CN1937019A - 晶体管电路、显示面板和电子装置 - Google Patents

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Abstract

一种晶体管电路(100)，包括源极和漏极间的电导受输入电压控制的驱动用晶体管(110)和栅极与源极或漏极连接并经该源极和漏极对驱动用晶体管的栅极供给输入信号的补偿用晶体管(120)。可以用较低的输入电压进行控制，而且，能够补偿驱动用晶体管的阈值特性的离散。将该晶体管电路的驱动用晶体管(110)的源极图像显示漏极与电流控制型元件(500)连接，可以实现亮度均匀的图像显示的显示面板。

Description

晶体管电路、显示面板和电子装置
本申请是申请号为03136513.2、申请日为1999年3月17日、发明名称为“晶体管电路、显示面板和电子装置”申请的分案申请。
技术领域
本发明的技术领域属于由多个薄膜晶体管(以下称TFT)、场效应晶体管和双极型晶体管等晶体管构成的晶体管电路，特别属于由具备驱动用晶体管而构成的晶体管电路，该驱动用晶体管根据供给栅极上的电压来控制源漏间的电导，并由此控制经该源极和漏极供给电流控制型(电流驱动型)元件等的被驱动元件的驱动电流。
背景技术
一般来说，晶体管的电压电流特性和阈值都会因半导体膜的膜质、膜厚、杂质浓度、扩散区域和栅绝缘膜的膜质、膜厚、工作温度等各种条件的不同而或多或少地产生离散。对于使用了单晶硅的双极型晶体管的情况，这样的阈值的离散较小，但若是TFT，通常这样的的离散都较大。特别是，当在液晶面板、EL面板等显示面板等中在TFT阵列基板上在较大的范围内形成多个TFT时，象这样的电流电压特性和阈值的离散很大的情况非常多。例如，制造这种阈值是2V(伏)左右的TFT(N沟道是+2V，P沟道是-2V)，其离散可达到正负几伏。
这里，对于象所谓TFT液晶面板等那样控制由液晶等形成的像素部的电压的电压控制(电压驱动)方式的情况，设在各像素部的驱动用TFT的电压电流特性和阈值的离散而引起的问题较少。这是因为，即使这时TFT的电压电流特性和阈值多少有些离散，只要有足够的开关时间，通过提高从外部经TFT向各像素供给的电压的精度，就能够高精度地控制各像素的显示浓度和亮度。因此，即使在对各像素部的显示浓度和亮度的均匀性很重视的显示用TFT液晶面板等中使用了电流电压特性和阈值的离散较大的TFT，也能够进行高质量的图像显示。
另一方面，近年来，开发了下述一种显示面板，其像素部具有亮度随供给电流的大小变化的自发光的有机EL等电流控制型发光元件。该显示面板不需要利用背景光或反射光就能进行图像显示，功耗低，而且视角依赖性小，有时还能弯曲，因此受到重视。该EL面板为了进行有源阵列驱动，其像素部也使用驱动用TFT。例如，使驱动用TFT的漏极经空穴注入用电极与与EL元件连接，根据加在栅极上的数据信号的电压控制从与源极连接的电源线向EL元件供给的驱动电流(使其变化)。若这样来使用驱动用TFT，则通过跟随输入信号电压的变化控制源漏间的电导来控制流过EL元件的驱动电流，可以使各像素的亮度变化，能够进行图像显示。
但是，设在各像素部的驱动用TFT的电压电流特性和阈值的离散就成了问题，特别是对于象上述EL面板等那样的电流控制型元件。即，这时，无论如何提高从外部向驱动用TFT供给的数据信号电压的精度，因驱动用TFT的电压电流特性和阈值的离散直接影响驱动电流相对数据信号的离散，故驱动电流的精度还是下降。结果，各像素的亮度也随着驱动用TFT的阈值的离散而变得不均匀。而且，特别在现在的低温多晶硅TFT的制造技术中，象这样的电压电流特性和阈值的离散还相当大，因此，这一问题在实用上很突出。
对此，若要制造出电压电流特性和阈值的离散小的TFT，则产品的成品率会下降，特别是，对象显示面板那样的使用很多TFT构成的装置来说，产品的成品率更低。与低成本的要求相违背。或者可以说，制造这样的电压电流特性和阈值的离散小的TFT几乎不可能。此外，即使另外设置补偿电路来补偿TFT的电压电流特性和阈值的离散，还是会带来装置复杂、体积大和增大功耗的问题，特别在高密度地排列着很多TFT的显示面板中，会更加降低产品的成品率，或者可以说，眼前要满足低功耗和装置小型化的要求是很困难的。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种晶体管电路及使用该晶体管电路的显示面板和电子装置，这种晶体管电路是根据输入信号的电压对驱动用晶体管的电导进行控制的晶体管电路，利用较低电压的输入信号可以对该电导进行控制，而且可以使用较少的晶体管和较低的功耗对驱动用晶体管的电压电流特性和阈值的离散进行补偿。
本发明提供下述第1至第10晶体管电路。
首先，本发明的第1晶体管电路的特征在于，具有驱动用晶体管和补偿用晶体管，上述驱动用晶体管具有第1栅极、第1源极和第1漏极，根据供给该第1栅极的输入信号的电压对该第1源极和第1漏极之间的电导进行控制，上述补偿用晶体管具有第2栅极、第2源极和第2漏极，该第2栅极与该第2源极和第2漏极中的一方连接，且在下述的方向上与上述第1栅极连接，在该方向上使上述输入信号经该第2源极和第2漏极供给上述第1栅极，而且能够使上述第1栅极在降低上述电导的方向上移动电荷。
