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【発明の名称】 表示装置及びその駆動方法
【発明者】 【氏名】三上 佳朗

【氏名】長江 慶治

【氏名】佐藤 敏浩

【氏名】金子 好之

【氏名】田中 省作
【要約】 【課題】電気光学素子を用いたアクティブマトリクス表示装置において、低電力で高画質の表示を得る。

【解決手段】有機EL素子を用いたアクティブマトリクス表示装置の画素回路に、走査パルスに同期して信号配線７の信号電圧をサンプリングするサンプリング回路１と、基準電圧９、コンパレータ回路４を具備し、画素回路内でサンプリングした信号電圧と基準電圧とを比較し、電圧関係が反転するまでの期間をもってＥＬ素子の発光する表示時間を制御することにより、１フレーム時間内での発光時間を制御する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 複数の走査配線と、互いに交差する複数の信号配線により囲まれた画素と、基準電圧配線により前記画素に基準電圧が印加された表示装置において、前記画素にはサンプリング回路と電圧比較回路と電気光学素子駆動回路が配置されており、前記サンプリング回路は、前記信号配線の信号電圧をサンプリング電圧として取り込むサンプリング動作が前記走査配線の電圧により制御されており、前記電圧比較回路は、前記基準電圧と前記サンプリング電圧を比較し、両者の電圧の高低状態により制御出力が変化し、前記電気光学素子駆動回路は、その制御電圧により電気光学素子の点灯及び非点灯状態を２値制御することを特徴とする表示装置。
【請求項２】 請求項１において、前記電気光学素子として、有機エレクトロルミネッセンス素子を用いたことを特徴とする表示装置。
【請求項３】 複数の走査配線と、互いに交差する複数の信号配線により囲まれた画素には、サンプリング回路と電圧比較回路と基準電圧配線と有機ＥＬ駆動回路が配置されており、前記サンプリング回路は、前記信号配線の信号電圧をサンプリング電圧として取り込むサンプリング動作が走査配線の電圧により制御されており、前記電圧比較回路は、その基準電圧と前記サンプリング電圧を比較し、前記サンプリング電圧もしくは前記基準電圧が時間とともに変化することにより、両者の電圧の高低状態が反転すると制御出力が変化し、前記有機ＥＬ駆動回路は、その制御電圧により有機ＥＬ素子の点灯及び非点灯状態を２値制御することを特徴とする表示装置。
【請求項４】 請求項３において、前記電圧比較回路として、差動入力回路を用いたことを特徴とする表示装置。
【請求項５】 請求項３において、能動素子として薄膜トランジスタを用い、前記電圧比較回路の複数の入力部には、前記サンプリング電圧と前記基準電圧の少なくともいずれかの入力端子が前記サンプリング電圧と前記基準電圧に電圧差を発生させる電圧補正回路を介して接続されていることを特徴とする表示装置。
【請求項６】 請求項５において、前記電圧補正回路は、容量と薄膜トランジスタからなることを特徴とする表示装置。
【請求項７】 複数の走査配線と、互いに交差する複数の信号配線により囲まれた画素には、サンプリング回路と電圧比較回路と基準電圧配線と有機ＥＬ駆動回路が配置されており、前記サンプリング回路は、前記信号配線の信号電圧をサンプリング電圧として取り込むサンプリング動作が走査配線の電圧により制御されており、前記サンプリング電圧が時間とともに基準電圧に近くなるように変化させるサンプリング電圧処理回路を含み、前記電圧比較回路は、前記基準電圧と前記サンプリング電圧を比較し、両者の電圧の高低状態が反転すると制御出力が変化し、前記有機ＥＬ駆動回路は、その制御電圧により有機ＥＬ素子の点灯及び非点灯状態を２値制御することを特徴とする表示装置。
【請求項８】 請求項７において、前記サンプリング回路は、少なくとも１つのサンプリングトランジスタ及び１つのサンプリング容量から構成されており、前記サンプリングトランジスタは前記走査配線及び前記信号配線及び前記サンプリング容量に接続されており、前記サンプリング電圧処理回路は、サンプリング容量を含む１つ以上の容量と１つ以上の抵抗からなり、前記サンプリング容量に保持した電荷量を時間ともに変化させる回路から構成されることを特徴とする表示装置。
【請求項９】 請求項７において、前記サンプリング回路は、少なくとも１つのサンプリングトランジスタ及び１つのサンプリング容量から構成されており、前記サンプリングトランジスタは、前記走査配線、前記信号配線及びサンプリング容量に接続されており、前記サンプリング電圧処理回路は、サンプリング容量を含む１つ以上の容量と抵抗およびトランジスタからなる電流制御回路から構成されることを特徴とする表示装置。
