CN101743583B - 图像显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种图像显示装置，该图像显示装置排列有多个像素电路，所述像素电路具有电流发光元件、使电流流过电流发光元件的驱动晶体管、对确定驱动晶体管的流动电流量的电压进行保持的保持电容器和将与图像信号相应的电压写入至保持电容器的写入开关。构成各像素电路的晶体管是N沟道型晶体管。各像素电路进一步具备使能开关、用于对保持电容器的电压进行初始化的初始化电容器和分离开关。

Description

图像显示装置

技术领域

本发明涉及采用了电流发光元件的有源矩阵型的图像显示装置。

背景技术

排列有多个自身发光的有机电致发光(EL)元件的有机EL显示装置因为不需要背光源且对视场角也没有限制，所以作为下一代图像显示装置备受期待。

有机EL元件是根据流动电流量来控制亮度的电流发光元件。作为对有机EL元件进行驱动的方式，存在简单矩阵方式和有源矩阵方式。前者虽然像素电路简单，但是难以实现大型且高精细的图像显示装置。因此，近年来，盛行开发有源矩阵型的有机EL显示装置，该有源矩阵型的有机EL显示装置排列有对于每一有机EL元件具备对电流发光元件进行驱动的驱动晶体管的像素电路。

驱动晶体管及其外围电路一般采用薄膜晶体管而形成。并且，在薄膜晶体管中，存在采用了多晶硅的薄膜晶体管和采用了非晶硅的薄膜晶体管。非晶硅薄膜晶体管虽然有迁移率低且阈值电压的经时变化大的缺点，但是因为其迁移率的均匀性优异、容易大型化且成本低，所以适于大型的有机EL显示装置。并且，关于通过像素电路的研究来克服作为非晶硅薄膜晶体管的缺点的阈值电压的经时变化的方法也正在研讨。例如在专利文献1中，公开了具备有如下像素电路的有机EL显示装置：即使在薄膜晶体管的阈值电压发生了变化的情况下，在电流发光元件中流过的电流量也不受阈值电压的影响，而可以实现稳定的图像显示。

可是，专利文献1中记载的像素电路，采用P沟道型晶体管构成。另一方面，因为作为大型的图像显示装置用的非晶硅薄膜晶体管，仅N沟道型晶体管实用化，所以需要构成采用了N沟道型晶体管的图像电路。进而，为了容易地制造有机EL元件，期望如下电路结构：能够在驱动晶体管的源上连接有机EL元件的阳极，并将各像素电路的有机EL元件的阴极连接至共用电极。进而，为了抑制发光亮度的不均匀，要求源接地工作的像素补偿电路，该发光亮度的不均匀是因为在有机EL发光时流过的电流和电源线的电阻所引起的电压下降而产生的。

【专利文献1】特表2002-514320号公报

发明内容

本发明的图像显示装置，排列有多个像素电路，所述像素电路具有电流发光元件、使电流流过电流发光元件的驱动晶体管、对确定驱动晶体管的流动电流量的电压进行保持的保持电容器和将与图像信号相应的电压写入至保持电容器的写入开关。构成各像素电路的晶体管是N沟道型晶体管。各像素电路进一步具备使能开关、初始化电容器和分离开关。使能开关的漏与驱动晶体管的源相连接。使能开关的源与电流发光元件的阳极相连接。保持电容器的一个端子连接至驱动晶体管的栅，保持电容器的另一个端子连接至初始化电容器的一个端子。初始化电容器的另一个端子连接至触发线，该触发线供给用于对保持电容器的电压进行初始化的触发信号。分离开关的漏与连接有保持电容器和初始化电容器的节点相连接。分离开关的源与驱动晶体管的源相连接。利用该结构，能够提供这样的图像显示装置，该图像显示装置仅用N沟道型晶体管便构成了在驱动晶体管的源上连接有电流发光元件的像素电路。

并且，本发明的图像显示装置的对使能开关进行控制的控制信号也可以是被供给至触发线的触发信号。利用该结构，能够使像素电路简单化。

并且，本发明的图像显示装置的各像素电路也可以进一步具备用于在驱动晶体管的栅上施加参考电压的参考开关。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式中的有机EL显示装置的结构的示意图；

