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JP2008233536A - 表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】有機EL表示装置において、移動度補正期間の段ごとのばらつきに起因する輝度ムラを抑制する。
【解決手段】移動度補正動作の開始や終了の各タイミングを決定する駆動パルスを出力する出力回路のバッファトランジスタ600を構成するp型トランジスタ600Pおよびn型トランジスタ600Nを垂直方向に走査されるELA照射によって形成する。トランジスタ600P,600Nのサイズを、ELA走査方向における画素ピッチと同一もしくはそれ以上に設定する。トランジスタ600P,600Nの特性はELA照射強度の平均的な値に相応した特性となるのであるが、サイズを大きくレイアウトすることで、1つのトランジスタ600P,600Nに対するELA照射の回数を増やすことができ、サイズが小さく照射回数が少ない場合に比べて、ばらつきを抑えることができ、段ごとの特性ばらつきに起因する輝度ムラを抑えることができる。
【選択図】図12

Description

本発明は、電気光学素子(表示素子や発光素子とも称される)を具備する画素回路(画素とも称される)が行列状に配列された画素アレイ部を有する表示装置に関する。より詳細には、駆動信号の大小によって輝度が変化する電気光学素子を表示素子として有する画素回路が行列状に配置されてなり、画素回路ごとに能動素子を有して当該能動素子によって画素単位で表示駆動が行なわれるアクティブマトリクス型の表示装置に関する。
画素の表示素子として、印加される電圧や流れる電流によって輝度が変化する電気光学素子を用いた表示装置がある。たとえば、印加される電圧によって輝度が変化する電気光学素子としては液晶表示素子が代表例であり、流れる電流によって輝度が変化する電気光学素子としては、有機エレクトロルミネッセンス(Organic Electro Luminescence, 有機EL, Organic Light Emitting Diode, OLED;以下、有機ELと記す) 素子が代表例である。後者の有機EL素子を用いた有機EL表示装置は、画素の表示素子として、自発光素子である電気光学素子を用いたいわゆる自発光型の表示装置である。
有機EL素子は有機薄膜に電界をかけると発光する現象を利用した電気光学素子である。有機EL素子は比較的低い印加電圧(たとえば10V以下)で駆動できるため低消費電力である。また有機EL素子は自ら光を発する自発光素子であるため、液晶表示装置では必要とされるバックライトなどの補助照明部材を必要とせず、軽量化および薄型化が容易である。さらに、有機EL素子の応答速度は非常に高速である(たとえば数μs程度)ので、動画表示時の残像が発生しない。これらの利点があることから、電気光学素子として有機EL素子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。
ところで、液晶表示素子を用いた液晶表示装置や有機EL素子を用いた有機EL表示装置を始めとする電気光学素子を用いた表示装置においては、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、構造が単純であるもの、大型でかつ高精細の表示装置の実現が難しいなどの問題がある。
このため、近年、画素内部の発光素子に供給する画素信号を、同様に画素内部に設けた能動素子、たとえば絶縁ゲート型電界効果トランジスタ(一般には、薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor ;TFT)をスイッチングトランジスタとして使用して制御する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。
ここで、画素回路内の電気光学素子を発光させる際には、映像信号線を介して供給される入力画像信号をスイッチングトランジスタ(サンプリングトランジスタと称する)で駆動トランジスタのゲート端(制御入力端子)に設けられた保持容量(画素容量とも称する)に取り込み、取り込んだ入力画像信号に応じた駆動信号を電気光学素子に供給する。
電気光学素子として液晶表示素子を用いる液晶表示装置では、液晶表示素子が電圧駆動型の素子であることから、保持容量に取り込んだ入力画像信号に応じた電圧信号そのもので液晶表示素子を駆動する。これに対して、電気光学素子として有機EL素子などの電流駆動型の素子を用いる有機EL表示装置では、保持容量に取り込んだ入力画像信号に応じた駆動信号(電圧信号)を駆動トランジスタで電流信号に変換して、その駆動電流を有機EL素子などに供給する。
有機EL素子を代表例とする電流駆動型の電気光学素子では、駆動電流値が異なると発光輝度も異なる。よって、安定した輝度で発光させるためには、安定した駆動電流を電気光学素子に供給することが肝要となる。たとえば、有機EL素子に駆動電流を供給する駆動方式としては、定電流駆動方式と定電圧駆動方式とに大別できる(周知の技術であるので、ここでは公知文献の提示はしない)。
有機EL素子の電圧−電流特性は傾きの大きい特性を有するので、定電圧駆動を行なうと、僅かな電圧のばらつきや素子特性のばらつきが大きな電流のばらつきを生じ大きな輝度ばらつきをもたらす。よって、一般的には、駆動トランジスタを飽和領域で使用する定電流駆動が用いられる。もちろん、定電流駆動でも、電流変動があれば輝度ばらつきを招くが、小さな電流ばらつきであれば小さな輝度ばらつきしか生じない。
逆に言えば、定電流駆動方式であっても、電気光学素子の発光輝度が不変であるためには、入力画像信号に応じて保持容量に書き込まれ保持される駆動信号が一定であることが重要となる。たとえば、有機EL素子の発光輝度が不変であるためには、入力画像信号に応じた駆動電流が一定であることが重要となる。
ところが、プロセス変動により電気光学素子を駆動する能動素子(駆動トランジスタ)の閾値電圧や移動度がばらついてしまう。また、有機EL素子などの電気光学素子の特性が経時的に変動する。特に、低温ポリシリコンTFT基板などを用いる場合、トランジスタの閾値特性や移動度特性のばらつきが大きい。このような駆動用の能動素子の特性ばらつきや電気光学素子の特性変動があると、定電流駆動方式であっても、発光輝度に影響を与えてしまう。
このため、表示装置の画面全体に亘って発光輝度を均一に制御するため、各画素回路内で上述した駆動用の能動素子や電気光学素子の特性変動に起因する輝度変動を補正するための仕組みが種々検討されている(特許文献1参照)。
特開2006−215213号公報
たとえば、特許文献1に記載の仕組みでは、有機EL素子用の画素回路として、駆動トランジスタの閾値電圧にばらつきや経時変化があった場合でも駆動電流を一定にするための閾値補正機能や、駆動トランジスタの移動度にばらつきや経時変化があった場合でも駆動電流を一定にするための移動度補正機能や、有機EL素子の電流−電圧特性に経時変化があった場合でも駆動電流を一定にするためのブートストラップ機能が提案されている。
これら閾値補正機能や移動度補正機能などを実現するには、サンプリングトランジスタあるいは閾値補正用や移動度補正用に追加する各トランジスタをパルス信号によって所定のタイミングでオンオフさせることが必要となる。
なお、閾値補正動作や移動度補正動作を実現するに当たっては、画素回路の構成や駆動タイミングとして様々な仕組みが考えられており、閾値補正期間や移動度補正期間は、1つのトランジスタのオン期間もしくはオフ期間のみで決定される場合もあれば、2つのトランジスタのオン期間同士もしくはオフ期間同士あるいはオン期間とオフ期間の各重なり期間で決定される場合もある。
何れにしても、各トランジスタのオン期間もしくはオフ期間が各補正期間を決定するので、各トランジスタをオンオフさせるタイミングを管理することが各補正効果を享受する上で重要となる。補正期間にばらつきが生じると、閾値補正効果や移動度補正効果が画素でばらつき、そのばらつきに起因する輝度ムラが生じ画質劣化に繋がってしまう。たとえば、補正期間が長ければオンオフタイミングに多少のばらつきがあっても問題は少ないなど、補正期間のばらつきに猶予がある場合であれば問題がないのであるが、補正期間が短くなるほど補正期間のばらつきに対する猶予が少なくなり、そのばらつきが生じないように、トランジスタのオンオフタイミングにズレが生じないように管理することが重要となる。
ここで、各トランジスタを制御するパルス信号(輝度変化補正動作用のパルス信号)は、画素回路が2次元状に配列された画素アレイ部の側縁に設けられた走査回路から走査線ごとに発せられ、各走査線を経由して画素アレイ部内の各走査線と接続されている全ての画素回路の所定の端子に走査線ごとに一斉に供給される。ところが、走査線には線抵抗と分布容量(オーバーラップ寄生容量)が存在するので、画素回路が走査回路から遠いか近いかによってパルス信号の伝達特性に差が生じ、この伝達特性差を起因として補正期間にばらつきが生じることが懸念される。この点に着目して駆動タイミングの側面から補正期間のばらつきを改善する手法を採ることが考えられる。
しかしながら、駆動タイミングの側面からの改善策は、走査回路から走査線ごとに供給されるパルス信号そのものにはタイミングのズレ(詳しくはパルス波形の鈍り)がないものとするものであり、走査回路から供給されるパルス信号そのものに波形鈍りが存在し、その波形鈍りが走査線ごとにばらつくと、補正期間にばらつきが生じ輝度ムラが発生してしまう。この走査回路から供給されるパルス信号そのものの波形鈍りは、走査線と接続されている全ての画素回路に対して同じように影響を与えるので波形鈍りのばらつきを起因とする輝度ムラが走査線ごとに(つまり線状に)現れる。この点は、画素アレイ部内の各画素回路の閾値や移動度がランダムにばらついている場合のランダムな輝度ムラに比べると視認され易く問題が大きい。
また、このようなパルスタイミングのズレ(詳しくはパルス波形の鈍り)については閾値補正や移動度補正に限ったことではなく、その他の画素回路を駆動するパルスについても、タイミングズレに対する余裕度の違いはあるが、ズレがあれば少なからずその影響が表示性能に現れる。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、走査回路から供給されるパルス信号の波形鈍りのばらつきを改善することのできる仕組みを提供することを目的とする。
本発明に係る表示装置の一実施形態は、映像信号に基づいて画素回路内の電気光学素子を発光させる表示装置であって、先ず、画素アレイ部に行列状に配される画素回路内に、少なくとも、駆動電流を生成する駆動トランジスタ、駆動トランジスタの出力端側に接続された電気光学素子、映像信号線を介して供給される映像信号の内の信号電位に応じた情報を保持する保持容量、および保持容量に映像信号における信号電位に応じた情報を書き込むサンプリングトランジスタを備える。この画素回路においては、保持容量に保持された情報に基づく駆動電流を駆動トランジスタで生成して電気光学素子に流すことで電気光学素子を発光させる。保持容量は、好ましくは、駆動トランジスタの制御入力端と出力端の間に接続する。
サンプリングトランジスタで保持容量に信号電位に応じた情報を書き込むので、サンプリングトランジスタは、その入力端(ソース端もしくはドレイン端の一方)に信号電位を取り込み、その出力端(ソース端もしくはドレイン端の他方)に接続された保持容量に信号電位に応じた情報を書き込む。もちろん、サンプリングトランジスタの出力端は、駆動トランジスタの制御入力端にも接続されている。
なお、ここで示した画素回路の接続構成は、最も基本的な構成を示したもので、画素回路は、少なくとも前述の各構成要素を含むものであればよく、これらの構成要素以外(つまり他の構成要素)が含まれていてもよい。また、「接続」は、直接に接続されている場合に限らず、他の構成要素を介在して接続されている場合でもよい。
たとえば、接続間には、必要に応じてさらに、スイッチング用のトランジスタや、ある機能を持った機能部などを介在させるなどの変更が加えられることがある。典型的には、表示期間(換言すれば非発光時間)を動的に制御するためにスイッチング用のトランジスタを、駆動トランジスタの出力端と電気光学素子との間に、もしくは駆動トランジスタの電源供給端(ドレイン端が典型例)と電源供給用の配線である電源線(画素回路Pによっては高電位側の第1電位と低電位側の第2電位とでスイッチングされることもある)との間に配することがある。
このような変形態様の画素回路であっても、本項(課題を解決するための手段)で説明する構成や作用を実現し得るものである限り、それらの変形態様も、本発明に係る表示装置の一実施形態を実現する画素回路である。
また、画素回路には、好ましくは、駆動トランジスタもしくは電気光学素子の特性変動に伴う駆動電流の変動を抑制する駆動電流変動抑制部を設けるのがよい。たとえば、駆動トランジスタの閾値電圧のばらつきや経時変動に伴う駆動電流の変動を抑制する閾値補正部や、駆動トランジスタの移動度のばらつきや経時変動に伴う駆動電流の変動を抑制する移動度補正部を設けるのがよい。
また、画素回路を駆動するための周辺部には、出力段にバッファトランジスタを具備し、画素アレイ部を駆動するパルス信号をバッファトランジスタから出力する制御部を設ける。制御部としては、たとえば、サンプリングトランジスタを水平周期で順次制御することで画素回路を順次走査して、1行分の各保持容量に映像信号の信号電位に応じた情報を書き込む書込走査部、および駆動電流変動抑制部を制御するための補正パルスを出力する補正走査部を具備する制御部を設ける。通常は、さらに、書込走査部での順次走査に合わせて映像信号を映像信号線に供給する水平駆動部も設ける。
書込走査部および補正走査部は、補正用のパルス信号の出力段に、バッファトランジスタが設けられる。バッファトランジスタは、パルス信号がロー(L)レベルからハイ(H)レベルに遷移するとき、また、逆にパルス信号がハイ(H)レベルからロー(L)レベルに遷移するときの何れにおいても十分な駆動能力を持つように、p型トランジスタ(高電圧側に配置)とn型トランジスタ(低電圧側に配置)とを縦続接続して、インバータ型のバッファとして構成するのがよい。
制御部は、駆動トランジスタの閾値電圧に対応する電圧を保持容量に保持するための閾値補正動作を行なうように閾値補正パルスを閾値補正部に供給して制御する。また、さらに好ましくは、制御部は、閾値補正動作に先立って、保持容量の両端の電位差が閾値電圧以上になるように初期化するのがよい。閾値補正動作は、必要に応じて、複数回繰り返し実行するとよい。ここで「必要に応じて」とは、1回の閾値補正期間では駆動トランジスタの閾値電圧に相当する電圧を十分に保持容量へ保持させることができない場合を意味する。閾値補正動作の複数回の実行により確実に駆動トランジスタの閾値電圧に相当する電圧を保持容量に保持させるのである。
あるいは、制御部は、駆動トランジスタの移動度の情報を保持容量に保持するための移動度補正動作を行なうように移動度補正パルスを移動度補正部に供給して制御する。この移動度補正動作は、通常、閾値補正動作の後に行なわれる。画素回路の構成によっては、サンプリングトランジスタを導通させることで保持容量に信号電位の情報を書き込む際、駆動トランジスタの移動度に対する補正分を保持容量に書き込まれる信号に加えるように制御することもある。この際には、サンプリングトランジスタに基準電位が供給されている時間帯内の所定位置で、その時間帯より短い期間だけサンプリングトランジスタを導通させるとよい。
さらに好ましくは、制御部は、保持容量に信号電位に対応する情報が書き込まれた時点でサンプリングトランジスタを非導通状態にして駆動トランジスタの制御入力端への映像信号の供給を停止させ、駆動トランジスタの出力端の電位変動に制御入力端の電位が連動するブートストラップ動作を行なうように制御するのがよい。
制御部は、好ましくはブートストラップ動作を、サンプリング動作の終了後の特に発光開始の初期でも実行するようにする。すなわち、信号電位がサンプリングトランジスタに供給されている状態でサンプリングトランジスタを導通状態にした後にサンプリングトランジスタを非導通状態にすることで、駆動トランジスタの制御入力端と出力端の電位差が一定に維持されるようにする。
また、制御部は、好ましくはブートストラップ動作を、発光期間において電気光学素子の経時変動補正動作を実現するように制御する。このため、制御部は、保持容量に保持された情報に基づく駆動電流が電気光学素子に流れている期間は継続的にサンプリングトランジスタを非導通状態にしておくことで、制御入力端と出力端の電圧を一定に維持可能にして電気光学素子の経時変動補正動作を実現するとよい。
ここで、本発明に係る表示装置の一実施形態における特徴的な事項として、回路パターンの側面を考慮したときには、先ず、画素アレイ部および制御部を、垂直方向もしくは水平方向に走査される所定波長の長尺状のレーザ光照射によって形成されたものとする。そして、制御部の動作期間を決定するバッファトランジスタのサイズを、レーザ光の走査方向における画素ピッチと同一もしくはそれ以上にする。
バッファトランジスタの内、入力のビデオ信号を各信号線にサンプリングするためのパルス信号を出力するバッファトランジスタを対象とする。入力のビデオ信号を各信号線にサンプリングするためのパルス信号を出力するバッファトランジスタとしては、たとえば、画素回路を駆動することで実現される所定の(ある)動作の開始タイミングを決定するバッファトランジスタや終了タイミングを決定するバッファトランジスタが対象となる。
考え方としては、水平方向の走査部に関しても適用できるし、垂直方向の走査部に関しても適用できる。一般的な走査方向を考慮したときに閾値補正や移動度補正に着目したときには、水平方向の走査部に関しては着目する必要はなく、垂直方向の走査部に関してのみ着目すればよい。
何故なら、一般的に、水平方向のサンプリングレートは点順次駆動で数100ns、線順次駆動で数10μs、垂直方向のサンプリングレートは50μs前後であるので、水平方向の補正期間のばらつきを抑制するために、ELA照射方向を画素の縦方向(行方向)に向かって照射するようにする。移動度補正は垂直方向の走査で行なうのであるが、数μsの時間であり、ELA照射ばらつきが無視できなくなるので、垂直方向の走査部に関して前述のレイアウトにて工夫をする。
