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JP2008191450A - 画素回路、画素回路の駆動方法、電気光学装置および電子機器 - Google Patents

画素回路、画素回路の駆動方法、電気光学装置および電子機器 Download PDF

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JP2008191450A
JP2008191450A JP2007026456A JP2007026456A JP2008191450A JP 2008191450 A JP2008191450 A JP 2008191450A JP 2007026456 A JP2007026456 A JP 2007026456A JP 2007026456 A JP2007026456 A JP 2007026456A JP 2008191450 A JP2008191450 A JP 2008191450A
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Abstract

【課題】電気光学素子の階調の誤差を抑制する。
【解決手段】画素回路Pは、経路r1に流れる駆動電流IDRに応じた階調となる電気光学素子Eと、経路r1上に配置されてゲートの電位VGに応じて駆動電流IDRを制御する駆動トランジスタTDRと、電極a1およびa2を有する容量素子CAとを具備する。電極a2は駆動トランジスタTDRのゲートに接続される。電位VGをデータ信号X[j]に応じた電位に設定する書込期間PWRTにおいて、電極a1を電気光学素子Eの陽極に接続するとともに電気光学素子Eに検出用電流IDTを供給することで、電極a1の電位VAを、電気光学素子Eの両端間の電圧に応じた電位VDTに設定する。書込期間PWRTの経過後の駆動期間PDRVにおいては、電極a1を電気光学素子Eから絶縁した状態で電位VAを所定の電位VCTに変化させることで電位VGを設定する。
【選択図】図2

