の電源電圧ラインLvを介して独立した電源電圧Vccを印加するようにしているので、各グループに含まれる複数行の表示画素PIXを一斉に発光動作させることができる。以下に、この場合の具体的な駆動制御動作について説明する。
<駆動方法の具体例>
図29は、図9に示した表示領域を備えた表示装置における駆動方法の具体例を模式的に示した動作タイミング図である。なお、図29においては、説明の都合上、便宜的に表示領域110に12行(n=12;第1行〜第12行)の表示画素PIXが配列され、1〜6行目(上述した上方領域に対応する)及び7〜12行目(上述した下方領域に対応する)の表示画素PIXを各々一組として2組にグループ分けされている場合の動作タイミング図を示す。
図9に示した表示領域110を備えた表示装置100における駆動制御動作は、図29に示すように、1フレーム期間Tfr内に、表示領域110の各行ごとの表示画素PIXに対して、上述した補償電圧取得動作又は補正データ取得動作、及び、書き込み動作を連続して実行する処理を各行ごとに順次繰り返しつつ、予めグループ分けした1〜6行目又は7〜12行目の表示画素PIX(有機EL素子OLED)に対して上記書き込み動作が終了したタイミングで、当該グループに含まれる全表示画素PIXを表示データに応じた輝度階調で一斉に発光動作させる処理を各グループごとに順次繰り返すことにより、表示領域110一画面分の画像情報が表示される。
具体的には、図25に示すように、表示領域110に配列された表示画素PIXに対して、1〜6行目の表示画素PIXを有するグループにおいて、当該グループの表示画素PIXに共通に接続された電源電圧ラインLv1を介して低電位の電源電圧Vcc(=Vccw)を印加した状態で、1行目の表示画素PIXから順に、上記補償電圧取得動作(補償電圧取得動作期間Tdet)又は補正データ取得動作(補正データ取得動作期間Tdet)、及び、書き込み動作(書き込み動作期間Twrt)、保持動作(保持動作期間Thld)からなる連続する処理が、各行について繰り返し実行される。
これにより、各行の表示画素PIXについて、画素駆動回路DCに設けられたトランジスタTr13のしきい値電圧の変動に対応したオフセット電圧又は当該オフセット電圧を規定する補正データが取得され、表示データに基づいて生成された原階調電圧Vorgとオフセット電圧Vofst(補償電圧)とを加算して生成された補正階調電圧Vpixが表示画素PIX(画素駆動回路DC)に書き込まれる。
そして、6行目の表示画素PIXについて書き込み動作が終了したタイミングで、当該グループの電源電圧ラインLv1を介して高電位の電源電圧Vcc(=Vcce)を印加することにより、各表示画素PIXに書き込まれた表示データ(補正階調電圧Vpix)に基づく輝度階調で、当該グループの6行分の表示画素PIXを一斉に発光動作させる。この発光動作は、1行目の表示画素PIXに対して、次の補償電圧取得動作又は補正データ取得動作が開始されるタイミングまで継続される(1〜6行目の発光動作期間Tem)。
また、上記1〜6行目の表示画素PIXについて書き込み動作が終了したタイミング(又は、1〜6行目の表示画素PIXについて発光動作が開始されたタイミング)で、7〜12行目の表示画素PIXを有するグループにおいて、当該グループの表示画素PIXに共通に接続された電源電圧ラインLv2を介して低電位の電源電圧Vcc(=Vccw)を印加し、7行目の表示画素PIXから順に、上記補償電圧取得動作(補償電圧取得動作期間Tdet)又は補正データ取得動作(補正データ取得動作期間Tdet)、及び、書き込み動作(書き込み動作期間Twrt)、保持動作(保持動作期間Thld)からなる連続する処理を、各行について繰り返し実行し、12行目の表示画素PIXについて書き込み動作が終了したタイミングで、当該グループの電源電圧ラインLv2を介して高電位の電源電圧Vcc(=Vcce)を印加することにより、各表示画素PIXに書き込まれた表示データ(補正階調電圧Vpix)に基づく輝度階調で、当該グループの6行分の表示画素PIXを一斉に発光動作させる(7〜12行目の発光動作期間Tem)。この7〜12行目の表示画素PIXに対して補償電圧取得動作又は補正データ取得動作、及び、書き込み動作、保持動作が実行されている期間においては、上述したように、1〜6行目の表示画素PIXが一斉に発光する動作が継続されている。
