JP2012242772A - Display device, driving method for display device, and electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、表示装置、表示装置の駆動方法、及び、電子機器に関する。 The present disclosure relates to a display device, a driving method of the display device, and an electronic apparatus.
平面型(フラットパネル型)の表示装置の一つとして、デバイスに流れる電流値に応じて発光輝度が変化する、所謂、電流駆動型の電気光学素子を画素の発光部(発光素子)として用いた表示装置がある。電流駆動型の電気光学素子としては、例えば、有機材料のエレクトロルミネッセンス(EL;Electroluminescence)を利用し、有機薄膜に電界をかけると発光する現象を用いた有機EL素子が知られている。 As one of flat type display devices, a so-called current-driven electro-optical element whose light emission luminance changes in accordance with a current value flowing through the device is used as a light emitting portion (light emitting element) of a pixel. There is a display device. As a current-driven electro-optical element, for example, an organic EL element using a phenomenon in which light is emitted when an electric field is applied to an organic thin film using electroluminescence (EL) of an organic material is known.
有機EL素子を含む画素が配置されて成る有機EL表示装置において、有機EL素子を駆動する回路を形成するシリコン材料として、従来は、非晶質半導体(例えば、アモルファスシリコン)や、多結晶半導体(例えば、ポリシリコン)が用いられていた(例えば、特許文献1参照)。 In an organic EL display device in which pixels including an organic EL element are arranged, conventionally, as a silicon material for forming a circuit for driving the organic EL element, an amorphous semiconductor (for example, amorphous silicon) or a polycrystalline semiconductor ( For example, polysilicon has been used (see, for example, Patent Document 1).
近年、有機EL表示装置に代表される平面型の表示装置の分野では、表示装置の様々な用途に対応すべく、非晶質半導体や多結晶半導体に限らず、より多様な半導体材料を用いて回路を形成する技術が望まれている。 In recent years, in the field of flat-type display devices typified by organic EL display devices, not only amorphous semiconductors and polycrystalline semiconductors but also a wider variety of semiconductor materials are used to meet various uses of display devices. A technique for forming a circuit is desired.
そこで、本開示は、非晶質半導体や多結晶半導体以外の半導体材料を用いた回路の形成を可能にした表示装置、当該表示装置の駆動方法、及び、当該表示装置を有する電子機器を提供することを目的とする。 Thus, the present disclosure provides a display device that enables formation of a circuit using a semiconductor material other than an amorphous semiconductor or a polycrystalline semiconductor, a driving method of the display device, and an electronic apparatus including the display device. For the purpose.
上記目的を達成するために、本開示は、
バックゲートを有し、当該バックゲートの電位が電気光学素子の少なくとも発光期間にソース電位と同電位に設定された、前記電気光学素子を駆動する駆動トランジスタを備える表示装置において、
前記駆動トランジスタのドレイン電位が遷移するのと同時またはそれよりも前にバックゲートの電位を遷移させる
構成を採っている。この表示装置は、各種の電子機器において、その表示部として用いることができる。
In order to achieve the above object, the present disclosure provides:
In a display device including a drive transistor for driving the electro-optical element, the driving transistor driving the electro-optical element, the back gate having a back gate potential set to the same potential as the source potential at least during the light emission period of the electro-optical element
The back gate potential is changed at the same time as or before the drain potential of the driving transistor changes. This display device can be used as a display unit in various electronic devices.
バックゲートを有するトランジスタにおいては、通常、バックゲートは一定電位に固定される。駆動トランジスタの場合、発光駆動の際にソース電位が電気光学素子の発光電圧まで上昇すると、バックゲート電位に対するソース電位が上昇する。すると、トランジスタ特性がエンハンスメントにシフトするという基板効果が起こる。この基板効果は、駆動トランジスタの特性を劣化させる。そこで、駆動トランジスタにおいて、電気光学素子の少なくとも発光期間にバックゲートの電位をソース電位と同電位に設定することにより、バックゲートの電位に対するソース電位が0Vになるために、基板効果を無くすことができる。 In a transistor having a back gate, the back gate is usually fixed at a constant potential. In the case of a driving transistor, when the source potential rises to the light emitting voltage of the electro-optic element during light emission driving, the source potential with respect to the back gate potential rises. Then, the substrate effect that the transistor characteristics shift to enhancement occurs. This substrate effect deteriorates the characteristics of the driving transistor. Therefore, in the drive transistor, by setting the back gate potential to the same potential as the source potential at least during the light emission period of the electro-optic element, the source potential with respect to the back gate potential becomes 0 V, thereby eliminating the substrate effect. it can.
一方で、発光中の画素は1画素1画素輝度が異なるため、画素毎にバックゲートを分離する必要がある。このようにバックゲートを画素毎に分離した構造を採る場合、表示画像の高精細化に対応すべく画素の微細化を進めると、各画素のバックゲートの間隔が狭くなり、寄生バイポーラトランジスタによる不要なデバイスが形成される。そして、この寄生バイポーラトランジスタによってリーク電流が発生する。 On the other hand, since the pixels that are emitting light have different pixel-by-pixel luminance, it is necessary to separate the back gate for each pixel. In the case of adopting a structure in which the back gate is separated for each pixel in this way, if the pixels are miniaturized to cope with higher definition of the display image, the interval between the back gates of each pixel becomes narrower, which is unnecessary by the parasitic bipolar transistor. Devices are formed. A leak current is generated by the parasitic bipolar transistor.
そこで、駆動トランジスタのドレイン電位が遷移するのと同時またはそれよりも前にバックゲートの電位を遷移させる。これにより、ドレイン電位≧バックゲート電位という電位関係が保持される。その結果、駆動トランジスタのドレイン領域及びソース領域の近傍に形成される寄生バイポーラトランジスタが導通状態となる期間がなくなるために、当該寄生バイポーラトランジスタによって引き起こされるリーク電流を抑制することが可能となる。 Therefore, the back gate potential is changed at the same time as or before the drain potential of the driving transistor changes. Thereby, the potential relationship of drain potential ≧ back gate potential is maintained. As a result, there is no period during which the parasitic bipolar transistor formed in the vicinity of the drain region and the source region of the driving transistor is in a conductive state, so that leakage current caused by the parasitic bipolar transistor can be suppressed.
本開示によれば、バックゲートを有するトランジスタを用いての回路の形成が可能になる。そして、バックゲートを有するトランジスタを用いた回路において、駆動トランジスタのドレイン電位が遷移するのと同時またはそれよりも前にバックゲートの電位を遷移させることで、寄生バイポーラトランジスタによって引き起こされるリーク電流を抑制できるため、消費電力の上昇を抑えることができる。 According to the present disclosure, it is possible to form a circuit using a transistor having a back gate. In a circuit using a transistor having a back gate, the leakage current caused by the parasitic bipolar transistor is suppressed by changing the potential of the back gate simultaneously with or before the transition of the drain potential of the driving transistor. Therefore, an increase in power consumption can be suppressed.
以下、本開示の技術を実施するための形態(以下、「実施形態」と記述する)について図面を用いて詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
1.本開示の前提となる表示装置
1−1.システム構成
1−2.基本的な回路動作
1−3.MOSプロセス
2.実施形態の説明
2−1.実施例1
2−2.実施例2
2−3.実施例3
3.適用例
4.電子機器
5.本開示の構成
Hereinafter, modes for carrying out the technology of the present disclosure (hereinafter referred to as “embodiments”) will be described in detail with reference to the drawings. The description will be given in the following order.
1. 1. Display device as a premise of the present disclosure 1-1. System configuration 1-2. Basic circuit operation 1-3.
2-2. Example 2
2-3. Example 3
3. Application example 4. Electronic equipment Composition of this disclosure
<1.本開示の前提となる表示装置>
[1−1.システム構成]
図1は、本開示の前提となるアクティブマトリクス型表示装置の基本的な構成の概略を示すシステム構成図である。
<1. Display device as a premise of the present disclosure>
[1-1. System configuration]
FIG. 1 is a system configuration diagram illustrating an outline of a basic configuration of an active matrix display device as a premise of the present disclosure.
アクティブマトリクス型表示装置は、電気光学素子に流れる電流を、当該電気光学素子と同じ画素内に設けた能動素子、例えば絶縁ゲート型電界効果トランジスタによって制御する表示装置である。絶縁ゲート型電界効果トランジスタとしては、典型的には、TFT(Thin Film Transistor;薄膜トランジスタ)が用いられる。 The active matrix display device is a display device that controls the current flowing through the electro-optical element by an active element provided in the same pixel as the electro-optical element, for example, an insulated gate field effect transistor. As the insulated gate field effect transistor, a TFT (Thin Film Transistor) is typically used.
ここでは、一例として、デバイスに流れる電流値に応じて発光輝度が変化する電流駆動型の電気光学素子、例えば有機EL素子を、画素(画素回路)の発光素子として用いるアクティブマトリクス型有機EL表示装置の場合を例に挙げて説明するものとする。 Here, as an example, an active matrix organic EL display device that uses a current-driven electro-optical element, for example, an organic EL element, whose light emission luminance changes according to a current value flowing through the device, as a light-emitting element of a pixel (pixel circuit). This case will be described as an example.
図1に示すように、本開示の前提となる有機EL表示装置10は、有機EL素子を含む複数の画素20と、当該画素20が行列状に2次元配置されてなる画素アレイ部30と、当該画素アレイ部30の周辺に配置される駆動回路部とを有する構成となっている。駆動回路部は、書込み走査回路40、電源供給走査回路50及び信号出力回路60等からなり、画素アレイ部30の各画素20を駆動する。
As shown in FIG. 1, an organic EL display device 10 as a premise of the present disclosure includes a plurality of pixels 20 including organic EL elements, a pixel array unit 30 in which the pixels 20 are two-dimensionally arranged in a matrix, And a driving circuit unit disposed around the pixel array unit 30. The drive circuit unit includes a
ここで、有機EL表示装置10がカラー表示対応の場合は、カラー画像を形成する単位となる1つの画素(単位画素)は複数の副画素(サブピクセル)から構成され、この副画素の各々が図1の画素20に相当することになる。より具体的には、カラー表示対応の表示装置では、1つの画素は、例えば、赤色(Red;R)光を発光する副画素、緑色(Green;G)光を発光する副画素、青色(Blue;B)光を発光する副画素の3つの副画素から構成される。 Here, when the organic EL display device 10 supports color display, one pixel (unit pixel) which is a unit for forming a color image is composed of a plurality of sub-pixels (sub-pixels), and each of the sub-pixels is This corresponds to the pixel 20 in FIG. More specifically, in a display device that supports color display, one pixel includes, for example, a sub-pixel that emits red (Red) light, a sub-pixel that emits green (G) light, and blue (Blue). B) It is composed of three sub-pixels of sub-pixels that emit light.
但し、1つの画素としては、RGBの3原色の副画素の組み合わせに限られるものではなく、3原色の副画素に更に1色あるいは複数色の副画素を加えて1つの画素を構成することも可能である。より具体的には、例えば、輝度向上のために白色(White;W)光を発光する副画素を加えて1つの画素を構成したり、色再現範囲を拡大するために補色光を発光する少なくとも1つの副画素を加えて1つの画素を構成したりすることも可能である。 However, one pixel is not limited to a combination of RGB three primary color subpixels, and one pixel may be configured by adding one or more color subpixels to the three primary color subpixels. Is possible. More specifically, for example, one pixel is formed by adding a sub-pixel that emits white (W) light to improve luminance, or at least emits complementary color light to expand the color reproduction range. It is also possible to configure one pixel by adding one subpixel.
