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Abstract
【課題】簡単な回路構成で、画素TFTの特性に温度変化、経年変化及び個体ばらつき等が生じた場合であっても、最も適した駆動電圧で画素TFTを駆動できる表示装置を提供する。
【解決手段】画素に設けられた画素TFT11と同一の特性を有する特性検出用TFT17を設ける。特性検出用TFT17は、画素TFT11を駆動するためのゲートオン電圧Vghを検出する。そして特性検出用TFT17は、画素TFT11とオン状態にある期間が一致するように駆動される。
【選択図】図1
【解決手段】画素に設けられた画素TFT11と同一の特性を有する特性検出用TFT17を設ける。特性検出用TFT17は、画素TFT11を駆動するためのゲートオン電圧Vghを検出する。そして特性検出用TFT17は、画素TFT11とオン状態にある期間が一致するように駆動される。
【選択図】図1
Description
本発明は、薄膜トランジスタを用いた表示装置に関する。
薄膜トランジスタ(TFT)をスイッチング素子に使用したアクティブマトリクスディスプレイは、液晶を光制御に用いるものや、有機ELを発光源に用いるもの等、薄型表示装置として様々な用途に使用されるようになってきた。
代表的な用途として、PCの表示装置や、カーナビゲーション装置、ATM、POSなどがある。それらの中で、カーナビゲーション装置や、野外に設置されたATMなどでは非常に広い範囲での温度環境下で使用されることとなり、表示装置においても広い温度範囲での動作が要求される。
ところが、使用温度範囲が広くなると、表示装置各部の温度による特性変化で、画質劣化の問題が起きてしまう。特に低温領域では画素に設けられたTFTの移動度が不足し所望の表示特性を得られない場合がある。
LCD(Liquid Crystal Display:液晶ディスプレイ)を例に挙げると、既存のLCDの機能ブロックを用いた場合では、TFTの駆動電圧は使用条件(温度)に関わらず一定である。そのため、低温になるとTFTの移動度が不足し、画素への充電不足による顕著なコントラスト低下が起きる。
このような問題を解決するために、特許文献1では、サーミスタなどの温度センサーを使用して温度を検出し、その温度にふさわしい画素TFTの駆動電圧を生成する発明が開示されている。
また、特許文献2に記載の発明では、表示領域外に、特性検出用画素を設け、そこの輝度を測定して信号線及びコモン電圧を変化させて最適駆動条件を設定する方式が提唱されている。
しかしながら、前述のようにサーミスタ等の温度センサーを使用して温度を検出し、その温度にふさわしい駆動電圧を生成する手段では、LCD間のTFTの特性ばらつき(個体ばらつき)を吸収することは非常に困難である。また、長時間使用した後のTFTの経年変化を検出することは不可能である。
そのため、特許文献1には、温度検出手段として、表示装置の画素に設けられたTFT(画素TFT)と同時に作りこまれた特性検出用TFTを用い、その特性をモニターしてフィードバックすることで最適な駆動条件を決定する方式がさらに開示されている。
この方式であれば、TFT特性の個体ばらつきを吸収することができるが、特性検出用TFTが常にオン状態となり、特性検出用TFTの閾値シフトを引き起こしてしまう。そうすると、特性検出用TFTと画素TFTは、全く別の特性となってしまい、特性検出用TFTを用いる意味がなくなってしまう。
特許文献2に記載の発明では、特性検出用TFTが画素TFTと同じ条件で駆動されるように構成されているために、前述の特性検査用TFTのみの特性がずれる問題は解決される。
しかしながら、輝度センサーを設置する必要があるため、表示装置の外形が大きくなる他、回路構成も複雑なものとなってしまう。
そこで、本発明の目的は、簡単な回路構成で、画素TFTの特性に温度変化、経年変化及び個体ばらつき等が生じた場合であっても、最も適した駆動電圧で画素TFTを駆動できる表示装置を提供することである。
請求項1に記載の表示装置は、基板上にマトリクス状に配置され、各々に画素TFTが設けられた複数の画素と、前記基板上に前記画素TFTと同一特性を有して形成され、前記画素TFTを駆動するためのオン電圧又はオフ電圧を検出する特性検出用TFTと、を備え、前記特性検出用TFTは、前記画素TFTとオン状態にある期間が一致するように駆動されることを特徴とする。
請求項1に記載の表示装置によれば、画素TFTとオン状態にある期間が一致するように駆動されるので、画素TFTと同じように経年変化する。そのため、輝度センサーを設ける必要なく、簡単回路構成で画素TFTの経年変化にも対応して、画素TFTを制御できる。
<実施の形態1>
<A.構成>
<A−1.全体構成>
図1は、本実施の形態1に係る表示装置のブロック図である。基板上の表示エリア(表示領域)12にマトリクス状に配置され、各々にnチャネルMOSFETである画素TFT11が設けられた画素が形成されている。
<A.構成>
<A−1.全体構成>
図1は、本実施の形態1に係る表示装置のブロック図である。基板上の表示エリア(表示領域)12にマトリクス状に配置され、各々にnチャネルMOSFETである画素TFT11が設けられた画素が形成されている。
そして、画素TFT11のドレインには、画素容量10が接続されている。画素TFT11のゲートには、画素TFT11を走査線(ゲート配線)18ごとに駆動するゲートドライバ回路16(ゲート駆動回路)が接続されている。そして画素TFT11のソースには、画素容量10への印加電圧を決定するソースドライバ回路13がデータ線19を介して接続されている。
画素TFT11のドレインには、画素容量10の一端が接続され、画素容量10の他端は端子72に接続されている。そして、端子72には後述するコモン電圧が与えられている。
ゲートドライバ回路16及びソースドライバ回路13は、制御信号回路14に接続され、制御信号回路14により供給される信号で制御される。そして、ソースドライバ回路13は、電源回路15に接続され、電源回路15により供給される駆動電源により駆動される。
ゲートドライバ回路16には、ラインL2を介して電源回路15からゲートオン電圧Vgh、ゲートオフ電圧Vglが供給される。ゲートオン電圧Vghは、画素TFT11をオンする時に、そのゲートに与えられる電圧であり、ゲートオフ電圧Vglは、画素TFT11をオフする時に、そのゲートに与えられる電圧である。
電源回路15には、画素TFT11とは別の特性検出用TFT17(以下、単にTFT17と称する場合がある。)がラインL1を介して接続されている。特性検出用TFT17は、前記基板上に画素TFT11と同じプロセスで同一特性を有して形成されている。
特性検出用TFT17は、表示エリア12又は表示エリア12外に設けられている。特性検出用TFT17は、ラインL1を介して検出電圧を電源回路15に出力する。特性検出用TFT17は、制御信号回路14へも接続されている。そして、制御信号回路14は、信号STVを特性検出用TFT17に出力している。
なお、ソースドライバ回路13、ゲートドライバ回路16、制御信号回路14、及び電源回路15は、画素TFT11及び特性検出用TFT17が形成された基板上に同時に形成されたものでもよいし、別の基板上に形成されたものでもよい。
図2は、特性検出用TFT17が電源回路15に出力する検出電圧を説明するための概略図である。
特性検出用TFT17のゲート(制御端子)がドレイン(電流入力端子)に接続部23において接続されている。そして特性検出用TFT17のソースは接地されている。接続部23に定電流源22の一端が接続されている。定電流源22の他端は電源21に接続されている。電源21の他端は接地されている。
ここで、定電流源22及び電源21は、電源回路15(図1)内に含まれている。図1において、定電流源22及び電源21と特性検出用TFT17のドレインを接続するラインは省略されている。また、図2では、特性検出用TFT17に信号STVを入力するラインも省略されている。
そして、接続部23において、特性検出用TFT17は、ラインL1を介して電源回路15に接続されている。特性検出用TFT17には、接続部23において、定電流源22により一定のバイアス電流が印加されている。
この時、特性検出用TFT17のドレイン・ソース間電圧Vdsを検出電圧とすると、特性検出用TFT17のドレイン電流Id特性が∂Id/∂Vdsよりも∂Id/∂Vgsの方が十分大きいため、検出電圧には概ねバイアス電流を流すのに必要なゲートオン電圧Vghが現れる。
そこで、画素容量10の充電(画素充電)に必要な電流値をバイアス電流として定電流源22に設定しておくと、検出電圧として、画素TFT11のオン時に画素充電に必要なゲートオン電圧Vghが特性検出用TFT17から自動的に生成される。そして、検出電圧は、ライン21を介して電源回路15に出力される。
様々な誤差要因を考慮して、バイアス電流の値は、画素充電に必要な電流値ちょうどではなく、マージンを考慮して少しだけ大きな電流値に設定するか、少なめに設定して後段の回路で少し電流値を上乗せするとよい。
