显示装置及其驱动方法以及电子设备的制作方法

专利名称：显示装置及其驱动方法以及电子设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及在像素中使用发光元件的有源矩阵型显示装置及其驱动方 法，以及包括这种显示装置的电子设备。
背景技术：
显示装置(例如液晶显示器)具有以矩阵形式排列的大量液晶像素，并 且通过基于要显示的图像信息控制像素中的入射光的透射强度或反射强度来 显示图像。这对于在像素中使用有机EL元件的有机EL显示器之类的显示器 是正确的(true)。然而，与液晶像素不同，有机EL元件是自发光元件。与 液晶显示器相比，有机EL显示器具有高图像可见度、不需要背光和高响应 速度等的优点。此外，每个发光元件的亮度级(灰度)可以由流过该发光元 件的电流的值控制。有机EL显示器很大地不同于诸如液晶显示器之类的压 控型显示器，因为有机EL显示器是所谓电流控制型显示器。
与液晶显示器一样，存在简单矩阵系统和有源矩阵系统作为有机EL显 示器的驱动系统。前一系统提供简单结构，但例如在实现大型高分辨率显示 器时表现出困难。因此，目前正在积极研发有源矩阵驱系统。这种系统由配 置在像素电路中的有源元件(通常是薄膜晶体管(TFT))控制流过每个像素 电路中的发光元件的电流。有源矩阵系统描述在日本专利公开第2003-255856 号、日本专利公开第2003-271095号、日本专利公开第2004-133240号、曰本 专利公开第2004-029791号、日本专利乂〉开第2004-093682号和日本专利公开 第2006-215213号中
发明内容
过去的像素电路被布置在如此的相应部分，在这些相应部分处，为行的 形式的扫描线与为列的形式的信号线相互交叉，其中扫描线供给控制信号， 而信号线供给视频信号。过去的每个像素电路至少包括取样晶体管、保持电 容、驱动晶体管和发光元件。取样晶体管根据从扫描线供给的控制信号导电
(conduct)来取样从信号线供给的视频信号。保持电容保持与经取样视频信 号的信号电位对应的输入电压。驱动晶体管根据保持电容所保持的输入电压， 在预定发射期间(period),供给输出电流作为驱动电流。附带地，该输出电 流一般来说依赖于驱动晶体管中的沟道区域的载流子迁移率和驱动晶体管的 阈值电压。发光元件基于从驱动晶体管供给的输出电流，以与视频信号对应 的亮度发光。
驱动晶体管接收由驱动晶体管的栅极处的保持电容所保持的输入电压， 使输出电流在驱动晶体管的源极和漏极之间流动，从而将该电流传过发光元 件。发光元件的亮度一般与传过发光元件的电流量成比例。此外，由栅极电 压(即，写到保持电容的输入电压)控制由驱动晶体管供给的输出电流的量。 过去的像素电路通过根据输入视频信号改变施加到驱动晶体管的栅极的输入 电压，来控制供给发光元件的电流的量。
驱动晶体管的操作特性由下述等式1表达<formula>formula see original document page 6</formula> ……等式1 在这个晶体管特性等式1中，Ids表示在源极和漏极之间流动的漏极电流， 是供给像素电路中的发光元件的输出电流。Vgs表示以源极作为参考而施加 到栅极的栅极电压，是像素电路中的上述输入电压。Vth表示晶体管的阈值 电压。^表示形成晶体管中的沟道的半导体薄膜的迁移率。W表示沟道宽度。 L表示沟道长度。Cox表示栅极电容。如从这个晶体管特性等式1中清楚的 那样，当薄膜晶体管运行在饱和区中并且栅极电压Vgs变成高于阈值电压Vth 时，该薄膜晶体管开始进入导通状态，因此漏极电流Ids流动。在理论上， 如上述晶体管特性等式1所指示的那样，当栅极电压Vgs为常量时，总是将 相同的漏极电流Ids量供给发光元件。因此，当将所有具有同样电平的视频 信号分别供给形成显示屏幕的各个像素时，所有像素都以同样亮度级发光， 以便可以获得显示屏幕的一致性。
然而，在实际上，用多晶硅之类的半导体膜形成的薄膜晶体管(TFT) 的各个装置特性是变化的。特别地，阚值电压Vth不是常量，而在每个像素中是变化的。如从上述晶体管特性等式1中清楚的那样，当每个驱动晶体管的阈值电压Vth变化时，即使当栅极电压Vgs为常量时，漏极电流Ids也变 化，并且亮度在每个像素中也是变化的，因此，亮度级也随像素的不同而变 化。损害屏幕的一致性。过去已经开发出合并了消除驱动晶体管的阈值电压 的变异的功能的像素电路，例如，该像素电路公开在上迷日本专利公开第 2004-133240号。然而，驱动晶体管的阈值Vth不是在供给发光元件的输出电流的变异中 的唯一因素。如从上述晶体管特性等式1中清楚的那样，当驱动晶体管的迁 移率p变化时，输出电流Ids也变化。结果，损害屏幕的一致性。过去已经 开发出合并了消除驱动晶体管的迁移率的变异的功能的像素电路，例如，该 像素电路公开在上述日本专利公开第2006-215213号。过去的像素电路要求不同于被形成在像素电路内的驱动晶体管的晶体 管，以便实施上述阈值电压校正功能和迁移率校正功能。