CN101401146B - 显示装置及其驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了显示装置及其驱动方法，在显示装置中，取样晶体管T1根据从扫描线WS提供的控制信号而导通，并将从信号线SL提供的图像信号写入保持电容C1。驱动晶体管T2根据写入保持电容C1的图像信号的信号电位向输出节点S输出驱动电流。开关晶体管T3配置在输出节点S和发光元件EL之间，开关晶体管T3在规定的发光期间中导通，从而向发光元件EL提供驱动电流，以使其以对应于图像信号的亮度发光，另一方面，在非发光期间中该开关晶体管T3断开，从而将发光元件EL从输出节点S断开，防止将由于非发光期间中进行的像素(2)的动作而产生于输出节点S的电位作为逆偏压施加给二极管型的发光元件EL。

Description

显示装置及其驱动方法
技术领域
本发明涉及在像素中使用发光元件的有源矩阵(active matrix)型显示装置及其驱动方法。
背景技术
近年来，采用有机EL设备作为发光元件的平面自发光型显示装置的开发非常盛行。有机EL设备是利用了当向有机薄膜施加电场时发光的现象的设备。有机EL设备在施加电压小于等于10V的情况下驱动，因此功耗低。而且，有机EL设备由于是自己发光的自发光元件，因此无需照明部件，易于实现轻量化和薄型化。此外，由于有机EL器件的响应速度为几μs，非常迅速，因此不会发生显示动态图像时的余像(residual image)。
在像素中使用有机EL设备的平面自发光型显示装置中，尤其将薄膜晶体管作为驱动元件集成形成在各像素中的有源矩阵型显示装置的开发尤为盛行。有源矩阵型平面自发光显示装置例如在下列专利文献1～5中有所记载。
专利文献1：日本特开2003-255856号公报
专利文献2：日本特开2003-271095号公报
专利文献3：日本特开2004-133240号公报
专利文献4：日本特开2004-029791号公报
专利文献5：日本特开2004-093682号公报
图24是现有技术中的有源矩阵型显示装置的一例的模式电路图。显示装置由像素阵列部1和外围的驱动部构成。驱动部包括水平选择器3和光扫描器4。像素阵列部1包括列状的信号线SL和行状的扫描线WS。在各信号线SL和扫描线WS交叉的部分上配置有像素2。在图24中，为了易于理解，仅示出了一个像素2。光扫描器4包括移位寄存器，根据从外部提供的时钟信号(clocksignal)ck进行动作并依次传送同样从外部提供的起动脉冲sp，从而向扫描线WS依次输出控制信号。水平选择器3配合于光扫描器4侧的线依次扫描，向信号线SL提供图像信号。
像素2由取样晶体管T1、驱动晶体管T2、保持电容C1以及发光元件EL构成。驱动晶体管T2为P沟道型，其源极连接于电源线，其漏极连接于发光元件EL。驱动晶体管T2的栅极通过取样晶体管T1连接于信号线SL。取样晶体管T1根据从光扫描器4提供的控制信号而导通，并对从信号线SL提供的图像信号进行取样并写入保持电容C1。驱动晶体管T2在其栅极接受写入到保持电容C1中的图像信号作为栅极电压Vgs，并将漏极电流Ids流向发光元件EL。由此，发光元件EL以对应于图像信号的亮度发光。栅极电压Vgs表示以源极为基准的栅极电位。
驱动晶体管T2在饱和区域进行动作，栅极电压Vgs和漏极电流Ids的关系用下列特性公式来表示：
Ids＝(1/2)μ(W/L)Cox(Vgs-Vth)2。在此，μ是驱动晶体管的移动度，W是驱动晶体管的沟道宽度，L是驱动晶体管的沟道长度，Cox是驱动晶体管的栅极绝缘电容，Vth是驱动晶体管的阈电压。由该特性公式可知，当驱动晶体管T2在饱和区域进行动作时，其作为根据栅极电压Vgs来提供漏极电流Ids的恒流源而发挥作用。
图25是发光元件EL的电压/电流特性的示意图。横轴表示阳极电压V，纵轴表示驱动电流Ids。另外，发光元件EL的阳极电压成为驱动晶体管T2的漏极电压。发光元件EL的电流/电压特性随时间的推移而发生变化(时移变化)，特性曲线随时间的流逝逐渐趋于平整(flatter)。因此，即使驱动电流Ids固定，阳极电压(漏极电压)V还是会改变。关于这点，由于图24所示的像素电路2的驱动晶体管T2在饱和区域内进行动作，且不管漏极电压如何变化，都能流出根与栅极电压Vgs相对应的驱动电流Ids，因此不管发光元件EL的特性时移变化，都能将发光亮度保持为固定。
图26是现有的像素电路的另一例子的电路示意图。与前面所示的图24中的像素电路的不同点是驱动晶体管T2从P沟道型变为N沟道型。在电路的制造工序上，将构成像素的所有晶体管都设置成N沟道型这种方式大多比较有利。
然而，实际上由多晶硅等半导体薄膜构成的薄膜晶体管(TFT)在每个器件特性方面存在偏差。尤其是阈电压Vth不固定，在每个像素中有偏差。由上述的晶体管特性公式可知，当各驱动晶体管的阈电压Vth有偏差时，即使栅极电压Vgs固定，漏极电流Ids也会产生偏差，从而每个像素的亮度会出现偏差，因此会损坏画面的均匀度。一直以来，已经开发出安装有用于消除驱动晶体管的阈电压的偏差的功能的像素电路，比如上述专利文献3中有公开。
此外，薄膜晶体管除了阈电压Vth有偏差以外，移动度μ也有偏差。由上述的晶体管特性公式可知，当各驱动晶体管的移动度μ出现偏差时，即使栅极电压Vgs固定，漏极电流Ids也会产生偏差，从而在每个像素中亮度会出现偏差，因此会损坏画面的均匀度(uniformity)。一直以来，也已经开发出安装有消除驱动晶体管的阈电压的偏差以及移动度的偏差的功能的像素电路。
