JP2022116688A - 光学モジュール、電気光学装置および画像表示装置 - Google Patents

光学モジュール、電気光学装置および画像表示装置 Download PDF

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Abstract

Figure 2022116688000001
【課題】混合色の画像光(特に白色の画像光)に色ズレが生じることを抑制可能な光学モジュールを提供する。
【解決手段】本発明の光学モジュールは、第1の波長域の光を出射する第1の発光素子と、第1の発光素子に対応する第1の発光制御トランジスタと、を有する第1の電気光学装置と、第1の波長域よりも短い第2の波長域の光を出射する第2の発光素子と、第2の発光素子に対応する第2の発光制御トランジスタと、を有する第2の電気光学装置と、第1の電気光学装置から出射される光と、第2の電気光学装置から出射される光とを合成するプリズムと、を備え、1フレームにおける第1の発光制御トランジスタがオン状態である第1の時間は、1フレームにおける第2の発光制御トランジスタがオン状態である第2の時間よりも短い。
【選択図】図4

Description

本発明は、光学モジュール、電気光学装置および画像表示装置に関する。
互いに異なる色の画像光を出射する複数の電気光学装置と、複数の電気光学装置から出射される画像光を合成するプリズムと、を備える光学モジュールが従来から知られている。電気光学装置として、有機EL(Electro Luminescence)パネルなどの自発光型の電気光学装置が知られている。この種の光学モジュールは、ヘッドマウントディスプレイ及びプロジェクタ等の画像表示装置に従来から用いられている。
下記特許文献1には、各色の発光材料が有する最大発光効率に着目し、最大発光効率における電流密度で白色表示に必要な輝度を得られない色の発光材料に対しては、最大発光効率における電流密度よりも高い電流密度を印加するとともに、その発光材料の駆動デューティー比を最大とする技術が開示されている。この従来技術では、最大発光効率における電流密度で白色表示に必要な輝度を得られる色の発光材料に対しては、最大発光効率における電流密度を印加するとともに、その発光材料の駆動デューティー比を100%以下にする。
特開2012-32453号公報
上記従来技術によれば、白色表示を行う際の消費電力を最も抑えることができる。しかしながら、発光材料の劣化特性(寿命特性)は、発光材料が出射する光の波長域によって異なる。つまり、異なる波長域の光を出射する複数の発光材料を用いて画像光を生成する場合、各発光材料の寿命特性が異なることに起因して各発光材料の劣化速度が異なるため、混合色の画像光(特に白色の画像光)を生成したときに画像光に色ズレが発生する。
上記の課題を解決するために、本発明の一つの態様の光学モジュールは、第1の波長域の光を出射する第1の発光素子と、前記第1の発光素子に対応する第1の発光制御トランジスタと、を有する第1の電気光学装置と、前記第1の波長域よりも短い第2の波長域の光を出射する第2の発光素子と、前記第2の発光素子に対応する第2の発光制御トランジスタと、を有する第2の電気光学装置と、前記第1の電気光学装置から出射される光と、前記第2の電気光学装置から出射される光とを合成するプリズムと、を備え、1フレームにおける前記第1の発光制御トランジスタがオン状態である第1の時間は、前記1フレームにおける前記第2の発光制御トランジスタがオン状態である第2の時間よりも短い。
本発明の一つの態様の電気光学装置は、第1の波長域の光を出射する第1の画素と、前記第1の波長域よりも短い第2の波長域の光を出射する第2の画素と、を備え、前記第1の画素は、第1の発光素子と、前記第1の発光素子に対応する第1の発光制御トランジスタと、を含み、前記第2の画素は、第2の発光素子と、前記第2の発光素子に対応する第2の発光制御トランジスタと、を含み、1フレームにおける前記第1の発光制御トランジスタがオン状態である第1の時間は、前記1フレームにおける前記第2の発光制御トランジスタがオン状態である第2の時間よりも短い。
本発明の一つの態様の画像表示装置は、本発明の一つの態様の光学モジュール、または本発明の一つの態様の電気光学装置を備える。
本発明の一実施形態における光学モジュールの概略構成図である。 本実施形態の光学モジュールが備える第1の電気光学装置の全体構成を示す概略構成図である。 第1の電気光学装置に設けられた第1の画素が有する画素回路の構成を示す等価回路図である。 1フレームにおける第1の発光素子の発光状態と、1フレームにおける第2の発光素子の発光状態と、1フレームにおける第3の発光素子の発光状態との時間的な対応関係を示すタイミングチャートである。 第1の発光素子、第2の発光素子および第3の発光素子を100%のデューティー比で駆動することにより白色の合成画像光を生成したときの、第1の電気光学装置、第2の電気光学装置および第3の電気光学装置の輝度半減寿命(LT50)を示す図である。 第3の電気光学装置において一定の視認輝度を得るために必要なデューティー比と駆動輝度との対応関係と、各デューティー比で第3の発光素子を駆動したときの輝度半減寿命とを示す図である。 第2の発光素子を100%のデューティー比で駆動したときの第2の電気光学装置の輝度半減寿命曲線を示すグラフである。 第1の発光素子を100%のデューティー比で駆動したときの第1の電気光学装置の輝度半減寿命曲線を示すグラフである。 図7に示した第2の電気光学装置の輝度半減寿命曲線と、図8に示した第1の電気光学装置の輝度半減寿命曲線と、第1の発光素子を42%のデューティー比で駆動したときの第1の電気光学装置の輝度半減寿命曲線とを示すグラフである。 第1の発光素子の駆動デューティー比と第1の電気光学装置の輝度半減寿命との関係を示す図である。 3つの実施例と、3つの比較例とのそれぞれについて、色ズレの評価指標であるΔu’v’と、第1の発光素子の駆動デューティー比と、第2の発光素子の駆動デューティー比と、第3の発光素子の駆動デューティー比との関係を調査した結果を示す図である。 本実施形態の光学モジュールを備える画像表示装置の一例である頭部装着型表示装置を模式的に示す図である。 頭部装着型表示装置における虚像表示部の光学系の構成を模式的に示す斜視図である。 頭部装着型表示装置における虚像表示部の光学系の光路を示す説明図である。 本実施形態の光学モジュールを備える画像表示装置の一例である投射型表示装置を模式的に示す図である。 本発明の一実施形態における電気光学装置の概略構成図である。 本実施形態の電気光学装置に設けられた第1の画素、第2の画素および第3の画素が有する画素回路の構成を示す等価回路図である。 本実施形態の電気光学装置を備える画像表示装置の一例である投射型表示装置を模式的に示す図である。 画素回路の変形例を示す図である。
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
なお、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
〔光学モジュール〕
図1は、本発明の一実施形態における光学モジュール1の概略構成図である。図1に示すように、光学モジュール1は、第1の電気光学装置10Rと、第2の電気光学装置10Bと、第3の電気光学装置10Gと、ダイクロイックプリズム20(プリズム)と、を備える。
第1の電気光学装置10Rは、第1の画像光LRをダイクロイックプリズム20に出射する自発光型の電気光学装置である。第2の電気光学装置10Bは、第2の画像光LBをダイクロイックプリズム20に出射する自発光型の電気光学装置である。第3の電気光学装置10Gは、第3の画像光LGをダイクロイックプリズム20に出射する自発光型の電気光学装置である。自発光型の電気光学装置とは、バックライトなどの光源を必要とせずに、外部から与えられた電気的エネルギーによって自ら光を発生する装置である。本実施形態において、第1の電気光学装置10R、第2の電気光学装置10B及び第3の電気光学装置10Gは、例えば有機EL(Electro Luminescence)パネルである。
第1の電気光学装置10Rは、複数の第1の画素11Rを有する。複数の第1の画素11Rは、第1の電気光学装置10Rの基板上においてマトリクス状に配置されている。第1の画素11Rは、第1の波長域の光を出射する。本実施形態において、第1の波長域の光は、赤色の光である。すなわち、第1の波長域は、例えば610nmから680nmまでの波長を含む。以下の説明において、第1の波長域の光を「赤色光」と呼称する場合がある。第1の電気光学装置10Rから出射される第1の画像光LRは、複数の第1の画素11Rの各々から出射される赤色光を含む。従って、第1の画像光LRも、第1の波長域の画像光、すなわち赤色の画像光である。
第1の電気光学装置10Rは、マトリクス状に配置された複数の第1の画素11Rを含む第1の画素領域12Rと、第1の画素領域12Rの周囲を囲む第1の非画素領域13Rと、を有する。第1の電気光学装置10Rは、ダイクロイックプリズム20の赤色光入射面23に対向する状態で、透光性を有する第1の接着剤層40Rを介して赤色光入射面23に接着されている。言い換えれば、第1の画像光LRが赤色光入射面23に対して垂直に入射されるように、第1の電気光学装置10Rは配置されている。
第2の電気光学装置10Bは、複数の第2の画素11Bを有する。複数の第2の画素11Bは、第2の電気光学装置10Bの基板上においてマトリクス状に配置されている。第2の画素11Bは、第1の波長域よりも短い第2の波長域の光を出射する。本実施形態において、第2の波長域の光は、青色の光である。すなわち、第2の波長域は、例えば450nmから490nmまでの波長を含む。以下の説明において、第2の波長域の光を「青色光」と呼称する場合がある。第2の電気光学装置10Bから出射される第2の画像光LBは、複数の第2の画素11Bの各々から出射される青色光を含む。従って、第2の画像光LBも、第2の波長域の画像光、すなわち青色の画像光である。
第2の電気光学装置10Bは、マトリクス状に配置された複数の第2の画素11Bを含む第2の画素領域12Bと、第2の画素領域12Bの周囲を囲む第2の非画素領域13Bと、を有する。第2の電気光学装置10Bは、ダイクロイックプリズム20の青色光入射面21に対向する状態で、透光性を有する第2の接着剤層40Bを介して青色光入射面21に接着されている。言い換えれば、第2の画像光LBが青色光入射面21に対して垂直に入射されるように、第2の電気光学装置10Bは配置されている。
第3の電気光学装置10Gは、複数の第3の画素11Gを有する。複数の第3の画素11Gは、第3の電気光学装置10Gの基板上においてマトリクス状に配置されている。第3の画素11Gは、第1の波長域よりも短く且つ第2の波長域よりも長い第3の波長域の光を出射する。本実施形態において、第3の波長域の光は、緑色の光である。すなわち、第3の波長域は、例えば495nmから570nmまでの波長を含む。以下の説明において、第3の波長域の光を「緑色光」と呼称する場合がある。第3の電気光学装置10Gから出射される第3の画像光LGは、複数の第3の画素11Gの各々から出射される緑色光を含む。従って、第3の画像光LGも、第3の波長域の画像光、すなわち緑色の画像光である。
第3の電気光学装置10Gは、マトリクス状に配置された複数の第3の画素11Gを含む第3の画素領域12Gと、第3の画素領域12Gの周囲を囲む第3の非画素領域13Gと、を有する。第3の電気光学装置10Gは、ダイクロイックプリズム20の緑色光入射面22に対向する状態で、透光性を有する第3の接着剤層40Gを介して緑色光入射面22に接着されている。言い換えれば、第3の画像光LGが緑色光入射面22に対して垂直に入射されるように、第3の電気光学装置10Gは配置されている。
第1の画像光LR、第2の画像光LB、および第3の画像光LGのそれぞれは、偏光特性を有していない。すなわち、第1の画像光LR、第2の画像光LB、および第3の画像光LGのそれぞれは、特定の振動方向を有していない無偏光の光である。なお、無偏向の光、すなわち偏光特性を有していない光は、完全に無偏光の状態ではなく、ある程度の偏光成分は含まれているが、例えばダイクロイックミラー等の光学部品に対して光学性能には積極的に影響を及ぼさないとみなされる範囲の偏光度、例えば20%以下の偏光度を有する光のことである。
