以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
<表示装置の全体概要>
図1は、本発明に係る表示装置の一実施形態であるアクティブマトリクス型表示装置の構成の概略を示すブロック図である。本実施形態では、たとえば画素の表示素子(電気光学素子、発光素子)として有機EL素子を、能動素子としてポリシリコン薄膜トランジスタ(TFT;Thin Film Transistor)をそれぞれ用い、薄膜トランジスタを形成した半導体基板上に有機EL素子を形成してなるアクティブマトリクス型有機ELディスプレイ(以下「有機EL表示装置」と称する)に適用した場合を例に採って説明する。
なお、以下においては、画素の表示素子として有機EL素子を例に具体的に説明するが、これは一例であって、対象となる表示素子は有機EL素子に限らない。一般的に電流駆動で発光する表示素子の全てに、後述する全ての実施形態が同様に適用できる。
図1に示すように、有機EL表示装置1は、複数の表示素子としての有機EL素子(図示せず)を持った画素回路(画素とも称される)110が表示アスペクト比である縦横比がX:Y(たとえば9:16)の有効映像領域を構成するように配置された表示パネル部100と、この表示パネル部100を駆動制御する種々のパルス信号を発するパネル制御部の一例である駆動信号生成部200と、映像信号処理部300を備えている。駆動信号生成部200と映像信号処理部300とは、1チップのIC(Integrated Circuit;半導体集積回路)に内蔵されている。
なお、製品形態としては、図示のように、表示パネル部100、駆動信号生成部200、および映像信号処理部300の全てを備えたモジュール(複合部品)形態の有機EL表示装置1として提供されることに限らず、たとえば、表示パネル部100のみで有機EL表示装置1として提供することも可能である。また、このような有機EL表示装置1は、半導体メモリやミニディスク(MD)やカセットテープなどの記録媒体を利用した携帯型の音楽プレイヤーやその他の電子機器の表示部に利用される。
表示パネル部100は、基板101の上に、画素回路Pがn行×m列のマトリクス状に配列された画素アレイ部102と、画素回路Pを垂直方向に走査する垂直駆動部103と、画素回路Pを水平方向に走査する水平駆動部(水平セレクタあるいはデータ線駆動部とも称される)106と、外部接続用の端子部(パッド部)108などが集積形成されている。すなわち、垂直駆動部103や水平駆動部106などの周辺駆動回路が、画素アレイ部102と同一の基板101上に形成された構成となっている。
垂直駆動部103(書込走査部104および駆動走査部105)と水平駆動部106とで、信号電位の保持容量への書込みや、閾値補正動作や、移動度補正動作や、ブートストラップ動作を制御する制御部109が構成される。
垂直駆動部103としては、たとえば、書込走査部(ライトスキャナWS;Write Scan)104や電源供給能力を有する電源スキャナとして機能する駆動走査部(ドライブスキャナDS;Drive Scan)105を有する。
画素アレイ部102は、一例として、図示する左右方向の一方側もしくは両側から書込走査部104および駆動走査部105で駆動され、かつ図示する上下方向の一方側もしくは両側から水平駆動部106で駆動されるようになっている。
端子部108には、有機EL表示装置1の外部に配された駆動信号生成部200から、種々のパルス信号が供給されるようになっている。また同様に、映像信号処理部300から映像信号Vsig が供給されるようになっている。
一例としては、垂直駆動用のパルス信号として、垂直方向の書込み開始パルスの一例であるシフトスタートパルスSPDS,SPWSや垂直走査クロックCKDS,CKWSなど必要なパルス信号が供給される。また、水平駆動用のパルス信号として、水平方向の書込み開始パルスの一例である水平スタートパルスSPH や水平走査クロックCKH など必要なパルス信号が供給される。
端子部108の各端子は、配線109を介して、垂直駆動部103や水平駆動部106に接続されるようになっている。たとえば、端子部108に供給された各パルスは、必要に応じて図示を割愛したレベルシフタ部で電圧レベルを内部的に調整した後、バッファを介して垂直駆動部103の各部や水平駆動部106に供給される。
画素アレイ部102は、図示を割愛するが(詳細は後述する)、表示素子としての有機EL素子に対して画素トランジスタが設けられた画素回路Pが行列状に2次元配置され、この画素配列に対して行ごとに走査線が配線されるとともに、列ごとに信号線が配線された構成となっている。
たとえば、画素アレイ部102には、走査線(ゲート線)104WSと映像信号線(データ線)106HSが形成されている。両者の交差部分には図示を割愛した有機EL素子とこれを駆動する薄膜トランジスタ(TFT;Thin Film Transistor)が形成される。有機EL素子と薄膜トランジスタの組み合わせで画素回路Pを構成する。
具体的には、マトリクス状に配列された各画素回路Pに対しては、書込走査部104によって書込駆動パルスWSで駆動されるn行分の書込走査線104WS_1〜104WS_nおよび駆動走査部105によって電源駆動パルスDSL で駆動されるn行分の電源供給線105DSL_1 〜105DSL_n が画素行ごとに配線される。
書込走査部104および駆動走査部105は、駆動信号生成部200から供給される垂直駆動系のパルス信号に基づき、書込走査線104WSおよび電源供給線105DSL を介して各画素回路Pを順次選択する。水平駆動部106は、駆動信号生成部200から供給される水平駆動系のパルス信号に基づき、選択された画素回路Pに対し映像信号線106HSを介して映像信号Vsig の内の所定電位をサンプリングして保持容量に書き込ませる。
本実施形態の有機EL表示装置1においては、線順次駆動のみが可能になっており、垂直駆動部103の書込走査部104および駆動走査部105は線順次で(つまり行単位で)画素アレイ部102を走査するとともに、これに同期して水平駆動部106が、画像信号を、1水平ライン分を同時に、画素アレイ部102に書き込む。
たとえば、水平駆動部106は、線順次駆動に対応するため、全列の映像信号線106HS上に設けられた図示を割愛したスイッチを一斉にオンさせるドライバ回路を備えて構成され、映像信号処理部300から入力される画素信号を、垂直駆動部103によって選択された行の1ライン分の全ての画素回路Pに同時に書き込むべく、全列の映像信号線106HS上に設けられた図示を割愛したスイッチを一斉にオンさせる。
垂直駆動部103の各部は、線順次駆動に対応するため、論理ゲートの組合せ(ラッチも含む)によって構成され、画素アレイ部102の各画素回路Pを行単位で選択する。なお、図1では、画素アレイ部102の一方側にのみ垂直駆動部103を配置する構成を示しているが、画素アレイ部102を挟んで左右両側に垂直駆動部103を配置する構成を採ることも可能である。
同様に、図1では、画素アレイ部102の一方側にのみ水平駆動部106を配置する構成を示しているが、画素アレイ部102を挟んで上下両側に水平駆動部106を配置する構成を採ることも可能である。
<画素回路>
図2は、第1実施形態の画素回路Pに対する比較例を示す図である。なお、表示パネル部100の基板101上において画素回路Pの周辺部に設けられた垂直駆動部103と水平駆動部106も合わせて示している。図3は、図2に示した比較例の画素回路Pの動作を説明するタイミングチャートである。また、図4は、有機EL素子127や駆動トランジスタ121の特性ばらつきが駆動電流Idsに与える影響を説明する図であり、図4Aは、その改善手法の概念を説明する図である。
また、図5は、図1に示した有機EL表示装置1を構成する画素回路Pの第1実施形態を示す図である。なお、表示パネル部100の基板101上において画素回路Pの周辺部に設けられた垂直駆動部103と水平駆動部106も合わせて示している。
第1実施形態の画素回路Pは、基本的にnチャネル型の薄膜電界効果トランジスタでドライブトランジスタが構成されている点に特徴を有する。また、有機EL素子の経時劣化による当該有機EL素子への駆動電流Idsの変動を抑制するための回路、すなわち電気光学素子の一例である有機EL素子の電流−電圧特性の変化を補正して駆動電流Idsを一定に維持する駆動信号一定化回路を備えた点に特徴を有する。加えて、有機EL素子の電流−電圧特性に経時変化があった場合でも駆動電流を一定にする機能を備えた点に特徴を有する。
pチャネル型のトランジスタではなく、nチャネル型のトランジスタで駆動トランジスタを構成することができれば、トランジスタ作成において従来のアモルファスシリコン(a−Si)プロセスを用いることが可能になる。これにより、トランジスタ基板の低コスト化が可能となり、このような構成の画素回路Pの開発が期待される。
駆動トランジスタを始めとする各トランジスタとしてはMOSトランジスタを使用する。この場合、駆動トランジスタについては、ゲート端を制御入力端として取り扱い、ソース端およびドレイン端の何れか一方(ここではソース端とする)を出力端として取り扱い、他方を電源供給端(ここではドレイン端とする)として取り扱う。
<比較例の画素回路>
先ず、第1実施形態の画素回路Pの特徴を説明する上での比較例として、図2に示す画素回路Pについて説明する。この比較例の画素回路Pを画素アレイ部102に備える有機EL表示装置1を比較例の有機EL表示装置1と称する。比較例の画素回路Pは、基本的にnチャネル型の薄膜電界効果トランジスタでドライブトランジスタが構成されている点で本実施形態と同じであるが、有機EL素子127の経時劣化による駆動電流Idsに与える影響を防ぐための駆動信号一定化回路が設けられていない。
具体的には、画素回路Pは、それぞれnチャネル型の駆動トランジスタ121およびサンプリングトランジスタ125と、電流が流れることで発光する電気光学素子の一例である有機EL素子127とを有する。一般に、有機EL素子127は整流性があるためダイオードの記号で表している。なお、有機EL素子127には、寄生容量Celが存在する。図では、この寄生容量Celを有機EL素子127と並列に示す。
駆動トランジスタ121は、ドレイン端Dが第1電源電位を供給する電源供給線DSL に接続され、ソース端(出力端)Sが、有機EL素子127のアノード端Aに接続され、有機EL素子127のカソード端Kが基準電位を供給する全画素共通の接地配線Vcath(GND )に接続されている。
サンプリングトランジスタ125は、ソース端Sが映像信号線HSに接続され、ドレイン端(電源供給端)Dは駆動トランジスタ121のゲート端(制御入力端)Gに接続され、その接続点と第2電源電位を供給する基準線との間に保持容量120が設けられている。第2電源電位を供給する基準線は、本構成では、図示のように、有機EL素子127用の基準電位を供給する接地配線Vcathと同じにしているが、別の電位を与える配線としてもよい。サンプリングトランジスタ125は、ソース端Sとドレイン端Dとを逆転させた接続態様とすることもできる。
なお、図示を割愛するが、発光期間を制御する発光制御トランジスタを追加した3TR型とする場合、たとえば、駆動トランジスタ121のソース端をnチャネル型の発光制御トランジスタのドレイン端Dに接続し、発光制御トランジスタのソース端Sを有機EL素子127のアノード端に接続する。
