JP6043044B2 - アクティブ・マトリクス・ディスプレイおよびその方法 - Google Patents

Description

本発明は、アクティブ・マトリクス・ディスプレイおよびディスプレイを駆動する方法に関する。

アクティブ・マトリクス・ディスプレイは、ピクセルと呼ばれる発光ユニットを多数含んで構成される。各ピクセルは、発光ダイオードを制御する電子回路を含む。ピクセルは、行および列のアレイの形に配置されて１つのディスプレイを形成する。動作時には、アレイの各ピクセルは、更新データ値で逐次的にプログラムされ、それが光のレベルに変換される。

典型的な２−ＴＦＴピクセルでは、光の強度を決めるデータ値は、電圧の形で外部から供給される。電圧は、ピクセル回路によって電流に変換され、それが、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）に向けて流される。電流の量は、ダイオードが発する光の量を決定する。ＯＬＥＤがプログラムされると、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）は、プログラム・ラインから、電源からＯＬＥＤに流れる電流を制御する別のトランジスタのゲートにデータ値電圧を送信する。

電流制御トランジスタを流れる電流は、それのゲートの電圧によって変化する。トランジスタ材料の特性などの因子によって、トランジスタを流れる電流が直接影響を受ける。トランジスタ材料の特性が変化すると（不一致）、同じプログラム電圧レベルであっても、２つの異なるピクセルに流れる電流が異なる場合がある。このことは、光出力の差にもつながる。この問題に対処するために、トランジスタ数や制御ライン数を増やした各種のピクセル・デザインが提案されてきた。しかし、それらのデザインは、複雑な構造となっており、収率および開口率が低下してしまう。

最小個数のトランジスタを使用し、複雑なピクセル回路を回避し、迅速なプログラミングが可能で、出力均一性を改善したピクセル・ドライバを含むアクティブ・マトリクス・ディスプレイに対する需要が存在する。

発明は、ディスプレイ・ピクセルの複雑さを増すことなしに、高レベルの均一性を提供するディスプレイ・ドライバ制御回路を備えたアクティブ・マトリクス・ディスプレイを提供する。

発明は、次のもの、すなわち、複数のピクセルおよび１本のデータ・ラインと、ピクセルのための選択ラインおよび電流ラインと、少なくとも２つの薄膜トランジスタ、キャパシタおよび発光ダイオードを備えた回路を含む少なくとも１つのピクセルと、複数のピクセルの外部にあって、電源信号からディスプレイへ引き出される電流に従ってデータ・ラインの電圧を調整する回路を含むディスプレイとして説明できる。

１つの実施の形態で、発明は、列データ・ラインおよび列電流ラインを含む少なくとも１つのデータ・ドライバ回路と、列データ・ラインおよび列電流ラインの両方に接続されて、列データ・ラインの電圧に応答して少なくとも１つのピクセルへのピクセル電流を駆動する少なくとも１つのピクセルを含む複数のピクセルと、列データ・ラインおよび列電流ラインの頭にあり複数のピクセルの外部にあって、駆動ピクセル電流の電圧を検知し、列データ・ライン電圧を調整して、調整されるピクセル電流の電圧を外部基準電流に一致するようにプログラムするループバック回路を含むアクティブ・マトリクス・ディスプレイである。

別の実施の形態で、アクティブ・マトリクス・ディスプレイを駆動する方法は、プログラムされるピクセルによって引き出される電流の電圧とアクティブ・マトリクス・ディスプレイへの第１の電源電流の電圧との差分電圧を検知する工程と、差分に従ってディスプレイのピクセルへのデータ・プログラミング電圧を調整する工程とを含み、検知および制御の工程は、そのピクセルを含むピクセルの列の頭にあり列のピクセルの外部にあるループバック制御回路によって実行される。

別の実施の形態で、アクティブ・マトリクス・ディスプレイは、マトリクスの列および行に配置された複数のＡＭＯＬＥＤピクセルを含み、ピクセルの各列は、共通の電流ラインおよび共通のデータ電圧源に接続されており、またピクセルの各行は、共通の選択ラインに接続されている。また少なくとも１つのピクセルは、ドレイン／ソース、ゲートおよび列電流ラインに接続されたソース／ドレインを有する電流駆動トランジスタと、駆動トランジスタのゲートに接続されたソース／ドレインおよび列データ・ラインに接続されたドレイン／ソースを有するアドレス・トランジスタと、アドレス・トランジスタのゲートに接続された選択ラインと、電流駆動トランジスタのドレイン／ソースに接続されたＯＬＥＤを含み、複数のＡＭＯＬＥＤピクセルは、列の少なくとも１つの頭にありその列の複数のピクセルの外部にあって、駆動されるピクセル電流の電圧を検知し、列データ・ライン電圧を調整して、調整されるピクセル電流の電圧を外部基準電流に一致させるようにプログラムするループバック制御回路に接続されている。

