JP6828756B2 - 表示装置および電子機器 - Google Patents

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Description

本発明は、表示装置および電子機器に関する。
発光素子に有機EL素子や液晶素子などを用いて画素を表現する表示装置では、画素の階調を指定するデータをD/A変換回路によってアナログ信号に変換し、当該アナログ信号を増幅回路で増幅し、データ線を駆動することが一般的である。表示装置には、低消費電力であることが要求されるが、D/A変換回路やアンプ回路では、回路そのものに定常的に電流が流れるので、消費電力の削減が困難である。
そこで、階調を指定するデータに応じた期間だけ定電流を流すことによってデータ線の電圧を制御する技術が提案されている(例えば特許文献1参照)。
特開2018−4720号公報
しかしながら、上記技術では、定電流を生成するためのトランジスターの駆動能力が、温度の影響を受けやすいので、データ線の電圧精度が低い、温度の変化を補償するための構成が別途必要となる、という課題があった。
本発明の一態様に係る表示装置は、画素回路と、前記画素回路に接続されたデータ線を駆動する駆動回路と、前記データ線と前記駆動回路との間に設けられた第1容量素子と、を含み、前記駆動回路は、第2容量素子と、前記第2容量素子の充電および放電を交互に繰り返す第1スイッチング回路と、を有し、前記画素回路に指定される階調に基づいて前記充電および前記放電を制御して、前記階調に応じた電圧信号を出力する。
第1実施形態に係る表示装置を示す斜視図である。 表示装置の電気的な構成を示すブロック図である。 表示装置における画素回路の構成を示す図である。 表示装置における階調信号生成回路等の構成を示す図である。 表示装置の動作を示すタイミングチャートである。 タイミングチャートにおける一部拡大図である。 階調信号生成回路等の別構成を示す図である。 表示装置の動作を示すタイミングチャートである。 第2実施形態に係る表示装置の階調信号生成回路等の構成を示す図である。 表示装置の動作を示すタイミングチャートである。 タイミングチャートにおける一部拡大図である。 階調信号生成回路等の別構成を示す図である。 表示装置の動作を示すタイミングチャートである。 第3実施形態に係る表示装置の階調信号生成回路等の構成を示す図である。 表示装置の動作を示すタイミングチャートである。 階調信号生成回路等における別構成を示す図である。 実施形態等に係る表示装置を用いたHMDを示す斜視図である。 HMDの光学構成を示す図である。
以下、本発明の実施形態に係る表示装置について図面を参照して説明する。
<第1実施形態>
図1は、第1実施形態に係る表示装置1を示す斜視図である。
この図に示される表示装置1は、例えばヘッドマウント・ディスプレイに適用されて画像を表示するマイクロ・ディスプレイ10を含む。マイクロ・ディスプレイ10は、複数の画素回路や当該画素回路を駆動する周辺回路などが例えばシリコン基板に形成された有機EL装置であって、画素回路には、発光素子の一例であるOLEDが含まれる。
なお、OLEDは、Organic Light Emitting Diodeの略である。
マイクロ・ディスプレイ10は、表示部で開口する枠状のケース12に収納されるとともに、FPC基板14の一端が接続されている。なお、FPCは、Flexible Printed Circuitsの略である。
FPC基板14の他端には、複数の端子16が設けられ、図示省略された回路モジュールに接続される。端子16に接続される回路モジュールは、FPC基板14を介して各種の電位を給電するほか、同期信号とともに映像信号を供給する。
図2は、マイクロ・ディスプレイ10の電気的な構成を示すブロック図である。
マイクロ・ディスプレイ10の表示部100では、m行の走査線112が図において左右方向に沿って設けられ、n列のデータ線114が図において上下方向に沿って、かつ、各走査線112と互いに電気的に絶縁を保つように設けられている。画素回路110は、表示部100において、m行の走査線112とn列のデータ線114との各交差に対応してm行n列のマトリクス状に配列している。
m、nは、2以上の整数である。走査線112および画素回路110のマトリクスのうち、行を便宜的に区別するために、図2において上から順に1、2、3、…、m行と呼ぶ場合がある。行を特定せずに一般的に説明する場合には、1≦i≦mを満たすiを用いてi行と呼ぶことにする。
同様にデータ線114および画素回路110のマトリクスの列を便宜的に区別するために、図2において左から順に1、2、3、…、n列と呼ぶ場合がある。また、列を特定せずに一般的に説明する場合には、1≦j≦nを満たすnを用いてj列と呼ぶことにする。
なお、実際には例えば同一行の走査線112と互いに隣り合う3列のデータ線114との交差に対応した3つの画素回路110が、それぞれR(赤)、G(緑)、B(青)の画素に対応し、これらの3画素が表示すべきカラー画像の1ドットを表現する。換言すれば、本実施形態は、RGBの3つの画素回路110の発光素子による加法混色によって1ドットのカラーを表現する構成になっている。
表示部100の周辺には、画素回路110を駆動するための周辺回路が設けられる。本実施形態において周辺回路としては、制御回路130、走査線駆動回路140およびデータ線駆動回路15が含まれる。
このうち、制御回路130は、上位装置から供給される映像信号および同期信号に基づいて、走査線駆動回路140の動作を制御するための制御信号Ctr_Y、および、データ線駆動回路15の動作を制御するための制御信号Ctr_Xをそれぞれ生成する。
なお、上位装置から供給される映像信号は、m行n列の画素回路110で表現すべき画素の階調を1フレーム毎に指定する。
走査線駆動回路140は、制御信号Ctr_Yにしたがって行毎に走査信号を生成し、1、2、3、…、m行目の走査線112に、走査信号Gwr(1)、Gwr(2)、Gwr(3)、…、Gwr(m)を順に供給する。また、走査線駆動回路140は、走査信号を行毎に供給するほか、走査信号に同期した各種の制御信号を行毎に供給する。これらの制御信号については、後述するとともに複雑化を避けるために図2においては省略している。
