JP2008185809A - 画像表示装置およびその駆動方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】画質を向上させることが可能な画像表示装置およびその駆動方法を提供する。
【解決手段】発光素子をそれぞれ有し、第1方向および前記第1方向とは異なる第2方向それぞれに沿って面状に配置される複数の画素回路と、前記画素回路に対して前記第1方向毎に共通に接続された電源線と、を備えた画像表示装置を駆動する画像表示装置の駆動方法であって、前記電源線の配線抵抗と、該電源線に共通に接続された前記第1方向に沿った複数の前記画素回路に供給される第1画像データとに基づいて、前記電源線に生じ得る電圧降下を導出する工程と、前記導出された前記電圧降下に基づいて前記第1画像データを補正することにより第2画像データを導出する工程と、前記第2画像データに基づいて前記発光素子を発光させる工程とを備える。
【選択図】図10

Description

本発明は、画像を表示する技術に関する。
アモルファスSiや多結晶Si等で形成したTFT(薄膜トランジスタ)とOLED(有機発光ダイオード)等の電流制御型の発光素子とを各画素に持つアクティブマトリクス型の画像表示装置では、表示すべき画像データに応じて異なる電流値を各画素に設定することにより、画素毎に輝度を変えることを可能としている。
発光素子を駆動するためにTFTのドレイン・ソース間に流れる電流Idsは、ソースに対するゲート電圧VgsとTFT固有の閾値電圧Vthとの差の2乗(Vgs−Vth)2に比例する。また、OLEDの輝度は、OLEDを流れる電流すなわち電流Idsの電流密度にほぼ比例する。
従来の画像表示装置は、例えば非特許文献1等に開示されている。
S.Ono et al., Proceedings of IDW '03,255 (2003)
上記の画像表示装置においては、発光素子をそれぞれ有する複数の画素回路が行列状に配置されるとともに電源線が画素回路に対して行毎に共通に接続されているが、電源線は配線抵抗を有するので、電圧降下が生じ得る。従って、例えば負の電源電位を供給するICへ一の電源線を介して複数の画素回路を行毎に共通に接続する構成においては、ICに遠い画素回路ほど、供給される電源電位が高くなる(負の電位の絶対値が小さくなる)。
供給される電源電位が高くなると、画素回路においてTFTすなわちNMOSトランジスタへ与えられるソース電位が高くなるので、ソースに対するドレイン電圧が低くなり、ドレイン・ソース間に流れる電流Idsが小さくなる。すなわち、同一の行において共通に接続された複数の画素回路において、供給される電源電位が画素回路毎に変化すると、電流Idsの電流密度に比例するOLEDの輝度も変化するので、表示される画像において輝度ムラやクロストーク等の不具合が発生し画質が低下する場合がある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、画質を向上させることが可能な画像表示装置およびその駆動方法を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、請求項1の発明は、発光素子をそれぞれ有し、第1方向および前記第1方向とは異なる第2方向それぞれに沿って面状に配置される複数の画素回路と、前記画素回路に対して前記第1方向毎に共通に接続された電源線と、を備えた画像表示装置を駆動する画像表示装置の駆動方法であって、前記電源線の配線抵抗と、該電源線に共通に接続された前記第1方向に沿った複数の前記画素回路に供給される第1画像データとに基づいて、前記電源線に生じ得る電圧降下を導出する工程と、前記導出された前記電圧降下に基づいて前記第1画像データを補正することにより第2画像データを導出する工程と、前記第2画像データに基づいて前記発光素子を発光させる工程とを備える。
また、請求項2の発明は、請求項1に記載の画像表示装置の駆動方法であって、前記電圧降下の導出、前記第2画像データの導出、および前記発光素子の発光は、いずれも、単位フレーム期間毎に行われる。
