JP2008287195A - 表示装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】ドライブトランジスタの電流供給能力を確保しつつ、ドライブトランジスタの特性ばらつきの影響を抑制することが可能な表示装置を提供する。
【解決手段】画素２は、発光素子ＥＬを含む発光部Ｃと、発光素子ＥＬを駆動する駆動部とに分かれている。駆動部は、少なくともサンプリングトランジスタＴｒ１と、ドライブトランジスタＴｒ２と、保持容量Ｃｃｓとを含む。サンプリングトランジスタＴｒ１は、走査線ＷＳから供給される制御信号に応じてオンし信号線ＳＬから供給される映像信号Ｖｓｉｇをサンプリングして保持容量Ｃｃｓに書き込み、ドライブトランジスタＴｒｄは、保持容量Ｃｃｓに書き込まれた映像信号に応じた駆動電流を発光素子ＥＬに供給する。画素２は、一個の発光素子ＥＬに対して二個の駆動部Ａ，Ｂを含んでおり、一個の発光素子ＥＬに二個のドライブトランジスタＴｒｄａ，Ｔｒｄｂから同時に駆動電流を供給する。
【選択図】図５

Description

本発明は、画素毎に配した発光素子を電流駆動して表示を行なう表示装置に関する。詳しくは、各画素回路内に設けた絶縁ゲート型電界効果トランジスタによって有機ＥＬなどの発光素子に通電する電流量を制御する、いわゆるアクティブマトリクス型の画像表示装置に関する。また本発明は、かかる画像表示装置をディスプレイに用いた電子機器に関する。

画像表示装置、例えば液晶ディスプレイなどでは、多数の液晶画素をマトリクス状に並べ、表示すべき画像情報に応じて画素毎に入射光の透過強度又は反射強度を制御することによって画像を表示する。これは、有機ＥＬ素子を画素に用いた有機ＥＬディスプレイなどにおいても同様であるが、液晶画素と異なり有機ＥＬ素子は自発光素子である。その為、有機ＥＬディスプレイは液晶ディスプレイに比べて画像の視認性が高く、バックライトが不要であり、応答速度が高いなどの利点を有する。又、各発光素子の輝度レベル（階調）はそれに流れる電流値によって制御可能であり、いわゆる電流制御型であるという点で液晶ディスプレイなどの電圧制御型とは大きく異なる。

有機ＥＬディスプレイにおいては、液晶ディスプレイと同様、その駆動方式として単純マトリクス方式とアクティブマトリクス方式とがある。前者は構造が単純であるものの、大型且つ高精細のディスプレイの実現が難しいなどの問題がある為、現在はアクティブマトリクス方式の開発が盛んに行なわれている。この方式は、各画素回路内部の発光素子に流れる電流を、画素回路内部に設けた能動素子（一般には薄膜トランジスタ、ＴＦＴ）によって制御するものであり、以下の特許文献に記載がある。
特開２００３−２５５８５６ 特開２００３−２７１０９５ 特開２００４−１３３２４０ 特開２００４−０２９７９１ 特開２００４−０９３６８２

従来の表示装置は、行状の走査線と、列状の信号線と、各走査線と各信号線とが交差する部分に配された行列状の画素とからなる。各画素は、発光素子を含む発光部と、発光素子を駆動する駆動部とに分かれている。駆動部は、少なくともサンプリングトランジスタと、ドライブトランジスタと、保持容量とを含んでいる。サンプリングトランジスタは走査線から供給される制御信号に応じてオンし、信号線から供給される映像信号をサンプリングして保持容量に書き込む。ドライブトランジスタは、保持容量に書き込まれた映像信号に応じて駆動電流を発光素子に供給する。

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

ここでドライブトランジスタの動作特性は以下の式１で表わされる。
Ｉｄｓ＝（１／２）μ（Ｗ／Ｌ）Ｃｏｘ（Ｖｇｓ−Ｖｔｈ）^２・・・式１
このトランジスタ特性式１において、Ｉｄｓはソース／ドレイン間に流れるドレイン電流を表わしており、画素回路では発光素子に供給される出力電流である。Ｖｇｓはソースを基準としてゲートに印加されるゲート電圧を表わしており、画素回路では上述した入力電圧である。Ｖｔｈはトランジスタの閾電圧である。又μはトランジスタのチャネルを構成する半導体薄膜の移動度を表わしている。その他Ｗはチャネル幅を表わし、Ｌはチャネル長を表わし、Ｃｏｘはゲート容量を表わしている。このトランジスタ特性式１から明らかな様に、薄膜トランジスタは飽和領域で動作する時、ゲート電圧Ｖｇｓが閾電圧Ｖｔｈを超えて大きくなると、オン状態となってドレイン電流Ｉｄｓが流れる。原理的に見ると上記のトランジスタ特性式１が示す様に、ゲート電圧Ｖｇｓが一定であれば常に同じ量のドレイン電流Ｉｄｓが発光素子に供給される。従って、画面を構成する各画素に全て同一のレベルの映像信号を供給すれば、全画素が同一輝度で発光し、画面の一様性（ユニフォーミティ）が得られるはずである。

しかしながら実際には各画素に形成される個々のドライブトランジスタは、閾電圧Ｖｔｈや移動度μにばらつきがある。上記のトランジスタ特性式１から明らかなように、移動度μや閾電圧Ｖｔｈにばらつきがあると、入力電圧Ｖｇｓが同じであっても、出力電流Ｉｄｓが異なってしまい、画面の一様性が得られない。そのため従来から個々の画素回路にドライブトランジスタの閾電圧補正機能や移動度補正機能を組み込んだ表示装置も知られている。

