CN101271664B - 显示装置 - Google Patents
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Abstract
一种显示装置,包括像素阵列单元,具有以矩阵形式设置的像素电路,像素电路包括:驱动晶体管;光电元件;存储电容器;采样晶体管,通过在驱动晶体管处基于存储在存储电容器中的信息生成将施加给光电元件的驱动电流来使光电元件发光;以及控制单元,其输出级包括缓冲晶体管,从缓冲晶体管输出用于驱动像素阵列单元的脉冲信号;其中,像素阵列单元和控制单元通过在垂直方向和水平扫描方向上扫描的具有长激光束照射形成;以及其中,对于控制单元,缓冲晶体管的尺寸等于或大于激光束扫描方向上的像素间距。本发明可以抑制由于缓冲晶体管的性能偏差所引起的显示性能的劣化。
Description
相关申请的交叉参考
本发明包含于2007年3月20日向日本专利局提交的日本专利申请JP 2007-072966的主题,其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明涉及包括像素阵列单元的显示装置,其中,以矩阵形式配置包括光电元件(也称为显示元件或发光元件)的像素电路(也称为像素)。更具体地,本发明涉及有源矩阵显示装置,其中,以矩阵形式设置包括作为显示元件的光电元件(其亮度的变化取决于驱动信号的大小)的像素电路,每个像素电路均具有有源元件,以及通过其有源元件以像素单位执行显示驱动。
背景技术
对于像素显示元件,已经存在采用其亮度由于施加给其的电压或流过其的电流而产生变化的光电元件的显示装置。例如,作为亮度由于施加给其的电压而发生变化的光电元件,液晶显示元件是典型实例,以及作为其亮度由于流动其中的电流而发生变化的光电元件,有机电致发光(有机EL,有机发光二级管(OLED);下文中称作有机EL)元件是典型实例。利用后者的有机EL元件的有机EL显示装置是所谓的利用作为像素显示元件的自发光元件的光电元件的发光显示装置。
有机EL元件是利用根据施加给有机薄膜的电场而发光的现象的光电元件。有机EL元件甚至可以被相对较低的施加电压(例如,10V以下)驱动,因此可以被低功耗驱动。此外,有机EL元件是通过自身发光的自发光元件,所以对于有机EL显示装置,不需要提供液晶装置所必需的诸如背光等的辅助照明构件,因此,可容易地进行降低重量和减小厚度。此外,有机EL元件的响应速度是相当高的速度(例如,大约几个微秒),因此,在显示运动图像时不会出现残像。根据这种优点,近年来已经进行了利用有机EL元件作为光电元件的平面自发光显示装置的开发。
通过包括有机EL元件的电流驱动光电元件作为典型实例,当它们的驱动电流值不同时,它们的发光亮度也不同。因此,为了以稳定的亮度发光,向光电元件提供稳定的驱动电流是很重要的。例如,可以将用于向有机EL元件提供驱动电流的驱动系统划分为恒定电流驱动系统和恒定电压驱动系统(因为这是众所周知的技术,所以本文不提供已知的文献)。
有机EL元件的电压-电流特性包括具有较大斜度的特性,因此一旦执行恒定电压驱动,微小的电压偏差或微小的元件特性偏差就引起较大的亮度偏差。因此,一般来说,利用恒定电流驱动,其使用处于饱和区的驱动晶体管。不用说,对于恒定电流驱动,电流波动也会引起亮度偏差,但较小的电流偏差引起较小的亮度偏差。
相反,即使对于恒定电流驱动系统,为了不改变光电元件的发光亮度,根据输入图像信号稳定写入和保持在存储电容器中的驱动信号也是很重要的。例如,为了不改变有机EL元件的发光亮度,重要的是根据输入图像信号稳定驱动电流。
然而,应该注意,用于驱动光电元件的有源元件(驱动晶体管)的阈值电压和迁移率由于处理的波动而波动。此外,诸如有机EL元件等的光电元件的特性随时间波动。具体地,在利用低温多晶硅TFT基板等的情况下,晶体管的阈值特性和迁移率特性的偏差很大。即使对于恒定驱动系统,这种驱动有源元件的特性偏差或光电元件的特性波动影响了发光亮度。
因此,为了均匀地控制显示装置整个屏幕上的发光亮度,已经研究了各种类型的配置以控制由于上述驱动有源元件或光电元件的特性波动的发光波动(参见日本未审查专利公开第2006-215213号)。
例如,对于在日本未审查专利申请公开第2006-215213号所描述的配置,作为用于有机EL元件的像素电路,已经提出了:阈值校正功能,即使在驱动晶体管的阈值电压具有偏差或随时间变化的情况下,也能稳定驱动电流;迁移率校正功能,即使在驱动晶体管的迁移率具有偏差或随时间变化的情况下,也能稳定驱动电流;以及自举功能,即使在有机EL元件的电流-电压特性随时间而具有变化的情况下,也能稳定驱动电流。
为了实现这些阈值校正功能和迁移率校正功能等,有必要使用脉冲信号以预定的定时导通/截止采样晶体管或增加用于阈值校正和迁移率校正的每个晶体管。
每个晶体管的导通周期或截止周期确定每个校正周期,因此,管理用于导通/截止每个晶体管的定时以得到每种校正效果是很重要的。一旦由校正周期引起偏差,阈值校正优点和迁移率校正优点对于各个像素是具有波动的,以及引起由于这种偏差的亮度偏差,导致图像质量的劣化。例如,在校正周期之间的偏差具有余量的情况下是没有问题的,使得当校正周期较长时,即使对于导通/截止定时存在一些偏差,也几乎没有问题,但是校正周期变得越短,校正周期之间的偏差余量就变得越小,因此,进行管理以免引起其偏差,以及以免引起晶体管导通/截止定时的偏移是很重要的。
现在,从设置在像素阵列单元(以二维形式排列像素电路)侧边缘上的扫描电路为每条扫描线输出用于控制每个晶体管的脉冲信号(用于亮度变化校正操作的脉冲信号),以及经由每条扫描线向像素阵列单元内连接至每条扫描线的所有像素电路的预定终端按照每条扫描线同时提供该脉冲信号。然而,注意,扫描线具有线性阻抗和分布电容(重叠寄生电容),因此涉及可能存在取决于像素电路与扫描电路距离远近的脉冲信号的传播特性的差异,以及校正周期由于其传播特性的差异而产生波动。关于这点,可以考虑采用用于从驱动定时方面改善校正周期之间的偏差的技术。
发明内容
然而,注意,对于根据驱动定时方面的改善,假设对每条扫描线由扫描电路提供的脉冲信号本身没有定时偏离(具体地,脉冲波形的钝化(blunting))。如果扫描电路提供的脉冲信号本身具有波形钝化,并且对于每条扫描线其波形钝化都有所不同,则引起校正周期之间的偏差,并发生亮度偏差。类似地,扫描电路提供的脉冲信号本身的波形钝化影响连接至扫描线的所有像素电路,因此,对于每条扫描线出现由于波形钝化的偏差所引起的亮度不均匀(例如,线性地)。与像素阵列单元内的每个像素电路的阈值和迁移率随机波动的情况下的随机亮度相比,这一点在视觉上可被轻易地识别出来,这导致了严重问题。
此外,这种脉冲定时的偏离(具体地,脉冲波形的钝化)不仅限于阈值校正和迁移率校正,对于用于驱动像素电路的其他脉冲,同样存在关于定时偏离的余量程度的差异,但是如果存在偏离,则在显示性能中表现出的其影响是不可忽略的。
认为需要提供一种可以改善由扫描电路提供的脉冲信号的波形钝化偏差的配置。
根据本发明的显示装置的实施例是使像素电路内的光电元件基于画面信号发光的显示装置,在以矩阵形式设置在像素阵列单元中的像素电路内,至少提供了:驱动晶体管,被配置为生成驱动电流;光电元件,连接至驱动晶体管的输出端侧;存储电容器,用于存储与经由画面信号线提供的画面信号内的信号电位相对应的信息;以及采样晶体管,被配置为将与画面信号的信号电位相对应的信息写入存储电容器。对于像素电路,通过在驱动晶体管处基于存储在存储电容器中的信息生成将施加给光电元件的驱动电流来使光电元件发光。期望在驱动晶体管的控制输入端和输出端之间连接存储电容器。
采样晶体管写入与存储电容器内的信号电位相对应的信息,因此采样晶体管向其输入端(源极端或漏极端中的一个)输入信号电位,以及写入与连接至其输出端(源极端或漏极端中的另外一个)的存储电容器中的信号电位相对应的信息。不用说,采样晶体管的输出端也连接至驱动晶体管的控制输入端。
作为根据本发明的显示装置实施例的特征,当考虑到电路模式的方面时,首先,假设像素阵列单元和控制单元通过在垂直方向或水平方向上扫描的具有预定波长的长激光束照射而形成。
在缓冲晶体管内,假设采用被配置为向每条信号线输出用于对输入视频信号进行采样的脉冲信号的缓冲晶体管。作为用于向每条信号线输出用于对输入视频信号进行采样的脉冲信号的缓冲晶体管,例如,采用用于确定将通过驱动像素电路实现的预定(特定)操作的开始定时的缓冲晶体管以及用于确定其结束定时的缓冲晶体管。
作为一种观点,这些缓冲晶体管不仅可以应用于水平方向上的扫描单元,而且还可以应用于垂直方向上的扫描单元。当考虑到一般的扫描方向,并且将注意力集中在阈值校正和迁移率校正上时,需要不是把注意力集中在水平方向的扫描单元上,而是集中在垂直方向的扫描单元上。
这是因为通常来说,水平方向上的采样率对于点顺序驱动为几百纳秒,对于线顺序驱动为几十微秒,以及垂直方向上的采样率大约为50微秒,因此为了抑制水平方向上的校正周期之间的偏差,执行照射以直接将ELA照射方向引到像素的长度方向(行方向)。利用垂直方向上的扫描执行迁移率校正,但需要占用几微秒,因此ELA照射偏差超过可以被忽略的水平,需要使用上述布局来设计垂直方向上的扫描单元。
然而,注意,对于线顺序驱动,水平方向上的采样率比迁移率校正时间长,因此,在某些情况下,ELA照射方向可以被反转90度。此时,利用水平方向上的扫描单元,同样由于ELA而引起偏差,因此期望使用上述布局来设计水平方向上的扫描单元。
期望在激光束的扫描方向上的像素间距内,将缓冲晶体管的沟道宽度设置为除连接至缓冲晶体管的各个终端的配线部分之外的最大值。
期望设置每行中的缓冲晶体管的每个尺寸,使得等于或大于激光束的扫描方向上的像素间距,以及对于与相邻行的关系,期望设置朝向相邻行突出的部分以相互交替。进一步期望设置缓冲晶体管的沟道,使其大于激光束扫描方向上的像素间距。
期望通过多指结构来配置每行中的每个缓冲晶体管,并将具有多指结构的各个晶体管缓冲器的每个尺寸都设置为等于或大于激光束扫描方向上的像素间距。
注意,期望将与考虑到这种电路模式方面的缓冲晶体管的尺寸相关的这种处理不应用于控制单元内的所有缓冲晶体管,而是将其应用于具有关于脉冲信号特性偏差的余量的缓冲晶体管。不用说,这并不意味着不将这种处理应用于所有缓冲晶体管。
例如,期望将这种处理应用于扫描单元(诸如关于阈值校正或迁移率校正的写扫描单元和校正扫描单元中的至少一个),其中,扫描单元用于输出控制驱动电流波动抑制单元的校正脉冲,该电流波动抑制单元用于抑制伴随驱动晶体管或光电元件的特性波动的驱动电流的波动。具体地,期望将这种处理应用于关于校正周期之间的偏差具有小余量的单元。例如,通常,迁移率校正周期比阈值校正周期短的多,并且其偏差随着亮度的变化而出现,因此需要严格地执行迁移率校正周期的偏差管理,因此,期望将这种处理应用于关于迁移率校正的校正脉冲的缓冲晶体管。
根据本发明的一个实施例,进行了一种配置,其中,像素阵列单元和控制单元通过在垂直方向上扫描的具有预定波长的长激光束照射而形成,以及关于控制单元,将用于向每条信号线输出用于对输入视频信号进行采样的脉冲信号的缓冲晶体管(例如,用于确定操作开始或结束的每个缓冲晶体管)的尺寸设置为等于或大于激光束扫描方向上的像素间距。
因此,与现有技术相比,可以抑制从控制单元的缓冲晶体管输出至像素电路的驱动脉冲波形之间的特性偏差性。这是因为,晶体管的特性变为对应于激光束照射强度的平均值的特性,但是将晶体管的尺寸布局得很大能够使关于一个缓冲晶体管的激光束照射的次数增多,因此,与小晶体管尺寸和较少次数的激光束照射的情况相比,可以抑制偏差。结果,可以抑制由于缓冲晶体管的性能偏差所引起的显示性能的劣化。
附图说明
图1A是示出用作根据本发明的显示装置实施例的有源矩阵显示装置的示意性结构的框图;
图1B是示出用作根据本发明的显示装置实施例的有源矩阵显示装置的示意性结构的框图(在彩色显示模式的情况下);
图2是示出组成有机EL显示装置的像素电路的第一实施例的示图;
图3A是描述有机EL装置和驱动晶体管的操作点的示图;
图3B是描述有机EL装置和驱动晶体管的特性偏差对驱动电流的影响的示图;
图3C是描述用于改善有机EL装置和驱动晶体管的特性偏差对驱动电流的影响的技术概念的示图(部分1);
图3D是描述用于改善有机EL装置和驱动晶体管的特性偏差对驱动电流影响的技术概念的示图(部分1);
图4是描述根据第一实施例的像素电路的操作的时序图;
图5是描述写扫描单元和驱动扫描单元的输出电路的第一实例的示图;
图6是示出接近迁移率校正周期的校正脉冲的波形钝化的第一实例的示图;
图7是示出迁移率校正周期和像素电流(驱动电流)之间关系的特性示图;
图8是示出由于波形钝化的偏差所引起的迁移率校正周期的偏差所导致的亮度不均匀的示图;
图9是示出接近迁移率校正周期的校正脉冲的波形钝化的第二实例的示图;
图10是示出在ELA照射时每次的照射强度偏差的实例的示图;
图11是示出关于根据本实施例的驱动电路布置的比较实例的示图
图12是示出驱动电路布置的第一实施例的示图;
图13A是示出驱动电路布置的第二实施例(第一实例)的示图;
图13B是示出驱动电路布置的第二实施例(第二实例)的示图;
图14是示出驱动电路布置的第三实施例的示图;
图15A是示出像素电路的第二实施例的示图;以及
图15B是描述根据第二实施例的像素电路操作的时序图。
具体实施方式
以下,将参考附图描述本发明的实施例。
<显示装置总的概述>
图1A和图1B是示出根据本发明的显示装置实施例的有源矩阵显示装置的示意性结构的框图。对于本实施例,将描述分别采用作为像素显示元件的有机EL元件以及作为有源元件的多晶硅薄膜晶体管(TFT)的情况作为实例,并且本实施例被应用于由形成在其上形成有薄膜晶体管的半导体基板上的有机EL元件组成的有源矩阵有机EL显示器(下文中,称作有机EL显示装置)。
注意,以下将具体描述用作像素显示元件的有机EL元件作为实例,并且用于本实施例的显示元件不仅限于有机EL元件。通常,稍后描述的所有实施例都可应用于通过电流驱动发光的所有发光元件。
