JP6733361B2 - 表示装置及び電子機器 - Google Patents

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Description

本発明は、表示装置及び電子機器等に関する。
有機EL等の自発光素子や液晶セルで画素を構成した表示装置では、階調電圧生成回路(ガンマ回路)により階調電圧を生成し、その階調電圧に基づいてD/A変換回路やアンプ回路がデータ線を駆動することが一般的である。例えば特許文献1には、アンプ回路がキャパシターを介してデータ線を駆動する表示装置が開示されている。
特開2014−186125号公報
上記のような表示装置では低消費電力であることが望ましい。しかしながら、階調電圧生成回路やD/A変換回路、アンプ回路を用いた場合、それらの回路における消費電力の削減が困難である。例えば、アンプ回路にはバイアス電流が必要であるため、回路そのものに定常的に電流が流れており、このような定常的に流れる電流が消費電力の削減を困難にしている。
本発明の幾つかの態様によれば、定常的に流れる電流を抑制した駆動方式により低消費電力化できる表示装置及び電子機器等を提供できる。
本発明の一態様は、複数の画素回路と、前記複数の画素回路に接続される複数のデータ線を駆動する駆動回路と、各キャパシターが、前記駆動回路の複数の出力ノードの各出力ノードと前記複数のデータ線の各データ線との間に設けられる複数のキャパシターと、を含み、前記駆動回路は、表示データに応じて長さが設定される駆動期間において前記各出力ノードに定電流を出力する表示装置に関係する。
本発明の一態様によれば、表示データに応じて長さが設定される駆動期間において出力ノードに定電流が出力されるので、出力ノードとデータ線の間に設けられるキャパシターによりデータ線の電圧が、表示データに応じたデータ電圧となる。このように、本発明の一態様では駆動期間において定電流を流せばよいので、アンプ回路等が不要となり、定常的に流れる電流を抑制した駆動方式による低消費電力化が可能となる。
また本発明の一態様では、前記駆動回路は、前記複数の出力ノードに前記定電流を流すための複数の電流生成回路を含み、前記複数の電流生成回路の各電流生成回路は、前記定電流を流すための駆動トランジスターと、前記駆動トランジスターの閾値電圧のばらつきを補償する補償回路と、を含んでもよい。
このようにすれば、補償回路により駆動トランジスターの閾値電圧のばらつきが補償されるので、その駆動トランジスターが出力する定電流のばらつきが補償される。これにより、駆動期間におけるデータ線の電圧の時間変化が各データ線で同じになるように補償できる。
また本発明の一態様では、前記補償回路は、前記駆動トランジスターのゲートとドレインの間に設けられる第1のトランジスターと、前記駆動トランジスターのゲートと基準電圧のノードとの間に設けられる第1のキャパシターと、を有してもよい。
第1のトランジスターがオンになると駆動トランジスターがダイオード接続になり、駆動トランジスターのゲート−ソース間電圧が駆動トランジスターの閾値電圧付近になる。そして、その駆動トランジスターのゲート電圧をキャパシターが保持する。このようにして、駆動トランジスターの閾値電圧を補償できる。
また本発明の一態様では、前記各電流生成回路は、前記駆動トランジスターのゲートと可変電圧のノードとの間に設けられる第2のキャパシターを有し、前記補償回路により設定された前記駆動トランジスターのゲート電圧が、前記可変電圧により可変に制御されてもよい。
可変電圧を変化させると、第2のキャパシターによるカップリングにより、可変電圧の変化に対応した所与の電圧だけ駆動トランジスターのゲート電圧を変化させることができる。このとき、駆動トランジスターのドレイン電流は、閾値電圧を基準として所与の電圧だけゲート電圧が変化したときのドレイン電流となるので、閾値電圧のばらつきが補償された定電流を得ることができる。
また本発明の一態様では、前記各電流生成回路は、前記駆動トランジスターのゲート電圧の初期電圧を設定する初期電圧設定回路を有してもよい。
駆動トランジスターのゲート電圧が初期電圧に設定されると駆動トランジスターがドレイン電流を流せる状態となる。そして、第1のトランジスターがオンになった場合に、ダイオード接続となった駆動トランジスターにドレイン電流が流れる。これにより、駆動トランジスターのゲート−ソース間電圧が閾値電圧付近に収束させることができる。
また本発明の一態様では、前記各電流生成回路は、前記駆動トランジスターと前記各電流生成回路の出力ノードとの間に設けられ、前記駆動期間においてオンになる第2のトランジスターを有してもよい。
このように第2のトランジスターが駆動期間においてオンになることで、駆動トランジスターのドレイン電流が出力ノードに出力される。これにより、駆動トランジスターからの定電流を駆動期間において出力ノードに出力できる。
また本発明の一態様では、前記第2のトランジスターは、オンになる期間が前記表示データに応じて設定されてもよい。
このように、第2のトランジスターがオンになる期間が表示データに応じて設定されることで、第2のトランジスターが、表示データに応じた長さの駆動期間において駆動トランジスターからの定電流を出力ノードに出力できる。
また本発明の一態様では、前記各電流生成回路は、前記複数の画素回路の補償期間において前記各電流生成回路の出力ノードを第1の所与の電圧に設定する第1の電圧設定回路を有してもよい。
画素回路の補償期間ではデータ線の電圧が変化し、キャパシターを介して電流生成回路の出力ノードの電圧が変化する可能性がある。この点、本発明の一態様によれば、画素回路の補償期間において電流生成回路の出力ノードを第1の所与の電圧に保持できる。
