JP4552108B2

JP4552108B2 - 画素回路及び表示装置とこれらの駆動方法

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Description

本発明は、画素毎に配した負荷素子を電流駆動する画素回路に関する。又この画素回路がマトリクス状に配列された表示装置であって、特に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発光素子などの負荷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表示装置に関する。

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、応答速度が速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る。
ＵＳＰ５，６８４，３６５特開平８−２３４６８３号公報

従来の典型的な画素回路は、行状の走査線と列状の信号線とが交差する部分に配され、サンプリングトランジスタと保持容量とドライブトランジスタと負荷素子とスイッチングトランジスタとを含む。サンプリングトランジスタは、走査線により選択された時信号線から信号をサンプリングして保持容量に保持する。ドライブトランジスタは、保持容量に保持された信号電位に応じて負荷素子に通電する。スイッチングトランジスタはドライブトランジスタに直列接続しており、ゲートパルスに応答して通電をオン／オフ制御する。

ドライブトランジスタの動作特性は以下の式で表わされる。
Ｉｄｓ＝（１／２）μ（Ｗ／Ｌ）Ｃｏｘ（Ｖｇｓ−Ｖｔｈ）^２
このトランジスタ特性式において、Ｉｄｓはドレイン電流を表わしている。Ｖｇｓはソースを基準としてゲートに印加される電圧を表わしており、これが正の値である時上記の順バイアスと呼んでいる。Ｖｔｈはトランジスタの閾電圧である。その他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、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を超えて正側に大きくなると、オン状態となってドレイン電流Ｉｄｓが流れる。換言すると順バイアス（Ｖｇｓ）が閾電圧（Ｖｔｈ）を超えるとオン状態となる。逆にＶｇｓがＶｔｈを下回ると薄膜トランジスタはカットオフし、ドレイン電流Ｉｄｓは流れなくなる。

ところで薄膜トランジスタの閾電圧Ｖｔｈは必ずしも一定ではなく経時的に変動する傾向にある。前述のトランジスタ特性式から明らかな様に、ドライブトランジスタの閾電圧Ｖｔｈが変動すると、ゲート電圧Ｖｇｓが一定であってもドレイン電流Ｉｄｓが変動する。これにより発光素子の通電量が変わってしまう為発光輝度の変化が生じるという課題がある。すなわち所定の映像信号を送っても実際の発光輝度が変化してしまう為意図する表示が得られないという課題がある。

又スイッチングトランジスタに着目した場合、閾値電圧が大幅に上方変動してゲートパルスの振幅を超えると、常時カットオフ状態となり、正常なオン／オフ動作が行なえなくなる。前述した様に、スイッチングトランジスタはゲートパルスに応答して負荷素子に対する通電をオン／オフ制御している。例えば負荷素子が発光素子の場合、通電をオン／オフ制御して発光時間をコントロールし、以って画面の明るさなどを調整している。このスイッチングトランジスタが閾値変動により正常なオン／オフ動作を行なえなくなると、発光素子はフィールド期間中非発光状態に陥り、正常な表示が妨げられる。

上述した従来の技術の課題に鑑み、本発明は画素回路に組み込まれるドライブトランジスタやスイッチングトランジスタなどの閾値変動を回路的に補正する手段を講ずることを目的とする。係る目的を達成する為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が交差する部分に各々配された画素回路であって、サンプリングトランジスタと保持容量とドライブトランジスタと負荷素子とスイッチングトランジスタとを含み、前記サンプリングトランジスタは、該走査線により選択された時該信号線から信号をサンプリングして該保持容量に保持させ、前記ドライブトランジスタは、該保持容量に保持された信号電位に応じて該負荷素子に通電し、前記スイッチングトランジスタは該ドライブトランジスタに直列接続しており、ゲートパルスに応答して該通電をオン／オフ制御する画素回路において、第１及び第２の閾値電圧補正回路を備えており、前記第１の閾値電圧補正回路は、該ドライブトランジスタの閾値電圧を検知し、且つ検知した閾値電圧を該信号電位に加えて該ドライブトランジスタのゲートにフィードバックし、以って閾値電圧の変動をキャンセルし、前記第２の閾値電圧補正回路は、該ドライブトランジスタの該検知された閾値電圧を該ゲートパルスの振幅に上載せして該スイッチングトランジスタのゲートに印加し、以って該ドライブトランジスタとほぼ同等とみなされる該スイッチングトランジスタの閾値電圧の変動を補正することを特徴とする。

具体的には、前記第２の閾値電圧補正回路は、該スイッチングトランジスタのゲートと該ゲートパルスを供給する配線との間に挿入された容量と、該第１の閾値電圧補正回路と該容量との間に挿入されたトランジスタとを含み、該トランジスタは該第１の閾値電圧補正回路で検知された該閾値電圧を読み取って該容量に書き込み、以って該ゲートパルスの振幅に上載せする。

