(57)【要約】  ドライブトランジスタに接続された有機発光デバイスをそれぞれ有する画素のマトリクスを備えたＡＭＯＬＥＤディスプレイ向けに、消費エネルギ節減回路及び方法を提案する。発光デバイスの輝度を、ドライブトランジスタのゲートに印加されるプログラミング電圧で制御する。ドライブトランジスタに供給される電源電圧を、対応する画素の所要輝度に基づき様々な値に調節する。ドライブトランジスタが飽和モードで動作するため、最高の輝度が求められるとき等に、電源電圧を抑えつつ同等の輝度を保つことができる。
2013513132.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流バイアス及び電圧プログラミングを受けディスプレイ内の対応する画素を駆動する回路であって、
電源電圧を供給する可変電源電圧源と、
流れる電流に応じた輝度で発光する有機発光デバイスと、
ドレインが上記可変電源電圧源、ソースが上記有機発光デバイスに接続されており、プログラミング電圧入力端を介したゲート制御に従い有機発光デバイス内電流を変化させるドライブトランジスタと、
を備え、上記可変電源電圧源が、上記プログラミング電圧入力端を介し要請される有機発光デバイス輝度に従い上記電源電圧の値を調節する回路。
【請求項２】
請求項１記載の回路であって、上記可変電源電圧源が、互いに異なる輝度に対応する四通り以上の値に亘り上記電源電圧を調整可能な電源である回路。
【請求項３】
請求項１記載の回路であって、上記有機発光デバイス輝度が、対応する画素上に表示される画像構成部分に係る画像データに基づき特定された値である回路。
【請求項４】
請求項１記載の回路であって、上記有機発光デバイス輝度が、当該有機発光デバイスで消費される電流に基づき特定された値である回路。
【請求項５】
請求項１記載の回路であって、対応する画素を含む画素群で形成されるディスプレイの輝度に基づき上記電源電圧を調節する回路。
【請求項６】
請求項１記載の回路であって、
上記ドライブトランジスタのゲート・ソース間に接続されたソースキャパシタと、
上記ドライブトランジスタのゲートと上記プログラミング電圧入力端との間に接続されたセレクトトランジスタと、
上記プログラミング電圧入力端を介し印加されるプログラミング電圧の近傍まで上記ソースキャパシタが充電されるよう上記セレクトトランジスタのゲートに接続されたセレクト信号入力端と、
制御信号入力端に接続されているものを含め対をなすよう、上記ドライブトランジスタのゲート・ソース間に接続されており、当該ドライブトランジスタをバイアスして電圧降下及びクロストークを補償するバイアストランジスタと、
を備える回路。
【請求項７】
可変電源電圧源と、
上記可変電源電圧源に接続された複数個の画素と、
各画素内に設けられた有機発光デバイスと、
ソースが上記有機発光デバイス、ドレインが上記可変電源電圧源に接続された画素毎のドライブトランジスタと、
上記ドライブトランジスタのゲートに接続されており、複数個ある画素それぞれの所要輝度を示すプログラミング電圧をもたらす都合複数個のプログラミング電圧入力端と、
上記ドライブトランジスタそれぞれに供給される電源電圧の値を調節すべく上記可変電源電圧源に接続されており、上記プログラミング電圧で示される上記所要輝度が所定値であるとき当該電源電圧の値を低下させる電源電圧ドライバと、
を備える能動マトリクス有機発光デバイスディスプレイ。
【請求項８】
請求項７記載の能動マトリクス有機発光デバイスディスプレイであって、上記複数個の画素が画素ローを形成する能動マトリクス有機発光デバイスディスプレイ。
【請求項９】
請求項７記載の能動マトリクス有機発光デバイスディスプレイであって、上記複数個の画素が画素カラムを形成する能動マトリクス有機発光デバイスディスプレイ。
【請求項１０】
請求項７記載の能動マトリクス有機発光デバイスディスプレイであって、上記電源電圧を四通り以上の値に亘り調節可能な能動マトリクス有機発光デバイスディスプレイ。
【請求項１１】
請求項７記載の能動マトリクス有機発光デバイスディスプレイであって、上記所要輝度が上記複数個の画素での消費電流に基づき特定される能動マトリクス有機発光デバイスディスプレイ。
【請求項１２】
請求項７記載の能動マトリクス有機発光デバイスディスプレイであって、上記所要輝度がその輝度を上記画素で発生させるのに必要な電流に基づき特定される能動マトリクス有機発光デバイスディスプレイ。
【請求項１３】
ドライブトランジスタ及び有機発光デバイスを有する画素複数個を備えるＡＭＯＬＥＤディスプレイでのエネルギ節減方法であって、
上記有機発光デバイスの所要輝度を特定するステップと、
上記ドライブトランジスタの電源電圧を上記所要輝度に従い低下させるステップと、
を有するエネルギ節減方法。
【請求項１４】
請求項１３記載のエネルギ節減方法であって、上記有機発光デバイスに供給される電流に基づき上記所要輝度を特定するエネルギ節減方法。
【請求項１５】
請求項１３記載のエネルギ節減方法であって、上記ディスプレイに供給されるビデオデータに基づき上記所要輝度を特定するエネルギ節減方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願明細書は著作権保護の対象物である。米国特許商標庁所管の包袋乃至レコードに保存されている限り、如何なるものも著作権者の同意無しに本願明細書を模写複製してかまわないが、それ以外の点ではあらゆる著作権を保留するものとする。
【０００２】
本発明は能動マトリクス有機発光デバイス（ＡＭＯＬＥＤ）ディスプレイ、特にその種のディスプレイを高輝度条件下で使用する際の電力消費節減に関する。
【背景技術】
【０００３】
従来から種々のＡＭＯＬＥＤディスプレイが提案されている。その長所は、消費電力が少なく、製造しやすく且つリフレッシュレートが高いことである。特に、バックライトが必要な在来の液晶表示（ＬＣＤ）ディスプレイと違い、ＡＭＯＬＥＤディスプレイでは画素内にある幾つかの有機発光デバイス（ＯＬＥＤ）が個別に発光するため、各画素の消費電力がその発光強度で定まる。一般に、画素内にはＯＬＥＤと薄膜（ＴＦＴ）型のドライブトランジスタがあり、ゲートへの印加電圧（プログラミング電圧）にほぼ比例する電流がドライブトランジスタを介しＯＬＥＤに流れるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７／０００８２９７号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００６／００３８７５８号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００６／００１２３１１号明細書
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ahnood et al.: “Effect of threshold voltage instability on field effect mobility in thin film transistors deduced from constant current measurements"; dated August 2009
【非特許文献２】Alexander et al.: “Pixel circuits and drive schemes for glass and elastic AMOLED displays"; dated July 2005 (9 pages)
【非特許文献３】Alexander et al.: “Unique Electrical Measurement Technology for Compensation, Inspection, and Process Diagnostics of AMOLED HDTV"; dated May 2010 (4 pages)