若按照上述晶体管电路，补偿用晶体管的第2源极或第2漏极与驱动用晶体管的第1栅极连接，输入信号经该第2源极和第2漏极供给驱动用晶体管的第1栅极。而且，在驱动用晶体管中，根据供给该第1栅极的输入信号的电压对该第1源极和第1漏极之间的电导进行控制。这里的补偿用晶体管，其第2栅极与第2漏极或第2源极连接，并与第1栅极连接，其方向是能够使上述第1栅极在降低上述电导的方向上移动电荷。即，补偿用晶体管具有二极管特性，例如，若驱动用晶体管是N沟道型，则只能从该第1栅极向输入信号源的方向通电。或者，若驱动用晶体管是P沟道型，则只能从输入信号源向第1栅极的方向通电。
因此，当向该晶体管电路供给输入信号时，与输入到补偿用晶体管时的输入信号的电压相比，第1栅极的栅极电压在使驱动用晶体管的电导提高的方向上升高了相当于补偿用晶体管的阈值的电压。因此，为了得到驱动用晶体管的所要的电导，只要使经补偿用晶体管供给的输入信号的电压比与该电导对应的栅极电压出相当于补偿用晶体管的阈值的电压即可。这样，由于能够使栅极电压相对输入信号升高相当于补偿用晶体管的阈值的电压，所以，与没有补偿用晶体管的情况相比，能够利用较低的输入信号电压进行等效的电导控制。
一般来说，该输入信号大多比其它信号的频率高，若可以使用较低的输入信号，则可望能够实现低功耗。
进而，象这样利用补偿用晶体管将输入信号升压后作为第1栅极的栅极电压，从晶体管电路的整体看，输入信号相对于流过驱动用晶体管的电导可控的源极和漏极的驱动电流的阈值比驱动用晶体管的阈值电压只低补偿用晶体管的阈值电压、即相当于栅极电压高出输入电压的电压。即，在输入电压对驱动电流的阈值中，补偿用晶体管的阈值和驱动用晶体管的阈值互相抵消。因此，通过使两者的阈值特性和电压电流特性接近，可以使输入信号对驱动电流的阈值接近零。
还有，通过在该晶体管电路的整体中使补偿用晶体管的阈值和驱动用晶体管的阈值互相抵消，可以使作为晶体管电路整体的输入信号的阈值与驱动用晶体管的阈值的大小无关而接近一定的值(0)。即，当使用多个阈值不同的驱动用晶体管作成多个这样的晶体管电路时，若各晶体管电路部分的驱动用晶体管和补偿用晶体管的阈值相互接近(理想的情况，若使两者一致)，则各晶体管电路间的阈值差比各驱动用晶体管的阈值差小(理想的情况几乎没有差)。因此，当作成多个这样的晶体管电路时，即使使用了多个阈值不同的驱动用晶体管，也能够得到阈值的离散几乎或完全没有的多个晶体管电路。
本发明的第2晶体管电路的特征在于，在上述第1晶体管电路中，具有复位装置，在供给上述输入信号之前供给复位信号，该复位信号具有与电导值对应的电压，该电导值比上述第1栅极根据上述输入信号控制的上述电导的最高值高。
若按照上述第2晶体管电路，在向驱动用晶体管的第1栅极供给上述输入信号之前(或者，在供给一个输入信号之后，在供给下一个输入信号之前)，由复位装置供给复位信号，该复位信号具有与电导值对应的电压，该电导值比受上述输入信号控制的驱动用晶体管的电导的最高值高。结果，可以利用复位装置使驱动用晶体管的栅极电压为一定值而不受输入信号电压值的大小的影响，而且，可以在复位后经与第1栅极连接的补偿用晶体管向第1栅极供给输入信号，其方向是可以使电荷向使电导降低的方向移动的方向。
本发明的第3晶体管电路的特征在于，在上述第2晶体管电路中，设定了上述复位信号的电压，使该电压比上述输入信号的最大电压还大出相当于上述补偿用晶体管的阈值电压以上的电压。
若按照上述第3晶体管电路，由复位装置向驱动用晶体管的第1栅极供给电压比输入信号的电压大的复位信号。而且，因该复位信号的电压被设定成比输入信号的最大电压还大出相当于补偿用晶体管的阈值电压的电压，故当在复位后输入输入信号时，就可以经补偿用晶体管向驱动用晶体管的第1栅极供给始终比输入信号的电压还高出相当于补偿用晶体管的阈值电压的电压，而不受输入信号电压的大小和驱动用晶体管的阈值的大小的影响。
本发明的第4晶体管电路的特征在于，在上述第3晶体管电路中，上述复位装置具有复位用晶体管，该复位用晶体管具有第3栅极、第3源极和第3漏极，该第3源极和第3漏极的一方与上述第1栅极连接，在供给上述输入信号之前对该第3栅极供给复位时序信号时，经该第3源极和第3漏极对上述第1栅极供给上述复位信号。
若按照上述第4晶体管电路，当向复位用晶体管的第3栅极供给复位时序信号时，由该复位用晶体管经该第3源极和第3漏极对驱动用晶体管的第1栅极供给复位信号。结果，可以在供给复位时序信号时使驱动用晶体管的栅极电压复位成一定的电压值。因此，可以进行第2或第3晶体管电路的已说明过的工作。
本发明的第5晶体管电路的特征在于，在上述第1至第4的任何一个晶体管电路中，上述驱动用晶体管和上述补偿用晶体管是同一导电型的晶体管。
在上述第5晶体管电路中，驱动用晶体管和补偿用晶体管是同一导电型的晶体管，这里的‘同一导电型’是指晶体管的导电类型一样。例如，若驱动用晶体管的是N沟道型，补偿用晶体管也是N沟道型，若驱动用晶体管的是P沟道型，补偿用晶体管也是P沟道型。因此，因为补偿用晶体管的阈值和驱动用晶体管的阈值大致相等，所以，在该晶体管电路内，这些阈值互相抵消，结果，也可以使输入信号相对驱动电流的阈值接近于零来进行电导控制。进而，即使在使用阈值离散的多个驱动用晶体管来形成多个晶体管电路的情况下，也可以对阈值的离散进行补偿。
此外，通过使以晶体管的沟道宽度和沟道长度为代表的的设计值、器件结构、工艺条件等在驱动用晶体管和补偿用晶体管中都相等，可以实现更完全的补偿。
本发明的第6晶体管电路的特征在于，在上述第1至第5的任何一个晶体管电路中，还具有开关用晶体管，该开关用晶体管具有第4栅极、第4源极和第4漏极，该开关用晶体管连接成在对该第4栅极供给开关时序信号时将上述输入信号经该第4源极和第4漏极供给上述补偿用晶体管。
