JP2015075622A - 発光装置、電子機器、及び半導体装置の設計方法 - Google Patents

発光装置、電子機器、及び半導体装置の設計方法 Download PDF

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Abstract

【課題】環境温度の変動に起因する発光輝度の変動を抑制する発光装置、電子機器、及び半導体装置の設計方法を提供すること。【解決手段】ゲート・ソース間電圧ＶGSに応じた電流量の駆動電流を生成する駆動トランジスターＴDRと、駆動電流の電流量に応じた輝度で発光する発光素子Ｅと、ゲート・ソース間電圧ＶGSを指定階調に応じて制御するデータ線駆動回路26と、を備える発光装置を次のように構成する。ゲート・ソース間電圧ＶGSは、発光素子Ｅを第１階調に応じた輝度で発光させる第１電圧値以上、且つ、発光素子Ｅを第２階調に応じた輝度で発光させる第２電圧値以下の電圧であって、第１電圧値及び第２電圧値は、環境温度の変化に対する駆動電流の変化率（変動比率ＮR）が所定値以下となるときのゲート・ソース間電圧ＶGSである最小変動電圧値ＶGSmが当該第１電圧値と当該第２電圧値との間に含まれるように設定されている。【選択図】図４

Description

本発明は、発光装置、電子機器、及び半導体装置の設計方法に関する。
ＥＬ（Electro-Luminescence）素子などの発光素子を用いた発光装置が種々提案されている。このような発光装置においては、発光素子に供給される駆動電流は、駆動トランジスターを用いて制御される。駆動トランジスターのゲートには、発光の輝度に係る階調レベルに応じた電位のデータ信号が印加される。データ信号がゲートに印加された駆動トランジスターは、ゲートとソースとの間の電位差（以降、「ゲート・ソース間電圧」と略称する）に応じた電流（駆動電流）を発光素子に供給する。そして、発光素子は、供給された駆動電流に応じた階調レベルの輝度で発光する。
従って、発光素子を用いた発光装置の駆動においては、当該発光素子に供給する駆動電流を精度良く制御することが重要である。特許文献１には、細かい精度のデータ信号を必要とせずに、発光素子に供給する駆動電流を精度良く制御する技術が開示されている。
特許文献１に開示されている電気光学装置では、データ信号が駆動トランジスターのゲートに直接書き込まれるのではなく、所定係数が乗算されてレベルシフトされた後のデータ信号が駆動トランジスターのゲートに書き込まれる。このレベルシフトによって、ゲートの電位範囲がデータ信号の電位範囲の１／１０に圧縮されるため、データ信号を細かい精度で刻まなくても、階調レベルを反映した電圧を、駆動トランジスターのゲート・ソース間に印加することができる。特許文献１の段落００３６乃至００４０には、このような処理によって、発光素子に供給する駆動電流が精度良く制御される旨が記載されている。
特開２０１３−０８８６１１号公報
ところで、トランジスターのゲート・ソース間電圧と、該ゲート・ソース間電圧によって流れる電流との関係を示す特性（以降、「電圧−電流特性」と略称する）は、環境温度の影響を受ける。環境温度とは、当該トランジスターの配置された周囲の温度である。
このため、同一のゲート・ソース間電圧が印加された場合であっても、環境温度が変化すると、発光素子に供給される駆動電流が変化してしまい、結果として発光の輝度が変化してしまう。
特に、例えばマイクロディスプレイ（1280×720ピクセル以上の解像度を持つ1インチ未満の小型ディスプレイ）などのように、微細な駆動電流範囲で階調を刻むように構成されている装置においては、ゲート・ソース間電圧のわずかな変化に対して駆動電流が大きく変化してしまう。このため、微細な駆動電流範囲で階調を刻むように構成された装置は、他の装置に比較して、環境温度の変動による発光輝度の変動が大きくなってしまう。なお、特許文献１に開示された技術では、上述したような環境温度の変動に起因する課題については鑑みられていない。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、環境温度の変動に起因する発光輝度の変動を抑制する発光装置、電子機器、及び半導体装置の設計方法を提供することを解決課題とする。
以上の課題を解決するために、本発明の一態様に係る発光装置は、ゲート・ソース間電圧に応じた電流量の駆動電流を生成する駆動トランジスターと、前記駆動電流の電流量に応じた輝度で発光する発光素子と、前記ゲート・ソース間電圧を指定階調に応じて制御する制御部と、を備え、前記ゲート・ソース間電圧は、前記発光素子を第１階調に応じた輝度で発光させる第１電圧値以上、且つ、前記発光素子を第２階調に応じた輝度で発光させる第２電圧値以下の電圧 であり、前記第１電圧値及び前記第２電圧値は、環境温度の変化に対する前記駆動電流の変化率が所定値以下となるときのゲート・ソース間電圧である第３電圧値 が当該第１電圧値と当該第２電圧値との間に含まれるように設定されていることを特徴とする。
