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[特別招待論文] TV 応用を目指す有機 EL ディスプレイの駆動方式

－現状と課題－

服部 励治

九州大学大学院システム情報科学研究院 〒819-0395 福岡市西区元岡 744 番地

E-mail: hattori@ed.kyushu-u.ac.jp

あらまし 大型 TV 応用のためのアクティブマトリックス駆動有機 EL ディスプレイ（AMOLED）の駆動方法は，

小型携帯応用パネルと異なり周辺回路へのコスト低減要求が緩和されるために，校正メモリーを用いた輝度補償法

を使うことができるようになる．これにより，小型パネルではピクセル内の回路において行われていた輝度補償が，

大型パネルではピクセル外で校正メモリーを用いた画像データとの演算により行われるようになるであろう．その

場合，低コスト化を実現するためには，どのように各ピクセルの TFT および OLED 特性を読み出すか，また，既存

のピクセル補償回路と組み合わせどのようにメモリーを節約するかが重要となる．将来，それら校正メモリーや演

算回路は映像エンジンの一部に含められ，有機 EL 素子のポテンシャルを最大に活かした有機 EL 専用の画像処理技

術が発達することにより，LCD や PDP では成しえなかった最高の TV 表示品質が可能となるであろう．

キーワード 有機 EL ディスプレイ，駆動方式，TV，校正メモリー，輝度ムラ補償，映像エンジン

Driving Method of OLED Display for TV Application

－Present Status and Future Challenges－

Reiji HATTORI

Department of Electronics, Kyushu University

744 Motooka, Nishi-ku, Fukuoka 819-0385 Japan

E-mail: hattori@ed.kyushu-u.ac.jp

Abstract: The driving method of the active-matrix driven organic light-emitting display (AMOLED) for a large-sized TV

application can use the luminous compensation method using a calibration memory since the cost-reduction demand to a

peripheral circuit would be decreased in contrast with the small-sized panel for a cellular-phone. This fact enables that the

luminous compensation in the large-sized display is preformed by the arithmetic operation with image and calibration data

outside of the pixel although the compensation in the small-sized panel has been carried out in the pixel circuit. In this method,

it is critical for the cost-reduction how to observe the TFT and OLED characteristics in each pixel and how to save the

compensation memory size in combination with the pixel compensation circuit technique. In future, the memory and the

operation circuit will be included in a digital imaging engine that enables the ultimate TV image quality, which have never

been achieved by LCD or PDP, by developing the digital imaging processing technology utilizing the potential of OLED at the

maximum.

Keyword: organic light-emitting display, driving method, TV, compensation memory, luminous mura compensation,

imaging engine

1. は じ め に

2007 年 ， ア ク テ ィ ブ マ ト リ ッ ク ス 駆 動 有 機 EL デ ィ ス プ レ イ (AMOLED)は 携 帯 電 話 メ イ ン デ ィ ス プ レ イ と し て 韓 国 メ ー カ ー に よ っ て 本 格 的 な 量 産 が 開 始 さ れ た ． 有 機 EL 産 業 に と っ て こ れ は 将 来 を 占 う 注 目 す べ き チ ャ レ ン ジ で あ る ． 液 晶 デ ィ ス プ レ イ （ LCD） の 高 性 能 化 と 低 価 格 化 が 進 ん で い る 現 状 に お い て ，LCD と 競 争 し て 市 場 を 勝 ち 取 る こ と は そ う 簡 単 な こ と で は な い ． そ れ で も ，AMOLED は 低 消 費 電 力・薄 型・高 画 質 を 武 器 に 多 く の 企 業 で 開 発 が 進 め ら れ て い る ． 一 方 ， 他 に 大 型 TV 応 用 を 目 指 す 動 き が あ る ． し か し ， TV 応 用 は LCD で も ご く 最 近 に 成 し 得 た 技 術 で あ る ．TV 応 用 は 小 型 携 帯 応 用 に 比 べ 寿 命・輝 度・階 調 ・ 動 画 な ど へ ， さ ら に 厳 し い 特 性 が 求 め ら れ る か ら だ ． LCD 技 術 者 か ら 見 れ ば ，小 型 パ ネ ル で も ま だ 満 足 に 量 産 で き て い な い の に ，大 型 TV 応 用 な ど は 10 年 早 い と 感 じ る の は 無 理 も 無 い ． し か し ，AMOLED の ポ テ ン シ ャ ル を 最 大 限 に 引 き 出 す こ と が で き る の は TV 応 用 で あ る ． 言 い 換 え る な ら ば 大 型 TV こ そ が LCD や プ ラ ズ マ デ ィ ス プ レ イ（ PDP）