また本発明の一態様では、前記各電流生成回路は、前記駆動期間の開始前に前記各電流生成回路の出力ノードを第2の所与の電圧に設定する第2の電圧設定回路を有してもよい。
駆動期間の開始前に電流生成回路の出力ノードが第2の所与の電圧に設定されることで、電流生成回路の出力ノードの電圧が第1の所与の電圧から第2の所与の電圧に変化する。これにより、キャパシターを介してデータ線の電圧が変化し、その変化後の電圧が、定電流による電圧変化の初期電圧として設定される。
また本発明の一態様では、前記駆動期間における前記駆動トランジスターのゲート電圧が、温度センサーからの温度検出結果に基づいて可変に制御されてもよい。
駆動トランジスターの駆動能力は表示装置の温度に応じて変化するため、駆動期間における定電流が温度に応じて変化してしまう。この点、本発明の一態様によれば、駆動トランジスターのゲート電圧が温度に応じて可変に制御されることで、温度に依存しない定電流を実現できる。
また本発明の一態様では、前記駆動期間における前記各電流生成回路の出力ノードの電圧変化の傾きが、温度センサーからの温度検出結果に基づいて制御されてもよい。
駆動期間における電流生成回路の出力ノードの電圧変化の傾きが、温度センサーからの温度検出結果に基づいて制御されることで、その傾きの温度依存性を低減できる。これにより、温度変化による階調の変化を低減できる。
また本発明の一態様では、前記複数の画素回路の各画素回路は、有機EL素子の画素回路であってもよい。
有機EL素子の画素回路は、有機EL素子に電流を供給するトランジスターを有し、そのトランジスターのゲート電圧により階調が制御される。本発明の一態様によれば、駆動回路が駆動期間において定電流を出力することで、データ線を介して上記トランジスターのゲート電圧を制御できる。
また本発明の他の態様は、画素回路と、前記画素回路に接続されるデータ線を駆動する駆動回路と、前記駆動回路の出力ノードと前記データ線との間に設けられるキャパシターと、を含み、前記駆動回路は、表示データに応じて長さが設定される駆動期間において前記出力ノードに定電流を出力する表示装置に関係する。
また本発明の更に他の態様は、上記のいずれかに記載された表示装置を含む電子機器に関係する。
図1は、本実施形態の表示装置の構成例である。 図2は、表示装置の基本的な動作を説明するタイミングチャートである。 図3は、電流生成回路の詳細な構成例である。 図4は、画素回路の詳細な構成例である。 図5は、電流生成回路、画素回路の動作を説明するタイミングチャートである。 図6は、電流生成回路、画素回路の動作を説明するタイミングチャートである。 図7は、電流生成回路、画素回路の動作を説明するタイミングチャートである。 図8は、電流生成回路、画素回路の動作を説明するタイミングチャートである。 図9は、駆動トランジスターが流す定電流の温度補償を説明する図である。 図10は、駆動トランジスターが流す定電流の温度補償を説明する図である。 図11は、本実施形態の表示装置の詳細な構成例である。 図12は、電圧生成回路の出力ノードとデータ線との間に設けられるキャパシターの変形構成例である。 図13は、本実施形態の表示装置を含む電子機器の構成例である。
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
1.表示装置の構成例
表示装置の駆動回路は複数のデータ線を駆動するが、その各データ線に対して、表示データに対応した正確なデータ電圧を出力する必要がある。例えば、同一の表示データであるにも関わらず各データ線でデータ電圧にばらつき(誤差)があると、本来あるべきでない縦線が見える等、表示品質が低下してしまう。
上述したように従来は駆動回路にアンプ回路等を用いている。アンプ回路は帰還制御が可能であるため、プロセスばらつき(トランジスターの閾値電圧等)に影響されずに、各データ線でばらつきの少ないデータ電圧を出力できる。このような理由から従来よりアンプ回路等による駆動が採用されてきたが、バイアス電流等の定常的に流れる電流による消費電力が課題となっている。
例えば、ヘッドマウントディスプレイ等の小型の機器では、発熱が少ない方が小型化が容易であるため、低消費電力化が望まれる。しかし、画素を所定の時間内に駆動するためには、その要求を満たすだけの駆動能力がアンプ回路に必要となり、バイアス電流を削減するにも限界がある。或いは、近年では表示装置の画素数の増加に伴って1画素を駆動する時間が短くなっている。そして、駆動時間が短くなるとアンプ回路に高い駆動能力が要求され、消費電力を増加させる要因となっている。
一方、消費電力を削減するために、アンプ回路等による帰還制御を用いなかったとする。この場合、プロセスばらつきの影響を受けるため、同一の表示データに対して各データ線で同一のデータ電圧を出力することができず、表示品質が低下する可能性がある。
図1は、上記のような課題を解決できる本実施形態の表示装置100の構成例である。なお以下では、有機EL等の自発光素子で画素が構成されたアクティブマトリクス型の表示装置を例に説明するが、本実施形態の手法の適用例はこれに限定されない。即ち、電圧(データ電圧)で画素回路を駆動するタイプの表示装置であれば本実施形態の手法を適用できる。
図1の表示装置100は、駆動回路10、画素アレイ20、複数のキャパシターCA1〜CAnを含む。画素アレイ20は、複数の画素回路P11〜Pnm、複数の有機EL素子D11〜Dnm(複数の画素)を含む。n、mはそれぞれ任意な3以上の整数である。有機EL等の自発光素子で画素が構成されたアクティブマトリクス型の表示装置の場合、例えば表示装置100の構成要素は1チップのシリコン基板上に構成される。
