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JP2008046427A - 画像表示装置 - Google Patents

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JP2008046427A JP2006222846A JP2006222846A JP2008046427A JP 2008046427 A JP2008046427 A JP 2008046427A JP 2006222846 A JP2006222846 A JP 2006222846A JP 2006222846 A JP2006222846 A JP 2006222846A JP 2008046427 A JP2008046427 A JP 2008046427A
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淳一 山下
Yutaka Mitomi
豊 三富
Tetsuo Mitsunami
徹雄 三並
Takahisa Tanikame
貴央 谷亀
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Abstract

【課題】ドライブトランジスタの閾電圧のばらつき自体を抑制して、高い画面のユニフォーミティを得る。
【解決手段】画素回路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とスイッチングトランジスタTr2,Tr3,Tr4と画素容量Csと発光素子ELとを含む。サンプリングトランジスタTr1は、制御信号WS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画素容量Csにサンプリングし、ドライブトランジスタTrdは、信号電位に応じた出力電流を発光素子ELに供給する。スイッチングトランジスタTr2,Tr3,Tr4は、ドライブトランジスタTrdの特性バラツキを補正する。加えてドライブトランジスタTrdのチャネル長をスイッチングトランジスタTr2,Tr3,Tr4のチャネル長より長くして、その閾電圧のバラツキを抑制する。
【選択図】図2

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画像表示装置に関する。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。
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
図11は、従来の画素回路の一例を示す模式図である。この画素回路は、制御信号を供給する行状の走査線と映像信号を供給する列状の信号線SLとが交差する部分に配され、サンプリングトランジスタTr1と画素容量CsとドライブトランジスタTrdと発光素子ELとを含む。サンプリングトランジスタTr1は、走査線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をサンプリングする。画素容量Csは、サンプリングされた映像信号に応じた入力電圧を保持する。ドライブトランジスタTrdは、画素容量Csに保持された入力電圧に応じて所定の発光期間に出力電流Idsを供給する。なお一般に、出力電流IdsはドライブトランジスタTrdのチャネル領域のキャリア移動度μ及び閾電圧Vthに対して依存性を有する。発光素子ELは、ドライブトランジスタTrdから供給された出力電流により映像信号に応じた輝度で発光する。なお図11の従来例は、画素容量CsがドライブトランジスタTrdのゲートGと電源電位Vccとの間に接続されている。一方発光素子ELはアノードがドライブトランジスタTrdのソースSに接続し、カソードが接地されている。ドライブトランジスタTrdのドレインは電源電位Vccに接続されている。
ドライブトランジスタTrdは、画素容量Csに保持された入力電圧をゲートGに受けてソースS/ドレインD間に出力電流Idsを流し、発光素子ELに通電する。一般に発光素子EL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Trdの出力電流供給量はゲート電圧Vgs即ち画素容量Cs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TrdのゲートG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EL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)・・・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。
ところで有機EL素子などからなる発光素子に必要な駆動電流Idsは1画素当り数μAと大きく、映像信号の振幅を下げて低消費電力化を図るためにも、ドライブトランジスタは移動度μが高いNチャネル型が望ましい。図11に示した画素回路は、Nチャネル型のトランジスタをドライブトランジスタTrdに用いたソースフォロワー型となっている。
しかしながら図11に示した画素回路では、発光素子ELの電流−電圧特性(I‐V特性)の劣化を補正できないという課題が生じる。図12は、発光素子ELのI‐V特性を示すグラフである。横軸に発光素子のアノード電圧Vaを取り、縦軸に駆動電流Idsを取ってある。図11の回路では、このアノード電位VaはドライブトランジスタTrdのソース電位と等しく、駆動電流はドライブトランジスタTrdに流れるドレイン電流Idsである。図12のグラフに示すように、有機ELデバイスなどの発光素子は時間の経過と共にI‐V特性が劣化し、時間の経過と共に特性カーブがねてくる。その為、図11に示したソースフォロワー型の画素回路では、この発光素子のI‐V特性劣化に伴い、ドライブトランジスタTrdの動作点(ソース電位)が変化してしまい、画像の焼付きが残ってしまう。
この従来の問題に対処するため、最近ではソースフォロワー型の画素回路に代えて、ブートストラップ型の画素回路も提案されている。このブートストラップ型の画素回路は、画素容量をドライブトランジスタのゲートGとソースSとの間に接続した構成となっている。このブートストラップ型の画素回路は、発光素子のI‐V特性の経時変化により、アノード電位(即ちドライブトランジスタのソース電位)が変動しても、常にドライブトランジスタTrdのゲート電圧Vgsが画素容量に保持されているので、発光素子ELのI‐V特性の影響を受けることなく、常にゲート電圧Vgsに応じた出力電流Idsを発光素子に流し続けることが出来る。これにより発光素子のI‐V特性が劣化しても、画面輝度の劣化や焼付きなどの画質低下が生じることは無い。
