(57)【要約】アクティブマトリクスアレイデバイス（１００）は複数のアクティブマトリクスアレイ素子（１１０ａ−ｉ）を有し、各素子は電荷蓄積素子（１１２ａ−Ｉ）と容量性出力素子（１１４ａ−Ｉ）を有する。アクティブマトリクス素子（１１０ａ−Ｉ）はそれぞれの薄膜トランジスタ（１１６ａ−Ｉ）を介してそれぞれの充電導体（１４２、１４４、１４６）と各アドレス指定導体（１７２、１７４、１７６）に連結する。充電導体（１４２、１４４、１４６）は、それぞれの電圧変更回路（１３２、１３４、１３６）を介して駆動回路（１２０）に結合し、電圧変更回路はそれぞれの電圧波形生成器（２５２、２５４、２５６）に応答する。各電圧波形生成器（２５２、２５４、２５６）からの電圧波形で段階（１２２、１２４、１２６）の出力を変調するように各電圧変更回路（１３２、１３４、１３６）を構成することで、その充電サイクルの一部の間にアドレス指定されたマトリクスアレイ素子を過駆動する。このことにより、対応する電荷蓄積素子及び対応する出力素子の少なくとも一方の充電時間が減少する。
2006524354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクティブマトリクスアレイ装置であって、
各々が電荷蓄積デバイスを含む複数のマトリクス素子と、
複数の充電導体であって、各充電導体がそれぞれの薄膜トランジスタを介して前記複数のマトリクス素子のサブセットに結合される、複数の充電導体と、
複数の出力電圧を生成する複数の段階と複数の電圧変更回路とを有する駆動回路と、を含み、各段階が前記電圧変更回路の１つを介して前記充電導体の１つに結合される出力を有し、前記充電導体に結合される前記電荷蓄積デバイスの１つの充電時間を変更するべく、前記段階の前記出力電圧を変更するための電圧波形を適用するように各電圧変更回路を構成した、アクティブマトリクスアレイ装置。
【請求項２】
各電圧変更回路が、
前記段階の１つの出力に結合される第１入力と、
電圧波形生成器に結合される第２入力と、
前記充電導体の１つに結合される出力と、
を含む、請求項１に記載のアクティブマトリクスアレイ装置。
【請求項３】
各変更回路が乗算関数を実行する、請求項２に記載のアクティブマトリクスアレイ装置。
【請求項４】
前記電荷蓄積デバイスの第１充電サイクル中に第１電圧波形を生成し、前記電荷蓄積デバイスの第２充電サイクル中に第２電圧波形を生成するように、前記電圧波形生成器を構成する、請求項２又は３に記載のアクティブマトリクスアレイ装置。
【請求項５】
複数の電圧波形から１つの電圧波形を選択するように前記電圧波形生成器を構成する、請求項２から請求項４のいずれかに記載のアクティブマトリクスアレイ装置。
【請求項６】
前記電圧波形生成器がプログラム可能である、請求項２から請求項５のいずれかに記載のアクティブマトリクスアレイ装置。
【請求項７】
前記複数の電圧変更回路が電圧変更回路のサブセットを含み、各サブセットを別個の電圧波形生成器に結合する、請求項２から請求項６のいずれかに記載のアクティブマトリクスアレイデバイス。
【請求項８】
電子ディスプレイ装置であって、アクティブマトリクスアレイ装置を含み、前記アクティブマトリクスアレイ装置が、
各々が電荷蓄積デバイスを含む複数のマトリクス素子と、
複数の充電導体であって、各充電導体がそれぞれの薄膜トランジスタを介して前記複数のマトリクス素子のサブセットに結合される、前記複数の充電導体と、
を含み、前記電子ディスプレイ装置がさらに、
複数の出力電圧を生成する複数の段階と複数の電圧変更回路とを有する駆動回路を含み、各段階が前記電圧変更回路の１つを介して前記充電導体の１つに結合される出力を有し、前記充電導体に結合される前記電荷蓄積デバイスの１つの充電時間を変更するべく、前記段階の前記出力電圧を変更するための電圧波形を適用するように各電圧変更回路を構成する、電子ディスプレイ装置。
【請求項９】
各電圧変更回路が、
前記段階の１つの出力に結合される第１入力と、
電圧波形生成器に結合される第２入力と、
前記充電導体の１つに結合される出力と、
を含む、請求項８に記載の電子ディスプレイ装置。
【請求項１０】
各変更回路が乗算関数を実行する、請求項９に記載の電子ディスプレイ装置。
【請求項１１】
前記電荷蓄積デバイスの第１充電サイクル中に第１電圧波形を生成し、前記電荷蓄積デバイスの第２充電サイクル中に第２電圧波形を生成するように、前記電圧波形生成器を構成する、請求項９又は１０に記載の電子ディスプレイ装置。
【請求項１２】
複数の電圧波形から１つの電圧波形を選択するように前記電圧波形生成器を構成する、請求項９から請求項１１のいずれかに記載の電子ディスプレイ装置。
【請求項１３】
前記電圧波形生成器がプログラム可能である、請求項９から請求項１２のいずれかに記載の電子ディスプレイ装置。
【請求項１４】
前記複数の電圧変更回路が電圧変更回路のサブセットを含み、各サブセットを別個の電圧波形生成器に結合する、請求項９から請求項１３のいずれかに記載の電子ディスプレイ装置。
【請求項１５】
前記マトリクスアレイ素子が液晶材料を含むそれぞれの出力素子を含む、請求項９から請求項１４のいずれかに記載の電子ディスプレイ装置。
【請求項１６】
