JP4858041B2

JP4858041B2 - 画像表示装置及びその駆動方法

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Publication number: JP4858041B2
Application number: JP2006259573A
Authority: JP
Inventors: 淳一山下; 勝秀内野
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2006-09-25
Filing date: 2006-09-25
Publication date: 2012-01-18
Anticipated expiration: 2026-09-25
Also published as: JP2008083085A

Description

本発明は、有機ＥＬデバイスなどの発光素子を画素に用いたアクティブマトリクス型の画像表示装置及びその駆動方法に関する。より詳しくは、かかる画像表示装置の低消費電力化技術に関する。

発光素子を画素に用いたアクティブマトリクス型の画像表示装置は、以下の特許文献１ないし５に記載されている。これらの特許文献に記載された従来の画像表示装置は、基本的に画素アレイ部とこれを駆動する周辺回路部とからなる。画素アレイ部は、行状の走査線と、列状の信号線と、各走査線と各信号線とが交差する部分に行列状に配された画素とを含む。周辺回路部は、画素アレイ部の線順次走査を行うため各走査線に順次制御信号を供給するスキャナと、映像信号に応じた入力信号を線順次走査に合わせて各信号線に供給するドライバとを含んでいる。各画素は、少なくともサンプリングトランジスタと、電源と接地との間に直列に接続されたドライブトランジスタ及び発光素子とを含んでいる。サンプリングトランジスタは、走査線から供給される制御信号に応じ導通して信号線から供給された入力信号をサンプリングする。ドライブトランジスタは、サンプリングされた入力信号に応じた出力電流を発光素子に供給する。発光素子は、ドライブトランジスタから供給された出力電流により映像信号に応じた輝度で発光し、以って画素アレイ部に画像を表示する。
特開２００３−２５５８５６特開２００３−２７１０９５特開２００４−１３３２４０特開２００４−０２９７９１特開２００４−０９３６８２

有機ＥＬデバイスなどの発光素子は電流発光型であり、有機ＥＬデバイスに流れる出力電流量を制御することで、発光輝度の階調を得ている。有機ＥＬデバイスは経時劣化や温度による特性変化が見られる。経時劣化や周囲温度の変化などで有機ＥＬデバイスの電流‐電圧特性（Ｉ‐Ｖ特性）が変化しても、一定の発光輝度を維持するために、ドライブトランジスタは常に飽和領域で動作し、有機ＥＬデバイスに定常電流を供給している。

ところで従来の有機ＥＬデバイスを画素に利用した画像表示装置のパネルは、消費電力節約の目的で、通常モードと節電モード（セーブモード）を切換えることが出来るようになっている。パネルの消費電力を抑制するため、パネルを使用していない場合などは、パネル動作を節電モードにしてパネルの画面輝度を下げるようにしている。一般的に有機ＥＬデバイスを画素に用いた画像表示装置は、１フレームまたは１フィールドに占める発光素子の発光期間を調整して、画面輝度をコントロールしている。発光期間が長くなるほど画面輝度が高くなる。節電モードでは通常モードに比べてこの発光期間を短くすることで、画面輝度を下げこれにより消費電力を節約している。

しかしながらこの従来の節電モードは、発光期間を短縮するだけで、パネルを駆動する電源電圧は節電モードでも通常モードと同じレベルに固定されている。したがって消費電力節約の効果は限定されたものであり、単に発光期間を短くして電流量を少なくしたに過ぎず、パネルの動作に伴う電力消費は通常モードと節電モードであまり変わりがない。このようなアクティブマトリクス型の画像表示装置をモバイル用途などに使う場合、更なる低消費電力化が求められており、解決すべき課題となっている。

上述した従来の技術の課題に鑑み、本発明は消費電力の一層の節約が可能な画像表示装置及びその駆動方法を提供することを目的とする。かかる目的を達成するために以下の手段を講じた。即ち本発明は、画素アレイ部とこれを駆動する周辺回路部とからなり、前記画素アレイ部は、行状の走査線と、列状の信号線と、各走査線と各信号線とが交差する部分に行列状に配された画素とを含み、前記周辺回路部は、線順次走査を行うため各走査線に順次制御信号を供給するスキャナと、映像信号に応じた入力信号を線順次走査に合わせて各信号線に供給するドライバとを含み、各画素は、少なくともサンプリングトランジスタと、電源と接地との間に直列に接続されたドライブトランジスタと、発光素子とを含み、前記サンプリングトランジスタは、該走査線から供給される制御信号に応じ導通して信号線から供給された入力信号をサンプリングし、前記ドライブトランジスタは、該サンプリングされた入力信号に応じた出力電流を該発光素子に供給し、前記発光素子は、該ドライブトランジスタから供給された出力電流により該映像信号に応じた輝度で発光し、以って該画素アレイ部に画像を表示する画像表示装置において、前記周辺回路部は通常モードと節電モードを切り換える為のコントローラを有し、通常モードの時該電源を通常の電位に設定し、以って該ドライブトランジスタを飽和領域で動作させ定電流源として該入力信号に応じた出力電流を供給する一方、節電モードの時該電源を通常の電位よりも低い電位に設定するとともに、映像信号と入力信号の関係を規定するγ特性を切り替えて映像信号に対し入力信号を圧縮するγ補正回路を有し、以って該低い電源電位でも該ドライブトランジスタを飽和領域で動作させ定電流源として圧縮した入力信号に応じた出力電流を供給する様にしたことを特徴とする。場合により前記コントローラは、各フレームまたはフィールドで該発光素子が発光する期間を、通常モードと節電モードで同じ時間幅に制御する。