现有技术中的显示装置在各像素进入发光期间前的非发光期间，对每个像素进行驱动晶体管的阈电压校正动作和移动度校正动作。此时，为了正常地进行各校正动作，将连接驱动晶体管和发光元件的节点(下面，在本说明书中，有时称为输出节点)保持为负方向的电位，从而将发光元件置于逆偏压状态。但是，当非发光期间中的逆偏压状态过度时，有时发光元件会受到损坏，最坏的情况将不能发光，并且像素将出现所谓的黑斑缺陷(black-spot defect)。
发明内容
本发明鉴于上述现有技术的问题，目的在于提供在像素的非发光期间内不向发光元件施加逆偏压的显示装置及其控制方法。为了达到上述目的，采用如下方法。即，本发明涉及的显示装置包括：行状的扫描线、列状的信号线、以及矩阵状地配置在上述扫描线和上述信号线交叉部分上的像素，其中，上述像素至少包括取样晶体管、具有输入节点和输出节点的驱动晶体管、开关晶体管、发光元件、保持电容以及辅助电容，上述取样晶体管被配置在上述信号线和上述输入节点之间，上述取样晶体管根据从上述扫描线提供的控制信号而导通，并将从上述信号线提供的图像信号写入上述保持电容，上述驱动晶体管根据写入上述保持电容中的图像信号的信号电位向输出节点输出驱动电流；上述保持电容配置在上述输入节点和上述输出节点之间，上述辅助电容连接于上述输出节点，上述开关晶体管配置在上述输出节点和上述发光元件之间，上述开关晶体管在规定的发光期间中为导通状态，从而向上述发光元件提供上述驱动电流，以使上述发光元件以对应于图像信号的亮度发光，另一方面，上述开关晶体管在非发光期间截止，从而将上述发光元件从上述输出节点断开，以便防止将由于在非发光期间中进行的像素动作而产生于上述输出节点的电位作为逆偏压施加给二极管型的上述发光元件。
在本发明中，上述驱动晶体管的栅极连接于输入节点，上述驱动晶体管的漏极连接于电源线，上述驱动晶体管的源极连接于输出节点，上述发光元件的阳极通过上述开关晶体管连接于上述输出节点，上述发光元件的阴极连接于接地线，上述辅助电容连接在上述输出节点和上述接地线之间。并且，上述像素包括阈电压校正单元，上述阈电压校正单元在非发光期间进行动作，在向上述输出节点施加超过上述逆偏压的电位的状态下将相当于上述驱动晶体管的阈电压的电压保持在输入节点和输出节点之间的保持电容中。此外，上述像素包括移动度校正单元，上述移动度校正单元在非发光期间内写入图像信号的过程中进行动作，在向输出节点施加超过上述逆偏压的电位的状态下将驱动电流从上述输出节点负反馈给保持电容，从而施加基于驱动晶体管的移动度的校正。
根据本发明，各像素例如由3个晶体管、2个电容以及1个发光元件构成，结构比较简单，从而可以实现显示装置的高精细化、高成品化以及低成本化。此外，即使是简单的部件结构，也可以在非发光期间内进行驱动晶体管的阈电压校正动作和移动度校正动作，可以实现画面均匀度很高的显示装置。在此，在各像素进行校正动作时，需要向驱动晶体管的输出节点施加负方向的电压。由此，为了防止对发光元件施加逆偏压，在驱动晶体管的输出节点和发光元件之间插入了开关元件。在非发光期间中，将该开关元件导通，从而将发光元件从施加有负电压的输出接点断开。因此，可以防止发光元件处于逆偏压状态，从而得以抑制对发光元件的损坏和破坏，防止像素出现黑斑缺陷。通过这样的构成，可以进一步改善显示装置的成品率。
附图说明
图1是示出在先开发所涉及的显示装置的整体结构的框图；
图2是示出图1所示的显示装置中的像素结构的电路图；
图3是用于说明图2所示的像素的动作的时间图；
图4是同样用于说明图2所示的像素的动作的模式图；
图5是同样用于说明上述动作的模式图；
图6是同样用于说明上述动作的模式图；
图7是同样用于说明上述动作的模式图；
图8是同样用于说明上述动作的曲线图；
图9是同样用于说明上述动作的模式图；
图10是同样用于说明上述动作的曲线图；
图11是同样用于说明上述动作的模式图；
图12是表示本发明涉及的显示装置的实施方式的电路图；
图13是用于说明图12所示的显示装置的动作的时间图；
图14是同样用于说明图12所示的本发明涉及的显示装置的动作的模式图；
图15是同样用于说明上述动作的模式图；
图16是同样用于说明上述动作的模式图；
图17是同样用于说明上述动作的模式图；
图18是同样用于说明上述动作的模式图；
图19是同样用于说明上述动作的模式图；
图20是在先开发所涉及的显示装置的另一示例的框图；
图21是示出安装在图20所示的显示装置中的像素结构的电路图；
图22是用于说明图21所示的像素的动作的时间图；
图23是表示本发明涉及的显示装置的其它实施方式的电路图；
图24是以往的显示装置的一个示例的电路图；
图25是图24所示的以往的显示装置的动作说明图；
图26是现有技术中的显示装置的另一示例的电路图；
图27是示出本发明涉及的显示装置的设备构成的剖面图；
图28是示出本发明涉及的显示装置的模块构成的平面图；
图29是示出具有本发明涉及的显示装置的电视机(televisionset)的立体图；
图30是示出具有本发明涉及的显示装置的数码相机的立体图；
图31是示出具有本发明涉及的显示装置的笔记本型个人计算机的立体图；
图32是示出具有本发明涉及的显示装置的便携式终端装置的模式图；以及
图33是示出具有本发明涉及的显示装置的摄像机的立体图。
具体实施方式
下面参照附图，对本发明的实施方式进行详细说明。为了易于理解本发明并且明确本发明的背景，首先对成为本发明的基础的在先开发所涉及的显示装置进行简要说明。图1是示出在先开发所涉及的显示装置的整体结构的框图。本显示装置由像素阵列部1以及驱动该像素阵列部1的驱动部(3、4、5)构成。像素阵列部1包括行状的扫描线WS、列状的信号线SL、配置在这两者的交叉部分的矩阵像素2、以及对应于各像素2的各行而配置的供电线DS。驱动部(3，4，5)包括：控制用扫描器(光扫描器)4，用于依次向各扫描线WS提供控制信号并以行为单位线顺序(line-sequential)扫描像素2；电源扫描器(驱动扫描器)5，用于配合该线顺序扫描，向各供电线DS提供在第一电位和第二电位之间切换的电源电压；以及信号选择器(水平选择器)3，用于配合该线顺序扫描(线依次扫描)，向列信号线SL提供作为图像信号的信号电位以及基准电位。另外，光扫描器4根据从外部提供的时钟信号WSck进行动作并依次传送同样从外部提供的起动脉冲WSsp，从而向各扫描线WS输出控制信号。驱动扫描器5根据从外部提供的时钟信号DSck进行动作并依次传送同样从外部提供的起动脉冲DSsp，从而依次切换供电线DS的电位。
