CN101903934B - 像素电路及显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明包括：显示元件(306)，该显示元件(306)的发光亮度被电流控制；至少一个第一开关元件部(304)，该第一开关元件部(304)的、相对于作为灰度信号的输入变量的输出电流特性呈现饱和特性；以及至少一个第二开关元件部(305)，该第二开关元件部(305)的、相对于作为灰度信号的输入变量的输出电流特性呈现线性特性，输出由所述第一开关元件部(304)决定的电流的第一电流路径、与输出由所述第二开关元件部(305)决定的电流的第二电流路径汇合，并与所述显示元件(306)的电流路径连接。通过这样，提供一种能够在预定的驱动器输出范围内充分确保足以进行通常灰度显示用的电压范围、并且能够产生更高的峰值亮度的像素电路及显示装置。

Description

像素电路及显示装置
技术领域
本发明涉及有机场致发光(下文中称为有机EL)显示装置等有源矩阵型显示装置，具体而言，涉及像素电路结构及其灰度驱动方法。
背景技术
在有源矩阵型有机EL显示装置中，如图11所示，在一个像素单元内，半导体开关元件106与作为发光体的有机EL薄膜108电连接，构成为电源电压Vp的电源供给电极103、与电源电压VC的公共电极104之间的串联电路。另外，从数据信号线101向半导体开关元件106的栅极端子施加灰度信号VD，使得控制发光电流I的半导体开关元件106成为预定的电导率。通过施加电压VS的布线102，对开关元件105进行导通(ON)控制，从而进行向上述栅极端子施加灰度信号VD。通过像素内的具有电容值Cs的电容元件107，来保持预定的期间的栅极电压Vg，从而能够维持以预定的灰度等级进行发光。
专利文献1中的像素结构，是实现预定的信号电压范围内的灰度驱动的像素结构。在图13所示的像素电路中，在较低灰度等级和较高灰度等级的显示中，采用了对通过驱动TFT1101a的路径、和通过驱动TFT1101b的路径这两个系统的电流供给路径进行切换的驱动方式。另外，对于上述TFT的电流供给能力，按照各个TFT分担的灰度显示电平进行设定，从而即使供给电流小，也能够向上述TFT施加较高的Vgs电压，能够进行阈值偏差的影响较少的显示。
专利文献1：
日本国公开专利公报“特开2004-341368号公报(公开日：2004年12月2日)”
发明内容
有机EL显示装置在具有有源矩阵像素电路时，像素内部的TFT元件的电流—电压特性影响显示质量。
尤其对于用来决定有机EL元件的发光电流的电流控制用TFT的电流电压特性，需要进行设计，使得能够在来自数据信号驱动器等的控制信号的电流电压的范围内、进行预定的灰度显示。
然而在预定的电压范围内进行灰度显示时，例如在根据图像内容、而希望将像素的亮度输出提高到预定的电平以上时，即，在希望进行产生所谓的峰值亮度那样的显示时，单一的TFT元件所具有的电流电压特性对于从驱动器等提供的信号电压范围有限制，会限制用于产生更高的峰值亮度的灰度的显示范围。
例如，在使用设计成在饱和特性区域中工作的TFT时，TFT漏极电流变化大致与栅极电压变化的平方成比例。
向栅极电压施加的灰度信号是从驱动器电路提供的，但由于设计上的电压输出限制，所以例如在设振幅为5Vpp左右时，为了将峰值亮度设计成通常灰度显示的最大亮度的两倍，需要设定灰度范围，使得能够在5Vpp输出时产生成为上述最大亮度的两倍亮度的发光电流，在约3.5Vpp输出时产生成为上述最大亮度的一倍亮度的发光电流。另外，希望在5Vpp时使相当于三倍的亮度输出时，需要在约2.9Vpp范围内进行通常的灰度显示。
另外，在需要更加高的峰值亮度时，将用于进行通常灰度显示的电压范围限制在更加小的范围。
然而，需要峰值亮度的灰度的产生频次在整体上显示为低灰度时较多，由于显示灰度的大部分在通常显示灰度的范围内，所以驱动器的电压输出范围集中到低灰度侧输出，而不能有效地利用电压范围。
即，在设驱动器用元件为5Vpp的输出规格时，若对于通常显示，实际上是只使用到3Vpp为止，则若使驱动器与3.5Vpp左右的规格对应，则会在功耗、模块成本方面起到积极的作用，但如上所述那样需要获取足够大的电压范围，用于获得峰值亮度。
由于像这样对于信号驱动器的输出有限制，所以在要产生更高的峰值亮度时，有以下问题：即，用于进行通常的灰度表现的电压范围会变小，从而对于驱动器输出不能有效地利用电压范围。
本发明是鉴于上述现有的问题而完成的，其目的在于提供一种能够在预定的驱动器输出范围内充分确保足以进行通常灰度显示用的电压范围、并且能够产生更高的峰值亮度的像素电路及显示装置。
为了解决上述问题，本发明的像素电路的特征在于，包括：显示元件，该显示元件的发光亮度被电流控制；至少一个第一开关元件部，该第一开关元件部的、相对于作为灰度信号的输入变量的输出电流特性呈现饱和特性；以及至少一个第二开关元件部，该第二开关元件部的、相对于作为灰度信号的输入变量的输出电流特性呈现线性特性，输出由所述第一开关元件部决定的电流的第一电流路径、与输出由所述第二开关元件部决定的电流的第二电流路径汇合，并与所述显示元件的电流路径连接。
根据上述发明，第一开关元件部输出饱和特性区域中的电流，第二开关元件部输出线性区域中的电流，将它们的合成电流提供给显示元件。因而，能够在低灰度区域侧，使得从第一开关元件部输出的电流在流过显示元件的电流中处于优势，在高灰度区域侧，利用从第二开关元件部输出的电流，使流过显示元件的电流具有能够跟踪亮度变化的较大的电流变化。
这样，通过同时使用呈现饱和特性的第一开关元件部、和呈现线性特性的第二开关元件部，能够在比较小的信号电压振幅下、产生出较大的发光电流。通过这样，能够在驱动器等所限制的信号电压振幅范围内，获取足够大的用于显示通常灰度的信号电压振幅。
由此，取得以下效果：即，能够提供一种能够在预定的驱动器输出范围内充分确保足以进行通常灰度显示用的电压范围、并且能够产生更高的峰值亮度的像素电路。
为了解决上述问题，本发明的像素电路的特征在于，所述第一开关元件部及所述第二开关元件部由一个半导体元件构成、或者由多个半导体元件的并联电路构成，所述半导体元件分别具有两个端子以上。
利用上述发明，取得以下效果：即，能够使用一直以来存在的具有两个端子以上的半导体元件，来容易地构成第一开关元件部及第二开关元件部。
为了解决上述问题，本发明的像素电路的特征在于，所述第一开关元件部及所述第二开关元件部由一个薄膜晶体管构成、或者由多个薄膜晶体管的并联电路构成，所述薄膜晶体管分别具有三个端子以上。
利用上述发明，取得以下效果：即，能够使用一直以来存在的具有三个端子以上的薄膜晶体管，来容易地构成第一开关元件部及第二开关元件部。
为了解决上述问题，本发明的像素电路的特征在于，设构成所述第一开关元件部的薄膜晶体管的各栅极沟道宽度的总和为W1、各栅极沟道长度为L1，设构成所述第二开关元件部的薄膜晶体管的各栅极沟道宽度的总和为W2、各栅极沟道长度为L2，这时满足W1/L1≤W2/L2。
利用上述发明，取得以下效果：即，通过将薄膜晶体管的尺寸设定为上述那样，能够容易地将第一开关元件部设定为饱和特性，将第二开关元件部设定为线性特性。
为了解决上述问题，本发明的像素电路的特征在于，构成所述第一开关元件部及所述第二开关元件部的薄膜晶体管为P型，作为构成所述第一开关元件部的薄膜晶体管的第一薄膜晶体管具有阈值电压为Vth1的饱和特性，并且从输出电压V1的第一电源线生成输出电流，作为构成所述第二开关元件部的薄膜晶体管的第二薄膜晶体管具有阈值电压为Vth2的线性特性，并且从输出电压V2的第二电源线生成输出电流，第一薄膜晶体管的电流输出端子及第二薄膜晶体管的电流输出端子与所述显示元件的电流路径的一个端子电极连接，所述显示元件的另一个端子电极与公共电极连接，满足V1+Vth1≥V2+Vth2。
