JP2006023516A

JP2006023516A - 画素回路及び表示装置とこれらの駆動方法

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Publication number: JP2006023516A
Application number: JP2004201223A
Authority: JP
Inventors: Katsuhide Uchino; 勝秀内野; Junichi Yamashita; 淳一山下
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2004-07-08
Filing date: 2004-07-08
Publication date: 2006-01-26

Abstract

【課題】ドライブトランジスタのドレイン電流の経時変化を補償可能な画素回路を提供する。
【解決手段】サンプリングトランジスタＴｒ１は入力信号Ｖｓｉｇをサンプリングして保持容量Ｃ１に保持する。ドライブトランジスタＴｒ２は、保持容量Ｃ１に保持された信号電位に応じて発光素子ＥＬに駆動電流Ｉｄｓを供給する。ドライブトランジスタＴｒ２の経時的変化に伴う駆動電流Ｉｄｓの低下を補うため補償回路７を備えている。補償回路７は、出力ノードＢ側から駆動電流Ｉｄｓの低下を検出し、その結果を入力ノードＡ側にフィードバックするため、駆動電流Ｉｄｓによって運ばれる電荷を一定時間蓄積して蓄積電荷量に応じた検出電位を出力する検出手段と、入力信号Ｖｓｉｇのレベルと検出電位のレベルとを比較して差分を求め差分に応じた電位を保持容量Ｃ１に保持された信号電位に加えるフィードバック手段とを有する。
【選択図】図８

Description

本発明は、画素毎に配した負荷素子を電流駆動する画素回路に関する。又この画素回路がマトリクス状に配列された表示装置であって、特に各画素回路内に設けた絶縁ゲート型電界効果トランジスタによって、有機ＥＬ発光素子などの負荷素子に通電する電流量を制御する、いわゆるアクティブマトリクス型の表示装置に関する。

画像表示装置、例えば液晶ディスプレイなどでは、多数の液晶画素をマトリクス状に並べ、表示すべき画像情報に応じて画素毎に入射光の透過強度又は反射強度を制御することによって画像を表示する。これは、有機ＥＬ素子を画素に用いた有機ＥＬディスプレイなどにおいても同様であるが、液晶画素と異なり有機ＥＬ素子は自発光素子である。その為、有機ＥＬディスプレイは液晶ディスプレイに比べて画像の視認性が高く、バックライトが不要であり、応答速度が速いなどの利点を有する。又、各発光素子の輝度レベル（階調）はそれに流れる電流値によって制御可能であり、いわゆる電流制御型であるという点で液晶ディスプレイなどとは大きく異なる。

有機ＥＬディスプレイにおいては、液晶ディスプレイと同様、その駆動方式として単純マトリクス方式とアクティブマトリクス方式とがある。前者は構造が単純であるものの、大型且つ高精細のディスプレイの実現が難しいなどの問題がある為、現在はアクティブマトリクス方式の開発が盛んに行なわれている。この方式は、各画素回路内部の発光素子に流れる電流を、画素回路内部に設けた能動素子（一般には薄膜トランジスタ，ＴＦＴ）によって制御するものであり、以下の特許文献に記載がある。
特開２００３−２５５８５６特開２００３−２７１０９５

従来の画素回路は、行状の走査線と列状の信号線とが交差する部分に各々配されている。各画素回路は、少くとも薄膜型のサンプリングトランジスタと保持容量と薄膜型のドライブトランジスタと発光素子などの負荷素子とを含んでいる。サンプリングトランジスタは、そのゲートが走査線によって選択された時ソース／ドレイン間が導通して信号線から映像信号をサンプリングする。サンプリングされた信号は保持容量に書き込まれ保持される。ドライブトランジスタは、そのゲートが保持容量に接続され、ソース／ドレインの片方が発光素子などの負荷素子に接続している。ドライブトランジスタのゲートは、保持容量に保持された信号電位によってソース基準のゲート電圧を受ける。ドライブトランジスタはこのゲート電圧に応じてソース／ドレイン間に電流を流し、発光素子に通電する。一般に発光素子の輝度は通電量に比例している。更にドライブトランジスタの通電量はゲート電圧即ち保持容量に書き込まれた信号電位によって制御される。従って、発光素子は映像信号に応じた輝度で発光することになる。

ドライブトランジスタの動作特性は以下の式で表わされる。
Ｉｄｓ＝（１／２）μ（Ｗ／Ｌ）Ｃｏｘ（Ｖｇｓ−Ｖｔｈ）^２
このトランジスタ特性式において、Ｉｄｓはドレイン電流を表わしている。Ｖｇｓはソースを基準としてゲートに印加される電圧を表わしている。Ｖｔｈはトランジスタの閾電圧である。その他μはトランジスタのチャネルを構成する半導体薄膜の移動度を表わし、Ｗはチャネル幅を表わし、Ｌはチャネル長を表わし、Ｃｏｘはゲート容量を表わしている。このトランジスタ特性式から明らかな様に、薄膜トランジスタは飽和領域で動作する時、ゲート電圧Ｖｇｓが閾電圧Ｖｔｈを超えて大きくなると、オン状態となってドレイン電流Ｉｄｓが流れる。上記のトランジスタ特性式から明らかな様に、ゲート電圧Ｖｇｓが一定であれば、常に同じ量のドレイン電流Ｉｄｓが発光素子に流れるはずである。しかしながら、ドライブトランジスタは経時的に特性が変化し、ゲート電圧Ｖｇｓが一定であってもドレイン電流Ｉｄｓが徐々に低下していく傾向にある。この為、時間の経過とともに輝度劣化が生じるとい問題がある。ドレイン電流の低下傾向は画素毎に異なる為、画面のユニフォーミティが損なわれるという問題がある。