データ線駆動回路15は、n列のデータ線114の各々に対応した階調信号生成回路150aを含む。階調信号生成回路150aとデータ線114とに間に容量素子Caが設けられる。詳細には、容量素子Caの一端は、階調信号生成回路150aの出力端に接続され、容量素子Caの他端は、データ線114に接続されている。
なお、容量素子Caは第1容量素子の一例である。
また、データ線114には、容量素子Cbの一端が接続され、容量素子Cbの他端は一定の電圧、例えば電源の高位側電圧Vddに保たれている。なお、容量素子Cbは、特別に設けた容量ではなく、例えばデータ線114に寄生する容量を用いてもよい。
階調信号生成回路150aは、ある走査線112が選択されたときに、当該走査線112と自身に対応するデータ線114との交差に対応した画素回路110に指定された階調に応じた電圧の階調信号を生成して、容量素子Caの一端に供給する回路である。詳細には、j列目の階調信号生成回路150aは、i行目の走査線112が選択されるときに、容量素子Caの一端に、i行j列の画素回路110に指定された階調に応じた電圧の階調信号を供給する。
なお、階調信号生成回路150aの詳細については後述する。また、容量素子Caの一端および他端には、それぞれを所定の電圧をセットするための電圧セット回路が設けられるが、図2では複雑化を避けるために省略されている。
図3は、画素回路110の回路図である。各画素回路110については電気的にみれば互いに同一構成なので、ここでは、i行j列に位置する画素回路110で代表して説明する。
図において、i行目の走査線112とj列目のデータ線114との交差に対応して設けられるi行j列の画素回路110は、OLED120と、pチャネル型のトランジスター121〜125と、容量素子Csとを含む。
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Gel(i)、Gcmp(i)が、図2に示した走査線駆動回路140によって共通に供給される。
i行j列の画素回路110のトランジスター121にあっては、ゲートノードがトランジスター122のドレインノードに接続され、ソースノードが電圧Velの給電線に接続され、ドレインノードがトランジスター123のドレインノードおよびトランジスター124のソースノードに接続されている。なお、容量素子Csにあっては、一端がトランジスター121のゲートノードに接続され、他端が電圧Velの給電線に接続されている。このため、容量素子Csは、トランジスター121におけるゲート電圧を保持することになる。
i行j列の画素回路110のトランジスター122にあっては、ゲートノードがi行目の走査線112に接続され、ソースノードがj列目のデータ線114に接続されている。i行j列の画素回路110におけるトランジスター123にあっては、ゲートノードには、制御信号Gcmp(i)が供給され、ソースノードがj列目のデータ線114に接続されている。i行j列の画素回路110におけるトランジスター124にあっては、ゲートノードには、制御信号Gel(i)が供給され、ドレインノードがOLED120のアノードおよびトランジスター125のドレインノードに接続されている。i行j列の画素回路110におけるトランジスター125にあっては、ゲートノードには、制御信号Gcmp(i)が供給され、ソースノードが電圧Vorstの給電線に接続されている。なお、OLED120のカソードは、電源の低位側電圧Vssの給電線に接続されている。
図4は、階調信号生成回路150aおよび電圧セット回路を示す回路図である。
本実施形態における階調信号生成回路150aは、容量素子C1と、スイッチング回路Sw1と、pチャネル型のトランジスター153、159とを含む。このうち、スイッチング回路Sw1は、pチャネル型のトランジスター151、152を有する。
なお、スイッチング回路Sw1は第1スイッチング回路の一例であり、容量素子C1は第2容量素子の一例である。
スイッチング回路Sw1において、トランジスター151にあっては、ゲートノードに制御信号xClk1が供給され、ソースノードが電圧Vddの給電線に接続され、ドレインノードが容量素子C1の一端およびトランジスター152のソースノードに接続されている。
トランジスター152にあっては、ゲートノードに制御信号Clk1が供給され、ドレインノードが、トランジスター153のソースノードおよびトランジスター159のソースノードに接続されている。なお、トランジスター152のソースノード、トランジスター153のドレインノード、および、トランジスター159のソースノードの接続点をノードNと表記している。
トランジスター153にあっては、ゲートノードに制御信号Rstが供給され、ドレインノードが容量素子C1の他端および電圧Vssの給電線に接続されている。
トランジスター159にあっては、ゲートノードに制御信号Xpwm(j)が供給され、ドレインノードが容量素子Caの一端に接続されている。すなわち、トランジスター159のドレインノードが階調信号生成回路150aの出力端となっている。
電圧セット回路としては、図2では省略されていたpチャネル型のトランジスター161〜163が含まれる。
詳細には、トランジスター161にあっては、ゲートノードに制御信号Xginiが供給され、ソースノードが電圧Vddの給電線に接続され、ドレインノードがデータ線114、すなわち容量素子Caの他端に接続されている。
また、トランジスター162にあっては、ゲートノードに制御信号Xgref2が供給され、ソースノードが電圧Vref2の給電線に接続され、ドレインノードが容量素子Caの一端に接続されている。
トランジスター163にあっては、ゲートノードに制御信号Xgref3が供給され、ソースノードが電圧Vref3の給電線に接続され、ドレインノードが容量素子Caの一端に接続されている。
なお、電圧Vref2、Vref3の高低関係は、例えば
(Vss<)Vref2<Vref3(<Vdd<Vel)
である。
このため、シリコン基板に形成されるマイクロ・ディスプレイ10では、特に図示しないが、画素回路110のトランジスター121〜125と、電圧セット回路のトランジスター161〜163と、階調信号生成回路150aのトランジスター151、152、153、159とにおける基板電位は、いずれも電圧Velに設定されている。
