JP2008203656A - Display device and electronic equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、画素毎に配した発光素子を電流駆動して表示を行なう表示装置に関する。詳しくは、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。また本発明はアクティブマトリクス型の表示装置を備えた電子機器に関する。 The present invention relates to a display device that performs display by driving a light emitting element arranged for each pixel. Specifically, the present invention relates to a so-called active matrix display device that controls the amount of current that is supplied to a light emitting element such as an organic EL by an insulated gate field effect transistor provided in each pixel circuit. The present invention also relates to an electronic apparatus including an active matrix display device.
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。 In a display device such as a liquid crystal display, an image is displayed by arranging a large number of liquid crystal pixels in a matrix and controlling the transmission intensity or reflection intensity of incident light for each pixel according to image information to be displayed. This also applies to an organic EL display using an organic EL element as a pixel, but unlike a liquid crystal pixel, the organic EL element is a self-luminous element. Therefore, the organic EL display has advantages such as higher image visibility than the liquid crystal display, no backlight, and high response speed. Further, the luminance level (gradation) of each light emitting element can be controlled by the value of the current flowing therethrough, and is greatly different from a voltage control type such as a liquid crystal display in that it is a so-called current control type.
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。
図17は、従来の画素回路の一例を示す模式図である。この画素回路は、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SLとが交差する部分に配され、サンプリングトランジスタTr1と保持容量CsとドライブトランジスタTrdと発光素子ELとを含む。サンプリングトランジスタTr1は、走査線から供給される制御信号に応じ導通して信号線SLから供給された映像信号をサンプリングする。保持容量Csは、サンプリングされた映像信号に応じた入力電圧を保持する。ドライブトランジスタTrdは、保持容量Csに保持された入力電圧に応じて所定の発光期間に出力電流Idsを供給する。なお一般に、出力電流IdsはドライブトランジスタTrdのチャネル領域のキャリア移動度μ及び閾電圧Vthに対して依存性を有する。発光素子ELは、ドライブトランジスタTrd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。なお図11の従来例は、保持容量CsがドライブトランジスタTrdのゲートGと電源電位Vccとの間に接続されている。一方発光素子ELはアノードがドライブトランジスタTrdのソースSに接続し、カソードが接地されている。ドライブトランジスタTrdのドレインは電源電位Vccに接続されている。 FIG. 17 is a schematic diagram showing an example of a conventional pixel circuit. This pixel circuit is arranged at a portion where a row-shaped scanning line for supplying a control signal and a column-shaped signal line SL for supplying a video signal intersect, and includes a sampling transistor Tr1, a storage capacitor Cs, a drive transistor Trd, and a light emitting element EL. Including. The sampling transistor Tr1 conducts according to the control signal supplied from the scanning line and samples the video signal supplied from the signal line SL. The holding capacitor Cs holds an input voltage corresponding to the sampled video signal. The drive transistor Trd supplies the output current Ids during a predetermined light emission period according to the input voltage held in the holding capacitor Cs. In general, the output current Ids depends on the carrier mobility μ and the threshold voltage Vth in the channel region of the drive transistor Trd. The light emitting element EL emits light with the luminance corresponding to the video signal by the output current supplied from the drive transistor Trd. In the conventional example of FIG. 11, the storage capacitor Cs is connected between the gate G of the drive transistor Trd and the power supply potential Vcc. On the other hand, the light emitting element EL has an anode connected to the source S of the drive transistor Trd and a cathode grounded. The drain of the drive transistor Trd is connected to the power supply potential Vcc.
ドライブトランジスタTrdは、保持容量Csに保持された入力電圧をゲートGに受けてソースS/ドレインD間に出力電流Idsを流し、発光素子ELに通電する。一般に発光素子ELの発光輝度は通電量に比例している。さらにドライブトランジスタTrdの出力電流供給量はゲート電圧Vgs即ち保持容量Csに書き込まれた入力電圧によって制御される。この画素回路は、ドライブトランジスタTrdのゲートGに印加される入力電圧を入力映像信号に応じて変化させることで、発光素子ELに供給する電流量を制御している。 The drive transistor Trd receives the input voltage held in the holding capacitor Cs at the gate G, causes the output current Ids to flow between the source S / drain D, and energizes the light emitting element EL. In general, the light emission luminance of the light emitting element EL is proportional to the amount of current supplied. Further, the output current supply amount of the drive transistor Trd is controlled by the gate voltage Vgs, that is, the input voltage written in the storage capacitor Cs. This pixel circuit controls the amount of current supplied to the light emitting element EL by changing the input voltage applied to the gate G of the drive transistor Trd in accordance with the input video signal.
ここでドライブトランジスタの動作特性は以下の式1で表わされる。
Ids=(1/2)μ(W/L)Cox(Vgs−Vth)2・・・式1
このトランジスタ特性式1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圧である。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1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1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。
Here, the operating characteristic of the drive transistor is expressed by the following
Ids = (1/2) μ (W / L) Cox (Vgs−Vth) 2
In the
ところで有機EL素子などからなる発光素子に必要な駆動電流Idsは1画素当り数μAと大きく、映像信号の振幅を下げて低消費電力化を図るためにも、ドライブトランジスタは移動度μが高いNチャネル型が望ましい。図11に示した画素回路は、Nチャネル型のトランジスタをドライブトランジスタTrdに用いたソースフォロワー型となっている。 By the way, the drive current Ids required for a light emitting element such as an organic EL element is as large as several μA per pixel, and the drive transistor has a high mobility μ in order to reduce the amplitude of the video signal and reduce the power consumption. A channel type is desirable. The pixel circuit shown in FIG. 11 is a source follower type in which an N-channel transistor is used as the drive transistor Trd.
しかしながら図17に示した画素回路では、発光素子ELの電流−電圧特性(I‐V特性)の劣化を補正できないという課題が生じる。図17は、発光素子ELのI‐V特性を示すグラフである。横軸に発光素子のアノード電圧Vaを取り、縦軸に駆動電流Idsを取ってある。図17の回路では、このアノード電位VaはドライブトランジスタTrdのソース電位と等しく、駆動電流はドライブトランジスタTrdに流れるドレイン電流Idsである。図18のグラフに示すように、有機ELデバイスなどの発光素子は時間の経過と共にI‐V特性が劣化し、時間の経過と共に特性カーブがねてくる。その為、図17に示したソースフォロワー型の画素回路では、この発光素子のI‐V特性劣化に伴い、ドライブトランジスタTrdの動作点(ソース電位)が変化してしまい、画像の焼付きが残ってしまう。 However, the pixel circuit shown in FIG. 17 has a problem that the deterioration of the current-voltage characteristic (IV characteristic) of the light emitting element EL cannot be corrected. FIG. 17 is a graph showing the IV characteristics of the light emitting element EL. The horizontal axis represents the anode voltage Va of the light emitting element, and the vertical axis represents the drive current Ids. In the circuit of FIG. 17, the anode potential Va is equal to the source potential of the drive transistor Trd, and the drive current is the drain current Ids flowing through the drive transistor Trd. As shown in the graph of FIG. 18, the light-emitting element such as an organic EL device has a IV characteristic that deteriorates with the passage of time, and a characteristic curve appears with the passage of time. For this reason, in the source follower type pixel circuit shown in FIG. 17, the operating point (source potential) of the drive transistor Trd changes due to the deterioration of the IV characteristics of the light emitting element, and image burn-in remains. End up.
この従来の問題に対処するため、最近ではソースフォロワー型の画素回路に代えて、ブートストラップ型の画素回路も提案されている。このブートストラップ型の画素回路は、保持容量をドライブトランジスタのゲートGとソースSとの間に接続した構成となっている。このブートストラップ型の画素回路は、発光素子のI‐V特性の経時変化により、アノード電位(即ちドライブトランジスタのソース電位)が変動しても、常にドライブトランジスタTrdのゲート電圧Vgsが保持容量に保持されているので、発光素子ELのI‐V特性の影響を受けることなく、常にゲート電圧Vgsに応じた出力電流Idsを発光素子に流し続けることが出来る。これにより発光素子のI‐V特性が劣化しても、画面輝度の劣化や焼付きなどの画質低下が生じることは無い。 In order to cope with this conventional problem, a bootstrap type pixel circuit has recently been proposed instead of the source follower type pixel circuit. This bootstrap pixel circuit has a configuration in which a storage capacitor is connected between a gate G and a source S of a drive transistor. In this bootstrap type pixel circuit, the gate voltage Vgs of the drive transistor Trd is always held in the holding capacitor even if the anode potential (that is, the source potential of the drive transistor) fluctuates due to the time-dependent change of the IV characteristic of the light emitting element. Therefore, the output current Ids corresponding to the gate voltage Vgs can be continuously supplied to the light emitting element without being affected by the IV characteristics of the light emitting element EL. As a result, even if the IV characteristics of the light emitting element are deteriorated, there is no deterioration in screen brightness or image quality such as image sticking.
画素回路は、発光素子のI‐V特性の変動に加え、ドライブトランジスタTrdの特性自体も個々の画素によってばらつきがある。実際には、ポリシリコン又は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1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。そこで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。
In the pixel circuit, in addition to fluctuations in the IV characteristics of the light emitting elements, the characteristics of the drive transistors Trd themselves vary depending on the individual pixels. Actually, thin film transistors (TFTs) composed of semiconductor thin films such as polysilicon or amorphous silicon have variations in individual device characteristics. In particular, the threshold voltage Vth is not constant and varies from pixel to pixel. As apparent from the
上述のようにブートストラップ型の画素回路は、サンプリングトランジスタがオフしてドライブトランジスタのゲートが信号線から切り離されたとき、ドライブトランジスタのソース電位に追従してそのゲート電位が変動するようにブートストラップ動作を行う。ここでソース電位の変動分に対するゲート電位の変動分の比率をブートストラップゲインと呼ぶ。理想的には完全にブートストラップ動作が行われた場合、ソース電位とゲート電位は同じ量だけ上方変動するので、ブートストラップゲインは1となる。しかしながら実際には画素回路に含まれる寄生容量などの影響で、ブートストラップゲインは1にならず、ロスがある。以下本明細書ではこのブートストラップゲインの損失分をブートストラップゲインロス或いはブートストラップロスと呼ぶ場合がある。 As described above, when the sampling transistor is turned off and the gate of the drive transistor is disconnected from the signal line, the bootstrap type pixel circuit follows the source potential of the drive transistor so that the gate potential fluctuates. Perform the action. Here, the ratio of the fluctuation of the gate potential to the fluctuation of the source potential is called a bootstrap gain. Ideally, when the bootstrap operation is performed completely, the source potential and the gate potential fluctuate upward by the same amount, so that the bootstrap gain is 1. However, in reality, the bootstrap gain does not become 1 due to the influence of the parasitic capacitance included in the pixel circuit, and there is a loss. Hereinafter, this bootstrap gain loss may be referred to as bootstrap gain loss or bootstrap loss.