【非特許文献４】Arokia Nathan et al., "Amorphous Silicon Thin Film Transistor Circuit Integration for Organic LED Displays on Glass and Plastic", IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. 39, No. 9, September 2004, pp. 1477-1486.
【非特許文献５】Ashtiani et al.: “AMOLED Pixel Circuit With Electronic Compensation of Luminance Degradation"; dated March 2007 (4 pages)
【非特許文献６】Chaji et al.: “A Current-Mode Comparator for Digital Calibration of Amorphous Silicon AMOLED Displays"; dated July 2008 (5 pages)
【非特許文献７】Chaji et al.: “A fast settling current driver based on the CCII for AMOLED displays"; dated December 2009 (6 pages)
【非特許文献８】Chaji et al.: “A Low-Cost Stable Amorphous Silicon AMOLED Display with Full V~T- and V~O~L~E~D Shift Compensation"; dated May 2007 (4 pages)
【非特許文献９】Chaji et al.: “A low-power driving scheme for a-Si:H active-matrix organic light-emitting diode displays"; dated June 2005 (4 pages)
【非特許文献１０】Chaji et al.: “A low-power high-performance digital circuit for deep submicron technologies"; dated June 2005 (4 pages)
【非特許文献１１】Chaji et al.: “A novel a-Si:H AMOLED pixel circuit based on short-term stress stability of a-Si:H TFTs"; dated October 2005 (3 pages)
【非特許文献１２】Chaji et al.: “A Novel Driving Scheme and Pixel Circuit for AMOLED Displays"; dated June 2006 (4 pages)
【非特許文献１３】Chaji et al.: “A novel driving scheme for high-resolution large-area a-Si:H AMOLED displays"; dated August 2005 (4 pages)
【非特許文献１４】Chaji et al.: “A Stable Voltage-Programmed Pixel Circuit for a-Si:H AMOLED Displays"; dated December 2006 (12 pages)
【非特許文献１５】Chaji et al.: “A Sub-μA fast-settling current-programmed pixel circuit for AMOLED displays"; dated September 2007
【非特許文献１６】Chaji et al.: “An Enhanced and Simplified Optical Feedback Pixel Circuit for AMOLED Displays"; dated October 2006
【非特許文献１７】Chaji et al.: “Compensation technique for DC and transient instability of thin film transistor circuits for large-area devices"; dated August 2008
【非特許文献１８】Chaji et al.: “Driving scheme for stable operation of 2-TFT a-Si AMOLED pixel"; dated April 2005 (2 pages)
【非特許文献１９】Chaji et al.: “Dynamic-effect compensating technique for stable a-Si:H AMOLED displays"; dated August 2005 (4 pages)
【非特許文献２０】Chaji et al.: “Electrical Compensation of OLED Luminance Degradation"; dated December 2007 (3 pages)
【非特許文献２１】Chaji et al.: “eUTDSP: a design study of a new VLIW-based DSP architecture"; dated May 2003 (4 pages)
【非特許文献２２】Chaji et al.: “Fast and Offset-Leakage Insensitive Current-Mode Line Driver for Active Matrix Displays and Sensors"; dated February 2009 (8 pages)
【非特許文献２３】Chaji et al.: “High Speed Low Power Adder Design With A New Logic Style: Pseudo Dynamic Logic (SDL)"; dated October 2001 (4 pages)
【非特許文献２４】Chaji et al.: “High-precision, fast current source for large-area current-programmed a-Si flat panels"; dated September 2006 (4 pages)
【非特許文献２５】Chaji et al.: “Low-Cost AMOLED Television with IGNIS Compensating Technology"; dated May 2008 (4 pages)
【非特許文献２６】Chaji et al.: “Low-Cost Stable a-Si:H AMOLED Display for Portable Applications"; dated June 2006 (4 pages)
【非特許文献２７】Chaji et al.: “Low-Power Low-Cost Voltage-Programmed a-Si:H AMOLED Display"; dated June 2008 (5 pages)
【非特許文献２８】Chaji et al.: “Merged phototransistor pixel with enhanced near infrared response and flicker noise reduction for biomolecular imaging"; dated November 2008 (3 pages)
【非特許文献２９】Chaji et al.: “Parallel Addressing Scheme for Voltage-Programmed Active-Matrix OLED Displays"; dated May 2007 (6 pages)
