JP4747528B2

JP4747528B2 - 画素回路及び表示装置

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Publication number: JP4747528B2
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Inventors: 勝秀内野; 淳一山下
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Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2004-07-23
Filing date: 2004-07-23
Publication date: 2011-08-17
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Description

本発明は、画素毎に配した電気光学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発光素子などの電気光学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

従来の画素回路は、走査線と信号線とが交差する部分に配されており、少なくとも電気光学素子とドライブトランジスタとサンプリングトランジスタと保持容量と結合容量とを備えている。ドライブトランジスタは、所定の電源電位から所定の出力ノードに向かって駆動電流を供給する様に配されているとともに、そのゲートが所定の制御ノードに接続している。電気光学素子は、その一端が出力ノードに接続し、他端が所定の接地電位に接続している。サンプリングトランジスタは、所定の入力ノードと信号線との間に接続している。保持容量は制御ノードに接続している。結合容量は制御ノードと入力ノードとの間に配されている。

係る構成において、サンプリングトランジスタは走査線によって選択された時動作し、信号線から入力信号をサンプリングし且つ入力信号に応じた信号電位を結合容量を介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出力ノードに駆動電流を供給し、以って電気光学素子を電流駆動する。この様に、ドライブトランジスタのゲートは、保持容量に保持された信号電位によってソース基準のゲート電圧を受ける。ドライブトランジスタはこのゲート電圧に応じてソース／ドレイン間に駆動電流を流し、電気光学素子に通電する。一般に電気光学素子の発光輝度は通電量に比例している。更にドライブトランジスタの駆動電流供給量はゲート電圧すなわち保持容量に書き込まれた信号電位によって制御される。この様に従来の画素回路は、ドライブトランジスタのゲートに印加される信号電圧を入力映像信号に応じて変化させることで、電気光学素子に供給する駆動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、画素回路では電気光学素子に供給される駆動電流である。Ｖｇｓはソースを基準としてゲートに印加されるゲート印加電圧を表わしている。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が電気光学素子に供給される。従って、画面を構成する各画素に全て同一のレベルの入力信号を供給すれば、全画素が同一輝度で発光し、画面の一様性（ユニフォーミティ）が得られるはずである。

しかしながら実際には、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、ゲート印加電圧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。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。

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は、ある程度画面のユニフォーミティを改善することが可能である。しかしながら、ポリシリコン薄膜トランジスタの特性ばらつきは、閾電圧ばかりでなく、移動度μも素子毎にばらつきがある。前述のトランジスタ特性式から明らかな様に、移動度μがばらつくと、ゲート印加電圧Ｖｇｓが一定であってもドレイン電流Ｉｄｓにばらつきが出てしまう。この結果発光輝度が画素毎に変化する為、画面のユニフォーミティを損なうという課題がある。