前記マトリクスアレイ素子が有機発光ダイオード材料を含むそれぞれの出力素子を含む、請求項９から請求項１４のいずれかに記載の電子ディスプレイ装置。
【請求項１７】
請求項１３に記載の電子ディスプレイ装置のディスプレイ品質を向上させる方法であって、
−前記電子ディスプレイ装置に所定のテスト画像を提供するステップと、
−前記電子ディスプレイ装置の前記アクティブマトリクスアレイ装置上に前記テスト画像の発現画像を評価するステップと、
−前記テスト画像の発現画像を前記所定のテスト画像と比較するステップと、
−前記テスト画像の発現画像と前記所定のテスト画像との間に差を観測した場合に、前記観測した差を補償するべく、前記電子ディスプレイ装置に更新した電圧波形を提供するステップと、
−前記更新した電圧波形を前記プログラム可能な電圧波形生成器に格納するステップと、を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各々が電荷蓄積装置を有する複数のマトリクスアレイ素子を備えたアクティブマトリクスアレイ装置に関する。
【０００２】
本発明はまた、かかるアクティブマトリクスアレイ装置を有する電子ディスプレイ装置に関する。
【０００３】
本発明はさらに、かかる電子ディスプレイ装置の画質を改良するための方法に関する。
【背景技術】
【０００４】
アクティブマトリクスアレイ装置は、センサタイプのものからディスプレイタイプのものまで、多種多様な領域で使用されている。より大きなディスプレイの分野では、有力な技術としてのアクティブマトリクスアレイ装置と、従来のブラウン管ディスプレイとの競争が激化している。
【０００５】
典型的には、マトリクスアレイ装置はアドレス指定導体と充電導体の交差セットを備えており、その交差部において各セットからそれぞれの導体に結合されるマトリクスアレイ素子を有する。マトリクスアレイディスプレイ装置の場合、充電導体は一般にアクティブマトリクスアレイ装置の列導体として知られており、列駆動回路の制御の下でマトリクスアレイ素子の行に対する値一式を駆動するように構成されている。これに対し、アドレス指定導体は一般にアクティブマトリクスアレイ装置の行導体として知られ、行駆動回路等の追加駆動回路により順次作動して、アドレス指定すべきマトリクスアレイ素子の行を選択する。この種のディスプレイ装置では、アクティブマトリクスアレイ素子の種々の行の充電周波数及びアドレス指定周波数は通常、そのフィールド周波数のようにビデオ信号の特性によって制御され、列駆動回路を操作するタイミング信号は、ビデオ信号から専用のハードウェアによって抽出される。
【０００６】
しかし、かかるアクティブマトリクスアレイの使用には問題がないわけではなく、特に、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）に結合した導体を介して、例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）や有機発光ダイオード（ｏ−ＬＥＤ）画素のようなマトリクスアレイ素子のプログラミングを可能にするためにＴＦＴを用いる際に問題が生じる。ＴＦＴ内では電子移動度が低いことから、ＴＦＴはモノリシックトランジスタに比べて比較的導電率が低い。また、キャパシタのような電荷蓄積素子及び例えば画素の輝度レベルの少なくとも一方を格納するためのマトリクスアレイ素子中の画素を充電する際、そのソースドレイン電圧が低下するため、ＴＦＴの導電率は電荷蓄積素子内に蓄積された電荷が増えるにつれ減少する。このことでＴＦＴの電子移動度に悪影響が及ぶ。従って、アクティブマトリクスアレイ素子をその所定の充電値に充電させるのに必要な時間が有効充電時間を超える可能性があり、その場合マトリクス素子の電荷蓄積素子内に蓄積した電荷量では不十分である。ディスプレイ装置内でこのようなことが生じると、輝度レベルに欠陥が生じるが、これは非常に好ましくない現象である。チャネル幅を増やす等、ＴＦＴの容量を変えることにより、ＴＦＴの電子移動度を改善することができる。しかしそれではアパーチャを損失することとなり、好ましくない副作用が生じることとなる。
【０００７】
この問題に対して、アクティブマトリクスＬＣＤデバイスに対する駆動回路の構成を開示した米国特許出願２００１／１００４０５４８Ａ１号が解決策を開示している。駆動回路の構成は、複数のサンプルアンドホールド回路のそれぞれの入力に結合されたランプ電圧源を含み、ランプ電圧源は対応するＬＣＤ画素の充電サイクルの開始時に、最大電圧値の電圧波形を生成する。最大電圧は充電サイクルの一部に対して維持されるが、その後は出力電圧が徐々に減少する。対応する画素のデジタル輝度情報は、数個のラッチ回路によってパルス幅に変換される。パルス幅は、対応するサンプルアンドホールド回路がランプ電圧源から電圧波形をサンプリングする時間を制御する。従って、アクティブマトリクスアレイのアドレス指定画素は、それらの充電サイクルの実質的な部分に対して最大電圧を受けるため、画素の充電にかかる時間は減少する。
【０００８】