と の 差 異 を し め す こ と が で き る 応 用 で あ ろ う ． 現 在 ， TV 市 場 を 握 っ て い る LCD と PDP で あ ろ う と も ，決 し て 動 画 特 性 ・ 高 精 細 化 に 関 し て 完 全 な も の で は な く ， ま だ 割 っ て は い る 余 地 は 十 分 に あ る ．LCD に 対 し て は 高 速 応 答 性 ・ 高 コ ン ト ラ ス ト ・ 高 視 野 角 ， PDP に 対 し て は 低 消 費 電 力 性 で 優 位 性 が あ り ， 加 え て 両 者 に 対 し 圧 倒 的 に 薄 型 で あ る 点 で 勝 負 す れ ば 勝 機 が あ る か も し れ な い ． TV 応 用 を 実 現 す る た め に は 小 型 パ ネ ル に 比 べ 更 に 長 寿 命 化 ・ 高 輝 度 化 が 必 要 と な る ． 当 然 ， 有 機 EL の 更 な る 材 料 ・ 素 子 開 発 が 必 要 で あ る が ， そ れ と 共 に 駆 動 方 法 の 開 発 も 重 要 に な る ． ま た ， 低 コ ス ト 化 に 対 し て も 駆 動 方 法 は 深 く 関 係 す る ． 今 ま で 行 わ れ て き た 有 機 EL の 駆 動 法 の 研 究 は 小 型 パ ネ ル 用 中 心 で あ り ， 大 型 TV 応 用 の た め の 駆 動 方 法 は ま た 別 の 要 素 が 加 わ り 全 く 違 っ た 駆 動 方 法 が 主 流 と な る 可 能 性 が あ る ． こ の 報 告 書 で は 今 後 AMOLED が 目 指 す べ き 最 大 の 市 場 で あ る 大 型 TV 用 パ ネ ル に お け る 駆 動 法 を 論 議 す る ．

2. バ ッ ク プ レ ー ン 技 術

は じ め に ， 大 型 パ ネ ル に お け る バ ッ ク プ レ ー ン 技 術 を 考 え る ． 新 し い 技 術 と し て 有 機 TFT や 酸 化 物 TFT な ど が あ る が ， 現 時 点 で 量 産 可 能 な 選 択 肢 は ア モ ル フ ァ ス シ リ コ ン（ a-Si）TFT と 低 温 ポ リ シ リ コ ン（ LTPS） TFT の 二 つ で あ ろ う ．AMOLED が 開 発 さ れ だ し た 頃 は 電 流 駆 動 能 力 か ら 考 え て LTPS で の み 駆 動 可 能 で あ る と 言 わ れ て き た ． し か し そ の 後 ， a-Si TFT で も 駆 動 す る パ ネ ル も 表 れ ， 現 時 点 で は 小 型 パ ネ ル に お い て は 両 方 の 技 術 に よ る 駆 動 が 開 発 さ れ て い る ．一 方 ，20 イ ン チ を 超 え る 大 型 パ ネ ル に お い て は LTPS を 選 択 す る こ と は で き な い ． な ぜ な ら ば LTPS で 作 製 可 能 な パ ネ ル 寸 法 が 20 イ ン チ 以 下 で あ る か ら だ ．今 ま で に タ イ リ ン グ を 用 い た 40 イ ン チ の LTPS パ ネ ル も 発 表 さ れ た が ， ど う し て も 繋 ぎ 目 が 目 立 っ て し ま う た め 市 場 に は 受 け 入 れ ら れ な か っ た ． し た が っ て ， 大 型 パ ネ ル に お け る バ ッ ク プ レ ー ン 技 術 は a-Si TFT， ま た は そ れ に 類 似 し た 技 術 以 外 に 無 い と い う こ と に な る ． 通 常 ，a-Si TFT の 電 界 移 動 度 は 1cm2 /Vs 未 満 で あ る ． こ の 移 動 度 は LTPS に 比 べ か な り 小 さ い 値 で あ る が ， OLED を 駆 動 す る に は 十 分 な 移 動 度 で あ る ． こ れ は 誰 も が 簡 単 な 計 算 で 確 か め ら れ る こ と で あ る ． し か し ， 一 般 的 に は こ の 移 動 度 で は 不 足 で あ る と よ く 言 わ れ る ． 