JP5439782B2 - 画素回路の駆動方法、発光装置および電子機器 - Google Patents

画素回路の駆動方法、発光装置および電子機器 Download PDF

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Description

本発明は、有機EL(Electroluminescence)素子などの発光素子を駆動する技術に関する。
発光素子に供給される駆動電流を駆動トランジスタが制御する発光装置においては、駆動トランジスタの電気的な特性の誤差(目標値からの相違や各素子間のバラツキ)が問題となる。特許文献1には、駆動トランジスタのゲート−ソース間の電圧を駆動トランジスタの閾値電圧に設定してから階調に応じた電圧に変化させることで、駆動トランジスタの閾値電圧および移動度の誤差(ひいては駆動電流の電流量の誤差)を補償する技術が開示されている。
特開2007−310311号公報
しかし、特許文献1の技術で駆動電流の誤差が有効に補償されるのは特定の階調が指定された場合に限定され、階調によっては駆動電流の誤差を解消できない場合がある。以上の事情に鑑みて、本発明は、複数の階調について駆動電流の誤差を抑制することを目的とする。
以上の課題を解決するために、本発明に係る画素回路の駆動方法は、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、発光素子と駆動トランジスタとの間の経路と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を含む画素回路を駆動する方法であって、電位の時間変化率が経時的に変化する駆動信号を駆動トランジスタのゲートに供給し、当該画素回路に指定された階調に応じて可変に設定された時点で駆動信号の供給を停止し、保持容量の両端間の電圧に応じた駆動電流を発光素子に供給する。
駆動トランジスタのゲートに駆動信号を供給すると、駆動信号の電位の時間変化率に応じた電流(駆動トランジスタの閾値電圧や移動度に依存しない電流)が駆動トランジスタに流れる。保持容量の両端間の電圧は、駆動信号の供給が停止した時点における電位の時間変化率に応じた電流を駆動トランジスタに流すための電圧に設定される。駆動信号の電位の時間変化率は経時的に変化し、かつ、駆動信号の供給を停止する時点は画素回路の階調に応じて可変に制御されるから、駆動信号の供給が停止した時点における電位の時間変化率は画素回路の階調に応じて可変に設定される。すなわち、画素回路の階調に応じた電流(駆動トランジスタの閾値電圧や移動度に依存しない電流)を駆動トランジスタに流すための電圧が保持容量に保持される。したがって、保持容量の両端間の電圧に応じて発光素子に供給される駆動電流は、駆動トランジスタの閾値電圧や移動度に依存しない電流量に設定される。なお、電位の時間変化率とは、電位が時間の経過とともに変化する割合を意味し、時間軸に対する電位の勾配や電位の時間微分値と同義である。
本発明の好適な態様において、電位の時間変化率が経時的に増加する駆動信号を駆動トランジスタのゲートに供給し、画素回路に第1階調(例えば図6の階調DH)が指定された場合に、第1階調よりも低い第2階調(例えば図6の階調DL)が指定された場合よりも遅い時点にて駆動信号の供給を停止する。さらに詳述すると、例えば、駆動信号の時間変化率が高いほど平衡状態に到達するまでの時間が短いという傾向と整合するように、駆動信号の電位の時間変化率の変化率(すなわち、駆動信号の電位の2階微分値)が経時的に増加する構成が格別に好適である。また、電位の時間変化率が経時的に減少する駆動信号を駆動トランジスタのゲートに供給し、画素回路に第1階調が指定された場合に、第1階調よりも低い第2階調が指定された場合よりも早い時点にて駆動信号の供給を停止する方法も好適である。
駆動信号の供給前における保持容量の両端間の電圧によっては、駆動トランジスタのソースの電位の時間変化率とゲートの電位の時間変化率(駆動信号の電位の時間変化率)とが合致する平衡状態に到達するまでに相当の時間が必要となる場合がある。そこで、本発明の好適な態様においては、駆動信号の供給前に、保持容量の両端間の電圧が初期化される。
保持容量の両端間の電圧を初期化する方法としては、例えば、高階調が指定された場合と同様に画素回路を駆動する方法が好適である。さらに詳述すると、前記駆動信号を前記駆動トランジスタのゲートに供給し、高階調に対応した時点で前記駆動信号の供給を停止することで、前記保持容量の両端間の電圧を初期化する。以上の態様の具体例は第3実施形態として後述される。
また、駆動信号の供給前に、当該駆動信号の供給用の信号線から駆動トランジスタのゲートに基準電位を供給するとともに駆動トランジスタのソースに所定の電位を供給することで保持容量の両端間の電圧を初期化する方法も好適である。以上の方法においては、駆動信号の供給用の信号線が基準電位の供給のために兼用されるから、駆動信号の供給用の信号線と基準電位の供給用の給電線とを個別に形成した構成と比較して発光装置の構成が簡素化されるという利点がある。以上の態様の具体例は、例えば第4実施形態や第5実施形態として後述される。
また、駆動信号の供給前に、駆動トランジスタのゲートに基準電位を供給するとともに駆動トランジスタをオン状態に制御することで、保持容量の両端間の電圧を駆動トランジスタの閾値電圧に漸近させる方法も好適である。保持容量の電圧を閾値電圧に漸近させる方法においては、駆動信号の供給の開始後に駆動トランジスタがオン状態に変化するまでの時間が短縮されるという利点がある。なお、以上の態様の具体例は、例えば第6実施形態として後述される。
本発明の好適な態様に係る発光装置は、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、発光素子と駆動トランジスタとの間の経路と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、駆動トランジスタのゲートと信号線との間に介在する制御スイッチとを含む画素回路と、電位の時間変化率が経時的に変化する駆動信号を信号線に供給する一方、制御スイッチをオン状態に制御することで駆動トランジスタのゲートに駆動信号を供給し、画素回路に指定された階調に応じて可変に設定された時点で制御スイッチをオフ状態に制御する駆動回路とを具備する。以上の態様においても本発明の駆動方法と同様の作用および効果が実現される。
さらに詳述すると、駆動信号の電位の時間変化率を経時的に増加させる構成においては、駆動回路は、画素回路に第1階調が指定された場合に、第1階調よりも低い第2階調が指定された場合よりも遅い時点で制御スイッチをオフ状態に制御する。一方、駆動信号の電位の時間変化率を経時的に減少させる構成においては、駆動回路は、画素回路に第1階調が指定された場合に、第1階調よりも低い第2階調が指定された場合よりも早い時点で制御スイッチをオフ状態に制御する。
本発明の好適な態様に係る発光装置は、複数の走査線と複数の信号線との各交差に対応して複数の画素回路が配列された素子部であって、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、発光素子と駆動トランジスタとの間の経路と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、駆動トランジスタのゲートと信号線との間に介在する制御スイッチと、駆動トランジスタのゲートと信号線との間に介在して走査線の選択時に導通する選択スイッチとを、複数の画素回路の各々が含む素子部と、複数の走査線の各々を単位期間毎に順次に選択し、電位の時間変化率が各単位期間内で経時的に変化する駆動信号を各信号線に供給する一方、走査線を選択する単位期間内において、当該走査線に対応する各画素回路の制御スイッチをオン状態に制御し、当該画素回路に指定された階調に応じて可変に設定された時点で制御スイッチをオフ状態に制御する駆動回路とを具備する。以上の態様においても本発明の駆動方法と同様の作用および効果が実現される。
本発明の好適な態様に係る駆動回路は、複数の信号線の各々に共通の駆動信号を供給する。以上の態様においては、共通の駆動信号が各画素回路における駆動電流の設定に兼用されるから、複数の駆動信号を個別に生成する場合と比較して、発光装置の動作や構成が簡素化されるという利点がある。
