JP2006313189A - 発光装置、その駆動方法および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 階調特性を損なうことなく簡易な構成によって画像の明るさを調整する。
【解決手段】 画素回路ＰはOLED素子１５をデータ線１３の電圧に応じた階調に制御する。電圧調整回路４１は、電圧Ｖ0と電圧Ｖ63とを生成する回路であり、制御回路３０からの指示に応じて電圧Ｖ0のレベルを変更する。基準電圧生成回路４２は、電圧Ｖ0と電圧Ｖ63との分圧によって両者間の複数の基準電圧（Ｖ16・Ｖ32・Ｖ48）を生成する。データ線駆動回路２３は、基準電圧生成回路４２が生成した複数の基準電圧を含む複数の階調電圧Ｖ0ないしＶ63の何れかを画像データＧに応じて選択したうえでデータ電圧ＸVjとしてデータ線１３に出力する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、有機発光ダイオード（以下「OLED（Organic Light Emitting Diode）」という）素子などの発光素子の階調を制御する技術に関する。

画像の全体の明るさ（以下「画像明度」という）を利用者による指示に応じて調整する表示装置が従来から提案されている。例えば、バックライトを備えた液晶表示装置においては、バックライトによる照射光量を調整することによって画像明度を変更することができる。しかしながら、OLED素子などの発光素子を利用した表示装置では、バックライトを備えていないため、この方法で輝度を調整することができない。そこで、特許文献１には、発光素子を実際に発光させる期間と発光を停止する期間との時間長の相対比を制御することによって画像明度の調整を可能とした構成が開示されている。
特開２００４−３２５９４０号公報（段落００２４および図２）

しかしながら、この技術のもとでは、発光素子が発光する間隔の変更に起因してフリッカなどの不具合が発生する場合がある。一方、画素ごとに階調を指定するために表示装置に入力されるデータを画像明度に応じて加工することによってフリッカの発生を回避しながら画像明度を調整することも可能である。しかしながら、データによって指定される階調値と各発光素子の実際の階調との関係（以下「階調特性」という）を所期の特性に維持しながら画像明度を調整するためには、煩雑な演算や制御を実行するための要素が必要となって、構成が煩雑化するという問題がある。本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、階調特性を損なうことなく簡易な構成によって画像の明るさを調整するという課題の解決を目的としている。

この課題を解決するために、本発明に係る発光装置は、発光素子をデータ線の電圧に応じた階調に制御する単位回路（すなわち電圧プログラミング方式の電子回路）と、互いに相違する第１電圧（例えば第１実施形態における電圧Ｖ0や第２実施形態における電圧Ｖ1）と第２電圧（例えば第１実施形態における電圧Ｖ63）とを生成する回路であって第１電圧および第２電圧の少なくとも一方を外部からの指示に応じて変更する電圧調整回路と、第１電圧と第２電圧との分圧によって第１電圧から第２電圧までの範囲内の複数の基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、基準電圧生成回路が生成した複数の基準電圧を含む複数の階調電圧の何れかを指定階調値（画像データによって指定された階調）に応じて選択してデータ線に出力するデータ線駆動回路とを具備する。この構成のように第１電圧と第２電圧との分圧によって複数の基準電圧が生成される構成において、第１電圧および第２電圧の少なくとも一方が外部からの指示に応じて変更されると、その変化量に応じて他の基準電圧も増減する。すなわち、単位回路の明るさ（画像明度）を第１電圧または第２電圧の変更という簡易な構成によって調整することができる。加えて、この画像明度の調整に際して階調特性（ガンマ特性）を維持することもできる。

本発明の望ましい態様においては、基準電圧生成回路が生成した複数の基準電圧と各基準電圧の間の電圧とを含む複数の階調電圧を生成する階調電圧生成回路（例えば図４の抵抗列２５２）がさらに設けられる。この構成によれば、基準電圧生成回路が生成した基準電圧の何れかがデータ電圧として出力される構成と比較してデータ電圧の電圧値（レベル）が多様化されるから、発光素子をより多階調に制御することができる。なお、階調電圧生成回路が配置される位置は任意である。すなわち、後述する各実施形態においては階調電圧生成回路（抵抗列２５２）がデータ線駆動回路の部分として配置される態様を例示するが、基準電圧生成回路（図１の基準電圧生成回路４２）の部分として配置されてもよい。また、基準電圧生成回路が生成した複数の基準電圧によって所期の階調数が実現されるのであれば、各基準電圧をそのまま階調電圧として使用してもよい。この場合には階調電圧を基準電圧とは別個に生成する必要がない。

本発明の具体的な態様における単位回路は、発光素子に供給される駆動電流の経路に介挿されて当該駆動電流の電流量をゲートの電圧に応じて制御する駆動トランジスタを含む。この態様において、第１電圧および第２電圧は、第１電圧から第２電圧までの範囲内の何れの電圧がデータ線から単位回路に供給されたとしても駆動トランジスタが飽和領域で動作するように、各々の電圧値が選定される。この態様によれば、何れの階調値が指定された場合であっても駆動トランジスタが飽和領域で動作するから、各指定階調値に対する発光素子の輝度を確実かつ高精度に調整することが可能となる。飽和領域で動作している駆動トランジスタに流れる電流は、そのゲートとソースとの間の電圧の略２乗に比例する。したがって、本態様を別の観点から把握すると、駆動トランジスタに流れる電流がそのゲートとソースとの間の電圧の略２乗に比例する関係となるように第１電圧および第２電圧の各々の電圧値が選定されているということもできる。

