CN101667391B - 像素电路、发光显示装置及其驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种像素电路、发光显示装置及其驱动方法。一种像素电路至少包括发光元件和薄膜晶体管，薄膜晶体管将根据发光元件的亮度-电流特性控制灰度级的第一电流供应给发光元件，其中，薄膜晶体管具有背栅电极，包括至少驱动时段和写入时段，在驱动时段中，薄膜晶体管将第一电流供应给发光元件，在写入时段中，为了使第一电流在驱动时段期间通过薄膜晶体管，在驱动时段之前，第二电流被写入薄膜晶体管，以及通过改变在驱动时段和写入时段中被施加到背栅电极的电压，使得对薄膜晶体管的栅极电压的电流能力不同。

Description

像素电路、发光显示装置及其驱动方法
技术领域
本发明涉及一种使用发光显示装置元件的像素电路、发光显示装置及其驱动方法。本发明尤其涉及一种由有机发光二极管(OrganicLight Emitting Diode，以下称为OLED)元件配置的像素电路和用于将电流供应给OLED元件的驱动电路、以矩阵形式包括像素电路的发光显示装置及其驱动方法。 
背景技术
最近几年，使用有机发光二极管(OLED)作为发光元件的OLED显示器的研究和开发正在进行中。在OLED显示器中，通常使用由包括OLED元件的像素电路和包括用于驱动OLED元件的电路的像素电路配置的有源矩阵(Active-Matrix，以下称为AM)型OLED显示器。AM型OLED显示器延长了OLED元件的使用寿命，抑制了功耗，并可实现高图像质量。像素电路包括作为组件的薄膜晶体管(Thin-Film-Transistor，以下称为TFT)。OLED显示器的衬底和TFT部分主要称为背板。 
作为用于AM型OLED显示器的背板的TFT的半导体材料，非晶硅(amorphous-Si，以下称为a-Si)和多晶硅(Poly-crystal-Si，以下称为p-Si)等被研究。此外，新近提出了一种TFT(以下，称为AOSTFT)，该TFT使用非晶氧化物半导体(amorphous-oxide-semiconductor，以下称为AOS)的薄膜作为TFT的沟道层。 
作为AOS材料，例如，举例来讲有铟(In)、镓(Ga)和锌(Zn)的非晶氧化物(amorphous-In-Ga-Zn-O，以下称为a-IGZO)以及锌(Zn)和铟(In)的非晶氧化物(amorphous-Zn-In-O，以下称为 a-ZIO)。AOS TFT包括高达具有a-Si作为沟道层的TFT(以下称为a-Si TFT)十倍或更多倍的迁移率，并且被认为由于非晶性而获得高均匀性。因此，这些TFT有希望作为显示器背板的TFT。Nomuraet al.，Nature，vol.432，pp.488-492，2004和Yabuta et.al.，APL，89，112123，2006描述了使用a-IGZO的TFT。 
同时，由于a-Si TFT和AOS TFT中的电和热应力而引起的特性改变，并且由于使用p-Si作为沟道层的TFT(以下，称为p-Si TFT)中的粒界而引起的特性变化，而导致对包括用于校正特性改变和变化的功能的像素电路进行研究。这些像素电路大体上分为基于两种技术的像素电路，即，电流写入型和电压写入型，电流写入型通过从像素电路外部提供的电流确定控制将供应给OLED元件的电流的TFT的电流能力(current capability)，电压写入型通过施加电压确定所述TFT的电流能力。 
在电流写入型像素电路中，通过施加的电流确定TFT的电压，因此，无论表示TFT特性的阈值电压和迁移率的值如何，都可控制供应给OLED的电流。同时，在电压写入型像素电路中，通过施加的电压确定TFT的电流，因此，具有被校正的阈值电压和没有被校正的迁移率的电流被供应给OLED。因此，通常可以说电流写入型像素电路能够以更高的精度控制将供应给OLED的电流。 
然而，在电流写入型像素电路的情况下，显示器的线负载被电流充电和放电，因此，花费很多时间用于写入。因此，由于随着显示器尺寸越大，线负载变得越大，所以电流型像素电路难以应用于大屏幕显示器。因此，如在Lee et al.，IEEE Transaction of Electron Devices，vol.54，2403，2007中所述，正在研究通过提供这样的单元来将电流写入型像素电路应用于大屏幕显示器，该单元用于与写入电流相比降低用于驱动像素电路的OLED元件的电流。 
在Lee et al.，IEEE Transaction of Electron Devices，vol.54.2403，2007中描述的像素电路包括两个电容元件。这个像素电路通过使用通过电流写入时的电流所确定的驱动TFT的栅极电压来将比电流写入 时的电流低的电流供应给OLED元件，其中，当OLED元件被驱动时，如果一个电容元件的一个端子的电压下降，则所述驱动TFT的栅极电压由于电荷泵效应而下降。 
为了用AM型OLED显示器实现高质量的显示器，要求校正组成元件的特性的差异，诸如OLED元件的电压-亮度特性随时间的改变、作为驱动电路的组件的TFT的特性变化和由于电应力而引起的TFT特性改变。此外，尤其是在大屏幕显示器中，电流的写入花费很多时间，以高精度应用电流写入型像素电路是困难的。 
本发明的一个目的是通过比在Lee et.al.，IEEE Transaction ofElectron Devices，vol.54，2403，2007中描述的像素电路简单的配置和驱动方法而提供一种解决前述问题的发光显示装置及其驱动方法。 
发明内容
作为为了解决所述问题而认真研究的结果，本发明人获得了本发明。 