ここで、前記第３電圧値は、前記変化率が最小のときのゲート・ソース間電圧であることが好ましい。
この発明によれば、例えば最低階調に応じた輝度で発光させる第１電圧値と、例えば最高階調に応じた輝度で発光させる第２電圧値とによって規定されるゲート・ソース間電圧の電圧範囲が、第３電圧値を含むように設定される。ここで第３電圧値は、前記変化率が最小となるとき（環境温度の変化に対する前記駆動電流の変化が殆ど生じないとき）のゲート・ソース間電圧である。このような第３電圧値によれば環境温度の変動に関わらず略一定の駆動電流を得られ、また、第３電圧値に近い値のゲート・ソース間電圧ほど、環境温度の変動に対する駆動電流の変動が小さいところ、当該第３電圧値を含むようにゲート・ソース間電圧の電圧範囲を設定することで、環境温度の変動に起因する駆動電流の変動が抑制され、発光輝度の変動が抑制される。
上述した本発明の一態様に係る発光装置において、前記駆動トランジスターは、単結晶シリコンまたは擬似単結晶シリコンを用いて形成されていることを特徴とする。この発明によれば、駆動トランジスターは、特定の環境温度（第１温度と称する）のときの電圧−電流特性を示す第１曲線と、第１温度と異なる第２温度のときの電圧−電流特性を示す第２曲線とが交点を有する。換言すれば、特定のゲート・ソース間電圧では、環境温度に関わらず、略同一の駆動電流を得ることができる。これは、単結晶シリコンまたは擬似単結晶シリコンを用いて製造された半導体基板上に形成された駆動トランジスターは、特定のゲート・ソース間電圧を境に、環境温度の変化に対する電流変化の特性が互いに異なる２つの特性領域を有するからである。これら２つの特性領域のうち一方の特性領域は、環境温度の上昇に伴って電流が増加する第１特性領域であり、他方の特性領域は、環境温度の上昇に伴って電流が減少する第２特性領域である。
上述した本発明の一態様に係る発光装置において、前記第１電圧値及び前記第２電圧値は、前記第３電圧値が当該第１階調と当該第２階調との中間の階調に応じた輝度で前記発光素子を発光させる電圧値となるように設定されていることを特徴とする。この発明によれば、環境温度が変動した場合であっても、最低階調と最高階調との中間の階調に応じた輝度にばらつきが殆ど生じなくなり、視認性が良好になる。
上述した本発明の一態様に係る発光装置において、前記第１電圧値及び前記第２電圧値は、前記第３電圧値が最高階調に応じた輝度で前記発光素子を発光させる電圧値となるように設定されていることを特徴とする。この発明によれば、環境温度が変動した場合であっても、最高階調に応じた輝度にばらつきが殆ど生じなくなり、視認性が良好になる。
上述した本発明の一態様に係る発光装置において、前記駆動トランジスターは、Ｐ型トランジスターであり、且つ、ゲート酸化膜厚が１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下であり、前記第１電圧値及び前記第２電圧値は、前記第３電圧値を−１．５５Ｖ以上−１．３Ｖ以下の電圧値として設定されていることを特徴とする。または、前記駆動トランジスターは、Ｎ型トランジスターであり、且つ、ゲート酸化膜厚が１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下であり、前記第１電圧値及び前記第２電圧値は、前記第３電圧値を１．３Ｖ以上１．５５Ｖ以下の電圧値として設定されていることを特徴とする。これらの発明によれば、環境温度の変動に起因する駆動電流ＩDRの変化が抑制されるため、環境温度の変動に起因する発光輝度の変動が抑制される。
また、本発明の一態様に係る電子機器は、上述した本発明の一態様に係る発光装置を備えることを特徴とする。このような電子機器としては、例えばデジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、ヘッドマウント・ディスプレイ、パーソナルコンピュータなどが該当する。
上述の課題を解決するために、本発明の一態様に係る発光装置の設計方法は、ゲート・ソース間電圧に応じた電流量の駆動電流を生成する駆動トランジスターと、前記駆動電流の電流量に応じた輝度で発光する発光素子と、前記ゲート・ソース間電圧を指定階調に応じて制御する制御部と、を備える発光装置の設計方法であって、前記環境温度が第１温度のときの前記特性を特定する工程と、前記環境温度が第２温度のときの前記特性を特定する工程と、環境温度の変化に対する前記駆動電流の変化率が所定値以下となるときのゲート・ソース間電圧である第３電圧値を、前記第１温度のときの前記特性と、前記第２温度のときの前記特性とに基づいて特定する工程と、前記発光素子を最低階調に応じた輝度で発光させる前記ゲート・ソース間電圧である第１電圧値と、前記発光素子を最高階調に応じた輝度で発光させる前記ゲート・ソース間電圧である第２電圧値との間に、前記第３電圧値が含まれるように、前記第１電圧値及び前記第２電圧値を設定する工程と、を備えることを特徴とする。