一方ドライブトランジスタのサイズは上述したトランジスタ特性式１に含まれるファクタＷ／Ｌで決まる。Ｗ／Ｌはサイズファクタと呼ばれる場合がある。チャネル幅Ｗが大きく且つチャネル長Ｌが小さいほどサイズファクタＷ／Ｌは大きくなり、電流供給能力が増大する。ドライブトランジスタのサイズファクタを大きくすると、チャネル領域のオン抵抗が小さくなるため、同じ入力電圧Ｖｇｓでも大きな出力電流Ｉｄｓが得られる。そのため従来の表示装置では、限られた電源電圧で高い輝度を得るため、ドライブトランジスタのサイズファクタを大きく設計する方式が採用されている。

しかしながらドライブトランジスタのサイズを大きくすると、その分移動度μや閾電圧Ｖｔｈのばらつきの影響が大きくなる。画素回路に組み込んだ移動度補正機能や閾電圧補正機能だけでは特性ばらつきを抑えることが難しくなり、画面のユニフォーミティを損なってしまうという課題がある。

上述した従来の技術の課題に鑑み、本発明はドライブトランジスタの電流供給能力を確保しつつ、ドライブトランジスタの特性ばらつきの影響を抑制することが可能な表示装置を提供することを目的とする。かかる目的を達成するために以下の手段を講じた。即ち本発明は、行状の走査線と、列状の信号線と、各走査線と各信号線とが交差する部分に配された行列状の画素とからなり、各画素は、発光素子を含む発光部と、発光素子を駆動する駆動部とに分かれており、前記駆動部は、少なくともサンプリングトランジスタと、ドライブトランジスタと、保持容量とを含み、前記サンプリングトランジスタはその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ドライブトランジスタの制御端との間に接続し、前記ドライブトランジスタは、一対の電流端の一方が電源に接続し他方が該発光素子に接続し、前記保持容量は該ドライブトランジスタの制御端に接続し、前記サンプリングトランジスタは、該走査線から供給される制御信号に応じてオンし該信号線から供給される映像信号をサンプリングして該保持容量に書き込み、前記ドライブトランジスタは、該保持容量に書き込まれた映像信号に応じた駆動電流を該発光素子に供給する表示装置であって、前記画素は、一個の発光素子に対して二個の駆動部を含んでおり、一個の発光素子に二個のドライブトランジスタから同時に駆動電流を供給することを特徴とする。

好ましくは、前記画素は、発光期間と非発光期間に分かれて動作し、各駆動部は、その保持容量がドライブトランジスタの制御端と電流端の間に接続しており、非発光期間で映像信号を保持容量に書き込むとともに、所定の補正時間だけ駆動電流を保持容量に負帰還して該ドライブトランジスタの移動度に対する補正を該保持容量に保持された映像信号にかけ、発光期間になると各駆動部は、補正された映像信号に応じて駆動電流を同時に発光素子に供給する。又各駆動部に含まれるドライブトランジスタは、単一のドライブトランジスタで一個の発光素子に駆動電流を供給する場合に設定されるトランジスタサイズに比べて、そのトランジスタサイズが半分であり、二個の駆動部に含まれるドライブトランジスタが供給する駆動電流を合わせて必要な駆動電流を一個の発光素子に供給する一方、両ドライブトランジスタを合わせて使うことで、その特性バラツキを画素内で平均化する。

本発明によれば、個々の画素は、１個の発光素子に対して２個の駆動部を含んでおり、１個の発光素子に２個のドライブトランジスタから同時に駆動電流を供給している。２個の駆動部に含まれるドライブトランジスタが供給する駆動電流を合わせて必要な駆動電流を１個の発光素子に供給することができる。一方２個のドライブトランジスタを合わせて使うことで、１個のドライブトランジスタのサイズは大きくしなくてすむ。その分ドライブトランジスタの特性ばらつきの影響が少なくなる。加えて画素に２個のドライブトランジスタを組み込むことで、両者の特性ばらつきを画素内で平均化することが可能となる。これにより、ドライブトランジスタの特性ばらつきは、画素回路に組み込んだ移動度補正機能や閾電圧補正機能で十分キャンセルすることが可能なレベルとなり、画面のユニフォーミティを顕著に改善することができた。

以下図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明にかかる画像表示装置の全体構成を示すブロック図である。図示する様に、本画像表示装置は基本的に画素アレイ部１とスキャナ部と信号部とで構成されている。画素アレイ部１は、行状に配された走査線ＷＳ、走査線ＡＺ１、走査線ＡＺ２及び走査線ＤＳと、列状に配された信号線ＳＬと、これらの走査線ＷＳ，ＡＺ１，ＡＺ２，ＤＳ及び信号線ＳＬに接続した行列状の画素２と、各画素２の動作に必要な第１電位Ｖｏｆｓ，第２電位Ｖｉｎｉ及び第３電位Ｖｃｃを供給する複数の電源線とからなる。信号部は水平セレクタ３からなり、信号線ＳＬに映像信号を供給する。スキャナ部は、ライトスキャナ４、ドライブスキャナ５、第一補正用スキャナ７１及び第二補正用スキャナ７２からなり、それぞれ走査線ＷＳ、走査線ＤＳ、走査線ＡＺ１及び走査線ＡＺ２に制御信号を供給して順次行毎に画素２を走査する。なお、各画素２には、ＲＧＢ三原色が割り当てられておりカラー表示する。但し本発明はこれに限られるものではなく、単一色表示にも適用できる。