如图1A所示,有机EL显示装置1包括:显示面板单元100,其中,设置具有用作多个显示元件的有机EL元件(未示出)的像素电路(也称为像素)110,以配置具有纵横比(显示纵横比(例如9∶16))的有效画面区域;驱动信号生成单元200,是用于输出对显示面板单元100进行驱动控制的各种类型的脉冲信号的面板控制单元的实例;以及图像信号处理单元300。驱动信号生成单元200和画面信号处理单元300内嵌到一个芯片IC(集成电路)中。
注意,如图所示,产品类型不仅限于被提供作为是包括所有的显示面板单元100、驱动信号生成单元200和画面信号处理单元300的模块(复合部件)类型的有机EL显示装置1,而是可以例如被提供作为仅包括显示面板单元的100的有机EL显示装置1。此外,这种有机EL显示装置1被用作利用诸如半导体存储器、迷你盘(MD)、盒式录音带等的记录介质的便携式音乐播放器的显示单元以及其他电子设备的显示单元。
对于显示面板单元100,以集成的方式在基板101上形成以下单元:像素阵列单元102,以n行×m列的矩阵形式排列像素电路P;垂直驱动单元103,用于在垂直方向上扫描像素电路P;水平驱动单元(也称为水平选择器或数据线驱动单元)106,用于在水平方向上扫描像素电路P;以及外部连接终端单元(衬垫(pad)单元)108。也就是说,进行一种配置,其中,在与像素阵列单元102相同的基板101上形成诸如垂直驱动单元103、水平驱动单元106等的驱动电路。
垂直驱动单元103包括输出级处的缓冲晶体管,其是用于从缓冲晶体管输出用于驱动像素阵列单元102的每个像素电路P的脉冲信号的控制单元的实例。垂直驱动单元103包括例如写扫描单元(写扫描器WS)104、驱动扫描单元(驱动扫描器DS)105(这两个单元在图中以整体示出)、以及两个阈值和迁移率校正扫描单元114和115(这两个单元在图中以整体示出)。
作为实例,像素阵列单元102被配置为通过图示左右方向的一侧或两侧的写扫描单元104、驱动扫描单元105以及阈值和迁移率校正扫描单元114和115驱动,并且还通过图示上下方向的一侧或两侧的水平驱动单元106驱动。终端单元108被配置为提供有来自驱动信号生成单元200的各种类型的脉冲信号。此外,类似地,终端单元108被配置为提供有来自画面信号处理单元300的画面信号Vsig。
作为实例,提供必要的脉冲信号作为垂直驱动脉冲信号,例如作为垂直方向上的写开始脉冲实例的转换(shift)开始脉冲SPDS和SPWS、垂直扫描时钟CKDS和CKWS等。此外,提供必要的脉冲信号作为用于校正阈值或迁移率的脉冲信号,例如,作为垂直方向上的阈值检测开始脉冲实例的转换开始脉冲SPAZ1和SPAZ2、垂直扫描时钟CKAZ1和CKAZ2等。此外,提供必要的脉冲信号作为水平驱动脉冲信号,例如,作为水平方向上的写开始脉冲实例的水平开始脉冲SPH、水平扫描时钟CKH等。
终端单元108的每个终端被配置为经由配线109连接至垂直驱动单元103和水平驱动单元106。例如,将提供给终端单元108的每个脉冲在根据需要在未示出的电平转换单元中内部调整每个脉冲的电压电压之后经由缓冲器提供给垂直驱动单元103和水平驱动单元106的每个单元。
对于像素阵列单元102,尽管在图中没有示出(稍后将描述细节),但进行了一种配置,其中,以矩阵形式两维地设置像素电路P(设置像素晶体管,使得有机EL元件用作显示元件),关于其像素阵列相对于每行对扫描线进行配线,并相对于每列对信号线进行配线。
例如,由扫描线(栅极线)104WS和105DS、阈值和迁移率校正扫描线114AZ和115AZ以及信号线(数据线)106HS形成像素阵列单元102。未示出的有机EL元件以及用于驱动该元件的薄膜晶体管(TFT)在两者的交叉部分处形成。由有机EL元件和薄膜晶体管的组合构成像素电路P。
具体地,对于每个像素行,将通过写扫描单元104利用写驱动脉冲WS驱动的n行的写扫描线104WS_1~101WS_n、通过驱动扫描单元105利用扫描驱动脉冲NDS驱动的n行的驱动扫描线105DS_1~105DS_n、通过第一阈值和迁移率校正扫描单元114利用阈值和迁移率校正脉冲AZ1驱动的n行的阈值和迁移率校正扫描线114AZ_1~114AZ_n以及通过第二阈值和迁移率校正扫描单元115利用阈值和迁移率校正脉冲AZ2驱动的n行的阈值和迁移率校正扫描线115AZ_1~115AZ_n配线到以矩阵形式排列的每个像素电路P。
写扫描单元104和驱动扫描单元105基于由驱动信号生成单元200提供的垂直驱动系统的脉冲信号经由扫描线105DS和104WS的每一个顺序选择每个像素电路P。水平驱动单元106基于由驱动信号生成单元200提供的水平驱动系统的脉冲信号经由画面信号线106HS将图像信号写入所选像素电路P。
垂直驱动单元103的每个单元以线的顺序扫描像素阵列单元102,并且与此同步,水平驱动单元106在水平方向上(即,对于每个像素)将一个水平线的图像信号顺序写入像素阵列单元102,或者同时写入一个水平线的图像信号。前者整体上是点顺序驱动,后者整体上是线顺序驱动。
在对应点顺序驱动的情况下,水平驱动单元106由移位寄存器、采样开关(水平开关)等组成,并且以像素单位将从画面信号处理单元300输入的像素信号写入由垂直驱动单元103中的每个单元所选择的行的每个像素电路P。即,水平驱动单元106执行用于以像素单位将画面信号写入通过垂直扫描选择的行的像素电路P的点顺序驱动。
另一方面,在对应于线顺序驱动情况下,水平驱动单元106被构成为包括用于同时导通设置在所有列的画面信号线106HS上的未示出的开关的驱动电路,以同时导通设置在所有列的画面信号线106HS上的未示出的开关,从而在通过垂直驱动单元103选择的行的一行的所有像素电路P中同时写入从画面信号处理单元300输入的像素信号。
垂直驱动单元103中的每个单元都由逻辑门(包括锁存器)的组合构成,并且以行单位选择像素阵列单元102的每个像素电路P。注意,在图1A中,示出了一种配置,其中,仅将垂直驱动单元103设置在像素阵列单元102的一侧,但是可以采样一种配置,其中,垂直驱动单元103被设置在两侧,以夹置像素阵列单元102。
类似地,在图1A中,示出了一种配置,其中,仅将水平驱动单元106设置在像素阵列单元102的一侧,但是可以采样一种配置,其中,水平驱动单元106被设置在两侧以夹置像素阵列单元102。
注意,为了对应于彩色图像显示,对于像素阵列单元102,例如如图1B所示,以条状排列子像素G、R和B,其中,一个像素负责红、绿和蓝中的任何一种。
<像素电路:第一实施例>
图2是示出组成图1A和图1B所示有机EL装置的像素电路P的第一实施例的示图。注意,图2还示出了设置在显示面板单元的基板101上的像素电路P的外围部分中的垂直驱动单元103和水平驱动单元106。
图3A是描述有机EL元件和驱动晶体管的操作点的示图。图3B是描述由于给定的有机EL元件和驱动晶体管的特性偏差对驱动电流Ids的影响的示图。图3C和图3B是描述其改善技术的概念的示图。
根据图2所示第一实施例的像素电路P具有驱动晶体管基本由n沟道型薄膜场效应管构成的特征,以及还具有提供用于抑制由于有机EL元件随时间的劣化所引起的有机EL元件的驱动电流Ids的波动的电路,即,用于实现校正作为光电元件实例的有机EL元件的电流-电压特性中的变化以维持驱动电流Ids均匀恒定的阈值校正功能和迁移率校正功能的驱动信号稳定电路(部分1)的特征。此外,具有提供用于实现即使在有机EL元件的电流-电压特性随时间具有变化的情况下也能稳定驱动电流的自举(bootstrap)功能的驱动信号稳定电路(部分1)的特征。
注意,对于根据第一实施例的像素电路P,采用p沟道型晶体管作为发光控制晶体管,但是例如稍后描述的第二实施例,可以进行一种配置,其中,将p沟道型晶体管变为n沟道型晶体管,以使用有效高扫描驱动脉冲DS进行驱动。在这种情况下,所有开关晶体管都可由n沟道型晶体管构成,从而可以在制作晶体管时采用现有的非晶硅(a-Si)处理。因此,可以实现晶体管成本的降低。在这一点上,对于根据第一实施例的像素电路P,采用p沟道型作为发光控制晶体管,其具有不利的方面。
采用MOS晶体管作为包括驱动晶体管的各个晶体管。在这种情况下,将栅极端作为控制输入端,源极和漏极中的一个作为输入端,以及另一个作为输出端。
像素电路P包括:存储电容器(也称为像素电容器)120;n沟道型驱动晶体管121;p沟道型发光控制晶体管122,其中,将有效低驱动脉冲(扫描驱动脉冲NDS)提供给作为控制输入端的栅极G;n沟道型采样晶体管125,其中,将有效高驱动脉冲(写驱动脉冲WS)提供给作为控制输入端的栅极G;以及有机EL元件127,其是用于通过施加给其的电流而发光的光电元件(发光元件)的实例。
采样晶体管125是设置在驱动晶体管121的栅极G(控制输入端)处的开关晶体管,并且发光控制晶体管122也是开关晶体管。通常,由于包括整流器而用二极管的符号表示有机EL元件127。注意,有机EL元件127包括寄生电容器(等效电容器)Cel。在附图中,该寄生电容器Cel被示出为与有机EL元件127并联。
像素电路P具有以下特征:发光控制晶体管122设置在驱动晶体管121的漏极端D侧,存储电容器120连接在驱动晶体管121的栅极和源极之间,并且还设置自举电路130以及阈值和迁移率校正电路140。自举电路130以及阈值和迁移率校正电路140是用于抑制伴随驱动晶体管121或作为光电元件实例的有机EL元件127的特性波动的驱动电流Ids的波动的驱动电流波动抑制单元的实例。
有机EL元件127是电流发光元件,因此,通过控制施加给有机EL元件127的电流量获得着色的灰度。因此,通过改变施加给驱动晶体管121的栅极端G的电压来控制施加给有机EL元件127的电流量。
此时,设置自举(bootstrap)电路130以及阈值和迁移率较正电路140,以不被有机EL元件127随时间的变化和驱动晶体管121的特性偏差所影响。因此,除写扫描单元104和驱动扫描单元105之外,用于驱动像素电路P的垂直驱动单元103还包括两个阈值和迁移率校正扫描单元114和115。
在附图中,仅示出了一个像素电路P,但是如图1A所描述的,以矩阵形式排列具有相同结构的像素电路P。这里,对于每个像素行,将通过写扫描单元104利用写驱动脉冲WS驱动的n行的写扫描线104WS_1~101WS_n、通过驱动扫描单元105利用扫描驱动脉冲NDS驱动的n行的驱动扫描线105DS_1~105DS_n、通过第一阈值和迁移率校正扫描单元114利用阈值和迁移率校正脉冲AZ1驱动的n行的阈值和迁移率校正扫描线114AZ_1~114AZ_n以及通过第二阈值和迁移率校正扫描单元115利用阈值和迁移率校正脉冲AZ2驱动的n行的阈值和迁移率校正扫描线115AZ_1~115AZ_n配线到以矩阵形式排列的每个像素电路P。
自举电路130包括n沟道型检测晶体管124(向其提供与有机EL元件127并联连接的有效高阈值和移动校正脉冲AZ2),并且由检测晶体管124和连接在驱动晶体管121的栅极和源极之间的存储电容器120构成。将存储电容器120配置为也作为自举电容器。
阈值和迁移率校正电路140包括n沟道型检测晶体管123(向其提供驱动晶体管121的栅极端G和第二电源电位Vc2之间的有效高阈值和迁移率校正脉冲AZ1),并且由检测晶体管123、驱动晶体管121、发光控制晶体管122以及连接在驱动晶体管121的栅极和源极之间的存储电容器120构成。将存储电容器120配置为也作为用于保持所检测的阈值电压Vth的阈值电压存储电容器。
对于驱动晶体管121,漏极端D首先被连接至发光控制晶体管122的漏极端D。发光控制晶体管122的源极端S连接至第一电源电位Vc1。此外,对于驱动晶体管121,源极端S直接连接至有机EL元件127的正极端A。假设其连接点为节点ND121。有机EL元件的负极K连接至对用于提供基准电位的所有像素通用的地线Vcath(GND),从而向其提供负极电位Vcath。
注意,代替p沟道型,可采用将有效高驱动脉冲(扫描驱动脉冲DS)提供给作为控制输入终的栅极端G的n沟道型作为发光控制晶体管122。在这种情况下,对于n沟道型发光控制晶体管122,漏极端连接至第一电源电位Vc1,源极端连接至驱动晶体管121的漏极端。
对于采样晶体管125,栅极端G连接至来自写扫描单元104的写扫描线104WS,源极端S连接至画面信号线106HS,以及漏极端D连接至驱动晶体管121的栅极端G。假设其连接点为节点ND122。存储电容器120连接在节点ND121和节点ND122之间。向采样晶体管125的栅极端G提供来自写扫描单元104的有效高写驱动脉冲WS。对于采样晶体管125,如附图中的括号所示,源极端S和漏极端D可以颠倒,漏极端D可作为信号输入端连接至画面信号线106HS,以及源极端S可作为信号输出端连接至驱动晶体管121的栅极端G。
检测晶体管123是设置在驱动晶体管121的栅极G(控制输入端)侧的开关晶体管,其中,源极端S连接至作为偏移(offset)电压实例的接地电位Vofs,漏极端D连接至驱动晶体管121的栅极端G(节点ND122),以及作为控制输入端的栅极端G连接至阈值和迁移率较正扫描线114AZ。进行了一种配置,其中,驱动晶体管121的栅极端G的电位通过导通的检测晶体管123经由检测晶体管123连接至作为固定电位的接地电位Vofs。
检测晶体管124是开关晶体管,其中,漏极端D连接至作为在驱动晶体管121的源极端S和有机EL元件127的正极端A之间的连接点的节点ND121,源极端S连接至作为基准电位实例的接地电位Vs1,以及作为控制输入端的栅极端G连接至阈值和迁移率校正扫描线115AZ。
进行了一种配置,其中,存储电容器120连接在驱动晶体管121的栅极和源极之间,并且使检测晶体管124导通,从而驱动晶体管121的源极端S的电位经由检测晶体管124连接至作为固定电位的接地电位Vs1。
采样晶体管125在被写扫描线104WS选择时运行,对来自画面信号线106HS的图像信号Vsig(的信号电位Vin)进行采样,以及经由节点ND112将与信号电位Vin相对应大小的电压保持在存储电容器120中。保持在存储电容器120中的电位理想地与信号电位Vin具有相同的大小,但实际上比信号电位Vin小。