この発明によれば、例えば最低階調に応じた輝度で発光させる第１電圧値と、例えば最高階調に応じた輝度で発光させる第２電圧値とによって規定されるゲート・ソース間電圧の電圧範囲が、第３電圧値を含むように設定される。ここで第３電圧値は、前記変化率が最小となるとき（環境温度の変化に対する前記駆動電流の変化が殆ど生じないとき）のゲート・ソース間電圧である。このような第３電圧値によれば環境温度の変動に関わらず略一定の駆動電流を得られ、また、第３電圧値に近い値のゲート・ソース間電圧ほど、環境温度の変動に対する駆動電流の変動が小さいところ、当該第３電圧値を含むようにゲート・ソース間電圧の電圧範囲を設定することで、環境温度の変動に起因する駆動電流の変動が抑制され、発光輝度の変動が抑制される。
本発明の実施形態に係る発光装置（表示装置）の構成例を示すブロック図。 本発明の実施形態に係る発光装置の各部の波形を示す図。 本発明の実施形態に係る発光装置が備える画素回路の一例を示す回路図。 駆動トランジスターのゲート−ソース間の電圧と駆動電流との関係を表す特性曲線、及び、駆動トランジスターのゲート−ソース間の電圧と、環境温度の変動による駆動電流の変動比率との関係を示す曲線を示す図。 ゲート酸化膜厚［Å］と、変動最小電圧ＶGSmとの関係を示す図。 図４に示すグラフのうち変動最小点Ｐｍ近傍を拡大して示す図。 第１電圧値及び第２電圧値（電圧範囲ΔＶ）の設定態様に係る変形例を示す図。 第１電圧値及び第２電圧値（電圧範囲ΔＶ）の設定態様に係る変形例を示す図。 本発明の実施形態に係る発光装置を適用したＥＶＦを備えるデジタルカメラの構成例を示す外観図。 本発明の実施形態に係る発光装置を適用したＨＭＤの構成例を示す外観図。 図１０に示すＨＭＤの光学的な構成を示す図。 本発明の実施形態に係る発光装置を適用したパーソナルコンピューターの外観を示す斜視図。
＜Ａ：実施形態＞
図１は、本発明の実施形態に係る発光装置（表示装置）の構成例を示すブロック図である。同図に示すように、発光装置１００は、複数の画素回路Ｐが配列された素子アレイ部１０、走査線駆動回路２２、駆動制御回路２４、データ線駆動回路２６、及び制御回路３６を具備する。これらの構成要素は同一の基板に形成されることが好ましい。また、基板は、半導体基板で構成されることが好ましい。
ところで、当該発光装置１００には、走査線駆動回路２２、駆動制御化路２４、及びデータ線駆動回路２６を制御する制御信号ＣＴＬが外部から供給される。
素子アレイ部１０には、Ｘ方向に延在するＭ本の走査線１２と、各走査線１２に対をなしてＸ方向に延在するＭ本の駆動制御線１４と、Ｘ方向に交差するＹ方向に延在するＮ本のデータ線１６とが形成されている（ＭおよびＮの各々は２以上の自然数）。各画素回路Ｐは、走査線１２とデータ線１６との各交差部位に対応して配置されている。したがって、素子アレイ部１０の全体では、Ｘ方向およびＹ方向にわたって縦Ｍ行×横Ｎ列のマトリクス状に画素回路Ｐが配列されている。
走査線駆動回路２２は、Ｍ本の走査線１２の各々（各行の画素回路Ｐ）を順番に選択するための走査信号Ｙ[1]〜Ｙ[M]を生成して各走査線１２に出力する手段（例えばＭビットのシフトレジスタ）である。
図２は、発光装置１００の各部の波形のタイムチャートを示している。同図に示すように、第ｉ行（ｉ＝１〜Ｍ）の走査線１２に供給される走査信号Ｙ[i]は、ひとつのフレーム期間Ｆ（Ｆ1，Ｆ2，……）のうち第ｉ番目の書込期間（水平走査期間）Ｈにてハイレベルとなり、それ以外の期間にてローレベルを維持する。走査線駆動回路２２は、水平同期信号ＨＳＹＮＣに同期したクロック信号ＨＣＫを用いて、１水平走査期間だけＨレベルとなるスタートパルスＳＰ１を順次シフトして走査信号Ｙ[1]〜Ｙ[M]を生成する。スタートパルスＳＰ１及びクロック信号ＨＣＫは、制御回路３６から当該走査線駆動回路２２に供給される。
図１の駆動制御回路２４は、駆動制御信号Ｚ[1]〜Ｚ[M]を生成して各駆動制御線１４に出力する。図２に示すように、第ｉ行の駆動制御線１４に供給される駆動制御信号Ｚ[i]は、走査信号Ｙ[i]がハイレベルとなる書込期間Ｈの始点から当該書込期間Ｈの経過後（次の書込期間Ｈの開始前）までの所定の時間長の期間（以下「発光期間」と称する）ＨDRにてハイレベルを維持し、それ以外の期間にてローレベルとなる。
駆動制御回路２４は、クロック信号ＨＣＫを用いて、発光期間ＨDRにおいてＨレベルとなるスタートパルスＳＰ２をシフトして駆動制御信号Ｚ[1]〜Ｚ[m]を生成する。スタートパルスＳＰ２及びクロック信号ＨＣＫは、制御回路３６から当該駆動制御回路２４に供給される。