本 当 は ど ち ら な の か ？ こ の 問 題 に 正 確 に 答 え る の は 少 々 複 雑 で あ る ． 図 1は ， OLED の 電 流 効 率 を パ ラ メ ー タ ー と し た ピ ク セ ル サ イ ズ 635µm×212µm に お い て 輝 度 400cd/m2 を 得 る と き に 必 要 な TFT の 電 界 移 動 度 と ゲ ー ト 幅 の 関 係 を 示 し た も の で あ る ．現 時 点 の OLED 素 子 の 実 力 か ら 3 色 と も 電 流 効 率 10cd/A を 得 る こ と は 可 能 で あ る の で ， こ の 図 よ り 一 般 的 な a-Si TFT の 電 界 移 動 度 0.4cm2/Vs で も ゲ ー ト 幅 が 約 100µm の TFT で 上 記 の 輝 度 を 得 る こ と が で き ， ピ ク セ ル 内 に 通 常 の 形 状 で TFT を 設 計 で き る こ と が 分 か る ． し か し な が ら ， こ の 時 に 必 要 な 電 圧 よ り 次 の 二 つ の 問 題 が 生 じ る ． 第 一 の 問 題 は ソ ー ス － ド レ イ ン 間 電 圧 15V で あ る ． 通 常 ， OLED 駆 動 電 圧 が 5V 程 度 で あ る こ と を 考 え る と 3 倍 も 高 い 値 で あ る ． 両 者 は 直 列 に 接 続 さ れ 同 じ 電 流 が 流 れ る こ と を 考 え る と ， 輝 度 を 得 る た め に 必 要 な OLED で の 消 費 電 力 の 3 倍 が TFT で 消 費 さ れ て し ま う こ と に な る ． こ の 電 力 は た だ 熱 に 変 わ る だ け で あ り ， こ の 熱 が OLED の 劣 化 を 促 進 さ せ て し ま う と い う 弊 害 も 起 こ る ． 第 二 の 問 題 は ゲ ー ト 電 圧 20V で あ る ．a-Si TFT に は 閾 値 電 圧 シ フ ト と 言 う 問 題 が あ る こ と は 有 名 で あ る が ， TFT を 駆 動 さ せ て い く う ち に こ の シ フ ト が 起 こ り ， 設 計 値 と し て は ゲ ー ト 電 圧 30V 程 度 を 考 え な け れ ば な ら な い ． こ の 電 圧 を 供 給 す る の は ソ ー ス ド ラ イ バ ー で あ り ，LCD と 比 べ る と か な り 耐 圧 の 高 い LSI を 用 い な け れ ば な ら な い こ と が 分 か る ． さ ら に ， こ の 電 圧 で ON/OFF す る ス イ ッ チ ン グ TFT を 動 作 さ せ る た め ， ゲ ー ト ド ラ イ バ ー に は さ ら に 10V 程 度 高 い 電 圧 が 必 要 で あ る ．ま た ，ス イ ッ チ ン グ TFT に も 閾 値 電 圧 シ フ ト が あ る こ と を 考 え る と ゲ ー ト ド ラ イ バ ー の 電 圧 は 40V を 超 え て し ま う ． こ の 様 な 理 由 か ら ，「 OLED を 光 ら す た め に は a-Si TFT の 移 動 度 で OK で あ る が ， 消 費 電 力 ・ ド ラ イ バ ー LSI 電 圧 を 考 え る と 一 桁 程 度 高 い 移 動 度 が 欲 し い 」 と 言 う の が 正 確 な 表 現 で あ ろ う ． し か し 反 対 に ， く し 型 TFT を 用 い て ゲ ー ト 幅 を 稼 ぎ ， 閾 値 電 圧 シ フ ト を 何 ら 1 10 100 1000 10000 100000 1000000 0.001 0.01 0.1 1 10 移動度 (cm2/Vs) ゲート 幅（ μ m） 1 2 5 10 20 電流効率 (cd/A) L = 400 cd/m2 V_gs = 20 V V_ds = 15 V Vth = 5 V 図 1 OLED 電 流 効 率 に よ る 移 動 度 と TFT ゲ ー ト 幅 の 関 係

