JP4591511B2 - 表示装置及び電子機器 - Google Patents

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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。
発光素子として有機ELデバイスを用いた平面自発光型の表示装置の開発が近年盛んになっている。有機ELデバイスは有機薄膜に電界をかけると発光する現象を利用したデバイスである。有機ELデバイスは印加電圧が10V以下で駆動するため低消費電力である。また有機ELデバイスは自ら光を発する自発光素子であるため、照明部材を必要とせず軽量化及び薄型化が容易である。さらに有機ELデバイスの応答速度は数μs程度と非常に高速であるので、動画表示時の残像が発生しない。
有機ELデバイスを画素に用いた平面自発光型の表示装置の中でも、とりわけ駆動素子として薄膜トランジスタを各画素に集積形成したアクティブマトリクス型の表示装置の開発が盛んである。アクティブマトリクス型平面自発光表示装置は、例えば以下の特許文献1ないし5に記載されている。
特開2003−255856 特開2003−271095 特開2004−133240 特開2004−029791 特開2004−093682
しかしながら、従来のアクティブマトリクス型平面自発光表示装置は、プロセス変動により発光素子を駆動するトランジスタの閾電圧や移動度がばらついてしまう。また、有機ELデバイスの特性が経時的に変動する。この様なドライブトランジスタの特性ばらつきや有機ELデバイスの特性変動は、発光輝度に影響を与えてしまう。表示装置の画面全体にわたって発光輝度を均一に制御するため、各画素回路内で上述したトランジスタや有機ELデバイスの特性変動を補正する必要がある。従来からかかる補正機能を画素毎に備えた表示装置が提案されている。しかしながら、従来の補正機能を備えた画素回路は、補正用の電位を供給する配線と、スイッチング用のトランジスタと、スイッチング用の制御パルスが必要であり、画素回路の構成が複雑である。画素回路の構成要素が多いことから、ディスプレイの高精細化の妨げとなっていた。
上述した従来の技術の課題に鑑み、本発明は画素回路の簡素化によりディスプレイの高精細化を可能にした表示装置を提供することを目的とする。かかる目的を達成するために以下の手段を講じた。即ち本発明は、画素アレイ部とこれを駆動する駆動部とからなり、前記画素アレイ部は、行状の走査線と、列状の信号線と、両者が交差する部分に配された行列状の画素と、画素の各行に対応して配された電源線とを備え、前記駆動部は、各走査線に順次制御信号を供給して画素を行単位で線順次走査する主スキャナと、該線順次走査に合わせて各電源線に第1電位と第2電位で切り換わる電源電圧を供給するドライブスキャナと、該線順次走査に合わせて列状の信号線に映像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とを備え、前記画素は、発光素子と、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、そのソース及びドレインの一方が該信号線に接続し、他方が該ドライブトランジスタのゲートに接続し、前記ドライブトランジスタはPチャネル型で、そのソースが該発光素子のカソードに接続し、そのドレインが接地配線に接続し、前記保持容量は、該ドライブトランジスタのソースとゲートの間に接続し、前記発光素子は、そのアノードが該電源線に接続し、そのカソードが該ドライブトランジスタのソースに接続している表示装置であって、該信号セレクタが該信号線に基準電位を供給している時間帯で、前記主スキャナは該走査線に制御信号を供給して該サンプリングトランジスタを導通状態にする一方、前記ドライブスキャナは該電源線を第1電位と第2電位との間で切り換え、以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保持し、該信号セレクタが該信号線に信号電位を供給している時間帯で、前記主スキャナは該走査線に制御信号を供給して該サンプリングトランジスタを導通状態にし、以って該信号線から供給された信号電位をサンプリングして該保持容量に保持し、前記ドライブスキャナが該電源線を第1電位に維持している時間帯で、前記ドライブトランジスタは、該保持された信号電位に応じて駆動電流を該発光素子に流すことを特徴とする。
好ましくは、前記サンプリングトランジスタが該信号線から供給された信号電位をサンプリングして該保持容量に保持する時、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対する補正を信号電位に加える。又前記サンプリングトランジスタもPチャネル型である。又前記主スキャナは、該保持容量に信号電位が保持された段階で該走査線に対する制御信号の印加を解除し、該サンプリングトランジスタを非導通状態にして該ドライブトランジスタのゲートを該信号線から電気的に切り離し、以って該ドライブトランジスタのソース電位の変動にゲート電位が連動し(ブートストラップ動作)ゲートとソース間の電圧を一定に維持する。
