JP5374976B2 - 画素回路の駆動方法、発光装置および電子機器 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の実施の形態に係る発光装置のブロック図である。発光装置100は、画像を表示する表示体として電子機器に搭載される。図1に示すように、発光装置100は、複数の画素回路Uが配列された素子部10と、各画素回路Uを駆動する駆動回路30とを具備する。駆動回路30は、走査線駆動回路32と信号線駆動回路34と電位制御回路36とを含んで構成される。駆動回路30は、例えば複数の集積回路に分散して実装される。ただし、駆動回路30の少なくとも一部は、基板上に形成された薄膜トランジスタで構成され得る。
図3および図4に示すように、第i行の初期化期間PRS(水平走査期間H[i-3])においては、制御信号GB[i]がアクティブレベルに設定されることで制御スイッチTCR2がオン状態に制御される。選択スイッチTSLおよび制御スイッチTCR1はオフ状態を維持するから、駆動トランジスタTDRのゲートの電位VGは、制御スイッチTCR2を介して給電線28の基準電位VREFに設定される。一方、電位制御回路36が給電線16に電位V2(電位VEL[i])を供給することで、駆動トランジスタTDRのソースの電位VSは電位V2に設定される。すなわち、駆動トランジスタTDRのゲート−ソース間の電圧VGS(保持容量C1の両端間の電圧)は、基準電位VREFと電位V2との差分の電圧VGS1(VGS1=VREF−V2)に初期化される。
VGS1=VREF−V2≫VTH ……(1)
V2−VCT≪VTH_OLED……(2)
図3および図5に示すように、補償期間PCPが開始すると、電位制御回路36は、給電線16の電位VEL[i](駆動トランジスタTDRのドレインの電位)を電位V1に変化させる。図3に示すように、電位V1は、電位V2や基準電位VREFを充分に上回る。一方、制御スイッチTCR2は、初期化期間PRSから引続きオン状態に制御される。駆動トランジスタTDRは初期化期間PRSにてオン状態に遷移しているから、以上の状態のもとでは、図5に示すように、以下の数式(3)で表現される電流Idsが駆動トランジスタTDRのドレインとソースとの間に流れる。数式(3)のμは駆動トランジスタTDRの移動度である。また、W/Lは、駆動トランジスタTDRのチャネル長Lに対するチャネル幅Wの相対比であり、Coxは、駆動トランジスタTDRのゲート絶縁膜の単位面積あたりの容量である。
Ids=1/2・μ・W/L・Cox・(VGS−VTH)2 ……(3)
図3に示すように、第i行の書込期間PWR(水平走査期間H[i])が開始すると、制御信号GB[i]が非アクティブレベルに設定されることで制御スイッチTCR2がオフ状態に遷移する。すなわち、駆動トランジスタTDRのゲートに対する基準電位VREFの供給が停止する。さらに、第i行の書込期間PWRにおいては、信号線14に供給される信号S[j]が階調電位VDATA[i]に設定されたうえで、走査信号GA[i]がアクティブレベルに変化することで選択スイッチTSLがオン状態に制御される。ただし、書込期間PWRのうち動作期間PAの開始前においては、制御信号GT[j]が非アクティブレベルに設定されることで制御スイッチTCR1はオフ状態を維持する(すなわち駆動トランジスタTDRのゲートは信号線14に導通しない)から、信号S[j]の階調電位VDATA[i]は駆動トランジスタTDRのゲートに供給されない。
VGS2=VTH+ΔVG・cp2/(cp1+cp2)
=VIN+VTH ……(4)
VGS3=VGS2−ΔV
=VIN+VTH−ΔV ……(5)
書込期間PWR内の動作期間PAが終了すると、制御信号GT[j]が非アクティブレベルに変化することで制御スイッチTCR1がオフ状態に遷移する。したがって、駆動トランジスタTDRのゲートは、信号線14から切り離されて電気的なフローティング状態となる。すなわち、駆動トランジスタTDRのゲートに対する電位の供給が停止する。動作期間PAの終点にて駆動トランジスタTDRがオン状態である場合(すなわち、階調値Dが最低階調以外の階調を指定する場合)、動作期間PAの経過後も引続き数式(3)の電流Idsが駆動トランジスタTDRのドレイン−ソース間に流れることで容量C2が充電される。したがって、図3に示すように、駆動トランジスタTDRの電圧VGSが動作期間PAの終点での電圧VGS3に維持されたまま、容量C2の両端間の電圧(駆動トランジスタTDRのソースの電位VS)が徐々に増加する。そして、容量C2の両端間の電圧が発光素子Eの閾値電圧VTH_OLEDに到達すると、電流Idsが駆動電流IDRとして発光素子Eを流れる。したがって、駆動電流IDRは以下の数式(6)で表現される。
IDR=1/2・μ・W/L・Cox・(VGS3−VTH)2
=1/2・μ・W/L・Cox・{(VIN+VTH−ΔV)−VTH}2
=K・(VIN−ΔV)2 ……(6)
K=1/2・μ・W/L・Cox
Ids=dQ/dt=C・(dVS/dt) ……(7)
