JP2001147665A - アクティブ・マトリックス発光ダイオード・ディスプレイ - Google Patents

アクティブ・マトリックス発光ダイオード・ディスプレイ

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Abstract

(57)【要約】 【課題】アクティフ゛マトリックステ゛ィスフ゜レイの各ヒ゜クセルの特性の相違
による影響を除去して、均一な光束を発生するヒ゜クセル駆
動手段を提供する。 【解決手段】アクティフ゛マトリックステ゛ィスフ゜レイ内のアクティフ゛マトリックスヒ゜
クセルはフォトタ゛イオート゛(316,416,516)を備えており、このフォトタ
゛イオート゛は、ヒ゜クセル内の発光タ゛イオート゛(312,412,512)によっ
て生成される光束の一部を検出するために、この発光タ゛
イオート゛に光学的に接続される。フォトタ゛イオート゛は、光束の検
出部分に応答してヒ゜クセル内の余剰電荷を放電する。余剰
電荷が放電されると、発光タ゛イオート゛は光の放射をやめ
る。1実施態様では、トランシ゛スタ(308,408,508)のケ゛ートは、
蓄積ノート゛(310,410,510)の電荷によって制御される。蓄
積ノート゛の電荷が、駆動トランシ゛スタの閾値電圧より高い電圧
を設定した場合には、駆動トランシ゛スタは導通する。閾値電
圧を設定するのに必要な電荷量を超える、蓄積ノート゛の電
荷量は余剰電荷と呼ばれる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アクティブ・マト
リックス・ディスプレイ装置に関するものであり、とり
わけ、アクティブ・マトリックス・ディスプレイの各ピ
クセル内に配置された駆動回路要素に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】２次元フラット・パネル・ディスプレイ
を形成するために、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）の
アレイが利用されている。化合物半導体から製造される
従来の発光ダイオード（ＬＥＤ）と比較すると、ＯＬＥ
Ｄのパターン形成は低コストで、容易であるため、コン
パクトで、高解像度のアレイが実用的になる。ＯＬＥＤ
は、モノクロまたはカラー・ディスプレイの形成にも適
しており、透明基板または半導体基板に形成することも
可能である。
【０００３】当該技術において既知のように、ＯＬＥＤ
及びＬＥＤのアレイは、一般に、パッシブ・マトリック
ス・アレイまたはアクティブ・マトリックス・アレイと
して分類される。パッシブ・マトリックス・アレイの場
合、電流駆動回路が、アレイ外部にあり、アクティブ・
マトリックス・アレイの場合、電流駆動回路には、各ピ
クセル内に形成された１つ以上のトランジスタが含まれ
ている。パッシブ・マトリックス・アレイに対するアク
ティブ・マトリックス・アレイの利点は、アクティブ・
マトリックス・アレイが、パッシブ・マトリックスほど
大きいピーク電流を必要としないという点である。大ピ
ーク電流は、利用可能なＯＬＥＤの発光効率を低下させ
るので、一般に望ましくない。アクティブ・マトリック
スの透明導電層は、連続したシートとすることができる
ので、アクティブ・マトリックス・アレイの場合、パッ
シブ・マトリックスのパターン形成された透明導体の場
合に生じる電圧降下問題も軽減される。
【０００４】図１及び２は、従来技術において既知のア
クティブ・マトリックス・ピクセルを描いたものであ
る。言うまでもなく、個々のアクティブ・マトリックス
・ピクセルは、説明のために示されたものであるが、図
１及び２に示された個々のアクティブ・マトリックス・
ピクセルは、一般に、ディスプレイを形成するために、
互いに近接して配置されたピクセル・アレイの一部であ
る。図１及び２に示すように、アクティブ・マトリック
ス・ピクセルのそれぞれには、アドレス・ライン１０２
及び２０２、データ・ライン１０４及び２０４、アドレ
ス・トランジスタ１０６及び２０６、駆動トランジスタ
１０８及び２０８、蓄積ノード１１０及び２１０、及
び、ＯＬＥＤ１１２及び２１２が含まれている。アドレ
ス・ラインによって、ピクセルを個別にアドレス指定す
ることが可能になり、データ・ラインによって、駆動ト
ランジスタを起動するための電圧が得られる。アドレス
・トランジスタは、データ・ラインから蓄積ノードへの
データの書き込みを制御する。蓄積ノードは、コンデン
サによって表されているが、駆動トランジスタのゲート
・キャパシタンス及びアドレス・トランジスタの接合キ
ャパシタンスによって、蓄積ノードにとって十分なキャ
パシタンスを得ることができるので、独立したコンポー
ネントとする必要はない。図示のように、ＯＬＥＤは、
駆動電圧（ＶLED）に接続されており、ＯＬＥＤを流れ
る電流は、駆動トランジスタによって制御される。電流
が駆動トランジスタを通って流れるようにすると、ＯＬ