当发光控制晶体管122导通时,驱动晶体管121根据保持在存储电容器120中的驱动电位(该点处驱动晶体管121的栅极和源极之间的电压Vgs)电流驱动有机EL元件127,其通过扫描驱动脉冲NDS引起。发光控制晶体管122在被驱动扫描线105DS选择时电导通,以从第一电源电位Vc1向驱动晶体管121提供电流。
因此,作为驱动晶体管121的电源供给端的漏极端D侧经由发光控制晶体管122连接至第一电源电位Vc1,并且控制发光控制晶体管122的导通(ON)周期,从而调整有机EL元件127的发光周期和非发光周期,并且能够执行负载驱动。
检测晶体管123和124在通过将来自阈值和迁移率校正扫描单元114和115的有效高阈值和迁移率校正脉冲AZ1和AZ2提供给阈值和迁移率校正扫描线114AZ和115AZ而被选择时运行,并执行预定的校正操作(用于校正阈值电压Vth或迁移率μ偏差的操作)。例如,为了在有机EL元件127的电流驱动之前检测驱动晶体管121的阈值电压Vth以预先取消其影响,检测电位被保持在存储电容器120中。
作为用于确保具有这种结构的像素电路P的正常操作的条件,将接地电位Vs1设置得低于从接地电位Vofs中减去驱动晶体管121的阈值电压Vth的电平。即,保持“Vs1<Vofs-Vth”。
此外,将有机EL元件127的阈值电压VthEL与有机EL元件127的负极端K的电位Vcath相加的电平设置得高于从接地电位Vs 1中减去驱动晶体管121的阈值电压Vth的电平。即,保持“Vcath+VthEL>Vs1-Vth”。期望将接地电位Vofs的电平设置得接近于由画面信号线106HS提供的像素信号Vsig的最低电平(最低电平以下的范围)。
对于具有这种结构的像素电路P,采样晶体管125根据在预定信号写周期(采样周期)内由写扫描线104WS提供的写驱动脉冲WS而电导通,并对从画面信号线106HS提供给存储电容器120的画面信号Vsig进行采样。存储电容器120根据采样的画面信号Vsig施加驱动晶体管121的源极和栅极之间的输入电压(栅极和源极之间的电压Vgs)。
驱动晶体管121在预定发光周期内将根据栅极和源极之间的电压Vgs的输出电流提供给有机EL元件127作为驱动电流Ids。注意,该驱动电流Ids具有对驱动晶体管121的沟道区域的载流子迁移率μ和阈值电压Vth的依赖性。通过由驱动晶体管121提供的驱动电流Ids驱动有机EL元件127,从而以与画面信号Vsig(具体地,信号电位Vin)相对应的亮度发光。
该像素电路P包括由开关晶体管(发光控制晶体管122和检测晶体管123和124)构成的校正单元,其预先在发光周期的开头校正保持在存储电容器120中的栅极和源极之间的电压Vgs,以消除对驱动电流的载流子迁移率μ的依赖性。
具体地,较正单元(开关晶体管122,123和124)根据由写扫描线104WS和驱动扫描线105DS提供的写驱动脉冲WS和扫描驱动脉中NDS在信号写周期的一部分(例如,后半侧)中运行,在画面信号Vsig被采样的状态下从驱动晶体管121中提取驱动电流Ids,并且负反馈该电流以校正栅极和源极之间的电压Vgs。此外,为了消除对驱动电流Ids的阈值电压Vth的依赖性,该校正单元(开关晶体管122,123和124)在信号写周期之前预先检测驱动晶体管121的阈值电压Vth,并且还将检测的阈值电压Vth与栅极和源极之间的电压Vgs相加。
特别地,对于根据本实例的像素电路P,驱动晶体管121是n沟道型晶体管,其中,在漏极连接至正电源侧的同时,源极连接至有机EL元件127侧。在这种情况下,上述校正单元在与信号写周期的后部重叠的发光周期的开头从驱动晶体管121中提取驱动电流Ids,并将其负反馈到存储电容器120侧。
此时,配置校正单元,使得在发光周期的开头部分从驱动晶体管121的源极端S侧提取的驱动电流Ids流向包括在有机EL元件127中的寄生电容器Cel。具体地,有机EL元件127是包括正极端A和负极端K的二级管型发光元件,其中,在正极端A侧连接至驱动晶体管121的源极端S的同时,负极端K侧连接至接地侧(在本实例中为负极电位Vcath)。
根据这种配置,对于校正单元(开关晶体管122,123和124),预先将有机EL元件127的正极和负极之间设置为反向偏置状态,并且在从驱动晶体管121的源极端S侧提取的驱动电流Ids流向有机EL元件127时,二级管型有机EL元件127被用作电容性元件。
注意,对于校正单元,可以调整用于在信号写周期内从驱动晶体管121提取的驱动电流Ids所需的时间宽度t,并且期望优化关于存储电容器120的驱动电流Ids的负反馈量。
现在,术语“优化负反馈量”是指适当地设置写驱动脉冲WS和驱动扫描脉冲NDS之间的相位差,以及进一步优选地,即使在从画面信号电位的黑色电平到白色电平范围内任意电平的情况下也能适当地执行迁移率校正。施加给栅极和源极之间的电压Vgs的负反馈量取决于驱动电流Ids的提取时间,因此提取时间越长,负反馈量越大。
对于像素电路和驱动定时,存在各种类型的技术,根据这些技术,可以将各种类型的技术用作“优化负反馈量”时的技术。例如,作为画面线信号电位的画面信号线106HS的电压变化特性或者写扫描线104WS的电压变化特性(即,写驱动脉冲的变换特性)被倾斜,从而使迁移率校正周期t自动跟随画面线信号电位并实现其最优化。根据这些技术,即使用画面信号线106HS的电位也可以确定迁移率校正周期,且可以用ΔV=Ids·Cel/t表示迁移率校正参数ΔV。
从迁移率校正参数ΔV的表达式中可以清楚地理解,作为驱动晶体管121的漏极和源极之间的电流的驱动电流Ids越大,迁移率校正参数ΔV越大。相反,作为驱动晶体管121的漏极和源极之间的电流的驱动电流Ids越小,迁移率校正参数ΔV越小。因此,根据驱动电流Ids确定迁移率校正参数ΔV。此时,迁移率校正周期没有必要稳定,相反,期望在一些情况下调整依赖于驱动电流Ids的迁移率校正周期。例如,在驱动电流Ids较大的情况下,期望缩短迁移率校正周期,相反,在驱动电流Ids较小的情况下,期望加长迁移率校正周期。
例如,画面信号线电位(画面信号线106HS的电位)的上升沿和下降沿倾斜,或者写扫描线电位(具体地,用于截止采样晶体管的侧)的变化特性倾斜,从而自动调整校正周期t,以在画面信号线106HS的电位较高时(当驱动电流Ids较大时)变短,或者在画面信号线106HS的电位较低时(当驱动电流Ids较小时)变长。因此,可通过跟随画面信号电位(画面信号Vsig的信号电位Vin)自动设置适当的校正周期,从而,不论图像的亮度和模式如何都可以执行最佳迁移率校正。根据像素电路P或驱动定时可以同时使用这两者。
<基本操作>
首先,作为比较实例描述根据第一实施例的像素电路P的特征,将对关于在没有设置发光控制晶体管122、检测晶体管123和检测晶体管124,并且对于存储电容器120,其一端连接至节点ND122,另一端连接至对所有像素通用的接地线Vcath(GND)的情况下的操作进行描述。下文中,将这种像素电路P称作根据比较实例的像素电路P。
对于根据比较实例的像素电路P,通过驱动晶体管121和有机EL元件127之间的操作点确定驱动晶体管121的源极端S的电位(源极电位Vs),并且其电压值根据驱动晶体管121的栅极电位Vg而不同。
通常,如图3A所示,驱动晶体管121在饱和区域中被驱动。因此,如果在饱和区域中运行的晶体管的漏极端和源极端之间流动的电流为Ids,迁移率为μ,沟道宽度(栅极宽度)为W,沟道长度(栅极长度)为L,栅极容量(每单位面积的栅极氧化物容量)为Cox,以及晶体管的阈值电压为Vth,则驱动晶体管121是具有在以下表达式(1)所示值的恒定电流源。注意,“^”表示求幂。从表达式(1)可以清楚地理解,对于饱和区域,晶体管的漏极电流Ids被栅极和源极之间的电压Vgs控制,并作为恒定电流源进行操作。
<发光元件的Iel-Vel特性和I-V特性>
对于图3B(1)所示的有机EL元件所代表电流驱动发光元件的电流-电压(Iel-Vel)特性,以实线示出的曲线表示初始状态时的特性,以及以虚线示出的曲线表示随时间变化之后的特性。通常,如图所示,包括有机EL元件的电流驱动发光元件的I-V特性随时间劣化。
例如,当发光电流Iel流向作为发光元件实例的有机EL元件127时,唯一确定其正极和负极之间的电压Vel。如图3B(1)所示,在发光周期内,由驱动晶体管121的漏极和源极之间的电流Ids(=驱动电流Ids)确定的发光电流Iel流向有机EL元件127的正极端A,通过正极和负极之间的电压Vel增加正极和负极之间的电压。
对于根据比较实例的像素电路P,根据有机EL元件127的I-V特性随时间的变化,关于相同发光电流Iel的正极和负极之间的电压Vel从Vel1变化到Vel2,这引起驱动晶体管121的操作点的变化,即使向其施加相同的栅极电位Vg也引起驱动晶体管121的源极电位Vs的变化,因此,引起驱动晶体管121的栅极和源极之间的电压Vgs的变化。
对于采样n沟道型晶体管作为驱动晶体管121的简单电路,源极端S连接至有机EL元件127侧,这使得有机EL元件127的I-V特性被随时间的变化所影响,引起流向有机EL元件127的电流量(发光电路Iel)变化,因此,发光亮度变化。
具体地,对于根据比较实例的像素电路,由于有机EL元件127的I-V特性随时间的变化而导致操作点变化,即使向其施加相同的栅极电位Vg,驱动晶体管121的源极电位Vs也发生变化。因此,驱动晶体管121的栅极和源极之间的电压Vgs发生变化。如从特性表达式(1)中清楚地理解,一旦栅极和源极之间的电压Vgs波动,即使栅极电位Vg稳定,驱动电流Ids也会波动,并且流向有机EL元件127的电流值同时发生变化。因此,一旦有机EL元件127的I-V特性变化,对于根据比较实例的像素电路P,有机EL元件127的发光亮度随时间发生变化。
对于采样n沟道型作为驱动晶体管121的简单电路,源极端S连接至有机EL元件127侧,这引起在栅极和源极之间的电压Vgs随着有机EL元件127的时间改变,引起流向有机EL元件127的电流量发生变化,因此,发光亮度变化。
由于随着作为发光元件实例的有机EL元件127随时间的特性波动而引起的有机EL元件127的正极电位波动表现为驱动晶体管121的栅极和源极之间的电压Vgs的波动,这引起漏电流(驱动电流Ids)的波动。由于这种原因引起的驱动电流的波动表现为每个像素电路P的发光亮度的偏差,这引起图像质量的劣化。
另一方面,稍后将进行具体描述,在将对应于信号电位Vin的信息写入存储电容器时(有机EL元件127的发光周期之后连续),激活自举操作,这通过将采样晶体管125设置为非导通状态来驱动用于实现使驱动晶体管121的源极端S的电位Vs的波动与其栅极端G的电位Vg联动的自举功能的电路结构。
因此,即使由于有机EL元件127随时间的特性波动而存在有机EL元件127的正极电位波动(即,源极电位波动),栅极电位Vg也发生波动,从而抵消其波动,因此可以保证屏幕亮度的均匀性。根据自举功能,可以改善由有机EL元件代表的电流驱动发光元件的随时间波动的校正性能。
该自举功能在写驱动脉冲WS被切换为无效低状态以及采样晶体管125截止的发光开始点处开始,此后,发光电流Iel开始流向有机EL元件127,并且在正极和负极之间的电压Vel增加直到正极和负极之间的电压Vel稳定的过程期间,即使在由于正极和负极之间的电压Vel的波动而引起驱动晶体管121的源极电位Vs波动的情况下,这种功能也起作用。
<驱动晶体管的Vgs-Ids特性>
此外,根据该驱动晶体管121的制造处理偏差,对于每个像素电路P,引起诸如阈值和迁移率等的特性波动。此外,在驱动处于饱和区域的驱动晶体管121的情况下,根据该特性波动,即使将相同的栅极电位施加给驱动晶体管121,对于每个像素电路P漏极电流(驱动电流Ids)都发生波动,这表现为发光亮度的偏差。
例如,图3B(2)示出了关注驱动晶体管121的阈值偏差的电压-电流(Vgs-Ids)特性。在关于阈值电压不同(例如Vth1和Vth2)的两个驱动晶体管121的附图中示出了特性曲线。
如上所述,在驱动晶体管121在饱和区域中运行时的漏极电流Ids由特性表达式(1)表示。从特性表达式(1)中可以清楚地理解,一旦阈值电压Vth波动,即使栅极和源极之间的电压Vgs稳定,漏极电流Ids也发生波动。即,如果对阈值电压vth的偏差没有采取任何对策,则如图3B(2)所示,当阈值电压是Vth1时,对应于Vgs的驱动电流是Ids1,当阈值电压是Vth2时,对应于相同栅极电压Vgs的驱动电流是不同于Ids1的Ids2。
此外,图3B(3)示出了关注在驱动晶体管121的迁移率偏差的电压-电流(Vgs-Ids)特性。在关于迁移率不同(例如,μ1和μ2)的两个驱动晶体管121的附图中示出了特性曲线。
从特性表达式(1)中可以清楚地理解,一旦迁移率μ波动,即使栅极和源极之间的电压Vgs稳定,漏极电流Ids也会波动。即,如果对迁移率μ的偏差没有采取任何对策,则如图3B(3)所示,当迁移率是μ1时,对应于Vgs的驱动电流是Ids1,当迁移率是μ2时,对应于相同栅极电压Vgs的驱动电流是不同于Ids1的Ids2。
如图3B(2)和(3)所示,如果由于阈值电压Vth或迁移率μ的差别而存在关于Vin-Ids特性的较大差别,则即使向晶体管施加相同的信号电位Vin,驱动电流Ids,即,发光亮度也会不同,因此,不能获得屏幕亮度的均匀性。
<阈值校正和迁移率校正的概念>
另一方面,采样用于实现阈值校正功能和迁移率校正功能(稍后描述细节)的驱动定时,从而可以抑制这种波动的影响,以及可以保证屏幕亮度的均匀性。
对于本实施例的阈值校正操作和迁移率校正操作,尽管稍后将描述细节,但发光时栅极和源极之间的电压Vgs被配置为以“Vin+Vth-ΔV”表示,从而防止漏极和栅极之间的电流Ids对阈值电压Vth的偏差和波动的依赖性,并且还防止对迁移率μ的偏差和波动的依赖性。从而,即使阈值电压Vth或迁移率μ由于制作过程或者随时间波动,驱动电流Ids也不波动,并且有机EL元件127的发光亮度不波动。
例如,图3C是描述迁移率校正时驱动晶体管121的操作点的曲线图。如果在制作过程时或随时间变化的迁移率μ1和μ2的偏差经受能够使发光时栅极和源极之间的电压Vgs以“Vin+Vth-ΔV”表示的阈值校正或者迁移率校正,首先,从迁移率的观点来看,对于迁移率μ1确定迁移率校正参数ΔV1,对于迁移率μ2确定迁移率校正参数ΔV2。
