JP5593880B2 - 表示装置、画素回路、表示駆動方法 - Google Patents
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Description
有機ELディスプレイにおいては、液晶ディスプレイと同様、その駆動方式として単純マトリクス方式とアクティブマトリクス方式とがある。前者は構造が単純であるものの、大型且つ高精細のディスプレイの実現が難しいなどの問題がある為、現在はアクティブマトリクス方式の開発が盛んに行なわれている。この方式は、各画素回路内部の発光素子に流れる電流を、画素回路内部に設けた能動素子(一般には薄膜トランジスタ:TFT)によって制御するものである。
本発明では、例えば発光素子に電流印加を行う駆動トランジスタの移動度や閾値電圧のバラツキによるユニフォミティの悪化を、より適切に補正できる表示装置を実現することを目的とする。
また上記画素回路は、上記駆動トランジスタが、ドレイン・ソース間に駆動電圧が印加されることで上記発光素子に対してゲート・ソース間電圧に応じた電流印加を行う構成とされるとともに、上記駆動トランジスタのゲート・ソース間に接続され上記信号線から入力される上記映像信号電圧を保持する保持容量と、上記信号線と上記駆動トランジスタのゲートノードの間に直列接続される第1,第2のスイッチ素子とをさらに備える。そして上記第1のスイッチ素子は、上記第1の走査パルスによってオン/オフされ、上記第2のスイッチ素子は、上記第2の走査パルスによってオン/オフされる。
この場合、上記第1,第2の走査パルスによって、上記第1,第2のスイッチ素子が共にオンとされることで、上記信号線電圧が上記駆動トランジスタのゲートノードに入力される。
また上記第2の走査パルスのローレベル電圧は、上記第1の走査パルスのローレベル電圧よりも低い電圧とされている。
また上記各画素回路では、上記信号線電圧が上記映像信号電圧とされている期間に、上記第1,第2の走査パルスによって上記第1,第2のスイッチ素子が共にオンとされることで、上記映像信号電圧の入力が行われるとともに、上記第1のスイッチ素子がオンとなるタイミングより、上記第2のスイッチ素子がオンとなるタイミングが先となるように、上記第1,第2の走査パルスのタイミングが設定されることで、上記第1のスイッチ素子がオンとなるタイミングから、上記映像信号電圧の入力が開始される。
このように、各画素回路が、行方向の各画素回路に共通に供給されるパルス(第1の走査パルス)と、列方向の各画素回路に共通に供給されるパルス(第2の走査パルス)によって制御される。このことは、画素回路への信号線電圧の入力期間を、画素単位で制御できることを意味する。
これによって、画素回路単位で、移動度補正期間、閾値補正期間を調整することなどが可能となる。換言すれば、画素毎に、各画素の特性にあわせた最適な発光駆動動作が可能となる。
[1.実施の形態の表示装置及び画素回路の構成]
[2.本発明に至る過程で考慮された画素回路動作(比較例)]
[3.第1の実施の形態]
[4.第2の実施の形態]
[5.第3の実施の形態]
[6.第4の実施の形態]
[7.第5の実施の形態]
[8.第6の実施の形態]
[9.変形例]
図1に実施の形態の有機EL表示装置の構成を示す。
この有機EL表示装置は、有機EL素子を発光素子とし、アクティブマトリクス方式で発光駆動を行う画素回路10を含むものである。
図示のように、有機EL表示装置は、多数の画素回路10が列方向と行方向(m行×n列)にマトリクス状に配列された画素アレイ20を有する。なお、画素回路10のそれぞれは、R(赤)、G(緑)、B(青)のいずれかの発光画素となり、各色の画素回路10が所定規則で配列されてカラー表示装置が構成される。
また水平セレクタ11により選択され、表示データとしての輝度信号の信号値(階調値)に応じた電圧を画素回路10に供給する信号線DTL1、DTL2・・・DTL(n)が、画素アレイ上で列方向に配されている。信号線DTL1、DTL2・・・DTL(n)は、画素アレイ20においてマトリクス配置された画素回路10の列数分(n列)だけ配される。
第1ライトスキャナ13は、設定された所定のタイミングで、行状に配設された各第1書込制御線WSL1〜WSL(m)に順次、第1走査パルスWS(WS1,WS2・・・WS(m))を供給して、画素回路10を行単位で線順次走査する。
第2ライトスキャナ14は、設定された所定のタイミングで、列状に配設された各第2書込制御線vWSL1〜vWSL(n)に、第2走査パルスvWS(vWS1,vWS2・・・vWS(n))を供給する。
各画素回路10に対しては、第1走査パルスWSと第2走査パルスvWSが連携して、信号線DTLの電圧の入力制御が行われる。
なおドライブスキャナ12,第1ライトスキャナ13、第2ライトスキャナは、クロックck及びスタートパルスspに基づいて、電源パルスDS、第1走査パルスWS、第2走査パルスvWSのタイミングを設定する。
なお、図2では簡略化のため、信号線DTL及び第2書込制御線vWSLと、第1書込制御線WSL及び電源制御線DSLが交差する部分に配される1つの画素回路10のみを示している。
サンプリングトランジスタTs1、Ts2、駆動トランジスタTdは、nチャネルの薄膜トランジスタ(TFT)で構成されている。
画素回路10の発光素子は例えばダイオード構造の有機EL素子1とされ、アノードとカソードを備えている。有機EL素子1のアノードは駆動トランジスタTdのソースに接続され、カソードは所定の配線(カソード電位Vcat)に接続されている。
即ちサンプリングトランジスタTs1は、そのドレインとソースの一端が信号線DTLに接続され、他端がサンプリングトランジスタTs2に接続される。サンプリングトランジスタTs2のドレインとソースの一端はサンプリングトランジスタTs1に接続され、他端は駆動トランジスタTdのゲート(ノードND1)に接続される。
従って、サンプリングトランジスタTs1,Ts2の双方が導通したときのみ、駆動トランジスタTdのゲートに信号線DTLの信号線電圧(映像信号電圧Vsig/基準電圧Vofs)が入力される構成となっている。
