JP5096777B2 - アクティブマトリクス駆動装置 - Google Patents

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この発明は、有機TFTをアクティブマトリクス駆動させる駆動装置に関する。
液晶表示装置、有機EL表示装置及び電気泳動表示装置などの表示装置の駆動にアクティブマトリクス駆動が多く使われている。アクティブマトリクスの駆動方法の例としては、特許文献1(特開平5−257123号公報)に、1走査ラインの選択時間内に、任意の表示信号の正極信号と負極信号とを印加する駆動方法が記されている。
上記した駆動法を用いたアクティブマトリックス駆動回路を図17に示す。図17に示すアクティブマトリクス駆動回路は、制御部1708、選択ドライバー1701、信号ドライバー1702、電源部1707-1、1707-2とを備える。
前記制御部1708は、外部から供給されるデータ信号1710に応じて、選択信号1711と画像信号1712を生成制御し、選択ドライバー1701、信号ドライバー1702に与える。選択ドライバー1701は、制御部1708からの選択信号1711に応じて画像信号1714を印加するラインを選択するための選択信号1713を選択ラインに出力する。信号ドライバー1702は、制御部1708からの画像信号1712に応じた画像信号1714を信号ラインに印加する。
電源部1707-1は、選択時の電圧を決める電源(以下、選択電源という。)1703、非選択時の電圧を決める電源(以下、非選択電源という。)1704で構成され、電源部1707-2は、信号ドライバーの正側の電圧を決める電源(以下、+信号電源という。)1705と負側の電圧を決めている電源(以下、−信号電源という。)1706で構成されている。
そして、選択ドライバー1701及び信号ドライバー1702からは、制御された信号群が選択線群1713と信号線群1714を通して、表示部1715にマトリクス状に配置された対応する画素の薄膜トランジスタ(TFT)1716に入力される。そして、画素1717の表示が制御される。
前記両ドライバー1701、1702は、複数のON−OFF型のアナログスイッチを有し、シリアルで入力される信号1711又は1712をシフトレジスタでシリアル−パラレル変換し、入力される二種類の電圧を複数のアナログスイッチにて、シフトレジスタのデータにより切り換えて複数の出力信号を出力するものである。
上記した駆動法では、選択信号1711と画像信号1712には矩形波が使われることになる。すなわち、両ドライバー1701、1702から出力される選択信号1711と画像信号1712は、図7、図9に示すように矩形波が用いられる。この例では、選択信号1711は、負の電圧の時に選択され、画素信号は正または負の電源が出力される。
上記した表示部のTFTとして、有機薄膜トランジスタ(有機TFT)を用いることができる。有機TFTの一例を図16に示す。図16は、有機TFTを用いた電気泳動表示装置における画素の断面図である。図16に示す有機TFTの構造は、基板1606の上にゲート電極1601が形成され、絶縁膜1605を挟んでゲート電極1601の上にソース電極1603とドレイン電極1602が形成され、その上に有機半導体1607が設けられている。この有機TFTの上に図16に示すように、画素が設けられている。図16に示すものは、画像表示素子として、電気泳動素子を用いている。この図に示すように、有機TFTの上に層間膜1609を介して画素電極1611が設けられている。画素電極1611はスルーホール1608を介して有機TFTのドレインと接続されている。画素電極1611と共通電極1610の間に電気泳動素子1612が封入されている。そして、画素電極1611の上が画素部となり、アクティブマトリックス駆動回路から画素電極1611に与えられる電位により、電気泳動素子の表示が切り替えられる。
特開平5−257123号公報
しかし、この図17に示すアクティブマトリックス駆動回路により駆動される表示部のTFTとして、図16に示すような有機薄膜トランジスタ(有機TFT)を用いた場合には次のような問題が発生する。
上記した図16に示す有機TFTの構造では、ゲート電極1601とドレイン電極1602のオーバーラップ部1604(図中ハッチングを施した部分)に寄生容量が発生することになる。