本発明にかかる表示装置は、画素毎に閾電圧補正機能、移動度補正機能、ブートストラップ機能などを備えている。閾電圧補正機能によりドライブトランジスタの閾電圧変動を補正することができる。また移動度補正機能により同じくドライブトランジスタの移動度変動を補正することができる。また発光時における保持容量のブートストラップ動作により、有機ELデバイスの特性変動に関わらず、常に一定の発光輝度を保つことができる。即ち有機ELデバイスの電流‐電圧特性が経時変動しても、ドライブトランジスタのゲート‐ソース間電圧がブートストラップ動作により一定に保たれるため、発光輝度を一定に維持することができる。
本発明によれば、上述した閾電圧補正機能、移動度補正機能、ブートストラップ機能などを実現するため、個々の画素は発光素子と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のみで構成されており、従来に比べトランジスタの素子数が2個に削減されている。この様に簡素化された画素構成で、上述した種々の補正機能を実現している。画素回路の簡素化により、個々の画素サイズを縮小できるため、表示装置の高精細化が可能になる。
特に、画素回路の構成を簡素化するために、ドライブトランジスタをPチャネル型とし、そのソースに発光素子のカソードを接続した構成を採用している。Nチャネル型のトランジスタに比べ、Pチャネル型のトランジスタは閾電圧や移動度のばらつきが小さく、容易にその補正を行うことが可能である。またNチャネル型のトランジスタに比べ、Pチャネル型のトランジスタはアーリ効果が目立たず、ドライブトランジスタが供給する駆動電流は電源電圧の変動の影響を受けにくくなっている。この様にPチャネル型のドライブトランジスタを用いることで、種々の要因による輝度のばらつきが少なくなり、画面のユニフォーミティを高めることができる。
本発明は各画素に上述した閾電圧補正機能、移動度補正機能、ブートストラップ動作などを組み込むため、各画素に供給する電源電圧をスイッチングパルスとして使用する。電源電圧をスイッチングパルス化することで、閾電圧補正用のスイッチングトランジスタやそのゲートを制御する走査線が不要になる。結果として、画素回路の構成素子と配線が大幅に削減でき、画素エリアを縮小することが可能となり、ディスプレイの高精細化を達成できる。また移動度補正を映像信号電位のサンプリングと同時に行うことで、同じく画素回路の構成と配線を簡略化でき、画素サイズの縮小化に寄与している。
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。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、同じく行状の電源線DSと、列状の信号線SLと、各走査線WSと各信号線SL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。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、単色表示のパネルも含む。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(主スキャナ)4と、この線順次走査に合わせて電源線DSに高電位Vccと低電位Vssとで切り換る電源電圧を供給して画素2に所定の補正動作を行わせるドライブスキャナ5と、線順次走査に合わせて列状の信号線SLに映像信号となる信号電位Vsigと基準電位Vofsを供給する水平セレクタ(信号セレクタ)3とを備えている。
図2は、図1に示した表示装置に含まれる画素2の具体的な構成を示す回路図である。図示するように、この画素2は、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Tr2と、保持容量Csとで構成されている。画素回路2は2個のトランジスタを含むのみで、従来に比べ非常に簡素化されており、画素アレイ部の高精細化を達成できる。
サンプリングトランジスタTr1はPチャネル型で、そのゲートが走査線WSに接続し、そのソース及びドレインの一方が信号線SLに接続し、他方がドライブトランジスタTr2のゲートGに接続している。ドライブトランジスタTr2はPチャネル型で、そのソースSが発光素子ELのカソードに接続し、そのドレインが接地配線に接続している。保持容量Csは、ドライブトランジスタTr2のソースSとゲートGとの間に接続している。発光素子ELは有機EL素子などの二端子型デバイスで、そのアノードが電源線DSに接続し、そのカソードが前述したようにドライブトランジスタTr2のソースSに接続している。
なお本実施形態では、サンプリングトランジスタTr1はPチャネル型を採用している。但し本発明はこれに限られるものではなく、サンプリングトランジスタTr1はNチャネル型を用いても良い。本発明の特徴の一つは、ドライブトランジスタにPチャネル型を用いることである。
信号セレクタ(水平セレクタ)3が信号線SLに基準電位Vofsを供給している時間帯で、主スキャナ(ライトスキャナ)4は走査線WSに制御信号を供給してサンプリングトランジスタTr1を導通状態にする一方、ドライブスキャナ5は電源線DSを第1電位(高電位Vcc)と第2電位(低電位Vss)との間で切換え、以ってドライブトランジスタTr2の閾電圧Vthに相当する電圧を保持容量Csに保持する。続いて信号セレクタ(水平セレクタ)3が信号線SLに信号電位Vsigを供給している時間帯で、主スキャナ(ライトスキャナ)4は走査線WSに制御信号を供給してサンプリングトランジスタTr1を再び導通状態にし、以って信号線SLから供給された信号電位Vsigをサンプリングして保持容量Csに保持する。この後ドライブスキャナ5が電源線DSを第1電位(高電位)Vccに維持している時間帯で、ドライブトランジスタTr2は保持容量Csに保持された信号電位Vsigに応じて駆動電流を発光素子ELに流す。その際、保持容量Csに保持された電位はゲート電圧Vgsとして、Pチャネル型のドライブトランジスタTr2のソースSとゲートGとの間に印加される。保持容量Csに信号電位Vsigを書き込む前に、予めドライブトランジスタTr2の閾電圧Vthに相当する電圧が保持容量Csに書き込まれているため、ドライブトランジスタTr2の閾電圧Vthの影響はキャンセルされている。従ってドライブトランジスタTr2の閾電圧Vthが画素ごとにばらついても、発光素子の輝度に影響を与えることがない。
