專利名稱：像素電路、有源矩陣裝置和顯示裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種像素電路，其中針對每個像素布置的負載元件由電流驅動，并且還涉及一種矩陣裝置，其中多個像素電路以矩陣形式布置，具體地說，涉及一種有源矩陣裝置，其中要提供給負載元件的電流流量由每個像素電路中配備的絕緣柵類型場效應晶體管控制。本發(fā)明還涉及一種有源矩陣類型的顯示裝置，其包括諸如有機EL元件之類的其亮度由電流值控制的電光元件作為負載元件。
背景技術：
在諸如液晶顯示裝置之類的圖像顯示裝置中，大量的液晶元件被并列布置在矩陣中，并且響應于要被顯示的圖像信息，針對每個像素控制進入光的透射強度或反射強度，從而顯示圖像。雖然這種方法類似地也適用于使用不同于液晶元件的有機EL元件或類似裝置作為像素的有機EL顯示裝置，但是有機EL元件是自發(fā)光元件。因此，有機EL顯示裝置的有利之處在于其上顯示的圖像的可見度要高于在液晶顯示裝置上顯示的圖像，并且不需要背光，而且響應速度高。另外，有機EL顯示裝置與液晶顯示裝置的很大差別在于每個發(fā)光元件的亮度級別(灰度)是電流受控類型的，其中亮度級別可以由流經其的電流值控制。
對于有機EL顯示裝置，與液晶顯示裝置類似，可用的兩種不同驅動方法包括簡單矩陣類型驅動方法和有源矩陣類型驅動方法。前者的問題在于雖然其結構簡單，但是難以實現(xiàn)大尺寸和高清晰度的顯示裝置。因此，使用有源矩陣類型驅動方法的有機EL顯示裝置的開發(fā)正在積極進行。根據(jù)有源矩陣類型驅動方法，流入每個像素電路內的發(fā)光元件的電流由像素電路中配備的有源元件(通常是薄膜晶體管TFT)控制。
例如，在日本專利特開No.2003-255856和No.2003-271095中公開了上述這種類型有機EL顯示裝置。
圖10示出了示例性的有機EL顯示裝置的配置。參考圖10，所示的顯示裝置100包括像素陣列部分102、水平選擇器(HSEL)103、寫掃描器(WSCN)104和驅動掃描器(DSCN)105，其中在像素陣列部分102中像素電路(PXLC)排列成m×n的矩陣。顯示裝置100還包括信號線DTL101至DTL10n、掃描線WSL101至WSL10m和掃描線DSL101至DSL10m，其中信號線DTL101至DTL10n用于被水平選擇器103選中，從而向其提供基于亮度信息的信號，掃描線WSL101至WSL10m用于被寫掃描器104選擇性地驅動，掃描線DSL101至DSL10m用于被驅動掃描器105選擇性地驅動。
圖11示出了圖10所示像素電路的配置的示例。參考圖11，所示的像素電路101基本上是使用p溝道類型的薄膜場效應晶體管(后文中稱為TFT)形成的。具體地說，像素電路101包括驅動TFT111、開關TFT112、采樣TFT115、有機EL元件117和保持電容器C111。由上述這些元件形成的像素電路101被布置在信號線DTL101與掃描線WSL101和掃描線DSL101的交點處。信號線DTL101連接到采樣TFT115的漏極，而掃描線WSL101連接到采樣TFT115的柵極，并且另一掃描線DSL101連接到開關TFT112的柵極。
驅動TFT111、開關TFT112和有機EL元件117串聯(lián)連接在電源電勢Vcc和地電勢GND之間。具體地說，驅動TFT111的源極連接到電源電勢Vcc，并且有機EL元件117(發(fā)光元件)的負極連接到地電勢GND。因為有機EL元件117通常具有整流作用，所以用二極管的標記來表示它。同時，采樣TFT115和保持電容器C111連接到驅動TFT111的柵極。驅動TFT111的柵極-源極電壓由Vgs表示。
在像素電路101的操作中，首先使掃描線WSL101處于選中狀態(tài)(這里，低電平)，并且將信號施加到信號線DTL101。隨即，使采樣TFT115導通，從而信號被寫入保持電容器C111。寫在保持電容器C111中的信號電勢用作驅動TFT111的柵極電勢。然后，使掃描線WSL101處于非選中狀態(tài)(這里，高電平)。從而，信號線DTL101和驅動TFT111彼此在電氣上斷開。然而，保持電容器C111穩(wěn)定地保持驅動TFT111的柵極電勢Vgs。此后，使另一掃描線DSL101處于選中狀態(tài)(這里，低電平)。從而，使得開關TFT112導通，并且驅動電流通過TFT111和112以及發(fā)光元件117從電源電勢Vcc流向地電勢GND。然后，當使掃描線DSL101處于非選中狀態(tài)時，切斷了開關TFT112，并且驅動電流不再流動。插入開關TFT112是為了控制發(fā)光元件117的發(fā)光時間。
流經TFT111和發(fā)光元件117的電流的值對應于驅動TFT111的柵極-源極電壓Vgs，并且發(fā)光元件117持續(xù)發(fā)出亮度與電流值相對應的光。這種選中掃描線WSL101以將施加于信號線DTL101的信號傳輸?shù)较袼仉娐?01內部的操作在后文中稱為“寫入”。如果如上所述執(zhí)行一次信號的寫入，則發(fā)光元件117在一段時間中持續(xù)發(fā)出固定亮度的光，直至隨后對有機EL元件117執(zhí)行寫入。
如上所述，通過響應于輸入信號，調節(jié)施加于用作驅動晶體管的TFT111的柵極的電壓，來控制流向發(fā)光元件117的電流值。此時，因為p溝道驅動晶體管111的源極連接到電源電勢Vcc，所以TFT111一般工作在飽和區(qū)。從而，驅動晶體管111用作具有由如下表達式(1)所給出的電流值的電流源Ids＝(1/2)·μ·(W/L)·Cox·(Vgs-Vth)2…(1)其中Ids是在工作于飽和區(qū)的晶體管的漏極-源極之間流動的電流，μ是遷移率，W是溝道寬度，L是溝道長度，Cox是柵極電容，Vth是晶體管的閾值。從表達式(1)可以清楚看到，在晶體管的飽和區(qū)中，晶體管的漏極電流Ids由柵極-源極電壓Vgs控制。因為圖9所示的驅動晶體管111的柵極-源極電壓Vgs保持固定，所以驅動晶體管111作為恒流源工作，并且可以使發(fā)光元件117發(fā)出固定亮度的光。
圖12是圖示了有機EL元件的電流-電壓(I-V)特性的老化的曲線圖。在該曲線圖中，實線表示的曲線表示初始狀態(tài)時的特性，由虛線表示的另一曲線表示老化后的特性。從曲線圖中可以看到，通常，有機EL元件的I-V特性隨時間惡化。然而，在圖11所示的像素電路中，因為驅動晶體管被恒定電流驅動，所以漏極電流Ids持續(xù)流過有機EL元件，并且即使有機EL元件的I-V特性惡化，有機EL元件的發(fā)光亮度也不會隨時間惡化。

發(fā)明內容
雖然圖11所示的像素電路是使用p溝道TFT形成的，但是如果其在其他情況下可以是使用n溝道TFT形成的，則可以將傳統(tǒng)的非晶態(tài)硅(a-Si)工藝應用于TFT產品。這可以減少TFT襯底的成本，并且有望開發(fā)使用n溝道TFT形成的像素電路。
圖13是示出了其中圖11所示的像素電路的p溝道TFT被n溝道TFT代替的配置的電路圖。參考圖13，所示的像素電路101包括n溝道TFT111、112和115、保持電容器C111和作為發(fā)光元件的有機EL元件117。TFT111是驅動晶體管，TFT112是開關晶體管，而TFT115是采樣晶體管。另外，在圖13中，標號DTL101表示信號線，標號DSL101和WSL101每個都表示掃描線。另外，在像素電路101中，作為驅動晶體管的TFT111的漏極連接到電源電勢Vcc，并且TFT111的源極連接到有機EL元件117的正極，由此形成源跟隨電路(source follower circuit)。
圖14是圖示了圖13所示的像素電路的操作的時序圖。參考圖14，如果選擇脈沖施加于掃描線WSL101，則采樣TFT115被導通，并且對來自信號線DTL101的信號進行采樣，并將其寫入到保持電容器C111中。因而，驅動TFT111的柵極電勢被保持在所采樣的信號電勢。這種采樣操作是按行連序進行的。具體地說，在選擇脈沖施加于第一行的掃描線WSL101之后，另一選擇脈沖施加于第二行的掃描線WSL102，此后，在每一個水平周期(1H)內選中一行的像素。因為掃描線DSL101也是在掃描線WSL101選中同時被選中的，所以開關TFT112接通。從而，驅動電流通過驅動TFT111和開關TFT112流入發(fā)光元件117，從而從發(fā)光元件117發(fā)出光。在一個場周期(1f)中間，使掃描線DSL101處于非選中狀態(tài)，因此開關TFT112被切斷。從而停止發(fā)光。掃描線DSL101控制占用一個場周期的發(fā)光時間段(占空)。