しかし、線順位駆動では移動度補正時間よりも、水平方向のサンプリングレートの方が長くなるので、ELA照射方向を90度反転させることもあり得る。そのときは、水平方向の走査部もELAによってばらつきが生じてしまうので、水平方向の走査部に関して前述のレイアウトにて工夫をするのが好ましいことになる。
好ましくは、レーザ光の走査方向における画素ピッチの内、バッファトランジスタの各端子と接続される配線部分を除いた最大限にバッファトランジスタのチャネル幅を設定するのがよい。
好ましくは、各行のバッファトランジスタのサイズをそれぞれ、レーザ光の走査方向における画素ピッチ以上に設定し、隣接行との関係においては、隣接行にはみ出る部分を互い違いになるように配置するのがよい。さらに好ましくは、バッファトランジスタのチャネルをレーザ光の走査方向における画素ピッチよりも大きく設定するのがよい。
好ましくは、各行のバッファトランジスタのそれぞれをマルチフィンガー構成とし、マルチフィンガー構成の各バッファトランジスタのそれぞれのサイズを、レーザ光の走査方向における画素ピッチと同一もしくはそれ以上に設定するとよい。
なお、このような回路パターンの側面を考慮したバッファトランジスタのサイズに関する対処を適用すべきなのは、制御部の全てのバッファトランジスタと言うことではなく、パルス信号の特性ばらつきに対する余裕の少ないものを対象とするのがよい。もちろん全てのバッファトランジスタを対象とすることを排除するものではない。
たとえば、閾値補正や移動度補正に関わる書込走査部および補正走査部の少なくとも一方など、駆動トランジスタもしくは電気光学素子の特性変動に伴う駆動電流の変動を抑制する駆動電流変動抑制部を制御する補正パルスを出力する走査部である。そして、特に、補正期間のばらつきの許容度が少ないものに適用するのが好ましい。たとえば、通常、移動度補正期間は閾値補正期間に比べると遙かに短く、そのばらつきが輝度変化として現れるので、移動度補正期間のばらつき管理を厳重にする必要があるので、移動度補正に関わる補正パルス用のバッファトランジスタに適用するのがよい。
本発明の一実施形態によれば、画素アレイ部および制御部を、垂直方向に走査される所定波長の長尺状のレーザ光照射によって形成するようにし、制御部については、動作の開始や終了を決定する各バッファトランジスタなどの、入力のビデオ信号を各信号線にサンプリングするためのパルス信号を出力するバッファトランジスタのサイズを、レーザ光の走査方向における画素ピッチと同一もしくはそれ以上に設定した。
これにより、制御部のバッファトランジスタから画素回路に向けて出力される駆動パルス波形の特性ばらつきを従前よりも抑えることができる。トランジスタの特性はレーザ光照射強度の平均的な値に相応した特性となるのであるが、トランジスタサイズを大きくレイアウトすることで、1つのバッファトランジスタに対するレーザ光照射の回数を増やすことができ、トランジスタサイズが小さくレーザ光が照射される回数が少ない場合に比べて、ばらつきを抑えることができるようになるからである。その結果、バッファトランジスタの特性ばらつきに起因する表示性能の低下を抑えることができる。
有機EL素子などの電流駆動型の電気光学素子を画素回路に用いたアクティブマトリクス型の表示装置において、各画素回路が少なくとも駆動トランジスタの閾値補正機能や移動度補正機能を備えるようにすれば、閾値電圧や移動度のばらつきの影響を受けることがなく、良好な画質の表示装置を実現できる。閾値補正機能や移動度補正機能により駆動トランジスタの閾値変動を補正することで、あるいは移動度補正機能により駆動トランジスタの移動度変動を補正することで、これらの変動やばらつきの影響を受けることなく発光輝度を一定に保つことができるからである。
これらの場合に、閾値補正や移動度補正に関わるパルス信号を出力するバッファトランジスタに関して前述のように、トランジスタサイズを、レーザ光の走査方向における画素ピッチと同一もしくはそれ以上に設定すれば、各補正効果のばらつきを抑制することができる。各行のバッファトランジスタの特性ばらつきを抑制することができ、補正時間ばらつきを抑えることで、輝度ムラを防止し良好な(高いユニフォーミティの)画質を得ることができるようになる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
<表示装置の全体概要>
図1および図1Aは、本発明に係る表示装置の一実施形態であ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ブロック図である。本実施形態では、たとえば画素の表示素子として有機EL素子を、能動素子としてポリシリコン薄膜トランジスタ(TFT;Thin Film Transistor)をそれぞれ用い、薄膜トランジスタを形成した半導体基板上に有機EL素子を形成してなるアクティブマトリクス型有機ELディスプレイ(以下「有機EL表示装置」と称する)に適用した場合を例に採って説明する。
なお、以下においては、画素の表示素子として有機EL素子を例に具体的に説明するが、これは一例であって、対象となる表示素子は有機EL素子に限らない。一般的に電流駆動で発光する発光素子の全てに、後述する全ての実施形態が同様に適用できる。
図1に示すように、有機EL表示装置1は、複数の表示素子としての有機EL素子(図示せず)を持った画素回路(画素とも称される)110が表示アスペクト比である縦横比がX:Y(たとえば9:16)の有効映像領域を構成するように配置された表示パネル部100と、この表示パネル部100を駆動制御する種々のパルス信号を発するパネル制御部の一例である駆動信号生成部200と、映像信号処理部300を備えている。駆動信号生成部200と映像信号処理部300とは、1チップのIC(Integrated Circuit;半導体集積回路)に内蔵されている。
なお、製品形態としては、図示のように、表示パネル部100、駆動信号生成部200、および映像信号処理部300の全てを備えたモジュール(複合部品)形態の有機EL表示装置1として提供されることに限らず、たとえば、表示パネル部100のみで有機EL表示装置1として提供することも可能である。また、このような有機EL表示装置1は、半導体メモリやミニディスク(MD)やカセットテープなどの記録媒体を利用した携帯型の音楽プレイヤーやその他の電子機器の表示部に利用される。
表示パネル部100は、基板101の上に、画素回路Pがn行×m列のマトリクス状に配列された画素アレイ部102と、画素回路Pを垂直方向に走査する垂直駆動部103と、画素回路Pを水平方向に走査する水平駆動部(水平セレクタあるいはデータ線駆動部とも称される)106と、外部接続用の端子部(パッド部)108などが集積形成されている。すなわち、垂直駆動部103や水平駆動部106などの周辺駆動回路が、画素アレイ部102と同一の基板101上に形成された構成となっている。
垂直駆動部103は、出力段にバッファトランジスタを具備し、画素アレイ部102の各画素回路Pを駆動するパルス信号をバッファトランジスタから出力する制御部の一例である。垂直駆動部103としては、たとえば、書込走査部(ライトスキャナWS;Write Scan)104や駆動走査部(ドライブスキャナDS;Drive Scan)105(図では両者を一体的に示している)と、2つの閾値&移動度補正走査部114,115(図では両者を一体的に示している)とを有する。
画素アレイ部102は、一例として、図示する左右方向の一方側もしくは両側から書込走査部104、駆動走査部105、閾値&移動度補正走査部114,115で駆動され、かつ図示する上下方向の一方側もしくは両側から水平駆動部106で駆動されるようになっている。端子部108には、有機EL表示装置1の外部に配された駆動信号生成部200から、種々のパルス信号が供給されるようになっている。また同様に、映像信号処理部300から映像信号Vsig が供給されるようになっている。
一例としては、垂直駆動用のパルス信号として、垂直方向の書込み開始パルスの一例であるシフトスタートパルスSPDS,SPWSや垂直走査クロックCKDS,CKWSなど必要なパルス信号が供給される。また、閾値や移動度を補正するためのパルス信号として、垂直方向の閾値検知開始パルスの一例であるシフトスタートパルスSPAZ1,SPAZ2や垂直走査クロックCKAZ1,CKAZ2など必要なパルス信号が供給される。また、水平駆動用のパルス信号として、水平方向の書込み開始パルスの一例である水平スタートパルスSPH や水平走査クロックCKH など必要なパルス信号が供給される。
端子部108の各端子は、配線109を介して、垂直駆動部103や水平駆動部106に接続されるようになっている。たとえば、端子部108に供給された各パルスは、必要に応じて図示を割愛したレベルシフタ部で電圧レベルを内部的に調整した後、バッファを介して垂直駆動部103の各部や水平駆動部106に供給される。
画素アレイ部102は、図示を割愛するが(詳細は後述する)、表示素子としての有機EL素子に対して画素トランジスタが設けられた画素回路Pが行列状に2次元配置され、この画素配列に対して行ごとに走査線が配線されるとともに、列ごとに信号線が配線された構成となっている。
たとえば、画素アレイ部102には、走査線(ゲート線)104WS,105DSや閾値&移動度補正走査線114AZ,115AZと信号線(データ線)106HSが形成されている。両者の交差部分には図示を割愛した有機EL素子とこれを駆動する薄膜トランジスタ(TFT;Thin Film Transistor)が形成される。有機EL素子と薄膜トランジスタの組み合わせで画素回路Pを構成する。
具体的には、マトリクス状に配列された各画素回路Pに対しては、書込走査部104によって書込駆動パルスWSで駆動されるn行分の書込走査線104WS_1〜104WS_nおよび駆動走査部105によって走査駆動パルスNDS で駆動されるn行分の駆動走査線105DS_1〜105DS_n、また第1の閾値&移動度補正走査部114によって閾値&移動度補正パルスAZ1で駆動されるn行分の閾値&移動度補正走査線114AZ_1〜114AZ_nおよび第2の閾値&移動度補正走査部115によって閾値&移動度補正パルスAZ2で駆動されるn行分の閾値&移動度補正走査線115AZ_1〜115AZ_nが画素行ごとに配線される。
書込走査部104および駆動走査部105は、駆動信号生成部200から供給される垂直駆動系のパルス信号に基づいて、各走査線105DS,104WSを介して各画素回路Pを順次選択する。水平駆動部106は、駆動信号生成部200から供給される水平駆動系のパルス信号に基づいて、選択された画素回路Pに対し映像信号線106HSを介して画像信号を書き込む。
垂直駆動部103の各部は線順次で画素アレイ部102を走査するとともに、これに同期して水平駆動部106が、画像信号を1水平ライン分について水平方向に順番に(つまり画素ごとに)、もしくは1水平ライン分を同時に、画素アレイ部102に書き込む。前者は全体として点順次駆動となり、後者は全体として線順次駆動となる。
点順次駆動に対応する場合、水平駆動部106は、シフトレジスタやサンプリングスイッチ(水平スイッチ)などによって構成されており、映像信号処理部300から入力される画素信号を、垂直駆動部103の各部によって選択された行の各画素回路Pに対して、画素単位で書き込む。つまり、垂直走査による選択行の各画素回路Pに対して映像信号を画素単位で書き込む点順次駆動を行なう。
一方、線順次駆動に対応する場合、水平駆動部106は、全列の映像信号線106HS上に設けられた図示を割愛したスイッチを一斉にオンさせるドライバ回路を備えて構成され、映像信号処理部300から入力される画素信号を、垂直駆動部103によって選択された行の1ライン分の全ての画素回路Pに同時に書き込むべく、全列の映像信号線106HS上に設けられた図示を割愛したスイッチを一斉にオンさせる。
垂直駆動部103の各部は、論理ゲートの組合せ(ラッチも含む)によって構成され、画素アレイ部102の各画素回路Pを行単位で選択する。なお、図1では、画素アレイ部102の一方側にのみ垂直駆動部103を配置する構成を示しているが、画素アレイ部102を挟んで左右両側に垂直駆動部103を配置する構成を採ることも可能である。
同様に、図1では、画素アレイ部102の一方側にのみ水平駆動部106を配置する構成を示しているが、画素アレイ部102を挟んで上下両側に水平駆動部106を配置する構成を採ることも可能である。
なお、カラー画像表示対応をとるには、画素アレイ部102には、たとえば図1Aに示すように、1画素が赤(RED)、緑(GREEN)、青(BLUE)の何れかを担当するサブピクセルR,G,Bをストライプ状に配列する。
<画素回路:第1実施形態>
図2は、図1や図1Aに示した有機EL表示装置1を構成する画素回路Pの第1実施形態を示す図である。なお、表示パネル部100の基板101上において画素回路Pの周辺部に設けられた垂直駆動部103と水平駆動部106も合わせて示している。
図3は有機EL素子や駆動トランジスタの動作点を説明する図である。図3Aは、有機EL素子や駆動トランジスタの特性ばらつきが駆動電流Idsに与える影響を説明する図である。図3Bおよび図3Cはその改善手法の概念を説明する図である。
図2に示す第1実施形態の画素回路Pは、基本的にnチャネル型の薄膜電界効果トランジスタでドライブトランジスタが構成されている点に特徴を有する。また、有機EL素子の経時劣化による当該有機EL素子への駆動電流Idsの変動を抑制するための回路、すなわち電気光学素子の一例である有機EL素子の電流−電圧特性の変化を補正して駆動電流Idsを一定に維持する閾値補正機能や移動度補正機能を実現する駆動信号一定化回路(その1)を備えた点に特徴を有する。加えて、有機EL素子の電流−電圧特性に経時変化があった場合でも駆動電流を一定にするブートストラップ機能を実現する駆動信号一定化回路(その2)を備えた点に特徴を有する。
なお、第1実施形態の画素回路Pでは、発光制御トランジスタとしてp型を用いているが、これを、nチャネル型のトランジスタに変更し、アクティブHの走査駆動パルスDSで駆動するように変形することもできる。この場合、全てのスイッチトランジスタをnチャネル型のトランジスタで構成することができ、トランジスタ作成において従来のアモルファスシリコン(a−Si)プロセスを用いることが可能になる。これにより、トランジスタ基板の低コスト化が可能となる。この点においては、第1実施形態の画素回路Pでは、発光制御トランジスタとしてp型を用いており不利な面はある。
駆動トランジスタを始めとする各トランジスタとしてはMOSトランジスタを使用する。この場合、ゲート端を制御入力端として取り扱い、ソース端およびドレイン端の何れか一方を出力端として取り扱い、他方を出力端として取り扱う。
画素回路Pは、保持容量(画素容量とも称される)120、nチャネル型の駆動トランジスタ121、アクティブLの駆動パルス(走査駆動パルスNDS )が制御入力端であるゲート端Gに供給されるpチャネル型の発光制御トランジスタ122、アクティブHの駆動パルス(書込駆動パルスWS)が制御入力端であるゲート端G供給されるnチャネル型のサンプリングトランジスタ125、電流が流れることで発光する電気光学素子(発光素子)の一例である有機EL素子127を有する。
サンプリングトランジスタ125は、駆動トランジスタ121のゲート端G(制御入力端子)側に設けられたスイッチングトランジスタであり、また、発光制御トランジスタ122もスイッチングトランジスタである。一般に、有機EL素子127は整流性があるためダイオードの記号で表わしている。なお、有機EL素子127には、寄生容量(等価容量)Celが存在する。図では、この寄生容量Celを有機EL素子127と並列に示す。
画素回路Pは、駆動トランジスタ121のドレイン端D側に発光制御トランジスタ122を配し、かつ保持容量120を駆動トランジスタ121のゲート・ソース間に接続するととともに、ブートストラップ回路130と、閾値&移動度補正回路140とを備える点に特徴を有する。ブートストラップ回路130および閾値&移動度補正回路140は、何れも、駆動トランジスタ121もしくは電気光学素子の一例である有機EL素子127の特性変動に伴う駆動電流Idsの変動を抑制する駆動電流変動抑制部の一例である。
有機EL素子127は電流発光素子のため、有機EL素子127に流れる電流量をコントロールすることで発色の階調を得る。このため、駆動トランジスタ121のゲート端Gへの印加電圧を変化させることで、有機EL素子127に流れる電流値をコントロールする。
この際、ブートストラップ回路130や閾値&移動度補正回路140を備えることで、有機EL素子127の経時時変化や駆動トランジスタ121の特性ばらつきの影響を受けないようにしている。このため、画素回路Pを駆動する垂直駆動部103には、書込走査部104および駆動走査部105に加えて、2つの閾値&移動度補正走査部114,115を備える。
図では、1つの画素回路Pのみを示しているが、図1でも説明したように、同様の構成の画素回路Pがマトリクス状に配列される。そして、マトリクス状に配列された各画素回路Pに対しては、書込走査部104によって書込駆動パルスWSで駆動されるn行分の書込走査線104WS_1〜104WS_nおよび駆動走査部105によって走査駆動パルスNDS で駆動されるn行分の駆動走査線105DS_1〜105DS_nの他に、第1の閾値&移動度補正走査部114によって閾値&移動度補正パルスAZ1で駆動されるn行分の閾値&移動度補正走査線114AZ_1〜114AZ_nおよび第2の閾値&移動度補正走査部115によって閾値&移動度補正パルスAZ2で駆動されるn行分の閾値&移動度補正走査線115AZ_1〜115AZ_nが画素行ごとに配線される。
ブートストラップ回路130は、有機EL素子127と並列に接続されたアクティブHの閾値&移動度補正パルスAZ2が供給されるnチャネル型の検知トランジスタ124を備え、この検知トランジスタ124と駆動トランジスタ121のゲート・ソース間に接続された保持容量120とで構成される。保持容量120は、ブートストラップ容量としても機能するようになっている。
