像素電路的驅動方法、像素電路以及電子設備的制作方法

專利名稱：像素電路的驅動方法、像素電路以及電子設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及像素電路的驅動方法、像素電路以及電子設備，特別涉及在電流編程方式中補償Vth的方法。
背景技術：
近年來，應用有機EL(Electronic Luminescence)元件的顯示器越來越引人注目。有機EL元件，是一種根據流過自身的驅動電流設定亮度的電流驅動型元件。在對采用有機EL元件的像素供給數據的方法中，包括基于電壓對數據線進行數據的供給的電壓編程方式，和基于電流對數據線進行數據的供給的電流編程方式。作為電壓編程方式的問題之一，可能舉出依賴于驅動晶體管的閾值電壓(以下稱為「Vth」)的驅動電流的散差，對此的對策以往也已提出。
圖17表示以往的電壓編程方式的像素電路圖。該像素電路，具有有機EL元件OLED、電容器C1以及3個n溝道型晶體管T1～T3，在晶體管T3的柵極與源極之間設置電容器C1。該像素電路，通過對置電極的電壓Vca的擺動，按以下的步驟動作。首先，讓晶體管T1截止，晶體管T2導通，將有機EL元件OLED的陰極電壓設定為Vca＝-18V。由此，由于晶體管T3導通，所以有機EL元件OLED的陽極變為比-Vth(Vth是晶體管T3的閾值)更低的電壓，在電容器C1中儲存比Vth高的電壓。接下來，在晶體管T2截止，晶體管T3的柵極變為懸浮狀態后，將陰極電壓設定為Vca＝10V，在有機EL元件OLED上施加反向偏壓。由此，在晶體管T3截止的同時，接收到陰極電壓Vca的電壓變化，晶體管T3的柵極電壓變為比Vth高，由于晶體管T3再一次導通，有機EL元件OLED的陽極側大致變為0V。在該狀態，如果在晶體管T2導通的同時，陰極電壓返回到Vca＝0V，有機EL元件OLED的陽極，在由于電容耦合變為足夠低的電壓之后而落入到-Vth，將Vth保持在電容器C1中。在此之后，晶體管T1導通，晶體管T2截止，將規定像素灰度的數據電壓供給到像素電路。如果將有機EL元件OLED的自身電容設定比電容C1的電容大很多時，在陰極電壓為Vca＝0V時，有機元件OLED的陽極大致保持為-Vth，在電容器C1中保持為Vth+Vdata。并且，如果晶體管T1、T2均截止，那么將陰極電壓設定為Vca＝-18V。由于在電容器C1中保持為Vth+Vdata，與此成比例的溝道電流(驅動電流)流經晶體管T3的溝道，有機EL元件OLED發光。由此，通過在電容器C1預先保持Vth，將Vth作為基準進行數據的寫入，能夠補償晶體管T3的Vth的散差，能夠產生不依賴于Vth的驅動電流。
然而，電流編程方式一般與電壓編程方式不同，能夠產生不依賴驅動晶體管的Vth的均勻的驅動電流，這也是采用電流編程方式的優點之一。但是，作為其前提，以在給定的數據寫入期間使基于電流供給的數據(電流數據)的寫入全部結束為條件。由此，在該期間內沒有結束數據的寫入的情況，即在數據的寫入不足的情況下，在表示相同的灰度時，依賴Vth的散差，本來應該均勻的驅動電流而對每個驅動晶體管變為不同。作為這樣的情況，可以舉出例如，在大型顯示器中，數據線的寄生電容非常大的情況，在高分辨率顯示器中具有很多掃描線，不能確保數據寫入期間的情況，或者，在像素中應編程的電流非常小的情況(有機EL元件的高效率化、使用磷光材料時)等。另外，除了這些情況，在優先確保對比度時，作為設計規格，在某種程度上容忍低灰度區域的寫入不足，也有將應編程的電流范圍設定為更大。

發明內容
本發明，正是針對有關情況的發明，其目的在于在采用電流編程方式的像素電路中抑制依賴Vth的驅動電流的散差。
為解決上述課題，第一發明，提供一種像素電路的驅動方法。該驅動方法包括第1步驟，在將可變地生成數據電流的可變電流源與第1晶體管處于電隔離的狀態下，將成二極管連接的第1晶體管的柵極電壓設定為與第1晶體管的閾值電壓對應的偏置電壓；第2步驟，在可變電流源與第1晶體管處于電連接的狀態下，將設定偏置電壓成為基準的數據，并且與由可變電流源通過數據線供給的數據電流和相應的數據電流的供給時間之積對應的數據，寫入到與成二極管連接的第1晶體管的柵極連接的電容器中；和第3步驟，通過由將自身的柵極連接在電容器上的第2晶體管生成與保持在電容器中的數據對應的驅動電流，設定電光學元件的亮度。
在第一發明中，第1晶體管與第2晶體管也可以是相同的晶體管。并且，第1晶體管以及第2晶體管也可以是構成電流反射鏡電路的一對不同的晶體管。
在第一發明中，優選第1步驟包括讓設置在可變電流源與數據線之間的開關元件斷開的步驟；第2步驟包括讓開關元件接通的步驟。并且，也可以進一步具有第4步驟，其通過可變控制與數據線電容耦合的端子的電壓，調整在第1步驟中所設定的偏置電壓。這時，優選在第4步驟中偏置電壓的變化量，根據應該表示的灰度設定。并且，也可以進一步具有第5步驟，其在第1步驟中偏置電壓的設定之前，向數據線供給具有讓第1晶體管導通的電壓電平的給定電壓。