本発明の好適な態様に係る発光装置は、信号線に対応する2以上の画素回路の制御スイッチを制御するための制御線を具備し、制御線および信号線は、走査線の延在の方向とは交差する方向に延在する。以上の態様においては、例えば走査線に対応する画素回路の個数が信号線に対応する画素回路の個数を上回る発光装置において、制御線の負荷が軽減される。したがって、制御線が走査線と同方向に延在する構成と比較して、駆動信号の供給を停止する時点を階調に応じて高精度に制御することが可能となる。
本発明の好適な態様において、駆動回路は、複数の走査線のうち一の走査線を選択する単位期間の開始前の2以上の単位期間において、当該一の走査線に対応する各画素回路の駆動トランジスタのゲートに給電線から基準電位を供給するとともに当該駆動トランジスタをオン状態に制御することで、保持容量の両端間の電圧を駆動トランジスタの閾値電圧に漸近させる。以上の態様においては。画素回路に対する駆動信号の供給前に、保持容量の両端間の電圧が駆動トランジスタの閾値電圧に漸近する。したがって、駆動信号の供給の開始後に駆動トランジスタがオン状態に変化するまでの時間(ひいては駆動トランジスタのソースの電位の時間変化率が駆動信号の時間変化率に到達するまでの時間)を短縮することが可能である。
以上の各態様に係る発光装置は各種の電子機器に利用される。電子機器の典型例は、発光装置を表示装置として利用した機器である。本発明に係る電子機器としてはパーソナルコンピュータや携帯電話機が例示される。もっとも、本発明に係る発光装置の用途は画像の表示に限定されない。例えば、光線の照射によって感光体ドラムなどの像担持体に潜像を形成するための露光装置(光ヘッド)としても本発明の発光装置が適用される。
<A:駆動の原理>
本発明の具体的な形態の説明に先立って、各形態にて画素回路の駆動に利用される原理を説明する。図1に示すように、給電線16と給電線18とを連結する経路上にNチャネル型の駆動トランジスタTDRと容量CE(容量値cp1)とが直列に配置された回路を想定する。
給電線16には電位VELが供給され、給電線18には電位VCT(VCT<VEL)が供給される。駆動トランジスタTDRのドレインは給電線16に接続され、容量CEは駆動トランジスタTDRのソースと給電線18との間に介在する。駆動トランジスタTDRのゲートとソースとの間には保持容量CST(容量値cp2)が介在する。したがって、駆動トランジスタTDRのゲートの電位VGとソースの電位VSとの差分の電圧VGS(VGS=VG−VS)が保持容量CSTの両端間に印加される。
駆動トランジスタTDRのゲートには駆動信号Xが供給される。駆動信号Xは、図2に示すように、電位VXが経時的に上昇する電圧信号である。図2においては、電位VXの時間変化率RX(RX=dVX/dt)が定数である場合(すなわち、直線的に上昇する場合)が例示されている。また、図2には、駆動トランジスタTDRの電気的な特性(移動度や閾値電圧)が特性Paである場合と特性Pbである場合との各々についてソースの電位VSの時間的な変化が併記されている。
駆動信号Xの供給で駆動トランジスタTDRのゲートの電位VG(電位VX)が上昇し、駆動トランジスタTDRのゲート−ソース間の電圧VGSが駆動トランジスタTDRの閾値電圧VTHを上回ると、駆動トランジスタTDRのドレイン−ソース間には電流IDSが流れる。電流IDSは以下の数式(1)で表現される。数式(1)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毎の容量値である。
IDS=1/2・μ・W/L・Cox・(VGS−VTH) ……(1)
一方、駆動トランジスタTDRに電流IDSが流れると容量CEおよび保持容量CSTに電荷が充電されるから、図2のように駆動トランジスタTDRのソースの電位VSは時間変化率RS(RS=dVS/dt)で経時的に変化する。電流IDSと駆動トランジスタTDRのソースの電位VSとの間には以下の数式(2)の関係が成立する。
IDS=dQ/dt
=cp2・(dVS/dt−dVX/dt)+cp1・dVS/dt ……(2)
図2の部分aのように、駆動トランジスタTDRのソースの電位VSの時間変化率(すなわち、時間tに対する電位VSの勾配)RSが駆動信号Xの電位VXの時間変化率RXを下回る場合、駆動トランジスタTDRのゲート−ソース間の電圧VGSは経時的に増加する。数式(1)が示すように、電圧VGSが増加すると電流IDSは増加する。そして、数式(2)から理解されるように、電流IDSが増加すると時間変化率RSも増加する。すなわち、時間変化率RSが時間変化率RXを下回ると時間変化率RSは増加する。
一方、図2の部分bのように、駆動信号Xの電位VXの時間変化率RXがソースの電位VSの時間変化率RSを下回る場合、ゲート−ソース間の電圧VGSは経時的に減少するから、数式(1)から理解されるように電流IDSは減少する。そして、電流IDSが減少すると時間変化率RSは減少する。すなわち、時間変化率RSが時間変化率RXを上回ると時間変化率RSは減少する。
以上のように、駆動トランジスタTDRのソースの電位VSの時間変化率RSは、駆動トランジスタTDRの特性に拘わらず(すなわち、特性Paおよび特性Pbの何れであっても)、駆動信号Xの電位VXの時間変化率RXに経時的に接近し、最終的には時間変化率RXに到達する。時間変化率RSが時間変化率RXに合致した状態(以下「平衡状態」という)は、駆動信号Xの電位VXの上昇に起因した電圧VGSの増加と電流IDSによる充電に起因した電圧VGSの減少とが平衡した状態とも表現できる。
平衡状態では時間変化率RSと時間変化率RXとが合致する(RS=dVS/dt=RX=dVX/dt)から、数式(2)は以下の数式(3)に変形される。すなわち、駆動トランジスタTDRに流れる電流IDSは、駆動信号Xの電位VXの時間変化率RXに比例する。さらに詳述すると、電流IDSは、容量CEの容量値cp1および電位VXの時間変化率RXのみに応じて決定され、駆動トランジスタTDRの移動度μや閾値電圧VTHに依存しない。
IDS=cp2・(dVS/dt−dVX/dt)+cp1・dVS/dt
=cp2・(dVX/dt−dVX/dt)+cp1・dVX/dt
=cp1・RX ……(3)
駆動トランジスタTDRのゲート−ソース間の電圧VGSは、移動度μや閾値電圧VTHに依存しない数式(3)の電流IDSが駆動トランジスタTDRを流れるのに必要な電圧(すなわち、数式(3)の電流IDSに対して数式(1)の関係を満たす電圧VGS)に、自身の移動度μや閾値電圧VTHに応じて自動的に設定される。例えば、駆動トランジスタTDRの特性が図2の特性Paである場合には電圧VGSが電圧Vaに設定され、駆動トランジスタTDRの特性が図2の特性Pbである場合には電圧VGSが電圧Vbに設定される。平衡状態においては、特性Paおよび特性Pbの何れの場合でも、容量値cp1および時間変化率RXのみに応じた共通の電流IDSが駆動トランジスタTDRに流れる。
以上の方法で設定されたゲート−ソース間の電圧VGSが保持容量CSTに保持されることで、駆動トランジスタTDRには、駆動信号X(電位VX)の供給の停止後も継続的に電流IDSが流れる。以下に例示する各形態では、発光素子の駆動用の電流(以下「駆動電流」という)IDRとして電流IDSを利用する。数式(3)を参照して説明したように電流IDSは駆動トランジスタTDRの特性(移動度μや閾値電圧VTH)に依存しないから、駆動トランジスタTDRの特性に起因した駆動電流IDRの誤差(さらには発光素子の輝度の誤差)を補償することが可能である。一方、駆動電流IDR(電流IDS)は駆動信号Xの電位VXの時間変化率RXに応じて決定されるから、駆動信号Xの時間変化率RXを制御することで駆動電流IDRの電流量(さらには発光素子の輝度)を可変に設定することが可能である。
<B:第1実施形態>
<B−1:発光装置の構成および動作>
図3は、本発明の第1実施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装置として電子機器に搭載される。図3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、画素回路Uとともに基板上に形成された薄膜トランジスタで構成され得る。
素子部10には、X方向に延在するm本の走査線12と、X方向に交差するY方向に延在するn本の信号線14とが形成される(m,nは自然数)。複数の画素回路Uは、各走査線12と各信号線14との交差に配置されて縦m行×横n列の行列状に配列する。また、素子部10には、各信号線14とともにY方向に延在するn本の制御線24が形成される。