閾値&移動度補正回路140は、駆動トランジスタ121のゲート端Gと第2電源電位Vc2との間にアクティブHの閾値&移動度補正パルスAZ1が供給されるnチャネル型の検知トランジスタ123を備え、検知トランジスタ123と、駆動トランジスタ121と、発光制御トランジスタ122と、駆動トランジスタ121のゲート・ソース間に接続された保持容量120で構成される。保持容量120は、検知した閾値電圧Vthを保持する閾値電圧保持容量としても機能するようになっている。
駆動トランジスタ121は、先ず、ドレイン端Dが発光制御トランジスタ122のドレイン端Dに接続されている。発光制御トランジスタ122のソース端Sは第1電源電位Vc1に接続されている。また、駆動トランジスタ121は、ソース端Sが直接に有機EL素子127のアノード端Aに接続される。その接続点をノードND121とする。有機EL素子127のカソード端Kは基準電位を供給する全画素共通の接地配線Vcath(GND )に接続されてカソード電位Vcathが供給されるようになっている。
なお、発光制御トランジスタ122は、pチャネル型に代えて、アクティブHの駆動パルス(走査駆動パルスDS)が制御入力端であるゲート端Gに供給されるnチャネル型にすることもできる。この場合、nチャネル型の発光制御トランジスタ122は、ドレイン端を第1電源電位Vc1に接続し、ソース端を駆動トランジスタ121のドレイン端に接続する。
サンプリングトランジスタ125は、ゲート端Gが書込走査部104からの書込走査線104WSに接続され、ソース端Sが映像信号線106HSに接続され、ドレイン端Dが駆動トランジスタ121のゲート端Gに接続されている。その接続点をノードND122とし、ノードND122とノードND122との間に保持容量120が接続されている。サンプリングトランジスタ125のゲート端Gには、書込走査部104からアクティブHの書込駆動パルスWSが供給される。サンプリングトランジスタ125は、図中に括弧書きで示すように、ソース端Sとドレイン端Dとを逆転させ、ドレイン端Dを信号入力端として映像信号線106HSに接続し、ソース端Sを信号出力端として駆動トランジスタ121のゲート端Gに接続することもできる。
検知トランジスタ123は、駆動トランジスタ121のゲート端G(制御入力端子)側に設けられたスイッチングトランジスタであり、ソース端Sがオフセット電圧の一例である接地電位Vofs に接続され、ドレイン端Dが駆動トランジスタ121のゲート端G(ノードND122)に接続され、制御入力端であるゲート端Gは閾値&移動度補正走査線114AZに接続されている。検知トランジスタ123がオンすることで、駆動トランジスタ121のゲート端Gの電位を検知トランジスタ123を介して固定電位である接地電位Vofs に接続するように構成している。
検知トランジスタ124は、スイッチングトランジスタであり、ドレイン端Dが駆動トランジスタ121のソース端Sと有機EL素子127のアノード端Aとの接続点であるノードND121に接続され、ソース端Sは、基準電位の一例である接地電位Vs1に接続され、制御入力端であるゲート端Gは閾値&移動度補正走査線115AZに接続されている。
駆動トランジスタ121のゲート・ソース間に保持容量120を接続し、検知トランジスタ124がオンすることで、駆動トランジスタ121のソース端Sの電位を検知トランジスタ124を介して固定電位である接地電位Vs1に接続するように構成している。
サンプリングトランジスタ125は、書込走査線104WSによって選択されたとき動作し、映像信号線106HSから画素信号Vsig (の信号電位Vin)をサンプリングしてノードND112を介し保持容量120に信号電位Vinに対応する大きさの電圧を保持する。保持容量120に保持される電位は理想的には信号電位Vinと同じ大きさであるが実際にはそれよりも小さくなる。
駆動トランジスタ121は、発光制御トランジスタ122が走査駆動パルスNDS の元でオンしているときに保持容量120に保持された駆動電位(その時点の駆動トランジスタ121のゲート・ソース間電圧Vgs)に応じて有機EL素子127を電流駆動する。発光制御トランジスタ122は駆動走査線105DSによって選択されたときに導通して第1電源電位Vc1から駆動トランジスタ121に電流を供給する。
このように、駆動トランジスタ121の電源供給端であるドレイン端D側を発光制御トランジスタ122を介して第1電源電位Vc1に接続し、発光制御トランジスタ122のオン期間を制御することで有機EL素子127の発光期間と非発光期間を調整し、デューティ(Duty)駆動を行なうことを可能にしている。
検知トランジスタ123,124は閾値&移動度補正走査部114,115からアクティブHの閾値&移動度補正パルスAZ1,AZ2を閾値&移動度補正走査線114AZ,115AZに供給してそれぞれを選択状態としたとき動作し、予め決められた補正動作(ここでは閾値電圧Vthや移動度μのばらつきを補正する動作)を行なう。たとえば、有機EL素子127の電流駆動に先立って駆動トランジスタ121の閾値電圧Vthを検知し、予めその影響をキャンセルするため、検知した電位を保持容量120に保持する。
このような構成の画素回路Pの正常な動作を保証するための条件として、接地電位Vs1は、接地電位Vofs から駆動トランジスタ121の閾値電圧Vthを差し引いたレベルよりも低く設定されている。すなわち、“Vs1<Vofs −Vth”である。
また、有機EL素子127のカソード端Kの電位Vcathに有機EL素子127の閾値電圧VthELを加えたレベルは、接地電位Vs1から駆動トランジスタ121の閾値電圧Vthを差し引いたレベルよりも高く設定されている。すなわち、“Vcath+VthEL>Vs1−Vth”となっている。好ましくは、接地電位Vofs のレベルは、映像信号線106HSから供給される画素信号Vsig の最低レベルの近傍に(最低レベル以下の範囲で)設定されている。
このような構成を持つ画素回路Pにおいて、サンプリングトランジスタ125は、所定の信号書込期間(サンプリング期間)に書込走査線104WSから供給される書込駆動パルスWSに応じ導通して映像信号線106HSから供給された映像信号Vsig を保持容量120にサンプリングする。保持容量120は、サンプリングされた映像信号Vsig に応じて駆動トランジスタ121のゲート・ソース間に入力電圧(ゲート・ソース間電圧Vgs)を印加する。
駆動トランジスタ121は、所定の発光期間中に、ゲート・ソース間電圧Vgsに応じた出力電流を駆動電流Idsとして有機EL素子127に供給する。なお、この駆動電流Idsは駆動トランジスタ121のチャネル領域のキャリア移動度μおよび閾値電圧Vthに対して依存性を有する。有機EL素子127は、駆動トランジスタ121から供給された駆動電流Idsにより映像信号Vsig (特に信号電位Vin)に応じた輝度で発光する。
この画素回路Pにおいては、スイッチングトランジスタ(発光制御トランジスタ122および検知トランジスタ123,124)で構成される補正手段を備えており、駆動電流Idsのキャリア移動度μに対する依存性を打ち消すために、予め発光期間の先頭で保持容量120に保持されたゲート・ソース間電圧Vgsを補正する。
具体的には、補正手段(スイッチングトランジスタ122,123,124)は、書込走査線104WSおよび駆動走査線105DSから供給される書込駆動パルスWSおよび走査駆動パルスNDS に応じて信号書込期間の一部(たとえば後半側)で動作し、映像信号Vsig がサンプリングされている状態で駆動トランジスタ121から駆動電流Idsを取り出し、これを保持容量120に負帰還してゲート・ソース間電圧Vgsを補正する。さらにこの補正手段(スイッチングトランジスタ122,123,124)は、駆動電流Idsの閾値電圧Vthに対する依存性を打ち消すために、予め信号書込期間に先立って駆動トランジスタ121の閾値電圧Vthを検出し、かつ検出された閾値電圧Vthをゲート・ソース間電圧Vgsに足し込む。
特に、本例の画素回路Pでは、駆動トランジスタ121はnチャネル型トランジスタでドレインを正電源側に接続する一方、ソースが有機EL素子127側に接続している。この場合、前述した補正手段は、信号書込期間の後部分に重なる発光期間の先頭部分で駆動トランジスタ121から駆動電流Idsを取り出して、保持容量120側に負帰還する。
その際、補正手段は、発光期間の先頭部分で駆動トランジスタ121のソース端S側から取り出した駆動電流Idsが、有機EL素子127の有する寄生容量Celに流れ込むようにしている。具体的には、有機EL素子127はアノード端Aおよびカソード端Kを備えたダイオード型の発光素子であり、アノード端A側が駆動トランジスタ121のソース端Sに接続される一方、カソード端K側が接地側(本例ではカソード電位Vcath)に接続される。
この構成で、補正手段(スイッチングトランジスタ122,123,124)は、予め有機EL素子127のアノード・カソード間を逆バイアス状態にセットしておき、駆動トランジスタ121のソース端S側から取り出した駆動電流Idsが有機EL素子127に流れ込むとき、ダイオード型の有機EL素子127を容量性素子として機能させている。
なお補正手段は、信号書込期間内で駆動トランジスタ121から駆動電流Idsを取り出す時間幅tを調整可能であり、好ましくは、保持容量120に対する駆動電流Idsの負帰還量を最適化する。
ここで、「負帰還量を最適化する」とは、書込駆動パルスWSと走査駆動パルスNDS の位相差を適切にするとともに、さらに好ましくは映像信号電位の黒レベルから白レベルまでの範囲で、どのレベルにおいても適切に移動度補正を行なうことができるようにすることを意味する。ゲート・ソース間電圧Vgsにかける負帰還量は、駆動電流Idsの取り出し時間に依存しており、取り出し時間を長く取るほど、負帰還量が大きくなる。
画素回路や駆動タイミングには様々な手法があり、「負帰還量を最適化する」際の手法にも、それらに応じて様々な手法を採り得る。たとえば、映像線信号電位である映像信号線106HSの電圧の変化特性、あるいは、書込走査線104WSの電圧の変化特性(つまり書込駆動パルスWSの遷移特性)に傾斜をつけることで、移動度補正期間tを映像線信号電位に自動的に追従させてその最適化を図る。これらにより、移動度補正期間tは映像信号線106HSの電位によっても決定できるようになり、移動度補正パラメータΔVはΔV=Ids・Cel/tで表すことができる。
移動度補正パラメータΔVの式から明らかなように、駆動トランジスタ121のドレイン・ソース間電流である駆動電流Idsが大きいほど、移動度補正パラメータΔVは大きくなる。逆に、駆動トランジスタ121の駆動電流Idsが小さいとき、移動度補正パラメータΔVは小さくなる。このように、移動度補正パラメータΔVは駆動電流Idsに応じて決まる。その際、移動度補正期間tは必ずしも一定である必要はなく、逆に駆動電流Idsに応じて調整することが好ましい場合がある。たとえば、駆動電流Idsが大きい場合、移動度補正期間tは短めにし、逆に駆動電流Idsが小さくなると、移動度補正期間tは長めに設定することがよい。
たとえば、映像信号線電位(映像信号線106HSの電位)の立上りや立下りに傾斜をつけることで、あるいは、書込走査線電位の変化特性(特にサンプリングトランジスタをオフさせる側)に傾斜をつけることで、映像信号線106HSの電位が高いとき(駆動電流Idsが大きいとき)補正期間tが短くなり、映像信号線106HSの電位が低いとき(駆動電流Idsが小さいとき)補正期間tは長くなるように自動的に調整する。こうすることで、映像信号電位(映像信号Vsig の信号電位Vin)に追従して、適切な補正期間を自動的に設定できるため、画像の輝度や絵柄によらず最適な移動度補正が可能となる。画素回路Pや駆動タイミングによっては両者の併用も可能である。
<基本動作>
先ず、第1実施形態の画素回路Pの特徴を説明する上での比較例として、発光制御トランジスタ122,検知トランジスタ123,検知トランジスタ124を備えておらず、また、保持容量120は、一方の端子がノードND122に接続され、他方の端子が全画素共通の接地配線Vcath(GND )に接続されている場合での動作について説明する。以下、このような画素回路Pを比較例の画素回路Pと称する。
比較例の画素回路Pでは、駆動トランジスタ121のソース端Sの電位(ソース電位Vs)は、駆動トランジスタ121と有機EL素子127との動作点で決まり、その電圧値は駆動トランジスタ121のゲート電位Vgによって異なる値を持ってしまう。
一般的に、図3に示すように、駆動トランジスタ121は飽和領域で駆動される。よって、飽和領域で動作するトランジスタのドレイン端−ソース間に流れる電流をIds、移動度をμ、チャネル幅(ゲート幅)をW、チャネル長(ゲート長)をL、ゲート容量(単位面積当たりのゲート酸化膜容量)をCoxは、トランジスタの閾値電圧をVthとすると、駆動トランジスタ121は下記の式(1)に示した値を持つ定電流源となっている。なお、“^”はべき乗を示す。式(1)から明らかなように、飽和領域ではトランジスタのドレイン電流Idsはゲート・ソース間電圧Vgsによって制御され定電流源として動作する。
Figure 2008233536
<発光素子のIel−Vel特性とI−V特性>
図3A(1)に示す有機EL素子で代表される電流駆動型の発光素子の電流−電圧(Iel−Vel)特性において、実線で示す曲線が初期状態時の特性を示し、破線で示す曲線が経時変化後の特性を示している。一般的に有機EL素子を始めとする電流駆動型の発光素子のI−V特性は、グラフに示すように時間が経過すると劣化する。
たとえば、発光素子の一例である有機EL素子127に発光電流Ielが流れるとき、そのアノード・カソード間電圧Velは一意的に決定される。図3A(1)に示すように、発光期間中では、有機EL素子127のアノード端Aは駆動トランジスタ121のドレイン・ソース間電流Ids(=駆動電流Ids)で決定される発光電流Ielが流れ、それによってアノード・カソード間電圧Vel分だけ上昇する。
比較例の画素回路Pでは、この有機EL素子127のI−V特性の経時変化により同じ発光電流Ielに対するアノード・カソード間電圧VelがVel1 からVel2 へと変化することで、駆動トランジスタ121の動作点が変化してしまい、同じゲート電位Vgを印加しても駆動トランジスタ121のソース電位Vsは変化してしまい、その結果として、駆動トランジスタ121のゲート・ソース間電圧Vgsは変化してしまう。
駆動トランジスタ121としてnチャネル型を使用した単純な回路では、ソース端Sが有機EL素子127側に接続されてしまうため、有機EL素子127のI−V特性の経時変化の影響を受けてしまい、有機EL素子127に流れる電流量(発光電流Iel)が変化し、その結果、発光輝度は変化してしまうことになる。
具体的には、比較例の画素回路Pでは、有機EL素子127のI−V特性の経時変化により動作点が変化してしまい、同じゲート電位Vgを印加しても駆動トランジスタ121のソース電位Vsは変化してしまう。これにより、駆動トランジスタ121のゲート・ソース間電圧Vgsは変化してしまう。特性式(1)から明らかなように、ゲート・ソース間電圧Vgsが変動すると、たとえゲート電位Vgが一定であっても駆動電流Idsが変動し、同時に有機EL素子127に流れる電流値も変化する。このように有機EL素子127のI−V特性が変化すると、比較例の画素回路Pでは、有機EL素子127の発光輝度が経時的に変化してしまう。
駆動トランジスタ121としてnチャネル型を使用した単純な回路では、ソース端Sが有機EL素子127側に接続されてしまうため、有機EL素子127の経時変化とともに、ゲート・ソース間電圧Vgsが変化してしまい、有機EL素子127に流れる電流量が変化し、その結果、発光輝度は変化してしまうのである。
発光素子の一例である有機EL素子127の特性の経時変動による有機EL素子127のアノード電位変動は、駆動トランジスタ121のゲート・ソース間電圧Vgsの変動となって現れ、ドレイン電流(駆動電流Ids)の変動を引き起こす。この原因による駆動電流の変動は画素回路Pごとの発光輝度のばらつきとなって現れ、画質の劣化が起きる。
これに対して、詳細は後述するが、保持容量120に信号電位Vinに対応する情報が書き込まれた時点で(さらにその後の有機EL素子127の発光期間は継続的に)サンプリングトランジスタ125を非導通状態にすることで駆動トランジスタ121のソース端Sの電位Vsの変動にゲート端Gの電位Vgが連動するようにするブートストラップ機能を実現する回路構成および駆動タイミングとするブートストラップ動作をさせる。
これにより、有機EL素子127の特性の経時変動による有機EL素子127のアノード電位変動(つまりソース電位変動)があっても、その変動を相殺するようにゲート電位Vgを変動させることで、画面輝度の均一性(ユニフォーミティ)を確保できる。ブートストラップ機能により、有機EL素子を代表とする電流駆動型の発光素子の経時変動補正能力を向上させることができる。
このブートストラップ機能は、書込駆動パルスWSをインアクティブLに切り替えてサンプリングトランジスタ125をオフさせた発光開始時点で開始させることができ、その後、有機EL素子127に発光電流Ielが流れ始め、それとともにアノード・カソード間電圧Velが安定となるまで上昇していく過程で、アノード・カソード間電圧Velの変動に伴って駆動トランジスタ121のソース電位Vsが変動する際にも機能する。
<駆動トランジスタのVgs−Ids特性>
また、駆動トランジスタ121の製造プロセスのばらつきにより、画素回路Pごとに閾値電圧や移動度などの特性変動がある。駆動トランジスタ121を飽和領域で駆動する場合においても、この特性変動により、駆動トランジスタ121に同一のゲート電位を与えても、画素回路Pごとにドレイン電流(駆動電流Ids)が変動し、発光輝度のばらつきになって現れる。
たとえば、図3A(2)は、駆動トランジスタ121の閾値ばらつきに着目した電圧電流(Vgs−Ids)特性を示す図である。閾値電圧がVth1とVth2で異なる2個の駆動トランジスタ121について、それぞれ特性カーブを挙げてある。
