KR20210114389A - 전기 광학 장치 및 전자 기기 - Google Patents

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KR20210114389A
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나오부미 토요무라
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소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤
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Abstract

본원 발명은 전기 광학 장치에서, 발광 소자를 구동하는 전압을 유지하기 위해 항상 트랜지스터를 온 시키는 것을 불필요하게 할 수 있고, 소비 전력을 적게 하는 것을 목적으로 한다. 영상 신호 계조에 응한 전압을 발광 소자(15)에 대해 인가하는 액티브 매트릭스형 구동 회로를 구비하는 전기 광학 장치에서, 소스가 발광 소자의 애노드(Vanode)에 접속된 드라이브용의 제1 트랜지스터(Drv Tr)와, 애노드와 전원(Vss) 사이에 접속되고, 애노드에 인가하는 전압을 결정하는 애노드 전압 설정용의 제2 트랜지스터(Tr3)와, 발광 기간 중에 애노드 전압을 유지하기 위해 애노드에 접속된 유지 용량(Cs2) 및 제3 트랜지스터(Tr5)를 구비하는 전기 광학 장치이다.

Description

전기 광학 장치 및 전자 기기
본 기술은 전기 광학 장치 및 전자 기기에 관한 것이다.
발광 소자로서 유기 발광 다이오드(이하, OLED(Organic Light Emitting Diode)라고 한다) 소자 등을 이용한 전기 광학 장치가 알려져 있다. 전기 광학 장치에서는 주사선과 데이터선의 교차 개소에 대해 발광 소자나 트랜지스터 등을 포함하는 화소 회로가 화소에 대응하여 마련된다. 화소 회로에 대해 화소의 계조 레벨에 응한 전위의 데이터 신호가 당해 트랜지스터의 게이트에 인가되면, 당해 트랜지스터는 게이트·소스 사이의 전압에 응한 전류를 발광 소자에 대해 공급하고, 발광 소자가 계조 레벨에 응한 휘도로 발광한다.
액티브 방식의 OLED 구동 회로로서 특허 문헌 1에 기재된 것이 제안되어 있다. 이 구동 회로는 전류 구동과 전압 구동의 2개의 모드로 동작 가능한 화소 회로를 구비하는 것이다.
특허 문헌 1: 미국 공개 US 2011/0074758
그렇지만, 특허 문헌 1의 구성에서는 전압 구동인 경우에 OLED의 애노드 전압을 유지하기 위해 화면의 표시 상태에 관계없이 항상 트랜지스터에 전류를 계속 흐르게 할 필요가 있었다. 예를 들어 전면 흑 표시 시와 같은 경우에도 항상 전력을 소비해 버리는 문제가 있었다.
본 기술의 목적은 이러한 문제점을 해결할 수 있는 전기 광학 장치 및 전자 기기를 제공하는 것에 있다.
본 기술은 영상 신호 계조에 응한 전압을 발광 소자에 대해 인가하는 액티브 매트릭스형 구동 회로를 구비하는 전기 광학 장치에서,
소스가 발광 소자의 애노드에 접속된 드라이브용의 제1 트랜지스터와,
애노드와 전원 사이에 접속되고, 애노드에 인가하는 전압을 결정하는 애노드 전압 설정용의 제2 트랜지스터와,
발광 기간 중에 애노드 전압을 유지하기 위해 애노드에 접속된 유지 용량 및 제3 트랜지스터를 구비하는 전기 광학 장치이다.
또한 본 기술은 이러한 전기 광학 장치를 구비하는 전자 기기이다.
적어도 하나의 실시 형태에 의하면, 발광 소자를 구동하는 전압을 유지하기 위해 항상 트랜지스터를 온 시키는 것을 필요하지 않게 할 수 있고, 소비 전력을 적게 할 수 있다. 또한 여기에 기재된 효과는 반드시 한정되는 것이 아니고, 본 기술 중에 기재된 어느 하나의 효과 또는 그것들과 이질적인 효과라도 좋다. 또한 이하의 설명에서의 예시된 효과에 의해 본 기술의 내용이 한정되어 해석되는 것은 아니다.
