JP2006284712A - 発光表示パネルの駆動方法および駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 消費電力の増大を招くことなく、γ特性を含む多階調表現を精度よく実現させることができる発光表示パネルの駆動装置を提供すること。
【解決手段】 映像信号の単位フレーム期間を複数のサブフレーム期間に時分割し、前記サブフレーム期間ごとに発光素子を点灯制御することで階調表現が行われる。そして、低階調領域の階調表現を行う場合においては、前記各サブフレーム期間内で前記発光素子の消灯動作伴う第１点灯制御を実行し、高階調領域の階調表現を行う場合においては、前記第１点灯制御と、各サブフレーム単位で前記発光素子の点灯制御を行う第２点灯制御を実行する。
【選択図】 図７

Description

この発明は、画素を構成する発光素子を、例えばＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）によって選択的に発光駆動させて画像表示させるアクティブ駆動型表示パネルの駆動装置に関し、特に消費電力の増大を招くことなく、γ特性を含む多階調表現を精度よく実現させることができる発光表示パネルの駆動方法および駆動装置に関する。

携帯電話機や携帯型情報端末機（ＰＤＡ）などの普及によって、高精細な画像表示機能を有し、薄型かつ低消費電力を実現することができる表示パネルの需要が増大しており、従来より液晶表示パネルがその要求を満たす表示パネルとして多くの製品に採用されてきた。一方、昨今においては自発光型表示素子であるという特質を生かした有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子を用いた表示パネルが実用化され、これが従来の液晶表示パネルに代わる次世代の表示パネルとして注目されている。これは素子の発光機能層に、良好な発光特性を期待することができる有機化合物を使用することによって、実用に耐え得る高効率化および長寿命化が進んだことも背景にある。

前記した有機ＥＬ素子は、基本的にはガラス等の透明基板上に、例えばＩＴＯによる透明電極と有機物質からなる発光機能層と金属電極とが順次積層されることで構成されている。そして、前記発光機能層は、有機発光層の単一層、あるいは有機正孔輸送層と有機発光層からなる二層構造、または有機正孔輸送層と有機発光層および有機電子輸送層からなる三層構造、さらにこれらの適切な層間に電子もしくは正孔の注入層を挿入した多層構造にされる場合もある。

かかる有機ＥＬ素子を用いた表示パネルとして、ＥＬ素子を単にマトリクス状に配列したパッシブマトリクス型表示パネルと、マトリクス状に配列したＥＬ素子の各々に、例えばＴＦＴからなる能動素子を加えたアクティブマトリクス型表示パネルが提案されている。後者のアクティブマトリクス型表示パネルは、前者のパッシブマトリクス型表示パネルに比べて、低消費電力化を実現することができ、また画素間のクロストークが少ない等の特質を備えており、特に大画面を構成する高精細度のディスプレイに適している。

ところで、前記したアクティブマトリクス型表示パネルを点灯駆動する場合の階調表現の一つに、映像信号の１フレーム期間を等間隔の複数のサブフレームに分割し、前記サブフレーム単位で発光素子を点灯制御するようにした時間階調制御が提案されている。図１はその例を示すものである。図１に示したようにサブフレーム単位で発光素子を点灯制御する階調制御は、単純サブフレーム方式と呼ばれており、階調と発光輝度の関係がほぼリニア（γ＝１）に制御される。しかしながら、理想的な階調と輝度特性は、γ＝１．８〜２．２程度のγ特性カーブに基づくものであると言われている。

そこで、例えばγ＝２．０程度のγ特性カーブに基づく階調制御を実現しようとする場合においては、高階調側における階調間の輝度差は比較的大きいのに対して、低階調側における階調間の輝度差は極めて小さい。したがって、低階調側における階調間の輝度差に合わせて輝度差の制御を精密に実行するには、高分解能が必要となり、結果として駆動回路全体の制御を司るクロック信号を高速化させる必要が生ずる。このようにクロック信号を高速化させて回路の動作速度を上昇させるように構成した場合においては、回路全体の消費電力が増大するという問題を招来させる。

