图像显示设备的制作方法

专利名称：图像显示设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高质量图像显示设备，具体涉及一种适于降低成本的图像显示设 备。
背景技术：
下面，将参照图18和19简要描述有关这种图像显示设备的传统技术。
图18表示根据传统技术制造的电致发光显示设备的像素的电路图。虽然在电致 发光显示设备的显示区域中像素排列成矩阵，不过为了简化描述，在图18中仅显示出一个 像素。每个像素110具有一作为电致发光元件的有机EL(电致发光)元件101，并且有机 EL元件的阴极端连接公共地线。有机EL元件的阳极端通过OLED(有机发光二极管)开关 107和一个驱动TFT(薄膜晶体管)102的沟道与电源线109相连。驱动TFT 102的栅极通 过写入电容器104和写入开关103与信号线108相连，而在驱动TFT 102的源极端与栅极端 之间设置存储电容器105。并且在驱动TFT 102的漏极端与栅极端之间设置复位开关106。 通过设置在显示区域端部的扫描电路扫描OLED开关107，写入开关103和复位开关106。
之后，将参照图19说明图18中所示像素的操作。图19表示传统示例中像素110 的操作时序图。图19表示当通过扫描电路选择像素110并将显示信号写入像素110中时， 信号线108，复位开关106， OLED开关107和写入开关103如何操作。复位开关106， OLED 开关107和写入开关的驱动时序波形含义如下高电平部分(upper part)表示开关OFF状 态，低电平部分(lower part)表示开关ON状态。当显示信号电压被写入像素110时，首先 在tO时刻接通写入开关103，并将参考电平信号电压VO施加给写入电容器104的一端。然 后，在tl时接通复位开关106。从而将驱动TFT 102连接成为其栅极与漏极彼此相连的二 极管，因此清除在最后一场中保存在存储电容器105中的驱动TFT 102的栅极电压。此后， 断开OLED开关，驱动TFT 102的栅极电压上升到比施加给电源线109的电源电压仅低阈值 电压Vth的电压。此时，电流停止流入驱动TFT 102。如果在该状态稳定之后断开复位开关 106，则驱动TFT 102的栅极电压固定在比施加给电源线109的电源电压仅低阈值电压Vth 的电压。并且，如果在t4时信号线108的电压变成Vs，则驱动TFT 102的栅极电压相对上 述复位电压仅改变以(Vs-VO)乘以写入电容器104与存储电容器105之间的一个分压比所 得到的数值。然后，当t5时写入开关103断开时，该电压保存在存储电容器105中。这就 完成了在像素110中的显示信号电压写入，然后信号线108的电压回到参考电平信号电压 VO。并且当在时刻t7再次接通OLED开关107时，根据驱动TFT 102响应于输入到其栅极 端的一个信号电压的驱动电流，驱动EL元件101发光。从而，OLED发出与(Vs-VO)信号电 压相应的光，同时消除了各像素中存在的阈值电压Vth的变化。 在非专利文献l :Digest of Technical papers, SID 98 (pp. 11—14)中详细描述了这种传统技术。

发明内容
通常，0LED驱动TFT 102是一个多晶硅TFT，与单晶硅晶体管相比，其特性变化更 加显著。具体地，多晶硅TFT的阈值电压Vth变化较大。上述传统技术提出了一种针对显 示图像中经常发生这种变化的传统问题的解决方法。 不过，传统技术中每个像素必须使用四个晶体管和两个电容器，以消除上述阈值 电压的变化。四个晶体管用作驱动TFT 102、复位开关106、0LED开关107、和写入开关103， 两个电容器用作写入电容器104和存储电容器105。由于在传统技术中每个像素需要这样 多的元件，电致发光显示设备的产量会下降，从而使制造成本增加。这已成为一个传统问 题。而且，该问题是由从晶体管栅极绝缘薄膜泄漏电流，和电容器之间的各绝缘薄膜导致在 电致发光显示设备中产生点缺陷，以及在有些情形中产生线缺陷而造成的。
上述因每个像素使用四个晶体管和两个电容器，使电致发光显示设备的产量下 降，从而使制造成本增加的传统问题，可通过提供具有发光状态控制装置和恒压输送装置 的图像显示设备来解决，其中发光状态控制装置用于总体控制选择其中写入显示信号电压 的各显示部分的发光/不发光状态，恒压输送装置用于通过信号线向每个像素提供恒定电 压。该图像显示设备包括像素，其具有一个根据显示信号电压被驱动发光的电致发光元 件；包括多个像素的显示部分；信号线，用于将显示信号电压写入每个像素中；像素选择装 置，用于从多个像素中选择一个像素以将显示信号电压写入其中；和用于产生显示信号电 压的显示信号电压产生装置。 上述传统问题还可通过提供具有发光状态控制装置和三角波电压输送装置的图 像显示设备来解决，其中发光状态控制装置用于总体控制选择其中写入显示信号电压的每 个显示部分的发光/不发光状态，三角波电压输送装置用于通过信号线向每个像素提供三 角波电压。在此方面，该图像显示设备包括像素，其具有根据显示信号电压被驱动发光的 电致发光元件；包括多个像素的显示部分；信号线，用于将显示信号电压写入像素中；像素 选择装置，用于从多个像素中选择一个像素以通过信号线将显示信号电压写入其中；和用 于产生显示信号电压的显示信号电压产生装置。而且，设置在每个像素中的电致发光元件 的一端与公共电源相连，而其另一端与电致发光元件驱动晶体管的漏极相连，发光驱动晶 体管的源极与电源线相连，而其栅极通过第三开关与其漏极相连，并且电致发光元件驱动 晶体管的栅极通过连接电容器与对应于各像素的信号线相连。


