JP2005512113A - マトリクスディスプレイ - Google Patents

Abstract

マトリクスディスプレイは、各々がキャパシタンス２８に並列に配置されたプログラム可能なメモリ要素３０を有する画素２を有する。キャパシタンスの電圧は、表示要素２５を制御する。配置は、全てのメモリ要素３０が高抵抗状態の通常モードで動作し、マトリクスディスプレイは動的に駆動されることが可能である。代わりに、静的な（低電力）モードの動作では、メモリ要素３０は、データ線６を駆動することなしに表示されうる静止画でプログラムされる。

Description

発明の詳細な説明

本発明は、マトリクスディスプレイ、特に、重合体発光ダイオード（ｐｏｌｙ−ＬＥＤ）配列、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）配列又は、アクティブマトリクス液晶ディスプレイのような、アクティブマトリクスディスプレイに関連する。

典型的な従来技術のアクティブマトリクス重合体又は有機発光ダイオードディスプレイは、行と列に配置された発光ダイオードのマトリクスを有する。そのようなディスプレイの単一の画素は、図１に示されている。画素２は、行選択線４とデータ線６に接続されている。薄膜トランジスタ８は、選択線４上の信号に従って、画素２内の電子回路をデータ線６に接続する、選択トランジスタとして動作する。選択トランジスタ８は、選択線４に接続された制御端子として動作するゲート１０を有する薄膜トランジスタである。ソース１２は、データ線６に接続され、そして、ドレイン１４は、画素の残りの構成要素に接続されている。特に、ドレイン１４は、画素薄膜トランジスタ１６のゲート又は制御端子１８に接続されている。画素薄膜トランジスタ１６のソース２０は、グランド２４に接続され、そして、ドレイン２２は発光ダイオード２５を通して、電圧線路２６に接続されている。蓄積容量２８は、グランド２４と更なる薄膜トランジスタ１６制御端子１８の間に接続されている。

使用では、行選択線４が適切に駆動されると、選択トランジスタ８を通して電荷が装填される。電荷は、画素薄膜トランジスタ１６を導通又は非導通状態になるように制御する、キャパシタ２８に蓄積される。画素トランジスタ１６が非導通状態、即ち、オフであるときには、電流はＬＥＤを通して流れず、そして従って、画素要素は暗い。逆に、キャパシタ２８上の電圧が薄膜トランジスタとオンするようであるときには、電流は電圧線路２６とグランド２４の間を発光ダイオード２５を通して流れ、画素要素を明るくする。

実際のディスプレイでは、多数の画素の行と列があり、多数の対応する選択線４、データ線６及び電圧線路２６があることは、理解されよう。

この種の配置の有する問題は、キャパシタ２８の電圧を連続してリフレッシュするために、信号を連続して更新する必要があることである。従って、毎フレーム、各画素は、アドレスされ、そして、キャパシタをわたる電圧が適応される必要がある。これは、動的な又は高速に変化するデータを表示するのに必要であるが、関連する電力消費を有するデータ信号を連続して且つ繰り返して供給する要求は、静止画が表示されるときには必要ない。

同じ考えが、特にアクティブマトリクス液晶ディスプレイの、他の形式のマトリクスディスプレイに適用される。再び、液晶画素は、データ信号を連続して且つ繰り返して供給することにより規則的に再充電される必要のあるキャパシタンスを実効的に有する。再び、これは電力を浪費する。

従って、要求される場合に動的な画像の表示の柔軟性を更に維持しながら、連続する繰り返しのデータ供給を必要とすることなしに、静止画を表示できるディスプレイを提供することは、有益である。

本発明に従って、複数のデータ線と、複数の選択線と、複数の画素要素を有し、前記画素要素は、選択線に接続された制御端子を有する、データ線に接続された選択トランジスタを有し、画素要素が前記選択線により選択されたときに前記データ線により供給される電荷を蓄積するキャパシタンスを有し、電荷は前記キャパシタンスをわたる電圧を供給し、前記キャパシタンスをわたる電圧に従って、画素画像要素を表示する、前記キャパシタンスに接続された表示構成要素とを有する、マトリクスディスプレイであって、各画素は、前記キャパシタンスを短絡する低抵抗状態と高抵抗状態の間で切り換え可能な前記キャパシタンスをわたるプログラム可能な要素を有することを特徴とする、マトリクスディスプレイが提供される。

各画素要素に、プログラム可能な要素を供給することにより、プログラム可能な要素は、静止画に従ってプログラムされ、それにより、データと選択線に適切な電圧が供給されるので、表示される画像は、種々の画素内のプログラム可能な要素の状態に従っている。全ての画素を高抵抗状態にプログラムすることにより、本発明に従ったマトリクスディスプレイは、動的な画像を表示するために、従来の方法で動作できる。