制御信号xClk1、Clk1、Rst、Xgini、Xgref2、Xgref3は、制御回路130によって1〜n列目にわたって共通に供給されるが、制御信号Xpwm(j)については、制御回路130によってj列目に対応して供給される。すなわち、特に図示しないが、1〜n列目については、それぞれの列に固有の制御信号Xpwm(1)〜Xpwm(n)が、制御回路130によって供給される。
なお、制御信号xClk1、Clk1、Rst、Xgini、Xgref2、Xgref3、および、Xpwm(1)〜Xpwm(n)は、制御信号Ctr_Xに含まれる。また便宜上、j列目における容量素子Caの一端、すなわち、階調信号生成回路150aの出力端の電圧をVv(j)と表記する。また、当該容量素子Caの他端、すなわち、j列目のデータ線114の電圧をVd(j)と表記する。
<動作>
図5は、本実施形態に係る表示装置1の動作を示すタイミングチャートである。
表示装置1では、1フレーム(F)の期間にわたって1、2、3、…、m行目という順番で水平走査される。詳細には、図に示されるように、走査信号Gwr(1)、Gwr(2)、Gwr(3)、…、Gwr(m)は、走査線駆動回路140によって水平走査期間(H)毎に、順次排他的にLレベルとなる。本説明において、1フレームとは、1カット(コマ)分の画像をマイクロ・ディスプレイ10に表示させるのに要する期間をいい、垂直走査周波数が60Hzであれば、その1周期分の16.7ミリ秒の期間をいう。
なお、図5において、電圧を示す縦スケールは、各部または各信号にわたって必ずしも揃っていない。
水平走査期間(H)での動作は、各行にわたって共通である。また、ある水平走査期間(H)において走査される行の1〜n列目の画素回路110の動作についても、制御信号Xpwm(j)の波形が異なることがある以外、共通である。
そこで以下については、i行j列の画素回路110について着目して説明する。
本実施形態において、i行目の走査線112が選択される水平走査期間(H)では、走査信号Gwr(i)がLレベルになるので、i行j列の画素回路110でいえば、トランジスター122がオンする。このため、トランジスター121のゲートノードは、j列目のデータ線114に接続された状態となる。また、当該水平走査期間(H)では、制御信号Gel(i)がHレベルになるので、i行j列の画素回路110でいえば、トランジスター124がオフする結果、OLED120に電流が流れず、非点灯状態となる。
図5に示されるように、当該水平走査期間(H)は、順に、初期化期間(a)→補償期間(b)→階調信号生成期間(c)→書込期間(d)に大別することができる。なお、当該水平走査期間(H)の後は発光期間となる。
そこで、水平走査期間(H)の各期間、および、発光期間に分けた上で説明する。
<初期化期間>
タイミングt1からt2までの初期化期間(a)は、データ線114や階調信号生成回路150aを初期状態にリセットする期間である。制御信号Rst、Clk1、Xgref2、Xginiは初期化期間(a)の一部でLレベルになるが、制御信号Gcmp(i)、xClk1、Xpwm(j)、Xgref3は初期化期間(a)の全域にわたってHレベルである。
初期化期間(a)では、制御信号RstがLレベルになると、トランジスター153がオンし、また同時に、制御信号Clk1がLレベルになるので、トランジスター152がオンする。このため、容量素子C1の両端は、電圧Vssの給電線に接続された状態となるので、当該容量素子C1に蓄積されていた電荷がリセットされる。なお、図5では、特に示されていないが、ノードNは電圧Vssとなる。
また、初期化期間(a)では、制御信号XginiがLレベルになるので、トランジスター161がオンする結果、データ線114の電圧Vd(j)は電圧Vddにセットされる。また、制御信号Xgref2がLレベルになるので、トランジスター163がオンする結果、電圧Vv(j)は電圧Vref2にセットされる。
<補償期間>
タイミングt2からt3までの補償期間(b)は、画素回路110におけるトランジスター121の閾値を補償するための期間である。制御信号Gcmp(i)、Xpwm(j)、Xgref(3)は、補償期間(b)の一部でLレベルになるが、制御信号Rst、xClk1、Clk1、Xgref2、Xginiは、補償期間(b)の全域にわたってHレベルである。
補償期間(b)では、走査信号Gwr(i)がLレベルとなっている状態で制御信号Gcmp(i)がLレベルになる。このため、i行j列の画素回路110において、トランジスター122がオンしている状態でトランジスター123がオンするので、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・ソース間の電圧が当該トランジスター121の閾値電圧に収束して、その電圧が容量素子Csに保持される。
また、ダイオード接続状態では、トランジスター121のゲートノードおよびドレインノードが、j列目のデータ線114を介して接続されるので、電圧Vd(j)は、初期化期間(a)の電圧Vddからトランジスター121のゲート電圧、詳細には、ゲート・ソース間が閾値電圧となるようなゲート電圧まで変化する。電圧Vd(j)が変化すると、容量素子Caを介して、電圧Vv(j)も変化しようとするが、補償期間(b)では、制御信号Xgref3がLレベルであるので、トランジスター163がオンしている結果、電圧Vv(j)は電圧Vref3に維持される。
なお、補償期間(b)では、制御信号Xpwm(j)が制御信号Xgref3とともにLレベルになる。制御信号Xpwm(i)がLレベルになると、トランジスター159がオンするので、特に図示しないが、ノードNは、初期状態(a)における電圧Vssから、電圧Vv(j)と同じ電圧Vref3に変化する。
また、補償期間(b)では、制御信号Gcmp(i)がLレベルになるので、OLED120のアノードには、電圧Vorstがセットされる。
<階調信号生成期間>
タイミングt3からt4までの階調信号生成期間(c)は、階調信号生成回路150aがi行j列の画素回路110に指定された階調に応じた電圧の階調信号を生成するための期間である。階調信号生成期間(c)では、制御信号xClk1、Clk1が排他的に交互にLレベルとなる。
詳細には、図6に示されるように、制御信号xClk1がLレベルとなる期間(1)と、制御信号Clk1がLレベルとなる期間(2)とが、交互に繰り返されるが、期間(1)と期間(2)との間には、両制御信号がHレベルとなる期間が挟まれて、制御信号xClk1、Clk1が同時にLレベルとならないように配慮されている。なお、階調信号期間(c)が開始するタイミングt3からみて、制御信号xClk1が先にLレベルとなる。