图2是示出图1所示的显示装置中所包含的像素2的具体结构的电路图。如图2所示，本像素电路2由以有机EL设备等为代表的双端子型(二极管型)发光元件EL、N沟道型的取样晶体管(sampling transistor)T1、同为N沟道型的驱动晶体管T2、以及薄膜型的保持电容C1构成。取样晶体管T1的栅极连接于扫描线WS，其源极和漏极中的一个连接于信号线SL，另一个连接于驱动晶体管T2的栅极G(输入节点)。即，驱动晶体管T2的栅极G成为对取样晶体管T1的输入节点。驱动晶体管T2的源极和漏极中的一个连接于发光元件EL，另一个连接于供电线DS。本实施方式中，驱动晶体管T2为N沟道型，其漏极侧连接于供电线DS，源极S侧连接于发光元件EL的阳极侧。源极S侧成为对发光元件EL的输出节点。发光元件EL的阴极被固定在规定的阴极电位Vcat。保持电容C1连接在驱动晶体管T2的源极S和漏极G之间。对于具有这样结构的像素2，控制用扫描器(光扫描器)4通过在低电位和高电位之间切换扫描线WS从而依次输出控制信号，并以行为单位线顺序扫描像素2。电源扫描器(驱动扫描器)5配合线顺序扫描，向各供电线DS提供在第一电位Vcc和第二电位Vss之间切换的电源电压。信号选择器(水平选择器)3配合线顺序扫描，向列信号线SL提供作为图像信号的信号电位Vsig以及基准电位Vofs。
在这样的构成中，取样晶体管T1根据从扫描线WS提供的控制信号而导通，并对从信号线SL提供的信号电位Vsig进行取样并将其保持在保持电容C1中。驱动晶体管T2从处于第一电位Vcc的供电线DS接收电流的供给，并根据保持在保持电容C1中的信号电位Vsig将驱动电流流向发光元件EL。为了在信号线SL处于信号电位Vsig的时间带内将取样晶体管T1设为导通状态，控制用扫描器4向扫描线WS输出规定的时间宽度的控制信号，从而将信号电位Vsig保持在保持电容C1中，同时向信号电位Vsig施加对驱动晶体管T2的移动度μ的校正。
图2所示的像素电路除了上述的移动度校正功能外，还具备阈电压校正功能。即，电源扫描器(驱动扫描器)5在取样晶体管T1对信号电位Vsig进行取样之前，在第一定时将供电线DS从第一电位Vcc切换到第二电位Vss。控制用扫描器(光扫描器)4同样在取样晶体管T1对信号电位Vsig进行取样之前，在第二定时导通取样晶体管T1并将基准电位Vofs从信号线SL施加给驱动晶体管T2的栅极G，同时将驱动晶体管T2的源极S设为第二电位Vss。电源扫描器(驱动扫描器)5在第二定时后的第三定时，将供电线DS从第二电位Vss切换为第一电位Vcc，并将相当于驱动晶体管T2的阈电压Vth的电压保持在保持电容C1中。通过这种阈电压校正功能，本显示装置可以在每个像素中消除偏差的驱动晶体管T2的阈电压Vth所带来的影响。此外，第一定时和第二定时不分前后。
图2所示的像素电路2还具有自举(bootstrap)功能。即，在信号电位Vsig被保持在保持电容C1的时刻，光扫描器4将取样晶体管T1设为非导通状态，以将驱动晶体管T2的栅极G从信号线SL电断开，因此，将栅极电位联动于驱动晶体管T2的源极电位的变化，且将栅极G和源极S之间的电位Vgs维持为固定。即使发光元件EL的电流/电压特性时移变化，也可以将栅极电压Vgs维持为固定，从而不会发生亮度变化。
图3是用于说明图2所示的像素的动作的时间图。另外，该时间图只是一个例子，图2所示的像素电路的控制顺序并不仅限于图3的时间图。该时间图的时间轴是共通的，且该时间图示出了扫描线WS的电位变化、供电线DS的电位变化以及信号线SL的电位变化。扫描线WS的电位变化表示控制信号，且进行取样晶体管T1的开闭控制。供电线DS的电位变化表示电源电压Vcc、Vss的切换。而且，信号线SL的电位变化表示输入信号的信号电位Vsig和基准电位Vofs的切换。此外，与这些电位变化并行，还示出了驱动晶体管T2的栅极G和源极S的电位变化。如上所述，栅极G(输入节点)和源极S(输出节点)之间的电位差为Vgs。
在该时间图中，配合像素动作的变化，并且为了方便起见将期间划分为(1)～(7)。在即将进入该区域(field)前的期间(1)中，发光元件EL处于发光状态。此后，进入线顺序扫描的新区域，首先，在最开始的期间(2)中，将供电线DS从第一电位Vcc切换为第二电位Vss。进入后续的期间(3)，将输入信号从Vsig切换为Vofs。然后在后续的期间(4)中，导通(ON)取样晶体管T1。在该期间(2)～(4)中，初始化驱动晶体管T2的栅极电压和源极电压。该期间(2)～(4)是用于校正阈电压的准备期间，并且驱动晶体管T2的栅极G被初始化为Vofs，另一方面，源极S被初始化为Vss。然后，在阈值校正期间(5)中，实际进行阈电压校正动作，并在驱动晶体管T2的栅极G和源极S之间保持相当于阈电压Vth的电压。实际上，相当于Vth的电压被写入连接在驱动晶体管T2的栅极G和源极S之间的保持电容C1。然后，进入写入期间/移动度校正期间(6)。在此，图像信号的信号电位Vsig以添加到Vth中的形式被写入保持电容C1，同时从保持在保持电容C1的电压中减去移动度校正用电压△V。在该写入期间/移动度校正期间(6)中，在信号线SL处于信号电位Vsig的时间带，需要将取样晶体管T1设为导通状态。随后进入发光期间(7)，发光元件以对应于信号电位Vsig的亮度发光。此时，根据相当于阈电压Vth的电压和移动度校正用电压△V来调整信号电位Vsig，因此发光元件EL的发光亮度不会受到驱动晶体管T2的阈电压Vth和移动度μ的偏差的影响。另外，在发光期间(7)的最初，进行自举动作，在将驱动晶体管T2的栅极G/源极S之间的电压Vgs维持为固定的状态下，驱动晶体管T2的栅极电位和源极电位上升。