また、請求項3の発明は、発光素子をそれぞれ有し、第1方向および前記第1方向とは異なる第2方向それぞれに沿って面状に配置される複数の画素回路と、前記画素回路に対して前記第1方向毎に共通に接続された電源線と、前記電源線の配線抵抗と、該電源線に共通に接続された前記第1方向に沿った複数の前記画素回路に供給される第1画像データとに基づいて前記電源線に生じ得る電圧降下を導出する電圧降下導出手段と、前記電圧降下導出手段よって導出された前記電圧降下に基づいて前記第1画像データを補正し、第2画像データを導出する第2画像データ導出手段と、前記第2画像データ導出手段によって導出された前記第2画像データに基づいて前記発光素子を発光させる駆動手段とを備える画像表示装置である。
また、請求項4の発明は、請求項3に記載の画像表示装置において、前記第1画像データと、前記発光素子に流れる電流との関係を定めるデータが記憶された記憶手段を有し、該記憶手段の前記データが前記電圧降下導出手段によって参照されることにより、前記電源線に生じ得る前記電圧降下が導出される。
請求項1,3に記載の発明によれば、輝度ムラやクロストーク等の不具合を抑制することができる。従って、画質を向上させることができる。
また、請求項2に記載の発明によれば、画質をさらに向上させることができる。
また、請求項4に記載の発明によれば、電源線に生じ得る電圧降下量の導出を迅速かつ容易に行うことができる。
<基礎技術>
図1は、画像表示装置に含まれる画素回路の構成を示す回路図である。この画素回路は、画像表示装置において複数の画素回路が行列状に配置されるものである。
図1において、有機発光ダイオードからなる発光素子としてのダイオードOLEDは、入力端子が接地され、出力端子が、駆動用のNMOSトランジスタTdを介して、電源線L1へ接続されている。
トランジスタTdにおいては、ゲート・ドレイン間に、ゲート電圧の閾値電圧検出用のNMOSトランジスタTthが接続されている。
また、NMOSトランジスタTdにおいては、ゲートに、保持容量(保持キャパシタ)Csの一方電極が接続されている。保持キャパシタCsの他方電極は、NMOSトランジスタTsを介して画像信号線L2へ接続されるとともに、NMOSトランジスタTmを介して電源線L1へ接続されている。なお、保持キャパシタCsは、NMOSトランジスタTthを介して電荷を溜められることにより、該電荷に応じた電位をNMOSトランジスタTdのゲート電位に反映させることができる。
NMOSトランジスタTth,Ts,Tmのゲートへは、それぞれ、Tth制御線L3、走査線L4、およびマージ線L5が接続されている。なお、以下では、電源線L1、画像信号線L2、Tth制御線L3、走査線L4、およびマージ線L5を総称して単に線Lとも呼ぶ。
図2は、図1において、MOSトランジスタ寄生容量(寄生キャパシタ)およびOLED容量(OLEDキャパシタ)を明示したものである。図2に示されるように、ダイオードOLEDでは、逆電圧印加時において、入力端子・出力端子間にOLEDキャパシタColedが生じる。トランジスタTdでは、ゲート・ドレイン間に寄生キャパシタCgdTdが、ゲート・ソース間に寄生キャパシタCgsTdが、それぞれ生じる。トランジスタTthにおいては、ゲート・ドレイン間に寄生キャパシタCgdTthが、ゲート・ソース間に寄生キャパシタCgsTthが、それぞれ生じる。
図3は、図1〜2の画素回路の動作を示すタイミングチャートである。図3においては、画像表示装置に含まれる複数の画素回路のうち、n(自然数)行目のものと(n+1)行目のものとに各線L1〜L5から与えられる電位(すなわち隣接する2行の画素回路それぞれに与えられる電位)が示されている。図3に示されるように、一の画像データを表示するための単位フレーム期間は、準備のための期間T1と、NMOSトランジスタTdの閾値電圧Vth検出のための期間T2と、書き込みのための期間T3と、発光のための期間T4とから構成されている。また、n行目と(n+1)行目とでは、期間T3に相当する期間だけずれている。この単位フレーム期間を、画像データを変化させつつ(言い換えれば画像信号線L2の電位を変化させつつ)繰り返すことにより、動画像を表示することが可能となる。