ダイクロイックプリズム20は、四角柱状の形状をなす透光性部材から構成されている。また、四角柱状の透光性部材は、4個の三角柱状の透光性部材が組み合わされて構成されている。ダイクロイックプリズム20は、青色光入射面21と、青色光入射面21に対向する赤色光入射面23と、青色光入射面21および赤色光入射面23と垂直に接する緑色光入射面22と、緑色光入射面22に対向する合成光出射面24と、を有する。
ダイクロイックプリズム20は、偏光分離特性を有していない第1のダイクロイックミラー25と、偏光分離特性を有していない第2のダイクロイックミラー26と、を有する。第1のダイクロイックミラー25と第2のダイクロイックミラー26とは、互いに90°の角度で交差している。第1のダイクロイックミラー25は、青色光入射面21を介して入射される第2の画像光LBを合成光出射面24に向けて反射し、緑色光入射面22を介して入射される第3の画像光LGを合成光出射面24に向けて透過する。第2のダイクロイックミラー26は、赤色光入射面23を介して入射される第1の画像光LRを合成光出射面24に向けて反射し、緑色光入射面22を介して入射される第3の画像光LGを合成光出射面24に向けて透過する。これら第1のダイクロイックミラー25及び第2のダイクロイックミラー26の特性により、第1の画像光LRと、第2の画像光LBと、第3の画像光LGとが合成されて得られた合成画像光LWが合成光出射面24から出射される。
図2は、第1の電気光学装置10Rの全体構成を示す概略構成図である。
第1の電気光学装置10R、第2の電気光学装置10B及び第3の電気光学装置10Gの基本構成は共通であるため、以下では代表的に第1の電気光学装置10Rの全体構成について説明する。図2において、第1の電気光学装置10Rの水平方向をX方向とし、第1の電気光学装置10Rの垂直方向をY方向とする。
図2に示すように、第1の電気光学装置10Rの基板14の第1面14aには、第1の画素領域12Rと、第1の非画素領域13Rとが設けられている。また、第1の非画素領域13Rは、周辺領域15と、実装領域16とを含む。第1の画素領域12Rは、複数の第1の画素11Rがマトリクス状に配置された矩形状の領域である。第1の画素領域12Rには、X方向に延在する複数の走査線31と、各走査線31に対応してX方向に延在する複数の制御線32と、X方向と交差するY方向に延在する複数のデータ線33と、が設けられている。第1の画素11Rは、複数の走査線31と複数のデータ線33との各交差に対応した領域である。したがって、複数の第1の画素11Rは、X方向およびY方向にわたってマトリクス状に配列されている。第1の画素11Rは、図3に示すような画素回路を有する。第1の画素11Rが有する画素回路の構成については後述する。
周辺領域15は、第1の画素領域12Rを囲む矩形枠状の領域である。3つの駆動回路35は、周辺領域15内に設けられている。3つの駆動回路35は、第1の画素領域12R内の各第1の画素11Rを駆動する回路である。駆動回路35は、2つの走査線駆動回路36と、データ線駆動回路37とを含む。第1の電気光学装置10Rは、駆動回路35が基板14の第1面14a上に形成されたトランジスタ等の能動素子で構成される回路内蔵型の電気光学装置である。
実装領域16は、周辺領域15を挟んで第1の画素領域12Rとは反対側、すなわち、周辺領域15の外側に設けられている。実装領域16には、複数の実装端子39が設けられている。制御信号及び電源電位は、制御回路及び電源回路等を含む各種の外部回路(図示省略)から実装端子39に供給される。外部回路は、例えば実装領域16に接続されたフレキシブル配線基板(図示省略)に実装される。
図3は、第1の画素11Rが有する画素回路の構成を示す等価回路図である。
複数の第1の画素11Rの各々が有する画素回路の構成は共通しているため、以下ではi行j列に位置する第1の画素11Rが有する画素回路を例に挙げて説明する。なお、「i」は、第1の画素11Rが配置される行の番号を一般的に示す記号であって、1以上且つm以下の整数である。「j」は、第1の画素11Rが配置される列の番号を一般的に示す記号であって、1以上且つn以下の整数である。
図3に示すように、第1の画素11Rの画素回路は、第1の選択トランジスタ51Rと、第1の駆動トランジスタ52Rと、第1の発光制御トランジスタ53Rと、第1の発光素子54Rと、第1の保持容量55Rと、を有する。本実施形態において、第1の選択トランジスタ51R、第1の駆動トランジスタ52R、および第1の発光制御トランジスタ53Rは、それぞれ、Pチャネル型のMOS-FETである。
第1の選択トランジスタ51Rのゲート電極は、i行目の走査線31と電気的に接続されている。第1の選択トランジスタ51Rのソース/ドレイン領域の他方は、j列目のデータ線33と電気的に接続されている。第1の選択トランジスタ51Rのソース/ドレイン領域の一方は、第1の駆動トランジスタ52Rのゲート電極、および第1の保持容量55Rの一方の電極と電気的に接続されている。第1の選択トランジスタ51Rのバックゲートは、電源電位が印加される電源配線61と電気的に接続されている。
第1の駆動トランジスタ52Rのゲート電極は、第1の選択トランジスタ51Rのソース/ドレイン領域の一方、および第1の保持容量55Rの一方の電極と電気的に接続されている。第1の駆動トランジスタ52Rのソース/ドレイン領域の一方は、電源配線61と電気的に接続されている。第1の駆動トランジスタ52Rのソース/ドレイン領域の他方は、第1の発光制御トランジスタ53Rのソース/ドレイン領域の一方と電気的に接続されている。第1の駆動トランジスタ52Rのバックゲートは、電源配線61と電気的に接続されている。
第1の発光制御トランジスタ53Rのゲート電極は、i行目の制御線32と電気的に接続されている。第1の発光制御トランジスタ53Rのソース/ドレイン領域の一方は、第1の駆動トランジスタ52Rのソース/ドレイン領域の他方と電気的に接続されている。第1の発光制御トランジスタ53Rのソース/ドレイン領域の他方は、第1の発光素子54Rのアノードと電気的に接続されている。第1の発光制御トランジスタ53Rのバックゲートは、電源配線61と電気的に接続されている。
第1の発光素子54Rは、第1の波長域の光、すなわち赤色光を出射する発光素子である。第1の発光素子54Rは、発光層がアノードとカソードとによって挟持される構成であり、例えば有機ELダイオードである。第1の発光素子54Rのアノードは、第1の発光制御トランジスタ53Rのソース/ドレイン領域の他方と電気的に接続されている。第1の発光素子54Rのカソードは、コモン電位が印加されるコモン配線62と電気的に接続されている。
第1の保持容量55Rは、第1の駆動トランジスタ52Rのゲート電位を保持するためのコンデンサである。第1の保持容量55Rの一方の電極は、第1の選択トランジスタ51Rのソース/ドレイン領域の一方、および第1の駆動トランジスタ52Rのゲート電極と電気的に接続されている。第1の保持容量55Rの他方の電極は、電源配線61と電気的に接続されている。なお、第1の保持容量55Rとして、第1の駆動トランジスタ52Rのゲート電極に寄生する容量を用いてもよいし、または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。
上記のように構成された画素回路において、i行目の走査線31に供給される走査信号GWR(i)がハイレベルのとき、第1の選択トランジスタ51Rはオフ状態である。一方、走査信号GWR(i)がローレベルのとき、第1の選択トランジスタ51Rはオン状態となる。第1の選択トランジスタ51Rがオン状態にあるとき、データ線33の電位と電源配線61の電位との電位差Vdに応じて第1の保持容量55Rに充電電流が流れることにより、第1の保持容量55Rの電極間電圧が電位差Vdとなるまで第1の保持容量55Rは充電される。
第1の駆動トランジスタ52Rのソース/ドレイン領域の他方とソース/ドレイン領域の一方との間に流れる電流は、第1の駆動トランジスタ52Rのゲート電位に依存する。第1の駆動トランジスタ52Rのゲート電位は、第1の保持容量55Rによって保持される電圧、すなわち第1の保持容量55Rの電極間電圧と等しい。従って、第1の保持容量55Rによって保持される電圧に応じた電流値を有する電流が、第1の駆動トランジスタ52Rのソース/ドレイン領域の他方とソース/ドレイン領域の一方との間に流れる。以下では、第1の駆動トランジスタ52Rのソース/ドレイン領域の他方とソース/ドレイン領域の一方との間に流れる電流を「駆動電流」と呼称する。
i行目の制御線32に供給される制御信号GEL(i)がハイレベルのとき、第1の発光制御トランジスタ53Rはオフ状態である。第1の発光制御トランジスタ53Rがオフ状態にあるとき、第1の発光素子54Rのアノードは、第1の駆動トランジスタ52Rのソース/ドレイン領域の他方と電気的に切り離された状態にあるため、第1の駆動トランジスタ52Rを介して第1の発光素子54Rに駆動電流は流れない。すなわち、第1の発光制御トランジスタ53Rがオフ状態にあるとき、第1の発光素子54Rは発光しない。
一方、制御信号GEL(i)がローレベルのとき、第1の発光制御トランジスタ53Rはオン状態となる。第1の発光制御トランジスタ53Rがオン状態にあるとき、第1の発光素子54Rのアノードは、第1の発光制御トランジスタ53Rを介して第1の駆動トランジスタ52Rのソース/ドレイン領域の他方と電気的に接続された状態になるため、第1の駆動トランジスタ52Rを介して、第1の保持容量55Rによって保持される電圧に応じた電流値を有する駆動電流が第1の発光素子54Rに流れる。すなわち、第1の発光制御トランジスタ53Rがオン状態にあるとき、第1の発光素子54Rは、駆動電流に応じて発光する。第1の発光素子54Rから出射される赤色光の強度は、駆動電流の値、すなわち第1の保持容量55Rによって保持される電圧に依存して変化する。
上記のように、第1の画素11Rは、第1の波長域の光(赤色光)を出射する第1の発光素子54Rと、第1の発光素子54Rに対応する第1の発光制御トランジスタ53Rと、を含む。すなわち、第1の電気光学装置10Rは、第1の波長域の光(赤色光)を出射する第1の発光素子54Rと、第1の発光素子54Rに対応する第1の発光制御トランジスタ53Rと、を有する。
図示は省略するが、第1の画素11Rと同様に、第2の電気光学装置10Bに配置されている第2の画素11Bの画素回路は、第2の選択トランジスタ51Bと、第2の駆動トランジスタ52Bと、第2の発光制御トランジスタ53Bと、第2の発光素子54Bと、第2の保持容量55Bと、を有する。第2の発光素子54Bは、第2の波長域の光、すなわち青色光を出射する発光素子である。第2の発光素子54Bは、発光層がアノードとカソードとによって挟持される構成であり、例えば有機ELダイオードである。
第2の画素11Bの画素回路においても、第2の選択トランジスタ51Bがオン状態にあるとき、第2の保持容量55Bの電極間電圧が電位差Vdとなるまで第2の保持容量55Bは充電される。そして、第2の発光制御トランジスタ53Bがオン状態にあるとき、第2の駆動トランジスタ52Bを介して、第2の保持容量55Bによって保持される電圧に応じた電流値を有する駆動電流が第2の発光素子54Bに流れる。すなわち、第2の発光制御トランジスタ53Bがオン状態にあるとき、第2の発光素子54Bは、駆動電流に応じて発光する。第2の発光素子54Bから出射される青色光の強度は、駆動電流の値、すなわち第2の保持容量55Bによって保持される電圧に依存して変化する。
このように、第2の画素11Bは、第2の波長域の光(青色光)を出射する第2の発光素子54Bと、第2の発光素子54Bに対応する第2の発光制御トランジスタ53Bと、を含む。すなわち、第2の電気光学装置10Bは、第2の波長域の光(青色光)を出射する第2の発光素子54Bと、第2の発光素子54Bに対応する第2の発光制御トランジスタ53Bと、を有する。
また、図示は省略するが、第1の画素11R及び第2の画素11Bと同様に、第3の電気光学装置10Gに配置されている第3の画素11Gの画素回路は、第3の選択トランジスタ51Gと、第3の駆動トランジスタ52Gと、第3の発光制御トランジスタ53Gと、第3の発光素子54Gと、第3の保持容量55Gと、を有する。第3の発光素子54Gは、第3の波長域の光、すなわち緑色光を出射する発光素子である。第3の発光素子54Gは、発光層がアノードとカソードとによって挟持される構成であり、例えば有機ELダイオードである。
