JP4697297B2 - 表示装置、表示装置の画素レイアウト方法および電子機器 - Google Patents

表示装置、表示装置の画素レイアウト方法および電子機器 Download PDF

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Description

本発明は、表示装置、表示装置の画素レイアウト方法および電子機器に関し、特に電気光学素子を含む画素が行列状に2次元配置された平面型(フラットパネル型)表示装置、当該表示装置の画素レイアウト方法および当該表示装置を有する電子機器に関する。
近年、画像表示を行う表示装置の分野では、発光素子を含む画素(以下、「画素回路」と記述する場合もある)が行列状に2次元配置されてなる平面型の表示装置が急速に普及している。平面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いわゆる電流駆動型の電気光学素子を画素の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、有機薄膜に電界をかけると発光する現象を利用した有機EL(Electro Luminescence)素子が知られている。
この有機EL素子を画素の発光素子として用いた有機EL表示装置は次のような特長を持っている。すなわち、有機EL素子は、10V以下の印加電圧で駆動できるために低消費電力である。有機EL素子は、自発光素子であるために、画素ごとに液晶にて光源からの光強度を制御することによって画像を表示する液晶表示装置に比べて、画像の視認性が高く、しかもバックライト等の光源を必要としないために軽量化および薄型化が容易である。さらに、有機EL素子の応答速度が数μsec程度と非常に高速であるために動画表示時の残像が発生しない。
有機EL表示装置では、液晶表示装置と同様に、その駆動方式として単純(パッシブ)マトリクス方式とアクティブマトリクス方式とを採ることができる。ただし、単純マトリクス方式の表示装置は、構造が簡単であるものの、電気光学素子の発光期間が走査線(即ち、画素数)の増加によって減少するために、大型でかつ高精細な表示装置の実現が難しいなどの問題がある。
そのため、近年、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アクティブマトリクス方式の表示装置の開発が盛んに行われている。絶縁ゲート型電界効果トランジスタとしては、一般には、TFT(Thin Film Transistor;薄膜トランジスタ)が用いられる。アクティブマトリクス方式の表示装置は、電気光学素子が1フレームの期間に亘って発光を持続するために、大型でかつ高精細な表示装置の実現が容易である。
アクティブマトリクス方式の有機EL表示装置において、画素(画素回路)は、有機EL素子の駆動回路として、駆動トランジスタ、書込みトランジスタおよび保持容量を少なくとも有する構成となっている(例えば、特許文献1参照)。駆動トランジスタは、有機EL素子を電流駆動する。書込みトランジスタは、映像信号をサンプリングして画素内に書き込む。保持容量は、書込みトランジスタによって書き込まれた映像信号を保持する。
ところで、近年、表示装置の高精細化、低消費電力化が進んでいる。そして、表示装置の高精細化が進むと、有機EL素子のサイズが小さくなり、それに伴って有機EL素子の寄生容量の容量値が小さくなる。また、表示装置の低消費電力化に当たっては、画素に書き込む映像信号の低振幅化が図られる。
ここで、書込みトランジスタによる映像信号の書込み動作において、映像信号の書込みによって駆動トランジスタのゲート電位Vgが上昇する際に、保持容量と有機EL素子の寄生容量とのカップリングによって駆動トランジスタのソース電圧Vsも上昇する。ここで、ゲート電位の上昇分をΔVg、保持容量の容量値をCcs、有機EL素子の寄生容量の容量値をCelとすると、ソース電圧の上昇分ΔVsは、次式(1)で与えられる。
ΔVs=ΔVg×{Ccs/(Ccs+Cel)} ……(1)
そして、表示装置の高精細化による画素の微細化に伴って有機EL素子の寄生容量の容量値Celが小さくなると、上記式(1)から明らかなように、駆動トランジスタのソース電圧Vsの上昇分ΔVsが大きくなる。これにより、駆動トランジスタの駆動電圧、即ちゲート−ソース間電圧Vgsが小さくなる。その結果、入力される映像信号の振幅に対応した発光輝度が得られなくなる。映像信号の振幅を大きくすることで、発光輝度の低下を抑えることはできるものの、表示装置の低消費電力化を阻むことになる。
以上では、電気光学素子が有機EL素子の場合を例に挙げて従来の問題点について述べたが、有機EL素子の場合に限らず、寄生容量を持つ電気光学素子全般に対して言えることである。
電気光学素子の寄生不足を補いため、従来は、電気光学素子のアノード電極(駆動トランジスタのソース電極)と固定電位ノードとの間に補助容量を付加する構成を採っている(例えば、特許文献2参照)。この補助容量は、電気光学素子の寄生容量の容量値が小さくても当該電気光学素子の容量の不足分を補うことで、信号書込み時の駆動トランジスタのソース電圧Vsの上昇を抑える作用を為す。この補助容量の作用により、映像信号の振幅を大きくしなくても、駆動トランジスタの駆動電圧を確保できる。
特開2005−345722号公報 特開2008−051990号公報
ところで、有機EL素子の発光効率は、有機材料などに起因して発光色ごとに異なる。そのため、有機EL素子を駆動する駆動トランジスタのサイズ(駆動能力)や駆動電流が有機EL素子の発光色ごとに異なる。したがって、画素に付加する補助容量の容量値も有機EL素子の発光色ごとに異ならせる必要がある。
一例として、カラー画像を形成する単位となる1つの画素が、R(赤)G(緑)B(青)の3つの副画素からなる場合を例に挙げる。例えば、Bの有機EL素子の有機材料の膜厚が他の色の有機EL素子よりも一般的に厚いとすると、Bの有機EL素子の発光効率が他の色の有機EL素子に比較して小さくなるために、Bの副画素の補助容量の容量値を一番大きくする必要がある。
また、表示装置の大型化が進み、それに対応して有機EL素子の面積が大きくなると、発光色ごとの寄生容量のサイズ差がより大きくなってしまう。そのため、前述の例では特にBの副画素に付加する補助容量のサイズは非常に大きなものとなる。この補助容量の作成に当たっては、画素行の画素の配列方向(水平方向)において隣接する2つの画素(副画素)同士を線対称な画素レイアウトとすることで、2つの画素間に跨って隣接画素の領域にも補助容量を作成可能になる(その詳細については後述する)。これにより、大きなサイズの補助容量をレイアウトできる。
そして、図10に示すように、サイズが一番大きいBの副画素の補助容量25Bを隣接画素の領域に亘って形成するとした場合、当該補助容量25BはBの副画素とRの副画素との間およびBの副画素とGの副画素と間に跨って形成され、隣接するR,Gの副画素間には形成されない。図10に示すレイアウトにおいて、Rの副画素のみ、Gの副画素のみを見た場合、補助容量25Bを形成する金属層の有り無しが1ラインごとに発生してしまう。
このため、後述するレーザーアニール工程において、補助容量25Bの金属パターンの有り無しによってTFT上のアモルファスシリコンへの熱の伝わり方が異なるという状況が発生するために、TFT特性がばらついてしまう。その結果、1ラインごとにスジが発生するために、表示画像の画質が損なわれる。
そこで、本発明は、補助容量が2つの画素間に跨って形成される画素レイアウトにおいて、レーザーアニールによるTFT特性を一定にすることが可能な表示装置、当該表示装置の画素レイアウト方法およ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。
上記目的を達成するために、本発明は、
電気光学素子と、映像信号を書き込む書込みトランジスタと、前記書込みトランジスタによって書き込まれた前記映像信号に応じて前記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ゲート電極とソース電極との間に接続され、前記書込みトランジスタによって書き込まれた前記映像信号を保持する保持容量と、前記電気光学素子のアノード電極と固定電位ノードとの間に接続された補助容量とを有する画素が行列状に配置された表示装置において、
前記補助容量を画素行の画素の配列方向において隣接する特定の2つの画素間を跨いで形成する一方、