为了更高的高分辨 率，最好使形成像素电路的晶体管元件的数量达到最小。当晶体管元件的数 量被限制为二个(例如，驱动晶体管和用于对视频信号取样的取样晶体管) 时，需要将供给像素的电源电压脉动(pulse),以实施上述阈值电压校正功能 和迁移率校正功能。在这种情况下，要求电源扫描器将经脉动的电源电压(电源脉沖)顺序 施加到每个像素。为了电源扫描器稳定地将驱动电流供给每个像素，需要电 源扫描器的输出緩冲器具有很大尺寸。因此，电源扫描器占用很大面积。当 在面板上与像素阵列单元集成来形成电源扫描器时，电源扫描器的布局面积 会很大，因此限制了显示装置的有效屏幕尺寸。除此而外，由于电源扫描器 在行顺序扫描(line-sequential scanning )的大部分时间期间，连续施加驱动电 流到每个像素，因此极具地恶化了输出緩沖器的晶体管特性，因而不可能获 得长期使用时的可靠性。考虑到上述现有技术的问题，希望提供使得在保持像素的阈值电压校正 功能和迁移率校正功能的同时可以固定电源电压的显示装置。根据本发明的 实施方式，提供包括以下单元的显示装置像素阵列单元；以及驱动单元， 其中，该像素阵列单元包括具有行形式的第一扫描线和第二扫描线、具有列 形式的信号线以及具有矩阵形式的像素，该像素布置在该第一扫描线与该信 号线相互交叉的部分上，每个像素都包括N沟道型驱动晶体管、取样晶体管、开关晶体管、保持电容和发光元件，该驱动晶体管具有栅极、源极和连接到 电源线的漏极，该保持电容连接在驱动晶体管的栅极和源极之间，该取样晶 体管的栅极连接到第 一扫描线，而该取样晶体管的源极和漏极连接在信号线 和该驱动晶体管的栅极之间，该开关晶体管的栅极连接到第二扫描线，而该 开关晶体管的漏极连接到该驱动晶体管的源极，该发光元件连接在该开关晶 体管的源极与接地线之间，该驱动单元包括用于顺序将控制信号供给每条第 一扫描线的写扫描器、用于顺序将控制信号供给每条第二扫描线的驱动扫描 器以及用于交替地将作为视频信号的信号电位和预定参考电位供给每条信号 线的信号选择器，当该信号线处于参考电位时该写扫描器和驱动扫描器分别 输出控制信号给第一和第二扫描线以驱动该像素，并且执行校正驱动晶体管 的阈值电压的操作，当该信号线处于信号电位时该写扫描器输出控制信号给 第 一扫描线以驱动该像素，并且执行将该信号电位写到该保持电容的写操作， 而该驱动扫描器在该信号电位被写到该保持电容之后输出控制信号给第二扫 描线以将电流传过该像素，并且执行发光元件的发光操作。最好，当该信号线处于信号电位时，该写扫描器输出该控制信号到第一 扫描线来导通该取样晶体管，从而将信号电位写到该保持电容，此时该开关 晶体管处于截止状态，从而将驱动晶体管的源极与发光元件电断开。在驱动 晶体管的源极和固定电位之间连接辅助电容。当该信号电位被写到该保持电 容时，将从该驱动晶体管的漏极流向源极的电流负反馈到该保持电容，从而 将对于驱动晶体管的迁移率的校正应用到所保持的信号电位。当执行对于该 驱动晶体管的阈值电压的校正的操作时，该写扫描器将该控制信号输出到第 一扫描线来导通该取样晶体管，从而对来自该信号线的该参考电位取样，并 且将该驱动晶体管的栅极复位到该参考电位，而该驱动扫描器输出该控制信 号到第二扫描线来导通该开关晶体管，从而复位该驱动晶体管的源极的电位。根据本发明的上述实施方式，每个像素都包括N沟道型驱动晶体管、取 样晶体管、开关晶体管、保持电容和发光元件。除了作为像素的基本组成部 分的驱动晶体管和取样晶体管外，还在该驱动晶体管和该发光元件之间插入 开关晶体管。通过这样来添加开关晶体管，供给像素的电源电压不需要被脉 动，而且可以固定该像素的电源电压。这消除了过去所要求的、对电源扫描 器的需要，从而使得使用普通扫描器替代电源扫描器成为可能。因此，节省 了布局面积，屏幕可以在面板上占有很大的比例。此外，可以在不需要具有短寿命的电源扫描器的情况下，利用普通扫描器执行像素阵列单元的行顺序 驱动，因此延长了显示装置的寿命。虽然本发明使用N沟道型晶体管作为驱动晶体管，然而不是形成像素的所有晶体管都需要是N沟道型的，N沟道型 晶体管或P沟道型晶体管都可以用作该取样晶体管和该开关晶体管。


图1是示出根据之前开发的示例的显示装置的一般配置的框图；图2是示出图1中的显示装置的具体配置的电路图；图3是协助解释图2中的显示装置的操作的时序图；图4是协助解释图2中的显示装置的操作的示意图；图5是类似地示出根据之前开发的示例的显示装置的电路图；图6是示出根据发明的实施方式的显示装置的配置的电路图；图7是协助解释图6中的显示装置的搡作的时序图；图8是类似地协助解释图6的显示装置的操作的示意图；图9是类似地协助解释该操作的示意图；图IO是类似地协助解释该操作的示意图；图11是类似地协助解释该操作的示意图；图12是根据本发明的实施方式的显示装置的装置结构的截面图；图13是协助解释根据本发明的实施方式的显示装置的模块配置的平面图；图14是包括根据本发明的实施方式的显示装置的电视机的透视图； 图15是包括根据本发明的实施方式的显示装置的照相机的透视图； 图16是包括根据本发明的实施方式的显示装置的膝上型个人计算机的 透视图；图17是包括根据本发明的实施方式的显示装置的便携式终端装置的透 视图；以及图18是包括根据本发明的实施方式的显示装置的摄像机的透视图。