ドライブトランジスタやサンプリングトランジスタを構成する薄膜トランジスタは現在ポリシリコントランジスタとアモルファスシリコントランジスタが普及している。コストの面からはポリシリコントランジスタよりもアモルファスシリコントランジスタの方が有利である。但し、アモルファスシリコントランジスタで画素回路を構成する場合、移動度などの制限から全てＮチャネル型のトランジスタが使われる。しかしながら、アモルファスシリコントランジスタの移動度μは経時的に低下していく傾向にある。前述したトランジスタ特性式から明らかな様に、移動度μが低下すると、ゲート電圧Ｖｇｓが一定であってもドレイン電流Ｉｄｓが低下し、輝度劣化をもたらす。アモルファスシリコン型のトランジスタで構成した画素回路はコスト的に有利であるが、移動度の経時的な変化に伴い輝度劣化が生じ、画面のユニフォーミティを損なうという課題がある。

上述した従来の技術の課題に鑑み、本発明はドライブトランジスタのドレイン電流の経時変化を補償可能な画素回路及び表示装置とこれらの駆動方法を提供することを目的とする。係る目的を達成する為に以下の手段を講じた。即ち本発明は、走査線と信号線とが交差する部分に配されており、少なくとも電気光学素子とドライブトランジスタとサンプリングトランジスタと保持容量とを備え、該ドライブトランジスタは、そのゲートが入力ノードにつながり、そのソースが出力ノードにつながり、そのドレインが所定の電源電位に接続し、該電気光学素子は、その一端が出力ノードに接続し、他端が所定の電位に接続し、該サンプリングトランジスタは、該入力ノードと該信号線との間に接続し、該保持容量は、該入力ノードに接続しており、前記サンプリングトランジスタは走査線によって選択された時動作し、該信号線から入力信号をサンプリングして該保持容量に保持し、前記ドライブトランジスタは、該保持容量に保持された信号電位に応じて該電気光学素子に駆動電流を供給する画素回路において、該ドライブトランジスタの経時的変化に伴う駆動電流の低下を補うための補償回路を備えており、前記補償回路は、該出力ノード側から該駆動電流の低下を検出し、その結果を該入力ノード側にフィードバックするため、前記補償回路は、該駆動電流によって運ばれる電荷を一定時間蓄積して蓄積電荷量に応じた検出電位を出力する検出手段と、該入力信号のレベルと該検出電位のレベルとを比較して差分を求め該差分に応じた電位を該保持容量に保持された該信号電位に加えるフィードバック手段とを有することを特徴とする。

具体的には、前記補償回路は、該出力ノードと該電気光学素子の間に挿入されたスイッチングトランジスタと、該出力ノードに接続された別のスイッチングトランジスタと、このスイッチングトランジスタと所定の接地電位との間に接続された検出容量と、該出力ノードと所定の中間ノードとの間に接続されたフィードバック容量と、該中間ノードと該信号線との間に挿入されたスイッチングトランジスタと、該保持容量の一端につながる端子ノードと所定の接地電位との間に挿入されたスイッチングトランジスタと、該端子ノードと該出力ノードとの間に挿入されたスイッチングトランジスタと、該端子ノードと該中間ノードとの間に挿入されたスイッチングトランジスタとで構成されている。

又本発明は、行状の走査線と、列状の信号線と、両者が交差する部分に各々配された画素回路とからなる表示装置を包含する。各画素回路は、少なくとも電気光学素子とドライブトランジスタとサンプリングトランジスタと保持容量とを備え、該ドライブトランジスタは、そのゲートが入力ノードにつながり、そのソースが出力ノードにつながり、そのドレインが所定の電源電位に接続し、該電気光学素子は、その一端が出力ノードに接続し、他端が所定の電位に接続し、該サンプリングトランジスタは、該入力ノードと該信号線との間に接続し、該保持容量は、該入力ノードに接続しており、前記サンプリングトランジスタは走査線によって選択された時動作し、該信号線から入力信号をサンプリングして該保持容量に保持し、前記ドライブトランジスタは、該保持容量に保持された信号電位に応じて該電気光学素子に駆動電流を供給し、以って表示を行う表示装置において、前記画素回路は、該ドライブトランジスタの経時的変化に伴う駆動電流の低下を補うための補償回路を備えており、前記補償回路は、該出力ノード側から該駆動電流の低下を検出し、その結果を該入力ノード側にフィードバックするため、該駆動電流によって運ばれる電荷を一定時間蓄積して蓄積電荷量に応じた検出電位を出力する検出手段と、該入力信号のレベルと該検出電位のレベルとを比較して差分を求め該差分に応じた電位を該保持容量に保持された該信号電位に加えるフィードバック手段とを有することを特徴とする。

又本発明は、走査線と信号線とが交差する部分に配されており、少なくとも電気光学素子とドライブトランジスタとサンプリングトランジスタと保持容量とを備え、該ドライブトランジスタは、そのゲートが入力ノードにつながり、そのソースが出力ノードにつながり、そのドレインが所定の電源電位に接続し、該電気光学素子は、その一端が出力ノードに接続し、他端が所定の電位に接続し、該サンプリングトランジスタは、該入力ノードと該信号線との間に接続し、該保持容量は、該入力ノードに接続している画素回路の駆動方法であって、前記サンプリングトランジスタは走査線によって選択された時動作し、該信号線から入力信号をサンプリングして該保持容量に保持し、前記ドライブトランジスタは、該保持容量に保持された信号電位に応じて該電気光学素子に駆動電流を供給し、該出力ノード側から該駆動電流の低下を検出し、その結果を該入力ノード側にフィードバックして、該ドライブトランジスタの経時的変化に伴う駆動電流の低下を補うため、該駆動電流によって運ばれる電荷を一定時間蓄積して蓄積電荷量に応じた検出電位を求め、該入力信号のレベルと該検出電位のレベルとを比較して差分を求め該差分に応じた電位を該保持容量に保持された該信号電位に加えることを特徴とする。

