JP2014170092A - 電気光学装置、電子機器、及び電気光学装置の駆動方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電気光学装置10は、走査線22と、データ線24と、走査線22とデータ線24との交差に対応して設けられる画素回路110とを含む。画素回路110は、トランジスター121,122,123と、接地電圧Vssが供給される共通電極29にカソードが接続されトランジスター121のゲート・ソース間電圧に対応した電流がアノードに供給される発光素子130とを含む。トランジスター122,123の少なくとも一方のゲートは、電圧Velと、接地電圧Vssより高電位のローレベル電圧との間で振幅するゲート信号により制御される。ローレベル電圧は、保持容量132の保持電圧からトランジスター122の閾値電圧の絶対値を減じた電圧以下の電圧である。
【選択図】図2
Description
その一方、走査線の駆動電圧を制御することで、表示品位の劣化を抑えるようにした手法が、種々提案されている。
例えば特許文献2には、走査線毎に駆動電圧を制御することで、走査線毎のばらつきを低減させるようにした電気光学装置が開示されている。
また、例えば特許文献3には、駆動トランジスターに接続される2つのスイッチトランジスターのオン電圧の電位を互いに異ならせることで、発光素子の両端電圧の変化を駆動トランジスターのチャネル間電圧に影響を与えないようにした手法が開示されている。
その一方で、発光素子の発光を高精度に制御するために、各画素回路には、駆動トランジスターの他に、複数のトランジスターが設けられており、画素回路の構成する素子数が増加する傾向にある。従って、各画素回路には、データ信号を伝達するための1本のデータ線の他に、各トランジスターのゲートを制御する制御信号や走査信号を伝達するための複数本の走査線等が必要になる。これらの配線は、駆動トランジスターのゲート・ソース間電圧を保持する保持容量や画素回路内の各トランジスターの上部に配置される。
また、上記の走査線等を通る信号については、発光の高輝度化を目的として、高い駆動電圧の信号が必要とされる。
これにより、保持容量には、第1のトランジスターの閾値電圧を相殺する電圧が保持されるため、第1のトランジスターによって発光素子に供給される電流は、第1のトランジスターの閾値電圧の影響が相殺される。従って、第1のトランジスターの閾値電圧が画素回路毎にばらついた場合であっても、閾値電圧のばらつきが補償された状態で階調レベルに応じた電流が各画素回路の発光素子に供給されるため、表示ムラの発生を抑え、高品位の表示が可能となる。このとき、第2のトランジスター及び第3のトランジスターの少なくとも一方のゲートは、振幅が小さいゲート信号により制御される。そのため、特に第2のトランジスターのオフ時に、カップリングによるノイズを低減し、保持容量の保持電圧を安定化させることができる。従って、本態様によれば、高い駆動電圧で小さいサイズの画素を駆動する場合でも表示ムラを抑えることができる。
これにより、保持容量には、第1のトランジスターの閾値電圧を相殺する電圧が保持されるため、第1のトランジスターによって発光素子に供給される電流は、第1のトランジスターの閾値電圧の影響が相殺される。従って、第1のトランジスターの閾値電圧が画素回路毎にばらついた場合であっても、閾値電圧のばらつきが補償された状態で階調レベルに応じた電流が各画素回路の発光素子に供給されるため、表示ムラの発生を抑え、高品位の表示が可能となる。このとき、第2のトランジスター及び第3のトランジスターの少なくとも一方のゲートを、振幅が小さいゲート信号により制御する。そのため、特に第2のトランジスターのオフ時に、カップリングによるノイズを低減し、保持容量の保持電圧を安定化させることができる。従って、本態様によれば、高い駆動電圧で小さいサイズの画素を駆動する場合でも表示ムラを抑えることができる。
図1に、本発明の一実施形態に係る電気光学装置の構成例を示す。
本実施形態における電気光学装置10は、発光素子としてOLEDが用いられる複数の画素回路や各画素回路に駆動信号等を供給する駆動回路等が、例えばシリコン基板に形成された有機EL装置である。
