JP2006133542A - 画素回路及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】閾電圧と移動度の影響を両方同時に補正し、以ってドライブトランジスタが供給するドレイン電流（出力電流）のばらつきを補償可能な画素回路を提供する。
【解決手段】検出トランジスタＴｒ５はドライブトランジスタＴｒ２の閾電圧を検出して容量部Ｃｓ２に印加する。サンプリングトランジスタＴｒ１は閾電圧の検出の後映像信号をサンプリングして容量部Ｃｓ２に入力電位として保持する。ドライブトランジスタＴｒ２のゲートＧに印加される入力電位にあらかじめ閾電圧に応じた電位を含ませることで閾電圧に対する出力電流Ｉｄｓの依存性を相殺するとともに、入力電位を固定する一方発光素子ＥＬのアノード電位の変動に応じてドライブトランジスタＴｒ２のソースＳの電位を変動させることでキャリア移動度に対する出力電流Ｉｄｓの依存性を自律的に減殺する。
【選択図】図５

Description

本発明は、画素ごとに配した発光素子を電流駆動する画素回路に関する。またこの画素回路がマトリクス状（行列状）に配列された表示装置であって、特に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などの発光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（映像信号）に応じて画素ごとに入射光の透過強度又は反射強度を制御する事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、応答速度が高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の電圧制御型とは大きく異なる。

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 特開２００４−１３３２４０ 特開２００４−０２９７９１ 特開２００４−０９３６８２

従来の画素回路は、パルス状の制御信号を供給する行状の走査線と映像信号を供給する列状の信号線とが交差する部分に配され、少なくともサンプリングトランジスタと容量部とドライブトランジスタと発光素子とを含む。サンプリングトランジスタは、走査線から供給される制御パルスに応じ導通して信号線から供給された映像信号をサンプリングする。容量部は、サンプリングされた映像信号に応じた入力電位を保持する。ドライブトランジスタは、容量部に保持された入力電位に応じて所定の発光期間に出力電流を供給する。尚一般に、出力電流はドライブトランジスタのチャネル領域のキャリア移動度及び閾電圧に対して依存性を有する。発光素子は、ドライブトランジスタから供給された出力電流により映像信号に応じた輝度で発光する。

ドライブトランジスタは、容量部に保持された入力電位をゲートに受けてソース／ドレイン間に出力電流を流し、発光素子に通電する。一般に発光素子の発光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出力電流供給量はゲート電位すなわち容量部に書き込まれた入力電位によって制御される。従来の画素回路は、ドライブトランジスタのゲートに印加される入力電位を入力映像信号に応じて変化させることで、発光素子に供給する出力電流量を制御している。

ここでドライブトランジスタの動作特性は以下の特性式で表わされる。
Ｉｄｓ＝（１／２）μ（Ｗ／Ｌ）Ｃｏｘ（Ｖｇｓ−Ｖｔｈ）
このトランジスタ特性式において、Ｉｄｓはソース／ドレイン間に流れるドレイン電流を表わしており、画素回路では発光素子に供給される出力電流である。Ｖｇｓはソースを基準としてゲートに印加されるゲート電圧を表わしており、画素回路では上述した入力電位（ゲート電位）とソース電位の差分である。Ｖｔｈはトランジスタの閾電圧である。又μはトランジスタのチャネルを構成する半導体薄膜のキャリア移動度を表わしている。その他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。原理的に見ると上記のトランジスタ特性式が示す様に、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が発光素子に供給される。従って、画面を構成する各画素に全て同一のレベルの入力映像信号を供給すれば、全画素が同一輝度で発光し、画面の一様性（ユニフォーミティ）が得られるはずである。

しかしながら実際には、低温ポリシリコンやアモルファスシリコンなどの半導体薄膜で構成された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）は、個々のデバイス特性にばらつきがある。特に、閾電圧Ｖｔｈは一定ではなく、各画素毎にばらつきがある。前述のトランジスタ特性式から明らかな様に、各ドライブトランジスタの閾電圧Ｖｔｈがばらつくと、ゲート電圧Ｖｇｓが一定であっても、ドレイン電流Ｉｄｓにばらつきが生じ、画素毎に輝度がばらついてしまう為、画面のユニフォーミティを損なう。従来からドライブトランジスタの閾電圧のばらつきをキャンセルする機能を組み込んだ画素回路が開発されており、例えば前記の特許文献３に開示がある。