従ってサンプリングトランジスタTs1のゲートノードは、図1に示した画素アレイ20内で行方向に隣接する各画素回路10のサンプリングトランジスタTs1のゲートノードと接続されていることになる。
一方、サンプリングトランジスタTs2のゲートは、当該画素回路10の列に対応する第2書込制御線vWSLに接続されている。
従ってサンプリングトランジスタTs2のゲートノードは、画素アレイ20内で列方向に隣接する各画素回路10のサンプリングトランジスタTs2のゲートノードと接続されていることになる。
駆動トランジスタTdのドレインは電源制御線DSLに接続されている。
信号線DTLに映像信号電圧Vsigが印加されたタイミングで、サンプリングトランジスタTs1,Ts2が、第1書込制御線WSL、第2書込制御線vWSLを介して第1ライトスキャナ13、第2ライトスキャナ14から与えられる第1走査パルスWS、第2走査パルスvWSによって導通される。これにより信号線DTLからの映像信号電圧Vsigが保持容量Csに書き込まれる。
このとき電流Idsは、駆動トランジスタTdのゲート・ソース間電圧Vgsに応じた値(保持容量Csに保持された電圧に応じた値)となり、有機EL素子1はその電流値に応じた輝度で発光する。
つまりこの画素回路10の場合、保持容量Csに信号線DTLからの映像信号電圧Vsigを書き込むことによって、駆動トランジスタTdのゲート印加電圧を変化させ、これにより有機EL素子1に流れる電流値をコントロールして発光の階調を得る。
Ids=(1/2)・μ・(W/L)・Cox・(Vgs−Vth)2・・・(式1)
但し、Idsは飽和領域で動作するトランジスタのドレイン・ソース間に流れる電流、μは移動度、Wはチャネル幅、Lはチャネル長、Coxはゲート容量、Vthは駆動トランジスタTdの閾値電圧を表している。
この式1から明らかな様に、飽和領域ではドレイン電流Idsはゲート・ソース間電圧Vgsによって制御される。駆動トランジスタTdは、ゲート・ソース間電圧Vgsが一定に保持される為、定電流源として動作し、有機EL素子1を一定の輝度で発光させることができる。
そして駆動トランジスタTdは飽和領域で動作することで有機EL素子1に対して定電流源として機能し、ゲート・ソース間電圧Vgsに応じた電流を有機EL素子1に流すことで、各フレーム期間に有機EL素子1では映像信号の階調値に応じた輝度の発光が行われる。
ここで、本発明の理解のため、本発明に至る過程で考慮された画素回路動作について説明する。これは、各画素回路10の駆動トランジスタTdの閾値、移動度のばらつきによるユニフォミティ劣化を補償するための閾値補正動作、移動度補正動作を含む回路動作である。閾値補正動作としては1発光サイクルの期間内に分割して複数回行う分割閾値補正を行う例としている。
例えばポリシリコンTFT等を用いた画素回路では、駆動トランジスタTdの閾値電圧Vthや、駆動トランジスタTdのチャネルを構成する半導体薄膜の移動度μが経時的に変化することがある。また製造プロセスのバラツキによって閾値電圧Vthや移動度μのトランジスタ特性が画素毎に異なったりする。
駆動トランジスタTdの閾値電圧や移動度が画素毎に異なると、画素毎に駆動トランジスタTdに流れる電流値にばらつきが生じる。このため仮に全画素回路10に同一の映像信号値(映像信号電圧Vsig)を与えたとしても、有機EL素子1の発光輝度に画素毎のバラツキが生じ、その結果、画面のユニフォミティ(一様性)が損なわれる。
このことから、画素回路動作においては、閾値電圧Vthや移動度μの変動に対する補正機能を持たせるようにしている。
上記図2の本実施の形態の画素回路10と比べて、第2のサンプリングトランジスタTs2が設けられていない。また、これに伴い、第2ライトスキャナ14、第2書込制御線vWSLは設けられていない。
駆動トランジスタTdからの有機EL素子1への電流印加による基本的な発光動作は同様である。
即ち信号線DTLに映像信号電圧Vsigが印加されたタイミングで、サンプリングトランジスタTsが、書込制御線WSLによってライトスキャナ13から与えられる走査パルスWSによって導通される。これにより信号線DTLからの映像信号電圧Vsigが保持容量Csに書き込まれる。
そして駆動トランジスタTdは飽和領域で動作することで有機EL素子1に対して定電流源として機能し、保持容量Csに書き込まれた映像信号電圧Vsig(ゲート・ソース間電圧Vgs)に応じた電流Idsを有機EL素子1に流す。これにより映像信号の階調値に応じた輝度の発光が行われる。
図4では、水平セレクタ11が信号線DTLに与える信号線電圧を示している。この動作例の場合、水平セレクタ11は信号線電圧として、1水平期間(1H)に、基準電圧Vofs及び映像信号電圧Vsigとしてのパルス電圧を信号線DTLに与える。
また図4には、電源制御線DSLを介してドライブスキャナ12から供給される電源パルスDSを示している。電源パルスDSとしては駆動電圧Vcc又は初期電圧Viniが与えられる。
また図4には、書込制御線WSLを介してライトスキャナ13によってサンプリングトランジスタTsのゲートに与えられる走査パルスWSを示している。nチャネルのサンプリングトランジスタTsは、走査パルスWSがHレベルとされることで導通され、走査パルスWSがLレベルとされることで非導通となる。
また図4には、図3に示したノードND1、ND2の電圧として、駆動トランジスタTdのゲート電圧Vgとソース電圧Vsの変化を示している。
この時点tsに至る前(期間LT0)は、前フレームの発光が行われている。期間LT0の等価回路を図5(a)に示す。
即ち、有機EL素子1の発光状態は、電源パルスDSが駆動電圧Vccであり、サンプリングトランジスタTsがオフした状態である。この時、駆動トランジスタTdは飽和領域で動作するように設定されているため、有機EL素子1に流れる電流Ids’は駆動トランジスタTdのゲート・ソース間電圧Vgsに応じて、上述した式1に示される値となる。
まず電源パルスDS=初期電位Viniとされる。図5(b)に期間LT1の等価回路を示す。