図１のデータ線駆動回路２６は、各画素回路Ｐの階調を指定する階調データＧＤに基づいてデータ信号Ｘ[1]〜Ｘ[N]を生成して各データ線１６に出力する。データ信号Ｘ[j] （ｊ＝１〜Ｎ）は、第ｉ行に属する第ｊ列目の画素回路Ｐの階調データＧＤに応じた電位ＶDATAとなる。階調データＧＤ、ドットクロック信号ＤＣＫ、クロック信号ＨＣＫは、制御回路３６から当該データ線駆動回路２６に供給される。制御回路３６は、各種の制御信号を生成し、走査線駆動回路２２、駆動制御回路２４、及びデータ線駆動回路２６に供給する。
図３は、発光装置１００が備える画素回路の一例を示す回路図である。ここで、図３を参照して、各画素回路Ｐの具体的な構成を説明する。なお、同図においては第ｉ行に属する第ｊ列目のひとつの画素回路Ｐのみが代表的に図示されている。
図３に示すように、画素回路Ｐは発光素子Ｅを含む。本形態の発光素子Ｅは、相互に対向する陽極と陰極との間に有機ＥＬ（Electro-luminescence）材料の発光層が介在する有機発光ダイオード素子である。発光素子Ｅは、発光層に供給される駆動電流ＩDRの電流量に応じた強度で発光する。発光素子Ｅの陰極は低位側の電源（接地電位）ＶCTに電気的に接続される。
駆動電流ＩDRの経路上（高位側の電源ＶELと発光素子Ｅの陽極との間）にはＰチャネル型の駆動トランジスターＴDRが配置される。駆動トランジスターＴDRは、ゲート・ソース間電圧ＶGSに応じて駆動電流ＩDRの電流量を制御する手段である。駆動トランジスターＴDRのソース（図３に示すＳ）は高位側の電源ＶELに接続される。
駆動トランジスターＴDRのゲートとソース（電源ＶEL）との間には容量素子Ｃが介在する。また、駆動トランジスターＴDRのゲートとデータ線１６との間にはＰチャネル型の選択トランジスターＴSLが配置される。選択トランジスターＴSLは、駆動トランジスターＴDRのゲートとデータ線１６との電気的な接続（導通／非導通）を制御するスイッチング素子である。第ｉ行に属する各画素回路Ｐの選択トランジスターＴSLのゲートは第ｉ行の走査線１２に対して接続される。
駆動トランジスターＴDRのドレインＤと、発光素子Ｅの陽極との間（すなわち駆動電流ＩDRの経路上）にはＰチャネル型の駆動制御トランジスターＴELが配置される。駆動制御トランジスターＴELは、駆動トランジスターＴDRのドレインＤと、発光素子Ｅの陽極との電気的な接続を制御するスイッチング素子である。駆動制御トランジスターＴELが導通することで駆動電流ＩDRの経路が確立するから、駆動制御トランジスターＴELは、発光素子Ｅに対する駆動電流ＩDRの供給の可否を制御する手段として機能する。第ｉ行に属する各画素回路Ｐの駆動制御トランジスターＴELのゲートは、第ｉ行の駆動制御線１４に対して共通に接続されている。
以上の構成において、図２に示すように走査信号Ｙ[i]がハイレベルに遷移すると（すなわち第ｉ行の走査線１２が選択されると）、選択トランジスターＴSLは導通する。したがって、書込期間Ｈ内に走査信号Ｙ[i]がハイレベルに遷移すると、データ信号Ｘ[j]の電位ＶDATAが選択トランジスターＴSLを経由して駆動トランジスターＴDRのゲートに供給されるとともに、電位ＶDATAに応じた電荷が容量素子Ｃに蓄積される。すなわち、駆動トランジスターＴDRのゲートの電位ＶGは階調データＧＤに応じた電位ＶDATAに設定される。
書込期間Ｈの終点にて走査信号Ｙ[i]がローレベルに遷移すると、選択トランジスターＴSLが非導通の状態となって駆動トランジスターＴDRのゲートはデータ線１６から電気的に絶縁されるが、駆動トランジスターＴDRのゲートの電位ＶGは、書込期間Ｈの経過後においても容量素子Ｃによって電位ＶDATAに維持される。
一方、駆動制御トランジスターＴELは、駆動制御信号Ｚ[i]がハイレベルに遷移することで書込期間Ｈの始点から導通する。したがって、書込期間Ｈを含む発光期間ＨDRにおいて、駆動トランジスターＴDRのゲートの電位ＶG（電位ＶDATA）に応じた電流量の駆動電流ＩDRが、電源ＶELから駆動トランジスターＴDRと駆動制御トランジスターＴELとを経由して発光素子Ｅに供給される。発光素子Ｅは、駆動電流ＩDRの電流量に応じた強度（すなわち電位ＶDATAに応じた強度）で発光する。駆動電流ＩDRの電流量は、駆動トランジスターＴDRのゲート・ソース間電圧ＶGSの大きさによって決まる。
ここで、少なくとも駆動トランジスターＴDRのアクティブ層は、結晶性材料を用いて製造されている。アクティブ層とは、駆動トランジスターＴDRのソースとドレインとの間に設けられた領域であり、ゲートと対向して配置され、ゲートの電位により導電性が制御される。結晶性材料としては、例えば単結晶シリコンや、ＳＥＬＡＸ（Selectively Enlarging Laser X'tallization）法などによって結晶性が高められたポリシリコンなどを挙げることができる。ＳＥＬＡＸ法とは、固体レーザのパルス幅を制御してポリシリコンに照射することで、シリコン薄膜を最適条件で融解・凝固させ、「擬似単結晶シリコン」を形成する技術である。
