JP6872571B2 - 電気光学装置及び電子機器 - Google Patents

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Description

本発明は、電気光学装置及び電子機器に関する。
近年、虚像の形成及び観察を可能にする電子機器として、電気光学装置からの映像光を観察者の瞳に導くタイプのヘッドマウントディスプレイ(HMD)が提案されている。こうした電子機器では、電気光学装置として、例えば、発光素子である有機EL(Electro Luminescence)素子を有する有機EL装置が使用されている。ヘッドマウントディスプレイに使用される有機EL装置では、高解像度化(画素の微細化)、表示の多階調化、低消費電力化が求められている。
従来の有機EL装置では、走査線に供給される走査信号により選択トランジスターがオン状態になると、信号線から供給される画像信号に基づく電位が駆動トランジスターのゲートに接続された容量素子に保持される。容量素子に保持された電位、即ち駆動トランジスターのゲート電位に応じて駆動トランジスターがオン状態になると、駆動トランジスターのゲート電位に応じた量の電流が有機EL素子に流れ、その電流量に応じた輝度で有機EL素子が発光する。
このように、従来の有機EL装置では、駆動トランジスターのゲート電位に応じて有機EL素子に流れる電流を制御するアナログ駆動により階調表示が行われるため、駆動トランジスターの電圧電流特性や閾値電圧のばらつきに起因して、画素間で明るさのばらつきや階調のずれが生じて表示品位が低下するという課題があった。これに対して、P型トランジスターとN型トランジスターとで構成されたインバーターが環状に接続されたメモリー回路を画素毎に備え、デジタル駆動により表示を行う有機EL装置(メモリー一体型表示素子)が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載の有機EL装置の構成によれば、発光素子のアノードには、発光素子を発光とするHigh(基準電位Vh)、又は、発光素子を非発光とするLow(接地電位Vg)のいずれかかが印加される。即ち、発光素子に印加される電圧は、発光時のVh−Vgか、非発光時のVg−Vg=0の2値のいずれかである。また、階調表示は、発光素子のアノードにHighが印加され発光状態であるサブフィールドと、発光素子のアノードにLowが印加され非発光状態であるサブフィールドとの組合せ、即ち、1フィールド内において発光する時間を調整することにより行われる。
特開2002−287695号公報
しかしながら、RGBの各色に発光する有機EL材料(発光材料)を用いた発光素子を組合せてカラー表示を行う場合、異なる色に対応する発光材料間で電圧に対する発光輝度の特性が異なる為、表示色の調整が困難になる場合があるという課題があった。また、各発光材料により劣化速度が異なることに起因して、初期に調整した色バランスが時間と共に変化してしまう場合があるという課題があった。
本願の電気光学装置は、第1画素回路と、第2画素回路と、前記第1画素回路に第1電位を供給する第1配線と、前記第2画素回路に第2電位を供給する第2配線と、前記第1画素回路と前記第2画素回路とに第3電位を供給する第3配線と、を備え、前記第1画素回路は第1色を表示する第1発光素子を含み、前記第2画素回路は前記第1色と異なる第2色を表示する第2発光素子を含み、前記第1電位と前記第2電位とは互いに独立していることを特徴とする。
上記の電気光学装置において、前記第1電位と前記第2電位とは異なることが好ましい。
上記の電気光学装置において、前記第1発光素子の一端は前記第1配線に電気的に接続され、前記第2発光素子の一端は前記第2配線に電気的に接続されることが好ましい。
上記の電気光学装置において、前記第1画素回路は第1記憶回路を含み、前記第2画素回路は第2記憶回路を含み、前記第1記憶回路は、前記第1配線と前記第3配線との間に配置され、前記第2記憶回路は、前記第2配線と前記第3配線との間に配置されることが好ましい。
上記の電気光学装置において、前記第1記憶回路と前記第2記憶回路とはデジタル信号を記憶し、前記デジタル信号のLowは前記第1電位と前記第3電位との中心電位よりも低く、前記デジタル信号のHighは前記第2電位と前記第3電位との中心電位よりも高いことが好ましい。
上記の電気光学装置において、前記第1画素回路は、前記第1発光素子に直列に電気的に接続された第1トランジスターを含み、前記第2画素回路は、前記第2発光素子に直列に電気的に接続された第2トランジスターを含み、前記第3電位は、前記第1電位及び前記第2電位よりも低いことが好ましい。
上記の電気光学装置において、前記第1電位は前記第2電位よりも低いことが好ましい。
上記の電気光学装置において、前記第1記憶回路と前記第2記憶回路とはデジタル信号を記憶し、前記デジタル信号のHighは前記第1電位と前記第3電位との中心電位よりも高く、前記デジタル信号のLowは前記第2電位と前記第3電位との中心電位よりも低いことが好ましい。
上記の電気光学装置において、前記第1画素回路は、前記第1発光素子に直列に電気的に接続された第1トランジスターを含み、前記第2画素回路は、前記第2発光素子に直列に電気的に接続された第2トランジスターを含み、前記第3電位は、前記第1電位及び前記第2電位よりも高いことが好ましい。
上記の電気光学装置において、前記第1電位は前記第2電位よりも高いことが好ましい。
上記の電気光学装置において、前記第1画素回路と前記第2画素回路とは第1方向に沿って配列されており、前記第1配線と前記第2配線とは前記第1方向に沿って延在することが好ましい。
上記の電気光学装置において、前記第1配線と前記第2配線とは、前記第1画素回路と前記第2画素回路とが配列された表示領域と前記表示領域の外側とに配置されており、前記表示領域において、前記第1配線の太さと前記第2配線の太さとは異なっていることが好ましい。
上記の電気光学装置において、前記第1配線と前記第2配線と前記第3配線とは、前記第1画素回路と前記第2画素回路とが配列された表示領域と前記表示領域の外側とに配置されており、前記表示領域の外側において、前記第1配線の少なくとも一部と前記第2配線の少なくとも一部とは、前記第3配線よりも細いことが好ましい。
上記の電気光学装置において、前記第1画素回路と前記第2画素回路とに第4電位を供給する第4配線を備え、前記第3電位と第4電位とは互いに独立していることが好ましい。
上記の電気光学装置において、前記第3電位と前記第4電位とは異なることが好ましい。
上記の電気光学装置において、前記第1発光素子の他端は前記第4配線に電気的に接続され、前記第2発光素子の他端は前記第4配線に電気的に接続されることが好ましい。
上記の電気光学装置において、前記第1配線と前記第2配線と前記第4配線とは、前記第1画素回路と前記第2画素回路とが配列された表示領域と前記表示領域の外側とに配置されており、前記表示領域の外側において、前記第1配線の少なくとも一部と前記第2配線の少なくとも一部とは、前記第4配線よりも細いことが好ましい。
本願の電子機器は、上記に記載の電気光学装置を備えたことを特徴とする。
本実施形態に係る電子機器の概要を説明する図。 本実施形態に係る電子機器の内部構造を説明する図。 本実施形態に係る電子機器の光学系を説明する図。 本実施形態に係る電気光学装置の構成を示す概略平面図。 本実施形態に係る電気光学装置の回路ブロック図。 本実施形態に係る電気光学装置の配線を説明する模式図。 本実施形態に係る画素の構成を説明する図。 本実施形態に係る電気光学装置のデジタル駆動を説明する図。 実施例1に係る画素回路の構成を説明する図。 実施例1に係る画素回路の電位を説明する図。 本実施形態に係る画素回路の駆動方法の一例を説明する図。 実施例2に係る画素回路の構成を説明する図。 実施例2に係る画素回路の電位を説明する図。 実施例2に係る電気光学装置の配線を説明する模式図。 変形例1に係る画素回路の構成を説明する図。
以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。なお、以下の図面においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとする為、各層や各部材毎に縮尺を異ならしめてある。
「電子機器の概要」
まず、図1を参照して電子機器の概要を説明する。図1は、本実施形態に係る電子機器の概要を説明する図である。
ヘッドマウントディスプレイ100は、本実施形態に係る電子機器の一例であり、電気光学装置10(図3参照)を備えている。図1に示すように、ヘッドマウントディスプレイ100は、眼鏡のような外観を有している。このヘッドマウントディスプレイ100を装着した使用者に対して、画像となる映像光GL(図3参照)を視認させると共に、使用者に外界光をシースルーで視認させている。要するに、ヘッドマウントディスプレイ100は、外界光と映像光GLとを重ねて表示させるシースルー機能を持ち、広画角かつ高性能でありながら、小型軽量となっている。
ヘッドマウントディスプレイ100は、使用者の眼前を覆う透視部材101と、透視部材101を支持するフレーム102と、フレーム102の左右両端のカバー部から後方のつる部分(テンプル)にかけての部分に付加された第1内蔵装置部105aと第2内蔵装置部105bとを備えている。
透視部材101は、使用者の眼前を覆う肉厚で湾曲した光学部材(透過アイカバー)であり、第1光学部分103aと第2光学部分103bとに分かれている。図1で左側の第1光学部分103aと第1内蔵装置部105aとを組み合わせた第1表示機器151は、シースルーにて右眼用の虚像を表示する部分であり、単独でも表示機能の付いた電子機器として機能する。又、図1で右側の第2光学部分103bと第2内蔵装置部105bとを組み合わせた第2表示機器152は、シースルーにて左眼用の虚像を形成する部分であり、単独でも表示機能の付いた電子機器として機能する。第1表示機器151と第2表示機器152とには電気光学装置10(図3参照)が組み込まれている。
「電子機器の内部構造」
図2は、本実施形態に係る電子機器の内部構造を説明する図である。図3は、本実施形態に係る電子機器の光学系を説明する図である。次に、図2と図3とを参照して電子機器の内部構造と光学系とを説明する。なお、図2と図3とでは第1表示機器151を電子機器の例として説明しているが、第2表示機器152に対しても左右対称で殆ど同じ構造をなしている。したがって、第1表示機器151について説明し、第2表示機器152の詳細な説明は省略する。
図2に示すように、第1表示機器151は、投射透視装置170と、電気光学装置10(図3参照)とを備えている。投射透視装置170は、導光部材であるプリズム110と、光透過部材150と、結像用の投射レンズ130(図3参照)とを備える。プリズム110と光透過部材150とは接合によって一体化され、例えばプリズム110の上面110eとフレーム161の下面161eとが接するようにフレーム161の下側にしっかりと固定されている。
投射レンズ130は、これを収納する鏡筒162を介してプリズム110の端部に固定されている。投射透視装置170のうちプリズム110と光透過部材150とは、図1における第1光学部分103aに相当し、投射透視装置170の投射レンズ130と、電気光学装置10とは、図1における第1内蔵装置部105aに相当する。
投射透視装置170のうち、プリズム110は、平面視において顔面に沿うように湾曲した円弧状の部材であり、鼻に近い中央側の第1プリズム部分111と、鼻から離れた周辺側の第2プリズム部分112とに分けて考えることができる。第1プリズム部分111は、光出射側に配置され、光学的な機能を有する側面として、第1面S11(図3参照)と、第2面S12と、第3面S13とを有する。
第2プリズム部分112は、光入射側に配置され、光学的な機能を有する側面として、第4面S14(図3参照)と、第5面S15と、を有する。このうち、第1面S11と第4面S14とが隣接し、第3面S13と第5面S15とが隣接し、第1面S11と第3面S13との間に第2面S12が配置されている。又、プリズム110は、第1面S11から第4面S14に隣接する上面110eを有する。
プリズム110は、可視域で高い光透過性を示す樹脂材料で形成されており、例えば型内に熱可塑性樹脂を注入し固化させることにより、成形する。プリズム110の本体部分110s(図3参照)は、一体形成品とされているが、第1プリズム部分111と第2プリズム部分112とに分けて考えることができる。第1プリズム部分111は、映像光GLの導波及び出射を可能にすると共に、外界光の透視を可能にする。第2プリズム部分112は、映像光GLの入射及び導波を可能にする。
光透過部材150は、プリズム110と一体的に固定されている。光透過部材150は、プリズム110の透視機能を補助する部材(補助プリズム)である。光透過部材150は、可視域で高い光透過性を示し、プリズム110の本体部分110sと略同一の屈折率を有する樹脂材料で形成されている。光透過部材150は、例えば熱可塑性樹脂の成形によって形成される。
図3に示すように、投射レンズ130は、入射側光軸に沿って例えば3つのレンズ131,132,133を有している。各レンズ131,132,133は、レンズの光入射面の中心軸に回転対称なレンズであり、少なくとも1つ以上が非球面レンズとなっている。
投射レンズ130は、電気光学装置10から出射された映像光GLをプリズム110内に入射させて眼EYに再結像させる。要するに、投射レンズ130は、電気光学装置10の各画素から出射された映像光GLを、プリズム110を介して眼EYに再結像させるためのリレー光学系である。投射レンズ130は、鏡筒162内に保持され、電気光学装置10は、鏡筒162の一端に固定されている。プリズム110の第2プリズム部分112は、投射レンズ130を保持する鏡筒162に連結され、投射レンズ130及び電気光学装置10を間接的に支持している。
ヘッドマウントディスプレイ100のように使用者の頭部に装着し眼前を覆うタイプの電子機器では、小型で軽量であることが求められる。また、ヘッドマウントディスプレイ100のような電子機器に使用される電気光学装置10では、高解像度化(画素の微細化)、表示の多階調化、低消費電力化が求められている。
[電気光学装置の構成]
次に、図4を参照して電気光学装置の構成を説明する。図4は、本実施形態に係る電気光学装置の構成を示す概略平面図である。本実施形態では、電気光学装置10が、発光素子として有機EL素子を備える有機EL装置である場合を例に取り説明する。図4に示すように、本実施形態に係る電気光学装置10は、素子基板11と、保護基板12とを有している。素子基板11と保護基板12とは、不図示の充填剤を介して対向配置され接着されている。
素子基板11は、例えば、単結晶半導体基板(例えば単結晶シリコン基板)で構成されている。素子基板11は、表示領域Eと、表示領域Eを囲む非表示領域Dとを有している。表示領域Eには、例えば、第1色としての緑色(G)光が発せられるサブ画素58Gと、第2色としての青色(B)光が発せられるサブ画素58Bと、第3色としての赤色(R)光が発せられるサブ画素58Rとが、例えばマトリックス状に配列されている。
サブ画素58G、サブ画素58B、サブ画素58Rには、それぞれ発光素子20G、発光素子20B、発光素子20R(図7参照)が設けられている。発光素子20G、発光素子20B、発光素子20Rは、それぞれG、B、Rに対応した異なる色の光を発する。電気光学装置10では、サブ画素58G、サブ画素58B、サブ画素58Rを含む画素59が表示単位となって、フルカラーの表示が提供される。
なお、本明細書では、サブ画素58G、サブ画素58B、及びサブ画素58Rを区別せず、総称してサブ画素58と称する場合がある。表示領域Eは、サブ画素58から光が発せられ、表示に寄与する領域である。表示領域Eの外側の非表示領域Dは、サブ画素58から光が発せられず、表示に寄与しない領域である。