但し、特性検出用TFT17をアモルファスシリコンで形成する場合、特性検出用TFT17が常にオン状態となり、キャリアが特性検出用TFT17のチャネルにトラップされる。そして、エンハンスド型MOSFETである特性検出用TFT17がディプレッション型MOSFETに閾値がシフトする現象が生じる。
特性検出用TFT17の閾値のみがシフトすると、特性検出用TFT17と画素TFT11の特性が異なってしまい、特性検出用TFT17から出力される検出電圧では画素TFT11が十分に駆動されない恐れがあり都合が悪い。
そこで、特性検出用TFT17も画素TFT11と同じ条件で駆動するように構成する。以下、特性検出用TFT17を画素TFT11と同じ条件で駆動する構成について説明する。
図3は、画素TFT11を駆動するタイミングを示すタイミングチャートである。画素TFT11は、典型的には、図3に示すタイミングチャートにより駆動される。クロックCLKVは、1水平周期を周期とするクロックである。そして、信号STVは、走査の開始時間を示すスタートパルスである。
信号STVがオンになると、表示エリア12の1行目に配置された画素TFT11のゲートから順次オンし、2行目がオンする時には1行目はオフとなる。また次のフレーム(1垂直周期後)には、同じ動作を繰り返す。
すなわち、表示エリア12のある画素TFT11に着目すると、その画素TFT11は、1垂直周期内に1度、1水平周期のオン信号が入力されている期間オンすることになる。
特性検出用TFT17もこのように駆動すればよいため、例えば信号STVを用いて、信号STVがオフの時は、特性検出用TFT17のゲート電圧をゲートオフ電圧Vglにシンクさせてやればよい。
<A−2.電源回路15の構成>
次に、以上説明した動作を実現する電源回路15及び特性検出用TFT17の具体的な構成について説明する。図4は、電源回路15及び特性検出用TFT17の構成を示す簡易的な回路図である。ここで、図2に対応する構成には同一の符号を付している。
次に、以上説明した動作を実現する電源回路15及び特性検出用TFT17の具体的な構成について説明する。図4は、電源回路15及び特性検出用TFT17の構成を示す簡易的な回路図である。ここで、図2に対応する構成には同一の符号を付している。
図4に示す電源回路15は、入力電源電圧VCCからソースドライバ回路14及び階調基準電圧に使用するアナログ電圧VDDA、ゲートオフ電圧Vgl(以下、電圧Vgl、又はオフ電圧Vglと称する場合がある。)及びゲートオン電圧Vgh(以下、電圧Vgh、又はオン電圧Vghと称する場合がある。)を生成する回路である。
ゲートオン電圧Vgh及びゲートオフ電圧Vglは、ゲートドライバ回路16に入力され、それぞれ画素TFT11のゲートオン/オフ時の電圧になる。また、図4のうち、特性検出用TFT17以外の部分は電源回路15(図1参照)に含まれている。
ここで、図1では、簡略化のために、信号STVが制御信号回路14から直接特性検出用TFT17に入力するように描かれているが、実際は電源回路15内に含まれる回路35を介して特性検出用TFT17に入力されている。
<A−2−1.ブーストコンバータ回路32の構成>
まず、ブーストコンバータ回路32の構成について説明する。ブーストコンバータ回路32は、従来からよく知られた回路であり、入力電源電圧VCCからアナログ電圧VDDAを生成する回路である。
まず、ブーストコンバータ回路32の構成について説明する。ブーストコンバータ回路32は、従来からよく知られた回路であり、入力電源電圧VCCからアナログ電圧VDDAを生成する回路である。
電源38がインダクタンスL1の一端に接続されている。電源38は、入力電源電圧VCCをインダクタンスL1の一端に与えている。インダクタンスL1の他端はトランジスタQ1のドレインに接続されている。トランジスタQ1のソースは接地されている。
トランジスタQ1のゲートにはDCDCコントローラ31の出力が接続されている。DCDCコントローラ31の他端は、ダイオードD1のカソードに接続されている。ダイオードD1のアノードは、インダクタンスL1の他端に接続されている。
容量C1の一端がダイオードD1のカソードに接続され、他端は接地されている。容量C1の一端は端子T32に接続され、端子T32はアナログ電圧VDDAを出力する。
<A−2−2.チャージポンプ回路33の構成>
次に、チャージポンプ回路33の構成について説明する。容量C7の一端にダイオードD2のカソードが接続され、他端は接地されている。ダイオードD2のアノードには、ダイオードD3のカソードが接続されている。ダイオードD3のアノードには、ダイオードD4のカソードが接続されている。
次に、チャージポンプ回路33の構成について説明する。容量C7の一端にダイオードD2のカソードが接続され、他端は接地されている。ダイオードD2のアノードには、ダイオードD3のカソードが接続されている。ダイオードD3のアノードには、ダイオードD4のカソードが接続されている。
ダイオードD4のアノードには、ダイオードD5のカソードが接続されている。ダイオードD5のアノードには、ダイオードD6のカソードが接続されている。ダイオードD6のアノードには、ダイオードD7のカソードが接続されている。そして、ダイオードD7のアノードは、容量C1の一端に接続されている。
容量C2の一端がダイオードD2のアノードに接続されている。容量C3の一端がダイオードD4のアノードに接続されている。容量C4の一端がダイオードD6のアノードに接続されている。そして、容量C2〜C4の他端は、ダイオードD1のアノードに接続されている。容量C5の一端がダイオードD3のアノードに接続され、他端は容量C7の他端に接続されている。容量C6の一端がダイオードD5のアノードに接続され、他端は容量C7の他端に接続されている。
<A−2−3.シリーズレギュレータ回路34の構成>
次に、シリーズレギュレータ回路34の構成について説明する。容量C10の一端がインダクタンスL1の他端に接続されている。容量C10の他端にダイオードD9のアノードが接続されている。ダイオードD10のカソードがダイオードD9のアノードに接続され、アノードは接地されている。
次に、シリーズレギュレータ回路34の構成について説明する。容量C10の一端がインダクタンスL1の他端に接続されている。容量C10の他端にダイオードD9のアノードが接続されている。ダイオードD10のカソードがダイオードD9のアノードに接続され、アノードは接地されている。
ダイオードD9のカソードが容量C11の一端に接続されている。容量C11の他端は、ダイオードD10のアノードに接続されている。容量C11の一端に抵抗R10の一端が接続されている。そして抵抗R10の他端はツェナーダイオードZD1のアノードに接続されている。ツェナーダイオードZD1のカソードはダイオードD10のアノードに接続されている。
抵抗R10の一端は、トランジスタQ7のコレクタに接続されている。トランジスタQ7のエミッタは容量C12の一端、及び端子T35に接続されている。そして、端子T35からは、ゲートオフ電圧Vglが出力される。容量C12の他端は、ツェナーダイオードZD1のカソードに接続されている。
<A−2−4.定電流源22の構成>
次に、定電流源22の構成について説明する。抵抗R1の一端が容量C7の一端に接続され、他端がトランジスタQ2のエミッタに接続されている。トランジスタQ2のベースが抵抗R2の一端に接続され、抵抗R2の他端は接地されている。トランジスタQ3のベースが抵抗R2の一端に接続され、エミッタが抵抗R3の一端に接続されている。抵抗R3の他端は抵抗R1の一端及びトランジスタQ4のコレクタに接続されている。トランジスタQ3のコレクタは、特性検出用TFT17のドレインに接続されている。
次に、定電流源22の構成について説明する。抵抗R1の一端が容量C7の一端に接続され、他端がトランジスタQ2のエミッタに接続されている。トランジスタQ2のベースが抵抗R2の一端に接続され、抵抗R2の他端は接地されている。トランジスタQ3のベースが抵抗R2の一端に接続され、エミッタが抵抗R3の一端に接続されている。抵抗R3の他端は抵抗R1の一端及びトランジスタQ4のコレクタに接続されている。トランジスタQ3のコレクタは、特性検出用TFT17のドレインに接続されている。
<A−2−5.回路35の構成>
次に、回路35の構成について説明する。トランジスタQ6のコレクタがオペアンプOP1の+入力端子、及び特性検出用TFT17のドレインに接続されている。トランジスタQ6のエミッタは端子T35に接続されている。
次に、回路35の構成について説明する。トランジスタQ6のコレクタがオペアンプOP1の+入力端子、及び特性検出用TFT17のドレインに接続されている。トランジスタQ6のエミッタは端子T35に接続されている。
トランジスタQ6のベースは抵抗R8の一端に接続されている。抵抗R8の他端は抵抗R9の一端及びトランジスタQ5のコレクタに接続されている。抵抗R9の他端は、トランジスタQ6のエミッタに接続されている。
トランジスタQ5のベースが抵抗R7の一端に接続されている。抵抗R7の他端は、抵抗R6の一端及び端子T36に接続され、端子T36には信号STVが入力されている。抵抗R6の他端はトランジスタQ5のエミッタに接続されている。トランジスタQ5のエミッタは電源V1に接続されている。
<A−2−6.ピークホールド回路36の構成>