图2是本发明的实施方式中的像素电路的电路图；

图3是表示本发明的实施方式中的像素电路的工作的时序图；

图4是用于说明本发明的实施方式中的图像显示装置的阈值检测期间中的工作的电路图；

图5是用于说明本发明的实施方式中的图像显示装置的写入期间中的工作的电路图；

图6是用于说明本发明的实施方式中的图像显示装置的发光期间中的工作的电路图；以及

图7是表示本发明的实施方式中的像素电路的各元件的布局的一例的图。

符号说明

10像素电路，11扫描线驱动电路，12数据线驱动电路，14电源线驱动电路，20数据线，24高电压侧电源线，25低电压侧电源线，26参考电压线，41扫描线，42复位线，43触发线，44合并线，D1有机EL元件，C1保持电容器，C2初始化电容器，Q1驱动晶体管，Q2、Q3、Q4、Q5晶体管，SW2、SW3、SW4、SW5开关。

具体实施方式

以下，关于本发明的实施方式中的有源矩阵型的图像显示装置，利用附图进行说明。而且，虽然在此作为图像显示装置，关于采用薄膜晶体管使有机EL元件发光的有源矩阵型的有机EL显示装置进行说明，但是本发明可以应用于采用了根据流动电流量来控制亮度的电流发光元件的有源矩阵型的图像显示装置全体。

(实施方式)

图1是表示本发明的实施方式中的有机EL显示装置的结构的示意图。

本实施方式中的有机EL显示装置具备排列为矩阵状的多个像素电路10、扫描线驱动电路11、数据线驱动电路12和电源线驱动电路14。扫描线驱动电路11对像素电路10供给扫描信号scn、复位信号rst、触发信号trg、合并信号mrg的各个。数据线驱动电路12将与图像信号对应的数据信号data供给至像素电路10。电源线驱动电路14对像素电路10供给电力。在本实施方式中，像素电路10作为排列成n行m列的矩阵状的像素电路进行说明。

扫描线驱动电路11，对共同地连接至在图1中的行方向上排列的像素电路10的扫描线41，分别单独地供给扫描信号scn。扫描线驱动电路11，对共同地连接至同样在行方向上排列的像素电路10的复位线42，分别单独地供给复位信号rst。扫描线驱动电路11，对共同地连接至同样在行方向上排列的像素电路10的触发线43，分别单独地供给触发信号trg。扫描线驱动电路11，对共同地连接至同样在行方向上排列的像素电路10的合并线44，分别单独地供给合并信号mrg。并且，数据线驱动电路12，对共同地连接至在图1中的列方向上排列的像素电路10的数据线20，分别单独地供给数据信号data。虽然在本实施方式中，扫描线41、复位线42、触发线43、合并线44的条数分别为n条，数据线20的条数为m条，但是关于扫描线41、复位线42、触发线43、合并线44的条数，也可以不相同。

电源线驱动电路14，对共同地连接至全部的像素电路10的高电压侧电源线24和低电压侧电源线25供给电力。并且，对共同地连接至全部的像素电路10的参考电压线26供给参考电压Vref。

图2是本发明的实施方式中的像素电路10的电路图。

本实施方式中的各像素电路10具备作为电流发光元件的有机EL元件D1、驱动晶体管Q1、保持电容器C1、晶体管Q2、晶体管Q3、晶体管Q4和晶体管Q5。驱动晶体管Q1通过使电流流过有机EL元件D1而使有机EL元件D1发光。保持电容器C1对确定驱动晶体管Q1流动电流量的电压进行保持。晶体管Q2是用于将与图像信号相应的电压写入至保持电容器C1的写入开关。晶体管Q3是用于在驱动晶体管Q1的栅上施加参考电压Vref的参考开关。晶体管Q4是插入到使电流流过有机EL元件D1的电流路径上的使能开关。晶体管Q5是用于当在保持电容器C1上写入电压时将保持电容器C1与驱动晶体管Q1的源断开的分离开关。并且，各像素电路10进一步具备用于在保持电容器C1上提供超过驱动晶体管Q1的阈值电压Vth的电压而对保持电容器C1的电压进行初始化的初始化电容器C2。在此，构成像素电路10的驱动晶体管Q1及晶体管Q2～Q5全都是N沟道薄膜型晶体管。而且这些晶体管Q2～Q5作为增强型晶体管进行说明，但是也可以是耗尽(デプレシヨン)型晶体管。

