JP2008530599A - 電流プログラム方式である有機発光ダイオードディスプレイ用の駆動回路 - Google Patents

Abstract

関連付けられた寄生容量を有する負荷用の負荷駆動回路を提供する。負荷は、電流プログラム方式のものである。駆動回路は、負荷を制御する電圧を有するデータ線と、データ線の電圧を監視するローパスフィルタを含むフィードバックループと、データ線に電流を供給する電流源とを含み、電流源は、信号線と、ローパスフィルタからの出力とにより制御される。

Description

本発明は、寄生容量を有する電流線を駆動する方法と装置に関する。本発明は、特に電流プログラム方式の有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイを駆動する方法と装置に関する。

フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）技術の成熟にともない、より大型でより低コストのラップトップモニタ、携帯電話や他の携帯装置に使用される面積が小さく低電力のパネル、家庭用テレビに使用されるハイビジョンテレビや大型画面、航空機の「グラスコックピット」に使用される信頼性が高く、昼光下でも読み取り可能なディスプレイなどが提供されている。

有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）などの新技術により、より品質の高い自発光型フラットディスプレイの実現が約束され、バックライトの省略が可能になった。ＬＣＤと比べて、ＯＬＥＤは、薄型を可能にし、最適な視野角、および、より早い応答速度を提供することができる。このように、ＯＬＥＤ固有の特徴により、ＬＣＤと比べて、視覚的にも、形状的にも有利な要因がもたらされる。

図１に、アクティブマトリクス有機発光ダイオード（ＡＭＯＬＥＤ）の一般的な配列構造を示す。ディスプレイ１００は、行方向と列方向に配列された画素配列１０２を含む。画素１０２は、選択トランジスタ１０４を介してデータ線１０６に接続されている。トランジスタ１０４は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）である。データ線１０６は、電流源１０８によって駆動される。データ線１０６に接続されたトランジスタ１０４のオーバーラップ容量とデータ線１０６自体の配線容量により、高い寄生容量が生じる。

任意の画素１０２における基本的なＯＬＥＤの構造では、透明陽極と金属陰極の間に薄い有機層が含まれる。有機層には、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、および電子輸送層が含まれる。この構造に適切な電圧が印加されると、注入された正および負の電荷は発光層において結合し、光を発生させる。このように、ＯＬＥＤは自発光型ディスプレイであるので、ＬＣＤのようにバックライトを必要としない。さらに電荷結合プロセスは、ほとんど遅延を生じさせないので、早い応答時間を提供できる。

ＯＬＥＤディスプレイは、電流制御方式のディスプレイ装置である。一方、ＬＣＤは、電圧制御方式である。ＯＬＥＤは、電流プログラム方式により、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）またはＯＬＥＤ自体を含むほかの構成要素の特性から電流を独立させ、電圧（Ｖｔ）変化、空間的不整合、およびＯＬＥＤの劣化を補正する。しかしながら、配線および配線に接続されたトランジスタにより生じる寄生容量は、安定時間を長くさせる。安定時間は、初期線間電圧と駆動ＴＦＴの閾値電圧の関数である。安定時間は、プリチャージにより部分的には改善できるが、この改善は、中型や大型のディスプレイには十分ではない。

図２に、駆動トランジスタと駆動トランジスタが接続されるデータ線の寄生容量を概略的に示す。図２では、特にプログラムサイクル中における、電流源２０３およびトランジスタ２０４を含む、電流プログラム方式の画素２０２の等価回路を概略的に示す。容量Ｃ_Ｐ２１０および抵抗Ｒ_ｐ２０８は、寄生構成要素であり、一方、容量Ｃ_Ｓ２０６は、蓄積コンデンサの容量である。Ｃ_Ｓ２０６＜＜Ｃ_Ｐ２１０であり、かつ、Ｒ_Ｐ２０８が小さい場合、図２に示す回路のタイミング定数、つまり安定時間は、以下のようになる。

ここでβは、Ｉ_ｄｓ＝β（Ｖ_ｇｓ−Ｖ_ｔｈ）^２で示されるトランジスタ２０４の電流電圧（Ｉ−Ｖ）特性の係数である。Ｉ_ｄｓはドレイン‐ソース間電流、Ｖ_ｇｓはゲート‐ソース間電圧、Ｖ_ｔｈは閾値電圧を示す。