次に、ピークホールド回路36の構成について説明する。オペアンプOP1の−入力端子が抵抗R5の一端に接続されている。オペアンプOP1の出力がダイオードD8のアノード及び抵抗R5の一端に接続されている。ダイオードD8のカソードは容量C9の一端及び抵抗R5の他端に接続されている。容量C9の他端は接地されている。
次に、ピークホールド回路36の構成について説明する。オペアンプOP1の−入力端子が抵抗R5の一端に接続されている。オペアンプOP1の出力がダイオードD8のアノード及び抵抗R5の一端に接続されている。ダイオードD8のカソードは容量C9の一端及び抵抗R5の他端に接続されている。容量C9の他端は接地されている。
<A−2−7.回路37の構成>
次に回路37の構成について説明する。抵抗R5の他端が抵抗R4の一端に接続されている。抵抗R4の他端がトランジスタQ4のベースに接続されている。トランジスタQ4のエミッタは容量C8の一端及び端子T34に接続されている。容量C8の他端は接地されている。端子T34からゲートオン電圧Vghが出力される。
次に回路37の構成について説明する。抵抗R5の他端が抵抗R4の一端に接続されている。抵抗R4の他端がトランジスタQ4のベースに接続されている。トランジスタQ4のエミッタは容量C8の一端及び端子T34に接続されている。容量C8の他端は接地されている。端子T34からゲートオン電圧Vghが出力される。
<A−2−8.特性検出用TFT17の構成>
続いて、特性検出用TFT17の構成について説明する。特性検出用TFT17は、ドレインとゲートが接続されている。特性検出用TFT17のドレインは、接続部23において、定電流源22を構成するトランジスタQ3のコレクタに接続されている。特性検出用TFT17のソースは、端子T32に接続されている。
続いて、特性検出用TFT17の構成について説明する。特性検出用TFT17は、ドレインとゲートが接続されている。特性検出用TFT17のドレインは、接続部23において、定電流源22を構成するトランジスタQ3のコレクタに接続されている。特性検出用TFT17のソースは、端子T32に接続されている。
<B.動作>
次に、図4に示す電源回路15及び特性検出用TFT17の動作について説明する。ブーストコンバータ回路32は、入力電源電圧VCCからアナログ電圧VDDAを生成する。ここで、入力電源電圧VCCを3.3Vとし、生成されるアナログ電圧VDDAを10Vに設定するものとする。
次に、図4に示す電源回路15及び特性検出用TFT17の動作について説明する。ブーストコンバータ回路32は、入力電源電圧VCCからアナログ電圧VDDAを生成する。ここで、入力電源電圧VCCを3.3Vとし、生成されるアナログ電圧VDDAを10Vに設定するものとする。
そうすると、トランジスタQ1のドレインの電圧は、およそ10Vの矩形波となるので、シリーズレギュレータ回路34は、負電圧のゲートオフ電圧Vglを生成し、端子T35から出力する。今、ツェナーダイオードZD1の値により、ゲートオフ電圧Vglを−6Vとする。
チャージポンプ回路33は、インダクタンスL1の他端に発生した電圧を昇圧して、容量C7の一端に35Vの電圧を発生する。そして定電流源22は、容量C7の一端から35Vの電圧が印加されると、設定したバイアス電流をダイオード接続された特性検出用TFT17のアノード(接続部23)に出力する。
ここで、定電流源22は、トランジスタを用いて構成されているが、精度を要さない場合には、抵抗だけでも代用できる。
バイアス電流が、ダイオード接続された特性検出用TFT17のアノードに入力されると、特性検出用TFT17は、図2おいて説明した動作により、接続部23からラインL1を介して検出電圧を出力する。検出電圧は、電源回路15を構成するオペアンプOP1の+入力端子に出力される。
ここで、ダイオード接続された特性検出用TFT17のアノードにはゲートオフ電圧VglがトランジスタQ6を介して入力される。トランジスタQ6は、信号STVがオフの時に導通し、ゲートオフ電圧Vglが特性検出用TFT17のアノードに入力され、信号STVがオンの時に非導通となる動作をする。
より詳細に説明すると、信号STVがオフになると電源V1から抵抗R6及び抵抗R7を介してトランジスタQ5にベース電流が流れ、トランジスタQ5が導通する。トランジスタQ5が導通すると電源V1から抵抗R8を介してベース電流がトランジスタQ6に流れ込みトランジスタQ6が導通する。
信号STVがオンになると、抵抗R6、R7を介してベース電流がトランジスタQ5に流れずトランジスタQ5はオフとなる。その結果、トランジスタQ6にもベース電流が流れないので、トランジスタQ6は非導通となる。
以上から、特性検出用TFT17は、信号STVがオンの時のみ、すなわち1垂直周期に1回1水平周期のオン期間(但し、信号STVのオンの期間を1水平周期のオンの期間に等しくした場合)だけオン状態になる。
以上の動作により、特性検出用TFT17から出力される検出電圧は、設定したバイアス電流を流すようなゲートオン電圧Vghと、ゲートオフ電圧Vglの間を変化する。そこで、ゲートオフ電圧Vglをキャンセルするためのピークホールド回路36を特性検出用TFT17のアノードに接続している。
ピークホールド回路36は、オペアンプOP1の+入力端子にゲートオン電圧Vghが入力されると容量C9をゲートオン電圧Vghまで充電する。
一方、ゲートオフ電圧Vglがオペアンプの+入力端子に入力された場合、オペアンプの出力は下がるが、ダイオードD8があるため、容量C9の電圧は保持される。
容量C9の電圧を電流バッファのトランジスタQ4のベースに入力すると、ゲートオン電圧Vghが容量C8に充電され、端子T34から出力される(厳密には検出電圧からVBEなどの成分だけ下がる。)。
ここで、特性検出用TFT17のカソード側をアナログ電圧VDDAに接続している理由について説明する。図5は、一般的なソースドライバ回路13の出力電圧(ソースドライバ出力電圧)の時間変化を示す図である。
ソースドライバ回路13からは、表示に必要な所望の電圧が走査時間ごとに出力されている。その最大電圧は、通常、アナログ電圧VDDAより若干(数百mV)低い電圧であり、最小電圧は、通常接地電圧(GND)より若干(数百mV)高い電圧である。
そのため、画素TFT11に印加されるゲート電圧Vgsは、オン状態の最小値はおよそVgh−VDDAであり、オフ状態の最大値(図ではゲート電圧Vgsが負となっているので絶対値は最小値となる。)はおよそVgl−GNDとなる。
従って、とりうるオン状態のゲート電圧Vgsの最小値はおよそVgh−VDDAであるため、特性検出用TFT17のカソード側もワーストケースのVDDAに接続されている。駆動方式により、ゲート電圧Vgsがこれと異なる場合は、ゲート電圧Vgsがオン状態で最小になるような電圧に接続すればよい。
特性検出用TFT17は画素TFT11と全く同じように形成するのが望ましいが、画素TFT11は、画素容量10のみを駆動するため通常その移動度は非常に小さい。そのため、特性検出用TFT17を画素TFT11と同じとすると、特性検出用TFT17から引き出す配線や、画素TFT11と同じ駆動をするための周辺回路などの配線容量を十分に駆動できない場合がある。
これらを十分に駆動できないと、1垂直周期の期間内に1水平周期のオン期間だけ特性検出用TFT17からゲートオン電圧Vghを検出したい場合でも、周辺回路が十分に立ち上がらず、ゲートオン電圧Vghを検出できない結果となる。また、周辺回路の遮断電流(リーク電流)や外乱ノイズの影響も無視できず、検出電圧に大きな誤差を招く恐れもある。
これらの問題を回避するために、特性検出用TFT17の移動度を上げる必要がある。画素TFT11と同じ特性を保ちつつ移動度を上げるには、図6に示すように、複数個の特性検出用TFT17を並列にn段接続すればよい。
例えば、画素容量10の充電に必要なドレイン電流Idを100nAに設定した場合、本来定電流源22の設定電流(バイアス電流)は100nAにすればよい。しかし、周辺回路の影響で動作できなくなり、少なくとも1μAの設定電流が必要であれば、n=10として10個の特性検査用TFT17を並列に接続し、定電流源22の設定電流を1μAに設定すればよいことになる。
以上説明した回路構成より、特性検出用TFT17は、画素容量10を充電するのに必要なゲートオン電圧Vghを電源回路15に出力し、電源回路15はゲートオン電圧Vghを動的に変化することができる。
ここで、ゲートオン電圧Vghを動的に変化させると、液晶画素電極の片側の電圧であるコモン電圧も変化させる必要がある。
図7は、液晶画素の簡略化した等価回路図である。画素TFT11のドレインに容量Cpの一端が接続されている。ここで、容量Cpは、一般には、画素容量10の液晶容量Clcと保持容量Csとを合計したものである。
容量Cpの他端は、端子72に接続されている。端子72にはコモン電圧が与えられている。画素TFT11のゲート・ドレイン間には、ゲート・ドレイン間容量Cgdが接続されている。ゲート・ドレイン間容量Cgdは、画素TFT11が本質的に持つゲート・ドレイン間の容量である。
図1において説明したように、画素TFT11のソースはソースドライバ回路13に接続され、画素TFT11のゲートは、ゲートドライバ回路16に接続されている。