具体实施方式
以下将参考附图详细描述本发明的优选实施方式。在描述之前，为了促 进对本发明的理解和阐明本法明的背景，将根据之前开发的显示装置作为参9考示例描述。图1是示出根据本参考示例的显示装置的一般配置的框图。如 图1所示，该显示装置包括像素阵列单元1和用于驱动该像素阵列单元1的 驱动单元。像素阵列单元1包括具有行形式的扫描线WS、具有列形式的信号线SL、具有矩阵形式的像素2以及与像素2的每行相对应地排列的馈送器 线(电源线)VL,其中，在该矩阵形式中像素布置在扫描线WS与信号线SL 相互交叉的部分上。附带地，在本示例中，将三RGB原色之一分配给每个像 素2，依此允许彩色显示。然而，显示装置不限于此，也包括单色显示装置。 该驱动单元包括写扫描器4，用于通过顺序将控制信号供给各条扫描线WS 来以行为单位执行像素2的行顺序驱动；电源扫描器6，用于根据行顺序驱 动，将在第一电位和第二电位之间变化的电源电压供给每条馈送器线；以及 信号选择器(水平选择器)3，用于根据行顺序驱动，将作为驱动信号的信号 电位和参考电位供给具有列形式的信号线SL。图2是示出包括在根据在图1中所示的之前开发的显示装置中的像素2 的具体配置和连接关系的电路图。如图2所示，像素2包括以有机EL装置 等为代表的发光元件EL、取样晶体管Trl、驱动晶体管Trd和保持电容Cs。 取样晶体管Trl的控制端子(栅极)连接到相应扫描线WS,取样晶体管Trl 的一对电流端子(源极和漏极)之一连接到相应信号线SL，而取样晶体管 Trl的该对电流端子中的另一个连接到驱动晶体管丁rd的控制端子(栅极G )。 驱动晶体管Trd的电流端子对(源极S和漏极)之一连接到发光元件EL,而 驱动晶体管Trd的电流端子对中的另一个连接到相应的馈送器线VL。在本示 例中，驱动晶体管Trd是N沟道型的。驱动晶体管Trd的漏极连接到馈送器 线VL,而驱动晶体管Trd的源极S作为输出节点连接到发光元件EL的阳极。 发光元件EL的阴极连接到预定阴极电位Vcath。保持电容Cs连接在作为驱 动晶体管Trd的一个电流端子的源极S和作为驱动晶体管Trd的控制端子的 4册极G之间。在这样的配置中，取样晶体管Trl根据从扫描线WS供给的控制信号导 电对从信号线SL供给的信号电位取样，并将该信号电位保持在保持电容Cs 中。驱动晶体管Trd被从馈送器线VL以第一电位(高电位Vcc)供给电流， 并根据保持在保持电容Cs中的信号电位将驱动电流传过发光元件EL。为了 在信号线SL处于信号电位的第一期间中将取样晶体管Trl设置在导电状态 中，写扫描器4输出预定脉冲宽度的控制信号到扫描线WS，从而将信号电位保持在保持电容Cs中，并且同时对信号电位进行关于驱动晶体管Trd的迁 移率p的校正。此后，驱动晶体管Trd根据写到保持电容Cs的信号电位Vsig， 向发光元件EL供给驱动电流。由此开始发光操作。像素2具有阈值电压校正功能以及上述迁移率校正功能。具体来说，在 取样晶体管Trl取样信号电位Vsig之前的第一时间，电源扫描器6将馈送器 线VL从第一电位(高电位Vcc)改变到第二电位(低电位Vss2)。此外，写 扫描器4在取样晶体管Trl取样信号电位Vsig之前的第二时间使得取样晶体 管Trl导电将来自信号线SL的参考电位Vssl施加到驱动晶体管Trd的栅极 G,并且驱动晶体管Trd的源极S被设置到第二电位(Vss2)。在该第二时间 之后的第三时间，电源扫描器6将馈送器线VL从第二电位Vss2改变到第一 电位Vcc,以将与驱动晶体管Trd的阈值电压Vth相应的电压保持在保持电 容Cs。通过这样的阈值电压校正功能，显示装置可以消除阚值电压在每个像 素中变化的驱动晶体管Trd的阈值电压Vth的影响。像素2还具有自举功能(bootstrap flmction)。具体来说，写扫描器4在 信号电位Vsig被保持在保持电容Cs中的阶段，取消控制信号向扫描线WS 的施加，以便将取样晶体管Trl设置在非导电状态，来将驱动晶体管Trd的 栅极G与信号线SL电断开。从而，驱动晶体管Trd的栅极G的电位与驱动 晶体管Trd的源极S的电位的变化互锁(interlock),因此栅极G与源极S之 间的电压Vgs可以保持为常数。图3是协助解释根据示出在图2中的之前开发的像素2的操作的时序图。 图3沿公共时间轴示出了扫描线WS的电位的变化、馈送器线VL的电位的 变化以及信号线SL的电位的变化。也与这些电位变化平行地示出了驱动晶体 管的栅极G和源极S的电位的变化。用于导通取样晶体管Trl的控制信号脉沖被施加到扫描线WS。根据像素 阵列单元的行顺序驱动，以一场(lf)的周期(cycle of one field (lf))将这种 控制信号脉冲施加到扫描线WS。