图1表示本发明的实施例中有机EL显示板的总体电路图； 图2表示本发明的实施例中一个像素的电路图； 图3表示本发明的实施例中有机EL显示板的操作时序图； 图4表示本发明的实施例中像素的操作时序图； 图5表示本发明的实施例中像素的设计图； 图6表示本发明的第二实施例中像素的电路图； 图7表示本发明的第三实施例中有机EL显示板的总体电路 图8表示本发明的第三实施例中像素的电路图； 图9表示本发明的第三实施例中有机EL显示板的操作时序图； 图10表示本发明的第三实施例中像素的操作时序图； 图11表示本发明的第三实施例中像素的设计图； 图12表示本发明的第四实施例中像素的电路图； 图13表示本发明的第四实施例中有机EL显示板的总体电路图； 图14表示本发明的第五实施例中像素的电路图； 图15表示本发明的第五实施例中有机EL显示板的操作时序图； 图16表示本发明的第五实施例中一行像素的操作时序图； 图17表示本发明的第六实施例中TV图像显示设备的方框图； 图18表示根据传统技术的电致发光显示设备的像素电路图；禾口 图19表示根据传统技术的像素的操作时序图。
具体实施例方式(第一实施例) 下面将参照图1至图5描述本发明的第一实施例。
首先，将参照图1描述第一实施例的总体结构。 图1表示第一实施例中有机EL(电致发光)显示板的总体电路图。在显示区20 中像素10排布成矩阵，且信号线8、复位栅极线11、0LED栅极线12和电源线9与各个像素 10相连。信号线8的一端通过信号线开关17与信号电压产生电路16相连。复位栅极线 11和OLED栅极线12的一端与扫描电路15相连。每条电源线9的一端与电源输入线13相 连，信号线开关17在信号电压产生电路16和恒压输入线14之间切换信号线8。
尽管实际上在显示区20中具有多个像素10，不过为了简化起见，图1仅显示出其 中的四个像素。而且，当以三色(RGB)为单位显示像素时，每个像素都具有发光功能，不过 在此将省略其描述。此外，如后面所述，一个公共接地电极与每个像素io相连接，不过此处 将其省略。根据众所周知的传统LSI技术，信号电压产生电路16由一个DA转换器和电压 缓冲器构成。依据多晶硅TFT技术，用众所周知的移位寄存器电路和适当逻辑电路在玻璃 基板上形成扫描电路15。 下面，将参照图2描述像素10的结构。图2表示像素10的电路图。每个像素具 有可发光的有机EL元件1。该有机EL元件1的阴极端连接公共地线。有机EL元件1的 阳极端通过OLED开关7和驱动TFT2的沟道连接到电源线9。驱动TFT 2的栅极通过存储 电容器4与信号线8连接，在驱动TFT 2的漏极端和栅极端之间设置复位开关6。 OLED开 关7和复位开关6分别与OLED栅极线12和复位栅极线11相连。通过多晶硅TFT，分别将 驱动TFT2、 OLED开关7和复位开关6构成在玻璃基板上。多晶硅TFT和有机EL元件1的 制造方法与那些目前为止已被报道的方法并无多大区别，从而在此将省略其描述。例如在 JP-A No. 159878/2001这样的现有文献中披露了有机EL元件1本身。 下面，将参照图3和图4描述第一实施例的操作。图3表示该第一实施例中有机 EL显示板的操作时序图。图3显示出信号线8、复位开关6、和OLED开关7中的每一个在一 个帧周期内的操作。复位开关6和0LED开关7的驱动时序波形含义如下高电平部分表示开关OFF状态，低电平部分表示开关ON状态。 一个帧周期包括第一半"写入周期"和第二 半"发光周期"，且这两个周期的长度几乎相等。 在第一半"写入周期"中，像素中的复位开关6和OLED开关7按扫描电路15的扫 描顺序被顺序驱动。下面将参照图4，描述在"写入周期"中由扫描电路15选定的像素10 的操作。 图4表示该实施例中像素10的操作时序图。该时序图显示出当扫描电路15选择 像素10且在其中写入显示信号电压时信号线8、复位开关6和0LED开关7的操作。正如以 上所述，复位开关6和0LED开关7的驱动时序波形含义如下高电平部分表示开关OFF状 态，低电平部分表示开关ON状态。当在像素10中写入一个显示信号电压时，首先，在t0时 刻，接通复位开关6和0LED开关7，将信号电压Vs施加到信号线8。从而，将驱动TFT 2连 接成为其栅极与漏极彼此相连的二极管，借此清除在前一场中保存在存储电容器4中的驱 动TFT 2的栅极电压。此后，在tl时刻断开0LED开关7，驱动TFT 2的栅极电压上升到比 施加到电源线9的电源电压仅低阈值电压Vth的电压，从而，电流停止流入驱动TFT 2。如 果在该状态稳定后的t2时刻断开复位开关6，则驱动TFT 2的栅极电压被固定在一个比施 加到电源线9的电源电压仅低阈值电压Vth的电压。换言之，当信号电压Vs因写入存储电 容器4中而被施加到信号线8时，驱动TFT 2的栅极端再次呈现比通过电源线9施加到源 极端的电源电压仅低阈值电压Vth的电压。然后，开始在像素10中写入显示信号电压，以 便将写入到像素10中的信号电压施加到信号线8。重复以上操作，将信号电压写入到所有