このとき、初期電位Viniが有機EL素子1の閾値電圧Vthelとカソード電圧Vcatの和よりも小さい、つまりVini ≦Vthel+Vcatであることで、有機EL素子1は消光し、非発光期間が開始される。このとき電源制御線DSLが駆動トランジスタTdのソースとなる。また有機EL素子1のアノード(ノードND2)は初期電位Viniに充電される。
即ち期間LT2a,LT2bでは、信号線DTLの電位が基準電圧Vofsとなった時に、走査パルスWSがHレベルとされ、サンプリングトランジスタTsがオンとされる。このため駆動トランジスタTdのゲート(ノードND1)は基準電圧Vofsとなる。
駆動トランジスタTdのゲート・ソース間電圧Vgs=Vofs−Viniとなる。
このVofs−Viniが駆動トランジスタTdの閾値電圧Vthよりも大きくないと閾値補正動作を行うことができないために、Vofs−Vini>Vthとなるように、初期電位Vini、基準電圧Vofsが設定されている。
即ち閾値補正の準備として、駆動トランジスタのゲート・ソース間電圧が、その閾値電圧Vthよりも十分広げられることになる。
まず期間LT3aとして1回目の閾値補正(Vth補正)が行われる。
この場合、信号線電圧が基準電圧Vofsとなっているタイミングで、ライトスキャナ13が走査パルスWSをHレベルとし、またドライブスキャナ12が電源パルスDSを駆動電圧Vccとする。等価回路を図6(b)に示すが、この場合、有機EL素子1のアノード(ノードND2)が駆動トランジスタTdのソースとなり電流が流れる。このため、駆動トランジスタTdのゲート(ノードND1)は基準電圧Vofsに固定されたまま、ソースノードが上昇する。
有機EL素子1のアノード電位(ノードND2の電位)が、Vcat+Vthel(有機EL素子1の閾値電圧)以下である限り、駆動トランジスタTdの電流は保持容量Csと容量Coledを充電するために使われる。有機EL素子1のアノード電位がVcat+Vthel以下である限りとは、有機EL素子1のリーク電流が駆動トランジスタTdに流れる電流よりもかなり小さいという意味である。
このためノードND2の電位(駆動トランジスタTdのソース電位)は、時間と共に上昇してゆく。
しかし、ゲートノードを基準電圧Vofsに固定できるのは、信号線電圧=Vofsの期間のみである。するとフレームレート等によっては1回の閾値補正動作によっては、ゲート・ソース間電圧が閾値電圧Vthに至るまでソース電位が上昇するための十分な時間がとれない。そこで複数回に分割して閾値補正を行うようにしている。
このとき、ゲート・ソースともフローティングである為、ゲート・ソース間電圧Vgsに応じてドレイン・ソース間に電流が流れブートストラップする。即ち図示のようにゲート電位、ソース電位は上昇する。
さらに閾値補正動作を休止する。なお、2回目の閾値補正で駆動トランジスタTdのゲート・ソース間電圧は、より閾値電圧Vthに近づいているため、2回目の休止期間のブートストラップ量は1回目の休止期間より小さくなる。
また期間LT3cで3回目の閾値補正を行い、さらに休止を経て、期間LT3dで4回目の閾値補正を行う。
そして最終的に駆動トランジスタTdのゲート・ソース間電圧が閾値電圧Vthとなる。
この時、ソース電位(ノードND2:有機EL素子1のアノード電位)=Vofs−Vth≦Vcat+Vthelとなっている。(Vcatはカソード電位、Vthelは有機EL素子1の閾値電圧)
この図4の場合では、4回目の閾値補正の期間LT3dの後、走査パルスWSをLレベルとし、サンプリングトランジスタTsがオフとなって閾値補正動作が完了する。
このとき、駆動トランジスタTdのソース電圧が有機EL素子1の閾値電圧Vthelとカソード電圧Vcatの和を越えなければ、駆動トランジスタTdの電流は保持容量Csと容量Coledを充電するのに使用される。つまり有機EL素子1のリーク電流が駆動トランジスタTdに流れる電流よりもかなり小さければという条件である。
そしてこのときは、駆動トランジスタTdの閾値補正動作は完了しているため、駆動トランジスタTdが流す電流は移動度μを反映したものとなる。
具体的にいうと、移動度が大きいものはこの時の電流量が大きく、ソースの上昇も早い。逆に移動度が小さいものは電流量が小さく、ソースの上昇は遅くなる。
これによって、走査パルスWSがHレベルとなる期間LT4として、サンプリングトランジスタTsがオンしてから、駆動トランジスタTdのソース電圧Vsは上昇し、サンプリングトランジスタTsがオフしたときには、ソース電圧Vsは移動度μを反映した電圧Vs0となる。駆動トランジスタTdのゲート・ソース間電圧Vgsは移動度を反映して小さくなり(Vgs=Vsig−Vs0)、一定時間経過後に移動度を補正する電圧となる。
即ち走査パルスWSをLレベルとしてサンプリングトランジスタTsをオフして書き込みが終了し、有機EL素子1を発光させる。この場合、駆動トランジスタTdのゲート・ソース間電圧Vgsに応じた電流Idsが流れ、ノードND2の電位は、有機EL素子1にその電流が流れる電圧VELまで上昇し、有機EL素子1は発光する。このときサンプリングトランジスタTsがオフであり、ノードND2の電位の上昇と同時に駆動トランジスタTdのゲート(ノードND1)も同様に上昇するため、ゲート・ソース間電圧Vgsは一定に保たれたままである。(ブートストラップ動作)
閾値補正動作によって、各画素回路10での駆動トランジスタTdの閾値電圧Vthのバラツキや、経時変動による閾値電圧Vth変動などに関わらず、信号電位Vsigに応じた電流を有機EL素子1に与えることができる。つまり製造上或いは経時変化による閾値電圧Vthのバラツキをキャンセルして、画面上に輝度ムラ等を発生させずに高画質を維持できる。
また、駆動トランジスタTdの移動度によってもドレイン電流は変動するため、画素回路10毎の駆動トランジスタTdの移動度のバラツキにより画質が低下するが、移動度補正により、駆動トランジスタTdの移動度の大小に応じてソース電位Vsが得られる。結果として各画素回路10の駆動トランジスタTdの移動度のバラツキを吸収するようなゲート・ソース間電圧Vgsに調整されるため、移動度のバラツキによる画質低下も解消される。