前述のように、駆動トランジスタ121が飽和領域で動作しているときのドレイン電流Idsは、特性式(1)で表される。特性式(1)から明らかなように、閾値電圧Vthが変動すると、ゲート・ソース間電圧Vgsが一定であってもドレイン電流Idsが変動する。つまり、閾値電圧Vthのばらつきに対して何ら対策を施さないと、図3A(2)に示すように、閾値電圧がVth1のときVgsに対応する駆動電流がIds1となるのに対して、閾値電圧がVth2のときの同じゲート電圧Vgsに対応する駆動電流Ids2はIds1と異なってしまう。
また、図3A(3)は、駆動トランジスタ121の移動度ばらつきに着目した電圧電流(Vgs−Ids)特性を示す図である。移動度がμ1とμ2で異なる2個の駆動トランジスタ121について、それぞれ特性カーブを挙げてある。
特性式(1)から明らかなように、移動度μが変動すると、ゲート・ソース間電圧Vgsが一定であってもドレイン電流Idsが変動する。つまり、移動度μのばらつきに対して何ら対策を施さないと、図3A(3)に示すように、移動度がμ1のときVgsに対応する駆動電流がIds1となるのに対して、移動度がμ2のときの同じゲート電圧Vgsに対応する駆動電流がIds2となり、Ids1と異なってしまう。
図3A(2)や図3A(3)に示すように、閾値電圧Vthや移動度μの違いでVin−Ids特性に大きな違いが出てしまうと、同じ信号電位Vinを与えても、駆動電流Idsすなわち発光輝度が異なってしまい、画面輝度の均一性(ユニフォーミティ)が得られない。
<閾値補正および移動度補正の概念>
これに対して、閾値補正機能および移動度補正機能を実現する駆動タイミング(詳細は後述する)とすることで、それらの変動の影響を抑制でき、画面輝度の均一性(ユニフォーミティ)を確保できる。
本実施形態の閾値補正動作および移動度補正動作では、詳細は後述するが、発光時のゲート・ソース間電圧Vgsが“Vin+Vth−ΔV”で表されるようにすることで、ドレイン・ソース間電流Idsが、閾値電圧Vthのばらつきや変動に依存しないようにするとともに、移動度μのばらつきや変動に依存しないようにする。結果として、閾値電圧Vthや移動度μが製造プロセスや経時により変動しても、駆動電流Idsは変動せず、有機EL素子127の発光輝度も変動しない。
たとえば、図3Bは、移動度補正時における駆動トランジスタ121の動作点を説明するグラフである。製造プロセスや経時における移動度μ1,μ2のばらつきに対して、発光時のゲート・ソース間電圧Vgsが“Vin+Vth−ΔV”で表されるようにする閾値補正および移動度補正をかけると、先ず移動度の観点からは、移動度μ1に対しては移動度補正パラメータΔV1が決定され、また移動度μ2に対しては移動度補正パラメータΔV2が決定される。
これにより、何れの移動度に対しても適正な移動度補正パラメータが決定されるので、駆動トランジスタ121の移動度μ1時の駆動電流Idsaおよび移動度μ2時の駆動電流Idsbが決定される。移動度補正前には大きな電流ばらつきのあったものが、移動度補正によって電流ばらつきは小さくなり、移動度μの違いは抑制される。最適な状態では“Idsa=Idsb”とすることができ、移動度μの違いを除去(キャンセル)できる。
仮に移動度補正をかけないと、図3(3)にも示したが、ゲート・ソース間電圧Vgsに対して、移動度がμ1,μ2で異なると、これに応じて駆動電流IdsもIds1,Ids2で大きく違ってしまう。これに対処するため移動度μ1,μ2に対してそれぞれ適切な移動度補正パラメータΔV1,ΔV2をかけることで、駆動電流IdsがIdsa,Idsbとなり、各移動度補正パラメータΔV1,ΔV2を最適値とすることで、移動度補正後の駆動電流Idsa,Idsbを近づけることができ、最適状態では同レベルとすることができる。
移動度補正時には、図3Bのグラフから明らかなように、大きな移動度μ1に対しては移動度補正パラメータΔV1が大きくなるようにする一方、小さい移動度μ2に対しては移動度補正パラメータΔV2も小さくなるように負帰還をかけることになる。こう言った意味で、移動度補正パラメータΔVを負帰還量ΔVとも称する。
また、図3Cの各図は、閾値補正の観点から、信号電位Vinと駆動電流Idsとの関係を示している。たとえば、図3Cの各図においては、駆動トランジスタ121の電流電圧特性を、横軸に信号電位Vinをとり、縦軸に駆動電流Idsをとって、閾値電圧Vthが比較的低く移動度μが比較的大きい駆動トランジスタ121で構成された画素回路Pa(実線のカーブ)と、逆に閾値電圧Vthが比較的高く移動度μが比較的小さい駆動トランジスタ121で構成された画素回路Pb(点線のカーブ)について、それぞれ特性カーブを挙げてある。
図3C(1)は、閾値補正および移動度補正ともに実行しない場合である。このときには画素回路Paおよび画素回路Pbで閾値電圧Vthおよび移動度μの補正が全く実行されないため、閾値電圧Vthや移動度μの違いでVin−Ids特性に大きな違いが出てしまう。したがって、同じ信号電位Vinを与えても、駆動電流Idsすなわち発光輝度が異なってしまい、画面輝度の均一性(ユニフォーミティ)が得られない。
図3C(2)は、閾値補正を実行する一方、移動度補正を実行しない場合である。このとき画素回路Paと画素回路Pbで閾値電圧Vthの違いはキャンセルされる。しかしながら移動度μの相違はそのまま現れている。したがって信号電位Vinが高い領域(すなわち輝度が高い領域)で、移動度μの違いが顕著に現れ、同じ階調でも輝度が違ってしまう。具体的には、同じ階調(同じ信号電位Vin)で、移動度μの大きい画素回路Paの輝度(駆動電流Ids)は高く、移動度μの小さい画素回路Pbの輝度は低くなる。
図3C(3)は閾値補正および移動度補正ともに実行する場合である。閾値電圧Vthおよび移動度μの相違は完全に補正され、その結果、画素回路Paと画素回路PbのVin−Ids特性は一致する。したがって、全ての階調(信号電位Vin)で輝度(Ids)が同一レベルとなり、画面輝度の均一性(ユニフォーミティ)が顕著に改善される。
図3C(4)は、閾値補正および移動度補正ともに実行するものの、閾値電圧Vthの補正が不十分な場合である。たとえば、1回の閾値補正動作では駆動トランジスタ121の閾値電圧Vthに相当する電圧を十分に保持容量120へ保持させることができない場合がその一例である。このときには、閾値電圧Vthの差が除去されないため、画素回路Paと画素回路Pbでは低階調の領域で輝度(駆動電流Ids)に差が出てしまう。よって、閾値電圧Vthの補正が不十分な場合は低階調で輝度のムラが現れ画質を損なうことになる。
<画素回路の動作;第1実施形態>
図4は、第1実施形態の画素回路Pの動作を説明するタイミングチャートである。図4では、時間軸tに沿って、書込駆動パルスWS、閾値&移動度補正パルスAZ1,AZ2、および走査駆動パルスNDS の波形を表してある。前述の説明から理解されるように、スイッチングトランジスタ123,124,125はnチャネル型なので、各パルスWS,AZ1,AZ2がそれぞれハイ(H)レベルのときにオンし、ロー(L)レベルのときにはオフする。一方、発光制御トランジスタ122はpチャネル型なので、走査駆動パルスNDS がハイレベルのときにオフし、ローレベルのときにオンする。なお、このタイミングチャートは、各パルスWS,AZ1,AZ2,DSの波形とともに、駆動トランジスタ121のゲート端Gの電位変化およびソース端Sの電位変化も表してある。
画素回路Pにおいて、通常の発光状態では、駆動走査部105から出力される走査駆動パルスNDS のみがアクティブLで、その他の書込走査部104および閾値&移動度補正走査部114,115からそれぞれ出力される書込駆動パルスWSおよび閾値&移動度補正パルスAZ1,AZ2がインアクティブLにあるため、発光制御トランジスタ122のみがオンした状態である。
1フィールドの間に画素アレイ部102の各行が一回順次走査される。当該フィールドが始まる前の期間(t1以前)で、全てのパルスWS,AZ1,AZ2,DSがローレベルにある。したがって、nチャネル型のスイッチングトランジスタ123,124,125はオフ状態にある一方、pチャネル型の発光制御トランジスタ122のみがオン状態である。
したがって、駆動トランジスタ121はオン状態の発光制御トランジスタ122を介して第1電源電位Vc1に接続しているので、所定のゲート・ソース間電圧Vgsに応じて駆動電流Idsを有機EL素子127に供給している。したがって、タイミングt1以前で有機EL素子127は発光している。このとき、駆動トランジスタ121に印加されるゲート・ソース間電圧Vgsは、ゲート電位Vgとソース電位Vsの差で表される。
このとき、駆動トランジスタ121は飽和領域で動作するように設定されているため、飽和領域で動作するトランジスタのドレイン端−ソース間に流れる電流をIds、移動度をμ、チャネル幅をW、チャネル長をL、ゲート容量をCox、トランジスタの閾値電圧をVthとすると、原理的には、駆動トランジスタ121は式(1)に示した値を持つ定電流源となる。
新しいフィールドが始まるタイミングt1で、走査駆動パルスNDS がローレベルからハイレベルに切り替わる(t1)。したがって、タイミングt1に入ると、全てのスイッチングトランジスタ122〜125がオフ状態になる。これにより発光制御トランジスタ122がオフし、駆動トランジスタ121は第1電源電位Vc1から切り離されるので、ゲート電圧Vgやソース電圧Vsが低下して、有機EL素子127の発光が停止し非発光期間に入る。
次に、閾値&移動度補正パルスAZ1,AZ2を順にアクティブHにすることで検知トランジスタ123,124をオンし(t2)、その後に、閾値&移動度補正パルスAZ1をアクティブHにしたまま閾値&移動度補正パルスAZ2をインアクティブLにすることで検知トランジスタ123側のみをオフさせる(t4)。なお検知トランジスタ123,124はどちらが先にオンしてもよい。こうすることで、有機EL素子127には電流が流れないようにし、有機EL素子127を非発光状態とする。図示した例では、両方がほぼ同時にオンする状態で示している。
このとき、駆動トランジスタ121は、ソース端Sには検知トランジスタ124を介して接地電位Vs1が供給されることで駆動トランジスタ121のソース電位Vsが初期化され、さらにゲート端Gには検知トランジスタ123を介して接地電位Vofs が供給されることで駆動トランジスタ121のゲート電位Vgが初期化される(t2〜t4)。
これにより、駆動トランジスタ121のゲート・ソース間に接続された保持容量120の両端の電位差が駆動トランジスタ121の閾値電圧Vth以上に設定される。このとき、駆動トランジスタ121のゲート・ソース間電圧Vgsは“Vofs −Vs1”という値をとるが、“Vs1<Vofs −Vth”に設定されているので、駆動トランジスタ121はオン状態を維持し、それに応じた電流Ids1 が流れる。
ここで、有機EL素子127を非発光とするためには、Vcath+VthEL>Vs1−Vthの関係にあること、つまり、有機EL素子127のアノード端Aにかかる電圧Vel(=Vs1−Vth)を有機EL素子127の閾値電圧VthELとカソード電圧Vcathの和よりも小さくなるように接地電位Vofs と接地電位Vs1の電圧を設定する必要がある。こうすれば、有機EL素子127は逆バイアス状態となり、駆動トランジスタ121の電流よりも非常に小さくなり、非発光状態になる。
よって、駆動トランジスタ121のドレイン電流Ids1 は第1電源電位Vc1からオン状態にある検知トランジスタ124を介して接地電位Vs1に流れる。また、Vofs −Vs1=Vgs>Vthとすることで、その後のタイミングt5で行なわれる閾値電圧Vthのばらつき補正の準備を行なう。換言すると、期間t2〜t5は、駆動トランジスタ121のリセット期間(初期化期間)や移動度補正の準備期間に相当する。
また、有機EL素子127の閾値電圧VthELに関しては、VthEL>Vs1に設定されている。これにより、有機EL素子127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、後で行なう閾値電圧Vthのばらつき補正およびキャリア移動度μのばらつき補正の動作を正常に動作させるために必要である。
次に、閾値&移動度補正パルスAZ2をインアクティブLにし(t4)、それとほぼ同じくして(若干遅れて)走査駆動パルスNDS をアクティブLにする(t5)。これにより、検知トランジスタ124がオフする一方、発光制御トランジスタ122がオンする。この結果、駆動電流Idsが保持容量120に流れ込み、駆動トランジスタ121の閾値電圧Vthを補正(キャンセル)する閾値補正期間に入る。
駆動トランジスタ121のゲート端Gは接地電位Vofs に保持されており、駆動トランジスタ121のソース電位Vsが上昇して駆動トランジスタ121がカットオフするまで駆動電流Idsが流れる。カットオフすると駆動トランジスタ121のソース電位Vsは“Vofs −Vth”となる。
すなわち、有機EL素子127の等価回路はダイオードと寄生容量Celの並列回路で表されるため、“Vel≦Vcath+VthEL”である限り、つまり、有機EL素子127のリーク電流が駆動トランジスタ121に流れる電流よりもかなり小さい限り、駆動トランジスタ121の電流は保持容量120と寄生容量Celを充電するために使われる。
この結果、駆動トランジスタ121を流れるドレイン電流Idsの電流路が遮断されると、有機EL素子127のアノード端Aの電圧VelつまりノードND121の電位は、時間とともに上昇してゆく。そして、ノードND121の電位(ソース電圧Vs)とノードND122の電圧(ゲート電圧Vg)との電位差がちょうど閾値電圧Vthとなったところで駆動トランジスタ121はオン状態からオフ状態となり、ドレイン電流は流れなくなり、閾値補正期間が終了する。つまり、一定時間経過後、駆動トランジスタ121のゲート・ソース間電圧Vgsは閾値電圧Vthという値をとる。
このとき、“Vel=Vofs −Vth≦Vcath+VthEL”となっている。つまり、ノードND121とノードND122の間に現われた電位差=閾値電圧Vthは保持容量120に保持されることになる。このように、各検知トランジスタ123,124は閾値&移動度補正走査線114AZ,115AZによってそれぞれ適切なタイミングで選択されたとき動作し、駆動トランジスタ121の閾値電圧Vthを検知し、これを保持容量120に保持する。
走査駆動パルスNDS をインアクティブHに(t6)、さらに閾値&移動度補正パルスAZ1をインアクティブLに(t7)、この順に切り替えることで、発光制御トランジスタ122と検知トランジスタ123を順にオフすることで、閾値キャンセル動作を終了させる。発光制御トランジスタ122を検知トランジスタ123よりも先にオフすることで、駆動トランジスタ121のゲート端Gの電圧Vgの変動を抑えることが可能となる。
なお、閾値キャンセル(Vth補正期間)経過後も、検知した駆動トランジスタ121の閾値電圧Vthを保持容量120に補正用電位として保持させる。このように、タイミングt5〜t6は、駆動トランジスタ121の閾値電圧Vthを検出する期間である。ここでは、この検出期間t5〜t6を閾値補正期間と呼んでいる。
ここでは、閾値補正動作を1回のみ実行する事例で示しているが、このことは必須ではない。たとえば1水平期間を処理サイクルとして、閾値補正動作を複数回に亘って繰り返すようにしてもよい。通常、閾値補正期間は、1水平期間よりも短くなってしまう。したがって、様々な要因で、この短い1回分の閾値補正動作期間では、閾値電圧Vthに対応する正確な電圧を保持容量120に保持仕切れないケースも起こり得る。この問題を解消するには、閾値補正動作を複数回繰り返すのがよい。ここでは、そのタイミングについては図示を割愛するが、信号電位Vinの保持容量120へのサンプリング(信号書込み)に先行する複数の水平周期で、閾値補正動作を繰り返し実行することで確実に駆動トランジスタ121の閾値電圧Vthに相当する電圧を保持容量120に保持させるのである。
次に、書込駆動パルスWSをアクティブHにしてサンプリングトランジスタ125をオンして、保持容量120への画素信号Vsig を書き込む(サンプリングするとも称する)(t8〜t10)。このような映像信号Vsig のサンプリングは、書込駆動パルスWSがインアクティブLに戻るタイミングt10まで行なわれる。すなわちタイミングt8〜t10が信号書込期間(以下サンプリング期間とも称する)と称する。通常、サンプリング期間は、1水平期間(1H)に設定される。
このサンプリング期間(t8〜t10)では、駆動トランジスタ121のゲート端Gに画素信号Vsig の信号電位Vinを供給することで、ゲート電圧Vgを信号電位Vinに対応する駆動電位とする。信号電位Vinに対応する保持容量120に書き込まれる情報の大きさの割合を、書込みゲインGinput と称する。この際、画素信号Vsig は駆動トランジスタ121の閾値電圧Vthに足し込む形で保持される。この結果、駆動トランジスタ121の閾値電圧Vthの変動は常にキャンセルされる形となるので、閾値補正を行なっていることになる。
駆動トランジスタ121のゲート・ソース間電圧Vgs、つまり保持容量120に書き込まれる駆動電位は、保持容量120(容量値Cs)と有機機EL素子127の寄生容量Cel(容量値Cel)とゲート・ソース間の寄生容量(容量値Cgs)によって、式(2)のように決定される。基本的に駆動電流Idsは映像信号Vsig の信号電位Vinによって決まる。換言すると、有機EL素子127は信号電位Vinに応じた輝度で発光することになる。
Figure 2008233536
しかし、一般に寄生容量Celは保持容量120の容量値Csおよびゲート・ソース間の寄生容量値Cgsに比べて遙かに大きい、つまり、有機EL素子127の寄生容量(等価容量)Celに比べて保持容量120は充分に小さい。この結果、映像信号Vsig の殆ど大部分が保持容量120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120に書き込まれる。