素子基板11は、保護基板12よりも大きく、保護基板12からはみ出した素子基板11の第1辺に沿って、複数の外部接続用端子13が配列されている。複数の外部接続用端子13と表示領域Eとの間には、信号線駆動回路53が設けられている。該第1辺と直交する他の第2辺と表示領域Eとの間には、走査線駆動回路52が設けられている。また、該第1辺と直交し第2辺と対向する第3辺と表示領域Eとの間には、制御線駆動回路54が設けられている。
保護基板12は、素子基板11よりも小さく、外部接続用端子13が露出されるように配置されている。保護基板12は、光透過性の基板であり、例えば石英基板やガラス基板等を使用することができる。保護基板12は、表示領域Eにおいて、サブ画素58に配置された発光素子20が損傷しないように保護する役割を有し、少なくとも表示領域Eに対向するように配置される。なお、保護基板12は必須ではなく、保護基板12の代わりに、素子基板11に発光素子20を保護する保護層が設けられた構成であってもよい。
本明細書では、外部接続用端子13が配列された上記第1辺に沿った方向を第1方向としてのX方向(行方向)とし、該第1辺と直交し互いに対向する他の2辺(第2辺、第3辺)に沿った方向(列方向)をY方向とする。本実施形態では、例えば、同色の発光が得られるサブ画素58が行方向(X方向)に配列され、異なる色の発光が得られるサブ画素58が列方向(Y方向)に配列される、所謂横ストライプ方式の配置が採用されている。
なお、列方向(Y方向)におけるサブ画素58の配置は、図4に示すようなG、B、Rの順であることに限定されず、例えば、B、G、Rの順であってもよいし、R、G、Bの順であってもよい。また、サブ画素58の配置は、ストライプ方式であることに限定されず、デルタ方式や、ベイヤー方式、Sストライプ方式等であってもよく、加えて、サブ画素58B,58G,58Rの形状や大きさは同じであることに限定されない。
「電気光学装置の回路構成」
次に、図5及び図6を参照して、電気光学装置の回路構成を説明する。図5は、本実施形態に係る電気光学装置の回路ブロック図である。図6は、本実施形態に係る電気光学装置の配線を説明する模式図である。図5に示すように、電気光学装置10の表示領域Eには、互いに交差する複数の第1走査線42と複数の信号線43とが形成され、第1走査線42と信号線43との各交差に対応してサブ画素58が行列状に配列されている。各サブ画素58には、発光素子20(図9参照)等を含む画素回路41が設けられている。
電気光学装置10の表示領域Eには、各第1走査線42に対応して、第2走査線45が形成されている。又、表示領域Eには、各第1走査線42に対応して、制御線44が形成されている。第1走査線42と第2走査線45と制御線44とは行方向(X方向)に延在している。信号線43は、列方向(Y方向)に延在している。
電気光学装置10では、表示領域Eに、M行×N列のサブ画素58が行列状に配置されている。具体的には、表示領域Eに、M本の第1走査線42とM本の第2走査線45とM本の制御線44とN本の信号線43とが形成されている。なお、MとNとは2以上の整数であり、本実施形態では一例として、M=720×p、N=1280とされている。pは、1以上の整数であり、表示の基本色の数を表す。本実施形態では、p=3、即ち、表示の基本色がG、B、Rの3色である場合を例に説明する。
3色のサブ画素58G、サブ画素58B、サブ画素58Rに対して、サブ画素58Gには第1画素回路の一例としての画素回路41Gが配置され、サブ画素58Bには第2画素回路の一例としての画素回路41Bが配置され、サブ画素58Rには第3画素回路の一例としての画素回路41Rが配置される。画素回路41G、画素回路41B、画素回路41Rは、それぞれ第1方向としてのX方向に沿って配列されている。換言すると、同じ発光色の画素回路41G同士、画素回路41B同士、画素回路41R同士がそれぞれX方向において隣り合うように配列されている。
画素回路41Gは第1色としてのGを発光する第1発光素子としての発光素子20Gを含み、画素回路41Bは第2色としてのBを発光する第2発光素子としての発光素子20Bを含み、画素回路41Rは第3色としてのRを発光する第3発光素子としての発光素子20Rを含む(図7参照)。なお、本明細書では、画素回路41G、画素回路41B、画素回路41Rを区別せず、総称して画素回路41と称する場合がある。また、発光素子20B、発光素子20G、発光素子20Rを区別せず、総称して発光素子20と称する場合がある。
電気光学装置10は、表示領域E外に駆動部50を有している。駆動部50から、表示領域Eに配列された各画素回路41に各種信号が供給され、画素59(3色のサブ画素58)を表示単位として画像が表示領域Eに表示される。駆動部50は、駆動回路51と制御装置55とを含む。制御装置55は、表示用信号を駆動回路51に供給する。駆動回路51は、表示用信号に基づき複数の第1走査線42と複数の第2走査線45と複数の信号線43と複数の制御線44とを介して各画素回路41に駆動信号を供給する。
さらに、非表示領域D及び表示領域Eには、画素回路41Gに第1電位を供給する第1配線としての高電位線47Gと、画素回路41Bに第2電位を供給する第2配線としての高電位線47Bと、画素回路41Rに第5電位を供給する第5配線としての高電位線47Rと、が配置されている。高電位線47Gと高電位線47Bと高電位線47Rとは、表示領域E内において画素回路41G、画素回路41B、画素回路41Rが配列された第1方向としてのX方向に沿って延在している。なお、本明細書では、高電位線47G、高電位線47B、高電位線47Rを区別せず、総称して高電位線47と称する場合がある。第1電位と第2電位と第5電位とはいずれも高電位(VDD)であるが、互いに独立しており、他の電位に関わらず自身の電位が設定され得る。具体的には、第1電位は第2電位や第5電位に関わらず、第1発光素子(発光素子20G)に適した電位とすることができる。同様に第2電位は第5電位や第1電位に関わらず、第2発光素子(発光素子20B)に適した電位とすることができる。更に第5電位は第2電位や第1電位に関わらず、第3発光素子(発光素子20R)に適した電位とすることができる。
また、非表示領域D及び表示領域Eには、画素回路41G、画素回路41B、画素回路41Rに第3電位を供給する第3配線としての低電位線46と、第4電位を供給する第4配線としての低電位線48と、が配置されている。本実施形態では、第4配線としての低電位線48は表示領域Eに配置され、各サブ画素58にて発光素子20の陰極23に電気的に接続されている。これにより、陰極23の電気抵抗が高い場合でも表示領域Eの内部で陰極23の電位を均一にすることができる。陰極23の電気抵抗が比較的低い場合には、表示領域E内の第4配線としての低電位線48をなくし、第4配線としての低電位線48を非表示領域Dのみに配置しても良い。
本実施形態では、画素回路41G、画素回路41B、画素回路41Rに対して供給される高電位側の電位がそれぞれ異なる。具体的には、画素回路41Gに高電位線47Gから供給される第1電位(V1G)は高電位VDDG(例えばV1G=VDDG=5.0V)であり、画素回路41Bに高電位線47Bから供給される第2電位(V2B)は高電位VDDB(例えばV2B=VDDB=7.0V)であり、画素回路41Rに高電位線47Rから供給される第5電位(V5R)は高電位VDDR(例えばV5R=VDDR=6.0V)である。
画素回路41Gに供給される第1電位(V1G)と画素回路41Bに供給される第2電位(V2B)と画素回路41Rに供給される第5電位(V5R)とは、それぞれ独立した高電位線47G、高電位線47B、高電位線47Rから供給されるので、互いに独立している。「独立している」とはある電位を他の電位に係わらず自由に設定できる事を意味する。例えば、「第2電位(V2B)が独立している」とは、第1電位(V1G)や第5電位(V5R)を何Vに設定するかに関係なく自由に第2電位(V2B)の値を定められることを意味する。本実施形態では、画素回路41G,B,Rに供給される第1電位(V1G)と第2電位(V2B)と第5電位(V5R)とは互いに異なる電位であるが、例えばこれらの内の二つを同電位にし、残りの一つを別電位としても良い。
一方、画素回路41G、画素回路41B、画素回路41Rに対して供給される低電位側の電位は同じである。具体的には、低電位線46から画素回路41G,B,Rに共通して供給される第3電位(V3)が第1低電位VSS1(例えばV3=VSS1=2.0V)であり、低電位線48から画素回路41G,B,Rに共通して供給される第4電位(V4)が第2低電位VSS2(例えばV4=VSS2=0V)である。低電位線46と低電位線48とは、互いに独立して設けられている。したがって、第3電位(V3)と第4電位(V4)とは独立している。第3電位(V3)は第1電位(V1G)及び第2電位(V2B)と第5電位(V5R)よりも低く、第4電位(V4)は第3電位(V3)よりも低い。
本実施形態では、高電位VDDG(V1G)、高電位VDDB(V2B)、高電位VDDR(V5R)のそれぞれと第1低電位VSS1(V3)とで低電圧系電源が構成され、高電位VDDG(V1G)、高電位VDDB(V2B)、高電位VDDR(V5R)のそれぞれと第2低電位VSS2(V4)とで高電圧系電源が構成される。各画素回路41G,B,Rにおいて、各高電位VDDG,B,Rは、低電圧系電源と高電圧系電源とにおける基準となる電位である。
図6に示すように、高電位線47G、高電位線47B、高電位線47R、低電位線46、低電位線48は、それぞれ、表示領域Eと非表示領域DとにおいてX方向に沿って延在する部分(以下では、支線ともいう)と、非表示領域DにおいてX方向と交差する方向に沿った部分(以下では、本線ともいう)とを有する。なお、X方向と交差する方向は、Y方向を含むが、Y方向に限定されるものではない。
高電位線47Gを例に取り説明すると、高電位線47Gの支線47Gbは、表示領域Eから非表示領域DまでX方向に沿って延在し、X方向に沿って配列されたN列の画素回路41Gに電気的に接続されている。Y方向にはM/p行の画素回路41Gが配列されているので、高電位線47Gの支線47GbはM/p本必要となる。非表示領域Dに配置された高電位線47Gの本線47Gaには、M/p本の高電位線47Gの支線47Gbが合流する。同様に、M/p本の高電位線47Bの支線47Bbが非表示領域Dにおいて高電位線47Bの本線47Baに合流し、M/p本の高電位線47Rの支線47Rbが非表示領域Dにおいて高電位線47Rの本線47Raに合流する。
低電位線46は、全ての画素回路41Gと画素回路41Bと画素回路41Rとに電気的に接続されているため、低電位線46の支線46bはM本必要となる。本実施形態では、P=3であるので、低電位線46の支線46bの本数は、高電位線47G、高電位線47B、高電位線47Rのそれぞれの支線47Gb,47Bb,47Rbの本数の3倍となる。M本の低電位線46の支線46bが非表示領域Dにおいて低電位線46の本線46aに合流する。
一方、低電位線48は、全ての画素回路41Gと画素回路41Bと画素回路41Rとに電気的に接続されている。低電位線48は、本線48aのみで構成しても良いが、本実施形態では、全ての画素回路41Gと画素回路41Bと画素回路41Rとに電気的に接続された低電位線48の支線48bがM本設けられ、本線48aに合流している。詳細は後述するが、画素回路41G、画素回路41B、画素回路41Rに設けられた発光素子20G、発光素子20B、発光素子20Rの陰極23(図9参照)は、共通電極として、全てのサブ画素58G、サブ画素58B、サブ画素58Rに亘って膜状に形成され、各サブ画素58の近傍にて低電位線48の支線48bと陰極23とが電気的に接続されると共に、陰極23の外縁部でも低電位線48の本線48aに電気的に接続されている。
図5に戻り、駆動回路51は、走査線駆動回路52と信号線駆動回路53と制御線駆動回路54とを含む。駆動回路51は、非表示領域D(図4参照)に設けられている。本実施形態では、駆動回路51と画素回路41とは、図4に示す素子基板11(本実施形態では、単結晶シリコン基板)上に形成されている。具体的には、駆動回路51や画素回路41は、単結晶シリコン基板に形成されたトランジスター等の素子で構成されている。
走査線駆動回路52には、第1走査線42と第2走査線45とが電気的に接続されている。走査線駆動回路52は、画素回路41を行方向に選択又は非選択とする走査信号(Scan)を各第1走査線42に出力し、第1走査線42はこの走査信号を画素回路41に伝える。換言すると、走査信号は、選択トランジスター32(図9参照)をオン状態とする選択状態と選択トランジスター32をオフ状態とする非選択状態とを有しており、第1走査線42は、走査線駆動回路52からの走査信号を受けて、適宜、選択され得る。
後述するように、本実施形態では、選択トランジスター32がP型であるので、選択状態における走査信号(選択信号)はLow(低電位)であり、非選択状態における走査信号(非選択信号)はHigh(高電位)である。選択信号の電位は、第1低電位VSS1(V3)以下の低電位で設定され、第2低電位VSS2(V4)であることが好ましい。又、非選択信号の電位は、第1電位(V1G)と第2電位(V2B)と第5電位(V5R)との内で最高の電位(本実施形態では、V2B=VDDB=7.0V)であることが好ましい。
走査線駆動回路52は、画素回路41を行方向に信号保持又は非信号保持とする第2走査信号(XScan)を各第2走査線45に出力し、第2走査線45はこの第2走査信号を画素回路41に伝える。換言すると、第2走査信号は、保持トランジスター33(図9参照)をオン状態とする保持信号と、保持トランジスター33をオフ状態とする非保持信号とを有している。第2走査線45は、走査線駆動回路52からのこれらの第2走査信号を受ける。
後述するように、本実施形態では、保持トランジスター33がP型であるので、信号保持状態における第2走査信号(保持信号)はLow(低電位)であり、非信号保持状態における第2走査信号(非保持信号)はHigh(高電位)である。保持信号の電位は第1電位(V1G)と第2電位(V2B)と第5電位(V5R)との内で最低の電位以下の低電位で且つ第1低電位VSS1(V3)以下の低電位に設定され、第2低電位VSS2(V4)であることが好ましい。又、非保持信号の電位は、第1電位(V1G)と第2電位(V2B)と第5電位(V5R)との内で最高の電位(本実施形態では、V2B=VDDB=7.0V)であることが好ましい。
なお、M本の第1走査線42のうちi行目の第1走査線42に供給される走査信号を特定する際には、i行目の走査信号Scan iと表記する。同様に、M本の第2走査線45のうちi行目の第2走査線45に供給される第2走査信号を特定する際には、i行目の第2走査信号XScan iと表記する。走査線駆動回路52は不図示のシフトレジスター回路を備えており、シフトレジスター回路をシフトする信号が、一段毎にシフト出力信号として出力される。このシフト出力信号を用いて、各第1走査線42に供給される1行目の走査信号Scan 1〜M行目の走査信号Scan Mと、各第2走査線45に供給される1行目の第2走査信号XScan 1〜M行目の第2走査信号XScan Mと、が形成される。
信号線駆動回路53には、信号線43が電気的に接続されている。信号線駆動回路53は、不図示のシフトレジスター回路、或いはデコーダー回路、或いはデマルチプレクサー回路等、を備えている。信号線駆動回路53は、第1走査線42の選択に同期して、N本の信号線43の各々に画像信号(Data)を供給する。画像信号は、第1電位(V1G)と第2電位(V2B)と第5電位(V5R)との内で最高の電位(本実施形態では、V2B=VDDB=7.0V)と第1低電位VSS1(V3)とのいずれかの電位を取るデジタル信号である。なお、N本の信号線43のうちj列目の信号線43に供給される画像信号を特定する際には、j列目の画像信号Data jと表記する。