又本発明は、行状の走査線と、列状の信号線と、両者が交差する部分に各々配された画素回路とからなり、前記画素回路は、少なくとも電気光学素子とドライブトランジスタとサンプリングトランジスタと保持容量とを備え、該ドライブトランジスタは、そのゲートが入力ノードにつながり、そのソースが出力ノードにつながり、そのドレインが所定の電源電位に接続し、該電気光学素子は、その一端が出力ノードに接続し、他端が所定の電位に接続し、該サンプリングトランジスタは、該入力ノードと該信号線との間に接続し、該保持容量は、該入力ノードに接続している表示装置の駆動方法において、前記サンプリングトランジスタは走査線によって選択された時動作し、該信号線から入力信号をサンプリングして該保持容量に保持し、前記ドライブトランジスタは、該保持容量に保持された信号電位に応じて該電気光学素子に駆動電流を供給し以って表示を行なう際、該出力ノード側から該駆動電流の低下を検出し、その結果を該入力ノード側にフィードバックして、該ドライブトランジスタの経時的変化に伴う駆動電流の低下を補うため、該駆動電流によって運ばれる電荷を一定時間蓄積して蓄積電荷量に応じた検出電位を求め、該入力信号のレベルと該検出電位のレベルとを比較して差分を求め該差分に応じた電位を該保持容量に保持された該信号電位に加えることを特徴とする。

本発明によれば、画素回路は補償回路を組み込んであり、ドライブトランジスタの経時的変化に伴う駆動電流の低下を補っている。この補償回路は出力ノード側から駆動電流の低下を検出し、その結果を入力ノード側にフィードバックすることで、駆動電流の低下を回路的にキャンセルしている。従って、ドライブトランジスタの移動度が低下して駆動能力が下がっても、これを補う様に入力ノード側にフィードバックがかかる為、結果的に駆動電流は長期間初期と同様に一定のレベルを保持できる。これによりドライブトランジスタ起因の輝度劣化を防止でき、画面のユニフォーミティを長期間に亘り維持することが可能である。

以下図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。まず最初に本発明の背景を明らかにする為、図１を参照してアクティブマトリクス表示装置及びこれに含まれる画素回路の一般的な構成を参考例として説明する。図示する様に、アクティブマトリクス表示装置は主要部となる画素アレイ１と周辺の回路群とで構成されている。周辺の回路群は水平セレクタ２、ドライブスキャナ３、ライトスキャナ４などを含んでいる。

画素アレイ１は行状の走査線ＷＳと列状の信号線ＤＬと両者の交差する部分にマトリクス状に配列した画素回路５とで構成されている。信号線ＤＬは水平セレクタ２によって駆動される。走査線ＷＳはライトスキャナ４によって走査される。尚、走査線ＷＳと平行に別の走査線ＤＳも配線されており、これはドライブスキャナ３によって走査される。各画素回路５は、走査線ＷＳによって選択された時信号線ＤＬから信号をサンプリングする。更に走査線ＤＳによって選択された時、該サンプリングされた信号に応じて負荷素子を駆動する。この負荷素子は各画素回路５に形成された電流駆動型の発光素子などである。

図２は、図１に示した画素回路５の基本的な構成を示す参考図である。本画素回路５は、サンプリング用薄膜トランジスタ（サンプリングトランジスタＴｒ１）、ドライブ用薄膜トランジスタ（ドライブトランジスタＴｒ２）、スイッチング用薄膜トランジスタ（スイッチングトランジスタＴｒ３）、保持容量Ｃ１、負荷素子（有機ＥＬ発光素子）などで構成されている。

サンプリングトランジスタＴｒ１は走査線ＷＳによって選択された時導通し、信号線ＤＬから映像信号をサンプリングして保持容量Ｃ１に保持する。ドライブトランジスタＴｒ２は保持容量Ｃ１に保持された信号電位に応じて発光素子ＥＬに対する通電量を制御する。スイッチングトランジスタＴｒ３は走査線ＤＳによって制御され、発光素子ＥＬに対する通電をオン／オフする。すなわち、ドライブトランジスタＴｒ２は通電量に応じて発光素子ＥＬの発光輝度（明るさ）を制御する一方、スイッチングトランジスタＴｒ３は発光素子ＥＬの発光時間を制御している。これらの制御により、各画素回路５に含まれる発光素子ＥＬは映像信号に応じた輝度を呈し、画素アレイ１に所望の表示が映し出される。

図３は、図２に示した画素アレイ１及び画素回路５の動作説明に供するタイミングチャートである。１フィールド期間（１ｆ）の先頭で、１水平期間（１Ｈ）の間１行目の画素回路５に走査線ＷＳを介して選択パルスｗｓ［１］が印加され、サンプリングトランジスタＴｒ１が導通する。これにより信号線ＤＬから映像信号がサンプリングされ、保持容量Ｃ１に書き込まれる。保持容量Ｃ１の一端はドライブトランジスタＴｒ２のゲートに接続している。従って、映像信号が保持容量Ｃ１に書き込まれると、ドライブトランジスタＴｒ２のゲート電位が、書き込まれた信号電位に応じて上昇する。この時、他の走査線ＤＳを介してスイッチングトランジスタＴｒ３に選択パルスｄｓ［１］が印加される。この間発光素子ＥＬは発光を続ける。１フィールド期間１ｆの後半はｄｓ［１］がローレベルになるので発光素子ＥＬは非発光状態となる。パルスｄｓ［１］のデューティを調整することで、発光期間と非発光期間の割合を調整でき、所望の画面輝度が得られる。次の水平期間に移行すると、２行目の画素回路に対し、各走査線ＷＳ，ＤＳからそれぞれ走査用の信号パルスｗｓ［２］，ｄｓ［２］が印加される。