作为使能开关的晶体管Q4的漏，与驱动晶体管Q1的源相连接。晶体管Q4的源与有机EL元件D1的阳极相连接。即，驱动晶体管Q1的漏连接至高电压侧电源线24，驱动晶体管Q1的源连接至晶体管Q4的漏。而且，晶体管Q4的源连接至有机EL元件D1的阳极，有机EL元件D1的阴极连接至低电压侧电源线25。在此，供给至高电压侧电源线24的电压例如为5(V)，供给至低电压侧电源线25的电压例如为-15(V)。

保持电容器C1的一个端子连接至驱动晶体管Q1的栅。保持电容器C1的另一个端子连接至初始化电容器C2的一个端子。初始化电容器C2的另一个端子连接至触发线43，触发线43供给用于对保持电容器C1的电压进行初始化的触发信号trg。作为分离开关的晶体管Q5的漏，与连接有保持电容器C1和初始化电容器C2的节点(以下，称为“节点a”)相连接。晶体管Q5的源与驱动晶体管Q1的源相连接。

并且，驱动晶体管Q1的栅，经由作为写入开关的晶体管Q2连接至数据线20，并经由作为参考开关的晶体管Q3连接至参考电压线26。

还有，晶体管Q2的栅连接至扫描线41，晶体管Q3的栅连接至复位线42，晶体管Q5的栅连接至合并线44。并且，虽然晶体管Q4的栅连接至触发线43，但是这是因为在本实施方式中，供给至触发线43的触发信号trg也兼用作对晶体管Q4进行控制的控制信号。虽然当然也可以单独地设置对晶体管Q4进行控制的控制信号，但是通过与触发信号trg进行兼用，能够减少布线，能够使像素电路10简单化。

接下来，关于本实施方式中的像素电路10的工作进行说明。图3是表示本发明的实施方式中的像素电路10的工作的时序图。在本实施方式中，各像素电路10，在1场期间内，进行检测驱动晶体管Q1的阈值电压Vth的工作、将与图像信号对应的数据信号data写入至保持电容器C1的工作、基于写入至保持电容器C1的电压而使有机EL元件D1发光的工作。为了方便，将检测阈值电压Vth的期间设定为阈值检测期间T1、将写入数据信号data的期间设定为写入期间T2、将使有机EL元件D1发光的期间设定为发光期间T3，以下对工作的详情进行说明。还有，阈值检测期间T1、写入期间T2、发光期间T3是针对各个像素电路10定义的，而不必使上述3个期间的相位对于全部的像素电路10都一致。在本实施方式中，对于在行方向上排列的像素电路10而言使上述3个期间的相位相一致，而对于在列方向上排列的像素电路10而言以其各个的写入期间T2不重叠的方式使上述3个期间的相位错开而进行驱动。因为通过这样使相位错开而进行驱动能够将发光期间T3的时间设定得较长，所以可期望提高图像显示亮度。

(阈值检测期间T1)

图4是用于说明本发明的实施方式中的图像显示装置的阈值检测期间T1中的工作的电路图。而且，在图4中，为了说明，分别用开关SW2～SW5来替换图2的晶体管Q2～Q5。

首先，在阈值检测期间T1之前、即1场前的发光期间的后半段中，扫描信号scn、复位信号rst、合并信号mrg分别为低电平，而触发信号trg为高电平。从而，开关SW2、开关SW3、开关SW5为断开状态，开关SW4为接通状态。若将此时的保持电容器C1的端子间的电压VC1设定为电压VC1(0)、将驱动晶体管Q1的源电压Vs设定为电压Vs(0)，则节点a的电压Va如后所述与电压Vs(0)相等。即，若将驱动晶体管Q1的栅电压设定为电压Vg，则为：

[数学式1]

Vg＝Vs(0)+VC1(0)

Va＝Vs(0)

在阈值检测期间T1的最初的时刻t11，使触发信号trg成为低电平，从而使开关SW4成为断开状态。若将触发信号trg的高电平电压与低电平电压之差设定为电压差ΔV，则驱动晶体管Q1的栅电压Vg及节点a的电压Va也下降电压差ΔV的量。而且，栅电压Vg及节点a的电压Va为：