画素アレイ部30には、m行n列の画素20の配列に対して、行方向(画素行の画素の配列方向)に沿って走査線311〜31mと電源供給線321〜32mとが画素行毎に配線されている。更に、m行n列の画素20の配列に対して、列方向(画素列の画素の配列方向)に沿って信号線331〜33nが画素列毎に配線されている。
The pixel array unit 30 includes scanning lines 31 1 to 31 m and
走査線311〜31mは、書込み走査回路40の対応する行の出力端にそれぞれ接続されている。電源供給線321〜32mは、電源供給走査回路50の対応する行の出力端にそれぞれ接続されている。信号線331〜33nは、信号出力回路60の対応する列の出力端にそれぞれ接続されている。
The scanning lines 31 1 to 31 m are connected to the output ends of the corresponding rows of the writing
画素アレイ部30は、通常、ガラス基板などの透明絶縁基板上に形成されている。これにより、有機EL表示装置10は、平面型(フラット型)のパネル構造となっている。画素アレイ部30の各画素20の駆動回路は、アモルファスシリコンTFTまたは低温ポリシリコンTFTを用いて形成することができる。低温ポリシリコンTFTを用いる場合には、図1に示すように、書込み走査回路40、電源供給走査回路50、及び、信号出力回路60についても、画素アレイ部30を形成する表示パネル(基板)70上に実装することができる。
The pixel array unit 30 is usually formed on a transparent insulating substrate such as a glass substrate. Thereby, the organic EL display device 10 has a flat panel structure. The drive circuit for each pixel 20 in the pixel array section 30 can be formed using an amorphous silicon TFT or a low-temperature polysilicon TFT. In the case of using low-temperature polysilicon TFTs, as shown in FIG. 1, a display panel (substrate) 70 that forms the pixel array section 30 also for the
書込み走査回路40は、クロックパルスckに同期してスタートパルスspを順にシフト(転送)するシフトレジスタ回路等によって構成されている。この書込み走査回路40は、画素アレイ部30の各画素20への映像信号の信号電圧書込みに際して、走査線31(311〜31m)に対して書込み走査信号WS(WS1〜WS m)を順次供給することによって画素アレイ部30の各画素20を行単位で順番に走査(線順次走査)する。
The
電源供給走査回路50は、クロックパルスckに同期してスタートパルスspを順にシフトするシフトレジスタ回路等によって構成されている。この電源供給走査回路50は、書込み走査回路40による線順次走査に同期して、第1電源電位Vccpと当該第1電源電位Vccpよりも低い第2電源電位Viniとで切り替わることが可能な電源電位DS(DS1〜DSm)を電源供給線32(321〜32m)に供給する。後述するように、電源電位DSのVccp/Viniの切替えにより、画素20の発光/非発光(消光)の制御が行なわれる。
The power
信号出力回路60は、信号供給源(図示せず)から供給される輝度情報に応じた映像信号の信号電圧(以下、単に「信号電圧」と記述する場合もある)Vsigと基準電圧Vofsとを選択的に出力する。ここで、基準電圧Vofsは、映像信号の信号電圧Vsigの基準となる電位(例えば、映像信号の黒レベルに相当する電位)であり、後述する閾値補正処理の際に用いられる。
The
信号出力回路60から出力される信号電圧Vsig/基準電圧Vofsは、信号線33(331〜33n)を介して画素アレイ部30の各画素20に対して、書込み走査回路40による走査によって選択された画素行の単位で書き込まれる。すなわち、信号出力回路60は、信号電圧Vsigを行(ライン)単位で書き込む線順次書込みの駆動形態を採っている。
The signal voltage V sig / reference voltage V ofs output from the
(画素回路)
図2は、画素(画素回路)20の具体的な回路構成の一例を示す回路図である。画素20の発光部は、デバイスに流れる電流値に応じて発光輝度が変化する電流駆動型の電気光学素子である有機EL素子21から成る。
(Pixel circuit)
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating an example of a specific circuit configuration of the pixel (pixel circuit) 20. The light-emitting portion of the pixel 20 includes an
図2に示すように、画素20は、有機EL素子21と、有機EL素子21に電流を流すことによって当該有機EL素子21を駆動する駆動回路とによって構成されている。有機EL素子21は、全ての画素20に対して共通に配線(所謂、ベタ配線)された共通電源供給線34にカソード電極が接続されている。
As shown in FIG. 2, the pixel 20 includes an
有機EL素子21を駆動する駆動回路は、駆動トランジスタ22、書込みトランジスタ23、保持容量24、及び、補助容量25を有する構成となっている。駆動トランジスタ22及び書込みトランジスタ23としてNチャネル型のトランジスタを用いることができる。但し、ここで示した、駆動トランジスタ22及び書込みトランジスタ23の導電型の組み合わせは一例に過ぎず、これらの組み合わせに限られるものではない。
The drive circuit that drives the
駆動トランジスタ22は、一方の電極(ソース/ドレイン電極)が有機EL素子21のアノード電極に接続され、他方の電極(ソース/ドレイン電極)が電源供給線32(321〜32m)に接続されている。
The
書込みトランジスタ23は、一方の電極(ソース/ドレイン電極)が信号線33(331〜33n)に接続され、他方の電極(ソース/ドレイン電極)が駆動トランジスタ22のゲート電極に接続されている。また、書込みトランジスタ23のゲート電極は、走査線31(311〜31m)に接続されている。
In the
駆動トランジスタ22及び書込みトランジスタ23において、一方の電極とは、ソース/ドレイン領域に電気的に接続された金属配線を言い、他方の電極とは、ドレイン/ソース領域に電気的に接続された金属配線を言う。また、一方の電極と他方の電極との電位関係によって一方の電極がソース電極ともなればドレイン電極ともなり、他方の電極がドレイン電極ともなればソース電極ともなる。
In the driving
保持容量24は、一方の電極が駆動トランジスタ22のゲート電極に接続され、他方の電極が駆動トランジスタ22の他方の電極、及び、有機EL素子21のアノード電極に接続されている。
The
補助容量25は、一方の電極が有機EL素子21のアノード電極に、他方の電極が共通電源供給線34にそれぞれ接続されている。この補助容量25は、有機EL素子21の容量不足分を補い、保持容量24に対する映像信号の書込みゲインを高めるために、必要に応じて設けられるものである。すなわち、補助容量25は必須の構成要素ではなく、有機EL素子21の等価容量が十分に大きい場合は省略可能である。
The
ここでは、補助容量25の他方の電極を共通電源供給線34に接続するとしているが、他方の電極の接続先としては、共通電源供給線34に限られるものではなく、固定電位のノードであればよい。補助容量25の他方の電極を固定電位のノードに接続することで、有機EL素子21の容量不足分を補い、保持容量24に対する映像信号の書込みゲインを高めるという所期の目的を達成することができる。
Here, the other electrode of the
上記構成の画素20において、書込みトランジスタ23は、書込み走査回路40から走査線31を通してゲート電極に印加されるHighアクティブの書込み走査信号WSに応答して導通状態となる。これにより、書込みトランジスタ23は、信号線33を通して信号出力回路60から供給される、輝度情報に応じた映像信号の信号電圧Vsigまたは基準電圧Vofsをサンプリングして画素20内に書き込む。この書き込まれた信号電圧Vsigまたは基準電圧Vofsは、駆動トランジスタ22のゲート電極に印加されるとともに保持容量24に保持される。
In the pixel 20 configured as described above, the writing
駆動トランジスタ22は、電源供給線32(321〜32m)の電源電位DSが第1電源電位Vccpにあるときには、一方の電極がドレイン電極、他方の電極がソース電極となって飽和領域で動作する。これにより、駆動トランジスタ22は、電源供給線32から電流の供給を受けて有機EL素子21を電流駆動にて発光駆動する。より具体的には、駆動トランジスタ22は、飽和領域で動作することにより、保持容量24に保持された信号電圧Vsigの電圧値に応じた電流値の駆動電流を有機EL素子21に供給し、当該有機EL素子21を電流駆動することによって発光させる。
When the power supply potential DS of the power supply line 32 (32 1 to 32 m ) is at the first power supply potential V ccp , the driving
駆動トランジスタ22は更に、電源電位DSが第1電源電位Vccpから第2電源電位Viniに切り替わったときには、一方の電極がソース電極、他方の電極がドレイン電極となってスイッチングトランジスタとして動作する。これにより、駆動トランジスタ22は、有機EL素子21への駆動電流の供給を停止し、有機EL素子21を非発光(消光)状態にする。すなわち、駆動トランジスタ22は、有機EL素子21の発光/非発光を制御するトランジスタとしての機能をも併せ持っている。
Further, when the power supply potential DS is switched from the first power supply potential V ccp to the second power supply potential V ini , the
この駆動トランジスタ22のスイッチング動作により、有機EL素子21が非発光状態となる期間(非発光期間)を設け、有機EL素子21の発光期間と非発光期間の割合(デューティ)を制御することができる。このデューティ制御により、1表示フレーム期間に亘って画素が発光することに伴う残像ボケを低減できるために、特に動画の画品位をより優れたものとすることができる。
By the switching operation of the
電源供給走査回路50から電源供給線32を通して選択的に供給される第1,第2電源電位Vccp,Viniのうち、第1電源電位Vccpは有機EL素子21を発光駆動する駆動電流を駆動トランジスタ22に供給するための電源電位である。また、第2電源電位Viniは、有機EL素子21に対して逆バイアスを掛けるための電源電位である。この第2電源電位Viniは、基準電圧Vofsよりも低い電位、例えば、駆動トランジスタ22の閾値電圧をVthとするときVofs−Vthよりも低い電位、好ましくは、Vofs−Vthよりも十分に低い電位に設定される。
Of the first and second power supply potentials V ccp and V ini selectively supplied from the power
[1−2.基本的な回路動作]
続いて、上記構成の有機EL表示装置10の基本的な回路動作について、図3のタイミング波形図を基に図4及び図5の動作説明図を用いて説明する。尚、図4及び図5の動作説明図では、図面の簡略化のために、書込みトランジスタ23をスイッチのシンボルで図示している。
[1-2. Basic circuit operation]
Next, the basic circuit operation of the organic EL display device 10 having the above-described configuration will be described with reference to the operation explanatory diagrams of FIGS. 4 and 5 based on the timing waveform diagram of FIG. In the operation explanatory diagrams of FIGS. 4 and 5, the
図3のタイミング波形図には、走査線31の電位(書込み走査信号)WS、電源供給線32の電位(電源電位)DS、信号線33の電位(Vsig/Vofs)、駆動トランジスタ22のゲート電位Vg及びソース電位Vsのそれぞれの変化を示している。 In the timing waveform diagram of FIG. 3, the potential of the scanning line 31 (write scanning signal) WS, the potential of the power supply line 32 (power supply potential) DS, the potential of the signal line 33 (V sig / V ofs ), Changes in the gate potential V g and the source potential V s are shown.