駆動回路10は、複数の画素回路P11〜Pnmに接続される複数のデータ線ND1〜NDnを駆動する。複数のキャパシターCA1〜CAnの各キャパシターは、駆動回路10の複数の出力ノードNV1〜NVnの各出力ノードと複数のデータ線ND1〜NDnの各データ線との間に設けられる。
具体的には、画素アレイ20には、有機EL素子D11〜Dnm(有機ELダイオード)がマトリックス(2次元)に配置される。即ち、水平走査方向に沿ってn個の有機EL素子D1j〜Dnjが配置され、垂直走査方向に沿ってm個の有機EL素子Di1〜Dimが配置される。iは1以上n以下の整数であり、jは1以上m以下の整数である。各有機EL素子Dijには、画素回路Pijが接続される。そして垂直走査方向に並ぶm個の画素回路Pi1〜Pimが1本のデータ線NDiに接続される。キャパシターCAiは、データ線NDiと駆動回路10の出力ノードNViとの間に設けられる。
図2は、表示装置100の基本的な動作を説明するタイミングチャートである。図2にはデータ線NDiを駆動する場合のタイミングチャートを図示する。図2に示すように、駆動回路10は、表示データに応じて長さが設定される駆動期間TDRiにおいて各出力ノードNViに定電流Iaiを出力する。なお、図2では定電流Iai>0である場合を図示しているが、定電流Iai<0であってもよい。
具体的には、駆動回路10は、出力ノードNViに出力する電流IViを駆動期間TDRiにおいて定電流Iaiにする。定電流は、電流値が時間的に変動せず、一定(略一定を含む)となる電流のことである。この定電流IaiはキャパシターCAiの一端に供給されるので、キャパシターCAiの一端(出力ノードNVi)の電圧VViは、駆動期間TDRiにおいて線形に(一定の時間変化率で)変化する。そしてキャパシターCAiによるカップリングにより、キャパシターCAiの他端(データ線NDi)の電圧VDiが駆動期間TDRiにおいて線形に変化する。駆動期間TDRiの終了時に電圧VDiが達した電圧VGiが画素回路を駆動するデータ電圧(階調電圧)となる。
このデータ電圧VGiは、駆動期間TDRiの長さに比例するので、表示データに応じて駆動期間TDRiを制御することによって、データ電圧VGiを制御することができる。例えば、従来はラダー抵抗等を用いた階調電圧生成回路で実現していたガンマ特性と同様な特性となるように、表示データと駆動期間TDRiの長さとを対応させればよい。
本実施形態によれば、表示データに応じて長さが設定される駆動期間TDRiにおいて出力ノードNViに定電流Iaiが出力されるので、出力ノードNViとデータ線NDiの間に設けられるキャパシターCAiによりデータ線NDiの電圧VDiが、表示データに応じたデータ電圧VGiとなる。これにより、定常的に流れる電流を抑制した駆動方式による低消費電力化が可能となる。即ち、本実施形態では駆動期間TDRiにおいて定電流Iaiを流せばよいので、アンプ回路等が不要となりバイアス電流等の定常的に流れる電流が必要ない。そして、基本的には駆動期間TDRiに流す定電流Iaiだけで電力を消費し、定常的に流れる電流による消費電力を削減できるので、非常に低い消費電力を実現できる。
また本実施形態では、図1に示すように、駆動回路10は、複数の出力ノードNV1〜NVnに定電流を流すための複数の電流生成回路GC1〜GCnを含む。図3で後述するように、各電流生成回路GCiは、定電流Iaiを流すための駆動トランジスターKDRと、駆動トランジスターKDRの閾値電圧のばらつきを補償する補償回路11と、を有する。
具体的には、駆動回路10は第1〜第nの電流生成回路GC1〜GCnを含む。そして電流生成回路GCiは、駆動期間TDRiにおいて定電流Iaiとなる電流IViを生成し、その電流IViを出力ノードNViに出力する。
本実施形態では、駆動トランジスターKDRは、各データ線NDiに対応して設けられている。そのため、異なるデータ線に対応して設けられた駆動トランジスターKDRの閾値電圧が異なっていると、それらの駆動トランジスターKDRが出力する定電流の電流値が異なってしまう。そうすると、データ線NDiの電圧VDiの時間変化率(図2の電圧VDiの傾き)がデータ線毎に異なってしまい、同じ駆動期間TDRiであっても到達するデータ電圧VGiがデータ線毎に異なってしまう。このようなデータ電圧のばらつきは、表示品質を低下させてしまう。
この点、本実施形態によれば、補償回路11により駆動トランジスターKDRの閾値電圧のばらつきが補償されるので、データ線NDiの電圧VDiの時間変化率が各データ線で同じになるように補償される。これにより、各データ線でのデータ電圧のばらつきを補償し、表示品質を向上できる。
2.電流生成回路、画素回路の詳細な構成例
図3は、電流生成回路GCiの詳細な構成例である。また図4は、画素回路Pijの詳細な構成例である。電流生成回路GCiは、補償回路11、初期電圧設定回路12、第1の電圧設定回路13、第2の電圧設定回路14、第3の電圧設定回路15、キャパシターCC、駆動トランジスターKDR、トランジスターKPWMを含む。画素回路Pijは、キャパシターCD、トランジスターGWR、GDR、GCMP、GEL、GORを含む。なお、以下では動作の概略についても説明するが、動作の詳細については図5〜図10で後述する。
図3に示すように、補償回路11は、駆動トランジスターKDRのゲートとドレインの間に設けられる第1のトランジスターKCMPと、駆動トランジスターKDRのゲートと高電位側電源電圧VEL(広義には基準電圧)のノードとの間に設けられる第1のキャパシターCBと、を有する。なお駆動トランジスターKDRのソースには高電位側電源電圧VELが供給される。トランジスターKCMPは信号XGCMP2によりオン及びオフが制御される。
