以下、本発明に係る表示装置及びその駆動制御方法について、実施の形態を示して詳しく説明する。
まず、本発明に係る表示装置に適用される表示駆動装置及びその駆動制御方法について、図面を参照して説明する。
図1は、本発明に適用される表示駆動装置、及び、該表示駆動装置により駆動制御される表示画素の一実施形態を示す要部構成図である。ここでは、表示装置の表示パネルに配置される特定の表示画素と、当該表示画素を発光駆動制御する表示駆動装置との関係について説明する。
<表示駆動装置>
図1に示すように、本実施形態に係る表示駆動装置100は、概略、シフトレジスタ・データレジスタ部110と、表示データラッチ部120と、階調電圧生成部130と、しきい値検出電圧アナログ−デジタル変換器(以下、「検出電圧ADC」と略記し、図中では、「VthADC」と表記する)140と、しきい値補償電圧デジタル−アナログ変換器(以下、「補償電圧DAC」と略記し、図中では、「VthDAC」と表記する)150と、しきい値データラッチ部(図中では、「Vthデータラッチ部」と表記する)160と、フレームメモリ170と、電圧加算部180と、データライン入出力切換部190と、を備えた構成を有している。
シフトレジスタ・データレジスタ部(データ取得手段、しきい値取得手段)110は、図示を省略した、シフト信号を順次出力するシフトレジスタと、該シフト信号に基づいて、少なくとも外部から供給されるデジタル信号からなる輝度階調データを順次取り込むデータレジスタと、を備えた構成を有している。より具体的には、外部から順次供給される、表示パネルの1行分の表示画素PXに対応した表示データ(輝度階調データ)を順次取り込み、後述する表示データラッチ部120に転送する動作、又は、検出電圧ADC140によりデジタル信号に変換され、しきい値データラッチ部160に保持された1行分の表示画素PXのしきい値電圧(しきい値検出データ)を順次取り込み、後述するフレームメモリ170に転送する動作、もしくは、フレームメモリ170から特定の1行分の表示画素PXのしきい値補償データを順次取り込み、しきい値データラッチ部160に転送する動作のいずれかを選択的に実行する。なお、これらの各動作については、詳しく後述する。
表示データラッチ部120は、上記シフトレジスタ・データレジスタ部110により外部から取り込まれ、転送された1行分の表示画素PXの表示データ(輝度階調データ)を保持する。
階調電圧生成部(階調電圧生成手段)130は、有機EL素子(電流制御型の発光素子)OELを表示データに対応した輝度階調で発光動作、又は、無発光動作させるための階調信号として、有機EL素子OELを所定の輝度階調で発光動作させるための、所定の電圧値を有する階調実効電圧(階調電圧)Vreal、又は、有機EL素子OELを発光動作させずに黒表示(最低輝度階調)状態に設定するための、所定の電圧値を有する無発光表示電圧Vzeroのいずれかを選択的に供給する機能を備えている。
ここで、階調信号として表示データに応じた電圧値を有する階調実効電圧Vrealを供給する構成としては、例えば、図示を省略した電源供給手段から供給される階調基準電圧に基づいて、上記表示データラッチ部120に保持された各表示データのデジタル信号電圧を、アナログ信号電圧に変換するデジタル−アナログ変換器(D/Aコンバータ)と、所定のタイミングで当該アナログ信号電圧を上記階調実効電圧Vrealとして出力する出力回路と、を備えた構成を適用することができる。なお、階調実効電圧Vrealの詳細については、後述する。
検出電圧ADC(しきい値電圧検出手段)140は、後述する各表示画素PXに設けられた発光素子(例えば、有機EL素子OEL)に発光駆動電流を供給するスイッチング素子(薄膜トランジスタTr13)のしきい値電圧(又は、当該しきい値電圧に対応する電圧成分)をアナログ信号電圧として取り込み(測定し)、デジタル信号電圧からなるしきい値検出データに変換する。
補償電圧DAC(補償電圧生成手段、検出用電圧印加手段)150は、各表示画素PXに設けられた上記スイッチング素子のしきい値電圧を補償するためのデジタル信号電圧からなるしきい値補償データを、アナログ信号電圧からなる補償電圧(しきい値補償電圧)Vpthに変換する。また、後述する駆動制御方法に示すように、上記検出電圧ADC140によりスイッチング素子のしきい値電圧を測定する動作(しきい値電圧検出動作)において、スイッチング素子を構成する薄膜トランジスタのゲート−ソース間(コンデンサCsの両端)に、当該スイッチング素子のしきい値電圧よりも高い電位差が設定(電圧成分が保持)されるように、所定の検出用電圧Vpvを出力することができるように構成されている。
また、しきい値データラッチ部160は、1行分の各表示画素PXごとに、上記検出電圧ADC140により変換、生成されたしきい値検出データを取り込んで保持し、当該しきい値検出データをシフトレジスタ・データレジスタ部110を介して、後述するフレームメモリ170に順次転送する動作、又は、フレームメモリ170から上記しきい値検出データに応じた1行分の各表示画素PXごとのしきい値補償データを順次取り込んで保持し、当該しきい値補償データを補償電圧DAC150に転送する動作のいずれかを選択的に実行する。
また、フレームメモリ(記憶手段)170は、表示パネルに配列された各表示画素PXへの表示データ(輝度階調データ)の書込動作に先立って、上記検出電圧ADC140及びしきい値データラッチ部160により1行分の各表示画素PXごとに検出されたしきい値電圧に基づくしきい値検出データを、シフトレジスタ・データレジスタ部110を介して順次取り込み、表示パネル1画面(1フレーム)分の各表示画素PXごとに個別に記憶するとともに、当該しきい値検出データをしきい値補償データとして、もしくは、当該しきい値検出データに応じたしきい値補償データを、シフトレジスタ・データレジスタ部110を介して順次出力し、しきい値データラッチ部160(補償電圧DAC150)へ転送する。
電圧加算部(階調信号生成手段)180は、階調電圧生成部130から出力される電圧成分と、補償電圧DAC150から出力される電圧成分とを加算して、後述するデータライン入出力切換部190を介して表示パネルの列方向に配設されるデータラインDLに出力する機能を備えている。具体的には、各表示画素PXにおけるしきい値電圧を検出するしきい値電圧検出動作時においては、補償電圧DAC150から出力される検出用電圧Vpvを出力し、表示画素PX(発光素子)の発光動作を伴う階調表示動作時においては、階調電圧生成部130から出力される階調実効電圧Vrealと、補償電圧DAC150から出力される補償電圧Vpthとを合算して、その総和となる電圧成分を階調指定電圧Vdataとして出力し、また、表示画素PX(発光素子)の発光動作を伴わない無発光表示動作(黒表示動作)時においては、階調電圧生成部130から出力される無発光表示電圧Vzeroと補償電圧Vpthとを合算した階調指定電圧Vdata(0)(又は、無発光表示電圧Vzero)を出力する機能を備えている。
また、データライン入出力切換部(信号経路切換手段)190は、データラインDLを介して各表示画素PXに設けられた上記スイッチング素子(薄膜トランジスタ)のしきい値電圧を、検出電圧ADC140に取り込み、測定するための電圧検出側スイッチ191と、上記電圧加算部180から選択的に出力される検出用電圧Vpv、階調実効電圧Vreal、又は、無発光表示電圧Vzero(又は、階調指定電圧Vdata(0))をデータラインDLを介して各表示画素PXに供給するための電圧印加側スイッチ192と、を備えた構成を有している。
ここで、電圧検出側スイッチ191及び電圧印加側スイッチ192は、例えば、チャネル極性が異なる薄膜トランジスタ(電界効果型トランジスタ)により構成することができ、図1に示すように、電圧検出側スイッチ191としてpチャネル型の薄膜トランジスタを適用し、また、電圧印加側スイッチ192としてnチャネル型の薄膜トランジスタを適用することができる。これらの薄膜トランジスタのゲート端子(制御端子)は同一の信号線に接続され、当該信号線に印加される切換制御信号AZの信号レベルに基づいて、各々オン、オフ状態が制御される。
<表示画素>
また、本実施形態に係る表示画素PXは、図1に示すように、表示パネルの行方向(図面左右方向)に配設された選択ラインSLと列方向(図面上下方向)に配設されたデータラインDLとの各交点近傍に配置され、各々、例えば有機EL素子OELからなる電流制御型の発光素子と、当該発光素子に表示データに応じた電流値を有する発光駆動電流を供給するための発光駆動回路DCと、を備えた構成を有している。
発光駆動回路DCは、例えば、ゲート端子(第2の制御端子)が選択ラインSLに、ドレイン端子及びソース端子(第2の電流路の一端、他端)が所定の供給電圧Vscが印加される供給電圧ラインVL及び接点N11に各々接続された薄膜トランジスタ(第1のスイッチ手段)Tr11と、ゲート端子(第3の制御端子)が選択ラインSLに、ソース端子及びドレイン端子(第3の電流路の一端、他端)がデータラインDL及び接点N12に各々接続された薄膜トランジスタ(第2のスイッチ手段)Tr12と、ゲート端子(第1の制御端子)が接点N11にドレイン端子及びソース端子(第1の電流路の一端、他端)が供給電圧ラインVL及び接点(接続接点)N12に各々接続された薄膜トランジスタ(発光駆動素子)Tr13と、接点N11及び接点N12間(薄膜トランジスタTr13のゲート−ソース端子間)に接続されたコンデンサCsと、を備えた構成を有している。ここで、薄膜トランジスタTr13は、上述した表示駆動装置100において、上記検出電圧ADC140及びしきい値データラッチ部160によりしきい値電圧が測定される対象となる発光駆動用のトランジスタ素子に相当する。
また、有機EL素子(発光素子)OELは、アノード端子が上記発光駆動回路DCの接点N12に接続され、カソード端子には共通電圧Vcomが印加されている。ここで、共通電圧Vcomは、後述する表示駆動動作において、表示データに応じた階調信号(階調電流、又は、無発光表示電圧)が発光駆動回路DCに供給される書込動作期間においては、低電位(Vs)に設定される供給電圧Vscと等電位であるか、あるいは、当該供給電圧Vscよりも高い電位であって、かつ、有機EL素子(発光素子)OELに発光駆動電流が供給されて所定の輝度階調で発光動作する発光動作期間においては、高電位(Ve)に設定される供給電圧Vscよりも低電位となる、任意の電位(例えば、接地電位GND)に設定されている(Vs≦Vcom<Ve)。
ここで、コンデンサCsは、薄膜トランジスタTr13のゲート−ソース間に形成される寄生容量であってもよいし、該寄生容量に加えて接点N11及び接点N12間にさらに容量素子を並列に接続したものであってもよい。また、薄膜トランジスタTr11〜Tr13については、特に限定するものではないが、例えば薄膜トランジスタTr11〜Tr13を全てnチャネル型の薄膜トランジスタにより構成することにより、nチャネル型のアモルファスシリコン薄膜トランジスタを良好に適用することができる。この場合、すでに確立されたアモルファスシリコン製造技術を適用して、素子特性(電子移動度等)の安定したアモルファスシリコン薄膜トランジスタからなる発光駆動回路を比較的簡易な製造プロセスで製造することができる。以下の説明においては、薄膜トランジスタTr11〜Tr13を全てnチャネル型の薄膜トランジスタにより構成した場合について説明する。また、上記においては、発光駆動回路DCにより発光駆動される発光素子を有機EL素子OELとしたが、本発明における発光素子は有機EL素子OELに限定されるものではなく、電流制御型の発光素子であれば、例えば発光ダイオード等の他の発光素子であってもよい。
<表示駆動装置・表示画素の駆動制御方法>
次いで、上述したような構成を有する表示駆動装置において、表示画素の発光素子を発光動作させて階調表示を行う場合の駆動制御方法(駆動制御動作)について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る表示駆動装置100における駆動制御動作は、大別して、後述する表示駆動動作(書込動作、発光動作)に先立つ任意のタイミングで、表示パネルに配列された各表示画素PX(発光駆動回路DC)に設けられた発光駆動用の薄膜トランジスタTr13(スイッチング素子;発光駆動素子)のしきい値電圧を測定して記憶するしきい値電圧検出動作(しきい値電圧検出期間;第1のステップ)と、当該しきい値電圧検出動作の終了後、各表示画素PXに設けられた発光駆動用の薄膜トランジスタTr13に、当該薄膜トランジスタTr13に固有のしきい値電圧相当の電圧成分(補償電圧)と、表示データに応じた階調信号(所定の電圧値を有する階調実効電圧)とを合算した階調指定電圧を書き込んで、階調信号に応じた所望の輝度階調で有機EL素子OELを発光動作させる表示駆動動作(表示駆動期間)と、を含んで構成されている。
以下、各制御動作について説明する。
(しきい値電圧検出動作)
図2は、本実施形態に係る表示駆動装置におけるしきい値電圧検出動作を示すタイミングチャートである。また、図3は、本実施形態に係る表示駆動装置における電圧印加動作を示す概念図であり、図4は、本実施形態に係る表示駆動装置における電圧収束動作を示す概念図であり、図5は、本実施形態に係る表示駆動装置における電圧読取動作を示す概念図である。また、図6は、nチャネル型の薄膜トランジスタにおいて、ゲート−ソース間電圧を所定の条件に設定し、ドレイン−ソース間電圧を変調した際のドレイン−ソース間電流特性の一例を表した図である。
本実施形態に係る表示駆動装置におけるしきい値電圧検出動作は、図2に示すように、所定のしきい値電圧検出期間Tdec内に、表示駆動装置100からデータラインDLを介して、表示画素PXにしきい値電圧検出用の電圧(検出用電圧Vpv)を印加して、表示画素PXの発光駆動回路DCに設けられた発光駆動用の薄膜トランジスタTr13のゲート−ソース間に上記検出用電圧Vpvに対応する電圧成分を保持させる(すなわち、コンデンサCsに検出用電圧Vpvに応じた電荷を蓄積する)電圧印加期間(検出用電圧印加ステップ)Tpvと、当該電圧印加期間Tpvに薄膜トランジスタTr13のゲート−ソース間に保持した電圧成分(コンデンサCsに蓄積された電荷)の一部を放電して、薄膜トランジスタTr13のドレイン−ソース間電流Idsのしきい値電圧Vth13に相当する電圧成分(電荷)のみを薄膜トランジスタTr13のゲート−ソース間に保持させる(コンデンサCsに残留させる)電圧収束期間Tcvと、当該電圧収束期間Tcvの経過後に、薄膜トランジスタTr13のゲート−ソース間に保持された電圧成分(コンデンサCsに残留する電荷に基づく電圧値;しきい値電圧Vth13)を測定して、デジタルデータに変換してフレームメモリ170の所定の記憶領域に格納(記憶)する電圧読取期間(しきい値電圧検出ステップ)Trvと、を含むように設定されている(Tdec≧Tpv+Tcv+Trv)。