また、階調信号生成期間(c)では、制御信号Xpwm(j)が、図5に示されるようにタイミングt3から、i行j列の画素回路110で表現する画素の階調に応じた期間だけLレベルとなる。詳細には、制御信号Xpwm(j)は、i行j列の画素回路110のOLED120を暗くするほどに、Lレベルとなる期間が長くなる。
例えば制御信号Xpwm(j)は、最も画素を暗くする場合、実線で示されるように、補償期間(b)のほぼ全域の期間Tdr_BにわたってLレベルとなる。制御信号Xpwm(j)は、画素を相対的に明るくする場合、破線で示されるように、期間Tdr_Bよりも短い期間Tdr_AにわたってLレベルとなる。
なお、制御信号Gcmp(i)、Rst、Xgref2、Xgref3、Xginiは、階調信号生成期間(c)の全域にわたってHレベルに維持される。
制御信号Clk1がHレベルの状態で、制御信号xClk1がLレベルになる期間(1)では、トランジスター151がオンし、トランジスター152がオフする。このため、容量素子C1の一端が電圧Vddの給電線に接続されるので、容量素子C1には、その容量および電圧(Vdd−Vss)に応じた電荷が蓄積される。なお、ここでいう電荷の蓄積は、容量素子C1への充電である。
制御信号Clk1がLレベルに、制御信号xClk1がHレベルになる期間(2)では、トランジスター151がオフし、トランジスター152がオンするので、ノードNには、容量素子C1に蓄積された電荷が転送される。このため、ノードNは、補償期間(b)における電圧Vref3から上昇する。なお、ここでいう電荷の転送は、容量素子C1からの放電である。
再び、制御信号Clk1がHレベルに、制御信号xClk1がLレベルになる期間(1)では、容量素子C1に電荷が蓄積される。この後、制御信号Clk1がLレベルに、制御信号xClk1がHレベルになる期間(2)では、ノードNには、容量素子C1に蓄積された電荷が再び転送されるので、ノードNの電圧が上昇する。
以降、期間(1)での容量素子C1への電荷と、期間(2)での蓄積電荷のノードNへの転送とが、交互に繰り返されるので、ノードNの電圧が上昇し続ける。
なお、図5では、階調信号生成期間(c)において電圧Vv(j)が直線状に上昇しているが、電圧Vv(j)は、容量素子C1への電荷の蓄積および転送の繰り返しによって上昇するので、電圧波形は、厳密に言えば、階段状に上昇する。ただし、実際には制御信号xClk1、Clk1の周波数が十分に高く設定されるので、電圧Vv(j)が直線状に上昇する、と言って差し支えない。
階調信号生成期間(c)では、制御信号Xpwm(j)がLレベルであれば、トランジスター159がオンしているので、ノードNの電圧、イコール電圧Vv(j)となる。電圧Vv(j)の変化(上昇)は、容量素子Caを介して、j列目のデータ線114等に伝達する。このため、電圧Vd(j)は、電圧Vv(j)の変化分が容量素子Ca、CbおよびCsの容量比に応じて圧縮されて、上昇することになる。すなわち、j列目のデータ線114の電圧Vd(j)についても、制御信号Xpwm(j)がLレベルである限り、電圧Vv(j)よりも小さい傾きで、上昇することになる。
階調信号生成期間(c)で制御信号Xpwm(j)がHレベルに反転すると、トランジスター159がオンからオフに切り替わるので、電圧Vv(j)、Vd(j)の上昇が停止する。
このため、i行目の走査線112が選択される水平走査期間(H)では、制御信号Xpwm(j)がHレベルに反転する直前における電圧Vd(j)が、最終的にi行j列の画素回路110におけるトランジスター121のゲートノードに書き込まれて、容量素子Csによって保持される。
ここで、階調信号生成期間(c)において制御信号Xpwm(j)がHレベルに反転したときに、トランジスター121のゲートノードに保持される電圧は、補償期間(b)における当該トランジスター121の閾値電圧となるようなゲート電圧に、制御信号Xpwm(j)がLレベルの期間にわたって上昇した電圧を上乗せした電圧である。i行目の走査線112の水平走査期間(H)において制御信号Xpwm(j)がLレベルの期間は、i行j列の画素回路110で表現される階調に応じた長さである。
また、本実施形態では、階調信号生成期間(c)では、制御信号Xpwm(j)がHレベルになっても、制御信号xClk1、Clk1が排他的に交互にLレベルとなる状態は継続しているので、ノードNの電圧は上昇し続ける。ただし、制御信号Xpwm(j)がHレベルになれば、トランジスター159がオフするので、ノードNの電圧上昇は、電圧Vv(j)、Vd(j)に影響を与えない。
例えば、OLED120を比較的明るく発光させるために、期間Tdr_Aの経過後に、図5の破線で示されるように制御信号Xpwm(j)がHレベルに反転すると、電圧Vv(j)、Vd(j)の上昇は停止し、以降は、制御信号Xpwm(j)がHレベルに反転する直前における電圧に維持される。
また例えば、OLED120を最も暗くするために、期間Tdr_Bの経過後に、図5の実線で示されるように制御信号Xpwm(j)がHレベルに反転すると、電圧Vv(j)、Vd(j)の上昇は停止し、以降は、制御信号Xpwm(j)がHレベルに反転する直前における電圧に維持される。
なお、本実施形態では、階調信号生成期間(c)において制御信号Xpwm(j)が例えば期間Tdr_Aの期間だけLレベルになった後、Hレベルに反転した後においても、制御信号xClk1、Clk1が交互にLレベルに切り替えられるので、ノードNの電圧は上昇し続ける。
ただし、階調信号生成回路150aから出力される電圧信号、すなわち、階調に応じたは、制御信号Xpwm(j)がHレベルに反転した時点で確定するので、当該電圧信号については、容量素子C1への充電および転送が、階調に応じた期間にわたって繰り返されることによって生成される、ということができる。
<書込期間>
タイミングt4から水平走査期間(H)の終了タイミングまでの書込期間(d)は、階調信号生成回路150aで生成された電圧を、データ線114の電圧Vd(j)を、画素回路110におけるトランジスター121のゲートノードに書き込むための期間である。ただし、制御信号Xpwm(j)がHレベルとなった時点で、電圧Vd(j)は、階調に応じた電圧に確定し、トランジスター121のゲートノードに到達しているので、書込期間(d)は、電圧Vd(j)をトランジスター121のゲートノードに、より十分に書き込むための延長期間という性質を有する。