的目标像素io，然后结束第一半"写入周期"。 下面，将参照图3描述在第二半"发光周期"中的有机EL显示板的操作。在第二 半"发光周期"中，对每个像素10，将一个恒定电压Vil施加到电源线8，并将复位开关6固 定在0FF、 0LED开关7固定在0N。如果信号电压Vs因写入存储电容器4中而施加给信号 线8，则驱动TFT 2的栅极端再次呈现比施加给源极端的电源电压仅低阈值电压Vth的电 压。另一方面，如果对信号线8施加恒定电压Vil，且驱动TFT 2的栅极电容器相对于存储 电容器4足够小，则在驱动TFT 2栅极端的电压再次成为比通过电源线9施加给源极端的 电源电压仅低(Vs-Vil+阈值电压|Vth|)的电压。换言之，如果在每个像素中预先写入一 个预定信号电压Vs，将以不受阈值电压Vth变化影响的驱动TFT 2的驱动电流驱动有机EL 元件1发光。 因此，本发明的一个优点在于，它驱动0LED对应于(Vs-Vil)信号电压而发光，同
时消除了存在于每个像素中的驱动TFT 2的阈值电压Vth变化。本实施例的另一优点在于
仅通过三个晶体管(驱动TFT 2，复位开关6，和0LED开关7)以及一个存储电容器4就能
够消除上述阈值电压Vth的变化。因此，减少了每个像素的元件数量，从而在本实施例中，
电致发光显示设备的产量会提高，且制造成本降低。 接下来，将参照图5描述本实施例中像素10的设计。 图5表示本实施例中像素10的设计。细虚线表示AI布线，而粗虚线表示IT0(氧 化铟锡)透明电极。实线表示多晶硅薄膜岛或TFT形成栅极布线。细线方框表示用于AI 布线与多晶硅薄膜岛或用于AI布线与栅极布线的接触孔。粗线方框表示用于AI布线与透 明电极的接触孔。 用AI布线在像素10的右侧和左侧垂直设置信号线8和电源线9。栅极布线21被设置成与信号线8部分重叠，从而将部分信号线8用作存储电容器4。部分栅极布线21与 连接电源线9的多晶硅薄膜岛22重叠，形成驱动TFT 2。与栅极布线21相连的多晶硅薄膜 岛23分别在与由栅极布线形成的复位栅极11的交点处形成复位开关6，在与由同一栅极布 线形成的0LED栅极12的交点处形成0LED开关7。 0LED开关7的另一端通过用于AI布线 和透明电极的接触孔24与透明电极25相连。在透明电极25上设置一个具有有机发光层 和公共地线的有机EL元件1。这些部件属于通用部件，从而在此省略其描述。
在本实施例的像素设计中，用AI布线布置信号线8和电源线9。这种设计可有效 防止电源线9发生电压降。这一点极为重要，因为本实施例中驱动TFT2的驱动电流受其源 极电压的影响。 此外，在本实施例的像素设计中，使用部分信号线8作为存储电容器4。因此，可以 扩大透明电极25的面积以及有机EL的面积，从而可以降低有机EL发光所需的驱动电压。 并且，虽然在本实施例中通过分层设置AI布线和栅极布线21而形成存储电容器4，不过也 可以根据需要，使用与AI布线相连的多晶硅薄膜岛来减小存储电容器4的面积。
当驱动TFT2的栅极宽度扩大到足够宽时，有利于提高显示图像质量。虽然如上所 述消除了驱动TFT2的阈值电压Vth变化，不过在本实施例中不可能消除漏极电导，以及电 流驱动性能如场效应迁移的变化。因此，为了解决这一问题，最好将驱动TFT2的栅极宽度 W设计成满足下式。
W > Imax/10nA 其中，"Imax"表示在驱动有机EL显示板的有机EL元件1时假设的最大电流值。 通过这种设计，驱动TFT2工作在几乎低于Vth的亚阈区(sub-threshold region)中。不 过，在亚阈区中，场效应晶体管沟道电流的扩散电流是主流，使得驱动TFT2的驱动电流几 乎不受漏源电压的影响，从而图像质量与上面所述的漏极电导无关。 虽然描述了本发明的第一实施例，不过应该理解在不偏离本发明构思的条件下可 以进行变型。例如，虽然在本实施例中使用玻璃基板作为TFT基板，不过可以用其他透明绝 缘板如硅基板、透明塑料板等取代玻璃基板。如果有机EL元件1发射出的光是从元件1的 顶部发出的，则可以使用透明基板作为TFT基板。 在本实施例中，没有描述像素数量和面板尺寸。这是因为本发明不受这些方面制 约，也不受任何形式的限制。虽然用64灰度级(6位)定义显示信号电压，不过也可以容易 地用更多灰度级或更少灰度级定义电压。 此外，在本实施例中，分别用一个低温多晶硅TFT电路构成扫描电路15和信号开 关17。不过，在本发明范围内可以用单晶LSI(大规模集成电路)构成这两个外围驱动电路 或其中之一。另一方面，信号电压产生电路16也可由一个低温多晶硅TFT电路构成。