図２は、図１に示した画像表示装置に組み込まれる画素の構成例を示す回路図である。図示する様に画素２は、サンプリングトランジスタＴｒ１と、ドライブトランジスタＴｒｄと、第１スイッチングトランジスタＴｒ２と、第２スイッチングトランジスタＴｒ３と、第３スイッチングトランジスタＴｒ４と、保持容量Ｃｃｓと、発光素子ＥＬとを含む。サンプリングトランジスタＴｒ１は、所定のサンプリング期間に走査線ＷＳから供給される制御信号に応じ導通して信号線ＳＬから供給された映像信号の信号電位を保持容量Ｃｃｓにサンプリングする。保持容量Ｃｃｓは、サンプリングされた映像信号の信号電位に応じてドライブトランジスタＴｒｄのゲートＧに入力電圧Ｖｇｓを印加する。ドライブトランジスタＴｒｄは、入力電圧Ｖｇｓに応じた出力電流Ｉｄｓを発光素子ＥＬに供給する。発光素子ＥＬは、所定の発光期間中ドライブトランジスタＴｒｄから供給される出力電流Ｉｄｓにより映像信号の信号電位に応じた輝度で発光する。なお、発光素子ＥＬと並列に補助容量Ｃｃｓｕｂが接続されている。

第１スイッチングトランジスタＴｒ２は、サンプリング期間に先立ち走査線ＡＺ２から供給される制御信号に応じ導通してドライブトランジスタＴｒｄのゲートＧを第１電位Ｖｏｆｓに設定する。第２スイッチングトランジスタＴｒ３は、サンプリング期間に先立ち走査線ＡＺ１から供給される制御信号に応じ導通してドライブトランジスタＴｒｄのソースＳを第２電位Ｖｉｎｉに設定する。第３スイッチングトランジスタＴｒ４は、サンプリング期間に先立ち走査線ＤＳから供給される制御信号に応じ導通してドライブトランジスタＴｒｄを第３電位Ｖｃｃに接続し、以ってドライブトランジスタＴｒｄの閾電圧Ｖｔｈに相当する電圧を保持容量Ｃｃｓに保持させて閾電圧Ｖｔｈの影響を補正する。さらにこの第３スイッチングトランジスタＴｒ４は、発光期間に再び走査線ＤＳから供給される制御信号に応じ導通してドライブトランジスタＴｒｄを第３電位Ｖｃｃに接続して出力電流Ｉｄｓを発光素子ＥＬに流す。

以上の説明から明らかな様に、本画素回路２は、５個のトランジスタＴｒ１ないしＴｒ４及びＴｒｄと１個の保持容量Ｃｃｓと１個の発光素子ＥＬとで構成されている。トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ３とＴｒｄはＮチャネル型のポリシリコンＴＦＴである。トランジスタＴｒ４のみＰチャネル型のポリシリコンＴＦＴである。但し本発明はこれに限られるものではなく、Ｎチャネル型とＰチャネル型のＴＦＴを適宜混在させることができる。発光素子ＥＬは例えばアノード及びカソードを備えたダイオード型の有機ＥＬデバイスである。但し本発明はこれに限られるものではなく、発光素子は一般的に電流駆動で発光する全てのデバイスを含む。

図３は、図２に示した画素回路のタイミングチャートである。図３を参照して、図２に示した画素回路の動作を具体的に説明する。図３は、時間軸Ｔに沿って各走査線ＷＳ，ＡＺ１，ＡＺ２及びＤＳに印加される制御信号の波形を表してある。表記を簡略化する為、制御信号も対応する走査線の符号と同じ符号で表してある。トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３はＮチャネル型なので、走査線ＷＳ，ＡＺ２，ＡＺ１がそれぞれハイレベルの時オンし、ローレベルの時オフする。一方トランジスタＴｒ４はＰチャネル型なので、走査線ＤＳがハイレベルの時オフし、ローレベルの時オンする。なおこのタイミングチャートは、各制御信号ＷＳ，ＡＺ１，ＡＺ２，ＤＳの波形と共に、ドライブトランジスタＴｒｄのゲートＧの電位変化Ｖｇ及びソースＳの電位変化Ｖｓも表してある。

本表示装置は、１フィールドの間に画素アレイの各行が１回順次走査される。タイミングチャートは、一行分の画素に印加される各制御信号ＷＳ，ＡＺ１，ＡＺ２，ＤＳの波形を表してある。当該フィールドが始まるタイミングＴ１の前では、全ての制御信号ＷＳ，ＡＺ１，ＡＺ２，ＤＳがローレベルにある。したがってＮチャネル型のトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３はオフ状態にある一方、Ｐチャネル型のトランジスタＴｒ４のみオン状態である。したがってドライブトランジスタＴｒｄはオン状態のトランジスタＴｒ４を介して電源Ｖｃｃに接続しているので、所定の入力電圧Ｖｇｓに応じて出力電流Ｉｄｓを発光素子ＥＬに供給している。したがって発光素子ＥＬは発光している。この時ドライブトランジスタＴｒｄに印加される入力電圧Ｖｇｓは、ゲート電位Ｖｇとソース電位Ｖｓの差で表される。

当該フィールドが始まるタイミングＴ１で、制御信号ＤＳがローレベルからハイレベルに切り替わる。これによりトランジスタＴｒ４がオフし、ドライブトランジスタＴｒｄは電源Ｖｃｃから切り離されるので、発光が停止し非発光期間に入る。したがってタイミングＴ１に入ると、全てのトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４がオフ状態になる。

続いてタイミングＴ２に進むと、制御信号ＡＺ１がハイレベルになるので、スイッチングトランジスタＴｒ３がオンする。この結果ドライブトランジスタＴｒｄのソースＳが基準電位Ｖｉｎｉに接続する。