画素TFT11がオフする直前は、画素電圧(容量Cpの画素TFT11に接続されている側の電圧)は、画素TFT11のソース電圧とほぼ同じとなっている。
しかし、ゲート電圧がオフになると、Cgd/Cp×(Vgh−Vgl)だけ画素電圧が下がってしまう。ここで、容量Cgd、容量Cpの値もCgd、Cpとしている。
通常これを見込んで、容量Cpに印加される電圧が一定になるように、コモン電圧を設定している。しかし、本実施の形態1に係る発明ではゲートオン電圧Vghが動的に変化するため、コモン電圧も動的に補正する手段が必要になる。
図8は、本実施の形態1に係るコモン電圧生成回路の構成を示す回路図である。オペアンプOP81の+入力端子に抵抗R82の一端、及び抵抗R83の一端が接続されている。抵抗R82の他端は端子81に接続され、端子81にはアナログ電圧VDDAが与えられている。抵抗R83の他端は接地されている。
オペアンプOP82の−入力端子には抵抗R85の一端及び抵抗R84の一端が接続されている。抵抗R85の他端は端子82に接続され、端子82にはゲートオン電圧Vghが与えられている。抵抗R84の他端は、オペアンプOP81の出力に接続されている。オペアンプ81の出力は端子72に接続され、コモン電圧を出力している。
コモン電圧発生回路は、以上のような構成を備えているので、その出力は、−(R84/R85)×Vghとなる部分を含んでいる。そのため、Cgd/Cpの値に応じて抵抗R85、抵抗R84の大きさを適当に調節することで、電圧Vghの変化に応じて、容量Cpに印加される電圧が一定になるように、コモン電圧を動的に変化させることができる。
<C.効果>
本実施の形態1に係る表示装置では、特性検出用TFT17が、画素TFT11とオン状態にある期間が同じように駆動される。そのため、特性検出用TFT17は、画素TFT11と同様に経年劣化をする。その結果、画素TFT11が経年劣化をしても、十分にドレイン電流Idを流せるゲートオン電圧Vghを出力することができる。
本実施の形態1に係る表示装置では、特性検出用TFT17が、画素TFT11とオン状態にある期間が同じように駆動される。そのため、特性検出用TFT17は、画素TFT11と同様に経年劣化をする。その結果、画素TFT11が経年劣化をしても、十分にドレイン電流Idを流せるゲートオン電圧Vghを出力することができる。
さらに、特性検出用TFT17は、画素TFT11と同じ特性を有しているために製造時の個体ばらつきや、長時間使用した後の経年変化にも対応できる。
本実施の形態1に係る表示装置は、特性検出用TFT17のゲートとドレインとが接続され、その接続部にバイアス電流が印加されることにより、特性検出用TFT17は、画素TFT11を駆動するためのゲートオン電圧Vghを検出している。
そのため、簡単な回路構成で、例えば、使用温度条件が変化した場合に自動的に画素TFT11のゲートオン電圧Vghを変化させることができる。
すなわち、低温領域で画素TFT11の移動度が不足する場合には、自動的に電圧Vghを大きくして移動度を高くし、高温領域では電圧Vghを下げることにより画素TFT11の特性劣化を抑えたり、不要な電力を低減、さらには電圧Vghが高いことに起因する表示品位低下を防いだりすることができる。
本実施の形態1に係る表示装置では、複数の画素に共通にコモン電圧を与えるコモン電圧発生回路を備え、コモン電圧はゲートオン電圧Vghに応じて変化されるので、ゲートオン電圧Vghが変化しても画素容量10に印加される電圧を一定にすることができる。
本実施の形態1に係る表示装置では、複数個の特性検出用TFT17をさらに備え、複数個の特性検出用TFT17は、並列接続されている。その結果、画素TFT11と同じ特性を保持しつつ、並列接続された特性検出用TFT17全体として移動度を上げることができる。
なお、本実施の形態1では、LCDの場合について説明したが、特性検出用TFT17の特性からゲートオン電圧Vghを決定する手法は、TFTを使って、移動度の温度変化が問題となる他の表示装置(例えば有機EL)やTFTで形成された集積回路などにも応用することができる。
<実施の形態2>
実施の形態1に係る表示装置では、特性検出用TFT17に定電流源22で生成されたバイアス電流を流し、そのときのゲートオン電圧Vghを取得する例を示した。
実施の形態1に係る表示装置では、特性検出用TFT17に定電流源22で生成されたバイアス電流を流し、そのときのゲートオン電圧Vghを取得する例を示した。
本実施の形態2に係る表示装置では、ゲートドライバ回路16により特性検出用TFT17を駆動して、特性検出用TFT17に流れるドレイン電流Idを検出する。そして、フィードバックループによりゲートオン電圧Vghの値を変化させ、ドレイン電流Idが所望の値(容量Cpを充電するのに必要なドレイン電流Idの値)になるようなゲートオン電圧Vghを取得する。
以下、本実施の形態2に係る表示装置の構成について説明する。
<A.構成>
<A−1.全体構成>
図9は、本実施の形態2に係る表示装置のブロック図である。本実施の形態2に係る表示装置では、実施の形態1の構成に比べて、制御信号回路14からTFT17へ信号STVが入力されておらず、ゲートドライバ回路16が特性検出用TFT17にゲート配線91を介して接続されている。
<A−1.全体構成>
図9は、本実施の形態2に係る表示装置のブロック図である。本実施の形態2に係る表示装置では、実施の形態1の構成に比べて、制御信号回路14からTFT17へ信号STVが入力されておらず、ゲートドライバ回路16が特性検出用TFT17にゲート配線91を介して接続されている。
その他の構成は実施の形態1と同様であり、同一の構成には同一の符号を付し重複する説明は省略する。
<A−2.特性検出用TFT17の周辺回路の構成>
図10は、本実施の形態2に係る特性検出用TFT17の周辺回路の構成を示す回路図である。図9に対応する構成には同一の符号を付している。
図10は、本実施の形態2に係る特性検出用TFT17の周辺回路の構成を示す回路図である。図9に対応する構成には同一の符号を付している。
特性検出用TFT17のゲートがゲート配線91を介してゲートドライバ回路16の出力バッファ6に接続されている。特性検出用TFT17のドレインは端子101に接続され、端子101にはアナログ電圧VDDAが与えられている。
特性検出用TFT17のソースは電流検出用抵抗R101(以下、単に「抵抗R101」と称する場合ある。)の一端及びオペアンプOP101の+入力端子に接続されている。抵抗R101の他端は接地されている。
オペアンプOP101の出力は、ダイオードD101のアノードに接続されている。ダイオードD101のカソードは、容量C101の一端に接続されている。容量C101の他端は接地されている。
オペアンプOP101の−入力端子には抵抗R103の一端が接続されている。抵抗R103の他端は放電抵抗R102(抵抗R102)の一端及びダイオードD101のカソードに接続されている。抵抗R102の他端は、ダイオードD101のアノードに接続されている。ダイオードD101のカソードがコンパレータCOMP102の−入力端子に接続されている。コンパレータCOMP102の+入力端子には電源102が接続されている。
コンパレータCOMP102の出力は、抵抗R104の一端に接続されている。抵抗R104の他端は容量C102の一端及び電流バッファ103の入力に接続されている。容量C102の他端は接地されている。電流バッファ103の出力は端子104に接続され、端子104からゲートオン電圧Vghが出力される。そして、端子104から出力されたゲートオン電圧Vghは、ラインL2Hを介してゲートドライバ回路16にフィードバックするように構成されている。ラインL2Hは、図9のラインL2に対応している。
ここで、ゲート配線91は、画素TFT11を駆動するゲート配線18と共用してもよいし、新たに設けてもよい。
また、図10の構成のうち、ゲートドライバ回路16、特性検出用TFT17以外の部分は、電源回路15に含まれている。そして、オペアンプOP101、抵抗R102、抵抗R103、ダイオードD101、及び容量C101でピークホールド回路106を構成している。
ここで、本来、ピークホールド回路106は、初段オペアンプOP101と、その出力に接続されている容量C101間に、JFET等のスイッチを入れてサンプルホールド型として作成してもよい。しかし、本実施の形態2では、スイッチに代えて、簡易的に、ダイオードD101と時定数の長い放電抵抗R102を並列接続することによりピークホールド回路106を実現している。
<B.動作>
次に、本実施の形態2に係る表示装置の動作について説明する。
次に、本実施の形態2に係る表示装置の動作について説明する。
特性検出用TFT17は、画素TFT11と同じくゲートドライバ回路16によって駆動される。ゲートドライバ回路16は、1垂直期間内に1水平周期のオン期間だけ、特性検出用TFT17にゲートオン電圧Vghを出力する。ここで、初期状態では電圧Vghは不定であるが、一定範囲の何らかの電圧があるものとする。
