JP5401895B2 - 画素回路の駆動方法、発光装置および電子機器 - Google Patents
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Description
本発明の具体的な形態の説明に先立って、各形態にて画素回路の駆動に利用される原理を説明する。図1に示すように、給電線16と給電線18とを連結する経路上にNチャネル型の駆動トランジスタTDRと容量CE(容量値cp1)とが直列に配置された回路を想定する。
IDS=1/2・μ・W/L・Cox・(VGS−VTH)2 ……(1)
IDS=dQ/dt
=cp2・(dVS/dt−dVX/dt)+cp1・dVS/dt ……(2)
IDS=cp2・(dVS/dt−dVX/dt)+cp1・dVS/dt
=cp2・(dVX/dt−dVX/dt)+cp1・dVX/dt
=cp1・RX ……(3)
<B−1:発光装置の構成および動作>
図3は、本発明の第1実施形態に係る発光装置のブロック図である。発光装置100は、画像を表示する表示装置として電子機器に搭載される。図3に示すように、発光装置100は、複数の画素回路Uが配列された素子部10と、各画素回路Uを駆動する駆動回路30とを具備する。駆動回路30は、走査線駆動回路32と信号線駆動回路34とを含んで構成される。駆動回路30は、例えば複数の集積回路に分散して実装される。ただし、駆動回路30の少なくとも一部は、画素回路Uとともに基板上に形成された薄膜トランジスタで構成され得る。
図7は、信号線駆動回路34のブロック図である。信号線駆動回路34は、電位生成回路52と、信号線14の総数(画素回路Uの列数)に相当するn個の信号生成回路54とを含んで構成される。電位生成回路52は、画素回路Uに指定される指定階調Dの総数(種類数)に相当するk種類の電位VD(VD[1]〜VD[k])を生成する。例えば図7に示すように、相互に直列に接続された複数の抵抗で所定の電圧VREFを分圧するラダー抵抗回路が電位生成回路52として好適である。k種類の電位VD[1]〜VD[k]はn個の信号生成回路54に対して共通に供給される。
RX=dVX/dt=(VREF−VD)/R0/C0 ……(4)
図6の例示のように、単位期間H[i]の始点tsから駆動信号X[j]の電位VXを継続的に上昇させ、かつ、指定階調Dに拘わらず単位期間H[i]の終点teにて選択スイッチTSLをオフ状態に制御するという条件のもとで、駆動信号X[j]の電位VXを高い時間変化率RXで変化させる場合(すなわち、駆動電流IDRの電流量を充分に確保する場合)、駆動信号X[j]の電位VXを単位期間H[i]の終点teにて非常に高い電位に設定する必要がある。したがって、信号線駆動回路34に高い耐圧性能が要求される。また、各単位期間H[i]の終点teまで選択スイッチTSLをオン状態に維持するためには、単位期間H[i]の終点teにおける駆動信号X[j]の電位VXよりも選択スイッチTSLの閾値電圧VTH_SLだけ高い電圧を上回るように選択パルスPSLの選択電位VSLを設定する必要があるから、走査線駆動回路32にも高い耐圧性能が要求される。以上の事情を考慮して、駆動信号X[j]の振幅を低減する(したがって、走査線駆動回路32や信号線駆動回路34に要求される耐圧性能を低減する)ための構成を第2実施形態から第4実施形態として以下に例示する。
図12は、本発明の第2実施形態における駆動信号X[j]の単位期間H[i]内の波形図である。図12に示すように、最低階調DMINや所定値を下回る中間調DLが指定された場合には、第1実施形態と同様に、単位期間H[i]の終点teにおける駆動信号X[j]の電位VXが電位VOFF(選択電位VSLよりも選択スイッチTSLの閾値電圧VTH_SLだけ低い電位)を下回るように、駆動信号X[j]の波形(時間変化率RX)が選定される。したがって、最低階調DMINや中間調DLが指定された場合には、単位期間H[i]の終点te(選択パルスPSLの後縁)にて選択スイッチTSLがオフ状態に変化することで、駆動トランジスタTDRのゲートに対する駆動信号X[j]の供給が停止する。