ドライブトランジスタTr2は飽和領域で動作し、保持容量Csに保持されたゲート電圧Vgsに応じてドレイン電流Idsを発光素子ELに流す。その際、Pチャネル型のドライブトランジスタTr2は、Nチャネル型に比べアーリ効果の影響が少ない。換言すると、ドレイン電流Idsに対するドレイン電圧の変動の影響が少ない。従ってPチャネル型のドライブトランジスタは電源電圧の変動に大きな影響を受けることなく、Vgsで決まったドレイン電流Idsを発光素子ELに流すことができ、輝度むらが生じ難くなっている。
サンプリングトランジスタTr1が信号線SLから供給された信号電位Vsigをサンプリングして保持容量Csに保持するとき、ドライブトランジスタTr2に流れる駆動電流を保持容量Csに負帰還して、ドライブトランジスタTr2の移動度μに対する補正を信号電位Vsigに加えている。かかる構成により、本画素回路は少ないトランジスタ素子数で、信号電位Vsigに対しドライブトランジスタTr2の閾電圧Vth補正に加え、移動度μ補正を行うことができる。
さらに、主スキャナ(ライトスキャナ)4は、保持容量Csに信号電位Vsigが書き込まれた後、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を非導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Tr2のソース電位の変動にゲート電位が連動し、ゲートGとソースS間の電圧Vgsを一定に維持している。かかるブートストラップ動作により、発光素子ELの電流/電圧特性の変動にかかわらず、Vgsを一定に保つことができる。
図3は、図2に示した画素回路2の動作説明に供するタイミングチャートである。このタイミングチャートは時間軸Tに沿って走査線WSに印加される制御信号及び電源線DSに印加される電源電圧の波形を表してある。サンプリングトランジスタTr1はPチャネル型なので、走査線WSがローレベルのときオンし、ハイレベルのときオフする。このタイミングチャートは、制御信号WSの波形と共に、ドライブトランジスタTr2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。また信号線SLに印加される映像信号の波形も表してある。この映像信号は、1水平期間(1H期間)内で、信号電位Vsigと基準電位Vofsが交互に切換る波形となっている。
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フィールド周期で走査線WSに印加される。この制御信号パルスは1水平走査周期(1H)の間に2発のパルスを含んでいる。最初のパルスを第1パルスP1とし、後続のパルスを第2パルスP2としている。電源線DSは同じように1フィールド周期で高電位Vccと低電位Vssとの間で切換る。
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、その後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、電源線DSが高電位Vccにあり、ドライブトランジスタTr2が駆動電流(ドレイン電流Ids)を発光素子ELに供給している。駆動電流Idsは高電位Vccにある電源線DSから発光素子ELを通り、ドライブトランジスタTr2を介して接地配線に流れ込んでいる。
続いて当該フィールドの非発光期間に入るタイミングT1で、電源線DSを高電位Vccから低電位Vssに切換える。これにより電源線DSはVssまで放電され、さらにドライブトランジスタTr2のソースSの電位もVssまで下降する。これにより発光素子ELのアノード/カソード間電圧はほぼ0Vとなり、カットオフする。駆動電流が流れなくなるので、発光素子ELは消灯する。このときドライブトランジスタTr2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を高レベルから低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。換言すると走査線WSに第1制御信号パルスP1を印加することで、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は基準電位Vofsにある。よってドライブトランジスタTr2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Vofsとなる。
この直後のタイミングT3で、電源線DSが低電位Vssから高電位Vccに切換る。これによりドライブトランジスタTr2のソース電位はVcc近傍まで上昇する。かかる動作により、ドライブトランジスタTr2のゲートGとソースSとの間の電位差Vgsが十分Vth以上に設定され、Vth補正に対する準備が行われる。