したがって、駆動トランジスタ121のゲート・ソース間の電圧Vgsは、先に検出保持された閾値電圧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”に等しい。このとき、接地電位Vofs を画素信号Vsig の黒レベル付近に設定しておけば、Vofs =0Vとすることができ、結果的に、ゲート・ソース間電圧Vgs(=駆動電位)は、ほぼ“Vsig “Vsig +Vth””と等しいことになる。
信号書込期間の終了するタイミングt10より前に走査駆動パルスNDS をアクティブLとし発光制御トランジスタ122をオンさせる(t9)。これにより、駆動トランジスタ121のドレイン端Dが発光制御トランジスタ122を介して第1電源電位Vc1に接続されるので、画素回路Pは非発光期間から発光期間に進む。
このように、サンプリングトランジスタ125がまだオン状態でかつ発光制御トランジスタ122がオン状態に入った期間t9〜t10で、駆動トランジスタ121の移動度補正を行なう。書込駆動パルスWSと走査駆動パルスNDS のアクティブ期間のオーバーラップする期間(移動度補正期間と称する)を調整することにより、各画素の駆動トランジスタ121の移動度の補正を最適化するのである。すなわち、信号書込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で移動度補正を適切に実行する。
また、この際、サンプリングトランジスタ125をオフさせる側の書込走査線電位の変化特性に傾斜をつけることで、映像信号線106HSの電位が高いとき(駆動電流Idsが大きいとき)移動度補正期間が短くなり、映像信号線106HSの電位が低いとき(駆動電流Idsが小さいとき)移動度補正期間が長くなるように自動的に調整することで、映像信号電位(映像信号Vsig の信号電位Vin)に追従して、移動度補正期間を最適な状態に設定できるようにするとよい。こうすることで、画像の輝度や絵柄によらず最適な移動度補正が可能となる。
なお、この移動度補正を実行する発光期間の先頭では、有機EL素子127は実際には逆バイアス状態にあるので発光することはない。この移動度補正期間t9〜t10では、駆動トランジスタ121のゲート端Gが映像信号Vsig (詳しくは信号電位Vin)に対応する電位に固定された状態で、駆動トランジスタ121に駆動電流Idsが流れる。
ここで、“Vofs −Vth<VthEL”と設定しておくことで、有機EL素子127は逆バイアス状態におかれるため、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。よって駆動トランジスタ121に流れる駆動電流Idsは保持容量120の容量値Csと有機EL素子127の寄生容量(等価容量)Celの容量値Celの両者を結合した容量“C=Cs+Cel”に書き込まれていく。これにより駆動トランジスタ121のソース電位Vsは上昇していく。
図4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、すなわち移動度補正パラメータである負帰還量ΔVは結局、保持容量120に保持されたゲート・ソース間電圧Vgsから差し引かれることになるので、負帰還をかけたことになる。このように、駆動トランジスタ121の駆動電流Idsを同じく駆動トランジスタ121のゲート・ソース間電圧Vgsに負帰還することで、移動度μを補正することが可能である。なお、負帰還量ΔVは移動度補正期間t9〜t10の時間幅tを調整することで最適化可能である。
本例の場合、映像信号Vsig が高いほど駆動電流Idsは大きくなり、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が行なえる。また、移動度が高い駆動トランジスタ121と低い駆動トランジスタ121を考えた場合、映像信号Vsig を一定とすると、駆動トランジスタ121の移動度μが大きいほどΔVの絶対値も大きくなる。
換言すると、移動度補正期間に移動度が高い駆動トランジスタ121は低い駆動トランジスタ121に対してソース電位が大きく上昇する。また、ソース電位が大きく上昇するほどゲートとソース間の電位差が小さくなり電流が流れ難くなるように負帰還が掛かる。移動度μが大きいほど負帰還量ΔVが大きくなるので、画素ごとの移動度μのばらつきを取り除くことが可能である。移動度の違う駆動トランジスタ121であっても、同じ駆動電流Idsを有機EL素子127に流すことができる。移動度補正期間を調整することで、その負帰還量ΔVの大きさを最適な状態に設定できる。
次に、書込走査部104は、書込駆動パルスWSをインアクティブLに切り替える(t10)。これにより、サンプリングトランジスタ125が非導通(オフ)状態となり発光期間に進む。この後、次のフレーム(もしくはフィールド)に移って、再び、閾値補正準備動作、閾値補正動作、移動度補正動作、および発光動作が繰り返される。
この結果、駆動トランジスタ121のゲート端Gは映像信号線106HSから切り離される。駆動トランジスタ121のゲート端Gへの信号電位Vinの印加が解除されるので、駆動トランジスタ121のゲート電位Vgは上昇可能となる。
このとき、駆動トランジスタ121に流れる駆動電流Idsは有機EL素子127に流れ、有機EL素子127のアノード電位は駆動電流Idsに応じて上昇する。この上昇分をVelとする。このとき、駆動トランジスタ121のゲート・ソース間電圧Vgsは保持容量120による効果によって一定であるので、駆動トランジスタ121は、一定電流(駆動電流Ids)を有機EL素子127に流す。その結果、電圧降下が生じ、有機EL素子127のアノード端Aの電位Vel(=ノードND121の電位)は、有機EL素子127に駆動電流Idsという電流が流れ得る電圧まで上昇する。その間、保持容量120に保持されたゲート・ソース間電圧Vgsは“Vsig +Vth−ΔV(=Vin+Vth−ΔV)”の値を維持する。
やがて、ソース電位Vsの上昇に伴い、有機EL素子127の逆バイアス状態は解消されるので、駆動電流Idsの流入により有機EL素子127は実際に発光を開始する。このときの有機EL素子127のアノード電位の上昇(Vel)は、駆動トランジスタ121のソース電位Vsの上昇に他ならず、駆動トランジスタ121のソース電位Vsは、“−Vth+ΔV+Vel”となる。
発光時の駆動電流Ids対ゲート電圧Vgsの関係は、先のトランジスタ特性を表わした式(1)のVgsに“Vsig +Vth−ΔV(=Vin+Vth−ΔV)”を代入することで、式(3)のように表わすことができる。
Figure 2008233536
式(3)において、k=(1/2)(W/L)Coxである。この式(3)から、閾値電圧Vthの項がキャンセルされており、有機EL素子127に供給される駆動電流Idsは駆動トランジスタ121の閾値電圧Vthに依存しないことが分かる。基本的に駆動電流Idsは映像信号の信号電圧Vsig によって決まる。換言すると、有機EL素子127は映像信号Vsig に応じた輝度で発光することになる。
その際、信号電位Vinは帰還量ΔVで補正されている。この補正量ΔVはちょうど式(3)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。なお、詳細は説明を割愛するが、式(3)に示す移動度補正項を数値解析することで、移動度補正時間に対する駆動電流Idsは式(4)のように表すことができる。
Figure 2008233536
したがって、駆動電流Idsは実質的に信号電位Vinのみに依存することになる。駆動電流Idsは閾値電圧Vthに依存しないので、閾値電圧Vthが製造プロセスにより変動しても、ドレイン・ソース間の駆動電流Idsは変動せず、有機EL素子127の発光輝度も変動しない。
また、駆動トランジスタ121のゲート端Gとソース端Sとの間には保持容量120が接続されており、その保持容量120による効果により、発光期間の最初でブートストラップ動作が行なわれ、駆動トランジスタ121のゲート・ソース間電圧“Vgs=Vin−ΔV+Vth”を一定に維持したまま、駆動トランジスタ121のゲート電位Vgおよびソース電位Vsが上昇する。駆動トランジスタ121のソース電位Vsが“−Vth+ΔV+Vel”となることで、ゲート電位Vgは“Vin+Vel”となる。
ここで、有機EL素子127は、発光時間が長くなるとそのI−V特性が変化してしまう。そのため、ノードND121の電位も変化する。しかしながら、保持容量120による効果のため、ノードND121の電位上昇に連動して、ノードND122の電位も上昇するので、駆動トランジスタ121のゲート・ソース間電位VgsはノードND121の電位上昇に拘らず、常にほぼ“Vsig +Vth−ΔV(=Vin+Vth−ΔV)”に維持されるので、有機EL素子127に流れる電流は変化しない。よって、有機EL素子127のI−V特性が劣化しても一定電流Idsが常に流れ続けるため、有機EL素子127は画素信号Vsig に応じた輝度で発光を続けることになり、輝度が変化することはない。
この後、次のフィールドのタイミングt1に至ると、走査駆動パルスNDS がインアクティブHとなって発光制御トランジスタ122がオフし、発光が終了するとともに当該フィールドが終わる。この後、前述と同様にして、次のフィールドの動作に移って、再び閾値電圧補正動作、移動度補正動作、および発光動作が繰り返されることになる。
このように、本実施形態の画素回路Pでは、ブートストラップ回路130が、電気光学素子の一例である有機EL素子127の電流−電圧特性の変化を補正して駆動電流を一定に維持する駆動信号一定化回路として機能するようになっているのである。
また、本実施形態の画素回路Pでは、閾値&移動度補正回路140を設けており、閾値補正期間における検知トランジスタ123,124の作用により、駆動トランジスタ121の閾値電圧Vthをキャンセルし、当該閾値電圧Vthのばらつきの影響を受けない一定電流Idsを流すことができるため、入力画素信号に対応する安定した階調で表示でき、高画質の画像を得ることができる。
加えて、サンプリングトランジスタ125による映像信号Vsig の書込み動作と連動した発光制御トランジスタ122による移動度補正期間における作用により、駆動トランジスタ121のキャリア移動度μを反映させたゲート・ソース間電位Vgsとして、当該キャリア移動度μのばらつきの影響を受けない一定電流Idsを流すことができるため、入力画素信号に対応する安定した階調で表示でき、高画質の画像を得ることができる。
つまり、閾値&移動度補正回路140が、駆動トランジスタ121の特性ばらつき(本例では閾値電圧Vthおよびキャリア移動度μのばらつき)による駆動電流Idsに与える影響を防ぐために、閾値電圧Vthおよびキャリア移動度μによる影響を補正して駆動電流を一定に維持する駆動信号一定化回路として機能するようになっているのである。
本実施形態において示したブートストラップ回路130や閾値&移動度補正回路140の回路構成は、駆動トランジスタ121としてnチャネル型を用いて有機EL素子127を駆動するための駆動信号を一定に維持する駆動信号一定化回路の一例に過ぎず、有機EL素子127の経時劣化やnチャネル型の駆動トランジスタ121の特性変動(たとえば閾値電圧や移動度などのばらつきや変動)による駆動電流Idsに与える影響を防ぐための駆動信号一定化回路としては、その他の公知の様々な回路を適用することができる。
ここで、本実施形態の駆動タイミングでは、閾値&移動度補正走査部114が供給する閾値&移動度補正パルスAZ1と駆動走査部105が供給する走査駆動パルスNDS のそれぞれに基づく検知トランジスタ123と発光制御トランジスタ122がともにオンするオーバーラップ期間で閾値補正期間が決まり、事実上、発光制御トランジスタ122がオンしている期間そのもので閾値補正期間が決定される。一方、書込走査部104が供給する書込駆動パルスWSと駆動走査部105が供給する走査駆動パルスNDS のそれぞれに基づくサンプリングトランジスタ125と発光制御トランジスタ122がともにオンするオーバーラップ期間で移動度補正期間が決まり、発光制御トランジスタ122がオンしてからサンプリングトランジスタ125がオフするまでの期間で移動度補正期間が決定されるので、事実上、書込駆動パルスWSと走査駆動パルスNDS の位相差が移動度補正期間を決定することになる。
このため、たとえ画素回路P内の検知トランジスタ123やサンプリングトランジスタ125や発光制御トランジスタ122に特性ばらつきが無くまた閾値&移動度補正走査線114AZや書込走査線104WSや駆動走査線105DSの配線抵抗や配線容量の距離依存の影響を無視できたとしても(以下「前提条件」と称する)、書込走査部104や駆動走査部105や閾値&移動度補正走査部114の最終段に設けられる出力回路(一般的に出バッファと称される)の特性に起因する波形特性の相違が閾値補正期間や移動度補正期間に影響を与えてしまう可能性がある。
特に、前述の駆動タイミングでは、閾値補正期間に比べると移動度補正期間は短く、閾値補正期間は検知トランジスタ123のオン期間に多少のばらつきがあっても問題は少ないが、移動度補正期間はばらつきの影響が大きく、書込駆動パルスWSと走査駆動パルスNDS の位相差にばらつきが生じないように管理することが重要となる。
書込駆動パルスWSと走査駆動パルスNDS の位相差のばらつきは、サンプリングトランジスタ125および発光制御トランジスタ122がともに垂直走査系のスイッチングトランジスタであることから、前述の前提条件では行単位で生じ、横筋ノイズとなって視認される難点が懸念される。以下、この問題点とその改善手法について詳しく説明する。
<垂直走査系の出力回路>
図5は、書込走査部104と駆動走査部105の出力回路を説明する図である。図示のように、書込走査部104および駆動走査部105はともに、各行の書込走査線104WSや駆動走査線105DSをHレベルとLレベルで切り替えて1行分の全サンプリングトランジスタ125もしくは全発光制御トランジスタ122の各ゲート端Gを一斉に制御するようになっている。このため、書込走査線104WSや駆動走査線105DSと接続される部分には、十分な駆動能力を持つ出力回路400,500を備える。図では、1行分の出力回路400,500のみを示しているが、各行の書込走査線104WSや駆動走査線105DSごとに出力回路400,500が設けられる。書込走査部104や駆動走査部105は、画素アレイ部102の外縁(いわゆる額縁部分)に設けられ、また図示を割愛するが、表示パネル部100の外部に設けられた出力インピーダンスが十分に小さな電源回路から第1電位Vcc_Hと第2電位Vss_L(Vcc_H>Vss_L)とが供給されるようになっている。
出力回路400,500は、同様の構成をしているので、以下代表して出力回路400にて説明する。書込走査部104側の出力回路400は、一例として、pチャネル型のトランジスタ(p型トランジスタ)402と、nチャネル型のトランジスタ(n型トランジスタ)404とを、第1電位Vcc_H用の供給端400Hと第2電位Vss_L用の供給端400Lとの間に直列に配置した構成となっている。p型トランジスタ402のソース端Sは第1電位Vcc_H用の供給端400Hに接続され、n型トランジスタ404のソース端Sは第2電位Vss_L用の供給端400Lに接続されている。p型トランジスタ402とn型トランジスタ404の各ドレイン端Dを共通に接続し、その接続点を書込走査線104WSに接続している。全体としては、CMOSインバータを構成している。
p型トランジスタ402とn型トランジスタ404の各ゲート端Gを共通に接続し、その接続点にアクティブLの書込駆動パルスNWS を供給する。書込駆動パルスNWS がアクティブLのときにはn型トランジスタ404がオフするとともにp型トランジスタ402がオンするので第1電位Vcc_Hが書込走査線104WSに供給される一方、書込駆動パルスNWS がインアクティブHのときにはp型トランジスタ402がオフするとともにn型トランジスタ404がオンするので第2電位Vss_Lが書込走査線104WSに供給される。一方、駆動走査部105側の出力回路500においては、p型トランジスタ502とn型トランジスタ504の各ゲート端Gを共通に接続し、その接続点にアクティブHの走査駆動パルスDSを供給する。走査駆動パルスDSがインアクティブLのときにはn型トランジスタ404がオフするとともにp型トランジスタ502がオンするので第1電位Vcc_Hが駆動走査線105DSに供給される一方、走査駆動パルスDSがアクティブHのときにはp型トランジスタ502がオフするとともにn型トランジスタ504がオンするので第2電位Vss_Lが駆動走査線105DSに供給される。これらの動作から分かるように出力回路400,500はインバータ型のバッファとして機能している。
<移動度補正期間と出力回路のトランジスタの特性ばらつきの影響>
図6〜図10は、移動度補正期間近傍の書込駆動パルスWSと走査駆動パルスNDS の波形鈍りの一例と、波形鈍りのばらつきが移動度補正期間に与える影響を説明する図である。図6は、移動度補正期間近傍の補正用パルス(書込駆動パルスWSと走査駆動パルスNDS )の波形鈍りの第1例を示す図である。図7は、移動度補正期間と画素電流(駆動電流Ids)との関係を示す特性図である。図8は、波形鈍りのばらつきに起因する移動度補正期間ばらつきによる輝度ムラの一例を示す図である。図9は、移動度補正期間近傍の補正用パルス(書込駆動パルスWS)の波形鈍りの第2例を示す図である。図10は、ELA照射時の各回の照射強度ばらつきの一例を示す図である。
図4で説明したように、本実施形態の画素回路Pとその駆動タイミングでは、移動度補正動作をサンプリング期間の後半部で実行する。図4に示した駆動タイミングでは、発光制御トランジスタ122がオンして映像信号Vsig に応じた電圧情報を保持容量120に書き込んでいる過程で発光制御トランジスタ122をオンさせ、その後にサンプリングトランジスタ125がオフするまでの期間で移動度補正期間が決定されるので、事実上、書込駆動パルスWSと走査駆動パルスNDS の位相差が移動度補正期間を決定することになる。