閾電圧のばらつきをキャンセルする機能を組み込んだ画素回路は、ある程度画面のユニフォーミティを改善することが可能である。しかしながら、低温ポリシリコン薄膜トランジスタの特性は、閾電圧ばかりでなく移動度μも素子毎にばらつきがある。前述のトランジスタ特性式から明らかな様に、移動度μがばらつくと、ゲート電圧Ｖｇｓが一定であってもドレイン電流Ｉｄｓにばらつきが出てしまう。この結果発光輝度が画素毎に変化する為、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、本発明は閾電圧と移動度の影響を両方同時に補正し、以ってドライブトランジスタが供給するドレイン電流（出力電流）のばらつきを補償可能な画素回路及び表示装置を提供することを目的とする。かかる目的を達成するために以下の手段を講じた。即ち本発明は、外部から制御信号が供給される行状の走査線と外部から映像信号が供給される列状の信号線とが交差する部分に配され、少なくともドライブトランジスタとサンプリングトランジスタと検出トランジスタと発光素子と容量部とを含む画素回路であって、前記ドライブトランジスタはＮチャネル型でそのゲートが該容量部に接続しドレインが電源側に接続しソースが該発光素子に接続し、該容量部に保持された入力電位をゲートに受けて出力電流をドレインからソースに流し、該出力電流の量は該ドライブトランジスタの閾電圧及びキャリア移動度に対する依存性を有し、前記発光素子は二端子型でそのアノードが該ドライブトランジスタのソースに接続しカソードが接地側に接続し、該ドライブトランジスタから供給された該出力電流に応じて発光し、その際アノード電位は該出力電流の量に応じて変動し、前記検出トランジスタは該ドライブトランジスタ及び容量部に接続し、該発光に先立ち走査線に供給された制御信号に応じて動作し、該ドライブトランジスタの閾電圧を検出して該容量部に印加し、前記サンプリングトランジスタは該容量部に接続し、該閾電圧の検出の後走査線に供給された別の制御信号に応じて動作し、該信号線に供給された映像信号をサンプリングして該容量部に印加し、前記容量部は、該検出された閾電圧に応じた電位と該サンプリングされた映像信号に応じた電位とを合わせ入力電位として固定保持し、以って、該ドライブトランジスタのゲートに印加される入力電位にあらかじめ閾電圧に応じた電位を含ませることで閾電圧に対する出力電流の依存性を相殺するとともに、該入力電位を固定する一方該発光素子のアノード電位の変動に応じて該ドライブトランジスタのソース電位を変動させることでキャリア移動度に対する出力電流の依存性を自律的に減殺することを特徴とする。

好ましくは、前記ドライブトランジスタはキャリア移動度が比較的大きいとき該出力電流の供給量が大きくなり、これに応じて該発光素子のアノード電位が高くなり、これに伴ってソース電位が上昇するため、該入力電位で固定されたゲート電位と上昇するソース電位との間の電位差が縮小し、以って該ドライブトランジスタの出力電流の供給量を自律的に調整する。又、前記ドライブトランジスタはそのチャネル長が短縮化されており、これにより該出力電流の供給量の自律的な調整能力を高めている。

又本発明は、画素アレイ部とスキャナ部と信号部とを含み、前記画素アレイ部は、行状に配された走査線と列状に配された信号線と両者が交差する部分に配された行列状の画素とからなり、前記信号部は、該信号線に映像信号を供給し、前記スキャナ部は、該走査線に制御信号を供給して順次行ごとに画素を駆動し、各画素は少なくともドライブトランジスタとサンプリングトランジスタと検出トランジスタと発光素子と容量部とを含む表示装置であって、前記ドライブトランジスタはＮチャネル型でそのゲートが該容量部に接続しドレインが電源側に接続しソースが該発光素子に接続し、該容量部に保持された入力電位をゲートに受けて出力電流をドレインからソースに流し、該出力電流の量は該ドライブトランジスタの閾電圧及びキャリア移動度に対する依存性を有し、前記発光素子は二端子型でそのアノードが該ドライブトランジスタのソースに接続しカソードが接地側に接続し、該ドライブトランジスタから供給された該出力電流に応じて発光し、その際アノード電位は該出力電流の量に応じて変動し、前記検出トランジスタは該ドライブトランジスタ及び容量部に接続し、該発光に先立ち走査線に供給された制御信号に応じて動作し、該ドライブトランジスタの閾電圧を検出して該容量部に印加し、前記サンプリングトランジスタは該容量部に接続し、該閾電圧の検出の後走査線に供給された別の制御信号に応じて動作し、該信号線に供給された映像信号をサンプリングして該容量部に印加し、前記容量部は、該検出された閾電圧に応じた電位と該サンプリングされた映像信号に応じた電位とを合わせ入力電位として固定保持し、以って、該ドライブトランジスタのゲートに印加される入力電位にあらかじめ閾電圧に応じた電位を含ませることで閾電圧に対する出力電流の依存性を相殺するとともに、該入力電位を固定する一方該発光素子のアノード電位の変動に応じて該ドライブトランジスタのソース電位を変動させることでキャリア移動度に対する出力電流の依存性を自律的に減殺することを特徴とする。

好ましくは、前記ドライブトランジスタはキャリア移動度が比較的大きいとき該出力電流の供給量が大きくなり、これに応じて該発光素子のアノード電位が高くなり、これに伴ってソース電位が上昇するため、該入力電位で固定されたゲート電位と上昇するソース電位との間の電位差が縮小し、以って該ドライブトランジスタの出力電流の供給量を自律的に調整する。又前記ドライブトランジスタはそのチャネル長が短縮化されており、これにより該出力電流の供給量の自律的な調整能力を高めている。

本発明によれば、画素回路の容量部は検出されたドライブトランジスタの閾電圧に応じた電位に、サンプリングされた映像信号に応じた電位を足し合わせ、これをドライブトランジスタのゲートに対する入力電位として固定保持する。この結果、ドライブトランジスタは固定されたゲート電位に応じて出力電流を発光素子に通電することになる。その際、ドライブトランジスタのゲートに印加される入力電位には予め閾電圧に応じた電位が足し込まれているため、ドライブトランジスタの閾電圧に対する出力電流の依存性を相殺する事ができる。さらに、入力電位（ゲート電位）を固定する一方、ドライブトランジスタのソース電位は発光素子のアノード電位と連動して変動するようにしている。ドライブトランジスタのキャリア移動度が高い場合出力電流の供給量が増大し、その分発光素子内の電圧降下が大きくなりアノード電位が上昇する。ソース電位も上昇するので、この結果ソース電位を基準としたゲート電位の値（ゲート電圧）は小さくなる。即ち、キャリア移動度に依存して出力電流量が増大するとその分ゲート電圧が圧縮される。トランジスタ特性式によれば、ゲート電圧が小さくなると出力電流が下がる。これにより、ドライブトランジスタのキャリア移動度が高く出力電流供給能力が増すとこれを減殺するように自律的にソース電位が固定されたゲート電位に向かって上昇するため、ゲート電圧が圧縮され負のフィードバックがかかって実際に供給される出力電流量は自律的に抑制される。この様に、本発明はドライブトランジスタのゲートを定電圧駆動することで自律的にキャリア移動度のばらつきを補正することが可能である。この様に本発明はドライブトランジスタの閾電圧に加えてキャリア移動度のばらつきを自己補正する事ができ、低温ポリシリコンＴＦＴなどばらつきの大きいドライブトランジスタを用いた表示装置においても、ユニフォーミティの高い画質を得ることができる。

