JP4399169B2 - 電流書き込み型amoelディスプレイパネル用データ駆動回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電流書き込み型のアクティブマトリックス有機EL(AMOEL:Active Matrix Organic Electro-Luminescent)ディスプレイパネル用データ駆動回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、AMOELの画素構造は大きく二つあるが、電圧書き込み方式の画素構造を有するAMOELディスプレイパネルは、しきい値電圧の変化及び接地線における不規則な電圧上昇のような雑音に敏感である。
【0003】
図1は従来技術による2能動素子を用いた電圧書き込み方式の画素構造を示したものである。図1を参照するとTFT液晶ディスプレイ(LCD)の電荷を蓄積する電荷蓄積用キャパシタ(Cstg)が有機EL(Organic Electro Luminescent:OEL)を直接駆動させる駆動用トランジスタ(Q1)と陽電圧源(VDD)とに連結されている。駆動用トランジスタ(Q1)の一方の電極は有機EL(OEL)のアノードに連結される。OELのスイッチング用トランジスタ(Q2)のゲートがスキャンラインと連結されスキャンラインからの信号によって制御される。このスイッチング用トランジスタ(Q2)のソースはデータラインに連結され、ドレインは駆動用トランジスタ(Q1)のゲートに連結される。電荷蓄積用キャパシタ(Cstg)は陽電圧源(VDD)と駆動用トランジスタ(Q1)のゲートに連結される。図1に示すように、駆動用トランジスタ(Q1)とスイッチング用トランジスタ(Q2)はPMOSである。
【0004】
図1に示す回路の動作は次のとおりである。
先ず、データラインからグレイスケイルが調整されたデータ電圧が印加され、そのデータ電圧がスイッチング用トランジスタ(Q2)を通って電荷蓄積用キャパシタと駆動用トランジスタ(Q1)のゲートに印加される。スキャンライン信号によってスイッチング用トランジスタ(Q2)が閉じられると、データラインを介して各画素のグレイスケイルに相当するデータ電圧が電荷蓄積用キャパシタに書き込まれる。書き込まれたデータ電圧は駆動用トランジスタ(Q1)の電流レベルを決定する制御電圧になる。制御電圧に相当する電流が駆動用トランジスタ(Q1)を通して有機ELに供給される。AMOELパネルには数多くの画素が存在するが、画素の間で駆動用トランジスタ(Q1)の電圧−電流特性が互いに不均一であれば、データラインを介して電荷蓄積用キャパシタに書き込まれた電圧が均一でも、各画素内のOELに流れる電流は不均一になる。これは結局AMOELディスプレイパネル上で不均一なディスプレイ特性、即ち不均一な輝度特性となる。これが電圧書き込み方式の短所中の一つである。
【0005】
図2は従来技術による電流書き込み方式の画素構造を示すものである。
図1に示す電圧書き込み方式の画素構造とは異なり電流書き込み方式の画素は駆動用トランジスタ(P1)にグレイスケイルに相当する電流レベルを直接書き込む構造である。
【0006】
図2を参照すれば、画素に属する駆動用トランジスタ(P1)の電圧−電流特性が互いに不均一でも書き込み電流(Idata)を発生するデータ駆動回路が均一に動作すると、有機ELパネルの均一なディスプレイ特性が得られる。しかし、実際は図2のデータ駆動回路は一つの画素に対応する回路である。書き込み電流を生成する部分はデータ駆動回路部に一つの回路形態として存在するのではなく、各データラインごとに、或いは幾つかのデータラインごとに存在する。従って、書き込み電流を発生する回路間に誤差が発生すると、電流書き込み方式の画素構造の長所を生かせず、有機ELパネルは不均一なディスプレイ特性をもつことになる。
【0007】
図2による問題を解決するための方法として、図3による回路が用いられた。図3は基準電流源(IREF)をミラーリングして所望の電流を発生させる回路である。この場合はデータ駆動回路内に一つの基準電流源を用いる。しかし、図3に示すように、一つの基準電流源を全てのデータラインからミラーリングする場合、ミラーの役割を果たすトランジスタ間の距離が基準電流源から離れすぎていると基準電流源を正確にミラーリングすることができないという短所がある。