接下来，参照图4～图11，对图2所示的像素电路的动作进行详细说明。首先，如图4所示，在发光期间(1)中，电源电位被设定(set)为Vcc，取样晶体管T1截止(OFF)。此时，由于驱动晶体管T2被设定为在饱和区域进行动作，因此根据施加在驱动晶体管T2的栅极G/源极S之间的电压Vgs，流向发光元件EL的驱动电流Ids取通过上述的晶体管特性公式表示的值。
接着，如图5所示，当进入准备期间(2)和(3)时，将供电线(电源线)的电位设定为Vss。此时，Vss被设定为小于发光元件EL的阈电压Vthel和阴极电压Vcat之和。即，由于Vss<Vthel+Vcat，因此发光元件EL熄灭，电源线侧成变为驱动晶体管T2的源极。这时，发光元件EL的阳极被充电为Vss。
此外，如图6所示，当进入后续的准备期间(4)时，信号线SL的电位变为Vofs，另一方面，取样晶体管T1导通，从而使驱动晶体管T2的栅极电位设定为Vofs。同样地，驱动晶体管T2的源极S和栅极G被初始化，此时的栅极电压Vgs变为Vofs-Vss的值。Vgs＝Vofs-Vss被设定为大于驱动晶体管T2的阈电压Vth的值。如此，通过将驱动晶体管T2初始化，以使Vgs>Vth，从而即将到来的阈电压校正动作的准备结束。
接着，如图7所示，当进入阈电压校正期间(5)时，供电线DS(电源线)的电位回到Vcc。通过将电源电位设定为Vcc，发光元件EL的阳极成为驱动晶体管T2的源极S，并且电流的流向如图所示。此时，发光元件EL的等效电路如图所示，由二极管Tel和电容Cel的并联所表示。由于阳极电位(即源极电位Vss)低于Vcat+Vthel，因此二极管Tel处于断开状态，并且流入其中的漏电流比流入驱动晶体管T2的电流小很多。因此，流入驱动晶体管T2的电流几乎都被用于为保持电容C1和等效电容Cel充电。
图8示出了图7所示的阈电压校正期间(5)中的驱动晶体管T2的源极电压的时间变化。如图8所示，驱动晶体管T2的源极电压(即发光元件E1的阳极电压)与时间一起从Vss上升。经过阈电压校正期间(5)后，驱动晶体管T2截止(cut off)，其源极S和栅极G之间的电压Vgs变为Vth。此时，源极电位被赋予为Vofs-Vth。这个值Vofs-Vth仍然低于Vcat+Vthel的值，发光元件EL处于截止状态。
接着，如图9所示，当进入写入期间/移动度校正期间(6)时，在继续导通取样晶体管T1的状态下将信号线SL的电位从Vofs切换为Vsig。此时，信号电位Vsig成为对应于灰阶的电压。由于取样晶体管T1导通，因此驱动晶体管T2的栅极电位变为Vsig。另一方面，由于从电源Vcc流出电流，因此源极电位随时间上升。即使在该时刻，驱动晶体管T2的源极电位还是未超过发光元件EL的阈电压Vthel和阴极电压Vcat之和，因此驱动晶体管T2所流的电流主要用于为等效电容Ce1和保持电容C1充电。此时，由于驱动晶体管T2的阈电压校正动作已经完毕，因此驱动晶体管T2流出的电流成为反映移动度μ的电流。具体而言，移动度μ大的驱动晶体管T2在此时的电流量变大，并且源极电位的上升量△V也较大。相反，在移动度μ较小的情况下，驱动晶体管T2的电流量变小，并且源极电位的上升量△V变小。通过这样的动作，驱动晶体管T2的栅极电压Vgs反映移动度μ且被缩小△V，在移动度校正期间(6)结束的时刻，可以得到完全校正移动度μ后的Vgs。
图10是上述移动度校正期间(6)中的驱动晶体管T2的源极电压的时间变化的曲线图。如图10所示，当驱动晶体管T2的移动度较大时，源极电压迅速上升，Vgs相应地被压缩。即，当移动度μ大时，为了消除其影响而压缩Vgs，从而可以控制驱动电流。另一方面，当移动值较小的情况下，驱动晶体管T2的源极电压上升得并不那么快，因此Vgs也不会受到较强的压缩。因此，当移动值μ较小的情况下，驱动晶体管的Vgs不会受到很大的压缩，以弥补较小的驱动能力。
图11示出了发光期间(7)的动作状态。在该发光期间(7)中，将取样晶体管T1导通并使发光元件EL发光。驱动晶体管T2的栅极电压Vgs保持为固定，并且驱动晶体管T2根据上述的特性公式将固定的电流Ids′流向发光元件EL。由于所谓Ids′的电流流入发光元件EL，因此发光元件EL的阳极电压(即驱动晶体管T2的源极电压)上升到Vx，并且在其超过Vcat+Vthel的时刻，发光元件EL发光。当发光元件EL的发光时间变长时，导致其电流/电压特性会改变。因此，图11所示的源极S的电位变化。但是，由于驱动晶体管T2的栅极电压Vgs通过自举动作被保持为固定，因此流向发光元件EL的电流Ids′不会改变。因此，即使发光元件EL的电流/电压特性发生劣化，也总是可以流入固定的驱动电流Ids′，从而发光元件EL的亮度不会改变。
