JP4831393B2

JP4831393B2 - 画素回路及び画像表示装置とこれらの駆動方法

Info

Publication number: JP4831393B2
Application number: JP2004215056A
Authority: JP
Inventors: 勝秀内野; 淳一山下
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2004-07-23
Filing date: 2004-07-23
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2024-07-23
Also published as: JP2006038963A

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り、以下の特許文献に記載がある。
特開２００３−２５５８５６特開２００３−２７１０９５

従来の画素回路は、行状の走査線と列状の信号線とが交差する部分に各々配されている。各画素回路は、少くとも薄膜型のサンプリングトランジスタと保持容量と薄膜型のドライブトランジスタと発光素子などの負荷素子とを含んでいる。サンプリングトランジスタは、そのゲートが走査線によって選択された時ソース／ドレイン間が導通して信号線から映像信号をサンプリングする。サンプリングされた信号は保持容量に書き込まれ保持される。ドライブトランジスタは、そのゲートが保持容量に接続され、ソース／ドレインの片方が発光素子などの負荷素子に接続している。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／ドレイン間に電流を流し、発光素子に通電する。一般に発光素子の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通電量はゲート電圧即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。従って、発光素子は映像信号に応じた輝度で発光することになる。

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。

上記のトランジスタ特性式から明らかなように、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が発光素子に流れ、常に一定の輝度で発光するはずである。しかしながら有機ＥＬ素子などの発光素子は経時的な劣化により、駆動電流が同じであっても発光輝度が低下していく傾向にある。発光素子の輝度が経時的に低下していく傾向は画素ごとに異なる為、画面のユニフォーミティが損なわれるという課題がある。

上述した従来の技術の課題に鑑み、本発明は発光素子の経時的な輝度劣化を補償可能な画素回路及び画像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。かか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、少なくとも発光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を備え、該ドライブトランジスタは、そのゲートが入力ノードにつながり、そのソースが出力ノードにつながり、そのドレインが所定の電源電位に接続し、該発光素子は、その一端が出力ノードに接続し、他端が所定の電位に接続し、該サンプリングトランジスタは、該入力ノードと該信号線との間に接続し、該保持容量は、該入力ノードに接続しており、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信号電位に応じて該発光素子に駆動電流を供給し、前記発光素子は、該駆動電流により生じる電圧降下を伴って発光する画素回路において、該出力ノードと該入力ノードとの間に直列接続された２個の検出容量と、該直列接続された２個の検出容量の内該出力ノード側に位置する一方の検出容量と並列に挿入されたスイッチングトランジスタと、該入力ノード側に位置する他方の検出容量と所定の接地電位との間に挿入されたスイッチングトランジスタと、同じく該入力ノード側に位置する他方の検出容量と該入力ノードとの間に挿入されたスイッチングトランジスタと、該保持容量と所定の接地電位との間に挿入されたスイッチングトランジスタと、同じく該保持容量と該出力ノードとの間に挿入されたスイッチングトランジスタとを備える補償回路を有し、前記直列接続された２個の検出容量は、該発光素子の経時的変化に応じて増大する電圧降下を該出力ノード側から検出し且つ夫々容量分割比に従って保持するとともに、該入力ノード側に位置する検出容量に保持された分の該電圧降下のレベルに応じた信号電位を該入力ノード側にフィードバックし、前記ドライブトランジスタは、該フィードバックされた信号電位に応じて該発光素子の経時的変化による輝度低下を補うに足る駆動電流を供給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、少なくとも発光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を備え、該ドライブトランジスタは、そのゲートが入力ノードにつながり、そのソースが出力ノードにつながり、そのドレインが所定の電源電位に接続し、該発光素子は、その一端が出力ノードに接続し、他端が所定の電位に接続し、該サンプリングトランジスタは、該入力ノードと該信号線との間に接続し、該保持容量は、該入力ノードに接続しており、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信号電位に応じて該発光素子に駆動電流を供給し、前記発光素子は、該駆動電流により生じる電圧降下を伴って発光する画像表示装置において、前記画素回路は、該出力ノードと該入力ノードとの間に直列接続された２個の検出容量と、該直列接続された２個の検出容量の内該出力ノード側に位置する一方の検出容量と並列に挿入されたスイッチングトランジスタと、該入力ノード側に位置する他方の検出容量と所定の接地電位との間に挿入されたスイッチングトランジスタと、同じく該入力ノード側に位置する他方の検出容量と該入力ノードとの間に挿入されたスイッチングトランジスタと、該保持容量と所定の接地電位との間に挿入されたスイッチングトランジスタと、同じく該保持容量と該出力ノードとの間に挿入されたスイッチングトランジスタとを備える補償回路を有し、前記直列接続された２個の検出容量は、該発光素子の経時的変化に応じて増大する電圧降下を該出力ノード側から検出し且つ夫々容量分割比に従って保持するとともに、該入力ノード側に位置する検出容量に保持された分の該電圧降下のレベルに応じた信号電位を該入力ノード側にフィードバックし、前記ドライブトランジスタは、該フィードバックされた信号電位に応じて該発光素子の経時的変化による輝度低下を補うに足る駆動電流を供給することを特徴とする。