画素回路は、発光素子のI‐V特性の変動に加え、ドライブトランジスタTrdの特性自体も個々の画素によってばらつきがある。実際には、ポリシリコンなどの半導体薄膜で構成された薄膜トランジスタ(TFT)は、個々のデバイス特性にばらつきがある。特に、閾電圧Vthは一定ではなく、各画素毎にばらつきがある。前述のトランジスタ特性式1から明らかな様に、各ドライブトランジスタの閾電圧Vthがばらつくと、ゲート電圧Vgsが一定であっても、ドレイン電流Idsにばらつきが生じ、画素毎に輝度がばらついてしまう為、画面のユニフォーミティを損なう。そこで従来からドライブトランジスタの閾電圧のばらつきをキャンセルする機能を組み込んだ画素回路が開発されており、例えば前記の特許文献3に開示がある。
しかしながら、発光素子のI‐V特性の経時変化を補正するブートストラップ機能や、ドライブトランジスタの閾電圧のばらつきをキャンセルする機能(閾電圧補正機能)を組み込んだ画素回路でも、依然として解決すべき課題が残っている。閾電圧補正機能により、発光素子に供給する出力電流から閾電圧の影響はキャンセルすることが出来る。しかしながら、このドライブトランジスタTrdの閾電圧のばらつき自体が、ブートストラップ機能にも悪影響を与えており、画面のユニフォーミティを損なうため、これが解決すべき課題である。
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閾電圧のばらつき自体を抑制して、高い画面のユニフォーミティを得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、画素アレイ部とスキャナ部と信号部とを含み、前記画素アレイ部は、行状に配された第1走査線、第2走査線、第3走査線及び第4走査線と、列状に配された信号線と、これらの走査線及び信号線に接続した行列状の画素回路と、各画素回路の動作に必要な第1電位、第2電位及び第3電位を供給する複数の電源線とからなり、前記信号部は、該信号線に映像信号を供給し、前記スキャナ部は、第1走査線、第2走査線、第3走査線及び第4走査線に制御信号を供給して順次行ごとに画素回路を走査し、各画素回路は、サンプリングトランジスタと、ドライブトランジスタと、第1スイッチングトランジスタと、第2スイッチングトランジスタと、第3スイッチングトランジスタと、画素容量と、発光素子とを含み、前記サンプリングトランジスタは、所定のサンプリング期間に第1走査線から供給される制御信号に応じ導通して信号線から供給された映像信号の信号電位を該画素容量にサンプリングし、前記画素容量は、該サンプリングされた映像信号の信号電位に応じて該ドライブトランジスタのゲートに入力電圧を印加し、前記ドライブトランジスタは、該入力電圧に応じた出力電流を該発光素子に供給し、前記発光素子は、所定の発光期間中該ドライブトランジスタから供給される出力電流により該映像信号の信号電位に応じた輝度で発光し、前記第1スイッチングトランジスタは、該サンプリング期間に先立ち第2走査線から供給される制御信号に応じ導通して該ドライブトランジスタのゲートを第1電位に設定し、前記第2スイッチングトランジスタは、該サンプリング期間に先立ち第3走査線から供給される制御信号に応じ導通して該ドライブトランジスタのソースを第2電位に設定し、前記第3スイッチングトランジスタは、該サンプリング期間に先立ち第4走査線から供給される制御信号に応じ導通して該ドライブトランジスタを第3電位に接続し、以って該ドライブトランジスタの閾電圧に相当する電圧を該画素容量に保持させて閾電圧の影響を補正するとともに、該発光期間に再び第4走査線から供給される制御信号に応じ導通して該ドライブトランジスタを第3電位に接続して該出力電流を該発光素子に流す画像表示装置において、前記ドライブトランジスタのチャネル長を各スイッチングトランジスタのチャネル長より長くして、その閾電圧のバラツキを抑制することを特徴とする。
又本発明は、画素アレイ部とスキャナ部と信号部とを含み、前記画素アレイ部は、行状に配された第1走査線、第2走査線、第3走査線及び第4走査線と、列状に配された信号線と、これらの走査線及び信号線に接続した行列状の画素回路と、各画素回路の動作に必要な第1電位、第2電位及び第3電位を供給する複数の電源線とからなり、前記信号部は、該信号線に映像信号を供給し、前記スキャナ部は、第1走査線、第2走査線、第3走査線及び第4走査線に制御信号を供給して順次行ごとに画素回路を走査し、各画素回路は、サンプリングトランジスタと、ドライブトランジスタと、第1スイッチングトランジスタと、第2スイッチングトランジスタと、第3スイッチングトランジスタと、画素容量と、発光素子とを含み、前記サンプリングトランジスタは、所定のサンプリング期間に第1走査線から供給される制御信号に応じ導通して信号線から供給された映像信号の信号電位を該画素容量にサンプリングし、前記画素容量は、該サンプリングされた映像信号の信号電位に応じて該ドライブトランジスタのゲートに入力電圧を印加し、前記ドライブトランジスタは、該入力電圧に応じた出力電流を該発光素子に供給し、前記発光素子は、所定の発光期間中該ドライブトランジスタから供給される出力電流により該映像信号の信号電位に応じた輝度で発光し、前記第1スイッチングトランジスタは、該サンプリング期間に先立ち第2走査線から供給される制御信号に応じ導通して該ドライブトランジスタのゲートを第1電位に設定し、前記第2スイッチングトランジスタは、該サンプリング期間に先立ち第3走査線から供給される制御信号に応じ導通して該ドライブトランジスタのソースを第2電位に設定し、前記第3スイッチングトランジスタは、該サンプリング期間に先立ち第4走査線から供給される制御信号に応じ導通して該ドライブトランジスタを第3電位に接続し、以って該ドライブトランジスタの閾電圧に相当する電圧を該画素容量に保持させて閾電圧の影響を補正するとともに、該発光期間に再び第4走査線から供給される制御信号に応じ導通して該ドライブトランジスタを第3電位に接続して該出力電流を該発光素子に流す画像表示装置において、前記スキャナ部は、画素アレイ部と同一基板上に形成されており、前記ドライブトランジスタのチャネル長を該スキャナ部を構成するトランジスタのチャネル長より長くして、その閾電圧のバラツキを抑制することを特徴とする。
