JP2013225144A

JP2013225144A - 表示装置及び電子機器

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Publication number: JP2013225144A
Application number: JP2013124479A
Authority: JP
Inventors: Junichi Yamashita; 淳一山下; Katsuhide Uchino; 勝秀内野
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2013-06-13
Filing date: 2013-06-13
Publication date: 2013-10-31
Anticipated expiration: 2027-05-21
Also published as: JP5617962B2

Abstract

【課題】画素の閾電圧補正機能を備えた表示装置を提供する。
【解決手段】画素はドライブトランジスタ、サンプリングトランジスタ及びスイッチングトランジスタと保持容量と発光素子を備え、保持容量はドライブトランジスタのゲート電圧を設定するように接続され、ドライブトランジスタは発光素子の電流路上に配され、サンプリングトランジスタは第１走査線からの制御信号に応じてサンプリング動作を行い、スイッチングトランジスタは第２走査線からの制御信号に応じて駆動電流をオン／オフし、駆動部は第１走査線及び第２走査線に夫々制御信号を出力して閾電圧補正動作を行い、補正動作の前に、信号線から基準電位をサンプリングしてドライブトランジスタのゲートを基準電位にリセットする一方ソースの電位をリセットした後にスイッチングトランジスタをオフする。
【選択図】図６

Description

本発明は発光素子を画素に用いたアクティブマトリクス型の表示装置及びその駆動方法に関する。またこの種の表示装置を備えた電子機器に関する。

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。

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

特開２００３−２５５８５６特開２００３−２７１０９５特開２００４−１３３２４０特開２００４−０２９７９１特開２００４−０９３６８２特開２００６−２１５２１３

従来の画素回路は、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とが交差する部分に配され、少なくともサンプリングトランジスタと保持容量とドライブトランジスタと発光素子とを含む。サンプリングトランジスタは、走査線から供給される制御信号に応じ導通して信号線から供給された映像信号をサンプリングする。保持容量は、サンプリングされた映像信号の信号電位に応じた入力電圧を保持する。ドライブトランジスタは、保持容量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を駆動電流として供給する。尚一般に、出力電流はドライブトランジスタのチャネル領域のキャリア移動度及び閾電圧に対して依存性を有する。発光素子は、ドライブトランジスタから供給された出力電流により映像信号に応じた輝度で発光する。

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

ここでドライブトランジスタの動作特性は以下の式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。

しかしながら実際には、ポリ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。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。

しかしながら、発光素子に対する出力電流のばらつき要因は、ドライブトランジスタの閾電圧Ｖｔｈだけではない。上記のトランジスタ特性式１から明らかなように、ドライブトランジスタの移動度μがばらついた場合にも、出力電流Ｉｄｓが変動する。この結果、画面のユニフォーミティが損なわれる。従来からドライブトランジスタの移動度のばらつきを補正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６に開示がある。

従来の画素回路は、上述した閾電圧補正機能や移動度補正機能を実装するため、ドライブトランジスタ以外のトランジスタを画素回路内に形成する必要がある。画素の高精細化を図るためには、画素回路を構成するトランジスタの素子数は可能な限り少ない方が良い。例えばトランジスタ素子数をドライブトランジスタと映像信号をサンプリングするサンプリングトランジスタの２個に限定した場合、上述した閾電圧補正機能や移動度補正機能を実現するため、画素に供給する電源電圧をパルス化する必要がある。

この場合各画素に順次パルス化した電源電圧（電源パルス）を印加するため、電源スキャナが必要である。電源スキャナは各画素に安定して駆動電流を供給するため、その出力バッファのサイズを大きく取る必要がある。このため電源スキャナは大面積のものが必要となり、画素アレイ部と共にパネル上に一体形成した場合、電源スキャナのレイアウト面積が大きくなってしまい、表示装置の有効画面サイズを限定してしまうという課題がある。また電源スキャナは線順次走査の大部分の時間で各画素に駆動電流を供給し続けるため、その出力バッファのトランジスタ特性劣化が激しく、長時間使用の信頼性が得られないという課題を抱えている。

上述した従来の技術の課題に鑑み、本発明は画素の閾電圧補正機能や移動度補正機能を維持しつつ、電源電圧の固定化が可能な表示装置を提供することを目的とする。かかる目的を達成するために以下の手段を講じた。即ち本発明にかかる表示装置は、画素アレイ部と駆動部とからなり、前記画素アレイ部は、行状の第１走査線及び第２走査線と、列状の信号線と、各第１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備え、各画素は、Ｎチャネル型のドライブトランジスタと、サンプリングトランジスタと、スイッチングトランジスタと、保持容量と、発光素子とを備え、前記ドライブトランジスタは、ゲート、ソース及び電源ラインに接続したドレインを有し、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、前記サンプリングトランジスタは、そのゲートが第１走査線に接続し、そのソース及びドレインが信号線とドライブトランジスタのゲートとの間に接続し、前記スイッチングトランジスタは、そのゲートが第２走査線に接続し、そのドレインが該ドライブトランジスタのソースに接続し、前記発光素子は、該スイッチングトランジスタのソースと接地ラインとの間に接続し、前記駆動部は、各第１走査線に順次制御信号を供給するライトスキャナと、各第２走査線に順次制御信号を供給するドライブスキャナと、各信号線に映像信号となる信号電位と所定の基準電位とを交互に供給する信号セレクタとを有し、前記ライトスキャナ及びドライブスキャナは、該信号線が基準電位の時第１走査線及び第２走査線に夫々制御信号を出力して画素を駆動し、以ってドライブトランジスタの閾電圧の補正動作を行い、前記ライトスキャナは、該信号線が信号電位の時第１走査線に制御信号を出力して画素を駆動し、以って信号電位を該保持容量に書き込む書込動作を行い、前記ドライブスキャナは、信号電位が該保持容量に書き込まれた後、第２走査線に制御信号を出力して画素に通電し、発光素子の発光動作を行うことを特徴とする。