複数の指定階調値の各々と、その指定階調値についてデータ線駆動回路が出力するデータ電圧との関係を示すグラフは、データ電圧が指定階調値のｎ（ｎは実数）乗に応じて変化する関数を近似する折線としてもよい。この構成によれば、次数ｎが所期値となるように基準電圧生成回路や階調電圧生成回路やデータ線駆動回路の特性を設計することにより、指定階調値と発光素子の輝度との関係を所望の特性とすることができる。例えば、発光素子を指定階調値のγ乗に応じた輝度で発光させる場合には、次数ｎが「γ／２」となるように発光装置の各部（特に基準電圧生成回路、階調電圧生成回路、データ線駆動回路）の特性が選定される。駆動トランジスタから発光素子に供給される電流（あるいはこの電流に比例する輝度）は駆動トランジスタのゲート−ソース間の電圧（より具体的にはデータ電圧）の略２乗に応じた数値となるから、以上のように次数ｎを選定すれば、指定階調数に対する発光素子の輝度の関係（トータルガンマ）を所期の特性（すなわち発光素子の輝度が指定階調数のγ乗となる特性）とすることができる。

本発明の望ましい態様においては、第１電圧から第２電圧までの範囲の外側の電圧であってデータ線に供給されたときに駆動トランジスタがオフ状態となる電圧値の黒色用電圧（例えば後述する第２実施形態における電圧Ｖ0）を第１電圧および第２電圧とは別個に生成する回路（例えば図７における電圧発生回路４１５）がさらに設けられ、データ線駆動回路は、黒色の階調が指定されたときに黒色用電圧を選択してデータ線に出力する。この態様によれば、黒色の階調が指定されたときに駆動トランジスタを確実にオフ状態とすることができるから、単位回路の階調を完全な黒色に近づけることができる。なお、この態様の具体例は第２実施形態として後述される。

以上に説明した各態様の発光装置は各種の電子機器に利用される。この電子機器の典型例は、発光装置を表示装置として利用した機器である。この種の電子機器としては、パーソナルコンピュータや携帯電話機などがある。もっとも、本発明に係る発光装置の用途は画像の表示に限定されない。例えば、光線の照射によって感光体ドラムなどの像担持体に潜像を形成するための露光装置（露光ヘッド）としても本発明の発光装置を適用することができる。

また、本発明に係る駆動方法は、互いに相違する第１電圧と第２電圧とを分圧して第１電圧から第２電圧までの範囲内の複数の基準電圧を生成し、複数の基準電圧を含む複数の階調電圧の何れかを指定階調値に応じて選択してデータ線に出力する一方、画像明度が指定されると、その指定に応じて第１電圧および第２電圧の少なくとも一方を変更する。この方法によれば、第１電圧または第２電圧を調整するという簡易な手順によって、階調特性（ガンマ特性）を損なうことなく画像明度を調整することができる。

＜Ａ：第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る発光装置の全体の構成を示すブロック図である。同図に示されるように、この発光装置Ｄは、複数の画素回路Ｐが配列された画素アレイ部１０と、この画素アレイ部１０の周辺に配置された各種の回路（走査線駆動回路２１・データ線駆動回路２３・制御回路３０・調整回路４０）とを具備する。画素アレイ部１０には、Ｘ方向に延在するＭ（Ｍは自然数）本の走査線１１と、Ｘ方向と交差するＹ方向に延在するＮ（Ｎは自然数）本のデータ線１３とが形成される。各画素回路Ｐは、走査線１１とデータ線１３との各交差に対応した位置に配置される。したがって、これらの画素回路Ｐは縦Ｍ行×横Ｎ列のマトリクス状に配列する。各画素回路Ｐは、発光素子たるOLED素子の階調（輝度）を調整するための回路である。

走査線駆動回路２１は、Ｍ本の走査線１１の各々を水平走査期間ごとに順番に選択する回路である。より具体的には、走査線駆動回路２１は、１垂直走査期間のうち第ｉ番目（ｉは１≦ｉ≦Ｍを満たす整数）の水平走査期間において、第ｉ行目の走査線１１に供給される走査信号Ｙiをローレベルとするとともに他の各行の走査信号をハイレベルとする。一方、データ線駆動回路２３は、走査線駆動回路２１が第ｉ行の走査線１１を選択する水平走査期間において、当該行の各画素回路Ｐに指定された階調に対応する電圧（以下「データ電圧」という）ＸV1ないしＸVNを各データ線１３に印加する。各画素回路Ｐの階調は画像データＧによって指定される。本実施形態における画像データＧは６ビットのデジタルデータであり、「０」から「６３」までの６４段階の階調値の何れかを指定する。画像データＧが階調値「０」であれば最も暗い階調である黒色が指定され、階調値が増加するほど明るい階調が指定されるとともに、階調値「６３」の画像データＧによって最も明るい階調である白色が指定される。

制御回路３０は、発光装置Ｄの全体の動作を制御するための手段である。より具体的には、制御回路３０は、クロック信号など各種の信号を走査線駆動回路２１やデータ線駆動回路２３に出力することによって各回路を制御するとともに、各画素回路Ｐの画像データＧをデータ線駆動回路２３に出力する。一方、調整回路４０は、画素アレイ部１０によって表示される画像の全体の明るさ（画像明度）を調整するための手段である。なお、データ線駆動回路２３や調整回路４０の具体的な構成については後述する。

図２は、画素回路Ｐの構成を示す回路図である。なお、同図においては第ｉ行に属する第ｊ列目（ｊは１≦ｊ≦Ｎを満たす整数）のひとつの画素回路Ｐのみが図示されているが、総ての画素回路Ｐは同様の構成である。図２に示されるように、本実施形態における画素回路Ｐは駆動トランジスタＴdrと選択トランジスタＴslと容量素子ＣとOLED素子１５とを含む。駆動トランジスタＴdrおよび選択トランジスタＴslはｐチャネル型のＴＦＴ（Thin Film Transistor）である。