本发明针对一种像素电路，它包括发光元件和薄膜晶体管，所述薄膜晶体管将根据发光元件的亮度-电流特性控制灰度级的第一电流供应给发光元件， 
其中，所述薄膜晶体管具有背栅电极， 
驱动时段和写入时段被设置，其中，在驱动时段中，薄膜晶体管将第一电流供应给发光元件，以及在写入时段中，为了在驱动时段期间从薄膜晶体管提供第一电流，在驱动时段之前，第二电流被写入薄膜晶体管， 
将被施加到背栅电极的电压在驱动时段和写入时段之间的差使得驱动时段和写入时段在由薄膜晶体管的栅极电压确定的电流能力方面彼此不同。 
第二电流可以比第一电流大。 
在像素电路中，在写入时段被施加到背栅电极的电压可以被设置成使得所述电流能力比在驱动时段被施加到背栅电极的电压所控制 的电流能力高。 
在像素电路中，由被施加到背栅电极的电压变化而引起的薄膜晶体管的迁移率的改变可以为5％或更低。 
在像素电路中，被施加到背栅电极的电压和薄膜晶体管的阈值电压之间的关系可以由线性关系表示。 
在写入时段来自像素电路外部的第二电流可以控制灰度级。 
在写入时段中被提供给背栅电极的电压可以控制灰度级。 
本发明针对一种发光显示装置，包括： 
二维布置的像素电路，和 
扫描单元，用于针对每一行将电压供应给按行方向布置的多个像素电路的背栅电极。 
本发明针对一种相机，包括：发光显示装置；图像拍摄单元，用于拍摄对象的图像；图像信号处理单元，用于对在图像拍摄单元中拍摄的图像的信号进行处理，其中，经过图像信号处理单元中的信号处理的图像信号被显示在发光显示装置中。 
本发明针对一种像素电路的驱动方法，所述像素电路包括发光元件和薄膜晶体管，该薄膜晶体管将根据发光元件的亮度-电流特性控制灰度级的第一电流供应给发光元件， 
其中，薄膜晶体管具有背栅电极， 
设置驱动时段和写入时段，其中在驱动时段中，薄膜晶体管将第一电流供应给发光元件，以及在写入时段中，为了在驱动时段期间从薄膜晶体管提供第一电流，在驱动时段之前，将第二电流写入薄膜晶体管，将被施加到背栅电极的电压在驱动时段和写入时段之间的差使得驱动时段和写入时段在由薄膜晶体管的栅极电压确定的电流能力方面彼此不同。 
第二电流可以比第一电流大。 
在像素电路的驱动方法中，在写入时段被施加到背栅电极的电压可以被设置成使得所述电流能力比在驱动时段被施加到背栅电极的电压所控制的电流能力高。 
在写入时段来自像素电路外部的第二电流可以控制灰度级。 
在写入时段中被提供给背栅电极的电压可以控制灰度级。 
本发明针对一种使用像素电路的驱动方法的发光显示装置的驱动方法，其中，二维布置像素电路，以及对于每一行将电压提供给按行方向布置的多个像素电路的背栅电极。 
根据本发明，可实现具有大的线负载的发光显示装置，例如，大屏幕OLED显示器，它能够通过写入来自外部的电流来校正阈值电压和迁移率而实现高质量显示。 
从以下参考附图对示例性实施例的描述，本发明的进一步的特征将变得清楚。 
附图说明
图1是根据本发明的实施例1的像素电路的电路配置图。 
图2是示出实施例1的像素电路的操作的时序图。 
图3是示出在根据本发明的像素电路中使用的a-IGZO TFT的结构的截面图。 
图4是示出在根据本发明的像素电路中使用的a-IGZO TFT的Id-Vg特性和它的背栅电压依赖性的特性图。 
图5是示出在根据本发明的像素电路中使用的a-IGZO TFT的阈值电压的背栅电压依赖性的特性图。 
图6是示出a-IGZO TFT的场效应迁移率相对于背栅电压的改变率的特性图。 
图7是根据本发明的实施例2的像素电路的电路配置图。 
图8是根据本发明的实施例3的像素电路的电路配置图。 
图9是示出实施例3的像素电路的操作的时序图。 
图10是根据本发明的实施例4的像素电路的电路配置图。 
图11是示出实施例4的像素电路的操作的时序图。 
图12是示出实施例4的像素电路的修改示例的电路配置图。 
图13是示出在其中二维布置各个像素电路的整个OLED显示器 的电路配置的电路配置图。 
图14是示出使用AM型OLED显示器的数字相机的配置的框图。 
图15是示出背栅电压依赖性和漏电流的变化(ΔID/ID)的关系的特性图。 
具体实施方式
以下，将使用附图详细描述本发明的实施例。 
在以下将描述的实施例中，将描述包括像素电路的OLED显示器，所述像素电路具有以a-IGZO作为沟道层的AOS TFT和由OLED元件配置的发光元件。然而，本发明还可应用于使用具有除a-IGZO之外的半导体作为沟道层的TFT的发光显示装置和使用除OLED元件之外的发光元件的发光显示装置。此外，本发明还可应用于除发光显示装置之外的使用TFT的AM型装置，例如，使用压敏元件的压力传感器和使用光敏元件的光学传感器，并可获得类似的效果。作为AOS材料，除a-IGZO之外，举例来讲有锌(Zn)和铟(In)的非晶氧化物(amorphous-Zn-In-O，以下称为a-ZIO)。对于沟道层，除了仅由a-IGZO或a-ZIO形成的材料之外，可使用以a-IGZO或a-ZIO作为主成分的包括其它附加材料的材料。此外，可将除了AOS材料之外的p-Si和a-Si用作TFT的沟道层。 
本发明的特点之一在于，通过对背栅的电压施加而引起的电流能力的改变被用于缩短电流写入时段。此外，通过使用氧化物半导体作为沟道层，可使通过背栅电压施加而得到的电流能力控制范围增加到宽范围，并可进一步缩短电流写入时段。 
在本申请中使用的“非晶”是指在X线衍射中不能看到清晰的峰的状态。 
本发明人通过对具有背栅电极的a-IGZO TFT进行评估而获得以下知识。 
具有背栅电极的a-IGZO TFT的漏电流-栅极电压特性根据背 栅电极的电压(以下，称为背栅电压)而与栅极电压平行移动。换句话说，在阈值电压相对于背栅电压的改变而改变的同时，迁移率的改变是小的(5％或更小)。因而，由TFT的背栅电极的电压变化而引起的迁移率的改变优选为5％或更小。迁移率的改变越小越好。 