図４は、駆動トランジスターＴDRのゲート・ソース間電圧ＶGSと、駆動電流ＩDRとの関係を表す特性曲線、及び、駆動トランジスターＴDRのゲート・ソース間電圧ＶGSと、環境温度の変動による駆動電流ＩDRの変動比率（変化率）との関係を表す曲線を示す図である。
図４において、特性曲線Ｃ１は環境温度が０［℃］のときの特性曲線であり、特性曲線Ｃ２は環境温度が２５［℃］のときの特性曲線であり、特性曲線Ｃ３は環境温度が５０［℃］のときの特性曲線である。同図に示すように、環境温度が変化すると、同一のゲート・ソース間電圧ＶGSによって流れる駆動電流ＩDRの電流量も変化する。
ここで、図４に示す特性曲線Ｃ４は、駆動トランジスターＴDRのゲート・ソース間電圧ＶGSと、環境温度の変動による駆動電流ＩDRの変動比率ＮRとの関係を示す曲線である。ここで、変動比率ＮRは、下記（式１）によって算出される。
ＮR＝（Ｉ3−Ｉ1）／I2 …（式１）
（式１）において、Ｉ1は環境温度が０［℃］のときの駆動電流ＩDRの値であり、Ｉ2は環境温度が２５［℃］のときの駆動電流ＩDRの値であり、Ｉ3は環境温度が５０［℃］のときの駆動電流ＩDRの値であり、ＮRは変動比率［％］である。
ここで、変動比率ＮRは、環境温度の変化に対する駆動電流ＩDRの変化率を示す指標である。変動比率ＮRの値が大きいゲート・ソース間電圧ＶGSほど、環境温度の変化に対する駆動電流ＩDRの変化が大きい。一方、変動比率ＮRの値が小さいゲート・ソース間電圧ＶGSほど、環境温度の変化に対する駆動電流ＩDRの変化が小さい。
ここで、変動比率ＮRが所定値以下の値（本例では最小値である０［％］）となるときのゲート・ソース間電圧ＶGSを「変動最小電圧ＶGSm」と称する。図４に示す例では、変動最小電圧ＶGSmの値は−１．５５［Ｖ］である。この変動最小電圧ＶGSmの値は、主として当該駆動トランジスターＴDRのゲート酸化膜厚に依存する。
図５は、ゲート酸化膜厚［Å］と、変動最小電圧ＶGSmとの関係の一例を示す図である。同図に示すように、駆動トランジスターＴDRのゲート酸化膜厚［Å］が１００［Å］のときの変動最小電圧ＶGSmは−１．３乃至−１．４［Ｖ］程度であり、ゲート酸化膜厚［Å］が３００［Å］のときの変動最小電圧ＶGSmは−１．４乃至−１．５５［Ｖ］程度であり、ゲート酸化膜厚［Å］が５５０［Å］のときの変動最小電圧ＶGSmは−２．２［Ｖ］程度である。
なお、同一のゲート酸化膜厚［Å］に対して、変動最小電圧ＶGSmの値がばらついているのは、主として当該駆動トランジスターＴDRのチャンネル幅（W）とチャンネル長（L）の比（Ｗ/Ｌ）に因るものである。
本実施形態においては、駆動トランジスターＴDRのゲート酸化膜厚［Å］は約３００［Å］であり、変動最小電圧ＶGSmは図４に示すように−１．５５［Ｖ］程度である。なお、当然ながら、駆動トランジスターＴDRがＮ型トランジスターの場合には、変動最小電圧ＶGSmの正負が逆であるので、変動最小電圧ＶGSmは１．５５［Ｖ］程度となる。
図６は、図４に示すグラフのうち特性曲線Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の交点（以降、「変動最小点Ｐｍ」と略称する）近傍を拡大して示す図である。同図に示す電圧範囲ΔＶは、駆動トランジスターＴDRに印加するゲート・ソース間電圧ＶGSの範囲を示している。具体的には、電圧範囲ΔＶは、発光素子Ｅを第１階調（ここでは最低階調）に応じた輝度で発光させる第１電圧値Ｖgs_kと、発光素子Ｅを第２階調（ここでは最高階調）に応じた輝度で発光させる第２電圧値Ｖgs_wとによって規定される。この電圧範囲ΔＶの幅は当該発光装置１００の仕様などによって決まる。
上述したように、駆動トランジスターＴDRは、例えば単結晶シリコンやＳＥＬＡＸ法などによって結晶性が高められたポリシリコンなどの結晶性材料を用いて形成されることで、特定の環境温度（第１温度）のときの電圧−電流特性を示す特性曲線と、第１温度と異なる環境温度（第２温度）のときの電圧−電流特性を示す特性曲線とが交点を有する。
換言すれば、特定のゲート・ソース間電圧ＶGSでは、環境温度に関わらず、略同一のドレイン電流を得ることができる。これは、半導体素子であるトランジスタは、特定のゲート・ソース間電圧を境に、環境温度の変化に対する電流変化の特性が互いに異なる２つの特性領域を有するからである。これら２つの特性領域のうち一方の特性領域は、環境温度の上昇に伴って電流が増加する第１特性領域であり、他方の特性領域は、環境温度の上昇に伴って電流が減少する第２特性領域である。
なお、上述したような結晶性材料以外の材料を用いて製造された半導体基板上に形成されたトランジスターは、第１温度のときの電圧−電流特性を示す特性曲線と、第２温度のときの電圧−電流特性を示す特性曲線とが交点を有さない。