ＥＤは、矢印１１４及び２１４によって示すように、光
束と呼ばれる光を放出する。
【０００５】図１を参照すると、ＯＬＥＤ１１２のカソ
ードが接地される場合は、ＰＭＯＳトランジスタが望ま
しく、図２を参照すると、ＯＬＥＤ２１２のアノードが
電源電圧（ＶLED）に接続される場合は、ＮＭＯＳトラ
ンジスタが望ましい。図１及び２に示すようにＰＭＯＳ
及びＮＭＯＳトランジスタを使用すると、駆動トランジ
スタ１０８及び２０８のゲート・ソース間電圧が、ＯＬ
ＥＤの両端における電圧降下に感応しなくなり（すなわ
ち、影響をうけなくなり）、従って、ＯＬＥＤによって
放出される光１１４及び２１４の均一性が向上する。
【０００６】従来技術によるアクティブ・マトリックス
・ピクセルの動作については、図２に示すアクティブ・
マトリックス・ピクセル構成に関連して説明するが、同
じ概念は、図１のアクティブ・マトリックス・ピクセル
にも当てはまる。図２に示すアクティブ・マトリックス
・ピクセルは、アナログ・ダイナミック・メモリ・セル
の働きをする。アドレス・ライン２０２が高（ハイ）の
場合、データ・ライン２０４によって、駆動トランジス
タ２０８のゲートを含む、蓄積ノード２１０の電圧がセ
ット（設定）される。蓄積ノードの電圧が、駆動トラン
ジスタのしきい値電圧を超えると、駆動トランジスタが
導通し、ＯＬＥＤ２１２は、蓄積ノードの電圧が、駆動
トランジスタのしきい値電圧未満に降下するか、あるい
は、蓄積ノードの電圧が、アドレス・トランジスタ２０
６によってリセットされるまで、光２１４を放出する。
蓄積ノードの電圧は、一般に、アドレス・トランジスタ
の接合、及び、駆動トランジスタのゲート誘電体からの
漏洩のために降下する。しかし、アドレス及び駆動トラ
ンジスタにおける漏洩が十分に少なく、蓄積ノードにお
けるキャパシタンスが大きければ、ＯＬＥＤを通る電流
は、蓄積ノードに次の電圧がセットされるまで、比較的
一定に保たれる。例えば、電圧は、一般に、当該技術に
おいて既知の一定のリフレッシュ間隔でリセットされ
る。蓄積ノードは、リフレッシュ間隔における漏洩を見
込んで、十分な電荷を蓄積ノードに蓄積しなければなら
ないことを示すため、コンデンサとして表されている。
上述のように、駆動トランジスタのゲート・キャパシタ
ンス及びアドレス・トランジスタの接合キャパシタンス
で十分な可能性があるので、コンデンサは、必ずしも独
立したコンポーネントを表すとは限らない。
【０００７】図２のアクティブ・マトリックス・ピクセ
ルの場合、蓄積ノード２１０の電圧によって、ＯＬＥＤ
２１２によって発生する光２１４の強度が決まる。ＯＬ
ＥＤの強度−電流関係と駆動トランジスタ２０８のゲー
ト電圧−電流関係が既知の場合、方法の１つによれば、
蓄積ノードに対応する電圧を加えることによって、所望
の光強度が生じる。蓄積ノードにおける電圧のセッティ
ングは、一般に、デジタル・アナログ変換器を利用し
て、対応するデータ・ライン２０４に電圧を確立するこ
とによって実施される。代替方法の場合、まず、データ
・ラインを接地することによって、蓄積ノードの放電が
行われ、次に、データ・ラインがＣＭＯＳ供給電圧（Ｖ
dd）にセットされる。後者の方法を利用すると、アドレ
ス・トランジスタ２０２は、電流源として機能し、アド
レス・ラインを低（ロー）にセットすることによって蓄
積ノードが分離されるまで、蓄積ノードに充電を行う。
後者の方法によれば、各データ・ライン毎にデジタル・
アナログ変換器を必要としなくてすむという利点が得ら
れる。しかし、後者の方法の欠点の１つは、単一ピクセ
ル内の蓄積ノード・キャパシタンスが、トランジスタの
ゲート及び接合によって供給される場合、電圧の非線形
関数になるという点である。もう１つの欠点は、各ピク
セルの蓄積ノード・キャパシタンスが、アレイのピクセ
ル間において変動するという点である。
【０００８】上述のように、図２のＯＬＥＤ２１２から
所望の光束を得るため、データ・ライン２０４の電圧を
調整して、駆動トランジスタ２０８を流れる電流が制御
される。あいにく、駆動トランジスタを流れる電流は、
駆動トランジスタのしきい値電圧及び相互コンダクタン
スといった、駆動トランジスタの特性によっても左右さ
れる。高解像度ディスプレイを製作するために必要とさ
れるような、駆動トランジスタの大規模なアレイでは、
しきい値電圧及び相互コンダクタンスに変動が生じ、こ
れによって、同じ制御電圧に対してＯＬＥＤの駆動電流
が異なる場合がしばしばあり、このため、さらに、表示
が不均一に見えることになる。さらに、同じ電流で駆動
しても、ＯＬＥＤが異なれば、放出される光の強度も異
なる。さらにまた、指定の駆動電流に対する光の強度
は、ＯＬＥＤの経年変化につれて降下するが、ＯＬＥＤ
が異なれば、劣化速度も異なる可能性があり、やはり、
表示が不均一に見えるようになる。
【０００９】透明誘電体基板は、トランジスタを薄膜デ
バイスとして製作することが必要になるので、アクティ
ブ・マトリックス・ピクセルは、透明誘電体電極基板で
