JP5010838B2 - アクティブマトリックス型有機発光素子の駆動方法及び駆動回路とそれを利用したデータ駆動回路 - Google Patents

Description

本発明は、平板ディスプレイ素子の駆動回路に関するものである。特にアクティブマトリックス型有機発光素子を利用した平板ディスプレイの最大の難点である画素間の明るさの不均一性を解決するのに適したアクティブマトリックス型有機発光素子の駆動方法及び回路と、それを利用したデータ駆動回路に関するものである。

基板上に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）を形成する技術は、最近数年間に広範囲にわたって進歩しており、アクティブマトリックス型ディスプレイ装置への応用開発が進められている。

特に、ポリシリコン膜を使用するＴＦＴは、従来の非晶質シリコン膜を使用するＴＦＴよりさらに高い電界効果移動度を有するので高速動作が可能である。
結果的に、従来にはそれまで基板外部の駆動回路により実行されていたピクセル制御をピクセルと同一基板上に形成された駆動回路によって実行することが可能になった。

このような形態のアクティブマトリックスディスプレイ装置は、同一基板上に多様な回路及び素子を集積することによって得られる製造費用の減少、ディスプレイ装置の小型化、生産量の増加及び作業処理効率の向上等の多くの長所を有しており、注目されている。

現在、自己発光（Self-Light Emitting ）素子としてＥＬ素子を具備したアクティブマトリックスＥＬディスプレイ装置が活発に研究されている。ＥＬディスプレイ装置はまた、有機ＥＬディスプレイ（ＯＥＬＤ）または有機発光素子（ＯＬＥＤ）と呼ばれ、アクティブマトリックス有機発光素子は、ＡＭＯＬＥＤと呼ばれる。

液晶ディスプレイ装置とは異なり、有機ディスプレイ装置は自己発光型である。ＥＬ素子は、ＥＬ層が一対の電極間に挟まれた構成であり、電子注入電極（Cathode）である第１電極（陰極）と正孔注入電極（Anode）である第２電極（陽極）間に形成された有機発光層に各々電子と正孔を注入すると電子と正孔が結合して対をなし、生成されたエキシトン（Exciton）が励起状態から基底状態に落ちながら消滅して発光する素子である。

このようなＯＬＥＤは、２〜３０ボルトのＤＣバイアスで動作する。ＯＬＥＤの輝度は、アノード及びカソードに印加される電圧または電流を調節することによって制御できる。発生される相対的な光量をグレイレベルという。ＯＬＥＤは、一般的に電流モードで動作する時、最適に動作する。

光出力は、定電圧駆動より定電流駆動においてさらに安定する。これは、一般的に電圧モードで動作する多くの他のディスプレイ技術と対照的である。したがって、ＯＬＥＤ技術を利用するアクティブマトリックスディスプレイでは、電流動作モードを提供するために特定のピクセル構造が必要となる。

一般的にアクティブマトリックス型ＯＬＥＤ（ＡＭＯＬＥＤ）デバイスにおいて、多数のＯＬＥＤは単一基板上に形成され規則的なグリッドパターングループに配列される。グリッドの列を形成する数個のＯＬＥＤグループは、共通カソードまたはカソードラインを共有できる。グリッドの行を形成する数個のＯＬＥＤグループは、共通アノードまたはアノードラインを共有できる。

所定グループのＯＬＥＤは、それらのカソードライン及びアノードラインが同時に活性化される時、光を放出させる。マトリックス内のＯＬＥＤグループは、ディスプレイに一つのピクセルを形成でき、各々のＯＬＥＤは一般的に一つのサブピクセルまたはピクセルセルの役割をする。

ＯＬＥＤは、広い視野角、高速応答性、ハイコントラスト等の優れた特徴を有しているので、グラフィックディスプレイのピクセル、テレビ映像ディスプレイや表面光源（Surface Light Source）のピクセルとして使用できる。さらには、プラスチックのように曲げられる透明基板（フレキシブル基板）上にも素子を形成できるため、非常に薄く、そして軽く作ることができる。また、色感が優れているので次世代平面ディスプレイ（ＦＰＤ：Flat Panel Display）に適した素子である。