走査線駆動回路32は、走査信号GA[1]〜GA[m]を各走査線12に出力する。信号線駆動回路34は、信号生成回路42と階調制御回路44とを含んで構成される。信号生成回路42は、駆動信号Xをn本の信号線14に対して共通に出力する。階調制御回路44は、各画素回路Uの階調Dに応じた制御信号GT[1]〜GT[n]を各制御線24に出力する。なお、信号生成回路42および階調制御回路44の各々は独立の集積回路としても実装され得る。
図4は、画素回路Uの回路図である。図4においては、第i行(i=1〜m)の第j列目(j=1〜n)に位置する1個の画素回路Uのみが代表的に図示されている。図4に示すように、画素回路Uは、発光素子Eと駆動トランジスタTDRと保持容量CSTと選択スイッチTSLと制御スイッチTCR1とを含んで構成される。選択スイッチTSLおよび制御スイッチTCR1は、例えばNチャネル型のトランジスタ(例えば薄膜トランジスタ)である。
発光素子Eと駆動トランジスタTDRとは、給電線16(電位VEL)と給電線18(電位VCT)とを連結する経路上に直列に配置される。発光素子Eは、相対向する陽極と陰極との間に有機EL(Electroluminescence)材料の発光層を介在させた有機EL素子である。図4に示すように、発光素子Eには図1の容量CE(容量値cp1)が付随する。
駆動トランジスタTDRは、給電線16にドレインが接続されるとともにソースが発光素子Eの陽極に接続されたNチャネル型のトランジスタ(例えば薄膜トランジスタ)である。保持容量CST(容量値cp2)は、駆動トランジスタTDRのソース(すなわち、発光素子Eと駆動トランジスタTDRとの間の経路)と駆動トランジスタTDRのゲートとの間に介在する。
選択スイッチTSLおよび制御スイッチTCR1は、信号線14と駆動トランジスタTDRのゲートとの間に直列に配置されて信号線14と駆動トランジスタTDRのゲートとの電気的な接続(導通/非導通)を制御する。すなわち、選択スイッチTSLおよび制御スイッチTCR1の双方がオン状態に制御されることで駆動トランジスタTDRのゲートが信号線14に導通する。第i行に属するn個の画素回路Uの各々の選択スイッチTSLのゲートは第i行の走査線12に共通に接続され、第j列に属するm個の画素回路Uの各々の制御スイッチTCR1のゲートは第j列の制御線24に共通に接続される。なお、図2においては信号線14と制御スイッチTCR1との間に選択スイッチTSLを配置したが、信号線14と選択スイッチTSLとの間に制御スイッチTCR1を配置した構成も採用される。
次に、図5を参照して、第i行の第j列目に位置する画素回路Uに着目しながら駆動回路30の動作(画素回路Uの駆動方法)を説明する。走査線駆動回路32は、垂直走査期間内のm個の単位期間H(H[1]〜H[m])の各々において走査信号GA[1]〜GA[m]を順番にアクティブレベル(ハイレベル)に設定することで各走査線12(各行のn個の画素回路Uの集合)を順次に選択する。図5に示すように、走査信号GA[i]は、垂直走査期間内の第i番目の単位期間H[i]にてアクティブレベル(走査線12の選択を意味するハイレベル)に設定され、単位期間H[i]以外では非アクティブレベル(ローレベル)を維持する。走査信号GA[i]がアクティブレベルに遷移すると、第i行に属するn個の画素回路Uの各々の選択スイッチTSLが一斉にオン状態に変化する。
信号線駆動回路34の信号生成回路42は、単位期間Hを周期として電位VXが変動する駆動信号Xを生成する。図5および図6に示すように、駆動信号Xの電位VXは、各単位期間Hの始点から終点にかけて連続に変化(増加)する。電位VXの時間変化率RX(RX=dVX/dt)は、各単位期間Hの始点にてゼロに設定されるとともに当該単位期間H内で時間の経過とともに増加する。例えば図6に例示されるように、時間軸上の時点tHでの時間変化率RX_Hは、時点tHの手前の時点tLでの時間変化率RX_Lを上回る。したがって、駆動信号Xの単位期間H内の電位波形は下に凸の曲線(ランプ波に類似した波形)となる。
図3の階調制御回路44は、図5に示すように、第j列目の制御線24に出力する制御信号GT[j]を、各単位期間H内の階調設定期間PSETにてアクティブレベル(ハイレベル)に制御し、当該単位期間Hの残余の期間にて非アクティブレベル(ローレベル)に制御する。階調設定期間PSETは、単位期間Hの始点から時間txが経過する時点までの期間である。
階調設定期間PSETの時間tx(すなわち、制御信号GT[j]のパルス幅)は、画素回路Uに指定される階調Dに応じて所定の範囲内(例えばゼロから単位期間Hの時間長hまでの範囲内)で可変に設定される。第i行の走査線12が選択される単位期間H[i]内で制御信号GT[j]がアクティブレベルに設定される階調設定期間PSETの時間txは、第i行の第j列目に位置する画素回路Uに指定された階調Dに応じて可変に設定される。さらに詳述すると、画素回路Uに指定された階調Dが高い(発光素子Eに供給される駆動電流IDRが大きい)ほど、各単位期間H内の階調設定期間PSETは長い時間txに設定される。
すなわち、図6に示すように、画素回路Uに階調DHが指定された場合の階調設定期間PSETの時間tx_Hは、階調DHよりも低い階調DLが指定された場合の階調設定期間PSETの時間tx_Lよりも長い。換言すると、単位期間H[i]内での制御信号GT[j]の立下りの時点(すなわち階調設定期間PSETの終点)が第i行の第j列の画素回路Uの階調Dに応じて制御される。駆動信号Xの電位VXの時間変化率RXは経時的に変化するから、階調設定期間PSETの終点での時間変化率RXは階調Dに応じて変化する。例えば、図6に示すように、階調DHが指定された場合の階調設定期間PSETの終点tHにおける時間変化率RX_Hは、階調DLが指定された場合の階調設定期間PSETの終点tLにおける時間変化率RX_Lを上回る。
第i行の各画素回路Uの選択スイッチTSLは単位期間H[i]にてオン状態に設定されるから、制御信号GT[i]がアクティブレベルに遷移して制御スイッチTCR1がオン状態に変化すると、駆動トランジスタTDRのゲートが信号線14に導通する。したがって、図1を参照して説明したように駆動トランジスタTDRのゲートに駆動信号Xが供給され、図5に示すように、駆動信号Xの電位VXの時間変化率RXでゲートの電位VGが経時的に上昇する。一方、電位VGの変動に応じた電流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ソースの電位VSは経時的に上昇する。そして、電位VSの時間変化率RS(RS=dVS/dt)が駆動信号Xの電位VXの時間変化率RX(RX=dVX/dt)に合致する平衡状態に到達すると、容量CEの容量値cp1および時間変化率RXのみに依存する電流IDSが駆動トランジスタTDRを流れる。時間変化率RXが経時的に増加するように駆動信号Xは生成されるから、電流IDSの電流量は階調設定期間PSET内で経時的に増加する。
単位期間H[i]の始点(階調設定期間PSETの始点)から時間txが経過して制御信号GT[j]が非アクティブレベルに立下がると、制御スイッチTCR1がオフ状態に変化することで駆動トランジスタTDRのゲートに対する駆動信号Xの供給が停止される。図5に示すように、保持容量CSTには、駆動信号Xの供給が停止した時点で駆動トランジスタTDRを流れていた電流IDSに対応する電圧VSETが保持される。すなわち、電圧VSETは、容量CEの容量値cp1と時間変化率RXとで決定される(すなわち駆動トランジスタTDRの移動度μや閾値電圧VTHに依存しない)電流IDSを駆動トランジスタTDRに流すために必要なゲート−ソース間の電圧VGSである。
保持容量CSTに電圧VSETが保持されることで、駆動トランジスタTDRのドレイン−ソース間には駆動信号Xの停止後も電流IDSが流れる。したがって、駆動トランジスタTDRのソースの電位VSは経時的に上昇する。一方、制御スイッチTCR1がオフ状態に遷移すると、駆動トランジスタTDRのゲートは電気的なフローティング状態となる。したがって、図5に示すように、駆動トランジスタTDRのゲートの電位VGはソースの電位VSに連動して上昇する。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が階調設定期間PSETの終点での電圧VSETに維持されたまま、容量CE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CE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、電圧VSETに対応する電流IDSが駆動電流IDRとして発光素子Eを流れる。発光素子Eは、駆動電流IDRの電流量に応じた輝度(指定階調D)で発光する。
