JP6960026B2 - 表示装置 - Google Patents

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Description

本開示は、表示装置に係り、より詳細には、インパルス駆動が可能な有機発光ピクセル構造に関する。
仮想現実技術は、マルチメディア、ゲーム、映画、建築、観光、国防分野などで急速に発展している。仮想現実は、立体映像技術の利用により実際の環境と類似に感じられる特定の環境、状況を意味する。仮想現実技術を実現するための装置は、仮想現実(Virtual Reality:VR)機器と拡張現実(Augmented Reality:AR)機器に分けられる。
VR表示装置では、ユーザの没入のために、映像がレンズを介して拡大されてユーザの目に非常に近い位置で提供されるので、表示装置の大きさは小さいが、ユーザがピクセルを認識できないようにPPI(Pixel Per Inch)は非常に高い超高解像度表示パネルが使用されなければならない。
また、ユーザがVR表示装置を長時間使用する場合、VR酔い(VR Sickness)を感じるが、このようなVR酔いを軽減するためには、応答速度の高い表示パネルを採用しなければならない。
自ら発光する有機発光ダイオード(Organic Light Emitting Diode:OLED)を含むアクティブマトリックス型有機発光表示パネルは、応答速度が速く、発光効率、輝度及び視野角が大きいという利点があるので、ますます多くのVR表示装置に使用されている。
しかし、有機発光表示パネルも、各ピクセルにデータを維持させた後、順次または同時に発光させるので、応答速度(MPRT)を高めるには限界があり、また、応答速度を上げるために新しいスキャン方式を採用するとピクセル構造が複雑になり、解像度や輝度を上げるには限界がある。
本開示は、このような状況に鑑みてなされたもので、反応速度が速い簡単な構造のピクセル回路を提供することができる。
一実施形態に係る表示装置は、複数のピクセルを備える表示パネルと、データ電圧を複数のデータラインを介して供給することに同期して、表示パネルの各水平ラインのピクセルに接続される複数のゲートラインを介して第1水平ラインから最後の水平ラインまで順次スキャン信号を供給して表示パネルを駆動する駆動回路と、表示パネルに動作電圧を供給する電源生成部と、を含んでなることを特徴とする。
各ピクセルは、ゲート電極がゲートラインに接続され、第1電極がデータラインに接続され、第2電極が第1ノードに接続される第1スイッチングトランジスタと、ゲート電極が基準ラインに接続され、電源生成部が供給する基準電圧の供給を受け、第1ノードに第1電極が接続され、第2電極が第2ノードに接続される駆動トランジスタと、アノード電極が第2ノードに接続され、カソード電極が、電源生成部が低電位電源電圧を供給する電源ラインに接続される発光素子と、を含んでなってもよい。
3つのトランジスタと1つのキャパシタで構成されたOLEDピクセル回路を示す図である。 図1のピクセル回路を含む表示パネルをグローバルシャッター方式で駆動することを概念的に示す図である。 インパルス方式で駆動するOLEDピクセル回路を示す図である。 図3のピクセル回路を駆動するための信号を示す図である。 図3のピクセル回路に印加される信号のレベルを示す図である。 図3のピクセル回路を変形させたOLEDピクセル回路を示す図である。 有機発光表示装置をブロックで示す図である。 しきい電圧を補償しながらインパルス方式で駆動することができるOLEDピクセル回路を示す図である。 図8のピクセル回路を駆動するための信号を示す図である。 図9の信号の各ステップに対する図8のOLEDピクセル回路の動作を示す図である。 図9の信号の各ステップに対する図8のOLEDピクセル回路の動作を示す図である。 図9の信号の各ステップに対する図8のOLEDピクセル回路の動作を示す図である。 図1のピクセル回路で1水平期間に流れる電流の大きさを示すグラフである。 図3のピクセル回路で1水平期間に流れる電流の大きさを示すグラフである。
以下、添付図面を参照して、本開示による好適な実施形態を詳細に説明する。明細書全体にわたって、同じ参照番号は実質的に同じ構成要素を意味する。以下の説明において、本開示に関連する公知の機能或いは構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不必要に不明にするおそれがあると判断された場合は、その詳細な説明を省略する。
仮想現実機器または拡張現実機器に採用される有機発光表示装置は、図1に示すように3つのトランジスタと1つのキャパシタで構成される3T1C構造のピクセル回路を採用し、図2に示すようにピクセルにデータを順次書き込んだ後、すべてのピクセルを同時に発光させるグローバルシャッター(Global Shutter)方式で図1のピクセル回路を駆動することができる。
グローバルシャッター方式は、ピクセル構造を簡単にすることができ、ピクセルに接続される配線の数を減らして開口率の確保に有利であり、すべてのピクセルに同じ発光信号を使用するか或いは発光信号を必要としないため、スキャン信号を生成するスキャンブロックとは別に発光信号を生成するための発光ブロックを追加する必要がなくて、ベゼルの大きさを減らすことができるので、VR機器に有利である。
図1のピクセル回路は、駆動トランジスタDT、第1スイッチングトランジスタST1、第2スイッチングトランジスタST2、キャパシタCst及び有機発光ダイオードOLEDを含んで構成できる。