圖15A是圖示了初始狀態(tài)中驅動晶體管111和EL元件117的工作點的曲線圖。參考圖15A，橫坐標表示驅動晶體管111的漏極-源極電壓Vds，縱坐標表示漏極電流Ids。如圖15A所示，源極電勢取決于驅動晶體管111和EL元件117的工作點，并且源極電勢的電壓具有取決于柵極電壓而不同的值。因為驅動晶體管111在飽和區(qū)中被驅動，所以提供了這樣的漏極電流Ids，該電流的電流值是上文給出的表達式(1)在與工作點的源極電壓相對應的柵極-源極電壓下定義的。
然而，如上文所述，EL元件的I-V特性隨時間而惡化。如圖15B中所示，老化改變了工作點，即使施加了相等的柵極電壓，晶體管的源極電壓也會改變。從而，驅動晶體管111的柵極-源極電壓Vgs改變，并且流過的電流值也變化。同時，流經EL元件117的電流值也改變。這樣，圖13所示的源跟隨配置的像素電路需要解決這樣的問題如果有機EL元件的I-V特性改變，則有機EL元件的發(fā)光亮度也隨時間改變。
還要注意，為了消除上述問題，也可以將驅動TFT111和EL元件117顛倒布置。具體地說，根據(jù)剛剛提到的可能電路配置，驅動晶體管111的源極連接到地電勢GND，并且驅動晶體管111的漏極連接到EL元件117的負極，而EL元件117的正極連接到電源電勢Vcc。在所述電路配置中，驅動晶體管111的源極電勢是固定的，并且驅動晶體管111作為恒流源工作，這與上文中參考圖11所描述的p溝道TFT配置的像素電路相類似。從而，同樣可以防止由于EL元件的I-V特性惡化而導致的亮度變化。然而，根據(jù)該電路配置，必須將驅動晶體管連接到EL元件的負極一側。這種負極連接需要開發(fā)新穎的正極電極和負極電極，而在當前的技術條件下這被認為是非常困難的。從前述情形可以看出，傳統(tǒng)技術不能使得使用n溝道晶體管并且不出現(xiàn)亮度變化的有機EL顯示裝置投入實用。
在有源矩陣類型的有機EL顯示裝置中，除了EL元件的特性變化之外，形成像素電路的n溝道TFT的閾值電壓也隨時間變化。從上文給出的表達式(1)可以清楚看到，如果驅動晶體管的閾值電壓Vth變化，則漏極電流Ids改變。從而，必須解決發(fā)光亮度隨閾值電壓Vth的變化而變化這種問題。
因此，希望提供這樣一種像素電路，通過使用這種像素電路，即使諸如發(fā)光元件之類的電流驅動類型的負載元件(電光元件，例如有機EL元件)的I-V特性隨時間變化，要發(fā)出的光的亮度也可以保持固定。
還希望提供這樣一種像素電路，其中即使形成該像素電路的晶體管的閾值電壓隨時間變化，也可以穩(wěn)定驅動負載元件。
還希望提供這樣一種像素電路，其具有補償負載元件的特性變化的功能，并且具有補償晶體管的閾值電壓變化的功能，其中提供補償功能所必需的電路組件的數(shù)目被最大程度地減少。
為了達到上述目的，根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了一種布置于在其處掃描線和信號線彼此相交的交點處的像素電路，包括電光元件；保持電容器；和五個n溝道薄膜晶體管，其中薄膜晶體管包括采樣晶體管、驅動晶體管、開關晶體管、第一檢測晶體管和第二檢測晶體管；其中所述保持電容器連接在所述驅動晶體管的源極和柵極之間；所述電光元件連接在所述驅動晶體管的源極和預定的負極電勢之間；所述第一檢測晶體管連接在所述驅動晶體管的源極和第一地電勢之間；所述第二檢測晶體管連接在所述驅動晶體管的柵極和第二地電勢之間；所述采樣晶體管連接在所述驅動晶體管的柵極和所述信號線之間；所述開關晶體管連接在所述驅動晶體管的漏極和預定的電源電勢之間；當所述采樣晶體管被所述掃描線選中時，所述采樣晶體管工作，以對來自所述信號線的輸入信號采樣，并提供所采樣的輸入信號，以使其保持到所述保持電容器中；所述驅動晶體管響應于所述保持電容器所保持的信號電勢，用電流來驅動所述電光元件；當所述開關晶體管被所述掃描線選中時，所述開關晶體管被導通，以從所述電源電勢向所述驅動晶體管提供電流；并且當所述第一和第二檢測晶體管被所述掃描線選中時，所述第一和第二檢測晶體管工作，以在用電流驅動所述電光元件之前檢測所述驅動晶體管的閾值電壓，并提供所檢測到的電勢，以使其保持在所述保持電容器中，以便提前消除閾值電壓的影響。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，提供了一種有源矩陣裝置，包括沿行延伸的多條掃描線；沿列延伸的多條信號線；和以矩陣形式布置在在其處所述掃描線和所述信號線彼此相交的交點處的多個像素；其中每個所述像素包括負載元件、保持電容器和五個n溝道薄膜晶體管，所述薄膜晶體管包括采樣晶體管、驅動晶體管、開關晶體管、第一檢測晶體管和第二檢測晶體管；所述保持電容器連接在所述驅動晶體管的源極和柵極之間；所述負載元件連接在所述驅動晶體管的源極和預定的負極電勢之間；所述第一檢測晶體管連接在所述驅動晶體管的源極和第一地電勢之間；所述第二檢測晶體管連接在所述驅動晶體管的柵極和第二地電勢之間；所述采樣晶體管連接在所述驅動晶體管的所述柵極和所述信號線之間；所述開關晶體管連接在所述驅動晶體管的漏極和預定的電源電勢之間；當所述采樣晶體管被所述掃描線選中時，所述采樣晶體管工作，以對來自所述信號線的輸入信號采樣，并提供所采樣的輸入信號，以使其保持到所述保持電容器中；所述驅動晶體管響應于所述保持電容器所保持的信號電勢，用電流來驅動所述負載元件；當所述開關晶體管被所述掃描線選中時，所述開關晶體管被導通，以從所述電源電勢向所述驅動晶體管提供電流；并且當所述第一和第二檢測晶體管被所述掃描線選中時，所述第一和第二檢測晶體管工作，以在用電流驅動所述負載元件之前檢測所述驅動晶體管的閾值電壓，并提供所檢測到的電勢，以使其保持在所述保持電容器中，以便提前消除閾值電壓的影響。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，提供了一種顯示裝置，包括沿行延伸的多條掃描線；沿列延伸的多條信號線；和以矩陣形式布置在在其處所述掃描線和所述信號線彼此相交的交點處的多個像素；其中每個所述像素包括有機電致發(fā)光元件、保持電容器和五個n溝道薄膜晶體管，所述薄膜晶體管包括采樣晶體管、驅動晶體管、開關晶體管、第一檢測晶體管和第二檢測晶體管；所述保持電容器連接在所述驅動晶體管的源極和柵極之間；所述有機電致發(fā)光元件連接在所述驅動晶體管的源極和預定的負極電勢之間；所述第一檢測晶體管連接在所述驅動晶體管的源極和第一地電勢之間；所述第二檢測晶體管連接在所述驅動晶體管的柵極和第二地電勢之間；所述采樣晶體管連接在所述驅動晶體管的所述柵極和所述信號線之間；所述開關晶體管連接在所述驅動晶體管的漏極和預定的電源電勢之間；當所述采樣晶體管被所述掃描線選中時，所述采樣晶體管工作，以對來自所述信號線的輸入信號采樣，并提供所采樣的輸入信號，以使其保持到所述保持電容器中；所述驅動晶體管響應于所述保持電容器所保持的信號電勢，用電流來驅動所述有機電致發(fā)光元件；當所述開關晶體管被所述掃描線選中時，所述開關晶體管被導通，以從所述電源電勢向所述驅動晶體管提供電流；并且當所述第一和第二檢測晶體管被所述掃描線選中時，所述第一和第二檢測晶體管工作，以在用電流驅動所述有機電致發(fā)光元件之前檢測所述驅動晶體管的閾值電壓，并提供所檢測到的電勢，以使其保持在所述保持電容器中，以便提前消除閾值電壓的影響。