従って、マトリクスディスプレイは、要求されるように、静止又は動的画像のいずれかを表示するために使用されることが可能である。静止画が表示されるときには、繰り返しのデータ信号を供給する必要がなく、電力消費の相当な減少となる。

プログラム可能な要素は、好ましくは、金属半導体金属構造であり、そして、特に好ましい実施例では、例えば、５０ｎｍから１００ｎｍの間の厚みのアモルファスシリコンカーバイド半導体層が、半導体層として使用される。アモルファスシリコン窒化物、アモルファスシリコン、ポリシリコン又は多層構造のような、代わりの半導体金属半導体構造も、使用され得る。

電荷を蓄積するキャパシタンスは、別のキャパシタでも良く又は、代わりに、プログラム可能な要素が、追加の構成要素の必要なしに、電荷を蓄積するキャパシタンスを提供してもよい。

本発明の実施例は、発光ダイオード形式のマトリクスディスプレイを提供する。発光ダイオードは、選択トランジスタに接続された制御端子を有する画素トランジスタと直列に第１と第２の電圧線路の間に接続され、キャパシタンスとプログラム可能な要素は、画素トランジスタの制御端子と第１の電圧線路の間に接続される。このように、キャパシタンスをわたる電圧は、画素が明るいように電流が発光ダイオードを通して流れることを可能とするために画素トランジスタが導通するか、又は、画素が暗いように画素トランジスタがオフされるかを制御する。

本発明の実施例は、負のフィードバックを提供するために、発光ダイオードから放射された光を受信する、キャパシタンスをわたり接続された、フォトダイオードを提供する。

本発明の他の実施例は、液晶マトリクスディスプレイに関連する。

本発明は、画素の組のプログラム可能な要素を低抵抗状態にプログラムし、低抵抗状態にプログラムされた画素の組に対応する画像を表示するために、予め定められた電圧を、全てのデータ線へ与えることにより、静的なモードでマトリクスディスプレイを動作させることを含む、上述のマトリクスディスプレイの動作方法にも関連する。

本方法は、更に、全てのプログラム可能な要素を高抵抗状態であるようにプログラムし、選択された画素のキャパシタンスに電荷を順次蓄積することにより、画像データを表示し、それにより、画像はそれらの選択された画素に対応して表示される、ことにより、動的なモードでマトリクスディスプレイを動作させることを含む。例えば、角にある静的なロゴのように、画像の一部に対して静的であり、一方残りは動的であることも可能である。

本発明の実施例は、添付の図面を参照して、単に例にとしてのみ記載される。

図面は、単に概略であり割合は正しくない。対応する又は、同様な構成要素は、異なる図面で、同じ参照番号が与えられる。

図２を参照すると、ｐｏｌｙ−ＬＥＤマトリクスディスプレイの画素要素２は、図１を参照して上述したのと同じ構成要素を有する。更に、金属半導体金属プログラム可能な要素３０が、設けられ、画素トランジスタ１６のゲート１８とグランド２４の間に接続されている。

適する金属半導体金属構造は、１９９９年１０月２８日のエレクトロニクスレター、ボリューム３５、ナンバ２２の、Ｊ Ｍ ＳｈａｎｎｏｎとＳ Ｐ Ｌａｕによる、”アモルファスシリコンの豊富なシリコンカーバイドのメモリスイッチング”に記載されている。しかしながら、ＷＯ９６／１９８３７に記載された、代わりのＭＳＭ構造も使用され得る。当業者は、本発明とともに使用され得る、他の適するプログラム可能な要素を知っている。

ＭＳＭ構造３０は、プログラムされることが可能である動的な抵抗を有する。本発明で使用されるアモルファスシリコンカーバイド構造の測定は、低抵抗状態は約１００Ωの抵抗を有し、一方、高抵抗状態は１０^８Ωより大きい抵抗を有することを示す。

図３を参照すると、ディスプレイは、共通の行選択線４に接続された行５２と共通のデータ線６に接続された列５４に配置された画素２の配列を有する。

示された実施例は、電圧線路２６が行選択線４に並行に設けられていることを示す。各画素２は、ここでは、発光ダイオード２５の、表示構成要素を有する。

使用では、マトリクスディスプレイは、全てのＭＳＭ構造３０が高抵抗状態である従来の動的モードで動作できる。このモードでは、ディスプレイは、主に従来の方法に従って駆動され、過度の電圧を避け、ディスプレイに動的な画像を生成する。行選択線４は、順次に駆動され、そして、各選択された行に対応するデータは、望ましい電圧にキャパシタンスを充電するために、選択された行のデータ線に供給される。各キャパシタンスは、画素を明るくするために、画素トランジスタ１６に導通を発生する電圧又は、画素を暗くするために、画素トランジスタ１６をオフする電圧のいずれかに充電される。要素３０を通しての漏洩は非常に低いので、キャパシタ２８をわたる及びトランジスタ１８のゲートの電圧は、フレーム時間を通して本質的に一定に保たれる。