第二發明，提供一種像素電路，具有第1晶體管，其在通常情況下，或者通過開關晶體管的導通控制而選擇性成為二極管連接，同時根據通過數據線從可變電流源供給的數據電流，生成數據；電容器，其與第1晶體管的柵極連接，同時寫入由第1晶體管生成的數據；第2晶體管，其將自身的柵極與電容器連接，同時根據保持在電容器中的數據，生成驅動電流；和電光學元件，其根據由第2晶體管生成的驅動電流，設定亮度。在此，第1晶體管，在與可變電流源電隔離的狀態下，將自身的柵極電壓設定成與自身的閾值電壓對應的偏置電壓，并且，在與可變電流源電連接的狀態下，將設定偏置電壓成為基準的數據，并且與由可變電流源通過數據線供給的數據電流和相應的數據電流的供給時間之積對應的數據，寫入到電容器中。
在第二發明中，第1晶體管與第2晶體管也可以是相同的晶體管，第1晶體管以及第2晶體管也可以是構成電流反射鏡電路的一對不同的晶體管。
在第二發明中，也可以追加開關電路，其在將柵極電壓設定為偏置電壓的期間，將可變電流源與數據線之間電隔離，同時在將數據寫入到電容器中的期間，將可變電流源與數據線之間電連接。并且也可以追加預充電調整電路，其通過可變控制與數據線電容耦合的端子的電壓，調整偏置電壓。這時，優選預充電調整電路根據應該顯示的灰度，控制偏置電壓的變化量。進一步，也可以追加預充電促進電路，其在將柵極電壓設定為偏置電壓的期間之前，向數據線供給具有讓第1晶體管導通的電壓電平的給定電壓。
第三發明，提供一種電子設備，安裝有有關上述第二發明的像素電路構成的電光學裝置。
在本發明中，預先將第1晶體管的柵極電壓設定為偏置電壓，根據電流編程方式進行向電容器的數據寫入。寫入的數據，以先前設置的偏置電壓為基準，且，根據數據電流與其供給時間之積設定。由此，在根據電容器中所保持的數據生成驅動電流時，能夠減小對驅動電流的Vth的依賴性。結果，即使產生數據的寫入不足的情況，也能夠生成均勻的驅動電流，可以對電光學元件設定期望的亮度。


圖1表示電光學裝置的構成框圖。
圖2表示有關第1實施方式的像素電路圖。
圖3表示有關第1實施方式的動作時序圖。
圖4表示有關第1實施方式的動作說明圖。
圖5表示有關第2實施方式的像素電路圖。
圖6表示有關第2實施方式的動作時序圖。
圖7表示有關第3實施方式的像素電路圖。
圖8表示有關第3實施方式的動作時序圖。
圖9表示有關第4實施方式的像素電路圖。
圖10表示有關第4實施方式的動作時序圖。
圖11表示有關第5實施方式的像素電路圖。
圖12表示有關第5實施方式的動作時序圖。
圖13表示有關第5實施方式的動作說明圖。
圖14表示有關第6實施方式的像素電路圖。
圖15表示有關第6實施方式的動作時序圖。
圖16表示有關第6實施方式的動作說明圖。
圖17表示以往的像素電路圖。
其中1-顯示部；2-像素；3-掃描線驅動電路；4-數據線驅動電路；4a-可變電流源；5-控制電路；6-開關電路；7-預充電調整電路；7a-電壓變更電路；8-預充電促進電路；T1～T7-晶體管；C1～C2-電容器；OLED-有機EL元件。
具體實施例方式
下面，根據

本發明的各實施方式。
第1實施方式圖1表示有關本實施方式的電光學裝置的構成框圖。顯示部1，例如是通過TFT(Thin Film Transistor)驅動電光學元件的有源矩陣型的顯示板。在該顯示部1中，將m點×n行的像素群設置為矩陣狀(二維平面)。在顯示部1中，設置分別在水平方向延伸的掃描線群Y1～Yn、和分別在垂直方向延伸的數據線群X1～Xm，在其交差處配置像素2。另外，在單色板中，一個像素2與后述的1個像素電路相對應，在彩色板中1個像素2包括3個RGB子像素時，1個子像素與1個像素電路相對應。另外，與后述的像素電路構成的關系是，圖1所示的1條掃描線Y指單獨的一條掃描線(圖11)，或者指多條掃描線(圖2、圖5、圖7、圖9、圖14)的組。
控制電路5，根據在圖中沒有畫出的上位裝置所輸入的垂直同步信號Vs、水平同步信號Hs、點時鐘信號DCLK以及灰度數據D等，同步控制掃描線驅動電路3、數據線驅動電路4以及開關電路6。在該同步控制下，這些電路3、4、6相互協同動作，進行顯示部1的顯示控制。
掃描線驅動電路3，以移位寄存器、輸出電路等作為主體構成，通過在掃描線Y1～Yn中所輸出的掃描信號SEL，進行掃描線Y1～Yn的逐線掃描。掃描信號SEL，是高電位電平(以下稱作“H電平”)或者低電位電平(以下稱作“L電平”)的2值信號電平，將與成為數據寫入對象的像素行對應的掃描線Y設置為H電平，除此之外的掃描線Y都被設定為L電平。掃描線驅動電路3，在每顯示1幀圖像的期間(1F)，進行以給定的選擇次序(一般為從最上到最下)依次選擇各條掃描線Y的線順次掃描。另一方面，數據線驅動電路4，以移位寄存器、線鎖存電路、輸出電路等為主體構成。由于在本實施方式中采用電流編程方式，數據線驅動電路4，包括一種可變電流源(圖2的4a)，其根據規定像素2的顯示灰度的灰度數據，可變生成數據電流Idata。數據線驅動電路4，在相對于選擇1條掃描線Y期間的1水平掃描期間(1H)中，同時進行對寫入本次數據的像素行的數據電流Idata一起輸出、和有關在下一個1H中進行寫入的像素行的點順次鎖存。在某一1H中，相當于數據線X的條數的m個數據被順次鎖存。并且，在下一個1H中，將鎖存的m個數據在可變電流源中轉換為電流數據Idata，并同時輸出到對應的數據線X1～Xm。另外，開關電路6，包括對應于每條數據線X1～Xm的m個數據開關元件，具體地說，由m個開關晶體管T6構成。按數據線單位設置的這些晶體管T6，作為一例，是n溝道型晶體管，根據從控制電路5輸出的單一開關信號SWS，被共同導通控制。該導通控制，與由掃描線驅動電路3進行的線順次掃描同步進行。