このような画素回路Pでは、発光制御トランジスタを設けるか否かに関わらず、有機EL素子127を駆動するときには、駆動トランジスタ121のドレイン端D側が第1電源電位に接続され、ソース端Sが有機EL素子127のアノード端A側に接続されることで、全体としてソースフォロワ回路を形成するようになっている。
図2に示す比較例の画素回路Pの動作を説明する図3のタイミングチャートは、信号線HSから供給される映像信号Vsig の電位(以下、映像信号線電位とも称する)の内の有効期間の電位(信号電位と称する)をサンプリングし、発光素子の一例である有機EL素子127を発光状態にする動作を表している。
映像信号線106HSが映像信号Vsig の有効期間である信号電位にある時間帯(t1〜t4)に、書込走査線WSの電位が高レベルに遷移することで(t2)、nチャネル型のサンプリングトランジスタ125はオン状態となり、信号線HSから供給される映像信号線電位を保持容量120に充電する。これにより駆動トランジスタ121のゲート端Gの電位(ゲート電位Vg)は上昇を開始し、ドレイン電流を流し始める。そのため、有機EL素子127のアノード電位は上昇し発光を開始する。
この後、書込駆動パルスWSが低レベルに遷移すると(t3)、保持容量120にその時点の映像信号線電位、つまり、映像信号Vsig の電位の内の有効期間の電位(信号電位)が保持される。これによって、駆動トランジスタ121のゲート電位Vgが一定となり、発光輝度が次のフレーム(またはフィールド)まで一定に維持される。タイミングt2〜t3が、映像信号Vsig のサンプリング期間となり、タイミングt3以降が保持期間となる。
ここで、比較例の画素回路Pでは、駆動トランジスタ121のソース端Sの電位(ソース電位Vs)は、駆動トランジスタ121と有機EL素子127との動作点で決まり、その電圧値は駆動トランジスタ121のゲート電位Vgによって異なる値を持ってしまう。
ここで、一般的に、駆動トランジスタ121は飽和領域で駆動される。よって、飽和領域で動作するトランジスタのドレイン端−ソース間に流れる電流をIds、移動度をμ、チャネル幅(ゲート幅)をW、チャネル長(ゲート長)をL、ゲート容量(単位面積当たりのゲート酸化膜容量)をCoxは、トランジスタの閾値電圧をVthとすると、駆動トランジスタ121は下記の式(1)に示した値を持つ定電流源となっている。式(1)から明らかなように、飽和領域ではトランジスタのドレイン電流Idsはゲート・ソース間電圧Vgsによって制御される。
<有機EL素子のI−V特性>
ここで、図4(1)に示す有機EL素子の電流−電圧(I−V)特性において、実線で示す曲線が初期状態時の特性を示し、破線で示す曲線が経時変化後の特性を示している。一般的に、有機EL素子のI−V特性は、グラフに示すように時間が経過すると劣化する。
比較例の画素回路Pでは、この経時劣化により動作点が変化してしまい、同じゲート電位Vgを印加しても駆動トランジスタ121のソース電位Vsは変化してしまう。これにより、駆動トランジスタ121のゲート・ソース間電圧Vgsは変化してしまう。特性式(1)から明らかなように、ゲート・ソース間電圧Vgsが変動すると、たとえゲート電位Vgが一定であっても駆動電流Idsが変動し、同時に有機EL素子127に流れる電流値も変化する。このように有機EL素子127のI−V特性が変化すると、図2に示したソースフォロワ構成を持つ比較例の画素回路Pでは、有機EL素子127の発光輝度が経時的に変化してしまう。
駆動トランジスタ121としてnチャネル型を使用した単純な回路では、ソース端Sが有機EL素子127側に接続されてしまうため、有機EL素子127の経時変化とともに、ゲート・ソース間電圧Vgsが変化してしまい、有機EL素子127に流れる電流量が変化し、その結果、発光輝度は変化してしまうのである。
発光素子の一例である有機EL素子127の特性の経時変動による有機EL素子127のアノード電位変動は、駆動トランジスタ121のゲート・ソース間電圧Vgsの変動となって現れ、ドレイン電流(駆動電流Ids)の変動を引き起こす。この原因による駆動電流の変動は画素回路Pごとの発光輝度のばらつきとなって現れ、画質の劣化が起きる。
これに対して、詳細は後述するが、駆動トランジスタ121のソース端Sの電位Vsの変動にゲート端Gの電位Vgが連動するようにするブートストラップ機能を実現する回路構成および駆動タイミングとすることで、有機EL素子127の特性の経時変動による有機EL素子127のアノード電位変動(つまりソース電位変動)があっても、その変動を相殺するようにゲート電位Vgを変動させることで、画面輝度の均一性(ユニフォーミティ)を確保できる。ブートストラップ機能が、有機EL素子を代表とする電流駆動型の発光素子の経時劣化補正能力を向上させることができる。
もちろん、このブートストラップ機能は、発光開始時点で、有機EL素子127に発光電流Ielが流れ始め、それによってアノード・カソード間電圧Velが安定となるまで上昇していく過程で、そのアノード・カソード間電圧Velの変動に伴って駆動トランジスタ121のソース電位Vsが変動する際にも機能する。
<駆動トランジスタVgs−Ids特性>
また、駆動トランジスタ121の製造プロセスのばらつきにより、画素回路Pごとに閾値電圧や移動度などの特性変動がある。駆動トランジスタ121を飽和領域で駆動する場合においても、この特性変動により、駆動トランジスタ121に同一のゲート電位を与えても、画素回路Pごとにドレイン電流(駆動電流Ids)が変動し、発光輝度のばらつきになって現れる。
たとえば、図4(2)は、駆動トランジスタ121の閾値ばらつきに着目した電圧電流(Vgs−Ids)特性を示す図である。閾値電圧がVth1とVth2で異なる2個の駆動トランジスタ121について、それぞれ特性カーブを挙げてある。
前述のように、駆動トランジスタ121が飽和領域で動作しているときのドレイン電流Idsは、特性式(1)で表される。特性式(1)から明らかなように、閾値電圧Vthが変動すると、ゲート・ソース間電圧Vgsが一定であってもドレイン電流Idsが変動する。つまり、閾値電圧Vthのばらつきに対して何ら対策を施さないと、図4(2)に示すように、閾値電圧がVth1のときVgsに対応する駆動電流がIds1となるのに対して、閾値電圧がVth2のときの同じゲート電圧Vgsに対応する駆動電流Ids2はIds1と異なってしまう。
また、図4(3)は、駆動トランジスタ121の移動度ばらつきに着目した電圧電流(Vgs−Ids)特性を示す図である。移動度がμ1とμ2で異なる2個の駆動トランジスタ121について、それぞれ特性カーブを挙げてある。
特性式(1)から明らかなように、移動度μが変動すると、ゲート・ソース間電圧Vgsが一定であってもドレイン電流Idsが変動する。つまり、移動度μのばらつきに対して何ら対策を施さないと、図4(3)に示すように、移動度がμ1のときVgsに対応する駆動電流がIds1となるのに対して、移動度がμ2のときの同じゲート電圧Vgsに対応する駆動電流Ids2はIds1と異なってしまう。
これに対して、閾値補正機能および移動度補正機能を実現する駆動タイミング(詳細は後述する)とすることで、図4Aの各図から理解されるように、それらの変動の影響を抑制でき、画面輝度の均一性(ユニフォーミティ)を確保できる。
<閾値補正および移動度補正の概念>
本実施形態の閾値補正動作および移動度補正動作では、詳細は後述するが、発光時のゲート・ソース間電圧Vgsが“Vin+Vth−ΔV”で表されるようにすることで、ドレイン・ソース間電流Idsが、閾値電圧Vthのばらつきや変動に依存しないようにするとともに、移動度μのばらつきや変動に依存しないようにする。結果として、閾値電圧Vthや移動度μが製造プロセスにより変動しても、駆動電流Idsは変動せず、有機EL素子127の発光輝度も変動しない。
たとえば、図4Aの各図においては、駆動トランジスタ121の電流電圧特性を、横軸に信号電位Vinをとり、縦軸に駆動電流Idsをとって、閾値電圧Vthが比較的低く移動度μが比較的大きい駆動トランジスタ121で構成された画素回路Pa(実線のカーブ)と、逆に閾値電圧Vthが比較的高く移動度μが比較的小さい駆動トランジスタ121で構成された画素回路Pb(点線のカーブ)について、それぞれ特性カーブを挙げてある。
図4A(1)は、閾値補正および移動度補正ともに実行しない場合である。このときには画素回路Paおよび画素回路Pbで閾値電圧Vthおよび移動度μの補正が全く実行されないため、閾値電圧Vthや移動度μの違いでVin−Ids特性に大きな違いが出てしまう。したがって、同じ信号電位Vinを与えても、駆動電流Idsすなわち発光輝度が異なってしまい、画面輝度の均一性(ユニフォーミティ)が得られない。
図4A(2)は、閾値補正を実行する一方、移動度補正を実行しない場合である。このとき画素回路Paと画素回路Pbで閾値電圧Vthの違いはキャンセルされる。しかしながら移動度μの相違はそのまま現れている。したがって信号電位Vinが高い領域(すなわち輝度が高い領域)で、移動度μの違いが顕著に現れ、同じ階調でも輝度が違ってしまう。具体的には、同じ階調(同じ信号電位Vin)で、移動度μの大きい画素回路Paの輝度(駆動電流Ids)は高く、移動度μの小さい画素回路Pbの輝度は低くなる。
図4A(3)は閾値補正および移動度補正ともに実行する場合である。閾値電圧Vthおよび移動度μの相違は完全に補正され、その結果、画素回路Paと画素回路PbのVin−Ids特性は一致する。したがって、全ての階調(信号電位Vin)で輝度(Ids)が同一レベルとなり、画面輝度の均一性(ユニフォーミティ)が顕著に改善される。
図4A(4)は、閾値補正および移動度補正ともに実行するものの、閾値電圧Vthの補正が不十分な場合である。たとえば、1回の閾値補正動作では駆動トランジスタ121の閾値電圧Vthに相当する電圧を十分に保持容量120へ保持させることができない場合がその一例である。このときには、閾値電圧Vthの差が除去されないため、画素回路Paと画素回路Pbでは低階調の領域で輝度(駆動電流Ids)に差が出てしまう。よって、閾値電圧Vthの補正が不十分な場合は低階調で輝度のムラが現れ画質を損なうことになる。
<本実施形態の画素回路>
図2に示す比較例の画素回路Pにおける有機EL素子127の経時劣化による駆動電流変動を防ぐ回路(ブートストラップ回路)を搭載し、また駆動トランジスタ121の特性変動(閾値電圧ばらつきや移動度ばらつき)による駆動電流変動を防ぐ駆動方式を採用したのが図5に示す第1実施形態の画素回路Pである。本実施形態の画素回路Pを画素アレイ部102に備える有機EL表示装置1を本実施形態の有機EL表示装置1と称する。
第1実施形態の画素回路Pは、駆動トランジスタ121の他に走査用に1つのスイッチングトランジスタ(サンプリングトランジスタ125)を使用する2TR駆動の構成を採るとともに、各スイッチングトランジスタを制御する電源駆動パルスDSL および書込駆動パルスWSのオン/オフタイミングの設定により、有機EL素子127の経時劣化や駆動トランジスタ121の特性変動(たとえば閾値電圧や移動度などのばらつきや変動)による駆動電流Idsに与える影響を防ぐ点に特徴を有する。また、2TR駆動の構成であり、素子数や配線数が少ないため、高精細化が可能であることに加えて、映像信号Vsig の劣化なくサンプリングできるため、良好な画質を得ることができるだけでなく、映像信号への電源スイッチングのカップリングノイズによる画質の乱れを防止することができる。