ここで、上記薄膜トランジスタTr13のドレイン−ソース間電流Idsのしきい値電圧Vth13とは、当該ドレイン−ソース間に僅かな電圧をさらに加えることによって薄膜トランジスタTr13のドレイン−ソース間電流Idsが流れ始める動作境界となる薄膜トランジスタTr13のゲート−ソース間電圧Vgsのことである。特に、本実施形態に係る電圧読取期間Trvにおいて測定されるしきい値電圧Vth13は、薄膜トランジスタTr13の製造初期状態のしきい値電圧に対して、駆動履歴(発光履歴)や使用時間等により変動(Vthシフト)が生じた後の、当該しきい値電圧検出動作の実行時点におけるしきい値電圧を示す。
以下、しきい値電圧検出動作に係る各動作期間についてさらに詳しく説明する。
(電圧印加期間)
まず、電圧印加期間Tpvにおいては、図2、図3に示すように、発光駆動回路DCの選択ラインSLにオンレベル(ハイレベル)の選択信号Sselが印加され、また、供給電圧ラインVLには、低電位の供給電圧Vsc(=Vs)が印加される。ここで、低電位の供給電圧Vsc(=Vs)は、共通電圧Vcom以下の電圧であればよく、例えば、接地電位GNDでもよい。
一方、このタイミングに同期して、切換制御信号AZがハイレベルに設定されて電圧印加側スイッチ192がオン状態、電圧検出側スイッチ191がオフ状態に設定されるとともに、階調電圧生成部130からの出力が停止、又は、遮断されることにより、補償電圧DAC150から出力されるしきい値電圧の検出用電圧Vpvが、電圧加算部180及びデータライン入出力切換部190(電圧印加側スイッチ192)を介して、データラインDLに印加される。
これにより、表示画素PXを構成する発光駆動回路DCに設けられた薄膜トランジスタTr11及びTr12がオン動作して、供給電圧Vscが薄膜トランジスタTr11を介して薄膜トランジスタTr13のゲート端子及びコンデンサCsの一端側(接点N11)に印加されるとともに、データラインDLに印加された上記検出用電圧Vpvが、薄膜トランジスタTr12を介して薄膜トランジスタTr13のソース端子及びコンデンサCsの他端側(接点N12)に印加される。
ここで、表示画素PX(発光駆動回路DC)において、有機EL素子OELに発光駆動電流を供給するnチャネル型の薄膜トランジスタTr13について、所定のゲート−ソース間電圧Vgsのときに、ドレイン−ソース間電圧Vdsを変調した場合のドレイン−ソース間電流Idsの変化特性を検証すると、図6に示すような特性図で表すことができる。
図6において、横軸は薄膜トランジスタTr13の分圧とそれに直列に接続された有機EL素子OELの分圧を表し、縦軸は薄膜トランジスタTr13のドレイン−ソース間の電流Idsの電流値を表している。図中の一点鎖線は、薄膜トランジスタTr13のゲート−ソース間のしきい値電圧の境界線であり、当該境界線の左側が不飽和領域であり、右側が飽和領域となっている。実線は、薄膜トランジスタTr13のゲート−ソース間電圧Vgsを最高輝度階調での発光動作時の電圧Vgsmax、及び、最高輝度階調以下の任意の(異なる)輝度階調での発光動作時の電圧Vgs1(<Vgsmax)、Vgs2(<Vgs1)にそれぞれ固定したときに、薄膜トランジスタTr13のドレイン−ソース間電圧Vdsを変調したときのドレイン−ソース間電流Idsの変化特性を示している。破線は、有機EL素子OELを発光動作させる場合の負荷特性線(EL負荷線)であり、当該EL負荷線の右側の電圧は、供給電圧Vsc−共通電圧Vcom間電圧(一例として、図中では20V)における有機EL素子OELの分圧となり、EL負荷線の左側が薄膜トランジスタTr13のドレイン−ソース間の電圧Vdsに相当する。この有機EL素子OELの分圧は、輝度階調が高くなる程、つまり薄膜トランジスタTr13のドレイン−ソース間電流Ids(発光駆動電流≒階調電流)の電流値が増大する程、漸次増大する。
図6において、不飽和領域では、薄膜トランジスタTr13のゲート−ソース間電圧Vgsを一定に設定した場合であっても、薄膜トランジスタTr13のドレイン−ソース間電圧Vdsが高くなるにつれてドレイン−ソース間電流Idsの電流値が顕著に大きくなる(変化する)。一方、飽和領域では、薄膜トランジスタTr13のゲート−ソース間電圧Vgsを一定に設定した場合、ドレイン−ソース間電圧Vdsが高くなっても薄膜トランジスタTr13のドレイン−ソース間電流Idsはあまり増加せず、ほぼ一定となる。
ここで、電圧印加期間Tpvにおいて、補償電圧DAC150からデータラインDL(さらには、表示画素PX(発光駆動回路DC)の薄膜トランジスタTr13のソース端子)に印加される上記検出用電圧Vpvは、低電位に設定された供給電圧Vsc(=Vs)よりも十分低く、かつ、図6に示した特性図において、薄膜トランジスタTr13のゲート−ソース間電圧Vgsが飽和特性を示す領域のドレイン−ソース間電圧Vdsが得られるような電圧値に設定されている。本実施形態においては、上記検出用電圧Vpvとして、例えば、補償電圧DAC150からデータラインDLに印加可能な最大電圧に設定するものであってもよい。
さらに、検出用電圧Vpvは、次の(1)式を満たすように設定されている。
|Vs−Vpv|>Vth12+Vth13 ・・・(1)
上記(1)式において、Vth12は、薄膜トランジスタTr12のゲート端子にオンレベルの選択信号Sselが印加されたときの薄膜トランジスタTr12のドレイン−ソース間のしきい値電圧である。また、薄膜トランジスタ13のゲート端子及びドレイン端子にはともに低電位の供給電圧Vsc(=Vs)が印加され、互いにほぼ等電位となっているので、Vth13は、薄膜トランジスタTr13のドレイン−ソース間電圧のしきい値電圧であり、当該薄膜トランジスタTr13のゲート−ソース間のしきい値電圧でもある。なお、Vth12+Vth13は経時的に徐々に高くなっていくが、常に(1)式を満たすように(Vs−Vpv)の電位差が大きく設定されている。
このように、薄膜トランジスタTr13のゲート−ソース間(すなわち、コンデンサCsの両端)に、薄膜トランジスタTr13のしきい値電圧Vth13よりも大きな電位差Vcp(両端電位Vc)が印加されることにより、この電圧Vcpに応じた大電流の検出用電流Ipvが、供給電圧ラインVLから薄膜トランジスタTr13のドレイン−ソース間を介して、補償電圧DAC150に向けて強制的に流れる。したがって、速やかにコンデンサCsの両端に該検出用電流Ipvに基づく電位差に対応する電荷が蓄積される(すなわち、コンデンサCsに電圧Vcpが充電される)。なお、電圧印加期間Tpvにおいては、コンデンサCsに電荷が蓄積されるばかりでなく、供給電圧ラインVLからデータラインDLに至る電流ルートのその他の容量成分にも、検出用電流Ipvが流れるため電荷の蓄積が行われる。
このとき、有機EL素子OELのカソード端子には、上記供給電圧ラインVLに印加される低電位の供給電圧Vsc(=Vs)以上の共通電圧Vcom(=GND)が印加されているので、有機EL素子OELのアノード−カソード間は、無電界状態又は逆バイアス状態に設定されることになり、有機EL素子OELには発光駆動電流が流れず発光動作は行われない。
(電圧収束期間)
次いで、上記電圧印加期間Tpv終了後の電圧収束期間Tcvにおいては、図2、図4に示すように、選択ラインSLにオンレベルの選択信号Sselが印加され、また、供給電圧ラインVLに低電位の供給電圧Vsc(=Vs)が印加された状態で、切換制御信号AZがローレベルに切換設定されることにより、電圧検出側スイッチ191がオン状態に設定されるとともに、電圧印加側スイッチ192がオフ状態に設定される。また、補償電圧DAC150からの検出用電圧Vpvの出力が停止される。これにより、薄膜トランジスタTr11、Tr12はオン状態を保持するため、表示画素PX(発光駆動回路DC)は、データラインDLとの電気的な接続状態は保持されるものの、当該データラインDLへの電圧印加が遮断されるので、コンデンサCsの他端側(接点N12)はハイインピーダンス状態に設定される。
このとき、上述した電圧印加期間TpvにおいてコンデンサCsに蓄積された電荷(両端電位Vc=Vcp>Vth13)により薄膜トランジスタTr13のゲート電圧が保持されることになり、薄膜トランジスタTr13はオン状態を保持して当該ドレイン−ソース間に電流が流れ続けるので、薄膜トランジスタTr13のソース端子側(接点N12;コンデンサCsの他端側)の電位がドレイン端子側(供給電圧ラインVL側)の電位に近づくように徐々に上昇していく。
これにより、コンデンサCsに蓄積された電荷の一部が放電されて、薄膜トランジスタTr13のゲート−ソース間電圧Vgsが低下することになり、最終的に薄膜トランジスタTr13のしきい値電圧Vth13に収束するように変化する。また、これに伴って、薄膜トランジスタTr13のドレイン−ソース間電流Idsが減少して、最終的に当該電流の流れが停止する。
なお、この電圧収束期間Tcvにおいても、有機EL素子OELのアノード端子(接点N12)の電位は、カソード端子側の共通電圧Vcomと同等であるか、又は、それ未満の電位を有しているので、有機EL素子OELには依然として無電圧又は逆バイアス電圧が印加されることになり、有機EL素子OELは発光動作しない。
(電圧読取期間)
次いで、上記電圧収束期間Tcv経過後の電圧読取期間Trvにおいては、図2、図5に示すように、電圧収束期間Tcvと同様に、選択ラインSLにオンレベルの選択信号Sselが印加され、また、供給電圧ラインVLに低電位の供給電圧Vsc(=Vs)が印加され、切換制御信号AZがローレベルに設定された状態で、データラインDLに電気的に接続された検出電圧ADC140及びしきい値データラッチ部160により、当該データラインDLの電位(検出電圧Vdec)を測定する。
ここで、上記電圧収束期間Tcv経過後のデータラインDLは、オン状態に設定された薄膜トランジスタTr12を介して、薄膜トランジスタTr13のソース端子(接点N12)側に接続された状態にあり、また、上述したように、当該薄膜トランジスタTr13のソース端子(接点N12)側の電位は、薄膜トランジスタTr13のしきい値電圧Vth13相当の電荷が蓄積されたコンデンサCsの他端側の電位に相当する。
一方、当該薄膜トランジスタTr13のゲート端子(接点N11)側の電位は、薄膜トランジスタTr13のしきい値電圧Vth13相当の電荷が蓄積されたコンデンサCsの一端側の電位であって、このとき、オン状態に設定された薄膜トランジスタTr11を介して、低電位の供給電圧Vscに接続された状態にある。
これにより、検出電圧ADC140により測定されるデータラインDLの電位は、薄膜トランジスタTr13のソース端子側の電位、又は、当該電位に対応する電位に相当することになるので、当該検出電圧Vdecと予め設定電圧が判明している低電位の供給電圧Vsc(例えば、接地電位GND)との差分(電位差)に基づいて、薄膜トランジスタTr13のゲート−ソース間電圧Vgs(コンデンサCsの両端電位Vc)、すなわち、薄膜トランジスタTr13のしきい値電圧Vth13、又は、当該しきい値電圧Vth13に対応する電圧を検出することができる。
そして、このようにして検出された薄膜トランジスタTr13のしきい値電圧Vth13(アナログ信号電圧)は、検出電圧ADC140によりデジタル信号電圧からなるしきい値検出データに変換されて、しきい値データラッチ部160に一旦保持された後、1行分の各表示画素PXのしきい値検出データを、シフトレジスタ・データレジスタ部110により順次読み出して、フレームメモリ170の所定の記憶領域に格納(記憶)する。ここで、各表示画素PXの発光駆動回路DCに設けられた薄膜トランジスタTr13のしきい値電圧Vth13は、各表示画素PXにおける駆動履歴(発光履歴)等により変動(Vthシフト)の度合いが異なるため、フレームメモリ170には、各表示画素PX固有のしきい値検出データが記憶されることになる。
このような一連のしきい値電圧検出動作は、後述する表示駆動動作に先立つ任意のタイミング、例えば、システム(表示装置)の起動時や休止状態からの復起時等に実行され、後述する表示装置の駆動制御方法においても説明するように、表示パネルに配列された全ての表示画素について所定のしきい値電圧検出期間内に実行される。
(表示駆動動作:階調表示動作)
まず、上述したような構成を有する表示駆動装置及び表示画素において、発光素子を所望の輝度階調で発光動作(階調表示動作)させる場合の駆動制御方法について、図面を参照して説明する。
図7は、本実施形態に係る表示駆動装置において階調表示動作を行う場合の駆動制御方法を示すタイミングチャートである。また、図8は、本実施形態に係る駆動制御方法(階調表示動作)においてデータ書込動作を示す概念図であり、図9は、本実施形態に係る駆動制御方法(階調表示動作)において発光動作を示す概念図である。
本実施形態に係る表示駆動装置における表示駆動動作は、図7に示すように、所定の表示駆動期間(1処理サイクル期間)Tcyc内に、表示駆動装置100からデータラインDLを介して、表示画素PXに所定の補償電圧Vpthと表示データに応じた階調実効電圧Vrealとに基づく電圧、例えば、補償電圧Vpthと階調実効電圧Vrealとを合算した総和となる電圧、を階調指定電圧Vdataとして印加して、表示画素PXの発光駆動回路DCに設けられた発光駆動用の薄膜トランジスタTr13のゲート−ソース間に、当該薄膜トランジスタTr13のドレイン−ソース間電流Idsのしきい値電圧Vth13相当の電圧成分、及び、表示データ(階調実効電圧)に応じた電圧成分を保持させる(書き込む)書込動作期間(第2乃至第4のステップ、データ書込ステップ)Twrtと、上記薄膜トランジスタTr13のゲート−ソース間に保持された全電圧成分(コンデンサCsに蓄積された総電荷量)に基づいて、表示データに応じた電流値を有する発光駆動電流を有機EL素子OELに流して、所定の輝度階調で発光動作させる発光動作期間(階調発光ステップ)Temと、を含むように設定されている(Tcyc≧Twrt+Tem)。
ここで、本実施形態に係る表示駆動期間Tcycに適用される1処理サイクル期間は、例えば、表示画素PXが1フレームの画像のうちの1画素分の画像情報を表示するのに要する期間に設定される。すなわち、後述する表示装置の駆動制御方法において説明するように、複数の表示画素PXを行方向及び列方向にマトリクスに配列した表示パネルに、1フレームの画像を表示する場合、上記1処理サイクル期間Tcycは、1行分の表示画素PXが1フレームの画像のうちの1行分の画像を表示するのに要する期間に設定される。
以下、表示駆動動作に係る各動作期間についてさらに詳しく説明する。
(書込動作期間)
まず、書込動作期間Twrtにおいては、図7、図8に示すように、発光駆動回路DCの選択ラインSLにオンレベル(ハイレベル)の選択信号Sselが印加され、また、供給電圧ラインVLには、低電位の供給電圧Vsc(=Vs;例えば、接地電位GND)が印加される。
