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JP2006098941A - 表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】デジタル駆動方式により多階調表示が可能な表示装置において、フレームメモリを不要とすると共に、駆動電流による表示装置の発熱を抑える。
【解決手段】従来のデジタル駆動方式の有機ＥＬ表示装置の如く、１フィールド期間を走査期間と発光期間に分けずに、ライン毎の画素（５１）にデータライン６０から映像データの書き込み、ライン毎に発生するランプ電圧ＲＭＰ（n-1），ＲＭＰ（n1），ＲＭＰ（n+1）と映像データ電圧とを比較し、その比較結果に基づく発光表示を行うようにした。これにより、デジタル駆動方式により多階調表示が可能であると共に、フレームメモリを必要としない表示装置を提供できる。しかも、有機ＥＬ素子（５０）へ供給する電流も低減され、表示装置の発熱を抑えて信頼性向上に資することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、表示装置に関し、特に映像データに応じた多階調の表示が可能な表示装置に関する。
近年、有機エレクトロルミネッセンス素子（Organic Electro Luminescence Device：以下、「有機ＥＬ素子」と略称する）を用いた有機ＥＬ表示装置は、ＣＲＴやＬＣＤに代わる表示装置として注目されている。特に、各画素の有機ＥＬ素子に駆動電流を供給する駆動用トランジスタとして、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor：以下、「ＴＦＴ」と略称する）を備えたアクティブマトリクス型の有機ＥＬ表示装置が開発されている。
アクティブマトリクス型の有機ＥＬ表示装置において、多階調を表現するための駆動方式として、アナログ駆動方式とデジタル駆動方式が知られている。アナログ駆動方式の有機ＥＬ表示装置では、有機ＥＬ素子にデータ電圧に応じた大きさの電流を供給して、該有機ＥＬ素子をデータ電圧に応じた明るさで点灯させる。これに対して、デジタル駆動型の有機ＥＬ表示装置では、有機ＥＬ素子にデータ電圧に応じたデューティ比を有するパルス電流を供給することによって多階調を表現することができる。
以下で、デジタル駆動方式の有機ＥＬ表示装置について図面を参照しながら説明する。この有機ＥＬ表示装置は、図７に示す如く、複数の画素をマトリクス状に配列して構成される表示パネル(５)に、走査ドライバー(３)とデータドライバー(４)を接続して構成されている。ＴＶ受信機等の映像ソースから供給される映像信号は、映像信号処理回路(６)へ供給されて、映像表示に必要な信号処理が施され、これによって得られるＲＧＢ３原色の映像信号が、有機ＥＬディスプレイ(２)のデータドライバー(４)へ供給される。
又、映像信号処理回路(６)から得られる水平同期信号Ｈsync及び垂直同期信号Ｖsyncがタイミング信号発生回路(７)へ供給され、これによって得られるタイミング信号が走査ドライバー(３)及びデータドライバー(４)へ供給される。更に、タイミング信号発生回路(７)から得られるタイミング信号がランプ電圧発生回路(８)へ供給され、
これによって、後述の如く有機ＥＬディスプレイ(２)の駆動に用いられるランプ電圧が生成され、該ランプ電圧が表示パネル(５)の各画素へ供給される。尚、図６に示す各回路、各ドライバー及び有機ＥＬディスプレイには電源回路(図示省略)が接続されている。
表示パネル(５)は、図８に示す回路構成の画素（５１）をマトリクス状に配列して構成されている。各画素（５１）は、有機層によって構成される有機ＥＬ素子（５０）と、ゲートに対するオン／オフ制御信号の入力に応じて有機ＥＬ素子（５０）に対する通電をオン／オフする駆動用トランジスタＴＲ２と、前記走査ドライバーからの走査電圧がゲートに印加されて導通状態となる書込み用トランジスタＴＲ１と、書込み用トランジスタＴＲ１が導通状態となることによって前記データドライバーからのデータ電圧が印加されるデータ保持用の容量素子Ｃと、前記ランプ電圧発生回路（８）から供給されるランプ電圧と容量素子Ｃの出力電圧とが正負一対の入力端子に供給されて、両電圧を比較するコンパレータ(９)とを備え、コンパレータ(９)の出力信号が駆動用トランジスタＴＲ２のゲートへ供給されている。
