JP6015115B2 - 電気光学装置および電子機器 - Google Patents
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Description
その結果、OLEDの発光輝度がこの陽極の電位変動により影響を受け、表示ムラなどの表示不良が発生する。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、信号線やデータ線の電位変動などに伴うノイズに起因する画質劣化を低減することを解決課題の一つとする。
本発明によれば、発光素子の陽極と、この陽極に接続される少なくとも一つのトランジスターの半導体層とは、複数の層の異なる層に形成された中間電極を介して接続されており、複数の層の異なる層に形成された中間電極のうちの一つの中間電極は、少なくとも三方が、電源配線により取り囲まれている。このため、周囲の信号線やデータ線の電位変動などに伴うノイズの影響を受けにくくでき、発光素子の陽極における電位変動を抑制する。その結果、所望の電流を発光素子に供給でき、表示ムラなどの表示不良を低減して、表示品質を向上できる。
これらの電源配線は、走査線駆動回路またはデータ線駆動回路等で使用する電源配線と比較して低インピーダンスであるため、シールド効果がより向上する。
図1は、本発明の実施形態に係る電気光学装置10の構成を示す斜視図である。
電気光学装置10は、例えばヘッドマウント・ディスプレイにおいて画像を表示するマイクロ・ディスプレイである。電気光学装置10の詳細については後述するが、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例えばシリコン基板に形成された有機EL装置であり、画素回路には、発光素子の一例であるOLEDが用いられている。
電気光学装置10は、表示部で開口する枠状のケース72に収納されるとともに、FPC(Flexible Printed Circuits)基板74の一端が接続されている。FPC基板74には、半導体チップの制御回路5が、COF(Chip On Film)技術によって実装されるとともに、複数の端子76が設けられて、図示省略された上位回路に接続される。当該上位回路から複数の端子76を介して画像データが同期信号に同期して供給される。同期信号には、垂直同期信号や、水平同期信号、ドットクロック信号が含まれる。また、画像データは、表示すべき画像の画素の階調レベルを例えば8ビットで規定する。
制御回路5は、電気光学装置10の電源回路とデータ信号出力回路との機能を兼用するものである。すなわち、制御回路5は、同期信号にしたがって生成した各種の制御信号や各種電位を電気光学装置10に供給するほか、デジタルの画像データをアナログのデータ信号に変換して、電気光学装置10に供給する。
このうち、表示部100には、表示すべき画像の画素に対応した画素回路110がマトリクス状に配列されている。詳細には、表示部100において、m行の走査線12が図において横方向に延在して設けられ、また、n列のデータ線14が図において縦方向に延在し、かつ、各走査線12と互いに電気的な絶縁を保って設けられている。そして、m行の走査線12とn列のデータ線14との交差部に対応して画素回路110が設けられている。このため、本実施形態において画素回路110は、縦m行×横n列でマトリクス状に配列されている。
なお、走査線駆動回路20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各種の制御信号を行毎に生成して表示部100に供給するが、図2においては図示を省略している。また、フレームの期間とは、電気光学装置10が1カット(コマ)分の画像を表示するのに要する期間をいい、例えば同期信号に含まれる垂直同期信号の周波数が120Hzであれば、その1周期分の8.3ミリ秒の期間である。
i行目の走査線12、つまり、トランジスター122のゲートノードには、走査信号Gwr(i)が供給される。
トランジスター124は、発光制御トランジスターとして機能するものであり、そのゲートノードには制御信号Gel(i)が供給され、そのドレインノードはトランジスター125のソースノードとOLED130のアノードとにそれぞれ接続されている。
OLED130は、上記シリコン基板において、アノードと光透過性を有するカソードとで白色光を発する有機EL層を挟持した素子である。そして、OLED130の出射側(カソード側)にはRGBのいずれかに対応したカラーフィルターが重ねられる。
このような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有機EL層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は、シリコン基板側(アノード)とは反対側のカソードを透過し、カラーフィルターによる着色を経て、観察者側に視認される構成となっている。