発光素子Ｅを最低階調に応じた輝度で発光させる第１電圧値と、最高階調に応じた輝度で発光させる第２電圧値とによって規定される電圧範囲ΔＶは、図６に示すように変動最小電圧ＶGSmの値を含むように設定される。すなわち、電圧範囲ΔＶが変動最小電圧ＶGSmの値を含むように、データ線駆動回路２６がデータ信号Ｘ[1]〜Ｘ[N]を生成して各データ線１６に出力する。
変動最小電圧ＶGSmによれば環境温度の変動に関わらず一定の駆動電流ＩDRを得られ、また、変動最小電圧ＶGSmに近い値のゲート・ソース間電圧ＶGSほど、環境温度の変動に起因する駆動電流ＩDRの変化が小さいところ、変動最小電圧ＶGSmを含むように第１電圧値及び第２電圧値（電圧範囲ΔＶ）を設定することで、環境温度の変動に起因する駆動電流ＩDRの変動が大きく抑制され、発光輝度の変動が大きく抑制される。
ここで、電圧範囲ΔＶの中央の値（最低階調と最高階調との中間の階調に応じた輝度で発光素子Ｅを発光させる電圧値）が、図６に示すように変動最小電圧ＶGSmの値（本例では−１．５５［Ｖ］）となるように、第１電圧値及び第２電圧値（電圧範囲ΔＶ）を設定する。例えば、階調レベル０乃至２５５の２５６階調で発光素子Ｅを発光させる場合、階調レベル１２８に応じた輝度で発光素子Ｅを発光させる電圧値が、変動最小電圧ＶGSmの値（本例では−１．５５［Ｖ］）となるように、第１電圧値及び第２電圧値（電圧範囲ΔＶ）を設定する。このように設定することで、環境温度が変動した場合であっても、最低階調と最高階調との中間の階調に応じた輝度にばらつきが殆ど生じなくなり、視認性が非常に良好になる。
なお、第１電圧値及び第２電圧値（電圧範囲ΔＶ）の設定態様は上述した例に限られず、例えば次のように設定してもよい。
図７は、第１電圧値及び第２電圧値（電圧範囲ΔＶ）の設定態様に係る変形例を示す図である。同図に示すように、最高階調に応じた輝度で発光素子Ｅを発光させる第２電圧値が、変動最小電圧ＶGSmの値（本例では−１．５５［Ｖ］）となるように、第１電圧値及び第２電圧値（電圧範囲ΔＶ）を設定してもよい。つまり、ＶGS_w＝ＶGSmとなるように第１電圧値及び第２電圧値（電圧範囲ΔＶ）を設定してもよい。例えば、階調レベル０乃至２５５の２５６階調で発光素子Ｅを発光させる場合、階調レベル２５６に応じた輝度で発光素子Ｅを発光させる電圧値が、変動最小電圧ＶGSmの値（本例では−１．５５［Ｖ］）となるように、第１電圧値及び第２電圧値（電圧範囲ΔＶ）を設定する。このように設定することで、環境温度が変動した場合であっても、最高階調に応じた輝度にばらつきが殆ど生じなくなり、視認性が非常に良好になる。
図８は、第１電圧値及び第２電圧値（電圧範囲ΔＶ）の設定態様に係る変形例を示す図である。最高階調に応じた輝度の発光は、最低階調に応じた輝度の発光に比べてユーザに視認されやすい。従って、最高階調やその近傍の階調レベルに応じた発光輝度については、環境温度の変動に対する変動が小さいことが好ましい。このことを鑑みて、電圧範囲ΔＶの中間の階調レベルに対応する電圧値を基準電圧値とし、当該基準電圧値に対して最高階調に対応する電圧値側の範囲（図８に示す「高階調範囲ΔＶ１」）に、変動最小電圧ＶGSmを含めるように、第１電圧値及び第２電圧値（電圧範囲ΔＶ）を設定してもよい。これにより、環境温度が変動した場合であっても、ユーザに視認されやすい輝度にばらつきが生じにくくなり、視認性が非常に良好になる。
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、環境温度の変動に起因する発光輝度の変動が抑制される発光装置、電子機器、及び半導体装置の設計方法を提供することができる。なお、変動最小電圧ＶGSm（第３電圧値）は、必ずしも変動比率ＮRが０［％］のときのゲート・ソース間電圧ＶGSである必要はなく、変動比率ＮRの値が比較的小さい（例えば０［％］近傍）ときのゲート・ソース間電圧ＶGSであってもよい。
＜Ｂ：変形例＞
以上の各形態には様々な変形を加えることができる。具体的な変形の態様を例示すれば以下の通りである。なお、以下の各態様を適宜に組み合わせてもよい。
（１）変形例１
以上の実施形態においては書込期間Ｈの開始と同時に駆動制御トランジスターＴELを導通させる構成を例示したが、駆動制御トランジスターＴELを導通させる時期（すなわち駆動制御信号Ｚ[i]をハイレベルに設定する時期）は適宜に変更される。例えば、書込期間Ｈの開始前または開始後の時点から駆動制御トランジスターＴELを導通させてもよい。また、書込期間Ｈの後の時点から駆動制御トランジスターＴELを導通させてもよい。さらに、発光期間ＨDRは、書込期間Ｈが終了して所定期間経過後に開始され、次の書込期間Ｈの直前に終了するようにしてもよい。