書込駆動パルスWS用の書込走査線104WSや走査駆動パルスNDS 用の駆動走査線105DSはモリブデンMoなど抵抗値の高いものが使用され、また、オーバーラップ寄生容量が大きいために、これらのパルスは図6に示すように鈍ってしまう。このパルスの波形鈍りは、各走査部104,105最終段に設けられる出力回路400,500のバッファ特性に強く依存する。出力回路400,500を構成する各トランジスタ402,404,502,504(纏めてバッファトランジスタと称する)の特性がばらつくと、パルスの波形特性もばらつき、その影響で、移動度補正期間にもばらつきが生じる。たとえば、図7に移動度補正時間と画素電流値の関係を示すが、同図から分かるように、移動度補正がばらつくことで、画素電流に差異が生じ、輝度ばらつきが行ごとに生じる。移動度補正時間は、長ければ画素電流が少なく暗くなる一方、短ければ画素電流が多く明るくなる。
たとえば、図6に示す書込駆動パルスWSと走査駆動パルスNDS との関係においては、走査駆動パルスNDS の立下りが最も急峻でかつ書込駆動パルスWSの立下りが最も緩やかなときが移動度補正時間が最長となり、走査駆動パルスNDS の立下りが最も緩やかでかつ書込駆動パルスWSの立下りが最も急峻なときが移動度補正時間が最短となる。発光輝度の面では前者がワーストケースとなる。
このようなワーストケースのライン(水平行)では、たとえば図8に示すように、周りより暗い段となり、それが筋状ノイズとなってしまい、歩留まりが低下してしまう。パネルの輝度を高いものが求められており、そのためには短い移動度補正期間が必要である。補正時間が短くなると、この補正期間ばらつき起因のスジがより顕著になってしまう。
また、図9に示すように、サンプリングトランジスタ125をオフさせる側の書込走査線電位の変化特性に傾斜をつけることで、映像信号電位(映像信号Vsig の信号電位Vin)に移動度補正期間が自動追従するようにする場合も同様であり、出力回路400,500を構成するバッファトランジスタの特性がばらつくと、書込走査線電位の変化特性もばらつき、その影響で、移動度補正期間にもばらつきが生じる。
閾値補正は、その補正期間が移動度補正期間に比べると長く、しかも複数回で閾値補正を実行することもできるので、閾値補正期間のばらつき管理は比較的緩くても差し支えないのに対して、移動度補正は、その補正期間が閾値補正期間に比べると遙かに短く、そのばらつきが輝度変化として現れるので、その移動度補正期間のばらつき管理を厳重にする必要がある。
ここで、バッファトランジスタの特性ばらつきの原因となるのが、エキシマレーザアニール(ELA:Excimer Laser Annealing )処理時の出力強度ばらつきである。すなわち、アクティブマトリクス型有機ELパネルでは、ポリシリコン(poly−Si)基板を使用し低温プロセスを用い、TFTなどの駆動回路をガラス基板上に集積している。ポリシリコン基板は、エキシマレーザ(波長308nm)の高出力パルスを照射し、アモルファスシリコン膜を溶融、冷却、固化させることにより形成する。この方法をエキシマレーザアニールと呼び、大面積に亘って良質なポリシリコンが低温で得られる。
ELA工程では、画素アレイ部102やその外縁部の垂直駆動部103や水平駆動部106を搭載する表示パネル部100が形成されるポリシリコン基板上を所定の照射幅を有するエキシマレーザで所定の照射ピッチ(たとえば数10μm単位)で一方向にスキャンしていく。
ところが、図10に示すように、一般的に、ELA出力は照射ごとにばらついてしまい、スキャン進行方向に照射強度がばらつき、画素アレイ部102内の画素回路PのTFTだけでなく、出力回路400,500のバッファトランジスタもELAの照射強度ばらつきの影響を受け易い。これは、エキシマレーザの出力のばらつきにより、生成される結晶粒径の大きさがばらつくためである。
半導体基板上で照射ピッチ単位でELA照射強度にばらつきがあると、スキャン進行方向に並ぶバッファトランジスタごとに特性差が生じてしまい、その特性差の影響で、移動度補正期間にもスキャン進行方向にばらつきが生じ筋状ノイズとして視認され易いという不利益がある。
つまり、バッファトランジスタの特性ばらつきに起因する移動度補正期間のばらつきは輝度ムラとして現れる。特に、低温ポリシリコンにおいては、線状のレーザ(ライン光)を半導体基板に照射しつつそのレーザの長手方向と直交する方向へ走査して結晶化させるエキシマレーザアニール処理を行なうので、そのアニール処理時の走査ムラ(照射幅や走査ピッチや走査速度や照射強度などの変動)の影響を受け、光源として使用されるレーザ光の特質(線状であること)が表示パネル部100の各画素回路Pの特性ばらつきだけでなく画素アレイ部102の外縁に設けられる走査部103,106の特性ばらつきにも現れる。
具体的には、ある走査時点(走査位置)では、線状に概ね一定かつ均等の照射強度で半導体基板を照射するので、各走査部103,106を構成するバッファトランジスタの特性が、レーザ光(ライン光)の長手方向に沿っては概ね均等になるのに対して、アニール処理時の走査方向には、ばらつきを持ってしまう。その結果、表示画面上では、アニール処理時の走査方向と一定の関係を持って線状に輝度ムラが発生し、視覚的には、筋状ノイズとして観察されてしまう。図1Aに示したように、カラー画像表示対応をとると、行ごとの不要な色付き(筋状カラーノイズ)が視認されるという不利益が生じる。
線状のレーザ光で半導体基板を走査してアニール処理を行なうので、バッファトランジスタの特性ばらつきが本質的に線状相関性を持って現れ易い特徴があり、各バッファトランジスタの特性ばらつきのレベルが小さくても、それが筋状ノイズとなって画像に現れ、視覚的にも感知され易い傾向がある。
トランジスタの特性ばらつきのレベルが同じであっても、それが線状に蓄積し筋模様として認識される場合と、不規則に分布している場合では、人間の感じ方は大きく異なり、不規則に分布している場合の方がずっと自然に受け入れることができる。これは、幾何学的なパターン認識ができる場合は、どうしてもそこに意識が集中してしまうという人間の認知心理学的な特性によるものである。
このような問題を解消するには、線状のレーザ光の照射幅や走査ピッチや走査速度や照射強度などのアニール処理時のばらつき要因を極力小さくすることが先ず第1の手法として考えられる。しかしながら、当然に、その対処には限度がある。
そこで、本実施形態では、表示画面上において筋状に現れる輝度ムラの要因が、線状のレーザ光を走査するアニール処理にある点に着目し、アニール処理時の照射幅および走査ピッチを考慮した半導体回路形成時のバッファトランジスタのレイアウト構成(パターン設計)を工夫する。回路的には事実上従来と同一であるが製造面から対策を講じるのである。
具体的には、アニール処理時の走査方向において、バッファトランジスタのサイズ(特にチャネル幅)を画素ピッチと略同一のサイズにする。なお、バッファトランジスタのサイズは、事実上、チャネルサイズが意味を持つので、電極配線などのチャネルとして使用し得ない領域を除く有効なチャネル幅のサイズが画素ピッチと概ね同一のサイズとなるようにする。以下、このような関係を、バッファトランジスタのチャネル幅をアニール処理時の走査方向の画素ピッチと同等サイズにすると称する。つまり、1ライン分の全スイッチトランジスタを駆動するバッファトランジスタが画素ピッチとの関係において最大限に配置されるようにチャネル幅の側面から工夫することで、アニール処理時のばらつき要因が表示画面に与える影響を緩和する。以下、半導体回路形成時のパターン設計および製造プロセスの側面について具体的に説明する。
<改善手法:第1実施形態>
図11は、アニール処理時のばらつき要因に起因する表示画面上における輝度ばらつきを緩和し得るようにした本実施形態の駆動回路配置(レイアウト)に対する比較例を示す図である。図12は、第1実施形態の駆動回路配置(レイアウト)を示す図である。何れも、図8のA部分の書込走査部104および駆動走査部105と画素回路Pとの接続部分に着目した詳細図である。後述する他の実施形態においても同様である。
従来と同様に、有機EL表示装置1の表示パネル部100を生成するに当たり、ポリシリコン基板を使用し低温プロセスで駆動回路をガラス基板上に集積していく。この際、ELA法を採用してエキシマレーザ(波長308nm)の高出力パルスを照射し、a−Si膜を溶融、冷却、固化させることでパネル製造を行なう。
この際、本実施形態では、ELA照射によるバッファ特性のばらつきを抑制するために、バッファトランジスタのチャネル幅Wを、画素ピッチとの関係において取り得る最大値に設定する。特に、第1実施形態においては、バッファトランジスタのチャネル幅Wを分割しない場合(つまりマルチフィンガー構成としない場合)での適用例の第1例であり、バッファトランジスタの1つのチャネル幅Wを画素ピッチとの関係において取り得る最大値に設定している。後述する第2実施形態との相違としては、チャネル幅WをELA走査方向の画素ピッチ以下とすることに特徴を持つ。
一般的に、走査部に設けられるバッファは、そのバッファが駆動する1つの走査線に共通に接続される全てのスイッチングトランジスタを駆動するべく十分な駆動能力を必要とする。バッファの駆動能力はチャネルサイズ(バッファサイズ)と関係し、そのチャネルサイズは、電流が流れる方向のチャネル長Lもしくは電流が流れる方向と直交するチャネル幅Wで調整される。一般的には、駆動能力の調整に当たり、レイアウト面積の調整をし易くするために、トランジスタを単一の素子としてではなく、所定幅のゲート電極を複数列配置して対応する各ソースおよびドレインを相互に接続することで小型のトランジスタに分割し、1つのトランジスタを規定の領域内に効率的に配置するマルチフィンガー構造が採用される。
たとえば、図11に示す比較例のように、p型トランジスタ402,502(纏めて600Pと記す)は、図示を割愛したn型基板上に一方向に延びた複数本(本例では4本)のゲート電極614GPが相互に並行に設けられており、n型基板の表面におけるゲート電極614GNの直下域がチャネル領域616Pになっている。そして、n型基板の表面におけるチャネル領域616P間の領域が、ソース領域618Pまたはドレイン領域620Pとなっており、ソース領域618Pとドレイン領域620Pとは交互に配列されている。これにより、複数のp型トランジスタ600P_@(@は1,…,4:それぞれを分割p型トランジスタとも称する)が形成され、相互に隣接するp型トランジスタ600P_1,…,_k間でソース領域618Pまたはドレイン領域620Pが共通化されている。ソース領域618Pおよびドレイン領域620Pの表面には、複数のコンタクト622SP,622DPがゲート電極614GPの長手方向に沿って一列に配列されており、ソース領域618Pの各コンタクト622SPは第1電位Vcc_H用の電極624Hに共通に接続されている。
n型トランジスタ404,504(纏めて600Nと記す)においても同様の構造をなしており、図示を割愛したp型基板上に一方向に延びた複数本(本例では4本)のゲート電極614GNが相互に並行に設けられており、p型基板の表面におけるゲート電極614GPの直下域がチャネル領域616Nになっている。そして、p型基板の表面におけるチャネル領域616N間の領域が、ソース領域618Nまたはドレイン領域620Nとなっており、ソース領域618Nとドレイン領域620Nとは交互に配列されている。これにより、複数のn型トランジスタ600N_@(@は1,…,4:それぞれを分割n型トランジスタとも称する)が形成され、相互に隣接するn型トランジスタ600N_1,…,_k間でソース領域618Nまたはドレイン領域620Nが共通化されている。ソース領域618Nおよびドレイン領域620Nの表面には、複数のコンタクト622SN,622DNがゲート電極614GNの長手方向に沿って一列に配列されており、ソース領域618Nの各コンタクト622SNは第2電位Vss_L用の電極624Lに共通に接続されている。
p型トランジスタ600Pおよびn型トランジスタ600Nの各ゲート電極614GP,614GNは共通にゲート電極614Gに接続され、また、p型トランジスタ600Pおよびn型トランジスタ600Nの各ドレイン領域620P,620Nの各コンタクト622DP,622DNは共通にドレイン電極614Dに接続されている。
p型トランジスタ600Pおよびn型トランジスタ600N(纏めてバッファトランジスタ600と称する)は、チャネル幅Wが概ねソース領域618P,618Nやドレイン領域620P,620Nのゲート電極614GP,614GNの長手方向の長さに相当し、チャネル長Lが概ねチャネル領域616P,616Nの幅(ゲート電極614GP,614GNの長手方向と直交する方向の長さ)に相当する。
図5に示した出力回路400,500との対応においては、ゲート電極614Gには書込駆動パルスNWS が供給され、ドレイン電極614Dは書込走査線104WSもしくは駆動走査線105DSに接続される。
このようなマルチフィンガー構成のバッファトランジスタ600において、全体のチャネル幅Wall は、各分割トランジスタのチャネル幅WをWn、分割数をnとしたとき、Wall =n*Wnである。
これに対して本実施形態の構成では、バッファトランジスタを分割するか否かに拘らず、バッファトランジスタのチャネル幅をアニール処理時の走査方向の画素ピッチと同等サイズにするべく、アニール処理時の走査方向に対して、バッファトランジスタのチャネル幅Wを、画素ピッチとの関係において採り得る配線領域を除いた最大限(Wk)に設定する。
ここで、画素ピッチとの関係において採り得る最大限(Wk)とは、チャネル幅Wの方向がELA走査方向と同方向となるようにバッファトランジスタを形成する際に、ゲート、ソース、ドレインの各電極の引回し分を含めて画素ピッチ内に形成する場合には、そのゲート、ソース、ドレインの各電極配線分はチャネル幅Wに寄与し得ないので、その電極配線分を除いて、チャネル幅Wとして使用し得る範囲のほぼ全てをチャネル幅Wに割り当てる趣旨である。
図12に示す第1実施形態の構成例では、バッファトランジスタのチャネル幅Wを分割しない構成、つまりマルチフィンガー構成とせずに、バッファトランジスタの1つのチャネル幅Wkを、画素ピッチ同等の百μmのオーダーのバッファサイズとし、画素ピッチとの関係において取り得る最大値(画素ピッチ以下の範囲で)に設定している。図11に示した比較例の各バッファトランジスタ600P,600Nと比較して、図12に示す第1実施形態の構成例での各バッファトランジスタ600P,600Nのチャネル幅(チャネル長Lも)は同一としており、Wall =Wk=n*Wnである。
こうすることで、バッファトランジスタ600の特性をより多くのELA照射にて決定されるようにできる。結果的には、ELA照射強度の平均的な値に相応した特性を得ることができ、バッファトランジスタ600の特性のラインごとのばらつきを抑制でき、移動度補正期間ばらつき起因の筋状ノイズの発生を抑制し、高ユニフォーミティの画質を得ることができる。
従来においてマルチフィンガー構造を採用する場合、分割数と各分割トランジスタ(分割p型トランジスタや分割n型トランジスタ)のチャネル幅Wとの関係については、専ら駆動能力の側面しか考慮されていない。このため、図11に示す比較例のように、分割トランジスタのチャネル幅Wは、ELAの照射ピッチと近くなってしまい同等サイズとなることも多くなる。
たとえば、画素ピッチを100μmとし、その画素ピッチ100μmの80%(=80μm)を4等分したサイズが各フィンガーのチャネル幅W(=20μm)であると仮定する。ELA照射ピッチを10μm程度とすれば、図10に示したように、ELAの照射強度はショットごとにばらついているので、図11に示す比較例の場合には、1回あるいは2回程度のELA照射にてバッファトランジスタの特性が決定されてしまい、そのため、出力バッファの特性ばらつきは大きくなる問題がある。各行のバッファトランジスタ600の特性は、ELA照射強度ばらつきの影響を受け易く、行ごと(段ごと)の出力ばらつきが発生し易い問題がある。
一方、図12に示した第1実施形態のレイアウトでは、バッファトランジスタ600のチャネル幅Wkは画素ピッチと同等の100μm程度、ELA照射ピッチを10μm程度とすれば、8回前後のELA照射にてその特性が決定されるようにでき、最終的な特性を、比較例に対して4倍前後の平均的な値に相応したものとすることができ、各行のバッファトランジスタ600の特性差を大幅に抑制できる。各行のバッファトランジスタ600の特性差を抑制できれば、移動度補正期間の行ばらつきも抑制できるので、高ユニフォーミティの画質を得ることができる。
<改善手法:第2実施形態>
図13Aおよび図13Bは、アニール処理時のばらつき要因に起因する表示画面上における輝度ばらつきを緩和し得るようにした駆動回路配置(レイアウト)の第2実施形態を示す図である。第2実施形態のバッファトランジスタ600のレイアウトは、チャネル幅Wを分割しない場合(つまりマルチフィンガー構成としない場合)での適用例の第2例であり、バッファトランジスタの1つのチャネル幅Wkを画素ピッチとの関係において取り得る最大値に設定している。前述の第1実施形態との相違としては、チャネル幅WkをELA走査方向の画素ピッチと同一サイズか画素ピッチよりも大きくする必要がある場合への適用例である。
図13Aに示す第1例および図13Bに示す第2例の何れも、各行のバッファトランジスタ600は分割されていない。そして、図13Aに示す第1例では、そのチャネル幅WkがELA走査方向の画素ピッチとほぼ同一に設定されている。一方、図13Bに示す第2例では、チャネル幅Wkをさらに垂直方向に延ばして、そのチャネル幅WkをELA走査方向の画素ピッチよりも大きく(約1.1倍に)設定している。
これらの場合、画素ピッチと同一もしくは画素ピッチ以上のチャネル幅Wkを確保するべく、各行のバッファトランジスタ600は隣接行にはみ出る部分(配線領域のみの場合もあればチャネル幅Wkを含む場合もある)が存在してしまい、隣接行(隣接段)に跨るようにバッファトランジスタ600をレイアウトすることになる。このような状態を一列に並べると閾値&移動度補正走査部114、閾値&移動度補正走査部115の垂直方向サイズが画素アレイ部102の垂直方向サイズよりも大幅に大きくなってしまう。そこで、この隣接行にはみ出る部分に関しては、隣接行との関係において互い違いになるように配置するのがよい。こうすることで、閾値&移動度補正走査部114、閾値&移動度補正走査部115の垂直方向サイズと画素アレイ部102の垂直方向サイズとをほぼ同一にすることができる。