容量Ｃ_Ｐ２１０が４０ｐｆ程度の大きな容量であり、かつ、アモルファスシリコン（ａ‐Ｓｉ）により形成されたトランジスタ２０４においてβが小さい場合、τは、ミリ秒単位程度である。しかしながら、プログラムサイクルにおけるタイミングバジェットは、大型ディスプレイでは１００μｓ以下である。ＯＬＥＤの効率は改善されているので、最大輝度を得るために必要とされる電流は非常に小さいため、電流の関数であるτも格段に増大する。

このように、電流プログラム方式の画素の安定時間は寄生容量によって長くなり、プログラムサイクルのタイミングバジェットを制限することになる。これにより、完全に安定せず、重大なエラーを生じることにもなる。このようなエラーを回避するために、ＯＬＥＤディスプレイに適した、電流プログラム方式画素の駆動における単純かつ迅速な解決策が必要とされている。

リブシュ（Ｌｉｂｓｃｈ）らによる米国特許公開公報第２００４００９５２９７号は、プログラム電流を電流センサによって制御するプログラム方法を記述している。図３に、上記リブシュらによる公報の図１に示された回路の概略図を示す。プログラムサイクル中は、電流センサ３０２は、抵抗Ｒ３０４とフィードバック３０８の間の電圧を監視する。電流センサ３０２は、プログラミング電流を制御する。画素が安定すると、抵抗Ｒ３０４とＯＬＥＤ３０６の間を流れる電流は、所望の電流となる。フィードバック３０８の使用により、この駆動方法では安定時間が早い。しかしながらこの回路では、抵抗Ｒ３０４により消費電力が高いという欠点がある。また、この回路では、低電流も正確に検知する必要があるため、抵抗Ｒ３０４は、かなり大型となるため、抵抗Ｒ３０４の消費電力は高くなる。さらに、この回路には、不整合という別の欠点もある。空間的な不整合により抵抗Ｒ３０４の値が変わり、ディスプレイが不均一となる。また、回路には付加的フィードバック３０８もある。

ブー（Ｂｕ）による米国特許第６，４３３，４８８号明細書は、フィードバックループ内に電流比較器を実装するＯＬＥＤ駆動回路を開示している。図４に、上記ブーによる明細書の図２に示される回路の概略を示す。プログラムサイクル中は、走査信号（ＳＣＡＮ）は高いので、トランジスタＴ２ ４０２はオフ、トランジスタＴ４ ４０４はオンとなる。このため電流は、トランジスタＴ３ ４０６、ＯＬＥＤ４０８、およびトランジスタＴ１ ４１０を流れる。電流比較器４１２は、フィードバック線４１６を介する画素電流と基準電流４１８の比較に基づき基準電圧４１４を確定する。画素が安定した後は、画素電流４１６は、基準電流４１８と一致する。この回路は、フィードバックを使用するので、画素の安定時間が早い。しかしながら、駆動サイクル中の電流経路内に２つのトランジスタ（Ｔ１ ４１０およびＴ２ ４０２）があるため、この回路の消費電力は高い。また、この方法では、４つのトランジスタと付加的フィードバック線４１６を使用する。

このため、周知の回路における高い消費電力を必要とせず、電流駆動回路の安定時間を改善する回路が必要である。

米国特許公開公報第２００４００９５２９７号 米国特許第６，４３３，４８８号明細書

本発明は、ＯＬＥＤ画素を駆動する回路に関する。本発明は、特に、安定時間を改善し、大型ディスプレイでの電流プログラム方式画素回路の使用を可能にする回路に関する。

本発明の目的は、従来技術における時間に対する反応性を改善するように、回路の少なくとも１つの欠点を排除する、または、軽減することである。

本発明の１つの態様では、関連付けられた寄生容量を有し、電流プログラム方式である負荷用の負荷駆動回路を提供する。駆動回路は、負荷を制御する電圧を有するデータ線と、データ線の電圧を監視するローパスフィルタと、データ線に電流を供給する電流源とを含み、電流源は信号線とローパスフィルタからの出力とによって制御される。

