JP2009157019A - 表示装置と電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】駆動部のスキャナの数を削減した表示装置を提供する。
【解決手段】サンプリング用トランジスタT1は、その制御端が走査線WSに接続し、その一対の電流端が信号線SLと駆動用トランジスタT2のゲートGとの間に接続している。駆動用トランジスタT2は、ドレインが電源に接続し、ソースSが発光素子ELに接続している。スイッチングトランジスタT3は、その一対の電流端の一方が駆動用トランジスタのソースSに接続し、他方が固定電位Vssに接続し、その制御端が前の行に配された走査線WSに接続している。ドライバ3は、列状の信号線SLに映像信号を供給し、スキャナ4は、行状の走査線WSに順次制御信号を供給して各画素2に含まれるサンプリング用トランジスタT1及びスイッチングトランジスタT3を駆動し、これにより駆動用トランジスタT2から発光素子ELに映像信号に応じた駆動電流を供給する。
【選択図】図5
【解決手段】サンプリング用トランジスタT1は、その制御端が走査線WSに接続し、その一対の電流端が信号線SLと駆動用トランジスタT2のゲートGとの間に接続している。駆動用トランジスタT2は、ドレインが電源に接続し、ソースSが発光素子ELに接続している。スイッチングトランジスタT3は、その一対の電流端の一方が駆動用トランジスタのソースSに接続し、他方が固定電位Vssに接続し、その制御端が前の行に配された走査線WSに接続している。ドライバ3は、列状の信号線SLに映像信号を供給し、スキャナ4は、行状の走査線WSに順次制御信号を供給して各画素2に含まれるサンプリング用トランジスタT1及びスイッチングトランジスタT3を駆動し、これにより駆動用トランジスタT2から発光素子ELに映像信号に応じた駆動電流を供給する。
【選択図】図5
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。又この様な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
図15は従来のアクティブマトリクス型表示装置の一例を示す模式的な回路図である。表示装置は画素アレイ部1と周辺の駆動部とで構成されている。駆動部は信号ドライバ3とライトスキャナ4を備えている。画素アレイ部1は列状の信号線SLと行状の走査線WSを備えている。各信号線SLと走査線WSの交差する部分に画素2が配されている。図では理解を容易にするため、1個の画素2のみを表してある。ライトスキャナ4はシフトレジスタを備えており、外部から供給されるクロック信号ckに応じて動作し同じく外部から供給されるスタートパルスspを順次転送することで、走査線WSに順次制御信号を出力する。信号ドライバ3はライトスキャナ4側の線順次走査に合わせて映像信号を信号線SLに供給する。
画素2はサンプリング用トランジスタT1と駆動用トランジスタT2と保持容量C1と発光素子ELとで構成されている。駆動用トランジスタT2はPチャネル型であり、そのソースは電源ラインに接続し、そのドレインは発光素子ELに接続している。駆動用トランジスタT2のゲートはサンプリング用トランジスタT1を介して信号線SLに接続している。サンプリング用トランジスタT1はライトスキャナ4から供給される制御信号に応じて導通し、信号線SLから供給される映像信号をサンプリングして保持容量C1に書き込む。駆動用トランジスタT2は保持容量C1に書き込まれた映像信号をゲート電圧Vgsとしてそのゲートに受け、ドレイン電流Idsを発光素子ELに流す。これにより発光素子ELは映像信号に応じた輝度で発光する。ゲート電圧Vgsは、ソースを基準にしたゲートの電位を表している。
駆動用トランジスタT2は飽和領域で動作し、ゲート電圧Vgsとドレイン電流Idsの関係は以下の特性式で表される。
Ids=(1/2)μ(W/L)Cox(Vgs−Vth)2
ここでμは駆動用トランジスタの移動度、Wは駆動用トランジスタのチャネル幅、Lは同じくチャネル長、Coxは同じくゲート絶縁容量、Vthは同じく閾電圧である。この特性式から明らかなように駆動用トランジスタT2は飽和領域で動作するとき、ゲート電圧Vgsに応じてドレイン電流Idsを供給する定電流源として機能する。
Ids=(1/2)μ(W/L)Cox(Vgs−Vth)2
ここでμは駆動用トランジスタの移動度、Wは駆動用トランジスタのチャネル幅、Lは同じくチャネル長、Coxは同じくゲート絶縁容量、Vthは同じく閾電圧である。この特性式から明らかなように駆動用トランジスタT2は飽和領域で動作するとき、ゲート電圧Vgsに応じてドレイン電流Idsを供給する定電流源として機能する。
図16は、発光素子ELの電圧/電流特性を示すグラフである。横軸にアノード電圧Vを示し、縦軸に駆動電流Idsをとってある。なお発光素子ELのアノード電圧は駆動用トランジスタT2のドレイン電圧となっている。発光素子ELは電流/電圧特性が経時変化し、特性カーブが時間の経過と共に寝ていく傾向にある。このため駆動電流Idsが一定であってもアノード電圧(ドレイン電圧)Vが変化してくる。その点、図15に示した画素回路2は駆動用トランジスタT2が飽和領域で動作し、ドレイン電圧の変動に関わらずゲートで電圧Vgsに応じた駆動電流Idsを流すことができるので、発光素子ELの特性経時変化に関わらず発光輝度を一定に保つことが可能である。
図17は、従来の画素回路の他の例を示す回路図である。先に示した図15の画素回路と異なる点は、駆動用トランジスタT2がPチャネル型からNチャネル型に変わっていることである。回路の製造プロセス上は、画素を構成する全てのトランジスタをNチャネル型にすることが有利である場合が多い。