本発明は又、走査線と信号線とが交差する部分に配されており、少なくとも発光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補償回路とを備え、該補償回路は、該出力ノードと該入力ノードとの間に直列接続された２個の検出容量と、該直列接続された２個の検出容量の内該出力ノード側に位置する一方の検出容量と並列に挿入されたスイッチングトランジスタと、該入力ノード側に位置する他方の検出容量と所定の接地電位との間に挿入されたスイッチングトランジスタと、同じく該入力ノード側に位置する他方の検出容量と該入力ノードとの間に挿入されたスイッチングトランジスタと、該保持容量と所定の接地電位との間に挿入されたスイッチングトランジスタと、同じく該保持容量と該出力ノードとの間に挿入されたスイッチングトランジスタとを有し、該ドライブトランジスタは、そのゲートが入力ノードにつながり、そのソースが出力ノードにつながり、そのドレインが所定の電源電位に接続し、該発光素子は、その一端が出力ノードに接続し、他端が所定の電位に接続し、該サンプリングトランジスタは、該入力ノードと該信号線との間に接続し、該保持容量は、該入力ノードに接続されている画素回路の駆動方法であって、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信号電位に応じて該発光素子に駆動電流を供給し、前記発光素子は、該駆動電流により生じる電圧降下を伴って発光し、更に、前記直列接続された２個の検出容量は、該発光素子の経時的変化に応じて増大する電圧降下を該出力ノード側から検出し且つ夫々容量分割比に従って保持するとともに、該入力ノード側に位置する検出容量に保持された分の該電圧降下のレベルに応じた信号電位を該入力ノード側にフィードバックし、前記ドライブトランジスタは、該フィードバックされた信号電位に応じて該発光素子の経時的変化による輝度低下を補うに足る駆動電流を供給することを特徴とする。

更に本発明は、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、少なくとも発光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補償回路とを備え、該補償回路は、該出力ノードと該入力ノードとの間に直列接続された２個の検出容量と、該直列接続された２個の検出容量の内該出力ノード側に位置する一方の検出容量と並列に挿入されたスイッチングトランジスタと、該入力ノード側に位置する他方の検出容量と所定の接地電位との間に挿入されたスイッチングトランジスタと、同じく該入力ノード側に位置する他方の検出容量と該入力ノードとの間に挿入されたスイッチングトランジスタと、該保持容量と所定の接地電位との間に挿入されたスイッチングトランジスタと、同じく該保持容量と該出力ノードとの間に挿入されたスイッチングトランジスタとを有し、該ドライブトランジスタは、そのゲートが入力ノードにつながり、そのソースが出力ノードにつながり、そのドレインが所定の電源電位に接続し、該発光素子は、その一端が出力ノードに接続し、他端が所定の電位に接続し、該サンプリングトランジスタは、該入力ノードと該信号線との間に接続し、該保持容量は、該入力ノードに接続されている画像表示装置の駆動方法であって、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信号電位に応じて該発光素子に駆動電流を供給し、前記発光素子は、該駆動電流により生じる電圧降下を伴って発光し以って表示を行なう際、前記直列接続された２個の検出容量は、該発光素子の経時的変化に応じて増大する電圧降下を該出力ノード側から検出し且つ夫々容量分割比に従って保持するとともに、該入力ノード側に位置する検出容量に保持された分の該電圧降下のレベルに応じた信号電位を該入力ノード側にフィードバックし、前記ドライブトランジスタは、該フィードバックされた信号電位に応じて該発光素子の経時的変化による輝度低下を補うに足る駆動電流を供給することを特徴とする。