か の 方 法 で 抑 制 で き る な ら ば ， こ の 移 動 度 で も 大 丈 夫 で あ る と 言 う 事 も で き る ． a-Si TFT で OLED を 駆 動 で き る か で き な い か は ， 移 動 度 の 大 き さ だ け で は 結 論 付 け る こ と の で き な い 複 雑 な 問 題 な の で あ る ．

3. 大 型 と 小 型 パ ネ ル の 駆 動 法 の 違 い

図 2は 大 型 パ ネ ル と 小 型 パ ネ ル に お い て ， ど の よ う な 周 辺 LSI が あ る か を 示 し た も の で あ る ．こ れ は LCD の 場 合 を 参 考 に 描 い た も の で あ る が ， OLED の 場 合 で も 価 格 面 で LCD と ほ ぼ 同 じ 程 度 を 求 め ら れ る こ と よ り 大 き く 違 わ な い は ず で あ る ． 携 帯 電 話 用 の 小 型 パ ネ ル に お い て は コ ス ト 低 減 要 求 が 厳 し く ，実 装 で き る LSI の 個 数 は 一 つ に 限 ら れ る ． 従 っ て ， OLED の 輝 度 補 償 は パ ネ ル 側 に 任 さ れ ， 複 雑 な ピ ク セ ル 回 路 を 用 い て 輝 度 補 償 を 行 う こ と に な る ． ま た ， 小 型 パ ネ ル で は 低 消 費 電 力 化 の 要 求 が 高 い こ と よ り LTPS 技 術 が 主 に 採 用 さ れ て い る が ，LTPS の 場 合 ， TFT 間 に 閾 値 電 圧 と 移 動 度 の バ ラ ツ キ が 存 在 す る ． こ れ ら の バ ラ ツ キ は ， そ の ま ま 輝 度 バ ラ ツ キ と な っ て 表 れ る ． 現 在 の 輝 度 補 償 方 法 は 電 圧 プ ロ グ ラ ム 法 と 電 流 プ ロ グ ラ ム 法 に 大 別 さ れ る が ， 現 状 は 最 も 低 く 部 材 コ ス ト が 抑 え ら れ る 前 者 が 量 産 に 採 用 さ れ て い る ． し か し ， こ の 方 法 は 移 動 度 の バ ラ ツ キ が 補 償 で き な い た め に プ ロ セ ス へ の 負 担 が 大 き く な り ， 歩 留 ま り の 不 安 要 因 の 一 つ と な る ． 一 方 ， 電 流 プ ロ グ ラ ム 法 は ， 移 動 度 の バ ラ ツ キ も 補 償 で き ， 高 い 歩 留 ま り を 期 待 で き る も の の ， プ ロ グ ラ ム 速 度 と 定 電 流 ド ラ イ バ ー の 価 格 に 問 題 が あ る と さ れ て い る ． 一 方 ， 大 型 パ ネ ル で は 周 辺 回 路 の 占 め る コ ス ト の 割 合 が 低 く な り ， 小 型 パ ネ ル ほ ど コ ス ト 低 減 の 要 求 は 高 く な い こ と よ り ， 数 多 く の LSI を 実 装 で き る ． ゲ ー ト お よ び ソ ー ス ド ラ イ バ ー の 他 に ， コ ン ト ロ ー ラ ー や 映 像 エ ン ジ ン な ど の LSI が 実 装 さ れ る ． 大 型 パ ネ ル に お い て 用 い ら れ る バ ッ ク プ レ ー ン 技 術 は ， 先 に 述 べ た よ う に a-Si お よ び そ の 類 似 技 術 と 限 ら れ る た め ，TFT の 特 性 バ ラ ツ キ は 問 題 な い 程 度 に 抑 え ら れ る ． 問 題 は ゲ ー ト 電 圧 ス ト レ ス に よ る 閾 値 電 圧 シ フ ト で あ る ． こ の 閾 値 電 圧 シ フ ト の 問 題 を 解 決 す る た め に ， 従 来 は 小 型 パ ネ ル と 同 じ よ う に ピ ク セ ル 回 路 に よ る 補 償 技 術 が 用 い ら れ て き た ． し か し ， 大 型 パ ネ ル に お い て は 周 辺 回 路 LSI を 増 や す こ と が 可 能 で あ る ．よ っ て ，「 外 部 に 特 性 バ ラ ツ キ の デ ー タ を 保 存 す る 校 正 用 メ モ リ ー を 搭 載 し ， こ の デ ー タ を 使 っ て 映 像 デ ー タ に 演 算 を 加 え ， バ ラ ツ キ を 補 償 す る 」 と い う の が 最 近 の 大 型 AMOLED に お け る 輝 度 補 償 の ト レ ン ド で あ る ．実 は こ の 校 正 用 メ モ リ ー を 用 い た 補 償 方 法 は 古 く か ら 考 え ら れ て い た ． 最 初 の 特 許 は パ ッ シ ブ マ ト リ ッ ク ス （ PM） OLED パ ネ ル に 対 し て 見 る こ と が で き る [1]． AMOLED パ ネ ル に 対 し て 校 正 メ モ リ ー を 用 い た 補 償 方 法 が 提 案 さ れ た の は 特 許 [2]が 最 初 だ と 思 わ れ る ． こ の 方 法 は 実 際 に 量 産 ビ デ オ カ メ ラ 用 モ ニ タ ー に 採 用 さ れ た ．こ の パ ネ ル は メ モ リ ー を 持 つ こ と に よ り LCD に 対 し て コ ス ト 競 争 力 が 弱 ま っ て し ま う が ， あ る 程 度 の 歩 留 ま り を 確 保 す る た め に は 有 用 な 方 法 で あ っ た で あ ろ う ．

4. 大 型 パ ネ ル 向 け 校 正 メ モ リ ー 補 償 シ ス テ ム

大 型 パ ネ ル で 用 い る こ と の で き る 校 正 メ モ リ ー に よ る 補 償 シ ス テ ム は 特 許 [3]に よ っ て 初 め て 示 さ れ た ． 図 3は ， そ の ブ ロ ッ ク 図 で あ る ． こ の シ ス テ ム で は ， ま ず 各 画 素 に 流 れ る 電 流 を 電 源 線 よ り 測 定 し ， そ の 結 データ信号 電源 走査ド ラ イ バ ー データドライバー 演算素子 結果を記憶するメモリー 電流測定 素子2 電流測定 素子1 電流測定 素子3 図 3 校 正 メ モ リ ー を 使 っ た AMOLED パ ネ ル 回 路