因此,对于任意迁移率确定适当的迁移率校正参数,使得确定驱动晶体管121的迁移率μ1时的驱动电流Idsa和迁移率μ2时的驱动电流Idsb。尽管在迁移率校正之前存在很大的电流偏差,但由于迁移率校正而使电流偏差变小,并且抑制了迁移率μ的差。在最佳状态下,可以保持“Idsa=Idsb”,并且可以除去(取消)迁移率μ的差。
如图3B(3)所示,如果电流偏差不经受迁移率校正,则在关于栅极和源极之间的电压Vgs的迁移率不同(例如,μ1和μ2)时,驱动电流Ids(例如,Ids1和Ids2)由此也大大不同。为了处理这个问题,分别将适当的迁移率校正参数ΔV1和ΔV2施加给迁移率μ1和μ2,从而驱动电流Ids变成Idsa和Idsb,并且迁移率校正参数ΔV1和ΔV2中的每一个都被最优化,因此可以接近迁移率校正之后的驱动电流Idsa和Idsb,并且可设置为最佳状态下的相同水平。
在迁移率校正时,可以从图3C中的曲线图明显理解,较大的迁移率μ1经受负反馈以增加迁移率校正参数ΔV1,而较小的迁移率μ2经受负反馈以减小迁移率校正参数ΔV2。在这种意义上,迁移率较正参数ΔV也被称为负反馈量ΔV。
此外,图3D的每幅图示出了从阈值校正的观点来看信号电位Vin和驱动电流Ids之间的关系。例如,在图3D的每幅图中,将信号电位Vin作为横轴,并把驱动电流Ids作为纵轴,关于由阈值电压Vth相对较低且迁移率μ相对较大的驱动晶体管组成的像素电路Pa(实线曲线)以及由阈值电压Vth相对较高且迁移率μ相对较小的驱动晶体管121组成的像素电路Pb(虚线曲线)的驱动晶体管121的电流-电压特性被示为特性曲线。
在图3D(1)是既不执行阈值校正也不执行迁移率校正的情况。在这种情况下,在像素电路Pa和像素电路Pb处根本不执行关于阈值电压Vth和迁移率μ的校正,所以关于阈值电压Vth和迁移率μ的差引起Vin-Ids特性的较大差别。因此,即使将相同的信号电位Vin施加于两个电路,驱动电流Ids,即,发光亮度不同,从而不能获得屏幕亮度的均匀性。
图3D(2)是执行阈值校正而不执行迁移率较正的情况。在这种情况下,在像素电路Pa和像素电路Pb处消除了阈值电压Vth的差。然而,注意,迁移率μ的差如它所表现的一样。因此,对于信号电位Vin较高的区域(即,亮度较高的区域),迁移率μ的差明显地表现,即使是相同的灰度亮度也不同。具体地,对于相同的灰度(相同的信号电位Vin),迁移率μ较大的像素电路Pa的亮度(驱动电流Ids)较高,且迁移率μ较小的像素电路Pb的亮度较低。
图3D(3)是执行阈值校正和迁移率校正的情况,在这种情况下,完全校正了关于阈值电压Vth和迁移率μ的差,由此,像素电路Pa和像素电路Pb的Vin-Ids特性匹配。因此,亮度(Ids)在所有灰度(信号电位Vin)变成相同的等级,因此显著改善了屏幕亮度的均匀性。
图3D(4)是执行阈值校正和迁移率校正,但阈值电压Vth的校正不充分的情况。例如,其实例是通过一次阈值校正操作不能在存储电容器120中保持相当于驱动晶体管121的阈值电压Vth的电压。此时,没有消除阈值电压Vth的差,因此在像素电路Pa和像素电路Pb的低灰度区域处表现出亮度(驱动电流Ids)差异。因此,在阈值电压Vth校正不充分的情况下,亮度不均匀出现在低灰度处,这削弱了图像质量。
<像素电路的操作:第一实施例>
图4是描述根据第一实施例的像素电路的操作的时序图。在图4中,沿时间轴t表示写驱动脉冲WS、阈值和迁移率校正脉冲AZ1和AZ2以及扫描驱动脉冲NDS的波形。可以从以上描述理解到,开关晶体管123、124和125是n沟道型,使得当各个脉冲WS、AZ2和AZ2处于高电平状态时导通,以及当脉冲处于低电平状态时截止。另一方面,发光控制晶体管122是p沟道型,使得当扫描驱动脉冲NDS处于高电平状态时截止,以及当脉冲处于低电平状态时导通。注意,该时序图还表示驱动晶体管121的栅极端G的电位变化和源极端S的电位变化以及各个脉冲WS、AZ1。AZ2和DS的波形。
对于像素电路P,在通常的发光状态下,单独从驱动扫描单元105输出的扫描驱动脉冲NDS处于有效低状态,并且从写扫描单元104以及阈值和迁移率校正扫描单元114和115分别输出的写驱动脉冲WS以及阈值和迁移率校正脉冲AZ1和AZ2处于无效低状态,这是发光晶体管122单独导通的状态。
像素阵列单元102的每行在一场期间被顺序扫描一次。在该场开始之前的先前周期中,所有脉冲WS、AZ1、AZ2和DS均处于低电平状态。因此,n沟道型开关晶体管123、124和125处于截止状态,而p沟道型发光控制晶体管122单独处于导通状态。
因此,驱动晶体管121经由处于导通状态的发光控制晶体管122连接至第一电源电位Vc1,从而根据栅极和源极之间的预定电压Vgs向有机EL元件127提供驱动电流Ids。因此,有机EL元件127在定时t1处或在定时t1之前发光。此时,以栅极电位Vg和源极电位Vs之间的差表示施加给驱动晶体管121的栅极和源极之间的电压Vgs。
此时,将驱动晶体管121设置为在饱和区域中运行,使得如果在运行在饱和区域中的晶体管的漏极端和源极端之间流动的电流为Ids,迁移率为μ,沟道宽度为W,沟道长度为L,栅极容量为Cox,晶体管的阈值电压为Vth,则原则上,驱动晶体管121是具有表达式(1)所示值的恒定电流源。
在一个新场(field)开始的定时t1处,扫描驱动脉冲NDS从低电平状态切换到高电平状态(t1)。因此,一旦进入定时t1,所有开关晶体管122~125截止。因此,发光控制晶体管122截止,并且驱动晶体管121与第一电源电位Vc1隔离,使得栅极电压Vg和源极电压Vs下降,并且有机EL元件127的发光停止并进入非发光周期。
接下来,通过依次将阈值和迁移率脉冲AZ1和AZ2设置为有效高状态而使检测晶体管123和124导通(t2),然后,通过将阈值和迁移率校正脉冲AZ2设置为无效低状态同时将阈值和迁移率校正脉冲AZ1保持为有效高状态而使检测晶体管123侧单独截止(t4)。注意,可以首先导通检测晶体管123和124中的任意一个。因此,防止电流流向有机EL元件127,并将有机EL元件127设置为非发光状态。附图所示实例示出了二者几乎同时导通的的状态。
此时,对于驱动晶体管121,通过经由检测晶体管124向源极端S提供的接地电位Vs1对驱动晶体管121的源极电位Vs进行初始化,进一步,通过经由检测晶体管123向栅极端G提供的接地电位Vofs对驱动晶体管121的栅极电位Vg进行初始化(t2~t4)。
因此,将连接在驱动晶体管121的栅极和源极之间的存储电容器120两端的电位差设置为驱动晶体管121的阈值电压Vth以上。此时,驱动晶体管121的栅极和源极之间的电压Vgs取值“Vofs-Vs1”,但是已经设置了条件“Vs1<Vofs-Vth”,使得驱动晶体管121维持为导通状态,并向其施加据此的电流Ids1。
现在,为了使有机EL元件127处于非发光状态,需要实现Vcath+VthEL>Vs2-Vth的关系,即,设置接地电位Vofs和Vs1的电压,使得施加给有机EL元件127的正极端A的电压Vel(=Vs1-Vth)小于有机EL元件127的阈值电压VthEL和负极电压Vcath的和。因此,有机EL元件127变为反向偏置状态,其小于驱动晶体管121的电流,并变为非发光状态。
因此,驱动晶体管121的漏极电流Ids1从第一电源电位Vc1经由处于导通状态的检测晶体管124流向接地电位Vs1。此外,设置条件“Vofs-Vs1=Vgs>Vth”,从而在定时t5之后执行阈值电压Vth的偏差校正的准备。换句话说,周期t2~t5相当于驱动晶体管121的复位周期(初始化周期)或迁移率校正的准备周期。
此外,关于有机EL元件127的阈值电压VthEL,已经设置了VthEL>Vs1。因此,对有机EL元件127施加负偏压,并且有机EL元件127进入所谓的反向偏置状态。该反向偏置状态通常对于操作稍后执行的阈值电压Vth的偏差校正和稍后执行的载流子迁移率μ的偏差校正是必要的。
接下来,阈值和迁移率校正脉冲AZ2被设置为无效低状态(t4),几乎于此同时(稍有延迟),扫描驱动脉冲NDS被设置为有效低状态(t5)。因此,虽然检测晶体管124截止,但发光控制晶体管122导通。结果,驱动电流Ids流向存储电容器120,且进入用于校正(消除)驱动晶体管121的阈值电压Vth的阈值校正周期的阶段。
驱动晶体管121的栅极端G被保持为接地电位Vofs,且驱动电流Ids流动直到驱动晶体管121的源极电位Vs增大到中断为止。一旦驱动晶体管121截止,驱动晶体管的源极电位Vs就变为“Vofs-Vth”。
也就是说,有机EL元件127的等效电路用二极管和寄生电容器Cel的并联电路表示,只要保持“Vel≤Vcath+VthEL”,即,只要有机EL元件127的漏极电流远远小于流向驱动晶体管121的电流,就将驱动晶体管121的电流用于对存储电容器120和寄生电容器Cel进行充电。
结果,一旦切断流向驱动晶体管121的漏极电流Ids的电流路径,有机EL元件127的正极端A的电压Vel,即,节点ND121的电位随时间增大。随后,一旦节点ND121的电位(源极电压Vs)和节点ND122的电压(栅极电压Vg)之间的电位差刚刚达到阈值电压Vth,驱动晶体管121就从导通状态转换为截止状态,漏极电流停止流动,因此,阈值校正周期结束。即,随着经过固定时间,驱动晶体管121的栅极和源极之间的电压Vgs取诸如阈值电压Vth的值。
此时,已经设置了条件“Vel=Vofs-Vth≤Vcath+VthEL”。即,在存储电容器120中保持出现在节点ND121和节点ND122之间的电位差等于阈值电压。因此,各个检测晶体管123和124在分别被阈值和迁移率校正扫描线114AZ和115AZ在适当的定时选择时运行,检测驱动晶体管121的阈值电压Vth,并将其保持在存储电容器120中。
按照顺序将扫描驱动脉冲NDS切换为无效高状态(t6),进一步将阈值和迁移率校正脉冲AZ1切换为无效的状态(t7),从而顺序截止发光控制晶体管122和检测晶体管123,因此阈值取消操作结束。在检测晶体管123之前使发光控制晶体管122截止,从而可以抑制驱动晶体管121的栅极端G的电压Vg的波动。
注意,即使在经过阈值取消(Vth校正周期)之后,驱动晶体管121的检测阈值电压Vth也作为用于校正的电位保持在存储电容器120中。因此,定时t5~t6是用于检测驱动晶体管121的阈值电压Vth的周期。这里,将检测周期t5~t6称为阈值校正周期。
这里,示出了单独执行一次阈值校正操作的情况,但这不是必须的。例如,可以进行一种配置,其中,将一个水平周期作为处理循环,并重复多次执行阈值校正操作。通常,阈值校正周期短于一个水平周期。因此,由于各种原因可能导致一种情况,其中,在该较短的一次阈值校正操作周期内,对应于阈值电压Vth的校正电压不能被保持在存储电容器120中。为了消除该问题,期望多次重复阈值校正操作。尽管这里省略关于其定时的附图,但在对存储电容器120的信号电位Vin进行采样(信号写入)之前,阈值校正操作被重复执行多个水平循环,从而以确定的方式在存储电容器120中保持相当于驱动晶体管121的阈值电压Vth的电压。
接下来,写驱动脉冲WS被设置为有效高状态,采样晶体管125导通,并且存储电容120的像素信号Vsig被写入其中(也称为“采样周期”)(t8~t10)。执行画面信号Vsig的这种采样直到定时t10,其中,写驱动脉冲WS返回到无效低状态。也就是说,定时t8~t10被称为信号写周期(下文中,也称为采样周期)。通常,采样周期被设置为一个水平周期(1H)。
对于该采样周期(t8~t10),向驱动晶体管121的栅极端G提供像素信号Vsig的信号电位Vin,从而将栅极电压Vg作为对应于信号电位Vin的驱动电位。与信号电位Vin相对应的写入存储电容器120中的信息大小的比被称为写增益Ginput。此时,以与驱动晶体管121的阈值电压Vth相加的方式保持像素信号Vsig。结果,不断取消驱动晶体管121的阈值电压Vth的波动,这相当于执行阈值校正。
例如,如表达式(2)所示,驱动晶体管121的栅极和源极之间的电压Vgs,即,写入存储电容器120中的驱动电位由存储电容器120(容量值Cs)、有机EL元件127的寄生电容器Cel(容量值Cel)以及栅极和源极之间的寄生电容器(容量值Cgs)确定。通过画面信号Vsig的信号电位Vin基本确定驱动电流Ids。换句话说,有机EL元件127以根据信号电位Vin的亮度发光。
然而,注意,通常来说,寄生电容器Cel远远大于存储电容器120的容量值Cs和寄生容量值Cgs,即,存储电容器120与有机EL元件127的寄生电容器(等效电容器)Cel相比充分小。结果,几乎大部分画面信号Vsig被写入存储电容器120。精确地,Vsig与Vofs的差,“Vsig-Vofs“,被写入存储电容器120。
因此,驱动晶体管121的栅极和源极之间的电压Vgs等于“Vsig-Vofs+Vth”,其中,先前检测和保持的阈值电压Vth与此时经受采样的“Vsig-Vofs”相加。此时,如果将接地电位Vofs设置为像素信号Vsig的黑电平左右,则保持Vofs=0V,因此,栅极和源极之间的电压(=驱动电位)等于“Vsig+Vth(=Vin+Vth)”。
在信号写周期结束的定时t10之前,将扫描驱动脉冲NDS设置为有效低状态,并且发光控制晶体管122导通(t9)。因此,驱动晶体管121的漏极端D经由发光控制晶体管122连接至第一电源电位Vc1,使得像素电路P从非发光周期前进到发光周期。
因此,在采样晶体管125仍然处于导通状态且发光控制晶体管122进入导通状态的时间段t9~t10,执行驱动晶体管121的迁移率校正。调整写驱动脉冲WS和扫描驱动脉冲NDS的有效周期的重叠周期(参考迁移率校正周期),从而优化每个像素的驱动晶体管121的迁移率的校正。即,在信号写周期的后部和发光周期的开头部分重叠的时间段t9~t10适当地执行迁移率校正。
此外,此时,在用于截止采样晶体管125侧的写扫描线电位的变化特性发生倾斜,从而自动调整迁移率校正周期,使得当画面信号线106HS较高时(当驱动电流Ids较大时)缩短,或者当画面信号线106HS较低时(当驱动电流Ids较小时)加长。因此,可以通过跟随画面信号电位(画面信号Vsig的信号电位Vin)将迁移率校正周期设置为最佳状态。因此,无论图像的亮度和模式如何,都可以执行最佳迁移率校正。