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，提供了一種布置于在其處掃描線和信號線彼此相交的交點處的像素電路，包括電光元件；保持電容器；和五個n溝道薄膜晶體管，所述薄膜晶體管包括采樣晶體管、驅動晶體管、開關晶體管、第一檢測晶體管和第二檢測晶體管；其中所述驅動晶體管在其柵極處連接到輸入節(jié)點，在其源極處連接到輸出節(jié)點，并且在其漏極處連接到預定的電源電壓；所述電光元件連接在所述輸出節(jié)點和預定的負極電勢之間；所述保持電容器連接在所述輸出節(jié)點和所述輸入節(jié)點之間；所述采樣晶體管連接到所述輸入節(jié)點和所述信號線；所述第一檢測晶體管連接在所述輸出節(jié)點和第一地電勢之間；所述第二檢測晶體管連接在所述輸入節(jié)點和第二地電勢之間；所述開關晶體管插入在所述輸入節(jié)點和所述驅動晶體管的柵極之間；當所述采樣晶體管被所述掃描線選中時，所述采樣晶體管工作，以對來自所述信號線的輸入信號采樣，并提供所采樣的輸入信號，以使其保持到所述保持電容器中；當所述開關晶體管被所述掃描線選中時，所述開關晶體管被導通，以將所述保持電容器連接到所述驅動晶體管的柵極；所述驅動晶體管響應于所述保持電容器所保持的信號電勢，用電流來驅動所述電光元件；并且當所述第一和第二檢測晶體管被所述掃描線選中時，所述第一和第二檢測晶體管工作，以在用電流驅動所述電光元件之前檢測所述驅動晶體管的閾值電壓，并提供所檢測到的電勢，以使其保持在所述保持電容器中，以便提前消除閾值電壓的影響。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，提供了一種有源矩陣裝置，包括沿行延伸的多條掃描線；沿列延伸的多條信號線；和以矩陣形式布置在在其處所述掃描線和所述信號線彼此相交的交點處的多個像素；其中每個所述像素包括負載元件、保持電容器和五個n溝道薄膜晶體管，所述薄膜晶體管包括采樣晶體管、驅動晶體管、開關晶體管、第一檢測晶體管和第二檢測晶體管；所述驅動晶體管在其柵極處連接到輸入節(jié)點，在其源極處連接到輸出節(jié)點，并且在其漏極處連接到預定的電源電壓；所述負載元件連接在所述輸出節(jié)點和預定的負極電勢之間；所述保持電容器連接在所述輸出節(jié)點和所述輸入節(jié)點之間；所述采樣晶體管連接到所述輸入節(jié)點和所述信號線；所述第一檢測晶體管連接在所述輸出節(jié)點和第一地電勢之間；所述第二檢測晶體管連接在所述輸入節(jié)點和第二地電勢之間；所述開關晶體管插入在所述輸入節(jié)點和所述驅動晶體管的柵極之間；當所述采樣晶體管被所述掃描線選中時，所述采樣晶體管工作，以對來自所述信號線的輸入信號采樣，并提供所采樣的輸入信號，以使其保持到所述保持電容器中；當所述開關晶體管被所述掃描線選中時，所述開關晶體管被導通，以將所述保持電容器連接到所述驅動晶體管的柵極；所述驅動晶體管響應于所述保持電容器所保持的信號電勢，用電流來驅動所述負載元件；并且當所述第一和第二檢測晶體管被所述掃描線選中時，所述第一和第二檢測晶體管工作，以在用電流驅動所述負載元件之前檢測所述驅動晶體管的閾值電壓，并提供所檢測到的電勢，以使其保持在所述保持電容器中，以便提前消除閾值電壓的影響。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，提供了一種顯示裝置，包括沿行延伸的多條掃描線；沿列延伸的多條信號線；和以矩陣形式布置在在其處所述掃描線和所述信號線彼此相交的交點處的多個像素；其中每個所述像素包括有機電致發(fā)光元件、保持電容器和五個n溝道薄膜晶體管，所述薄膜晶體管包括采樣晶體管、驅動晶體管、開關晶體管、第一檢測晶體管和第二檢測晶體管；所述驅動晶體管在其柵極處連接到輸入節(jié)點，在其源極處連接到輸出節(jié)點，并且在其漏極處連接到預定的電源電壓；所述有機電致發(fā)光元件連接在所述輸出節(jié)點和預定的負極電勢之間；所述保持電容器連接在所述輸出節(jié)點和所述輸入節(jié)點之間；所述采樣晶體管連接到所述輸入節(jié)點和所述信號線；所述第一檢測晶體管連接在所述輸出節(jié)點和第一地電勢之間；所述第二檢測晶體管連接在所述輸入節(jié)點和第二地電勢之間；所述開關晶體管插入在所述輸入節(jié)點和所述驅動晶體管的柵極之間；當所述采樣晶體管被所述掃描線選中時，所述采樣晶體管工作，以對來自所述信號線的輸入信號采樣，并提供所采樣的輸入信號，以使其保持到所述保持電容器中；當所述開關晶體管被所述掃描線選中時，所述開關晶體管被導通，以將所述保持電容器連接到所述驅動晶體管的柵極；所述驅動晶體管響應于所述保持電容器所保持的信號電勢，用電流來驅動所述有機電致發(fā)光元件；并且當所述第一和第二檢測晶體管被所述掃描線選中時，所述第一和第二檢測晶體管工作，以在用電流驅動所述有機電致發(fā)光元件之前檢測所述驅動晶體管的閾值電壓，并提供所檢測到的電勢，以使其保持在所述保持電容器中，以便提前消除閾值電壓的影響。
根據(jù)本發(fā)明，像素電路包括電光元件、保持電容器和五個n溝道薄膜晶體管，其中薄膜晶體管包括采樣晶體管、驅動晶體管、開關晶體管、第一檢測晶體管和第二檢測晶體管。像素電路具有保持電容器的自舉功能，因此，即使諸如發(fā)光元件之類的電流驅動類型的電光元件的I-V特性隨時間變化，發(fā)光亮度也可以保持固定。另外，由第一和第二檢測晶體管檢測驅動晶體管的閾值電壓，并且由電路裝置來補償驅動晶體管的閾值電壓的變化。從而，可以穩(wěn)定地驅動電磁元件。具體地說，像素電路由一個保持電容器和五個晶體管組成，并且具有包括最小數(shù)目的電路元件的合理配置。因為組成元件的數(shù)目小，所以提高了產量，并可以預期成本減少。另外，根據(jù)本發(fā)明，開關晶體管連接在輸入節(jié)點和驅動晶體管的柵極之間。從而，驅動晶體管可以直接連接到電源電勢，不需要插入開關晶體管，因此，可以消除過多的功耗。另外，因為開關晶體管連接到驅動晶體管的柵極，所以不需要高電流供應能力，從而可以預期實現(xiàn)小型化。
結合附圖，從下面的描述以及所附權利要求中，本發(fā)明的上述以及其他目的、特征和優(yōu)點將變得清楚，在附圖中，相似的部件或元件由相似的標號表示。


圖1是示出了像素電路的示例的框圖；
圖2A至圖2F是圖示了圖1所示的像素電路的操作的電路圖；圖3A至圖3F是圖示了圖1所示的像素電路的操作的時序圖；圖4是示出了像素電路的另一示例的電路圖；圖5是圖示了圖4所示的像素電路的操作的時序圖；圖6是示出了應用了本發(fā)明的像素電路的配置的電路圖；圖7是圖示了圖6所示的像素電路的操作的時序圖；圖8是示出了應用了本發(fā)明的另一像素電路的配置的電路圖；圖9是圖示了圖8所示的像素電路的操作的時序圖；圖10是示出了傳統(tǒng)的有機EL顯示裝置的配置的框圖；圖11是示出了傳統(tǒng)像素電路的示例的電路圖；圖12是圖示了EL元件的特性老化的曲線圖；圖13是示出了傳統(tǒng)像素電路的另一示例的電路圖；圖14是圖示了圖13所示的像素電路的操作的時序圖；圖15A和圖15B是圖示了驅動晶體管和EL元件的工作點的曲線圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在參考附圖詳細描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。為了描述方便，首先描述具有發(fā)光元件特性變化補償功能(自舉功能(bootstrap function))的像素電路，然后描述另外具有驅動晶體管閾值電壓變化補償功能的另一像素電路，其中所述發(fā)光元件作為負載元件。此后，描述具有上述補償功能同時又是由最少數(shù)目的電路組件組成的更多像素電路。圖1示出了包括有具有自舉功能(對作為電光元件的發(fā)光元件的特性變化的補償功能)的像素電路的顯示裝置的配置。應該注意，在本專利申請的受讓人于2003年5月23日在日本提交的日本專利申請No.2003-146758中公開了圖1所示的電路配置。
參考圖1，所示的顯示裝置100包括像素陣列部分102、水平選擇器(HSEL)103、寫掃描器(WSCN)104和驅動掃描器(DSCN)105，其中在像素陣列部分102中像素電路(PXLC)101排列成矩陣。顯示裝置100還包括信號線DTL101至DTLI0n、掃描線WSL101至WSL10m和掃描線DSL101至DSL10m，其中信號線DTL101至DTL10n用于被水平選擇器103選中，從而向其提供基于亮度信息的信號，掃描線WSL101至WSL10m用于被寫掃描器104選擇性地驅動，掃描線DSL101至DSL10m用于被驅動掃描器105選擇性地驅動。應該注意，為了簡化圖示，圖1中示出了一個像素電路的具體配置。
