JP7388409B2 - 表示装置および電子機器 - Google Patents
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Description
なお、上記特許文献1には、表示素子への電流を制御する際にトランジスターのしきい値を補償して、表示品位の低下を抑えるための技術についても提案されている。
この表示装置10は、例えばヘッドマウントディスプレイなどにおいてカラー画像を表示するマイクロ・ディスプレイ・パネルであり、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半導体基板に形成される。半導体基板としては、典型的にはシリコン基板であるが、他の半導体基板であってもよい。
表示領域100では、m行の走査線12が図において左右方向に沿って設けられ、(3q)列のデータ線14bが、上下方向に沿って、かつ、各走査線12と互いに電気的に絶縁を保つように設けられる。
なお、m、qは、2以上の整数である。また、後述するようにm行の走査線12と(3q)列のデータ線14bとの交差に対応して画素回路が設けられる。
また、制御回路20は、画像信号Vidを適切に処理し、例えば10ビットにアップコンバートし、画像信号Vdatとして出力する。なお、制御回路20は、画像信号Vidを画像信号Vdatに変換するためのルックアップテーブルや、各種の設定用パラメーターを記憶するレジスタなどを含む。
データ信号出力回路30は、第1データ信号を出力する。詳細には、データ信号出力回路30は、画素回路で表現する画素、すなわち表示しようとする画像における画素の階調レベルに応じた電圧であって、電圧振幅を圧縮する前の第1データ信号を出力する。
なお、本実施形態では、データ信号出力回路30から出力される第1データ信号の電圧振幅が圧縮され、第2データ信号としてデータ線14bに供給される。したがって、圧縮後の第2データ信号も、画素の階調レベルに応じた電圧となる。言い換えると、データ線14bの電圧は、画素の階調レベルに応じた電圧となる。
また、データ信号出力回路30は、シリアルで供給される画像信号Vdatを、複数相(この例ではqの係数である「3」相)にパラレル変換して出力する機能も有する。
シフトレジスタ31は、クロック信号Clkに同期してシリアルで供給される画像信号Vdatを順次転送して、1行分、すなわち画素回路の個数でいえば(3q)個分、格納する。
アンプ群34は3つの増幅器を含む。3つの増幅器によって、D/A変換回路群33から出力される3相のアナログ信号が増幅され、第1データ信号Vd(1)、Vd(2)、Vd(3)として出力される。
制御回路20は、後述するように書込期間に先立つ補償期間において順次排他的にHレベルとなる制御信号Sel(1)~Sel(q)を出力する。
表示領域100には、表示すべき画像の画素に対応した画素回路110がマトリクス状に設けられる。詳細には、画素回路110は、m行の走査線12と、(3p)列のデータ線14bとの交差部に対応して設けられる。このため、画素回路110は、図において縦m行×横(3q)列でマトリクス状に配列する。ここでマトリクス配列のうち、行(ロウ)を区別するために、図において上から順に1、2、3、…、(m-1)、m行と呼ぶ場合がある。同様にマトリクスの列(カラム)を区別するために、図において左から順に1、2、3、…、(3q-1)、(3q)列と呼ぶ場合がある。
なお、走査線駆動回路120は、走査信号/Gwr(1)~/Gwr(m)のほかにも、当該走査信号に同期した制御信号を行毎に生成して表示領域100に供給するが、図3においては図示が省略されている。
また、スイッチ群40は、データ転送線14a毎に設けられたトランスミッションゲート45の集合体である。
このうち、1、4、7、…、(3q-2)列のデータ転送線14aに対応するq個のトランスミッションゲート45の入力端は共通接続される。なお、この入力端には、第1データ信号Vd(1)が画素毎に時系列で供給される。
また、2、5、8、…、(3q-1)列のデータ転送線14aに対応するq個のトランスミッションゲート45の入力端は共通接続され、第1データ信号Vd(2)が画素毎に時系列で供給される。
