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JP2010249955A - 表示装置 - Google Patents

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JP2010249955A JP2009097396A JP2009097396A JP2010249955A JP 2010249955 A JP2010249955 A JP 2010249955A JP 2009097396 A JP2009097396 A JP 2009097396A JP 2009097396 A JP2009097396 A JP 2009097396A JP 2010249955 A JP2010249955 A JP 2010249955A
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Abstract

【課題】カップリング容量を効率的に配置する。
【解決手段】 有機EL素子1と、この有機EL素子1に駆動電流を供給する駆動トランジスタ2と、この駆動トランジスタ2のゲートに接続され電圧を保持する保持容量6と、駆動トランジスタ2のゲートとデータ電圧が供給されるデータライン7との間に設けられたカップリング容量5と、データライン7からのデータ電圧の駆動トランジスタ2のゲートへの供給を制御する選択トランジスタ3と、駆動トランジスタ2のゲートとドレイン間を短絡するリセットトランジスタ4と、を含む。カップリング容量5を、データライン7にオーバーラップさせてその下方に形成するとともにその一端はそれに接続された選択トランジスタとリセットトランジスタの電極を構成する。
【選択図】図2A

Description

本発明は、有機EL素子を有する表示装置に関する。
有機ELディスプレイは自発光型であることから、コントラストが高く、応答が早いため、自然画などを表示するテレビなどの動画アプリケーションに適している。一般に、有機EL素子は、トランジスタなどの制御素子を用いて定電流で駆動されるが、その場合トランジスタを飽和領域で用いるため、トランジスタのVth(閾値)や移動度の特性ばらつきにより、同じ階調電圧を画素に入力しても、画素毎に異なる電流が生成され、発光輝度の均一性が課題となっていた。この課題を解決するため、画素内にVthを補正する回路を導入した例が特許文献1などに開示されている。
この特許文献1の補正回路を用いると、有機EL素子に電流を供給する駆動トランジスタのゲート−ソース間にVgs=Cc/(Cc+Cs)*Vsig+Vthが印加される。ただし、Cc、Csは特許文献1の図3に記載の容量、Vsigはデータラインに供給されて、画素に書き込まれる階調信号電位である。このように駆動トランジスタのゲート端子には常にそのVthがオフセットとして加えられるため、Vthが自動的に補正される。なお、上記Vgsの式からも分かるように、Vgsは入力されるVsigに対してCc/(Cc+Cs)の比で小さくなるため、この振幅の減少を少しでも抑えてダイナミックレンジを最大化するにはCcをCsより十分大きくすることが望ましい。
特表2002−514320号公報
しかし、特許文献1に開示されている補正回路内においてCcを大きくすると、画素の開口率が小さくなる。このため、有機EL素子の駆動電流が大きくなり、有機EL素子の寿命を十分に保てなくなる。また、昨今ではディスプレイの高精細化がさらに進み、より小さな画素スペースに補正回路を導入しなければならず、この容量を十分に確保することが困難になってきている。従って、より簡略化された補正回路や、効率的なトランジスタや配線の配置が望まれる。
本発明は、画素をマトリクス状に配置した表示装置であって、各画素に、一端がデータラインに接続されたカップリング容量と、一端が電源ラインに接続され、制御端と他端がそれぞれ選択トランジスタとリセットトランジスタを介して前記カップリング容量の他端に接続された駆動トランジスタと、一端が前記駆動トランジスタの電源側の一端に接続され、他端が前記駆動トランジスタの制御端に接続された保持容量と、前記駆動トランジスタに流れる電流により駆動される発光素子と、を含むとともに、各ラインの電位を制御するライン駆動回路を含み、前記ライン駆動回路は、前記駆動トランジスタを導通させ、電源ラインの電圧を変更することで駆動トランジスタの他端の電位を前記発光素子に電流が流れない電位に設定した後、前記選択トランジスタとリセットトランジスタを導通させて、前記駆動トランジスタの閾値電圧を前記カップリング容量と保持容量に書き込み、リセットトランジスタを非導通として、データラインの電位にカップリング容量の電位を重畳した電位を前記保持容量に書き込むことで駆動トランジスタの閾値補正を行うことを特徴とする。