像素電路101包括n溝道TFT111至115、電容器C111、由有機EL元件(OLED有機發(fā)光二極管)形成的發(fā)光元件117和節(jié)點ND111及ND112。另外，在圖1中，標號DTL101表示信號線，WSL101表示掃描線，DSL101表示另一掃描線。在這些組件中，TFT111用作驅動場效應晶體管，采樣TFT115用作第一開關，TFT114用作第二開關，電容器C111用作保持電容元件。
在像素電路101中，發(fā)光元件(OLED)117插入在TFT111的源極和地電勢GND之間。更具體地說，發(fā)光元件117的正極連接到TFT111的源極，發(fā)光元件117的負極一側連接到地電勢GND。節(jié)點ND111是由發(fā)光元件117的正極和TFT111的源極之間的連接點形成的。TFT111的源極連接到TFT114的漏極以及電容器C111的第一電極，并且TFT111的柵極連接到節(jié)點ND112。TFT114的源極連接到固定電勢(在本實施例中，連接到地電勢GND)，并且TFT114的柵極連接到掃描線DSL101。電容器C111的第二電極連接到節(jié)點ND112。采樣TFT115的源極和漏極分別連接到信號線DTL101和節(jié)點ND112。TFT115的柵極連接到掃描線WSL101。
這樣，根據(jù)本實施例的像素電路101被如此配置電容器C111連接在用作驅動晶體管的TFT111的柵極和源極之間，以致TFT111的源極電勢通過用作開關晶體管的TFT114連接到固定電勢。
現(xiàn)在，參考圖2A至圖2F以及圖3A至圖3F主要結合像素電路的操作來描述具有上述配置的顯示裝置100的操作。應該注意，圖3A圖示了施加于像素陣列第一行的掃描線WSL101的掃描信號ws[1]；圖3B圖示了施加于像素陣列第二行的掃描線WSL102的另一掃描信號ws[2]；圖3C圖示了施加于像素陣列第一行的掃描線DSL101的驅動信號ds[1]；圖3D圖示了施加于像素陣列第二行的掃描線DSL102的另一驅動信號ds[2]；圖3E圖示了TFT111的柵極電勢Vg(節(jié)點112)；圖3F圖示了TFT111的源極電勢Vs(節(jié)點ND111)。
首先，在EL發(fā)光元件117的普通發(fā)光狀態(tài)中，送往掃描線WSL101、WSL102、…的掃描信號ws[1]、ws[2]、…被寫掃描器104選擇性地設置為低電平，送往掃描線DSL101、DSL102、…的驅動信號ds[1]、ds[2]、…被驅動掃描線105選擇性地設置為低電平，如圖3A至圖3D所示。結果，在像素電路101中，TFT115和TFT114被保持在切斷狀態(tài)，如圖2A所示。
然后，在EL發(fā)光元件117的非發(fā)光期內，送往掃描線WSL101、WSL102、…的掃描信號ws[1]、ws[2]、…被寫掃描器104保持在低電平，送往掃描線DSL101、DSL102、…的驅動信號ds[1]、ds[2]、…被驅動掃描線105選擇性地設置為高電平，如圖3A至圖3D所示。結果，在像素電路101中，TFT114被接通，而TFT115被保持在切斷狀態(tài)，如圖2B所示。于是，電流流經TFT114，并且TFT111的源極電勢Vs下降到地電勢GND，如圖3F所示。因此，施加于發(fā)光元件117的電壓也下降到0V，并且使得發(fā)光元件117處于非發(fā)光狀態(tài)。
此后，當送往掃描線DSL101、DSL102、…的驅動信號ds[1]、ds[2]、…被驅動掃描器105保持在高電平時，送往掃描線WSL101、WSL102、…的掃描信號ws[1]、ws[2]、…被寫掃描器104選擇性地設置為高電平，如圖3A至圖3D所示。結果，在像素電路101中，當TFT114被保持在接通狀態(tài)時，使得TFT115處于接通狀態(tài)，如圖2C所示。從而，由水平選擇器103傳送到信號線DTL101的輸入信號(Vin)被寫入到作為保持電容器的電容器C111中。此時，因為作為驅動晶體管的TFT111的源極電勢Vs等于地電勢電平(GND電平)，所以TFT111的柵極和源極之間的電勢差等于輸入信號的信號Vin。
此后，在發(fā)光元件117的非發(fā)光期內，當送往掃描線DSL101、DSL102、…的驅動信號ds[1]、ds[2]、…被驅動掃描器105保持在高電平時，送往掃描線WSL101、WSL102、…的掃描信號ws[1]、ws[2]、…被寫掃描器104選擇性地設置為低電平，如圖3A至圖3D所示。結果，在像素電路101中，使得TFT115處于切斷狀態(tài)，如圖2D所示，并且由此完成向作為保持電容器的電容器C111的輸入信號寫入。
此后，送往掃描線WSL101、WSL102、…的掃描信號ws[1]、ws[2]、…被寫掃描器104保持在低電平，送往掃描線DSL101、DSL102、…的驅動信號ds[1]、ds[2]、…被驅動掃描線105選擇性地設置為低電平，如圖3A至圖3D所示。結果，在像素電路101中，使得TFT114處于切斷狀態(tài)，如圖2E所示。在TFT114處于切斷狀態(tài)后，作為驅動晶體管的TFT111的源極電勢Vs升高，并且電流也流向發(fā)光元件117。
雖然TFT111的源極電勢Vs變化，但是柵極-源極電壓正常地保持在電壓Vin，如圖3E和3F所示。此時，因為作為驅動晶體管的TFT111工作于飽和區(qū)，所以流經TFT111的電流值Ids取決于TFT111的柵極-源極電壓Vin。電流Ids還類似地流向發(fā)光元件117，從而，發(fā)光元件117發(fā)光。圖2F中示出了發(fā)光元件117的等效電路，從而，節(jié)點ND111處的電勢上升為這樣的柵極電勢，在該柵極電勢下電流Ids流過EL發(fā)光元件117。隨著電勢以這種方式上升，節(jié)點ND112處的電勢通過電容器C111(保持電容器)也類似地上升。從而，TFT111的柵極-源極電壓保持在電壓Vin，如上文所述。
通常，EL發(fā)光元件的I-V特性隨著其發(fā)光時間的增加而惡化。因此，即使驅動晶體管提供了相等值的電流，施加于EL發(fā)光元件的電勢也會變化，并且節(jié)點ND111處的電勢會下降。然而，在本電路中，因為節(jié)點ND111處的電勢下降，同時驅動晶體管的柵極-源極電壓保持固定，所以要流向驅動晶體管(TFT111)的電流不改變。從而，流向EL發(fā)光元件的電流也不改變，并且即使EL發(fā)光元件的I-V特性惡化，與輸入電壓Vin相對應的電流也繼續(xù)流動。
如上所述，在用作像素電路的參考的本構成中，作為驅動晶體管的TFT111的源極連接到發(fā)光元件117的正極，而TFT111的漏極連接到電源電勢Vcc，并且電容器C111連接在TFT111的柵極和源極之間，從而TFT111的源極電勢通過作為開關晶體管的TFT114連接到固定的電勢。從而，可以預期下列優(yōu)點。具體地說，即使EL發(fā)光元件的I-V特性隨時間變化，也可以獲得沒有亮度惡化的源跟隨輸出。另外，可以實現(xiàn)n溝道晶體管的源跟隨電路，并且可以在使用n溝道晶體管作為EL發(fā)光元件的驅動元件的同時使用現(xiàn)有正極和負極電極。另外，可以只用n溝道晶體管來形成像素電路的晶體管，從而可以在TFT產品中使用a-Si工藝。結果，可以預期低成本的TFT產品。
圖4示出了除了具有上文參考圖1所描述的自舉功能之外還具有閾值電壓消除功能的像素電路的配置。圖4所示的像素電路與2003年6月4日在日本提交的日本專利申請No.2003-159646中公開的像素電路相同，該申請也被轉讓給了本專利申請的受讓人。圖4的像素電路基本上由其中加入了閾值電壓消除電路的圖1的像素電路組成。然而，掃描線WSL101代替了掃描線DSL101連接到自舉電路中包括的TFT114的柵極，以簡化電路配置。基本上只需要控制自舉電路中包括的TFT114，使得TFT114與視頻信號的采樣相同步地被接通和切斷，因此上述這種簡化是允許的。自然地，專用的掃描線DSL101可以連接到TFT114的柵極，與圖1的示例相類似。