又本発明は、行状の走査線と、列状の信号線と、両者が交差する部分に各々配された画素回路とからなり、前記画素回路は、サンプリングトランジスタと保持容量とドライブトランジスタと発光素子とスイッチングトランジスタとを含み、前記サンプリングトランジスタは、該走査線により選択された時該信号線から映像信号をサンプリングして該保持容量に保持させ、前記ドライブトランジスタは、該保持容量に保持された信号電位に応じて該発光素子に通電し、前記スイッチングトランジスタは該ドライブトランジスタに直列接続しており、ゲートパルスに応答して該通電をオン／オフ制御する表示装置において、前記画素回路は、第１及び第２の閾値電圧補正回路を備えており、前記第１の閾値電圧補正回路は、該ドライブトランジスタの閾値電圧を検知し、且つ検知した閾値電圧を該信号電位に加えて該ドライブトランジスタのゲートにフィードバックし、以って閾値電圧の変動をキャンセルし、前記第２の閾値電圧補正回路は、該ドライブトランジスタの該検知された閾値電圧を該ゲートパルスの振幅に上載せして該スイッチングトランジスタのゲートに印加し、以って該ドライブトランジスタとほぼ同等とみなされる該スイッチングトランジスタの閾値電圧の変動を補正することを特徴とする。

又本発明は、行状の走査線と列状の信号線とが交差する部分に各々配され、サンプリングトランジスタと保持容量とドライブトランジスタと負荷素子とスイッチングトランジスタとを含み、前記サンプリングトランジスタは、該走査線により選択された時該信号線から信号をサンプリングして該保持容量に保持させ、前記ドライブトランジスタは、該保持容量に保持された信号電位に応じて該負荷素子に通電し、前記スイッチングトランジスタは該ドライブトランジスタに直列接続しており、ゲートパルスに応答して該通電をオン／オフ制御する画素回路の駆動方法において、第１及び第２の閾値電圧補正手順を含んでおり、前記第１の閾値電圧補正手順は、該ドライブトランジスタの閾値電圧を検知し、且つ検知した閾値電圧を該信号電位に加えて該ドライブトランジスタのゲートにフィードバックし、以って閾値電圧の変動をキャンセルし、前記第２の閾値電圧補正手順は、該ドライブトランジスタの該検知された閾値電圧を該ゲートパルスの振幅に上載せして該スイッチングトランジスタのゲートに印加し、以って該ドライブトランジスタとほぼ同等とみなされる該スイッチングトランジスタの閾値電圧の変動を補正することを特徴とする。

又本発明は、行状の走査線と、列状の信号線と、両者が交差する部分に各々配された画素回路とからなり、前記画素回路は、サンプリングトランジスタと保持容量とドライブトランジスタと発光素子とスイッチングトランジスタとを含み、前記サンプリングトランジスタは、該走査線により選択された時該信号線から映像信号をサンプリングして該保持容量に保持させ、前記ドライブトランジスタは、該保持容量に保持された信号電位に応じて該発光素子に通電し、前記スイッチングトランジスタは該ドライブトランジスタに直列接続しており、ゲートパルスに応答して該通電をオン／オフ制御する表示装置の駆動方法において、第１及び第２の閾値電圧補正手順を含んでおり、前記第１の閾値電圧補正手順は、該ドライブトランジスタの閾値電圧を検知し、且つ検知した閾値電圧を該信号電位に加えて該ドライブトランジスタのゲートにフィードバックし、以って閾値電圧の変動をキャンセルし、前記第２の閾値電圧補正手順は、該ドライブトランジスタの該検知された閾値電圧を該ゲートパルスの振幅に上載せして該スイッチングトランジスタのゲートに印加し、以って該ドライブトランジスタとほぼ同等とみなされる該スイッチングトランジスタの閾値電圧の変動を補正することを特徴とする。