また、前記カップリング容量は前記データラインにオーバーラップされて形成されることが好適である。
また、前記カップリング容量の一端は、前記選択トランジスタおよび前記リセットトランジスタの電極を構成する導体と同じ層に形成された導体により形成されて、接続されていることが好適である。
また、前記選択トランジスタおよびリセットトランジスタは、半導体層をソース電極、チャネル領域、ドレイン電極として利用し、チャネル領域の上には、ゲート絶縁膜を介しメタル層であるゲート電極がそれぞれ形成されており、前記カップリング容量は、前記半導体層と、前記ゲート絶縁膜と同一工程で形成される絶縁膜と、前記ゲート電極と同一工程で形成されるメタル層と、で形成されることが好適である。
本発明によれば、電源ラインの電圧を変更することで、閾値補償のための構成を簡略化できる。従って、効率的なトランジスタ、配線の配置が得られる。
実施形態に係る画素回路の構成を示す図である。 画素回路のレイアウトを示す図である。 駆動トランジスタおよび保持容量部分の構成を示す断面図である。 カップリング容量の構成を示す断面図である。 実施形態に係る画素回路の他の構成を示す図である。 実施形態の動作を説明するタイミングチャートである。 表示パネルの構成を示す図である。 実施形態に係る画素回路の他の構成を示す図である。 実施形態に係る画素回路の他の構成を示す図である。
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。図1には、本実施形態の画素の回路構成が示されている。表示パネルには、画素12がマトリクス状に多数配置され、各画素12の発光が輝度データに応じて制御される。
画素12において、有機EL素子1は、カソードが全画素共通のカソード電極11(VSSの一定電位が与えられる)に、アノードはソース端子が電源ライン10に接続された駆動トランジスタ2のドレイン端子に接続されている。有機EL素子1のアノードと駆動トランジスタ2のドレイン端子の接続点には、ゲート端子がリセットライン9に接続されたリセットトランジスタ4のソース端子が接続され、そのドレイン端子は一端がデータライン7に接続されたカップリング容量5の他端とゲート端子が選択ライン8に接続された選択トランジスタ3のドレイン端子に接続されている。選択トランジスタ3のソース端子は駆動トランジスタ2のゲート端子と一端が電源ライン10に接続された保持容量6の他端に接続されている。また、有機EL素子1のアノード−カソード間の寄生容量Cdが発生する。なお、図1の画素12は3つのP型トランジスタより構成されているが、その一部にN型トランジスタを用いてもよい。
図2Aには、金属薄膜や半導体薄膜を堆積する基板面から見た、図1の画素12のレイアウト図(平面図)、図2BにはA−A’断面図、図2CにはB−B’断面図が示されている。図2B(A−A’断面図)に示すように、保持容量6は電源ライン10を構成するメタル6−1と、駆動トランジスタ2のゲートメタル6−2が層間絶縁膜6−3を介して対向配置することで形成される。なお、ゲートメタル6−2の下側には、ゲート絶縁膜2−1を介し、ポリシリコン層(半導体層)2−2が配置されており、このポリシリコン層2−2が駆動トランジスタ2のチャネル領域として機能する。
保持容量6の保持特性を十分に確保するため、保持容量6の容量はある程度大きくしておかなくてはならないが、カップリング容量5はさらに大きな容量を必要とする。このため、広い交差領域(2つの電極が対向する領域)が必要となるが、図2Aのレイアウト図では、カップリング容量5をデータライン7がオーバーラップする形で下方に形成できるため、開口率を低下させることなく、その形成領域を確保できる。特に、通常層間絶縁膜よりゲート絶縁膜の方が薄いため、容量値を確保しやすい。すなわち、本実施形態では、図2C(B−B’断面)に示すように、コンタクトCT1を介してデータライン7とゲートメタル5−1を接続し、ゲートメタル5−1とポリシリコン電極5−2とがゲート絶縁膜5−3を挟むようにしてカップリング容量5を形成している。