[数学式2]

Vg＝Vs(0)+VC1(0)-ΔV

Va＝Vs(0)-ΔV

在其后的时刻t12，使复位信号rst成为高电平，从而使开关SW3成为接通状态。于是，驱动晶体管Q1的栅电压Vg变成等于参考电压Vref，节点a的电压Va也发生变化，成为：

[数学式3]

Vg＝Vref

$\mathrm{Va}=\{\mathrm{Vs}\left(0\right)-\mathrm{\ΔV}\}+\frac{C1}{C1+C2}\·[\mathrm{Vref}-\{\mathrm{Vs}\left(0\right)+\mathrm{VC}1\left(0\right)-\mathrm{\ΔV}\left\}\right]$

$=\frac{C2}{C1+C2}\·\{\mathrm{Vs}\left(0\right)-\mathrm{\ΔV}\}+\frac{C1}{C1+C2}\·\{\mathrm{Vref}-\mathrm{VC}1\left(0\right)\}$

从而，保持电容器C1的端子间电压VC1为：

[数学式4]

$\mathrm{VC}1=\mathrm{Vg}-\mathrm{Va}$

$=\mathrm{Vref}-\frac{C2}{C1+C2}\·\{\mathrm{Vs}\left(0\right)-\mathrm{\ΔV}\}-\frac{C1}{C1+C2}\·\{\mathrm{Vref}-\mathrm{VC}1\left(0\right)\}$

$=\frac{C1}{C1+C2}\·\mathrm{VC}1\left(0\right)+\frac{C2}{C1+C2}\·\mathrm{\ΔV}+\frac{C2}{C1+C2}\·\{\mathrm{Vref}-\mathrm{Vs}\left(0\right)\}$

在此，重要的是，当在使开关SW3成为接通状态之后使开关SW5成为接通状态时，节点a的电压Va变得充分低，以能够使驱动晶体管Q1成为导通状态。如果换言之，则此时，保持电容器C1的端子间的电压VC1与阈值电压Vth相比较变得充分大。例如在本实施方式中，假定为：Vs(0)＝-5(V)、Vref＝0(V)、VC1(0)＝0(V)、ΔV＝30(V)，进而保持电容器C1的电容值与初始化电容器C2的电容值相等。于是，保持电容器C1的端子间的电压VC1为17.5(V)，驱动晶体管Q1的源电压Va为-17.5(V)，与阈值电压Vth相比较变得充分大。因此，可以使驱动晶体管Q1成为导通状态。

接着，在时刻t13，使合并信号mrg成为高电平，从而使开关SW5成为接通状态。于是，被充电为比阈值电压Vth高的电压的保持电容器C1经由开关SW5连接在驱动晶体管Q1的栅、源间。因此，驱动晶体管Q1变成导通状态，将保持电容器C1的电荷放电从而驱动晶体管Q1的源电压Vs开始上升。然后，在驱动晶体管Q1的栅、源间电压Vgs变成与阈值电压Vth相等的时刻，驱动晶体管Q1成为截止状态。从而，保持电容器C1的端子间的电压VC1变成等于阈值电压Vth。即：

[数学式5]

VC1＝Vth

此后，在时刻t14，使合并信号mrg成为低电平，从而使开关SW5成为断开状态。然后，在时刻t15，使复位信号rst成为低电平，从而使开关SW3成为断开状态。

(写入期间T2)

图5是用于说明本发明的实施方式中的图像显示装置的写入期间T2中的工作的电路图。

在写入期间T2的时刻t21，使扫描信号Scn成为高电平，从而使开关SW2成为接通状态。于是，此时与供给至数据线20的数据信号data对应的电压Vdata被施加到保持电容器C1的一个端子上。因此，保持电容器C1的电压VC1增加以下的电压的量，该电压的量是由保持电容器C1与初始化电容器C2对电压Vdata进行了电容分配而得到的，成为：

[数学式6]

$\mathrm{VC}1=\mathrm{Vth}+\frac{C2}{C1+C2}\·\mathrm{Vdata}$

在此后的时刻t22，使扫描信号Scn成为低电平，从而使开关SW2成为断开状态。

(发光期间T3)