画素回路の構成は適宜に変更される。例えば特開２００５−０９９７７３号公報に開示されるように、選択トランジスターと駆動トランジスターとの間に容量素子を介在させることも可能である。指定階調に応じた変動量だけデータ線の電位を変動させ、容量素子の容量結合を利用して、駆動トランジスターのゲートの電位をデータ線の電位の変動量に応じて変動させることで、駆動トランジスターのゲート−ソース間の電圧を指定階調に応じて設定することも可能である。すなわち、ゲートの電位は、データ線の電位に必ずしも一致しない。
（２）変形例２
画素回路Ｐを構成する各トランジスターの導電型は適宜に変更される。例えば、駆動トランジスターＴDRをＮチャネル型としてもよい。すなわち、Ｎチャネル型の駆動トランジスターＴDRのソースと発光素子Ｅの陰極との間に駆動制御トランジスターＴELを介在させた構成を採用することができる。
（３）変形例３
有機発光ダイオード素子は電気光学素子の例示に過ぎない。本発明に適用される電気光学素子は、自身が発光する自発光型であればどのようなものでもよく、例えば、無機ＥＬ素子、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子などが該当する。
＜Ｃ：応用例＞
次に、本発明に係る発光装置を利用した電子機器について説明する。図９乃至図１２には、以上に説明した何れかの形態に係る発光装置１００を表示装置として採用した電子機器の形態が図示されている。
図９は、デジタルカメラの構成例を示す外観図である。本発明の実施形態に係る発光装置１００は、例えば覗き込み型の電子ビューファインダー（ＥＶＦ: Electronic View Finder）を備えるデジタルカメラに適用することができる。同図に示すように、デジタルカメラ２００は、レンズ１１０、表示部１６０、レリーズボタン１８０ａ、電源ボタン１８０ｂ、カーソルボタン/決定ボタン１８０ｃ、ＥＶＦの覗き込み検知のためのセンサ１４０、及び、ＥＶＦ１００ｅ等を備える。ここで、ＥＶＦ１００ｅは、ＥＶＦ用画像表示部と、該ＥＶＦ用画像表示部を駆動する駆動制御部と、を含む発光装置を備える。この発光装置に、本発明の一実施形態に係る発光装置１００を適用する。
図１０は、ヘッドマウント・ディスプレイの外観を示す図であり、図１０は、その光学的な構成を示す図である。本発明の実施形態に係る発光装置１００は、例えばヘッドマウント・ディスプレイに適用することができる。まず、図１０に示されるように、ヘッドマウント・ディスプレイ３００は、外観的には、一般的な眼鏡と同様にテンプル３１０や、ブリッジ３２０、レンズ３０１Ｌ、３０１Ｒを有する。また、ヘッドマウント・ディスプレイ３００は、図１１に示されるように、ブリッジ３２０近傍であってレンズ３０１Ｌ、３０１Ｒの奥側（図において下側）には、左眼用の発光装置１００Ｌと右眼用の発光装置１００Ｒとが設けられる。発光装置１００Ｌの画像表示面は、図１１において左側となるように配置している。これによって発光装置１００Ｌによる表示画像は、光学レンズ３０２Ｌを介して図において９時の方向に出射する。ハーフミラー３０３Ｌは、発光装置１００Ｌによる表示画像を６時の方向に反射させる一方で、１２時の方向から入射した光を透過させる。発光装置１００Ｒの画像表示面は、発光装置１００Ｌとは反対の右側となるように配置している。これによって発光装置１００Ｒによる表示画像は、光学レンズ３０２Ｒを介して図において３時の方向に出射する。ハーフミラー３０３Ｒは、発光装置１００Ｒによる表示画像を６時方向に反射させる一方で、１２時の方向から入射した光を透過させる。
この構成において、ヘッドマウント・ディスプレイ３００の装着者は、発光装置１００Ｌ、１００Ｒによる表示画像を、外の様子と重ね合わせたシースルー状態で観察することができる。また、このヘッドマウント・ディスプレイ３００において、視差を伴う両眼画像のうち、左眼用画像を発光装置１００Ｌに表示させ、右眼用画像を発光装置１００Ｒに表示させると、装着者に対し、表示された画像があたかも奥行きや立体感を持つかのように知覚させることができる（３Ｄ表示）。
図１２は、発光装置１００を採用したモバイル型のパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。パーソナルコンピュータ４００は、各種の画像を表示する発光装置１００と、電源スイッチ２００１やキーボード２００２が設置された本体部２０１０とを具備する。発光装置１００は有機発光ダイオード素子を発光素子Ｅとして使用しているので、視野角が広く見易い画面を表示できる。パーソナルコンピュータ２０００は、発光装置１００の画像を表示する面をキーボードに向けて折りたためるようになっている。そして、折りたたんだ状態では、Ｌレベルとなり、開いた状態ではＨレベルとなる点灯制御信号ＣＴＬが本体から発光装置１００に供給される。