はなく、シリコン基板によって実施されるのが望まし
い。とりわけ、大規模アレイをなす薄膜トランジスタで
は、各ピクセルからの光束が、しきい値の変動に感応し
なくなるようにするのに、より多くのトランジスタが必
要とされるため、しきい値電圧の厳密な分布を得ること
は困難である。シリコン基板については、基板及びプロ
セスが、ＣＭＯＳテクノロジに適合する場合に特に、ア
ドレス指定、駆動、及び、その他の回路機能を容易に統
合することが可能である。既知のアクティブ・マトリッ
クス・ピクセル・テクノロジは、より古いＣＭＯＳテク
ノロジに適合するが、ＯＬＥＤは、高密度ＣＭＯＳが耐
えることが可能な電圧より高い電圧を必要とし、一方、
高密度ＣＯＭＯＳは、高解像度のカラー・ディスプレイ
に必要とされる小形ピクセルにとって望ましい。
【００１０】他のＬＥＤ用途において均一な光束を生じ
させるために利用されてきたある技法では、フォトセン
サを用いて、ＬＥＤにフィードバックを行うことが必要
とされる。既知の技法を用いて、ＬＥＤにフィードバッ
クを行うには、一般に、増幅器とコンパレータが必要と
されるが、これは、例えば、高解像度のカラー・ディス
プレイの単一ピクセルに適合させることが可能な回路を
はるかに超える要求である。
【００１１】上述のように、ＯＬＥＤによって発生する
光の強度は、蓄積ノードに供給される電圧、及び、ピク
セル毎に異なる可能性のある、駆動トランジスタ及びＯ
ＬＥＤの特性によって影響される。ピクセルの特性の相
違によって、不均一な光の強度が生じる可能性がある。
さらに、ＯＬＥＤの経年変化につれて、不均一度が変動
する可能性がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、均一な光束を発生し、同時に、アクティブ・マトリ
ックス・ディスプレイのサイズの制限を満たす、アクテ
ィブ・マトリックス・アレイの各ピクセルを個別に駆動
するためのシステム及び方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】アクティブ・マトリック
ス・ディスプレイ内のアクティブ・マトリックス・ピク
セルには、発光ダイオードによって発生する光束の一部
を検出するため、ピクセル内の発光ダイオードに光学的
に接続されたフォトダイオードが含まれる。フォトダイ
オードは、検出された光束の一部に応答して、ピクセル
内の余剰電荷を放電する。余剰電荷が放電されると、発
光ダイオードは、発光を停止する。１実施態様では、駆
動トランジスタのゲートが、蓄積ノードの電荷によって
制御される。蓄積ノードの電荷によって、駆動トランジ
スタのしきい値電圧を超える電圧がセットされると、駆
動トランジスタは導通する。しきい値電圧をセットする
のに必要な電荷を超える蓄積ノードの電荷量は、余剰電
荷（または、過剰電荷：excess charge）と呼ばれれ
る。
【００１４】余剰電荷が存在する限り、駆動トランジス
タは導通し、発光ダイオードは、光束を放出する。しか
し、余剰電荷が、蓄積ノードから放電されると、蓄積ノ
ードの電圧が、駆動トランジスタのしきい値電圧未満に
降下し、駆動トランジスタは、導通を停止し、発光ダイ
オードは、光束の放出を停止する。発光ダイオードによ
って発生する光束量は、蓄積ノードに存在する余剰電荷
の量を制御することによって制御可能である。蓄積ノー
ドの余剰電荷は、フォトダイオードによって受光された
光束の量に比例して放電されるので、ピクセルの光束
は、駆動トランジスタ及び発光ダイオードの特性の変動
に感応しない。アクティブ・マトリックス・ピクセル・
アレイの各ピクセル内における変動に感応しないことに
よって、アクティブ・マトリックス・ピクセル・アレイ
は、ディスプレイ全域にわたってより均一な光束を提供
することが可能になる。
【００１５】１実施態様では、アクティブ・マトリック
ス・ピクセルには、アドレス・ライン、データ・ライ
ン、アドレス・トランジスタ、駆動トランジスタ、蓄積
ノード、ＯＬＥＤ、及び、フォトダイオードが含まれ
る。アドレス・ラインによって、ピクセルを個別にアド
レス指定することが可能になり、データ・ラインによっ
て、駆動トランジスタを起動するための電圧が供給され
る。コンデンサは、必ずしも、独立した物理的コンポー
ネントを表すとは限らず、蓄積ノードに接続されたゲー
ト及び接合（junction）のキャパシタンスを表す場合も
ある。蓄積ノードの電圧が、駆動トランジスタの対応す
るしきい値電圧を超える限り、駆動トランジスタは導通
する。単一アクティブ・マトリックス・ピクセルについ
て説明しているが、単一ピクセルは、一般に、ディスプ
レイを形成するために互いに近接して配置されたアレイ
をなすピクセルの一部であることを理解されたい。
【００１６】フォトダイオードは、ＯＬＥＤに光学的に
結合されているので、フォトダイオードは、ＯＬＥＤに
よって発生する光の一部を検出することが可能である。
フォトダイオードは、ＯＬＥＤによって発生する光束に