도 1은 본 기술을 적용할 수 있는 액티브 매트릭스형 구동 회로를 구비하는 유기 EL 표시 장치의 블록도.
도 2는 유기 EL 표시 장치의 화소부의 구성을 도시하는 블록도.
도 3은 종래의 화소 회로의 구성을 도시하는 접속도.
도 4는 종래의 화소 회로의 동작을 설명하기 위한 타이밍 차트.
도 5는 본 기술의 제1 실시 형태의 접속도.
도 6은 제1 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 타이밍 차트.
도 7은 제1 실시 형태의 변형례의 접속도.
도 8은 제1 실시 형태의 변형례의 동작을 설명하기 위한 타이밍 차트.
도 9는 본 기술의 제2 실시 형태의 접속도.
도 10은 제2 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 타이밍 차트.
도 11은 제2 실시 형태의 변형례의 접속도.
도 12는 제2 실시 형태의 변형례의 동작을 설명하기 위한 타이밍 차트.
이하에 설명하는 실시 형태는 본 기술의 알맞은 구체례이고, 기술적으로 바람직한 여러 가지 한정이 붙여져 있다. 그렇지만, 본 기술의 범위는 이하의 설명에서, 특히 본 기술을 한정하는 취지의 기재가 없는 한 이러한 실시 형태로 한정되지 않는 것으로 한다.
본 기술의 설명에 앞서 특허 문헌 1에 기재되어 있는 종래의 표시 장치(전기 광학 장치)의 구성에 관해 설명한다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 액티브 매트릭스형 구동 회로를 구비하는 유기 EL 표시 장치(10)는 반도체 기판 예를 들어 실리콘 기판상에 주사선 구동 회로(11), 직류(DC) 전압 공급부(12), 데이터선(신호선) 구동 회로(13) 및 화소부(14)를 형성하고 있다. 화소부(14)에 대해 주사선 구동 회로(11)로부터의 복수의 주사선이 수평 방향으로 연장되고 데이터선 구동 회로(13)로부터의 복수의 데이터선이 수직 방향으로 연장되어 있다.
도 2에 부분적으로 도시하는 바와 같이, 화소부의 트랜지스터(Tr1)를 구동하는 주사선 구동 회로(11a) 및 트랜지스터(Tr2)를 구동하는 주사선 구동 회로(11b)가 마련되어 있다. 수직 방향으로 늘어나는 데이터선과 수평 방향으로 늘어나는 주사선에 접속되는 화소 회로가 매트릭스형상으로 배치되어 있다. 화소 회로는 R(적), G(녹), 청(B)으로 나타내는 바와 같이, 삼원색의 화소에 대응하는 화소 회로가 마련되어 있다. 이들 3화소가 컬러 화상의 1도트를 표현한다.
도 3은 1화소의 화소 회로(14m)를 도시한다. 화소 회로(14m)는 주사선 구동 회로(11a)로부터의 주사선(Xm1) 및 주사선 구동 회로(11b)로부터의 주사선(Xm2)과 데이터선 구동 회로(13)로부터의 데이터선(Ym)에 접속되어 있다. OLED(15)의 애노드가 트랜지스터(Tr4)의 소스 및 드레인을 통하여 드라이브 트랜지스터(DrvTr)의 소스에 접속되고, 드라이브 트랜지스터(DrvTr)의 드레인이 직류 전압(VCCP)에 공급되어 있는 급전선에 접속된다. 트랜지스터(Tr4)의 게이트에 대해 직류 전압 공급부(12b)로부터의 직류 전압이 공급된다. 드라이브 트랜지스터(DrvTr)의 소스를 애노드 노드(Vanode)라고 표기한다. OLED(15)는 애노드 노드(Vanode)의 전압(영상 신호의 계조)에 의해 구동된다.
주사선(Xm1)에 대해 P채널형 트랜지스터(Tr1)의 게이트가 접속되고, 주사선(Xm2)에 N채널형 트랜지스터(Tr2)의 게이트가 접속된다. 트랜지스터(Tr1 및 Tr2)의 서로의 소스끼리 및 드레인(D) 끼리가 접속되어 있다. 드레인 공통 접속점에 대해 데이터선(Ym)을 통하여 신호 전압(Vsig)이 공급된다.