次に、図4を参照して電気光学装置10の動作について説明する。図4は、電気光学装置10における各部の動作を説明するためのタイミングチャートである。
この図に示されるように、走査信号Gwr(1)〜Gwr(m)が順次Lレベルに切り替えられて、1フレームの期間において1〜m行目の走査線12が1水平走査期間(H)毎に順番に走査される。
1水平走査期間(H)での動作は、各行の画素回路110にわたって共通である。そこで以下については、i行目が水平走査される走査期間において、特にi行j列の画素回路110について着目して動作を説明する。
説明の便宜上、初期化期間の前提となる発光期間から説明する。図4に示されるように、i行目の発光期間では、走査信号Gwr(i)がHレベルであり、制御信号Gel(i)はLレベルである。また、論理信号である制御信号Gel(i)、Gcmp(i)、Gorst(i)のうち、制御信号Gel(i)がLレベルであり、制御信号Gcmp(i)、Gorst(i)がHレベルである。
このため、図3に示すi行j列の画素回路110においては、トランジスター124がオンする一方、トランジスター122、123、125がオフする。したがって、トランジスター121は、ゲート・ソース間の電圧Vgsに応じた電流IdsをOLED130に供給する。後述するように、本実施形態において発光期間での電圧Vgsは、トランジスター121の閾値電圧から、データ信号の電位に応じてレベルシフトした値である。このため、OLED130には、階調レベルに応じた電流がトランジスター121の閾値電圧を補償した状態で供給されることになる。
次にi行目の走査期間に至ると、まず、第1期間として(b)の初期化期間が開始する。初期化期間では、発光期間と比較して、制御信号Gel(i)がHレベルに、制御信号Gorst(i)がLレベルに、それぞれ変化する。
このため、図3に示すi行j列の画素回路110においてはトランジスター124がオフし、トランジスター125がオンする。これによってOLED130に供給される電流の経路が遮断されるとともに、OLED130のアノードが電位Vorstにリセットされる。
OLED130は、上述したようにアノードとカソードとで有機EL層を挟持した構成であるので、アノード・カソードの間には、容量が並列に寄生する。発光期間においてOLED130に電流が流れていたときに、当該OLED130のアノード・カソード間の両端電圧が当該容量によって保持されるが、この保持電圧は、トランジスター125のオンによってリセットされる。このため、本実施形態では、後の発光期間においてOLED130に再び電流が流れるときに、当該容量で保持されている電圧の影響を受けにくくなる。
なお、本実施形態において、電位Vorstについては、当該電位Vorstと共通電極118の電位Vctとの差がOLED130の発光閾値電圧を下回るように設定される。このため、初期化期間(次に説明する補償期間および書込期間)において、OLED130はオフ(非発光)状態である。
i行目の走査期間では、次に第2期間として(c)の補償期間となる。補償期間では初期化期間と比較して、走査信号Gwr(i)および制御信号Gcmp(i)がLレベルとなる。一方、補償期間では、制御信号GrefがHレベルに維持された状態で制御信号/GiniがHレベルになる。
補償期間においてトランジスター123がオンするので、トランジスター121はダイオード接続となる。このため、トランジスター121にはドレイン電流が流れて、ゲートノードgおよびデータ線14を充電する。詳細には、電流が、給電線116→トランジスター121→トランジスター123→トランジスター122→j列目のデータ線14という経路で流れる。このため、トランジスター121のオンによって互いに接続状態にあるデータ線14およびゲートノードgの電位は上昇する。
ただし、上記経路に流れる電流は、トランジスター121の閾値電圧を|Vth|とすると、ゲートノードgが電位(Vel−|Vth|)に近づくにつれて流れにくくなるので、補償期間の終了に至るまでに、データ線14およびゲートノードgは電位(Vel−|Vth|)で飽和する。したがって、保持容量132は、補償期間の終了に至るまでにトランジスター121の閾値電圧|Vth|を保持することになる。
初期化期間の後、第3期間として(d)の書込期間に至る。書込期間では、制御信号Gcmp(i)がHレベルになるので、トランジスター121のダイオード接続が解除される。j列目のデータ線14からi行j列の画素回路110におけるゲートノードgに至るまでの経路における電位は、保持容量132によって(Vel−|Vth|)に維持される。