【非特許文献３０】Chaji et al.: “Pseudo dynamic logic (SDL): a high-speed and low-power dynamic logic family"; dated 2002 (4 pages)
【非特許文献３１】Chaji et al.: “Stable a-Si:H circuits based on short-term stress stability of amorphous silicon thin film transistors"; dated May 2006 (4 pages)
【非特許文献３２】Chaji et al.: “Stable Pixel Circuit for Small-Area High- Resolution a-Si:H AMOLED Displays"; dated October 2008 (6 pages)
【非特許文献３３】Chaji et al.: “Stable RGBW AMOLED display with OLED degradation compensation using electrical feedback"; dated February 2010 (2 pages)
【非特許文献３４】Chaji et al.: “Thin-Film Transistor Integration for Biomedical Imaging and AMOLED Displays"; dated 2008 (177 pages)
【非特許文献３５】Jafarabadiashtiani et al.: “A New Driving Method for a-Si AMOLED Displays Based on Voltage Feedback"; dated 2005 (4 pages)
【非特許文献３６】Joon-Chul GOH et al., "A New a-Si:H Thin-Film Transistor Pixel Circuit for Active-Matrix Organic Light-Emitting Diodes", IEEE Electron Device Letters, Vol, 24, No. 9, September 2003, pp. 583-585
【非特許文献３７】Lee et al.: “Ambipolar Thin-Film Transistors Fabricated by PECVD Nanocrystalline Silicon"; dated 2006 (6 pages)
【非特許文献３８】Ma E Y et al.: "organic light emitting diode/thin film transistor integration for foldable displays" dated September 15, 1997(4 pages).
【非特許文献３９】Matsueda y et al.: “35.1: 2.5-in. AMOLED with Integrated 6-bit Gamma Compensated Digital Data Driver"; dated May 2004
【非特許文献４０】Nathan A. et al., "Thin Film imaging technology on glass and plastic" ICM 2000, proceedings of the 12 international conference on microelectronics, dated October 31, 2001 (4 pages).
【非特許文献４１】Nathan et al.: “Backplane Requirements for Active Matrix Organic Light Emitting Diode Displays"; dated 2006 (16 pages)
【非特許文献４２】Nathan et al.: “Call for papers second international workshop on compact thin-film transistor (TFT) modeling for circuit simulation"; dated September 2009 (1 page)
【非特許文献４３】Nathan et al.: “Driving schemes for a-Si and LTPS AMOLED displays"; dated December 2005 (11 pages)
【非特許文献４４】Nathan et al.: “Invited Paper: a -Si for AMOLED - Meeting the Performance and Cost Demands of Display Applications (Cell Phone to HDTV)"; dated 2006 (4 pages)
【非特許文献４５】Philipp: "Charge transfer sensing" SENSOR REVIEW, vol. 19, no. 2, 31 December 1999 (1999-12-31), 10 pages
【非特許文献４６】Rafati et al.: “Comparison of a 17 b multiplier in Dual-rail domino and in Dual-rail D L (D L) logic styles"; dated 2002 (4 pages)
【非特許文献４７】Safavaian et al.: “Three-TFT image sensor for real-time digital X-ray imaging"; dated 02.02.2006 (2 pages)
【非特許文献４８】Safavian et al.: “3-TFT active pixel sensor with correlated double sampling readout circuit for real-time medical x-ray imaging"; dated June 2006 (4 pages)
【非特許文献４９】Safavian et al.: “A novel current scaling active pixel sensor with correlated double sampling readout circuit for real time medical x-ray imaging"; dated May 2007 (7 pages)
【非特許文献５０】Safavian et al.: “A novel hybrid active-passive pixel with correlated double sampling CMOS readout circuit for medical x-ray imaging"; dated May 2008 (4 pages)
【非特許文献５１】Safavian et al.: “Self-compensated a-Si:H detector with current-mode readout circuit for digital X-ray fluoroscopy"; dated August 2005 (4 pages)
【非特許文献５２】Safavian et al.: “TFT active image sensor with current-mode readout circuit for digital x-ray fluoroscopy [5969D-82]"; dated September 2005 (9 pages)
【非特許文献５３】Stewart M. et al., "polysilicon TFT technology for active matrix oled displays" IEEE transactions on electron devices, vol. 48, No. 5, dated May 2001 (7 pages).