そこで、前記したようにクロック信号を高速化させずに、階調制御を実行させる手段として、前記した時間階調制御に加え、アナログ階調制御を併用した階調制御が次に示す特許文献１に開示されている。
特開２０００−５６７２７号公報

ところで、前記特許文献１に示された階調制御方式によると、時間階調制御に加えて、発光素子を点灯駆動する電源電圧をアナログ的に変化させることで、素子の発光輝度を制御するようにしている。これによれば、前記したようにクロック信号をある程度以上に高速化させる必要はないものの、画素を構成するＴＦＴの特性のばらつきの影響を受けて理想的なγ特性を含む多階調表現の実現は難い。

そこで、図１に示した単純サブフレームによる階調制御と、ソフト的にリニア階調データを疑似γ階調に変換する変換手段を併用することが考えられる。前記したリニア階調データを疑似γ階調に変換する変換手段は、例えばルックアップテーブルを用いてリニア階調データを疑似γ階調に変換する手段や、ソフトウエアを用いて演算によりリニア階調データを疑似γ階調に変換する手段が採用し得る。

前記した単純サブフレームによる階調制御に、疑似γ階調の変換手段を併用した構成によると、前記したアナログ的な動作によるＴＦＴの特性のばらつきによる影響を受けるという問題は回避できるものの、図２に示すように階調制御に対する輝度の調整量は、１フレーム期間を分割するサブフレーム数で制約を受け、例えば階調４〜６などに示すように、階調の跳びや潰れが発生して精度のよい輝度調整ができないという問題を有している。

それ故、図３に示すように１フレーム期間を夫々等しいサブフレーム期間に時分割し、各サブフレーム期間の経過途中において、各画素内に具備される電荷保持用コンデンサに充電されている電荷を放電させることにより発光素子の消灯動作を実行する点灯制御方式を採用することが考えられる。この様な点灯制御方式の一つとして、ＳＥＳ（Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ｅｒａｓｉｎｇ Ｓｃａｎ）駆動方式が一般的に知られており、ＳＥＳ駆動方式では基本的には後述するように各画素に消去用トランジスタを含む３つのＴＦＴが構成されている。

前記した各サブフレーム期間の経過途中において発光素子の消灯動作を実行する点灯制御方式を採用した場合においては、各サブフレーム期間における発光素子の発光期間を微細に調整することができ、したがって階調と輝度特性に精度のよい非線形特性、すなわち前記した理想的なγ特性カーブに基づく階調制御を実現させることができる。図４は前記した各サブフレーム期間の経過途中において発光素子の消灯動作を実行する点灯制御方式を採用することによりγ特性を持つ階調表示を実現させる例を示している。

しかしながら、前記した各サブフレーム期間の経過途中において発光素子の消灯動作を実行する点灯制御方式によると、図３に示すように各画素に具備される電荷保持用コンデンサへのデータ（電荷）の書き込みおよび電荷の消去動作が各サブフレーム毎に実行されるために、消費電力が増大するという問題を抱えている。

この発明は、前記した技術的な観点に基づいてなされたものであり、消費電力の増大を招くことなく、γ特性を含む多階調表現を精度よく実現させることができる発光表示パネルの駆動方法および駆動装置を提供することを課題とするものである。

前記した課題を解決するためになされたこの発明にかかる駆動方法は、請求項１に記載のとおり、発光素子が備えられた複数の画素がマトリクス状に配置され、１フレーム期間に複数のサブフレームを含み、前記各サブフレーム毎に前記発光素子を点灯駆動させることによって階調制御を行う発光表示パネルの駆動方法であって、前記１フレーム期間は、前記サブフレーム中に点灯期間と消灯期間を含む複数のサブフレームで構成される第一の期間と、前記サブフレーム中に消灯期間を含まない複数のサブフレームによって構成される第二の期間を含み、前記第一の期間もしくは前記第二の期間の少なくとも一方の期間を含む期間に階調制御を行う工程を実行することに特徴を有する。