好ましくは、前記ライトスキャナは、該信号線が信号電位の時第１走査線に制御信号を出力して該サンプリングトランジスタをオンして信号電位を該保持容量に書き込む一方、該スイッチングトランジスタはオフ状態にあって、該ドライブトランジスタのソースは該発光素子から電気的に切り離されている。又前記ドライブトランジスタのソースと固定電位との間に補助容量が接続されている。又該信号電位を該保持容量に書き込む時、該ドライブトランジスタのドレインからソースに向かって流れる電流を該保持容量に負帰還することで、該ドライブドランジスタの移動度に対する補正を該保持された信号電位にかける。又該ドライブトランジスタの閾電圧の補正動作を行う時、前記ライトスキャナが第１走査線に制御信号を出力して該サンプリングトランジスタをオンし信号線から基準電位をサンプリングして該ドライブトランジスタのゲートを該基準電位にリセットする一方、前記ドライブスキャナが第２走査線に制御信号を出力して該スイッチングトランジスタをオンし該ドライブトランジスタのソースの電位をリセットする。

本発明によれば、画素はＮチャネル型のドライブトランジスタと、サンプリングトランジスタと、スイッチングトランジスタと、保持容量と、発光素子とで構成されている。画素の基本的な構成要素であるドライブトランジスタとサンプリングトランジスタに加え、スイッチングトランジスタをドライブトランジスタと発光素子との間に挿入している。この様にスイッチングトランジスタを加えることで、画素に供給する電源電圧をパルス化する必要がなくなり、画素の電源電圧を固定化することが可能になった。これにより従来必要とされていた電源スキャナが不要になり、これに代わって通常のスキャナを用いることが出来るため、レイアウト面積の節約となり、パネル上で画面の占める割合を大きく確保することが出来る。また寿命の短い電源スキャナを必要とせず通常のスキャナで画素アレイ部を線順次走査できるため、表示装置の寿命が長くなる。但し、本発明はドライブトランジスタをＮチャネル型とするものの、画素を構成するトランジスタを全てＮチャネル型にする必要はなく、サンプリングトランジスタとスイッチングトランジスタについては、Ｎチャネル型又はＰチャネル型のいずれかを用いることができる。

先行開発例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２に示した表示装置の具体的な構成を示す回路図である。図２に示した表示装置の動作説明に供するタイミングチャートである。図２に示す表示装置の動作説明に供する模式図である。同じく先行開発例にかかる表示装置を示す回路図である。本発明にかかる表示装置の構成を示す回路図である。図６に示した表示装置の動作説明に供するタイミングチャートである。同じく図６に示した表示装置の動作説明に供する模式図である。同じく動作説明に供する模式図である。同じく動作説明に供する模式図である。同じく動作説明に供する模式図である。本発明にかかる表示装置のデバイス構成を示す断面図である。本発明にかかる表示装置のモジュール構成を示す平面図である。本発明にかかる表示装置を備えたテレビジョンセットを示す斜視図である。本発明にかかる表示装置を備えたデジタルスチルカメラを示す斜視図である。本発明にかかる表示装置を備えたノート型パーソナルコンピューターを示す斜視図である。本発明にかかる表示装置を備えた携帯端末装置を示す模式図である。本発明にかかる表示装置を備えたビデオカメラを示す斜視図である。

以下図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。その前に本発明の理解を用意にし且つ背景を明らかにするため、先行開発にかかる表示装置を参考例として説明する。図１はこの参考例にかかる表示装置の全体構成を示すブロック図である。図示するように、本表示装置は、画素アレイ部１とこれを駆動する駆動部とからなる。画素アレイ部１は、行状の走査線ＷＳと、列状の信号線（信号ライン）ＳＬと、両者が交差する部分に配された行列状の画素２と、各画素２の各行に対応して配された給電線（電源ライン）ＶＬとを備えている。なお本例は、各画素２にＲＧＢ三原色のいずれかが割り当てられており、カラー表示が可能である。但しこれに限られるものではなく、単色表示のデバイスも含む。駆動部は、各走査線ＷＳに順次制御信号を供給して画素２を行単位で線順次走査するライトスキャナ４と、この線順次走査に合わせて各給電線ＶＬに第１電位と第２電位で切換る電源電圧を供給する電源スキャナ６と、この線順次走査に合わせて列状の信号線ＳＬに駆動信号となる信号電位と基準電位を供給する信号セレクタ（水平セレクタ）３とを備えている。