图6是用于说明本发明的实施方式中的图像显示装置的发光期间T3中的工作的电路图。

在时刻t31，使合并信号mrg成为高电平，从而使开关SW5成为接通状态。由此，驱动晶体管Q1的栅、源间电压Vgs变成与保持电容器C1的端子间的电压VC1相等。

在此后的时刻t32，使触发信号trg成为高电平，从而使开关SW4成为接通状态。于是，在有机EL元件D1中流过电流，有机EL元件D1以与图像信号对应的亮度发光。此时在有机EL元件D1中流过的电流Ipxl为：

[数学式7]

$\mathrm{Ipxl}=\frac{\mathrm{\β}}{2}\·{(\mathrm{Vgs}-\mathrm{Vth})}^2$

$=\frac{\mathrm{\β}}{2}{(\frac{C2}{C1+C2}\·\mathrm{Vdata})}^2$

而且，β为依赖于驱动晶体管Q1的迁移率μ、栅绝缘膜电容Cox、沟道长度L、沟道宽度W而定的系数，由下式表示：

[数学式8]

$\mathrm{\β}=\mathrm{\μ}\·\mathrm{Cox}\·\frac{W}{L}$

这样，在有机EL元件D1中流过的电流Ipxl中不包括阈值电压Vth项。从而，即使在驱动晶体管Q1的阈值电压Vth由于经时变化而发生了变动的情况下，流过有机EL元件D1的电流Ipxl也不受其影响。

然后，在驱动晶体管Q1的源电压Vs变成与节点a的电压Va相等以后的时刻t33，使合并信号mrg成为低电平从而使开关SW5成为断开状态。但是，即便使开关SW5成为断开状态，驱动晶体管Q1的栅电压Vg也不发生变化。即，节点a的电压Va与驱动晶体管Q1的源电压Vs也依然相等不变，流过有机EL元件D1的电流Ipxl也不发生变化。

还有，在本实施方式中，分别将阈值检测期间T1、写入期间T2、发光期间T3的时间设定为1ms、16μs、15ms。但是优选：这些时间根据有机EL元件D1的特性、保持电容器C1的电容值、另外构成像素电路10的各元件的特性等而最佳地进行设定。并且，也可以在静止图像中为了提高亮度而将发光期间T3的时间设定得较长，在运动图像中考虑发光的响应速度而将发光期间T3的时间设定得稍短等，根据进行显示的图像的种类而设定。

并且，在上述的说明中，将高电压侧电源线24的电压设定为5(V)，将低电压侧电源线25的电压设定为-15(V)，将参考电压Vref设定为0(V)。但是优选：这些电压值也根据构成像素电路10的各元件的特性等最佳地进行设定。例如如果驱动晶体管Q1为增强型晶体管，则通过使参考电压Vref与高电压侧电源线24的电压相同而能够省略参考电压线26。并且通过该省略，能够使像素电路10的各元件及布线的布局简单化。

图7是表示本发明的实施方式中的将参考电压Vref设定为与高电压侧电源线24的电压相等的电压的情况下的像素电路10的各元件的布局的一例的图。在图7中，构成像素电路10的驱动晶体管Q1、晶体管Q2～Q5、保持电容器C1、初始化电容器C2、有机EL元件D1各元件分别标注与图2相同的符号而示出。

数据线20，在图7中，在像素电路10的左侧配置于列方向上，高电压侧电源线24在像素电路10的右侧配置于列方向上。在图7中，该高电压侧电源线24兼用作参考电压线26。并且，扫描线41在图7中、在像素电路10的上侧配置于行方向上，复位线42在扫描线41的下侧配置于行方向上，合并线44在其更下侧配置于行方向上，触发线43在其更下侧配置于行方向上。而且，能够用第1层布线构成配置于列方向上的数据线20及高电压侧电源线24，用与第1层不同的第2层布线构成配置于行方向上的扫描线41、复位线42、合并线44及触发线43。这样，通过将参考电压Vref设定为与高电压侧电源线24的电压相等的电压，能够使像素电路10的各元件及布线的布局简单化。