本発明によれば、画素回路を構成するドライブトランジスタ及びスイッチングトランジスタの各々に対応して第１及び第２の閾値電圧補正回路を設けている。第１の閾値電圧補正回路は、ドライブトランジスタの閾値電圧を検知しこれをゲートにフィードバックすることで閾値電圧の変動をキャンセルしている。これにより、ドライブトランジスタはその閾値電圧が変動しても常に一定の駆動電流を負荷素子に通電できる。この様な第１の閾値電圧補正回路と同一構成の閾値電圧補正回路をスイッチングトランジスタにも用意することが考えられる。しかしながら、同一構成の閾値電圧補正回路を設けることは回路構成が複雑になるばかりでなく、重複による無駄も生じる。そこでスイッチングトランジスタに対応して設けた第２の閾値電圧補正回路は、第１の閾値電圧補正回路の検知結果を利用してスイッチングトランジスタの閾値電圧変動を補正する構成とし、以って回路構成の簡略化及び合理化を図っている。その前提として、ドライブトランジスタ及びスイッチングトランジスタは直列接続されて互いに近傍に配されており、デバイス特性はほぼ同等になるという推定がある。すなわち、スイッチングトランジスタの閾値電圧の変動は、ドライブトランジスタの閾値電圧の変動と同一傾向にあることが推定される。この推定に基づき、第２の閾値電圧補正回路は、ドライブトランジスタの検知された閾値電圧を利用してスイッチングトランジスタの閾値電圧の変動を補正する。具体的には、検知された閾値電圧をゲートパルスの振幅に上載せしてスイッチングトランジスタのゲートに印加し、以ってドライブトランジスタとほぼ同等とみなされるスイッチングトランジスタの閾値電圧の変動を補正している。

以下図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は画素回路を包含する一般的なアクティブマトリクス表示装置の参考例を示すブロック図である。図示する様に、アクティブマトリクス表示装置は主要部となる画素アレイ１と周辺の回路群とで構成されている。周辺の回路群は水平セレクタ２、ドライブスキャナ３、ライトスキャナ４などを含んでいる。

画素アレイ１は行状の走査線ＷＳと列状の信号線ＤＬと両者の交差する部分にマトリクス状に配列した画素回路５とで構成されている。信号線ＤＬは水平セレクタ２によって駆動される。走査線ＷＳはライトスキャナ４によって走査される。尚、走査線ＷＳと平行に別の走査線ＤＳも配線されており、これはドライブスキャナ３によって走査される。各画素回路５は、走査線ＷＳによって選択された時信号線ＤＬから信号をサンプリングする。更に走査線ＤＳによって選択された時、該サンプリングされた信号に応じて負荷素子を駆動する。この負荷素子は各画素回路５に形成された電流駆動型の発光素子などである。

図２は、図１に示した画素回路５の基本的な構成を示す参考図である。本画素回路５は、サンプリング用薄膜トランジスタ（サンプリングトランジスタＴｒ１）、ドライブ用薄膜トランジスタ（ドライブトランジスタＴｒ２）、スイッチング用薄膜トランジスタ（スイッチングトランジスタＴｒ３）、保持容量Ｃ１、負荷素子（有機ＥＬ発光素子）などで構成されている。

サンプリングトランジスタＴｒ１は走査線ＷＳによって選択された時導通し、信号線ＤＬから映像信号をサンプリングして保持容量Ｃ１に保持する。ドライブトランジスタＴｒ２は保持容量Ｃ１に保持された信号電位に応じて発光素子ＥＬに対する通電量を制御する。スイッチングトランジスタＴｒ３は走査線ＤＳによって制御され、発光素子ＥＬに対する通電をオン／オフする。すなわち、ドライブトランジスタＴｒ２は通電量に応じて発光素子ＥＬの発光輝度（明るさ）を制御する一方、スイッチングトランジスタＴｒ３は発光素子ＥＬの発光時間を制御している。これらの制御により、各画素回路５に含まれる発光素子ＥＬは映像信号に応じた輝度を呈し、画素アレイ１に所望の表示が映し出される。

図３は、図２に示した画素アレイ１及び画素回路５の動作説明に供するタイミングチャートである。１フィールド期間（１ｆ）の先頭で、１水平期間（１Ｈ）の間１行目の画素回路５に走査線ＷＳを介して選択パルスｗｓ［１］が印加され、サンプリングトランジスタＴｒ１が導通する。これにより信号線ＤＬから映像信号がサンプリングされ、保持容量Ｃ１に書き込まれる。保持容量Ｃ１の一端はドライブトランジスタＴｒ２のゲートに接続している。従って、映像信号が保持容量Ｃ１に書き込まれると、ドライブトランジスタＴｒ２のゲート電位が、書き込まれた信号電位に応じて上昇する。この時、他の走査線ＤＳを介してスイッチングトランジスタＴｒ３に選択パルスｄｓ［１］が印加される。この間発光素子ＥＬは発光を続ける。１フィールド期間１ｆの後半はｄｓ［１］がローレベルになるので発光素子ＥＬは非発光状態となる。パルスｄｓ［１］のデューティを調整することで、発光期間と非発光期間の割合を調整でき、所望の画面輝度が得られる。次の水平期間に移行すると、２行目の画素回路に対し、各走査線ＷＳ，ＤＳからそれぞれ走査用の信号パルスｗｓ［２］，ｄｓ［２］が印加される。

