TWI436334B - 顯示器裝置 - Google Patents

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Description

顯示器裝置
本發明係關於一種具有一包含複數個配置成一矩陣之像素電路之像素陣列的顯示器裝置，以及另一種使用有機電致發光元件(即一有機EL元件)的顯示器裝置。
日本專利公開申請案第2003-255856號及第2003-271095號為本發明人之先前技術文獻。
在一種其中一有機電致發光(EL)發光元件係使用於一像素中的主動矩陣型顯示器裝置中，待流經各個像素電路中之一發光元件的電流係由一提供於該像素電路中的主動元件(通常為一薄膜電晶體(TFT))控制。特定而言，由於一有機EL元件為一電流發光元件，所發出之光的漸變係藉由控制流經該EL元件之電流的數量而獲得。
圖9A顯示一種使用一有機EL元件之先前技術像素電路之一實例。
應注意，雖然圖9A只顯示一個像素電路，在一實際的顯示器裝置中，如圖9A中所示之m×n個此等像素電路係配置成一矩陣，意即一m×n矩陣，使得各個像素電路係由一水平選擇器101及一寫入掃描器102選擇並驅動。
參考圖9A，所顯示的像素電路包含一採取一n通道TFT形式的取樣電晶體Ts、一保持電容器Cs、一採取一p通道TFT形式的驅動電晶體Td及一有機EL元件1。該像素電路係配置於一信號線DTL及一寫入控制線WSL之間之一交叉點。該信號線DTL被連接至該取樣電晶體Ts之一終端，且該寫入控制線WSL被連接至該取樣電晶體Ts之閘極。
該驅動電晶體Td及該有機EL元件1係串聯連接於一電源電位Vcc及該接地電位之間。此外，該取樣電晶體Ts及該保持電容器Cs係連接至該驅動電晶體Td之閘極。該驅動電晶體Td之閘極-源極電壓係由Vgs表示。
在該像素電路中，如果該寫入控制線WSL被置入一選擇狀態中，且一對應於一亮度信號的信號值被施加至該信號線DTL，則該取樣電晶體Ts被解譯為傳導性，且該信號值被寫入該保持電容器Cs。被寫入該保持電容器Cs的信號電位變成該驅動電晶體Td之一閘極電位。
如果該寫入控制線WSL被置入一非選擇狀態，則該信號線DTL及該驅動電晶體Td彼此斷開電連接。然而，該驅動電晶體Td之閘極電位被該保持電容器Cs穩定保持。接著，驅動電流Ids經由該驅動電晶體Td及該有機EL元件1從該電源電位Vcc流向該接地電位。
此時，該電流Ids展現一對應於該驅動電晶體Td之閘極-源極電壓Vgs的值，且該有機EL元件1發出具有一根據該電流值之亮度的光。
特定而言，在當前的像素電路中，一來自該信號線DTL的信號值電位被寫入該保持電容器Cs以改變該驅動電晶體Td的閘極施加電壓，藉以控制流至該有機EL元件1的電流值以獲得一顏色漸變顯現。
由於採取一p通道TFT之形式的驅動電晶體Td在其源極係連接至該電源電位Vcc且係以一種一般操作於一飽和區域中的方式設計，該驅動電晶體Td充當一具有一由如下之運算式(1)給出之值的恆定電流源：
Ids=(1/2)‧μ‧(W/L)‧Cox‧(Vgs-Vth)2 　…(1)
其中Ids係在一操作於一飽和區域中之電晶體之汲極及源極之間的電流，μ為遷移率，W為該通道寬度，L為該通道長度，Cox為該閘極電容，且Vth為該驅動電晶體Td之臨限電壓。
從運算式(1)可輕易看到的係，在該飽和區域中，該電晶體之汲極電流被該閘極-源極電壓Vgs控制。由於該閘極-源極電壓Vgs保持固定，該驅動電晶體Td作為一恆定電流源操作並可驅動該有機EL元件1以發出具有一固定亮度的光。
圖9B顯示一有機EL元件之一隨時間變化的電流-電壓(I-V)特性。一由實線顯示的曲線指示一初始狀態中的特性，另一由虛線顯示的曲線指示隨時間變化之後的特性。大體而言，從圖9B可看到，一有機EL元件之I-V特性隨著時間流逝而退化。然而，由於在圖9A之像素電路中，該閘極-源極電壓Vgs固定，一固定數量的電流流向該有機EL元件1且所發出之光的亮度不變。簡言之，可實現穩定的漸變控制。
另一方面，若該驅動電晶體Td係由一n通道TFT形成，則可行的係在TFT製造中使用一先前技術之非晶矽(a-Si)製程。這可降低一TFT基板的成本。
圖10A顯示一種組態，其中採取圖9A所顯示之像素電路之一p通道TFT之形式的驅動電晶體Td由一n通道TFT取代。
參考圖10A，在所顯示的像素電路中，該驅動電晶體Td在其汲極側連接至該電源電位Vcc，且在其源極連接至該有機EL元件1之陽極，藉以形成一源極追隨器電路。
然而，在該驅動電晶體Td係以此方式由一n通道TFT替代之處，由於其在其源極連接至該有機EL元件1，該閘極-源極電壓Vgs與圖9B所顯示之有機EL元件1之此隨時間的變化一起變化。結果，流至該有機EL元件1的電流量改變，其結果係該有機EL元件1所發出之光的亮度改變。換言之，再也不能實現適當的漸變控制。
此外，在該主動矩陣型之一有機EL顯示器裝置中，除了該有機EL元件1之隨時間的變化以外，該像素電路之一元件之一n通道TFT的臨限電壓亦隨時間流逝而變化。從上述運算式(1)可明顯看到，若該驅動電晶體Td之臨限電壓Vth改變，則該驅動電晶體Td之汲極電壓Ids亦改變。其結果為流至該EL元件之電流量改變，結果，該EL元件發出之光的亮度改變。此外，由於該驅動電晶體之臨限值及遷移率在不同的像素之間亦不同，根據該運算式(1)，該電流值中發生消散，且所發出之光的亮度在不同像素之間亦不同。