ブートストラップロスの大きさを決めるファクタには寄生容量の他ドライブトランジスタTrdの閾電圧が含まれる。前述したように閾電圧は個々の画素でばらついている。したがって閾電圧Vthのばらつき自体は閾電圧をキャンセルする機能(閾電圧補正機能)で取り除くことが出来るが、ブートストラップロスに残された閾電圧Vthのばらつきの影響はキャンセルすることが出来ない。したがってブートストラップロスがある程度大きいと、この閾電圧Vthのばらつきの影響が現れ、画素毎に発光輝度がばらつき、画面のユニフォーミティを損なうという課題がある。 Factors that determine the magnitude of the bootstrap loss include the threshold voltage of the drive transistor Trd in addition to the parasitic capacitance. As described above, the threshold voltage varies among individual pixels. Therefore, the variation of the threshold voltage Vth itself can be removed by the function of canceling the threshold voltage (threshold voltage correction function), but the influence of the variation of the threshold voltage Vth remaining in the bootstrap loss cannot be canceled. Therefore, if the bootstrap loss is large to some extent, the influence of the variation in the threshold voltage Vth appears, and there is a problem that the light emission luminance varies from pixel to pixel and the uniformity of the screen is impaired.
上述した従来の技術の課題に鑑み、本発明はブートストラップロスを可能な限り抑制して画面のユニフォーミティの高い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の以下の手段を講じた。即ち本発明は、画素アレイ部とこれを駆動して映像を表示する駆動部とを含み、前記画素アレイ部は、行状の走査線と、列状の信号線と、各走査線と各信号線とが交差する部分に配された行列状の画素とを含み、前記駆動部は、各走査線に制御信号を供給するとともに各信号線に映像信号を供給し、各画素は、少なくともサンプリングトランジスタと、ドライブトランジスタと、保持容量と、発光素子とを含み、前記サンプリングトランジスタは、そのゲートが該走査線に接続し、ソース及びドレインが該信号線と該ドライブトランジスタのゲートとの間に接続し、前記ドライブトランジスタは、そのドレインが電源ラインに接続し、そのソースが該発光素子に接続し、前記保持容量は該ドライブトランジスタのゲートとソースとの間に接続している表示装置であって、前記サンプリングトランジスタは、該走査線から供給された制御信号に応じてオンし信号線から供給された映像信号を該保持容量に書き込み、前記ドライブトランジスタは、該保持容量に書き込まれた映像信号に応じた駆動電流を該発光素子に供給し、前記保持容量は、該サンプリングトランジスタがオフして該ドライブトランジスタのゲートが該信号線から切り離された時、該ドライブトランジスタのソース電位に追従してそのゲート電位が変動するようにブードストラップ動作を行い、前記保持容量は、該サンプリングトランジスタのゲート絶縁膜と同層の誘電体膜で構成されているとともに、前記誘電体膜は該ゲート絶縁膜に比べて厚みが小さくなっており、該ソース電位の変動分に対する該ゲート電位の変動分の比率を表すブートストラップゲインの低下を抑制することを特徴とする。 In view of the above-described problems of the conventional technology, an object of the present invention is to provide a display device with high screen uniformity while suppressing bootstrap loss as much as possible. The following measures were taken to achieve this objective. That is, the present invention includes a pixel array unit and a driving unit that drives the pixel array unit to display an image, and the pixel array unit includes a row-shaped scanning line, a column-shaped signal line, each scanning line, and each signal line. And a matrix-like pixel disposed at a portion where the pixel and the pixel cross each other, and the driving unit supplies a control signal to each scanning line and a video signal to each signal line, and each pixel includes at least a sampling transistor and The sampling transistor has a gate connected to the scan line, a source and a drain connected between the signal line and the gate of the drive transistor, and a drive transistor, a storage capacitor, and a light emitting element. The drive transistor has a drain connected to the power supply line, a source connected to the light emitting element, and the storage capacitor connected between the gate and the source of the drive transistor. The sampling transistor is turned on in response to a control signal supplied from the scanning line and writes a video signal supplied from the signal line to the storage capacitor, and the drive transistor is connected to the storage capacitor. A driving current corresponding to the video signal written to the light-emitting element is supplied to the light-emitting element, and the storage capacitor is connected to the drive transistor when the sampling transistor is turned off and the gate of the drive transistor is disconnected from the signal line. A bootstrap operation is performed so that the gate potential fluctuates following the source potential, and the storage capacitor is formed of a dielectric film in the same layer as the gate insulating film of the sampling transistor, and the dielectric film Has a thickness smaller than that of the gate insulating film, and the gate potential with respect to the variation of the source potential is reduced. Characterized in that to suppress a decrease in the bootstrap gain representing the ratio of the dynamic content.
好ましくは前記画素は、該映像信号の書き込みに先立って該ドライブトランジスタの閾電圧に相当する電圧を該保持容量に書き込んでおく閾電圧補正手段を含む。又前記画素は、該映像信号を書き込む際、該ドライブトランジスタに流れる駆動電流を該保持容量に負帰還して、該ドライブトランジスタの移動度に応じた補正を該映像信号にかける移動度補正手段を含む。 Preferably, the pixel includes threshold voltage correction means for writing a voltage corresponding to a threshold voltage of the drive transistor to the storage capacitor prior to writing of the video signal. In addition, when writing the video signal, the pixel negatively feeds back a driving current flowing through the drive transistor to the storage capacitor, and mobility correction means for applying correction according to the mobility of the drive transistor to the video signal. Including.
ブートストラップゲインの損失(即ちブートストラップロス)は画素回路に含まれる寄生容量や保持容量によってその大きさが決まる。原理的には寄生容量が大きいほどブートストラップロスは大きくなる一方、保持容量を大きくするほどブートストラップロスが小さくなり、画面のユニフォーミティが向上する。ここで寄生容量には画素回路に含まれるトランジスタのゲート容量が含まれる。一方保持容量は通常ゲート絶縁膜と同層の誘電体膜で構成されている。そこでゲート絶縁膜に比べて誘電体膜を例えば選択的エッチングで厚みを小さくしている。これによりゲート寄生容量に比べて保持容量は大きくなり、ブートストラップロスを可能な限りなくすことが出来、仮にドライブトランジスタの閾電圧にばらつきがあってもその影響をほとんど受けることなく、画面のユニフォーミティを高めることが出来る。 The loss of the bootstrap gain (that is, the bootstrap loss) is determined by the parasitic capacitance and the holding capacitance included in the pixel circuit. In principle, the larger the parasitic capacitance, the larger the bootstrap loss. On the other hand, the larger the retention capacitance, the smaller the bootstrap loss, and the screen uniformity improves. Here, the parasitic capacitance includes a gate capacitance of a transistor included in the pixel circuit. On the other hand, the storage capacitor is usually composed of a dielectric film in the same layer as the gate insulating film. Therefore, the thickness of the dielectric film is reduced by, for example, selective etching compared to the gate insulating film. This increases the storage capacity compared to the gate parasitic capacity and eliminates the bootstrap loss as much as possible. Even if the threshold voltage of the drive transistor varies, the uniformity of the screen is hardly affected. Can be increased.
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。図1は本発明にかかる表示装置の全体構成を示すブロック図である。図示する様に、本表示装置は基本的に画素アレイ部1とスキャナ部と信号部とで構成されている。画素アレイ部1は、行状に配された第1走査線WS、第2走査線AZ1、第3走査線AZ2及び第4走査線DSと、列状に配された信号線SLと、これらの走査線WS,AZ1,AZ2,DS及び信号線SLに接続した行列状の画素回路2と、各画素回路2の動作に必要な第1電位Vss1,第2電位Vss2及び第3電位Vccを供給する複数の電源線とからなる。信号部は水平セレクタ3からなり、信号線SLに映像信号を供給する。スキャナ部は、ライトスキャナ4、ドライブスキャナ5、第一補正用スキャナ71及び第二補正用スキャナ72からなり、それぞれ第1走査線WS、第4走査線DS、第2走査線AZ1及び第3走査線AZ2に制御信号を供給して順次行毎に画素回路を走査する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of a display device according to the present invention. As shown in the figure, this display device basically includes a
図2は、図1に示した表示装置に組み込まれる画素回路の構成例を示す回路図である。図示する様に画素回路2は、サンプリングトランジスタTr1と、ドライブトランジスタTrdと、第1スイッチングトランジスタTr2と、第2スイッチングトランジスタTr3と、第3スイッチングトランジスタTr4と、保持容量Csと、発光素子ELとを含む。サンプリングトランジスタTr1は、所定のサンプリング期間に第1走査線WSから供給される制御信号に応じ導通して信号線SLから供給された映像信号の信号電位を保持容量Csにサンプリングする。保持容量Csは、サンプリングされた映像信号の信号電位に応じてドライブトランジスタTrdのゲートGに入力電圧Vgsを印加する。ドライブトランジスタTrdは、入力電圧Vgsに応じた出力電流Idsを発光素子ELに供給する。発光素子ELは、所定の発光期間中ドライブトランジスタTrdから供給される出力電流Idsにより映像信号の信号電位に応じた輝度で発光する。
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a configuration example of a pixel circuit incorporated in the display device illustrated in FIG. As illustrated, the
第1スイッチングトランジスタTr2は、サンプリング期間に先立ち第2走査線AZ1から供給される制御信号に応じ導通してドライブトランジスタTrdのゲートGを第1電位Vss1に設定する。第2スイッチングトランジスタTr3は、サンプリング期間に先立ち第3走査線AZ2から供給される制御信号に応じ導通してドライブトランジスタTrdのソースSを第2電位Vss2に設定する。第3スイッチングトランジスタTr4は、サンプリング期間に先立ち第4走査線DSから供給される制御信号に応じ導通してドライブトランジスタTrdを第3電位Vccに接続し、以ってドライブトランジスタTrdの閾電圧Vthに相当する電圧を保持容量Csに保持させて閾電圧Vthの影響を補正する。さらにこの第3スイッチングトランジスタTr4は、発光期間に再び第4走査線DSから供給される制御信号に応じ導通してドライブトランジスタTrdを第3電位Vccに接続して出力電流Idsを発光素子ELに流す。 The first switching transistor Tr2 is turned on in response to a control signal supplied from the second scanning line AZ1 prior to the sampling period, and sets the gate G of the drive transistor Trd to the first potential Vss1. The second switching transistor Tr3 is turned on according to a control signal supplied from the third scanning line AZ2 prior to the sampling period, and sets the source S of the drive transistor Trd to the second potential Vss2. The third switching transistor Tr4 is turned on in response to a control signal supplied from the fourth scanning line DS prior to the sampling period to connect the drive transistor Trd to the third potential Vcc, and thus to the threshold voltage Vth of the drive transistor Trd. The corresponding voltage is held in the holding capacitor Cs to correct the influence of the threshold voltage Vth. Further, the third switching transistor Tr4 conducts again in response to the control signal supplied from the fourth scanning line DS during the light emission period, connects the drive transistor Trd to the third potential Vcc, and causes the output current Ids to flow through the light emitting element EL. .