大型パネル

小型

パネル

ゲー

ト

ド

ラ

イ

バー

ソースドライバー

コント

ローラー

映像

エンジン

校正

メモリー

ゲー

ト

ド

ラ

イ

バー

図 2 大 型 ／ 小 型 パ ネ ル に お け る 周 辺 LSI

果 を メ モ リ ー に 蓄 積 す る ． そ し て ， こ の デ ー タ を 用 い て 各 画 素 の TFT 特 性 の バ ラ ツ キ・特 性 シ フ ト を 演 算 素 子 で デ ー タ 信 号 に 加 え 輝 度 バ ラ ツ キ を 校 正 す る 回 路 構 成 に な っ て い る ． こ こ で 電 流 を 測 定 す る タ イ ミ ン グ で あ る が ， 低 温 ポ リ シ リ コ ン (LTPS) TFT の 場 合 は 特 性 シ フ ト が 小 さ い の で ， 工 場 出 荷 時 に 一 度 測 定 す る だ け で バ ラ ツ キ は 補 償 さ れ る ． し た が っ て ， 電 流 測 定 素 子 は パ ネ ル に 実 装 せ ず 出 荷 時 に 外 部 回 路 で 測 定 す る こ と が で き る ． ま た こ の 場 合 ， 電 流 を 測 定 す る よ り も 輝 度 を 測 定 し て そ の デ ー タ を 扱 う 方 が OLED の バ ラ ツ キ も 含 ま れ る の で ， よ り 高 精 度 に 補 償 で き る ． こ の 輝 度 を フ ィ ー ド バ ッ ク す る シ ス テ ム が 正 に 先 に 述 べ た 特 許 [2]の 内 容 で あ る ． し か し ， a-Si TFT の 場 合 は 閾 値 電 圧 シ フ ト が 輝 度 補 償 の 対 象 で あ る た め ，随 時 TFT の 特 性 を 測 定 す る 必 要 が あ る ． よ っ て 電 流 測 定 シ ス テ ム の パ ネ ル 上 へ の 実 装 は 必 須 で あ る ． ま た ， そ の 測 定 の タ イ ミ ン グ は 閾 値 電 圧 シ フ ト が 非 常 に ゆ っ く り と 起 こ る た め ， 毎 フ レ ー ム ご と に 測 定 す る 必 要 は 無 い ． こ の 頻 度 が ど の 程 度 必 要 で あ る か は 議 論 の あ る と こ ろ で あ る が ， 測 定 に 時 間 が か か る 場 合 は ， 電 源 投 入 時 の み に 測 定 す る こ と も 可 能 で あ る ． ま た ， 電 源 投 入 後 ， パ ネ ル 温 度 が 影 響 を 与 え る 場 合 は TFT の 特 性 が 変 化 す る た め パ ネ ル 駆 動 中 に 電 流 を 測 定 す る シ ス テ ム が 必 要 と な る ．

5. 校 正 要 素

こ の 校 正 メ モ リ ー に よ る 輝 度 補 償 シ ス テ ム に お い て 校 正 す べ き 要 素 は ， TFT の 閾 値 電 圧 特 性 と 移 動 度 ， OLED の 発 光 効 率 な ど が あ る ． 最 終 的 に は 入 力 値 に 対 す る 発 光 輝 度 が 補 償 さ れ れ ば よ い ． こ れ を 直 接 補 償 す る こ と が で き れ ば OLED 寿 命 の 問 題 は な く な る こ と で あ ろ う ． し か し ， そ の た め に は 各 ピ ク セ ル 内 に 受 光 素 子 を 設 け ， 発 光 輝 度 を 測 定 し な け れ ば な ら な い ． こ の 場 合 ， 輝 度 測 定 回 路 を 如 何 に ピ ク セ ル 内 に 設 置 す る か が 問 題 で あ る ． ま た ， 受 光 素 子 の バ ラ ツ キ ， 劣 化 も 考 え な け れ ば な ら な い ． 輝 度 フ ィ ー ド バ ッ ク は 最 も 理 想 的 な 補 償 方 法 で あ る が ， 技 術 的 バ リ ア も 高 い ． 現 時 点 で 現 実 的 な 方 法 は TFT お よ び OLED に 流 れ る 電 流 を 測 定 し ， TFT の 閾 値 電 圧 と 移 動 度 ， OLED の 発 光 効 率 を 補 償 す る こ と で あ ろ う ．こ こ で TFT の 特 性 は 電 圧 － 電 流 の 関 係 を 最 低 2 点 で 測 定 す る こ と に よ り 求 め る こ と が で き る ． 閾 値 電 圧 と 移 動 度 と い う 2 つ の パ ラ メ ー タ ー を 決 定 す る た め に 測 定 点 は 2 点 以 上 必 要 で あ る ． し か し ， OLED の 発 光 効 率 は 電 気 的 特 性 か ら 決 定 す る こ と は 難 し く ， 電 流 発 光 効 率 が 一 定 と 仮 定 し OLED に 定 電 流 を 供 給 す る こ と に よ り 対 応 し な け れ ば な ら な い ． す な わ ち ， OLED の 電 流 発 光 効 率 は 一 様 で 劣 化 が 無 い と し て い る ． も し ， OLED の 電 圧 － 電 流 特 性 よ り 発 光 効 率 の 変 化 が 類 推 で き る な ら ば デ ィ ス プ レ イ と し て の AMOLED 寿 命 を 飛 躍 的 に 延 ば す こ と が で き る で あ ろ う ．