比例した割合で、蓄積ノードに存在する余剰電荷を放電
する。フォトダイオードは、ＯＬＥＤの光束に比例して
蓄積ノードの余剰電荷を放電するので、駆動トランジス
タ及びＯＬＥＤは、フォトダイオードによって検出され
た積分光束（integrated flux）が、データ・ラインに
存在する余剰電荷と同等の値に達すると、オフになる。
【００１７】動作時、アクティブ・マトリックス・ピク
セルのアドレス・ラインは、蓄積ノードに所望の量の余
剰電荷を充電する時間期間にわたって高（ハイ）にセッ
トされる。蓄積ノードが十分に充電されると、アドレス
・ラインは低（ロー）にセットされ、蓄積ノードがデー
タ・ラインから有効に分離される。駆動トランジスタ
は、駆動トランジスタのしきい値電圧を超えるとすぐ
に、電流の導通を開始する。駆動トランジスタを通して
電流が流れると、ＯＬＥＤは光束を放出する。光束の一
部は、フォトダイオードによって検出され、フォトダイ
オードは、これに応答して、フォトダイオードによって
検出される光束に正比例した割合で、蓄積ノードの電荷
を放電する。検出された光束の積分値が、蓄積ノードの
余剰電荷に等しくなる時点で、蓄積ノードの電圧は、蓄
積ノードのしきい値電圧未満に降下する。蓄積ノードの
電圧が、駆動トランジスタのしきい値未満に降下する
と、電流は、駆動トランジスタを流れなくなり、ＯＬＥ
Ｄは光の発生を中止する。
【００１８】１実施態様では、分離トランジスタと呼ば
れる追加トランジスタが、論理的に相補性の（すなわ
ち、相補関係にある）アドレス・ラインに接続される。
論理的に相補性のアドレス・ラインに分離トランジスタ
を接続すると、蓄積ノードに対するデータ・ラインから
の書き込み中に、分離トランジスタにより、駆動トラン
ジスタがオンになるのが阻止される。分離トランジスタ
を所定位置につけると、フォトダイオードの働きによっ
て、駆動トランジスタ及びＯＬＥＤを通る電流の流れが
制御され、ＯＬＥＤは、アドレス・ラインが低になるま
で発光しない。
【００１９】１実施態様では、アクティブ・マトリック
ス・ピクセルは、駆動トランジスタとして、バイポーラ
・トランジスタを利用することが可能である。バイポー
ラ・トランジスタの役割は、ただ単にＶLEDに耐えるこ
とであり、バイポーラ・トランジスタは、高利得をもた
らす必要もないし、あるいは、高周波数で動作する必要
もない。
【００２０】
【発明の実施の形態】図３には、フォトダイオード３１
６を組み込んだアクティブ・マトリックス・ピクセルの
実施態様が示されている。説明のために、単一のアクテ
ィブ・マトリックス・ピクセルが示されているが、単一
ピクセルは、一般に、ディスプレイを形成するために、
互いに近接して配置されるアレイをなすピクセルの一部
であることを理解されたい。アクティブ・マトリックス
・ピクセルには、アドレス・ライン３０２、データ・ラ
イン３０４、アドレス・トランジスタ３０６、駆動トラ
ンジスタ３０８、蓄積ノード３１０、有機発光ダイオー
ド（ＯＬＥＤ）３１２、及び、フォトダイオードが含ま
れる。図２に関連して説明したように、アドレス・ライ
ンによって、ピクセルを個別にアドレス指定することが
可能になり、データ・ラインによって、駆動トランジス
タを起動するための電圧が供給される。コンデンサは、
必ずしも、独立した物理的コンポーネントを表すとは限
らず、蓄積ノードに接続されたゲート及び接合のキャパ
シタンスを表す場合もある。図２の回路の場合のよう
に、蓄積ノードの電荷が、駆動トランジスタの対応する
しきい値電圧を超えるのに十分なほど高い限り、図３の
駆動トランジスタは導通する。駆動トランジスタのしき
い値電圧を超えるまで蓄積ノードの電圧を上昇させる蓄
積ノードの電荷は、余剰電荷と呼ばれる。１実施態様で
は、各ピクセル内の回路は、高密度低電圧ＣＭＯＳプロ
セスによって製作される。
【００２１】図２の回路と図３の回路の相違は、フォト
ダイオード３１６が図３の回路に追加されている点であ
る。フォトダイオードは、ＯＬＥＤによって発生する光
３１８の一部を検出できるように、ＯＬＥＤ３１２に光
学的に結合されている。フォトダイオードは、ＯＬＥＤ
によって発生する光束に比例した割合で、蓄積ノード３
１０に存在する電荷を放電する。フォトダイオードは、
ＯＬＥＤの光束に比例して、蓄積ノードの電荷を放電す
るので、フォトダイオードによって検出される積分光束
が、データ・ラインに加えられた余剰電荷に相当する値
に達すると、駆動トランジスタ３０８及びＯＬＥＤはオ
フになる。
【００２２】動作時、蓄積ノード３１０に所望の量の余
剰電荷を充電する時間期間にわたって、図３のアクティ
ブ・マトリックス・ピクセルのアドレス・ライン３０２
が、高にセットされる。蓄積ノードが十分に充電される
と、アドレスラインが低にセットされ、蓄積ノードがデ
ータ・ライン３０４から有効に分離される。駆動トラン
ジスタ３０８は、駆動トランジスタのしきい値電圧を超
えるとすぐに、電流の導通を開始する。駆動トランジス
タに電流が導通すると、ＯＬＥＤ３１２は、ＯＬＥＤか