上述した従来の技術の課題に鑑み、本発明はドライブトランジスタのドレイン電流のばらつきを補償可能な画素回路及び表示装置とこれらの駆動方法を提供す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、走査線と信号線とが交差する部分に配されており、少なくとも電気光学素子とドライブトランジスタとサンプリングトランジスタと保持容量と結合容量とを備え、該ドライブトランジスタは、所定の電源電位から所定の出力ノードに向かって駆動電流を供給するように配されているとともに、そのゲートが所定の制御ノードに接続し、該電気光学素子は、その一端が該出力ノードに接続し、他端が所定の接地電位に接続し、該サンプリングトランジスタは、所定の入力ノードと該信号線との間に接続し、該保持容量は、該制御ノードに接続し、該結合容量は、該制御ノードと該入力ノードとの間に配されており、前記サンプリングトランジスタは走査線によって選択された時動作し、該信号線から入力信号をサンプリングし且つ該入力信号に応じた信号電位を該結合容量を介して該保持容量に保持し、前記ドライブトランジスタは、該保持容量に保持された該信号電位に応じて該出力ノードに該駆動電流を供給し、以って該電気光学素子を電流駆動する画素回路において、閾電圧補正回路と駆動電流補正回路とが組み込まれており、前記閾電圧補正回路は、該電気光学素子の電流駆動に先だって該ドライブトランジスタの閾電圧を検知しあらかじめその影響をキャンセルする為に該検知した電位を該保持容量に保持するとともに、前記駆動電流補正回路は、該電気光学素子の電流駆動を開始した後、該ドライブトランジスタが供給する駆動電流のばらつきを検出し、その検出結果に従って該ばらつきを打ち消すように該保持容量に保持された信号電位を調節し、前記閾電圧補正回路は、該出力ノードで該ドライブトランジスタと該電気光学素子とを接続するスイッチングトランジスタと、該制御ノードと該ドライブトランジスタの出力側との間に接続されたスイッチングトランジスタと、所定の固定電位と該入力ノードとの間に接続されたスイッチングトランジスタとからなり、前記駆動電流補正回路は、所定の電源電位と該入力ノードとの間に接続された容量素子と、該入力ノードに接続した別の容量素子と、該別の容量素子と出力ノードとの間に接続したスイッチングトランジスタと、該制御ノードと該結合容量との間に接続したスイッチングトランジスタとからな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、少なくとも電気光学素子とドライブトランジスタとサンプリングトランジスタと保持容量と結合容量とを備え、該ドライブトランジスタは、所定の電源電位から所定の出力ノードに向かって駆動電流を供給するように配されているとともに、そのゲートが所定の制御ノードに接続し、該電気光学素子は、その一端が該出力ノードに接続し、他端が所定の接地電位に接続し、該サンプリングトランジスタは、所定の入力ノードと該信号線との間に接続し、該保持容量は、該制御ノードに接続し、該結合容量は、該制御ノードと該入力ノードとの間に接続しており、前記サンプリングトランジスタは走査線によって選択された時動作し、該信号線から入力信号をサンプリングし且つ該入力信号に応じた信号電位を該結合容量を介して該保持容量に保持し、前記ドライブトランジスタは、該保持容量に保持された該信号電位に応じて該出力ノードに該駆動電流を供給し、以って該電気光学素子を電流駆動する表示装置において、前記画素回路は閾電圧補正回路と駆動電流補正回路とが組み込まれており、前記閾電圧補正回路は、該電気光学素子の電流駆動に先だって該ドライブトランジスタの閾電圧を検知しあらかじめその影響をキャンセルする為に該検知した電位を該保持容量に保持するとともに、前記駆動電流補正回路は、該電気光学素子の電流駆動を開始した後、該ドライブトランジスタが供給する駆動電流のばらつきを検出し、その検出結果に従って該ばらつきを打ち消すように該保持容量に保持された信号電位を調節し、前記閾電圧補正回路は、該出力ノードで該ドライブトランジスタと該電気光学素子とを接続するスイッチングトランジスタと、該制御ノードと該ドライブトランジスタの出力側との間に接続されたスイッチングトランジスタと、所定の固定電位と該入力ノードとの間に接続されたスイッチングトランジスタとからなり、
前記駆動電流補正回路は、所定の電源電位と該入力ノードとの間に接続された容量素子と、該入力ノードに接続した別の容量素子と、該別の容量素子と出力ノードとの間に接続したスイッチングトランジスタと、該制御ノードと該結合容量との間に接続したスイッチングトランジスタとからなる。

本発明によれば、画素回路は閾電圧補償回路と駆動電流補償回路とを組み込んでいる。閾電圧補償回路は画素毎に形成されたドライブトランジスタの閾電圧のばらつきを回路的に補正して、画面のユニフォーミティを改善できる。又駆動電流補償回路は同じく画素毎に形成されたドライブトランジスタの移動度のばらつきを回路的に補正して、画素毎の駆動電流のばらつきを取り除き、以って画面のユニフォーミティを改善している。この様にポリシリコンなどの半導体薄膜で構成されるＴＦＴをドライブトランジスタに用いた場合、閾電圧や移動度などの特性のばらつきをデバイス技術で抑えることができなくても、画素回路に補正機能を組み込むことで、閾電圧と移動度のばらつきを吸収でき、以って有機ＥＬディスプレイなどの表示装置のユニフォーミティを実用レベルまで改善している。

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。まず最初に本発明の背景を明らかにする為、図１を参照してアクティブマトリクス表示装置及びこれに含まれる画素回路の一般的な構成を参考例として説明する。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から映像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、サンプリングされた映像信号に応じて電気光学素子を駆動する。この電気光学素子は各画素回路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、電気光学素子ＥＬなどで構成されている。尚、本参考例では各トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２及びＴｒ３はポリシリコンＴＦＴで全てＰチャネル型となっている。但し本発明はこれに限られるものではなく、ポリシリコンＴＦＴはＰチャネル型に代えてＮチャネル型を用いることもでき、更にはこれらを混在させて画素回路５を構成することもできる。又電気光学素子ＥＬは、例えば有機ＥＬ素子などの発光素子である。これらの要素によって構成された画素回路５は、信号線ＤＬと走査線ＷＳ及びＤＳとの交差部に配されている。信号線ＤＬはサンプリングトランジスタＴｒ１のドレインに接続し、走査線ＷＳはサンプリングトランジスタＴｒ１のゲートに接続し、他の走査線ＤＳはスイッチングトランジスタＴｒ３のゲートに接続している。