參考圖4，閾值電壓消除電路基本上包括驅動晶體管111、開關晶體管112、額外開關晶體管113和電容器C111。除了閾值電壓消除電路的組件之外，圖4所示的像素電路包括耦合電容器C112和開關晶體管116。額外配置的開關晶體管113的源極/漏極連接在TFT111的柵極和漏極之間。另外，開關晶體管116的漏極連接到TFT115的漏極，并且向開關晶體管116的源極提供偏置電壓Vofs。耦合電容器C112布置在TFT115一側的節(jié)點ND114和驅動晶體管111一側的節(jié)點ND112之間。用于消除閾值電壓(Vth)的掃描線AZL101連接到開關晶體管113和116的柵極。
圖5圖示了圖4所示的像素電路的操作。在一個場周期內(1f)，像素電路依次執(zhí)行閾值電壓Vth校正、信號寫入和自舉操作。閾值電壓Vth校正和信號寫入是在1f的非發(fā)光期內執(zhí)行的，而自舉操作是在發(fā)光期最初執(zhí)行的。另外，在閾值電壓Vth校正期內，掃描線AZL101上升為高電平，而掃描線DSL101仍保持高電平。從而，開關晶體管112和113被同時接通，因此，電流流動，并且與TFT111的柵極相連的節(jié)點ND112處的電勢上升。此后，掃描線DSL101下降為低電平，從而，使得發(fā)光元件117處于非發(fā)光狀態(tài)。從而，在節(jié)點ND112處積累的電荷通過開關晶體管113放電，并且節(jié)點ND112處的電勢逐漸下降。然后，當節(jié)點ND112和節(jié)點ND111之間的電勢差變?yōu)榈扔陂撝惦妷篤th時，通過TFT111的電流停止。從圖5可以清楚看到，節(jié)點ND112和節(jié)點ND111之間的電勢差對應于柵極-源極電壓Vgs，并且根據(jù)表達式(1)，當達到Vgs＝Vth時，電流值Ids變?yōu)榈扔?。結果，節(jié)點ND112和節(jié)點111之間的閾值電壓Vth被電容器C111保持。
然后，掃描線WSL101在1H周期內表現(xiàn)為高電平，并且在該周期內，采樣晶體管115導通，并且執(zhí)行信號的寫入。具體地說，提供給信號線DTL101的視頻信號Vsig被采樣晶體管115采樣，并通過耦合電容器C112被寫入到電容器C111中。結果，電容器C111所保持的電勢Vin變?yōu)榈扔谙惹皩懭氲拈撝惦妷篤th與視頻信號Vsig之和。然而，視頻信號Vsig的輸入增益不是100％，而是有一定損耗。
此后，掃描線DSL101升為高電平，并且開始發(fā)光，并且執(zhí)行自舉操作。從而，根據(jù)EL發(fā)光元件117的I-V特性，施加于驅動晶體管111的柵極的信號電勢Vin上升了ΔV。這樣，圖4的像素電路向施加于驅動晶體管111的柵極的凈信號分量中添加閾值電壓Vth和電壓ΔV。即使閾值電壓Vth和電壓ΔV變化，因為可以消除這種變化的影響，所以還是可以穩(wěn)定地驅動發(fā)光元件117。
圖6示出了應用了本發(fā)明并且組成其的元件數(shù)目相對于上文參考圖4所描述的像素電路元件數(shù)目減少了的像素電路。參考圖6，本像素電路101位于掃描線和信號線彼此相交的每個交點處，并且可以應用于有源矩陣類型的顯示裝置。雖然信號線的數(shù)目只有一條，即信號線DTL101，但是掃描線的數(shù)目是四條，包括彼此平行布置的掃描線WSL101、DSL101、AZL101a和AZL101b。像素電路101基本上由五個n溝道薄膜晶體管組成，其包括電光元件117、電容器C111、采樣晶體管115、驅動晶體管111、開關晶體管112、第一檢測晶體管114和第二檢測晶體管113。這樣，像素電路101由一個保持電容器和五個晶體管組成，并且與圖4所示的像素電路相比較，電容元件的數(shù)目少了一個，并且晶體管的數(shù)目也少了一個。因為組件元件的數(shù)目較少，所以可以提高產量，并且同樣地降低成本。
保持電容器C111在其一端連接到驅動晶體管111的源極，而在其另一端類似地連接到驅動晶體管111的柵極。在圖6中，驅動晶體管111的柵極由節(jié)點ND112表示，并且驅動晶體管111的源極類似地由節(jié)點ND111表示。因此，保持電容器C111連接在節(jié)點ND111和節(jié)點ND112之間。電光元件117例如是由二極管結構的有機EL元件形成的，并且具有正極和負極。有機EL元件117在其正極處連接到驅動晶體管111的源極(節(jié)點ND111)，并且在其負極處連接到預定的負極電勢Vcath。應該注意，有機EL元件117在其正極和負極之間包括電容分量，并且該電容分量由Cp表示。
第一檢測晶體管114在其源極處連接到第一地電勢Vss1，并且在其漏極處連接到驅動晶體管111的源極(節(jié)點ND111)。第一檢測晶體管114還在其柵極處連接到掃描線AZL101a。第二檢測晶體管113在其源極處連接到第二地電勢Vss2，并且在其漏極處連接到驅動晶體管111的柵極(節(jié)點ND112)。另外，第二檢測晶體管113在其柵極處連接到掃描線AZL101b。
采樣晶體管115在其源極處連接到信號線DTL101，在其漏極處連接到驅動晶體管111的柵極(節(jié)點ND112)，并且在其柵極處連接到掃描線WSL101。開關晶體管112在其漏極處連接到電源電勢Vcc，在其源極處連接到驅動晶體管111的漏極，并且在其柵極處連接到掃描線DSL101。掃描線AZL101a、AZL101b和DSL101與掃描線WSL101平行布置，并且在適當?shù)亩〞r處被外圍掃描器以行序進行掃描。
當采樣晶體管115被掃描線WSL101選中時，其工作來對來自信號線DTL101的輸入信號Vsig采樣，并且通過節(jié)點ND112使所采樣的輸入信號Vsig置于保持電容器C111中。驅動晶體管111響應于保持電容器C111中所保持的信號電勢Vin，用電流來驅動電光元件117。當開關晶體管112被掃描線DSL101選中時，其被導通，以從電源電勢Vcc向驅動晶體管111提供電流。當?shù)谝粰z測晶體管114和第二檢測晶體管113分別被掃描線AZL101a和AZL101b選中時，它們工作來在電流驅動電光元件117之前檢測驅動晶體管111的閾值電壓Vth，并且將檢測到的電勢保持到保持電容器C111中，以便消除閾值電壓Vth的影響。
作為確保像素電路101的正常操作的條件，第一地電勢Vss1被設置為低于通過從第二地電勢Vss2減去驅動晶體管的閾值電壓Vth計算得到的電平。換言之，第一地電勢Vss1被設置為滿足Vss1＜Vss2-Vth。另外，通過將有機EL元件117的閾值電壓VthEL加到負極電勢Vcath計算得到的電平被設置為高于通過從第一地電勢Vss1減去驅動晶體管111的閾值電壓Vth計算得到的另一電平。這由表達式Vcath+VthEL＞Vss1-Vth表示。優(yōu)選地，第二地電勢Vss2的電平被設置為在從信號線DTL101提供的輸入信號Vsig的最低電平附近的值。
參考圖7的時序圖詳細描述圖6所示的像素電路的操作。圖7的時序圖表示一個場(1F)開始于定時T1，結束于另一定時T6。在進入該場之前的定時T0處，掃描線WSL101、AZL101a和AZL101b具有低電平，而掃描線DSL101具有高電平。因此，開關晶體管112處于接通狀態(tài)，而采樣晶體管115和檢測晶體管113和114成對處于切斷狀態(tài)。此時，驅動晶體管111響應于出現(xiàn)在節(jié)點ND112處的電勢，提供驅動電流，以激勵電光元件117發(fā)光。此時，驅動晶體管111的源極電勢(節(jié)點ND111處的電勢)被保持在預定的工作點。圖7的時序示了節(jié)點ND112處的電勢和節(jié)點ND111處的電勢，它們分別表示了驅動晶體管111的柵極電勢和源極電勢的變化。