しかしながら図17の回路構成では、駆動用トランジスタT2がNチャネル型であるため、そのドレインが電源ラインに接続する一方、ソースSが発光素子ELのアノードに接続することになる。したがって発光素子ELの特性が経時変化した場合、ソースSの電位に影響が現れるため、Vgsが変動し駆動用トランジスタT2が供給するドレイン電流Idsが経時的に変化してしまう。このため発光素子ELの輝度が経時的に変化するという課題がある。
また駆動用トランジスタT2の閾電圧Vthや移動度μも画素毎にばらつく。これらのパラメータμやVthは前述したトランジスタ特性式に含まれるため、Vgsが一定でもIdsが変化してしまう。これにより画素毎に発光輝度がばらついてしまい、解決すべき課題となっている。
この様な問題に対処するため、従来から画素ごとに駆動用トランジスタの閾電圧Vthや移動度μのばらつきを補正する機能を組み込んだ表示装置も提案されている。しかしながら、この様な補正機能を組み込んだ画素は、回路構成が複雑となり、駆動用トランジスタやサンプリング用トランジスタの他スイッチングトランジスタが必要になる。また駆動部側も、サンプリング用トランジスタを線順次走査するためのライトスキャナに加え、スイッチングトランジスタを線順次走査するため追加のスキャナが必要になる。
しかしながら駆動部に対するスキャナの追加は製品コストの上昇をもたらすという課題がある。また周辺駆動部を画素アレイ部と同じパネル上に集積形成した構造では、スキャナの追加によりパネル歩留の悪化をもたらすという課題がある。加えて、スキャナの追加は必然的に周辺駆動部のレイアウト面積の増加をもたらす。パネル上で周辺駆動部は中央の画素アレイ部を額縁状に囲むようにレイアウトされている。周辺駆動部のレイアウト面積の増大は必然的にパネルの額縁部の拡大をもたらし、収率が低下するため解決すべき課題となっている。
上述した従来の技術の課題に鑑み、本発明は駆動部のスキャナの数を削減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、行状に配された走査線と、列状に配された信号線と、各走査線と各信号線とが交差する部分に行列状に配された画素とを備え、前記画素は少なくとも、サンプリング用トランジスタと、駆動用トランジスタと、スイッチングトランジスタと、保持容量と、発光素子とを有し、前記サンプリング用トランジスタは、その制御端が該走査線に接続し、その一対の電流端が該信号線と該駆動用トランジスタの制御端との間に接続し、前記駆動用トランジスタは、ドレイン側の電流端が電源に接続し、ソース側の電流端が該発光素子に接続し、前記保持容量は、該駆動用トランジスタのゲートとなる制御端とソース側の電流端との間に接続し、前記スイッチングトランジスタは、その一対の電流端の一方が該駆動用トランジスタのソース側電流端に接続し、他方が固定電位に接続し、その制御端が該サンプリング用トランジスタの制御端に接続している走査線よりも前の行に配された走査線に接続しており、前記駆動部は、スキャナとドライバを有し、前記ドライバは、列状の信号線に映像信号を供給し、前記スキャナは、行状の走査線に順次制御信号を供給して各画素に含まれるサンプリング用トランジスタ及びスイッチングトランジスタを駆動し、これにより該駆動用トランジスタから該発光素子に映像信号に応じた駆動電流を供給することを特徴とする。
一態様では前記発光素子は、そのアノードが駆動用トランジスタのソース側電流端に接続し、そのカソードが所定のカソード電位に接続し、前記スイッチングトランジスタの電流端に接続している固定電位は、該カソ−ド電位よりも低い。又前記スキャナは、サンプリング用トランジスタ及びスイッチングトランジスタを駆動して、該駆動用トランジスタの閾電圧を保持容量に書き込む補正動作を繰返し時分割的に行い、前記ドライバは、基準電位とこれより低い低電位とこれより高い信号電位とで切り替わる映像信号を各信号線に供給し、前記基準電位は、補正動作時該駆動用トランジスタの制御端に印加され、前記低電位は、先の補正動作が終わって次の補正動作に入る前に駆動用トランジスタの制御端に印加され、前記信号電位は、最後の補正動作が完了した後駆動用トランジスタの制御端に印加される。又前記スイッチングトランジスタは、該補正動作に先立つ準備段階でオンし、該固定電位を該駆動用トランジスタのソース側電流端に印加する。
本発明によれば、スイッチングトランジスタはその制御端(ゲート)が、サンプリング用トランジスタの制御端(ゲート)に接続している走査線よりも前の行に配された走査線に接続している。これに対応して、駆動部のスキャナは、行状の走査線に順次制御信号を供給して各画素に含まれるサンプリング用トランジスタおよびスイッチングトランジスタを線順次駆動している。換言すると、各画素に含まれるサンプリング用トランジスタとスイッチングトランジスタは、1個のスキャナで線順次駆動している。この様に駆動部に含まれるスキャナの個数を最低限まで削減することにより、製造コストを改善している。また周辺駆動部を画素アレイ部と同じパネルに集積形成した構造では、駆動部のレイアウト面積を縮小できるので、パネルの狭額縁化が達成でき、収率の改善を図ることができる。