ら発する光３１４によって表される光束を放出する。光
３１８によって表される光束の一部が、フォトダイオー
ドによって検出され、フォトダイオードは、これに応答
して、フォトダイオードによって検出された光束に正比
例する割合で、蓄積ノードの電荷を放電し始める。検出
された光束の積分値が、蓄積ノードの余剰電荷に等しく
なる時点において、蓄積ノードの電圧は、蓄積ノードの
しきい値電圧未満に降下する。蓄積ノードの電圧が、駆
動トランジスタのしきい値電圧未満まで降下すると、電
流は、駆動トランジスタを通って流れるのを中止し、Ｏ
ＬＥＤは、発光を中止する。駆動電流と放電の割合を適
正に選択し、蓄積ノードの余剰電荷を制御することによ
って、駆動トランジスタのターン・オフ時間が、ディス
プレイのリフレッシュ間隔内に生じるようにセットする
ことが可能になる。ＯＬＥＤの効率またはトランジスタ
の駆動が変化する場合は、一定の光束が維持されるよう
に、蓄積ノードの余剰電荷の量を調整することが可能で
ある。
【００２３】以上説明したように、図３の回路は、蓄積
ノード３１０に加えられる余剰電荷を制御することによ
って、光束の制御を行う。対照的に、図１及び２の回路
は、デジタル・アナログ変換器を用いて、データ・ライ
ン１０４及び２０４を介して蓄積ノード１１０及び２１
０に供給される電圧を制御することによって、光束の制
御を行う。
【００２４】図３のアクティブ・マトリックス・ピクセ
ルの実施態様において、フォトダイオード３１６は、ア
ドレス・ライン３０２が低になる瞬間、上述のように、
ＯＬＥＤ３１２からの発光を調整し始める。しかし、ア
ドレス・ラインが高であって、電流がデータ・ライン３
０４を通って蓄積ノード３１０に流れている期間中、Ｏ
ＬＥＤは、フォトダイオードのフィードバック作用によ
って調整されない光を放出する。アドレス時間が、リフ
レッシュ間隔のほんの一部であれば、調整を受けない発
光を問題にならない程度に小さくすることができる。
【００２５】図４には、アドレス・ラインが高である期
間中、調整を受けない発光を最小限に抑えるアクティブ
・マトリックス・ピクセルの１実施態様が示されてい
る。図４のアクティブ・マトリックスのコンポーネント
は、図４のアクティブ・マトリックス・ピクセルに、追
加トランジスタ４２０及び追加抵抗器４２２が含まれて
いる点を除けば、図３のアクティブ・マトリックス・ピ
クセルのコンポーネントと同じである。図３のコンポー
ネントと一致する図４のコンポーネントには、同様の番
号が付いている。１実施態様では、分離トランジスタと
呼ばれる追加トランジスタが、そのゲートで蓄積ノード
４１０に接続され、そのソースで論理的に相補性のアド
レスライン４２４に接続されている。別の実施態様で
は、分離トランジスタは、そのソースにおいてＶｄｄに
接続することが可能である。図４のアクティブ・マトリ
ックス・ピクセルの場合、蓄積ノードの電荷によって、
分離トランジスタのゲートが制御される。蓄積ノードの
電荷が、分離トランジスタのしきい値電圧を超えて、蓄
積ノードの電圧を上昇させるのに十分である場合、分離
トランジスタは導通可能になる。分離トランジスタを論
理的に相補性のアドレス・ラインに接続すると、データ
ライン４０４から蓄積ノードへの書き込み中に、分離ト
ランジスタにより駆動トランジスタ４０８がオンになる
のが阻止される。分離トランジスタを図４に示すように
実施すると、フォトダイオード４１６によって、駆動ト
ランジスタ及びＯＬＥＤ４１２を通る電流の流れが制御
され、ＯＬＥＤは、アドレス・ライン４０２が低になる
まで発光しない。すなわち、蓄積ノードにおける余剰電
荷がフォトダイオードによって放電されると、分離トラ
ンジスタは、導通を中止し、駆動トランジスタのゲート
は低になる。図４に示すように、抵抗器をアースに接続
して、分離トランジスタがオープン状態になった後、駆
動トランジスタをオフにできるようにすることが必要に
なる。図４には抵抗器として示されているが、代わり
に、当該技術者に既知の方法に従って、適切な抵抗をも
たらすように構成されたＭＯＳトランジスタとすること
も可能である。
【００２６】図３及び４に示す回路のＯＬＥＤ３１２及
び４１２を駆動するのに必要な電圧（ＶLED）は、一般
に、高密度ＣＭＯＳプロセスにおいて許容される最高電
圧を超える。高電圧の結果として、ＯＬＥＤがオフにな
ると、ＶLEDが、各駆動トランジスタ３０８及び４０８
のドレインに生じる可能性がある。１実施態様では、駆
動トランジスタのチャネルの延長及び／または駆動トラ
ンジスタのドレインと他のデバイスとの間隔の増加によ
って、高ＶLEDの悪影響を軽減することが可能である。
別の実施態様では、より高いＶLEDが必要になる場合、
駆動トランジスタにさらにホウ素を注入することが、駆
動トランジスタの空乏長（depletion length）を短くす
ることに有効であり、これによって、突き抜け現象のな
い、トランジスタの高密度パッキングが可能になる。別