虽然在本实施例中使用有机EL元件1作为发光装置，不过也可以用包括无机物质 的普通电致发光元件取代EL元件1而实现本发明。 另外，在本实施例中，在一个帧中将第一半个"写入周期"和第二半个"发光周期" 设置为长度基本相等。不过，还可以想到可使用其他长度设置方式。这是由于当第一半个 "写入周期"设置得较短时，信号写入加速，同时发光率提高，当第二半个"发光周期"设置得 较短时，发光率减弱，同时信号写入减慢。不过在这方面，应该根据有机EL显示板的用途适 当调节第一半个"写入周期"和第二半个"发光周期"。
此外，在本实施例中，使用有机EL元件1作为电致发光元件。不过，本发明的原理 不限于这种发光结构；本发明可以适用于任何电致发光元件以及无机EL元件。
基本上，可以对下面所述的任何其他实施例同样进行如上所述的多种变型。 [OO56](第二实施例) 下面将参照图6描述本发明的第二实施例。 基本上，除了像素结构以外，第二实施例的结构和操作均与第一实施例相同。从而
在本实施例中，将描述像素结构，并省略对与第一实施例相同的元件的描述。 图6表示本发明第二实施例中有机EL显示板的像素的电路图。 每个像素30具有一个用作电致发光元件的有机EL元件1。有机EL元件1的阴
极端与公共地线相连。元件1的阳极端通过OLED开关7和驱动TFT2的沟道与电源线9相
连。驱动TFT2的栅极通过存储电容器34与信号线8相连，并在驱动TFT2的漏极端与栅
极端之间设置复位开关6。具体来说，在第二实施例中，驱动TFT2，0LED开关7和复位开关
6，以及存储电容器34中的每一个以p-型多晶硅TFT的形式形成在玻璃基板上。在本实施
例中，将施加给信号线8的信号电压设定为小于驱动TFT的复位时间电压(电源线9的电
压-I Vth|)。因此，总是在用作存储电容器34的p-型多晶硅TFT中形成一个沟道，以使栅
极电容稳定。在第二实施例中，用一个p-型多晶硅TFT形成每个像素。不过，也可以用一个 P-型多晶硅TFT分别形成扫描电路15和信号开关17。在这种情况下，可以省略n_型高浓 度注入过程。这就是可以简化制造过程，从而可以降低制造成本的原因所在。 [OO62](第三实施例) 下面将参照图7至11说明本发明的第三实施例。 首先，将参照图7描述第三实施例有机EL显示板的整体结构。在显示区域46中 多个像素40排列成矩阵。并且，信号线8、复位栅极线11和电源线49与每个像素40相连。 信号线8的一端通过信号开关17与信号电压产生电路16相连，复位栅极线11的一端与扫 描电路45相连。各电源线49分别通过电源线开关41与电源输入线43相连。由扫描电路 45控制各电源线开关41，而信号线开关17在信号电压产生电路16与恒压输入线14之间 切换信号线8。 尽管实际上在显示区46中具有多个像素，不过为了简化附图起见，在图7中仅表 示出其中的四个像素。正如后面将要描述的，在每个像素40中还敷设公共接地电极，不过 其在附图中被省略。使用传统的公知LSI技术，由一个DA转换器和一个电压缓冲器构成信 号电压产生电路16。也可使用多晶硅TFT技术，用公知的移位寄存器电路和适当的逻辑电 路在玻璃基板上形成扫描电路45。
下面将参照图8描述像素40的结构。 图8表示像素40的电路图。每个像素具有用作电致发光元件的有机EL元件1。 有机EL元件1的阴极端与公共地线相连，元件1的阳极端通过驱动TFT2的沟道与电源线 49相连。并且，在驱动TFT2的漏极端与栅极端之间设置复位开关。复位开关6与上面所述 的复位栅极线ll相连。分别由多晶硅TFT在玻璃基板上形成驱动TFT2和复位开关6。多 晶硅TFT和有机EL元件1的制造方法是常规的传统方法，从而将省略其描述。
下面将参照图9和10描述本发明第三实施例中有机EL显示板的操作。
图9表示信号线8、复位开关6、电源开关41和公共地线(Common)在一个帧周期 内的操作时序，其中有机EL元件1的阴极端与该公共地线连接。复位开关6和电源开关41 的驱动时序波形含义如下高电平表示开关OFF状态，而低电平表示开关ON状态。公共地 线操作表示如下低电平表示接地状态，而高电平表示浮动(Open)状态。 一个帧周期包括 第一半个"写入周期"和第二半个"发光周期"。将第一半个和第二半个周期设定为长度基 本相等。在第一半个"写入周期"中，按照扫描电路45的扫描顺序相继驱动像素40中的复 位开关6和设置在显示区域46—端的电源线开关41，并且公共地线状态在接地与浮动之间 交替变化。下面，将参照图10描述"写入周期"中由扫描电路45选择的一行像素40的操 作。 图10表示第三实施例中该行像素40的操作时序图。