【請求項１０】 複数の走査配線と、互いに交差する複数の信号配線により囲まれた画素には、サンプリング回路と電圧比較回路と基準電圧配線と有機ＥＬ駆動回路が配置されてなる表示装置の駆動方法において、前記サンプリング回路は、前記信号配線の信号電圧をサンプリング電圧として取り込むサンプリング動作が走査配線の電圧により制御されており、前記電圧比較回路は、その基準電圧と前記サンプリング電圧を比較し、両者の電圧の高低状態が反転すると制御出力が変化し、前記有機ＥＬ駆動回路は、その制御電圧により有機ＥＬ素子の点灯及び非点灯状態を２値制御し、かつ、前記基準電圧は周期毎に時間とともに変化し、サンプリング電圧と電圧の高低が周期内に反転するように設定されており、周期はじめから反転時まで、もしくは反転時から次周期までの期間、前記有機ＥＬ素子を点灯させることにより周期中の点灯時間を制御することを特徴とする表示装置の駆動方法。
【請求項１１】 複数の走査配線と、互いに交差する複数の信号配線により囲まれた画素には、信号サンプリング回路と、基準電圧サンプリング回路と、電圧比較回路と基準電圧配線と有機ＥＬ駆動回路が配置されており、前記信号サンプリング回路は、前記信号配線の信号電圧を信号サンプリング電圧として取り込む信号サンプリング動作が前記走査配線の電圧により制御されており、前記基準電圧サンプリング回路は、前記基準電圧配線の基準値を基準サンプリング電圧としてサンプリングし、基準電圧処理回路を介して画素基準電圧に変換して電圧比較回路に接続されており、前記電圧比較回路は、その基準サンプリング電圧と前記画素基準電圧を比較し、両者の電圧の高低状態が反転すると制御出力が変化し、前記有機ＥＬ駆動回路は、その制御電圧により有機ＥＬ素子の点灯及び非点灯状態を２値制御することを特徴とする表示装置。
【請求項１２】 請求項１１において、前記基準電圧処理回路は、基準電圧の極性を反転し、前記基準電圧との和電圧を演算する機能を有することを特徴とする表示装置。
【請求項１３】 請求項１２において、前記基準電圧処理回路は、容量とトランジスタからなるサンプリング回路から構成され、前記トランジスタの主回路には前記基準電圧配線と、基準電圧サンプリング容量が接続され、基準電圧をサンプリングした後、前記基準電圧配線と前記電圧比較回路の入力部に直列に挿入することにより、それらの和電圧を演算する機能を有することを特徴とする表示装置。
【請求項１４】 複数の走査配線と、互いに交差する複数の信号配線により囲まれた画素には、信号サンプリング回路と、基準電圧サンプリング回路と、電圧比較回路と基準電圧配線と有機ＥＬ駆動回路が配置されており、前記信号サンプリング回路は、前記信号配線の信号電圧を信号サンプリング電圧として取り込む信号サンプリング動作が前記走査配線の電圧により制御されており、前記基準電圧サンプリング回路は、前記基準電圧配線の基準値を基準電圧としてサンプリングし、基準電圧処理回路を介して画素基準電圧に変換して電圧比較回路に接続されており、前記基準電圧処理回路は、基準サンプリング電圧を前記信号サンプリング電圧と電圧の高低が反転するように時間とともに変化させる機能を有しており、前記電圧比較回路は、その基準サンプリング電圧と前記画素基準電圧を比較し、両者の電圧の高低状態が反転すると制御出力が変化し、前記有機ＥＬ駆動回路は、その制御電圧により有機ＥＬ素子の点灯及び非点灯状態を２値制御することを特徴とする表示装置。
【請求項１５】 請求項１４において、前記基準電圧処理回路は、基準電圧サンプリング容量を含む１つ以上の容量と１つ以上の抵抗からなり、前記基準電圧サンプリング容量に保持した電荷量を時間ともに変化させる回路もしくはサンプリング容量を含む１つ以上の容量と抵抗およびトランジスタからなる電流制御回路から構成されることを特徴とする表示装置。
【請求項１６】 複数の走査配線と、互いに交差する複数の信号配線により囲まれた画素には、サンプリング回路と電圧比較回路と基準電圧配線と有機ＥＬ駆動回路が配置されてなる表示装置の駆動方法において、前記表示装置に、請求項１１〜１５の何れかに記載の表示装置を用い、前記画素基準電圧は周期毎に時間とともに変化し、信号サンプリング電圧と電圧の高低が周期内に反転するように設定されており、周期はじめから反転時まで、もしくは反転時から次周期までの期間、前記有機ＥＬ素子を点灯させ、周期中の点灯時間を制御することにより表示輝度を制御することを特徴とする表示装置の駆動方法。
【請求項１７】 複数の走査配線と、互いに交差する複数の信号配線により囲まれた画素には、サンプリング回路と電圧比較回路と基準電圧配線と有機ＥＬ駆動回路が配置されてなる表示装置の駆動方法において、前記表示装置に、請求項３〜９の何れかに記載の表示装置を用い、前記サンプリング電圧は時間とともに変化し、前記サンプリング電圧と前記信号サンプリング電圧との高低が反転するように設定されており、前記走査配線により周期的にサンプリングが繰り返されることにより、周期はじめから反転時まで、もしくは反転時から次周期までの期間、前記有機ＥＬ素子を点灯させ、周期中の点灯時間を制御することにより表示輝度を制御することを特徴とする表示装置の駆動方法。