<発光期間>
書込期間(d)の終了後、発光期間となる。すなわちi行目の走査線112が選択される水平走査期間(H)の終了後、発光期間に至ると、制御信号Gel(i)がLレベルに反転して、トランジスター124がオンするので、OLED120には、容量素子Csによって保持された電圧に応じた電流が流れる。このため、当該OLED120は、当該電流に応じた明るさで発光することになる。
なお、図5は、i行目の走査線112が選択される水平走査期間(H)を除く期間の全域を発光期間としている例であるが、水平走査期間(H)を除く期間の一部について発光期間としても良い。
i行j列の画素回路110において、発光期間におけるトランジスター121のゲート電圧は、上述したように、トランジスター121のゲート・ソース間が閾値電圧となるような電圧に、i行j列の画素回路110で表現される階調に応じた期間だけ上昇させた電圧である。
このため、本実施形態では、m行n列のすべての画素回路110にわたってトランジスター121の閾値電圧が補償された状態で、OLED120に階調に応じた電流が流れるので、明るさのばらつきが小さくなる結果、高品位な表示が可能となる。
制御信号xClk1がLレベルとなる期間(1)と、制御信号Clk1がLレベルとなる期間(2)との間には、両制御信号がHレベルとなる期間が挟まれているが、これは、制御信号xClk1、Clk1の一方が他方に対してなんらかの理由によって遅延した場合でも、同時にLレベルとならないようにするための措置である。より詳細には、制御信号xClk1、Clk1が同時にLレベルになると、ノードNが電圧Vddの給電線に接続された状態となるので、ノードNの電圧を、容量素子C1における電荷の蓄積および電荷の転送の繰り返し回数に応じて上昇させることができなくなってしまう。これを回避するために、期間(1)と期間(2)との間には、両制御信号がHレベルとなる期間が挿入されている。
背景技術で述べた技術、詳細には、トランジスターによって生成した定電流を流すことで、容量素子Caの一端もしくは、当該容量素子を介したデータ線の電圧を変化させる技術(例えば特許文献1参照)では、定電流を生成するためのトランジスターの駆動能力が、温度が高くなるにつれて低下するので、温度の影響を受けやすい。このため、上記技術では、温度を検出するための温度センサーを別途設けるとともに、検出された温度に応じて、定電流となるように、トランジスターのゲート電圧を制御する必要がある。
これに対して、本実施形態に係る表示装置1の階調信号生成回路150aでは、容量素子C1における電荷の蓄積および転送がトランジスター151、152における排他的なオンの繰り返しによって実行されるので、温度の影響を受けにくい。このため、階調信号生成回路150aでは、データ線114への電圧Vd(j)の精度が向上するだけでなく、温度センサーや、当該温度センサーの検出結果を処理するための回路を不要することができる。
したがって、本実施形態では、高品位な表示を、より簡易な構成によって実現可能となる。
なお、本実施形態において、データ線114の電圧Vd(j)の振幅を、電圧Vv(j)の振幅よりも圧縮する理由は、いわゆるクロストークを低減するためや、形成される画素回路110のピッチが狭く、電圧Vd(j)の僅かな変化でOLED120に流れる電流が大きく左右されるため等である。したがって、クロストークを低減する必要性が低い場合や、電圧Vd(j)の僅かな変化でOLED120に流れる電流が大きく左右されない場合等であれば、データ線114の電圧Vd(j)の振幅を、電圧Vv(j)の振幅よりも圧縮しない構成であっても良い。圧縮しない構成であっても、温度の影響を受けにくいことに変わりはないので、高品位な表示を、より簡易な構成によって実現することができる。
第1実施形態では、階調信号生成期間(c)にわたって制御信号xClk1、Clk1を交互にLレベルに切り替えるとともに、階調に応じた期間だけ制御信号Xpwm(j)をLレベルとして、ノードNを階調に応じた電圧とした。これに限られず、例えば、制御信号Xpwm(j)がLレベルとなる期間だけ制御信号xClk1、Clk1を交互にLレベルとして良い。すなわち、階調に応じた回数だけ、制御信号xClk1、Clk1を交互にLレベルに切り替える構成としても良い。
また、第1実施形態では、階調信号生成回路150aにトランジスター153を含んでいたが、トランジスター153はなくても良い。
図7は、図4のトランジスター153を含まない階調信号生成回路150bの構成を示す図であり、図8は、その動作を説明するためのタイミングチャートである。
図7に示されるように、トランジスター152のドレインノードがノードNとなっている。図8に示されるように、階調信号生成期間(c)において、制御信号xClk1、Clk1のうち、先に制御信号xClk1がLレベルになるのであれば、電圧(Vdd−Vss)および容量素子C1の容量に応じた電荷が当該容量素子C1に蓄積されるので、直前の電荷蓄積状態に影響されない。このため、初期化期間(a)において容量素子C1の蓄積状態を必ずしもリセットする必要がない、ということができる。
このように階調信号生成回路150bによれば、トランジスター153を含まないので、構成の簡易化を図ることができる。
<第2実施形態>
上述した第1実施形態では、制御信号xClk1がLレベルとなる期間(1)では、容量素子C1に電荷が蓄積され、制御信号Clk1がLレベルとなる期間(2)では、容量素子C1から電荷が転送される。逆に言えば、期間(1)では容量素子C1から電荷が転送されず、期間(2)では容量素子C1に電荷が蓄積されないので、ノードNの電圧を変化させることについて低効率といえる。
そこで、この点を改良した第2実施形態について説明する。なお、第2実施形態に係る表示装置1は、第1実施形態とは、階調信号生成回路のみが相違する。このため、第2実施形態については、階調信号生成回路を中心に説明する。
図9は、第2実施形態における階調信号生成回路150c等を示す回路図である。図9に示されるように階調信号生成回路150cは、図4に示される階調信号生成回路150aに、容量素子C2と、スイッチング回路Sw2と、pチャネル型のトランジスター158とを追加した構成となっている。