【0008】
他の方法として図4に示すような基準電流源(IREF)を補正する回路図が用いられた。本回路の場合は、各データラインでキャリブレーション周期が同じになるようにトランジスタのような電流源素子と電荷保存用キャパシタが用いられる。
【0009】
しかし、電荷保存用トランジスタのゲートとソースとの間に存在する各電荷保存用キャパシタでの電流漏れなどにより各データラインで電圧変動が発生し、ひいては各データラインの間における出力電流が不均一になるという短所がある。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためのもので、チャネルにおける出力電流レベルなどの差を最小化して電流書き込み型画素構造を有するAMOELパネルを均一に駆動できる電流書き込み型画素構造を有するAMOELパネル用駆動回路を提供することが目的である。
【0011】
又、本発明の目的は、AMOELディスプレイパネルに流れる電流の大きさによってデータを均一、且つ正確にAMOELディスプレイチャネル上にディスプレイできる電流書き込み型AMOELパネル用データ駆動回路を提供することが目的である。
【0012】
さらに、本発明の目的は、新規な電流書き込み型画素構造を有するTFT−AMOEL又は単結晶AMOELディスプレイパネル用データ駆動回路を提供することが目的である。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明によると、複数の電流出力チャネルと、それらの電流出力チャネルの間で発生する電流レベルの差を最小化するために各電流出力チャネルに対応させて設けた複数のチャネル電流発生回路とを含んでおり、各チャネル電流発生回路は、一対のトランジスタからなり、これらのしきい値電圧の差の自乗に比例する小さい偏差の電流を生成する電流生成部と、電流をミラーリングし、ミラーリングされた電流をチャネルの中で相当するチャネルの電流として出力する電流ミラー部を備えていることを特徴とする。
【0014】
上記一対のトランジスタは同一の幅と長さを有することが望ましい。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図5a及び図5bを参照して本発明を更に詳細に説明する。
【0016】
図5aは本発明実施形態による電流書き込み型画素構造を有するAMOELパネル用データ駆動回路を示すブロックダイアグラムである。図5aによると、データ駆動回路は複数の電流出力チャネル(Iout1、Iout2、…Ioutk)と、これらの電流出力チャネル(Iout1、Iout2、…Ioutk)の間で発生する電流レベルの差を最小化するために各画素に対応する電流出力チャネルに設けた複数のチャネル電流発生回路とを備えている。
【0017】
図5bに示すように、各チャネル電流発生回路は対応する一つの電流出力チャネルごとに幅と長さが同一で、共通ゲートを有する第1のタイプのMOSであるPMOSトランジスタ対(Q1、Q2)、そのPMOSトランジスタ対(Q1、Q2)の共通ゲート端子と連結して共通ゲート端子のフローティングを防止するバイアス回路10,PMOSトランジスタ対(Q1、Q2)の出力電流を入力する第2のタイプのMOSである第1NMOSトランジスタ(M1)、第1NMOSトランジスタのゲート端子と共通のゲート端子を有し、第1NMOSトランジスタ(M1)と各々電流ミラー回路を形成してPMOSトランジスタ対(Q1、Q2)の出力電流をミラーリングするn個の第2NMOSトランジスタ(M2、M3、、、、Mn+1)、又n個の第2NMOSトランジスタ(M2、M3、、、、Mn+1)の出力側に対応して連結され、一つの出力チャネルを形成するために互いに並列接続された出力を有するn個の第2PMOSトランジスタ(D1、D2、、、、Dn)を含んでいる。なお、一対のPMOSトランジスタは電流生成部を構成している。第1のタイプのMOSと第2のタイプのMOSとはそれぞれ異なるタイプであり、実装に際しては互いに交換することも可能である。
【0018】