【請求項１８】 請求項１〜９及び請求項１１〜１５の何れか１項において、前記電圧比較回路は、インバータ回路と、該インバータ回路の出力と入力端子を短絡させる初期化手段と、該短絡時の出力電圧を保持し、前記サンプリング電圧と重畳させる機能を有することを特徴とする表示装置。
【請求項１９】 請求項１〜９及び請求項１１〜１５の何れか１項において、前記電圧比較回路は、反転増幅回路と、該反転増幅回路の出力と入力端子を短絡させる初期化手段と、該短絡時の出力電圧を保持し、前記サンプリング電圧と重畳させる機能を有することを特徴とする表示装置。
【請求項２０】 請求項１〜９及び請求項１１〜１５の何れか１項において、前記電圧比較回路は少なくとも１つのトランジスタからなり、その入力端子としてゲート端子及びソース端子を用い、一方の端子に前記サンプリング電圧もしくは信号先負リング電圧を接続し、他方に前記基準電圧または前記画素基準電圧を接続することを特徴とする表示装置。
【請求項２１】 請求項１〜９及び請求項１１〜１５の何れか１項において、前記電圧比較回路は少なくとも１つのトランジスタからなり、その入力端子としてゲート端子及びソース端子を用い、前記ゲート端子には前記信号サンプリング電圧を接続し、前記ソース端子には前記基準電圧または前記画素基準電圧を接続することを特徴とする表示装置。
【請求項２２】 請求項１〜９及び請求項１１〜１５の何れか１項において、前記電圧比較回路として少なくとも１つのトランジスタからなる増幅回路を用い、ゲート端子には前記信号サンプリング電圧を接続し、ソース端子には前記基準電圧または前記画素基準電圧を接続し、ドレインには負荷として抵抗またはダイオードを接続することを特徴とする表示装置。
【請求項２３】 請求項２０〜２２のいずれかにおいて、前記電圧比較回路の複数の入力端子は、その一方に前記サンプリング電圧もしくは前記信号サンプリング電圧、他方に前記基準電圧または前記画素基準電圧を接続する際に、少なくとも一方の入力端子には容量を介して接続することを特徴とする表示装置。
【請求項２４】 複数の走査配線と、互いに交差する複数の信号配線により囲まれた画素には、サンプリング回路と電圧比較回路と基準電圧配線と有機ＥＬ駆動回路が配置されており、前記サンプリング回路は、前記信号配線の信号電圧をサンプリング電圧として取り込むサンプリング動作が走査配線の電圧により制御されており、前記サンプリング電圧が時間とともに基準電圧に近くなるように変化させるサンプリング電圧処理回路を含み、前記電圧比較回路は、前記基準電圧と前記サンプリング電圧を比較し、両者の電圧の高低状態が反転すると制御出力が変化し、前記有機ＥＬ駆動回路は、その制御電圧により有機ＥＬ素子の点灯及び非点灯状態を２値制御し、前記画素を多数配列した表示領域の外部に、前記走査配線を駆動するために順次シフトするパルスを発生するパルス駆動回路が接続され、前記信号配線には、外部から入力した映像信号を、前記サンプリング電圧処理回路の時間関数の逆関数となる電圧に変換する非線型変換機能を有する映像信号変換回路により変換して入力することを特徴とする表示装置。
【請求項２５】 請求項２４において、前記映像信号変換回路は、前記信号電圧を指数関数に相当する非線型回路を含むことを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は時間デューティーを可変し、階調表示が可能な有機ＥＬ表示装置、及び液晶、ＦＥＤなどの２値表示が可能な表示装置とその駆動方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】アクティブマトリクス方式の有機ＥＬ表示装置は高効率、高輝度、高視野角の特徴を有する自発光表示装置であり、実用化が進んでいる。階調駆動を実現するため画素内にアナログメモリ及び電圧−電流変換回路を搭載し、アナログメモリの電圧に対応して有機ＥＬ素子駆動電流を制御する方法であるが、トランジスタの特性ばらつきが大きいため、発光輝度のばらつきが大きく、表示輝度が不均一となり、画質向上は困難である。一方、デジタル表示駆動方式ではＥＬ素子は画素のスイッチトランジスタにより点灯もしくは非点灯状態のいずれかの状態となるよう制御する。
【０００３】この技術は特開平８−２４１０４８号に詳細に述べられ、１ＴＦＴ及び１個の容量からなるディジタルメモリを内蔵し、このメモリの出力に応じて有機ＥＬの点灯／非点灯を制御する画素構成が示されている。この方式により、画素の点灯時の輝度均一性は大きく改善された。
