JP2021189278A - 発光装置、および、電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】発光装置において、画質の低下を抑制するのに有利な技術を提供する。【解決手段】それぞれ発光素子を含む複数の画素と、入力された画像データに応じた信号電圧を複数の画素のそれぞれに供給する信号供給部と、を含む発光装置であって、複数の画素のそれぞれは、発光素子に流れる電流量を制御する第1トランジスタと、信号電圧が供給される信号線と第1トランジスタのゲート電極との間に配され、オン状態において信号電圧をゲート電極に書込む第2トランジスタと、をさらに含み、信号供給部は、フレームレートに応じて信号電圧を調整する。【選択図】図7

Description

本発明は、発光装置、および、電子機器に関する。
素子を流れる電流に応じた輝度で発光する有機EL(エレクトロルミネセンス)素子を発光素子として用いた発光装置が知られている。特許文献1には、信号電圧に応じた電流を発光素子に供給する駆動トランジスタと、信号電圧を駆動トランジスタのゲートに入力するサンプリングトランジスタと、を含む画素回路が配された表示装置が示されている。
特開2011−141346号公報
サンプリングトランジスタのオフ時のリーク電流によって、駆動トランジスタに入力された信号電圧が変化し、発光素子の発光輝度が変化してしまう場合がある。リーク電流の量は、発光装置を動作させる際の動作条件や使用環境によって変化しうるため、動作条件や使用環境の変化によって同じ信号電圧に対する発光輝度が変化してしまう可能性がある。同じ信号電圧に対して発光輝度が変化した場合、画質を保つことが難しくなる。
本発明は、発光装置において、画質の低下を抑制するのに有利な技術を提供することを目的とする。
上記課題に鑑みて、本発明の実施形態に係る発光装置は、それぞれ発光素子を含む複数の画素と、入力された画像データに応じた信号電圧を複数の画素のそれぞれに供給する信号供給部と、を含む発光装置であって、複数の画素のそれぞれは、発光素子に流れる電流量を制御する第1トランジスタと、信号電圧が供給される信号線と第1トランジスタのゲート電極との間に配され、オン状態において信号電圧をゲート電極に書込む第2トランジスタと、をさらに含み、信号供給部は、フレームレートに応じて信号電圧を調整することを特徴とする。
本発明によれば、発光装置において、画質の低下を抑制するのに有利な技術を提供することができる。
本実施形態おける発光装置の構成例を示す図。 図1の発光装置の動作を説明するタイミング図。 図1の発光装置の画素の構成例を示す等価回路図。 図1の発光装置の動作を説明するタイミング図。 図1の発光装置の動作を説明するタイミング図。 図1の発光装置の画素の輝度特性を示す図。 図1の発光装置の動作を説明するタイミング図。 図1の発光装置の輝度を補正する機能の搭載例を示す図。 図1の発光装置の画素の輝度特性を示す図。 図1の発光装置の動作を説明するタイミング図。 図1の発光装置を用いた電子機器の構成例を示すブロック図。
以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。
第1実施形態
図1〜7を参照して、本開示の実施形態による発光装置について説明する。図1は、本開示の第1実施形態の発光装置EQPの構成例を示す図である。発光装置EQPは、画素アレイ100、垂直走査回路200、信号出力回路300、制御回路400、データ処理回路500、参照電圧生成回路600を含む。信号を出力する出力部である信号出力回路300と参照電圧Vref(詳細は、後述する。)を生成する参照電圧生成部である参照電圧生成回路600とは、信号供給部を構成する。
画素アレイ100には、複数行および複数列(二次元アレイ状)に渡って複数の画素101が配されている。各々の画素101は、垂直走査回路200から走査線210を介して制御信号が入力され、信号出力回路300から信号線310を介して画像信号である輝度信号電圧Vsigが入力される。画像表示用の画像データは、発光装置EQPの外部からデータ処理回路500に入力し、デジタル処理された画像データが、信号出力回路300へ出力される。垂直走査回路200および信号出力回路300は、制御回路400によって制御される。複数の画素101は、それぞれ発光ダイオード(発光素子)を備え、入力される輝度信号電圧Vsigに対応した発光量で発光する。ここで、各々の画素101は色ごとに配された複数のサブ画素を有していてもよく、この場合、信号線310は各サブ画素を基準とした列ごとに配置される。例えば、1画素に3サブ画素が含まれる場合、1画素列に3本の信号線310が配置されうる。
出力部である信号出力回路300は、水平走査回路301と、複数列に渡って配される列DAC回路302と、複数列に渡って配される列ドライバ回路303と、を有する。本実施形態において、1つの列DAC回路302と1つの列ドライバ回路303とが対応している。水平走査回路301によって走査され各列に入力される画像データは、列DAC回路302によってアナログ電圧に変換され、輝度を表す信号電圧Vsigとして列ドライバ回路303から信号線310を介して画素101へ出力される。参照電圧生成部である参照電圧生成回路600は、画像データの階調数に応じた複数のアナログの参照電圧Vref(例えば、画像データが8bitの場合、256個のアナログ電圧)を生成し、列DAC回路302に供給する。ここで、参照電圧Vrefのうち最高の輝度を表す電圧を電圧V1、最低の輝度を表す電圧を電圧V2とする。また、参照電圧生成回路600は、信号出力回路300および画素101のばらつき補正に使用する基準電圧V0を生成してもよい。このとき基準電圧V0は、列ドライバ回路303および信号線310を介して画素101に供給されてもよい。列ドライバ回路303の出力電圧Voutは信号電圧Vsigおよび基準電圧V0であり、順次、信号線310を介して画素101に供給される。このように、出力部である信号出力回路300と参照電圧生成部である参照電圧生成回路600とを含む信号供給部によって、発光装置EQPに入力された画像データに応じた信号電圧Vsigが、複数の画素101のそれぞれに供給される。
図2は、発光装置EQPの動作について説明するタイミング図である。H(n)は、n行目の水平走査期間を示し、オフセットキャンセル期間t1と信号書き込み期間t2とを含む。