트랜지스터(Tr1 및 Tr2)의 소스 공통 접속점이 드라이브 트랜지스터(DrvTr)의 게이트에 접속된다. 이러한 소스 공통 접속점과 드라이브 트랜지스터(DrvTr)의 게이트의 접속선과 직류 전압(VSS)이 공급되어 있는 급전선 사이에 유지 용량으로서의 콘덴서(Cs)가 삽입되어 있다.
직류 전압(VSS)이 공급되어 있는 급전선이 트랜지스터(Tr3)의 드레인에 접속되고, 트랜지스터(Tr3)의 소스가 드라이브 트랜지스터(DrvTr)의 소스에 접속된다. 트랜지스터(Tr3)의 게이트에 대해 직류 전압 공급부(12a)로부터의 직류 전압이 공급된다. 트랜지스터(Tr3)는 애노드에 인가하는 전압을 결정하는 애노드 전압 설정용의 트랜지스터이다. 콘덴서(Cs)는 드라이브 트랜지스터(DrvTr)의 게이트와 VSS가 공급되어 있는 급전선 사이에서 신호 전압(Vsig) 성분을 유지한다.
도 4는 종래의 화소 회로(14m)의 전압 구동 시의 타이밍 차트를 도시한다. 본 회로는 전압 구동 회로이고, 신호 전압(Vsig)에 응하여 애노드 노드(Vanode)에의 인가 전압을 가변하고, 계조마다 OLED(15)의 발광 휘도를 제어하는 방식이다. 애노드 노드(Vanode)에의 인가 전압을 결정하는 방법을 이하에 기재한다.
트랜지스터(Tr3)가 온하는 직류 전압을 인가한 상태에서, 신호 기록 시에 트랜지스터(Tr1 및 Tr2)가 온하고, 신호 전압(Vsig)을 기록한다. 이때 트랜지스터(Tr3)의 게이트 전압은 패널면 내의 가장 높은 임계치 전압으로 설정되는 것이 바람직하다.
트랜지스터(Tr3)는 정전류를 계속 흐르게 하는데, 드라이브 트랜지스터(DrvTr)에도 동등한 전류가 흐르고, 드라이브 트랜지스터(DrvTr)의 게이트·소스간 전압(Vgs_Drv)은 그 전류에 상응하는 전압이 된다. 게이트에 신호 전압(Vsig)이 기록되면, 소스 전압, 즉, 애노드 노드(Vanode)는 다음과 같이 결정된다. Vgs_Drv는 드라이브 트랜지스터(DrvTr)의 게이트·소스간 전압이다.
Vsig -Vgs_Drv
트랜지스터(Tr4)에 대해서도, 트랜지스터(Tr3)와 마찬가지로 직류 전압이 인가되어 있기 때문에 애노드 노드(Vanode)는 상기 식의 전압으로 유지되게 된다. 애노드 노드(Vanode)의 전압에 대응하는 전류가 OLED(15)를 흐르고, OLED가 신호 전압에 대응하는 휘도로 발광한다.
N채널형 트랜지스터(Tr3)는 직류 전압에 의해 항상 온하도록 이루어진다. 이것은 OLED(15)의 발광 휘도를 결정하는 Vanode를 유지하기 위해 필요하게 된다. 그렇지만, 종래의 화소 회로에서는 트랜지스터(Tr3)를 항상 온으로 하기 위해 화면의 표시 상태에 의하지 않고, 예를 들어 전면 흑표시 시에서도 항상 전력을 소비해 버리는 문제가 있었다.
다음으로, 도 5를 참조하여 본 기술의 제1 실시 형태에 관해 설명한다. 제1 실시 형태에 의한 화소부를 141로 나타내고, 화소 회로를 141m으로 나타낸다. 화소 회로(141m)는 상술한 종래의 도 3에 도시하는 구성에 대해 제2 유지 용량(Cs2) 및 스위칭 트랜지스터(Tr5)를 추가한 구성을 가진다. 제1 트랜지스터로서의 드라이브 트랜지스터(DrvTr)의 게이트 및 제3 트랜지스터로서의 스위칭 트랜지스터(Tr5)의 드레인 사이에 유지 용량(Cs2)이 접속되고, 스위칭 트랜지스터(Tr5)의 소스가 드라이브 트랜지스터(DrvTr)의 소스에 접속된다. 또한 도 5의 구성과 달리, 드라이브 트랜지스터(DrvTr)의 게이트측에 스위칭 트랜지스터(Tr5)를 접속하고, 그 소스측에 유지 용량(Cs2)을 접속해도 좋다.