【０００４】この画素を駆動するためには、１フレーム時間中に複数のサブフィールド期間に分割し、１画面分の走査後に一定の表示機間を設け、各画素の点灯／非点灯を制御し、これを繰り返すことにより各画素の階調表示を実現している。このため、マトリクスが大型化した際には、配線抵抗及び配線容量からなる配線遅延が大幅に増大し、必要とするサブフィールドごとの走査時間が増大するため、表示時間が不足してしまう。表示輝度を高めるためには、ＥＬにとって発光効率が低い大電流の動作点を用いなくてはならず、パネルの消費電力の増大につながる懸念がある。また、大型化しようとすると配線遅延が著しく増大し、フレーム時間が長くなってしまい、ちらつきなどを生じて、動画像表示の特性が低下してしまう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術においては、表示輝度のばらつきを無くすために画素の有機ＥＬ素子を２値駆動した。また、階調駆動を得るために１フレーム時間を複数のサブフィールド期間に分割し、各サブフィールド期間毎に全ての画素を走査し、各階調のビット構成の２値表示データを画素に書き込み、表示期間に階調毎に所定の輝度、時間点灯させている。
【０００６】しかしながら、画質を向上させるために階調数を増やすとサブフィールド数が増加し、画素の走査周波数が向上する。例えば、640×480画素の表示装置をフレーム周波数６０Hzにてbit階調で、水平ブランキング期間を２０％、１サブフィールド期間中の１／２期間を表示時間として表示しようとすると、走査周波数は60×480×1.2×８×２＝552ｋHzとなり、１水平走査期間は1.8μsecとなる。これは、従来のアナログ駆動の走査周波数が34.6kHzであり、実に16倍もの高速動作が必要である。
【０００７】このため、画素部の配線抵抗、容量による配線遅延をアナログ画素に比べ大幅に低抵抗化、低容量化する必要が有り、配線膜厚や配線層間絶縁膜を厚くする必要が有る。このことは、歩留りを低下させる要因となるとともにプロセスが複雑となりコストが増大する。また、画質を向上しようとして高精細化、階調数を増大したり、大型化しようとすると、更なる走査周波数の増大を招き高画質化、大型化が困難になる。また、走査周波数の増大は回路消費電力の増大を引き起こし、また信号処理回路の高速化が必要となるためパネルの発熱量が増大する原因となる。
【０００８】本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、高精度の階調表示ができ、かつ、電力損失を低減できる表示装置とその駆動方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発明は、画素の表示輝度を均一とするため各画素において点灯／非点灯を制御することとし、表示時間を有効に用いるため、従来技術におけるサブフィールドの組み合わせによる階調表示ではなく、フレーム時間における点灯時間の比率を画素毎に制御することにより階調制御を実現した。
【００１０】このため、画素には表示輝度に対応したアナログの信号電圧をサンプリングするため、トランジスタ及び容量からなる信号サンプリング回路と、サンプリングした信号電圧を時間とともに変化させるため時定数回路もしくは定電流回路を設け、サンプリングした信号電圧を連続的に変化させ、比較の基準として基準電圧との高低関係を比較するための電圧比較回路を画素に設けた。
【００１１】また、第２の手段として、上記手段に加えて、基準電圧をサンプリングするための基準電圧サンプリング回路を設け、基準電圧を時間とともに変化させるために時定数回路もしくは定電流回路を設け、サンプリングした基準電圧を連続的に変化させ、信号サンプリング電圧との電圧の高低関係を比較するための電圧比較回路を画素に設けた。
【００１２】また、第３の手段として、画素には表示輝度に対応したアナログの信号電圧をサンプリングするため、トランジスタ及び容量からなる信号サンプリング回路と、基準電圧をサンプリングするための基準電圧サンプリング回路を設け、基準電圧をサンプリングした基準電圧コンデンサを基準電圧と電圧比較回路との間に接続することにより、サンプリングした時点での基準電圧からの差電圧と信号サンプリング電圧を比較するように接続した画素回路を用いた。
【００１３】以上の手段により点灯時間の比率を制御するため、駆動方式を以下のように制御した。
【００１４】第１の手段においては、線順次走査駆動により走査配線毎に選択した画素において信号電圧をサンプリングし、選択期間終了後の信号電圧は、時定数階回路により時間とともに信号をサンプリングした容量の端子間電圧が低下する。電圧比較回路では信号電圧と基準電圧が比較され、高低関係が反転すると出力端子である制御電圧が変化する。制御電圧によりＥＬ駆動回路は主回路が開閉し、画素の有機ＥＬ素子は主回路が閉じている期間だけ点灯する。
【００１５】第２の手段においては、線順次走査駆動により走査配線毎に選択した画素において信号電圧及び基準電圧をサンプリングし、選択期間終了後のサンプリングした基準電圧は、時定数階回路により時間とともにサンプリングした容量の端子間電圧が低下する。電圧比較回路では信号電圧と基準電圧が比較され、高低関係が反転すると出力端子である制御電圧が変化する。制御電圧によりＥＬ駆動回路は主回路が開閉し、画素の有機ＥＬ素子は主回路が閉じている期間だけ点灯する。