ドライブトランジスタＴｒ２、スイッチングトランジスタＴｒ３及び電気光学素子ＥＬは、電源電位Ｖｃｃと接地電位ＧＮＤの間で直列に接続されている。すなわちドライブトランジスタＴｒ２のソースが電源電位Ｖｃｃに接続される一方、電気光学素子ＥＬのカソードが接地電位ＧＮＤに接続されている。一般に、電気光学素子ＥＬを構成する有機ＥＬ素子は整流性がある為ダイオードの記号で表わしている。一方、サンプリングトランジスタＴｒ１及び保持容量Ｃ１はドライブトランジスタＴｒ２のゲートに接続している。ドライブトランジスタＴｒ２のゲート・ソース間電圧をＶｇｓで表わしている。

画素回路５の動作であるが、まず走査線ＷＳを選択状態（ここではローレベル）とし、信号線ＤＬに入力信号を印加すると、サンプリングトランジスタＴｒ１が導通して入力信号が保持容量Ｃ１に書き込まれる。保持容量Ｃ１に書き込まれた信号電位がドライブトランジスタＴｒ２のゲート電位Ｖｇｓとなる。続いて、走査線ＷＳを非選択状態（ここではハイレベル）にすると、信号線ＤＬとドライブトランジスタＴｒ２とは電気的に切り離されるが、ドライブトランジスタＴｒ２のゲート電位Ｖｇｓは保持容量Ｃ１によって安定に保持される。続いて他の走査線ＤＳを選択状態（ここではローレベル）にすると、スイッチングトランジスタＴｒ３が導通し、電源電位Ｖｃｃから接地電位ＧＮＤに向かって駆動電流がトランジスタＴｒ２，Ｔｒ３及び電気光学素子ＥＬを流れる。走査線ＤＳが非選択状態になるとスイッチングトランジスタＴｒ３がオフし、駆動電流は流れなくなる。スイッチングトランジスタＴｒ３は電気光学素子ＥＬの発光時間を制御する為に挿入されたものである。

ドライブトランジスタＴｒ２及び電気光学素子ＥＬに流れる電流は、ドライブトランジスタＴｒ２のゲート・ソース間電圧Ｖｇｓに応じた値となり、電気光学素子ＥＬはその電流値に応じた輝度で発光し続ける。上記の様に、走査線ＷＳを選択して信号線ＤＬに与えられた入力信号を画素回路５の内部に伝える動作を「書込」と呼ぶ。上述の様に一度入力信号の書込を行なえば、次に書き替えられるまでの間、電気光学素子ＥＬは一定の輝度で発光を続ける。

上述した様に画素回路５では、ドライブトランジスタＴｒ２のゲート印加電圧Ｖｇｓを入力信号に応じて変化させることで、電気光学素子ＥＬに流れる電流値を制御している。この時、Ｐチャネル型のドライブトランジスタＴｒ２のソースは電源電位Ｖｃｃに接続されており、このトランジスタＴｒ２は常に飽和領域で動作している。よって、ドライブトランジスタＴｒ２は先のトランジスタ特性式で示した様に、Ｖｇｓに応じて一定のドレイン電流Ｉｄｓを供給する定電流源となっている。

しかしながら実際にはドライブトランジスタＴｒ２の閾電圧は画素毎にばらついており、これを補正する必要がある。図３は、画素回路に閾電圧補正機能を組み込んだ参考例を表わしており、例えば特許文献３に記載されている。図示する様に、本画素回路５は、３本の走査線ＷＳ，ＤＳ，ＡＺと１本の信号線ＤＬとが交差する部分に配されており、少なくとも電気光学素子ＥＬとドライブトランジスタＴｒ２とサンプリングトランジスタＴｒ１と保持容量Ｃ１と結合容量Ｃ２とを備えている。本参考例は、ドライブトランジスタＴｒ２のみＰチャネル型であり、残りのトランジスタは全てＮチャネル型となっている。ドライブトランジスタＴｒ２は、所定の電源電位Ｖｃｃから所定の出力ノードＢに向かって駆動電流Ｉｄｓを供給する様に配されているとともに、そのゲートが所定の制御ノードＡに接続している。サンプリングトランジスタＴｒ１は、所定の入力ノードＣと信号線ＤＬとの間に接続している。サンプリングトランジスタＴｒ１のゲートは走査線ＷＳに接続している。保持容量Ｃ１は電源電位Ｖｃｃと制御ノードＡとの間に接続されている。結合容量Ｃ２は、制御ノードＡと入力ノードＣとの間に配されている。尚、補助容量Ｃ３が電源電位Ｖｃｃと入力ノードＣとの間に接続されている。又スイッチングトランジスタＴｒ３が出力ノードＢでドライブトランジスタＴｒ２と電気光学素子ＥＬとを接続している。このスイッチングトランジスタＴｒ３のゲートは走査線ＤＳに接続している。