ただし、この構成にはいくつか欠点がある。まず、駆動回路内にハードウェアを相当量必要とする複雑な構造であるため、アクティブマトリクスアレイ装置のコストが増大する。さらに、ランプ電圧をベースとした駆動信号生成に限られており、このことは、限られた数の個別の輝度出力を生成する電圧分配器型の駆動回路のような他の駆動回路構造にとって、有利でないことを意味している。さらに、特に画素を比較的低い輝度レベルにプログラムする必要がある際には、この構成で画素の過充電を避けるのは容易ではない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、充電電圧の生成方法に関わらず、マトリクスアレイ素子内の電荷蓄積素子の充電時間を減少することのできる、冒頭の段落に記載のアクティブマトリクスアレイ装置を提供することである。
【００１０】
さらに本発明の目的は、かかるアクティブマトリクスアレイ装置を有する電子装置を提供することである。
【００１１】
本発明のさらなる目的は、かかる電子装置の画質を向上させるための方法を提供することである。
【００１２】
本発明の第１の観点によれば、アクティブマトリクスアレイ装置であって、各々が電荷蓄積デバイスを含む複数のマトリクス素子と、複数の充電導体であって、各充電導体がそれぞれの薄膜トランジスタを介して前記複数のマトリクス素子のサブセットに結合される、複数の充電導体と、複数の出力電圧を生成する複数の段階と複数の電圧変更回路とを有する駆動回路と、を含み、各段階が前記電圧変更回路の１つを介して前記充電導体の１つに結合される出力を有し、前記充電導体に結合される前記電荷蓄積デバイスの１つの充電時間を変更するべく、前記段階の前記出力電圧を変更するための電圧波形を適用するように各電圧変更回路を構成した、アクティブマトリクスアレイ装置が提供される。
【００１３】
電圧変更回路を駆動回路の段階の出力に結合することにより、駆動回路は任意の周知の駆動回路とすることができる。それは、出力電圧の変更は、出力電圧の実際の生成とは無関係なためである。したがって本発明の構成は、例えば米国特許出願２００１／００４０５４８Ａ１に開示された構成に比べ、極めて柔軟性がある。段階出力は所定の形状の電圧波形により変調されるが、これはマトリクスアレイ素子をそれらの充電導体に結合するために使用されるＴＦＴの導電挙動のシミュレーションに基づいている。したがって、過駆動電圧、すなわちマトリクスアレイ素子の電荷蓄積素子内に蓄積されるべき所望の電圧より大きい電圧を、該電荷蓄積素子の充電サイクルの第１の部分においてアクティブマトリクスアレイ素子に印加することで、電荷蓄積素子の充電時間を減少することができる。このことは、ハイビジョンテレビに適用した場合に特に有利であり、その際アクティブマトリクスアレイ素子のアドレス指定時間、すなわち必要な輝度レベルに合致するようにその電荷蓄積デバイス内に電荷を蓄積するための許容時間が、５０又は６０Ｈｚのリフレッシュレートを使用する標準解像度のテレビに比べ減少する。また導体の長さのために、充電導体のインピーダンスがマトリクスアレイ素子の充電時間に著しい影響を及ぼし得るサイズをアクティブマトリクスアレイが有する状況においても有利である。その充電サイクルの一部の間にマトリクスアレイ素子に過駆動電圧を印加することで上記影響は相殺され、アクティブマトリクスアレイ素子の電荷蓄積デバイスを充電する時間がより短くなる。
【００１４】
本発明の一実施形態では、各電圧変更回路は、いくつかの段階のうち１つの段階の出力に結合される第１の入力と、電圧波形生成器に結合される第２の入力と、充電導体の１つに結合される出力とを含む。いくつかの段階のうち１つの段階の出力から出力される電圧は、固定値電圧であってもそうでなくても良く、電圧波形生成器からの電圧波形で変調される。このことは、例えば電圧波形生成器からの電圧波形で駆動回路の段階の出力電圧を増大することにより、あるいは駆動回路の段階の出力電圧に電圧波形をオフセット値として加えることによって、実行することができる。このことは、米国特許出願２００１／００４０５４８Ａ１に記載された駆動回路の構成とは対照的に、ＴＦＴ及び関連するアクティブマトリクスアレイ素子に印加される電圧の最大値が、アクティブマトリクスアレイ素子の必要輝度レベルに依存していることから、関連するアクティブマトリクスアレイ素子の電荷蓄積素子内に電荷を過剰に蓄積させるリスクを軽減できるという利点を有している。ただし実用的な観点から、可変最大電圧を上限に制限することが望ましい。
【００１５】
電荷蓄積デバイスの第1の充電サイクル中に第1電圧波形を生成し、電荷蓄積デバイスの第２充電サイクル中に第２電圧波形を生成するように、電圧波形生成器を構成することが有利である。このことは、画素の極性を入れ替えて画素のＬＣ材料を時効効果から保護するＡＭＬＯＤデバイスのようなアクティブマトリクスアレイ装置にとって特に有用である。ＴＦＴの導電特性は正の充電サイクルと負の充電サイクルで異なるため、充電サイクル毎に異なった電圧波形を使用すれば、両サイクルでＴＦＴの導電挙動に違いがあっても、アドレス指定されたアクティブマトリクスアレイ素子内の電荷蓄積デバイスの充電時間が、両サイクルに対し類似することとなる。例外的な状況も存在し、正及び負のサイクルにおける電荷蓄積素子のそれぞれの充電時間を一致させるために、２つのサイクルのうち一方において充電時間を減少させ、他方のサイクルにおいて充電時間を増やす必要もあり得る。
【００１６】