そこに図17の選択信号1711を矩形波で入力すると、該寄生容量がゲート−ドレイン間容量Cgdの一部となりCgd=0とすることができない。該Cgdによってゲート電圧の極性が変わる際、電位の変化量とCgdと図17に示す画素容量Cep1717の比に伴って、Cgdを通し、図7の符号703に示したように、画素の電位が変化することになる。図7は、画素信号702が負に印加されるときの矩形波と、その時の画素電圧703の変化を示している。この図7に示すように、Cgdを通して画素電位が+側へ変位する。このため、図17の画像信号1712によって画素に蓄えられた画素電位に影響を与え表示を切り換えてしまうという問題が発生する。
また、図17に示す画像信号1712を矩形波で与えると、画素に充電されていた電位と反対極性の信号に切替る際、図16のソース1603−ドレイン1602間に急激な電位の変化が起こり、TFTに大きな負担をかけてしまうという問題が発生する。この問題を図9を参照して説明する。図9は、画素信号902が正に印加されるときの矩形波と、その時の画素電圧903の変化を示している。画素信号902が正に印加された場合には、図9の符号903に示すようなサージが発生し、有機TFTにも負担をかけてしまうことになる。
これに対し、前記寄生容量または、電位の急激な変化による有機TFTへの負荷を軽減させる為の何らかの手段を入れるとしても、例えば、VGA(640×480画素)サイズのマトリクスになると信号出力が、選択線、信号線の合計で1120本あり、全ての出力信号に設けると1120個必要となり現実的でない。つまり、有機TFTへの負荷軽減を図るために、何等かの策を講じようとすると、選択線、信号線の数だけ、回路素子等が増加してしまう。
この発明は、上記した従来の問題点に鑑みなされたものにして、回路を大幅に増加させることなく、寄生容量による画素電位への影響を無くすことを第1の目的とする。また、この発明は、電位の急激な変化による有機TFTへの負荷を軽減させることを第2の目的とする。
この発明は、マトリクス状に配設された複数の画素がそれぞれ有機TFTにより表示制御される表示部の前記複数の有機TFTをアクティブマトリクス駆動させるアクティブマトリックス駆動回路において、
前記アクティブマトリクス駆動回路は、
選択信号に応じて画像電圧を印加するラインを選択する選択ドライバーと、
画像信号に応じた画像電圧を印加する信号ドライバーと、
外部から供給されるデータ信号に応じて前記選択ドライバーに送る選択信号と前記信号ドライバーに送る画像信号を生成すると共に、前記選択ドライバー及び前記信号ドライバーの出力に同期する同期信号を生成する制御部と、
選択時の電圧を決める選択電源および非選択時の電圧を決める非選択電源を有する選択信号用の電源部と、
前記信号ドライバーの正側の電圧を決める電源および負側の電圧を決める電源を有する画像信号用の電源部と、
前記各電源部と前記各ドライバーとの間に設けられて前記各電源から出力される電源電圧を前記各ドライバーに入力させる電源電圧加工手段と、を備え、
前記電源電圧加工手段は前記制御部から与えられる前記同期信号によりON/OFFさせられて前記電源電圧の立ち上がりの波形をなまらすように加工することを特徴とする。
また、前記電源電圧加工手段は、前記電源に接続された抵抗および前記ドライバーとグランドとの間に接続されたコンデンサが設けられたRC積分回路と、前記ドライバーおよび前記コンデンサを前記グランドに接続された放電用抵抗と前記RC積分回路の抵抗との一方に切替接続して、前記同期信号により前記ドライバーへの入力電圧をON/OFFさせるスイッチを有する構成とすることができる。
また、前記制御部は前記選択電源の選択期間中に前記選択電源をOFFさせ、前記電源電圧加工手段は前記選択電源の選択期間中に前記選択電圧を前記有機TFTがONできる最小電圧の電源電圧に加工するように構成できる。
また、前記制御部は前記非選択電源の選択期間中に前記非選択電源をOFFさせ、前記電源電圧加工手段は前記非選択電源の選択期間中に前記信号ドライバーの出力電圧を前記有機TFTがONしない最小電圧の電源電圧に加工するように構成できる。
この発明は、ドライバーに送る電源を制御することで、ドライバー1つが担当する出力ラインの信号を+電源、−電源の2つ電源電圧加工手段でまとめて加工することができ、電源電圧加工手段の数を大幅に削減できる。