好ましくは、前記ドライブトランジスタのチャネル長を10μm以上に設定する。また前記画素回路は、発光期間中該ドライブトランジスタのソース電位が変動する一方、該ソース電位を基準にして該ドライブトランジスタのゲートに印加される入力電圧は変動しない様に、該ドライブトランジスタのチャネル長が設定されている。又前記ドライブトランジスタは、その出力電流がチャネル領域のキャリア移動度に対して依存性を有し、前記第3スイッチングトランジスタは、該サンプリング期間に導通して該ドライブトランジスタを第3電位に接続し、該信号電位がサンプリングされている間に該ドライブトランジスタから出力電流を取り出し、これを該画素容量に負帰還して該入力電圧を補正し、以って該出力電流のキャリア移動度に対する依存性を打ち消す。
本発明によれば、ドライブトランジスタのチャネル長を長くすることで、その閾電圧のばらつき自体を抑制している。かかる構成により、ブートストラップ動作のゲインにばらつきが少なくなり、画面のユニフォーミティを大幅に改善することが出来る。具体的には、ドライブトランジスタのチャネル長を各スイッチングトランジスタのチャネル長より長くして、その閾電圧のばらつきを抑制している。単なるスイッチとして線形領域で動作するスイッチングトランジスタに比べ、特性式1に従って飽和領域で動作するドライブトランジスタの閾電圧が画面のユニフォーミティに大きく影響するため、この構成が有効である。またドライブトランジスタのチャネル長を、周辺のスキャナを構成するトランジスタのチャネル長より長くして、その閾電圧のばらつきを抑制することも効果的である。同一基板上に画素アレイ部とスキャナ部をTFTプロセスで形成した場合、ドライブトランジスタの閾電圧のばらつきは画面のユニフォーミティに大きな影響を与えるので、スキャナ部のトランジスタのチャネル長より長くすることが有効である。いずれの場合も、ドライブトランジスタのチャネル長を好ましくは10μm以上に設定することで、閾電圧のばらつき範囲が、画面のユニフォーミティに影響を与えないレベルまで抑えることが可能である。
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、行状に配された第1走査線WS、第2走査線AZ1、第3走査線AZ2及び第4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回路2と、各画素回路2の動作に必要な第1電位Vss1,第2電位Vss2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、それぞれ第1走査線WS、第4走査線DS、第2走査線AZ1及び第3走査線AZ2に制御信号を供給して順次行毎に画素回路を走査する。
図2は、図1に示した画像表示装置に組み込まれる画素回路の構成例を示す回路図である。図示する様に画素回路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、画素容量Cs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第1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画素容量Csにサンプリングする。画素容量Cs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。
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第2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のゲートGを第1電位Vss1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第3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のソースSを第2電位Vss2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第4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に相当する電圧を画素容量Cs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、発光期間に再び第4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個の画素容量Cs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出来る。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に示した画像表示装置から画素回路2の部分のみを取り出した模式図である。理解を容易にするため、サンプリングトランジスタTr1によってサンプリングされる映像信号Vsigや、ドライブトランジスタTrdの入力電圧Vgs及び出力電流Ids、さらには発光素子ELが有する容量成分Coledなどを書き加えてある。以下図3に基づいて、画素回路2の動作を説明する。
図4は、図3に示した画素回路のタイミングチャートである。図4を参照して、図3に示した画素回路の動作を具体的に説明する。図4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,AZ1,AZ2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の電位変化及びソースSの電位変化も表してある。
図4のタイミングチャートではタイミングT1〜T8までを1フィールド(1f)としてある。1フィールドの間に画素アレイの各行が一回順次走査される。タイミングチャートは、1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前のタイミングT0で、全ての制御線号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。したがってタイミングT0で発光素子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(G)とソース電位(S)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及び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及びTr3がオンする。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Vss1に接続し、ソースSが基準電位Vss2に接続される。ここでVss1−Vss2>Vthを満たしており、Vss1−Vss2=Vgs>Vthとする事で、その後タイミングT3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>Vss2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。