複数の電圧波形から１つの電圧波形を選択するように電圧波形生成器を構成することは、さらなる利点である。このことは、アクティブマトリクスアレイ素子におけるアドレス指定導体の位置に依存する充電導体のＲＣ時定数に顕著な影響がある場合に、特に有益である。換言すれば、通常行導体である充電導体の経路が長くなればなるほど、導体を経由するＲＣ時間も大きくなるため、関連するアクティブマトリクスアレイ素子の電荷蓄積素子の充電時間も長くなる。これは、充電導体の長さを考慮して電圧波形を選択することで補償することができる。このために、例えば、アクティブマトリクスアレイディスプレイ装置における列駆動回路に対するタイミング信号を生成する専用のハードウェアのような何らかのアドレス指定導体選択手段に電圧波形生成器を応答させるようにしてもよいし、またはアドレス指定導体選択手段と同じ周波数で電圧波形生成器を動作させるようにしてもよい。
【００１７】
電圧波形生成器をプログラム可能にすることは、さらなる利点である。このように、電圧波形生成器において実行される機能を、アクティブマトリクスアレイ装置を製造した後に決定することが可能であり、この場合、アクティブマトリクスアレイ装置をディスプレイ装置として使用する際には、目的輝度レベルと実際の輝度レベルとの差に前記機能を基づかせることが可能である。このことで製造プロセスのばらつきを補償することができる。このような測定を使用すれば、アクティブマトリクスアレイの耐用年数期間中の性能の低下を補償することも可能である。例えば、ＴＦＴ又はｏ−ＬＥＤ材料のようなＬＣＤもしくはｏ−ＬＥＤベースのアクティブマトリクスアレイの多様な要素における時効効果を補償することが可能である。
【００１８】
本発明のさらに別の実施形態では、複数の電圧変更回路が電圧変更回路のサブセットを含み、各サブセットは別の電圧波形生成器に結合する。駆動回路の全ての段階に単一の電圧波形生成器を適用するのではなく、駆動回路の各段階の出力や少数の段階の出力を別の電圧変更回路を介して別の電圧波形生成器に結合する。このことも、種々のアクティブマトリクスアレイ素子のアドレス指定応答時間のばらつきを同様に補償できるという利点を有する。このことは、一般にアクティブマトリクスアレイディスプレイ装置における列導体であるアドレス指定導体が１アドレス指定サイクル当り多数のアクティブマトリクスアレイ素子をアドレス指定する必要がある場合に特に適切である。上記の場合、導体は相当の長さを有するため、アドレス指定導体の遠端に行くほどＴＦＴのスイッチング挙動に悪影響が及ぶおそれがある。例えば、アドレス指定導体のインピーダンスによりＴＦＴゲートの遅延が増大したり、さらなる駆動回路が提供するアドレス指定パルスの形状が崩れることより、ＴＦＴのスイッチの切替えが適切に行われなかったりする。
【００１９】
本発明の他の観点によれば、電子ディスプレイ装置であって、アクティブマトリクスアレイ装置を含み、前記アクティブマトリクスアレイ装置が、各々が電荷蓄積デバイスを含む複数のマトリクス素子と、複数の充電導体であって、各充電導体がそれぞれの薄膜トランジスタを介して前記複数のマトリクス素子のサブセットに結合される、前記複数の充電導体とを含み、前記電子ディスプレイ装置がさらに、複数の出力電圧を生成する複数の段階と複数の電圧変更回路とを有する駆動回路を含み、各段階が前記電圧変更回路の１つを介して前記充電導体の１つに結合される出力を有し、前記充電導体に結合される前記電荷蓄積デバイスの１つの充電時間を変更するべく、前記段階の前記出力電圧を変更するための電圧波形を適用するように各電圧変更回路を構成する電子ディスプレイ装置が提供される。
【００２０】
本発明のアクティブマトリクスアレイと駆動回路の構成を備える電子ディスプレイ装置は、この構成の性能を向上させたことにより次のような利点を有する。すなわち、アクティブマトリクスアレイ素子を不適切に充電させることに起因する画質の低下を生じることなく、画像のリフレッシュレート及びディスプレイのスクリーン領域を増大することができる。したがって、ＡＭＬＣＤ等のアクティブマトリクスアレイベースのディスプレイ装置を好適に高性能ＴＶ製品として使用することができる。
【００２１】
本発明のさらに他の観点によれば、プログラム可能な電圧波形発生器を有する電子ディスプレイ装置のディスプレイ品質を向上させる方法であって、前記電子ディスプレイ装置に所定のテスト画像を提供するステップと、前記電子ディスプレイ装置の前記アクティブマトリクスアレイ装置上に前記テスト画像の発現画像を評価するステップと、前記テスト画像の発現画像を前記所定のテスト画像と比較するステップと、前記テスト画像の発現画像と前記所定のテスト画像との間に差を観測した場合に、前記観測した差を補償するべく、前記電子ディスプレイ装置に更新した電圧波形を提供するステップと、前記更新した電圧波形を前記プログラム可能な電圧波形生成器に格納するステップとを含む方法が提供される。
【００２２】
かかる方法を使用すれば、製造後に電子装置を調整できるばかりでなく、電子ディスプレイ装置のアクティブマトリクスアレイ装置における時効効果を補償することもできる。 従って、電子装置の製造後にその画像表示品質を向上させることができると共に、その寿命の長きにわたって品質を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