駆動電流IDR(電流IDS)は、駆動信号Xの供給の停止時に駆動トランジスタTDRを流れていた電流IDSと略同等の電流量に設定される。すなわち、駆動電流IDRは、駆動信号Xの供給の停止時における時間変化率RXに依存する。図6を参照して説明したように、駆動信号Xの供給が停止される時点における時間変化率RXは階調Dに応じて可変に設定されるから、発光素子Eには階調Dに応じた駆動電流IDRが供給される。例えば、図6に示したように、階調DHが指定された場合の時点tHにおける時間変化率RX_Hは、階調DL(DL<DH)が指定された場合の時点tLにおける時間変化率RX_Lを上回るから、階調DHが指定された場合の駆動電流IDRの電流量は、階調DLが指定された場合の駆動電流IDRを上回る。以上のように各画素回路Uの発光素子Eを階調Dに応じた輝度に制御される。
本形態においては、駆動信号Xの電位VXの時間変化率RXに対応した電流IDS(駆動トランジスタTDRの移動度μや閾値電圧VTHに依存しない電流)が駆動トランジスタTDRを流れるように保持容量CSTの両端間の電圧VSETが設定されるから、各画素回路Uに指定される階調Dに拘わらず、駆動トランジスタTDRの特性(移動度μや閾値電圧VTH)に起因した駆動電流IDRの誤差(ひいては発光素子Eの輝度の誤差)を抑制することが可能である。したがって、例えば、素子部10に表示される画像の階調のムラが抑制されるという利点がある。
なお、駆動電流IDRの決定に適用される駆動信号Xの時間変化率RXを階調Dに応じて変化させる構成としては、例えば、各画素回路Uの階調Dに応じて時間変化率RXが設定された駆動信号Xを各画素回路Uに個別に供給する構成(以下「対比例」という)も想定される。本形態においては、駆動信号Xの時間変化率RXを経時的に変化させたうえで駆動信号Xの供給の停止の時点が階調Dに応じて制御されるから、対比例と比較すると、駆動信号Xを複数の画素回路Uにわたって共用できるという利点がある。また、駆動信号Xの供給を停止する時点の制御(すなわち制御信号GT[j]のパルス幅の制御)は、各駆動信号Xの時間変化率RXの制御と比較して容易であるから、対比例と比較して信号線駆動回路34の動作や構成が簡素化されるという利点もある。
ところで、制御信号GT[j]の供給用の制御線24に付随する負荷(画素回路Uの個数)が大きい場合には制御信号GT[j]の波形歪が顕在化するから、各画素回路Uに対する駆動信号Xの供給を停止する時点(ひいては駆動電流IDRの決定に適用される時間変化率RX)を高精度に制御することが困難となる。一方、例えば複数種の表示色(例えば赤色,緑色,青色)の各々に対応する画素回路UがX方向に配列する構成においては、素子部10内の画素回路Uの列数n(信号線14や制御線24の総数)が行数m(走査線12の総数)を上回る場合が多い。制御線24が信号線14とともにY方向に延在する本形態においては、1本の制御線24の負荷となる画素回路Uの個数mが1行内の画素回路Uの個数nを下回るから、例えばX方向に配列するn個の画素回路Uが1本の制御線24を共用する構成と比較して制御線24の負荷が軽減される。したがって、制御信号GT[j]の波形歪が抑制され、駆動信号Xの供給を停止する時点(ひいては駆動電流IDRの決定に適用される時間変化率RX)を高精度に制御できるという利点がある。
また、駆動信号Xが供給される信号線14もY方向に延在するから、例えば素子部10内の画素回路Uの列数nが行数mを上回る場合には、信号線14が行毎にX方向に延在する構成と比較すると、各信号線14の負荷が軽減される。したがって、各信号線14が伝送する駆動信号Xの波形歪を抑制することが可能である。すなわち、駆動電流IDRを決定する時間変化率RXが高精度に設定された駆動信号Xを伝送できるという利点がある。もっとも、信号線14がY方向に延在する構成は必須ではない。例えば、信号線14がX方向に延在する構成や、X方向およびY方向の双方にわたって格子状(網目状)に形成された構成も採用される。
<B−2:駆動信号Xの波形の選定>
次に、駆動信号Xの波形(単位領域H内の波形)を選定する方法について詳細に説明する。
図7および図8は、駆動信号Xの電位VXの時間変化率RXと駆動トランジスタTDRのドレイン−ソース間の電流IDSとの相関を示すグラフである。図7の部分(A)は、図7の部分(B)のように高階調DHに対応した時間変化率RX(RX_H)で電位VXを変化させた場合の電流IDSの時間的な変化を示す。一方、図8の部分(A)は、図8の部分(B)のように、低階調DLに対応した時間変化率RX(RX_L)で電位VXを変化させた場合(すなわち電位VXの変化を緩やかにした場合)の電流IDSの時間的な変化を示す。図7および図8の何れにおいても、電位VXが変化し始めた時点(グラフの左端)では、駆動トランジスタTDRのゲート−ソース間の電圧VGSを閾値電圧VTHの付近の電圧に設定した。したがって、電位VXを変化させ始めた時点の電流IDSはゼロである。
数式(3)から理解されるように、電流IDSの電流量は、駆動信号Xの電位VXの変化の開始後に駆動トランジスタTDRのソースの電位VSが平衡状態に到達することで、駆動信号Xの時間変化率RXに対応した所定値に安定する。図7の部分(A)と図8の部分(A)とを対比すると、時間変化率RXが低いほど、平衡状態に到達するまでに必要な時間Δtが長いという傾向が把握される。
以上の傾向を考慮すると、時間変化率RXが低い区間では時間変化率RXが緩やかに変化し、時間変化率RXが高い区間では時間変化率RXが速く変化するように、駆動信号Xの波形を選定することが望ましいと理解できる。換言すると、時間変化率RXの時間微分値(電位VXの2階微分値)が経時的に増加する波形が好適である。時間変化率RXが高い区間で時間変化率RXを遅く変化させると、駆動トランジスタTDRのソースの電位VSが充分に平衡状態に到達するにも拘わらず、電位VXを変化させる時間(単位期間Hの時間)を長く確保する必要があり、時間変化率RXが低い区間で時間変化率RXを速く変化させると、駆動トランジスタTDRのソースの電位VSが充分に平衡状態に到達しない(したがって、駆動電流IDRの誤差が有効に補償されない)からである。
以上の検討を考慮して、駆動信号Xの電位VXを以下の数式(4)のように定義する。数式(4)の定数αは、例えば数式(5)に示すように、単位期間Hの終点(t=h)における電位VXの時間変化率RX(微分値)が次数nに依存しない所定値(Imax/cp1)となるように選定される。数式(5)のImaxは、駆動電流IDRの電流量の最大値である。
VX=α・t ……(4)
α・n・hn−1=Imax/cp1 ……(5)
図9は、数式(4)における時間tの次数nを変化させた複数の場合(n=2〜5)の各々について電位VXの時間的な変化(すなわち駆動信号Xの波形)を示すグラフである。図9に示すように、次数nが増加するほど単位期間H内における駆動信号Xの電位VXは低下する。したがって、駆動信号Xの振幅を低減する(信号線駆動回路34に要求される耐圧性を低減する)という観点からすると、数式(4)の次数nは大きい数値であることが望ましい。また、次数nが増加するほど時間変化率RXの微分値の時間的な増加率も増加するから、図7および図8の検討の結果を考慮しても、数式(4)の次数nは大きい数値であることが望ましい。
図10は、次数nを変化させた複数の場合(n=2〜5)の各々について駆動電流IDRの電流量の目標値と誤差との相関を示すグラフである。図10の縦軸が示す誤差は、駆動電流IDRが各目標値(横軸)となるように画素回路Uを駆動した場合に実際に発光素子Eに供給された駆動電流IDRの電流量の最大値と最小値との相対比(絶対値)である。