制御線駆動回路54には、制御線44が電気的に接続されている。制御線駆動回路54は、行毎に分けられた各制御線44に、行固有の制御信号を出力する。制御線44は、この制御信号を対応する行の画素回路41に供給する。制御信号は、活性状態と非活性状態とを有しており、制御線44は、制御線駆動回路54からの制御信号を受けて、適宜活性状態とされ得る。制御信号は、第2低電位VSS2(V4)と、第1電位(V1G)と第2電位(V2B)と第5電位(V5R)との内で最高の電位(本実施形態では、V2B=VDDB=7.0V)と、の間の電位を取る。
後述するように、本実施形態では、制御トランジスター34がP型である(図9参照)ので、活性状態における制御信号(活性信号)はLow(低電位)であり、非活性状態における制御信号(非活性信号)はHigh(高電位)である。活性信号は、第1低電位VSS1(V3)以下の低電位で設定され、第2低電位VSS2(V4)であることが好ましい。又、非活性信号は、第1電位(V1G)と第2電位(V2B)と第5電位(V5R)との内で最高の電位(本実施形態では、V2B=VDDB=7.0V)であることが好ましい。
なお、M本の制御線44のうちi行目の制御線44に供給される制御信号を特定する際には、i行目の制御信号Enb iと表記する。制御線駆動回路54は、制御信号として、行毎に活性信号(又は非活性信号)を供給してもよいし、複数行同時に活性信号(又は非活性信号)を供給してもよい。本実施形態では、制御線駆動回路54は、制御線44を介して、表示領域Eに位置する全ての画素回路41に同時に活性信号(又は非活性信号)を供給する。
制御装置55は、表示用信号供給回路56と、VRAM(Video Random Access Memory)回路57とを含む。VRAM回路57は、フレーム画像等を一時的に記憶する。表示用信号供給回路56は、VRAM回路57に一時的に記憶されたフレーム画像から表示用信号(画像信号やクロック信号等)を作成し、これを駆動回路51に供給する。
本実施形態では、駆動回路51や画素回路41は素子基板11(本実施形態では、単結晶シリコン基板)に形成されている。具体的には、駆動回路51や画素回路41は、単結晶シリコン基板に形成されたトランジスター素子で構成されている。
制御装置55は、素子基板11とは別の単結晶半導体基板等からなる基板(図示しない)に形成される半導体集積回路で構成されている。制御装置55が形成された基板は、フレキシブルプリント基板(Flexible Printed Circuits:FPC)により、素子基板11に設けられた外部接続用端子13に接続されている。このフレキシブルプリント基板を介して、制御装置55から駆動回路51に表示用信号が供給される。
「画素の構成」
次に、図7を参照して、本実施形態に係る画素の構成を説明する。図7は、本実施形態に係る画素の構成を説明する図である。
上述したように、電気光学装置10では、サブ画素58(サブ画素58G,B,R)を含む画素59を表示単位として画像が表示される。本実施形態では、サブ画素58の行方向(X方向)の長さaは12マイクロメーター(μm)であり、サブ画素58の列方向(Y方向)の長さbは4マイクロメーター(μm)である。換言すると、サブ画素58の行方向(X方向)における配置ピッチは12マイクロメーター(μm)であり、サブ画素58の列方向(Y方向)における配置ピッチは4マイクロメーター(μm)である。
各サブ画素58には、発光素子(Light Emitting Device:LED)20を含む画素回路41が設けられている。本実施形態では、基本色p=3であり、サブ画素58G、サブ画素58B、サブ画素58Rのそれぞれに対応して、画素回路41G、画素回路41B、画素回路41Rが設けられている。画素回路41GはG光を射出する発光素子20Gを含み、画素回路41BはB光を射出する発光素子20Bを含み、画素回路41RはR光を射出する発光素子20Rを含む。
本実施形態では、発光素子20G,B,Rの一例として、有機EL(Electro Luminescence)素子が用いられている。発光素子20G、発光素子20B、発光素子20Rの有機EL素子は、サブ画素58G、サブ画素58B、サブ画素58Rのそれぞれに対応して、互いに異なるG、B、Rの各色の光を射出する発光材料で構成されている。
なお、発光素子20が白色光を発光する有機EL素子で構成され、特定波長の光の強度を増幅する光共振構造を有していてもよい。即ち、サブ画素58Gでは発光素子20が発する白色光から緑色の光成分を取り出し、サブ画素58Bでは発光素子20が発する白色光から青色の光成分を取り出し、サブ画素58Rでは発光素子20が発する白色光から赤色の光成分を取り出す構成であってもよい。
また、画素回路41G、画素回路41B、画素回路41Rのそれぞれに白色光を射出する発光素子20を含み、発光素子20から射出された光が透過する不図示のカラーフィルターを備えていてもよい。このような構成の場合、カラーフィルターは表示の基本色p=3に対応する色のカラーフィルターを含み、サブ画素58G、サブ画素58B、サブ画素58Rのそれぞれに対応してG、B、Rの各色のカラーフィルターが配置される。
上述の例の他にも、基本色p=4として、G、B、R以外の色の光を射出する発光素子20を備えた構成としてもよい。また、カラーフィルターにG、B、R以外の色、例えば、白色光用のカラーフィルター(実質的にカラーフィルターがないサブ画素58)を準備してもよいし、黄色やシアン等他の色光用のカラーフィルターを準備してもよい。さらに、発光素子20として、窒化ガリウム(GaN)等の発光ダイオード素子や、半導体レーザー素子などを用いることとしてもよい。
「電気光学装置のデジタル駆動」
次に、図8を参照して、本実施形態に係る電気光学装置10におけるデジタル駆動による画像表示方法を説明する。図8は、本実施形態に係る電気光学装置のデジタル駆動を説明する図である。
電気光学装置10は、デジタル駆動により、表示領域E(図4参照)に所定の画像を表示する。即ち、各サブ画素58に配置された発光素子20(図7参照)は、発光(明表示)又は非発光(暗表示)の2値のいずれかの状態をとり、表示される画像の階調は各発光素子20の発光期間の割合により決まる。これを時分割駆動と称する。
図8に示すように、時分割駆動では、一枚の画像を表示する1フィールド(F)を、複数のサブフィールド(SF)に分割し、サブフィールド(SF)毎に発光素子20の発光と非発光とを制御することで階調表示を表現する。ここでは一例として、8ビットの時分割階調方式により、28=256階調の表示を行う場合を例として説明する。8ビットの時分割階調方式では、1個のフィールドFを8個のサブフィールドSF1〜SF8に分割する。
図8には、1個のフィールドFにおいて、i番目のサブフィールドをSFiで表し、1番目のサブフィールドSF1から8番目のサブフィールドSF8までの8個のサブフィールドが示されている。各サブフィールドSFには、第2期間としての表示期間P2(P2−1〜P2−8)と、必要に応じて第1期間としての非表示期間(信号書き込み期間)P1(P1−1〜P1−8)とが含まれる。
なお、本明細書では、サブフィールドSF1〜SF8を区別せず総称してサブフィールドSFと称し、非表示期間P1−1〜P1−8を区別せず総称して非表示期間P1と称し、表示期間P2−1〜P2−8を区別せず総称して表示期間P2と称する場合がある。
発光素子20は、表示期間P2において発光又は非発光となり、非表示期間(信号書き込み期間)P1において非発光となる。非表示期間P1は、記憶回路60(図9参照)への画像信号の書き込みや表示時間の調整等に使用され、最も短いサブフィールド(例えばSF1)が比較的長い場合などは、非表示期間P1(P1−1)を省くこともできる。
8ビットの時分割階調方式では、各サブフィールドSFの表示期間P2(P2−1〜P2−8)を、(SF1のP2−1):(SF2のP2−2):(SF3のP2−3):(SF4のP2−4):(SF5のP2−5):(SF6のP2−6):(SF7のP2−7):(SF8のP2−8)=1:2:4:8:16:32:64:128と設定する。例えば、フレーム周波数が60Hzのプログレッシブ方式で画像を表示する場合、1フレーム=1フィールド(F)=16.7ミリ秒(msec)である。
本実施形態の場合、後述する様に、各サブフィールドSFでの非表示期間P1(P1−1〜P1−8)は10.8マイクロ秒(μsec)程度である。この場合、(SF1のP2−1)=0.065ミリ秒、(SF2のP2−2)=0.130ミリ秒、(SF3のP2−3)=0.260ミリ秒、(SF4のP2−4)=0.520ミリ秒、(SF5のP2−5)=1.040ミリ秒、(SF6のP2−6)=2.081ミリ秒、(SF7のP2−7)=4.161ミリ秒、(SF8のP2−8)=8.323ミリ秒、と設定される。
ここで、非表示期間P1の時間をx秒(sec)で表し、最も短い表示期間P2(上述の例の場合、1番目のサブフィールドSF1における表示期間P2−1)の時間をy秒(sec)で表し、階調のビット数(=サブフィールドSFの数)をgで表し、フィールド周波数をf(Hz)で表すと、これらの関係は以下の数式1で示される。
Figure 0006872571
本実施形態のデザインルールでは、第2インバーター62が駆動回路51にて使用される典型的なインバーターとなる。この場合、第2インバーター62の入力端子28の充電時間τ2(インバーター1個当たりの遅延時間)は、τ2=1.05×10-11秒(sec)程度であり、この時間が、駆動回路51が備えるインバーター1個当たりの遅延時間に相当する。この結果、駆動回路51が備えるシフトレジスター回路の最高動作周波数の逆数(最短時間)は、インバーター1個当たりの遅延時間を、おおよそ11倍した1×10-10秒程度となり、それ故、当該シフトレジスター回路の最高動作周波数は10GHz程度となる。一般に、回路が安定動作するのは最高動作周波数の半分以下であるが、マージンを考慮すると、駆動回路51が備えるシフトレジスター回路の動作周波数は、2GHz程度以下にすることが好ましい。
本実施例では、後で詳述するように、一つの第1走査線42の選択時間を20ピコ秒(pico sec)程度まで短くすることができる。しかしながら、この程度まで選択時間を短くすると、信号線駆動回路53が動作しないおそれがある。そこで、サブ画素58が行方向(X方向)に配列される横ストライプ方式の配置を採用し、M行×N列をそれぞれ、M=720×3=2160とし、N=1280とする。信号線駆動回路53をq相展開(本実施形態ではq=128で、一組当たり128本並列する)とすると、一つの第1走査線42の選択時間内にN/q=10組を選択することになる。従って、一組当たりの割り当て時間は、一つの第1走査線42の選択時間の1/10となる。
上述したシフトレジスター回路が安定動作する安定動作周波数の2GHzに相当する割り当て時間は、この逆数で0.5ナノ秒(nano sec)なので、これを先の一組に割り当てる。要するに、信号線駆動回路53は2GHzのクロックで動作させる。この場合、一つの第1走査線42の選択時間は5ナノ秒となり、走査線駆動回路52の駆動周波数は200MHz程度である。又、全ての第1走査線42を選択し終える一垂直期間は、5(ナノ秒)×720×3=10.8マイクロ秒であり、これが非表示期間P1となる。
電気光学装置10のデジタル駆動では、1個のフィールドF内の総表示期間P2に対する発光期間の比に基づいて階調表示を実現する。例えば、階調「0」の黒表示では、8個のサブフィールドSF1〜SF8の全ての表示期間P2−1〜P2−8で発光素子20を非発光とする。一方、階調「255」の白表示では、8個のサブフィールドSF1〜SF8の全ての表示期間P2−1〜P2−8で発光素子20を発光とする。
又、256階調のうち、例えば階調「7」の中間輝度の表示を得る場合には、1番目のサブフィールドSF1の表示期間P2−1と、2番目のサブフィールドSF2の表示期間P2−2と、3番目のサブフィールドSF3の表示期間P2−3とで発光素子20を発光させ、その他のサブフィールドSF4〜SF8の表示期間P2−4〜P2−8では発光素子20を非発光とする。このように1個のフィールドFを構成するサブフィールドSF毎に、その表示期間P2に発光素子20を発光させるか非発光とするかを適宜選択することで中間の階調の表示を行うことができる。
ところで、従来のアナログ駆動の電気光学装置(有機EL装置)では、駆動トランジスターのゲート電位に応じて有機EL素子に流れる電流をアナログ制御することにより階調表示が行われていたため、駆動トランジスターの電圧電流特性や閾値電圧のばらつきに起因して、画素間で明るさのばらつきや階調のずれが生じて表示品位が低下していた。これに対して、特許文献1に記載のように駆動トランジスターの電圧電流特性や閾値電圧のばらつきを補償する補償回路を設けると、補償回路にも電流が流れるため消費電力の増大を招いていた。
また、従来の有機EL装置では、表示を多階調化するためには、アナログ信号である画像信号を記憶する容量素子の電気容量を大きくする必要があるので、高解像度化(画素の微細化)との両立が困難であるとともに、大きな容量素子の充放電に伴い消費電力も増大していた。換言すると、従来の有機EL装置では、高解像度で多階調の高品位な画像を低消費電力で表示できる電気光学装置を実現することが困難であるという課題があった。
本実施形態に係る電気光学装置10では、オン/オフの2値で動作するデジタル駆動であるため、発光素子20は発光又は非発光の2値のいずれかの状態を取る。そのため、アナログ駆動の場合と比べて、トランジスターの電圧電流特性や閾値電圧のばらつきの影響を受け難くなるので、画素59(サブ画素58)で明るさのばらつきや階調のずれが少なく高品位な表示画像が得られる。さらに、デジタル駆動では、アナログ駆動の場合に求められる大きな容量の容量素子を保有する必要がないので、画素59(サブ画素58)の微細化が可能となり、高解像度化を容易に進めることができるとともに、大きな容量素子の充放電に伴う電力消費を低減できる。
又、電気光学装置10のデジタル駆動では、1個のフィールドFを構成するサブフィールドSFの数gを増やすことにより、容易に階調数を上げることができる。この場合、上述のように非表示期間P1を有すると、単純に最も短い表示期間P2を短くすることで階調数を上げることができる。例えば、フレーム周波数f=60Hzのプログレッシブ方式でg=10として1024階調の表示を行う場合、非表示期間P1の時間x=10.8マイクロ秒の場合、数式1により、最も短い表示期間(SF1のP2−1)の時間y=0.016ミリ秒とするだけでよい。
後で詳述するが、電気光学装置10のデジタル駆動では、第1期間としての非表示期間P1を記憶回路60に画像信号を書き込む信号書き込み期間(又は画像信号を書き換える信号書き換え期間)とすることができる。そのため、信号書き込み期間を変えることなく(即ち、駆動回路51のクロック周波数を変えることなく)、8ビットの階調表示から10ビットの階調表示に簡単に変えることができる。
さらに、電気光学装置10のデジタル駆動では、サブフィールドSF間、又は、フィールドF間、で、表示を変えるサブ画素58の記憶回路60(図9参照)の画像信号が書き換えられる。一方、表示を変えないサブ画素58の記憶回路60の画像信号は書き換えられない(保持される)ので、低消費電力が実現する。即ち、本構成とすると、エネルギー消費を低減することや、画素59(サブ画素58)間での明るさのばらつきや階調のずれを低減することや、多階調化や、高解像度な画像を表示すること等が可能な電気光学装置10を実現することができる。
(実施例1)
「画素回路の構成」
次に、図9を参照して、実施例1に係る画素回路の構成を説明する。図9は、実施例1に係る画素回路の構成を説明する図である。
図9に示すように、第1走査線42と信号線43との交差に対応して配置されたサブ画素58毎に、画素回路41が設けられている。第1走査線42に沿って第2走査線45と制御線44とが配置されている。各画素回路41に対して、第1走査線42と第2走査線45と信号線43と制御線44とが対応する。