添付の図面を参照しつつ、発明を制限することのない例示として、本発明をより詳細に記載する。
【００２４】
図面は単に概略的なものであり、実物大ではない。特に、領域や層の厚さ等、一部を誇張して描くために、他の箇所の寸法が縮小されることもあり得る。全ての図面を通して、同一あるいは同様の部分を示すものについては同じ参考番号を用いていることを理解されたい。
【００２５】
図１のアクティブマトリクスアレイ装置１００は、複数のアクティブマトリクスアレイ素子１１０ａ−ｉを有しており、アレイ素子１１０ａ−ｉは、それぞれの電荷蓄積素子１１２ａ−ｉと出力素子１１４ａ−ｉを含み、出力素子１１４ａ−ｉも電荷を蓄積することが可能である。所定の時間にわたって出力素子１１４ａ−ｉのうちの１つの状態を維持するように各電荷蓄積素子１１２ａ−ｉを構成する。アクティブマトリクスアレイ装置１００がディスプレイ装置である場合には、出力素子１１４ａ−ｉは、例えばＬＣセル又はポリＬＥＤセルであり得る。図１において、電荷蓄積素子１１２ａ−ｉをそれぞれの薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）１１６ａ−ｉと共通電極１１８の間で結合する。ただし当然のことながら、これは一例にすぎず、発明を限定するものではない。共通電極１１８の代わりに、従来技術により公知の他の電極構成、例えば専用の導体もしくは隣接するアドレス指定導体を電極として機能させる構成を用いても、同様に実行できる。ＴＦＴ１１６ａ−ｉの各々を充電導体１４２、１４４、１４６の１つに結合する。これら充電導体１４２、１４４、１４６は、アクティブマトリクスアレイ装置１００の列導体を形成すると共に、アクティブマトリクスアレイ装置１００の行導体を形成するアドレス指定導体１７２、１７４、１７６の１つに結合されるゲートを形成する。 各電圧変更回路１３２、１３４、１３６を介して駆動回路１２０の各段階１２２、１２４、１２６に充電導体１４２、１４４、１４６の各々を結合する。
【００２６】
駆動回路１２０は当業者に周知の任意の行または列駆動回路であっても良く、アナログもしくはデジタルの入力信号を処理するように構成することができる。アドレス指定導体１７２、１７４、１７６の各々をさらなる駆動回路１６０に結合するが、この駆動回路１６０は当業者に周知の任意の行または列駆動回路であってよい。さらに、アクティブマトリクスアレイ装置１００はディスプレイ装置であり得るが、センサやメモリデバイス等の他のアクティブマトリクスアレイの適用領域にも本発明を適用することができる。また、図１及びその他の図に示すマトリクスアレイ素子及び導体等の要素の数は、発明を明白に説明する理由から選択したにすぎず、本発明のアクティブマトリクスアレイ装置は、一般的にはそれらの図で示す数よりもはるかに多くの上記要素を含むことを、当業者であれば理解できよう。
【００２７】
電圧変更回路１３２、１３４、１３６は各々、各段階１２２、１２４、１２６の出力に結合する第１入力と、電圧波形生成器１５０に結合する第２入力とを有する。 デジタル−アナログ変換器（図示せず）に連結したメモリデバイス（図示せず）を電圧波形生成器１５０に備え、メモリデバイス内にデジタル形式で記憶された所定のアナログ波形を生成するようにしてもよいし、あるいは別の周知の方法で電圧波形を生成するように電圧波形生成器１５０を構成してもよい。メモリデバイスはランダムアクセスメモリもしくはルックアップテーブル等のプログラマブルデバイスであり得、電圧波形生成器を実行するフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）デバイスの部分であり得る。プログラマブルメモリデバイスを使用することで、アクティブマトリクスアレイ装置の製造後に、メモリに電圧波形をプログラムすることができ、このことで、アクティブマトリクスアレイ装置のプロセス変動の影響及び時効効果の少なくとも一方を補償することができる。これについて以下により詳細に説明する。
【００２８】
電圧波形生成器１５０と電圧変更回路１３２、１３４、１３６の構成を使用して、ＴＦＴ１１６ａ−ｉの限られた電子移動特性に起因する問題を補償することができる。一般的に、電圧変更回路１３２、１３４、１３６は、それぞれの充電導体１４２、１４４、１４６に過駆動電圧、即ちアドレス指定導体１７２、１７４、１７６の１つによりオンにされるマトリクスアレイ素子１１０ａ−ｉのそれぞれ関連する電荷蓄積素子に蓄積されるべき所定の電圧より高い電圧を供給する。これにより、対応するアクティブマトリクスアレイ素子１１０ａ−ｉの充電サイクル中に、関連する電荷蓄積デバイス、即ち電荷蓄積素子１１２ａ−ｉ及び出力素子１１４ａ−ｉの少なくとも一方を充電させるのに要する時間が減少される。
【００２９】
