JP2003529805A - 電流アドレス画素を有する表示装置 - Google Patents

電流アドレス画素を有する表示装置

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Abstract

(57)【要約】 駆動回路によって電流を供給する、電流アドレス画素を有する表示装置であり、この駆動回路は、スイッチトキャパシタ構成（Ｃi、Ｓ１、Ｓ２）に充電電圧を印加するトランジスタ（10）を具え、このスイッチトキャパシタ構成は、キャパシタ（Ｃi）を選択的に所定の速さで充電電圧まで充電及び放電すべく構成してある。トランジスタのスレッショルド電圧に応じて調整したトランジスタ制御電圧（Ｖref）をトランジスタの制御端子に印加して、前記スレッショルド電圧の値にかかわらず、キャパシタ（Ｃi）が前記充電電圧まで充電されることを保証する。これにより、電流アドレス画素を駆動するために用いる、正確に制御可能な電流を供給することが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （技術分野） 本発明は、表示装置、特に電流アドレス画素用の制御回路の一部分として用い
る電流源に関するものである。こうした表示装置は、エレクトロルミネセント（
電界発光）表示画素を行と列に配置したアレイで構成することができる。
【０００２】 （従来技術） エレクトロルミネセント発光表示素子を採用したマトリクス表示装置は周知で
ある。これらの表示素子は、例えばポリマー材料を用いた有機薄膜フィルムエレ
クトロルミネセント素子か、あるいは他には、慣例のIII-V半導体化合物を用い
た発光ダイオード（ＬＥＤ）で構成することができる。有機エレクトロルミネセ
ント材料、特にポリマー材料における近年の開発は、これらを特にビデオ表示装
置用に使用可能であることを示してきた。これらの材料は通常、一対の電極間に
はさまれた１つ以上の半導体の共役ポリマー層で構成され、これらの電極の一方
は透明であり、他方はホールまたは電子をこのポリマー層に注入するのに適した
材料製である。
【０００３】 このポリマー層はＣＶＤプロセスを用いて製造することができ、あるいは単に
可溶性の共役ポリマーの溶解を用いたスピンコーティング技術によって製造する
ことができる。有機エレクトロルミネセント材料はダイオード的なＩ−Ｖ特性を
示し、このためこれらは表示機能及びスイッチング機能を共に提供することがで
き、従って受動（パッシブ）型のディスプレイに使用可能である。あるいはまた
、これらの材料は、各画素が表示素子及びこの表示素子を通る電流を制御するス
イッチング素子を具えたアクティブマトリクス表示装置に用いることができる。
アクティブマトリクスエレクトロルミネセントディスプレイの例は、欧州特許A-
0653741号及び米国特許第5670792号に記載され、これらの内容は参考文献として
本明細書に含める。
【０００４】 この種の表示装置が電流アドレス表示素子を有するということから、これらの
表示装置の問題が生じる。これらの表示素子に可制御の電流を供給する慣例の電
源回路は、電流が、電源回路に用いているスイッチングトランジスタの電気的特
性の関数として変化するという欠点に影響されうる。例えば、電流制御トランジ
スタを画素構成の一部分として設けて、トランジスタに供給するゲート電圧によ
り、表示素子を通る電流が決まる。異なるトランジスタ特性は、ゲート電圧とソ
ース−ドレイン電流との関係を異ならせる。こうした構成は、欧州特許A-065374
1号に記載されている。
【０００５】 上述したように、電流制御回路を画素構成の一部で構成して画素電圧を画素に
供給することも、あるいは電流制御回路を、周辺または表示領域に設けた独立回
路で構成して、画素電流を画素に供給することもできる。いずれの場合にも、電
流制御回路を表示画素と同じ基板上にまとめる場合には、電流制御回路は通常、
薄膜フィルムトランジスタのような薄膜フィルムスイッチング素子で構成される
。基板スイッチング素子の電気的特性の基板全体にわたる一様性が貧弱なことが
あり、これにより、画素電流に予測し得ない変化が生じ、従って画素出力にも予
測し得ない変化が生じる。
【０００６】 （発明の開示） 本発明によれば、 各画素が電流アドレス表示素子を具えた画素を行及び列に配置したアレイと； 充電電圧をスイッチトキャパシタ構成に印加するトランジスタスイッチングデ
バイスを具えて、前記表示素子からの所望の出力に対応する電流信号を発生する
駆動回路とを具え、このスイッチトキャパシタ構成が、キャパシタと、このキャ
パシタを所定の速さで選択的に、充電電圧まで充電及び放電可能にするスイッチ
とから構成され、 前記トランジスタスイッチングデバイスの制御端子にトランジスタ制御電圧を
印加して、前記スイッチトキャパシタ構成に充電電圧が供給されるようにし、そ
して、トランジスタのスレッショルド（動作しきい値）電圧に応じて前記トラン
ジスタ制御電圧を調整して、これにより、前記トランジスタのスレッショルドに
かかわらず、電圧前記キャパシタが前記充電電圧まで充電されることを保証する
ような表示装置を提供することができる。
【０００７】 本発明の表示装置に用いる駆動回路は、正確に制御可能な電流を供給すること
を可能にし、この回路は、電流アドレス画素を駆動するのに用いることができる
。この回路は、キャパシタ及びトランジスタを用いて実現することができ、従っ
て表示装置のアクティブプレート上にまとめることができ、このプレート上にわ
たる変化により、トランジスタのスレッショルドの変化が補償される。
【０００８】 トランジスタの制御電圧を調整するためにサンプリング回路を設けることがで