続いてタイミングＴ３に進むと、制御信号ＡＺ２がハイレベルになるので、スイッチングトランジスタＴｒ２もオンする。この結果、ドライブトランジスタＴｒｄのゲートＧが基準電位Ｖｏｆｓに接続される。ここでＶｏｆｓ−Ｖｉｎｉ＞Ｖｔｈを満たしており、Ｖｏｆｓ−Ｖｉｎｉ＝Ｖｇｓ＞Ｖｔｈとする事で、その後タイミングＴ５で行われるＶｔｈ補正の準備を行う。換言すると期間Ｔ２‐Ｔ３は、ドライブトランジスタＴｒｄのリセット期間に相当する。また、発光素子ＥＬの閾電圧をＶｔｈＥＬとすると、ＶｔｈＥＬ＞Ｖｉｎｉに設定されている。これにより、発光素子ＥＬにはマイナスバイアスが印加され、いわゆる逆バイアス状態となる。この逆バイアス状態は、後で行うＶｔｈ補正動作及び移動度補正動作を正常に行うために必要である。

この後タイミングＴ４で制御信号ＡＺ１をローレベルに戻し、スイッチングトランジスタＴｒ３をオフして、ドライブトランジスタＴｒｄのソースＳを基準電位Ｖｉｎｉから切り離す。これに対し制御信号ＡＺ２はハイレベルのままであり、ドライブトランジスタＴｒｄのゲートＧは引き続き基準電位Ｖｏｆｓに接続されている。

続いてタイミングＴ５で制御信号ＤＳがローレベルとなり、スイッチングトランジスタＴｒ４がオンする。この結果ドレイン電流Ｉｄｓが保持容量Ｃｃｓに流れ込み、Ｖｔｈ補正動作（Ｖｔｈキャンセル動作）を開始する。このときドライブトランジスタＴｒｄのゲートＧはＶｏｆｓに保持されており、ドライブトランジスタＴｒｄがカットオフするまで電流Ｉｄｓが流れる。カットオフするとドライブトランジスタＴｒｄのソース電位ＶｓはＶｏｆｓ−Ｖｔｈとなる。

ドレイン電流Ｉｄｓがカットオフした後のタイミングＴ６で制御信号ＤＳを再びハイレベルに戻し、スイッチングトランジスタＴｒ４をオフする。さらにタイミングＴ７で制御信号ＡＺ２もローレベルに戻し、スイッチングトランジスタＴｒ２もオフする。この結果ドライブトランジスタＴｒｄのゲートＧもＶｏｆｓから切り離され、保持容量ＣｃｓにＶｔｈが保持固定される。この様にタイミングＴ５‐Ｔ６はドライブトランジスタＴｒｄの閾電圧Ｖｔｈを検出する期間である。ここではこの検出期間Ｔ５‐Ｔ６をＶｔｈ補正期間（Ｖｔｈキャンセル期間）と呼んでいる。

この様にＶｔｈ補正を行った後タイミングＴ８で制御信号ＷＳをハイレベルに切り替え、サンプリングトランジスタＴｒ１をオンして映像信号Ｖｓｉｇを保持容量Ｃｃｓに書き込む。発光素子ＥＬの等価容量Ｃｏｌｅｄに比べて保持容量Ｃｃｓは充分に小さい。この結果、映像信号Ｖｓｉｇのほとんど大部分が保持容量Ｃｃｓに書き込まれる。正確には、Ｖｏｆｓに対するＶｓｉｇの差分Ｖｓｉｇ−Ｖｏｆｓが保持容量Ｃｃｓに書き込まれる。したがってドライブトランジスタＴｒｄのゲートＧとソースＳ間の電圧Ｖｇｓは、先に検出保持されたＶｔｈと今回サンプリングされたＶｓｉｇ−Ｖｏｆｓを加えたレベル（Ｖｓｉｇ−Ｖｏｆｓ＋Ｖｔｈ）となる。以降説明簡易化の為Ｖｏｆｓ＝０Ｖとすると、ゲート／ソース間電圧Ｖｇｓは図３のタイミングチャートに示すようにＶｓｉｇ＋Ｖｔｈとなる。かかる映像信号Ｖｓｉｇのサンプリングは制御信号ＷＳがローレベルに戻るタイミングＴ１０まで行われる。すなわちタイミングＴ８‐Ｔ１０がサンプリング期間に相当する。

タイミングＴ８の後タイミングＴ１０に至る前のタイミングＴ９で、制御信号ＤＳがローレベルとなりスイッチングトランジスタＴｒ４がオンする。これによりドライブトランジスタＴｒｄが電源Ｖｃｃに接続されるので、画素回路は非発光期間から発光期間に遷移する。ここでサンプリングトランジスタＴｒ１がまだオン状態で且つスイッチングトランジスタＴｒ４がオン状態に入った期間Ｔ９‐Ｔ１０でドライブトランジスタＴｒｄの移動度補正を行う。即ち本例では、サンプリング期間の後部分と発光期間の先頭部分とが重なる期間Ｔ９‐Ｔ１０で移動度補正を行っている。なお、この移動度補正を行う発光期間の先頭では、発光素子ＥＬは実際には逆バイアス状態にあるので発光する事はない。この移動度補正期間Ｔ９‐Ｔ１０では、ドライブトランジスタＴｒｄのゲートＧが映像信号Ｖｓｉｇのレベルに固定された状態で、ドライブトランジスタＴｒｄにドレイン電流Ｉｄｓが流れる。ここでＶｏｆｓ−Ｖｔｈ＜ＶｔｈＥＬと設定しておく事で、発光素子ＥＬは逆バイアス状態におかれる為、ダイオード特性ではなく単純な容量特性を示すようになる。よってドライブトランジスタＴｒｄに流れる電流Ｉｄｓは保持容量Ｃｃｓと発光素子ＥＬの等価容量Ｃｏｌｅｄと補助容量Ｃｃｓｕｂの三者を結合した容量Ｃ＝Ｃｃｓ＋Ｃｏｌｅｄ＋Ｃｃｓｕｂに書き込まれていく。これによりドライブトランジスタＴｒｄのソース電位Ｖｓは上昇していく。図３のタイミングチャートではこの上昇分をΔＶで表してある。この上昇分ΔＶは結局保持容量Ｃｃｓに保持されたゲート／ソース間電圧Ｖｇｓから差し引かれる事になるので、負帰還をかけた事になる。この様にドライブトランジスタＴｒｄの出力電流Ｉｄｓを同じくドライブトランジスタＴｒｄの入力電圧Ｖｇｓに負帰還する事で、移動度μを補正する事が可能である。なお負帰還量ΔＶは移動度補正期間Ｔ９‐Ｔ１０の時間幅ｔを調整する事で最適化可能である。