该时序图表示出当扫描电路 45选择该行像素40，并且将显示信号电压写入该行时，信号线8、复位开关6、电源开关41 和公共地线(Common)中每一个的操作，其中有机EL元件1的阴极端与该公共地线相连。 与上面的实施例相同，复位开关6和电源线开关41的驱动时序波形含义如下高电平表示 开关OFF状态，而低电平表示开关ON状态。公共地线(Common)的操作状态的含义也表示 如下高电平表示浮动(Open)状态，低电平表示接地状态。当显示信号电压被写入像素40 时，首先在t0时接通复位开关6和电源线开关41 ，并且公共地线接地，从而信号电压Vs施 加给信号线8。因此，驱动TFT2被连接成一个其栅极与漏极彼此相连的二极管，从而前一场 中保存在存储电容器4中的驱动TFT2的栅极电压被清除。之后，当驱动TFT2的栅极电压 上升到比施加给电源线49的电源电压仅低阈值电压Vth的电压时，公共地线变成浮动状态 (Open)，且电流停止流入驱动TFT2。因此，如果在该状态稳定之后在t2时刻复位开关6断 开，则驱动TFT2的栅极电压被固定在比施加给电源线49的电源电压仅低阈值电压Vth的 电压。这意味着当信号电压Vs施加给信号线8时，在驱动TFT2的栅极端再次出现比通过 电源线9施加给源极端的电源电压仅低阈值电压Vth的电压。此后，在t3时刻断开电源线 开关41，并完成该行中信号电压的写入。 然后，开始将显示信号电压写入下一行像素40中，并且将要写入下一像素40的信 号电压施加给信号线8。重复上述操作，将信号电压写入每个像素40中，并结束第一半个 "写入周期"。 之后，将参照图9描述第二半个"发光周期"中有机EL显示板的操作。在第二半个 "发光周期"中，若将恒压Vil施加给信号线8，则对于所有像素40同时切断复位开关6，接 通电源线开关41，并且将公共地线固定在地电压。当信号电压Vs施加给信号线8时，在驱 动TFT2的栅极端处再次出现比通过电源线49施加给源极端的电源电压仅低阈值电压Vth 的电压。另一方面，当恒压Vil施加给信号线8时，如果驱动TFT2的栅极电容相对于存储 电容器4来说足够小，则在驱动TFT2的栅极端处再次出现比通过电源线49施加给源极端 的电源电压仅低(Vs-Vil+阈值电压|Vth|)的电压。这意味着预先将预定信号电压Vs写入 每个像素中，能够以不受阈值电压Vth变化影响的驱动TFT2的驱动电流来驱动有机EL元 件1发光。 因此本发明的优点在于在第三实施例中，可对应于(Vs-Vil)信号电压地驱动 OLED发光，同时消除各像素中存在的驱动TFT2阈值电压Vth的变化。第三实施例还可以仅 用设置在每个像素中的两个晶体管(驱动TFT2和复位开关6)和一个存储电容器4，消除上述的阈值电压变化。结果，减少了每个像素的元件数量，从而提高电致发光显示装置的产 量，并降低制造成本。 下面将参照图11描述第三实施例中像素40的设计。 图11表示第三实施例中像素40的设计。在图11中，细虚线表示AI布线，粗虚线 表示使用ITO(氧化铟锡)的透明电极，实线表示多晶硅薄膜岛或TFT构成栅极布线。细线 正方形表示用于AI布线与多晶硅薄膜岛的接触孔，或者用于AI布线与栅极布线的接触孔。 粗线正方形表示用于AI布线与透明电极的接触孔。 用处于像素40 —端的垂直栅极布线来布置信号线8，并用垂直于信号线8的AI布 线布置电源线49。而且，将多晶硅薄膜岛52设置成与部分信号线8重叠，以使该部分信号 线8用作存储电容器。多晶硅薄膜岛52在与同复位开关11连接的栅极布线的交点处形成 复位开关，在与同该端连接的栅极布线51的交点处形成驱动TFT2。部分多晶硅薄膜52还 通过用于AI布线和透明电极的接触孔与透明电极55相连。在透明电极55上设置具有有 机发光层、阴极公共地线等的有机EL元件1。这些元件的结构是常见的，从而将省略其描 述。 在本实施例的像素40的设计中，沿行方向用AI布线布置电源线49，从而可以防止 电源线49发生电压降。在第三实施例中，驱动TFT2的驱动电流受其源极电压的影响，从而 防止电源线49发生电压降非常重要。
并且在本实施例的像素设计中，使用部分信号线8作为存储电容器40。因此，可 扩大透明电极的面积，从而可以扩大有机EL的面积。结果，减小有机EL发光所需的驱动电 压。(第四实施例) 下面，将参照图12描述本发明第四实施例中的有机EL显示板。
基本上，除像素结构以外，第四实施例中有机EL显示板的结构和操作均与第一实 施例相同。因此，将省略与第一实施例中相同元件的解释，而在此处仅描述像素结构。
图12表示本发明第四实施例中有机EL显示板的像素的电路图。每个像素60具 有用作电致发光元件的有机EL元件61。有机EL元件61的阳极端与公共地线相连，元件 61的阴极端通过OLED开关67和驱动TFT62的沟道与电源线9相连。并且，驱动TFT62的 栅极通过存储电容器64与信号线8相连，并且在驱动TFT62的漏极端与栅极端之间设置复 位开关66。在第四实施例中，特别用n-型非晶硅TFT在玻璃基板上形成驱动TFT62、 OLED 开关67、复位开关66和存储电容器64。在这种情况下，将施加给信号线8的信号电压设置 成比驱动TFT62的复位时间电压(电源线9的电压+ IVthl)低。因此，总在用作存储电容器 64的n-型非晶硅TFT处形成一个沟道，从而栅极电容器可用作一个稳态电容器。