6. 電 流 読 み 出 し 方 法

先 に 述 べ た 図 3 に お け る シ ス テ ム と し て の 問 題 点 は ， 電 流 測 定 に よ る 接 点 数 の 倍 増 で あ ろ う ． 図 4(a)は 1 ピ ク セ ル で の デ ー タ の 流 れ を 示 し た も の で あ る ． OLED に 流 れ る 電 流 は 電 源 線 よ り 測 定 さ れ る た め ， そ の 電 流 測 定 の た め の 接 点 数 は デ ー タ 線 数 と 同 じ と な る ． よ っ て デ ー タ ド ラ イ バ ー と 同 じ 程 度 の 個 数 の LSI を さ ら に A 校正 メモリー

＋

データ A 校正 メモリー

＋

データ

(a)

(b)

選択 TFT 駆動 TFT 選択 TFT 駆動 TFT TFT1 TFT2 図 4 ピ ク セ ル 電 流 測 定 方 法 ． (a)電 源 線 よ り 測 定 ， (b)デ ー タ 線 よ り 測 定 ．

接 続 し な け れ ば な ら な い ． こ れ に よ る コ ス ト の 増 加 が 問 題 と な る ． ま た ， こ の 方 法 で は 電 源 線 を 縦 方 向 に し か 張 れ ず ， 電 源 線 に お け る 電 圧 降 下 が 問 題 に な り や す い ．電 源 線 に 電 圧 降 下 が あ る と ，2TFT ピ ク セ ル 回 路 で は 駆 動 TFT の ゲ ー ト 電 圧 の 変 化 に な る た め ，縦 方 向 の ク ロ ス ト ー ク が 発 生 す る ． し た が っ て ， 通 常 ， 電 源 線 は 縦 横 メ ッ シ ュ 状 に 張 ら れ て い る ． こ れ ら の 問 題 を 避 け る た め に は 図 4(b)の よ う に ピ ク セ ル 回 路 に TFT 数 個 を 加 え ，デ ー タ 線 を 通 じ て 電 流 を 測 定 す る 方 法 が 考 え ら れ る ． こ の 様 に す れ ば 測 定 素 子 を デ ー タ ド ラ イ バ ー に 内 蔵 す る こ と に よ り 接 点 数 の 増 加 を 避 け る こ と が で き ， 電 源 線 も メ ッ シ ュ 状 に 張 る こ と が で き る ． た だ し ，図 4(a)の 場 合 ，駆 動 TFT を 線 形 領 域 で 使 う こ と が で き る と 言 う 利 点 を 持 つ ．こ れ は a-Si TFT バ ッ ク プ レ ー ン で 消 費 電 力 を 劇 的 に 減 少 さ せ る こ と の で き る 技 術 で あ る ． 図 4(b) に お い て 電 流 測 定 時 は 電 源 線 に つ な が る TFT2 を OFF， デ ー タ 線 に つ な が る 二 つ の TFT1 を ON に し ，駆 動 TFT を ダ イ オ ー ド 接 続 す る ．ま た ，パ ネ ル 駆 動 時 は TFT2 を 常 時 ON に し ， デ ー タ 線 か ら 電 圧 に よ り 駆 動 TFT の ゲ ー ト 電 圧 を 決 め OLED の 電 流 量 を 制 御 で き る ． こ の 書 き 込 み 方 法 は 電 圧 に よ る 書 き 込 み に な る の で ， 電 流 書 き 込 み と は 違 い 大 型 高 精 細 パ ネ ル で も 高 速 に 書 き 込 め る ． こ の 際 ， TFT1 を OFF と す れ ば ， 通 常 の 2TFT ピ ク セ ル 回 路 と 同 じ に な り デ ー タ 線 に 電 流 が 流 れ な い の で ， ソ ー ス ド ラ イ バ ー に 電 流 負 荷 が か か ら な い ．し か し ，駆 動 TFT の ゲ ー ト に か か る 電 圧 は デ ー タ 線 に お け る 電 圧 降 下 分 の 差 が で き る た め ， OLED 電 流 に ズ レ が お こ る 可 能 性 が あ る ． さ ら に 選 択 線 と 別 に TFT1 制 御 用 バ ス ラ イ ン を 設 け な け れ ば な ら な い ．し た が っ て ， TFT1 は 選 択 TFT と 同 時 に ON/OFF す る 方 が 望 ま し い ． ま た ， 選 択 時 と 同 時 に TFT2 を OFF と す れ ば ， こ れ は 正 に 電 流 プ ロ グ ラ ム 駆 動 法 と 同 じ に な る ． 図 5に 具 体 的 な デ ー タ 線 よ り 電 流 を 測 定 す る ピ ク セ ル 回 路 を 示 す ． こ の 回 路 は 以 前 我 々 が 発 表 し た 電 流 プ ロ グ ラ ム と 同 じ で あ る [4]． し か し ，こ の 回 路 で は OLED に 2 つ の TFT が 直 列 に 接 続 さ れ て お り ， ON 抵 抗 の 高 い a-Si TFT を 使 う 時 に は 消 費 電 力 の 点 で 問 題 に な る ． ま た ， ピ ク セ ル 回 路 が 再 び 複 雑 に な り ， 開 口 率 ・ 歩 留 ま り の 低 下 が 懸 念 さ れ る ． こ れ ら 問 題 に 対 し 図 6に そ の TFT を 一 つ 省 い た 3T1C の ピ ク セ ル 回 路 2 種 類 を 示 す ． 図 6 (a)は カ ソ ー ド コ モ ン ， 図 6 (b)は ア ノ ー ド コ モ ン の 場 合 で あ る ． 選択 TFT 駆動 TFT TFT1 選択線 デー タ線 電源線