しかしながら、マトリクスディスプレイは、望ましい画像に従って、ＭＳＭ要素３０をプログラムすることにより、異なるモードで動作することも可能である。各画素のＭＳＭ要素が高抵抗状態又は低抵抗状態のいずれかであるかに依存して、画素要素はそれぞれ、明るいか又は、暗い。画像は、従って、配列の画素のメモリ要素３０を適切にプログラムすることにより形成され、それにより、静止画は、キャパシタ２８に蓄積された電圧を連続してリフレッシュすることを必要とせずに表示されることが可能である。

使用されるプログラミングステップを、更に詳細に説明する。

使用されるアモルファスシリコンカーバイドメモリ要素３０は、使用する前に、形成ステップを必要とする。これは、データ線に正の８ボルトを与えそして選択トランジスタ８を強くオンするように切り換えすることにより実行される。この形成ステップは、続いて切り換えられるアモルファスシリコンカーバイド層内に１つ又はそれ以上の局所的なフィラメントを形成すると考えられる。

高抵抗状態へ要素３０を切り換えするために、マイナス６ボルトが、強くオンされた選択トランジスタ８を有するデータ線６に供給される。このプログラミングの後に、ディスプレイは従来技術のディスプレイとして動作する。

静的なディスプレイへ切り換えるために、選択された要素３０は、低抵抗状態へ切り換えられる。これは、強くオンされている選択トランジスタ８を有するデータ線６にプラス６ボルトを与えることによりなされる。

プログラムされた画像を表示するために、全てのデータ線６にマイナス４ボルトを供給しそして従来の配置でのように行選択線４のサイクルを行うことのみが必要である。メモリ要素３０が低抵抗状態である画素要素２では、キャパシタ２８に蓄積された電荷は、行選択線４が画素を選択したときに、フレーム時間と比較して短い時間規模で、低抵抗メモリ要素３０を通して、キャパシタ２８から漏洩する。フレーム時間は、行選択線４が選択トランジスタ８をオンにするために駆動される連続する場合の間の期間である。キャパシタ２８の電荷は短時間規模で放電されるので、僅かな光が発光ダイオード２５から放出される。逆に、高抵抗状態のメモリ要素３０を有する画素２については、キャパシタ２８の電荷は放電せずそして、従って、画素トランジスタ１６はオンにされそれにより、画素は明るい状態である。

通常のモードに戻るために、全ての要素３０は、選択トランジスタがオンのデータラインにマイナス６ボルトを与えることにより、高抵抗状態に切り換えられる。通常のモードはそして、メモリ要素３０を再プログラミングする危険を避けるために、６ボルトより少ない電圧で動作する。

各画素がオン又はオフであることが可能な３色（赤、緑及び黄色）の画素を提供することにより、本発明は８色ディスプレイを提供できる。代わりに、追加の輝度状態を提供するために、例えば、２より多くの状態を有するプログラム可能な要素を使用することにより、画素当り多数の色を提供するディスプレイが提供できる。いわゆる”アナログスイッチング”を提供する、好ましい複数のプログラム可能な要素が、報告されている。

本発明の修正では、図４に示されたように、キャパシタ２８は、図２の実施例のキャパシタ２８とプログラム可能な要素３０の両方の機能を提供する、結合されたキャパシタンス及びプログラム可能な要素３２により置きかえられる。

図４は、本発明は、更なる発展を示す。フォトダイオード３６が、ブロッキングダイオード３４に直列に接続されている。フォトダイオードは、発光ダイオード２５により放出された光を受けるように配置されている。これは、ＷＯ０１／２０５９１に更に詳細に説明されているように、負のフィードバックを形成する。

図５を参照すると、本発明は、重合体発光ダイオードに有益であるだけでなく、液晶ディスプレイにも適用されうる。結合されたプログラム可能なスイッチ及び蓄積キャパシタ３２は、液晶画素のキャパシタンスをわたり設けられている。再び、プログラム可能なスイッチが、高抵抗状態のときには、マトリクスディスプレイは通常のように動作する。静的なデータを表示するために、幾つかのスイッチを低抵抗状態にプログラムすることにより、固定の画像が表示される。画素要素は、短時間規模で放電される液晶キャパシタ４２を有し、一方、プログラム可能なスイッチが高抵抗状態である要素では、キャパシタに蓄積される電圧は完全なフレームの間残る。結合された要素３２は、一方の側がグランドにされ、液晶ディスプレイが通常のモードで動作するときに、蓄積キャパシタとして動作することに注意すべきである。蓄積キャパシタを含めることは、液晶ディスプレイの品質を改善するだけでなく、オフ状態での要素３２の低漏洩要求をも緩和する。