これにより、発光駆動回路DCに設けられた薄膜トランジスタTr11及びTr12がオン動作して、供給電圧Vscが薄膜トランジスタTr11を介して薄膜トランジスタTr13のゲート端子(接点N11;コンデンサCsの一端側)に印加されるとともに、薄膜トランジスタTr13のソース端子(接点N12)が薄膜トランジスタTr12を介して、データラインDLに電気的に接続される。
一方、このタイミングに同期して、切換制御信号AZがハイレベルに設定されて電圧印加側スイッチ192がオン状態、電圧検出側スイッチ191がオフ状態に設定されるとともに、電圧加算部180に対して、補償電圧DAC150により生成された補償電圧Vpthが出力される(第2のステップ、補償電圧生成ステップ)とともに、階調電圧生成部130により生成された階調実効電圧Vrealが出力される(第3のステップ、階調電圧生成ステップ)。
電圧加算部180においては、補償電圧DAC150から出力される補償電圧Vpthと階調電圧生成部130から出力される階調実効電圧Vrealが合算されて、その総和となる電圧成分が階調指定電圧Vdataとして、データライン入出力切換部190(電圧印加側スイッチ192)を介してデータラインDLに印加される。ここで、階調指定電圧Vdataの電圧極性は、供給電圧ラインVLから薄膜トランジスタTr13、接点N12、薄膜トランジスタTr12、データラインDLを介して、電圧加算部180方向に電流が流れる極性に設定される。
これにより、表示画素PX(発光駆動回路DC)に設けられた薄膜トランジスタTr11がオン動作して、低電位の供給電圧Vsc(=Vs)が薄膜トランジスタTr11を介して薄膜トランジスタTr13のゲート及びコンデンサCsの一端側(接点N11)に印加されるとともに、薄膜トランジスタTr12がオン動作して、データラインDLを介して上記供給電圧Vscに対して低電位に設定された階調指定電圧Vdataが薄膜トランジスタTr13のソース端子側(接点N12;コンデンサCsの他端側)に印加されることにより、薄膜トランジスタTr13のゲート−ソース間(コンデンサCsの両端)に、当該階調指定電圧Vdataと低電位の供給電圧Vscとの差分に相当する電圧成分(供給電圧Vscが接地電位GNDの場合には、階調指定電圧Vdata相当の電圧成分)が保持される(第4のステップ、データ書込みステップ)。
すなわち、薄膜トランジスタTr13のゲート−ソース間に接続されたコンデンサCsの両端に、薄膜トランジスタTr13に固有のしきい値電圧Vth13と階調実効電圧Vrealとの総和(Vth13+Vreal)に相当する電位差が生じることにより、当該電位差に応じた電荷が蓄積される。この書込動作により薄膜トランジスタTr13のゲート−ソース間に形成される電位差は、当該薄膜トランジスタTr13に固有のしきい値電圧Vth13を上回る電圧値となるため、薄膜トランジスタTr13はオン動作して、供給電圧ラインVLから薄膜トランジスタTr13、接点N12、薄膜トランジスタTr12、データラインDLを介して、表示駆動装置100(電圧加算部180)方向に電流が流れる。
ここで、書込動作期間Twrtにおいて、補償電圧DAC150から出力される補償電圧Vpthは、上述したしきい値電圧検出動作において、検出電圧ADC140及びしきい値データラッチ部160により各表示画素PXごとに検出され、フレームメモリ170に各表示画素PXごとに個別に記憶されたしきい値検出データに基づいて、各表示画素PX(発光駆動回路DC)の薄膜トランジスタTr13に固有のしきい値電圧Vth13を補償する電圧値を有するものであって、上記補償電圧Vpthの印加により、当該薄膜トランジスタTr13のゲート−ソース間(コンデンサCsの両端)にしきい値電圧Vth13相当の電圧成分を保持させることができる電圧値に設定されている。
より具体的には、上述したように、表示画素PXに設けられる発光駆動回路DCを構成する薄膜トランジスタTr11〜Tr13として、nチャネル型のアモルファスシリコン薄膜トランジスタを適用した場合、アモルファスシリコン薄膜トランジスタのしきい値電圧が変動する現象(Vthシフト)が発生しやすいという素子特性を有している。ここで、Vthシフトにおけるしきい値電圧の変動量は、当該薄膜トランジスタの駆動履歴や使用時間等に起因するため、各薄膜トランジスタごとに当該変動量が異なる。
そこで、本実施形態においては、上記しきい値電圧検出動作により、各表示画素PXにおいて、有機EL素子(発光素子)OELの発光輝度を設定する発光駆動用の薄膜トランジスタTr13について、Vthシフト後のしきい値電圧検出動作実行時点におけるしきい値電圧を個別に検出して、フレームメモリ170にしきい値検出データとして記憶し、当該表示画素について表示データを書き込む際に、各薄膜トランジスタに固有のしきい値電圧相当の電圧成分を保持させることにより、上記Vthシフトによるしきい値電圧の変動分を補償するようにしている。
したがって、薄膜トランジスタTr13のしきい値電圧Vth13が発光履歴(駆動履歴)等によりVthシフトした場合であっても、階調信号(表示データ)に適切に対応した電圧成分(階調実効電圧Vreal)を書込動作期間Twrt内に迅速かつ十分に書き込むことができる。
また、このとき、供給電圧ラインVLには、低電位の供給電圧Vsc(=Vs)が印加され、さらに、接点N12には、供給電圧Vscよりもさらに低い階調指定電圧Vdataが印加されることから、有機EL素子OELのアノード端子(接点N12)に印加される電位はカソード端子の電位Vcom(GND)以下になるので、有機EL素子OELに逆バイアス電圧が印加されることになり、有機EL素子OELには発光駆動電流が流れず、発光動作は行われない。
(発光動作期間)
次いで、書込動作期間Twrt終了後の発光動作期間Temにおいては、図7、図9に示すように、選択ラインSLにオフレベル(ローレベル)の選択信号Sselが印加され、供給電圧ラインVLに高電位の供給電圧Vsc(=Ve)が印加される。また、このタイミングに同期して、階調電圧生成部130による上記階調実効電圧Vreal、及び、補償電圧DAC150による補償電圧Vpthの出力動作が停止される。
これにより、発光駆動回路DCに設けられた薄膜トランジスタTr11及びTr12がオフ動作して、供給電圧Vscの薄膜トランジスタTr13のゲート端子(接点N11;コンデンサCsの一端側)及びドレイン端子への印加が遮断されるとともに、データラインDLと薄膜トランジスタTr13のソース端子(接点N12;コンデンサCsの他端側)との電気的な接続が遮断されるので、上述した書込動作期間TwrtにおいてコンデンサCsに蓄積された電荷が保持される。
なお、発光動作期間Temにおいて、供給電圧ラインVLに印加される高電位の供給電圧Vsc(=Ve)は、有機EL素子OELを最高輝度階調(MSB)で発光動作させる際に必要となるアノード電圧以上の電圧値(有機EL素子OELのカソード側に接続された電圧Vcomに対して、順バイアスとなる正の電圧)になるように設定されている。
具体的には、高電位の供給電圧Vsc(=Ve)は、下記の(2)式を満たすような電圧値に設定される。
|Ve−Vcom|>Vdsmax+Velmax ・・・(2)
上記(2)式において、Vdsmaxは、最高輝度階調で発光動作させる際の階調指定電圧Vdataを印加する場合に、薄膜トランジスタTr13のドレイン−ソース間が発光動作期間Temで図6に示した飽和領域に達するような薄膜トランジスタTr13のドレイン−ソース間の最高電圧値である。また、Velmaxは、最高輝度階調時の有機EL素子OELの分圧である。
このように、上記書込動作時にコンデンサCsに充電された電圧成分の総和(Vth13+Vreal)がコンデンサCsの両端電位Vcとして保持されることにより、薄膜トランジスタTr13のゲート−ソース間電圧Vgs(すなわち、接点N11の電位)が保持されることになり、薄膜トランジスタTr13はオン状態を維持する。
したがって、発光動作期間Temに、図10に示すように、供給電圧ラインVLから薄膜トランジスタTr13、接点N12を介して、有機EL素子OEL方向に発光駆動電流Iemが流れ、有機EL素子OELが該発光駆動電流Iemの電流値に応じた所定の輝度階調で発光する。ここで、発光動作期間TemにコンデンサCsに保持される電荷(両端電位Vc)は、上述したように、薄膜トランジスタTr13において階調指定電圧Vdata(Vth13+Vreal)に対応する電位差に相当するので、有機EL素子OELに流れる発光駆動電流Iemは、階調指定電圧Vdataに含まれる階調実効電圧Vrealに基づいて、所定の発光状態(輝度階調)に対応する電流値(Iem≒Idata)を有することになり、有機EL素子OELは表示データ(階調実効電圧)に応じた輝度階調で継続的に発光する。
このように、本実施形態に係る表示駆動装置及び表示画素によれば、表示データの書込動作期間に薄膜トランジスタTr13のゲート−ソース間にしきい値電圧Vth13相当の電圧成分、及び、表示データに応じた階調実効電圧Vreal相当の電圧成分の総和を保持させることにより、実質的に階調実効電圧Vrealに応じた電圧成分(階調電圧Vdata)に基づいて、有機EL素子(発光素子)OELに流す発光駆動電流Iemを制御して、所定の輝度階調で発光動作させる電圧階調指定方式の駆動制御方法を適用することができる。
したがって、発光素子を発光動作させる際の輝度階調(特に、低階調動作)に応じて、表示データ(階調信号)の書込不足が発生する電流階調指定方式に比較して、低階調動作時においても、階調信号(階調指定電圧)を各表示画素に迅速に書き込むことができ、全ての輝度階調において表示データに応じた適切な発光動作を実現することができる。
特に、書込動作時に、発光素子の発光輝度を設定するための階調実効電圧に加え、しきい値電圧検出動作により取得した各表示画素のスイッチング素子に固有のしきい値電圧相当の電圧成分を保持させることにより、スイッチング素子の駆動履歴や使用時間等に起因してしきい値電圧が変動するVthシフトが発生した場合であっても、当該スイッチング素子を確実に動作境界付近に設定した状態に、表示データに応じた電圧成分を上乗せして保持させた状態に設定することができるので、アモルファスシリコン薄膜トランジスタをスイッチング素子に適用した場合であってもVthシフトの影響を抑制して、表示データに応じた適切な発光動作を実現することができる。
また、階調指定電圧として、階調実効電圧と、各表示画素のスイッチング素子に固有のしきい値電圧とを合算した電圧値になるように設定することができるので、階調実効電圧を、スイッチング素子のしきい値電圧を考慮することなく、表示データ(輝度階調データ)のみに対応した電圧値に設定することができる。したがって、階調電圧生成部における階調実効電圧生成のための処理負担が軽減される。
なお、本実施形態においては、表示駆動動作に先立って実行されるしきい値電圧検出動作において、電圧印加期間Tpvに各表示画素PXの発光駆動回路DC(薄膜トランジスタTr13のソース端子側)に印加する検出用電圧Vpvを、補償電圧DAC150から電圧加算部180及び電圧印加側スイッチ192を介して、データラインDLに印加する表示駆動装置の構成及び駆動制御方法を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、以下に示すように、検出用電圧VpvをデータラインDLに印加するための専用電源を備えるものであってもよい。
図10は、本実施形態に係る表示駆動装置の他の構成例を示す要部構成図である。ここで、上述した実施形態と同等の構成についてはその説明を省略する。
本構成例に係る表示駆動装置は、図10に示すように、上述した表示駆動装置100の構成(図1参照)に加え、補償電圧DAC150とは別個に、検出用電圧Vpvを出力する検出用電圧電源151を備えた構成を有するとともに、電圧加算部180への電圧成分の入力源として上記補償電圧DAC150(補償電圧Vpth)、及び、階調電圧生成部130(階調実効電圧Vreal、無発光表示電圧Vzero)に加え、当該検出用電圧電源151(検出用電圧Vpv)が接続された構成を有している。
これによれば、上述した電圧印加期間Tpvにおいて、補償電圧DAC150及び階調電圧生成部130からの出力を停止、又は、遮断した状態に設定する制御のみで、検出用電圧電源190からの検出用電圧Vpvを、電圧加算部180を介してデータラインDLに印加することができるので、補償電圧DAC150における検出用電圧Vpvの出力動作のための処理負担を軽減することができる。
(表示駆動動作:無発光表示動作)
次いで、上述したような構成を有する表示駆動装置及び表示画素において、発光素子を発光動作させない無発光表示(黒表示)動作を行う場合の駆動制御方法について、図面を参照して説明する。
図11は、本実施形態に係る表示駆動装置において無発光表示動作を行う場合の駆動制御方法の一例を示すタイミングチャートである。また、図12は、本実施形態に係る駆動制御方法(無発光表示動作)においてデータ書込動作を示す概念図であり、図13は、本実施形態に係る駆動制御方法(無発光表示動作)において無発光動作を示す概念図である。ここで、上述した階調表示動作と同等の駆動制御についてはその説明を簡略化又は省略する。
本実施形態に係る表示駆動装置における駆動制御動作は、図11に示すように、上述したしきい値電圧検出動作(しきい値電圧検出期間Tdec)の後に、各表示画素PXに設けられた発光駆動用の薄膜トランジスタTr13に固有のしきい値電圧Vth13相当の電圧成分を保持させる補償電圧Vpthと、当該しきい値電圧Vth13相当の電圧成分を放電して、十分低い電圧を保持させるための無発光表示電圧Vzeroとを合算した階調指定電圧Vdata(0)を印加して、有機EL素子OELを無発光状態に設定する表示駆動動作(表示駆動期間)を実行する制御方法により構成されている。
なお、有機EL素子OELを無発光状態に設定するための階調指定電圧Vdata(0)としては、上述した電圧加算部180により補償電圧Vpthと無発光表示電圧Vzeroとを合算した電圧成分を用いる手法のほか、例えば、各表示画素PXに設けられた発光駆動用の薄膜トランジスタTr13に固有のしきい値電圧Vth13よりも十分低い電圧成分を保持させることができる一定の電圧値を有する無発光表示電圧Vzeroのみを用いる手法を適用するものであってもよい。
すなわち、上述した階調表示動作を実行する際の駆動制御動作においては、当該表示駆動動作(表示駆動期間Tcyc)における書込動作期間Twrtから発光動作期間Temに移行する際に、供給電圧Vscが低電位(Vs)から高電位(Ve)に変位するように設定される。このため、薄膜トランジスタTr11に寄生する容量成分等に保持される電荷の変位により、薄膜トランジスタTr13のゲート端子(接点N11)に印加される電位(ゲート電位)が上昇してしまうという現象が生じる。