第3の画素11Gの画素回路においても、第3の選択トランジスタ51Gがオン状態にあるとき、第3の保持容量55Gの電極間電圧が電位差Vdとなるまで第3の保持容量55Gは充電される。そして、第3の発光制御トランジスタ53Gがオン状態にあるとき、第3の駆動トランジスタ52Gを介して、第3の保持容量55Gによって保持される電圧に応じた電流値を有する駆動電流が第3の発光素子54Gに流れる。すなわち、第3の発光制御トランジスタ53Gがオン状態にあるとき、第3の発光素子54Gは、駆動電流に応じて発光する。第3の発光素子54Gから出射される緑色光の強度は、駆動電流の値、すなわち第3の保持容量55Gによって保持される電圧に依存して変化する。
このように、第3の画素11Gは、第3の波長域の光(緑色光)を出射する第3の発光素子54Gと、第3の発光素子54Gに対応する第3の発光制御トランジスタ53Gと、を含む。すなわち、第3の電気光学装置10Gは、第3の波長域の光(緑色光)を出射する第3の発光素子54Gと、第3の発光素子54Gに対応する第3の発光制御トランジスタ53Gと、を有する。
本実施形態の光学モジュール1において、第1の画素11Rが有する第1の発光素子54Rの面積と、第2の画素11Bが有する第2の発光素子54Bの面積と、第3の画素11Gが有する第3の発光素子54Gの面積とは同じである。なお、各発光素子54の面積は、平面視でアノードと発光層とカソードとが重なる領域の面積、もしくは、アノードと発光層とが接する領域の面積とも言える。
図4は、1フレームにおける第1の発光素子54Rの発光状態と、1フレームにおける第2の発光素子54Bの発光状態と、1フレームにおける第3の発光素子54Gの発光状態との時間的な対応関係を示すタイミングチャートである。図4において、時刻t1から時刻t14までの期間が1フレームである。例えば、第1の電気光学装置10R、第2の電気光学装置10B及び第3の電気光学装置10Gのそれぞれが、1080本の走査線31を有する場合、1フレームの長さは下記(1)式で表される。下記(1)式において、「1H」は、1水平走査期間、すなわち水平同期信号の1周期に相当する時間である。
1フレーム=ブランキング期間+1080×1H …(1)
図4において、時刻t1から時刻t2までの期間がブランキング期間である。ブランキング期間は、1水平走査期間(1H)と等しい。このブランキング期間において、第1の選択トランジスタ51Rがオン状態に制御されることにより、第1の保持容量55Rの電極間電圧が目標電圧に達するまで第1の保持容量55Rは充電される。この目標電圧は、1フレームにおいて第1の発光素子54Rから出射される赤色光の強度が所望の値になる駆動電流が第1の駆動トランジスタ52Rによって生成されるように設定される。目標電圧は、データ線33の電位と電源配線61の電位との電位差Vdによって設定され得る。
同様に、ブランキング期間において、第2の選択トランジスタ51Bがオン状態に制御されることにより、第2の保持容量55Bの電極間電圧が目標電圧に達するまで第2の保持容量55Bは充電される。この目標電圧は、1フレームにおいて第2の発光素子54Bから出射される青色光の強度が所望の値になる駆動電流が第2の駆動トランジスタ52Bによって生成されるように設定される。
同様に、ブランキング期間において、第3の選択トランジスタ51Gがオン状態に制御されることにより、第3の保持容量55Gの電極間電圧が目標電圧に達するまで第3の保持容量55Gは充電される。この目標電圧は、1フレームにおいて第3の発光素子54Gから出射される緑色光の強度が所望の値になる駆動電流が第3の駆動トランジスタ52Gによって生成されるように設定される。
図4において、RGEL(i)は、第1の電気光学装置10Rにおいてi行目の制御線32に供給される制御信号である。図4において、BGEL(i)は、第2の電気光学装置10Bにおいてi行目の制御線32に供給される制御信号である。図4において、GGEL(i)は、第3の電気光学装置10Gにおいてi行目の制御線32に供給される制御信号である。以下では、RGEL(i)を第1の制御信号と呼称し、BGEL(i)を第2の制御信号と呼称し、GGEL(i)を第3の制御信号と呼称する。
図4に示すように、ブランキング期間において、第1の制御信号RGEL(i)、第2の制御信号BGEL(i)および第3の制御信号GGEL(i)は、それぞれハイレベルにセットされる。その結果、第1の発光制御トランジスタ53R、第2の発光制御トランジスタ53Bおよび第3の発光制御トランジスタ53Gは、それぞれオフ状態に制御されるため、ブランキング期間において、第1の発光素子54R、第2の発光素子54Bおよび第3の発光素子54Gのそれぞれに駆動電流は流れない。従って、ブランキング期間において、第1の発光素子54R、第2の発光素子54Bおよび第3の発光素子54Gのそれぞれは発光しない。
図4に示すように、ブランキング期間が終了する時刻t2から1フレームが終了する時刻t14までの期間において、第2の制御信号BGEL(i)はローレベルにセットされる。その結果、時刻t2から時刻t14までの期間において、第2の発光制御トランジスタ53Bがオン状態に制御されるため、第2の保持容量55Bによって保持されている電圧に応じた電流値を有する駆動電流が第2の発光素子54Bに流れる。これにより、時刻t2から時刻t14までの期間において、第2の発光素子54Bは、駆動電流に応じた強度を有する青色光を出射する。
図4に示すように、ブランキング期間が終了する時刻t2から時刻t4までの期間において、第1の制御信号RGEL(i)はハイレベルにセットされる。その結果、時刻t2から時刻t4までの期間において、第1の発光制御トランジスタ53Rがオフ状態に制御されるため、第1の発光素子54Rに駆動電流が流れない。従って、時刻t2から時刻t4までの期間において、第1の発光素子54Rは発光しない。
図4に示すように、時刻t4から時刻t5までの期間において、第1の制御信号RGEL(i)はローレベルにセットされる。その結果、時刻t4から時刻t5までの期間において、第1の発光制御トランジスタ53Rがオン状態に制御されるため、第1の保持容量55Rによって保持されている電圧に応じた電流値を有する駆動電流が第1の発光素子54Rに流れる。これにより、時刻t4から時刻t5までの期間において、第1の発光素子54Rは、駆動電流に応じた強度を有する赤色光を出射する。
図4に示すように、時刻t5から時刻t7までの期間において、第1の制御信号RGEL(i)はハイレベルにセットされる。その結果、時刻t5から時刻t7までの期間において、第1の発光制御トランジスタ53Rがオフ状態に制御されるため、第1の発光素子54Rに駆動電流が流れない。従って、時刻t5から時刻t7までの期間において、第1の発光素子54Rは発光しない。
図4に示すように、時刻t7から時刻t8までの期間において、第1の制御信号RGEL(i)はローレベルにセットされる。その結果、時刻t7から時刻t8までの期間において、第1の発光制御トランジスタ53Rがオン状態に制御されるため、第1の保持容量55Rによって保持されている電圧に応じた電流値を有する駆動電流が第1の発光素子54Rに流れる。これにより、時刻t7から時刻t8までの期間において、第1の発光素子54Rは、駆動電流に応じた強度を有する赤色光を出射する。
図4に示すように、時刻t8から時刻t10までの期間において、第1の制御信号RGEL(i)はハイレベルにセットされる。その結果、時刻t8から時刻t10までの期間において、第1の発光制御トランジスタ53Rがオフ状態に制御されるため、第1の発光素子54Rに駆動電流が流れない。従って、時刻t8から時刻t10までの期間において、第1の発光素子54Rは発光しない。
図4に示すように、時刻t10から時刻t11までの期間において、第1の制御信号RGEL(i)はローレベルにセットされる。その結果、時刻t10から時刻t11までの期間において、第1の発光制御トランジスタ53Rがオン状態に制御されるため、第1の保持容量55Rによって保持されている電圧に応じた電流値を有する駆動電流が第1の発光素子54Rに流れる。これにより、時刻t10から時刻t11までの期間において、第1の発光素子54Rは、駆動電流に応じた強度を有する赤色光を出射する。
図4に示すように、時刻t11から時刻t13までの期間において、第1の制御信号RGEL(i)はハイレベルにセットされる。その結果、時刻t11から時刻t13までの期間において、第1の発光制御トランジスタ53Rがオフ状態に制御されるため、第1の発光素子54Rに駆動電流が流れない。従って、時刻t11から時刻t13までの期間において、第1の発光素子54Rは発光しない。
図4に示すように、時刻t13から1フレームが終了する時刻t14までの期間において、第1の制御信号RGEL(i)はローレベルにセットされる。その結果、時刻t13から時刻t14までの期間において、第1の発光制御トランジスタ53Rがオン状態に制御されるため、第1の保持容量55Rによって保持されている電圧に応じた電流値を有する駆動電流が第1の発光素子54Rに流れる。これにより、時刻t13から時刻t14までの期間において、第1の発光素子54Rは、駆動電流に応じた強度を有する赤色光を出射する。
図4に示すように、ブランキング期間が終了する時刻t2から時刻t3(t3<t4)までの期間において、第3の制御信号GGEL(i)はハイレベルにセットされる。その結果、時刻t2から時刻t3までの期間において、第3の発光制御トランジスタ53Gがオフ状態に制御されるため、第3の発光素子54Gに駆動電流が流れない。従って、時刻t2から時刻t3までの期間において、第3の発光素子54Gは発光しない。
図4に示すように、時刻t3から時刻t5までの期間において、第3の制御信号GGEL(i)はローレベルにセットされる。その結果、時刻t3から時刻t5までの期間において、第3の発光制御トランジスタ53Gがオン状態に制御されるため、第3の保持容量55Gによって保持されている電圧に応じた電流値を有する駆動電流が第3の発光素子54Gに流れる。これにより、時刻t3から時刻t5までの期間において、第3の発光素子54Gは、駆動電流に応じた強度を有する緑色光を出射する。
図4に示すように、時刻t5から時刻t6(t6<t7)までの期間において、第3の制御信号GGEL(i)はハイレベルにセットされる。その結果、時刻t5から時刻t6までの期間において、第3の発光制御トランジスタ53Gがオフ状態に制御されるため、第3の発光素子54Gに駆動電流が流れない。従って、時刻t5から時刻t6までの期間において、第3の発光素子54Gは発光しない。
図4に示すように、時刻t6から時刻t8までの期間において、第3の制御信号GGEL(i)はローレベルにセットされる。その結果、時刻t6から時刻t8までの期間において、第3の発光制御トランジスタ53Gがオン状態に制御されるため、第3の保持容量55Gによって保持されている電圧に応じた電流値を有する駆動電流が第3の発光素子54Gに流れる。これにより、時刻t6から時刻t8までの期間において、第3の発光素子54Gは、駆動電流に応じた強度を有する緑色光を出射する。
図4に示すように、時刻t8から時刻t9(t9<t10)までの期間において、第3の制御信号GGEL(i)はハイレベルにセットされる。その結果、時刻t8から時刻t9までの期間において、第3の発光制御トランジスタ53Gがオフ状態に制御されるため、第3の発光素子54Gに駆動電流が流れない。従って、時刻t8から時刻t9までの期間において、第3の発光素子54Gは発光しない。
図4に示すように、時刻t9から時刻t11までの期間において、第3の制御信号GGEL(i)はローレベルにセットされる。その結果、時刻t9から時刻t11までの期間において、第3の発光制御トランジスタ53Gがオン状態に制御されるため、第3の保持容量55Gによって保持されている電圧に応じた電流値を有する駆動電流が第3の発光素子54Gに流れる。これにより、時刻t9から時刻t11までの期間において、第3の発光素子54Gは、駆動電流に応じた強度を有する緑色光を出射する。