提出如圖10B所示之電路，作為一防止一有機EL元件之隨時間變化的影響及一驅動電晶體基於所發出之光之亮度的特性消散，並包含一相對較少數量之元件的電路。
參考圖10B，一保持電容器Cs被連接於一驅動電晶體Td之閘極及源極之間。此外，一驅動掃描器103交替地施加一驅動電壓Vcc及一初始電壓Vss至一電源控制線DSL。換言之，該驅動電壓Vcc及該初始電壓Vss係在預定時序施加至該驅動電晶體Td。
在這個情況下，該驅動掃描器103首先施加該初始電壓Vss至該電源控制線DSL，以初始化該驅動電晶體Td之源極電位。然而，在其中該電位被該水平選擇器101施加至該信號線DTL作為一參考值的期間，一寫入掃描器102使該取樣電晶體Ts導電，以將該驅動電晶體Td之閘極電位固定至該參考值。在這個狀態下，該驅動掃描器103將該驅動電壓Vcc施加至該驅動電晶體Td，以使該保持電容器Cs保持該驅動電晶體Td的臨限電壓Vth。簡言之，實現一臨限值校正操作。
之後，在其中該信號值電位從該水平選擇器101施加至該信號線DTL的期間內，該取樣電晶體Ts在該寫入掃描器的控制下變得導電，以將該信號值寫入該保持電容器Cs。此時，亦實現該驅動電晶體Td之遷移率校正。
此後，根據被寫入該保持電容器Cs之信號值的電流流向該有機EL元件1，以執行具有一根據該信號值之亮度的光發射。
藉由所描述的操作，消除了該驅動電晶體Td之臨限值或遷移率中之消散的影響。此外，由於該驅動電晶體Td之閘極-源極電壓係保持於一固定值，流向該有機EL元件1的電流不改變。因此，即使該有機EL元件1的I-V特性退化，該電流Ids將正常地繼續流動且發出之光的亮度不改變。
在此，將研究一種氧化物半導體在一驅動電晶體中的使用。
一般而言，一種氧化物半導體電晶體意謂著其中一諸如ZnO或IGZO之氧化物被用作其通道之材料的電晶體。應注意，一般而言，氧化物半導體TFT之特徵為與非晶矽TFT相比其臨限電壓較低(負值)且遷移率較高(大約為10)。
在如上述之其中氧化物被用作一通道材料的電晶體中，該通道中的氧起一極為重要的作用。特定而言，在該通道中氧濃度較低之處，將存在一正常電晶體特性消失的問題，其中切斷電流上升如圖11中之一虛線所指示。
為對上述此一問題採取一對策，希望在製造電晶體時執行氧退火，使得氧一直被供應至該通道，藉此防止氧從該通道解吸(釋出)。
然而，氧從該通道之此去吸附不僅發生在製造一電晶體時，同時亦在製造該電晶體之後持續發生。
圖12A及12B顯示一電晶體之一結構的實例。圖12A為該電晶體之一俯視示意圖，且圖12B為該電晶體之一截面結構的示意圖。參考圖12A及12B，所顯示之該電晶體包含閘極金屬91、一閘極絕緣膜92、通道材料93、一阻擋絕緣膜94及源極金屬95。應注意該通道寬度係由W表示，且該通道長度係由L表示。
若在上述該結構中氧化物係用作該通道材料93，則氧去吸附幾乎發生於一由圖12A之斜線所指示的區域中。特定而言，氧去吸附發生於其中該阻擋絕緣膜94及該通道材料93彼此重合而該源極金屬95不與其重疊的一個區域中。
基本上而言，氧化物半導體厭惡在該通道材料93被製造之後氧從該通道的去吸附，且該阻擋絕緣膜94係製造於一相比較低的溫度。因此，該阻擋絕緣膜94的膜品質較差，對於該阻擋絕緣膜94來說，防止氧從該通道去吸附較為困難。
因此，若從該通道去吸附的氧的數量增加，則該電晶體定期操作的期間變短，且該顯示器裝置的壽命變短。
此外，由於氧化物半導體具有一較高的遷移率，如後所述，當所需之電流被供應至一像素時，與一非晶矽電晶體的通道相比，可減少該電晶體的通道寬度。
然而，由於根據該製程之一佈線規則，該通道寬度W不能比某個固定值小，為妥善處理，須增加該通道長度L。
若增加該通道長度L，則此亦增大其中氧將去吸附的區域。因此，雖然在製造一電晶體時供應氧變得容易，但在該電晶體被製造後，若該面板係儲存於一較高溫度或相似情況下，該電晶體之一特性將以一增加的數量改變。因此，將產生一種如不均勻或粗糙的圖像品質缺點。
因此，理想的係提供一種顯示器裝置，在該顯示器裝置中，於使用氧化物半導體之處，可減少氧從該通道的去吸附。亦為理想的係提供一種顯示器裝置，其中可於一利用氧化物半導體製造的像素電路中適當地執行包含臨限值校正或遷移率校正的圖像操作。
根據本發明之一實施例，提供一種顯示器裝置，該顯示器裝置包含：一像素陣列，其包含複數個配置於一矩陣中的像素電路，且該等像素電路之各者包含一發光元件、一驅動電晶體以及一保持電容器，該驅動電晶體在一驅動電壓被施加於其汲極及源極之間時，回應於一施加於其閘極及源極之間的信號值而供應電流至該發光元件，該保持電容器係連接於該驅動電晶體之閘極及源極之間以保持該輸入信號值，該驅動電晶體具有一多閘極結構，其中兩個或多個利用氧化物半導體材料形成的電晶體係串聯連接；及一發光驅動部，其經組態以施加該信號值至該像素陣列之該等像素電路之各者的保持電容器，使得該像素電路之發光元件發出一對應於該信號值之漸變的光。
該等像素電路之各者包含一取樣電晶體，用於將由該發光驅動部提供的信號值施加至該保持電容器，該取樣電晶體亦具有一多閘極結構，其中兩個或多個利用氧化物半導體材料形成的電晶體係串聯連接。
在這個情況下，該發光驅動部可包含一用於將一作為該信號值及一參考值的電位供應至經配置以在該像素陣列上之一行方向中延伸之信號線之各者的信號選擇器、一用於驅動經配置以在該像素陣列上之一列方向中延伸之寫入控制線之各者以將對應信號線的電位導入該等像素電路中的寫入掃描器，以及一利用經配置以在該像素陣列上之一列中延伸之電源控制線之各者而施加一驅動電壓至該等像素電路之驅動電晶體的驅動控制掃描器，該取樣電晶體在其閘極處連接至該寫入控制線，在其源極及汲極之一者處連接至該信號線，且在其源極及汲極之另一者處連接至該驅動電晶體的閘極。