図9において、画素回路41Gと画素回路41Bと画素回路41Rとの間で互いに異なる構成要素には、G,B,Rを付して示している。画素回路41Gと画素回路41Bと画素回路41Rとの間で共通する構成要素には、G,B,Rを付していない。以下では、画素回路41G,B,Rで異なる事項についてはG,B,Rを付して説明し、画素回路41G,B,Rで共通する事項についてはG,B,Rを省略して説明する。
実施例1では、各画素回路41Gに対して、第1配線としての高電位線47Gから第1電位(V1G=VDDG)が供給され、第3配線としての低電位線46から第3電位(V3=VSS1)が供給され、第4配線としての低電位線48から第4電位(V4=VSS2)が供給される。各画素回路41Bには、第2配線としての高電位線47Bから第2電位(V2B=VDDB)が供給され、第3配線としての低電位線46から第3電位(V3=VSS1)が供給され、第4配線としての低電位線48から第4電位(V4=VSS2)が供給される。各画素回路41Rには、第5配線としての高電位線47Rから第5電位(V5R=VDDR)が供給され、第3配線としての低電位線46から第3電位(V3=VSS1)が供給され、第4配線としての低電位線48から第4電位(V4=VSS2)が供給される。
実施例1に係る画素回路41は、P型の駆動トランジスター31と、発光素子20と、P型の制御トランジスター34と、記憶回路60と、P型の選択トランジスター32とを含む。画素回路41が記憶回路60を含むので、電気光学装置10はデジタル駆動が可能となる。この結果、アナログ駆動の場合と比べて、サブ画素58間での発光素子20の発光輝度のばらつきを抑えることが可能となり、画素59間での表示のばらつきを低減できる。
第1画素回路としての画素回路41Gは、発光素子20Gに直列に電気的に接続された
第1トランジスターとしての駆動トランジスター31を含む。第2画素回路としての画素
回路41Bは、発光素子20Bに直列に電気的に接続された第2トランジスターとしての
駆動トランジスター31を含む。第3画素回路としての画素回路41Rは、発光素子20
Rに直列に電気的に接続された第3トランジスターとしての駆動トランジスター31を含
む。画素回路41Gに含まれる駆動トランジスター31と、画素回路41Bに含まれる駆
動トランジスター31と、画素回路41Rに含まれる駆動トランジスター31と、は同一
導電型の素子である。駆動トランジスター31と制御トランジスター34と発光素子20
とは、第1画素回路では第1配線(高電位線47)と第4配線(低電位線48)との間に
直列に配置され、第2画素回路では第2配線(高電位線47)と第4配線(低電位線48
)との間に直列に配置され、第3画素回路では第5配線(高電位線47)と第4配線(低
電位線48との間に直列に配置されている。

第1画素回路としての画素回路41Gは、第1記憶回路としての記憶回路60を含む。第2画素回路としての画素回路41Bは、第2記憶回路としての記憶回路60を含む。第3画素回路としての画素回路41Rは、第3記憶回路としての記憶回路60を含む。画素回路41Gに含まれる記憶回路60と、画素回路41Bに含まれる記憶回路60と、画素回路41Rに含まれる記憶回路60と、は同一の構成である。記憶回路60は、第1画素回路では第1配線(高電位線47G)と第3配線(低電位線46)との間に配置され、第2画素回路では第2配線(高電位線47B)と第3配線(低電位線46)との間に配置され、第3画素回路では第5配線(高電位線47R)と第3配線(低電位線46)との間に配置されている。選択トランジスター32は、記憶回路60と信号線43との間に配置されている。
記憶回路60は、第1インバーター61と、第2インバーター62と、P型の保持トランジスター33とを含む。記憶回路60は、これら2つのインバーター61,62を環状に接続して構成され、所謂、スタティックメモリーを成して画像信号であるデジタル信号を記憶する。
第1インバーター61の出力端子26と、第2インバーター62の入力端子28とが電気的に接続されている。保持トランジスター33は、第2インバーター62の出力端子27と、第1インバーター61の入力端子25との間に配置されている。即ち、保持トランジスター33のソースドレインの一方が第1インバーター61の入力端子25に電気的に接続され、他方が第2インバーター62の出力端子27に電気的に接続されている。
なお、本明細書で端子(出力又は入力)Aと端子(出力又は入力)Bとが電気的に接続されている状態とは、端子Aの論理と端子Bの論理とが同じになり得る状態を言い、例えば、端子Aと端子Bとの間にトランジスターや抵抗素子、ダイオードなどが配置されていても、電気的に接続されている状態と言える。また、「トランジスターや素子がAとBとの間に配置されている」と表記する場合の「配置」は、レイアウト上の配置ではなく、回路図上の配置である。
記憶回路60が記憶するデジタル信号は、High又はLowの2値である。本実施形態では、第1インバーター61の出力端子26の電位がLowの場合(第2インバーター62の出力端子27の電位がHighの場合)に発光素子20は発光し得る状態となり、第1インバーター61の出力端子26の電位がHighの場合(第2インバーター62の出力端子27の電位がLowの場合)に発光素子20は非発光となる。
実施例1では、記憶回路60を構成する2つのインバーター61,62が高電位線47G,B,Rと第3配線(低電位線46)との間に配置され、2つのインバーター61,62に高電位としてのVDDG,B,R(V1G,V2B,V5R)と第3電位としてのVSS1(V3)とが供給される。したがって、Highの電位は画素回路41G,B,R毎に異なるVDDG,B,R(V1G,V2B,V5R)となり、Lowは画素回路41G,B,Rで共通のVSS1(V3)となるる。
例えば、記憶回路60にデジタル信号が記憶されて、第1インバーター61の出力端子26の電位がLowになると、第2インバーター62の入力端子28にLowが入力されて第2インバーター62の出力端子27の電位がHighとなる。そして、保持トランジスター33がオン状態のとき、第2インバーター62の出力端子27の電位がHighであると、第2インバーター62の出力端子27から第1インバーター61の入力端子25にHighが入力されて第1インバーター61の出力端子26の電位がLowとなる。このようにして、保持トランジスター33がオン状態のとき、記憶回路60に記憶されたデジタル信号は、次に書き換えが行われるまで安定した状態で保持される。
第1インバーター61は、P型のトランジスター35とN型のトランジスター37と、を含み、CMOS構成である。トランジスター35とトランジスター37とは、高電位線47と第3配線(低電位線46)との間に直列に配置されている。N型のトランジスター37のソースは、第3配線(低電位線46)に電気的に接続されている。P型のトランジスター35のソースは、高電位線47に電気的に接続されている。
第2インバーター62は、P型のトランジスター36と、N型のトランジスター38とを含み、CMOS構成である。トランジスター36とトランジスター38とは、高電位線47と第3配線(低電位線46)との間に直列に配置されている。P型のトランジスター36のソースは、高電位線47に電気的に接続されている。N型のトランジスター38のソースは、第3配線(低電位線46)に電気的に接続されている。
なお、N型トランジスターでは、ソース電位とドレイン電位とを比較して電位の低い方がソースである。又、P型トランジスターでは、ソース電位とドレイン電位とを比較して電位の高い方がソースである。
第1インバーター61の入力端子25は、トランジスター35及びトランジスター37のゲートであり、保持トランジスター33のソースドレインの一方に電気的に接続されている。第1インバーター61の出力端子26は、トランジスター35及びトランジスター37のドレインであり、第2インバーター62の入力端子28に電気的に接続されている。
第2インバーター62の出力端子27は、トランジスター36及びトランジスター38のドレインであり、保持トランジスター33のソースドレインの他方に電気的に接続されている。第2インバーター62の入力端子28はトランジスター36及びトランジスター38のゲートであり、第1インバーター61の出力端子26に電気的に接続されている。
なお、実施例1では、第1インバーター61と第2インバーター62とが共にCMOS構成であることとしたが、これらのインバーター61,62がトランジスターと抵抗素子とから構成されていてもよい。例えば、第1インバーター61においてトランジスター35及びトランジスター37の一方を抵抗素子で置き換えてもよいし、第2インバーター62においてトランジスター36及びトランジスター38の一方を抵抗素子で置き換えてもよい。
発光素子20は、本実施形態では有機EL素子であり、陽極(画素電極)21と発光部(発光機能層)22と陰極(対向電極)23とを含む。陽極21G,B,Rは、画素回路41G,B,R(サブ画素58G,B,R)毎にパターニングされている。陽極21G,B,Rは同じ構成であってもよいし、画素回路41G,B,R毎に電極の平面形状や膜厚が異なる構成であってもよい。
発光部22は、陽極21側から注入された正孔と陰極23側から注入された電子とにより励起子が形成され、励起子が消滅する際(正孔と電子とが再結合する際)にエネルギーの一部が蛍光や燐光となって放出されることにより発光が得られるように構成されている。実施例1では、発光部22G,B,Rは、画素回路41G,B,R毎に異なる発光材料を用いて形成されている。具体的には、発光部22Gは緑色光を発する発光材料で形成され、発光部22Bは青色光を発する発光材料で形成され、発光部22Rは赤色光を発する発光材料で形成されている。
陰極23は、画素回路41G,B,Rの発光素子20G,B,Rの共通電極として、表示領域Eにマトリックス状に配列されたサブ画素58G,B,Rに亘って発光部22G,B,Rを覆うように膜状に形成されている。陰極23は、表示領域Eから外側の非表示領域Dまで形成されており、陰極23の外縁部は非表示領域Dに配置された低電位線48に電気的に接続されている。
実施例1に係る画素回路41では、発光素子20は、制御トランジスター34と低電位線48との間に配置されている。換言すると、発光素子20は、制御トランジスター34と駆動トランジスター31とを介して、高電位線47に電気的に接続されている。発光素子20の陽極21は制御トランジスター34のドレインに電気的に接続され、発光素子20の陰極23は低電位線48に電気的に接続されている。
駆動トランジスター31は、発光素子20に対する駆動トランジスターである。即ち、駆動トランジスター31がオン状態となった際に、発光素子20は発光し得る。駆動トランジスター31のゲートは、記憶回路60の第2インバーター62の出力端子27に電気的に接続されている。駆動トランジスター31のソースは、高電位線47に電気的に接続されている。即ち、P型の駆動トランジスター31は、発光素子20に対して高電位側に配置されている。
制御トランジスター34は、発光素子20の発光を制御する制御トランジスターである。制御トランジスター34がオン状態となった際に、発光素子20は発光し得る。後述するが、本実施形態では、制御線44に制御信号として活性信号が供給されて制御トランジスター34がオン状態となり、第2インバーター62の出力端子27が発光に相当する電位となって駆動トランジスター31がオン状態になると、発光素子20は発光する。
制御トランジスター34のゲートは、制御線44に電気的に接続されている。制御トランジスター34のソースは、駆動トランジスター31のドレインに電気的に接続されている。制御トランジスター34のドレインは、発光素子20(陽極21)に電気的に接続されている。即ち、P型の制御トランジスター34は、発光素子20に対して高電位側に配置されている。
ここで、P型トランジスターは発光素子20よりも高電位側に配置される。発光素子20に対してP型の駆動トランジスター31とP型の制御トランジスター34とをこのように配置することで、両トランジスター31,34をほぼ線形に動作させる(以下では、単に線形動作させるという)ことが可能となる。したがって、駆動トランジスター31や制御トランジスター34の閾値電圧のばらつきが表示特性(発光素子20の発光輝度)に影響しないようにすることができる。
そして、駆動トランジスター31のソースが高電位線47に電気的に接続され、制御トランジスター34のソースが駆動トランジスター31のドレインに電気的に接続されているので、駆動トランジスター31のソース電位が高電位VDDに固定され、駆動トランジスター31を線形動作させることで制御トランジスター34のソース電位も高電位VDDに極めて近い値に実質的に固定される。これにより、駆動トランジスター31や制御トランジスター34のソースドレイン電圧が小さくとも、オン状態における駆動トランジスター31や制御トランジスター34の電気伝導度を大きくすることができる。この結果、高電位VDDと第2低電位VSS2(V4)との電位差の大半が発光素子20にかかることになるので、駆動トランジスター31や制御トランジスター34の閾値電圧のばらつきの影響を受け難くなり、画素59(サブ画素58)間での発光素子20の発光輝度の均一性を向上することができる。
選択トランジスター32は、記憶回路60と信号線43との間に配置されている。P型の選択トランジスター32のソースドレインの一方は信号線43に電気的に接続され、他方は第1インバーター61の入力端子25、即ちトランジスター35及びトランジスター37のゲートに電気的に接続されている。選択トランジスター32のゲートは、第1走査線42に電気的に接続されている。
選択トランジスター32は、画素回路41に対する選択トランジスターである。選択トランジスター32は、第1走査線42に供給される走査信号(選択信号又は非選択信号)に応じて、オン状態とオフ状態とを切り換える。選択トランジスター32がオン状態となると、信号線43と記憶回路60の第1インバーター61の入力端子25とが導通状態となり、信号線43から供給される画像信号が記憶回路60に書き込まれる。
保持トランジスター33は、第1インバーター61の入力端子25と、第2インバーター62の出力端子27との間に配置されている。P型の保持トランジスター33のソースドレインの一方は第1インバーター61の入力端子25(トランジスター35及びトランジスター37のゲート)に電気的に接続され、他方は第2インバーター62の出力端子27(トランジスター36及びトランジスター38のドレイン)に電気的に接続されている。保持トランジスター33のゲートは、第2走査線45に電気的に接続されている。
保持トランジスター33は、第2走査線45に供給される第2走査信号(保持信号又は非保持信号)に応じて、オン状態とオフ状態とを切り換える。保持トランジスター33がオン状態になると、第2インバーター62の出力端子27と第1インバーター61の入力端子25とが導通状態となり、記憶回路60に書き込まれた画像信号が第1インバーター61と第2インバーター62との間で保持される。
選択トランジスター32と保持トランジスター33とは、同一導電型(P型)である。選択トランジスター32と保持トランジスター33とは、第1走査線42に供給される走査信号と第2走査線45に供給される第2走査信号とに応じて、互いにほぼ相補的な動作をする。互いに相補的とは、選択トランジスター32がオン状態であるときに保持トランジスター33はオフ状態であり、選択トランジスター32がオフ状態であるときに保持トランジスター33はオン状態である。互いにほぼ相補的とは、保持トランジスター33は、選択トランジスター32がオフ状態からオン状態に変わる際に既にオフ状態となっているか、または、選択トランジスター32がオフ状態からオン状態に変わる際にオン状態からオフ状態に変わるか、を意味する。換言すると、選択トランジスター32がオン状態となる際に、保持トランジスター33はオン状態にはない。
