KR20100089112A - 액티브·매트릭스형 표시장치 - Google Patents

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Abstract

액티브·매트릭스형 표시장치의 화소 회로 내의 발광소자 구동용 트랜지스터의 초기 편차 및 경시적 변동에 의한 휘도 불균일을 저감할 수 있는 표시장치를 제공한다. 발광소자에 흐르는 전류에 비례하는 입력 전류를 흘리는 것이 가능한 입력 회로를 구비한 화소 회로, 측정 회로 및 계조 전압 공급 회로를 구비한다. 측정 회로는, 화소 회로의 각 입력에 하나 이상의 정전류를 공급 가능한 정전류 공급 회로에 의해 각 화소 회로의 입력 회로에 하나 이상의 정전류를 시분할로 공급하고, 대응하는 전류 공급 회로의 출력 전압을 A/D 변환하며, A/D 변환 데이터에 대해 소정의 연산을 하고, 구동용 트랜지스터의 임계값 및 전자 이동도에 관련된 데이터를 산출하여, 화소 회로마다 기억한다. 계조 전압 공급 회로는, 표시장치에 입력되는 계조 표현 데이터와 측정 회로로부터의 전자 이동도 관련 데이터를 입력하여 승산하고, 또한 측정 회로로부터의 임계값을 가산하며, 표시용 전압을 발생시켜 각 화소 회로의 입력에 공급한다.

Description

액티브·매트릭스형 표시장치{ACTIVE MATRIX DISPLAY DEVICE}
본 발명은, 유기 일렉트로루미네선스(organic electroluminescence)(EL) 소자 등을 이용한 액티브·매트릭스형의 자발광 표시장치(self-emissive display device)에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 표시 데이터에 따른 적절한 휘도의 계조 표시(tone of luminance)를 가지는 전류를 발광소자에 공급할 수 있는 액티브·매트릭스형 표시장치에 관한 것이다.
전기 광학 변환 물질(electro-optic materials)로서 유기 일렉트로루미네선스 재료 혹은 무기(inorganic) EL 재료를 이용한 화상 표시장치에서는, 화소에 기입되는 전류에 따라 전기 광학 변환 물질에 의한 발광 휘도(luminance of emitted light)가 변화한다. EL 표시 패널은, 각 화소에 발광소자(emissive element)를 가지는 자발광형(self emissive type)의 표시 패널이다. EL 표시 패널은, 액정 표시 패널에 비해, 응답 속도가 빠르고, 응답 속도의 온도 의존성이 적으며, 색재현 영역이 넓고, 자발광을 위해 시야각(viewing angle)이 넓어 시인성이나 발광 효율도 높으며, 콘트라스트비를 높게 할 수 있는 등의 이점을 가진다.
유기 EL 디스플레이는, 액정 디스플레이와 마찬가지로, 도트·매트릭스 방식으로 구동된다. 그러나, 유기 EL 디스플레이는, 각 발광소자의 휘도가 거기에 흐르는 전류값에 의해 제어되는, 즉 유기 EL 소자는 전류 제어형으로, 각 셀이 전압 제어형인 액정 디스플레이와 크게 다른 점이다. 도트·매트릭스 방식의 구동에는, 기본적으로는, 표시 데이터가 선택 기간에 기입되며, 그 후에도 기입된 값으로 구동되는 액티브·매트릭스(active matrix) 구동과, 선택 기간만 표시 데이터로 구동되는 패시브·매트릭스(passive matrix) 구동으로 크게 나눌 수 있다. 액티브·매트릭스 방식의 유기 EL 표시 패널의 기본적인 회로는 잘 알려져 있다.
도 7은, 이러한 1화소의 등가 회로의 일례를 나타내는 도면으로, 일점 쇄선 내에 화소 회로(10)를 나타내고 있다. 이 화소 회로(10)는, 발광소자인 EL 소자(11), 제 1 트랜지스터(12; 구동용 트랜지스터), 제 2 트랜지스터(13; 스위칭용 트랜지스터) 및 축적 용량(14; 콘덴서)으로 이루어진다. 발광소자(11)는 유기 일렉트로루미네선스(EL) 소자이다.
화소 회로(10)를 구동하는 드라이버 회로는, 도시하고 있지 않지만, 영상 신호에 대응하는 전압의 강약으로 나타낸 신호를 출력하여, 매트릭스를 구동하는 액정 표시 패널의 드라이버 회로와 구성이 유사하다. 그러나, 상술한 바와 같이, 유기 EL 표시 패널의 구동은, 전류 제어형인 유기 EL 소자를 구동한다는 점에서, 전압 제어형인 액정 디스플레이의 경우와 다르다.
도 7에 있어서, 드라이버 회로로부터, 영상 신호에 대응하는 전압 신호가 소스 신호선(15)에 인가된다. 게이트 신호선(16; 주사선)이 선택 상태로 되면, 트랜지스터(13)가 도통하여, 소스 신호선(15)에 인가된 전압 신호가 콘덴서(14)에 기입되어 유지된다. 게이트 신호선(16; 주사선)이 비선택 상태가 되어도, 트랜지스터(12)의 게이트 전위는, 콘덴서(14)에 의해 안정하게 유지된다. 유기 EL(11)은, 다음에 기입될 때까지, 기입된 게이트 전위에 의해 결정되는 전류에 대응한 휘도로 발광을 계속한다.
이후, 도 7에 나타내는 EL 소자(11)에 전류를 공급하는 트랜지스터(12)를 구동용 트랜지스터, 도 7에 나타내는 트랜지스터(13)와 같이 매트릭스 내의 소자를 선택하는 스위치로서 동작하는 트랜지스터를 스위칭용 트랜지스터라고 한다.