図２は、図１に示した先行開発にかかる表示装置に含まれる画素２の具体的な構成及び結線関係を示す回路図である。図示するように、この画素２は有機ＥＬデバイスなどで代表される発光素子ＥＬと、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、保持容量Ｃｓとを含む。サンプリングトランジスタＴｒ１は、その制御端（ゲート）が対応する走査線ＷＳに接続し、一対の電流端（ソース及びドレイン）の片方が対応する信号線ＳＬに接続し、他方がドライブトランジスタＴｒｄの制御端（ゲートＧ）に接続する。ドライブトランジスタＴｒｄは、一対の電流端（ソースＳ及びドレイン）の一方が発光素子ＥＬに接続し、他方が対応する給電線ＶＬに接続している。本例では、ドライブトランジスタＴｒｄがＮチャネル型であり、そのドレインが給電線ＶＬに接続する一方、ソースＳが出力ノードとして発光素子ＥＬのアノードに接続している。発光素子ＥＬのカソードは所定のカソード電位Ｖｃａｔｈに接続している。保持容量ＣｓはドライブトランジスタＴｒｄの片方の電流端であるソースＳと制御端であるゲートＧの間に接続している。

かかる構成において、サンプリングトランジスタＴｒ１は走査線ＷＳから供給された制御信号に応じて導通し、信号線ＳＬから供給された信号電位をサンプリングして保持容量Ｃｓに保持する。ドライブトランジスタＴｒｄは、第１電位（高電位Ｖｃｃ）にある給電線ＶＬから電流の供給を受け保持容量Ｃｓに保持された信号電位に応じて駆動電流を発光素子ＥＬに流す。ライトスキャナ４は、信号線ＳＬが信号電位にある時間帯にサンプリングトランジスタＴｒ１を導通状態にするため、所定のパルス幅の制御信号を制御線ＷＳに出力し、以って保持容量Ｃｓに信号電位を保持すると同時にドライブトランジスタＴｒｄの移動度μに対する補正を信号電位に加える。この後ドライブトランジスタＴｒｄは保持容量Ｃｓに書き込まれた信号電位Ｖｓｉｇに応じた駆動電流を発光素子ＥＬに供給し、発光動作に入る。

本画素回路２は、上述した移動度補正機能に加え閾電圧補正機能も備えている。即ち電源スキャナ６は、サンプリングトランジスタＴｒ１が信号電位Ｖｓｉｇをサンプリングする前に、第１タイミングで給電線ＶＬを第１電位（高電位Ｖｃｃ）から第２電位（低電位Ｖｓｓ２）に切換える。またライトスキャナ４は同じくサンプリングトランジスタＴｒ１が信号電位Ｖｓｉｇをサンプリングする前に、第２タイミングでサンプリングトランジスタＴｒ１を導通させて信号線ＳＬから基準電位Ｖｓｓ１をドライブトランジスタＴｒｄのゲートＧに印加すると共にドライブトランジスタＴｒｄのソースＳを第２電位（Ｖｓｓ２）にセットする。電源スキャナ６は第２タイミングの後の第３タイミングで給電線ＶＬを第２電位Ｖｓｓ２から第１電位Ｖｃｃに切換えて、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に保持する。かかる閾電圧補正機能により、本表示装置は画素毎にばらつくドライブトランジスタＴｒｄの閾電圧Ｖｔｈの影響をキャンセルすることができる。

本画素回路２は、さらにブートストラップ機能も備えている。即ちライトスキャナ４は保持容量Ｃｓに信号電位Ｖｓｉｇが保持された段階で走査線ＷＳに対する制御信号の印加を解除し、サンプリングトランジスタＴｒ１を非道通状態にしてドライブトランジスタＴｒｄのゲートＧを信号線ＳＬから電気的に切り離し、以ってドライブトランジスタＴｒｄのソースＳの電位変動にゲートＧの電位が連動し、ゲートＧとソースＳ間の電圧Ｖｇｓを一定に維持することができる。

図３は、図２に示した先行開発にかかる画素回路２の動作説明に供するタイミングチャートである。時間軸を共通にして、走査線ＷＳの電位変化、給電線ＶＬの電位変化及び信号線ＳＬの電位変化を表している。またこれらの電位変化と並行に、ドライブトランジスタのゲートＧ及びソースＳの電位変化も表してある。

走査線ＷＳには、サンプリングトランジスタＴｒ１をオンするための制御信号パルスが印加される。この制御信号パルスは画素アレイ部の線順次走査に合わせて１フィールド（１ｆ）周期で走査線ＷＳに印加される。この制御信号パルスは一水平走査周期（１Ｈ）の間に二発のパルスを含んでいる。最初のパルスを第一パルスＰ１とし、後続のパルスを第二パルスＰ２と呼ぶ場合がある。給電線ＶＬは同じように１フィールド周期（１ｆ）で高電位Ｖｃｃと低電位Ｖｓｓ２との間で切換る。信号線ＳＬには一水平走査周期（１Ｈ）内で信号電位Ｖｓｉｇと基準電位Ｖｓｓ１が切換る駆動信号を供給している。

図３のタイミングチャートに示すように、画素は前のフィールドの発光期間から当該フィールドの非発光期間に入り、そのあと当該フィールドの発光期間となる。この非発光期間で準備動作、閾電圧補正動作、信号書込動作、移動度補正動作などを行う。