トランジスターKCMPがオンになると駆動トランジスターKDRがダイオード接続になり、駆動トランジスターKDRのゲート−ソース間電圧が駆動トランジスターKDRの閾値電圧付近になる。そして、その駆動トランジスターKDRのゲート電圧VDRをキャパシターCBが保持する。このように、駆動トランジスターKDRの閾値電圧に応じた電圧をキャパシターCBが保持することで、駆動トランジスターKDRの閾値電圧が補償される。
また本実施形態では、第2のキャパシターCCは、駆動トランジスターKDRのゲートと可変電圧XPWMのノードとの間に設けられる。そして、補償回路11により設定された駆動トランジスターKDRのゲート電圧VDRが、可変電圧XPWMにより可変に制御される。例えば図11の電圧生成回路50が可変電圧XPWMを可変に制御して出力する。
駆動トランジスターKDRのゲート−ソース間電圧は補償回路11により閾値電圧付近となっている。この状態において可変電圧XPWMを変化させると、キャパシターCCによるカップリングにより、所与の電圧だけ駆動トランジスターKDRのゲート電圧を変化させることができる。このとき、可変電圧XPWMは、駆動トランジスターKDRのドレイン電流IDRを増やす(駆動トランジスターKDRをオンに近づける)方向に変化させる。駆動トランジスターKDRのドレイン電流IDRは、閾値電圧を基準として所与の電圧だけゲート電圧が変化したときのドレイン電流となるので、閾値電圧のばらつきが補償された定電流を得ることができる。
また本実施形態では、初期電圧設定回路12は、駆動トランジスターKDRのゲート電圧VDRの初期電圧を設定する。具体的には初期電圧設定回路12は、基準電圧VREFのノードと駆動トランジスターKDRのゲートとの間に設けられるトランジスターKR1である。トランジスターKR1は、信号XGREFによりオン及びオフが制御される。
トランジスターKR1がオンになると、駆動トランジスターKDRのゲート電圧VDRが基準電圧VREFに設定される。この基準電圧VREFが初期電圧となる。初期電圧は、駆動トランジスターKDRをオンさせる(駆動トランジスターKDRがある程度のドレイン電流を流せる)電圧である。即ち、トランジスターKR1がオンになってゲート電圧VDRが初期電圧に設定されると駆動トランジスターKDRがドレイン電流を流せる状態となる。そして、トランジスターKR1がオフになった後、補償回路11のトランジスターKCMPがオンになり、ダイオード接続となった駆動トランジスターKDRにドレイン電流が流れる。これにより、駆動トランジスターKDRのゲート−ソース間電圧が閾値電圧付近に収束させることができる。
また本実施形態では、第2のトランジスターKPWMは、駆動トランジスターKDRと各電流生成回路GCiの出力ノードNViとの間に設けられ、駆動期間TDRiにおいてオンになる。なおトランジスターKPWMは可変電圧XPWMによりオン及びオフが制御される。トランジスターKPWMを制御する可変電圧XPWMは、第2のキャパシターCCに供給される電圧と同じものを用いたが、異なる電圧であってもよい。
このようにトランジスターKPWMが駆動期間TDRiにおいてオンになることで、駆動トランジスターKDRのドレイン電流IDRが出力ノードNViに出力される。上述したように、駆動トランジスターKDRのドレイン電流IDRは閾値電圧が補償された定電流であるため、ばらつきが補償された定電流を出力することができる。
また本実施形態では、第2のトランジスターKPWMは、オンになる期間が表示データに応じて設定される。具体的には、トランジスターKPWMのゲートに入力される可変電圧XPWMが、表示データに応じた長さの期間において、トランジスターKPWMをオンにする電圧レベルとなる。その期間以外では可変電圧XPWMはトランジスターKPWMをオフにする電圧レベルである。
このように、トランジスターKPWMがオンになる期間が表示データに応じて設定されることで、トランジスターKPWMが、表示データに応じた長さの駆動期間TDRiにおいて定電流を出力できる。
また本実施形態では、第1の電圧設定回路13は、複数の画素回路Pi1〜Pim(各電流生成回路GCiにより駆動される画素回路)の補償期間において、各電流生成回路GCiの出力ノードNViを第1の所与の電圧に設定する。具体的には第1の電圧設定回路13は、基準電圧VREF2のノードと出力ノードNViとの間に設けられるトランジスターGR1である。トランジスターGR1は、信号XGREF2によりオン及びオフが制御される。
図4に示すように、画素回路Pijは、有機EL素子Dijに電流を流すトランジスターGDRを含んでいる。また、画素回路Pijは、キャパシターCD、トランジスターGWR、GCMP、GEL、GORを含む。トランジスターGWRは、駆動トランジスターGDRのゲートとデータ線NDiとの間に設けられ、制御信号XGWRによりオン及びオフが制御される。トランジスターGCMPは、駆動トランジスターGDRのドレインとデータ線NDiとの間に設けられ、制御信号XGCMP2によりオン及びオフが制御される。トランジスターGELは、駆動トランジスターGDRのドレインと有機EL素子Dijとの間に設けられ、制御信号XGELによりオン及びオフが制御される。そして、トランジスターGDRは、高電位側電源電圧VELのノードとトランジスターGELとの間に設けられ、トランジスターGDRのゲート−ソース間電圧により、導通状態が制御され、トランジスターGELがオン状態のとき、トランジスターGDRのゲート・ソース間電圧に応じた電流が有機EL素子Dijに供給される。トランジスターGORは、有機EL素子Dijと電源電圧VORSTのノードとの間に設けられ、制御信号XGCMP2によりオン及びオフが制御される。ここで、共通の制御信号XGCMP2により、トランジスターGOR及びトランジスターGCMPを制御したが、異なる信号で制御してもよい。