図３に示した画素回路５の書込動作であるが、まず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動作し、信号線ＤＬから入力信号Ｖｓｉｇをサンプリングし且つ入力信号Ｖｓｉｇに応じた信号電位を結合容量Ｃ２を介して保持容量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出力ノードＢに駆動電流Ｉｄｓを供給し、以って電気光学素子ＥＬを電流駆動する。尚実際には走査線ＤＳを介してスイッチングトランジスタＴｒ３がオンした時ドライブトランジスタＴｒ２から駆動電流Ｉｄｓが出力ノードＢを介して電気光学素子ＥＬに供給され、発光動作を行なう様になっている。

係る構成を有する画素回路５は通常の書込機能に加え、閾電圧補正回路が組み込まれている。この閾電圧補正回路は電気光学素子ＥＬの電流駆動に先立ってドライブトランジスタＴｒ２の閾電圧を検知しあらかじめその影響をキャンセルする為に該検知した電位を保持容量Ｃ１に保持するものである。本参考例では、この閾電圧補正回路は追加のスイッチングトランジスタＴｒ４及びＴｒ５で構成されている。一方のスイッチングトランジスタＴｒ４は所定の固定電位Ｖｏｆｓと入力ノードＣとの間に接続されている。このスイッチングトランジスタＴｒ４のゲートは閾電圧補正用に別途設けた走査線ＡＺに接続している。スイッチングトランジスタＴｒ５は、制御ノードＡとドライブトランジスタＴｒ２の出力側（ドレイン側）との間に接続されている。このスイッチングトランジスタＴｒ５のゲートも走査線ＡＺに接続されている。

図４のタイミングチャートを参照して、図３に示した参考例に係る画素回路の閾電圧補正動作及び書込動作を詳細に説明する。図示のタイミングチャートは、タイミングＴ１で１フィールド（１ｆ）がスタートし、タイミングＴ７で１フィールドが終わる様に表わしてある。時間軸Ｔに沿って、走査線ＷＳ，ＤＳ及びＡＺのレベル変化を表わしてある。又同じ時間軸Ｔに沿って、制御ノードＡ及び出力ノードＢの電位変化を表わしてある。制御ノードＡ（ドライブトランジスタＴｒ２のゲート）の電位変化は実線で表わし、これと区別する為出力ノードＢ（電気光学素子ＥＬのアノード）の電位変化は鎖線で表わしてある。

当該フィールドのスタートするタイミングＴ１では、走査線ＷＳ及びＡＺがローレベルにある一方、走査線ＤＳがハイレベルにある。従ってスイッチングトランジスタＴｒ３のみがオン状態にあって電気光学素子ＥＬを発光させている一方、残りのトランジスタＴｒ１，Ｔｒ４及びＴｒ５はオフ状態にある。この時制御ノードＡは保持容量Ｃ１に保持された信号電位に維持されている。一方出力ノードＢは接地電位ＧＮＤから電気光学素子ＥＬの電圧降下分だけ上に位置している。

タイミングＴ２に進むと、走査線ＡＺがローレベルからハイレベルに切り替わり、閾電圧補正動作が行なわれる。走査線ＡＺがハイレベルになると、スイッチングトランジスタＴｒ４及びＴｒ５がオンする。スイッチングトランジスタＴｒ４がオンすることで入力ノードＣは固定電位Ｖｏｆｓにセットされ、閾電圧補正動作の待機状態となる。同時にスイッチングトランジスタＴｒ５がオンすることで、保持容量Ｃ１に保持された電荷がドライブトランジスタＴｒ２のドレイン側に放電される。この結果制御ノードＡの電位は接地電位ＧＮＤに向かって低下する。

タイミングＴ２の後タイミングＴ３に至ると、走査線ＤＳがハイレベルからローレベルとなり、スイッチングトランジスタＴｒ３がオフする。これにより電気光学素子ＥＬが出力ノードＢから切り離されるので、非発光状態となる。一方ドライブトランジスタＴｒ２から供給される駆動電流Ｉｄｓは引続きオン状態にあるスイッチングトランジスタＴｒ５を介して保持容量Ｃ１及び結合容量Ｃ２に流れ込む。これにより制御ノードＡの電位は電源電位Ｖｃｃに向かって上昇し始める。この上昇過程で制御ノードＡの電位がちょうどドライブトランジスタＴｒ２の閾電圧Ｖｔｈと一致した時、ドライブトランジスタＴｒ２のゲートが遮断する。この結果、ドレイン電流Ｉｄｓは流れなくなり、ドライブトランジスタＶｔｈに相当する電位が保持容量Ｃ１に保持される。この様にしてドライブトランジスタＴｒ２の閾電圧Ｖｔｈが保持容量Ｃ１に保持される。