駆動用トランジスタＴＲ２のソースには電流供給ライン（５４）が接続され、この電流供給ライン（５４）に電圧ＰＶＤＤが印加されている。駆動用トランジスタＴＲ２のドレインは有機ＥＬ素子（５０）のアノードに接続され、有機ＥＬ素子（５０）のカソードには電圧ＣＶが印加されている。
書込み用トランジスタＴＲ１の一方の電極(例えばソース)には前記データドライバーが接続され、書込み用トランジスタＴＲ１の他方の電極(例えばドレイン)は、容量素子Ｃの一端に接続されると共に、コンパレータ(９)の反転入力端子に接続されている。コンパレータ(９)の非反転入力端子には前記ランプ電圧発生回路(８)の出力端子が接続されている。
上記有機ＥＬディスプレイ(２)においては、図９（ａ)に示す様に、１フィールド期間が、前半の走査期間と、後半の発光期間とに時分割される。走査期間には、各水平ラインについて、各画素（５１）を構成する書込み用トランジスタＴＲ１に走査ドライバーからの走査電圧が印加され、書込み用トランジスタＴＲ１が導通状態となり、これによって、容量素子Ｃには、データドライバーからの映像データ電圧が印加され、該電圧が電荷として蓄積される。この結果、有機ＥＬディスプレイ(２)を構成する全ての画素に対して、１フィールド分の映像データが設定されることになる。
又、ランプ電圧発生回路(８)は、図９ (ｂ)に示す如く１フィールド期間毎に、前半の走査期間ではハイの電圧値を維持し、後半の発光期間では、ローの電圧値からハイの電圧値まで直線的に変化するランプ電圧を発生する。前半の走査期間に、ランプ電圧発生回路(８)からのハイの電圧がコンパレータ(９)の非反転入力端子に印加されることによって、コンパレータ(９)の出力は、反転入力端子への入力電圧に拘わらず図９（ｃ）に示す如く常にハイとなる。
又、後半の発光期間にランプ電圧発生回路(８)からのランプ電圧がコンパレータ(９)の非反転入力端子に印加されると同時に、容量素子Ｃの出力電圧(データ電圧)がコンパレータ(９)の反転入力端子に印加されることによって、コンパレータ(９)の出力は、図９（ｃ）に示す如く両電圧の比較結果に応じてロー及びハイの２つの値をとる。即ち、ランプ電圧が映像データ電圧を下回っている期間はコンパレータの出力がローとなり、ランプ電圧が映像データ電圧を上回っている期間はコンパレータの出力がハイとなる。ここで、コンパレータの出力がローとなる期間の長さは、データ電圧の大きさに比例することになる。
この様にして、コンパレータ(９)の出力がデータ電圧の大きさに比例する期間だけローとなることによって、該期間だけ駆動用トランジスタＴＲ２がオンとなり、有機ＥＬ素子（５０）への通電がオンとなる。この結果、表示パネル（５）を構成する各画素（５１）の有機ＥＬ素子（５０）は、１フィールド期間内で、各画素（５１）に対する映像データ電圧の大きさに比例する期間だけ発光することになり、これによって多階調の表示が実現される。
上述の如く、この有機ＥＬ表示装置によれば、１フィールド期間内に１回の走査を行なうだけで多階調表示が行なわれるので、高速の走査は不要であり、然も擬似輪郭が発生することはない。又、この有機ＥＬ表示装置は、デジタル駆動方式を採用しているので、駆動用トランジスタＴＲ２の特性のばらつきに影響され難く、然も、電源電圧の低減による低消費電力化が可能である。
特開２００３−２４１７１１号公報
しかしながら、上述したデジタル駆動方式の有機ＥＬ表示装置では、１フィールド期間の前半を走査期間として設定し、この走査期間に全画素に１フィールド分の映像データが書き込まれ、１フィールド期間の後半を発光期間として設定していたので、１フィールド分の映像データを記憶するためのフィールドメモリを必要としていた。
また、当然ながら発光期間は１フィールド期間より短くなるので、アナログ駆動方式の有機ＥＬ表示装置と同等の発光輝度を得るためには、発光期間中に駆動電流（駆動用トランジスタＴＲ２を通して有機ＥＬ素子（５０）に流す電流）が大きくなり、表示パネル(５)の発熱が大きくなる。表示パネル(５)の発熱が大きくなると、有機ＥＬ素子（５０）の発光特性が劣化してしまい、表示不良を招くという問題があった。
本発明の表示装置の主たる特徴構成は以下の通りである。