前フィールドの発光期間では、給電線ＶＬが高電位Ｖｃｃにあり、ドライブトランジスタＴｒｄが駆動電流Ｉｄｓを発光素子ＥＬに供給している。駆動電流Ｉｄｓは高電位Ｖｃｃにある給電線ＶＬからドライブトランジスタＴｒｄを介して発光素子ＥＬを通り、カソードラインに流れ込んでいる。

続いて当該フィールドの非発光期間に入るとまずタイミングＴ１で給電線ＶＬを高電位Ｖｃｃから低電位Ｖｓｓ２に切換える。これにより給電線ＶＬはＶｓｓ２まで放電され、さらにドライブトランジスタＴｒｄのソースＳの電位はＶｓｓ２まで下降する。これにより発光素子ＥＬのアノード電位（即ちドライブトランジスタＴｒｄのソース電位）は逆バイアス状態となるため、駆動電流が流れなくなり消灯する。またドライブトランジスタのソースＳの電位降下に連動してゲートＧの電位も降下する。

続いてタイミングＴ２になると、走査線ＷＳを低レベルから高レベルに切換えることで、サンプリングトランジスタＴｒ１が導通状態になる。この時信号線ＳＬは基準電位Ｖｓｓ１にある。よってドライブトランジスタＴｒｄのゲートＧの電位は導通したサンプリングトランジスタＴｒ１を通じて信号線ＳＬの基準電位Ｖｓｓ１となる。この時ドライブトランジスタＴｒｄのソースＳの電位はＶｓｓ１よりも十分低い電位Ｖｓｓ２にある。この様にしてドライブトランジスタＴｒｄのゲートＧとソースＳとの間の電圧ＶｇｓがドライブトランジスタＴｒｄの閾電圧Ｖｔｈより大きくなるように、初期化される。タイミングＴ１からタイミングＴ３までの期間Ｔ１‐Ｔ３はドライブトランジスタＴｒｄのゲートＧ／ソースＳ間電圧Ｖｇｓを予めＶｔｈ以上に設定する準備期間である。

この後タイミングＴ３になると、給電線ＶＬが低電位Ｖｓｓ２から高電位Ｖｃｃに遷移し、ドライブトランジスタＴｒｄのソースＳの電位が上昇を開始する。やがてドリライブトランジスタＴｒｄのゲートＧ／ソースＳ間電圧Ｖｇｓが閾電圧Ｖｔｈとなった所で電流がカットオフする。この様にしてドライブトランジスタＴｒｄの閾電圧Ｖｔｈに相当する電圧が保持容量Ｃｓに書き込まれる。これが閾電圧補正動作である。この時電流がもっぱら保持容量Ｃｓ側に流れ、発光素子ＥＬには流れないようにするため、発光素子ＥＬがカットオフとなるようにカソード電位Ｖｃａｔｈを設定しておく。

タイミングＴ４では走査線ＷＳがハイレベルからローレベルに戻る。換言すると、走査線ＷＳに印加された第一パルスＰ１が解除され、サンプリングトランジスタはオフ状態になる。以上の説明から明らかなように、第一パルスＰ１は閾電圧補正動作を行うために、サンプリングトランジスタＴｒ１のゲートに印加される。

この後信号線ＳＬが基準電位Ｖｓｓ１から信号電位Ｖｓｉｇに切換る。続いてタイミングＴ５で走査線ＷＳが再びローレベルからハイレベルに立上る。換言すると第二パルスＰ２がサンプリングトランジスタＴｒ１のゲートに印加される。これによりサンプリングトランジスタＴｒ１は再びオンし、信号線ＳＬから信号電位Ｖｓｉｇをサンプリングする。よってドライブトランジスタＴｒｄのゲートＧの電位は信号電位Ｖｓｉｇになる。ここで発光素子ＥＬは始めカットオフ状態（ハイインピーダンス状態）にあるためドライブトランジスタＴｒｄのドレインとソースの間に流れる電流は専ら保持容量Ｃｓと発光素子ＥＬの等価容量に流れ込み充電を開始する。この後サンプリングトランジスタＴｒ１がオフするタイミングＴ６までに、ドライブトランジスタＴｒｄのソースＳの電位はΔＶだけ上昇する。この様にして映像信号の信号電位ＶｓｉｇがＶｔｈに足し込まれる形で保持容量Ｃｓに書き込まれる共に、移動度補正用の電圧ΔＶが保持容量Ｃｓに保持された電圧から差し引かれる。よってタイミングＴ５からタイミングＴ６まで期間Ｔ５‐Ｔ６が信号書込期間＆移動度補正期間となる。換言すると、走査線ＷＳに第二パルスＰ２が印加されると、信号書込動作及び移動度補正動作が行われる。信号書込期間＆移動度補正期間Ｔ５‐Ｔ６は、第二パルスＰ２のパルス幅に等しい。即ち第二パルスＰ２のパルス幅が移動度補正期間を規定している。

この様に信号書込期間Ｔ５‐Ｔ６では信号電にＶｓｉｇの書込みと補正量ΔＶの調整が同時に行われる。Ｖｓｉｇが高いほどドライブトランジスタＴｒｄが供給する電流Ｉｄｓは大きくなり、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が行われる。Ｖｓｉｇを一定とした場合、ドライブトランジスタＴｒｄの移動度μが大きいほどΔＶの絶対値が大きくなる。換言すると移動度μが大きいほど保持容量Ｃｓに対する負帰還量ΔＶが大きくなるので、画素毎の移動度μのばらつきを取り除くことが出来る。