액티브·매트릭스 방식의 유기 EL 표시 패널은, 저온 폴리실리콘, 또는 비정질(amorphous)·실리콘으로 이루어지는 트랜지스터를 이용하여 패널을 구성한다. 그러나, 이러한 트랜지스터는, 여러 가지 이유로 인해, 동일한 특성을 갖도록 형성하는 것은 곤란하며, 특성에 무시할 수 없는 편차가 발생하는 것이 많다. 유기 EL 소자는, 이러한 트랜지스터 특성에 편차가 있으면, 특히 구동용 트랜지스터의 특성에 편차가 있으면, 동일한 구동용 트랜지스터를 구동해도, 동일한 휘도로 발광하지 않는다. 동일 패널 내의 구동용 트랜지스터의 특성의 편차는, 디스플레이 내에 표시 불균일을 발생시킨다.
도 7은, 전압 프로그램 방식의, 각 화소를 구동하는 화소 회로의 기본 구성을 나타내는 도면이다. 또한, 전압 프로그램 방식이란, 전압의 크기 혹은 강약으로 나타내는 영상 신호 등의 전압 신호를 데이터 신호선, 소스 신호선 혹은 화소 등에 인가하고, 화소 회로의 구동용 트랜지스터 등에서 전압 신호를 전류 신호로 변환하여, EL 소자를 구동하는 방법을 말한다.
전류 프로그램 방식이란, 전류의 크기 혹은 강약으로 나타내는 영상 신호 등의 전류 신호를 데이터 신호선, 소스 신호선 혹은 화소 등에 인가하여, 인가한 전류 신호에 대략 비례한 전류 신호 혹은 인가한 전류에 소정의 변환 처리를 행한 전류 신호를 직접적으로 혹은 간접적으로 EL 소자에 인가하는 구성 혹은 회로 혹은 구동 방법을 말한다.
도 7에 도시하는 화소 구성에서는, 트랜지스터(13)는, 스위칭·트랜지스터로 불리는 바와 같이, 스위칭 동작을 한다. 따라서, 이 트랜지스터의 편차는, 비교적 전체의 특성에 영향을 주지 않는다. 그러나, 구동용 트랜지스터로 불리는 트랜지스터(12)는, 전압의 강약으로 나타낸 영상 신호를 입력하고, 전류 신호로 변환하여, EL 소자를 구동한다. 따라서, 구동용 트랜지스터(12)는 아날로그 동작을 한다. 따라서, 구동용 트랜지스터(12)에 특성 편차가 있으면, 변환되는 전류 신호에도 편차가 발생한다. 통상, 트랜지스터(12)의 특성은 50% 이상의 편차를 가진다.
그러나, 전압 프로그램 방식은, 저계조 영역, 고계조 영역의 어느 영역에 있어도, 소스 신호선 등의 충방전 능력이 높고, 기입 부족에 의한 표시 불균일의 발생은 거의 없다.
한편, 상기 트랜지스터의 특성 편차에 의한 표시 불균일은, 전류 프로그램 방식의 구성을 채용함으로써 저감하는 것이 가능하다. 그러나, 전류 프로그램 방식은, 저계조 영역에서의 구동 전류가 작고, 소스 신호선(15)의 기생 용량에 의해 양호하게 구동할 수 없다는 과제가 있었다.
이 과제 해결을 위하여, 일본국 공개특허공보 제2007-179037호에는, 상기한 전류 프로그램과 전압 프로그램의 특장점을 살려, 이들을 병용하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 일본국 공개특허공보 제2006-301250호에는, 각 EL 소자를 구동하는 트랜지스터의 임계값 전압(이후, 계조 표시에 기여하지 않는 입력 전압을 임계값 전압이라 칭함)을 측정하여, 각 EL 소자마다 기억시키는 것이 개시되어 있다. 여기에서는, 기억된 임계값은, 표시 데이터에 따른 계조 실행 전압을 생성하는데 사용되어, 생성된 계조 실행 전압이 각 EL 소자를 구동하는 트랜지스터에 인가된다.
또한, 이 임계값 전압은, 구동 트랜지스터의 게이트 전압과 발광 휘도의 상관관계에 대하여, 계조 데이터에 비례하는 전압을 시프트시켜, 계조 데이터에 대한 발광 휘도의 관계를 선형 관계로 하는, 시프트 전압이라고도 할 수 있다.
그러나, 상술한 방법에서는, 트랜지스터의 특성에 있어서의 임계값 전압(이하 Vth라고 함) 및 전자 이동도(electron mobility)의 초기적 편차 및, 이러한 경시적인 변동(fluctuation over time)을 완전하게 보상할 수 없다. 도 8은, 비정질·실리콘(amorphous silicon)으로 이루어지는 트랜지스터를 예로 들어, 이 2개의 특성의 경시적인 변동을 모식적으로 나타내는 도면이다. 이 트랜지스터의 경우, 구동 시간의 경과에 따라 내부 열화(internal deterioration)로, Vth는 도면 중간에서 Vthi로부터 Vthn으로 상승 변동하며, 전자 이동도는 도면 중간에서 αi로부터 αn으로 저하한다. 따라서, 계조 신호인 Vdata를 일정하게 하면, 구동 전류는 Idi로부터 Idn으로 저하하며, 따라서 이 저하에 비례하여 휘도가 저하한다. 이러한 구동용 트랜지스터의 특성 변화는 매트릭스 내의 각 트랜지스터에 따라 상이하며, 그 결과 초기의 휘도 불균일(initial non-uniformity of display brightness)을 없애는 대책을 실시하여도, 시간 경과에 따라 표시면에서의 휘도 불균일을 발생시키게 된다. 또한, 초기 편차에 대해서는, 도 8에서 경시적인 변동을 나타낸 특성을 초기에 있어서의 개개의 트랜지스터의 특성으로 치환하면, 마찬가지로 초기의 휘도 불균일의 발생과 관련지을 수 있다.