また、ＯＬＥＤは、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色を発光できるため、すでによく知られている液晶表示装置（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）に比べてバックライトが必要ではなく、電力消耗が少ない。また、色感が優れているため、次世代のフルカラーディスプレイ素子として多くの関心を集めている。

図１は、特許文献１に記載されている従来のデータ駆動回路を示す簡略ブロック図である。このデータ駆動回路は、ディスプレイパネル１１に定電流を供給する電流駆動部１２、発光時間を検出する発光時間検出部１３及び発光時間を制御するデジタル信号処理部１４で構成されている。

また、図２は、従来の基本画素回路（特許文献２参照）を示す回路図である。この画素回路は、駆動トランジスタＭ１、データラインに接続されたスイッチトランジスタＭ２、データ貯蔵キャパシターＣ及び有機発光素子ＯＬＥＤで構成されている。
米国特許第６７９５０４５号 米国特許第５６８４３６５号

図１のデータ駆動回路では、発光時間を検出するために、駆動電流により各画素に印加された電圧を検出し、その検出された電圧を基準電圧と比較して、その比較結果から発光時間を検出する方法が提案された。

しかし、一般に画素を構成する駆動トランジスタの電圧電流特性が各々画素毎に異なることは周知の事実である。これは、同一電流で互いに異なる画素を駆動する場合、各画素の駆動トランジスタに誘起される電圧が異なるということを意味する。従って、この誘起された電圧を画素の明るさ情報として使用することはデジタル駆動でない以上、不可能である。

ところで、図２のＡＭＯＬＥＤ画素回路におけるデータ駆動の基本原理は、ＯＬＥＤに流れる電流の量で明るさを制御することにある。しかしながら、上記したように、データラインの電圧を検出してＯＬＥＤの明るさを判別することができるのは、各画素を構成する駆動トランジスタの電圧電流特性が同一である時のみである。しかし、実際には各駆動トランジスタの電圧電流特性は互いに異なる。

したがって、各画素のＯＬＥＤに流れる電流の量を均一に制御するためにデータライン上の電流を監視しその電流を制御することが求められている。
ＡＭＯＬＥＤを利用した平板ディスプレイの明るさの不均一性（パネル間、パネルにおける画素間）の主原因は、平板ディスプレイを構成する各画素の駆動トランジスタが画素毎に異なる特性を示すと同時に、時間経過によりその特性がランダムに変化するところにある。

したがって、平板ディスプレイの明るさの均一性を確保するために、各画素を構成する駆動トランジスタの不均一性を克服することが求められている。
本発明は、このような従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、各画素に供給される電流量をデータラインを通じて検出し、検出された電流量が目標値に到達した時、制御信号により画素回路におけるデータプログラムを停止させることにより、各画素のＯＬＥＤを駆動するトランジスタの電圧電流特性が互いに相異する場合にも、ＯＬＥＤを駆動する電流を同一に制御して、画素間の明るさの均一性を確保することのできるアクティブマトリックス型有機発光素子の駆動方法及び駆動回路とそれを利用したデータ駆動回路を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、従来の電流駆動方式の制約になっているデータ駆動速度を高めるためにデータ駆動信号源に電圧源を使用すると共に電圧源の電流駆動能力を充分にして、データ駆動速度を高められるようにしたアクティブマトリックス型有機発光素子の駆動方法及び駆動回路とそれを利用したデータ駆動回路を提供することにある。