应该指出，迁移率应该是在由阈值电压的改变量校正的相同栅极电压下的迁移率。例如，当通过使背栅电压改变-1V来使阈值电压偏移+1V时，这意味着在改变之前的10V的栅极电压下的迁移率和在改变之后的11V的栅极电压下的迁移率之间的差为改变之前的迁移率的5％或更小。此外，在a-IGZO TFT中，在背栅电压和阈值电压之间建立线性关系。即使当背栅电压从-10V改变+10V时，也建立平行移动。在此期间，阈值电压在几伏的范围中改变。 
在p-Si TFT中，由背栅电压引起的TFT的漏电流-栅极电压特性的平行移动是已知的，在a-IGZO TFT的情况下，可通过背栅电压和阈值电压控制的电流-电压特性的平行移动的改变范围大。这似乎主要源于用于沟道层的半导体层的带隙的差异。 
在本发明中，在像素电路中，在从像素电路外部供应的电流被写入的时段中，电压从像素电路的外部施加到TFT的背栅电极，从而，电流能力提高。其后，通过施加下述电压，TFT供应比写入的电流低的电流，并驱动OLED元件，所述电压在驱动时段中使对背栅电极的电流能力下降，在驱动时段中，电流被供应给OLED元件。 
因此，可使在电流被写入的时段中从外部供应的电流是可对显示器的线负载进行充电和放电的电流，像素电路可应用于具有大的线负载的显示器，诸如大屏幕显示器。此外，来自像素电路外部的电流被写入。因此，像素电路的TFT的阈值电压和迁移率都是可校正的。由于电流被供应给OLED元件，所以OLED元件的阈值电压也是可校正的，因此，可实现高精度的图像质量。 
此外，在本发明中，使在电流被写入的时段中从外部供应的电流是恒定电流。因此，可降低显示器的线负载的充电和放电的量。此外，通过写入来自像素电路外部的电压来控制TFT的背栅电压，从而， 可控制供应给OLED元件的电流。从像素电路外部对背栅电压的控制是通过电压进行的写入，因此，可在短的写入时间内进行从像素电路外部对背栅电压的控制。因此，像素电路可应用于具有大的线负载的显示器，诸如大屏幕OLED显示器。此外，由于来自像素电路外部的电流被写入，所以像素电路的TFT的阈值电压和迁移率都可被校正。由于电流被供应给OLED元件，所以OLED元件的阈值电压可被校正，因此，可实现高精度的图像质量。 
通过使用a-IGZO TFT作为TFT，TFT的电流能力(即，阈值电压)可在大的背栅电压范围内被控制。因此，与其它TFT相比，可使在电流写入时段中从像素电路外部供应的电流或者恒定电流大。因此，可缩短显示器的线负载的充电和放电所需的时间，像素电路可应用于具有大屏幕的高清晰度显示器。 
<实施例1> 
首先，将描述在本实施例中使用的具有背栅电极以及具有a-IGZO作为沟道层的TFT的特性。 
图3是具有背栅电极和作为沟道层的a-IGZO的TFT的截面图。 
以下将描述具有图3中所示的结构的a-IGZO TFT的制造方法。 
通过溅射沉积法使Mo膜(100nm厚)在作为绝缘衬底的玻璃衬底110上沉积，并通过光刻法和干法蚀刻，形成栅极电极111。 
其后，通过等离子体CVD沉积法，使SiO膜(200nm厚)沉积，形成栅绝缘层112。 
其后，在室温下，通过溅射沉积法，使a-IGZO膜(30nm厚)沉积，并通过光刻法和湿法蚀刻，使a-IGZO膜成岛(island)。a-IGZO膜用作TFT的沟道区(沟道层)113以及源极区114和和漏极区115的一部分。 
其后，通过溅射沉积法，使SiO膜(100nm厚)沉积，作为沟道保护膜116，并通过光刻法和干法蚀刻法形成沟道图案。 
其后，通过等离子体CVD沉积法，SiN膜(300nm厚)和SiO膜(50nm厚)依次被堆叠，作为层间绝缘膜117，以沉积SiO/SiN堆 叠的膜。此外，通过光刻法和干法蚀刻法，形成用于源极/漏极的接触孔和用于栅极的接触孔。a-IGZO膜的没有被溅射的SiO膜覆盖的区在SiN膜沉积到源极区/漏极区时具有低电阻。 
其后，通过溅射沉积法，使Mo膜(200nm厚)沉积，并通过光刻法和干法蚀刻法，形成源极/漏极118和120以及背栅电极119。从而，形成图3中所示的TFT。 
将显示通过前述制造方法获得的a-IGZO TFT的电特性。 
图4示出在a-IGZO TFT的0.1V的漏极电压VD、0V的源极电压VS和-10、-5、0、5和10V的背栅电压VBG的情况下的漏电流ID-栅极电压VG特性(以下，称为ID-VG特性)。a-IGZO TFT的沟道宽度(以下，称为W)为60μm，沟道长度(以下，称为L)为10μm。 
图4示出如果背栅电压VBG较低，ID-VG特性平行于相对于栅极电压的正侧移动。在图4中，例如，1.0E-5表示1.0×10-5。 
图5示出从这些ID-VG特性获得的阈值电压VTH相对于背栅电压VBG的依赖性。图6示出在VBG＝0时相对于场效应迁移率μFE的值的改变率。根据图5，用线性关系表示背栅电压VBG和阈值电压VTH的关系，当关系如下时， 
VTH＝VTH0-a×VBG    ...公式(1) 
其中，VTH0表示在0V的背栅电压VBG时的阈值电压；以及a＝CBG/CG，其中，CG表示栅绝缘膜的每单位面积的电容，为1.86×10-8(F/cm2)，以及GBG表示在背栅电极和a-IGZO之间存在的绝缘膜的每单位面积的电容，为1.08×10-8(F/cm2)。可再现获得的测量结果。此外，根据图6，迁移率相对于背栅电压变化的改变为3％或更小，迁移率不取决于背栅电压，并被认为是基本恒定的。 
从而，可将TFT的线性区中的漏电流ID表示为 
ID＝β×[(VG-VTH)×VD-0.5×VD2]   ......公式(2) 
在饱和区中，可将漏电流表示为 