トランジスターGDRの閾値電圧のばらつきを補償する期間が補償期間である。この補償動作は、トランジスターGCMP(補償回路)が行い、補償期間はトランジスターGCMPがオンになっている期間である。補償期間では、トランジスターGWR、GCMPがオンになり、トランジスターGDRがダイオード接続され、トランジスターGDRのゲート−ソース間電圧がトランジスターGDRの閾値電圧付近となり、そのゲート電圧がキャパシターCDに保持される。この補償期間では、トランジスターGDRのゲート及びドレインがデータ線NDiに接続されているので、トランジスターGDRのゲート電圧及びドレイン電圧の変化にともなってデータ線NDiの電圧VDiが変化する。そして、データ線NDiの電圧VDiが変化すると、キャパシターCAiによるカップリングにより電流生成回路GCiの出力ノードNViの電圧VViが変化しようとする。
本実施形態では、このような補償期間においてトランジスターGR1がオンになり、出力ノードNViの電圧VViが基準電圧VREF2に設定される。この基準電圧VREF2が第1の所与の電圧となる。これにより、補償期間においてデータ線NDiの電圧VDiが変化しても、出力ノードNViの電圧VViを第1の所与の電圧に保持できる。
また本実施形態では、第2の電圧設定回路14は、駆動期間TDRiの開始前に各電流生成回路GCiの出力ノードNViを第2の所与の電圧に設定する。具体的には第2の電圧設定回路14は、基準電圧VREF3のノードと出力ノードNViとの間に設けられるトランジスターGR2である。トランジスターGR2は、信号XGREF3によりオン及びオフが制御される。
トランジスターGR2は画素回路Pijの補償期間の終了後、駆動期間TDRiの開始前にオンになり、出力ノードNViの電圧VViが基準電圧VREF3に設定される。この基準電圧VREF3が第2の所与の電圧となる。即ち、補償期間の終了後に出力ノードNViが第1の所与の電圧から第2の所与の電圧に変化し、キャパシターCAiによるカップリングによりデータ線NDiの電圧VDiが変化する。この変化は、閾値電圧のばらつきが補償されたトランジスターGDRのゲート電圧を基準とする変化である。このようにして、駆動期間TDRiの開始時におけるデータ線NDiの初期電圧が決まり、その初期電圧から定電流Iaiによってデータ線NDiの電圧VDiを線形に変化させることができる。
また本実施形態では、第3の電圧設定回路15は、データ線NDiの初期電圧を設定する。具体的には、第3の電圧設定回路15は、高電位側電源電圧VINI(広義には基準電圧)のノードとデータ線NDiとの間に設けられたトランジスターGENIである。トランジスターGENIは、信号XGINIによりオン及びオフが制御される。
トランジスターGENIは、画素回路Pijの補償期間の前にオンになり、データ線NDiの電圧VDiが電圧VINIに設定される。この電圧VINIが初期電圧となる。具体的にはトランジスターGENIは、駆動トランジスターKDRの補償期間にオンになる。この補償期間は、補償回路11が駆動トランジスターKDRの閾値電圧を補償する期間であり、トランジスターKCMPがオンになっている期間である。
また本実施形態では、駆動期間TDRiにおける駆動トランジスターKDRのゲート電圧VDRが、温度センサーからの温度検出結果に基づいて可変に制御される。具体的には、キャパシターCCを介して入力される可変電圧XPWMの駆動期間TDRiにおける電圧が、温度に応じて変更される。この可変電圧の制御は例えば図11の電圧生成回路50が温度センサー60からの温度検出結果に基づいて行う。なお温度センサーは表示装置100の外部に設けられてもよい。
駆動トランジスターKDRの駆動能力(同じゲート−ソース間電圧で流れるドレイン電流)は表示装置の温度に応じて変化するため、駆動期間TDRiにおける定電流が温度に応じて変化してしまう。本実施形態によれば、駆動トランジスターKDRのゲート電圧が温度に応じて可変に制御されることで、温度に依存しない定電流を実現できる。
また本実施形態では、駆動期間TDRiにおける各電流生成回路GCiの出力ノードNViの電圧変化の傾きが、温度センサーからの温度検出結果に基づいて制御される。具体的には、温度に依存せずに傾き(即ち定電流の電流値)が一定となるように制御する。
温度が高いほど駆動トランジスターKDRの駆動能力が下がるので、温度が高いほど駆動トランジスターKDRのドレイン電流を大きくする方向に可変電圧XPWMを変化させる。このようにして、温度に依存せずに定電流による電圧変化の傾きを一定に保ち、温度変化による階調(発光輝度)の変化を低減できる。
なお、電流生成回路GCiのトランジスターKDR、KCMP、KPWM、KR1、GR1、GR2、GENIは例えばP型MOSトランジスター(第1導電型トランジスター)である。また画素回路PijのトランジスターGDR、GWR、GCMP、GEL、GORは例えばP型MOSトランジスターである。このように、電流生成回路GCiのトランジスターKDRは、画素回路PijのトランジスターGDRと同じ導電型のトランジスターであることが好ましい。また、電流生成回路GCi及び画素回路Pijを構成するトランジスターが全て同じ導電型のトランジスターであることがさらに好ましい。高電位側電源電圧VELは電流生成回路GCi及び画素回路Pijに供給される共通の電源電圧であったが、異なる電源電圧であってもよい。
また電流生成回路GCi及び画素回路Pijのトランジスターの制御信号XGCMP2、XGREF、XGREF2、XGREF3、XGINI、XGWR、XGELは、例えば図11の制御回路30が出力する。制御信号XGWR、XGCMP2、XGELは、図示しない制御線駆動回路が出力してもよい。また電流生成回路GCi及び画素回路Pijに供給される電圧VEL、VINI、VREF、VREF2、VREF3は、例えば図11の電圧生成回路50が出力する。