【００１６】第３の手段においては、線順次走査駆動により走査配線毎に選択した画素において信号電圧及び基準電圧をサンプリングし、選択期間終了後のサンプリングした基準電圧は、サンプリングした容量の端子間電圧を基準電圧配線と電圧比較回路の入力端子間に挿入される。この時電圧比較回路に対して極性が反転するように接続されるので選択期間終了直後の電圧比較回路の基準電圧入力端子電圧である相対基準電圧はほぼ０となっている。その後は基準電圧配線の電圧変化に応じて入力で電圧が相対的に変化する。電圧比較回路では信号電圧と相対基準電圧が比較され、高低関係が反転すると出力端子である制御電圧が変化する。制御電圧によりＥＬ駆動回路は主回路が開閉し、画素の有機ＥＬ素子は主回路が閉じている期間だけ点灯する。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
（第１実施例）図１は実施例１による表示装置の画素回路の基本構成を示す。画素回路には、信号電圧サンプリングコンデンサ３と、信号サンプリングTFT２から構成され、信号電圧をサンプリングする信号サンプリング回路１、コンパレータ４、基準電圧配線９、OLED駆動回路であるOLED電源配線１１、OLEDドライバトランジスタ５、OLED６、図示していないOLEDコモン電極１２、及びサンプリング動作を制御する走査配線８、映像信号を供給する信号配線７、グランド電位を供給するコモン配線１０、から構成される。表示装置はこの画素回路をマトリクス状に配置して構成される。
【００１８】図２は本画素の駆動波形を示す。走査配線８に印加する走査電圧は走査配線毎に上から順次下方向に選択状態になると、サンプリング回路１では信号配線７を介して供給する信号電圧をサンプリングコンデンサ３に接続し、メモリ電圧として充電する。メモリ電圧は次に走査電圧が選択状態になるまでこの電圧を保持する。１画面分の走査期間が終了した後に、表示期間を取り、基準電圧配線９には図示のようなのぎり波形を印加する。コンパレータ４では入力端子のいずれの電圧が高いかにより出力端子電圧が変化する。本回路においては入力端子にはサンプリング回路１のメモリ電圧が印加され、他方には基準電圧配線が接続されている。メモリ電圧は信号電圧に応じて１フレーム時間内は１定の電圧を保ち、基準電圧は表示期間中に変化するので、信号電圧範囲を基準電圧範囲内で変化させることにより、表示期間内の任意のタイミングにおいて基準電圧とメモリ電圧の高低関係が反転する。
【００１９】これにより表示期間内の任意の時間だけコンパレータの出力パルスを発生させる事ができる。コンパレータの出力にはOLED駆動回路５が接続されており、コンパレータの出力電圧が高い期間はOLEDドライバトランジスタが導通し、OLEDドライバトランジスタによりOLEDは点灯するので表示期間中において任意の時間だけOLEDの発光させるよう制御する事ができ、階調表示を行う事ができる。この方式によれば回路構成は簡便であり、すべての画素駆動回路の制御にTFTを用いて構成すれば、ガラス基板上に表示装置を内蔵できる。また、Ｓｉウェハー上に本回路を形成すれば、ガラス基板上に形成するTFTに比べて微細加工が可能であるので、発光型の小型、高精細パネルを実現できる利点がある。
（第２実施例）次に、図３を用いて第２の実施例を説明する。本実施例は画素内の信号電圧サンプリング回路に時定数回路を設け、メモリ電圧波形を時間とともに変化させることにより発光時間を制御し、階調制御を実現したものである。時定数付き信号サンプリング回路２０は信号サンプリングコンデンサ３と、時定数抵抗２１から構成され、時定数抵抗２１は信号電圧サンプリングコンデンサ３と並列に接続されている。
【００２０】図４に駆動波形を示す。回路の時定数はフレーム時間である16ｍ秒程度であり、画素内部に用いる容量はSｉＯ2ゲート絶面膜が100nmであると、０．３４５Ff／μm2なので、200μm角のエリアでは１３ｐF、抵抗として１．３Gオーム程度の高抵抗が必要であるので、Siを用いた抵抗が適している。
【００２１】この画素回路方式では、時定数回路が内蔵されているのでサンプリングしたメモリ電圧が選択期間終了後に放電するので、メモリ電圧はエクスポーネンシャルに低下し、基準電圧以下になるとコンパレータ出力が反転するのでOLEDは走査の際に点灯し、任意の時間が経過すると消灯する。
【００２２】従って、各画素において信号電圧に応じた発光時間制御ができる。表示期間は各走査線毎に走査パルス印加と同時に発光し、走査のタイミングを基準として１フレーム時間内の任意の発光時間制御が可能である。この点は実施例１と大きく異なっており、フレーム時間のすべてを発光時間に充てる事ができる。
【００２３】これに対し、実施例１ではフレーム期間中には各画素に信号電圧を書き込む選択時間と、発光表示するための表示期間とに分かれている。表示輝度は時間平均輝度となるので同じ明るさを得るためには、選択時間と発光時間の比率の分だけ高輝度に発光させる必要が在る。その分、OLED素子には多くの電流を印加する必要がある。