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は表示装置の全体構成を示すブロック図である。但しこの表示装置は本発明の元になった先行開発にかかる参考例である。本発明の背景を明らかにし且理解を容易にするため、この先行例を本発明の説明の一部としてここに説明する。図示するように本表示装置は、基本的に画素アレイ部1とこれを駆動する駆動部とで構成されている。画素アレイ部1は行状の走査線WSと、同じく行状の走査線AZと、列状の信号線SLと、各走査線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。これに対し駆動部は、ライトスキャナ4、補正用スキャナ7及び信号ドライバ3とを含んでいる。ライトスキャナ4は各走査線WSに制御信号を出力して画素2を行単位で線順次走査する。補正用スキャナ7も各走査線AZにそれぞれ制御信号を出力して画素2を行単位で線順次走査する。但しライトスキャナ4と補正用スキャナ7は制御信号を出力するタイミングが異なっている。一方信号ドライバ3は、スキャナ4,7側の線順次走査に合わせて、列状の信号線SLに映像信号の信号電位と基準電位とを供給する。なおライトスキャナ4はシフトレジスタで構成されており、外部から供給されるクロック信号WSckに応じて動作し同じく外部から供給されるスタートパルスWSspを順次転送することで所定の制御信号を各走査線WSに出力している。制御信号の出力タイミングはWSckによって規制され、制御信号の波形はスタートパルスWSspによって規定されている。補正用スキャナ7も同様にシフトレジスタで構成されており、外部から供給されるクロック信号AZckに応じて動作し、同じく外部から供給されるスタートパルスAZspを順次転送することで、所定の波形の制御信号を各走査線AZに出力している。クロック信号WSckとAZckは周期が同じであり、スキャナ4,7は同じ線順次走査タイミングで動作する。
図2は、図1に示した表示装置に組み込まれる画素2の構成を示す回路図である。図示するようにこの画素2は、基本的に発光素子ELと、サンプリング用トランジスタT1と、駆動用トランジスタT2と、スイッチングトランジスタT3と、保持容量C1とを含む。サンプリング用トランジスタT1は、その制御端(ゲート)が走査線WSに接続し、一対の電流端(ソース及びドレイン)の一方が信号線SLに接続し、他方が駆動用トランジスタT2の制御端(ゲートG)に接続している。駆動用トランジスタT2は、一対の電流端(ソース及びドレイン)の一方(ドレイン)が電源ラインVccに接続し、他方(ソースS)が発光素子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。スイッチングトランジスタT3は、その制御端(ゲート)が走査線AZに接続し、一対の電流端(ソース及びドレイン)の一方が固定電位Vssに接続し、他方が駆動用トランジスタT2のソースSに接続している。保持容量C1は、その一端が駆動用トランジスタT2の制御端(ゲートG)に接続し、その他端が駆動用トランジスタT2の他方の電流端(ソースS)に接続している。よって保持容量C1はゲートGからスイッチングトランジスタT3を介して固定電位Vssに接続していることになる。
かかる構成において、駆動部側のライトスキャナ4は走査線WSにサンプリング用トランジスタT1を開閉制御するための制御信号を供給する。補正用スキャナ7は走査線AZにスイッチングトランジスタT3を開閉制御するための制御信号を出力する。信号ドライバ3は信号線SLに信号電位Vsigと基準電位Vofsとの間で切り換わる映像信号(入力信号)を供給する。この様に走査線WS,AZ及び信号線SLの電位が線順次走査に合わせて変動するが、電源ラインはVccに固定されている。またカソード電位Vcath及び固定電位Vssも一定である。
次に動作の概要であるが、サンプリング用トランジスタT1は、第1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から供給された映像信号の信号電位Vsigをサンプリングして保持容量C1に保持する。駆動用トランジスタT2は、電源ラインVccから電流の供給を受け保持容量C1に書き込まれた信号電位Vsigに応じて駆動電流を発光素子ELに流して発光状態にする。スイッチングトランジスタT3は、映像信号のサンプリングに先立って第2走査線AZから供給される制御信号に応じてオンし、駆動用トランジスタT2の出力電流端(ソースS)を固定電位Vssに接続して発光素子ELを非発光状態にする。本例では、この発光素子ELはアノード及びカソードを備えており、アノードは駆動用トランジスタT2の出力電流端(ソースS)に接続する一方、カソードは所定のカソード電位Vcathに接続している。スイッチングトランジスタT3の一方の電流端が接続している固定電位Vssは、カソード電位Vcathよりも低く設定されている。
本表示装置は、各画素回路2にスイッチングトランジスタT3を配しており、これによりサンプリング期間の前に非発光期間を挿入している。この非発光期間を設けることで、駆動用トランジスタT2に対する閾電圧補正動作や移動度補正動作を行うことができる。
各画素2で非発光期間中に上述した閾電圧補正動作を実行するため、駆動部に含まれる信号ドライバ3、ライトスキャナ4及び補正用スキャナ7はその機能の一部として閾電圧補正手段を構成している。この閾電圧補正手段は、第1走査線WS、第2走査線AZ及び信号線SLを制御して、各画素2に含まれる駆動用トランジスタT2の閾電圧Vthに相当する電圧を保持容量C1に書き込む補正動作を行い、以って各画素間の閾電圧のばらつきをキャンセルする。場合によってはこの閾電圧補正手段は、映像信号のサンプリングに先行する複数の水平周期に分かれて補正動作を繰り返し行うことができる。この閾電圧補正手段は、信号線SLを基準電位Vofsとし且つサンプリング用トランジスタT1をオンして駆動用トランジスタT2の制御端(ゲートG)を基準電位Vofsにセットする一方、スイッチングトランジスタT3をオンして駆動用トランジスタT2の出力電流端(ソースS)を基準電位Vofsに対して閾電圧Vthよりも低い固定電位Vssにセットした後、スイッチングトランジスタT3をオフして駆動用トランジスタT2の閾電圧Vthに相当する電圧を保持容量C1に書き込む。