また、前記した課題を解決するためになされたこの発明にかかる駆動装置は、請求項９に記載のとおり、発光素子が備えられた複数の画素がマトリクス状に配置され、１フレーム期間に複数のサブフレームを含み、前記各サブフレーム毎に前記発光素子を点灯駆動させることによって階調制御を行う発光表示パネルの駆動装置であって、前記１フレーム期間は、前記サブフレーム中に点灯期間と消灯期間を含む複数のサブフレームで構成される第一の期間と、前記サブフレーム中に消灯期間を含まない複数のサブフレームによって構成される第二の期間を含み、前記第一の期間もしくは前記第二の期間の少なくとも一方の期間を含む期間に階調制御を行うことを特徴とする。

以下、この発明にかかる発光表示パネルの駆動装置について、図に示す実施の形態に基づいて説明する。図５はこの発明にかかる駆動装置によって点灯駆動されるアクティブマトリクス型発光表示パネルに配列される１つの画素の形態を示したものである。これは前記したＳＥＳ駆動方式における画素構成を示している。

図５において、制御用ＴＦＴ、すなわちデータ書き込みトランジスタＴｒ１のゲートは、走査線（以下、走査ラインとも言う。）２に接続され、そのソースはデータ線（以下、データラインとも言う。）３に接続されている。また、この書き込みトランジスタＴｒ１のドレインは、点灯駆動用ＴＦＴ、すなわち駆動トランジスタＴｒ２のゲートに接続されると共に、電荷保持用キャパシタＣ１の一方の端子に接続されている。

前記駆動トランジスタＴｒ２のソースは、前記キャパシタＣ１の他方の端子に接続されると共に、電源供給ライン４に接続されている。また、駆動トランジスタＴｒ２のドレインは、発光素子としての有機ＥＬ素子Ｅ１のアノード端子に接続され、この有機ＥＬ素子Ｅ１のカソード端子は、表示パネルの基準電位点に接続されている。

また、消去用ＴＦＴとしての消去トランジスタＴｒ３のソースおよびドレインは、前記キャパシタＣ１の両端部にそれぞれ接続されており、消去トランジスタＴｒ３のゲートは消去信号線（以下、消去ラインとも言う。）５に接続されている。

前記した画素１の構成において、アドレス期間において書き込みトランジスタＴｒ１のゲートに走査ライン２を介してオン電圧Ｓｅｌｅｃｔが供給されると、書き込みトランジスタＴｒ１はオン状態となる。そして、書き込みトランジスタＴｒ１のソースに供給されるデータライン３からの書き込みデータに対応するデータ電圧Ｖｄａｔａを受けて、書き込みトランジスタＴｒ１データ電圧Ｖｄａｔａに対応した電流を、ソースからドレインに流す。したがって、書き込みトランジスタＴｒ１のゲートがオン電圧の期間に、前記キャパシタＣ１が充電される。

一方、前記駆動トランジスタＴｒ２には、前記キャパシタＣ１に充電された充電電圧がゲート電圧として供給され、駆動トランジスタＴｒ２にはそのゲート電圧と、ソース電圧である電源供給ライン４から供給される駆動電圧Ｖｃｃに基づいた電流が、ドレインからＥＬ素子Ｅ１に流れ、ＥＬ素子Ｅ１は駆動トランジスタＴｒ２のドレイン電流によって発光駆動される。

ここで、１つの走査ライン２に対応するアドレッシング動作が終了し、前記書き込みトランジスタＴｒ１のゲートがオフ電圧になると、書き込みトランジスタＴｒ１はいわゆるカットオフとなり、トランジスタＴｒ１のドレイン側は開放状態となる。しかしながら、駆動トランジスタＴｒ２はキャパシタＣ１に蓄積された電荷によりゲート電圧が保持され、ＥＬ素子Ｅ１の発光状態は継続される。

以上説明した書き込みトランジスタＴｒ１と駆動トランジスタＴｒ２とによるＥＬ素子Ｅ１の発光駆動動作は、周知のコンダクタンスコントロール方式と呼ばれる画素構成によるものであり、この実施の形態においては後で説明する消去期間を有しないサブフレームによる階調制御動作、すなわち単純サブフレームによる階調制御を実行する場合に利用される。