また、選択期間中に選択電圧を有機TFTがONできる最小電圧に電源電圧を加工することによって、次の選択ラインの選択信号を最小電圧から立ち上げることができ、Cgdに伴って画素電位に与える影響を抑えることができる。
また、有機TFTをONさせずに非選択信号の電圧を下げることができ、画素電位に与える影響を抑えることができ、表示を切り換ることがなくなり、トランジスタ(TFT)に与える負担を抑えることができる。
また、ドライバーの出力電圧を有機TFTがONしない最小電圧に電源電圧を加工する、画像信号立ち上がり時間を遅くすることで、画素に充電されていた電位と反対極性の信号に切替る際のソース−ドレイン間に生じる急激な電位の変化を小さくし、有機TFTにかかる負担を軽減することができる。
この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、説明の重複を避けるためにその説明は繰返さない。
この発明は、上記した構造の電気泳動表示装置において、有機TFTの寄生容量による画素電位への影響を無くすとともに、電位の急激な変化による有機TFTへの負荷を軽減させるように駆動するアクティブマトリックス駆動回路を提供するものである。
図1は、この発明の実施形態のアクティブマトリックス駆動回路を示すブロック回路図である。図1に示すように、アクティブマトリクス駆動回路1は、制御部108、選択ドライバー101、信号ドライバー102、電源部110-1、1101-2とを備える。
前記制御部108は、外部から供給されるデータ信号111に応じて、選択信号112と画像信号113を生成制御し、生成した選択信号112を選択ドライバー101に与え生成した画像信号113を信号ドライバー102に与える。
選択ドライバー101は、、制御部108からの前記選択信号112に応じた選択信号を選択ラインである選択線群114に出力する。
信号ドライバー102は、制御部108からの画像信号113に応じた画像信号を信号ラインである画像信号線群115に印加する。
電源部110-1は、選択時の電圧を決める選択電源103、非選択時の電圧を決める非選択電源104で構成され、電源部110-2は、信号ドライバーの正側の電圧を決める+信号電源106と負側の電圧を決めている−信号電源107で構成されている。
そして、選択ドライバー101及び信号ドライバー102からは、制御された信号群が選択線群114と画像信号線群115を通して、表示部にマトリクス状に配置された対応する画素の有機TFTに入力される。
さて、この発明は、選択ドライバー101と電源部110-1の選択電源103と非選択電源104の間に、電源電圧加工手段105-1及び105-2を設けている。選択電源出力116は、図2に示すような電源電圧加工手段105-1を通り、選択電圧117となる。非選択電源出力118は、電源電圧加工手段105-2を通り、非選択電圧119となる。そして選択電圧117と非選択電圧119が選択ドライバー101に入力される。
また、信号ドライバー102と電源部110-2の+信号電源105及び−信号電源106の間にも図2に示すような電源電圧加工手段105-3及び105-4が設けられている。+信号電源出力120は電源電圧加工手段105-3を通り、+信号電圧121となる。また−信号電源出力122は電源電圧加工手段105-4を通り、−信号電圧123となる。そして+信号電圧121と−信号電圧123が信号ドライバー102に入力される。
制御部108は、選択ドライバー101の出力信号すなわち選択ドライバー101の選択線群114への出力に同期させた同期信号124-1を生成する一方、信号ドライバー102の出力信号すなわち信号ドライバー102の画像信号線群115への出力に同期させた同期信号124-2を生成する。しかも、制御部108は、生成した同期信号124-1を図1から明らかなように電源電圧加工手段105-1、105-2にそれぞれ与え、生成した同期信号124-2を図1から明らかなように電源加工手段105-3,105-4にそれぞれ与える。
次に、この発明に用いられる電源電圧加工手段につき、図2を参照して説明する。図2は、電源電圧加工手段としてRC積分回路を用いた実施形態を示す回路図である。図2に示すように、電源電圧加工手段は、コンデンサ201と抵抗202で構成されたRC積分回路とスイッチ204で構成されている。上記スイッチ204は図1に示す選択ドライバー101及びドライバー102の出力信号である選択線群114画像信号線群115の出力に同期させた同期信号205(図1では124-1及び124-2)によってスイッチングされる。上記スイッチ204にて常に入力される電源電圧を、ON/OFFし、OFFのときコンデンサ201に蓄えられた電位は抵抗203を通り放電される。