ID＝0.5×β×(VG-VTH)2            ......公式(3) 
其中，β＝μFE×CG×(W/L)。 
如图15所示，相对于VG＝20V和VD＝0.1V时从公式(2)计算的VBG＝0时的漏电流的背栅电压依赖性(直线)再现实际的测量结果(点)。与此类似，在a-IGZO TFT中，背栅电压和阈值电压改变的关系为线性，因此，可用简单的公式表示包括背栅电压的影响的漏电流。因此，通过使用这个TFT便于设计。 
图1中示出本实施例的OLED显示器的像素电路。在本实施例中，像素电路由OLED元件(OLED)、一个a-IGZO TFT(TFT 1)、三个开关SW1、SW2和SW3以及存在于TFT 1的栅极和源极之间的电容器C1配置。OLED元件(OLED)为发光元件，TFT 1为将用于根据OLED的发光亮度-电流特性控制灰度级的电流(第一电流)供应给OLED的薄膜晶体管。TFT 1为控制将被供应给有机EL元件(OLED)的电流的驱动TFT，以及具有背栅电极。 
用于控制开关SW1的ON/OFF、开关SW2的ON/OFF和TFT 1的背栅电压的信号施加于扫描线S1。用于控制开关SW3的ON/OFF的信号施加于扫描线S2。电源线VDD1连接至开关SW3。数据线DATA连接至开关SW1，并经由开关SW1将电流供应给TFT 1的栅极和电容器C1。 
将通过把一帧划分为电流写入时段和驱动时段这两个时段来描述本实施例的操作。图2示出该操作的时序图。 
(a)电流写入时段 
在电流写入时段中，从像素电路外部供应的电流IDATA(为第二电流)通过数据线DATA被写入TFT 1。电流写入时段在驱动时段之前发生。 
在电流写入时段中，扫描线S1的电压被设置为H电平(VH)，而扫描线S2的电压被设置为L电平(VL)。因此，开关SW1和SW2处于电连续(ON)状态，开关SW3处于断开(OFF)状态。此外，TFT 1的背栅电压变为VH，电流能力处于高状态。 
此时，电流IDATA在TFT 1中流动，并被供应给OLED元件(OLED)。根据TFT 1的电流-电压特性，即，阈值电压和迁移率， 将TFT 1的栅极电压设置为使电流IDATA通过的电压。TFT 1的漏极和栅极短路，因此，TFT 1在饱和区中操作。因此，根据公式(3)，通过以下关系表达式表示TFT 1的每个端子的电压和电流IDATA。 
IDATA＝0.5×β×[(VG-VS)-{VTH0-a×(VH-VS)}]2
......公式(4) 
其中，VG表示栅极电压，VS表示源极电压，μFE表示前述迁移率，VTH0表示VBG＝0时的阈值电压，CG表示栅绝缘膜电容，CBG为背栅侧的电容器。 
(b)驱动时段 
在驱动时段中，通过将基于从数据线DATA供应的电流IDATA控制的电流供应给OLED元件来驱动OLED元件。 
在驱动时段中，扫描线S1的电压被设置为L电平(VL)，扫描线S2的电压被设置为H电平(VH)。因此，开关SW1和SW2处于断开(OFF)状态，开关SW3处于连续(ON)状态。此外，TFT 1的背栅电压变为VL，并处于电流能力比电流写入时段中的电流能力低的状态。 
由于开关SW1和SW2处于OFF状态，所以在电流写入时段中设置的栅极和源极之间的电压差保持，并通过以下公式表示用于驱动OLED元件的电流IOUT。 
IOUT＝0.5×β×[(VG-VS)-{VTH0-a×(VL-VS′)}]2≈[(IDATA)1/2-a×(0.5×β)1/2×(VH-VL)]2
......公式(5) 
其中，VS′表示驱动时段中的源极电压，公式(5)的下段的近似符号(≈)表示背栅电压和源极电压的差的省略。 
在公式(5)的右侧，阈值电压没有明确地出现。因此，即使由于一些原因而导致TFT 1的阈值电压在多个像素电路之间不同，各个电流IOUT也一致。同时，关于迁移率，公式(5)的右侧包括β(＝μFE×CG×(W/L))，当迁移率不同时，电流IOUT不同。然而，由于即使当迁移率不同时大圆括号[]中的第一项(IDATA)1/2也不受影响， 所以与迁移率完全不同的情况相比，电流IOUT的改变小，并且迁移率的改变和变化可被校正。 
作为通过使用公式(5)研究迁移率的改变和变化的影响的结果，当IOUT被设置为IDATA的1/2时，如果迁移率的改变或变化为5％或更小，则IOUT的变化变为2％或更小。2％对应于64个显示灰度级的精度(1.64≈1.6％)，因此，为了满足相邻像素中的灰度级，迁移率的改变或变化理想为5％或更小。由于由背栅电压而引起的迁移率改变为3％或更小，所以本实施例中的a-IGZO TFT可实现64个灰度级的电流精度。 
在本实施例中，可通过控制IDATA来执行对与一帧时段的灰度级对应的OLED元件的亮度的控制，即，对供应给OLED元件的电流的控制。通过以下公式表示将被供应给OLED元件的平均电流IAVG，平均电流IAVG确定一帧时段的亮度。 
IAVG＝[(IDATA×t1+IOUT×t2)/(t1+t2)]...公式(6) 
其中，t1表示电流写入时段的长度(时间)，t2表示驱动时段的长度(时间)。此外，还可通过公式(5)的VH、VL和“a”的值控制IOUT。 
通过执行以上操作，以矩阵形式包括本实施例的像素电路的AM型OLED显示器可校正a-IGZO TFT的特性(阈值电压、迁移率)的改变和变化，并可执行高质量的显示。尤其是通过将IDATA增加到在写入时段期间可对显示器的线负载进行充电和放电的程度，本实施例的显示器可应用于大屏幕显示器。 
此外，在本实施例中，与IEEE Transaction of Electron Devices，vol.54，2403，2007的像素电路相比，所需要的电容器的数量少一个，并且没有利用电容器的耦合效应。因此，可设想，可实现具有小面积和强抗噪声的像素电路。 