制御用スキャナ(ライトスキャナ)4は非発光期間中に各画素2に対して移動度補正動作を実行している。具体的にはライトスキャナ4は、信号線SLが信号電位Vsigにある時間帯にサンプリング用トランジスタT1を導通状態にするため、所定の時間幅の制御信号を第1走査線WSに出力し、以って保持容量C1に信号電位を保持すると同時に駆動用トランジスタT2の移動度μに対する補正を信号電位に加えている。また制御用スキャナ(ライトスキャナ)4は、保持容量C1に信号電位が保持された時点で、サンプリング用トランジスタT1を非導通状態にして駆動用トランジスタの出力電流端(ソースS)の電位変動に制御端(ゲートG)の電位変動が追従し以って両者間の電圧Vgsを一定に維持するブートストラップ動作を制御している。
図3は、図1及び図2に示した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。走査線WS及びAZに供給される制御信号の波形を表している。これらの波形は、サンプリング用トランジスタT1及びスイッチングトランジスタT3のオン状態とオフ状態の変化に対応している。制御信号波形と時間軸を合わせて、信号線SLに入力される映像信号(入力信号)の波形も表してある。図示するように、入力信号は1水平周期(1H)内で、信号電位Vsigと基準電位Vofsとの間で切り換る。さらにこれらの信号波形と時間軸を合わせて、駆動用トランジスタT2のゲートG及びソースSの電位変化も示してある。このタイミングチャートは、駆動用トランジスタT2の電位変化に対応して、動作期間を(1)〜(8)に分けてある。これらの動作期間は、発光期間(1)、閾電圧補正準備期間(3)、複数回にわたって時分割的に現れる閾電圧補正期間(4)、書き込み+移動度補正期間(6)、発光期間(8)を含んでいる。期間(2)〜(6)は非発光期間に含まれる。
図4−1〜図4−8を参照して、図1〜図3に示した先行開発にかかる表示装置の動作を詳細に説明する。
図4−1は、図3のタイミングチャートに示した発光期間(1)における画素の動作状態を表している。発光素子ELの発光状態は図4−1のようにサンプリング用トランジスタT1、スイッチングトランジスタT3がオフした状態である。この時駆動用トランジスタT2は飽和領域で動作するように設定されているため、発光素子ELに流れる電流Idsは駆動用トランジスタT2のゲート、ソース間電圧Vgsに応じて先に触れたトランジスタ特性式に示される値をとる。
図4−2は、期間(2)における画素の動作状態を表している。非発光期間において信号線が基準電位Vofsの時にサンプリング用トランジスタT1をオンとして駆動用トランジスタT2のゲート電位を基準電位Vofsとする。サンプリング用トランジスタT1をオンする前発光素子ELは発光しているため、発光素子ELのアノード電圧はカソード電圧Vcathと発光素子ELの閾値電圧Vthelの和よりも大きくなっている。この状態でサンプリング用トランジスタT1をオンして駆動用トランジスタT2のゲートに基準電位Vofsを書き込むと、駆動用トランジスタT2のゲートソース間電圧はその閾値電圧Vthよりも小さくなる。それによって駆動用トランジスタT2はオフ状態となるので、発光素子ELは消灯しそのアノード電圧はVthel+Vcathとなる。駆動用トランジスタT2のゲートに基準電位Vofsを入力した後サンプリング用トランジスタT1をオフする。このような動作により発光素子ELを消灯することで、過剰電流が電源Vccから固定電位Vssまで流れるのを防ぐことができ低消費電力化が可能となる。
図4−3は、閾電圧補正準備期間(3)における画素の動作状態を表している。一定時間経過後信号線が基準電位Vofsの状態の時に再びサンプリング用トランジスタT1をオン、さらにスイッチングトランジスタT3をオンとする。ここでサンプリング用トランジスタT1、スイッチングトランジスタT3はどちらが先にオンしてもよい。サンプリング用トランジスタT1をオンすることで駆動用トランジスタT2のゲートに基準電位Vofsが、駆動用トランジスタT2のソースに固定電位Vssがそれぞれ入力される。ここで駆動用トランジスタT2のソースに充電される固定電位Vssが発光素子ELの閾値Vthelとカソード電圧Vcathの和よりも小さい時、つまりVss<Vthel+Vcathであれば発光素子ELは消灯する。さらにこの時駆動用トランジスタT2のゲートソース間電圧はVofs−Vssという値をとる。このVofs−Vssが駆動用トランジスタT2の閾値電圧Vthよりも大きくないと閾値補正動作を行うことができないために、Vofs−Vss>Vthとする必要がある。Vofs−Vss>Vthであるならば先に触れたトランジスタ特性式に応じた電流Ids’が電源Vccから固定電位Vssに流れる。一定時間経過後信号線がVsigとなる前にサンプリング用トランジスタT1をオフする。これによって信号電圧Vsigが駆動用トランジスタT2のゲートに入力されないため、過剰電流がVccからVssまで流れることはない。