この原理を図２に示す。Ｖunmodは駆動回路１２０の段階１２２、１２４、１２６の１つの出力電圧であり、アクティブマトリクスアレイ装置１００の共通電極１１８と駆動回路１２０の段階との電位差として定義する。従って、Ｖunmodは一般的に、アドレス指定された電荷蓄積素子、即ち、キャパシタあるいは同等のデバイスであり得る電荷蓄積素子１１２ａ−ｉの１つ及び出力素子１１４ａ−ｉの１つの少なくとも一方における、所望の電位差に相当する。Ｖpix（unmod）は時間ｔ後のアドレス指定された電荷蓄積素子における実際の電位差を示す。一般的にＶpix（unmod）は、充電導体を電荷蓄積素子に結合するＴＦＴの限られた電子移動度のために、適切な充電導体に印加される電圧Ｖunmodより低い。また、電荷蓄積素子における電位が所望の電圧Vunmodに近づくと、関連するＴＦＴのソース電圧が０Ｖに近づき、これも電荷蓄積素子の充電時間に加算される。これによって、点線１０で示す充電サイクルの終わりに、関連するＴＦＴのスイッチがオフになった際に、関連する出力素子、即ち出力素子１１４ａ−ｉの１つの所望の性能からの逸脱が生じる程に、かかる電荷蓄積素子のVpix（unmod）がＶunmodと異なる状況になる可能性がある。ディスプレイ機能を実行する出力素子の場合には、一般的に、所望の輝度レベルと出力素子の輝度レベルとの差が観測されるということであり、これは非常に好ましくない状況である。
【００３０】
電圧変更回路１３２、１３４、１３６の１つによって生成される電圧Vmodと同様の形状を有する電圧波形を駆動回路１２０の対応する段階の出力電圧Vunmodと組み合わせることにより、電圧Vmodを充電導体に供給することで、上記状況を回避できる。例えば電圧変更回路１３２、１３４、１３６の各回路に電圧波形生成器１５０の機能を含ませることにより、電圧変更回路１３２、１３４、１３６の各々において内部的に電圧波形を生成するようにしてもよいし、あるいは、電圧波形生成器１５０のような外部の電圧波形生成器を１つ以上設けることで電圧波形を得るようにしてもよい。充電導体にVmodを印加すると、アドレス指定された電荷蓄積デバイスがまず駆動回路１２０により過駆動されることとなり、対応する充電プロファイルVpix(mod)からわかるように、電荷蓄積デバイスがより迅速に充電され、関連するＴＦＴの移動度の高い領域をより効果的に利用することができる。
【００３１】
Ｖpix(unmod)対充電電圧Ｖunmodが示すような電荷蓄積素子の応答時間を設計することにより、Vunmodの変更に必要な電圧波形を得ることができる。
【００３２】
かかる必要電圧波形を得る方法の一例を以下に示す。関連する充電導体１４２、１４４又は１４６における定電圧ｖ0に対するマトリクスアレイ素子１１０ａ−ｉの電圧ｖの応答を時間の関数で以下のように近似化できる。
【数１】
2006524354.tif 000003
式中、ｒｃはマトリクスアレイ素子１１０ａ−ｉの電荷蓄積デバイス１１２ａ−ｉ及び容量性出力素子１１４ａ−ｉの少なくとも一方の有効時定数である。式（１）は解を有する。
【数２】
2006524354.tif 000004
電荷蓄積デバイスの充電時間をより短くするために、式（２）を以下のように変更できる。
【数３】
2006524354.tif 000005
式中、ｍ＜ｒｃである。これを達成するために、式（１）を以下のように書き換えられる。
【数４】
2006524354.tif 000006
式中、ｆ（ｔ）は時間の関数として過駆動される行電圧である。 所望の電圧波形を得るために、式（３）を式（４）に代入すると、所望の電圧波形を定義する式（５）が得られる。
【数５】
2006524354.tif 000007
【００３３】
代替的には、電圧変更回路１３２、１３４及び電圧波形生成器１５０の少なくとも一方がプログラム可能である場合、かかる電圧波形は、アクティブマトリクスアレイ装置の製造後の性能測定に基づくものでもよい。電荷蓄積素子１１２ａ−ｉ及び出力素子１１４ａ−ｉの少なくとも一方の充電時間を所定の充電時間に合わせるように過駆動の量を変化させられることは、当業者には明らかであろう。
【００３４】
ここで再び図１を参照して、駆動回路１２０の段階１２２、１２４又は１２６の出力電圧をいくつかの方法で電圧波形と組み合わせることができることを示す。１つの可能な方法は、段階の出力電圧を電圧波形で増やすことである。このことは、すべてのゼロでない出力電圧に対して、過駆動の相対量が固定係数であり、一方段階１２２、１２４、代替的には１２６の１つの出力が０Ｖである時に、関連する電圧変更回路１３２、１３４又は１３６の出力が同じように０Ｖであるという利点を有する。かかる電圧変更回路はアナログ乗算器によって又はパルス幅変調技法によって実行できる。単なるトランジスタを使用して簡単に実行することができ、段階１２２、１２４、１２６のうちの１つの出力をそのゲートに連結させ、電圧波形生成器１５０をトランジスタの電源に結合させる。代替的には、電圧変更回路１３２、１３４又は１３６はそれぞれの出力を、デジタル−アナログ変換器を介してそれぞれの充電導体１４２、１４４及び１４６に連結されたマイクロコントローラであってもよい。この場合には、電圧変更回路１３２、１３４又は１３６の入力にアナログ信号ではなくデジタル信号を供給することが可能であり、駆動回路１２０の段階１２２、１２４及び１２６がデジタル入力データを用いる場合にデジタル−アナログ変換ステップを設ける必要がなくなる。さらに、電圧波形生成器１５０におけるデジタル−アナログ変換ステップの必要もなくなる。
【００３５】