【非特許文献５４】Vygranenko et al.: “Stability of indium-oxide thin-film transistors by reactive ion beam assisted deposition"; dated 2009
【非特許文献５５】Wang et al.: “Indium oxides by reactive ion beam assisted evaporation: From material study to device application"; dated March 2009 (6 pages)
【非特許文献５６】Yi He et al., "Current-Source a-Si:H Thin Film Transistor Circuit for Active-Matrix Organic Light-Emitting Displays", IEEE Electron Device Letters, Vol. 21, No. 12, December, 2000, pp. 590-592.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ただ、こうして電流を使用すると、従来からアモルファスシリコンで形成されることが多く特性が変化しがちなドライバトランジスタに、その画素の性能が依存することとなる。例えば、アモルファスシリコン製トランジスタを長期間使用するとそのしきい値電圧がシフトし、データと印加されるプログラミング電圧との関係がそのシフトに伴いずれていくことになる。
【０００７】
また、ＡＭＯＬＥＤディスプレイの平均消費電力が周知の如く低いとはいえ、ピーク輝度での消費電力は、能動マトリクスＬＣＤ（ＡＭＬＣＤ）ディスプレイに比べなお高めである。このことは、高輝度略白色背景表示を伴う電子メール、ウェブサーフィン、電子書籍等にＡＭＯＬＥＤディスプレイがあまり適さない理由の一つとなっている。ＡＭＯＬＥＤディスプレイで消費される電力には、ＴＦＴ型ドライブトランジスタによるもののほかＯＬＥＤ自体によるものがあるため、高効率ＯＬＥＤを開発してディスプレイ消費電力を節減する試みが続けられてはいる。しかし、ＯＬＥＤディスプレイの高輝度条件下消費電力は、いまのところＡＭＬＣＤディスプレイに劣っている。従って、電力節減を進めるにはＴＦＴ型ドライブトランジスタに新機軸を導入する必要がある。即ち、高輝度条件下での消費電力増大に抗しうる消費電力節減方法を実現する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
まず、本発明は、電流バイアス及び電圧プログラミングを受けディスプレイ内の対応する画素を駆動する回路、なる形態で実施することができる。本回路は、電源電圧を供給する可変電源電圧源と、流れる電流に応じた輝度で発光するＯＬＥＤと、ドレインが可変電源電圧源、ソースがＯＬＥＤに接続されたドライブトランジスタと、を備える。ドライブトランジスタは、プログラミング電圧入力端を介したゲート制御に従いＯＬＥＤ内電流を変化させる。可変電源電圧源は、プログラミング電圧入力端を介し要請されるＯＬＥＤ輝度に従い電源電圧の値を調節する。
【０００９】
本発明は、ＡＭＯＬＥＤディスプレイの形態でも実施することができる。本ディスプレイは、可変電源電圧源と、その可変電源電圧源に接続された複数個の画素と、各画素内に設けられたＯＬＥＤと、ソースがＯＬＥＤ、ドレインが可変電源電圧源に接続されており且つ画素毎に備わるドライブトランジスタと、そのドライブトランジスタのゲートに接続されており、複数個ある画素それぞれの所要輝度を示すプログラミング電圧をもたらす都合複数個のプログラミング電圧入力端と、ドライブトランジスタそれぞれに供給される電源電圧の値を調節すべく可変電源電圧源に接続されており、プログラミング電圧で示される所要輝度が所定値であるとき電源電圧の値を低下させる電源電圧ドライバと、を備える。
【００１０】
本発明は、ドライブトランジスタ及びＯＬＥＤを有する画素複数個を備えるＡＭＯＬＥＤディスプレイでのエネルギ節減方法、なる形態でも実施することができる。本方法は、ＯＬＥＤの所要輝度を特定するステップと、ドライブトランジスタの電源電圧をその所要輝度に従い低下させるステップと、を有する。
【００１１】
そして、本発明は、本件技術分野で習熟を積まれた方々（いわゆる当業者）が以下の詳細な説明から、また次の項に列記する別紙図面から読み取れる通り、上述したものに限らず様々な形態、様々な構成で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ＡＭＯＬＥＤディスプレイのブロック図である。
【図２】図１に示したＡＭＯＬＥＤディスプレイで使用される画素ドライバのブロック図である。
【図３】図２に示した画素ドライバに関し消費電力節減（省電力）モード毎の電圧の違いを示すグラフである。
【図４】消費電力制御と並行し電圧降下制御及びしきい値電圧シフト抑制を実行する改良型の画素ドライバを示す図である。