注意,在执行该迁移率校正的发光周期的开头,有机EL元件127实际上处于反向偏置状态,因此不发光。在迁移率校正周期t9~t10,在驱动晶体管121的栅极端G固定为与画面信号Vsig(详细地,信号电位Vin)相对应的电位的状态下,驱动电流Ids流向驱动晶体管121。
现在,已经设置了“Vofs-Vth<VthEL”,从而将有机EL元件127设置为反向偏置状态,因此,这表示的不是二级管特性而是简单的电容特性。因此,通过组合存储电容器120的电容值Cs和有机EL元件127的寄生电容器(等效电容器)Cel的电容值Cel的电容“C=Cs+Cel”写入流向驱动晶体管121的驱动电流Ids。因此,驱动晶体管121的源极电位Vs增大。
对于图4所示的时序图,该源极电位Vs的增加用ΔV表示。这个增加,即,作为迁移率校正参数的负反馈量ΔV最终从保持在存储电容器120中的栅极和源极之间的电压Vgs中减去,这等效于向其施加负反馈。因此,驱动晶体管121的驱动电流Ids经受对相同驱动晶体管121的栅极和源极之间的电压Vgs的负反馈,从而可以校正迁移率μ。注意,通过调整迁移率校正周期t9~t10的时间宽度t可以优化负反馈量ΔV。
在本实例的情况下,画面信号Vsig越高,驱动电流Ids越大,并且ΔV的绝对值也越大。因此,可以执行取决于发光亮度水平的迁移率校正。此外,在考虑到高迁移率驱动晶体管121和低迁移率驱动晶体管121的情况下,如果画面信号恒定,则驱动晶体管121的迁移率μ越大,ΔV的绝对值越大。
换句话说,在迁移率校正周期中,迁移率高的晶体管相对于低迁移率的驱动晶体管121大幅增加源极电位。此外,源极电位增加的越大,栅极和源极之间的电位差越小,因此,施加负反馈以难以施加电流。迁移率μ越大,负反馈量ΔV越大,从而可以消除每个像素的迁移率μ的偏差。甚至对于具有不同迁移率的驱动晶体管121,相同的驱动电流Ids也可以施加给有机EL元件127。调整迁移率校正周期,从而可将负反馈量ΔV的大小设置为最佳状态。
接下来,写扫描单元104将写驱动脉冲WS切换为无效低状态(t10)。因此,采样晶体管125变为非导电(截止)状态,并且该进程前进到发光周期。随后,该进程前进到下一帧(或场),其中,再一次重复阈值校正准备操作、阈值校正操作、迁移率较正操作和发光操作。
结果,驱动晶体管121的栅极端G与画面信号线106HS隔离。消除施加给驱动晶体管121的栅极端G的信号电位Vin,使得可以增加驱动晶体管121的栅极电位Vg。
此时,流向驱动晶体管121的驱动电流Ids流向有机EL元件127,并且有机EL元件127的正极电位根据驱动电流Ids增大。假设这种增大为Vel。此时,根据存储电容器120的影响,驱动晶体管121的栅极和源极之间的电压Vgs稳定,使得驱动晶体管121向有机EL元件127流入恒定电流(驱动电流Ids)。结果,发生电压下降,并且有机EL元件127的正极端A的电位Vel(=节点ND121的电位)增大到诸如驱动电流Ids的电流可以流向有机EL元件127的电压。在此期间,保持在存储电容器120中的栅极和源极之间的电压Vgs维持“Vsig+Vth-ΔV(=Vin+Vth-ΔV)”的值。
最后,随着源极电位Vs的增大,消除有机EL元件127的反向偏置状态,使得实际上有机EL元件127根据驱动电流Ids的流动开始发光。此时有机EL元件127正极电位的增大(Vel)正是驱动晶体管121的源极电位Vs的增大,并且驱动晶体管121的源极电位Vs变为“-Vth+ΔV+Vel”。
通过用“Vsig+Vth-ΔV(=Vin+Vth-ΔV)”取代表示先前晶体管特性的表达式(1)的Vgs,可以表示发光时的驱动电流Ids和栅极电压Vgs的关系,如表达式(3)所示。
Ids=kμ(Vgs-Vth)^2=kμ(Vsig-ΔV)^2
=kμ(Vin-ΔV)^2…(3)
在表达式(3)中,保持k=(1/2)(W/L)Cox。根据表达式(3),可以发现删除了阈值电压Vth项,且提供给有机EL元件127的驱动电流Ids不依赖于驱动晶体管121的阈值电压Vth。通过画面信号Vsig的信号电压Vin基本确定驱动电流Ids。换句话说,有机EL元件127以对应于画面信号Vsig亮度发光。
此时,通过反馈量ΔV校正信号电位Vin。该校正量ΔV起作用,以消除位于表达式(3)系数部的迁移率μ的影响。注意,尽管将省略详细描述,但表达式(3)所示的迁移率校正项经受数值分析,从而关于迁移率校正时间的驱动电流Ids可以被表示为例如表达式(4)所示。
因此,驱动电流Ids充分地仅依赖于信号电位Vin。驱动电流Ids不依赖于阈值电压Vth,所以即使通过制造过程改变阈值电压,漏极和源极之间的驱动电流Ids也不会波动,并且有机EL元件127的发光亮度不波动。
此外,存储电容器120连接在驱动晶体管121的栅极端G和源极端S之间,由于存储电容器120的影响,在发光周期的开始处执行自举功能,同时驱动晶体管121的栅极和源极之间的电压“Vsig=Vin-ΔV+Vth”保持稳定,驱动晶体管121的栅极电位Vg和源极电位Vs增大。一旦驱动晶体管121的源极电位Vs变成“-Vth+ΔV+Vel”,栅极电位Vg就变成“Vin+Vel”。
这里,对于有机EL元件127,如果发光时间变长,则其I-V特性发生变化。因此,节点ND121的电位也发生变化。然而,注意,根据存储电容器120的影响,节点ND122的电位与节点ND121的电位增加联动地增大,使得驱动晶体管121的栅极和源极之间的电压Vgs持续保持为几乎“Vsig+Vth-ΔV(=Vin+Vth-ΔV)”,而无论节点121的电位增加,因此,流向有机EL元件127的电流没有改变。因此,即使有机EL元件127的I-V特性劣化,恒定电流Ids也总是持续流动,使得有机EL元件127持续以对应于像素信号Vsig的亮度发光,因此,亮度从不改变。
此后,一旦到达下一场的定时t1,扫描驱动脉冲NDS就被设置为无效高状态,发光控制晶体管122截止,发光结束,并且该场结束。此后,以与上述相同的方式,进程前进到下一场的操作,重复阈值电压校正操作、迁移率校正操作和发光操作。
因此,对于根据本实施例的像素电路P,自举电路130被配置为用作用于校正作为光电元件实例的有机EL元件127的电流-电压特性变化以保持驱动电流稳定的驱动信号稳定电路。
此外,对于根据本实施例的像素电路P,提供阈值和迁移率校正电路140,并且根据阈值校正周期内检测晶体管123和124的操作,通过取消驱动晶体管121的阈值电压Vth使恒定电流Ids不被阈值电压Vth的偏差所影响,从而可以以对应于输入像素信号的稳定灰度显示图像,因此,可以获得高质量的图像。
此外,根据通过采样晶体管125的画面信号Vsig的写操作与发光控制晶体管122联动的迁移率校正周期内的操作,可将不被载流子迁移率μ的偏差所影响的恒定电流Ids施加作为反映驱动晶体管121的载流子迁移率μ的栅极和源极之间的电压Vgs,从而可以以对应于输入像素信号的稳定灰度显示图像,因此,可以获得高质量的图像。
也就是说,为了防止由于驱动晶体管121的特性偏差(在本实例中为阈值电压Vth和载流子迁移率μ的偏差)对驱动电流Ids的影响,阈值和迁移率校正电路140被配置为用作用于校正由于阈值电压Vth和载流子迁移率μ的影响以保持驱动电流稳定的驱动信号稳定电路。
本实施例所示的自举电路130以及阈值和迁移率校正电路140的电路结构是用于保持使用n沟道型作为驱动晶体管121驱动有机EL元件127的驱动信号稳定的驱动信号稳定电路的实例,但不限于此,因此,作为用于防止由于有机EL元件127随时间的劣化以及n沟道型晶体管121的特性波动(例如,偏差和诸如阈值电压和迁移率等的波动)对驱动电流Ids的影响的驱动信号稳定电路,可以采用其他已知各种类型的电路。
现在,对于根据本实施例的驱动定时,通过检测晶体管123和发光控制晶体管122基于由阈值和迁移率校正扫描单元114提供的阈值和迁移率脉冲AZ1以及由驱动扫描单元105提供的扫描驱动脉冲NDS中的每一个而导通的重叠周期来确定阈值校正周期,实际上,发光控制晶体管122导通的周期本身确定阈值校正周期。另一方面,通过采样晶体管125和发光控制晶体管122基于由写扫描单元104提供的写驱动脉冲WS以及由驱动扫描单元105提供的扫描驱动脉冲NDS中的每一个而导通的重叠周期来确定迁移率校正周期,通过发光控制晶体管122导通直到采样晶体管125截止之后的周期来确定迁移率校正周期,使得实际上,写驱动脉冲WS和扫描驱动脉冲NDS之间的相位差确定迁移率周期。
因此,即使不存在关于像素电路P内的检测晶体管123、采样晶体管125以及发光控制晶体管122的特性偏差,并且可以忽略阈值和迁移率校正扫描线114AZ、写扫描线104WS以及驱动扫描线105DS的配线阻抗和配线电容的距离依赖性的影响(下文中,称为前提条件),也存在由于设置在写扫描单元104、驱动扫描单元105以及阈值和迁移率扫描单元114末级处的输出电路(通常,称为输出缓冲器)的特性所引起的波形特性差异影响阈值校正周期和迁移率校正周期的可能性。
具体地,对于上述驱动定时,迁移率校正周期短于阈值校正周期,对于阈值校正周期,即使存在有关检测晶体管123的导通周期的一些偏差也几乎没有问题,但对于迁移率校正周期,偏差的影响较大,所以管理是很重要的,从而不引起有关写驱动脉冲WS和扫描驱动脉冲NDS之间的相位差的偏差。
采样晶体管125和发光控制晶体管122都是垂直扫描系统的开关晶体管,所以通过上述前提条件以行为单位引起写驱动脉冲WS和扫描驱动脉冲NDS之间的相位差的偏差,并且存在其偏差视觉上被认为是横向条状噪声(lateral stripe noise)的问题。下面将详细描述这些问题及其改善技术。
<垂直扫描系统的输出电路>
图5是描述写扫描单元104和驱动扫描单元105的输出电路的示图。如图所示,写扫描单元104和驱动扫描单元105都被配置为将每行的写扫描线104WS和驱动扫描线105DS切换为高电平状态或低电平状态,以同时控制一行的所有采样晶体管125或所有发光晶体管122的各个栅极端G。因此,在连接至写扫描线104WS或驱动扫描线105DS的部分,设置具有充分驱动能力的输出电路400和500。在附图中,仅示出了一行的输出电路400和500,但关于每行的写扫描线104WS和驱动扫描线105DS设置输出电路400和500。写扫描单元104和驱动扫描单元105被设置在像素阵列单元102的外边缘(所谓的框架部分),以及尽管未在图中示出,但由设置在显示面板单元100外侧处的、输出阻抗充分小的电源电路提供第一电位Vcc_H和第二电位Vss_L(Vcc_H>Vss_L)。
输出电路400和500具有相同的结构,所以以下将对作为代表的输出电路400进行描述。写扫描单元104侧的输出电路400具有以下作为实例的结构:p沟道晶体管(p型晶体管)402和n沟道晶体管(n型晶体管)404串联设置在第一电位Vcc_H的供给端400H和第二电位Vss_L的供给端400L之间。P型晶体管402的源极端S连接至第一电位Vcc_H的供给端400H,以及n型晶体管404的源极端S连接至第二电位Vss_L的供给端400L。P型晶体管402和n型晶体管404各自的漏极端D连接到一起,并且其连接点连接至写扫描线104WS。整体上配置为CMOS反相器。
P型晶体管402和n型晶体管404各自的栅极端G连接在一起,并将处于有效低状态的写驱动脉冲NWS提供给其连接点。当写驱动脉冲NWS处于有效低状态时,n型晶体管404截止,而p型晶体管402导通,使得将第一电位Vcc_H提供给写扫描线104WS,另一方面,当写驱动脉冲NWS处于无效高状态时,p型晶体管402截止,而n型晶体管404导通,使得将第二电位Vss_L提供给写扫描线104WS。另一方面,对于驱动扫描单元105侧的输出电路500,P型晶体管502和n型晶体管504各自的栅极端G连接在一起,并将有效高状态的扫描驱动脉冲DS提供给其连接点。当扫描驱动脉冲DS处于无效低状态时,n型晶体管504截止,而p型晶体管502导通,使得将第一电位Vcc_H提供给驱动扫描线105DS,另一方面,当扫描驱动脉冲DS处于有效高状态时,p型晶体管502截止,而n型晶体管504导通,使得将第二电位Vss_L提供给驱动扫描线105DS。从这些操作可以理解,输出电路400和500用作反相(inverter)型缓冲器。
<迁移率校正周期和输出电路的晶体管特性偏差的影响>
图6~10是描述迁移率较正周期附近的写驱动脉冲WS和扫描驱动脉冲NDS的波形钝化的实例以及由于波形钝化偏差对迁移率校正周期的影响的示图。图6是示出迁移率较正周期附近的校正脉冲(写驱动脉冲WS和扫描驱动脉冲NDS)的波形钝化的第一实例的示图。图7是示出迁移率较正周期和像素电流(驱动电流Ids)之间的关系的特性示图。图8是示出由于波形钝化偏差所引起的迁移率较正周期偏差导致的亮度不均匀的实例的示图。图9是示出迁移率较正周期附近的校正脉冲(写驱动脉冲WS)的波形钝化的第二实例的示图。图10是示出每次ELA照射时照射强度偏差实例的示图。
如图4所描述的,对于根据本发明实施例的像素电路P及其驱动定时,在采样周期的后半部执行迁移率较正周期。对于图4所示的驱动定时,通过发光控制晶体管122导通以及将对应于画面信号Vsig的电压信息写入存储电容器120的处理,通过发光控制晶体管122导通直到采样晶体管125截止之后的周期来确定迁移率校正周期,使得实际上,写驱动脉冲WS和扫描驱动脉冲NDS之间的相位差确定迁移率校正周期。
对于写驱动脉冲WS的写扫描线104WS以及扫描驱动脉冲NDS的驱动扫描线105DS,采用诸如钼等的具有高阻值的导线,并且其重叠的寄生电容很大,所以那些脉冲如图6所示地钝化。脉冲的波形钝化强烈依赖于设置在扫描单元104和105的每一个的末级处的输出电路400和500的缓冲特性。一旦组成输出电路400和500的晶体管402、404、502和504(统称为“缓冲晶体管”)的每一个的特性发生波动,脉冲的波形特性也发生波动,并且由于其影响导致迁移率较正周期也波动。例如,图7示出了在迁移率较正时间和像素电流值之间的关系,但可以从该图中理解到,一旦迁移率较正发生波动,就在像素电流之间引起电流差,并对每行引起亮度偏差。迁移率较正时间越长,像素电流就越弱越暗,另一方面,迁移率较正时间越短,像素电流越强越亮。