き、このサンプリング回路はスイッチ及びスレッショルドキャパシタを具え、こ
のスイッチング回路は、このスレッショルドキャパシタをトランジスタスレッシ
ョルド電圧まで充電する第１モード、及びこのスレッショルドキャパシタに蓄積
されているトランジスタスレッショルド電圧をトランジスタ制御電圧に加算する
第２モードで動作可能である。
【０００９】 このように、スレッショルドキャパシタに電荷を蓄積することによって、トラ
ンジスタのスレッショルド電圧を測定してこれを補償することができる。
【００１０】 前記スイッチトキャパシタ構成は、第１対のスイッチと、これに関連する第１
キャパシタと、第２対のスイッチと、これに関連する第２キャパシタから構成す
ることができ、これらのスイッチは、一方のキャパシタの充電を行い、同時に他
方のキャパシタの放電を行うように動作する。このことは、スイッチトキャパシ
タ構成に連続的な充電電流を導入することを可能にし、これにより、電流源の電
流リップルを低減することができる。
【００１１】 また前記スイッチトキャパシタ構成は列キャパシタを具えることもでき、これ
は、前記駆動回路の初期動作期間中に充電される。このことは、電流発生サイク
ルの開始時における、画素の列の列キャパシタンス（電気容量）の補償を可能に
し、これにより回路がより迅速に安定する。
【００１２】 スレッショルド電圧をサンプリングする代わりに、差動増幅器の出力によって
前記調整したトランジスタ制御電圧を供給することができ、ここでは、この増幅
器の一方の入力には未調整のトランジスタ制御電圧を供給し、増幅器の他方の入
力は、スイッチトキャパシタ構成に充電電圧として供給する電圧にする。
【００１３】 各画素がエレクトロルミネセント表示素子を具えていることが好ましく、そし
て各画素が第１及び第２スイッチング手段を具えることができ、これらのスイッ
チング手段は、第１スイッチング手段によって第２スイッチング手段に入力電流
を供給し、入力電流に対応する制御レベルを第２スイッチング手段用に蓄積する
第１モード、及び蓄積している制御レベルを第２スイッチング手段に供給して、
これにより前記表示素子を通る入力電流に相当する電流を駆動する第２モードで
動作可能である。
【００１４】 （発明を実施するための最良の形態） 以下、本発明による表示装置の実施例について図面を参照して説明する。 図１に、アクティブマトリクスアドレス指定のエレクトロルミネセント表示装
置を示し、これは、ブロック１で示す規則的な間隔の画素の行及び列のマトリク
スアレイを有するパネルと、関連するスイッチング手段を伴ったエレクトロルミ
ネセント表示素子とを具え、これらのスイッチング手段は、交差している行（選
択）アドレス導体２の組と列（データ）アドレス導体４の組との交点に位置する
。簡単のため、図には少数の画素のみを示してある。実際には、数百の行及び列
の画素が存在しうる。それぞれの導体組の端に接続した行または走査駆動回路６
、及び列またはデータ駆動回路８から構成される周辺駆動回路によって、行及び
列アドレス導体の組を介して画素１をアドレス指定する。本発明は特に、列駆動
回路８用に適した電流供給回路に関するものであるが、以下では、まず電流アド
レス画素を有する表示装置の動作について詳細に説明する。
【００１５】 図２に、アレイ内のブロック１の通常の画素を、簡略化した図式的な形で示し
、この図は、画素の基本的な動作のし方を示すことを意図したものである。図２
の画素回路の実際的な実現法は図３に示す。
【００１６】 参照番号２０で示すエレクトロルミネセント表示素子は、ここではダイオード
素子（ＬＥＤ）として示す有機発光ダイオードと、一対の電極とを具え、これら
の電極間には１つ以上の有機エレクトロルミネセント材料の層を挟んでいる。ア
レイの表示素子は関連するアクティブマトリクス回路と共に、絶縁支持体の一方
の側に載っている。表示素子のカソード（陰極）またはアノード（陽極）のいず
れかを、透明導電材料で形成する。この支持体はガラスのような透明材料製であ
り、表示素子２０の基板に最寄の電極を、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）のよう
な透明導電材料で構成して、エレクトロルミネセント層が発生する光がこれらの
電極及び支持体を透過して、支持体の他方の側で視聴者に見えるようにする。前
記有機エレクトロルミネセント材料層の厚さは通常、100nmから200nmまでの間と
する。素子２０用に用いることができる適切な有機エレクトロルミネセント材料
の典型例は欧州特許A-0 717446号に記載され、これにはさらなる情報が盛り込ま
れ、この開示は参考文献として本明細書に含める。WO96/36959号に記載の共役ポ
リマー材料のようなエレクトロルミネセント材料も用いることができる。
【００１７】 各表示素子２０は関連するスイッチング手段を有し、これは表示素子に隣接し
た行導体２及び列導体４に接続され、かつ供給されるアナログ駆動（データ）信
号レベルに従って表示素子を動作させるように構成され、この信号レベルが素子
の駆動電流を決定し、従って光出力を決定する。表示データ信号は、電流源とし
て作用する列駆動回路８によって供給する。本発明は特に、以下に記述する列駆
動回路に指向したものである。
【００１８】 適切に処理したビデオ信号をこの回路８に供給し、この回路はこのビデオ信号
をサンプリングして、ビデオ情報に関するデータ信号を構成する電流を、行駆動
回路６によって適切に行アドレス指定された列導体の各々に供給する。
【００１９】 図２に、駆動トランジスタ３０、特にｐ−チャネルＦＥＴを具えたスイッチン
グ手段を示し、このトランジスタのソースを給電線３１に接続し、ドレインを、