在此，对发光元件EL的逆偏压状态进行说明。如上所述，当前一个区域的发光期间(1)结束后，像素电路2进入本区域的非发光期间(2)～(6)，进行阈电压校正动作以及移动度校正动作后，进入本区域的发光期间(7)。在非发光期间的准备期间(2)～(4)之间，驱动晶体管T2的源极S(输出节点)被设定为最低的电位Vss，发光元件EL变为逆偏压。即，发光元件EL涉及的逆偏压量在阈电压校正期间(5)之前最大，其值为Vss。在准备期间(4)中，驱动晶体管T2的栅极G(输入节点)被设为Vofs，其源极S(输出节点)被设定为Vss。为了正常地进行后续的阈电压校正动作，需要将栅极G和源极S之间的电压Vgs＝Vofs-Vss设定为大于驱动晶体管T2的阈电压宽度。即，需要设定Vofs和Vss，以满足Vofs-VthMAX<Vofs-Vss。在此，VthMAX表示像素阵列内的各像素所包含的驱动晶体管的最大阈电压。
这样，在准备期间(2)～(4)，向发光元件EL的阳极施加所谓Vss的逆偏压后，进行阈电压校正动作、图像信号写入动作以及移动度校正动作。为了正常地结束直至移动度校正动作，在移动度校正期间(6)结束的时刻、即发光期间(7)即将到来之前，需要将发光元件EL处于逆偏压状态，且施加到其阳极的电压必须小于等于发光元件EL的阈电压Vthel。为了确保这一点，需要满足以下的关系。即，在进行了最大亮度电平(白色显示)的图像信号写入以及移动度校正动作的情况下，如果将发光元件EL的阳极电位的上升量(移动度校正量)设为△V，则需要满足以下的关系：Vofs-VthMIN>Vthel+Vcat-△V。在此，VthMIN是像素阵列中的各像素所包含的驱动晶体管的最小阈电压。由此，在非发光期间，驱动晶体管T2的输出节点变为将发光元件EL置于逆偏压状态的电平。换言之，在非发光期间中，为使发光元件EL处于逆偏压状态，需要预先设定Vofs以及Vss。但是，当发光元件EL涉及的逆偏压大时，恐怕发光元件EL会受到损坏，最坏的情况可能将不能发光，并产生像素的黑斑缺陷，这成为一个问题。
图12是表示本发明涉及的显示装置的构成的电路图。本显示装置是图2所示的在先开发所涉及的显示装置的改良装置，为了易于理解，对于对应于在先开发例的部分标注了对应的参照编号。不同点是驱动晶体管T2的源极S(输出节点)和发光元件EL的阳极之间连接了开关晶体管T3。此外，驱动晶体管T2的源极S和固定电位之间连接有辅助电容Csub。在本例中，固定电位被设定为阴极电位Vcat。但是本发明并不仅限于此。该辅助电容Csub是为了起到代替发光元件EL的等效电容Cel的作用而添加的。此外，为了控制开关晶体管T3的导通和截止，还追加了开关扫描器6。开关扫描器6线顺序扫描扫描线SS，从而对开关晶体管T3进行导通截止控制。和其它扫描器一样，该开关扫描器6也由移位寄存器构成，开关扫描器6根据从外部提供的时钟脉冲信号SSck进行动作，并依次传送同样从外部提供的起动脉冲SSsp，从而向扫描线SS输出控制信号。
在此，重新对图12所示的本发明所涉及的显示装置的构成进行说明。如图12所示，本显示装置的像素阵列部1包括行状的扫描线WS、列状的信号线SL、以及呈矩阵状配置在上述扫描线WS和信号线LS的交叉部分上的像素2。像素2至少包括取样晶体管T1、具有输入节点和输出节点的驱动晶体管T2、开关晶体管T3、保持电容C1以及辅助电容Csub。另外，输入节点是驱动晶体管T2的栅极G，输出节点是驱动晶体管T2的源极S。取样晶体管T1根据从配置在信号线SL和输入节点G之间的扫描线WS提供的控制信号而导通，并将从信号线SL提供的图像信号(Vsig/Vofs)写入保持电容C1。驱动晶体管T2根据写入保持电容C1的图像信号的信号电位Vsig向输出节点S输出驱动电流。保持电容C1被配置在输入节点G和输出节点S之间。辅助电容Csub连接在输出节点S和规定的固定电位Vcat之间。开关晶体管T3被配置在输出节点S和发光元件EL之间，在规定的发光期间中为导通状态，从而向发光元件EL提供驱动电流，并使其以对应于图像信号的亮度发光，另一方面，在非发光期间开关晶体管T3截止，从而将发光元件EL从输出节点S断开，并防止由于非发光期间中进行的像素2的动作而产生于输出节点S的电位作为逆偏压而施加给二极管型的发光元件EL。通过这样的结构，可以防止发光元件EL损坏，从而可以防止像素2的黑斑缺陷。
具体而言，驱动晶体管T2的栅极连接于输入节点，其漏极连接于电源线(供电线)DS，其源极S连接于输出节点。发光元件EL的阳极通过开关晶体管T3连接于输出节点，其阴极连接于接地线(Vcat)。辅助电容Csub连接于输出节点和接地线Vcat之间。本显示装置的像素2包括阈电压校正单元和移动度校正装置。阈电压校正单元作为水平选择器3、光扫描器4以及驱动扫描器5的功能被构成，在非发光期间进行动作，在向输出节点S施加超过逆偏压的电位的状态下将相当于驱动晶体管T2的阈电压Vth的电压保持在输入节点G和输出节点S之间的保持电容C1中。此外，移动度校正单元也由光扫描器4、驱动扫描器5以及水平选择器3的一部分功能构成，在非发光期间内写入图像信号的过程中进行动作，在向输出节点S施加超过逆偏压的电位的状态下将驱动电流从输出节点S负反馈给保持电容C1，从而施加基于驱动晶体管T2的移动度μ的校正。
图13是用于说明图12所示的显示装置的动作的时间图。为了易于理解，与用于说明在先开发所涉及的显示装置的动作的时间图图3采用相同的标记。但是，本发明所涉及的显示装置除了扫描线WS、电源线DS以及信号线SL之外，还存在追加的扫描线SS。因此，时间图13中，通过与扫描线WS共用时间轴来表示追加扫描线SS的电位变化。如时间图所示，扫描线SS的电位变化用于控制晶体管T3的导通和截止。当扫描线SS位于高电平时，开关晶体管T3处于导通状态，当其位于低电平时，开关晶体管T3处于截止状态。
该时间图中，当前一个区域的发光期间(1)结束后，进入该区域的非发光期间(1a)～(6a)，然后进入该区域的发光期间(7)。如图所示，驱动晶体管T2的源极S(输出节点)在非发光期间(1a)～(6a)处于负方向的电位电平。尤其是在阈电压校正动作之前的准备期间(4)中，其电位最低变为Vss。另一方面，开关晶体管T3在该非发光期间正好处于截止状态，从而将发光元件EL从驱动晶体管T2的输出节点断开。因此，在该非发光期间中，未从输出节点向发光元件EL施加负电平的电压，从而该发光元件EL不处于逆偏压状态。由此，可以防止发光元件EL发生难以预料的损坏。