以下では、図4〜7を参照して、図3の期間T1〜T4について説明する。なお、期間T1の開始時点では、前フレームの期間T4において保持キャパシタCsに電荷が溜められているものとする。
まず、図4を参照して、図3の期間T1においては、NMOSトランジスタTs,Tthはゲート電位がLレベル(VgL)となるので遮断し、NMOSトランジスタTmはゲート電位がHレベル(VgH)となるので導通する。このとき、NMOSトランジスタTdは、保持キャパシタCsに溜められた電荷により、ソース電位に対するゲート電位(Vgs)が閾値電圧(Vth)よりも高くなるので、導通する。従って、導通しているNMOSトランジスタTdを介して、電位Vpの電源線L1(Vp>0)からOLEDキャパシタColedへ電荷が溜められる。
次に、図5を参照して、図3の期間T2においては、NMOSトランジスタTsはゲート電位がLレベル(VgL)となるので遮断し、NMOSトランジスタTm,Tthはゲート電位がHレベル(VgH)となるので導通する。このとき、NMOSトランジスタTdは、導通しているNMOSトランジスタTthを介してゲート・ドレイン間が接続される。従って、NMOSトランジスタTdのゲート電位が閾値電圧Vthに達するまで、保持キャパシタCsおよびOLEDキャパシタColedに溜められた電荷が電位0Vの電源線へ抜けることとなる。そして、NMOSトランジスタTdのゲート電位が閾値電圧Vthに達すると、NMOSトランジスタTdは遮断する。
次に、図6を参照して、図3の期間T3においては、NMOSトランジスタTs,Tthはゲート電位がHレベル(VgH)となるので導通し、NMOSトランジスタTmはゲート電位がLレベル(VgL)となるので遮断する。従って、保持キャパシタCsの他方電極は、導通しているNMOSトランジスタTsを介して電位(−Vdata)の画像信号線L2へ接続されるので、OLEDキャパシタColedに溜められた電荷が保持キャパシタCsへ移動する。なお、このとき、NMOSトランジスタTdは遮断している。
次に、図7を参照して、図3の期間T4においては、NMOSトランジスタTs,Tthはゲート電位がLレベル(VgL)となるので遮断し、NMOSトランジスタTmはゲート電位がHレベル(VgH)となるので導通する。このとき、NMOSトランジスタTdは、保持キャパシタCsに溜められた電荷によりソース電位に対するゲート電位Vgsが閾値電圧Vthよりも高くなるので、導通する。従って、導通しているNMOSトランジスタTdを介して、接地線から負電位(−VDD、ただし、VDD>0V)の電源線L1へ電流が流れ、ダイオードOLEDが発光する。
期間T4においては、NMOSトランジスタTdのソースに対するゲート電位Vgs(以下、単にVgsという)は、定数a,dを用いて、Vgs=Vth+a×Vdata+dとなる。また、NMOSトランジスタTdのソース・ドレイン間を流れる電流Idsは、定数βを用いて、Ids=(β/2)(Vgs−Vth)2=(β/2)(a×Vdata+d)2となる。上述したように、期間T4におけるダイオードOLEDの輝度は電流Idsの電流密度に比例するので、画素回路それぞれに対して、画像信号線L2を所望の電位すなわち所望のVdataで制御することにより、所望の輝度を与えることが可能である。
図8,9は、画像表示装置における複数の画素回路の配置を示す模式図である。
図8において、画像表示装置200は、図示は省略しているが、画像表示領域210内に、行(図の横方向)列(図の縦方向)状に配置された複数の画素回路を備えている。また、画像表示装置200において、画素回路を駆動するためのIC220は、右端に設けられ、横方向に延在する各線L1〜L5(図8では5本)を介して各画素回路に接続されている。
図9は、図8の画像表示装置200を構成する複数の画素回路の一部(2行×3列)の接続形態を示している。なお、図9では、画素回路として、期間T4において発光制御に直接に関与する素子のみが選択的に示されている。