この後タイミングT4で電源線DSが高電位Vccから低電位Vssに切換り、ドライブトランジスタTr2のソースSとゲートGとの間に接続されていた保持容量Csの放電が始まる。この放電により、ドライブトランジスタTr2のソース電位が徐々に低下していき、やがてドライブトランジスタTr2のゲートG/ソースS間電圧Vgsが閾電圧Vthとなったところ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Tr2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。
タイミングT5では走査線WSがローレベルからハイレベルに戻る。換言すると走査線WSに印加された第1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1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Vofsから信号電位Vsigに切換る。続いてタイミングT6で走査線WSが再びハイレベルからローレベルに切換る。換言すると第2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Tr2のゲートGの電位は信号電位Vsigになる。このときドライブトランジスタTr1がオンするため、保持容量Csに放電が生じ、ドライブトランジスタTr1のソース電位がΔVだけ低下する。この低下分ΔVはドライブトランジスタTr1の移動度μに比例している。移動度μが大きいほど低下分ΔVが大きくなるため、結果的に移動度μのばらつきの影響を補正することができる。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に書き込まれた後、さら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。
このような移動度補正動作は走査線WSがハイレベルに戻るタイミングT7まで行われる。よってタイミングT6からタイミングT7までの期間T6‐T7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2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T6‐T7は、第2パルスP2のパルス幅に等しい。即ち第2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T6‐T7では信号電位Vsigの書き込みと補正量ΔVの調整が同時に行われる。Vsigが低いほどドライブトランジスタTr2に流れる電流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Tr2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(即ち放電量若しくは電圧降下量)ΔVが大きくなるので、画素ごとの移動度μのばらつきを取り除くことができる。
最後にタイミングT8になると、電源線DSが低電位VssからVccに切換る。これによりドレイン電流Idsが発光素子ELを流れ始める。発光素子ELのカソード電位はほぼVccまで上昇する。発光素子ELのカソード電位の上昇は、即ちドライブトランジスタTr2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Tr2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Tr2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Tr2のゲートG/ソースS間電圧Vgsは一定に保持される。この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Tr2は、飽和領域で動作する。即ちドライブトランジスタTr2は、ゲートG/ソースS間電圧Vgsに応じた駆動電流Idsを供給する。この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。本発明の特徴事項として、ドライブトランジスタTr2はPチャネル型である。Nチャネル型に比べPチャネル型はアーリ効果が抑制されているため、ドレイン電圧に対するドレイン電流Idsの依存性が少なく、電源電圧の影響を受け難い。
引き続き図4〜図7を参照して図1及び図2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4は、Vth補正準備期間T2‐T4における画素回路の動作状態を示す模式図である。この準備期間では、最初に制御信号WSをローレベルにしてサンプリングトランジスタTr1をオンし、ドライブトランジスタTr2のゲートGに基準電位Vofsを書き込む。続いて電源線DSをハイレベルVccにする。この動作により、ドライブトランジスタTr2のVgsはその閾電圧Vthよりも大きく設定される。このため、Vcc−Vofs>|Vth|を満たす必要がある。ここでドライブトランジスタTr2のソースをノードAとする。このときドライブトランジスタTr2はオン状態であり貫通電流が流れてしまう。従ってこの準備期間T2‐T4は数μs以下でなるべく短く設定し、且Vofsの値はVthよりも多少大きいだけに設定することが望ましい。