在定時T1處，掃描線AZL101a和AZL101b都從低電平上升為高電平。結果，第一檢測晶體管114和第二檢測晶體管113都從切斷狀態(tài)改變?yōu)榻油顟B(tài)。結果，節(jié)點ND112處的電勢快速下降為第二地電勢Vss2，并且節(jié)點ND111處的電勢也快速下降為第一地電勢Vss1。此時，因為如上文所述第一地電勢Vss1和第二地電勢Vss2被設置為滿足Vss1＜Vss2-Vth，所以驅動晶體管111保持在接通狀態(tài)，并且漏極電流Ids流動。此時，因為滿足Vcath+VthEL＞Vss1-Vth的關系，所以有機EL元件117處于反轉偏壓狀態(tài)，并且沒有電流流過它。因此，有機EL元件117處于非發(fā)光狀態(tài)。驅動晶體管111的漏極Ids電流通過處于接通狀態(tài)的第一檢測晶體管114流向第一地電勢Vss1一側。
然后，在定時T2處，掃描線AZL101a從高電平變?yōu)榈碗娖?，從而，第一檢測晶體管114從接通狀態(tài)改變?yōu)榍袛酄顟B(tài)。結果，中斷了流經驅動晶體管111的漏極電流Ids的電流路徑，并且節(jié)點ND111處的電勢逐漸上升。當節(jié)點ND111處的電勢和節(jié)點ND112處的電勢之間的電勢差變?yōu)榈扔陂撝惦妷篤th時，驅動晶體管111從接通狀態(tài)改變?yōu)榍袛酄顟B(tài)，并且漏極電流Ids停止。在節(jié)點ND111和節(jié)點ND112之間出現(xiàn)的電勢差Vth被保持電容器C111保持。這樣，當?shù)谝缓偷诙z測晶體管114和113在適當?shù)亩〞r處分別被掃描線AZL101a和AZL101b選中時，它們就工作，并且檢測驅動晶體管111的閾值電壓Vth，并且將該閾值電壓Vth置于保持電容器C111中。
此后，在定時T3處，掃描線AZL101b從高電平變?yōu)榈碗娖?，并且掃描線DSL101凡乎在相同的定時處也從高電平變?yōu)榈碗娖?。結果，第二檢測晶體管113和開關晶體管112從接通狀態(tài)改變?yōu)榍袛酄顟B(tài)。在圖7的時序圖上，從定時T2到定時T3的這段時間被表示為Vth校正期，并且在保持電容器C111中將所檢測到的驅動晶體管111的閾值電壓Vth保持為校正電勢。
此后，在定時T4處，掃描線WSL101從低電平上升為高電平。從而，采樣晶體管115被導通，并且輸入電勢Vin被寫入到保持電容器C111中。輸入電勢被保持為這種形式其被加到驅動晶體管的閾值電壓Vth。結果，總是消除了驅動晶體管111的閾值電壓Vth的變化，因此，這表示執(zhí)行了Vth校正。應該注意，寫入到保持電容器C111中的輸入電勢Vin由下面的表達式表示Vin＝Cp/(Cs+Cp)×(Vsig-Vss2)其中，Cs是保持電容器C111的電容值，Cp是上述有機EL元件117的電容分量。通常，有機EL元件117的電容分量Cp大大高于保持電容器C111的電容值Cs。因此，輸入電勢Vin基本上等于Vsig-Vss2。在這種情形中，如果第二地電勢Vss2被設置為在輸入信號Vsig的暗電平(blacklevel)附近的值，則輸入信號Vin變?yōu)榛旧系扔谳斎胄盘朧sig。
此后，掃描線WSL101從高電平變回低電平，由此結束對輸入信號Vsig的采樣。然后在定時T5處，掃描線DSL101從低電平上升為高電平，并且使得開關晶體管112處于接通狀態(tài)。從而，從電源電勢Vcc向驅動晶體管111提供了驅動電流，以開始有機EL元件117的發(fā)光操作。因為電流流經有機EL元件117，所以出現(xiàn)電壓下降，并且節(jié)點ND111處的電勢上升。響應于該電勢上升，節(jié)點ND112處的電勢也上升，從而，驅動晶體管111的柵極電勢Vgs總是保持在Vin+Vth，而不管節(jié)點ND111處的電勢上升。結果，有機EL元件117持續(xù)發(fā)光，其亮度對應于輸入電壓Vin。當掃描線AZL101a和AZL101b在該場末端的定時T6處上升時，進入下一場的閾值電壓Vth校正期，并且從電光元件117的發(fā)光也停止。
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的像素電路。參考圖8，本像素電路101布置在掃描線和信號線彼此相交的每個交點處，并且可以應用于有源矩陣類型的顯示裝置。雖然信號線的數(shù)目只有一條，即信號線DTL101，但是掃描線的數(shù)目是四條，包括彼此平行布置的掃描線WSL101、DSL101、AZL101a和AZL101b。像素電路101基本上由五個n溝道薄膜晶體管組成，其包括電光元件117、保持電容器C111、采樣晶體管115、驅動晶體管111、開關晶體管112、第一檢測晶體管114和第二檢測晶體管113。與圖1所示的像素電路相比較，電容元件的數(shù)目少了一個，并且晶體管的數(shù)目也少了一個。因為所實現(xiàn)的像素電路由一個電容元件和五個晶體管組成，所以與傳統(tǒng)的像素電路相比，可以提高產量，并且降低成本。
驅動晶體管111在其柵極處連接到輸入節(jié)點ND112，在其源極處連接到輸出節(jié)點ND111，并且在其漏極處連接到預定的電源電勢Vcc。電光元件117是由二極管類型的有機EL元件形成的，并且具有正極和負極。電光元件117在其正極處連接到輸出節(jié)點ND111，并且在其負極處連接到預定的負極電勢Vcath。有機EL元件117包括與電阻分量并行的電容分量，并且電容分量由Cp表示。保持電容器C111連接在輸出節(jié)點ND111和輸入節(jié)點ND112之間。輸出節(jié)點ND111和輸入節(jié)點ND112之間的電勢差恰好等于驅動晶體管111的柵極電勢Vgs。采樣晶體管115在其源極處連接到信號線DTL101，在其漏極處連接到輸入節(jié)點ND112，并且在其柵極處連接到掃描線WSL101。
第一檢測晶體管114在其源極處連接到第一地電勢Vss1，在其漏極處連接到輸出節(jié)點ND111，并且在其柵極處連接到掃描線AZL101a。第二檢測晶體管113在其源極處連接到第二地電勢Vss2，在其漏極處連接到輸入節(jié)點ND112，并且在其柵極處連接到掃描線AZL101b。開關晶體管112在其源極/漏極處連接在輸入節(jié)點ND112和驅動晶體管111的柵極之間。開關晶體管112在其柵極處連接到掃描線DSL101。在圖4所示的參考示例中，雖然開關晶體管連接在電源電勢Vcc和驅動晶體管之間，但是在本實施例中，開關晶體管112連接在輸入節(jié)點和驅動晶體管的柵極之間。根據(jù)本實施例，因為驅動晶體管111可以直接連接到電源電勢Vcc，所以可以避免過多的功耗。另外，因為開關晶體管112連接到驅動晶體管111的柵極，所以其不需要高的電流提供能力，因此可以小型化。
當采樣晶體管115被掃描線WSL101選中時，其工作來對來自信號線DTL101的輸入信號Vsig采樣，并且將所采樣的輸入信號Vsig置于保持電容器C111中。當開關晶體管112被掃描線DSL101選中時，其被導通，以將保持電容器C111連接到驅動晶體管111的柵極。驅動晶體管111響應于保持電容器C111中所保持的信號電勢Vin，用電流來驅動電光元件117。當?shù)谝粰z測晶體管114和第二檢測晶體管113分別被不同的掃描線AZL101a和AZL101b選中時，它們都工作來在電流驅動電光元件117之前檢測驅動晶體管111的閾值電壓Vth，并且將檢測到的電勢置于保持電容器C111中，以便提前消除閾值電壓Vth的影響。從而，即使閾值電壓Vth變化，因為總是消除了這種變化，所以驅動晶體管111可以向有機EL元件117提供固定的漏極電流Ids，而不會受到閾值電壓Vth變化的影響。