【００２４】このように、第２の実施例により、低電力化、長寿命化が可能になる。なお、これまでの説明では走査電圧が印加するときに発光を開始するので、完全に「黒」のデータを表示する際には信号電圧は基準電圧よりも低く設定する事により全く発光しないように駆動でき、コントラスト比を高く取る事ができる。また、最も輝度の高い表示する際には信号電圧を高くし、１フレーム時間経過した後でもメモリ電圧を基準電圧以上となるように信号電圧を設定する事により、画素は常時点灯するので輝度が高くなる。
【００２５】また、CRTで微少面積部において高輝度を表示する際に得られる、いわゆるピーク輝度表示に対応して特定部分の輝度を高められるので、映像にめりはりを表わす事ができる。また、OLED電源配線は走査線毎に分けて駆動しているので、フレーム時間の一部分のみのOLED駆動電圧を高く設定する事によってもピーク輝度を表示できる。この場合は特に、OLED駆動電圧として各走査線毎にタイミングをずらせて電圧を変化する波形を印加する事により実現できる。
（第３の実施例）次に、図５を用いて第３の実施例を説明する。第２の実施例に対し、メモリ電圧を放電するための放電用トランジスタ３２と、放電制御電圧３３が加えられている。画素選択期間終了後に放電制御電圧を印加する事により、放電用トランジスタを介して信号電圧をメモリコンデンサに充電した電荷が放電し、メモリ電圧を変化させる。
【００２６】なお、図６に示すように、トランジスタのドレイン電圧は非飽和領域において、ドレン電圧に依らず定電流特性を示すので、リニアリティーの高い電圧−時間変換が可能になる。コンパレータとの接続の際には、信号電圧が基準電圧よりも高い場合にOLEDが点灯するように接続するのがよい。また、放電用とランジスタをTFTで構成する場合は、トランジスタを直列に接続する、あるいはゲート幅よりもゲート長が長いトランジスタとする事によりオフ時の電流を下げられるので、フレーム時間程の長い放電時定数を得る事ができる。
（第４の実施例）次に図７を用いて第４の実施例を説明する。本実施例の特徴は基準電圧に時定数回路を接続し、走査パルスにより容量を放電する事により時間変化波形を発生させ、サンプリングした信号電圧と逐次電圧を比較することにより発光時間を制御する事にある。このため、基準電圧配線１１及びグランド配線１０間に抵抗５１とコンデンサ５２からなる時定数回路５０を設け、コンデンサに並列に放電用トランジスタ５３を設け、ゲートを走査配線８に接続する。
【００２７】図８に駆動波形を示す。時定数回路５０のコンデンサの電圧である比較入力電圧は、走査パルスが印加されるとグランド電位にリセットされ、コンパレータの出力がリセットされる。パルスが終了すると同時に、抵抗を介して基準電圧が印加されるので電圧が上昇する。この電圧と信号電圧とがコンパレータに接続されており、比較電圧がメモリ電圧であるＶｍを越えた時点でコンパレータの出力が変化する。
【００２８】OLEDはコンパレータの出力がリセットされている期間のみ発光するように制御されるので、図のように走査パルス印加と同時に発光し、フレーム時間内の任意の時間に消灯することができる。また、走査期間に発光を停止させるためには、OLED電源電圧を最低走査選択時間よりも長く、発光しきい値以下に下げる事により不要な発光を抑制できる。
（第５の実施例）第５の実施例を図９に示す。本実施例の特徴は、保持期間中のメモリ電圧を変化させるために、信号電圧メモリ容量に並列に時定数回路を接続し、１つのトランジスタからなるコンパレータ回路８０を用いたものである。
【００２９】本実施例ではコンパレータトランジスタ８３のゲート電極とソース電極を入力端子として用いるので、それぞれメモリ電圧と基準電圧配線に接続する。ドレイン端子からは負荷抵抗８１を介してOLED電源配線１１に接続する。コンパレータトランジスタはゲート電圧がドレイン電圧よりも高くなるとオン状態となり、出力端子８２は基準電圧となる。また、ゲート電圧がソース電圧よりも低い場合にはオフ状態となるので出力端子はOLED電源電圧となり、コンパレータ機能を有する。この実施例の接続ではメモリ電圧が基準電圧よりも高い場合にコンパレータ出力は基準電位となり、OLEDドライバトランジスタがオン状態となり点灯する。
【００３０】この回路ではメモリ電圧の入力端子として、高インピーダンスのトランジスタのゲート端子を用いる事により、高インピーダンスのサンプリング回路の出力を電圧変動なく取り出せる利点がある。また、ドレイン端子には抵抗が接続されているのでＯＬＥＤ電源電圧が変化しても、しきい特性に影響が少ない。さらに、ゲート端子とメモリ電圧との間にＭＯＳダイオードを直列に接続する事により、トランジスタのしきい値電圧が補正できるのでコンパレータの精度が向上する。これは、コンパレータの導通はトランジスタのＶＧＳにより制御され、ＶＧＳ＞Ｖｔｈなるしきい値Ｖｔｈ以上の電圧により、トランジスタの導通が制御されるためであり、ＭＯＳダイオードを挿入する事によりゲート端子にはＶｔｈ相当の電圧をバイアスして印加できる。