高フレームレート化が進むことで、画素回路の動作時間が相対的に短くなっていくため、連続的な閾値補正期間(信号線電圧=基準電圧Vofsの期間)を確保することが難しくなる。そこで上記のように時分割的に閾値補正動作を行うことで閾値補正期間として必要な期間を確保して、駆動トランジスタTdのゲート・ソース間電圧を閾値電圧Vthに収束させるものである。
例えば移動度補正に関していえば、図4の期間LT4の期間長は走査パルスWSのパルス幅によって決まることになる。ところが、移動度補正のための最適な時間(期間LT4の期間長)は、移動度の大小によって異なる。このため、最も適切に移動度補正を行うには、画素毎に移動度補正時間を調整できるようにする必要がある。特にいえば、図4の駆動の場合、走査パルスWSのパルス幅による期間LT4の調整は行単位では可能であるが、画素単位ではできない。
個々の画素においてスジムラが消える最適補正時間はあるが、或る移動度補正期間長の設定が全画素で補正可能な時間とはなっていないと、図示のようにスジムラが発生する。
ここで、スジムラ発生する画素の移動度が、スジAよりスジBの方が高いと仮定する。すると、スジAを補正しようとして最適補正時間をスジAに合わせると、移動度の高い画素のスジBにとっては過補正となってしまい、図8(b)のようにスジ明暗が反転しスジが消えきらない。逆に補正時間をスジBに合わせると今度はスジAにとって補正不足となってしまい図8(c)のようにスジAが消えきらない。
このようにパネル面内に複数のスジムラが存在し且つそれらの移動度ばらつきが大きい場合、全てのスジムラを同時に補正することが不可能になってしまう。
そこでこのような移動度の画素毎の大きなバラツキに対応するには、画素毎に最適補正時間を設定することが求められる。
閾値補正動作についても、画素毎の特性に合わせた補正時間設定が必要となる場合もある。
第1の実施の形態は、上記図8で述べた移動度バラツキにも適切に対応して移動度補正をできるようにするものである。
図1,図2で述べたように本実施の形態の表示装置は、上記の比較例としての構成に加えて、画素回路10には第2のサンプリングトランジスタTs2が設けられ、また、サンプリングトランジスタTs2のオン/オフ制御のため、第2ライトスキャナ14、第2書込制御線vWSLが設けられている。
信号線電圧及び電源パルスDSについては図4と同様である。
第2走査パルスvWSは、第2書込制御線vWSLを介して第2ライトスキャナ14によってサンプリングトランジスタTs2のゲートに与えられる。nチャネルのサンプリングトランジスタTs2は、第2走査パルスvWSがHレベルとされることで導通され、第2走査パルスvWSがLレベルとされることで非導通となる。
ここで、第2走査パルスvWSとしては、図示のように、1H期間に、2つのHレベルのパルスを持つものとされる。説明の便宜上、第2走査パルスvWSにおいて、信号線電圧が基準電圧VofsのときにHレベルとなるパルス部分をパルスP1、信号線電圧が映像信号電圧VsigのときにHレベルとなるパルス部分をパルスP2と呼ぶこととする。
図9のタイミングチャートにおける時点tsは、発光素子である有機EL素子1が発光駆動される1サイクル、例えば画像表示の1フレーム期間の開始タイミングとなる。
この時点tsに至る前(期間LT0)は、前フレームの発光が行われている。図10(a)に等価回路を示す。
即ち、有機EL素子1の発光状態は、電源パルスDSが駆動電圧Vccであり、サンプリングトランジスタTs1がオフした状態である。なお、第2走査パルスvWSとしては各水平期間にパルスP1、P2が出力されているため、サンプリングトランジスタTs2は1水平期間内に2回づつオン/オフされる。しかしサンプリングトランジスタTs1がオフであることで、ノードND1は信号線DTLから切り離されている。
この時、駆動トランジスタTdは飽和領域で動作するように設定されているため、有機EL素子1に流れる電流Ids’は駆動トランジスタTdのゲート・ソース間電圧Vgsに応じて、上述した式1に示される値となる。
まず電源パルスDS=初期電位Viniとされる。図10(b)に期間LT1の等価回路を示す。
このとき、初期電位Viniが有機EL素子1の閾値電圧Vthelとカソード電圧Vcatの和よりも小さい、つまりVini ≦Vthel+Vcatであることで、有機EL素子1は消光し、非発光期間が開始される。このとき電源制御線DSLが駆動トランジスタTdのソースとなる。また有機EL素子1のアノード(ノードND2)は初期電位Viniに充電される。
即ち期間LT2a,LT2bでは、信号線DTLの電位が基準電圧Vofsとなった時に、第1走査パルスWSがHレベルとされ、サンプリングトランジスタTs1がオンとされる。これと同期して第2走査パルスvWS(パルスP1)がHレベルとなり、サンプリングトランジスタTs2もオンとされる。
このため駆動トランジスタTdのゲート(ノードND1)は基準電圧Vofsとなる。
駆動トランジスタTdのゲート・ソース間電圧Vgs=Vofs−Viniとなる。
このVofs−Viniが駆動トランジスタTdの閾値電圧Vthよりも大きくないと閾値補正動作を行うことができないために、Vofs−Vini>Vthとなるように、初期電位Vini、基準電圧Vofsが設定されている。即ち閾値補正の準備として、駆動トランジスタのゲート・ソース間電圧が、その閾値電圧Vthよりも十分広げられる。
まず期間LT3aとして1回目の閾値補正(Vth補正)が行われる。
この場合、信号線電圧が閾値補正基準電圧Vofsとなるタイミングで、第1ライトスキャナ13が第1走査パルスWSをHレベルとする。また第2ライトスキャナ14による第2走査パルスvWSもHレベルとなる(パルスP1)。またドライブスキャナ12が電源パルスDSを駆動電圧Vccとする。
等価回路を図11(b)に示すが、この場合、有機EL素子1のアノード(ノードND2)が駆動トランジスタTdのソースとなり電流が流れる。このため、駆動トランジスタTdのゲート(ノードND1)は閾値補正基準電圧Vofsに固定されたまま、ソースノードが上昇する。