(前表示フレームの発光期間)
図3のタイミング波形図において、時刻t11以前は、前の表示フレームにおける有機EL素子21の発光期間となる。この前表示フレームの発光期間では、電源供給線32の電位DSが第1電源電位(以下、「高電位」と記述する)Vccpにあり、また、書込みトランジスタ23が非導通状態にある。
(Light emission period of the previous display frame)
In the timing waveform diagram of FIG. 3, the time before time t 11 is the light emission period of the
このとき、駆動トランジスタ22は飽和領域で動作するように設計されている。これにより、図4(A)に示すように、駆動トランジスタ22のゲート−ソース間電圧Vgsに応じた駆動電流(ドレイン−ソース間電流)Idsが、電源供給線32から駆動トランジスタ22を通して有機EL素子21に供給される。従って、有機EL素子21が駆動電流Idsの電流値に応じた輝度で発光する。
At this time, the
(閾値補正準備期間)
時刻t11になると、線順次走査の新しい表示フレーム(現表示フレーム)に入る。そして、図4(B)に示すように、電源供給線32の電位DSが高電位Vccpから、信号線33の基準電圧Vofsに対してVofs−Vthよりも十分に低い第2電源電位(以下、「低電位」と記述する)Viniに切り替わる。
(Threshold correction preparation period)
At time t 11, it enters a new display frame of line sequential scanning (current display frame). Then, as shown in FIG. 4B, the second power source in which the potential DS of the
ここで、有機EL素子21の閾値電圧をVthel、共通電源供給線34の電位(カソード電位)をVcathとする。このとき、低電位ViniをVini<Vthel+Vcathとすると、駆動トランジスタ22のソース電位Vsが低電位Viniにほぼ等しくなるために、有機EL素子21は逆バイアス状態となって消光する。
Here, the threshold voltage of the
次に、時刻t12で走査線31の電位WSが低電位側から高電位側に遷移することで、、図4(C)に示すように、書込みトランジスタ23が導通状態となる。このとき信号出力回路60から信号線33に対して基準電圧Vofsが供給された状態にあるために、駆動トランジスタ22のゲート電位Vgが基準電圧Vofsになる。また、駆動トランジスタ22のソース電位Vsは、基準電圧Vofsよりも十分に低い電位、即ち、低電位Viniにある。
Next, when the potential WS of the scanning line 31 transitions from the low potential side to the high potential side at time t 12 , the writing
このとき、駆動トランジスタ22のゲート−ソース間電圧VgsはVofs−Viniとなる。ここで、Vofs−Viniが駆動トランジスタ22の閾値電圧Vthよりも大きくないと、後述する閾値補正処理を行うことができないために、Vofs−Vini>Vthなる電位関係に設定する必要がある。
At this time, the gate-source voltage V gs of the driving
このように、駆動トランジスタ22のゲート電位Vgを基準電圧Vofsに固定し、かつ、ソース電位Vsを低電位Viniに固定して(確定させて)初期化する処理が、後述する閾値補正処理(閾値補正動作)を行う前の準備(閾値補正準備)の処理である。従って、基準電圧Vofs及び低電位Viniが、駆動トランジスタ22のゲート電位Vg及びソース電位Vsの各初期化電位となる。
As described above, the process of fixing the gate potential V g of the driving
(閾値補正期間)
次に、時刻t13で、図4(D)に示すように、電源供給線32の電位DSが低電位Viniから高電位Vccpに切り替わると、駆動トランジスタ22のゲート電位Vgが基準電圧Vofsに保たれた状態で閾値補正処理が開始される。すなわち、ゲート電位Vgから駆動トランジスタ22の閾値電圧Vthを減じた電位に向けて駆動トランジスタ22のソース電位Vsが上昇を開始する。
(Threshold correction period)
Next, at time t 13 , as shown in FIG. 4D, when the potential DS of the
ここでは、便宜上、駆動トランジスタ22のゲート電位Vgの初期化電位Vofsを基準とし、当該初期化電位Vofsから駆動トランジスタ22の閾値電圧Vthを減じた電位に向けてソース電位Vsを変化させる処理を閾値補正処理と呼んでいる。この閾値補正処理が進むと、やがて、駆動トランジスタ22のゲート−ソース間電圧Vgsが駆動トランジスタ22の閾値電圧Vthに収束する。この閾値電圧Vthに相当する電圧は保持容量24に保持される。
For convenience, the initialization potential V ofs of the gate potential V g of the driving
尚、閾値補正処理を行う期間(閾値補正期間)において、電流が専ら保持容量24側に流れ、有機EL素子21側には流れないようにするために、有機EL素子21がカットオフ状態となるように共通電源供給線34の電位Vcathを設定しておくこととする。
In the period for performing the threshold correction process (threshold correction period), the
次に、時刻t14で、走査線31の電位WSが低電位側に遷移することで、図5(A)に示すように、書込みトランジスタ23が非導通状態となる。このとき、駆動トランジスタ22のゲート電極が信号線33から電気的に切り離されることによってフローティング状態になる。しかし、ゲート−ソース間電圧Vgsが駆動トランジスタ22の閾値電圧Vthに等しいために、当該駆動トランジスタ22はカットオフ状態にある。従って、駆動トランジスタ22にドレイン−ソース間電流Idsは流れない。
Next, at time t 14 , the potential WS of the scanning line 31 transitions to the low potential side, so that the writing
(信号書込み&移動度補正期間)
次に、時刻t15で、図5(B)に示すように、信号線33の電位が基準電圧Vofsから映像信号の信号電圧Vsigに切り替わる。続いて、時刻t16で、走査線31の電位WSが高電位側に遷移することで、図5(C)に示すように、書込みトランジスタ23が導通状態になって映像信号の信号電圧Vsigをサンプリングして画素20内に書き込む。
(Signal writing & mobility correction period)
Next, at time t 15 , as shown in FIG. 5B, the potential of the
この書込みトランジスタ23による信号電圧Vsigの書込みにより、駆動トランジスタ22のゲート電位Vgが信号電圧Vsigになる。そして、映像信号の信号電圧Vsigによる駆動トランジスタ22の駆動の際に、当該駆動トランジスタ22の閾値電圧Vthが保持容量24に保持された閾値電圧Vthに相当する電圧と相殺される。この閾値キャンセルの原理の詳細については後述する。
By writing the signal voltage V sig by the writing
このとき、有機EL素子21は、カットオフ状態(ハイインピーダンス状態)にある。従って、映像信号の信号電圧Vsigに応じて電源供給線32から駆動トランジスタ22に流れる電流(ドレイン−ソース間電流Ids)は、有機EL素子21の等価容量及び補助容量25に流れ込む。これにより、有機EL素子21の等価容量及び補助容量25の充電が開始される。
At this time, the
有機EL素子21の等価容量及び補助容量25が充電されることにより、駆動トランジスタ22のソース電位Vsが時間の経過とともに上昇していく。このとき既に、駆動トランジスタ22の閾値電圧Vthの画素毎のばらつきがキャンセルされており、駆動トランジスタ22のドレイン−ソース間電流Idsは当該駆動トランジスタ22の移動度μに依存したものとなる。尚、駆動トランジスタ22の移動度μは、当該駆動トランジスタ22のチャネルを構成する半導体薄膜の移動度である。
As the equivalent capacitance and the
ここで、映像信号の信号電圧Vsigに対する保持容量24の保持電圧Vgsの比率、即ち、書込みゲインGが1(理想値)であると仮定する。すると、駆動トランジスタ22のソース電位VsがVofs−Vth+ΔVの電位まで上昇することで、駆動トランジスタ22のゲート‐ソース間電圧VgsはVsig−Vofs+Vth−ΔVとなる。
Here, it is assumed that the ratio of the holding voltage V gs of the holding
すなわち、駆動トランジスタ22のソース電位Vsの上昇分ΔVは、保持容量24に保持された電圧(Vsig−Vofs+Vth)から差し引かれるように、換言すれば、保持容量24の充電電荷を放電するように作用する。換言すれば、ソース電位Vsの上昇分ΔVは、保持容量24に対して負帰還がかけられたことになる。従って、ソース電位Vsの上昇分ΔVは負帰還の帰還量となる。
That is, the increase ΔV of the source potential Vs of the driving
このように、駆動トランジスタ22に流れるドレイン−ソース間電流Idsに応じた帰還量ΔVでゲート‐ソース間電圧Vgsに負帰還をかけることで、駆動トランジスタ22のドレイン−ソース間電流Idsの移動度μに対する依存性を打ち消すことができる。この打ち消す処理が、駆動トランジスタ22の移動度μの画素毎のばらつきを補正する移動度補正処理である。
Thus, the drain flowing through the driving transistor 22 - gate with the feedback amount ΔV corresponding to the source current I ds - by applying the negative feedback to the source voltage V gs, the drain of the driving transistor 22 - the source current I ds The dependence on mobility μ can be negated. This canceling process is a mobility correction process for correcting the variation of the mobility μ of the driving
より具体的には、駆動トランジスタ22のゲート電極に書き込まれる映像信号の信号振幅Vin(=Vsig−Vofs)が高い程ドレイン−ソース間電流Idsが大きくなるため、負帰還の帰還量ΔVの絶対値も大きくなる。従って、発光輝度レベルに応じた移動度補正処理が行われる。
More specifically, since the drain-source current I ds increases as the signal amplitude V in (= V sig −V ofs ) of the video signal written to the gate electrode of the
また、映像信号の信号振幅Vinを一定とした場合、駆動トランジスタ22の移動度μが大きいほど負帰還の帰還量ΔVの絶対値も大きくなるため、画素毎の移動度μのばらつきを取り除くことができる。従って、負帰還の帰還量ΔVは、移動度補正処理の補正量とも言える。移動度補正の原理の詳細については後述する。
Furthermore, when a constant signal amplitude V in of the video signal, since the greater the absolute value of the feedback amount ΔV of the mobility μ is large enough negative feedback of the
(発光期間)
次に、時刻t17で、走査線31の電位WSが低電位側に遷移することで、図5(D)に示すように、書込みトランジスタ23が非導通状態となる。これにより、駆動トランジスタ22のゲート電極は、信号線33から電気的に切り離されるためにフローティング状態になる。
(Light emission period)
Next, at time t 17 , the potential WS of the scanning line 31 transitions to the low potential side, so that the writing
ここで、駆動トランジスタ22のゲート電極がフローティング状態にあるときは、駆動トランジスタ22のゲート−ソース間に保持容量24が接続されていることにより、駆動トランジスタ22のソース電位Vsの変動に連動してゲート電位Vgも変動する。すなわち、駆動トランジスタ22のソース電位Vs、ゲート電位Vgは、保持容量24に保持されているゲート−ソース間電圧Vgsを保持したまま上昇する。そして、駆動トランジスタ22のソース電位Vsは、トランジスタの飽和電流Idsに応じた有機EL素子21の発光電圧Voledまで上昇する。
Here, when the gate electrode of the
このように、駆動トランジスタ22のゲート電位Vgがソース電位Vsの変動に連動して変動する動作がブートストラップ動作である。換言すれば、ブートストラップ動作は、保持容量24に保持されたゲート−ソース間電圧Vgs、即ち、保持容量24の両端間電圧を保持したまま、ゲート電位Vg及びソース電位Vsが変動する動作である。このブートストラップ動作が行われるブートストラップ期間における駆動トランジスタ22のゲート電位Vg及びソース電位Vsの変化の様子を図6に示す。
Thus, the operation in which the gate potential V g of the
駆動トランジスタ22のゲート電極がフローティング状態になり、それと同時に、駆動トランジスタ22のドレイン−ソース間電流Idsが有機EL素子21に流れ始めることにより、当該電流Idsに応じて有機EL素子21のアノード電位が上昇する。そして、有機EL素子21のアノード電位がVthel+Vcathを越えると、有機EL素子21に駆動電流が流れ始めるため有機EL素子21が発光を開始する。
The gate electrode of the
有機EL素子21の発光電流は、このときのゲート−ソース間電圧Vgsによって駆動トランジスタ22の飽和電流Idsにより規定される。このため、駆動トランジスタ22は、各信号電圧Vsigにおける定電流源となる。図7に、有機EL素子21の発光電流と駆動トランジスタ22の飽和電流Idsとの関係を示す。
The light emission current of the
また、有機EL素子21のアノード電位の上昇は、即ち、駆動トランジスタ22のソース電位Vsの上昇に他ならない。そして、駆動トランジスタ22のソース電位Vsが上昇すると、保持容量24のブートストラップ動作により、駆動トランジスタ22のゲート電位Vgも連動して上昇する。
The increase in the anode potential of the
このとき、ブートストラップゲインが1(理想値)であると仮定した場合、ゲート電位Vgの上昇量はソース電位Vsの上昇量に等しくなる。故に、発光期間中、駆動トランジスタ22のゲート‐ソース間電圧Vgsは、Vsig−Vofs+Vth−ΔVで一定に保持される。そして、時刻t18で信号線33の電位が映像信号の信号電圧Vsigから基準電圧Vofsに切り替わる。
At this time, when it is assumed that the bootstrap gain is 1 (ideal value), the increase amount of the gate potential V g becomes equal to the increase amount of the source potential V s . Therefore, during the light emission period, the gate-source voltage V gs of the
以上説明した一連の回路動作において、閾値補正準備、閾値補正、信号電圧Vsigの書込み(信号書込み)、及び、移動度補正の各処理動作は、1水平走査期間(1H)において実行される。また、信号書込み及び移動度補正の各処理動作は、時刻t16−t17の期間において並行して実行される。 In the series of circuit operations described above, processing operations for threshold correction preparation, threshold correction, signal voltage V sig writing (signal writing), and mobility correction are executed in one horizontal scanning period (1H). Further, the processing operations of the signal writing and mobility correction are concurrently executed in the period from time t 16 -t 17.