更に別の実施の形態で、発明は、データ・ドライバ回路であり、少なくとも１つの列データ・ラインと、少なくとも１つの平行な列電流ラインと、少なくとも１つの列データ・ラインおよび対応する平行な列電流ラインの両方に直列に接続されて、列データ・ラインに応答してその少なくとも１つのピクセルへのピクセル電流を駆動する少なくとも１つのピクセルを含む複数のピクセルと、データ・ラインおよび電流ラインの列の頭にあり列の複数のピクセルの外部にあって、第１の入力データ電流の電圧と電流ライン上で負荷が引き出す電流の電圧との差分電圧を検知し、差分に従って入力データ電流を調整するループバック制御回路とを含む。

別の実施の形態で、アクティブ・マトリクス・ディスプレイを駆動する方法は、（Ａ）電源からアクティブ・マトリクス・ディスプレイへの第１のプログラム・データ値を表す初期電流をサンプリングする工程と、（Ｂ）同じ第１のプログラム電圧データ値を第２のキャパシタ回路に記憶し、第１のプログラム電圧データ値を選ばれたピクセル回路に供給する工程と、（Ｃ）ピクセル特性の変化の結果として、印加される第１のプログラム電圧データ値から減じた次の電圧データ値に従って電流を引き出す工程と、（Ｄ）引き出される電流の電圧を検知して、それをサンプリングされた初期電流信号の電圧と比較する工程と、（Ｅ）比較の結果に従って、第２のキャパシタにおいて、第１のプログラム電圧データ値を新しいプログラム電圧データ値に調節する工程と、（Ｆ）選ばれたピクセルに新しいプログラム電圧データ値を供給する工程と、（Ｇ）比較される記憶されたプログラム電圧データ値がサンプリングされた初期電流の電圧と同じになるまで、（Ｂ）から（Ｆ）を繰り返す工程を含む。

ディスプレイ回路の模式図。 ディスプレイ回路の線図。 ディスプレイ回路の模式図。 ピクセルの電流とドライバの電流のグラフ。 ピクセルの電流とドライバの電流のグラフ。 電流とデータとの関係を示すグラフ。 データの関数として示された電流の不一致割合を示すグラフ。 電流とデータとの関係を示すグラフ。 データの関数として示された電流の不一致割合を示すグラフ。

ＡＭＯＬＥＤディスプレイの輝度は、部分的にＯＬＥＤ素子を流れる電流に依存する。１つのＡＭＯＬＥＤ素子の各ピクセル電流は、電圧でプログラムされるピクセルに対しては、回路トランジスタに電圧を印加することによって、あるいは、電流でプログラムされるピクセルに対しては、異なるように構成された回路トランジスタに電流を印加することによって所定の電流を駆動するようにプログラムされる。

電圧プログラム方式のディスプレイでは、電圧から電流への変換は、電流出力の電圧入力に対する比を表す量であるトランジスタの大信号相互コンダクタンスに基づいて行われる。ＯＬＥＤ素子電流は、ピクセル回路トランジスタの相互コンダクタンスによって変化する。相互コンダクタンスは、トランジスタ移動度などの因子に依存するが、これは、ディスプレイ内で変動することがあり、それによって１つのディスプレイ内部で、またディスプレイ同士の間で不均一さを生じる。更に、電圧プログラムされるピクセルは、トランジスタ閾値電圧に敏感であり、これもディスプレイ内部で、あるいは、ディスプレイ同士の間で変動する。

発明は、アクティブ・マトリクスのバックプレーンの複雑さを低減し、より複雑な均一修正機構と比べてＡＭＯＬＥＤ性能を改善するデータ・ドライバ回路に関する。ドライバは、ディスプレイを制御する命令シーケンス又はプログラミング回路である。１つの実施の形態で、発明は、ピクセル・トランジスタ又は制御ラインの数を増やす必要なしに高レベルの均一性を実現する２−ＴＦＴピクセル用データ・ドライバを提供する。データ・ドライバは、各列について、あるいは、複数の列について、データ・ラインおよび電流ラインによって形成されるフィードバック・ループの内部で動作する。スイッチング回路は、個別のピクセル電流を電流ライン中の列電流の残りのものから弁別する。次に、電流検知回路は、ピクセル電流が所望のレベルに達するまで、フィードバック・ループを制御してデータ・ラインを充電させる。

発明の特徴は、図面および以下の詳細な議論から明らかになる。これらは、制限なしのほんの一例として、発明の好適な実施の形態について説明している。各図面において、同様な構造は同じ参照符号で示されている。

図１は、提案するＡＭＯＬＥＤディスプレイ回路１０の模式図である。回路１０は、マトリクス・アレイ状に配置された複数のピクセル１２を含む。図１は、３×３のマトリクスを示しているが、これは、ＡＭＯＬＥＤのほんの一例であり、数千個の発光ピクセル１２を含むように形成できる。３×３マトリクスは、列Ａ、ＢおよびＣと、行Ｒ、ＳおよびＴを含むものとして示されている。各ピクセル１２は、１本のピクセル選択ライン２６と、列データ・ライン１６および列電流ライン１８の対との交点にそれらの間に設けられている。ピクセル１２の各々は、発光ダイオード１４を制御する電子回路を含む。