以上の説明から明らかな様に、本画素回路2は、5個のトランジスタTr1ないしTr4及びTrdと1個の保持容量Csと1個の発光素子ELとで構成されている。トランジスタTr1〜Tr3とTrdはNチャネル型のポリシリコンTFTである。トランジスタTr4のみPチャネル型のポリシリコンTFTである。但し本発明はこれに限られるものではなく、Nチャネル型とPチャネル型のTFTを適宜混在させることが出来る。発光素子ELは例えばアノード及びカソードを備えたダイオード型の有機ELデバイスである。但し本発明はこれに限られるものではなく、発光素子は一般的に電流駆動で発光する全てのデバイスを含む。
As is apparent from the above description, the
図3は、図2に示した表示装置から画素回路2の部分のみを取り出した模式図である。理解を容易にするため、サンプリングトランジスタTr1によってサンプリングされる映像信号Vsigや、ドライブトランジスタTrdの入力電圧Vgs及び出力電流Ids、さらには発光素子ELが有する容量成分Coledなどを書き加えてある。以下図3に基づいて、画素回路2の動作を説明する。
FIG. 3 is a schematic diagram in which only the
図4は、図3に示した画素回路のタイミングチャートである。図4を参照して、図3に示した画素回路の動作を具体的に説明する。図4は、時間軸Tに沿って各走査線WS,AZ1,AZ2及びDSに印加される制御信号の波形を表してある。表記を簡略化する為、制御信号も対応する走査線の符号と同じ符号で表してある。トランジスタTr1,Tr2,Tr3はNチャネル型なので、走査線WS,AZ1,AZ2がそれぞれハイレベルの時オンし、ローレベルの時オフする。一方トランジスタTr4はPチャネル型なので、走査線DSがハイレベルの時オフし、ローレベルの時オンする。なおこのタイミングチャートは、各制御信号WS,AZ1,AZ2,DSの波形と共に、ドライブトランジスタTrdのゲートGの電位変化及びソースSの電位変化も表してある。 FIG. 4 is a timing chart of the pixel circuit shown in FIG. The operation of the pixel circuit shown in FIG. 3 will be specifically described with reference to FIG. FIG. 4 shows the waveforms of control signals applied to the scanning lines WS, AZ1, AZ2 and DS along the time axis T. In order to simplify the notation, the control signals are also represented by the same reference numerals as the corresponding scanning lines. Since the transistors Tr1, Tr2 and Tr3 are N-channel type, they are turned on when the scanning lines WS, AZ1 and AZ2 are at a high level, and turned off when the scanning lines are at a low level. On the other hand, since the transistor Tr4 is a P-channel type, it is turned off when the scanning line DS is at a high level and turned on when it is at a low level. This timing chart also shows the change in the potential of the gate G and the change in the potential of the source S of the drive transistor Trd, along with the waveforms of the control signals WS, AZ1, AZ2, and DS.
図4のタイミングチャートではタイミングT1〜T8までを1フィールド(1f)としてある。1フィールドの間に画素アレイの各行が一回順次走査される。タイミングチャートは、1行分の画素に印加される各制御信号WS,AZ1,AZ2,DSの波形を表してある。 In the timing chart of FIG. 4, timings T1 to T8 are defined as one field (1f). Each row of the pixel array is sequentially scanned once during one field. The timing chart shows the waveforms of the control signals WS, AZ1, AZ2, DS applied to the pixels for one row.
当該フィールドが始まる前のタイミングT0で、全ての制御線号WS,AZ1,AZ2,DSがローレベルにある。したがってNチャネル型のトランジスタTr1,Tr2,Tr3はオフ状態にある一方、Pチャネル型のトランジスタTr4のみオン状態である。したがってドライブトランジスタTrdはオン状態のトランジスタTr4を介して電源Vccに接続しているので、所定の入力電圧Vgsに応じて出力電流Idsを発光素子ELに供給している。したがってタイミングT0で発光素子ELは発光している。この時ドライブトランジスタTrdに印加される入力電圧Vgsは、ゲート電位(G)とソース電位(S)の差で表される。 At timing T0 before the field starts, all control line numbers WS, AZ1, AZ2, DS are at a low level. Therefore, the N-channel transistors Tr1, Tr2, Tr3 are in the off state, while only the P-channel transistor Tr4 is in the on state. Therefore, since the drive transistor Trd is connected to the power supply Vcc via the transistor Tr4 in the on state, the output current Ids is supplied to the light emitting element EL according to the predetermined input voltage Vgs. Therefore, the light emitting element EL emits light at the timing T0. At this time, the input voltage Vgs applied to the drive transistor Trd is expressed by the difference between the gate potential (G) and the source potential (S).
当該フィールドが始まるタイミングT1で、制御信号DSがローレベルからハイレベルに切り替わる。これによりトランジスタTr4がオフし、ドライブトランジスタTrdは電源Vccから切り離されるので、発光が停止し非発光期間に入る。したがってタイミングT1に入ると、全てのトランジスタTr1〜Tr4がオフ状態になる。 At the timing T1 when the field starts, the control signal DS is switched from the low level to the high level. As a result, the transistor Tr4 is turned off and the drive transistor Trd is disconnected from the power supply Vcc, so that the light emission stops and the non-light emission period starts. Therefore, at the timing T1, all the transistors Tr1 to Tr4 are turned off.
続いてタイミングT2に進むと、制御信号AZ1及びAZ2がハイレベルになるので、スイッチングトランジスタTr2及びTr3がオンする。この結果、ドライブトランジスタTrdのゲートGが基準電位Vss1に接続し、ソースSが基準電位Vss2に接続される。ここでVss1−Vss2>Vthを満たしており、Vss1−Vss2=Vgs>Vthとする事で、その後タイミングT3で行われるVth補正の準備を行う。換言すると期間T2‐T3は、ドライブトランジスタTrdのリセット期間に相当する。また、発光素子ELの閾電圧をVthELとすると、VthEL>Vss2に設定されている。これにより、発光素子ELにはマイナスバイアスが印加され、いわゆる逆バイアス状態となる。この逆バイアス状態は、後で行うVth補正動作及び移動度補正動作を正常に行うために必要である。 Subsequently, at timing T2, since the control signals AZ1 and AZ2 are at a high level, the switching transistors Tr2 and Tr3 are turned on. As a result, the gate G of the drive transistor Trd is connected to the reference potential Vss1, and the source S is connected to the reference potential Vss2. Here, Vss1−Vss2> Vth is satisfied, and by setting Vss1−Vss2 = Vgs> Vth, preparation for Vth correction performed at timing T3 is performed. In other words, the period T2-T3 corresponds to a reset period of the drive transistor Trd. Further, when the threshold voltage of the light emitting element EL is VthEL, VthEL> Vss2 is set. Thereby, a minus bias is applied to the light emitting element EL, and a so-called reverse bias state is obtained. This reverse bias state is necessary for normally performing the Vth correction operation and the mobility correction operation to be performed later.
タイミングT3では制御信号AZ2をローレベルにし且つ直後制御信号DSもローレベルにしている。これによりトランジスタTr3がオフする一方トランジスタTr4がオンする。この結果ドレイン電流Idsが保持容量Csに流れ込み、Vth補正動作を開始する。この時ドライブトランジスタTrdのゲートGはVss1に保持されており、ドライブトランジスタTrdがカットオフするまで電流Idsが流れる。カットオフするとドライブトランジスタTrdのソース電位(S)はVss1−Vthとなる。ドレイン電流がカットオフした後のタイミングT4で制御信号DSを再びハイレベルに戻し、スイッチングトランジスタTr4をオフする。さらに制御信号AZ1もローレベルに戻し、スイッチングトランジスタTr2もオフする。この結果、保持容量CsにVthが保持固定される。この様にタイミングT3‐T4はドライブトランジスタTrdの閾電圧Vthを検出する期間である。ここでは、この検出期間T3‐T4をVth補正期間と呼んでいる。 At timing T3, the control signal AZ2 is set to the low level, and the control signal DS is also set to the low level. As a result, the transistor Tr3 is turned off while the transistor Tr4 is turned on. As a result, the drain current Ids flows into the storage capacitor Cs, and the Vth correction operation is started. At this time, the gate G of the drive transistor Trd is held at Vss1, and the current Ids flows until the drive transistor Trd is cut off. When cut off, the source potential (S) of the drive transistor Trd becomes Vss1-Vth. At timing T4 after the drain current is cut off, the control signal DS is returned to the high level again, and the switching transistor Tr4 is turned off. Further, the control signal AZ1 is also returned to the low level, and the switching transistor Tr2 is also turned off. As a result, Vth is held and fixed in the holding capacitor Cs. Thus, the timing T3-T4 is a period for detecting the threshold voltage Vth of the drive transistor Trd. Here, this detection period T3-T4 is called a Vth correction period.
この様にVth補正を行った後タイミングT5で制御信号WSをハイレベルに切り替え、サンプリングトランジスタTr1をオンして映像信号Vsigを保持容量Csに書き込む。発光素子ELの等価容量Coledに比べて保持容量Csは充分に小さい。この結果、映像信号Vsigのほとんど大部分が保持容量Csに書き込まれる。正確には、Vss1に対する。Vsigの差分Vsig−Vss1が保持容量Csに書き込まれる。したがってドライブトランジスタTrdのゲートGとソースS間の電圧Vgsは、先に検出保持されたVthと今回サンプリングされたVsig−Vss1を加えたレベル(Vsig−Vss1+Vth)となる。以降説明簡易化の為Vss1=0Vとすると、ゲート/ソース間電圧Vgsは図4のタイミングチャートに示すようにVsig+Vthとなる。かかる映像信号Vsigのサンプリングは制御信号WSがローレベルに戻るタイミングT6まで行われる。すなわちタイミングT5‐T6がサンプリング期間に相当する。 After performing the Vth correction in this way, the control signal WS is switched to the high level at timing T5, the sampling transistor Tr1 is turned on, and the video signal Vsig is written in the storage capacitor Cs. The storage capacitor Cs is sufficiently smaller than the equivalent capacitor Coled of the light emitting element EL. As a result, most of the video signal Vsig is written in the storage capacitor Cs. To be precise, for Vss1. The difference Vsig−Vss1 of Vsig is written to the storage capacitor Cs. Therefore, the voltage Vgs between the gate G and the source S of the drive transistor Trd becomes a level (Vsig−Vss1 + Vth) obtained by adding Vth previously detected and held and Vsig−Vss1 sampled this time. In the following description, assuming Vss1 = 0V for simplification of explanation, the gate / source voltage Vgs becomes Vsig + Vth as shown in the timing chart of FIG. The sampling of the video signal Vsig is performed until timing T6 when the control signal WS returns to the low level. That is, the timing T5-T6 corresponds to the sampling period.