スイッチ３３を介して表示素子２０のアノードに接続する。表示素子のカソード
を第２給電線３４に接続し、この給電線は実際には、固定の基準電位に保持した
連続電極層によって構成する。
【００２０】 トランジスタ３０のゲートは給電線３１に接続し、従って蓄積キャパシタンス
（電気容量）３８を介してこのトランジスタのソース電極に接続し、このキャパ
シタンス（電気容量）は、独立して形成したキャパシタあるいはトランジスタの
固有ゲート−ソース容量とすることができる。トランジスタ３０のゲートは、ス
イッチ３２を介してこのトランジスタのドレイン端子にも接続する。
【００２１】 このトランジスタ回路は、単一トランジスタのカレント（電流）ミラーのふる
まいで動作し、同じトランジスタが、電流サンプリング及び電流出力の機能を共
に実行し、表示素子２０が負荷として作用する。このカレントミラー回路への入
力は、入力線３５から出る電流を駆動することによって供給し、この線を、さら
なるスイッチ３７を介してスイッチ３２と３３との間の節点３６に接続し、この
節点は入力端子を構成し、スイッチ３７はこの節点からの電流の導入を制御する
。
【００２２】 この回路の動作は２段階で行われる。アドレス指定期間に時間的に対応する第
１のサンプリング段階では、表示素子からの必要な出力を決定する入力電流信号
を回路から導入して、トランジスタ３０の結果的なゲート−ソース電圧をサンプ
リングして、キャパシタンス３８に蓄積する。その後の出力段階では、トランジ
スタ３０が、前記蓄積した電圧のレベルに従って、表示素子２０を通る駆動電流
を駆動するように動作して、入力電流によって決定され、表示素子が必要とする
出力を発生し、例えば後続の新たなサンプリング段階で、次に表示素子をアドレ
ス指定するまで、この出力を維持する。両段階中には、給電線３１及び３４は、
適切に事前設定した電位レベルＶ1及びＶ2であるものとする。通常、給電線３１
は電位(Ｖ1)付近であり、給電線３４は負電位(Ｖ2)付近である。
【００２３】 サンプリング段階中には、スイッチ３２及び３７を閉にしてスイッチ３３を開
にし、スイッチ３２はトランジスタ３０をダイオード接続し、スイッチ３３は表
示素子負荷を絶縁する。表示素子に必要な電流に相当する、図にＩinで示す入力
信号は、例えば図１の列駆動回路８のような外部電源から、入力線３５、閉じた
スイッチ３７、及び入力端子３６経由で導入する。閉じたスイッチ３２によって
トランジスタ３０をダイオード接続しているので、定常状態条件でのキャパシタ
ンス３８の端子間電圧は、トランジスタ３０のチャネルを通る電流Ｉinを駆動す
るのに必要なゲート−ソース電圧になる。この電流が安定するのに十分な時間を
取って、入力端子３６を入力線から絶縁し、かつキャパシタンス３８を絶縁する
スイッチ３２及び３７を開にするとサンプリング段階を終了して、入力信号Ｉin
に従って決まるゲート−ソース電圧がキャパシタンス３８に蓄積される。そして
スイッチ３３を閉じると出力段階を開始し、スイッチ３３が表示素子のアノード
をトランジスタ３０のドレインに接続する。そしてトランジスタ３０が電流源と
して動作して、Ｉinにほぼ等しい電流が表示素子２０を通って駆動される。
【００２４】 スイッチ３２がオフ状態になる際にキャパシタンス３８に電圧変化を生じさせ
る電荷注入効果による容量結合により、またトランジスタ３０は実際には有限値
の出力抵抗を有しがちであり、完全な電流源としては作用し得ないので、表示素
子用の駆動電流は、入力電流Ｉinからほんの少し異なり得る。しかしサンプリン
グ段階中にＩinをサンプリングするために、そして出力段階中に電流を発生する
ために同じトランジスタを用いているので、表示素子電流は、トランジスタ３０
のスレッショルド電圧または移動度には依存しない。
【００２５】 図３に、図１の表示装置に用いる図２の画素回路の実際例を示す。この例では
、スイッチ３２、３３及び３７の各々をトランジスタによって構成し、これらの
スイッチングトランジスタは駆動トランジスタ３０と共に、すべて薄膜フィルム
電界効果トランジスタ即ちＴＦＴとして形成する。入力線３５、及び同じ列内の
全画素のこれに相当する入力線を列アドレス導体４に接続して、結果的にこの導
体を通して列駆動回路８に接続する。トランジスタ３２、３３、及び３７のゲー
ト、及び同様に、同じ行内の画素回路のこれらに相当するトランジスタのゲート
をすべて、同じ行アドレス導体２に接続する。トランジスタ３２及び３７はｐ−
チャネルデバイスで構成し、行駆動回路６によって行アドレス導体２に印加する
電圧パルスの形態の選択（走査）信号によってオン（閉）状態にする。トランジ
スタ３３は逆の導通型であり、ｎ−チャネルデバイスで構成され、トランジスタ
３２及び３７とは相補的なふるまいで動作し、このためトランジスタ３２及び３
７が導体２上の選択信号に応答して閉状態になるとオフ（開）状態になり、そし
てその逆の状態にもなる。
【００２６】 給電線３１は、行導体２に並列な電極として延在し、同じ行内のすべての画素
回路がこれを共用する。すべての行の給電線３１を、端でまとめて接続すること
ができる。代わりに、これらの給電線を列方向に延在させて、各列内の表示素子
がそれぞれの給電線を共用することもできる。あるいはまた、行及び列方向に共
に延在する給電線を設けて、これらを相互接続して格子構造を形成する。
【００２７】 前記アレイは、各行導体２に順次印加する選択信号によって一行同時に順次駆
動する。この選択信号の継続時間が行アドレス期間を決定し、これは前述したサ
ンプリング段階の期間に相当する。一行同時のアドレス指定に必要な選択信号に
同期して、データ信号を構成する適切な入力電流駆動信号を列駆動回路８によっ
て列導体４に印加して、選択した行内のすべての表示素子が、この表示素子から