同様に、3、6、9、…、(3q)列のデータ転送線14aに対応するq個のトランスミッションゲート45の入力端は共通接続され、第1データ信号Vd(3)が画素毎に時系列で供給される。
ある列のトランスミッションゲート45の出力端は、当該列のデータ転送線14aの一端に接続される。
なお、図3では、紙面の制約のため、1番目のグループおよびq番目のグループのみ図示され、他のグループは省略されている。また、図3のトランスミッションゲート45は、図2では、単なるスイッチとして簡略化されて表記されている。
ある列のデータ線14bに対応するトランジスター66のゲートノードには制御信号/Drstが供給され、当該トランジスター66のソースノードには電圧Velが印加され、当該トランジスター66のドレインノードは、当該列のデータ線14bに接続される。
また、ある列のデータ線14bに対応するトランジスター67のゲートノードには制御信号/Gorstが供給され、当該トランジスター67のソースノードには電圧Vorstが印加され、当該トランジスター67のドレインノードは、当該列のデータ線14bに接続される。
ある列のデータ線14bに対応するトランジスター68のゲートノードには制御信号/Giniが供給され、当該トランジスター68のソースノードには電圧Viniが印加され、当該トランジスター68のドレインノードは、当該列のデータ線14bに接続される。
ここで、ある列に対応するトランスミッションゲート72は、制御信号GcpがHレベルのとき(制御信号/GcpがLレベルのとき)に、入力端および出力端の間でオンする。ある列に対応するトランスミッションゲート72の入力端は、当該列のデータ転送線14aの他端に接続され、当該列に対応するトランスミッションゲート72の出力端は、当該列に対応するトランスミッションゲート73の出力端、当該列に対応する容量素子74の一端、および、当該列に対応する容量素子75の一端に接続される。
また、ある列に対応する容量素子75の他端は、一定電位、例えば電圧ゼロの基準となる電位に接地されている。
ある列に対応する容量素子74の他端は、当該列に対応するデータ線14bの一端に接続される。
一方、トランスミッションゲート45を介してデータ転送線14aに供給された第1データ信号は、トランスミッションゲート72および容量素子74およびデータ線14bを介して第2データ信号として画素回路110に供給される。
このため、データ信号出力回路30から出力される第1データ信号は、データ転送線14aを介して、表示領域100を挟んで反対の位置にある補助回路70に到達し、折り返して、第2データ信号となってデータ線14bを介して画素回路110に供給される。
また、i行目の画素回路110には、走査信号/Gwr(i)のほか、制御信号/Gcmp(i)、/Gel(i)が、走査線駆動回路120から供給される。
OLED130において、アノードからカソードに電流が流れると、アノードから注入された正孔とカソードから注入された電子とが発光機能層216で再結合して励起子が生成され、白色光が発生する。このときに発生した白色光が、図示省略された反射膜とハーフミラーとで構成された光共振器にて共振し、RGBのいずれかの色に対応して設定された共振波長で出射する。光共振器から光が出射する経路には、当該色に対応したカラーフィルターが設けられる。したがって、OLED130からの出射光は、光共振器およびカラーフィルターによる着色を経て、観察者に視認される。
すなわち、1つの画素回路110は、表示すべき色のうち、三原色の1つを表現するので、厳密にいえば、サブ画素回路と呼ぶべきであるが、説明を簡略化するために画素回路と呼ぶことにする。なお、表示装置10が単に明暗のみの単色画像を表示する場合には、上記カラーフィルターを省略してもよい。
なお、容量素子132としては、例えば、トランジスター121のゲートノードgに寄生する容量を用いてもよいし、シリコン基板において互いに異なる導電層で絶縁層を挟持することによって形成される容量を用いてもよい。
i行目であって任意の列における画素回路110のトランジスター123にあっては、ゲートノードに制御信号/Gcmp(i)が供給され、ドレインノードが当該列のデータ線14bに接続される。
i行目であって任意の列における画素回路110のトランジスター124にあっては、ゲートノードに制御信号/Gel(i)が供給され、ドレインノードがOLED130のアノードである画素電極213およびトランジスター125のドレインノードに接続される。