図4−4は、閾電圧補正期間(4)における画素の動作状態を表している。閾値補正動作においては、サンプリング用トランジスタT1がオンの状態でスイッチングトランジスタT3をオフとする。それにより図4−4のように電流が流れる。発光素子ELの等価回路は図4−4に示されるようにダイオードTelと容量Celで表されるため、Vel≦Vcath+Vthel(発光素子ELのリーク電流が駆動用トランジスタT2に流れる電流よりもかなり小さい)である限り、駆動用トランジスタT2の電流はC1とCelを充電するために使われる。なお、Velは発光素子ELのアノード電圧であり、駆動用トランジスタT2のソース電圧に対応している。一定時間経過後信号線の電位がVsigとなる前にサンプリング用トランジスタT1をオフする。この時、閾値補正動作は完了していないために駆動用トランジスタT2のゲートソース間電位は駆動用トランジスタT2の閾値電圧Vthよりも大きい。よって電源から電流が流れゲート、ソースの電位はともに上昇してゆく。そして、ソースの電位がVofs−Vth以下の時に信号線電位を再び基準電位Vofsとしてサンプリング用トランジスタT1をオンすることで再度閾値補正動作を行う。この動作を繰り返し行うことでVelは時間と共に上昇してゆく。図4−5に信号線が基準電位Vofsでありサンプリング用トランジスタT1をオンし続けたときの駆動用トランジスタT2のソース電圧(即ち発光素子ELのアノード電位Vel)の変位を示す。一定時間経過後、駆動用トランジスタT2のゲートソース間電圧はVthという値をとる。この時、Vel=Vofs−Vth≦Vcath+Vthelとなっている。
図4−6は、信号書込み+移動度補正期間(6)における画素の動作状態を表している。閾値キャンセル動作終了後サンプリング用トランジスタT1をオフする。さらに信号線電位がVsigとなった後サンプリング用トランジスタT1を再びオンする。駆動用トランジスタT2のゲート電位はサンプリング用トランジスタT1をオンするためにVsigとなるが、電源Vccから電流が流れるためソース電位は時間とともに上昇してゆく。この時駆動用トランジスタT2のソース電圧が発光素子ELの閾値電圧Vthelとカソード電圧Vcathの和を越えなければ(発光素子ELのリーク電流が駆動用トランジスタT2に流れる電流よりもかなり小さければ)駆動用トランジスタT2の電流はC1とCelを充電するのに使用される。この時駆動用トランジスタT2の閾値補正動作は完了しているため、駆動用トランジスタT2が流す電流は移動度μを反映したものとなる。具体的にいうと移動度が大きいものはこの時の電流量が大きく、ソース電位の上昇も早い。逆に移動度が小さいものは電流量が小さく、ソース電位の上昇は遅くなる(図4−7)。これによって駆動用トランジスタT2のゲートソース間電圧は移動度を反映して小さくなり一定時間経過後に完全に移動度を補正するVgsとなる。
図4−8は、発光期間(8)における画素の動作状態を表している。最後にサンプリング用トランジスタT1をオフして書込みが終了し発光素子ELを発光させる。駆動用トランジスタT2のゲートソース間電圧は一定であるので駆動用トランジスタT2は一定電流Ids’’を発光素子ELに流し、Velは発光素子ELにIds’’という電流が流れる電圧Vxまで上昇し、発光素子ELは発光する。本回路においても発光素子ELは発光時間が長くなるとそのI−V特性は変化してしまう。そのため図中S点の電位も変化する。しかしながら、駆動用トランジスタT2のゲートソース間電圧は一定値に保たれているので発光素子ELに流れる電流は変化しない。よって発光素子ELのI−V特性が劣化しても、一定電流Idsが常に流れ続け、発光素子ELの輝度が変化することはない。
図1〜図4に示した参考例にかかる表示装置は、画素アレイ部を囲む駆動部がライトスキャナ4に加えて追加の補正用スキャナ7を含んでいる。この様に垂直スキャナを2個含む場合、これらを画素アレイ部と同じパネルに搭載すると、パネルの狭額縁化を招き、高歩留りが難しくなる。またパネルには画素アレイ部のみを形成し、駆動部はパネル外で外付け構造とする場合には、スキャナを構成するゲートドライバICの個数が増え、コストの面で不利になる。
図5は、本発明にかかる表示装置の回路構成を示すブロック図であり、図1〜図4に示した先行開発にかかる表示装置の問題点に対処したものである。理解を容易にするため、図2に示した先行開発の表示装置と対応する部分には対応する参照番号を付してある。図示するように、画素回路2は、先行開発例と同じく、3つのトランジスタと1つの容量で構成されている。一方画素アレイ部の周辺に配される駆動部は、水平ドライバと垂直スキャナからなり、先行開発例に比べスキャナを最低限の1つに削減している。かかる構成を得るため、スイッチングトランジスタの制御信号は数段前(数行前)のサンプリング用トランジスタの制御信号を用いている。さらに水平ドライバから供給される入力信号(映像信号)は3値パルスとなり、基準電位Vofsと信号電位Vsigに加え、逆バイアス用の低電位Viniの3レベルで切換えられる。
本発明にかかる表示装置は、基本的に画素アレイ部1とこれを囲む駆動部とからなる。画素アレイ部1は、行状に配された走査線WSと、列状に配された信号線SLと、各走査線WSと各信号線SLとが交差する部分に行列状に配された画素2とを備えている。画素2は少なくとも、サンプリング用トランジスタT1と、駆動用トランジスタT2と、スイッチングトランジスタT3と、保持容量C1と、発光素子ELとを有する。サンプリング用トランジスタT1は、その制御端が走査線WSに接続し、その一対の電流端が信号線SLと駆動用トランジスタT2の制御端との間に接続している。駆動用トランジスタT2は、ドレイン側の電流端が電源Vccに接続し、ソースS側の電流端が発光素子ELに接続している。発光素子ELはダイオード型で、そのアノードが駆動用トランジスタT2のソースSに接続する一方、カソードは所定のカソード電Vcathに接続している。保持容量C1は、駆動用トランジスタT2のゲートGとなる制御端とソースS側の電流端との間に接続している。スイッチングトランジスタT3は、その一対の電流端の一方が駆動用トランジスタT2のソースS側の電流端に接続し、他方が固定電位Vssに接続し、その制御端がサンプリング用トランジスタT1の制御端に接続している走査線WSよりも前の行に配された走査線WSに接続している。