圖2表示有關本實施方式中的電流編程方式的像素電路圖。1個像素2，包括有機EL元件OLED、作為有源元件的4個晶體管T1～T4、以及保持數據的電容器C1。作為二極管標記的有機EL元件OLED，是通過流過自身的驅動電流Ioled設定亮度的典型的電流驅動型元件。在該構成例中，使用n溝道型晶體管T1、T2、T4和p溝道型晶體管T3，這僅是一例，也可以設定與上述不同的溝道型組合。還有，在像素2中所連接的數據線X與構成數據線驅動電路4一部分的可變電流源4a之間，與按數據線單位設置的單一開關晶體管T6連接。在本說明書中，關于具備源極、漏極以及柵極的三端子型元件的晶體管，將源極或者漏極中的一方稱作“一方端子”，將其另一方稱作“另一方端子”。
開關晶體管T1的柵極，連接供給第1掃描信號SEL1的一條掃描線，其一方端子與供給數據電流Idata的1條數據線X連接。該開關晶體管T1的另一方端子，與開關晶體管T2的一方端子、驅動晶體管T3的一方端子以及開關晶體管T4的一方端子共同連接。開關晶體管T2的柵極，與開關晶體管T1相同，與供給第1掃描信號SEL1的一條掃描線連接。該開關晶體管T2的另一方端子，與共同連接在電容器C1的一方電極以及驅動晶體管T3柵極上的節點Ng連接。在電容器C1的另一方電極與驅動晶體管T3的另一方端子上，連接始終供給電源電壓Vdd的Vdd端子。將第2掃描信號SEL2供給到柵極的開關晶體管T4，設置在驅動晶體管T3的一方端子與有機EL元件OLED的陽極之間。在該有機EL元件OLED的陰極上，連接始終供給比電源電壓Vdd更低的基準電壓Vss的Vss端子。還有，在該構成例中，驅動晶體管T3，不僅具有生成驅動電流Ioled的驅動元件的本來的功能，而且兼備講與數據電流Idata對應的數據寫入電容器C1的編程元件的功能。
圖3表示圖2所示的像素電路的動作時序圖。通常將在相當于上述1F的期間t0～t3中一系列動作過程，大致分為最初期間t0～t1的預充電過程，緊接其后的期間t1～t2的數據寫入過程，以及最后期間t2～t3的驅動過程。
首先，在預充電期間t0～t1中，進行在像素2內部結束的預充電，根據該預充電，進行驅動晶體管的Vth補償。具體地說，第1掃描信號SEL1變為L電平，開關晶體管T1、T2均導通。由此，在數據線X與驅動晶體管T3的一方端子(漏極)電連接的同時，驅動晶體管T3，變為自己的柵極與自己的漏極電連接的二極管連接。在該期間t0～t1中，開關信號SWS為L電平，由于開關晶體管T6截止，像素2內的節點Ng與可變電流源4a仍然彼此電隔離。另外，第2掃描信號SEL2為L電平，開關晶體管T4截止。由此，如圖4(a)所示，節點Ng與可變電流源4a為電隔離狀態，通過Vdd端子的電源電壓Vdd，進行電容器C1與數據線X的預充電。通過該預充電，將節點Ng的電壓，即，驅動晶體管T3的柵極電壓Vg設置為偏置電壓(Vdd-Vth)，其電壓電平，根據驅動晶體管T3的閾值電壓Vth唯一決定。這樣，在寫入數據前，將節點Ng的電壓Vg，從依據以前的1F的驅動過程中寫入數據的電壓電平，強制補償為相當于預充電電平的偏置電壓(Vdd-Vth)(Vth補償)。還有，在該期間t0～t1中，由于開關晶體管T4截止，有機EL元件OLED不發光。
接下來，在數據寫入期間t1～t2中，將在前面的預充電期間t0～t1中所設定的偏置電壓(Vdd-Vth)作為基準，對電容器C1進行數據寫入。由于在該期間t1～t2中的掃描信號SEL1、SEL2的電平，與在預充電期間t0～t1期間的相同，開關晶體管T1、T2仍然導通，開關晶體管T4仍然截止。另外，在時刻t1，開關信號SWS上升為H電平，將截止的開關晶體管T6切換為導通。由此，如圖4(b)所示，節點Ng與可變電流源4a電連接。結果，形成數據電流Idata的路徑，該路徑成為Vdd端子、驅動晶體管T3的溝道、可變電流源4a的順序(準確地說，也包括開關晶體管T1、T6的溝道)。節點Ng的電壓Vg，通過式(1)算出。
Vg＝Vdd-Vth-ΔV (1)ΔV＝(Idata·Δt)/C式中，Idata是由可變電流源4a所生成的數據電流Idata的電流強度，Δt是在數據寫入期間t1～t2的時間，即，數據電流Idata的供給時間。另外，系數C包括數據線X的布線電容與電容器C1的電容，是有關數據電流Idata的驅動路徑的總電容。上述式(1)表明，電壓Vg，以偏置電壓(Vdd-Vth)作為基準僅變動ΔV，該ΔV，根據數據電流Idata與其供給時間Δt之積唯一確定。并且，在電容器C1中，將相當于電壓Vg的電荷作為數據被寫入。另外，在期間t1～t2中，與先前的預充電期間t0～t1相同，由于開關晶體管T4仍然截止，有機EL元件OLED不發光。
并且，在驅動期間t2～t3中，將相當于驅動晶體管T3的溝道電流的驅動電流Ioled供給到有機EL元件OLED中，有機EL元件OLED發光。具體地說，第1掃描信號SELL以及開關信號SWS下降為L電平，開關晶體管T1、T2、T6均截止。由此，節點Ng與可變電流源4a電隔離，既便在該隔離后，在驅動晶體管T3的柵極上，繼續施加與在電容器C1中所保持的數據對應的電壓。并且，與第1掃描信號SEL1下降“同步”，第2掃描信號SEL2上升為H電平。在本說明書中，術語“同步”，不僅表示在同一時刻的情況，而且也表示由于設計上的余量而容許的時間上的偏移。由此，如圖4(c)所示，在按照Vdd端子、驅動晶體管T3的溝道、有機EL元件OLED、Vss端子的順序的路徑中流過驅動電流Ioled。以驅動晶體管T3在飽和區域動作為前提，流過有機EL元件OLED的驅動電流Ioled(驅動晶體管T3的溝道電流Isd)，根據式(2)算出。在該式中，Vsg是驅動晶體管T3的柵極—源極間電壓。另外，增益系數β，是由驅動晶體管T3的溝道載流子的遷移度μ、柵極電容A、溝道寬度W、溝道長度L唯一確定的系數(β＝μAW/L)。