若按照上述第6晶体管电路，当向开关用晶体管的第4栅极供给开关时序信号时，经该开关用晶体管的第4源极和第4漏极对补偿用晶体管供给输入信号。结果，可以在供给开关时序信号时对驱动用晶体管供给输入信号。
本发明的第7晶体管电路的特征在于，在上述第1至第6的任何一个晶体管电路中，进而具有与上述第1栅极连接的保持电容。
若按照上述第7晶体管电路，当对第1栅极供给输入信号时，利用与该第1栅极连接的保持电容保持该输入信号的电压。因此，当输入信号只在一定期间供给时，可以将加在该第1栅极上的电压保持一段比该期间还长的时间。
此外，即使存在通过补偿用晶体管流向开关用晶体管的漏泄电流，也可以降低加在第1栅极上的电位的变化。
本发明的第8晶体管电路的特征在于，在上述第1至第7的任何一个晶体管电路中，该晶体管电路是由在同一衬底上形成的薄膜晶体管构成的。
若按照上述第8晶体管电路，可以利用补偿用薄膜晶体管补偿在同一衬底上形成的驱动用薄膜晶体管的电压电流特性和阈值特性对驱动电流的影响。特别是，若用同一薄膜形成工序在同一衬底上形成两个薄膜晶体管，因两晶体管之间的特性比较类似，故可以在同一衬底上得到电压电流特性和阈值的离散小的多个晶体管电路。
本发明的第9晶体管电路的特征在于，在上述第1至第7的任何一个晶体管电路中，上述晶体管分别由上述栅极、源极和漏极分别与基极、发射极和集电极对应的双极型型晶体管构成。
若按照上述第9晶体管电路，可以利用补偿用双极型晶体管补偿驱动用双极型晶体管的电压电流特性和阈值特性对驱动电流的影响。特别是，若用同一制造工序制造两个双极型晶体管，因两晶体管之问的特性类似程度一般都较大，故可以得到电压电流特性和阈值的离散小的多个晶体管电路。
本发明的第10晶体管电路的特征在于，在上述第1至第9的任何一个晶体管电路中，上述输入信号是由输入信号源控制电压的电压信号，上述驱动用晶体管的上述第1源极和第1漏极的一方与电流控制型元件连接，通过控制上述电导来控制流过该电流控制型元件的电流。
若按照上述第10晶体管电路，当从输入信号源来的电压受控制的电压信号经补偿用晶体管作为输入信号供给时，在驱动用晶体管中，根据该电压信号的电压变化控制第1源极和第1漏极间的电导。由此，与第1源极和第1漏极的一方连接的电流控制型元件的电流受到控制。因此，可以用较低电压的输入信号对电流控制型元件进行电流驱动，而且，也可以根据电压信号的电压对多个电流驱动型元件进行高精度的电流控制，而不受多个驱动用晶体管间的电压电流特性和阈值的离散的影响。
若按照本发明，能够提供一种显示面板，其特征在于，具有呈矩阵状配置同时分别包含上述第10晶体管电路的多个像素部，该多个像素部分别设置了上述电流控制型元件。
若按照所述的显示面板，在各像素部中，当经补偿用晶体管供给输入信号时，因能够通过驱动用晶体管根据该输入信号的电压对电流控制型发光元件进行电流控制，所以，能够高精度地控制电流控制型发光元件的亮度(辉度)，能够降低整个显示面板的图像显示区的亮度不匀。进而，通过利用补偿用晶体管使驱动用晶体管的栅极电压升压，可以利用较低的输入信号进行电流控制型发光元件的控制。
若按照本发明，能够提供具有上述显示面板的电子装置。
若按照所述的电子装置，因具有上述显示面板，能够实现显示面板的整个显示区亮度均匀而且可以用较低的电压进行驱动的电子装置。
附图说明
图1是本发明的晶体管电路的一个实施形态的电路图。
图2(A)是晶体管电路中的各种信号的时序图，图2(B)是图1的晶体管电路中的各种信号的时序图。
图3(A)是表示具有驱动用TFT的比较例中的阈值特性的特性图，图3(B)是具有补偿用TFT和驱动用TFT的本实施形态中的阈值特性的特性图。
图4是表示各种情况下的驱动电流Id相对于阈值离散ΔVth的变化的特性图。
图5(A)是表示在本实施形态中使复位信号Vrsig为5V时的补偿用TFT的降压作用的时序图，图5(B)是表示使复位信号Vrsig为0V时的补偿用TFT的降压作用的时序图。
图6是晶体管电路的其它实施形态的电路图。
图7是表示显示面板的实施形态的整体结构的平面图。
图8是图7所示的面板的一个像素部的平面图。
图9(A)是图8的A-A’截面图，图9(B)是B-B’截面图，图9(C)是C-C’截面图。
图10是图7的显示面板中的相邻4个像素部的电路图。
图11是表示本发明的电子装置的实施形态的概略构成的方框图。
图12是表示作为电子装置的一个例子的个人计算机的示意图。
图13是表示作为电子装置的另一个例子的使用了TCP的液晶装置的斜视图。
具体实施方式
从下面说明的实施形态中应能明白本发明的作用和意义。
下面，根据附图详细说明本发明的实施形态。
(晶体管电路)
首先，参照图1和图2说明本发明的晶体管电路的实施形态。图1是本发明的实施形态的晶体管电路的电路图。图2(A)和图2(B)是分别表示该晶体管电路中的各种信号的时序和电压的时序图。
在图1中，晶体管电路100的构成包括驱动用TFT110(P沟道型)、补偿用TFT120(P沟道型)、复位用TFT130(N沟道型)和开关用TFT140(N沟道型)。下面，按顺序说明各晶体管的构成。
首先，构成驱动用晶体管的一例的驱动用TFT110的结构是，能够基于经开关用TFT140和补偿用TFT120供给的输入信号并根据加在栅极111上的栅极电压、对源极112和漏极113之间的电导进行控制。
构成补偿用晶体管的一例的补偿用TFT120其栅极121与源极122或漏极123(在图中是漏极123)连接。即，补偿用TFT120连接成二极管。而且，补偿用晶体管120与栅极111连接，使上述输入信号能够经源极122和漏极123供给栅极111，其方向是能够使栅极111沿使上述电导降低的方向移动电荷(在图1中，是漏极123与栅极111连接)。