有機EL素子1のアノード電位(ノードND2の電位)が、Vcat+Vthel(有機EL素子1の閾値電圧)以下である限り、駆動トランジスタTdの電流は保持容量Csと容量Coledを充電するために使われる。有機EL素子1のアノード電位がVcat+Vthel以下である限りとは、有機EL素子1のリーク電流が駆動トランジスタTdに流れる電流よりもかなり小さいという意味である。
このためノードND2の電位(駆動トランジスタTdのソース電位)は、時間と共に上昇してゆく。
このとき、ゲート・ソースともフローティングである為、ゲート・ソース間電圧Vgsに応じてドレイン・ソース間に電流が流れブートストラップする。即ち図示のようにゲート電位、ソース電位は上昇する。なお、この休止期間中、第2走査パルスvWSのパルスP2によってサンプリングトランジスタTs2はオンとなる期間があるが、サンプリングトランジスタTs1がオフであることで、ノードND1のフローティング状態は保たれている。
さらに閾値補正動作を休止する。なお、2回目の閾値補正で駆動トランジスタTdのゲート・ソース間電圧は、より閾値電圧Vthに近づいているため、2回目の休止期間のブートストラップ量は1回目の休止期間より小さくなる。
また期間LT3cで3回目の閾値補正を行い、さらに休止を経て、期間LT3dで4回目の閾値補正を行う。
そして最終的に駆動トランジスタTdのゲート・ソース間電圧が閾値電圧Vthとなる。
この時、ソース電位(ノードND2:有機EL素子1のアノード電位)=Vofs−Vth≦Vcat+Vthelとなっている。(Vcatはカソード電位、Vthelは有機EL素子1の閾値電圧)
この図9の場合では、4回目の閾値補正の期間LT3dの後、第1走査パルスWSをLレベルとし、サンプリングトランジスタTsがオフとなって閾値補正動作が完了する。
この図9の場合は、この時点で図12(a)のようになる。つまりサンプリングトランジスタTs1はオンとされるが、サンプリングトランジスタTs2はオフであり、まだ映像信号電圧Vsigの書込は開始されない。
その後、第2ライトスキャナ14が第2走査パルスvWS(パルスP2)をHレベルとする。これにより図12(b)のようにノードND1が信号線DTLと接続され、期間LT4としての映像信号電圧Vsigの書込及び移動度補正が行われる。即ち駆動トランジスタTdのゲートに映像信号電圧Vsigが入力される。つまり、映像信号電圧Vsigの書込及び移動度補正を行う期間LT4は、第1走査パルスWSと、第2走査パルスvWSのアンド条件で決まる。
このとき、駆動トランジスタTdのソース電圧が有機EL素子1の閾値電圧Vthelとカソード電圧Vcatの和を越えなければ、駆動トランジスタTdの電流は保持容量Csと容量Coledを充電するのに使用される。
そしてこのときは、駆動トランジスタTdの閾値補正動作は完了しているため、駆動トランジスタTdが流す電流は移動度μを反映したものとなる。具体的にいうと、移動度が大きいものはこの時の電流量が大きく、ソースの上昇も早い。逆に移動度が小さいものは電流量が小さく、ソースの上昇は遅くなる。
これによって、期間LT4に駆動トランジスタTdのソース電圧Vsは上昇し、ソース電圧Vsは移動度μを反映した電圧Vs0となる。駆動トランジスタTdのゲート・ソース間電圧Vgsは移動度を反映して小さくなり(Vgs=Vsig−Vs0)、一定時間経過後に完全に移動度を補正する電圧となる。
即ち第1走査パルスWSをLレベルとしてサンプリングトランジスタTs1をオフして書き込みが終了し、有機EL素子1を発光させる。この場合、駆動トランジスタTdのゲート・ソース間電圧Vgsに応じた電流Idsが流れ、ノードND2の電位は、有機EL素子1にその電流が流れる電圧VELまで上昇し、有機EL素子1は発光する。サンプリングトランジスタTs1がオフであり、ノードND2の電位の上昇と同時に駆動トランジスタTdのゲート(ノードND1)も同様に上昇するため、ゲート・ソース間電圧Vgsは一定に保たれたままである。(ブートストラップ動作)
そして本実施の形態では、上述のように映像信号電圧Vsigの書込及び移動度補正を行う期間LT4は、第1走査パルスWSと、第2走査パルスvWSのアンド条件で決まる。
このように第1走査パルスWSと第2走査パルスvWSが連携して、ノードND1と信号線DTLの接続を制御することで、第2走査パルスvWSのパルスP2(図9の矢印Aで示すタイミングのパルスP2)のパルス幅により、画素単位で移動度補正時間を調整できるものである。
これに対して本例では、第1走査パルスWSによる移動度補正のためのパルス幅は固定とする。その上で、列方向の各書込制御線vWSLによって供給される第2走査パルスvWSのパルス幅を調整すれば、画素毎に、期間LT4(移動度補正期間)の時間長を調整できることになる。
換言すれば、ある画素回路10に対して、映像信号電圧Vsigを書き込む際にサンプリングトランジスタTs2のオン時間を、サンプリングトランジスタTs1のオン時間より短くすることで、選択的に移動度補正時間を変調することが可能ということになる。
つまり、矢印Aで示すパルスP2のパルス幅tu1として、この図9の動作を行う画素回路10に特化した移動度補正時間を設定できることになる。
例えばここでは、矢印B,C,Dの各パルスP2のパルス幅をtu1,tu1,tu0としているが、これは、この図9の動作を行う画素回路10と、1行前、2行前の画素回路10に、同じ移動度補正時間を設定し、3行前の画素回路10については異なる移動度補正時間を設定した場合となる。
例えばパネル面内における大半のスジムラの最適補正時間がt1とすると、その場合は、移動度補正のための第1走査パルスWSと第2走査パルスvWSのHレベル期間を共に時間t1とすればよい。図13に移動度補正時間と電流の特性を示すが、仮に全部の画素が、移動度小の画素として示す特性に近いものであった場合である。
ところが、図示するような移動度大の画素が存在する場合、その画素回路10に対しては、第2走査パルスvWSのパルスP2のパルス幅を短くし、サンプリングトランジスタTs2のオン時間をt2とする。すると、移動度小の画素の電流値とそろえることが可能になる。
このように画素ごとの移動度補正時間を個別に且つアナログ的に変調することが出来、電流ばらつきを抑えることが可能となる。