参照图14～图19，对图12所示的像素电路的动作进行详细说明。首先如图14所示，在前一个区域的发光期间(1)中，电源线处于Vcc，并且仅取样晶体管T1处于截止状态。此时，由于驱动晶体管T2被设置成在饱和区域内进行动作，因此根据驱动晶体管T2的栅极G和源极S之间的电压Vgs，流向发光元件EL的驱动电流Ids取上述的特性公式所表示的值。
接着，进入该区域的非发光期间。首先如图15所示，在最开始的期间(1a)，将开关晶体管T3截止。在后续的期间(2)中，将电源线(供电线)的电位设为Vss。通过截止开关晶体管T3，从而对发光元件EL的供电被切断，其阳极电压几乎变为发光元件EL的阈电压Vthel。此外，通过将电源线从Vcc降到Vss，从而向驱动晶体管T2的源极S充电Vss。
接下来，在期间(3)中，将信号线SL的电位从Vsig切换至Vofs之后，如图16所示，在准备期间(4)，将取样晶体管T1导通，从而将驱动晶体管T2的栅极G的电位设定为Vofs。在该准备期间(4)中，驱动晶体管T2的栅极G和源极S之间的电压Vgs取Vofs-Vss的值。当该Vgs＝Vofs-Vss小于驱动晶体管T2的阈电压Vth时，将无法进行后面的阈电压校正动作。因此，在该准备期间(4)中，需要设定Vgs＝Vofs-Vss>Vth。为了满足这个条件，Vss被设定为相当低的电位。
接着，如图17所示，进入阈电压校正期间(5)，再将供电线DS(电源线)返回到Vcc。通过将电源电位设定为Vcc，如图17所示，电流流向驱动晶体管T2。该电流被用于对保持电容C1和辅助电容Csub充电。在先开发所涉及的显示装置中，在该移动度校正动作中，对保持电容C1和发光元件EL的等效电容Cel进行充电。而在本发明中，由于通过开关晶体管T3将发光元件EL与源极S断开，因此代替等效电容Cel，将辅助电容Csub追加到源极S。在C1和Csub的充电过程中，驱动晶体管T2的源极S的电位随时间上升。经过一定时间后，驱动晶体管T2的栅极G/源极S之间的电压Vgs取相当于Vth的值。即，此时，驱动晶体管T2的源极S的电位变为Vofs-Vth。
接下来，如图18所示，进入写入期间(6)，在导通取样晶体管T1的状态下，将信号线SL的电位设定为Vsig。在此，信号电位Vsig成为对应于发光元件的亮度灰阶的电压。由于取样晶体管T1导通，因此驱动晶体管T2的栅极G的电位变为Vsig，但由于电流从电源Vcc流向驱动晶体管T2，因此其源极S的电位随时间上升。此时，驱动晶体管T2的阈电压校正动作已经完毕，因此驱动晶体管T2所流的电流成为反映移动度μ的电流。具体而言，移动度μ较大的驱动晶体管在此时的电流量较大，并且源极S的电位上升也较快。相反，移动度μ较小的驱动晶体管T2的电流量较小，并且源极S的电位上升变慢。由此，驱动晶体管T2的Vgs反映移动度μ且变小，在校正期间(6)结束的时刻，Vgs变为完全通过移动度μ校正的值。
在非发光期间的最后期间(6a)，将开关晶体管T3导通后，如图19所示，进入该区域的发光期间(7)。即断开开关晶体管T1从而结束写入的同时，导通开关晶体管T3从而使发光元件EL发光。由于驱动晶体管T2的栅极G和源极S之间的电压Vgs是固定的，因此驱动晶体管T2将固定电流Ids′流向发光元件EL，从而发光元件EL的阳极电位上升，在达到电压Vx的时刻成为顺偏压状态，发光元件EL发光。在本像素电路中，同样当发光元件EL的发光时间延长时，其电流/电压特性会发生改变。因此，源极S的电位也会发生变化。但是，即使输出节点的电位发生改变，驱动晶体管T2的Vgs也可以通过自举动作被保持为固定值，因此流向发光元件EL的电流Ids′不会改变。因此，即使发光元件EL的电流/电压特性发生劣化，也可以持续流入固定的驱动电流，从而发光元件EL的亮度不会改变。
如上述可知，本发明所涉及的显示装置在非发光期间中不会向发光元件EL施加逆偏压。在非发光期间中，在发光元件EL上仅施加有相当于其阈电压Vthel的电压。这样，由于本发明在非发光期间中仅向发光元件EL施加小于逆偏压量的电压，因此可以防止其损坏，从而能够防止像素出现黑斑，实现高成品率。
图20是示出同样成为本发明的基础的另一个在先开发所涉及的显示装置的框图。如图20所示，本显示装置基本上由像素阵列部1、扫描部以及信号部构成。扫描部和信号部构成驱动部。像素阵列部1由排列为行状的扫描线WS、DS、AZ1、AZ2、排列为列状的信号线SL、以及连接于这些扫描线WS、DS、AZ1、AZ2和信号线SL的矩阵形像素电路2构成。信号部由水平选择器3构成，信号部用于向信号线SL提供图像信号。扫描部由光扫描器4、驱动扫描器5、第一校正用扫描器71以及第二校正用扫描器72构成，扫描部分别向扫描线WS、DS、AZ1、AZ2提供控制信号，从而相对于每行依次扫描像素电路，同时进行规定的阈电压校正动作、信号写入动作以及发光动作等。
光扫描器4由移位寄存器构成，根据从外部提供的时钟信号WSck进行动作，并依次传送同样从外部提供的起动脉冲WSsp，从而向对应的扫描线WS依次输出规定的控制信号。同样地，驱动扫描器5也由移位寄存器构成，根据时钟信号DSck和起动脉冲DSsp进行动作，向对应的扫描线DS输出规定的控制信号。同样，第一校正用扫描器71也通过接受时钟信号AZ1ck和起动脉冲AZ1sp的输入来进行动作。第二校正用扫描器72也通过从外部接受时钟信号AZ2ck和起动脉冲AZ2sp的供给，并向对应的扫描线AZ2输出规定的控制信号。