駆動部は、垂直スキャナ4と水平ドライバ3とを有する。ドライバ3は、列状の信号線SLに映像信号(入力信号)を供給する。スキャナ4は、行状の走査線WSに順次制御信号を供給して各画素2に含まれるサンプリング用トランジスタT1及びスイッチングトランジスタT3を駆動し、これにより駆動用トランジスタT2から発光素子ELに映像信号に応じた駆動電流を供給する。垂直スキャナ4は、基本的にシフトレジスタで構成されている。このシフトレジスタは外部から供給されるクロック信号WSckに応じて動作し、同じく外部から供給されるスタートパルスWSspを順次転送することで、行状の走査線WSに順次制御信号を供給している。図では垂直スキャナ4は下側から上側に向かって線順次走査されている。したがって1つの行の画素2に着目すると、サンプリング用トランジスタT1のゲートに接続されている走査線WSに対し、スイッチングトランジスタT3のゲートに接続されている走査線WSは先行して制御信号が供給されることになる。見方を変えると、当該行の画素2のスイッチングトランジスタT3に接続されている走査線WSは、前の行に属する画素2のサンプリング用トランジスタT1のゲートに接続されている走査線WSと共用になっている。かかる構成により、本発明にかかる表示装置は垂直スキャナ4をサンプリング用トランジスタT1とスイッチングトランジスタT3のゲート制御に共用でき、先行開発例に比べてスキャナの個数を1個削減できる。
好ましくは、発光素子ELは、そのアノードが駆動用トランジスタT2のソースSに接続し、そのカソードがカソード電位Vcathに接続している。この場合スイッチングトランジスタT3の電流端に接続している固定電位Vssは、カソード電位Vcathよりも低い。具体的な動作では、垂直スキャナ4は、サンプリング用トランジスタT1及びスイッチングトランジスタT3を駆動して、駆動用トランジスタT2の閾電圧Vthを保持容量C1に書き込む補正動作を繰り返し時分割的に行う。一方水平ドライバ3は、基準電位Vofsとこれより低い低電位Viniとこれより高い信号電位Vsigとで切換る映像信号を各信号線SLに供給している。基準電位Vofsは、補正動作時駆動用トランジスタT2の制御端(ゲートG)に印加され、低電位Viniは、先の補正動作が終わって次の補正動作に入る前に駆動用トランジスタT2の制御端に印加され、信号電位Vsigは、最後の補正動作が完了した後駆動用トランジスタT2の制御端に印加される。スイッチングトランジスタT3は、補正動作に先立つ準備段階でオンし、固定電位Vssを駆動用トランジスタT2のソースS側電流端に印加する。
図6は、図5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。理解を容易にするため、図3に示した先のタイミングチャートと同様の表記を採用している。図示するように、走査線WSに印加される制御信号に応じて、サンプリング用トランジスタT1はオン状態とオフ状態を繰り返す。同様に、前行の走査線WSに印加された制御信号に応じてスイッチングトランジスタT3もオン状態とオフ状態を繰り返す。タイミングチャートから明らかなように、サンプリング用トランジスタT1のゲートに印加される制御信号に比べ、スイッチングトランジスタT3のゲートに印加される制御信号は3Hだけ位相が前方にシフトしている。但し制御信号波形自体は、外部から供給されるスタート信号波形を順次転送したものなので、同一である。以上の説明から明らかなように、本実施形態では、スイッチングトランジスタT3のゲートに、当該行よりも3行前の走査線WSが接続している。但し本発明はこれに限られるものではなく、動作条件に応じて適切な行数だけ前のラインの走査線をスイッチングトランジスタT3のゲート制御に使うことができる。
信号線SLに入力される映像信号(入力信号)は3値パルスで、1H内に信号電位Vsigと基準電位Vofsと低電位Viniが切換っている。この様な制御信号波形及び入力信号波形の変化に応じて、駆動用トランジスタT2のゲートG及びソースSが図示のように変化している。これらの変化に合わせて、画素の動作シーケンスが期間(1)〜(9)のように分かれている。この動作シーケンスは、発光期間(1)、非発光期間(2)、消灯期間(3)、複数回繰り返される閾電圧補正準備期間(4)、同じく複数回繰り返される閾電圧補正期間(5)、信号書込み+移動度補正期間(7)、発光期間(9)を含んでいる。なお消灯期間(3)から次の発光期間(9)までの間は非発光期間となっている。この非発光期間に閾電圧補正準備動作及び閾電圧補正動作と信号書込み動作が行われる。
図7−1〜図7−9を参照して、図5及び図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。発光素子ELの発光期間(1)は、図7−1のようにサンプリング用トランジスタT1、スイッチングトランジスタT3がオフした状態である。この時駆動用トランジスタT2は飽和領域で動作するように設定されているため、発光素子ELに流れる電流Idsは駆動用トランジスタT2のゲート、ソース間電圧Vgsに応じて先に触れたトランジスタ特性式に示される値をとる。