在一个水平扫描期间(1H)，这种控制信号 脉冲包括两个脉沖。头一脉沖可以称为第一脉冲PI,随后的脉冲可以成为第 二脉沖P2。在一场(If)的同一周期中，馈送器线VL在高电位Vcc和低电 位Vss2之间改变。在一个水平扫描期间(1H)内，向信号线SL供给在信号 电位Vsig和参考电位Vssl之间改变的驱动信号。如图3的时序图所示，像素从之前场的发光期间进入当前场(field inquestion)的非发光期间( non-emission period ), jt匕后开4会当前场的发光j月间。在非发光期间，执行准备操作、阈值电压校正操作、信号写操作、迁移率校 正操作等等。在之前场的发光期间，馈送器线VL处于高电位Vcc,并且驱动晶体管 Trd将驱动电流Ids供给发光元件EL。驱动电流Ids经由驱动晶体管Trd从馈 送器线VL传送通过发光元件EL，然后流入阴极线。接下来，当开始当前场的非发光期间时，馈送器线VL在第一时间Tl从 高电位Vcc改变到低电位Vss2。从而，馈送器线VL被放电到低电位Vss2， 并且驱动晶体管Trd的源极S的电位降到低电位Vss2。由此而将发光元件EL 的阳极电位(即，驱动晶体管Trd的源极电位)设置在反偏压状态(reverse bias state),以便驱动电流停止流动并且发光元件EL截止。驱动晶体管的栅极G 的电位也以与驱动晶体管的源极S的电位下降互锁的方式下降。在接下来的时间T2，扫描线WS从低电平改变到高电平，从而将取样晶 体管Trl设置在导电状态(conducting state )。此时，信号线SL处于参考电位 Vssl。因此，驱动晶体管Trd的栅极G的电位通过导电取样晶体管Trl而变 成信号线SL的参考电位Vssl。此时的驱动晶体管Trd的源极S的电位是电 位Vss2，其比参考电位Vssl低得多。由此而初始化驱动晶体管Trd的栅极G 与源极S之间的电压Vgs,以使得其比驱动晶体管Trd的阈值电压Vth更大。 从时间Tl到时间T3的期间Tl到T3是用于事先设置驱动晶体管Trd的栅极 G与源极S之间的电压Vgs等于或大于阈值电压Vth的准备期间。此后，在时间T3，馈送器线VL从低电位Vss2转变到高电位Vcc，而驱 动晶体管Trd的源极S的电位开始上升。不久，当驱动晶体管Trd的栅极G 与源极S之间的电压Vgs变成阈值电压Vth时切断电流。因此，与驱动晶体 管Trd的阈值电压Vth相应的电压被写入保持电容Cs。这就是阈值电压校正 操作。此时，为了电流仅仅流到保持电容Cs侧而不流过发光元件EL，将阴 极电位Vcath设置成使得发光元件EL截止。在时间T4，扫描线WS从高电平返回低电平。换句话说，取消了施加到 扫描线WS的第一脉冲Pl,以便将取样晶体管设置在截止状态。像从上述描 述清楚地看出的那样，施加第一脉冲PI到取样晶体管Trl的栅极来执行阈值 电压校正操作。此后，信号线SL从参考电位Vssl改变到信号电位Vsig。接下来，在时间T5,扫描线WS再次从低电平上升到高电平。换句话说，将第二脉沖P2 施加到取样晶体管Trl的栅极。从而，再次导通取样晶体管Trl来对来自信 号线SL的信号电位取样。驱动晶体管Trd的栅极G的电位因此成为信号电 位Vsig。在这种情况下，因为发光元件EL首先处于截止状态(高阻抗状态)， 所以流过驱动晶体管Trd的漏极和源极之间的电流完全流入到保持电容Cs和 发光元件EL的等效电容，并开始充电。此后，在取样晶体管Trl被截止的时 间T6之前，驱动晶体管Trd的源极S的电位上升AV。因此，将视频信号的 信号电位Vsig以被添加到阈值电压Vth的形式写入保持电容Cs，并且将用于 迁移率校正的电压AV从保持在保持电容Cs中的电压中减去。因此，从时间 T5到时间T6的期间T5至T6是信号写期间和迁移率校正期间。换句话说， 当将第二脉冲P2施加到扫描线WS时，执行信号写操作和迁移率校正操作。 信号写期间和迁移率校正期间T5至T6等于第二脉冲P2的脉沖宽度。即， 第二脉冲P2的脉沖宽度限定迁移率校正期间。
因此，在信号写期间T5至T6同时执行信号电位Vsig的写和校正量AV 的调整。信号电位Vsig越高，则驱动晶体管Trd供给的电流Ids就越大，并 且校正量AV的绝对值就越高。因此，根据发光亮度的级别来进行迁移率校 正。当固定信号电位Vsig时，驱动晶体管Trd的迁移率(i越高，则校正量AV 的绝对值越高。换句话说，迁移率i^越高，则对保持电容Cs的负反馈量AV 越大。因此，可以消除每个像素的迁移率p的变异。
最后，在时间T6，如上所述，扫描线WS改变到低电平侧，以将取样晶 体管Trl设置在截止状态。这种状态示意性地显示在图.4中。驱动晶体管Trd 的栅极G凭此而与信号线SL断开。此时，如图4所示，漏极电流Ids开始流 过发光元件EL。凭此，发光元件EL的阳极电位根据驱动电流Ids上升。发 光元件EL的阳极电位的上升正是驱动晶体管Trd的源极S的电位的上升。当 驱动晶体管Trd的源极S的电位上升时，由于保持电容Cs的自举操作的缘故， 驱动晶体管Trd的栅极G的电位也以与驱动晶体管Trd的源极S的电位互锁 的方式上升。栅极电位的上升量等于源极电位的上升量。因此在发光期间， 驱动晶体管Trd的栅极G与源极S之间的电压Vgs保持为常数。栅极电压 Vgs的值为关于阈值电压Vth和迁移率p校正信号电位Vsig的结果。驱动晶 体管Trd运行在饱和区。即，驱动晶体管Trd供给与栅极-源极电压Vgs相应 的驱动电流Ids。电压Vgs的值为关于阈值电压Vth和迁移率iLi校正信号电位