記載された実施例では、ｐ−チャネル薄膜選択トランジスタ８と画素トランジスタ１６が使用されているが、本発明は、ｎ−チャネル電界効果トランジスタも使用できることに、注意すべきである。多数のカラーフォトダイオードは、カラーディスプレイに使用され得、又は、代わりに、単一のカラーのフォトダイオードが単色ディスプレイに使用され得る。

本開示を読めば、他の変形及び修正が、当業者には明らかである。そのような変形と修正は、既に設計、製造及び半導体装置の使用で知られている、均等物と他の特徴を含み、そして、これは、ここに記載の特徴に加えて又はその代わりに使用され得る。

従来技術の発光ダイオードマトリクスディスプレイを示す。 本発明に従った画素要素の第１の実施例を示す。 図２に示されたような複数の画素要素を有するディスプレイを示す。 本発明に従った画素要素の第２の実施例を示す。 本発明に従った画素要素の第３の実施例を示す。

Claims (11)

1. 複数のデータ線と、
   複数の選択線と、
   複数の画素要素を有し、前記画素要素は、
   選択線に接続された制御端子を有する、データ線に接続された選択トランジスタを有し、
   画素要素が前記選択線により選択されたときに前記データ線により供給される電荷を蓄積するキャパシタンスを有し、電荷は前記キャパシタンスをわたる電圧を供給し、
   前記キャパシタンスをわたる電圧に従って、画素画像要素を表示する、前記キャパシタンスに接続された表示構成要素とを有する、マトリクスディスプレイであって、
   各画素は、前記キャパシタンスを短絡する低抵抗状態と高抵抗状態の間で切り換え可能な前記キャパシタンスをわたるプログラム可能な要素を有することを特徴とする、マトリクスディスプレイ。
2. 前記プログラム可能な要素は、金属半導体金属構造である、請求項1に記載のマトリクスディスプレイ。
3. 前記金属−半導体−金属構造は、アモルファスシリコンカーバイド半導体層を有する、請求項２に記載のマトリクスディスプレイ。
4. 前記キャパシタンスは、前記プログラム可能な要素内に集積されている、請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載のマトリクスディスプレイ。
5. 表示構成要素は、発光ダイオードである、請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載のマトリクスディスプレイ。
6. 前記発光ダイオードは、前記選択トランジスタに接続された制御端子を有する画素トランジスタと直列に第１と第２の電圧線路の間に接続され、
   前記キャパシタンスとプログラム可能な要素は、前記画素トランジスタの制御端子と第１の電圧線路の間に接続され、それにより、前記キャパシタンスをわたる電圧は、画素が明るいように電流が発光ダイオードを通して流れることを可能とするために前記画素トランジスタが導通するか、又は、画素が暗いように画素トランジスタがオフされるかを制御する、
   請求項５に記載のマトリクスディスプレイ。
7. 更に、光学的なフィードバックを提供するために、発光ダイオードから放射された光を受信する、前記キャパシタンスをわたり接続された、フォトダイオードを有する、請求項５或は６に記載のマトリクスディスプレイ。
8. 前記表示構成要素は、液晶画素電極である、請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載のマトリクスディスプレイ。
9. 前記プログラム可能な要素は、低抵抗状態、高抵抗状態、及び少なくとも１つの中間抵抗状態を含む、少なくとも３つの状態の間で切り換え可能である、請求項１乃至８のうちいずれか一項に記載のマトリクスディスプレイ。
10. 複数のデータ線と、複数の行選択線と、複数の画素要素を有し、前記画素要素の各々は、 選択トランジスタ、キャパシタンス、前記キャパシタンスに接続された表示構成要素、及び、前記キャパシタンスを短絡する低抵抗状態と高抵抗状態の間で切り換え可能な前記キャパシタンスをわたるプログラム可能な要素とを有する、マトリクスディスプレイの動作方法であって、
    画素の組のプログラム可能な要素を低抵抗状態にプログラムし、
    低抵抗状態にプログラムされた画素の組に対応する画像を表示するために、予め定められた電圧を、全てのデータ線と選択線へ与えることにより、
    静的なモードでマトリクスディスプレイを動作させる、方法。
11. 更に、
    全てのプログラム可能な要素を高抵抗状態であるようにプログラムし、
    選択された画素の前記キャパシタンスに電荷を繰り返して順次蓄積することにより、画像データを表示し、それにより、画像は前記選択された画素に対応して表示される、
    ことにより、動的なモードでマトリクスディスプレイを動作させることを含む、請求項１０に記載の、マトリクスディスプレイを動作させる、方法。

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