最後にタイミングＴ６になると、前述したように走査線ＷＳが低レベル側に遷移し、サンプリングトランジスタＴｒ１はオフ状態となる。この状態を図４に模式的に示す。これにより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。このとき図４に示すようにドレイン電流Ｉｄｓが発光素子ＥＬを流れ始める。これにより発光素子ＥＬのアノード電位は駆動電流Ｉｄｓに応じて上昇する。発光素子ＥＬのアノード電位の上昇は、即ちドライブトランジスタＴｒｄのソースＳの電位上昇に他ならない。ドライブトランジスタＴｒｄのソースＳの電位が上昇すると、保持容量Ｃｓのブートストラップ動作によりドライブトランジスタＴｒｄのゲートＧの電位も連動して上昇する。ゲート電位の上昇量はソース電位の上昇量に等しくなる。ゆえに発光期間中ドライブトランジスタＴｒｄのゲートＧ／ソースＳ間の入力電圧Ｖｇｓは一定に保持される。このゲート電圧Ｖｇｓの値は信号電位Ｖｓｉｇに閾電圧Ｖｔｈ及び移動量μの補正をかけたものとなっている。ドライブトランジスタＴｒｄは飽和領域で動作する。即ちドライブトランジスタＴｒｄは、ゲートＧ／ソースＳ間の入力電圧Ｖｇｓに応じた駆動電流Ｉｄｓを出力する。このゲート電圧Ｖｇｓの値は信号電位Ｖｓｉｇに閾電圧Ｖｔｈ及び移動量μの補正をかけたものとなっている。

図５は、図２に示した先行開発にかかる表示装置の特に電源スキャナ６を拡大表示した模式図である。図示するように電源スキャナ６は各段ごとにインバータからなる出力バッファを有しており、対応する給電線ＶＬに電源パルスを出力している。前述したようにこの参考例にかかる表示装置は、電源ラインをパルス化しており、電源パルスＶＬとして電源スキャナ６から画素２側に供給されている。発光時はパネル電源がＶｃｃになっているので、電源スキャナ６の最終段のバッファのＰチャネルトランジスタがオンして、その電源電圧が画素側に供給される。１画素の発光電流は数μＡであるが、水平方向に沿って１ライン（１行）当たり１０００画素程度接続されているので、合計の出力電流は数ｍＡになる。この駆動電流を流しても電圧ドロップが生じないようにするため、出力バッファのサイズを数ｍｍ程度に大きくレイアウトする必要があり、レイアウト面積が大きくなってしまう。さらに常に発光電流が流れ続けているので、出力バッファのトランジスタの特性劣化が激しく、長時間使用の信頼性が得られない。

図６は、本発明にかかる表示装置を示す回路図である。本表示装置は前述した先行開発にかかる表示装置の欠点に対処したものである。基本的にはドライブトランジスタとしてＮチャネル型のトランジスタを用い、且つドライブトランジスタと発光素子の間にスイッチングトランジスタを挿入している。かかる構成により、画素に供給する電源電圧を固定化することが可能になる。また移動度補正期間中は画素を電源電圧から切り離すことが出来る。

図６に示すように、本表示装置は基本的に画素アレイ部１と周辺駆動部とからなる。画素アレイ部１は、行状の第１走査線ＷＳ及び第２走査線ＤＳと、列状の信号線ＳＬと、各第１走査線ＷＳと各信号線ＳＬとが交差する部分に配された行列状の画素２とを備えている。各画素２は、Ｎチャネル型のドライブトランジスタＴｒｄと、Ｎチャネル型のサンプリングトランジスタＴｒ１と、Ｎチャネル型のスイッチングトランジスタＴｒ２と、保持容量Ｃｓと、発光素子ＥＬとを備えている。この発光素子ＥＬは例えば有機エレクトロルミネッセンス素子である。但し、本発明は画素を構成するトランジスタを全てＮチャネル型にする必要はなく、サンプリングトランジスタとスイッチングトランジスタについては、Ｐチャネル型を用いることもできる。

ドライブトランジスタＴｒｄは、ゲートＧ、ソースＳ及び電源ラインＶｃｃに接続したドレインを有する。保持容量Ｃｓは、その一端がドライブトランジスタＴｒｄのゲートＧに接続し、他端がソースＳに接続している。この保持容量Ｃｓの他端には補助容量Ｃｓｕｂの一端が接続している。補助容量Ｃｓｕｂの他端は固定電位に接続されている。図示の例では、補助容量Ｃｓｕｂの他端は電源ラインＶｃｃに接続している。サンプリングトランジスタＴｒ１は、そのゲートが第１走査線ＷＳに接続し、そのソース及びドレインが信号線ＳＬとドライブトランジスタＴｒｄのゲートＧとの間に接続している。スイッチングトランジスタＴｒ２は、そのゲートが第２走査線ＤＳに接続し、そのドレインがドライブトランジスタＴｒｄのソースＳに接続している。発光素子ＥＬはダイオード型でアノード及びカソードを有する。発光素子ＥＬのアノードはスイッチングトランジスタＴｒ２のソース側に接続し、カソードは接地ラインに接続している。