또한 애노드 노드(Vanode)와 전원 사이에 접속되고, 애노드에 인가하는 전압을 결정하는 애노드 전압 설정용의 제2 트랜지스터로서의 트랜지스터(Tr3)의 게이트에 대해 스캔 회로(21)로부터의 펄스 신호가 공급되고, 트랜지스터(Tr4)의 게이트에 대해 직류 전압 공급부(22)로부터의 직류 전압이 공급된다. 추가된 스위칭 트랜지스터(Tr5)의 게이트에 대해 스캔 회로(23)로부터의 펄스 신호가 공급된다. 트랜지스터(Tr3 및 Tr5)는 동일한 도전형(N채널)이다.
도 6은 본 기술의 제1 실시 형태에 의한 화소 회로(141m)의 전압 구동 시의 타이밍 차트를 도시한다. 트랜지스터(Tr4)는 직류 전압 공급부(22)로부터의 직류 전압에 의해 항상 온하고 있다. 신호 기록 시에 트랜지스터(Tr1 및 Tr2)가 온한다.
또한 트랜지스터(Tr3)에 대해서는 스캔 회로(21)로부터의 펄스 신호에 의해 신호 기록 시 및 그 전의 발광 기간의 종단 부근부터 온으로 된다. 신호 기록 종료 후에 트랜지스터(Tr3)가 오프가 되는 것과 동시에 트랜지스터(Tr5)가 온으로 된다. 애노드 노드(Vanode)의 전압이 유지 용량(Cs2)에 의해 유지된다. 즉, 트랜지스터(Tr3)에 대해서는 신호 기록 시에 온하는 펄스 신호를 공급함에 의해, 트랜지스터(Tr3)에 흐르는 전류는 신호 기록을 행하는 행의 화소에만 흐른다. 종래와 같이 트랜지스터(Tr3)에 직류 전압을 인가하는 구성과 비교하여 전력을 삭감할 수 있다.
또한 트랜지스터(Tr3와 Tr5)를 구동하는 펄스가 역상(逆相)이 되어 각 트랜지스터로부터 애노드 노드(Vanode)에 대한 차지 인젝션의 영향을 캔슬할 수 있다. 따라서, 애노드 노드(Vanode)를 정확한 (Vsig -Vgs_Drv)로 유지할 수 있다.
도 7은 제1 실시 형태의 변형례의 구성을 도시한다. 스위칭 트랜지스터(Tr5)를 P채널형의 스위칭 트랜지스터(Tr6)로 변경한 것이다. 도 8은 변형례의 전압 구동 시의 타이밍 차트를 도시한다.
트랜지스터(Tr3)와 스위칭 트랜지스터(Tr6)가 다른 도전형(N채널형과 P채널형)이기 때문에 동일한 극성의 펄스 신호에 의해, 트랜지스터(Tr3)를 오프로부터 온으로 하고, 스위칭 트랜지스터(Tr6)를 온으로부터 오프로 할 수 있다. 따라서, 트랜지스터(Tr3) 및 스위칭 트랜지스터(Tr6)에 대해 공통의 스캔 회로(24)를 설치하면 좋기 때문에 스캔 회로를 하나 줄일 수 있다.
도 9를 참조하여 본 기술의 제2 실시 형태에 관해 설명한다. 제2 실시 형태에 의한 화소부를 142로 나타내고, 화소 회로를 142m으로 나타낸다. 화소 회로(142m)는 상술한 종래의 도 3에 도시하는 구성에 대해 제2 유지 용량(Cs2) 및 스위칭 트랜지스터(Tr5)를 추가한 구성을 가진다. 스위칭 트랜지스터(Tr5)의 소스가 드라이브 트랜지스터(DrvTr)의 소스에 접속되고, 스위칭 트랜지스터(Tr5)의 드레인 및 고정 전원 예를 들어 직류 전압(VSS)이 공급되어 있는 급전선 사이에 제2 유지 용량(Cs2)이 접속된다. 또한 도 9의 구성과 달리 스위칭 트랜지스터(Tr5)와 유지 용량(Cs2)의 접속의 순서를 바꿔 넣어도 좋다.