駆動トランジスタＴdrおよびOLED素子１５は、電源の高位側の電圧（電源電圧）ＶHが供給される電源線と低位側の電圧（接地電圧）ＶLが供給される接地線との間に介挿される。このうちOLED素子１５は、その順方向に流れる電流（以下「駆動電流」という）Ｉelに応じた輝度に発光する素子であり、有機ＥＬ材料からなる発光層を陽極と陰極との間隙に介在させた構造となっている。このような構造のOLED素子１５は、例えば、インクジェット方式のヘッドから有機ＥＬ材料の液滴を吐出し、これを乾燥させることによって形成される。OLED素子１５の発光層の材料としては、低分子・高分子またはデンドリマーなどの有機発光材料が利用される。

図２に示されるように、OLED素子１５は、その陰極が接地線に接続されるとともに陽極が駆動トランジスタＴdrのドレインに接続される。駆動トランジスタＴdrのソースは電源線に接続される。この駆動トランジスタＴdrは、電源線からOLED素子１５を経由して接地線に流れ込む駆動電流Ｉelをゲートの電圧に応じて制御する手段である。駆動トランジスタＴdrのゲートは選択トランジスタＴslのドレインに接続される。選択トランジスタＴslは、ソースがデータ線１３に接続されるとともにゲートが走査線１１に接続される。容量素子Ｃは、駆動トランジスタＴdrのゲートとソースとの間に介挿された容量である。

以上の構成において、走査信号Ｙiがローレベルに遷移して選択トランジスタＴslがオン状態になると、その時点におけるデータ線１３のデータ電圧ＸVjが選択トランジスタＴslを介して駆動トランジスタＴdrのゲートに印加され、これによりOLED素子１５にはデータ電圧ＸVjに応じた駆動電流Ｉelが供給される。また、このときにデータ電圧ＸVjに応じた電荷が容量素子Ｃに蓄積される。したがって、走査信号Ｙiがハイレベルとなって選択トランジスタＴslがオフ状態に遷移しても、容量素子Ｃに保持された電圧が駆動トランジスタＴdrのゲートに印加され続けることによってOLED素子１５にはデータ電圧ＸVjに対応した駆動電流Ｉelが供給される。一方、OLED素子１５は、駆動電流Ｉelに比例した輝度に発光する。以上のように、本実施形態における画素回路Ｐは、データ線１３の電圧に応じてOLED素子１５の輝度が設定される方式（いわゆる電圧プログラミング方式）の電子回路である。

次に、調整回路４０およびデータ線駆動回路２３の具体的な構成を説明する。図３は、調整回路４０の構成を示すブロック図である。図１および図３に示されるように、調整回路４０は電圧調整回路４１と基準電圧生成回路４２とを含む。このうち電圧調整回路４１は、データ電圧ＸVjの基準となる電圧Ｖ0と電圧Ｖ63とを生成するための回路であり、図３に示されるように、電圧Ｖ0を生成して配線４５１に出力する電圧発生回路４１１と、電圧Ｖ63を生成して配線４５２に出力する電圧発生回路４１２とを含む。電圧Ｖ0は最も暗い階調である黒色（階調値「０」）に対応する電圧であり、電圧Ｖ63は最も明るい階調である白色（階調値「６３」）に対応する電圧である。

基準電圧生成回路４２は、電圧調整回路４１によって生成された電圧Ｖ0および電圧Ｖ63の分圧によってこれらの電圧とその両者間の電圧とを含む５種類の基準電圧（Ｖ0、Ｖ16、Ｖ32、Ｖ48、Ｖ63）を生成する手段である。図３に示されるように、基準電圧生成回路４２は、相互に直列に接続された状態で配線４５１と配線４５２との間に介挿された４個の抵抗素子４２１を含む。基準電圧生成回路４２は、互いに隣接する各抵抗素子５２１間の電圧（Ｖ16・Ｖ32・Ｖ48）を電圧Ｖ0および電圧Ｖ63とともに基準電圧として出力する。電圧Ｖ16は階調値「１６」に対応し、電圧Ｖ32は階調値「３２」に対応し、電圧Ｖ48は階調値「４８」に対応する。

一方、データ線駆動回路２３は、図１に示されるように、各々が別個のデータ線１３に接続されたＮ個のＤ/Ａ変換器２３３と、制御回路３０からシリアルに供給される画像データＧ（Ｇ1ないしＧN）を保持したうえで各Ｄ/Ａ変換器２３３に振り分けるラッチ回路２３１とを含む。このうちＤ/Ａ変換器２３３は、各々が別個の階調に対応する６４種類の電圧（以下「階調電圧」という）Ｖ0ないしＶ63のうち画像データＧjによって指定された階調値（以下「指定階調値」という）に対応する電圧を選択してデータ電圧ＸVjとしてデータ線１３に出力する。