3.電流生成回路、画素回路の動作
図5〜図8は、電流生成回路GCi、画素回路Pijの動作を説明するタイミングチャートである。図5〜図8において横軸は時間であり、水平走査期間を単位“1”として時間を表している。なお以下では電流生成回路GCi及び画素回路PijのトランジスターがP型MOSトランジスターである場合を例に説明する。
図5に示すように、まず信号XGREFがローレベル(低電位側電源電圧VSS、例えば0V)になってトランジスターKR1がオンになり、駆動トランジスターKDRのゲート電圧VDRが電圧VREFに設定される。
トランジスターKR1がオフになった後に信号XGCMP2がローレベル(2/3×VEL)になり、トランジスターKCMPがオンになる。駆動トランジスターKDRのゲートとドレインが接続され、ゲート電圧VDRが駆動トランジスターKDRの閾値電圧付近となり、トランジスターKCMPがオフになり、ゲート電圧VDRがキャパシターCBに保持される。
次に可変電圧XPWMがハイレベル(VEL)からローレベル(2/3×VEL付近、温度に応じて可変)に変化する。キャパシターCCによるカップリングにより、駆動トランジスターKDRのゲート電圧VDRが低下し、より大きなドレイン電流IDRを流せる状態になる。このようにして、キャパシターCBに保持された駆動トランジスターKDRの閾値電圧から可変電圧XPWMによりオフセットが加わり、閾値電圧のばらつきが補償された定電流Iaiが実現される。
可変電圧XPWMは、表示データに応じた駆動期間の後にローレベルからハイレベルになる。図5、図7、図8では最も階調(画素の輝度)が高い場合の波形を点線で示し、最も階調が低い場合の波形を実線で示している。最も階調が高い場合の駆動期間TDRAは、最も階調が低い場合の駆動期間TDRBよりも短い。中間階調では、それらの間の駆動期間となり、階調が高いほど駆動期間は短くなる。
図6には、図5と同じ水平走査期間での波形を示している。なお、適宜図7の電圧VDi、VViを参照しながら説明する。図6に示すように、まず信号XGINIがローレベル(VSS)になり、トランジスターGENIがオンになる。これにより、図7に示すように、データ線NDiの電圧VDiが初期電圧に設定される。
図6に示すように、信号XGWRはローレベル(1/2×VEL)であり、トランジスターGWRがオンになっており、トランジスターGDRのゲートとデータ線NDiが接続されている。トランジスターGENIがオフになった後、信号XGCMP2がローレベル(2/3×VEL)になり、トランジスターGCMPがオンになる。これによりトランジスターGDRのゲートとドレインが接続され、ゲート電圧(図7のデータ線NDiの電圧VDi)がトランジスターGDRの閾値電圧付近になり、その電圧がキャパシターCDに保持される。このとき、信号XGREF2はローレベル(2/3×VEL)であり、トランジスターGR1がオンになっている。これにより図7に示すように、出力ノードNViの電圧VViが電圧VREF2に固定される。
図6に示すようにトランジスターGCMP、GR1がオフになった後、信号XGREF2がローレベル(VSS)になり、トランジスターGR2がオンになる。図7に示すように、出力ノードNViの電圧VDiが電圧VREF2から電圧VREF3(>VREF2)に上昇し、キャパシターCAiによるカップリングでデータ線NDiの電圧VDi(トランジスターGDRのゲート電圧)が上昇する。このようにして、キャパシターCDに保持された閾値電圧にオフセットが加わり、トランジスターGDRの閾値電圧のばらつきが補償された状態で駆動期間TDRi(TDRA、TDRB)を開始できる。
図7には、図5、図6と同じ水平走査期間での波形を示している。図7に示すように、信号XGREF3がローレベルからハイレベルになり、トランジスターGR2がオフになった後、可変電圧XPWMがハイレベルからローレベル(2/3×VEL付近、温度に応じて可変)に変化する。図5で説明したように駆動トランジスターKDRが定電流Iaiを出力し、出力ノードNViの電圧VViとデータ線NDiの電圧VDiが線形に上昇する。駆動期間TDRA、TDRBが終了すると可変電圧XPWMがハイレベルになり、電圧VVi、VDiの上昇が停止する。駆動期間が長い方が到達電圧が高くなる(トランジスターGDRがよりオフに近づいていく)。電圧VDiの方が電圧VViよりも傾きが大きいのは、キャパシターCAiとデータ線NDiの寄生容量CEと分圧になるためである。データ線NDiには、寄生容量CEが付随するようにしたが、電極間に誘電体を保持するキャパシターであってもよい。また、このキャパシターが接続される電源ノードは高電位側電源電圧VELのノードであってもよいし、電源電圧VORSTのノード等別の電源ノードを用いてもよい。
駆動期間の最大期間(最低階調に対応する駆動期間TDRB)よりも後に信号XGWRがローレベルからハイレベルになり、トランジスターGWRがオフになる。これによりトランジスターGDRのゲートとデータ線NDiの間が切断され、そのときのゲート電圧(データ線NDiの電圧VDi)がキャパシターCDに保持される。トランジスターGWRは、次の垂直走査期間において画素回路Pijの水平走査線が選択されるまでオフになっている。
図8には、トランジスターGWRがオフになる付近でのトランジスターGDRのドレイン電流IGDを示す。図示を省略しているが、トランジスターGWRがオフになるとき信号XGELがローレベルになり、トランジスターGELがオンになる。そしてトランジスターGDRが、キャパシターCDに保持されたゲート電圧に応じたドレイン電流IGDを有機EL素子Dijに出力し、表示データに応じた輝度で発光する。点線は最大階調(駆動期間は最短)でのドレイン電流を示し、実線は最低階調(駆動期間は最長)でのトレイン電流を示す。