このように、表示領域110に配列された全表示画素PIXについて、各行の表示画素PiXごとに所定のタイミングで補償電圧取得動作又は補正データ取得動作、及び、書き込み動作、保持動作からなる連続する処理を順次実行し、予め設定された各グループについて、当該グループに含まれる全ての行の表示画素PIXへの書き込み動作が終了した時点で、当該グループの全ての表示画素PIXを一斉に発光動作させるように駆動制御される。
したがって、このような表示装置の駆動方法によれば、1フレーム期間Tfrのうち、同一グループ内の各行の表示画素に補償電圧取得動作又は補正データ取得動作、及び、書き込み動作を実行する期間中(選択期間中)、当該グループ内の全ての表示画素(発光素子)の発光動作が行われず、無発光状態(黒表示状態)に設定することができる。例えば、図29に示した動作タイミング図においては、表示領域110を構成する12行の表示画素PIXを、2組にグループ分けして、各グループごとに異なるタイミングで一斉に発光動作を実行するように制御されるので、1フレーム期間Tfrにおける上記無発光動作による黒表示期間の比率(黒挿入率)を50%に設定することができる。ここで、人間の視覚において、動画像をボケやにじみがなく鮮明に視認するためには、一般に、概ね30%以上の黒挿入率を有していることが目安になるので、本駆動方法によれば、比較的良好な表示画質を有する表示装置を実現することができる。
なお、図9に示した表示領域110においては、複数の表示画素PIXを連続する行ごとに2組にグループ分けした場合について示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、偶数行と奇数行のように連続しない行同士でグループ分けするものであってもよく、また、3組や4組等、任意の組数にグループ分けするものであってもよい。これによれば、グループ分けされた組数に応じて発光時間及び黒表示期間(黒表示状態)の比率を任意に設定することができ、表示画質の改善を図ることができる。
また、表示領域110に配列された複数の表示画素PIXを、上記のようにグループ分けすることなく、各行ごとに個別に電源電圧ラインを配設(接続)して、異なるタイミングで電源電圧Vccを独立して印加することにより、表示画素PIXを各行ごとに発光動作させるものであってもよいし、表示領域110に配列された一画面分の全ての表示画素PIXに対して、一斉に共通の電源電圧Vccを印加することにより、表示領域110一画面分の全ての表示画素を一斉に発光動作させるものであってもよい。
以上説明したように、本実施形態に係る表示装置及びその駆動方法によれば、表示データの書き込み動作期間に駆動トランジスタ(トランジスタTr13)のゲート−ソース間に、表示データ及び当該駆動トランジスタの素子特性(しきい値電圧)の変動に応じた電圧値を指定した補正階調電圧Vpixを直接印加することにより、所定の電圧成分を駆動トランジスタ(トランジスタTr13)のゲート−ソース間(キャパシタCs)に保持させ、当該電圧成分に基づいて、発光素子(有機EL素子OLED)に流す発光駆動電流Iemを制御し、所望の輝度階調で発光動作させる電圧指定型(又は、電圧印加型)の階調制御方法を適用することができる。
したがって、表示画素(画素駆動回路)に対して表示データに応じた電流値を有する電流を供給して書き込み動作を行う電流指定型の階調制御方法に比較して、表示領域を大型化や高精細化した場合や、低階調表示を行う場合であっても、表示データに応じた階調信号(補正階調電圧)を各表示画素に迅速かつ確実に書き込むことができるので、表示データの書き込み不足の発生を抑制して表示データに応じた適切な輝度階調で発光動作させることができ、良好な表示画質を実現することができる。
さらに、表示画素(画素駆動回路)への表示データの書き込み動作に先立って、各表示画素に設けられた駆動トランジスタのしきい値電圧の変動に対応する補償電圧又は当該補償電圧を規定する補正データを取得し、書き込み動作の際に、当該補償電圧に基づいて各表示画素ごとに補正された階調信号(補正階調電圧)を生成して印加することができるので、上記しきい値電圧の変動の影響(駆動トランジスタの電圧−電流特性のシフト)を補償して、表示データに応じた適切な輝度階調で各表示画素(発光素子)を発光動作させることができ、表示画素ごとの発光特性のバラツキを抑制して表示画質を改善することができる。