タイミングT3では制御信号AZ2をローレベルにし且つ直後制御信号DSもローレベルにしている。これによりトランジスタTr3がオフする一方トランジスタTr4がオンする。この結果ドレイン電流Idsが画素容量Csに流れ込み、Vth補正動作を開始する。この時ドライブトランジスタTrdのゲートGはVss1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(S)はVss1−Vthとなる。ドレイン電流がカットオフした後のタイミングT4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。さらに制御信号AZ1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、画素容量CsにVthが保持固定される。この様にタイミングT3‐T4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T3‐T4をVth補正期間と呼んでいる。
この様にVth補正を行った後タイミングT5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を画素容量Csに書き込む。発光素子ELの等価容量Coledに比べて画素容量Cs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画素容量Csに書き込まれる。正確には、Vss1に対する。Vsigの差分Vsig−Vss1が画素容量Cs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−Vss1を加えたレベル(Vsig−Vss1+Vth)となる。以降説明簡易化の為Vss1=0Vとすると、ゲート/ソース間電圧Vgsは図4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T6まで行われる。すなわちタイミングT5‐T6がサンプリング期間に相当する。
続いてタイミングT7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進む。その前のタイミングT6で制御信号WSがローレベルとなりサンプリングトランジスタTr1は既にオフしている。この為ドライブトランジスタTrdのゲートGは信号線SLから切り離されている。映像信号Vsigの印加が解除されているので、スイッチングトランジスタTr4のオンと共に、ドライブトランジスタTrdのゲート電位(G)は上昇可能となり、ソース電位(S)と共に上昇していく。なお本実施形態の画素回路はドライブトランジスタTrdのソースと発光素子ELのアノードとが接続している。その為、ドライブトランジスタTrdのソース電位(S)は同時に発光素子ELのアノード電位Vaでもある。図4のタイミングチャートは、この発光素子ELのアノード電位Vaも示してある。この発光期間は次のフィールドに入る前のタイミングT8で終わる。
上述したようにタイミングT7では、ドライブトランジスタTrdのゲート電位(G)が上昇可能となり、これと連動してソース電位(S)が上昇していく。これがブートストラップ動作である。このブートストラップ動作の間、画素容量Csに保持されたゲート/ソース間電圧Vgsは(Vsig+Vth)の値を維持する。つまりこのブートストラップ動作は、画素容量Csに保持されたVgsを一定に維持したまま、発光素子ELのアノード電位Vaの上昇を可能にするものである。ドライブトランジスタのソース電位(S)の上昇即ち発光素子ELのアノード電位Va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。このときのドレイン電流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+Vthを代入することで、以下の式2のように与えられる。
Ids=k・μ(Vgs−Vth)=K・μ(Vsig)・・・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に依存しないことがわかる。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ことになる。加えて本画素回路はドライブトランジスタのソース電位即ち発光素子のアノード電位Vaに依存することなく、常にゲート電圧Vgsを一定に維持している。このブートストラップ機能のため、本画素回路は発光素子ELのI‐V特性の経時変動の影響を受けることなく、画面輝度を安定的に維持することが出来る。
この様にブートストラップ機能及び閾電圧補正機能を組み込んだ本画素回路でも、なお解決すべき課題がある。この点につき、本発明の説明に入る前に、図5を参照して簡潔に説明する。図5は、図2に示した画像表示装置から画素回路一個分を取り出した模式図である。基本的には図3に示した画素回路の模式図と同じであるが、説明の都合上寄生容量Cpも加えてある。薄膜トランジスタはそのゲートとソースの間に寄生容量Cpが存在している。本画素回路では特にサンプリングトランジスタTr1やスイッチングトランジスタTr2の寄生容量Cpが、ドライブトランジスタTrdの動作に悪影響を与えている。具体的には、これらのトランジスタTr1,Tr2の寄生容量Cpにより、ブートストラップ動作で電圧ロスが生じ、これがドライブトランジスタTrdの閾電圧Vthのばらつきと絡み合って、画面上に輝度差が生じてしまう。理想的なブートストラップ動作では、ドライブトランジスタのソース電位の上昇分とゲート電位の上昇分とが完全に同じで、ゲート電圧Vgsが一定に維持される。即ちブートストラップゲインが1になることが理想である。しかしながら実際には寄生容量Cpの影響でブートストラップゲインにロスが生じ、その分だけゲート電位はソース電位に比べて上昇分が少ない。ここで問題となるのは、このブートストラップゲインロスが画素間で一定ではなく、個々の画素回路のドライブトランジスタの閾電圧Vthの影響を受けてばらつくことである。このブートストラップゲインロスのばらつきにより、画面上で画素間に輝度差が生じ、ユニフォーミティを損ねている。