构成复位装置的一例的复位用TFT130的结构是，其源极132或漏极133(在图1中，是漏极133)与栅极111连接，在供给输入信号Vsig之前对栅极131供给作为复位时序信号的一例的电压Vrscan的复位扫描信号(以下称复位扫描信号Vrscan)时，经源极132和漏极133向栅极111供给电压Vrsig的复位信号(以下称复位信号Vrsig)。
此外，构成开关用晶体管的一例的开关用TFT140连接在输入信号源和补偿用TFT120之间，在向栅极141供给作为开关时序信号的一例的电压Vscan的扫描信号(以下称扫描信号Vscan)时，经源极142和漏极143对补偿用TFT120供给电压Vsig的输入信号(以下称输入信号Vsig)。
而且，驱动用晶体管110的源极112与EL元件等电流控制型(电流驱动型)元件500的一端连接，该电流控制型元件500的另一端与规定电位的负电源-Vc连接。此外，驱动用晶体管110的漏极113与规定电位的正电源+Vc连接。因此，当对驱动用晶体管110的源极112和漏极113间的电导进行控制时，流过电流控制型元件500的驱动电流Id也被控制(即，驱动电流Id随电导的变化而变化)。
进而，驱动用晶体管110的栅极111与保持电容160连接。因此，利用保持电容可以将一度外加的栅极电压Vg保持下来。
其次，参照图1和图2、图3说明象上述那样构成的晶体管电路100的工作。
如图2(A)所示(该图示出使用P沟道型TFT作为驱动用TFT110和补偿用TFT120的情况)，当复位扫描信号Vrscan输入到复位用TFT130时，复位用TFT130处于导通状态，向驱动用TFT110的栅极111供给复位信号Vrsig，栅极111的栅极电压Vg的电平大致与该复位信号Vrsig的电压Vrsig相等。结果，能够使驱动用TFT110的栅极电压Vg在供给复位扫描信号Vrscan时复位成一定的电压(即，电压Vrsig)，而与输入信号Vsig的电压Vsig的大小无关。
而且，当该复位期间结束后开关用TFT140供给扫描信号Vscan时，开关用TFT140处于导通状态，数据信号Vsig经补偿用TFT120供给驱动用TFT110的栅极111。这里，在本实施形态中，因特别将补偿用TFT120的栅极121和漏极123连接(即，二极管连接方式)，故通过对栅极111施加负电压，可以使处于导通状态的P沟道型TFT、即驱动用TFT110的栅极电压Vg在负电压一侧降低到比数据信号Vsig的电压Vsig低相当于补偿用TFT120的阈值电压Vth2的电压。而且，这样降压后的栅极电压Vg因保持电容160的作用、在扫描信号Vscan和输入信号Vsig停止供给后的驱动期间中仍然被保持下来。
再有，作为复位期间，只需要栅极电压Vg达到复位信号Vrsig的电压Vrsig的时间就足够了。因此，可以将驱动期间设定得比复位期间长得多，由此，在复位期间中，即使驱动用TFT110因复位信号Vrsig而处于导通状态，在这期间流过驱动用TFT110的源极112和漏极113的电流也很小，对驱动电流Id的影响可以忽略。
如上所述，若按照本实施形态，因栅极电压Vg比输入信号Vsig降低了相当于补偿用TFT120的阈值电压Vth2的电压，故与没有补偿用TFT120的情况相比，可以使用较低的输入信号Vsig的电压Vsig对驱动用TFT110进行同等的电导控制。
再有，图2(B)是驱动用TFT110和补偿用TFT120都使用N沟道型TFT时的时序图，这时，通过给栅极111施加正电压而处于导通状态的N沟道型TFT、即驱动型TFT110的栅极电压Vg在复位时变成复位信号Vrsig的电压Vrsig，然后，变成在正电压一侧比输入信号Vsig的电压Vsig高出相当于补偿用TFT120的阈值电压Vth2的电压。
这里，若不经过补偿用TFT120而对驱动用TFT110直接输入输入信号Vsig，即，当输入信号Vsig的电压Vsig和栅极电压Vg一致时，则如图3(A)所示(这里，驱动用TFT110是N沟道型TFT)，驱动电流Id具有从驱动用TFT110的阈值电压Vth1开始上升的特性。例如，若该阈值电压Vth1的设计基准值是2V，则阈值的离散可达±几V。而且，驱动用TFT110的阈值电压Vth1的离散直接反映在驱动电流的离散上。
与此不同，在本实施形态中，由于经补偿用TFT120对驱动用TFT110输入输入信号Vsig，所以，在将输入信号Vsig的电压Vsig升高补偿用TFT120的阈值电压Vth2来作为栅极电压Vg的情况下，如图3(B)所示(这里，驱动用TFT110和补偿用TFT120都是N沟道型TFT)，补偿用TFT120的阈值电压Vth2和驱动用TFT110的阈值电压Vth1相互抵消，对晶体管电路100整体而言，输入信号Vsig的阈值电压Vth接近零。这样，特别是在二个阈值电压Vth1和Vth2一致的情况下，该阈值电压Vth大致为零。通过例如在同一半导体衬底的互相接近的位置上由相同导电型的TFT来构成驱动用TFT110和补偿用TFT120，就可以比较简单地实现使阈值电压Vth1和Vth2一致。
若这样来构成，可以容易使两方TFT的形成为薄膜的栅绝缘膜和半导体膜的膜厚、沟道长度等各构成要素的平面形状、沟道形成用区域和源极区、漏极区中的杂质浓度、工作时的温度状态等一致，所以，最终能够使两方TFT的阈值Vth1和Vth2完全或近似完全一致。再有，在使阈值特性近似方面，可以使沟道长度相同，但沟道宽度可以不同。