また、駆動トランジスタTDRのソースの電位VSの時間的な変化が電圧ΔVの時間的な変化と同等であること(dVS/dt=dΔV/dt)を考慮すると、数式(6)と数式(7)とから以下の数式(8)が導出される。なお、数式(8)における電圧ΔV(t)は、第2補償動作の開始(動作期間PAの始点)から経過した時間tに応じて数式(6)の電圧ΔVが変化することを意味する。
C(dΔV/dt)=K(VIN−ΔV(t))2 ……(8)
C=KVINT ……(11)
数式(11)の電圧VINは階調電位VDATAに応じて設定されるから、階調電位VDATAと動作期間PAの時間長Tとについて、図9を参照して説明したのと同様の条件(階調電位VDATAが高いほど時間長Tを短くする)が数式(11)からも確認される。さらに詳述すると、電圧VINと動作期間PAの時間長Tとの乗算値(あるいは階調電位VDATAと時間長Tとの乗算値)が所定値となる場合に、第2補償動作による駆動電流IDRの補償の効果が最大となる。
Ids=CVIN/4T ……(12)
したがって、素子部10に表示される画像が所期の明度となる程度に駆動電流IDRに充分な電流量を確保するためには、容量値Cや電圧VINの増加または時間長Tの短縮が必要である。ただし、容量値Cを増加させるためには保持容量C1の面積を増加させる必要があり、画素回路Uの他の要素の配置(レイアウト)が制約されるという問題がある。また、電圧VINを増加させるためには選択スイッチTSLのゲートの電位の振幅を増加させる必要があるから、走査線駆動回路32の高耐圧化が必要になる。本形態においては、動作期間PAの時間長Tに応じて駆動電流Idsが調整されるから、容量値Cや電圧VINを増加させた場合のような問題が発生しないという利点がある。
以上の各形態は様々に変形される。各形態に対する変形の具体的な態様を以下に例示する。なお、以下の例示から2以上の態様を任意に選択して組合わせてもよい。
画素回路Uを構成する各トランジスタ(駆動トランジスタTDR,選択スイッチTSL,制御スイッチTCR1,制御スイッチTCR2)の導電型は任意である。例えば、図13に示すように、駆動トランジスタTDRや各スイッチ(選択スイッチTSL,制御スイッチTCR1,制御スイッチTCR2)をPチャネル型とした構成も採用される。図13の画素回路Uにおいては、発光素子Eの陽極が給電線18(電位VCT)に接続され、駆動トランジスタTDRのドレインが給電線16(電位VEL[i])に接続されるとともにソースが発光素子Eの陰極に接続される。駆動トランジスタTDRのゲートとソースとの間に保持容量C1が介在する構成や、駆動トランジスタTDRのゲートと信号線14との間に選択スイッチTSLおよび制御スイッチTCR1が直列に介在する構成や、駆動トランジスタTDRのゲートと給電線28との間に制御スイッチTCR2が介在する構成は、図2と同様である。以上のようにPチャネル型の駆動トランジスタTDRを採用した場合、Nチャネル型の駆動トランジスタTDRを採用した場合と比較して電圧の関係(高低)は逆転するが、本質的な動作は以上の例示と同様であるから、具体的な動作の説明は省略する。
書込期間PWRと動作期間PAとの関係は適宜に変更される。例えば、書込期間PWRの始点から開始する動作期間PAの終点を時間軸上で前後させることで時間長Tを可変に制御する構成や、書込期間PWRの終点にて終了する動作期間PAの始点を時間軸上で前後させることで時間長Tを可変に制御する構成が採用される。また、書込期間PWRの中点と動作期間PAの中点とが合致するように動作期間PAを設定し、動作期間PAの始点および終点の双方を時間軸上で前後させることで時間長Tを可変に制御する構成も採用される。
以上の各形態においては発光素子Eに付随する容量C2を利用したが、図14に示すように、発光素子Eとは別個に形成した容量CXを容量C2とともに利用する構成も好適である。容量CXの電極e1は、駆動トランジスタTDRと発光素子Eとを結ぶ経路上(駆動トランジスタTDRのソース)に接続される。容量CXの電極e2は、所定の電位が供給される配線(例えば、電位VCTが供給される給電線18や、基準電位VREFが供給される給電線28)に接続される。図14の構成においては、容量値cp2が容量CXと発光素子Eの容量C2との合計値となる。したがって、数式(4)の電圧VGS2や数式(5)の電圧VGS3(さらには数式(6)の駆動電流IDR)を容量CXに応じて適宜に調整することが可能である。
信号線14に階調電位VDATAを供給する期間が、選択スイッチTSLをオン状態に制御する書込期間PWRと完全に合致する必要は必ずしもない。例えば、信号線14に階調電位VDATAを供給する期間のうちの一部を書込期間PWRとして選択スイッチTSLをオン状態に制御する構成も採用される。
以上の形態では第1補償動作および第2補償動作の双方を実行したが、例えば第2補償動作のみで駆動電流IDRの誤差が所期の範囲内に抑制されるのであれば、第1補償動作は省略される。すなわち、複数の階調値Dについて駆動電流IDRの誤差を抑制するという本発明の所期の効果は、第2補償動作の時間長T(さらに詳細には選択スイッチTSLおよび制御スイッチTCR1の双方がオン状態となる時間長)を階調値Dに応じて可変に制御する構成で実現され、第1補償動作は本発明にとって必須の要件ではない。