本発明によるアクティブマトリックス型有機発光素子の駆動回路は、データ駆動開始信号を発生するタイミング発生手段と、データ駆動開始信号に応答してスイープ電圧信号を発生するスイープ電圧発生手段と、スイープ電圧信号から画素に流入される電流量を検出し、該検出結果を示す信号を当該画素に対応するデータラインに供給する電流レベル検出手段と、データプログラム停止時点を定めた基準信号と電流レベル検出手段の出力信号とを比較し、該比較結果を示す信号を出力する比較手段と、データ駆動開始信号と比較手段の出力信号とに基づいて、当該データラインに対応するプログラムストップラインにデータプログラムの開始と終了とを示す制御信号を供給する制御信号発生手段とを備えることを特徴とする。

本発明のデータ駆動回路は、複数のチャンネルを備え、該複数のチャンネルの各々は、データ駆動開始信号に応答して、各チャンネルに対応する画素を駆動するためのスイープ電圧信号を発生するスイープ電圧発生手段と、スイープ電圧信号から当該画素に流入される電流量を検出し、その検出結果を示す信号を当該画素に対応するデータラインに供給する電流レベル検出手段と、データプログラム停止時点を定めた基準信号と電流レベル検出手段の出力信号とを比較し、その比較結果を示す信号を出力する比較手段と、データ駆動開始信号と比較手段の出力信号とに基づいて、当該データラインに対応するプログラムストップラインにデータプログラムの開始と終了とを示す制御信号を供給する制御信号発生手段と、を含み、各チャンネルが、ｎ−ビットのデジタルデータの入力に基づき基準電流信号を発生し、発生された基準電流信号のレベルに従って、当該各チャンネルに対応する画素の電流駆動レベルを決定することを特徴とする。

本発明のデータ駆動回路は、複数のチャンネルと、該複数のチャンネルの各々に複数の電圧信号を供給する基準共通電圧源とを備え、該複数のチャンネルの各々は、データ駆動開始信号に応答して、各チャンネルに対応する画素を駆動するためのスイープ電圧信号を発生するスイープ電圧発生手段と、スイープ電圧信号から当該画素に流入される電流量を検出し、その検出結果を示す信号を当該画素に対応するデータラインに供給する電流レベル検出手段と、データプログラム停止時点を定めた基準信号と電流レベル検出手段の出力信号とを比較し、その比較結果を示す信号を出力する比較手段と、データ駆動開始信号と比較手段の出力信号とに基づいて、当該データラインに対応するプログラムストップラインにデータプログラムの開始と終了とを示す制御信号を供給する制御信号発生手段と、を含み、各チャンネルが、基準共通電圧源の出力に基づき各チャンネル毎に基準信号を独立的に選択する、ことを特徴とする。

本発明によれば、データラインを通じて各画素に供給される電流の電流レベルを同一のデータラインについてリアルタイムで検出し、該検出された電流レベルに従って各画素を駆動するための制御信号を生成することにより、各画素を所望の電流レベルで駆動することができる。その結果、各画素におけるデータプログラムを充分に大きな量の電流データで行うことができ、データプログラム時間を大きく短縮させるとともにデータプログラムの精度を高めることができる。

また、データプログラム速度を増加させるための別途の回路を必要としないため、データ駆動回路を簡単にできる。
また、各画素に供給される電流量をデータラインを通じて検出し、該検出された電流量が目標値に到達すると、制御信号により画素回路におけるデータプログラムが停止されるため、各画素のＯＬＥＤを駆動するトランジスタの電圧電流特性が互いに相異する場合にも、ＯＬＥＤを駆動する電流を同一に制御することができ、画素間の明るさの均一性を確保することができる。

以下、本発明の好ましい実施例を添付図面を参照してより詳細に説明する。但し、下記の実施例は、本発明を例示するだけのものであって、本発明の内容が下記の実施例に限定されるものではない。