図2に示した比較例に対しての構成上の大きな違いは、保持容量120の接続態様を変形して、有機EL素子127の経時劣化による駆動電流変動を防ぐ回路として、駆動信号一定化回路の一例であるブートストラップ回路を構成する点にある。駆動トランジスタ121の特性変動(たとえば閾値電圧や移動度などのばらつきや変動)による駆動電流Idsに与える影響を抑制する方法としては、各トランジスタ121,125の駆動タイミングを工夫することで対処する。
具体的には、第1実施形態の画素回路Pは、保持容量120、nチャネル型の駆動トランジスタ121、およびアクティブH(ハイ)の書込駆動パルスWSが供給されるnチャネル型のサンプリングトランジスタ125、電流が流れることで発光する電気光学素子(発光素子)の一例である有機EL素子127を有する。
駆動トランジスタ121のゲート端G(ノードND122)とソース端Sとの間に保持容量120が接続され、駆動トランジスタ121のソース端Sが直接に有機EL素子127のアノード端Aに接続されている。有機EL素子127のカソード端Kは基準電位としてのカソード電位Vcathとされる。このカソード電位Vcathは、図2に示した比較例と同様に基準電位を供給する全画素共通の接地配線Vcath(GND )に接続されている。
駆動トランジスタ121のドレイン端Dは、電源スキャナとして機能する駆動走査部105からの電源供給線105DSL に接続されている。電源供給線105DSL は、この電源供給線105DSL そのものが、駆動トランジスタ121に対しての電源供給能力を備える点に特徴を有する。
具体的には、駆動走査部105は、駆動トランジスタ121のドレイン端Dに対して、それぞれ電源電圧に相当する高電圧側の第1電位Vcc_Hと低電圧側の第2電位Vcc_Lとを切り替えて供給する。第2電位Vcc_Lとしては、映像信号線106HSにおける映像信号Vsig の基準電位Voより十分低い電位とする。具体的には、駆動トランジスタ121のゲート・ソース間電圧Vgs(ゲート電位Vgとソース電位Vsの差)が駆動トランジスタ121の閾値電圧Vthより大きくなるように、電源供給線105DSL の低電位側の第2電位Vcc_Lを設定する。なお、基準電位Voは、閾値補正動作に先立つ初期化動作に利用するとともに映像信号線106HSを予めプリチャージにしておくためにも利用する。
サンプリングトランジスタ125は、ゲート端Gが書込走査部104からの書込走査線104WSに接続され、ソース端Sが映像信号線106HSに接続され、ドレイン端Dが駆動トランジスタ121のゲート端G(ノードND122)に接続されている。そのゲート端Gには、書込走査部104からアクティブHの書込駆動パルスWSが供給される。サンプリングトランジスタ125は、ソース端Sとドレイン端Dとを逆転させた接続態様とすることもできる。
<本実施形態の画素回路の動作;第1実施形態>
このような構成の第1実施形態の画素回路Pにおいて、第1実施形態の駆動タイミングとしては、先ず、サンプリングトランジスタ125は、書込走査線104WSから供給された書込駆動パルスWSに応じて導通し、映像信号線106HSから供給された映像信号Vsig をサンプリングして保持容量120に保持する。この点は、図2に示した比較例の画素回路Pを駆動する場合と同じである。
駆動トランジスタ121は、第1電位(高電位側)にある電源供給線105DSL から電流の供給を受け保持容量120に保持された信号電位(映像信号Vsig の有効期間の電位に対応する電位)に応じて駆動電流Idsを有機EL素子127に流す。
垂直駆動部103は、電源供給線105DSL が第1電位にありかつ映像信号線106HSが映像信号Vsig の非有効期間である基準電位Voにある時間帯でサンプリングトランジスタ125を導通させる制御信号として書込駆動パルスWSを出力して、駆動トランジスタ121の閾値電圧Vthに相当する電圧を保持容量120に保持しておく。この動作が閾値補正機能を実現する。この閾値補正機能により、画素回路Pごとにばらつく駆動トランジスタ121の閾値電圧Vthの影響をキャンセルすることができる。
第1実施形態の駆動タイミングとしては、垂直駆動部103は、映像信号Vsig の内の信号電位Vinのサンプリングに先行する複数の水平期間で閾値補正動作を繰り返し実行して確実に駆動トランジスタ121の閾値電圧Vthに相当する電圧を保持容量120に保持する。
このように、第1実施形態の画素回路Pにおいて、閾値補正動作を複数回実行することで、十分に長い書込み時間を確保する。こうすることで、駆動トランジスタ121の閾値電圧Vthに相当する電圧を確実に保持容量120に予め保持することができる。
この保持された閾値電圧Vthに相当する電圧は駆動トランジスタ121の閾値電圧Vthのキャンセルに用いられる。したがって、画素回路Pごとに駆動トランジスタ121の閾値電圧Vthがばらついていても、画素回路Pごとに完全にキャンセルされるため、画像のユニフォーミティすなわち表示装置の画面全体に亘る発光輝度の均一性が高まる。特に信号電位が低階調のときに現れがちな輝度ムラを防ぐことができる。
好ましくは、垂直駆動部103は、閾値補正動作に先立って、電源供給線105DSL が第2電位にありかつ映像信号線106HSが映像信号Vsig の非有効期間である基準電位Voにある時間帯で、書込駆動パルスWSをアクティブ(本例ではHレベル)にしてサンプリングトランジスタ125を導通させ、その後に書込駆動パルスWSをアクティブHにしたままで電源供給線105DSL を第1電位に設定する。
こうすることで、駆動トランジスタ121のゲート端Gを基準電位Voにセットしかつソース端Sを第2電位にセットしてから閾値補正動作を開始する。このようなゲート電位およびソース電位のリセット動作(初期化動作)により、後続する閾値補正動作を確実に実行することが可能になる。
また、特に本実施形態(第1実施形態に限らず後述する第2実施形態も)の駆動タイミングにおける特徴的な事項として、詳細は後述するが、電源駆動パルスDSL のスイッチングタイミングと映像信号Vsig (特に非有効期間である基準電位Voの期間)との関係を一定の関係に維持する点に特徴を有する。
具体的には、駆動走査部105は、映像信号線106HSが映像信号Vsig の非有効期間である基準電位Voにある時間帯に、電源供給線105DSL が高電位側である第1電位から低電位側である第2電位に遷移するオフタイミングや、電源供給線105DSL が低電位側である第2電位から高電位側である第1電位に遷移するオンタイミングを設定する。こうすることで、電源供給線105DSL のパルス信号が映像信号線106HSの映像信号Vsig (特に有効期間の信号電位)に重畳されることによるノイズ(つまり映像信号への電源パルスのカップリングノイズ)を抑制する。
なお、オフタイミングは、閾値補正動作に先立つ初期化動作の開始を規定する。オンタイミングは、閾値補正動作に先立つ初期化動作の終了、換言すれば、閾値補正動作の開始を規定する。
さらに好ましくは、駆動走査部105は、映像信号線106HSが映像信号Vsig の非有効期間である基準電位Voにある時間帯でかつ書込駆動パルスWSがアクティブである時間帯に、電源供給線105DSL が高電位側である第1電位から低電位側である第2電位に遷移するオフタイミング(初期化動作の開始タイミング)(閾値補正動作の開始タイミング)を設定する。こうすることで、駆動トランジスタ121のゲート端Gを基準電位Voに接続した状態で電源供給線105DSL が第1電位から第2電位に遷移するので、さらに、映像信号への電源パルスのカップリングノイズが抑制される。
また、さらに好ましくは、当該行についての電源供給線105DSL が高電位側である第1電位から低電位側である第2電位に遷移するオフタイミングを、他の行についての電源供給線105DSL が低電位側である第2電位から高電位側である第1電位に遷移するオンタイミングと合わせる(一致させる)。換言すれば、電源供給線105DSL の当該行のオフタイミングの基準電位Voの期間とオンタイミングの基準電位Voの期間に、1水平期間分のずれを持たせる。こうすることで、相反する方向の電源パルスのカップリングノイズの相殺効果を享受するようにする。映像信号への電源パルスのカップリングノイズが一層抑制される。
また、第1実施形態の画素回路Pにおいては、閾値補正機能に加えて、移動度補正機能を備えている。すなわち、垂直駆動部103は、映像信号線106HSが映像信号Vsig の有効期間である信号電位Vinにある時間帯にサンプリングトランジスタ125を導通状態にするため、書込走査線104WSに供給する書込駆動パルスWSを、上述の時間帯より短い期間だけアクティブ(本例ではHレベル)にする。この書込駆動パルスWSのアクティブ期間(サンプリング期間でもあり移動度補正期間でもある)を適切に設定することで、保持容量120に信号電位Vsig を保持する際、同時に駆動トランジスタ121の移動度μに対する補正を信号電位Vsig に加える。
特に、本実施形態の駆動タイミングでは、電源供給線105DSL が高電位側である第1電位にあり、かつ、映像信号Vsig が有効期間にある時間帯内で書込駆動パルスWSをアクティブにしている。つまり、その結果、移動度補正時間(サンプリング期間も)は、映像信号線106HSの電位が、映像信号Vsig の有効期間の電位(信号線電位)にある時間幅と書込駆動パルスWSのアクティブ期間の両者が重なった範囲で決まる。特に、本実施形態では、映像信号線106HSが信号電位にある時間幅の中に入るように書込駆動パルスWSのアクティブ期間幅を細めに決めているため、結果的に移動度補正時間は書込駆動パルスWSで決まる。
正確には、移動度補正時間(サンプリング期間も)は、書込駆動パルスWS立ち上がってサンプリングトランジスタ125がオンしてから、同じく書込駆動パルスWSが立ち下がってサンプリングトランジスタ125がオフするまでの時間となる。
ここで、画面の左右方向について考察した場合、詳細説明図は割愛するが、1行内の全ての画素回路Pに対して書込駆動パルスWSは書込走査部104から共通に供給されるので、書込駆動パルスWSの波形が配線容量や配線抵抗の影響で、書込走査部104から遠い画素回路P(遠側画素と称する)の方が書込走査部104から近い画素回路P(近側画素と称する)よりも、その波形鈍りが大きくなってしまう。これに対して、映像信号線電位については、遠側画素および近側画素ともに、信号源である水平駆動部106からの距離が同じであるので、波形に差がない。
よって、書込駆動パルスWSの波形が大きく鈍って劣化する遠側画素では、近側画素に比べてサンプリングトランジスタ125のオンタイミングが後方にずれるが、オフタイミングも後方にシフトする。したがって、両者の差で決まる移動度補正時間は、結局近側画素の移動度補正時間とあまり変わらないことになる。
また、サンプリングトランジスタ125によって最終的に保持容量120にサンプリングされる信号電位(サンプリング電位)は、ちょうどサンプリングトランジスタ125がオフになったときの映像信号線電位で与えられる。近側画素および遠側画素ともにサンプリング電位は信号電位Vinとなり差は生じない。