Description

本発明は、有機発光ダイオード素子などの電気光学素子の階調を制御する技術に関する。
電気光学素子に供給される駆動電流の制御のためにトランジスタ(以下「駆動トランジスタ」という)を利用した画素回路が従来から提案されている(例えば特許文献1)。図24に示すように、ひとつの画素回路においては駆動トランジスタTDRと電気光学素子E(有機発光ダイオード素子)とが経路r1上に配置される。経路r1に流れる駆動電流IDRの電流量を駆動トランジスタTDRがゲートの電位VGに応じて制御することで電気光学素子Eは所望の階調となる。
図25は、駆動トランジスタTDRの電圧(ドレイン−ソース間の電圧)-電流特性FTRと電気光学素子Eの電圧-電流特性FEL_1とを併記した概念図である。図25における特性FTRと特性FEL_1との交点が画素回路の動作点P1に相当する。すなわち、画素回路の駆動時に経路r1には電流量A1の駆動電流IDRが流れる。
特開2002−156923号公報
ところで、電気光学素子Eの電気的な特性には、製造上の初期的な誤差や経時的な劣化に起因した誤差が発生する場合がある。図25の特性FEL_2は、誤差がある場合の電気光学素子Eの電圧-電流特性である。画素回路は特性FTRと特性FEL_2との交点を動作点P2として動作するから、経路r1に供給される駆動電流IDRは、電気光学素子Eが所期の特性FEL_1である場合(電流量A1)と比較して低い電流量A2となる。したがって、電気光学素子Eの階調にも誤差(所期値との相違や各素子間のバラツキ)が発生するという問題がある。以上の事情に鑑みて、本発明は、電気光学素子の階調の誤差を抑制するという課題の解決をひとつの目的としている。
以上の課題を解決するために、本発明に係る画素回路の駆動方法は、第1経路に流れる第1電流(例えば図5の駆動電流IDR)に応じた階調となる電気光学素子と、第1経路上に配置されてゲートの電位に応じて第1電流を制御する駆動トランジスタと、第1電極と駆動トランジスタのゲートに接続された第2電極とを有する容量素子とを具備する画素回路を駆動する方法であって、駆動トランジスタのゲートの電位をデータ信号に応じた電位に設定する第1期間(例えば図2や図11の書込期間PWRT)において、第1電極を電気光学素子に電気的に接続するとともに電気光学素子に第2電流(例えば図4の検出用電流IDT)を供給することで、第1電極の電位を電気光学素子の両端間の電圧に応じた電位に設定し、第1期間の経過後の第2期間(例えば図2や図11の駆動期間PDRV)において、第1電極を電気光学素子から電気的に絶縁した状態で第1電極の電位を所定の電位に変化させることで駆動トランジスタのゲートの電位を設定することを特徴とする。
以上の構成によれば、第2電流の供給時における電気光学素子の両端間の電圧に応じて駆動トランジスタのゲートの電位(さらには第1電流の電流量)が設定されるから、電気光学素子の電気的な特性の誤差に起因した電気光学素子の階調の誤差を抑制することができる。
本発明の好適な態様において、第1経路は、第1電源電位が供給される第1電源線と第1電源電位よりも低い第2電源電位が供給される第2電源線との間に形成され、第1期間においては、第1電源電位と第2電源電位との間の第1電位(例えば図9の第1電位VHH)が供給される第1給電線と電気光学素子とを結ぶ第2経路を介して電気光学素子に第2電流を流す。以上の態様によれば、第2電流の電流量を第1電位に応じて適宜に調整することが可能である。例えば、電流の供給によって発光する発光素子を電気光学素子として採用して画像を表示する態様においては、第1期間における発光量が充分に低減されるように第1電位を選定することで画像のコントラストを向上することができる。
本発明の好適な態様において、第1経路は、第1電源電位が供給される第1電源線と第1電源電位よりも低い第2電源電位が供給される第2電源線との間に形成され、第2期間においては、第1電源電位と第2電源電位との間の第2電位が供給される第2給電線に第1電極を接続する。以上の態様によれば、第2期間における駆動トランジスタのゲートの電位の変化量(さらには第1電流の電流量)を第2電位に応じて適宜に調整することが可能である。
本発明のひとつの態様に係る駆動方法は、第1期間の開始前の補償期間において、駆動トランジスタのゲートの電位を当該駆動トランジスタの閾値電圧に応じた電位に設定し、補償期間と第1期間とにわたって、第1電極を電気光学素子に電気的に接続するとともに電気光学素子に第2電流を供給する。以上の態様によれば、補償期間において駆動トランジスタのゲートの電位が閾値電圧に応じた電位に設定されるから、駆動トランジスタの閾値電圧の誤差を補償することが可能である。しかも、補償期間および第1期間の双方にわたって第1電極が電気光学素子に接続されるとともに電気光学素子に第2電流が供給されるから、第1電極の電位を、電気光学素子の電気的な特性に応じた電位に確実に設定できるという利点がある。
さらに好適には、補償期間の開始前の初期化期間において、駆動トランジスタのゲートの電位と第1電極の電位とが所定の電位に初期化される。本態様においては、駆動トランジスタのゲートの電位と第1電極の電位とが初期化されるから、補償期間や第1期間の直前における各々の電位に拘わらず、駆動トランジスタのゲートの電位を高い精度で所期の電位に設定することが可能となる。
本発明の別の観点に係る駆動方法は、第1電流に応じた階調となる電気光学素子と、ゲートの電位に応じて第1電流を制御する駆動トランジスタと、第1電極と駆動トランジスタのゲートに接続された第2電極とを有する容量素子とを具備する画素回路を駆動する方法であって、第1期間において、第2電極をデータ信号に応じた電位に設定するとともに第1電極を電気光学素子の電気的な特性に応じた電位に設定し、第1期間の経過後の第2期間において、第1電極の電位を変化させ、当該変化後の駆動トランジスタのゲートの電位に応じた第1電流を電気光学素子に供給する。以上の態様においては、電気光学素子の電気的な特性とデータ信号とに応じて駆動トランジスタのゲートの電位(さらには第1電流の電流量)が設定されるから、電気光学素子の電気的な特性の誤差に起因した電気光学素子の階調の誤差を抑制することができる。
以上の態様において、電気光学素子が一対の電極を有する態様(例えば、陽極と陰極との間に発光層を介在させた発光素子を電気光学素子とした態様)において、電気光学素子の電気的な特性に応じた電位とは、例えば、電気光学素子の電気的な特性に応じた電位は、電気光学素子と第1電極とを接続した状態で電気光学素子に第2電流を供給したときの一対の電極間の電圧に応じた電位である。以上の態様によれば、電気光学素子の電流−電圧特性の誤差を補償することが可能である。