本発明によれば、通常モードから節電モードに切換えた場合、画像表示装置を構成するパネルに供給する電源電圧を通常モードに比べて下げている。但し電源電圧を下げたままでは高階調側でドライブトランジスタが線形領域に入ってしまい、白表示で階調潰れが生じる。そこで本発明は節電モードで映像信号と入力信号の関係を規定するγ特性を切換え、映像信号に対し入力信号を圧縮している。換言すると通常モードに比べ節電モードでは、入力信号のダイナミックレンジを下げている。これにより節電モードで電源電圧を下げてもドライブトランジスタは飽和領域で動作可能であり、階調潰れを起こすことなくパネルの電源電圧を下げることが出来る。また入力信号のレンジを圧縮することで、駆動電流も小さくなり、これも消費電力の節約に効果がある。

以下図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１はアクティブマトリクス型の画像表示装置の一般的な構成を示すブロック図である。図示する様に、画像表示装置は基本的な構成として画素アレイ部１とこれを駆動する周辺回路部とからなる。画素アレイ部１は、行状の走査線ＷＳと、列状の信号線ＳＬと、各走査線ＷＳと各信号線ＳＬとが交差する部分に行列状に配された画素２とを含む。図示の例は、各画素にＲＧＢ三原色が割り当てられており、多色表示可能となっている。但し本発明はこれに限られるものではなく、単色表示の画像表示装置にも適用可能である。一方周辺回路部は、線順次走査を行うため各走査線ＷＳに順次制御信号を供給するライトスキャナ４と、映像信号に応じた入力信号を線順次走査に合わせて各信号線ＳＬに供給するシグナルドライバ３とを含んでいる。本例は映像信号の線順次サンプリングを制御する走査線ＷＳに加え、各画素２の発光期間を制御する別の走査線ＤＳを含んでいる。この関係で、周辺回路部は走査線ＤＳに順次制御信号を供給するドライブスキャナ５を備えている。

図２は、図１に示した画像表示装置に含まれる画素２の具体的な構成例を示す模式的な回路図である。図示する様に、画素２は、少なくともサンプリングトランジスタＴｒ１と、電源Ｖｃｃと接地ＧＮＤとの間に直列に接続されたドライブトランジスタＴｒ２及び発光素子ＯＬＥＤとを含む。本例は更にドライブトランジスタＴｒ２と発光素子ＯＬＥＤとの間に挿入されたスイッチングトランジスタＴｒ３を含んでいる。さらに画素容量Ｃｓを備えている。

ドライブトランジスタＴｒ２はＰチャネル型で、そのソースＳが電源Ｖｃｃに接続し、ドレインＤがスイッチングトランジスタＴｒ３に接続し、ゲートＧが画素容量Ｃｓの一端に接続している。画素容量Ｃｓの他端は電源Ｖｃｃに接続されている。スイッチングトランジスタＴｒ３はＮチャネル型で一端が前述したようにドライブトランジスタＴｒ２に接続する一方他端が発光素子ＯＬＥＤのアノードＡに接続している。発光素子ＯＬＥＤは二端子型で例えば有機ＥＬデバイスからなり、アノード側が上述したようにスイッチングトランジスタＴｒ３に接続する一方、カソードＫは接地ＧＮＤに接続されている。なおスイッチングトランジスタＴｒ３のゲートは走査線ＤＳに接続している。サンプリングトランジスタＴｒ１は信号線ＳＬとドライブトランジスタＴｒ２のゲートとの間に介在している。サンプリングトランジスタＴｒ１のゲートＧは走査線ＷＳに接続している。なお上述した画素２の構成は例示に過ぎず、本発明は基本的にサンプリングトランジスタＴｒ１とドライブトランジスタＴｒ２と発光素ＯＬＥＤを含む全ての画素回路に適用可能である。

サンプリングトランジスタＴｒ１は、ライトスキャナ４から走査線ＷＳを介して供給される制御信号に応じ導通して、シグナルドライバ３から信号線ＳＬを介して供給された入力信号をサンプリングする。このサンプリングされた入力信号は画素容量Ｃｓに保持される。ドライブトランジスタＴｒ２は、サンプリングされた入力信号に応じた出力電流を発光素子ＯＬＥＤに供給する。具体的には、画素容量Ｃｓに保持された入力信号がゲート電圧ＶｇｓとしてドライブトランジスタＴｒ２のゲートＧに印加され、これに応じてドライブトランジスタＴｒ２のソースＳからドレインＤに向かってドレイン電流Ｉｄｓが流れる。このドレイン電流Ｉｄｓが出力電流である。発光素子ＯＬＥＤは、ドライブトランジスタＴｒ２から供給された出力電流（ドレイン電流Ｉｄｓ）により映像信号に応じた輝度で発光し、以って画素アレイ部１に画像を表示する。なお、発光素子ＯＬＥＤのアノードＡとドライブトランジスタＴｒ２のドレインＤとの間に介在するスイッチングトランジスタＴｒ３は、ドライブスキャナ５から走査線ＤＳを介して供給される制御信号に応じて導通し、ドライブトランジスタＴｒ２のドレインＤと発光素子ＯＬＥＤのアノードＡを直結し、出力電流路を形成する。スイッチングトランジスタＴｒ３がオン状態のとき実際に出力電流（ドレイン電流Ｉｄｓ）が発光素子ＯＬＥＤに流れ、発光することになる。このスイッチングトランジスタＴｒ３は発光期間を制御することで、画素アレイ部１の画面輝度を調整している。