図9において、電源線L1は、横方向に延在するように行毎に設けられ(図9では2つ)、−15Vの電源電位を供給する右側の入力端のIC220に複数(図9では3つ)の画素回路を接続している。上述したように、電源線L1は、配線抵抗を有する(図9では抵抗素子として模式的に示されている)ので、電流Idsが流れることにより、電圧降下を生じる。従って、同一の行に共通に配置された複数の画素回路においては、IC220から遠くなるほど、電源線L1を流れる電流により、画素回路のダイオードOLEDとNMOSトランジスタTdとからなる直列回路の両端にかかる電圧が小さくなる。図9においては、第1行の3つの画素回路の両端に印加される電圧は、IC220側から離間する方向に向かって、14.9V、14.8V、14.7VとIC220から離間するにつれて順次低くなっている。また、第2行の3つの画素回路の両端に印加される電圧は、IC220側から離間する方向に向かって、14.7V、14.5V、14.4Vと順次低くなっている。
また、各画素回路の輝度は、画像表示装置200に表示すべき画像データに応じて異なるので、NMOSトランジスタTdのソース・ドレイン間を流れる電流Idsも画素回路毎に異なる。従って、電源線L1において生じる電圧降下量は、電源線L1の配線抵抗のみならず表示すべき画像データにも応じて、画素回路毎に異なってくる。図9においては、第1行の3つの画素回路を流れる電流Idsは、第1列から第3列へ向かって、0.2μA、0.1μA、0.1μAとなっており、第2行の3つの画素回路を流れる電流Idsは、第1列から第3列へ向かって、0.2μA、0.3μA、0.3μAとなっている。
複数の画素回路においては、電源線L1から供給される電位が異なると、保持キャパシタCsにより与えられるNMOSトランジスタTdのゲート電位が同一であっても、ソースに対するドレイン電圧Vdsが異なってくるので、ソース・ドレイン間を流れる電流Idsも異なってくる。従って、図8の画像表示装置200においては、右側が明るく左側が暗くなるので、輝度ムラが視認されることとなる。
また、複数の画素回路においては、電源線L1から供給される電位が異なると、NMOSトランジスタTdのゲート電位が寄生キャパシタCgdTdの影響により異なってくる。従って、図の横方向のクロストーク(白画像の横方向に暗い帯が見える)が視認されることとなる。
<第1実施形態>
図10は、本発明の第1実施形態に係る画像表示装置200aにおける階調処理を示す機能ブロック図である。画像表示装置200aには、図示は省略しているが、ダイオードOLEDをそれぞれ有する複数の画素回路(図1)が行列状に配置されるとともに電源線L1が前記画素回路に対して行毎に共通に接続されている。また、画像表示装置200aは、上述したような配線抵抗と画像データとに応じた電圧降下を補正するように階調処理を行うことにより、電圧降下に伴う輝度ムラやクロストーク等の不具合を抑制可能とするものである。すなわち、配線抵抗および画像データは、書き込み前に知ることができるので、電圧降下量を予測し、電圧降下が生じない場合と同じ電流Idsが各画素回路のNMOSトランジスタTdを流れるように電位(−Vdata)等を制御することにより、電圧降下が生じない場合と同じ輝度まで書き込み階調を上げることが可能となる。
図10において、画像表示装置200a外部から入力される補正前の画像データ(第1画像データ)からなる入力信号230は、ラインバッファ240に蓄積された後に、γ変換を施されることにより、赤階調データ250R、緑階調データ250G、および青階調データ250Bが生成される。なお、γ変換においては、画像表示装置200aの階調は、いずれも、画像信号線L2の電位に比例していることが望ましい。
電源線電圧計算部270は、電圧降下導出手段に対応する構成であり、γ変換により生成され、メモリ等の記憶手段に格納された赤階調データ250R、緑階調データ250G、および青階調データ250Bから、各色における階調と電流値とをそれぞれ対応づける赤電流テーブル260R、緑電流テーブル260G、および青電流テーブル260Bを参照することにより、各画素回路のNMOSトランジスタTdに流れる電流Idsを求める。そして、この電流Idsと電源線L1の配線抵抗値とから、各画素回路において予測される電圧降下量を計算する。基本的には、電源線L1に共通に接続された画素回路に供給される補正前の画像データに基づいて、電源線L1の配線抵抗値が算出される。