图21是示出图20所示的在先开发所涉及的显示装置中安装的像素结构的电路图。如图21所示，像素电路2包括取样晶体管T1、三个开关晶体管T2、T3、T4、驱动晶体管T5、保持电容C1以及发光元件EL。取样晶体管T1在规定的取样期间(图像信号写入期间)内根据从扫描线WS提供的控制信号而导通，从而将从信号线SL提供的图像信号的信号电位Vsig取样于保持电容C1中。保持电容C1根据所取样的图像信号的信号电位Vsig，向驱动晶体管T5的栅极G施加输入电压Vgs。驱动晶体管T5向发光元件EL提供对应于输入电压Vsig的输出电流Ids。发光元件EL在规定的发光期间内通过从驱动晶体管T5提供的输出电流Ids以对应于图像信号的信号电位Vsig的亮度而发光。另外，发光元件EL的阳极连接于驱动晶体管T5的源极S，另一方面，阴极连接于规定的接地电位(阴极电位)Vcat。在本说明书中，存在将驱动晶体管T5的源极S称为连接节点的情况。
开关晶体管T2在取样期间之前根据从扫描线AZ1提供的控制信号而导通，从而将驱动晶体管T5的栅极G设定为规定的电位Vofs。开关晶体管T4在取样期间(写入期间)之前根据从扫描线AZ2提供的控制信号而导通，从而将驱动晶体管T5的源极S(输出节点)设定为规定的电位Vss。开关晶体管T3同样在该写入期间之前根据从扫描线DS提供的控制信号而导通，将驱动晶体管T5连接于电源电位Vcc，从而将相当于驱动晶体管T5的阈电压Vth的电压保持在保持电容C1中，从而校正阈电压Vth的影响。因此，在本例中，开关晶体管T2、T3、T4构成了阈电压校正单元。而且，取样晶体管T1和开关晶体管T3联动地构成移动度校正单元，在一部分上述写入期间内，将输出电流Ids负反馈(negatively feedback)给保持电容C1，从而施加对应于驱动晶体管T5的移动度μ的校正。此外，该开关晶体管T3在发光期间再次根据从扫描线DS提供的控制信号而导通，从而将驱动晶体管T5与电源电位Vcc连接，并将输出电流Ids流向发光元件EL。
如上述可知，本像素电路2由5个晶体管T1～T5、1个保持电容C1以及1个发光元件EL构成。晶体管T1、T2、T4、T5为N沟道型的多晶硅TFT。仅晶体管T3是P沟道型的多晶硅TFT。但是本发明并不仅限于此，也可以适当混合N沟道型和P沟道型的TFT。发光元件EL是具有阳极和阴极的二极管型元件，比如由有机EL器件构成。该有机EL器件根据阳极的电位在顺偏压状态和逆偏压状态之间迁移，并且在顺偏压状态下通过输出电流而发光，另一方面，当像素电路进行阈电压校正动作和移动度校正动作时处于逆偏压状态。但是，当逆偏压状态的时间过长、或逆偏压过大的情况下，恐怕有机EL设备发生损坏。另外，本发明并不仅限于有机EL设备，发光元件可以包括一般通过电流驱动而发光的所有设备。
图22是用于说明图21所示的像素的动作的时间图。在该时间图中，沿时间轴示出了施加在各扫描线WS、AZ1、AZ2以及DS上的控制信号的波形。由于晶体管T1、T2、T4是N沟道型的，因此当扫描线WS、AZ1、AZ2分别为高电平时，上述晶体管T1、T2、T4导通，当扫描线WS、AZ1、AZ2分别为低电平时，上述晶体管T1、T2、T4截止。另一方面，由于晶体管T3是P沟道型的，因此当扫描线DS为高电平时，晶体管T3截止，当扫描线DS为低电平时，晶体管T3导通。因此，该时间图还示出了各晶体管T1、T2、T3、T4的导通截止状态。另外，该时间图在示出各控制信号WS、AZ1、AZ2、DS的波形的同时，还示出了驱动晶体管T5的栅极G和源极S的电位变化。栅极G和源极S之间产生的电压为栅极电压Vgs，其变为对驱动晶体管T5的输入电压。
如图所示，为了方便，时间图被划分为期间(1)～(8)。最开始的发光期间(1)属于在前区域。当发光期间(1)结束后，进入后续的区域。首先是用于校正阈电压的准备期间(2)和(3)，然后是阈电压校正期间(4)，接着在调整期间(5)之后进入写入期间(6)和(7)。另外，该写入期间(6)和(7)包括移动度校正期间(7)。然后是本区域的发光期间(8)。在此，在发光期间(1)和(8)中，驱动晶体管T5的源极S(连接节点)处于较高的电位，发光元件EL处于顺偏压状态而发光。与此相对，期间(1)～(7)是非发光期间，驱动晶体管T5的源极S处于较低的电位，变为逆偏压状态，从而发光元件EL处于非发光状态。尤其在准备期间(3)中，源极S的电位下降很多，从而变为强逆偏压状态。
从图22的时间图可知，该在先开发所涉及的显示装置也在非发光期间(2)～(7)向驱动晶体管T5的源极S施加很大的负偏压。由于该负偏压直接施加到发光元件EL，因此发光元件EL在非发光期间内处于逆偏压状态，从恐怕会损坏。
图23是表示本发明涉及的显示装置的另一个实施方式的电路图。该实施方式是图21所示的在先开发所涉及的显示装置的改良，为了易于理解，对对应的部分标注了对应的参照编号。不同点是驱动晶体管T5的输出节点S和发光元件EL的阳极之间插入了开关晶体管T6。并且，在该开关晶体管T6的栅极上通过扫描线SS连接有开关扫描器6，并且在非发光期间将该开关晶体管T6截止。由此，在非发光期间中，发光元件EL从驱动晶体管T5的输出节点S断开，因此不会处于逆偏压状态。另外，输出节点S和固定电位Vcat之间连接有辅助电容Csub。
本发明涉及的显示装置具有如图27所示的薄膜设备结构。本图示出了形成于绝缘性基板上的像素的模式剖面结构。如图所示，像素包括具有多个薄膜晶体管的晶体管部(图中举例示出了一个TFT)、保持电容等的电容部、以及有机EL元件等的发光部。晶体管部和电容部通过TFT工序(process)形成于基板上，并且在晶体管部和电容部上层叠了有机EL元件等的发光部。在发光部之上通过粘接剂粘接有透明的对置基板，从而构成平板(flat panel)。