利用上述发明，取得以下效果：即，能够使得在通常灰度显示中，第一薄膜晶体管的输出电流的贡献处于优势，在高灰度显示及峰值亮度显示中，第二薄膜晶体管的输出电流的贡献增大。
为了解决上述问题，本发明的像素电路的特征在于，满足V1≥V2。
利用上述发明，取得以下效果：即，能够增大高灰度显示时的灰度信号对灰度亮度输出的变化率，从而能够通过较小增量的信号电压变化来获得通常灰度显示时的数倍的发光电流。
为了解决上述问题，本发明的像素电路的特征在于，构成所述第一开关元件部及所述第二开关元件部的薄膜晶体管为N型，作为构成所述第一开关元件部的薄膜晶体管的第一薄膜晶体管具有阈值电压为Vth1的饱和特性，并且从输出电压V1的第一电源线生成输出电流，作为构成所述第二开关元件部的薄膜晶体管的第二薄膜晶体管具有阈值电压为Vth2的线性特性，并且从输出电压V2的第二电源线生成输出电流，第一薄膜晶体管的电流输出端子及第二薄膜晶体管的电流输出端子与所述显示元件的电流路径的一个端子电极连接，所述显示元件的另一个端子电极与公共电极连接，满足V1+Vth1≤V2+Vth2。
利用上述发明，取得以下效果：即，能够使得在通常灰度显示中，第一薄膜晶体管的输出电流的贡献处于优势，在高灰度显示及峰值亮度显示中，第二薄膜晶体管的输出电流的贡献增大。
为了解决上述问题，本发明的像素电路的特征在于，满足V1≤V2。
利用上述发明，取得以下效果：即，能够增大高灰度显示时的灰度信号对灰度亮度输出的变化率，从而能够通过较小增量的信号电压变化来获得通常灰度显示时的数倍的发光电流。
为了解决上述问题，本发明的像素电路的特征在于，向构成所述第一开关元件部的薄膜晶体管的栅极端子、和构成所述第二开关元件部的薄膜晶体管的栅极端子，施加相同的电压。
利用上述发明，取得以下效果：即，由于能够在第一开关元件部和第二开关元件部中公共地进行施加栅极电压的布线，所以能够简化电路结构。
为了解决上述问题，本发明的像素电路的特征在于，在将从所述第一电源线经由所述第一开关元件部及所述显示元件至所述公共电极的路径、与从所述第二电源线经由所述第一开关元件部及所述显示元件至所述公共电极的电流路径合并后的路径上，还设置至少一个薄膜晶体管，该薄膜晶体管使流过所述显示元件的电流导通及截止。
利用上述发明，取得以下效果：即，还包括至少一个薄膜晶体管，该薄膜晶体管使流过所述显示元件的电流导通及截止，从而能够在帧内任意地控制显示的定时。
为了解决上述问题，本发明的像素电路的特征在于，在使用了所述显示元件的点亮显示步骤中的非发光步骤中，包括对构成所述第一开关元件部的薄膜晶体管的栅极端子和构成所述第二开关元件部的薄膜晶体管的栅极端子的至少某一方的栅极端子、设定初始电压的步骤。
利用上述发明，取得以下效果：即，由于第一开关元件部及第二开关元件部通常包含工艺偏差，即使是相邻、接近的元件，电流电压特性也会产生偏差，所以通过进行设定栅极电压的初始电压的步骤，将初始电压作为基准点，根据数据信号来移动栅极电压，从而能够减轻由阈值引起的发光电流偏差。
为了解决上述问题，本发明的像素电路的特征在于，具有设通常灰度范围为0～1的值、并且设峰值灰度范围为超过1的值而进行标准化的灰度范围，在设显示所述通常灰度范围的灰度信号电压振幅为0～1的值、并且设显示所述峰值灰度范围的灰度信号电压振幅为超过1的值而进行标准化的灰度信号电压振幅范围中，在值成为2/3以上的灰度信号电压振幅下，具有20％以上的基于所述第二开关元件部的点亮贡献率，随着与显示灰度等级的上升相对应的灰度信号电压振幅的变化，点亮贡献率会增加。
利用上述发明，取得以下效果：即，由于在灰度信号电压振幅范围中，在值成为2/3以上的灰度信号电压振幅下，具有20％以上的基于第二开关元件部的点亮贡献率，所以能够在高灰度区域感觉到明亮度的增加，在确保了峰值亮度的状态下，能够很好地显示通常灰度范围的高灰度等级。
为了解决上述问题，本发明的像素电路的特征在于，在所述标准化的灰度信号电压振幅范围中的值为1时的基于第一开关元件部的点亮贡献率，为45％以上、55％以下。
利用上述发明，取得以下效果：即，能够使得在高灰度区域中、明度指数曲线大致为线性。
为了解决上述问题，本发明的像素电路的特征在于，在所述灰度信号电压振幅范围中的值成为1/3以上、不足2/3的灰度信号电压振幅下，具有0％以上、不足20％的基于所述第二开关元件部的点亮贡献率，随着与显示灰度等级的上升相对应的灰度信号电压振幅的变化，点亮贡献率会增加。
利用上述发明，取得以下效果：即，由于明度指数的变化相对于亮度变化非常平滑，所以减少显示的不协调。
为了解决上述问题，本发明的像素电路的特征在于，在所述灰度信号电压振幅范围中的值成为不足1/3的灰度信号电压振幅下，具有0％以上、不足20％的基于第二开关元件部的点亮贡献率，随着与显示灰度等级的上升相对应的灰度信号电压振幅的变化，点亮贡献率会增加。
利用上述发明，取得以下效果：即，由于明度指数的变化相对于亮度变化平滑，所以减少显示的不协调。
为了解决上述问题，本发明的像素电路的特征在于，具有设通常灰度范围为0～1的值、并且设峰值灰度范围为超过1的值而进行标准化的灰度范围，在设显示通常灰度范围的灰度信号电压振幅为0～1的值、并且设显示峰值灰度范围的灰度信号电压振幅范围为超过1的值而进行标准化的灰度信号电压振幅范围中，明度指数相对于灰度信号电压振幅的特性在灰度信号电压振幅为2/3以上的范围中，相对于理想的线性关系，明度指数曲线的斜率的误差为5％以内。
利用上述发明，取得以下效果：即，在高灰度区域中，易感觉出明亮度的增加。
为了解决上述问题，本发明的显示装置的特征在于，所述显示元件为有机发光二极管。
利用上述发明，取得以下效果：即，能够在预定的驱动器输出范围内，有效地利用有机发光二极管的工作范围，从而提供高显示质量的有机EL显示装置。
为了解决上述问题，本发明的显示装置的特征在于，包括多个所述像素电路，还包括：像素选择信号电路部，该像素选择信号电路部提供允许向所述像素电路提供所述灰度信号的选择信号；灰度信号提供电路部，该灰度信号提供电路部将提供的灰度信号提供给所述像素电路；第一电源线，该第一电源线提供所述第一开关元件部生成输出电流的电源；第二电源线，该第二电源线提供所述第二开关元件部生成输出电流的电源；扫描信号线，该扫描信号线将从所述像素选择信号电路部输出的所述选择信号传输给所述像素电路；以及数据信号线，该数据信号线将从所述灰度信号供给电路部输出的所述灰度信号传输给所述像素电路。
利用上述发明，取得以下效果：即，能够提供一种能够在预定的驱动器输出范围内充分确保足以进行通常灰度显示用的电压范围、并且能够产生更高的峰值亮度的显示装置。
关于本发明的其他目的、特征以及优点，根据以下所示的叙述将可以充分了解。另外，通过参照附图的以下说明，将明白本发明的优点。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式，是表示像素电路的基本结构的电路框图。
图2是表示图1的像素电路的第一实施例的电路图。
图3是表示第一薄膜晶体管及第二薄膜晶体管的输出电流、与栅极电压的关系的特性图。
图4是表示图1的像素电路的第二实施例的电路图。
图5是表示关于图4的像素电路的发光元件电流、与灰度信号电压的关系的特性图。
图6是表示关于图4的像素电路的通常灰度电流比、与灰度信号电压的关系的特性图。
图7是表示关于图4的像素电路的标准化亮度及标准化明度指数、与标准化灰度信号电压振幅的关系的特性图。
图8是表示关于图1的像素电路的标准化亮度及标准化明度指数、与标准化灰度信号电压振幅的关系的特性图。
图9是表示关于图1的像素电路的标准化明度指数、与标准化灰度信号电压振幅的关系的特性图。
图10是表示关于图1的像素电路的亮度增量的贡献率、与标准化灰度信号电压振幅的关系的特性图。
图11是表示与本实施方式相对应的比较例的像素电路的结构的电路图。