図13は、本発明の第3実施形態における駆動信号X[j]の単位期間H[i]内の波形図である。第1実施形態や第2実施形態においては、単位期間H[i]の始点tsにて駆動信号X[j]の電位VXが変化し始める場合を例示したが、本形態においては図13に示すように、単位期間H[i]の始点ts(選択パルスPSLの前縁)から調整時間TAが経過した時点にて駆動信号X[j]の電位VXが基準電位VRSから変化し始める。
図14は、本発明の第4実施形態における駆動信号X[j]の単位期間H[i]内の波形図である。第1実施形態から第3実施形態においては、駆動信号X[j]の電位VXを基準電位VRSから連続的に変化させる場合を例示した。本形態においては図14に示すように、駆動信号X[j]の電位VXを基準電位VRSから調整電位VAに変化させたうえで指定階調Dに応じた時間変化率RXで経時的に変化させる。駆動信号X[j]の電位VXが基準電位VRSから調整電位VAに変化する時点は、単位期間H[i]の始点tsから調整時間TAが経過した時点である。調整時間TAは、第3実施形態と同様に、指定階調Dに応じて可変に設定される。
第2実施形態から第4実施形態を適宜に組合せた構成も好適である。例えば、第3実施形態や第4実施形態において、特定の指定階調D(最高階調DMAXや高目の中間調DH)が指定された場合に、第2実施形態と同様に、単位期間H[i]の途中の時点にて駆動信号X[j]の電位VXが電位VOFFを上回る(したがって選択スイッチTSLがオフ状態に遷移する)構成も採用される。
以上の各形態において、駆動信号X[j]の供給で駆動トランジスタTDRを平衡状態に変化させるためには、閾値電圧VTHを上回るようにゲート−ソース間の電圧VGSを設定することで駆動トランジスタTDRに電流IDSを流す必要がある。しかし、ゲート−ソース間の電圧VGSが様々な理由で閾値電圧VTHを下回る場合がある。例えば、発光装置100の電源が投入された直後には電圧VGSが不定の状態にあるから閾値電圧VTHを下回る可能性がある。また、雑音などの外乱の影響で電圧VGSが閾値電圧VTHを下回る可能性もある。
図17は、本発明の第5実施形態の動作を示すタイミングチャートである。図17においては、発光装置100の電源が投入された直後に設定された所定の期間(以下「初期化期間」という)PRS1内の動作のみが図示されている。初期化期間PRS1は、各画素回路Uの駆動トランジスタTDRのゲート−ソース間の電圧VGSを初期化するための期間(例えば1個の垂直走査期間)である。初期化期間PRS1の経過後に各画素回路Uの発光素子Eを指定階調Dに応じた階調に駆動する動作は以上の各形態と同様である。
図18は、本発明の第6実施形態における初期化期間PRS1内の動作のタイミングチャートである。第5実施形態と同様に、各画素回路Uの駆動トランジスタTDRの電圧VGSを初期化する動作が初期化期間PRS1にて実行され、初期化期間PRS1の経過後には第1実施形態と同様の動作が実行される。初期化期間PRS1は、例えば発光装置100の電源が投入された直後の1個の垂直走査期間である。
図19は、本発明の第7実施形態に係る発光装置100のブロック図である。図19の発光装置100の素子部10内には、各走査線12とともにX方向に延在するm本の給電線16が形成される。また、駆動回路30は、m本の給電線16の各々の電位を個別に制御する電位制御回路36を含む。他の構成は図3と同様である。
図21は、本発明の第8実施形態に係る発光装置100の動作のタイミングチャートである。図21に示すように、各単位期間H[i]における走査線駆動回路32や信号線駆動回路34の動作(走査信号GA[i]や駆動信号X[j]の波形)は第7実施形態と同様である。また、発光装置100の構成は第7実施形態と同様である。
第8実施形態においては、単位期間H[i]内の期間P2にて第i行の各画素回路Uの漸近動作を実行した。しかし、駆動トランジスタTDRのゲート−ソース間の電圧VGSが閾値電圧VTHに到達するまでには相当の時間が掛かるから、実際には単位期間H[i]を長時間に設定する必要がある。そして、単位期間H[i]が長期化するほど画素回路Uの高精細化(行数の増加)が制約されるという問題がある。そこで、以下に例示する第9実施形態および第10実施形態においては、複数の単位期間Hにわたって漸近動作を実行することで、単位期間Hの時間長を短縮しながら駆動トランジスタTDRの電圧VGSを確実に閾値電圧VTHに設定する。