此外，作為一個發光操作循環，該等像素電路之各者可：藉由在作為該參考值的電位被該信號選擇器施加至該信號線的期間使該取樣電晶體在該寫入掃描器的控制下導電，以及在這個狀態下從該驅動控制掃描器施加該驅動電壓至該驅動電晶體而執行該多閘極結構之驅動電晶體之一臨限值校正操作，以將該驅動電晶體的閘極電位固定至該參考值；藉由使該取樣電晶體在該寫入掃描器的控制下導電，而在另一個作為該信號值之電位從該選擇器施加至該信號線的期間，執行寫入該信號值至該保持電容器及該多閘極結構之驅動電晶體之一遷移率校正操作；以及在該信號值之寫入及該遷移率校正之後，藉由供應根據從該驅動電晶體寫入該保持電容器之信號值的電流至該發光元件，而執行從該發光元件發出具有一根據該信號值之亮度的光。
該發光元件可為一有機電致發光發光元件。
根據本發明之另一實施例，提供一種顯示器裝置，該顯示器裝置包含：一像素陣列，該像素陣列包含複數個配置成一矩陣的像素電路，且該等像素電路之各者包含一有機電致發光發光元件、複數個包含一驅動電晶體的電晶體以及一保持電容器，該驅動電晶體在一驅動電壓被施加於其汲極及源極之間時，根據一提供於其閘極及源極之間的信號值而供應電流至該有機電致發光發光元件，該保持電容器係連接於該驅動電晶體之閘極及源極之間，以保持輸入至其之信號值，該等複數個電晶體全部具有一多閘極結構，其中兩個或多個利用氧化物半導體材料形成的電晶體彼此串聯連接；以及一發光驅動部，其經構形以施加該信號值至該像素陣列之該等像素電路之各者的保持電容器，使得該像素電路的發光元件發出一對應於該信號值之漸變的光。
在該等顯示器裝置之兩者中，該等像素電路之各者採用一利用氧化物半導體材料形成的電晶體。此外，在各個包含一驅動電晶體、一用於信號寫入之取樣電晶體、一保持電容器、一有機EL元件等等的像素電路中，至少該驅動電晶體係形成有一多閘極結構，在該結構中，兩個或多個電晶體係串聯連接。舉例來說，該驅動電晶體係形成有一雙閘極結構，其中兩個電晶體彼此係串聯連接。或者該驅動電晶體及該取樣電晶體兩者或該像素電路中的所有電晶體都係形成有該多閘極結構，例如雙閘極結構。
由於該多閘極結構係應用於該等氧化物半導體電晶體，其中該等電晶體具有一通道寬度，且通道長度等於該單閘極結構中的那些，可減小其中發生氧去吸附的區域，且減少氧從該電晶體之一通道材料的去吸附。
此外，可消除在臨限值校正及遷移率校正時可能發生於氧化物半導體之單閘極結構中的不正確操作。
利用該顯示器裝置，由於各個像素電路採用一利用氧化物半導體形成的電晶體，可減少氧從該電晶體之一通道材料的去吸附。結果，可增加該電晶體之一常規操作期間，且可實現該顯示器裝置之一較長壽命。
此外，該驅動電晶體形成有該多閘極結構，其中兩個或多個電晶體係彼此串聯連接，可防止該驅動電晶體之通道層中含有的氧從該通道去吸附。結果，可對依賴於該驅動電晶體之一特性之圖像品質中的缺點(例如不均勻或粗糙)採取一措施。
此外，該驅動電晶體係形成有該多閘極結構，與被形成有該單閘極結構的驅動電晶體相比，可提高其臨限電壓，且其可防止在遷移率校正時施加至該發光元件的電壓超過該發光元件的臨限電壓。因此，無需對策以促使執行一常規遷移率校正操作，且因此可預期成本降低。
本發明之上述特徵及優點將基於如下之描述及附屬請求項及所附之圖式而變得顯而易見，在該等圖式中，相似的部件或元件由相似的元件符號表示。
下文中，參考所附之圖式以如下之順序詳細描述本發明之一較佳實施例。
1.　該顯示器裝置及該像素電路之組態
2.　雙閘極結構
3.　用於執行臨限值校正及遷移率校正的像素電路操作
1.　該顯示器裝置及該像素電路的組態
圖1顯示一種有機EL顯示器裝置之一組態，本發明係應用於該顯示器裝置。
參考圖1，所顯示之有機EL顯示器裝置包含複數個使用一有機EL元件作為其一發光元件並經驅動以根據一主動矩陣方法發光的像素電路10。
特定而言，該有機EL顯示器裝置包含一像素陣列20，該像素陣列20包含排列成一矩陣(即成m列及n行)之大數量的像素電路10。應注意，該等像素電路10之各者充當紅(R)光、綠(G)光或藍(B)光之一發光像素，且該等顏色的像素電路10係以一預定規則排列，以形成該彩色顯示器裝置。
該有機EL顯示器裝置包含一水平選擇器11、一驅動掃描器12及一寫入掃描器13，以作為驅動該等像素電路10以發光的元件。
用於被該水平選擇器11選擇以供應一對應於一作為顯示器資料之亮度信號之信號值或漸變值之電壓的信號線DTL1、DTL2、...經配置以於該像素陣列20上之一行的方向延伸。此等信號線DTL1、DTL2、...的數量等於配置於該像素陣列20上之一陣列中之像素電路10之行的數量。
此外，寫入控制線WSL1、WSL2、...及電源控制線DSL1、DSL2、...經配置以於該像素陣列20上之一列的方向延伸。此等寫入控制線WSL及電源控制線DSL的數量等於配置於該像素陣列20上之一矩陣中之像素電路10之列的數量。
該等寫入控制線，即WSL1、WSL2、...，係由該寫入掃描器13驅動。該寫入掃描器13以預定的時序連續供應掃描脈衝WS，即WS1、WS2、...、至配置於一列之方向中的該等寫入控制線WSL1、WSL2、...，以按線循序掃描一列單元中的像素電路10。