電圧波形生成器１５０は様々な電圧波形を生成できることが好ましい。このことは、例えばアクティブマトリクスアレイ装置１００がＬＣ出力素子１１４ａ−ｉを備える場合に有利であるが、ＬＣ材料の劣化を防止又は遅らせるように、極性が違うサイクル毎にＬＣ出力素子１１４ａ−ｉをアドレス指定することが一般的である。一般的には、正のサイクルにおける関連ＴＦＴ１１６ａ−ｉの導電特性は、負のサイクルにおけるＴＦＴ１１６ａ−ｉの導電特性とは異なる。２つのサイクルにおいて異なる電圧波形を適用することにより、これらの異なる導電特性から生じる関連電荷蓄積素子１１２ａ−ｉの充電時間の遅延が異なることも、効果的に補償することができる。極端な状況では、それぞれのサイクルにおける充電時間を良好に適合させるために、これら２つのサイクルの１つにおいて電荷蓄積素子１１２ａ−ｉの充電時間を遅くする必要がある。同一のアドレス指定導体１７２、１７４又は１７６のうちの２つの連続したアドレスの間の時間であるアクティブマトリクスアレイ装置１００のフィールド周期あるいはフレーム周期に電圧波形生成器１５０を応答させる。
【００３６】
ＴＦＴ１１６ａ−ｉの導電特性は電荷蓄積素子１１２ａ−ｉのＲＣ時定数に影響を及ぼす唯一の要因ではない。電荷蓄積素子１１２ａ−ｉの１つと駆動回路１２０の対応する段階１２２、１２４又は１２６との間の導体路の長さが長くなると、その電荷蓄積素子のＲＣ時定数も大きくなる。換言すれば、アドレス指定導体１７２に結合する電荷蓄積素子１１２ａ、１１２ｄ及び１１２ｇのＲＣ時間は、例えばアドレス指定導体１７６に連結する電荷蓄積素子１１２ｃ、１１２ｆ及び１１２ｉのＲＣ時間より短い。なぜなら後者３つの電荷蓄積素子は、充電導体１４２、１４４及び１４６を通る電流路の長さが長いために、各段階１２２、１２４及び１２６と各ＴＦＴ１１６ｃ、１１６ｆ及び１１６ｉとの間の経路におけるインピーダンスが大きいためである。
【００３７】
この影響を補償するために、複数の電圧波形から適切な電圧波形を選択するように電圧波形生成器１５０を構成することができ、これらの電圧波形の各々は、段階１２２、１２４及び１２６のうちの１つと電荷蓄積デバイス１１２ａ−ｉのうちの１つとの間の電流路の特定の長さを補償するように設計する。複数の波形には、充電サイクルの極性の違いに対応するよう、種々の電圧波形を含ませることができる。アクティブマトリクスアレイ装置１００がディスプレイ装置である場合に、さらなる駆動回路１６０又は駆動回路１２０のタイミングを制御するようにビデオ信号からタイミング信号を生成するために使用する前述の専用ハードウェアのようなアドレス指定導体選択手段に、電圧波形生成器１５０を応答させることが可能である。新たなアドレス指定導体の選択時に新たな電圧波形を選択するようにしてもよいし、あるいは多くのアドレス指定導体がアドレス指定された後に新たな電圧波形を選択するようにしても良く、アクティブマトリクスアレイ装置１００のアドレス指定導体１７２、１７４及び１７６のサブセットを異なるグループに分けると効果的である。
【００３８】
さらなる駆動回路１６０とＴＦＴ１１６ａ−ｉの１つのゲートとの間の電流路の長さもまた、対応する電荷蓄積素子１１２ａ−ｉに結合するＴＦＴ１１６ａ−ｉのゲート遅延に顕著な影響を及ぼす。例えば、充電導体１４６上で電荷蓄積素子１１２ｇに連結するＴＦＴ１１６ｇは、充電導体１４２上で電荷蓄積素子１１２ａに結合するＴＦＴ１１６ａよりも大きいゲート遅延を被る可能性がある。なぜなら、さらなる駆動回路１６０とＴＦＴ１１６ｇのゲートとの間のアドレス指定導体１７２の有効長は、さらなる駆動回路１６０とＴＦＴ１１６ａのゲートとの間のアドレス指定導体１７２の有効長よりも長いためである。従って、ＴＦＴ１１６ｇのゲートはアドレス指定導体１７２上でＴＦＴ１１６ａのゲートより高いインピーダンスを被る。このことはＴＦＴ１１６ｇがＴＦＴ１１６ａよりもゆっくりとオンになることを意味する。よって、電荷蓄積素子１１２ｇの有効充電期間は、電荷蓄積素子１１６ａの有効充電期間より短い。
【００３９】
これらの充電時間に同様の影響を及ぼし得る別の悪影響は、さらなる駆動回路１６０がＴＦＴをオンにするために供給するアドレスパルスの変質である。アドレス指定導体１７２、１７４又は１７６に沿ってアドレスパルスが進行すると、パルスの形状が変形する可能性があり、さらなる駆動回路１６０から距離の離れたＴＦＴは、駆動回路１６０に近いＴＦＴに比べてオンになる効率が悪くなることもある。
【００４０】
図３に示すように、上記のことは電圧変更回路１３２、１３４及び１３６のサブセットに別個の電圧波形生成器２５２、２５４及び２５６を供給することで補償できる。電圧変更回路のサブセットに含まれる電圧変更回路の数は１つでも良く、この場合には電圧変更回路の各々が独自の電圧波形生成器を有する。あるいは、電圧変更回路のサブセットは少数の電圧変更回線を含んでも良く、この場合には、アクティブマトリクスアレイ装置１００の充電導体をいくつかのセクションに分けて、各セクションがセクション独自の電圧波形生成器を別々に所有するようにする。充電導体１４２、１４４、１４６を、関連するＴＦＴ１１６ａ−ｉのゲート遅延特性に基づいて幾つかのグループに分けて、グループ毎に別個の電圧波形生成器２５２、２５４、２５６を設け、電圧波形生成器２５２、２５４、２５６の各々が関連するＴＦＴのセクションの特性によるゲート遅延を補償するようにすることもできる。