【００３１】なお、ドレイン端子に接続した抵抗は負荷抵抗であり、抵抗値が高いとコンパレータの感度が高まる。これは回路の増幅度が負荷抵抗に依存しており、高抵抗になるほどゲートとソースの電位差によるドレイン電流の変化を大きな電圧差として取り出せるためである。抵抗を構成するためには金属薄膜やＳｉを用いる事ができるが、不純物濃度が低いＳｉ膜が適している。
【００３２】更には、抵抗ではなくダイオードを接続する事により同等の効果が得られる。ダイオードを構成するためにはトランジスタのドレインとゲートを接続した素子や、ｉ層を介してｐ型ｎ型半導体を接続したpinダイオードがよい。これらの素子はTFTプロセスで形成でき、電圧電流特性が非線型製を有しており、この抵抗値は１０Ｍオーム以上と高く（ドープしたシリコン薄膜はたかだか数ｋオーム）、感度の高いコンパレータを形成できる。
（第６実施例）次に、図１０を用いて実施例６を説明する。本実施例の特徴は、コンパレータ回路７９としてインバータ回路を基本構成として用いており、トランジスタ特性などのばらつきに起因する入出力特性のばらつきを補償する目的で、入出力端子間を短絡する初期化手段、つまりリセット機構を設けている点である。もう一つの特徴は、インバータがリセットされた状態の出力電圧に等しい入力電圧を、コンパレータのしきい電圧として記憶させるリセット電圧サンプリング回路８０を有する点にある。
【００３３】コンパレータ回路７９は、１対のＣＭＯＳトランジスタからなるインバータ回路７５と、インバータ回路の入力端子と出力端子を接続する初期設定トランジスタ７４とから構成される。インバータ回路７５のリセット状態で、等しい電圧関係にある入出力電圧をサンプリングするリセット電圧サンプリング回路８０は、インバータの入力電圧をサンプリングする為、リファレンス電圧保持容量７１とインバータ入力端子とリファレンス電圧保持容量間に主回路を接続したリセットトランジスタ７２と、リファレンス電圧保持容量７１と、信号電圧サンプリングコンデンサ３の一端に接続されている直列制御トランジスタ７３から構成される。
【００３４】信号電圧メモリ回路は、信号電圧サンプリングコンデンサ３の一端に主回路を接続された入力スイッチトランジスタ７７と、信号電圧サンプリングコンデンサ３の他端とｌコモン配線１０との間に接続したコモンスイッチトランジスタ７６とが接続されている。
【００３５】初期設定トランジスタ７４、リセットトランジスタ７２、入力スイッチトランジスタ７７、コモンスイッチトランジスタ７６、直列制御トランジスタ７３のゲート端子は共通して走査配線８に接続されており、入力スイッチトランジスタ７７、入力スイッチトランジスタ７７がｐ型トランジスタであり他のトランジスタはｎ型構成となっている。
【００３６】またコンパレータの出力端子はｐ型のＯＬＥＤドライバトランジスタ５に接続され、ＯＬＥＤ６を駆動している。インバータの電源はインバータ電源配線７０に接続しているＯＬＥＤ駆動電源と分離してコンパレータを駆動しており、コンパレータのしきい値が安定する。
【００３７】この回路の動作について、図１１の画素駆動波形を用いて説明する。走査線に選択パルスが印加されると初期設定トランジスタ７４が導通状態となり、インバータ７５の入力端子と出力端子間を短絡する。すると、回路の入出力特性曲線上において、入力電圧＝出力電圧を表わす交点の電圧値であるリセット電圧で安定する。ここでは、Ｖｒｅｆで示している。この初期化電圧はオン状態のリセットトランジスタ７２を介してリファレンス電圧保持容量７１を充電するので、リファレンス電圧保持容量のトランジスタ側の電極電圧も図に示すとおりＶｒｅｆに充電される。また信号電圧サンプリング回路ではコモンスイッチトランジスタ７６がオン状態であるので、図中でＶｓｉｇであらわされる信号電圧が信号電圧サンプリング容量に書き込まれ、保持される。
【００３８】次に画素の選択時間が終了すると初期設定トランジスタ７４、リセットトランジスタ７２、入力スイッチトランジスタ７７、コモンスイッチトランジスタ７６はオフ状態となり、直列制御トランジスタ７３が導通する。この結果、リファレンス電圧保持容量７１と、信号電圧サンプリングコンデンサ３が直列接続となり、各々の容量に充電されて電圧が加算されてコンパレータの入力端子に接続される。この時、コンパレータの入力電圧は図に示すようにVref+Vsigの値を示す。入力電圧はインバータのしきい電圧を超えた値となるのでコンパレータの出力は「Ｌ」レベルとなる。この時ＯＬＥＤドライバトランジスタが導通し、ＥＬ素子が点灯する。