該電源控制線DSL，即DSL1、DSL2、...、係由該驅動掃描器12驅動。該驅動掃描器12以一種與該寫入掃描器13之按線循序掃描定時的關係，將在一驅動電位Vcc及一初始電壓Vss兩個值之間變換的電源脈衝DS，即DS1、DS2、...，作為電源電壓，供應至該電源控制線DSL1、DSL2、...。
應注意，該驅動掃描器12及該寫入掃描器13基於一時脈ck及一起始脈衝sp而設定該等掃描脈衝WS及該等電源脈衝DS的時序。
該水平選擇器11以一種與該寫入掃描器13之按線循序掃描定時的關係，將一信號值電位Vsig作為一輸入信號，供應至該等像素電路10，並將一參考值電位Vofs供應至配置於一行方向中的信號線DTL1、DTL2、...。
圖2顯示一像素電路10之一組態之一實例。此等像素電路10與圖1之組態中的像素電路10一樣係配置成一矩陣。應注意，在圖2中，僅有一個像素電路10配置於一信號線DTL與一寫入控制線WSL交叉的位置，且一電源控制線DSL經顯示以簡化繪示。
參考圖2，所顯示之該像素電路10包含一充當一發光元件的有機EL元件1、一單個保持電容器Cs、充當一取樣電晶體Ts及一驅動電晶體Td的薄膜電晶體(TFT)。
雖然該取樣電晶體Ts及該驅動電晶體Td係形成為n通道TFT，其各者係由兩個使用氧化物半導體作為一通道材料而形成的電晶體以一雙閘極結構形成。
由於該氧化物半導體係用作該等電晶體之通道材料，因此使用諸如ZnO或IGZO的氧化物。
該驅動電晶體Td係由兩個由氧化物半導體製成並彼此串聯連接的電晶體Td1及Td2形成。
同樣地，該取樣電晶體Ts係由兩個由氧化物半導體製成並彼此串聯連接的電晶體Ts1及Ts2形成。
在該實施例之像素電路10的如下描述中，術語「驅動電晶體Td」涉及該等電晶體Td1及Td2的整個串聯連接。此外，在該實施例之像素電路10的如下描述中，術語「取樣電晶體Ts」涉及該等電晶體Ts1及Ts2的整個串聯連接。
該保持電容器Cs在其一終端連接至該驅動電晶體Td的源極，即連接至該電晶體Td2側的源極，並在其另一終端連接至該驅動電晶體Td的閘極，即連接至該等電晶體Td1及Td2的共用閘極。
該像素電路10之發光元件為一(例如二極體結構的)有機EL元件1並具有一陽極及一陰極。該有機EL元件1在其陽極處連接至該驅動電晶體Td的源極，並在其陰極處連接至一預定線路，即連接至一陰極電位Vcat。
該取樣電晶體Ts(電晶體Ts1及Ts2)在其汲極及源極之一者處連接至該信號線DTL，並在其汲極及源極之另一者處連接至該驅動電晶體Td的閘極。此外，該取樣電晶體Ts在其閘極處，即在該等電晶體Ts1及Ts2之共用閘極處，連接至該寫入控制線WSL。
該驅動電晶體Td在其汲極處，即在該電晶體Td1側的汲極處，連接至該電源控制線DSL。
該有機EL元件1的發光驅動基本上係以如下方式執行。
在一信號值電位Vsig被施加至該信號線DTL的一個時序，一經由該寫入控制線WSL從該寫入掃描器13提供至一取樣電晶體Ts的掃描脈衝WS使該取樣電晶體Ts導電。結果，來自該信號線DTL的該信號值電位Vsig被寫入該保持電容器CS。該驅動電晶體Td從該電源控制線DSL接收電流供應，並根據保持於該保持電容器Cs中的信號電位而供應電流IEL至該有機EL元件1，以促使該有機EL元件1發光，其中該驅動電位Vcc係從該驅動掃描器12施加至該電源控制線DSL。
簡言之，在該信號值電位Vsig(即一漸變值)於各個訊框期間內被寫入該保持電容器CS之操作的同時，回應於待顯示之一漸變而判定該驅動電晶體Td的閘極-源極電壓Vgs。由於該驅動電晶體Td操作於其飽和區域中，其發揮一至該有機EL元件1之恆定電流源的作用，並根據該閘極-源極電壓Vgs而供應電流IEL至該有機EL元件1。結果，該有機EL元件1發出對應於該階調值之亮度的光。
2.　雙閘極結構
在本實施例中，該像素電路10中的該驅動電晶體Td及該取樣電晶體Ts具有一種由電晶體之串聯連接形成的雙閘極結構，該等電晶體係利用一如上述之氧化物半導體材料而形成。
圖3A及圖3B分別概要顯示一單閘極結構及一雙閘極結構。
特定而言，圖3A顯示從上方檢視之一相關技術之單閘極結構的TFT。此處，該通道寬度係由W指示，且該通道長度係由L指示。
圖3A顯示的單閘極結構類似於參考圖12A及12B而描述於上的單閘極結構，圖3A所顯示之單閘極結構的TFT包含閘極金屬91、一閘極絕緣膜(未顯示；參考圖12B)、一通道材料93、一阻擋絕緣膜94及源極金屬95。
該單閘極結構之一區域中經估計氧將去吸附的面積係該阻擋絕緣膜94及該通道材料93彼此重疊且該源極金屬95不與之重疊之一個區域的面積，即一由斜線指示的區域。
該源極金屬95與該阻擋絕緣膜94及該通道材料93重疊之區域的長度係由「d」表示，由該等斜線指示之區域的面積為WL-2dW。
圖3B顯示一種具有一由該通道寬度W及該通道長度L給定之電晶體尺寸之雙閘極結構之一實例，該通道寬度W及通道長度L等於圖3A之單閘極結構的通道寬度及通道長度。
在這種情況下，該通道寬度W相同，而各個電晶體之通道長度係等於L/2。同樣在這個情況下，一區域中經估計氧將去吸附的面積為該阻擋絕緣膜94及該通道材料93彼此重疊且該源極金屬95不與其重疊之區域的面積，即由斜線指示之該等電晶體的區域。
由斜線指示之該等兩個區域的面積為WL-4dW。
簡言之，經估計氧將去吸附之區域的面積比單閘極結構之區域的面積減少2dW。因此，減少氧去吸附。
換言之，在一電流供應能力係由一等於該單閘極結構之通道寬度及通道長度的通道寬度及通道長度提供之處，若使用該雙閘極結構，則可減小其中產生氧去吸附的區域，且亦可減少氧從該通道材料的去吸附。