タイミングＴ１０では制御信号ＷＳがローレベルとなりサンプリングトランジスタＴｒ１がオフする。この結果ドライブトランジスタＴｒｄのゲートＧは信号線ＳＬから切り離される。映像信号Ｖｓｉｇの印加が解除されるので、ドライブトランジスタＴｒｄのゲート電位Ｖｇは上昇可能となり、ソース電位Ｖｓと共に上昇していく。その間保持容量Ｃｃｓに保持されたゲート／ソース間電圧Ｖｇｓは（Ｖｓｉｇ−ΔＶ＋Ｖｔｈ）の値を維持する。ソース電位Ｖｓの上昇に伴い、発光素子ＥＬの逆バイアス状態は解消されるので、出力電流Ｉｄｓの流入により発光素子ＥＬは実際に発光を開始する。この時のドレイン電流Ｉｄｓ対ゲート電圧Ｖｇｓの関係は、先のトランジスタ特性式１のＶｇｓにＶｓｉｇ−ΔＶ＋Ｖｔｈを代入する事で、以下の式２のように与えられる。
Ｉｄｓ＝ｋμ（Ｖｇｓ−Ｖｔｈ）^２＝ｋμ（Ｖｓｉｇ−ΔＶ）^２・・・式２
上記式２において、ｋ＝（１／２）（Ｗ／Ｌ）Ｃｏｘである。この特性式２からＶｔｈの項がキャンセルされており、発光素子ＥＬに供給される出力電流ＩｄｓはドライブトランジスタＴｒｄの閾電圧Ｖｔｈに依存しない事が分かる。基本的にドレイン電流Ｉｄｓは映像信号の信号電圧Ｖｓｉｇによって決まる。換言すると、発光素子ＥＬは映像信号Ｖｓｉｇに応じた輝度で発光する事になる。その際Ｖｓｉｇは帰還量ΔＶで補正されている。この補正量ΔＶは丁度特性式２の係数部に位置する移動度μの効果を打ち消すように働く。したがって、ドレイン電流Ｉｄｓは実質的に映像信号Ｖｓｉｇのみに依存する事になる。

図４は、ドライブトランジスタの出力電流Ｉｄｓと移動度補正時間ｔとの関係を示すグラフである。縦軸にドレイン電流Ｉｄｓを取り、横軸に移動度補正期間ｔをとってある。比較のため、サイズファクタが大きなドライブトランジスタとサイズファクタが小さなドライブトランジスタの両サンプルについて移動度補正時間ｔとドレイン電流Ｉｄｓとの関係を測定している。またサイズ大のドライブトランジスタでさらに移動度μが大きなサンプルと小さなサンプルを用意し、両者を比較したデータを取っている。グラフでは移動度μの大きなサンプルの特性カーブを実線で表し、移動度μの小さなドライブトランジスタの特性カーブを鎖線で表してある。これはサイズが小さなドライブトランジスタについても同様である。

まずサイズファクタが大きく且つ移動度μの大きなドライブトランジスタについて着目すると、これが最もドレイン電流供給能力が高い。移動度補正開始タイミングＴ９になると保持容量Ｃｃｓに対する負帰還が始まり、Ｖｇｓが圧縮されるので、時間の経過と共にドレイン電流Ｉｄｓが低下していく。サイズ大でμ大のドライブトランジスタは駆動電流能力が高い分電流低下も急激に起きている。

これに対しサイズ大でμ小のサンプルはサイズ大でμ大のサンプルに比べ多少電流供給能力が低く、補正開始タイミングＴ９で同じくドレイン電流Ｉｄｓの低下が始まるものの、その傾斜は比較的ゆるく、丁度タイミングＴ１０Ｌでサイズ大且つμ大のサンプルと出力電流のレベルが逆転している。換言すると、タイミングＴ１０Ｌで丁度移動度μの大きなサンプルも移動度μの小さなサンプルも同じドレイン電流Ｉｄｓのレベルとなっている。このタイミングで移動度補正動作を終了すれば、移動度μの大小にかかわらず同一のドレイン電流Ｉｄｓのレベルが得られたことなり、移動度補正を完全に行うことが可能である。換言するとタイミングＴ９からタイミングＴ１０Ｌまでの期間がサイズ大のドライブトランジスタに対する最適移動度補正時間ｔになる。

一方サイズ小のドライブトランジスタを見ると、サイズ大のサンプルに比べ電流供給能力は半減している。即ちこの例はサイズ小のサンプルがサイズ大のサンプルに比べて丁度半分のサイズファクタとなっている場合である。ここでμ大の方に着目すると、補正開始タイミングＴ９でドレイン電流Ｉｄｓが低下していくがその傾向はサイズ大のサンプルに比べ緩やかである。移動度μ小のサンプルはさらにドレイン電流Ｉｄｓの低下傾向が緩やかであるため、丁度タイミングＴ１０Ｓで両サンプルの特性カーブが交差し、ドレイン電流Ｉｄｓのレベルが一致する。ここで移動度補正動作を打ち切れば、最適な移動度補正動作をサイズ小のドライブトランジスタにかけることができる。換言するとタイミングＴ９からタイミングＴ１０Ｓまでの期間が、サイズ小のドライブトランジスタの最適移動度補正時間である。