Ioled＝Isd＝1/2β(Vsg-Vth)2(2)在此，如果代入用式(1)算出的作為驅動晶體管T3的柵極電壓的Vg，那么能夠將式(2)變形為式(3)。
Ioled＝1/2β(Vs-Vg-Vth)2(3)＝1/2β{Vdd-(Vdd-Vth-ΔV)-Vth}2＝1/2β·ΔV2＝β/2(Idata·Δt/C)2在式(3)中應該注意到，在公式的變形過程中存在與Vth抵消的點，這意味著由驅動晶體管T3生成的驅動電流Ioled不依賴于Vth。有機EL元件OLED的發光亮度，由與數據電流Idata和其供給時間Δt之積對應的驅動電流Ioled唯一決定，由此，設定像素2的灰度。
這樣，在本實施方式中，在先于數據的寫入的預充電中，將節點Ng設定在偏置電壓(Vdd-Vth)的基礎上，將與數據電流Idata與供給時間Δt之積對應的數據寫入到電容器C1中。由于一般Vth的散差比Δt和C的散差大，通過進行Vth補償，雖然在顯示部1中的每個驅動晶體管T3的特性不一致，但是在每個像素2內的預充電的程度變為相同。其結果，盡管在產生上述那樣的數據的寫入不足時，也能夠抑制依賴Vth的驅動電流的散差，能夠進一步提高顯示質量。
另外，根據本實施方式，即使不將預充電用的特別電路追加到像素2的外部，也能夠進行在像素2的內部結束的預充電。這有利于簡化電路構成或者降低消耗電力。
第2實施方式本實施方式，涉及以上述第1實施方式的基本構成為基礎，按照應該顯示的灰度，調整相當于預充電電平的偏置電壓(Vdd-Vth)的方法。圖5表示有關本實施方式的像素電路圖。該像素電路的特征是，在圖2所示的像素電路中追加了預充電調整電路7，由于除此之外與圖2的構成相同，故在此省略其說明。預充電調整電路7，由電容器C2、可變設定輸出電壓Vp的電壓變更電路7a構成。在電容器C2的一方電極上，與構成一部分開關電路6的開關晶體管T6的一方端子和可變電流源4a之連接端連接。另外，在電容器C2的另一方電極上，連接電壓變更電路7a的輸出端子，該輸出端子的電壓Vp，根據灰度可變控制電壓電平。
圖6表示圖5所示的像素電路的動作時序圖。將相當于1F的期間t0～t3，分為預充電期間t0～t1、預充電調整期間t1～t1′、數據寫入期間t1′～t2以及驅動期間t2～t3。與第1實施方式不同，在預充電期間t0～t1與數據寫入期間t1′～t2之間，設置預充電調整期間t1～t1′，除此之外基本與第1實施方式相同。可變電流源4a，在數據寫入期間t1′～t2中將數據電流Idata輸出到數據線X中，在除此之外的期間(在圖中用斜線畫出的陰影部分)，為高阻抗狀態，即，與像素2電隔離的狀態。
首先，在預充電期間t0～t1，第1掃描信號SEL1為H電平，在將驅動晶體管T3連接到二極管的同時，將數據線X與節點Ng電連接。另外，在該期間t0～t1中，開關信號SWS為L電平，開關晶體管T6截止，數據線X與可變電流4a以及預充電調整電路7電隔離。由此，將電容器C1以及數據線X預充電，將節點Ng的電壓Vg以及數據線X的電壓Vx設置為作為預充電電平的偏置電壓(Vdd-Vth)。
在接下來的預充電調整期間t1～t1′中，第1掃描信號SEL1暫時變為L電平，在開關晶體管T1、T2均截止的同時，開關信號SWS變為H電平，開關晶體管T6導通。在該期間t1～t1′中，將可變電流源4a維持在高阻抗狀態，通過預充電調整電路7進行先前設定的預充電電平(Vdd-Vth)的調整。具體地說，在該區間t1～t1′內的時刻中，作為預充電調整電路7的一部分的電壓變更電路7a，將輸出電壓Vp從現在的電平逐步地降低ΔVp。這樣，以數據線X的配線電容比電容器C2大很多為前提，通過電容器C2電容耦合的數據線X的電壓Vx，以先前設定的偏置電壓(Vdd-Vth)為基準減少ΔVp(Vx＝Vdd-Vth-ΔVp)。在此，相當于預充電電平調整量的ΔVp，根據這次應該顯示的畫素2的灰度被可變設置。即，在數據電流Idata變為較低電流的低灰度時，ΔVp變小，數據線X的電壓Vx(預充電電平)變大。由此，在后續的數據的寫入處理中，能夠減輕在對數據線X以及電容器C1充電時所需要的負擔，能夠抑制數據的寫入不足。另一方面，在數據電流Idata變為較大電流的高灰度時，ΔVp比在低灰度時大，將預充電電平設置為很小。
在接下來的數據寫入期間t1′～t2，第1掃描信號SEL1再一次上升，將節點Ng與可變電流源4a電連接，以偏置電壓(Vdd-Vth)作為基準進行數據的寫入。由此，數據線X的電壓Vx，以先前設定的電壓(Vdd-Vth-ΔVp)為基準，僅上升或者下降依賴數據電流Idata的電壓值ΔV(Vx＝Vdd-Vth-ΔVp+ΔV)。并且，在驅動期間t2～t3中，通過驅動晶體管T3生成的驅動電流Ioled流過有機EL元件OLED，有機EL元件OLED發光。與第1實施方式相同，驅動電流Ioled，根據數據電流Idata與其供給時間Δt之積唯一確定，不依賴驅動晶體管T3的Vth。