電気光学装置10は、走査線駆動回路20と、データ線駆動回路30と、制御回路50と、電源回路60と、表示部100とを備えている。なお、図1において、走査線駆動回路20、データ線駆動回路30、制御回路50、及び電源回路60の少なくとも1つが、電気光学装置10の外部に設けられていてもよい。
また、電気光学装置10には、列毎に給電線26が、対応するデータ線24に沿って設けられており、各給電線26には、リセット電圧Vorstが供給される。
制御信号Ctr1は、走査線駆動回路20を制御するためのパルス信号である垂直同期信号、水平同期信号、クロック信号やイネーブル信号である。
制御信号Ctr2は、データ線駆動回路30を制御するための水平同期信号、ドットクロック信号DCLK、ラッチパルス信号LPやイネーブル信号である。
画像データは、走査線駆動回路20からの走査信号により選択された行の画素毎の階調レベルに対応したデータである。
なお、走査線駆動回路20は、走査信号Gwr(1)〜GWr(m)の他に、各画素回路に供給する制御信号を行毎に生成するが、図1では図示を省略している。
電源回路60は、走査線駆動回路20に対し、走査線駆動回路20を動作させるための電源電圧や、走査信号Gwr(1)〜Gwr(m)や各画素回路に供給される制御信号を生成するための各種電源電圧を供給する。
また、電源回路60は、データ線駆動回路30に対し、データ線駆動回路30を動作させるための電源電圧や、階調レベルに対応した複数の階調電圧を供給する。
更に、電源回路60は、表示部100を構成する各画素回路に対し、各画素回路を動作させるための電源電圧を供給すると共に、給電線26にリセット電圧Vorstを供給する。
画素回路110は、P型MOSトランジスター121〜125と、OLED130と、保持容量132とを備えている。画素回路110には、トランジスター121〜125のそれぞれのゲート信号となる走査信号Gwr(i)、制御信号Gcmp(i),Gel(i),Gorst(i)が供給される。走査信号Gwr(i)、制御信号Gcmp(i),Gel(i),Gorst(i)は、i行目に対応して走査線駆動回路20によって供給された信号であり、i行目の(3j−2)列以外の他の列の画素回路にも共通に供給される。
なお、図2では、トランジスター121〜125の基板電位として、電圧Velが供給される。
OLED130は、シリコン基板においてアノードと光透過性を有するカソードとにより、白色有機EL層を挟持することにより構成される発光素子であり、出射側であるカソードには、R、G、Bのいずれかのカラーフィルターが重ねて配置されている。OLED130に、アノードからカソードに電流が流れると、アノードから注入された正孔とカソードから注入された電子とが有機EL層において再結合して励起子が生成され、白色光が発光する。この白色光は、カソードを透過後にカラーフィルターにより着色され、観察者に視認される。
保持容量132としては、トランジスター121のゲートの寄生容量を用いたり、絶縁層を導電層で挟持して形成される容量を用いたりしてもよい。
データ線駆動回路30は、シフトレジスター32と、データラッチ34と、ラインラッチ36と、D/A変換回路381〜38nと、デマルチプレクサー401〜40nと、各データ線24に対応して設けられるレベルシフト回路421〜42(3n)とを備えている。
データ信号Vd(1)〜Vd(n)は、最低値Vminから最高値Vmaxまでの電圧範囲ΔVdataを取り得る。本実施形態では、容量分割駆動方式により所定の電圧Vp,Vrefを用いて、電圧範囲ΔVdataを圧縮してレベルシフトする。このとき、データ信号VE(1)〜VE(3n)が取り得る電圧範囲ΔVgateは、高電位側の電圧Vel付近において電圧範囲ΔVdataに係数k1を乗じた電圧範囲となり、トランジスター121の閾値電圧より高い電圧と低い電圧とを含むようにシフトされる。電圧範囲ΔVdataに対して、電圧範囲ΔVgateをどの方向にどれだけシフトさせるかについては、所定の電圧Vp,Vrefにより定めることができる。