なお、OLED130のカソードとして機能する共通電極218は、電圧Vctの給電線に接続される。また、表示装置10はシリコン基板に形成されるので、トランジスター121~124の基板電位については例えば電圧Velに相当する電位としている。
表示装置10では、1フレーム(F)の期間に1、2、3、…、m行目という順番で水平走査される。
なお、本説明において1フレームの期間とは、画像信号Vidで指定される画像の1コマを表示するのに要する期間をいう。1フレームの期間の長さは、垂直同期期間と同じ場合、例えば同期信号Syncに含まれる垂直同期信号の周波数が60Hzであれば、当該垂直同期信号の1周期分に相当する16.7ミリ秒である。また、1行分の水平走査に要する期間が水平走査期間(H)である。なお、図5において、電圧を示す縦スケールは、各信号にわたって必ずしも揃っていない。
表示装置10において、水平走査期間(H)は、時間の順で、初期化期間(A)、(B)、(C)、補償期間(D)および書込期間(E)の5つの期間に分けられる。また、画素回路110の動作としては、上記5つの期間に、さらに発光期間(F)が加わる。
初期化期間(A)、(B)、(C)のうち、初期化期間(A)は、トランジスター121をオフ状態に設定するための期間であり、初期化期間(C)の事前準備的な処理のための期間である。初期化期間(B)は、OLED130のアノードにおける電位をリセットするための処理であり、初期化期間(C)は、補償期間(E)の始期においてトランジスター121をオンさせるための電圧を、ゲートノードgに印加するための期間である。
また、i行目が選択される水平走査期間(H)の初期化期間(A)では、走査信号/Gwr(i)がLレベルとなり、制御信号/Gcmp(i)がHレベルであり、制御信号/Gel(i)がHレベルである。このため、当該画素回路110においてトランジスター122がオンし、トランジスター122、123がオフする。
また、i行目が選択される水平走査期間(H)の初期化期間(B)では、走査信号/Gwr(i)がHレベルとなり、制御信号/Gcmp(i)がLレベルであり、制御信号/Gel(i)がLとなる。このため、当該画素回路110においてトランジスター122がオフし、トランジスター123、124がオンする。
また、i行目が選択される水平走査期間(H)の初期化期間(C)では、走査信号/Gwr(i)がLレベルとなり、制御信号/Gcmp(i)がHレベルとなり、制御信号/Gel(i)がHレベルとなる。このため、当該画素回路110においてトランジスター122がオンし、トランジスター123、124がオフする。
当該画素回路110では、容量素子132が、直前の初期化期間(C)において、トランジスター121のゲートノード・ソースノード間の電圧として電圧(Vel-Vini)を保持した状態となっている。
この状態において、トランジスター122、123がオンになると、トランジスター121がオンして、当該トランジスター121は、ゲートノードおよびドレインノードが接続された状態、すなわち、ダイオード接続状態となる。したがって、当該トランジスター121においてゲートノード・ソースノード間の電圧Vgsが当該トランジスター121のしきい値電圧に収束する。ここで、しきい値電圧を便宜的にVthと表記すると、トランジスター121のゲートノードgは、しきい値電圧Vthに対応した電圧(Vel-Vth)に収束する。
Vini<Vel-Vth
という関係にある。
また、データ信号出力回路30は、制御信号Sel(1)~Sel(q)のうち、例えば制御信号Sel(j)がHレベルとなったときに、i行目の走査線12とj番目のグループに属するデータ線14bとの交差に対応する3画素の第1データ信号Vd(1)~Vd(3)を出力する。より詳細には、データ信号出力回路30は、制御信号Sel(j)がHレベルとなる期間において、i行(3j-2)列の画素に対応する第1データ信号Vd(1)を出力し、i行(3j-1)列の画素に対応する第1データ信号Vd(2)を出力し、i行(3j)列の画素に対応する第1データ信号Vd(3)を出力する。