各列は、データ・ライン１６および電流ライン１８を含み、また各ピクセル回路は、トランジスタＭ１ ２０、トランジスタＭ２ ２２および蓄積キャパシタ２４を含む。トランジスタ２０および２２は、三端子（ゲート、ドレインおよびソース）デバイスであり、２つの振る舞い方をする。１つは、電圧の形をした情報の通過を許容するスイッチとして、もう１つは、流れる電流量を制御する可変バルブとして動作する。各ピクセル１２において、トランジスタＭ１ ２０は、電流駆動トランジスタであり、ドレイン／ソースを列電流ライン１８に接続され、ソース／ドレインをダイオード１４に接続され、ゲートをトランジスタＭ２ ２２のソースに接続されている。アドレス・トランジスタＭ２ ２２は、ソース／ドレインを駆動トランジスタＭ１ ２０のゲートに接続され、ドレイン／ソースを列データ・ライン１６に接続されている。アドレス・トランジスタＭ２ ２２は、スイッチとして機能する。スイッチがＯＮのとき、それのドレインの電圧は、ソースに送られ、スイッチがＯＦＦのとき、電圧の送信は許可されない。トランジスタＭ１ ２０は、それのゲートの状態に依存して電流の流れを制御できる制御バルブとして機能する。原則として、トランジスタＭ１ ２０のゲート上の電圧量が、デバイスを通って（ドレインへ、あるいは、ソースから）流れる電流を決める。

ピクセルＡ、Ｂ又はＣの列を新しい情報で更新するとき、データ・ライン１６は、電圧の形でデータ値を供給する。このことは、一時に１つの行について行われ、行の各ピクセルには、対応するデータ値が同時に供給される。電圧は、トランジスタＭ１ ２０によって電流に変換され、電流ライン１８によって供給される。電流は、発光ダイオードの方向に送られ、電流の量が放射される光の量を決める。ＡＭＯＬＥＤへのデータは、ピクセルへ一時に１つの行書き込まれるが、ダイオードは、本質的に１００％のデューティ・サイクルで動作する。これは、トランジスタ２２およびキャパシタ２４の組合せを通して供給される各ピクセルに対するメモリ回路を設けることによって実現される。

動作時には、選択ライン２６をパルス駆動することによって１つのピクセル１２が選択される。トランジスタＭ２ ２２は、選択ライン２６のパルスで駆動され、（図３に示されるように）ＯＮ位置にターン・オンされる。従来のディスプレイでは、選ばれたピクセルがプログラム・ライン１６を通して安定な電圧に充電される間に、新しい電流Ｉが列電流ライン１８から引き出される。その他のすべてのピクセル１２が非選択であるので、新しい電流Ｉは、選ばれたピクセルを通って流れる。

トランジスタを流れる電流は、それのゲートの電圧に依存する。しかし、ピクセルのアレイを構成するトランジスタの材料特性は、ディスプレイ・エリアにわたって変動し得る。それらの因子は、不均一な輝度レベルを生ずる。従って、同じようにプログラムされたレベルであっても、２つの異なるピクセルに対して光出力が異なることがある。ピクセルの特性変動の結果、デバイス・ディスプレイにわたって不一致が生ずる。

発明は、ディスプレイ用の外部制御回路を提供する。この制御は、ディスプレイのピクセルの複雑さを増すことなしに、高レベルの均一性を生み出す。発明は、より高い開口率（より明るいディスプレイ）、より低いＯＬＥＤ動作電圧、より低い電力消費、より高い収率およびより低い生産コストのディスプレイを実現する。発明のドライバは、標準的なＩＣ中に組み込むか、アクティブ・バックプレーンと同じパネルに集積することができ、そうすることでディスプレイ・コストを更に削減できる。

図２は、内部ピクセル１２と組み合わせて設けられた発明の外部制御回路２８を線図で示している。ピクセル１２の内部回路は、トランジスタ２０および２２と、発光ダイオード１４とを含む。外部制御回路２８は、各ディスプレイ回路の列、例えばＡの頭にデータ・ライン１６および電流ライン１８によって構成されるフィードバック・ループ内で動作する。図２および図３で、外部制御回路２８は、データ・プログラミング・モジュール３２と組み合わされた電流源／電流検知モジュール３０を含む。

動作時に、電流源／電流検知モジュール３０は、個別ピクセルの電流を電流ライン１８中の残りの列電流から弁別し、内部フィードバック・ループを制御して、目標のピクセル電流レベルを達成するようにプログラミング・モジュール３２を制御する。電流検知および制御は、ドライバ列の頭で実行され、ピクセル１２内部ではないので、ピクセルのトランジスタ２０、２２の材料特性の不一致は、不利な因子とならない。更に、与えられた列のすべてのピクセルをプログラムするために同じ外部制御回路２８を使用することで、ピクセル電流の変動を最小化される。