例えば(第1の容量の容量値):(第2の容量の容量値)=1:9のとき、電圧範囲ΔVgateを、高電位側の電圧Vel付近において、電圧範囲ΔVdataの1/10に圧縮することができる。従って、データ信号を細かい精度で刻むことなく、階調レベルを反映したデータ信号を、データ線に供給することができる。
VH=Vel ・・・(1)
Vss<VL≦VG=(Vg−|Vth|) ・・・(2)
走査線駆動回路20は、行毎に設けられる複数の出力部200と、これらを制御する走査線駆動制御部300とを備えている。走査線駆動制御部300は、制御信号Ctr1に基づいて所定のタイミングで変化する制御信号IGWR,IGCMP,IGEL,IGORSTを生成し、対応する出力部にこれらの制御信号を供給する。各出力部200は、走査線駆動制御部300からの制御信号IGWR,IGCMP,IGEL,IGORSTに基づいて、対応する行の走査信号Gwr及び制御信号Gcmp,Gel,Gorstを生成する。例えば、i行目の出力部200は、i行目に位置する画素回路110に対し、走査信号Gwr(i)、制御信号Gcmp(i),Gel(i),Gorst(i)を共通に供給する。
出力部200は、出力する走査信号及び制御信号のそれぞれに対応して設けられるレベルシフト回路210,212,214,216と、インバーター回路220,222,224,226,228,230,232,234と、出力回路240,242,244とを備えている。出力部200には、電源回路60から電源電圧VDD,V33,V55と接地電圧Vssとが供給されると共に、走査線駆動制御部300から制御信号IGWR,IGCMP,IGEL,IGORSTが供給される。
出力回路240は、電圧V55側の出力トランジスターの電流駆動能力を電圧V33側のトランスミッションゲートの電流駆動能力より小さくすることで、立ち下がり時間より立ち上がり時間の方が長い走査信号GWRを出力する。走査信号GWRは、走査信号Gwr(i)として出力される。
レベルシフト回路210は、インバーター回路INV1,INV2,INV3と、第1のレベルシフト回路LS1と、第2のレベルシフト回路LS2とを備えている。入力信号IAは、インバーター回路INV1に入力される。インバーター回路INV1の出力は、インバーター回路INV2の入力に接続される。インバーター回路INV2の入力及び出力は、第1のレベルシフト回路LS1に供給される。第1のレベルシフト回路LS1は、第2のレベルシフト回路LS2に接続される。第2のレベルシフト回路LS2の出力は、インバーター回路INV3の入力に接続される。インバーター回路INV3の出力が、出力信号OAとして出力される。
また、第2のレベルシフト回路LS2は、トランジスターQ10〜Q13を有する。ここで、Q1のドレイン電圧が接地電圧Vssのとき、インバーター回路INV2の出力がHレベルであるため、Q10がオン、Q13がオンすることで、出力ノードが接地電圧Vssとなる。同様に、第2のレベルシフト回路LS2は、Q1のドレイン電圧が電源電圧VD2のとき、Q12がオン、Q11がオンして、出力ノードが電源電圧VD3となる。
1段構成の場合、例えば閾値電圧(0.9ボルト)の劣化が激しい高耐圧のトランジスターのゲートを、1.8ボルトの定電圧のゲート信号で駆動する必要がある。そのため、閾値電圧が例えば1.3ボルト(=0.9ボルト+0.4ボルト)に上昇してしまうと、このトランジスターの実効ゲート電圧は、0.5ボルト(=1.8ボルト−1.3ボルト)となり、レベルシフト動作が遅くなってしまう。この点、2段構成によれば、高耐圧のトランジスターのゲートを3.3ボルトのゲート信号により駆動することができるので、実効ゲート電圧は例えば2.0ボルト(=3.3ボルト−1.3ボルト)の電圧余裕があり、閾値電圧が上昇しても十分にレベルシフト動作を行うことができる。
図9に、本実施形態における電気光学装置の駆動方法に対応したタイミング図の一例を示す。