図4に示すように、時刻t11から時刻t12(t12<t13)までの期間において、第3の制御信号GGEL(i)はハイレベルにセットされる。その結果、時刻t11から時刻t12までの期間において、第3の発光制御トランジスタ53Gがオフ状態に制御されるため、第3の発光素子54Gに駆動電流が流れない。従って、時刻t11から時刻t12までの期間において、第3の発光素子54Gは発光しない。
図4に示すように、時刻t12から1フレームが終了する時刻t14までの期間において、第3の制御信号GGEL(i)はローレベルにセットされる。その結果、時刻t12から時刻t14までの期間において、第3の発光制御トランジスタ53Gがオン状態に制御されるため、第3の保持容量55Gによって保持されている電圧に応じた電流値を有する駆動電流が第3の発光素子54Gに流れる。これにより、時刻t12から時刻t14までの期間において、第3の発光素子54Gは、駆動電流に応じた強度を有する緑色光を出射する。
上記のように、本実施形態の光学モジュール1において、1フレームにおける第1の発光制御トランジスタ53Rがオン状態である第1の時間は、1フレームにおける第2の発光制御トランジスタ53Bがオン状態である第2の時間よりも短い。言い換えれば、1フレームにおいて赤色光を出射する第1の発光素子54Rが駆動電流に応じて発光する第1の時間は、1フレームにおいて青色光を出射する第2の発光素子54Bが駆動電流に応じて発光する第2の時間よりも短い。以下では、第1の時間を「赤色発光時間」と呼称し、第2の時間を「青色発光時間」と呼称する場合がある。
また、本実施形態の光学モジュール1において、1フレームにおける第3の発光制御トランジスタ53Gがオン状態である第3の時間は、第2の時間よりも短く且つ第1の時間よりも長い。言い換えれば、1フレームにおいて緑色光を出射する第3の発光素子54Gが駆動電流に応じて発光する第3の時間は、第2の時間よりも短く且つ第1の時間よりも長い。以下では、第3の時間を「緑色発光時間」と呼称する場合がある。
光学モジュール1は、第1の発光素子54Rを有する第1の電気光学装置10Rから出射される赤色の第1の画像光LRと、第2の発光素子54Bを有する第2の電気光学装置10Bから出射される青色の第2の画像光LBと、第3の発光素子54Gを有する第3の電気光学装置10Gから出射される緑色の第3の画像光LGとを合成することによって、3色混合の合成画像光LWを生成する。
このように、異なる波長域の光を出射する複数の発光素子54R、54B及び54Gを用いて合成画像光LWを生成する場合、仮に、赤色発光時間、青色発光時間および緑色発光時間を同一とした状態で、各発光素子54R、54B及び54Gを長時間駆動し続けると、各発光素子54R、54B及び54Gの寿命特性が異なることに起因して、混合色、特に白色の合成画像光LWを生成するときに色ズレが発生する可能性がある。
図5は、各発光素子54R、54B及び54Gを100%のデューティー比で駆動することにより白色の合成画像光LWを生成したときの、第1の電気光学装置10R、第2の電気光学装置10Bおよび第3の電気光学装置10Gの輝度半減寿命(LT50)を示す。「発光素子を100%のデューティー比で駆動する」とは、1フレーム内のブランキング期間を除く全期間において、発光制御トランジスタをオン状態に制御することを意味する。
図5において、「Red」は第1の電気光学装置10Rを表す。図5に示すように、白色の合成画像光LWを生成するために、第1の電気光学装置10Rから出射される赤色の第1の画像光LRの視認輝度が1372(cd/m)となるように駆動電流値を設定した状態で第1の発光素子54Rを100%のデューティー比で駆動したとき、第1の電気光学装置10Rの輝度半減寿命は、600時間となる。
図5において、「Blue」は第2の電気光学装置10Bを表す。図5に示すように、白色の合成画像光LWを生成するために、第2の電気光学装置10Bから出射される青色の第2の画像光LBの視認輝度が356(cd/m)となるように駆動電流値を設定した状態で第2の発光素子54Bを100%のデューティー比で駆動したとき、第2の電気光学装置10Bの輝度半減寿命は、300時間となる。
図5において、「Green」は第3の電気光学装置10Gを表す。図5に示すように、白色の合成画像光LWを生成するために、第3の電気光学装置10Gから出射される緑色の第3の画像光LGの視認輝度が3272(cd/m)となるように駆動電流値を設定した状態で第3の発光素子54Gを100%のデューティー比で駆動したとき、第3の電気光学装置10Gの輝度半減寿命は、400時間となる。
輝度半減寿命とは、一定の電流密度で駆動した際、画像光の輝度が最大輝度から最大輝度の半分まで低下するのにかかった時間である。図5に示すように、赤色光を出射する第1の発光素子54Rを有する第1の電気光学装置10Rの輝度半減寿命は、青色光を出射する第2の発光素子54Bを有する第2の電気光学装置10Bの輝度半減寿命よりも長い。言い換えれば、青色光を出射する第2の発光素子54Bの劣化速度は、赤色光を出射する第1の発光素子54Rの劣化速度よりも速い。従って、各発光素子54R、54B及び54Gを100%のデューティー比で駆動することにより白色の合成画像光LWを生成する場合、所定時間が経過した後の合成画像光LWを観察すると、各発光素子54R、54B及び54Gの劣化速度が異なることに起因して、白色表示に必要な各色の視認輝度にバラツキが生じ、そのバラツキが色ズレとなって視認されることになる。
図6は、第3の電気光学装置10Gにおいて一定の視認輝度を得るために必要なデューティー比と駆動輝度との対応関係と、各デューティー比で第3の発光素子54Gを駆動したときの輝度半減寿命(LT50)とを示す。図6において、例えばデューティー比が50%の場合、1フレーム内のブランキング期間を除く全期間の50%の期間において、発光制御トランジスタがオン状態に制御される。また、駆動輝度は駆動電流に依存する物理量であるので、以下では駆動輝度を駆動電流と言い換える場合がある。
図6に示すように、第3の発光素子54Gの駆動デューティー比を小さくし、一定の視認輝度が得られるようにデューティー比に応じて第3の発光素子54Gの駆動電流を増大させると、輝度半減寿命は短くなる。言い換えれば、一定の視認輝度が得られるという条件を満たしながら緑色発光時間を短くすると、第3の発光素子54Gの劣化速度は速くなる。これは、緑色発光時間によって第3の発光素子54Gの劣化速度をコントロールできることを意味する。第1の発光素子54Rおよび第2の発光素子54Bについても同様に、それぞれの発光時間によってそれぞれの劣化速度をコントロールできる。
本願発明者は、上記の知見に基づき、最も長い輝度半減寿命を有する第1の電気光学装置10Rの駆動デューティー比を小さくして、第1の電気光学装置10Rの輝度半減寿命を短縮することにより、第1の電気光学装置10Rの輝度半減寿命を第2の電気光学装置10Bの最も短い輝度半減寿命に近づけることができれば、白色の合成画像光LWに生じる色ズレを抑制できるのではないかと考えた。そして、本願発明者は、色ズレを抑制可能な第1の電気光学装置10Rの駆動デューティー比と第2の電気光学装置10Bの駆動デューティー比との関係、すなわち、色ズレを抑制可能な赤色発光時間と青色発光時間との関係について鋭意研究した。
図7~図11に研究結果を示す。
図7は、第2の発光素子54Bを100%のデューティー比で駆動したときの第2の電気光学装置10Bの輝度半減寿命曲線C1を示すグラフである。図8は、第1の発光素子54Rを100%のデューティー比で駆動したときの第1の電気光学装置10Rの輝度半減寿命曲線C2を示すグラフである。図9は、第2の電気光学装置10Bの輝度半減寿命曲線C1と、第1の電気光学装置10Rの輝度半減寿命曲線C2と、第1の発光素子54Rを42%のデューティー比で駆動したときの第1の電気光学装置10Rの輝度半減寿命曲線C3とを示すグラフである。図9に示すように、第2の発光素子54Bを100%のデューティー比で駆動し、且つ第1の発光素子54Rを42%のデューティー比で駆動すれば、第1の電気光学装置10Rの輝度半減寿命を第2の電気光学装置10Bの輝度半減寿命に近づけることができると判明した。
図10は、第1の発光素子54Rの駆動デューティー比と第1の電気光学装置10Rの輝度半減寿命との関係を示す。図10に示す結果により、第1の発光素子54Rの駆動デューティー比、すなわち赤色発光時間によって第1の電気光学装置10Rの輝度半減寿命をコントロールできることが実証された。
図11は、3つの実施例と、3つの比較例とのそれぞれについて、色ズレの評価指標であるΔu’v’と、第1の発光素子54Rの駆動デューティー比と、第2の発光素子54Bの駆動デューティー比と、第3の発光素子54Gの駆動デューティー比との関係を調査した結果を示す。一般的に、Δu’v’が0.02未満であれば、人間は色ズレを認識できない。よって、白色の合成画像光LWが生成されるように各発光素子54R、54B及び54Gを所定のデューティー比で駆動し続け、最も劣化速度が速い第2の電気光学装置10Bが輝度半減寿命に達したときに、合成画像光LWのΔu’v’が0.02未満であれば、白色の合成画像光LWに生じる色ズレを抑制できているといえる。
図11に示す実施例1では、第1の発光素子54Rを42%のデューティー比で駆動し、第2の発光素子54Bを100%のデューティー比で駆動し、第3の発光素子54Gを70%のデューティー比で駆動することにより、白色の合成画像光LWを生成した。この実施例1では、最も劣化速度が速い第2の電気光学装置10Bが輝度半減寿命に達したとき、合成画像光LWのΔu’v’は0.001未満であった。
図11に示す実施例2では、第1の発光素子54Rを30%のデューティー比で駆動し、第2の発光素子54Bを100%のデューティー比で駆動し、第3の発光素子54Gを70%のデューティー比で駆動することにより、白色の合成画像光LWを生成した。この実施例2では、最も劣化速度が速い第2の電気光学装置10Bが輝度半減寿命に達したとき、合成画像光LWのΔu’v’は0.018であった。
図11に示す実施例3では、第1の発光素子54Rを60%のデューティー比で駆動し、第2の発光素子54Bを100%のデューティー比で駆動し、第3の発光素子54Gを70%のデューティー比で駆動することにより、白色の合成画像光LWを生成した。この実施例3では、最も劣化速度が速い第2の電気光学装置10Bが輝度半減寿命に達したとき、合成画像光LWのΔu’v’は0.019であった。
図11に示す比較例1では、第1の発光素子54R、第2の発光素子54Bおよび第3の発光素子54Gのそれぞれを100%のデューティー比で駆動することにより、白色の合成画像光LWを生成した。この比較例1では、最も劣化速度が速い第2の電気光学装置10Bが輝度半減寿命に達したとき、合成画像光LWのΔu’v’は0.026であった。
図11に示す比較例2では、第1の発光素子54Rを29%のデューティー比で駆動し、第2の発光素子54Bを100%のデューティー比で駆動し、第3の発光素子54Gを70%のデューティー比で駆動することにより、白色の合成画像光LWを生成した。この比較例2では、最も劣化速度が速い第2の電気光学装置10Bが輝度半減寿命に達したとき、合成画像光LWのΔu’v’は0.021であった。
図11に示す比較例3では、第1の発光素子54Rを61%のデューティー比で駆動し、第2の発光素子54Bを100%のデューティー比で駆動し、第3の発光素子54Gを70%のデューティー比で駆動することにより、白色の合成画像光LWを生成した。この比較例3では、最も劣化速度が速い第2の電気光学装置10Bが輝度半減寿命に達したとき、合成画像光LWのΔu’v’は0.021であった。
図11に示すように、第1の発光素子54Rの駆動デューティー比を、第2の発光素子54Bの駆動デューティー比の30%から60%に設定することにより、白色の合成画像光LWに生じる色ズレを効果的に抑制できるとの結果が得られた。言い換えれば、1フレームにおける赤色発光時間(第1の時間)を、1フレームにおける青色発光時間(第2の時間)の0.3倍から0.6倍に設定することにより、白色の合成画像光LWに生じる色ズレを効果的に抑制できるとの結果が得られた。