本発明の表示装置は、行及び列のマトリクスに配列された複数の画素と、複数の走査パルス信号を順次発生する走査ドライバーと、映像データを出力するデータドライバーと、それぞれの走査パルス信号に同期した複数のランプ電圧を発生するランプ電圧発生回路と、各画素は電流の供給を受けて発光する発光素子と、前記走査ドライバーからの走査パルス信号が印加されて導通する書込み用トランジスタと、前記書込み用トランジスタを通して供給された前記データドライバーからの映像データと前記複数のランプ電圧の中、当該画素に対応するランプ電圧とを比較し、その比較結果に応じて前記発光素子に電流を供給する駆動手段と、を備えることを特徴とするものである。
また、上記特徴構成に加えて、前記駆動手段は、前記映像データを保持する保持手段と、前記保持手段によって保持された映像データと前記ランプ電圧とを比較するコンパレータと、前記コンパレータの出力に応じて導通する駆動用トランジスタとを備えることを特徴とするものである。
本発明の表示装置によれば、従来のデジタル駆動方式の有機ＥＬ表示装置の如く、１フィールド期間を走査期間と発光期間に分けずに、ライン毎に映像データの書き込み、ライン毎に発生するランプ電圧と映像データ電圧とを比較し、その比較結果に基づく発光表示を行うようにした。これにより、デジタル駆動方式により多階調表示が可能であると共に、フレームメモリを必要としない表示装置を提供できる。しかも、本発明によれば、発光素子へ供給する電流も低減され、表示装置の発熱を抑えて信頼性向上に資することができる。
次に、本発明の実施形態に係る有機ＥＬ表示装置について図面を参照しながら説明する。図１はこの有機ＥＬ表示装置の全体構成を示すブロック図、図２は、表示パネル（５）の画素領域を示すブロック図、図３は、この有機ＥＬ表示装置の動作波形図であり、図１の走査ドライバー（３）から各ラインの画素に出力される走査パルス信号Ｇn-1，Ｇn，Ｇn+1と、図１のランプ電圧発生回路（１０）から各ラインの画素に出力されるランプ電圧ＲＭＰ(n-1），ＲＭＰ(n)，ＲＭＰ(n+1)との関係を示している。
この有機ＥＬ表示装置は、従来のデジタル駆動方式の有機ＥＬ表示装置のように、１フィールド期間を走査期間と発光期間に分けて多階調表示を行うのではなく、ライン毎に映像データを書き込んだ後、そのライン毎に走査パルス信号に同期したランプ電圧を発生して、このランプ電圧と映像データ電圧をコンパレータで比較し、そのコンパレータの出力に基づいて発光素子を駆動することで多階調表示を行うというものである。
表示パネル（５）は、図２に示す如く、図７に示した画素（５１）を行及び列にマトリクスに配置し、（ｎ−１）番目のラインの各画素（５１）に共通に走査信号Ｇn-1が供給される。走査パルス信号Ｇn-1は各画素（５１）の書込み用トランジスタＴＲ１のゲートに印加される。また、（ｎ−１）番目のラインの各画素（５１）に共通に走査パルス信号Ｇn-1に同期して発生したランプ電圧ＲＭＰ(n-1）が供給され、コンパレータ（９）の非反転入力端子に印加される。
同様に、ｎ番目のラインの各画素（５１）に共通に走査パルス信号Ｇnが供給される。また、ｎ番目のラインの各画素（５１）に共通に走査パルス信号Ｇnに同期して発生したランプ電圧ＲＭＰ(n）が供給される。他のラインについても全く同様である。
この有機ＥＬ表示装置の動作は、図３に示す如く、走査パルス信号Ｇn-1がハイに立ち上がると、これに応じて（ｎ−１）番のラインの各画素（５１）が選択され、データドライバー（４）からの映像データが各画素（５１）に接続されたデータライン６０を通して各画素（５１）に書き込まれる。具体的には、各画素（５１）の書込み用トランジスタＴＲ１が導通し、この書込み用トランジスタＴＲ１を通して、データドライバー（４）からの映像データが保持容量素子Ｃに保持される。
一方、走査パルス信号Ｇn-1の発生に応じて、所定の電圧、例えば８Ｖから傾斜を有して０Ｖへ向けて下降するランプ電圧ＲＭＰ(n-1）が発生する。このランプ電圧ＲＭＰ(n-1）と前記保持容量素子Ｃに保持された映像データ電圧とがコンパレータ（９）によって比較される。コンパレータ（９）の出力は、その比較結果に応じてロー及びハイの２つの値をとる。
即ち、ランプ電圧ＲＭＰ(n-1）が映像データ電圧を上回っている期間はコンパレータ（９）の出力がハイとなり、ランプ電圧ＲＭＰ(n-1）が映像データ電圧を下っている期間はコンパレータ（９）の出力がロウとなる。ここで、コンパレータ（９）の出力がローとなる期間の長さは、データ電圧の大きさに比例する。こうして、コンパレータ(９)の出力がデータ電圧の大きさに比例する期間だけローとなることによって、該期間だけ駆動用トランジスタＴＲ２がオンとなり、有機ＥＬ素子（５０）への通電がオンとなる。