なお、本発明に係る発光装置が適用される電子機器としては、図９乃至図１２に例示した機器のほか、テレビ、ビデオカメラ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電子ペーパー、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、プリンタ、スキャナ、複写機、ビデオプレーヤ、タッチパネルを備えた機器等などが挙げられる。
１００……発光装置、Ｐ……画素回路、１０……素子アレイ部、１２……走査線、１４……駆動制御線、１６……データ線、２２……走査線駆動回路、２４……駆動制御回路、２６……データ線駆動回路、３６……制御回路、Ｅ…電気光学素子、ＴDR……駆動トランジスター、ＣＴＬ……点灯制御信号。

Claims (9)

  1. ゲート・ソース間電圧に応じた電流量の駆動電流を生成する駆動トランジスターと、
    前記駆動電流の電流量に応じた輝度で発光する発光素子と、
    前記ゲート・ソース間電圧を指定階調に応じて制御する制御部と、
    を備え、
    前記ゲート・ソース間電圧は、前記発光素子を第１階調に応じた輝度で発光させる第１電圧値以上、且つ、前記発光素子を第２階調に応じた輝度で発光させる第２電圧値以下の電圧であり、
    前記第１電圧値及び前記第２電圧値は、環境温度の変化に対する前記駆動電流の変化率が所定値以下となるときのゲート・ソース間電圧である第３電圧値が当該第１電圧値と当該第２電圧値との間に含まれるように設定されている、
    ことを特徴とする発光装置。
  2. 前記第３電圧値は、前記変化率が最小のときのゲート・ソース間電圧である、
    ことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
  3. 前記駆動トランジスターは、単結晶シリコンまたは擬似単結晶シリコンを用いて形成されている、
    ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光装置。
  4. 前記第１電圧値及び前記第２電圧値は、前記第３電圧値が当該第１階調と当該第２階調との中間の階調に応じた輝度で前記発光素子を発光させる電圧値となるように設定されている、
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれか一項に記載の発光装置。
  5. 前記第１電圧値及び前記第２電圧値は、前記第３電圧値が最高階調に応じた輝度で前記発光素子を発光させる電圧値となるように設定されている、
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれか一項に記載の発光装置。
  6. 前記駆動トランジスターは、Ｐ型トランジスターであり、且つ、ゲート酸化膜厚が１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下であり、
    前記第１電圧値及び前記第２電圧値は、前記第３電圧値を−１．５５Ｖ以上−１．３Ｖ以下の電圧値として設定されている、
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちいずれか一項に記載の発光装置。
  7. 前記駆動トランジスターは、Ｎ型トランジスターであり、且つ、ゲート酸化膜厚が１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下であり、
    前記第１電圧値及び前記第２電圧値は、前記第３電圧値を１．３Ｖ以上１．５５Ｖ以下の電圧値として設定されている、
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちいずれか一項に記載の発光装置。
  8. 請求項１乃至請求項７のうちいずれか一項に記載の発光装置を備える電子機器。
  9. ゲート・ソース間電圧に応じた電流量の駆動電流を生成する駆動トランジスターと、
    前記駆動電流の電流量に応じた輝度で発光する発光素子と、
    前記ゲート・ソース間電圧を指定階調に応じて制御する制御部と、
    を備える発光装置の設計方法であって、
    前記環境温度が第１温度のときの前記特性を特定する工程と、
    前記環境温度が第２温度のときの前記特性を特定する工程と、
    環境温度の変化に対する前記駆動電流の変化率が所定値以下となるときのゲート・ソース間電圧である第３電圧値を、前記第１温度のときの前記特性と、前記第２温度のときの前記特性とに基づいて特定する工程と、
    前記発光素子を最低階調に応じた輝度で発光させる前記ゲート・ソース間電圧である第１電圧値と、前記発光素子を最高階調に応じた輝度で発光させる前記ゲート・ソース間電圧である第２電圧値との間に、前記第３電圧値が含まれるように、前記第１電圧値及び前記第２電圧値を設定する工程と、
    を備えることを特徴とする発光装置の設計方法。
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