前記特定の2つの画素以外の2つの画素間の前記補助容量と対応する部位には島状の金属パターンを形成する。
補助容量が2つの画素間に跨って形成される場合において、特定の2つの画素以外の2つの画素間の補助容量と対応する部位に、島状の金属パターンを形成することで、いずれの2つの画素間にも、補助容量に対応した金属パターンが存在することになる。これにより、レーザーアニール時にTFT上のアモルファスシリコンへの熱の伝わり方が一様になるために、レーザーアニールによるTFT特性を一定とすることができる。
本発明によれば、補助容量が2つの画素間に跨って形成される場合において、レーザーアニールによるTFT特性を一定にすることができるために、スジのない均一な画質を得ることができる。
以下、発明を実施するための最良の形態(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.基本例に係る有機EL表示装置(2Trの画素構成)
2.実施例1(補助容量の他端を共通電源供給線に接続)
3.実施例2(補助容量の他端を前段の画素行の電源供給線に接続)
4.変形例
5.適用例(電子機器)
<1.基本例>
[システム構成]
図1は、本発明の基本例に係るアクティブマトリクス型表示装置の構成の概略を示すシステム構成図である。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た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。
図1に示すように、本基本例に係る有機EL表示装置10は、発光素子を含む複数の画素20と、当該画素20が行列状に2次元配置された画素アレイ部30と、当該画素アレイ部30の周辺に配置された駆動部とを有する構成となっている。駆動部は、画素アレイ部30の各画素20を発光駆動する。
画素20の駆動部は、例えば、書込み走査回路40および電源供給走査回路50からなる走査駆動系と、信号出力回路60からなる信号供給系とからなる構成となっている。本適用例に係る有機EL表示装置10の場合には、画素アレイ部30が形成された表示パネル70上に信号出力回路60が設けられているのに対して、書込み走査回路40および電源供給走査回路50はそれぞれ、表示パネル(基板)70の外部に設けられている。
ここで、有機EL表示装置10が白黒表示対応の場合は、白黒画像を形成する単位となる1つの画素が画素20に相当する。一方、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つの画素は複数の副画素(サブピクセル)から構成され、この副画素が画素20に相当する。より具体的には、カラー表示用の表示装置では、1つの画素は、例えば、赤色(R)光を発光する副画素、緑色(G)光を発光する副画素、青色(B)光を発光する副画素の3つの副画素から構成される。
ただし、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い。すなわち、3原色の副画素にさらに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ように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(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。
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/水平方向)に沿って走査線31−1〜31−mと電源供給線32−1〜32−mとが画素行ごとに配線されている。さらに、列方向(画素列の画素の配列方向/垂直方向)に沿って信号線33−1〜33−nが画素列ごとに配線されている。
走査線31−1〜31−m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32−1〜32−m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33−1〜33−n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。
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、書込み走査回路40および電源供給走査回路50についても、表示パネル70上に実装することができる。
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への映像信号の書込みに際して、走査線31−1〜31−mに順次書込み走査信号WS(WS1〜WSm)を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する(線順次走査)。
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Vccと当該第1電源電位Vccよりも低い第2電源電位Vssで切り替わる電源電位DS(DS1〜DSm)を電源供給線32−1〜32−mに供給する。この電源電位DSのVcc/Vssの切替えにより、画素20の発光制御(発光/非発光の制御)が行なわれる。
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と基準電位Vofsのいずれか一方を適宜選択して出力する。ここで、信号出力回路60から選択的に出力される基準電位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)である。
信号出力回路60は、例えば、周知の時分割駆動方式の回路構成を採る。時分割駆動方式は、セレクタ方式とも呼ばれ、信号供給源であるドライバ(図示せず)の1つの出力端に対して複数の信号線を単位(組)として割り当る。そして、この複数の信号線を時分割にて順次選択する一方、その選択した信号線に対してドライバの出力端ごとに時系列で出力される映像信号を時分割で振り分けて供給することによって各信号線を駆動する方式である。
一例として、カラー表示対応の場合を例に挙げると、隣り合うR,G,Bの3つの画素列を単位とし、ドライバからは1水平期間内にR,G,Bの各映像信号が時系列で信号出力回路60に入力するようにする。信号出力回路60は、R,G,Bの3つの画素列に対応して設けられたセレクタ(選択スイッチ)によって構成され、当該セレクタが時分割にて順次オン動作を行うことで、R,G,Bの各映像信号を対応する信号線に対して時分割で書き込む。
ここでは、R,G,Bの3つの画素列(信号線)を単位としたが、これに限られるものではない。そして、この時分割駆動方式(セレクタ方式)を採用することで、時分割数をx(xは2以上の整数)とすると、ドライバの出力数および当該ドライバと信号出力回路60、ひいては表示パネル70との間の配線数を、信号線の本数の1/xに削減できる利点がある。
信号出力回路60から選択的に出力される信号電圧Vsig/基準電位Vofsは、信号線33−1〜33−nを介して画素アレイ部30の各画素20に対して行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。
(画素回路)
図2は、本基本例に係る有機EL表示装置10に用いられる画素(画素回路)20の具体的な構成例を示す回路図である。
図2に示すように、画素20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、例えば有機EL素子21と、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(いわゆる、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。
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(サンプリングトランジスタ)23および保持容量24を有する構成となっている。ここでは、駆動トランジスタ22および書込みトランジスタ23としてNチャネル型のTFTを用いている。ただし、駆動トランジスタ22およ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。
なお、駆動トランジスタ22および書込みトランジスタ23としてNチャネル型のTFTを用いると、アモルファスシリコン(a−Si)プロセスを用いることができる。a−Siプロセスを用いることで、TFTを作成する基板の低コスト化、ひいては本有機EL表示装置10の低コスト化を図ることが可能になる。また、駆動トランジスタ22および書込みトランジスタ23を同じ導電型の組み合わせにすると、両トランジスタ22,23を同じプロセスで作成することができるため低コスト化に寄与できる。