の必要な表示出力を決定するそれぞれの入力信号で、行アドレス期間中に同時に
、必要な駆動レベルに設定されるようにする。この方法での行のアドレス指定に
続いて、次行の表示素子も同様な方法でアドレス指定する。フィールド期間中に
全行の表示素子をアドレス指定し終えると、その後のフィールド期間中にもこの
アドレス指定手順を繰り返し、それぞれの行アドレス期間中に、所定の表示素子
用、従って所定の出力用の駆動電流を設定して、関連行の表示素子を次にアドレ
ス指定するまでの間、この駆動電流をフィールド期間だけ維持する。
【００２８】 本発明は特に、電流駆動信号を画素の列に供給する回路に関するものである。
特に本発明は、ポリマーシリコンＴＦＴデバイスを用いて実現可能であり、従っ
て電流駆動画素を有する表示デバイスのアクティブプレート上にまとめることが
できるスイッチトキャパシタ電流源に関するものである。
【００２９】 この電流源の原理は、既知のキャパシタを既知の電圧まで、連続的に充電及び
放電することである。もちろん、キャパシタの電圧はＱ＝Ｃ・Ｖによって与えら
れる。固定量の電荷を用いて、完全に放電したキャパシタを周期的に、電圧Ｖc
まで充電し、そして１秒当たりＦ回の速さで再び放電する場合には、 Ｉrms＝Ｃ・Ｖc・Ｆ となり、ここでＩrmsは充電電流の実効値（二乗平均平方根）である。
【００３０】 図４に、スイッチトキャパシタ構成を用いた電流制御用の回路を示す。この回
路では、Ｓ１が放電スイッチであり、Ｓ２が充電スイッチである。これら２つの
スイッチは互いに逆位相で動作する。Ｓ２が閉でありＳ１が開である際には、Ｓ
２の端子間の電圧降下を無視すれば、キャパシタＣi（以下充電キャパシタと称
する）が電圧Ｖまで充電される。Ｓ２がでありＳ１が閉である際には、このキャ
パシタがＳ１を通して放電される。
【００３１】 アクティブマトリクスディスプレイの列は、これらの列を電流源として作用す
るように構成することによって、キャパシタ充電電流によって駆動することがで
きる。例えば、図２の画素回路の電流サンプリング段階中には、前記スイッチト
キャパシタ構成が導入する電流を、線３５によって供給することができる。他の
画素構成では、画素列を相互接続して電流供給回路に接続することが困難である
。アクティブマトリクスプレート上に値Ｃのキャパシタンスを正確に構成するこ
とができ、そして例えば画素クロックの副分割を用いて、周波数Ｆを正確に制御
することができるので、これにより、電流値がこれら２つの変数及び前記充電電
圧に依存する精密な電流源を作製することができる。
【００３２】 ビデオ信号用回路を実際に実現するためには、主に困難なことは、キャパシタ
をその電圧まで充電する電圧を正確に制御することである。周波数Ｆ及びキャパ
シタンス値Ｃiは、より容易に固定することができる。図５に、図４の回路の実
際的な実現法を示し、ここではｎ−チャネルＴＦＴを用いて充電電圧を制御する
。
【００３３】 ＴＦＴのスレッショルド電圧Ｖthよりも大きい基準電圧を、ＴＦＴのゲートに
印加する。Ｓ２を閉にしてＳ１を開にすると、充電中のキャパシタＣi（充電電
流を供給するキャパシタ）が、ＴＦＴを通してＶcolumnに近づくように充電され
る。しかしＣiがＶref−Ｖth、即ちゲートの基準電圧からゲート−ソース間のス
レッショルド電圧を引いたものまで充電されていると、ＴＦＴが導通を停止して
、キャパシタが充電を停止する。固定時間の期間後に、Ｓ２が開になりＳ１が閉
になって、Ｓ１を通してＣiを放電する。このサイクルを再び開始して、毎回、
Ｃ・(Ｖref−Ｖth)に等しい量の電荷が列を通して発生する。
【００３４】 ＴＦＴのスレッショルド電圧が電流源の出力値に影響を及ぼし、かつディスプ
レイを通してのＴＦＴの一様性が保証されていないので、本発明の電流源の設計
には、ＴＦＴのスレッショルド値によってゲート電圧を供与する方法を採用する
。本発明の設計では、トランジスタのスレッショルド電圧に応じて調整済みのト
ランジスタのゲート電圧をＴＦＴのゲートに印加して、このトランジスタのスレ
ッショルド電圧にかかわらず、キャパシタが正確に既知の充電電圧まで充電され
ることを保証する。
【００３５】 図６に、本発明の電流源に採用可能な、前記スレッショルド電圧を補償する第
１の方法を概念的に示す。
【００３６】 スイッチトキャパシタ構成１２に充電電圧を印加するために、特に節点１４に
充電電圧を供給するために、トランジスタ１０を設ける。スイッチトキャパシタ
構成１２は、図５に示すスイッチＳ１、Ｓ２及び充電キャパシタＣiを具えてい
る。この回路は、固定電位の入力端子Ｖiから電流を導入し、この固定電位は、
スイッチトキャパシタ構成１２中のキャパシタを、トランジスタ１０を通して所
望の電圧まで充電可能にするのに十分なものである。
【００３７】 この充電電圧は、図６の回路に基準電圧Ｖrefとして供給する。しかし、この
基準電圧は、（図５に示すように）トランジスタ１０のゲートに直接印加しない
で、代わりにスレッショルドキャパシタＣtを通して印加する。トランジスタ１
０のゲートを、このスレッショルドキャパシタの一方の側に接続して、スレッシ
ョルドキャパシタの他方の側は、スイッチＳ５を通して基準電圧入力に結合する
。このキャパシタの端子は、さらなるスイッチＳ６を通して節点１４にも接続す
る。
【００３８】 トランジスタ１０のドレイン及びゲートは、スイッチＳ４によって選択的に接
続し、さらにスイッチＳ３が選択的に、入力Ｖiの列をトランジスタ１０のドレ
インから絶縁する。このトランジスタ回路は、所定のバイアス条件に対するゲー
ト−ソース電圧をサンプリングする電圧サンプリング回路として動作する。