并且，在本实施方式中，假定为保持电容器C1的电容值与初始化电容器C2的电容值相等而对像素电路10的工作进行了说明。但是，它们的电容值也优选根据构成像素电路10的各元件的特性、驱动条件等最佳地进行设定。例如优选：保持电容器C1的电容值设定得充分大，以便其端子间的电压VC1不会在发光期间T3间因以下影响而发生变化，该影响即存在于驱动晶体管Q1的栅、源电极间和/或栅、漏电极间的寄生电容、晶体管Q2、Q3的截止泄漏电流等的影响。并且，优选以能够在保持电容器C1上写入数据信号data，且能够可靠地对保持电容器C1进行初始化的方式设定初始化电容器C2的电容值。

根据如以上说明的本实施方式，即使在驱动晶体管Q1的阈值电压Vth由于经时变化而发生了变动的情况下，流过有机EL元件D1的电流Ipxl也不会受其影响，而能够以与图像信号对应的亮度使有机EL元件D1发光。进而，根据本实施方式，有机EL元件D1在发光期间T3以与图像信号对应的亮度发光，而并不在阈值检测期间T1开始时的保持电容器C1的复位期间与图像信号无关地发光。因此，根据本实施方式，能够显示对比度高的图像。

并且，因为由保持电容器C1的端子间的电压VC1确定有机EL元件D1的亮度，所以需要以保持电容器C1的端子间的电压VC1不产生预定之外的变动的方式进行驱动。为此，通过基于图3中所示的序列对各晶体管进行控制，能够可靠地对保持电容器C1的电压进行控制。

这样，根据本实施方式，仅用N沟道型晶体管便能够构成在驱动晶体管Q1的源上连接有机EL元件D1并且将有机EL元件D1的阴极共同地连接至低电压侧电源线25的像素电路10。而且，虽然本实施方式中的像素电路10最适于用非晶硅薄膜晶体管构成大型的显示装置的情况，但是即使在采用N沟道型多晶硅薄膜晶体管的情况下也是可期望的。

还有，在本实施方式中，关于对于在行方向上排列的像素电路10而言使阈值检测期间T1、写入期间T2、发光期间T3这3个期间的相位相一致、对于在列方向上排列的像素电路10而言以其各个的写入期间T2不重叠的方式使上述3个期间的相位错开而进行驱动的构成进行了说明。但是本发明并非限定于此，而例如也可以将1场期间分割为包括阈值检测期间T1、写入期间T2、发光期间T3的3个期间，并使全部的像素电路10同步而进行驱动。即通过从数据线20供给参考电压Vref，能够省略晶体管Q3，能够实现晶体管个数的减少。

并且，在本实施方式中示出的电压值等各数值仅表示一例，这些数值优选根据有机EL元件D1的特性、图像显示装置的规格等适宜设定为最佳。

根据本发明的图像显示装置，可以使在驱动晶体管的源上连接有电流发光元件的像素电路，采用N沟道型晶体管来构成像素电路，从而作为采用了电流发光元件的有源矩阵型的图像显示装置而有用。

Claims (3)

1.一种图像显示装置，其排列有多个像素电路，所述像素电路具有电流发光元件、使电流流过前述电流发光元件的驱动晶体管、对确定前述驱动晶体管的流动电流量的电压进行保持的保持电容器和将与图像信号相应的电压写入至前述保持电容器的写入开关，其中：

构成各个前述像素电路的晶体管是N沟道型晶体管，

各个前述像素电路进一步具备使能开关、初始化电容器和分离开关，

前述使能开关的漏与前述驱动晶体管的源相连接，前述使能开关的源与前述电流发光元件的阳极相连接，

前述保持电容器的一个端子连接至前述驱动晶体管的栅，前述保持电容器的另一个端子连接至前述初始化电容器的一个端子，前述初始化电容器的另一个端子连接至触发线，该触发线供给用于对前述保持电容器的电压进行初始化的触发信号，

前述分离开关的漏与连接有前述保持电容器和前述初始化电容器的节点相连接，前述分离开关的源与前述驱动晶体管的源相连接。

2.按照权利要求1所述的图像显示装置，其中：

对前述使能开关进行控制的控制信号是被供给至前述触发线的触发信号。

3.按照权利要求1所述的图像显示装置，其中：

各个前述像素电路进一步具备用于在前述驱动晶体管的栅上施加参考电压的参考开关。

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