図23は、本発明の第10実施形態における画素回路Uの回路図である。図23に示すように、画素回路Uは、以上の各形態における画素回路Uに制御スイッチTCRを追加した構成である。制御スイッチTCRは、駆動トランジスタTDRのゲートと給電線22との間に介在して両者の電気的な接続(導通/非導通)を制御するNチャネル型のトランジスタ(例えば薄膜トランジスタ)である。給電線22には電源回路(図示略)から基準電位VRSが供給される。第8実施形態や第9実施形態においては、初期化動作の実行時に画素回路Uに基準電位VRSを供給するために駆動信号X[j]の供給用の信号線14を兼用したのに対し、本形態においては信号線14とは別個の給電線22を初期化動作時の基準電位VRSの供給に利用する。
第5実施形態から第10実施形態においては、図6の駆動信号X[j]を利用した第1実施形態に電圧VGSの初期化を追加した場合を例示したが、図12から図14(第2実施形態から第4実施形態)の駆動信号X[j]を利用した第2実施形態から第4実施形態においても、第5実施形態から第10実施形態と同様の初期化(初期化動作および漸近動作)を実行する構成が好適に採用される。
VGS=VTH−ΔV・cp1/(cp1+cp2) ……(5)
IDS=1/2・μ・W/L・Cox・{ΔV・cp1/(cp1+cp2)}2
=K・{ΔV・cp1/(cp1+cp2)}2 ……(6)
ΔV=VA−VRS={(cp1+cp2)/cp1}・(Ia/K)1/2 ……(7)
以上の各形態は様々に変形される。各形態に対する変形の具体的な態様を以下に例示する。なお、以下の例示から2以上の態様を任意に選択して組合わせてもよい。
以上の各形態においては、図25および図26に曲線Q0(破線)で図示したように、駆動信号X[j]の電位VXの時間変化率RXが、発光素子Eに供給されるべき電流IDS(駆動電流IDR)に対して比例するように(数式(3)の関係が成立するように)、指定階調Dに応じた時間変化率RXを設定した。すなわち、単位期間H[i]の終点における駆動信号X[j]の電位VXの時間変化率RX[i,j]と、駆動トランジスタTDRのソースに付随する容量CEの容量値cp1との乗算値が駆動電流IDRの目標値に合致するように時間変化率RXが設定される。しかし、駆動電流IDSと時間変化率RXとの間に数式(3)の関係(比例)が厳密に成立する必要はない。
発光素子Eに供給される駆動電流IDRの電流量は、単位期間H[i]の終点teにおける駆動信号X[j]の電位VXの時間変化率RXに応じて決定される。したがって、駆動信号X[j]のうち単位期間H[i]の終点te(駆動トランジスタTDRのゲートに対するすなわち駆動信号X[j]の供給を停止する時点)における電位VXの時間変化率RXが指定階調Dに応じて設定される構成は好適であるが、単位期間H[i]の途中における駆動信号X[j]の波形(時間変化率RX)は本発明において不問である。ただし、単位期間H[i]の終点teにて駆動トランジスタTDRのソースの電位VSの時間変化率RSを駆動信号X[j]の電位VXの時間変化率RXに正確に合致させるためには、駆動信号X[j]の時間変化率RXを、終点teまでの所定の期間にわたって継続的に、指定階調Dに応じた一定の数値に固定する構成が格別に好適である。
第5実施形態から第10実施形態において、駆動トランジスタTDRのゲート−ソース間の電圧VGSを初期化する時期や契機は任意に変更される。例えば、複数の垂直走査期間を単位として1回の初期化動作や漸近動作が実行される構成や、発光装置100に対する利用者からの指示を契機として初期化動作や漸近動作が実行される構成も採用される。また、駆動トランジスタTDRの電圧VGSを単位期間H毎に初期化する構成(第7実施形態から第10実施形態)は、指定階調Dが経時的に変化する場合(すなわち動画像を表示する場合)に格別に好適である。したがって、動画像を表示する場合には画素回路Uの駆動中(初期化期間PRS2)に電圧VGSを随時に初期化し、静止画を表示する場合には発光装置100の電源が投入された直後(初期化期間PRS1)のみにて電圧VGSを初期化するといった構成も採用される。