ここで、表示データに基づく輝度階調が最低階調(黒表示状態)の場合、当該輝度階調に対応させて階調実効電圧の電圧値を微小な状態又は0Vとした場合、階調指定電圧Vdataは実質的に補償電圧Vpthと同等となり、書込動作期間TwrtにおいてコンデンサCsに充電される電圧(両端電位Vc)は、薄膜トランジスタTr13に固有のしきい値電圧Vth13の近傍となる。そのため、上記書込動作期間Twrtから発光動作期間Temへの移行により、僅かなゲート電位の変動が生じた場合であっても、薄膜トランジスタTr13がオン動作して発光駆動電流Iemが流れてしまい、表示データに応じた無発光表示(黒表示)動作が実現されなくなる(すなわち、無発光表示動作が不安定になる)可能性がある。
このような無発光表示動作を安定化させるためには、発光動作期間Temにおいて、コンデンサCsに充電された電圧成分が放電されて、薄膜トランジスタTr13のゲート−ソース間電圧Vgs(コンデンサCsの両端電位Vc)が、当該薄膜トランジスタTr13に固有のしきい値電圧Vth13よりも十分低く設定されていること、より望ましくは、0V(すなわち、接点N11と接点N12が等電位)に設定されていることが望ましい。
このような電圧状態を実現するために、従来技術に示したような電流階調指定方式の駆動制御方法を適用した場合、黒表示に対応した微小な電流値の階調電流(階調信号)を供給して書込動作を行う必要があり、コンデンサCsに蓄積された電荷を放電してゲート−ソース間電圧Vgsを所望の電荷量(電圧値)にするために比較的長い時間を必要とする。特に、1つ前の表示駆動期間(1処理サイクル期間)Tcycの書込動作期間Twrtにおいて、コンデンサCsに充電された電圧成分(両端電位Vc)が最高輝度階調電圧に近い程、コンデンサCsに蓄積されている電荷量が多いため、所望の電圧値になるように電荷を放電するためにより長い時間を要することとなる。
そこで、本実施形態に係る表示駆動装置においては、図1に示すように、階調電圧生成部130に、表示データに応じた所定の輝度階調で有機EL素子(発光素子)OELを発光動作させるための階調実効電圧Vrealを生成して供給する手段に加え、有機EL素子OELを発光動作させずに最も暗い表示(黒表示)動作をさせるための無発光表示電圧Vzeroを生成して供給する手段を備え、最低輝度階調(黒表示状態)時に、補償電圧DAC150により生成される補償電圧Vpthと無発光表示電圧Vzeroとに基づく電圧成分(階調指定電圧Vdata(0))を、データラインDLに印加する、もしくは、無発光表示電圧Vzeroを直接印加するように構成されている。
なお、本実施形態においては、階調電圧生成部130により無発光表示電圧Vzeroを生成して出力する場合について示すが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、階調電圧生成部130とは別個に無発光表示電圧Vzeroを出力するための専用電源を備えるものであってもよい。
そして、このような構成を有する表示駆動装置における駆動制御方法は、上述したしきい値電圧検出動作の終了後の表示駆動動作において、図11に示すように、所定の表示駆動期間(1処理サイクル期間)Tcyc内に、表示画素PXに補償電圧Vpthと無発光表示電圧Vzero(上述した階調実効電圧Vrealに相当する)とに基づく電圧、例えば、補償電圧Vpthと無発光表示電圧Vzeroとを合算した総和となる電圧、を階調指定電圧Vdata(0)として印加して、発光駆動回路DCに設けられた発光駆動用の薄膜トランジスタTr13のゲート−ソース間(コンデンサCsの両端)に保持された(残留する)電荷のほぼ全てを放電して、薄膜トランジスタTr13のゲート−ソース間電圧Vgsを0Vに設定する書込動作期間Twrtと、有機EL素子OELを発光動作させない(無発光動作させる)発光動作期間Temと、を含むように設定されている(Tcyc≧Twrt+Tem)。
すなわち、上述した階調表示動作を実行する際の駆動制御動作と同様に、書込動作期間Twrtにおいて、図12に示すように、表示駆動装置100(階調電圧生成部130)から、例えば、低電位の供給電圧Vsc(=Vs)と等電位の階調指定電圧(補償電圧と無発光表示電圧との総和)をデータライン入出力切換部190及びデータラインDLを介して、表示画素PX(発光駆動回路DC)に設けられた発光駆動用の薄膜トランジスタTr13のゲート−ソース間(コンデンサCs)、具体的には、当該薄膜トランジスタTr13のソース端子側(接点N12)に直接印加して、上記ゲート−ソース間電圧Vgs(コンデンサCsの両端電位Vc)を0Vに設定する。
このように、コンデンサCsに蓄積された電荷のほぼ全てが放電され、薄膜トランジスタTr13のゲート−ソース電圧Vgsが、当該薄膜トランジスタTr13に固有のしきい値電圧Vth13よりも十分低い電圧値(略0V)に設定されるので、書込動作期間Twrtから発光動作期間Temに移行する際に、供給電圧Vscが低電位(Vs)から高電位(Ve)に変位して薄膜トランジスタTr13のゲート電位(接点N11の電位)が僅かながら上昇したとしても、図13に示すように、薄膜トランジスタTr13はオン動作せず(オフ状態を保持して)、有機EL素子OELには発光駆動電流Iemが供給されず、発光動作は行われない(無発光状態となる)。
これにより、無発光表示動作時に、データラインDLを介して無発光表示データに対応した電流値を有する階調信号(階調電流)を供給して、薄膜トランジスタTr13のゲート−ソース間に接続されたコンデンサCsに蓄積された電荷のほぼ全てを放電する場合に比較して、無発光表示データの書込動作に要する時間を短縮しつつ、有機EL素子OELの無発光状態(無発光表示動作)を確実に実現することができる。したがって、上述した通常の階調表示を行うための表示駆動動作に加え、無発光表示を行うための表示駆動動作を、表示データ(輝度階調データ)に応じて切換制御することにより、所望の階調数(例えば、256階調)の発光動作を、比較的高輝度かつ鮮明に実現することができる。
なお、本実施形態に係る表示画素PXにおいては、図1に示したように、発光駆動回路DCに設けられる薄膜トランジスタTr11〜Tr13として、いずれもnチャネル型のアモルファスシリコン薄膜トランジスタを適用した構成を示したが、ポリシリコン薄膜トランジスタを適用するものであってもよく、さらに、全てpチャネル型のアモルファスシリコン薄膜トランジスタを適用するものであってもよい。ここで、全てpチャネル型を適用した場合、信号のオンレベル、オフレベルのハイ、ローが反転するように設定される。
ここで、表示画素PX(発光駆動回路DC)に設けられる薄膜トランジスタTr11〜Tr13として、アモルファスシリコン薄膜トランジスタを適用した場合、上述したように、すでに確立されたアモルファスシリコン製造技術を適用して、素子特性(電子移動度等)の均一なアモルファスシリコン薄膜トランジスタからなる発光駆動回路を比較的簡易な製造プロセスで製造することができる。
そして、この場合、アモルファスシリコン薄膜トランジスタにおいては、駆動履歴によるしきい値電圧の変動(Vthシフト)が顕著であるが、本発明に適用される表示駆動装置及びその駆動制御方法によれば、表示データの書込動作において、各表示画素PX(発光駆動回路DC)に設けられる発光駆動用の薄膜トランジスタTr13に固有のしきい値電圧(Vthシフトにより変動した後のしきい値電圧)を検出して、当該しきい値電圧に対応する電圧成分を、階調実効電圧とともに印加して保持させるように制御されるので、各表示画素PXにおいて薄膜トランジスタTr13のしきい値電圧の変動状況にかかわらず、常に動作境界となる状態(変動したしきい値電圧を補償した状態)に、表示データに応じた階調実効電圧が上乗せして保持された状態に設定することができ、当該階調実効電圧に応じた輝度階調で有機EL素子を発光動作させることができる。
また、本実施形態においては、図1に示したように、各表示画素PXに設けられる発光駆動回路DCにより生成された発光駆動電流を、発光素子である有機EL素子OELに流し込む形態の回路構成を示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
図14は、本発明に適用される表示駆動装置により駆動制御される表示画素の他の実施形態を示す要部構成図である。ここで、上述した実施形態と同等の構成については、同一又は同等の符号を付して説明する。
例えば、図14に示すように、表示画素PX2として、ゲート端子が選択ラインSLに、ソース端子及びドレイン端子が接点N21及び接点N22に各々接続された薄膜トランジスタTr21と、ゲート端子が選択ラインSLに、ソース端子及びドレイン端子がデータラインDL及び接点N22に各々接続された薄膜トランジスタTr22と、ゲート端子が接点N21に、ドレイン端子が接点N22に各々接続され、ソース端子に共通電圧Vcom(例えば、接地電位GND)が印加された薄膜トランジスタTr23と、接点N21に一端側が接続され、他端側に共通電圧Vcomが印加されたコンデンサCsと、からなる発光駆動回路DC2、及び、アノード端子が所定の供給電圧Vscが印加される供給電圧ラインVLに接続され、カソード端子が接点N21に各々接続された有機EL素子OELを備えた構成を適用することができる。
この表示画素PX2においては、書込動作期間に階調指定電圧に応じた電圧成分が、発光駆動用の薄膜トランジスタTr23のゲート−ソース間(コンデンサCsの両端)に保持され、発光動作期間に当該電圧成分に基づいて薄膜トランジスタTr23がオン動作して、供給電圧ラインVLから有機EL素子OEL、接点N22及び薄膜トランジスタTr23を介して、共通電圧Vcom方向に所定の電流値を有する発光駆動電流が流れる(発光駆動回路DC2により引き抜く)ことにより、有機EL素子OELが表示データ(階調指定電圧)に応じた所定の輝度階調で発光動作させることができる。
さらに、本実施形態においては、図1、図14に示したように、各表示画素PXに設けられる発光駆動回路DCとして、3個の薄膜トランジスタTr11〜Tr13を備えた回路構成を示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、電圧階調指定方式に対応した発光駆動回路であって、単一の薄膜トランジスタを用いて、表示データに応じて印加された階調指定電圧に対応した電圧成分(電荷)をコンデンサ又は寄生容量に保持(蓄積)する電圧保持機能、及び、該保持された電圧成分に基づいて発光素子(有機EL素子)に供給する発光駆動電流を制御する発光駆動機能を実現するものであれば、他の回路構成を有するものであってもよいことはいうまでもない。
<表示装置>
次に、本発明に係る表示装置及びその駆動制御方法について、図面を参照して説明する。
図15は、本発明に係る表示装置の全体構成の一例を示す概略ブロック図であり、図16は、本実施形態に係る表示装置に適用される表示パネル及びその周辺回路(選択ドライバ、電源ドライバ)の一例を示す概略構成図である。ここで、上述した実施形態に示した表示駆動装置及び表示画素(発光駆動回路)と同等の構成については、同一又は同等の符号を付して、上述した図面を適宜参照しながら説明する。
図15、図16に示すように、本実施形態に係る表示装置200は、概略、行方向に配設された複数の選択ライン(選択線)SLと列方向に配設された複数のデータライン(データ線)DLとの各交点近傍に、上述した実施形態と同等の回路構成を有する発光駆動回路DC及び有機EL素子(発光素子)OELを備えた複数の表示画素PXがn行×m列(n、mは、任意の正の整数)からなるマトリクス状に配列された表示パネル210と、該表示パネル210の選択ラインSLに接続され、各選択ラインSLごとに順次所定のタイミングで選択信号Sselを印加する選択ドライバ(選択駆動部)220と、選択ラインSLの各々に並行して行方向に配設された供給電圧ラインVLに接続され、各供給電圧ラインVLごとに順次所定のタイミングで所定の電圧レベルの供給電圧Vscを印加する電源ドライバ(電源駆動部)230と、表示パネル210のデータラインDLに接続され、上述したしきい値電圧検出期間Tdecに、各データラインDLを介して各列の表示画素PX(発光駆動回路DC)に設けられた発光駆動用のスイッチング素子(薄膜トランジスタ)の当該時点のしきい値電圧を検出するとともに、表示駆動期間Tcycに、各データラインDLを介して各列の表示画素PXに、当該表示画素PXのスイッチング素子に固有のしきい値電圧に対応した補償電圧Vpth、及び、各表示データに応じた階調実効電圧Vreal(又は、無発光表示電圧Vzero)に基づく電圧、例えば補償電圧Vpthと階調実効電圧Vrealとの総和からなる電圧、を階調指定電圧Vdataとして供給するデータドライバ(データ駆動部)240と、後述する表示信号生成回路260から供給されるタイミング信号に基づいて、少なくとも上記選択ドライバ220及び電源ドライバ230、データドライバ240の動作状態を制御する選択制御信号及び電源制御信号、データ制御信号(タイミング制御信号)を生成して出力するシステムコントローラ250と、例えば、表示装置200の外部から供給される映像信号に基づいて、デジタル信号からなる表示データ(輝度階調データ)を生成してデータドライバ240に供給するとともに、該表示データに基づいて表示パネル210に所定の画像情報を表示するためのタイミング信号(システムクロック等)を抽出、又は、生成して上記システムコントローラ250に供給する表示信号生成回路260と、を備えて構成されている。
以下、上記各構成について具体的に説明する。
(表示パネル)
図15に示した表示パネル210に配列された各表示画素PXは、上述した実施形態(図1、図14参照)に示した表示画素と同様に、選択ドライバ220から選択ラインSLを介して印加される選択信号Ssel、及び、電源ドライバ230から供給電圧ラインVLを介して印加される供給電圧Vsc、データドライバ240からデータラインDLを介して供給される階調指定電圧Vdataに基づいて、表示データに応じた発光駆動電流Iemを生成する発光駆動回路DCと、該発光駆動回路DCから供給される発光駆動電流Iemの電流値に応じて所定の輝度階調で発光動作する有機EL素子(発光素子)OELと、を有して構成されている。なお、本実施形態においては、上述した実施形態(図1参照)と同様に、発光素子として有機EL素子OELを適用した場合について示すが、発光駆動電流の電流値に応じて所定の輝度階調で発光動作を行う電流制御型の発光素子であれば、他の発光素子であってもよい。
(選択ドライバ)
選択ドライバ220は、システムコントローラ250から供給される選択制御信号に基づいて、各選択ラインSLにオンレベル(上述した表示画素においては、ハイレベル)の選択信号Sselを印加することにより、各行ごとの表示画素PXを選択状態に設定する。具体的には、各行の表示画素PXについて、しきい値電圧検出期間Tdec、及び、表示駆動期間Tcycにおける書込動作期間Twrt中、選択信号Sselを当該行の選択ラインSLに印加する動作を、所定のタイミングで各行ごとに順次実行することにより、各行ごとの表示画素PXを順次選択状態に設定する。