(a)

(b)

選択 TFT 駆動 TFT TFT1 選択線 デー タ線 電源線 図 6 3T1C デ ー タ 線 電 流 測 定 ピ ク セ ル 回 路 (a)カ ソ ー ド コ モ ン ， (b)ア ノ ー ド コ モ ン ． 選択 TFT 駆動 TFT TFT1 TFT2 データ 線 電源 線 選択線2 選択線1 図 5 デ ー タ 線 電 流 測 定 ピ ク セ ル 回 路

OLED の 整 流 特 性 を 使 っ て 選 択 線 1 本 と TFT1 個 を 節 約 し て い る ． こ れ ら 回 路 の 場 合 ， 電 流 測 定 時 に は 電 源 線 ま た は OLED の ア ノ ー ド 電 位 を 低 く す る 必 要 が あ り ， 電 流 測 定 を 電 圧 書 き 込 み と 同 時 に 行 う た め に は 電 源 線 を 選 択 線 と 同 期 さ せ 逆 相 で 変 化 さ せ な け れ ば な ら な い ． ま た ， こ の 様 に 変 化 さ せ る た め に は 電 源 線 が 選 択 線 と 平 行 に 張 ら れ な け れ ば な ら な い ． こ れ は 電 源 線 が メ ッ シ ュ 状 で は な く ，さ ら に パ ネ ル の 長 辺 方 向 で あ る た め ， 電 源 線 に お け る 電 圧 降 下 が 懸 念 さ れ ， 横 方 向 の ク ロ ス ト ー ク が 問 題 に な る 可 能 性 が あ る ． な お ， こ れ ら の 3T1C の 回 路 も 以 前 我 々 が 示 し た 電 流 プ ロ グ ラ ム の 回 路 と 同 じ で あ る [5]． こ の よ う に 電 流 プ ロ グ ラ ム 駆 動 法 で 用 い た ピ ク セ ル 回 路 は ， そ の ま ま 校 正 メ モ リ ー を 用 い た 補 償 回 路 と し て 用 い る こ と が で き る ． 違 い は ， 電 流 プ ロ グ ラ ム 法 で は 電 流 を 書 き 込 む が ， 校 正 メ モ リ ー 法 で は そ の 時 に 必 要 な 電 圧 を 書 き 込 む と い う こ と で あ る ．