具体例としては、jが「2」であれば、データ信号出力回路30は、制御信号Sel(2)がHレベルとなる期間において、i行目4列目の画素に対応する第1データ信号Vd(1)を出力し、i行目5列目の画素に対応する第1データ信号Vd(2)を出力し、i行目6列目の画素に対応する第1データ信号Vd(3)を出力する。
なお、図9は、画素回路110が属するj番目のグループに対応する制御信号Sel(j)が補償期間(D)においてHレベルとなって、第1データ信号Vd(1)の電圧Vdataが容量素子51に保持される状態を示している。
補償期間(D)から書込期間(E)までにおけるゲートノードgの電圧変化分ΔVは次式(1)で示される。
画素回路110が微小化されると、トランジスター121のゲートノード・ソースノード間の電圧Vgsのごくわずかな変化に対してOLED130の流れる電流が大きく変化する場合がある。
この場合であっても、本実施形態では、第1データ信号の電圧Vdataの電圧振幅が係数Kaに応じて圧縮されて、ゲートノードgに伝播するので、OLED130の流れる電流を精度良く制御することができる。
一方で、本実施形態では、補償期間(D)において、トランジスター121のしきい値電圧Vthを補償する構成としている。
そこで次に、補償期間(D)の有用性について説明する。なお、この有用性の説明に際し、数式が複雑化するのを避けるために、第1データ信号の電圧Vdataの圧縮比が「1」である場合、すなわち補償期間(D)後の書込期間(E)において第1データ信号の電圧Vdataがそのままデータ線14bに供給される場合を想定する。また、発光期間(F)においてトランジスター124のゲートノードにMレベルではなく、Lレベルが印加されて、当該トランジスター124がオンして、ソースノード・ドレインノード間の抵抗が理想的にゼロである場合を想定する。
まず、発光期間(F)においてOLED130に流れる電流Ielは、次式(2)のように表すことができる。
OLED130における電流-輝度の特性は概ね線形である。このため、しきい値電圧Vthを補償しない構成では、2つのOLED130を同じ輝度で発光させるために、当該2つの画素回路110に、たとえ同じ電圧Vdataの第1データ信号を供給しても、実際にはOLED130に流れる電流が相違する。したがって、しきい値電圧Vthを補償しない構成では、輝度がばらついて、表示品位を大きく損なうことになる。
式(6)のように電圧Vgsが表される場合、OLED130に流れる電流Ielは、次式(7)のように表すことができる。
なお、実施形態では、実際には式(1)に示されるように、第1データ信号の電圧Vdataの最低値から最高値までの電圧振幅が、係数Kaに応じて圧縮されて、ゲートノードgに伝播することになる。
また、本実施形態では、発光期間(F)においてトランジスター124のゲートノードにMレベルが供給されて、電流Ielが制限されるが、しきい値電圧Vthに起因する表示品位の低下が抑えられることには変わりはない。
トランジスター124のゲートノードにMレベルを印加する理由は、当該トランジスター124を飽和領域で動作させることによって、OLED130における電流電圧特性の経年変化に依らずに、トランジスター121による定電流性を維持するためである。
トランジスター124を飽和領域で動作させると、OLED130におけるアノードの電位が変化しても、その影響を直接受けるのは、トランジスター124となる。トランジスター121は、当該トランジスター124のドレインノードにおける電位変動の影響を受けるが、飽和領域におけるドレイン電流の変動は微小である。このため、トランジスター124に接続されるトランジスター121におけるドレイン電位の変動、ひいては電流リークによるゲート電位の変動影響が緩和される。
前述した実施形態では、次のような応用または変形が可能である。
また、実施形態では、表示素子の一例としてOLED130を例示して説明したが、定電流性が要求される他の表示素子を用いてもよい。
次に、実施形態等に係る表示装置10を適用した電子機器について説明する。表示装置10は、画素が小サイズで高精細な表示な用途に向いている。そこで、電子機器として、ヘッドマウントディスプレイを例に挙げて説明する。