図４は、このＤ/Ａ変換器２３３の構成を示す回路図である。なお、図４においては第ｊ列目のデータ線１３に対応するひとつのＤ/Ａ変換器２３３のみが図示されているが、総てのＤ/Ａ変換器２３３は同様の構成である。同図に示されるように、ひとつのＤ/Ａ変換器２３３は、各々の入力端に基準電圧（Ｖ0・Ｖ16・Ｖ32・Ｖ48・Ｖ63）が印加される５個の入力バッファ２５１と、各入力バッファ２５１の出力端の間に多数（合計６３個）の抵抗素子Ｒを直列に配列してなる抵抗列２５２と、６４個のスイッチSWを含む選択回路２５３と、この選択回路２５３と第ｊ列目のデータ線１３との間に介在する出力バッファ２５４と、ラッチ回路２３１から画像データＧjが供給されるデコーダ２５５とを具備する。各入力バッファ２５１を介して入力された５種類の基準電圧を抵抗列２５２の各抵抗素子Ｒによって分圧することにより６４種類の階調電圧Ｖ0ないしＶ63が生成される。すなわち、抵抗列２５２は、基準電圧生成回路４２が生成した複数の基準電圧（Ｖ0・Ｖ16・Ｖ32・Ｖ48・Ｖ63）と各基準電圧の中間の電圧（例えばＶ1ないしＶ15やＶ17ないしＶ31）とを含む複数の階調電圧を生成する手段（本発明における階調電圧生成回路）として機能する。

選択回路２５３を構成する６４個のスイッチSWは、階調電圧Ｖ0ないしＶ63の各々と出力バッファ２５４の入力端との導通および非導通を個別に切り替える。デコーダ２５５は、ラッチ回路２３１から供給される画像データＧjに基づいて選択回路２５３のひとつのスイッチSWを選択的にオン状態とする手段である。例えば、画像データＧによって階調値「０」が指定された場合、デコーダ２５５は、図４に図示された第１段目のスイッチSWを択一的にオン状態とする。こうしてデコーダ２５５がオン状態に制御したスイッチSWと出力バッファ２５４とを介して、階調電圧Ｖ0ないしＶ63のうち画像データＧjに対応する電圧がデータ電圧ＸVjとしてデータ線１３に出力される。なお、図４においては、入力バッファ２５１や抵抗列２５２が各Ｄ/Ａ変換器２３３に内蔵された構成を例示したが、入力バッファ２５１や抵抗列２５２が複数のＤ/Ａ変換器２３３によって共用される構成としてもよい。

次に、図５は、画像データＧによる指定階調値とデータ線駆動回路２３から出力されるデータ電圧ＸVjとの関係を示すグラフである。同図においては、指定階調値が横軸に示されるとともにデータ電圧ＸVjが縦軸に示されている。図５に特性Ｆ0として図示されるように、指定階調値とデータ電圧ＸVjとの関係は、５種類の基準階調（Ｖ0・Ｖ16・Ｖ32・Ｖ48・Ｖ63）の各々が指定されたときのデータ電圧ＸVjに相当する座標を相互に連結した折線によって表現される。ただし、このような関係が成立するのは、抵抗列２５２に含まれる各抵抗素子Ｒの抵抗値が等しい場合である。各抵抗素子Ｒの抵抗値が互いに相違する場合には、相互に隣接する基準階調の間における指定階調値とデータ電圧ＸVjとの関係はさらに微細な折線で表現される。

本実施形態においては、図５に矢印Ａで示されるように、電圧調整回路４１によって生成される電圧Ｖ63を変更することによって画像明度が変更されるようになっている。すなわち、発光装置Ｄの利用者が操作子（図示略）を操作することによって画像明度の変更の指示を入力すると、制御回路３０は、この指示に係る変更後の画像明度に応じた電圧Ｖ63のレベルを電圧調整回路４１に指定する。例えば、制御回路３０は、利用者によって指定された画像明度が低い（暗い）場合には高いレベルの電圧Ｖ63を指定する一方、高い（明るい）画像明度が指定された場合には低いレベルの電圧Ｖ63を指定する。そして、電圧調整回路４１は、電圧発生回路４１２が生成する電圧Ｖ63を制御回路３０から指定されたレベルに変更する。

図５の特性Ｆ1は、同図に実線で示された特性Ｆ0と比較して電圧Ｖ63を上昇させたときの指定階調値とデータ電圧ＸVjとの関係を示す折線であり、同図の特性Ｆ2は、特性Ｆ0と比較して電圧Ｖ63を低下させたときの指定階調値とデータ電圧ＸVjとの関係を示す折線である。特性Ｆ1および特性Ｆ2から理解されるように、電圧調整回路４１が制御回路３０からの指示に応じて電圧Ｖ63を変更すると、この電圧Ｖ63の分圧によって生成された３種類の基準電圧（Ｖ16・Ｖ32・Ｖ48）やその各々から生成された階調電圧は電圧Ｖ63の変化量に応じたレベルだけ変化する。そして、電圧Ｖ63が上昇した場合には各指定階調値に対応するデータ電圧ＸVjが相対的に上昇するから画像明度は減少し、電圧Ｖ63が下降した場合には各指定階調値に対応するデータ電圧ＸVjが相対的に低下するから画像明度は増加する。このように本実施形態によれば、画像データＧに対する煩雑な演算などの処理を要することなく、電圧Ｖ63を調整するという極めて簡易な構成によって画像明度を調整することができる。そして、電圧Ｖ63の変更によって画像明度を変更した場合であっても階調特性（ガンマ特性）は画像明度の変更の前後で変化しない。この点について詳述すると以下の通りである。

駆動トランジスタＴdrが飽和領域で動作すると仮定すれば、この駆動トランジスタＴdrに流れる駆動電流Ｉelは以下の式(1)によって表現される。ただし、式(1)における「Ｖgs」は駆動トランジスタＴdrのソースを基準としたときのゲートの電圧（以下「ゲート−ソース間電圧」という）である。また、同式における「β」は駆動トランジスタＴdrの利得係数であり、「Ｖth」は駆動トランジスタＴdrの閾値電圧である。
Ｉel＝（β／２）・（Ｖgs−Ｖth）² ……(1)