数式(4)の次数nを3以上に設定した場合に駆動電流IDRの誤差を有効に低減できることが図10から把握される。なお、図10に示すように、次数nを2に設定すると、次数nを3以上に設定した場合と比較して駆動電流IDRの誤差が顕著に増大する。次数nを3以上とした場合の電位VXの2階微分値は経時的に増加するのに対し、次数nを2とした場合の電位VXの2階微分値は定数であることを考慮すると、図10の結果は、電位VXの2階微分値が経時的に増加する波形が好適であるという図7および図8の検討の結果に整合する。したがって、電位VXを定義する関数の時間tの次数nは3以上であることが望ましい。
一方、次数nを5以上の範囲で増加させるほど、中間調が指定された場合の駆動電流IDRの誤差が増大することが確認された。したがって、次数nを5以下に設定した駆動信号Xが好適である。以上に説明したように、電位VXを数式(4)で定義する場合、時間tの次数nは3から5の範囲内で設定されることが望ましく、次数nを5に設定した構成は格別に好適である。
もっとも、数式(4)は駆動信号Xの電位波形の例示に過ぎない。すなわち、電位VXの時間変化率RXが経時的に変化するという条件のもとで、駆動信号Xの電位波形は適宜に変更される。例えば、電位VXは以下の数式(6)でも定義される。数式(6)のeは自然定数の底であり、定数βは、単位期間Hの終点(t=h)における電位VXの時間変化率RXが所定値(例えばImax/cp1)となるように選定される。
VX=β・en・t ……(6)
<B−3:信号線駆動回路34の具体的な構成>
図11を参照して信号線駆動回路34の構成の具体例を説明する。図11に示すように、信号生成回路42は、計数回路421と電位生成回路423とフィルタ回路425とバッファ回路427とを具備する。計数回路421は、所定のクロック信号を計数するとともに各単位期間Hの始点にて計数値c1をゼロに初期化する。計数値c1は単位期間Hの開始後の時間tに相当する。電位生成回路423は、計数回路421による計数値c1に応じた電位VXを出力する。電位VXの時間変化率RXが経時的に増加するように(例えば数式(4)が成立するように)、計数値c1(時間t)と電位VXとの関係が選定される。例えば、計数値c1をアドレスとして電位VXを出力するルックアップテーブルとD/A変換器との組合せが電位生成回路423として好適に利用される。フィルタ回路(例えばローパスフィルタ)425は、電位生成回路423が出力する電位VXの段差を平滑化する。フィルタ回路425からの出力信号がバッファ回路427を経由することで駆動信号Xとして各信号線14に供給される。
一方、階調制御回路44は、計数回路442と各制御線24に対応するn個の単位回路446とを含んで構成される。計数回路442は、所定のクロック信号を計数するとともに各単位期間Hの始点にて計数値c2をゼロに初期化する。単位期間H[i]の開始時に、第j列目の単位回路446には、第i行に属する第j列目の階調Dが供給される。第j列目の単位回路446は、各単位期間Hの始点にて制御信号GT[j]をアクティブレベルに設定し、計数回路442による計数値c2が階調Dの数値に到達した時点(すなわち、階調Dに応じた時間txが経過した時点)で制御信号GT[j]を非アクティブレベルに設定する。すなわち、単位回路446は、階調Dに応じたパルス幅(時間tx)の制御信号GT[j]を生成するパルス幅変調回路である。
<C:第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態について説明する。なお、以下の各形態において作用や機能が第1実施形態と同等である要素については、以上と同じ符号を付して各々の詳細な説明を適宜に省略する。
図12は、第2実施形態における駆動信号Xと制御信号GT[j]との関係を示すタイミングチャートである。図12においては、図6と同様に、階調DHが指定された場合と階調DLが指定された場合とについて制御信号GT[j]が図示されている。図12に示すように、駆動信号Xは、電位VXの時間変化率RXが経時的に減少するように(すなわち電位VXが上に凸の曲線を描くように)、各単位期間Hの始点から終点にかけて連続に増加する。例えば、電位VXは以下の数式(7)で定義される。数式(7)の定数γは、単位期間Hの始点(t=0)における電位VXの時間変化率RXが所定値(例えばImax/cp1)となるように選定される。
VX=γ・{1−(h−t)} ……(7)
階調制御回路44は、第1実施形態と同様に、単位期間H[i]のうち制御信号GT[j]をアクティブレベルに設定する階調設定期間PSETの時間長txを、第i行に属する第j列目の画素回路Uに指定された階調Dに応じて可変に設定する。ただし、第1実施形態とは逆に、画素回路Uに指定された階調Dが高いほど各単位期間H内の階調設定期間PSETは短い時間txに設定される。例えば、階調DHが指定された場合の階調設定期間PSETの時間tx_Hは、階調DLが指定された場合の階調設定期間PSETの時間tx_Lよりも短い。電位VXの時間変化率RXは経時的に減少するから、第1実施形態と同様に、階調DHが指定された場合の階調設定期間PSETの終点tHにおける時間変化率RX_Hは、階調DLが指定された場合の階調設定期間PSETの終点tLにおける時間変化率RX_Lを上回る。したがって、本形態においても第1実施形態と同様の効果が実現される。
<D:駆動トランジスタTDRのゲート−ソース間の電圧VGSの初期化>
以上の各形態において、時間変化率RSが駆動信号Xの時間変化率RXに合致した平衡状態に駆動トランジスタTDRを変化させるためには、閾値電圧VTHを上回るようにゲート−ソース間の電圧VGSを設定することで駆動トランジスタTDRに電流IDSを流す必要がある。しかし、ゲート−ソース間の電圧VGSが様々な理由で閾値電圧VTHを下回る場合がある。例えば、発光装置100の電源が投入された直後には電圧VGSが不定の状態にあるから閾値電圧VTHを下回る可能性がある。また、雑音などの外乱の影響で電圧VGSが閾値電圧VTHを下回る可能性もある。
そして、単位期間Hの開始の時点における電圧VGSが閾値電圧VTHと比較して低いほど、電圧VGSが閾値電圧VTHに到達するまでの時間が長くなり、ひいては駆動トランジスタTDRを平衡状態に到達させるために相当の時間が必要となる場合がある。特に、第1実施形態のもとで低階調を指定する場合には、階調設定期間PSET内でのゲートの電位VGの変化が少なく、しかも、電位VGが変化する階調設定期間PSETの時間txも短いから、以上の問題が顕在化する。例えば1個の単位期間H内では駆動トランジスタTDRが平衡状態に到達しない場合も発生し得る。
以下の各形態(第3実施形態から第6実施形態)においては、駆動トランジスタTDRのゲート−ソース間の電圧VGSを所定の電圧に初期化することで、単位期間Hの開始後に駆動トランジスタTDRがオン状態に変化するまでの時間(つまり、電圧VGSが閾値電圧VTHを上回るまでの時間)を短縮する構成を例示する。なお、以下では電圧VGSの初期化を第1実施形態に適用した構成を例示するが、同様の構成を第2実施形態に適用することも当然に可能である。
<D−1:第3実施形態>
図13は、本発明の第3実施形態の動作を示すタイミングチャートである。図13においては、発光装置100の電源が投入された直後に設定された所定の期間(以下「初期化期間」という)PRS1内の動作のみが図示されている。初期化期間PRS1は、各画素回路Uの駆動トランジスタTDRのゲート−ソース間の電圧VGSを初期化するための期間(例えば1個の垂直走査期間)である。初期化期間PRS1の経過後に各画素回路Uの発光素子Eを階調Dに応じた階調に駆動する動作は第1実施形態(図4)と同様である。
初期化期間PRS1においては、素子部10内の総ての画素回路Uが、充分に高い階調DH(例えば白表示に対応する最高階調)を指定した場合と同様に駆動される。すなわち、走査線駆動回路32は、走査信号GA[1]〜GA[m]を単位期間H毎に順番にアクティブレベルに設定し、信号生成回路42は、各単位期間Hで電位VXの変化率RXが経時的に変化する駆動信号Xを各信号線14に出力する。一方、階調制御回路44は、図13に示すように、初期化期間PRS1内のm個の単位期間H[1]〜H[m]の各々において、階調設定期間PSET(制御信号GT[1]〜GT[n]のパルス幅)を階調DHに対応した時間tx_Hに設定する。
以上の動作が実行される初期化期間PRS1内の各単位期間Hにおいては、階調DHに対応した充分な時間tx_Hにわたって駆動トランジスタTDRのゲートの電位VGが変化し、かつ、階調設定期間PSETの終点において駆動信号Xの電位VXの時間変化率RXは充分に高い数値に設定される。したがって、各画素回路Uの駆動トランジスタTDRの電圧VGSは閾値電圧VTHを上回る。