第1スイッチングトランジスタST1は、スキャン信号Scan(n)に応じてデータラインのデータ電圧Vdataを駆動トランジスタDTのゲート電極に印加し、第2スイッチングトランジスタST2は、スキャン信号Scan(n)に応じて基準電圧Vrefを駆動トランジスタDTの第2電極、例えばドレイン電極に供給する。
駆動トランジスタDTは、第1電極、例えばソース電極が高電位駆動電圧Vddを供給する第1電源ラインに接続され、OLEDのアノード電極は、駆動トランジスタDTの第2電極に接続され、OLEDのカソード電極は、低電位駆動電圧Vssを供給する第2電源ラインに接続される。
キャパシタCstは、駆動トランジスタDTのゲート電極と第2電極との間に接続され、第1スイッチングトランジスタST1を介して供給されるデータ電圧Vdataを保存する。
図2のグローバルシャッター方式において、1フレームは、スキャン期間(Addressing)と発光期間(Emission)に分けられ、第1電源ラインELVDDには、スキャン期間に高電位駆動電圧が供給されず、発光期間にのみ高電位駆動電圧が供給される。
スキャン期間に1水平期間(1H)単位で出力されるデータ信号に同期して、スキャン信号Scanが第1水平ラインから最後の水平ラインまで順次供給され、各ピクセルにデータ電圧が供給され得る。ピクセルに供給されるデータ電圧は、スキャン期間にキャパシタCstに保存されてそのレベルを維持する。
発光期間に、第1電源ラインELVDDに高電位駆動電圧が供給されるので、すべてのピクセルにおいて、駆動トランジスタDTがオンになり、キャパシタCstに保存されたデータ電圧に相応する駆動電流が駆動トランジスタDTを経てOLEDに流れ、同時にOLEDが発光する。
しかし、図2においてスキャン期間と発光期間を1:1にすると、スキャン期間と発光期間がそれぞれ1フレームの半分になり、データを書き込む時間とOLEDを発光させる時間が減少し、パネルが高解像度になると、データ書き込み期間をさらに減らすには限界があり、発光期間が短くなって高輝度で発光させることが難しいおそれがある。
一方、陰極線管(Cathode Ray Tube、CRT)表示装置は、一つ以上の電子銃と蛍光画面を含む真空管を用いるが、電子銃から放出される電子が蛍光面と衝突して光を発生させることにより映像を表示する。陰極線管表示装置では、イメージに該当するデータを書き込むスキャン動作と、光を放出する発光動作とが同時に行われるので、グローバルシャッター方式に比べてデータ書き込みと発光期間の時間制約が小さい。
また、陰極管はインパルス(Impulse)方式で駆動されるが、すなわち、電子銃から短い時間の間に非連続的に放出される電子が時間的かつ空間的に互いに分離され、蛍光面の他のポイントに電気的衝撃を加えて当該ポイントを発光させる。このように、非常に速くて短い時間の間に放出される電子が蛍光物質を励起させて光を発光させるので、反応速度が非常に速く、モーションブラーが殆どない。
このような利点を有する陰極線管のインパルス駆動を有機発光表示装置に適用してスキャン動作と発光動作を同時に行うと、1水平ラインの駆動にかかる時間を十分に確保してフレームレートを高めることができ、かつ応答速度を高めることができる。
図3はインパルス方式で駆動するOLEDピクセル回路を示し、図4は図3のピクセル回路を駆動するための信号を示す図である。
図3のピクセル回路は、駆動トランジスタDT、第1スイッチングトランジスタST1及び有機発光ダイオードOLEDを含んで構成できる。
第1スイッチングトランジスタST1は、スキャン信号Scan(n)に応じてデータラインと駆動トランジスタDTとを接続するが、ゲート電極はゲートライン(またはスキャンライン)に接続されてスキャン信号Scan(n)を受信し、第1電極、例えばソース電極はデータラインに接続されてデータ電圧Vdataを受信し、第2電極、例えばドレイン電極は駆動トランジスタDTの第1電極、例えばソース電極に接続される。
駆動トランジスタDTは、データ電圧Vdataに対応する駆動電流を生成してOLEDに供給するが、ゲート電極は基準ラインに接続されて基準電圧Vrefを受信し、第1電極は、第1スイッチングトランジスタST1の第2電極に接続されて第1ノードN1を形成し、第2電極、例えばドレイン電極はOLEDのアノード電極に接続されて第2ノードN2を形成する。
OLEDのアノード電極は第2ノードN2に接続され、OLEDのカソード電極は低電位電源ラインに接続されて低電位駆動電圧Vssの供給を受ける。
図3のピクセル回路は、駆動トランジスタDTのゲート電極を基準電圧Vrefに固定し、1水平期間の間、駆動トランジスタDTの第1電極、すなわちソース電極に表示しようとする階調に該当するデータ電圧を印加して駆動トランジスタDTを直ちにターンオンさせて駆動電流をOLEDに流してOLEDを発光させる。つまり、1水平期間単位でデータ電圧の供給と同時にOLEDを発光させるインパルス駆動方式で駆動できる。
図4において、1フレームは、アクティブ期間(Active Period)とブランク期間(Blank Period)で構成できるが、アクティブ期間は、水平ライン単位で順次ピクセルにデータ電圧を印加しながら直ちに発光させる動作期間に該当し、ブランク期間は、次のフレームに進むための休止期間に該当して、アクティブ期間に比べて遥かに短くすることができる。
アクティブ期間に第1水平ラインから最後の水平ラインまで水平ライン単位で1水平期間の間隔でデータを印加しながらピクセルを発光させるが、図4では、第(n−1)水平ラインから第(n+1)水平ラインまでの3つの水平ラインのピクセルに映像データを供給し、発光させることが簡単に示されている。