若这样按照本实施形态，通过使驱动用TFT110和补偿用TFT120的阈值特性和电压电流特性接近(理想的情况是使其一致)，可以使输入信号Vsig相对于驱动电流Id的阈值电压Vth接近零(理想的情况是等于零)。
进而，由图3(A)和图3(B)可知，在制造多个晶体管电路100时，即使各驱动用TFT110的阈值电压Vth1互相离散，因各补偿用TFT120的作用，也可以使各晶体管电路100的阈值电压Vth接近于零，而与该阈值电压Vth1的大小无关。即，能够制造出阈值电压Vth一定的多个晶体管电路100。这对用于象后面所述那样存在多个晶体管电路100间的阈值电压Vth离散的问题的显示面板等方面来说特别有用。而且，在各晶体管电路100中，正如前面所述那样，使相互接近配置的一对驱动用TFT110的阈值电压Vth1和补偿用TFT120的阈值电压Vth2一致，比使隔开一段距离单独配置的两个驱动用TFT110的阈值电压Vth1一致要容易得多，所以可以说，这样利用补偿用TFT120来补偿各晶体管电路100的阈值电压Vth1的结构在降低多个晶体管电路100的阈值电压Vth相互间的离散方面是极为有效的。
如上所述，按照本实施形态，在制作多个晶体管电路100时，即使使用了阈值电压Vth1各不相同的多个驱动用TFT110、即、使用了各自具有偏离设计基准值的阈值电压(例如2.5V)很大的阈值电压Vth1的多个驱动用TFT110，也可以得到阈值电压Vth的离散几乎或完全没有的多个晶体管电路100。因此，可以降低对TFT的电流电压特性的条件的要求，从而能够提高成品率和降低制造成本。
再有，由图3(A)和图3(B)可以明显发现这样两个效果，第1效果是，通过使阈值电压Vth1和Vth2一致，可以使用比输入信号Vsig的电压Vsig高的栅极电压Vg来进行各驱动用TFT110的电导控制，第2效果是降低多个晶体管电路100间的阈值电压Vth的离散，即使各晶体管电路100的驱动用TFT110的阈值电压Vth1和补偿用TFT120的阈值电压Vth2不完全一致，因两阈值电压具有互相抵消的性质，也可以得到这样的第1和第2效果，而且，两阈值电压越接近，效果越好。
本实施形态特别构成为对栅极111供给复位信号Vrsig，该复位信号Vrsig具有与电导值对应的电压，该电导值比根据输入信号Vsig控制的电导的最高值高。因此，可以在复位后、在可以使电荷沿该电导降低的方向移动的方向上经与栅极111连接的补偿用TFT120对栅极111供给输入信号Vsig，而与输入信号Vsig的电压值Vsig无关，而且，在本实施形态中，复位信号Vrsig的电压设定得较高，比输入信号Vsig的最大电压还高出补偿用TFT120的阈值电压Vth2。因此，当在复位后输入输入信号Vsig时，可以始终对栅极111供给比输入信号Vsig的电压Vsig还高出相当于补偿用TFT120的阈值电压Vth2的高电压，而与输入信号Vsig的电压Vsig的大小和补偿用TFT120的阈值电压Vth2的大小无关。
再有，当进行过去的液晶显示元件经常使用的输入信号Vsig的反转时，希望即使对包含反转后的输入信号在内的所有的输入信号Vsig，上述复位信号Vsig的关系也成立。
参照图4和图5进一步讨论设定该复位信号Vrsig的电压的效果。这里，图4分别表示在(1)不用补偿用TFT120直接向驱动用TFT供给输入信号Vsig(特性曲线C1)、(2)将复位信号Vrsig设定为5V经补偿用TFT120向驱动用TFT供给输入信号Vsig(特性曲线C2)、(3)将复位信号Vrsig设定为0V经补偿用TFT120向驱动用TFT供给输入信号Vsig(特性曲线C3)的情况下，当把阈值基准值例如设定为-2.5V时，驱动电流Id相对于来自该基准值的阈值电压的离散ΔVth的变化。此外，图5(A)表示栅极电压Vg相对于特性曲线C2的变动范围。再有，这里，假定Vsig＝7.5V，+Vc＝10V，-Vc＝5V。
在图4中，如特性曲线C1所示那样，在不用补偿用TFT120的情况下，很明显，阈值电压的离散ΔVth直接反映在驱动电流的离散上。
象特性曲线C2所示那样，当使用补偿用TFT120并将复位信号Vrsig设定为5V时，阈值电压的离散ΔVth在正向一侧得到了很好的补偿，而在负向一侧却反映在驱动电流Id上。这是因为，在如图5(A)所示那样的负向一侧，当在复位后输入输入信号Vsig时，在负电压一侧不能使栅极电压Vg降低(补偿)到比输入信号Vsig低相当于阈值电压Vth2的电压。这是由于作为二极管的补偿用TFT120，能够使栅极电压Vg从复位信号Vrsig向输入信号Vsig靠近而不能使其远离输入信号Vsig。
此外，如特性曲线C3所示那样，当使用补偿用TFT120并将复位信号Vrsig设定为0V时，阈值电压的离散ΔVth几乎不反映在驱动电流的离散上。这是因为，如图5(B)所示那样，当在复位后输入输入信号Vsig时，在负电压一侧能使栅极电压Vg降低(补偿)到比输入信号Vsig还低出相当于阈值电压Vth2的电压。再有，若考虑这里给出的Vsig＝7.5V是输入信号Vsig的最小电位，则上述分析对是否能对所有的Vsig进行补偿这一点是成立的。
在上述那样的本实施形态中，可以始终向驱动用TFT110的栅极111施加比输入信号Vsig的电压Vsig低相当于补偿用TFT120的阈值电压Vth2的低电压Vg，而与该输入电压Vsig的大小和补偿用TFT120的阈值电压Vth2的大小无关。
再有，在图2(A)和图2(B)中，栅极电压Vg在驱动期间被保持电容160保持。因此，利用保持电容160还可以降低(补偿)多个晶体管电路100间的栅极电压Vg的保持特性的离散。