本発明の他の態様では、寄生容量を有し、電流プログラム方式である発光ダイオード用の駆動回路を提供する。駆動回路は、発光ダイオードを制御するデータ線と、データ線の電圧を監視するローパスフィルタと、データ線に電流を供給する電流源とを含み、電流源は信号線とローパスフィルタからの出力とによって制御される。

本発明のさらに他の態様では、寄生容量を有し、電流プログラム方式である発光ダイオード用の駆動回路を提供する。駆動回路は、発光ダイオードを制御するデータ線と、フィードバックループであって、アナログ‐デジタル変換器と、フィードバックループにローパスフィルタ機能を与えるアルゴリズムを実行する制御器とを含むフィードバックループと、データ線に電流を供給する電流源とを含み、電流源は、制御器から入力を受けるデジタル‐アナログ変換器からの入力を受ける。

本発明のさらに他の態様では、ディスプレイに使用される発光ダイオードを駆動する方法であって、発光ダイオードは、寄生容量を有し、電流プログラム方式である方法を提供する。この方法は、電流源から供給される電流を発光ダイオードに供給するステップと、ローパスフィルタを含む発光ダイオードに電流を供給するデータ線の電圧を監視するステップと、電圧とデータ線の信号を複合し入力を形成して、入力を電流源に供給するステップとを含む。

この発明の開示は、必ずしも本発明のすべての特徴を示すものではない。

本発明の上記およびその他の特徴を図面を参照しながら以下に説明し、より明白にする。

図２に関する説明において要点を示したとおり、寄生容量が原因で、電流の安定時間は許容されたよりも長くなる。本発明の実施形態では電流源へ正のフィードバックを供給するフィードバック回路の使用が考察されている。このフィードバックにより、電流の安定時間は改善され、電流駆動方式のディスプレイに必要な応答時間を確保することができる。

図５に、本発明の一実施形態に係る基本的なフィードバック回路を示す。ディスプレイ駆動回路５０２は、発光画素５０３を駆動する。駆動回路５０２は、電圧制御電流源（ＶＣＣＳ）５０６とフィードバックループとを含む。フィードバックループ内には、フィルタ５０４と電圧加算器５１２とが含まれる。電流源５０６は、Ｖ_ＤＡＴＡ５０８と、フィルタ５０４の出力とによって制御され、データ線５１０の電圧を監視する。電流源５０６と、フィルタ５０４と、電圧加算器５１２はディスプレイ駆動部５０２の一部であって、ディスプレイ駆動部５０２は、ＣＭＯＳ技術によって別のチップとして実装することも、または、ディスプレイのＴＦＴ技術によってディスプレイの一部とすることもできる。

本発明の他の実施形態では、図６に示すように、微分器６０２としてフィルタを実装する。寄生容量Ｒ_Ｐ６０４が十分に小さく、かつ、ＶＣＣＳ６０６が直流電流源である場合、図６に示す回路のタイミング定数は、次の式で表すことができる。

ここで、「ｉ」は、Ｖ_ＤＡＴＡ６０８における電流を示す。Ｋは、微分器６０２の係数であって、所望の結果を得るためには寄生容量Ｃ_Ｐ６１０に近い値を選ぶ必要がある。しかしながら、ＫとＣ_Ｐとの差が妥当な範囲内であれば、安定時間に重大な影響を及ぼすことはない。

図６に示す回路は、寄生容量６１０の影響を排除することができるため、電流プログラム方式の画素６１２に対する高速プログラムとして使用することができる。この回路は、電流プログラム方式の画素の機能を示す一般的な回路図である。図６の回路がいかなる電流プログラム方式の画素回路にも使用できることは、当業者には明白であろう。

図７に、現在のところ好適な実施形態に係るフィルタ回路を示す。この実施形態では、ディスプレイ駆動回路７０２は、バンドパス（ＢＰ）フィルタ７０４をフィードバック機能として使用する。駆動回路７０２は、画素７０３を駆動し、正のフィードバックを使用して、寄生容量Ｃ_Ｐ７０６の影響を管理する。プログラムサイクルの最初には、配線７０８の電圧は急激に変化するので、ＶＣＣＳ７１０は電流線７０８により多くの電流を供給する。電流線７０８の電圧が安定すると、電流源７１０により供給される電流はプログラム電流となる。また、バンドパスフィルタ７０４は、電流線７０８の高周波ノイズを軽減する。この軽減がなければ、このノイズにより電流源７１０の出力電流は影響を受けることになる。