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ため、図１を参照してアクティブマトリクス表示装置の一般的な構成を参考例として説明する。図示するように、アクティブマトリクス型の表示装置は、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。画素アレイ１は画素回路２を含んでいる。周辺の回路群は水平セレクタ３、ライトスキャナ４、第一ドライブスキャナ５、第二ドライブスキャナ６、補正用スキャナ７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ＳＬ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２とで構成されている。本例の場合、カラー表示を行うため、画素回路２はＲＧＢ三原色に分かれて設けてある。信号線ＳＬは信号部を構成する水平セレクタ３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。なお、走査線ＷＳと平行に別の走査線ＤＳ１，ＤＳ２，ＡＺも配線されている。走査線ＤＳ１は第一ドライブスキャナ５によって走査される。走査線ＤＳ２は第二ドライブスキャナ６によって走査される。なお、走査線ＤＳ２はＲＧＢに分かれて３本配されている。これに対し走査線ＤＳ１はＲＧＢ共通で１本配されている。残りの走査線ＡＺは補正用スキャナ７によって走査される。これらのスキャナ４〜７がスキャナ部を構成する。

図２は、図１に示した画素回路２の基本的な構成を示す参考図である。本画素回路２は、サンプリングトランジスタＴｒ１、ドライブトランジスタＴｒ２、スイッチングトランジスタＴｒ３、スイッチングトランジスタＴｒ４、検出トランジスタＴｒ５、スイッチングトランジスタＴｒ６、容量部を構成する二個の容量素子Ｃｓ１，Ｃｓ２及び発光素子ＥＬとで構成されている。本参考例では各トランジスタＴｒ１ないしＴｒ６は全てＮチャネル型の低温ポリシリコン又はアモルファスシリコンを活性層とする薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）で構成されている。また発光素子ＥＬは、例えば有機ＥＬ素子を用いることができる。

引き続き図２を参照して、画素回路２の構成を具体的に説明する。ドライブトランジスタＴｒ２は入力ノードとなるゲートＧ、出力ノードとなるソースＳ及び電源ノードとなるドレインＤとを備えている。出力ノード（Ｓ）には発光素子ＥＬのアノードが接続している。発光素子ＥＬのカソードは接地（ＧＮＤ）されている。本例では、発光素子ＥＬはアノード及びカソードを備えた二端子形である。ドライブトランジスタＴｒ２の電源側ノード（Ｄ）は、スイッチングトランジスタＴｒ４を介して電源Ｖｃｃに接続されている。このスイッチングトランジスタＴｒ４のゲートは、走査線ＤＳ２に接続されている。

ドライブトランジスタＴｒ２の入力ノード（Ｇ）には保持容量Ｃｓ２の一端が接続されている。この保持容量Ｃｓ２の他端は出力ノード（Ｓ）に接続するとともに、スイッチングトランジスタＴｒ３を介して接地されている。スイッチングトランジスタＴｒ３のゲートは走査線ＤＳ１に接続されている。さらに入力ノード（Ｇ）には結合容量Ｃｓ１を介してサンプリングトランジスタＴｒ１が接続している。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。またサンプリングトランジスタＴｒ１のソースは信号線ＳＬに接続している。加えて結合容量Ｃｓ１とサンプリングトランジスタＴｒ１の接続ノードは、スイッチングトランジスタＴｒ６を介して接地されている。スイッチングトランジスタＴｒ６のゲートは走査線ＡＺに接続している。最後に、ドライブトランジスタＴｒ２のゲートＧとドレインＤとの間に検出トランジスタＴｒ５が接続されている。検出トランジスタＴｒ５のゲートは走査線ＡＺに接続している。

図３のタイミングチャートを参照して、図２に示した参考例にかかる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Ｔ８で１フィールドが終わるように表してある。時間軸に沿って、走査線ＷＳ，ＡＺ，ＤＳ１及びＤＳ２にそれぞれ印加される制御パルスｗｓ、ａｚ、ｄｓ１及びｄｓ２の波形を表してある。また同じ時間軸に沿って、ドライブトランジスタＴｒ２の入力ノード（ゲートＧ）及び出力ノード（ソースＳ）の電位変化を表してある。

当該フィールドがスタートするタイミングＴ１の前のタイミングＴ０で、走査線ＷＳ，ＡＺ，ＤＳ１がローレベルにある一方、走査線ＤＳ２がハイレベルにある。したがってスイッチングトランジスタＴｒ４のみがオン状態で、残りのトランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５及びＴｒ６はオフ状態となっている。この状態でドライブトランジスタＴｒ２のドレインＤはオン状態のスイッチングトランジスタＴｒ４を介して電源Ｖｃｃに接続される。ドライブトランジスタＴｒ２はゲートＧとソースＳとの間に印加されるゲート電圧Ｖｇｓに応じて出力電流（ドレイン電流）Ｉｄｓを発光素子ＥＬに供給する。これにより発光素子ＥＬは所定の輝度で発光している。