特性検出用TFT17がオン状態となると、何らかの大きさのドレイン電流Idが端子101から特性検出用TFT17を介して抵抗R101に流れる。抵抗R101にドレイン電流Idが流れると、抵抗R101と特性検出用TFT17のドレインとの接続点aに電圧を生じる。その電圧がピークホールド回路106のオペアンプOP101の+入力端子に入力される。
オペアンプOP101は、ダイオードD101のカソード側の電圧が+入力端子に入力された電圧よりも低い場合は、容量C101を充電し、ダイオードD101のカソード側の電圧を引き上げる。
そして、オペアンプOP101の+入力端子への電圧が下がると、オペアンプOP101の出力も下がるが、ダイオードD101によりダイオードD101のカソード側の電圧は下がらない。
このままでは、ダイオードD101のカソード側の電圧は上がることしかできない。そのため、ダイオードD101と並列に抵抗値の大きい放電抵抗R102を接続することにより、容量C101と放電抵抗R102の時定数で、一定の時間をかけて降下できるようにしている。
容量C101に保持された電圧は、予め設定された電源102の電圧(基準電圧Vr)とコンパレータCOMP102において比較される。そして、コンパレータCOMP102の出力を平滑化したものをゲートオン電圧Vghとしてゲートドライバ回路16に入力するフィードバック制御を行う。
例えば、特性検出用TFT17のドレイン・ソース間電圧Vdsの値が10Vの時、1μAのドレイン電流Idを流せるゲートオン電圧Vghを得るには、簡易的に計算すると、アナログ電圧VDDAの大きさを11Vとし、電流検出用抵抗R101の値は1MΩ、基準電圧Vrは1Vに設定する。
初期状態として、ゲートドライバ回路16から出力されるゲートオン電圧Vghの値が所望の値より低いものとする。
ゲートドライバ回路16からゲートオン電圧Vghが特性検出用TFT17に出力されると、特性検出用TFT17はオン状態に遷移する。その際、ゲートオン電圧Vghが所望の値より低いため電流検出用抵抗R101には、必要とされる1μAよりも小さな値のドレイン電流Idが流れる。
その結果、ピークホールド回路106の容量C101に保持される電圧は1Vより小さくなる。そのため、コンパレータCOMP102はハイレベルの電圧を出力する。コンパレータCOMP102がハイレベルの電圧を出力すると、容量C102が徐々に充電され、ゲートオン電圧Vghも徐々に上昇する。
そして、上昇した値のゲートオン電圧Vghが再び、ゲートドライバ回路16に入力される。ゲートドライバ回路16は、上昇した値のゲートオン電圧Vghを特性検出用TFT17に出力する。
以上の動作を繰り返し、所望のゲートオン電圧Vghを超えると、電流検出抵抗R101の端に生じる電圧が1Vより大きくなるため、コンパレータCOMP102がロウレベルの信号を出力するようになる。その結果、ゲートオン電圧Vghの値は徐々に小さくなる。
最終的に、ゲートオン電圧Vghは、1μAのドレイン電流Idを流すような値で釣り合う。その結果、特性検出用TFT17に1μAのドレイン電流Idを流すのに必要なゲートオン電圧Vghを得ることができる。
<C.効果>
本実施の形態2に係る表示装置では、ゲートドライバ回路16により特性検出用TFT17が駆動されるため、実施の形態1に比べて特性検出用TFT17をオン/オフするための別回路が不要になる。その結果、回路構成をより簡潔にすることができる。特に、画素TFT11のゲート配線18と共用にすることで容易に特性検出用TFT17を制御することができる。
本実施の形態2に係る表示装置では、ゲートドライバ回路16により特性検出用TFT17が駆動されるため、実施の形態1に比べて特性検出用TFT17をオン/オフするための別回路が不要になる。その結果、回路構成をより簡潔にすることができる。特に、画素TFT11のゲート配線18と共用にすることで容易に特性検出用TFT17を制御することができる。
また、ゲートドライバ回路16の出力数が表示エリア12に必要なゲート配線数よりも多い場合(余っている場合)には、余った出力に特性検出用TFT17を接続することで有効利用することができる。
<実施の形態3>
実施の形態1及び2では、特性検出用TFT17(図1)を用いてゲートオン電圧Vghを動的に補正する手段を示した。
実施の形態1及び2では、特性検出用TFT17(図1)を用いてゲートオン電圧Vghを動的に補正する手段を示した。
しかしながら、LCDを例にとると、画素TFT11の劣化による閾値シフトなどでゲートオフ電圧Vglが不足してリーク電流が大きくなり、表示品位が低下することがある。
そこで、本実施の形態3に係る表示装置では、特性検出用TFT17を用いてゲートオフ電圧Vglを動的に補正する手段を提供する。
<A.構成>
図11は、本実施の形態3に係る特性検出用TFT17の周辺回路の構成を示す回路図である。
図11は、本実施の形態3に係る特性検出用TFT17の周辺回路の構成を示す回路図である。
オペアンプOP111(ゲート電圧制御回路)の−入力端子に電源112が接続されている。電源112は、オペアンプOP111の−入力端子に基準電圧Vrを与える。
オペアンプOP111の出力は、特性検出用TFT17のゲートに入力されている。また、オペアンプOP111の出力は、ラインL2を介してゲートドライバ回路16に出力されている(図1参照)。
特性検出用TFT17のソースは接地されている。TFT17のドレインは、接続点111において、オペアンプOP111の+入力端子及び抵抗R111(抵抗R111の値をもR111とする。)の一端に接続されている。抵抗R111の他端は、電源113に接続されている。電源113は、印加電圧Vs(電圧Vs)を与える。
なお、図1との対応では、図11に示す回路のうち、特性検出用TFT17以外の部分は電源回路15(図1)に含まれ、電源113、電源112等は電源回路15内で生成される。
<B.動作>
次に、図11に示す回路の動作について説明する。まず初期状態では、オペアンプOP111の出力が低いため、TFT17のゲートに十分な電圧が印加されず、TFT17のドレイン抵抗が大きな状態となっている。そのため、接続点111における電圧は、基準電圧Vrよりも高くなる。その結果、オペアンプOP111は出力を高める。
次に、図11に示す回路の動作について説明する。まず初期状態では、オペアンプOP111の出力が低いため、TFT17のゲートに十分な電圧が印加されず、TFT17のドレイン抵抗が大きな状態となっている。そのため、接続点111における電圧は、基準電圧Vrよりも高くなる。その結果、オペアンプOP111は出力を高める。
オペアンプOP111の出力が高くなると、特性検出用TFT17のドレイン抵抗が低くなる。すると、オペアンプOP111の+入力端子へ入力される電圧が低くなり、オペアンプOP111は出力を低くする。
以上の動作をオペアンプOP111の−入力端子に入力される基準電圧Vrと+入力端子に入力される電圧が等しくなるまで繰り返す。
すなわち、特性検出用TFT17に(Vs−Vr)/R111で与えられるドレイン電流Idが流れるように、オペアンプOP111の出力が制御される。
例えば、TFT17のオフ特性として、TFT17のドレイン・ソース間電圧Vdsが10Vの時にドレイン電流Id=1nAとなる必要がある場合を考える。この場合は、印加電圧Vsを11V、基準電圧Vrを10Vとすると、抵抗R111の抵抗値を(11V−10V)/1nA=1GΩと選べば、TFT17に1nAのドレイン電流Idが流れるような、ゲートオフ電圧VglがオペアンプOP111からゲートドライバ回路16に出力されることになる。
なお、ドレイン電流Idが1nAのような微小電流では、図11に示した回路は、実施の形態1で説明したように、周辺回路の寄生リーク成分等で所望の動作をしない場合がある。このような場合には、実施の形態1と同様にTFT17を複数個並列接続し、並列接続されたTFT17に流れる電流が大きくなるようにすればよい。
また、実施の形態1において説明したように、TFT17を画素TFT11と同様に駆動する必要がある。そのため、1垂直周期期間に1度、1水平周期のオン期間だけオンになるようにTFT17を駆動する。
そのためには、オペアンプOP111の出力と、TFT17のゲートの間に直列に抵抗を入れ、その抵抗とゲート間に、信号STVをゲートオン電圧Vghまでレベルシフトして供給すればよい。そうすることで、信号STVがオンの期間は、TFT17をオン状態にすることができる。
ここで、ゲートオフ電圧Vglを可変にすると、コモン電圧を補正する必要がある。すなわち、実施の形態1において説明したように、画素TFT11がオフになると、Cgd/Cp×(Vgh−Vgl)だけ画素電圧は下がる。
そこで、容量Cpに印加される電圧が一定になるように、ゲートオフ電圧Vglに応じてコモン電圧を補正する必要がある。
図12は、本実施の形態3に係るコモン電圧生成回路の構成を示す回路図である。抵抗R82と抵抗R83の接続点において、抵抗R121の一端が接続されている。抵抗R121の他端は端子121に接続されている。端子121には、ゲートオフ電圧Vglが与えられている。その他の構成は、図8に示した回路と同様であり、同一の構成には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