這樣，根據本實施方式，與第1實施方式相同，能夠抑制不依賴驅動晶體管T3的Vth的驅動電流Ioled的散差。另外，在本實施方式中，根據應該顯示的像素2的灰度，調整預充電電平。由此，可具有不引起數據的寫入不足，在全部的灰度區域中高效進行數據寫入的效果。還有，在本實施方式中，設定預充電電平的調整與應該顯示的像素2的灰度無關，即，也可以是僅改變單偏置電壓值的功能。這時，簡化預充電調整電路7。
還有，在本實施方式中所說明的預充電的調整方法，同樣也適用于后述的第5以及第6實施方式中的像素電路。
第3實施方式本實施方式，以上述的第1實施方式的基本構成作為基礎，涉及促進預充電的方法。圖7表示有關本實施方式的像素電路圖。該像素電路的特征有兩個。第一為在圖2所示的像素電路中追加了預充電促進電路8。該預先促進電路8是輸出給定電壓Vb的電路。優選，該輸出電壓Vb接近上述的偏置電壓(Vdd-Vth)，即也可以是在讓驅動晶體管T3導通的電壓(Vdd-Vth)以下。第二是開關電路6由兩個開關晶體管群T6、T7構成。一個開關晶體管T6，被設置在數據線X與可變電流源4a之間，由第1開關信號SWS1導通控制。另外，另一開關晶體管T7，被設置在數據線X與預充電促進電路8之間，由第2開關信號SWS2被導通控制。
圖8表示圖7所示的像素電路的動作時序圖。將相當于1F的期間t0～t3分為預充電促進期間t0～t0′，預充電期間t0′～t1，數據寫入期間t1～t2以及驅動期間t2～t3。與第1實施方式不同點在于，在預充電期間t0′～t1之前，設置預充電促進期間t0～t0′，除此之外基本與第1實施方式相同。
首先，在預充電促進期間t0～t0′中，第1掃描信號SEL1以及第1開關信號SWS1為L電平，開關晶體管T1、T2、T6均截止。因此，將數據線X從節點Ng以及可變電流源4a電隔離。在該狀態中，第2開關信號SWS2為H電平，開關晶體管T7導通。由此，將從預充電促進電路8的輸出電壓Vb供給到數據線X，數據線X被預充電。在沒有設置預充電的促進過程時，在預充電期間t0～t1中的預充電動作，以接近驅動晶體管T3的截止電流的電流值進行，充電需要某種程度的時間。為此，在本實施方式中，先于預充電，將輸出電壓Vb供給到數據線X以使驅動晶體管T3導通。由此，將驅動晶體管T3的漏極電壓設置為接近偏置電壓(Vdd-Vth)的值，能夠輔助、促進在后續的預充電期間t0′～t1中的預充電動作。
在這之后的動作，由于與第1實施方式相同，這里只作簡略的說明。在預充電期間t0′～t1中，通過連接二極管的驅動晶體管T3進行預充電，將節點Ng的電壓Vg設置為偏置電壓(Vdd-Vth)。在數據寫入期間t1～t2中，以先前設定的偏置電壓(Vdd-Vth)為基準，進行與數據電流Idata與其供給時間Δt之積對應的數據的寫入。并且，在驅動期間t2～t3中，不依賴驅動晶體管T3的Vth的驅動電流Ioled流過有機元件OLED，有機元件OLED發光。
這樣，根據本實施方式，與上述的各實施方式相同，能夠抑制不依賴驅動晶體管T3的Vth的驅動電流Ioled的變動。另外，在本實施方式中，先于預充電，追加了使驅動晶體管T3導通的過程。由此，由于接下來的預充電能夠在較短的時間內結束，所以能夠緩和在連續的動作處理中的時間制約。
還有，在本實施方式中說明的預充電的促進方法，對后述的第5以及第6實施方式中的像素電路同樣適用。但是，在應用于第6實施方式時，優選將預充電促進電路8的輸出電壓Vb設置為接近偏置電壓(V1+Vth)的值。
第4實施方式本實施方式，不用設置圖1所示的開關電路6，能夠實現與第1實施方式同樣的動作。圖9是本實施方式的像素電路圖。該構成例的特點是，沒有圖2所示的開關晶體管T6，用分別的掃描信號SEL1a、SEL1b控制像素2內的開關晶體管T1、T2。除此之外與第1實施方式相同，故在這里省略說明。
圖10表示圖9所示的像素電路的動作時序圖。將相當于1F的期間t0～t3分為預充電期間t0～t1、數據寫入期間t1～t2以及驅動期間t2～t3。與第1實施方式的不同點在于，預充電的結束時刻t1(換言之，數據寫入的開始時刻)是由掃描信號SEL1b的上升沿規定。
首先，在預充電期間t0～t1中，掃描信號SEL1a為H電平，由于開關晶體管T2導通，驅動晶體管T3成二極管連接。然而，在該期間t0～t1中，掃描信號SEL1b為L電平，由于開關晶體管T1截止，節點Ng依然從可變電流源4a電隔離。結果，直到節點Ng達到偏置電壓(Vdd-Vth)，才進行電容器C1的預充電。在接下來的數據寫入期間t1～t2中，掃描信號SEL1b上升為H電平，節點Ng與可變電流源4a電連接，以偏置電壓(Vdd-Vth)作為基準進行數據的寫入。并且，在驅動期間t2～t3中，在驅動晶體管T3中所生成的驅動電流Ioled流過有機EL元件，有機EL元件OLED發光。與第1實施方式相同，驅動電流Ioled根據數據電流Idata與其供給時間Δt之積決定，不依賴驅動晶體管T3的Vth。
根據本實施方式，在像素2的外部不用設置開關電路6，伴隨Vth補償的預充電變為可能。由此，除了能夠抑制依賴Vth的驅動電流Ioled的變動外，能夠簡化電光學裝置的總體構成。