【００３９】信号電圧は時定数抵抗２１により放電するので、次第に電圧がコモン電圧に向かって低下する。この結果、電圧が低下しリセット電圧である図中のＶｒｅｆの値を割り込むと、インバータ出力は反転するので「Ｌ」から「Ｈ」状態に変化しＯＬＥＤを消灯する。点灯から消灯までの時間はＶｓｉｇの値により制御することができるので階調表示が可能である。
【００４０】この方式によれば、トランジスタのしきい値が画素毎に変化しても、画素毎に適正なリセット電圧を発生させるので、コンパレータ回路のしきい値が常に一定の値となる。また温度変化や、経時変化により素子特性が変化しても、つねに最適リセット電圧を得る事ができる利点がある。以上により、常に画面全域において正しい階調表示が得られる。
（実施例７）以上説明した画素回路を用いて表示装置を構成する際には、映像信号に比例して発光時間を制御する必要がある。テレビジョンなどに用いるアナログ映像信号には、ＣＲＴの蛍光体に合わせたガンマ関数が掛けられている。また、本発明の画素回路ではＣＲなどの時定数回路が取り込まれているため、印加電圧と発光時間は比例しない。このため、映像信号を単に増幅、シフトするのみでは、図１２に示すように、比例関係にある信号電圧Ｖｓｉｇ１，Ｖｓｉｇ２，Ｖｓｉｇ３を入力しても発光時間は比例しない。そこで、非線型の関係にある映像信号変換回路を介して、入力された映像信号を変換信号電圧に変換し、上記の各実施例に説明した画素回路に印加する。
【００４１】具体的な信号処理を説明する。信号電圧をＶｓｉｇ、コンパレータのしきい電圧Ｖｒｅｆとすると、容量Ｃ、抵抗Ｒによる時定数回路を含む画素のサンプリング回路の容量の時間ｔ後の電圧Ｖｍｅｍは（１）式のようになる。
【００４２】
Ｖｍｅｍ＝Ｖｓｉｇ×exp(−１／ＣＲ) （１）
このＶｍｅｍがＶｒｅｆとなるまでの時間tselは（２）式をｔについて解くことにより得られる。
【００４３】
Ｖｍｅｍ＝Ｖｒｅｆ＝Ｖｓｉｇ×exp(−ｔ／ＣＲ) （２）
すなわち、画素内でのメモリ電圧の時間関数に対する逆関数に対応する非線型変換により得られる。Vsigとｔが比例関係となるようにVsigを変換する。これにより、図１３に示すように、映像信号と発光時間ｔが比例し、正確な階調表示が得られる。この変換は、非線型回路により対応することができる。詳しくは、（２）式の対数を取った（３）式より得られる。
【００４４】
ＣＲ（ln(Vsig)−ln(Vref)）＝ｔ （３）
従って、入力信号電圧Vsigにあらかじめ指数関数をかけ、Vdrv＝exp（Vsig）なるように変換すれば、（３）式のｔがVsigに比例する関数となる。また、Vrefを０Ｖとすれば、さらに誤差を少なくすることができる。
【００４５】図１４に、以上のように信号処理する回路を組み込んだ映像信号変換回路１２２を含む表示装置の構成を示す。画素表示部１２６には走査線に接続したシフトレジスタ回路１２５、信号配線に接続したサンプルホールド回路１２４、シリアル−パラレル信号変換に必要なシフトレジスタ回路１２３が、図示のように配置されている。映像信号変換回路１２２は外部から入力する映像信号１２８を処理して、サンプルホールド回路１２４をへて、上述した画素表示部に印加される。また、これらパネルは電源回路により必要な電源を得ることができる。
【００４６】これによれば、個々の画素のトランジスタ特性にばらつきが生じても、画素回路において同一の信号電圧に対して同じ発光特性を得ることができる。また、新たに付加した映像信号変換回路により、表示装置に入力された映像信号に比例した表示が得られるので、全体として均一で正確な階調表示を得ることができる。
【００４７】
【発明の効果】有機ELを用い、コンパレータ回路が内蔵された画素構成とすることにより、画素ごとに発光時間が制御できるので画素回路を構成するトランジスタの特性が変動しても輝度のばらつきが少なく、高精度の階調表示が可能であり良好な表示を提供できる。また、画素での消費電力はOLEDの点灯／非点灯状態であるのでトランジスタにおけるドレイン電力損失を低減でき、高効率の表示が実現可能であり、低電力の表示装置を提供できる。
【００４８】また、コンパレータを用いた回路構成として、画素内に時定数回路を用いることにより回路構成を簡略にして構成できる。このため画素の部品点数が少なく、高精細の表示が可能となる。また、外部から三角波を印加し、画素に保持した電圧と比較する方式により発光時間を制御する構成においては、精度良く発光時間制御が可能であり、多階調化に有利となる。
【出願人】 【識別番号】０００００５１０８
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
【出願日】 平成１３年３月３０日（２００１．３．３０）
【代理人】 【識別番号】１０００６８５０４
【弁理士】
【氏名又は名称】小川 勝男 （外２名）
【公開番号】 特開２００２−２９７０９７（Ｐ２００２−２９７０９７Ａ）
【公開日】 平成１４年１０月９日（２００２．１０．９）
【出願番号】 特願２００１−９８８６３（Ｐ２００１−９８８６３）