の実施態様では、さらに高いＶLE Dによって、ゲート酸
化物の破壊が生じる場合、さらに厚い酸化物層が必要に
なる場合がある。基盤となるシリコン基板ではなく、非
晶質または多結晶シリコンの薄膜に駆動トランジスタを
製作することによって、高ＶLEDの悪影響を軽減するこ
とも可能である。ＶLEDは、薄膜デバイスのドレインに
よって分離されるので、ＶLEDに適応するために、残り
の回路の密度を低下させる必要はない。
【００２７】図３のアクティブ・マトリックス・ピクセ
ルの場合、駆動トランジスタのしきい値電圧によって、
回路のダイナミック・レンジの下限が設定される。しか
し、図４のアクティブ・マトリックス・ピクセルの場合
は、分離トランジスタ４２０のしきい値によって、回路
のダイナミック・レンジの下限が設定される。分離トラ
ンジスタによって、ダイナミック・レンジの下限がセッ
トされるので、Ｖddを超える電圧に適応するために、分
離トランジスタのしきい値電圧を上げる必要はない。し
きい値がより高いか、変動性がより大きい駆動トランジ
スタを使用することが必要な場合には、図４のアクティ
ブ・マトリックス・ピクセルによって、図３のアクティ
ブ・マトリックス・ピクセルよりも広いダイナミック・
レンジを得ることができる。
【００２８】図５には、図４のアクティブ・マトリック
ス・ピクセルと同様のフォトダイオード５１６及び分離
トランジスタ５２０を組み込んだアクティブ・マトリッ
クス・ピクセルの１実施態様が示されている。図３及び
図４のコンポーネントと一致する図５のコンポーネント
には、同様の番号が付けられている。図５のアクティブ
・マトリックス・ピクセルは、バイポーラ・トランジス
タが駆動トランジスタ５０８として使用されている点に
おいて、図４のアクティブ・マトリックス・ピクセルと
異なっている。図５のバイポーラ・トランジスタは、図
４のＮＭＯＳトランジスタと抵抗器の組み合わせに取っ
て代わるものである。バイポーラ・トランジスタは、Ｃ
ＭＯＳプロセスへの追加が容易である。図３及び図４の
アクティブ・マトリックス・ピクセルの場合と同様、蓄
積ノード５１０に加えられた余剰電荷によって、ＯＬＥ
Ｄ５１２によって生じる光束が制御される。バイポーラ
・トランジスタに関連した電流利得及び他の変数が光束
に及ぼす影響はごくわずかである。バイポーラ・トラン
ジスタの役割は、ただ単にＶLEDに耐えることだけであ
って、バイポーラ・トランジスタは、高利得をもたらす
必要もないし、あるいは、高周波数で動作する必要もな
い。高性能または厳密な制御が要求されないので、ＣＭ
ＯＳプロセスに対するバイポーラ・トランジスタの追加
は有利である。１実施態様では、駆動トランジスタのｎ
ウェルが、コレクタとして使用され、エミッタが、ＮＭ
ＯＳソース及びドレイン注入によって形成される。唯一
の追加処理ステップには、ベースを形成するための注入
を含めることができる。
【００２９】図３〜５に関連して説明したように、フォ
トダイオード３１６、４１６、及び、５１６を使用し
て、ピクセル・アレイにおける各ピクセルの光の強度を
制御するためには、各フォトダイオードが、その対応す
るＯＬＥＤからの光を集めるが、アレイ内の他のピクセ
ルからの光は集めないということが必要になる。さら
に、フィードバック回路によって必要とされる光量を最
小限に抑え、ディスプレイの集光効率を最高にすること
が望ましい。図６は、図３〜５に関連して説明したフォ
トダイオードを含むアクティブ・マトリックス・ピクセ
ルの一部の断面図である。この断面図には、ＯＬＥＤ６
０２、透明絶縁体６０４、反射金属層６０６、フォトダ
イオード、及び、アドレス・トランジスタが含まれる。
ＯＬＥＤは、反射金属層の上に重ねられた透明絶縁層上
に位置している。ＯＬＥＤからの光が、ｎ＋拡散層６１
０及びｐ基板６１２によって形成されるフォトダイオー
ドまで通過できるようにするため、金属層には、小さい
開口部６０８がパターン形成されている。図６に示すよ
うに、フォトダイオードは、アドレス・トランジスタ３
０６、４０６、及び、５０６の単純な拡張部とすること
が可能である。図６には、ゲート６１４及びアドレス・
トランジスタに対する相互接続６１６が示されている。
反射金属層の厚さ対開口部の直径の比は、基板の照射を
フォトダイオードに限定するように選択することが可能
である。反射層及び開口部は、隣接ピクセルからの光を
遮り、光がピクセル内のトランジスタの動作に影響する
のを阻止する働きをする。例えば、赤、緑、及び、青の
ＯＬＥＤを用いたカラー・ディスプレイの場合、異なる
色には、異なる開口部の大きさを選択することが可能で
ある。開口部の大きさによって、フォトダイオードによ
って集光されるのが全光束のうちのどれだけの部分にな
るかが決まるので、色が異なるとサイズが異なるように
すれば、ＯＬＥＤ及びフォトダイオードの量子効率の差
を補償することが可能になる。こうして、ＯＬＥＤ材料
の異なる効率、及び、フォトダイオードの波長依存性に
もかかわらず、同じ回路設計及び電圧レベルが、各色の