なお、容量値は小さくなるが、ゲートメタル5−1を用いず、データライン7とポリシリコン電極5−2が層間絶縁膜5−4及びゲート絶縁膜5−3を挟み込むことでカップリング容量5を形成してもよいし、あるいはゲートメタル5−1とポリシリコン電極5−2をコンタクトで接続し、データライン7とゲートメタル5−1が層間絶縁膜5−4を挟むことでカップリング容量5を形成してもよい。
また、図1の画素12では、駆動トランジスタ2のゲート端子とドレイン端子をそれぞれ選択トランジスタ3、リセットトランジスタ4を介してカップリング容量5の一端に接続する構成となっている。このため、電極間接続用のコンタクトを少なくすることができ、高開口率化に適している。つまり、図2A、図2Bによれば、駆動トランジスタ2のゲート電極はゲートメタル6−2をコンタクトCT2、CT3により選択トランジスタ3のポリシリコン電極のソース端子へ接続されるが、駆動トランジスタ2のドレイン電極はポリシリコン電極としてリセットトランジスタ4のソース電極と共通化できるため、コンタクトは必要ない。また、選択トランジスタ3とリセットトランジスタ4のポリシリコン電極のドレイン端子はカップリング容量5のポリシリコン電極と共通化できるため、この部分においてもコンタクトを省略でき、画素構成が簡略化される。
ここで、コンタクトCT3は、コンタクトCT2と接続するメタル層と駆動トランジスタ2のゲート電極を接続する。また、コンタクトCT4は電源ライン10とメタル6−1と接続し、コンタクトCT5はメタル6−1と、駆動トランジスタ2のソース電極を形成し、ここから伸びるポリシリコン層(半導体層)と接続し(メタル6−1の下に位置する)、コンタクトCT6は駆動トランジスタ2のドレイン電極を構成し、ここから伸びるポリシリコン層と、有機EL素子1のアノードを接続する。
このような構成の利点を説明するため、図1と類似した画素12を図3に示す。図3の画素12は、カップリング容量5を図1と同様にデータライン7にオーバーラップする形で形成できる画素であるが、リセットトランジスタ4のドレイン端子が駆動トランジスタ2のゲート端子に接続されている点が異なっている。この場合、リセットトランジスタ4のドレイン端子と駆動トランジスタ2のゲート端子を接続することになるが、ポリシリコン電極のリセットトランジスタ4のドレイン端子とゲートメタルである駆動トランジスタ2のゲート端子を接続するため、異なる層を接続するコンタクトが必要となる。このコンタクトは発光領域を減少させるため、開口率低下の原因となり、より高精細化が求められる場合に不都合となる。つまり、保持容量と開口率ともに確保できる図2のレイアウトが可能な図1の画素12がより高精細化に適する。
次に、図4を用いて、図1あるいは図3の画素12による駆動トランジスタ2のVthを補正する制御方法について説明する。図4に示されるように、1水平期間は(1)プリセット書き込み期間、(2)プリセット期間、(3)プリセット解除書き込み期間、(4)Vth補正期間、(5)データ書き込み期間を含んでいる。
画素12のあるラインが選択される水平期間では、まず選択ライン8がLowとされて選択され、選択トランジスタ3がオンすると、駆動トランジスタ2をオンするのに十分低いデータ信号Vpstがデータライン7、カップリング容量5を介して画素12に書き込まれる。すなわち、電源ライン10のHigh側電圧VDDHと、データライン7にカップリング容量5の電位を加えた分の電圧差が保持容量6に書き込まれる。その後、選択ライン8がHighとされ、選択トランジスタ3がオフすると、保持容量6により書き込まれた電位が保持され、駆動トランジスタ2はオン状態を継続する((1)プリセット書き込み期間)。次に、電源ライン10をHigh側(VDDH)からLow側(VDDL)へ変化させる。この際、駆動トランジスタ2のゲート−ソース間電位Vgsは保持容量6により維持されるため、駆動トランジスタ2はオン状態を維持する。従って、駆動トランジスタ2のドレイン電位、すなわち有機EL素子1のアノード電位は電源ライン10と同じ電位であるVDDLへ遷移し、有機EL素子1のアノード−カソード間の寄生容量CdはVDDLの電位でプリセットされる((2)プリセット期間)。