図5は、閾電圧補正期間T4‐T5における画素回路2の動作状態を表している。ここでは電源線DSを低電位Vssに切換えて発光素子ELをカットオフする。これによりドライブトランジスタTr2を介してソース電位の放電が開始し、ノードAの電位はVofs+|Vth|となり、ドライブトランジスタTr2のVth補正動作が行われる。
図6は、信号書込/移動度補正期間T6‐T7における画素回路の動作状態を表している。ここでは信号線SLをVofsからVsigに書き換えた後、サンプリングトランジスタTr1を再びオンする。これによりドライブトランジスタTr2のゲートにはVsigが書き込まれ、ノードAの電位は保持容量Csと発光素子ELの等価容量Coledとの容量比に応じたカップリングが入り、ドライブトランジスタTr2のVgsは以下の式1に示した値となる。
Figure 0004591511
このときドライブトランジスタTr2を介してドレイン電流Idsが流れるので、ノードAの電位がΔVだけ低下し、信号電位Vsigを書き込みながら移動度補正が行われる。適切な移動度補正量ΔVを得るため、信号書込&移動度補正期間T6‐T7は数μsと非常に短い時間にする。移動度補正後の電流値Idsを以下の式2に示す。式2でtは移動度補正時間、Cは保持容量Csと等価容量Coledの和である。
Figure 0004591511
図7は、発光期間における画素回路2の動作状態を示す模式図である。発光期間では、サンプリングトランジスタTr1をオフした後に電源線DSを高電位Vccに切換えて、発光素子ELをオンする。これにより発光素子ELにはVgsで決まる定常電流が流れ、発光動作を行う。このときドライブトランジスタTr2の閾電圧Vth及び移動度μのばらつき補正がすでに行われているので、輝度むらがなくユニフォーミティの高い画質を得ることができる。発光期間ではドライブトランジスタTr2のソース電位は発光素子ELとの動作点で決まる電位まで上昇し、これに連動してゲート電位も上昇する。発光素子ELの特性が変動して動作点にシフトが生じても、ドライブトランジスタTr2のVgsは一定に保たれるため、発光輝度の変化が生じない。以上の動作により、素子ばらつきが少なくアーリ効果特性も良いPチャネル型のトランジスタを用いたばらつき補正回路を構成することができる。これにより表示装置パネルの高画質化と高精細化を同時に達成することができる。
図8は、本発明にかかる表示装置の他の実施形態を示す回路図である。理解を容易にするため、図2に示した先の実施形態と対応する部分には対応する参照番号を用いている。異なる点は、サンプリングトランジスタTr1がPチャネル型ではなく、Nチャネル型になっていることである。サンプリングトランジスタTr1は基本的にスイッチング動作を行うトランジスタであり、特性上はNチャネル型であっても差し支えない。
続いて本発明にかかる表示装置の発展形態を説明する。この発展形態は信号電位のレベルに合わせて移動度補正時間tを自動的に可変調整できる様にしている。図9は信号電位と最適移動度補正時間との関係を示すグラフである。縦軸に信号電位を取り、横軸に最適移動度補正時間を取ってある。本発明のようにドライブトランジスタTr2をPチャネル型とした場合、信号電位が低くなるほど駆動電流が大きくなり発光輝度が高くなる。従って発光輝度は信号電位が上方にシフトするに連れて、白レベルからグレーレベルを通って黒レベルになる。グラフから明らかなように、信号電位が白レベルのとき最適な移動度補正時間は比較的短く、逆に信号電位が黒レベルになると最適な移動度補正時間が長くなる傾向にある。画面のユニフォーミティを改善し画質を高めるためには、信号電位に応じて移動度補正時間を適応的に制御することが好ましい。
図10は、本発明にかかる表示装置の発展形態の動作説明に供するタイミングチャートである。理解を容易にするため図3に示した先の実施形態のタイミングチャートと対応する部分には対応する参照番号を付してある。異なる点は、信号書込&移動度補正時間を規定する制御信号WSの負極性パルスの立上りを鈍らせていることである。これにより移動度補正時間tを信号電位Vsigのレベルに応じて自動的に可変調整することが可能である。
図11は、図10に示したタイミングT6‐T7に現れる制御信号WSの負極性パルスを拡大表示した波形図である。サンプリングトランジスタTr1はPチャネル型であり、制御信号WSがハイレベルからローレベルに切り換ることでオンし、逆にローレベルからハイレベルに切り換ることでオフする。ハイレベルからローレベルへの立下りは急峻であり、サンプリングトランジスタTr1は直ちにオンする。逆にローレベルからハイレベルへの切換りは立上り波形が鈍らせてあり、動作点によってオフタイミングが異なっている。サンプリングトランジスタTr1はソース側に信号電位Vsigが印加され、ゲート側に制御信号WSが印加される。従ってサンプリングトランジスタTr1の動作点は信号電位Vsigによって異なる。信号電位Vsigが低い白階調では動作点も低くなるため、サンプリングトランジスタTr1は比較的早くオフする。従って白階調移動度補正時間は比較的短い。これに対し信号電位Vsigが黒階調のとき動作点はハイレベルに近くなる。よってサンプリングトランジスタTr1がオフするタイミングは後方にシフトし、黒階調での移動度補正時間は長くなる。白階調と黒階調の中間のグレー階調では、その移動度補正時間も中間になる。この様にして本実施形態は信号電位Vsigのレベルに応じて移動度補正時間を最適に自動調整することが可能である。この様な移動度補正を行うため、サンプリングトランジスタTr1はNチャネル型よりもPチャネル型の方が好ましい。