続いてタイミングT7で制御信号DSがローレベルとなりスイッチングトランジスタTr4がオンする。これによりドライブトランジスタTrdが電源Vccに接続されるので、画素回路は非発光期間から発光期間に進む。その前のタイミングT6で制御信号WSがローレベルとなりサンプリングトランジスタTr1は既にオフしている。この為ドライブトランジスタTrdのゲートGは信号線SLから切り離されている。映像信号Vsigの印加が解除されているので、スイッチングトランジスタTr4のオンと共に、ドライブトランジスタTrdのゲート電位(G)は上昇可能となり、ソース電位(S)と共に上昇していく。なお本実施形態の画素回路はドライブトランジスタTrdのソースと発光素子ELのアノードとが接続している。その為、ドライブトランジスタTrdのソース電位(S)は同時に発光素子ELのアノード電位Vaでもある。図4のタイミングチャートは、この発光素子ELのアノード電位Vaも示してある。この発光期間は次のフィールドに入る前のタイミングT8で終わる。 Subsequently, at timing T7, the control signal DS becomes low level and the switching transistor Tr4 is turned on. As a result, the drive transistor Trd is connected to the power supply Vcc, so that the pixel circuit proceeds from the non-light emitting period to the light emitting period. At the previous timing T6, the control signal WS becomes low level, and the sampling transistor Tr1 is already turned off. For this reason, the gate G of the drive transistor Trd is disconnected from the signal line SL. Since the application of the video signal Vsig is cancelled, the gate potential (G) of the drive transistor Trd can be increased with the switching transistor Tr4 being turned on, and is increased with the source potential (S). In the pixel circuit of this embodiment, the source of the drive transistor Trd and the anode of the light emitting element EL are connected. Therefore, the source potential (S) of the drive transistor Trd is also the anode potential Va of the light emitting element EL. The timing chart of FIG. 4 also shows the anode potential Va of the light emitting element EL. This light emission period ends at the timing T8 before entering the next field.
上述したようにタイミングT7では、ドライブトランジスタTrdのゲート電位(G)が上昇可能となり、これと連動してソース電位(S)が上昇していく。これがブートストラップ動作である。このブートストラップ動作の間、保持容量Csに保持されたゲート/ソース間電圧Vgsは(Vsig+Vth)の値を維持する。つまりこのブートストラップ動作は、保持容量Csに保持されたVgsを一定に維持したまま、発光素子ELのアノード電位Vaの上昇を可能にするものである。ドライブトランジスタのソース電位(S)の上昇即ち発光素子ELのアノード電位Vaの上昇に伴い、発光素子ELの逆バイアス状態は解消されるので、出力電流Idsの流入により発光素子ELは実際に発光を開始する。このときのドレイン電流Ids対ゲート電圧Vgsの関係は、先のトランジスタ特性式1のVgsにVsig+Vthを代入することで、以下の式2のように与えられる。
Ids=k・μ(Vgs−Vth)2=K・μ(Vsig)2・・・式2
上記式2において、k=(1/2)(W/L)Coxである。この特性式2からVthの項がキャンセルされており、発光素子ELに供給される出力電流IdsはドライブトランジスタTrdの閾電圧Vthに依存しないことがわかる。基本的にドレイン電流Idsは映像信号の信号電圧Vsigによって決まる。換言すると、発光素子ELは映像信号Vsigに応じた輝度で発光することになる。加えて本画素回路はドライブトランジスタのソース電位即ち発光素子のアノード電位Vaに依存することなく、常にゲート電圧Vgsを一定に維持している。このブートストラップ機能のため、本画素回路は発光素子ELのI‐V特性の経時変動の影響を受けることなく、画面輝度を安定的に維持することが出来る。
As described above, at the timing T7, the gate potential (G) of the drive transistor Trd can be increased, and the source potential (S) is increased in conjunction with this. This is the bootstrap operation. During this bootstrap operation, the gate / source voltage Vgs held in the holding capacitor Cs maintains the value of (Vsig + Vth). In other words, this bootstrap operation enables the anode potential Va of the light emitting element EL to be increased while keeping Vgs held in the holding capacitor Cs constant. As the source potential (S) of the drive transistor increases, that is, the anode potential Va of the light emitting element EL increases, the reverse bias state of the light emitting element EL is canceled. Start. The relationship between the drain current Ids and the gate voltage Vgs at this time is given by the
Ids = k · μ (Vgs−Vth) 2 = K · μ (Vsig) 2
In the
この様にブートストラップ機能及び閾電圧補正機能を組み込んだ本画素回路でも、なお解決すべき課題がある。この点につき、本発明の説明に入る前に、図5を参照して簡潔に説明する。図5は、図2に示した表示装置から画素回路一個分を取り出した模式図である。基本的には図3に示した画素回路の模式図と同じであるが、説明の都合上寄生容量Cpも加えてある。薄膜トランジスタはそのゲートとソースの間に寄生容量Cpが存在している。本画素回路では特にサンプリングトランジスタTr1やスイッチングトランジスタTr2の寄生容量Cpが、ドライブトランジスタTrdの動作に悪影響を与えている。具体的には、これらのトランジスタTr1,Tr2の寄生容量Cpにより、ブートストラップ動作で電圧ロスが生じ、これがドライブトランジスタTrdの閾電圧Vthのばらつきと絡み合って、画面上に輝度差が生じてしまう。理想的なブートストラップ動作では、ドライブトランジスタのソース電位の上昇分とゲート電位の上昇分とが完全に同じで、ゲート電圧Vgsが一定に維持される。即ちブートストラップゲインが1になることが理想である。しかしながら実際には寄生容量Cpの影響でブートストラップゲインにロスが生じ、その分だけゲート電位はソース電位に比べて上昇分が少ない。ここで問題となるのは、このブートストラップゲインロスが画素間で一定ではなく、個々の画素回路のドライブトランジスタの閾電圧Vthの影響を受けてばらつくことである。このブートストラップゲインロスのばらつきにより、画面上で画素間に輝度差が生じ、ユニフォーミティを損ねている。 As described above, the pixel circuit incorporating the bootstrap function and the threshold voltage correction function still has problems to be solved. This point will be briefly described with reference to FIG. 5 before describing the present invention. FIG. 5 is a schematic view of one pixel circuit extracted from the display device shown in FIG. Although it is basically the same as the schematic diagram of the pixel circuit shown in FIG. 3, a parasitic capacitance Cp is also added for convenience of explanation. A thin film transistor has a parasitic capacitance Cp between its gate and source. In this pixel circuit, in particular, the parasitic capacitance Cp of the sampling transistor Tr1 and the switching transistor Tr2 adversely affects the operation of the drive transistor Trd. Specifically, a voltage loss occurs in the bootstrap operation due to the parasitic capacitance Cp of these transistors Tr1 and Tr2, and this is entangled with variations in the threshold voltage Vth of the drive transistor Trd, resulting in a luminance difference on the screen. In an ideal bootstrap operation, the increase in the source potential of the drive transistor and the increase in the gate potential are completely the same, and the gate voltage Vgs is kept constant. In other words, the bootstrap gain is ideally 1. However, in reality, a loss occurs in the bootstrap gain due to the influence of the parasitic capacitance Cp, and the increase in the gate potential is less than that in the source potential. The problem here is that this bootstrap gain loss is not constant between pixels but varies due to the influence of the threshold voltage Vth of the drive transistor of each pixel circuit. Due to the variation in the bootstrap gain loss, a luminance difference is generated between pixels on the screen, and uniformity is impaired.