なお、スイッチング回路Sw2は第2スイッチング回路の一例であり、容量素子C2は第3容量素子の一例である。
スイッチング回路Sw2において、トランジスター156にあっては、ゲートノードに制御信号xClk2が供給され、ソースノードが電圧Vddの給電線に接続され、ドレインノードが容量素子C2の一端およびトランジスター157のソースノードに接続されている。
トランジスター157にあっては、ゲートノードに制御信号Clk2が供給され、ドレインノードが、ノードNに接続されている。
トランジスター158にあっては、ゲートノードに制御信号Rstが供給され、ドレインノードが容量素子C2の他端および電圧Vssの給電線に接続され、ソースノードがノードNに接続されている。
図10は、第2実施形態に係る表示装置1の動作を示すタイミングチャートである。第2実施形態において、第1実施形態と異なるのは、水平走査期間(H)における階調信号期間(c)の動作である。
第2実施形態において、制御信号xClk1、Clk1については、第1実施形態と同波形である。制御信号xClk2については、制御信号Clk1と同波形であり、制御信号Clk2については、制御信号Clk1と原則的に同波形であるが、例外的に階調信号期間(c)が開始するタイミングt3からみて、制御信号xClk1が先にLレベルとなる期間では、Hレベルに維持される。
詳細には、図11に示されるように、制御信号xClk1がLレベルとなる期間(1)と、制御信号Clk1がLレベルとなる期間(2)とが、交互に繰り返され、制御信号xClk2がLレベルとなる期間(3)と、制御信号Clk2がLレベルとなる期間(4)とが、交互に繰り返される。
このうち、期間(3)は期間(2)と同じであり、期間(3)は期間(1)と同じであるが、制御信号Clk2は、タイミングt3からみて先に制御信号xClk1がLレベルとなる期間(1)では、Hレベルに維持される。
なお、期間(1)と期間(2)との間には、制御信号xClk1、Clk1がともにHレベルとなる期間が挟まれているのと同様に、期間(3)と期間(4)との間には、制御信号xClk2、Clk2がともにHレベルとなる期間が挟まれている。
タイミングt3の後、制御信号Clk1、xClk2、Clk2がHレベルの状態で、制御信号xClk1がLレベルになる期間(1)では、トランジスター151がオンし、トランジスター152がオフするので、容量素子C1には、その容量および電圧(Vdd−Vss)に応じた電荷が蓄積される。
制御信号Clk1がLレベルに、制御信号xClk1がHレベルになる期間(2)では、トランジスター151がオフし、トランジスター152がオンするので、ノードNには、容量素子C1に蓄積された電荷が転送される。期間(2)は、制御信号xClk2がLレベルに、制御信号Clk2がHレベルになる期間(3)でもあるので、トランジスター156がオンし、トランジスター157がオフするので、容量素子C2には、その容量および電圧(Vdd−Vss)に応じた電荷が蓄積される。
再び、制御信号Clk1がHレベルに、制御信号xClk1がLレベルになる期間(1)では、容量素子C1に電荷が蓄積される。再度の期間(1)は、期間(4)でもあるので、トランジスター156がオフし、トランジスター157がオンするので、ノードNには、容量素子C2に蓄積された電荷が転送される。
以降、期間(2)および(3)と、期間(1)および(4)と、が交互に繰り返される。このように、第2実施形態では、容量素子C1またはC2の一方に電荷が蓄積される場合には、容量素子C1またはC2の他方から電荷が転送されるので、時間軸にみると、電荷の蓄積と転送とが並行して実行される。このため、第2実施形態によれば、ノードNにおける電圧生成の効率を高めることが可能となる。
なお、図10において、階調信号生成期間(c)の電圧Vv(j)の上昇変化率、すなわち傾きは、図5の傾きと便宜的に同じとして表現されているが、図9の容量素子C1、C2の容量が、図4の容量素子C1の容量と同じであれば、実際には約2倍となる。
あるいは、図9の容量素子C1、C2の容量が、図4の容量素子C1の容量の半分であっても、図10において階調信号生成期間(c)の電圧Vv(j)の傾きを、図5の傾きと同等することができる。
第2実施形態においても、階調信号生成回路150cにトランジスター153、158を含んでいたが、トランジスター153、158はなくても良い。
図12は、図9のトランジスター153、158を含まない階調信号生成回路150dの構成を示す図であり、図13は、その動作を説明するためのタイミングチャートである。
図12に示されるように、トランジスター152、157の共通ドレインノードがノードNとなっている。図13に示されるように、階調信号生成期間(c)において、制御信号xClk1、Clk1のうち、先に制御信号xClk1がLレベルになるのであれば、電圧(Vdd−Vss)および容量素子C1の容量に応じた電荷が当該容量素子C1に蓄積され、同様に、制御信号xClk2、Clk2のうち、先に制御信号xClk2がLレベルになるのであれば、電圧(Vdd−Vss)および容量素子C2の容量に応じた電荷が当該容量素子C2に蓄積されるので、直前の電荷蓄積状態に影響されない。このため、初期化期間(a)において容量素子C1、C2の蓄積状態を必ずしもリセットする必要がない、ということができる。
このように階調信号生成回路150dによれば、トランジスター153、158を含まないので、構成の簡易化を図ることができる。
<第3実施形態>
上述した第1実施形態および第2実施形態では、電圧Vv(j)の上昇する際の傾きが一定であるので、データ線114の電圧Vd(j)を高精度で印加することができないという懸念がある。そこで、この点を改良した第3実施形態について説明する。
なお、第3実施形態に係る表示装置1は、第1実施形態とは、階調信号生成回路のみが相違する。このため、第3実施形態についても、階調信号生成回路を中心に説明する。
図14は、第3実施形態における階調信号生成回路150e等を示す回路図であり、図15は、その動作を説明するためのタイミングチャートである。
図14に示されるように階調信号生成回路150eは、図7に示される階調信号生成回路150bに、容量素子C3と、スイッチング回路Sw3と、pチャネル型のトランジスター159_3とを追加した構成となっている。