このように、本実施形態の駆動タイミングでは、遠側画素と近側画素でサンプリングされる映像信号電位は殆ど差はない。さらに移動度補正時間についても、遠側画素と近側画素とでは殆ど差は無視できる程度である。これにより、本実施形態の有機EL表示装置1は、画面の左右で輝度差が現れることがなく、シェーディングは抑制され良好な画質の表示装置を実現できる。
また、画面の上下方向について考察した場合、書込駆動パルスWSは、画面の上側の画素回路P(上側画素と称する)と画面の下側の画素回路P(下側画素と称する)とで同じ位置をとっているため、書込駆動パルスWSの波形(走査線電位波形)には差はない。一方、1列内の全ての画素回路Pに対して映像信号Vsig は水平駆動部106から映像信号線106HSを介して共通に供給されるので、配線容量や配線抵抗の影響で、水平駆動部106から遠い遠側画素の方が水平駆動部106から近い近側画素よりも、映像信号電圧の遅延量が大きくなってしまう。
しかしながら、映像信号線106HSに現れる信号電位波形が遅延しても、映像信号線106HSが信号電位(映像信号Vsig の有効期間の電位)にある時間幅に書込駆動パルスWSが入っている限り、サンプリング電位や移動度補正時間に殆ど差は生じない。その結果、画面下側と上側で、サンプリングされる映像信号電位はほぼ等しくなるし、移動度補正時間もほぼ等しくなる。これにより、画面の上側と下側との間の輝度差は抑制され、良好な画質の表示装置を実現できる。
また、第1実施形態の画素回路Pにおいては、ブートストラップ機能も備えている。すなわち、書込走査部104は、保持容量120に映像信号Vsig の信号電位Vinが保持された段階で書込走査線104WSに対する書込駆動パルスWSの印加を解除し(すなわちインアクティブL(ロー)にして)、サンプリングトランジスタ125を非導通状態にして駆動トランジスタ121のゲート端Gを映像信号線106HSから電気的に切り離す。
駆動トランジスタ121のゲート端Gとソース端Sとの間には保持容量120が接続されており、その保持容量120による効果によって、駆動トランジスタ121のソース電位Vsの変動にゲート電位Vgが連動するようになり、ゲート・ソース間電圧Vgsを一定に維持することができる。
<タイミングチャート;第1実施形態>
図6は、図5に示した第1実施形態の画素回路Pに関する第1実施形態の駆動タイミングの基本例を説明するタイミングチャートである。図6Aは、図5に示した第1実施形態の画素回路Pに関する第1実施形態の駆動タイミングの変形例を説明するタイミングチャートである。また、図6B〜図6Lは、図6に示したタイミングチャートの各期間における等価回路と動作状態を説明する図ある。
図6においては、時間軸を共通にして、書込走査線104WSの電位変化、電源供給線105DSL の電位変化、および映像信号線106HSの電位変化を表してある。また、これらの電位変化と並行に、1行分(図では1行目)について駆動トランジスタ121のゲート電位Vgおよびソース電位Vsの変化も表してある。
基本的には、書込走査線104WSや電源供給線105DSL の1行ごとに、1水平走査期間だけ遅れて同じような駆動を行なう。図6における各タイミングや信号は、処理対象行を問わず、第1行目のタイミングや信号と同じタイミングや信号で示す。そして、説明中において区別が必要とされるときには、そのタイミングや信号に、処理対象行を“_ ”付きの参照子で示すことで区別する。
また、第1実施形態の駆動タイミングでは、映像信号Vsig が非有効期間である基準電位Voにある期間を1水平期間の前半部とし、有効期間である信号電位Vinにある期間を1水平期間の後半部とする。また、映像信号Vsig の有効期間と非有効期間を合わせた1水平期間ごとに、閾値補正動作を3回に亘って繰り返すようにする。その各回の映像信号Vsig の有効期間と非有効期間の切替タイミング(t13V,t15V)、および書込駆動パルスWSのアクティブとインアクティブの切替タイミング(t13W,t15W)については、そのタイミングに、各回を“_ ”なしの参照子で示すことで区別する。
なお、本実施形態では、1水平期間を処理サイクルとして、閾値補正動作を3回に亘って繰り返すようにしているが、この繰り返し動作は必須ではなく、1水平期間を処理サイクルとして、1回のみの閾値補正動作を実行するようにしてもよい。
なお、1水平期間が閾値補正動作の処理サイクルとなるのは、行ごとに、サンプリングトランジスタ125が信号電位Vinを保持容量120にサンプリングする前に、閾値補正動作に先立って、電源供給線105DSL の電位を第2電位Vcc_Lにセットし、また駆動トランジスタ121のゲートを基準電位Vinにセットし、さらにソース電位を第2電位Vcc_Lにセットする初期化動作を経てから、電源供給線105DSL の電位が第1電位Vcc_Hにある状態でかつ映像信号線106HSが基準電位Voにある時間帯でサンプリングトランジスタ125を導通させて駆動トランジスタ121の閾値電圧Vthに対応する電圧を保持容量120に保持させようとする閾値補正動作を行なうからである。
必然的に、閾値補正期間は、1水平期間よりも短くなってしまう。したがって、保持容量120の容量Csや第2電位Vcc_Lの大きさ関係やその他の要因で、この短い1回分の閾値補正動作期間では、閾値電圧Vthに対応する正確な電圧を保持容量120に保持仕切れないケースも起こり得る。本実施形態において、閾値補正動作を複数回実行するのは、この対処のためである。すなわち、信号電位Vinの保持容量120へのサンプリング(信号書込み)に先行する複数の水平周期で、閾値補正動作を繰り返し実行することで、確実に駆動トランジスタ121の閾値電圧Vthに相当する電圧を保持容量120に保持させるのである。
ある行(ここでは第1行目とする)について、タイミングt11以前の前フィールドの発光期間Bでは、書込駆動パルスWSがインアクティブLでありサンプリングトランジスタ125が非導通状態である一方、電源駆動パルスDSL は高電位の電源電圧側である第1電位Vcc_Hにある。
したがって、図6Bに示すように、映像信号線106HSの電位に関わらず、前フィールドの動作によって保持容量120に保持されている電圧状態(駆動トランジスタ121のゲート・ソース間電圧Vgs)に応じて有機EL素子127に駆動トランジスタ121から駆動電流Idsが供給され、全画素共通の接地配線Vcath(GND )に流れ込むことで、有機EL素子127が発光状態にある。
この後、線順次走査の新しいフィールドに入って、先ず、駆動走査部105は、書込駆動パルスWSがインアクティブLにある状態で、1行目の電源供給線105DSL_1 に与える電源駆動パルスDSL_1 を高低電位側の第1電位Vcc_Hから低電位側の第2電位Vcc_Lに切り替える(t11_1:図6Cを参照)。このタイミング(t11_1)は、映像信号Vsig が非効期間の基準電位Voにあるときにする。1行目については、図示のように、タイミングt13V0〜t15V0の範囲内とする。
なお、この電源供給線105DSL_1 の電位を第1電位Vcc_Hから第2電位Vcc_Lに切り替えるタイミング(t11_1)を、映像信号Vsig が非効期間の基準電位Voにあるときに設定することは、好ましい態様ではあるが、必須ではない。電源供給線105DSL のオンタイミングおよびオフタイミングの内の少なくとも一方を、映像信号線106HSが映像信号Vsig の非有効期間である基準電位Voにある時間帯となるように駆動タイミングを管理すれば、当該タイミングとしない場合に比べてカップリングノイズの影響は緩和されるからである。
よって、たとえば、電源供給線105DSL の電位が第2電位Vcc_Lから第1電位Vcc_Hに遷移するオンタイミングが基準電位Voにある時間帯となるように駆動タイミングを管理する場合であれば、閾値補正動作に先立つ初期化動作を行なうためのオフタイミングに関しては、そのような制限を解除し、図6Aに示す変形例のように、映像信号Vsig が有効期間の信号電位Vinにある期間内でもよい。たとえば、1行目については、タイミングt15V0〜t13V1の範囲内でもよい。
もちろん、逆に、電源供給線105DSL の電位が第1電位Vcc_Hから第2電位Vcc_Lに遷移するオフタイミングが基準電位Voにある時間帯となるように駆動タイミングを管理する場合であれば、オンタイミングに関しては、そのような制限を解除し、映像信号Vsig が有効期間の信号電位Vinにある期間内でもよい。
次に、書込走査部104は、電源供給線105DSL_1 が第2電位Vcc_Lにある状態のままで、書込駆動パルスWSをアクティブHに切り替える(t13W1)。このタイミング(t13W1)は、直前の水平期間における映像信号Vsig が非有効期間である基準電位Voから有効期間の信号電位Vinに切り替わり(t15V0)、その後に、当該水平期間における映像信号Vsig の有効期間の信号電位Vinから非有効期間である基準電位Voに切り替わるタイミング(t13V1)と同じかそれよりも少し遅れたタイミングにする。この後に書込駆動パルスWSをインアクティブLに切り替えるタイミング(t15W1)は、映像信号Vsig が非有効期間である基準電位Voから有効期間の信号電位Vinに切り替わるタイミング(t15V1)と同じかそれよりも少し前のタイミングにする。
つまり、好ましくは、書込駆動パルスWSをアクティブHにする期間(t13W〜t15W)は、映像信号Vsig が非有効期間である基準電位Voにある時間帯(t13V〜t15V)内とする。これは、電源供給線105DSL が第1電位Vcc_Hにある状態のときで映像信号Vsig が信号電位Vinにあるときに書込駆動パルスWSをアクティブHにすると信号電位Vinの保持容量120へのサンプリング動作(信号電位の書込み動作)がなされてしまい、閾値補正動作としては不都合が生じるからである。
タイミングt11_1〜t13W1(放電期間Cと称する)では、電源供給線105DSL の電位は第2電位Vcc_Lまで放電され、さらに駆動トランジスタ121のソース電位Vsは第2電位Vcc_Lに近い電位まで遷移する。さらに、駆動トランジスタ121のゲート端Gとソース端Sとの間には保持容量120が接続されており、その保持容量120による効果によって、駆動トランジスタ121のソース電位Vsの変動にゲート電位Vgが連動する。
電源供給線105DSL の配線容量が大きい場合は比較的早いタイミングで電源供給線105DSL を高電位Vcc_Hから低電位Vcc_Lに切り替えるとよい。この放電期間C(t11_1〜t13W1)を十分に確保することで、配線容量やその他の画素寄生容量の影響を受けないようにしておく。
電源駆動パルスDSL を低電位側の第2電位Vcc_Lにしたままで、書込駆動パルスWSをアクティブHに切り替えると(t13W1)、図6Dに示すように、サンプリングトランジスタ125が導通状態になる。
このとき、映像信号線106HSは基準電位Voにある。したがって、駆動トランジスタ121のゲート電位Vgは導通したサンプリングトランジスタ125を通じて映像信号線106HSの基準電位Voとなる。これと同時に、駆動トランジスタ121がオンすることで、駆動トランジスタ121のソース電位Vsは即座に低電位側の第2電位Vcc_Lに固定される。