ここで、選択ドライバ220は、例えば、図16に示すように、後述するシステムコントローラ250から選択制御信号として供給される選択クロック信号SCK及び選択スタート信号SSTに基づいて、各行の選択ラインSLに対応するシフト信号を順次出力する周知のシフトレジスタ221と、該シフトレジスタ221から出力されるシフト信号を所定の信号レベル(オンレベル)に変換して、システムコントローラ250から選択制御信号として供給される出力制御信号SOEに基づいて、各選択ラインSLに選択信号Sselとして出力する出力回路部(出力バッファ)222と、を備えた構成を有している。
(電源ドライバ)
電源ドライバ230は、システムコントローラ250から供給される電源制御信号に基づいて、各行の表示画素PXについて、発光動作期間中のみ高電位の供給電圧Vsc(=Ve)を当該行の供給電圧ラインVLに印加し、発光動作期間以外の動作期間(しきい値電圧検出期間Tdec、及び、表示駆動期間Tcycにおける書込動作期間Twrt)中、低電位の供給電圧Vsc(=Vs)を印加する。
ここで、電源ドライバ230は、例えば、図16に示すように、上述した選択ドライバ220と同様に、システムコントローラ250から電源制御信号として供給されるクロック信号VCK及びスタート信号VSTに基づいて、各行の供給電圧ラインVLに対応するシフト信号を順次出力する周知のシフトレジスタ231と、シフト信号を所定の電圧レベル(電圧値Ve、Vs)に変換して、電源制御信号として供給される出力制御信号VOEに基づいて、各供給電圧ラインVLに供給電圧Vscとして出力する出力回路部232と、を備えた構成を有している。
(データドライバ)
データドライバ240は、上述した実施形態に示した表示駆動装置100と同様に、少なくとも、図1に示したシフトレジスタ・データレジスタ部110と、表示データラッチ部120と、階調電圧生成部130と、検出電圧ADC140と、補償電圧DAC150と、しきい値データラッチ部160と、フレームメモリ170と、電圧加算部180と、データライン入出力切換部190と、を備えた構成を有している。
なお、図1においては、単一の表示画素PXに対応する構成を示したが、本実施形態に係るデータドライバ240においては、表示パネル210の列方向に配列される各データラインDLごとに、上記データライン入出力切換部190が設けられ、当該データライン入出力切換部190を構成する電圧検出側スイッチ191及び電圧印加側スイッチ192を上述した駆動制御方法に基づいて切り換え制御することにより、各列の表示画素PXに対して各データラインDLを介して、同時並行して、もしくは、各列ごとに順次、検出用電圧Vpv、階調指定電圧Vdataのいずれかを印加する動作、もしくは、検出電圧Vdecを測定する動作が選択的に実行される。
すなわち、本実施形態に係るデータドライバ(表示駆動装置)240に設けられるシフトレジスタ・データレジスタ部110は、システムコントローラ250から供給されるデータ制御信号(シフトクロック信号、サンプリングスタート信号)に基づいて、1行分の各列の表示画素PX(又は、各列のデータラインDL)に対応して生成されるシフト信号の出力タイミングに基づいて、表示信号生成回路260から供給される1行分の表示データを順次取り込む。
表示データラッチ部120は、データ制御信号(データラッチ信号)に基づいて、上記シフトレジスタ・データレジスタ部110により取り込まれた1行分の表示データが転送されて、各列の表示画素PXごとに保持される。
階調電圧生成部130は、上記表示データラッチ部120に保持された各表示データに基づいて、当該表示データに応じた電圧値を有する階調実効電圧Vreal、又は、無発光表示電圧Vzeroを生成して、電圧加算部180に出力する。
具体的には、上記表示データが有機EL素子(発光素子)OELの発光動作を伴う通常の階調表示を行うための階調表示データの場合には、例えば、階調基準電圧に基づいて、当該表示データに対応する電圧値を有するアナログ信号電圧に変換し(デジタル−アナログ変換処理)、階調指定電圧Vdataとして電圧加算部180に出力し、一方、上記表示データが有機EL素子(発光素子)OELの発光動作を伴わない無発光表示データの場合には、所定の無発光表示電圧Vzeroを電圧加算部180に出力する。
なお、無発光表示電圧Vzeroは、上述した駆動制御方法(無発光表示動作)に示したように、後述する電圧加算部180における補償電圧Vpthとの合算により生成される階調指定電圧Vdata(0)の書込動作により、表示画素PXを構成する発光駆動回路DCに設けられた発光駆動用のスイッチング素子(薄膜トランジスタTr13)のゲート−ソース間(コンデンサCs)に蓄積された電荷を十分に放電して、ゲート−ソース間電圧Vgs(コンデンサCsの両端電位Vc)を少なくとも当該薄膜トランジスタTr13に固有のしきい値電圧Vth13以下、望ましくは、0Vに設定する(又は、0Vに近似させる)ために必要な任意の電圧値に設定されている。ここで、無発光表示電圧Vzero、及び、階調電流Idataを生成するための階調基準電圧は、例えば、図示を省略した電源供給手段等から供給される。
検出電圧ADC140は、表示パネル210における各行の表示画素PXへの表示データ(階調指定電圧)の書込動作及び発光動作に先立つしきい値電圧検出動作において、選択状態に設定された行の各列の表示画素PX(発光駆動回路DC)に設けられた発光駆動用のスイッチング素子(薄膜トランジスタTr13)の、当該しきい値電圧検出動作の実行時点のしきい値電圧(又は、当該しきい値電圧に対応する電圧成分)を、各データラインDLを介して検出電圧Vdecとして同時並行して、もしくは、順次測定し、デジタル信号電圧からなるしきい値検出データに変換して、しきい値データラッチ部160に出力する。
補償電圧DAC150は、上記しきい値電圧検出動作において、選択状態に設定された行の各列の表示画素PX(発光駆動回路DCに設けられた発光駆動用のスイッチング素子)に、所定の検出用電圧Vpvを各データラインDLを介して同時並行して、もしくは、順次出力する。
また、補償電圧DAC150は、表示パネル210における各行の表示画素PXへの表示データ(階調指定電圧)の書込動作において、選択状態に設定された行の各列の表示画素PXに設けられた上記スイッチング素子に固有のしきい値電圧を補償するためのしきい値補償データに基づいて補償電圧Vpthを生成し、電圧加算部180に出力する。
しきい値データラッチ部160は、上記しきい値電圧検出動作において、選択状態に設定された行の各列の表示画素PXごとに、上記検出電圧ADC140により変換、生成されたしきい値検出データを取り込んで保持した後、シフトレジスタ・データレジスタ部110により当該1行分のしきい値検出データが取り出されて、フレームメモリ170に順次転送される。
また、しきい値データラッチ部160は、上記書込動作において、シフトレジスタ・データレジスタ部110によりフレームメモリ170から順次取り出された、選択状態に設定された行の各列の表示画素PXごとのしきい値検出データに応じたしきい値補償データを取り込んで保持し、各列ごとに補償電圧DAC150に転送する。
そして、電圧加算部180は、上記書込動作において、選択状態に設定された行の各列の表示画素PXについて、上記階調電圧生成部130により生成された階調実効電圧Vreal、又は、無発光表示電圧Vzeroと、補償電圧DAC150により生成された補償電圧Vpthとを合算し、総和となる電圧成分を各列のデータラインDLを介して同時並行して、もしくは、順次、当該行の各列の表示画素PXに出力する。
(システムコントローラ)
システムコントローラ250は、選択ドライバ220及び電源ドライバ230、データドライバ240の各々に対して、動作状態を制御する選択制御信号及び電源制御信号、データ制御信号を生成して出力することにより、各ドライバを所定のタイミングで動作させて、所定の電圧レベルを有する選択信号Ssel及び供給電圧Vsc、階調指定電圧Vdata(又は、無発光表示電圧Vzero)を生成して出力させ、各表示画素PX(発光駆動回路DC)におけるしきい値電圧検出動作(電圧印加動作、電圧収束動作、電圧読取動作)、及び、表示駆動動作(書込動作、発光動作)を実行させて、映像信号に基づく所定の画像情報を表示パネル210に表示させる制御を行う。
(表示信号生成回路)
表示信号生成回路260は、例えば、表示装置200の外部から供給される映像信号から輝度階調信号成分を抽出し、表示パネル210の1行分ごとに、該輝度階調信号成分をデジタル信号からなる表示データ(輝度階調データ)としてデータドライバ240のシフトレジスタ・データレジスタ部に供給する。ここで、上記映像信号が、テレビ放送信号(コンポジット映像信号)のように、画像情報の表示タイミングを規定するタイミング信号成分を含む場合には、表示信号生成回路260は、上記輝度階調信号成分を抽出する機能のほかに、タイミング信号成分を抽出してシステムコントローラ250に供給する機能を有するものであってもよい。この場合においては、上記システムコントローラ250は、表示信号生成回路260から供給されるタイミング信号に基づいて、選択ドライバ220や電源ドライバ230、データドライバ240に対して個別に供給する各制御信号を生成する。
なお、本実施形態に係る表示装置においては、表示パネル210の周辺に、選択ラインSLに接続された選択ドライバ220、及び、供給電圧ラインVLに接続された電源ドライバ230を個別に設けた構成を示したが、上述した表示駆動装置(データドライバ240に相当する)の駆動制御方法(図7、図11参照)において説明したように、特定の行の表示画素PXについて、(選択ドライバ220から)選択ラインSLに印加される選択信号Sselと、(電源ドライバ230から)供給電圧ラインVLに印加される供給電圧Vscとは、相互に信号レベルが反転関係になるように設定されるので、表示パネル210に配列された各表示画素PXを行単位で独立して表示駆動動作(特に、発光動作)を行う場合(具体的には、後述する表示装置200の駆動制御方法の第1の例の場合)には、選択ドライバ220により生成される選択信号Sselの信号レベルを反転し(レベル反転処理)、さらに、所定の電圧レベルを有するようにレベル変換して(レベル変換処理)、当該行の供給電圧ラインVLに印加するように構成することにより、電源ドライバ230をなくした構成を適用することができる。
<表示装置の駆動制御方法(その1)>
次いで、本実施形態に係る表示装置における駆動制御方法(駆動制御動作)について説明する。
図17は、本実施形態に係る表示装置の駆動制御方法の第1の例を模式的に示したタイミングチャ−トである。ここで、上述した実施形態に示した表示駆動装置及び表示画素(発光駆動回路)における場合と同等の駆動制御方法(図2、図7参照)については、その説明を簡略化する。なお、本実施形態においては、説明の都合上、便宜的に表示パネルに12行(n=12;第1行〜第12行)の表示画素が配列された構成を有しているものとして説明する。
本実施形態に係る表示装置200の駆動制御動作の第1の例は、概略、図17に示すように、まず、表示パネル210に画像情報を表示するための表示駆動動作(図2、図7に示した表示駆動期間)に先立って、表示パネル210に配列された全ての表示画素PXついて、各表示画素PXに設けられた発光駆動回路DCにおいて有機EL素子(発光素子)OELの発光状態を制御する発光駆動用のスイッチング素子(薄膜トランジスタ)のしきい値電圧(又は、当該しきい値電圧に対応する電圧成分)を検出するしきい値電圧検出動作(しきい値電圧検出期間Tdec)を実行し、その後、1フレーム期間Tfr(約16.7msec)内に、表示パネル210の各行ごとの表示画素PX(発光駆動回路DC)に、上記スイッチング素子のしきい値電圧相当の補償電圧と表示データに応じた階調実効電圧からなる電圧成分を保持させ(しきい値電圧を補償して表示データを書き込み)、各行の表示画素PX(有機EL素子OEL)を上記表示データ(階調実効電圧)に応じた輝度階調で発光動作させる表示駆動動作(表示駆動期間Tcyc)を、全行について順次繰り返し、表示パネル210一画面分の画像情報を表示する。
ここで、しきい値電圧検出動作(しきい値電圧検出期間Tdec)は、上述した実施形態と同様に、表示パネル210の各行ごとの表示画素PX(発光駆動回路DC)に対して、所定の検出用電圧Vpvを印加する電圧印加動作(電圧印加期間Tpv)と、該検出用電圧Vpvに基づく電圧成分を各スイッチング素子(薄膜トランジスタTr13)の当該検出時点でのしきい値電圧に収束させる電圧収束動作(電圧収束期間Tcv)と、各表示画素PXにおける電圧収束後のしきい値電圧Vth13を測定して(読み取り)、各表示画素PXごとにしきい値検出データとして記憶する電圧読取動作(電圧読取期間)と、からなる一連の駆動制御を、各行ごとに所定のタイミングで順次実行する。
ここで、図17に示したタイミングチャートにおいて、しきい値電圧検出期間Tdecの各行の斜線で示したハッチング部分は、各々、上述した実施形態に示した電圧印加動作及び電圧収束動作、電圧読取動作からなる一連のしきい値電圧検出動作を表しており、各行ごとのしきい値電圧検出動作が時間的に重ならないように、タイミングをずらして順次実行される。
また、表示駆動動作(表示駆動期間Tcyc)についても、上述した実施形態と同様に、1フレーム期間Tfr内に、表示パネル210の各行ごとの表示画素PX(発光駆動回路DC)に対して、上記しきい値電圧検出動作により各表示画素PX(発光駆動用のスイッチング素子)について検出され、記憶されたしきい値検出データ(しきい値補償データ)に基づいて、各表示画素PXのしきい値電圧を補償する補償電圧Vpthを生成し、補償電圧Vpthと表示データに応じた階調実効電圧Vrealとに基づく電圧成分、例えば、補償電圧Vpthと階調実効電圧Vrealとの総和となる電圧成分(階調指定電圧VIdata、Vdata(0))を書き込む書込動作(書込動作期間Twrt)と、所定のタイミングで上記表示データ(階調実効電圧)に応じた輝度階調で各表示画素PX(有機EL素子OEL)を発光させる発光動作(発光動作期間Tem)と、からなる一連の駆動制御を、各行ごとに所定のタイミングで順次実行する。
ここで、図17に示したタイミングチャートにおいて、表示駆動期間Tcycの各行のクロスメッシュで示したハッチング部分は、各々、上述した実施形態に示した表示データの書込動作を表しており、特に、本実施形態においては、各行ごとの書込動作が時間的に重ならないようにタイミングをずらして順次実行され、書込動作が終了した行の表示画素PXから順に発光動作が実行される。すなわち、各行の表示駆動動作のうち、発光動作のみが各行間で相互に時間的に重なるように(部分的に並行して)実行される。
以下、本実施形態に係る表示駆動動作の第1の例について、さらに詳しく説明する。