ピクセルに適合することになる。
【００３０】図７は、アクティブ・マトリックス・アレ
イの各ピクセルから放出される光を制御するための方法
に関するプロセスフロー図である。この方法によれば、
蓄積ノードには、トランジスタのしきい値電圧を超える
（蓄積ノードの）電圧をセットする電荷が充電される
（ステップ７０２）。次に、光束が、ピクセルの一部を
なす発光ダイオードから発生する。光束は、蓄積ノード
の電荷がトランジスタのしきい値電圧を超える電圧を維
持している間、発生する（ステップ７０４）。次に、発
光ダイオードによって発生された光束の一部が検出され
る（ステップ７０６）。次に、蓄積ノードの電荷が、光
束の検出部分に応答して放電される（ステップ７０
８）。蓄積ノードの電荷によって、トランジスタのしき
い値電圧より低い電圧がセットされると、発光ダイオー
ドによる光束の発生が中止される（ステップ７１０）。
さらなるステップにおいて、蓄積ノードの電荷が、光束
の検出部分を表す値に比例して放電される（ステップ７
１２）。
【００３１】図３〜６のアクティブ・マトリックス・ピ
クセルは、ＯＬＥＤを使用するものとして説明されてい
るが、図３〜６に関連して説明したのと同様にして、他
のタイプのＬＥＤを実施することが可能である。図３〜
６に関連して説明したアクティブ・マトリックス・ピク
セルは、ＯＬＥＤのカソードが接地される、図１と同様
の構成で実施することが可能であることが理解されよ
う。
【００３２】図３〜６に関連して説明したアクティブ・
マトリックス・ピクセルの場合、約１．５ボルトまで動
作するＣＭＯＳプロセスに、薄膜ＭＯＳトランジスタま
たはバイポーラ・トランジスタを追加することによっ
て、約３〜１０ボルトでＯＬＥＤを駆動することが可能
になる。図３〜６に関連して説明したアクティブ・マト
リックス・ピクセルの場合は、各ピクセルの駆動回路に
フォトセンサを追加することによって、各ピクセルから
の光束の調整も可能になる。フォトセンサは、各ピクセ
ルにおける光束の変動、及び、駆動素子の特性変動を補
償する。フォトセンサがない場合は、光束は不均一にな
るであろう。すなわち、フォトセンサによって、ＯＬＥ
Ｄから生じる光束は、薄膜ＭＯＳトランジスタの相互コ
ンダクタンス、または、電圧問題を解決するために追加
されるバイポーラ・トランジスタの電流利得に影響され
なくなる。このように影響を受けないこと、及び、高周
波応答を必要としないため、余分な処理及びコストを最
小限に抑えて、バイポーラ・トランジスタを利用するこ
とが可能になる。
【００３３】以下においては、本発明の種々の構成要件
の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。 １．アクティブ・マトリックス・アレイの各ピクセルか
ら放出される光を制御する方法において、トランジスタ
のしきい値電圧を超える電圧を蓄積ノードに設定する電
荷を、該蓄積ノードに充電するステップ（７０２）であ
って、前記蓄積ノードと前記トランジスタが、前記アク
ティブ・マトリックス・アレイのピクセルに組み込まれ
ている、ステップと、前記蓄積ノードの前記電荷が、前
記トランジスタの前記しきい値電圧を超える前記電圧を
維持している間、前記ピクセルの一部をなす発光ダイオ
ードから光束を発生するステップ（７０４）と、前記発
光ダイオードによって発生された前記光束の一部を検出
するステップ（７０６）と、前記光束の前記検出部分に
応答して、前記蓄積ノードの前記電荷を放電するステッ
プ（７０８）と、前記蓄積ノードの前記電荷によって、
前記トランジスタの前記しきい値電圧より低い電圧が前
記蓄積ノードに設定されると、前記発光ダイオードによ
る前記光束の前記発生を中止するステップ（７１０）と
からなる、方法。 ２．前記蓄積ノードを充電する前記ステップ（７０２）
が、測定時間間隔にわたって、アドレス・トランジスタ
を高に設定するステップを含む、上項１の方法。 ３．前記電荷を放電する前記ステップ（７０８）が、前
記光束の検出部分を表す値に比例して電荷を放電するス
テップ（７１２）である、上項１の方法。 ４．前記中止するステップ（７１０）が、前記光束の検
出部分を表す値が、前記放電された電荷を表す値を超え
ると、前記発光ダイオードによる前記光束の発生を中止
するステップを含む、上項３の方法。 ５．アクティブ・マトリックス・ディスプレイ内のアク
ティブ・マトリックス・ピクセルであって、アドレス・
ライン（３０２、４０２、５０２）と、データ・ライン
（３０４、４０４、５０４）と、電荷を蓄積するための
蓄積ノード（３１０、４１０、５１０）と、前記アドレ
ス・ラインから起動されるゲート、前記データ・ライン
に接続されたソース、及び、前記蓄積ノードに接続され
たドレインを備えるアドレス・トランジスタ（３０６、
４０６、５０６）と、前記蓄積ノードに応答するゲート
を備える駆動トランジスタ（３０８、４０８、５０８）
と、前記駆動トランジスタを含む回路に接続され、前記