本発明によれば、画素回路は補償回路を組み込んであり、発光素子の経時的変化による輝度低下を画素単位で回路的に補うようにしている。併せて、画素ごとに現れる発光素子の初期的な輝度ばらつきも補うことができる。この補償回路は、発光素子の経時的変化に応じて、発光素子に生じる電圧降下が増大する事実を原理に用いている。すなわち、発光素子が計時劣化で輝度が徐々に低下していくと、これに応じて電圧降下は逆に増大する傾向がある。この増大する電圧降下を出力ノード側から検出し、これに応じた信号電位を入力ノード側にフィードバックしている。ドライブトランジスタは、フィードバックされた信号電位に応じて発光素子の輝度低下を埋める方向で常に駆動電流を出力ノードから供給する。これにより発光素子の輝度劣化を防止でき画面のユニフォーミティを長期間に渡り維持することが可能である。併せて、画素ごとに現れる発光素子の初期的な輝度ばらつきを補い、画面のユニフォーミティを改善することもできる。

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Ｃｓ、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Ｃｓに保持する。ドライブトランジスタＴｒ２は保持容量Ｃｓ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Ｃｓに書き込まれる。保持容量Ｃｓ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Ｃｓ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。

図４は、発光素子として画素回路５に組み込まれる有機ＥＬ素子の電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性の経時変化を示すグラフである。グラフにおいて、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素子のＩ−Ｖ特性は、グラフに示す様に時間が経過すると劣化してしまう。図２に示した参考例の画素回路はドライブトランジスタがソースフォロワ構成となっており、ＥＬ素子のＩ−Ｖ特性の経時変化に対処できず、発光輝度の劣化が生じるという問題がある。

図５の（Ａ）は、初期状態におけるドライブトランジスタＴｒ２と発光素子ＥＬの動作点を示すグラフである。図において、縦軸はドライブトランジスタＴｒ２のドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓを示し、縦軸はドレイン・ソース間電流Ｉｄｓを示している。図示する様に、ソース電位はドライブトランジスタＴｒ２と発光素子ＥＬとの動作点で決まり、その電圧値はゲート電圧によって異なる値を持つ。ドライブトランジスタＴｒ２は飽和領域で動作するので、動作点のソース電圧に対応したＶｇｓに関し、前述のトランジスタ特性式で規定された電流値の駆動電流Ｉｄｓを流す。

しかしながら発光素子ＥＬのＩ−Ｖ特性は図４に示した様に経時劣化する。図５の（Ｂ）に示す様に、この経時劣化により動作点が変化してしまい、同じゲート電圧を印加してもトランジスタのソース電圧は変化してしまう。これによりドライブトランジスタＴｒ２のゲート・ソース間電圧Ｖｇｓは変化してしまい、流れる電流値が変動する。同時に発光素子ＥＬに流れる電流値も変化する。この様に発光素子ＥＬのＩ−Ｖ特性が変化すると、図２に示した参考例のソースフォロワ構成の画素回路では、発光素子ＥＬの輝度が経時的に変化してしまうという問題がある。

図６は画素回路の他の参考例を表わしており、図２に示した先の参考例の問題点に対処したものである。理解を容易にする為、図２の参考例と対応する部分には対応する参照符号を付けてある。改良点は、スイッチングトランジスタＴｒ３の結線を代えたことであり、これによりブートストラップ機能を実現している。具体的には、スイッチングトランジスタＴｒ３のソースは接地され、ドレインはドライブトランジスタＴｒ２のソース（Ｓ）と保持容量Ｃｓの一方の電極とに接続され、ゲートには走査線ＤＳが接続している。尚保持容量Ｃｓの他方の電極はドライブトランジスタＴｒ２のゲート（Ｇ）に接続されている。

図７は、図６に示した画素回路５の動作説明に供するタイミングチャートである。フィールド期間１ｆのうち最初の水平期間１Ｈで、ライトスキャナ４から走査線ＷＳを介して１行目の画素回路５に選択パルスｗｓ［１］が送られる。尚［］の中の数字は、マトリクス配置された画素回路の行番号に対応している。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が導通し、信号線ＤＬから入力信号Ｖｉｎがサンプリングされ、保持容量Ｃｓに書き込まれる。この時スイッチングトランジスタＴｒ３にはドライブスキャナ３から走査線ＤＳを介して選択パルスｄｓ［１］が印加されており、オン状態となっている。従って保持容量Ｃｓの片方の電極並びにドライブトランジスタＴｒ２のソース（Ｓ）はＧＮＤレベルとなっている。このＧＮＤレベルを基準として保持容量Ｃｓに入力信号Ｖｉｎが書き込まれる為、ドライブトランジスタＴｒ２のゲート電位（Ｇ）はＶｉｎになる。

この後サンプリングトランジスタＴｒ１に対する選択パルスｗｓ［１］が解除され、続いてスイッチングトランジスタＴｒ３に対する選択パルスｄｓ［１］も解除される。これにより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Ｔｒ３はオフする。従ってドライブトランジスタＴｒ２のソース（Ｓ）はＧＮＤから切り離され、発光素子ＥＬのアノードに対する接続ノードとなる。