図17に示すように、表示駆動動作(表示駆動期間Tcyc)の書込動作期間Twrt(図中、クロスメッシュで表示)においては、選択ドライバ220から表示パネル210の特定の行(例えば、i行目;1≦i≦12)の選択ラインSLに対して、図7、図11に示したように、オンレベル(ハイレベル)の選択信号Sselを印加することにより、当該i行の表示画素PXを選択状態に設定する。また、当該書込動作期間Twrtにおいては、電源ドライバ230から当該i行の供給電圧ラインVLに対して、低電位の供給電圧Vsc(=Vs)が印加される。
そして、このタイミング(以下、便宜的に「選択タイミング」と記す)に同期して、データドライバ240に設けられた補償電圧DAC150から、各表示画素PX(発光駆動回路DC)に設けられたスイッチング素子(薄膜トランジスタ)のしきい値電圧を補償するための個別の補償電圧Vpthが生成されて電圧加算部180に出力され、一方、階調電圧生成部130から、各表示画素PX(発光駆動回路DC)の表示データに応じた階調実効電圧Vreal(又は、無発光表示電圧Vzero)が生成されて電圧加算部180に出力される。
これにより、当該電圧加算部180において、補償電圧Vpthと階調実効電圧Vreal(又は、無発光表示電圧Vzero)が合算(加算)されて、その総和となる電圧成分を階調指定電圧Vdata(又は、階調指定電圧Vdata(0))として、各データラインDLに対して印加することにより、当該i行の各表示画素PXのスイッチング素子の制御端子(具体的には、薄膜トランジスタTr13のゲート−ソース端子間;コンデンサCsの両端)に、当該スイッチング素子(薄膜トランジスタTr13)に固有のしきい値電圧相当の電圧成分、及び、階調実効電圧(表示データ)に応じた電圧成分が保持(電荷が蓄積、又は、放電)される。
ここで、上述した駆動制御方法と同様に、表示信号生成回路260からデータドライバ240に供給される表示データが、有機EL素子(発光素子)OELの発光動作を伴う階調表示データ(0ビット以外の階調値;階調表示動作)の場合には、階調電圧生成部130により当該表示データに応じた階調実効電圧Vrealが生成され、一方、上記表示データが、有機EL素子(発光素子)OELの発光動作を伴わない無発光表示データ(0ビットの階調値;無発光表示動作))の場合には、階調電圧生成部130により所定の無発光表示電圧Vzeroが生成される。
したがって、階調指定電圧として階調実効電圧Vrealを含む電圧成分(Vdata)が供給された表示画素PXにおいては、当該表示画素PX(発光駆動用の薄膜トランジスタのゲート−ソース間)に固有のしきい値電圧(Vth13)相当の電圧成分に加えて、階調実効電圧Vrealに基づく電圧成分が上乗せして充電されることになる。
また、階調指定電圧として無発光表示電圧Vzeroを含む電圧成分(Vdata(0))が供給された表示画素PXにおいては、当該表示画素PXに固有のしきい値電圧(Vth13)相当の電圧成分(電荷)を含めたほとんど全ての電圧成分が放電されて、結果的に無発光表示データに対応した電圧(0V)が発光駆動用のスイッチング素子(薄膜トランジスタのゲート−ソース間)に設定されることになる。
次いで、図17に示すように、表示駆動動作(表示駆動期間Tcyc)の発光動作期間Tem(図中、ドットハッチングで表示)においては、図7、図11に示したように、選択ドライバ220から当該i行の選択ラインSLに対して、オフレベル(ローレベル)の選択信号Sselを印加することにより、当該i行の各表示画素PXを非選択状態に設定する。また、データドライバ240に設けられた階調電圧生成部130から各データラインDLへの階調指定電圧の印加が遮断される。
そして、このタイミングに同期して、電源ドライバ230から当該i行の供給電圧ラインVLに対して、高電位の供給電圧Vsc(=Ve)が印加されることにより、当該i行の各表示画素PX(発光駆動用の薄膜トランジスタのゲート−ソース間)に充電された電圧成分に基づいて、表示データ(階調実効電圧)に応じた発光駆動電流Iemが有機EL素子OELに供給され、所定の輝度階調で発光動作、又は、無発光動作が行われる。
ここで、各表示画素PXに書き込まれた階調指定電圧が、有機EL素子OELの発光動作を伴う階調表示データ(0ビット以外の階調値)に基づく場合には、有機EL素子OELに階調実効電圧に応じた電流値を有する発光駆動電流Iemが供給されて、表示データに対応した所定の輝度階調で有機EL素子OELが発光動作(階調表示動作)し、一方、上記階調信号が、有機EL素子OELの発光動作を伴わない無発光表示データ(0ビットの階調値)に基づく場合には、有機EL素子OELには発光駆動電流Iemが供給されず、発光動作が行われない(無発光表示動作;黒表示動作)。
このような発光動作(又は、無発光動作)は、当該i行の表示画素PXにおいて、上記書込動作の終了タイミングに同期して(終了直後から)開始され、当該i行について次の書込動作の開始タイミング(開始直前)まで、例えば、1フレーム期間Tfr継続して実行される。
また、当該i行の表示画素PXについての上記書込動作の終了タイミングに同期して(終了直後から)、隣接する(i+1)行目の表示画素PXについて、上記と同様の書込動作が開始され、当該書込動作の終了タイミングに同期して(終了直後から)、当該(i+1)行についての発光動作が開始される。
これにより、図17に示したように、1フレーム期間Tfr内に、表示パネル210の各行ごとの表示画素PX(発光駆動回路DC)に対して、書込動作により各表示画素PXに表示データ(階調実効電圧)に応じた適切な電圧成分を充電させる動作を、各行間で相互に時間的に重ならないように、タイミングをずらして順次実行し、かつ、当該書込動作が終了した行の表示画素PXから順に所定の輝度階調で発光動作(又は、無発光動作)を、各行間で相互に一部時間的に重なるように実行する駆動制御動作が実現される。
このように、本実施形態に係る表示装置及びその駆動制御方法によれば、上述した電流階調指定方式の駆動制御方法に対応した表示駆動装置及び表示画素を、各々データドライバ及び表示パネルに適用した構成を有していることにより、通常の階調表示動作時(無発光表示動作時以外)においては、表示データに応じた階調実効電圧の電圧値に基づいて、発光素子(有機EL素子)に供給する発光駆動電流を制御することができるとともに、各表示画素(発光駆動回路)に設けられる発光駆動用のスイッチング素子に固有のしきい値電圧に対応する電圧成分を、表示データ(階調実効電圧)とともに印加して保持させることができ、各表示画素において上記スイッチング素子のしきい値電圧の変動状況(Vthシフトにより変動した後のしきい値電圧)にかかわらず、常に動作境界となる状態(しきい値電圧を補償した状態)に、表示データに応じた階調実効電圧が上乗せして保持された状態に設定することができるので、各表示画素(発光駆動回路)に設けられた発光駆動用のスイッチング素子(薄膜トランジスタ)の素子特性(しきい値電圧)のバラツキや経時変化の影響を受けることなく、長期間にわたり安定的に、表示データに応じた輝度階調で発光素子(有機EL素子)を発光動作させることができる。
また、本実施形態に係る表示装置及びその駆動制御方法によれば、各表示画素への表示データの書込動作において、各表示画素(発光駆動回路)に設けられる発光駆動用のスイッチング素子に固有のしきい値電圧に対応する電圧成分と、表示データ(階調実効電圧)に応じた電圧成分とに基づく階調指定電圧を、各表示画素に設けられた発光駆動用のスイッチング素子(薄膜トランジスタ)に直接印加して保持させる電圧階調指定方式の駆動制御方法を適用することができる。
したがって、電流階調指定方式の駆動制御方法に比較して、表示データに応じた電圧成分を迅速かつ適切に書き込むことができるので、各表示画素における書込不足の発生を抑制することができ、また、各表示画素に設けられた発光駆動用のスイッチング素子(薄膜トランジスタ)のVthシフトの影響を受けることがないので、映像信号に応じた適切な輝度階調で所望の画像情報を、長期間にわたり良好に表示することができる。
また、無発光表示時においては、表示データ(0ビットの階調値)に応じた所定の無発光表示電圧Vzeroを含む階調指定電圧Vdata(0)を各表示画素に供給することにより、発光駆動用のスイッチング素子(薄膜トランジスタのゲート−ソース間)に保持された電圧成分のほとんど全てを迅速に放電することができるので、発光素子(有機EL素子)への発光駆動電流の供給を確実に遮断することができ、無発光表示動作を安定的に実現することができる。
さらに、本実施形態に係る表示装置及びその駆動制御方法によれば、表示パネルの各行において、1フレーム期間のうち、書込動作期間以外の期間では、次の書込動作期間の開始タイミングまで、発光動作が継続するように駆動制御されるので、各表示画素(発光素子)の発光時間を十分長く設定することができ、画像情報を高い発光輝度で表示することができる。これは換言すると、各表示画素の発光輝度を低減した場合であっても十分な輝度で画像情報を表示することができることを意味しており、したがって、画像情報の表示に係る消費電力を削減することができる。
次に、本実施形態に係る表示装置に適用可能な駆動制御方法の第2の例について、図面を参照して説明する。
図18は、本実施形態に係る表示装置の駆動制御方法の第2の例を模式的に示したタイミングチャ−トである。ここで、上述した第1の例(図17参照)と同等の駆動制御方法については、その説明を簡略化する。また、図中の各ハッチング部については上述した第1の例と同等の動作状態を示す。また、図19は、本実施形態に係る表示装置の駆動制御方法の第2の例を実現するための表示装置の一例を示す要部構成図である。ここで、上述した実施形態に示した表示装置と同等の構成については、同等の符号を付して説明する。
本実施形態に係る表示装置200の駆動制御動作の第2の例は、図18に示すように、まず、上述した第1の例と同様に、表示パネル210に配列された全ての表示画素PXついて、しきい値電圧検出動作を各行ごとに所定のタイミングで順次実行し、当該しきい値電圧検出期間Tdecの終了後、1フレーム期間Tfr内に、表示パネル210の各行ごとの表示画素PX(発光駆動回路DC)に対して、上記補償電圧及び階調実効電圧からなる階調指定電圧を書き込む動作を、全行について順次繰り返し、所定のタイミングで、予めグループ分けした複数行の表示画素PX(有機EL素子OEL)を上記表示データ(階調実効電圧)に応じた輝度階調で一斉に発光動作させる表示駆動動作(表示駆動期間Tcyc)を実行することにより、表示パネル210一画面分の画像情報が表示される。
ここで、本実施形態に係る表示駆動動作の第2の例は、具体的には、まず、表示パネル210に配列された全ての表示画素PXを複数行ごとに予めグループ分けする。例えば、図18に示すように、表示パネル210を構成する12行の表示画素PXを、相互に隣接する1〜4行目、5〜8行目、9〜12行目のように、4行分の表示画素PXを一組としてグループ分けする。
そして、1フレーム期間Tfr内に、表示パネル210の各行ごとの表示画素PX(発光駆動回路DC)に対して、上記書込動作をタイミングをずらして順次実行する。次いで、上記各グループにおいて、当該グループに含まれる全ての行の表示画素PXへの書込動作が終了したグループについて、発光動作が実行される。
例えば、1〜4行目の表示画素PXを一組とするグループにおいては、1行目の表示画素PXから順に、上記書込動作が実行され、4行目の表示画素PXについて書込動作が終了したタイミングで、各表示画素PXに書き込まれた表示データ(階調実効電圧)に基づいて、当該グループの4行分の表示画素PXが一斉に発光動作する。この発光動作は、1行目の表示画素PXに対して、次の書込動作が開始されるタイミングまで継続される。
また、上記4行目の表示画素PXについて書込動作が終了したタイミングで、5〜8行目の表示画素PXを一組とするグループにおいて、5行目の表示画素PXから順に、上記書込動作が実行される。以下、同様の動作が次のグループの12行目の表示画素PXについて書込動作が終了するまで繰り返し実行される。
このように、書込動作を各行ごとに所定のタイミングで順次実行し、予め設定された各グループについて、当該グループに含まれる全ての行の表示画素PXに書込動作が終了した時点で、当該グループの全ての表示画素PXを一斉に発光動作させるように駆動制御される。したがって、第2の例に係る表示駆動動作においては、同一グループの他の行の表示画素PXに対して、書込動作が実行されている期間中は、当該グループ内の全ての表示画素が無発光動作して無発光表示状態(黒表示状態)に設定されるように制御される。
このような表示駆動動作は、例えば、図7、図11に示したように、書込動作の際に、電源ドライバ230により当該行の供給電圧ラインVLに対して印加されていた低電位の供給電圧Vsc(=Vs)を、同一グループに含まれる行の表示画素PXに対する書込動作が実行されている期間中、継続して印加し、当該グループに含まれる全ての行に対する書込動作が終了した後に、当該グループの全ての行の供給電圧ラインVLに対して高電位の供給電圧Vsc(=Ve)を印加するように制御することにより実現することができる。
また、同様の駆動制御は、各グループごとに単一の供給電圧Vscが同時に印加されるように、例えば、図19に示すように、単一の供給電圧ラインVLを分岐させて、1〜4行目(又は、5〜8行目、9〜12行目)の表示画素PXに共有して接続された構成を適用し、電源ドライバ230から印加される単一の供給電圧Vscが同一グループに含まれる全ての行の表示画素PXに印加されるようにすることによっても実現することができる。なお、本実施形態においても、図16に示した場合と同様に、表示パネル210の各行ごとに個別の選択ラインSLが配設され、選択ドライバ220から個別の選択信号Sselが異なるタイミングで印加される。
したがって、このような表示装置の駆動制御方法(表示駆動動作)によれば、上述した第1の例に係る駆動制御方法と同様の作用効果を得ることができるとともに、同一グループ内の各行の表示画素に書込動作を実行する期間中、表示画素(発光素子)の発光動作が行われず、無発光状態(黒表示状態)に設定することができる。
ここで、図18に示したタイミングチャートにおいては、表示パネル210を構成する12行の表示画素PXを、3組にグループ分けして、各グループごとに異なるタイミングで一斉に発光動作を実行するように制御されるので、1フレーム期間Tfrにおける上記無発光動作による黒表示期間の比率(黒挿入率)を概ね33%に設定することができる。ここで、人間の視覚において、動画像をボケやにじみがなく鮮明に視認するためには、一般に、概ね30%以上の黒挿入率を有していることが目安になるので、本駆動制御方法によれば、良好な表示画質を有する表示装置を実現することができる。
次に、本実施形態に係る表示装置に適用可能な駆動制御方法の第3の例について、図面を参照して説明する。