データ電圧ＸVjが画像データＧによる指定階調値ｇのｎ乗に比例したレベル（ＸVj＝ｋ・ｇⁿ）となるように、データ線駆動回路２３の特性（より具体的には、基準電圧生成回路４２によって生成される各基準電圧の電圧値、および各Ｄ/Ａ変換器２３３における抵抗素子Ｒの抵抗値）が選定されているものとする。すなわち、図５に示される特性Ｆ0は、「ＸVj＝ｋ・ｇⁿ」という関数を近似する折線に相当する。このとき式(1)は以下の式(2)に変形される。なお、「ｋ」は比例定数である。また、データ電圧ＸVjは、式(1)の「Ｖgs−Ｖth」がゼロとなる点を基準とする。
Ｉel＝（β／２）・（ｋ・ｇⁿ）² ……(2)

さらに、OLED素子１５の輝度Ｂが駆動電流Ｉelに比例することを考慮すると、OLED素子１５の輝度Ｂは以下の式(3)によって表現される。ただし、式(3)における「α」は輝度Ｂと駆動電流Ｉelとの比例定数である。
Ｂ＝α・Ｉel
＝α・（β／２）・（ｋ・ｇⁿ）²
＝α・（β／２）・ｋ²・ｇ²ⁿ ……(3)
この式(3)における指定階調値ｇの次数「２ｎ」は階調特性（ガンマ特性）を規定するガンマ値γである。電圧Ｖ63の変更は式(3)における「ｋ」の変更に相当するに過ぎず、「ｇ²ⁿ」には何ら影響を与えない。すなわち、本実施形態によれば、ガンマ値γを維持したまま画像明度を変更することができる。換言すると、基準電圧生成回路４２とデータ線駆動回路２３の特性は、数値ｎが所望のガンマ値γの半値（ｎ＝γ／２）となるように選定される。このように数値ｎを選定すれば、式(3)に示されるように、データ線駆動回路２３に対する画像データＧの入力からOLED素子１５の駆動による出力までのガンマ値（トータルガンマ）を所期値γ（＝２ｎ）に設定することができる。

ところで、以上においては駆動トランジスタＴdrが飽和領域で動作することを仮定した。しかしながら、データ電圧ＸVjのレベルによっては駆動トランジスタＴdrが飽和領域で動作しない場合も考えられる。そこで、以下では駆動トランジスタＴdrを飽和領域で動作させるためにデータ電圧ＸVjが充足すべき条件について検討する。図６は、駆動トランジスタＴdrのゲート−ソース間電圧Ｖgsと駆動トランジスタＴdrのソースからドレインに流れる駆動電流Ｉel（あるいは駆動電流Ｉelに比例する輝度Ｂ）との関係を示すグラフである。駆動トランジスタＴdrはｐチャネル型であるから、駆動電流Ｉelは、同図に示されるように、ゲート−ソース間電圧Ｖgsが閾値電圧Ｖthを下回る領域において当該ゲート−ソース間電圧の絶対値に応じた電流量となる。

駆動トランジスタＴdrを飽和領域で動作させるためのゲート−ソース間電圧Ｖgsの範囲は、図６に図示された閾値電圧Ｖthから所定の電圧Ｖaまでの範囲Ｂである。すなわち、ゲート−ソース間電圧Ｖgsがこの範囲Ｂ内に収まっていれば駆動電流Ｉelは式(1)を満たし、したがって電圧Ｖ63の変更に拘わらずガンマ特性を確実に維持したまま画像明度を変更することができる。この範囲Ｂにおいてゲート−ソース間電圧Ｖgsは以下の式(4)を満たす。なお、式(4)における「Ｖds」は、駆動トランジスタＴdrのソースを基準としたときのドレインの電圧（以下「ドレイン−ソース間電圧」という）である。
Ｖds＞Ｖgs−Ｖth ……(4)

駆動電流Ｉelの電流量が小さい場合には、OLED素子１５の抵抗成分と駆動電流Ｉelとに起因して当該OLED素子１５にて発生する電圧降下が少ない。したがって、駆動トランジスタＴdrのドレイン−ソース間電圧Ｖdsは相対的に高いレベルに維持されるから式(4)が成立する。すなわち、この領域においては駆動電流Ｉelがゲート−ソース間電圧の２乗に比例する。一方、さらに駆動トランジスタＴdrのゲート−ソース間電圧Ｖgsを低下させていって特定のレベル（Ｖa）を下回ると、駆動電流Ｉelについて式(1)は成立しなくなる。ゲート−ソース間電圧Ｖgsの低下によって駆動電流Ｉelが増加するとOLED素子１５での電圧降下の影響が増大していき、これによって駆動トランジスタＴdrのドレイン−ソース間電圧Ｖdsが相対的に減少することによって式(4)の条件を満たさなくなるからである。このように駆動電流Ｉelが式(1)を満たす領域（範囲Ｂ）と同式を満たさない領域との境界に相当する電圧が「Ｖa」である。換言すると、電圧Ｖaは、駆動トランジスタＴdrのゲート−ソース間電圧Ｖgsに対する駆動電流Ｉelの変化にあたって変曲点となる電圧として定義される。