ドライブトランジスタＴｒ２は保持容量Ｃｓに保持された入力信号Ｖｉｎをゲートに受け、その値に応じてドレイン電流をＶｃｃ側からＧＮＤ側に向かって流す。この通電により発光素子ＥＬは発光を行なう。その際、発光素子ＥＬに対する通電により電圧降下が生じるが、その分だけソース電位（Ｓ）がＧＮＤ側からＶｃｃ側に向かって上昇する。図７のタイミングチャートではこの上昇分をΔVで表わしている。保持容量Ｃｓの一端はＴｒ２のソース（Ｓ）に接続され、他端はハイインピーダンスのゲート（Ｇ）に接続されている。従ってソース電位（Ｓ）がΔＶだけ上昇するとその分だけゲート電位（Ｇ）も持ち上がり、正味の入力信号Ｖｉｎはそのまま維持される。従って、発光素子ＥＬの電流−電圧特性に応じてソース電位（Ｓ）がΔＶだけ変動しても、常にゲート電圧Ｖｇｓ＝Ｖｉｎが成立し、ドレイン電流は一定に保たれる。すなわちドライブトランジスタＴｒ２はソースフォロワ構成であるにも関わらず、上述したブートストラップ機能により、発光素子ＥＬに対し定電流源として機能する。

この後選択パルスｄｓ［１］がハイレベルに復帰するとスイッチングトランジスタＴｒ３が導通し、発光素子ＥＬに供給されるべき電流はバイパスされるので非発光状態になる。この様にしてフィールド期間１ｆが終了すると、次のフィールド期間に入り、再びサンプリングトランジスタＴｒ１に選択パルスｗｓ［１］が印加され入力映像信号Ｖｉｎ＊のサンプリングが行なわれる。先のフィールド期間と今回のフィールド期間ではサンプリングされる映像信号のレベルが異なる場合があるので、これを区別する為入力映像信号Ｖｉｎに＊印を付してある。尚、この様な映像信号の書き込み及び発光動作は線順次（行単位）で行なわれる。この為画素の各行に対し選択パルスｗｓ［１］、ｗｓ［２］・・・が順次印加されることになる。同様に選択パルスｄｓ［１］、ｄｓ［２］・・・も順次印加されることになる。

以上のように図６の画素回路は、ドライブトランジスタＴｒ２がＮチャネル型であっても発光素子ＥＬを定電流駆動でき、発光素子ＥＬのＩ−Ｖ特性の計時変化による輝度劣化を防ぐ事ができた。しかしながら、発光素子ＥＬは定電流駆動しても、徐々に輝度が低下していく傾向にある。この経時的な輝度劣化は、図６の画素回路で定電流駆動しても解決できない。そこで本発明は、図６に示した画素回路を改良して、発光素子の経時的な輝度劣化を補償する機能を組み込んだ。以下、本発明にかかる画素回路の実施形態を詳細に説明する。なお、この画素回路は図１に示した画像表示装置の画素回路として組み込むことができる。

図８は本発明にかかる画素回路の実施形態を示す模式的な回路図である。理解を容易にするため図６に示した参考例にかかる画素回路と対応する部分については可能な限り対応する参照符号を用いている。図示するように本画素回路５は走査線と信号線とが交差する部分に配されている。信号線ＤＬは１本であるが、走査線はＷＳ，Ｘ，ＹおよびＺの４本を束ねて平行に配列してある。画素回路５は基本的な構成要素として発光素子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Ｃｓとを備えている。ドライブトランジスタＴｒ２は、そのゲートＧが入力ノードＡにつながり、そのソースＳが出力ノードＢにつながり、そのドレインが所定の電源電位Ｖｃｃに接続している。発光素子ＥＬは例えば有機ＥＬ素子などのダイオード型二端子素子であり、その一端アノードが出力ノードＢに接続し、他端カソードが所定の電位Ｖｃａｔｈに接続している。サンプリングトランジスタＴｒ１は、入力ノードＡと信号線ＤＬとの間に接続し、そのゲートは走査線ＷＳに接続している。保持容量Ｃｓは入力ノードＡに接続している。かかる構成において、サンプリングトランジスタＴｒ１は走査線ＷＳによって選択されたとき動作し、信号線ＤＬから入力信号Ｖｓｉｇをサンプリングして保持容量Ｃｓに保持する。ドライブトランジスタＴｒ２は、保持容量Ｃｓに保持された信号電位に応じて発光素子ＥＬに駆動電流を供給する。図示の例では、ドライブトランジスタＴｒ２は出力ノードＢからドレイン電流Ｉｄｓを出力し、これを駆動電流として発光素子ＥＬに供給している。発光素子ＥＬは駆動電流Ｉｄｓにより生じる電圧降下を伴って発光する。