〔分割閾値補正〕
尚、ここでは、閾値補正処理を1回だけ実行する駆動法を採る場合を例に挙げて説明したが、この駆動法は一例に過ぎず、この駆動法に限られるものではない。例えば、閾値補正処理を移動度補正及び信号書込み処理と共に行う1H期間に加えて、当該1H期間に先行する複数の水平走査期間に亘って分割して閾値補正処理を複数回実行する、所謂、分割閾値補正を行う駆動法を採ることも可能である。
[Division threshold correction]
Here, the case where the driving method in which the threshold value correction process is executed only once is described as an example, but this driving method is only an example and is not limited to this driving method. For example, in addition to the 1H period in which the threshold correction process is performed together with the mobility correction and the signal writing process, the threshold correction process is performed a plurality of times while being divided over a plurality of horizontal scanning periods preceding the 1H period. It is also possible to adopt a driving method for performing threshold correction.
この分割閾値補正の駆動法によれば、高精細化に伴う多画素化によって1水平走査期間として割り当てられる時間が短くなったとしても、閾値補正期間として複数の水平走査期間に亘って十分な時間を確保することができる。従って、1水平走査期間として割り当てられる時間が短くなっても、閾値補正期間として十分な時間を確保できるため、閾値補正処理を確実に実行できることになる。 According to this division threshold correction driving method, even if the time allocated as one horizontal scanning period is shortened due to the increase in the number of pixels associated with high definition, sufficient time is provided for a plurality of horizontal scanning periods as the threshold correction period. Can be secured. Therefore, even if the time allocated as one horizontal scanning period is shortened, a sufficient time can be secured as the threshold correction period, so that the threshold correction process can be reliably executed.
〔閾値キャンセルの原理〕
ここで、駆動トランジスタ22の閾値キャンセル(即ち、閾値補正)の原理について説明する。駆動トランジスタ22は、飽和領域で動作するように設計されているために定電流源として動作する。これにより、有機EL素子21には駆動トランジスタ22から、次式(1)で与えられる一定のドレイン−ソース間電流(駆動電流)Idsが供給される。
Ids=(1/2)・μ(W/L)Cox(Vgs−Vth)2 ……(1)
ここで、Wは駆動トランジスタ22のチャネル幅、Lはチャネル長、Coxは単位面積当たりのゲート容量である。
[Principle of threshold cancellation]
Here, the principle of threshold cancellation (that is, threshold correction) of the
I ds = (1/2) · μ (W / L) C ox (V gs −V th ) 2 (1)
Here, W is the channel width of the driving
図8(A)に、駆動トランジスタ22のドレイン−ソース間電流Ids対ゲート−ソース間電圧Vgsの特性を示す。図8(A)の特性図に示すように、駆動トランジスタ22の閾値電圧Vthの画素毎のばらつきに対するキャンセル処理(補正処理)を行わないと、閾値電圧VthがVth1のときに、ゲート−ソース間電圧Vgsに対応するドレイン−ソース間電流IdsがIds1になる。
FIG. 8A shows the characteristics of the drain-source current I ds versus the gate-source voltage V gs of the driving
これに対して、閾値電圧VthがVth2(Vth2>Vth1)のとき、同じゲート−ソース間電圧Vgsに対応するドレイン−ソース間電流IdsがIds2(Ids2<Ids1)になる。すなわち、駆動トランジスタ22の閾値電圧Vthが変動すると、ゲート−ソース間電圧Vgsが一定であってもドレイン−ソース間電流Idsが変動する。
On the other hand, when the threshold voltage V th is V th2 (V th2> V th1 ), the same gate - drain corresponding to the source voltage V gs - source current I ds I ds2 (I ds2 <I ds1 ) become. That is, when the threshold voltage V th of the
一方、上記構成の画素(画素回路)20では、先述したように、発光時の駆動トランジスタ22のゲート−ソース間電圧VgsはVsig−Vofs+Vth−ΔVである。従って、これを式(1)に代入すると、ドレイン−ソース間電流Idsは、次式(2)で表される。
Ids=(1/2)・μ(W/L)Cox(Vsig−Vofs−ΔV)2 ……(2)
On the other hand, in the pixel (pixel circuit) 20 having the above configuration, as described above, the gate-source voltage V gs of the driving
I ds = (1/2) · μ (W / L) C ox (V sig −V ofs −ΔV) 2 (2)
すなわち、駆動トランジスタ22の閾値電圧Vthの項がキャンセルされており、駆動トランジスタ22から有機EL素子21に供給されるドレイン−ソース間電流Idsは、駆動トランジスタ22の閾値電圧Vthに依存しない。その結果、駆動トランジスタ22の製造プロセスのばらつきや経時変化等により、駆動トランジスタ22の閾値電圧Vthが画素毎に変動したとしても、ドレイン−ソース間電流Idsが変動しないために、有機EL素子21の発光輝度を一定に保つことができる。
That is, the term of the threshold voltage V th of the
〔移動度補正の原理〕
次に、駆動トランジスタ22の移動度補正の原理について説明する。図8(B)に、駆動トランジスタ22の移動度μが相対的に大きい画素Aと、駆動トランジスタ22の移動度μが相対的に小さい画素Bとを比較した状態で特性カーブを示す。駆動トランジスタ22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Aや画素Bのように、画素間で移動度μがばらつくことは避けられない。
[Principle of mobility correction]
Next, the principle of mobility correction of the
画素Aと画素Bで移動度μにばらつきがある状態で、駆動トランジスタ22のゲート電極に対して、例えば両画素A,Bに同レベルの信号振幅Vin(=Vsig−Vofs)を書き込んだ場合を考える。この場合、何ら移動度μの補正を行わないと、移動度μの大きい画素Aに流れるドレイン−ソース間電流Ids1′と移動度μの小さい画素Bに流れるドレイン−ソース間電流Ids2′との間には大きな差が生じてしまう。このように、移動度μの画素毎のばらつきに起因してドレイン−ソース間電流Idsに画素間で大きな差が生じると、画面のユニフォーミティ(一様性)が損なわれる。
In a state where the mobility μ varies between the pixel A and the pixel B, for example, the signal amplitude V in (= V sig −V ofs ) of the same level is written to both the pixels A and B to the gate electrode of the
ここで、先述した式(1)のトランジスタ特性式から明らかなように、移動度μが大きいとドレイン−ソース間電流Idsが大きくなる。従って、負帰還における帰還量ΔVは移動度μが大きくなるほど大きくなる。図8(B)に示すように、移動度μの大きな画素Aの帰還量ΔV1は、移動度の小さな画素Bの帰還量ΔV2に比べて大きい。 Here, as is clear from the transistor characteristic equation of the equation (1) described above, the drain-source current I ds increases when the mobility μ is large. Therefore, the feedback amount ΔV in the negative feedback increases as the mobility μ increases. As shown in FIG. 8B, the feedback amount ΔV 1 of the pixel A having a high mobility μ is larger than the feedback amount ΔV 2 of the pixel B having a low mobility μ.
そこで、移動度補正処理によって駆動トランジスタ22のドレイン−ソース間電流Idsに応じた帰還量ΔVでゲート−ソース間電圧Vgsに負帰還をかけることにより、移動度μが大きいほど負帰還が大きくかかることになる。その結果、移動度μの画素毎のばらつきを抑制することができる。
Therefore, by applying negative feedback to the gate-source voltage Vgs with a feedback amount ΔV corresponding to the drain-source current I ds of the driving
具体的には、移動度μの大きな画素Aで帰還量ΔV1の補正をかけると、ドレイン−ソース間電流Ids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Bの帰還量ΔV2は小さいために、ドレイン−ソース間電流IdsはIds2′からIds2までの下降となり、それ程大きく下降しない。結果的に、画素Aのドレイン−ソース間電流Ids1と画素Bのドレイン−ソース間電流Ids2とはほぼ等しくなるために、移動度μの画素毎のばらつきが補正される。 Specifically, when applying a correction of the feedback amount [Delta] V 1 at the pixel A having the high mobility mu, drain - source current I ds larger drops from I ds1 'to I ds1. On the other hand, since the feedback amount [Delta] V 2 small pixels B mobility μ is small, the drain - source current I ds becomes lowered from I ds2 'to I ds2, not lowered so much. Consequently, the drain of the pixel A - drain-source current I ds1 and the pixel B - to become nearly equal to the source current I ds2, variations among the pixels of the mobility μ is corrected.
以上をまとめると、移動度μの異なる画素Aと画素Bがあった場合、移動度μの大きい画素Aの帰還量ΔV1は移動度μの小さい画素Bの帰還量ΔV2に比べて大きくなる。つまり、移動度μが大きい画素ほど帰還量ΔVが大きく、ドレイン−ソース間電流Idsの減少量が大きくなる。 In summary, when there are a pixel A and a pixel B having different mobility μ, the feedback amount ΔV1 of the pixel A having a high mobility μ is larger than the feedback amount ΔV2 of the pixel B having a low mobility μ. That is, the larger the mobility μ, the larger the feedback amount ΔV, and the larger the amount of decrease in the drain-source current I ds .
従って、駆動トランジスタ22のドレイン−ソース間電流Idsに応じた帰還量ΔVで、ゲート−ソース間電圧Vgsに負帰還をかけることで、移動度μの異なる画素のドレイン−ソース間電流Idsの電流値が均一化される。その結果、移動度μの画素毎のばらつきを補正することができる。すなわち、駆動トランジスタ22に流れる電流(ドレイン−ソース間電流Ids)に応じた帰還量(補正量)ΔVで、駆動トランジスタ22のゲート−ソース間電圧Vgsに対して、即ち、保持容量24に対して負帰還をかける処理が移動度補正処理となる。
Therefore, the drain of the driving transistor 22 - with the feedback amount ΔV corresponding to the source current I ds, the gate - by applying the negative feedback to the source voltage V gs, the drain of pixels having different mobilities mu - source current I ds The current value is made uniform. As a result, variation in mobility μ for each pixel can be corrected. That is, the feedback amount (correction amount) ΔV corresponding to the current flowing through the drive transistor 22 (drain-source current I ds ) with respect to the gate-source voltage V gs of the
[1−3.MOSプロセス]
ところで、以上説明した本開示の前提となる有機EL表示装置10は、有機EL素子21を駆動する回路を形成するのにTFTプロセスを用いている。ここで、TFTプロセスは、基板に絶縁体(例えば、ガラス基板)を用い、ゲート電極、ソース/ドレイン/チャネルの各領域を含む半導体層、及び、ソース/ドレインの各電極を含む配線層等を全て薄膜形成だけで作製する製造技術である。そして、活性層となる半導体層として、非晶質半導体、例えばアモルファスシリコン(a−Si)や、多結晶半導体、例えば低温ポリシリコン(p−Si)を用いている。
[1-3. MOS process]
By the way, the organic EL display device 10 as the premise of the present disclosure described above uses a TFT process to form a circuit for driving the
これに対して、近年、有機EL表示装置に代表される平面型の表示装置の分野では、表示装置の様々な用途に対応すべく、非晶質半導体や多結晶半導体に限らず、より多様な半導体材料を用いて回路を形成する技術が望まれている。非晶質半導体や多結晶半導体以外の半導体材料としては、例えば、固体撮像装置の分野において広く使われている、単結晶シリコンが挙げられる。単結晶シリコンは、アモルファスシリコンや低温ポリシリコンに比べて結晶性に優れている。従って、単結晶シリコンを用いて表示装置を実現すると、より高精細化が可能になる。 On the other hand, in recent years, in the field of flat-type display devices typified by organic EL display devices, not only amorphous semiconductors and polycrystalline semiconductors but also more various types to cope with various uses of display devices. A technique for forming a circuit using a semiconductor material is desired. As a semiconductor material other than an amorphous semiconductor or a polycrystalline semiconductor, for example, single crystal silicon widely used in the field of solid-state imaging devices can be given. Single crystal silicon is superior in crystallinity compared to amorphous silicon and low-temperature polysilicon. Therefore, when a display device is realized using single crystal silicon, higher definition can be achieved.