第(n−1)水平期間に、第(n−1)水平ラインに配置されたピクセルに、ゲートラインを介して第(n−1)スキャン信号Scan(n−1)が供給され、データラインを介して第(n−1)データ電圧Vdata(n−1)が供給されるので、当該ピクセルが発光する。
その後、第n水平期間に、第n水平ラインに配置されたピクセルに、ゲートラインを介して第nスキャン信号Scan(n)が供給され、データラインを介して第nデータ電圧Vdata(n)が供給されるので、当該ピクセルが発光する。
また、第(n+1)水平期間に、第(n+1)水平ラインに配置されたピクセルに、ゲートラインを介して第(n+1)スキャン信号Scan(n+1)が供給され、データラインを介して第(n+1)データ電圧Vdata(n+1)が供給されるので、当該ピクセルが発光する。
ブランク期間に基準ラインに供給される基準電圧Vrefを第1基準電圧Vref1から第2基準電圧Vref2に上げ、すべてのピクセルに含まれているすべての駆動トランジスタDTのゲート端子に供給することにより、駆動トランジスタDTを確実にターンオフ状態に維持させて駆動電流がOLEDに流れず、OLEDが発光しないようにする。
図5は図3のピクセル回路に印加される信号のレベルを示す図である。
図3のピクセル回路において、駆動トランジスタDTのゲート電極と第2電極、すなわちドレイン電極に印加される電圧間の関係によって駆動トランジスタDTの動作領域が決定できる。
駆動トランジスタDTのしきい電圧を除いて理想的な状況を想定する。駆動トランジスタDTのゲート電極に印加される基準電圧Vrefを、ドレイン電極に印加される低電位駆動電圧Vssよりも高く設定すると、駆動トランジスタDTのソース電極とドレイン電極との電位差であるVsdは、ソース電極とゲート電極との電位差であるVsgよりも常に大きいので、駆動トランジスタDTは、飽和領域(Saturation region)で動作する。
すべてのピクセルの駆動トランジスタDTのゲート電極に同じ基準電圧Vrefが供給されるので、ピクセルに含まれている駆動トランジスタDTのしきい電圧の分布を考慮して、ゲート電極に供給する基準電圧Vrefの範囲、特に下限値を決定することができる。また、駆動トランジスタDTのしきい電圧が平均値Ave(Vth)付近にほとんど分布するので、これを反映してVref−Ave(Vth)>Vssの条件を満たすように基準電圧Vrefを決定することができる。
ここで、しきい電圧は、トランジスタをターンオンするために必要なゲート電極の電圧であって、P型MOSFETではマイナスの値に決定されるので、Vref+Ave(Vth)>Vssで表現することが一般的である。しかし、数式から、直観的にゲート電極に印加されるべき電位の移動方向を把握することができるように、しきい電圧をプラスの値とみなし、その方向をマイナス符号で表現する。
一方、駆動トランジスタDTのターンオン条件が、ソース−ゲート電圧Vsgがソース−ドレイン電圧Vsdよりも大きいことであるため、駆動トランジスタDTのソース電極に印加される電圧(ソース電圧)には制約があまりない。しかし、OLEDが発光するためには電流が駆動トランジスタDTのソース電極からドレイン電極に流れなければならないので、ソース電極に印加されるデータ電圧が、ドレイン電極に印加される低電位駆動電圧Vssよりも高くなければならない。
また、OLEDが発光する明るさを、駆動トランジスタDTのソース電極に印加されるソース電圧で調節しなければならず、ピクセルが最低階調と最高階調との間のすべての階調を表現しなければならないので、最低階調を出力する第1データ電圧Vdata_Lと最高階調を出力する第2データ電圧Vdata_Hを決定しなければならない。
駆動トランジスタDTに流れる電流は、駆動トランジスタDTの飽和領域ではソース−ドレイン電圧Vsdにある程度比例するので、第2データ電圧Vdata_Hが第1データ電圧Vdata_Lよりも高くなければならない。すなわち、データ電圧は正ガンマ方式で動作する。
したがって、駆動トランジスタDTのソース電極に高い電圧レベルの第2データ電圧Vdata_Hを印加すると、ソース−ゲート電圧Vsgとソース−ドレイン電圧Vsdがすべて増加して電流の量が増加し、これによりOLEDが高い輝度で発光して最高階調を表現することができる。また、駆動トランジスタDTのソース電極に低い電圧レベルの第1データ電圧Vdata_Lを印加すると、ソース−ゲート電圧Vsgとソース−ドレイン電圧Vsdがすべて低くなって電流量が減少し、これによりOLEDが低い輝度で発光して最低階調を表現することができる。
また、電流が駆動トランジスタDTのソース電極からドレイン電極に流れるためには、ソース電極の電圧がドレイン電極の電圧よりも高くなければならないので、最低階調を出力する第1データ電圧Vdata_Lは、ドレイン電極に印加される低電位駆動電圧Vssよりも高ければよい。
図3のピクセル回路において、駆動トランジスタDTと第1スイッチングトランジスタST1がすべてP型MOSFETで実現されているが、図4及び図5における信号のレベルは、これを反映して決定されたものである。図3のトランジスタがN型で実現されると、図4と図5における信号のレベルは、これに合わせて変わり得る。
図6は図3のピクセル回路を変形させたOLEDピクセル回路を示す図である。
図6のピクセル回路は、図3のピクセル回路に比べて駆動トランジスタDTの第2電極に基準電圧Vrefを供給する第2スイッチングトランジスタST2をさらに含む。第2スイッチングトランジスタST2は、ゲート電極が直前の水平ラインのピクセルにスキャン信号を供給するゲートラインに接続され、直前の水平ラインのピクセルを発光させるスキャン信号Scan(n−1)の供給を受け、第1電極及び第2電極のうちのいずれか一方は基準ラインに接続されて基準電圧Vrefの供給を受け、他方はOLEDのアノード電極に接続される。