더욱이, 상술한 전자 이동도(μ)와 다른 특성 사이에, CMOS의 경우, μ=2LIds/WCi(Vg-Vth)2의 관계가 있다. 여기서, L은 채널 길이, Ids는 포화 영역에서의 드레인 전류값, W는 채널 폭, Ci는 게이트 절연막의 단위 면적당 용량, Vg는 게이트 전압, Vth는 임계값 전압이다. 따라서, 전자 이동도의 변동은, 트랜지스터의 특성, 특히 게이트 전압 변화에 대한 노드 전류 변화의 비(比)에, 큰 영향을 미치게 되는 것으로 이해된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 상기 종래의 과제를 고려하여, 표시장치의 화소 회로의 구동용 트랜지스터의 초기적 편차 및 경시적인 변동에 의한 휘도 불균일을, 종래에 비해 저감 할 수 있는 표시장치를 제공하는 것에 있다.
특허문헌 1 : 일본국 공개특허공보 제2007-179036호
특허문헌 2 : 일본국 공개특허공보 제2006-301250호
본 발명에 따른 액티브·매트릭스형 표시장치는, 전류 제어형의 복수의 발광소자와 계조 신호를 포함하는 전압을 입력하여 상기 발광소자에 전류를 공급하는 복수의 화소 회로가 매트릭스 형상으로 형성된 액티브·매트릭스형 표시장치로서, 상기 발광소자를 흐르는 전류에 비례하는 입력 전류를 흘리는 것이 가능한 특성을 가지는 입력 회로를 구비한 화소 회로와, 상기 화소 회로의 특성을 측정하는 측정 회로를 구비한다. 이 측정 회로는, 하나 이상의 정전류를 발생시켜 복수의 상기 화소 회로의 각 입력에 대해 공급하는 것이 가능한 정전류 공급 회로, 및 정전류 공급 회로의 출력 전압을 입력하여 A/D 변환하는 A/D 변환기를 포함하며, 상기 정전류 회로에 의해 상기 각 화소 회로의 입력 회로로 상기 하나 이상의 정전류를 시분할로 공급하여, 이 공급에 따라 A/D 변환을 실행한다. 또한, 이 측정 회로는, A/D 변환된 데이터를 입력하여 소정의 연산을 실행하며, 상기 발광소자에 전류를 공급하는 상기 화소 회로 내의 구동용 트랜지스터의 임계값 및 전자 이동도에 관련된 데이터를 산출하여, 산출한 데이터를 각 화소 회로마다 기억시키는 것을 실행한다. 또한, 이 액티브·매트릭스형 표시장치는, 계조 전압 공급 회로를 구비하며, 이는 상기 표시장치에 입력되는 계조를 나타내는 데이터와 상기 측정 회로로부터의 상기 전자 이동도에 관련된 데이터를 입력하여 승산(乘算) 연산을 실행하고, 상기 승산 결과에, 상기 측정 회로로부터 입력한 상기 임계값을 가산하며, 상기 화소 회로에 공급하는 표시용 전압을 발생시켜, 이를 상기 화소 회로의 입력에 공급하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 상기 측정 회로는, 상기 정전류 공급 회로로부터 제 1 값의 정전류를 공급한 후 공급을 정지하고, 정지 후의 상기 정전류 공급 회로의 출력 전압을 A/D 변환하여, 제 1 데이터를 작성하여 기억한다. 또한, 상기 제 1 값과 동일한 혹은 상이한 제 2 값의 정전류를 공급하고 있는 기간의 상기 정전류 공급 회로의 출력 전압을 A/D 변환하여, 제 2 데이터를 작성하여 기억한다. 다음으로, 이 측정 회로는, 기억한 상기 제 1 데이터로부터 상기 화소 회로의 구동용 트랜지스터의 임계값을 산출하여, 기억한 상기 제 1 데이터와 제 2 데이터로부터 상기 구동용 트랜지스터의 전자 이동도에 관련된 데이터를 산출한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 제 2 값의 정전류는, 상기 구동용 트랜지스터에 대해 미리 설정된 최대 휘도에 대응하는 값의 전류이다.
또한, 본 발명에 따른 상기 화소 회로의 입력 회로는, 상기 구동용 트랜지스터의 전류 미러(current mirror)용 트랜지스터를 구비한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 제 1 데이터를 생성하는 전압은, 상기 구동용 트랜지스터의 게이트에 존재하는 커패시터에 충전된 전압이, 상기 전류 미러용 트랜지스터를 통해 방전되어 상기 전류 미러용 트랜지스터의 임계값을 나타낸다.
또한, 본 발명에 따른 상기 전류 미러용 트랜지스터의 임계값은, 상기 화소 회로의 구동용 트랜지스터의 임계값에 대응한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 화소 회로의 입력 회로는, 상기 발광소자를 구동하는 트랜지스터의 전류 미러용 트랜지스터를 구비하며, 상기 제 1 데이터를 생성하는 전압은, 상기 화소 회로의 구동용 트랜지스터의 게이트에 존재하는 커패시터에 충전된 전압이, 상기 전류 미러용 트랜지스터를 통해 방전된 후의, 상기 전류 미러용 트랜지스터의 임계값을 나타낸다. 또한, 상기 제 2 값의 정전류는, 상기 구동용 트랜지스터에 대해 미리 설정된 최대 휘도에 대응하는 값의 전류이며, 상기 제 1 데이터를 Vth, 제 2 데이터를 Vn, 상기 표시장치에 입력되는 계조를 나타내는 데이터의 최대 휘도를 나타내는 데이터를 Vi로 했을 경우에, 상기 전자 이동도에 관련된 데이터는, (Vn-Vth)/Vi로 나타낸다.