有機EL素子は発光素子の例示に過ぎない。例えば、無機EL素子やLED(Light Emitting Diode)素子などの発光素子を配列した発光装置にも以上の各態様と同様に本発明が適用される。本発明における発光素子は、電流の供給で駆動される(典型的には階調(輝度)が制御される)電流駆動型の被駆動素子である。
次に、以上の各態様に係る発光装置100を利用した電子機器について説明する。図15ないし図17には、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。
Claims (7)
- 相互に直列に接続された発光素子および駆動トランジスタと、前記発光素子と前記駆動トランジスタとの間の経路と前記駆動トランジスタのゲートとの間に介在する保持容量と、前記駆動トランジスタのゲートと信号線との間に直列に接続された選択スイッチおよび第1制御スイッチとを含む画素回路を駆動する方法であって、
前記駆動トランジスタをオン状態にした後、補償期間において、前記選択スイッチおよび前記第1制御スイッチをともにオン状態に制御する、又は、少なくとも前記選択スイッチをオフ状態に制御して、前記駆動トランジスタのゲートに基準電位を設定しながら、前記保持容量の両端間の電圧を前記駆動トランジスタの閾値電圧に接近させ、
前記補償期間の経過後の書込期間において、当該画素回路に指定された階調値に応じた階調電位を前記信号線に供給するとともに前記選択スイッチをオン状態に制御し、前記書込期間のうち当該階調値に応じて可変に設定された時間長の動作期間にて前記第1制御スイッチをオン状態に制御することで、前記駆動トランジスタのゲートの電位を前記階調電位に応じて変化させるとともに前記保持容量の両端間の電圧を前記駆動トランジスタの閾値電圧に接近させ、
前記書込期間の経過後の駆動期間において、少なくとも前記選択スイッチをオフ状態に制御して前記駆動トランジスタのゲートに対する電位の供給を停止することで、前記保持容量の両端間の電圧に応じた駆動電流を前記発光素子に供給する
画素回路の駆動方法。 - 前記書込期間において前記階調電位を供給したときの前記保持容量の両端間の電圧の変化量が大きいほど前記動作期間の時間長が短くなるように、当該画素回路に指定された階調値に応じて前記動作期間の時間長を可変に設定する
請求項1の画素回路の駆動方法。 - 前記書込期間において前記階調電位を供給したときの前記保持容量の両端間の電圧の変化量と前記動作期間の時間長との乗算値が所定値に近づくように、当該画素回路に指定された階調値に応じて前記動作期間の時間長を可変に設定する
請求項2の画素回路の駆動方法。 - 前記補償期間において、前記信号線とは別の給電線から前記駆動トランジスタのゲートに前記基準電位を供給する
請求項1から請求項3の何れかの画素回路の駆動方法。 - 相互に直列に接続された発光素子および駆動トランジスタと、前記発光素子と前記駆動トランジスタとの間の経路と前記駆動トランジスタのゲートとの間に介在する保持容量と、前記駆動トランジスタのゲートと信号線との間に直列に接続された選択スイッチおよび第1制御スイッチとを含む画素回路と、
前記画素回路を駆動する駆動回路とを具備し、
前記駆動回路は、
前記駆動トランジスタをオン状態にした後、補償期間において、前記選択スイッチおよび前記第1制御スイッチをともにオン状態に制御する、又は、少なくとも前記選択スイッチをオフ状態に制御して、前記駆動トランジスタのゲートに基準電位を設定しながら、前記保持容量の両端間の電圧を前記駆動トランジスタの閾値電圧に接近させ、
前記補償期間の経過後の書込期間において、当該画素回路に指定された階調値に応じた階調電位を前記信号線に供給するとともに前記選択スイッチをオン状態に制御し、前記書込期間のうち当該階調値に応じて可変に設定された時間長の動作期間にて前記第1制御スイッチをオン状態に制御することで、前記駆動トランジスタのゲートを前記階調電位に応じて変化させるとともに前記保持容量の両端間の電圧を前記駆動トランジスタの閾値電圧に接近させ、
前記書込期間の経過後の駆動期間において、少なくとも前記選択スイッチをオフ状態に制御して前記駆動トランジスタのゲートに対する電位の供給を停止することで、前記保持容量の両端間の電圧に応じた駆動電流を前記発光素子に供給する
発光装置。 - 前記画素回路は、前記駆動トランジスタのゲートと前記基準電位が供給される給電線との間に介在する第2制御スイッチを含み、
前記駆動回路は、前記補償期間にて前記第2制御スイッチをオン状態に制御し、前記書込期間にて前記第2制御スイッチをオフ状態に制御する
請求項5の発光装置。 - 請求項5または請求項6の発光装置を具備する電子機器。
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