第n水平ラインのピクセルの第2スイッチングトランジスタST2は、第(n−1)水平ラインのピクセルを発光させる水平期間に、第(n−1)水平ラインのピクセルにデータ電圧を印加するためのスキャン信号Scan(n−1)に対応してターンオンされ、基準ラインの基準電圧VrefにOLEDのアノード電極を初期化する。
直前フレームの際に、インパルス発光の後にOLEDのアノード電極に残っている電圧によって直前フレームのイメージが次のフレームの発光初期に残像として表示できるが、当該フレームの発光に先立ってOLEDのアノード電極を基準電圧Vrefに初期化することにより、表示する階調と関係のない残像が表示されることを防ぐことができる。
図7は有機発光表示装置をブロックで示すものである。図7の表示装置は、表示パネル10、タイミングコントローラ11、データ駆動回路12、ゲート駆動回路13及び電源生成部16を備えることができる。
表示パネル10には、列(Column)方向(または垂直方向)に配列される多数のデータライン14と、行(Row)方向(または水平方向)に配列される多数のゲートライン15とが交差し、交差領域ごとにピクセルPXLがマトリックス状に配置されてピクセルアレイを形成する。ゲートライン15には、データライン14に供給されるデータ電圧をピクセルに印加するためのスキャン信号が供給される。
ピクセルアレイにおいて、同じ水平ラインに配置されるピクセルPXLは、データライン14のいずれか一つ、ゲートライン15のいずれか一つに接続されてピクセルラインを形成する。ピクセルは、ゲートライン15を介して印加されるスキャン信号に応答して、データライン14に電気的に接続されてデータ電圧の入力を受ける。同じピクセルラインに配置されたピクセルPXLは、同じゲートライン15から印加されるスキャン信号に応じて同時に動作する。各ピクセルPXLは、印加されるデータ電圧に比例する電流でOLEDを駆動する。
一つのピクセルユニットは、赤色サブピクセル、緑色サブピクセル、青色サブピクセルを含む3つのサブピクセル、または赤色サブピクセル、緑色サブピクセル、青色サブピクセル、白色サブピクセルを含む4つのサブピクセルで構成できるが、これらに限定されない。
ピクセルPXLは、電源生成部16から基準電圧Vrefと低電位駆動電圧Vssの供給を受け、図3に示すように、第1スイッチングトランジスタST1、駆動トランジスタDT及びOLEDを備えることができる。図3では発光素子としてOLEDが示されているが、発光素子は無機電界発光素子と置き換えられてもよい。以下では、便宜上、OLEDを例として説明する。
ピクセルを構成する駆動トランジスタとスイッチングトランジスタは、P型またはN型のMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)構造で実現されるか、或いはP型とN型とが組み合わせられたハイブリッド型で実現され得る。明細書において、P型トランジスタを例示するが、これに限定されない。
トランジスタは、ゲート(gate)、ソース(source)及びドレイン(drain)を含む3電極素子である。ソースは、キャリア(carrier)をトランジスタに供給する電極である。トランジスタ内におけるキャリアはソースから流れ始める。ドレインは、トランジスタからキャリアが外部に出ていく電極である。すなわち、MOSFETにおけるキャリアの流れはソースからドレインへ流れる。
P型MOSFET(PMOS)の場合、キャリアが正孔(hole)であるので、ソースからドレインへ正孔が流れるようにソース電圧がドレイン電圧よりも高い。P型MOSFETにおいて正孔がソースからドレインへ流れるので、電流がソースからドレインへ流れる。N型MOSFET(NMOS)の場合、キャリアが電子(electron)であるため、ソースからドレインへ電子が流れるようにソース電圧がドレイン電圧よりも低い電圧を持つ。N型MOSFETにおいて電子がソースからドレインへ流れるので、電流の方向はドレインからソースへ流れる。
MOSFETのソースとドレインは、固定されたものではないことに注意すべきである。例えば、MOSFETのソースとドレインは印加電圧に応じて変更できる。以下の実施形態において、トランジスタのソースとドレインによって発明が限定されてはならず、ソースとドレイン電極を区分せずに第1及び第2電極と呼ぶこともある。
タイミングコントローラ11は、外部ホストシステム(図示せず)から伝達される映像データRGBをデータ駆動回路12に供給する。タイミングコントローラ11は、ホストシステムからの垂直同期信号Vsync、水平同期信号Hsync、データイネーブル信号DE、ドットクロックDCLKなどのタイミング信号の入力を受け、データ駆動回路12とゲート駆動回路13の動作タイミングを制御するための制御信号を生成する。制御信号は、ゲート駆動回路13の動作タイミングを制御するためのゲートタイミング制御信号GCSと、データ駆動回路12の動作タイミングを制御するためのデータタイミング制御信号DCSとを含む。
タイミングコントローラ11は、表示パネル10を構成するピクセルに一つの画面を構成する映像データが印加される1フレームを、第1水平ラインから最後の水平ラインまで水平ライン単位で順次ピクセルにデータを印加しながら発光させるアクティブ期間と、すべてのピクセルに含まれている駆動トランジスタDTのゲート電極を第2基準電圧Vref2に初期化するブランク期間に区分して駆動することができる。