ここで図２に戻り参考例として示した画素回路５の問題点につき説明する。参考例の画素回路５は、Ｔｒ１〜Ｔｒ３が全てＮチャネル型の薄膜トランジスタで構成されており、コスト的に有利な非晶質シリコン膜を活性層に使えるという利点がある。しかしながら、ドライブトランジスタＴｒ２のドレインが電源電圧Ｖｃｃに接続される一方、ソースがスイッチングトランジスタＴｒ３を介して発光素子ＥＬのアノードに接続されており、いわゆるソースフォロワとなっていることで問題がある。トランジスタＴｒ２のゲートには保持容量Ｃ１に保持された信号電圧が印加されており、基本的には一定に維持されている。しかしながら、ソース電位は発光素子ＥＬの電流／電圧特性の経時的な変化に伴い変動する。一般には発光素子ＥＬの経時劣化に伴いアノード電位は上昇しその結果ソース電位も上昇する。ドライブトランジスタＴｒ２は飽和領域で動作しており、前述したトランジスタ特性式で示す様に、ドレイン電流Ｉｄｓはソース電位を基準にしたゲート電位Ｖｇｓに依存している。ゲート電圧自体は一定に保たれているにも関わらず、Ｔｒ２はソースフォロワとして動作するのでソース電位が発光素子ＥＬの特性劣化に伴い変動し、これに応じてＶｇｓも変化する。従ってドレイン電流Ｉｄｓが変動し発光素子ＥＬの輝度劣化につながるという問題がある。

更にドライブトランジスタＴｒ２はそれ自身閾電圧Ｖｔｈの経時変動がある。前述のトランジスタ特性式から明らかな様に、飽和領域で動作する場合仮にＶｇｓを一定に保っても、閾電圧Ｖｔｈが変動すると、ドレイン電流ＩＤＳも変化してしまい、これに伴って発光素子ＥＬの輝度も変動してしまう。特に、非晶質シリコン薄膜を活性層（チャネル領域）とする薄膜トランジスタは閾電圧の経時的な変動が目立つ為、これに対処しないと発光素子の輝度を正確に制御することはできない。

図４は図２に示した画素回路に改良を加えた別の参考例に係る画素回路を表わしており、（Ａ）は構成を表わした回路図、（Ｂ）は動作を表わしたタイミングチャートである。

（Ａ）に示す様にこの改良例は、図２の画素回路に、ブートストラップ回路６と閾値電圧補正回路７を加えた構成となっている。ブートストラップ回路６は発光素子ＥＬの特性変動を吸収する様に、ドライブトランジスタＴｒ２のゲート（Ｇ）に印加される信号電位のレベルを自動的に制御するものであり、スイッチングトランジスタＴｒ４を含んでいる。このスイッチングトランジスタＴｒ４のゲートには走査線ＷＳが接続し、ソースは電源電位Ｖｓｓに接続し、ドレインは保持容量Ｃ１の一端に接続するとともにドライブトランジスタＴｒ２のソース（Ｓ）に接続している。走査線ＷＳに選択パルスが印加されると、サンプリングトランジスタＴｒ１がオンするとともにスイッチングトランジスタＴｒ４もオンする。これにより、結合容量Ｃ２を介して保持容量Ｃ１に映像信号Ｖｓｉｇが書き込まれる。この後走査線ＷＳから選択パルスが解除されるとスイッチングトランジスタＴｒ４がオフする為、保持容量Ｃ１は電源電位Ｖｓｓから切り離され、ドライブトランジスタＴｒ２のソース（Ｓ）に結合される。この後走査線ＤＳに選択パルスが印加されるとスイッチングトランジスタＴｒ３がオンしドライブトランジスタＴｒ２を通って駆動電流が発光素子ＥＬに供給される。発光素子ＥＬは発光を開始するとともにその電流／電圧特性に応じアノード電位が上昇しドライブトランジスタＴｒ２のソース電位の上昇をもたらす。この時保持容量Ｃ１はＶｓｓから切り離されている為ソース電位の上昇とともに保持された信号電位も上昇（ブートストラップ）し、ドライブトランジスタＴｒ２のゲート（Ｇ）の電位上昇をもたらす。すなわち、発光素子ＥＬの特性変動があっても、ドライブトランジスタＴｒ２のゲート電圧Ｖｇｓは常に保持容量Ｃ１に保持された正味の信号電位と一致する様になっている。この様なブートストラップ動作により、発光素子ＥＬの特性変動があっても、常にドライブトランジスタＴｒ２のドレイン電流は保持容量Ｃ１に保持された信号電位によって一定に保たれ、発光素子ＥＬの輝度の変化が生じない。この様なブートストラップ手段６を追加することで、ドライブトランジスタＴｒ２は発光素子ＥＬに対し正確な定電流源として機能できる。

