JP5970758B2 - 電気光学装置、電気光学装置の駆動方法および電子機器 - Google Patents
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Description
一方、近年では、表示サイズの小型化や表示の高精細化などを目的として、電気光学装置をガラス基板ではなく、シリコン基板に代表される半導体基板に形成する技術が提案されている(例えば特許文献1、2参照)。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、その目的の一つは、半導体基板に画素回路を形成する場合の諸問題を考慮した電気光学装置、電気光学装置の駆動方法および電子機器を提供することにある。
本発明では、表示部における単一のウェルは、これとは異なる極性のウェルによって囲まれる。このため、本発明によれば、駆動回路の動作に伴って発生するノイズが表示部に伝播しにくくなるので、表示に与える影響を小さく抑えることができる。
ここで、前記基板電位を前記第1電源の電位と等しくすると、別途の給電線を設けなくて済むので、構成の簡易化が図られる。一方、前記基板電位を前記第1電源とは異ならせても良い。
また、本発明において、平面視で、前記駆動回路が設けられる駆動部のうち、前記表示部と対向する側には、前記表示部と同じ極性のウェルが形成された構成としても良い。この構成によれば、駆動回路の動作に伴って発生するノイズ等が、より表示部に伝播しにくくなる。
なお、本発明は、電気光学装置のほか、電気光学装置の駆動方法や、当該電気光学装置を有する電子機器として概念することも可能である。電子機器は、典型的には、ヘッドマウント・ディスプレイや電子ビューファイダーのなどの表示装置が挙げられる。
この図に示される電気光学装置1は、例えばヘッドマウント・ディスプレイ(HMD)に適用されて画像を表示するマイクロ・ディスプレイ10を含む。マイクロ・ディスプレイ10は、複数の画素回路や当該画素回路を駆動する駆動回路などがシリコンに代表される半導体基板に形成された有機EL装置であって、画素回路には、発光素子の一例である有機発光ダイオード(Organic Light Emitting Diode、以下「OLED」という)が含まれる。なお、以下の記載では、本発明に好適な半導体基板としてシリコン基板を例として説明するが、その他の公知の半導体材料からなる半導体基板も同様に本発明に適用可能である。
マイクロ・ディスプレイ10は、表示部で開口する枠状のケース12に収納されるとともに、FPC(Flexible Printed Circuits)基板14の一端が接続されている。FPC基板14の他端には、複数の端子16が設けられ、図示省略された回路モジュールに接続される。端子16に接続される回路モジュールは、マイクロ・ディスプレイ10の電源回路および制御回路を兼ねており、FPC基板14を介して各種の電位を給電するほか、データ信号や制御信号などを供給する。
図2において、表示部100は、平面視したときに例えば対角で1インチ程度であって、左右方向に横長の長方形の形状となっている。詳細について図3を参照して説明すると、表示部100には、m行の走査線112が図において左右方向に沿って設けられ、n列のデータ線114が、上下方向に沿って、かつ、各走査線112と互いに電気的に絶縁を保つように設けられている。このため、画素回路110は、表示部100において、m行の走査線112とn列のデータ線114との各交差に対応してマトリクス状に配列している。
また、実際には例えば、同一行の走査線112と互いに隣り合う3列のデータ線114との交差に対応した3つの画素回路110は、それぞれR(赤)、G(緑)、B(青)の画素に対応し、これらの3画素が表示すべきカラー画像の1ドットを表現する。換言すれば、本実施形態は、RGBの3つの画素回路110の発光素子による加法混色によって1ドットのカラーを表現する構成になっている。
なお、この供給の際に、走査信号の遅延が問題にならないのであれば、走査線駆動回路140を片側1個だけの構成でも良い。
また、表示部100には、本実施形態では電位V1、V2が、上記回路モジュールからFPC基板14を介して各画素回路110にわたって供給される。
このため、シリコン基板で形成されるマイクロ・ディスプレイ10には、次のようにウェル領域が形成されている。
基板として例えばP型半導体基板が用いられる場合、次のようにN型のウェル領域(以下「Nウェル」と略称する)が形成されている。
すなわち図4に示されるように、第1に、表示部100に対応する領域にわたって、Nウェル104が連続的に形成されている。第2に、駆動回路に対応した領域である駆動部(周辺部)のうち、走査線駆動回路140に対応する領域において、横方向に延在する帯状の開口部分を複数伴うように、かつ、縁辺を囲むように、Nウェル105、106が連続的に形成されている。第3に、駆動部のうち、データ線駆動回路150に対応する領域の図4において上側、すなわち、表示部100に対向する側の上領域にわたって連続的にNウェル108が形成されている。
また、走査線駆動回路140の領域における開口部分には、それぞれP型半導体基板領域107が残る。このため、走査線駆動回路140の縁辺部分では、Nウェル105が枠状に配置する一方、縁辺部分の内側でNウェル106とP型半導体基板領域107とが図において上下方向にわたって交互に配置する。また、データ線駆動回路150の領域のうち、図において下領域には、P型半導体基板領域109が残る。
したがって、表示部100のNウェル104は、駆動部におけるNウェル105、106、108とは、P型半導体基板領域102によって分離されるほか、駆動部におけるP型半導体基板領域107についても、P型半導体基板領域102およびNウェル105によって分離されることになる。