とくに、第1の発光素子54Rの駆動デューティー比を、第2の発光素子54Bの駆動デューティー比の42%に設定することにより、白色の合成画像光LWに生じる色ズレを最も抑制できるとの結果が得られた。この理由は、図9に示したように、赤色光を出射する第1の発光素子54Rの駆動デューティー比を、青色光を出射する第2の発光素子54Bの駆動デューティー比の42%に設定することにより、第1の電気光学装置10Rの輝度半減寿命を第2の電気光学装置10Bの輝度半減寿命に最も近づけることができるからだと考えられる。
一方、図11に示すように、第1の発光素子54Rの駆動デューティー比を、第2の発光素子54Bの駆動デューティー比の29%以下または61%以上に設定すると、白色の合成画像光LWに人間が認識できる程度の色ズレが生じるとの結果が得られた。とくに、第1の発光素子54Rの駆動デューティー比を、第2の発光素子54Bの駆動デューティー比と同一(100%)に設定すると、白色の合成画像光LWに大きな色ズレが生じるとの結果が得られた。
以上の研究結果に基づき、本実施形態の光学モジュール1において、1フレームにおける第1の発光制御トランジスタ53Rがオン状態である第1の時間は、1フレームにおける第2の発光制御トランジスタ53Bがオン状態である第2の時間よりも短く設定されているのである。言い換えれば、本実施形態の光学モジュール1において、1フレームにおける赤色発光時間は、1フレームにおける青色発光時間よりも短い。
このような本実施形態によれば、最も劣化速度の遅い第1の発光素子54Rを有する第1の電気光学装置10Rの輝度半減寿命を、最も劣化速度の速い第2の発光素子54Bを有する第2の電気光学装置10Bの輝度半減寿命に近づけることができるため、各発光素子の劣化速度(寿命特性)に起因して白色の合成画像光LWに色ズレが生じるのを抑制することができる。
とくに、本実施形態の光学モジュール1において、1フレームにおける第1の発光制御トランジスタ53Rがオン状態である第1の時間は、1フレームにおける第2の発光制御トランジスタ53Bがオン状態である第2の時間の0.3倍から0.6倍であることが好ましい。言い換えれば、本実施形態の光学モジュール1において、1フレームにおける赤色発光時間は、1フレームにおける青色発光時間の0.3倍から0.6倍であることが好ましい。
これにより、最も劣化速度の遅い第1の発光素子54Rを有する第1の電気光学装置10Rの輝度半減寿命を、最も劣化速度の速い第2の発光素子54Bを有する第2の電気光学装置10Bの輝度半減寿命により近づけることができるため、各発光素子の劣化速度(寿命特性)に起因して白色の合成画像光LWに色ズレが生じるのをより効果的に抑制することができる。
本実施形態の光学モジュール1において、1フレームにおける第3の発光制御トランジスタ53Gがオン状態である第3の時間は、第2の時間よりも短く且つ第1の時間よりも長い。言い換えれば、本実施形態の光学モジュール1において、1フレームにおける緑色発光時間は、青色発光時間よりも短く且つ赤色発光時間よりも長い。
これにより、劣化速度が中間程度の第3の発光素子54Gを有する第3の電気光学装置10Gの輝度半減寿命を、最も劣化速度の速い第2の発光素子54Bを有する第2の電気光学装置10Bの輝度半減寿命に近づけることができるため、各発光素子の劣化速度(寿命特性)に起因して白色の合成画像光LWに色ズレが生じるのを抑制する効果が増す。
本実施形態の光学モジュール1において、第1の画素11Rが有する第1の発光素子54Rの面積と、第2の画素11Bが有する第2の発光素子54Bの面積と、第3の画素11Gが有する第3の発光素子54Gの面積とが同じである。
これにより、第1の発光素子54Rの面積と、第2の発光素子54Bの面積と、第3の発光素子54Gの面積とが互いに異なることに起因して合成画像光LWに色ズレが生じるのを抑制することができる。
また、本実施形態の光学モジュール1は、赤色の第1の画像光LRを出射する第1の電気光学装置10Rと、青色の第2の画像光LBを出射する第2の電気光学装置10Bと、緑色の第3の画像光LGを出射する第3の電気光学装置10Rと、を備える。
これにより、第1の電気光学装置10R、第2の電気光学装置10B、および第3の電気光学装置10Gのそれぞれにおける1ラインあたりに設けられる制御線32の数が1本になるため、各電気光学装置の配線数を少なくすることができる。
〔光学モジュール1を備える画像表示装置〕
以下、上記実施形態の光学モジュール1を備える画像表示装置について説明する。
図12は、光学モジュール1を備える画像表示装置の一例である頭部装着型表示装置(ヘッドマウントディスプレイ)1000の説明図である。図13は、図12に示す虚像表示部1010の光学系の構成を模式的に示す斜視図である。図14は、図13に示す光学系の光路を示す説明図である。
図12に示すように、頭部装着型表示装置1000は、シースルー型のアイグラスディスプレイとして構成されており、テンプル1111及び1112を左右に備えたフレーム1110を有する。頭部装着型表示装置1000において、虚像表示部1010は、フレーム1110に支持され、虚像表示部1010から射出された画像を使用者に虚像として認識させる。本実施形態において、頭部装着型表示装置1000は、虚像表示部1010として、左眼用表示部1101と、右眼用表示部1102と、を備えている。左眼用表示部1101と右眼用表示部1102とは、同一の構成を有し、左右対称に配置されている。
以下の説明では、左眼用表示部1101を中心に説明し、右眼用表示部1102についての説明は省略する。
図13および図14に示すように、頭部装着型表示装置1000において、左眼用表示部1101は、光学モジュール1と、光学モジュール1から射出された合成画像光LWを射出部1058に導く導光系1030と、を備える。光学モジュール1と導光系1030との間には、投写レンズ系1070が配置されている。光学モジュール1から射出された合成画像光LWは、投写レンズ系1070を介して導光系1030に入射する。投写レンズ系1070は、正のパワーを有する1つのコリメートレンズによって構成されている。
導光系1030は、合成画像光LWが入射する透光性の入射部1040と、一方端1051側が入射部1040に接続された透光性の導光部1050と、を備えている。本実施形態において、入射部1040と導光部1050とは、一体の透光性部材で構成されている。
入射部1040は、光学モジュール1から射出された合成画像光LWが入射する入射面1041と、入射面1041から入射した合成画像光LWを入射面1041との間で反射する反射面1042と、を備えている。入射面1041は、平面、非球面、または自由曲面等からなり、投写レンズ系1070を介して光学モジュール1と対向している。投写レンズ系1070は、入射面1041の端部1412との間隔が入射面1041の端部1411との間隔より広くなるように斜めに配置されている。
入射面1041には反射膜が形成されていないが、臨界角以上の入射角で入射した光を全反射する。したがって、入射面1041は、光透過性および光反射性を備えている。反射面1042は、入射面1041と対向する面からなり、端部1422が入射面1041の端部1421よりも入射面1041から離間するように斜めに配置されている。したがって、入射部1040は、略三角形状の形状を有している。反射面1042は、平面、非球面、または自由曲面等からなる。反射面1042は、アルミニウム、銀、マグネシウム、クロム等を主成分とする反射性の金属層が形成された構成を有する。
導光部1050は、一方端1051から他方端1052側に向けて延在する第1面1056(第1反射面)と、第1面1056に平行に対向して一方端1051側から他方端1052側に向けて延在する第2面1057(第2反射面)と、第2面1057の入射部1040から離間する部分に設けられた射出部1058と、を備えている。第1面1056と入射部1040の反射面1042とは、斜面1043を介して連続している。第1面1056と第2面1057との厚さは、入射部1040より薄い。第1面1056および第2面1057は、導光部1050と外界(空気)との屈折率差に基づいて、臨界角以上の入射角で入射した光を全反射する。このため、第1面1056および第2面1057には反射膜が形成されていない。
射出部1058は、導光部1050の厚さ方向の第2面1057側の一部に構成されている。射出部1058では、第2面1057に対する法線方向に対して斜めに傾いた複数の部分反射面1055が互いに平行に配置されている。射出部1058は、第2面1057のうち、複数の部分反射面1055に重なる部分であり、導光部1050の延在方向において所定の幅を有する領域である。複数の部分反射面1055は、それぞれ誘電体多層膜から構成されている。また、複数の部分反射面1055のうちの少なくとも1つは、誘電体多層膜と、アルミニウム、銀、マグネシウム、クロム等を主成分とする反射性の金属層(薄膜)との複合層であってもよい。部分反射面1055が金属層を含んでいる場合、部分反射面1055の反射率を高める効果、もしくは、部分反射面1055の透過率および反射率の入射角依存性や偏光依存性を適正化できる、という効果がある。なお、射出部1058については、回折格子やホログラム等の光学素子が設けられた態様であってもよい。
上記構成の頭部装着型表示装置1000において、入射部1040から入射した平行光からなる合成画像光LWは、入射面1041で屈折し、反射面1042に向かう。次に、合成画像光LWは、反射面1042で反射されて再び入射面1041に向かう。その際、合成画像光LWは、入射面1041に臨界角以上の入射角で入射するため、入射面1041で導光部1050に向けて反射され、導光部1050に向かう。なお、入射部1040では、平行光である合成画像光LWが入射面1041に入射する構成になっているが、入射面1041および反射面1042を自由曲面等によって構成し、非平行光である合成画像光LWが入射面1041に入射した後、反射面1042と入射面1041との間で反射する間に平行光に変換される構成を採用してもよい。
導光部1050においては、合成画像光LWが第1面1056と第2面1057との間で反射して進行する。部分反射面1055に入射した合成画像光LWの一部は、部分反射面1055で反射して射出部1058から観察者の眼Eに向けて射出される。また、部分反射面1055に入射した合成画像光LWの残りは、部分反射面1055を透過し、隣り合う次の部分反射面1055に入射する。このため、複数の部分反射面1055の各々において反射した合成画像光LWは、射出部1058から観察者の眼Eに向けて射出される。これにより、観察者は、虚像を認識することができる。
その際、外界から導光部1050に入射した光は、導光部1050に入射した後、部分反射面1055を透過して観察者の眼Eに到達する。このため、観察者は、光学モジュール1から射出されたカラー画像を視認することができるとともに、外界の景色等をシースルーで視認することができる。
以上のような本実施形態の光学モジュール1を備える頭部装着型表示装置1000によれば、光学モジュール1から出射された合成画像光LWによって形成されたカラー画像(虚像)に色ズレが生じるのを抑制することができる。
図15は、本実施形態の光学モジュール1を備える画像表示装置の他の例である投写型表示装置(プロジェクタ)2000の概略構成図である。図15に示すように、投写型表示装置2000は、上記実施形態の光学モジュール1と、光学モジュール1から出射された合成画像光LWをスクリーン等の被投写部材2200に拡大して投写する投写光学系2100と、を備えている。
このような本実施形態の光学モジュール1を備える投写型表示装置2000によれば、被投写部材2200に投射される合成画像光LWによって形成されたカラー画像に色ズレが生じるのを抑制することができる。
〔電気光学装置〕
次に、本発明の一実施形態における電気光学装置について説明する。
図16は、本発明の一実施形態における電気光学装置100の概略構成図である。図16において、電気光学装置100の水平方向をX方向とし、電気光学装置100の垂直方向をY方向とする。電気光学装置100は、3色混合の画像光を出射する自発光型の電気光学装置である。本実施形態において、電気光学装置100は、例えば有機ELパネルである。図16に示すように、電気光学装置100は、複数の第1の画素110Rと、複数の第2の画素110Bと、複数の第3の画素110Gと、を備える。