階調補正計算部280は、第2画像データ導出手段に対応する構成であり、計算された電圧降下量から、各色における階調に対して施すべき補正量を計算する。そして、この補正量を、赤階調データ250R、緑階調データ250G、および青階調データ250Bへ加えることにより、それぞれ、赤階調データ251R、緑階調データ251G、および青階調データ251Bを生成させる。これにより、第1画像データからなる入力信号230に対して、第1画像データと配線抵抗とに応じて電源線L1に生じ得る電圧降下に基づき補正を施し、第2画像データを生成することが可能となる。
画像信号線制御IC290は、駆動手段に対応する構成であり、階調補正計算部280から入力された第2画像データに基づき画像信号線L2を制御することにより、図7で上述したようにダイオードOLEDを発光させる。
電源線電圧計算部270における電圧降下量の計算としては、本来は、画像表示装置200全体について画素回路毎に行うことが理想的ではあるが、計算量が厖大となるのを避けるために、適宜計算を簡略化する。すなわち、図8に示されるように、電源線L1が横方向に延在しており且つダイオードOLEDの入力端子を接地するグラウンド線の配線抵抗が無視できる場合には、図11に示されるように、縦方向についての電圧降下を考慮する必要はないので、横方向についての電圧降下量のみをラインバッファ240を用いて1行ずつ計算していけばよい。図11においては、図示の都合上、連続的に降下する電源電位のうち代表値のみが示されている。なお、横方向のみならず縦方向についての電圧降下も考慮する必要がある構成においては、ラインバッファ240に代えてフレームバッファを用いて計算を行う必要がある。
図12は、図11のように各列において同一の電圧降下量が計算される場合に、各列において施される補正量すなわち階調の上げ幅Δを示す模式図である。なお、図12においては、図11と同様に、代表値のみが示されている。
図11,12に示されるように、本実施形態に係る画像表示装置200aにおいては、IC220から遠くなるにつれて、電源線L1の電位が高くなるので、電流Idsが小さくなるのを避けるために、NMOSトランジスタTdのVgsを上げることにより補正を行っている。具体的には、上述したように、電圧降下が生じない場合と同じ電流Idsが各画素回路のNMOSトランジスタTdを流れるように電位(−Vdata)等を制御することにより、電圧降下が生じない場合と同じ輝度まで書き込み階調を上げている。
例えば、ディスプレイ階調が10ビットであり、且つディスプレイ階調が画像信号線L2出力と線形の関係にあり、且つ画像信号線L2の振り幅が10Vであり、且つ画素回路の書き込み効率(画像信号線L1の振り幅に対する、NMOSトランジスタTdのVgsの振り幅の比)が0.5であれば、NMOSトランジスタTdのVgsをx[V]上げるには、階調の上げ幅Δxを(x/0.5)×(1024/10)とすれば良い。すなわち、図10の階調補正計算部280において、上げ幅Δxだけ階調を上げるように補正量を計算すればよい。
このように、本実施形態に係る画像表示装置200aおよびその駆動方法は、電源線L1に生じ得る電圧降下を算出しこれに基づいて画像データへ補正を施すので、輝度ムラやクロストーク等の不具合を抑制することができる。従って、画質を向上させることができる。
なお、上記の電圧降下導出工程、第2画像データ導出工程、および発光工程は、いずれも単位フレーム期間毎に行うことにより、画質をさらに向上させることが可能となる。
また、上述においては、図8等を用いて、複数の画素回路に対して電源線L1が行毎に(横方向に)共通に接続されている構成について説明したが、行毎に限らず、あるいは、列毎に(縦方向に)共通に接続されている構成であってもよい。