電流出力チャネル(Iout)はデータ駆動回路の電流出力のうちの一つの電流出力チャネルを指示する。
【0019】
図5bに示すように、チャネル電流発生回路でPMOSトランジスタ対(Q1、Q2)中の一つはそのボディーとそのソースが互いに連結して第1外部バイアス1(VBias1)と連結され、PMOSトランジスタ対の共通ゲート端子はフローティングが防止されるように外部バイアス回路10と連結される。外部バイアス回路は、上記共通ゲート端子とグラウンドの間に接続され、第2外部バイアス(VBias2)を共通ゲート電圧として用いる直列接続された三つのNMOSトランジスタからなる。
【0020】
尚、n個の第2PMOSトランジスタ(D1、D2、、、、Dn)はそれぞれ対応する第2NMOSトランジスタを流れる電流を制御するために外部からそれぞれ1ビットのデジタル信号をゲート信号として入力する。第2PMOSトランジスタ(D1、D2、、、、Dn)の出力電流は合算されてデータ駆動回路の一つの出力チャネルの駆動電流として提供される。
【0021】
一つの出力チャネルの駆動電流は、n個のPMOSトランジスタ(D1、D2、、、、Dn)用のn−ビットのデジタル信号の組み合わせによってバイナリ形態の電流レベルを有するように適切に調節される。
【0022】
n個の第2NMOSトランジスタ(M2、M3、、、、Mn+1)の幅と長さはそれらを流れる電流がPMOSトランジスタ対の出力電流(IQ2)の2a(a=0,1,2,…)倍に調節される値になるように決める。
【0023】
前述のように、本発明の実施形態によると幅と長さを同じくするPMOSトランジスタ対(Q1、Q2)を用いて、これらのPMOSトランジスタ(Q1、Q2)のしきい値電圧の差の自乗に比例する小さい偏差の電流が生成され、その生成された電流がn+1個のNMOSトランジスタ(M1、M2、、、、Mn+1)からなるn個の電流ミラー回路によってミラーリングされる。各電流ミラー回路の出力電流は各第2PMOSトランジスタ(D)によって調節された後並列に加えられる。その加えられた値が一つのチャネルの電流値になる。
このように得られた各チャネル電流値はチャネル間の駆動電流レベルの差を最小化し、AMOELディスプレイパネルを均一に駆動させる。
【0024】
又、図5bによると、各出力チャネルで見た有効接地抵抗が異なって、誘起される電圧が各出力チャネルで異なっても、n+1個のNMOSトランジスタ(M1、M2、、、、Mn+1)からなるn個の電流ミラー回路によってPMOSトランジスタ対(Q1、Q2)で生成された電流(IQ2)はミラーリングされるので、接地抵抗の変化による出力チャネルにおける電圧上昇は各チャネルの出力電流に大きい影響を及ぼすことはない。即ち、接地ラインにおける電圧上昇効果が相殺される。
【0025】
データ駆動回路のチャネルの数が非常に多い場合、各チャネルが共通に有する接地ラインが非常に長くなり、互いに遠く離れているチャネルの間で接地ラインの有効抵抗が異なるようになる。チャネルの間で接地抵抗が異なると、接地ラインに誘起される電圧が異なることになる。しかしながら、図5bによれば、PMOSトランジスタ対(Q1、Q2)の出力電流(IQ2)はn+1個の第2NMOSトランジスタ(M1、M2、M3、、、Mn+1)からなる電流ミラー回路の出力電流のチャネルの駆動電流に比べて非常に小さいので、PMOSトランジスタ対(Q1、Q2)の出力電流による電圧降下は無視できる。
【0026】
更に、PMOSトランジスタ対(Q1、Q2)によって発生した一つのチャネルの出力電流(IQ2)がNMOSトランジスタから構成されたミラー回路によってミラーリングされた後で使われるので、接地抵抗の変動による電圧上昇はチャネルにおける出力電流に影響を及ぼさない。従って、互いに異なる有効接地電圧を有するチャネル間の電流レベルの偏差を極めて小さく減らすことができる。
【0027】
チャネルから出力した電流(Iout)のレベルは第1NMOSトランジスタのソース電流(IQ2)をミラーリングした電流ミラー回路から出力された電流をn個のPMOSトランジスタ(D1、D2,,,Dn)によって制御することで決められる。
【0028】