複数の第1の画素110Rは、電気光学装置100の基板上においてマトリクス状に配置されている。第1の画素110Rは、X方向において第3の画素110Gの左隣りに配置されている。第1の画素110Rは、第1の波長域の光を出射する。本実施形態において、第1の波長域の光は、赤色の光である。すなわち、第1の波長域は、例えば610nmから680nmまでの波長を含む。以下の説明において、第1の波長域の光を「赤色光」と呼称する場合がある。
複数の第2の画素110Bは、電気光学装置100の基板上においてマトリクス状に配置されている。第2の画素110Bは、X方向において第3の画素110Gの右隣りに配置されている。第2の画素110Bは、第1の波長域よりも短い第2の波長域の光を出射する。本実施形態において、第2の波長域の光は、青色の光である。すなわち、第2の波長域は、例えば450nmから490nmまでの波長を含む。以下の説明において、第2の波長域の光を「青色光」と呼称する場合がある。
複数の第3の画素110Gは、電気光学装置100の基板上においてマトリクス状に配置されている。第3の画素110Gは、X方向において第1の画素110Rと第2の画素110Bとの間に配置されている。第3の画素110Gは、第1の波長域よりも短く且つ第2の波長域よりも長い第3の波長域の光を出射する。本実施形態において、第3の波長域の光は、緑色の光である。すなわち、第3の波長域は、例えば495nmから570nmまでの波長を含む。以下の説明において、第3の波長域の光を「緑色光」と呼称する場合がある。
本実施形態の電気光学装置100において、第1の画素110Rが有する第1の発光素子114Rの面積と、第2の画素110Bが有する第2の発光素子114Bの面積と、第3の画素110Gが有する第3の発光素子114Gの面積とは同じである。
電気光学装置100は、第1の画素110R、第2の画素110Bおよび第3の画素110Gを含む画素領域130と、画素領域130の周囲を囲む非画素領域140と、を有する。電気光学装置100の基板120の第1面121に、画素領域130及び非画素領域140が設けられている。
非画素領域140は、周辺領域141と、実装領域142とを含む。画素領域130は、第1の画素110R、第2の画素110Bおよび第3の画素110Gがマトリクス状に配置された矩形状の領域である。画素領域130には、X方向に延在する複数の走査線131と、各走査線131に対応してX方向に延在する複数の制御線132と、X方向と交差するY方向に延在する複数のデータ線133と、が設けられている。第1の画素110R、第2の画素110Bおよび第3の画素110Gのそれぞれは、複数の走査線131と複数のデータ線133との各交差に対応した領域である。したがって、第1の画素110R、第2の画素110Bおよび第3の画素110Gは、X方向およびY方向にわたってマトリクス状に配列されている。
周辺領域141は、画素領域130を囲む矩形枠状の領域である。3つの駆動回路150は、周辺領域141内に設けられている。3つの駆動回路150は、画素領域130内の第1の画素110R、第2の画素110Bおよび第3の画素110Gを駆動する回路である。駆動回路150は、2つの走査線駆動回路151と、データ線駆動回路152とを含む。電気光学装置100は、駆動回路150が基板120の第1面121上に形成されたトランジスタ等の能動素子で構成される回路内蔵型の電気光学装置である
実装領域142は、周辺領域141を挟んで画素領域130とは反対側、すなわち、周辺領域141の外側に設けられている。実装領域142には、複数の実装端子160が設けられている。制御信号及び電源電位は、制御回路及び電源回路等を含む各種の外部回路(図示省略)から実装端子160に供給される。外部回路は、例えば実装領域142に接続されたフレキシブル配線基板(図示省略)に実装される。
図17は、第1の画素110R、第2の画素110Bおよび第3の画素110Gが有する画素回路の構成を示す等価回路図である。以下では、i行j列に位置する第1の画素110Rと、i行j+1列に位置する第3の画素110Gと、i行j+2列に位置する第2の画素110Bとが有する画素回路を例に挙げて説明する。
図17に示すように、第1の画素110Rの画素回路は、第1の選択トランジスタ111Rと、第1の駆動トランジスタ112Rと、第1の発光制御トランジスタ113Rと、第1の発光素子114Rと、第1の保持容量115Rと、を有する。本実施形態において、第1の選択トランジスタ111R、第1の駆動トランジスタ112R、および第1の発光制御トランジスタ113Rは、それぞれPチャネル型のMOS-FETである。
第1の選択トランジスタ111Rのゲート電極は、i行目の走査線131と電気的に接続されている。第1の選択トランジスタ111Rのソース/ドレイン領域の他方は、j列目の第1のデータ線133Rと電気的に接続されている。第1の選択トランジスタ111Rのソース/ドレイン領域の一方は、第1の駆動トランジスタ112Rのゲート電極、および第1の保持容量115Rの一方の電極と電気的に接続されている。第1の選択トランジスタ111Rのバックゲートは、電源電位が印加される電源配線171と電気的に接続されている。
第1の駆動トランジスタ112Rのゲート電極は、第1の選択トランジスタ111Rのソース/ドレイン領域の一方、および第1の保持容量115Rの一方の電極と電気的に接続されている。第1の駆動トランジスタ112Rのソース/ドレイン領域の一方は、電源配線171と電気的に接続されている。第1の駆動トランジスタ112Rのソース/ドレイン領域の他方は、第1の発光制御トランジスタ113Rのソース/ドレイン領域の一方と電気的に接続されている。第1の駆動トランジスタ112Rのバックゲートは、電源配線171と電気的に接続されている。
第1の発光制御トランジスタ113Rのゲート電極は、i行目の第1の制御線132Rと電気的に接続されている。第1の発光制御トランジスタ113Rのソース/ドレイン領域の一方は、第1の駆動トランジスタ112Rのソース/ドレイン領域の他方と電気的に接続されている。第1の発光制御トランジスタ113Rのソース/ドレイン領域の他方は、第1の発光素子114Rのアノードと電気的に接続されている。第1の発光制御トランジスタ113Rのバックゲートは、電源配線171と電気的に接続されている。
第1の発光素子114Rは、第1の波長域の光、すなわち赤色光を出射する発光素子である。第1の発光素子114Rは、発光層がアノードとカソードとによって挟持される構成であり、例えば有機ELダイオードである。第1の発光素子114Rのアノードは、第1の発光制御トランジスタ113Rのソース/ドレイン領域の他方と電気的に接続されている。第1の発光素子114Rのカソードは、コモン電位が印加されるコモン配線172と電気的に接続されている。
第1の保持容量115Rは、第1の駆動トランジスタ112Rのゲート電位を保持するためのコンデンサである。第1の保持容量115Rの一方の電極は、第1の選択トランジスタ111Rのソース/ドレイン領域の一方、および第1の駆動トランジスタ112Rのゲート電極と電気的に接続されている。第1の保持容量115Rの他方の電極は、電源配線171と電気的に接続されている。なお、第1の保持容量115Rとして、第1の駆動トランジスタ112Rのゲート電極に寄生する容量を用いてもよいし、または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。
第2の画素110Bの画素回路は、第2の選択トランジスタ111Bと、第2の駆動トランジスタ112Bと、第2の発光制御トランジスタ113Bと、第2の発光素子114Bと、第2の保持容量115Bと、を有する。本実施形態において、第2の選択トランジスタ111B、第2の駆動トランジスタ112B、および第2の発光制御トランジスタ113Bは、それぞれPチャネル型のMOS-FETである。
第2の選択トランジスタ111Bのゲート電極は、i行目の走査線131と電気的に接続されている。第2の選択トランジスタ111Bのソース/ドレイン領域の他方は、j+2列目の第2のデータ線133Bと電気的に接続されている。第2の選択トランジスタ111Bのソース/ドレイン領域の一方は、第2の駆動トランジスタ112Bのゲート電極、および第2の保持容量115Bの一方の電極と電気的に接続されている。第2の選択トランジスタ111Bのバックゲートは、電源配線171と電気的に接続されている。
第2の駆動トランジスタ112Bのゲート電極は、第2の選択トランジスタ111Bのソース/ドレイン領域の一方、および第2の保持容量115Bの一方の電極と電気的に接続されている。第2の駆動トランジスタ112Bのソース/ドレイン領域の一方は、電源配線171と電気的に接続されている。第2の駆動トランジスタ112Bのソース/ドレイン領域の他方は、第2の発光制御トランジスタ113Bのソース/ドレイン領域の一方と電気的に接続されている。第2の駆動トランジスタ112Bのバックゲートは、電源配線171と電気的に接続されている。
第2の発光制御トランジスタ113Bのゲート電極は、i行目の第2の制御線132Bと電気的に接続されている。第2の発光制御トランジスタ113Bのソース/ドレイン領域の一方は、第2の駆動トランジスタ112Bのソース/ドレイン領域の他方と電気的に接続されている。第2の発光制御トランジスタ113Bのソース/ドレイン領域の他方は、第2の発光素子114Bのアノードと電気的に接続されている。第2の発光制御トランジスタ113Bのバックゲートは、電源配線171と電気的に接続されている。
第2の発光素子114Bは、第2の波長域の光、すなわち青色光を出射する発光素子である。第2の発光素子114Bは、発光層がアノードとカソードとによって挟持される構成であり、例えば有機ELダイオードである。第2の発光素子114Bのアノードは、第2の発光制御トランジスタ113Bのソース/ドレイン領域の他方と電気的に接続されている。第2の発光素子114Bのカソードは、コモン配線172と電気的に接続されている。
第2の保持容量115Bは、第2の駆動トランジスタ112Bのゲート電位を保持するためのコンデンサである。第2の保持容量115Bの一方の電極は、第2の選択トランジスタ111Bのソース/ドレイン領域の一方、および第2の駆動トランジスタ112Bのゲート電極と電気的に接続されている。第2の保持容量115Bの他方の電極は、電源配線171と電気的に接続されている。なお、第2の保持容量115Bとして、第2の駆動トランジスタ112Bのゲート電極に寄生する容量を用いてもよいし、または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。
第3の画素110Gの画素回路は、第3の選択トランジスタ111Gと、第3の駆動トランジスタ112Gと、第3の発光制御トランジスタ113Gと、第3の発光素子114Gと、第3の保持容量115Gと、を有する。本実施形態において、第3の選択トランジスタ111G、第3の駆動トランジスタ112G、および第3の発光制御トランジスタ113Gは、それぞれPチャネル型のMOS-FETである。
第3の選択トランジスタ111Gのゲート電極は、i行目の走査線131と電気的に接続されている。第3の選択トランジスタ111Gのソース/ドレイン領域の他方は、j+1列目の第3のデータ線133Gと電気的に接続されている。第3の選択トランジスタ111Gのソース/ドレイン領域の一方は、第3の駆動トランジスタ112Gのゲート電極、および第3の保持容量115Gの一方の電極と電気的に接続されている。第3の選択トランジスタ111Gのバックゲートは、電源配線171と電気的に接続されている。
第3の駆動トランジスタ112Gのゲート電極は、第3の選択トランジスタ111Gのソース/ドレイン領域の一方、および第3の保持容量115Gの一方の電極と電気的に接続されている。第3の駆動トランジスタ112Gのソース/ドレイン領域の一方は、電源配線171と電気的に接続されている。第3の駆動トランジスタ112Gのソース/ドレイン領域の他方は、第3の発光制御トランジスタ113Gのソース/ドレイン領域の一方と電気的に接続されている。第3の駆動トランジスタ112Gのバックゲートは、電源配線171と電気的に接続されている。
第3の発光制御トランジスタ113Gのゲート電極は、i行目の第3の制御線132Gと電気的に接続されている。第3の発光制御トランジスタ113Gのソース/ドレイン領域の一方は、第3の駆動トランジスタ112Gのソース/ドレイン領域の他方と電気的に接続されている。第3の発光制御トランジスタ113Gのソース/ドレイン領域の他方は、第3の発光素子114Gのアノードと電気的に接続されている。第3の発光制御トランジスタ113Gのバックゲートは、電源配線171と電気的に接続されている。