非発光期間(2)では、サンプリング用トランジスタT1がオンする前にスイッチングトランジスタT3がオンする(図7−2)。これはスイッチングトランジスタT3の走査線が数段前のサンプリング用トランジスタT1の走査線を用いているからである。スイッチングトランジスタT3がオンすることで駆動用トランジスタT2のソースは固定電位Vssとなる。ここで固定電位Vssは発光素子ELの閾値電圧Vthelとカソード電圧Vcathの和よりも小さく設定されているため、電流Idsが固定電位Vssに流れ込む。この時サンプリング用トランジスタT1はオンされないため駆動用トランジスタT2のゲートソース間電圧Vgsは一定に保たれている。
消灯期間(3)において信号線が基準電位Vofsの時にサンプリング用トランジスタT1をオンとして駆動用トランジスタT2のゲート電位を基準電位Vofsとする(図7−3)。サンプリング用トランジスタT1をオンする前発光素子ELは発光しているため、発光素子ELのアノード電圧はカソード電圧Vcathと発光素子ELの閾値電圧Vthelの和よりも大きくなっている。この状態でサンプリング用トランジスタT1をオンして駆動用トランジスタT2のゲートに基準電位Vofsを書き込むと、駆動用トランジスタT2のゲートソース間電圧はその閾値電圧Vthよりも小さくなる。それによって駆動用トランジスタT2はオフ状態となるので、発光素子ELは消灯しそのアノード電圧はVthel+Vcathとなる。さらに信号線は基準電位Vofsから低電位Viniへと変化して、駆動用トランジスタT2のゲートに低電位Viniを入力する。低電位Viniを入力することで駆動用トランジスタT2のゲートソース電圧Vgsはその閾値電圧Vthよりも小さくなりサンプリング用トランジスタT1をオフしても発光素子ELが発光することはない。その後サンプリング用トランジスタT1をオフする。
一定時間経過後、閾電圧補正準備期間(4)になると、信号線が基準電位Vofsの状態の時に再びサンプリング用トランジスタT1をオン、さらにスイッチングトランジスタT3をオンとする(図7−4)。サンプリング用トランジスタT1、スイッチングトランジスタT3をオンすることで駆動用トランジスタT2のゲートに基準電位Vofsが、駆動用トランジスタT2のソースに固定電位Vssがそれぞれ入力される。ここで駆動用トランジスタT2のソースに充電される固定電位Vssが発光素子ELの閾値Vthelとカソード電圧Vcathの和よりも小さい時、つまりVss<Vthel+Vcathであれば発光素子ELは消灯する。さらにこの時駆動用トランジスタT2のゲートソース間電圧はVofs−Vssという値をとる。このVofs−Vssが駆動用トランジスタT2の閾値電圧Vthよりも大きくないと閾値補正動作を行うことができないために、Vofs−Vss>Vthとする必要がある。Vofs−Vss>Vthであるならば先に触れたトランジスタ特性式に応じた電流Ids’が電源Vccから固定電位Vssに流れる。一定時間経過後信号線電位を低電位Viniとして駆動用トランジスタT2のVgsをVth以下とする。その後信号線がVsigとなる前にサンプリング用トランジスタT1をオフする。これによって過剰電流がVccから固定電位Vssまで流れることはない。
上の動作を複数回繰り返した後、閾値補正期間(5)において信号線SLが基準電位Vofsの時にサンプリング用トランジスタT1をオンとする。それにより図7−5のように電流が流れる。発光素子ELの等価回路は図7−5に示されるようにダイオードと容量で表されるため、Vel≦Vcath+Vthel(発光素子ELのリーク電流が駆動用トランジスタT2に流れる電流よりもかなり小さい)である限り、駆動用トランジスタT2の電流はC1とCelを充電するために使われる。一定時間経過後信号線電位を低電位Viniとして駆動用トランジスタT2のVgsをVth以下とする。その後信号線がVsigとなる前にサンプリング用トランジスタT1をオフする。この動作によって、Vth補正動作が完了していない時つまり駆動用トランジスタT2のVgsがVth以上の時、サンプリング用トランジスタT1をオンした時のみ駆動用トランジスタT2のVgsはVth以上となり閾値補正動作が行われることとなる。この動作を繰り返し行うことでVelは時間と共に上昇してゆく。
図7−6に信号が基準電位Vofsでありサンプリング用トランジスタT1をオンし続けたときの駆動用トランジスタT2のソース電圧(即ち発光素子ELのアノード電圧Vel)の変位を示す。一定時間経過後、駆動用トランジスタT2のゲートソース間電圧はVthという値をとる。この時、Vel=Vofs−Vth≦Vcath+Vthelとなっている。ここでの動作は前述のように信号線が基準電位Vofsの時にサンプリング用トランジスタT1をオフして前後する閾値補正動作期間の間をブートストラップさせてもよい。また、書込み直前の閾値補正は信号線電位が低電位Viniとなる前にサンプリング用トランジスタT1をオフする。
信号書込み期間(7)において信号線電位がVsigとなった後サンプリング用トランジスタT1を再びオンする。(図7−7)。駆動用トランジスタT2のゲート電位はサンプリング用トランジスタT1をオンするためにVsigとなるが、電源Vccから電流が流れるためソース電位は時間とともに上昇してゆく。この時駆動用トランジスタT2のソース電圧が発光素子ELの閾値電圧Vthelとカソード電圧Vcathの和を越えなければ(発光素子ELのリーク電流が駆動用トランジスタT2に流れる電流よりもかなり小さければ)駆動用トランジスタT2の電流はC1とCelを充電するのに使用される。この時駆動用トランジスタT2の閾値補正動作は完了しているため、駆動用トランジスタT2が流す電流は移動度μを反映したものとなる。具体的にいうと移動度が大きいものはこの時の電流量が大きく、ソース電位の上昇も早い。逆に移動度が小さいものは電流量が小さく、ソース電位の上昇は遅くなる(図7−8)。これによって駆動用トランジスタT2のゲートソース間電圧は移動度を反映して小さくなり一定時間経過後に完全に移動度を補正するVgsとなる。