以上のように各画素回路Uの駆動トランジスタTDRが初期化期間PRS1にてオン状態に制御されるから、発光装置100の電源の投入時に駆動トランジスタTDRの電圧VGSが閾値電圧VTHを下回る場合でも、初期化期間PRS1の経過後の各単位期間H(すなわち各画素回路Uを階調Dに応じて実際に駆動する段階)では、駆動信号Xが供給されることで駆動トランジスタTDRには迅速かつ確実に電流IDSが流れる。したがって、駆動トランジスタTDRを平衡状態に遷移させるための時間が短縮されるという利点がある。
<D−2:第4実施形態>
図14は、本発明の第4実施形態の動作(初期化期間PRS1内の動作)を示すタイミングチャートである。第3実施形態と同様に、各画素回路Uの駆動トランジスタTDRの電圧VGSを初期化する動作が初期化期間PRS1にて実行され、初期化期間PRS1の経過後には第1実施形態と同様の動作が実行される。初期化期間PRS1は、例えば発光装置100の電源が投入された直後の1個の垂直走査期間である。
図14に示すように、初期化期間PRS1においては、信号線14に供給される駆動信号Xが所定の基準電位VREFに固定されるとともに給電線16には電位VLが供給される。一方、走査線駆動回路32は、走査信号GA[1]〜GA[m]を単位期間H毎に順番にアクティブレベルに設定し、階調制御回路44は、各単位期間Hのうち高階調DHに対応した時間tx_Hの階調設定期間PSETにて制御信号GT[1]〜GT[n]をアクティブレベルに設定する。したがって、階調設定期間PSET内においては、選択スイッチTSLおよび制御スイッチTCR1がオン状態に制御されることで駆動トランジスタTDRのゲートには信号線14から基準電位VREFが供給され、駆動トランジスタTDRのソースの電位VSは給電線16の電位VL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CSTの両端間の電圧)は、基準電位VREFと電位VLとの差分の電圧(VREF−VL)に初期化される。
基準電位VREFおよび電位VLは、両者の差分の電圧が駆動トランジスタTDRの閾値電圧VTHを上回り(VREF−VL>VTH)、かつ、発光素子Eの両端間の電圧が発光素子Eの閾値電圧VTH_OLEDを下回る(VL−VCT<VTH_OLED)ように選定される。したがって、初期化期間PRS1においては、各画素回路Uの発光素子Eがオフ状態(非発光状態)に維持されたまま、各画素回路Uの駆動トランジスタTDRがオン状態となる。基準電位VREFは、例えば、初期化期間PRS1の経過後における駆動信号Xの電位VXの最小値(すなわち単位期間Hの始点における電圧値)に設定される。
以上の形態においても、各画素回路Uの駆動トランジスタTDRがオン状態となるように電圧VGSが初期化期間PRS1にて初期化される。したがって、第3実施形態と同様に、発光装置100の電源の投入時に駆動トランジスタTDRの電圧VGSが閾値電圧VTHを下回る場合でも、初期化期間の経過後の各単位期間H(すなわち各画素回路Uを実際に階調Dに応じて駆動する段階)では、駆動トランジスタTDRを迅速かつ確実に平衡状態に遷移させることが可能となる。
<D−3:第5実施形態>
図15は、本発明の第5実施形態に係る発光装置100のブロック図である。図15の発光装置100の素子部10内には、各走査線12とともにX方向に延在するm本の給電線16が形成される。また、駆動回路30は、m本の給電線16の各々の電位を個別に制御する電位制御回路36を含む。他の構成は図3と同様である。
図16は、本形態の動作を示すタイミングチャートである。第3実施形態や第4実施形態においては発光装置100の電源の投入の直後に初期化期間PRS1を設定したのに対し、本形態においては、各単位期間H[i]の直前の初期化期間PRS2にて第i行の各画素回路Uにおける駆動トランジスタTDRの電圧VGSを初期化する。
単位期間H[i]の直前の初期化期間PRS2においては、走査信号GA[i]がアクティブレベルに設定されるとともに駆動信号Xの電位VXが基準電位VREFに設定される。また、電位制御回路36は第i行の給電線16に電位VLを供給し、階調制御回路44は制御信号GT[1]〜GT[n]をアクティブレベルに設定する。したがって、第4実施形態と同様に、第i行の各画素回路Uにおける駆動トランジスタTDRの電圧VGSは、ゲートに供給される基準電位VREFとソースに供給される電位VLとの差分の電圧(VREF−VL)に初期化される。なお、基準電位VREFや電位VLの条件は第4実施形態と同様である。例えば、基準電位VREFは電位VXの最小値に設定される。各単位期間Hの動作は第1実施形態と同様である。
以上の形態においても第3実施形態や第4実施形態と同様の効果が実現される。さらに本形態においては、駆動トランジスタTDRの電圧VGSが単位期間H毎に初期化されるから、以下に例示するように、単位期間H[i]にて設定される駆動電流IDRが直前の垂直走査期間の単位期間H[i]における階調Dの影響を受けないという利点がある。
いま、初期化期間PRS2を設定しない第1実施形態のもとで、1個の画素回路Uに指定される階調Dが最高値(白表示に対応する最高階調)から最低値(黒表示に対応する最低階調)に変化した場合を想定する。階調Dの最低値が指定される単位期間H[i]の階調設定期間PSETの時間txは最短に設定される。一方、階調Dの最高値が指定される直前の単位期間H[i]にて駆動トランジスタTDRの電圧VGS(VSET)は最大値に設定されるから、階調Dの最低値に対応した最短の時間txの階調設定期間PSET内では、駆動トランジスタTDRの電圧VGSが階調Dの最低値に応じた電圧まで完全に低下し切らない可能性がある。したがって、階調Dの最低値が指定された場合でも発光素子Eに駆動電流IDRが供給され、表示画像のコントラストが低下する場合がある。
本形態においては、各単位期間H[i]の開始前の初期化期間PRS2にて駆動トランジスタTDRの電圧VGSが所定値(VREF−VL)に初期化されるから、前回の単位期間H[i]にて設定された電圧VGSに拘わらず(すなわち前回の階調Dに拘わらず)、駆動トランジスタTDRの電圧VGSを今回の階調Dに対応した電圧VSETに正確に設定できるという利点がある。
<D−4:第6実施形態>
図17は、本発明の第6実施形態における画素回路Uの回路図である。図17に示すように、画素回路Uは、第1実施形態の画素回路Uに制御スイッチTCR2を追加した構成である。制御スイッチTCR2は、駆動トランジスタTDRのゲートと給電線26との間に介在して両者の電気的な接続(導通/非導通)を制御するNチャネル型のトランジスタである。給電線26には基準電位VREFが供給される。すなわち、第4実施形態や第5実施形態においては画素回路Uに対する基準電位VREFの供給に信号線14を兼用したのに対し、本形態においては信号線14とは別個の給電線26を利用して各画素回路Uに基準電位VREFを供給する。
素子部10内には、走査線12とともにX方向に延在するm本の制御線28が形成される。図17に示すように、第i行の各画素回路Uにおける制御スイッチTCR2のゲートは第i行の制御線28に接続される。各制御線28には駆動回路30(例えば走査線駆動回路32)から制御信号GB(GB[1]〜GB[m])が供給される。
図18は、画素回路Uを駆動する方法を説明するためのタイミングチャートである。各単位期間H[i]において駆動トランジスタTDRの電圧VGSを階調Dに応じた電圧VSETに設定する動作や、単位期間H[i]の経過後に電圧VSETに応じた駆動電流IDRを発光素子Eに供給する動作は、第1実施形態と同様である。本形態においては、単位期間H[i]の開始前の複数の単位期間(単位期間H[i-4]〜H[i-1])を初期化期間PRS2として、第i行の各画素回路Uの駆動トランジスタTDRの電圧VGSを初期化する動作を実行する。初期化期間PRS2は、期間P1(単位期間H[i-4])と期間P2(単位期間H[i-3]〜H[i-1])とに区分される。
制御信号GB[i]は、第i行の初期化期間PRS2(単位期間H[i-4]〜H[i-1])にてアクティブレベルに設定され、他の期間において非アクティブレベルを維持する。制御信号GB[i]がアクティブレベルに設定されると、第i行の各画素回路Uにおける制御スイッチTCR2がオン状態に変化するから、図18に示すように、駆動トランジスタTDRのゲートの電位VGは、給電線26から制御スイッチTCR2を経由して供給される基準電位VREFに設定される。