図20は、本実施形態に係る表示装置の駆動制御方法の第3の例を模式的に示したタイミングチャ−トである。ここで、上述した第2の例(図18参照)と同等の駆動制御方法については、その説明を簡略化する。
本実施形態に係る表示装置200の駆動制御動作の第3の例は、図20に示すように、上述した第2の例と同様に、表示駆動動作に先立って、表示パネル210に配列された全ての表示画素PXついて、しきい値電圧検出動作を各行ごとに所定のタイミングで順次実行した後、1フレーム期間Tfr内に、表示パネル210に配列され、相互に隣接しない複数行の表示画素PXを一組とした各グループにおいて、当該グループに含まれる各行ごとの表示画素PXに対して、上記書込動作をタイミングをずらして順次実行する表示駆動動作を、各グループについて順次実行する。
ここで、本実施形態に係る表示駆動動作においては、具体的には、表示パネル210に配列された全ての表示画素PXを、例えば、図20に示すように、表示パネル210を構成する12行の表示画素PXを、1、4、7、10行目、2、5、8、11行目、3、6、9、12行目のように、各々4行分の表示画素PXを一組として3グループに分ける。
例えば、1、4、7、10行目の表示画素PXを一組とするグループにおいて、1行目の表示画素PXから順に、上記書込動作が実行され、10行目の表示画素PXについて書込動作が終了したタイミングで、各表示画素PXに書き込まれた表示データ(階調信号)に基づいて、当該グループの4行分の表示画素PXが一斉に発光動作する。この発光動作は、1行目の表示画素PXに対して、次の書込動作が開始されるタイミングまで継続される。
また、上記10行目の表示画素PXについて書込動作が終了したタイミングで、2、5、8、11行目の表示画素PXを一組とするグループにおいて、2行目の表示画素PXから順に、上記書込動作が実行される。以下、同様の動作が次のグループの12行目の表示画素PXについて書込動作が終了するまで繰り返し実行される。
このように、各グループの各行ごとに、書込動作を所定のタイミングで順次実行し、当該グループに含まれる全ての行の表示画素PXに書込動作が終了した時点で、当該グループの全ての表示画素PXを一斉に発光動作させるように駆動制御される。したがって、第3の例に係る表示駆動動作においても、上述した第2の例と同様に、同一グループの他の行の表示画素PXに対して、書込動作が実行されている期間中は、当該グループ内の全ての表示画素が無発光表示状態(黒表示状態)に設定される。
また、このような表示駆動動作は、上述した第2の例と同様に、例えば、同一グループの他の行の表示画素PXに対して、書込動作が実行されている期間中、電源ドライバ230から当該グループの各行の供給電圧ラインVLに印加される供給電圧Vscを低電位(Vs)の状態に保持し、同一グループの全ての行の表示画素PXに対する書込動作が終了した後、当該グループに含まれる全ての行の供給電圧ラインVLに高電位の供給電圧Vsc(=Ve)を印加するように制御することにより実現することができる。なお、上述した第2の例(図19参照)と同様に、各グループに含まれる全ての行の表示画素PXに対して、単一の供給電圧Vscが印加されるように、供給電圧ラインVLを分岐して配設するようにした構成を適用するものであってもよい。
したがって、このような表示装置の駆動制御方法(表示駆動動作)によれば、上述した第2の例に係る駆動制御方法と同様に、表示パネル210を構成する12行の表示画素PXを、複数組にグループ分けして、各グループごとに異なるタイミングで一斉に発光動作を実行するように制御されるので、1フレーム期間Tfr中に所定の期間、無発光動作(黒表示動作)が実行される。特に、本駆動制御方法においては、当該無発光動作による黒表示期間の比率(黒挿入率)を概ね33%に設定することができるので、動画像のボケやにじみを抑制して鮮明さを向上させた表示装置を実現することができる。
なお、上述した第2、第3の例に係る駆動制御方法においては、表示パネル210を構成する表示画素PXを、3組にグループ分けした場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、上記グループ数を適宜増減させて設定したものであってもよいことはいうまでもない。
以下に、上述した第2、第3の例に係る駆動制御方法の変形例を示す。
図21は、本実施形態に係る表示装置の駆動制御方法の第2の例の変形例(その1)を模式的に示したタイミングチャ−トであり、図22は、本実施形態に係る表示装置の駆動制御方法の第3の例の変形例(その1)を模式的に示したタイミングチャ−トである。また、図23は、本実施形態に係る表示装置の駆動制御方法の第2の例の変形例(その2)を模式的に示したタイミングチャ−トであり、図24は、本実施形態に係る表示装置の駆動制御方法の第3の例の変形例(その2)を模式的に示したタイミングチャ−トである。
上述した第2及び第3の例に係る表示装置の駆動制御方法の変形例(その1)においては、例えば、図21、図22に示すように、表示パネル210を構成する表示画素PXを、4組にグループ分けして(図21では1〜3行目、4〜6行目、7〜9行目、10〜12行目の4グループ、図22では1、5、9行目、2、6、10行目、3、7、11行目、4、8、12行目の4グループ)、各グループごとに異なるタイミングで一斉に発光動作を実行するように制御する。この場合、1フレーム期間Tfrにおける上記無発光動作による黒表示期間の比率(黒挿入率)は25%となり、上述したような動画像のボケやにじみが視認されない目安である30%をやや下回るものの、比較的良好な表示画質を有する表示装置を実現することができる。
また、上述した第2及び第3の例に係る表示装置の駆動制御方法の変形例(その2)においては、例えば、図23、図24に示すように、表示パネル210を構成する表示画素PXを、2組にグループ分けして(図23では1〜6行目、7〜12行目の2グループ、図24では奇数行目、偶数行目の2グループ)、各グループごとに異なるタイミングで一斉に発光動作を実行するように制御する。この場合、1フレーム期間Tfrにおける上記無発光動作による黒表示期間の比率(黒挿入率)は50%となり、上述したような動画像のボケやにじみが視認されない目安である30%を上回るものの、発光動作期間が1フレーム期間Tfrの半分に過ぎなくなるため、画像情報を十分な発光輝度で表示することができなくなる。そこで、各表示画素の発光輝度を適宜増大させることにより、画像情報を十分な輝度で、かつ、良好な表示画質で表示することができる。
次に、本実施形態に係る表示装置に適用可能な駆動制御方法の第4の例について、図面を参照して説明する。
図25は、本実施形態に係る表示装置の駆動制御方法の第4の例を模式的に示したタイミングチャ−トである。ここで、上述した第1〜第3の例(図17〜図24参照)と同等の駆動制御方法については、その説明を簡略化する。また、図26は、本実施形態に係る表示装置の駆動制御方法の第4の例を実現するための表示装置の一例を示す要部構成図である。ここで、上述した実施形態に示した表示装置と同等の構成については、同等の符号を付して説明する。
本実施形態に係る表示装置200の駆動制御動作の第4の例は、図25に示すように、上述した第1〜第3の例と同様に、表示駆動動作に先立って、表示パネル210に配列された全ての表示画素PXついて、しきい値電圧検出動作を各行ごとに所定のタイミングで順次実行した後、1フレーム期間Tfrの前半(例えば、1フレーム期間Tfrの1/2の期間)で、表示パネル210に配列された各行ごとの表示画素PXに対して、上記書込動作をタイミングをずらして順次実行し、1フレーム期間Tfrの後半(例えば、1フレーム期間Tfrの1/2の期間)で、表示パネル210に配列された全ての行の表示画素PXを、表示データに応じた輝度階調で一斉に発光動作させる表示駆動動作を実行する。
このように、全ての行の表示画素PXに書込動作が終了した時点で、全ての表示画素PXを一斉に発光動作させるように駆動制御することにより、書込動作が実行されている期間中は、いずれの行の表示画素PXにおいても発光動作が行われず、全ての表示画素PXが無発光表示動作(黒表示動作)するように制御される。
このような表示駆動動作は、例えば、各行の表示画素PXに対して、書込動作が実行されている期間中、電源ドライバ230から全ての行の供給電圧ラインVLに印加される供給電圧Vscを低電位(Vs)の状態に保持し、全ての行の表示画素PXに対する書込動作が終了した後、全ての行の供給電圧ラインVLに高電位の供給電圧Vsc(=Ve)を印加するように制御することにより実現することができる。
同様の駆動制御は、全ての表示画素PXに対して単一の供給電圧Vscが同時に印加されるように、例えば、図26に示すように、単一の供給電圧ラインVLを全ての行に対応させて分岐し、表示パネル210に配列された全ての表示画素PXに共有して接続された構成を適用し、電源ドライバ230から印加される単一の供給電圧Vscが全ての行の表示画素PXに印加されるようにすることによっても実現することができる。この場合の電源ドライバ230の構成は、高電位の供給電圧Vsc(=Ve)と低電位の供給電圧Vsc(=Vs)を、例えば、システムコントローラ250から供給される電源制御信号に基づく所定のタイミングで選択的に出力する機能を有していればよいので、少なくとも図16に示したようなシフトレジスタ回路を備えていなくてもよい。なお、本実施形態においても、図16に示した場合と同様に、表示パネル210の各行ごとに個別の選択ラインSLが配設され、選択ドライバ220から個別の選択信号Sselが異なるタイミングで印加される。
したがって、このような表示装置の駆動制御方法(表示駆動動作)によれば、表示駆動期間(1フレーム期間Tfr)を、前半と後半に2分割して、前半で各行の表示画素に順次書込動作が実行され、後半で全ての表示画素が一斉に発光動作を実行するように制御されるので、1フレーム期間Tfrにおける上記無発光動作による黒表示期間の比率(黒挿入率)は50%となり、上述したような動画像のボケやにじみが視認されない目安である30%を上回るものの、発光動作期間が1フレーム期間Tfrの半分に過ぎないため、画像情報を十分な発光輝度で表示することができず、また、各行における書込動作期間が短縮されるため、表示データ(階調信号)を十分書き込む時間が確保されなくなる可能性があるが、各表示画素の発光輝度を適宜増大させ、さらに、階調電流の電流値を増加させることにより、画像情報を十分な輝度で、かつ、良好な表示画質で表示することができる。
<表示装置の駆動制御方法(その2)>
上述した第1乃至第4の例に示した表示装置の駆動制御方法においては、表示パネルに配列された各行の表示画素に、階調指定電圧(補償電圧と階調実効電圧とに基づく電圧成分)を書き込んで、所定の輝度階調で発光動作させる表示駆動動作に先立って、表示パネルに配列された全ての表示画素に対して、しきい値電圧検出動作を実行する場合について説明したが、本発明に係る駆動制御方法はこれに限定されるものではなく、各表示画素(発光素子)を発光動作させて所望の画像情報を表示動作させつつ、当該表示駆動期間中に上記しきい値電圧検出動作を実行するものであっても良い。
以下に、上述した第1乃至第4の例に係る各駆動制御方法について、表示駆動期間中にしきい値電圧検出動作を実行する(事前にしきい値電圧検出期間を設けない)形態の駆動制御動作について説明する。
図27は、本発明に係る表示装置の駆動制御方法の第5の例を模式的に示したタイミングチャ−トである。ここで、上述した第1の例(図18参照)と同等の駆動制御方法については、その説明を簡略化する。
本発明に係る表示装置200の駆動制御動作の第5の例は、概略、図27に示すように、1フレーム期間(約16.7msec;一定の動作期間)内に、表示パネル210に配列された表示画素PXのうち特定の行の表示画素について、各表示画素PXに設けられた発光駆動回路DCにおいて有機EL素子(発光素子)OELの発光状態を制御する発光駆動用のスイッチング素子(薄膜トランジスタ;発光駆動素子)のしきい値電圧(又は、当該しきい値電圧に対応する電圧成分)を検出するしきい値電圧検出動作(しきい値電圧検出期間Tdec)と、表示パネル210の各行ごとの表示画素PX(発光駆動回路DC)について、発光駆動用のスイッチング素子に固有のしきい値電圧に対応する電圧成分と表示データ(階調実効電圧)に応じた電圧成分とに基づく階調指定電圧を書き込み、各行の表示画素PX(有機EL素子OEL)を上記表示データ(階調実効電圧)に応じた輝度階調で発光動作させる表示駆動動作(表示駆動期間Tcyc)とを、全行について順次繰り返し、表示パネル210一画面分の画像情報を表示する。
ここで、しきい値電圧検出動作(しきい値電圧検出期間Tdec)は、上述した表示駆動装置における駆動制御方法(図2参照)と同様に、表示パネル210の特定の行の表示画素PX(発光駆動回路DC)に対して、電圧印加動作(電圧印加期間Tpv)と、電圧収束動作(電圧収束期間Tcv)と、電圧読取動作(電圧読取期間)と、からなる一連の駆動制御を実行する。
特に、第5の例に係る表示装置の駆動制御動作においては、連続するフレーム期間において、各フレーム期間ごとに特定の1行分の表示画素PXについて、上記一連の駆動制御からなるしきい値電圧検出動作を順次実行する。
具体的には、図27に示すように、表示画素PXが12行配列された表示パネル210においては、第1フレームにおいて、1行目の表示画素PXについてしきい値電圧検出動作が実行されて、当該しきい値検出データがフレームメモリの対応する記憶領域に格納された後、表示パネル210に配列された全ての表示画素PXについて、1行目から12行目まで各行ごとに上述した書込動作及び発光動作からなる表示駆動動作が順次実行される。
次いで、第2フレームにおいて、1行目の表示画素PXについて、表示駆動動作(書込動作)が実行された後、2行目の表示画素PXについてしきい値電圧検出動作が実行され、その後、表示パネル210の2行目から12行目までの表示画素PXについて各行ごとに表示駆動動作(書込動作、発光動作)が順次実行される。
次いで、第3フレームにおいて、1行目及び2行目の表示画素PXについて、表示駆動動作(書込動作)が実行された後、3行目の表示画素PXについてしきい値電圧検出動作が実行され、その後、表示パネル210の3行目から12行目までの表示画素PXについて各行ごとに表示駆動動作(書込動作、発光動作)が順次実行される。
以下同様に、第12フレームまで、対応する行の表示画素PXについてしきい値電圧検出動作を順次繰り返し実行することにより、フレームメモリに表示パネル210一画面分に配列された全表示画素PXについてのしきい値データ(しきい値電圧)が記憶される。
すなわち、本発明に係る表示装置の駆動制御方法(しきい値電圧検出動作)においては、各フレーム期間において、表示パネル210のいずれかの行の表示画素PXについてしきい値電圧検出動作が実行され、表示パネル210の行数分のフレーム期間を1サイクルとして、常時最新のしきい値電圧が検出(モニタ)される。