データ駆動回路12は、タイミングコントローラ11の制御に基づいて、タイミングコントローラ11から入力されるデジタルビデオデータRGBをサンプリングし、ラッチして並列データに変え、ガンマ基準電圧に応じてアナログデータ電圧に変換して出力チャンネルを経てデータライン14へ出力する。データ電圧は、ピクセルが表現する階調に対応する値であり得る。データ駆動回路12は、複数のソースドライブICで構成できる。
ゲート駆動回路13は、タイミングコントローラ11の制御に基づいて、ゲートタイミング制御信号GCSに基づいてスキャン信号を生成するが、アクティブ期間にスキャン信号を行順次方式で生成して、ピクセルラインごとに接続されたゲートライン15に順次提供する。
ゲート駆動回路13は、シフトレジスタ、シフトレジスタの出力信号をピクセルのTFT駆動に適したスイング幅に変換するためのレベルシフター及び出力バッファなどをそれぞれ含む多数のゲートドライブ集積回路で構成できる。または、ゲート駆動回路13は、GIP(Gate Drive IC in Panel)方式で表示パネル10の下部基板に直接形成されてもよい。GIP方式の場合、レベルシフターはPCB(Printed Circuit Board)上に実装され、シフトレジスタは表示パネル10の下部基板に形成され得る。
電源生成部16は、外部電源を用いて、データ駆動回路12とゲート駆動回路13の動作に必要な電圧を生成して供給し、基準電圧Vrefと低電位駆動電圧Vssを生成して表示パネル10に印加することができる。電源生成部16は、アクティブ期間には基準電圧Vrefとして第1基準電圧Vref1を出力し、ブランク期間には基準電圧Vrefとして第1基準電圧Vref1よりも高いレベル(第1基準電圧Vref1よりも低電位駆動電圧Vssからさらに遠く離れたレベル)の第2基準電圧Vref2を出力することができる。
電源生成部16は、基準電圧Vrefを低電位駆動電圧Vssよりも高いレベルで生成して出力し、特に第1基準電圧Vref1とピクセルのしきい電圧の平均値とを加えた値が低電位駆動電圧Vssよりも高くなるように基準電圧Vrefを生成する。
図8はしきい電圧を補償しながらインパルス方式で駆動することができるOLEDピクセル回路を示す図、図9は図8のピクセル回路を駆動するための信号を示す図、図10A乃至図10Cはそれぞれ図9の信号の各ステップに対する図8のOLEDピクセル回路の動作を示す図である。
図8のピクセル回路は、駆動トランジスタDT、第1乃至第3スイッチングトランジスタST1、ST2、ST3、ストレージキャパシタCst、及び有機発光ダイオードOLEDを含んで構成できる。
第1スイッチングトランジスタST1は、スキャン信号Scan(n)に応じてデータラインと駆動トランジスタDTとを接続するが、ゲート電極はスキャンラインに接続されてスキャン信号Scan(n)を受信し、第1電極及び第2電極のうちのいずれか一方はデータラインに接続されてデータ電圧Vdataを受信し、他方は駆動トランジスタDTの第1電極、例えばソース電極に接続されて第1ノードN1を形成する。
第2スイッチングトランジスタST2は、リセット信号Resetに応じて駆動トランジスタDTの第1電極と駆動トランジスタDTのゲート電極とを接続するが、ゲート電極はリセットラインに接続されてリセット信号Resetを受信し、第1電極及び第2電極のうちのいずれか一方は駆動トランジスタDTの第1電極に接続され、他方は駆動トランジスタDTのゲート電極に接続される。
駆動トランジスタDTは、データ電圧Vdataに対応する駆動電流を生成してOLEDに供給するが、第1電極、例えばソース電極は第1スイッチングトランジスタST1の第2電極、すなわち第1ノードN1に接続されてデータ電圧Vdataを受信し、第2電極、例えばドレイン電極はOLEDのアノード電極に接続されて第2ノードN2を形成し、ゲート電極は第3ノードN3に接続される。
第3スイッチングトランジスタST3は、リセット信号Resetに応じて駆動トランジスタDTの第2電極に基準電圧Vrefを供給するが、ゲート電極はリセットラインに接続されてリセット信号Resetを受信し、第1電極及び第2電極のうちのいずれか一方は駆動トランジスタDTの第2電極に接続され、他方は基準ラインに接続されて基準電圧Vrefを受信する。
ストレージキャパシタCstは、駆動トランジスタDTのゲート電極(または第3ノードN3)と基準ライン入力端との間に接続される。
駆動トランジスタDTが生成する駆動電流に応じて発光するOLEDにおいて、アノード電極は駆動トランジスタDTの第2電極(または第2ノードN2)に接続され、カソード電極は低電位電源ラインに接続されて低電位駆動電圧Vssの供給を受ける。
図8のピクセル回路は、図3のピクセル回路と同様に、1水平期間単位でデータ電圧の供給と同時にピクセルを発光させるインパルス駆動方式で駆動できる。つまり、駆動トランジスタDTのゲート電極をストレージキャパシタCstを介して基準ラインに接続して基準電圧Vref付近の電圧に固定し、1水平期間の間、駆動トランジスタDTの第1電極、すなわちソース電極に表示しようとする階調に該当するデータ電圧を印加して駆動トランジスタDTをすぐにターンオンさせることにより駆動電流をOLEDに流してOLEDを発光させる。
図9において、1フレームは、アクティブ期間(Active Period)とブランク期間(Blank Period)で構成できるが、アクティブ期間は、水平ライン単位で順次ピクセルにデータ電圧を印加しながらすぐに発光させる動作期間に該当し、ブランク期間は、すべてのピクセルに含まれている駆動トランジスタDTのしきい電圧を同時にセンシングするセンシング期間に該当し、アクティブ期間に比べて遥かに短くすることができる。