画素回路Uを構成する各トランジスタ(駆動トランジスタTDR,選択スイッチTSL,制御スイッチTCR)の導電型は任意である。例えば、図27に示すように、駆動トランジスタTDRや各スイッチ(選択スイッチTSL,制御スイッチTCR)をPチャネル型とした構成も採用される。図27の画素回路Uにおいては、発光素子Eの陽極が給電線18(電位VCT)に接続され、駆動トランジスタTDRのドレインが給電線16(電位VEL)に接続されるとともにソースが発光素子Eの陰極に接続される。駆動トランジスタTDRのゲートとソースとの間に保持容量CSTが介在する構成や、駆動トランジスタTDRのゲートと信号線14との間に選択スイッチTSLが介在する構成は図4と同様である。以上のようにPチャネル型の駆動トランジスタTDRを採用した場合、Nチャネル型の駆動トランジスタTDRを採用した場合と比較して電圧の関係(高低)は逆転するが、本質的な動作は以上の例示と同様であるから、具体的な動作の説明は省略する。
以上の各形態においては発光素子Eに付随する容量CEを利用したが、図28に示すように、発光素子Eとは別個に形成した容量CXを容量CEとともに利用する構成も好適である。容量CXの電極e1は、駆動トランジスタTDRと発光素子Eとを結ぶ経路上(駆動トランジスタTDRのソース)に接続される。容量CXの電極e2は、所定の電位が供給される配線(例えば、電位VCTが供給される給電線18や、基準電位VRSが供給される図23の給電線22)に接続される。図28の構成においては、以上の各形態における容量値cp1が容量CXと発光素子Eの容量CEとの合計値となる。したがって、数式(2)や数式(3)の電流IDS(さらには駆動電流IDR)を容量CXに応じて適宜に調整することが可能である。また、容量CXを形成した構成においては、発光素子Eに容量CEの有無や容量値の大小は不問である。すなわち、発光素子Eに容量CEが付随しない構成や容量値が充分に小さい構成も採用される。
以上の各形態のように、複数の画素回路Uが行列状に配列された構成のもとで各画素回路Uを行単位で時分割に駆動する場合には各画素回路U内に選択スイッチTSLが必要である。しかし、例えば複数の画素回路UがX方向に沿って1列のみに配列された構成においては、時分割での複数行の選択という動作が不要であるから、画素回路U内の選択スイッチTSLは不要となる。複数の画素回路Uが1列のみに配列された発光装置100は、例えば、電子写真方式の画像形成装置(印刷装置)において感光体ドラムなどの像担持体を露光する露光装置として好適に採用される。
有機EL素子は発光素子の例示に過ぎない。例えば、無機EL素子やLED(Light Emitting Diode)素子などの発光素子を配列した発光装置にも以上の各態様と同様に本発明が適用される。本発明における発光素子は、電流の供給で駆動される(典型的には階調(輝度)が制御される)電流駆動型の被駆動素子である。
次に、以上の各態様に係る発光装置100を利用した電子機器について説明する。図29ないし図31には、発光装置100を表示装置として採用した電子機器の形態が図示されている。
Claims (12)
- 相互に直列に接続された発光素子および駆動トランジスタと、前記発光素子と前記駆動トランジスタとの間の経路と前記駆動トランジスタのゲートとの間に介在する保持容量とを含む画素回路を駆動する方法であって、
前記保持容量の両端間の電圧を初期化し、
前記初期化後に前記駆動トランジスタのゲートに駆動信号を供給し、前記駆動信号の供給を停止する時点における前記駆動信号の電位の時間変化率が、当該画素回路の指定階調に比例した時間変化率となるように、前記駆動トランジスタのゲートに対する駆動信号の供給を停止する時点までの所定の期間において、前記指定階調に比例した一定の時間変化率で前記駆動信号の電位を経時的に変化させる
画素回路の駆動方法。 - 前記保持容量の両端間の電圧を、前記駆動トランジスタがオン状態となる電圧に初期化する
請求項1の画素回路の駆動方法。 - 所定の時間変化率で電位が変化する駆動信号を前記駆動トランジスタのゲートに供給することで、前記保持容量の両端間の電圧を、前記駆動トランジスタがオン状態となる電圧に初期化する