走査線駆動回路20は、1フレーム期間内に、走査信号Gwr(1)〜Gwr(m)を順番にLレベルに変化させることで、1〜m行目の走査線22を1水平走査期間(H)毎に順番に走査する。1水平走査期間内での動作は、各行の画素回路110において共通であるため、以下では、走査信号Gwr(i)がLレベルに変化してi行目が選択された水平走査期間において、i行(3j−2)列の画素回路110の動作に着目して説明する。
なお、図9において、i行目の1行前に選択される(i−1)行目に対応する走査信号Gwr(i−1)、及び制御信号Gcmp(i−1),Gel(i−1),Gorst(i−1)のそれぞれは、i行目に対応する走査信号Gwr(i)、及び制御信号Gcmp(i),Gel(i),Gorst(i)よりも1水平走査期間だけ先行した波形となる。また、本実施形態では、走査信号Gwr(1)〜Gwr(m)、制御信号Gcmp(1)〜Gcmp(m),Gel(1)〜Gel(m)のHレベル電圧VHは電圧Velであり、Lレベル電圧VLは電圧V33である。制御信号Gorst(1)〜Gorst(m)のHレベル電圧VHは電圧Velであり、Lレベル電圧VLは接地電圧Vssである。
従って、画素回路110において、トランジスター124がオン、トランジスター122,123,125がオフする。このとき、トランジスター121は、ゲート・ソース間電圧に応じた電流を、トランジスター124を介してOLED130のアノードに供給する。
従って、画素回路110において、トランジスター124がオフ、トランジスター125がオンする。これにより、OLED130のアノードに、給電線26に供給されるリセット電圧Vorstが印加される。OLED130は、アノード・カソード間に並列に図示しない寄生容量Coledが寄生するため、トランジスター125がオンすることにより、発光期間Taにおいて寄生容量Coledに保持されたアノード・カソード間の電圧が初期化される。
例えば高輝度の発光状態から低輝度の発光状態に遷移する場合、大電流が流れた後に寄生容量Coledに高電圧が保持されてしまうため、小電流を流そうとしても、電流が過剰となり、所望の低輝度での発光状態を実現できなくなる。これに対し、本実施形態によれば、初期化期間TbにおいてOLED130のアノードの電圧が初期化されるので、高輝度の発光状態から低輝度の発光状態に遷移する場合でも、低輝度側の再現性を高めることができる。
従って、トランジスター122,123がオンするため、トランジスター121のゲートは、データ線24と電気的に接続される。このとき、トランジスター121は、ゲート及びドレインがショートされてダイオード接続となり、給電線28、トランジスター121、トランジスター123、トランジスター122、及びデータ線24という順序の経路で電流が流れ、ノードg及びデータ線24が充電される。トランジスター121の閾値電圧をVth1とすると、ノードg及びデータ線24の電圧は、時間経過と共に次第に(Vel−|Vth1|)で飽和し、保持容量132は、トランジスター121の閾値電圧|Vth1|を保持する状態になる。
従って、画素回路110において、トランジスター123がオフし、保持容量132によって(Vel−|Vth1|)が保持されたデータ線24及びノードgは、データ信号の電圧変化分ΔVだけ上昇方向にした値(Vel−|Vth1|+ΔV)の電圧となる。
本実施形態における電気光学装置10は、次のような電子機器に適用することができる。
図14に、図13に示すHMDの光学的な構成の概要を示す。図14において、図13と同様の部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。
本実施形態におけるHMD400は、テンプル410L,410Rと、ブリッジ420と、レンズ401L,401Rとを備えている。このHMD400は、図14に示すように、テンプル410L及びレンズ401Lの近傍に、左眼用の電気光学装置430L及び光学レンズ402Lとを備えている。また、HMD400は、図14に示すように、テンプル410R及びレンズ401Rの近傍に、右眼用の電気光学装置430R及び光学レンズ402Rとを備えている。