引き続き図5を参照してブートストラップゲインロスに付き詳細に説明にする。信号電圧Vsigを書き込んだ後のドライブトランジスタTrdのゲート/ソース間電圧Vgsは、予めVth補正を行っているため、Vgs=Vsig−Vss1+Vthとなる。次にサンプリングトランジスタTr1をオフした後スイッチングトランジスタTr4をオンすることで、ドライブトランジスタTrdが電源Vccに接続し、ドレイン電流Idsが発光素子ELに流れる。このときドレイン電流Idsに相当する電圧が発光素子ELのアノード端子に印加される。図4のタイミングチャートでは、このときのアノード電圧(ドライブトランジスタのソース電圧)をVaで表してある。よって、発光動作時には、ドライブトランジスタのソース電圧はVa−Vss1+Vthだけ上昇する。一方、ドライブトランジスタTrdのゲート電圧は寄生容量Cpがあるため、その上昇分は(Va−Vss1+Vth)×Cs/(Cs+Cp)となる。以上により、ブートストラップ動作後のVgsは以下の式3で表される。またこのVgsに対応するドレイン電流Idsは以下の式4で与えられる。但し下記の式3では、簡単のためVss1を0Vにしている。
Vgs=Vsig−Vss1+Vth−
(Va−Vss1+Vth)・Cp/(Cs+Cp)
=Vsig+Vth−(Va+Vth)・Cp/(Cs+Cp)・・・(3)
Ids=k・μ(Vsig−(Va+Vth)・Cp/(Cs+Cp))2・(4)
The bootstrap gain loss will be described in detail with reference to FIG. The gate-source voltage Vgs of the drive transistor Trd after the signal voltage Vsig is written is Vgs = Vsig−Vss1 + Vth because Vth correction is performed in advance. Next, when the sampling transistor Tr1 is turned off and then the switching transistor Tr4 is turned on, the drive transistor Trd is connected to the power supply Vcc, and the drain current Ids flows through the light emitting element EL. At this time, a voltage corresponding to the drain current Ids is applied to the anode terminal of the light emitting element EL. In the timing chart of FIG. 4, the anode voltage (source voltage of the drive transistor) at this time is represented by Va. Therefore, during the light emission operation, the source voltage of the drive transistor increases by Va−Vss1 + Vth. On the other hand, since the gate voltage of the drive transistor Trd has a parasitic capacitance Cp, the increase is (Va−Vss1 + Vth) × Cs / (Cs + Cp). As described above, Vgs after the bootstrap operation is expressed by
Vgs = Vsig−Vss1 + Vth−
(Va−Vss1 + Vth) · Cp / (Cs + Cp)
= Vsig + Vth- (Va + Vth) .Cp / (Cs + Cp) (3)
Ids = k · μ (Vsig− (Va + Vth) · Cp / (Cs + Cp)) 2 · (4)
ブートストラップ後のVgsを表す上記式3は、その三項目にブートストラップゲインロス項を含んでおり、理想的な値よりも小さくなる。このブートストラップゲインロス項を見ると、Cp/(Cs+Cp)を係数部として変数VaとVthを含んでいる。一般に画素間で発光素子特性にそれほどばらつきはないので、アノード電位Vaのばらつきは無視できる。これに対しドライブトランジスタの閾電圧Vthは画素毎にばらついてしまう。この為ブートストラップゲインロス項は画素毎にばらつき、発光輝度が画素間で一様にならない。
The
一般的に保持容量Csは200fF程度であり寄生容量Cpは5fF程度である。よってブートストラップゲインロスCp/(Cs+Cp)は約2.5%である。この為Vthばらつきの2.5%程度のばらつきが数式4で示した発光電流Idsに含まれてしまう。例えばドライブトランジスタTrdのVthばらつきの最小最大幅が2Vであったとすると、ブートストラップゲインロスによるVgsばらつきは50mVとなる。ここで画面ユニフォーミティーが最も目立つ白表示の時Vgs=2Vとすると、50mVの差による輝度ばらつきは約5%となり、目視されてしまう。これによりパネルの歩留りが低下してしまう。一般に、製造プロセス上ドライブトランジスタVthのばらつきは画面でスジ状に分布する。よって画面にスジ状のムラが生じ、パネルの歩留りが低下してしまう。
Generally, the holding capacitor Cs is about 200 fF, and the parasitic capacitance Cp is about 5 fF. Therefore, the bootstrap gain loss Cp / (Cs + Cp) is about 2.5%. For this reason, a variation of about 2.5% of the Vth variation is included in the light emission current Ids expressed by
ドライブトランジスタの閾電圧Vthのばらつきを小さくすることは、デバイス構造上及び製造プロセス上困難が伴う。よってVgsばらつきの要因となるブートストラップロスにVthばらつきのファクタが入ることは避けられない。この場合ブートストラップロスを可能な限り小さくすることで、Vthばらつきの影響もその分小さくすることが出来る。前述したようにブートストラップロスはCp/(Cs+Cp)で決まる。この式から明らかなように保持容量Csを大きくすることで、ブートストラップロスを小さくすることが出来る。例えば従来保持容量Csが200fF程度であったものを、400fFまで大容量化すれば、ブートストラップロスは従来の2.5%からおよそその半分に抑えられる。よってVthばらつきによる輝度のムラは従来の約5%からその半分の2.5%程度になる。一般に白階調のユニフォーミティで目視される輝度差は2〜3%であるので、上述したように保持容量Csを少なくとも従来より倍増すればブートストラップロスによる輝度ばらつきはほとんど視認出来ないレベルにすることが可能である。これによりパネルの製造歩留を改善することが出来る。 It is difficult to reduce the variation of the threshold voltage Vth of the drive transistor in terms of device structure and manufacturing process. Therefore, it is inevitable that a factor of Vth variation is included in the bootstrap loss that causes Vgs variation. In this case, by reducing the bootstrap loss as much as possible, the influence of Vth variation can be reduced accordingly. As described above, the bootstrap loss is determined by Cp / (Cs + Cp). As apparent from this equation, the bootstrap loss can be reduced by increasing the storage capacitor Cs. For example, if the conventional storage capacitor Cs is about 200 fF and the capacity is increased to 400 fF, the bootstrap loss can be suppressed to about half of the conventional 2.5%. Therefore, the luminance unevenness due to Vth variation is about 2.5%, which is about 5% of the conventional one. In general, the luminance difference visually observed with a uniformity of white gradation is 2 to 3%. Therefore, as described above, when the storage capacitor Cs is at least doubled compared to the conventional case, the luminance variation due to the bootstrap loss is hardly visible. It is possible. Thereby, the manufacturing yield of the panel can be improved.
通常画素回路の保持容量Csは、サンプリングトランジスタTr1のゲート絶縁膜と同層の誘電体膜で構成されている。本発明の特徴事項として、この誘電体膜はゲート絶縁膜に比べて厚みが小さくなっており、その分保持容量Csはその容量値が大きくなっている。これによりブートストラップゲインの低下を抑制することが出来、ユニフォーミティの改善につながる。図5に示した通り、ブートストラップゲインに悪影響を与える寄生容量Cpは、サンプリングトランジスタTr1のゲート容量とスイッチングトランジスタTr2のゲート容量である。これに対しスイッチングトランジスタTr3やTr4は直接ドライブトランジスタTrdのゲートに接続していないので、その寄生容量は問題とならない。したがってスイッチングトランジスタTr3やTr4のゲート絶縁膜は、保持容量Csの誘電体膜と同じように薄くしても構わない。もちろんサンプリングトランジスタTr1やスイッチングトランジスタTr2と同様に、スイッチングトランジスタTr3やTr4のゲート絶縁膜も厚いままであっても良い。なお場合によっては発光素子ELの等価容量Coledを補助するため、発光素子ELと並行に補助容量Csubを接続する場合がある。この場合補助容量Csubは保持容量Csと同じく、その誘電体膜を薄くしても良い。あるいは補助容量Csubはブートストラップゲインに関与しないので、その誘電体膜の厚みは大きいままでも良い。 The storage capacitor Cs of the normal pixel circuit is composed of a dielectric film that is the same layer as the gate insulating film of the sampling transistor Tr1. As a feature of the present invention, the dielectric film has a smaller thickness than the gate insulating film, and the capacitance value of the storage capacitor Cs is increased accordingly. As a result, a decrease in bootstrap gain can be suppressed, leading to improvement in uniformity. As shown in FIG. 5, the parasitic capacitance Cp that adversely affects the bootstrap gain is the gate capacitance of the sampling transistor Tr1 and the gate capacitance of the switching transistor Tr2. On the other hand, since the switching transistors Tr3 and Tr4 are not directly connected to the gate of the drive transistor Trd, the parasitic capacitance is not a problem. Therefore, the gate insulating films of the switching transistors Tr3 and Tr4 may be made as thin as the dielectric film of the storage capacitor Cs. Of course, like the sampling transistor Tr1 and the switching transistor Tr2, the gate insulating films of the switching transistors Tr3 and Tr4 may remain thick. In some cases, an auxiliary capacitor Csub may be connected in parallel with the light emitting element EL in order to assist the equivalent capacitor Coled of the light emitting element EL. In this case, the auxiliary capacitor Csub may have a thin dielectric film like the storage capacitor Cs. Alternatively, since the auxiliary capacitor Csub does not participate in the bootstrap gain, the thickness of the dielectric film may remain large.
図6は、図1及び図2に示した本発明にかかる表示装置に含まれる画素のデバイス構造を示す模式的な断面図である。理解を容易にするため、サンプリングトランジスタTr1と保持容量Csの部分を表している。図示しないが、これらトランジスタTr1や保持容量Csの上には、有機EL発光層をアノード電極とカソード電極で挟んだ積層型の発光素子が配されている。 FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the device structure of a pixel included in the display device according to the present invention shown in FIGS. 1 and 2. In order to facilitate understanding, the portions of the sampling transistor Tr1 and the storage capacitor Cs are shown. Although not shown, a laminated light emitting element in which an organic EL light emitting layer is sandwiched between an anode electrode and a cathode electrode is disposed on the transistor Tr1 and the storage capacitor Cs.
続いて図6を参照して、サンプリングトランジスタTr1及び保持容量Csの製造方法を説明する。まずガラス基板40の上にサンプリングトランジスタTr1のゲート電極41を形成する。この時同時に保持容量Csの下側電極41aを形成する。この下側電極41aは図示しないがドライブトランジスタTrdのソースSに接続する。具体的なプロセスとしては、スパッタ法などでゲート電極41及び下側電極41aとなるMoなどの高融点金属を100nm程度成膜する。この高融点金属をリソグラフィー技術とドライエッチングもしくはウェットエッチングで所定の形状にパタニングし、サンプリングトランジスタTr1のゲート電極41及び保持容量Csの下側電極41aに加工する。
Next, a method for manufacturing the sampling transistor Tr1 and the storage capacitor Cs will be described with reference to FIG. First, the
さらにその上に、減圧化学気相成長法(LP‐CVD法)、プラズマCVD法、スパッタ法などにより、ゲート絶縁膜となるチッ化シリコン膜42を100nm程度成膜する。さらにその上にLP‐CVD法、プラズマCVD法、スパッタ法などにより、ゲート絶縁膜となる酸化シリコン膜43を同じく100nm程度成膜する。ここでドライエッチングあるいはウェットエッチングで、選択的に酸化シリコン膜43を保持容量Csの下側電極41aの上から除去する。この結果、サンプリングトランジスタTr1のゲート絶縁膜はチッ化シリコン膜42と酸化シリコン膜43の二層構造となり、厚みは200nm程度である。これに対し保持容量Csの誘電体膜はチッ化シリコン膜42のみからなり、その厚みは100nm程度である。この様に、ゲート絶縁膜を二層構造とし、保持容量Csの下側電極41aの上から一層のみを選択的に除去することで、誘電体膜を薄膜化することが出来る。但し本発明はこれに限られるものではなく、単層のゲート絶縁膜の厚みの一部を選択的にエッチングすることで、薄膜化しても良い。