上面，正如参照图1到图5所说明的那样，若按照本实施形态的晶体管电路100，可以用较低电压的输入信号Vsig对EL元件等电流控制型元件500进行电流驱动，而且，能够与输入信号Vsig的电压对应地对多个电流控制型元件500进行高精度的电流控制，而与多个驱动用TFT110间的电流电压特性和阈值的离散无关。
再有，在图1所示的例子中，使用P沟道型TFT和N沟道型TFT，但也可以使所有的TFT都由N沟道型TFT构成。只是，若从使用补偿用TFT120来补偿驱动用TFT110的电流电压特性和阈值特性的观点来看，则利用同一工序将这些驱动用TFT110和补偿用TFT120作为同一导电型的TFT来构成是有利的。特别是，若使两TFT用同一薄膜形成工序形成，因一般两TFT间的特性相似的程度会增加，故可以在同一衬底上得到电流电压特性和阈值的离散几乎没有或完全没有的晶体管电路100。另一方面，复位用TFT130和开关用TFT140可以由P沟道型TFT构成，也可以由N沟道型TFT构成，与驱动用TFT110是P沟道型还是N沟道型无关。只是，使所有的TFT都是相同导电型的TFT，多数情况在制造上是有利的。
此外，本实施形态的各种TFT110～140可以由接合型、并串连接等任何一种场效应晶体管(FET)构成。
进而，如图6所示，也可以由双极型型晶体管构成上述晶体管电路。这时，也可以使基极、发射极和集电极分别与上述栅极、源极和漏极对应，由双极型性晶体管构成驱动用晶体管110’，同时，由双极型性晶体管构成补偿用晶体管120’，这样来形成晶体管电路100’。一般来说，在双极型性晶体管的情况下，与TFT相比，阈值电压例如以0.7V为中心，其离散较小，但也可以利用补偿用晶体管120’来补偿驱动用晶体管110’的电流电压特性和阈值的离散对驱动电流的影响。进而，能以较低的电压对驱动用晶体管110’进行驱动。特别是，若用同一制造工序制造驱动用晶体管110’和补偿用晶体管120’，因一般两晶体管间的特性相似的程度会增加，故可以得到电流电压特性和阈值的离散几乎没有或减少了的多个晶体管电路100’。
作为上述实施形态中的电流控制型元件500，可以列举有机EL元件、无机EL元件等电流控制型发光元件、电流控制型热转移元件等各种元件。
(显示面板)
参照图7到图10说明本发明的显示面板的实施形态。图7是表示显示面板的整体结构的方框图，图8是显示面板中的一个像素部的平面图，图9(A)、图9(B)和图9(C)分别是其A-A’截面图、B-B’截面图和C-C’截面图，图10相邻4个像素部的电路图。
本实施形态中的显示面板分别包含上述本发明的晶体管电路，同时，具有配置成矩阵状的多个像素部，作为电流控制型发光元件的一个例子，在该多个像素部中分别设有EL元件50。
如图7所示，显示面板200具有TFT阵列基板1，在该TFT阵列基板1的呈矩阵状配置多个像素部2的画面显示区域内，具有在X方向上排列的分别向Y方向伸展的多条数据线11、在Y方向上排列的分别向X方向伸展的多条扫描线12和与多条数据线11平行排列的多条公用电源线13。显示面板11进而在画面显示区的周围具有向各数据11线供给数据信号的数据线驱动电路21、向各扫描线12供给扫描信号的一对扫描线驱动电路22和用于检查各像素部2中的导通不良、绝缘不良及元件缺陷等的检查电路23。再有，在本实施形态中，各驱动电路是在TFT阵列基板1上用和像素部2同样的工序形成的，但电路也可以不在TFT阵列基板1上，或者也可以用与像素部2不同的另外的工序形成。
如图8所示，各像素部2中设有使用图1到图6已说明过的驱动用TFT110、补偿用TFT120、复位用TFT130、开关用TFT140和保持电容160。而且，前一级的扫描线12b变成图1中的复位扫描信号Vrscan用的布线，当前级的扫描线12a变成图1中的扫描信号Vscan用的布线和复位信号Vrsig用布线，当前级的数据线11a变成图1中的输入信号Vsig(数据信号)用的布线。进而，公用电源线13与正电源+V相接，EL元件50连接在驱动用TFT110和后述的对置电极之间，该对置电极与负电源-V连接。
如图9(A)所示，开关用TFT140、补偿用TFT120和保持电容160在TFT阵列基板上沿图8的A-A’截面由半导体膜(多晶硅膜)4、栅绝缘膜5、Ta(钛)膜6、第1层间绝缘膜7和Al膜8构成，其中，栅绝缘膜5由氧化硅膜和氮化硅膜形成，第1层间绝缘膜7由氧化硅膜和氮化硅膜形成。再有，也可以形成低阻的多晶硅膜来代替栅电极形成用的Ta膜6。
更具体一点说，开关用TFT140是具有由多晶硅膜6形成的栅极141的顶栅型(top gate)的TFT，经栅绝缘膜5把与栅极141相对的半导体层4部分作为沟道形成用区域，在其两侧具有作为进行了高浓度n型掺杂的源极142和漏极143的N沟道型TFT而构成。而且，源极142经在栅绝缘膜5和第1层间绝缘膜7中开孔的接触孔与由Al膜8形成的数据线11a连接。此外，漏极14 3经在栅绝缘膜5和第1层间绝缘膜7中开孔的接触孔和Al膜8与补偿用TFT120连接。
补偿用TFT120是具有由Ta膜形成的栅极121的顶栅型(top gate)的TFT，经栅绝缘膜5把与栅极121相对的半导体层4部分作为沟道形成用区域，在其两侧作为具有进行了高浓度p型掺杂的源极122和漏极123的P沟道型TFT而构成。而且，经在栅绝缘膜5和第1层间绝缘膜7中开孔的接触孔和Al膜8与开关用TFT140和保持电容160以及驱动用TFT110的栅极111连接。