タイミングＴ１となって当該フィールドがスタートすると、制御パルスａｚが立ち上がる。これにより検出トランジスタＴｒ５とスイッチングトランジスタＴｒ６がオンする。Ｔｒ６がオンすることで結合容量Ｃｓ１の一端が接地電位ＧＮＤに固定され、ドライブトランジスタＴｒ２の閾電圧（Ｖｔｈ）の検出準備状態に入る。検出トランジスタＴｒ５もオンするため、ドライブトランジスタＴｒ２のゲートＧとドレインＤが直結する。このときスイッチングトランジスタＴｒ４はまだオン状態に保たれているため、ドライブトランジスタＴｒ２のゲート電位は急激に上昇する。これと連動してドライブトランジスタＴｒ２のソース電位も急激に上昇する。

続いてタイミングＴ２になると、制御パルスｄｓ２がローレベルとなりスイッチングトランジスタＴｒ４がオフする。これにより、ドライブトランジスタＴｒ２は電源Ｖｃｃから切り離され非発光状態になる。同時に制御パルスｄｓ１が立ち上がるので、スイッチングトランジスタＴｒ３がオンし、ドライブトランジスタＴｒ２のソースＳ及び保持容量Ｃｓ２の一端が接地される。スイッチングトランジスタＴｒ４がオフすることで、ドライブトランジスタＴｒ２のゲート電位Ｇは低下していく。丁度ゲート電位Ｇとソース電位Ｓとの差であるゲート電圧Ｖｇｓが閾電圧Ｖｔｈとなったところで、ドレイン電流Ｉｄｓは流れなくなる。この結果、ゲートＧとソースＳとの間に接続された保持容量Ｃｓ２にドライブトランジスタＴｒ２の閾電圧Ｖｔｈが保持される。

この後タイミングＴ３で制御パルスａｚが立ち下がり、検出トランジスタＴｒ５がオフとなってＶｔｈ検出動作が終了する。

続いてタイミングＴ４になると、制御パルスｗｓが立ち上がり、サンプリングトランジスタＴｒ１がオンする。これにより信号線ＳＬから供給された映像信号が結合容量Ｃｓ１を介して保持容量Ｃｓ２にカップリングされる。この結果、保持容量Ｃｓ２には先に書き込まれたＶｔｈに足し込むかたちで映像信号に対応した信号電位Ｖｉｎが書き込まれる。この結果、保持容量Ｃｓ２はドライブトランジスタＴｒ２の入力ノード（Ｇ）に対して、入力電位Ｖｉｎ＋Ｖｔｈを供給することになる。入力電位には常に閾電圧Ｖｔｈが足し込まれているので、例え画素ごとにドライブトランジスタの閾電圧がばらついていても、常にこのばらつきをキャンセルすることができる。

この後映像信号のサンプリングに割り当てられた１水平期間（１Ｈ）が経過するタイミングＴ５で制御パルスｗｓが立ち下がり、サンプリングトランジスタＴｒ１がオフする。

続いてタイミングＴ６に至ると、制御パルスｄｓ１が立ち下がり、スイッチングトランジスタＴｒ３がオフする。これにより、ドライブトランジスタＴｒ２のソースＳ及び保持容量Ｃｓ２の一端が接地レベルから切り離され、発光動作の準備状態となる。

この後タイミングＴ７になると制御パルスｄｓ２が立ち上がり、スイッチングトランジスタＴｒ４がオンする。この結果ドライブトランジスタＴｒ２のドレインＤが電源電位Ｖｃｃに接続し、入力電位Ｖｉｎ＋Ｖｔｈに応じたドレイン電流Ｉｄｓが流れ、発光素子ＥＬは信号電位Ｖｉｎに応じた輝度で発光する。タイミングＴ７では既にドライブトランジスタＴｒ２のソースＳが接地電位ＧＮＤから切り離されているので、発光素子ＥＬに出力電流Ｉｄｓが流れると電圧降下によりアノード電位（したがってドライブトランジスタＴｒ２のソース電位）が上昇する。このときブートストラップ動作でゲート電位もそのまま上昇するので、保持容量Ｃｓ２に保持された電圧（ゲート電圧Ｖｇｓ）は一定に維持される。この結果ドライブトランジスタＴｒ２は定電源として動作する。