つぎに、この図1及び図2に示す回路の動作を図3に示す例に従い更に説明する。図3に示す例では、図1の+信号電源出力120を時間区間303で電圧印加後、時間区間304でOFFした印加電圧301とし、図2のRC積分回路に入力した時の、図1+信号電圧121の波形302を示す。図2の電源電圧加工手段としてのRC積分回路を設けることで、ドライバーの入力電圧を図3に示す波形302のようになまらせることができる。波形をなまらせた信号でドライバー出力を制御することができる。また、図2のコンデンサ201と抵抗202の値を変え時定数(コンデンサの容量と抵抗値の積)を任意に設定することで立ち上がり波形を調整することができる。
さらに、各信号について以下に説明する。
選択期間中に選択電圧を有機TFTがONできる最小電圧にする波形(以下、選択波形という。)を実施形態を図4に従い説明する。図4は選択波形402を作成する動作タイミングを示している。
図4は、図1の選択電源電圧116を選択期間t(405)内に時間区間403で印加後、時間区間404でOFFとした時の印加電圧401を電圧加工手段105-1を通した波形である。電圧を0V付近にしてもTFTの閾値が正側にあるので、TFTが完全にOFFにならない。しかし、Pチャネルの場合は、負側にバイアス電圧をかけた方がON電流を多くとれるので、バイアス電圧をかける必要がある。そのため、選択期間中に0Vにしておくと非選択となった時の電位の変化を選択電圧分だけ小さくできるので、Cgdにより画素電位への影響を軽減することができる。
非選択電源も同様にOFFし、電圧を下げるとさらに電位差を小さく出来てよい。しかし、0Vまで下げてしまうと有機TFTがONしてしまう。そこで、図5に示す波形(以下非選択波形)502のように、非選択電圧119のコンデンサに蓄えられた電圧を504で示している間、放電させても電圧が閾値電圧を越えない波形となるよう、非選択電源に入れる積分回路の時定数を設定するとよい。
図5の非選択波形502は、図1の非選択電源104を時間区間503で印加後、時間区間504でOFFした電圧501をRC積分回路105-2を通したものである。
前記した図4に示した選択波形402と図5に示した非選択波形502を切り換えることでできる図1の選択線群114の出力信号を図6に示す。
次に、矩形波を入れた場合と図6の波形を入力した時の画素電位をそれぞれ図7、図8、図9、図10に示す。
前述したように、図7は従来型の矩形波701をTFTに入力した時、画像信号702が負に印加されるときの画素電圧703の変化を示したものである。画素電圧は、選択信号701が入力され選択になると、画像信号702が入力されると画像信号と同じ電位になるが、選択信号701が非選択になると、TFTが完全にOFFになりきれていないので、選択時と非選択時の電位の差に応じて非選択電圧に引っ張られ、正の値になってしまうと表示を切り換えてしまう。図8のように、この発明の出力である図6の選択信号波形801を入れると、選択時の電圧が最終的に0Vになり、非選択時の電圧も閾値のところまで落しているので電位差を小さくでき、画素電圧803に与える影響が弱くなり、正の値まで変化しなくなるので、表示を切り換えるほど画素電位を非選択信号に引っ張られなくなり、表示に与える影響を抑えることができる。
図9は従来型の矩形波901をTFTに入力した時、画像信号902が負に印加されるときの画素電圧903の変化を示したものである。選択信号901が入力され、画像信号902が入力されると画素電位は、画像信号902と同じ電位になるが、選択信号901が非選択になると、選択時と非選択時の電位の差に応じてサージが発生する。この時、図10のように本発明の図6の選択信号波形1001を入れると、選択時の電圧が最終的に0Vになり、非選択時の電圧も閾値のところまで落し電位差を小さくでき、非選択電圧の立ち上がりが時定数により緩やかになっているので、画素電圧1003におこるサージを小さくできる。
次に、信号ドライバーと電源との間に入れる積分回路について説明する。