또한, 본 발명에 따른 액티브·매트릭스형 표시장치는, 전류 제어형의 복수의 발광소자와, 계조 신호를 포함하는 전압을 입력하여 상기 발광소자에 전류를 공급하는 복수의 화소 회로가 매트릭스 형상으로 형성된 표시장치로서, 상기 발광소자를 흐르는 전류에 비례하는 입력 전류를 흘리는 것이 가능한 특성을 가지는 입력 회로를 구비한 상기 화소 회로를 구비하며, 또한 측정 회로, 기억 회로 및 계조 전압 공급 회로를 구비한다. 여기서, 측정 회로는, 하나 이상의 정전류를 발생시켜 복수의 상기 화소 회로의 각 입력에 대해 공급하는 것이 가능한 정전류 공급 회로를 포함하고, 상기 정전류 회로에 의해 상기 각 화소 회로의 입력 회로로 상기 하나 이상의 정전류를 시분할로 공급하며, 상기 하나 이상의 정전류에 대응하는 정전류 공급 회로의 출력 전압을 입력하여 A/D 변환하는 것이 가능하다. 기억 회로는, 상기 측정 회로로부터의 데이터로부터 산출된 상기 발광소자에 전류를 공급하는 상기 화소 회로 내의 트랜지스터의 임계값 및 전자 이동도에 관련된 데이터를 각 화소 회로마다 기억시킨다. 계조 전압 공급 회로는, 상기 표시장치에 입력되는 계조를 나타내는 데이터와, 상기 측정 회로로부터의 상기 전자 이동도에 관련된 데이터를 입력하고 승산 연산을 실행하고, 상기 승산 결과에, 상기 측정 회로로부터 입력한 상기 임계값을 가산하며, 상기 화소 회로에 공급하는 표시용 전압을 발생시켜, 상기 화소 회로의 입력에 공급한다.
또한, 본 발명에 따른 액티브·매트릭스형 표시장치는, 전류 제어형의 복수의 발광소자와, 계조 신호를 포함하는 전압을 입력하여 상기 발광소자에 전류를 공급하는 복수의 화소 회로가 매트릭스 형상으로 형성된 표시장치로서, 상기 발광소자를 흐르는 전류에 비례하는 입력 전류를 흘리는 것이 가능한 특성을 가지는 입력 회로를 구비한 상기 화소 회로를 구비하며, 또한 측정 회로, 계조 전압 공급 회로를 구비한다. 여기서, 측정 회로는, 하나 이상의 정전류를 발생시켜 복수의 상기 화소 회로의 각 입력에 대해 공급하는 것이 가능한 정전류 공급 회로를 포함하고, 상기 정전류 회로에 의해 상기 각 화소 회로의 입력 회로에 상기 하나 이상의 정전류를 시분할로 공급하며, 상기 하나 이상의 정전류에 대응하는 정전류 공급 회로의 출력 전압을 입력하여 A/D 변환하는 것이 가능하다. 계조 전압 공급 회로는, 상기 표시장치에 입력되는 계조를 나타내는 데이터를 입력하고, 상기 화소 회로에 공급하는 표시용 전압을 발생시켜, 상기 화소 회로의 입력에 공급하는 것이 가능하다. 여기서, 이 표시장치에 입력되는 계조를 나타내는 데이터는, 상기 측정 회로로부터의 데이터로부터 산출된 상기 발광소자에 전류를 공급하는 상기 화소 회로 내의 트랜지스터의 임계값 및 전자 이동도에 관련된 데이터에 근거해 보정된 데이터이다.
도 1은 본 발명의 실시형태의 구성을 나타내는 도면으로, 교정 단계의 동작을 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1에 있어서의 교정 단계의 동작 타이밍을 나타내는 도면이다.
도 3은, 본 발명의 실시형태의 구성을 나타내는 도면으로, 표시장치의 입력 신호에 대응하여 계조 표시하는 단계의 동작을 설명하는 도면이다.
도 4는 도 3에 있어서의 표시 단계의 동작 타이밍을 나타내는 도면이다.
도 5는 트랜지스터의 특성의 시간 경과 변동을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 표시장치에 있어서의 효과를 설명하는 도면이다.
도 7은 일반적인 액티브·매트릭스형 표시장치에 있어서의 하나의 화소 회로의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 8은 트랜지스터의 특성의 시간 경과 변동에 따른 변동예를 나타내는 도면이다.
도 1은, 본 발명에 따른 액티브·매트릭스형 표시장치의 구동 회로를 설명하는 도면으로, 특히 본 발명에 따른 교정 단계를 설명하는 도면이다. 소스·드라이버 회로(20)(상부의 일점 쇄선 내)는, 규정된 전류를 출력하는 전류원(21), AD 변환기(22), Vth 기억 회로(24), 제 1 연산 및 기억기(25), 제 2 연산 및 기억기(26), 승산기(27), 가산기(28) 및 계조 전압원(29)을 포함한다. 이 중, 전류원(21)의 출력, AD 변환기(22)의 입력 및 계조 전압원의 출력은, 공통 라인(30)으로 함께 이루어져, 유기 EL 표시장치 내의 각 화소 회로에 대한 소스 신호선(15)에 접속되어 있다. 이러한 입출력은, 시간 분할되어 처리된다. 게이트·드라이버 회로는 도시하지 않지만, 행(Column) 방향의 복수의 화소 회로(19)를 순차 동작시키는 복수의 게이트 신호(16)를 가진다. 이들은, 대응하는 각 화소 회로(19)에 접속된다.
한편, 화소 회로(19)(하부의 일점 쇄선 내)는, 발광소자인 EL 소자(11), 구동용 트랜지스터(12), 스위칭용 트랜지스터(13), 전류 미러용 트랜지스터(17, 18) 및 축적 용량(14; 콘덴서)으로 이루어진다. 여기서, 트랜지스터(18과 12)는, 전류 미러의 관계에 있다. 따라서, 게이트 전압을 동일하게 하면, 그 크기에 따라 트랜지스터(18)의 Id와 트랜지스터(12)의 Id의 비는 일정해진다. 크기가 동일하면, 트랜지스터(18과 12)를 흐르는 전류는 동일해진다. 바꾸어 말하면, 크기가 동일한 경우에, 화소 회로의 입력 회로에 소스 신호선(15)을 통해 흐르는 입력 전류와 유기 EL(11)에 흐르는 전류는 동일해진다. 또한, 이 화소 회로(19) 각각은, 좁은 영역에 형성되어 있다. 그 때문에, 하나의 화소 회로(19) 내의 트랜지스터에 있어서, 그 초기 특성에 있어서는 식별 가능한 편차는 없으며, 또한 경시적인 변동도 실질적으로 동일하다고 볼 수 있다. 따라서, 트랜지스터의 크기가 미리 판명되어 있으면, 구동용 트랜지스터(12)의 특성을, 트랜지스터(18)의 특성으로부터 판독할 수 있다.