図８ａに、ディスプレイ駆動回路７０２に使用されるバンドパスフィルタの詳細をさらに示す。約１００μｍの画素ピッチ内に収まるように、単純なフィルタ回路が使用されている。図８ａのバンドパスフィルタは、大まかに８０３で示され、単極ローパスバターワースフィルタおよび微分器として実装される。図８ａの回路において、駆動部は第２世代電流コンベア（ＣＣＩＩ）を使用して実現される。Ｚ端子８０８は、Ｙ端子８０６に直接接続される。このため、ノードＸ８０４の電圧は、Ｙ端子８０６とＸ端子８０４の間のフィードバックによって、Ｚ端子８０８の電圧に従う。また、容量Ｃ_ＬＰ８１０は、ローパスフィルタとして機能し、高周波ノイズを軽減する。一方、容量Ｃ_Ｆ８１２は、配線の電圧に相当するＸ端子８０４における電圧を微分し、電流に変換する。電流ミラーは、この電流を複製し、プログラム電流に加算する。

図８ｂに、デジタル実装によるローパスフィルタの他の実装を示す。図８ｂでは、駆動回路８１９は、画素８２５を駆動する。配線８２０の電圧は、アナログ‐デジタル変換器（ＡＤＣ）８２２によって変換される。制御器８２４ブロックは、アルゴリズムを実行し、電流源８２６の電流をデジタル‐アナログ変換器（ＤＡＣ）８２８によって変更する。制御器８２４が実行するアルゴリズムの重要な側面は、電流サンプルＶ［ｎ］と前のサンプル［ｎ−１］の差を算出することである。この差を考慮することによってアルゴリズムは、電流源８２６から供給される電流を調節し、プログラミングを高速化できる。

図８ａの回路に関する安定時間の解析を図９に示す。新規電流源の特性の調査には、ＭＡＴＬＡＢ^ＴＭモデルが使用されている。解析を単純化するため、ＬＰフィルタのカットオフ周波数は高いものとする。Ｔ１オーバードライブ電圧は、以下の式に表すことができる。

ここで、ＶはＴ１のオーバードライブ電圧、Ｃ_Ｆは微分器のゲインを示す。ＣＦは寄生容量を補償できることは明白である。

図９において、ＬＰフィルタを実装する電流源７０２の安定時間は、４０μｓ以下である。これに対し、従来の場合では４００μｓであるので、電流はフィードバックなしで電流源から供給される。さらに、ローパスフィルタのカットオフ周波数を上げることにより、電流線のノイズに対して駆動部はより敏感になることも明白である。しかしながら、カットオフ周波数を増加させることにより、速度は増す。

図１０ａに、微分器またはハイパスフィルタを使用する場合における、プログラミングサイクル中の時間に対する画素電流をグラフに示す。配線ノイズは、微分器を通して電流に戻される。これにより、ノイズは増幅される。さらに、微分器は高周波信号に非常に敏感なため、駆動部を不安定にさせる。このグラフから明らかなように、配線ノイズは増幅され、信号を破壊する。図１０ｂに、ローパスフィルタを使用する場合におけるプログラミングサイクル中の時間に対する画素電流をグラフに示す。図１０ｂと図１０ａを比べると、ノイズの軽減は明らかである。

以上、１つまたは複数の実施形態に関連させて、本発明を説明した。しかしながら、請求項に定義された本発明の範囲を逸脱することなく、さまざまな変更および修正が可能であることは、当業者には明白であろう。

従来技術における画素配列の概略図である。 従来技術における、ＯＬＥＤディスプレイを基礎とする画素に関連付けられた寄生性を示す概略図である。 従来技術における画素プログラム回路の概略図である。 従来技術における他の画素プログラム回路の概略図である。 本発明の一実施形態に係るフィードバック回路を含むディスプレイ駆動回路の概略図である。 本発明の他の実施形態に係るフィードバック回路を含むディスプレイ駆動回路の概略図である。 本発明のさらに他の実施形態に係るバンドパスフィルタを含むディスプレイ駆動回路の概略図である。 本発明のさらに他の実施形態に係るバンドパスフィルタの概略図である。 本発明のさらに他の実施形態に係るバンドパスフィルタの概略図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る安定時間の変化を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係るハイパスフィルタを使用する場合に算出されるノイズを示すグラフである。 本発明の一実施形態に係るローパスフィルタを使用する場合に算出されるノイズを示すグラフである。