例如,对于图6所示的写驱动脉冲WS和扫描驱动脉冲NDS之间的关系,当扫描驱动脉冲NDS的下降沿最急剧时,迁移率较正时间变得最长,并且写驱动WS的下降沿最缓和,以及当扫描驱动脉冲NDS的下降沿最缓和时,迁移率较正时间变得最短,并且写驱动脉冲WS的下降沿最陡峭。前者是发光亮度的观点来看最坏情况的方案。
与如图8所示的周围相比,这种最坏情况的线(水平线)表现为暗段(dark stage),例如显示出横向带状噪声,因此,产量降低。期望具有高亮度的面板,为了实现这个目的,需要较短的迁移率较正周期。如果校正周期变短,则由于校正周期偏差引起的带状变得越明显。
此外,如图9所示,在用于截止采样晶体管125侧的写扫描线电位的变化特性倾斜的情况下也引起上述问题,从而迁移率较正周期自动地跟随画面信号电位(画面信号Vsig的信号电位Vin),即,如果发生组成输出电路400和500的缓冲晶体管的特性偏差,则还会引起写扫描线电位的变化特性偏差,并且由于其影响还引起了迁移率较正周期的偏差。
对于阈值校正,其校正周期比迁移率较正周期长,此外,可以多次执行阈值校正,使得可以以相对缓和的方式执行阈值校正周期的偏差管理。另一方面,对于迁移率较正,较正周期比阈值校正周期短的多,并且其偏差表现为亮度的变化,使得有必要严格地进行其迁移率较正周期的偏差管理。
现在,缓冲晶体管的特性偏差的原因是在准分子激光退火(ELA)处理中的输出强度偏差。也就是说,对于有源矩阵型有机EL面板,使用利用多晶硅(poly-Si)基板的低温处理,并且诸如TFT等的驱动电路被集成在玻璃基板上。多晶硅基板通过照射准分子激光器(波长是308nm)的高输出脉冲、以及使非晶硅膜经受熔化、冷却和固化而形成。该方法被称为准分子激光退火法,并且可以以低温获得大面积的高质量多晶硅。
对于ELA处理,使用具有预定照射间距的准分子激光器在形成显示面板单元100的多晶硅基板上以一个方向通过预定照射间距(例如,数10μm的单位)执行扫描,在该基板上安装像素阵列单元102以及在其外边缘部安装垂直驱动单元103和水平驱动单元106。
然而,注意,如图10所示,通常,对于每个照射引起ELA输出偏差,在扫描方向上引起照射强度偏差,以及不仅像素阵列单元102内的像素电路P的TFT而且输出电路400和500的缓冲晶体管容易被ELA照射强度偏差所影响。这是因为由于准分子激光器的输出偏差引起了晶粒直径尺寸的偏差。
如果在半导体基板上以照射间距单位引起ELA照射强度偏差,则存在在扫描方向上排列的每个缓冲晶体管的特性差异,以及由于其特性差异的影响还在迁移率校正周期之间引起扫描方向上的偏差,从而,这导致这种偏差轻易地在视觉上认为是带状噪声的劣势。
即,由于缓冲晶体管的特性偏差而引起的迁移率较正周期之间的偏差表现为亮度不均匀。具体地,对于低温多晶硅,准分子激光退火在其中被执行,在半导体基板上照射线性激光(直线光)的同时,在与其激光的长度方向垂直的方向上执行扫描以结晶化,使得由于退火处理时扫描不均匀(诸如照射宽度、扫描间距、扫描速度、照射强度等的波动)的影响,用作光源的激光束的特性(线性)不仅表现为显示面板单元100的各个像素电路P的特性偏差,而且表现为设置在像素阵列单元102外边缘的扫描单元103和106的特性偏差。
具体地,在特定的扫描时间(扫描位置)处,通常以恒定且均匀的照射强度线性地照射半导体基板,组成各个扫描单元103和106的缓冲晶体管的特性在激光束(直线光)的长度方向上大体变得均匀,但是另一方面,在退火处理时在扫描方向上发生偏差。结果,在显示屏幕上线性地出现亮度的不均匀,其与退火处理时的扫描方向具有一定的关系,并且视觉上被观察为带状噪声。如图1B所示,对彩色图像显示的处理导致视觉上识别出每行不必要着色(带状彩色噪声)的缺点。
通过使用线性激光束扫描半导体来执行退火处理,使得存在缓冲晶体管的特性偏差容易地以充分线性相关来变现的特征,以及还存在即使各个缓冲晶体管的特性不均匀的水平较小,这也作为视觉上容易感知的带状噪声出现在图像上的倾向。
即使晶体管的特性偏差水平相同,但人们感知该偏差的方式在线性积累偏差并被识别为带状模式的情况以及随机分布偏差的情况之间却大大不同,因此,与前一种情况相比,随机分布偏差的情况可自然地被接受。这是由于人类的认知心理学本能地将注意力集中在可以被识别的任何几何图案上。
为了消除该问题,可以考虑尽可能地减少退火处理时的偏差因素(例如,线性激光束的照射宽度、扫描间距、扫描速度、照射强度等)的第一技术。然而,注意,不用说这种方法受到限制。
因此,通过本实施例,将注意力集中在显示屏幕上以带状表现的亮度不均匀的原因是用于扫描线性激光束的退火处理,根据退火处理时的照射宽度和扫描间距设计形成半导体电路时缓冲晶体管的布局结构(图样设计)。从电路的观点来说本实施例与现有方法相同,但是从制作的观点来采取措施。
具体地,通过退火处理时的扫描方向,将缓冲晶体管的尺寸(具体地,沟道宽度)设置为通常与像素间距相同。注意,关于缓冲晶体管的尺寸,其沟道尺寸实际上具有一种含义,所以将除不能被用作沟道(例如,电极配线等)的区域之外的有效沟道宽度的尺寸设置为通常是与像素间距相同的尺寸。以下,这种关系称为将设置驱动器晶体管的沟道宽度设置为与退火处理时扫描方向上的像素间距相同的尺寸。也就是说,从沟道宽度的观点来设计布局结构,使得用于驱动一行的所有开关晶体管的驱动晶体管以与像素间距的关系最大程度地进行设置,从而减轻了退火处理时偏差的原因对显示屏幕的影响。以下将详细描述关于形成半导体电路时的图样设计和制作过程方面。
<改善技术:第一基本实例>
图11是示出关于可以减轻退火处理时由于偏差原因引起的显示屏幕上的亮度偏差的根据本实施例的驱动电路布置(布局)的比较实例的示图。图12是示出根据第一实施例的驱动电路布置(布局)的示图。两者都是将注意力集中在写扫描单元104、驱动扫描单元105以及例如图8中的部分A的像素电路P之间的连接部分的示图。这可以应用于稍后描述其他实施例。
以与现有配置相同的方式,当生成有机EL显示装置1的显示屏单元100时,采用多晶硅基板以在低温处理的玻璃基板上集成驱动电路。此时,采用ELA方法来照射准分子激光(波长为308nm)的高输出脉冲,并使非晶硅(a-Si)膜经受熔化、冷却和固化,从而执行面板制造。
此时,通过本实施例,为了抑制由于ELA照射所引起的缓冲器特性的偏差,缓冲晶体管的沟道宽度W被设置为可通过与像素间距的关系得到的最大值。具体地,第一实施例是在没有分割缓冲晶体管的沟道宽度W的情况下(即,没有采用多指结构的情况下)的第一应用实例,缓冲晶体管的一个沟道宽度W被设置为可通过与像素间距的关系得到的最大值。关于稍后描述的第二实施例的差异,第一实施例具有沟道宽度W被设置为等于或小于ELA扫描方向上的像素间距的特征。
通常,设置在扫描单元中的缓冲器需要具有足够的驱动能力,以驱动共同连接至其缓冲器驱动的一条扫描线的所有开关晶体管。缓冲器的驱动能力与沟道尺寸(缓冲器尺寸)相关,并且通过电流流动方向上的沟道长度L或与电流流动方向垂直的沟道宽度W来调整其沟道尺寸。通常,当调整驱动能力时,为了便于调整布局区域,晶体管不被用作单个装置,而是代替使用在多行中设置具有预定宽度的多个栅电极的多指结构,通过相互连接对应的每个源极和漏极来将晶体管分割成多个小晶体管,从而在规定区域内有效设置单个晶体管。
例如,类似于图11所示的比较实例,对于p型晶体管402和502(准确地称为600P),在未示出的n型基板上相互并联地设置在一个方向上延伸的多个(在本实例中为4个)栅电极614GP,以及设置在n型基板的表面上栅电极614GN直下的区域是沟道区616P。n型基板的表面上的沟道区616P之间的区域是源极区618P或漏极区620P,并且源极区618P和漏极区620P交替排列。因此,形成多个p型晶体管600P_@(@为1~4;每个也被称为分割的p型晶体管),源极区618P或漏极区620P在彼此临近的p型晶体管600P_1~600P_k之间共享;在源极区618P和漏极区620P的表面上的栅电极614GP的长度方向上的列中排列多个接触622SP和622DP,以及源极区618P的每个接触622SP共同连接至第一电位Vcc_H的电极624H。
对于具有相同结构的n型晶体管404和504(准确地称为600N),在未示出的p型基板上相互并联地设置在一个方向上延伸的多个(在本实例中为4个)栅电极614GN,以及设置在p型基板的表面上栅电极614GP直下的区域是沟道区616N。p型基板的表面上的沟道区616N之间的区域是源极区618N或漏极区620N,并且源极区618N和漏极区620N交替排列。因此,形成多个n型晶体管600N_@(@为1~4;每个也被称为分割的n型晶体管),源极区618N或漏极区620N在彼此临近的n型晶体管600N_1~600N_k之间共享;在源极区618N和漏极区620N的表面上的栅电极614GN的长度方向上的列中排列多个接触622SN和622DN,以及源极区618N的每个接触622SN共同连接至第二电位Vss_L的电极624L。
P型晶体管600P的栅电极614GP以及n型晶体管600N的栅电极614GN共同连接至栅电极614G,以及n型晶体管的漏极区620N的接触622DN以及p型晶体管的漏极区620P的接触622DP共同连接至漏电极614D。
通过p型晶体管600P和n型晶体管600N(准确地称为缓冲晶体管600),沟道宽度W通常等效于源极区618P和618N或漏极区620P或620N的栅电极614GP和614GN的长度方向上的长度,并且沟道长度L通常等效于沟道区616P和616N的宽度(与栅电极614GP和614GN的长度方向垂直的方向上的长度)。
通过关于图5所示输出电路400和500的对应性,写驱动脉冲NWS被提供给栅电极614G,并且漏电极614D连接至写扫描线104WS或驱动扫描线105DS。
对于具有这种多指结构的缓冲晶体管600,整个沟道宽度Wall可表示为Wall=n*Wn,当假设每个分割晶体管的沟道宽度W为Wn时,分割数为n。
另一方面,通过本实施例的结构,不管缓冲晶体管是否被分割,为了将缓冲晶体管的沟道宽度设置为与退火处理时扫描方向上的像素间距相同的尺寸,关于退火处理时的扫描方向,将缓冲晶体管的沟道宽度W设置为除可根据与像素间距的相关性得到的配线区以外的最大值(Wk)。
现在,可根据与像素间距的关系得到最大值(Wk)意味着当形成缓冲晶体管使得沟道宽度W的方向与ELA扫描方向一致时,在形成缓冲晶体管以包括像素间距内的栅极、源极和漏极的每个电极的引回值(leading-around worth)的情况下,其栅极、源极和漏极的每个电极配线对于沟道宽度W没有贡献,因此,除其电极配线之外,可用作沟道宽度W的几乎整个范围被分配给沟道宽度W。
通过图12所示第一实施例的结构实例,形成一种结构,其中,缓冲晶体管的沟道宽度W没有被分割,即,没有采用多指结构,缓冲晶体管的一个沟道宽度Wk被设置为可根据与像素间距的关系得到的最大值(在像素间距范围内),其具有与像素间距相同的几百μm级的缓冲器尺寸。图12所示第一实施例的结构实例中的各个缓冲晶体管600P和600N都具有与图11所示比较实例的各个缓冲晶体管600P和600N比较而言相同的沟道宽度(以及沟道长度L),因此,保持Wall=Wk=n*Wn。
因此,可通过更多的ELA照射确定缓冲晶体管600的特性。因此,可以获得与ELA照射强度平均值相当的特性,可以抑制缓冲晶体管600的特性的每行的偏差,可以抑制由于迁移率校正周期偏差所引起的条状噪声的出现,并且可以获得具有高均匀性的图像质量。
在采用具有现有配置的多指结构的情况下,关于分割数和每个分割晶体管(分割p型晶体管和分割n型晶体管)的沟道宽度W之间的关系,仅简单地考虑驱动能力方面。因此,类似于图11所示的比较实例,分割晶体管的沟道宽度W接近ELA照射间距,并且经常变为与ELA照射间距相同的尺寸。
例如,假设像素间距为100μm,以及通过将像素间距100μm的80%四等分所获取的尺寸为每指的沟道宽度W(=20μm)。如果ELA照射间距约为10μm,则如图10所示,用于每次发射的ELA照射强度都发生波动,因此,在图11所示比较实例的情况下,通过大约一次或两次ELA照射来确定缓冲晶体管的特性,引起输出缓冲器的特性偏差增大的问题。每行的缓冲晶体管600的特性很容易受到ELA照射偏差的影响,引起很容易发生每行(每级)的输出偏差的问题。
另一方面,通过根据图12所示第一实施例的布局,如果说缓冲晶体管600的沟道宽度Wk约为与像素间距相同的100μm,并且ELA照射间距约为10μm,则可通过大约八次ELA照射确定其特性,可以获得最终的特性,以与比较实例约四次的平均值相当,因此,可以非常好地抑制每行的缓冲晶体管600的特性差异。如果可以抑制每行的缓冲晶体管600的特性差异,则也可以抑制迁移率校正周期的行偏差,因此,可以获得具有高均匀性的图像质量。
<改善技术:第二实施例>
图13A和图13B是示出可以减轻退火处理时由于偏差原因引起的显示屏幕上的亮度偏差的驱动电路布置(布局)的第二实施例的示图。根据第二实施例的缓冲晶体管600的布局为没有分割沟道宽度W的情况下(即,在没有采用多指结构的情况下)的第二应用实例,其中,缓冲晶体管的一个沟道宽度Wk被设置为可根据与像素间距的关系获得的最大值。对于与上述第一实施例的差别,本实施例是关于需要将沟道宽度Wk设置得等于或大于像素间距的情况的应用实例。
在图13A所示第一实例和图13B所示第二实例的任意一个实例中,每行的缓冲晶体管600没有被分割。对于图13A所示的第一实例,其沟道宽度Wk被设置为几乎等于像素间距。另一方面,对于图13B所示的第二实例,沟道宽度Wk在垂直方向上进一步延伸,并且将其沟道宽度Wk设置得远远大于ELA扫描方向上的像素间距(大约1.1倍)。