由於氧去吸附因上述之一原因而減少，使用氧化物半導體電晶體Td及Ts與單閘極結構的電晶體相比可執行一更長時間的正常操作。結果，可增加該顯示器裝置的壽命。
此外，由於在製造後，該雙閘極結構之一電晶體之一特徵與單閘極結構之一電晶體相比，在儲存於一較高溫度條件期間不會極大地改變，可減小產生諸如不均勻或粗糙之畫質缺點的幾率。
應注意，雖然在本發明中該取樣電晶體Ts及該驅動電晶體Td兩者都具有該雙閘極結構，但至少僅該驅動電晶體Td可具有該雙閘極結構。
這係因為雖然該驅動電晶體Td之一特性消散依據流向該有機EL元件1的電流改變，並與諸如不均勻或一條紋之劣等畫質直接聯繫，但該取樣電晶體Ts對於畫質具有一較低的影響程度。特定而言，由於該取樣電晶體Ts在一信號電壓被輸入至一像素時係用作一切換元件，即使一電流特性產生一些消散，若切斷的洩露電流在某種程度上較弱，則這對於畫質沒有影響。
3.　用於執行臨限值校正及遷移率校正的像素電路操作雖然在本實施例中使用一種如上述之雙閘極結構的電晶體，作為由此提供的另一個效果，可標準化其中採用由氧化物半導體形成之驅動電晶體Td的像素電路操作。此係描述於下。
如上述，由於氧化物半導體大體上具有一負的臨限電壓，在一臨限值校正操作中，該驅動電晶體Td之源極電位具有一高於該驅動電晶體Td之閘極電位的值。因此，在一臨限值校正操作或一遷移率校正操作中被施加至該有機EL元件1的電壓易超過該有機EL元件1的臨限電壓Vthel，且該等操作最終可能失敗。
作為對此之一對策，該陰極電位Vcat可事先被設定至一較高水平。然而，這同樣增加電源的數量，導致成本上升。
在此，若該驅動電晶體Td經形成以具有如本實施例中的雙閘極結構，則該臨限電壓Vth可高於該單閘極結構之一電晶體的臨限電壓。結果，可標準化一用於執行臨限電壓及遷移率校正的像素電路操作。
首先，參考圖4到8C來描述一像素電路操作。
圖4顯示該單閘極結構之一電晶體的操作波形，圖5顯示根據本實施例之雙閘極結構之一電晶體的操作波形。
參考圖4及5，其等繪示一經由該寫入控制線WSL從該寫入掃描器13施加至該取樣電晶體Ts之閘極的掃描脈衝WS及一經由該電源控制線DSL從該驅動掃描器12施加的電源脈衝DS。該驅動電壓Vcc或該初始電壓Vss係施加作為該電源脈衝DS。
同時，顯示作為一DTL輸入信號，一從該水平選擇器11提供至該信號線DTL的電位。該電位係給定為該信號值電位Vsig或該參考值電位Vofs。
此外，該驅動電晶體Td之閘極電壓的變化及源極電壓的變化分別係顯示為一由Td閘極指代的波形及一由Td源極指代的波形。
在圖4中，該Td閘極波形及該Td源極波形之各者之一實曲線為其中一空乏TFT被用於該驅動電晶體Td的一個變化，而一長短交替之虛線指示其中一增強TFT被用於該驅動電晶體Td的一個變化。
該增強TFT大體上係用於該有機EL元件1中。該增強TFT之臨限值電壓Vth具有一正值。另一方面，氧化物半導體電晶體為一空乏TFT，其臨限電壓Vth具有一負值。
同時，在圖5中，利用氧化物半導體形成之雙閘極結構之驅動電晶體Td(Td1+Td2)之閘極的變化及源極的變化分別係顯示為一由Td閘極指代的波形及一由Td源極指代的波形。圖5中之一點A為圖2中所顯示之該等電晶體Td1及Td2之間的一個節點，點A處之一電位變化係由一長短交替的虛線指示。
圖6A到8C所顯示的等效電路顯示圖4或5中之操作的過程。
應注意，圖6A到8C顯示之該等等效電路係顯示為等同於該單閘極結構及雙閘極結構的等效電路。因此，應理解顯示於該等等效電路中的驅動電晶體代表一單個電晶體，其中該電晶體具有該單閘極結構但代表該等兩個電晶體Td1及Td2之一系列連接，其中該電晶體具有本實施例中的雙閘極結構。對於該取樣電晶體Ts，此亦係如此。
由於基本的像素電路操作在該單閘極結構及該雙閘極結構之間係相同的，因此該像素電路操作係參考圖5之波形圖以及圖6A到8C之等效電路圖及特性圖而描述於下。
首先，作為該閘極電壓及該源極電壓，應參考由圖4中之長短交替虛線指示之先前技術之增強TFT的閘極電壓及源極電壓。
實行一先前訊框中的發光直到圖4中的時間t0。此發光狀態中的等效電路如圖6A所顯示。特定而言，該驅動電壓Vcc係提供至該電源控制線DSL。該取樣電晶體Ts處於一關閉狀態。此時，由於該驅動電晶體Td經設定以操作於其飽和區域中，流向該有機EL元件1的電流Ids根據該驅動電晶體Td之閘極-源極電壓Vgs而採取一由上述之運算式(1)指示的值。
在圖4之時間t0之後，執行一當前訊框中用於發光之一循環的操作。此一循環為一由一對應於下一訊框中之時間t0的時間決定的週期。
在時間t0，該驅動掃描器12將該電源控制線DSL設定至該初始電壓Vss。
該初始電壓Vss係設定成低於該有機EL元件1之臨限電壓Vthel及該陰極電位Vcat的總和。簡言之，該初始電壓Vss經設定以滿足Vss<Vthel+Vcat。結果，該有機EL元件1不發光，且該電源控制線DSL充當該驅動電晶體Td之源極，如圖6B所示。此時，該有機EL元件1之陽極被充電至該初始電壓Vss。換言之，在圖4中，該驅動電晶體Td之源極電壓下降至該初始電壓Vss。
在時間t1處，該信號線DTL被該水平選擇器11設定至該參考值電位Vofs的電位。之後，在時間t2處，該取樣電晶體Ts回應於該掃描脈衝WS而被打開。結果，該驅動電晶體Td之閘極電位等於該參考值電位Vofs之電位，如圖6C所示。