電気光学装置430Rの画像表示面は、図14において左側を向くように配置され、電気光学装置430Rによる表示画像に対応した光は、光学レンズ402Rを介してハーフミラー403Rに照射される。ハーフミラー403Rは、光学レンズ402Rからの光を右眼が位置する方向に反射すると共に、レンズ401Rからの光を右眼が位置する方向に透過させる。
このとき、HMD400において、視差を伴う両眼画像のうち左眼用画像を電気光学装置430Lに表示させ、該両眼画像のうち右眼用画像を電気光学装置430Rに表示させることで、装着者は、立体感を有する画像を認識することができる。
また、本発明に係る電子機器として、情報携帯端末(PDA:Personal Digital Assistants)、デジタルスチルカメラ、テレビ、ビデオカメラ、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳、電子ペーパー、電卓、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、POS(Point of sale system)端末、プリンター、スキャナー、複写機、ビデオプレーヤー、タッチパネルを備えた機器等が挙げられる。
26,28,29…給電線、 30…データ線駆動回路、 32…シフトレジスター、
34…データラッチ、 36…ラインラッチ、 381〜38n…D/A変換回路、
401〜40n…デマルチプレクサー、 421〜42(3n),210,212,214,214,216…レベルシフト回路、 50…制御回路、 60…電源回路、
100…表示部、 110…画素回路、
121…トランジスター(第1のトランジスター)、
122…トランジスター(第2のトランジスター)、
123…トランジスター(第3のトランジスター)、
124…トランジスター(第4のトランジスター)、
125…トランジスター(第5のトランジスター)、
130…OLED、 132…保持容量、 200…出力部、
220,222,224,226,228,230,232,234,INV1〜INV3…インバーター回路、 240,242,244…出力回路、
300…走査線駆動制御部、 400…HMD(電子機器)、
401L,401R…レンズ、 402L,402R…光学レンズ、
403L,403R…ハーフミラー、 410L,410R…テンプル、 420…ブリッジ、 Ctr1,Ctr2,Gcmp(i),Gel(i),Gorst(i)…制御信号、 Gwr(1)〜Gwr(m),Gwr(i)…走査信号、
LS1…第1のレベルシフト回路、 LS2…第2のレベルシフト回路、
Vorst…リセット電圧、 VE(1)〜VE(3n),Vd(1)〜Vd(n)…データ信号、 VH…Hレベル電圧、 VL…Lレベル電圧
Claims (13)
- 走査線と、
データ線と、
前記走査線と前記データ線との交差に対応して設けられる画素回路とを含み、
前記画素回路は、
第1の電源電圧が供給される第1の電源線にソースが接続される第1のトランジスターと、
前記第1の電源線に一端が接続され、前記第1のトランジスターのゲートに他端が接続される保持容量と、
ソース及びドレインが、それぞれ前記データ線及び前記第1のトランジスターのゲートに接続される第2のトランジスターと、
ソース及びドレインが、それぞれ前記第1のトランジスターのゲート及びドレインに接続される第3のトランジスターと、
第2の電源電圧が供給される第2の電源線にカソードが接続され、前記第1のトランジスターのゲート・ソース間電圧に対応した電流がアノードに供給される発光素子とを含み、
前記第2のトランジスター及び前記第3のトランジスターの少なくとも一方のゲートは、前記第1の電源電圧と同電位であるハイレベル電圧と、前記第2の電源電圧より高電位のローレベル電圧との間で振幅するゲート信号により制御され、
前記ローレベル電圧は、
前記保持容量の保持電圧から前記第2のトランジスターの閾値電圧の絶対値を減じた電圧以下の電圧であることを特徴とする電気光学装置。 - ソース及びドレインが、それぞれ前記第1のトランジスターのドレイン及び前記発光素子のアノードに接続される第4のトランジスターを含むことを特徴とする請求項1に記載の電気光学装置。