アクティブ期間(Active Period)に、第1水平ラインから最後の水平ラインまで水平ライン単位で順次1水平期間のターンオンレベルを有するスキャン信号が印加され、当該水平ラインのピクセルにデータを印加しながらピクセルを発光させる。
アクティブ期間(Active Period)に、データラインにはデータ電圧Vdataが供給され、基準ラインには基準電圧Vrefとして第1基準電圧Vref1が供給され、低電位電源ラインには低電位駆動電圧Vssが供給される。
ブランク期間(Blank Period)には、すべてのピクセルにスキャン信号とリセット信号が同一に入力されてすべてのピクセルが同じ動作を行うが、まず、第1期間t1に、ターンオンレベルのスキャン信号Scanとリセット信号Resetが印加されてピクセルが初期化され、第2期間t2に、スキャン信号はターンオフレベルに変わり、リセット信号Reset信号はターンオンレベルを維持して、ピクセルに含まれている駆動トランジスタDTのしきい電圧がセンシングされる。
ゲート駆動回路13は、ブランク期間中の第1期間t1に、すべてのゲートラインに同時にターンオンレベルのスキャン信号を出力し、ブランク期間中の第1期間t1と第2期間t2に、すべてのピクセルに共通に接続されたリセットラインにターンオンレベルのリセット信号を出力する。
ブランク期間(Blank Period)に、低電位電源ラインには電源が供給されず、フローティング(floating)されてOLEDに電流が流れなくなり、基準ラインには基準電圧Vrefとして第2基準電圧Vref2が供給され、すべてのデータラインには所定のレベルのデータ電圧Vdata0が供給される。
このとき、基準ラインに供給される第2基準電圧Vref2は、アクティブ期間(Active Period)に供給される第1基準電圧Vref1よりも高いレベルであり、また、ブランク期間にデータラインに供給されるデータ電圧Vdata0よりも高いレベルである。
図10Aはブランク期間(Blank Period)中の第1期間t1のピクセル回路の動作を示すもので、第1期間t1は、OLEDのアノード電極を初期化する初期化期間に該当する。
第1期間t1に、ターンオンレベルのスキャン信号とターンオンレベルのリセット信号Resetが印加されることにより、第1スイッチングトランジスタST1、第2スイッチングトランジスタST2及び第3スイッチングトランジスタST3がターンオンされる。
第1スイッチングトランジスタST1がターンオンされてデータラインと駆動トランジスタDTの第1電極が接続され、駆動トランジスタDTの第1電極(第1ノードN1)が所定レベルのデータ電圧Vdata0になる。
また、第2スイッチングトランジスタST2がターンオンされて駆動トランジスタDTの第1電極とゲート電極が接続され、駆動トランジスタDTのゲート電極(第3ノードN3)も所定のレベルのデータ電圧Vdata0となる。
また、第3スイッチングトランジスタST3がターンオンされて駆動トランジスタDTの第2電極が基準ラインに接続され、駆動トランジスタDTの第2電極(第2ノードN2)は第2基準電圧Vref2に初期化される。
図10Bはブランク期間(Blank Period)中の第2期間t2のピクセル回路の動作を示すもので、第2期間t2は、駆動トランジスタDTのしきい電圧をセンシングしてストレージキャパシタCstに保存するセンシング期間に該当する。
第2期間t2に、ターンオフレベルのスキャン信号とターンオンレベルのリセット信号Resetが印加されることにより、第1スイッチングトランジスタST1がターンオフされ、第2スイッチングトランジスタST2と第3スイッチングトランジスタST3がターンオンされる。
第1スイッチングトランジスタST1がターンオフされ、第2スイッチングトランジスタST2がターンオン状態を維持して、駆動トランジスタDTの第1電極とデータラインの接続が切れた状態で駆動トランジスタDTの第1電極とゲート電極とが互いに接続されて駆動トランジスタDTがダイオード接続される。また、第3スイッチングトランジスタST3がターンオン状態を維持して、駆動トランジスタDTの第2電極は第2基準電圧Vref2を維持する。
駆動トランジスタDTの第2電極が第2基準電圧Vref2にダイオード接続された駆動トランジスタDTの第1電極のデータ電圧Vdata0よりも高いので、駆動トランジスタDTは、第2電極から第1電極へ電流が流れ、第1電極(及びゲート電極)の電位は、上昇して、第2電極の電位である第2基準電圧Vref2よりもしきい電圧Vthだけ低い値Vref2−Vthとなる。
このように、駆動トランジスタDTのしきい電圧VthがセンシングされてストレージキャパシタCstにしきい電圧Vthが保存される。
図10Cはアクティブ期間(Active Period)に第n水平ラインに配置されたピクセルの動作を示すもので、データ電圧Vdata(n)を印加し、これに対応してOLEDを発光させる期間に該当する。
ターンオンレベルのスキャン信号Scan(n)とターンオフレベルのリセット信号Resetが印加されることにより、第1スイッチングトランジスタST1がターンオンされ、第2スイッチングトランジスタST2と第3スイッチングトランジスタST3はターンオフされる。
第1スイッチングトランジスタST1がターンオンされてデータラインと駆動トランジスタDTの第1電極が接続され、駆動トランジスタDTの第1電極がデータ電圧Vdata(n)で充電される。
第2スイッチングトランジスタST2と第3スイッチングトランジスタST3がターンオフされることにより、駆動トランジスタDTのゲート電極はストレージキャパシタCstを介して基準ラインに接続され、ストレージキャパシタCstはしきい電圧Vthを保存するので、駆動トランジスタDTのゲート電極は第1基準電圧Vref1からしきい電圧Vthを引いた値Vref1−Vthで充電される。