閾値電圧補正回路７はドライブトランジスタＴｒ２の閾電圧の変動をキャンセルする様にドライブトランジスタＴｒ２のゲート（Ｇ）に印加される信号電位のレベルを調節するものであり、スイッチングトランジスタＴｒ５，Ｔｒ６を含んでいる。スイッチングトランジスタＴｒ５のゲートは別の走査線ＡＺに接続され、ドレイン／ソースはドライブトランジスタＴｒ２のゲートとドレインとの間に接続されている。スイッチングトランジスタＴｒ６のゲートは同じく走査線ＡＺに接続され、ソースは所定のオフセット電圧Ｖｏｆｓに接続され、ドレインは結合容量Ｃ２の一方の電極に接続されている。尚、図示の例ではオフセット電圧Ｖｏｆｓ、電源電位Ｖｓｓ、カソード電圧（ＧＮＤ）はそれぞれ異なった電位を取り得るが、場合により全て共通の電位（例えばＧＮＤ）に合わせてもよい。

走査線ＡＺに制御パルスが印加されるとスイッチングトランジスタＴｒ５が導通し、Ｖｃｃ側からドライブトランジスタＴｒ２のゲートに向かって電流が流れる為、ゲート（Ｇ）電位が上昇する。これによりドライブトランジスタＴｒ２にドレイン電流が流れ出し、ソース（Ｓ）の電位が上昇する。ちょうどゲート電位（Ｇ）とソース電位（Ｓ）の電位差ＶｇｓがドライブトランジスタＴｒ２の閾電圧Ｖｔｈと一致したところで、前述のトランジスタ特性式に従って、ドレイン電流は流れなくなる。この時のソース／ゲート間電圧ＶｇｓがトランジスタＴｒ２の閾電圧Ｖｔｈとして保持容量Ｃ１に書き込まれる。この保持容量Ｃ１に書き込まれたＶｔｈは信号電位Ｖｓｉｇに上載せしてドライブトランジスタＴｒ２のゲートに印加されるので、閾電圧Ｖｔｈの効果はキャンセルされる。従ってドライブトランジスタＴｒ２の閾電圧Ｖｔｈが経時的に変動しても、閾値電圧補正回路７はこの変動をキャンセルすることができる。

（Ｂ）は各走査線ＷＳ，ＤＳ，ＡＺに印加される走査パルス波形とドライブトランジスタＴｒ２のゲート（Ｇ）及びソース（Ｓ）の電位波形を表わすタイミングチャートである。図示する様にＶｔｈキャンセル期間に入ると走査線ＡＺにパルスが印加され、スイッチングトランジスタＴｒ５が導通して、Ｔｒ２のゲート電位が上昇する。その後走査線ＤＳのパルスが立ち下がる為電源Ｖｃｃ側からの電流供給が断たれる。これによりゲート電位とソース電位の差が縮小しちょうどＶｔｈとなったところで電流が０になる。この結果、ＶｔｈがＴｒ２のゲート／ソース間に接続された保持容量Ｃ１に書き込まれる。次に走査線ＷＳに選択パルスが印加されるとサンプリングトランジスタＴｒ１がオンし、結合容量Ｃ２を介して保持容量Ｃ１に信号Ｖｓｉｇが書き込まれる。これにより、ドライブトランジスタＴｒ２のゲートに入力される信号Ｖｉｎは先に書き込まれたＶｔｈと所定のゲインで保持されたＶｓｉｇの和となる。更に走査線ＤＳにパルスが印加され、スイッチングトランジスタＴｒ３がオンする。これによりドライブトランジスタＴｒ２が入力ゲート信号Ｖｉｎに応じてドレイン電流を発光素子ＥＬに供給し、発光が開始する。これにより発光素子ＥＬのアノード電位がΔＶだけ上昇するが、ブートストラップ効果によりこのΔＶがドライブトランジスタＴｒ２に対する入力信号Ｖｉｎに上載せされる。以上の閾電圧キャンセル機能及びブートストラップ機能により、ドライブトランジスタＴｒ２の閾電圧変動や発光素子ＥＬの特性変動があっても、これらをキャンセルして発光輝度を一定に保つことが可能である。

図５は薄膜トランジスタのデバイス特性を示すグラフであり、特に閾値電圧の変動傾向を模式的に表わしている。図示する様に、薄膜トランジスタのゲートに順バイアス（＋Ｖｇｓ）が継続的に印加され続けると、閾値電圧Ｖｔｈは上方変動する傾向にある。一方逆バイアス（−Ｖｇｓ）が印加され続けると、閾値電圧Ｖｔｈは下方変動する傾向にある。尚ここでは、ソース電位に対してゲート電位が正の場合を順バイアスと表現し、ソース電位に対してゲート電位が負の場合を逆バイアスと呼んでいる。この様なデバイス特性は、同一基板上に集積形成された薄膜トランジスタでほぼ共通とみなされる。