駆動部は第１走査線ＷＳに順次制御信号を供給するライトスキャナ４と、各第２走査線ＤＳに順次制御信号を供給するドライブスキャナ５と、各信号線ＳＬに映像信号となる信号電位Ｖｓｉｇと所定の基準電位Ｖｓｓ１とを交互に供給する水平セレクタ（信号セレクタ）３とを有する。先行開発例と異なり電源ラインＶｃｃは固定されており、電源パルスを供給するための電源スキャナは必要ない。これに代えてスイッチングトランジスタＴｒ２のゲートを制御するドライブスキャナ５を用いている。このドライブスキャナ５はライトスキャナ４と同じく通常のスキャナ構造を有し、特に出力バッファを大容量化する必要はない。よって画素アレイ部１がパネル上に占める面積を圧迫することが無い。

ライトスキャナ４及びドライブスキャナ５は、信号線ＳＬが基準電位Ｖｓｓ１のとき第１走査線ＷＳ及び第２走査線ＤＳにそれぞれ制御信号ＷＳ及びＤＳを出力して画素２を駆動し、以ってドライブトランジスタＴｒｄの閾電圧Ｖｔｈの補正動作を行う。ライトスキャナ４は、信号線ＳＬが信号電位Ｖｓｉｇのとき第１走査線ＷＳに別の制御信号を出力して画素２を駆動し、以って信号電位Ｖｓｉｇを保持容量Ｃｓに書き込む書込動作を行う。ドライブスキャナ５は、信号電位Ｖｓｉｇが保持容量Ｃｓに書き込まれた後、第２走査線ＤＳに別の制御信号を出力して画素２に通電し、発光素子ＥＬの発光動作を行う。

好ましくはライトスキャナ４は、信号線ＳＬが信号電位Ｖｓｉｇのとき第１走査線ＷＳに制御信号を出力してサンプリングトランジスタＴｒ１をオンし信号電位Ｖｓｉｇを保持容量Ｃｓに書き込む一方、スイッチングトランジスタＴｒ２はオフ状態にあって、ドライブトランジスタＴｒｄのソースＳは発光素子ＥＬから電気的に切り離されている。この様にして信号電位Ｖｓｉｇを保持容量Ｃｓに書き込むとき、ドライブトランジスタＴｒｄのドレインからソースＳに向かって流れる電流を保持容量Ｃｓに負帰還することで、ドライブトランジスタＴｒｄの移動度μに対する補正を保持容量Ｃｓに保持された信号電位Ｖｓｉｇにかける。移動度補正をかけるとき、画素２側は電源系統から切り離されていることになる。

ドライブトランジスタＴｒｄの閾電圧Ｖｔｈの補正動作を行うとき、ライトスキャナ４が第１走査線ＷＳに制御信号ＷＳを出力してサンプリングトランジスタＴｒ１をオンし信号線ＳＬから基準電位Ｖｓｓ１をサンプリングしてドライブトランジスタＴｒｄのゲートＧを基準電位Ｖｓｓ１にリセットする一方、ドライブスキャナＴｒｄが第２走査線ＤＳに制御信号ＤＳを出力してスイッチングトランジスタＴｒ２をオンしドライブトランジスタＴｒｄのソースＳの電位を所定の動作点にリセットする。

図７は、図６に示した本発明にかかる表示装置の動作説明に供するタイミングチャートである。時間軸Ｔを共通にして、走査線ＷＳの電位変化、走査線ＤＳの電位変化及び信号線ＳＬの電位変化を表している。またこれらの電位変化と並行して、ドライブトランジスタＴｒｄのゲートＧ及びソースＳの電位変化も表してある。

図７のタイミングチャートに示すように、画素は前のフィールドの発光期間からタイミングＴ１で当該フィールドの非発光期間に入り、そのあとタイミングＴ６で当該フィールドの発光期間となる。このタイミングＴ１からＴ６までの非発光期間で準備動作、閾電圧補正動作、信号書込動作、移動度補正動作などを行う。

当該フィールドの非発光期間に入るとまずタイミングＴ１で走査線ＤＳがハイレベルからローレベルに切換り、Ｎチャネル型のスイッチングトランジスタＴｒ２はオフする。これによりドライブトランジスタＴｒｄは接地ライン側から切り離されるため、ドライブトランジスタＴｒｄのソースＳの電位は電源電圧Ｖｃｃ近くまで上昇する。これと連動してドライブトランジスタＴｒｄのゲートＧの電位も上方シフトする。

この後信号線ＳＬが基準電位Ｖｓｓ１にある状態で走査線ＷＳがハイレベルとなりサンプリングトランジスタＴｒ１がオンする。これによりドライブトランジスタＴｒｄのゲートＧに基準電位Ｖｓｓ１が書き込まれる。その後続いてタイミングＴ２で制御信号ＤＳが極短時間だけハイレベルに切換り、スイッチングトランジスタＴｒ２がオンする。これにより電源ラインＶｃｃから接地ラインに向かって電流がドライブトランジスタＴｒｄ及び発光素子ＥＬを流れる。このときドライブトランジスタＴｒｄのソースＳには所定の動作点に対応する電位が書き込まれる。この様にしてタイミングＴ２でドライブトランジスタＴｒｄのゲートＧ及びソースＳがリセットされる。