期間t1において、基準信号制御パルス4210がアクティブになり、列ドライバ回路303の入力電圧Vinに、基準電圧V0が設定される。列ドライバ回路303は、列ごとに異なるオフセット電圧Vosを有するため、列ドライバ回路303の出力電圧Voutは、入力電圧である基準電圧V0にオフセット電圧Vosを足し合わせた値となる。列ドライバ回路303の出力電圧Voutは、信号線選択パルス422がアクティブとなったときに信号線310を介し画素101に供給される。
次に、ばらつき補正制御パルス4211によって、列ドライバ回路303は、列ごとに異なるオフセット電圧Vosを記憶し、ばらつき補正処理が行われる。列ドライバ回路303の出力電圧Voutは、電圧Vosの影響が抑制されるため、入力電圧である基準電圧V0に近い値となる。またこのとき、信号線選択パルス422もアクティブになり、列ドライバ回路303と画素101とが信号線310を介して接続され、不図示であるが、画素101のばらつき補正処理も行われる。
ここで、列DAC回路302および列ドライバ回路303は、それぞれ1つが1サブ画素列と対応してもよく、複数のサブ画素列と対応してもよい。本実施形態においては、列DAC回路302および列ドライバ回路303のそれぞれ1つが、3サブ画素列と対応するものとする。
次いで、期間t2において、基準信号制御パルス4210が非アクティブになり、列ドライバ回路303の入力電圧Vinには画像データDataに応じて列DAC回路302で変換された信号電圧Vsigが設定される。信号線選択パルス422によって、列ドライバ回路303の出力は、画像データの列アドレスに応じた1つの信号線310と接続される。
図3は、発光装置EQPが有する画素101の例を示す等価回路図である。以下では、発光素子の陽極に駆動トランジスタが接続され、トランジスタが全てP型トランジスタである場合について説明するが、本発明の発光装置はこれに限定されない。
図3に示すように、画素101は、発光素子110、駆動トランジスタ112、書込みトランジスタ113、発光制御トランジスタ106、リセットトランジスタ107、容量素子108、容量素子109を含む。発光素子110に流れる電流量を制御する駆動トランジスタ112の主端子の一方(図3の構成においてドレイン)は、発光素子110の一方の電極に接続されている。発光素子110の他方の電極は、電源配線VSS(電位Vss)に接続されている。
書込みトランジスタ113は、信号電圧Vsigが供給される信号線310と駆動トランジスタ112のゲート電極との間に配され、オン状態において信号電圧Vsigを駆動トランジスタ112のゲート電極に書込む。より具体的には、書込みトランジスタ113の主電極の一方は、駆動トランジスタ112ゲートに接続され、他方は、信号線310に接続されている。書き込みトランジスタ113のゲート電極は、書込み信号2102に接続されている。
発光素子110の発光または非発光を制御する発光制御トランジスタ106の主電極の一方(図3の構成においてドレイン)は、駆動トランジスタ112の主電極の他方に接続されている。発光制御トランジスタ106の主電極の他方(図3の構成においてソース)は、電源配線VDD(電位Vdd)に接続されている。発光制御トランジスタ106のゲートは、発光制御信号2101に接続されている。
発光素子110に印加される電圧をリセットするリセットトランジスタ107の主電極の一方(図3の構成においてソース)は、駆動トランジスタ112の主電極の一方(図3の構成においてドレイン)に接続されている。リセットトランジスタ107の主電極の他方(図3の構成においてドレイン)は、電源配線VSSに接続されている。リセットトランジスタの107のゲート電極は、リセット信号2103に接続されている。
容量素子108は、駆動トランジスタ112のソースと電源配線VDDの間に接続されている。容量素子109は、駆動トランジスタ112のゲートとソースとの間に接続されている。
図4は、本実施形態における画素101の動作について説明するタイミング図である。このタイミング図は、発光装置EQPを、例えば、60Hzのフレームレート、チップの温度40度(40℃)で駆動した場合のタイミング図である。
図4のタイミングチャートにおいて、時刻t1以前は、前のフレームにおける発光素子110の発光期間である。発光期間において、発光制御トランジスタ106はオン状態、書込みトランジスタ113、および、リセットトランジスタ107はオフ状態となる。時刻t1からt11までの期間が1水平走査期間であり、時刻t11以降が、新しいフレームとなる。
まず、時刻t1において、発光制御トランジスタ106がオフ状態になることによって、電源配線VDDから発光制御トランジスタ106、および、駆動トランジスタ112を介して発光素子110に電流が供給されなくなり、発光素子110は消光する。また、発光素子110が消光するまでに、駆動トランジスタ112のソース電位、および、駆動トランジスタ112のソースと容量素子109とを介して接続されている駆動トランジスタ112のゲート電位が下がる。
次いで、時刻t2では、リセットトランジスタ107がオン状態になることによって、駆動トランジスタ112のソースと電源配線VSSとの間で電流が流れる。このとき、発光制御トランジスタ106はオフ状態であるため、駆動トランジスタ112のソース電位、ゲート電位、および、発光素子110の電極(図3の構成において陽極)の電位は下がる。発光素子110の陽極、および、駆動トランジスタ112のドレインは、電源配線VSSと同じ電位Vssとなる。
時刻t3では、信号線310の電位が、信号電圧Vsigから基準電圧V0に切り替わる。上述のように、基準電圧V0は、参照電圧生成回路600から信号出力回路300を介して供給されてもよい。
次いで、時刻t4において、書込みトランジスタ113がオン状態になることによって、信号線310の基準電圧V0が、書込みトランジスタ113を介して駆動トランジスタ112のゲート電極に書込まれる。書込みトランジスタ113がオン状態のとき、書込みトランジスタ113のゲート電極には十分に低い電圧が印加され、書込みトランジスタ113は、線形領域で動作する。これによって、書込みトランジスタ113は、スイッチとして機能し、駆動トランジスタ112のゲート電極には、信号線310から基準電圧V0と同じ電圧が印加される。