駆動トランジスタによって、前記回路が完成すると光束
を放出する発光ダイオード（３１２、４１２、５１２）
と、前記発光ダイオードから放出される前記光束の一部
を受光するために、前記発光ダイオードに光学的に接続
されたフォトダイオードであって、該フォトダイオード
が受光する前記光束の前記一部に比例して、前記蓄積ノ
ードの電荷を放電するために、前記蓄積ノードに電気的
に接続されたフォトダイオード（３１６、４１６、５１
６）からなる、アクティブ・マトリックス・ピクセル。 ６．前記駆動トランジスタ（３０８、４０８、５０８）
の前記ゲートが、前記蓄積ノードに直接接続されてい
る、上項５のアクティブ・マトリックス・ピクセル。 ７．前記蓄積ノードに接続されたゲートと、前記駆動ト
ランジスタのゲートに接続されたドレインを有する分離
トランジスタ（４２０、５２０）をさらに備える、上項
５のアクティブ・マトリックス・ピクセル。 ８．前記分離トランジスタ（４２０、５２０）のソース
が、前記アドレス・ライン（４０２、５０２）と相補関
係にあるアドレスラインに接続されている、上項７のア
クティブ・マトリックス・ピクセル。 ９．前記駆動トランジスタ（３０８、４０８、５０８）
がバイポーラ・トランジスタである、上項５のアクティ
ブ・マトリックス・ピクセル。 １０．前記駆動トランジスタ（５０８）が、薄膜ＭＯＳ
トランジスタである、上項５のアクティブ・マトリック
ス・ピクセル。
【００３４】
【発明の効果】本発明のアクティブ・マトリックス・ア
レイのピクセル駆動手段によれば、駆動トランジスタ及
びＯＬＥＤの特性の相違や変動による影響を除去し、か
つ、アクティブ・マトリックス・ディスプレイの大きさ
を妥当な範囲に収めつつ、均一な光束を発生することが
可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術において既知のＰＭＯＳトランジスタ
を利用したアクティブ・マトリックス・ピクセルを示す
図である。
【図２】従来技術において既知のＮＭＯＳトランジスタ
を利用したアクティブ・マトリックス・ピクセルを示す
図である。
【図３】本発明の１実施態様に従ってフォトダイオード
を組み込んだアクティブ・マトリックス・ピクセルを示
す図である。
【図４】本発明の１実施態様に従って、フォトダイオー
ドを組み込んだアクティブ・マトリックス・ピクセルを
示す図であり、データ・ラインが、追加トランジスタに
よってＯＬＥＤから分離されている。
【図５】本発明の１実施態様に従って、フォトダイオー
ドによって制御されるアクティブ・マトリックス・ピク
セルを示す図であり、データ・ラインが、追加トランジ
スタによってＯＬＥＤから分離されている。
【図６】図３〜５に関連して説明したフォトダイオード
を含む、アクティブ・マトリックス・ピクセルの一部の
断面図である。
【図７】アクティブ・マトリックス・アレイの各ピクセ
ルから放出される光を制御するための方法を示すプロセ
スフロー図である。
【符号の説明】
３０２、４０２、５０２ アドレス・ライン ３０４、４０４，５０４ データ・ライン ３０６、４０６、５０６ アドレス・トランジスタ ３０８、４０８、５０８ 駆動トランジスタ ３１０、４１０、５１０ 蓄積ノード ３１２、４１２、５１２ 発光ダイオード ３１６、４１６、５１６ フォトダイオード ４２０、５２０ 分離トランジスタ
フロントページの続き (71)出願人 399117121 395 Ｐａｇｅ Ｍｉｌｌ Ｒｏａｄ Ｐ ａｌｏ Ａｌｔｏ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ Ｕ．Ｓ．Ａ.

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】アクティブ・マトリックス・アレイの各ピ
    クセルから放出される光を制御する方法において、 トランジスタのしきい値電圧を超える電圧を蓄積ノード
    に設定する電荷を、該蓄積ノードに充電するステップ
    （７０２）であって、前記蓄積ノードと前記トランジス
    タが、前記アクティブ・マトリックス・アレイのピクセ
    ルに組み込まれている、ステップと、 前記蓄積ノードの前記電荷が、前記トランジスタの前記
    しきい値電圧を超える前記電圧を維持している間、前記
    ピクセルの一部をなす発光ダイオードから光束を発生す
    るステップ（７０４）と、 前記発光ダイオードによって発生された前記光束の一部
    を検出するステップ（７０６）と、 前記光束の前記検出部分に応答して、前記蓄積ノードの
    前記電荷を放電するステップ（７０８）と、 前記蓄積ノードの前記電荷によって、前記トランジスタ
    の前記しきい値電圧より低い電圧が前記蓄積ノードに設
    定されると、前記発光ダイオードによる前記光束の前記
    発生を中止するステップ（７１０）とからなる、方法。
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