つまり、電源供給線105DSL の電位が高電位側の第1電位Vcc_Hから映像信号線106HSの基準電位Voより十分低い第2電位Vcc_Lにあることで、駆動トランジスタ121のソース電位Vsが映像信号線106HSの基準電位Voより十分低い第2電位Vcc_Lに初期化(リセット)される。このようにして、駆動トランジスタ121のゲート電位Vgおよびソース電位Vsを初期化することで、閾値補正動作の準備が完了する。次に電源駆動パルスDSL を高電位側の第1電位Vcc_Hにするまでの期間(t13W1〜t14_1)が、初期化期間Dとなる。なお、放電期間Cと初期化期間Dとを合わせて、駆動トランジスタ121のゲート電位Vgとソース電位Vsを初期化する閾値補正準備期間とも称する。
次に、書込駆動パルスWSをアクティブHにしたままで、電源供給線105DSL に与える電源駆動パルスDSL を第1電位Vcc_Hに切り替える(t14_1)。駆動走査部105は、それ以降は、次のフレーム(あるいはフィールド)の処理まで、電源供給線105DSL の電位を第1電位Vcc_Hに保持しておく。
これにより、ドレイン電流が保持容量120に流れ込み、駆動トランジスタ121の閾値電圧Vthを補正(キャンセル)する第1回目の閾値補正期間(第1閾値補正期間Eと称する)に入る。この第1閾値補正期間Eは、書込駆動パルスWSがインアクティブLにされるタイミング(t15W1)まで継続する。
ここで、本実施形態の駆動走査部105は、電源供給線105DSL の電位を、高電位側である第1電位Vcc_Hから低電位側である第2電位Vcc_Lに遷移させるタイミング(t14_1)を、映像信号線106HSが映像信号Vsig の非有効期間である基準電位Voにある時間帯(t13V1〜t15V1)、さらに好ましくは書込駆動パルスWSがアクティブである時間帯(t13W1〜t15W1)とする。
また、本実施形態の駆動走査部105は、他の行(たとえば図6に示す第2行目や第3行目)との関係においては、1行目についての電源供給線105DSL_1 が高電位側である第1電位Vcc_Hから低電位側である第2電位Vcc_Lに遷移させるタイミング(t14_1)を、他の行(たとえば図6に示す第2行目や第3行目)についての電源供給線105DSL_2 ,105DSL_3 が低電位側である第2電位Vcc_Lから高電位側である第1電位Vcc_Hに遷移するタイミング(t11_2,t11_3)と一致させる。
ところで、タイミング(t14_1)以降の第1閾値補正期間Eでは、図6Eに示すように、電源供給線105DSL の電位が低電位側の第2電位Vcc_Lから高電位側の第1電位Vcc_Hに遷移することで、駆動トランジスタ121のソース電位Vsが上昇を開始する。
すなわち、駆動トランジスタ121のゲート端Gは映像信号Vsig の基準電位Voに保持されており、駆動トランジスタ121のソース端Sの電位Vsが上昇して駆動トランジスタ121がカットオフするまでドレイン電流が流れようとする。カットオフすると駆動トランジスタ121のソース電位Vsは“Vo−Vth”となる。
すなわち、有機EL素子127の等価回路はダイオードと寄生容量Celの並列回路で表されるため、“Vel≦Vcath+VthEL”である限り、つまり、有機EL素子127のリーク電流が駆動トランジスタ121に流れる電流よりもかなり小さい限り、駆動トランジスタ121の電流は保持容量120と寄生容量Celを充電するために使われる。
この結果、駆動トランジスタ121を流れるドレイン電流の電流路が遮断されると、有機EL素子127のアノード端Aの電圧VelつまりノードND121の電位は、時間とともに上昇してゆく。そして、ノードND121の電位(ソース電位Vs)とノードND122の電圧(ゲート電位Vg)との電位差がちょうど閾値電圧Vthとなったところで駆動トランジスタ121はオン状態からオフ状態となり、ドレイン電流は流れなくなり、閾値補正期間が終了する。つまり、一定時間経過後、駆動トランジスタ121のゲート・ソース間電圧Vgsは閾値電圧Vthという値をとる。
ここで、実際には、閾値電圧Vthに相当する電圧が、駆動トランジスタ121のゲート端Gとソース端Sとの間に接続された保持容量120に書き込まれることになる。しかしながら、第1閾値補正期間Eは、書込駆動パルスWSをアクティブHにしたタイミング(t13W1)(詳しくはその後に電源駆動パルスDSL を第1電位Vcc_Hに戻した時点t14)からインアクティブLに戻すタイミング(t15W1)までであり、この期間が十分に確保されていないときには、それ以前に終了してしまうこととなる。
具体的には、ゲート・ソース間電圧VgsがVx1(>Vth)になったとき、つまり、駆動トランジスタ121のソース電位Vsが低電位側の第2電位Vcc_Lから“Vo−Vx1”になったときに終わってしまう。このため、第1閾値補正期間Eが完了した時点(t15W1)では、Vx1が保持容量120に書き込まれる。
次に、駆動走査部105は、1水平期間の後半部で、書込駆動パルスWSをインアクティブLに切り替え(t15W1)、さらに水平駆動部106は、映像信号線106HSの電位を基準電位Voから信号電位Vinに切り替える(t15V1)。これにより、図6Fに示すように、映像信号線106HSが信号電位Vinに変化する一方、書込走査線104WSの電位(書込駆動パルスWS)はローレベルになる。
このときには、サンプリングトランジスタ125は非導通(オフ)状態にあり、それ以前に保持容量120に保持されたVx1に応じたドレイン電流が有機EL素子127に流れることで、ソース電位Vsが僅かに上昇する。この上昇分をVa1とすると、ソース電位Vsは“Vo−Vx1+Va1”となる。さらに、駆動トランジスタ121のゲート端Gとソース端Sとの間には保持容量120が接続されており、その保持容量120による効果によって、駆動トランジスタ121のソース電位Vsの変動にゲート電位Vgが連動することで、ゲート電位Vgが“Vo+Va1”となる。
第1閾値補正期間E後の、水平駆動部106が映像信号線106HSの電位を信号電位Vinから基準電位Voに切り替え(t13V2)、駆動走査部105が書込駆動パルスWSをアクティブHに切り替える(t13W2)までの期間(他行書込み期間と称する)Fは、他の行の画素に対する信号電位Vinのサンプリング期間となり、この処理対象行のサンプリングトランジスタ125はオフ状態にする必要がある。これで、1回目の1水平期間の処理が完結する。
次の1水平周期(1H)の前半になると、水平駆動部106が映像信号線106HSの電位を信号電位Vinから基準電位Voに切り替え(t13V2)、駆動走査部105が書込駆動パルスWSをアクティブHに切り替える(t13W2)。これにより、ドレイン電流が保持容量120に流れ込み、駆動トランジスタ121の閾値電圧Vthを補正(キャンセル)する第2回目の閾値補正期間(第2閾値補正期間Gと称する)に入る。この第2閾値補正期間Gは、書込駆動パルスWSがインアクティブLにされるタイミング(t15W2)まで継続する。
第2閾値補正期間Gでは、第1閾値補正期間Eと同様の動作をする。具体的には、図6Gに示すように、駆動トランジスタ121のゲート端Gは映像信号Vsig の基準電位Voに保持されることとなり、ゲート電位が直前の“Vg=基準電位Vo+Va1”から基準電位Voに瞬時に切り替わる。駆動トランジスタ121のゲート端Gとソース端Sとの間には保持容量120が接続されており、その保持容量120による効果によって、駆動トランジスタ121のゲート電位Vgの変動にソース電位Vsが連動することで、ソース電位Vsは、直前の“Vo−Vx1+Va1”からVa1だけ低下するので、“Vo−Vx1”となる。
この後、駆動トランジスタ121のソース端Sの電位Vsが上昇して駆動トランジスタ121がカットオフするまでドレイン電流が流れようとする。カットオフすると駆動トランジスタ121のソース電位Vsは“Vo−Vth”となる。
しかしながら、第2閾値補正期間Gは、書込駆動パルスWSをアクティブHにしたタイミング(t13W2)からインアクティブLに戻すタイミング(t15W2)までであり、この期間が十分に確保されていないときには、それ以前に終了してしまうこととなる。この点は、第1閾値補正期間Eと同じであり、ゲート・ソース間電圧VgsがVx2(<Vx1、かつ>Vth)になったとき、つまり、駆動トランジスタ121のソース電位Vsが“Vo−Vx1”から“Vo−Vx2”になったときに終わってしまう。このため、第2閾値補正期間Gが完了した時点(t15W2)では、Vx2が保持容量120に書き込まれる。
次に、駆動走査部105は、1水平期間の後半部で、他の行の画素に対する信号電位のサンプリングを行なうため、書込駆動パルスWSをインアクティブLに切り替え(t15W2)、さらに水平駆動部106は、映像信号線106HSの電位を基準電位Voから信号電位Vinに切り替える(t15V2)。これにより、図6Hに示すように、映像信号線106HSが信号電位Vinに変化する一方、書込走査線104WSの電位(書込駆動パルスWS)はローレベルになる。
このときには、サンプリングトランジスタ125は非導通(オフ)状態にあり、それ以前に保持容量120に保持されたVx2に応じたドレイン電流が有機EL素子127に流れることで、ソース電位Vsが僅かに上昇する。この上昇分をVa2とすると、ソース電位Vsは“Vo−Vx2+Va2”となる。さらに、駆動トランジスタ121のゲート端Gとソース端Sとの間には保持容量120が接続されており、その保持容量120による効果によって、駆動トランジスタ121のソース電位Vsの変動にゲート電位Vgが連動することで、ゲート電位Vgが“Vo+Va2”となる。
第2閾値補正期間G後の、水平駆動部106が映像信号線106HSの電位を信号電位Vinから基準電位Voに切り替え(t13V3)、駆動走査部105が書込駆動パルスWSをアクティブHに切り替える(t13W3)までの期間(他行書込み期間と称する)Hは、他の行の画素に対する信号電位Vinのサンプリング期間となり、この処理対象行のサンプリングトランジスタ125はオフ状態にする必要がある。これで、2回目の1水平期間の処理が完結する。
さらに、次の1水平周期(1H)の前半になると、水平駆動部106が映像信号線106HSの電位を信号電位Vinから基準電位Voに切り替え(t13V3)、駆動走査部105が書込駆動パルスWSをアクティブHに切り替える(t13W3)。これにより、ドレイン電流が保持容量120に流れ込み、駆動トランジスタ121の閾値電圧Vthを補正(キャンセル)する第3回目の閾値補正期間(第3閾値補正期間Iと称する)に入る。この第3閾値補正期間Iは、書込駆動パルスWSがインアクティブLにされるタイミング(t15W3)まで継続する。
この第3閾値補正期間Iでは、第1閾値補正期間Eや第2閾値補正期間Gと同様の動作をする。具体的には、図6Iに示すように、駆動トランジスタ121のゲート端Gは映像信号Vsig の基準電位Voに保持されることとなり、ゲート電位が直前の“Vg=基準電位Vo+Va2”から基準電位Voに瞬時に切り替わる。駆動トランジスタ121のゲート端Gとソース端Sとの間には保持容量120が接続されており、その保持容量120による効果によって、駆動トランジスタ121のゲート電位Vgの変動にソース電位Vsが連動することで、ソース電位Vsは、直前の“Vo−Vx2+Va2”からVa2だけ低下するので、“Vo−Vx2”となる。