駆動トランジスタDTのゲート電極の電位がVref1−Vthであって、ドレイン電極としての第2ノードN2の電位である低電位電源電圧Vssよりも高いため、ソース−ゲート電圧Vsgがソース−ドレイン電圧Vsdよりも大きいので、駆動トランジスタDTは、ターンオンされ、飽和領域で動作する。
飽和領域で駆動トランジスタDTに流れる電流I_OLEDは、ソース−ゲート電圧Vsgからしきい電圧Vthを引いた値の二乗に比例するが、下記数式1で表される。
Figure 0006960026
数式1に示すように、駆動電流I_OLEDの関係式では駆動トランジスタDTのしきい電圧Vth成分が消去されるので、駆動トランジスタDTのしきい電圧が変わるとしても、しきい電圧を補償しながら、データラインを介して入力されるデータ電圧Vdata(n)に相応する電流でOLEDを発光させることができる。
図11A及び図11Bはそれぞれ図1のピクセル回路と図4のピクセル回路で1水平期間に流れる電流の大きさを示すグラフである。
OLEDは、流れる電流とこれにより発光する輝度とが比例関係を成すので、表示パネルにおいて同じ面積に同じ密度でピクセルが配置され、ピクセルを同じ輝度で発光させるとき、消費電力は同一になる。つまり、インパルス駆動方式で表1示パネルを駆動させるときに消費される電力は、他の方式で同じ輝度で駆動するときと同一になる。
例えば、図1のピクセル回路を解像度(1440×1440)の密度で3インチの面積に配置し、図2のようなグローバルシャッター方式によって150nitで駆動するとき、1秒間の消費電力は約65mAである。このとき、垂直方向に1440水平ラインがあるので、図11Aのように1水平ラインのピクセルには1秒間65mA/1440=45.13uAが持続的に流れる。
同様に、図3のピクセル回路を同じ密度と同じ面積で配置し、図4の駆動方式で駆動するとき、図11Bのように1水平ラインには1sec/1440=699usの間、瞬間的に65mAが流れる。
したがって、瞬間的に電流を流す能力が1440倍増加しなければならない。駆動トランジスタDTが生成する駆動電流はソース−ゲート電圧Vsgの二乗に比例するので、ソース−ゲート電圧Vsgを11倍増加させれば、当該駆動電流で動作するOLEDが発光する輝度は、2の11乗であって、2048倍増加する。
7T1C構造のモデルを基準に発光輝度を150nitから300nitに増加させるとき、約0.3V程度のデータ電圧を増加させればよいので、データ電圧を3.3Vだけ増加させることにより、300nitの輝度を実現することができる。
明細書に記載された表示装置は、次のとおり説明できる。
一実施形態に係る表示装置は、複数のピクセルを備える表示パネル;データ電圧を複数のデータラインを介して供給することに同期して、表示パネルの各水平ラインのピクセルに接続される複数のゲートラインを介して第1水平ラインから最後の水平ラインまで順次スキャン信号を供給して表示パネルを駆動する駆動回路;及び表示パネルに動作電圧を供給する電源生成部を含んで構成されることを特徴とする。
各ピクセルは、ゲート電極がゲートラインに接続され、第1電極がデータラインに接続され、第2電極が第1ノードに接続される第1スイッチングトランジスタと、ゲート電極が基準ラインに接続されて電源生成部が供給する基準電圧の供給を受け、第1ノードに第1電極が接続され、第2電極が第2ノードに接続される駆動トランジスタと、アノード電極が第2ノードに接続され、カソード電極が、電源生成部が低電位電源電圧を供給する電源ラインに接続される発光素子と、を含んで構成できる。
一実施形態において、ピクセルは、ゲート電極が直前のピクセルラインにスキャン信号を供給するゲートラインに接続され、第1電極と第2電極がそれぞれ第2ノードと駆動トランジスタのゲート電極のうちのいずれか一方と他方に接続される第2スイッチングトランジスタをさらに含むことができる。
一実施形態において、基準電圧は低電位駆動電圧よりも電位が高くてもよい。
一実施形態において、基準電圧と駆動トランジスタのしきい電圧との和は低電位駆動電圧よりも電位が高くてもよい。
一実施形態において、電源生成部は、1フレームの中で、スキャン信号を順次供給するアクティブ期間を除いたブランク期間に、基準電圧として第2基準電圧を出力することができる。第2基準電圧は、アクティブ期間に基準電圧として出力される第1基準電圧よりも低電位駆動電圧からさらに遠く離れたレベルを有することができる。
一実施形態において、駆動回路は、低電位駆動電圧よりも高い電圧でデータ電圧をデータラインに印加することができる。
一実施形態において、ピクセルは、リセットラインに供給されるリセット信号に応じて第1ノードと駆動トランジスタのゲート電極とを接続する第2スイッチングトランジスタ、リセット信号に応じて第2ノードに基準電圧を供給する第3スイッチングトランジスタ、及び駆動トランジスタのゲート電極と基準ラインとの間に接続されるストレージキャパシタをさらに含むことができる。
一実施形態において、1フレームの中で、スキャン信号を順次供給するアクティブ期間を除いたブランク期間に、駆動トランジスタのしきい電圧をセンシングすることができる。
一実施形態において、駆動回路は、ブランク期間中の第1期間に、すべてのピクセルにターンオンレベルのスキャン信号とターンオンレベルのリセット信号を印加して第2ノードを基準電圧に初期化し、ブランク期間中の第1期間後の第2期間に、すべてのピクセルにターンオフレベルのスキャン信号とターンオンレベルのリセット信号を印加してストレージキャパシタに駆動トランジスタのしきい電圧を保存することができる。