图12是表示关于图11的像素电路的薄膜晶体管的输出电流、与栅极电压的关系的特性图。
图13是表示现有技术，是表示像素电路的结构的电路图。
图14是表示本发明的实施方式，是表示具有图4的像素电路的显示装置的结构的框图。
标号说明
1、2、3        像素电路
304            第一半导体元件(第一开关元件部、第一薄膜晶体管)
305            第二半导体元件(第二开关元件部、第二薄膜晶体管)
306、400、600  发光元件(显示元件)
401a           TFT(第一开关元件部、第一薄膜晶体管)
401b           TFT(第二开关元件部、第二薄膜晶体管)
601a           TFT(第一开关元件部、第一薄膜晶体管)
601b           TFT(第二开关元件部、第二薄膜晶体管)
301            供给电源电极(第一电源线)
302            供给电源电极(第二电源线)
402a、602a     电流供给电压线(第一电源线)
402b、602b     电流供给电压线(第二电源线)
1402           灰度信号线(数据信号线)
1403           行选择线(扫描信号线)
1404a          电源供给线(第一电源线)
1404b          电源供给线(第二电源线)
1406           源极驱动器电路(灰度信号供给电路部)
1407           栅极驱动器电路(像素扫描信号电路部)
具体实施方式
基于图1～图12以及图14，对本发明的一个实施方式说明如下。
图1表示本实施方式所涉及的像素电路1的基本结构。
像素电路1表示对与灰度显示相关的发光电流进行控制的电路结构，包括：第一半导体元件(第一开关元件部、第一薄膜晶体管)304、第二半导体元件(第二开关元件部、第二薄膜晶体管)305、以及发光元件(显示元件)306。对于上述半导体元件，虽然在此示出了两个半导体元件的情况，但不限于此，一般也可以是多个。
第一半导体元件304及第二半导体元件305分别是对流过发光元件306的发光电流Ie进行控制的发光电流控制用开关元件。发光元件306是亮度被电流控制的元件，例如为有机发光二极管，由第一半导体元件304控制的发光电流I1所流过的路径、与由第二半导体元件305控制的发光电流I2所流过的路径在各自的电流输出端子侧汇合，并与作为单一的发光元件而设置的发光元件306的一端连接。
第一半导体元件304的上述汇合点的相反侧的一端与供给电源电极(第一电源线)301连接，第二半导体元件305的上述汇合点的相反侧的一端与供给电源电极(第二电源线)302连接。供给电源电极301的电压与供给电源电极302的电压可以相同，但一般也可以相互不同。另外，发光元件306的另一端与公共电极303连接。通过这样，第一半导体元件304及第二半导体元件305分别与发光元件306形成为在供给电源电极301或302、与公共电极303之间串联连接的关系。在一般设置多个上述半导体元件时，由各个半导体元件控制的电流所流过的路径相互汇合，并与发光元件306连接，在各半导体元件的供给电源电极与公共电极303之间，形成各半导体元件与发光元件306串联连接的关系。
与发光元件306连接的多条电流路径中的至少一条电流路径，使用具有主要呈现饱和特性(特别是在如MOS型的晶体管的饱和区域那样将电流视为固定时，也称为稳定电流特性、即恒流特性)的电流电压特性的半导体元件来构成，在此使用第一半导体元件304来构成。另外，上述电流路径中的至少一条电流路径，利用具有主要呈现线性特性的电流电压特性的半导体元件来构成，在此使用第二半导体元件305来构成。
这些半导体元件采用分别具有两个以上的端子的结构，具有在预定的电压范围中的最大施加电压及最小施加电压下、导通时与非导通时的电流比至少在100以上的开关特性。
在此，在向第一半导体元件304的两个端子间施加一定电压以上时，第一半导体元件304呈现饱和特性。
例如在利用三端子(即，源极、漏极、栅极作为三端子)的P型TFT1来构成第一半导体元件304时，如式(1)所示，在漏极源极间施加充分大于TFT1的阈值电压Vth1的电压差Vds1，在栅极源极间施加小于漏极源极间电压差Vds1的电压差Vgs1。在像素电路1中，第一半导体元件304的栅极电压成为作为灰度信号的输入变量，第一半导体元件304输出由该栅极电压所决定的电流。
Vds1＝Vs1-Vd1＞＞-Vth1
Vgs1＝Vs1-Vg1≤Vds1                       …………(1)
此外，其中Vth1是TFT1从非导通状态变化到导通状态时的阈值电压，设其为以源极电压值Vs1作为基准时的与栅极电压值Vg1的差，具有负值。另外，作为一般的阈值电压Vth的值，实际上可以是和Ids0相对应的栅极源极间电压Vgs0，而该Ids0为可视为导通电流与截止电流的界限的预定的源极漏极电流，也可以是基于通常的电流电压近似公式的导出值。
其中，关于各端子间的电压差，由于TFT1为P型，所以若将源极电压值作为基准，则如式(2)那样，漏极电压值Vd1低于源极电压值Vs1。另外，栅极电压值Vg2在TFT1处于非导通状态时，为式(3)所示的范围的电压值，在处于导通状态时，表示式(4)所示的电压的范围。
Vs1＞Vd1                                  …………(2)
Vg1＞Vs1+Vth1                             …………(3)
Vg1≤Vs1+Vth1                             …………(4)
若采用这样的结构，则当栅极源极间电压固定时，即使漏极源极间电压稍稍变动，漏极源极端子间的电流变化也非常小，呈现恒流特性。例如，即使漏极源极间电压变动1V左右，只要栅极源极间电压固定，漏极源极间电流也只发生几个百分点左右以下的电流变动。
另外，在上述结构的TFT1中，漏极源极间的导通电流与栅极源极间电压差的大致平方成比例地进行变化。
一般，将呈现这样的电压电流特性的条件的范围称为饱和特性区域。
另一方面，在第二半导体元件305中，流过与其两个端子间的电压大体成比例的端子间电流。
例如在利用三端子(即，源极、漏极、栅极作为三端子)的P型TFT2来构成第二半导体元件305时，如式(5)所示，在漏极源极间施加小于等于TFT2的阈值电压Vth2的电压差Vds2，在栅极源极间施加充分大于漏极源极间电压差Vds2的电压差Vgs2。此外，其中Vth2是TFT2从非导通状态变化到导通状态时的阈值电压，设其为以源极电压值Vs2作为基准时的与栅极电压值Vg2的差，具有负值。在像素电路1中，第二半导体元件305的栅极电压成为作为灰度信号的输入变量，第二半导体元件305输出由该栅极电压所决定的电流。
Vds2＝Vs2-Vd2＜～-Vth2
Vgs2＝Vs2-Vg＞＞Vds2………(5)
其中，关于各端子间的电压差，由于TFT2为P型，所以若将源极电压值作为基准，则如式(6)那样，漏极电压值Vd2低于源极电压值Vs2。另外，栅极电压值Vg2在TFT2处于非导通状态时，为式(7)所示的范围的电压值，在处于导通状态时，表示式(8)所示的电压的范围。
Vs2＞Vd2            …………(6)
Vg2＞Vs2+Vth2       …………(7)
Vg2≤Vs2+Vth2       …………(8)
对于TFT2，若满足这样的电压条件，则形成大体与源极漏极间电压差Vds2成比例的源极漏极间的导通电流。一般，将呈现这样的电压电流特性的条件的范围称为线性特性区域。
这样一来，从供给电源电极301及302获取的TFT1及TFT2的元件电流I1及I2被合成，作为发光电流Ie，通过发光元件，流向公共电极。对于灰度显示，按照大体与施加电流成比例的亮度进行输出显示。