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(ドレイン/ソース電極)が電源供給線32(32−1〜32−m)に接続されている。
書込みトランジスタ23は、ゲート電極が走査線31(31−1〜31−m)に接続され、一方の電極(ソース/ドレイン電極)が信号線33(33−1〜33−n)に接続され、他方の電極(ドレイン/ソース電極)が駆動トランジスタ22のゲート電極に接続されている。
駆動トランジスタ22およ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。
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の他方の電極および有機EL素子21のアノード電極に接続されている。
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または基準電位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または基準電位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。
駆動トランジスタ22は、電源供給線32(32−1〜32−m)の電位(以下、「電源電位」と記述する場合もある)DSが第1電源電位Vcc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に保持されている信号電圧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。
駆動トランジスタ22はさらに、電源電位DSが第1電源電位Vccから第2電源電位Vssに切り替わったときは、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。そして、駆動トランジスタ22は、スイッチング動作によって有機EL素子21への駆動電流の供給を停止することで、有機EL素子21を非発光状態にする。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。
このようにして、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との割合を制御する(いわゆる、デューティ制御)。このデューティ制御により、1フレーム期間に亘って画素20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。
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Vcc,Vssのうち、第1電源電位Vcc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Vss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Vssは、信号電圧Vsigの基準となる基準電位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。
(画素構造)
図3は、画素20の断面構造の一例を示す断面図である。図3に示すように、画素20は、駆動トランジスタ22等を含む駆動回路が形成されたガラス基板201上に形成されている。具体的には、ガラス基板201上に絶縁膜202、絶縁平坦化膜203およびウインド絶縁膜204がその順に形成され、当該ウインド絶縁膜204の凹部204Aに有機EL素子21が設けられた構成となっている。ここでは、駆動回路の各構成素子の内、駆動トランジスタ22のみを図示し、他の構成素子については省略している。
有機EL素子21は、金属等からなるアノード電極205と、当該アノード電極205上に形成された有機層206と、当該有機層206上に全画素共通に形成された透明導電膜等からなるカソード電極207とから構成されている。アノード電極205は、上記ウインド絶縁膜204の凹部204Aの底部に形成されている。
この有機EL素子21において、有機層206は、アノード電極205上にホール輸送層/ホール注入層2061、発光層2062、電子輸送層2063および電子注入層(図示せず)が順次堆積されることによって形成される。そして、図2の駆動トランジスタ22による電流駆動の下に、駆動トランジスタ22からアノード電極205を通して有機層206に電流が流れることで、当該有機層206内の発光層2062において電子と正孔が再結合する際に発光するようになっている。
駆動トランジスタ22は、ゲート電極221と、半導体層222のゲート電極221と対向する部分のチャネル形成領域225と、半導体層222のチャネル形成領域225の両側のドレイン/ソース領域223,224とから構成されている。ソース/ドレイン領域223は、コンタクトホールを介して有機EL素子21のアノード電極205と電気的に接続されている。
そして、図3に示すように、駆動トランジスタ22を含む駆動回路が形成されたガラス基板201上に、絶縁膜202、絶縁平坦化膜203およびウインド絶縁膜204を介して有機EL素子21が画素単位で形成される。しかる後、パッシベーション膜208を介して封止基板209が接着剤210によって接合され、当該封止基板209によって有機EL素子21が封止されることによって表示パネル70が形成される。
[基本例に係る有機EL表示装置の回路動作]
次に、本基本例に係る有機EL表示装置10の回路動作について、図4のタイミング波形図を基に図5および図6の動作説明図を用いて説明する。
なお、図5および図6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。また、周知の通り、有機EL素子21は等価容量(寄生容量)Celを持っている。したがって、ここでは、等価容量Celについても図示している。
図4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(Vofs/Vsig)、駆動トランジスタ22のゲート電圧Vgおよびソース電圧Vsの変化を示している。
〔前フレームの発光期間〕
図4のタイミング波形図において、時刻t1以前は、前のフレーム(フィールド)における有機EL素子21の発光期間となる。この前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)Vccにあり、また、書込みトランジスタ23が非導通状態にある。
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5(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。よって、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。
〔閾値補正準備期間〕
時刻t1になると、線順次走査の新しいフレーム(現フレーム)に入る。そして、図5(B)に示すように、電源供給線32の電位DSが高電位Vccから第2電源電位(以下、「低電位」と記述する)Vssに切り替わる。低電位Vssは、信号線33の基準電位Vofsに対してVofs−Vthよりも十分に低い電位である。
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VssをVss<Vthel+Vcathとすると、駆動トランジスタ22のソース電圧Vsが低電位Vss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る。したがって、有機EL素子21は消光する。
次に、時刻t2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5(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に対して基準電位Vofsが供給されているために、駆動トランジスタ22のゲート電圧Vgが基準電位Vofsになる。また、駆動トランジスタ22のソース電圧Vsは、基準電位Vofsよりも十分に低い電位Vssにある。