図12示すコモン電圧生成回路は、ゲートオフ電圧VglがオペアンプOP81の+入力端子に入力されているため、ゲートオフ電圧Vglが高くなると、コモン電圧を下げ、ゲートオフ電圧Vglが低くなるとコモン電圧を上げるように動作する。
その結果、ゲートオフ電圧Vglが変化しても、容量Cpに印加される電圧を一定に保つことができる。
<C.効果>
本実施の形態3に係る表示装置は、以上説明した構成を備えているため、電圧Vghのみならず、電圧Vglも動的に補正することができる。例えば、TFT劣化等で閾値がシフトしても、常に画素TFT11にとって最適な条件での駆動ができるので表示品位を保つことができる。
本実施の形態3に係る表示装置は、以上説明した構成を備えているため、電圧Vghのみならず、電圧Vglも動的に補正することができる。例えば、TFT劣化等で閾値がシフトしても、常に画素TFT11にとって最適な条件での駆動ができるので表示品位を保つことができる。
本実施の形態3に係る表示装置は、オペアンプOP111により、特性検出用TFT17に画素TFT11に要求される電流と同じ所定の電流が流れるようにゲート電圧が制御されている。その結果、より正確なゲートオフ電圧Vglを得ることができる。
本実施の形態3に係る表示装置は、複数の画素に共通にコモン電圧を与えるコモン電圧生成回路を備え、コモン電圧はゲートオフ電圧Vglに応じて変化されるので、ゲートオフ電圧Vglが変化しても画素容量10に印加される電圧を一定にすることができる。
また、図11に示す回路は、抵抗R111、電源113、電源112の値を適当に選択することで、ゲートオン電圧Vghを生成する回路として使用することができる。
すなわち、抵抗R111を流れる電流が画素TFT11のオン時に要求されるドレイン電流Idに等しくなるように、抵抗R111、電源113、電源112の値を選ぶことで、オペアンプOP111からゲートオン電圧Vghを出力することができる。
<実施の形態4>
実施の形態3では、図11に示した回路を適用することにより、ゲートオフ電圧Vglを補正する方法を示した。本実施の形態では、実施の形態2に示した構成を適用することによってゲートオン電圧Vghとオフ電圧Vglの両方を補正する方法を示す。
実施の形態3では、図11に示した回路を適用することにより、ゲートオフ電圧Vglを補正する方法を示した。本実施の形態では、実施の形態2に示した構成を適用することによってゲートオン電圧Vghとオフ電圧Vglの両方を補正する方法を示す。
<A.構成>
図13は、本実施の形態4に係る特性検出用TFT17の周辺回路の構成を示す回路図である。
図13は、本実施の形態4に係る特性検出用TFT17の周辺回路の構成を示す回路図である。
図10に示した回路に対してゲートオフ電圧Vglを出力する回路131が特性検出用TFT17のドレインにさらに接続されている。その他の構成は実施の形態2と同様であり、実施の形態2と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
まず、回路131の構成について説明する。オペアンプOP102の+入力端子がTFT17のソースに接続されている。オペアンプOP102の出力は、ダイオードD102のカソードに接続されている。ダイオードD102のアノードは、容量C103の一端に接続されている。容量C103の他端は接地されている。
オペアンプOP102の−入力端子には抵抗R105の一端が接続されている。抵抗R105の他端は放電抵抗R106の一端及びダイオードD102のアノードに接続されている。
放電抵抗R106の他端は、ダイオードD102のカソードに接続されている。ダイオードD102のアノードがコンパレータCOMP103の−入力端子に接続されている。コンパレータCOMP103の+入力端子には電源105が接続されている。電源105は基準電圧Vrを与える。
コンパレータCOMP103の出力は、抵抗R107の一端に接続されている。抵抗R107の他端は容量C104の一端、及び電流バッファ106の入力に接続されている。容量C104の他端は接地されている。電流バッファ106の出力は、端子107に接続され、端子107からゲートオフ電圧Vglが出力される。
そして、端子107から出力されたゲートオフ電圧Vglは、ゲートドライバ回路16にラインL2Lを介してフィードバックするように構成されている。ここで、ラインL2Lは、図9のラインL2に対応している。
オペアンプOP102、抵抗R105、抵抗R106、ダイオードD102、及び容量C103で最小値検出回路132を構成している。最小値検出回路132は、ピークホールド回路106と比べると、ダイオードD102の向きが逆向きとなっている。
<B.動作>
初期状態として、ゲートドライバ回路16から出力されるゲートオフ電圧Vglの値が所望の値より高いものとする。また、電源105により与えられる基準電圧Vrは、所望のリーク電流が電流検出抵抗R101に流れた時に発生する電圧に選ばれている。
初期状態として、ゲートドライバ回路16から出力されるゲートオフ電圧Vglの値が所望の値より高いものとする。また、電源105により与えられる基準電圧Vrは、所望のリーク電流が電流検出抵抗R101に流れた時に発生する電圧に選ばれている。
ゲートドライバ回路16から電圧Vglが特性検出用TFT17のゲートに出力されると、特性検出用TFT17はオフ状態に遷移する。その際、ゲートオフ電圧Vglが所望の値より高いため、電流検出用抵抗R101には要求されるリーク電流よりも大きなリーク電流が流れる。
抵抗R101にリーク電流が流れると、接続点aにおいて電圧が発生する。そして、その電圧は、オペアンプOP102の+入力端子に入力される。オペアンプOP102の+入力端子に電圧が入力されると、オペアンプOP102は、容量C103を+入力端子の入力電圧まで充電する。入力電圧は、コンパレータCOMP103の+入力電圧より高いため、コンパレータCOMP103はロウレベルの出力をする。
コンパレータCOMP103がロウレベルの電圧を出力すると、容量C104が徐々に放電され、ゲートオフ電圧Vglも徐々に低下する。初期状態より低下したゲートオフ電圧Vglがゲートドライバ回路16に入力され、ゲートドライバ回路16は、低下した値のゲートオフ電圧Vglを特性検出用TFT17のゲートに出力し、前述した動作を繰り返す。
そして、リーク電流が少なくなると、最小値検出回路132の容量C103の電圧が下がり、コンパレータCOMP103はハイの出力をするようになり、所望の電圧Vglで釣り合うことになる。
<C.効果>
本実施の形態4に係る表示装置では、ゲートドライバ回路16により特性検出用TFT17が駆動されるため、実施の形態3に比べて特性検出用TFT17をオン/オフするための別回路が不要になる。特に、画素TFT11のゲート配線18と共用にすることで容易に特性検出用TFT17を制御することができる。
本実施の形態4に係る表示装置では、ゲートドライバ回路16により特性検出用TFT17が駆動されるため、実施の形態3に比べて特性検出用TFT17をオン/オフするための別回路が不要になる。特に、画素TFT11のゲート配線18と共用にすることで容易に特性検出用TFT17を制御することができる。
電圧Vghのみならず、電圧Vglも動的に補正することができ、例えばTFT劣化等で閾値がシフトしても、常に画素TFT11にとって最適な条件での駆動ができるので表示品位を保つことができる。
なお、本実施の形態では、電圧Vglを補正する回路も、電圧Vghを補正する回路も同じTFT17を用いているが、オン状態とオフ状態の電流比は通常何桁も違うので、同じ電流検出抵抗R101を用いて十分な精度を得ることができない場合には、TFT17を別にすればよい。
<実施の形態5>
表示装置は、通常使用している時でも、表示エリア12(図1参照)内で温度が面内分布を持つ。例えばLCDを例にとるとバックライトの光源付近では温度が高く、光源から離れた位置では温度は低くなる。また、垂直に立てて設置される表示装置では、一般的に空気の対流により表示エリア12の上側の方が下側よりも温度が高くなる。
表示装置は、通常使用している時でも、表示エリア12(図1参照)内で温度が面内分布を持つ。例えばLCDを例にとるとバックライトの光源付近では温度が高く、光源から離れた位置では温度は低くなる。また、垂直に立てて設置される表示装置では、一般的に空気の対流により表示エリア12の上側の方が下側よりも温度が高くなる。
このような温度分布が画素TFT11(図1)の特性に対して影響を与え、表示品位を低下させる場合、実施の形態1から4に示した構成を適用することで、表示品位の低下を抑制することができる。
具体的には、表示装置を立てて使用し、表示エリア12の上側と下側で温度が異なるような場合、特性検出用TFT17を少なくとも表示エリア12の上側と下側の2箇所に配置する。そして、表示エリア12の上側にある画素TFT11は、上側に配置されたTFT17が出力する電圧Vgh、電圧Vglにより駆動し、下側にある画素TFT11は、下側に配置された特性検出用TFT17により検出されたオン電圧Vgh、オフ電圧Vglで駆動する。
ところが、単純に上側と下側に配置された特性検出用TFT17の特性から、それら2点の動作電圧を決定した場合、走査行のどこかで突然駆動電圧を変えてしまうと、切り替わり目が視認されてしまう不具合を生じる。