此外，本实施例的开关SW1、SW2和SW3可由a-IGZO TFT配置。由于a-IGZO TFT具有小的截止电流和S值，所以可兼容高电荷保持能力和高速切换。因而，a-IGZO TFT适合于开关。在后面将 描述的实施例中，开关可由a-IGZO TFT配置。 
此外，即使本实施例的TFT的背栅电极和栅极电极彼此替换，也建立本实施例的TFT的背栅电极和栅极的布置关系。在本实施例中，TFT被看作底栅结构的a-IGZO TFT，但是如果将背栅电极看作顶栅，则也可将TFT看作顶栅结构的TFT。应该给予关注的是在沟道和背栅电极之间绝缘膜的每单位面积的电容CBG和栅绝缘膜的每单位面积的电容CG的比率a＝CBG/CG。当将被认为是底栅结构的认为是顶栅结构时，比率变为1/a。如果CG和CBG相同，则即使将任何一个看作栅极或背栅，也获得相同的结果。 
在稍后将描述的实施例中，背栅电极和栅极电极的布置关系相同。 
此外，在本实施例中，扫描线S1连接至背栅电压，但是可为背栅电压另外准备信号线。在这种情况下，像素的布局面积稍微增大，但是提供控制自由度变大的优点。 
此外，在本实施例中，用线性关系表示a-IGZO TFT的背栅电压和阈值电压的关系，但是线性关系不是本实施例和本发明的要求。对于任何关系，都可应用本实施例，只要相对于背栅电压的TFT的漏电流-栅极电压特性为相对于栅极电压的平行移动即可。然而，需要对公式(1)至公式(5)进行修正。例如，如果当背栅电压为VH和VL时TFT的阈值电压为VTH1＝VTH0+V1和VTH2＝VTH0+V2，则公式(5)表示如下。 
IOUT＝0.5×β×[(VG-VS)-(VTH0+V2-VS′)]2≈ 
[(IDATA)1/2+(0.5×β)1/2×(V1-V2)]2
在稍后将描述的实施例中，平行移动的条件与本实施例中的条件相同。 
接下来，图13示出在其中二维布置上述像素电路的OLED显示器的整个电路配置。R(红)、G(绿)和B(蓝)的输入图像信号10(以下，称为输入图像信号)被输入到列控制电路1中，列控制电路1的数量为OLED显示器的水平像素的数量的三倍。其后，在输入 电路6中输入水平控制信号11a，水平控制信号11被输出，并被输入在水平移位寄存器3中。 
辅助列控制信号13a通过输入电路8作为辅助列控制信号13输出，辅助控制信号13被输入到门电路4和16中。输出到与水平移位寄存器3的每列对应的输出端子的水平采样信号组17被输入到门电路15中，从门电路16输出的控制信号21被输入到门电路15，在门电路15中转换的水平采样信号组18被输入到列控制电路1中。从门电路4输出的控制信号19被输入到列控制电路1中。在输入电路7中输入垂直控制信号12a，在垂直移位寄存器5中输出和输入垂直控制信号12。在变为扫描线的行控制线104和105中输入扫描信号。 
通过数据线102在显示区9的每个像素电路2中输入来自列控制电路1的、与本实施例中的IDATA对应的数据信号。 
通过垂直移位寄存器(为扫描单元)5针对每行扫描在行方向上布置的多个前述像素电路，通过列控制电路1针对每列将用于写入电流的电信号提供给在列方向上布置的多个像素电路。垂直移位寄存器5为用于针对每行将电压施加到背栅电极的扫描单元。 
在具有稍后将描述的实施例的每个的像素电路的OLED显示器中，可使用前述OLED显示器的配置。 
<实施例2> 
图7示出实施例2的OLED显示器的像素电路。如图7所示，在这个实施例中，从实施例1中去除了开关SW3和扫描线S2，开关SW1的连接变为在TFT 1的栅极和漏极之间，开关SW2的连接切换为在TFT 1的源极和数据线之间。 
以下将描述其操作。 
(a)电流写入时段 
在电流写入时段中，通过数据线DATA从像素电路外部供应的电流(IDATA)被写入TFT 1。 
在电流写入时段中，扫描线S1的电压被设置为H电平(VH)。因此，开关SW1和SW2处于电连续(ON)状态。此外，TFT 1的 背栅电压变为VH，电流能力处于高状态。此外，电源线VDD1的电平被设置为等于或小于OLED元件的阈值电压。 
此时，IDATA在TFT 1中流动，而不在OLED元件中流动。根据TFT 1的电流-电压特性，即，阈值电压和迁移率，将TFT 1的栅极电压设置为使IDATA通过的电压。由于TFT 1的漏极和栅极短路，所以TFT 1在饱和区中操作，通过公式(4)表示IDATA。 
(b)驱动时段 
在驱动时段中，通过将基于从数据线DATA供应的IDATA控制的电流供应给OLED元件来驱动OLED元件。 
在驱动时段中，扫描线S1的电压被设置为L电平(VL)。因此，开关SW1和SW2进入断开(OFF)状态。此外，TFT 1的背栅电压变为VL，处于电流能力低的状态。此外，电源线VDD1的电平被设置为比OLED元件的阈值电压和TFT 1的阈值电压之和足够高的电压。 
由于开关SW1和SW2处于OFF状态，所以在电流写入时段中设置的栅极电压保持，如在实施例1中那样，通过公式(5)表示用于驱动OLED元件的电流IOUT。 
此外，可通过控制电流IDATA来执行对与一帧时段的显示灰度级对应的OLED元件的亮度的控制，即，对供应给OLED元件的电流的控制。由于在电流写入时电流不被供应给OLED元件，所以通过以下公式表示在一帧中将被供应给OLED元件的平均电流，该平均电流确定亮度。 
IAVG＝[(IOUT×t2)/(t1+t2)]...公式(7) 
此外，可通过公式(5)的VH、VL和a的值来控制IOUT。 