図18に示すように、第i行の初期化期間PRS2のうちの期間P1(単位期間H[i-4])においては、第i行の給電線16に電位VLが供給される。したがって、第5実施形態と同様に、第i行の各画素回路Uにおける駆動トランジスタTDRの電圧VGSは、ゲートに供給される基準電位VREFとソースに供給される電位VLとの差分の電圧(VREF−VL)に初期化される。基準電位VREFと電位VLとの関係は第4実施形態や第5実施形態と同様に選定されるから、期間P1にて駆動トランジスタTDRはオン状態に制御される。
期間P2(単位期間H[i-3]〜H[i-1])が開始すると、電位制御回路36は給電線16に電位VELを供給する。期間P1にて駆動トランジスタTDRはオン状態に遷移しているから、以上の状態のもとでは、数式(1)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て容量CEおよび保持容量CSTに電荷が充電される。したがって、図18に示すように駆動トランジスタTDRのソースの電位VSは経時的に上昇する。駆動トランジスタTDRのゲートには期間P1から引続き基準電位VREFが供給されるから、駆動トランジスタTDRの電圧VGSはソースの電位VSの上昇とともに低下する。数式(1)から理解されるように電圧VGSが低下して閾値電圧VTHに接近するほど電流IDSは減少する。したがって、期間P2においては、駆動トランジスタTDRの電圧VGSが、期間P1における初期化後の電圧(VREF−VL)から閾値電圧VTHに漸近する。期間P2の時間長(単位期間Hの個数)は、駆動トランジスタTDRの電圧VGSが期間P2の終点にて閾値電圧VTHに充分に接近する(理想的には合致する)ように設定される。以上においては第i行の画素回路Uに着目したが、同様の動作が各行の画素回路Uについて反復される。
以上に説明したように、本形態においては、駆動信号Xの供給前(単位期間H[i]の開始前)に駆動トランジスタTDRのゲート−ソース間の電圧VGSが閾値電圧VTHに初期化されるから、単位期間H[i]にて駆動信号Xが供給され始めた直後から、駆動トランジスタTDRのソースの電位VSをゲートの電位VG(駆動信号Xの電位VX)に連動して変化させることが可能である。したがって、直前の単位期間H[i]にて設定された電圧VSETに拘わらず(すなわち、直前の階調Dに拘わらず)、駆動トランジスタTDRの電圧VGSを今回の階調Dに対応した電圧VSETに正確に設定できるという利点がある。
なお、第6実施形態においては、駆動トランジスタTDRのゲート−ソース間の電圧VGSを初期化期間PRS2にて閾値電圧VTHに設定したが、電圧VGSを完全に閾値電圧VTHに到達させる必要はない。すなわち、駆動トランジスタTDRの電圧VGSを、初期化動作で設定された電圧VGS1から閾値電圧VTHに接近させる構成が好適である。
<E:変形例>
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。
(1)変形例1
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19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)をPチャネル型とした構成も採用される。図19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)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CST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は図4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。
(2)変形例2
以上の各形態においては発光素子Eに付随する容量CEを利用したが、図20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CE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が供給される図17の給電線26)に接続される。図20の構成においては、容量値cp1が容量CXと発光素子Eの容量CEとの合計値となる。したがって、数式(2)や数式(3)の電流IDS(さらには駆動電流IDR)を容量CXに応じて適宜に調整することが可能である。
(3)変形例3
以上の各形態のように、複数の画素回路Uが行列状に配列された構成のもとで各画素回路Uを行単位で時分割に駆動する場合には各画素回路U内に選択スイッチTSLが必要である。しかし、例えば複数の画素回路UがX方向に沿って1列のみに配列された構成においては、時分割での複数行の選択という動作が不要であるから、画素回路U内の選択スイッチTSLは不要となる。複数の画素回路Uが1列のみに配列された発光装置100は、例えば、電子写真方式の画像形成装置(印刷装置)において感光体ドラムなどの像担持体を露光する露光装置として好適に採用される。また、複数の画素回路UがX方向に沿って1列のみに配列された構成においては、制御スイッチTCR1を信号線駆動回路34(階調制御回路44)内に配置してもよい。すなわち、駆動トランジスタTDRのゲートに対する駆動信号Xの供給の可否が制御される構成であれば、制御スイッチTCR1が画素回路U内に配置されているか否かは本発明において不問である。
(4)変形例4
駆動トランジスタTDRのゲート−ソース間の電圧VGSを初期化する時期や契機は任意に変更される。例えば、複数の垂直走査期間を単位として1回の初期化が実行される構成や、発光装置100に対する利用者からの指示を契機として初期化を実行する構成も採用される。また、各画素回路Uを駆動する期間内(例えば単位期間H毎に)に電圧VGSを随時に初期化することで直前の階調Dの影響を除去する第5実施形態や第6実施形態は、階調Dが経時的に変化する場合(すなわち動画像を表示する場合)に格別に好適である。したがって、動画像を表示する場合には画素回路Uの駆動中(初期化期間PRS2)にて電圧VGSを随時に初期化し、静止画像を表示する場合には発光装置100の電源が投入された直後のみに電圧VGSを初期化するといった構成も採用される。
(5)変形例5
以上の各形態においては、画素回路Uの列単位で個別に形成されたn本の信号線14に共通の駆動信号Xを供給したが、信号線14の本数は適宜に変更される。例えば、複数列の各画素回路Uに対する駆動信号Xの供給に1本の信号線14を利用する構成(すなわち、所定数の列単位で信号線14が形成された構成)も採用される。また、以上の形態においては1個の信号生成回路42が生成した駆動信号Xを総ての信号線14に供給したが、1個の信号生成回路42の出力の負荷を軽減するという観点からすると、所定数(単数または複数)の信号線14毎に信号生成回路42を配置して駆動信号Xを個別に生成する構成も好適である。
なお、例えば発光素子Eの容量CEの容量値cp1や発光素子Eの発光効率が列単位で相違する場合や、発光素子Eによる表示色(赤色,緑色,青色)が列単位で相違する場合には、各画素回路Uにて所期の駆動電流IDRを生成するために必要となる時間変化率RXが列単位で相違する可能性がある。したがって、電位VXの経時的な変化(波形)が相違する複数の駆動信号Xを各信号線14に個別に供給する構成も採用される。
各信号線14に共通の駆動信号Xが供給される構成(例えば第1実施形態)では、制御信号GT[j]のパルス幅(階調設定期間PSETの時間tx)を列毎に個別に調整することで各画素回路Uにおける駆動電流IDRを列単位で調整する必要がある。したがって、制御信号GT[j]のパルス幅の種類数を多く確保する必要がある。一方、駆動信号Xが列毎に個別に供給される構成においては、制御信号GT[j]のパルス幅の刻み幅を全列で共通させた場合でも、各画素回路Uにおける駆動電流IDRが列単位で調整されるから、制御信号GT[j]に必要となるパルス幅の種類数を削減する(すなわちパルス幅の刻み幅を荒くする)ことが可能である。したがって、階調制御回路44の構成や動作が簡素化されるとともに、制御信号GT[j]の波形歪の影響が低減されるという利点がある。なお、信号線14毎に個別の駆動信号Xを供給する構成としては、例えば、電位VXの経時的な変化が相違する複数種の駆動信号Xのうちの何れかを選択して各信号線14に出力する構成が好適である。