図12は、本発展形態に用いるライトスキャナの実施例を示す回路図である。図12はライトスキャナ4の出力部3段分とこれに接続される画素アレイ部1の3行分(3ライン分)を模式的に表している。ライトスキャナ4はシフトレジスタS/Rで構成されており、外部から入力されるクロック信号に応じて動作し、同じく外部から入力されるスタート信号を順次転送することで、各段ごとに順次信号を出力している。シフトレジスタS/Rの各段にはNAND素子が接続されており、隣り合う段のS/Rから出力された順次信号をNAND処理して、制御信号の基になる矩形波形を生成している。この矩形波形はインバータを介して出力バッファに入力される。出力バッファはシフトレジスタS/R側から供給される入力信号に応じて動作し、最終的な制御信号を対応する画素アレイ部1の走査線WSに供給している。
出力バッファは電源電位Vccと接地電位Vssとの間に直列接続された一対のスイッチング素子からなる。一方のスイッチング素子がPチャネル型トランジスタTrPで、他方がNチャネル型トランジスタTrNである。なお各出力バッファに接続される画素アレイ部1側の各ラインは、等価回路的に抵抗成分Rと容量成分Cで表してある。ここでパルス電源7が各段の出力バッファの接地ラインVssに接続されている。このパルス電源7は1H周期で電源パルスを出力し、接地ラインVssに供給している。出力バッファはNAND素子側から供給される入力パルスに応じて電源パルスを抜き取り、これを出力パルスとして走査線WS側に供給している。図12の下方に示すように、ハッチングを付した負極正の電源パルスは、立下りが急峻で立上りがなだらかになっている。この立上りのなだらかな部分をそのまま抜き取って制御信号WSに用いることで、移動度補正時間の自動制御に利用している。
図13は、図12に示したライトスキャナの動作説明に供するタイミングチャートである。図示するように、パルス電源7は1H毎に負極性パルスPを含む電源パルス列を出力バッファの接地ラインに供給している。図示のタイミングチャートは、電源パルスと時系列を併せて、出力バッファの入力パルスと出力パルスも表している。図では、N−1段目及びN段目の出力バッファに供給される入力パルスと出力パルスを表してある。入力パルスは1段ごとに1Hずつシフトしていく矩形パルスである。N−1段目の出力バッファに入力パルスが供給されると、インバータがオンし接地ラインからパルスPをそのまま抜き取る。これがN−1段目の出力バッファの出力パルスとなって、そのまま対応するN−1ライン目の走査線WSに出力される。同様にしてN段目の出力バッファに入力パルスが印加すると、出力パルスがN段目の出力バッファから対応する走査線WSに出力される。
以下参考のため、Pチャネル型ではなくNチャネル型のドライブトランジスタを用いた画素回路の例を説明する。図14は、参考例にかかる表示装置の構成を示すブロック図である。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Tr2と、保持容量Csとを含む。本発明にかかる表示装置と異なる点は、ドライブトランジスタTr2がPチャネル型ではなくNチャネル型で構成されていることである。Nチャネル型のドライブトランジスタは、Pチャネル型に比べ閾電圧Vthや移動度μのばらつきが大きく、アーリ効果も目立つ。このため表示装置の画素回路のドライブトランジスタとしては特性的にPチャネル型よりも劣る。
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Tr2の制御端(ゲートG)に接続する。ドライブトランジスタTr2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、他方が対応する電源線DSに接続している。本参考例では、ドライブトランジスタTr2がNチャネル型であり、そのドレインが電源線DS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Tr2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Tr2は、第1電位(高電位Vcc)にある電源線DS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Tr2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Tr2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タイミングで電源線DSを第1電位(高電位Vcc)から第2電位(低電位Vss)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VofsをドライブトランジスタTr2のゲートGに印加すると共にドライブトランジスタTr2のソースSを第2電位(Vss)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タイミングで電源線DSを第2電位Vssから第1電位Vccに切換えて、ドライブトランジスタTr2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Tr2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を非導通状態にしてドライブトランジスタTr2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Tr2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15は、図14に示した画素回路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、電源線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。