時刻t5では、発光制御トランジスタ106が再びオン状態となる。これによって、電源配線VDDから駆動トランジスタ112、および、リセットトランジスタ107を介して電源配線VSSに電流が流れる。本実施形態において、発光制御トランジスタ106のゲート電極には、十分に低い電圧が与えられ、発光制御トランジスタ106は、線形領域で動作し、スイッチとして機能するよう設定されている。したがって、駆動トランジスタ112がオン状態のとき、駆動トランジスタ112のソースには、電源配線VDDと略同じ電位が印加される。これによって、駆動トランジスタ112のゲート電極の電位も上昇するが、リセットトランジスタ107がオン状態のため、発光素子110の陽極の電位は、ほとんど上昇しない。このように、駆動トランジスタ112のゲート電位を基準電圧V0に初期化する期間が、リセット期間である。この時、駆動トランジスタ112のソースの電位は、略電位Vddである。
次に、時刻t6では、発光制御トランジスタ106がオフ状態になることによって、駆動トランジスタ112のソースの電位が、電源配線VDDの電位Vddから、基準電圧V0から駆動トランジスタ112の閾値電圧Vthを減算した電位(V0−Vth)まで変化する。これによって、容量素子109には駆動トランジスタ112の閾値電圧Vthが保持される。このように、それぞれの画素101において、駆動トランジスタ112の閾値電圧Vthを駆動トランジスタ112のゲート―ソース間電圧とする(ここでは、容量素子109に保持する)期間(時刻t6から時刻t7の期間)が、閾値補正期間である。これによって、発光制御トランジスタ106は、駆動トランジスタ112の閾値電圧を補償する閾値補正部として機能する。図3に示す例において、発光制御トランジスタ106、および、容量素子109が、閾値補正部として機能している。
時刻t7では、書込みトランジスタ113がオフ状態となる。次いで、時刻t8では、信号出力回路300によって、信号線310の信号の電位が基準電圧V0から信号電圧Vsigに切り替えられる。
時刻t9では、書込みトランジスタ113がオン状態となることによって、輝度信号である信号電圧Vsigが、書込みトランジスタ113を介して駆動トランジスタ112のゲート電極に書き込まれる。このように、駆動トランジスタ112のゲート電極の電位を発光素子の輝度を表す信号電圧Vsigに設定する期間が、信号書き込み期間である。
次いで、時刻t10において、書込みトランジスタ113が再びオフ状態となる。時刻t11では、発光制御トランジスタ106がオン状態、リセットトランジスタがオフ状態になることによって、電源配線VDDから駆動トランジスタ112を介して発光素子110に電流が供給される。これによって、発光素子110の陽極の電位が電位VSSから信号電圧Vsigに応じた電位へ遷移し、発光素子110が発光する。また、駆動トランジスタ112を流れる電流は、輝度信号電圧Vsigが同じであれば、時刻t6から時刻t7における閾値補正処理によって、各画素102の駆動トランジスタ112の閾値ばらつきによらず、一定となる。これによって、高品質な表示を実現することができる。
以上、図4を用いて説明したように1つのサイクルの発光駆動動作が行われるが、次の点が問題となる。上述のように、画素駆動回路動作としては、信号電圧Vsigを容量素子109に書き込んだ後、発光する。発光期間では書込みトランジスタ113はオフ状態とされている。しかし、書込みトランジスタ113のオフ状態でのリーク電流が駆動トランジスタ112のゲート電極に流れ込むことによって、容量素子109に保持されている電圧が変化しうる。そのため、駆動トランジスタ112のゲート−ソース間電圧が変化し、発光素子110の駆動電流が変動し、発光輝度を一定に維持することができなくなる可能性がある。
図4は、書込みトランジスタ113のリーク電流がない理想状態で示したが、実際には図5に示されるように発光期間においてリーク電流の影響で、駆動トランジスタ112のゲート電圧Vgの変動が生じる。そのため、例えば、画像を表示する際のフレームレートが変化した場合、容量素子109が保持する平均電位が変化する。結果として、発光素子110の輝度にフレームレートに応じた変化が生じてしまう。
図6は、発光装置EQPの輝度を表す信号電圧Vsigと発光素子110の実際の輝度Lとの関係(V−L特性)を示すグラフである。横軸に輝度信号電圧Vsigをとり、縦軸に輝度Lをとる。パラメータとして30Hzと60Hzとの2種類のフレームレートの場合が記載されている。図6から明らかなように、同じ輝度Lを得る場合であっても、信号電圧Vsigは、30Hz駆動の方が60Hzよりも小さい。このように、フレームレートを切り換えた場合、何ら対策を施さないと発光装置EQPのV−L特性が異なってしまい、同じ信号電圧Vsigを与えた場合、画面輝度にズレが生じてしまう。フレームレートの違いによるV−L特性の変化を小さくするために、書込みトランジスタ113のリーク電流の低減や画素101の容量素子109の増加が考えられる。しかしながら、発光装置EQPにおいて画素101のサイズは年々微細化されており、V−L特性の変化の改善は難度が高く、また、開発コストの増加を招きうる。
図7は、本実施形態における発光装置EQPを動作させる際のタイミング図である。理解を容易にするため、図5に示したタイミング図と同様の表記をしている。図7には、図5のフレームレート60Hzで駆動した場合に加えて、フレームレート30Hzで駆動した場合のタイミングが示されている。
フレームレートが30Hzの場合、フレームレートが60Hzの場合よりも容量素子109が駆動トランジスタ112のゲート電圧を保持する期間が長くなる。そのため、平均輝度を合わせるために、信号出力回路300と参照電圧生成回路600とを含む信号供給部は、制御回路400の制御に従って、フレームレートに応じて信号電圧Vsigを調整する。より具体的には、図7に示されるように、発光装置EQPに入力された画像データに対する信号電圧を60Hz駆動の場合の信号電圧Vsigから、30Hz駆動の場合、信号電圧Vsig’に変更する。信号電圧Vsig’は、信号電圧Vsigよりも低い値に設定されている。本実施形態において、選択されたフレームレートが低いほど、信号電圧Vsigのレベルを下げるように調節している。つまり、第1フレームレートよりもフレームレートが低い第2フレームレートの場合、第1フレームレートよりも画像データに応じた信号電圧Vsigに対するオフセット量を増加させているといえる。また、第1フレームレートよりもフレームレートが低い第2フレームレートの場合、第1フレームレートの場合よりも発光素子110が高い輝度で発光するように調整するともいえる。これによって、書込みトランジスタ113のリーク電流によって、画像を表示する際の輝度がフレームレートによって変化することを抑制できる。結果として、発光装置EQPにおいて、発光装置EQPを動作させる際の動作条件や使用環境によって画質が低下してしまうことを抑制可能となる。