この後、駆動トランジスタ121のソース端Sの電位Vsが上昇して駆動トランジスタ121がカットオフするまでドレイン電流が流れようとする。ゲート・ソース間電圧Vgsがちょうど閾値電圧Vthとなったところでドレイン電流がカットオフする。カットオフすると駆動トランジスタ121のソース電位Vsは“Vo−Vth”となる。
つまり、複数回(本例では3回)に亘る閾値補正期間での処理によって、駆動トランジスタ121のゲート・ソース間電圧Vgsは閾値電圧Vthという値をとる。ここで、実際には、閾値電圧Vthに相当する電圧が、駆動トランジスタ121のゲート端Gとソース端Sとの間に接続された保持容量120に書き込まれることになる。
なお、3回に亘る閾値補正期間E,G,Iでは、何れもドレイン電流が専ら保持容量120側(Cs<<Cel時)に流れ、有機EL素子127側には流れないようにするため、有機EL素子127がカットオフとなるように共通接地配線cathの電位Vcathを設定しておく。
この後、水平駆動部106により信号線106HSに映像信号Vsig の信号電位Vinを実際に供給して、書込駆動パルスWSをアクティブHにする期間を、保持容量120への信号電位Vinの書込み期間(サンプリング期間とも称する)とする。この信号電位Vinは駆動トランジスタ121の閾値電圧Vthに足し込む形で保持される。
この結果、駆動トランジスタ121の閾値電圧Vthの変動は常にキャンセルされる形となるので、閾値補正を行なっていることになる。この閾値補正によって、保持容量120に保持されるゲート・ソース間電圧Vgsは、“Vsig +Vth”=“Vin+Vth”となる。また、同時に、このサンプリング期間で移動度補正を実行する。すなわち、第1実施形態の駆動タイミングにおいて、サンプリング期間は移動度補正期間を兼ねることとなる。
具体的には、先ず、書込駆動パルスWSをインアクティブLに切り替え(t15W3)、さらに水平駆動部106は、映像信号線106HSの電位を基準電位Voから信号電位Vinに切り替える(t15V3)ことで、最後(本例では3回目)の閾値補正期間を完了させる。こうすることで、図6Jに示すように、サンプリングトランジスタ125が非導通(オフ)状態とされ、次のサンプリング動作および移動度補正動作の準備が完了する。次に書込駆動パルスWSをアクティブHにするタイミング(t16_1)まで期間を書込み&移動度補正準備期間Jと称する。
次に、電源供給線105DSL の電位を第1電位Vcc_Hにし、かつ、映像信号線106HSの電位を信号電位Vinに保持したままで、書込走査部104は、書込駆動パルスWSをアクティブHに切り替え(t16_1)、水平駆動部106が映像信号線106HSの電位を信号電位Vinから基準電位Voに切り替えるタイミング(t18_1)までの間での適当なタイミングで、つまり、映像信号線106HSが信号電位Vinにある時間帯での適当なとき、インアクティブLに切り替える(t17_1)。この書込駆動パルスWSがアクティブHにある期間(t16_1〜t17_1)を、サンプリング期間&移動度補正期間Kと称する。
これにより、図6Kに示すように、サンプリングトランジスタ125が導通(オン)状態となり、駆動トランジスタ121のゲート電位Vgは信号電位Vinとなる。したがって、サンプリング期間&移動度補正期間Kでは、駆動トランジスタ121のゲート端Gが映像信号Vsig の信号電位Vinに固定された状態で、駆動トランジスタ121に駆動電流Idsが流れる。
ここで、有機EL素子127の閾値電圧をVthELとしたとき、“Vo−Vth<VthEL”と設定しておくことで、有機EL素子127は、逆バイアス状態におかれ、カットオフ状態(ハイインピーダンス状態)にあるため、発光することはなく、また、ダイオード特性ではなく単純な容量特性を示すようになる。よって駆動トランジスタ121に流れるドレイン電流(駆動電流Ids)は保持容量120の容量値Csと有機EL素子127の寄生容量(等価容量)Celの容量値Celの両者を結合した容量“C=Cs+Cel”に書き込まれていく。これにより、駆動トランジスタ121のドレイン電流は有機EL素子127の寄生容量Celに流れ込み充電を開始する。その結果、駆動トランジスタ121のソース電位Vsは上昇していく。
図6のタイミングチャートでは、この上昇分をΔVで表してある。この上昇分、すなわち移動度補正パラメータである負帰還量ΔVは、閾値補正によって保持容量120に保持されるゲート・ソース間電圧“Vgs=Vin+Vth”から差し引かれることになり、“Vgs=Vin−ΔV+Vth”となるので、負帰還をかけたことになる。このとき、駆動トランジスタ121のソース電位Vsは、ゲート電位Vg(=Vin)から保持容量に保持される電圧“Vgs=Vin−ΔV+Vth”を差し引いた値“−Vth+ΔV”となる。
このようにして、第1実施形態の駆動タイミングでは、サンプリング期間&移動度補正期間K(t16〜t17)において、映像信号Vsig における信号電位Vinのサンプリングと移動度μを補正する負帰還量(移動度補正パラメータ)ΔVの調整が行なわれる。書込走査部104は、サンプリング期間&移動度補正期間Kの時間幅を調整可能であり、これにより保持容量120に対する駆動電流Idsの負帰還量を最適化することができる。
ここで「負帰還量を最適化する」とは、映像信号電位の黒レベルから白レベルまでの範囲で、どのレベルにおいても適切に移動度補正を行なうことができるようにすることを意味する。ゲート・ソース間電圧Vgsにかける負帰還量は、ドレイン電流Idsの取り出し時間すなわちサンプリング期間&移動度補正期間Kに依存しており、この期間を長くとるほど、負帰還量が大きくなる。負帰還量ΔVはΔV=Ids・Cel/tである。
この式から明らかなように、駆動トランジスタ121のドレイン・ソース間電流である駆動電流Idsが大きいほど、負帰還量ΔVは大きくなる。逆に、駆動トランジスタ121の駆動電流Idsが小さいとき、負帰還量ΔVは小さくなる。このように、負帰還量ΔVは駆動電流Idsに応じて決まる。
また、信号電位Vinが大きいほど駆動電流Idsは大きくなり、負帰還量ΔVの絶対値も大きくなる。したがって、発光輝度レベルに応じた移動度補正を実現できる。その際、サンプリング期間&移動度補正期間Kは必ずしも一定である必要はなく、逆に駆動電流Idsに応じて調整することが好ましい場合がある。たとえば、駆動電流Idsが大きい場合、移動度補正期間tは短めにし、逆に駆動電流Idsが小さくなると、サンプリング期間&移動度補正期間Kは長めに設定するのがよい。
また、負帰還量ΔVは、Ids・Cel/tであり、画素回路Pごとに移動度μのばらつきに起因して駆動電流Idsがばらつく場合でも、それぞれに応じた負帰還量ΔVとなるので、画素回路Pごとの移動度μのばらつきを補正することができる。つまり、信号電位Vinを一定とした場合、駆動トランジスタ121の移動度μが大きいほど負帰還量ΔVの絶対値が大きくなる。換言すると、移動度μが大きいほど負帰還量ΔVが大きくなるので、画素回路Pごとの移動度μのばらつきを取り除くことができる。
このようにして、第1実施形態の駆動タイミングでは、サンプリング期間&移動度補正期間Kにて、信号電位Vinのサンプリングと移動度μのばらつきを補正するための負帰還量ΔVの調整が同時に行なわれる。もちろん、負帰還量ΔVはサンプリング期間&移動度補正期間Kの時間幅を調整することで最適化可能である。
次に、書込走査部104は、映像信号線106HSの電位が信号電位Vinにある状態で、書込駆動パルスWSをインアクティブLに切り替える(t17_1)。これにより、図6Lに示すように、サンプリングトランジスタ125が非導通(オフ)状態となり発光期間Lに進む。水平駆動部106は、その後の適当な時点で映像信号線106HSへの映像信号Vsig の信号電位Vinの供給を停止して基準電位Voに戻す(t18_1)。この後、次のフレーム(もしくはフィールド)に移って、再び、閾値補正準備動作、閾値補正動作、移動度補正動作、および発光動作が繰り返される。
この結果、駆動トランジスタ121のゲート端Gは映像信号線106HSから切り離される。駆動トランジスタ121のゲート端Gへの信号電位Vinの印加が解除されるので、駆動トランジスタ121のゲート電位Vgは上昇可能となる。
このとき、駆動トランジスタ121に流れる駆動電流Idsは有機EL素子127に流れ、有機EL素子127のアノード電位は駆動電流Idsに応じて上昇する。この上昇分をVelとする。やがて、ソース電位Vsの上昇に伴い、有機EL素子127の逆バイアス状態は解消されるので、駆動電流Idsの流入により有機EL素子127は実際に発光を開始する。このときの有機EL素子127のアノード電位の上昇(Vel)は、駆動トランジスタ121のソース電位Vsの上昇に他ならず、駆動トランジスタ121のソース電位Vsは、“−Vth+ΔV+Vel”となる。
駆動電流Ids対ゲート電圧Vgsの関係は、先のトランジスタ特性を表した式(1)のVgsに“Vin−ΔV+Vth”を代入することで、式(2)のように表すことができる。式(2)において、k=(1/2)(W/L)Coxである。
この式(2)から、閾値電圧Vthの項がキャンセルされており、有機EL素子127に供給される駆動電流Idsは駆動トランジスタ121の閾値電圧Vthに依存しないことが分かる。基本的に駆動電流Idsは映像信号Vsig の信号電位Vinによって決まる。換言すると、有機EL素子127は信号電位Vinに応じた輝度で発光することになる。
その際、信号電位Vinは帰還量ΔVで補正されている。この補正量ΔVはちょうど式(2)の係数部に位置する移動度μの効果を打ち消すように働く。したがって、駆動電流Idsは実質的に信号電位Vinのみに依存することになる。駆動電流Idsは閾値電圧Vthに依存しないので、閾値電圧Vthが製造プロセスにより変動しても、ドレイン・ソース間の駆動電流Idsは変動せず、有機EL素子127の発光輝度も変動しない。
また、駆動トランジスタ121のゲート端Gとソース端Sとの間には保持容量120が接続されており、その保持容量120による効果により、発光期間の最初でブートストラップ動作が行なわれ、駆動トランジスタ121のゲート・ソース間電圧“Vgs=Vin−ΔV+Vth”を一定に維持したまま、駆動トランジスタ121のゲート電位Vgおよびソース電位Vsが上昇する。駆動トランジスタ121のソース電位Vsが“−Vth+ΔV+Vel”となることで、ゲート電位Vgは“Vin+Vel”となる。
このとき、駆動トランジスタ121のゲート・ソース間電圧Vgsは一定であるので、駆動トランジスタ121は、一定電流(駆動電流Ids)を有機EL素子127に流す。その結果、電圧降下が生じ、有機EL素子127のアノード端Aの電位Vel(=ノードND121の電位)は、有機EL素子127に飽和状態での駆動電流Idsという電流が流れ得る電圧まで上昇する。
ここで、有機EL素子127は、発光時間が長くなるとそのI−V特性が変化してしまう。そのため、時間の経過とともに、ノードND121の電位も変化する。しかしながら、このような有機EL素子127の経時劣化によりそのアノード電位が変動しても、保持容量120に保持されたゲート・ソース間電圧Vgsは常に“Vin−ΔV+Vth”で一定に維持される。