【図５】図４に示した画素ドライバにおける制御信号及びデータ信号のタイミング図である。
【図６】従来型のＡＭＯＬＥＤディスプレイに対する同画素ドライバでの消費電力の違いをグラフィック画像毎に示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、上掲のものを含めその長所が明らかになるよう、別紙図面を参照して本発明を詳細に説明する。本発明は様々な変形、様々な置換が可能な発明であるので、幾つかの実施形態を図中に例示しそれを詳細に説明することにする。従って、本発明が本願記載の諸実施形態に限定されるものと捉えるのは正しくない。本発明に包括される変形、均等及び置換の範囲は、別紙特許請求の範囲で規定される本発明の技術的範囲に照らし定まるものであるので、その点に留意されたい。
【００１４】
図１に、電子ディスプレイシステムの一例たるＡＭＯＬＥＤディスプレイ１００を示す。その能動マトリクス（ＡＭ）エリアは画素アレイ１０２、即ち複数個の画素１０４がロー及びカラムをなして並ぶアレイをかたちづくっている（図中ロー及びカラムが各２本なのは図示の簡略化のためである）。ＡＭエリアを取り巻くエリア１０６には周辺回路、例えばアレイ１０２を駆動・制御するものが設けられている。ゲート（アドレス）ドライバ１０８、ソース（データ）ドライバ１１０、電源電圧（例．Ｖｄｄ）ドライバ１１４及びそれらを制御するコントローラ１１２である。コントローラ１１２は、自ディスプレイ１００外のビデオ源１２０、即ちコンピュータ、携帯電話、ＰＤＡ等のビデオ出力装置から順次ビデオデータを受け取り、各画素１０４内のＯＬＥＤに対する輝度の指示即ち電圧プログラミング情報に変換する。
【００１５】
ゲートドライバ１０８は、画素１０４のアレイ１０２内に設けられたロー別セレクト（アドレス）ラインＳＥＬ［ｉ］、ＳＥＬ［ｉ＋１］等々をコントローラ１１２の制御下で駆動する。後述する画素間共有型の構成では、画素ロー複数本（例えば２本）で共有されるグローバルセレクトラインＧＳＥＬ［ｊ］及び／ＧＳＥＬ［ｊ］もその駆動の対象になりうる。ソースドライバ１１０は、画素１０４のアレイ内に設けられたカラム別電圧データラインＶdata［ｋ］、Ｖdata［ｋ＋１］等々をコントローラ１１２の制御下で駆動する。即ち、各画素１０４内のＯＬＥＤに対し輝度を指示する電圧プログラミング情報に従い、ラインＶdata［ｋ］、Ｖdata［ｋ＋１］等々にプログラミング電圧を印加する。印加されたプログラミング電圧は、行く手にある画素１０４内のストレージ素子例えばキャパシタに加わり、駆動輻射フェーズが始まりその画素１０４内のＯＬＥＤがオフになるまで保持される。そして、電源電圧ドライバ１１４は、ロー別電源電圧ラインＥＬ＿Ｖｄｄ上での電圧値をコントローラ１１２の制御下で一括制御する。電源電圧ドライバ１１４が電源電圧値をロー又はカラム単位で個別制御する形態としてもよい。後述の通り、電源電圧値はアレイ１０２内消費電力を節減すべく所要輝度に応じ調節される。
【００１６】
ご理解頂けるように、本ディスプレイ１００では、各画素１０４内のＯＬＥＤに対し輝度を指示する電圧プログラミング情報に従い、且つフレーム毎に、プログラミング電圧を発生させる必要がある。この動作は、経時的に見て、本ディスプレイ１００に備わる画素１０４それぞれに輝度相応のプログラミング電圧を印加するプログラミングフェーズと、画素１０４内ＯＬＥＤそれぞれがオンしストレージ素子から加わるプログラミング電圧相当の輝度で発光する駆動（輻射）フェーズとに大別される。この動作を実行するとそのフレームに係る静止画１枚が本ディスプレイ１００に表示され、それを多数回繰り返すと動画全体が表示される。また、この対画素プログラミング及び画素駆動には、ローバイロー、フレームバイフレーム等、幾通りかの方式がある。ローバイロー方式では、まずはあるロー、それが済んだら次のロー、といった具合にロー単位で対画素プログラミング及び画素駆動が行われる。フレームバイフレーム方式では、本ディスプレイ１００に備わるロー全てにプログラミングを施した後、まずはあるロー、それが済んだら次のロー、といった具合にロー単位で駆動が行われる。いずれの方式でも、各フレームの始期又は終期に短めの垂直輝線期間を設ける等、対画素プログラミング及び画素駆動が行われない期間を設けることができる。
【００１７】
ドライバ１０８、１１０、１１４等の画素アレイ１０２外部材はアレイ１０２周囲のエリア１０６内にあり、そのエリア１０６はアレイ１０２の形成先と同じ有形基板上にある。これに代え、アレイ１０２外部材の一部をアレイ１０２の形成先と同じ基板上、他の一部を別の基板上に設けるようにしてもよいし、アレイ１０２外部材をいずれも別の基板上に設けるようにしてもよい。それらドライバ１０８、１１０及び１１４は共にディスプレイドライバとして働く。場合によっては、電源電圧ドライバ１１４を除く残りのドライバ１０８及び１１０でディスプレイドライバを構成することも可能である。
【００１８】