引き続き図5を参照してブートストラップゲインロスに付き詳細に説明にする。信号電圧Vsigを書き込んだ後のドライブトランジスタTrdのゲート/ソース間電圧Vgsは、予めVth補正を行っているため、Vgs=Vsig−Vss1+Vthとなる。次にサンプリングトランジスタTr1をオフした後スイッチングトランジスタTr4をオンすることで、ドライブトランジスタTrdが電源Vccに接続し、ドレイン電流Idsが発光素子ELに流れる。このときドレイン電流Idsに相当する電圧が発光素子ELのアノード端子に印加される。図4のタイミングチャートでは、このときのアノード電圧(ドライブトランジスタのソース電圧)をVaで表してある。よって、発光動作時には、ドライブトランジスタのソース電圧はVa−Vss1+Vthだけ上昇する。一方、ドライブトランジスタTrdのゲート電圧は寄生容量Cpがあるため、その上昇分は(Va−Vss1+Vth)×Cs/(Cs+Cp)となる。以上により、ブートストラップ動作後のVgsは以下の式3で表される。またこのVgsに対応するドレイン電流Idsは以下の式4で与えられる。但し下記の式3では、簡単のためVss1を0Vにしている。
Vgs=Vsig−Vss1+Vth−
(Va−Vss1+Vth)・Cp/(Cs+Cp)
=Vsig+Vth−(Va+Vth)・Cp/(Cs+Cp)・・・(3)

Ids=k・μ(Vsig−(Va+Vth)・Cp/(Cs+Cp))・(4)
ブートストラップ後のVgsを表す上記式3は、その三項目にブートストラップゲインロス項を含んでおり、理想的な値よりも小さくなる。このブートストラップゲインロス項を見ると、Cp/(Cs+Cp)を係数部として変数VaとVthを含んでいる。一般に画素間で発光素子特性にそれほどばらつきはないので、アノード電位Vaのばらつきは無視できる。これに対しドライブトランジスタの閾電圧Vthは画素毎にばらついてしまう。この為ブートストラップゲインロス項は画素毎にばらつき、発光輝度が画素間で一様にならない。
一般的に画素容量Csは200fF程度であり寄生容量Cpは5fF程度である。よってブートストラップゲインロスCp/(Cs+Cp)は約2.5%である。この為Vthばらつきの2.5%程度のばらつきが数式4で示した発光電流Idsに含まれてしまう。例えばドライブトランジスタTrdのVthばらつきの最小最大幅が2Vであったとすると、ブートストラップゲインロスによるVgsばらつきは50mVとなる。ここで画面ユニフォーミティーが最も目立つ白表示の時Vgs=2Vとすると、50mVの差による輝度ばらつきは約5%となり、目視されてしまう。これによりパネルの歩留りが低下してしまう。一般に、製造プロセス上ドライブトランジスタVthのばらつきは画面でスジ状に分布する。よって画面にスジ状のムラが生じ、パネルの歩留りが低下してしまう。
以上の考察から明らかなように、画素回路には寄生容量Cpがあるため、原理的にブートストラップゲインロスは避けられない。仮にブートストラップゲインロスが各画素で一様に起これば、画面全体としては単に輝度のわずかな低下があるだけで、画質に悪影響は無い。しかしながら、各画素にドライブトランジスタの閾電圧Vthのばらつきがあるため、この影響を受けてブートストラップゲインロスが画素間でばらついてしまう。そこで本発明はこのブートストラップゲインロスの画素間のばらつきを抑制するため、各画素のドライブトランジスタのVthのばらつきを抑制している。具体的には、発光素子ELの発光電流Idsを制御しているドライブトランジスタTrdのチャネル長Lを長く設計することで、このドライブトランジスタの閾電圧Vthのばらつきを抑制することが出来る。この点につき図6のグラフを参照して説明する。図6は、薄膜トランジスタのL長とVthばらつきとの関係を示すグラフである。横軸にL長を取り縦軸にVthばらつき(偏差値)を取ってある。グラフから明らかなように、多結晶シリコン膜を素子領域とする薄膜トランジスタは、L長が長くなるほどVthばらつきは小さくなる。多結晶シリコン膜はシリコンの結晶粒の集合からなり、局部的に見れば結晶粒の分布にばらつきがある。電流の流れる方向になるチャネル長を長くすることで結晶粒の分布のばらつきが平均化され、その分閾電圧のばらつきが少なくなる。
一般的に有機ELデバイスなどの発光素子に必要な駆動電流は1画素当り数μAと大きく、入力映像信号の振幅を下げ低消費電力化を測るためにも、ドライブトランジスタTrdのサイズ比W/Lはなるべく大きく設定して、電流駆動能力を高めている。一方パネルの高精細化のため画素サイズは小さくすることが好ましくしたがってドライブトランジスタTrdの素子面積も小さい方が良い。よってドライブトランジスタTrdはサイズ比をなるべく大きく設計し且つ素子面積を小さくするため、一般的にはドライブトランジスタTrdのL長(チャネル長)を短く設計する傾向にある。しかしながら低温ポリシリコンを素子領域とするTFTなどでは、図6に示すようにドライブトランジスタのL長が短くなるにつれて、Vth特性ばらつきが悪化する。このVth特性ばらつきのため、仮にドライブトランジスタTrdのL長を短く設計してしまうと、Vthキャンセル動作でドレイン電流IdsからVthの影響を除いても、ブートストラップゲインロスによるVthばらつきが画面上に見えてしまい、ユニフォーミティの悪化を招く。前述の式3から明らかなように、ドライブトランジスタTrdのVthが周囲の画素より大きい画素は相対的に周囲に比べ輝度が低下する一方、Vthが周囲の画素より小さい画素は相対的に輝度が高くなる。これにより、画面上にスジのようなムラが生じてしまう。
この様な画質不良の対策として、本発明はドライブトランジスタTrdのL長を長く設定している。具体的には、ドライブトランジスタTrdのL長を10μm以上に設計することが好ましい。L長が10μm以上の場合、図6のグラフから明らかなようにVthのばらつきは1V以内である。ここでブートストラップゲインロスが2.5%の場合、ブートストラップゲインロスによるVgsばらつきは25mVである。白階調でドライブトランジスタTrdに印加するゲート電圧Vgs=2Vとすると、このばらつきによる輝度差は式3により2.5%となる。一般的に白階調のユニフォーミティで目視される輝度差は2〜3%であるので、L長を10μm以上に設計すればブートストラップゲインロスによる輝度ばらつきはほとんど視認出来ないレベルにすることが可能である。これによりパネルの製造歩留りを改善することができる。図6のグラフから明らかなように、高い画質を得るためには、ドライブトランジスタTrdのL長は15μmから20μmまで長いほうが望ましい。
なお画素回路のスケールファクタによっては、ドライブトランジスタTrdのL長を絶対的な数値で規定することが難しい場合がある。この場合でも、ドライブトランジスタTrdのチャネル長Lを各スイッチングトランジスタTr2,Tr3,Tr4のチャネル長より長くして、その閾電圧Vthのばらつきを抑制することが効果的である。ドライブトランジスタTrdの閾電圧Vthのばらつきはブートストラップゲインロスなどを通じて輝度に大きな影響を与えている。そこで画素を構成する他のスイッチング素子よりもドライブトランジスタのチャネル長Lを長く取ることが輝度ばらつきを抑えるために有効である。また低温ポリシリコンTFTを利用したパネルは、画素アレイ部に加えてスキャナ部も同一の低温ポリシリコンTFTプロセスで集積形成することがある。この場合には、画素アレイ部の各画素に含まれるドライブトランジスタTrdのチャネル長Lを、スキャナ部を構成するトランジスタのチャネル長よりも長くして、その閾電圧Vthのばらつきを抑制することが効果的である。ドライブトランジスタの閾電圧は画素の輝度に大きな影響を与えており、そのチャネル長をスキャナ部のトランジスタのチャネル長より長くすることは画面のユニフォーミティを高める上で有効である。