為了使像素電路101正常工作，必須正確設置電勢關系。為此，第一地電勢Vss1被設置為低于通過從第二地電勢Vss2減去驅動晶體管的閾值電壓Vth計算得到的電平。這可以由表達式Vss1＜Vss2-Vth表示。另外，通過將有機EL元件117的閾值電壓VthEL加到負極電勢Vcath計算得到的電平設置為高于通過從第一地電勢Vss1減去驅動晶體管的閾值電壓Vth計算得到的另一電平。這由表達式Vcath+VthEL＞Vss1-Vth表示。該表達式表示有機EL元件117處于反轉偏壓狀態(tài)。優(yōu)選地，第二地電勢Vss2的電平被設置為在從信號線DTL101提供的輸入信號Vsig的最低電平附近的值。其中保持電容器C111的電容值由Cs表示，保持電容器C111所保持的信號電勢Vin由下面的表達式表示Vin＝(Vsig-Vss2)×(Cp/(Cs+Cp))有機EL元件117的電容分量Cp大大高于保持電容器的電容值Cs，所以信號電勢Vin基本上等于Vsig-Vss2。這里，因為第二地電勢Vss2被設置為在輸入信號Vsig的最低電平附近的電平，所以保持電容器C111所保持的信號電勢Vin基本上等于輸入信號Vsig的凈值。
參考圖9詳細描述圖8所示的像素電路的操作。圖9的時序圖表示一個場周期(1F)內四條掃描線WSL101、DSL101、AZL101a和AZL101b的電平變化。該時序圖還表示了一個場周期內驅動晶體管111的輸入節(jié)點ND112和輸出節(jié)點ND111處的電勢變化。一個場(1F)開始于定時T1，結束于另一定時T6。
在進入該場之前的定時T0處，掃描線DSL101具有高電平，而掃描線WSL101、AZL101a和AZL101b具有低電平。因此，開關晶體管112處于接通狀態(tài)，而剩下的采樣晶體管115、第一檢測晶體管114和第二檢測晶體管113處于切斷狀態(tài)。在這種狀態(tài)中，保持電容器C111所保持的信號電勢Vin通過處于導通狀態(tài)的開關晶體管112被施加于驅動晶體管111的柵極。因此，驅動晶體管111根據(jù)信號電勢，向有機EL元件117提供漏極電流Ids。結果，有機EL元件117發(fā)光，其亮度對應于視頻信號Vsig。
然后，在定時T1處，掃描線AZL101a和AZL101b同時都從低電平改變?yōu)楦唠娖?。結果，第一檢測晶體管114和第二檢測晶體管113都被同時接通。由于第二檢測晶體管113被接通，所以輸入節(jié)點ND112處的電勢快速下降為第二地電勢Vss2。另外，由于第一檢測晶體管114被接通，所以輸出節(jié)點ND111處的電勢快速下降為第一地電勢Vss1。結果，雖然驅動晶體管111的柵極電勢Vgs由Vss2-Vss1給出，但是因為該值高于驅動晶體管111的閾值電壓Vth，所以驅動晶體管111保持接通狀態(tài)，并且漏極電流Ids流動。另一方面，因為輸出節(jié)點ND111處的電勢下降為第一地電勢Vss1，所以使得有機EL元件117處于反轉偏壓狀態(tài)，并且沒有電流流過它。因此，有機EL元件117處于非發(fā)光狀態(tài)。驅動晶體管111的漏極電流Ids通過處于接通狀態(tài)的第一檢測晶體管114流向第一地電勢Vss1。
然后，在定時T2處，掃描線AZL101a從高電平變?yōu)榈碗娖剑瑥亩?，使得第一檢測晶體管114處于切斷狀態(tài)。結果，中斷了到驅動晶體管111的電流路徑，并且輸出節(jié)點ND111處的電勢逐漸上升。當輸出節(jié)點ND111和輸入節(jié)點ND112之間的電勢差變?yōu)榈扔隍寗泳w管111的閾值電壓Vth時，電流變?yōu)?，并且閾值電壓Vth被連接在節(jié)點ND112和節(jié)點ND111之間的保持電容器C111保持。這樣，驅動晶體管111的閾值電壓Vth被檢測晶體管對113和114檢測到，并且被保持電容器C111保持。從定時T2到定時T3的這段時間被表示為Vth校正期，在其中上述操作被執(zhí)行。應該注意，定時T3表示在電流減為0之后掃描線DSL101和掃描線AZL101b從高電平變?yōu)榈碗娖降亩〞r。結果，使得開關晶體管112處于切斷狀態(tài)，并且第二檢測晶體管113也處于切斷狀態(tài)。從而，輸入節(jié)點ND112被從驅動晶體管111的柵極以及第二地電勢Vss2斷開，因此此后可以執(zhí)行采樣操作。
在定時T4處，掃描線WSL101上升為高電平，并且采樣晶體管115接通。從而，從信號線DTL101提供的輸入信號Vsig被采樣，并且基本上等于輸入信號Vsig的凈值的輸入電勢Vin被寫入到保持電容器C111中。輸入電勢Vin被保持為這種形式其被加到先前被保持的閾值電壓Vth。
在以這種方式對視頻信號Vsig進行采樣結束后的定時T5處，掃描線DSL101再次上升為高電平，并且使得開關晶體管112處于接通狀態(tài)，從而開始從有機EL元件117發(fā)光。具體地說，保持電容器C111中所保持的輸入電勢Vin通過開關晶體管112被施加于驅動晶體管111的柵極。驅動晶體管111根據(jù)輸入電勢Vin，向有機EL元件117提供漏極電流Ids，以開始從有機EL元件117發(fā)光。在電流開始流經有機EL元件117后，出現(xiàn)電壓下降，并且輸出節(jié)點ND111處的電平開始上升。同時，因為輸入節(jié)點ND112處的電勢也開始上升，所以保持電容器C111中所保持的電勢Vin+Vth保持固定。通過上述這種自舉操作，即使輸出節(jié)點ND111處的電平隨有機EL元件117的工作點變化而變化，驅動晶體管111也可以正常地提供固定的漏極電流Ids。最后，在定時T6處，掃描線AZL101a和AZL101b上升，開始下一場的閾值電壓Vth檢測操作。
雖然使用具體的術語描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但是這些描述僅僅是為了說明目的，應該理解，可以做出多種改變和變化，而不脫離所附權利要求的精神或范圍。
權利要求
1.一種布置于在其處掃描線和信號線彼此相交的交點處的像素電路，包括電光元件；保持電容器；和五個n溝道薄膜晶體管，包括采樣晶體管、驅動晶體管、開關晶體管、第一檢測晶體管和第二檢測晶體管；其中，所述保持電容器連接在所述驅動晶體管的源極和柵極之間；所述電光元件連接在所述驅動晶體管的源極和預定的負極電勢之間；所述第一檢測晶體管連接在所述驅動晶體管的源極和第一地電勢之間；所述第二檢測晶體管連接在所述驅動晶體管的柵極和第二地電勢之間；所述采樣晶體管連接在所述驅動晶體管的所述柵極和所述信號線之間；所述開關晶體管連接在所述驅動晶體管的漏極和預定的電源電勢之間；當所述采樣晶體管被所述掃描線選中時，所述采樣晶體管工作，以對來自所述信號線的輸入信號進行采樣，并提供所采樣的輸入信號，以使其被保持到所述保持電容器中；所述驅動晶體管響應于由所述保持電容器保持的信號電勢，用電流來驅動所述電光元件；當所述開關晶體管被所述掃描線選中時，所述開關晶體管被導通，以從所述電源電勢向所述驅動晶體管提供電流；并且當所述第一和第二檢測晶體管被所述掃描線選中時，所述第一和第二檢測晶體管工作，以在用電流驅動所述電光元件之前檢測所述驅動晶體管的閾值電壓，并提供所檢測到的電勢，以使其被保持在所述保持電容器中，以便提前消除閾值電壓的影響。
2.如權利要求1所述的像素電路，其中所述第一地電勢被設置為低于通過從所述第二地電勢減去所述驅動晶體管的閾值電壓計算得到的電平，并且通過將所述電光元件的閾值電壓加到所述負極電勢所計算得到的電平被設置為高于通過從所述第一地電勢減去所述驅動晶體管的閾值電壓計算得到的電平。
3.如權利要求2所述的像素電路，其中所述第二地電勢的電平被設置為在從所述信號線提供的輸入信號的最低電平附近的值。
4.一種有源矩陣裝置，包括沿行延伸的多條掃描線；沿列延伸的多條信號線；和以矩陣形式布置在在其處所述掃描線和所述信號線彼此相交的交點處的多個像素；其中，每個所述像素包括負載元件、保持電容器和五個n溝道薄膜晶體管，所述薄膜晶體管包括采樣晶體管、驅動晶體管、開關晶體管、第一檢測晶體管和第二檢測晶體管；所述保持電容器連接在所述驅動晶體管的源極和柵極之間；所述負載元件連接在所述驅動晶體管的源極和預定的負極電勢之間；所述第一檢測晶體管連接在所述驅動晶體管的源極和第一地電勢之間；所述第二檢測晶體管連接在所述驅動晶體管的柵極和第二地電勢之間；所述采樣晶體管連接在所述驅動晶體管的所述柵極和所述信號線之間；所述開關晶體管連接在所述驅動晶體管的漏極和預定的電源電勢之間；當所述采樣晶體管被所述掃描線選中時，所述采樣晶體管工作，以對來自所述信號線的輸入信號進行采樣，并提供所采樣的輸入信號，以使其被保持到所述保持電容器中；所述驅動晶體管響應于由所述保持電容器保持的信號電勢，用電流來驅動所述負載元件；當所述開關晶體管被所述掃描線選中時，所述開關晶體管被導通，以從所述電源電勢向所述驅動晶體管提供電流；并且當所述第一和第二檢測晶體管被所述掃描線選中時，所述第一和第二檢測晶體管工作，以在用電流驅動所述負載元件之前檢測所述驅動晶體管的閾值電壓，并提供所檢測到的電勢，以使其被保持在所述保持電容器中，以便提前消除閾值電壓的影響。