在上述结构中，发光元件306在较低灰度显示时，呈现主要是基于TFT1的电流贡献的发光，在变为高灰度显示时，呈现加上TFT2的电流贡献后的发光。在更加高灰度的峰值亮度显示区域中，与单单TFT1的电流贡献相比，能够利用基于TFT2的数倍的电流贡献进行灰度显示。
根据上述结构，若与利用单单TFT1的电流贡献来进行灰度显示时进行比较，则与将大体与栅极电压振幅的平方成比例的发光电流Ie、施加到发光元件306时相比，利用相同的栅极信号电压振幅，能够获得更高的发光亮度，且能够在足够大的电压范围中进行通常的灰度显示。
在上述结构中，控制发光电流Ie的TFT1及TFT2可以分别是单一的半导体元件，另外也可以将各个TFT1及TFT2用多个半导体元件的并联电路进行置换。
通过这样，能够任意地设定与灰度信号相对应的电流输出函数，能够提高灰度显示质量。
另外，还可以在将从供给电源电极301经由TFT1及发光元件306至公共电极303的路径、与从供给电源电极302经由TFT2及发光元件306至公共电极303的路径合并后的路径的某处，设置一个或多个对发光电流Ie的截止或导通进行控制的第三TFT3。
通过这样，使得可在帧内的任意时刻控制显示的定时。另外，变得易于控制TFT的电流特性，使其与其它像素的特性大体一致，从而能够提高灰度显示质量。
另外，在上述结构中，TFT1的源极电压Vs1及TFT2的源极电压Vs2，对于成为线性电流输出的TFT2相对于成为恒流输出的TFT1的关系，最好满足式(9)。此外，其中该TFT的极性相互为P型或N型的相同极性，在P型时，C＝-1，在N型时，C＝1。
C·Vs1≤C·Vs2     ……………(9)
通过这样，能够增大高灰度显示时的灰度信号对灰度亮度输出的变化率，从而能够通过较小增量的信号电压变化来获得通常灰度显示时的数倍的发光电流Ie。
此外，本说明书中所使用的所谓“通常灰度显示”，例如在显示灰度为8比特灰度时，是指利用将从0灰度等级至255灰度等级的256种亮度的等级输出那样的信号电压振幅范围、进行显示的灰度范围。
例如，在原灰度信号电压振幅为3Vpp时，若根据本申请的结构、能够表现相同的灰度等级的范围的信号电压振幅范围为2.5Vpp，则到2.5Vpp为止的范围成为能够进行通常灰度显示的信号电压范围。
另外，在上述结构中，TFT1的源极电压Vs1及阈值电压Vth1、与TFT2的源极电压Vs2及阈值电压Vth2的关系，最好满足式(10)。此外，其中也同样该TFT的极性相互为P型或N型的相同极性，在P型时，C＝-1，在N型时，C＝1。
C·(Vs1+Vth1)≤C·(Vs2+Vth2)        …………(10)
通过这样，能够进行设定，使得在通常灰度显示中，TFT1的贡献处于优势，在更高灰度显示或峰值亮度显示中，TFT2的贡献增大。
另外，在上述结构中，在TFT1及TFT2的极性相同时，希望使得各个TFT的栅极电压Vg1及Vg2处于相同电位。通过这样，能够进行电路结构上的公共布线，从而能够进一步简化电路结构。
另外，在上述结构中，将半导体元件表示为三端子型的TFT元件，但也可以是两端子元件，另外还可以是具有四个以上端子的开关元件。
另外，在上述结构中，在一系列的点亮显示步骤中的非发光步骤(非点亮步骤)中，最好包含对呈现恒流特性的TFT1及呈现线性特性的TFT2的至少某一方、设定预定的栅极电压的步骤。原因是，上述发光电流控制元件通常含有工艺偏差，即使是相邻、接近的元件，电流电压特性也会产生偏差。即使对于每个像素、分别施加了相同的栅极电压，也由于元件的阈值特性、迁移率特性有一些不同，所以发光电流很可能产生偏差。
因此，对于所述TFT1及TFT2，最好具有例如能够在阈值电压附近设定栅极电压的初始电压的电路。这样，将电压集中在各TFT的阈值附近，以该电压作为基准点来根据数据信号移动栅极电压，从而能够减轻由阈值引起的发光电流偏差。
另外，在上述结构中，在通常灰度范围为0～1、峰值灰度范围超过1的数值的进行标准化后的灰度范围中，对于大于等于2/3(0.667)的灰度范围，最好包含了20％以上的线性工作的TFT2的表示点亮贡献的电流贡献。
此外其中，当设标准化后的通常灰度范围(0～1)为8比特灰度时，将标准化灰度等级大于等于0小于1/3(≈0.333)的区域作为灰度为0～84的低灰度区域，将标准化灰度等级大于等于1/3(≈0.333)小于2/3(≈0.667)的区域作为灰度为85～169的中灰度区域，将标准化灰度等级大于等于2/3(≈0.667)小于等于1的区域作为灰度为170～255的高灰度区域，将标准化灰度等级超过1的灰度即256以上的灰度作为峰值灰度区域。
在上述灰度表示中，即使通常灰度等级的表示比特数不是8比特，也是用相同的概念来定义灰度范围。
在上述定义范围中，当灰度等级为高灰度区域时，发光电流Ie的20％以上是线性工作的TFT2的表示点亮贡献的电流贡献，其理由如下。
CIE1976CUS色度图中的L*v*u*表色系统(JIS Z8729)，是CIE(国际照明委员会)在1976年推荐的具有感官上大致均等的间距的色彩空间(均匀色彩空间)之一。L*表示明度指数，u*和v*是表示色度的指标。该表色系统在自身发光的显示器那样的设备装置中得到广泛使用。
在进行显示时，视感度上最重要的参数是明度指数L*，可利用发光亮度Y相对于背景亮度Yn的比值将其定义如下。
L*＝116(Y/Yn)1/3        …………(11)
式中，Y/Yn＞0.008856。
即，对于明度指数L*的感觉与发光亮度Y相对于背景亮度Yn的比值的1/3次幂成比例。根据式(11)可知，随着亮度Y变大，明亮部分的明度指数L*的变化会变缓慢。因此，在高灰度等级的显示中，稍微改变亮度的话，并不太能感觉到明亮度变化。
若控制发光亮度，使得明度指数相对于灰度信号电压振幅大致形成比例关系，则能够实现自然的图像显示。
图8表示亮度相对于灰度信号的输入按二次函数发生变化时的亮度曲线Y0及与其对应的明度指数曲线L0*、和具有本实施方式所示特征的亮度特性曲线Yt及与其对应的明度指数曲线Lt*。
其中，灰度信号电压按预定的输出振幅范围进行标准化。
标准化后的用于显示通常灰度的灰度信号电压范围是0～1范围，超过1的信号电压范围是表示峰值灰度的范围。例如，若驱动器输出电压振幅为5Vpp，则通常灰度显示范围提供3Vpp，峰值灰度显示范围则超过3Vpp，成为5Vpp的范围内。
在图8中，对于典型的TFT的饱和特性区域的电流电压特性，用二次函数来近似。因此，发光元件306的亮度Y0相对于信号电压也为二次函数。与此对应的明度指数L0*，成为随着从低灰度变为高灰度、而斜率减小的增函数。
此时可知，标准化灰度信号电压振幅到0.5左右为止，表示比较急剧的明度指数的变化，而对于0.5左右以上的电压电平，明度指数相对于亮度变化的变化逐渐变得缓慢。因此，在高灰度区域中，即使稍微提高亮度，也会感觉到明亮度无变化。
因此，相对于灰度信号电压振幅，最好具有线性的明度指数曲线。
关于本特性，在从低灰度到高灰度等级的整个范围中都使明度指数L*与灰度信号电压振幅大致保持线性关系的情况下，即在相对于理想的线性关系、使像素电路的明度指数曲线的斜率的误差保持在5％以内的情况下，至少在标准化灰度信号电压振幅为0.667时，需要有25％的亮度增加，最好对应于灰度信号电压振幅的增加，亮度增量变得更大，而且最好在标准化灰度信号电压电平为1时，是能够获得大约100％的亮度增量那样的增量的变化量。
这样一来，对于整体的发光亮度，基于TFT2的亮度增量的贡献率在标准化灰度信号电压振幅为0.667时成为20％，在标准化灰度信号电压振幅为1时成为50％。即，基于TFT2的发光电流的贡献率也一样。
使用图9及图10对以上情况进行说明。