請求項2の画素回路の駆動方法。 - 前記駆動信号の供給用の信号線から前記駆動トランジスタのゲートに基準電位を供給するとともに、前記発光素子と前記駆動トランジスタとの間の経路に給電線から所定の電位を供給することで、前記保持容量の両端間の電圧を、前記駆動トランジスタがオン状態となる電圧に初期化する
請求項2の画素回路の駆動方法。 - 前記保持容量の両端間の電圧を、前記駆動トランジスタの閾値電圧に漸近させた電圧に初期化する
請求項2の画素回路の駆動方法。 - 信号線と複数の走査線との各交差に対応して配置され、相互に直列に接続された発光素子および駆動トランジスタと、前記発光素子と前記駆動トランジスタとの間の経路と前記駆動トランジスタのゲートとの間に介在する保持容量と、前記信号線と前記駆動トランジスタのゲートとの間に介在して前記走査線の選択時にオン状態となる選択スイッチとを各々が含む複数の画素回路を駆動する方法であって、
前記複数の画素回路の各々における前記保持容量の両端間の電圧を初期化する一方、
前記複数の走査線の各々を単位期間毎に順次に選択し、
前記選択した走査線に対応する前記画素回路の前記選択スイッチがオフ状態に遷移する時点における前記駆動信号の電位の時間変化率が、当該画素回路の指定階調に比例した時間変化率となるように、前記駆動トランジスタのゲートに対する駆動信号の供給を停止する時点までの所定の期間において、前記指定階調に比例した一定の時間変化率で前記駆動信号の電位を前記単位期間毎に経時的に変化させる
画素回路の駆動方法。 - 前記走査線を選択する単位期間のうち前記駆動信号を前記指定階調に応じた時間変化率で変化させる以前の初期化期間において、前記信号線に供給する前記駆動信号を基準電位に設定するとともに前記駆動トランジスタをオン状態に制御することで、前記保持容量の両端間の電圧を、前記駆動トランジスタの閾値電圧に漸近させた電圧に初期化する
請求項6の画素回路の駆動方法。 - 前記前記各走査線に対応する前記画素回路の前記保持容量の両端間の電圧を、当該走査線を選択する単位期間の開始前の2以上の単位期間にわたって、当該画素回路の前記駆動トランジスタの閾値電圧に漸近させることで初期化する
請求項6の画素回路の駆動方法。 - 前記複数の走査線の各々を、第1期間と第2期間とを各々が含む複数の単位期間のうち当該走査線に対応する単位期間の前記第2期間と、当該第2期間の開始前の2以上の前記第1期間とにおいて選択し、
前記第2期間において選択した走査線に対応する前記画素回路の前記選択スイッチがオフ状態に遷移する時点における前記駆動信号の電位の時間変化率が、当該画素回路の指定階調に応じた時間変化率となるように、前記駆動信号の電位を前記単位期間毎に経時的に変化させ、
前記2以上の第1期間において、前記信号線に供給する前記駆動信号を基準電位に設定するとともに前記駆動トランジスタをオン状態に制御することで、前記保持容量の両端間の電圧を当該駆動トランジスタの閾値電圧に漸近させる
請求項8の画素回路の駆動方法。 - 前記各走査線を選択する単位期間の開始前の2以上の単位期間にわたって、当該走査線に対応する前記画素回路の前記駆動トランジスタのゲートに給電線から基準電位を供給するとともに前記駆動トランジスタをオン状態に制御することで、前記保持容量の両端間の電圧を前記駆動トランジスタの閾値電圧に漸近させる
請求項8の画素回路の駆動方法。 - 相互に直列に接続された発光素子および駆動トランジスタと、前記発光素子と前記駆動トランジスタとの間の経路と前記駆動トランジスタのゲートとの間に介在する保持容量とを含む画素回路と、
前記保持容量の両端間の電圧を初期化し、前記初期化後に前記駆動トランジスタのゲートに駆動信号を供給し、前記駆動信号の供給を停止する時点における前記駆動信号の電位の時間変化率が、当該画素回路の指定階調に比例した時間変化率となるように、前記駆動トランジスタのゲートに対する駆動信号の供給を停止する時点までの所定の期間において、前記指定階調に比例した一定の時間変化率で前記駆動信号の電位を経時的に変化させる駆動回路と
を具備する発光装置。 - 請求項11の発光装置を具備する電子機器。
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