実施例1に係る画素回路41において、選択トランジスター32と保持トランジスター33と制御トランジスター34とを制御して、記憶回路60に対する画像信号の書き込み(又は書き換え)と発光素子20の発光及び非発光とを行う方法を以下に説明する。
実施例1では、各画素回路41に対して、第1走査線42と第2走査線45と制御線44とが互いに独立しているので、選択トランジスター32と保持トランジスター33と制御トランジスター34とは互いに独立した状態で動作する。そして、選択トランジスター32と保持トランジスター33とが、互いにほぼ相補的な動作をする。その結果、選択トランジスター32がオン状態となる際に、保持トランジスター33はオン状態にはないこととすることができる。また、選択トランジスター32がオン状態となる際に、必ず制御トランジスター34をオフ状態としていることができる。
記憶回路60に画像信号を書き込む(又は書き換える)際は、非活性信号により制御トランジスター34をオフ状態とする。選択信号により選択トランジスター32がオン状態になると、記憶回路60(第1インバーター61及び第2インバーター62)に画像信号が供給される。画像信号は、信号線43から第1インバーター61へ、そして第1インバーター61から第2インバーター62へと書き込まれる。
第2走査信号の非保持信号により保持トランジスター33は、選択トランジスター32がオフ状態からオン状態に変わる際に既にオフ状態となっているか、または、選択トランジスター32がオフ状態からオン状態に変わる際にオン状態からオフ状態に変わる。従って、選択トランジスター32がオン状態となる際には、保持トランジスター33はオン状態にないため、第2インバーター62の出力端子27と第1インバーター61の入力端子25との間の電気的な接続は遮断されている。
ここで、仮に保持トランジスター33が存在せず、第2インバーター62の出力端子27と第1インバーター61の入力端子25とが常に電気的に接続されている場合を想定する。第1インバーター61の入力端子25をLow(VSS1)からHigh(VDD)に書き換える際には、Highの信号が供給される前は、第1インバーター61の入力端子25の電位がLow、即ち第2インバーター62の入力端子28の電位がHighで、トランジスター38はオン状態となっている。そのため、選択トランジスター32がオン状態となり、信号線43からHigh(VDD)の信号が供給されると、信号線43(VDD)から選択トランジスター32とトランジスター38とを経て低電位線46(VSS1)に至る経路が導通状態になるので、入力端子25の電位のLowからHighへの書き換えに時間がかかったり、書き換えができなかったりする不具合が生じることとなる。
また、仮に保持トランジスター33が存在しない場合、第1インバーター61の入力端子25をHighからLowに書き換える際には、Lowの信号が供給される前は第2インバーター62の入力端子28の電位がLowでトランジスター36がオン状態となっている。そのため、選択トランジスター32がオン状態となり、信号線43からLowの信号が供給されると、高電位線47からトランジスター36と選択トランジスター32とを経て信号線43のLowに至る経路が導通状態になるので、入力端子25の電位のHighからLowへの書き換えに時間がかかったり、書き換えができなかったりする不具合が生じることとなる。
実施例1では、選択トランジスター32をオン状態として記憶回路60に画像信号を書き込む(又は書き換える)際には、第1インバーター61の入力端子25と第2インバーター62の出力端子27との間に配置された保持トランジスター33はオフ状態であり、入力端子25と出力端子27との電気的な接続が遮断されるので、上記のような不具合を抑止できる。
また、選択トランジスター32がオン状態であるときには、制御トランジスター34はオフ状態であるため、記憶回路60に画像信号を書き込んでいる間は、発光素子20は発光しない。要するに、高電位線47から発光素子20と駆動トランジスター31とを介して低電位線46に至る経路が制御トランジスター34によって遮断されている。これにより、記憶回路60への画像信号の書き込み(又は書き換え)を行う際には発光素子20は発光を停止しているので、この期間における発光素子20の発光の影響を回避でき、SF1の表示期間P2−1を極短期間としても正確な階調を表現することができる。
なお、記憶回路60に画像信号を書き込む(又は書き換える)際は、信号線43から第1インバーター61へ画像信号を書き込み、その画像信号の反転信号(相補信号)を第1インバーター61から第2インバーター62へ書き込む。そのため、信号線43から第1インバーター61へ画像信号を書き込むのと並行して、信号線43に供給される信号の相補的な画像信号(相補信号)を相補信号線から第2インバーター62へ書き込む場合と比べて、相補信号を供給する相補信号線や選択トランジスター32に対する相補トランジスターを必要としない。そのため、相補信号線や相補トランジスターを有する構成と比べて、画素59を微細化して高解像度化することが容易となり、かつ、配線数を増やす必要がないので製造歩留まりを向上できる。更に、後に詳述する様に、本実施形態の構成では、信号線43から第1インバーター61へ画像信号を書き込むのと並行して、信号線43に供給される信号の相補的な画像信号(相補信号)を相補信号線から第2インバーター62へ書き込む場合と比べて、画像信号を書き込む際に信号線43から電源線(高電位線47や低電位線46)への電流経路が存在しないので、低消費電力で高速に画像信号を書き換えることができる。
非選択信号により選択トランジスター32がオン状態からオフ状態になると、記憶回路60への画像信号を書き込み(又は書き換え)が停止する。第2走査信号により保持トランジスター33は、選択トランジスター32がオン状態からオフ状態に変わる際に既にオン状態となっているか、または、選択トランジスター32がオン状態からオフ状態に変わる際にオフ状態からオン状態に変わる。
これにより、第2インバーター62の出力端子27と第1インバーター61の入力端子25とが電気的に接続されて、記憶回路60に書き込まれた画像信号が、第1インバーター61と第2インバーター62との間で保持される。制御トランジスター34は、活性信号が供給されるまではオフ状態のままであり、発光素子20は発光しない。第2走査線45には次のサブフィールドの非保持信号が入るまでは保持信号が供給されるので、記憶回路60に記憶された画像信号を、誤って書き換えられてしまうことなく安定した状態で保持できる。
然る後に、発光素子20を発光させる際は、選択トランジスター32をオフ状態(保持トランジスター33をオン状態)としたまま、活性信号により制御トランジスター34をオン状態にする。この際に、記憶回路60に記憶された画像信号により、駆動トランジスター31がオン状態であると、高電位線47から駆動トランジスター31と制御トランジスター34と発光素子20とを介して低電位線48に至る経路に電流が流れて発光素子20が発光する。
制御トランジスター34がオン状態であるときには、選択トランジスター32がオフ状態であり保持トランジスター33がオン状態であるため、発光素子20を発光させている間も、記憶回路60に記憶された画像信号が保持され書き換えられることはない。これにより、誤表示の無い高品位な画像表示を実現することができる。
「各電位の関係」
上述したように、本実施形態では、高電位VDDG,B,R(V1G、V2B、V5R)と第1低電位VSS1(V3)とで低電圧系電源が構成され、高電位VDDG,B,R(V1G、V2B、V5R)と第2低電位VSS2(V4)とで高電圧系電源が構成される。画素回路41G,B,Rに対して、異なる高電位VDDG,B,R(V1G、V2B、V5R)が供給され、第1低電位VSS1(V3)と第2低電位VSS2(V4)とが共通して供給される。このような構成とすることで、高速で動作し明るく高品位な表示が得られる電気光学装置10を実現している。
以下に、図10を参照してこの点を説明する。図10は、実施例1に係る画素回路の電位を説明する図である。図10において、縦軸には実施例1における電位の一例を示し、横軸方向には画素回路41G,41B,41Rのそれぞれの記憶回路60に印加される低電圧系電源の電圧と発光素子20に印加される高電圧系電源の電圧とを示している。
以下の説明では、第1低電位をV3と表記し、第2低電位をV4と表記し、高電位をV1G、V2B、V5Rと表記する。
図10に示すように、画素回路41Gの場合、低電圧系電源の電圧である第1低電位(一例として、V3=2.0V)に対する高電位(一例として、V1G=5.0V)の電位差(V1G−V3=3.0V)は、高電圧系電源の電圧である第2低電位(一例として、V4=0V)に対する高電位(一例として、V1G=5.0V)の電位差(V1G−V4=5.0V)よりも小さい。画素回路41Gにおいては、発光素子20Gに対してV1G−V4=5.0Vの電圧が印加され、記憶回路60に対してV1G−V3==3.0Vの電圧が印加される。
画素回路41Bの場合、低電圧系電源の電圧である第1低電位(一例として、V3=2.0V)に対する高電位(一例として、V2B=7.0V)の電位差(V2B−V3=5.0V)は、高電圧系電源の電圧である第2低電位(一例として、V4=0V)に対する高電位(一例として、V2B=7.0V)の電位差(V2B−V4=7.0V)よりも小さい。画素回路41Bにおいては、発光素子20Bに対してV2B−V4=7.0Vの電圧が印加され、記憶回路60に対してV2B−V3==5.0Vの電圧が印加される。
また、画素回路41Rの場合、低電圧系電源の電圧である第1低電位(一例として、V3=2.0V)に対する高電位(一例として、V5R=6.0V)の電位差(V5R−V3=4.0V)は、高電圧系電源の電圧である第2低電位(一例として、V4=0V)に対する高電位(一例として、V5R=6.0V)の電位差(V5R−V4=6.0V)よりも小さい。画素回路41Rにおいては、発光素子20Rに対してV5R−V4=6.0Vの電圧が印加され、記憶回路60に対してV5R−V3==4.0Vの電圧が印加される。
各電位を上記のように設定すると、第1低電位V3と高電位V1G、V2B、V5Rとが供給される低電圧系電源で駆動回路51や記憶回路60を動作させることとなるので、駆動回路51や記憶回路60を構成するトランジスターを微細化して高速動作させることができる。一方、第2低電位V4と高電位V1G、V2B、V5Rとが供給される高電圧系電源で発光素子20を発光させるので、発光素子20の発光輝度を高めることができる。即ち、本実施形態の構成とすることで、各回路が高速で動作するとともに、発光素子20が高い輝度で発光して明るい表示が得られる電気光学装置10を実現することができる。
一般に、有機EL素子のような発光素子では、発光素子を発光させるために比較的高い電圧(例えば、5V以上)が必要となる。しかしながら、半導体装置では、電源電圧を上げると、誤動作防止の為にトランジスターのサイズ(ゲート長Lやゲート幅W)を大きくせざるを得ないので、回路の動作は遅くなる。一方、回路を高速で動作させるために電源電圧を下げると、発光素子の発光輝度の低下を招く。要するに、従来のように発光素子を発光させる電源電圧と回路を動作させる電源電圧とが同じ構成では、発光素子の高い輝度での発光と回路の高速動作とを両立することが困難であった。
これに対して、本実施形態では、電気光学装置10の電源として低電圧系電源と高電圧系電源とを有しており、駆動回路51や記憶回路60を動作させる電源を低電圧系電源とする。これにより、駆動回路51や記憶回路60を構成する各トランジスターのサイズをL=0.5マイクロメーター(μm)程度とし、駆動トランジスター31や制御トランジスター34のL=0.75マイクロメーター(μm)程度よりも小さくして、これらの回路をV2−V3=3.0〜5.0Vの低電圧で駆動するので、駆動回路51や記憶回路60を高速で動作させることができる。
そして、高電圧系電源により発光素子20を5.0〜7.0Vの高電圧で発光させるので、発光素子20を高い輝度で発光させることができる。さらに、後述するように、発光素子20と直列に配置される駆動トランジスター31や制御トランジスター34を線形動作させることで、発光素子20に対して5.0〜7.0Vの高電圧の殆どを印加することができるので、発光素子20が発光する際の輝度をより高めることができる。
上述したように、本実施形態では、発光素子20G、発光素子20B、発光素子20Rを発光させる高電圧系電源の電圧は、それぞれ異なる。これは、以下の理由による。本実施形態では、発光部22G、発光部22B、発光部22Rが互いに異なる色に対応する発光材料で形成されている。この異なる色に対応する発光材料間で電圧に対する発光輝度の特性(以下では、電圧−発光輝度特性ともいう)が異なる為、サブ画素58G、サブ画素58B、サブ画素58Rを含む画素59の表示単位で表示色の調整が困難になる場合がある。電圧−発光輝度特性が異なるとは、発光材料の電圧に対する電流密度の特性、及び、電流密度に対する発光輝度特性が異なるということを意味する。
ここでは、発光部22Rの電圧−発光輝度特性は発光部22Gの電圧−発光輝度特性よりも低く、発光部22Bの電圧−発光輝度特性は発光部22Rの電圧−発光輝度特性よりも低い場合を想定する。換言すると、発光部22G、発光部22B、発光部22Rで同じ発光輝度を得たい場合には、発光素子20Rに印加する電圧を発光素子20Gに印加する電圧よりも大きくし、発光素子20Bに印加する電圧を発光素子20Rに印加する電圧よりも大きくする必要がある。
そこで、本実施形態では、発光素子20G、発光素子20B、発光素子20Rに供給する高電位V1G、V2B、V5Rを異ならせている。具体的には、発光素子20Rに印加する電圧をV5R−V4=6.0Vとして、発光素子20Gに印加する電圧V1G−V4=5.0Vよりも大きく設定し、発光素子20Bに印加する電圧をV2B−V4=7.0Vとして発光素子20Rに印加する電圧よりも大きく設定している。これにより、発光部22G,B,Rの発光材料によって電圧−発光輝度特性が異なる場合でも、発光素子20G,B,Rに印加する電圧をそれぞれの電圧−発光輝度特性に応じて異ならせることにより、色毎に発光輝度を調整することができる。この結果、画素59の表示単位における表示色を適正化することができる。
また、電圧−発光輝度特性が同じ場合であっても、人の目の視感度によって色バランスが異なって見えてしまう場合もある。さらに、発光部22G,B,Rの発光材料によって経時的に発光輝度が低下する度合いが異なる場合、初期的に画素59の表示単位で表示色が適正に調整されていても、発光材料の経時的な発光輝度の低下により、初期に調整した色バランスが時間と共に変化してしまう場合がある。このように、発光輝度の低下により色バランスが変化してしまった場合でも、発光素子20G,B,Rに印加する電圧を調整することで、色バランスを適正化することや経時的な輝度低下を補償することが可能となる。これは、G,B,Rの階調数を変化させなくても、表示する画像の輝度調整が可能であるということにもなる。
なお、本実施形態では、発光素子20G,B,Rにおいて、陰極23が共通電極として形成されるため、陰極23に供給される第2低電位VSS2(V4)は、画素回路41G,B,Rに対して共通となる。そこで、発光素子20G,B,Rの陽極21G,B,Rに供給される高電位VDDG,B,R(V1G,V2B,V5R)を画素回路41G,B,R毎に異ならせることで、発光素子20G,B,Rに印加する電圧を異ならせている。
この結果、発光状態の際に発光素子20G,B,Rを流れる電流の大きさも異なる。具体的には、高電位線47Gから発光素子20Gを経て低電位線48に流れる電流よりも、高電位線47Rから発光素子20Rを経て低電位線48に流れる電流の方が大きく、高電位線47Bから発光素子20Bを経て低電位線48に流れる電流の方がさらに大きい。共通の低電位線48に対して高電位線47G,B,Rを流れる電流の大きさが異なるので、高電位線47G,B,Rの幅はそれぞれ異なっていてもよい。即ち、第1配線としての高電位線47Gの太さと第2配線としての高電位線47Bの太さとは異なっていてもよい。一般に、流れる電流が大きいほど配線の幅が太いことが好ましい。したがって、高電位線47Gよりも高電位線47Rの方が太いことが好ましく、高電位線47Rよりも高電位線47Bの方が太いことが好ましい。