도 10은 본 기술의 제2 실시 형태에 의한 화소 회로(142m)의 전압 구동 시의 타이밍 차트를 도시한다. 제1 실시 형태의 동작을 도시하는 타이밍 차트와 같은 것이다. 즉, 트랜지스터(Tr4)는 직류 전압 공급부(22)로부터의 직류 전압에 의해 항상 온하고 있다. 신호 기록 시에 트랜지스터(Tr1 및 Tr2)가 온한다. 또한 트랜지스터(Tr3) 및 스위칭 트랜지스터(Tr5)에 대해서는 스캔 회로(21 및 23)로부터 역상의 펄스 신호가 공급된다.
이러한 제2 실시 형태도 제1 실시 형태와 마찬가지로, 트랜지스터(Tr3)에 흐르는 전류는 신호 기록을 행하는 행의 화소에만 흐른다. 종래와 같이, 트랜지스터(Tr3)에 직류 전압을 인가하는 구성과 비교하여 전력을 삭감할 수 있다. 또한 트랜지스터(Tr3와 Tr5)를 구동하는 펄스가 역상이 되어 각 트랜지스터로부터 애노드 노드(Vanode)에 대한 차지 인젝션의 영향을 캔슬할 수 있다.
도 11은 제2 실시 형태의 변형례의 구성을 도시한다. 스위칭 트랜지스터(Tr5)를 트랜지스터(Tr3)와 다른 도전형(P채널형)의 스위칭 트랜지스터(Tr6)로 변경한 것이다. 도 12는 전압 구동 시의 타이밍 차트를 도시한다.
트랜지스터(Tr3)와 스위칭 트랜지스터(Tr6)가 N채널형과 P채널형이기 때문에 동일한 극성의 펄스 신호에 의해, 트랜지스터(Tr3)를 오프로부터 온으로 하고, 스위칭 트랜지스터(Tr6)를 온으로부터 오프로 할 수 있다. 따라서, 트랜지스터(Tr3) 및 스위칭 트랜지스터(Tr6)에 대해 공통의 스캔 회로(24)를 설치하면 좋기 때문에 스캔 회로를 하나 줄일 수 있다.
이상, 본 기술의 실시 형태에 관해 구체적으로 설명했지만, 상술한 각 실시 형태로 한정되는 것이 아니고, 본 기술의 기술적 사상에 의거하는 각종의 변형이 가능하다. 예를 들어 다음에 말하는 각종의 변형이 가능하다. 또한 다음에 말하는 변형의 양태는 임의로 선택된 하나 또는 복수를, 적절하게 조합시킬 수도 있다. 또한 상술한 실시 형태의 구성, 방법, 공정, 형상, 재료 및 수치 등은 본 기술의 주지를 일탈하지 않는 한 서로 조합시키는 것이 가능하다.
예를 들어 신호 전압을 드라이브 트랜지스터(DrvTr)의 게이트에 인가하기 위해 트랜지스터(Tr1 및 Tr2)를 마련하고 있는데, 일방의 트랜지스터만 마련하도록 해도 좋다. 또한 상술한 실시 형태에서는 전기 광학 소자로서 발광 소자인 OLED를 예시했지만, 예를 들어 무기 발광 다이오드나 LED(Light Emitting Diode) 등 전류에 응한 휘도로 발광하는 것이면 좋다.
다음으로, 실시 형태 등이나 응용례에 관한 전기 광학 장치를 적용한 전자 기기에 관해 설명한다. 전기 광학 장치는 화소가 소사이즈로 고정밀 표시 용도에 적합하다. 그래서, 전자 기기로서 헤드 마운트·디스플레이, 스마트 안경, 스마트폰, 디지털 카메라의 전자식 뷰파인더 등의 표시 장치에 적용할 수 있다.