一方、前記した消去トランジスタＴｒ３のゲートには消去ライン５を介して消去信号Ｅｒａｓｅが供給される。これにより、キャパシタＣ１にチャージされている電荷は瞬時にして消去（放電）される。この結果、駆動トランジスタＴｒ２はカットオフ状態となり、ＥＬ素子Ｅ１は直ちに消灯される。したがって、消去トランジスタＴｒ３のゲートに供給される消去信号Ｅｒａｓｅの供給タイミングを制御することで、ＥＬ素子Ｅ１の点灯期間が制御され、先に説明した図３に示すサブフレーム期間の経過途中においてＥＬ素子の消灯動作を実行する点灯制御方式が実現される。

図５に示した画素１の構成は、図６に示す発光表示パネル１０上にマトリクス状に配列されて、ドットマトリクス型表示パネルを構成しており、各画素１は各走査線２および各データ線３および消去信号線５の交差位置にそれぞれ形成されている。そして、図６には前記した発光表示パネル１０と、その駆動回路の構成がブロック図によって示されている。

前記発光表示パネル１０において表示される映像信号は、図６に示す発光制御回路１１に供給される。この発光制御回路１１においては、映像信号中における水平同期信号および垂直同期信号に基づいて、入力された映像信号をサンプリング処理を施すなどして１画素ごとに対応した画素データに変換し、一走査毎のデータをデータドライバ１２に供給するように作用する。前記した作用により各画素１を構成するデータ書き込みトランジスタＴｒ１のソースに対して、前記した画素データに対応するデータ電圧Ｖｄａｔａが個々に供給されるようになされる。そして、前記した動作はアドレス期間における１走査ごとに繰り返される。

また、前記発光制御回路１１からは、アドレス期間において走査ドライバ１３に対して、水平同期信号に対応した走査クロック信号が供給される。これにより、各画素１を構成するデータ書き込みトランジスタＴｒ１のゲートに対して、前記したオン電圧Ｓｅｌｅｃｔが走査ラインごとに順次供給されるように作用する。

また、前記発光制御回路１１からは、階調制御に対応した指令信号が消去ドライバ１４に送出され、消去ドライバ１４はＥＬ素子Ｅ１の点灯期間の途中（１サブフレーム期間の途中）において、消去トランジスタＴｒ３をオンさせる消去信号Ｅｒａｓｅを供給するように作用する。

これにより、キャパシタＣ１にチャージされている電荷は瞬時にして消去（放電）される。この結果、駆動トランジスタＴｒ２はカットオフ状態となり、ＥＬ素子Ｅ１は直ちに消灯される。換言すれば、消去ドライバ１４からのゲートオン電圧（消去信号Ｅｒａｓｅ）の出力タイミングを制御することで、サブフレーム期間中におけるＥＬ素子Ｅ１の点灯期間が制御され、これにより多階調表現を実現するようになされる。

また、図６に示す実施の形態においては、発光制御回路１１にはルックアップテーブルを構築するデータメモリ１６に接続されており、これは後述するように単純サブフレームによる階調制御を行う場合において、リニア階調データを疑似γ階調データに変換するために利用される。

図７は、前記した図５および図６に示す構成によってなされる階調制御動作を説明するものである。この発明にかかる表示パネルの駆動方法においては、１フレーム期間を複数のサブフレーム期間に時分割し、前記サブフレーム期間ごとに前記発光素子を点灯制御することで階調表現を行うと共に、図７に示すように低階調領域（Ａ）の階調表現を行う場合においては、前記各サブフレーム期間内で前記発光素子の消灯動作伴う第１点灯制御を実行するように制御される。また、高階調領域（Ｂ）の階調表現を行う場合においては、前記第１点灯制御と、各サブフレーム単位で前記発光素子の点灯制御を行う第２点灯制御を実行するように制御される。

この制御形態によると、低階調領域（Ａ）の階調制御においては、前記した消去トランジスタＴｒ３を利用する理想的なγ特性を得ることができる。また、高い階調領域（Ｂ）の階調制御においては、前記消去トランジスタＴｒ３を利用する階調制御と消灯動作を伴わない単純サブフレームによる階調制御とを併用するようになされる。これは高い階調領域（Ｂ）においては、低階調領域（Ａ）に比較すると階調に対する輝度特性がより線形に近くなるため、消灯動作を伴わない単純サブフレームによる階調制御を利用しても理想に近いγ特性を得ることができる。この様に階調の度合いに応じて前記消灯動作を伴わない単純サブフレームを利用するように動作するので、消費電力をそれ程増大させることなく、理想に近いγ特性を得ることが可能となる。また、消灯動作を伴う単純サブフレームによる階調制御のみを利用する場合に比べて、発光デューティーが大きくなるため、発光素子にかかる負担も軽減される。