本実施形態においては、図６の範囲Ｂ内の電圧となるように電圧調整回路４１が電圧Ｖ0および電圧Ｖ63を生成する。例えば、電圧Ｖ0は閾値電圧Ｖthと略等しいレベルに選定される。したがって、電圧Ｖ0および電圧Ｖ63を分圧して生成される総ての基準電圧（Ｖ0・Ｖ16・Ｖ32・Ｖ48・Ｖ63）およびこれらの基準電圧から生成される総ての階調電圧Ｖ0ないしＶ63（データ電圧ＸVj）は何れも図６の範囲Ｂ内に収まる。すなわち、何れの階調値が指定された場合であっても駆動トランジスタＴdrを確実に飽和領域で動作させることができる。したがって、本実施形態によれば、所望のガンマ特性を維持しながら画像明度を適宜に調整することができる。もっとも、階調特性の歪みが実用上において問題とならない場合（例えば、画像を視認した利用者によってその相違が知覚され得ないような場合）には、各電圧が範囲Ｂの外側の電圧値であってもよい。

＜Ｂ：第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第１実施形態においては、黒色の階調に対応する電圧Ｖ0を駆動トランジスタＴdrの閾値電圧Ｖthと略一致させた構成を例示した。しかしながら、ゲート−ソース間電圧Ｖgsが閾値電圧Ｖthの付近にあると若干の駆動電流Ｉelが駆動トランジスタＴdrからOLED素子１５に流れ込んで僅かに発光するため、たとえ階調値「０」が指定されたとしても完全な黒色を表示することが困難となる可能性がある。このような事情に鑑みて、本実施形態においては、黒色の階調に相当する電圧Ｖ0が閾値電圧Ｖthやガンマ値γとは無関係に独立して選定される構成となっている。なお、本実施形態のうち第１実施形態と同様の要素については共通の符号を付してその説明を適宜に省略する。

図７は、本実施形態における調整回路４０の構成を示すブロック図である。また、図８は、画像データＧによる各指定階調値とデータ線駆動回路２３から出力されるデータ電圧ＸVjとの関係を示すグラフである。図７に示されるように、調整回路４０は、図３の構成と同様の２個の電圧発生回路（４１１・４１２）に加えて電圧発生回路４１５を具備する。電圧発生回路４１１は、最低の階調値「０」よりも１段階だけ高い階調値「１」に対応する電圧Ｖ1を生成する。一方、電圧発生回路４１２は、第１実施形態と同様に、最大の階調値「６３」に対応する電圧Ｖ63を制御回路３０からの指示に応じて可変的に生成する。したがって、本実施形態においても第１実施形態と同様の効果が奏される。

一方、電圧発生回路４１５は、最低の階調値「０」に対応する電圧Ｖ0を生成して配線４６に供給する手段である。図８に示されるように、この電圧Ｖ0は、他の階調値に対応する電圧Ｖ1ないし電圧Ｖ63とは別個にレベルが選定される。さらに詳述すると、この電圧Ｖ0は、これがデータ電圧ＸVjとしてデータ線１３に印加されたときに駆動トランジスタＴdrが確実にオフ状態となるレベルに選定されている。したがって、本実施形態によれば、階調値「０」が指定されたときにOLED素子１５に対する駆動電流Ｉelの供給を確実に停止させて完全な黒色を表示することができる。

＜Ｃ：変形例＞
以上の各形態には様々な変形を加えることができる。具体的な変形の態様を例示すれば以下の通りである。なお、以下の各態様を適宜に組み合わせてもよい。

（１）変形例１
調整回路４０の構成は各実施形態における例示に何ら限定されない。例えば、基準電圧生成回路４２を図９や図１０の構成に変更することもできる。図９の基準電圧生成回路４２は、図３に示した抵抗素子４２１に代えて、抵抗値が可変な可変抵抗素子（トリマ）４２３を採用した構成となっている。各可変抵抗素子４２３の抵抗値は利用者からの指示に応じて制御回路３０が制御する。一方、図１０の基準電圧生成回路４２は、電圧Ｖ0が印加される配線４５１と電圧Ｖ63が印加される配線４５２との間に３個の抵抗素子４２５が相互に並列に介挿される。そして、各基準電圧を出力するための配線（４５３・４５４・４５５）と各抵抗素子４２５との接触の位置を利用者からの指示に応じて制御回路３０が変更することによって基準電圧（Ｖ16・Ｖ32・Ｖ48）のレベルが調整される。これらの構成によれば、発光装置Ｄのガンマ特性（指定階調値とOLED素子１５の輝度Ｂとの関係）を適宜に調整することができる。

（２）変形例２
画素回路Ｐの構成は図２の例示に何ら限定されない。例えば、図１１(a)に図示された画素回路Ｐを採用してもよい。なお、この画素回路Ｐは、米国特許第6,229,506号公報に“Fig.3”として開示されている。この画素回路Ｐは、駆動トランジスタＴdrの特性（特に閾値電圧Ｖth）のバラツキを補償する機能を備えている。同図に示されるように、図１において１本の配線として図示された走査線１１は本変形例において３本の制御線（１１１・１１２・１１３）を含む。各制御線に供給される信号（Ｓ1・Ｓ2・Ｓ3）の波形は図１１(b)に図示されている。

図１１(b)に示される駆動トランジスタＴdrは、そのソースが電源線に接続されるとともにドレインが発光制御トランジスタＴelのソースに接続される。発光制御トランジスタＴelは、OLED素子１５が実際に発光する期間を規定するためのスイッチング素子であり、ドレインがOLED素子１５の陽極に接続されるとともにゲートが制御線１１３に接続される。一方、駆動トランジスタＴdrのゲートとドレインとの間には、ゲートが制御線１１２に接続された第１スイッチング素子Ｔ1が介挿される。制御線１１２に供給される信号Ｓ2がローレベルになると、第１スイッチング素子Ｔ1がオン状態となって駆動トランジスタＴdrはダイオード接続される。