此時，該驅動電晶體Td之閘極-源極電壓具有Vofs-Vss之值。在此，將該驅動電晶體Td之閘極電位及源極電位設定成高於該驅動電晶體Td之臨限電壓Vth，為一臨限電壓校正操作做好準備。因此，對於該參考值電位Vofs及該初始電壓Vss來說，需要被設定以滿足Vofs-Vss>Vth。
該臨限值校正操作係執行於一從時間t3到時間t4的期間。
在這個情況下，該電源控制線DSL之電源脈衝DS被設定至該驅動電壓Vcc。結果，該有機EL元件1之陽極充當該驅動電晶體Td之源極，且電流流動如圖7A所示。
該有機EL元件1之等效電路由一二極體及一電容器Cel表示，如圖7A。因此，該驅動電晶體Td之電流係用於對該保持電容器Cs及該電容器Cel充電，只要該有機EL元件1之陽極電位Vel滿足VelVcat+Vthel，即該有機EL元件1的洩露電流較大程度地小於流向該驅動電晶體Td的電流。
此時，該陽極電位Vel，即該驅動電晶體Td之源極電位隨著時間流逝而上升，如圖7B。在一固定時間段之後，該驅動電晶體Td之閘極-源極電壓採取該臨限電壓Vth之值。由於該驅動電晶體Td為一增強TFT，該閘極-源極電壓採取一由圖4中之「正Vth」指代的值。
此時，滿足Vel=Vofs-VthVcat+Vthel。此後，在時間t4處，該掃描脈衝WS下降且該取樣電晶體Ts被關閉以完成該臨限值校正操作，如圖7所示。
接著在時間t5處，該信號線電位成為該電位Vsig，然後在時間t6處，該掃描脈衝WS上升且該取樣電晶體Ts被打開，使得該信號值電位Vsig被輸入至該驅動電晶體Td之閘極，如圖8A所示。
該信號值電位Vsig指示一對應於一漸變的電壓。由於該取樣電晶體Ts被打開，該驅動電晶體Td之閘極電位成為該信號值電位Vsig的電位。然而，由於該電源控制線DSL指示該驅動電壓Vcc，因此電流流動，且該取樣電晶體Ts的源極電位隨時間上升。
此時，若該驅動電晶體Td的源極電壓不超過該有機EL元件1之臨限電壓Vthel及陰極電位Vcat的總和，即，若該有機EL元件1之洩露電流較大程度地小於流向該驅動電晶體Td之電流，則該驅動電晶體Td之電流係用於對該保持電容器Cs及該電容器Cel充電。
然後在此時，由於該驅動電晶體Td之臨限值校正操作已完成，由該驅動電晶體Td供應的電流代表該遷移率μ。
特定而言，在該遷移率較高之處，此時的電流量較大，且該源極電位上升的速度亦較高。相反地，在該遷移率較低之處，此時的電流量較小，且該源極電位上升的速度亦較低。圖8B指示遷移率較高及較低處的源極電壓上升。
因此，該驅動電晶體Td之閘極-源極電壓反映該遷移率而下降，且在一固定的時間段之後，其等於該閘極-源極電壓Vgs，該遷移率從而被完全校正。
利用此方式，在從時間t6到時間t7的期間，實行將該信號值電位Vsig寫入該保持電容器Cs及遷移率校正。
然後在時間t7處，該掃描脈衝WS下降且該取樣電晶體Ts被關閉以結束該信號值寫入，且該有機EL元件1發出光。
由於該驅動電晶體Td之閘極-源極電壓Vgs固定，該驅動電晶體Td供應固定電流Ids’至該有機EL元件1，如圖8C所示。在一點B處之陽極電位Vel(即該有機EL元件1之陽極電位)上升至一電壓Vx，該固定電流Ids’利用其流向該有機EL元件1，且該有機EL元件1發出光。
其後，繼續發光直到下一個發光循環，即直到下一訊框之時間t0。應注意，該信號線DTL在時間t8處係設定至該參考值電位Vofs。這是因為該信號線DTL準備好在一遲於圖4之時間t1之一週期，進行下一水平線中之一像素電路的操作。
應注意，在如上述之操作中，若經過該有機EL元件1之一較長發光時間，則該有機EL元件1之I-V特性改變。因此，在圖8C之點B處的電位亦改變。然而，由於該驅動電晶體Td之閘極-源極電壓Vgs係固定於一固定值，將流向該有機EL元件1的電流不改變。因此，即使該有機EL元件1之I-V特性下降，該固定電流將一直繼續流動且該有機EL元件的亮度不改變。
在上述操作中，該驅動電晶體Td為一增強TFT，其閘極電位及源極電位改變，如圖4中之長短交替虛線所指示，且執行正常操作。
然而，在利用氧化物半導體製成之空乏TFT被採用於該驅動電晶體Td之處，該閘極電位與該源極電位改變，如圖4中之實線所指示。
特定而言，由於作為一空乏TFT之該驅動電晶體Td具有一負的臨限電壓，在該臨限值校正操作中，該驅動電晶體Td之源極電位展現一高於該驅動電晶體Td之閘極電位的值，如圖4之「負Vth」所指示。
然而，即使一負臨限值被保持於該閘極及源極之間，此事實本身無關緊要。這是因為在寫入該信號值電位Vsig之前，該臨限值校正操作將該閘極-源極電壓設定為等於該臨限電壓，以抵消該驅動電晶體Td之臨限值在該等像素之間之一消散。換言之，這是因為該臨限值校正操作將參考各個驅動電晶體Td所獨有之臨限值而將該驅動電晶體Td之閘極-源極電壓設定至一對應於該信號值電位Vsig的值，藉此供應對應於該信號值電位Vsig，即對應於該閘極-源極電壓Vgs的電流至該有機EL元件1。
緊要的係，在該源極電位高於該閘極電壓之處，於稍後的遷移率校正之時，電流更易於流向該有機EL元件1並促使該有機EL元件1發光。
該遷移率校正被有規律地執行於電流被用於對該保持電容器Cs及該電容器Cel充電而不流向該有機EL元件1之處，其中該電流係由該驅動電壓Vcc所施加至的驅動電晶體Td處供應。
然而，由於一電位上升於其上，該源極電位易超過該有機EL元件1之臨限值(Vthel+Vcat)，如圖4中之一虛線圓圈R中之一曲線之一部分所示。因此，在此時間點，電流流向該有機EL元件1以促使該有機EL元件1發光，且該遷移率校正操作不能按規律操作。