最後にタイミングＴ８に至ると当該フィールドが完了するとともに次のフィールドに入る。

以上の説明から明らかなように、図３に示した参考例にかかる画素回路はドライブトランジスタの閾電圧のばらつきをキャンセルする補正機能を備えている。しかしながら、ドライブトランジスタのキャリア移動度のばらつきを補正する機能を備えていない。この点につき、図４を参照して説明する。図４は、図２に示した画素回路のドライブトランジスタのドレイン電流Ｉｄｓ／ドレイン電圧Ｖｄｓ特性を示すグラフである。ドレイン電流Ｉｄｓはドライブトランジスタのドレインからソースに向かって流れる出力電流を表し、ドレイン電圧Ｖｄｓはドライブトランジスタのドレインとソースとの間に印加される電圧を表している。実線のカーブは低移動度のドライブトランジスタのＩｄｓ／Ｖｄｓ特性を表し、点線のカーブは高移動度のドライブトランジスタのＩｄｓ／Ｖｄｓ特性を表している。いずれの場合もゲート電圧Ｖｇｓは前述したブートストラップ効果により一定に維持されている。ドライブトランジスタは前述したように飽和領域で動作するため、基本的にドレイン電流ＩｄｓはＶｄｓによらず一定である。図４のグラフは、ドライブトランジスタのＩｄｓ／Ｖｄｓ特性カーブに重ねて、有機ＥＬ発光素子の電流／電圧特性カーブを描いてある。ドライブトランジスタの特性カーブと有機ＥＬ発光素子の特性カーブとが交差する部分が動作点であり、アノード電位（したがってソース電位）を決定する。特性式から明らかなように、ゲート電圧Ｖｇｓが同じ場合、Ｉｄｓは移動度μに比例して大きくなる。したがって、図４のグラフから明らかな様にＶｇｓを一定にしたブートストラップ動作をかけると、移動度の差がそのまま出力電流Ｉｄｓの差となって現れ、発光輝度にばらつきが生じる。

図２の参考例にかかる画素回路はブートストラップ動作を行うので、有機ＥＬ発光素子のアノードの動作点が異なっても、ドライブトランジスタのゲート電圧Ｖｇｓは保持さ続ける。図示した移動度が低い場合と高い場合の特性は共にＶｇｓが等しい場合であり、Ｉｄｓ／Ｖｄｓ特性の差は、移動度の差異に起因している。ドライブトランジスタ側のキャリア移動度が異なっても、有機ＥＬ発光素子側の動作特性は変わらないので、各々の動作点は図４のグラフに示した値となる。移動度が高い場合は低い場合に比べ若干Ｖｄｓが小さくなるが、いずれにしろ飽和領域にて動作しているので、移動度の差がほぼそのまま出力電流量の差となり、ユニフォーミティを大きく損なう。したがって、低温ポリシリコンＴＦＴやアモルファスシリコンＴＦＴなど移動度が経時変化するドライブトランジスタを用いた有機ＥＬパネルのユニフォーミティは悪くなってしまう。

図５は、本発明にかかる画素回路並びに表示装置を示す模式的な回路図である。図２に示した参考例に対応する部分には対応する参照番号を付して理解を容易にしている。異なる点は、図２に示した参考例では保持容量Ｃｓ２がドライブトランジスタＴｒ２のゲートＧとソースＳとの間に接続されていたのに対し、本発明にかかる画素回路は保持容量Ｃｓ２がドライブトランジスタＴｒ２のゲートＧと電源Ｖｃｃとの間に接続されている事である。この結果ブートストラップ動作が行われず、ソース電位が変動してもゲート電位は常に固定されている。この結果、ドライブトランジスタＴｒ２のゲート電圧Ｖｇｓは変動する事になる。この変動は丁度ドライブトランジスタＴｒ２のキャリア移動度μのばらつきを打ち消す方向に生じるので、図５に示した画素回路は移動度μの自己補正機能を備えている。

引き続き図５を参照して本発明にかかる画素回路の構成を詳細に説明する。図示するように、画素回路２は、スキャナ部４〜７からパルス状の制御信号が供給される行状の走査線ＷＳ，ＤＳ１，ＤＳ２，ＡＺと、信号部を構成する水平セレクタ３から映像信号が供給される列状の信号線ＳＬとが交差する部分に配されている。画素回路２は少なくとも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と検出トランジスタＴｒ５と発光素子ＥＬと容量部Ｃｓ１，Ｃｓ２とを含む。本画素回路２はこれらに加えてさらにスイッチングトランジスタＴｒ３，Ｔｒ４，Ｔｒ６及び結合容量Ｃｓ１を含んでいる。

ドライブトランジスタＴｒ２はＮチャネル型で、そのゲートＧが容量部Ｃｓ２に接続しドレインＤがスイッチングトランジスタＴｒ４を介して電源Ｖｃｃ側に接続しソースＳが発光素子ＥＬに接続している。ドライブトランジスタＴｒ２は容量部Ｃｓ２に保持された入力電位をゲートＧに受けて出力電流ＩｄｓをドレインＤからソースＳに流す。出力電流Ｉｄｓの量は先のトランジスタ特性式に示すように、ドライブトランジスタＴｒ２の閾電圧Ｖｔｈ及びキャリア移動度μに対する依存性を有する。これに対し、発光素子ＥＬは二端子型で、そのアノードがドライブトランジスタＴｒ２のソースＳに接続しカソードが接地側に接続している。発光素子ＥＬはドライブトランジスタＴｒ２から供給された出力電流Ｉｄｓに応じて発光する。その際通電量に応じて発光素子ＥＬ内に電圧降下が生じ、その分アノード電位が上昇する。換言すると、発光素子ＥＬのアノード電位は出力電流Ｉｄｓの量に応じて変動し、これに連動してドライブトランジスタＴｒ２のソース電位が変動する事になる。

検出トランジスタＴｒ５はドライブトランジスタＴｒ２及び容量部Ｃｓ２に接続し、発光に先立ち走査線ＡＺに供給された制御信号に応じて動作し、ドライブトランジスタＴｒ２の閾電圧Ｖｔｈを検出して容量部Ｃｓ２に印加する。またサンプリングトランジスタＴｒ１は容量部Ｃｓ１，Ｃｓ２に接続し、閾電圧Ｖｔｈの検出のあと別の走査線ＷＳに供給された別の制御信号に応じて動作し、信号線ＳＬに供給された映像信号をサンプリングして容量部Ｃｓ２に印加する。