図４は、発光素子として画素回路５に組み込まれる有機ＥＬ素子の電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性の経時変化を示すグラフである。グラフにおいて、実線で示す曲線が初期状態時の特性を示し、破線で示す曲線が経時変化後の特性を示している。一般的に、有機ＥＬ素子のＩ−Ｖ特性は、グラフに示す様に時間が経過すると劣化してしまう。図２に示した参考例の画素回路はドライブトランジスタがソースフォロワ構成となっており、ＥＬ素子のＩ−Ｖ特性の経時変化に対処できず、発光輝度の劣化が生じるという問題がある。

図５の（Ａ）は、初期状態におけるドライブトランジスタＴｒ２と発光素子ＥＬの動作点を示すグラフである。図において、縦軸はドライブトランジスタＴｒ２のドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓを示し、縦軸はドレイン・ソース間電流Ｉｄｓを示している。図示する様に、ソース電位はドライブトランジスタＴｒ２と発光素子ＥＬとの動作点で決まり、その電圧値はゲート電圧によって異なる値を持つ。ドライブトランジスタＴｒ２は飽和領域で動作するので、動作点のソース電圧に対応したＶｇｓに関し、前述のトランジスタ特性式で規定された電流値の駆動電流Ｉｄｓを流す。

しかしながら発光素子ＥＬのＩ−Ｖ特性は図４に示した様に経時劣化する。図５の（Ｂ）に示す様に、この経時劣化により動作点が変化してしまい、同じゲート電圧を印加してもトランジスタのソース電圧は変化してしまう。これによりドライブトランジスタＴｒ２のゲート・ソース間電圧Ｖｇｓは変化してしまい、流れる電流値が変動する。同時に発光素子ＥＬに流れる電流値も変化する。この様に発光素子ＥＬのＩ−Ｖ特性が変化すると、図２に示した参考例のソースフォロワ構成の画素回路では、発光素子ＥＬの輝度が経時的に変化してしまうという問題がある。

図６は画素回路の他の参考例を表わしており、図２に示した先の参考例の問題点に対処したものである。理解を容易にする為、図２の参考例と対応する部分には対応する参照符号を付けてある。改良点は、スイッチングトランジスタＴｒ３の結線を代えたことであり、これによりブートストラップ機能を実現している。具体的には、スイッチングトランジスタＴｒ３のソースは接地され、ドレインはドライブトランジスタＴｒ２のソース（Ｓ）と保持容量Ｃ１の一方の電極とに接続され、ゲートには走査線ＤＳが接続している。尚保持容量Ｃ１の他方の電極はドライブトランジスタＴｒ２のゲート（Ｇ）に接続されている。

図７は、図６に示した画素回路５の動作説明に供するタイミングチャートである。フィールド期間１ｆのうち最初の水平期間１Ｈで、ライトスキャナ４から走査線ＷＳを介して１行目の画素回路５に選択パルスｗｓ［１］が送られる。尚［］の中の数字は、マトリクス配置された画素回路の行番号に対応している。選択パルスが印加されるとサンプリングトランジスタＴｒ１が導通し、信号線ＤＬから入力信号Ｖｉｎがサンプリングされ、保持容量Ｃ１に書き込まれる。この時スイッチングトランジスタＴｒ３にはドライブスキャナ３から走査線ＤＳを介して選択パルスｄｓ［１］が印加されており、オン状態となっている。従って保持容量Ｃ１の片方の電極並びにドライブトランジスタＴｒ２のソース（Ｓ）はＧＮＤレベルとなっている。このＧＮＤレベルを基準として保持容量Ｃ１に入力信号Ｖｉｎが書き込まれる為、ドライブトランジスタＴｒ２のゲート電位（Ｇ）はＶｉｎになる。

この後サンプリングトランジスタＴｒ１に対する選択パルスｗｓ［１］が解除され、続いてスイッチングトランジスタＴｒ３に対する選択パルスｄｓ［１］も解除される。これによりサンプリングトランジスタＴｒ１及びスイッチングトランジスタＴｒ３はオフする。従ってドライブトランジスタＴｒ２のソース（Ｓ）はＧＮＤから切り離され、発光素子ＥＬのアノードに対する接続ノードとなる。

ドライブトランジスタＴｒ２は保持容量Ｃ１に保持された入力信号Ｖｉｎをゲートに受け、その値に応じてドレイン電流をＶｃｃ側からＧＮＤ側に向かって流す。この通電により発光素子ＥＬは発光を行なう。その際、発光素子ＥＬに対する通電により電圧降下が生じるが、その分だけソース電位（Ｓ）がＧＮＤ側からＶｃｃ側に向かって上昇する。図７のタイミングチャートではこの上昇分をΔVで表わしている。保持容量Ｃ１の一端はＴｒ２のソース（Ｓ）に接続され、他端はハイインピーダンスのゲート（Ｇ）に接続されている。従ってソース電位（Ｓ）がΔＶだけ上昇するとその分だけゲート電位（Ｇ）も持ち上がり、正味の入力信号Ｖｉｎはそのまま維持される。従って、発光素子ＥＬの電流−電圧特性に応じてソース電位（Ｓ）がΔＶだけ変動しても、常にゲート電圧Ｖｇｓ＝Ｖｉｎが成立し、ドレイン電流は一定に保たれる。すなわちドライブトランジスタＴｒ２はソースフォロワ構成であるにも関わらず、上述したブートストラップ機能により、発光素子ＥＬに対し定電流源として機能する。