この実施の形態においては、前記した作用効果をもたらすために図８に示すように、１フレーム期間を、サブフレーム中に点灯期間と消灯期間を含む複数のサブフレームで構成される第一の期間と、サブフレーム中に消灯期間を含まない複数のサブフレームによって構成される第二の期間が設定される。そして、前記第一の期間もしくは前記第二の期間の少なくとも一方の期間において階調制御を行うようになされる。

図８に示すように、前記第一の期間においては、サブフレーム期間はすべて等しく設定されており、各サブフレーム期間における点灯期間は夫々異なるように設定されている。これは各サブフレーム期間中において、図５に示した消去トランジスタＴｒ３をオンさせることで達成され、これにより理想的なγ特性の階調制御を実現することができる。

一方、図８に示す第二の期間においても、サブフレーム期間はすべて等しく設定されている。そして、第二の期間として示す単純サブフレームにより階調制御を実行する場合においては、図６に示したデータメモリ１６を利用してリニア階調データを疑似γ階調データに変換し、これにより単純サブフレームによる階調制御を実行する。これにより、単純サブフレームによる階調制御を実行しつつ、理想に近いγ階調特性に近付けることができる。

なお、前記した第２の期間については、サブフレーム期間はすべて等しく設定する単純サブフレームによることなく、サブフレームの期間が異なるサブフレーム構成を採用することもできる。例えば図９はサブフレームの期間の比が２のべき乗に設定された重み付けサブフレーム方式を示すものであり、前記した第２の期間については、このような重み付けサブフレーム方式を利用することもできる。

単純サブフレーム方式を説明するフレーム構成図である。 疑似γ階調の変換手段を併用した単純サブフレームによる階調制御例を説明する輝度特性図である。 サブフレーム中において消灯動作を伴うサブフレーム方式を説明するフレーム構成図である。 図３に示すサブフレーム方式による階調表現を説明する輝度特性図である。 この発明において好適に利用される画素の構成図である。 図５に示す画素を配列した表示パネルと駆動回路の構成を示したブロック図である。 階調の度合いと制御動作を説明する特性図である。 １フレーム期間におけるサブフレームの構成図である。 この発明において利用し得る重み付けサブフレーム方式を説明するフレーム構成図である。

符号の説明

１ 画素
２ 走査ライン（走査線）
３ データライン（データ線）
４ 電源供給ライン
５ 消去ライン（消去信号線）
１０ 発光表示パネル
１１ 発光制御回路
１２ データドライバ
１３ 走査ドライバ
１４ 消去ドライバ
１５ 電源供給回路
１６ データメモリ
Ｃ１ キャパシタ
Ｅ１ 発光素子（ＥＬ素子）
Ｔｒ１ 書き込みトランジスタ
Ｔｒ２ 駆動トランジスタ
Ｔｒ３ 消去トランジスタ

Claims (16)