以下、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。電源線DSは同じように1フィールド周期(1f)で高電位Vccと低電位Vssとの間で切り換る。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Vofsが切り換る映像信号を供給している。
図15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、電源線DSが高電位Vccにあり、ドライブトランジスタTr2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にある電源線DSからドライブトランジスタTr2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タイミングT1で、電源線DSを高電位Vccから低電位Vssに切換える。これにより電源線DSはVssまで放電され、さらにドライブトランジスタTr2のソースSの電位はVss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Tr2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Vofsにある。よってドライブトランジスタTr2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Vofsとなる。この時ドライブトランジスタTr2のソースSの電位はVofsよりも十分低い電位Vssにある。この様にしてドライブトランジスタTr2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Tr2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Tr2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、電源線DSが低電位Vssから高電位Vccに遷移し、ドライブトランジスタTr2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Tr2のゲートG/ソースS間電圧Vgsが閾電圧Vthとなったところ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Tr2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Vofsから信号電位Vsigに切り換る。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Tr2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Tr2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Tr2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の書き込みと補正量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Tr2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Tr2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できる。
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。これによりドライブトランジスタTr2のゲートGは信号線SLから切り離される。同時にドレイン電流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Tr2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Tr2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Tr2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Tr2のゲートG/ソースS間電圧Vgsは一定に保持される。この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Tr2は、飽和領域で動作する。即ちドライブトランジスタTr2は、ゲートG/ソースS間電圧Vgsに応じた駆動電流Idsを供給する。この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。