Further, a silicon nitride film 42 to be a gate insulating film is formed to a thickness of about 100 nm by low pressure chemical vapor deposition (LP-CVD), plasma CVD, sputtering, or the like. Further, a
さらにゲート絶縁膜及び誘電体膜に重ねて、薄膜トランジスタの活性層となる半導体薄膜44を例えば40nm程度の厚みで堆積する。本例では半導体薄膜44として非晶質シリコン(アモルファスシリコン)を堆積している。これに代え、比較的粒径の小さい多結晶シリコン(ポリシリコン)を堆積しても良い。堆積した半導体薄膜44を所定の形状にパタニングして、サンプリングトランジスタTr1の素子領域とする。その際半導体薄膜44の一部は保持容量Csの下側電極41aの上部まで延設されており保持容量Csの上側電極44aとなる。この後エキシマレーザでパルス状のレーザ光を照射し、非晶質シリコンあるいは比較的粒径の小さな多結晶シリコンからなる半導体薄膜44を、比較的粒径の大きな多結晶シリコンに転換する。これにより多結晶シリコンの粒径は例えば、300〜400nm程度まで拡大される。続いて所定のマスクを介して多結晶化された半導体薄膜44に不純物を注入し、ソース領域S及びドレイン領域Dを形成する。マスクにより不純物が注入されなかった部分が、チャネル領域CHとして残される。このチャネル領域CHはほぼゲート電極41に整合している。図から明らかな様に、サンプリングトランジスタTr1のドレイン領域Dはそのまま延設して保持容量Csの上側電極44aとなっている。
Further, a semiconductor
この様にして作成されたサンプリングトランジスタTr1及び保持容量Csを被覆するように、絶縁膜45を成膜する。例えば酸化シリコンをCVDで300nm程度堆積する。この絶縁膜45にソース領域S及びドレイン領域Dに連通するコンタクトホールをエッチングで開口する。この絶縁膜45の上にアルミニウムもしくはアルミニウムとシリコンの化合物からなる金属膜を、例えばスパッタ法で500nm程度成膜する。成膜した金属を所定のマスクによりパタニングして、サンプリングトランジスタTr1の配線46S,46Dに加工する。サンプリングトランジスタTr1のソースSに接続した配線46Sは、図示しない信号配線につながっている。一方サンプリングトランジスタTr1のドレイン領域Dに接続した配線46Dは、図示しないがドライブトランジスタTrdのゲートGに接続している。
An insulating
図7は、本発明にかかる表示装置に含まれる画素のデバイス構造の他の例を示す模式的な断面図である。図6に示したデバイス構造は多結晶シリコン薄膜トランジスタを用いているが、本例は非晶質シリコン薄膜トランジスタの例である。まずガラス基板50上に1%程度のネオジュウムが添加されたアルミニウム(膜厚300nm)とその上層のモリブデン(膜厚50nm)とのニ層構造の金属からなるゲート電極51をパタニング形成する。この時同時に保持容量Csの下側電極51aも同じ金属材料でパタニング形成する。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing another example of the device structure of a pixel included in the display device according to the present invention. Although the device structure shown in FIG. 6 uses a polycrystalline silicon thin film transistor, this example is an example of an amorphous silicon thin film transistor. First, a
その後プラズマCVD法により、チッ化シリコン膜52を約100nm程度の膜厚に形成し、引き続き酸化シリコン膜53を同じく100nm程度の膜厚に形成する。これにより、チッ化シリコン膜52とその上層の酸化シリコン膜53とからなるニ層構造のゲート絶縁膜を得る。この後酸化シリコン膜53を保持容量Csの下側電極51aの上から除去し、誘電体膜を薄膜化する。続いて酸化シリコン膜53の上に、非晶質シリコン(アモルファスシリコン)からなるチャネル層54を例えば50nmの膜厚で形成する。このチャネル層54の形成に引き続き、チャネル層54内の水素を脱利させるための熱処理を行う。この熱処理に引き続き、チャネル層54の表面に対して水素化処理を行う。この水素化処理としては水素ガスプラズマにチャネル層54を晒す水素プラズマ処理が行われる。続いてプラズマCVD法により、チャネル層54の上にチッ化シリコンからなる保護ストッパ層57を200nmの膜厚に形成する。続いてフォトリソグラフィー工程とエッチング工程を経ることによって、ゲート電極51の直上のみに保護ストッパ層57を残すようにパタニングする。
Thereafter, a silicon nitride film 52 is formed to a thickness of about 100 nm by plasma CVD, and a silicon oxide film 53 is subsequently formed to a thickness of about 100 nm. As a result, a gate insulating film having a two-layer structure composed of the silicon nitride film 52 and the silicon oxide film 53 formed thereon is obtained. Thereafter, the silicon oxide film 53 is removed from the
その後パタニングされた保護ストッパ層57を覆う状態で、チャネル層54の上にリンを含むn型アモルファスシリコン膜58を約50nm程度の膜厚に形成する。その後フォトリソグラフィーとエッチングプロセスを経て、n型アモルファスシリコン膜58とその下層のチャネル層54とを島状にパタニングする。続いてn型アモルファスシリコン膜58を覆う状態で、ソース/ドレイン電極膜56をスパッタ法によって形成する。その後ソース/ドレイン電極膜56をパタニングすることによって、ソース電極56Sとドレイン電極56Dとを形成する。この時ドレイン電極56Dは保持容量Csの下側電極51aの上部まで延設されており、保持容量Csの上側電極56aとなっている。以上の工程により、保護ストッパ層57によってチャネル層54が保護されたアモルファスシリコン薄膜トランジスタTr1が形成される。この薄膜トランジスタTr1は、酸化シリコン膜53を表面層としたゲート絶縁膜上に、アモルファスシリコンからなるチャネル層54を備えたボトムゲート型の薄膜トランジスタとなる。このとき同時に保持容量Csも形成される。図から明らかなように保持容量Csの誘電体膜の厚みは、サンプリングトランジスタTr1のゲート絶縁膜の厚みよりも薄膜化されている。
Thereafter, an n-type
図8は、図2及び図3に示した表示装置の駆動方法の他の例を示すタイミングチャートである。図4に示したタイミングチャートと同様の表記を採用して理解を容易にしている。図4に示した駆動方法と異なる点は、本駆動方法が閾電圧補正動作及びブートストラップ動作に加え、移動度補正動作を行っていることである。以下、図8に示した駆動方法を詳細に説明する。当該フィールドが始まる前のタイミングT0で、全ての制御線号WS,AZ1,AZ2,DSがローレベルにある。したがってNチャネル型のトランジスタTr1,Tr2,Tr3はオフ状態にある一方、Pチャネル型のトランジスタTr4のみオン状態である。したがってドライブトランジスタTrdはオン状態のトランジスタTr4を介して電源Vccに接続しているので、所定の入力電圧Vgsに応じて出力電流Idsを発光素子ELに供給している。したがってタイミングT0で発光素子ELは発光している。この時ドライブトランジスタTrdに印加される入力電圧Vgsは、ゲート電位(G)とソース電位(S)の差で表される。 FIG. 8 is a timing chart showing another example of a method for driving the display device shown in FIGS. The notation similar to the timing chart shown in FIG. 4 is employed to facilitate understanding. The difference from the driving method shown in FIG. 4 is that this driving method performs a mobility correction operation in addition to the threshold voltage correction operation and the bootstrap operation. Hereinafter, the driving method shown in FIG. 8 will be described in detail. At timing T0 before the field starts, all control line numbers WS, AZ1, AZ2, DS are at a low level. Therefore, the N-channel transistors Tr1, Tr2, Tr3 are in the off state, while only the P-channel transistor Tr4 is in the on state. Therefore, since the drive transistor Trd is connected to the power supply Vcc via the transistor Tr4 in the on state, the output current Ids is supplied to the light emitting element EL according to the predetermined input voltage Vgs. Therefore, the light emitting element EL emits light at the timing T0. At this time, the input voltage Vgs applied to the drive transistor Trd is expressed by the difference between the gate potential (G) and the source potential (S).
当該フィールドが始まるタイミングT1で、制御信号DSがローレベルからハイレベルに切り替わる。これによりトランジスタTr4がオフし、ドライブトランジスタTrdは電源Vccから切り離されるので、発光が停止し非発光期間に入る。したがってタイミングT1に入ると、全てのトランジスタTr1〜Tr4がオフ状態になる。 At the timing T1 when the field starts, the control signal DS is switched from the low level to the high level. As a result, the transistor Tr4 is turned off and the drive transistor Trd is disconnected from the power supply Vcc, so that the light emission stops and the non-light emission period starts. Therefore, at the timing T1, all the transistors Tr1 to Tr4 are turned off.
続いてタイミングT2に進むと、制御信号AZ1及びAZ2がハイレベルになるので、スイッチングトランジスタTr2及びTr3がオンする。この結果、ドライブトランジスタTrdのゲートGが基準電位Vss1に接続し、ソースSが基準電位Vss2に接続される。ここでVss1−Vss2>Vthを満たしており、Vss1−Vss2=Vgs>Vthとする事で、その後タイミングT3で行われるVth補正の準備を行う。換言すると期間T2‐T3は、ドライブトランジスタTrdのリセット期間に相当する。また、発光素子ELの閾電圧をVthELとすると、VthEL>Vss2に設定されている。これにより、発光素子ELにはマイナスバイアスが印加され、いわゆる逆バイアス状態となる。この逆バイアス状態は、後で行うVth補正動作及び移動度補正動作を正常に行うために必要である。 Subsequently, at timing T2, since the control signals AZ1 and AZ2 are at a high level, the switching transistors Tr2 and Tr3 are turned on. As a result, the gate G of the drive transistor Trd is connected to the reference potential Vss1, and the source S is connected to the reference potential Vss2. Here, Vss1−Vss2> Vth is satisfied, and by setting Vss1−Vss2 = Vgs> Vth, preparation for Vth correction performed at timing T3 is performed. In other words, the period T2-T3 corresponds to a reset period of the drive transistor Trd. Further, when the threshold voltage of the light emitting element EL is VthEL, VthEL> Vss2 is set. Thereby, a minus bias is applied to the light emitting element EL, and a so-called reverse bias state is obtained. This reverse bias state is necessary for normally performing the Vth correction operation and the mobility correction operation to be performed later.
タイミングT3では制御信号AZ2をローレベルにし且つ直後制御信号DSもローレベルにしている。これによりトランジスタTr3がオフする一方トランジスタTr4がオンする。この結果ドレイン電流Idsが保持容量Csに流れ込み、Vth補正動作を開始する。この時ドライブトランジスタTrdのゲートGはVss1に保持されており、ドライブトランジスタTrdがカットオフするまで電流Idsが流れる。カットオフするとドライブトランジスタTrdのソース電位(S)はVss1−Vthとなる。ドレイン電流がカットオフした後のタイミングT4で制御信号DSを再びハイレベルに戻し、スイッチングトランジスタTr4をオフする。さらに制御信号AZ1もローレベルに戻し、スイッチングトランジスタTr2もオフする。この結果、保持容量CsにVthが保持固定される。この様にタイミングT3‐T4はドライブトランジスタTrdの閾電圧Vthを検出する期間である。ここでは、この検出期間T3‐T4をVth補正期間と呼んでいる。 At timing T3, the control signal AZ2 is set to the low level, and the control signal DS is also set to the low level. As a result, the transistor Tr3 is turned off while the transistor Tr4 is turned on. As a result, the drain current Ids flows into the storage capacitor Cs, and the Vth correction operation is started. At this time, the gate G of the drive transistor Trd is held at Vss1, and the current Ids flows until the drive transistor Trd is cut off. When cut off, the source potential (S) of the drive transistor Trd becomes Vss1-Vth. At timing T4 after the drain current is cut off, the control signal DS is returned to the high level again, and the switching transistor Tr4 is turned off. Further, the control signal AZ1 is also returned to the low level, and the switching transistor Tr2 is also turned off. As a result, Vth is held and fixed in the holding capacitor Cs. Thus, the timing T3-T4 is a period for detecting the threshold voltage Vth of the drive transistor Trd. Here, this detection period T3-T4 is called a Vth correction period.