図３は、本発明によるアクティブマトリックス型有機発光素子の駆動回路の概念構成図である。
この駆動回路は、データ駆動開始信号を発生するタイミング発生器１１０（タイミング発生手段）、該タイミング発生器１１０の出力によってスイープ電圧信号を発生するスイープ電圧発生器１２０（スイープ電圧発生手段）、スイープ電圧発生器１２０の出力から画素流入電流量を検出し、検出結果を示す信号をデータラインに供給する電流レベル検出器１３０（電流レベル検出手段）、データプログラム停止時点を定めた基準信号と電流レベル検出器１３０の出力信号とを比較し、比較結果を示す信号を出力する比較器１４０（比較手段）、タイミング発生器１１０の出力によりセット端子（Ｓ）がセットされ、比較器１４０の出力によりリセット端子（Ｒ）が制御され、ディスプレイパネルに含まれる各画素回路のプログラムストップラインにデータプログラム開始／終了制御信号を供給する制御信号発生器１５０（制御信号発生手段）を備える。ここで、制御信号発生器１５０は種々の形態の論理回路で構成される。

上記のように構成された駆動回路により任意の時点で画素回路にデータを書き込む時の動作を図４のタイミングチャートに従って詳述する。
図４（ａ）に示すように、時刻ａにおいてタイミング発生器１１０から出力された駆動開始信号が立ち上がると、スイープ電圧発生器１２０から出力されたスイープ電圧信号が電流レベル検出器１３０を通じてデータラインに供給され、該データラインにおける印加電圧が任意の波形で増加し始める。

同時に、制御信号発生器１５０のセット端子（Ｓ）がセットされることにより、プログラムストップラインに供給される制御信号発生器１５０の出力が画素回路にデータラインの電圧による電流を流すことができる状態に制御される。

そして、データプログラム停止時点を定めた基準信号が準備される。時刻ａを過ぎるとデータラインの電圧が上昇するのでそれによるデータラインの電流が図４（ｃ）のように増加する。

時刻ｂに到達すると、データラインの電流が基準信号で示される基準電流レベルに到達し、比較器１４０の出力は反転される。この反転した信号によって制御信号発生器１５０の出力も反転され画素回路にある任意の電流伝達経路が遮断される。

このように動作することによって図４（ｆ）の期間ｃで表されるようなデータプログラム期間が明確に定義される。
画素を構成する駆動トランジスタの電圧電流特性が互いに異なる場合、各画素においては期間ｃだけが異なり、各画素におけるデータプログラムのための電流レベルは同一になる。従って、画素間の明るさの均一性が実現される。

データプログラムが終了すると（時刻ｂ）、図４（ｄ）のピクセル電流のレベルは、基準電流レベルと同一になる。すなわち、基準電流レベルを調整することにより、すべての画素回路において意図した電流レベルでデータプログラムすることが可能になる。したがって、画素間の明るさの不均一性が解決できるようになる。

図５は、本発明の駆動回路をデータ駆動回路に適用するために図４の基準電流レベルを定める基準信号を発生する基準信号発生部１６０（基準信号発生手段）の一例を図示したものである。

基準信号発生部１６０は、ｎ−ビットデジタルデータを入力として受け取り、その入力データに対応する基準電流を発生するように構成されている。このような基準信号発生部１６０は、ｎ−ビットデジタルデータを入力として受け取り、その入力データをアナログ信号に変換するＤＡＣ（デジタル−アナログ変換器）で構成されている。基準信号発生部１６０にはタイミング発生器１１０の出力信号が供給される。

このような本発明の駆動回路をデータ駆動回路に適用する場合、各データチャンネルを構成する基本単位は、図５の波線Ａになる。
図５の基準信号発生部１６０で発生される基準電流は、ｎ−ビットデジタルデータを入力として受け取り、その入力データに対応する電流を各チャンネル毎に互いに異なる値とするように発生する。この場合、図３の比較器１４０は電流比較器１４０ａの形態になる。

なお、本発明は、図６に示すように、基準信号に電圧情報を利用することもできる。図３と図６との最も大きな違いは、基準信号が電圧であるということである。すなわち、図６では、図３の比較器１４０が電圧モードで動作する電圧比較器１４０ｂに置き換えられている。この場合、電流レベル検出器１３０の出力も電圧信号となる。しかし、基本動作原理は図３と同じである。