而且，在本实施例中用n-型非晶硅TFT形成每个像素的同时，也可以用n_型非晶 硅TFT分别形成扫描电路15和信号开关17。因此，可以省略获得多晶硅的过程。从而可简 化制造方法，降低制造成本。 此外，虽然在第四实施例中存储电容器64的栅极设置在像素侧，但其也可以设置 在信号线侧。不过在这种情况下，必须将施加给信号线8的信号电压设定为比驱动TFT2的 复位时间电压(电源线9的电压+|、」)高。
(第五实施例)
下面，将参照图13到16描述本发明的第五实施例。 首先，将参照图13描述第五实施例中有机EL显示板的总体结构。 图13表示第五实施例中有机EL显示板的整体方块图。在显示区域80中，多个像
素70设置成矩阵。信号线78、复位栅极线71和电源线79与每个像素70相连。信号线78
的一端通过信号开关87与信号电压产生电路86相连，复位栅极线71的一端与扫描电路85
相连，并且各电源线79分别通过电源线开关81与电源输入线83相连。电源线开关81受
扫描电路85的控制，信号开关87在信号电压产生电路86与三角波输入线84之间切换信
号线78。 尽管实际上在显示区域80中具有多个像素70，不过为了简化附图而在显示区域 中仅表示出四个像素。正如后面所述，公共电极与每个像素70相连，不过其在附图中被省 略。使用众所周知的传统LSI技术，以一个DA转换器和一个电压缓冲电路构成信号电压产 生电路86，同时使用多晶硅TFT技术，以一个公知的移位寄存器电路和适当的逻辑电路在 玻璃基板上构成扫描电路85。
下面将参照图14描述像素70的结构。 图14表示像素70的电路图。每个像素70具有用作电致发光元件的有机EL元件 1。有机EL元件1的阴极端与公共地线相连，而元件1的阳极端通过驱动TFT72的沟道与 电源线79相连。并且，驱动TFT72的栅极通过存储电容器74与信号线78相连，并在驱动 TFT72的漏极端与栅极端之间设置复位开关76。在第五实施例中，复位开关76与复位栅极 线71相连。用多晶硅TFT在玻璃基板上形成各驱动TFT72和复位开关76。
下面将参照图15和16描述第五实施例中有机EL显示板的操作。
图15表示第五实施例中有机EL显示板的操作时序图；该图表示出信号线78、复 位开关76和电源开关81在一个帧周期中的操作。复位开关76和电源线开关81的驱动时 序波形含义如下高电平表示开关OFF状态，而低电平表示开关ON状态。 一个帧周期包括 第一半个"写入周期"和第二半个"发光周期"。第一半个和第二半个周期的长度大体相等。 在第一半个"写入周期"中，按照扫描电路85的扫描顺序相继驱动像素70中的复位开关76 和设置在显示区域80—端的电源线开关81。下面将参照图16描述在通过扫描电路85选 择的一行像素70在"写入周期"期间的EL显示板操作。 图16表示第五实施例中该行像素70的操作时序图；该图表示当通过扫描电路85 选择该行像素70并且将显示信号电压写入该行中时，信号线78、复位开关76和电源线开关 81中每一个的操作。复位开关76和电源线开关81的驱动时序波形含义如下正如上面的 示例中那样，高电平表示开关OFF状态，而低电平表示开关ON状态。 在将显示信号电压写入像素70中时，首先在t0时刻接通复位开关76和电源线开 关81 ，从而将信号电压Vs施加给信号线78。因此，驱动TFT2连接成一个其栅极与漏极彼此 连接的二级管，从而前一场中保存在存储电容器74中的驱动TFT2的栅极电压被清除。可 以将像素电路视为一个倒相电路，其中用一个驱动晶体管取代驱动TFT2，用一个负载取代 有机EL元件1。在这种情况下，在t0时刻和t0之后，用复位开关76将该倒相电路的输入 端与输出端短路。因此，在倒相电路的输入和输出端产生一个介于该倒相电路的"高压输 出"与"低压输出"之间的中间电压。如果在tl时刻断开复位开关76，则驱动TFT2的栅电 压被大致固定在介于倒相电路的"高压输出"与"低压输出"之间的中间电压。"高压输出"指施加给电源线79的电源电压，而"低压输出"指公共接地电压。换句话说，如果信号电压 Vs由于写入存储电容器74中而施加给信号线78，则在驱动TFT2的栅极端处再次呈现出介 于倒相电路的"高压输出"与"低压输出"之间的中间电压。此后，在t2时刻断开电源线开 关81，以完成信号电压在该行中的写入。 然后，开始将显示信号电压写入下一行像素中，并将要写入下一像素的信号电压 施加给信号线78。重复上述操作，信号电压写入该行的每一像素70中，并结束第一半个"写 入周期"。 下面将参照图15描述第二半个"发光周期"中有机EL显示板的操作。在第二半个 "发光周期"中，将如图15中所示的、在中心部分具有最低电压的三角波施加给信号线78。 