図1の+信号電源106及び−信号電源107を選択ドライバー101の選択線群114の出力と同期し、ONする同期信号124-2により図2のスイッチ204をONさせることで、選択されるのと同時に画像信号を立ち上がらせ、画素に蓄えられた電位と極性が変わった時に生じる急激なドレイン−ソース間の電位変化によりかかるTFTの負担を軽減することができる。
また、立ち上がりと立ち下がりで時定数を変えるのもよい。立ち上がり時抵抗202(R1)≠立下り時抵抗203(R2)とすれば立ち上がりと立ち下がり時の時定数を換えることができる。
例えば、図11の図中1103間電圧印加した後、図中1104間OFFした印加電圧1101を図2に示したRC積分回路を通した波形1102のようにOFF期間に電位が残る場合がある。このような時に、画素の極性が切替る際にTFTに負担をかけてしまうので、図2に示す回路図において、R1>R2とし、立下り時の時定数を早くし、電荷を早く放電させると、画素の極性が切替る際にTFTの負担を軽減できる。
この発明の第2の実施形態につき説明する。
この第2の実施形態は、第1の実施形態で示した図2のRC積分回路を図12及び図14示すオペアンプ1204、1404を用いたの積分回路を用いて構成したものである。
図12に示す積分回路は、図1の+信号電圧121を信号ドライバー102に入力する積分回路であり、選択ドライバー101の出力に同期して立ち上がる同期信号1206にスイッチングされるON−OFF−ONスイッチ1205により図1の+信号電源106にあたる図12の+信号電源1207と図1の−信号電源108にあたる−信号電源1208を切り替え、画像電圧を出力する。
図13にこの積分回路の波形を示す。図12に同期信号1206が入力されるとオペアンプの出力が入力に対して反転するので−信号電源1208の電圧120を時間区間1303で印加し、時間区間1304で図12に示すON−OFF−ONスイッチにて電源をOFFし、時間区間1305で+信号電源1208の電圧122を印加する波形1301を図12の積分回路を通した図1の+信号電圧121にあたる波形は1302になる。また、OFF期間を設けず、図12のコンデンサ1201と並列にダイオードを入れ飽和させたり、オペアンプ1204の飽和を利用したりしてもよい。
図1の−信号電圧123を出力する場合は、図13と逆の入力電圧となるよう図14のスイッチ1405を切り換えるとよい。図14に図1の−信号電圧123を信号ドライバー102に入力する積分回路を示す。図12の積分回路と同じであるがこちらは図14の同期信号1406が入力されると+信号電源1408の電圧印加する。
図12及び図14の積分回路を設けることで、ドライバー出力はV(印加電圧値)×t(印加時間)÷τ(時定数)の傾きを持つ出力電圧が得られる。
この場合も入力電圧及び時定数(=入力抵抗×帰還容量)を任意に変更することで任意の傾きを持った波形を作ることができる。
また、時定数を変えるには、立ち上がり時抵抗1202と立下り時抵抗1203を選択ドライバーの出力に同期した同期信号1206にスイッチングされるスイッチ1205で切り替え、立ち上がり時抵抗1202と立下り時抵抗1203の大きさを異ならせることで入力抵抗を切り替え、傾きを変えることができる。この場合、積分回路はドリフトを起こすため、0Vの時などにコンデンサの両端をショートさせ、リセットをかけたほうがよい。
RC積分回路を用いた実施形態と同様に、図12及び図14のオペアンプ1204、1404を用いた積分回路においても立ち上がりと立ち下がり時の傾きを切り換えることで波形を制御することができる。
次に、この発明の第3の実施形態につき説明する。
実施形態1及び実施形態2で示した電源電圧加工手段105に図2及び図12に示す積分回路ではなく、図15に示すのDAコンバータ回路を入れてもよい。
図15のDAコンバータについて説明する。DC電源1501により駆動し、制御信号1502の入力信号によりDCコンバータ1503で作られた波形を同期信号1504の入力によりドライバー1505へ電源電圧を出力する。
DAコンバータは制御信号によって任意に波形を出力できるので、実施形態1で示したような波形を作ることができる。
以上説明した実施形態においては、選択ドライバー及び信号ドライバーと電源部との間にそれぞれ電源電圧加工手段を設けているが、TFTの耐圧が十分であれば、信号ドライバーとの間の電源電圧加工手段を省略してもよい。