Nウェル104、105、106、108が形成されたことによって残った部分であるP型半導体基板領域102、107、109に対してP型の不純物を注入してPウェルを形成するようにしてもよい。
トランジスター124、126は直列に接続されるとともに、ゲートノードを共通としているので、1つの駆動トランジスターとしてみなすことができる。詳細には、駆動トランジスターとしてみたとき、トランジスター124、126の共通ゲートノードがゲートであり、トランジスター124のソースノードがソースであり、トランジスター126のドレインノードがドレインとなる。そして、駆動トランジスターは、容量素子128による保持電圧、すなわちゲート・ソース間の電圧に応じた電流をOLED130に流すことになる。
また、便宜的に、i行j列の画素回路110においてトランジスター124、126の共通ゲートノードをg(i,j)と表記している。
一方、容量素子128については、トランジスター124、126のゲートノードに寄生する容量を用いることができる場合がある。
トランジスター124は、Nウェル104に絶縁膜43を介して形成されたゲートノード44と、当該ゲートノード44をマスクとしてイオンが打ち込まれて形成された2つのP型拡散層(P+)とを有する構成である。図示省略しているが、トランジスター126も同様である。
なお、本実施形態においてトランジスター122、124、126に対して共通のNウェル104には、N型拡散層(N+)46を介して電位V1が給電されている。このため、トランジスター122、124、126の基板電位は電位V1となっている。
このため、トランジスター142の基板電位は電位Vddとなっている。
なお、電位Vddは、電位V1と等しくても良い。また、図5では示されてないが、電位Vssと電位V2と等しくても良い。
この図に示されるように、走査信号Gwr(1)、Gwr(2)、Gwr(3)、…、Gwr(m-1)、Gwr(m)は、走査線駆動回路140によって各フレームにわたって水平走査期間(H)毎に順次選択されて排他的にLレベルとなる。
なお、本説明において、フレームとは、1カット(コマ)分の画像をマイクロ・ディスプレイ10に表示させるのに要する期間をいい、垂直走査周波数が60Hzであれば、その1周期分の16.67ミリ秒の期間をいう。
また、図7においては、論理信号である走査信号の電位スケールよりも、データ信号Vd(j)、ゲートノードg(i,j)の電位スケールを便宜的に拡大している。
また、走査線駆動回路140におけるP型半導体基板領域107は、Nウェル105、106によって囲まれる一方、データ線駆動回路150におけるP型半導体基板領域109は、表示部100の非対向側に位置している。このため、表示部100におけるNウェル104は、駆動回路におけるP型半導体基板領域107、109から、P型半導体基板領域102にくわえNウェル105、106、108によって分離することになる。
よって、本実施形態によれば、駆動回路からの干渉を受けにくくした状態で表示部100が動作するので、表示品位の低下を抑えることが可能になる。
また、本実施形態において、表示部100に供給される電源は、基板電位を含めて電位V1、電位V2の2つであるので、構成の簡易化を図ることが可能になる。
ここで、シリコン基板に形成されるトランジスターのソース・ドレイン間に印加可能な電圧(耐圧)を高めるには、トランジスターのサイズを大きくして電界密度を緩和する必要がある。しかしながら、表示部100の小サイズ化や、表示の高精細化が要求される場合、必然的に形成されるトランジスターのサイズも小さくなるので、耐圧が低下する。このため、駆動トランジスターが1つである構成において、OLED130を低輝度で発光させるときに、ソース・ドレイン間に印加される電圧がトランジスターの耐圧を超えてしまって、トランジスターの破壊に至る可能性があった。
すなわち、電源電圧を高くしてOLED130を高い輝度で発光させることと、表示サイズの小型化・表示の高精細化とは、従来はトレードオフの関係にあった、といえる。
したがって、トランジスター124、126の各々の単体における耐圧が低くても問題がない。
よって、本実施形態では、OLED130を高い輝度で発光させることと、表示サイズの小型化・表示の高精細化とを両立させることが可能になる。
なお、OLED130を高い輝度で発光させること、または、表示サイズの小型化・表示の高精細化のいずれかだけが要求される場合には、駆動トランジスターを1つのトランジスターで構成しても良いことになる。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば次に述べるような各種の応用・変形が可能である。また、次に述べる応用・変形の態様は、任意に選択された一または複数を適宜に組み合わせることもできる。
実施形態では、トランジスター122、124、126の基板電位を、電源の高位側と共用するために電位V1としたが、図8に示されるように、別途設けた給電線118を介して給電された電位V3として、電源から分離した構成にしても良い。電位V3は電位V1とは異なる電位にしても良い。
実施形態では、トランジスター122、124、126をPチャネルとしたが、反対にNチャネルとしても良い。Nチャネルとする場合には、各ウェルが反転することになる。
また、駆動トランジスターを直列接続する場合には、3個以上であっても良い。
実施形態では、電気光学素子として発光素子であるOLEDを例示したが、例えば無機発光ダイオードやLED(Light Emitting Diode)であっても良い。また、電気光学素子としては、発光素子以外にも、画素電極と共通電極とで液晶層を挟持した液晶素子を用いても良い。