【００３９】 この回路の動作は、２つのモードで行われる。動作の第１モードでは、この回
路は、トランジスタ１０のスレッショルド電圧をスレッショルドキャパシタＣt
に蓄積するように動作する。このモードでは、スイッチＳ５を開にして、他のス
イッチＳ３、Ｓ４及びＳ６をすべて閉にすることによって、基準電圧Ｖrefを絶
縁する。そしてこのトランジスタを、ドレインとゲートをスイッチ４によって短
絡するようにダイオード接続する。入力Ｖiである列の電圧はトランジスタのス
レッショルド電圧より大きく、この電圧をドレイン及びゲートに共に印加する。
図５に示すスイッチトキャパシタ構成のスイッチＳ１及びＳ２を共に閉にして、
トランジスタ１０が入力Ｖiと接地との間を導通させるようにする。トランジス
タの定常状態条件では、スレッショルドキャパシタＣtがゲートの電圧まで充電
される。一旦このことを達成すると、スイッチＳ３を開にしてスレッショルドキ
ャパシタＣtが放電を開始し、スレッショルドキャパシタＣtの電圧はトランジス
タ１０をオン状態にするのに十分なので、トランジスタ１０のドレイン−ソース
電流が供給される。ゲート−ソース電圧がスレッショルド電圧Ｖthに達すると、
トランジスタが導通を停止して、スレッショルドキャパシタが、このスレッショ
ルド電圧に等しい電圧まで充電される。その後にスイッチＳ４及びＳ６を開にし
て、こうしてスレッショルドキャパシタに蓄積された電荷を絶縁する。
【００４０】 その後にスイッチＳ５を閉じることによって基準電圧Ｖrefを印加すると、ゲ
ート電圧が（Ｖref＋Ｖth）になる。トランジスタのゲート電圧が、トランジス
タのスレッショルド電圧を考慮して調整されているので、これにより、一旦Ｃi
を充電すると、節点１４の電圧が基準電圧Ｖrefに等しくなることが保証される
。
【００４１】 このスレッショルド電圧補償は、新たな基準電圧を印加する毎に実行すること
ができる。実際には、表示画素のマトリクスアレイの場合には、各ラインの画素
のアドレス指定の開始時に、スレッショルド補償を行う。
【００４２】 画素スイッチングトランジスタの時定数及び画素キャパシタンスは、スイッチ
トキャパシタ構成中の充電キャパシタＣiのスイッチングによる充電及び放電に
より生じる電流パルスの良好なフィルタリングができるように十分大きくなけれ
ばならない。
【００４３】 図７に、図６に示す回路の実際的な実現法を示す。前記スイッチトキャパシタ
構成のスイッチＳ１及びＳ２は、トランジスタＴ１及びＴ２によって実現するよ
うに示してあり、前記スレッショルド補償回路のスイッチＳ３〜Ｓ６は、トラン
ジスタＴ３〜Ｔ６によって実現するように示してある。１９で示す構成要素は電
流源を規定するものとして考えることができ、追加的トランジスタＴ７は、電流
源１９と画素の列とを接続するように示してある。このことは、スレッショルド
補償段階中に画素の列を電流源１９から絶縁することを可能にする。１つの画素
は図式的に符号１で示してある。
【００４４】 トランジスタＴ１〜Ｔ７の各々が、それぞれのゲートに印加すべき制御信号に
関連している。これらのトランジスタのゲートに印加する信号のタイミングが、
回路の動作を決定する。
【００４５】 図８に、図７の回路についてのタイミング図を示す。本質的に２つの動作のサ
イクルが存在し、これらはスレッショルド補償サイクルである第１サイクル２２
と、電流供給サイクル２４である。
【００４６】 スレッショルド補償サイクル２２中には、トランジスタＴ７がオフ状態になり
、従ってゲート電圧がロー（低値）になる。期間２２ａ中には、スレッショルド
キャパシタが、トランジスタＴ６、Ｔ２及びＴ１を通して入力電圧Ｖiまで充電
される。スレッショルドキャパシタを充電した後にトランジスタＴ３をオフ状態
にして、期間２２ｂ中には、スレッショルドキャパシタの端子間電圧がトランジ
スタのスレッショルド電圧になるまで、このキャパシタがトランジスタ１０を通
して放電する。最後に、期間２２ｃ中には、スレッショルドキャパシタに基準電
圧Ｖrefを印加して、トランジスタ１０のゲートに所望の電圧を生成する。そし
て電流源モードの動作２４中には、２つのトランジスタＴ１及びＴ２の周期的な
動作が続く。
【００４７】 上述したように、本発明の回路は、正確に制御可能な電圧を節点１４に印加す
ることを可能にする。しかし、充電電圧は節点１５において規定され、これは節
点１４の電圧とは、トランジスタのソース−ドレイン電圧だけ異なる。トランジ
スタＴ２を飽和領域で動作させると、そのソース−ドレイン電圧はスレッショル
ド電圧よりも、基板にわたっての変化の影響をずっと受けにくくなる。特定の電
流出力に必要な基準電圧を計算する際に、このソース−ドレイン電圧を考慮に入
れる。
【００４８】 Ｃtの放電が指数関数的であるので、この設計に関連する潜在的な問題は、ス
レッショルド電圧のサンプリング期間２２ｂの長さである。他の潜在的な問題は
、画素フィルタキャパシタＣpix（図２の３８）上に見られるリップル電圧であ
る。列キャパシタンスは20pFまで高くすることができ、Ｃpixのキャパシタンス
は１pFまたはそれ未満のオーダにすべきものである。0.1pFの充電キャパシタを
用いれば、所望の性能によっては、列キャパシタ及びＣpixの充電時間が許容外
に長くなる。充電キャパシタのサイズを増加させれば、Ｃpixの端子間のリップ
ル電圧が増加する。実際には、充電及び放電クロックの周波数を増加させること
ができるが、このことは、より大容量の充電トランジスタ１０及びＴ２によって
達成しなければならない。トランジスタのサイズを増加させることには、より大
きなゲートへの電荷注入をもたらすという逆効果があり、正確性が低下する。こ
れらの問題を克服するための回路の変形例を図９に示す。