この後選択パルスｄｓ［１］がハイレベルに復帰するとスイッチングトランジスタＴｒ３が導通し、発光素子ＥＬに供給されるべき電流はバイパスされるので非発光状態になる。この様にしてフィールド期間１ｆが終了すると、次のフィールド期間に入り、再びサンプリングトランジスタＴｒ１に選択パルスｗｓ［１］が印加され入力映像信号Ｖｉｎ＊のサンプリングが行なわれる。先のフィールド期間と今回のフィールド期間ではサンプリングされる映像信号のレベルが異なる場合があるので、これを区別する為入力映像信号Ｖｉｎに＊印を付してある。尚、この様な映像信号の書き込み及び発光動作は線順次（行単位）で行なわれる。この為画素の各行に対し選択パルスｗｓ［１］、ｗｓ［２］・・・が順次印加されることになる。同様に選択パルスｄｓ［１］、ｄｓ［２］・・・も順次印加されることになる。

以上の様に図６の画素回路は、ドライブトランジスタＴｒ２がＮチャネル型であっても発光素子ＥＬを定電流駆動でき、発光素子ＥＬのＩ−Ｖ特性の経時変化による輝度劣化を防ぐことができた。しかしながら、エージングによる経時変化は発光素子ＥＬだけではなくアモルファスシリコンの薄膜を素子領域とする薄膜トランジスタも、動作特性が経時変化する。特に、Ｎチャネル型の薄膜トランジスタの場合、移動度μが経時的に低下する傾向にある。これによりドライブトランジスタＴｒ２の駆動能力が低下する為、ゲートに印加される入力信号のレベルが一定であっても、発光素子に供給するドレイン電流が少なくなり、輝度劣化を起こす恐れがある。そこで本発明は、図６に示した画素回路を改良して、駆動電流の補償機能を組み込んだ。以下、本発明に係る画素回路の実施形態を詳細に説明する。尚、この画素回路は図１に示した表示装置の画素回路として組み込むことができる。

図８は本発明に係る画素回路の実施形態を示す模式的な回路図である。理解を容易にする為図６に示した参考例に係る画素回路と対応する部分については可能な限り対応する参照符号を用いている。図示する様に、本画素回路５は、走査線と信号線とが交差する部分に配されている。信号線ＤＬは１本であるが、走査線はＷＳ，Ｘ，Ｙの３本を束ねて平行に配列してある。画素回路５は、基本的な構成要素として電気光学素子ＥＬとドライブトランジスタＴｒ２とサンプリングトランジスタＴｒ１と保持容量Ｃ１とを備えている。ドライブトランジスタＴｒ２はＮチャネル型の薄膜トランジスタからなり、そのゲート（Ｇ）が入力ノードＡにつながり、そのソース（Ｓ）が出力ノードＢにつながり、そのドレインが所定の電源電位Ｖｃｃに接続している。尚ドライブトランジスタＴｒ２のゲート電圧をＶｇｓで表わし、ドレイン電流をＩｄｓで表わしてある。電気光学素子ＥＬは有機ＥＬ素子などの２端子型発光素子からなり、その一端アノードが出力ノードＢ側に接続し、他端カソードが所定のカソード電位Ｖｃａｔｈに接続している。サンプリングトランジスタＴｒ１は入力ノードＡと信号線ＤＬとの間に接続している。サンプリングトランジスタＴｒ１のゲートは走査線ＷＳに接続している。保持容量Ｃ１は、入力ノードＡに接続している。

係る構成において、サンプリングトランジスタＴｒ１は走査線ＷＳによって選択された時動作し、信号線ＤＬから入力信号Ｖｓｉｇをサンプリングして保持容量Ｃ１に保持する。ドライブトランジスタＴｒ２は保持容量Ｃ１に保持された信号電位Ｖｉｎに応じて電気光学素子ＥＬに駆動電流（ドレイン電流Ｉｄｓ）を供給する。

本発明の特徴事項として、画素回路５はドライブトランジスタＴｒ２の経時的変化に伴う駆動電流（ドレイン電流Ｉｄｓ）の低下を補う為の補償回路７を備えている。この補償回路７は、出力ノードＢ側からドライブトランジスタＴｒ２のドレイン電流Ｉｄｓの低下を検出し、その結果を入力ノードＡ側にフィードバックするものである。この目的で補償回路７は、ドレイン電流Ｉｄｓによって運ばれる電荷を一定時間蓄積して蓄積電荷量に応じた検出電位を出力する検出手段と、入力信号ＶｓｉｇのレベルＶｉｎとこの検出電位のレベルとを比較して差分ΔＶμを求めこの差分に応じた電位を保持容量Ｃ１に保持された信号電位Ｖｉｎに加えるフィードバック手段とを有する。

具体的に見ると、この補償回路７は、６個のトランジスタＴｒ３〜Ｔｒ８と２個の容量Ｃ２，Ｃ３とで構成されている。スイッチングトランジスタＴｒ８は、出力ノードＢと電気光学素子ＥＬの間に挿入されている。スイッチングトランジスタＴｒ７も出力ノードＢに接続されている。検出容量Ｃ３はこのスイッチングトランジスタＴｒ７と所定の接地電位Ｖｓｓとの間に接続されている。このスイッチングトランジスタＴｒ７，Ｔｒ８と検出容量Ｃ３とで上述した補償回路７の検出手段を構成している。

フィードバック容量Ｃ２は出力ノードＢと所定の中間ノードＣとの間に接続されている。スイッチングトランジスタＴｒ６は中間ノードＣと信号線ＤＬとの間に挿入されている。スイッチングトランジスタＴｒ３は保持容量Ｃ１の一端につながる端子ノードＤと所定の接地電位Ｖｓｓとの間に挿入されている。スイッチングトランジスタＴｒ４はこの端子ノードＤと出力ノードＢとの間に挿入されている。スイッチングトランジスタＴｒ５は端子ノードＤと中間ノードＣとの間に挿入されている。フィードバック容量Ｃ２及びスイッチングトランジスタＴｒ５，Ｔｒ６が上述した補償回路７のフィードバック手段を構成している。

尚スイッチングトランジスタＴｒ３のゲートは走査線ＷＳに接続し、スイッチングトランジスタＴｒ４，Ｔｒ６，Ｔｒ７のゲートは別の走査線Ｘに接続し、スイッチングトランジスタＴｒ５及びＴｒ８は更に別の走査線Ｙに接続している。