例えば図8で述べたように、移動度の大きなバラツキに起因する複数のスジムラが存在するような場合でも、各画素に適した移動度補正時間を設定でき、複数のスジムラを解消できる。
第2の実施の形態を図14、図15で説明する。図14は上記図9と同様の各波形を示している。
この第2の実施の形態は、1回目の閾値補正期間の長さを画素単位で調整し、閾値補正動作の補正バラツキを解消する例である。
つまり画素毎の駆動トランジスタTdの移動度の特性バラつきが大きいと、閾値補正後の動作点がずれてしまい、結果、図15に示すようにγカーブのゼロ点ずれを引き起こす。
そこで移動度の小さい画素回路10については、図14の様に、期間LT3aの1回目の閾値補正時間が短くなるように、第2走査パルスvWSのパルスP1の幅を短くする。
基本的に、1回目の閾値補正動作では、開始前の駆動トランジスタTdのゲート・ソース間電圧Vgsが最も大きく、ソース電圧Vsの上昇も早い。
ここで、移動度小の画素回路について、1回目の閾値補正動作期間を短くするということは、移動度大の画素との関係でみれば、1回目の閾値補正終了時点の駆動トランジスタTdのゲート・ソース間電圧Vgsの差を大きくすることを意味する。
これに対して移動度小の画素に対しては図14のように、第2走査パルスvWSのパルスP1の幅を短くし、1回目の閾値補正時間(期間LT3a)を短くする。
すると、移動度大の画素では、ソース電圧Vsの上昇が大きく、1回目の閾値補正終了時点でのゲート・ソース間電圧Vgsは比較的小さくなる。これに対して、移動度小の画素では、ソース電圧Vsの上昇が比較的少ない時点で1回目の閾値補正が終了し、その時点でのゲート・ソース間電圧Vgsは比較的大きくなる。
1回目の閾値補正後に、休止期間となるが、このとき、ブートストラップによりソース電圧Vs、ゲート電圧Vgが上昇する。このブートストラップ量は、ゲート・ソース間電圧が大きいほど多くなる。従って移動度小の画素ほど、ブートストラップが大きくなり、閾値補正動作を促進させることとなる。結果として、移動度の大小に関わらず各画素回路10で、ソース電位のVofs−Vth到達を同等とすることができ、移動度大の画素と移動度小の画素の閾値補正後の電流Idsを揃え、γカーブのゼロ点ズレを抑制することが可能となる。
第3の実施の形態を図16で説明する。図16は上記図9、図14と同様の各波形を示している。
この第3の実施の形態も、第2の実施の形態と同様に、移動度のバラツキに起因する閾値補正動作の補正バラツキを解消する例である。
第3の実施の形態の場合、図16に示すように、第2走査パルスvWSの立ち上がりは、電源パルスDS=Vccとなるタイミングより遅れるタイミングとされている。つまり1回目の閾値補正動作の期間LT3aの直前に、電源パルスDS=Vccとされるが、駆動トランジスタTdのゲートが信号線DTLに接続されていない期間(サンプリングトランジスタTs2がオフの期間)を設けている。これをプリブート期間LT6としている。
つまり、移動度大の画素については、図9のように通常に1回目の閾値補正を行うが、移動度小の画素については図16のように、プリブート期間LT6を設けるよう、第2走査パルスvWSの立ち上がりタイミングを遅らせる。
すると、移動度小の画素については、1回目の閾値補正を開始する時点で、既に多少、ソース電圧Vsが上昇し、かつ1回目の閾値補正時間が短くなることとなる。この場合、1回目の閾値補正の開始時点でのゲート・ソース間電圧Vgsが多少低くなっていることと、閾値補正時間が短いことで、ソース電圧Vsの上昇が比較的少ない状態で1回目の閾値補正が終了する。従って1回目の閾値補正終了時点でのゲート・ソース間電圧Vgsは比較的大きくなる。このため上記第2の実施の形態と同様、次の休止期間でのブートストラップが大きくなり、閾値補正動作を促進させる。
結果として、移動度の大小に関わらず、各画素回路10でソース電位のVofs−Vth到達を同等とすることができ、移動度大の画素と移動度小の画素の閾値補正後の電流Idsを揃え、γカーブのゼロ点ズレを抑制することが可能となる。
第4の実施の形態を図17、図18、図19で説明する。これは、映像信号電圧Vsigの書込のためのパルスを鈍らせることで、全ての映像信号電圧Vsigの値(階調)において最適な移動度補正を実現する例である。
画素回路10毎の移動度補正時間については、パルスP2のHレベル幅、例えば図示する幅tu1で個別に調整可能である。この点は第1の実施の形態で述べたとおりである。
これに加えて、パルスP2の立ち下がり波形を鈍らせることで、映像信号電圧Vsigによる階調値毎に適切な移動度補正時間が自動的に得られるようにする。
図18のグラフは、横軸に移動度補正時間tuをとり、縦軸に輝度(信号電位)をとってある。高輝度(ホワイト階調)の場合、移動度大の駆動トランジスタTdと移動度小の駆動トランジスタTdとで、移動度補正時間をtu1に取った時、ちょうど輝度レベルが等しくなる。
すなわち入力信号電位がホワイト階調の時は、移動度補正時間tu1が最適補正時間となる。一方信号電位が中間輝度(グレー階調)の時、移動度補正時間tu1では移動度大の駆動トランジスタTdと移動度小の駆動トランジスタTdで輝度に差があり、完全な補正はできない。時間tu1より長い補正時間tu2を確保すると、ちょうど移動度大と移動度小の駆動トランジスタTdで輝度が同レベルとなる。したがって信号電位がグレー階調のとき、最適補正時間tu2は、ホワイト階調の時の最適補正時間tu1よりも長くなる。
この点につき、図19を参照して詳細に説明する。図19は第1走査パルスWSと、第2走査パルスvWS(パルスP2の部分)を示している。
第1走査パルスWSと第2走査パルスvWSが共にHレベルのときに、駆動トランジスタTdのゲートが信号線DTLに接続され、映像信号電圧Vsigの書込と移動度補正が行われる。
この図19の例では、第1走査パルスWSと第2走査パルスvWSが同時にHレベルに立ち上がり、このタイミングで書込及び移動度補正が開始される。そして、第2走査パルスvWSがLレベルとなることによって移動度補正が終了される。
このように低階調になるほど移動度補正時間をより長く取ることができる。