对于该行中的所有像素70，同时使复位开关76处于OFF状态，电源线开关81处于0N状态。 当如上所述信号电压Vs由于写入存储电容器74中而施加给信号线78时，其中以驱动晶体 管取代驱动TFT2、以负载取代有机EL元件1的倒相电路输出一个中间电压。不过，如果将 比信号电压Vs更高的电压施加给信号线78，则倒相电路输出"低压"(公共接地电压)。如 果将比信号电压Vs更低的电压施加给信号线78，则倒相电路输出"高压"(施加给电源线 79的电源电压)。因此，在信号线78的电压低于预先写入像素70中的信号电压Vs的周期 Ts中，将"高压"(施加给电源线79的电源电压)施加给像素70的有机EL元件l，如图15 中所示，从而EL元件1发光。换句话说，有机EL元件1实际上呈现发光/不发光的二元状 态，并且由信号电压Vs控制发光周期Ts按灰度级发光。 因此本发明的优点在于能驱动0LED对应于信号电压Vs发光，同时消除各像素中 存在的驱动TFT2的阈值电压Vth变化。不过，本实施例还获得另一种效果，即仅用设置在 每个像素中的两个晶体管(驱动TFT2和复位开关6)和一个存储电容器4，即可消除上述的 阈值电压Vth变化。结果，减少了每个像素的元件数量，从而提高了电致发光显示设备的产 量，并降低该设备的制造成本。此外，本实施例还具有另一个优点，即也能消除驱动TFT2的 电流驱动性能变化，因为实际上以发光/不发光这两种状态来驱动有机EL元件1。
本实施例中像素70的结构基本上与第三实施例相同。因此将省略对结构的描述。 不过在本实施例中，认识到驱动TFT2的栅极越宽，则所产生的像素电路的倒相性质就越锐 利，从而倒相电路的逻辑阈值的变化减小。不过在这种情形下，应注意如果驱动TFT2的栅 极宽度增大，则必须也相应地增大存储电容器74。 如上所述，在本实施例中在"发光周期"中将单个三角波施加给信号线。不过也可 以由多个三角形构成该波。并且，如果三角波为非线性波形，则可以赋予显示图像适当的Y 性质。 此外在本实施例中，由RGB三色像素共享电源线79。不过电源线79也可以具有多 个通道，以能针对每种发光颜色来改变有机EL元件1的驱动电压，从而适当地控制和改变 色平衡。(第六实施例) 下面将参照图17描述本发明的第六实施例。
图17为第六实施例中TV图像显示设备的方块图。 用于接收地面波数字信号等的射频接口 (I/F)电路202，以压縮图像数据的形式 从外部接收这种无线电通信数据。射频接口 (I/F)电路202通过I/0(输入/输出)电路203将数据输出到数据总线208。微处理器(MPU)204、显示板控制器206、帧存储器207等也与数据总线208相连。显示板控制器206的输出被输入至有机EL显示板201。图象显示终端200具有恒压产生电路205和电源209。恒压产生电路205的输出被输入至有机EL显示板201。有机EL显示板201的结构和操作与第一实施例中的有机EL显示板相同，从而此处将省略其描述。 下面将描述第六实施例中TV图像显示设备的操作。首先，无线电I/F电路202响应用户输入的命令从外部接收压縮图像数据，然后将该图像数据通过I/O电路203传输至微处理器204和帧存储器207。微处理器204当接收到来自用户的命令时，根据需要驱动整个图像显示终端200以对压縮图像数据进行解码，处理这些信号，并显示信息。在这种情形中，经过信号处理的图像数据可以临时保存在帧存储器207中。 如果微处理器在该时刻发出显示命令，则根据该命令，将图像数据从帧存储器通过显示板控制器206输入到有机EL显示板201，然后有机EL显示板201实时显示接收到的图像数据。此时，显示板控制器206输出显示图像数据所需的预定定时脉冲，并且恒压产生电路205输出预定的恒压，其可以改变以调节图像质量。正如第一实施例中那样，有机EL显示板201使用这些信号实时显示从6位图像数据产生的数据。包括蓄电池在内的电源209提供电力来驱动整个图像显示终端200。 从而根据第六实施例，可提供一种能高精度多灰度级显示图像的图像显示终端200。 尽管使用第一实施例中所述的有机EL显示板作为第六实施例中的图像显示设
备，不过可以用本发明其它实施例中所述的任何其他多种显示板取代它。不过在这种情形
中，可能需要根据有机EL显示板的结构更改电路结构。例如，如果使用第五实施例中所述
的有机EL显示板，则必须用三角波电压产生电路取代恒压产生电路205。 根据本发明，可以提供一种能进行高质量图像显示的图像显示设备，并实现图像
显示设备的高产量，从而降低图像显示设备的制造成本。
权利要求
一种图像显示设备，包括具有根据显示信号电压而被驱动发光的电致发光元件的像素；由多个像素构成的显示部分；用于将所述显示信号电压写入所述像素的信号线；像素选择器，用于从所述多个像素中选择一个像素以通过所述信号线将所述显示信号电压写入其中；以及用于产生所述显示信号电压的显示信号电压发生器；其中所述显示设备还包括用于控制选择所述多个像素中的每一个在某一时刻的发光状态或非发光状态的发光状态控制器；和恒压源，用于在对于所选择的像素选择了所述发光状态时，将一个恒定电压提供给所述多个像素中的每一个。