図９のタイミングチャートを参照して、図８に示した画素回路の動作を詳細に説明する。図示のタイミングチャートは、タイミングＴ１で１フィールド（１ｆ）がスタートし、タイミングＴ６で１フィールドが終わる様に表わしてある。時間軸Ｔに沿って、走査線ＷＳに印加されるパルスｗｓ、走査線Ｘに印加されるパルスｘ、走査線Ｙに印加されるパルスｙの波形を表わしてある。又同じ時間軸Ｔに沿って、入力ノードＡ，中間ノードＣ及び出力ノードＢの電位変化を表わしてある。入力ノードＡの電位変化と出力ノードＢの電位変化は実線で表わし、これと区別する為中間ノードＣの電位変化は点線で表わしてある。

当該フィールドに入る前のタイミングＴ０で、走査線ＷＳ及びＸはローレベルに保持されている一方、走査線Ｙはハイレベルにある。従って、サンプリングトランジスタＴｒ１、スイッチングトランジスタＴｒ３，Ｔｒ４，Ｔｒ６及びＴｒ７はオフになっており、スイッチングトランジスタＴｒ５及びＴｒ８のみオン状態である。この時、タイミングチャートに示す様に、入力ノードＡの電位と出力ノードＢの電位との間には入力電位Ｖｉｎにほぼ等しい電位差がある為、ドライブトランジスタＴｒ２はオン状態にあり、駆動電流（ドレイン電流）Ｉｄｓを発光素子ＥＬに供給している。

当該フィールドに入るとタイミングＴ１で走査線Ｙがローレベルに切り替わる。これによりスイッチングトランジスタＴｒ５及びＴｒ８がオフする。従って、発光素子ＥＬが出力ノードＢから切り離されるので非発光状態となる。またタイミングＴ１ではスイッチングトランジスタＴｒ５に加えスイッチングトランジスタＴｒ３及びＴｒ４もオフになっている。従って保持容量Ｃ１の端子ノードＤはハイインピーダンスとなる。タイミングＴ１におけるこの動作は、当該フィールドにおける入力信号のサンプリングの為の準備に相当する。

タイミングＴ２になると、走査線ＷＳに選択パルスｗｓが印加され、走査線Ｘにも選択パルスｘが印加される。これにより走査線ＷＳがハイレベルとなり、スイッチングトランジスタＴｒ１及びＴｒ３がオンする。同時に走査線Ｘもローレベルからハイレベルになる為、トランジスタＴｒ４，Ｔｒ６及びＴｒ７がオンする。

スイッチングトランジスタＴｒ３がオンすることで端子ノードＤは接地電位Ｖｓｓにつながる。又スイッチングトランジスタＴｒ４がオンすることで出力ノードＢが端子ノードＤに直接接続する。この結果出力ノードＢの電位は急激に接地電位Ｖｓｓまで下がる。この時サンプリングトランジスタＴｒ１もオンするので信号線ＤＬに供給された入力信号Ｖｓｉｇが保持容量Ｃ１に書き込まれる。書き込まれた信号電位Ｖｉｎの大きさはほぼ入力信号Ｖｓｉｇの電圧に等しい。端子ノードＤはＶｓｓに固定されている為、入力ノードＡの電位はタイミングチャートに示す様にちょうどＶｉｎとなる。この入力電位ＶｉｎがドライブトランジスタＴｒ２のゲートＧとソースＳとの間に印加されるので、信号電位Ｖｉｎに応じたドレイン電流Ｉｄｓが出力ノードＢから流れ出す。

しかしながら前述した様にスイッチングトランジスタＴｒ８はオフ状態である為電気光学素子ＥＬには供給されず引続き非発光状態を維持する。

入力信号の書込動作に割り当てられる１水平期間（１Ｈ）が経過すると、タイミングＴ３で選択パルスｗｓが解除され、走査線ＷＳはハイレベルからローレベルに戻る。これによりサンプリングトランジスタＴｒ１とスイッチングトランジスタＴｒ３はオフする。この結果端子ノードＤ及び出力ノードＢは接地電位Ｖｓｓから切り離される。これに応答して出力ノードＢの電位が上昇し始め、ドレイン電流Ｉｄｓがオン状態にあるスイッチングトランジスタＴｒ７を介して検出容量Ｃ３に流れ込み始める。電荷の蓄積とともに出力ノードＢの電位は上昇し続ける。この時端子ノードＤは接地電位Ｖｓｓから切り離されている為、入力ノードＡの電位も出力ノードＢの電位に連動して上昇し、両者間の電位差Ｖｉｎは一定に保たれる。

タイミングＴ３から所定時間ｔ経過後のタイミングＴ４で、選択パルスｘが解除され、走査線Ｘがハイレベルからローレベルに戻る。これによりトランジスタＴｒ４，Ｔｒ７，Ｔｒ６がオフする。スイッチングトランジスタＴｒ７がオフした段階で、検出容量Ｃ３の電荷蓄積が終了する。蓄積電荷に対応した検出容量Ｃ３の電位はΔＶＣ３＝（Ｉｄｓ／Ｃ３）・ｔで与えられる。この式から明らかな様に、検出電位ΔＶＣ３は容量値Ｃ３と蓄積時間ｔが固定されているので、ドレイン電流Ｉｄｓに比例することになる。すなわち、検出電位ΔＶＣ３はドライブトランジスタＴｒ２のドレイン電流Ｉｄｓに比例した値となっている。ドライブトランジスタＴｒ２の移動度μの低下が経時的に進む程、検出電位ΔＶＣ３もこれに応じて低下していく。