但し、配線抵抗・容量が大きくトランジェントが大きな縦配線(書込制御線vWSL)で引き回している第2走査パルスvWSを鈍らせることが好適といえる。
図20で第5の実施の形態を説明する。
これは映像信号電圧Vsigの書込及び移動度補正の期間LT4の開始タイミングを、第1走査パルスWSで決定する例である。
このため、映像信号電圧Vsigの書込の際に、まず第2走査パルスvWS(パルスP2)をHレベルとし、その後、第1走査パルスWSをHレベルとする。つまり第1走査パルスWSをHレベルとする時点で、駆動トランジスタTdのゲートが信号線DTLに接続されるようにする。
移動度補正の終了タイミングは、第2走査パルスvWSの立ち下がりタイミングとして調整すればよい。
この期間Xには、各トランジスタのリーク電流により、各ノードの電圧に微少な変動が発生する。このため、期間Xが画素毎に不統一であることは、リーク電流による変動がバラツキ、結果としてパネル全体のユニフォミティの低下をもたらす。
これに対して本例では、期間Xを統一できるため、リーク電流の影響を各画素で均一化し、ユニフォミティの低下を抑制することが出来る。
第6の実施の形態を図21で説明する。
これは、サンプリングトランジスタTs1、Ts2の特性変動バラツキを抑制するために、第2走査パルスvWSのLレベル電圧を、第1走査パルスWSのLレベル電圧より低くする例である。
図20は、例えば図9の第1の実施の形態と同様、期間LT4を第2走査パルスvWSのパルス幅で調整する例を示している。ここで、第1走査パルスWSのLレベル電圧をVwsL1、第2走査パルスvWSのLレベル電圧をVwsL2とすると、VwsL1>VwsL2とするものである。
一般にトランジスタはオン時間が長いほど、その閾値電圧Vthはエンハンスにシフトしてしまい輝度低下などの不具合を引き起こしてしまう。
これを対策する為、サンプリングトランジスタTs2のL電圧を下げ、マイナスバイアスをかけることでエンハンスシフトを抑制することが可能となる。
以上、第1〜第6の実施の形態について説明したが、本発明は上記各例に限定されるものではない。
画素回路10の構成は図2に限定されない。例えば図22の構成でもよい。図2の場合は、信号線DTL側にサンプリングトランジスタTs1、ノードND1側にサンプリングトランジスタTs2を接続した構成であるが、図22は、逆に、信号線DTL側にサンプリングトランジスタTs2、ノードND1側にサンプリングトランジスタTs1を接続した構成としている。この回路構成の場合も、上記各例の動作が同様に実現される。
但し、第2走査パルスvWSに制御されるサンプリングトランジスタTs2はオン/オフが頻繁に切り替わる。すると、図2のようにノードND1側にサンプリングトランジスタTs2を接続すると、ノードND1にカップリングが入りやすく、駆動トランジスタTdのゲート・ソース間電圧Vgsに影響を与えやすい。この点を考慮する場合は図22の構成のほうが適切である。
さらに、画素回路自体の構成は多様に考えられる。有機EL発光素子と、該有機EL発光素子に対して入力された映像信号電圧Vsigに応じた電流印加を行う駆動トランジスタTdを有する画素回路であればよい。
そして画素回路構成に関わらず、移動度補正や閾値補正のタイミングを決定するスイッチ部に本発明を適用することができる。即ち2つのスイッチ素子を設け、一方が行方向の走査パルス、他方が列方向の走査パルスによってオン/オフ制御されるようにすることで、上記各例の動作を実現できる。
例えば第1,第2の実施の形態で述べた動作を適用し、画素回路毎に、移動度補正時間調整と閾値補正バラツキの調整を同時に実行することも可能である。
Claims (8)
- 発光素子と、該発光素子に対して入力された映像信号電圧に応じた電流印加を行う駆動トランジスタを有する画素回路が、マトリクス状に配置されて成る画素アレイと、
上記画素アレイ上で列状に配設される各信号線に、信号線電圧として、少なくとも映像信号電圧及び基準電圧を供給する信号セレクタと、
上記画素アレイ上で行状に配設される各第1の書込制御線に、上記画素回路への上記信号線電圧の入力制御に用いられる第1の走査パルスを出力する第1の書込スキャナと、
上記画素アレイ上で列状に配設される各第2の書込制御線に、上記第1の走査パルスとともに上記画素回路への上記信号線電圧の入力制御に用いられる第2の走査パルスを出力する第2の書込スキャナとを備え、
上記画素回路は、上記駆動トランジスタが、ドレイン・ソース間に駆動電圧が印加されることで上記発光素子に対してゲート・ソース間電圧に応じた電流印加を行う構成とされ、上記駆動トランジスタのゲート・ソース間に接続され上記信号線から入力される上記映像信号電圧を保持する保持容量と、上記信号線と上記駆動トランジスタのゲートノードの間に直列接続される第1,第2のスイッチ素子とを有し、
上記第1のスイッチ素子は、上記第1の走査パルスによってオン/オフされ、
上記第2のスイッチ素子は、上記第2の走査パルスによってオン/オフされ、
上記第1,第2の走査パルスによって、上記第1,第2のスイッチ素子が共にオンとされることで、上記信号線電圧が上記駆動トランジスタのゲートノードに入力され、
上記信号線電圧が上記映像信号電圧とされている期間に、上記第1,第2の走査パルスによって上記第1,第2のスイッチ素子が共にオンとされることで、上記映像信号電圧の入力が行われるとともに、上記第2の走査パルスにより上記第2のスイッチ素子を上記第1のスイッチ素子より先にオンとし、その後上記第1の走査パルスにより上記第1のスイッチ素子をオンとすることにより移動度補正が開始され、上記第2の走査パルスによって上記第2のスイッチ素子をオフするタイミングで上記移動度補正が終了する
表示装置。 - 上記各画素回路では、
上記信号線電圧が上記基準電圧されている期間に、上記第1,第2の走査パルスによって、上記第1,第2のスイッチ素子が共にオンとされることで、上記基準電圧が上記駆動トランジスタのゲートノードに入力され、かつ上記駆動トランジスタへの駆動電圧の印加が行われることで、上記保持容量に上記駆動トランジスタの閾値電圧を保持させる閾値補正動作が行われるとともに、