単結晶シリコンを用いて回路を形成する製造技術は、MOS(Metal Oxide Semiconductor)プロセス(あるいは、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)プロセス)と呼ばれている。このMOSプロセスは、単結晶シリコンを基板として用い、当該基板上にソース/ドレイン領域となる拡散領域を形成する工程、ゲート絶縁膜を熱酸化により形成する工程、電極や配線を形成する工程を基本とする。 A manufacturing technique for forming a circuit using single crystal silicon is called a MOS (Metal Oxide Semiconductor) process (or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) process). This MOS process is based on the steps of using single crystal silicon as a substrate, forming a diffusion region to be a source / drain region on the substrate, forming a gate insulating film by thermal oxidation, and forming an electrode or wiring. And
ここで、有機EL素子21を駆動する回路、即ち、例えば閾値補正機能や移動度補正機能を有する図2の画素回路20を、TFTプロセスではなく、MOSプロセスを用いて実現すると幾つか問題が生じる。これはTFTプロセスで作製されるトランジスタは3端子(ソース/ゲート/ドレイン)であるのに対して、MOSプロセスで作製されるトランジスタは4端子(ソース/ゲート/ドレイン/バックゲート)であり、トランジスタ特性がバックゲート(基板)電位の影響を大きく受けるためである。因みに、バックゲートは、ベースとも呼称される。
Here, if the circuit for driving the
図9に、MOSプロセスを単純に適用した画素回路を示す。図9において、(A)はMOSプロセスを適用した画素回路を、(B)はTFTプロセスを用いたトランジスタの等価回路を、(C)はMOSプロセスを用いたトランジスタの等価回路をそれぞれ示している。 FIG. 9 shows a pixel circuit to which the MOS process is simply applied. 9A shows a pixel circuit using a MOS process, FIG. 9B shows an equivalent circuit of a transistor using a TFT process, and FIG. 9C shows an equivalent circuit of a transistor using a MOS process. .
図9(A)中、図2と同等部位には同一符号を付して示している。また、TFTプロセスで作製されるトランジスタは、図9(B)に示すように、3端子(ソース/ゲート/ドレイン)であり、MOSプロセスで作製されるトランジスタは、図9(C)に示すように、4端子(ソース/ゲート/ドレイン/バックゲート)である。 In FIG. 9A, parts equivalent to those in FIG. A transistor manufactured by the TFT process has three terminals (source / gate / drain) as shown in FIG. 9B, and a transistor manufactured by the MOS process has a terminal shown in FIG. 9C. 4 terminals (source / gate / drain / back gate).
図9(A)において、有機EL素子21を駆動する駆動トランジスタ22と、信号電圧Vsigをサンプリングして書き込む書込みトランジスタ(サンプリングトランジスタ)23が、MOSプロセスを用いたトランジスタ、即ち、MOSトランジスタとなる。MOSプロセスを用いたトランジスタは、通常、そのバックゲート(ベース)が一定電位(NMOSでは0V、PMOSでは電源電位)に固定される。
In FIG. 9A, a driving
(基板効果)
駆動トランジスタ22に着目すると、ブートストラップ動作から発光動作において、ソース電位Vsが有機EL素子21の発光電圧Voledまで上昇していく。すると、バックゲートが0Vに固定されている場合、バックゲート電位Vbに対するソース電位Vs(以下、「バックゲート電位に対するソース電位Vsb」と記述する)が上昇する。MOSトランジスタではこのバックゲート電位に対するソース電位Vsbが上昇すると、図10(A)に示すように、トランジスタ特性がエンハンスメント(トランジスタの閾値電圧Vthが+側)にシフトするという基板効果が起こる。
(Substrate effect)
Focusing on the
そして、この基板効果によって駆動トランジスタ22の特性が劣化し、図10(B)において、所望の電流(本来の信号電圧Vsig1で得られる飽和電流)よりも低い電流となってしまう。前述したように、有機EL素子21に流れる電流は駆動トランジスタ22によって規定されている。そして、駆動トランジスタ22が流せる電流は、信号書込み時のゲート−ソース間電圧Vgs、つまり、Vsig−Vs1で決まる。ここで、Vs1は、ブートストラップ動作の開始時の駆動トランジスタ22のソース電位である(図6参照)。
Then, the characteristics of the driving
結果として、所望の電流値を得るためには、基板効果を考慮して本来の信号電圧Vsig1よりも大きな信号電圧Vsig2を書き込む必要がある(図10(B)参照)。信号電圧Vsigの上昇は、消費電力の上昇につながる。また、信号電圧Vsigの上昇に伴う耐圧確保のために、書込みトランジスタ23のサイズを大きくする必要性も生じ、その結果、画素の微細化、ひいては、表示装置の高精細化が困難になるという点も懸念される。更に、この基板効果は焼き付きについても課題となる。ここで、焼き付きとは、画面上に固定的な輝度ムラとして現れる局所的な有機EL素子の輝度劣化のことを言う。
As a result, in order to obtain a desired current value, it is necessary to write a signal voltage V sig2 larger than the original signal voltage V sig1 in consideration of the substrate effect (see FIG. 10B). An increase in the signal voltage V sig leads to an increase in power consumption. In addition, it is necessary to increase the size of the
基板効果による焼き付きについて、有機EL素子21の特性の劣化が無い画素を正常画素とし、劣化が有る画素を劣化画素として具体的に説明する。
The burn-in due to the substrate effect will be specifically described by assuming that a pixel having no deterioration in characteristics of the
任意の輝度を達成するために必要な有機EL素子21の発光電圧Voledを、正常画素/劣化画素でそれぞれVoled1/Voled2とすると、Voled1≪Voled2となる。そうすると、必然的に、劣化画素における駆動トランジスタ22のソース電位Vsは正常画素と比較するとより上昇する。その結果、バックゲート電位に対するソース電位VsbがVsb1(正常画素)≪Vsb2(劣化画素)となり、劣化画素がより大きな基板効果を受け、駆動トランジスタ22の電流が低下するために焼き付きを加速させることとなる。
The light emission voltage V oled of the
(ウエル分離画素回路)
これに対して、バックゲートを有する駆動トランジスタ22において、少なくとも発光期間にバックゲート電位Vbとソース電位Vsとを同電位(Vb=Vs)にすることで、基板効果を無くすことができる。このように、駆動トランジスタ22のバックゲート電位Vbとソース電位Vsとを同電位にした回路をウエル分離画素回路と呼称する。このウエル分離画素回路において、駆動トランジスタ22のバックゲート電位Vbとソース電位Vsとを同電位にするには、例えば、図11に示すように、駆動トランジスタ22のバックゲート(端子)とソース(電極/端子)とを電気的に接続するようにすれば良い。
(Well separation pixel circuit)
In contrast, in the
駆動トランジスタ22のバックゲート電位Vbとソース電位Vsとを同電位にすることで、図12に示すように、常にVsb(バックゲート電位Vbに対するソース電位Vs)=0Vを実現できるため、基板効果を無くすことができる。図12において、駆動トランジスタ22のバックゲート電位Vbを破線で表している。また、理解を容易にするために、ソース電位Vsに対してバックゲート電位Vbを僅かにずらした状態で図示している。
By setting the back gate potential V b and the source potential V s of the driving transistor 22 to the same potential, V sb (source potential V s with respect to the back gate potential V b ) = 0V can be realized as shown in FIG. Therefore, the substrate effect can be eliminated. In FIG. 12, the back gate potential V b of the
発光中の画素は、当然のことながら、1画素、1画素輝度が異なる。従って、ウエル分離画素回路では、画素毎にバックゲートを分離する必要がある。図13(A)に、画素毎にバックゲートを分離するウエル分離画素回路における駆動トランジスタ22の断面構造を示している。また、図13(B)には、画素毎にバックゲートを分離しない画素回路における駆動トランジスタ22の断面構造を示している。
As a matter of course, one pixel and one pixel luminance are different in the light emitting pixels. Therefore, in the well separation pixel circuit, it is necessary to separate the back gate for each pixel. FIG. 13A shows a cross-sectional structure of the driving
駆動トランジスタ22は、例えばNチャネルMOSトランジスタで構成されており、ソース/ドレイン領域221/222は共にN+拡散領域、バックゲート領域223はPチャネルのウエル領域(以下、「Pウエル領域」と記述する)で作製される。ウエル分離画素回路では、画素毎にバックゲート領域223、即ち、Pウエル領域を分離するために基板225との間にNチャネルのウエル領域(以下、「Nウエル領域」と記述する)を分離層224として介在させている。
The
分離層224、即ち、Nウエル領域224には、発光時の各画素のバックゲート電位(Vb=Vs=Voled)を分離するために一定電圧Vnwhを印加している。そして、Vb≪Vnwhの電位の関係を保つことで、バックゲート領域(Pウエル領域)223に対してNウエル領域224を逆バイアス状態に保持している。これにより、隣接画素間にリーク電流が流れないようにし、画素同士を分離している
A constant voltage V nwh is applied to the
ここで、バックゲート領域(Pウエル領域)223に対してNウエル領域224を逆バイアス状態に保持し、画素同士を分離することについて、図14を用いてより具体的に説明する。先ず、図13(A)において、画素1が発光状態、画素2が非発光状態とする。この状態において、Nウエル領域224に一定電圧Vnwhを印加しない場合、図14(A)に示すように、画素1と画素2との間に障壁が存在しないため、画素1から画素2にリーク電流が流れる。これに対して、Nウエル領域224に一定電圧Vnwhを印加した場合、図14(B)に示すように、画素1と画素2との間に一定電圧Vnwhの印加によるポテンシャル障壁が存在するため、画素1から画素2にリーク電流が流れない。
Here, the separation of pixels from each other by holding the
このように、バックゲート領域(即ち、Pウエル領域)223を分離するために、Nウエル領域224を分離層として介在させ、画素毎にバックゲート領域223を分離する構造をトリプルウエル構造と呼称する。
In this way, in order to isolate the back gate region (ie, P well region) 223, the structure in which the
ところで、トリプルウエル構造では、表示装置の高精細化を図るべく、画素の微細化を進めると、画素間のバックゲート(Pウエル)の間隔が狭くなり、寄生バイポーラトランジスタによる不要なデバイスが形成される。この寄生バイポーラトランジスタは、主に、駆動トランジスタ22のドレイン領域及びソース領域の近傍に形成される。具体的には、図15に示すように、ドレイン領域222であるN+拡散領域/バックゲート領域223であるPウエル領域/分離層224であるNウエル領域でNPNの寄生バイポーラトランジスタ80が形成される。
By the way, in the triple well structure, when the pixels are miniaturized in order to increase the definition of the display device, the interval between the back gates (P wells) between the pixels is narrowed, and an unnecessary device using a parasitic bipolar transistor is formed. The This parasitic bipolar transistor is mainly formed in the vicinity of the drain region and the source region of the
このNPNの寄生バイポーラトランジスタ80において、エミッタ端子81が駆動トランジスタ22のドレイン電極に対応し、ベース端子82が駆動トランジスタ22のバックゲート領域223に対応し、コレクタ端子83が分離層であるNウエル領域224に対応している。この寄生バイポーラトランジスタ80によって発生するリーク電流がウエル分離画素回路における問題点となる。
In this NPN parasitic bipolar transistor 80, the emitter terminal 81 corresponds to the drain electrode of the
図16に、任意の輝度で発光中の駆動トランジスタ22のドレイン近傍の電位関係を示す。同図から明らかなように、ドレイン(N+)電位=Vccp(>Voled)、バックゲート(P-)電位=Voled[V]、分離層(N-)電位=Vnwh(≧Vi)となっている。発光中は、寄生バイポーラトランジスタ80は、遮断領域、即ち、N(エミッタ)>P(ベース)<N(コレクタ)の電位関係にあるためリーク電流は流れない。
FIG. 16 shows a potential relationship in the vicinity of the drain of the driving
次に、消光動作時のドレイン近傍の電位関係について説明する。消光動作に入るとき、駆動トランジスタ22のドレイン電位Vdはパルス状に遷移するため立ち下がりが高速である。一方、バックゲート電位Vbは、ドレイン電位Vdの後から追従する形で低下してくる。つまり、ドレイン電位Vdとバックゲート電位Vbでは立ち下がりに遅延が生じるのである。
Next, the potential relationship near the drain during the quenching operation will be described. When entering the extinction operation, the drain potential V d of the
すると、駆動トランジスタ22の各端子(電極)の電位関係が、ドレイン(N+)電位Vd=0V、バックゲート(P-)電位Vb=ソース電位Vs=Vx(>0)、分離層(N-)電位=Vnwhとなり、ドレイン電位Vdがバックゲート電位Vbよりも低くなる期間が生じる。この期間は、寄生バイポーラトランジスタ80のオン領域、即ち、N(エミッタ)<P(ベース)<N(コレクタ)の電位関係となる。
Then, the potential relationship of each terminal (electrode) of the
従って、寄生バイポーラトランジスタ80のコレクタ―エミッタ間に順電流が流れる。つまり、分離層(N-)からドレイン電極に向けて順方向電流が流れることになる。この消光時に発生する寄生バイポーラトランジスタ80の順方向電流は、当該バイポーラトランジスタ80が増幅作用を持っているためかなりの大電流(過電流)である。結果的に、消費電力の増大や、大電流が流れることによるデバイスの性能劣化と言った信頼性の問題が生じてしまう。 Accordingly, a forward current flows between the collector and emitter of the parasitic bipolar transistor 80. That is, a forward current flows from the separation layer (N − ) toward the drain electrode. The forward current of the parasitic bipolar transistor 80 generated at the time of extinction is a considerably large current (overcurrent) because the bipolar transistor 80 has an amplifying function. As a result, a problem of reliability such as an increase in power consumption and a deterioration in device performance due to a large current flow occurs.