サンプリング用トランジスタT1をオフして書込みが終了し発光期間(9)になると、発光素子ELを発光させる。駆動用トランジスタT2のゲートソース間電圧は一定であるので駆動用トランジスタT2は一定電流Ids’’を発光素子ELに流し、Velは発光素子ELにIds’’という電流が流れる電圧Vxまで上昇し、発光素子ELは発光する(図7−9)。本発明によって、画素外に設けるスキャナ若しくはゲートドライバの個数を削減することができ、狭額縁化、低コスト化を図ることができる。
以上の様に本発明により、駆動用トランジスタT2の閾値バラツキを抑えることができるため、ムラ、ザラツキのない均一な画質を得ることができる。本発明により、画素外に設けるパネル内蔵スキャナ若しくはパネル外付けスキャナICの個数を削減することができ、狭額縁化、低コスト化を図ることができる。本発明により、駆動用トランジスタT2のゲートソース間電圧は一定値に保たれているので発光素子ELに流れる電流は変化しない。よって発光素子ELのI−V特性が劣化しても、一定電流Idsが常に流れ続け、発光素子ELの輝度が変化することはない。
本発明にかかる表示装置は、図8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9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映像信号を画像若しくは映像として表示するあらゆる分野の電子機器のディスプレイに適用することが可能である。以下この様な表示装置が適用された電子機器の例を示す。
図10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11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12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13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14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・・・ドライバ、4・・・スキャナ、T1・・・サンプリング用トランジスタ、T2・・・駆動用トランジスタ、T3・・・スイッチングトランジスタ、C1・・・保持容量、EL・・・発光素子
Claims (5)
- 画素アレイ部と駆動部とからなり、
前記画素アレイ部は、行状に配された走査線と、列状に配された信号線と、各走査線と各信号線とが交差する部分に行列状に配された画素とを備え、
前記画素は少なくとも、サンプリング用トランジスタと、駆動用トランジスタと、スイッチングトランジスタと、保持容量と、発光素子とを有し、
前記サンプリング用トランジスタは、その制御端が該走査線に接続し、その一対の電流端が該信号線と該駆動用トランジスタの制御端との間に接続し、
前記駆動用トランジスタは、ドレイン側の電流端が電源に接続し、ソース側の電流端が該発光素子に接続し、
前記保持容量は、該駆動用トランジスタのゲートとなる制御端とソース側の電流端との間に接続し、
前記スイッチングトランジスタは、その一対の電流端の一方が該駆動用トランジスタのソース側電流端に接続し、他方が固定電位に接続し、その制御端が該サンプリング用トランジスタの制御端に接続している走査線よりも前の行に配された走査線に接続しており、
前記駆動部は、スキャナとドライバを有し、
前記ドライバは、列状の信号線に映像信号を供給し、
前記スキャナは、行状の走査線に順次制御信号を供給して各画素に含まれるサンプリング用トランジスタ及びスイッチングトランジスタを駆動し、これにより該駆動用トランジスタから該発光素子に映像信号に応じた駆動電流を供給することを特徴とする表示装置。 - 前記発光素子は、そのアノードが駆動用トランジスタのソース側電流端に接続し、そのカソードが所定のカソード電位に接続し、
前記スイッチングトランジスタの電流端に接続している固定電位は、該カソ−ド電位よりも低いことを特徴とする請求項1記載の表示装置。 - 前記スキャナは、サンプリング用トランジスタ及びスイッチングトランジスタを駆動して、該駆動用トランジスタの閾電圧を保持容量に書き込む補正動作を繰返し時分割的に行い、
前記ドライバは、基準電位とこれより低い低電位とこれより高い信号電位とで切り替わる映像信号を各信号線に供給し、
前記基準電位は、補正動作時該駆動用トランジスタの制御端に印加され、
前記低電位は、先の補正動作が終わって次の補正動作に入る前に駆動用トランジスタの制御端に印加され、
前記信号電位は、最後の補正動作が完了した後駆動用トランジスタの制御端に印加されることを特徴とする請求項1記載の表示装置。 - 前記スイッチングトランジスタは、該補正動作に先立つ準備段階でオンし、該固定電位を該駆動用トランジスタのソース側電流端に印加することを特徴とする請求項3記載の表示装置。
- 請求項1に記載された表示装置を有する電子機器。
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