在那些情况下,为了确保沟道宽度Wk等于或远远大于像素间距,每行的缓冲晶体管600都包括朝向相邻行突出的部分(存在仅包括配线区的情况,以及进一步包括沟道宽度Wk的情况),因此,将缓冲晶体管600布局为横跨相邻行(相邻级)延伸。一旦在列中排列这种状态时,阈值和迁移率校正扫描单元114以及阈值和迁移率校正扫描单元115的垂直方向尺寸与像素阵列单元102的垂直方向尺寸相比变得非常大。因此,期望设置这种朝向相邻行突出的部分以对于与相邻行的关系而相互交替。因此,阈值和迁移率校正扫描单元114以及阈值和迁移率校正扫描单元115的垂直方向尺寸可被设置为几乎等于像素阵列单元102的垂直方向尺寸。
此时,如图所示,期望根据漏电极614D和写扫描线104WS或驱动扫描线105DS之间的配线布局来执行布置,以通过在对应行中设置缓冲晶体管600的漏电极614D,在行方向上从漏电极614D延伸写扫描线104WS或驱动扫描线105DS,以及使栅电极614G侧朝向相邻行(相邻级)侧突出。不用说,尽管在图中没有示出,但可以执行布局,以使栅电极614G和漏电极614D的各个配线区都朝向相邻行侧突出。
通过根据第二实施例的布局,缓冲晶体管600的沟道宽度Wk等于或大于像素间距,因此,可通过比第一实施例更多的ELA照射来确定其特性,因此,与第一实施例相比,可抑制每行的缓冲晶体管600的特性差异。当然,与第一实施例相比,增大了驱动能力。
<改善技术:第三实施例>
图14是示出可以减轻退火处理时由于偏差原因引起的显示屏幕上的亮度偏差的驱动电路布置(布局)的第三实施例的示图。根据第三实施例的缓冲晶体管600的布局为在分割沟道宽度Wall的情况下(即,在采用多指结构的情况下)的应用实例,在这种情况下,缓冲晶体管的一个沟道宽度Wk被设置为根据与像素间距的关系获得的最大值。
即,在需要将沟道宽度Wall设置得等于或大于ELA扫描方向上的像素间距的情况下,如图14所示,分割栅电极614GP和614GN以采用多指结构,但是分割晶体管的每个沟道宽度Wk被设置为根据与像素间距的关系获得的最大值,从而将整个沟道宽度Wall所需的分割数抑制至最小。将整个沟道宽度Wall所需的分割数抑制至最小的原因是防止关于所需性能的过分影响。例如,如果说获得的一个分割晶体管的沟道宽度需要整个沟道宽度Wall、分割数N及ELA扫描方向上的像素间距P,则期望满足(N-1)*Wk<Wall≤N*Wk。
通过根据第三实施例的布局,在采用多指结构的情况下,将每个分割晶体管的沟道宽度设置为可根据与像素间距的关系获得的最大值Wk,使得通过每个分割晶体管,以与第一实施例相同的方式,可确定与更多ELA照射的平均值相当的特性,因此,可显著抑制每行的缓冲晶体管600的特性差异。另外,采用多指结构能够使与分割晶体管的ELA照射的平均值相当的特性被整体确定,因此,与第一或第二实施例相比,可抑制最终特性。当然,与第一或第二实施例相比,提高了驱动能力。
注意,尽管在图中没有示出,但通过采用多指结构的第三实施例,每个分割晶体管的沟道宽度Wk可被设置得等于或远远大于通过采用根据第二实施例的配置的ELA扫描方向上的像素间距。因此,可以进一步显著抑制每行的缓冲晶体管600的特性差异。当然,进一步提高了驱动能力。
<像素电路:第二实施例>
图15A是示出像素电路P的第二实施例的示图。注意,图15A还示出了设置在显示面板单元100的基板101上的像素电路P外围部分上的垂直驱动单元103和水平驱动单元106。
根据第二实施例的像素电路P具有以下特征:采用两个晶体管驱动结构,其使用另一个用于扫描的开关晶体管(采样晶体管125)以及驱动晶体管121,并且根据用于控制各个开关晶体管的电源驱动脉冲DSL和写驱动脉冲WS的接通/切断设置,防止了由于有机EL元件127随时间的劣化或驱动晶体管121的特性波动(例如,阈值电压或迁移率等的偏差或波动)对驱动电流Ids的影响。此外,通过两个晶体管驱动结构,装置数和配线数都很小,从而可以实现高度精细的结构,而且还可以执行采样而没有画面信号Vsig的劣化,从而可以获得很好的图像质量。
首先,以与第一实施例相同的方式,存储电容器120连接在驱动晶体管121的栅极和源极之间,以构成自举电路,其是作为用于防止由于有机EL元件127随时间的劣化所引起的驱动电流波动的电路的驱动信号稳定电路的实例。对于用于抑制由于驱动晶体管121的特性波动(例如,阈值电压或迁移率等的偏差或波动)所引起的对驱动电流Ids的影响的方法,可通过设计晶体管121和125的每一个的驱动定时来解决。
具体地,根据第二实施例的像素电路P包括存储电容器120、n沟道型驱动晶体管121、提供有有效高写驱动脉冲WS的n沟道型采样晶体管125以及作为通过施加给其的电流而发光的光电元件(发光元件)的实例的有机EL元件127。
存储电容器120连接在驱动晶体管121的栅极端G(节点ND122)和源极端S之间,并且驱动晶体管121的源极端S直接连接至有机EL元件127的阳极端A。有机EL元件127的阴极端K假设为用作基准电位的阴极电位Vcath。阴极电位Vcath连接至所有像素共有的、用于提供基准电位的接地配线Vcath(GND)。
驱动晶体管121的漏极端D连接至来自用作电源扫描器的驱动扫描单元105的电源线105DSL。电源线105DSL具有电源线105DSL本身具有对驱动晶体管121的电源供给能力的特征。具体地,根据第二实施例的驱动扫描单元105包括用于切换等效于电源电压的高电压边侧的第一电位Vcc_H以及低电压侧的第二电位Vcc_L的电源电压切换电路,以向驱动晶体管121的漏极端D提供该电源电压。
对于第二电位Vcc_L,采用比画面信号线106HS中的画面信号Vsig的基准电压Vo充分低的电位。例如,电源供给线105DSL的低电位侧的第二电位Vcc_L被设置为驱动晶体管121的栅极和源极之间的电压Vgs(栅极电位Vg和源极电位Vs之间的差)大于驱动晶体管121的阈值电压Vth。注意,基准电位Vo还用于对阈值校正操作之前的初始化操作,以及预先用于画面信号线106HS的预充电。
对于采样晶体管125,栅极端G连接至来自写扫描单元104的写扫描线104WS,源极端S连接至画面信号线106HS,以及漏极端D连接至驱动晶体管121的栅极端G(节点ND122)。将来自写扫描单元104的有效高写驱动脉冲WS提供给其栅极端G。对于采样晶体管125,可以采用源极端S和栅极端D颠倒的连接模式。
<像素电路的操作:第二实施例>
图15B是描述作为关于根据图15A所示第二实施例的像素电路P的驱动定时实例的在使用线顺序系统在存储电容器120中写入信号电位Vin的信息时的操作的时序图。
对于根据第二实施例的像素电路P,对于驱动定时,首先,采样晶体管125响应于从写驱动扫描线104WS提供的写驱动脉冲WS而电导通,对由画面信号线106HS提供的画面信号Vsig进行采样以将其保持在存储电容器120中。这一点与驱动根据第五实施例的像素电路P的情况基本相同。注意,对于根据第二实施例的像素电路P的驱动定时,当在存储电容器120中写入画面信号Vsig的信号电位Vin的信息时,从顺序扫描的观点来看,执行线顺序驱动,这同时向画面信号线106HS的每列传播一行的画面信号。
根据接收由作为第一电位(高电位侧)的电源供给线105DS提供的电流和保持在存储电容器120中的信号电位(与画面信号Vsig的有效周期的电位相对应的电位),驱动晶体管121将驱动电流Ids流向有机EL元件127。
垂直驱动单元103在电源供给线105DSL处于第一电位以及画面信号106HS在画面信号Vsig的非有效周期内处于基准电位Vo的时间区内(time zone)输出作为用于电导通采样晶体管125的控制信号的写驱动脉冲WS,并在存储电容器120中保持等效于驱动晶体管121的阈值电压Vth的电压。该操作实现了阈值校正功能。根据该阈值校正功能,可以消除对每个像素电路P波动的驱动晶体管121的阈值电压Vth的影响。
具体地,对于根据第二实施例的像素电路P的驱动定时,写驱动脉冲WS在电源供给线105DSL处于高电位侧的第一电位以及画面信号Vsig在有效周期内的时间区内被激活。也就是说,结果,通过画面信号线106HS的电位处于画面信号Vsig的有效周期的电位(信号线电位)的时间宽度以及重叠写驱动脉冲WS的激活周期的范围确定迁移率校正周期(以及采样周期)。具体地,对于本实施例,写驱动脉冲WS的激活周期宽度被设置得较短,以包括在画面信号线106HS处于信号电位的时间宽度内,因此,通过驱动脉冲WS自身确定迁移率校正周期。更精确地,迁移率校正周期(以及采样周期)是写驱动脉冲WS上升到导通采样晶体管125直到写驱动脉冲WS下降到截止采样晶体管125之后的周期。
以下将进行具体描述。首先,基本上,对写扫描线104WS或电源供给线105DSL的每行执行一个水平扫描周期延迟的类似驱动。图15B中的每个定时和信号都用与第一行的定时和信号相同的定时和信号表示,而无论那一行被处理。当说明时需要区别行时,通过使用具有下划线的参考标识符表示被处理的一行来进行区别。
对于特定行(这里,第一行),在定时t11之前的先前场的发光周期B时,写驱动脉冲WS处于无效低状态,以及采样晶体管125处于非导电状态,但另一方面,电源驱动脉冲DSL处于作为高电位的电源电压侧的第一电位Vcc_H。因此,不管画面信号线106HS的电位如何,根据先前场的操作保持在存储电容器120中的电压状态(驱动晶体管121的栅极和源极之间的电压Vgs)将驱动电流Ids从驱动晶体管121提供给有机EL元件127,并施加给对于所有像素通用的接地配线Vcath(GND),从而有机EL元件127处于发光状态。
随后,时序图进入对于线顺序扫描的新场,首先,在写扫描脉冲WS处于无效低状态的状态下,驱动扫描单元105将第一行的电源供给线105DS_1给定的电源驱动脉冲DSL_1从高电位侧的第一电位Vcc_H切换到低电位侧的第二电位Vcc_L。假设这个定时(t11_1)在具有图15B所示配置的画面信号Vsig处于有效周期的信号电位Vin的周期内。例如,第一行在定时t15V~t13V的范围内。然而,注意,这不是必不可少的,当画面信号Vsig处于有效周期的基准电位Vo时可执行上述切换。第一行可在定时t15V~t13V的范围内。
接下来,写扫描单元104将写驱动脉冲WS切换到有效高状态,同时保持电源供给线105DSL_1处于第二电位Vcc_L的状态(t13W)。在紧前的水平周期中将画面信号Vsig从无效周期的基准电位Vo切换为有效周期的信号电位Vin(t15V)之后,将该定时(t13W)设置为相同的定时(t13V)或者稍晚于画面信号Vsig从有效周期的信号电位Vin切换为无效周期的基准电位Vo的定时。随后,用于将写驱动脉冲WS切换为无效低状态的定时(t15W)被设置为相同的定时(t15V)或者稍早于画面信号Vsig从无效周期的基准电位Vo切换到有效周期的信号电位Vin的定时。
即,期望用于将写驱动脉冲WS保持为有效高状态的周期(t15W~t13W)在画面信号Vsig处于有效周期(t15V~t13V)的基准电位Vo的时间区内。这是因为当电源供给线DSL处于第一电位Vcc H时,以及画面信号Vsig处于信号电位Vin时,如果将写驱动脉冲WS设置为有效高状态,则执行对存储电容器120的信号电位Vin的采样操作,因此,引起阈值校正操作的不便。
在定时t11_1~t13W(称为放电周期)期间,电源供给线105DSL的电位被放电直到第二电位Vcc_L,此外,驱动晶体管121的源极电位Vs进行到接近第二电位Vcc_L的电位的转换。此外,存储电容器120连接在驱动晶体管121的栅极端G和源极端S之间,并且根据通过其存储电容器120的影响,栅极电位Vg与驱动晶体管121的源极电位Vs的波动联动。期望在电源供给线105DSL的配线电容很大的情况下,电源供给线105DSL在相对较早的定时处从高电位Vcc_H切换为低电位Vcc_L。充分确保该放电周期C(t11_1~t13W)防止了配线电容或其他像素寄生电容的影响。
一旦写驱动脉冲WS切换到有效高状态同时保持电源驱动脉冲DSL处于低电位侧的第二电位Vcc_L(t13W),采样晶体管125变为电导通状态。此时,画面信号线106HS处于参考电位Vo。因此,驱动晶体管121的栅极电位Vg通过采样晶体管125的电导通而变为画面信号线106HS的基准电位Vo。与此同时,一旦驱动晶体管121导通,驱动晶体管121的源极电位Vs就立刻固定为低电位侧的第二电位Vcc_L。
也就是说,电源供给线105DSL的电位从高电位侧的第一电位Vcc_H切换为充分低于画面信号线106HS的基准电位Vo的第二电位Vcc_L,从而驱动晶体管121的源极电位Vs被初始化(复位)为充分低于画面信号线106HS的基准电位Vo的第二电位Vcc_L。因此,驱动晶体管的栅极电位Vg和源极电位Vs被初始化,从而完成阈值校正操作的准备。直到电源驱动脉冲DSL再次被切换为高电位侧的第一电位Vcc_H的周期(t13W~t14_1)变成初始化周期D。注意,放电周期C和初始化周期D的联合也被称为用于初始化驱动晶体管121的栅极电压Vg和源极电压Vs的阈值校正准备周期。
接下来,对电源供给线105DSL给定的电源驱动脉冲DSL切换为第一电位Vcc_H,同时保持写驱动脉冲WS处于有效高状态(t14_1)。此后,驱动扫描单元105将电源供给线105DSL的电位保持为第一电位Vcc_H直到下一帧(或场)。因此,时序图进入漏电流流入存储电容器120以及驱动晶体管121的阈值电压Vth被校正(消除)的阈值较正周期E。该阈值校正周期E持续直到用于将写驱动脉冲WS设置为无效低状态的定时(t15W)。
对于定时(t14_1)处及此后的阈值校正周期E,电源供给线105DSL的电位进行从低电位侧的第二电位Vcc_L到高电位侧的第一电位Vcc_H的转换,从而驱动晶体管121的源极电位Vs开始增加。也就是说,驱动晶体管121的栅极端G保持在画面信号Vsig的基准电位Vo,以及漏极电流试图流动,直到驱动晶体管121通过源极端S的电位Vs增大而被切断。一旦被切断,驱动晶体管121的源极电位Vs就变成“Vo-Vth”。