图9表示与标准化灰度信号电压振幅相对应的标准化明度指数的值，L1*表示亮度与灰度信号电压振幅的平方成比例时的标准化明度指数。L2*是根据上述设计进行设定、使得对于超过特定的电压振幅的范围的明度指数大致变为线性关系的例子。另外，L3*是明度指数相对于电压振幅完全成为线性关系时的参照值。另外，图10示出了与标准化灰度信号电压振幅相对应的、线性TFT2贡献的亮度增量。
图9中的明度指数L2*是进行了下述那样设定时的特性，即，使得图10中的标准化灰度信号电压振幅为0.667时，基于TFT2的亮度增量的贡献率(即，点亮贡献)为20％，并且亮度增量的贡献率随着标准化灰度信号电压振幅增加而增加。
通过提供那样的变化率，使得在标准化灰度信号电压振幅变为1的位置，TFT2的亮度增量的贡献率(即，点亮贡献)变为大约50％，从而能够实现图9中的L2*的大致接近线性关系的明度指数曲线。其中，即使在标准化灰度信号电压振幅变为1的位置、亮度增量的贡献率为45％～55％，对于特性的变化也无较大的影响。
对于上述特性，如之前所说明的那样，可以通过对按照线性特性工作的TFT2进行参数调整来实现。
另外，在图8中，若在标准化灰度信号电压振幅超过0.333而不足0.667的范围中、包含0％以上而不足20％的TFT2的电流贡献(即，点亮贡献)而使得亮度Yt具有连续性，则由于明度指数的变化具有比亮度变化更平滑的特性，从而减少显示的不协调。
另外，即使处于标准化灰度信号电压振幅不足0.333的位置，不足20％的TFT2的电流贡献也可以。
根据以上结构，与现有的基于与灰度信号电压振幅的平方成比例的发光电流的显示相比，在同一电压范围中可以再增加发光电流，在从低灰度区域、到高灰度区域、再一直到峰值灰度区域的整个范围中，都可以进行有强弱对比的显示。
此外，在上述说明中，阐述了当灰度信号电压振幅增大时、灰度亮度等级增大的情况，但即使是当灰度信号电压振幅减小时、灰度亮度等级增大的情况，也能够应用本发明的概念。
另外，在上述结构中，作为开关元件，示出了第一半导体元件304及第二半导体元件305那样的半导体元件，但只要是与所述的恒流特性的TFT1及线性的电流特性的TFT2具有同样的输入信号对光通量的特性的开关元件，即使不是半导体元件也可以。另外，还可以是具有同样的电光透射特性或发光特性的固体薄膜。
另外，在上述结构中，作为发光元件306，示出了有机发光二极管，但在透射型液晶像素电路中，也可以是对透射率进行调制的元件。例如，可以是能够利用电来控制透射光的偏光方向的偏光薄膜，也可以是利用电使透射率变化的固体薄膜。另外，还可以是利用电使光折射或反射、并控制光的散射方向的元件。
另外，上述光调制元件也可以是通过与半导体开关元件进行组合而可以控制光通量的元件。
接着，说明上述像素电路1及包括它的显示装置的各实施例。
实施例1
图2是表示作为像素电路1的实施例的像素电路2的结构。在图2中，图1的第一半导体元件304相当于TFT401a，第二半导体元件305相当于TFT401b，发光元件306相当于发光元件400，供给电源电极301相当于电流供给电压线402a，供给电源电极302相当于电流供给电压线402b，公共电极303相当于公共电压供给线403。设像素电路2中使用的TFT全部为P型。
TFT401a及TFT401b的各漏极端子并联连接到发光元件400的一个输入端，TFT401a及TFT401b的各源极端子依次与电流供给电压线402a、402b连接，从而向发光元件400、施加将TFT401a的漏极电流Idsa与TFT401b的漏极电流Idsb这两个系统的漏极电流进行合成后的发光电流Ie。另外，将公共电压供给线403与发光元件400的另一个端子连接。
从数据信号线404a通过选择用TFT405a、向起到作为发光电流控制用元件的作用的TFT401a的栅极端子，施加信号电压。从数据信号线404b通过选择用TFT405b、向起到作为发光电流控制用元件的作用的TFT401b的栅极端子，施加信号电压。在TFT401a的栅极端子与源极端子之间、连接保持电容406a，在TFT401b的栅极端子与源极端子之间、连接保持电容406b。另外，将选择信号电极407a与选择用TFT405a的栅极端子连接，将选择信号电极407b与选择用TFT405b的栅极端子连接。
在此，设发光电流控制用的TFT401a的栅极沟道尺寸(栅极沟道宽度Wa，栅极沟道长度La)、以及TFT401b的栅极沟道尺寸(栅极沟道宽度Wb，栅极沟道长度Lb)满足式(12)的条件。
Wa/La≤Wb/Lb    …………(12)
此外，在将TFT401a用多个TFT的并联电路置换时，这些TFT的栅极沟道长度相等、为La，上述Wa成为各TFT的栅极沟道宽度的总和。
另外，在电流供给电压线402a的电压Vpa、与电流供给电压线402b的电压Vpb之间，存在式(13)的关系。
Vpa≥Vpb        …………(13)
通过满足此条件，TFT401a根据栅极信号电压及源极漏极间电压的范围，大体在饱和特性区域中工作，TFT401b根据栅极信号电压及源极漏极间电压的范围，大体在线性特性区域中工作。即，在TFT401a及TFT401b处于导通状态时，将与栅极电压的变化的平方成比例的TFT401a的漏极电流Idsa、以及与栅极电压变化大致成比例的TFT401b的漏极电流Idsb，施加到发光元件400。
通过这样，能够如图3所示，生成与TFT401a及TFT401b的各自的电压电流特性相对应的像素电流。根据图3，在施加到TFT401a的栅极电压电平Vg为较高的期间，大体是TFT401a的漏极电流Idsa处于优势，从而将大致与栅极电压变化的平方成比例的发光电流Ie施加到发光元件400。另一方面，在施加到TFT401b的栅极电压电平较低时，此时TFT402b的漏极电流Idsb处于优势，从而整体的发光电流Ie相对于栅极电压的变化而变得更急剧变化。
另一方面，将产生急剧的电流变化的电压范围的开始点Vs、设定在信号电压范围的哪一边，由设计的规格来决定，但只要满足下式(14)的条件即可，其中设TFT401a的阈值电压为Vtha、TFT401b的阈值电压为Vthb。
Vs＜Vpb+Vthb＜Vpa+Vtha    …………(14)
(由于TFT为P型，所以Vtha、Vthb都为负值)
另外，在固定了信号电压振幅的上限时等情况下，由于最好能够根据信号驱动器等的预定的电压输出范围ΔVout、来设定显示通常灰度的电压振幅ΔVn和进行峰值显示的电压振幅ΔVp，所以通过满足下式那样的TFT和电源电压的条件，则容易进行上述特性的设计。
通常灰度信号的最大振幅：ΔVn
ΔVn＝(Vpa+Vtha)-(Vpb+Vthb)
峰值显示灰度信号电压振幅：ΔVp
ΔVn≤ΔVp≤ΔVout    …………(15)
即，在本设计中，设定输出通常灰度显示中的最大灰度等级(若是8比特灰度，则灰度为255)的信号电压振幅为ΔVn，并进行设定，使得用ΔVn以上的灰度信号电压振幅来显示峰值灰度。
这样一来，在足以进行高灰度显示的栅极电压下，通过对于TFT401a的发光电流Idsa增加TFT401b的发光电流Idsb，能够获得比仅使用单个TFT401a时要大的发光电流Ie。
图5表示像素电路2中的发光电流Ie与灰度信号电压Vg之间的特性。在本结构中，Vg在10V附近为暗灰度等级，大约8～10V的范围为低灰度显示。高灰度显示大约在7V附近，峰值灰度显示在不足7V的Vg范围，实现了急剧的电流变化。
实施例2
图4表示作为像素电路1的另一实施例的像素电路3的结构。在图4中，与图2相比，共用了保持电容、数据信号线、以及选择信号线。在图4中，图1的第一半导体元件304相当于TFT601a，第二半导体元件305相当于TFT601b，发光元件306相当于发光元件600，供给电源电极301相当于电流供给电压线602a，供给电源电极302相当于电流供给电压线602b，公共电极303相当于公共电压供给线603。设像素电路3中使用的TFT全部为P型。