本実施形態では、選択されたフレームレートが低いほど信号電圧Vsigのレベルを下げているが、これに限られるものではない。発光装置EQPの動作シーケンスによっては、フレームレートが低くなるほど、信号電圧Vsigのレベルを上げる場合もありうる。何れの場合であっても、選択されたフレームレートに応じて信号電圧Vsigのレベルを適切に変更することによって、輝度特性を維持するようにしている。
本実施形態では、信号電圧Vsigのレベルを制御する制御回路400が、発光装置EQP内に配されている例を示すが、発光装置EQPは、これに限定されることはない。例えば、発光装置EQPが表示部として他の装置に備えられる場合、制御回路400は、発光装置EQPの外部に配されていてもよい。
第2実施形態
フレームレートに応じた輝度のより具体的な調整方法について、発光装置EQPの第2実施形態として以下に説明する。ここでは、上述の第1実施形態と異なる点を中心に説明し、同様であってもよい点については、説明を省略する。
図8は、本実施形態における発光装置EQPの構成例を示す概略図である。図1の発光装置EQPに対して、発光装置EQPに供給される画像データを補正するための補正部を構成する補正回路8000が追加されている。補正回路8000は、フレームレート設定部とフレームレートに応じた補正値を記憶するテーブルメモリ(補正値メモリ)によって構成される。テーブルメモリは、異なるフレームレートと補正値との対応関係を格納し、フレームレート設定部に設定されたフレームレートに対応する補正値をデータ処理回路500へ出力し表示設定を行う。
具体的な表示設定として、例えばコントラストやブライトの設定があげられる。発光装置EQPの外部から入力される画像データは、データ処理回路500によってガンマ補正、コントラスト調整、ブライト調整などのデジタル信号処理が行われる。ここで、本実施形態において、補正回路8000およびデータ処理回路500は、補正部を構成している。補正部のうち補正回路8000は、フレームレートに応じた補正値を記憶するテーブルメモリ補正値メモリを含み、補正部のうちデータ処理回路500は、フレームレートに応じて、画像データに補正値を適用する、といえる。また、上述の信号供給部は、補正回路8000およびデータ処理回路500を含む補正部を、さらに含んでいるといえる。
デジタル信号処理された画像データが、信号出力回路300によってデジタルアナログ変換され、信号電圧Vsigが画素101の駆動トランジスタ112のゲート電極に書き込まれる。すなわち、コントラストまたはブライトをテーブルメモリの補正値に応じて調整することによって、信号電圧Vsigの調整が行える。例えば、補正部(補正回路8000およびデータ処理回路500)は、第1フレームレートよりもフレームレートが低い第2フレームレートの場合、第1フレームレートの場合よりも画像データの輝度を高い輝度に補正してもよい。
本実施形態においても、書込みトランジスタ113のリーク電流によって、画像を表示する際の輝度がフレームレートによって変化することを抑制できる。結果として、発光装置EQPにおいて、発光装置EQPを動作させる際の動作条件や使用環境によって画質が低下してしまうことを抑制可能となる。
第3実施形態
フレームレートに応じた輝度のより具体的な調整方法について、発光装置EQPの第3実施形態として以下に説明する。ここでは、上述の第1、2実施形態と異なる点を中心に説明し、同様であってもよい点については、説明を省略する。
上述の第2実施形態において説明した調整方法では、デジタル信号処理で画像データの補正を行うため、発光装置EQPが表現できる階調数が制限されてしまう。例えば、1024階調で表現していた画像データにおいて、コントラストを2倍にすれば512階調でしか表現できなくなる。そこで、本実施形態において、信号電圧Vsigをアナログ電圧によって調整することによって、階調数の制限を解消できる。
具体的には、参照電圧生成部である参照電圧生成回路600は、画像データの階調数に応じた複数の参照電圧Vrefを生成し、出力部を構成する列DAC回路302に供給する。列DAC回路302は、画像データをアナログの電圧に変換し、信号電圧Vsigとして出力部を構成する列ドライバ回路303を介して信号線310に供給する。つまり、参照電圧生成回路600のアナログの参照電圧Vrefを調整することによって、信号電圧Vsigを調整できる。
上述のように、参照電圧生成回路600は、電圧V1と、電圧V1よりも発光素子110の輝度が低い電圧V2と、の間の電圧範囲で複数の参照電圧を生成する。例えば、1024階調の表示を行う場合、参照電圧生成回路600は、電圧V1と電圧V2との間の電圧範囲を1024分割した電圧を、それぞれの参照電圧Vrefとして生成する。フレームレートに応じて輝度を調整する場合、例えば、電圧V1のみが調整されてもよい。例えば、第1フレームレートよりもフレームレートが低い第2フレームレートの場合、第1フレームレートの場合よりも電圧V1を発光素子110が高い輝度で発光する電圧に変更してもよい。しかし、電圧V1のみを調整する場合、発光装置EQPのガンマ特性が崩れるため、電圧V1だけでなく、電圧V2が同時に調整されてもよい。例えば、第1フレームレートよりもフレームレートが低い第2フレームレートの場合、第1フレームレートの場合よりも電圧V2を発光素子110が高い輝度で発光する電圧に変更してもよい。このとき、例えば、電圧V1と電圧V2との電圧範囲が、異なるフレームレートの場合でも同じ大きさとしてもよいし、異なる大きさとしてもよい。発光素子110の発光特性に応じて、適宜設定すればよい。
例えば、発光装置EQPは、フレームレートと、電圧V1と電圧V2との間の電圧範囲と、の関係を記憶した電圧値メモリを含んでいてもよい。電圧値メモリは、例えば、図7に示される補正回路8000に配されていてもよいし、制御回路400に配されていてもよいし、独立して配されていてもよい。参照電圧生成部を構成する参照電圧生成回路600は、電圧値メモリに記憶された関係に基づいて、電圧V1と電圧V2との間の電圧範囲を調整してもよい。