駆動トランジスタＴdrのゲートとソースとの間には容量素子Ｃ1が介挿される。さらに、駆動トランジスタＴdrのゲートには容量素子Ｃ2の一方の電極が接続される。この容量素子Ｃ2の他方の電極Ｌは第２スイッチング素子Ｔ2のドレインに接続される。第２スイッチング素子Ｔ2は、そのソースがデータ線１３に接続されるとともにゲートが制御線１１１に接続される。

以上の構成において、駆動トランジスタＴdrの閾値電圧Ｖthの補償は、容量素子Ｃ2の電極Ｌを特定の基準電圧Ｖrefに固定しつつ駆動トランジスタＴdrを第１スイッチング素子Ｔ1でダイオード接続することによって実現される。より具体的には、まず、図１１(b)に示されるように、リセット期間ＰRESにおいて、発光制御トランジスタＴelおよび第１スイッチング素子Ｔ1をオン状態として駆動トランジスタＴdrのドレインおよびゲートの電位を充分に低いレベルに引き下げる。続く補償期間Ｐ₁において、第１スイッチング素子Ｔ1をオン状態として駆動トランジスタＴdrのドレインとゲートとを導通させ、これにより駆動トランジスタＴdrのゲートの電位を「ＶH−｜Ｖth｜」に収束させる。この補償期間Ｐ₁において容量素子Ｃ2の電極Ｌには、オン状態にある第２スイッチング素子Ｔ2を介してデータ線１３から基準電圧Ｖrefが印加される。そして、補償期間Ｐ₁に続く書込期間Ｐ₂においては、第１スイッチング素子Ｔ1をオフ状態として駆動トランジスタＴdrのダイオード接続を解除したうえで、データ線１３にデータ電圧ＸVjを供給する。これによって駆動トランジスタＴdrのゲートの電位は「ＶH−｜Ｖth｜」からデータ電圧ＸVjに応じて引き下げられる。より具体的には、基準電圧Ｖrefとデータ電圧ＸVjとの差分が容量素子Ｃ1と容量素子Ｃ2との容量比に応じて分圧されて駆動トランジスタＴdrのゲートに供給される。発光期間Ｐ_ELにおいては、発光制御トランジスタＴelがオン状態となってOLED素子１５に駆動電流Ｉelが供給される。

本変形例の構成によれば、補償期間Ｐ₁における動作によって駆動トランジスタＴdrの閾値電圧Ｖthが補償されるから、閾値電圧Ｖthのバラツキに起因した表示のムラを有効に抑制することができる。なお、本変形例の画素回路Ｐにおいては、基準電圧Ｖrefとデータ電圧ＸVjとの差分によってOLED素子１５の輝度が設定されるが、駆動電流Ｉelが式（2）のようにデータ電圧ＸVjの２乗に応じた電流量となる点は第１実施形態と同様である。したがって、本実施形態によっても第１実施形態と同様の効果が奏される。以上のように、本発明における単位回路は、発光素子をデータ線の電圧に応じた階調に制御する機能を備えた回路であれば足り、その具体的な構成の如何は不問である。

（３）変形例３
各実施形態においては、利用者によって指示された画像明度に応じて電圧Ｖ63が変更される場合を例示したが、これに加えて電圧Ｖ0が変更される構成を採用してもよい。要するに、電圧Ｖ0および電圧Ｖ63のうちの一方が他方に対して相対的に変動することによって電圧Ｖ0と電圧Ｖ63との差分値が変化すれば足りる。

（４）変形例４
各実施形態においてはOLED素子１５を発光素子として例示したが、本発明における発光素子はこれに限定されない。例えば、OLED素子１５に代えて、無機ＥＬ素子や、フィールド・エミッション（ＦＥ）素子、表面導電型エミッション（ＳＥ：Surface-conduction Electron-emitter）素子、弾道電子放出（ＢＳ：Ballistic electron Surface emitting）素子、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子など様々な自発光素子を利用することも可能である。このように本発明における発光素子は、電気エネルギの付与によって発光する素子であれば足り、その具体的な構造や材料の如何は不問である。

（５）変形例５
各実施形態においては、抵抗素子を利用した分圧によって各基準電圧（例えば第１実施形態におけるＶ0、Ｖ16、Ｖ32、Ｖ48、Ｖ63）が生成される構成を例示したが、これらの基準電圧が容量素子を利用した分圧によって生成される構成も採用される。この構成においては、基準電圧生成回路４２において直流的な電流の消費がなくなるため消費電力が低減される。同様に、本発明の階調電圧生成回路として機能する抵抗列２５２に代えて、容量素子を利用した分圧回路を採用してもよい。

＜Ｄ：応用例＞
次に、本発明に係る発光装置を利用した電子機器について説明する。図１２は、以上に説明した何れかの形態に係る発光装置Ｄを表示装置として採用したモバイル型のパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。パーソナルコンピュータ２０００は、表示装置としての発光装置Ｄと本体部２０１０とを備える。本体部２０１０には、電源スイッチ２００１およびキーボード２００２が設けられている。この発光装置Ｄは発光素子にOLED素子１５を使用しているので、視野角が広く見易い画面を表示できる。

図１３に、発光装置Ｄを適用した携帯電話機の構成を示す。携帯電話機３０００は、複数の操作ボタン３００１およびスクロールボタン３００２、ならびに表示装置としての発光装置Ｄを備える。スクロールボタン３００２を操作することによって、発光装置Ｄに表示される画面がスクロールされる。

図１４に、発光装置Ｄを適用した携帯情報端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistants）の構成を示す。情報携帯端末４０００は、複数の操作ボタン４００１および電源スイッチ４００２、ならびに表示装置としての発光装置Ｄを備える。電源スイッチ４００２を操作すると、住所録やスケジュール帳といった各種の情報が発光装置Ｄに表示される。