タイミングＴ２の後極短時間で制御信号ＤＳが解除されるためスイッチングトランジスタＴｒ２はオフする。この後ドライブトランジスタＴｒｄがカットオフするまで電流が流れる。カットオフした時点でドライブトランジスタＴｒｄのゲートＧとソースＳとの間の電位差はＶｔｈとなる。ドライブトランジスタＴｒｄがカットオフするまでの時間を経過した後制御信号ＷＳがハイレベルからローレベルに切換り、サンプリングトランジスタＴｒ１がオフする。このタイミングＴ２からタイミングＴ３までが閾電圧補正期間となる。

この後タイミングＴ４〜Ｔ５まで極短時間の間、制御信号ＷＳが再びハイレベルとなり、サンプリングトランジスタＴｒ１がオンする。このとき信号線ＳＬは信号電位Ｖｓｉｇになっている。よってドライブトランジスタＴｒｄのゲートＧには信号電位Ｖｓｉｇが書き込まれる。このときドライブトランジスタＴｒｄに流れる電流が一部保持容量Ｃｓに負帰還され、所定の移動度補正動作が行われる。図７のタイミングチャートではこの負帰還量をΔＶで表してある。以上の説明から明らかなうようにタイミングＴ４〜Ｔ５までの期間が信号書込み＆移動度補正期間となっている。

最後にタイミングＴ６で制御信号ＤＳがローレベルからハイレベルに切換りスイッチングトランジスタＴｒ２がオンする。これによりドライブトランジスタＴｒｄと発光素子ＥＬが接続し、駆動電流が流れて発光期間に入る。

引き続き図８〜図１１を参照して、図６に示した本発明にかかる表示装置の動作を詳細に説明する。図８は、丁度タイミングＴ２における画素の動作状態を表している。前述したようにタイミングＴ２に入る前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Ｔｒ２は共にオフしており、非発光期間となっている。タイミングＴ２ではまずサンプリングトランジスタＴｒ１をオンする。このとき信号線ＳＬは基準電位Ｖｓｓ１となっている。よってドライブトランジスタＴｒｄのゲートＧには基準電位Ｖｓｓ１が書き込まれる。タイミングＴ２のすぐ後スイッチングトランジスタＴｒ２もオンする。ここで画素回路２は入力電位Ｖｓｓ１に対するソースフォロワーとなり、ドライブトランジスタＴｒｄのソースＳの電位はドライブトランジスタＴｒｄと発光素子ＥＬの動作点にて決定される。この様にしてドライブトランジスタＴｒｄのゲートＧ及びソースＳの電位がリセットされる。その際ゲートＧとソースＳの間の電圧Ｖｇｓが閾電圧Ｖｔｈを超えるように動作点を設定している。このスイッチングトランジスタＴｒ２がオンしている期間は電源ラインＶｃｃから接地ラインＶｃａｔｈに向かって貫通電流が流れ発光素子ＥＬが発光してしまい、いわゆる黒浮きの原因になる。そのためドライブトランジスタＴｒ２がオンしている時間は出来るだけ短く設定する必要がある。

図９は、上述したタイミングＴ２の後スイッチングトランジスタＴｒ２がオフした直後の状態を表している。この時点ではサンプリングトランジスタＴｒ１は依然としてオン状態でありドライブトランジスタＴｒｄのゲートＧはＶｓｓ１に固定されているので、ドライブトランジスタＴｒｄがカットオフするまで電流が電源ラインＶｃｃからソースＳに向かって流れる。その結果ドライブトランジスタＴｒｄのソースＳの電位はＶｓｓ１−Ｖｔｈになる。この様にして閾電圧Ｖｔｈ相当の電位を保持容量Ｃｓに書き込んだ後、サンプリングトランジスタＴｒ１をオフする。

図１０は、信号電位書込み＆移動度補正期間Ｔ４‐Ｔ５における画素の動作状態を模式的に表している。この期間では信号線ＳＬを基準電位Ｖｓｓ１から信号電位Ｖｓｉｇに切換えた後サンプリングトランジスタＴｒ１を比較的短い間だけオンする。ここで信号電位Ｖｓｉｇは電源電位Ｖｃｃよりも小さくして、ドライブトランジスタＴｒｄが飽和領域で駆動するように設定する。これによりドライブトランジスタＴｒｄのゲートＧに信号電位Ｖｓｉｇが書き込まれる一方、この信号電位Ｖｓｉｇに応じて移動度補正動作が行われ、ドライブトランジスタＴｒｄのソースＳの電位が決定される。このサンプリングトランジスタＴｒ１がオンしている移動度補正期間は数μｓ以下に設定されている。この信号電位書込み＆移動度補正動作が完了するとサンプリングトランジスタＴｒ１がオフする。このときドライブトランジスタＴｒｄはオンしており、Ｖｇｓを保持したまま、ソースＳの電位はＶｃｃまで上昇する。

図１１はタイミングＴ６で発光期間に入ったときの動作状態を表している。図示するようにスイッチングトランジスタＴｒ２をオンするとドライブトランジスタＴｒｄと発光素子ＥＬが電気的に接続される。ドライブトランジスタＴｒｄは保持容量Ｃｓに保持されたゲート電圧Ｖｇｓに応じた駆動電流Ｉｄｓを発光素子ＥＬに流し込む。発光素子ＥＬのアノード電圧は上昇し、その電流に相当する動作点電圧に達する。この後定常的な発光動作が行われる。