7. ピ ク セ ル 回 路 補 償 と 校 正 メ モ リ ー 補 償

今 ま で の AMOLED の 輝 度 均 一 性 は ピ ク セ ル 回 路 に よ る 補 償 が 中 心 で あ っ た ． 本 報 告 に お い て は 大 型 パ ネ ル の 校 正 メ モ リ ー に よ る 補 償 方 法 を 論 議 し て い る が ， 前 節 で 述 べ た よ う に 従 来 の ピ ク セ ル 回 路 補 償 方 法 と も 深 い 関 係 が あ る ． こ れ ら 二 つ の 補 償 方 法 は 別 々 に 用 い な け れ ば な ら な い も の で は な く ， ピ ク セ ル 回 路 補 償 と 校 正 メ モ リ ー 補 償 の 併 用 も 考 え る こ と が で き る ． こ れ に よ り ， 従 来 の ピ ク セ ル 回 路 補 償 に よ り 校 正 量 を 減 ら し ， 校 正 メ モ リ ー 補 償 に お け る メ モ リ ー サ イ ズ や 演 算 量 を 低 減 す る こ と が で き る ． 5 節 の 構 成 要 素 で 述 べ た よ う に ， 1 ピ ク セ ル で 補 償 す べ き 要 素 と し て ， TFT の 移 動 度 ・ 閾 値 電 圧 ， OLED の 電 流 発 光 効 率 の 3 つ が 考 え ら れ る ． そ れ ぞ れ の 要 素 の バ ラ ツ キ を 記 憶 す る の に 必 要 な ビ ッ ト 数 は ， そ れ ぞ れ の 要 素 の バ ラ ツ キ に よ っ て 変 わ る ． も し ， そ の 要 素 バ ラ ツ キ に よ っ て 100％ 輝 度 が 変 わ っ て し ま う 時 ， 最 小 ビ ッ ト の 輝 度 変 化 を 補 償 す る た め に は ， そ の 要 素 に 割 り 当 て ら れ る べ き ビ ッ ト 数 は デ ー タ ビ ッ ト 数 と 同 じ で あ る べ き で あ る ． す な わ ち ， 8 ビ ッ ト の 映 像 入 力 で あ れ ば 校 正 メ モ リ ー に も 1 要 素 8 ビ ッ ト が 必 要 で あ る ． ハ イ ビ ジ ョ ン TV の 場 合 ， ピ ク セ ル 数 を 1280×720， フ ル カ ラ ー ， 8 ビ ッ ト 入 力 ， 校 正 す べ き 要 素 が 3 つ と し て 校 正 メ モ リ ー に 必 要 な メ モ リ ー サ イ ズ を 考 え る と 2 ギ ガ 以 上 と な る ． こ の 様 な 大 き な メ モ リ ー を 持 つ こ と が ど の 程 度 コ ス ト イ ン パ ク ト が あ る か ， ま た 演 算 量 が ど の 程 度 負 担 に な る か は 詳 し く 調 べ て み な い と 分 か ら な い が ， ピ ク セ ル 回 路 補 償 と 組 み 合 わ せ れ ば こ の メ モ リ ー は 劇 的 に 削 減 す る こ と が で き る ． ま た ， ピ ク セ ル 回 路 補 償 を 用 い る こ と に よ り 精 度 も 上 げ る こ と が で き る ． 例 え ば 通 常 の 2T1C ピ ク セ ル 回 路 で は 電 源 線 の 電 圧 降 下 が 現 れ ， ク ロ ス ト ー ク の 原 因 と な る が ， 電 圧 プ ロ グ ラ ム 法 や 電 流 プ ロ グ ラ ム 法 を 用 い れ ば 原 理 的 に 電 源 線 に 電 圧 降 下 が あ っ て も ク ロ ス ト ー ク は 現 れ な い ． 以 上 の よ う に 校 正 メ モ リ ー に よ る 駆 動 方 法 は こ れ 以 外 に 様 々 な バ リ エ ー シ ョ ン が 考 え ら れ る が ， 接 続 点 数 ， バ ッ フ ァ ー メ モ リ ー 容 量 ， ド ラ イ バ ー コ ス ト な ど 全 て 総 合 的 に 考 慮 し ， 全 体 と し て コ ス ト ミ ニ マ ム を 与 え る 駆 動 ・ 回 路 を 導 き 出 さ な け れ ば な ら な い ．

8. AMOLED 専 用 映 像 エ ン ジ ン

以 上 の よ う に 校 正 メ モ リ ー 補 償 方 法 で は ， 巨 大 な メ モ リ ー と 高 速 の 演 算 処 理 が 必 要 に な っ て く る ． メ モ リ ー は ド ラ イ バ ー 内 で は な く 単 独 チ ッ プ に 納 め ら れ ， 演 算 は 高 速 の 映 像 エ ン ジ ン の 中 で 映 像 処 理 の 一 部 と し て 行 わ れ る 様 に な る で あ ろ う ． ま た ， 映 像 エ ン ジ ン と し て AMOLED の 特 性 を フ ル に 活 か し た 映 像 処 理 が 求 め ら れ る で あ ろ う ．つ ま り ，AMOLED パ ネ ル の 基 本 的 設 計 指 針 は 如 何 に バ ラ ツ キ の 無 い パ ネ ル を 作 る か で な く ， 如 何 に 映 像 エ ン ジ ン の 言 う こ と を 利 く パ ネ ル を 作 る か に な る ．

9. ま と め

本 稿 で は 大 型 TV 応 用 AMOLED パ ネ ル に お け る 駆 動 方 法 の 一 つ で あ る 校 正 メ モ リ ー に よ る 輝 度 補 償 方 法 を 示 し た ． 大 型 パ ネ ル で は 小 型 パ ネ ル と 違 い ， 周 辺 LSI に 対 す る コ ス ト 低 減 要 求 が 強 く な い た め に 校 正 メ モ リ ー の 搭 載 が 許 さ れ る ． し か し ， こ の 補 償 方 法 を 用 い る 場 合 で も そ の ピ ク セ ル 回 路 に は 数 多 く の 種 類 が 考 え ら れ ， コ ス ト ・ 特 性 ・ 歩 留 ま り な ど を 考 え て 決 定 さ れ な け れ ば な ら な い ．

文 献

[1] 特 開 平 10-254410 [2] 特 開 平 11-282420 [3] 特 開 2002-278513

[4] R. Hattori, T. Tsukamizu, R. Tsuchiya, K. Miyake, Y. He, J. Kanicki; IEICE Transactions on Electronics, Vol.E83-C, No.5, pp.779-782 (2000)

[5] T. Shirasaki, T. Ozaki, K. Sato, M. Kumagai, M. Takei, T. Toyama, S. Shimoda, T. Tano, R. Hattori, Proceeding of Society for Information Display, pp.1516-1519, (2004)