또한 본 기술은 이하와 같은 구성도 취할 수 있다.
(1) 영상 신호 계조에 응한 전압을 발광 소자에 대해 인가하는 액티브 매트릭스형 구동 회로를 구비하는 전기 광학 장치에서,
소스가 상기 발광 소자의 애노드에 접속된 드라이브용의 제1 트랜지스터와,
상기 애노드와 전원 사이에 접속되고, 상기 애노드에 인가하는 전압을 결정하는 애노드 전압 설정용의 제2 트랜지스터와,
발광 기간 중에 애노드 전압을 유지하기 위해 상기 애노드에 접속된 유지 용량 및 제3 트랜지스터를 구비하는 전기 광학 장치.
(2) 상기 제2 트랜지스터는 신호 기록 기간에서 온하고, 그 후 상기 제3 트랜지스터를 온하여 상기 애노드 전압을 홀드하도록 한 (1)에 기재된 전기 광학 장치.
(3) 상기 유지 용량 및 상기 제3 트랜지스터가 상기 드라이브용의 제1 트랜지스터의 게이트 및 소스 사이에 접속된 (1) 또는 (2)에 기재된 전기 광학 장치.
(4) 상기 유지 용량 및 상기 제3 트랜지스터가 상기 드라이브용의 제1 트랜지스터의 소스 및 직류 전위의 공급 개소에 접속된 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 전기 광학 장치.
(5) 상기 제2 트랜지스터 및 상기 제3 트랜지스터가 다른 도전형으로 된 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 전기 광학 장치.
(6) 상기 제2 트랜지스터 및 상기 제3 트랜지스터가 같은 도전형으로 된 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 전기 광학 장치.
(7) (1)에 기재된 전기 광학 장치를 구비하는 전자 기기.
(8) 상기 전기 광학 장치에서,
상기 제2 트랜지스터는 신호 기록 기간에서 온하고, 그 후 상기 제3 트랜지스터를 온하여 상기 애노드 전압을 홀드하도록 한 (7)에 기재된 전자 기기.
11a, 11b: 주사선 구동 회로 13: 데이터선(신호선) 구동 회로
15: OLED 21, 23: 스캔 회로
22: 직류 전압 공급부 DrvTr: 드라이브 트랜지스터

Claims (8)

  1. 영상 신호 계조에 응한 전압을 발광 소자에 대해 인가하는 액티브 매트릭스형 구동 회로를 구비하는 전기 광학 장치에서,
    소스가 상기 발광 소자의 애노드에 접속된 드라이브용의 제1 트랜지스터와,
    상기 애노드와 전원 사이에 접속되고, 상기 애노드에 인가하는 전압을 결정하는 애노드 전압 설정용의 제2 트랜지스터와,
    발광 기간 중에 애노드 전압을 유지하기 위해 상기 애노드에 접속된 유지 용량 및 제3 트랜지스터를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 광학 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 트랜지스터는 신호 기록 기간에서 온하고, 그 후 상기 제3 트랜지스터를 온하여 상기 애노드 전압을 홀드하도록 한 것을 특징으로 하는 전기 광학 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유지 용량 및 상기 제3 트랜지스터가 상기 드라이브용의 제1 트랜지스터의 게이트 및 소스 사이에 접속된 것을 특징으로 하는 전기 광학 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유지 용량 및 상기 제3 트랜지스터가 상기 드라이브용의 제1 트랜지스터의 소스 및 직류 전위의 공급 개소에 접속된 것을 특징으로 하는 전기 광학 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 트랜지스터 및 상기 제3 트랜지스터가 다른 도전형으로 된 것을 특징으로 하는 전기 광학 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 트랜지스터 및 상기 제3 트랜지스터가 같은 도전형으로 된 것을 특징으로 하는 전기 광학 장치.
  7. 제1항에 기재된 전기 광학 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전기 광학 장치에서,
    상기 제2 트랜지스터는 신호 기록 기간에서 온하고, 그 후 상기 제3 트랜지스터를 온하여 상기 애노드 전압을 홀드하도록 한 것을 특징으로 하는 전자 기기.
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