또한, 승산기(27)에는, 표시장치에 입력되는 표시 데이터가 입력되지만, 도 1에서는 도시되어 있지 않다.
또한, Vth 기억 회로(24), 제 2 연산 및 기억기(26)에 대한 기억 및 판독은, 후술하는 바와 같이, 화소마다 실행되어 화소마다 판독할 수 있으며, 이 어드레스 선택 동작은 매트릭스의 구동에 연동하여 실행된다.
이상, 본 발명에 따른 유기 EL 표시장치의 구성예, 특히 후술하는 교정 단계에 관련된 교정예를, 도 1에 도시한 구성을 사용하여 설명하였다. 그러나, 실제의 유기 EL 표시장치는, 열(Row) 방향과 행(Column) 방향으로, 복수의 화소 회로(19)를 구비하며, 복수의 소스 신호선 및 복수의 게이트 신호선을 포함하는 매트릭스를 형성하고 있다.
다음으로, 도 1에 도시하는 EL 표시장치의 구동 회로의 동작에 대해 설명한다.
본 실시형태는, 전류원을 사용하여 트랜지스터의 특성을 판독함으로써 보정값을 얻는 교정 동작과, 얻어진 보정값을 사용하여 전압원으로 계조 표시시키는 동작의 2가지가 있다. 우선, 교정 동작부터 설명한다. 아울러, 이하의 설명은, 하나의 화소 회로에 대해 설명된다. 실제의 표시장치에 있어서의 동작의 경우, 이하의 동작이, 각각의 화소 회로에 대해 실행되는 것이다. 또한, 이하에서는, 설명의 간단화를 위하여, 트랜지스터(18과 12)는 동일한 크기를 가지는 것으로 설명한다.
(교정 동작)
도 1에 이 교정 동작에 관여하는 구성이 도시되며, 도 2는 그 타이밍을 도시하고 있다. 이 교정 동작은, 각 화소에 대해 실행된다. 하나의 각 화소에 대한 교정 동작은 3개의 동작 사이클로 구분할 수 있다.
제 1 사이클의 동작은, 구동 트랜지스터(12)의 임계값 전압을 판독하기 위하여, 트랜지스터(18)의 임계값 전압(Vth)을 판독하여 기억하는 동작이다. 이 제 1 사이클의 동작을, 도 2에서는 (1) 프리차지(precharge) 기간→(2) Vth 기억 기간→(3) Vth 판독 기간으로서 시계열로 나타내고 있다.
여기서, (1)의 프리차지의 기간은, 전류원(21)으로부터만(계조 전압원은 오프 상태) 통상보다 큰 전류(Iref1)를 화소 회로(19)에 부여한다. 따라서, 이 기간, 트랜지스터(18)의 게이트는, 임계값 전압 이상이 된다. (2)의 Vth 기억 기간은, Vth를 기억시키는 기간으로, 트랜지스터(18)의 게이트 전압이 임계값 전압으로 변화하도록, 입력을 정지시키는 기간이다. 임계값 전압 이상이 된 트랜지스터(18)의 게이트 전압은, 이 기간에 트랜지스터(17과 18)를 통해 방전한다. 트랜지스터(18)의 게이트 전압이 임계값 전압까지 저하하면, 트랜지스터(17과 18)로부터 방전이 행해지지 않고, 일정 전압이 유지된다. 이 전압은, 자동적으로 콘덴서(14)에 기억된다. 이 전압은, 트랜지스터(17과 18)로부터 방전이 행해지지 않을 때의 전압으로, 바꾸어 말하면, 트랜지스터(18)의 임계값 전압이 된다.
이 임계값 전압에, 트랜지스터(17)의 포화 전압을 더한 전압은, A/D 변환기(22)의 입력으로 나타낸다. 여기에서는, 트랜지스터(17)의 도통 전압은 무시할 수 있을 정도로 작으므로, 고려하지 않기로 한다. (3)의 Vth 판독 기간은, A/D 변환기(22)로, 이 임계값 전압을 디지털 값으로 변환하는 기간이다. 일정 시간 경과 후, A/D 변환된 임계값의 디지털 값이, 기억 회로(24)에 기억된다. 또한, 트랜지스터(18)와 구동 트랜지스터(12)는, 동일 화소 내에 형성되어 있어 특성이 일치하므로, 구동 트랜지스터(12)의 특성을 모의적으로 파악할 수 있다. 따라서, 제 1 사이클에서, 구동 트랜지스터(12)의 임계값(Vth)을 판독할 수 있다.
제 2 사이클의 동작은, 전자 이동도에 관계하는 특성을 조사하는 동작을 실행한다. 이 동작은, 소정의 전류를 흘렸을 때의 A/D 변환기(22)의 입력으로 나타내는, 기준 전류 통전시의 전압(Vref)을 판독하여 기억한다. 이 제 2 사이클의 동작을 도 2에서는, (4) Vref 기입 기간→(5) Vref 판독 기간으로서 시계열로 나타내고 있다.
(4)의 Vref의 기간은, 전류원(21)은 기준 전류(Iref2), 예를 들어, 계조 100%시에 유기 EL 소자에 흘리는 전류에 상당하는 전류를 흘린다. (5)의 Vref 판독 기간에 있어서, (4)의 기간의 전류가 유지되며, 그때의 트랜지스터(18)의 게이트 전압(Vg)을 A/D 변환기(22)가 판독한다. 이 전압은, 규정 전류(rated current)에서 발생시키기 위하여, 트랜지스터(12)의 특성과 동일한 혹은 소정의 대응 관계에 있는 트랜지스터(18)의 임계값 전압과 전자 이동도의 특성이 포함된 것이다. 따라서, 제 2 사이클에서, 계조 100%시에 상당하는 전류를 흘리는 게이트 전압(Vref)을 판독할 수 있다.