13Vsig的结果。
图5是以放大的尺寸示出根据图2所示的之前开发的显示装置的电源扫 描器6的示意图。如图5所示，在每一级中，电源扫描器6具有由反相器形 成的输出緩冲器。输出緩沖器输出电源脉沖到相应的馈送器线VL。如上所述， 根据参考示例的显示装置向电源线供给脉沖。将该脉沖作为电源脉沖从电源 扫描器6供给像素2侧。在发光的时候，面板电源处于高电位Vcc,因此电 源扫描器6的最后级中的緩沖器的P沟道晶体管被导通，以便将电源电压供 给像素侧。 一个像素的发光电流为几pA。由于每线(每行)大约有1000个 像素沿水平方向相互连接，所以总输出电流为几mA。为了防止在使得驱动 电流流动时的电压降，需要配置几mm的大尺寸输出緩沖器，因此导致很大 的布局面积。此外，由于发光电流一直不断地流，所以输出緩沖器的晶体管 的特性急剧恶化，从而不可能获得长期使用的可靠性。
图6是示出根据本发明的实施方式的显示装置的电路图。这种显示装置 是解决了根据上述之前开发的显示装置的缺点的结果。基本上，N沟道型晶 体管用作驱动晶体管，并且开关晶体管被插入在驱动晶体管与发光元件之间。 这样的构造使得固定供给像素的电源电压成为可能。此外，在迁移率校正期 间，可以将像素与电源电压断开。
如图6所示，该显示装置基本上包括像素阵列单元1以及外围驱动单 元。该像素阵列单元1包括具有行形式的第一扫描线WS和第二扫描线DS、 具有列形式的信号线SL以及具有矩阵形式的像素2，该像素2布置在该第一 扫描线WS与该信号线SL相互交叉的部分上。每个像素2包括N沟道型驱 动晶体管Trd、 N沟道型取样晶体管Trl、 N沟道型开关晶体管Tr2、保持电 容Cs和发光元件EL。例如，该发光元件EL可以是有机电致发光元件。然 而本发明不要求形成像素的所有晶体管都为N沟道型晶体管，可以将P沟道 型晶体管用作取样晶体管和开关晶体管。
该驱动晶体管Trd包括栅极G、源极S和连接到电源线Vcc的漏极。该 保持电容Cs具有连接到驱动晶体管Trd的栅极G的一个端子，并且具有连接 到该驱动晶体管Trd的源极S的另一端子。该保持电容Cs的该另一端子与辅 助电容Csub的一个端子连接。该辅助电容Csub的另一个端子连接到固定电 位。在图6所示的示例中，该辅助电容Csub的该另一个端子连接到电源线 Vcc。取样晶体管Trl具有连接到第一扫描线WS的栅极，并且具有连接在信号线SL和驱动晶体管Trd的栅极G之间的源极和漏极。开关晶体管Tr2具有 连接到第二扫描线DS的栅极，并且具有连接到驱动晶体管Trd的源极S的 漏极。发光元件EL为二极管型的，具有阳极和阴极。发光元件EL的阳极连 接到开关晶体管Trd的源极侧，而发光元件EL的阴极连接到接地线。
驱动单元包括写扫描器4，用于顺序将控制信号供给第一扫描线WS; 驱动扫描器5，用于顺序将控制信号供给每条第二扫描线DS;以及信号选择 器3,用于交替地将作为视频信号的信号电位Vsig和预定参考电位Vssl供给 每条信号线SL。与之前开发的示例不同，电源线Vcc固定不变，用于供给电 源脉沖的电源扫描器不需要。控制开关晶体管Tr2的栅极的驱动扫描器5用 于代替电源扫描器。驱动扫描器5具有类似于写扫描器4的结构的普通扫描 器结构，并且不特别要求输出緩冲器的高容量。因此，不挤占像素阵列单元 1在面板上占用的面积。
写扫描器4和驱动扫描器5分别输出控制信号WS和DS给第一扫描线 WS和第二扫描线DS，以当该信号线SL处于参考电位Vssl时驱动像素2, 从而执行校正驱动晶体管Trd的阈值电压Vth的操作。写扫描器4输出另一 控制信号给第一扫描线WS，以该信号线SL处于信号电位Vsig时驱动像素2， 从而执行将信号电位Vsig写到保持电容Cs的操作。在该信号电位Vsig被写 到保持电容Cs之后，驱动扫描器5仍输出另 一个控制信号给第二扫描线DS, 以传送电流通过像素2，以便执行发光元件EL的发光操作。
最好，当该信号线SL处于信号电位Vsig时，该写扫描器4输出该控制 信号到第一扫描线WS来导通该取样晶体管Trl，从而将信号电位Vsig写到 该保持电容Cs，此时该开关晶体管Tr2处于截止状态，从而将驱动晶体管Trd 的源极S与发光元件EL电断开。当该信号电位Vsig因此而被写到该保持电 容Cs时，将从该驱动晶体管Trd的漏极流向源极S的电流负反馈到该保持电 容Cs，从而将对于驱动晶体管Trd的迁移率p的校正应用到由保持电容Cs 所保持的信号电位Vsig。当应用迁移率校正时，像素2侧与电源系统断开。