このとき、図示のように、ドレイン電極614Dと書込走査線104WSもしくは駆動走査線105DSとの配線レイアウトを考慮して、バッファトランジスタ600のドレイン電極614Dを対応する行内に配置することで、ドレイン電極614Dからそのまま行方向に書込走査線104WSもしくは駆動走査線105DSを伏線できるようにし、ゲート電極614G側が隣接行(隣接段)側にはみ出るようにレイアウトするのが好ましい。もちろん、図示を割愛するが、ゲート電極614Gおよびドレイン電極614Dの各配線領域の双方が隣接行側にはみ出るようにレイアウトしてもよい。
第2実施形態のレイアウトでは、バッファトランジスタ600のチャネル幅kが画素ピッチ以上となるので、第1実施形態よりもさらに多くのELA照射にて特性が決定されるようにでき、各行のバッファトランジスタ600の特性差を第1実施形態よりも抑制できる。もちろん、駆動能力も増す。
<改善手法:第3実施形態>
図14は、アニール処理時のばらつき要因に起因する表示画面上における輝度ばらつきを緩和し得るようにした駆動回路配置(レイアウト)の第3実施形態を示す図である。第3実施形態のバッファトランジスタ600のレイアウトは、チャネル幅Wall を分割する場合(つまりマルチフィンガー構成とする場合)での適用例であり、この場合においても、バッファトランジスタの1つのチャネル幅Wkを画素ピッチとの関係において取り得る最大値に設定している。
すなわち、チャネル幅Wall をELA走査方向の画素ピッチ以上にする必要がある場合に、図14に示すように、ゲート電極614GP,614GNを分割してマルチフィンガー構造を採用するが、必要とされる全チャネル幅Wall に対しての分割数を最小限にするようにしつつ、分割トランジスタの各チャネル幅Wkを、画素ピッチとの関係において取り得る最大値に設定する。必要とされる全チャネル幅Wall に対しての分割数を最小限にするのは、要求性能に対して過剰にならないようにするためである。たとえば、必要とされる全チャネル幅Wall 、分割数N、ELA走査方向の画素ピッチPvに対して採り得る1つの分割トランジスタのチャネル幅Wkとしたとき、(N−1)*Wk<Wall ≦N*Wkとなるようにする。
第3実施形態のレイアウトでは、マルチフィンガー構成を採る場合においても、各分割トランジスタのチャネル幅を画素ピッチとの関係において取り得る最大値Wkに設定するので、分割トランジスタのそれぞれは、第1実施形態と同様に、多くのELA照射のELA照射の平均的な値に相応した特性にできるので、各行のバッファトランジスタ600の特性差を大幅に抑制できる。加えて、マルチフィンガー構成にしたことで、全体としては分割トランジスタのELA照射の平均的な値に相応したものとすることができるので、最終的な特性を、第1あるいは第2実施形態よりも抑制できる。もちろん駆動能力も増す。
なお、図示を割愛するが、マルチフィンガー構成を採用した第3実施形態においても、第2実施形態の仕組みを採り入れて、分割トランジスタのそれぞれについて、チャネル幅WkをELA走査方向の画素ピッチと同一サイズかそれ以上にすることもできる。こうすることで、各行のバッファトランジスタ600の特性差を一層大幅に抑制できるようになる。もちろん、駆動能力もさらに増大する。
<画素回路:第2実施形態>
図15Aは、画素回路Pの第2実施形態を示す図である。なお、表示パネル部100の基板101上において画素回路Pの周辺部に設けられた垂直駆動部103と水平駆動部106も合わせて示している。
第2実施形態の画素回路Pは、駆動トランジスタ121の他に走査用に1つのスイッチングトランジスタ(サンプリングトランジスタ125)を使用する2TR駆動の構成を採るとともに、各スイッチングトランジスタを制御する電源駆動パルスDSL および書込駆動パルスWSのオン/オフタイミングの設定により、有機EL素子127の経時劣化や駆動トランジスタ121の特性変動(たとえば閾値電圧や移動度などのばらつきや変動)による駆動電流Idsに与える影響を防ぐ点に特徴を有する。また、2TR駆動の構成であり、素子数や配線数が少ないため、高精細化が可能であることに加えて、映像信号Vsig の劣化なくサンプリングできるため、良好な画質を得ることができる。
先ず、保持容量120は、第1実施形態と同様に、有機EL素子127の経時劣化による駆動電流変動を防ぐ回路として、駆動信号一定化回路の一例であるブートストラップ回路を構成するべく、駆動トランジスタ121のゲート・ソース間に接続する。駆動トランジスタ121の特性変動(たとえば閾値電圧や移動度などのばらつきや変動)による駆動電流Idsに与える影響を抑制する方法としては、各トランジスタ121,125の駆動タイミングを工夫することで対処する。
具体的には、第2実施形態の画素回路Pは、保持容量120、nチャネル型の駆動トランジスタ121、およびアクティブH(ハイ)の書込駆動パルスWSが供給されるnチャネル型のサンプリングトランジスタ125、電流が流れることで発光する電気光学素子(発光素子)の一例である有機EL素子127を有する。
駆動トランジスタ121のゲート端G(ノードND122)とソース端Sとの間に保持容量120が接続され、駆動トランジスタ121のソース端Sが直接に有機EL素子127のアノード端Aに接続されている。有機EL素子127のカソード端Kは基準電位としてのカソード電位Vcathとされる。カソード電位Vcathは、基準電位を供給する全画素共通の接地配線Vcath(GND )に接続されている。
駆動トランジスタ121のドレイン端Dは、電源スキャナとして機能する駆動走査部105からの電源供給線105DSL に接続されている。電源供給線105DSL は、この電源供給線105DSL そのものが、駆動トランジスタ121に対しての電源供給能力を備える点に特徴を有する。具体的には、第2実施形態の駆動走査部105は、駆動トランジスタ121のドレイン端Dに対して、それぞれ電源電圧に相当する高電圧側の第1電位Vcc_Hと低電圧側の第2電位Vcc_Lとを切り替えて供給する電源電圧切替回路を具備している。
第2電位Vcc_Lとしては、映像信号線106HSにおける映像信号Vsig の基準電位Voより十分低い電位とする。たとえば、駆動トランジスタ121のゲート・ソース間電圧Vgs(ゲート電位Vgとソース電位Vsの差)が駆動トランジスタ121の閾値電圧Vthより大きくなるように、電源供給線105DSL の低電位側の第2電位Vcc_Lを設定する。なお、基準電位Voは、閾値補正動作に先立つ初期化動作に利用するとともに映像信号線106HSを予めプリチャージにしておくためにも利用する。
サンプリングトランジスタ125は、ゲート端Gが書込走査部104からの書込走査線104WSに接続され、ソース端Sが映像信号線106HSに接続され、ドレイン端Dが駆動トランジスタ121のゲート端G(ノードND122)に接続されている。そのゲート端Gには、書込走査部104からアクティブHの書込駆動パルスWSが供給される。サンプリングトランジスタ125は、ソース端Sとドレイン端Dとを逆転させた接続態様とすることもできる。
<画素回路の動作:第2実施形態>
図15Bは、図15Aに示した第2実施形態の画素回路Pに関する駆動タイミングの一例として、線順次方式で信号電位Vinの情報を保持容量120に書き込む際の動作を説明するタイミングチャートである。
第2実施形態の画素回路Pにおいて、駆動タイミングとしては、先ず、サンプリングトランジスタ125は、書込走査線104WSから供給された書込駆動パルスWSに応じて導通し、映像信号線106HSから供給された映像信号Vsig をサンプリングして保持容量120に保持する。この点は、基本的には、第1実施形態の画素回路Pを駆動する場合と同じである。なお、第2実施形態の画素回路Pにおける駆動タイミングは、映像信号Vsig の信号電位Vinの情報を保持容量120に書き込む際に、順次走査の観点からは、1行分の映像信号を同時に各列の映像信号線106HSに伝達する線順次駆動を行なう。
駆動トランジスタ121は、第1電位(高電位側)にある電源供給線105DSL から電流の供給を受け保持容量120に保持された信号電位(映像信号Vsig の有効期間の電位に対応する電位)に応じて駆動電流Idsを有機EL素子127に流す。
垂直駆動部103は、電源供給線105DSL が第1電位にありかつ映像信号線106HSが映像信号Vsig の非有効期間である基準電位Voにある時間帯でサンプリングトランジスタ125を導通させる制御信号として書込駆動パルスWSを出力して、駆動トランジスタ121の閾値電圧Vthに相当する電圧を保持容量120に保持しておく。この動作が閾値補正機能を実現する。この閾値補正機能により、画素回路Pごとにばらつく駆動トランジスタ121の閾値電圧Vthの影響をキャンセルすることができる。
特に、第2実施形態の画素回路Pにおける駆動タイミングでは、電源供給線105DSL が高電位側である第1電位にあり、かつ、映像信号Vsig が有効期間にある時間帯内で書込駆動パルスWSをアクティブにしている。つまり、その結果、移動度補正時間(サンプリング期間も)は、映像信号線106HSの電位が、映像信号Vsig の有効期間の電位(信号線電位)にある時間幅と書込駆動パルスWSのアクティブ期間の両者が重なった範囲で決まる。特に、本実施形態では、映像信号線106HSが信号電位にある時間幅の中に入るように書込駆動パルスWSのアクティブ期間幅を細めに決めるため、結果的に移動度補正時間は書込駆動パルスWSそのもので決まる。正確には、移動度補正時間(サンプリング期間も)は、書込駆動パルスWS立ち上がってサンプリングトランジスタ125がオンしてから、同じく書込駆動パルスWSが立ち下がってサンプリングトランジスタ125がオフするまでの時間となる。
以下、具体的に説明する。先ず、基本的には、書込走査線104WSや電源供給線105DSL の1行ごとに、1水平走査期間だけ遅れて同じような駆動を行なう。図15Bにおける各タイミングや信号は、処理対象行を問わず、第1行目のタイミングや信号と同じタイミングや信号で示す。そして、説明中において区別が必要とされるときには、そのタイミングや信号に、処理対象行を“_ ”付きの参照子で示すことで区別する。
ある行(ここでは第1行目とする)について、タイミングt11以前の前フィールドの発光期間Bでは、書込駆動パルスWSがインアクティブLでありサンプリングトランジスタ125が非導通状態である一方、電源駆動パルスDSL は高電位の電源電圧側である第1電位Vcc_Hにある。したがって、映像信号線106HSの電位に関わらず、前フィールドの動作によって保持容量120に保持されている電圧状態(駆動トランジスタ121のゲート・ソース間電圧Vgs)に応じて有機EL素子127に駆動トランジスタ121から駆動電流Idsが供給され、全画素共通の接地配線Vcath(GND )に流れ込むことで、有機EL素子127が発光状態にある。
この後、線順次走査の新しいフィールドに入って、先ず、駆動走査部105は、書込駆動パルスWSがインアクティブLにある状態で、1行目の電源供給線105DSL_1 に与える電源駆動パルスDSL_1 を高低電位側の第1電位Vcc_Hから低電位側の第2電位Vcc_Lに切り替える。このタイミング(t11_1)は、図15Bに示す態様では、映像信号Vsig が有効期間の信号電位Vinにある期間内としている。たとえば、1行目については、タイミングt15V〜t13Vの範囲内である。ただし、このことは必須ではなく、映像信号Vsig が非効期間の基準電位Voにあるときにしてもよい。1行目については、タイミングt13V〜t15Vの範囲内とすればよい。
次に、書込走査部104は、電源供給線105DSL_1 が第2電位Vcc_Lにある状態のままで、書込駆動パルスWSをアクティブHに切り替える(t13W)。このタイミング(t13W)は、直前の水平期間における映像信号Vsig が非有効期間である基準電位Voから有効期間の信号電位Vinに切り替わり(t15V)、その後に、当該水平期間における映像信号Vsig の有効期間の信号電位Vinから非有効期間である基準電位Voに切り替わるタイミング(t13V)と同じかそれよりも少し遅れたタイミングにする。この後に書込駆動パルスWSをインアクティブLに切り替えるタイミング(t15W)は、映像信号Vsig が非有効期間である基準電位Voから有効期間の信号電位Vinに切り替わるタイミング(t15V)と同じかそれよりも少し前のタイミングにする。
つまり、好ましくは、書込駆動パルスWSをアクティブHにする期間(t13W〜t15W)は、映像信号Vsig が非有効期間である基準電位Voにある時間帯(t13V〜t15V)内とする。これは、電源供給線105DSL が第1電位Vcc_Hにある状態のときで映像信号Vsig が信号電位Vinにあるときに書込駆動パルスWSをアクティブHにすると信号電位Vinの保持容量120へのサンプリング動作(信号電位の書込み動作)がなされてしまい、閾値補正動作としては不都合が生じるからである。
タイミングt11_1〜t13W(放電期間Cと称する)では、電源供給線105DSL の電位は第2電位Vcc_Lまで放電され、さらに駆動トランジスタ121のソース電位Vsは第2電位Vcc_Lに近い電位まで遷移する。さらに、駆動トランジスタ121のゲート端Gとソース端Sとの間には保持容量120が接続されており、その保持容量120による効果によって、駆動トランジスタ121のソース電位Vsの変動にゲート電位Vgが連動する。電源供給線105DSL の配線容量が大きい場合は比較的早いタイミングで電源供給線105DSL を高電位Vcc_Hから低電位Vcc_Lに切り替えるとよい。この放電期間C(t11_1〜t13W)を十分に確保することで、配線容量やその他の画素寄生容量の影響を受けないようにしておく。
電源駆動パルスDSL を低電位側の第2電位Vcc_Lにしたままで、書込駆動パルスWSをアクティブHに切り替えると(t13W)、サンプリングトランジスタ125が導通状態になる。このとき、映像信号線106HSは基準電位Voにある。したがって、駆動トランジスタ121のゲート電位Vgは導通したサンプリングトランジスタ125を通じて映像信号線106HSの基準電位Voとなる。これと同時に、駆動トランジスタ121がオンすることで、駆動トランジスタ121のソース電位Vsは即座に低電位側の第2電位Vcc_Lに固定される。
つまり、電源供給線105DSL の電位が高電位側の第1電位Vcc_Hから映像信号線106HSの基準電位Voより十分低い第2電位Vcc_Lにあることで、駆動トランジスタ121のソース電位Vsが映像信号線106HSの基準電位Voより十分低い第2電位Vcc_Lに初期化(リセット)される。このようにして、駆動トランジスタ121のゲート電位Vgおよびソース電位Vsを初期化することで、閾値補正動作の準備が完了する。次に電源駆動パルスDSL を高電位側の第1電位Vcc_Hにするまでの期間(t13W〜t14_1)が、初期化期間Dとなる。なお、放電期間Cと初期化期間Dとを合わせて、駆動トランジスタ121のゲート電位Vgとソース電位Vsを初期化する閾値補正準備期間とも称する。
次に、書込駆動パルスWSをアクティブHにしたままで、電源供給線105DSL に与える電源駆動パルスDSL を第1電位Vcc_Hに切り替える(t14_1)。駆動走査部105は、それ以降は、次のフレーム(あるいはフィールド)の処理まで、電源供給線105DSL の電位を第1電位Vcc_Hに保持しておく。これにより、ドレイン電流が保持容量120に流れ込み、駆動トランジスタ121の閾値電圧Vthを補正(キャンセル)する閾値補正期間Eに入る。この閾値補正期間Eは、書込駆動パルスWSがインアクティブLにされるタイミング(t15W)まで継続する。
タイミング(t14_1)以降の閾値補正期間Eでは、電源供給線105DSL の電位が低電位側の第2電位Vcc_Lから高電位側の第1電位Vcc_Hに遷移することで、駆動トランジスタ121のソース電位Vsが上昇を開始する。すなわち、駆動トランジスタ121のゲート端Gは映像信号Vsig の基準電位Voに保持されており、駆動トランジスタ121のソース端Sの電位Vsが上昇して駆動トランジスタ121がカットオフするまでドレイン電流が流れようとする。カットオフすると駆動トランジスタ121のソース電位Vsは“Vo−Vth”となる。
なお、閾値補正期間Eでは、ドレイン電流が専ら保持容量120側(Cs<<Cel時)に流れ、有機EL素子127側には流れないようにするため、有機EL素子127がカットオフとなるように共通接地配線cathの電位Vcathを設定しておく。有機EL素子127の等価回路はダイオードと寄生容量Celの並列回路で表されるため、“Vel≦Vcath+VthEL”である限り、つまり、有機EL素子127のリーク電流が駆動トランジスタ121に流れる電流よりもかなり小さい限り、駆動トランジスタ121の電流は保持容量120と寄生容量Celを充電するために使われる。
この結果、駆動トランジスタ121を流れるドレイン電流の電流路が遮断されると、有機EL素子127のアノード端Aの電圧VelつまりノードND121の電位は、時間とともに上昇してゆく。そして、ノードND121の電位(ソース電位Vs)とノードND122の電圧(ゲート電位Vg)との電位差がちょうど閾値電圧Vthとなったところで駆動トランジスタ121はオン状態からオフ状態となり、ドレイン電流は流れなくなり、閾値補正期間が終了する。つまり、一定時間経過後、駆動トランジスタ121のゲート・ソース間電圧Vgsは閾値電圧Vthという値をとる。
ここで、実際には、閾値電圧Vthに相当する電圧が、駆動トランジスタ121のゲート端Gとソース端Sとの間に接続された保持容量120に書き込まれることになる。しかしながら、閾値補正期間Eは、書込駆動パルスWSをアクティブHにしたタイミング(t13W)(詳しくはその後に電源駆動パルスDSL を第1電位Vcc_Hに戻した時点t14)からインアクティブLに戻すタイミング(t15W)までであり、この期間が十分に確保されていないときには、それ以前に終了してしまうこととなる。この問題を解消するには、閾値補正動作を複数回繰り返すのがよい。ここでは、そのタイミングについては図示を割愛する。