図7は、ドライブトランジスタのVthのばらつきが生じる原因を示す模式図である。図示する様に、表示装置は1枚の絶縁性基板で形成されており、フラットなパネル0である。このパネル0の上には画素アレイ部1に加えて周辺のライトスキャナ4、ドライブスキャナ5、水平セレクタ3なども集積形成されている。これらの周辺駆動部は中央の画素アレイ部1と同じく、薄膜トランジスタで集積形成されている。一般に薄膜トランジスタは多結晶シリコン膜を素子領域とする。この多結晶シリコン膜は、例えば絶縁性の基板上に非晶質のシリコン薄膜を成膜した後、レーザ光を照射することで結晶化し、多結晶シリコン薄膜に転換している。このレーザ光の照射は、例えばライン状のレーザビームを、パネル0の上から下に向かって順次重ねながら照射することで、非晶質シリコン膜を多結晶シリコン膜に転換している。このレーザ光の照射過程でレーザ出力に局部的な変動が生じると、パネル0の上下方向で多結晶シリコン膜の結晶性に差が生じ、これが結果的に薄膜トランジスタの閾電圧のばらつきとなって現れる。よって通常閾電圧のばらつきは、レーザ光のラインに沿って、パネル0の水平方向に現れる。図示の例では、一部のラインで閾電圧Vthが周囲に比べ高くなっており、他のラインでは逆にVthが周囲に比べ低くなっている。Vthの変動はブートストラップゲインの変動につながるので、ラインに沿ってスジ状に輝度ムラが現れてしまう。平均に比べてVthが小さくなるとブートストラップゲインロスも小さいため、周囲より明るいスジが発生してしまう。逆にVthが標準より大きくなると、ブートストラップゲインロスが大きくなりその分周囲より暗いスジが生じてしまう。
図8は、図2及び図3に示した画像表示装置の駆動方法の他の例を示すタイミングチャートである。図4に示したタイミングチャートと同様の表記を採用して理解を容易にしている。図4に示した駆動方法と異なる点は、本駆動方法が閾電圧補正動作及びブートストラップ動作に加え、移動度補正動作を行っていることである。以下、図8に示した駆動方法を詳細に説明する。当該フィールドが始まる前のタイミングT0で、全ての制御線号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。したがってタイミングT0で発光素子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(G)とソース電位(S)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及び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及びTr3がオンする。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Vss1に接続し、ソースSが基準電位Vss2に接続される。ここでVss1−Vss2>Vthを満たしており、Vss1−Vss2=Vgs>Vthとする事で、その後タイミングT3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>Vss2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。
タイミングT3では制御信号AZ2をローレベルにし且つ直後制御信号DSもローレベルにしている。これによりトランジスタTr3がオフする一方トランジスタTr4がオンする。この結果ドレイン電流Idsが画素容量Csに流れ込み、Vth補正動作を開始する。この時ドライブトランジスタTrdのゲートGはVss1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(S)はVss1−Vthとなる。ドレイン電流がカットオフした後のタイミングT4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。さらに制御信号AZ1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、画素容量CsにVthが保持固定される。この様にタイミングT3‐T4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T3‐T4をVth補正期間と呼んでいる。
この様にVth補正を行った後タイミングT5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を画素容量Csに書き込む。発光素子ELの等価容量Coledに比べて画素容量Cs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画素容量Csに書き込まれる。正確には、Vss1に対する。Vsigの差分Vsig−Vss1が画素容量Cs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−Vss1を加えたレベル(Vsig−Vss1+Vth)となる。以降説明簡易化の為Vss1=0Vとすると、ゲート/ソース間電圧Vgsは図4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T7まで行われる。すなわちタイミングT5‐T7がサンプリング期間に相当する。