本実施形態においても、書込みトランジスタ113のリーク電流によって、画像を表示する際の輝度がフレームレートによって変化することを抑制できる。結果として、発光装置EQPにおいて、発光装置EQPを動作させる際の動作条件や使用環境によって画質が低下してしまうことを抑制可能となる。さらに、本実施形態に示される構成を用いることで、上述の第2実施形態と比較して表現できる階調数を減らすことなく、フレームレートに依存した輝度変化を低減することができる。
第4実施形態
上述の各実施形態において、画像を表示する際のフレームレートの変化によって輝度が変化してしまうことについて説明した。しかしながら、同じフレームレートであっても、発光装置EQPのチップの温度が変化した場合であっても、書込みトランジスタ113の単位時間あたりのリーク電流量が変化するため、容量素子109が保持する平均電位が変化し、輝度に変化が生じてしまう。発光装置EQPの温度の変化に応じた輝度の具体的な調整方法について、発光装置EQPの第4実施形態として以下に説明する。ここでは、上述の第1〜3実施形態と異なる点を中心に説明し、同様であってもよい点については、説明を省略する。
図9は、発光装置EQPの輝度を表す信号電圧Vsigと発光素子110の実際の輝度Lとの関係(V−L特性)を示すグラフである。横軸に輝度信号電圧Vsigをとり、縦軸に輝度Lをとる。パラメータとして発光装置EQPのチップの温度が40度の場合と80度の場合とが、記載されている。図9から明らかなように、同じ輝度Lを得る場合であっても、信号電圧Vsigは、40度の場合の方が80度の場合よりも大きい。このように、発光装置EQPの温度が変化した場合、何ら対策を施さないと発光装置EQPのV−L特性が異なってしまい、同じ信号電圧Vsigを与えた場合、画面輝度にズレが生じてしまう。発光装置EQPの温度の変化によるV−L特性の変化を小さくするために、書込みトランジスタ113のリーク電流の低減や画素101の容量素子109の増加が考えられる。しかしながら、発光装置EQPにおいて画素101のサイズは年々微細化されており、V−L特性の変化の改善は難度が高く、また、開発コストの増加を招きうる。
図10は、本実施形態における発光装置EQPを動作させる際のタイミング図である。理解を容易にするため、図5に示したタイミング図と同様の表記をとってある。図10には、図5のフレームレート60Hz、温度40度で駆動した場合に加えて、フレームレート60Hz、温度80度で駆動した場合のタイミングが示されている。
温度が80度の場合、温度が40度の場合よりも書込みトランジスタ113のリーク電流量が大きくなるため、容量素子109が保持するゲート電圧の変化量が大きくなる。そのため、平均輝度を合わせるために、信号出力回路300と参照電圧生成回路600とを含む信号供給部は、制御回路400の制御に従って、温度に応じて信号電圧Vsigを調整する。より具体的には、図10に示されるように、発光装置EQPに入力された画像データに対する信号電圧を発光装置EQPの温度が40度の場合の信号電圧Vsigから、80度の場合、信号電圧Vsig’に変更する。信号電圧Vsig’は、信号電圧Vsigよりも低い値に設定されている。本実施形態において、発光装置EQPの温度が高いほど、信号電圧Vsigのレベルを下げるように調節している。つまり、第1温度よりも温度が高い第2温度の場合、第1温度よりも画像データに応じた信号電圧Vsigに対するオフセット量を増加させているといえる。また、第1温度よりも温度が高い第2温度の場合、第1温度の場合よりも発光素子110が高い輝度で発光するように調整するともいえる。これによって、書込みトランジスタ113のリーク電流によって、画像を表示する際の輝度が発光装置EQPの温度によって変化することを抑制できる。結果として、発光装置EQPにおいて、発光装置EQPを動作させる際の動作条件や使用環境によって温度が変化し、画質が低下してしまうことを抑制可能となる。
容量素子109に保持される駆動トランジスタ112のゲート電圧Vgは、基準電圧V0と信号電圧Vsigとの電位関係によって決定される。そのため、発光装置EQPの温度に対して基準電圧V0を調整しても、同様の効果が得られる。このため、基準電圧V0および信号電圧Vsigを適宜、調整する電圧として選択することができる。本実施形態では温度が高いほど信号電圧Vsigのレベルを下げているが、本実施形態はこれに限られるものではない。温度に応じて輝度信号電圧のレベルを適切に変更することで、発光装置EQPの輝度特性が維持されるようにすればよい。
第5実施形態
発光装置EQPの温度の変化に応じた輝度のより具体的な調整方法について、発光装置EQPの第5実施形態として以下に説明する。ここでは、上述の第4実施形態と異なる点を中心に説明し、同様であってもよい点については、説明を省略する。
図8は、本実施形態における発光装置EQPの構成例を示す概略図である。図1の発光装置EQPに対して、発光装置EQPに供給される画像データを補正するための補正部を構成する補正回路8000が追加されている。補正回路8000は、発光装置EQPの温度を測定するための温度測定部と発光装置EQPの温度に応じた補正値を記憶するテーブルメモリ(補正値メモリ)によって構成される。テーブルメモリは、発光装置EQPの温度と補正値との対応関係を格納し、温度測定部によって測定された温度に対応する補正値をデータ処理回路500へ出力し表示設定を行う。本実施形態において、温度測定部は、補正回路8000に配されているとして説明するが、これに限られることはない。発光装置EQPの温度と発光素子110の輝度との関係が得られれば、温度測定部は、発光装置EQPの適当な位置に配することができる。
具体的な表示設定として、例えばコントラストやブライトの設定があげられる。発光装置EQPの外部から入力される画像データは、データ処理回路500によってガンマ補正、コントラスト調整、ブライト調整などのデジタル信号処理が行われる。ここで、本実施形態において、補正回路8000およびデータ処理回路500は、補正部を構成している。補正部のうち補正回路8000は、発光装置EQPの温度に応じた補正値を記憶するテーブルメモリ補正値メモリを含み、補正部のうちデータ処理回路500は、発光装置EQPの温度に応じて、画像データに補正値を適用する、といえる。また、上述の信号供給部は、補正回路8000およびデータ処理回路500を含む補正部を、さらに含んでいるといえる。