- 前記第4のトランジスターのゲートは、
前記ハイレベル電圧と前記ローレベル電圧との間で振幅するゲート信号により制御されることを特徴とする請求項2に記載の電気光学装置。 - 前記第2のトランジスター、前記第3のトランジスター、及び前記第4のトランジスターを構成する各トランジスターのゲート信号を生成する走査線駆動回路を含み、
前記走査線駆動回路は、
前記第2の電源電圧を基準に第3の電源電圧レベルの信号を前記ローレベル電圧レベルの信号にレベルシフトする第1のレベルシフト回路と、
前記第2の電源電圧を基準に前記ローレベル電圧レベルの信号を前記第1の電源電圧レベルの信号にレベルシフトする第2のレベルシフト回路とを含むことを特徴とする請求項2乃至3のいずれか1項に記載の電気光学装置。 - ソース及びドレインが、それぞれ第3の電源線及び前記発光素子のアノードに接続される第5のトランジスターを含むことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の電気光学装置。
- 前記第5のトランジスターのゲートは、
前記ハイレベル電圧と前記第2の電源電圧との間で振幅するゲート信号により制御されることを特徴とする請求項5に記載の電気光学装置。 - 前記走査線駆動回路は、
立ち下がり時間より立ち上がり時間の方が長いゲート信号を、前記第2のトランジスターのゲートに供給することを特徴とする請求項6に記載の電気光学装置。 - 前記第1のトランジスターは、データ信号の電圧範囲が圧縮されレベルシフトされた電圧範囲で変化するゲート信号により制御されることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の電気光学装置。
- 請求項1乃至8のいずれか1項に記載の電気光学装置を含むことを特徴とする電子機器。
- 走査線と、
データ線と、
前記走査線と前記データ線との交差に対応して設けられる画素回路とを含み、
前記画素回路は、
第1の電源電圧が供給される第1の電源線にソースが接続される第1のトランジスターと、
前記第1の電源線に一端が接続され、前記第1のトランジスターのゲートに他端が接続される保持容量と、
ソース及びドレインが、それぞれ前記データ線及び前記第1のトランジスターのゲートに接続される第2のトランジスターと、
ソース及びドレインが、それぞれ前記第1のトランジスターのゲート及びドレインに接続される第3のトランジスターと、
第2の電源電圧が供給される第2の電源線にカソードが接続され、前記第1のトランジスターのゲート・ソース間電圧に対応した電流がアノードに供給される発光素子とを含む電気光学装置の駆動方法であって、
前記第2のトランジスター及び前記第3のトランジスターの少なくとも一方のゲートを、前記第1の電源電圧と同電位であるハイレベル電圧と、前記第2の電源電圧より高電位のローレベル電圧との間で振幅するゲート信号により制御し、
前記ローレベル電圧は、
前記保持容量の保持電圧から前記第2のトランジスターの閾値電圧の絶対値を減じた電圧以下の電圧であることを特徴とする電気光学装置の駆動方法。 - ソース及びドレインが、それぞれ前記第1のトランジスターのドレイン及び前記発光素子のアノードに接続される第4のトランジスターのゲートを、前記ハイレベル電圧と前記ローレベル電圧との間で振幅するゲート信号により制御することを特徴とする請求項10に記載の電気光学装置の駆動方法。
- ソース及びドレインが、それぞれ第3の電源線及び前記発光素子のアノードに接続される第5のトランジスターのゲートを、前記ハイレベル電圧と前記第2の電源電圧との間で振幅するゲート信号により制御することを特徴とする請求項10又は11に記載の電気光学装置の駆動方法。
- 前記第1のトランジスターを、データ信号の電圧範囲が圧縮されレベルシフトされた電圧範囲で変化するゲート信号により制御することを特徴とする請求項10乃至12のいずれか1項に記載の電気光学装置の駆動方法。
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