第3の発光素子114Gは、第3の波長域の光、すなわち緑色光を出射する発光素子である。第3の発光素子114Gは、発光層がアノードとカソードとによって挟持される構成であり、例えば有機ELダイオードである。第3の発光素子114Gのアノードは、第3の発光制御トランジスタ113Gのソース/ドレイン領域の他方と電気的に接続されている。第3の発光素子114Gのカソードは、コモン配線172と電気的に接続されている。
第3の保持容量115Gは、第3の駆動トランジスタ112Gのゲート電位を保持するためのコンデンサである。第3の保持容量115Gの一方の電極は、第3の選択トランジスタ111Gのソース/ドレイン領域の一方、および第3の駆動トランジスタ112Gのゲート電極と電気的に接続されている。第3の保持容量115Gの他方の電極は、電源配線171と電気的に接続されている。なお、第3の保持容量115Gとして、第3の駆動トランジスタ112Gのゲート電極に寄生する容量を用いてもよいし、または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。
上記のように構成された画素回路において、i行目の走査線131に供給される走査信号GWR(i)がハイレベルのとき、第1の選択トランジスタ111R、第2の選択トランジスタ111Bおよび第3の選択トランジスタ111Gは、それぞれオフ状態である。一方、走査信号GWR(i)がローレベルのとき、第1の選択トランジスタ111R、第2の選択トランジスタ111Bおよび第3の選択トランジスタ111Gは、それぞれオン状態となる。
第1の選択トランジスタ111Rがオン状態にあるとき、第1のデータ線133Rの電位と電源配線171の電位との電位差VDRに応じて第1の保持容量115Rに充電電流が流れることにより、第1の保持容量115Rの電極間電圧が電位差VDRとなるまで第1の保持容量115Rは充電される。第1の駆動トランジスタ112Rのソース/ドレイン領域の他方とソース/ドレイン領域の一方との間に流れる駆動電流は、第1の駆動トランジスタ112Rのゲート電位、すなわち第1の保持容量115Rの電極間電圧に依存して変化する。
第2の選択トランジスタ111Bがオン状態にあるとき、第2のデータ線133Bの電位と電源配線171の電位との電位差VDBに応じて第2の保持容量115Bに充電電流が流れることにより、第2の保持容量115Bの電極間電圧が電位差VDBとなるまで第2の保持容量115Bは充電される。第2の駆動トランジスタ112Bのソース/ドレイン領域の他方とソース/ドレイン領域の一方との間に流れる駆動電流は、第2の駆動トランジスタ112Bのゲート電位、すなわち第2の保持容量115Bの電極間電圧に依存して変化する。
第3の選択トランジスタ111Gがオン状態にあるとき、第3のデータ線133Gの電位と電源配線171の電位との電位差VDGに応じて第3の保持容量115Gに充電電流が流れることにより、第3の保持容量115Gの電極間電圧が電位差VDGとなるまで第3の保持容量115Gは充電される。第3の駆動トランジスタ112Gのソース/ドレイン領域の他方とソース/ドレイン領域の一方との間に流れる駆動電流は、第3の駆動トランジスタ112Gのゲート電位、すなわち第3の保持容量115Gの電極間電圧に依存して変化する。
i行目の第1の制御線132Rに供給される第1の制御信号RGEL(i)がハイレベルのとき、第1の発光制御トランジスタ113Rはオフ状態である。第1の発光制御トランジスタ113Rがオフ状態にあるとき、第1の発光素子114Rのアノードは、第1の駆動トランジスタ112Rのソース/ドレイン領域の他方と電気的に切り離された状態にあるため、第1の駆動トランジスタ112Rを介して第1の発光素子114Rに駆動電流は流れない。すなわち、第1の発光制御トランジスタ113Rがオフ状態にあるとき、第1の発光素子114Rは発光しない。
一方、第1の制御信号RGEL(i)がローレベルのとき、第1の発光制御トランジスタ113Rはオン状態となる。第1の発光制御トランジスタ113Rがオン状態にあるとき、第1の発光素子114Rのアノードは、第1の発光制御トランジスタ113Rを介して第1の駆動トランジスタ112Rのソース/ドレイン領域の他方と電気的に接続された状態になるため、第1の駆動トランジスタ112Rを介して、第1の保持容量115Rによって保持される電圧に応じた電流値を有する駆動電流が第1の発光素子114Rに流れる。すなわち、第1の発光制御トランジスタ113Rがオン状態にあるとき、第1の発光素子114Rは、駆動電流に応じて発光する。第1の発光素子114Rから出射される赤色光の強度は、駆動電流の値、すなわち第1の保持容量115Rによって保持される電圧に依存して変化する。
i行目の第2の制御線132Bに供給される第2の制御信号BGEL(i)がハイレベルのとき、第2の発光制御トランジスタ113Bはオフ状態である。第2の発光制御トランジスタ113Bがオフ状態にあるとき、第2の発光素子114Bのアノードは、第2の駆動トランジスタ112Bのソース/ドレイン領域の他方と電気的に切り離された状態にあるため、第2の駆動トランジスタ112Bを介して第2の発光素子114Bに駆動電流は流れない。すなわち、第2の発光制御トランジスタ113Bがオフ状態にあるとき、第2の発光素子114Bは発光しない。
一方、第2の制御信号BGEL(i)がローレベルのとき、第2の発光制御トランジスタ113Bはオン状態となる。第2の発光制御トランジスタ113Bがオン状態にあるとき、第2の発光素子114Bのアノードは、第2の発光制御トランジスタ113Bを介して第2の駆動トランジスタ112Bのソース/ドレイン領域の他方と電気的に接続された状態になるため、第2の駆動トランジスタ112Bを介して、第2の保持容量115Bによって保持される電圧に応じた電流値を有する駆動電流が第2の発光素子114Bに流れる。すなわち、第2の発光制御トランジスタ113Bがオン状態にあるとき、第2の発光素子114Bは、駆動電流に応じて発光する。第2の発光素子114Bから出射される青色光の強度は、駆動電流の値、すなわち第2の保持容量115Bによって保持される電圧に依存して変化する。
i行目の第3の制御線132Gに供給される第3の制御信号GGEL(i)がハイレベルのとき、第3の発光制御トランジスタ113Gはオフ状態である。第3の発光制御トランジスタ113Gがオフ状態にあるとき、第3の発光素子114Gのアノードは、第3の駆動トランジスタ112Gのソース/ドレイン領域の他方と電気的に切り離された状態にあるため、第3の駆動トランジスタ112Gを介して第3の発光素子114Gに駆動電流は流れない。すなわち、第3の発光制御トランジスタ113Gがオフ状態にあるとき、第3の発光素子114Gは発光しない。
一方、第3の制御信号GGEL(i)がローレベルのとき、第3の発光制御トランジスタ113Gはオン状態となる。第3の発光制御トランジスタ113Gがオン状態にあるとき、第3の発光素子114Gのアノードは、第3の発光制御トランジスタ113Gを介して第3の駆動トランジスタ112Gのソース/ドレイン領域の他方と電気的に接続された状態になるため、第3の駆動トランジスタ112Gを介して、第3の保持容量115Gによって保持される電圧に応じた電流値を有する駆動電流が第3の発光素子114Gに流れる。すなわち、第3の発光制御トランジスタ113Gがオン状態にあるとき、第3の発光素子114Gは、駆動電流に応じて発光する。第3の発光素子114Gから出射される緑色光の強度は、駆動電流の値、すなわち第3の保持容量115Gによって保持される電圧に依存して変化する。
上記実施形態の光学モジュール1と同様に、本実施形態の電気光学装置100において、1フレームにおける第1の発光制御トランジスタ113Rがオン状態である第1の時間は、1フレームにおける第2の発光制御トランジスタ113Bがオン状態である第2の時間よりも短い。言い換えれば、本実施形態の電気光学装置100において、1フレームにおける赤色発光時間は、1フレームにおける青色発光時間よりも短い。
このような本実施形態の電気光学装置100によれば、光学モジュール1と同様に、各発光素子の劣化速度(寿命特性)に起因して白色の画像光に色ズレが生じるのを抑制することができる。
また、本実施形態の電気光学装置100において、1フレームにおける第1の発光制御トランジスタ113Rがオン状態である第1の時間は、1フレームにおける第2の発光制御トランジスタ113Bがオン状態である第2の時間の0.3倍から0.6倍であることが好ましい。言い換えれば、本実施形態の電気光学装置1において、1フレームにおける赤色発光時間は、1フレームにおける青色発光時間の0.3倍から0.6倍であることが好ましい。
このような本実施形態の電気光学装置100によれば、光学モジュール1と同様に、各発光素子の劣化速度(寿命特性)に起因して白色の画像光に色ズレが生じるのをより効果的に抑制することができる。
また、本実施形態の電気光学装置100において、1フレームにおける第3の発光制御トランジスタ113Gがオン状態である第3の時間は、第2の時間よりも短く且つ第1の時間よりも長い。言い換えれば、本実施形態の電気光学装置100において、1フレームにおける緑色発光時間は、青色発光時間よりも短く且つ赤色発光時間よりも長い。
このような本実施形態の電気光学装置100によれば、光学モジュール1と同様に、各発光素子の劣化速度(寿命特性)に起因して白色の合成画像光LWに色ズレが生じるのを抑制する効果が増す。
また、本実施形態の電気光学装置100において、第1の発光素子114Rの面積と、第2の発光素子114Bの面積と、第3の発光素子114Gの面積とが同じである。
これにより、第1の発光素子114Rの面積と、第2の発光素子114Bの面積と、第3の発光素子114Gの面積とが互いに異なることに起因して画像光に色ズレが生じるのを抑制することができる。
さらに、本実施形態の電気光学装置100は、赤色光を出射する第1の画素110Rと、青色光を出射する第2の画素110Bと、緑色光を出射する第3の画素110Gと、を備える。すなわち、本実施形態の電気光学装置100は、単体で3色混合の画像光を生成する。
このような本実施形態の電気光学装置100を用いて後述するような画像表示装置を構成することにより、画像表示装置の小型化を実現できる。
〔電気光学装置100を備える画像表示装置〕
図18は、本実施形態の電気光学装置100を備える画像表示装置の一例である投写型表示装置(プロジェクタ)3000の概略構成図である。図18に示すように、投写型表示装置3000は、本実施形態の電気光学装置100と、電気光学装置100から出射された3色混合の画像光Lをスクリーン等の被投写部材3200に拡大して投写する投写光学系3100と、を備えている。
このような本実施形態の電気光学装置100を備える投写型表示装置3000によれば、被投写部材3200に投射される画像光Lによって形成されたカラー画像に色ズレが生じるのを抑制することができる。また、上記のように、本実施形態の電気光学装置100を用いることにより、投写型表示装置3000の小型化を実現できる。
〔変形例〕
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、図3に示した第1の画素11Rの画素回路を、図19に示す画素回路に変更してもよい。図19に示すように、変形例における第1の画素11Rの画素回路は、第1の選択トランジスタ71Rと、第1の駆動トランジスタ72Rと、第1の発光制御トランジスタ73Rと、第1の発光素子74Rと、第1の保持容量75Rと、第1の補助容量76Rと、を有する。第1の選択トランジスタ71R、第1の駆動トランジスタ72R、および第1の発光制御トランジスタ73Rは、それぞれ、Pチャネル型のMOS-FETである。
第1の選択トランジスタ71Rのゲート電極は、i行目の走査線31と電気的に接続されている。第1の選択トランジスタ71Rのソース/ドレイン領域の他方は、j列目のデータ線33と電気的に接続されている。第1の選択トランジスタ71Rのソース/ドレイン領域の一方は、第1の駆動トランジスタ72Rのゲート電極、および第1の保持容量75Rの一方の電極と電気的に接続されている。第1の選択トランジスタ71Rのバックゲートは、電源配線61と電気的に接続されている。