第5實施方式上述的各實施方式，并不只限于圖2所示的像素電路，包括以下所述的電流反射鏡型的構成例，可以廣泛用于電流編程方式的像素電路中。圖11表示有關本實施方式的像素電路圖。1個像素2包括有機EL元件OLED、4個晶體管t1～t4以及電容器C1。還有，在該構成例中，應用n溝道型的晶體管T1、T2與P溝道型的晶體管T3、T4，這只是一例，也可以設定與此不同的溝道型組合。
開關晶體管T1的柵極，連接供給掃描信號SEL的掃描線，其一方端子連接供給數據電流Idata的數據線X。另外，該開關晶體管T1的另一方端子，共同連接開關晶體管T2的一方端子與編程晶體管T4的一方端子。開關晶體管T2的柵極，連接供給掃描信號SEL的掃描線，另一方端子連接節點Ng。在該節點Ng上，共同連接構成電流反射鏡電路的一對晶體管T3、T4的柵極以及電容器C1的一方電極。在驅動晶體管T3的一方端子、編程晶體管T4的另一方端子以及電容器C1的另一方電極上，連接常時供給電源電壓Vdd的Vdd端子。在驅動晶體管T3的另一方端子上，連接有機EL元件OLED的陽極，在該有機EL元件的陰極上，連接常時供給基準電壓Vss的Vss端子。晶體管T3、T4，彼此連接柵極構成電流反射鏡電路。因此，流過編程晶體管T4溝道的數據電流Idata的電流強度與流過驅動晶體管T3溝道的驅動電流Ioled的電流強度成比例關系。
圖12表示圖11所示的像素電路的動作時序圖。將相當于1F的期間t0～t3分為預充電期間t0～t1、數據寫入期間t1～t2以及驅動期間t2～t3。
首先，在預充電期間t0～t1中，進行帶Vth補償的預充電。具體地說，掃描信號SEL為H電平，開關晶體管T1、T2均導通。由此，數據線X與編程晶體管T4的一方端子(漏極)電連接，同時編程晶體管T4變為將自身的柵極與漏極電連接的二極管連接。在該期間t0～t1中，開關信號SWS為L電平，由于開關晶體管T6截止，像素2內的節點Ng與可變電流源4a仍然電隔離。由此，如圖13(a)所示，根據Vdd端子的電源電壓Vdd，進行電容器C1與數據線X的預充電。根據該預充電，節點Ng的電壓，即，編程晶體管T4的柵極電壓Vg，變為依賴編程晶體管T4的閾值電壓Vth4的偏置電壓(Vdd-Vth4)。
還有，節點Ng與可變電流源4a電隔離，也可以通過將可變電流源4a設定為高阻抗狀態實現，也可以通過分別導通控制開關晶體管T1、T2來實現。在采用這些隔離方法時，不需要構成開關電路6的開關晶體管T6。這點對于后述的第6實施方式也相同。
接下來，在數據寫入期間t1～t2中，以在先前的預充電期間t0～t1中設定的偏置電壓(Vdd-Vth4)為基準，對電容器C1進行數據的寫入。由于在該期間t1～t2的掃描信號SEL的電平，與預充電期間t0～t1時的相同，所以開關晶體管T1、T2仍然導通。另外，在時刻t1，開關信號SWS上升為H電平，截止的開關晶體管T6切換為導通。由此，如圖13(b)所示，節點Ng與可變電流源4a電連接。結果，形成數據電流Idata的路徑，該路徑成為Vdd端子、編程晶體管T4的溝道、可變電流源4a的順序。如式(4)所示，節點Ng的電壓Vg，以先前設定的偏置電壓(Vdd-Vth4)為基準，根據數據電流Idata與其供給時間Δt之積變動。在電容器C1中，將相當于電壓Vg的電荷作為數據寫入。還有，在該期間t1～t2，形成Vdd端子、驅動晶體管T3、有機EL元件OLED、Vss順序的路徑，由于驅動電流Ioled流過有機EL元件OLED，所以有機EL元件開始發光。
Vg＝Vdd-Vth4-ΔV (4)ΔV＝(Idata·Δt)/C在接下來的驅動期間t2～t3中，將相當于驅動晶體管T3的溝道電流Isd的驅動電流Ioled供給到有機EL元件OLED，由此，規定像素2的灰度。具體地說，掃描信號SEL以及開關信號SWS下降為L電平，開關晶體管T1、T2、T6均截止。由此，節點Ng從可變電流源4a電隔離，在該隔離后，在驅動晶體管T3的柵極上，施加與在電容器C1中所保持的數據對應的電壓。結果，驅動電流Ioled流過如圖13(c)所示的路徑。以驅動晶體管T3在飽和區域動作為前提，流過有機EL元件OLED的驅動電流Ioled(驅動晶體管T3的溝道電流Isd)，將驅動晶體管T3的閾值電壓作為Vth3，根據式(5)計算。
Ioled＝Isd＝1/2β(Vsg-Vth3)2(5)在此，如果將用式(4)算出的作為驅動晶體管T3的柵極電壓的Vg代入，能夠將式(5)變形為式(6)。還有，該式的變形，以驅動晶體管T3的閾值電壓Vth3與編程晶體管T4的閾值電壓Vth4相等為前提(Vth3＝Vth4＝Vth)。有關用同一過程制造、在顯示部1上互相非常接近配置的晶體管T3、T4，在實際的產品中，將它們的電氣特性設置為幾乎相同是可能的。
Ioled＝1/2β(Vs-Vg-Vth3)2＝1/2β{Vdd-(Vdd-Vth4-ΔV)-Vth3}2＝1/2β·ΔV2＝β/2(Idata·Δt/C)2(6)在式(6)中應該注意到，在式的變形過程中Vth3與Vth4能夠抵消，這意味著通過驅動晶體管T3生成的驅動電流Ioled不依賴Vth3、Vth4。有機EL元件OLED的發光亮度，由與數據電流Idata和其供給時間Δt之積對應的驅動電流Ioled唯一決定，由此，設定像素2的灰度。
根據本實施方式，與上述各實施方式相同，由于能夠生成不依賴Vth3、Vth4的驅動電流Ioled，除了能夠抑制其散差外，即使不將充電用的特別電路設置在像素2的外部，也有可能進行在像素2內結束的預充電。