容量部Ｃｓ２は検出された閾電圧Ｖｔｈに応じた電位とサンプリングされた映像信号に応じた電位とを合わせ入力電位として固定保持する。この様に、ドライブトランジスタＴｒ２のゲートＧに印加される入力電位に予め閾電圧Ｖｔｈに応じた電位を含ませることで閾電圧Ｖｔｈに対する出力電流Ｉｄｓの依存性を相殺する事ができる。さらに、入力電位（ゲート電位）を固定する一方発光素子ＥＬのアノード電位の変動に応じてドライブトランジスタＴｒ２のソース電位を変動させることでキャリア移動度μに対する出力電流Ｉｄｓの依存性を自立的に減殺する事ができる。

例えば、ドライブトランジスタＴｒ２はキャリア移動度μが比較的大きいとき出力電流Ｉｄｓの供給量が大きくなり、これに応じて発光素子ＥＬのアノード電位が高くなり、これに伴ってソース電位が上昇するため、入力電位で固定されたゲート電位と上昇するソース電位との間の電位差（ゲート電圧）が縮小し、以ってドライブトランジスタＴｒ２の出力電流Ｉｄｓの供給量を自律的に下方調整する。逆に、ドライブトランジスタＴｒ２のキャリア移動度μが比較的小さいとき出力電流Ｉｄｓの供給量が小さくなり、これに応じて発光素子ＥＬのアノード電位が低くなり、これに伴ってソース電位が下降するため、入力電位で固定されたゲート電位と下降するソース電位との間の電位差（ゲート電圧）が拡大し、以ってドライブトランジスタＴｒ２の出力電流Ｉｄｓの供給力を自律的に上方調整する事ができる。

好ましくはドライブトランジスタＴｒ２はそのチャネル長Ｌが短縮化されており、これにより出力電流Ｉｄｓの供給量の自律的な調整能力を高めている。前述のトランジスタ特性式から明らかなように、チャネル長Ｌが小さいと、その分Ｖｇｓの変動量が小さくてもＩｄｓは大きく変化する。Ｖｇｓの絶対値が小さいほど、発光素子側のアノード電位の変動がＶｇｓの値に大きな影響を及ぼし、この結果Ｉｄｓの調整幅が拡大する。この様にドライブトランジスタのチャネル長Ｌを短くすることで、さらに効果的に移動度の自律的な補正を行うことが可能になる。

図６は、図５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。理解を容易にするため、図３に示した参考例にかかる画素回路のタイミングチャートと対応する表記を用いている。当該フィールドがスタートするタイミングＴ１で、制御パルスａｚが立ち上がる。これにより検出トランジスタＴｒ５とスイッチングトランジスタＴｒ６がオンする。Ｔｒ６がオンすることで結合容量Ｃｓ１の一端が接地電位ＧＮＤに固定され、ドライブトランジスタＴｒ２の閾電圧Ｖｔｈの検出準備状態に入る。検出トランジスタＴｒ５もオンするため、ドライブトランジスタＴｒ２のゲートＧとドレインＤが直結する。この時スイッチングトランジスタＴｒ４はまだオン状態に保たれているため、ドライブトランジスタＴｒ２のゲート電位は急激に上昇する。これと連動してドライブトランジスタＴｒ２のソース電位も上昇する。

続いてタイミングＴ２になると、制御パルスｄｓ２がローレベルとなりスイッチングトランジスタＴｒ４がオフする。これによりドライブトランジスタＴｒ２は電源Ｖｃｃから切り離され非発光状態になる。同時に制御パルスｄｓ１が立ち上がるので、スイッチングトランジスタＴｒ３がオンし、ドライブトランジスタＴｒ２のソースＳが接地される。スイッチングトランジスタＴｒ４がオフすることで、ドライブトランジスタＴｒ２のゲート電位は低下していく。丁度ゲート電位とソース電位（接地電位）との差Ｖｇｓが閾電圧Ｖｔｈとなった所でドレイン電流Ｉｄｓは流れなくなる。この結果、ドライブトランジスタＴｒ２のゲートＧと電源電位Ｖｃｃとの間に接続された保持容量Ｃｓ２に、Ｖｔｈと等しい電位が保持される。

この後タイミングＴ３で制御パルスａｚが立ち上がり、検出トランジスタＴｒ５がオフとなってＶｔｈ検出動作が完了する。

続いてタイミングＴ４になると、制御パルスｗｓが立ち上がり、サンプリングトランジスタＴｒ１がオンする。これにより信号線ＳＬから供給された映像信号が結合容量Ｃｓ１を介して保持容量Ｃ２にカップリングされる。この結果、保持容量Ｃｓ２には先に書き込まれたＶｔｈに足し込むかたちで映像信号に対応した信号電位Ｖｉｎが書き込まれる。この結果、保持容量Ｃｓ２はドライブトランジスタＴｒ２のゲートＧに対して、入力電位Ｖｉｎ＋Ｖｔｈを固定的に保持する事になる。この入力電位には常に閾電圧Ｖｔｈが足し込まれているので、例え画素ごとにドライブトランジスタＴｒ２の閾電圧がばらついていても、常にこのばらつきをキャンセルする事ができる。

この後映像信号のサンプリングに割り当てられた１水平期間（Ｈ）が経過するタイミングＴ５で制御パルスｗｓが立ち下がり、サンプリングトランジスタＴｒ１がオフする。

続いてタイミングＴ６に至ると、制御パルスｄｓ１が立ち下がり、スイッチングトランジスタＴｒ３がオフする。これにより、ドライブトランジスタＴｒ２のソースＳが接地レベルから切り離され、発光動作の準備状態となる。