第1の駆動トランジスタ72Rのゲート電極は、第1の選択トランジスタ71Rのソース/ドレイン領域の一方、および第1の保持容量75Rの一方の電極と電気的に接続されている。第1の駆動トランジスタ72Rのソース/ドレイン領域の一方は、第1の発光制御トランジスタ73Rのソース/ドレイン領域の他方、および第1の保持容量75Rの他方の電極と電気的に接続されている。第1の駆動トランジスタ72Rのソース/ドレイン領域の他方は、第1の発光素子74Rのアノードと電気的に接続されている。第1の駆動トランジスタ72Rのバックゲートは、電源配線61と電気的に接続されている。
第1の発光制御トランジスタ73Rのゲート電極は、i行目の制御線32と電気的に接続されている。第1の発光制御トランジスタ73Rのソース/ドレイン領域の一方は、電源配線61と電気的に接続されている。第1の発光制御トランジスタ73Rのソース/ドレイン領域の他方は、第1の駆動トランジスタ72Rのソース/ドレイン領域の一方、および第1の保持容量75Rの他方の電極と電気的に接続されている。第1の発光制御トランジスタ73Rのバックゲートは、電源配線61と電気的に接続されている。
第1の発光素子74Rは、第1の波長域の光、すなわち赤色光を出射する発光素子である。第1の発光素子74Rは、例えば有機ELダイオードである。第1の発光素子74Rのアノードは、第1の駆動トランジスタ72Rのソース/ドレイン領域の他方と電気的に接続されている。第1の発光素子74Rのカソードは、コモン配線62と電気的に接続されている。
第1の保持容量75Rは、第1の駆動トランジスタ72Rのゲート電位を保持するためのコンデンサである。第1の保持容量75Rの一方の電極は、第1の選択トランジスタ71Rのソース/ドレイン領域の一方、および第1の駆動トランジスタ72Rのゲート電極と電気的に接続されている。第1の保持容量75Rの他方の電極は、第1の補助容量76Rの一方の電極、第1の駆動トランジスタ72Rのソース/ドレイン領域の一方、および第1の発光制御トランジスタ73Rのソース/ドレイン領域の他方と電気的に接続されている。なお、第1の保持容量75Rとして、第1の駆動トランジスタ72Rのゲート電極に寄生する容量を用いてもよいし、または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。
第1の補助容量76Rは、第1の保持容量75Rを補助するコンデンサである。第1の補助容量76Rの一方の電極は、第1の補助容量76Rの他方の電極、第1の駆動トランジスタ72Rのソース/ドレイン領域の一方、および第1の発光制御トランジスタ73Rのソース/ドレイン領域の他方と電気的に接続されている。第1の補助容量76Rの他方の電極は、電源配線61と電気的に接続される。なお、第1の補助容量76Rとして、第1の発光制御トランジスタ73Rのソース/ドレイン領域の一方とソース/ドレイン領域の他方との間に寄生する容量を用いてもよいし、または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。
図19に示す画素回路は、第1の画素11Rの画素回路だけでなく、第2の画素11B、第3の画素11G、第1の画素110R、第2の画素110B、および第3の画素110Gのそれぞれの画素回路として用いてもよい。
上記実施形態では、各発光素子が有機ELダイオードである形態を例示したが、本発明はこれに限定されない。各発光素子として、無機EL素子、LEDアレイ、有機LED、レーザーアレイ、および量子ドット発光型素子等の他の自発光素子を用いてよい。
上記実施形態では、光学モジュール1を備える画像表示装置として頭部装着型表示装置1000と投射型表示装置2000とを例示したが、本発明の光学モジュールは様々な形態の画像表示装置に適用することができる。また、上記実施形態では、電気光学装置100を備える画像表示装置として投射型表示装置3000とを例示したが、本発明の電気光学装置は様々な形態の画像表示装置に適用することができる。
本発明の一態様の光学モジュールは、以下の構成を有していてもよい。
本発明の一態様の光学モジュールは、第1の波長域の光を出射する第1の発光素子と、前記第1の発光素子に対応する第1の発光制御トランジスタと、を有する第1の電気光学装置と、前記第1の波長域よりも短い第2の波長域の光を出射する第2の発光素子と、前記第2の発光素子に対応する第2の発光制御トランジスタと、を有する第2の電気光学装置と、前記第1の電気光学装置から出射される光と、前記第2の電気光学装置から出射される光とを合成するプリズムと、を備え、1フレームにおける前記第1の発光制御トランジスタがオン状態である第1の時間は、前記1フレームにおける前記第2の発光制御トランジスタがオン状態である第2の時間よりも短い。
本発明の一態様の光学モジュールにおいて、前記第1の時間は、前記第2の時間の0.3倍から0.6倍であってもよい。
本発明の一態様の光学モジュールにおいて、前記第1の発光素子の面積は、前記第2の発光素子の面積と同じであってもよい。
本発明の一態様の光学モジュールにおいて、前記第1の波長域よりも短く且つ前記第2の波長域よりも長い第3の波長域の光を出射する第3の発光素子と、前記第3の発光素子に対応する第3の発光制御トランジスタと、を有する第3の電気光学装置を備え、前記プリズムは、前記第1の電気光学装置から出射される光と、前記第2の電気光学装置から出射される光と、前記第3の電気光学装置から出射される光と、を合成し、前記1フレームにおける前記第3の発光制御トランジスタがオン状態である第3の時間は、前記第2の時間よりも短く且つ前記第1の時間よりも長くてもよい。
本発明の一態様の光学モジュールにおいて、前記第1の発光素子の面積と、前記第2の発光素子の面積と、前記第3の発光素子の面積とが同じであってもよい。
本発明の一態様の電気光学装置は、以下の構成を有していてもよい。
本発明の一態様の電気光学装置は、第1の波長域の光を出射する第1の画素と、前記第1の波長域よりも短い第2の波長域の光を出射する第2の画素と、を備え、前記第1の画素は、第1の発光素子と、前記第1の発光素子に対応する第1の発光制御トランジスタと、を含み、前記第2の画素は、第2の発光素子と、前記第2の発光素子に対応する第2の発光制御トランジスタと、を含み、1フレームにおける前記第1の発光制御トランジスタがオン状態である第1の時間は、前記1フレームにおける前記第2の発光制御トランジスタがオン状態である第2の時間よりも短い。
本発明の一態様の電気光学装置において、前記第1の時間は、前記第2の時間の0.3倍から0.6倍であってもよい。
本発明の一態様の電気光学装置において、前記第1の発光素子の面積は、前記第2の発光素子の面積と同じであってもよい。
本発明の一態様の電気光学装置において、前記第1の波長域よりも短く且つ前記第2の波長域よりも長い第3の波長域の光を出射する第3の画素を備え、前記第3の画素は、第3の発光素子と、前記第3の発光素子に対応する第3の発光制御トランジスタと、を含み、前記1フレームにおける前記第3の発光制御トランジスタがオン状態である第3の時間は、前記第2の時間よりも短く且つ前記第1の時間よりも長くてもよい。
本発明の一態様の電気光学装置において、前記第1の発光素子の面積と、前記第2の発光素子の面積と、前記第3の発光素子の面積とが同じであってもよい。
本発明の一態様の画像表示装置は、以下の構成を有していてもよい。
本発明の一態様の画像表示装置は、本発明の一態様の光学モジュール、または、本発明の一態様の電気光学装置を備える。
1…光学モジュール、10R…第1の電気光学装置、10B…第2の電気光学装置、10G…第3の電気光学装置、11R…第1の画素、11B…第2の画素、11G…第3の画素、20…ダイクロイックプリズム(プリズム)、53R…第1の発光制御トランジスタ、54R…第1の発光素子、53B…第2の発光制御トランジスタ、54B…第2の発光素子、53G…第3の発光制御トランジスタ、54G…第3の発光素子、100…電気光学装置、110R…第1の画素、110B…第2の画素、110G…第3の画素、113R…第1の発光制御トランジスタ、114R…第1の発光素子、113B…第2の発光制御トランジスタ、114B…第2の発光素子、113G…第3の発光制御トランジスタ、114G…第3の発光素子、1000…頭部装着型表示装置(画像表示装置)、2000、3000…投写型表示装置(画像表示装置)

Claims (11)

  1. 第1の波長域の光を出射する第1の発光素子と、前記第1の発光素子に対応する第1の発光制御トランジスタと、を有する第1の電気光学装置と、
    前記第1の波長域よりも短い第2の波長域の光を出射する第2の発光素子と、前記第2の発光素子に対応する第2の発光制御トランジスタと、を有する第2の電気光学装置と、
    前記第1の電気光学装置から出射される光と、前記第2の電気光学装置から出射される光とを合成するプリズムと、
    を備え、
    1フレームにおける前記第1の発光制御トランジスタがオン状態である第1の時間は、前記1フレームにおける前記第2の発光制御トランジスタがオン状態である第2の時間よりも短い、
    光学モジュール。
  2. 前記第1の時間は、前記第2の時間の0.3倍から0.6倍である、請求項1に記載の光学モジュール。
  3. 前記第1の発光素子の面積は、前記第2の発光素子の面積と同じである、請求項1または請求項2に記載の光学モジュール。
  4. 前記第1の波長域よりも短く且つ前記第2の波長域よりも長い第3の波長域の光を出射する第3の発光素子と、前記第3の発光素子に対応する第3の発光制御トランジスタと、を有する第3の電気光学装置を備え、
    前記プリズムは、前記第1の電気光学装置から出射される光と、前記第2の電気光学装置から出射される光と、前記第3の電気光学装置から出射される光と、を合成し、
    前記1フレームにおける前記第3の発光制御トランジスタがオン状態である第3の時間は、前記第2の時間よりも短く且つ前記第1の時間よりも長い、請求項1または請求項2に記載の光学モジュール。
  5. 前記第1の発光素子の面積と、前記第2の発光素子の面積と、前記第3の発光素子の面積とが同じである、請求項4に記載の光学モジュール。
  6. 第1の波長域の光を出射する第1の画素と、
    前記第1の波長域よりも短い第2の波長域の光を出射する第2の画素と、
    を備え、
    前記第1の画素は、
    第1の発光素子と、
    前記第1の発光素子に対応する第1の発光制御トランジスタと、
    を含み、
    前記第2の画素は、
    第2の発光素子と、
    前記第2の発光素子に対応する第2の発光制御トランジスタと、
    を含み、
    1フレームにおける前記第1の発光制御トランジスタがオン状態である第1の時間は、前記1フレームにおける前記第2の発光制御トランジスタがオン状態である第2の時間よりも短い、
    電気光学装置。
  7. 前記第1の時間は、前記第2の時間の0.3倍から0.6倍である、請求項6に記載の電気光学装置。
  8. 前記第1の発光素子の面積は、前記第2の発光素子の面積と同じである、請求項6または請求項7に記載の電気光学装置。
  9. 前記第1の波長域よりも短く且つ前記第2の波長域よりも長い第3の波長域の光を出射する第3の画素を備え、
    前記第3の画素は、
    第3の発光素子と、
    前記第3の発光素子に対応する第3の発光制御トランジスタと、
    を含み、
    前記1フレームにおける前記第3の発光制御トランジスタがオン状態である第3の時間は、前記第2の時間よりも短く且つ前記第1の時間よりも長い、請求項6または請求項7に記載の電気光学装置。
  10. 前記第1の発光素子の面積と、前記第2の発光素子の面積と、前記第3の発光素子の面積とが同じである、請求項9に記載の電気光学装置。
  11. 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の光学モジュール、または請求項6から請求項10のいずれか一項に記載の電気光学装置を備える、画像表示装置。
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