注意,在阈值校正周期E处,为了完全将漏极电流施加给存储电容期120侧(在Cs<<Cel时),以及防止漏极电流流向有机EL元件127侧,通用接地配线cath的电位Vcath被设置为使有机EL元件127被切断。有机EL元件127的等效电路以二极管和寄生电容Cel的并联电路表示,所以只要保持“Vel≤Vcath+VthEL”,即,只要有机EL元件127的漏电流显著小于驱动晶体管121的电流,驱动晶体管121的电流被用于对存储电容器120和寄生电容器Cel充电。
结果,一旦流向驱动晶体管121的漏极电流的电流路径被切断,有机EL元件127的阳极端A的电位Vel,即,节点ND121的电位就随时间增加。随后,一旦节点ND121的电位(源极电位Vs)和节点ND122的电压(栅极电位Vg)之间电位差正好变成阈值电压Vth,驱动晶体管121就从导通状态转换为截止状态,防止漏极电流流动,阈值校正周期结束。即,在特定的时间段之后,驱动晶体管121的栅极和源极之间的电压Vgs取阈值电压Vth的值。
这里,实际上,将等于阈值电压Vth的电压写入连接在驱动晶体管121的栅极端G和源极端S之间的存储电容器120。然而,注意,阈值校正周期E是从写驱动脉冲WS设置为有效高状态(t13W)(具体地,随后,电源驱动脉冲DSL返回到第一电位Vcc_H的时间点t14)的定时到写驱动脉冲WS返回到无效低状态的定时(t15W),以及当这个周期不能充分被保证时,在那之前阈值校正操作结束。为了解除该问题,期望多次重复阈值校正操作。附图省略了其定时。
接下来,驱动扫描单元105在一个水平周期的后半部分将写驱动脉冲WS切换为无效低状态(t15W),进一步,水平驱动单元106将画面信号线106HS的电位从基准电位Vo切换为信号电位Vin(t15V)。因此,在定时t15W~定时t15V处,在画面信号线106HS处于基准电位Vo的状态下,写扫描线WS的电位(写驱动脉冲WS)变为低电平状态。随后,实际上通过水平驱动单元106将画面信号Vsig的信号电位Vin提供给画面信号线106HS以将写驱动脉冲WS设置为有效高状态的周期被看作存储电容器120的信号电位Vin的写周期(也称为采样周期)。该信号电位Vin以与驱动晶体管121的阈值电压Vth相加的形式被保持。
结果,驱动晶体管121的阈值电压Vth的波动恒定地被消除,这相当于执行阈值校正。根据这个阈值校正,保持在存储电容器120中的栅极和源极之间的电压Vgs变成“Vsig+Vth”=“Vin+Vth”。此外,同时在该采样周期处执行迁移率校正。即,在根据第二实施例的像素电路P的驱动定时处,采样周期也用作迁移率校正周期。
具体地,首先,跟随写驱动脉冲WS被切换为无效低状态(t15W),水平驱动单元106进一步将画面信号线106HS的电位从基准电位Vo切换为信号电位Vin(t15V)。因此,在采样晶体管125被设置为非电导通(OFF)状态的状态下,完成用于下一次采样操作和迁移率校正操作的准备。直到写驱动脉冲WS再次设置为有效高状态(t16_1)的定时的周期被称为写和迁移率校正准备周期G。
接下来,当电源供给线105DSL的电位被保持在第一电位Vcc_H以及画面信号线106HS的电位被保持在信号电位Vin时,写扫描单元104将写驱动脉冲WS切换为有效高状态(t16_1),以及在直到水平驱动单元106将画面信号线106HS的电位从信号电位Vin切换为基准电位Vo(t18_1)的适当定时,即,在画面信号线106HS处于信号电位Vin(t17_1)的时间区内的适当定时处将写驱动脉冲WS切换为无效低状态。写驱动脉冲WS处于有效高状态的周期(t16_1~t17_1)被称为采样周期和迁移率校正周期H。因此,在驱动晶体管121的栅极电位Vg处于信号电位Vin的状态下,采样晶体管125变为电导通(ON)状态。因此,在采样周期和迁移率校正周期H处,在驱动晶体管121的栅极端G固定为画面信号Vsig的信号电位Vin的状态下,驱动电流Ids流向驱动晶体管121。
这里,当有机EL元件127的阈值电压为VthEL,一旦设置为“Vo-Vth<VthEL”,有机EL元件127就被设置为反向偏置状态,并处于切断状态(高阻态),所以不发光,以及展现的不是二级管特性而是简单电容特性。因此,流向驱动晶体管121的漏极电流(驱动电流Ids)被写入电容器“C=Cs+Cel”,其中,组合存储电容器120的电容值Cs和有机EL元件127的电容器Cel(等效电容器)的电容值Cel。因此,驱动晶体管121的漏极电流流入寄生电容器Cel,并且充电开始。结果,驱动晶体管121的源极电位Vs上升。
对于图15B中的时序图,用ΔV表示这个上升。这个上升,即,作为迁移率校正参数的负反馈量ΔV将从通过阈值校正保持在存储电容器120中的栅极和源极之间的电压“Vgs=Vin+Vth”中减去,因此,保持“Vgs=Vin-ΔV+Vth”,这相当于使其经受负反馈。此时,驱动晶体管121的源极电压Vs变成通过从栅极电位Vg(=Vin)中减去保持在存储电容器中的“Vgs=Vin-ΔV+Vth”而获得的值“-Vth+ΔV”。
因此,对于根据第二实施例的像素电路P的驱动定时,在采样周期和迁移率校正周期H(t16~t17)处,同时执行信号电位Vin的采样以及用于校正迁移率μ偏差的负反馈量ΔV的调整。写扫描单元104通过调整写驱动脉冲WS的导通/截止周期来调整采样周期和迁移率校正周期H的时间宽度,以及还可以将倾斜添加到画面信号Vin的变化特性,因此,可以使关于存储电容器120的驱动电流Ids的负反馈量ΔV最优化。
接下来,在画面信号线106HS的电位处于信号电位Vin的状态下,写扫描单元104将写驱动脉冲WS切换为无效低状态(t17_1)。因此,采样晶体管125变为非导通(OFF)状态,时序图进行到发光周期I。水平扫描单元106在此后的适当的时间点处停止向画面信号线106HS提供画面信号Vsig的信号电位Vin,并将画面信号线106HS返回到基准电位Vo(t18_1)。随后,进程进行到下一帧(或场),其中,再次重复阈值校正准备操作、阈值校正操作、迁移率校正操作以及发光操作。
结果,驱动晶体管121的栅极端G与画面信号线106HS隔离。取消将信号电位Vin施加给驱动晶体管121的栅极端G,使得驱动晶体管121的栅极电位Vg可以增加。此时,流向驱动晶体管121的驱动电流Ids流向有机EL元件127,并且有机EL元件127的阳极电位根据驱动电流Ids而增大。假设这个增大是Vel。最终,有机EL元件127的反相偏置状态随着源极电位Vs的增大而取消,所以有机EL元件127实际上根据驱动电流Ids的流入开始发光。此时有机EL元件127阳极电位的增加(Vel)恰好是驱动晶体管121源极电位Vs的增加,且驱动晶体管121的源极电位Vs变为“-Vth+ΔV+Vel”。
驱动电流Ids和栅极电压Vgs之间的关系可以表示为例如在上述表达式(2)所示,阈值电压Vth项被删去,并且施加给有机EL元件127的驱动电流Ids不依赖于驱动晶体管121的阈值电压Vth。驱动电流Ids基本上以信号电压Vsig的信号电位Vin来确定。换句话说,有机EL元件127以对应于信号电位Vin的亮度发光。
此时,通过反馈量ΔV校正信号电位Vin。该校正量ΔV适合以消除位于表达式(2)系数部的迁移率μ的影响。因此,驱动电流Ids充分地仅依赖于信号电位Vin。驱动电流Ids不依赖于阈值电压Vth,使得即使由于制作过程而使阈值电压Vth变化,漏极和源极之间的驱动电流Ids也不波动,且有机EL元件127的发光亮度不波动。
此外,存储电容器120连接在驱动晶体管121的栅极端G和源极端S之间,由于其存储电容器120的影响而使得发光周期的开始执行自举功能,当驱动晶体管121的栅极和源极之间的电压Vgs保持稳定时,驱动晶体管121的栅极电位Vg和源极电位Vs增加。驱动晶体管121作为恒定电流源运行,所以有机EL元件127的I-V特性随时间变化,并且即使驱动晶体管121的源极电位Vs随之变化,驱动晶体管121的栅极和源极之间的电位Vgs也通过存储电容器120保持稳定(通常等于Vin-ΔV+Vth),所以流向有机EL元件127的电流不变化,因此,有机EL元件127的发光亮度也保持稳定。根据自举操作,即使有机EL元件127的I-V特性随时间变化,也可以实现不具有与之伴随的亮度劣化的图像显示。
现在,如从以上描述可以理解的,对于用于驱动根据第二实施例的像素电路P的定时,写驱动脉冲WS的有效高周期不仅作为画面信号VSig(信号电位Vin)的采样周期而且作为迁移率校正周期。其有效高周期的偏差引起类似于根据第一实施例的像素电路P的阈值校正效果和迁移率校正效果的偏差。因此,类似于第一实施例,为了防止由写扫描单元104的输出电路400提供的写驱动脉冲WS的波形钝化对于每行都波动,期望将与上述改善技术的第一至第三实施例中的一个的相同概念应用于输出电路400的缓冲晶体管的布局。
到此为止已经通过实施例描述了本发明,但本发明的技术范围不限于在上述实施例中描述的范围。在不背离本发明范围的情况下,各种类型的修改或改善可被添加到上述实施例中,已经添加有修改和改善的实施例也已经包含在本发明的技术范围内。
此外,所要求的发明不限于上述实施例,并且不是所有在实施例中描述的特征组合都是执行本发明所绝对必要的。本发明包含各阶段中的上述实施例,且本发明的各种表现形式可以以公开的多个元件的适当组合而选取。即使从实施例所示的所有元件中除去多个元件,则从中除去多个元件的配置可被选取作为在本发明的范围之内,只要可以获得其优点即可。
例如,对于上述实施例,在图4所示的驱动定时的实例中,通过考虑通过写驱动脉冲WS和扫描驱动脉冲NDS之间的相位差确定的迁移率校正周期绝对短以及其脉冲定时的偏差(ON/OFF定时或变化特性)大大影响迁移率的特性的事实,已经描述布局实例,从而可以减少用于输出将提供给扫描线104WS和105DS的每一条的写驱动脉冲WS和扫描驱动脉冲NDS的输出电路400和500的特性偏差,但相同的概念可以应用于其他功能目的的驱动脉冲。
此外,对于上述实施例,已经具体描述了在使用具有5晶体管结构或2晶体管结构的各个像素电路实现阈值校正和迁移率校正的驱动系统的情况下的缓冲晶体管的布局实例,但对于可应用实现阈值校正和迁移率校正的驱动系统的其他像素电路,除这些电路之外,像素电路可被设计具有5晶体管到2晶体管之间的4晶体管结构或3晶体管结构。同样在这些情况下,也可以应用将用于确定操作周期的缓冲晶体管的尺寸设置为等于或远远大于激光束扫描方向上的像素间距的配置。
此外,对于其尺寸被设置为等于或远远大于激光束扫描方向上的像素间距的缓冲晶体管设置在与激光束照射的长度方向上的一列中的上述布局实例,被处理的缓冲晶体管根据阈值校正和迁移率校正是用于垂直扫描系统的晶体管,但是可以是用于水平扫描系统的晶体管。在用于输出对每条信号线采样输入视频信号的脉冲信号的缓冲晶体管的任一情况下,期望选择用于调准驱动脉冲波形的特性偏差水平的所需的晶体管。
本领域的技术人员应该理解,根据设计要求和其它因素,可以有多种修改、组合、再组合和改进,均应包含在本发明的权利要求或等同物的范围之内。
Claims (6)
1.一种显示装置,包括:
像素阵列单元,其中,以矩阵形式设置像素电路,所述像素电路包括:
驱动晶体管,被配置为生成驱动电流,
光电元件,连接至所述驱动晶体管的输出端侧,
存储电容器,用于存储与经由画面信号线提供的画面信号内的信号电位相对应的信息,和
采样晶体管,被配置为将与所述信号电位相对应的信息写入所述存储电容器中,通过在所述驱动晶体管处基于存储在所述存储电容器中的信息生成将施加给所述光电元件的驱动电流来使所述光电元件发光;以及
控制单元,其输出级包括缓冲晶体管,所述控制单元被配置为从所述缓冲晶体管输出用于驱动所述像素阵列单元的脉冲信号;
其中,所述像素阵列单元和所述控制单元通过在垂直方向上或水平方向上扫描的具有预定波长的长激光束照射形成;
以及,对于所述控制单元,所述缓冲晶体管的沟道宽度等于或大于所述激光束的扫描方向上的像素间距。
2.一种显示装置,包括:
像素阵列单元,其中,以矩阵形式设置像素电路,所述像素电路包括:
驱动晶体管,被配置为生成驱动电流,
光电元件,连接至所述驱动晶体管的输出端侧,
存储电容器,用于存储与经由画面信号线提供的画面信号内的信号电位相对应的信息,和
采样晶体管,被配置为将与所述信号电位相对应的信息写入所述存储电容器中,通过在所述驱动晶体管处基于存储在所述存储电容器中的信息生成将施加给所述光电元件的驱动电流来使所述光电元件发光;以及
控制单元,其输出级包括缓冲晶体管,所述控制单元被配置为从所述缓冲晶体管输出用于驱动所述像素阵列单元的脉冲信号;
其中,所述像素阵列单元和所述控制单元通过在垂直方向上或水平方向上扫描的具有预定波长的长激光束照射形成;
以及,在所述激光束的扫描方向上的像素间距内,所述缓冲晶体管的沟道宽度被设置为除连接至所述缓冲晶体管的各个终端的配线部分之外的最大值。
3.根据权利要求1所述的显示装置,其中,设置每行的所述缓冲晶体管的沟道宽度,使得等于或大于所述激光束的扫描方向上的像素间距,以及关于与相邻行的关系,设置朝向相邻行的部分以相互交替。
4.根据权利要求1所述的显示装置,其中,每行的每个所述缓冲晶体管都具有多指结构;
以及,具有多指结构的各个晶体管的沟道宽度都等于或大于所述激光束的扫描方向上的像素间距。
5.根据权利要求1所述的显示装置,其中,所述像素阵列单元包括所述驱动晶体管或用于抑制伴随所述光电元件的特性波动的所述驱动电流的波动的驱动电流波动抑制单元;
以及,所述控制单元包括:
写扫描单元,用于通过在水平周期内顺序控制所述采样晶体管来顺序扫描所述像素电路,并从所述采样晶体管输出用于将对应于画面信号的信号电位的信息写入一行的每个存储电容器的写扫描脉冲,以及
校正扫描单元,用于从所述缓冲晶体管输出用于控制所述驱动电流波动抑制单元的校正脉冲;
以及,对于所述写扫描单元或所述校正扫描单元中的至少一个,所述缓冲晶体管的沟道宽度等于或大于所述激光束的扫描方向上的像素间距。
6.根据权利要求5所述的显示装置,其中,所述驱动电流波动抑制单元被配置为执行迁移率校正,用于将关于所述驱动晶体管的迁移率的校正值添加至待被写入所述存储电容器中的信息;
以及,用于输出所述校正扫描单元的所述校正脉冲的所述缓冲晶体管的沟道宽度等于或大于所述激光束的扫描方向上的像素间距。
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