また、表示駆動動作(表示駆動期間Tcyc)についても、上述した第1の例に係る表示装置の駆動制御方法(図17参照)と同様に、図27に示すように、1フレーム期間内に、表示パネル210の各行ごとの表示画素PX(発光駆動回路DC)に対して、書込動作(書込動作期間Twrt)と、発光動作(発光動作期間Tem)と、からなる一連の駆動制御を、各行ごとに所定のタイミングで順次実行する。
特に、第5の例に係る表示装置の駆動制御動作においては、1フレーム期間内に特定の行の表示画素PXについて、上記しきい値電圧検出動作が実行されるとともに、当該しきい値電圧検出動作及び各行ごとの書込動作が相互に時間的に重ならないように、タイミングをずらして順次実行され、書込動作が終了した行の表示画素PXから順に発光動作が実行される。すなわち、各行の表示駆動動作のうち、発光動作のみが各行間で相互に時間的に重なるように(部分的に並行して)実行される。
ここで、各行の書込動作(書込動作期間Twrt)においては、上述した第1の例に係る駆動制御方法と同様に、各行の表示画素PXに対して、各表示画素PX(発光駆動回路DC)に設けられたスイッチング素子(薄膜トランジスタ)のしきい値電圧を補償するための補償電圧Vpthと、表示データに応じた階調実効電圧Vrealとに基づく階調指定電圧Vdataが書き込まれるが、上述したしきい値電圧検出動作において説明したように、表示パネル210に配列された表示画素PXのスイッチング素子のしきい値電圧は、各フレーム期間ごとに特定の1行分の表示画素PXについて検出されるように駆動制御されるので、システム起動直後や休止状態からの復起直後等においては、前回検出された表示画素PXについて検出され、フレームメモリに記憶されたしきい値電圧に基づいて、上記補償電圧Vpthが生成される。
したがって、第5の例に係る表示装置の駆動制御動作においても、階調指定電圧Vdataが供給された表示画素PXにおいて、当該行の各表示画素PX(発光駆動用の薄膜トランジスタのゲート−ソース間)の発光駆動用のスイッチング素子に固有のしきい値電圧(Vth13)相当の電圧成分に上乗せして、階調実効電圧Vrealに基づく電圧成分が充電されることになり、当該書込動作終了後の発光動作(発光動作期間Tem)において、各表示画素PX(発光駆動用の薄膜トランジスタのゲート−ソース間)に充電された電圧成分に基づいて、表示データ(階調実効電圧)に応じた発光駆動電流Iemが有機EL素子OELに供給され、所定の輝度階調で発光動作、又は、無発光動作が行われる。
このような発光動作(又は、無発光動作)は、各行の表示画素PXにおいて、上記書込動作の終了タイミングに同期して(終了直後から)開始され、当該行について次の書込動作の開始タイミング(開始直前)まで、例えば、1フレーム期間継続して実行される。また、各行(例えば、i行目;1≦i≦12)の表示画素PXについての上記書込動作の終了タイミングに同期して(終了直後から)、隣接する行(i+1行目)の表示画素PXについて書込動作が開始される。なお、上述したように、しきい値電圧検出動作(しきい値検出期間Tdec)が実行される行(例えば、i行目)においては、当該行の1つ前の行(i−1行目)についての書込動作の終了後、当該行について上記しきい値電圧検出動作を実行した後、書込動作を実行する。
したがって、このような表示装置の駆動制御方法(表示駆動動作)によれば、上述した第1の例に係る駆動制御方法と同様の作用効果を得ることができるとともに、表示パネルに配列された各行の表示画素への表示データの書込動作、及び、発光素子の発光動作に先立って、各フレーム期間ごとに表示パネルに配列されたいずれかの行(特定の行)の表示画素について、しきい値電圧検出動作実行時点の発光駆動用のスイッチング素子のしきい値電圧(Vthシフトの状態)を常時モニタすることができるので、通常の表示駆動動作(書込動作及び発光動作)を規定する各フレーム期間に先立って、特別にしきい値電圧検出期間を設ける必要がなく、システム起動後、直ぐに表示駆動動作(フレーム期間)に移行することができる。
したがって、電圧階調指定方式の駆動制御方法を適用した表示装置において、Vthシフトが生じやすいアモルファスシリコン薄膜トランジスタからなる表示画素(発光駆動回路)を備えた表示パネルを適用した場合であっても、各表示画素に設けられた発光駆動用のスイッチング素子(薄膜トランジスタ)のVthシフトの影響を抑制することができるとともに、低階調表示時に書込不足が生じることがないので、映像信号に応じた適切な輝度階調で所望の画像情報を、長期間にわたり良好に表示することができる。
次に、本発明に係る表示装置における駆動制御方法の第6の例について、図面を参照して説明する。
図28は、本発明に係る表示装置の駆動制御方法の第6の例を模式的に示したタイミングチャ−トであり、図29は、本発明に係る表示装置の駆動制御方法の第7の例を模式的に示したタイミングチャ−トである。ここで、上述した第2及び第3の例(図18、図20参照)と同等の駆動制御方法については、その説明を簡略化する。
本発明に係る表示装置200の駆動制御動作の第6及び第7の例は、図28、図29に示すように、表示パネル210に配列された表示画素PXについて、相互に隣接する複数行ごとに、又は、相互に隣接しない複数行ごとに予めグループ分けし、1フレーム期間内に、特定のグループの特定の行の表示画素PXの発光駆動用のスイッチング素子(薄膜トランジスタ)についてしきい値電圧を検出するしきい値電圧検出動作(しきい値電圧検出期間Tdec)と、1フレーム期間内に、表示パネル210の各行ごとの表示画素PXに対して、上記しきい値電圧を補償する補償電圧と表示データに応じた階調実効電圧とに基づく階調指定電圧Vdataを書き込む書込動作(書込動作期間Twrt)を全行について順次繰り返し、所定のタイミングで各グループごとの複数行の表示画素PX(有機EL素子OEL)を表示データに応じた輝度階調で一斉に発光動作させる表示駆動動作と、を実行することにより、表示パネル210一画面分の画像情報が表示される。
ここで、第6及び第7の例に係る駆動制御動作は、具体的には、上述した第2及び第3の例に係る駆動制御方法と同様に、表示パネル210を構成する表示画素PXを、3組にグループ分けして(図28では1〜4行目、5〜8行目、9〜12行目の3グループ、図29では1、4、7、10行目、2、5、8、11行目、3、6、9、12行目の3グループ)、各フレーム期間ごとに特定のグループの特定の行の表示画素PXについてしきい値電圧検出動作を実行するとともに、各グループごとに異なるタイミングで各行の表示画素PXについて書込動作を実行した後、当該グループに含まれる全ての行の表示画素PXへの書込動作が終了したグループについて、一斉に発光動作を実行するように制御する。
このように、第6及び第7の例に係る駆動制御方法においても、上述した第5の例に係る駆動制御方法と同様に、各フレーム期間ごとに特定の行の表示画素PXについてしきい値電圧検出動作を順次繰り返し実行することにより、各フレーム期間において、表示パネル210のいずれかの行の表示画素PXについてしきい値電圧検出動作が実行され、表示パネルの行数分のフレーム期間を1サイクルとして、常時最新のしきい値電圧が検出(モニタ)される。また、同一グループの他の行の表示画素PXに対して、しきい値電圧検出動作及び書込動作が実行されている期間中は、当該グループ内の全ての表示画素が無発光動作して無発光表示状態(黒表示状態)に設定されるように制御される。
また、このような表示駆動動作は、上述した第2及び第3の例と同様に、例えば、同一グループに含まれる他の行の表示画素PXに対して、しきい値電圧検出動作及び書込動作が実行されている期間中、電源ドライバ230から当該グループの各行の供給電圧ラインVLに印加される供給電圧Vscを低電位(Vs)の状態に保持し、同一グループの全ての行の表示画素PXに対する書込動作が終了した後、当該グループに含まれる全ての行の供給電圧ラインVLに高電位の供給電圧Vsc(=Ve)を印加するように制御することにより実現することができる。なお、上述した第2及び第3の例(図19参照)と同様に、各グループに含まれる全ての行の表示画素PXに対して、単一の供給電圧Vscが印加されるように、供給電圧ラインVLを分岐して配設するようにした構成を適用するものであってもよい。
したがって、このような表示装置の駆動制御方法(表示駆動動作)によれば、上述した第5の例に係る駆動制御方法と同様の作用効果を得ることができるとともに、同一グループ内の各行の表示画素にしきい値電圧検出動作及び書込動作を実行する期間中、表示画素(発光素子)の発光動作が行われず、無発光動作(黒表示動作)が行われ、この場合、1フレーム期間Tfrにおける上記無発光動作による黒表示期間の比率(黒挿入率)は概ね33%となり、動画像をボケやにじみがなく鮮明に視認するための黒挿入率の目安である概ね30%以上に設定することができ、良好な表示画質を有する表示装置を実現することができる。
なお、本発明に係る表示装置の駆動制御方法においては、上述した第6及び第7の例に示したように、表示パネル210を構成する表示画素PXを、3組にグループ分けした場合に限定されるものではなく、上述した第2及び第3の例と同様に、上記グループ数を適宜増減させて設定したものであってもよい。
図30は、本発明に係る表示装置の駆動制御方法の第6の例の変形例(その1)を模式的に示したタイミングチャ−トであり、図31は、本発明に係る表示装置の駆動制御方法の第7の例の変形例(その1)を模式的に示したタイミングチャ−トである。また、図32は、本発明に係る表示装置の駆動制御方法の第7の例の変形例(その2)を模式的に示したタイミングチャ−トであり、図33は、本発明に係る表示装置の駆動制御方法の第7の例の変形例(その2)を模式的に示したタイミングチャ−トである。
上述した第6及び第7の例に係る表示装置の駆動制御方法の変形例(その1)においては、例えば、図30、図31に示すように、表示パネル210を構成する表示画素PXを、4組にグループ分けして(図30では1〜3行目、4〜6行目、7〜9行目、10〜12行目の4グループ、図31では1、5、9行目、2、6、10行目、3、7、11行目、4、8、12行目の4グループ)、各フレーム期間ごとに特定の行の表示画素PXについてしきい値電圧検出動作を実行するとともに、各グループごとに異なるタイミングで各行の表示画素PXについて書込動作を実行した後、一斉に発光動作を実行するように制御する。この場合、1フレーム期間における上記無発光動作による黒表示期間の比率(黒挿入率)は概ね25%となり、上述したような動画像のボケやにじみが視認されない目安である30%をやや下回るものの、比較的良好な表示画質を有する表示装置を実現することができる。
また、上述した第6及び第7の例に係る表示装置の駆動制御方法の変形例(その2)においては、例えば、図32、図33に示すように、表示パネル210を構成する表示画素PXを、2組にグループ分けして(図32では1〜6行目、7〜12行目の2グループ、図33では奇数行目、偶数行目の2グループ)、各フレーム期間ごとに特定の行の表示画素PXについてしきい値電圧検出動作を実行するとともに、各グループごとに異なるタイミングで各行の表示画素PXについて書込動作を実行した後、一斉に発光動作を実行するように制御する。
この場合、1フレーム期間における上記無発光動作による黒表示期間の比率(黒挿入率)は概ね50%となり、上述したような動画像のボケやにじみが視認されない目安である30%を上回るものの、発光動作期間が1フレーム期間の半分に過ぎなくなるため、画像情報を十分な発光輝度で表示することができなくなる。そこで、各表示画素の発光輝度を適宜増大させることにより、画像情報を十分な輝度で、かつ、良好な表示画質で表示することができる。
次に、本発明に係る表示装置における駆動制御方法の第8の例について、図面を参照して説明する。
図34は、本発明に係る表示装置の駆動制御方法の第8の例を模式的に示したタイミングチャ−トである。ここで、上述した第4の例(図25参照)と同等の駆動制御方法については、その説明を簡略化する。
本発明に係る表示装置200の駆動制御動作の第8の例は、図34に示すように、1フレーム期間の前半(例えば、1フレーム期間の1/2の期間)で、まず、表示パネル210に配列された特定の行の表示画素PXの発光駆動用のスイッチング素子(薄膜トランジスタ)について、しきい値電圧検出動作(しきい値電圧検出期間Tdec)を実行した後、表示パネル210に配列された全ての行の表示画素PXに対して、書込動作を各行ごとにタイミングをずらして順次実行し、1フレーム期間の後半(例えば、1フレーム期間の1/2の期間)で、表示パネル210に配列された全ての行の表示画素PXを、表示データに応じた輝度階調で一斉に発光動作させる表示駆動動作を実行することにより、表示パネル210一画面分の画像情報が表示される。
このように、各フレーム期間ごとに特定の行の表示画素PXについてしきい値電圧検出動作を実行するとともに、各フレーム期間の後半で、全ての表示画素PXを一斉に発光動作させるように駆動制御することにより、しきい値電圧検出動作及び書込動作が実行されている各フレーム期間の前半は、いずれの行の表示画素PXにおいても発光動作が行われず、全ての表示画素PXが無発光表示動作(黒表示動作)するように制御される。
また、このような表示駆動動作は、上述した第4の例と同様に、例えば、各行の表示画素PXに対して、しきい値電圧検出動作及び書込動作が実行されている期間中、電源ドライバ230から全ての行の供給電圧ラインVLに印加される供給電圧Vscを低電位(Vs)の状態に保持し、全ての行の表示画素PXに対するしきい値電圧検出動作及び書込動作が終了した後、全ての行の供給電圧ラインVLに高電位の供給電圧Vsc(=Ve)を印加するように制御することにより実現することができる。なお、上述した第4の例(図26参照)と同様に、全ての行の表示画素PXに対して、単一の供給電圧Vscが印加されるように、供給電圧ラインVLを分岐して配設するようにした構成を適用するものであってもよい。
したがって、このような表示装置の駆動制御方法(表示駆動動作)によれば、上述した第4の例に係る駆動制御方法と同様に、各フレーム期間を、前半と後半に2分割して、前半で特定の行の表示画素に対してしきい値電圧検出動作を実行した後、各行の表示画素に順次書込動作が実行され、後半で全ての表示画素が一斉に発光動作を実行するように制御されるので、1フレーム期間Tfrにおける上記無発光動作による黒表示期間の比率(黒挿入率)は概ね50%となり、上述したような動画像のボケやにじみが視認されない目安である30%を上回るものの、発光動作期間が1フレーム期間Tfrの半分に過ぎないため、画像情報を十分な発光輝度で表示することができず、また、各行における書込動作期間が短縮されるため、表示データ(階調信号)を十分書き込む時間が確保されなくなる可能性があるが、各表示画素の発光輝度を適宜増大させ、さらに、階調電流の電流値を増加させることにより、画像情報を十分な輝度で、かつ、良好な表示画質で表示することができる。