なお、スイッチング回路Sw3は第3スイッチング回路の一例であり、容量素子C3は第4容量素子の一例である。また、図7におけるトランジスター159については、図14においては便宜的に符号を159_1に変更し、当該トランジスター159のゲートノードに供給される制御信号をXpwm1(j)と表記している。
スイッチング回路Sw3は、pチャネル型のトランジスター156c、157cを有する。スイッチング回路Sw3において、トランジスター156cにあっては、ゲートノードに制御信号xClk3が供給され、ソースノードが電圧Vddの給電線に接続され、ドレインノードが容量素子C3の一端およびトランジスター157cのソースノードに接続されている。
トランジスター157cにあっては、ゲートノードに制御信号Clk3が供給され、ドレインノードが、トランジスター159_3のソースノードに接続されている。
トランジスター159_3のゲートノードには、制御信号Xpwm3(j)が供給される。なお、トランジスター159_1のドレインノードおよびトランジスター159_3のドレインノードは、容量素子Caの一端に接続されている。
また、容量素子C3の他端は、電圧Vssの給電線に接続されている。また、容量素子C3の容量は、容量素子C1の容量よりも小さい。便宜的に、トランジスター152のドレインノードをノードN1と表記し、トランジスター157cのドレインノードをノードN3と表記する。
第3実施形態において、制御信号Xpwm1(j)、Xpwm3(j)については、制御回路130によってj列目に対応して供給される。すなわち、特に図示しないが、1〜n列目については、それぞれの列に固有の制御信号Xpwm1(1)〜Xpwm1(n)、Xpwm3(1)〜Xpwm3(n)が、制御回路130によって生成される。
ここで、j列目でいえば階調信号生成期間(c)における最終的な電圧Vv(j)のうち、粗調整するための制御信号がXpwm1(j)であり、微調整するための制御信号がXpwm3(j)である。例えば階調が例えば8ビット(256階調)で指定される場合、具体的には、8ビットを十進表記したときに「0」で表されるときに最も暗い状態が指定され、「255」で表されるときに最も明るい状態が指定される場合を例にとって説明する。
制御信号Xpwm1(j)については、図15に示されるようにタイミングt3から階調信号生成期間(c)の途中のタイミングt31までの期間のうち、タイミングt3を始点として例えば上位4ビットで明るい階調が指定されるほどにLレベルとなる期間が短くなる。なお、図15において実線の期間Tdr_Bは、制御信号Xpwm1(j)がLレベルとなる最大期間を示し、破線の期間Tdr_Aは、制御信号Xpwm1(j)がそれよりも短い期間においてLレベルとなる例である。
また、制御信号Xpwm3(j)については、タイミングt31からタイミングt4までの期間のうち、タイミングt31を始点として例えば下位4ビットで明るい階調が指定されるほどにLレベルとなる期間が短くなる。なお、図15において実線の期間Tdr_Dは、制御信号Xpwm3(j)がLレベルとなる最大期間を示し、破線の期間Tdr_Cは、制御信号Xpwm3(j)がそれよりも短い期間においてLレベルとなる例である。
制御信号xClk1、Clk1は、第3実施形態では、階調信号生成期間(c)のうち、タイミングt3からタイミングt31までの期間において先に制御信号xClk1がLレベルとなった後、交互にLレベルとなる。また、制御信号xClk3、Clk3は、階調信号生成期間(c)のうち、タイミングt31からタイミングt4までの期間において先に制御信号xClk3がLレベルとなった後、交互にLレベルとなる。
なお、制御信号xClk1、Clk1が同時にLレベルとならない点、および、制御信号xClk3、Clk3が同時にLレベルとならない点については、第1実施形態等と同様である。
第3実施形態では、階調信号生成期間(c)のうち、タイミングt3からタイミングt31までの期間では、容量が大きい容量素子C1の電荷の蓄積および転送によってノードN1の電圧が上昇する際の傾きが相対的に大きくなる。一方、タイミングt31からタイミングt4までの期間では、容量が小さい容量素子C3の電荷の蓄積および転送によってノードN3の電圧が上昇する際の傾きが相対的に小さくなる。
このため、第3実施形態では、制御信号Xpwm1(j)のLレベルの期間の分だけ電圧Vv(j)が相対的に大きく上昇し、タイミングt31からタイミングt4までの期間において、制御信号Xpwm3(j)のLレベルの期間の分だけ電圧Vv(j)が相対的に小さく上昇する。したがって、第3実施形態によれば、電圧Vv(j)が、制御信号Xpwm1(j)で粗調整され、制御信号Xpwm3(j)で微調整されるので、容量素子Caを介して伝達されるデータ線114の電圧Vd(j)の精度を高めることができる。
<応用・変形例>
上述した第1実施形態、第2実施形態および第3実施形態(以下、実施形態等と称する)については、例えば以下のような応用または変形が可能である。また、次に述べる応用・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。
実施形態等では、例えば容量素子C1の一端を電圧Vddの給電線に接続することによって充電する動作と、容量素子C1の一端を上記給電線から切り離した上で、容量素子C1の他端をノードNに接続することによって電荷をノードNに転送する動作とを繰り返して、ノードNの電圧を上昇させる構成であった。
この構成以外でも、種々の構成によって、ノードNの電圧を上昇させることができる。
図16は、ノードNの電圧上昇させるための別構成を採用した階調信号生成回路150fを示す図である。この図に示される構成は、スイッチング回路Swaがトランジスター151a、151b、152aおよび152bを含む例である。この例によれば、初期化期間(a)において制御信号Clk1のLレベルによって容量素子Caの電荷蓄積状態がリセットされる。なお、ここでいうリセットは、容量素子C1への放電である。
この後、階調信号生成期間(d)において、制御信号xClk1がLレベルとなって、トランジスター151a、151bがオンするので、ノードNに容量素子C1を介して電荷が転送される。なお、ここでいう電荷の転送は、容量素子C1への充電である。
次に、制御信号Clk1がLレベルになって、トランジスター152a、152bがオンするので、容量素子C1の蓄積状態がリセットされる。したがって、このように電荷の転送とリセットとを繰り返す構成によっても、ノードNの電圧を上昇させることができる。