本発明の特徴事項として、画素回路５は発光素子ＥＬの経時的変化による輝度低下を補うための補償回路７が組み込まれている。この補償回路７は、発光素子ＥＬの経時的変化に応じて増大する電圧降下を出力ノードＢ側から検出し、この検出された電圧降下のレベルに応じた信号電位を入力ノードＡ側にフィードバックする。ドライブトランジスタＴｒ２は、このフィードバックされた信号電位に応じて発光素子ＥＬの輝度低下を補うに足る駆動電流Ｉｄｓを供給する。このように、本発明は発光素子が一般的な傾向として輝度劣化に伴い電圧降下が増大する傾向に着目し、これを利用して発光素子の経時的な輝度低下を補償している。すなわち、輝度劣化が進むと発光素子内部の電圧降下が増大する。これを検出し、信号電位として入力ノード側にフィードバックすることで、輝度劣化を埋める。すなわち輝度劣化が進むと電圧降下が増大するが、これをドライブトランジスタにフィードバックすることで、駆動電流が増大する。この駆動電流の増大は常に輝度劣化を埋める方向に作用する。

具体的な構成であるが、補償回路７は２個の検出容量Ｃ１，Ｃ２と５個のスイッチングトランジスタＴｒ３ないしＴｒ７とで構成されている。２個の検出容量Ｃ１，Ｃ２は、出力ノードＢと入力ノードＡとの間に直列接続されている。図では、２個の検出容量Ｃ１，Ｃ２の相互接続点を中間ノードＣで表してある。直列接続された２個の検出容量Ｃ１，Ｃ２は、発光素子ＥＬに生じる電圧降下を出力ノードＢ側から検出しかつそれぞれ容量分割比に従って保持するとともに、入力ノードＡ側に位置する検出容量Ｃ２に保持された分の電圧降下のレベルを信号電位として入力ノードＡ側にフィードバックする。

上述したシーケンスで２個の検出容量Ｃ１，Ｃ２を動作させるため、５個のスイッチングトランジスタＴｒ３ないしＴｒ７が配されており、対応する走査線によってオンオフ制御されている。具体的に見ると、スイッチングトランジスタＴｒ５は、直列接続された２個の検出容量Ｃ１，Ｃ２のうち、出力ノードＢ側に位置する一方の検出容量Ｃ１と並列に挿入されている。換言すると、スイッチングトランジスタＴｒ５は出力ノードＢと中間ノードＣとの間に接続されており、そのゲートは走査線Ｙに接続している。スイッチングトランジスタＴｒ７は、入力ノードＡ側に位置する他方の検出容量Ｃ２と所定の接地電位Ｖｓｓとの間に挿入されており、そのゲートは走査線Ｘに接続している。スイッチングトランジスタＴｒ６は、同じく入力ノードＡ側に位置する他方の検出容量Ｃ２と入力ノードＡとの間に挿入されており、そのゲートは走査線Ｙに接続している。スイッチングトランジスタＴｒ３は、保持容量Ｃｓと所定の接地電位Ｖｓｓとの間に挿入され、そのゲートは走査線Ｚに接続している。残りのスイッチングトランジスタＴｒ４は、保持容量Ｃｓと出力ノードＢとの間に挿入されており、そのゲートは走査線Ｘに接続している。

図９のタイミングチャートを参照して、図８に示した画素回路を詳細に説明する。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Ｔ６で１フィールドが終わるように表してある。時間軸Ｔに沿って走査線ＷＳに印加されるパルスｗｓ、走査線Ｘに印加されるパルスｘ、走査線Ｙに印加されるパルスｙ及び走査線Ｚに印加されるパルスｚの波形を表している。また同じ時間軸Ｔにそって、入力ノードＡ，中間ノードＣ及び出力ノードＢの電位変化を表してある。入力ノードＡの電位変化と中間ノードＣの電位変化は実線で表し、これと区別するため出力ノードＢの電位変化は鎖線で表してある。当該フィールドに入る前のタイミングＴ０で、走査線ＷＳ、Ｚ、Ｘがローレベルにある一方、走査線Ｙはハイレベルにある。したがってサンプリングトランジスタＴｒ１とスイッチングトランジスタＴｒ３，Ｔｒ４，Ｔｒ７がオフ状態にある一方、スイッチングトランジスタＴｒ５及びＴｒ６はオン状態にある。