タイミングＴ３ａに進むと、走査線ＡＺがハイレベルからローレベルに戻り、閾電圧Ｖｔｈ補正期間が終了する。すなわちスイッチングトランジスタＴｒ４がオフし、入力ノードＣは固定電位Ｖｏｆｓから切り離される。又スイッチングトランジスタＴｒ５もオフし、制御ノードＡがドライブトランジスタＴｒ２の出力側（ドレイン側）から切り離される。これにより、次の信号書込動作に備えた待機状態となる。

タイミングＴ４になると走査線ＷＳに選択パルスが印加され、ローレベルからハイレベルに立ち上がる。これによりサンプリングトランジスタＴｒ１がオンする。信号線ＤＬから供給された入力信号Ｖｓｉｇは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、結合容量Ｃ２を介して保持容量Ｃ１にカップリングされる。これにより、結合容量Ｃ２と保持容量Ｃ１の容量分割比に応じた信号電位Ｖｉｎが保持容量Ｃ１に保持される。この信号電位Ｖｉｎは先に保持容量Ｃ１に保持されたドライブトランジスタの閾電圧Ｖｔｈに足し込む形で保持される。この結果制御ノードＡの電位は電源電位Ｖｃｃ基準で、Ｖｔｈ＋Ｖｉｎの分だけ下がる。Ｖｔｈ＋Ｖｉｎがゲート電位ＶｇｓとしてドライブトランジスタＴｒ２のゲートに印加される。この際、ゲート電位Ｖｇｓには常にＶｔｈが足し込まれている為、個々の画素毎にドライブトランジスタＴｒ２の閾電圧Ｖｔｈがばらついていてもこれをキャンセルすることが可能になる。全ての画素において、ドライブトランジスタＴｒ２は結局正味の信号電位Ｖｉｎで駆動される為、ユニフォーミティを改善することができる。

信号書込に割り当てられた時間（１水平期間１Ｈ）がタイミングＴ４から経過すると、タイミングＴ５で選択パルスが解除され走査線ＷＳは再びローレベルに戻る。これによりサンプリングトランジスタＷＳはオフし、次の発光動作に備えた待機状態となる。

タイミングＴ６になると走査線ＤＳがローレベルからハイレベルに立ち上がりスイッチングトランジスタＴｒ３がオンする。この結果ドライブトランジスタＴｒ２から供給された駆動電流Ｉｄｓが出力ノードＢを介して電気光学素子ＥＬに流れ込み、発光動作が行なわれる。その際電気光学素子ＥＬを貫通する駆動電流により電圧降下ΔＶｅｌが生じる。この電圧降下分ΔＶｅｌは駆動電流Ｉｄｓに比例している。

この後タイミングＴ７に至ると当該フィールドが完了し、次のフィールドに移行する。

以上の様に図３及び図４に示した参考例の画素回路は、閾電圧補正回路が組み込まれており、ドライブトランジスタの閾電圧のばらつきを吸収して、画面のユニフォーミティをある程度改善できる。しかしながら、ドライブトランジスタは閾電圧のばらつきに加え、移動度もばらついており、これを吸収しない限り実用レベルでのユニフォーミティを確保することができない。図５は、本発明に係る画素回路を表わしており、前述した閾電圧補正回路に加え駆動電流補正回路が組み込まれている。

図５は、本発明に係る画素回路を示す回路図である。理解を容易にする為、図３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ある。本画素回路は閾電圧補正機能に加え駆動電流補正回路を組み込んでいる。図示する様に、本画素回路５は、５本の走査線ＷＳ，ＤＳ，ＡＺ，Ｘ，Ｙと１本の信号線ＤＬとが交差する部分に配されており、少なくとも電気光学素子ＥＬとドライブトランジスタＴｒ２とサンプリングトランジスタＴｒ１と保持容量Ｃ１と結合容量Ｃ２とを備えている。ドライブトランジスタＴｒ２は、所定の電源電位Ｖｃｃから所定の出力ノードＢに向かって駆動電流Ｉｄｓを供給する様に配されているとともに、そのゲートが所定の制御ノードＡに接続している。サンプリングトランジスタＴｒ１は、所定の入力ノードＣと信号線ＤＬとの間に接続している。サンプリングトランジスタＴｒ１のゲートは走査線ＷＳに接続している。保持容量Ｃ１は電源電位Ｖｃｃと制御ノードＡとの間に接続されている。結合容量Ｃ２は、制御ノードＡと入力ノードＣとの間に配されている。尚、補助容量Ｃ３が電源電位Ｖｃｃと入力ノードＣとの間に接続されている。又スイッチングトランジスタＴｒ３が出力ノードＢでドライブトランジスタＴｒ２と電気光学素子ＥＬとを接続している。このスイッチングトランジスタＴｒ３のゲートは走査線ＤＳに接続している。