또한, 트랜지스터(18)의 크기가 구동용 트랜지스터의 1/a인 경우는, 전류(Iref2)는, 계조 100%시에 유기 EL 소자에 흘리는 전류의 1/a가 되는 것을 당업자는 이해할 것이다.
도 1에서, 전류원(21)으로부터의 굵은 선은 전류원으로부터의 전류 경로를 나타내며, 점선은 트랜지스터(18)의 게이트 전압에 실질적으로 동일한 전압을 A/D 변환기(22)로 검출하는 것을 나타내고 있다.
제 3 사이클은, 보정 계수(K)를 산출하는 것으로, 제 1 사이클에서 구한 Vth와 제 2 사이클에서 구한 Vref에 근거하여, 식 (1)을 제 1 연산기(25)에서 실행하고, 식 (2)를 제 2 연산기(26)에서 실행하여, 결과를 일시에 기억한다.
△Vn=Vref-Vth····식(1)
K=(△Vn/△Vi)····식(2)
여기서, △Vn의 값은, 그때의, 그 측정한 화소 회로의 계조 레벨의 0%에서 100%를 나타내는 전압에 대응하는 값이다. 여기서, △Vi는, 초기 또는 기준 전압, 예를 들어, 계조 표시 100%시에 필요한 데이터 전압으로, 미리 결정되어 있는 전압이다.
제 2 연산기(26)로 구한 계수(K)에 대해 설명한다. △Vi는, 초기 또는 기준 전압, 예를 들어, 계조 표시에 있어서의 100%의 휘도 레벨을 나타내는 데이터 전압이다. 그런데, 실제 주목하고 있는 트랜지스터는, 초기 편차 및 시간 경과 변동으로, △Vi에 대응하는 전압은 △Vn이 되어 있다. 따라서, 이 편차 또는 변동분의 계수(K)를 구하여, 다음 계조 전압을 설정할 때에, 이 계수로 보정하는 것이다. 도 5는, 이 △Vi와 △Vn의 관계예를 나타내는 도면이다.
또한, 상술한 설명에 있어서, 검출한 값은, 구동용 트랜지스터의 특성과 실질적으로 동일한 것으로서 설명하고 있다. 이러한 값은, 실질적으로 동일하지 않아도 대응 관계에 있는 것은 분명하며, 검출한 임계값에 대해서도 구동용 트랜지스터의 특성에 대응하는 것으로서 처리하는 것이 가능하다. 또한, 미리 대응 관계가 판명되어 있는 경우, 그 대응 관계에 근거하여, 상술한 기준의 전류(Iref2)를 설정하며, 얻어진 결과의 K를 구동용 트랜지스터의 값을 나타내는 것으로서 취급할 수도 있다.
도 5는, 예를 들어, 초기에 있어서, 하측의 사선으로 나타낸 특성을 가지고 있었지만, N시간 후에, 상측의 사선으로 나타낸 특성을 가지고 있음을 나타내고 있다. 또는, 계조를 나타내는 신호는 하측의 사선으로 나타낸 특성을 가지는 것을 전제로 하고 있지만, 실제로 화소 회로에 입력해야 할 신호 특성은, 상측의 사선으로 나타낸 특성에 대응하는 특성을 가질 필요가 있음을 나타내고 있다. 또한, 상술한 동작이 각 화소 회로에 대해 실행된다.
다음으로, 전압원으로 보정된 계조로 표시하는 동작을 설명한다.
(계조 표시 동작)
도 3은, 계조 데이터(Vdata(31))를 입력하여, 보정된 신호로 화소 회로를 구동하는 것을 설명하는 도면이다. 이 동작에서는, 각 화소 회로는 계조 전압 전원으로부터만 구동된다. 도 4는, 그 동작에 있어서의 1 화소를 구동하는 타이밍을 나타내고 있다. 도 3에 있어서, 이 경우의 신호 등의 흐름을 굵은 선으로 나타내고 있다. 계조 데이터(Vdata)는, 승산기(27)에서 계수(K)가 승산되며, 또한 가산기(28)에서 Vth가 가산된다. 이 처리는, 식 (2)에 나타낸 바와 같이, 디지털적으로 처리된다. 이 결과의 디지털 값은, 계조 전압원(29)(구체적으로는, DA 변환기)에 의해 아날로그 값으로 변환되어 화소 회로(19)에 인가될 수 있다. 이것에 의해, 이 아날로그 값이 콘덴서(14)에 기입되어 축적될 수 있으므로, 표시 데이터가 갱신된다.
Vg=K·Vdata+Vth····식(2)
여기서, Vdata는, EL 표시장치의 발광 휘도(계조)를 설정하는 데이터이다. 계조 100%에서는, 상기한 △Vi와 동일한 값이다. Vth와 전자 이동도에 있어서, 초기의 편차 및 시간 경과 변동이 있는 경우에는, 계조 전압(Vdata)에 1 이외의 보정 계수(K)를 승산할 수 있으며, 또한 변화한 Vth를 반영하도록 디지털·데이터가 보정된다.
이와 같이, 계조 100%의 입력에 대하여, 구동 트랜지스터(12)의 Id가 일정한 전류값이 되도록, 게이트 전압(Vg)이 변화하므로, 계조 전압(Vdata)에 대한 발광 휘도의 관계는 보편화 된다. 그 예를 도 6에 나타낸다. 여기에서는, 3개의 화소에서 Vth와 전자 이동도에 초기의 편차 혹은 시간 경과 변동이 있었다고 해도, 각 화소의 구동용 트랜지스터의 Vg1로부터 Vg3가 적절히 변경되어, 계조 100%시의 구동 전류(Id)가 변하지 않는 것을 모식적으로 나타내고 있다.
따라서, 종래 50% 이상이나 있던 특성의 편차에 기인하는 휘도 불균일은 기본적으로 없어지며, 실질적으로는 연산 오차 이하의 무시 가능한 레벨이 된다.