図７は、本発明を画素回路に適用した実施例である。
画素回路２００のスキャンラインに供給される信号がハイ状態に制御されるとともに、駆動回路１００のタイミング発生器１１０で発生されたデータ駆動開始信号により、制御信号発生器１５０を通じてプログラムストップラインにＨレベルの制御信号が供給されると、ＮチャネルＴＦＴで構成されたスイッチング用トランジスタＭ１２、Ｍ１３がオンされる。

そして、スイープ電圧発生器１２０で発生されたスイープ電圧信号が電流レベル検出器１３０を通じてデータラインに供給されると、時間経過と共に、ＮチャネルＴＦＴの駆動トランジスタＭ１１を通じて流れる電流が該駆動トランジスタＭ１１のゲートソース電圧の増加につれて増加する。

データラインに流れる電流が増加して基準電流レベルに至ると、比較器１４０の出力が反転され、これにより制御信号発生器１５０を通じてプログラムストップラインに供給される信号も反転され、スイッチング用トランジスタＭ１２がオフされる。その結果、画素回路２００のキャパシタＣ１１に基準電流に対応する電圧情報が蓄積されるようになる。このような画素回路２００が、ディスプレイパネルを構成する基本単位になる。

図８は、本発明の駆動回路を適用したデータ駆動回路の一実施例である。
このデータ駆動回路においては、該データ駆動回路に含まれる複数のチャンネルの各々の基準信号発生部１６０が、ｎ−ビットのデジタルデータの入力に基づいて基準電流信号を発生し、該発生された基準電流信号レベルに従って各チャンネルに対応する画素の電流駆動レベルが決められるようになっている。したがって、各画素の駆動トランジスタの電圧電流特性が互いに異なっても問題にならない。

図８に示すシフトレジスタとサンプリングラッチは、Ｒ，Ｇ，Ｂの各データがシリアルで外部クロックに同期して入力される時、そのシリアルデータがｎ−ビットパラレルデータになるように変換する。ホールディングラッチはパラレルに変換されたデータがフレームタイムの間維持されるようにラッチする。

また、図８の応用例として、図９のように各データチャンネルの基準信号を電圧信号とする場合、多数の電圧信号を出力する基準共通電圧源１７０の出力を各チャンネルで選択できるようにして各チャンネル毎に基準信号を独立的に選択できるようにし、また、そのために未図示の別途の制御部等を具備してもよい。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、該当技術分野における当業者であれば、添付する特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から逸脱しない範囲内で本発明を多様に修正または変形して実施することができる。

従来のデータ駆動回路を示す概略ブロック図である。 従来の基本画素回路を示す回路図である。 本発明によるアクティブマトリックス型有機発光素子の駆動回路の概念構成図である。 図３の駆動回路の動作を示すタイミングチャートである。 本発明の基準信号発生部の一実施例を示す構成図である。 本発明で基準信号を電圧情報として利用する場合の一実施例を示す構成図である。 本発明を画素回路に適用した一実施例を示す構成図である。 本発明の駆動回路を備えるデータ駆動回路の一実施例を示す構成図である。 図８の応用例を示す構成図である。

符号の説明

１１０：タイミング発生器
１２０：スイープ電圧発生器
１３０：電流レベル検出器
１４０：比較器
１４０ａ：電流比較器
１４０ｂ：電圧比較器
１５０：制御信号発生器
１６０：基準信号発生部
１７０：基準共通電圧源

Claims (7)