<2.実施形態の説明>
本開示の実施形態では、MOSプロセスを用いた画素回路において、駆動トランジスタ22のドレイン/ソース近傍に形成される寄生バイポーラトランジスタによって引き起こされるリーク電流を抑制する、特に、消光動作時に起こる過電流リークを抑制することを目的としている。
<2. Description of Embodiment>
In the embodiment of the present disclosure, in the pixel circuit using the MOS process, the leakage current caused by the parasitic bipolar transistor formed near the drain / source of the driving
かかる目的を達成するために、本開示の実施形態では、消光動作時において駆動トランジスタ22のドレイン電位Vdが遷移するのと同時またはそれよりも前にバックゲート電位Vbを強制的に遷移させる。より具体的には、バックゲート電位Vbをドレイン電位Vdと同極性側に遷移させる。これにより、常にドレイン電位Vd≧バックゲート電位Vbという電位関係を保持する。
In order to achieve this object, in the embodiment of the present disclosure, the back gate potential V b is forcibly shifted at the same time as or before the drain potential V d of the driving
ここで、バックゲート電位Vb及びドレイン電位Vdの遷移とは、駆動トランジスタ22がNチャネル型のMOSトランジスタの場合は立ち下がりを言い、Pチャネル型のMOSトランジスタの場合は立ち上がりを言う。
Here, the transition of the back gate potential V b and the drain potential V d means a fall when the
このように、消光動作時において、ドレイン電位Vd≧バックゲート電位Vbという電位関係を保持することで、駆動トランジスタ22のドレイン領域及びソース領域の近傍に形成される寄生バイポーラトランジスタが導通状態となる期間を無くすことができる。これにより、寄生バイポーラトランジスタによって引き起こされる、分離層(コレクタ)224からドレイン(エミッタ)に流れるリーク電流、特に、消光動作時に起こる過電流リークを抑制(低減)できるため、消費電力の上昇を抑えることができる。また、大電流が流れることによるデバイスの性能劣化を抑えることができるため、表示装置の信頼性を向上できる。
As described above, during the extinction operation, by maintaining the potential relationship of the drain potential V d ≧ back gate potential V b, the parasitic bipolar transistor formed in the vicinity of the drain region and the source region of the
以下に、駆動トランジスタ22のドレイン電位Vdが遷移するのと同時またはそれよりも前にバックゲート電位Vbを強制的に遷移させるための画素回路20の具体的な実施例について説明する
A specific example of the pixel circuit 20 for forcibly transitioning the back gate potential V b at the same time or before the transition of the drain potential V d of the driving
[2−1.実施例1]
図17は、実施例1に係る画素回路20Aの構成例を示す回路図であり、図中、図9と同等部位には同一符号を付して示している。
[2-1. Example 1]
FIG. 17 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the pixel circuit 20 A according to the first embodiment. In the drawing, the same components as those in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals.
実施例1に係る画素回路20Aは、図9(A)の画素回路20と同様に、駆動トランジスタ22、書込みトランジスタ23、保持容量24、及び、補助容量25を有する構成となっている。そして、駆動トランジスタ22及び書込みトランジスタ23は、MOSプロセスを用いたトランジスタ、即ち、MOSトランジスタである。
Similar to the pixel circuit 20 in FIG. 9A, the pixel circuit 20 A according to the first embodiment includes a driving
すなわち、実施例1に係る画素回路20Aにおいて、駆動トランジスタ22及び書込みトランジスタ23は、4端子(ソース/ゲート/ドレイン/バックゲート)である。そして、駆動トランジスタ22は、例えば、バックゲート端子とソース(電極/端子)とが電気的に接続されることで、バックゲート電位Vbがソース電位Vsと同電位に設定されている。ここでは、バックゲートとソースとを電気的に接続する構成を採っているが、バックゲート電位Vbが少なくとも発光期間にソース電位Vsと同電位に設定されていれば良い。一方、書込みトランジスタ23は、通常、MOSプロセスを用いたトランジスタのバックゲートが一定電位に固定されるのと同じように、バックゲートが接地レベル(0V)に固定されている。
That is, in the pixel circuit 20 A according to the first embodiment, the driving
尚、実施例1に係る画素回路20Aでは、駆動トランジスタ22及び書込みトランジスタ23としてNチャネル型のトランジスタを用いているが、これらトランジスタ22,23の導電型の組み合わせは一例に過ぎず、これらの組み合わせに限られるものではない。すなわち、駆動トランジスタ22及び書込みトランジスタ23の少なくとも一方として、Pチャネル型のトランジスタを用いることができる。
In the pixel circuit 20 A according to the first embodiment, N-channel transistors are used as the
画素回路20Aにおいて、補助容量25は、映像信号の信号電圧Vsigを書き込む際の書込みゲインを決めたり、駆動トランジスタ22のソース電位Vsを保持したりする作用を為す。従って、補助容量25としては、有機EL素子21の等価容量Coled等に比べて大きな容量値のものが用いられる。すなわち、補助容量25は、信号電圧Vsigを書き込んだり、駆動トランジスタ22のソース電位Vsを保持したりするのに有用なものである。
In the pixel circuit 20 A , the
図2の画素回路20及びそれに対応する図9(A)の画素回路20の場合、補助容量25は、駆動トランジスタ22のソース(電極/端子)に一端が接続され、有機EL素子21のカソード電極と同じ共通電源供給線34に他端が接続されていた。これに対して、実施例1に係る画素回路20Aの場合、駆動トランジスタ22のソースに一端が接続され、電源端子26に他端が接続されている。
In the case of the pixel circuit 20 of FIG. 2 and the corresponding pixel circuit 20 of FIG. 9A, the
電源端子26には、外部の電源供給部(図示せず)から制御電位S1が供給される。制御電位S1は、有機EL素子21が発光動作から消光動作に移行するタイミングで第1電位V1から第2電位V2にパルス状に瞬時に遷移する。ここで、制御電位S1の第2電位V2は、消光動作時の駆動トランジスタ22のドレイン電位Vd、即ち、電源電位DSの第2電源電位Vini(=0V)以下の電位、例えば0Vに設定されている。一方、制御電位S1の第1電位V1は、第2電位V2よりも十分の高い電位に設定されている。
A control potential S 1 is supplied to the power supply terminal 26 from an external power supply unit (not shown). The control potential S 1 instantaneously changes in pulses from the first potential V 1 to the second potential V 2 at the timing when the
電源端子26に制御電位S1を供給する外部の電源供給部は、駆動トランジスタ22のドレイン電位Vdが遷移するのと同時またはそれよりも前にバックゲート電位Vbを遷移させる制御部としての機能を持つ。ここで、駆動トランジスタ22のドレイン電位Vdは電源電位DSである。より具体的には、当該ドレイン電位Vdは、有機EL素子21の発光時は電源電位DSの第1電源電位Vccpであり、有機EL素子21の消光時は電源電位DSの第2電源電位Viniである。
An external power supply unit that supplies the control potential S 1 to the power supply terminal 26 serves as a control unit that causes the back gate potential V b to transition at the same time as or before the drain potential V d of the driving
続いて、上記構成の実施例1に係る画素回路20Aにおいて、有機EL素子21が発光動作から消光動作に移行するときの回路動作について、図18のタイミング波形図を用いて説明する。
Next, the circuit operation when the
有機EL素子21が発光動作から消光動作に移行するタイミング(図2の時刻t11に相当)において、電源電位DSが第1電源電位Vccpから第2電源電位Viniに切り替わることで、駆動トランジスタ22のドレイン電位Vdが立ち下がる(遷移する)。このとき、制御部である外部の電源供給部は、ドレイン電位Vdの遷移に同期して、例えば、ドレイン電位Vdが遷移するのと同時に制御電位S1を第1電位V1から第2電位V2にパルス状に立ち下げる。
At the timing at which the
ここで、制御電位S1が印加される電源端子26と駆動トランジスタ22のソース電極との間に補助容量25が介在している。従って、制御電位S1がパルス状に立ち下がることで、補助容量25による容量カップリングによって駆動トランジスタ22のソース電極に負電位が飛び込む。この容量カップリングによる負電位の飛び込みにより、駆動トランジスタ22のソース電位Vs、即ち、バックゲート電位Vbが十分に低下し、ドレイン電位Vd以下になる。
Here, an
そして、有機EL素子21の消光動作時において、ドレイン電位Vd≧バックゲート電位Vbという電位関係を保持することで、駆動トランジスタ22のドレイン領域及びソース領域の近傍に形成される寄生バイポーラトランジスタが導通状態となる期間を無くすことができる。これにより、寄生バイポーラトランジスタによって引き起こされるリーク電流、特に、消光動作時に起こる過電流リークを抑制できるため、消費電力の上昇を抑えることができる。また、大電流が流れることによるデバイスの性能劣化を抑えることができるため、表示装置の信頼性を向上できる。
During the quenching operation of the
また、実施例1に係る回路構成によれば、駆動トランジスタ22のソース電位Vsを下げるための容量カップリングに、既存の補助容量25を使用しているために、画素回路20Aの素子数を増やす必要が無い。従って、画素回路20Aの素子数を増やすことなく、所期の目的、即ち、寄生バイポーラトランジスタによって引き起こされるリーク電流を抑制するという目的を達成することができる。
Further, according to the circuit configuration according to the first embodiment, the capacitive coupling to reduce the source potential V s of the driving
[2−2.実施例2]
図19は、実施例2に係る画素回路20Bの構成例を示す回路図であり、図中、図9と同等部位には同一符号を付して示している。
[2-2. Example 2]
FIG. 19 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the pixel circuit 20 B according to the second embodiment. In the drawing, the same components as those in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals.