ドライブトランジスタＴｒ２は、飽和領域で動作するとき定電流源として機能し入力信号（ゲート電圧Ｖｇｓ）に応じた出力電流（ドレイン電流Ｉｄｓ）を供給する一方、線形領域で動作するときは飽和領域で動作するときよりも出力電流が低下する。具体的には、ドライブトランジスタＴｒ２の飽和領域における動作特性は以下の特性式で表される。
Ｉｄｓ＝（１／２）μ（Ｗ／Ｌ）Ｃｏｘ（Ｖｇｓ−Ｖｔｈ）^２
このトランジスタ特性式において、Ｉｄｓはソース／ドレイン間に流れるドレイン電流を表しており、画素２では前述したように発光素子ＯＬＥＤに供給される出力電流である。Ｖｇｓはソースを基準としてゲートに印加されるゲート電圧を表しており、画素２では上述したように容量Ｃｓに保持された入力信号となっている。Ｖｔｈはトランジスタの閾電圧である。またμはトランジスタのチャネルを構成する半導体薄膜の移動度を表している。その他Ｗはチャネル幅を表し、Ｌはチャネル長を表し、Ｃｏｘはゲート容量を表している。このトランジスタ特性式から明らかなように、ドライブトランジスタＴｒ２は飽和領域で動作するとき、ゲート電圧Ｖｇｓに応じたドレイン電流Ｉｄｓを供給している。即ち、各画素２で移動度μ、閾電圧Ｖｔｈ、チャネル幅Ｗ、チャネル長Ｌなどが全て同一と仮定すると、ドレイン電流Ｉｄｓはゲート電圧Ｖｇｓのみによって定まり、入力信号（Ｖｇｓ）に応じた出力電流（Ｉｄｓ）で発光素子ＯＬＥＤを発光させることが出来る。上述のトランジスタ特性式から明らかなように、ドレイン電流ＩｄｓはドライブトランジスタＴｒ２のドレインＤとソースＳとの間の電圧（ドレイン電圧Ｖｄｓ）に依存していない。図示の例はドライブトランジスタＴｒ２のソースＳの電位がＶｃｃに固定されている。従って図示の例では、ドレイン電流ＩｄｓはドレインＤの電位に依存していない。換言すると、ドライブトランジスタＴｒ２は上述の特性式で示すように飽和領域で動作するとき、ドレインＤの電位に依存することなくＶｇｓが一定であれば一定の出力電流Ｉｄｓを供給することが出来、定電流源として機能していることが分かる。

しかしながら電源電位Ｖｃｃが低い場合は、ドライブトランジスタＴｒ２は必ずしも飽和領域で動作せず、いわゆる線形領域で動作する場合もある。このときには上述した特性式が成立せず、ドレイン電流Ｉｄｓはゲート電圧Ｖｇｓのみならずドレイン電圧Ｖｄｓに依存するようになる。線形領域ではドレイン電圧Ｖｄｓが低下するほどドレイン電流Ｉｄｓが少なくなる。またゲート電圧Ｖｇｓが一定の場合、飽和領域よりも線形領域の方がドレイン電流Ｉｄｓが小さくなる。

図３は、図１及び図２に示した画像表示装置の動作説明に供するタイミングチャートである。この例は、通常モードと節電モード（セーブモード）を備えており、パネルの使用状況に応じ通常モードとセーブモードを適宜切換えることで、消費電力の節約を図っている。このタイミングチャートは制御信号ＷＳ及びＤＳの波形とドライブトランジスタＴｒｄのゲート電位とを、時間軸を揃えて表してある。

最初に通常モードを説明すると、タイミングＴ１で制御信号ＷＳがローレベルからハイレベルになり、サンプリングトランジスタＴｒ１がオンする。このタイミングＴ１では、制御信号ＤＳはローレベルにあり、スイッチングトランジスタＴｒ３はオフしている。タイミングＴ１でサンプリングトランジスタＴｒ１がオンすると、信号線ＳＬから入力信号Ｖｓｉｇがサンプリングされ、画素容量Ｃｓに書き込まれる。この結果ドライブトランジスタＴｒ２のゲートＧの電位はタイミングチャートに示すように新しい入力信号の電位Ｖｓｉｇになる。

この後タイミングＴ２で制御信号ＤＳがハイレベルに立ち上がり、スイッチングトランジスタＴｒ３がオンする。これにより電源Ｖｃｃから接地ＧＮＤにかけてドライブトランジスタＴｒ２とスイッチングトランジスタＴｒ３と発光素子ＯＬＥＤが直列接続した電流路が形成され、発光素子ＯＬＥＤが発光を始める。

この後タイミングＴ３で制御信号ＤＳがローレベルに切換り、スイッチングトランジスタＴｒ３がオフして発光素子ＯＬＥＤの発光が停止する。タイミングＴ２〜Ｔ３までの発光期間は、通常モードの場合比較的長く設定されており画面輝度は高い。この後タイミングＴ４で当該フィールドが終わり次のフィールドに進む。タイミングチャートから明らかなように、１フィールド（１ｆ）に占める発光期間Ｔ２‐Ｔ３の割合は比較的長くなっている。