前のフィールドの上記した状態から当該フィールドに入ると、タイミングＴ１で走査線Ｚ及びＸがローレベルからハイレベルに立ち上がる。これにより、スイッチングトランジスタＴｒ３，Ｔｒ４及びＴｒ７もオンするため、画素回路５に含まれるスイッチングトランジスタＴｒ３ないしＴｒ７はすべてオンすることになる。したがって保持容量Ｃｓ及び検出容量Ｃ１，Ｃ２の各端子は全て短絡し、前のフィールドで充電されていた電荷は全てディスチャージされる。したがってタイミングＴ１の時点で、保持容量Ｃｓと検出容量Ｃ１，Ｃ２の電荷がクリアされ、当該フィールドの新たな動作に備えてリセットがかけられたことになる。

また全スイッチングトランジスタＴｒ３ないしＴｒ７が導通することで、入力ノードＡ、出力ノードＢ及び中間ノードＣは接地電位Ｖｓｓに落とされる。入力ノードＡと出力ノードＢとの間の電位差は０となるので、ドライブトランジスタＴｒ２にはドレイン電流Ｉｄｓは流れず、発光素子ＥＬは非発光状態におかれる。

タイミングＴ１からわずかに時間が進んだタイミングＴ１´で走査線Ｙがハイレベルからローレベルに切り替わり、スイッチングトランジスタＴｒ５及びＴｒ６がオフする。したがって直列接続された検出容量Ｃ１，Ｃ２は入力ノードＡ側から切り離され、後に行う電圧降下検出の待機状態となる。

タイミングＴ２に進むと走査線ＷＳに選択パルスｗｓが印加され、サンプリングトランジスタＷＳがオンする。これにより信号線ＤＬから供給された入力信号Ｖｓｉｇが保持容量Ｃｓにサンプリングされ、信号電位Ｖｉｎが保持容量Ｃｓに保持される。すなわち入力ノードＡの電位が接地電Ｖｓｓを基準として丁度信号電位Ｖｉｎになる。入力ノードＡと出力ノードＢとの間に信号電位Ｖｉｎが印加され、これに応じてドライブトランジスタＴｒ２はドレイン電流Ｉｄｓを流し始める。

入力信号Ｖｓｉｇのサンプリングに割り当てられた１水平期間（１Ｈ）が経過すると、タイミングＴ３で選択パルスｗｓが解除され、サンプリングトランジスタＴｒ１がオフ状態に戻る。このとき同時に走査線Ｚがハイレベルからローレベルに切り替わるので、スイッチングトランジスタＴｒ３がオフし、保持容量Ｃｓ及び出力ノードＢが接地電位Ｖｓｓから切り離される。ドライブトランジスタＴｒ２から供給されたドレイン電流Ｉｄｓは発光素子ＥＬに流れ込み、これに応じて電圧降下ΔＶｅｌが生じる。この電圧降下ΔＶｅｌの分だけ出力ノードＢの電位が接地電位Ｖｓｓに対して上昇する。このとき保持容量Ｃｓは接地電位Ｖｓｓから切り離されているので、ブートストラップ動作により入力ノードＡの電位も出力ノードＢの電位と連動して上昇する。その際、ブートストラップ動作により、入力ノードＡと出力ノードＢとの間の電位差Ｖｉｎは一定に維持される。

タイミングＴ３の時点でスイッチングトランジスタＴｒ５がオフ状態にある一方、スイッチングトランジスタＴｒ７はオン状態にある。したがって一対の検出容量Ｃ１，Ｃ２は出力ノードＢと接地電位Ｖｓｓとの間に直列接続されている。出力ノードＢから供給されたドレイン電流Ｉｄｓは直列接続された検出容量Ｃ１，Ｃ２にも流れ込み、ちょうど出力ノードＢに表れる電圧降下分ΔＶｅｌが、それぞれの容量分割比にしたがって２個の検出容量Ｃ１，Ｃ２に保持される。因みに、検出容量Ｃ２に保持された電圧降下分ΔＶは容量分割比にしたがってΔＶ＝ΔＶｅｌ×Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）となる。このΔＶは、図９のタイミングチャート上で、丁度接地電位Ｖｓｓに対する中間ノードＣの電位となって表れている。このようにして、容量カップリングにより、検出容量Ｃ２に発光素子ＥＬの電圧降下ΔＶｅｌに応じた信号電位ΔＶが保持される。