ここで図４の画素回路に着目すると、ドライブトランジスタＴｒ２ばかりでなくスイッチングトランジスタＴｒ３にも順バイアスが反復的に印加されているので、その閾値電圧も上方シフトする傾向にある。しかるに、図４の参考例に係る画素回路では、最も重要なドライブトランジスタＴｒ２について閾値電圧補正回路７を設けているものの、その近傍に配されたスイッチングトランジスタＴｒ３については閾値電圧補正回路は装備されていない。これは、ドライブトランジスタＴｒ２の閾値電圧変動が直接発光素子ＥＬの輝度変動をもたらすのに対し、スイッチングトランジスタＴｒ３は単に通電をオン／オフ制御するだけなので、閾値電圧の上方変動がゲートパルスの振幅を超えない限り問題はないからである。しかしながら実際にはスイッチングトランジスタＴｒ３は順バイアスの反復的な印加により、閾値電圧Ｖｔｈは経時的に上昇していく。これを見込んでスイッチングトランジスタＴｒ３に対するゲートパルスの振幅をあらかじめ大きめに設定しておくことも考えられる。すなわち閾値電圧が上方変動してもカットオフしないレベルまでゲートパルスの振幅を上げておけばよいが、これでは高耐圧パルスドライバの開発が必要となりコスト増となる。又スイッチングトランジスタＴｒ３も高耐圧化が必要になる。

本発明は図４に示した参考例に係る画素回路の係る問題を解決するものである。本発明のポイントは、ドライブトランジスタＴｒ２とスイッチングトランジスタＴｒ３の閾値変動がほぼ同等となることを利用している。具体的にはドライブトランジスタＴｒ２のＶｔｈキャンセル時に得られるＶｔｈ値を、スイッチングトランジスタＴｒ３に印加されるゲートパルス振幅にも上載せする。これにより、ドライブトランジスタＴｒ２とほぼ同じ様にスイッチングトランジスタＴｒ３もＶｔｈキャンセルされる。スイッチングトランジスタＴｒ３のＶｔｈの変動にほぼ相当する分だけ、スイッチングトランジスタＴｒ３のゲートパルス振幅が変化し、カットオフしなくなる。

図６は、本発明に係る画素回路の実施形態を示す回路図である。理解を容易にする為図４に示した参考例の画素回路と対応する部分には対応する参照番号を付している。改良点は、ドライブトランジスタＴｒ２に対応する第１の閾値電圧補正回路７に加え、スイッチングトランジスタＴｒ３に対応した第２の閾値電圧補正回路８を追加したことである。

第２閾値電圧補正回路８は、第１閾値電圧補正回路７で検知されたドライブトランジスタＴｒ２の閾値電圧を利用して、スイッチングトランジスタＴｒ３の閾値電圧の変動を補正するものである。この第２閾値電圧補正回路８は、第１閾値電圧補正回路７によって検知された閾値電圧をゲートパルスの振幅に上載せしてスイッチングトランジスタＴｒ３のゲートに印加し、以ってドライブトランジスタＴｒ２とほぼ同等と見なされるスイッチングトランジスタＴｒ３の閾値電圧の変動を補正する。具体的に見ると、この第２閾値電圧補正回路８は追加の薄膜トランジスタＴｒ８と追加の容量Ｃｘとで構成されている。容量Ｃｘは、スイッチングトランジスタＴｒ３のゲート（ノードＤＳｘ）と、ゲートパルスを供給する配線である走査線ＤＳとの間に挿入されている。追加トランジスタＴｒ８は、第１閾値電圧補正回路７と容量Ｃｘとの間に挿入されている。具体的にはこのトランジスタＴｒ８のソースがドライブトランジスタＴｒ２のドレイン（Ｄ）に接続し、ドレインがノードＤＳｘに接続し、ゲートには走査線ＡＺが接続されている。トランジスタＴｒ８は走査線ＡＺに印加されるパルスに応答して動作し、第１閾値電圧補正回路７で検知された閾値電圧を読み取って容量Ｃｘに書き込み、以って走査線ＤＳから供給されるゲートパルスの振幅に上載せしている。これにより、スイッチングトランジスタＴｒ３の閾値電圧が変動してもほぼ過不足なく上載せされた閾値電圧によってキャンセルされる。