i行目の書込期間の終了した後、1水平走査期間の間をおいて発光期間に至る。この発光期間では、上述したように制御信号Gel(i)がLレベルになるので、i行j列の画素回路110においては、トランジスター124がオンする。OLED130には、階調レベルに応じた電流がトランジスタ121の閾値電圧を補償した状態で供給されることになる。
このような動作は、i行目の走査期間において、j列目の画素回路110以外のi行目の他の画素回路110においても時間的に並列して実行される。さらに、このようなi行目の動作は、実際には、1フレームの期間において1、2、3、…、(m−1)、m行目の順番で実行されるとともに、フレーム毎に繰り返される。
しかしながら、本発明においては、後述するように、ノードNのコンタクト部が給電線(固定電位配線)16により取り囲まれる構成となっているため、信号線またはデータ線のノイズによる陽極電位変動が抑制され、OLED130に所望の電流を供給することが可能となる。その結果、表示ムラ等の表示不良を低減することができる。
詳しくは後述する。
次に、この画素回路110の構造について、図5および図6を参照して説明する。
図5は、1つの画素回路110の構成を示す平面図であり、図6は、図5におけるA−A’線で破断した部分断面図、図7は、図5におけるB−B’線で破断した部分断面図である。
なお、図5は、トップエミッションの画素回路110を観察側から平面視した場合の配線構造を示しているが、簡略化のために、給電線16よりも上層(有機EL層側)に形成される構造体を省略している。また、以下の各図においては、各層、各部材、各領域などを認識可能な大きさとするために、縮尺を異ならせている。
基板2には、トランジスターを形成するための能動領域143が設けられている。ここで、能動領域とはMOS型トランジスターが形成されるための領域であり、ソース/ドレイン領域にあたる。半導体層143は、トランジスター124を構成するものである。また、この半導体層143と同様に、基板2には、図5に示すように、能動領域140、141、142が設けられている。能動領域140はトランジスター122およびトランジスター123を構成し、能動領域141はトランジスター121を構成し、能動領域142はトランジスター125を構成するものである。
なお、図5において異種の配線層同士が重なる部分において「□」印に「×」印を付した部分がコンタクトホールである。
中継電極42の一端は、第1層間絶縁膜18およびゲート絶縁膜17にそれぞれ設けられたコンタクトホール33を介してトランジスター122の能動領域140に接続される一方、中継電極42の他端は、後述する第2層間絶縁膜19に設けられたコンタクトホール34を介して後述するデータ線14に接続されている。
中継電極43の一端は、第1層間絶縁膜18およびゲート絶縁膜17にそれぞれ設けられたコンタクトホール35を介してトランジスター121の能動領域141に接続される一方、中継電極43の他端は、第1層間絶縁膜18およびゲート絶縁膜17にそれぞれ設けられたコンタクトホール36を介してトランジスター123の能動領域140に接続されている。
中継電極44の一端は、第1層間絶縁膜18およびゲート絶縁膜17にそれぞれ設けられたコンタクトホール37を介してトランジスター125の能動領域142に接続される一方、中継電極44の他端は、後述する第2層間絶縁膜19に設けられたコンタクトホール38を介して後述する給電線16に接続されている。
中継電極45の一端は、第1層間絶縁膜18およびゲート絶縁膜17にそれぞれ設けられたコンタクトホール39を介してトランジスター124の能動領域143に接続される一方、中継電極45の他端は、第1層間絶縁膜18およびゲート絶縁膜17にそれぞれ設けられたコンタクトホール50を介してトランジスター125の能動領域142に接続されている。
中継電極46の一端は、第1層間絶縁膜18およびゲート絶縁膜17にそれぞれ設けられたコンタクトホール40を介してトランジスター124の能動領域143に接続される一方、中継電極46の他端は、第1層間絶縁膜18およびゲート絶縁膜17にそれぞれ設けられたコンタクトホール35を介してトランジスター121の能動領域141に接続されている。
走査線12は、第1層間絶縁膜18に設けられたコンタクトホール51を介してトランジスター122のゲート電極145に接続されている。
制御線118は、第1層間絶縁膜18に設けられたコンタクトホール52を介してトランジスター123のゲート電極146に接続されている。
制御線114は、第1層間絶縁膜18に設けられたコンタクトホール53を介してトランジスター124のゲート電極148に接続されている。
制御線115は、第1層間絶縁膜18を開孔するコンタクトホール54を介してトランジスター125のゲート電極147に接続されている。
電源線116への接続電極は、第1層間絶縁膜18、ゲート絶縁膜17に設けられたコンタクトホール56を介してトランジスター121の能動領域141に接続されている。