図３は、発明に従う１つのディスプレイの外部制御回路２８を含む模式的回路図である。この出願のなかで、「外部制御回路」というのは、１つのアレイのピクセルの外側に接続されるか、あるいは、関連付けられる制御回路を意味する。例えば、外部制御回路は、ディスプレイ回路内部に、ピクセル列の頭に位置することができる。１つのアレイで、各ピクセル列は、それの分離した外部制御回路と関連付けることができる。図３で、電流源／電流検知モジュール３０は、トランジスタＭＳｏｕｒｃｅ３４、トランジスタＭＳｅｎｓｅ３６および増幅器Ａｍｐ１ ３８を含む。トランジスタＭＳｏｕｒｃｅ３４は、低電圧で電流を供給するトランジスタであり、トランジスタＭＳｅｎｓｅ３６は、小さい電流変化を検知するトランジスタであり、増幅器Ａｍｐ１ ３８は、トランジスタ３４、３６の両方を制御する。図３は、単一のディスプレイ列と組み合わされたデータ・プログラミング・モジュール３２を備えた単一の電流源／電流検知モジュール３０を示す。しかし、上で指摘したように、電流源／電流検知モジュール３０およびデータ・プログラミング・モジュール３２の組合せは、ディスプレイ・マトリクスの複数列の各々の頭において関連付けられる。

図３の電流源／電流検知モジュール３０は、増幅器Ａｍｐ１ ３８、トランジスタＭＳｅｎｓｅ３６およびＭＳｏｕｒｃｅ３４を使用した制御機構を提供する。増幅器Ａｍｐ１ ３８は、３つの端子、すなわち「＋」および「−」とラベル付けされた２つの電圧入力端子４６、４８と、トランジスタＭＳｅｎｓｅ３６およびトランジスタＭＳｏｕｒｃｅ３４のゲートを制御する出力端子５０とを有する。入力端子４６は、一定の外部供給電圧Ｖｃｏｌに接続される。入力端子４８は、ノードｎｃ４４に接続される。ノードｎｃ４４は、プログラミング中の小さい変動以外、一定の電圧Ｖｃｏｌに留まる。スイッチＭＳ１ ４０がＯＮのとき、トランジスタＭＳｅｎｓｅ３６およびトランジスタＭＳｏｕｒｃｅ３４のゲート電圧は、電流ライン１８に応答して、トランジスタＭＳｅｎｓｅ３６およびＭＳｏｕｒｃｅ３４を通って流れる電流によって確立される。ライン１８がより多くの電流を引き出し始めると、ノードｎｃ４４およびそれに応じて入力端子４８の電圧が変化する。このことから、任意のノードｎｃ４４の電圧変化に応答して、増幅器Ａｍｐ１ ３８は、ＭＳｅｎｓｅトランジスタ３６およびＭＳｏｕｒｃｅトランジスタ３４のゲート電圧を制御して、トランジスタＭＳｅｎｓｅ３６およびＭＳｏｕｒｃｅ３４を通る電流電圧を制御する。その結果出力端子５０に生ずる電圧変化は、トランジスタＭＳｅｎｓｅ３６とＭＳｏｕｒｃｅ３４の両トランジスタが供給する電流が引き出される電流と一致するまで、両トランジスタのゲートを変化させる。

トランジスタＭＳｅｎｓｅ３６のゲート電圧の変化は、トランジスタのサイズに直接関係する。大型のトランジスタは、小さいゲート電圧変化に対してより大きい電流を生ずることができる。他方、小型のトランジスタは、（与えられた小さい電流変化に対して）そのゲート電圧により大きい変化を要求しながら、その出力電流をより精密に制御できる。

図３で、電流源／電流検知モジュール３０、大型のトランジスタＭＳｏｕｒｃｅ３４および小型のトランジスタＭＳｅｎｓｅ３６のサイズは、特定のディスプレイ要求に合わせることができる。これらは、スイッチＭＳ１ ４０を介して接続され、増幅器Ａｍｐ１ ３８によって制御される。文字「Ａ」は、１つのディスプレイ列を表す。動作が始まると、スイッチＭＳ１ ４０がＯＮとなり、ほとんどの列電流が大型のトランジスタＭＳｏｕｒｃｅ３４を通って流れる（この時点で、選ばれたピクセルを通る電流はない）。スイッチＭＳ１ ４０がＯＦＦされると、大型のトランジスタＭＳｏｕｒｃｅ３４のゲート電圧は、キャパシタＣＳ１ ４２によって一定に留まり、従って大型のトランジスタＭＳｏｕｒｃｅ３４によって供給される電流も一定に留まる。この動作は、トランジスタＭＳｏｕｒｃｅ３４による列電流サンプリングと呼ばれる。

図３でデータ・プログラミング・モジュール３２は、電流源／電流検知モジュール３０に接続されている。データ・プログラミング・モジュール３２は、増幅器Ａｍｐ２ ５２および一連のスイッチを含む。増幅器Ａｍｐ２ ５２は、１つの入力５４をキャパシタＣＳ２ ６０に接続され、別の入力５６をＭＳｅｎｓｅトランジスタＭＳ１ ３６のゲートに接続されている。別の出力端子５８は、列Ａのデータ・ライン１６に接続されている。第２のサンプリング期間に、スイッチ・トランジスタＭＳ２ ６２は、小型のＭＳｅｎｓｅトランジスタ３６のゲート電圧をサンプリングして、それをキャパシタＣＳ２ ６０に蓄える（これは、列電流を示すベース・レベルをセットし、後の比較工程で使用される）。この段階で、電流源／電流検知モジュール３０は、スタンバイ／検知モードにあって、ＭＳｅｎｓｅ３６は、ノードｎｃ４４に流入する列電流の変化を検知している。増幅器Ａｍｐ２ ５２は、それに従って、ＭＳｅｎｓｅトランジスタ３６のゲート電圧を制御できる。