通过执行以上操作，以矩阵形式包括本实施例的像素电路的AM型OLED显示器可校正a-IGZO TFT的特性(阈值电压、迁移率)的改变和变化，并可执行高质量的显示。尤其是通过将IDATA增加到在写入时段期间显示器的线负载可被充电和放电的程度，本实施例的显示器可应用于大屏幕显示器。此外，本实施例可通过改变电源线 VDD1的电压来减少像素电路的组件，并能够以更小的面积实现本实施例。 
此外，在本实施例中，扫描线S1连接至背栅电压，但是可为背栅电压另外准备信号线。在这种情况下，像素的布局面积稍微增大，但是提供增加自由度的优点。 
<实施例3> 
图8中示出实施例3的OLED显示器的像素电路。本实施例的特点在于，使得在实施例1和2中省略的背栅和源极之间的电压改变可校正。从而，可校正OLED元件的阈值电压的改变和变化。 
如图8所示，在本实施例中，与图7中示出的实施例2的配置相比，添加了电容器C2、开关SW3、开关SW4、开关SW5、扫描线S2、扫描线S3、参考电压线VR1和参考电压线VR2。电容器C2设在TFT 1的背栅和源极之间。开关SW3设在TFT 1的背栅和参考电压线VR1之间，开关SW4设在TFT 1的源极和参考电压线VR2之间，开关SW5设在TFT 1的源极和OLED的阳极之间。扫描线S2控制开关SW3和SW4的ON/OFF，而扫描线S3控制开关SW5的ON/OFF。 
图9中示出本实施例的时序图，以下将描述它的操作。 
(a)电流设置时段92 
在本实施例中，背栅电压写入时段被包括在实施例1和2的电流写入时段之前和之后，在这三个时段中，设置供应给OLED元件的电流。 
(a-1)背栅电压写入时段T1 
在背栅电压写入时段T1中，设置电流写入时段中的背栅和源极之间的电压。 
在背栅电压写入时段T1中，将扫描线S2的电压设置为H电平(VH′)，将扫描线S1和S3的电压设置为L电平(VL′)。因此，开关SW3和SW4处于ON状态，而开关SW1、SW2和SW5处于OFF状态。 
在以上情况下，当将参考电压线VR1的电压设置为H电平(VH)并将参考电压线VR2的电压设置为0V时，将电压VH施加于电容器C2。 
(a-2)电流写入时段T2 
在电流写入时段T2中，通过数据线DATA从像素电路外部供应的电流(IDATA)被写入TFT 1。 
在电流写入时段T2中，扫描线S1的电压被设置为H电平(VH′)，扫描线S2和S3的电压被设置为L电平(VL′)。因此，开关SW1和SW2处于ON状态，开关SW3、SW4和SW5处于OFF状态。此时，通过电容器C2保持在背栅电压写入时段T1中设置的背栅和源极之间的电压差VH，电流能力处于高状态。 
由于开关SW5为OFF，所以电流IDATA在TFT 1中流动，而不在OLED元件中流动。根据TFT 1的电流-电压特性，即，阈值电压和迁移率，将TFT 1的栅极电压设置为使电流IDATA通过的电压。TFT 1的漏极和栅极短路，因此，TFT 1在饱和区中操作。因此，通过以下公式表示电流IDATA。 
IDATA＝0.5×β×[(VG-VS)-{VTH0-a×VH}]2   ...公式(4′) 
(a-3)背栅电压写入时段T3 
在背栅电压写入时段T3中，TFT 1的背栅电压从H电平变为L电平。 
在背栅电压写入时段T3中，扫描线S2的电压被设置为H电平(VH′)，扫描线S1和S3的电压被设置为L电平(VL′)。因此，开关SW3和SW4处于ON状态，开关SW1、SW2和SW5处于OFF状态。此外，参考电压线VR1的电压被设置为L电平(VL)，参考电压线VR2的电压保持在0V。 
此时，在保持电流写入时的TFT 1的栅极和源极之间的电压差的同时，背栅和源极之间的电压差变为VL。 
(b)驱动时段93 
在驱动时段93中，通过将基于从数据线供应的IDATA控制的电流供应给OLED元件来驱动OLED元件。
在驱动时段中，扫描线S3的电压被设置为H电平(VH′)，扫描线S1和S2的电压被设置为L电平(VL′)。因此，开关SW5处于ON状态，开关SW1、SW2、SW3和SW4处于OFF状态。此时，通过电容器C2将背栅和源极之间的电压差保持在VL，电流能力处于低状态。 
通过上述电流设置时段92(背栅电压写入时段T1-背栅电压写入时段T3)中的操作，本时段中的电流IOUT表示为： 
IOUT＝0.5×β×[(VG-VS)-{VTH0-a×VL}]2＝[(IDATA)1/2-a×(0.5×β)1/2×(VH-VL)]2        ...公式(5′) 
在本实施例中，通过使用电容器C2、开关SW3和SW4以及参考电压线VR1和VR2，确定背栅和源极之间的电压差。因此，在公式(5′)的下段中，使用等号(＝)代替近似符号(≈)。 
此外，可通过控制电流IDATA来执行对与一帧时段91的显示灰度级对应的OLED元件的亮度的控制，即，对供应给OLED元件的电流的控制。由于电流在电流写入时不被供应给OLED元件，所以通过公式(7)表示供应给OLED元件的一帧时段中的平均电流，该平均电流确定亮度。然而，在本实施例中，t1被设置为电流设置时段而不是电流写入时段的长度(时间)。还可通过电流设置时间，进一步通过公式(5′)的VH、VL和a的值来控制IOUT。 
通过执行以上操作，以矩阵形式包括本实施例的像素电路的AM型OLED显示器可校正a-IGZO TFT的特性(阈值电压、迁移率)的改变和变化，并可执行高质量的显示。尤其是通过将IDATA增加到在写入时段期间显示器的线负载可被充电和放电的程度，本实施例的显示器可应用于大屏幕显示器。此外，本实施例保持背栅和源极之间的电压，因此，不仅可校正TFT的特性的改变和变化，而且还可校正OLED元件的特性的改变和变化。 
此外，在本实施例中，另外准备参考电压线VR2用于设置背栅电压，但是可用在电流设置时段中处于恒定电压的扫描线S3来代替它。同样，在本实施例中，为电流写入时段准备扫描线S3和开关SW5，但是可通过如实施例2中那样驱动像素电路来省略它们。 