そこで、本実施の形態5に係る表示装置では、表示エリア12の上側にある画素TFT11から下側の画素TFT11に滑らかに駆動電圧を変化できるゲートドライバ回路16を提供する。
<A.構成>
図14は、表示エリア12の上側に配置された画素TFT11と下側に配置された画素TFT11に異なる電圧Vgh、Vglを出力する場合に、切り変わり目が視認されないようにするゲートドライバ回路16の構成例である。
図14は、表示エリア12の上側に配置された画素TFT11と下側に配置された画素TFT11に異なる電圧Vgh、Vglを出力する場合に、切り変わり目が視認されないようにするゲートドライバ回路16の構成例である。
ここで、図14に示すゲートドライバ回路16は、簡単化のため、走査行を5行としている。本実施の形態5に係るゲートドライバ回路16は、出力バッファB1〜B5に加えて参照電圧部146(分圧部)を備えている。以下、参照電圧部146の構成について説明する。
端子141及び出力OH1に抵抗RH1の一端が接続されている。抵抗RH1の他端は、出力OH2及び、抵抗RH2の一端に接続されている。抵抗RH2の他端が出力OH3及び抵抗RH3の一端に接続されている。
抵抗RH3の他端が出力OH4及び抵抗RH4の一端に接続されている。抵抗RH4の他端が出力OH5及び端子143に接続されている。
そして、端子141には表示エリア12の上側に配置された特性検出用TFT17が検出する電圧VghTopが与えられている。また、端子143には、表示エリア12の下側に配置された特性検出用TFT17が検出する電圧VghBottomが与えられている。
端子142及び出力OL1に抵抗RL1の一端が接続されている。抵抗RL1の他端が出力OL2及び、抵抗RL2の一端に接続されている。抵抗RL2の他端が出力OL3及び抵抗RL3の一端に接続されている。
抵抗RL3の他端が出力OL4及び抵抗RL4の一端に接続されている。抵抗RL4の他端が出力OL5及び端子144に接続されている。
端子142には、表示エリア12の上側に対応する位置に配置された特性検出用TFT17が検出する電圧VglTopが与えられている。そして、端子144には、表示エリア12の下側に配置された特性検出用TFT17が出力する電圧VglBottomが与えられている。
以上のように、参照電圧部146は構成されている。そして、出力バッファB1〜B5の入力が参照電圧部146の出力に接続され、出力バッファB1〜B5の出力が、画素エリア12の1行目から5行目に配置された画素TFT11のゲートに夫々接続されている。
<B.動作>
ゲートオン電圧VghTopとゲートオン電圧VghBottomは、抵抗RH1〜RH4によって複数の電圧に分圧されている。そして電圧VghTopから電圧VghBottomへ段階的に電圧が下がるように構成されている。
ゲートオン電圧VghTopとゲートオン電圧VghBottomは、抵抗RH1〜RH4によって複数の電圧に分圧されている。そして電圧VghTopから電圧VghBottomへ段階的に電圧が下がるように構成されている。
ゲートオフ電圧VglTopとゲートオフ電圧VglBottomは、抵抗RL1〜RL4により複数の電圧に分圧されている。そして電圧VglTopから電圧VglBottomへ段階的に電圧が下がるように構成されている。
ゲートドライバ回路16は、ある行(図14の例では2行目)の画素TFT11がオン状態を必要とする時は、その行の出力バッファB2が参照電圧部146電圧の出力OH2を選択するように制御する。その他の行に接続された出力バッファB1,B3〜B5は、参照電圧部146の出力OL1,OL3〜5を選択するように制御する。
<C.効果>
本実施の形態5に係る表示装置は、複数個の特性検出用TFT17間の出力を分圧する参照電圧部146を備えている。
本実施の形態5に係る表示装置は、複数個の特性検出用TFT17間の出力を分圧する参照電圧部146を備えている。
そのため、画素TFT11に印加されるゲートオン電圧Vgh、又はゲートオフ電圧Vglは、上側から下側に徐々に小さくなるように滑らかに切り替わる。そのため、電圧の変わり目が視認できなくなる。
<実施の形態6>
実施の形態5に示すゲートドライバ回路16は、通常のゲートドライバ回路に比べて回路構成が複雑になる。そのため、製造コストが上昇する。
実施の形態5に示すゲートドライバ回路16は、通常のゲートドライバ回路に比べて回路構成が複雑になる。そのため、製造コストが上昇する。
さらに、電圧Vgl,Vghの変化に応じてコモン電圧を動的に補正するには、選択された水平方向の走査線18の電圧を何らかの手段で知る必要があり、そのための回路も複雑になる。
そこで本実施の形態6では、簡単な回路構成で、電圧Vgh,Vglの温度補正ができる手段を提供する。
<A.構成>
図15は、実施の形態6に係る表示装置の構成を示す回路図である。マトリクス状に配置された画素151には各々画素TFT11(図1参照)が設けられている。
図15は、実施の形態6に係る表示装置の構成を示す回路図である。マトリクス状に配置された画素151には各々画素TFT11(図1参照)が設けられている。
それらの画素151は、水平方向の走査線18により選択され、垂直方向のデータ線19の電圧が書き込まれる。データ線19の電圧は、便宜上0Vから10Vの範囲にあるとする。
ここで、ソースドライバ回路13及びゲートドライバ回路16を駆動するための制御信号は通常のものであるため説明は省略する。
図15中、回路153は、ゲートオン電圧Vghを生成するための回路である。本実施の形態6では、ゲートオン電圧Vghを生成するための回路として、実施の形態3に示した図11と同様の回路を適用している。
各走査線18に、画素TFT11と共に特性検出用TFT17Hが接続されている。図15に示す例では、一本の走査線18あたり2個の特性検出用TFT17Hが接続されている。これは、実施の形態1において説明したように、特性検出用TFT17Hの移動度が小さいことによる誤動作を避けるためである。従って、所望の動作であれば何個接続してもよい。
これらの特性検出用TFT17Hのドレインは全て互いに接続されており、同様にソースも全て互いに接続されている。
特性検出用TFT17Hのソースは端子T154に接続され、端子T154には、10V(ソース配線電圧の最大値)の電圧が与えられている。そして、TFT17Hのドレインは、5MΩの電流検出用抵抗R152を介して端子T152に接続されている。端子T152には、30Vの電圧が与えられている。
TFT17HのドレインはオペアンプOP151の+入力端子に接続されている。オペアンプOP151の−入力端子には、抵抗R151の一端及び、容量C151の一端が接続されている。抵抗R151の他端は電源V151に接続され、電源V151は20Vを与えている。
容量C151の他端はオペアンプOP151の出力に接続されている。そして、オペアンプOP151の出力は、Enable制御付きの電流バッファ151の入力に接続されている。電流バッファ15の出力はゲートドライバ回路16及び容量C152の一端に接続されている。容量C152の他端は接地されている。
次に、回路154の構成について説明する。回路154は、電圧Vglを生成するための回路である。
抵抗R153の一端が端子T153に接続されている。抵抗R153の抵抗値は10MΩである。そして、端子T153には10Vの電圧が与えられている。
抵抗R153の他端は、オペアンプOP152の+入力端子、及び特性検出用TFT17Lのドレインに接続されている。各走査線18ごとに2つの特性検出用TFT17Lが接続されている。そして、1行目から3行目の走査線18に接続された特性検出用TFT17Lが直列に接続されている。
また、4行目から6行目の走査線18に接続されたTFT17Lも直列に接続されている。そして、4組の直列に接続されたTFT17Lの組は、互いに並列に接続されている。そして、直列接続されたTFT17Lの組のうち、一方の端のTFT17Lのドレインは、抵抗R153の他端に接続され、他方の端のTFT17Lのソースは接地されている。
オペアンプOP152の−入力端子は抵抗R154の一端に接続され、抵抗R154の他端は電圧V152に接続されている。電圧V152には9.96Vの電圧が与えられている。
オペアンプOP152の出力と−入力端子間には容量C154が接続されている。そしてオペアンプOP152の出力は、電流バッファ152の入力に接続されている。電流バッファ152の出力は端子T154、及び容量C153の一端に接続されている。容量C153の他端は接地されている。端子T154は、電圧Vglを出力する。
そして端子T154から出力された電圧Vglは、ゲートドライバ回路16に入力されている。
ここで、図15では、図4に示したブーストコンバータ回路32、チャージポンプ回路33などは省略されており、電源V151、端子T152に与えられる電圧、端子T153に与えられる電圧、電源V152などは、電源回路15で生成される。
<B.動作>
回路153の動作は、実施の形態3の図11の回路と同様であるので詳細な説明は省略する。
回路153の動作は、実施の形態3の図11の回路と同様であるので詳細な説明は省略する。