次に、駆動走査部105は、1水平期間の後半部で、書込駆動パルスWSをインアクティブLに切り替え(t15W)、さらに水平駆動部106は、映像信号線106HSの電位を基準電位Voから信号電位Vinに切り替える(t15V)。これにより、タイミングt15W〜t15Vにおいては、映像信号線106HSが基準電位Voにある状態で、書込走査線104WSの電位(書込駆動パルスWS)はローレベルになる。この後、水平駆動部106により映像信号線106HSに映像信号Vsig の信号電位Vinを実際に供給して、書込駆動パルスWSをアクティブHにする期間を、保持容量120への信号電位Vinの書込み期間(サンプリング期間とも称する)とする。この信号電位Vinは駆動トランジスタ121の閾値電圧Vthに足し込む形で保持される。
この結果、駆動トランジスタ121の閾値電圧Vthの変動は常にキャンセルされる形となるので、閾値補正を行なっていることになる。この閾値補正によって、保持容量120に保持されるゲート・ソース間電圧Vgsは、“Vsig +Vth”=“Vin+Vth”となる。また、同時に、このサンプリング期間で移動度補正を実行する。すなわち、第2実施形態の画素回路Pにおける駆動タイミングにおいて、サンプリング期間は移動度補正期間を兼ねることとなる。
具体的には、先ず、書込駆動パルスWSをインアクティブLに切り替えた後(t15W)、さらに水平駆動部106は、映像信号線106HSの電位を基準電位Voから信号電位Vinに切り替える(t15V)。こうすることで、サンプリングトランジスタ125が非導通(オフ)状態とされた状態で、次のサンプリング動作および移動度補正動作の準備が完了する。次に書込駆動パルスWSをアクティブHにするタイミング(t16_1)まで期間を書込み&移動度補正準備期間Gと称する。
次に、電源供給線105DSL の電位を第1電位Vcc_Hにし、かつ、映像信号線106HSの電位を信号電位Vinに保持したままで、書込走査部104は、書込駆動パルスWSをアクティブHに切り替え(t16_1)、水平駆動部106が映像信号線106HSの電位を信号電位Vinから基準電位Voに切り替えるタイミング(t18_1)までの間での適当なタイミングで、つまり、映像信号線106HSが信号電位Vinにある時間帯での適当なとき、インアクティブLに切り替える(t17_1)。この書込駆動パルスWSがアクティブHにある期間(t16_1〜t17_1)を、サンプリング期間&移動度補正期間Hと称する。これにより、駆動トランジスタ121のゲート電位Vgが信号電位Vinにある状態でサンプリングトランジスタ125が導通(オン)状態となる。したがって、サンプリング期間&移動度補正期間Hでは、駆動トランジスタ121のゲート端Gが映像信号Vsig の信号電位Vinに固定された状態で、駆動トランジスタ121に駆動電流Idsが流れる。
ここで、有機EL素子127の閾値電圧をVthELとしたとき、“Vo−Vth<VthEL”と設定しておくことで、有機EL素子127は、逆バイアス状態におかれ、カットオフ状態(ハイインピーダンス状態)にあるため、発光することはなく、また、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。よって駆動トランジスタ121に流れるドレイン電流(駆動電流Ids)は保持容量120の容量値Csと有機EL素子127の寄生容量(等価容量)Celの容量値Celの両者を結合した容量“C=Cs+Cel”に書き込まれていく。これにより、駆動トランジスタ121のドレイン電流は有機EL素子127の寄生容量Celに流れ込み充電を開始する。その結果、駆動トランジスタ121のソース電位Vsは上昇していく。
図15B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、すなわち移動度補正パラメータである負帰還量ΔVは、閾値補正によって保持容量120に保持されるゲート・ソース間電圧“Vgs=Vin+Vth”から差し引かれることになり、“Vgs=Vin−ΔV+Vth”となるので、負帰還をかけたことになる。このとき、駆動トランジスタ121のソース電位Vsは、ゲート電位Vg(=Vin)から保持容量に保持される電圧“Vgs=Vin−ΔV+Vth”を差し引いた値“−Vth+ΔV”となる。
このようにして、第2実施形態の画素回路Pにおける駆動タイミングでは、サンプリング期間&移動度補正期間H(t16〜t17)において、信号電位Vinのサンプリングと移動度μのばらつきを補正するための負帰還量ΔVの調整が同時に行なわれる。書込走査部104は、書込駆動パルスWSのオン/オフ期間を調整することでサンプリング期間&移動度補正期間Hの時間幅を調整可能であり、また映像信号Vsig の変化特性に傾斜を付けることもでき、保持容量120に対する駆動電流Idsの負帰還量を最適化することができる。
次に、書込走査部104は、映像信号線106HSの電位が信号電位Vinにある状態で、書込駆動パルスWSをインアクティブLに切り替える(t17_1)。これにより、サンプリングトランジスタ125が非導通(オフ)状態となり発光期間Iに進む。水平駆動部106は、その後の適当な時点で映像信号線106HSへの映像信号Vsig の信号電位Vinの供給を停止して基準電位Voに戻す(t18_1)。この後、次のフレーム(もしくはフィールド)に移って、再び、閾値補正準備動作、閾値補正動作、移動度補正動作、および発光動作が繰り返される。
この結果、駆動トランジスタ121のゲート端Gは映像信号線106HSから切り離される。駆動トランジスタ121のゲート端Gへの信号電位Vinの印加が解除されるので、駆動トランジスタ121のゲート電位Vgは上昇可能となる。このとき、駆動トランジスタ121に流れる駆動電流Idsは有機EL素子127に流れ、有機EL素子127のアノード電位は駆動電流Idsに応じて上昇する。この上昇分をVelとする。やがて、ソース電位Vsの上昇に伴い、有機EL素子127の逆バイアス状態は解消されるので、駆動電流Idsの流入により有機EL素子127は実際に発光を開始する。このときの有機EL素子127のアノード電位の上昇(Vel)は、駆動トランジスタ121のソース電位Vsの上昇に他ならず、駆動トランジスタ121のソース電位Vsは、“−Vth+ΔV+Vel”となる。
駆動電流Ids対ゲート電圧Vgsの関係は、先の式(2)のように表すことができ、閾値電圧Vthの項がキャンセルされ、有機EL素子127に供給される駆動電流Idsは駆動トランジスタ121の閾値電圧Vthに依存しない。基本的に駆動電流Idsは映像信号Vsig の信号電位Vinによって決まる。換言すると、有機EL素子127は信号電位Vinに応じた輝度で発光することになる。
その際、信号電位Vinは帰還量ΔVで補正されており、この補正量ΔVは式(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、駆動電流Idsは実質的に信号電位Vinのみに依存することになる。駆動電流Idsは閾値電圧Vthに依存しないので、閾値電圧Vthが製造プロセスにより変動しても、ドレイン・ソース間の駆動電流Idsは変動せず、有機EL素子127の発光輝度も変動しない。
また、駆動トランジスタ121のゲート端Gとソース端Sとの間には保持容量120が接続されており、その保持容量120による効果により、発光期間の最初でブートストラップ動作が行なわれ、駆動トランジスタ121のゲート・ソース間電圧Vgsを一定に維持したまま、駆動トランジスタ121のゲート電位Vgおよびソース電位Vsが上昇する。駆動トランジスタ121が定電流源として動作することから、有機EL素子127のI−V特性が経時変化し、これに伴って駆動トランジスタ121のソース電位Vsが変化したとしても、保持容量120によって駆動トランジスタ121のゲート・ソース間電位Vgsが一定(≒Vin−ΔV+Vth)に保たれるため、有機EL素子127に流れる電流は変わらず、したがって有機EL素子127の発光輝度も一定に保たれる。ブートストラップ動作により、有機EL素子127のI−V特性が経時的に変化しても、それに伴う輝度劣化のない画像表示が可能になる。
ここで、前述の説明から分かるように、第2実施形態の画素回路Pを駆動するタイミングでは、書込駆動パルスWSのアクティブH期間が、映像信号Vsig (信号電位Vin)のサンプリング期間となるだけでなく移動度補正期間にもなる。そのアクティブH期間のばらつきは第1実施形態のときと同様に閾値補正効果や移動度補正効果のばらつき要因となる。したがって、第1実施形態と同様に、書込走査部104の出力回路400が供給する書込駆動パルスWSの波形鈍りが行ごとにばらつかないようにするべく、前述の改善手法の第1〜第3実施形態の何れかを適用するのが好ましいこととなる。
以上、本発明について実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は前記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で前記実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
また、前記の実施形態は、クレーム(請求項)にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組合せの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。前述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜の組合せにより種々の発明を抽出できる。実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、効果が得られる限りにおいて、この幾つかの構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
たとえば、前述の各実施形態では、図4に示した駆動タイミング例では、書込駆動パルスWSと走査駆動パルスNDS の位相差で決定される移動度補正期間が絶対的に短く、そのパルスタイミング(オン/オフのタイミングや変化特性)のばらつきが移動度補正の特性に大きく影響を与える点を考慮して、各走査線104WS,105DSに供給される書込駆動パルスWSおよび走査駆動パルスNDS を出力する出力回路400,500の特性ばらつきを低減可能なレイアウト例を説明したが、同様の思想は、他の機能目的に供される駆動パルスについても適用できる。
また、前記の各実施形態では、5TR構成と2TR構成の各画素回路で、閾値補正や移動度補正を実現する駆動方式の場合におけるバッファトランジスタのレイアウト例について具体的に説明したが、閾値補正や移動度補正を実現する駆動方式を適用可能な画素回路としては、この他にも、たとえば5TR〜2TRの中間に位置する4TR,3TR構成のものも考えられる。これらの場合においても、動作期間を決定するバッファトランジスタのサイズを、レーザ光の走査方向における画素ピッチと同一もしくはそれ以上に設定する仕組みを同様に適用することができる。
また、バッファトランジスタをレーザ光照射の走査方向における画素ピッチと同一もしくはそれ以上に設定して配置するようにする前述のレイアウト例では、対象となるバッファトランジスタを閾値補正や移動度補正に係わる垂直走査系のものとしたが、水平走査系のものを対象としてもよい。何れにしても、入力のビデオ信号を各信号線にサンプリングするためのパルス信号を出力するバッファトランジスタの内、駆動パルス波形の特性ばらつきの具合を揃える必要のあるものを対象とすればよいのである。
本発明に係る表示装置の一実施形態であ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ブロック図である。 本発明に係る表示装置の一実施形態であ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ブロック図(カラー表示態様の場合)である。 有機EL表示装置を構成する画素回路の第1実施形態を示す図である。 有機EL素子や駆動トランジスタの動作点を説明する図である。 有機EL素子や駆動トランジスタの特性ばらつきが駆動電流に与える影響を説明する図である。 有機EL素子や駆動トランジスタの特性ばらつきが駆動電流に与える影響を改善する手法の概念を説明する図(その1)である。 有機EL素子や駆動トランジスタの特性ばらつきが駆動電流に与える影響を改善する手法の概念を説明する図(その1)である。 第1実施形態の画素回路の動作を説明するタイミングチャートである。 書込走査部と駆動走査部の出力回路を説明する図である。 移動度補正期間近傍の補正用パルスの波形鈍りの第1例を示す図である。 移動度補正期間と画素電流(駆動電流)との関係を示す特性図である。 波形鈍りのばらつきに起因する移動度補正期間ばらつきによる輝度ムラの一例を示す図である。 移動度補正期間近傍の補正用パルスの波形鈍りの第2例を示す図である。 ELA照射時の各回の照射強度ばらつきの一例を示す図である。 本実施形態の駆動回路配置に対する比較例を示す図である。 駆動回路配置の第1実施形態を示す図である。 駆動回路配置の第2実施形態(第1例)を示す図である。 駆動回路配置の第2実施形態(第2例)を示す図である。 駆動回路配置の第3実施形態を示す図である。 画素回路の第2実施形態を示す図である。 第2実施形態の画素回路の動作を説明するタイミングチャートである。
符号の説明
1…有機EL表示装置、100…表示パネル部、101…基板、102…画素アレイ部、103…垂直駆動部、104…書込走査部、105…駆動走査部、106…水平駆動部、114…閾値&移動度補正走査部、115…閾値&移動度補正走査部、120…保持容量、121…駆動トランジスタ、122…発光制御トランジスタ、123…検知トランジスタ、124…検知トランジスタ、125…サンプリングトランジスタ、127…有機EL素子、130…ブートストラップ回路、140…閾値&移動度補正回路、400,500…出力回路、402,502,600P…p型トランジスタ、404,504,600N…n型トランジスタ、P…画素回路

Claims (7)

  1. 駆動電流を生成する駆動トランジスタ、前記駆動トランジスタの出力端側に接続された電気光学素子、映像信号線を介して供給される映像信号の内の信号電位に応じた情報を保持する保持容量、および前記信号電位に応じた情報を前記保持容量に書き込むサンプリングトランジスタを具備し、前記保持容量に保持された情報に基づく駆動電流を前記駆動トランジスタで生成して前記電気光学素子に流すことで当該電気光学素子が発光する画素回路が行列状に配置されている画素アレイ部と、
    出力段にバッファトランジスタを具備し、前記画素アレイ部を駆動するパルス信号を前記バッファトランジスタから出力する制御部と
    を備え、
    前記画素アレイ部および前記制御部は、垂直方向もしくは水平方向に走査される所定波長の長尺状のレーザ光照射によって形成されており、
    前記制御部は、前記バッファトランジスタのサイズが、前記レーザ光の走査方向における画素ピッチと同一もしくはそれ以上である
    ことを特徴とする表示装置。
  2. 前記バッファトランジスタのチャネル幅が、前記レーザ光の走査方向における画素ピッチの内、前記バッファトランジスタの各端子と接続される配線部分を除いた最大限に設定されている
    ことを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  3. 各行の前記バッファトランジスタのサイズがそれぞれ、前記レーザ光の走査方向における画素ピッチ以上に設定されており、
    隣接行との関係においては、隣接行にはみ出る部分が互い違いになるように配置されている
    ことを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  4. 前記バッファトランジスタのチャネル幅が、前記レーザ光の走査方向における画素ピッチよりも大きく設定されている
    ことを特徴とする請求項3に記載の表示装置。
  5. 各行の前記バッファトランジスタのそれぞれはマルチフィンガー構成をなしており、
    マルチフィンガー構成の各バッファトランジスタのそれぞれのサイズが、前記レーザ光の走査方向における画素ピッチと同一もしくはそれ以上である
    ことを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  6. 前記画素アレイ部は、前記駆動トランジスタもしくは前記電気光学素子の特性変動に伴う前記駆動電流の変動を抑制する駆動電流変動抑制部を具備し、
    前記制御部は、前記サンプリングトランジスタを水平周期で順次制御することで前記画素回路を順次走査して1行分の各保持容量に映像信号の信号電位に応じた情報を書き込むための書込走査パルスを前記バッファトランジスタから出力する書込走査部、および前記駆動電流変動抑制部を制御するための補正パルスを前記バッファトランジスタから出力する補正走査部を具備し、
    前記書込走査部および前記補正走査部の少なくとも一方は、前記バッファトランジスタのサイズが、前記レーザ光の走査方向における画素ピッチと同一もしくはそれ以上である
    ことを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  7. 前記駆動電流変動抑制部は、前記駆動トランジスタの移動度に対する補正分を前記保持容量に書き込まれる情報に加える移動度補正を行なうものであり、
    前記書込走査部および前記補正走査部の前記移動度補正用の補正パルスを出力する前記バッファトランジスタのサイズが、前記レーザ光の走査方向における画素ピッチと同一もしくはそれ以上である
    ことを特徴とする請求項6に記載の表示装置。
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