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−Vssとなる。ここで、Vofs−Vss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−Vss>Vthなる電位関係に設定する必要がある。
このように、駆動トランジスタ22のゲート電圧Vgを基準電位Vofsに、ソース電圧Vsを低電位Vssにそれぞれ固定して(確定させて)初期化する処理が、後述する閾値補正処理を行う前段階の準備(閾値補正準備)の処理である。したがって、基準電位Vofsおよび低電位Vssは、駆動トランジスタ22のゲート電圧Vgおよびソース電圧Vsの各初期化電位となる。
〔閾値補正期間〕
次に、時刻t3で、図5(D)に示すように、電源供給線32の電位DSが低電位Vssから高電位Vccに切り替わると、駆動トランジスタ22のゲート電圧Vgが保たれた状態で閾値補正処理が開始される。すなわち、ゲート電圧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のソース電圧Vsが上昇を開始する。
ここでは、駆動トランジスタ22のゲート電圧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圧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。
なお、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必要がある。そのために、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。
次に、時刻t4で走査線31の電位WSが低電位側に遷移することで、図6(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。したがって、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。
〔信号書込み&移動度補正期間〕
次に、時刻t5で、図6(B)に示すように、信号線33の電位が基準電位Vofsから映像信号の信号電圧Vsigに切り替わる。続いて、時刻t6で、走査線31の電位WSが高電位側に遷移することで、図6(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、当該信号電圧Vsigを画素20内に書き込む。
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のゲート電圧Vgが信号電圧Vsigとなる。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に相当する電圧とキャンセルされる。この閾値キャンセルの原理の詳細については後述する。
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。したがって、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Celに流れ込む。このドレイン−ソース間電流Idsにより、有機EL素子21の等価容量Celの充電が開始される。
この等価容量Celの充電により、駆動トランジスタ22のソース電圧Vsが時間の経過と共に上昇していく。このとき既に、駆動トランジスタ22の閾値電圧Vthの画素ごと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。ここに、移動度μとは、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電子移動度である。
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の比率が1(理想値)であると仮定する。この信号電圧Vsigに対する保持電圧Vgsの比率を書込みゲインと呼ぶ場合もある。すると、駆動トランジスタ22のソース電圧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。
すなわち、駆動トランジスタ22のソース電圧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作用する。換言すれば、ソース電圧Vsの上昇分ΔVは、保持容量24の充電電荷を放電するように作用し、負帰還がかけられたことになる。したがって、駆動トランジスタ22のソース電圧Vsの上昇分ΔVは負帰還の帰還量となる。
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。この移動度μに対する依存性を打ち消す処理が、駆動トランジスタ22の移動度μの画素ごとのばらつきを補正する移動度補正処理である。
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)が高いほどドレイン−ソース間電流Idsが大きくなるために、負帰還の帰還量ΔVの絶対値も大きくなる。したがって、発光輝度レベルに応じた移動度補正処理が行われる。
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に、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。したがって、負帰還の帰還量ΔVは移動度補正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。
〔発光期間〕
次に、時刻t7で走査線31の電位WSが低電位側に遷移することで、図6(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。
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って、駆動トランジスタ22のソース電圧Vsの変動に連動して(追従して)ゲート電圧Vgも変動する。このように、駆動トランジスタ22のゲート電圧Vgがソース電圧Vsの変動に連動して変動する動作を、本明細書では保持容量24によるブートストラップ動作と呼ぶこととする。
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、当該ドレイン−ソース間電流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。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のソース電圧Vsの上昇に他ならない。駆動トランジスタ22のソース電圧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のゲート電圧Vgも連動して上昇する。
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、ゲート電圧Vgの上昇量はソース電圧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t8で信号線33の電位が映像信号の信号電圧Vsigから基準電位Vofsに切り替わる。
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)およ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、信号書込みおよび移動度補正の各処理動作は、時刻t6−t7の期間において並行して実行される。
なお、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およ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複数回実行する、いわゆる分割閾値補正を行う駆動法を採ることも可能である。
この分割閾値補正の駆動法を採用することにより、高精細化に伴う多画素化によって1水平走査期間に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。その結果、閾値補正処理を確実に行うことができる。
(閾値キャンセルの原理)
ここで、駆動トランジスタ22の閾値補正(即ち、閾値キャンセル)の原理について説明する。閾値補正処理は、先述したように、駆動トランジスタ22のゲート電圧Vgの初期化電位Vofsを基準として当該電位Vofsから駆動トランジスタ22の閾値電圧Vthを減じた電位に向かって、駆動トランジスタ22のソース電圧Vsを変化させる処理である。