一実施形態において、電源生成部は、ブランク期間に、電源ラインをフローティングさせ、アクティブ期間に基準電圧として出力する第1基準電圧よりも低電位駆動電圧からより遠く離れたレベルを有する第2基準電圧を基準電圧として出力することができる。
一実施形態において、駆動回路は、ブランク期間に複数のデータラインに第2基準電圧よりも低いデータ電圧を供給することができる。
このように、駆動トランジスタのゲート電極を固定し、スキャン信号のみで駆動トランジスタのソース電極にデータ電圧を印加して、インパルス駆動方式でデータ電圧の充電とOLEDの発光を同時に実現することにより、応答特性を向上させることができる。さらに、ピクセル構造を簡単にし、制御ラインの数を減らして単位面積あたり高い解像度を得ることができる。
以上説明した内容から、当業者であれば、本発明の技術思想を逸脱することなく様々な変更や修正が可能であることが分かるだろう。したがって、本発明の技術的範囲は、明細書の詳細な説明に記載された内容に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって定められるべきである。
上述したように、表示パネルに含まれるピクセル構造を単純にして単位面積あたり高い解像度を達成することができる。また、ピクセルをインパルス方式で駆動して応答特性を高めることができる。また、応答特性の良い表示パネルをVR機器に適用してユーザのVR酔いを軽減することができる。

Claims (11)

  1. 複数のピクセルを備える表示パネルと、
    データ電圧を複数のデータラインを介して供給することに同期して、前記表示パネルの各水平ラインのピクセルに接続される複数のゲートラインを介して第1水平ラインから最後の水平ラインまで順次スキャン信号を供給して前記表示パネルを駆動する駆動回路と、
    前記表示パネルに動作電圧を供給する電源生成部と、を含み、
    各ピクセルは、
    ゲート電極が前記ゲートラインに接続され、第1電極が前記データラインに接続され、第2電極が第1ノードに接続される第1スイッチングトランジスタと、
    ゲート電極が基準ラインに接続され、電源生成部が供給する基準電圧の供給を受け、前記第1ノードに第1電極が接続され、第2電極が第2ノードに接続される駆動トランジスタと、
    アノード電極が前記第2ノードに接続され、カソード電極が、前記電源生成部が低電位駆動電圧を供給する電源ラインに接続される発光素子と、を含
    前記スキャン信号が順次供給されるアクティブ期間の間、前記基準電圧は固定値である、表示装置。
  2. 前記ピクセルは、それぞれ、ゲート電極が、直前のピクセルラインにスキャン信号を供給するゲートラインに接続され、第1電極が前記第2ノード及び前記駆動トランジスタのゲート電極のうちのいずれか一方に接続され、第2電極が前記第2ノード及び前記駆動トランジスタのゲート電極のうちの他方に接続される第2スイッチングトランジスタをさらに含む、請求項1に記載の表示装置。
  3. 前記基準電圧は、前記低電位駆動電圧よりも電位が高い、請求項1または2に記載の表示装置。
  4. 前記基準電圧と前記駆動トランジスタのしきい電圧との和は前記低電位駆動電圧よりも電位が高い、請求項3に記載の表示装置。
  5. 前記電源生成部は、1フレームの中で、前記アクティブ期間を除いたブランク期間に前記基準電圧として第2基準電圧を出力し、前記第2基準電圧は、前記アクティブ期間に前記基準電圧として出力される第1基準電圧よりも前記低電位駆動電圧からさらに遠く離れたレベルを有する、請求項1に記載の表示装置。
  6. 前記駆動回路は、前記低電位駆動電圧よりも高い電圧で前記データ電圧を前記データラインに印加する、請求項1に記載の表示装置。
  7. 前記ピクセルは、
    リセットラインに供給されるリセット信号に応じて前記第1ノードと前記駆動トランジスタのゲート電極とを接続する第2スイッチングトランジスタと、
    前記リセット信号に応じて前記第2ノードに前記基準電圧を供給する第3スイッチングトランジスタと、
    前記駆動トランジスタのゲート電極と前記基準ラインとの間に接続されるストレージキャパシタと、をさらに含む、請求項1に記載の表示装置。
  8. フレームの中で、前記スキャン信号を順次供給するアクティブ期間を除いたブランク期間に、前記駆動トランジスタのしきい電圧をセンシングする、請求項7に記載の表示装置。
  9. 前記駆動回路は、前記ブランク期間における第1期間に、すべてのピクセルにターンオンレベルのスキャン信号とターンオンレベルのリセット信号を印加して前記第2ノードを前記基準電圧に初期化し、前記ブランク期間における前記第1期間後の第2期間に、すべてのピクセルにターンオフレベルのスキャン信号と前記ターンオンレベルのリセット信号を印加して前記ストレージキャパシタに前記駆動トランジスタのしきい電圧を保存する、請求項8に記載の表示装置。
  10. 前記電源生成部は、前記ブランク期間に、前記電源ラインをフローティングさせ、前記アクティブ期間に前記基準電圧として出力する第1基準電圧よりも前記低電位駆動電圧からさらに遠く離れたレベルを有する第2基準電圧を前記基準電圧として出力する、請求項9に記載の表示装置。
  11. 前記駆動回路は、前記ブランク期間に、前記複数のデータラインに前記第2基準電圧よりも低いデータ電圧を供給する、請求項10に記載の表示装置。
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