以上の説明から明らかなようにドライブトランジスタＴｒｄ及びサンプリングトランジスタＴｒ１にスイッチングトランジスタＴｒ２を加えて画素を構成することにより、画素の電源電圧Ｖｃｃを固定化することが可能になる。先行開発例のような電源スキャナは不要となるため、パネルに占める画素アレイ部の面積（画面サイズ）を可能な限り広く取ることが出来ると共に、スキャナ側の長寿命化が可能になる。画素に印加する電源電圧を固定化することで、ドライブトランジスタＴｒｄのドレイン／ソース間にかかる電圧を小さく出来、その分ドライブトランジスタＴｒｄの耐圧を下げることが可能である。よって本発明にかかる画素回路は容易にゲート絶縁膜薄膜化などのプロセスを導入することが可能である。またドライブトランジスタＴｒｄのソースＳと発光素子ＥＬのアノードとの間にスイッチングトランジスタＴｒ２を挿入することで、負電源ラインＶｃａｔｈを設ける必要がなくなる。この様に負電源ラインを設けなくても閾電圧補正動作や移動度補正動作を実行することが可能である。先行開発例では閾電圧補正動作や移動度補正動作を行うとき発光素子ＥＬに電流を流さないため発光素子ＥＬを逆バイアス状態においていた。この逆バイアス状態にするため負電源Ｖｃａｔｈが必要となっており、回路構成を複雑化していた。これに対し本発明は閾電圧補正動作や移動度補正動作のとき発光素子ＥＬをドライブトランジスタＴｒｄのソースＳから切り離すことが出来るため、特に発光素子ＥＬを逆バイアス状態におく必要はない。

本発明にかかる表示装置は、図１２に示すような薄膜デバイス構成を有する。本図は、絶縁性の基板に形成された画素の模式的な断面構造を表している。図示するように、画素は、複数の薄膜トランジタを含むトランジスター部（図では１個のＴＦＴを例示）、保持容量などの容量部及び有機ＥＬ素子などの発光部とを含む。基板の上にＴＦＴプロセスでトランジスター部や容量部が形成され、その上に有機ＥＬ素子などの発光部が積層されている。その上に接着剤を介して透明な対向基板を貼り付けてフラットパネルとしている。

本発明にかかる表示装置は、図１３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。

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駆動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。

図１４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。

図１５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。

図１６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。

図１７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。

図１８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。

１・・・画素アレイ部、２・・・画素、３・・・水平セレクタ（信号セレクタ）、４・・・ライトスキャナ、５・・・ドライブスキャナ、Ｔｒ１・・・サンプリングトランジスタ、Ｔｒｄ・・・ドライブトランジスタ、Ｔｒ２・・・スイッチングトランジスタ、Ｃｓ・・・保持容量、Ｃｓｕｂ・・・補助容量、ＥＬ・・・発光素子

Claims

画素アレイ部と駆動部とからなり、
前記画素アレイ部は、第１走査線と、第２走査線と、信号線と、複数の画素とを備え、
各画素は、Ｎチャネル型のドライブトランジスタと、サンプリングトランジスタと、スイッチングトランジスタと、保持容量と、発光素子とを備え、
前記保持容量は、該ドライブトランジスタのソースに対するゲートの電圧を設定するように接続され、
前記ドライブトランジスタは、電源ラインと該発光素子との間の電流路上に配され、該保持容量の保持電圧に応じて該発光素子へ供給する駆動電流を制御し、
前記サンプリングトランジスタは、そのゲートに接続された第１走査線からの制御信号に応じて、信号線から該保持容量への信号のサンプリング動作を行い、
前記スイッチングトランジスタは、そのゲートに接続された第２走査線からの制御信号に応じて、該ドライブトランジスタから該発光素子への駆動電流をオン／オフし、
前記駆動部は、該信号線が所定の電位の時に第１走査線及び第２走査線に夫々制御信号を出力して画素を駆動し、以ってドライブトランジスタの閾電圧補正動作を行い、
前記補正動作の前に、オン状態にされた該サンプリングトランジスタを介して、信号線から基準電位をサンプリングして、該ドライブトランジスタのゲートを該基準電位にリセットする一方、
オン状態にされた該スイッチングトランジスタを介して、該ドライブトランジスタのソースの電位をリセットした後に該スイッチングトランジスタをオフするように構成された、
表示装置。
前記駆動部は、該信号線が信号電位の時第１走査線に制御信号を出力して該サンプリングトランジスタをオンして信号電位を該保持容量に書き込む一方、該スイッチングトランジスタはオフ状態にあって、該ドライブトランジスタのソースは該発光素子から電気的に切り離されている請求項１に記載の表示装置。
前記ドライブトランジスタのソースと固定電位との間に補助容量が接続されている請求項２に記載の表示装置。
該信号電位を該保持容量に書き込む時、該ドライブトランジスタのドレインからソースに向かって流れる電流を該保持容量に負帰還することで、該ドライブドランジスタの移動度に対する補正を該保持された信号電位にかける請求項２に記載の表示装置。
請求項１に記載の表示装置を備えた電子機器。