1. 発光素子が備えられた複数の画素がマトリクス状に配置され、１フレーム期間に複数のサブフレームを含み、前記各サブフレーム毎に前記発光素子を点灯駆動させることによって階調制御を行う発光表示パネルの駆動方法であって、
   前記１フレーム期間は、前記サブフレーム中に点灯期間と消灯期間を含む複数のサブフレームで構成される第一の期間と、
   前記サブフレーム中に消灯期間を含まない複数のサブフレームによって構成される第二の期間を含み、
   前記第一の期間もしくは前記第二の期間の少なくとも一方の期間を含む期間に階調制御を行う工程を実行することを特徴とする発光表示パネルの駆動方法。
2. 前記第一の期間においては、前記サブフレーム期間をすべて等しく設定すると共に、前記点灯期間が異なる前記サブフレームを少なくとも２つ以上含むように設定し、前記各サブフレーム毎の前記点灯期間に前記発光素子を点灯駆動させることによって、リニア階調の画像情報をγ階調の画像情報に変換して点灯駆動制御を行う工程を実行することを特徴とする請求項１に記載された発光表示パネルの駆動方法。
3. 各画素内には少なくとも発光素子と、発光素子を点灯制御するための駆動用トランジスタと、前記点灯期間において前記駆動用トランジスタのゲートに印加される電圧を保持するための電荷が充電される電気容量とが備えられ、
   前記消灯期間においては、前記電気容量に充電されている電荷を放電させる工程を実行することを特徴とする請求項１または請求項２に記載された発光表示パネルの駆動方法。
4. 前記第二の期間においては、リニア階調データを疑似γ階調データに変換する疑似γ階調変換手段によって、リニア階調の画像情報を疑似γ階調の画像情報に変換して点灯駆動制御を行う工程を実行することを特徴とする請求項１に記載された発光表示パネルの駆動方法。
5. 前記第二の期間においては、前記サブフレーム期間がすべて等しく設定されていることを特徴とする請求項４に記載された発光表示パネルの駆動方法。
6. 前記第二の期間においては、少なくとも２つの前記サブフレーム期間が異なる期間に設定されていることを特徴とする請求項４に記載された発光表示パネルの駆動方法。
7. 前記第二の期間においては、複数の前記サブフレーム期間の比は、２のべき乗に設定されていることを特徴とする請求項６に記載された発光表示パネルの駆動方法。
8. 前記発光素子は、有機ＥＬ素子であることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載された発光表示パネルの駆動方法。
9. 発光素子が備えられた複数の画素がマトリクス状に配置され、１フレーム期間に複数のサブフレームを含み、前記各サブフレーム毎に前記発光素子を点灯駆動させることによって階調制御を行う発光表示パネルの駆動装置であって、
   前記１フレーム期間は、前記サブフレーム中に点灯期間と消灯期間を含む複数のサブフレームで構成される第一の期間と、
   前記サブフレーム中に消灯期間を含まない複数のサブフレームによって構成される第二の期間を含み、
   前記第一の期間もしくは前記第二の期間の少なくとも一方の期間を含む期間に階調制御を行うことを特徴とする発光表示パネルの駆動装置。
10. 前記第一の期間においては、前記サブフレーム期間をすべて等しく設定すると共に、前記点灯期間が異なる前記サブフレームを少なくとも２つ以上含むように設定し、前記各サブフレーム毎の前記点灯期間に前記発光素子を点灯駆動させることによって、リニア階調の画像情報をγ階調の画像情報に変換して点灯駆動制御を行うことを特徴とする請求項９に記載された発光表示パネルの駆動装置。
11. 各画素内には少なくとも発光素子と、発光素子を点灯制御するための駆動用トランジスタと、前記点灯期間において前記駆動用トランジスタのゲートに印加される電圧を保持するための電荷が充電される電気容量とが備えられ、
    前記消灯期間においては、前記電気容量に充電されている電荷を放電させることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載された発光表示パネルの駆動装置。
12. リニア階調データを疑似γ階調データに変換する疑似γ階調変換手段をさらに備え、
    前記第二の期間においては、前記疑似γ階調変換手段によって、リニア階調の画像情報を疑似γ階調の画像情報に変換して点灯駆動制御を行うことを特徴とする請求項９に記載された発光表示パネルの駆動装置。
13. 前記第二の期間においては、前記サブフレーム期間がすべて等しく設定されていることを特徴とする請求項１２に記載された発光表示パネルの駆動装置。
14. 前記第二の期間においては、少なくとも２つの前記サブフレーム期間が異なる期間に設定されていることを特徴とする請求項１２に記載された発光表示パネルの駆動装置。
15. 前記第二の期間においては、複数の前記サブフレーム期間の比は、２のべき乗に設定されていることを特徴とする請求項１４に記載された発光表示パネルの駆動装置。
16. 前記発光素子は、有機ＥＬ素子であることを特徴とする請求項９ないし請求項１５のいずれか１項に記載された発光表示パネルの駆動装置。

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