この様にVth補正を行った後タイミングT5で制御信号WSをハイレベルに切り替え、サンプリングトランジスタTr1をオンして映像信号Vsigを保持容量Csに書き込む。発光素子ELの等価容量Coledに比べて保持容量Csは充分に小さい。この結果、映像信号Vsigのほとんど大部分が保持容量Csに書き込まれる。正確には、Vss1に対する。Vsigの差分Vsig−Vss1が保持容量Csに書き込まれる。したがってドライブトランジスタTrdのゲートGとソースS間の電圧Vgsは、先に検出保持されたVthと今回サンプリングされたVsig−Vss1を加えたレベル(Vsig−Vss1+Vth)となる。以降説明簡易化の為Vss1=0Vとすると、ゲート/ソース間電圧Vgsは図4のタイミングチャートに示すようにVsig+Vthとなる。かかる映像信号Vsigのサンプリングは制御信号WSがローレベルに戻るタイミングT7まで行われる。すなわちタイミングT5‐T7がサンプリング期間に相当する。 After performing the Vth correction in this way, the control signal WS is switched to the high level at timing T5, the sampling transistor Tr1 is turned on, and the video signal Vsig is written in the storage capacitor Cs. The storage capacitor Cs is sufficiently smaller than the equivalent capacitor Coled of the light emitting element EL. As a result, most of the video signal Vsig is written in the storage capacitor Cs. To be precise, for Vss1. The difference Vsig−Vss1 of Vsig is written to the storage capacitor Cs. Therefore, the voltage Vgs between the gate G and the source S of the drive transistor Trd becomes a level (Vsig−Vss1 + Vth) obtained by adding Vth previously detected and held and Vsig−Vss1 sampled this time. In the following description, assuming Vss1 = 0V for simplification of explanation, the gate / source voltage Vgs becomes Vsig + Vth as shown in the timing chart of FIG. The sampling of the video signal Vsig is performed until timing T7 when the control signal WS returns to the low level. That is, the timing T5-T7 corresponds to the sampling period.
サンプリング期間の終了するタイミングT7より前のタイミングT6で制御信号DSがローレベルとなりスイッチングトランジスタTr4がオンする。これによりドライブトランジスタTrdが電源Vccに接続されるので、画素回路は非発光期間から発光期間に進む。この様にサンプリングトランジスタTr1がまだオン状態で且つスイッチングトランジスタTr4がオン状態に入った期間T6‐T7で、ドライブトランジスタTrdの移動度補正を行う。即ち本例では、サンプリング期間の後部分と発光期間の先頭部分とが重なる期間T6‐T7で移動度補正を行っている。なお、この移動度補正を行う発光期間の先頭では、発光素子ELは実際には逆バイアス状態にあるので発光する事はない。この移動度補正期間T6‐T7では、ドライブトランジスタTrdのゲートGが映像信号Vsigのレベルに固定された状態で、ドライブトランジスタTrdにドレイン電流Idsが流れる。ここでVss1−Vth<VthELと設定しておく事で、発光素子ELは逆バイアス状態におかれる為、ダイオード特性ではなく単純な容量特性を示すようになる。よってドライブトランジスタTrdに流れる電流Idsは保持容量Csと発光素子ELの等価容量Coledの両者を結合した容量C=Cs+Coledに書き込まれていく。これによりドライブトランジスタTrdのソース電位(S)は上昇していく。図4のタイミングチャートではこの上昇分をΔVで表してある。この上昇分ΔVは結局保持容量Csに保持されたゲート/ソース間電圧Vgsから差し引かれる事になるので、負帰還をかけた事になる。この様にドライブトランジスタTrdの出力電流Idsを同じくドライブトランジスタTrdの入力電圧Vgsに負帰還する事で、移動度μを補正する事が可能である。なお負帰還量ΔVは移動度補正期間T6‐T7の時間幅tを調整する事で最適化可能である。 At timing T6 before the end of the sampling period T7, the control signal DS becomes low level and the switching transistor Tr4 is turned on. As a result, the drive transistor Trd is connected to the power supply Vcc, so that the pixel circuit proceeds from the non-light emitting period to the light emitting period. In this manner, the mobility correction of the drive transistor Trd is performed in the period T6-T7 in which the sampling transistor Tr1 is still on and the switching transistor Tr4 is on. That is, in this example, the mobility correction is performed in a period T6-T7 in which the rear part of the sampling period and the head part of the light emission period overlap. Note that, at the beginning of the light emission period in which the mobility correction is performed, the light emitting element EL is actually in a reverse bias state, and thus does not emit light. In the mobility correction period T6-T7, the drain current Ids flows through the drive transistor Trd while the gate G of the drive transistor Trd is fixed at the level of the video signal Vsig. Here, by setting Vss1−Vth <VthEL, the light emitting element EL is placed in a reverse bias state, so that it exhibits simple capacitance characteristics instead of diode characteristics. Therefore, the current Ids flowing through the drive transistor Trd is written to the capacitor C = Cs + Coled obtained by combining both the storage capacitor Cs and the equivalent capacitor Coled of the light emitting element EL. As a result, the source potential (S) of the drive transistor Trd increases. In the timing chart of FIG. 4, this increase is represented by ΔV. Since this increase ΔV is eventually subtracted from the gate / source voltage Vgs held in the holding capacitor Cs, negative feedback is applied. In this way, the mobility μ can be corrected by negatively feeding back the output current Ids of the drive transistor Trd to the input voltage Vgs of the drive transistor Trd. The negative feedback amount ΔV can be optimized by adjusting the time width t of the mobility correction period T6-T7.
タイミングT7では制御信号WSがローレベルとなりサンプリングトランジスタTr1がオフする。この結果ドライブトランジスタTrdのゲートGは信号線SLから切り離される。映像信号Vsigの印加が解除されるので、ドライブトランジスタTrdのゲート電位(G)は上昇可能となり、ソース電位(S)と共に上昇していく。その間保持容量Csに保持されたゲート/ソース間電圧Vgsは(Vsig−ΔV+Vth)の値を維持する。ソース電位(S)の上昇に伴い、発光素子ELの逆バイアス状態は解消されるので、出力電流Idsの流入により発光素子ELは実際に発光を開始する。この時のドレイン電流Ids対ゲート電圧Vgsの関係は、先のトランジスタ特性式1のVgsにVsig−ΔV+Vthを代入する事で、以下の式5のように与えられる。
Ids=kμ(Vgs−Vth)2=kμ(Vsig−ΔV)2・・・式5
上記式5において、k=(1/2)(W/L)Coxである。この特性式5からVthの項がキャンセルされており、発光素子ELに供給される出力電流IdsはドライブトランジスタTrdの閾電圧Vthに依存しない事が分かる。基本的にドレイン電流Idsは映像信号の信号電圧Vsigによって決まる。換言すると、発光素子ELは映像信号Vsigに応じた輝度で発光する事になる。その際Vsigは帰還量ΔVで補正されている。この補正量ΔVは丁度特性式5の係数部に位置する移動度μの効果を打ち消すように働く。したがって、ドレイン電流Idsは実質的に映像信号Vsigのみに依存する事になる。
At timing T7, the control signal WS becomes low level and the sampling transistor Tr1 is turned off. As a result, the gate G of the drive transistor Trd is disconnected from the signal line SL. Since the application of the video signal Vsig is cancelled, the gate potential (G) of the drive transistor Trd can be increased and increases with the source potential (S). Meanwhile, the gate / source voltage Vgs held in the holding capacitor Cs maintains a value of (Vsig−ΔV + Vth). As the source potential (S) rises, the reverse bias state of the light emitting element EL is canceled, so that the light emitting element EL actually starts to emit light by the inflow of the output current Ids. The relationship between the drain current Ids and the gate voltage Vgs at this time is given by the
Ids = kμ (Vgs−Vth) 2 = kμ (Vsig−ΔV) 2
In the
最後にタイミングT8に至ると制御信号DSがハイレベルとなってスイッチングトランジスタTr4がオフし、発光が終了すると共に当該フィールドが終わる。この後次のフィールドに移って再びVth補正動作、移動度補正動作及び発光動作が繰り返される事になる。 Finally, when the timing T8 is reached, the control signal DS becomes high level, the switching transistor Tr4 is turned off, the light emission ends, and the field ends. Thereafter, the operation proceeds to the next field, and the Vth correction operation, the mobility correction operation, and the light emission operation are repeated again.
図9は、移動度補正期間T6‐T7における画素回路2の状態を示す回路図である。図示するように、移動度補正期間T6‐T7では、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Tr4がオンしている一方、残りのスイッチングトランジスタTr2及びTr3がオフしている。この状態でドライブトランジスタTr4のソース電位(S)はVss1−Vthである。このソース電位(S)は発光素子ELのアノード電位でもある。前述したようにVss1−Vth<VthELと設定しておく事で、発光素子ELは逆バイアス状態におかれ、ダイオード特性ではなく単純な容量特性を示す事になる。よってドライブトランジスタTrdに流れる電流Idsは保持容量Csと発光素子ELの等価容量Coledとの合成容量C=Cs+Coledに流れ込む事になる。換言すると、ドレイン電流Idsの一部が保持容量Csに負帰還され、移動度の補正が行われる。
FIG. 9 is a circuit diagram showing a state of the
図10は上述したトランジスタ特性式5をグラフ化したものであり、縦軸にIdsを取り横軸にVsigを取ってある。このグラフの下方に特性式5も合わせて示してある。図10のグラフは、画素1と画素2を比較した状態で特性カーブを描いてある。画素1のドライブトランジスタの移動度μは相対的に大きい。逆に画素2に含まれるドライブトランジスタの移動度μは相対的に小さい。この様にドライブトランジスタをポリシリコン薄膜トランジスタなどで構成した場合、画素間で移動度μがばらつく事は避けられない。例えば両画素1,2に同レベルの映像信号の信号電位Vsigを書き込んだ場合、何ら移動度の補正を行わないと、移動度μの大きい画素1に流れる出力電流Ids1´は、移動度μの小さい画素2に流れる出力電流Ids2´に比べて大きな差が生じてしまう。この様に移動度μのばらつきに起因して出力電流Idsの間に大きな差が生じるので、スジムラが発生し画面のユニフォーミティを損なう事になる。
FIG. 10 is a graph of the transistor
そこで本実施例では出力電流を入力電圧側に負帰還させる事で移動度のばらつきをキャンセルしている。先のトランジスタ特性式1から明らかなように、移動度が大きいとドレイン電流Idsが大きくなる。したがって負帰還量ΔVは移動度が大きいほど大きくなる。図10のグラフに示すように、移動度μの大きな画素1の負帰還量ΔV1は移動度の小さな画素2の負帰還量ΔV2に比べて大きい。したがって、移動度μが大きいほど負帰還が大きくかかる事となって、ばらつきを抑制する事が可能である。図示するように、移動度μの大きな画素1でΔV1の補正をかけると、出力電流はIds1´からIds1まで大きく下降する。一方移動度μの小さな画素2の補正量ΔV2は小さいので、出力電流Ids2´はIds2までそれ程大きく下降しない。結果的に、Ids1とIds2は略等しくなり、移動度のばらつきがキャンセルされる。この移動度のばらつきのキャンセルは黒レベルから白レベルまでVsigの全範囲で行われるので、画面のユニフォーミティは極めて高くなる。以上をまとめると、移動度の異なる画素1と2があった場合、移動度の大きい画素1の補正量ΔV1は移動度の小さい画素2の補正量ΔV2に対して小さくなる。つまり移動度が大きいほどΔVが大きくIdsの減少値は大きくなる。これにより移動度の異なる画素電流値は均一化され、移動度のばらつきを補正する事ができる。
Therefore, in this embodiment, the variation in mobility is canceled by negatively feeding back the output current to the input voltage side. As apparent from the previous transistor
以下上述した移動度補正の数値解析を行う。図9に示したように、トランジスタTr1及びTr4がオンした状態で、ドライブトランジスタTrdのソース電位を変数Vに取って解析を行う。ドライブトランジスタTrdのソース電位(S)をVとすると、ドライブトランジスタTrdを流れるドレイン電流Idsは以下の式6に示す通りである。
またドレイン電流Idsと容量C(=Cs+Coled)の関係により、以下の式7に示す様にIds=dQ/dt=CdV/dtが成り立つ。
式7に式6を代入して両辺積分する。ここで、ソース電圧V初期状態は−Vthであり、移動度ばらつき補正時間(T6‐T7)をtとする。この微分方程式を解くと、移動度補正時間tに対する画素電流が以下の数式8のように与えられる。
図9に示した画素回路構成では、発光時に発光素子ELに駆動電流Idsが流れ、ドライブトランジスタTrdのソースSの電位が上昇する。この上昇幅はドライブトランジスタTrdを流れる駆動電流Idsに対して、発光素子ELのI‐V特性によって決まる。一方ドライブトランジスタTrdのゲートGの電位は保持容量Csを介してソースSに接続されており、インピーダンスが高い状態になっているので、ソースSの電位上昇に対してゲートGの電位も上昇する。ここでドライブトランジスタTrdのゲートGにはサンプリングトランジスタTr1の拡散容量からなる寄生容量Cpがあり、ソース電位の上昇分ΔVsに対して、ゲート電位の上昇分ΔVgは、式9で示すように小さくなってしまう。
ΔVg=ΔVs×Cs/(Cs+Cp)・・・式9
In the pixel circuit configuration shown in FIG. 9, the drive current Ids flows through the light emitting element EL during light emission, and the potential of the source S of the drive transistor Trd increases. The increase width is determined by the IV characteristic of the light emitting element EL with respect to the drive current Ids flowing through the drive transistor Trd. On the other hand, since the potential of the gate G of the drive transistor Trd is connected to the source S via the storage capacitor Cs and is in a high impedance state, the potential of the gate G also rises as the potential of the source S rises. Here, the gate G of the drive transistor Trd has a parasitic capacitance Cp composed of the diffusion capacitance of the sampling transistor Tr1, and the increase ΔVg of the gate potential is smaller than the increase ΔVs of the source potential as shown in Equation 9. End up.