<实施例4> 
图10中示出实施例4的OLED显示器的像素电路。本实施例的特点在于，从像素电路外部供应和写入的电流被设置为恒定电流，用从像素电路外部施加于背栅的电压执行对OLED元件的亮度灰度级的控制。 
本实施例采用与实施例3中描述的电路相同的配置。然而，本实施例与实施例3的不同之处在于以下要点，即，用参考电流线IR1代替在实施例3中供应IDATA的数据线，用数据线DATA代替供应背栅电压的参考电压线VR1。 
图11中示出本实施例的时序图，以下将描述它的操作。 
(1)电流设置时段92 
在本实施例中，作为用于控制背栅电压的背栅电压写入时段和灰度级电压写入时段的两个时段被包括在电流写入时段之前和之后，在这三个时段中，设置供应给OLED元件的电流。 
(a-1)背栅电压写入时段T4 
在背栅电压写入时段T4中，设置在电流写入时段中背栅和源极之间的电压。 
在背栅电压写入时段T4中，扫描线S2的电压被设置为H电平(VH′)，扫描线S1和S3的电压被设置为L电平(VL′)。因此，开关SW3和SW4处于ON状态，而开关SW1、SW2和SW5处于OFF状态。 
在以上情况下，当数据线DATA的电压被设置为H电平(VH)并且参考电压线VR2的电压被设置为0V时，电压VH被施加于电容器C2。 
(a-2)电流写入时段T5 
在电流写入时段T5中，通过电流参考线IR1从像素电路外部供应的电流IR被写入TFT 1。 
在电流写入时段T5中，扫描线S1的电压被设置为H电平(VH′)，扫描线S2和S3的电压被设置为L电平(VL′)。因此，开关SW1和SW2处于ON状态，开关SW3、SW4和SW5处于OFF状态。此时，通过电容器C2保持在背栅电压写入时段中设置的背栅和源极之间的电压差VH. 
由于开关SW5为OFF，所以电流IR在TFT 1中流动，而不在OLED元件中流动。根据TFT 1的电流-电压特性，即，阈值电压和迁移率，将TFT 1的栅极电压设置为使电流IR通过的电压。TFT 1的漏极和栅极短路，因此，TFT 1在饱和区中操作。因此，通过以下公式表示IR。 
IR＝0.5×β×[(VG-VS)-{VTH0-a×VH}]2    ...公式(4″) 
(a-3)灰度级电压写入时段T6 
在灰度级电压写入时段T6中，与灰度级对应的电压被设置到TFT 1的背栅电极。 
在灰度级电压写入时段T6中，扫描线S2的电压被设置为H电平(VH′)，扫描线S1和S3的电压被设置为L电平(VL′)。因此，开关SW3和SW4处于ON状态，开关SW1、SW2和SW5处于OFF状态。此外，数据线DATA的电压被设置为VDATA，参考电压线VR2的电压保持在0V。 
此时，在保持电流写入时的TFT 1的栅和源极之间的电压差的同时，背栅和源极之间的电压差变为VDATA。 
(b)驱动时段 
在驱动时段93中，通过将基于从数据线DATA供应的背栅电压VDATA控制的电流供应给OLED元件来驱动OLED元件。 
在这个时段中，扫描线S3的电压被设置为H电平(VH′)，扫描线S1和S2的电压被设置为L电平(VL′)。因此，开关SW5处于ON状态，开关SW1、SW2、SW3和SW4处于OFF状态。此时，通过电容器C2保持背栅和源极之间的电压差VDATA。 
通过上述电流设置时段92中的操作，这个驱动时段93中的电流 IOUT表示为： 
IOUT＝0.5×β×[(VG-VS)-{VTH0-a×VDATA}]2＝[(IR)1/2-a×(0.5×β)1/2×(VH-VDATA)]2      ...公式(5″) 
在本实施例中，如在实施例3中那样，通过使用电容器C2、开关SW3和SW4、数据线DATA和参考电压线VR2，确定背栅和源极之间的电压差。因此，在公式(5″)的下段中，使用等号(＝)代替近似符号。 
此外，可通过控制VDATA来执行对与一帧时段91的显示灰度级对应的OLED元件的亮度的控制，即，对供应给OLED元件的电流的控制。由于电流在电流写入时不被供应给OLED元件，所以通过公式(7)表示供应给OLED元件的一帧时段中的平均电流，该平均电流确定亮度。然而，在本实施例中，t1被设置为电流设置时段而不是电流写入时段的长度(时间)。还可通过电流设置时间，进一步通过来自公式(5″)中的值VH、VDATA和“a”来控制IOUT。 
通过执行以上操作，以矩阵形式包括本实施例的像素电路的AM型OLED显示器可校正a-IGZO TFT的特性(阈值电压、迁移率)的改变和变化，并可执行高质量的显示。此外，本实施例保持背栅和源极之间的电压，因此，不仅可校正TFT的特性的改变和变化，还可校正OLED元件的特性的改变和变化。 
此外，本实施例在将写入的恒定电流IR设置为参考电流之后通过施加于背栅电压的电压VDATA来执行对IOUT的控制。当恒定电流被写入时，显示器的线负载的充电和放电是校正各个像素电路的TFT 1的特性的差异所需的充电和放电。当用电压表示时，充电和放电为1V或更小，并且与实施例1-3中当写入用于控制灰度级的电流时用于充电和放电的几V的电压相比，它为10％-百分之几十。因此，本实施例中的写入电流所需的时段短。由于对背栅电极写入电压所需的时段为电压写入，所以该时段也是短的。因此，本实施例可应用于大屏幕显示器。 
此外，本实施例通过使用具有小峰值电流的开关来使恒定电流 IR保持长时间，因此，可与灰度级电压设置时段和驱动时段分开地准备电流设置时段中的背栅电压写入时段和电流写入时段。例如，尽管在OLED显示器中通常一秒中有60帧，但是一秒中有61帧。一帧仅用于背栅写入时段和电流写入时段，其它60帧可由灰度级电压设置时段和驱动时段配置。 