ここで、n個の第2PMOSトランジスタ(D1、D2,,,Dn)は外部からのnビットのデジタル信号をそれらのゲート信号として用いることによって電流ミラー回路の出力電流を制御する。nビットのデジタル信号をそれぞれゲート信号に用いるn個のPMOSトランジスタ(D1、D2,,,Dn)はn個の第2NMOSトランジスタ(M2、M3,,,Mn+1)と直列連結されている。
各NMOSトランジスタの幅と長さはnビットの組合せによって2nの電流レベルを有し、PMOSトランジスタ対(Q1,Q2)の出力電流(IQ2)の2a(a=0,1,2,、、)倍のうち、いずれか一つになるように互いに異なって決定される。
【0029】
この時、第1NMOSトランジスタのソース電流は同一の幅と長さを有するPMOSトランジスタ対(Q1,Q2)によって生成される。PMOSトランジスタ対(Q1,Q2)の共通ゲートには、フローティングを防止するために三つの直列接続されたNMOSトランジスタと、NMOSトランジスタ共通ゲート信号として用いられる第2外部バイアス電源(VBias2)とから構成された可変抵抗が接続される。
【0030】
PMOSトランジスタ(Q1)のソースとボディーは互いに連結されており、これらは更に第1外部バイアス電源(VBias1)と連結されている。PMOSトランジスタ(Q2)のソースは陽電圧源電圧(VDD)と連結されている。
【0031】
PMOSトランジスタ(Q2)の出力電流(IQ2)は以下の式(1)及び(2)によって計算される。
【0032】
|IQ1| = K1(VBias1 - Vx - |Vth1|)2 -――――――-- (1)
ここで Vx = VBias1 - |Vth1| - √(|IQ1| / K1)
【0033】
ここで, K1 = μp Cσx(W1/L1),
K2 = μp Cσx(W2/L2)
【0034】
式(2)に示すように、陽電圧源電圧(VDD)と第1外部バイアス電源(VBias1)及び√(|IQ1| / K1)が一定であれば、PMOSトランジスタ(Q2)を介して流れる出力電流(IQ2)はPMOSトランジスタ対(Q1、Q2)のしきい値電圧の差の自乗に比例する値を有することになる。
【0035】
これは、PMOSトランジスタ(Q1、Q2)が設計上で近くに位置すると、データ駆動回路の電流出力チャネル間の距離が遠くて、各チャネルに存在するPMOSトランジスタ(Q1、Q2)のしきい値電圧に変化が発生しても、PMOSトランジスタ対(Q1、Q2)は均一なソース電流を得ることを意味する。
【0036】
即ち、PMOSトランジスタ対(Q1、Q2)がレイアウト上で近くに位置すると、PMOSトランジスタ対の出力、即ち、PMOSトランジスタ(Q2)のベース電流(IQ2)はPMOSトランジスタ対(Q1、Q2)のしきい値電圧の差の自乗に比例する小さい偏差の電流値を有することになり、ひいては比較的に大きい偏差の電流値を有する
【0037】
又、PMOSトランジスタ対(Q1、Q2)が互いに離れている場合にはPMOSトランジスタ(Q2)のベース電流(IQ2)はPMOSトランジスタ(Q1、Q2)のしきい値電圧(Vth1、Vth2)の差の自乗に比例する大きい偏差の電流に該当する。
【0038】
前述のように、得られた均一なベース電流(IQ2)はPMOSトランジスタ対(Q1、Q2)に近く位置しているn+1個のNMOSトランジスタ(M1、M2、、、Mn+1)で構成されたn個の電流ミラー回路を通過することになり、電流ミラー回路の並列の和がデータ駆動回路の均一な一つのチャネルに該当する出力電流(Iout)として用いられる。
【0039】
又、本実施形態によるデータ駆動回路は各チャネルごとに接地電圧の差が発生しても次のような原理によってその差が補われる。
前述のようにデータ駆動回路の電流出力チャネルの数が非常に多い場合、各チャネルが共通に有する接地ラインが各チャネルの位置に応じて非常に長くなる。互いに離れているチャネルはそれぞれ違う接地ラインの有効抵抗を有するようになる。
【0040】