続いてセーブモードの動作を説明する。基本的にセーブモードの動作は通常モードと変わりない。異なる点は、発光期間の終期を規定するタイミングＴ３´が通常モードの発光期間の終期Ｔ３に比べて前倒しになっていることである。これによりセーブモードにおける発光期間Ｔ２‐Ｔ３´は短縮化され、その分駆動電流量が少なくなるので、ある程度節電効果がある。なお１フィールドに占める発光期間の割合を短くするので、その分画面輝度は全体的に暗くなる。

図３に示した駆動方式は、通常モードとセーブモードを切換えてある程度消費電力の節約を図っているものの、電源電圧Ｖｃｃは通常モードとセーブモードで変わりがない。したがって節電効果は不十分である。そこで本発明は通常モードから節電モードに切換ったとき、パネルの電源電圧を下げることで、発光に要する駆動電流量とパネルの動作電圧を同時に下げ、以ってパネルの一層の低消費電力化を達成している。その際、発光期間自体は通常モードとセーブモードであえて切換える必要はなく、動作シーケンスの複雑化を招くことが無い。

ただし電源電圧を単純に下げただけでは、高階調の白表示側で階調潰れが生じ、問題である。そこでまず図４を参照して、この階調潰れの現象を説明する。図４は、図２に示したドライブトランジスタＴｒ２のＶｄｓ‐Ｉｄｓ特性を示すグラフである。横軸にドレイン電圧Ｖｄｓ（単位Ｖ）をとり、縦軸にドレイン電流Ｉｄｓ（単位μＡ）をとってある。またパラメータとしてゲート電圧Ｖｇｓを３レベルとってある。即ち、ゲート電圧Ｖｇｓは高レベルの白表示Ｉ‐Ｖ特性と、Ｖｇｓが中間のグレー表示Ｉ‐Ｖ特性と、Ｖｇｓが低い黒グレー表示Ｉ‐Ｖ特性である。

図４のグラフは、電源電位Ｖｃｃを例えば通常モードで１０Ｖに設定した場合である。グラフから明らかなように通常モードでドライブトランジスタＴｒ２は基本的に飽和領域で動作し、ドレイン電流ＩｄｓはＶｄｓに依存することなくゲート電圧Ｖｇｓによって決まるドレイン電流Ｉｄｓを供給している。

図４のグラフは、ドライブトランジスタＴｒ２のＩｄｓ‐Ｖｄｓ特性に加え、発光素子ＯＬＥＤのＩ‐Ｖ特性も表してある。菱形のドットをつないだカーブが通常モード下におけるＩ‐Ｖ特性で、四角ドットをつないだカーブがセーブモード下のＩ‐Ｖ特性である。グラフから明らかなように、セーブモードでは電源電圧Ｖｃｃを通常モードの１０Ｖから８Ｖに下げているため、セーブモード下のＩ‐Ｖ特性は、通常モード下のＩ‐Ｖ特性に比べ全体的に左側にシフトしている。

図４のグラフで、ドライブトランジスタＴｒ２のＩ‐Ｖ特性と発光素子ＯＬＥＤのＩ‐Ｖ特性の交わる点がいわゆる動作点であり、白丸印で表してある。通常モードでは、Ｖｇｓのレベルによらず、動作点は全てＶｄｓ＝４Ｖ以上の飽和領域にある。しかしながらセーブモードになり発光素子ＯＬＥＤのＩ‐Ｖ特性が左側にシフトすると、黒グレー表示やグレー表示では動作点がまだ飽和領域にあるものの、白表示になると動作点が飽和領域から線形領域に落ちてしまう。この結果電源電位Ｖｃｃをセーブモードに合わせて１０Ｖから８Ｖに切換えた場合、白表示の輝度が低下してしまうという問題がある。

セーブモード時の消費電力を下げるため、単純にパネルの電源電圧Ｖｃｃを下げることが出来ない。Ｖｃｃを単純に下げてしまうと、図４のグラフに示したように、白表示の動作点が線形領域に入ってしまい、白階調側のγ特性が変化してしまう。これにより白階調の動作点が変化してしまい、ドライブトランジスタは線形領域駆動となり、輝度が低下してしまう。グレーから黒階調ではドライブトランジスタＴｒ２は飽和領域にて動作するので、輝度は低下しない。つまり単純に電源電圧Ｖｃｃを下げてしまうと、白表示が潰れてしまう。この結果パネルの輝度や色度が変化してしまうため、実用的ではない。

図５は、本発明にかかる画像表示装置の全体構成を示すブロック図である。理解を容易にするため、図２に示した参考例にかかる画像表示装置と対応する部分には対応する参照番号を付してある。本発明にかかる画像表示装置は、通常モードからセーブモードに切換った場合、単純に電源電圧Ｖｃｃを下げるのみではなく、映像信号と入力信号の関係を示すγ特性を切換え、映像信号に対して入力信号のレンジを圧縮している。この入力信号を圧縮することで、電源電圧を下げても白から黒の全階調でドライブトランジスタが飽和領域駆動するようにしている。これにより、階調潰れを起こすことなく電源電圧を下げることが出来る。

図示する様に、本画像表示装置は、基本的に画素アレイ部１とこれを駆動する周辺回路部とからなる。周辺回路部の内ライトスキャナ４とドライブスキャナ５は画素アレイ１部と共に、パネルＰに集積形成されている。一方シグナルドライバ３はパネルＰに対して外付けとなっている。但し本発明はこれに限られるものではない。