駆動トランジスタ121が定電流源として動作することから、有機EL素子127のI−V特性が経時変化し、これに伴って駆動トランジスタ121のソース電位Vsが変化したとしても、保持容量120によって駆動トランジスタ121のゲート・ソース間電位Vgsが一定(≒Vin−ΔV+Vth)に保たれているため、有機EL素子127に流れる電流は変わらず、したがって有機EL素子127の発光輝度も一定に保たれる。
このような、有機EL素子127の特性変動に拘らず、駆動トランジスタ121のゲート・ソース間電圧を一定に維持し輝度を一定に維持する補正のための動作(保持容量120の効果による動作)をブートストラップ動作と呼ぶ。このブートストラップ動作により、有機EL素子127のI−V特性が経時的に変化しても、それに伴う輝度劣化のない画像表示が可能になる。
つまり、第1実施形態の画素回路Pとそれを駆動する第1実施形態の駆動タイミングでは、電気光学素子の一例である有機EL素子127の電流−電圧特性の変化を補正して駆動電流を一定に維持する駆動信号一定化回路の一例であるブートストラップ回路が構成され、ブートストラップ動作が機能するようになっているのである。よって、有機EL素子127のI−V特性が劣化しても一定電流Idsが常に流れ続けるため、有機EL素子127は画素信号Vsig に応じた輝度で発光を続けることになり輝度が変化することはない。
また、第1実施形態の画素回路Pとそれを駆動する第1実施形態の駆動タイミングでは、駆動トランジスタ121の閾値電圧Vthを補正して駆動電流を一定に維持する駆動信号一定化回路の一例である閾値補正回路が構成され閾値補正動作が機能するようになっている。駆動トランジスタ121の閾値電圧Vthを反映させたゲート・ソース間電位Vgsとして、当該閾値電圧Vthのばらつきの影響を受けない一定電流Idsを流すことができる。
特に、第1実施形態の駆動タイミングでは、1回の閾値補正動作の処理サイクルを1水平期間とし、複数回に亘って閾値補正動作を繰り返すようにしており、確実に閾値電圧Vthを保持容量120に保持させるようにしている。このため、閾値電圧Vthの画素間差が確実に除去され、階調に拘らず、閾値電圧Vthのばらつきに起因する輝度ムラを抑制できる。
これに対して、閾値補正動作を1回にするなど閾値電圧Vthの補正が不十分な場合は、つまり閾値電圧Vthが保持容量120に保持されていない場合には、異なる画素回路Pの間で、低階調の領域では輝度(駆動電流Ids)に差が出てしまう。よって閾値電圧の補正が不十分な場合は、低階調で輝度のムラが現れ画質を損なうことになる。
加えて、第1実施形態の駆動タイミングでは、サンプリングトランジスタ125による信号電位Vinの保持容量120への書込み動作と連動して駆動トランジスタ121の移動度μを補正して駆動電流を一定に維持する駆動信号一定化回路の一例である移動度補正回路が構成され移動度補正動作が機能するようになっている。駆動トランジスタ121のキャリア移動度μを反映させたゲート・ソース間電位Vgsとして、当該キャリア移動度μのばらつきの影響を受けない一定電流Idsを流すことができる。
つまり、第1実施形態の画素回路Pは、駆動タイミングを工夫することで、閾値補正回路や移動度補正回路が自動的に構成され、駆動トランジスタ121の特性ばらつき(本例では閾値電圧Vthおよびキャリア移動度μのばらつき)による駆動電流Idsに与える影響を防ぐために、閾値電圧Vthおよびキャリア移動度μによる影響を補正して駆動電流を一定に維持する駆動信号一定化回路として機能するようになっているのである。
ブートストラップ動作だけでなく、閾値補正動作と移動度補正動作とを実行しているため、ブートストラップ動作で維持されるゲート・ソース間電圧Vgsは、閾値電圧Vthに相当する電圧と移動度補正用の電圧ΔVとによって調整されているため、有機EL素子127の発光輝度は駆動トランジスタ121の閾値電圧Vthや移動度μのばらつきの影響を受けることがないし、有機EL素子127の経時劣化の影響も受けない。入力される信号電位Vinに対応する安定した階調で表示でき、高画質の画像を得ることができる。
また、第1実施形態の画素回路Pは、nチャネル型の駆動トランジスタ121を用いたソースフォロア回路によって構成することができるために、現状のアノード・カソード電極の有機EL素子をそのまま用いても、有機EL素子127の駆動が可能になる。
また、駆動トランジスタ121およびその周辺部のサンプリングトランジスタ125をも含めてnチャネル型のみのトランジスタを用いて画素回路Pを構成することができ、TFT作成においてもアモルファスシリコン(a−Si)プロセスを用いることができるようになるため、TFT基板の低コスト化が図れることになる。
<電源駆動パルスDSL のスイッチングタイミングの詳細>
図7は、図5に示した第1実施形態の画素回路Pにおいて、図6に示した第1実施形態の駆動タイミングとすること、特に、映像信号Vsig (特に非有効期間である基準電位Voの期間)との関係における電源駆動パルスDSL のスイッチングタイミングの効果を説明する図である。
この図7においては、図5に示した第1実施形態の画素回路Pにおいて、映像信号線106HSと電源供給線105DSL との間に形成される寄生容量Cpおよび映像信号線106HSの信号線容量Csig を表している。
図示のように、映像信号線106HSと電源供給線105DSL との間に寄生容量Cpが形成されると、電源供給線105DSL のスイッチング時にそのスイッチングに起因するノイズが映像信号線106HSにカップリング電圧として重畳される。
このカップリング電圧が、信号電位Vinの期間に発生すると、それが保持容量120に保持され、結果的には映像に現れることになる。つまり、電源供給線105DSL をスイッチングする際に交差配線している映像信号線106HSへのカップリングのため、映像信号Vsig に乱れが生じ、画質の悪化を招くことになる。
たとえば、電源供給線105DSL の電位が第2電位Vcc_Lから第1電位Vcc_Hに遷移するタイミング(t14:オンタイミング)においては、(Vcc_H−Vcc_L)×(Cp/(Cp+Csig ))の電位が映像信号線106HSにカップリングとして重畳されるし、電源供給線105DSL の電位が第1電位Vcc_Hから第2電位Vcc_Lに遷移するタイミング(t11:オフタイミング)では(Vcc_L−Vcc_H)×(Cp/(Cp+Csig ))の電位が映像信号線106HSにカップリングとして重畳される。
第1実施形態の画素回路Pでは、駆動トランジスタ121のドレイン端Dに供給される電位を第1電位Vcc_Hと第2電位Vcc_Lとでスイッチングさせるようにしている。しかも、第1電位Vcc_Hは発光時の電源供給能力を持つ高電位側の電源電圧である一方、第2電位Vcc_Lは共通接地配線cathの電位Vcathをいわゆる接地電位(GND =0V)とすると負側の電位となり、その差(|Vcc_H−Vcc_L|)が非常に大きく、大振幅のカップリングノイズが映像信号線106HSに重畳されることになる。
ここで、図6に示した第1実施形態の駆動タイミングでは、電源供給線105DSL が低電位側である第2電位Vcc_Lから高電位側である第1電位Vcc_Hに遷移するオンタイミング(t14)を、映像信号線106HSが映像信号Vsig の非有効期間である基準電位Voにある時間帯で、かつ書込駆動パルスWSがアクティブである時間帯(前例ではt13W〜t15W)に設定している。
このため、各画素回路Pの駆動トランジスタ121のゲート端Gは映像信号線106HS上の基準電位Voに接続されているためローインピーダンスであり、隣接画素間のノイズを受けない。また、閾値補正動作時であるため、信号電位Vinの保持容量120へのサンプリング電位には影響しない。電源供給線105DSL のパルス電圧が映像信号線106HSの映像信号Vsig (特に有効期間の信号電位)に重畳されることによるノイズ(つまり映像信号への電源パルスのカップリングノイズ)を抑制できるので、良好な画質の表示装置を実現できる。
また、他の行との関係においては、当該行についての電源供給線105DSL が高電位側である第1電位Vcc_Hから低電位側である第2電位Vcc_Lに遷移するオフタイミング(t11)を、他の行についての電源供給線105DSL が低電位側である第2電位Vcc_Lから高電位側である第1電位Vcc_Hに遷移するオンタイミング(t14)と一致させている。
これにより、電源供給線105DSL の電位がスイッチングする際のカップリング電圧は、(Vcc_H−Vcc_L)×(Cp/(Cp+Csig ))と(Vcc_L−Vcc_H)×(Cp/(Cp+Csig ))で相殺され、映像信号の乱れをより確実に防止することができる。よって、一層良好な画質の表示装置を実現できる。
このように、電源供給線105DSL のスイッチングタイミング(オンタイミングとオフタイミングの何れか一方、好ましくは双方)を、映像信号線106HSが映像信号Vsig の非有効期間である基準電位Voにある時間帯(前例ではt13V〜t15V)にする、さらに好ましくは、書込駆動パルスWSがアクティブである時間帯(前例ではt13W〜t15W)となるように駆動タイミングを管理することで、映像信号線106HSへのカップリングを無視することができ、良好な画質の表示装置を実現できるようになる。
<タイミングチャート;第2実施形態>
図8は、図5に示した第1実施形態の画素回路Pに関する第2実施形態の駆動タイミングを説明するタイミングチャートである。理解を容易にするため、図6に示した第1実施形態の駆動タイミングのタイミングチャートと同一の表記を採用している。
詳細な説明は割愛するが、図6に示した第1実施形態と異なる点は、第2実施形態では、閾値補正動作を1回しか実行していないことである。それ以外は、前述の第1実施形態の駆動タイミングと同じである。
よって、第2実施形態の駆動タイミングにおいても、電源駆動パルスDSL のスイッチングタイミング、すなわち電源供給線105DSL の電位が第2電位Vcc_Lから第1電位Vcc_Hに遷移するタイミングや電源供給線105DSL の電位が第1電位Vcc_Hから第2電位Vcc_Lに遷移するタイミングと映像信号Vsig (特に非有効期間である基準電位Voの期間)との関係を、前述のような一定の関係に維持する点は、第1実施形態の駆動タイミングと同じである。
ただし、閾値補正動作を1回しか実行していないので、実際には、1水平期間よりも短くなってしまう閾値補正期間の1回の動作だけでは時間が足らず、駆動トランジスタ121の閾値電圧Vthに相当する電圧を完全に保保持容量120に書き込むことができない場合が起こり得る。
以上、本発明について実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
また、上記の実施形態は、クレーム(請求項)に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組合せの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。前述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜の組合せにより種々の発明を抽出できる。実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、効果が得られる限りにおいて、この幾つかの構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