そして、図１に示したＡＭＯＬＥＤディスプレイ１００では、高輝度背景表示を伴う電子メール、ウェブサーフィン等での使用に際し、背景内諸画素の発光による消費電力の増大が桎梏にならないよう対策が施されている。即ち、画素の輝度乃至グレースケールが色々と変化しても各画素内のドライブトランジスタに印加される電源電圧が変わらない従来型ＡＭＯＬＥＤディスプレイと違い、所要輝度（例えば所与ビデオデータの値）に応じドライブトランジスタへの電源供給を管理することで、当該従来型ＡＭＯＬＥＤディスプレイに比べ少ない電力で所要輝度を実現できるようにしている。
【００１９】
図２に、図１に示した画素１０４で使用される簡略な画素ドライバ２００の回路構成を示す。これは、図１に示した画素アレイ１０２に備わる画素１０４それぞれを駆動する回路であり、単体のドライブトランジスタ２０２で構成されている。トランジスタ２０２はＯＬＥＤ２０４、即ち励振電流が供給されるとその強さに応じた輝度で発光する有機発光素材製デバイスに接続されている。そのＯＬＥＤ２０４に電流を供給できるよう、トランジスタ２０２のドレインには電源電圧入力端２０６が接続されている。その電流の値を制御することができるよう、トランジスタ２０２のゲートにはプログラミング電圧入力端２０８を介し図１中のソースドライバ１１０が接続されている。なお、ここではトランジスタ２０２として水素化アモルファスシリコン製のＴＦＴを想定しているが、他種半導体素材で形成されたドライブトランジスタを本発明と併用することもできる。図示しないが、この簡略なドライバ２００にキャパシタ、トランジスタ等の回路部品を付加し、図１中のゲートドライバ１０８から来るイネーブル信号、セレクト信号その他の制御信号に従い画素１０４を作動させるようにしてもよい。そうした部品の付加で、画素１０４に対するプログラミングの高速化、プログラミング内容保持期間の複数フレーム化等を進めることもできる。
【００２０】
画素１０４の輝度を上限まで高めたいとき、例えば電子メール、ウェブサーフィン等が行われるときには、ＯＬＥＤ２０４に大電流が流れ明るく光るよう、ドライブトランジスタ２０２のゲートが飽和領域内（全開状態）で駆動される。ＯＬＥＤ２０４の所要輝度乃至グレースケールがより低いときには、トランジスタ２０２のゲート電圧を変化させるとＯＬＥＤ２０４の電流ひいては輝度が線形的に変化する線形領域内で、トランジスタ２０２のゲート電圧が制御される。これから例示する省電力モードでトランジスタ２０２関連の消費電力が節減されるのは、トランジスタ２０２の動作点がしきい値電圧超えに伴い飽和領域に入っているとき、そのしきい値電圧に対する電源電圧の超過分に差があっても電流値や輝度にはほとんど差が生じないからである。
【００２１】
図３に、使用する電源電圧値３００が異なる四種類の省電力モードを示す。それらのうち第１モードは、他のモードに比べ、画素ドライバに印加される電源電圧値３０２が高く画素１０４の輝度が高いモードである。第２モードは、電源電圧がより低値３０４で画素１０４の輝度乃至グレースケールがより低いモード、即ちゲート電圧による輝度制御の余地があるモードである。第３モードは、電源電圧が更に低値３０６で画素１０４が暗く陰るモードである。第４モードは、電源電圧が最低値３０８のモードである。なお、図中の一定値３１０は、在来型のＡＭＯＬＥＤディスプレイで画素ドライバに印加され一定に保持される電源電圧を表している。このように、ドライブトランジスタに印加される電源電圧を画素１０４の所要輝度に応じ変化させることで、値３１０の電源電圧が印加される在来型ＯＬＥＤディスプレイに比し、消費電力を約４０％節減することができる。なお、電源電圧の可変段数は任意に定めることができる。
【００２２】
その電源電圧、即ち図２中の電源電圧入力端２０６に印加される電圧の値は、図１中の電源電圧ドライバ１１４によって制御される。この制御の基礎になるのは本ディスプレイ１００での電流需要であり、更にその基礎になるのはディスプレイ電流の検知結果及びそれと比較される幾通りかのしきい値である。ディスプレイ電流とは、電源から本ディスプレイ１００に供給される電流の合計値のことである。本実施形態では、そのディスプレイ電流の検知結果をコントローラ１１２が諸しきい値と比較し、どのしきい値をディスプレイ電流が上回るかに応じドライバ１１４からの電源電圧を調節することで、消費電力を節減させる。例えば、検知されたディスプレイ電流が大きめならば、所要輝度が得られる範囲内で電源電圧を低下させる。小さめならば、その画素のグレースケールが概ね低く高輝度発光が不要な状況であるため、更に低い値まで電源電圧を低下させる。
【００２３】