図５に示した画素回路５の書込動作であるが、まず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動作し、信号線ＤＬから入力信号Ｖｓｉｇをサンプリングし且つ入力信号Ｖｓｉｇに応じた信号電位を結合容量Ｃ２を介して保持容量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出力ノードＢに駆動電流Ｉｄｓを供給し、以って電気光学素子ＥＬを電流駆動する。尚実際には走査線ＤＳを介してスイッチングトランジスタＴｒ３がオンした時ドライブトランジスタＴｒ２から駆動電流Ｉｄｓが出力ノードＢを介して電気光学素子ＥＬに供給され、発光動作を行なう様になっている。

係る構成を有する画素回路５は通常の書込機能に加え、閾電圧補正回路が組み込まれている。この閾電圧補正回路は電気光学素子ＥＬの電流駆動に先立ってドライブトランジスタＴｒ２の閾電圧を検知しあらかじめその影響をキャンセルする為に該検知した電位を保持容量Ｃ１に保持するものである。本実施形態では、この閾電圧補正回路は追加のスイッチングトランジスタＴｒ４及びＴｒ５で構成されている。一方のスイッチングトランジスタＴｒ４は所定の固定電位Ｖｏｆｓと入力ノードＣとの間に接続されている。このスイッチングトランジスタＴｒ４のゲートは閾電圧補正用に別途設けた走査線ＡＺに接続している。スイッチングトランジスタＴｒ５は、制御ノードＡとドライブトランジスタＴｒ２の出力側（ドレイン側）との間に接続されている。このスイッチングトランジスタＴｒ５のゲートも走査線ＡＺに接続されている。

係る構成を有する画素回路５は閾電圧補正回路に加え、駆動電流補正回路が組み込まれている。この駆動電流補正回路は、電気光学素子ＥＬの電流駆動を開始した後、ドライブトランジスタＴｒ２が供給するドレイン電流Ｉｄｓのばらつきを検出し、その結果に従ってこのばらつきを打ち消す様に保持容量Ｃ１に保持された信号電位を調節する。より具体的には、駆動電流補正回路は、駆動電流Ｉｄｓのばらつきに応じて変動する電気光学素子ＥＬの電圧降下を検出し、この検出した電圧降下の変動を打ち消す様に保持容量Ｃ１に保持された信号電位を調節する。ドライブトランジスタＴｒ２の移動度は各画素毎にばらついている。移動度のばらつきに応じて駆動電流Ｉｄｓがばらつく。これに応じて電気光学素子ＥＬの電圧降下量が変動する。この電圧降下量を検出しドライブトランジスタＴｒ２の制御ノードＡ側にフィードバックすることで、移動度のばらつきをキャンセルする様にしている。

この様なドライブトランジスタＴｒ２の移動度μのばらつきを吸収する機能を有する駆動電流補正回路は、追加のスイッチングトランジスタＴｒ６，Ｔｒ７と追加の結合容量Ｃ４とで構成されている。結合容量Ｃ４は入力ノードＣに接続されている。スイッチングトランジスタＴｒ７は、この結合容量Ｃ４と出力ノードＢとの間に接続されている。スイッチングトランジスタＴｒ７のゲートは追加の走査線Ｘに接続している。又スイッチングトランジスタＴｒ６は制御ノードＡと結合容量Ｃ２との間に接続されている。このスイッチングトランジスタＴｒ６のゲートは更に別の追加走査線Ｙに接続している。

図６のタイミングチャートを参照して、図５に示した本発明に係る画素回路の動作を詳細に説明する。理解を容易にする為、図４に示した先の参考例に係るタイミングチャートと対応する部分には対応する参照符号を用いている。図６のタイミングチャートは、タイミングＴ１で１フィールド（１ｆ）がスタートし、タイミングＴ７で１フィールドが終わる様に表わしてある。時間軸Ｔに沿って、走査線ＷＳ，ＤＳ，ＡＺ，Ｘ，Ｙのレベル変化を表わしてある。又同じ時間軸に沿って、制御ノードＡ，出力ノードＢ，入力ノードＣ及び中間ノードＤの電位変化を表わしてある。制御ノードＡ及び入力ノードＣの電位変化は実線で表わし、これと区別する為出力ノードＢ及び中間ノードＤの電位変化は鎖線で表わしてある。ここで制御ノードＡはドライブトランジスタＴｒ２のゲートであり、出力ノードＢは電気光学素子ＥＬのアノードであり、入力ノードＣ及び中間ノードＤは結合容量Ｃ２の両端子である。