実施例1に係る画素回路20Aでは、補助容量25の他端を電源端子26に接続し、当該電源端子26に外部の電源供給部から制御電位S1を供給する構成を採っている。これに対して、実施例2に係る画素回路20Bでは、補助容量25の他端を自段の電源供給線32に接続し、当該電源供給線32の電源電位DSを補助容量25の他端に端子電位Vsubとして供給する構成を採っている。
The pixel circuit 20 A according to the first embodiment employs a configuration in which the other end of the
電源供給線32には電源電位DSとして、電源供給部である図1の電源供給走査回路50から第1電源電位Vccpと第2電源電位Viniとが選択的に供給される。従って、電源供給線32に電源電位DSを供給する電源供給走査回路50は、駆動トランジスタ22のドレイン電位Vdが遷移するのと同時またはそれよりも前にバックゲート電位Vbを遷移させる制御部としての機能を持つ。
The
続いて、上記構成の実施例2に係る画素回路20Bにおいて、有機EL素子21が発光動作から消光動作に移行するときの回路動作について、図20のタイミング波形図を用いて説明する。
Next, the circuit operation when the
有機EL素子21が発光動作から消光動作に移行するタイミング(図2の時刻t11に相当)において、図1の電源供給走査回路50は、電源電位DSを第1電源電位Vccpから第2電源電位Viniに切り替える。これにより、駆動トランジスタ22のドレイン電位Vdが立ち下がる(遷移する)。また、電源電位DSの切り替えにより、補助容量25の他端の端子電位Vsubも、第1電源電位Vccpから第2電源電位Viniにパルス状に立ち下がる。
At the timing when the
補助容量25の端子電位Vsubがパルス状に立ち下がることにより、当該補助容量25による容量カップリングによって駆動トランジスタ22のソース電極に負電位が飛び込む。この容量カップリングによる負電位の飛び込みにより、駆動トランジスタ22のソース電位Vs、即ち、バックゲート電位Vbが十分に低下し、ドレイン電位Vd以下になる。
When the terminal potential V sub of the
そして、有機EL素子21の消光動作時において、ドレイン電位Vd≧バックゲート電位Vbという電位関係を保持することで、駆動トランジスタ22のドレイン領域及びソース領域の近傍に形成される寄生バイポーラトランジスタが導通状態となる期間を無くすことができる。これにより、寄生バイポーラトランジスタによって引き起こされるリーク電流、特に、消光動作時に起こる過電流リークを抑制できるため、消費電力の上昇を抑えることができる。また、大電流が流れることによるデバイスの性能劣化を抑えることができるため、表示装置の信頼性を向上できる。
During the quenching operation of the
また、実施例2の回路構成によれば、実施例1の場合のように、制御電位S1を供給するための電源供給部を外部に用意する必要が無いため、実施例1に比べてシステム全体の構成の簡略化を図ることができる利点がある。 Further, according to the circuit configuration of the second embodiment, it is not necessary to prepare a power supply unit for supplying the control potential S 1 outside as in the first embodiment. There is an advantage that the entire configuration can be simplified.
[2−3.実施例3]
図21は、実施例3に係る画素回路20Cの構成例を示す回路図であり、図中、図9と同等部位には同一符号を付して示している。
[2-3. Example 3]
FIG. 21 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the pixel circuit 20 C according to the third embodiment. In the drawing, the same components as those in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals.
実施例1に係る画素回路20A及び実施例2に係る画素回路20Bでは、駆動トランジスタ22のソース電位Vs、即ち、バックゲート電位Vbを下げるのに、既存の補助容量25による容量カップリングを使用する構成を採っていた。これに対して、実施例3に係る画素回路20Cでは、駆動トランジスタ22のソース電極と所定電位のノード、例えば接地レベル(0V)のノードとの間に消光用のスイッチ素子、例えばトランジスタ27を接続し、当該消光用トランジスタ27を選択的に導通状態にする構成を採っている。
In the pixel circuit 20 A according to the first embodiment and the pixel circuit 20 B according to the second embodiment, the capacitance cup by the existing
消光用トランジスタ27は、外部のタイミング制御部(図示せず)から供給さる制御電圧(制御パルス)ESによって導通/非導通の制御が行われる。この消光用トランジスタ27及び外部のタイミング制御部は、駆動トランジスタ22のドレイン電位Vdが遷移するのと同時またはそれよりも前にバックゲート電位Vbを遷移させる制御部としての機能を持つ。
The
続いて、上記構成の実施例3に係る画素回路20Cにおいて、有機EL素子21が発光動作から消光動作に移行するときの回路動作について、図22のタイミング波形図を用いて説明する。
Next, the circuit operation when the
有機EL素子21の消光動作時において、電源電位DSが第1電源電位Vccpから第2電源電位Viniに切り替わるタイミング(図2の時刻t11に相当)に対して、例えばそれよりも前にタイミング制御部から供給される制御電圧ESに応答して消光用トランジスタ27が導通状態になる。
During the extinction operation of the
消光用トランジスタ27が導通状態になると直ちに、駆動トランジスタ22のソース電位Vsが消光用トランジスタ27を通して放電され、接地レベル(0V)に低下する。そして、駆動トランジスタ22のソース電位Vsが0Vに低下した後、電源電位DSが第1電源電位Vccpから第2電源電位Viniに切り替わることで、ソース電位Vs(=バックゲート電位Vb)≒ドレイン電位Vdになる。
As soon as the
そして、有機EL素子21の消光動作時において、ドレイン電位Vd≒バックゲート電位Vbという電位関係を保持することで、駆動トランジスタ22のドレイン領域及びソース領域の近傍に形成される寄生バイポーラトランジスタが導通状態となる期間を無くすことができる。これにより、寄生バイポーラトランジスタによって引き起こされるリーク電流、特に、消光動作時に起こる過電流リークを抑制できるため、消費電力の上昇を抑えることができる。また、大電流が流れることによるデバイスの性能劣化を抑えることができるため、表示装置の信頼性を向上できる。
During the quenching operation of the
尚、実施例3の回路構成の場合、消光用トランジスタ27を追加する分だけ素子数が増えるものの、バックゲート電位Vbを下げるのに、補助容量25による容量カップリングを使用していないため、補助容量25を用いない回路構成の画素回路に対しても適用できる利点がある。
In the case of the circuit configuration of the third embodiment, although the number of elements increases by adding the
<3.適用例>
上記実施形態では、画素トランジスタとして、駆動トランジスタ22及び書込みトランジスタ23の2つのトランジスタを有する画素回路に適用した場合を例に挙げて説明したが、本開示は当該画素回路への適用に限られるものではない。具体的には、駆動トランジスタ22に対して直列に接続され、有機EL素子21の発光/非発光の制御を行うトランジスタを有する画素回路や、駆動トランジスタ22のゲートに基準電圧Vofsを選択的に与えるトランジスタを有する画素回路等、MOSプロセスを用いる画素回路全般に対して適用可能である。
<3. Application example>
In the above-described embodiment, the case where the pixel transistor is applied to a pixel circuit having two transistors of the driving
また、上記実施形態では、画素回路が閾値補正機能及び移動度補正機能の両機能を有する場合を前提として説明したが、本開示の技術は、両機能を持たない画素回路や、閾値補正機能のみを持つ画素回路や、移動度補正機能のみを持つ画素回路に対しても同様に適用可能である。 In the above-described embodiment, the description has been made on the assumption that the pixel circuit has both the threshold correction function and the mobility correction function. However, the technology of the present disclosure only includes a pixel circuit that does not have both functions, and the threshold correction function. The present invention can be similarly applied to a pixel circuit having the above and a pixel circuit having only a mobility correction function.
更に、上記実施形態では、画素20の電気光学素子として、有機EL素子を用いた有機EL表示装置に適用した場合を例に挙げて説明したが、本開示はこの適用例に限られるものではない。具体的には、本開示は、無機EL素子、LED素子、半導体レーザー素子など、デバイスに流れる電流値に応じて発光輝度が変化する電流駆動型の電気光学素子(発光素子)を用いた表示装置全般に対して適用可能である。 Furthermore, in the above embodiment, the case where the present invention is applied to an organic EL display device using an organic EL element as the electro-optical element of the pixel 20 has been described as an example, but the present disclosure is not limited to this application example. . Specifically, the present disclosure relates to a display device using a current-driven electro-optical element (light-emitting element) such as an inorganic EL element, an LED element, or a semiconductor laser element, whose emission luminance changes according to a current value flowing through the device. Applicable to all.
<4.電子機器>
以上説明した本開示による表示装置は、電子機器に入力された映像信号、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表示部(表示装置)に適用できる。一例として、図23〜図27に示す様々な電子機器、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、携帯電話等の携帯端末装置、ビデオカメラなどの表示部に適用することが可能である。
<4. Electronic equipment>
The display device according to the present disclosure described above is displayed on a display unit (display device) of an electronic device in any field that displays a video signal input to the electronic device or a video signal generated in the electronic device as an image or a video. Applicable. As an example, the present invention can be applied to various electronic devices shown in FIGS. 23 to 27, for example, digital cameras, notebook personal computers, mobile terminal devices such as mobile phones, and display units such as video cameras.
先述した実施形態の説明から明らかなように、本開示による表示装置によれば、非晶質半導体や多結晶半導体以外の半導体材料、例えば単結晶シリコンを用いて回路を形成できるため、より高精細化が可能になる。更に、MOSプロセスを用いる固体撮像装置と組み合わせての構成も可能になる。従って、あらゆる分野の電子機器の表示部として本開示による表示装置を用いることで、表示画像の高精細化や、新たなアプリケーションの実現に寄与できる。 As is clear from the description of the above-described embodiment, according to the display device according to the present disclosure, a circuit can be formed using a semiconductor material other than an amorphous semiconductor or a polycrystalline semiconductor, for example, single crystal silicon. Can be realized. Furthermore, a configuration in combination with a solid-state imaging device using a MOS process is also possible. Therefore, by using the display device according to the present disclosure as a display unit of electronic devices in all fields, it is possible to contribute to high definition of a display image and realization of a new application.
本開示による表示装置は、封止された構成のモジュール形状のものをも含む。一例として、画素アレイ部に透明なガラス等の対向部が貼り付けられて形成された表示モジュールが該当する。尚、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回路部やFPC(フレキシブルプリントサーキット)等が設けられていてもよい。 The display device according to the present disclosure also includes a module-shaped device having a sealed configuration. As an example, a display module formed by attaching a facing portion such as transparent glass to the pixel array portion is applicable. Note that the display module may be provided with a circuit unit for inputting / outputting a signal and the like from the outside to the pixel array unit, an FPC (flexible printed circuit), and the like.
以下に、本開示が適用される電子機器の具体例について説明する。 Specific examples of electronic devices to which the present disclosure is applied will be described below.
図23は、本開示が適用されるテレビジョンセットの外観を示す斜視図である。本適用例に係るテレビジョンセットは、フロントパネル102やフィルターガラス103等から構成される映像表示画面部101を含み、その映像表示画面部101として本開示による表示装置を用いることにより作製される。 FIG. 23 is a perspective view illustrating an appearance of a television set to which the present disclosure is applied. The television set according to this application example includes a video display screen unit 101 including a front panel 102, a filter glass 103, and the like, and is manufactured by using the display device according to the present disclosure as the video display screen unit 101.
図24は、本開示が適用されるデジタルカメラの外観を示す斜視図であり、(A)は表側から見た斜視図、(B)は裏側から見た斜視図である。本適用例に係るデジタルカメラは、フラッシュ用の発光部111、表示部112、メニュースイッチ113、シャッターボタン114等を含み、その表示部112として本開示による表示装置を用いることにより作製される。 24A and 24B are perspective views illustrating an external appearance of a digital camera to which the present disclosure is applied, in which FIG. 24A is a perspective view seen from the front side, and FIG. 24B is a perspective view seen from the back side. The digital camera according to this application example includes a light emitting unit 111 for flash, a display unit 112, a menu switch 113, a shutter button 114, and the like, and is manufactured by using the display device according to the present disclosure as the display unit 112.
図25は、本開示が適用されるノート型パーソナルコンピュータの外観を示す斜視図である。本適用例に係るノート型パーソナルコンピュータは、本体121に、文字等を入力するとき操作されるキーボード122、画像を表示する表示部123等を含み、その表示部123として本開示による表示装置を用いることにより作製される。 FIG. 25 is a perspective view illustrating an appearance of a notebook personal computer to which the present disclosure is applied. The notebook personal computer according to this application example includes a main body 121 including a keyboard 122 operated when inputting characters and the like, a display unit 123 that displays an image, and the like, and the display device according to the present disclosure is used as the display unit 123. It is produced by this.