図４のグラフから明らかなように、サイズ大の最適移動度補正期間Ｔ１０Ｌ−Ｔ９は、サイズ小のドライブトランジスタの最適移動度補正時間Ｔ１０Ｓ−Ｔ９よりも短い。最適移動度補正時間ｔが短くなるほどその制御は困難となりばらつきが生じる。従って移動度補正の精度を上げるためには、最適移動度補正時間ｔは長いほうが良く、この面ではサイズファクタが小のドライブトランジスタの方がサイズ大のドライブトランジスタよりも有利である。

一方サイズ大のドライブトランジスタはサイズ小のドライブトランジスタに比べ電流供給能力が高い。従って電源電圧や信号電圧を一定にすると、サイズ大のドライブトランジスタを用いた方が高い輝度が得られる。あるいは輝度を同じにすると、サイズ大のドライブトランジスタを用いた方が信号電圧や電源電圧を低く抑えることができる。よって画面輝度の観点から考えると、サイズ大のドライブトランジスタの方がサイズ小のドライブトランジスタに比べて有利である。

上述した問題点に鑑み、本発明はドライブトランジスタの電流供給能力を確保しつつ移動度μなどの特性ばらつきを抑えることが可能な画素回路構成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図５に示す画素回路構成とした。図５は本発明にかかる表示装置に含まれる画素１個分の第１実施形態を示す回路図である。本画素２は、各走査線ＷＳと各信号線ＳＬとが交差する部分に配されている。画素２は、発光素子を含む発光部と、発光素子を駆動する駆動部とに分かれている。本発明の特徴事項として画素２は、１個の発光部Ｃに対して２個の駆動部Ａ，Ｂを含んでおり、１個の発光素子ＥＬに２個のドライブトランジスタＴｒｄから同時に駆動電流を供給している。

画素回路２の発光部Ｃは発光素子ＥＬとこれに並列接続した補助容量Ｃｃｓｕｂとからなる。これに対し一方の駆動部Ａは、基本的に図２に示した画素２の構成と同一であり、対応する部分には対応する参照番号を付してある。但し駆動部Ａに含まれる各要素は駆動部Ｂに含まれる各要素から区別するため、各要素の参照符号に点字ａを付してある。同様に駆動部Ｂに属する各要素にはその参照符号に点字ｂを付け加えてある。

駆動部Ａは少なくともサンプリングトランジスタＴｒ１ａとドライブトランジスタＴｒｄａと保持容量Ｃｃｓａとを含む。これに加え本実施形態はスイッチングトランジスタＴｒ２ａ、スイッチングトランジスタＴｒ３ａ及びスイッチングトランジスタＴｒ４ａを備えている。ここまでは図２に示した画素２の構成と同様である。本実施形態ではこれら５個のトランジスタに加え、追加のスイッチングトランジスタＴｒ５ａが配されている。このスイッチングトランジスタＴｒ５ａの一対の電流端はドライブトランジスタＴｒｄａのソースＳと発光素子ＥＬのアノードとの間に接続されている。スイッチングトランジスタＴｒ５ａのゲートには追加の走査線ＴＳａから制御信号ＴＳａが印加される。

サンプリングトランジスタＴｒ１ａはその制御端が走査線ＷＳａに接続し、その一対の電流端が信号線ＳＬとドライブトランジスタＴｒｄａの制御端（ゲートＧ）との間に接続している。ドライブトランジスタＴｒｄａは、一対の電流端の一方がスイッチングトランジスタＴｒ４ａを介して電源Ｖｃｃに接続し、他方がスイッチングトランジスタＴｒ５ａを介して発光素子ＥＬのアノードに接続している。保持容量ＣｃｓａはドライブトランジスタＴｒｄａのゲートＧとソースＳとの間に接続している。かかる構成において、サンプリングトランジスタＴｒ１ａは走査線ＷＳａから供給される制御信号ＷＳａに応じてオンし信号線ＳＬから供給される映像信号Ｖｓｉｇをサンプリングして保持容量Ｃｃｓａに書き込む。ドライブトランジスタＴｒｄａは保持容量Ｃｃｓａに書き込まれた映像信号Ｖｓｉｇに応じた駆動電流Ｉｄｓを発光素子ＥＬに供給する。

本実施形態の画素回路２は、発光期間と非発光期間に分かれて動作する。駆動部Ａは非発光期間の一部で映像信号Ｖｓｉｇを保持容量Ｃｃｓａに書き込むと共に、所定の移動度補正時間だけ駆動電流Ｉｄｓを保持容量Ｃｃｓａに負帰還してドライブトランジスタＴｒｄａの移動度に対する補正を保持容量Ｃｃｓａに保持された映像信号にかける。発光期間になると駆動部Ａは、補正された映像信号に応じて駆動電流Ｉｄｓを発光素子ＥＬに供給する。