デジタル信号処理された画像データが、信号出力回路300によってデジタルアナログ変換され、信号電圧Vsigが画素101の駆動トランジスタ112のゲート電極に書き込まれる。すなわち、コントラストまたはブライトをテーブルメモリの補正値に応じて調整することによって、信号電圧Vsigの調整が行える。例えば、補正部(補正回路8000およびデータ処理回路500)は、第1温度よりも温度が高い第2温度の場合、第1温度の場合よりも画像データの輝度を高い輝度に補正しうる。
本実施形態においても、書込みトランジスタ113のリーク電流によって、画像を表示する際の輝度が発光装置EQPの温度によって変化することを抑制できる。結果として、発光装置EQPにおいて、発光装置EQPを動作させる際の動作条件や使用環境によって温度が変化し、画質が低下してしまうことを抑制可能となる。
第6実施形態
発光装置EQPの温度の変化に応じた輝度のより具体的な調整方法について、発光装置EQPの第6実施形態として以下に説明する。ここでは、上述の第4、5実施形態と異なる点を中心に説明し、同様であってもよい点については、説明を省略する。
上述の第5実施形態において説明した調整方法では、デジタル信号処理で画像データの補正を行うため、発光装置EQPが表現できる階調数が制限されてしまう。例えば、1024階調で表現していた画像データにおいて、コントラストを2倍にすれば512階調でしか表現できなくなる。そこで、本実施形態において、信号電圧Vsigをアナログ電圧によって調整することによって、階調数の制限を解消できる。
具体的には、参照電圧生成部である参照電圧生成回路600は、画像データの階調数に応じた複数の参照電圧Vrefを生成し、出力部を構成する列DAC回路302に供給する。列DAC回路302は、画像データをアナログの電圧に変換し、信号電圧Vsigとして出力部を構成する列ドライバ回路303を介して信号線310に供給する。つまり、参照電圧生成回路600のアナログの参照電圧Vrefを調整することによって、信号電圧Vsigを調整できる。
上述のように、参照電圧生成回路600は、電圧V1と、電圧V1よりも発光素子110の輝度が低い電圧V2と、の間の電圧範囲で複数の参照電圧を生成する。例えば、1024階調の表示を行う場合、参照電圧生成回路600は、電圧V1と電圧V2との間の電圧範囲を1024分割した電圧を、それぞれの参照電圧Vrefとして生成する。発光装置EQPの温度に応じて輝度を調整する場合、電圧V1のみが調整されてもよい。例えば、第1温度よりも温度が高い第2温度の場合、第1温度の場合よりも電圧V1を発光素子110が高い輝度で発光する電圧に変更してもよい。しかし、電圧V1のみを調整する場合、発光装置EQPのガンマ特性が崩れるため、電圧V1だけでなく、電圧V2が同時に調整されてもよい。例えば、第1温度よりも温度が高い第2温度の場合、第1温度の場合よりも電圧V2を発光素子110が高い輝度で発光する電圧に変更してもよい。このとき、例えば、電圧V1と電圧V2との電圧範囲が、異なる温度の場合でも同じ大きさとしてもよいし、異なる大きさとしてもよい。発光素子110の発光特性に応じて、適宜設定すればよい。
例えば、発光装置EQPは、発光装置EQPの温度と、電圧V1と電圧V2との間の電圧範囲と、の関係を記憶した電圧値メモリを含んでいてもよい。電圧値メモリは、例えば、図7に示される補正回路8000に配されていてもよいし、制御回路400に配されていてもよいし、独立して配されていてもよい。参照電圧生成部を構成する参照電圧生成回路600は、電圧値メモリに記憶された関係に基づいて、電圧V1と電圧V2との間の電圧範囲を調整してもよい。
本実施形態においても、書込みトランジスタ113のリーク電流によって、画像を表示する際の輝度がフレームレートによって変化することを抑制できる。結果として、発光装置EQPにおいて、発光装置EQPを動作させる際の動作条件や使用環境によって温度が変化し、画質が低下してしまうことを抑制可能となる。さらに、本実施形態に示される構成を用いることで、上述の第5実施形態と比較して表現できる階調数を減らすことなく、発光装置EQPの温度に依存した輝度変化を低減することができる。
上述の第1〜3実施形態では、画像を表示する際のフレームレートの変化に応じて信号電圧Vsigを変化させ、第3〜6実施形態では、発光装置EQPの温度の変化に応じて信号電圧Vsigを変化させることを説明した。しかしながら、これに限られることはなく、フレームレートの変化と発光装置EQPの温度の変化との両方に応じて、信号電圧Vsigを変化させてもよい。つまり、上述の第1〜3実施形態と第3〜6実施形態とが、適宜組み合わされてもよい。
第7実施形態
画像を表示する際のフレームレートおよび発光装置EQPの温度の変化に応じて輝度を調整するために書込みトランジスタ113のオフ状態におけるリーク電流を推定する回路を含む発光装置EQPについて、第6実施形態として以下に説明する。ここでは、上述の第1〜6実施形態と異なる点を中心に説明し、同様であってもよい点については、説明を省略する。
図8は、本実施形態に関する発光装置EQPの構成例を示す概略図である。図1の発光装置EQPに対して、発光装置EQPに供給される画像データを補正するための補正部を構成する補正回路8000が追加されている。補正回路8000は、書込みトランジスタ113のオフ状態におけるリーク電流を推定するためのリーク電流推定回路を含む。
リーク電流推定回路は、例えば、リーク電流推定用トランジスタ、電流積分回路、ADCから構成される。リーク電流推定用トランジスタは、書込みトランジスタ113と同じ平面レイアウトかつ同じ電位関係であってもよい。リーク電流推定用トランジスタをオフ状態にし、主端子を電流積分回路の入力に接続する。電流積分回路は制御回路400によって、1フレームで積分動作が終了するように制御される。電流積分回路の出力はADCに接続されAD変換される。1フレーム期間中のリーク電流推定用トランジスタのオフ時のリーク電流を積分回路によって積分するため、リーク電流推定回路の出力によって、画素101の書込みトランジスタ113のリーク電流の大きさを推定することができる。信号供給部は、リーク電流推定用トランジスタを動作させた際のリーク電流推定用トランジスタのリーク電流に応じて、信号電圧を調整する。信号電圧を調整する方法は、上述の第2、5実施形態のように、補正回路8000がリーク電流推定回路によって推定されたリーク電流量に応じた補正値を記憶するテーブルメモリ(補正値メモリ)を含み、画像データをデータ処理回路500で補正してもよい。また、第3、6実施形態のように、リーク電流推定回路によって推定されたリーク電流量に応じて、参照電圧生成回路600が生成する参照電圧Vrefを変化させてもよい。リーク電流推定用トランジスタは温度およびフレームレートに応じてリーク電流の積分量が変化するため、リーク電流推定回路の出力を用いることで画像を表示する際のフレームレートおよび発光装置EQPの温度の変化に応じた信号電圧Vsigの設定を行うことが可能となる。