タイミングＴ４で走査線Ｘがローレベルに立ち下がる直前まで、スイッチングトランジスタＴｒ６とＴｒ７はオン状態である。従ってフィードバック容量Ｃ２の中間ノードＣ側は入力信号Ｖｓｉｇの電位Ｖｉｎになっている。又フィードバック容量Ｃ２の出力ノードＢ側の電位はちょうどΔＶＣ３になっている。従って、選択パルスｘが解除されスイッチングトランジスタＴｒ６及びＴｒ７がオフした時点で、フィードバック抵抗Ｃ２にはＶｉｎとΔＶＣ３の差分に対応した電位ΔＶμがホールドされることになる。すなわちΔＶμ＝Ｖｉｎ−ΔＶＣ３で表わされる。前述した様に、ドライブトランジスタＴｒ２の劣化でドレイン電流Ｉｄｓが低下するとΔＶＣ３も低下する。従ってΔＶμは大きくなる。フィードバック容量Ｃ２にホールドされた電位ΔＶμを入力ノードＡ側にフィードバックすることで、ドレイン電流Ｉｄｓの低下をキャンセルすることができる。このフィードバック動作により、ドライブトランジスタＴｒ２は移動度などの動作特性に劣化が生じても初期と同じレベルのドレイン電流Ｉｄｓを供給し続けることができる。

本発明では入力信号Ｖｓｉｇの信号電位Ｖｉｎを基準として検出電位ΔＶＣ３の大小を比較判定している。信号電位Ｖｉｎは所定のレンジ（例えば０〜５Ｖ）で変動する。これに応じてドレイン電流Ｉｄｓも変化しΔＶＣ３も対応したレベルとなる。この様にＶｉｎとΔＶＣ３は同方向に変化するので、動的な比較が可能になる。その前提として、ＶｉｎのダイナミックレンジとΔＶＣ３のダイナミックレンジをほぼ揃える必要がある。Ｖｉｎのダイナミックレンジが上述した様に０〜５Ｖとすると、ΔＶＣ３もほぼ０〜５Ｖの範囲で変化することが好ましい。ΔＶＣ３のダイナミックレンジを所望な範囲にする為、蓄積時間ｔや検出容量Ｃ３のキャパシタンスを適宜設定する必要がある。

この後タイミングＴ５に進むと選択パルスｙが印加され、走査線Ｙがローレベルからハイレベルに切り替わる。これによりスイッチングトランジスタＴｒ５及びＴｒ８がオンする。スイッチングトランジスタＴｒ８がオンすることで電気光学素子ＥＬのアノードは出力ノードＢに直接接続されることになる。又スイッチングトランジスタＴｒ５がオンすることで中間ノードＣが端子ノードＤに直接接続される。入力ノードＡと出力ノードＢとの間にはＣ１に保持されたＶｉｎに加えＣ２に保持されたΔＶμが印加される。ドライブトランジスタＴｒ２はＶｉｎ＋ΔＶμに応じたドレイン電流Ｉｄｓを発光素子ＥＬに供給し、発光を開始する。発光素子ＥＬに生じる電圧降下により出力ノードＢは上昇する。これと連動して入力ノードＡの電位も上昇する。このブートストラップ動作により、入力ノードＡと出力ノードＢとの間の電位差はＶｉｎ＋ΔＶμの値に保持される。前述した様に、ドライブトランジスタＴｒ２の劣化によりドレイン電流Ｉｄｓが低下すると、これを補う様にΔＶμが大きくなる。このフィードバック動作により、ドレイン電流Ｉｄｓの変動は抑制され、ドライブトランジスタＴｒ２の移動度μの変化に関わらず初期と同じレベルのドレイン電流Ｉｄｓを流すことができる。

この後タイミングＴ６に至ると走査線Ｙがローレベルに立ち下がり、スイッチングトランジスタＴｒ８がオフして発光を終了する。以上により当該フィールドの一連の動作が完了するとともに、次のフィールドが始まる。

アクティブマトリクス表示装置及び画素回路の一般的な構成を示すブロック図である。画素回路の参考例を示す回路図である。図２に示した画素回路の動作説明に供するタイミングチャートである。有機ＥＬ素子のＩ−Ｖ特性の経時変化を示すグラフである。ドライブトランジスタと有機ＥＬ素子の動作点の経時変化を示すグラフである。画素回路の他の参考例を示す回路図である。図６に示した画素回路の動作説明に供するタイミングチャートである。本発明に係る画素回路の実施形態を示す回路図である。図８に示した実施形態の動作説明に供するタイミングチャートである。