此外，保持电容160具有2重电容器结构，使半导体膜4、Ta膜6和Al膜8经栅绝缘膜5和第1层间绝缘膜7相对配置构成。而且，构成保持电容的半导体膜4的部分经在栅绝缘膜5和第1层间绝缘膜7中开孔的接触孔与Al膜8连接，构成保持电容的Ta膜6的部分经在第1层间绝缘膜7中开孔的接触孔与Al膜8连接。
如图9(B)所示，复位用TFT130在TFT阵列基板1上沿图8的B-B’截面由半导体膜4、栅绝缘膜5、Ta膜6、第1层间绝缘膜7和Al膜8构成。
更具体一点说，复位用TFT130是具有由Ta膜6形成的栅极131的顶栅型(top gate)的TFT，经栅绝缘膜5把与栅极131相对的半导体层4部分作为沟道形成用区域，在其两侧作为具有进行了高浓度n型掺杂的源极132和漏极133的N沟道型TFT而构成。而且，源极132和漏极133经在栅绝缘膜5和第1层间绝缘膜7中开孔的接触孔和Al膜8分别与由Ta膜6形成的当前级的扫描线12a和驱动用TFT110的栅极111连接。
此外，如图9(C)所示，驱动用TFT110在TFT阵列基板1上沿图8的C-C’截面由半导体膜4、栅绝缘膜5、Ta膜6、第1层间绝缘膜7和Al膜8构成。在第2层间绝缘膜9上，形成经接触孔和Al膜8与驱动用TFT110的漏极113连接的IT0膜51，并在其上形成EL元件50。另一方面，驱动用TFT110的源极112经接触孔与由Al膜8形成的公共电源线13连接。此外，相邻的像素部2中的EL元件50利用电绝缘的堤(bank)52隔开。堤52最好是具有遮光性的物质，例如，由遮光性的抗蚀剂膜形成，也可以在覆盖该显示面板200的画面显示区的周围的边框区域设堤52。而且，在EL元件50上，设有由Al等低电阻金属或ITO等形成的对置电极(上电极)56。
如图10所示，在显示面板200中，特别采用从公共电源线13在X方向相邻的像素部2的双方供给正电源+V的结构，与单纯对每列像素部2设置正电源+V供给用电源线的情况相比，电源线的条数大约是1/2。此外，利用前一级的扫描线12b供给向复位用TFT130的栅极131输入的复位扫描信号Vrscan，利用当前级的扫描线12b供给向复位用TFT130输入的复位信号Vrsig，通过采用这样的结构，与设置复位扫描信号Vrscan专用线布和复位信号Vrsig专用布线的情况相比，减少了信号布线的数量。这样，由于不增加电源布线和信号布线的数量，能够确保设置现有的显示面板没有的补偿用TFT120和复位用TFT130的空间。当然，若与本实施形态不同，对每一个像素设置公共电源线，使每一个像素的布线图形相同，或者，设置了复位扫描信号Vrscan专用布线和复位信号Vrsig专用布线，对此，本发明的技术思想也能适用。
再有，对于象本实施形态那样使用了电流驱动型发光元件、即EL元件50的显示面板200的情况，例如，即使不象液晶面板那样增加像素的开口区域，而是由于增加供给发光元件的电流来相应地进行自发光，因此也能够得到显示图像所必要的亮度。所以，可以象本实施形态那样，通过节省布线所占的空间来确保在像素部2上形成各种TFT的空间，也可以通过减小各EL元件50的尺寸来确保在像素部2上形成各种TFT的空间。
下面，参照图7和图10说明本实施形态的显示面板200的工作。
当从扫描线驱动电路22向前一级的扫描线12b供给扫描信号Vscan时，将其作为当前级的复位扫描信号Vrscan输入到当前级的复位用TFT130的栅极131中。与此并行，从扫描线驱动电路22向当前级的扫描线12a供给复位信号Vrsig，当前级的驱动用TFT110的栅极电压Vg变成复位信号Vrsig的电位(参照图2(A))。这时，复位信号Vrsig即使与扫描信号Vscan的截止电位相同也没关系。接着，当从扫描线驱动电路22向当前级的扫描线12a供给扫描信号Vscan时，将其输入到当前级的开关用TFT140的栅极141中。与此并行，从数据线驱动电路21向当前段的数据线11a供给输入信号Vsig(数据信号)，经开关用TFT140和补偿用TFT120，将该电压Vsig降低相当于补偿用TFT120的阈值电压Vth2的电压，并作为栅极电压Vg供给当前级的驱动用TFT110的栅极111(参照图2(A))。结果，驱动用TFT110的源极112和漏极113间的电导受该降压后的栅极电压Vg的控制，从而，控制流过正电源+V和负电源-V间的EL元件50的驱动电流Id。
因此，设在各像素部2的驱动用TFT110的阈值电压Vth1的离散可以利用补偿用TFT120的阈值Vth2进行补偿，数据信号Vsig对多个像素部2间的驱动电流Id的阈值的离散几乎不存在了，从而，可以实现显示面板200的整个画面显示区的亮度均匀的图像显示。此外，利用补偿用TFT120的降压作用，还可以使用较低电压的数据信号Vsig来控制驱动电流Id。
在上述实施形态中，利用复位用TFT130在输入信号Vsig供给之前将栅极电压Vg复位，但是，也可以例如在显示静止画面的期间，利用相同的输入信号Vsig对多个帧进行驱动电流Id的控制，所以，没有必要对每一次扫描都进行有关的复位工作。此外，也可以利用光照流来代替这样的电复位信号Vrsig来使栅极电压Vg复位(成为规定的复位电压)。再有，也可以不用复位用TFT130而经过开关用TFT140或补偿用TFT120来供给复位信号Vrsig。另一方面，若是象有源矩阵驱动那样不进行开关工作的用途，当然可以不需要开关用TFT140和进行开关工作。
(电子装置)
下面，参照图11到图13说明具有上面已详细说明过的显示面板22的电子装置的实施形态。
首先，图11示出具有这样的显示面板200的电子装置的概略构成。