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。定電流源として動作することで、有機EL素子21に対して駆動トランジスタ22から、次式(2)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 ……(2)
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。
図7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。
こ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の画素ごとのばらつきに対する補正を行わないと、閾値電圧VthがVth1のとき、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。
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<Ids)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、当該駆動トランジスタ22のゲート−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。
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がVsig−Vofs+Vth−ΔVであるために、これを式(2)に代入すると、ドレイン−ソース間電流Idsは、次式(3)で表される。
Ids=(1/2)・μ(W/L)Cox(Vsig−Vofs−ΔV)2
……(3)
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により、駆動トランジスタ22の閾値電圧Vthが画素ごと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。
(移動度補正の原理)
続いて、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。移動度補正処理は、先述したように、駆動トランジスタ22に流れるドレイン−ソース間電流Idsに応じた補正量ΔVで駆動トランジスタ22のゲート−ソース間の電位差に負帰還をかける処理である。この移動度補正処理により、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。
図8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。
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のゲート電極に例えば両画素A,Bに対して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、移動度μの補正を何ら行わないと、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の画素ごと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が損なわれる。
ここで、先述した式(2)のトランジスタ特性式から明らかなように、移動度μが相対的に大きいとドレイン−ソース間電流Idsが大きくなる。したがって、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に示すように、移動度μが相対的に大きな画素Aの帰還量ΔV1は、移動度μが相対的に小さな画素Bの帰還量ΔV2に比べて大きい。
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の画素ごとのばらつきを抑制することができる。
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の画素ごとのばらつきが補正される。
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。
したがって、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の画素ごと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ΔVで、駆動トランジスタ22のゲート−ソース間電圧Vgsに負帰還をかける処理が移動度補正処理となる。
ここで、図2に示した画素(画素回路)20において、閾値補正、移動度補正の有無による映像信号の信号電位(サンプリング電位)Vsigと駆動トランジスタ22のドレイン・ソース間電流Idsとの関係について図9を用いて説明する。
図9において、(A)は閾値補正処理および移動度補正処理を共に行わない場合、(B)は移動度補正処理を行わず、閾値補正処理のみを行った場合、(C)は閾値補正処理および移動度補正処理を共に行った場合をそれぞれ示している。図9(A)に示すように、閾値補正処理および移動度補正処理を共に行わない場合には、閾値電圧Vthおよび移動度μの画素A,Bごとのばらつきに起因してドレイン−ソース間電流Idsに画素A,B間で大きな差が生じることになる。
これに対して、閾値補正処理のみを行った場合は、図9(B)に示すように、ドレイン−ソース間電流Idsのばらつきをある程度低減できるものの、移動度μの画素A,Bごとのばらつきに起因する画素A,B間でのドレイン−ソース間電流Idsの差は残る。そして、閾値補正処理および移動度補正処理を共に行うことで、図9(C)に示すように、閾値電圧Vthおよび移動度μの画素A,Bごとのばらつきに起因する画素A,B間でのドレイン−ソース間電流Idsの差をほぼ無くすことができる。したがって、どの階調においても有機EL素子21の輝度ばらつきは発生せず、良好な画質の表示画像を得ることができる。
また、図2に示した画素20は、閾値補正および移動度補正の各補正機能に加えて、先述した保持容量24によるブートストラップ動作の機能を備えていることで、次のような作用効果を得ることができる。
すなわち、有機EL素子21のI−V特性の経時変化に伴って駆動トランジスタ22のソース電圧Vsが変化したとしても、保持容量24による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−ソース間電位Vgsを一定に維持することができる。したがって、有機EL素子21に流れる電流は変化せず一定となる。その結果、有機EL素子21の発光輝度も一定に保たれるために、有機EL素子21のI−V特性が経時変化したとしても、それに伴う輝度劣化のない画像表示を実現できる。
(補助容量の必要性について)
図2の画素回路において、保持容量24の容量値をCcs、駆動トランジスタ22のゲート−ソース間の寄生容量の容量値をCgs、有機EL素子21の等価容量の容量値をCelとする。このとき、映像信号の信号電圧Vsigを書き込むときの書込みゲインGは次式(4)で与えられる。
G=1−{(Ccs+Cgs)/(Ccs+Cgs+Cel)} …(4)
上式(4)から明らかなように、有機EL素子21の等価容量の容量値Celが大きければ大きいほど、書込みゲインGは1(理想値)に近づくことがわかる。
一方、近年、表示装置の高精細化に伴って画素20が益々微細化される傾向にある。画素20が微細化されると、必然的に有機EL素子21のサイズも小さくなる。すると、有機EL素子21の等価容量の容量値Celが小さくなる。その結果、上記式(4)から明らかなように、書込みゲインGが低下する。
前にも述べたように、有機EL素子21の容量不足を補うために、有機EL素子21のアノード電極と固定電位ノードとの間に補助容量を付加する方策が採られる。補助容量を付加することにより、当該補助容量の容量値をCsubとすると、書込みゲインGは次式(5)で与えられる。
G=1−{(Ccs+Cgs)/(Ccs+Cgs+Cel+Csub)}
…(5)
上式(5)から明らかなように、有機EL素子21のアノード電極と固定電位ノードとの間に補助容量を付加することで、有機EL素子21のサイズが小さくても、書込みゲインGを高めることができる。加えて、補助容量は有機EL素子21の容量不足を補うことで、映像信号の信号電圧Vsigの書込み時における駆動トランジスタ22のソース電圧Vsの上昇を抑える作用を為す。