続いてタイミングＴ４になると、走査線Ｘが再びローレベルとなり、スイッチングトランジスタＴｒ４及びＴｒ７がオフする。この結果保持容量Ｃｓが出力ノードＢから切り離されるとともに、検出容量Ｃ２も接地電位Ｖｓｓから切り離される。

さらにタイミングＴ５に進むと、走査線Ｙがローレベルからハイレベルに切り替わり、スイッチングトランジスタＴｒ５及びＴｒ６がオンする。これにより、出力ノードＢと入力ノードＡとの間に検出容量Ｃ２が直結することになる。したがって検出容量Ｃ２に保持された信号電位ΔＶが入力ノードＡと出力ノードＢとの間に印加される。この信号電位ΔＶに応じてドライブトランジスタＴｒ２はドレイン電流Ｉｄｓを発光素子ＥＬに供給する。発光素子ＥＬはこれにより発光状態となり画像を表示する。図９のタイミングチャートに示すように、タイミングＴ５以降に印加される信号電圧ΔＶはΔＶｅｌ×Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）で表される。前述したように発光素子ＥＬは経時的に輝度が低下していくと、これに伴って電圧降下Ｖｅｌが上昇する。信号電圧ΔＶは比例係数Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）でΔＶｅｌに比例している。この信号電圧ΔＶを入力ノードＡ側にフィードックすることで、電圧降下ΔＶｅｌが大きい程ドレイン電流Ｉｄｓが大きくなり、発光素子ＥＬの輝度の低下を補う作用をする。

この後タイミングＴ６にいたると走査線Ｚ及びＸが再びハイレベルとなり、全てのスイッチングトランジスタＴｒ３ないしＴｒ７がオンし、次のフレームに備えたリセット動作が行われることになる。

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。有機ＥＬ素子のＩ−Ｖ特性の経時変化を示すグラフである。ドライブトランジスタと有機ＥＬ素子の動作点の経時変化を示すグラフである。画素回路の他の参考例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。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８に示した実施形態の動作説明に供するタイミングチャートである。