如图28所示，本发明涉及的显示装置包括平面型的模块形状的装置。比如，在绝缘性的基板上设置有由有机EL元件、薄膜晶体管以及薄膜电容等构成的、呈矩阵形状集成形成像素的像素阵列部，然后配置粘接剂以包围该像素阵列部(像素矩阵部)，并粘接玻璃等的对置基板从而形成显示模块。根据需要，可以在该透明的对置基板上设置滤色器、保护膜以及遮光膜等。在显示模块上，作为用于输入输出从外部向像素阵列部发出的信号等的连接器，也可以设置例如FPC(挠性印刷电路(flexible print circuit))。
上述所说明的本发明中的显示装置具有平板形状，可以适用于各种电子设备，诸如数码相机、笔记本型个人计算机、便携式电话以及摄像机等的、将输入到电子设备中或电子设备中生成的图像信号作为图像或图像加以显示的所有领域的电子设备的显示器。下面举例示出应用这种显示装置的电子设备。
图29是应用本发明的电视机，其包括由前板12和滤光片13等构成的图像显示画面11，通过将本发明的显示装置应用于该图像显示画面11而制成。
图30是应用本发明的数码相机，上图为正面图，下图为背面图。该数码相机包括摄像透镜(lens)、用于闪光的发光部15、显示部16、控制开关、菜单开关以及快门19等，通过将本发明的显示装置应用于其显示部16而制成。
图31是应用本发明的笔记本型个人计算机，本体20包括输入文字等时进行操作的键盘21，在本体外壳上包括显示图像的显示部22，通过将本发明的显示装置应用于其显示部22而制成。
图32是应用本发明的便携式终端装置，左边示出了打开状态，右边示出了闭合状态。该手机终端装置包括上侧框体23、下侧框体24、连接部(在此为折叶(hinge)部)25、显示器26、副显示器27、镜头灯(picture light)28以及照相机29等，通过将本发明的显示装置应用于其显示器26或副显示器27而制成。
图33是应用本发明的摄像机，其包括本体部30、在朝向前方的侧面上的用于拍摄被摄体的透镜(lens)34、拍摄时的开始/结束开关35以及监控器36等，通过将本发明的显示装置应用于其监控屏36而制成。

Claims (5)

1.一种显示装置，其特征在于，包括：
行状的扫描线、列状的信号线、以及矩阵状地配置在所述扫描线和所述信号线交叉部分上的像素，
其中，所述像素至少包括取样晶体管、具有输入节点和输出节点的驱动晶体管、开关晶体管、发光元件、保持电容以及辅助电容，
所述取样晶体管被配置在所述信号线和所述输入节点之间，所述取样晶体管根据从所述扫描线提供的控制信号而导通，并将从所述信号线提供的图像信号写入所述保持电容，所述驱动晶体管根据写入所述保持电容中的图像信号的信号电位向输出节点输出驱动电流，
所述保持电容配置在所述输入节点和所述输出节点之间，
所述辅助电容连接在所述输出节点和接地线之间，
所述开关晶体管配置在所述输出节点和所述发光元件之间，所述开关晶体管在规定的发光期间中为导通状态，从而向所述发光元件提供所述驱动电流，以使所述发光元件以对应于图像信号的亮度发光，另一方面，所述开关晶体管在非发光期间截止，从而将所述发光元件从所述输出节点断开，以便防止将由于在非发光期间中进行的像素动作而产生于所述输出节点的电位作为逆偏压施加给二极管型的所述发光元件。
2.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，
所述驱动晶体管的栅极连接于输入节点，所述驱动晶体管的漏极连接于电源线，所述驱动晶体管的源极连接于输出节点，
所述发光元件的阳极通过所述开关晶体管连接于所述输出节点，所述发光元件的阴极连接于接地线。
3.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，
所述像素包括阈电压校正单元，
所述阈电压校正单元在非发光期间进行动作，在向所述输出节点施加超过所述逆偏压的电位的状态下将相当于所述驱动晶体管的阈电压的电压保持在输入节点和输出节点之间的保持电容中。
4.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，
所述像素包括移动度校正单元，所述移动度校正单元在非发光期间内写入图像信号的过程中进行动作，在向输出节点施加超过所述逆偏压的电位的状态下将驱动电流从所述输出节点负反馈给保持电容，从而施加基于驱动晶体管的移动度的校正。
5.一种显示装置的驱动方法，其中，所述显示装置包括行状的扫描线、列状的信号线、以及矩阵状地配置在所述扫描线和所述信号线交叉部分上的像素，所述像素至少包括取样晶体管、具有输入节点和输出节点的驱动晶体管、开关晶体管、发光元件、保持电容以及辅助电容，所述取样晶体管被配置在所述信号线和所述输入节点之间，所述开关晶体管被配置在所述输出节点和所述发光元件之间，所述保持电容被配置在所述输入节点和所述输出节点之间，所述辅助电容连接在所述输出节点和接地线之间，所述显示装置的驱动方法的特征在于，
所述取样晶体管根据从所述扫描线提供的控制信号而导通，并将从所述信号线提供的图像信号写入所述保持电容，
所述驱动晶体管根据写入所述保持电容中的图像信号的信号电位向输出节点输出驱动电流，
所述开关晶体管在规定的发光期间中为导通状态，从而向所述发光元件提供所述驱动电流，以使所述发光元件以对应于图像信号的亮度发光，另一方面，所述开关晶体管在非发光期间截止，从而将所述发光元件从所述输出节点断开，以便防止将由于在非发光期间中进行的像素动作而产生于所述输出节点的电位作为逆偏压施加给二极管型的所述发光元件。
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