次に、走査パルス信号Ｇnがハイに立ち上がると、これに応じてｎ番のラインの各画素（５１）が選択され、データドライバー（４）からの映像データが各画素（５１）に接続されたデータライン６０を通して各画素（５１）に書き込まれる。そして、同様に、走査パルス信号Ｇnの発生に応じて、ランプ電圧ＲＭＰ(n）が発生する。このようにして、ライン毎に、映像データの書き込みと有機ＥＬ素子（５０）に発光が同時並行して行われ、この結果、表示パネル（５）を構成する各画素（５１）の有機ＥＬ素子（５０）は、１フィールド期間内で、各画素（５１）に対する映像データ電圧の大きさに比例する期間だけ発光することになり、これによって多階調の表示が実現される。
そして、本実施形態によれば、従来のデジタル駆動方式の有機ＥＬ表示装置の如く、１フィールド期間を走査期間と発光期間に分けずに、ライン毎に映像データの書き込み、ランプ電圧を映像データ電圧とを比較し、その比較結果に基づく発光表示を行うようにしたので、多階調表示が可能であると共に、１フィールド分の映像データを予め記憶しておく必要がないことからフレームメモリを必要としない。しかも１フィールド期間の全体を発光期間として確保できることから有機ＥＬ素子（５０）へ供給する駆動電流も低減され、表示パネル（５）の発熱を抑えることができる。
次に、ランプ電圧発生回路（１０）の具体的な回路構成について図４を参照して説明する。このランプ電圧発生回路（１０）は、各ラインに対応して複数のランプ電圧発生ユニット１０ｎ−１，１０ｎ，１０ｎ＋１，・・・から構成されている。例えば、ランプ電圧発生ユニット１０ｎ−１は、走査ドライバー（３）からの走査パルス信号Ｇn-1の立ち上がりに応じてロウインピーダンスで導通し、その立ち下がりに応じてオフする充電用トランジスタＴＲＡと、走査パルス信号Ｇn-1に応じて導通した充電用トランジスタＴＲＡによって電源電圧Ｖｄｄの電圧に急速充電される容量素子ＣＸと、容量素子ＣＸに蓄積された電荷をランプ電圧出力線７０ｎ−１を通して接地電圧０Ｖに放電する放電用トランジスタＴＲＢと、を備え、ランプ電圧出力線７０ｎ−１は（ｎ−１）番目のラインに接続された各画素（５１）のコンパレータ（９）の非反転入力端子（＋）に接続されている。
ここで、ランプ電圧出力線７０ｎ−１の一端は電源電圧Ｖｄｄ（例えば、８Ｖ）より低い電圧である電圧、例えば接地電圧０Ｖに接続されることで０Ｖにバイアスされている。また、放電用トランジスタＴＲＢのゲートには、放電用トランジスタＴＲＢのしきい値電圧と同じか若干高い電圧信号ＧＸn-1が印加され、放電用トランジスタＴＲＢがハイインピーダンスで導通するように構成されている。他のランプ電圧発生ユニット１０ｎ，１０ｎ＋１，・・・についても上述した回路と同様に構成されている。
このランプ電圧発生回路（１０）の動作についてｎ番目のランプ電圧発生ユニット１０ｎを例として、図５を参照しながら説明する。いま、走査パルス信号Ｇnがハイに立ち上がると、充電用トランジスタＴＲＡがロウインピーダンスで導通し、充電用トランジスタＴＲＡに接続された容量素子ＣＸの端子を電源電圧Ｖｄｄに急速充電する。実際には、充電用トランジスタＴＲＡのしきい値電圧による電圧ロスがあるため、容量素子ＣＸの充電電圧はＶｄｄより若干低くなる。これにより、ランプ電圧出力線７０ｎの電圧であるランプ電圧ＲＭＰ（ｎ）も、放電用トランジスタＴＲＢを通して電源電圧Ｖｄｄの電圧に急速に立ち上がる。
その後、充電用トランジスタＴＲＡがオフすると、容量素子ＣＸに充電された電荷は放電用トランジスタＴＲＢを通して接地電圧０Ｖに充電時に比べてゆっくりと放電され、ランプ電圧出力線７０ｎに付随する寄生容量Ｃｓに充電された電荷も接地電圧０Ｖに放電されるため、図５に示すようなランプ電圧ＲＭＰ（ｎ）の波形が得られる。そして、ランプ電圧ＲＭＰ（ｎ）が減少してゆき、ランプ電圧ＲＭＰ(n）が映像データ電圧を下回ると、上述したようにコンパレータ（９）の出力がロウとなり、有機ＥＬ素子（５０）が発光する。
電圧信号ＧＸnは、図６に示すように、走査パルス信号Ｇn-1とは逆相のパルス信号であってもよい。この場合は、充電用トランジスタＴＲＡとは相補的にオンオフする。即ち、走査パルス信号Ｇn-1がハイレベルに立ち上がると、充電用トランジスタＴＲＡがロウインピーダンスで導通する。これと同時に、電圧信号ＧＸnはロウレベルに立ち下がり、放電用トランジスタＴＲＢはオフするか、もしくはハイインピーダンスで導通する状態となる。これにより、容量素子ＣＸの端子は、電源電圧Ｖｄｄに急速充電される。