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、７・・・補償回路

Claims

走査線と信号線とが交差する部分に配されており、少なくとも発光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を備え、
該ドライブトランジスタは、そのゲートが入力ノードにつながり、そのソースが出力ノードにつながり、そのドレインが所定の電源電位に接続し、
該発光素子は、その一端が出力ノードに接続し、他端が所定の電位に接続し、
該サンプリングトランジスタは、該入力ノードと該信号線との間に接続し、
該保持容量は、該入力ノードに接続しており、
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信号電位に応じて該発光素子に駆動電流を供給し、
前記発光素子は、該駆動電流により生じる電圧降下を伴って発光する画素回路において、
該出力ノードと該入力ノードとの間に直列接続された２個の検出容量と、
該直列接続された２個の検出容量の内該出力ノード側に位置する一方の検出容量と並列に挿入されたスイッチングトランジスタと、
該入力ノード側に位置する他方の検出容量と所定の接地電位との間に挿入されたスイッチングトランジスタと、
同じく該入力ノード側に位置する他方の検出容量と該入力ノードとの間に挿入されたスイッチングトランジスタと、
該保持容量と所定の接地電位との間に挿入されたスイッチングトランジスタと、
同じく該保持容量と該出力ノードとの間に挿入されたスイッチングトランジスタと
を備える補償回路を有し、
前記直列接続された２個の検出容量は、該発光素子の経時的変化に応じて増大する電圧降下を該出力ノード側から検出し且つ夫々容量分割比に従って保持するとともに、該入力ノード側に位置する検出容量に保持された分の該電圧降下のレベルに応じた信号電位を該入力ノード側にフィードバックし、
前記ドライブトランジスタは、該フィードバックされた信号電位に応じて該発光素子の経時的変化による輝度低下を補うに足る駆動電流を供給す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、少なくとも発光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を備え、
該ドライブトランジスタは、そのゲートが入力ノードにつながり、そのソースが出力ノードにつながり、そのドレインが所定の電源電位に接続し、
該発光素子は、その一端が出力ノードに接続し、他端が所定の電位に接続し、
該サンプリングトランジスタは、該入力ノードと該信号線との間に接続し、
該保持容量は、該入力ノードに接続しており、
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信号電位に応じて該発光素子に駆動電流を供給し、
前記発光素子は、該駆動電流により生じる電圧降下を伴って発光する画像表示装置において、
前記画素回路は、
該出力ノードと該入力ノードとの間に直列接続された２個の検出容量と、
該直列接続された２個の検出容量の内該出力ノード側に位置する一方の検出容量と並列に挿入されたスイッチングトランジスタと、
該入力ノード側に位置する他方の検出容量と所定の接地電位との間に挿入されたスイッチングトランジスタと、
同じく該入力ノード側に位置する他方の検出容量と該入力ノードとの間に挿入されたスイッチングトランジスタと、
該保持容量と所定の接地電位との間に挿入されたスイッチングトランジスタと、
同じく該保持容量と該出力ノードとの間に挿入されたスイッチングトランジスタと
を備える補償回路を有し、
前記直列接続された２個の検出容量は、該発光素子の経時的変化に応じて増大する電圧降下を該出力ノード側から検出し且つ夫々容量分割比に従って保持するとともに、該入力ノード側に位置する検出容量に保持された分の該電圧降下のレベルに応じた信号電位を該入力ノード側にフィードバックし、
前記ドライブトランジスタは、該フィードバックされた信号電位に応じて該発光素子の経時的変化による輝度低下を補うに足る駆動電流を供給することを特徴とする画像表示装置。
走査線と信号線とが交差する部分に配されており、少なくとも発光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補償回路とを備え、該補償回路は、該出力ノードと該入力ノードとの間に直列接続された２個の検出容量と、該直列接続された２個の検出容量の内該出力ノード側に位置する一方の検出容量と並列に挿入されたスイッチングトランジスタと、該入力ノード側に位置する他方の検出容量と所定の接地電位との間に挿入されたスイッチングトランジスタと、同じく該入力ノード側に位置する他方の検出容量と該入力ノードとの間に挿入されたスイッチングトランジスタと、該保持容量と所定の接地電位との間に挿入されたスイッチングトランジスタと、同じく該保持容量と該出力ノードとの間に挿入されたスイッチングトランジスタとを有し、該ドライブトランジスタは、そのゲートが入力ノードにつながり、そのソースが出力ノードにつながり、そのドレインが所定の電源電位に接続し、該発光素子は、その一端が出力ノードに接続し、他端が所定の電位に接続し、該サンプリングトランジスタは、該入力ノードと該信号線との間に接続し、該保持容量は、該入力ノードに接続されている画素回路の駆動方法であって、
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信号電位に応じて該発光素子に駆動電流を供給し、
前記発光素子は、該駆動電流により生じる電圧降下を伴って発光し、更に、
前記直列接続された２個の検出容量は、該発光素子の経時的変化に応じて増大する電圧降下を該出力ノード側から検出し且つ夫々容量分割比に従って保持するとともに、該入力ノード側に位置する検出容量に保持された分の該電圧降下のレベルに応じた信号電位を該入力ノード側にフィードバックし、
前記ドライブトランジスタは、該フィードバックされた信号電位に応じて該発光素子の経時的変化による輝度低下を補うに足る駆動電流を供給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、少なくとも発光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補償回路とを備え、該補償回路は、該出力ノードと該入力ノードとの間に直列接続された２個の検出容量と、該直列接続された２個の検出容量の内該出力ノード側に位置する一方の検出容量と並列に挿入されたスイッチングトランジスタと、該入力ノード側に位置する他方の検出容量と所定の接地電位との間に挿入されたスイッチングトランジスタと、同じく該入力ノード側に位置する他方の検出容量と該入力ノードとの間に挿入されたスイッチングトランジスタと、該保持容量と所定の接地電位との間に挿入されたスイッチングトランジスタと、同じく該保持容量と該出力ノードとの間に挿入されたスイッチングトランジスタとを有し、該ドライブトランジスタは、そのゲートが入力ノードにつながり、そのソースが出力ノードにつながり、そのドレインが所定の電源電位に接続し、該発光素子は、その一端が出力ノードに接続し、他端が所定の電位に接続し、該サンプリングトランジスタは、該入力ノードと該信号線との間に接続し、該保持容量は、該入力ノードに接続されている画像表示装置の駆動方法であって、
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信号電位に応じて該発光素子に駆動電流を供給し、
前記発光素子は、該駆動電流により生じる電圧降下を伴って発光し以って表示を行なう際、
前記直列接続された２個の検出容量は、該発光素子の経時的変化に応じて増大する電圧降下を該出力ノード側から検出し且つ夫々容量分割比に従って保持するとともに、該入力ノード側に位置する検出容量に保持された分の該電圧降下のレベルに応じた信号電位を該入力ノード側にフィードバックし、
前記ドライブトランジスタは、該フィードバックされた信号電位に応じて該発光素子の経時的変化による輝度低下を補うに足る駆動電流を供給することを特徴とする画像表示装置の駆動方法。