なお、本発明に係る発光装置が適用される電子機器としては、図１２から図１４に示したもののほか、デジタルスチルカメラ、テレビ、ビデオカメラ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電子ペーパー、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、プリンタ、スキャナ、複写機、ビデオプレーヤ、タッチパネルを備えた機器等などが挙げられる。また、本発明に係る発光装置Ｄの用途は画像の表示に限定されない。例えば、光書込み型のプリンタや電子複写機といった画像形成装置においては、用紙などの記録材に形成されるべき画像に応じて感光体を露光する書込みヘッドが使用されるが、この種の書込みヘッドとしても本発明の発光装置は利用される。本発明にいう単位回路とは、各実施形態のように表示装置の画素を構成する画素回路のほか、画像形成装置における露光の単位となる回路をも含む概念である。

第１実施形態に係る発光装置の構成を示すブロック図である。 ひとつの画素回路の構成を示す回路図である。 調整回路の構成を示すブロック図である。 データ線駆動回路の構成を示すブロック図である。 画像データが指定する階調値とデータ電圧との関係を示すグラフである。 駆動トランジスタのゲート−ソース間電圧と駆動電流との関係を示すグラフである。 第２実施形態に係る発光装置の調整回路の構成を示すブロック図である。 画像データが指定する階調値とデータ電圧との関係を示すグラフである。 変形例に係る調整回路の構成を示すブロック図である。 変形例に係る調整回路の構成を示すブロック図である。 変形例に係る画素回路の構成を示すブロック図である。 本発明を適用したパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。 本発明を適用した携帯電話機の構成を示す斜視図である。 本発明を適用した携帯型情報端末の構成を示す斜視図である。

符号の説明

Ｄ……発光装置、Ｐ……画素回路、１０……画素アレイ部、１１……走査線、１３……データ線、２１……走査線駆動回路、２３……データ線駆動回路、２３１……ラッチ回路、２３３……Ｄ/Ａ変換器、２５１……入力バッファ、２５２……抵抗列、２５３……選択回路、２５４……出力バッファ、２５５……デコーダ、３０……制御回路、４０……調整回路、４１……電圧調整回路、４１１，４１２，４１５……電圧発生回路、４２……基準電圧生成回路、４２１……抵抗素子、Ｖ0，Ｖ16，Ｖ32，Ｖ48，Ｖ63……基準電圧、ＸVj……データ電圧。

Claims (8)

1. 発光素子をデータ線の電圧に応じた階調に制御する単位回路と、
   互いに相違する第１電圧と第２電圧とを生成する回路であって前記第１電圧および前記第２電圧の少なくとも一方を外部からの指示に応じて変更する電圧調整回路と、
   前記第１電圧と前記第２電圧との分圧によって前記第１電圧から前記第２電圧までの範囲内の複数の基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、
   前記基準電圧生成回路が生成した複数の基準電圧を含む複数の階調電圧の何れかを指定階調値に応じて選択してデータ電圧としてデータ線に出力するデータ線駆動回路と
   を具備する発光装置。
2. 前記基準電圧生成回路が生成した複数の基準電圧と各基準電圧の中間の電圧とを含む前記複数の階調電圧を生成する階調電圧生成回路を具備する
   請求項１に記載の発光装置。
3. 前記単位回路は、前記発光素子に供給される駆動電流の経路に介挿されて当該駆動電流の電流量をゲートの電圧に応じて制御する駆動トランジスタを含み、
   前記第１電圧および前記第２電圧は、前記第１電圧から前記第２電圧までの範囲内の何れの電圧が前記データ線から前記単位回路に供給されたとしても前記駆動トランジスタが飽和領域で動作するように、各々の電圧値が選定されている
   請求項１または２に記載の発光装置。
4. 複数の指定階調値の各々と、その指定階調値についてデータ線駆動回路が出力するデータ電圧との関係を示すグラフは、データ電圧が指定階調値のｎ（ｎは実数）乗に応じて変化する関数を近似する折線となる
   請求項３に記載の発光装置。
5. 発光素子を指定階調値のγ乗（γは任意の実数）に応じた輝度で発光させるために、前記関数における指定階調値の次数ｎがγ／２に設定されている
   請求項４に記載の発光装置。
6. 前記単位回路は、前記発光素子に供給される駆動電流の経路に介挿されて当該駆動電流の電流量をゲートの電圧に応じて制御する駆動トランジスタを含み、
   前記第１電圧から前記第２電圧までの範囲の外側の電圧であって前記データ線に供給されたときに前記駆動トランジスタをオフ状態とする黒色用電圧を前記第１電圧および前記第２電圧とは別個に生成する回路を具備し、
   前記データ線駆動回路は、黒色の階調が指定されたときに前記黒色用電圧を選択してデータ線に出力する
   請求項１から請求項５の何れか１項に記載の発光装置。
7. 請求項１から請求項６の何れか１項に記載の発光装置を具備する電子機器。
8. 発光素子をデータ線の電圧に応じた階調に制御する単位回路を配列してなる発光装置を駆動する方法であって、
   互いに相違する第１電圧と第２電圧とを分圧して前記第１電圧から前記第２電圧までの範囲内の複数の基準電圧を生成し、前記複数の基準電圧を含む複数の階調電圧の何れかを指定階調値に応じて選択してデータ線に出力する一方、
   画像明度が指定されると、その指定された画像明度に応じて前記第１電圧および前記第２電圧の少なくとも一方の電圧値を変更する
   発光装置の駆動方法。

Images