サンプリング期間の終了するタイミングT7より前のタイミングT6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進む。この様に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T6‐T7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T6‐T7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T6‐T7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Vss1−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は画素容量Csと発光素子ELの等価容量Coledの両者を結合した容量C=Cs+Coled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(S)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ΔVは結局画素容量Cs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T6‐T7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T7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(G)は上昇可能となり、ソース電位(S)と共に上昇していく。その間画素容量Cs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(S)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5のように与えられる。
Ids=kμ(Vgs−Vth)=kμ(Vsig−ΔV)・・・式5
上記式5において、k=(1/2)(W/L)Coxである。この特性式5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5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。
最後にタイミングT8に至ると制御信号DSがハイレベルとなってスイッチングトランジスタTr4がオフし、発光が終了すると共に当該フィールドが終わる。この後次のフィールドに移って再びVth補正動作、移動度補正動作及び発光動作が繰り返される事になる。
図9は、移動度補正期間T6‐T7における画素回路2の状態を示す回路図である。図示するように、移動度補正期間T6‐T7では、サンプリングトランジスタTr1及びスイッチングトランジスタTr4がオンしている一方、残りのスイッチングトランジスタTr2及びTr3がオフしている。この状態でドライブトランジスタTr4のソース電位(S)はVss1−Vthである。このソース電位(S)は発光素子ELのアノード電位でもある。前述したようにVss1−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、ダイオード特性ではなく単純な容量特性を示す事になる。よってドライブトランジスタTrdに流れる電流Idsは画素容量Csと発光素子ELの等価容量Coledとの合成容量C=Cs+Coledに流れ込む事になる。換言すると、ドレイン電流Idsの一部が画素容量Csに負帰還され、移動度の補正が行われる。
図10は上述したトランジスタ特性式5をグラフ化したものであり、縦軸にIdsを取り横軸にVsigを取ってある。このグラフの下方に特性式5も合わせて示してある。図10のグラフは、画素1と画素2を比較した状態で特性カーブを描いてある。画素1のドライブトランジスタの移動度μは相対的に大きい。逆に画素2に含まれるドライブトランジスタの移動度μは相対的に小さい。この様にドライブトランジスタをポリシリコン薄膜トランジスタなどで構成した場合、画素間で移動度μがばらつく事は避けられない。例えば両画素1,2に同レベルの映像信号の信号電位Vsigを書き込んだ場合、何ら移動度の補正を行わないと、移動度μの大きい画素1に流れる出力電流Ids1´は、移動度μの小さい画素2に流れる出力電流Ids2´に比べて大きな差が生じてしまう。この様に移動度μのばらつきに起因して出力電流Idsの間に大きな差が生じるので、スジムラが発生し画面のユニフォーミティを損なう事になる。
そこで本発明では出力電流を入力電圧側に負帰還させる事で移動度のばらつきをキャンセルしている。先のトランジスタ特性式1から明らかなように、移動度が大きいとドレイン電流Idsが大きくなる。したがって負帰還量ΔVは移動度が大きいほど大きくなる。図10のグラフに示すように、移動度μの大きな画素1の負帰還量ΔV1は移動度の小さな画素2の負帰還量ΔV2に比べて大きい。したがって、移動度μが大きいほど負帰還が大きくかかる事となって、ばらつきを抑制する事が可能である。図示するように、移動度μの大きな画素1でΔV1の補正をかけると、出力電流はIds1´からIds1まで大きく下降する。一方移動度μの小さな画素2の補正量ΔV2は小さいので、出力電流Ids2´はIds2までそれ程大きく下降しない。結果的に、Ids1とIds2は略等しくなり、移動度のばらつきがキャンセルされる。この移動度のばらつきのキャンセルは黒レベルから白レベルまでVsigの全範囲で行われるので、画面のユニフォーミティは極めて高くなる。以上をまとめると、移動度の異なる画素1と2があった場合、移動度の大きい画素1の補正量ΔV1は移動度の小さい画素2の補正量ΔV2に対して小さくなる。つまり移動度が大きいほどΔVが大きくIdsの減少値は大きくなる。これにより移動度の異なる画素電流値は均一化され、移動度のばらつきを補正する事ができる。
以下参考の為、上述した移動度補正の数値解析を行う。図9に示したように、トランジスタTr1及びTr4がオンした状態で、ドライブトランジスタTrdのソース電位を変数Vに取って解析を行う。ドライブトランジスタTrdのソース電位(S)をVとすると、ドライブトランジスタTrdを流れるドレイン電流Idsは以下の式6に示す通りである。
Figure 2008046427
またドレイン電流Idsと容量C(=Cs+Coled)の関係により、以下の式7に示す様にIds=dQ/dt=CdV/dtが成り立つ。
Figure 2008046427
式7に式6を代入して両辺積分する。ここで、ソース電圧V初期状態は−Vthであり、移動度ばらつき補正時間(T6‐T7)をtとする。この微分方程式を解くと、移動度補正時間tに対する画素電流が以下の数式8のように与えられる。
Figure 2008046427
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模式図である。 図2及び図3に示した画像表示装置の動作説明に供するタイミングチャートである。 本発明にかかる画像表示装置の説明に供する模式的な回路図である。 本発明にかかる画像表示装置の説明に供するグラフである。 同じく本発明にかかる画像表示装置の説明に供する模式図である。 図2及び図3に示した画像表示装置の動作説明に供する他の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説明に供する模式図である。 同じく本発明にかかる画像表示装置の説明に供するグラフである。 従来の画素回路の一例を示す回路図である。 発光素子の電流‐電圧特性を示すグラフである。