図７は、図６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。図示のタイミングチャートは、走査線ＷＳに印加される選択パルスを便宜の為同じくＷＳで表わしている。同様に走査線ＡＺに印加されるパルスをＡＺで表わし、走査線ＤＳに印加されるゲートパルスを同じくＤＳで表わしてある。これに加え、ノードＤＳｘの電位変化も便宜の為ＤＳｘとしてタイミングチャートに載せてある。まずＶｔｈ補正期間になるとパルスＡＺがトランジスタＴｒ５及びＴｒ６に印加され、ドライブトランジスタＴｒ２の閾電圧Ｖｔｈが検知される。この検知された閾電圧ＶｔｈはドライブトランジスタＴｒ２のゲート電位（Ｇ）とソース電位（Ｓ）との間の差となって現われ、保持容量Ｃ１に保持される。この時同時にパルスＡＺに応答してトランジスタＴｒ８が導通し、Ｖｔｈが容量Ｃｘに書き込まれる。換言すると容量Ｃｘが検知された電圧Ｖｔｈで充電される。この後サンプリングトランジスタＴｒ１及びＴｒ４にパルスＷＳが１Ｈの期間印加されると、映像信号Ｖｓｉｇがサンプリングされ、保持容量Ｃ１に保持される。この結果ドライブトランジスタＴｒ２のゲート電位（Ｇ）はソース電位（Ｓ）に対して信号分だけ上昇する。続いて発光期間に入るとゲートパルスＤＳが印加され、スイッチングトランジスタＴｒ３が導通してドライブトランジスタＴｒ２を通じ発光素子ＥＬを通電する。タイミングチャートではゲートパルスＤＳはＧＮＤレベルから立ち上がっており、その振幅をΔＶｇで表わしてある。このゲートパルスＤＳは容量Ｃｘを介してスイッチングトランジスタＴｒ３のゲートに印加される。従ってスイッチングトランジスタＴｒ３のゲート電圧はＤＳｘで表わされる。この容量ＣｘにはあらかじめＶｔｈが充電されている。従ってＤＳパルスがＧＮＤからΔＶｇ分だけ立ち上がると、容量Ｃｘを介してノードＤＳｘの電位もΔＶｇだけ上昇する。結果的に、ＤＳｘ電位は、ΔＶｇ＋Ｖｔｈとなる。この後非発光期間に入るとゲートパルスＤＳはＧＮＤまで立ち下がり、スイッチングトランジスタＴｒ３は非導通状態となって発光素子ＥＬに対する通電を遮断する。この様に本発明によれば、非晶質シリコンＴＦＴやポリシリコンＴＦＴの閾値電圧が変動しても、回路で補正をかけることができる為、有機ＥＬ発光素子の輝度劣化を防ぐことができ、高品質な有機ＥＬディスプレイを提供できる。特に、誤動作につながるトランジスタのカットオフを防ぐ為にゲートパルスの振幅を大きくする必要がなく、回路の低コスト化が実現できる。

画素回路を含むアクティブマトリクス表示装置の参考例を示すブロック図である。画素回路の参考例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。画素回路の他の参考例を示す回路図及びタイミングチャートである。薄膜トランジスタのデバイス特性を示すグラフである。本発明に係る画素回路の実施形態を示す回路図である。図６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。

符号の説明

１・・・画素アレイ、２・・・水平セレクタ、３・・・ドライブスキャナ、４・・・ライトスキャナ、５・・・画素回路、６・・・ブートストラップ回路、７・・・第１閾値電圧補正回路、８・・・第２閾値電圧補正回路