当执行对于该驱动晶体管Trd的阈值电压Vth的校正的4喿作时，该写扫 描器4将该控制信号WS输出到第一扫描线WS来导通该取样晶体管Trl,从 而对来自该信号线SL的该参考电位Vssl取样，并且将该驱动晶体管Trd的 栅极G复位到该参考电位Vssl,而该驱动扫描器5输出该控制信号DS到第 二扫描线DS来导通该开关晶体管Tr2,从而将该驱动晶体管Trd的源极S的电位复位到预定操作点。
图7是协助解释根据本发明的第一实施方式的显示装置的操作的时序
图，其中的显示装置示出在图6中。图7沿公共时间钟T示出了扫描线WS 的电位的变化、扫描线DS的电位的变化以及信号线SL的电位的变化。还与 这些电位变化并行地示出了驱动晶体管Trd的栅极G与源极S的电位的变化。 如图7的时序图所示，像素在时间Tl从之前场的发光期间进入当前场的 非发光期间，从那以后在时间T6开始当前场的发光期间。在从时间T1到时 间T6的非发光期间，执行准备操作、阈值电压校正操作、信号写搡作、迁移 率校正操作等。
当开始当前场的非发光期间时，扫描线DS在时间Tl首先将高电平改变 到低电平，凭此将N沟道型开关晶体管Tr2截止。从而将驱动晶体管Trd与 接地线侧断开，以便驱动晶体管Trd的源极S的电位上升到接近电源电压Vcc。 驱动晶体管Trd的栅极G的电位也以与驱动晶体管Trd的源极S的电位上升 互锁的这种方式向上偏移(shift )。
在那以后，利用处于参考电位Vssl的信号线SL，将扫描线WS设置到 高电平，以导通取样晶体管Trl。从而，将参考电位Vssl写到驱动晶体管Trd 的栅极G。然后，将控制信号DS改变到高电平，以便开关晶体管Tr2在从时 间T2起的很短的期间内导通。从而，电流从电源线Vcc通过驱动晶体管Trd 和发光元件EL流向接地线。此时，与预定操作点对应的电位被写到驱动晶 体管Trd的源极S。因此，驱动晶体管Trd的栅极G和源极S在时间T2被复 位。
在时间T2之后的很短时间之后，消除控制信号DS，开关晶体管Tr2由 此截止。之后电流流动，直到驱动晶体管Trd截止。在驱动晶体管Trd截止 的时间的点上，驱动晶体管Trd的栅极G与源极S之间电位差成为Vth。在 直到驱动晶体管Trd截止为止的时间过去之后，控制信号WS从高电平变到 低电平以截止取样晶体管Trl。从时间T2至时间T3的期间是阈值电压校正 期间。
之后，在从时间T4至时间T5的很短期间内，扫描线WS再次处于高电 平，从而导通取样晶体管Trl。此时，信号线SL处于信号电位Vsig。从而将 信号电位Vsig写到驱动晶体管Trd的栅极G。此时流过驱动晶体管Trd的一 部分电流被负反馈到保持电容Cs，以便执行预定的迁移率校正操作。在图7的时序图中，用AV表示这个负反馈的量。像从上述描述清楚地看出的那样，
从时间T4至时间T5的期间是信号写与迁移率校正期间。
最后，在时间T6，控制信号DS从低电平变到高电平，以导通开关晶体 管丁r2。从而驱动晶体管Trd和发光元件EL相互连接，驱动电流流动，由此 开始发光期间。
接下来将参考图8至图11详细描述根据本发明的第一实施方式的、示出在 图6中的显示装置的操作。图8示出了精确时间T2上像素的操作状态。如上所 述，在时间T2之前，取样晶体管Trl和开关晶体管丁r2都处于截止，并且由此 而处于非发光期间。在时间T2，取样晶体管Trl是首先被导通。此时，信号线 SL处于参考电位Vssl。参考电位Vssl因此而被写入驱动晶体管Trd的栅极G。 紧跟在时间T2之后，还导通开关晶体管Tr2。在这种情况下，像素2变成关于 输入电位Vssl的源极跟随器(source follower )，并且通过驱动晶体管Trd和发 光元件EL的操作点确定驱动晶体管Trd的源极S的电位。由此而复位驱动晶体 管Trd的栅极G与源极S的电位。此时，将该操作点设置成栅极G和源极S之间 的电压Vgs超过阈值电压Vth。在开关晶体管Tr2导通期间，电流从电源线Vcc 流向接地线Vcath，发光元件EL因此而发光，其引起黑漂移(black floating )。 因此，需要将开关晶体管Tr2处于导通时间期间设置得尽量短。
图9示出紧接在在上述时间T2之后截止开关晶体管Tr2之后的状态。在该 时间点，取样晶体管Trl仍然处于导通状态，并且驱动晶体管Trd的栅极G被固 定参考电位Vssl。因此，电流从电源线Vcc流到源极S，直到驱动晶体管Trd 截止为止。作为结果，驱动晶体管Trd的源极S的电位变成Vssl-Vth。因此， 对应于阈值电压Vth的电位被写到保持电容Cs，取样晶体管Trl被截止。