図6に示すように、本実施例では、高電位線47Gの支線47Gbの幅W1bよりも高電位線47Rの支線47Rbの幅W5bの方が太く、高電位線47Rの支線47Rbの幅W5bよりも高電位線47Bの支線47Bbの幅W2bの方が太い。例えば、高電位線47Gの支線47Gbの幅W1bは0.8μm程度であり、高電位線47Rの支線47Rbの幅W5bは1.0μm程度であり、高電位線47Bの支線47Bbの幅W2bは1.2μm程度である。また、高電位線47Gの本線47Gaの幅W1aは200μm程度であり、高電位線47Rの本線47Raの幅W5aは300μm程度であり、高電位線47Bの本線47Baの幅W2aは250μm程度である。
一方、低電位線48には、高電位線47Gから発光素子20Gを経た電流と、高電位線47Bから発光素子20Bを経た電流と、高電位線47Rから発光素子20Rを経た電流とが流れるため、高電位線47G,B,Rの太さと低電位線48の太さとは異なっていてもよい。具体的には、低電位線48の支線48bの幅W4bは、高電位線47G,B,Rの支線47Gb,47Bb,47Rbのそれぞれの幅W1b,W2b,W5bよりも太いことが好ましく、低電位線48の本線48aの幅W4aは、高電位線47G,B,Rの本線47Ga,47Ba,47Raのそれぞれの幅W1a,W2a,W5aよりも太いことが好ましい。即ち、第1配線としての高電位線47Gの一部(本線47Ga)と第2配線としての高電位線47Bの一部(本線47Ba)とは、第4配線としての低電位線48の本線48aよりも細いことが好ましい。低電位線48の支線48bの幅W4bは、例えば1.0μm程度であり、低電位線48の本線48aの幅W4aは、例えば750μm程度である。
なお、本実施例では、低電位線46の支線46bの幅W3bは、低電位線48の支線48bの幅W4bと同じ(例えば1.0μm程度)である。低電位線46の本線46aの幅W3aは、高電位線47G,B,Rの本線47Ga,47Ba,47Raのそれぞれの幅W1a,W2a,W5aよりも太いことが好ましいが、低電位線48の本線48aの幅W4aよりも細くてもよい。本実施例では、低電位線46の本線46aの幅W3aは、例えば500μm程度である。
続いて、本実施形態では、記憶回路60を動作させる低電圧系電源の電圧も、画素回路41G,B,Rで異なっている。具体的には、画素回路41Gにおいて記憶回路60に印加される電圧はV1G−V3=5.0−2.0=3.0Vであり、画素回路41Bにおいて記憶回路60に印加される電圧はV2B−V3=7.0−2.0=5.0Vであり、画素回路41Rにおいて記憶回路60に印加される電圧はV5R−V3=6.0−2.0=4.0Vである。
上述したように、各画素回路41G,B,Rにおいて、制御トランジスター34がオン状態であるとき、第2インバーター62の出力端子27から駆動トランジスター31のゲートに出力される画像信号がLowになると、駆動トランジスター31がオン状態となって発光素子20G,B,Rが発光する。第2インバーター62の出力端子27から駆動トランジスター31のゲートに出力される画像信号がHighになると、駆動トランジスター31がオフ状態となって発光素子20G,B,Rが非発光となる。
画像信号により発光素子20G,B,Rを発光とするべきときに確実に発光とし、発光素子20G,B,Rを非発光とするべきときに確実に非発光とするためには、各画素回路41G,B,Rにおいて、駆動トランジスター31のゲートに出力されるLowの画像信号の電位が第2インバーター62の論理反転電圧よりも低く、Highの画像信号の電位が第2インバーター62の論理反転電圧よりも高く設定される必要がある。第2インバーター62の論理反転電圧は、第2インバーター62に供給される高電位(V1G,B,R)と低電位(V3)との中心電位とすることができる。
画素回路41Gにおいては、論理反転電位が(V1G+V3)/2=(5.0V+2.0V)/2=3.5Vであるのに対して、画像信号のHighはV1G=5.0Vと十分に高く、画像信号のLowはV3=2.0Vと十分に低い。画素回路41Bにおいては、論理反転電位が(V2B+V3)/2=(7.0V+2.0V)/2=4.5Vであるのに対して、画像信号のHighはV2B=7.0Vと十分に高く、画像信号のLowはV3=2.0Vと十分に低い。画素回路41Rにおいては、論理反転電位が(V5R+V3)/2=(6.0V+2.0V)/2=4.0Vであるのに対して、画像信号のHighはV5R=6.0Vと十分に高く、画像信号のLowはV3=2.0Vと十分に低い。この様にデジタル信号のLowは第1電位と第3電位との中心電位よりも低く、Highは第2電位と第3電位との中心電位よりも高い。尚、本実施形態では画素回路41Gと画素回路41Bと画素回路41Rとで画像信号の電位が異なっていたが、上述の条件を満たせば、これらの画素回路41に共通の画像信号であっても良い。即ち、総ての画素回路41に共通なLow信号として第1電位と第3電位との中心電位よりも低い電位(例えば第3電位で、Low=V3=2.0V)を供給し、総ての画素回路41に共通なHigh信号として第2電位と第3電位との中心電位よりも高い電位(例えば第2電位で、High=V2=7.0V)を供給しても良い。この結果、各画素回路41G,B,Rにおいて、画像信号により発光素子20G,B,Rを発光とするべきときに確実に発光とし、発光素子20G,B,Rを非発光とするべきときに確実に非発光とすることができる。
「画素回路の駆動方法」
次に、図11を参照して、本実施形態に係る電気光学装置10における画素回路の駆動方法を説明する。図11は、本実施形態に係る画素回路の駆動方法の一例を説明する図である。図11において、横軸は時間軸であり、第1期間(非表示期間)と第2期間(表示期間)とを有する。第1期間は、図8に示すP1(P1−1〜P1−8)に相当する。第2期間は、図8に示すP2(P2−1〜P2−8)に相当する。
図11の縦軸において、Scan 1〜Scan Mは、M本の第1走査線42(図5参照)のうち1行目からM行目までの各第1走査線42に供給される走査信号を示している。走査信号は、選択状態における走査信号(選択信号)と、非選択状態における走査信号(非選択信号)とを有する。そして、XScan 1〜XScan Mは、M本の第2走査線45(図5参照)のうち1行目からM行目までの各第2走査線45に供給される第2走査信号を示している。第2走査信号は、選択状態における第2走査信号(保持信号)と、非選択状態における第2走査信号(非保持信号)とを有する。また、Enbは、制御線44(図5参照)に供給される制御信号を示している。制御信号は、活性状態における制御信号(活性信号)と、非活性状態における制御信号(非活性信号)とを含む。
図8を参照して説明したように、一枚の画像を表示する1フィールド(F)が複数のサブフィールド(SF)に分割され、各サブフィールド(SF)には、第1期間(非表示期間)と、第1期間が終了した後に始まる第2期間(表示期間)とが含まれる。第1期間(非表示期間)は信号書き込み期間であり、この期間に表示領域Eに位置する各画素回路41(図5参照)において記憶回路60(図9参照)に画像信号が書き込まれる。第2期間(表示期間)は、表示領域Eに位置する各画素回路41において発光素子20(図9参照)が発光し得る期間である。
図11に示すように、本実施形態に係る電気光学装置10では、第1期間(非表示期間)において、全ての制御線44に制御信号として非活性信号が供給される。制御線44に非活性信号が供給されると、制御トランジスター34(図9参照)がオフ状態となるので、表示領域Eに位置する全ての画素回路41において発光素子20が発光しない状態となる。
そして、第1期間には、各サブフィールド(SF)で第1走査線42のいずれかに走査信号として選択信号(High)が供給される。第1走査線42に選択信号が供給されると、選択された画素回路41において選択トランジスター32(図9参照)がオフ状態からオン状態となる。これにより、選択された画素回路41において、信号線43(図9参照)から第1インバーター61へ、そして第1インバーター61から第2インバーター62へと画像信号が書き込まれる。このようにして、第1期間に各画素回路41の記憶回路60に画像信号が書き込まれて記憶される。
また、実施例1では、第1期間において、各サブフィールド(SF)で第2走査線45には第2走査信号として保持信号(High)が供給されており、第1走査線42に選択信号が供給されて選択される画素回路41に対して、第2走査信号として非保持信号(Low)が供給される。選択信号のパルス幅と非保持信号のパルス幅とは同じであるが、選択信号が供給されるタイミングと非保持信号が供給されるタイミングとは異なる。即ち、選択される画素回路41に対して、第1走査線42に選択信号が供給される前に第2走査線45に非保持信号が供給される。
したがって、選択信号により選択される画素回路41において、選択トランジスター32がオフ状態からオン状態に変わる前に、非保持信号により保持トランジスター33(図9参照)がオン状態からオフ状態に変わる。これにより、第2インバーター62の出力端子27と第1インバーター61の入力端子25との間の電気的な接続が遮断されるので、選択信号により選択された画素回路41において、記憶回路60への画像信号の書き込み(又は書き換え)を確実かつ高速に行うことができる。
なお、第2走査線45に非保持信号が供給される前に、第1走査線42に選択信号が供給されることはないものとする。保持トランジスター33がオン状態であるうちに選択トランジスター32がオン状態に変わってしまうと、第2インバーター62の出力端子27と第1インバーター61の入力端子25とが電気的に接続された状態、即ち、保持トランジスター33が存在しない場合と同様の状態となる。そのため、記憶回路60への画像信号の書き換えに時間がかかったり、書き換えができなかったりする不具合が生じるおそれがある。
記憶回路60への画像信号の書き込み(又は書き換え)が終わると、選択された画素回路41に対して、第1走査線42に非選択信号(Low)が供給される。実施例1では、選択された画素回路41に対して、第1走査線42に非選択信号が供給される前に第2走査線45に保持信号(High)が供給される。したがって、選択信号により選択された画素回路41において、選択トランジスター32がオン状態からオフ状態に変わる前に、保持トランジスター33がオフ状態からオン状態に変わる。これにより、選択されていた画素回路41において、第2インバーター62の出力端子27と第1インバーター61の入力端子25とが導通状態となり、記憶回路60に書き込まれた画像信号が第1インバーター61と第2インバーター62との間で保持される。
第2期間(表示期間)においては、全ての制御線44に制御信号として活性信号が供給される。制御線44に活性信号が供給されると、制御トランジスター34がオン状態となるので、表示領域Eに位置する全ての画素回路41において発光素子20が発光し得る状態となる。第2期間には、全ての第1走査線42に選択トランジスター32をオフ状態とする非選択信号が走査信号として供給される。これにより各画素回路41の記憶回路60では、そのサブフィールド(SF)で書き込まれた画像信号が保持される。
このように、本実施形態では、第1期間(非表示期間)と第2期間(表示期間)とを独立に制御できるので、デジタル時分割駆動による階調表示を行うことができる。また、この結果、第2期間を第1期間よりも短くすることが可能となるので、より高階調の表示を実現することができる。
さらに、制御線44に供給される制御信号を複数の画素回路41で共有することができるので、電気光学装置10の駆動が容易になる。具体的には、第1期間を有せぬデジタル駆動の場合、全ての第1走査線42を選択し終える一垂直期間よりも発光期間を短くするには非常に複雑な駆動が求められる。これに対して、本実施形態では、制御線44に供給される制御信号を複数の画素回路41で共有することにより、全ての第1走査線42を選択し終える一垂直期間よりも発光期間が短くなるサブフィールド(SF)があっても、単純に第2期間を短くするだけで、容易に電気光学装置10を駆動することができる。
以上述べたように、本実施形態に係る画素回路41の構成によれば、高解像度の高品位な画像を低消費電力で表示できるとともに、記憶回路60への画像信号の書き込み(又は書き換え)を高速、かつ確実に行い、より明るく高品位な表示が得られる電気光学装置10を実現することができる。
(実施例2)
「画素回路の構成」
続いて、実施例2に係る画素回路の構成を説明する。図12は、実施例2に係る画素回路の構成を説明する図である。図13は、実施例2に係る画素回路の電位を説明する図である。図14は、実施例2に係る電気光学装置の配線を説明する模式図である。なお、以下の実施例2の説明では、実施例1との相違点を説明し、実施例1と同じ構成要素については、図面に同一の符号を付してその説明を省略する。また、実施例1と同様に、画素回路41G,B,Rで異なる事項についてはG,B,Rを付して説明し、画素回路41G,B,Rで共通する事項についてはG,B,Rを省略して説明する。
図12に示すように、実施例2に係る画素回路71は、P型の駆動トランジスター31と、P型の制御トランジスター34と、発光素子20と、記憶回路60と、P型の選択トランジスター32とを含む。記憶回路60の第2インバーター62の出力端子27と第1インバーター61の入力端子25との間には、P型の保持トランジスター33が配置されている。
実施例2に係る画素回路71は、実施例1に係る画素回路41に対して、低電位線48を備えておらず、駆動トランジスター31と制御トランジスター34と発光素子20とが、記憶回路60と同様に高電位線47と低電位線46との間に配置されている点が異なる。即ち、実施例2に係る画素回路71では、発光素子20を発光させる電圧と記憶回路60を動作させる電圧とが同じである。
サブ画素58G、サブ画素58B、サブ画素58Rに対して、サブ画素58Gには第1画素回路としての画素回路71Gが配置され、サブ画素58Bには第2画素回路としての画素回路71Bが配置され、サブ画素58Rには画素回路71Rが配置される。画素回路71Gは第1色としてのGを発光する第1発光素子としての発光素子20Gを含み、画素回路71Bは第2色としてのBを発光する第2発光素子としての発光素子20Bを含み、画素回路71RはRを発光する発光素子20Rを含む。
非表示領域D及び表示領域Eには、画素回路71Gに第1電位を供給する第1配線としての高電位線47Gと、画素回路71Bに第2電位を供給する第2配線としての高電位線47Bと、画素回路71Rに第1電位及び第2電位と異なる電位を供給する高電位線47Rと、が配置されている。そして、画素回路71G、画素回路71B、及び画素回路71Rに第3電位を供給する第3配線としての低電位線46が配置されている。
画素回路71Gには高電位線47Gから第1電位(例えばV1G=VDDG=5.0V)が供給され、画素回路71Bには高電位線47Bから第2電位(例えばV2B=VDDB=7.0V)が供給され、画素回路71Rには高電位線47Rから第5電位(例えばV5R=VDDR=6.0V)が供給される。また、各画素回路71G,B,Rには、共通して低電位線46から第3電位(例えばV3=VSS=0V)が供給される。
図13に示すように、画素回路71Gにおいては、発光素子20Gと記憶回路60とに対してV1G−V3=5.0V−0V=5.0Vの電圧が印加される。画素回路71Bにおいては、発光素子20Bと記憶回路60とに対してV2B−V3=7.0V−0V=7.0Vの電圧が印加される。画素回路71Rにおいては、発光素子20Rと記憶回路60とに対してV5R−V3=6.0V−0V=6.0Vの電圧が印加される。このように、実施例2に係る画素回路71でも、実施例1に係る画素回路41と同様に、発光素子20G、発光素子20B、発光素子20Rに印加される電圧は異なる。