Claims

行状の走査線と列状の信号線とが交差する部分に各々配された画素回路であって、
サンプリングトランジスタと保持容量とドライブトランジスタと負荷素子とスイッチングトランジスタとを含み、
前記サンプリングトランジスタは、該走査線により選択された時該信号線から信号をサンプリングして該保持容量に保持させ、
前記ドライブトランジスタは、該保持容量に保持された信号電位に応じて該負荷素子に通電し、
前記スイッチングトランジスタは該ドライブトランジスタに直列接続しており、ゲートパルスに応答して該通電をオン／オフ制御する画素回路において、
第１及び第２の閾値電圧補正回路を備えており、
前記第１の閾値電圧補正回路は、該ドライブトランジスタの閾値電圧を検知し、且つ検知した閾値電圧を該信号電位に加えて該ドライブトランジスタのゲートにフィードバックし、以って閾値電圧の変動をキャンセルし、
前記第２の閾値電圧補正回路は、該ドライブトランジスタの該検知された閾値電圧を該ゲートパルスの振幅に上載せして該スイッチングトランジスタのゲートに印加し、以って該ドライブトランジスタとほぼ同等とみなされる該スイッチングトランジスタの閾値電圧の変動を補正することを特徴とする画素回路。
前記第２の閾値電圧補正回路は、該スイッチングトランジスタのゲートと該ゲートパルスを供給する配線との間に挿入された容量と、該第１の閾値電圧補正回路と該容量との間に挿入されたトランジスタとを含み、
該トランジスタは該第１の閾値電圧補正回路で検知された該閾値電圧を読み取って該容量に書き込み、以って該ゲートパルスの振幅に上載せすることを特徴とする請求項１記載の画素回路。
行状の走査線と、列状の信号線と、両者が交差する部分に各々配された画素回路とからなり、前記画素回路は、サンプリングトランジスタと保持容量とドライブトランジスタと発光素子とスイッチングトランジスタとを含み、前記サンプリングトランジスタは、該走査線により選択された時該信号線から映像信号をサンプリングして該保持容量に保持させ、前記ドライブトランジスタは、該保持容量に保持された信号電位に応じて該発光素子に通電し、前記スイッチングトランジスタは該ドライブトランジスタに直列接続しており、ゲートパルスに応答して該通電をオン／オフ制御する表示装置において、
前記画素回路は、第１及び第２の閾値電圧補正回路を備えており、
前記第１の閾値電圧補正回路は、該ドライブトランジスタの閾値電圧を検知し、且つ検知した閾値電圧を該信号電位に加えて該ドライブトランジスタのゲートにフィードバックし、以って閾値電圧の変動をキャンセルし、
前記第２の閾値電圧補正回路は、該ドライブトランジスタの該検知された閾値電圧を該ゲートパルスの振幅に上載せして該スイッチングトランジスタのゲートに印加し、以って該ドライブトランジスタとほぼ同等とみなされる該スイッチングトランジスタの閾値電圧の変動を補正することを特徴とする表示装置。
前記第２の閾値電圧補正回路は、該スイッチングトランジスタのゲートと該ゲートパルスを供給する配線との間に挿入された容量と、該第１の閾値電圧補正回路と該容量との間に挿入されたトランジスタとを含み、
該トランジスタは該第１の閾値電圧補正回路で検知された該閾値電圧を読み取って該容量に書き込み、以って該ゲートパルスの振幅に上載せすることを特徴とする請求項３記載の表示装置。
行状の走査線と列状の信号線とが交差する部分に各々配され、サンプリングトランジスタと保持容量とドライブトランジスタと負荷素子とスイッチングトランジスタとを含み、前記サンプリングトランジスタは、該走査線により選択された時該信号線から信号をサンプリングして該保持容量に保持させ、前記ドライブトランジスタは、該保持容量に保持された信号電位に応じて該負荷素子に通電し、前記スイッチングトランジスタは該ドライブトランジスタに直列接続しており、ゲートパルスに応答して該通電をオン／オフ制御する画素回路の駆動方法において、
第１及び第２の閾値電圧補正手順を含んでおり、
前記第１の閾値電圧補正手順は、該ドライブトランジスタの閾値電圧を検知し、且つ検知した閾値電圧を該信号電位に加えて該ドライブトランジスタのゲートにフィードバックし、以って閾値電圧の変動をキャンセルし、
前記第２の閾値電圧補正手順は、該ドライブトランジスタの該検知された閾値電圧を該ゲートパルスの振幅に上載せして該スイッチングトランジスタのゲートに印加し、以って該ドライブトランジスタとほぼ同等とみなされる該スイッチングトランジスタの閾値電圧の変動を補正することを特徴とする画素回路の駆動方法。
行状の走査線と、列状の信号線と、両者が交差する部分に各々配された画素回路とからなり、前記画素回路は、サンプリングトランジスタと保持容量とドライブトランジスタと発光素子とスイッチングトランジスタとを含み、前記サンプリングトランジスタは、該走査線により選択された時該信号線から映像信号をサンプリングして該保持容量に保持させ、前記ドライブトランジスタは、該保持容量に保持された信号電位に応じて該発光素子に通電し、前記スイッチングトランジスタは該ドライブトランジスタに直列接続しており、ゲートパルスに応答して該通電をオン／オフ制御する表示装置の駆動方法において、
第１及び第２の閾値電圧補正手順を含んでおり、
前記第１の閾値電圧補正手順は、該ドライブトランジスタの閾値電圧を検知し、且つ検
知した閾値電圧を該信号電位に加えて該ドライブトランジスタのゲートにフィードバック
し、以って閾値電圧の変動をキャンセルし、
前記第２の閾値電圧補正手順は、該ドライブトランジスタの該検知された閾値電圧を該ゲートパルスの振幅に上載せして該スイッチングトランジスタのゲートに印加し、以って該ドライブトランジスタとほぼ同等とみなされる該スイッチングトランジスタの閾値電圧の変動を補正することを特徴とする表示装置の駆動方法。