為解決這個問題，必要的係採取一對策以事先提高該陰極電位Vcat。然而，由於提高電源的數量，這造成成本增加。
相反地，具有本實施例中之雙閘極結構之驅動電晶體的操作被有規律地操作，如圖5所示。應注意，在一循環中之一基本發光操作類似於上述之一發光操作。
在此處，由實線指示之該閘極電壓及該源極電壓的電位變化係在該雙閘極結構之整個驅動電晶體Td(=Td1+Td2)中觀察到的電位變化。
圖5中之一長短交替虛線指示在顯示於圖2中之點A處，即在該等電晶體Td1及Td2之間之一節點處的電位。
在這個情況下，由於該驅動電晶體Td具有該雙閘極結構，在從時間t3到時間t4之期間的臨限值校正操作中，點A處的電位比該有機EL元件1之陽極電位更早上升。這是因為該電晶體Td2側被連接至該等電容器Cs及Cel。因此，首先執行該電晶體Td1側的臨限值校正，如該長短交替之虛曲線所示。
然後，該有機EL元件1之陽極電位相對於點A處的電位上升。此時，從電位關係來說，該有機EL元件1的陽極電位，即從該整個驅動電晶體Td觀察的源極電位，絕對不可能變得比點A處的電位更高。
因此，即使該等單獨之電晶體Td1及Td2的臨限電壓具有一負值，該整個驅動電晶體Td之臨限電壓為一更高的臨限電壓。舉例來說，該整個驅動電晶體Td之臨限電壓成為一正的臨限電壓Vth，如圖5中所示。由於該閘極電位被固定至該參考值電位Vofs，在該臨限值校正操作之後，可使源極電位較低而無需顧慮該臨限電壓較高的事實。
簡言之，該有機EL元件1在該臨限值校正操作之末尾之一點處的陽極電位可低於採用單閘極結構之處的陽極電位。
因此，在從時間t6到時間t7之後繼週期內的信號值寫入及遷移率校正時，可防止該源極電位，即該有機EL元件1之陽極電位，超過該有機EL元件1之臨限值(Vthel+Vcat)。然後，由於沒有電流流向該有機EL元件1，可規律地執行該遷移率校正操作。
基於前述，其中亦使用一種利用氧化物半導體形成的電晶體，不再需要一種事先提高該陰極電位Vcat以標準化該電路操作的對策，因此，可降低成本。
在此應注意該陰極電位Vcat宜係設定為等於接地。
此外，若將在該驅動電晶體Td之該等該電晶體Td1及Td2之間定位成更靠近該電源之驅動電壓Vcc的電晶體Td1的通道長度L設定為更大，則可實現進一步提高該臨限電壓Vth的效果。這是因為隨著該通道長度L增大，該電晶體Td1之臨限電壓本身變得相對較大的事實。
如上述，在本實施例中，其中氧化物半導體係用於製造該像素電路10中的驅動電晶體Td及該取樣電晶體Ts，可減少氧去吸附以藉由形成具有該雙閘極結構的驅動電晶體Td及取樣電晶體Ts來改善壽命。
應注意，雖然包含三個或更多電晶體的各種組態可被用作一像素電路的組態，其中使用一將氧化物半導體用作其一通道材料而形成的電晶體，最好的是使該像素電路中所有電晶體具有該雙閘極結構以實現該顯示器裝置的壽命改善。
此外，藉由使至少該驅動電晶體Td具有該雙閘極結構，可對依賴於該驅動電晶體Td之一特性之畫質中之一諸如不均勻或粗糙的缺點採取一對策。
此外，藉由使該驅動電晶體Td具有該雙閘極結構，該臨限值電壓與一單閘極之電晶體之臨限值電壓相比可較高，且可防止將在該臨限值校正操作及遷移率校正操作中施加至該有機EL元件1的電壓超過該臨限值電壓。因此，無需採取一對策以確保規律操作。因此，可降低成本。
應注意雖然以上描述本發明以及其實施例，在該實施例中一電晶體具有雙閘極結構，但本發明亦可應用於一種在其中(例如)三個或多個使用氧化物半導體形成之電晶體串聯連接的結構。
此外，雖然上述驅動電晶體Td具有一負的臨限值電壓，但本發明亦可應用於一具有一正臨限電壓的電晶體。
本申請案含有2009年5月12日向日本專利局申請之日本優先權專利申請案第JP 2009-115193號的相關標的，該申請案之全文以引用方式併入本文中。
雖然使用特定術語來描述本發明之一較佳實施例，但此描述僅以說明為目的，且應理解的係可做出修改及變型而不脫離如下之請求項的精神及範圍。
1．．．有機EL元件
10．．．像素電路
11．．．水平選擇器
12．．．驅動掃描器
13．．．寫入掃描器
20．．．像素陣列
91．．．閘極金屬
92．．．閘極絕緣膜
93．．．通道材料
94．．．阻擋絕緣膜
95．．．源極金屬
101．．．水平選擇器
102．．．寫入掃描器
103．．．驅動掃描器
圖1係一顯示一種顯示器裝置之一組態的方塊圖，其中本發明之一實施例被應用於該顯示器裝置；
圖2係一顯示圖1之顯示器裝置之一像素電路的電路方塊圖；
圖3A及3B分別是顯示一先前技術像素電路之一單閘極結構及圖2之像素電路之一雙閘極結構的示意圖；
圖4係一顯示圖3A所示之該單閘極結構之像素電路之操作的時序圖；
圖5係一顯示圖3B所示之雙閘極結構之像素電路之操作的時序圖；
圖6A到6C、7A及7C以及8A及8C為圖3A及3B所示之等效電路的電路圖，其顯示該等電路的操作，圖7B及8B為顯示該等電路之特性的示意圖；
圖9A係一顯示一先前技術之像素電路的電路方塊圖，圖9B係一顯示圖9A之像素電路之一EL元件之I-V特性隨時間變化的圖表；
圖10A及10B係顯示先前技術之像素電路的電路方塊圖；
圖11係一顯示一電晶體之電流特性相對於氧濃度的圖表；及
圖12A及12B分別為一單閘極結構之電晶體之一俯視平面圖及橫向截面圖。
1．．．有機EL元件
10．．．像素電路
11．．．水平選擇器