このうち、給電線16は、第2層間絶縁膜19に設けられたコンタクトホール38を介して中継電極44に接続され、中継電極44を介してトランジスター125の能動領域142に接続されている。
さらに、データ線14は、第2層間絶縁膜19に設けられたコンタクトホール34を介して中継電極42に接続されている。
図6および図7に示すように、最下層のトランジスター124のゲート電極には、コンタクトホール39を介して中継電極45が接続され、第2層間絶縁膜19にはコンタクトホール152が設けられている。
中継電極45はこのコンタクトホール152を介して中間電極150に接続され、この中間電極150は、第3層間絶縁膜15に設けられたコンタクトホール153を介して陽極層151と接続される。陽極層151は、OLED130のアノード(陽極)に接続される層である。
なお、中間電極150と同様に、陽極層151、コンタクトホール152、153は、図5における図示を省略している。
従って、図6に示すように、給電線16と同層に形成されるデータ線14の電位変動などによりノイズが発生したとしても、アノード(陽極)に電気的に接続される中間電極150は、その四方を給電線(固定電位配線)16により取り囲まれているため、ノイズの影響を受けることがなく、或いはノイズの影響を軽減でき、この中間電極150および陽極層151に接続されるOLED130のアノード(陽極)の電位変動が抑制される。
その結果、OLED130に対して所望の電流を供給することができ、表示ムラ等の表示不良を確実に防止することができる。
また、初期化用の電源配線である給電線(固定電位配線)16は、走査線駆動回路20やデータ線駆動回路30等で使用する電源配線と比較して低インピーダンスであるため、よりシールド効果が向上する。
本発明は、上述した実施形態や応用例などの実施形態等に限定されるものではなく、例えば次に述べるような各種の変形が可能である。また、次に述べる変形の態様は、任意に選択された一または複数を適宜に組み合わせることもできる。
実施形態において、データ信号を供給する制御回路5については電気光学装置10とは別体としたが、制御回路5についても、走査線駆動回路20やデマルチプレクサ30、レベルシフト回路40とともに、シリコン基板に集積化しても良い。
実施形態においては、電気光学装置10をシリコン基板に集積した構成としたが、他の半導体基板に集積した構成しても良い。また、ポリシリコンプロセスを適用してガラス基板等に形成しても良い。いずれにしても、画素回路110が微細化して、トランジスター121において、ゲート電圧Vgsの変化に対しドレイン電流が指数関数的に大きく変化する構成に有効である。
実施形態等において、i行目でいえば、書込期間において制御信号Gcmp(i)をHレベルとしたが、Lレベルとしても良い。すなわち、トランジスター123をオンさせることによる閾値補償とノードゲートgへの書き込みとを並行して実行する構成としても良い。
上述した実施形態等では、画素回路110におけるトランジスター121〜125をPチャネル型で統一したが、Nチャネル型で統一しても良い。また、Pチャネル型およびNチャネル型を適宜組み合わせても良い。
上述した実施形態では、ノイズの発生源となるデータ線14と、中間電極150に対するノイズの影響を軽減するための配線(シールド配線)となる給電線16とが同階層にあり、中間電極150の四方を給電線16で取り囲むように構成する例について説明したが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。
例えば、図6および図7に示す、中継電極45または陽極層151と同階層にある配線層で、中継電極45または陽極層151を取り囲むようにしてもよい。即ち、ノイズの発生源となる配線と、シールド配線とが異なる層に配置されていてもよい。配線層は、例えば、コンタクトホールを用いて給電線16に接続するようにしてもよい。
また、ノードNの中間電極を取り囲む電源配線は、上述した実施形態では、初期化用の電源配線である給電線16を用いた例について説明したが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。
シールドの役割を果たす配線は、定電位配線であればよい。なお、本明細書において定電位配線とは、印加された電位の変動を期待されない配線を意味する。例えば、基板電位Velが給電される給電線116や、電源の低位側となる電位Vctに保たれる配線であってもよい。
これらの配線は、いずれも、走査線駆動回路20またはデータ線駆動回路30等で使用する電源配線と比較して低インピーダンスであり、シールド線として用いた場合には、よりシールド効果が向上する。