5.一種顯示裝置，包括沿行延伸的多條掃描線；沿列延伸的多條信號線；和以矩陣形式布置在在其處所述掃描線和所述信號線彼此相交的交點處的多個像素；其中每個所述像素包括有機電致發(fā)光元件、保持電容器和五個n溝道薄膜晶體管，所述薄膜晶體管包括采樣晶體管、驅動晶體管、開關晶體管、第一檢測晶體管和第二檢測晶體管；所述保持電容器連接在所述驅動晶體管的源極和柵極之間；所述有機電致發(fā)光元件連接在所述驅動晶體管的源極和預定的負極電勢之間；所述第一檢測晶體管連接在所述驅動晶體管的源極和第一地電勢之間；所述第二檢測晶體管連接在所述驅動晶體管的柵極和第二地電勢之間；所述采樣晶體管連接在所述驅動晶體管的所述柵極和所述信號線之間；所述開關晶體管連接在所述驅動晶體管的漏極和預定的電源電勢之間；當所述采樣晶體管被所述掃描線選中時，所述采樣晶體管工作，以對來自所述信號線的輸入信號進行采樣，并提供所采樣的輸入信號，以使其被保持到所述保持電容器中；所述驅動晶體管響應于由所述保持電容器保持的信號電勢，用電流來驅動所述有機電致發(fā)光元件；當所述開關晶體管被所述掃描線選中時，所述開關晶體管被導通，以從所述電源電勢向所述驅動晶體管提供電流；并且當所述第一和第二檢測晶體管被所述掃描線選中時，所述第一和第二檢測晶體管工作，以在用電流驅動所述有機電致發(fā)光元件之前檢測所述驅動晶體管的閾值電壓，并提供所檢測到的電勢，以使其被保持在所述保持電容器中，以便提前消除閾值電壓的影響。
6.一種布置于在其處掃描線和信號線彼此相交的交點處的像素電路，包括電光元件；保持電容器；和五個n溝道薄膜晶體管，包括采樣晶體管、驅動晶體管、開關晶體管、第一檢測晶體管和第二檢測晶體管；其中，所述驅動晶體管在其柵極處連接到輸入節(jié)點，在其源極處連接到輸出節(jié)點，并且在其漏極處連接到預定的電源電壓；所述電光元件連接在所述輸出節(jié)點和預定的負極電勢之間；所述保持電容器連接在所述輸出節(jié)點和所述輸入節(jié)點之間；所述采樣晶體管連接到所述輸入節(jié)點和所述信號線；所述第一檢測晶體管連接在所述輸出節(jié)點和第一地電勢之間；所述第二檢測晶體管連接在所述輸入節(jié)點和第二地電勢之間；所述開關晶體管插入在所述輸入節(jié)點和所述驅動晶體管的柵極之間；當所述采樣晶體管被所述掃描線選中時，所述采樣晶體管工作，以對來自所述信號線的輸入信號進行采樣，并提供所采樣的輸入信號，以使其被保持到所述保持電容器中；當所述開關晶體管被所述掃描線選中時，所述開關晶體管被導通，以將所述保持電容器連接到所述驅動晶體管的柵極；所述驅動晶體管響應于由所述保持電容器保持的信號電勢，用電流來驅動所述電光元件；并且當所述第一和第二檢測晶體管被所述掃描線選中時，所述第一和第二檢測晶體管工作，以在用電流驅動所述電光元件之前檢測所述驅動晶體管的閾值電壓，并提供所檢測到的電勢，以使其被保持在所述保持電容器中，以便提前消除閾值電壓的影響。
7.如權利要求6所述的像素電路，其中所述第一地電勢被設置為低于通過從所述第二地電勢減去所述驅動晶體管的閾值電壓計算得到的電平，并且通過將所述電光元件的閾值電壓加到所述負極電勢所計算得到的電平被設置為高于通過從所述第一地電勢減去所述驅動晶體管的閾值電壓計算得到的電平。
8.如權利要求7所述的像素電路，其中所述第二地電勢的電平被設置為在從所述信號線提供的輸入信號的最低電平附近的值。
9.一種有源矩陣裝置，包括沿行延伸的多條掃描線；沿列延伸的多條信號線；和以矩陣形式布置在在其處所述掃描線和所述信號線彼此相交的交點處的多個像素；其中每個所述像素包括負載元件、保持電容器和五個n溝道薄膜晶體管，所述薄膜晶體管包括采樣晶體管、驅動晶體管、開關晶體管、第一檢測晶體管和第二檢測晶體管；所述驅動晶體管在其柵極處連接到輸入節(jié)點，在其源極處連接到輸出節(jié)點，并且在其漏極處連接到預定的電源電壓；所述負載元件連接在所述輸出節(jié)點和預定的負極電勢之間；所述保持電容器連接在所述輸出節(jié)點和所述輸入節(jié)點之間；所述采樣晶體管連接到所述輸入節(jié)點和所述信號線；所述第一檢測晶體管連接在所述輸出節(jié)點和第一地電勢之間；所述第二檢測晶體管連接在所述輸入節(jié)點和第二地電勢之間；所述開關晶體管插入在所述輸入節(jié)點和所述驅動晶體管的柵極之間；當所述采樣晶體管被所述掃描線選中時，所述采樣晶體管工作，以對來自所述信號線的輸入信號進行采樣，并提供所采樣的輸入信號，以使其被保持到所述保持電容器中；當所述開關晶體管被所述掃描線選中時，所述開關晶體管被導通，以將所述保持電容器連接到所述驅動晶體管的柵極；所述驅動晶體管響應于由所述保持電容器保持的信號電勢，用電流來驅動所述負載元件；并且當所述第一和第二檢測晶體管被所述掃描線選中時，所述第一和第二檢測晶體管工作，以在用電流驅動所述負載元件之前檢測所述驅動晶體管的閾值電壓，并提供所檢測到的電勢，以使其被保持在所述保持電容器中，以便提前消除閾值電壓的影響。
10.一種顯示裝置，包括沿行延伸的多條掃描線；沿列延伸的多條信號線；和以矩陣形式布置在在其處所述掃描線和所述信號線彼此相交的交點處的多個像素；其中每個所述像素包括有機電致發(fā)光元件、保持電容器和五個n溝道薄膜晶體管，所述薄膜晶體管包括采樣晶體管、驅動晶體管、開關晶體管、第一檢測晶體管和第二檢測晶體管；所述驅動晶體管在其柵極處連接到輸入節(jié)點，在其源極處連接到輸出節(jié)點，并且在其漏極處連接到預定的電源電壓；所述有機電致發(fā)光元件連接在所述輸出節(jié)點和預定的負極電勢之間；所述保持電容器連接在所述輸出節(jié)點和所述輸入節(jié)點之間；所述采樣晶體管連接到所述輸入節(jié)點和所述信號線；所述第一檢測晶體管連接在所述輸出節(jié)點和第一地電勢之間；所述第二檢測晶體管連接在所述輸入節(jié)點和第二地電勢之間；所述開關晶體管插入在所述輸入節(jié)點和所述驅動晶體管的柵極之間；當所述采樣晶體管被所述掃描線選中時，所述采樣晶體管工作，以對來自所述信號線的輸入信號進行采樣，并提供所采樣的輸入信號，以使其被保持到所述保持電容器中；當所述開關晶體管被所述掃描線選中時，所述開關晶體管被導通，以將所述保持電容器連接到所述驅動晶體管的柵極；所述驅動晶體管響應于由所述保持電容器保持的信號電勢，用電流來驅動所述有機電致發(fā)光元件；并且當所述第一和第二檢測晶體管被所述掃描線選中時，所述第一和第二檢測晶體管工作，以在用電流驅動所述有機電致發(fā)光元件之前檢測所述驅動晶體管的閾值電壓，并提供所檢測到的電勢，以使其被保持在所述保持電容器中，以便提前消除閾值電壓的影響。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有對電光元件的特性變化以及晶體管的閾值電壓變化進行補償?shù)墓δ艿南笏仉娐?，該象素電路由減少了數(shù)目的組成元件形成。像素電路包括電光元件、保持電容器和五個n溝道薄膜晶體管，其中薄膜晶體管包括采樣晶體管、驅動晶體管、開關晶體管以及第一和第二檢測晶體管。采樣晶體管對來自信號線的輸入信號進行采樣，并提供其以使其被保持在保持電容器中。驅動晶體管響應于所保持的信號電勢，用電流來驅動電光元件。第一和第二檢測晶體管檢測驅動晶體管的閾值電壓，并且將所檢測到的電壓提供到保持電容器中，以便提前消除閾值電壓的影響。
文檔編號H01L51/50GK1705001SQ20051007357
公開日2005年12月7日 申請日期2005年6月2日 優(yōu)先權日2004年6月2日
發(fā)明者內野勝秀, 山下淳一, 山本哲郎 申請人:索尼株式會社