12．．．驅動掃描器
13．．．寫入掃描器
20．．．像素陣列

Claims (10)

  1. 一種顯示器裝置，其包括：一像素陣列，其包含複數個配置成一矩陣的像素電路，該複數個像素電路之一特定一者包含一發光元件、一驅動電晶體以及一保持電容器，該驅動電晶體在一驅動電壓被施加於其一汲極及一源極之間時，回應於一施加於其一閘極及該源極之間的一信號值而供應一驅動電流至該發光元件，該保持電容器係連接於該驅動電晶體之該閘極及該源極之間以保持該信號值；以及一驅動部，其經組態以施加該信號值至該保持電容器，使得該發光元件發出一對應於該信號值之漸變的光，其中該驅動電晶體具有一多閘極結構，在該多閘極結構中組成該驅動電晶體之至少兩個構成電晶體係串聯連接，其中組成該驅動電晶體之該至少兩個構成電晶體之每一者包含一氧化物半導體材料，且每一者具有一通道寬度W及一通道長度L，其中W=W'且L<L'，其中W'及L'係分別為一電晶體之一通道寬度及一通道長度，該電晶體：具有一單閘極結構，包含一氧化物半導體材料，具有一通道寬度，根據該驅動電晶體之佈線方法可獲得對應於一最小可能值之該通道寬度，具有一電流供應能力，其允許該電晶體將可適當地作 為該驅動電晶體。
  2. 如請求項1的顯示器裝置，其中L=1/2L'。
  3. 如請求項1的顯示器裝置，其中允許該電晶體將可適當地作為該驅動電晶體之該電流供應能力使得：若該電晶體作為該驅動電晶體，則當對應於一最大漸變值之一信號值被施加於該電晶體之一閘極及一源極之間且該驅動電壓被施加於該電晶體之一汲極及該源極之間時，該電流供應能力可保證該電晶體可供應一具有對應於該最大漸變值之量值的驅動電流。
  4. 如請求項1的顯示器裝置，其中該複數個像素電路之該特定一者包含一取樣電晶體，該取樣電晶體係用於控制由該發光驅動部供應的該信號值施加至該保持電容器，以及其中該取樣電晶體具有一多閘極結構，在該多閘極結構中組成該取樣電晶體之至少兩個構成電晶體係串聯連接，其中組成該取樣電晶體之該至少兩個構成電晶體之每一者包含一氧化物半導體材料。
  5. 如請求項4的顯示器裝置，其中該驅動部包含：一信號選擇器，其用於將一作為該信號值的電位及一參考值供應至經配置以便在該像素陣列上之一行方向中延伸之多個信號線；一寫入掃描器，其用於驅動經配置以在該像素陣列上之一列方向中延伸之多個寫入控制線，以將對應該信號線的該電位導入該等像素電路中；以及 一驅動控制掃描器，其利用經配置以在該像素陣列上之一列中延伸之多個電源控制線的一者而施加一驅動電壓至該驅動電晶體；其中該取樣電晶體在其一閘極處連接至該等寫入控制線之一對應者，在其一第一電流電極處連接至該等信號線之一對應者，且在其一第二電流電極處連接至該驅動電晶體的該閘極。
  6. 如請求項5的顯示器裝置，其中該信號選擇器、該寫入掃描器、及該驅動控制掃描器係經組態在一特定發光操作循環中以使得該複數個像素電路之該特定一者：執行一臨限值校正操作，該臨限值校正操作包含在作為該參考值之該電壓被施加至該信號線時，及該驅動電壓被施加在該驅動電晶體之該汲極及該源極之間時，藉由將該取樣電晶體置入一傳導狀態來儲存該驅動電晶體之一臨限值電壓在該電容器中；寫入該信號值至該保持電容器及執行一遷移率校正操作，該遷移率校正操作包含在作為該信號值之該電壓被施加至該信號線時，藉由將該取樣電晶體置入一傳導狀態來將保持於該電容器中之該信號值改變一對應於該驅動電晶體之一遷移率之量值；以及在該信號值及該遷移率校正寫入後，藉由供應來自該驅動電晶體之該驅動電流至該發光元件，而由發光元件發光。
  7. 如請求項1的顯示器裝置，其中該發光元件係為一有機電致發光發光元件。
  8. 一種顯示器裝置，其包括：一像素陣列，該像素陣列包含複數個配置成一矩陣的像素電路，且該複數個像素電路之一特定一者包含：一發光元件，其係為一有機電致發光發光元件、複數個電晶體，其包含一驅動電晶體，其在一驅動電壓被施加於其一汲極及一源極之間時，回應於一施加於其一閘極及該源極之間的一信號值而供應一驅動電流至該發光元件，以及一取樣電晶體，其用於控制由該發光驅動部供應的該信號值施加至該保持電容器，以及一保持電容器，其係連接於該驅動電晶體之該閘極及該源極之間以保持該信號值；以及一驅動部，其經組態以施加該信號值至該保持電容器，使得該發光元件發出一對應於該信號值之漸變的光，其中該複數個驅動電晶體之每一者具有一多閘極結構，在該多閘極結構中組成該各別的電晶體之至少兩個構成電晶體係串聯連接，其中組成該各別的驅動電晶體之該至少兩個構成電晶體之每一者包含一氧化物半導體材料；且每一者具有一通道寬度W及一通道長度L，其中W=W'且L<L'，其中W'及L'係分別為一電晶體之一通道寬度及一通道長度，該電晶體： 具有一單閘極結構，包含一氧化物半導體材料，具有一通道寬度，根據該驅動電晶體之佈線方法可獲得對應於一最小可能值之該通道寬度，具有一電流供應能力，其允許該電晶體將可適當地作為該驅動電晶體。
  9. 如請求項8的顯示器裝置，其中L=1/2L'。
  10. 如請求項8的顯示器裝置，其中允許該電晶體將可適當地作為該驅動電晶體之該電流供應能力使得：若該電晶體作為該驅動電晶體，則當對應於一最大漸變值之一信號值被施加於該電晶體之一閘極及一源極之間且該驅動電壓被施加於該電晶體之一汲極及該源極之間時，該電流供應能力可保證該電晶體可供應一具有對應於該最大漸變值之量值的驅動電流。
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