画素アレイ部１は、行状の走査線ＷＳと、列状の信号線ＳＬと、各走査線ＷＳと各信号線ＳＬとが交差する部分に行列状に配された画素２とを含む。周辺回路部は、前述したように線順次走査を行うため各走査線ＷＳに順次制御信号を供給するスキャナ４と、映像信号に応じた入力信号を線順次走査に合わせて各信号線ＳＬに供給するシグナルドライバ３とを含む。本実施例はライトスキャナ４に加え、ドライブスキャナ５を含んでおり、走査線ＷＳと平行に配された別の走査線ＤＳを介して各画素２の点灯／消灯制御を行っている。

各画素２は、少なくともサンプリングトランジスタＴｒ１と、電源Ｖｃｃと接地ＧＮＤとの間に直列に接続されたドライブトランジスタＴｒ２と、発光素子ＯＬＥＤとを含む。本実施例はこれに加え、画素容量ＣｓとスイッチングトランジスタＴｒ３を備えている。

サンプリングトランジスタＴｒ１は、走査線ＷＳから供給される制御信号ＷＳに応じ導通して信号線ＳＬから供給された入力信号をサンプリングする。このサンプリングされた入力信号はゲート電圧Ｖｇｓとして画素容量Ｃｓに保持される。ドライブトランジスタＴｒ２は、サンプリングされた入力信号に応じた出力電流Ｉｄｓを発光素子ＯＬＥＤに供給する。発光素子ＯＬＥＤは、ドライブトランジスタＴｒ２から供給された出力電流により映像信号に応じた輝度で発光し、以って画素アレイ部１に画像を表示する。スイッチングトランジスタＴｒ３はドライブスキャナ５から出力される制御信号ＤＳに応じてオンし、ドライブトランジスタＴｒ２と発光素子ＯＬＥＤをつなげて発光期間を制御する。

本発明の特徴事項として、周辺回路部はコントローラ１２を備えており、通常モードとセーブモード（節電モード）を切換えることが出来るようになっている。コントローラ１２を含む周辺回路部は、通常モードの時電源Ｖｃｃを通常の電位（例えば１０Ｖ）に設定し、以ってドライブトランジスタＴｒ２を飽和領域で動作させ定電流源として入力信号（ゲート電圧Ｖｇｓ）に応じた出力電流Ｉｄｓを供給する。一方、節電モードの時周辺回路部は電源Ｖｃｃを通常の電位（例えば１０Ｖ）よりも低い電位（例えば８Ｖ）に設定すると共に、映像信号（ビデオ信号）と入力信号（ゲート電圧Ｖｇｓ）の関係を規定するγ特性を切換えて映像信号に対し入力信号を圧縮するγ補正回路１１を備えている。かかる構成により、本画像表示装置の周辺回路部は、低い電源電位でもドライブトランジスタＴｒ２を飽和領域で動作させ、定電流源として圧縮した入力信号に応じた出力電流を供給するようにしている。

図示する様にコントローラ１２はγ補正回路１１に対してモード信号を出力し、通常モードとセーブモードでγ特性を切換えるようにしている。このγ補正回路１１は通常モードとセーブモードで異なったγカーブテーブル１，２を備えており、モード別にテーブルを切換えて、ガンマ補正をかけている。換言すると、外部から入力されるビデオ信号をγテーブルに従って入力信号に変換し、シグナルドライバ３側に供給している。このγ補正回路１１は、γ補正機能のほか、ＤＡＣ（デジタルアナログ変換機能）とＳ／Ｈ（サンプルホールド）機能を備えている。

コントローラ１２は、シグナルドライバ３、ライトスキャナ４及びドライブスキャナ５も制御している。コントローラ１２の制御の下、シグナルドライバ３とライトスキャナ４とドライブスキャナ５は互いに同期を取って、画素アレイ部１に映像信号に応じた画像を表示するようにしている。なおコントローラ１２は、ドライブスキャナ５に対して通常モードとセーブモードで発光期間を切換えるように制御をかける事が出来る。しかしながら本発明は必ずしも通常モードとセーブモードで発光期間を切換える必要はなく、動作シーケンスの単純化を図るため、各フレームまたはフィールドで発光素子が発光する期間を、通常モードとセーブモード（節電モード）で同じ時間幅に制御しても良い。

図６は、本発明にかかる画像表示装置の動作説明に供するグラフである。理解を容易にするため、図４に示したグラフと同様の表記を取ってある。異なる点は、セーブモード時γ特性を切換えて、映像信号に対し入力信号を圧縮したことである。これによりドライブトランジスタのゲートに入力するゲート電圧Ｖｇｓが全体的に下がるため、ドライブトランジスタＴｒ２のＩ‐Ｖ特性は、全体的にレベルダウンした形状となり、出力電流Ｉｄｓが下がる。このためセーブモード下電源電圧を１０Ｖから８Ｖに下げた場合でも、動作点は白表示から黒グレー表示まで全て飽和領域にある。この様に本発明は、セーブモード下消費電力を下げるためにＶｃｃを下げた時、ドライブトランジスタＴｒ２が飽和領域にて動作するように、Ｖｇｓを全体的に圧縮している。その際階調潰れを無くすように、中間調の階調は均等に圧縮されるようにしている。これにより、白表示から黒グレー表示まで各階調での電流値を下げることが出来る。さらにセーブモード時、γテーブルを変更することで、Ｖｃｃ電源電圧を下げた状態で全ての画素のドライブトランジスタが飽和領域で駆動することが出来、白階調での色度変化などは発生しない。