TFT601a及TFT601b的各漏极端子并联连接到发光元件600的一个输入端，TFT601a及TFT601b的各源极端子依次与电流供给电压线602a、602b连接，从而向发光元件600、施加将TFT601a的漏极电流Ia与TFT601b的漏极电流Ib这两个系统的漏极电流进行合成后的发光电流Ie。另外，将公共电压供给线603与发光元件600的另一个端子连接。
从数据信号线604通过选择用TFT605、向起到作为发光电流控制用元件的作用的TFT601a及601b的栅极端子，施加信号电压。在TFT601a的栅极端子与源极端子之间，连接保持电容606。另外，将选择信号电极607与选择用TFT605的栅极端子连接。
此外，TFT601a及TFT601b的尺寸比率、电流供给电压值及动作电压范围的关系，与实施例1相同，其中TFT601a与实施例1的TFT401a对应，另外，TFT601b与实施例1的TFT401b对应。
通过满足以上条件，TFT601a根据栅极信号电压及漏极源极间电压的范围，大体在饱和特性区域中工作，TFT601b根据栅极信号电压及漏极源极间电压的范围，大体在线性特性区域中工作。另外，随着栅极电压向着使TFT导通的方向而发生变化，在低灰度区域中，将主要由TFT601a产生的发光电流施加到发光元件600，在更高灰度区域中，对发光元件600还添加TFT601b的发光电流。
这样一来，由于会在高灰度区域中产生更急剧的电流电压变化，所以可能进行有耀眼感的显示。
此外，虽然在如上所示的实施例1及2中，设发光电流控制用的TFT为P型，但即使它们分别为N型，还有即使分别为N型与P型的组合，也能够按照本发明的主要内容来应用。然而，在上述数学式中，由于元件的动作极性不同，所以需要进行修正，使得成为基准的电压的极性也与各自的极性一致。
另外，在本实施方式中，控制发光电流的进行线性特性工作的TFT及进行饱和特性工作的TFT也可以有两个以上，将它们分别设置在不同的电流路径上。
另外，进行线性特性工作的TFT及进行饱和特性工作的TFT的漏极端和源极端中的某一端，也可以用相同材质结合而构成。
另外，关于本结构的发光电流控制用的TFT，也可以将用于补偿与其它像素间的特性偏差的电路结构与像素电路内或像素外部的电路结构进行组合。
具体而言，包含减轻不同的像素间的发光电流偏差的单元，该单元使得由于因像素各自的TFT的阈值特性和迁移率特性等TFT特性参数差异造成的发光电流的偏差所引起的显示偏差、在预定的观看距离下变为不可识别的程度以下。
接着，说明使用了上述实施例的像素电路时能达到的亮度与电压范围的关系。
若采用图4的像素电路3的结构作为例子，则由于TFT601a及TFT601b分别为P型半导体，所以导通时的各TFT的漏极电流Ia及漏极电流Ib大致为下式(16)那样。
Ia＝βa(Va-Vga+Vtha)2(饱和特性区域)
Ib＝βb(Vb-Vgb+Vthb-Vdsb/2)Vdsb(线性特性区域)  …(16)
式中，Va是TFT601a的源极电压，Vb是TFT601b的源极电压，它们是电流供给电压源。另外，Vga是TFT601a的栅极电压，Vgb是TFT601b的栅极电压。另外，Vtha是TFT601a的阈值电压，Vthb是TFT601b的阈值电压，它们具有所述的阈值关系。另外，Vdsb是TFT601b的漏极源极间电压。另外，由于TFT601a的栅极电压Vga与TFT601b的栅极电压Vgb是公共电压，所以能够表达为Vgb＝Vga。
另外，发光元件600的发光电流Ie大致采用式(17)的形式，在驱动时，施加该式(17)所示的发光电流的合成电流。
Ie＝K(Ve-Vthe)2
＝Ia+Ib                  …………(17)
式中，K是表示发光元件600的特性的比例常数，Ve是向发光元件600的两端施加的电压，Vthe是发光元件600的阈值电压。此外，对于Vdsb与Ve，存在以下关系。
Vb＝Vdsb+Ve              …………(18)
对于该像素电路3，图5表示使灰度信号电压Vg沿横轴变化时的发光电流Ie的变化。电源电压Va为12V，电源电压Vb为9V，TFT601a、TFT601b、以及发光元件600的各阈值电压Vtha、Vthb、以及Vthe分别为-1.5V、-1.0V、+0.8V。
通过这样，若参照式(14)，则在图5中，获得急剧的电流变化的电压的起始点Vs大约为8.0V，设定0灰度的信号电压电平为10.5V。即，进行设定，使得在将0灰度等级的信号电压作为起点时，信号电压振幅在2.5Vpp以上将产生急剧的电流变化。
另外，关于栅极沟道尺寸，栅极宽度W及栅极长度L的比值在TFT601a中为Wa/La＝4μm/75μm，在TFT601b中为Wb/Lb＝4μm/5μm。使得在通常灰度显示时的高灰度等级(8比特灰度时的255灰度等级)中，发光电流Ie大约在130nA附近。
这里，将峰值显示时的灰度信号电压的最大振幅设置为5Vpp，设通常灰度范围的灰度振幅范围为最大3Vpp，按照下式(19)在图6中表示通常灰度电流比C及峰值电流比P。
通常灰度电流比C＝Ie(3Vpp)/Ie(Vo)
峰值电流比P＝Ie(5Vpp)/Ie(3Vpp)   …………(19)
式中，函数表达中的括号内的Vo是驱动时用于显示暗灰度的信号电压，例如所谓3Vpp表示将暗灰度信号作为基准、以最大3Vpp的振幅进行高灰度显示时的电压。
根据图5，随着信号电压从暗灰度等级变化到高灰度等级，产生了急剧的发光电流Ie的增加。这是由于，随着向高灰度显示的信号电压变化，式(16)中的Ib的贡献增加。在图像显示时，表现Ib的贡献的显示成为高灰度显示部分，该高灰度显示部会使人感到由于亮点等而表现的耀眼。
此外，图3表示与栅极信号电压相对应的TFT601a及TFT601b的源极漏极间电流。图3的Idsa相当于Ia，Idsb相当于Ib。以10.5V作为起点而设通常灰度范围的最大灰度等级为3Vpp的、施加7.5V的栅极电压时的各电流电平如下。
发光元件600的电流量Ie：126.7nA
TFT601a的电流量Ia：90.2nA、贡献率：71.2％
TFT601b的电流量Ib：36.5nA、贡献率：28.8％
据此，与通常灰度显示范围中的最大灰度等级、即信号电压振幅3Vpp对应的TFT601b的电流量Ib的贡献为28.8％。
此外，在本结构中，TFT601b的电流量Ib的贡献所产生的灰度等级大约为127灰度等级，信号电压振幅由2.5Vpp以上的范围构成。
图6表示在该特性中、可获得多大的峰值比。在暗灰度的信号电压Vo为10.2以上的范围中，式(19)所定义的通常灰度显示时的电流比C为200以上，具有足够的对比度。另外，当暗灰度信号电压值V0在10.2V～10.5V的范围时，大约获得5～8倍的峰值电流比P。
即，在上述电压条件下，在将暗灰度电压设置为10.5、对于通常灰度显示以3Vpp进行显示的情况下，能够在以最大振幅5Vpp进行的显示中、进行通常灰度显示时的8倍的峰值亮度显示。
另外，图7表示从发光电流Ie进行标准化后的标准化亮度Y及标准化明度指数L*。
根据图7，通过将信号电压振幅3Vpp时的TFT601b的电流量Ib的贡献设置为28.8％，从而通常灰度显示范围中的明度指数L*、和峰值灰度显示范围中的明度指数L*形成了大致与信号电压振幅成比例的特性。从而，能够提供在从低灰度显示到峰值显示的整个范围都具有强弱对比的显示特性的显示装置。
接着，说明与本实施方式相对应的比较例的像素电路。