本実施形態においても、書込みトランジスタ113のリーク電流によって、画像を表示する際の輝度が発光装置EQPの温度によって変化することを抑制できる。結果として、発光装置EQPにおいて、発光装置EQPを動作させる際の動作条件や使用環境によって温度が変化し、画質が低下してしまうことを抑制可能となる。さらに、上述の各実施形態は、画像を表示する際のフレームレート、または、発光装置EQPの温度のパラメータから、それぞれ補正値を推定する必要がある。一方、本実施形態の構成によって、画像を表示する際のフレームレート、および、発光装置EQPの温度に応じたトランジスタのリーク電流量の変化が測定によって得られるため、より正確な補正を行うことが可能となる。また、上述の第1〜6実施形態と本実施形態とが、適宜、組み合わされてもよい。
以上のような発光装置EQPは、種々の電子機器に組み込まれうる。そのような電子機器としては、例えば、カメラ、コンピュータ、携帯端末、車載表示装置などを挙げることができる。電子機器は、例えば、発光装置EQPと、発光装置EQPの駆動を制御する制御部とを含みうる。
ここでは、上述の発光装置EQPをデジタルカメラの表示部に適用した実施形態について図11を用いて説明する。レンズ部1501は被写体の光学像を撮像素子1505に結像させる撮像光学系であり、フォーカスレンズや変倍レンズ、絞りなどを有している。レンズ部1501におけるフォーカスレンズ位置、変倍レンズ位置、絞りの開口径などの駆動はレンズ駆動装置1502を通じて制御部1509によって制御される。
メカニカルシャッタ1503はレンズ部1501と撮像素子1505の間に配置され、駆動はシャッタ駆動装置1504を通じて制御部1509によって制御される。撮像素子1505は複数の画素によってレンズ部1501で結像された光学像を画像信号に変換する。信号処理部1506は撮像素子1505から出力される画像信号にA/D変換、デモザイク処理、ホワイトバランス調整処理、符号化処理などを行う。
タイミング発生部1507は撮像素子1505および信号処理部1506に、各種タイミング信号を出力する。制御部1509は、例えばメモリ(ROM、RAM)とマイクロプロセッサ(CPU)を有し、ROMに記憶されたプログラムをRAMにロードしてCPUが実行して各部を制御することによって、デジタルカメラの各種機能を実現する。制御部1509が実現する機能には、自動焦点検出(AF)や自動露出制御(AE)が含まれる。
メモリ部1508は、制御部1509や信号処理部1506が画像データを一時的に記憶したり、作業領域として用いたりする。媒体I/F部1510は例えば着脱可能なメモリカードである記録媒体1511を読み書きするためのインタフェースである。表示部1512は、撮影した画像やデジタルカメラの各種情報を表示する。表示部1512には、上述の発光装置EQPが適用できる。表示部1512としてデジタルカメラに搭載された発光装置EQPは、制御部1509によって駆動され、画像や各種情報を表示する。操作部1513は電源スイッチ、レリーズボタン、メニューボタンなど、ユーザがデジタルカメラに指示や設定を行うためのユーザインタフェースである。
次いで、撮影時のデジタルカメラの動作について説明する。電源がオンされると、撮影スタンバイ状態となる。制御部1509は、表示部1512(発光装置EQP)を電子ビューファインダーとして動作させるための動画撮影処理および表示処理を開始する。撮影スタンバイ状態において撮影準備指示(例えば操作部1513のレリーズボタンの半押し)が入力されると、制御部1509は焦点検出処理を開始する。
そして、制御部1509は得られたデフォーカス量と方向とから、レンズ部1501のフォーカスレンズの移動量および移動方向を求め、レンズ駆動装置1502を通じてフォーカスレンズを駆動し、撮像光学系の焦点を調節する。駆動後、必要に応じてコントラスト評価値に基づく焦点検出をさらに行ってフォーカスレンズ位置を微調整しても良い。
その後、撮影開始指示(例えばレリーズボタンの全押し)が入力されると、制御部1509は記録用の撮影動作を実行し、得られた画像データを信号処理部1506で処理し、メモリ部1508に記憶する。そして、制御部1509はメモリ部1508に記憶した画像データを、媒体I/F部1510を通じて記録媒体1511に記録する。また、このとき制御部1509は、撮影した画像を表示するように、表示部1512(発光装置EQP)を駆動してもよい。また、制御部1509は、図示しない外部I/F部から画像データをコンピュータ等の外部装置に出力してもよい。
発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。
101:画素、110:発光素子、EQP:発光装置

Claims (20)

  1. それぞれ発光素子を含む複数の画素と、入力された画像データに応じた信号電圧を前記複数の画素のそれぞれに供給する信号供給部と、を含む発光装置であって、
    前記複数の画素のそれぞれは、前記発光素子に流れる電流量を制御する第1トランジスタと、前記信号電圧が供給される信号線と前記第1トランジスタのゲート電極との間に配され、オン状態において前記信号電圧を前記ゲート電極に書込む第2トランジスタと、をさらに含み、
    前記信号供給部は、フレームレートに応じて前記信号電圧を調整することを特徴とする発光装置。
  2. 前記信号供給部は、第1フレームレートよりもフレームレートが低い第2フレームレートの場合、前記第1フレームレートの場合よりも前記画像データに応じた前記信号電圧に対するオフセット量を増加させることを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