図７は、本発明にかかる画像表示装置で行われる通常モードとセーブモードを比較したグラフである。（Ａ）は通常モードにおける入力信号Ｖｓｉｇと出力電流Ｉｄｓとの関係を示している。通常モードでは通常のγテーブル１を使って映像信号（ビデオ信号）が入力信号Ｖｓｉｇに変換される。この場合には圧縮がかかっていない。従って白階調の入力信号Ｖｓｉｇに対して大きな出力電流Ｉｄｓが得られる。

（Ｂ）は通常モードにて単純にＶｃｃを下げた時の入力信号Ｖｓｉｇと出力電流Ｉｄｓとの関係を示している。前述したように単純にＶｃｃを下げると、白表示側でドライブトランジスタＴｒ２が線形領域動作となってしまうため、大きな出力電流Ｉｄｓが得られない。換言すると白表示側で輝度落ちが生じ画質が乱れる。

（Ｃ）はセーブモードにおける入力信号Ｖｓｉｇと出力信号Ｉｄｓとの関係を示している。セーブモードではγテーブル２を使って、ビデオ信号を入力信号Ｖｓｉｇに変換するため、Ｖｓｉｇのダイナミックレンジは圧縮されている。このため白表示でもそれほど大きな出力電流Ｉｄｓは得られない。

（Ｄ）はセーブモードにてＶｃｃを下げた場合である。予め入力信号Ｖｓｉｇのレンジが圧縮されているため、電源電圧Ｖｃｃを下げても、ドライブトランジスタＴｒ２は黒表示から白表示の全ての階調で飽和領域動作を行うことが出来る。したがって白表示側で階調潰れが生じることは無い。

本発明にかかる画像表示装置は、実際の動作では（Ａ）の状態と（Ｄ）に示した状態を切換えることで、消費電力の節約を図ると共に、画質の劣化を防いでいる。セーブモードにおいてはγテーブルを変換することで白階調の電流を下げ、同時に階調潰れを起こすことなく、Ｖｃｃを下げることが可能となり、セーブモードでのパネルの低消費電力化をより効果的に行うことが出来る。

図８は、画素回路の他の構成例を示す模式的な回路図である。理解を容易にするため、図２に示した先の画素回路と対応する部分には対応する参照番号を付してある。図２に示した画素回路と異なる点は、ドライブトランジスタＴｒ２がＮチャネル型となっていることである。この場合Ｎチャネル型のドライブトランジスタＴｒ２は、そのドレインＤが電源電位Ｖｃｃに接続し、そのソースＳがスイッチングトランジスタＴｒ３を介して発光素子ＯＬＥＤのアノードＡに接続し、ゲートＧがサンプリングトランジスタＴｒ１に接続している。そしてサンプリングトランジスタＴｒ１によってサンプリングされた入力信号を保持する画素容量Ｃｓは、ドライブトランジスタＴｒ２のゲートＧとソースＳとの間に接続されている。かかる構成においてもドライブトランジスタＴｒ２は、基本的に飽和領域で動作し、画素容量Ｃｓに保持された入力信号（ゲート電圧Ｖｇｓ）に応じ、ドレイン電流Ｉｄｓを発光素子ＯＬＥＤに流す。ドレイン電流Ｉｄｓが流れると、ソース電位が上昇するが、ブートストラップ動作によりその分ゲート電位も上昇する。よって画素容量Ｃｓに保持されたゲート電圧Ｖｇｓはブートストラップ動作により一定に保たれ、画素容量Ｃｓに保持された入力信号（ゲート電圧Ｖｇｓ）に応じ、ドレイン電流Ｉｄｓを発光素子ＯＬＥＤに流すことができる。この様にドライブトランジスタがＮチャネル特性を有したブートストラップ型回路においても、本発明にしたがって通常モードとセーブモードで電源電圧Ｖｃｃを切換え且つγ補正処理を切換えることで、低消費電力化を測ることが可能である。

更に本発明は、ドライブトランジスタの閾電圧Ｖｔｈのバラつきを補正する機能を備えた画素回路にも同様に適用できる。図９は、ドライブトランジスタの閾電圧Ｖｔｈのバラつきを補正する機能を備えた画素回路の一実施形態を示す回路図である。なお理解を容易にするため、図２に示した先の実施形態と対応する部分には対応する参照符号を用いている。図示するように、本画素回路は、５個のトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ５と、２個の画素容量Ｃｓ１，Ｃｓ２と、１個の発光素子ＯＬＥＤとからなる。５個のトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ５は全てＰチャネル型である。本画素回路は、基本的なトランジスタ素子であるサンプリングトランジスタＴｒ１、ドライブトランジスタＴｒ２及び発光制御用のスイッチングトランジスタＴｒ３に加え、閾電圧Ｖｔｈ補正用のスイッチトランジスタＴｒ４及びＴｒ５を備えている。これらのトランジスタＴｒ４及びＴｒ５は、走査線ＡＺを介して補正用スキャナ７により制御され、あらかじめ映像信号のサンプリングに先立って、ドライブトランジスタＴｒ２のＶｔｈを検出し、これに相当する電圧を画素容量Ｃｓ１に保持しておくことで、ドライブトランジスタＴｒ２のＶｔｈをキャンセルする。よって、ドライブトランジスタＴｒ２のＶｔｈが画素毎にばらついても、その影響をキャンセルすることができる。