【００４１】
電圧波形生成器２５２、２５４、２５６は、異極性のサイクルを補償するように様々な複数の波形を含むことが好ましい。それが適用可能な場合、関連する電荷蓄積デバイス１１２ａ−ｉ及び出力素子１１４ａ−ｉの少なくとも一方は、ＲＣ時間をアドレス指定導体の位置と充電導体の位置とに対応させる。本発明の範囲を逸脱することなく、図１で示し、且つ本明細書で詳述する電圧波形生成器１５０の種々の実施形態を別個の電圧波形生成器２５２、２５４、２５６にも適用できることを強調しておく。
【００４２】
図４は、本発明によるアクティブマトリクスアレイ装置１００を備えた電子ディスプレイ装置４００の好適な実施形態を示す。駆動回路１２０及びさらなる駆動回路１６０を電源４２０に連結する。駆動回路１２０及びさらなる駆動回路１６０は、アクティブマトリクスアレイ装置１００の構成部分であってもよいし、あるいは別の要素であってもよい。電圧波形生成器２５２、２５４、２５６をさらなる電源４４０に結合する。この電源４４０は電源４２０を構成する一部であってもよい。上記の理由から、電子ディスプレイ装置４００は輝度制御の点から見て従来のディスプレイ装置と比較して向上した画質を提供することができる。さらに、電圧波形生成器２５２、２５４、２５６をプログラム可能とした場合には、電子ディスプレイ装置４００の品質を、装置４００の製造後又はその寿命の間に改善することができる。一般的に、アクティブマトリクスアレイ装置１００の基礎的要素として使用するＴＦＴ１１６ａ−ｉ等の種々の構成要素の時効効果及び出力素子１１４ａ−ｉの少なくとも一方の中で使用されている化合物の劣化により、電子ディスプレイ装置の画質は徐々に低下する。以下の方法により、ディスプレイ品質を改善することができる。
【００４３】
第１ステップでは、電子ディスプレイ装置４００に所定のテスト画像を提供し、第２ステップで、電子ディスプレイ装置４００のアクティブマトリクスアレイにおけるテスト画像の発現画像を評価する。このテスト画像の発現画像は、電子ディスプレイ装置４００のディスプレイ領域における実画像であってもよいし、あるいはアクティブマトリクスアレイ装置１００の導体上における電気信号の集まりであってもよい。発現画像が実画像である場合には、評価は周知の光学センサを一時的にスクリーンに取り付けて行うことができる。この方法では、周りからの光害を最小限に抑えることができるという利点がある。このため、かかる評価は暗室で行なうことが好ましい。
【００４４】
次のステップで、評価したテスト画像の発現画像を所定のテスト画像と比較する。テスト画像の発現画像が電気信号の集合体である場合には、これらの信号の値をテスト画像に相当する所望の値と比較する。テスト画像の発現画像と所定のテスト画像との間に差が見られる場合には、観測した差を補償するように電子ディスプレイ装置４００に更新した電圧波形を提供する。この電圧波形はプログラム可能な電圧波形生成器１５０に格納されているか、あるいは、プログラム可能な別個の電圧波形生成器２５２、２５４、２５６の一つに格納されているものである。電圧波形生成器１５０又はプログラム可能な別個の電圧波形生成器２５２、２５４、２５６に格納された電圧波形全てが更新されるまで、上記ステップを繰り返してもよい。
【００４５】
更新した電圧波形は、プログラム可能な電圧波形生成器１５０又はプログラム可能な電圧波形生成器２５２、２５４、２５６の１つに格納された電圧波形に基づいて計算することができる。このため、本方法はさらに、電子ディスプレイ装置４００から電圧波形を検索する段階を含み得る。
【００４６】
当然のことながら、前述の実施形態は発明を制限するものではなく例示するものであり、当業者は添付の特許請求の範囲を逸脱することなく、種種の実施形態を創出することが可能である。特許請求の範囲において、括弧内の参考番号は請求の範囲を制限するものではない。「含む（comprising）」という用語は、請求の範囲に記載したもの以外の要素又は工程を除外するものではない。要素については、単数を示す記載（aまたはan）があっても、その要素が複数存在することを除外するものではない。いくつかの別の要素を含むハードウェアによって本発明を実施することができる。いくつかの手段を列挙する装置に関する請求項において、かかる手段のいくつかをハードウェアの同一アイテムにより実現できる。相互に異なる従属請求項では特定の手段を記載してはいるが、それらの手段を組み合わせて用いた場合に利点が得られないということではない。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明によるアクティブマトリクスアレイ装置の一実施形態の概略図。
【図２】アクティブマトリクスアレイ素子の電荷蓄積素子の充電時間においてアクティブマトリクスアレイ素子に電圧波形を適用した効果を概略的に示すグラフ。
【図３】本発明によるアクティブマトリクスアレイ装置の別の実施形態の概略図。
【図４】本発明による電子ディスプレイ装置の概略図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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