図26は、本開示が適用されるビデオカメラの外観を示す斜視図である。本適用例に係るビデオカメラは、本体部131、前方を向いた側面に被写体撮影用のレンズ132、撮影時のスタート/ストップスイッチ133、表示部134等を含み、その表示部134として本開示による表示装置を用いることにより作製される。 FIG. 26 is a perspective view illustrating an appearance of a video camera to which the present disclosure is applied. The video camera according to this application example includes a main body 131, a lens 132 for shooting an object on a side facing forward, a start / stop switch 133 at the time of shooting, a display unit 134, and the like. It is manufactured by using a display device.
図27は、本開示が適用される携帯端末装置、例えば携帯電話機を示す外観図であり、(A)は開いた状態での正面図、(B)はその側面図、(C)は閉じた状態での正面図、(D)は左側面図、(E)は右側面図、(F)は上面図、(G)は下面図である。本適用例に係る携帯電話機は、上側筐体141、下側筐体142、連結部(ここではヒンジ部)143、ディスプレイ144、サブディスプレイ145、ピクチャーライト146、カメラ147等を含んでいる。そして、ディスプレイ144やサブディスプレイ145として本開示による表示装置を用いることにより、本適用例に係る携帯電話機が作製される。 27A and 27B are external views showing a mobile terminal device to which the present disclosure is applied, for example, a mobile phone. FIG. 27A is a front view in an opened state, FIG. 27B is a side view thereof, and FIG. (D) is a left side view, (E) is a right side view, (F) is a top view, and (G) is a bottom view. A cellular phone according to this application example includes an upper casing 141, a lower casing 142, a connecting portion (here, a hinge portion) 143, a display 144, a sub-display 145, a picture light 146, a camera 147, and the like. Then, by using the display device according to the present disclosure as the display 144 or the sub display 145, the mobile phone according to the application example is manufactured.
<5.本開示の構成>
尚、本開示は以下のような構成を採ることができる。
(1)バックゲートを有し、当該バックゲートの電位が少なくとも発光期間にソース電位と同電位に設定された、電気光学素子を駆動する駆動トランジスタと、
前記駆動トランジスタのドレイン電位が遷移するのと同時またはそれよりも前にバックゲートの電位を遷移させる制御部と
を備える表示装置。
(2)前記駆動トランジスタは、MOSトランジスタである
前記(1)に記載の表示装置。
(3)前記駆動トランジスタは、Nチャネル型のMOSトランジスタである
前記(2)に記載の表示装置。
(4)前記制御部は、バックゲートの電位をドレイン電位と同極性側に遷移させる
前記(1)から前記(3)のいずれかに記載の表示装置。
(5)前記制御部は、前記駆動トランジスタのバックゲートの電位をドレイン電位以下に遷移させる
前記(4)に記載の表示装置。
(6)前記駆動トランジスタを含む画素回路は、前記駆動トランジスタのゲートとソースとの間に接続された保持容量を有し、
前記保持容量の両端間電圧を保持したままゲート電位及びソース電位が変動するブートストラップ動作を行う
前記(1)から前記(5)のいずれかに記載の表示装置。
(7)前記画素回路は、前記駆動トランジスタのソースに一端が接続された補助容量を有し、
前記駆動トランジスタは、バックゲートとソースとが電気的に接続されており、
前記制御部は、前記補助容量の他端の電位を制御し、当該補助容量による容量カップリングによってバックゲートの電位を遷移させる
前記(6)に記載の表示装置。
(8)前記制御部は、外部の電源供給部から前記補助容量の他端に供給する電位をパルス状に遷移させる
前記(7)に記載の表示装置。
(9)前記電気光学素子を発光駆動するための第1電源電位と、前記電気光学素子に対して逆バイアスを掛けるための第2電源電位とを選択的に前記駆動トランジスタに対してドレイン電位として供給する電源供給部を有し、
前記制御部は前記電源供給部であり、前記補助容量の他端に対して前記第1電源電位と前記第2電源電位とを選択的に供給する
前記(7)に記載の表示装置。
(10)
前記制御部は、前記駆動トランジスタのソースと所定電位のノードとの間に接続されたスイッチ素子を有し、当該スイッチ素子をオンさせることによってバックゲートの電位を遷移させる
前記(6)に記載の表示装置。
(11)バックゲートを有し、当該バックゲートの電位が少なくとも発光期間にソース電位と同電位に設定された、電気光学素子を駆動する駆動トランジスタを備える表示装置の駆動に当たって、
前記駆動トランジスタのドレイン電位が遷移するのと同時またはそれよりも前にバックゲートの電位を遷移させる
表示装置の駆動方法。
(12)バックゲートを有し、当該バックゲートの電位が少なくとも発光期間にソース電位と同電位に設定された、電気光学素子を駆動する駆動トランジスタと、
前記駆動トランジスタのドレイン電位が遷移するのと同時またはそれよりも前にバックゲートの電位を遷移させる制御部と
を備える表示装置を有する電子機器。
<5. Configuration of the present disclosure>
In addition, this indication can take the following structures.
(1) a driving transistor for driving an electro-optic element, which has a back gate, and the potential of the back gate is set to the same potential as the source potential at least during the light emission period;
And a control unit that changes the potential of the back gate at the same time as or before the transition of the drain potential of the driving transistor.
(2) The display device according to (1), wherein the driving transistor is a MOS transistor.
(3) The display device according to (2), wherein the driving transistor is an N-channel MOS transistor.
(4) The display device according to any one of (1) to (3), wherein the control unit shifts the potential of the back gate to the same polarity side as the drain potential.
(5) The display unit according to (4), wherein the control unit causes the potential of the back gate of the driving transistor to transition to a drain potential or lower.
(6) The pixel circuit including the drive transistor has a storage capacitor connected between a gate and a source of the drive transistor,
The display device according to any one of (1) to (5), wherein a bootstrap operation is performed in which a gate potential and a source potential change while holding a voltage across the holding capacitor.
(7) The pixel circuit has an auxiliary capacitor having one end connected to the source of the driving transistor,
In the driving transistor, a back gate and a source are electrically connected,
The display device according to (6), wherein the control unit controls a potential of the other end of the auxiliary capacitor and causes a potential of a back gate to transition by capacitive coupling by the auxiliary capacitor.
(8) The display device according to (7), wherein the control unit causes a potential supplied from an external power supply unit to the other end of the auxiliary capacitor to transition in a pulse shape.
(9) A first power supply potential for driving the electro-optic element to emit light and a second power supply potential for applying a reverse bias to the electro-optic element are selectively used as a drain potential for the drive transistor. A power supply unit for supplying,
The display device according to (7), wherein the control unit is the power supply unit, and selectively supplies the first power supply potential and the second power supply potential to the other end of the auxiliary capacitor.
(10)
The control unit includes a switch element connected between a source of the driving transistor and a node of a predetermined potential, and changes the potential of the back gate by turning on the switch element. Display device.
(11) In driving a display device including a drive transistor for driving an electro-optic element, which includes a back gate, and the potential of the back gate is set to the same potential as the source potential at least during the light emission period.
A method for driving a display device, wherein a back gate potential is shifted simultaneously with or before a transition of a drain potential of the driving transistor.
(12) a driving transistor that drives the electro-optic element, having a back gate, and the potential of the back gate is set to the same potential as the source potential at least during the light emission period;
An electronic apparatus comprising: a display device comprising: a control unit that transitions the potential of the back gate simultaneously with or before the transition of the drain potential of the driving transistor.
10…有機EL表示装置、20,20A,20B,20C…画素(画素回路)、21…有機EL素子、22…駆動トランジスタ、23…書込みトランジスタ、24…保持容量、25…補助容量、26…電源端子、27…消光用トランジスタ、30…画素アレイ部、31(311〜31m)…走査線、32(321〜32m)…電源供給線、33(331〜33n)…信号線、34…共通電源供給線、40…書込み走査回路、50…電源供給走査回路、60…信号出力回路、70…表示パネル
10: organic EL display device, 20,20 A, 20 B, 20 C ... pixel (pixel circuit), 21 ... Organic EL device, 22 ... driving transistor, 23 ... write transistor, 24 ... storage capacitor, 25 ... auxiliary capacitor, 26 ... power supply terminal, 27 ... quenching transistor, 30 ... pixel array section, 31 (31 1 ~31 m) ... scanning line, 32 (32 1 ~32 m) ... power supply line, 33 (33 1 ~33 n) ...
Claims (12)
前記駆動トランジスタのドレイン電位が遷移するのと同時またはそれよりも前にバックゲートの電位を遷移させる制御部と
を備える表示装置。 A drive transistor for driving the electro-optic element, having a back gate, wherein the potential of the back gate is set to the same potential as the source potential during at least the light emission period of the electro-optic element;
And a control unit that changes the potential of the back gate at the same time as or before the transition of the drain potential of the driving transistor.
請求項1に記載の表示装置。 The display device according to claim 1, wherein the driving transistor is a MOS transistor.
請求項2に記載の表示装置。 The display device according to claim 2, wherein the drive transistor is an N-channel MOS transistor.
請求項1に記載の表示装置。 The display device according to claim 1, wherein the control unit shifts the potential of the back gate to the same polarity side as the drain potential.
請求項4に記載の表示装置。 The display device according to claim 4, wherein the control unit causes the potential of the back gate of the driving transistor to transition to a drain potential or lower.
前記保持容量の両端間電圧を保持したままゲート電位及びソース電位が変動するブートストラップ動作を行う
請求項1に記載の表示装置。 The pixel circuit including the driving transistor has a storage capacitor connected between a gate and a source of the driving transistor,
The display device according to claim 1, wherein a bootstrap operation is performed in which a gate potential and a source potential change while holding a voltage across the holding capacitor.
前記駆動トランジスタは、バックゲートとソースとが電気的に接続されており、
前記制御部は、前記補助容量の他端の電位を制御し、当該補助容量による容量カップリングによってバックゲートの電位を遷移させる
請求項6に記載の表示装置。 The pixel circuit has an auxiliary capacitor having one end connected to the source of the driving transistor,
In the driving transistor, a back gate and a source are electrically connected,
The display device according to claim 6, wherein the control unit controls a potential of the other end of the auxiliary capacitor, and changes a potential of a back gate by capacitive coupling by the auxiliary capacitor.
請求項7に記載の表示装置。 The display device according to claim 7, wherein the control unit transitions a potential supplied from an external power supply unit to the other end of the auxiliary capacitor in a pulse shape.
前記制御部は前記電源供給部であり、前記補助容量の他端に対して前記第1電源電位と前記第2電源電位とを選択的に供給する
請求項7に記載の表示装置。 A power supply that selectively supplies a first power supply potential for driving the electro-optic element to emit light and a second power supply potential for applying a reverse bias to the electro-optic element as a drain potential to the drive transistor. Having a supply section,
The display device according to claim 7, wherein the control unit is the power supply unit, and selectively supplies the first power supply potential and the second power supply potential to the other end of the auxiliary capacitor.
請求項6に記載の表示装置。 The display according to claim 6, wherein the control unit includes a switch element connected between a source of the driving transistor and a node having a predetermined potential, and changes the potential of the back gate by turning on the switch element. apparatus.
前記駆動トランジスタのドレイン電位が遷移するのと同時またはそれよりも前にバックゲートの電位を遷移させる
表示装置の駆動方法。 In driving a display device having a back gate, the back gate having a potential set to the same potential as the source potential at least during the light emission period of the electro-optical element, the driving device driving the electro-optical element,
A method for driving a display device, wherein a back gate potential is shifted simultaneously with or before a transition of a drain potential of the driving transistor.
前記駆動トランジスタのドレイン電位が遷移するのと同時またはそれよりも前にバックゲートの電位を遷移させる制御部と
を備える表示装置を有する電子機器。 A drive transistor for driving the electro-optic element, having a back gate, wherein the potential of the back gate is set to the same potential as the source potential during at least the light emission period of the electro-optic element;
An electronic apparatus comprising: a display device comprising: a control unit that transitions the potential of the back gate simultaneously with or before the transition of the drain potential of the driving transistor.
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