プログラミング期間の間、データ・ライン１６は、トランジスタＭ２ ２２を介してトランジスタＭ１ ２０のゲートに接続される。トランジスタＭ１ ２０は、常にノードｎｃ４４に接続されている。この構成は、電流源／電流検知モジュール３０、データ・プログラミング・モジュール３２およびピクセル・トランジスタＭ１ ２０を含み、ノードｎｃ４４から電流ライン１８およびデータ・ライン１６を通るフィードバック・ループを提供する。ノードｎｃ４４に外部データ電流Ｉｄａｔａ６４が注入されると、フィードバック・ループで次の機構が作動する。（ｉ）ＭＳｅｎｓｅ３６のゲート電圧は、ノードｎｃ４４が引き出す電流（検知される電流）に対応するようにＡｍｐ１ ３８によって変更される。（ｉｉ）Ａｍｐ２ ５２の負の入力電圧は、正の入力５４に対してＡｍｐ２の出力端子５８の電圧を増加させるように変化する（注入された電流は、トランジスタＭ１ ２０を流れる電流と比較される。これは、初期にゼロであった）、（ｉｉｉ）（データ・ライン１６に接続された）Ａｍｐ２からの出力は、トランジスタＭ１ ２０のゲート電圧を変化させる（データ・ライン１６は、比較の差分に従って制御される）、そして（ｉｖ）これに従って、ノードｎｃ４４を通ってトランジスタＭ１ ２０によって引き出される電流が増加する。（ｉ）から（ｉｖ）の機構は、トランジスタＭ１ ２０によってノードｎｃ４４を通って引き出される電流が注入されるデータ電流Ｉｄａｔａ６４と等しくなる（比較工程（ｉｉ）で差分が検知されなくなる）まで繰り返される。Ｍ１ ２０によって引き出される電流が注入される電流と一致し、Ａｍｐ２ ５２の２つの端子５６、５４が等しくされる。この等しくなった時点で、ＭＳｅｎｓｅ３６のゲート電圧は、元の値に戻っている。フィードバック・ループは、平衡状態に達し、ピクセル電流に関して正しい値を提供する。

以下の例は、例示的なものであって、制限に関して具体的に言及しない限り、請求項の範囲を制限するものと解釈されるべきでない。
（例）

本出願の目的に関して、トランジスタの移動度は、特定のサイズのトランジスタが供給できる電流量を規定する１つのデバイス特性である。言い換えると、与えられたゲート電圧に対して、流れる電流の量は、（中でも）それの移動度の関数である。例えば、同じサイズの２つのトランジスタのゲートに同じ電圧が印加されるとして、一方の移動度が２０％高いとすると、移動度の高いほうのトランジスタは、２０％大きい電流を供給する（その他の因子がすべて同一であると仮定して）。移動度は、材料特性およびデバイス製造の関数であり、ディスプレイ製造技術に関して、それは、ディスプレイ・エリアにわたって変動し得る。

本出願のすべての目的に関して、トランジスタの閾値電圧は、電流が流れるために必要な最小のトランジスタ・ゲート電圧である。閾値電圧は、材料特性およびデバイス製造の関数であり、従って、閾値電圧は、ディスプレイ・エリアにわたって変動し得る。
（例１）

ＰＳＰＩＣＥ（登録商標）コンピュータ・ソフトウエアを用いて回路シミュレーションが実行された。ＰＳＰＩＣＥ（登録商標）は、アナログおよびアナログ／デジタル混合の回路シミュレーションのためのコンピュータ・ソフトウエアであり、１４６９２、ニューヨーク州、ロチェスタ、私書箱２３３２５、ＥＭＡデザイン・オートメーション社を通して９５１３４、カリフォルニア州、サン・ホセ、シーリー・アベニュー２６５５番地のＯＲＣＡＤ社から提供されている。ＰＳＰＩＣＥ（登録商標）ソフトウエアは、ユーザが作成する回路図およびトランジスタ・モデルと、アドレッシング情報を受け入れることができ、シミュレート応答を生成する。

ＰＳＰＩＣＥ（登録商標）によってシミュレートされた回路図は、図２および図３の回路と本質的に一致する。図４に示す信号は、ディスプレイ・ドライバ中の異なるスイッチを駆動する制御信号であり、特にプログラムされるピクセル中のＭＳ１、ＭＳ２およびトランジスタＭ２を制御するための電圧信号である。図５の出力グラフは、プログラムされるピクセルを通る電流を、時間の関数で表しており、同時に、データ電流（ディスプレイ・ドライバのノードｎｃへ送られるＩｄａｔａ６４）を時間の関数で表している。

シミュレートされたシステム変数は、次のものを含む。（１）与えられた列中のすべてのピクセル電流の和である合計の列電流を１５０μＡから３５００μＡまで変化させた、（２）ピクセル・データ電流を０．３μＡから２０μＡまで変化させた、（３）ピクセル・トランジスタＭ１は、２５％までの移動度変化をエミュレートするようにサイズを変化させた、（４）ピクセル・トランジスタの閾値電圧は、閾値電圧の５０％までの変化をシミュレートするように、Ｍ１のゲートに対して電圧源を接続することで変化させた。