上記第2の走査パルスによって上記第2のスイッチ素子をオンとするタイミングは上記駆動トランジスタへの駆動電圧の印加が行われるタイミングより遅らせており、上記第1の走査パルスによる上記第1のスイッチ素子のオン期間に対して、上記第2の走査パルスによる上記第2のスイッチ素子のオン期間の長さを調整することで、上記閾値補正動作の実行期間を、画素回路毎に調整する
請求項1に記載の表示装置。 - 上記各画素回路では、
上記信号線電圧が上記基準電圧されている期間に、上記第1,第2の走査パルスによって、上記第1,第2のスイッチ素子が共にオンとされることで、上記基準電圧が上記駆動トランジスタのゲートノードに入力され、かつ上記駆動トランジスタへの駆動電圧の印加が行われることで、上記保持容量に上記駆動トランジスタの閾値電圧を保持させる閾値補正動作が行われるとともに、
上記閾値補正動作の開始直前に、上記駆動トランジスタへの駆動電圧の印加が行われ、
上記第1の走査パルスにより上記第1のスイッチ素子がオンとされ、上記第2の走査パルスにより上記第2のスイッチ素子がオフとされる期間を設けることで、上記駆動トランジスタのソース電圧及びゲート電圧を上昇させる
請求項2に記載の表示装置。 - 上記各画素回路では、
上記信号線電圧が上記映像信号電圧とされている期間に、上記第1,第2の走査パルスによって上記第1,第2のスイッチ素子が共にオンとされることで、上記映像信号電圧の入力が行われるとともに、
上記映像信号電圧の入力の際の上記第2の走査パルス波形は、上記第2のスイッチ素子がオフとなるタイミングが映像信号電圧値に応じて変動する波形とされている
請求項2に記載の表示装置。 - 上記各画素回路では、
上記信号線電圧が上記映像信号電圧とされている期間に、上記第1,第2の走査パルスによって上記第1,第2のスイッチ素子が共にオンとされることで、上記映像信号電圧の入力が行われるとともに、
上記第1のスイッチ素子がオンとなるタイミングより、上記第2のスイッチ素子がオンとなるタイミングが先となるように、上記第1,第2の走査パルスのタイミングが設定されることで、上記第1のスイッチ素子がオンとなるタイミングから、上記映像信号電圧の入力が開始される請求項2に記載の表示装置。 - 上記第2の走査パルスのローレベル電圧は、上記第1の走査パルスのローレベル電圧よりも低い電圧とされている請求項2に記載の表示装置。
- 発光素子と、
該発光素子に対して、入力された映像信号電圧に応じた電流印加を行う駆動トランジスタと、
上記駆動トランジスタのゲート・ソース間に接続され信号線から入力される上記映像信号電圧を保持する保持容量と、
上記信号線と上記駆動トランジスタのゲートノードの間に直列接続されるスイッチ素子としての第1,第2のトランジスタとを備え、
上記第1のトランジスタのゲートノードは、行方向に隣接する画素回路の第1のトランジスタのゲートノードと接続され、
上記第2のトランジスタのゲートノードは、列方向に隣接する画素回路の第2のトランジスタのゲートノードと接続され、
上記駆動トランジスタのドレイン・ソース間に駆動電圧が印加されることで上記発光素子に対してゲート・ソース間電圧に応じた電流印加を行う構成とされ、
上記第1のトランジスタは、上記ゲートノードに入力される第1の走査パルスによってオン/オフされ、
上記第2のトランジスタは、上記ゲートノードに入力される第2の走査パルスによってオン/オフされ、
上記信号線の電圧が上記映像信号電圧とされている期間に、上記第1,第2の走査パルスによって上記第1,第2のトランジスタが共にオンとされることで、上記映像信号電圧が上記駆動トランジスタのゲートノードに入力されるとともに、上記第2の走査パルスにより上記第2のトランジスタを上記第1のトランジスタより先にオンとし、その後上記第1の走査パルスにより上記第1のトランジスタをオンとすることにより移動度補正が開始され、上記第2の走査パルスによって上記第2のスイッチ素子をオフするタイミングで上記移動度補正が終了する
画素回路。 - 発光素子と、該発光素子に対して入力された映像信号電圧に応じた電流印加を行う駆動トランジスタを有する画素回路が、マトリクス状に配置されて成る画素アレイと、
上記画素アレイ上で列状に配設される各信号線に、信号線電圧として、少なくとも映像信号電圧及び基準電圧を供給する信号セレクタと、
上記画素アレイ上で行状に配設される各第1の書込制御線に、第1の走査パルスを出力する第1の書込スキャナと、
上記画素アレイ上で列状に配設される各第2の書込制御線に、第2の走査パルスを出力する第2の書込スキャナと、
を備えた表示装置の表示駆動方法として、
上記画素回路は、上記駆動トランジスタが、ドレイン・ソース間に駆動電圧が印加されることで上記発光素子に対してゲート・ソース間電圧に応じた電流印加を行う構成とされ、上記駆動トランジスタのゲート・ソース間に接続され上記信号線から入力される上記映像信号電圧を保持する保持容量と、上記信号線と上記駆動トランジスタのゲートノードの間に直列接続される第1,第2のスイッチ素子とを有し、
上記第1のスイッチ素子は、上記第1の走査パルスによってオン/オフされ、上記第2のスイッチ素子は、上記第2の走査パルスによってオン/オフされ、上記第1,第2の走査パルスによって、上記第1,第2のスイッチ素子が共にオンとされることで、上記信号線電圧が上記駆動トランジスタのゲートノードに入力されるステップと、
上記信号線電圧が上記映像信号電圧とされている期間に、上記第1,第2の走査パルスによって上記第1,第2のスイッチ素子が共にオンとされることで、上記映像信号電圧の入力が行われるステップとを備え、
上記の上記映像信号電圧の入力が行われるステップは、上記信号線電圧が上記映像信号電圧とされている期間に、上記第2の走査パルスにより上記第2のスイッチ素子を上記第1のスイッチ素子より先にオンとし、その後上記第1の走査パルスにより上記第1のスイッチ素子をオンとすることにより移動度補正が開始され、上記第2の走査パルスによって上記第2のスイッチ素子をオフするタイミングで上記移動度補正が終了する
表示駆動方法
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