データライン7に同じデータ信号Vpstを供給し続け、再度選択ライン8をLowとし、選択トランジスタ3をオンすると、今度は駆動トランジスタ2はオフするか、もしくはオフに近い状態となる。これは駆動トランジスタ2のソース電位がLow側のVDDLとなり、Vgsが小さくなるためである。選択ライン8をHighとし、選択トランジスタ3をオフすると、保持容量6には駆動トランジスタ2がオフ状態となる電位が保持されると同時に寄生容量Cdから電源ライン10が切り離されて、寄生容量Cdにはプリセット電位VDDLが保持される((3)プリセット解除書き込み期間)。
続いて、データライン7に電源ライン10と同じ電位VDDWを供給し、電源ライン10をVDDWへ遷移させてから、選択ライン8とリセットライン9をLowとすると、選択トランジスタ3とリセットトランジスタ4がオンし、駆動トランジスタ2はダイオード接続され、駆動トランジスタ2の閾値電圧Vthがカップリング容量5、保持容量6に書き込まれる((4)Vth補正期間)。
この際、VDDL及びVDDWは駆動トランジスタ2がダイオード接続されても有機EL素子1に電流が流れない十分低い電位である。例えば、カソード電位VSSが0Vであれば、VDDLを−5V、VDDWを0Vとすると、Vth補正期間ではカソード電位と駆動トランジスタ2のソース電位は同電位となり、有機EL素子1には電流が流れない。
Vth補正期間の後、リセットライン9をHighとし、リセットトランジスタ4をオフすると、カップリング容量5にVthが保持される。選択ライン8をLowに維持して、選択トランジスタ3をオンしたままデータライン7上に階調信号電位Vsigを供給すると、駆動トランジスタ2のゲート端子には、カップリング容量5により、Vthがオフセットとして加えられた階調信号電位が印加され、ゲート−ソース間電位はVgs=(Cc/(Cc+Cs))*Vsig+Vthとなる。選択ライン8をHighとし、選択トランジスタ3をオフすると、その電位が保持容量6に保持されて書き込み期間を終了する((5)データ書き込み期間)。
水平期間の最後で電源ライン10をVDDWからVDDHへ遷移させると、駆動トランジスタ2のVgsはそのまま維持され、そのドレイン電位が上昇し、VDDHが十分高い電位になると、有機EL素子1に電流が流れて発光する。画素12は次に選択されるまでこの状態を維持し、Vthが補正された均一な電流により発光し続ける。
このように、本実施形態によれば、電源ライン10の電圧を変更することで、有機EL素子1の寄生容量Cdに負の方向(アノードよりカソードの電位が高い方向)の充電が行われる。特に、Vthより大きな電圧を充電しておく。これによって、Vth補正期間において、電源ライン10の電圧を有機EL素子1のカソード電圧と同一の電圧として有機EL素子1をオフした状態で、駆動トランジスタ2のゲートおよびドレイン電圧をソースに比べVthだけ低い電圧にセットすることができ、カップリング容量5、保持容量6にVthを充電することができる。従って、駆動トランジスタ2と有機EL素子1との間に電流制御用のトランジスタを設ける必要がなく、素子数が少なくなるとともに、配線の簡略化を図ることができる。
図5には、図1もしくは図3の画素12がアレイ状に配置された表示アレイ21、データライン7を駆動するデータライン駆動回路22、選択ライン8及びリセットライン9を駆動する選択ライン駆動回路23、電源ライン10を駆動する電源ライン駆動回路24、また各駆動回路に映像信号やタイミング信号を供給するタイミング制御回路25から構成される有機ELディスプレイ100の全体構成が示されている。なお、図5には代表的な構成例が示されているが、実用化において、タイミング制御回路25をデータライン駆動回路22に組み込んだり、選択ライン駆動回路23を表示アレイ21上に形成して構成してもよい。
外部からの映像信号やタイミング信号は、タイミング制御回路25に入力され、そこで各駆動回路へ供給するタイミングが生成される。つまり、データライン駆動回路22には各画素の映像データとデータライン7を駆動するタイミング信号が供給され、選択ライン駆動回路23には選択ライン8とリセットライン9を駆動するタイミング信号、電源ライン駆動回路24は電源ライン10の電位を制御するタイミング信号が供給される。