图10示意性示出像素在信号电位写和迁移率校正期间T4到T5的操作 的状态。在此期间，信号线SL从参考电位Vssl变到信号电位Vsig之后，取 样晶体管Trl被导通仅仅相对很短的时间。在这种情况下，使得信号电位Vsig 低于电源电位Vcc,并被设置以使得驱动晶体管Trd在饱和区中被驱动。从 而，将信号电位Vsig写入驱动晶体管Trd的栅极G，同时根据信号电位Vsig 执行迁移率校正操作，以便确定驱动晶体管Trd的源极S的电位。取样晶体 管Trl处于导通的迁移率校正期间被设置在几(is或更少。当信号电位写与迁 移率校正操作结束时，截止取样晶体管Trl。此时驱动晶体管Trd处于导通。 在维持电压Vgs的同时，驱动晶体管Trd的源极S的电位上升到电源电位Vcc。图11示出当发光期间在时间T6上开始时的操作的状态。如图ll所示，当 开关晶体管Tr2被导通时，驱动晶体管Trd与发光元件EL相互电连接。驱动晶 体管Trd将对应于由保持电容Cs保持的栅极电压Vgs的驱动电流馈送到发光元 件EL。发光元件EL的阳极电压上升，然后达到与该电流对应的操作点电压。 之后执行稳定的发光操作。
像从上述描述清楚地看出的那样，通过用开关晶体管Tr2以及驱动晶体管 Trd和取样晶体管Trl形成像素，可以固定像素的电源电压Vcc。由于像在之前 开发的示例中的电源扫描器是不需要的，所以可以将面板上由像素阵列单元 占用的面积(屏幕尺寸)制造得尽量大，并且可以延长扫描器侧的寿命。通 过固定施加到像素的电源电压，可以降低施加在驱动晶体管Trd的漏极和源极 之间的电压，并且可以相应地降低驱动晶体管Trd的耐受电压(withstand voltage )。因此根据本发明的第一实施方式的像素电路使得轻松地引入关于栅 极绝缘膜等的缩减厚度(reduced thickness)的工艺成为可能。除此而外，插 入在驱动晶体管Trd的源极S和发光元件EL的阳极之间的开关晶体管Tr2消除 了对负电源线Vcath的需要。即使当不提供负电源线时，也可以执行阈值电压 校正操作和迁移率校正操作。在之前开发的示例中，当执行阈值电压校正操 作和迁移率校正操作时，将发光元件EL设置在反偏压状态，以便电流不流过 发光元件EL。需要负电源线Vcath来将发光元件EL设置在反偏压状态，因此， 使电路配置变得复杂。另一方面，因为当执行阈值电压校正操作和迁移率校 正操作时发光元件EL可以与驱动晶体管Trd的源极S断开，所以本发明不特别 要求将发光元件EL设置在反偏压状态。
根据本发明的实施方式的显示装置具有如图12所示的薄膜装置结构。该 图示意性地示出了形成在绝缘衬底上的像素的截面结构。如图12所示，像素 包括包含多个薄膜晶体管的晶体管部分(在图中图示了一个TFT)、保持电容 等的电容部分以及有机EL元件等的发光部分。通过TFT工艺将晶体管部分和 电容部分形成在衬底上，并且将有机EL元件等的发光部分堆叠在晶体管部分 和电容部分上。通过粘合剂将透明背衬附着在发光部分来形成平板。
根据本发明的实施方式的显示装置包括图13所示的平板模块形状的显示
装置。例如，在其中集成了每个都包括有机EL元件、薄膜晶体管、薄膜电容
等的像素并且以矩阵形式形成的像素阵列单元布置在绝缘衬底上。以环绕像 素阵列单元(像素矩阵部分)的方式布置粘合剂，并附着诸如玻璃之类的背衬来形成显示模块。按照需要，透明背衬可以提供有滤色镜、保护膜、光屏
蔽膜等。例如，显示模块可以提供有FPC (Flexible Printed Circuit,柔性印刷 电路)作为从外输入或输出信号等到像素阵列单元的连接器。
根据本发明的上述实施方式的显示装置具有平板形状，并且可应用于在 将输入到电子装置或在电子设备内产生的驱动信号显示为图像或视频的所有 领域中的各种电子装置的显示器。该电子装置包括数字照相机、膝上型个人 计算机、便携式电话和摄影机。以下将说明这样的显示装置所应用到的电子 装置的示例。
图14示出本发明应用到的电视机。该电视机包括前面板12、滤色玻璃13 等构成的视频显示屏幕ll。使用根据本发明的实施方式的显示装置作为视频 显示屏幕ll来制造该电视机。
图15示出本发明应用到的数字照相机。图15的上面部分为正面图，而图 15的下面部分为后视图。该数字照相机包括图像拾取镜、闪光用发光单元15、 显示单元16、控制开关、菜单开关和快门19。使用根据本发明的实施方式的 显示装置作为显示单元16来制造该数字照相机。
图16示出本发明应用到的膝上型个人计算机。该膝上型个人计算机的主 体单元20包括搡作来输入字符的键盘21等，而该膝上型个人计算机的主体单 元盖包括显示图像的显示单元22。使用根据本发明的实施方式的显示装置作 为显示单元22来制造该膝上型个人计算机。
图17示出本发明应用到的便携式终端装置，图17的左边部分示出了打开 状态，而图17的右边部分示出了合上状态。便携式终端装置包括上侧外壳23、 下侧外壳24、耦合部分(在这种情况下为铰链部分)25、显示器26、副显示 器27、画面灯28和照相机29。使用根据本发明的实施方式的显示装置作为显 示器26和副显示器27来制造该便携式终端装置。
图18示出本发明应用到的摄影机。该摄影机包括主体单元30、置于面向 前面侧上用于拍摄景物画面的镜头34、画面拍摄的时间的开始/停止开关35以 及监视器36。使用根据本发明的实施方式的显示装置作为监视器36来制造该 摄影机。
本领域技术人员应该理解，依赖于设计要求和其他因素，只要它们在附 属权利要求或其等效物的范围内，可以出现各种修改、组合、部分组合和变 更。