他方の駆動部Ｂも、駆動部Ａとまったく同様の回路構成となっている。即ちサンプリングトランジスタＴｒ１ｂはその制御端（ゲート）が走査線ＷＳｂに接続し、その一対の電流端が信号線ＳＬとドライブトランジスタＴｒｄｂの制御端（ゲートＧ）との間に接続している。ドライブトランジスタＴｒｄｂは、一対の電流端の一方（ドレイン）がスイッチングトランジスタＴｒ４ｂを介して電源Ｖｃｃに接続し、他方（ソースＳ）がスイッチングトランジスタＴｒ５ｂを介して発光素子ＥＬのアノードに接続している。保持容量Ｃｃｓｂは、ドライブトランジスタＴｒｄｂのゲートＧとソースＳとの間に接続している。かかる構成において、サンプリングトランジスタＴｒ１ｂは、走査線ＷＳｂから供給される制御信号ＷＳｂに応じてオンし信号線ＳＬから供給される映像信号Ｖｓｉｇをサンプリングして保持容量Ｃｃｓｂに書き込む。ドライブトランジスタＴｒｄｂは、保持容量Ｃｃｓｂに書き込まれた映像信号Ｖｓｉｇに応じた駆動電流Ｉｄｓを発光素子ＥＬに供給する。駆動部Ａと同じように、駆動部Ｂは非発光期間の一部で映像信号Ｖｓｉｇを保持容量Ｃｃｓｂに書き込むと共に、所定の補正時間だけ駆動電流Ｉｄｓを保持容量Ｃｃｓｂに負帰還してドライブトランジスタＴｒｄｂの移動度に対する補正を保持容量Ｃｃｓｂに保持された映像信号Ｖｓｉｇにかける。発光期間になると駆動部Ｂは駆動部Ａと同時に、補正された映像信号に応じて駆動電流Ｉｄｓを発光素子ＥＬに供給する。

本実施形態では、各駆動部Ａ，Ｂに含まれるそれぞれのドライブトランジスタＴｒｄａ，Ｔｒｄｂは、図２に示した単一のドライブトランジスタＴｒｄで１個の発光素子ＥＬに駆動電流Ｉｄｓを供給する場合に設定されるトランジスタサイズに比べて、そのトランジスタサイズが半分であり、２個の駆動部Ａ，Ｂに含まれるドライブトランジスタＴｒｄａ，Ｔｒｄｂが供給する駆動電流を合わせて必要な駆動電流を１個の発光素子ＥＬに供給している。この様に両ドライブトランジスタＴｒｄａ，Ｔｒｄｂを合わせて使うことで、その特性ばらつきを画素２内で平均化することができる。

以上の説明から明らかなように、本実施形態は各ドライブトランジスタＴｒｄａ，Ｔｒｄｂのサイズファクタが図２に示したドライブトランジスタＴｒｄに比較して半分になっているにもかかわらず、両者を合わせ同時に発光素子ＥＬを駆動することで、必要なドレイン電流を確保している。一方各ドライブトランジスタＴｒｄａ，Ｔｒｄｂはサイズファクタが小さくなった分、最適移動度補正時間を長く取ることができる。よって移動度補正動作の精度が高くなり、画面のユニフォーミティが改善する。加えて両ドライブトランジスタＴｒｄａ及びＴｒｄｂの特性ばらつきは、同一の画素２内で平均化されるので、その分特性ばらつきも小さくなる。

図６は、図５に示した画素の動作説明に供するタイミングチャートである。駆動部Ａ及び駆動部Ｂに属するサンプリングトランジスタ及びスイッチングトランジスタの各ゲートに印加する制御信号の波形を時系列で表してある。タイミングＴ１からタイミングＴ１０までが非発光期間で、タイミングＴ１０の後発光期間に移行する。非発光期間の前半Ａで駆動部Ａが所定の補正動作を行う。即ちタイミングＴ１で非発光期間に移行した後、タイミングＴ５ａからタイミングＴ６ａの間でＶｔｈキャンセルＡを行う。さらにタイミングＴ８ａからタイミングＴ１０ａまでの間に信号書き込みＡの動作を行う。この間タイミングＴ９ａからタイミングＴ１０ａまでの間にμ補正Ａの動作を行う。移動度補正期間Ｔ９ａ〜Ｔ１０ａは、ドライブトランジスタＴｒｄａのサイズを半減した分、延長化されている。

続いて非発光期間の後半Ｂになると、駆動部Ｂが同じようにＶｔｈキャンセルＢの動作と信号書き込みＢの動作とμ補正Ｂの動作を行う。この後タイミングＴ１０になると発光期間に移行し、制御信号ＴＳａがローレベルからハイレベルに切換る。このとき制御信号ＴＳｂは引き続きハイレベルを維持する。よって駆動部Ａ側のスイッチングトランジスタＴｒ５ａと駆動部Ｂ側のスイッチングトランジスタＴｒ５ｂは共にオン状態であるため、駆動部Ａ及び駆動部Ｂの両方から供給される駆動電流がこれらオン状態にあるスイッチングトランジスタＴｒ５ａ，Ｔｒ５ｂを介して、共通の発光素子ＥＬに供給される。

図７は、本発明にかかる表示装置に組み込まれる画素２の第２実施形態を示す模式的な回路図である。第１実施形態と同様に、本実施形態も画素２は一対の駆動部Ａ，Ｂと一個の発光部Ｃとで構成されている。発光部Ｃには発光素子ＥＬと補助容量Ｃｃｓｕｂが組み込まれている。

図７に示した第２実施形態は基本的に図５に示した第１実施形態と類似しており、対応する部分には対応する参照番号を付して理解を容易にしている。異なる点は、第１実施形態が駆動部Ａ及びＢを時分割で動作させているのに対し、本実施形態では駆動部Ａ及び駆動部Ｂを非発光期間で同時並列的に動作させている。この関係で、駆動部Ａに属するトランジスタと駆動部Ｂに属するトランジスタには、共通の走査線が接続されている。例えば駆動部Ａ側のサンプリングトランジスタＴｒ１ａと駆動部Ｂ側のサンプリングトランジスタＴｒ１ａｂには、共に共通の走査線ＷＳが接続されている。同様に駆動部Ａ側のスイッチングトランジスタＴｒ４ａと駆動部Ｂ側のスイッチングトランジスタＴｒ４ｂには、共通の走査線ＤＳが接続している。なお第１実施形態と異なり、本実施形態では駆動部Ａ側のドライブトランジスタＴｒｄａのソースＳは直接発光素子ＥＬのアノードに接続している。同様に駆動部Ｂ側のドライブトランジスタＴｒｄｂのソースＳも直接発光素子ＥＬのアノードに接続している。