プリセット書き込み期間になると、データライン駆動回路22は各データライン7にプリセット電位Vpstを供給し、選択ライン駆動回路23は選択ライン8をLowとして画素12にプリセット電位Vpstを書き込み、その後Highとして書き込みを終了する。プリセット期間では電源ライン駆動回路24は電源ライン10をVDDHからVDDLに下げて、寄生容量CdをVDDLにプリセットする。プリセット期間が終了すれば電源ライン10をVDDWに上げて、Vthと映像データVsigが書き込まれるまで同じレベルに維持される。選択ライン駆動回路23はVth補正期間では選択ライン8とリセットライン9を同時にLowとし、Vth補正期間が終了するとリセットライン9のみHighに戻す。データライン駆動回路22は、Vth補正期間ではVDDWをデータライン7に出力するが、データ書き込み期間ではVsigを供給する。各駆動回路はこの一連の動作を1水平期間に図4のタイミングに沿って連携して行うようにタイミング制御回路25により制御される。
図1及び図3の画素12以外にも図6や図7のように駆動トランジスタ2がN型の場合でも同様な方法でVthを補正できる。図6(図7)は、図1(図3)に対応するものであり、有機EL素子1のアノードを全画素共通の電極31として構成する。そして、電極31を基本的にVDDHに固定しておき、電源ライン10には、図4の場合と反対に、VSS、VDDH、VDDWの順に極性が反対の電圧を供給する。さらに、選択ライン、データライン、リセットラインについても極性が反対の信号を供給する。
このような構成においても、画素12は、データライン7とオーバーラップしてカップリング容量5を形成できる。特に、図6の場合には、リセットトランジスタ4のソース端子はカップリング容量5とポリシリコン電極で共通化できる。このため、コンタクトが不要となり、開口率を最大化できる。
1 有機EL素子、2 駆動トランジスタ、2−1 ゲート絶縁膜、2−2 ポリシリコン層、3 選択トランジスタ、4 リセットトランジスタ、5 カップリング容量、5−1 ゲートメタル、5−2 ポリシリコン電極、5−3 ゲート絶縁膜、5−4 層間絶縁膜、6 保持容量、6−1 メタル、6−2 ゲートメタル、6−3 層間絶縁膜、7 データライン、8 選択ライン、9 リセットライン、10 電源ライン、11 カソード電極、12 画素、21 表示アレイ、22 データライン駆動回路、23 選択ライン駆動回路、24 電源ライン駆動回路、25 タイミング制御回路、31 アノード電極、100 ディスプレイ、CT1〜CT6 コンタクト、Cd 寄生容量。

Claims (4)

  1. 画素をマトリクス状に配置した表示装置であって、
    各画素に、
    一端がデータラインに接続されたカップリング容量と、
    一端が電源ラインに接続され、制御端と他端がそれぞれ選択トランジスタとリセットトランジスタを介して前記カップリング容量の他端に接続された駆動トランジスタと、
    一端が前記駆動トランジスタの電源側の一端に接続され、他端が前記駆動トランジスタの制御端に接続された保持容量と、
    前記駆動トランジスタに流れる電流により駆動される発光素子と、
    を含むとともに、
    各ラインの電位を制御するライン駆動回路を含み、
    前記ライン駆動回路は、前記駆動トランジスタを導通させ、電源ラインの電圧を変更することで駆動トランジスタの他端の電位を前記発光素子に電流が流れない電位に設定した後、前記選択トランジスタとリセットトランジスタを導通させて、前記駆動トランジスタの閾値電圧を前記カップリング容量と保持容量に書き込み、リセットトランジスタを非導通として、データラインの電位にカップリング容量の電位を重畳した電位を前記保持容量に書き込むことで駆動トランジスタの閾値補正を行うことを特徴とする表示装置。
  2. 請求項1に記載の表示装置において、
    前記カップリング容量は前記データラインにオーバーラップされて形成されることを特徴とする表示装置。
  3. 請求項1または2に記載の表示装置において、
    前記カップリング容量の一端は、前記選択トランジスタおよび前記リセットトランジスタの電極を構成する導体と同じ層に形成された導体により形成されて、接続されていることを特徴とする表示装置。
  4. 請求項1または2に記載の表示装置において、
    前記選択トランジスタおよびリセットトランジスタは、半導体層をソース電極、チャネル領域、ドレイン電極として利用し、チャネル領域の上には、ゲート絶縁膜を介しメタル層であるゲート電極がそれぞれ形成されており、
    前記カップリング容量は、前記半導体層と、前記ゲート絶縁膜と同一工程で形成される絶縁膜と、前記ゲート電極と同一工程で形成されるメタル層と、で形成されることを特徴とする表示装置。
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