或いは、図１中のビデオ源１２０から受け取ったビデオデータを処理している最中に、そのビデオに含まれる個別のフレームを調べ、所要輝度合計値を特定するようにしてもよい。この特定は、ビデオ源１２０と連携するデバイス上のビデオ処理ソフトウェアを本ディスプレイ１００内、例えば図１中のコントローラ１１２上で稼働させることで、実行することができる。例えば、画像中のグラディエント（例．ブラックからホワイトへの遷移）が円滑・緩慢で、フレーム間でそのグラディエントが変化しておらず、且つ段差や縁取りや色シフトが生じていない場合、コントローラ１１２では、画質を落とさず電源電圧を調節できるものと判別する。なお、本実施形態では、電源電圧ラインが共通であるため、ディスプレイ１００内のどの画素でもドライブトランジスタに同一値の電源電圧が印加されることとなるが、画素群を幾つかのセグメントに分けて電源電圧を印加すること、例えばロー単位、カラム単位等で印加してより精密な消費電力節減を図ることも可能である。そうしたセグメント単位電源電圧制御は、複数個の画素に亘るフレーム内輝度差が大きくなりがちな大型ディスプレイに適している。
【００２４】
また、ドライブトランジスタ２０２の動作領域としては、ソース・ドレイン間電圧又は図２中の電源電圧入力端２０６に加わる電源電圧に対し電流が一定になる飽和領域、よりゲート電圧が低くトランジスタに流れる電流がゲート電圧に対し線形的な線形領域、並びに線形領域・飽和領域間に挟まる遷移領域がある。飽和領域では、しきい値電圧に対する電圧の超過分がどの程度でも電流がほぼ一定値になる。従来、飽和領域での動作が必須とされていたのは、ことに、ドライブトランジスタ２０２に類するアモルファスシリコン製ＴＦＴとの接触抵抗が高いためである。
【００２５】
従って、省電力モードでのドライブトランジスタ２０２の動作点が飽和領域の奥深くに留まり、電源電圧入力端２０６での電圧降下によるクロストークが減るよう、画素１０４の動作電圧を定める必要がある。そうするには、ＯＬＥＤ２０４に大電流が流れ、ひいてはその電流がトランジスタ２０２に鎖交する電圧に対しほぼ線形な関係を呈するよう、画素１０４にプログラミングを施せばよい。このようにすると、ＯＬＥＤ２０４に供給される大電流によって実効的なソース縮退が生じトランジスタ２０２側での電圧降下分が減殺される。更に、漏れ時間に画素電流が通常値になることも電圧降下分の補償につながる。その結果ディスプレイの輝度がほぼ一定に保たれる。こうした効果を利用することで、電子メール、ウェブサーフィン等の実行に際し画素１０４を最高輝度で発光させるに当たり、トランジスタ２０２の消費電力を５０％超、全体での消費電力を４０％節減することができる。
【００２６】
反面、このようにドライブトランジスタ２０２の動作を線形領域側、即ち低い電源電圧で動作する側まで振らせ、ＯＬＥＤ２０４に供給される大電流を所要値に保つのでは、画質が電圧降下及びグラウンドバウンスの影響を受けることになる。ただ、電子メール等のように画素の所要輝度が高い用途ではグレースケールに差が付いているため、画質が大きく損なわれることはない。輝度をほぼ一定に保持するには、γ曲線の調節を通じ、ドライブトランジスタ２０２のゲートに印加されるプログラミング電圧を制御すればよい。図４に、図１に示したディスプレイの画素３００向けに使用可能な画素ドライバの別例として、電圧降下及びグラウンドバウンスを排斥しつつ電源電圧制御を実行する画素ドライバ４００を示す。このドライバ４００を用いることで、飽和・線形間遷移領域に加え線形領域でもドライブトランジスタを動作させること、ひいては偽像発生無しで顕著な電力節減を達成することができる。
【００２７】
この画素ドライバ４００では、ドライブトランジスタ４０２のソースがＯＬＥＤ４０４に接続されている。ドライブトランジスタ４０２のゲートにはセレクトトランジスタ４０８を介しプログラミング電圧入力端４０６が接続されており、そのセレクトトランジスタ４０８のゲートにはセレクト信号入力端４１０が接続されている。従って、プログラミング電圧入力端４０６にプログラミング電圧信号が印加されている状態でセレクト信号入力端４１０にセレクト信号が印加されると、ドライブトランジスタ４０２を介しＯＬＥＤ４０４に流れる電流がプログラミング電圧信号に従い調節されることとなる。更に、セレクトトランジスタ４０８のドレインにプログラミング電圧入力端４０６が接続される一方、同トランジスタ４０８のソースはドライブトランジスタ４０２のゲート及びバイアストランジスタ４１２のゲートに接続されている。そのバイアストランジスタ４１２はもう１個のバイアストランジスタ４１４に対し直列に結線され、セレクトトランジスタ４０８がオンしている間にソースキャパシタ４１６がプログラミング電圧近傍まで充電されるようになっている。後者のバイアストランジスタ４１４のゲートには制御信号入力端４２０、ドレインには電源電圧入力端４２２が接続されている。電源電圧入力端４２２に印加される電源電圧は、ドライバ４００で消費される電力が節減されるよう、電源電圧ドライバ例えば図１に示したそれ１１４によって制御、調節される。
【００２８】
図５に、画素ドライバ４００配下の画素に対する図４中の入力端４１０、４２０及び４０６経由でのフレーム内信号供給タイミングを示す。まず、セレクト信号入力端４１０に供給されたセレクト信号がセレクトトランジスタ４０８に送られそのトランジスタ４０８がオンするので、ソースキャパシタ４１６がプログラミング電圧入力端４０６からの給電によってプログラミング電圧相応値まで充電され、それに伴いドライブトランジスタ４０２を介しＯＬＥＤ４０４へと相応値の電流が供給され始める。即ち、フレーム周期内のこの期間では、プログラミング電圧入力端４０６を介しドライバ４００に相応の輝度がプログラミングされる。バイアストランジスタ４１２及び４１４が設けられているため電圧降下やグラウンドバウンスは生じない。