この補助容量の作用により、保持容量24に書き込まれた映像信号の信号電圧Vsigの振幅のロス、即ち駆動トランジスタ22のゲート−ソース間電圧Vgsの減少がなくなるために、駆動トランジスタ22の駆動電圧を確保できる。すなわち、入力された映像信号の信号電圧Vsigの振幅に応じた駆動電圧で有機EL素子21を駆動できる。その結果、映像信号の信号電圧Vsigの振幅に対応した発光輝度を得ることができる。
また、先述した移動度補正処理において、駆動トランジスタ22のソース電圧Vsの収束電圧は、閾値補正処理のときとは異なり一定ではない。何故なら、移動度補正処理時の駆動トランジスタ22のゲート電圧Vgが信号電圧Vsigであることと、有機EL素子21をその閾値電圧Vthel以下で動作させるために、移動度補正時間を短く設定する必要があるからである。因みに、閾値補正処理では、駆動トランジスタ22の初期化電圧Vofsに対してソース電圧Vsの収束電圧は、当該初期化電圧Vofsよりも駆動トランジスタ22の閾値電圧Vthだけ低い一定電圧(=Vofs−Vth)となる。
白表示時の移動度補正処理についてさらに考える。移動度補正期間中は有機EL素子21のアノード電圧(駆動トランジスタ22のソース電圧Vs)を、カソード電圧Vcathと有機EL素子21の閾値電圧Vthelとの和(Vcath+Vthel)以下にする必要がある。
ここで、有機EL素子21の持つ寄生容量(等価容量)の容量値Celが小さければ小さいほど、白表示時の必要な駆動電流が大きければ大きいほど、駆動トランジスタ22のソース電圧Vsの上昇が早くなる。そのため、移動度補正処理が確実に行われるようにするためには移動度補正時間をより短くする必要がある。
移動度補正時間tは、次式(6)で与えられる。
t=(Ccs+Cel)・ΔVs/Ids …(6)
ここで、ΔVsは移動度補正動作における駆動トランジスタ22のソース電圧Vsの上昇量であり、Idsは移動度補正時に流れる電流である。
上式(6)から明らかなように、移動度補正時の電流Idsが大きければ大きいほど移動度補正時間tが短くなり、有機EL素子21の等価容量の容量値Celが大きければ大きいほど移動度補正時間tが長くなる。
移動度補正時間tが短いと、当該移動度補正時間tの制御が難しくなる。移動度補正時間tを長くすべく、有機EL素子21の等価容量の容量値Celを大きくするために、有機EL素子21のサイズを大きくするにも、画素20の開口率の関係から限界がある。このような観点からも、有機EL素子21のアノード電極と固定電位ノードとの間に補助容量を付加して、有機EL素子21の容量不足を補うことが必要になる。
また、前にも述べたように、有機EL素子21の発光効率が発光色ごとに異なることによって駆動トランジスタ22のサイズ(駆動能力)が発光色ごとに異なる。したがって、有機EL素子21と補助容量の合成容量値が一定だと、発光色によって移動度補正時間tに違いが生じる。発光色に関係なく移動度補正時間tを一定にするためには、補助容量の容量値Csubを発光色によって変える必要がある。
すなわち、画素20に付加する補助容量の容量値Csubは、有機EL素子21の発光色ごとに異なる。一例として、カラー画像を形成する単位となる1つの画素が、R(赤)G(緑)B(青)の3つの画素(副画素)からなる場合を例に挙げると、R,G,Bの画素で補助容量の容量値Csubが異なるということである。
(補助容量のレイアウト)
表示装置の大型化に対応して有機EL素子21の必要な駆動電流が大きくなると、発光色ごとの有機EL素子21の寄生容量Celの差もより大きくなってしまう。そのため、画素20に付加する補助容量のサイズは非常に大きなものとなる。このような大きなサイズの補助容量をレイアウトするには、一例として、図10に示すような画素レイアウトがとられる。
すなわち、RGBの3つ画素(副画素)を単位として繰返し配列されるカラー配列において、水平方向において隣接する2つの画素同士を、当該2つの画素の境界線Oに関して線対称な画素レイアウトとする。このような画素レイアウト構造を採ることにより、画素列ごとに垂直方向に配線される信号線33R,33G,33Bが、境界線O側の辺と反対側の辺に沿って延在することになる。
その結果、図10に示すように、境界線O側の辺の近傍に信号線33R,33G,33Bが存在しないことになるために、補助容量25を2つの画素間に跨って隣接画素の領域にも作成可能になる。そして、補助容量25を2つの画素間に跨って形成できることで、大きなサイズの補助容量25をレイアウトすることが可能になる。図10には、一例として、B画素用の補助容量25Bについて示している。
(レーザーアニールについて)
ところで、低温ポリシリコンTFTでは、一般的に、アモルファスシリコンを結晶化させるためにエキシマレーザーアニール法(ELA法)を用いている。しかし、エキシマレーザーアニール法で作成したTFTは大きな移動度が得られる反面、その閾値電圧や移動度のばらつきが大きく、さらにそれらがスジ状にばらつくという問題がある。
これに対して、TFTのアモルファスシリコンを固定レーザー等によってアニールしてその熱でアモルファスシリコンをアニールし、微結晶化させるレーザー熱アニール法(LTA(Laser Thermal Annealing)法)がある。このレーザー熱アニール法では、閾値電圧や移動度のばらつきが小さいために、それに起因する輝度ばらつきが視認されにくく、さらにアモルファスシリコンの2〜3倍程度の移動度を得ることができる。
ここで、レーザーアニールについて考える。図11に、レーザーアニールをするときの画素レイアウトを示す。図11において、(A)は画素レイアウトの平面図、(B)は平面図(A)のA−A´線の断面図である。
レーザーアニール工程は、Al(アルミニウム)蒸着工程よりも前の工程であるため、画素内にはAlは存在しない。また、図11では、アモルファスシリコン層は島状に形成されているが、実際のレーザーアニール時にはアモルファスシリコン層はパネル全面に成膜されている。
レーザーによるアニールは、アモルファスシリコン層がパネル全面に成膜されている状態でレーザー光を基板に照射し、その光で基板を加熱してアモルファスシリコンを微結晶化させるというものである。また、レーザー熱アニール法では、図11に示すように、レーザーを画素の特定の箇所のみに照射することができるため、レーザーを照射しない部分に低融点金属(例えば、Al)で低抵抗配線を行うことが可能になる。低抵抗配線を行うことで、配線抵抗に起因する信号の伝搬遅延を大幅に緩和することができる。その結果、表示パネルの大型化が行い易くなるというメリットがある。
ここで、図10に示す画素レイアウトに対してレーザーアニールを行う場合について考える。図12に、図10に示す画素レイアウトの場合のレーザーアニール時の金属配線のレイアウトを示す。図12では、一例として、B画素に他の色よりも大きなサイズの補助容量25Bを付加する場合について示している。R,Gの画素の補助容量については、図示を省略している。
図12において、B画素は水平方向において2画素おきの繰返し配置となるために、R画素とG画素とが線対称で隣接する部分には補助容量25Bが形成されない。すなわち、サイズが一番大きいB画素用の補助容量25Bを隣接画素の領域に亘って作成するとした場合、当該補助容量25Bは、B画素と隣接するR画素間およびB画素と隣接するG画素間に跨って形成され、隣接するR,Gの画素間には形成されない。
図10、図12に示すように、水平方向において隣接する2つの画素同士を境界線Oに関して線対称にレイアウトすることで、大きなサイズの補助容量25Bを形成できることは前述した通りである。しかしながら、図12に示す画素レイアウト、即ち補助容量25Bが形成されない画素対が存在する画素レイアウトにおいては、R画素のみ、G画素のみを見た場合に、補助容量25Bを形成する金属層の有り無しが1ラインごとに発生してしまう。
このため、前にも述べたように、レーザーアニール工程において、補助容量25Bの金属パターンの有り無しによってTFT上のアモルファスシリコンへの熱の伝わり方が異なるという状況が発生するためにTFT特性がばらついてしまう。その結果、1ラインごとにスジが発生するために表示画像の画質が損なわれる。
上述した問題点に鑑み、本発明は、補助容量が水平方向において隣接する2つの画素間に跨って形成される画素レイアウト構造において、レーザーアニールによるTFT特性を一定にするための画素レイアウト構造を提供する。以下に、本発明の具体的な実施例について説明する。
<2.実施例1>
(画素回路)
図13は、実施例1に係る画素20Aの画素回路を示す回路図であり、図中、図2と同等部分には同一符号を付して示している。