そして、走査パルス信号Ｇn-1がロウレベルに立ち上がると、充電用トランジスタＴＲＡがオフする。これと同時に、電圧信号ＧＸnはハイレベルに立ち上がり、放電用トランジスタＴＲＢが導通する。すると、ランプ電圧出力線７０ｎには放電用トランジスタＴＲＢを通して、容量素子ＣＸに蓄えられた電荷が移動し、電源電圧Ｖｄｄに急速に変化し、その後は、その電荷が接地電圧０Ｖに放電される。これにより、図６のようなランプ電圧ＲＭＰ（ｎ）を得ることができる。
本発明の実施形態に係る有機ＥＬ表示装置の全体構成図である。 本発明の実施形態に係る有機ＥＬ表示装置の画素領域を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る有機ＥＬ表示装置の動作波形図である。 本発明の実施形態に係る有機ＥＬ表示装置のランプ電圧発生回路の回路図である。 本発明の実施形態に係る有機ＥＬ表示装置のランプ電圧発生回路の動作波形図である。 本発明の実施形態に係る有機ＥＬ表示装置のランプ電圧発生回路の動作波形図である。 従来例に係る有機ＥＬ表示装置の全体構成図である。 従来例に係る有機ＥＬ表示装置の一画素の等価回路図である。 従来例に係る有機ＥＬ表示装置の動作を説明する図である。
符号の説明
２ 有機ＥＬディスプレイ ３ 走査ドライバー ４ データドライバー
５ 表示パネル ６ 映像信号処理回路 ７ タイミング信号発生回路
９ コンパレータ １０ ランプ電圧発生回路
５１ 画素 ６０ データライン
ＴＲ１ 書込み用トランジスタ ＴＲ２ 駆動用トランジスタ

Claims (8)

  1. 行及び列のマトリクスに配列された複数の画素と、複数の走査パルス信号を順次発生する走査ドライバーと、映像データを出力するデータドライバーと、それぞれの走査パルス信号に応じて複数のランプ電圧を発生するランプ電圧発生回路と、各画素は電流の供給を受けて発光する発光素子と、前記走査ドライバーからの走査パルス信号が印加されて導通する書込み用トランジスタと、前記書込み用トランジスタを通して供給された前記データドライバーからの映像データと前記複数のランプ電圧の中、当該画素に対応するランプ電圧とを比較し、その比較結果に応じて前記発光素子に電流を供給する駆動手段と、を備えることを特徴とする表示装置。
  2. 前記駆動手段は、前記映像データを保持する保持手段と、前記保持手段によって保持された映像データと前記ランプ電圧とを比較するコンパレータと、前記コンパレータの出力に応じて導通する駆動用トランジスタとを備えることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
  3. 前記ランプ電圧発生回路は、前記走査パルスに応じて導通する充電用トランジスタと、前記走査パルスに応じて導通した前記充電用トランジスタによって第１の電圧に充電される容量素子と、前記容量素子に接続されたランプ電圧出力線と、前記ランプ電圧出力線を前記第１の電圧より低い第２の電圧にバイアスするバイアス手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
  4. 前記第１の電圧が電源電圧であり、前記第２の電圧が接地電圧であることを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
  5. 前記ランプ電圧出力線に前記容量素子に充電された電荷を放電する放電用トランジスタを接続したことを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
  6. 前記放電用トランジスタのゲートに固定電圧が印加されたことを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
  7. 前記放電用トランジスタが前記充電用トランジスタと相補的にスイッチングするように、前記放電用トランジスタのゲート電圧を制御することを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
  8. 前記発光素子が有機ＥＬ素子であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
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