また、上述した実施形態では、ノードNの中間電極の四方を電源配線で取り囲む例について説明したが、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、少なくとも三方が取り囲まれていればよい。例えば、図5に示す開口部154と連続するスリットが、給電線16に形成されていても、ノードNの中間電極の大部分が給電線16によって取り囲まれていれば、所望のシールド効果が得られる。なお、本明細書において中間電極を囲むとは、中間電極の周囲に給電線16が配置されており、中間電極と給電線16とが配置された層において中間電極と給電線16との間には他の配線が配置されていない状態を言う。中間電極の三方が給電線16によって囲まれている構成とした場合、給電線16は中間電極とデータ線14との間に配置されていることが望ましい。また、給電線16とデータ線14とが交互に配置されている場合、即ちn列目のデータ線14とn+1列目のデータ線との間にn+1列目の給電線16が配置され、n+1列目の給電線16によって中間電極の三方が囲まれているような場合には、n列目のデータ線14と中間電極との距離よりも、n+1列目の給電線16と中間電極との距離の方が短いことが好ましい。これにより、データ線からのノイズが中間電極に与える影響を低減することができる。
実施形態等では、電気光学素子として発光素子であるOLEDを例示したが、例えば無機発光ダイオードやLED(Light Emitting Diode)など、電流に応じた輝度で発光するものであれば良い。
次に、実施形態等や応用例に係る電気光学装置10を適用した電子機器について説明する。電気光学装置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8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9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、左眼用の電気光学装置10Lと右眼用の電気光学装置10Rとが設けられる。
電気光学装置10Lの画像表示面は、図9において左側となるように配置している。これによって電気光学装置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、電気光学装置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。
電気光学装置10Rの画像表示面は、電気光学装置10Lとは反対の右側となるように配置している。これによって電気光学装置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、電気光学装置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、左眼用画像を電気光学装置10Lに表示させ、右眼用画像を電気光学装置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(3D表示)。
Claims (5)
- 互いに交差する複数の走査線および複数のデータ線と、
前記走査線と前記データ線との交差に対応して設けられた複数の画素回路と、
給電線と、
初期化用の電源配線と、を有し、
前記複数の画素回路の各々は、
発光素子と、
前記発光素子に流れる電流を制御するトランジスターと、を備え、
前記トランジスターのソース領域又はドレイン領域の一方は、前記給電線に電気的に接続され、
前記トランジスターのソース領域又はドレイン領域の他方と、前記発光素子の陽極とは、前記ソース領域および前記ドレイン領域と前記陽極との間の層に形成された中間電極を介して電気的に接続されており、
前記中間電極は、少なくとも三方が、当該中間電極と同層に形成された前記電源配線により取り囲まれており、
前記中間電極を取り囲む電源配線は、前記データ線と同層に形成されている
ことを特徴とする電気光学装置。 - 第1期間において、給電線は、前記トランジスターにより制御された電流を前記発光素子に供給するために用いられ、
前記第1期間とは異なる第2期間において、前記電源配線は、前記発光素子の陽極の電位をリセットするために用いられる
ことを特徴とする請求項1に記載の電気光学装置。 - 前記電源配線は、前記中間電極と前記データ線との間に前記電源配線が位置するように、前記中間電極を取り囲む、
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電気光学装置。 - 前記中間電極は、前記電源配線に形成された開口部により、その四方を取り囲まれている、
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか一に記載の電気光学装置。 - 請求項1乃至4の何れか一に記載の電気光学装置を備える
ことを特徴とする電子機器。
Priority Applications (1)
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