第6實施方式圖14表示有關本實施方式的像素電路圖。1個像素電路包括有機EL元件OLED、4個n溝道型的晶體管T1～T4以及電容器C1。在本實施方式中，例如，假定由非晶硅構成TFT，其溝道型為n型。另外，在該構成例中，驅動晶體管T3不僅具有作為驅動元件的本來的功能，而且也兼備作為編程元件的功能。
開關晶體管T1的柵極，連接供給第1掃描信號SEL1的掃描線，其一方端子，連接供給數據電流Idata的1條數據線X。另外，該開關晶體管T1的另一方端子，共同連接開關晶體管T2的一方端子、驅動晶體管T3的一方端子、開關晶體管T4的一方端子。開關晶體管T2的柵極，連接供給第1掃描信號SEL1的掃描線，另一方端子連接節點Ng。該節點Ng，共同連接電容器C1的一方電極和驅動晶體管T3的柵極。該電容器C1的另一方電極連接節點Ns，在該節點Ns，共同連接驅動晶體管T3的另一方端子與有機EL元件OLED的陽極。有機EL元件OLED的陰極，連接常時供給基準電壓Vss的Vss端子。另外，開關晶體管T4的柵極，連接供給第2掃描信號SEL2的掃描線，另一方端子連接常時供給電源電壓Vdd的Vdd端子。
圖15表示圖14所示的像素電路的動作時序圖。將相當于1F的期間t0～t3分為預充電期間t0～t1、數據寫入期間t1～t2以及驅動期間t2～t3。
首先，在預充電期間t0～t1中，進行帶Vth補償的預充電。具體地說，第1掃描信號SEL1為H電平，開關晶體管T1、T2均導通。由此，在數據線X與節點Ng電連接的同時，驅動晶體管T3變為自身的柵極與自身的漏極電連接的二極管連接。在該期間t0～t1中，開關信號SWS為L電平，由于開關晶體管T6截止，像素2內的節點Ng與可變電流源4a仍然電隔離。另外，第2掃描信號SEL2也是L電平，由于開關晶體管T4截止，驅動晶體管T3的一方端子與Vdd端子之間也是電氣分離。由此，如圖16(a)所示，進行電容器C1與數據線X的預充電。通過該預充電，在節點Ns的電壓Vs變為V1的同時，節點Ng的電壓Vg變為不依賴驅動晶體管T3的Vth的偏置電壓(V1+Vth)。還有，V1的具體值依賴有機EL元件OLED的漏電流。
接下來，在數據寫入期間t1～t2中，以在預充電期間t0～t1中設定的偏置電壓(V1+Vth)為基準，對電容器C1進行數據的寫入。由于在該期間t1～t2中的掃描信號SEL1、SEL2的電平與在預充電期間t0～t1時相同，開關晶體管T1、T2仍然導通，開關晶體管T4仍然截止。另外，在時刻t1，開關信號SWS上升為H電平，截止的開關晶體管T6被切換為導通。由此，如圖16(b)所示，節點Ng與可變電流源4a電連接。結果，形成數據電流Idata的路徑，該路徑成為可變電流源4a、驅動晶體管T3的溝道、有機EL元件OLED、Vss端子的順序。如式(7)所示，節點Ng的電壓Vg，以前面設定的偏置電壓(V1+Vth)為基準，根據數據電流Idata與其供給時間Δt的積而變動。
Vg＝V1+Vth1+ΔV(7)ΔV＝Idata·Δt/C另外，節點Ns的電壓Vs，如式(8)所示，以前面設定的電壓V1為基準，只有ΔV′變動。該ΔV′是依賴有機EL元件OLED的特性(V-I特性以及Idata特性)的電壓。
Vs＝V1+ΔV′ (8)
在接下來的驅動期間t2～t3中，將相當驅動晶體管T3的溝道電流Isd的驅動電流Ioled供給到有機EL元件OLED，有機EL元件OLED發光。具體地說，第1掃描信號SEL1以及開關信號SWS下降為L電平，開關晶體管T1、T2、T6均截止。由此，節點Ng從可變電流源4a電隔離。然而，該隔離后，在驅動晶體管T3的柵極中，繼續施加與在電容器C1中所保持的數據對應的電壓。另外，與第1掃描信號SEL1同步，第2掃描信號SEL2上升為H電平，開關晶體管T4導通。由此，在驅動晶體管T3的一方端子中，通過Vdd端子供給電源電壓Vdd。由此，驅動電流Ioled流過如圖16(c)所示的路徑。驅動晶體管T3以在飽和領域動作為前提，流過有機EL元件OLED的驅動電流Ioled(驅動晶體管T3的溝道電流Isd)，根據式(9)計算。
Ioled＝Isd＝1/2β(Vgs-Vth)2(9)在此，如果將用式(7)算出的作為驅動晶體管T3的柵極電壓的Vg與用式(8)算出的Vs代入，式(9)能夠變形為式(10)。
Ioled＝1/2β(Vg-Vs-Vth)2＝1/2β{(V1+Vth+ΔV)-(V1+ΔV′)-Vth}2＝1/2β(ΔV-ΔV′)2＝β/2(Idata·Δt/C-ΔV′)2(10)在式(10)中應該注意到，在式的變形過程中有與Vth被抵消的點，這意味著通過驅動晶體管T3生成的驅動電流Ioled不依賴Vth。有機EL的發光亮度，由與數據電流Idata與其供給時間Δt之積對應的驅動電流Ioled唯一決定，由此，設定像素2的灰度。
根據本實施方式，與上述的各實施方式相同，由于能夠生成不依賴Vth的驅動電流Ioled，能夠抑制其散差。同時，即使不將充電用的特別電路設置在像素2的外部，進行在像素2內結束的預充電是可能的。
還有，在上述各實施方式中，對通過開關晶體管的導通控制，將發揮編程元件功能的晶體管選擇性成二極管連接的像素電路的構成例進行說明。然而，將本發明也可以應用于發揮編程元件功能的晶體管是始終成二極管連接的像素電路中。