図５のプロットは、ピクセル電流がデータ電流に一致する様子を示している。このシミュレーションは、条件の範囲にわたってディスプレイ・ドライバが要求される動作を実行することを示すために、いくつかのシステム条件下で実行された。

図５は、提案されるディスプレイ・ドライバが、上で述べたシステム変数のすべてにおいて、意図するピクセルに対して望ましいレベルの電流をプログラムすることを示している。シミュレーションの結果は、この回路が要求される動作速度および電流要求において、意図されるような電流不一致修正でもってピクセル・アドレッシングを実行できることを立証している。
（例２）

以下の例は、異なる性質を有する駆動トランジスタＭ１を含むディスプレイ・ピクセルにおけるデータ電流のプログラミングを比較し、この機能を異なる列電流レベルで実証するために設定された。

ディスプレイ列のためのディスプレイ・ドライバは、単結晶シリコン集積回路（ＩＣ）中に作製された。列は、同じＩＣ中に組み込まれた試験用ピクセル回路を含む。試験用ピクセル回路は、Ｍ１トランジスタのサイズ以外、同一の特性を有するように作製された。２つのピクセルは、２０％の移動度差をエミュレートするように、Ｍ１の幅が２０％異なるような差をつけて作製された。閾値電圧変化をエミュレートするために、ピクセルに対して外部のｖ電圧源が接続された。この電圧源は、トランジスタＭ１の閾値に関する２５％の変化を表す。

この過程で、回路電圧を供給するために、ＬａｂＶＩＥＷ（登録商標）コンピュータ・ソフトウエアが使用された。ＬａｂＶＩＥＷ（登録商標）コンピュータ・ソフトウエアは、科学工学機器および機器システムを制御およびエミュレートするために使用され、また機器機能を実行するために使用される。第１の手順において、２つのピクセルの各々のプログラム・ラインに電圧レベルが確立された。これは、次にＭ１によって電流に変換された。性能を実証するために、以下のように条件を変化させた。（１）合計列電流は１５０μＡから３０００μＡまで変化させた、（２）ピクセル・データ電流は、０．５μＡから１５μＡまで変化させた、（３）ピクセル・トランジスタＭ１の移動度は、サイズを変えることで２０％まで変化させた、（４）ピクセル・トランジスタＭ１の閾値電圧は、電圧源の導入によって２５％まで変化させた。

図６は、典型的な従来のやり方でプログラムされた場合の、２つのピクセル（Ｐｉｘ１およびＰｉｘ２）を通る電流を示す。図６は、２５％増加した閾値電圧（Ｐｉｘ１）および２０％増加した移動度（Ｐｉｘ２）を示す。例えば低いデータ・レベルにおいて、Ｐｉｘ１は、約２．５μＡを供給した。しかし、同じデータ・レベルで、Ｐｉｘ２は、約４μＡを供給した。この差は、両方のピクセルが（同じデータ・レベルで意図したように）同じ強度レベルを有するつもりであっても、ディスプレイの輝度の差となって現われる。

図７のプロットは、２つのピクセル間の正規化された変化割合をデータ電圧の関数として示す。

図６および図７は、Ｍ１特性の変化による電流変化の程度を示す。

図８は、図３のディスプレイ・ドライバでプログラムされた２つの同じピクセルを流れる電流を示す。図８は、トランジスタＭ１が変化する特性を有するにも拘わらず、２つの電流が完全に一致することを示している。図９の正規化された割合のプロットは、２つのピクセル電流間の測定許容差変動のみを示す。

実験データは、それぞれ標準的駆動と発明のドライバ制御の２つのピクセルについて、不均一さが７０％から３％以下に減少したことを実証している。この不均一さのレベルは、データ範囲全体にわたって１桁のオーダに改善されている。更に、シミュレーションは、プログラミング時間を典型的な従来技術のカレント・コピー・ピクセルによって要求される時間以下に削減できることを実証した。

発明のデータ・ドライバは、標準的なＩＣに組み込むか、あるいは、アクティブ・バックプレーンと同じパネルに組み込むことができる。多結晶シリコンＴＦＴは、提案のドライバに対して性能とコストとの間の良好な妥協案を提供する。

発明の回路は、２トランジスタＴＦＴのピクセルに関して典型的な従来技術の修正技術のそれよりも低い複雑さでもって均一性レベルを提供することによって、アクティブ・マトリクス・バックプレーンの複雑さを低減する。またバックプレーン上のトランジスタに対する性能要求が低減されるので、大面積のアレイに対してより低価格の技術を利用できる。

発明の好適な実施の形態について説明してきたが、本発明は、変形および修正が可能であり、従って例の正確な詳細に限定されるべきでない。発明は、以下の請求項の範囲内に含まれる変更および改変を包含する。

Claims (10)