本発明にかかる表示装置は、図16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17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18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19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20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21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22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。
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1に示した表示装置の実施形態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。 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。 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他の実施形態を示す回路図である。 本発明にかかる表示装置の発展形態の説明に供するグラフである。 発展形態の動作説明に供するタイミングチャートである。 同じく発展形態の説明に供する波形図である。 同じく発展形態に使うライトスキャナの構成を示す回路図である。 図12に示したライトスキャナの動作説明に供するタイミングチャートである。 参考例にかかる表示装置の構成を示す回路図である。 参考例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。 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。
符号の説明
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、Tr2・・・ドライブトランジスタ、Cs・・・保持容量、EL・・・発光素子

Claims (5)

  1. 画素アレイ部、及び、画素アレイ部を駆動する駆動部成り
    素アレイ部は、行状の走査線列状の信号線両者が交差する部分に配された行列状の画素、及び、画素の各行に対応して配された電源線備え、
    動部は、
    各走査線に順次制御信号を供給して画素を行単位で線順次走査する主スキャナ、
    順次走査に合わせて各電源線に第1電位と第2電位切り換わる電源電圧を供給するドライブスキャナ、及び、
    順次走査に合わせて列状の信号線に映像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
    備え、
    素は、発光素子、サンプリングトランジスタ、ドライブトランジスタ、及び、保持容量を含み、
    ンプリングトランジスタは、そのゲートが査線に接続され、そのソース及びドレインの一方が号線に接続され、他方がライブトランジスタのゲートに接続され
    ライブトランジスタはPチャネル型で、そのソースが光素子のカソードに接続され、そのドレインが接地配線に接続され
    持容量は、ライブトランジスタのソースとゲートの間に接続され
    光素子は、そのアノードが源線に接続され、そのカソードがライブトランジスタのソースに接続されている表示装置であって、
    号セレクタが号線に基準電位を供給している時間帯で、スキャナは査線に制御信号を供給してンプリングトランジスタを導通状態にする一方、ライブスキャナは源線を第2電位から第1電位へ切り換えた後、第1電位から第2電位へ切り換え、以て、ドライブトランジスタの閾電圧に相当する電圧を持容量に保持し、
    号セレクタが号線に信号電位を供給している時間帯で、スキャナは査線に制御信号を供給してンプリングトランジスタを導通状態にし、以て、信号線から供給された信号電位をサンプリングして持容量に保持し、
    ライブスキャナが源線を第1電位に維持している時間帯で、ライブトランジスタは、持された信号電位に応じて駆動電流を光素子に流す表示装置。
  2. ンプリングトランジスタが号線から供給された信号電位をサンプリングして持容量に保持する時、ライブトランジスタに流れる駆動電流を持容量に負帰還して、ライブトランジスタの移動度に対する補正を信号電位に加える請求項1記載の表示装置。
  3. ンプリングトランジスタもPチャネル型である請求項1記載の表示装置。
  4. スキャナは、持容量に信号電位が保持された段階で査線に対する制御信号の印加を解除し、ンプリングトランジスタを非導通状態にしてライブトランジスタのゲートを号線から電気的に切り離し、以て、ドライブトランジスタのソース電位の変動にゲート電位が連動しゲートとソース間の電圧を一定に維持する請求項1記載の表示装置。
  5. 請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の表示装置を備えた電子機器。
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