在a-IGZO TFT中掉电泄漏电流(off leak current)非常小，因此，当用作本实施例的开关时，能够实现前述驱动。 
作为本实施例的修改示例，可使用几个像素电路。 
例如，在本实施例中，为设置背栅电压单独准备参考电压线VR2，但是它可被在电流设置时段中具有恒定电压的扫描线S3代替。 
作为不使用VR2的另一修改示例，可设想这样的像素电路，在该像素电路中，如图12所示在TFT 1的背栅和漏极之间布置开关SW4。然而，为了使TFT 1的源极电压在灰度级电压设置时段中固定，将这个时段中的电源线VDD1的电压设置为0V。从而，在这个衍生类型中，通过公式(5″)表示供应给OLED元件的电流IOUT。然而，在这种衍生类型中，在电流写入时段中背栅和源极之间的电压差为VG-VS，与栅极和源极之间的电压差相同。 
虽然在本实施例中，包括扫描线S3和开关SW5用于电流写入时段，但是作为又一修改示例，可通过如在实施例2中那样驱动像素电路来省略它们。 
如上所述，每个实施例的包括具有背栅电极的TFT的像素电路具有将从像素电路外部提供的电压施加于背栅电极的单元，并且还具有用于写入从像素电路外部供应的电流的时段。此外，每个实施例的像素电路控制前述薄膜晶体管在下述两个时段中的背栅电极的电压，所述两个时段为用于写入电流的时段和用于将受控制的电流供应给发光元件的驱动时段。通过在发光显示装置中使用这些像素电路，可驱动具有大的线负载的发光显示装置。 
具有前述实施例的每个的像素电路的OLED显示器可配置信息处理设备。信息处理设备为蜂窝电话、便携式计算机、静止相机、图 像相机或实现这些功能中多种的设备。信息处理设备包括信息输入单元。例如，在蜂窝电话的情况下，通过包括天线来配置信息输入单元。在PDA或便携式个人计算机的情况下，通过包括网络接口单元来配置信息输入单元。在静止相机和电影摄影机的情况下，通过包括借助于CCD和CMOS的传感器单元(图像拍摄单元)来配置信息输入单元。 
作为本发明的优选实施例，以下将描述使用具有前述实施例的每个的像素电路的AM型OLED显示器的数字相机。 
图14是数字静止相机的一个示例的框图。图14示出整个***129，拍摄对象的图像的图像拍摄单元123、图像信号处理电路124(为图像信号处理单元)、显示面板125、存储器126、CPU 127和操作单元128。在图像信号处理电路124中对通过图像拍摄单元123拍摄的图像或者在存储器126中记录的图像进行信号处理，可在作为发光显示装置的显示面板125上看见所述图像。在CPU 127中，通过来自操作单元128的输入，图像拍摄单元123、存储器126、图像信号处理电路124等被控制，并根据情况执行图像拍摄、记录、再现和显示。 
尽管已参考示例性实施例描述了本发明，但是应理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。将给予权利要求的范围以最广泛的解释以包括所有这样的修改与等同的结构和功能。 

Claims (13)

1.一种像素电路，包括发光元件和薄膜晶体管，所述薄膜晶体管将根据发光元件的亮度-电流特性控制灰度级的第一电流供应给发光元件，
其中，所述薄膜晶体管具有背栅电极，
其中，驱动时段和写入时段被设置，其中，在驱动时段中，薄膜晶体管将第一电流供应给发光元件，以及在写入时段中，为了在驱动时段期间从薄膜晶体管供应第一电流，在驱动时段之前，第二电流被写入薄膜晶体管，以及
其中，被施加到背栅电极的电压被设置成使得在写入时段的电流能力比在驱动时段的电流能力高。
2.根据权利要求1所述的像素电路，其中，第二电流比第一电流大。
3.根据权利要求1所述的像素电路，其中，由被施加到背栅电极的电压变化而引起的薄膜晶体管的迁移率的改变为5％或更低。
4.根据权利要求3所述的像素电路，其中，被施加到背栅电极的电压和薄膜晶体管的阈值电压之间的关系由线性关系表示。
5.根据权利要求1所述的像素电路，其中，在写入时段来自像素电路外部的第二电流控制灰度级。
6.根据权利要求1所述的像素电路，其中，在写入时段中被提供给背栅电极的电压控制灰度级。
7.一种发光显示装置，包括：
二维布置的根据权利要求1所述的像素电路；和
扫描单元，用于针对每一行将电压供应给按行方向布置的多个像素电路的背栅电极。
8.一种相机，包括：
根据权利要求7所述的发光显示装置；
图像拍摄单元，用于拍摄对象的图像；
图像信号处理单元，用于对在图像拍摄单元中拍摄的图像的信号进行处理，
其中，经过图像信号处理单元中的信号处理的图像信号被显示在发光显示装置中。
9.一种像素电路的驱动方法，所述像素电路包括发光元件和薄膜晶体管，该薄膜晶体管具有背栅电极并将根据发光元件的亮度-电流特性控制灰度级的第一电流供应给发光元件，包括：
在驱动时段中，通过薄膜晶体管将第一电流供应给发光元件；以及
在写入时段中，为了在驱动时段期间从薄膜晶体管供应第一电流，在驱动时段之前，将第二电流写入薄膜晶体管，
其中对薄膜晶体管的背栅电极施加电压以增加写入时段的电流能力；以及
其中对薄膜晶体管的背栅电极施加电压以降低驱动时段的电流能力。
10.根据权利要求9所述的像素电路的驱动方法，其中，第二电流比第一电流大。
11.根据权利要求9所述的像素电路的驱动方法，其中，在写入时段来自像素电路外部的第二电流控制灰度级。
12.根据权利要求9所述的像素电路的驱动方法，其中，在写入时段中被提供给背栅电极的电压控制灰度级。
13.一种使用根据权利要求9的像素电路的驱动方法的发光显示装置的驱动方法，
其中，二维布置像素电路，以及
对于每一行将电压提供给按行方向布置的多个像素电路的背栅电极。
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