なお、液晶素子は電圧駆動型であるために、駆動トランジスターが不要となる。すなわち、スイッチングトランジスターに画素電極が接続された構成になるので、駆動トランジスターが不要になる。この構成では、データ線を介して供給されたデータ信号の電圧、すなわち目標輝度に応じた電圧が、スイッチングトランジスターがオンしたときに、画素電極に印加されて、保持される。そして、液晶層は、印加・保持された電圧に応じた配向状態となるので、液晶素子でみたときに、当該電圧に応じた透過率(または反射率)となる。
次に、実施形態に係るマイクロ・ディスプレイ10を適用したヘッドマウント・ディスプレイについて説明する。
まず、図9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31や、ブリッジ32、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10に示されるように、ブリッジ32近傍であってレンズ301L、301Rの奥側(図において下側)には、左眼用のマイクロ・ディスプレイ10Lと右眼用のマイクロ・ディスプレイ10Rとが設けられる。
マイクロ・ディスプレイ10Lの画像表示面は、図10において左側となるように配置している。これによってマイクロ・ディスプレイ10L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、マイクロ・ディスプレイ10L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。
マイクロ・ディスプレイ10Rの画像表示面は、マイクロ・ディスプレイ10Lとは反対の右側となるように配置している。これによってマイクロ・ディスプレイ10R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、マイクロ・ディスプレイ10R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。
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、左眼用画像をマイクロ・ディスプレイ10Lに表示させ、右眼用画像をマイクロ・ディスプレイ10R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)。
Claims (8)
- 複数の画素回路が配列された表示部と、
前記表示部の外側に前記表示部から離間して配置され、前記複数の画素回路を駆動するための信号を出力する駆動回路と、
が半導体基板に形成された電気光学装置であって、
前記表示部を構成する複数の画素回路は単一の第1ウェルで形成され、
前記複数の画素回路の各々は1または複数のトランジスターを有し、
当該トランジスターは前記単一の第1ウェル内に形成されるとともに、共通の基板電位が供給され、
前記駆動回路は第2ウェル内と第2ウェル外に複数のトランジスターを有し、前記駆動回路を構成する前記複数のトランジスターのうち少なくとも平面視で前記表示部と対向する側のトランジスターは前記第2ウェル内に形成され、
前記第1ウェルの導電型と前記第2ウェルの導電型とは同じであり、
前記第1ウェルと前記第2ウェルとは導電型が異なる領域により、平面視で前記第1ウェルと前記第2ウェルとは互いに分離されている
ことを特徴とする電気光学装置。 - 前記画素回路は、
スイッチングトランジスターと電気光学素子とを含み、
前記スイッチングトランジスターはオンしたときに、前記電気光学素子の目標輝度に応じた電圧を供給する
ことを特徴とする請求項1に記載の電気光学装置。 - 前記画素回路は、
駆動トランジスターを含み、
前記電気光学素子は、流れる電流に応じた輝度で発光する発光素子であり、
前記駆動トランジスターおよび前記発光素子は、第1電源と第2電源との間に直列に接続され、
前記駆動トランジスターは、前記スイッチングトランジスターがオンしたときに供給された電圧に応じた電流を前記発光素子に供給する
ことを特徴とする請求項2に記載の電気光学装置。 - 前記基板電位は、前記第1電源の電位と等しい
ことを特徴とする請求項3に記載の電気光学装置。 - 前記基板電位は、前記第1電源とは異なる
ことを特徴とする請求項3に記載の電気光学装置。 - 前記駆動トランジスターは、
ゲートが共通接続された2以上のトランジスターを直列接続したものであり、
当該2以上のトランジスターの基板電位を共通としている
ことを特徴とする請求項3乃至5のいずれかに記載の電気光学装置。 - 複数の画素回路を有する表示部と、
前記表示部から離間して配置され、前記複数の画素回路を駆動するための信号を出力する駆動回路と、
が半導体基板の第1の面上に形成された電気光学装置であって、
前記複数の画素回路の各々は第1トランジスターを有し、
前記駆動回路は第2トランジスターと第3トランジスターを有し、
前記第1トランジスターは、第1ウェル内に形成されるとともに、第1の基板電位が供給され、
前記第2トランジスターは、第2ウェル内に形成され、前記第3トランジスターは、第2ウェル内に形成されず、
前記第1ウェルの導電型と前記第2ウェルの導電型とは同じであり、
前記駆動回路の平面視で前記表示部と対向する側に前記第2ウェルが設けられ、
前記第1ウェルと前記第2ウェルとは導電型が異なる領域により、前記第1ウェルと前記第2ウェルとは互いに分離されている
ことを特徴とする電気光学装置。 - 請求項1乃至7のいずれかに記載の電気光学装置を備える
ことを特徴とする電子機器。
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