まず、図13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310や、ブリッジ320、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14に示されるように、ブリッジ320近傍であってレンズ301L、301Rの奥側(図において下側)には、左眼用の表示装置10Lと右眼用の表示装置10Rとが設けられる。
表示装置10Lの画像表示面は、図14において左となるように配置している。これによって表示装置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、表示装置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。表示装置10Rの画像表示面は、表示装置10Lとは反対の右となるように配置している。これによって表示装置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、表示装置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、左眼用画像を表示装置10Lに表示させ、右眼用画像を表示装置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。
ひとつの態様(態様1)に係る表示装置は、データ線と走査線とに対応して設けられた画素回路を有し、前記画素回路は、第1トランジスター、第2トランジスター、第3トランジスター、第4トランジスターおよび表示素子を含み、前記第1トランジスターは、ゲートノード、ソースノードおよびドレインノードを有し、前記第1トランジスターは、前記ゲートノードおよび前記ソースノード間の電圧に応じた電流を、前記第4トランジスターを介して前記表示素子に流し、前記第2トランジスターは、前記データ線と前記第1トランジスターのゲートノードとの間に設けられ、前記走査線の電位に応じてオンまたはオフし、前記第3トランジスターは、前記データ線と前記第1トランジスターのドレインノードとの間に設けられ、前記第4トランジスターは、前記第1トランジスターのドレインノードおよび前記表示素子との間に設けられる。
この態様によれば、画素回路のトランジスター数が、従来の構成、例えば特許文献1で示される構成と比較して削減されるので、小型化・高精細化を図ることが容易となる。また、画素回路のトランジスター数が削減されるので、歩留まりを向上させることができる。
なお、トランジスター121が第1トランジスターの一例であり、トランジスター122が第2トランジスターの一例であり、トランジスター123が第3トランジスターの一例であり、トランジスター124が第4トランジスターの一例である。また、OLED130が表示素子の一例である。
この態様によれば、第2期間において第2トランジスターおよび第3トランジスターのオンにより、第1トランジスターはゲートノードとドレインノードが接続されるので、当該第1トランジスターのゲートノードおよびデータ線は、しきい値電圧に応じた電圧に収束する。第2期間の次の第3期間では、データ線がデータ信号の電圧に変化し、当該変化は、オンの第1トランジスターを介して第1トランジスターのゲートノードに伝播する。このため、第1トランジスターでは、第1トランジスターのしきい値が補償された状態となる。
なお、初期化期間(C)が第1期間の一例であり、補償期間(D)が第2期間の一例であり、書込期間(E)が第3期間の一例である。
この態様によれば、第1トランジスターのしきい値が補償された状態で、第3期間において当該第1トランジスターがゲートノードの電圧に応じた電流を表示素子に電流を流すので、表示品位の向上を図ることができる。
なお、発光期間(F)が第4期間の一例である。
この態様によれば、第4期間において第4トランジスターが、飽和領域で動作するので、表示素子の特性が変化しても第1トランジスターによる定電流性を確保することができる。
なお、Mレベルが第1電圧の一例であり、Lレベルが第2電圧の一例であり、Hレベルが第3電圧の一例である。
この態様によれば、第1初期化期間では第1トランジスターのゲートノードに、当該第1トランジスターをオフさせる電圧が印加される。このため、OLEDに流れる電流が遮断される。第2初期化期間では、OLEDの一端が当該OLEDを非発光とさせる電圧にリセットされる。このため、OLEDに寄生する容量成分によってわずかに発光してしまう現象が抑えられる。第3初期化期間では、第1トランジスターのゲートノードに当該第1トランジスターをオンさせる電圧が印加される。これにより、次の補償期間の始期において第1トランジスターのソースノード・ドレインノードの間で確実に電流を流すことができる。