1. ディスプレイであって、
   複数のピクセルであって、その各々が、動作可能のように１本のデータ・ラインと、選択ラインおよび電流ラインとに接続されている前記複数のピクセルと、ここで、前記複数のピクセルの各々は、発光ダイオード、キャパシタ、そして２つの薄膜トランジスタ、すなわちアドレス・トランジスタと駆動トランジスタを有し、各々のトランジスタが３端子、すなわちソース、ドレイン、そしてゲートを持ち、
   ここで、前記アドレストランジスタのドレインあるいはソースの一方は、前記データ・ラインに接続され、他方は前記駆動トランジスタのゲートに接続され、前記駆動トランジスタのドレインあるいはソースの一方は、前記発光ダイオードに接続され、そして、前記アドレストランジスタのゲートは選択ラインに接続され、１つのピクセルは前記選択ラインが前記１つのピクセル内の前記アドレストランジスタが起動する電圧に維持される時にアドレスされ、
   前記複数のピクセルの外部の回路であって、電流値が所要の値に設定されるまで、前記データ・ラインの電圧値を調整することにより、前記電流ラインから供給されアドレスされたピクセルの前記駆動トランジスタを通って流れる電流値を動的に制御するよう構成された回路と、ここで、前記所要の各ピクセル電流が他のピクセル電流値に対して独立な外部データ信号により設定され、
   を含み、
   前記複数のピクセルの外部の回路は、前記選択ラインが前記アドレスされたピクセルの前記アドレストランジスタを起動する電圧値に保持される期間と等しいかそれより短い時間の中で、アドレスされたピクセルの前記駆動トランジスタ内の前記所要の電流の値を設定し、
   これにより、前記複数のピクセルの外部の回路は、アドレスされたピクセルの前記駆動トランジスタ内の所要の電流の値を設定するために、他のピクセルの外部データ信号値を記憶しあるいは処理せず、
   前記複数のピクセルの外部の回路は、前記アドレスされたピクセルの前記駆動トランジスタ内の所要の電流の値を設定し、一方、前記電流ラインは同一の前記電流ラインに接続されたほかの点灯しているピクセルに同時に電流を供給することを特徴とする
   ディスプレイ。
   
2. 請求項１記載のディスプレイであって、
   前記複数のピクセルの外部の回路は前記データ・ラインおよび前記電流ラインとに接続され、
   前記複数のピクセルは同じ前記データ・ラインおよび同じ前記電流ラインの両方に接続されて、そして前記データ・ラインに応答してアドレスされたピクセルへの所要のピクセル電流値を設定する少なくとも１つの前記アドレスされたピクセルを含み、
   前記複数のピクセルの外部の回路は、前記電流ラインの電流値をサンプリングし、前記アドレスされたピクセルにより引き出された電流値を検知し、前記アドレスされたピクセルにより引き出された前記電流値を外部から設定されたデータ電流値と比較して、その差に従って前記データ・ライン電圧値を制御し、前記アドレスされたピクセルにより引き出された前記電流値を前記外部から設定されたデータ電流値と比較したときに、差が検知されなくなるまでループバック回路動作を繰り返すことを特徴とする
   前記ディスプレイ。
   
3. 請求項１記載のディスプレイであって、
   前記複数のピクセルの外部の回路は各々が前記データ・ラインと前記電流ラインに接続された複数のループバック回路を持ち、
   同じ前記データ・ラインおよび同じ前記電流ラインの両方に接続された前記複数のピクセルは前記データ・ライン電圧に応答してアドレスされたピクセルへの所要のピクセル電流値を設定する少なくとも１つの前記アドレスされたピクセルを含み、
   前記複数のピクセルの同じ前記データ・ラインと同じ前記電流ラインに接続された各ループバック回路について、前記ループバック回路は各ピクセルが前記電流ラインから所要の電流値を引き出すように、前記データ・ラインに接続された各ピクセルの電圧値を逐次的に制御し、設定し、
   前記ループバック回路は、各ピクセル電流値を決定し、調整されるピクセル電流値が外部の参照電流値と一致するまで、前記調整されるピクセルの電圧値をプログラムするように前記列データ・ライン電圧値を調整するように構成された、
   前記ディスプレイ。
   
4. 請求項３記載のディスプレイであって、
   前記ループバック回路の少なくとも１つは、前記電流ラインの電流値をサンプリングし、アドレスされたピクセルの駆動トランジスタにより引き出される電流値を検知し、前記電流値を外部から設定されたデータ電流値と比較し、その差に従って前記駆動トランジスタで引き出される電流値を変化させるように前記列データ・ライン電圧値を調整し、前記電流ラインからアドレスされたピクセルの前記駆動トランジスタにより引き出される電流値を前記アドレスされたピクセルに対する前記外部から設定されたデータ電流値と比較した時に、差が検知されなくなるまでループバック回路動作を繰り返すことを特徴とする
   前記ディスプレイ。
   
5. 請求項３記載のディスプレイであって、
   前記少なくとも１つのループバック回路は、更に、前記ピクセルに接続された電流ラインからアドレスされたピクセルの前記駆動トランジスタにより引き出された電流の活動時に引き出される電流値と保存された前記ピクセルの参照電流値とを比較する比較器と、前記列データ・ラインの電圧値を前記参照電流値と関係する電圧値との比較に従って調整する調整器を含む、
   前記ディスプレイ。
   