1. アクティブマトリックス型有機発光素子の駆動回路であって、
   前記有機発光素子を含む電流入力型画素回路を駆動するためのデータ駆動開始信号を発生するタイミング発生手段と、
   前記データ駆動開始信号に応答してスイープ電圧信号を発生させ電流レベル検出手段に向かって出力するスイープ電圧発生手段と、
   前記スイープ電圧発生手段がデータラインを駆動する時、前記スイープ電圧発生手段から前記画素回路への出力電流の大きさを検出する電流レベル検出手段と、
   データ記入停止時点を定めた基準信号と前記電流レベル検出手段の出力信号とを比較して、その比較結果を示す信号を出力する比較手段と、
   前記データ駆動開始信号と前記比較手段の出力信号とに基づいて、ディスプレイパネルにデータ記入の開始と終了とを示す制御信号を供給する制御信号発生手段と、
   を備えることを特徴とする、アクティブマトリックス型有機発光素子の駆動回路。
2. 前記基準信号が電圧形態であり、前記比較手段が電圧モード形態で構成されることを特徴とする、請求項１記載のアクティブマトリックス型有機発光素子の駆動回路。
3. 前記基準信号が電流形態であり、前記比較手段が電流モード形態で構成されることを特徴とする、請求項１記載のアクティブマトリックス型有機発光素子の駆動回路。
4. 前記制御信号発生手段は、前記データ駆動開始信号によりセットされ、前記比較手段の出力信号によりリセットされる論理回路で構成されることを特徴とする、請求項１記載のアクティブマトリックス型有機発光素子の駆動回路。
5. 前記比較手段に供給される前記基準信号を発生する基準信号発生手段をさらに備え、該基準信号発生手段が、ｎ−ビットのデジタルデータをアナログ信号に変換するデジタル−アナログ変換器で構成されることを特徴とする、請求項１記載のアクティブマトリックス型有機発光素子の駆動回路。
6. データ駆動回路であって、
   複数のチャンネルを備え、該複数のチャンネルの各々は、
   データ駆動開始信号に応答して、各チャンネルに対応する電流入力型画素回路を駆動させ電流レベル検出手段に向かって出力するためのスイープ電圧信号を発生するスイープ電圧発生手段と、
   前記スイープ電圧発生手段がデータラインを駆動する時、前記スイープ電圧発生手段から前記画素回路への出力電流の大きさを検出する電流レベル検出手段と、
   データ記入停止時点を定めた基準信号と前記電流レベル検出手段の出力信号とを比較して、その比較結果を示す信号を出力する比較手段と、
   前記データ駆動開始信号と前記比較手段の出力信号とに基づいて、ディスプレイパネルにデータ記入の開始と終了とを示す制御信号を供給する制御信号発生手段と、を含み、
   前記各チャンネルは、ｎ−ビットのデジタルデータの入力に基づき基準電流信号を発生し、発生された前記基準電流信号のレベルに従って、当該各チャンネルに対応する電流駆動素子を有するアクティブマトリックス型画素回路の電流駆動レベルを決定する、ことを特徴とするデータ駆動回路。
7. アクティブマトリックス型有機発光素子のデータ駆動回路であって、
   複数のチャンネルと、該複数のチャンネルの各々に複数の電圧信号を供給する基準共通電圧源とを備え、前記複数のチャンネルの各々は、
   データ駆動開始信号に応答して、各チャンネルに対応する電流入力型画素回路を駆動させ電流レベル検出手段に向かって出力するためのスイープ電圧信号を発生するスイープ電圧発生手段と、
   前記スイープ電圧発生手段がデータラインを駆動する時、前記スイープ電圧発生手段から前記画素回路への出力電流の大きさを検出する電流レベル検出手段と、
   データ記入停止時点を定めた基準信号と前記電流レベル検出手段の出力信号とを比較して、その比較結果を示す信号を出力する比較手段と、
   前記データ駆動開始信号と前記比較手段の出力信号とに基づいて、ディスプレイパネルにデータ記入の開始と終了とを示す制御信号を供給する制御信号発生手段と、を含み、
   前記各チャンネルは、前記基準共通電圧源の出力に基づき、当該各チャンネル毎に前記基準信号を独立的に選択する、ことを特徴とするデータ駆動回路。

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