タイミングＴ１で当該フィールドがスタートした時点で、走査線ＤＳ及びＹがハイレベルにある一方、走査線ＷＳ，ＡＺ及びＸがローレベルにある。従ってこの時点Ｔ１では、スイッチングトランジスタＴｒ３及びＴｒ６がオン状態にある一方、サンプリングトランジスタＴｒ１、スイッチングトランジスタＴｒ４，Ｔｒ５及びＴｒ７がオフ状態にある。スイッチングトランジスタＴｒ６がオン状態である為中間ノードＤと制御ノードＡは連結している。又スイッチングトランジスタＴｒ３がオン状態である為、ドライブトランジスタＴｒ２から供給される駆動電流Ｉｄｓは出力ノードＢを介して電気光学素子ＥＬに送られ、発光状態となっている。

次のタイミングＴ２に進むと、走査線ＡＺ及びＸがローレベルからハイレベルに切り替わる。走査線ＸがハイレベルとなることでスイッチングトランジスタＴｒ７がオン状態となり、結合容量Ｃ４は出力ノードＢ側に連結される。又スイッチングトランジスタＴｒ４及びＴｒ５がオンすることでドライブトランジスタの閾電圧補正動作が開始する。スイッチングトランジスタＴｒ４がオンすることで入力ノードＣは固定電位Ｖｏｆｓにセットされ、閾電圧補正動作の待機状態となる。同時にスイッチングトランジスタＴｒ５がオンすることで、保持容量Ｃ１に保持された電荷がドライブトランジスタＴｒ２のドレイン側に放電される。この結果制御ノードＡの電位は接地電位ＧＮＤに向かって低下する。

タイミングＴ６に進むと走査線ＤＳが再びローレベルからハイレベルに立ち上がりスイッチングトランジスタＴｒ３がオンする。この結果ドライブトランジスタＴｒ２から供給された駆動電流Ｉｄｓが出力ノードＢを介して電気光学素子ＥＬに流れ込む。これにより電気光学素子ＥＬに電圧降下ΔＶｅｌが生じ、その分電気光学素子ＥＬのアノードである出力ノードＢの電位が接地電位ＧＮＤに対して上昇する。出力ノードＢに現われる電位降下分ΔＶｅｌはオン状態にあるスイッチングトランジスタＴｒ７を介して結合容量Ｃ４にカップリングされる。この時スイッチングトランジスタＴｒ６はオフになるので、中間ノードＤは制御ノードＡから切り離される。

この後タイミングＴ６ａになると走査線Ｙが再びハイレベルに立ち上がる一方走査線Ｘがローレベルに立ち下がる。これによりスイッチングトランジスタＴｒ６がオンする一方スイッチングトランジスタＴｒ７がオフする。スイッチングトランジスタＴｒ６がオンした結果容量Ｃ３及びＣ４に蓄えられた電荷が結合容量Ｃ２を介して保持容量Ｃ１に分配される。この結果中間ノードＤの電位がΔＶｅｌ’だけ上昇するとともに、制御ノードＡの電位も電荷分配分に相当するΔＶｅｌ”分だけ上昇する。この様に、駆動電流Ｉｄｓが正方向にばらつくとその分だけ電気光学素子ＥＬに生じる電圧降下ΔＶｅｌが増大する。この増大する電圧降下分ΔＶｅｌに見合った分が保持容量Ｃ１に書き込まれ、制御ノードＡの電位がΔＶｅｌ”だけ上昇する。換言するとドライブトランジスタＴｒ２のゲート電圧ＶｇｓがΔＶｅｌ”分だけ小さくなり、正方向にばらついた駆動電流Ｉｄｓを負方向に引き戻す作用をする。これによりドライブトランジスタＴｒ２の移動度のばらつきをキャンセルすることができる。

アクティブマトリクス表示装置及び画素回路の一般的な構成を示すブロック図である。画素回路の従来例を示す回路図である。画素回路の参考例を示す回路図である。図３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。本発明に係る画素回路の構成を示す回路図である。図５に示した本発明に係る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、Ｔｒ１・・・サンプリングトランジスタ、Ｔｒ２・・・ドライブトランジスタ、Ｔｒ３・・・スイッチングトランジスタ、Ｔｒ４・・・スイッチングトランジスタ、Ｔｒ５・・・スイッチングトランジスタ、Ｔｒ６・・・スイッチングトランジスタ、Ｔｒ７・・・スイッチングトランジスタ、Ｃ１・・・保持容量、Ｃ２・・・結合容量、Ｃ３・・・補助容量、Ｃ４・・・結合容量、ＥＬ・・・電気光学素子