この後タイミングＴ７になると制御パルスｄｓ２が立ち上がり、スイッチングトランジスタＴｒ４がオンする。この結果ドライブトランジスタＴｒ２のドレインＤが電源電位Ｖｃｃに接続し、出力電流Ｉｄｓが流れ始める。ここで参考例と異なりドライブトランジスタＴｒ２のゲートＧとソースＳとの間に容量が存在しないので、ブートストラップ動作は行われない。ドライブトランジスタＴｒ２のゲート電位は保持容量Ｃｓ２に保持された入力電位Ｖｉｎ＋Ｖｔｈに固定されたままである。一方ドライブトランジスタＴｒ２のソースＳは発光素子ＥＬのアノードに接続されているため、入力電位Ｖｉｎ＋Ｖｔｈに対しドライブトランジスタＴｒ２と発光素子ＥＬとの間の動作点にてアノード電圧ΔＶが決定される。このアノード電圧は発光素子ＥＬの内部に生じた電圧降下に相当するのでΔＶで表してある。このアノード電圧ΔＶに応じて、ドライブトランジスタＴｒ２のゲート電圧Ｖｇｓが決まり最終的に出力電流の量が決定される。図６のタイミングチャートから明らかなように、Ｖｇｓは固定された入力電位（ゲート電位）Ｖｉｎ＋Ｖｔｈからアノード電圧ΔＶを引いたもので、Ｖｉｎ´＋Ｖｔｈで表される。

ここでドライブトランジスタＴｒ２の移動度にばらつきがある場合を考える。制御パルスｄｓ２が立ち上がるとドライブトランジスタのゲートには固定保持された入力電位（ゲート電位）が印加されるので、移動度が高い場合は低い場合に比べて多量の出力電流が流れ、有機ＥＬ発光素子の内部抵抗による電圧降下が大きくなりアノード電圧ΔＶが高くなる。ここで入力電位（ゲート電位）は固定されているので、移動度が高い場合は低い場合に比べてアノード電圧が上昇した分だけドライブトランジスタのゲート電圧Ｖｇｓが小さくなる。ドライブトランジスタＴｒ２は飽和領域にて動作しているため、そのオン電流はＶｇｓの２乗に比例する。このため高移動度によるＶｇｓの減少の効果は大きく、移動度の差による出力電流量の差異を自律的に補正可能である。この結果、移動度が異なるドライブトランジスタであっても、アノード電圧の差により電流特性が変化し、お互いの電流特性は近いものになる。これにより移動度のばらつきの補正が自動的に行われる。

図７は、図５に示した画素回路に組み込まれたドライブトランジスタＴｒ２のＩｄｓ／Ｖｄｓ特性を示すグラフである。理解を容易にするため、図４に示した参考例にかかるＩｄｓ／Ｖｄｓ特性と同じ表記を用いている。前述したように、本発明ではドライブトランジスタの移動度が高いと結果的にＶｇｓが低くなる。これに対し、ドライブトランジスタの移動度が低いと、結果的にゲート電圧Ｖｇｓは高くなる。破線で示した高移動度の場合のＩｄｓ／Ｖｄｓ特性カーブは、Ｖｇｓが低くなった分、実線で示した低移動度の場合のＩｄｓ／Ｖｄｓ特性に近づくことになる。これは、図４と図７のグラフを比較すれば明らかなことである。低移動度の場合と高移動度の場合とでＩｄｓ／Ｖｄｓ特性が近くなった事で、有機ＥＬ発光素子との動作点は図示するように近いものになる。この結果ドライブトランジスタは移動度にばらつきもしくは変動があっても、常にほぼ同じレベルのドレイン電流Ｉｄｓを流す事ができる。

図８は、図５に示した本発明にかかる画素回路の変形例を示す回路図である。理解を容易にするため、図５に示した画素回路と対応する部分には対応する参照符号を付してある。異なる点は、スイッチングトランジスタＴｒ３のゲートに走査線ＷＳを接続したことである。これにより図５の実施例に含まれていた走査線ＤＳ１は不要となり、したがってドライブスキャナ５は不用になる。この分、周辺スキャナ部の構成が簡略化され、コストダウンに繋がる。

図９は、さらに別の変形例を示す回路図である。理解を容易にするため、図５に示した先の実施形態と対応する部分には対応する参照符号を用いてある。この変形例では、スイッチングトランジスタＴｒ３のゲートを走査線ＡＺに接続している。これにより先の実施例に含まれていた走査線ＤＳ１が不要となりしたがって第一ドライブスキャナ５も不要になる。この結果周辺スキャナ部の構成が簡略化される。図８及び図９に示した変形例はいずれも、発光動作時点ではスイッチングトランジスタＴｒ３がオフしており、ドライブトランジスタＴｒ２と発光素子ＥＬを結ぶ動作点は接地レベルから切り離されている。したがって、本発明特有の自律的な移動度補正効果を奏することが可能である。

参考例にかかる表示装置のブロック図である。 図１に示した参考例の画素回路を示す回路図である。 図２に示した参考例の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。 同じく動作説明に供するグラフである。 本発明にかかる画素回路及び表示装置を示す回路図である。 図５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。 同じく図６に示した画素回路の動作説明に供するグラフである。 本発明にかかる画素回路の変形例を示す回路図である。 本発明にかかる画素回路の別の変形例を示す回路図である。