【００２９】
フレーム周期内の次の期間では、図示の通り、セレクト信号入力端４１０に供給されるセレクト信号がオフとなる一方、制御信号入力端４２０ひいてはバイアストランジスタ４１４のゲートに供給される制御信号がオンとなる。セレクト信号入力端４１０におけるセレクト信号の立ち下がりに伴いセレクトトランジスタ４０８がオフするため、プログラミング電圧がソースキャパシタ４１６内電荷で保持される状態になる一方、制御信号入力端４２０における制御信号の立ち上がりに伴いバイアストランジスタ４１４がオンするため、電荷漏れによる電圧補償が始まる。フレーム周期内のその次の期間では、制御信号入力端４２０における制御信号の立ち下がりに伴いバイアストランジスタ４１４がオフし、ソースキャパシタ４１６で保持されているプログラミング電圧がドライブトランジスタ４０２のゲート・ソース間に加わる状態となる。プログラミング電圧がドライブトランジスタ４０２のゲートに印加されることで、ＯＬＥＤ４０４に向かう電流がデータに従い調節されることになる。従って、この期間では画素がオンし、プログラミング電圧入力端４０６からのプログラミング電圧が保持される。その後、制御信号入力端４２０における制御信号の再立ち上がりに伴い画素がオフし、ドライブトランジスタ４０２に流れる電流が緩和される。バイアストランジスタ４１２及び４１４による負バイアスがかかっているので、しきい値電圧シフトの大部分をドライブトランジスタ４０２で回復しそのトランジスタ４０２の寿命を延ばすことができる。
【００３０】
図４に示した画素ドライバ４００は、このように、制御信号入力端４２０における再立ち上がりに続くフレーム周期内小期間に亘りオフとなる。フレーム周期の大半でドライバ４００がオンしていないため、しきい値電圧シフトの回復はそのオフ期間中に進行する。また、ドライバ４００がオフしている間、ドライブトランジスタ４０２は電源電圧入力端４２２からの大電流供給攻勢に曝される。それによってディスプレイ上の全画素間でしきい値電圧シフトの違いが均されるため、画素間の加齢度差も小さくなる。トランジスタ４０２が回復期間中に負バイアスされしきい値電圧シフトの大部分が回復されることから、トランジスタ４０２ひいては画素の寿命が延びることとなる。これは、トランジスタ４０２のしきい値電圧をほぼ１／３倍化させる。従って、図４に示したドライバ４００によれば、電圧降下やクロストークの影響を補償しつつ、トランジスタ４０２に印加される電源電圧を低めることができる。
【００３１】
また、図４に示した画素ドライバ４００によれば、駆動電圧が低いことから来る過飽和が原因でドライブトランジスタ４０２のしきい値電圧に生じる電圧シフトを、補償することができる。ドライブトランジスタ４０２への鎖交印加電圧が低い場合、チャネル内キャリアの増加によるしきい値電圧シフトの増大、ひいてはドライブトランジスタ４０２の早期劣化が生じるものであるが、図４に示したバイアストランジスタ４１２及び４１４の作用で諸電圧が高めになるため、低めの電圧を使用している割にドライブトランジスタ４０２が遷移領域内で動作する期間が短くなる結果、長期間かけて進行するしきい値電圧シフトを抑えドライブトランジスタ４０２の寿命を延ばすことができる。
【００３２】
図６に、画素に印加される電源電圧の制御及び調節が可調なＡＭＯＬＥＤディスプレイにおける電力節減の効果を、電源電圧が一定な従来型のＡＭＯＬＥＤディスプレイとの対比グラフで示す。図示の通り、高輝度出力が求められる用途で多大な電力節減が達成されている。例えば、真っ白な画面を表示させた場合、従来型ＡＭＯＬＥＤディスプレイでの消費電力がバー６１２で示す値であるのに対し、これまで説明してきた動作を実行するＡＭＯＬＥＤディスプレイでのそれはバー６０２の如くより小さな値になる。同様に、スタートメニュー等の高輝度画像を表示させた場合、従来型ＡＭＯＬＥＤディスプレイでの消費電力がバー６１８で示す値であるのに対し、画素に印加される電源電圧の制御及び調節が可調なＡＭＯＬＥＤディスプレイでのそれはバー６０８の如くより小さな値になる。暗い（あまり明るくない）画像を表示させた場合は、従来型ＡＭＯＬＥＤディスプレイでの消費電力を示すバー６１４及び６１６に対し、バー６０４及び６０６の如く消費電力の節減幅はやや小さめとなる。
【００３３】
以上、本発明の具体的な構成及び用途に関し説明したが、本発明はここで説明した構成以外を採りえない発明ではなく、様々な変形、変更及び改変をこれまでの説明に基づき且つ別紙特許請求の範囲で定義される技術的範囲から逸脱せずに施すことが可能であるので、その点をご理解頂きたい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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