なお、初期化期間(A)が第1初期化期間の一例であり、初期化期間(B)が第2初期化期間の一例であり、初期化期間(C)が第3初期化期間の一例である。また、画素電極213がOLEDの一端の一例であり、共通電極218がOLEDの他端の一例である。
Claims (5)
- データ線と、
走査線と、
第1制御線と、
第2制御線と、
給電線と、
前記データ線と前記走査線とに対応して設けられた画素回路と、を有し、
前記画素回路は、
第1ゲートノード、前記給電線と電気的に接続された第1ソースノード、および第1ドレインノードを有する第1トランジスターと、
前記走査線と電気的に接続された第2ゲートノードを有する第2トランジスターと、
前記第1制御線と電気的に接続された第3ゲートノードを有する第3トランジスターと、
前記第2制御線と電気的に接続された第4ゲートノードを有する第4トランジスターと、
第1電極、第2電極および前記第1電極と第2電極との間に設けられた発光機能層を有する表示素子と、を含み、
前記第1トランジスターは、前記第1ゲートノードと前記第1ソースノードとの間の電圧に応じた電流を、前記給電線および前記第4トランジスターを介して前記表示素子に供給し、
前記第2トランジスターは、前記データ線と前記第1ゲートノードとの電気的接続を制御し、前記走査線を介して前記第2ゲートノードに印可される電位に応じてオン状態またはオフ状態となり、
前記第3トランジスターは、前記データ線と前記第1ドレインノードとの電気的接続を制御し、前記第1制御線を介して前記第3ゲートノードに印可される電位に応じてオン状態またはオフ状態となり、
前記第4トランジスターは、前記第1ドレインノードと前記第1電極との電気的接続を制御し、前記第2制御線を介して前記第4ゲートノードに印可される電位に応じてオン状態またはオフ状態となり、
第1初期化期間、第2初期化期間および第3初期化期間を含む第1期間において、前記第1ゲートノードの電圧が初期化され、
前記第1初期化期間において、前記第2トランジスターはオン状態となり、前記第3トランジスターおよび前記第4トランジスターはオフ状態となり、前記データ線および前記第2トランジスターを介して前記第1ゲートノードに前記第1トランジスターがオフ状態となる電圧が印加され、
前記第2初期化期間において、前記第2トランジスターはオフ状態となり、前記第3トランジスターおよび前記第4トランジスターはオン状態となり、前記データ線、前記第3トランジスターおよび前記第4トランジスターを介して、前記第1電極に前記表示素子が非発光となる電圧が印加され、
前記第3初期化期間において、前記第2トランジスターはオン状態となり、前記第3トランジスターおよび前記第4トランジスターはオフ状態となり、前記データ線および前記第2トランジスターを介して前記第1ゲートノードに前記第1トランジスターがオン状態となる電圧が印加される、
表示装置。 - 前記第1期間の後の第2期間において、
前記第2トランジスターおよび前記第3トランジスターはオン状態となり、前記第4トランジスターはオフ状態となり、
前記第2期間の後の第3期間において、
前記第2トランジスターはオン状態となり、前記第3トランジスターおよび前記第4トランジスターはオフ状態となり、前記データ線に、前記表示素子に流す電流に応じた電圧のデータ信号が供給される
請求項1に記載の表示装置。 - 前記第3期間の後の第4期間において、
前記第1トランジスターおよび前記第4トランジスターを介して、前記表示素子に電流が流れる
請求項2に記載の表示装置。 - 前記第4期間において、
前記第4ゲートノードに、第1電圧が印加され、
前記第1電圧は、当該第4トランジスターがオン状態となる第2電圧、および、前記第4トランジスターがオフ状態となる第3電圧の間の電圧である
請求項3に記載の表示装置。 - 請求項1乃至4のいずれかの表示装置を有する電子機器。
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