<駆動タイミングの変形例>
たとえば、電源駆動パルスDSL のスイッチングタイミング(オフタイミングとオンタイミング)の内、少なくとも一方を映像信号Vsig の非有効期間である基準電位Voの期間とする限りにおいて、様々な変形が可能である。たとえば、電源供給線105DSL の電位が第2電位Vcc_Lから第1電位Vcc_Hに遷移するタイミングを映像信号Vsig の非有効期間である基準電位Voの期間としつつ、様々な変形が可能である。
たとえば、図9は、第1の変形例を説明するタイミングチャートである。この第1の変形例は、図6に示した第1実施形態の駆動タイミングに対して、サンプリング期間&移動度補正期間Kの設定方法を変形したものである。なお、図6Aに示した第1実施形態の変形例に対しても同様に適用できる。
具体的には、先ず映像信号Vsig が基準電位Voから信号電位Vinに遷移するタイミングt15を図6に示した駆動タイミングよりも1水平期間の後半側にシフトさせて、有効期間である信号電位Vinの期間を狭くする。
また、全ての閾値補正動作の完了時(本例では第3閾値補正期間Iの完了時)には、先ず、書込駆動パルスWSをアクティブHにしたままで、水平駆動部106により映像信号線106HSに映像信号Vsig の信号電位Vinを供給して(t16)、書込駆動パルスWSをインアクティブLにするまで(t17)の間を、保持容量120への画素信号Vsig の書き込み期間とする。この信号電位Vinは駆動トランジスタ121の閾値電圧Vthに足し込む形で保持される。この結果、駆動トランジスタ121の閾値電圧Vthの変動は常にキャンセルされる形となるので、閾値補正を行なっていることになる。この閾値補正動作によって、保持容量120に保持されるゲート・ソース間電圧Vgsは“Vsig +Vth”となる。
また、同時に、信号書込期間t16〜t17で移動度補正を実行する。すなわち、タイミングt16〜t17は、信号書込期間と移動度補正期間の双方を兼ねることとなる。
なお、この移動度補正を実行する期間t16〜t17では、有機EL素子127は実際には逆バイアス状態にあるので発光することはない。この移動度補正期間t16〜t17では、駆動トランジスタ121のゲート端Gが映像信号Vsig のレベルに固定された状態で、駆動トランジスタ121に駆動電流Idsが流れる。以下、図6に示した第1実施形態の駆動タイミングと同様である。
この第1の変形例の駆動タイミングでは、電源供給線105DSL のスイッチング動作は第1実施形態の駆動タイミングと完全に同じであり、電源供給線105DSL のスイッチングによる映像信号線106HSへのカップリングノイズに対する抑制効果は第1実施形態と同様に享受できる。
各駆動部(104,105,106)は、水平駆動部106が映像信号線106HSに供給する映像信号Vsig と書込走査部104が供給する書込駆動パルスWSとの相対的な位相差を調整して、移動度補正期間を最適化することができる。
ただし、書込み&移動度補正準備期間Jが存在せずに、タイミングt16V〜t17Wがサンプリング期間&移動度補正期間Kとなる。このため、書込走査線104WSや映像信号線106HSの配線抵抗や配線容量の距離依存の影響に起因する波形特性の相違がサンプリング期間&移動度補正期間Kに影響を与えてしまう。画面の書込走査部104に近い側と遠い側(すなわち画面の左右)でサンプリング電位や移動度補正時間が異なることになるので、画面の左右で輝度差が生じ、シェーディングとして視認される難点がある。
図10は、第2の変形例を説明するタイミングチャートである。この第2の変形例は、図10に示した第1の変形例の駆動タイミングに対して、さらに、電源供給線105DSL のオフタイミングに変更を加えたものである。
具体的には、図9(図6も)に示した駆動タイミングでは、他の行のオフタイミングを当該行のオンタイミングと一致させるために(逆に言うと、他の行のオンタイミングを当該行のオフタイミングと一致させるために)、電源供給線105DSL の当該行のオフタイミングの基準電位Voの期間とオンタイミングの基準電位Voの期間に1水平期間分のずれを持たせているが、他の行のオフタイミングを当該行のオンタイミングと一致させる制限を外して当該行のオフタイミングとオンタイミングの双方を同じ水平期間にしている。
たとえば、書込駆動パルスWSをアクティブHにするタイミングt13W以前の前フィールドの発光期間では、書込駆動パルスWSがインアクティブLでありサンプリングトランジスタ125が非導通状態である一方、電源駆動パルスDSL は電源電圧側である第1電位Vcc_Hにあるので、映像信号線106HSの電位に関わらず、前フィールドの動作によって保持容量120に保持されている電圧状態(駆動トランジスタ121のゲート・ソース間電圧Vgs)に応じて有機EL素子127に駆動トランジスタ121から駆動電流Idsが供給され、有機EL素子127が発光状態にある。
この後、線順次走査の新しいフィールドに入って、先ず、書込駆動パルスWSがインアクティブLからアクティブHに切り替わる(t13w)。このとき、映像信号線106HSにおける映像信号Vsig の電位を基準電位Voにしておくことで(t13V)、駆動トランジスタ121のゲート電位Vgが初期化される。このとき、駆動トランジスタ121のゲート端Gとソース端Sとの間には保持容量120が接続されており、その保持容量Csによる効果によって、駆動トランジスタ121のゲート電位(Vg)の変動にソース電位(Vs)が連動する。この期間をゲート初期化期間Cと称する。
次に、書込駆動パルスWSをアクティブHにしたままで、電源供給線105DSL に与える電源駆動パルスDSL を低電位側の第2電位Vcc_Lにする(t_off:第1実施形態のオフタイミングt11に相当する)。これにより、駆動トランジスタ121への電源供給が停止し、駆動トランジスタ121のソース電位Vsが概ね第2電位Vcc_Lに初期化される。この期間をソース初期化期間Dと称する。ゲート初期化期間Cとソース初期化期間Dとを合わせて、駆動トランジスタ121のゲート電位Vgとソース電位Vsを初期化する閾値補正準備期間とも称する。
このように、駆動トランジスタ121のゲート電位Vgおよびソース電位Vsを初期化することで、閾電圧補正動作の準備が完了する。この後、電源供給線105DSL に与える電源駆動パルスDSL を第1電位Vcc_Hにするまで(t14)の期間t13V〜t14が初期化期間Dとなる。
次に、書込駆動パルスWSをアクティブHにしたままで、電源供給線105DSL に与える電源駆動パルスDSL を第1電位Vcc_Hにする(t14)。これにより、ドレイン電流が保持容量120に流れ込み、駆動トランジスタ121の閾電圧Vthを補正(キャンセル)する閾値補正期間に入る。以下、第1の変形例や第1実施形態と同様である。
この第2の変形例の駆動タイミングでは、他の行のオフタイミングを当該行のオンタイミングと一致させることでそれぞれのカップリング電圧を相殺すると言う効果は享受できない。しかしながら、ともに映像信号Vsig の基準電位Voの期間に電源スイッチング動作をさせており、またこのときにはサンプリングトランジスタ125をオンさせて駆動トランジスタ121のゲート端Gを基準電位Voに固定してローインピーダンス化しており電源パルスのカップリングノイズを抑制できる。
<画素回路の変形例>
図11は、図1に示した有機EL表示装置1を構成する画素回路Pの第2実施形態を示す図である。理解を容易にするため、図5に示した第2実施形態の画素回路Pと対応する部分には対応する参照番号を付してある。
回路理論上は「双対の理」が成立するので、第2実施形態では、この観点からの変形を加えていることが特徴である。先ず、図5に示した第1実施形態の画素回路Pがnチャネル型のトランジスタを用いて構成しているのに対し、図11に示す第2実施形態では、pチャネル型のトランジスタを用いて画素回路Pを構成している。これに合わせて、映像信号Vsig の基準電位Voに対する信号電位Vinの極性や電源電圧の大小関係を逆転させるなど、双対の理に従った変更を加えている。
具体的には、第2実施形態の画素回路Pは、pチャネル型の駆動トランジスタ121のゲート端Gとソース端Sとの間に保持容量120が接続され、駆動トランジスタ121のソース端Sが直接に有機EL素子127のカソード端Kに接続されている。有機EL素子127のアノード端Aは基準電位としてのアノード電位Vanode とされる。このアノード電位Vanode は、基準電位を供給する全画素共通の基準電源(高電位側)に接続される。
駆動トランジスタ121のドレイン端Dは、電源スキャナとして機能する駆動走査部105からの電源供給線105DSL に接続されている。電源供給線105DSL は、この電源供給線105DSL そのものが、駆動トランジスタ121に対しての電源供給能力を備える。駆動走査部105は、駆動トランジスタ121のドレイン端Dに対して、電源電圧に相当する低電圧側の第1電位Vcc_Lと高電圧側の第2電位Vcc_Hとを切り替えて供給する。換言すれば、第1実施形態の画素回路Pを駆動する駆動走査部105はアクティブHの電力供給能力を持つのに対して、第2実施形態の画素回路Pを駆動する駆動走査部105はアクティブLの電力供給能力を持つ。第2電位Vcc_Hとしては、映像信号線106HSにおける映像信号Vsig の基準電位Voより十分高い電位とする。
pチャネル型のサンプリングトランジスタ125は、ゲート端Gが書込走査部104からの書込走査線104WSに接続され、ソース端Sが映像信号線106HSに接続され、ドレイン端Dが駆動トランジスタ121のゲート端Gに接続されている。そのゲート端Gには、書込走査部104からアクティブLの書込駆動パルスWSが供給される。
このような第2実施形態の画素回路Pにおいても、図5に示した第1実施形態の画素回路Pと全く同様に閾値補正動作、移動度補正動作、およびブートストラップ動作を実行することができる。
なお、第2実施形態の画素回路Pは、第1実施形態の画素回路Pに対して「双対の理」に従った変更を加えたものであるが、回路変更の手法はこれに限定されるものではない。電気光学素子を電流駆動する駆動トランジスタの電源供給端を第1電位と第2電位との間でスイッチングさせる駆動を行なうもの全てに、電源駆動パルスDSL のスイッチングタイミングを、映像信号Vsig における非有効期間(基準電位Voの期間)に設定するという本実施形態の思想を適用することができる。
1…有機EL表示装置、100…表示パネル部、101…基板、102…画素アレイ部、103…垂直駆動部、104…書込走査部、104WS…書込走査線、105…駆動走査部、105DS…駆動走査線、105DSL …電源供給線、106…水平駆動部、106HS…映像信号線、109…制御部、120…保持容量、121…駆動トランジスタ、125…サンプリングトランジスタ、127…有機EL素子、Cel…有機EL素子の寄生容量、DSL …電源駆動パルス、P…画素回路、Vsig …映像信号、WS…書込駆動パルス、Vin…信号電位、Vo…基準電位、Vcc_H…第1電位、Vcc_L…第2電位