図８は、図７に示した第２実施形態にかかる画素の動作説明に供するタイミングチャートである。基本的には図３に示したタイミングチャートと同じであり、タイミングＴ１からタイミングＴ１０までの間が非発光期間となり、タイミングＴ１０以降発光期間に移行する。非発光期間Ｔ１‐Ｔ１０で、一対の駆動部Ａ，Ｂは同時並列的に動作してＶｔｈキャンセル及び信号書込みと移動度補正を行う。図８のタイミングチャートでは理解を容易にするため、パートＡとパートＢに分けて、対応する駆動部Ａ及び駆動部Ｂの動作を表してある。

本発明にかかる表示装置は、図９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１０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１１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１２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１３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１４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１５は本発明が適用されたビデオカメラであり、本体部３０、前方を向いた側面に被写体撮影用のレンズ３４、撮影時のスタート／ストップスイッチ３５、モニター３６等を含み、本発明の表示装置をそのモニター３６に用いることにより作製される。

本発明にかかる画像表示装置の全体構成を示すブロック図である。 図１に示した画像表示装置に形成される画素を示す回路図である。 図２に示した画素回路の動作説明に供するタイミングチャートである。 画像表示装置の移動度補正動作を説明するグラフである。 本発明にかかる画像表示装置の第１実施形態を示す回路図である。 第１実施形態の動作説明に供するタイミングチャートである。 本発明にかかる画像表示装置の第２実施形態を示す回路図である。 第２実施形態の動作説明に供するタイミングチャートである。 本発明にかかる表示装置のデバイス構成を示す断面図である。 本発明にかかる表示装置のモジュール構成を示す平面図である。 本発明にかかる表示装置を備えたテレビジョンセットを示す斜視図である。 本発明にかかる表示装置を備えたデジタルスチルカメラを示す斜視図である。 本発明にかかる表示装置を備えたノート型パーソナルコンピューターを示す斜視図である。 本発明にかかる表示装置を備えた携帯端末装置を示す模式図である。 本発明にかかる表示装置を備えたビデオカメラを示す斜視図である。

符号の説明

１・・・画素アレイ部、２・・・画素、３・・・水平セレクタ、４・・・ライトスキャナ、５・・・ドライブスキャナ、７１・・・第一補正用スキャナ、７２・・・第二補正用スキャナ、Ｔｒ１・・・サンプリングトランジスタ、Ｔｒ２・・・第１スイッチングトランジスタ、Ｔｒ３・・・第２スイッチングトランジスタ、Ｔｒ４・・・第３スイッチングトランジスタ、Ｔｒｄ・・・ドライブトランジスタ、Ｃｃｓ・・・保持容量、ＥＬ・・・発光素子、ＷＳ・・・走査線、ＡＺ１・・・走査線、ＡＺ２・・・走査線、ＤＳ・・・走査線、Ａ・・・駆動部、Ｂ・・・駆動部、Ｃ・・・発光部

Claims (4)

1. 行状の走査線と、列状の信号線と、各走査線と各信号線とが交差する部分に配された行列状の画素とからなり、
   各画素は、発光素子を含む発光部と、発光素子を駆動する駆動部とに分かれており、
   前記駆動部は、少なくともサンプリングトランジスタと、ドライブトランジスタと、保持容量とを含み、
   前記サンプリングトランジスタはその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ドライブトランジスタの制御端との間に接続し、
   前記ドライブトランジスタは、一対の電流端の一方が電源に接続し他方が該発光素子に接続し、
   前記保持容量は該ドライブトランジスタの制御端に接続し、
   前記サンプリングトランジスタは、該走査線から供給される制御信号に応じてオンし該信号線から供給される映像信号をサンプリングして該保持容量に書き込み、
   前記ドライブトランジスタは、該保持容量に書き込まれた映像信号に応じた駆動電流を該発光素子に供給する表示装置であって、
   前記画素は、一個の発光素子に対して二個の駆動部を含んでおり、一個の発光素子に二個のドライブトランジスタから同時に駆動電流を供給することを特徴とする表示装置。
2. 前記画素は、発光期間と非発光期間に分かれて動作し、
   各駆動部は、その保持容量がドライブトランジスタの制御端と電流端の間に接続しており、
   非発光期間で映像信号を保持容量に書き込むとともに、所定の補正時間だけ駆動電流を保持容量に負帰還して該ドライブトランジスタの移動度に対する補正を該保持容量に保持された映像信号にかけ、
   発光期間になると各駆動部は、補正された映像信号に応じて駆動電流を同時に発光素子に供給することを特徴とする請求項１記載の表示装置。
3. 各駆動部に含まれるドライブトランジスタは、単一のドライブトランジスタで一個の発光素子に駆動電流を供給する場合に設定されるトランジスタサイズに比べて、そのトランジスタサイズが半分であり、
   二個の駆動部に含まれるドライブトランジスタが供給する駆動電流を合わせて必要な駆動電流を一個の発光素子に供給する一方、
   両ドライブトランジスタを合わせて使うことで、その特性バラツキを画素内で平均化することを特徴とする請求項１記載の表示装置。
4. 請求項１に記載の表示装置を含む電子機器。

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