【００４９】 第１の変形例は、２つのスイッチトキャパシタ構成を設けるものである。第１
対のスイッチＳ１、Ｓ２が第１充電キャパシタＣi1を充電及び放電し、第２対の
スイッチＳ１a、Ｓ２aが第２充電キャパシタＣi2を充電及び放電する。一方のキ
ャパシタの充電中には他方のキャパシタが放電し、そしてその逆になる。このこ
とを達成するためには、一方の充電スイッチ用の制御線を他方のスイッチトキャ
パシタ構成の放電スイッチが共用し、そしてその逆とする。
【００５０】 また追加的キャパシタＣcを設けて、前記列キャパシタンスの逆効果を低減し
、そしてこのキャパシタは、１回の動作でスレッショルド補償を実行することも
可能にする。
【００５１】 スイッチＳ３及びＳ６用の制御線は、図９に符号「初期化」で示す。初期化段
階中には、スレッショルドキャパシタＣtを入力電圧Ｖiまで充電する。スイッチ
Ｓ３及びＳ６を閉にする制御信号は、追加的キャパシタＣcを充電キャパシタの
一方のＣi1に並列接続する追加的スイッチＳ８も閉にする。第１充電サイクル中
には、スイッチＳ２を閉にして充電キャパシタＣi1を充電する際に、追加的キャ
パシタＣcも充電される。適切な充電サイクルが始まる際には、キャパシタＣcに
蓄積された追加的電荷は、列キャパシタンス並びに画素キャパシタンスを充電す
るのに十分なものである。こうするために、キャパシタＣcはディスプレイの列
キャパシタンスの合計のオーダにする。
【００５２】 さらに初期化段階中には、列キャパシタ、画素キャパシタ、及び充電キャパシ
タＣiも放電する。スイッチＳ９は、列キャパシタ及び画素キャパシタを放電す
るために設けてあり、このスイッチは、初期化段階中及び充電キャパシタＣiの
充電中のみに作動させる。これを行うために、初期化信号及び放電クロック信号
を、スイッチＳ９の動作を制御するＮＡＮＤゲートに供給する。列キャパシタ及
び画素キャパシタの放電はトランジスタ１０を通して行われ、これらの電荷は初
期化段階中に、追加的キャパシタＣc及び充電キャパシタＣi1に有効に渡される
。
【００５３】 初期化段階は、キャパシタＣc及びＣi1が（Ｖi−Ｖth）まで充電されるのに十
分長い時間である必要がある。
【００５４】 初期化段階に続く充電−放電サイクル中に、画素キャパシタの端子間電圧が安
定する。充電キャパシタＣi1及びＣi2を図７の回路中のものよりも小さくするこ
とができ、これにより充電−放電サイクルの周波数を増加させて、画素キャパシ
タ上の電圧リップルを低減することができる。
【００５５】 図１０に、図９の回路の実現法を示し、ここでは各スイッチをトランジスタと
して実現してあり、図９と同じ参照番号を用いている。例えば、スイッチＳ１は
トランジスタＴ１として実現する、等である。
【００５６】 この回路では、初期化段階を完了し次第、基準電圧を印加することができる。
従って、トランジスタＴ５の制御は、トランジスタＴ３、Ｔ６及びＴ８の制御と
は論理的に逆になる。この論理反転機能を実行するために、トランジスタＴ５a
及びＴ５bを設けてある。
【００５７】 この回路の動作は、図１１に示すタイミング図から、より容易に理解できる。
【００５８】 初期化期間３０ａ中には、１つの放電及び充電サイクルを実行する。充電サイ
クルは、追加的キャパシタＣcが充電されるようになるまで延長し、このキャパ
シタはディスプレイの列キャパシタンスを上回るに必要な電荷を蓄積する。この
延長した充電サイクルを３２で示す。初期化段階の開始時には、ＮＡＮＤゲート
の出力がロー（２つの入力がハイ）であり、この出力がローであるのはこの時点
のみである。この一意的なロー出力が、ｐ−型のＴＦＴを閉状態にして、列キャ
パシタンスの放電を生じさせる。初期化期間後には、ＮＡＮＤゲートの出力は常
にハイであり、トランジスタＴ９がオフ状態になって、行を電流供給回路から絶
縁する。初期化時間３０ａ中の、放電クロック信号がハイである期間は、列のリ
セット期間として考えることができ、これを３４で示す。
【００５９】 一旦初期化期間３０ａを終了すると、この回路は、図７の回路の電流供給期間
２４と同様であるが、２キャパシタのスイッチトキャパシタ構成によって供与さ
れる連続的な充電電流で動作する。
【００６０】 正確に制御可能な電圧を発生して、電流源キャパシタをこの電圧まで充電する
さらなる代替方法は、負帰還を有する差動増幅器を用いる方法である。この原理
を図１２にしめし、これはＯＰＡＭＰ（演算増幅器）を差動増幅器として用いて
いる。ＯＰＡＭＰ４２の出力４０がトランジスタ１０にゲート電圧を供給し、ト
ランジスタ１０のソースは増幅器４２の反転入力に結合してある。増幅器４２は
その出力に電圧を供給して、この増幅器は、反転入力及び非反転入力の電圧を同
じレベルにもっていくようになっている。結果的に節点１４の電圧が、非反転端
子に印加した基準電圧Ｖrefに等しくなる。
【００６１】 本質的には、この回路は負帰還を採用した線形回路である。充電キャパシタＣ
iが充電中でＳ２が閉である際のＶrefとソース電圧との差は、ＯＰＡＭＰの利得
の関数になり、そしてミリボルトのオーダになる。充電抵抗４４を用いて、キャ
パシタへの初期電荷の流入を制御する。この抵抗がなければ、キャパシタを充電
する際には帰還ループが事実上開ループになる。これはトランジスタ１０が、充
電キャパシタＣiを目標電圧Ｖrefまで瞬時に充電するのに必要な大きさの電流を
供給することができないからである。抵抗４４の導入は、電流源の値には影響し
ないが、回路周波数を制限する。
【００６２】 この回路では、図９を参照して説明したように、帰還ループが開回路になって
、帰還ループが断ち切られて制御回路の安定性が崩れることが起こり得ないよう
にするためには、充電キャパシタの二重構成を必要とする。