2. 根据权利要求l所述的图像显示设备，其中设置在每个像素中的所述电致发光元件的一端与公共电源相连，而所述电致发光 元件的另一端通过第一开关与电致发光元件驱动晶体管的第一源/漏极相连， 所述电致发光元件驱动晶体管的第二源/漏极与电源线相连，所述电致发光元件驱动晶体管的栅极通过第二开关与所述电致发光元件驱动晶体管 的第一源/漏极相连，以及所述电致发光元件驱动晶体管的栅极通过连接电容器与对应于每个像素的所述信号 线相连。
3. 根据权利要求2所述的图像显示设备， 其中所述第一源/漏极为漏极，所述第二源/漏极为源极。
4. 根据权利要求2所述的图像显示设备，其中所述第一开关、所述第二开关和所述电致发光元件驱动晶体管中的每一个均为一 个p-沟道晶体管。
5. 根据权利要求2所述的图像显示设备，其中所述第一开关、所述第二开关和所述电致发光元件驱动晶体管中的每一个被构成 为一个p-沟道晶体管，并且所述连接电容器被形成为p-沟道多晶硅薄膜晶体管的形式。
6. 根据权利要求2所述的图像显示设备，其中所述第一开关、所述第二开关和所述电致发光元件驱动晶体管中的每一个均为一 个多晶硅薄膜晶体管。
7. 根据权利要求2所述的图像显示设备，其中所述第一开关、所述第二开关和所述电致发光元件驱动晶体管中的每一个均为一 个n-沟道晶体管。
8. 根据权利要求2所述的图像显示设备，其中所述第一开关、所述第二开关和所述电致发光元件驱动晶体管中的每一个为一个 n-沟道晶体管，并且所述连接电容器被形成为n-沟道多晶硅薄膜晶体管的形式。
9. 根据权利要求2所述的图像显示设备，其中所述第一开关、所述第二开关和所述电致发光元件驱动晶体管中的每一个为一个非晶硅薄膜晶体管。
10. 根据权利要求2所述的图像显示设备，其中所述信号线和所述电源线平行设置，并通过处理相同的金属布线层而形成。
11. 根据权利要求10所述的图像显示设备， 其中所述连接电容器分层形成在所述信号线上。
12. 根据权利要求2所述的图像显示设备，其中所述电致发光元件驱动晶体管在亚阈区中被驱动，在所述亚阈区中其栅-源电压 为阈值电压或阈值电压以下。
13. 根据权利要求l所述的图像显示设备，其中设置在每个像素中的所述电致发光元件的一端与公共电源相连； 所述电致发光元件的另一端与电致发光元件驱动晶体管的第一源/漏极相连； 所述电致发光元件驱动晶体管的第二源/漏极与电源线相连；所述电致发光元件驱动晶体管的栅极通过第三开关与所述电致发光元件驱动晶体管 的第一源/漏极相连；以及所述电致发光元件驱动晶体管的栅极通过连接电容器与对应于每个像素的所述信号 线相连。
14. 根据权利要求13所述的图像显示设备， 其中所述第一源/漏极是漏极，且所述第二源/漏极是源极。
15. 根据权利要求13所述的图像显示设备，其中所述第三开关和所述电致发光元件驱动晶体管中的每一个均为一个p-沟道晶体管。
16. 根据权利要求13所述的图像显示设备，其中所述第三开关和所述电致发光元件驱动晶体管中的每一个均为一个p-沟道晶体 管，所述连接电容器被构成为p-沟道多晶硅薄膜晶体管的形式。
17. 根据权利要求13所述的图像显示设备，其中所述第三开关和所述电致发光元件驱动晶体管中的每一个均是一个多晶硅薄膜 晶体管。
18. 根据权利要求13所述的图像显示设备，其中所述第三开关和所述电致发光元件驱动晶体管中的每一个均为一个n-沟道晶体管。
19. 根据权利要求13所述的图像显示设备，其中所述第三开关和所述电致发光元件驱动晶体管中的每一个被构成为一个n-沟道 晶体管，并且所述连接电容器被构成为n-沟道多晶硅薄膜晶体管的形式。
20. 根据权利要求13所述的图像显示设备，其中所述第三开关和所述电致发光元件驱动晶体管中的每一个均由一个非晶硅薄膜 晶体管构成。
21. 根据权利要求13所述的图像显示设备，其中所述信号线和所述电源线彼此垂直地设置，并且通过处理一个金属布线层而形成 所述电源线。
22. 根据权利要求21所述的图像显示设备， 其中所述连接电容器分层形成在所述信号线上。
23. 根据权利要求13所述的图像显示设备，其中所述电致发光元件驱动晶体管在亚阈区中被驱动，在所述亚阈区中其栅-源电压 为阈值电压或阈值电压以下。
24. 根据权利要求l所述的图像显示设备， 其中在每个帧周期中反复进行所述发光/非发光状态的选择。
全文摘要
本发明披露了一种能显示高质量图像，并且有利于降低制造成本的图像显示设备。该图像显示设备具有用于控制发光状态或非发光状态的发光状态控制器，和当选择像素的发光状态时将恒压通过信号线输送给各像素的恒压源。
文档编号H01L51/50GK101777307SQ20101012128
公开日2010年7月14日 申请日期2004年2月13日 优先权日2003年5月15日
发明者景山宽, 秋元肇, 芝健夫 申请人:株式会社日立显示器