また、画像表示素子として、電気泳動素子を例に挙げているが、この発明は、他の表示素子、例えば、液晶表示素子を用いた画像表示素子にも適用できる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
この発明の実施形態にかかる積分回路を設けたアクティブマトリクス駆動回路を示すブロック図である。 この発明の第1の実施形態としての電源電圧加工手段に用いられるRC積分回路を示す回路図である。 この発明のRC積分回路図を通した電圧波形図である。 この発明のRC積分回路図を通した選択電圧波形図である。 この発明のRC積分回路図を通した非選択電圧波形図である。 この発明による選択信号波形図である。 従来の矩形波による選択線入力の影響(信号−印加時)を示す波形図である。 この発明による(信号−印加時)を示す波形図である。 従来矩形波による選択線入力の影響(信号+印加時)を示す波形図である。 この発明による効果(信号+印加時)を示す波形図である。 この発明のRC積分回路図を通した信号電圧波形図である。 この発明の第2の実施形態としての電源電圧加工手段に用いられる+信号電圧側の積分回路図である。 積分回路図を通した電圧波形図である。 この発明の第2の実施形態としての電源電圧加工手段に用いられる−信号電圧側の積分回路図である。 この発明の第3の実施形態としての電源電圧加工手段に用いられるDAコンバータ回路 有機TFTを用いた画像表示素子の概略な構造図である。 従来例のアクティブマトリクス駆動回路を示すブロック図である。
符号の説明
108 制御部、101 選択ドライバー、102 信号ドライバー、 110-1、1101-2 電源部、 105-1、105-2電源電圧加工手段。

Claims (4)

  1. マトリクス状に配設された複数の画素がそれぞれ有機TFTにより表示制御される表示部の前記複数の有機TFTをアクティブマトリクス駆動させるアクティブマトリックス駆動回路において、
    前記アクティブマトリクス駆動回路は、
    選択信号に応じて画像電圧を印加するラインを選択する選択ドライバーと、
    画像信号に応じた画像電圧を印加する信号ドライバーと、
    外部から供給されるデータ信号に応じて前記選択ドライバーに送る選択信号と前記信号ドライバーに送る画像信号を生成すると共に、前記選択ドライバー及び前記信号ドライバーの出力に同期する同期信号を生成する制御部と、
    選択時の電圧を決める選択電源および非選択時の電圧を決める非選択電源を有する選択信号用の電源部と、
    前記信号ドライバーの正側の電圧を決める電源および負側の電圧を決める電源を有する画像信号用の電源部と、
    前記各電源部と前記各ドライバーとの間に設けられて前記各電源から出力される電源電圧を前記各ドライバーに入力させる電源電圧加工手段と、を備え、
    前記電源電圧加工手段は前記制御部から与えられる前記同期信号によりON/OFFさせられて前記電源電圧の立ち上がりの波形をなまらすように加工することを特徴とするアクティブマトリクス駆動装置。
  2. 前記電源電圧加工手段は、前記電源に接続された抵抗および前記ドライバーとグランドとの間に接続されたコンデンサが設けられたRC積分回路と、前記ドライバーおよび前記コンデンサを前記グランドに接続された放電用抵抗と前記RC積分回路の抵抗との一方に切替接続して、前記同期信号により前記ドライバーへの入力電圧をON/OFFさせるスイッチを有することを特徴とする請求項1に記載のアクティブマトリクス駆動装置。
  3. 前記制御部は前記選択電源の選択期間中に前記選択電源をOFFさせ、前記電源電圧加工手段は前記選択電源の選択期間中に前記選択電圧を前記有機TFTがONできる最小電圧の電源電圧に加工することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のアクティブマトリクス駆動装置。
  4. 前記制御部は前記非選択電源の選択期間中に前記非選択電源をOFFさせ、前記電源電圧加工手段は前記非選択電源の選択期間中に前記信号ドライバーの出力電圧を前記有機TFTがONしない最小電圧の電源電圧に加工することを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のアクティブマトリクス駆動装置。
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