Claims

走査線と信号線とが交差する部分に配されており、少なくとも電気光学素子とドライブトランジスタとサンプリングトランジスタと保持容量と結合容量とを備え、
該ドライブトランジスタは、所定の電源電位から所定の出力ノードに向かって駆動電流を供給するように配されているとともに、そのゲートが所定の制御ノードに接続し、
該電気光学素子は、その一端が該出力ノードに接続し、他端が所定の接地電位に接続し、
該サンプリングトランジスタは、所定の入力ノードと該信号線との間に接続し、
該保持容量は、該制御ノードに接続し、
該結合容量は、該制御ノードと該入力ノードとの間に配されており、
前記サンプリングトランジスタは走査線によって選択された時動作し、該信号線から入力信号をサンプリングし且つ該入力信号に応じた信号電位を該結合容量を介して該保持容量に保持し、
前記ドライブトランジスタは、該保持容量に保持された該信号電位に応じて該出力ノードに該駆動電流を供給し、以って該電気光学素子を電流駆動する画素回路において、
閾電圧補正回路と駆動電流補正回路とが組み込まれており、
前記閾電圧補正回路は、該電気光学素子の電流駆動に先だって該ドライブトランジスタの閾電圧を検知しあらかじめその影響をキャンセルする為に該検知した電位を該保持容量に保持するとともに、
前記駆動電流補正回路は、該電気光学素子の電流駆動を開始した後、該ドライブトランジスタが供給する駆動電流のばらつきを検出し、その検出結果に従って該ばらつきを打ち消すように該保持容量に保持された信号電位を調節し、
前記閾電圧補正回路は、該出力ノードで該ドライブトランジスタと該電気光学素子とを接続するスイッチングトランジスタと、該制御ノードと該ドライブトランジスタの出力側との間に接続されたスイッチングトランジスタと、所定の固定電位と該入力ノードとの間に接続されたスイッチングトランジスタとからなり、
前記駆動電流補正回路は、所定の電源電位と該入力ノードとの間に接続された容量素子と、該入力ノードに接続した別の容量素子と、該別の容量素子と出力ノードとの間に接続したスイッチングトランジスタと、該制御ノードと該結合容量との間に接続したスイッチングトランジスタとからなる
ことを特徴とする画素回路。
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、少なくとも電気光学素子とドライブトランジスタとサンプリングトランジスタと保持容量と結合容量とを備え、
該ドライブトランジスタは、所定の電源電位から所定の出力ノードに向かって駆動電流を供給するように配されているとともに、そのゲートが所定の制御ノードに接続し、
該電気光学素子は、その一端が該出力ノードに接続し、他端が所定の接地電位に接続し、
該サンプリングトランジスタは、所定の入力ノードと該信号線との間に接続し、
該保持容量は、該制御ノードに接続し、
該結合容量は、該制御ノードと該入力ノードとの間に接続しており、
前記サンプリングトランジスタは走査線によって選択された時動作し、該信号線から入力信号をサンプリングし且つ該入力信号に応じた信号電位を該結合容量を介して該保持容量に保持し、
前記ドライブトランジスタは、該保持容量に保持された該信号電位に応じて該出力ノードに該駆動電流を供給し、以って該電気光学素子を電流駆動する表示装置において、
前記画素回路は閾電圧補正回路と駆動電流補正回路とが組み込まれており、
前記閾電圧補正回路は、該電気光学素子の電流駆動に先だって該ドライブトランジスタの閾電圧を検知しあらかじめその影響をキャンセルする為に該検知した電位を該保持容量に保持するとともに、
前記駆動電流補正回路は、該電気光学素子の電流駆動を開始した後、該ドライブトランジスタが供給する駆動電流のばらつきを検出し、その検出結果に従って該ばらつきを打ち消すように該保持容量に保持された信号電位を調節し、
前記閾電圧補正回路は、該出力ノードで該ドライブトランジスタと該電気光学素子とを接続するスイッチングトランジスタと、該制御ノードと該ドライブトランジスタの出力側との間に接続されたスイッチングトランジスタと、所定の固定電位と該入力ノードとの間に接続されたスイッチングトランジスタとからなり、
前記駆動電流補正回路は、所定の電源電位と該入力ノードとの間に接続された容量素子と、該入力ノードに接続した別の容量素子と、該別の容量素子と出力ノードとの間に接続したスイッチングトランジスタと、該制御ノードと該結合容量との間に接続したスイッチングトランジスタとからなる
ことを特徴とする表示装置。