回路153は、V151によって与えられる基準電圧を20Vに設定しているので、TFT17のドレイン・ソース電圧Vdsが(20V−10V)=10Vの際、ドレイン電流Idが(30V−20V)/5MΩ=2μAになるためのゲートオン電圧Vghを発生する。
今、ゲートドライバ回路16は、図3に示す動作をしているものとする。そうすると、ある時間は、何れか一つの走査線18が選択されているか、若しくは垂直ブランキング期間はどれも選択されていない状態をとる。
垂直ブランキング期間以外の期間では、何れか一つの走査線18が選択されているので、この例では、並列接続した2つの特性検出用TFT17Hのゲートがオンしていることになる。そのため、回路153は、一つのTFT17Hあたり、1μAのドレイン電流Idを流すためのゲートオン電圧Vghを出力するということになる。
オペアンプOP151後段には、Enable制御付きの電流バッファ151を備えている。
この電流バッファ151は、以下の理由により設けられている。垂直ブランキング期間は、どのTFT17Hも選択されていないため、どんなに電圧Vghを変化させても所望の電流を流すことができない。そのためオペアンプOP151は、飽和するまで電圧を上昇させ続ける。そうすると、次のフレームが開始した際、電圧Vghが高すぎることになるので、それを防ぐためにブランキング期間中にはEnable端子をDisable状態にし、電圧Vghを変動させないようにしている。
ブランキング期間のみならず、通常の表示期間においても全ての走査線18が非選択状態になる駆動をする場合は、同様に、その期間だけ電圧Vghを変化させないようにすればよい。電圧Vghが大きく変動しすぎないことが目的であるので手段はこれ以外で構わない。
回路154は、電圧Vglを生成するための回路である。回路154の動作も実施の形態3の図11の回路と同様であるので詳細な説明は省略する。
オペアンプOP152は、基準電圧9.96Vを与える電源V152に接続されている。そのため、電流検出抵抗R154で、10−9.96=40mVの電圧降下を生じる4nAの電流が流れる電圧に電圧Vglが設定される。
そのため、TFT17Lの直列接続の一組には、1nAの電流が流れる。他の直列接続の組にも同様に1nAの電流が流れる。
特性検出用TFT17Lを直列接続にする理由は、表示期間中は、何れかの走査線18が選択状態になるので、特性検出用TFTがオンしてしまい、直列接続にしないと、一つのTFT17Lがオンしただけで、どんなにオフ電圧Vglを下げても、電流が一定値以下にならないからである。
本来なら、2個のTFT17Lの直列接続でもよいが、ある走査線18がオフになり、次の走査線18がオンになる間、両方のゲートが中途半端にオンしている状態も考えられ、そこに大きな電流が流れてしまう可能性があるため、それを避けるために3個の直列が望ましい。
実際に、電圧Vgh及び電圧Vglを設定するための電流値は、表示特性から決定すればよいが、あまりにもTFT17H,17Lの限界付近に選んでしまうと個体ばらつきで解がなくなり、制御不能となってしまう。そのため、電圧Vghを決める電流は若干低めに、そして電圧Vglを決める電流は若干高めに設定してマージンを持たせ、その先出力する電圧に対して、電圧Vghは若干高めて、そしてVglは若干低めるとよい。
次に図16を参照して、本実施の形態に係る表示装置を実際に駆動した時の動作を説明する。図16は、本実施の形態5に係る表示装置を実際に駆動した時の動作を説明するための図である。
本来、実際に生成される電圧Vghは、ゲート・ソース間電圧Vgsにソース配線電圧の最小値を加えたものとなるが、見やすいように省略し、概念的に図示している。
今、画面上部が熱く、上側に配置された画素TFT11の移動度が高いものとし、画面下部は温度が低く、画素TFT11の移動度が低いものとする。
表示フレームが開始し、1行目の走査線18が選択されると、1行目に取り付けられた特性検出用TFT17に基づき、若干低めの電圧Vghが生成される。
それから走査が進み、中間部では、そのとき選択されている走査線18上のTFT17に応じた電圧Vgh、フレーム終了の一番下の走査線18が選択されている時は、最終行目に取り付けられたTFT17の特性に基づき若干高めのVghが生成される。その後、垂直ブランキング期間となり、電圧Vghの値は一定となり、再び1行目が選択された場合は、1行目に相当する電圧Vghになる。
電圧Vglに関しては殆ど変化しない。これは例えば走査線18が1000行ある場合、そのうち1行が選択されても単純に1/1000の影響度であるためである。当然、表示装置全体が熱くなるなどして、平均的な特性が変化すれば、それに合わせて電圧Vglの値は制御される。
<C.効果>
本実施の形態6に係る表示装置は、複数個の特性検出用TFT17L、TFT17Hをさらに備えている。そして、特性検出用TFT17L、TFT17Hは、複数行に配置された画素TFT11のゲート配線18の端部に配置されている。
本実施の形態6に係る表示装置は、複数個の特性検出用TFT17L、TFT17Hをさらに備えている。そして、特性検出用TFT17L、TFT17Hは、複数行に配置された画素TFT11のゲート配線18の端部に配置されている。
そのため、簡単な回路構成で、画素TFT11の個体ばらつき、温度変化、経年変化に加え、面内の温度分布による画素TFT11の特性起因の表示品位低下を防ぐことができる。
さらには、垂直方向に多数の特性検出用TFT17H,17Lを備えて順次選択・調整されるので、例えばある部分が局所的に熱い(TFT特性が異なる)場合のような非線形な駆動電圧が必要であっても対応することができる。
本実施の形態では、電圧Vghを決定するための特性検出用TFT17Hをゲートドライバ回路16側に配置し、電圧Vglを決定するための特性検出用TFT17Lをゲートドライバ回路16から遠い側に配置したが、これはどちらでもよい。
但し、電圧Vghは、ゲートドライバ回路16側に配置した方が、ゲート配線18の抵抗及び容量起因のゲート電圧のなまりがなく、常に何れかがオンとしている状態となりやすいため好ましい。
もし、ゲート電圧のなまりのために走査行の切り替わり時にどれもオンしてない状態や、2つ以上の走査線18がオンしてしまう場合、その期間は前述のようにEnable信号を利用してフィードバックループを止めて、Vgh電圧が変化しないようにすればよい。
なお、図15には示していないが、図12に示したコモン電圧発生回路を組み合わせることで、コモン電圧も動的に補償することができる。本実施の形態6に係る表示装置では、走査線18ごとに画素TFT11に出力されるゲートオン電圧Vgh、ゲートオフ電圧Vglが変わるため、夫々にふさわしいコモン電圧に補正される。
10 画素容量、11 画素TFT、12 表示エリア、13 ソースドライバ回路、14 制御信号回路、15 電源回路、16 ゲートドライバ回路、17,17H,17L 特性検出用TFT、146 参照電圧部。
Claims (8)
- 基板上にマトリクス状に配置され、各々に画素TFTが設けられた複数の画素と、
前記基板上に前記画素TFTと同一特性を有して形成され、前記画素TFTを駆動するためのオン電圧又はオフ電圧を検出する特性検出用TFTと、
を備え、
前記特性検出用TFTは、前記画素TFTとオン状態にある期間が一致するように駆動されることを特徴とする表示装置。 - 前記特性検出用TFTは、その制御端子と電流入力端子とが接続されており、
前記制御端子と前記電流入力端子との接続部にバイアス電流が印加されることにより、前記オン電圧又は前記オフ電圧を検出することを特徴とする請求項1に記載の表示装置。 - 前記特性検出用TFTのゲート電圧を制御するゲート電圧制御回路をさらに備え、
前記特性検出用TFTは、前記画素TFTに要求される電流と同じ所定の電流を流すように前記ゲート電圧が制御されることにより、前記オン電圧又は前記オフ電圧を検出することを特徴とする請求項1に記載の表示装置。 - 前記特性検出用TFTは、前記画素TFTを駆動するゲート駆動回路により駆動されることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
- 前記複数の画素に共通にコモン電圧を与えるコモン電圧生成回路をさらに備え、
前記コモン電圧は前記オン電圧又は前記オフ電圧に応じて変化されることを特徴とする請求項1から4の何れかに記載の表示装置。 - 複数個の前記特性検出用TFTをさらに備え、
前記複数個の特性検出用TFTは、並列接続されていることを特徴とする請求項1から5の何れかに記載の表示装置。 - 複数個の前記特性検出用TFTと、
前記複数個の特性検出用TFT間の出力を分圧する分圧部と、
をさらに備え、
前記画素TFTは、前記分圧部により分圧されたオン電圧又はオフ電圧により駆動されることを特徴とする請求項1から6の何れかに記載の表示装置。 - 複数個の前記特性検出用TFTをさらに備え、
前記特性検出用TFTは、複数行に配置された前記画素TFTのゲート配線の端部に配置されていることを特徴とする請求項1から6の何れかに記載の表示装置。
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