Claims (17)

1. 関連付けられた寄生容量を有する負荷用の、電流プログラム方式の負荷駆動回路であって、前記駆動回路は、
   前記負荷を制御する電圧を有するデータ線と、
   ローパスフィルタを有し、前記データ線の電圧を監視するフィードバックループと、
   前記データ線に電流を供給する電流源と、
   を有し、
   前記電流源は、信号線と前記ローパスフィルタからの出力とによって制御されることを特徴とする駆動回路。
2. 前記ローパスフィルタは、バターワースフィルタと呼ばれるフィルタと、微分器とを有することを特徴とする、請求項１に記載の負荷駆動回路。
3. 前記電流源は、電圧制御電流源（ＶＣＣＳ）であることを特徴とする、請求項１に記載の負荷駆動回路。
4. 寄生容量を有し、電流プログラムされた発光ダイオード用の駆動回路であって、前記駆動回路は、
   前記発光ダイオードを制御するデータ線と、
   前記データ線の電圧を監視するローパスフィルタと、
   前記データ線に電流を供給する電流源と、
   を有し、
   前記電流源は、信号線と前記ローパスフィルタからの出力とによって制御されることを特徴とする駆動回路。
5. 前記ローパスフィルタは、バターワースフィルタと呼ばれるフィルタと、微分器とを有することを特徴とする、請求項４に記載の駆動回路。
6. 前記電流源は、電圧制御電流源（ＶＣＣＳ）であることを特徴とする、請求項４に記載の駆動回路。
7. 前記発光ダイオードは、有機発光ダイオードであることを特徴とする、請求項４に記載の駆動回路。
8. 前記発光ダイオードの照度は、前記データ線により供給される電流に対応することを特徴とする、請求項４に記載の駆動回路。
9. 前記発光ダイオードは、薄膜トランジスタによって制御されることを特徴とする、請求項４に記載の駆動回路。
10. 寄生容量を有し、電流プログラムされた発光ダイオード用の駆動回路であって、前記駆動回路は、
    前記発光ダイオードを制御するデータ線と、
    フィードバックループであって、アナログ‐デジタル変換器と、前記フィードバックループに対しローパスフィルタの機能を与えるアルゴリズムを実行する制御器とを含むフィードバックループと、
    前記データ線に電流を供給する電流源と、
    を有し、
    前記電流源は、前記制御器から入力を受けるディジタル‐アナログ変換器からの入力を受けることを特徴とする駆動回路。
11. 前記電流源は、電圧制御電流源（ＶＣＣＳ）であることを特徴とする、請求項１０に記載の駆動回路。
12. 前記発光ダイオードは、有機発光ダイオードであることを特徴とする、請求項１０に記載の駆動回路。
13. 画素配列を有するディスプレイであって、前記各画素は有機発光ダイオードを含み、前記ダイオードは請求項４に記載の駆動回路によって駆動されるディスプレイ。
14. 画素配列を有するディスプレイであって、前記各画素は有機発光ダイオードを含み、前記ダイオードは請求項１０に記載の駆動回路によって駆動されるディスプレイ。
15. ディプレイにおける発光ダイオードを駆動する方法であって、前記発光ダイオードは、寄生容量を有し、電流プログラムされるダイオードであって、前記方法は、
    前記発光ダイオードに電流を供給するステップであって、前記電流は電流源から供給されるステップと、
    ローパスフィルタを含む前記発光ダイオードに前記電流を供給するデータ線の電圧を監視するステップと、
    入力を形成するように、前記電圧とデータ線信号を混合するステップと、
    前記電流源に前記入力を供給するステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
16. 前記電流源は、電圧制御電流源（ＶＣＣＳ）であることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
17. 前記発光ダイオードは、有機発光ダイオードであることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。

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