例えば、互いに離れている二つのチャネルが互いに異なる有効接地抵抗を有すると、接地ラインに誘起される電圧もチャネルに従って異なってくる。この時データ駆動回路のうち、一つのチャネル用のPMOSトランジスタ対の出力電流(IQ2)のレベルは、チャネル出力電流(Iout)に比べて非常に小さいので、PMOSトランジスタ対(Q1、Q2)の出力電流(IQ2)による陽電圧源電圧(VDD)の電圧降下は無視できるが、チャネル出力電流による接地ラインにおける電圧上昇は単にNMOSトランジスタからなる電流源を用いる場合には、チャネル出力電流を変化させる原因として作用する。
【0041】
又、データ駆動回路でPMOSトランジスタ対(Q1、Q2)によって出力された電流(IQ2)はn+1個のNMOSトランジスタ(M1、M2,、、Mn+1)からなる電流ミラー回路にミラーリングして用いられるので、接地抵抗における電圧上昇がチャネル出力電流(Iout)に影響を及ぼさない。また、互いに異なる有効接地電圧は遠く離れた両チャネルの間において電流レベルの偏差を非常に小さくする。
【0042】
以上本発明の好適な一実施形態に対して説明したが、実施形態のものに限定されるわけではなく、本発明の技術思想に基づいて種々の変形又は変更が可能である。
【0043】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、次のような効果がある。
幅と長さを有するトランジスタ対を用いて、これらのしきい値電圧の差の自乗に比例する小さい偏差の電流を生成する。従って、互いに独立的に離れている電流出力チャネルの間で従来個別トランジスタのしきい値電圧変化の自乗に比例する大きい偏差の電流を用いる場合とは異なり、出力電流レベルの差を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】2能動素子を用いた電圧書き込み型ディスプレイパネル用従来データ駆動回路である。
【図2】電流書き込み型ディスプレイパネル用従来データ駆動回路図である。
【図3】基準電流源をミラーリングする方式を用いた従来の電流書き込み型ディスプレイパネル用データ駆動回路図である。
【図4】基準電流源を用いて補正する方式を用いた従来の電流書き込み型ディスプレイパネル用データ駆動回路図である。
【図5】a:本発明実施形態による電流書き込み型AMOEL型ディスプレイパネル用データ駆動回路図である。
b:図5aの中、各チャネル電流発生回路の詳細回路図である。
【符号の説明】
Q1、Q2 PMOSトランジスタ対
VBias1、VBias2 外部バイアス
M1、M2、M3、、、Mn+1 :NMOSトランジスタ
D1、D12D3、、、Dn :PMOSトランジスタ
GND グラウンド
VDD: 陽電圧源
Claims (1)
- 複数の電流出力チャネルと、
前記電流出力チャネルの間で発生する電流レベルの差を最小化するためにそれぞれの電流出力チャネルに設けた複数のチャネル電流発生回路とを有し、
前記各チャネル電流発生回路は、
同一の幅と長さを有するとともに、共通ゲート端子を有し、第1PMOSトランジスタのボディーとソースは互いに接続されさらに第1外部バイアス回路と接続され、第2PMOSトランジスタのボディーとソースは互いに接続されさらに陽電圧源と接続される一対のPMOSトランジスタと、[0030]
前記PMOSトランジスタ対の前記共通ゲート端子と接地の間に直列接続された、少なくとも1つのNMOSトランジスタと、前記NMOSトランジスタのゲートに接続された共通ゲート電圧として用いられる第2外部バイアス回路とにより構成された可変抵抗からなる共通ゲート端子のフローティングを防止する第1バイアス回路と、
前記PMOSトランジスタ対の出力電流を入力する第1NMOSトランジスタと、
前記第1NMOSトランジスタのゲート端子と連結され、各々が前記第1NMOSトランジスタと電流ミラーを形成して前記PMOSトランジスタ対の出力電流をミラーリングするn(n=1,2,3,、、、)個の第2NMOSトランジスタと、
前記n個の第2NMOSトランジスタに各々一つずつ直列連結されるn個のPMOSトランジスタと
を含み、前記n個のPMOSトランジスタの出力は互いに並列接続されることを特徴とする電流書き込み型AMOELディスプレイパネル用データ駆動回路。
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