이상, 화소 회로 내의 트랜지스터의 Vth의 판독에서 시작하여, 전자 이동도에 관계하는 계수(K)를 구하고, 이들 데이터로, 입력한 계조 데이터를 보정하며, 보정한 데이터로 각 화소 회로를 구동할 때까지의 기본 공정을 예시의 실시형태에 근거하여 설명하였다.
그러나, 도면에 도시한 실시형태 이외의 형태에서도, 본원 발명의 취지를 실행하는 것이 가능하다. 예를 들어, 소스·드라이버(20)로서 도시한 부분에서, 본원 발명에 관한 부분의 일부를, 예를 들어, 이 표시장치에 표시용 데이터를 출력하는 컴퓨터에 실행시켜, 그 결과를, 표시장치 내의 기억장치에 기억시키는 구성으로 하는 것도 가능하다. 즉, 연산부(25) 및 연산부(26)의 연산 부분을 외부 장치에 실행시켜, 그 결과를 연산부(26)의 기억부에 기입하도록 구성할 수 있다. 이 경우, 외부 장치에서 실행하는 연산에 대해서는, 소프트·프로그램으로 컴퓨터에 실행시킬 수 있다.
또한, 상술한 교정 동작에 있어서의 제어 그 자체, 즉, 소스·드라이버와 게이트·드라이버, A/D 변환기 및 전류원의 구동하는 제어부를, 상술한 컴퓨터에 의해, 제어 가능하게 하며, 컴퓨터의 프로그램에 의해, 실질적으로 교정 동작 그 자체가 관리되는 형태로 할 수 있다. 이러한 형태의 경우에, 소프트·프로그램으로, 교정 동작 그 자체를 관리할 수 있으므로, 예를 들어, 시간을 들인 정확한 교정, 단시간에 실행 가능한 개략적인 교정을 사용자가 선택하는 것도 가능하게 된다.
또한, 이러한 구성에 있어서, 소프트·프로그램을 사용하여 교정 동작을 실행시키는 경우, 구동용 트랜지스터의 특성을 산출하는데 있어서, 얻어진 측정 데이터에 대해 미세 조정을 가하여 처리를 실행시켜, 최종적인 결과를 얻도록 하는 것도 가능하다. 예를 들어, 얻어진 임계값이, 실제 임계값의 함수로서 나타낼 수 있는 경우, 그 함수 처리를 실행하여 소망하는 임계값을 얻고, 이것을 임계값으로서 사용할 수 있다. 동시에 상술한 K를 구하는 경우에 있어서도, 이 임계값을 사용할 수 있다.
상술한 다른 실시형태에서도, A/D 변환기(22), 전류원(21), 계조 전압원(30)은, 표시장치 내부에 배치할 필요가 있다. 또한, 계조 표시 단계에서는, Vth 기억(24), 연산 및 기억(26), 승산기(27), 및 가산기도 사용하지만, 이 부분은, 표시장치 내부에 있어도, 외부에 있어도, 본 발명의 취지를 실행할 수 있다. 즉, 표시장치 외부에서, 보정된 계조 데이터를 계조 전압원(30)에 입력하도록 하는 것도 가능하다.
또한, 도시한 실시형태에 있어서, 교정 단계에 있어서의 각 동작의 제어를, 표시장치 내에 배치한 전용 컴퓨터에 실행시키는 것, 전용 하드웨어에 실행시키는 것, 혹은 이들을 조합시켜 실행시킬 수 있는 것은 분명하다.
마지막으로, 상술한 트랜지스터의 Vth와 K는, 단기간에서는 변화가 미소하기 때문에, 상술한 교정 동작을 한 번 실행시킨 후에는, 표시장치를 사용할 때마다 교정 동작을 실행시킬 필요는 없다. 그러나, 상술한 교정 동작을 일정 간격으로 실행시키는 것이 바람직하다. 혹은, 휘도 불균일이 현저해지는 시점에서, 상술한 교정 동작을 실행시키도록 해도 된다.
산업상의 이용 가능성
상술한 본 발명에 의해, 표시장치에 있어서, 화소 회로 내의 트랜지스터의 임계값과 전자 이동도의 초기 편차와 이러한 시간 경과 변동에 따라, 계조 전압을 보정하여, 각 화소 회로에 그 보정한 전압을 공급하는 것이 가능해지며, 이것에 의해, 표시장치의 휘도 불균일을, 무시할 수 있는 정도로 저감할 수 있는 효과를 가진다.