另外，在上述的各實施方式中，對應用作為電光學元件的有機EL元件OLED的例子進行了說明。然而，本發明并不僅限于這些例子，本發明也可以應用于根據驅動電流設定亮度的電光學元件(無機LED顯示裝置、場發射顯示裝置等)，或者，根據驅動電流顯示透過率、反射率的電光學裝置(電致變色顯示裝置、電泳顯示裝置等)中。
根據上述各實施方式的電光學裝置，進一步可以被安裝在包括電視、投影儀、移動電話機、便攜式終端、筆記本電腦、個人計算機等的電子設備中。如果在這些電子設備中安裝了上述電光學裝置，那么能夠提高電子設備的商品價值，能夠在市場中提高電子設備的商品競爭力。
權利要求
1.一種像素電路的驅動方法，其特征在于，包括第1步驟，在將可變地生成數據電流的可變電流源與第1晶體管處于電隔離的狀態下，將成二極管連接的所述第1晶體管的柵極電壓設定為與所述第1晶體管的閾值電壓對應的偏置電壓；第2步驟，在所述可變電流源與所述第1晶體管處于電連接的狀態下，將設定所述偏置電壓成為基準的數據，并且與由所述可變電流源通過數據線供給的所述數據電流和相應的數據電流的供給時間之積對應的數據，寫入到與成二極管連接的所述第1晶體管的柵極連接的電容器中；和第3步驟，通過由將自身的柵極連接在所述電容器上的第2晶體管生成與保持在所述電容器中的所述數據對應的驅動電流，設定電光學元件的亮度。
2.根據權利要求1所述的像素電路的驅動方法，其特征在于，所述第1晶體管與所述第2晶體管是相同的晶體管。
3.根據權利要求1所述的像素電路的驅動方法，其特征在于，所述第1晶體管以及所述第2晶體管是構成電流反射鏡電路的一對不同的晶體管。
4.根據權利要求1～3中任一項所述的像素電路的驅動方法，其特征在于，所述第1步驟包括讓設置在所述可變電流源與所述數據線之間的開關元件斷開的步驟；所述第2步驟包括讓所述開關元件接通的步驟。
5.根據權利要求1～3中任一項所述的像素電路的驅動方法，其特征在于，進一步具有第4步驟，其通過可變控制與所述數據線電容耦合的端子的電壓，調整在所述第1步驟中所設定的所述偏置電壓。
6.根據權利要求5所述的像素電路的驅動方法，其特征在于，在所述第4步驟中所述偏置電壓的變化量，根據應該表示的灰度設定。
7.根據權利要求1～3中任一項所述的像素電路的驅動方法，其特征在于，進一步具有第5步驟，其在所述第1步驟中所述偏置電壓的設定之前，向所述數據線供給具有讓所述第1晶體管導通的電壓電平的給定電壓。
8.一種像素電路，其特征在于，具有第1晶體管，其在通常情況下，或者通過開關晶體管的導通控制而選擇性成為二極管連接，同時根據通過數據線從可變電流源供給的數據電流，生成數據；電容器，其與所述第1晶體管的柵極連接，同時寫入由所述第1晶體管生成的所述數據；第2晶體管，其將自身的柵極與所述電容器連接，同時根據保持在所述電容器中的所述數據，生成驅動電流；和電光學元件，其根據由所述第2晶體管生成的所述驅動電流，設定亮度；所述第1晶體管，在與所述可變電流源電隔離的狀態下，將自身的柵極電壓設定成與自身的閾值電壓對應的偏置電壓，同時，在與所述可變電流源電連接的狀態下，將設定所述偏置電壓成為基準的數據，并且與由所述可變電流源通過數據線供給的所述數據電流和相應的數據電流的供給時間之積對應的數據，寫入到所述電容器中。
9.根據權利要求8所述的像素電路，其特征在于，所述第1晶體管與所述第2晶體管是相同的晶體管。
10.根據權利要求9所述的像素電路，其特征在于，所述第1晶體管以及第2晶體管是構成電流反射鏡電路的一對不同的晶體管。
11.根據權利要求8～10中任一項所述的像素電路，其特征在于，進一步具有開關電路，其在將所述柵極電壓設定為所述偏置電壓的期間，將所述可變電流源與所述數據線之間電隔離，同時在將數據寫入到所述電容器中的期間，將所述可變電流源與所述數據線之間電連接。
12.根據權利要求8～10中任一項所述的像素電路，其特征在于，進一步具有預充電調整電路，其通過可變控制與所述數據線電容耦合的端子的電壓，調整所述偏置電壓。
13.根據權利要求12所述的像素電路，其特征在于，所述預充電調整電路，根據應該顯示的灰度，控制所述偏置電壓的變化量。
14.根據權利要求8～10中任一項所述的像素電路，其特征在于，進一步具有預充電促進電路，其在將所述柵極電壓設定為所述偏置電壓的期間之前，向所述數據線供給具有讓所述第1晶體管導通的電壓電平的給定電壓。
15.一種電子設備，其特征在于，安裝有權利要求8～14中任一項所述的像素電路構成的電光學裝置。
全文摘要
在可變電流源(4a)與晶體管(T3)電隔離的狀態下，將成二極管連接的晶體管(T3)的柵極電壓設定成與自身閾值電壓(Vth)對應的偏置電壓(Vdd－Vth)。接下來，在可變電流源(4a)與晶體管(T3)電連接的狀態下，將以偏置電壓為基準，且將與數據電流(Idata)與其供給時間之積對應的數據寫入到與晶體管(T3)的柵極連接的電容器(C1)中。并且，通過由晶體管(T3)生成與在電容器(C1)中所保持的數據對應的驅動電流，設定有機EL元件(OLED)的亮度。由此，在采用電流編程方式的像素電路中，能夠抑制依賴閾值電壓(Vth)的驅動電流的散差。
文檔編號G09F9/30GK1617209SQ2004100929
公開日2005年5月18日 申請日期2004年11月11日 優先權日2003年11月11日
發明者河西利幸 申請人:精工愛普生株式會社