図13に示すように、本実施例1に係る画素20Aは、有機EL素子21の駆動回路として、駆動トランジスタ22、書込みトランジスタ23および保持容量24に加えて、補助容量25を有する構成となっている。補助容量25は、有機EL素子21のアノード電極(駆動トランジスタ22のソース電極)と固定電位ノードである共通電源供給線34との間に接続されている。
(画素レイアウト)
図14は、実施例1に係る画素20Aの画素レイアウトを示す平面図であり、図中、図12と同等部分には同一符号を付して示している。ここでは、一例として、B画素用の補助容量25Bをレイアウトする場合について示している。R,Gの画素の補助容量については、図示を省略している。先述したように、B画素用の補助容量25Bは、他の色の補助容量に比べてサイズが大きいとしている。
図14において、サイズが一番大きいB画素用の補助容量25Bを隣接画素の領域に亘ってレイアウトするとした場合、当該補助容量25Bは、特定の2つの画素、即ちB画素と隣接するR画素間およびB画素と隣接するG画素間に跨って形成される。一方、特定の2つの画素以外の2つの画素間、即ち隣接するR,Gの画素間には補助容量25Bは形成されない。
そこで、本実施例1に係る画素レイアウト構造においては、図14に示すように、この補助容量25Bが形成されないR,Gの画素間の領域、即ち補助容量25Bと対応する部位に島状の金属パターン26を形成する。この金属パターン26は、B画素用の補助容量25Bの金属パターンのダミーパターンとなる。ここで、金属パターン26は、補助容量25Bの金属パターンと全く同じパターンである必要はない。
上述したような実施例1に係る画素レイアウト構造を採ることにより、いずれの2つの画素間にも、B画素用の補助容量25Bに対応した金属パターンが存在することになる。これにより、レーザーアニール時にTFT上のアモルファスシリコンへの熱の伝わり方が大きく変わってしまうのを防ぐことができる。
すなわち、実施例1に係る画素レイアウト構造によれば、レーザーアニール時にTFT上のアモルファスシリコンへの熱の伝わり方が一様(一定)になる。これにより、レーザーアニールによるTFT特性を一定とすることができるために、TFTの特性ばらつきに起因するようなムラのない均一な画質を得ることができる。
また、先述したように、レーザー熱アニール法では、レーザーを画素の特定の箇所のみに照射することができるため、レーザーを照射しない部分に低融点金属(例えば、Al)で低抵抗配線を行うことが可能になる。本例では、信号線33R,33G,33Bについて、レーザーを照射しない部分を低抵抗配線としている。
このように、信号線33R,33G,33Bの一部に低抵抗配線を用いることで、映像信号の信号電圧Vsigや基準電位Vofsの伝搬遅延を大幅に緩和することができるために、表示パネル70の大型化が行い易くなる。なお、信号線33R,33G,33Bにおいて、レーザーを照射する箇所については他の層の配線を用いられ。当該配線と電気的にコンタクトがとられることになる。
<3.実施例2>
(画素回路)
図15は、実施例2に係る画素20Bの画素回路を示す回路図であり、図中、図2と同等部分には同一符号を付して示している。
図15に示すように、本実施例2に係る画素20Bは、有機EL素子21の駆動回路として、駆動トランジスタ22、書込みトランジスタ23および保持容量24に加えて、補助容量24を有する構成となっている。補助容量24は、有機EL素子21のアノード電極(駆動トランジスタ22のソース電極)と、画素行の走査方向における前段の画素行の電源供給線32との間に接続されている。
具体的には、図15において、図の上側から下側に向けて行走査が行われるとしたときに、i行目の画素20Biの補助容量25は、一端が有機EL素子21のアノード電極に接続され、他端がi−1行目(前段)の電源供給線32i−1に接続されている。先述した図4のタイミング波形図に基づく動作説明から明らかなように、電源供給線32の電位DSは、閾値補正準備期間(t1−t3)で低電位Vssとなり、それ以外の期間では高電位Vccとなる。
そして、自段(i段目)の画素行の駆動時には、前段(i−1)の画素行の電源供給線32i−1の電位は高電位Vccにあり、擬似的に固定電位の状態にある。したがって、i段目が選択され、補助容量25がその機能を果たすときには、i段目の画素行の補助容量25にとっては、i−1行目の電源供給線32i−1は固定電位ノードとなる。これにより、補助容量25は先述した機能、即ち有機EL素子21の容量不足を補う機能を十全に果たすことができる。
このように、補助容量25の他端を前段の電源供給線32に接続する構成を採る実施例2に係る画素レイアウト構造を採る場合においても、実施例1の場合と同様のレイアウト構造とする。すなわち、図14に示すように、補助容量25Bが形成されないR,Gの画素間の領域にも島状の金属パターン26をダミーパターンとして形成するレイアウト構造とする。これにより、実施例1に係る画素レイアウト構造の場合と同様の作用効果を得ることができる。
また、電源供給線32の配線に当たっては、前段の画素行の電源供給線32を自段の画素行における補助容量25Bを形成する領域の上方に配線するようにする。そして、図16に示すように、金属パターン26の水平方向の両端部にてコンタクト部27A,27Bを介して電源供給線32と電気的に接続するようにする。この構成を採ることにより、金属パターン26と、電源供給線32の金属パターン26に対応する部分とが並列接続となるために、金属パターン26と並列接続しない場合に比べて、電源供給線32の配線抵抗の低抵抗化を実現できる。
これにより、電源供給線32の配線抵抗を金属パターン26と並列接続しない場合と同程度でよいとした場合は、低抵抗化できる分だけ電源供給線32の配線幅を狭くすることができる。その結果、画素20の微細化を図ることができるとともに、配線間のショートの発生頻度を抑えることによって高歩留まり化に寄与できる。
また、電源供給線32の配線抵抗の低抵抗化を実現できることで、電源供給線32の負かを軽減できるために、表示パネル70の大型化・高精細化が実現可能になる。さらに、電源供給線32の配線抵抗による電圧降下を抑えることができる。これにより、高階調表示時と低階調表示時における電源供給線32の電位DSの差分を小さくすることができるために、クロストークのような画質不良の発生を抑えることができる。
<4.変形例>
上記実施形態では、有機EL素子21の駆動回路が、基本的に、駆動トランジスタ22および書込みトランジスタ23の2つのトランジスタ(Tr)を有する2Tr構成の場合を例に挙げて説明したが、本発明はこの2Tr構成への適用に限られるものではない。
2Tr以外には、例えば、有機EL素子21の発光/非発光を制御するトランジスタを有したり、駆動トランジスタ22のゲート電極に基準電位Vofsを選択的に書き込むスイッチングトランジスタを有したりする画素構成など、種々の画素構成のものが考えられる。発光/非発光を制御するトランジスタを有する画素構成を採る場合には、画素に電源電位を供給する電源供給線の電位は高電位Vccに固定となる。この電源供給線に対しても、金属パターン26との並列接続によって低抵抗化を図る技術を適用できる。
また、上記実施形態では、隣接する2つの画素が当該2つの画素の境界線Oに関して線対称な画素レイアウトの場合を例に挙げたが、2つの画素に跨って補助容量25を形成可能な画素レイアウトであれば、線対称な画素レイアウトに限られるものではない。
さらに、上記実施形態では、画素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、本発明はこの適用例に限られるものではない。具体的には、本発明は、無機EL素子、LED素子、半導体レーザー素子等、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。
<5.適用例>
以上説明した本発明による表示装置は、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装置に適用することが可能である。
本発明による表示装置によれば、レーザーアニールによるTFT特性を一定とすることができるために、スジのない均一な画質を得ることができる。したがって、あらゆる分野の電子機器の表示装置として本発明による表示装置を用いることで、当該電子機器の表示装置の表示品質の向上を図ることができる。