【００６３】 また列が非選択である場合にも、帰還ループが断ち切られる。こうした理由に
より、バイアス抵抗ＲBiasを追加すれば、列を選択していない際にも、ＯＰＡＭ
Ｐがトランジスタ１０を連続的に制御できるようになる。列をアドレス指定する
際には、このバイアス抵抗をスイッチによって回路から外して、オフセット電流
の導入を防止する。
【００６４】 この回路は原則的には、前の例の回路のような、トランジスタ１０のスレッシ
ョルド電圧のサンプリングに関連する時間遅延を有しない。回路の利得帯域が十
分大きければ、この回路はより高い周波数でも動作可能である。このことは、よ
り小さい充電キャパシタＣiの使用を可能にし、これにより、画素キャパシタン
スをより小さくすると共に、出力リップルをより小さくすることができる。
【００６５】 図１３に、図１２の回路の実現法をより詳細に示す。
【００６６】 この回路の潜在的に困難な点は、差動増幅器の入力オフセット電圧である。こ
れは、ＯＰＡＭＰ内のトランジスタのトランジスタ整合に依存する。しかし、さ
らに８つのスイッチを用いれば、回路内のトランジスタの位置を交換することが
可能になる。これらのスイッチは、４つの２極スイッチＢ１、Ｂ２、Ｂ３及びＢ
４、及び図中に二重線で示す線で表現してある。各充電サイクルの後に、ＯＰＡ
ＭＰへの入力段を構成するトランジスタを交換することができ、これによりトラ
ンジスタの不整合の影響を低減することができる。
【００６７】 例えば、Ｂ４がトランジスタ５０のゲートを、トランジスタ１０と充電抵抗４
４との間の節点に接続すると、Ｂ３が他のトランジスタ５２のゲートをＶrefに
接続する。同時に、Ｂ２がトランジスタ５４をトランジスタ５０のドレインに接
続して、Ｂ１がトランジスタ５２のドレインをＶiに接続する。そしてすべての
スイッチが反転して、トランジスタ５０と５２の役割が逆転する。これにより、
差分増幅器を規定するトランジスタ５０と５２の間のトランジスタ不整合に関連
する問題が取り除かれて、これらのトランジスタが２つの独立したデバイスでは
なく、１つの単位として機能するようになる。
【００６８】 本発明は、表示素子が電流アドレス型であれば、いずれの特定の画素構成を有
する表示装置にも適用することができる。
【００６９】 図１４に、逆極性型のトランジスタを使用する必要性を回避し、かつ列４から
電流を導入する画素回路の代案の変形形態を示す。この回路では、トランジスタ
３３を除去して、入力端子３６を直接、表示素子２０に接続する。他の回路のよ
うに、カレントミラーの動作中に２つの段階、即ちサンプリング段階及び出力段
階が存在する。サンプリング段階中には、関連する行導体２上の選択パルスによ
ってスイッチングトランジスタ３２及び３７が閉状態になり、これらのトランジ
スタがトランジスタ３０にダイオード接続される。同時に給電線３１は前のよう
に一定基準電圧のままにしておかずに、この給電線に正電圧パルスを供給して、
表示素子２０が逆バイアスされるようにする。この状態では、（微小な逆漏洩電
流を無視すれば）電流が表示素子２０を通って流れることがあり得ず、トランジ
スタ３０のドレイン電流は入力電流Ｉinに等しくなる。このようにして、トラン
ジスタ３０の適正なゲート−ソース電圧電圧を、キャパシタンス３８上に再びサ
ンプリングすることができる。前のように、サンプリング段階の終わりにスイッ
チングトランジスタ３２及び３７をオフ（開）状態にして、給電線３１を通常の
レベルに戻し、これは通常０Ｖである。その後の出力段階では、トランジスタ３
０は前と同様に、キャパシタ３８に蓄積されている電圧によって決まるレベルで
表示素子を通る電流を導入する電流源として動作する。
【００７０】 図１４の実施例では、画素の行毎に個別に電圧源に接続した給電線３１を設け
ることができる。サンプリング段階中には、（給電線３１にパルスを加えること
の結果として）行内の表示素子がアドレス指定されてオフ状態になり、アレイ中
の全画素回路に共通の１つの共通給電線が実際に存在する場合には、即ち一行の
給電線３１のみが、全行の画素回路を相互接続する連続線の一部分である場合に
は、どの行をアドレス指定するかにかかわらず、各サンプリング段階中には全表
示素子がオフ状態になる。これにより、表示素子についてのデューティサイクル
（オン時間とオフ時間の比）が低下する。このため、１つの行に関連する給電線
３１を、他の行に関連する給電線から分離した状態に保つことが望ましい。
【００７１】 以上の開示から当業者が他の変形法を考案しうることは明らかである。こうし
た変形法は、マトリクス型エレクトロルミネセントディスプレイ及びその構成部
品の分野では既知の他の特徴を含み得るものであり、そして本明細書で既に記述
した特徴に代えて、あるいはこれらの特徴に加えて用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による表示装置の実施例の一部を簡略化して示す図である。
【図２】 図１の表示装置における表示素子及びこれに関連する制御回路を具え
た通常の画素回路の等価回路を簡単な形で示す図である。
【図３】 図２の画素回路の実際的な実現方法を示す図である。
【図４】 スイッチトキャパシタ電流源の動作原理を示す図である。
【図５】 スイッチトキャパシタ電流源の実現方法を示す図である。
【図６】 本発明のディスプレイに用いるトランジスタしきい値電圧を補償する
第１の回路を図式的に示す図である。
【図７】 図６の回路の実際的な実現方法を示す図である。
【図８】 図７の回路用のタイミング図である。
【図９】 本発明のディスプレイに用いるトランジスタしきい値電圧を補償する
第２の回路を図式的に示す図である。