图11表示现有的典型的2TFT1C型的像素电路。在图11中，在利用对驱动发光元件108的电流进行控制的P型驱动TFT106的饱和区域、来获得从电源电压Vp的电流供给布线103流到公共电压供给线104的发光电流I时，对发光元件108施加与TFT106的栅极电压Vg的变化的平方相对应的发光电流I。在基于选择信号电极102的电压VS、选择TFT105处于导通状态时，将栅极电压Vg从数据信号线101提供至保持电容107，在根据选择信号电极102的电压VS、选择TFT105处于非导通状态时，栅极电压Vg为保持电容107中保持的电压。
图12是表示在图11的像素电路结构中使栅极信号电压Vg从小到大变化时的TFT106的漏极电流Ids、即发光电流I的变化的图。根据图12，栅极信号电压Vg在从11V到6V之间，具有大致为二次函数的电压电流特性。在大约5.5V附近以下，相对于栅极电压的变化，大致呈现线性的电流变化。这是由于，因为伴随着降低栅极信号电压，形成发光元件108为高亮度的电压条件，因此形成TFT106的漏极源极间电压逐渐变小的电压条件，最终变为在线性特性区域中工作。
在此，发光电流I由式(20)来近似，该式(20)利用所保持的栅极电压Vg与驱动TFT106的源极电压Vs的电压差Vgs，来大致表示以下的饱和特性。
I＝β(Vgs-Vth)2                 …………(20)
然而，由于TFT106为P型，所以在TFT106的导通状态下，Vgs≤Vth、Vds＜＜Vth。此外，由于将电源电压Vp设置为基准电压，所以Vds为负值。式中，β是TFT固有的参数常数，包括迁移率、栅极沟道尺寸、以及栅极与硅间的电容参数。
另外，在作为暗等级发光时的施加信号电压V0的电压、表示为式(21)那样时，亮等级的信号电压VL可以表示为式(22)那样。式中，ΔV与灰度信号电压的振幅相对应。
Vgs＝Vg-Vp
V0＝Vg-Vp-Vth                  …………(21)
VL＝ΔV+V0                     …………(22)
这样一来，式(20)所示的发光电流I能够简化为式(23)那样，表示作为灰度信号的振幅的函数。
I＝β(ΔV+V0)2                  …………(23)
此外，当ΔV≈0时，I≈0，发光电流I以对于可识别的发光无贡献的程度、施加到发光体。
其中，若将能够利用通常的灰度等级显示的信号电压范围设置为ΔV，将能够利用更高的灰度等级显示的信号电压范围设置为ΔVp，则峰值亮度比P由于大致与发光电流成比例，所以若使用式(23)，则能够表示为式(24)那样。
P＝{(ΔVp+V0)/(ΔVn+V0)}2      …………(24)
其中，V0表示阈值附近的电压值，而栅极电压Vg为ΔVn+V0时的发光电流I、与栅极电压Vg为V0时的发光电流I的比值至少在100以上。若要求解ΔVn，则变为式(25)那样。
ΔVn＝{ΔVp+(1-P1/2)V0}/P1/2   …………(25)
在式(25)中，当设通常的信号驱动器的输出振幅为5Vpp来考虑时，ΔVp＝5V为最大。在此，若需要获取两倍、及三倍的峰值比，则在设置V0＝1.5V时，需要将用于通常灰度显示的信号电压范围设定如下。
2倍时：
ΔVn＝3.536-0.293·V0
＝3.097
3倍时：
ΔVn＝2.887-0.423·V0
＝2.253
将此与实施例1的结构进行比较，则表示成为用于进行通常灰度显示的电压范围变为更小的结构。
即，在上述例子中，当使通常灰度信号电压振幅约为3.1V时，在最大信号电压振幅5Vpp下，只能获得最高两倍的峰值比，与此不同的是，在实施例1的结构中，当使通常灰度信号电压振幅为3Vpp时，在最大信号电压振幅5Vpp下，能够获得大约6倍的峰值比。
另外，即使在设置为V0≈0时，但根据式(24)，在将通常灰度信号电压振幅设定为3Vpp时，P＝2.78倍，具有实施例1的大约一半的峰值比的能力。
实施例3
图14表示使用了本发明的显示装置的结构。图14的显示装置是配置了源极驱动器电路(灰度信号供给电路部)1406、栅极驱动器电路(像素选择信号电路部)1407、以及像素区域1401的区域，所述像素区域1401是将图4中的像素电路设置为矩阵状。
在像素区域1401中，同时设置了灰度信号线(数据信号线)1402(604)、行选择信号线(扫描信号线)1403(607)、电源供给线(第一电源线)1404a(602a)、电源供给线(第二电源线)1404b(602b)、以及电源供给线1405(603)，它们向像素区域1401的外部延伸。此外，括号内的数字及标号表示图4的对应的构件的标号。
设置于像素区域1401的外部的源极驱动器电路1406，包括由暂时存储提供的灰度信号的多个寄存器电路及采样保持电路、放大信号强度的缓冲器电路等，具有在固定的定时向灰度信号线1402输出所保持的电压的结构。
另外，栅极驱动器电路1407包括移位寄存器、以及放大信号强度的缓冲器电路等，各行输出与像素区域1401中的行选择信号线1403分别连接，在固定的定时依次输出使像素内的栅极电路导通截止的信号电压。多根控制信号线1408及多根电源供给线1409与栅极驱动器电路1407连接，向栅极驱动器电路1407施加脉冲电压信号或DC电压信号等。
另外，多根灰度信号线1410及多根控制信号线1411与源极驱动器电路1406连接，向源极驱动器电路1406施加脉冲信号电压或DC电压等。另外，电源供给线1412与源极驱动器电路1406连接，向源极驱动器电路1406提供电源电压。此外，关于灰度信号线1410施加的信号，可以是脉冲电压信号，也可以是模拟电压信号。
施加到像素区域1401中的电源供给线1404a、1404b、1405的电源电压，可以是和施加到与源极驱动器电路1406连接的多根电源电压线1412的电压值、或施加到与栅极驱动器电路1407连接的多根电源电压线1409的电压值公共的电压值，也可以不同。
说明上述结构的显示装置的显示动作。
对于源极驱动器电路1406，在预定的期间内施加一行量的像素的灰度信号。例如，若为行480像素、列640像素的VGA分辨率，则在一秒钟显示60帧时，每一行的扫描期间约为34.72μs。在此期间，将一行640个像素量的灰度信号电压、即通常由于一个像素由RGB三个子像素构成而为1920个像素量的灰度信号电压，存储到源极驱动器电路1406中。
接着，与栅极驱动器电路1407的输出定时同步地，将源极驱动器电路1406所保持的电压同时输出到灰度信号线1402。在与栅极驱动器电路1407输出了导通选择信号的行相对应的像素中，选择用TFT605处于导通状态，向像素内部的辅助电容606施加从源极驱动器电路1406输出的灰度信号电压。在施加的同时，作为驱动用TFT的TFT601a及TFT601b处于与灰度信号电压相对应的导通状态，发光元件600与导通状态的电平相对应进行点亮。
若从栅极驱动器电路1407提供的导通选择信号变化为截止选择信号，则像素内的选择用TFT605处于非导通状态，在辅助电容606中保持灰度信号电压电平。
对于栅极驱动器电路1407的输出，根据定时信号，向不同的行进行导通选择输出，之后依次重复进行相同的动作。
在相同的行中，在进行下一扫描之前的期间，维持与辅助电容606所保持的电压电平相对应的发光。
通过上述方式，来驱动具有本发明的像素电路的显示装置。
此外，在上述说明中，虽然将源极驱动器电路1406及栅极驱动器电路1407作为一组结构，但例如为了进行画面分割扫描而组合多个驱动器电路时，也能够进行同样的显示。
另外，关于像素区域1401的像素电路，只要是具有本发明的功能的像素电路，则也可按照任意方式来应用，根据像素的结构，也可以同时设置与栅极驱动器1407在不同的定时输出行选择信号的栅极驱动器电路1407′。
以上，对本实施方式进行了叙述。
在上述实施方式中，虽然举出了使用TFT作为图1的第一半导体元件304及第二半导体元件305的例子，但不限于此，也可以是在硅基板上生成的通常的场效应晶体管。一般，MOS型的晶体管可以用作第一半导体元件304及第二半导体元件305。另外，有机发光二极管可以用通常的发光二极管来置换。