本発明による表示装置は、封止された構成のモジュール形状のものをも含む。このモジュール形状のものとしては、例えば、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。この透明な対向部には、カラーフィルタ、保護膜等、さらには、上記した遮光膜が設けられてもよい。なお、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。
以下に、本発明が適用される電子機器の具体例について説明する。一例として、図17〜図21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、携帯電話機等の携帯端末装置、ビデオカメラなどの表示装置に本発明を適用することが可能である。
図17は、本発明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を含んでいる。そして、映像表示画面部101として本発明による表示装置を用いることにより、本適用例に係るテレビジョンセットが作製される。
図18は、本発明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等を含んでいる。そして、表示部112として本発明による表示装置を用いることにより、本適用例に係るデジタルカメラが作製される。
図19は、本発明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に操作されるキーボード122、画像を表示する表示部123等を含んでいる。そして、表示部123として本発明による表示装置を用いることにより、本適用例に係るノート型パーソナルコンピュータが作製される。
図20は、本発明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等を含んでいる。そして、表示部134として本発明による表示装置を用いることにより、本適用例に係るビデオカメラが作製される。
図21は、本発明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として本発明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。
本発明の基本例に係る有機EL表示装置の構成の概略を示すシステム構成図である。 画素の基本的な回路構成を示す回路図である。 画素の断面構造の一例を示す断面図である。 本基本例に係る有機EL表示装置の回路動作の説明に供するタイミング波形図である。 本基本例に係る有機EL表示装置の回路動作の説明に供する動作説明図(その1)である。 本基本例に係る有機EL表示装置の回路動作の説明に供する動作説明図(その2)である。 駆動トランジスタの閾値電圧Vthのばらつきに起因する課題の説明に供する特性図である。 駆動トランジスタの移動度μのばらつきに起因する課題の説明に供する特性図である。 閾値補正、移動度補正の有無による映像信号の信号電圧Vsigと駆動トランジスタのドレイン・ソース間電流Idsとの関係の説明に供する特性図である。 画素レイアウトの基本形を示す図である。 レーザーアニールをするときの画素レイアウトを示す図であり、(A)は平面図、(B)は断面図である。 図10に示す画素レイアウトの場合のレーザーアニール時の金属配線のレイアウトを示す図である。 実施例1に係る画素回路を示す回路図である。 実施例1に係る画素の画素レイアウトを示す平面図である。 実施例2に係る画素回路を示す回路図である。 実施例2に係る画素の画素レイアウトを示す平面図である。 本発明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。 本発明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。 本発明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。 本発明が適用されるビデオカメラの外観を示す斜視図である。 本発明が適用される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。
符号の説明
10…有機EL表示装置、20,20A,20B…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…金属パターン(ダミーパターン)、27A,27B…コンタクト部、30…画素アレイ部、31(31−1〜31−m)…走査線、32(32−1〜32−m)…電源供給線、33(33−1〜33−n,33R,33G,33B)…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、WS(WS1〜WSm)…走査線の電位(書込み走査信号)、DS(DS1〜DSm)…電源供給線の電位(電源電位)

Claims (8)

  1. 電気光学素子と、映像信号を書き込む書込みトランジスタと、前記書込みトランジスタによって書き込まれた前記映像信号に応じて前記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ゲート電極とソース電極との間に接続され、前記書込みトランジスタによって書き込まれた前記映像信号を保持する保持容量と、前記電気光学素子のアノード電極と固定電位ノードとの間に接続された補助容量とを有する画素が行列状に配置され、
    前記補助容量は、画素行の画素の配列方向において隣接する特定の2つの画素間に跨って形成され、
    前記特定の2つの画素以外の2つの画素間の前記補助容量と対応する部位には島状の金属パターンが形成されている
    表示装置。
  2. 前記特定の2つの画素および当該特定の2つの画素以外の2つの画素は、2つの画素間の境界線に関して線対称な画素レイアウトになっている
    請求項1記載の表示装置。
  3. 前記固定電位ノードは、前記画素に電源電位を供給する電源供給線であり、
    前記島状の金属パターンは、前記電源供給線の配線の一部と並列接続される
    請求項1記載の表示装置。
  4. 前記電源供給線は、前記画素に対して第1電源電位と当該第1電源電位よりも低い第2電源電位とを選択的に供給することによって前記電気光学素子の発光制御を行ない、
    前記補助容量は、自段の画素行の前記駆動トランジスタのソース電極に一端が接続され、前段の画素行の前記電源供給線に他端が接続されている
    請求項3記載の表示装置。
  5. 前記画素は、前記駆動トランジスタに流れる電流に応じた補正量で当該駆動トランジスタのゲート−ソース間の電位差に負帰還をかけることによって前記駆動トランジスタの移動度を補正する移動度補正処理の機能を有する
    請求項1記載の表示装置。
  6. 前記移動度補正処理は、前記書込みトランジスタによる前記映像信号の書込み処理と並行して行われる
    請求項5記載の表示装置。
  7. 電気光学素子と、映像信号を書き込む書込みトランジスタと、前記書込みトランジスタによって書き込まれた前記映像信号に応じて前記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ゲート電極とソース電極との間に接続され、前記書込みトランジスタによって書き込まれた前記映像信号を保持する保持容量と、前記電気光学素子のアノード電極と固定電位ノードとの間に接続された補助容量とを有する画素が行列状に配置された表示装置の画素のレイアウトをするに当たって、
    前記補助容量を画素行の画素の配列方向において隣接する特定の2つの画素間を跨いで形成する一方、
    前記特定の2つの画素以外の2つの画素間の前記補助容量と対応する部位には島状の金属パターンを形成する
    表示装置の画素レイアウト方法。
  8. 電気光学素子と、映像信号を書き込む書込みトランジスタと、前記書込みトランジスタによって書き込まれた前記映像信号に応じて前記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ゲート電極とソース電極との間に接続され、前記書込みトランジスタによって書き込まれた前記映像信号を保持する保持容量と、前記電気光学素子のアノード電極と固定電位ノードとの間に接続された補助容量とを有する画素が行列状に配置され、
    前記補助容量は、画素行の画素の配列方向において隣接する特定の2つの画素間に跨って形成され、
    前記特定の2つの画素以外の2つの画素間の前記補助容量と対応する部位には島状の金属パターンが形成されている
    表示装置を有する電子機器。
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