  3. 前記信号供給部は、前記第2フレームレートの場合、前記第1フレームレートの場合よりも前記発光素子が高い輝度で発光するように調整することを特徴とする請求項2に記載の発光装置。
  4. 前記信号供給部は、前記画像データの階調数に応じた複数の参照電圧を生成する参照電圧生成部と、前記画像データに応じて前記複数の参照電圧のうち1つの参照電圧を前記信号電圧として前記信号線に出力するための出力部と、を含み、
    前記参照電圧生成部は、
    第1電圧と前記第1電圧よりも前記発光素子の輝度が低い第2電圧との間の電圧範囲で前記複数の参照電圧を生成し、
    前記第2フレームレートの場合、前記第1フレームレートの場合よりも前記第1電圧を前記発光素子が高い輝度で発光する電圧に変更することを特徴とする請求項2または3に記載の発光装置。
  5. 前記参照電圧生成部は、前記第2フレームレートの場合、前記第1フレームレートの場合よりも前記第2電圧を前記発光素子が高い輝度で発光する電圧に変更することを特徴とする請求項4に記載の発光装置。
  6. 前記発光装置は、フレームレートと前記電圧範囲との関係を記憶した電圧値メモリをさらに含み、
    前記参照電圧生成部は、前記関係に基づいて、前記電圧範囲を調整することを特徴とする請求項4または5に記載の発光装置。
  7. 前記信号供給部は、前記画像データを補正するための補正部をさらに含み、
    前記補正部は、前記第2フレームレートの場合、前記第1フレームレートの場合よりも前記画像データの輝度を高い輝度に補正することを特徴とする請求項2乃至6の何れか1項に記載の発光装置。
  8. 前記補正部は、フレームレートに応じた補正値を記憶する補正値メモリを含み、フレームレートに応じて、前記画像データに前記補正値を適用することを特徴とする請求項7に記載の発光装置。
  9. 前記信号供給部は、
    前記発光装置の温度に応じて、前記信号電圧を調整し、
    第1温度よりも温度が高い第2温度の場合、前記第1温度の場合よりも前記発光素子が高い輝度で発光する電圧に前記信号電圧を調整することを特徴とする請求項1乃至8の何れか1項に記載の発光装置。
  10. 前記発光装置が、前記第2トランジスタのオフ状態におけるリーク電流を推定するための第3トランジスタをさらに含み、
    前記信号供給部は、前記第3トランジスタを動作させた際の前記第3トランジスタのリーク電流に応じて、前記信号電圧を調整することを特徴とする請求項1乃至9の何れか1項に記載の発光装置。
  11. それぞれ発光素子を含む複数の画素と、入力された画像データに応じた信号電圧を前記複数の画素のそれぞれに供給する信号供給部と、を含む発光装置であって、
    前記複数の画素のそれぞれは、前記発光素子に流れる電流量を制御する第1トランジスタと、前記信号電圧が供給される信号線と前記第1トランジスタのゲート電極との間に配され、オン状態において前記信号電圧を前記ゲート電極に書込む第2トランジスタと、をさらに含み、
    前記信号供給部は、前記発光装置の温度に応じて前記信号電圧を調整し、第1温度よりも温度が高い第2温度の場合、前記第1温度の場合よりも前記画像データに応じた前記信号電圧に対するオフセット量を増加させることを特徴とする発光装置。
  12. 前記信号供給部は、前記第2温度の場合、前記第1温度の場合よりも前記発光素子が高い輝度で発光するように調整することを特徴とする請求項11に記載の発光装置。
  13. 前記発光装置が、前記発光装置の温度を測定するための温度測定部をさらに含むことを特徴とする請求項9、11、12の何れか1項に記載の発光装置。
  14. 前記信号供給部は、前記画像データの階調数に応じた複数の参照電圧を生成する参照電圧生成部と、前記画像データに応じて前記複数の参照電圧のうち1つの参照電圧を前記信号電圧として前記信号線に出力するための出力部と、を含み、
    前記参照電圧生成部は、
    第1電圧と前記第1電圧よりも前記発光素子の輝度が低い第2電圧との間の電圧範囲で前記複数の参照電圧を生成し、
    前記第2温度の場合、前記第1温度の場合よりも前記第1電圧を前記発光素子が高い輝度で発光する電圧に変更することを特徴とする請求項11乃至13の何れか1項に記載の発光装置。
  15. 前記参照電圧生成部は、前記第2温度の場合、前記第1温度の場合よりも前記第2電圧を前記発光素子が高い輝度で発光する電圧に変更することを特徴とする請求項14に記載の発光装置。
  16. 前記発光装置は、前記発光装置の温度と前記電圧範囲との関係を記憶した電圧値メモリをさらに含み、
    前記参照電圧生成部は、前記関係に基づいて、前記電圧範囲を調整することを特徴とする請求項14または15に記載の発光装置。
  17. 前記信号供給部は、前記画像データを補正するための補正部をさらに含み、
    前記補正部は、前記第2温度の場合、前記第1温度の場合よりも前記画像データの輝度を高い輝度に補正することを特徴とする請求項11乃至16の何れか1項に記載の発光装置。
  18. 前記補正部は、前記発光装置の温度に応じた補正値を記憶する補正値メモリを含み、前記発光装置の温度に応じて、前記画像データに前記補正値を適用することを特徴とする請求項17に記載の発光装置。
  19. それぞれ発光素子を含む複数の画素と、入力された画像データに応じた信号電圧を前記複数の画素のそれぞれに供給する信号供給部と、を含む発光装置であって、
    前記複数の画素のそれぞれは、前記発光素子に流れる電流量を制御する第1トランジスタと、前記信号電圧が供給される信号線と前記第1トランジスタのゲート電極との間に配され、オン状態において前記信号電圧を前記ゲート電極に書込む第2トランジスタと、をさらに含み、
    前記発光装置が、前記第2トランジスタのオフ状態におけるリーク電流を推定するための第3トランジスタをさらに含み、
    前記信号供給部は、前記第3トランジスタを動作させた際の前記第3トランジスタのリーク電流に応じて、前記信号電圧を調整することを特徴とする発光装置。
  20. 請求項1乃至19の何れか1項に記載の発光装置と、
    前記発光装置の駆動を制御する制御部と、
    を含む電子機器。
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