また、複数個の画素回路は必ずしも行列状に配置される必要はなく、複数個の画素回路が第1方向および前記第1方向とは異なる第2方向それぞれに沿って面状に配置されており電源線L1が前記第1方向毎に共通に接続されている構成であればよい。
また、上述の実施形態においては、トランジスタについてNMOSトランジスタを用いたが、PMOSトランジスタを用いても構わない。
画像表示装置に含まれる画素回路の構成を示す回路図である。 画像表示装置に含まれる画素回路の構成をMOSトランジスタ寄生容量およびOLED容量を明示しつつ示す回路図である。 画素回路の動作を示すタイミングチャートである。 画素回路の動作を示す回路図である。 画素回路の動作を示す回路図である。 画素回路の動作を示す回路図である。 画素回路の動作を示す回路図である。 画像表示装置における複数の画素回路の配置を示す模式図である。 画像表示装置における複数の画素回路の配置を示す模式図である。 本発明の第1実施形態に係る画像表示装置における階調処理を示す機能ブロック図である。 本発明の第1実施形態に係る画像表示装置における階調処理を示す模式図である。 本発明の第1実施形態に係る画像表示装置における階調処理を示す模式図である。
符号の説明
200,200a 画像表示装置
210 画像表示領域
220 IC
230 入力信号
240 ラインバッファ
250R,251R 赤階調データ
250G,251G 緑階調データ
250B,251B 青階調データ
260R 赤電流テーブル
260G 緑電流テーブル
260B 青電流テーブル
270 電源線電圧計算部
280 階調補正計算部
290 画像信号線制御IC
CgdTd,CgdTth,CgsTd,CgsTth 寄生キャパシタ
Coled OLEDキャパシタ
Cs 保持キャパシタ
L1 電源線
L2 画像信号線
L3 Tth制御線
L4 走査線
L5 マージ線
T1〜T4 期間
Td,Tm,Ts,Tth NMOSトランジスタ

Claims (4)

  1. 発光素子をそれぞれ有し、第1方向および前記第1方向とは異なる第2方向それぞれに沿って面状に配置される複数の画素回路と、前記画素回路に対して前記第1方向毎に共通に接続された電源線と、を備えた画像表示装置を駆動する画像表示装置の駆動方法であって、
    前記電源線の配線抵抗と、該電源線に共通に接続された前記第1方向に沿った複数の前記画素回路に供給される第1画像データとに基づいて、前記電源線に生じ得る電圧降下を導出する工程と、
    前記導出された前記電圧降下に基づいて前記第1画像データを補正することにより第2画像データを導出する工程と、
    前記第2画像データに基づいて前記発光素子を発光させる工程と
    を備える画像表示装置の駆動方法。
  2. 請求項1に記載の画像表示装置の駆動方法であって、
    前記電圧降下の導出、前記第2画像データの導出、および前記発光素子の発光は、いずれも、単位フレーム期間毎に行われる
    画像表示装置の駆動方法。
  3. 発光素子をそれぞれ有し、第1方向および前記第1方向とは異なる第2方向それぞれに沿って面状に配置される複数の画素回路と、
    前記画素回路に対して前記第1方向毎に共通に接続された電源線と、
    前記電源線の配線抵抗と、該電源線に共通に接続された前記第1方向に沿った複数の前記画素回路に供給される第1画像データとに基づいて前記電源線に生じ得る電圧降下を導出する電圧降下導出手段と、
    前記電圧降下導出手段よって導出された前記電圧降下に基づいて前記第1画像データを補正し、第2画像データを導出する第2画像データ導出手段と、
    前記第2画像データ導出手段によって導出された前記第2画像データに基づいて前記発光素子を発光させる駆動手段と
    を備える画像表示装置。
  4. 請求項3に記載の画像表示装置において、
    前記第1画像データと、前記発光素子に流れる電流との関係を定めるデータが記憶された記憶手段を有し、該記憶手段の前記データが前記電圧降下導出手段によって参照されることにより、前記電源線に生じ得る前記電圧降下が導出される画像表示装置。
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