なお、キャパシターCDに保持されるトランジスターGDRのゲート電圧は閾値電圧よりも低い電圧となるが、その領域でも微小なドレイン電流が流れており、そのような微小な電流を制御することによって有機EL素子の発光輝度(階調)を制御している。
4.温度補償の手法
図9、図10は、駆動トランジスターKDRが流す定電流の温度補償を説明する図である。横軸は時間であり、図5〜図8と同様に水平走査期間を単位“1”として時間を表している。
図9には、可変電圧XPWMのローレベル(駆動期間における電圧レベル)を同一にして温度を変化させた場合における電流生成回路GCiの出力ノードNViの電圧VViを示す。温度が高いほど駆動トランジスターKDRの駆動能力が低下し、定電流が小さくなるので、電圧VViの変化の傾きが小さくなる。
図10には、温度を同一にして可変電圧XPWMのローレベルを変化させた場合における電流生成回路GCiの出力ノードNViの電圧VViを示す。図10には、可変電圧XPWMがあるローレベルLLAである場合と、それよりも高いローレベルLLBである場合を示す。可変電圧XPWMのローレベルが低いほど駆動トランジスターKDRのゲート電圧が下がり(閾値電圧に対するオフセットが大きくなり)、駆動トランジスターKDRの駆動能力が高くなるので、電圧VViの変化の傾きが大きくなる。
本実施形態では、温度センサーにより検出された温度が高いほど、可変電圧XPWMのローレベルを低くする。これにより、定電流の温度依存性をキャンセルし、温度に依らずに一定の定電流を得ることができる。各温度と可変電圧XPWMのローレベルの対応情報は、例えば製造時等に測定しておき、表示装置100に含まれる不図示の記憶部に記憶しておく(或いは表示装置100の外部の処理装置からレジスター等に書き込んでもよい)。そして図11の電圧生成回路50が、記憶部に記憶された(又はレジスターに書き込まれた)対応情報と温度センサー60からの温度検出結果とに基づいて、可変電圧XPWMのローレベルを電流生成回路GCiに出力する。
5.表示装置の詳細な構成例
図11は、本実施形態の表示装置100の詳細な構成例である。図11の表示装置100は、駆動回路10、画素アレイ20、制御回路30、インターフェース回路40、電圧生成回路50、温度センサー60を含む。
インターフェース回路40は、表示装置100と外部の処理装置との間の通信を行う。例えば外部の処理装置からインターフェース回路40を介してクロック信号や表示データが制御回路30に入力される。
制御回路30はインターフェース回路40を介して入力されたクロック信号や表示データに基づいて表示装置100の各部を制御する。例えば制御回路30は、画素アレイ20の水平走査線の選択や垂直同期制御等の表示タイミングの制御を行い、その表示タイミングに従って電流生成回路GCi(駆動回路10)や画素回路Pij(画素アレイ20)の制御を行う。
温度センサー60は、表示装置100の温度を測定する。例えば温度センサー60は、温度依存する電圧(例えばPN接合の順方向電圧)と温度依存しない電圧(例えばバンドギャップリファレンス電圧)との差分をA/D変換し、温度データ(温度情報)を出力する。
電圧生成回路50は、各種電圧を生成して駆動回路10に出力する。例えば電圧生成回路50は、複数の電圧を生成する電圧生成回路(例えばラダー抵抗)と、その複数の電圧からいずれかの電圧を選択するD/A変換回路(電圧選択回路)と、を含む。可変電圧XPWMのローレベルは、D/A変換回路により選択される電圧を温度データに基づいて変更することで、可変に制御される。
6.変形例
図12は、電圧生成回路の出力ノードとデータ線との間に設けられるキャパシターの変形構成例である。なお図12には電流生成回路GC1の出力ノードNV1に接続されるキャパシターの構成例を例に図示するが、出力ノードNV2〜NVnに接続されるキャパシターについても同様である。
この変形構成例では、データ線ND11〜ND1(10)に10個ずつ画素回路が接続され、電流生成回路GC1の出力ノードNV1とデータ線ND11〜ND1(10)との間にキャパシターCB1〜CB10が接続される。電流生成回路GC1が駆動期間において定電流を出力するとキャパシターCB1〜CB10を介してデータ線ND11〜ND1(10)の電圧が線形に上昇する。そして表示データに応じて駆動期間を設定することで、画素回路に書き込むデータ電圧を制御できる。なお、図12ではm=100とし、各データ線に接続される画素回路を10個としているが、mは100に限定されないし、各データ線に接続される画素回路は10個に限定されない。
7.電子機器
図13は、本実施形態の表示装置100を含む電子機器300の構成例である。電子機器300の具体例としては、例えばヘッドマウントディスプレイや携帯情報端末、車載装置(例えばメーターパネル、カーナビゲーションシステム等)、携帯型ゲーム端末、情報処理装置等の、表示装置を搭載する種々の電子機器を想定できる。
電子機器300は、処理部310(例えばCPU等のプロセッサー、或いはゲートアレイ)、記憶部320(例えばメモリー、ハードディスク等)、操作部330(操作装置)、インターフェース部340(インターフェース回路、インターフェース装置)、表示装置100(ディスプレイ)を含む。