更に本発明は、ドライブトランジスタの閾電圧Ｖｔｈと移動度μのバラつきの両方を補正する機能を備えた画素回路にも同様に適用できる。図１０は、ドライブトランジスタの閾電圧Ｖｔｈのバラつき及び移動度μを補正する機能を備えた画素回路の実施形態を示す回路図である。画素回路２は、５個の薄膜トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ５と１個の容量素子（画素容量）Ｃｓと１個の発光素子ＯＬＥＤとで構成されている。トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ４及びＴｒ５はＮチャネル型のポリシリコンＴＦＴである。トランジスタＴｒ３のみＰチャネル型のポリシリコンＴＦＴである。１個の容量素子Ｃｓは本画素回路２の画素容量を構成している。発光素子ＯＬＥＤは例えばアノード及びカソードを備えたダイオード型の有機ＥＬ素子である。但し本発明はこれに限られるものではなく、発光素子は一般的に電流駆動で発光する全てのデバイスを含む。

画素回路２の中心となるドライブトランジスタＴｒ２はそのゲートＧが画素容量Ｃｓの一端に接続され、そのソースＳが同じく画素容量Ｃｓの他端に接続されている。またドライブトランジスタＴｒ２のゲートＧはスイッチングトランジスタＴｒ４を介して別の基準電位Ｖｓｓ１に接続されている。ドライブトランジスタＴｒ２のドレインはスイッチングトランジスタＴｒ３を介して電源Ｖｃｃに接続されている。このスイッチングトランジスタＴｒ４のゲートは走査線ＡＺ１に接続されている。スイッチングトランジスタＴｒ３のゲートは走査線ＤＳに接続している。発光素子ＯＬＥＤのアノードはドライブトランジスタＴｒ２のソースＳに接続し、カソードは接地されている。この接地電位はＶｃａｔｈで表される場合がある。また、ドライブトランジスタＴｒ２のソースＳと所定の基準電位Ｖｓｓ２との間にスイッチングトランジスタＴｒ５が介在している。このトランジスタＴｒ５のゲートは走査線ＡＺ２に接続している。一方サンプリングトランジスタＴｒ１は信号線ＳＬとドライブトランジスタＴｒ２のゲートＧとの間に接続されている。サンプリングトランジスタＴｒ１のゲートは走査線ＷＳに接続している。

かかる構成において、サンプリングトランジスタＴｒ１は、所定のサンプリング期間に走査線ＷＳから供給される制御信号ＷＳに応じ導通して信号線ＳＬから供給された映像信号Ｖｓｉｇを画素容量Ｃｓにサンプリングする。画素容量Ｃｓは、サンプリングされた映像信号Ｖｓｉｇに応じてドライブトランジスタのゲートＧとソースＳ間に入力電圧Ｖｇｓを印加する。ドライブトランジスタＴｒ２は、所定の発光期間中入力電圧Ｖｇｓに応じた出力電流Ｉｄｓを発光素子ＯＬＥＤに供給する。なおこの出力電流（ドレイン電流）ＩｄｓはドライブトランジスタＴｒ２のチャネル領域のキャリア移動度μ及び閾電圧Ｖｔｈに対して依存性を有する。発光素子ＯＬＥＤは、ドライブトランジスタＴｒ２から供給された出力電流Ｉｄｓにより映像信号Ｖｓｉｇに応じた輝度で発光する。

本実施形態の特徴として、画素回路２はスイッチングトランジスタＴｒ３〜Ｔｒ４で構成される補正手段を備えており、出力電流Ｉｄｓのキャリア移動度μに対する依存性を打ち消す為に、予め発光期間の先頭で画素容量Ｃｓに保持された入力電圧Ｖｇｓを補正する。具体的には、この補正手段（Ｔｒ３〜Ｔｒ４）は、走査線ＷＳ及びＤＳから供給される制御信号ＷＳ，ＤＳに応じてサンプリング期間の一部で動作し、映像信号Ｖｓｉｇがサンプリングされている状態でドライブトランジスタＴｒ２から出力電流Ｉｄｓを取り出し、これを画素容量Ｃｓに負帰還して入力電圧Ｖｇｓを補正する。さらにこの補正手段（Ｔｒ３〜Ｔｒ４）は、出力電流Ｉｄｓの閾電圧Ｖｔｈに対する依存性を打ち消すために、予めサンプリング期間に先立ってドライブトランジスタＴｒ２の閾電圧Ｖｔｈを検出し、且つ検出された閾電圧Ｖｔｈを入力電圧Ｖｇｓに足し込む様にしている。