(6)変形例6
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。
<F:応用例>
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21ないし図23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。
図21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2000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EL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。
図22は、発光装置100を適用した携帯電話機の構成を示す斜視図である。携帯電話機3000は、複数の操作ボタン3001およびスクロールボタン3002と、各種の画像を表示する発光装置100とを備える。スクロールボタン3002を操作することによって、発光装置100に表示される画面がスクロールされる。
図23は、発光装置100を適用した携帯情報端末(PDA:Personal Digital Assistants)の構成を示す斜視図である。情報携帯端末4000は、複数の操作ボタン4001および電源スイッチ4002と、各種の画像を表示する発光装置100とを備える。電源スイッチ4002を操作すると、住所録やスケジュール帳といった様々な情報が発光装置100に表示される。
なお、本発明に係る発光装置100が適用される電子機器としては、図21から図23に例示した機器のほか、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、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。また、本発明に係る発光装置100の用途は画像の表示に限定されない。例えば、電子写真方式の画像形成装置において露光により感光体ドラムに潜像を形成する露光装置としても本発明の発光装置100は利用される。
画素回路の駆動の原理を説明するための回路図である。 画素回路の駆動の原理を説明するためのグラフである。 本発明の第1実施形態に係る発光装置のブロック図である。 画素回路の回路図である。 発光装置の動作を示すタイミングチャートである。 階調設定期間の時間と階調との関係を説明するための概念図である。 制御信号の電圧の勾配が大きい場合に平衡状態に達する時間を示すグラフである。 制御信号の電圧の勾配が小さい場合に平衡状態に達する時間を示すグラフである。 制御信号の波形を定義式の次数毎に示すグラフである。 駆動電流の誤差を制御信号の定義式の次数毎に示すグラフである。 信号線駆動回路のブロック図である。 本発明の第2実施形態における階調設定期間の時間と階調との関係を説明するための概念図である。 本発明の第3実施形態における初期化期間内の動作のタイミングチャートである。 本発明の第4実施形態における初期化期間内の動作のタイミングチャートである。 本発明の第5実施形態に係る発光装置のブロック図である。 発光装置の動作を示すタイミングチャートである。 本発明の第6実施形態における画素回路の回路図である。 発光装置の動作を示すタイミングチャートである。 変形例に係る画素回路の回路図である。 変形例に係る画素回路の部分的な回路図である。 電子機器(パーソナルコンピュータ)の斜視図である。 電子機器(携帯電話機)の斜視図である。 電子機器(携帯情報端末)の斜視図である。
符号の説明
100……発光装置、10……素子部、12……走査線、14……信号線、16,18,26……給電線、24,28……制御線、30……駆動回路、32……走査線駆動回路、34……信号線駆動回路、36……電位制御回路、U……画素回路、E……発光素子、TDR……駆動トランジスタ、TSL……選択スイッチ、TCR1,TCR2……制御スイッチ、E……発光素子E、H(H[i])……単位期間、X……駆動信号、GT(GT[j])……制御信号。

Claims (12)

  1. 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を含む画素回路を駆動する方法であって、
    電位の時間変化率が経時的に変化する駆動信号を前記駆動トランジスタのゲートに供給した後当該画素回路に指定された階調に応じて設定された時点で前記駆動信号の供給を停止し、前記時点での前記駆動信号の電位の時間変化率に応じて前記駆動トランジスタのドレインとソースの間に電流を流して前記駆動トランジスタのゲートとソースの間の電圧を当該電流に応じて設定して、前記駆動トランジスタのゲートとソースの間の電圧を前記保持容量に保持し、
    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。
  2. 電位の時間変化率が経時的に増加する前記駆動信号を前記駆動トランジスタのゲートに供給し、
    前記画素回路に第1階調が指定された場合に、前記第1階調よりも低い第2階調が指定された場合よりも遅い時点にて前記駆動信号の供給を停止する
    請求項1の画素回路の駆動方法。
  3. 前記駆動信号の電位の時間変化率の変化率が経時的に増加する
    請求項2の画素回路の駆動方法。
  4. 電位の時間変化率が経時的に減少する前記駆動信号を前記駆動トランジスタのゲートに供給し、
    前記画素回路に第1階調が指定された場合に、前記第1階調よりも低い第2階調が指定された場合よりも早い時点にて前記駆動信号の供給を停止する
    請求項1の画素回路の駆動方法
  5. 前記保持容量の両端間の電圧を初期化する
    請求項1から請求項4の何れかの画素回路の駆動方法。
  6. 前記駆動信号を前記駆動トランジスタのゲートに供給し、高階調に対応した時点にて前記駆動信号の供給を停止することで、前記保持容量の両端間の電圧を初期化する
    請求項5の画素回路の駆動方法。
  7. 前記駆動信号の供給前に、当該駆動信号の供給用の信号線から前記駆動トランジスタのゲートに基準電位を供給するとともに前記駆動トランジスタのソースに所定の電位を供給することで前記保持容量の両端間の電圧を初期化する
    請求項5の画素回路の駆動方法。
  8. 前記駆動信号の供給前に、前記駆動トランジスタのゲートに基準電位を供給するとともに前記駆動トランジスタをオン状態に制御することで、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る
    請求項1から請求項4の何れかの画素回路の駆動方法。
  9. 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介在する制御スイッチとを含む画素回路と、
    電位の時間変化率が経時的に変化する駆動信号を前記信号線に供給する一方、前記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に前記駆動信号を供給し、前記画素回路に指定された階調に応じて設定された時点で前記制御スイッチをオフ状態に制御し、前記時点での前記駆動信号の電位の時間変化率に応じて前記駆動トランジスタのドレインとソースの間に電流を流して前記駆動トランジスタのゲートとソースの間の電圧を当該電流に応じて設定して、前記駆動トランジスタのゲートとソースの間の電圧を前記保持容量に保持させる駆動回路と
    を具備する発光装置。
  10. 前記駆動回路は、前記駆動信号の電位の時間変化率を経時的に増加させ、前記画素回路に第1階調が指定された場合に、前記第1階調よりも低い第2階調が指定された場合よりも遅い時点で前記制御スイッチをオフ状態に制御する
    請求項9の発光装置。
  11. 前記駆動回路は、前記駆動信号の電位の時間変化率を経時的に減少させ、前記画素回路に第1階調が指定された場合に、前記第1階調よりも低い第2階調が指定された場合よりも早い時点で前記制御スイッチをオフ状態に制御する
    請求項9の発光装置。
  12. 請求項9から請求項1の何れかの発光装置を具備する電子機器。
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