Claims (9)

  1. 전류 제어형의 복수의 발광소자와, 계조 신호를 포함하는 전압을 입력하여 상기 발광소자에 전류를 공급하는 복수의 화소 회로가 매트릭스 형상으로 형성된 액티브·매트릭스형 표시장치로서,
    상기 발광소자를 흐르는 전류에 비례하는 입력 전류를 흘리는 것이 가능한 특성을 가지는 입력 회로를 구비한 상기 화소 회로와,
    하나 이상의 정전류를 발생시켜 복수의 상기 화소 회로의 각 입력에 대하여 공급하는 것이 가능한 정전류 공급 회로를 포함하고, 상기 정전류 회로에 의해 상기 각 화소 회로의 입력 회로에 상기 하나 이상의 정전류를 시분할로 공급하며, 상기 하나 이상의 정전류에 대응하는 정전류 공급 회로의 출력 전압을 입력하여 A/D 변환하고, A/D 변환된 데이터를 입력하여 소정의 연산을 실행하며, 상기 발광소자에 전류를 공급하는 상기 화소 회로 내의 구동용 트랜지스터의 임계값 및 전자 이동도에 관련된 데이터를 산출하여, 산출한 데이터를 각 화소 회로마다 기억시키는 측정 회로와,
    상기 표시장치에 입력되는 계조를 나타내는 데이터와, 상기 측정 회로로부터의 상기 전자 이동도에 관련된 데이터를 입력하여 승산(乘算) 연산을 실행하고, 상기 승산 결과에, 상기 측정 회로로부터 입력한 상기 임계값을 가산하며, 상기 화소 회로에 공급하는 표시용 전압을 발생시켜, 상기 화소 회로의 입력에 공급하는 것이 가능한 계조 전압 공급 회로를 구비하는, 액티브·매트릭스형 표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 회로는, 상기 정전류 공급 회로로부터 제 1 값의 정전류를 공급한 후 공급을 정지하고, 정지 후의 상기 정전류 공급 회로의 출력의 전압을 A/D 변환하여 제 1 데이터로 하며, 상기 제 1 값과 동일한 혹은 상이한 제 2 값의 정전류를 공급하고 있는 기간의 상기 정전류 공급 회로의 출력의 전압을 A/D 변환하여 제 2 데이터로 하고, 상기 제 1 데이터로부터 상기 화소 회로의 구동용 트랜지스터의 임계값을 산출하여, 상기 제 1 데이터와 제 2 데이터로부터 상기 구동용 트랜지스터의 전자 이동도에 관련된 데이터를 산출하는, 액티브·매트릭스형 표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 값의 정전류는, 상기 구동용 트랜지스터에 대하여 미리 설정된 최대의 휘도에 대응하는 값의 전류인, 액티브·매트릭스형 표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 화소 회로의 입력 회로는, 상기 구동용 트랜지스터의 전류 미러(current mirror)용 트랜지스터를 구비하는, 액티브·매트릭스형 표시장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 데이터를 생성하는 전압은, 상기 구동용 트랜지스터의 게이트에 존재하는 커패시터에 충전된 전압이, 상기 전류 미러용 트랜지스터를 통해 방전되어, 상기 전류 미러용 트랜지스터의 임계값을 나타내는, 액티브·매트릭스형 표시장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 전류 미러용 트랜지스터의 임계값은, 상기 화소 회로의 구동용 트랜지스터의 임계값에 대응하는, 액티브·매트릭스형 표시장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 화소 회로의 입력 회로는, 상기 발광소자를 구동하는 트랜지스터의 전류 미러용 트랜지스터를 구비하고,
    상기 제 1 데이터를 생성하는 전압은, 상기 화소 회로의 구동용 트랜지스터의 게이트에 존재하는 커패시터에 충전된 전압이, 상기 전류 미러용 트랜지스터를 통해 방전된 후의, 상기 전류 미러용 트랜지스터의 임계값을 나타내고,
    상기 제 2 값의 정전류는, 상기 구동용 트랜지스터에 대하여 미리 설정된 최대의 휘도에 대응하는 값의 전류이며,
    상기 제 1 데이터를 Vth, 제 2 데이터를 Vn, 상기 표시장치에 입력되는 계조를 나타내는 데이터의 최대 휘도를 나타내는 데이터를 Vi로 했을 경우에, 상기 전자 이동도에 관련된 데이터는, (Vn-Vth)/Vi로 나타내는, 액티브·매트릭스형 표시장치.
  8. 전류 제어형의 복수의 발광소자와, 계조 신호를 포함하는 전압을 입력하여 상기 발광소자에 전류를 공급하는 복수의 화소 회로가 매트릭스 형상으로 형성된 표시장치로서,
    상기 발광소자를 흐르는 전류에 비례하는 입력 전류를 흘리는 것이 가능한 특성을 가지는 입력 회로를 구비한 상기 화소 회로와,
    하나 이상의 정전류를 발생시켜 복수의 상기 화소 회로의 각 입력에 대하여 공급하는 것이 가능한 정전류 공급 회로를 포함하고, 상기 정전류 회로에 의해 상기 각 화소 회로의 입력 회로에 상기 하나 이상의 정전류를 시분할로 공급하며, 상기 하나 이상의 정전류에 대응하는 정전류 공급 회로의 출력 전압을 입력하여 A/D 변환하는 것이 가능한 측정 회로와,
    상기 측정 회로로부터의 데이터로부터 산출된 상기 발광소자에 전류를 공급하는 상기 화소 회로 내의 트랜지스터의 임계값 및 전자 이동도에 관련된 데이터를 각 화소 회로마다 기억시키는 기억 회로와,
    상기 표시장치에 입력되는 계조를 나타내는 데이터와, 상기 측정 회로로부터의 상기 전자 이동도에 관련된 데이터를 입력하여 승산 연산을 실행하고, 상기 승산 결과에, 상기 측정 회로로부터 입력한 상기 임계값을 가산하며, 상기 화소 회로에 공급하는 표시용 전압을 발생시켜, 상기 화소 회로의 입력에 공급하는 것이 가능한 계조 전압 공급 회로를 구비하는, 액티브·매트릭스형 표시장치.
  9. 전류 제어형의 복수의 발광소자와, 계조 신호를 포함하는 전압을 입력하여 상기 발광소자에 전류를 공급하는 복수의 화소 회로가 매트릭스 형상으로 형성된 표시장치로서,
    상기 발광소자를 흐르는 전류에 비례하는 입력 전류를 흘리는 것이 가능한 특성을 가지는 입력 회로를 구비한 상기 화소 회로와,
    하나 이상의 정전류를 발생시켜 복수의 상기 화소 회로의 각 입력에 대하여 공급하는 것이 가능한 정전류 공급 회로를 포함하고, 상기 정전류 회로에 의해 상기 각 화소 회로의 입력 회로에 상기 하나 이상의 정전류를 시분할로 공급하며, 상기 하나 이상의 정전류에 대응하는 정전류 공급 회로의 출력 전압을 입력하여 A/D 변환하는 것이 가능한 측정 회로와,
    상기 표시장치에 입력되는 계조를 나타내는 데이터를 입력하고, 상기 화소 회로에 공급하는 표시용 전압을 발생시켜, 상기 화소 회로의 입력에 공급하는 것이 가능한 계조 전압 공급 회로를 구비하며,
    상기 표시장치에 입력되는 계조를 나타내는 데이터는, 상기 측정 회로로부터의 데이터로부터 산출된 상기 발광소자에 전류를 공급하는 상기 화소 회로 내의 트랜지스터의 임계값 및 전자 이동도에 관련된 데이터에 근거하여 보정된 데이터인, 액티브·매트릭스형 표시장치.
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