权利要求
1、 一种显示装置，包括 像素阵列单元；以及 驱动单元，其中，所述像素阵列单元包括具有行形式的第 一扫描线和第二扫描线、 具有列形式的信号线、以及具有矩阵形式的像素，所述像素被布置在该第一扫描线与该信号线 相互交叉的部分上，每个像素都包括N沟道型驱动晶体管、取样晶体管、开关晶体管、保持电容、和发光元件，所述驱动晶体管具有栅极、源极和连接到电源线的漏极， 所述保持电容连接在所述驱动晶体管的栅极和源极之间， 所述取样晶体管的栅极连接到第一扫描线，而所述取样晶体管的源极和漏极连接在信号线和所述驱动晶体管的栅极之间，所述开关晶体管的栅极连接到第二扫描线，而所述开关晶体管的漏极连接到所述驱动晶体管的源极，所述发光元件连接在所述开关晶体管的源极与接地线之间， 所述驱动单元包括用于顺序将控制信号供给每条第 一 扫描线的写扫描器、用于顺序将控制信号供给每条第二扫描线的驱动扫描器、以及用于交替地将作为视频信号的信号电位和预定参考电位供给每条信号线的信号选择器，该写扫描器和驱动扫描器分别输出控制信号给第一和第二扫描线、以当所述信号线处于参考电位时驱动该像素，并且执行校正驱动晶体管的阈值电压的操作，所述写扫描器输出控制信号给第一扫描线、以当所述信号线处于信 号电位时驱动该像素，并且执行将该信号电位写到所碟保持电容的写操作， 而所述驱动扫描器在该信号电位被写到所述保持电容之后输出控制信 号给第二扫描线以将电流传过该像素，并且执行发光元件的发光操作。
2、 根据权利要求1的显示装置，其中，当所述信号线处于信号电位时，所述写扫描器输出该控制信号到 第一扫描线，以导通该取样晶体管并将信号电位写到所述保持电容，此时所 述开关晶体管处于截止状态并且所述驱动晶体管的源极与所述发光元件电断 开。
3、 根据权利要求2的显示装置，其中，在所述驱动晶体管的源极和固定电位之间连接辅助电容。
4、 根据权利要求2的显示装置，其中，当所述信号电位被写到所述保持电容时，将从所述驱动晶体管的 漏极流向源极的电流负反馈到所述保持电容，并且将对于所述驱动晶体管的 迁移率的校正应用到所保持的信号电位。
5、 根据权利要求1的显示装置，其中，当执行对于所述驱动晶体管的阈值电压的校正的操作时，所述写 扫描器将该控制信号输出到第一扫描线来导通所述取样晶体管，对来自该信 号线的该参考电位取样，并且将所述驱动晶体管的栅极复位到该参考电位， 而所述驱动扫描器输出该控制信号到第二扫描线来导通所述开关晶体管，并 且复位所述驱动晶体管的源极的电位。
6、 一种显示装置的驱动方法，所述显示装置包括像素阵列单元以及驱动 单元，其中，所述像素阵列单元包括具有行形式的第一扫描线和第二扫描线、 具有列形式的信号线以及具有矩阵形式的像素，所述像素被布置在该第 一扫 描线与该信号线相互交叉的部分上，每个像素都包括N沟道型驱动晶体管、 取样晶体管、开关晶体管、保持电容和发光元件，所述驱动晶体管具有栅极、 源极和连接到电源线的漏极，所述保持电容连接在所述驱动晶体管的栅极和 源极之间，所述取样晶体管的栅极连接到第一扫描线，而所述取样晶体管的 源极和漏极连接在信号线和所述驱动晶体管的栅极之间，所述开关晶体管的 栅极连接到第二扫描线，而所述开关晶体管的漏极连接到该驱动晶体管的源极，所述发光元件连接在所述开关晶体管的源极与接地线之间，所述驱动单 元包括用于顺序将控制信号供给每条第一扫描线的写扫描器、用于顺序将控 制信号供给每条第二扫描线的驱动扫描器以及用于交替地将作为视频信号的 信号电位和预定参考电位供给每条信号线的信号选择器，所述驱动方法包括步骤从所述写扫描器和驱动扫描器分别输出控制信号给第一和第二扫描线、 以当所述信号线处于参考电位时驱动该像素，并且执行校正驱动晶体管的阈 值电压的操作；从所述写扫描器输出控制信号给第一扫描线、以当所述信号线处于信号 电位时驱动该像素，并且执行将该信号电位写到所述保持电容的写操作；以 及从所述驱动扫描器在该信号电位被写到所述保持电容之后输出控制信号 给第二扫描线以将电流传过该像素，并且执行发光元件的发光操作。 7、 一种包括权利要求1的显示装置的电子装置。
全文摘要
这里公开的是显示装置及其驱动方法以及电子设备。该显示装置包括像素阵列单元以及驱动单元，其中、该像素阵列单元包括具有行形式的第一扫描线和第二扫描线、具有列形式的信号线以及具有矩阵形式的像素，该像素被布置在该第一扫描线与该信号线相互交叉的部分上，每个像素都包括N沟道型驱动晶体管、取样晶体管、开关晶体管、保持电容和发光元件，该驱动单元包括用于顺序将控制信号供给每条第一扫描线的写扫描器、用于顺序将控制信号供给每条第二扫描线的驱动扫描器以及用于交替地将作为视频信号的信号电位和预定参考电位供给每条信号线的信号选择器。
文档编号G09G3/30GK101312007SQ20081010793
公开日2008年11月26日 申请日期2008年5月21日 优先权日2007年5月21日
发明者内野胜秀, 山下淳一 申请人:索尼株式会社