符号の説明

１・・・画素アレイ、２・・・水平セレクタ、３・・・ドライブスキャナ、４・・・ライトスキャナ、５・・・画素回路、７・・・補償回路

Claims

走査線と信号線とが交差する部分に配されており、少なくとも電気光学素子とドライブトランジスタとサンプリングトランジスタと保持容量とを備え、
該ドライブトランジスタは、そのゲートが入力ノードにつながり、そのソースが出力ノードにつながり、そのドレインが所定の電源電位に接続し、
該電気光学素子は、その一端が出力ノードに接続し、他端が所定の電位に接続し、
該サンプリングトランジスタは、該入力ノードと該信号線との間に接続し、
該保持容量は、該入力ノードに接続しており、
前記サンプリングトランジスタは走査線によって選択された時動作し、該信号線から入力信号をサンプリングして該保持容量に保持し、
前記ドライブトランジスタは、該保持容量に保持された信号電位に応じて該電気光学素子に駆動電流を供給する画素回路において、
該ドライブトランジスタの経時的変化に伴う駆動電流の低下を補うための補償回路を備えており、
前記補償回路は、該出力ノード側から該駆動電流の低下を検出し、その結果を該入力ノード側にフィードバックするため、
前記補償回路は、該駆動電流によって運ばれる電荷を一定時間蓄積して蓄積電荷量に応じた検出電位を出力する検出手段と、該入力信号のレベルと該検出電位のレベルとを比較して差分を求め該差分に応じた電位を該保持容量に保持された該信号電位に加えるフィードバック手段とを有することを特徴とする画素回路。
前記補償回路は、該出力ノードと該電気光学素子の間に挿入されたスイッチングトランジスタと、
該出力ノードに接続された別のスイッチングトランジスタと、このスイッチングトランジスタと所定の接地電位との間に接続された検出容量と、
該出力ノードと所定の中間ノードとの間に接続されたフィードバック容量と、
該中間ノードと該信号線との間に挿入されたスイッチングトランジスタと、
該保持容量の一端につながる端子ノードと所定の接地電位との間に挿入されたスイッチングトランジスタと、
該端子ノードと該出力ノードとの間に挿入されたスイッチングトランジスタと、
該端子ノードと該中間ノードとの間に挿入されたスイッチングトランジスタとで構成されていることを特徴とする請求項１記載の画素回路。
行状の走査線と、列状の信号線と、両者が交差する部分に各々配された画素回路とからなり、
前記画素回路は、少なくとも電気光学素子とドライブトランジスタとサンプリングトランジスタと保持容量とを備え、
該ドライブトランジスタは、そのゲートが入力ノードにつながり、そのソースが出力ノードにつながり、そのドレインが所定の電源電位に接続し、
該電気光学素子は、その一端が出力ノードに接続し、他端が所定の電位に接続し、
該サンプリングトランジスタは、該入力ノードと該信号線との間に接続し、
該保持容量は、該入力ノードに接続しており、
前記サンプリングトランジスタは走査線によって選択された時動作し、該信号線から入力信号をサンプリングして該保持容量に保持し、
前記ドライブトランジスタは、該保持容量に保持された信号電位に応じて該電気光学素子に駆動電流を供給し、以って表示を行う表示装置において、
前記画素回路は、該ドライブトランジスタの経時的変化に伴う駆動電流の低下を補うための補償回路を備えており、
前記補償回路は、該出力ノード側から該駆動電流の低下を検出し、その結果を該入力ノード側にフィードバックするため、
該駆動電流によって運ばれる電荷を一定時間蓄積して蓄積電荷量に応じた検出電位を出力する検出手段と、該入力信号のレベルと該検出電位のレベルとを比較して差分を求め該差分に応じた電位を該保持容量に保持された該信号電位に加えるフィードバック手段とを有することを特徴とする表示装置。
前記補償回路は、該出力ノードと該電気光学素子の間に挿入されたスイッチングトランジスタと、
該出力ノードに接続された別のスイッチングトランジスタと、このスイッチングトランジスタと所定の接地電位との間に接続された検出容量と、
該出力ノードと所定の中間ノードとの間に接続されたフィードバック容量と、
該中間ノードと該信号線との間に挿入されたスイッチングトランジスタと、
該保持容量の一端につながる端子ノードと所定の接地電位との間に挿入されたスイッチングトランジスタと、
該端子ノードと該出力ノードとの間に挿入されたスイッチングトランジスタと、
該端子ノードと該中間ノードとの間に挿入されたスイッチングトランジスタとで構成されていることを特徴とする請求項３記載の表示装置。
走査線と信号線とが交差する部分に配されており、少なくとも電気光学素子とドライブトランジスタとサンプリングトランジスタと保持容量とを備え、該ドライブトランジスタは、そのゲートが入力ノードにつながり、そのソースが出力ノードにつながり、そのドレインが所定の電源電位に接続し、該電気光学素子は、その一端が出力ノードに接続し、他端が所定の電位に接続し、該サンプリングトランジスタは、該入力ノードと該信号線との間に接続し、該保持容量は、該入力ノードに接続している画素回路の駆動方法であって、
前記サンプリングトランジスタは走査線によって選択された時動作し、該信号線から入力信号をサンプリングして該保持容量に保持し、
前記ドライブトランジスタは、該保持容量に保持された信号電位に応じて該電気光学素子に駆動電流を供給し、
該出力ノード側から該駆動電流の低下を検出し、その結果を該入力ノード側にフィードバックして、該ドライブトランジスタの経時的変化に伴う駆動電流の低下を補うため、
該駆動電流によって運ばれる電荷を一定時間蓄積して蓄積電荷量に応じた検出電位を求め、
該入力信号のレベルと該検出電位のレベルとを比較して差分を求め該差分に応じた電位を該保持容量に保持された該信号電位に加えることを特徴とする画素回路の駆動方法。
行状の走査線と、列状の信号線と、両者が交差する部分に各々配された画素回路とからなり、前記画素回路は、少なくとも電気光学素子とドライブトランジスタとサンプリングトランジスタと保持容量とを備え、該ドライブトランジスタは、そのゲートが入力ノードにつながり、そのソースが出力ノードにつながり、そのドレインが所定の電源電位に接続し、該電気光学素子は、その一端が出力ノードに接続し、他端が所定の電位に接続し、該サンプリングトランジスタは、該入力ノードと該信号線との間に接続し、該保持容量は、該入力ノードに接続している表示装置の駆動方法において、
前記サンプリングトランジスタは走査線によって選択された時動作し、該信号線から入力信号をサンプリングして該保持容量に保持し、
前記ドライブトランジスタは、該保持容量に保持された信号電位に応じて該電気光学素子に駆動電流を供給し以って表示を行なう際、
該出力ノード側から該駆動電流の低下を検出し、その結果を該入力ノード側にフィードバックして、該ドライブトランジスタの経時的変化に伴う駆動電流の低下を補うため、
該駆動電流によって運ばれる電荷を一定時間蓄積して蓄積電荷量に応じた検出電位を求め、
該入力信号のレベルと該検出電位のレベルとを比較して差分を求め該差分に応じた電位を該保持容量に保持された該信号電位に加えることを特徴とする表示装置の駆動方法。