在图11中，电子装置的构成包括显示信息输出源1000、显示信息处理电路、1002、驱动电路1004、显示面板1006。时钟发生电路1008和电源电路1010。
上述实施形态的显示面板200相当于本实施形态的显示面板1006和驱动电路1004。因此，可以在构成显示面板1006的TFT阵列衬底上安装驱动电路1004，也可以安装显示信息处理电路1002等。或者，也可以在安装显示面板1006的TFT阵列衬底之外附加驱动电路1004。
显示信息输出源1000包含ROM(Read Only Memory)、RAM(RandomAccess Memory)、光盘装置等存储器、调谐电视信号并输出的调谐电路，根据时钟发生电路1008来的时钟信号将规定格式的图像信号等显示信息输出到显示信息处理电路1002。显示信息处理电路1002包含放大和倒相电路、相位展开电路，旋转电路、图像灰度校正电路、箝位电路等众所周知的各种处理电路，根据时钟信号由输入的显示信息依次生成数字信号，与时钟信号CLK一起输出到驱动电路1004。驱动电路1004驱动显示面板200。电源电路1010向上述各电路供给规定的电源。
下面，图12和图13分别示出这样构成的电子装置的具体例。
在图12中，作为另一例电子装置的膝上型多媒体个人计算机(PC)1200包括装在上盖里内的上述显示面板220，进而还包括主机1204，主机内部装有CPU、存储器、调制解调器等，同时，还装有键盘1202。
此外，如图13所示，对于没有安装驱动电路1004和显示信息处理电路1002的显示面板1304，包含驱动电路1004和显示信息处理电路1002的IC1324通过设在TFT阵列衬底1周围的各向异性导电膜与安装在聚酰亚胺带1322上的TCP(Tape Carrier Package载带封装)1320进行物理的和电的连接，可以作为显示面板进行生产、销售和使用等。
如上所述，若按照本实施形态，可以实现整个显示面板的亮度均匀而且可以用较低电压驱动的各种电子装置。
若按照本发明的晶体管电路，因可以使栅极电压相对于输入信号的电压降低或升高相当于补偿用晶体管的阈值电压的电压，故能够利用低输入信号的电压对驱动用晶体管的电导进行控制。进而，通过使补偿用晶体管和驱动用晶体管的阈值特性和电压电流特性接近，可以使输入信号相对于驱动电路的阈值电压接近零。此外，当使用多个阈值特性不同的驱动用晶体管作成多个该晶体管电路时，即使使用了多个阈值特性不同的驱动用晶体管、即各自具有相对设计基准值离散很大的阈值电压的多个驱动用晶体管，也可以得到多个晶体管电路中的阈值电压的离散几乎或完全没有的多个晶体管电路。
若按照本发明的显示面板，能够使用低电压的输入信号并实现亮度均匀的图像显示。
工业上利用的可能性
使用本发明的晶体管电路能够得到亮度均匀的图像显示。这样的显示面板可以很好地适用于要求高质量图像显示的膝上型个人计算机(PC)、电视机、寻像器型或监控显示型摄像机、车辆导航装置、电子笔记本、计算器、文字处理机、工程工作站(EWS)、便携式电话、电视电话、POS终端、寻呼机和具有触摸面板的装置等电子装置。

Claims (12)

1.一种阵列基板，其特征在于，包括：
扫描线，
数据线，和
晶体管电路；
上述晶体管电路包括
具有第1栅极、第1源极和第1漏极的驱动晶体管；
对于上述第1栅极，施加从通过上述数据线供给的输入信号的电压电平只改变了上述驱动晶体管的至少阈值电压量的电压电平的栅极电压。
2.根据权利要求2所述的阵列基板，其特征在于：
上述晶体管电路还具有维持上述栅极电压的维持电容。
3.根据权利要求1或2所述阵列基板，其特征在于：
上述晶体管电路还具有与上述第1栅极连接、通过处于导通状态而将上述第1栅极复位的复位用晶体管。
4.根据权利要求1至3中任一项所述阵列基板，其特征在于：
上述晶体管电路还包括开关晶体管；
通过上述开关晶体管供给上述输入信号。
5.根据权利要求3所述阵列基板，其特征在于：
在将上述第1栅极设定于上述栅极电压之前，上述复位用晶体管处于导通状态。
6.根据权利要求1至4中任一项所述阵列基板，其特征在于：
上述晶体管电路还具有：具有第2栅极、第2源极和第2漏极，而上述第2栅极连接于上述第1栅极的补偿用晶体管。
7.一种显示面板，其特征在于，包括：
多条扫描线，
多条数据线，和
与上述多条扫描线和上述多条数据线的交叉部分对应而设置的多个晶体管电路；
上述多个晶体管电路的各个包括
具有第1栅极、第1源极和第1漏极的驱动晶体管；
对于上述第1栅极，施加从通过上述多条数据线中的一条数据线供给的输入信号的电压电平只改变了上述驱动晶体管的至少阈值电压量的电压电平的栅极电压。
8.根据权利要求7所述的显示面板，其特征在于：
上述多个晶体管电路的各个还具有维持上述栅极电压的维持电容。
9.根据权利要求7或8所述的显示面板，其特征在于：
上述多个晶体管电路的各个还具有与上述第1栅极连接、通过处于导通状态而将上述第1栅极复位的复位用晶体管。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的显示面板，其特征在于：
上述多个晶体管电路的各个还包括开关晶体管；
通过上述开关晶体管供给上述输入信号。
11.一种电子设备，其特征在于，具有：
根据权利要求7至10任一项记载的显示面板。
12.一种电子设备，其特征在于包括：
根据权利要求1至6中任一项记载的阵列基板，和
与上述第1源极以及上述第1漏极中的任一个连接的电流驱动型元件。
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