なお、実施例2に係る画素回路71では、発光素子20G,B,Rの陰極23が共通電極として第3配線としての低電位線46に電気的に接続されるため、高電位線47Gから発光素子20Gを経た電流と、高電位線47Bから発光素子20Bを経た電流と、高電位線47Rから発光素子20Rを経た電流とが低電位線46に流れる。したがって、図14に示すように、低電位線46は、高電位線47G,B,Rよりも太いことが好ましい。即ち、第1配線としての高電位線47Gの一部(本線47Ga)と第2配線としての高電位線47Bの一部(本線47Ba)とは、第3配線としての低電位線46(本線46a)よりも細いことが好ましい。そして、低電位線46の本線46aの幅W3aは、実施例1よりも太いことが好ましい。実施例2では、低電位線46の本線46aの幅W3aは、例えば750μm程度である。
上述した実施形態(実施例)は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形および応用が可能である。変形例としては、例えば、以下のようなものが考えられる。
(変形例1)
上述した実施例1の画素回路41では、発光素子20G,B,Rの陰極23が共通電極として形成されており、共通の低電位線48から低電位(VSS2)が供給され、3つの高電位線47G,B,Rから互いに異なる高電位(VDDG,B,R)が供給される構成であったが、本発明はこのような形態に限定されない。陰極23が発光素子20G,B,R毎にパターニングされて形成される構成であってもよい。このような構成は、例えば、発光素子20として微細なLED素子を高密度に配列するマイクロLEDディスプレイ等において実現可能である。
図15は変形例1に係わる画素回路の構成を説明する図である。変形例1の構成の場合、発光素子20G,B,Rに対して、3つの低電位線から互いに異なる低電位(VSSG,B,R)を供給し、サブ画素58G、58B、58Rに共通の高電位線から第2高電位(VDD2)を供給する。そして、記憶回路60に対しては、3つの低電位線から互いに異なる低電位(VSSG,B,R)を供給し、上述の第2高電位(VDD2)よりも低い第1高電位(VDD1)を供給する。なお、実施例2にこのような構成を適用する場合は、記憶回路60と発光素子20G,B,Rとに対して、3つの低電位線から互いに異なる低電位(VSSG,B,R)を供給し、サブ画素58G、58B、58Rに共通の高電位線から第1高電位(VDD1)を供給する。
換言すると、第1画素回路としての画素回路41Gに第1配線としての低電位線147Gから第1電位(V1G=VSSG)が供給され、第2画素回路としての画素回路41Bに第2配線としての低電位線147Bから第2電位(V2B=VSSB)が供給され、第3画素回路としての画素回路41Rに第5配線としての低電位線147Rから第5電位(V5R=VSSR)が供給される。そして、画素回路41Gと画素回路41Bと画素回路41Rとに、第3配線としての高電位線146から第3電位としての第1高電位(V3=VDD1)と第4配線としての高電位線148から第4電位としての第2高電位(V4=VDD2)とが供給される。第3電位としての第1高電位(VDD1)は、第1電位(VSSG)や第2電位(VSSB)、第5電位(VSSR)よりも高い。又、第4電位は第3電位よりも高電位である。
本変形例では、画素回路41G、画素回路41B、画素回路41Rに対して供給される低電位側の電位がそれぞれ異なる。具体的には、画素回路41Gに低電位線147Gから供給される第1電位(V1G)は低電位VSSG(例えばV1G=VSSG=2.0V)であり、画素回路41Bに低電位線147Bから供給される第2電位(V2B)は低電位VSSB(例えばV2B=VSSB=0V)であり、画素回路41Rに低電位線147Rから供給される第5電位(V5R)は低電位VSSR(例えばV5R=VSSR=1.0V)である。
画素回路41Gに供給される第1電位(V1G)と画素回路41Bに供給される第2電位(V2B)と画素回路41Rに供給される第5電位(V5R)とは、それぞれ独立した低電位線147G、低電位線147B、低電位線147Rから供給されるので、互いに独立している。本変形例では、画素回路41G,B,Rに供給される第1電位(V1G)と第2電位(V2B)と第5電位(V5R)とは互いに異なる電位であるが、例えばこれらの内の二つを同電位にし、残りの一つを別電位としても良い。
一方、画素回路41G、画素回路41B、画素回路41Rに対して供給される高電位側の電位は同じである。具体的には、高電位線146から画素回路41G,B,Rに共通して供給される第3電位(V3)が第1高電位VDD1(例えばV3=VDD1=5.0V)であり、高電位線148から画素回路41G,B,Rに共通して供給される第4電位(V4)が第2高電位VDD2(例えばV4=VDD2=7.0V)である。高電位線146と高電位線148とは、互いに独立して設けられている。したがって、第3電位(V3)と第4電位(V4)とは独立している。第3電位(V3)は第1電位(V1G)や第2電位(V2B)、第5電位(V5R)よりも高く、第4電位(V4)は第3電位(V3)よりも高い。
本変形例では、低電位VSSG(V1G)、低電位VSSB(V2B)、低電位VSSR(V5R)のそれぞれと第1高電位VDD1(V3)とで低電圧系電源が構成され、低電位VSSG(V1G)、低電位VSSB(V2B)、低電位VSSR(V5R)のそれぞれと第2高電位VDD2(V4)とで高電圧系電源が構成される。各画素回路41G,B,Rにおいて、各低電位VSSG,B,Rは、低電圧系電源と高電圧系電源とにおける基準となる電位である。
変形例1に係る画素回路41は、N型の駆動トランジスター31Aと、発光素子20と、N型の制御トランジスター34Aと、記憶回路60と、N型の選択トランジスター32Aとを含む。画素回路41が記憶回路60を含むので、電気光学装置10はデジタル駆動が可能となる。この結果、アナログ駆動の場合と比べて、サブ画素58間での発光素子20の発光輝度のばらつきを抑えることが可能となり、画素59間での表示のばらつきを低減できる。
第1画素回路としての画素回路41Gは、発光素子20Gに直列に電気的に接続された第1トランジスターとしての駆動トランジスター31Aを含む。第2画素回路としての画素回路41Bは、発光素子20Bに直列に電気的に接続された第2トランジスターとしての駆動トランジスター31Aを含む。第3画素回路としての画素回路41Rは、発光素子20Rに直列に電気的に接続された第3トランジスターとしての駆動トランジスター31Aを含む。画素回路41Gに含まれる駆動トランジスター31Aと、画素回路41Bに含まれる駆動トランジスター31Aと、画素回路41Rに含まれる駆動トランジスター31Aと、は同一導電型の素子である。駆動トランジスター31Aと制御トランジスター34Aと発光素子20とは、第1画素回路では第1配線(低電位線147)と第4配線(高電位線148)との間に直列に配置され、第2画素回路では第2配線(低電位線147)と第4配線(高電位線148)との間に直列に配置され、第3画素回路では第5配線(低電位線147)と第4配線(高電位線148)との間に直列に配置されている。
第1画素回路としての画素回路41Gは、第1記憶回路としての記憶回路60を含む。第2画素回路としての画素回路41Bは、第2記憶回路としての記憶回路60を含む。第3画素回路としての画素回路41Rは、第3記憶回路としての記憶回路60を含む。画素回路41Gに含まれる記憶回路60と、画素回路41Bに含まれる記憶回路60と、画素回路41Rに含まれる記憶回路60と、は同一の構成である。記憶回路60は、第1画素回路では第1配線(低電位線147G)と第3配線(高電位線146)との間に配置され、第2画素回路では第2配線(低電位線147B)と第3配線(高電位線146)との間に配置され、第3画素回路では第5配線(低電位線147R)と第3配線(高電位線146)との間に配置されている。選択トランジスター32Aは、記憶回路60と信号線43との間に配置されている。
本変形例では、記憶回路60を動作させる低電圧系電源の電圧も、画素回路41G,B,Rで異なっている。具体的には、画素回路41Gにおいて記憶回路60に印加される電圧はV3−V1G=5.0−2.0=3.0Vであり、画素回路41Bにおいて記憶回路60に印加される電圧はV3−V2B=5.0−0=5.0Vであり、画素回路41Rにおいて記憶回路60に印加される電圧はV3−V5R=5.0−1.0=4.0Vである。
画素回路41Gにおいては、論理反転電圧が(V1G+V3)/2=(2.0V+5.0V)/2=3.5Vであるのに対して、画像信号のHighはV3=5.0Vと十分に高く、画像信号のLowはV1G=2.0Vと十分に低い。画素回路41Bにおいては、論理反転電圧が(V2B+V3)/2=(0V+5.0V)/2=2.5Vであるのに対して、画像信号のHighはV3=5.0Vと十分に高く、画像信号のLowはV2B=0Vと十分に低い。画素回路41Rにおいては、論理反転電圧が(V5R+V3)/2=(1.0V+5.0V)/2=3.0Vであるのに対して、画像信号のHighはV3=5.0Vと十分に高く、画像信号のLowはV5R=1.0Vと十分に低い。この様にデジタル信号のHighは第1電位と第3電位との中心電位よりも高く、Lowは第2電位と第3電位との中心電位よりも低い。尚、本変形例では画素回路41Gと画素回路41Bと画素回路41Rとで画像信号の電位が異なっていたが、上述の条件を満たせば、これらの画素回路41に共通の画像信号であっても良い。即ち、総ての画素回路41に共通なHigh信号として第1電位と第3電位との中心電位よりも高い電位(例えば第3電位で、High=V3=5.0V)を供給し、総ての画素回路41に共通なLow信号として第2電位と第3電位との中心電位よりも低い電位(例えば第2電位で、Low=V2=0V)を供給しても良い。この結果、各画素回路41G,B,Rにおいて、画像信号により発光素子20G,B,Rを発光とするべきときに確実に発光とし、発光素子20G,B,Rを非発光とするべきときに確実に非発光とすることができる。
また、陰極23が発光素子20G,B,R毎にパターニングされて形成される構成であれば、駆動トランジスターをN型とし、発光素子20G,B,Rの陰極23と低電位線との間に配置することができる。
(変形例2)
上述した実施例1及び実施例2の画素回路では、画素回路41G,B,RがそれぞれX方向に沿って配列されており、高電位線47G,B,RもX方向に沿って延在する構成であったが、本発明はこのような形態に限定されない。画素回路41G,B,RがそれぞれY方向に沿って配列されており、高電位線47G,B,RもY方向に沿って延在する構成であってもよい。また、上述した実施例1及び実施例2の画素回路では、画素回路41G,B,RがそれぞれX方向に沿って配列されており、発光素子20G,B,Rの発光する領域もX方向に沿って延在する構成であったが、画素回路41G,B,RがX方向に沿って配列されているのに対して発光素子20G,B,Rの発光する領域がY方向に沿って延在する構成であってもよい。
(変形例3)
上述した実施例1及び実施例2の画素回路では、駆動トランジスター31のゲートが第2インバーター62の出力端子27に電気的に接続されていたが、本発明はこのような形態に限定されない。駆動トランジスター31のゲートが第2インバーター62の入力端子28、即ち、第1インバーター61の出力端子26と、第2インバーター62の入力端子28に電気的に接続されていてもよい。
(変形例4)
上述した実施例1及び実施例2の画素回路では、記憶回路60が2つのインバーター61,62を含んでいたが、本発明はこのような形態に限定されない。記憶回路60が2つ以上の偶数個のインバーターを含む構成であってもよい。
(変形例5)
上述した実施形態(実施例及び変形例)では、電気光学装置として、単結晶半導体基板(単結晶シリコン基板)からなる素子基板11に有機EL素子からなる発光素子20が720行×3840(1280×3)列配列された有機EL装置を例に取り説明したが、本発明の電気光学装置はこのような形態に限定されない。例えば、電気光学装置はガラス基板からなる素子基板11に各トランジスターとして薄膜トランジスター(Thin Film Transistor:TFT)が形成された構成を有していてもよいし、ポリイミド等からなるフレキシブル基板に薄膜トランジスターが形成された構成を有していてもよい。また、電気光学装置は、発光素子にナノサイズの半導体結晶物質を用いる量子ドット(Quantum Dots)ディスプレイであってもよい。さらに、カラーフィルターとして入射してきた光を別の波長の光に変換する量子ドットを用いてもよい。
(変形例6)
上述した実施形態では、電子機器として、電気光学装置10を組み込んだシースルー型のヘッドマウントディスプレイ100を例に取り説明したが、本発明の電気光学装置10はクローズ型のヘッドマントディスプレイを始めとした他の電子機器にも適用できる。他の電子機器としては、例えば、プロジェクター、リアプロジェクション型テレビ、直視型テレビ、携帯電話、携帯用オーディオ機器、パーソナルコンピューター、ビデオカメラのモニター、カーナビゲーション装置、ヘッドアップディスプレイ、ページャー、電子手帳、電卓、腕時計等のウェアラブル機器、ハンドヘルドディスプレイ、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、POS端末、ディジタルスチルカメラ、サイネージディスプレイなどをあげることができる。
以下に、本実施形態から導き出される内容を記載する。
本願の電気光学装置は、第1画素回路と、第2画素回路と、前記第1画素回路に第1電位を供給する第1配線と、前記第2画素回路に第2電位を供給する第2配線と、前記第1画素回路と前記第2画素回路とに第3電位を供給する第3配線と、を備え、前記第1画素回路は第1色を表示する第1発光素子を含み、前記第2画素回路は前記第1色と異なる第2色を表示する第2発光素子を含み、前記第1電位と前記第2電位とは互いに独立していることを特徴とする。
この構成によれば、第1色を表示する第1発光素子を含む第1画素回路に供給する第1電位に関わらず、第2色を表示する第2発光素子を含む第2画素回路に供給する第2電位を設定できる。これにより、例えば、第1発光素子と第2発光素子との発光材料間で電圧に対する発光輝度の特性が異なる場合や、各発光材料により劣化速度が異なることに起因して色バランスが変化してしまった場合に、第1発光素子に供給する第1電位と第2発光素子に供給する第2電位との設定により、発光輝度や色バランスを調整することが可能となる。
上記の電気光学装置において、前記第1電位と前記第2電位とは異なることが好ましい。
この構成によれば、第1発光素子と第2発光素子との発光材料間で電圧に対する発光輝度の特性が異なる場合や、各発光材料により劣化速度が異なることに起因して色バランスが変化してしまった場合に、第1発光素子に供給する第1電位と第2発光素子に供給する第2電位とを異ならせることで、発光輝度や色バランスを調整することができる。
上記の電気光学装置において、前記第1発光素子の一端は前記第1配線に電気的に接続され、前記第2発光素子の一端は前記第2配線に電気的に接続されることが好ましい。
この構成によれば、第1発光素子に第1配線から第1電位を供給し、第2発光素子に第2配線から第2電位を供給するので、第1電位と第2電位とを互いに独立し異なる電位とすることができる。
上記の電気光学装置において、前記第1画素回路は第1記憶回路を含み、前記第2画素回路は第2記憶回路を含み、前記第1記憶回路は、前記第1配線と前記第3配線との間に配置され、前記第2記憶回路は、前記第2配線と前記第3配線との間に配置されることが好ましい。