【図１０】 図９の回路の実際的な実現方法を示す図である。
【図１１】 図１０の回路についてのタイミング図である。
【図１２】 本発明のディスプレイに用いるトランジスタしきい値電圧を補償す
る第３の回路を図式的に示す図である。
【図１３】 図１２の回路の実際的な実現方法を示す図である。
【図１４】 代案の画素回路を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ニール シー バード オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホルストラーン ６ Ｆターム(参考） 5C080 AA06 BB05 DD05 DD28 EE28 FF11 GG07 GG08 JJ02 JJ03 JJ04

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電流アドレス型の表示素子を具えた画素を行と列に配置した画素
    のアレイと、 前記表示素子からの所望の出力に対応する電流信号を発生する駆動回路とを具
    え、前記駆動回路が、充電電圧をスイッチトキャパシタ構成に印加するためのト
    ランジスタスイッチングデバイスを具え、前記スイッチトキャパシタ構成が、キ
    ャパシタと、該キャパシタを選択的に所定の速さで前記充電電圧まで充電及び放
    電可能にするスイッチとを具えた表示装置において、 前記トランジスタスイッチングデバイスの制御端子にトランジスタ制御電圧を
    印加して、前記充電電圧を前記スイッチトキャパシタ構成に供給するようにし、
    そしてトランジスタのスレッショルド電圧に応じて前記トランジスタ制御電圧を
    調整して、これにより、前記スレッショルド電圧の値にかかわらず、前記キャパ
    シタが前記充電電圧まで確実に充電されるようにしたことを特徴とする表示装置
    。
  2. 【請求項２】 前記トランジスタ制御電圧を調整するためのサンプリング回路を
    設け、該サンプリング回路がスイッチとスレッショルドキャパシタとを具え、前
    記サンプリング回路が、前記スレッショルドキャパシタをトランジスタのスレッ
    ショルド電圧まで充電する第１モードと、前記スレッショルドキャパシタに蓄積
    したトランジスタのスレッショルド電圧をトランジスタ制御電圧に加算する第２
    モードとで動作可能であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
  3. 【請求項３】 前記スレッショルドキャパシタをトランジスタのゲートとソース
    の間に接続して、前記スイッチを、前記トランジスタのドレインとゲートを接続
    するように構成して、前記第１モードにおいて、前記トランジスタをオン状態に
    するのに十分なドレイン電圧及びゲート電圧を印加するようにしたことを特徴と
    する請求項２に記載の表示装置。
  4. 【請求項４】 前記第２モードにおいて、前記スレッショルドキャパシタを前記
    ソースから絶縁して、前記トランジスタ制御電圧を前記キャパシタに印加して、
    前記スレッショルド電圧分だけ増加させた前記トランジスタ制御電圧を、前記ゲ
    ートに印加するようにしたことを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
  5. 【請求項５】 前記スイッチトキャパシタ構成が、第１対のスイッチ及びこれに
    関連する第１キャパシタと、第２対のスイッチ及びこれに関連する第２キャパシ
    タとを具え、前記スイッチが、一方のキャパシタの充電と他方のキャパシタの放
    電とを同時に行うように動作することを特徴とする請求項１から請求項４までの
    いずれかに記載の表示装置。
  6. 【請求項６】 前記スイッチトキャパシタ構成が、前記駆動回路の初期化動作期
    間中に充電される列キャパシタを具えていることを特徴とする請求項１から請求
    項５までのいずれかに記載の表示装置。
  7. 【請求項７】 差動増幅器の一方の入力に未調整の前記トランジスタ制御電圧を
    供給し、前記差動増幅器の他方の入力を、前記スイッチトキャパシタ構成に前記
    充電電圧として供給する電圧にして、前記差動増幅器の出力によって、前記調整
    したトランジスタ制御電圧を供給することを特徴とする請求項１に記載の表示装
    置。
  8. 【請求項８】 各画素をエレクトロルミネセント表示素子で構成したことを特徴
    とする請求項１から請求項７までのいずれかに記載のディスプレイ。
  9. 【請求項９】 各画素が第１及び第２スイッチング手段を具え、かつ第１モード
    及び第２モードで動作可能であり、前記第１モードでは、前記第１スイッチング
    手段によって前記第２スイッチング手段に入力電流を供給し、かつ前記入力電流
    に対応する制御レベルを前記第２スイッチング手段用に蓄積し、前記第２モード
    では、前記蓄積した制御レベルを前記第２スイッチング手段に供給して、前記表
    示素子を通る前記入力電流に相当する電流を駆動するようにしたことを特徴とす
    る請求項１から請求項８までのいずれかに記載のディスプレイ。
  10. 【請求項１０】 前記第２スイッチング手段をＴＦＴで構成し、該ＴＦＴのソー
    ス−ドレイン電流が前記入力電流となる動作点における前記ＴＦＴのゲート−ソ
    ース電圧を、前記制御レベルとしてキャパシタに蓄積することを特徴とする請求
    項９に記載のディスプレイ。
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