なお、このような別構成において、特に図示しないが、図16に示された構成を2組用意して、第2実施形態のように、一方の組で電荷の転送を実行している場合に、他方の組で容量素子の蓄積状態をリセットする構成としても良い。また、第3実施形態のように、容量の異なる2つの容量素子を用いて、容量の大きい容量素子を用いて電圧上昇させる速度を速め、容量の小さい容量素子を用いて上昇させる電圧の精度を高める構成としても良い。
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チャネル型としたが、nチャネル型としても良いし、pチャネル型とnチャネル型とを組み合わせた相補型としても良い。また、画素回路110を構成するトランジスターの数や接続関係を変更しても良い。
同様に、実施形態等において、スイッチング回路Sw1(Sw2)におけるトランジスター151、152(156、157)をpチャネル型としたが、nチャネル型としても良いし、相補型としても良い。
なお、各トランジスターにおけるソースノードとドレインノードとは、チャネル型や電位関係に応じて適宜入れ替わる場合がある。
また、1ドットをカラー表示する場合に、RGBに加えて別の1色または複数色を加えても良い。例えば再現可能な色域を拡大するためにイエロー(Y)を加えた4色によって1ドットを構成しても良いし、輝度を向上させるためにホワイト(W)を加えた4色によって1ドットを構成しても良い。
マイクロ・ディスプレイ10のトランジスター等をシリコン基板ではなくて、他の半導体基板に形成しても良いし、ガラス基板に形成しても良い。実施形態等では、表示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)であっても良い。
<電子機器>
次に、実施形態等に係るマイクロ・ディスプレイ10を適用した電子機器について説明する。マイクロ・ディスプレイ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(HMD)を例に挙げて説明する。
図17は、ヘッドマウント・ディスプレイの外観を示す図であり、図18は、その光学的な構成を示す図である。
まず、図17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18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、左眼用のマイクロ・ディスプレイ10Lと右眼用のマイクロ・ディスプレイ10Rとが設けられる。
マイクロ・ディスプレイ10Lの画像表示面は、図18において左側となるように配置している。これによってマイクロ・ディスプレイ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、マイクロ・ディスプレイ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。
マイクロ・ディスプレイ10Rの画像表示面は、マイクロ・ディスプレイ10Lとは反対の右側となるように配置している。これによってマイクロ・ディスプレイ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、マイクロ・ディスプレイ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。
この構成において、ヘッドマウント・ディスプレイ300の装着者は、マイクロ・ディスプレイ10L、10Rによる表示画像を、外の様子と重ね合わせたシースルー状態で観察することができる。
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、左眼用画像をマイクロ・ディスプレイ10Lに表示させ、右眼用画像をマイクロ・ディスプレイ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。
なお、マイクロ・ディスプレイ10については、ヘッドマウント・ディスプレイ300のほかにも、ビデオカメラやレンズ交換式のデジタルカメラなどにおける電子式ビューファインダーにも適用可能である。
10…マイクロ・ディスプレイ10、15…データ線駆動回路、100…表示部、110…画素回路、112…走査線、114…データ線、120…OLED、121〜125…トランジスター、151、152、156、157、159…トランジスター、300…ヘッドマウント・ディスプレイ、C1、C2、Ca、Cb、Cs…容量素子、Sw1、Sw2、Sw3、Swa…スイッチング回路。

Claims (5)

  1. データ線と、
    第2容量素子と、前記第2容量素子の容量よりも小さい容量を有する第4容量素子と、前記第2容量素子の充電および放電を交互に繰り返す第1スイッチング回路と、前記第4容量素子の充電および放電を交互に繰り返す第3スイッチング回路と、を含み、前記データ線を駆動する駆動回路と、
    を備え、
    前記駆動回路は、
    画素回路に指定される階調のうち、上位ビットに基づいて、前記第2容量素子の充電および放電を制御して、前記データ線に電圧信号を出力した後、前記階調のうち、前記上位ビット以外の下位ビットに基づいて、前記第4容量素子の充電および放電を制御して、前記データ線に電圧信号を出力する、
    表示装置。
  2. 前記駆動回路は、
    前記第2容量素子の充電および放電を、前記上位ビットに応じた期間にわたって繰り返し、
    前記第4容量素子の充電および放電を、前記下位ビットに応じた期間にわたって繰り返す、
    請求項1に記載の表示装置。
  3. 前記駆動回路は、
    前記第2容量素子の充電および放電を、前記上位ビットに応じた回数、繰り返し、
    前記第4容量素子の充電および放電を、前記下位ビットに応じた回数、繰り返す、
    請求項1に記載の表示装置。
  4. 前記データ線と前記駆動回路との間に設けられた第1容量素子を備える、
    請求項1乃至3のいずれか一項に記載の表示装置。
  5. 請求項1乃至4のいずれかに記載の表示装置を備える電子機器。
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