本実施形態の場合、ドライブトランジスタＴｒ２はＮチャネル型トランジスタでドレインが電源Ｖｃｃ側に接続する一方、ソースＳが発光素子ＯＬＥＤ側に接続している。この場合、前述した補正手段は、サンプリング期間の後部分に重なる発光期間の先頭部分でドライブトランジスタＴｒ２から出力電流Ｉｄｓを取り出して、画素容量Ｃｓ側に負帰還する。その際本補正手段は、発光期間の先頭部分でドライブトランジスタＴｒ２のソースＳ側から取り出した出力電流Ｉｄｓが、発光素子ＯＬＥＤの有する容量に流れ込むようにしている。具体的には、発光素子ＯＬＥＤはアノード及びカソードを備えたダイオード型の発光素子からなり、アノード側がドライブトランジスタＴｒ２のソースＳに接続する一方カソード側が接地されている。この構成で、本補正手段（Ｔｒ３〜Ｔｒ４）は、予め発光素子ＯＬＥＤのアノード／カソード間を逆バイアス状態にセットしておき、ドライブトランジスタＴｒ２のソースＳ側から取り出した出力電流Ｉｄｓが発光素子ＯＬＥＤに流れ込む時、このダイオード型の発光素子ＯＬＥＤを容量性素子として機能させている。なお本補正手段は、サンプリング期間内でドライブトランジスタＴｒ２から出力電流Ｉｄｓを取り出す時間幅ｔを調整可能であり、これにより画素容量Ｃｓに対する出力電流Ｉｄｓの負帰還量を最適化している。

画像表示装置の一般的な構成を示すブロック図である。画像表示装置に含まれる画素の回路構成を示す回路図である。図１及び図２に示した画像表示装置の動作説明に供するタイミングチャートである。本発明の説明に供するグラフである。本発明にかかる画像表示装置の全体構成を示すブロック図である。図５に示した本発明にかかる画像表示装置の動作説明に供するグラフである。同じく動作説明に供するグラフである。本発明にかかる画像表示装置に組み込まれる画素の実施例を示す回路図である。同じく本発明にかかる画像表示装置に組み込まれる画素の他の実施例を示す回路図である。同じく本発明にかかる画像表示装置に組み込まれる画素の別の実施例を示す回路図である。

符号の説明

１・・・画素アレイ部、２・・・画素、３・・・シグナルドライバ、４・・・ライトスキャナ、５・・・ドライブスキャナ、１１・・・γ補正回路、１２・・・コントローラ、Ｔｒ１・・・サンプリングトランジスタ、Ｔｒ２・・・ドライブトランジスタ、Ｔｒ３・・・スイッチングトランジスタ、ＯＬＥＤ・・・発光素子、Ｃｓ・・・画素容量、Ｐ・・・パネル

Claims

画素アレイ部とこれを駆動する周辺回路部とからなり、
前記画素アレイ部は、行状の走査線と、列状の信号線と、各走査線と各信号線とが交差する部分に行列状に配された画素とを含み、
前記周辺回路部は、線順次走査を行うため各走査線に順次制御信号を供給するスキャナと、映像信号に応じた入力信号を線順次走査に合わせて各信号線に供給するドライバとを含み、
各画素は、少なくともサンプリングトランジスタと、電源と接地との間に直列に接続されたドライブトランジスタと、発光素子とを含み、
前記サンプリングトランジスタは、該走査線から供給される制御信号に応じ導通して信号線から供給された入力信号をサンプリングし、
前記ドライブトランジスタは、該サンプリングされた入力信号に応じた出力電流を該発光素子に供給し、
前記発光素子は、該ドライブトランジスタから供給された出力電流により該映像信号に応じた輝度で発光し、以って該画素アレイ部に画像を表示する画像表示装置において、
前記周辺回路部は通常モードと節電モードを切り換える為のコントローラを有し、
通常モードの時該電源を通常の電位に設定し、以って該ドライブトランジスタを飽和領域で動作させ定電流源として該入力信号に応じた出力電流を供給する一方、
節電モードの時該電源を通常の電位よりも低い電位に設定するとともに、映像信号と入力信号の関係を規定するγ特性を切り替えて映像信号に対し入力信号を圧縮するγ補正回路を有し、以って該低い電源電位でも該ドライブトランジスタを飽和領域で動作させ定電流源として圧縮した入力信号に応じた出力電流を供給する様にしたことを特徴とする画像表示装置。
前記コントローラは、各フレームまたはフィールドで該発光素子が発光する期間を、通常モードと節電モードで同じ時間幅に制御することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
画素アレイ部とこれを駆動する周辺回路部とからなり、前記画素アレイ部は、行状の走査線と、列状の信号線と、各走査線と各信号線とが交差する部分に行列状に配された画素とを含み、前記周辺回路部は、線順次走査を行うため各走査線に順次制御信号を供給するスキャナと、映像信号に応じた入力信号を線順次走査に合わせて各信号線に供給するドライバとを含み、各画素は、少なくともサンプリングトランジスタと、電源と接地との間に直列に接続されたドライブトランジスタと、発光素子とを含む画像表示装置の駆動方法であって、
該走査線から供給される制御信号に応じ、前記サンプリングトランジスタが導通して、信号線から供給された入力信号をサンプリングし、
前記ドライブトランジスタが、該サンプリングされた入力信号に応じた出力電流を該発光素子に供給し、
該ドライブトランジスタから供給された出力電流により、前記発光素子が該映像信号に応じた輝度で発光し、以って該画素アレイ部に画像を表示する際、
通常モードと節電モードを切り換え可能であり、
通常モードの時該電源を通常の電位に設定し、以って該ドライブトランジスタを飽和領域で動作させ定電流源として該入力信号に応じた出力電流を該発光素子に供給する一方、
節電モードの時該電源を通常の電位よりも低い電位に設定するとともに、映像信号と入力信号の関係を規定するγ特性を切り替えて映像信号に対し入力信号を圧縮し、以って低い電源電位でも該ドライブトランジスタを飽和領域で動作させ定電流源として圧縮した入力信号に応じた出力電流を該発光素子に供給する様にしたことを特徴とする画像表示装置の駆動方法。