符号の説明

１・・・画素アレイ、２・・・画素回路、３・・・水平セレクタ、４・・・ライトスキャナ、５・・・第一ドライブスキャナ、６・・・第二ドライブスキャナ、７・・・補正用スキャナ、Ｔｒ１・・・サンプリングトランジスタ、Ｔｒ２・・・ドライブトランジスタ、Ｔｒ５・・・検出トランジスタ、ＥＬ・・・発光素子、Ｃｓ１・・・結合容量、Ｃｓ２・・・保持容量

Claims (6)

1. 外部から制御信号が供給される行状の走査線と外部から映像信号が供給される列状の信号線とが交差する部分に配され、
   少なくともドライブトランジスタとサンプリングトランジスタと検出トランジスタと発光素子と容量部とを含む画素回路であって、
   前記ドライブトランジスタはＮチャネル型でそのゲートが該容量部に接続しドレインが電源側に接続しソースが該発光素子に接続し、該容量部に保持された入力電位をゲートに受けて出力電流をドレインからソースに流し、該出力電流の量は該ドライブトランジスタの閾電圧及びキャリア移動度に対する依存性を有し、
   前記発光素子は二端子型でそのアノードが該ドライブトランジスタのソースに接続しカソードが接地側に接続し、該ドライブトランジスタから供給された該出力電流に応じて発光し、その際アノード電位は該出力電流の量に応じて変動し、
   前記検出トランジスタは該ドライブトランジスタ及び容量部に接続し、該発光に先立ち走査線に供給された制御信号に応じて動作し、該ドライブトランジスタの閾電圧を検出して該容量部に印加し、
   前記サンプリングトランジスタは該容量部に接続し、該閾電圧の検出の後走査線に供給された別の制御信号に応じて動作し、該信号線に供給された映像信号をサンプリングして該容量部に印加し、
   前記容量部は、該検出された閾電圧に応じた電位と該サンプリングされた映像信号に応じた電位とを合わせ入力電位として固定保持し、
   以って、該ドライブトランジスタのゲートに印加される入力電位にあらかじめ閾電圧に応じた電位を含ませることで閾電圧に対する出力電流の依存性を相殺するとともに、該入力電位を固定する一方該発光素子のアノード電位の変動に応じて該ドライブトランジスタのソース電位を変動させることでキャリア移動度に対する出力電流の依存性を自律的に減殺することを特徴とする画素回路。
2. 前記ドライブトランジスタはキャリア移動度が比較的大きいとき該出力電流の供給量が大きくなり、これに応じて該発光素子のアノード電位が高くなり、これに伴ってソース電位が上昇するため、該入力電位で固定されたゲート電位と上昇するソース電位との間の電位差が縮小し、以って該ドライブトランジスタの出力電流の供給量を自律的に調整することを特徴とする請求項１記載の画素回路。
3. 前記ドライブトランジスタはそのチャネル長が短縮化されており、これにより該出力電流の供給量の自律的な調整能力を高めていることを特徴とする請求項２記載の画素回路。
4. 画素アレイ部とスキャナ部と信号部とを含み、
   前記画素アレイ部は、行状に配された走査線と列状に配された信号線と両者が交差する部分に配された行列状の画素とからなり、
   前記信号部は、該信号線に映像信号を供給し、
   前記スキャナ部は、該走査線に制御信号を供給して順次行ごとに画素を駆動し、
   各画素は少なくともドライブトランジスタとサンプリングトランジスタと検出トランジスタと発光素子と容量部とを含む表示装置であって、
   前記ドライブトランジスタはＮチャネル型でそのゲートが該容量部に接続しドレインが電源側に接続しソースが該発光素子に接続し、該容量部に保持された入力電位をゲートに受けて出力電流をドレインからソースに流し、該出力電流の量は該ドライブトランジスタの閾電圧及びキャリア移動度に対する依存性を有し、
   前記発光素子は二端子型でそのアノードが該ドライブトランジスタのソースに接続しカソードが接地側に接続し、該ドライブトランジスタから供給された該出力電流に応じて発光し、その際アノード電位は該出力電流の量に応じて変動し、
   前記検出トランジスタは該ドライブトランジスタ及び容量部に接続し、該発光に先立ち走査線に供給された制御信号に応じて動作し、該ドライブトランジスタの閾電圧を検出して該容量部に印加し、
   前記サンプリングトランジスタは該容量部に接続し、該閾電圧の検出の後走査線に供給された別の制御信号に応じて動作し、該信号線に供給された映像信号をサンプリングして該容量部に印加し、
   前記容量部は、該検出された閾電圧に応じた電位と該サンプリングされた映像信号に応じた電位とを合わせ入力電位として固定保持し、
   以って、該ドライブトランジスタのゲートに印加される入力電位にあらかじめ閾電圧に応じた電位を含ませることで閾電圧に対する出力電流の依存性を相殺するとともに、該入力電位を固定する一方該発光素子のアノード電位の変動に応じて該ドライブトランジスタのソース電位を変動させることでキャリア移動度に対する出力電流の依存性を自律的に減殺することを特徴とする表示装置。
5. 前記ドライブトランジスタはキャリア移動度が比較的大きいとき該出力電流の供給量が大きくなり、これに応じて該発光素子のアノード電位が高くなり、これに伴ってソース電位が上昇するため、該入力電位で固定されたゲート電位と上昇するソース電位との間の電位差が縮小し、以って該ドライブトランジスタの出力電流の供給量を自律的に調整することを特徴とする請求項４記載の表示装置。
6. 前記ドライブトランジスタはそのチャネル長が短縮化されており、これにより該出力電流の供給量の自律的な調整能力を高めていることを特徴とする請求項５記載の表示装置。

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