操作部330は、ユーザーからの種々の操作を受け付けるユーザーインターフェースである。例えば、ボタンやマウス、キーボード、表示部350に装着されたタッチパネル等である。インターフェース部340は、画像データや制御データの入出力を行うデータインターフェースである。例えばUSB等の有線通信インターフェースや、或は無線LAN等の無線通信インターフェースである。記憶部320は、インターフェース部340から入力されたデータを記憶する。或は、記憶部320は、処理部310のワーキングメモリーとして機能する。処理部310は、インターフェース部340から入力された或いは記憶部320に記憶された表示データを処理して表示装置100に転送する。表示装置100は、処理部310から転送された表示データに基づいて画素アレイに画像を表示する。
なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また本実施形態及び変形例の全ての組み合わせも、本発明の範囲に含まれる。また駆動回路、画素アレイ、表示装置、電子機器の構成・動作等も、本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。
10…駆動回路、11…補償回路、12…初期電圧設定回路、
13…第1の電圧設定回路、14…第2の電圧設定回路、15…第3の電圧設定回路、
20…画素アレイ、30…制御回路、40…インターフェース回路、
50…電圧生成回路、60…温度センサー、100…表示装置、300…電子機器、
310…処理部、320…記憶部、330…操作部、340…インターフェース部、
350…表示部、
CA1〜CAn…キャパシター、CB…第1のキャパシター、
CC…第2のキャパシター、D11〜Dnm…有機EL素子、
GC1〜GCn…電流生成回路、Iai…定電流、KCMP…第1のトランジスター、
KDR…駆動トランジスター、KPWM…第2のトランジスター、
ND1〜NDn…データ線、NV1〜NVn…出力ノード、
P11〜Pnm…画素回路、TDRA,TDRB,TDRi…駆動期間

Claims (14)

  1. 複数の画素回路と、
    前記複数の画素回路に接続される複数のデータ線を駆動する駆動回路と、
    各キャパシターが、前記駆動回路の複数の出力ノードの各出力ノードと前記複数のデータ線の各データ線との間に設けられる複数のキャパシターと、
    を含み、
    前記駆動回路は、
    表示データに応じて長さが設定される駆動期間において前記各出力ノードに定電流を出力することを特徴とする表示装置。
  2. 請求項1において、
    前記駆動回路は、
    前記複数の出力ノードに前記定電流を流すための複数の電流生成回路を含み、
    前記複数の電流生成回路の各電流生成回路は、
    前記定電流を流すための駆動トランジスターと、
    前記駆動トランジスターの閾値電圧のばらつきを補償する補償回路と、
    を含むことを特徴とする表示装置。
  3. 請求項2において、
    前記補償回路は、
    前記駆動トランジスターのゲートとドレインの間に設けられる第1のトランジスターと、
    前記駆動トランジスターのゲートと基準電圧のノードとの間に設けられる第1のキャパシターと、
    を有することを特徴とする表示装置。
  4. 請求項2又は3において、
    前記各電流生成回路は、
    前記駆動トランジスターのゲートと可変電圧のノードとの間に設けられる第2のキャパシターを有し、
    前記補償回路により設定された前記駆動トランジスターのゲート電圧が、前記可変電圧により可変に制御されることを特徴とする表示装置。
  5. 請求項2乃至4のいずれかにおいて、
    前記各電流生成回路は、
    前記駆動トランジスターのゲート電圧の初期電圧を設定する初期電圧設定回路を有することを特徴とする表示装置。
  6. 請求項2乃至5のいずれかにおいて、
    前記各電流生成回路は、
    前記駆動トランジスターと前記各電流生成回路の出力ノードとの間に設けられ、前記駆動期間においてオンになる第2のトランジスターを有することを特徴とする表示装置。
  7. 請求項6において、
    前記第2のトランジスターは、
    オンになる期間が前記表示データに応じて設定されることを特徴とする表示装置。
  8. 請求項2乃至7のいずれかにおいて、
    前記各電流生成回路は、
    前記複数の画素回路の補償期間において前記各電流生成回路の出力ノードを第1の所与の電圧に設定する第1の電圧設定回路を有することを特徴とする表示装置。
  9. 請求項2乃至8のいずれかにおいて、
    前記各電流生成回路は、
    前記駆動期間の開始前に前記各電流生成回路の出力ノードを第2の所与の電圧に設定する第2の電圧設定回路を有することを特徴とする表示装置。
  10. 請求項2乃至9のいずれかにおいて、
    前記駆動期間における前記駆動トランジスターのゲート電圧が、温度センサーからの温度検出結果に基づいて可変に制御されることを特徴とする表示装置。
  11. 請求項2乃至9のいずれかにおいて、
    前記駆動期間における前記各電流生成回路の出力ノードの電圧変化の傾きが、温度センサーからの温度検出結果に基づいて制御されることを特徴とする表示装置。
  12. 請求項1乃至11のいずれかにおいて、
    前記複数の画素回路の各画素回路は、
    有機EL素子の画素回路であることを特徴とする表示装置。
  13. 画素回路と、
    前記画素回路に接続されるデータ線を駆動する駆動回路と、
    前記駆動回路の出力ノードと前記データ線との間に設けられるキャパシターと、
    を含み、
    前記駆動回路は、
    表示データに応じて長さが設定される駆動期間において前記出力ノードに定電流を出力することを特徴とする表示装置。
  14. 請求項1乃至13のいずれかに記載された表示装置を含むことを特徴とする電子機器。
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