この構成によれば、第1画素回路は第1記憶回路を含み、第2画素回路は第2記憶回路を含み、各記憶回路の信号電位に応じて、第1発光素子や第2発光素子を発光させる。従って、第1発光素子と第2発光素子との発光材料間で電圧に対する発光輝度の特性が異なる場合や、各発光材料により劣化速度が異なることに起因して色バランスが変化してしまった場合に、第1発光素子に供給する第1電位と第2発光素子に供給する第2電位とをそれぞれ最適に設定する事ができる。これにより発光輝度や色バランスを調整することが可能となる。
上記の電気光学装置において、前記第1記憶回路と前記第2記憶回路とはデジタル信号を記憶し、前記デジタル信号のLowは前記第1電位と前記第3電位との中心電位よりも低く、前記デジタル信号のHighは前記第2電位と前記第3電位との中心電位よりも高いことが好ましい。
この構成によれば、第1記憶回路と第2記憶回路とに供給される電源電圧が異なっていても、どちらの回路も正しくデジタル信号を書き込み、保持する事が出来る。即ち、第1記憶回路と第2記憶回路とを記憶回路として正確に動作させる事ができる。
上記の電気光学装置において、前記第1画素回路は、前記第1発光素子に直列に電気的に接続された第1トランジスターを含み、前記第2画素回路は、前記第2発光素子に直列に電気的に接続された第2トランジスターを含み、前記第3電位は、前記第1電位及び前記第2電位よりも低いことが好ましい。
この構成によれば、第1トランジスターがオン状態のときに第1発光素子が発光し、第2トランジスターがオン状態のときに第2発光素子が発光する。また、第1画素回路と第2画素回路とに共通して供給される第3電位が前記第1電位及び前記第2電位よりも低いので、低電位(VSS)となる第3電位に対して高電位(VDD)となる第1電位と第2電位とを異ならせることで、第1発光素子に印加される電圧と第2発光素子に印加される電圧とを異ならせることができる。
上記の電気光学装置において、前記第1電位は前記第2電位よりも低いことが好ましい。
この構成によれば、第1電位が第2電位よりも低いので、第2色を表示する第2発光素子を含む第2画素回路に供給する電源電圧(第2電位と第3電位との電位差)を、第1色を表示する第1発光素子を含む第1画素回路に供給する電源電圧(第1電位と第3電位との電位差)よりも大きくする事ができる。これにより、第1発光素子より第2発光素子の方が同一電圧で発光輝度が低い場合であっても、第1発光素子の発光輝度と第2発光素子の発光輝度とを揃えることが可能となる。
上記の電気光学装置において、前記第1記憶回路と前記第2記憶回路とはデジタル信号を記憶し、前記デジタル信号のHighは前記第1電位と前記第3電位との中心電位よりも高く、前記デジタル信号のLowは前記第2電位と前記第3電位との中心電位よりも低いことが好ましい。
この構成によれば、第1記憶回路と第2記憶回路とに供給される電源電圧が異なっていても、どちらの回路も正しくデジタル信号を書き込み、保持する事が出来る。即ち、第1記憶回路と第2記憶回路とを記憶回路として正確に動作させる事ができる。
上記の電気光学装置において、前記第1画素回路は、前記第1発光素子に直列に電気的に接続された第1トランジスターを含み、前記第2画素回路は、前記第2発光素子に直列に電気的に接続された第2トランジスターを含み、前記第3電位は、前記第1電位及び前記第2電位よりも高いことが好ましい。
この構成によれば、第1トランジスターがオン状態のときに第1発光素子が発光し、第2トランジスターがオン状態のときに第2発光素子が発光する。また、第1画素回路と第2画素回路とに共通して供給される第3電位が前記第1電位及び前記第2電位よりも高いので、高電位(VDD)となる第3電位に対して低電位(VSS)となる第1電位と第2電位とを異ならせることで、第1発光素子に印加される電圧と第2発光素子に印加される電圧とを異ならせることができる。
上記の電気光学装置において、前記第1電位は前記第2電位よりも高いことが好ましい。
この構成によれば、第1電位が第2電位よりも高いので、第2色を表示する第2発光素子を含む第2画素回路に供給する電源電圧(第2電位と第3電位との電位差)を、第1色を表示する第1発光素子を含む第1画素回路に供給する電源電圧(第1電位と第3電位との電位差)よりも大きくする事ができる。これにより、第1発光素子より第2発光素子の方が同一電圧で発光輝度が低い場合であっても、第1発光素子の発光輝度と第2発光素子の発光輝度とを揃えることが可能となる。
上記の電気光学装置において、前記第1画素回路と前記第2画素回路とは第1方向に沿って配列されており、前記第1配線と前記第2配線とは前記第1方向に沿って延在することが好ましい。
この構成によれば、第1画素回路と第2画素回路とが配列された第1方向に沿って第1配線と第2配線とが配置されているので、第1画素回路と第2画素回路とに対して第1配線と第2配線とを容易に配置することができる。
上記の電気光学装置において、前記第1配線と前記第2配線とは、前記第1画素回路と前記第2画素回路とが配列された表示領域と前記表示領域の外側とに配置されており、前記表示領域において、前記第1配線の太さと前記第2配線の太さとは異なっていることが好ましい。
この構成によれば、第1配線と第3配線との間で第1画素回路にかかる電圧と、第2配線と第3配線との間で第2画素回路にかかる電圧とが異なるので、第1画素回路に流れる電流の大きさと第2画素回路に流れる電流の大きさとは異なる。したがって、第1配線と第2配線とのうち、大きな電流が流れる方の配線を他方の配線よりも太くすることができる。
上記の電気光学装置において、前記第1配線と前記第2配線と前記第3配線とは、前記第1画素回路と前記第2画素回路とが配列された表示領域と前記表示領域の外側とに配置されており、前記表示領域の外側において、前記第1配線の少なくとも一部と前記第2配線の少なくとも一部とは、前記第3配線よりも細いことが好ましい。
この構成によれば、第1画素回路に電気的に接続された第1配線に流れる電流と、第2画素回路に電気的に接続された第2配線に流れる電流とは、第1画素回路と第2画素回路との双方に電気的に接続された第3配線に流れる電流よりも小さい。したがって、第1配線の少なくとも一部と第2配線の少なくとも一部とを第3配線よりも細くできる。換言すると、第3配線を第1配線の少なくとも一部及び第2配線の少なくとも一部よりも太くすることで、第3配線に第1配線及び第2配線よりも大きな電流を流すことができる。
上記の電気光学装置において、前記第1画素回路と前記第2画素回路とに第4電位を供給する第4配線を備え、前記第3電位と前記第4電位とは互いに独立していることが好ましい。
この構成によれば、第1画素回路と第2画素回路とに供給される第4電位を共通電位として、第1画素回路に印加する電圧と第2画素回路に印加する電圧とを設定できる。したがって、第1画素回路と第2画素回路とに対して、第3電位を共通電位とする電源系とは独立して、第4電位を共通電位とする電源系から電源電圧を供給することができる。
上記の電気光学装置において、前記第3電位と前記第4電位とは異なることが好ましい。
この構成によれば、第1画素回路と第2画素回路とに対して、第3電位を共通電位とする電源系と、第4電位を共通電位とする電源系との互いに異なる電源電圧を供給できる。
上記の電気光学装置において、前記第1発光素子の他端は前記第4配線に電気的に接続され、前記第2発光素子の他端は前記第4配線に電気的に接続されることが好ましい。
この構成によれば、第1発光素子は第1配線と第4配線との間に配置され、第2発光素子は第2配線と第4配線との間に配置される。これに対して、第1記憶回路は第1配線と第3配線との間に配置され、第2記憶回路は第2配線と第3配線との間に配置されるので、第1発光素子と第2発光素子とを第4電位を共通電位とする電源系で発光させ、第1記憶回路と第2記憶回路とを第3電位を共通電位とする電源系で動作させることができる。これにより、第1記憶回路と第2記憶回路とを構成するトランジスターを微細化して高速動作させるとともに、第1発光素子と第2発光素子とを高い輝度で発光させることが可能となる。
上記の電気光学装置において、前記第1配線と前記第2配線と前記第4配線とは、前記第1画素回路と前記第2画素回路とが配列された表示領域と前記表示領域の外側とに配置されており、前記表示領域の外側において、前記第1配線の少なくとも一部と前記第2配線の少なくとも一部とは、前記第4配線よりも細いことが好ましい。
この構成によれば、第1画素回路に電気的に接続された第1配線に流れる電流と、第2画素回路に電気的に接続された第2配線に流れる電流とは、第1画素回路と第2画素回路との双方に電気的に接続された第4配線に流れる電流よりも小さい。したがって、第1配線の少なくとも一部と第2配線の少なくとも一部とを第4配線よりも細くできる。換言すると、第4配線を第1配線の少なくとも一部及び第2配線の少なくとも一部よりも太くすることで、第4配線に第1配線及び第2配線よりも大きな電流を流すことができる。
本願の電子機器は、上記に記載の電気光学装置を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、例えばヘッドマウントディスプレイ等の電子機器に表示される画像の高品位化を実現することができる。
10…電気光学装置、20…発光素子、20G…第1発光素子、20B…第2発光素子、31…駆動トランジスター(第1トランジスター、第2トランジスター)、41,71…画素回路、41G,71G…第1画素回路、41B,71B…第2画素回路、46…低電位線(第3配線)、47…高電位線、47G…高電位線(第1配線)、47B…高電位線(第2配線)、47R…高電位線(第5配線)、48…低電位線(第4配線)、60…記憶回路(第1記憶回路、第2記憶回路)、100…ヘッドマウントディスプレイ(電子機器)、146…高電位線(第3配線)、147…低電位線、147G…低電位線(第1配線)、147B…低電位線(第2配線)、147R…低電位線(第5配線)、148…高電位線(第4配線)。

Claims (9)

  1. 第1画素回路と、第2画素回路と、前記第1画素回路に第1電位を供給する第1配線と、前記第2画素回路に第2電位を供給する第2配線と、前記第1画素回路と前記第2画素回路とに第3電位を供給する第3配線と、を備え、
    前記第1画素回路は第1色を表示する第1発光素子と、第1記憶回路と、前記第1発光素子に電気的に直列に接続され、前記第1記憶回路の出力により制御される第1トランジスターと、を含み、
    前記第2画素回路は前記第1色と異なる第2色を表示する第2発光素子と、第2記憶回路と、前記第2発光素子に電気的に直列に接続され、前記第2記憶回路の出力により制御される第2トランジスターと、を含み、
    前記第1発光素子の一端は前記第1配線に電気的に接続され、
    前記第2発光素子の一端は前記第2配線に電気的に接続され、
    前記第1記憶回路では、第1インバーターと第2インバーターが前記第1配線と前記第3配線との間に電気的に接続され、前記第1インバーターの出力端子が第1保持トランジスターを介して前記第2インバーターの入力端子に電気的に接続され、
    前記第2記憶回路では、第3インバーターと第4インバーターが前記第2配線と前記第3配線との間に電気的に接続され、前記第3インバーターの出力端子が第2保持トランジスターを介して前記第4インバーターの入力端子に電気的に接続され、
    前記第1記憶回路と前記第2記憶回路には信号線からデジタル信号を書き込み、
    前記第1電位は、前記第2電位よりも低く、前記第3電位は、前記第1電位及び前記第2電位よりも低く、
    前記信号線から書き込まれる前記デジタル信号のLowとHighは総ての画素回路に共通であって、前記Lowは、前記第1電位と前記第3電位との中心電位よりも低く、前記Highは、前記第2電位と前記第3電位との中心電位よりも高いことを特徴とする電気光学装置。
  2. 第1画素回路と、第2画素回路と、前記第1画素回路に第1電位を供給する第1配線と、前記第2画素回路に第2電位を供給する第2配線と、前記第1画素回路と前記第2画素回路とに第3電位を供給する第3配線と、を備え、
    前記第1画素回路は第1色を表示する第1発光素子と、第1記憶回路と、前記第1発光素子に直列に電気的に接続され、前記第1記憶回路の出力により制御される第1トランジスターと、を含み、
    前記第2画素回路は前記第1色と異なる第2色を表示する第2発光素子と、第2記憶回路と、前記第2発光素子に直列に電気的に接続され、前記第2記憶回路の出力により制御される第2トランジスターと、を含み、
    前記第1発光素子の一端は前記第1配線に電気的に接続され、
    前記第2発光素子の一端は前記第2配線に電気的に接続され、
    前記第1記憶回路では、第1インバーターと第2インバーターが前記第1配線と前記第3配線との間に電気的に接続され、前記第1インバーターの出力端子が第1保持トランジスターを介して前記第2インバーターの入力端子に電気的に接続され、
    前記第2記憶回路では、第3インバーターと第4インバーター前記第2配線と前記第3配線との間に電気的に接続され、前記第3インバーターの出力端子が第2保持トランジスターを介して前記第4インバーターの入力端子に電気的に接続され、
    前記第1記憶回路と前記第2記憶回路には信号線からデジタル信号を書き込み、
    前記第1電位は、前記第2電位よりも高く、前記第3電位は、前記第1電位及び前記第2電位よりも高く、
    前記信号線から書き込まれる前記デジタル信号のHighとLowは総ての画素回路に共通であって、前記Highは、前記第1電位と前記第3電位との中心電位よりも高く、Lowは、前記第2電位と前記第3電位との中心電位よりも低いことを特徴とする電気光学装置。
  3. 前記第1画素回路と前記第2画素回路とは第1方向に沿って配列されており、
    前記第1配線と前記第2配線とは前記第1方向に沿って延在することを特徴とする請求項1または2に記載の電気光学装置。
  4. 前記第1配線と前記第2配線とは、前記第1画素回路と前記第2画素回路とが配列された表示領域と前記表示領域の外側とに配置されており、
    前記表示領域において、前記第1配線の太さと前記第2配線の太さとは異なっていることを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載の電気光学装置。
  5. 前記第1配線と前記第2配線と前記第3配線とは、前記第1画素回路と前記第2画素回路とが配列された表示領域と前記表示領域の外側とに配置されており、
    前記表示領域の外側において、前記第1配線の少なくとも一部と前記第2配線の少なくとも一部とは、前記第3配線よりも細いことを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載の電気光学装置。
  6. 前記第1発光素子の他端は前記第3配線に電気的に接続され、
    前記第2発光素子の他端は前記第3配線に電気的に接続されることを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載の電気光学装置。
  7. 前記第1画素回路と前記第2画素回路とに第4電位を供給する第4配線を備え、
    前記第1発光素子の他端は前記第4配線に電気的に接続され、
    前記第2発光素子の他端は前記第4配線に電気的に接続され、
    前記第3電位と前記第4電位とは異なることを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載の電気光学装置。
  8. 前記第1配線と前記第2配線と前記第4配線とは、前記第1画素回路と前記第2画素回路とが配列された表示領域と前記表示領域の外側とに配置されており、
    前記表示領域の外側において、前記第1配線の少なくとも一部と前記第2配線の少なくとも一部とは、前記第4配線よりも細いことを特徴とする請求項に記載の電気光学装置。
  9. 請求項1乃至のいずれか一項に記載の電気光学装置を備えたことを特徴とする電子機器。
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