本发明并不限于上述实施方式，在权利要求所示的范围内可以进行种种变更。即，对于在权利要求所示的范围内适当变更的技术方法进行组合而得到的实施方式，也包含在本发明的技术范围内。
本发明的像素电路如上所述，包括：显示元件，该显示元件的发光亮度被电流控制；至少一个第一开关元件部，该第一开关元件部的、相对于作为灰度信号的输入变量的输出电流特性呈现饱和特性；以及至少一个第二开关元件部，该第二开关元件部的、相对于作为灰度信号的输入变量的输出电流特性呈现线性特性，输出由所述第一开关元件部决定的电流的第一电流路径、与输出由所述第二开关元件部决定的电流的第二电流路径汇合，并与所述显示元件的电流路径连接。
由此，取得以下效果：即，能够提供一种能够充分确保在预定的驱动器输出范围内足以进行通常灰度显示用的电压范围、并且能够产生更高的峰值亮度的像素电路。
发明的详细说明内容中叙述的具体实施方式或实施例都只是阐明本发明的技术内容，不应狭义地理解为只限于这样的具体例子，在本发明的思想和后文记载的权利要求书的范围内，可以进行各种变更而实施。
工业上的实用性
本发明尤其能够适用于亮度被电流控制的有源矩阵型的发光元件阵列显示装置。

Claims (18)

1.一种像素电路，其特征在于，包括：
显示元件，该显示元件的亮度被电流控制；
至少一个第一开关元件部，该第一开关元件部的、相对于作为灰度信号的输入变量的输出电流特性呈现饱和特性；以及
至少一个第二开关元件部，该第二开关元件部的、相对于作为灰度信号的输入变量的输出电流特性呈现线性特性，
所述第一开关元件部输出饱和特性区域中的电流，所述第二开关元件部输出线性特性区域中的电流，
从所述第一开关元件部输出的电流、和从所述第二开关元件部输出的电流都输入至所述显示元件，
输出由所述第一开关元件部决定的电流的第一电流路径、与输出由所述第二开关元件部决定的电流的第二电流路径汇合，并与所述显示元件的电流路径连接。
2.如权利要求1所述的像素电路，其特征在于，
所述第一开关元件部及所述第二开关元件部由一个半导体元件构成、或者由多个半导体元件的并联电路构成，所述半导体元件分别具有两个以上的端子。
3.如权利要求1所述的像素电路，其特征在于，
所述第一开关元件部及所述第二开关元件部由一个薄膜晶体管构成、或者由多个薄膜晶体管的并联电路构成，所述薄膜晶体管分别具有三个以上的端子。
4.如权利要求3所述的像素电路，其特征在于，
向构成所述第一开关元件部的薄膜晶体管的栅极端子、和构成所述第二开关元件部的薄膜晶体管的栅极端子，施加相同的电压。
5.如权利要求3或4所述的像素电路，其特征在于，
设构成所述第一开关元件部的薄膜晶体管的各栅极沟道宽度的总和为W1、各栅极沟道长度为L1，设构成所述第二开关元件部的薄膜晶体管的各栅极沟道宽度的总和为W2、各栅极沟道长度为L2，这时满足W1/L1≤ W2/L2。
6.如权利要求5所述的像素电路，其特征在于，
构成所述第一开关元件部及所述第二开关元件部的薄膜晶体管为P型，
作为构成所述第一开关元件部的薄膜晶体管的第一薄膜晶体管，具有阈值电压为Vth1的饱和特性，并且从输出电压V1的第一电源线生成输出电流，
作为构成所述第二开关元件部的薄膜晶体管的第二薄膜晶体管，具有阈值电压为Vth2的线性特性，并且从输出电压V2的第二电源线生成输出电流，
第一薄膜晶体管的电流输出端子及第二薄膜晶体管的电流输出端子与所述显示元件的电流路径的一个端子电极连接，所述显示元件的另一个端子电极与公共电极连接，
满足V1+Vth1≥V2+Vth2。
7.如权利要求6所述的像素电路，其特征在于，
满足V1≥V2。
8.如权利要求5所述的像素电路，其特征在于，
构成所述第一开关元件部及所述第二开关元件部的薄膜晶体管为N型，
作为构成所述第一开关元件部的薄膜晶体管的第一薄膜晶体管，具有阈值电压为Vth1的饱和特性，并且从输出电压V1的第一电源线生成输出电流，
作为构成所述第二开关元件部的薄膜晶体管的第二薄膜晶体管，具有阈值电压为Vth2的线性特性，并且从输出电压V2的第二电源线生成输出电流，
第一薄膜晶体管的电流输出端子及第二薄膜晶体管的电流输出端子与所述显示元件的电流路径的一个端子电极连接，所述显示元件的另一个端子电极与公共电极连接，
满足V1+Vth1≤V2+Vth2。 
9.如权利要求8所述的像素电路，其特征在于，
满足V1≤V2。
10.如权利要求6所述的像素电路，其特征在于，
在将从所述第一电源线经由所述第一开关元件部及所述显示元件至所述公共电极的路径、与从所述第二电源线经由所述第二开关元件部及所述显示元件至所述公共电极的电流路径合并后的路径上，还设置至少一个薄膜晶体管，该薄膜晶体管使流过所述显示元件的电流导通及截止。
11.如权利要求3或4所述的像素电路，其特征在于，
在使用了所述显示元件的点亮显示步骤中的非点亮步骤中，包括对构成所述第一开关元件部的薄膜晶体管的栅极端子和构成所述第二开关元件部的薄膜晶体管的栅极端子的至少某一方的栅极端子设定初始电压的步骤。
12.如权利要求1所述的像素电路，其特征在于，
具有设通常灰度范围为0～1的值并且设峰值灰度范围为超过1的值以进行标准化的灰度范围，在设显示所述通常灰度范围的灰度信号电压振幅为0～1的值并且设显示所述峰值灰度范围的灰度信号电压振幅为超过1的值以进行标准化的灰度信号电压振幅范围中，在值成为2/3以上的灰度信号电压振幅下，具有20％以上的基于所述第二开关元件部的点亮贡献率，随着与显示灰度等级的上升相对应的灰度信号电压振幅的变化，点亮贡献率会增加。
13.如权利要求12所述的像素电路，其特征在于，
在所述标准化后的灰度信号电压振幅范围中的值为1时的基于第一开关元件部的点亮贡献率，为45％以上、55％以下。
14.如权利要求12或13所述的像素电路，其特征在于，
在所述灰度信号电压振幅范围中值成为1/3以上、不足2/3的灰度信号电压振幅下，具有0％以上、不足20％的基于所述第二开关元件部的点亮贡献率，随着与显示灰度等级的上升相对应的灰度信号电压振幅的变化，点亮贡献率会增加。
15.如权利要求12或13所述的像素电路，其特征在于， 
在所述灰度信号电压振幅范围中值成为不足1/3的灰度信号电压振幅下，具有0％以上、不足20％的基于第二开关元件部的点亮贡献率，随着与显示灰度等级的上升相对应的灰度信号电压振幅的变化，点亮贡献率会增加。
16.如权利要求1所述的像素电路，其特征在于，
具有设通常灰度范围为0～1的值并且设峰值灰度范围为超过1的值以进行标准化的灰度范围，在设显示通常灰度范围的灰度信号电压振幅为0～1的值并且设显示峰值灰度范围的灰度信号电压振幅范围为超过1的值以进行标准化的灰度信号电压振幅范围中，明度指数相对于灰度信号电压振幅的特性在灰度信号电压振幅为2/3以上的范围中，相对于理想的线性关系，明度指数曲线的斜率的误差为5％以内。
17.如权利要求1～4、12、13、16的任一项所述的像素电路，其特征在于，
所述显示元件是有机发光二极管。
18.一种显示装置，其特征在于，
包括多个权利要求1～17的任一项所述的像素电路，
还包括：
像素选择信号电路部，该像素选择信号电路部提供允许向所述像素电路提供所述灰度信号的选择信号；
灰度信号提供电路部，该灰度信号提供电路部将提供的灰度信号提供给所述像素电路；
第一电源线，该第一电源线提供所述第一开关元件部生成输出电流的电源；
第二电源线，该第二电源线提供所述第二开关元件部生成输出电流的电源；
扫描信号线，该扫描信号线将从所述像素选择信号电路部输出的所述选择信号传输给所述像素电路；以及
数据信号线，该数据信号线将从所述灰度信号供给电路部输出的所述灰度信号传输给所述像素电路。 
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