ΔVg = ΔVs × Cs / (Cs + Cp) Equation 9
このΔVsとΔVgの差分が式8の電圧項に入ってしまう。ここでΔVsは発光時のVoledとドライブトランジスタTrdのVthによって決まるので、この差分項は以下の式10のようになる。
本発明にかかる表示装置は、図11に示すようにフラット型のモジュール形状のものを含む。例えば絶縁性の基板上に、有機EL素子、薄膜トランジスタ、薄膜容量等からなる画素をマトリックス状に集積形成した画素アレイ部を設ける、この画素アレイ部(画素マトリックス部)を囲むように接着剤を配し、ガラス等の対向基板を貼り付けて表示モジュールとする。この透明な対向基板には必要に応じて、カラーフィルタ、保護膜、遮光膜等を設けてももよい。表示モジュールには、外部から画素アレイ部への信号等を入出力するためのコネクタとして例えばFPC(フレキシブルプリントサーキット)を設けてもよい。 The display device according to the present invention includes a flat module shape as shown in FIG. For example, a pixel array unit in which pixels made up of organic EL elements, thin film transistors, thin film capacitors and the like are integrated in a matrix is provided on an insulating substrate, and an adhesive is disposed so as to surround the pixel array unit (pixel matrix unit). Then, a counter substrate such as glass is attached to form a display module. If necessary, this transparent counter substrate may be provided with a color filter, a protective film, a light shielding film, and the like. For example, an FPC (flexible printed circuit) may be provided in the display module as a connector for inputting / outputting a signal to / from the pixel array unit from the outside.
以上説明した本発明における表示装置は、フラットパネル形状を有し、様々な電子機器、例えば、デジタルカメラ、ノート型パーソナルコンピューター、携帯電話、ビデオカメラなど、電子機器に入力された、若しくは、電子機器内で生成した映像信号を画像若しくは映像として表示するあらゆる分野の電子機器のディスプレイに適用することが可能である。以下この様な表示装置が適用された電子機器の例を示す。 The display device according to the present invention described above has a flat panel shape and is input to an electronic device such as a digital camera, a notebook personal computer, a mobile phone, or a video camera, or an electronic device. It is possible to apply to the display of the electronic device of all fields which display the image signal produced | generated in the inside as an image or an image | video. Examples of electronic devices to which such a display device is applied are shown below.
図12は本発明が適用されたテレビであり、フロントパネル12、フィルターガラス13等から構成される映像表示画面11を含み、本発明の表示装置をその映像表示画面11に用いることにより作製される。
FIG. 12 shows a television to which the present invention is applied, which includes a
図13は本発明が適用されたデジタルカメラであり、上が正面図で下が背面図である。このデジタルカメラは、撮像レンズ、フラッシュ用の発光部15、表示部16、コントロールスイッチ、メニュースイッチ、シャッター19等を含み、本発明の表示装置をその表示部16に用いることにより作製される。
FIG. 13 shows a digital camera to which the present invention is applied, in which the top is a front view and the bottom is a rear view. This digital camera includes an imaging lens, a light emitting unit 15 for flash, a
図14は本発明が適用されたノート型パーソナルコンピュータであり、本体20には文字等を入力するとき操作されるキーボード21を含み、本体カバーには画像を表示する表示部22を含み、本発明の表示装置をその表示部22に用いることにより作製される。
FIG. 14 shows a notebook personal computer to which the present invention is applied. The
図15は本発明が適用された携帯端末装置であり、左が開いた状態を表し、右が閉じた状態を表している。この携帯端末装置は、上側筐体23、下側筐体24、連結部(ここではヒンジ部)25、ディスプレイ26、サブディスプレイ27、ピクチャーライト28、カメラ29等を含み、本発明の表示装置をそのディスプレイ26やサブディスプレイ27に用いることにより作製される。
FIG. 15 shows a portable terminal device to which the present invention is applied. The left side shows an open state and the right side shows a closed state. The portable terminal device includes an
図16は本発明が適用されたビデオカメラであり、本体部30、前方を向いた側面に被写体撮影用のレンズ34、撮影時のスタート/ストップスイッチ35、モニター36等を含み、本発明の表示装置をそのモニター36に用いることにより作製される。
FIG. 16 shows a video camera to which the present invention is applied. The video camera includes a
1・・・画素アレイ部、2・・・画素回路、3・・・水平セレクタ、4・・・ライトスキャナ、5・・・ドライブスキャナ、40・・・ガラス基板、41・・・ゲート電極、41a・・・下側電極、42・・・酸化シリコン膜、43・・・チッ化シリコン膜、44・・・半導体薄膜、44a・・・上側電極、45・・・絶縁膜、71・・・第一補正用スキャナ、72・・・第二補正用スキャナ、Tr1・・・サンプリングトランジスタ、Tr2・・・第1スイッチングトランジスタ、Tr3・・・第2スイッチングトランジスタ、Tr4・・・第3スイッチングトランジスタ、Trd・・・ドライブトランジスタ、Cs・・・保持容量、EL・・・発光素子、Vss1・・・第1電源電位、Vss2・・・第2電源電位、Vcc・・・第3電源電位、WS・・・第1走査線、AZ1・・・第2走査線、AZ2・・・第3走査線、DS・・・第4走査線
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記画素アレイ部は、行状の走査線と、列状の信号線と、各走査線と各信号線とが交差する部分に配された行列状の画素とを含み、
前記駆動部は、各走査線に制御信号を供給するとともに各信号線に映像信号を供給し、
各画素は、少なくともサンプリングトランジスタと、ドライブトランジスタと、保持容量と、発光素子とを含み、
前記サンプリングトランジスタは、そのゲートが該走査線に接続し、ソース及びドレインが該信号線と該ドライブトランジスタのゲートとの間に接続し、
前記ドライブトランジスタは、そのドレインが電源ラインに接続し、そのソースが該発光素子に接続し、
前記保持容量は該ドライブトランジスタのゲートとソースとの間に接続している表示装置であって、
前記サンプリングトランジスタは、該走査線から供給された制御信号に応じてオンし信号線から供給された映像信号を該保持容量に書き込み、
前記ドライブトランジスタは、該保持容量に書き込まれた映像信号に応じた駆動電流を該発光素子に供給し、
前記保持容量は、該サンプリングトランジスタがオフして該ドライブトランジスタのゲートが該信号線から切り離された時、該ドライブトランジスタのソース電位に追従してそのゲート電位が変動するようにブードストラップ動作を行い、
前記保持容量は、該サンプリングトランジスタのゲート絶縁膜と同層の誘電体膜で構成されているとともに、
前記誘電体膜は該ゲート絶縁膜に比べて厚みが小さくなっており、該ソース電位の変動分に対する該ゲート電位の変動分の比率を表すブートストラップゲインの低下を抑制することを特徴とする表示装置。 Including a pixel array unit and a driving unit that drives the pixel array unit to display an image;
The pixel array unit includes row-like scanning lines, column-like signal lines, and matrix-like pixels arranged at portions where each scanning line and each signal line intersect,
The driving unit supplies a control signal to each scanning line and a video signal to each signal line,
Each pixel includes at least a sampling transistor, a drive transistor, a storage capacitor, and a light emitting element,
The sampling transistor has a gate connected to the scanning line, a source and a drain connected between the signal line and the gate of the drive transistor,
The drive transistor has a drain connected to a power supply line, a source connected to the light emitting element,
The storage capacitor is a display device connected between a gate and a source of the drive transistor,
The sampling transistor is turned on in response to a control signal supplied from the scanning line and writes a video signal supplied from the signal line to the storage capacitor.
The drive transistor supplies a drive current corresponding to the video signal written in the storage capacitor to the light emitting element,
The holding capacitor performs a bootstrap operation so that when the sampling transistor is turned off and the gate of the drive transistor is disconnected from the signal line, the gate potential changes following the source potential of the drive transistor. ,
The storage capacitor is composed of a dielectric film in the same layer as the gate insulating film of the sampling transistor,
The dielectric film has a thickness smaller than that of the gate insulating film, and suppresses a decrease in bootstrap gain indicating a ratio of the gate potential variation to the source potential variation. apparatus.
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