符号の説明
1・・・画素アレイ部、2・・・画素回路、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、Cs・・・画素容量、EL・・・発光素子、Vss1・・・第1電源電位、Vss2・・・第2電源電位、Vcc・・・第3電源電位、WS・・・第1走査線、AZ1・・・第2走査線、AZ2・・・第3走査線、DS・・・第4走査線

Claims (5)

  1. 画素アレイ部とスキャナ部と信号部とを含み、
    前記画素アレイ部は、行状に配された第1走査線、第2走査線、第3走査線及び第4走査線と、列状に配された信号線と、これらの走査線及び信号線に接続した行列状の画素回路と、各画素回路の動作に必要な第1電位、第2電位及び第3電位を供給する複数の電源線とからなり、
    前記信号部は、該信号線に映像信号を供給し、
    前記スキャナ部は、第1走査線、第2走査線、第3走査線及び第4走査線に制御信号を供給して順次行ごとに画素回路を走査し、
    各画素回路は、サンプリングトランジスタと、ドライブトランジスタと、第1スイッチングトランジスタと、第2スイッチングトランジスタと、第3スイッチングトランジスタと、画素容量と、発光素子とを含み、
    前記サンプリングトランジスタは、所定のサンプリング期間に第1走査線から供給される制御信号に応じ導通して信号線から供給された映像信号の信号電位を該画素容量にサンプリングし、
    前記画素容量は、該サンプリングされた映像信号の信号電位に応じて該ドライブトランジスタのゲートに入力電圧を印加し、
    前記ドライブトランジスタは、該入力電圧に応じた出力電流を該発光素子に供給し、
    前記発光素子は、所定の発光期間中該ドライブトランジスタから供給される出力電流により該映像信号の信号電位に応じた輝度で発光し、
    前記第1スイッチングトランジスタは、該サンプリング期間に先立ち第2走査線から供給される制御信号に応じ導通して該ドライブトランジスタのゲートを第1電位に設定し、
    前記第2スイッチングトランジスタは、該サンプリング期間に先立ち第3走査線から供給される制御信号に応じ導通して該ドライブトランジスタのソースを第2電位に設定し、
    前記第3スイッチングトランジスタは、該サンプリング期間に先立ち第4走査線から供給される制御信号に応じ導通して該ドライブトランジスタを第3電位に接続し、以って該ドライブトランジスタの閾電圧に相当する電圧を該画素容量に保持させて閾電圧の影響を補正するとともに、該発光期間に再び第4走査線から供給される制御信号に応じ導通して該ドライブトランジスタを第3電位に接続して該出力電流を該発光素子に流す画像表示装置において、
    前記ドライブトランジスタのチャネル長を各スイッチングトランジスタのチャネル長より長くして、その閾電圧のバラツキを抑制することを特徴とする画像表示装置。
  2. 画素アレイ部とスキャナ部と信号部とを含み、
    前記画素アレイ部は、行状に配された第1走査線、第2走査線、第3走査線及び第4走査線と、列状に配された信号線と、これらの走査線及び信号線に接続した行列状の画素回路と、各画素回路の動作に必要な第1電位、第2電位及び第3電位を供給する複数の電源線とからなり、
    前記信号部は、該信号線に映像信号を供給し、
    前記スキャナ部は、第1走査線、第2走査線、第3走査線及び第4走査線に制御信号を供給して順次行ごとに画素回路を走査し、
    各画素回路は、サンプリングトランジスタと、ドライブトランジスタと、第1スイッチングトランジスタと、第2スイッチングトランジスタと、第3スイッチングトランジスタと、画素容量と、発光素子とを含み、
    前記サンプリングトランジスタは、所定のサンプリング期間に第1走査線から供給される制御信号に応じ導通して信号線から供給された映像信号の信号電位を該画素容量にサンプリングし、
    前記画素容量は、該サンプリングされた映像信号の信号電位に応じて該ドライブトランジスタのゲートに入力電圧を印加し、
    前記ドライブトランジスタは、該入力電圧に応じた出力電流を該発光素子に供給し、
    前記発光素子は、所定の発光期間中該ドライブトランジスタから供給される出力電流により該映像信号の信号電位に応じた輝度で発光し、
    前記第1スイッチングトランジスタは、該サンプリング期間に先立ち第2走査線から供給される制御信号に応じ導通して該ドライブトランジスタのゲートを第1電位に設定し、
    前記第2スイッチングトランジスタは、該サンプリング期間に先立ち第3走査線から供給される制御信号に応じ導通して該ドライブトランジスタのソースを第2電位に設定し、
    前記第3スイッチングトランジスタは、該サンプリング期間に先立ち第4走査線から供給される制御信号に応じ導通して該ドライブトランジスタを第3電位に接続し、以って該ドライブトランジスタの閾電圧に相当する電圧を該画素容量に保持させて閾電圧の影響を補正するとともに、該発光期間に再び第4走査線から供給される制御信号に応じ導通して該ドライブトランジスタを第3電位に接続して該出力電流を該発光素子に流す画像表示装置において、
    前記スキャナ部は、画素アレイ部と同一基板上に形成されており、
    前記ドライブトランジスタのチャネル長を該スキャナ部を構成するトランジスタのチャネル長より長くして、その閾電圧のバラツキを抑制することを特徴とする画像表示装置。
  3. 前記ドライブトランジスタのチャネル長を10μm以上に設定することを特徴とする請求項1又は請求項2記載の画像表示装置。
  4. 前記画素回路は、発光期間中該ドライブトランジスタのソース電位が変動する一方、該ソース電位を基準にして該ドライブトランジスタのゲートに印加される入力電圧は変動しない様に、該ドライブトランジスタのチャネル長が設定されていることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の画像表示装置。
  5. 前記ドライブトランジスタは、その出力電流がチャネル領域のキャリア移動度に対して依存性を有し、
    前記第3スイッチングトランジスタは、該サンプリング期間に導通して該ドライブトランジスタを第3電位に接続し、該信号電位がサンプリングされている間に該ドライブトランジスタから出力電流を取り出し、これを該画素容量に負帰還して該入力電圧を補正し、以って該出力電流のキャリア移動度に対する依存性を打ち消すことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の画像表示装置。
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