6. 請求項３記載のディスプレイであって、
   前記少なくとも１つのループバック回路は、
   電流源と、
   定電圧源に接続された入力端子、ソース・トランジスタと接続された入力端子、それと切り替え可能なようにソース・トランジスタと検出トランジスタのゲートに接続された出力端子を持つ増幅器を有する検出モジュールとを有し、
   スイッチがＯＮの時は前記増幅器がソース・トランジスタを動作させて列電流値をサンプルし、スイッチがＯＦＦの時は前記検出トランジスタの電流値と外部から設定された参照データ電流値の差に応じて前記検出トランジスタの電圧値を調整することを特徴とする
   前記ディスプレイ。
   
7. 請求項３記載のディスプレイであって、
   前記少なくとも１つのループバック回路は、検出トランジスタと保存されたピクセル電流値の間に接続された増幅器を有し、検出トランジスタ電圧値と保存されたピクセル電流値との差に応答して前記列データ・ライン電圧値を調整する、データ・プログラミング・モジュールを有する、ことを特徴とする
   前記ディスプレイ。
   
8. 請求項３記載のディスプレイであって、前記少なくとも１つのループバック回路は、
   電流源と、
   定電圧源に接続された入力端子、ソース・トランジスタに接続された入力端子、及び切り替え可能なソース・トランジスタあるいは検出トランジスタのゲートに接続された出力端子を持つ増幅器を有する検出モジュールと、ここで、スイッチがＯＮの時に前記増幅器はソース・トランジスタを付活して列電流値をサンプルさせ、スイッチがＯＦＦの時に前記検出トランジスタの電流値と外部から設定された参照データ電流値との差に応答して前記検出トランジスタの電圧値を調整し、
   前記検出トランジスタと保存されたピクセル電流値との間に接続された増幅器を有し、検出トランジスタ電圧値と保存されたピクセル電流値との差に応答して前記列データ・ライン電圧を調整する増幅器を有するデータ・プログラミング・モジュールとを有することを特徴とする
   前記ディスプレイ。
   
9. 請求項３記載のディスプレイであって、前記少なくとも１つのループバック回路が、
   電流源と、
   定電圧源に接続された入力端子、ソース・トランジスタに接続された入力端子、及び切り替え可能なソース・トランジスタあるいは検出トランジスタのゲートに接続された出力端子を持つ増幅器を有する検出モジュールと、ここで、スイッチがＯＮの時に前記増幅器はソース・トランジスタを付活して列電流値をサンプルさせ、スイッチがＯＦＦの時に前記検出トランジスタの電流値と前記列電流ラインの負荷により引き出される電流値との差に応答して前記検出トランジスタの電圧値を調整し、
   ソース・トランジスタと前記検出トランジスタとの間に接続され、前記検出トランジスタの電圧値と保存されたピクセル電流値に関係する電圧値との差に応答して列データ・ライン電圧値を調整する増幅器を有するデータ・プログラミング・モジュールとを有することを特徴とする
   前記ディスプレイ。
   
10. ディスプレイであって、
    複数のピクセルの各々が１本のデータ・ラインと、選択ラインおよび電流ラインと接続されている前記複数のピクセルと、
    ここで、各々のピクセルは、発光ダイオード、キャパシタ、そして２つのピクセルトランジスタ、すなわち第１のピクセルトランジスタと第２のピクセルトランジスタを有し、各々のトランジスタがソース、ドレイン、そしてゲートを持ち、
    ここで、前記第１のピクセルトランジスタのドレインあるいはソースの一方は、前記データ・ラインに接続され、他方は前記第２のピクセルトランジスタのゲートに接続され、前記第２のピクセルトランジスタのドレインあるいはソースの一方は、前記発光ダイオードに接続され、そして、第１のピクセルトランジスタのゲートは選択ラインに接続され、１つのピクセルは前記選択ラインが前記アドレスされたピクセル内の前記第１のピクセルトランジスタが起動する電圧に維持される時にアドレスされ、
    複数のピクセルの外部の回路であって、所要の電流値が前記第２のピクセルトランジスタによって前記ピクセルへ接続される前記電流ラインから引き出されるように設定されるように、前記ピクセルへ接続される前記データ・ラインの電圧値を調整することにより、アドレスされたピクセル内の前記第２のピクセルトランジスが前記ピクセルへ接続される電流ラインから引き出す電流値を動的に制御するよう構成された回路と、
    ここで、前記所要の各ピクセル電流が他のピクセル電流値に対して独立な外部データ信号により設定され、
    を含み、
    前記複数のピクセルの外部の回路は、前記選択ラインが前記アドレスされたピクセル内の前記第１のピクセルトランジスタを起動する電圧値に保持される期間と等しいかそれより短い時間の中で前記アドレスされたピクセル内の前記第２のピクセルトランジスタが引き出す前記電流の所要の値を設定し、
    これにより、前記複数のピクセルの外部の回路は、アドレスされたピクセルの前記駆動トランジスタにより引き出される電流の所要の値を動的に制御し設定するために、他のピクセルの外部データ信号値を記憶しあるいは処理せず、
    前記複数のピクセルの外部の回路は、前記電流ラインから前記アドレスされたピクセルの前記第２のピクセルトランジスタにより引き出される電流値を設定し、一方、前記電流ラインは同時に同一の電流ラインに接続されたほかの点灯しているピクセルに電流を供給することを特徴とする
    前記ディスプレイ。

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