本発明に係る画素回路は、第1経路に流れる第1電流に応じた階調となる電気光学素子と、第1経路上に配置されてゲートの電位に応じて第1電流を制御する駆動トランジスタと、第1電極と駆動トランジスタのゲートに接続された第2電極とを有する容量素子と、電気光学素子に対する第2電流の供給の可否を制御する第1スイッチング素子(例えば図3や図10のトランジスタQE)と、第1電極と電気光学素子との電気的な接続を制御する第2スイッチング素子(例えば図3や図10のトランジスタQB)と、所定の電位が供給される給電線と第1電極との電気的な接続を制御する第3スイッチング素子(例えば図3や図10のトランジスタQC)とを具備する。
以上の画素回路については、駆動トランジスタのゲートの電位がデータ信号に応じた電位に設定される第1期間において、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子とを導通することで、第1電極の電位を、第2電流の供給時における電気光学素子の両端間の電圧に応じた電位に設定し、第1期間の経過後の第2期間において、第2スイッチング素子を非導通とした状態で第3スイッチング素子を導通することで駆動トランジスタのゲートの電位を設定するという駆動方法を採用することが可能である。すなわち、第2電流の供給時における電気光学素子の両端間の電圧に応じて駆動トランジスタのゲートの電位(さらには第1電流の電流量)が設定されるから、電気光学素子の電気的な特性の誤差に起因した電気光学素子の階調の誤差を抑制することができる。
また、本発明に係る電気光学装置は、画素回路と駆動回路(例えば図1の走査線駆動回路22)とを具備する電気光学装置であって、画素回路は、第1経路に流れる第1電流に応じた階調となる電気光学素子と、第1経路上に配置されてゲートの電位に応じて第1電流を制御する駆動トランジスタと、第1電極と駆動トランジスタのゲートに接続された第2電極とを有する容量素子と、電気光学素子に対する第2電流の供給の可否を制御する第1スイッチング素子と、第1電極と電気光学素子との電気的な接続を制御する第2スイッチング素子と、所定の電位が供給される給電線と第1電極との電気的な接続を制御する第3スイッチング素子とを含み、駆動回路は、駆動トランジスタのゲートの電位がデータ信号に応じた電位に設定される第1期間において、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子とを導通状態に制御するとともに第3スイッチング素子を非導通状態に制御し、第1期間の経過後の第2期間において、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子とを非導通状態に制御するとともに第3スイッチング素子を導通状態に制御する。以上の構成によっても、本発明に係る画素回路と同様の作用および効果が奏される。
本発明に係る電気光学装置は各種の電子機器に利用される。電子機器の典型例は、電気光学装置を表示装置として利用した機器である。本発明に係る電子機器としてはパーソナルコンピュータや携帯電話機が例示される。もっとも、本発明に係る電気光学装置の用途は画像の表示に限定されない。例えば、光線の照射によって感光体ドラムなどの像担持体に潜像を形成するための露光装置(露光ヘッド)としても本発明の電気光学装置を適用することができる。
<A:第1実施形態>
<A−1:構成>
図1は、本発明の第1実施形態に係る電気光学装置(表示装置)の構成を示すブロック図である。図1に示すように、電気光学装置100は、複数の画素回路Pが配列する画素部10と、各画素回路Pを駆動する走査線駆動回路22およびデータ線駆動回路24と、画素部10に所定の電位(VEL,VCT)を供給する電圧生成回路26とを具備する。なお、走査線駆動回路22とデータ線駆動回路24と電圧生成回路26とは、各々が別個の回路として電気光学装置100に実装されてもよいし、これらの回路の一部または全部が単一の回路として電気光学装置100に実装されてもよい。
画素部10には、X方向に延在するM組の制御線群12と、X方向に垂直なY方向に延在するN本のデータ線14とが形成される。ひと組の制御線群12は複数の制御線(図示略)を含む。各画素回路Pは、制御線群12とデータ線14との各交差に対応して配置される。したがって、複数の画素回路Pは、縦M行×横N列のマトリクス状に配列する。
図2は、電気光学装置100の動作を説明するためのタイミングチャートである。走査線駆動回路22は、制御信号Y1[1]〜Y1[M]と制御信号Y2[1]〜Y2[M]とを生成して制御線群12から画素部10に出力する。制御信号Y1[1]〜Y1[M]は、画素部10の各画素回路Pを行単位で順番に選択するためのパルス信号である。図2に示すように、第i行目(i=1〜M)の画素回路Pに供給される制御信号Y1[i]は、ひとつのフレーム内に相互に重複しないように規定されたM個の書込期間PWRTのうち第i番目の書込期間PWRTにてハイレベル(アクティブレベル)となり、当該書込期間PWRT以外ではローレベルを維持する。制御信号Y2[i]は、制御信号Y1[i]がハイレベルとなる書込期間PWRTの直後の期間(以下「駆動期間」という)PDRVにてハイレベルとなり、当該駆動期間PDRV以外ではローレベルを維持する。
図1のデータ線駆動回路24は、データ信号X[1]〜X[N]を生成して各データ線14に出力する。第j列目(j=1〜N)のデータ線14に供給されるデータ信号X[j]は、制御信号Y1[i]がハイレベルとなる書込期間PWRTにおいて、第i行に属する第j列目の画素回路Pに指定された階調に応じた電位VDATAに設定される。各画素回路Pの階調は、外部から供給される画像信号(図示略)によって指定される。
電圧生成回路26は、電源電位VELと接地電位VCTとを生成する回路である。電源電位VELは接地電位VCTよりも高位である。電源電位VELは電源線161を介して各画素回路Pに供給され、接地電位VCTは電源線162を介して各画素回路Pに供給される。
図3は、ひとつの画素回路Pの構成を示す回路図である。同図においては第i行に属する第j列目のひとつの画素回路Pのみが代表的に図示されている。図3に示すように、電源線161と電源線162との間に形成される経路r1上には電気光学素子Eと駆動トランジスタTDRとが配置される。電気光学素子Eは、有機EL(Electroluminescence)材料で形成された発光層が陽極と陰極との間に介在する有機発光ダイオード素子である。電気光学素子Eは、発光層に対する電流の供給によって発光する。電気光学素子Eの陰極は電源線162に対して電気的に接続される。
駆動トランジスタTDRは、経路r1に流れる電流(以下「駆動電流」という)IDRの電流量をゲートの電位VGに応じて制御するpチャネル型の薄膜トランジスタである。駆動トランジスタTDRのソース(S)は電源線161に対して電気的に接続される。
図3に示すように、画素回路Pは、2個の容量素子(C0,CA)を含む。容量素子C0は、駆動トランジスタTDRのゲートとソースとの間に介在して両者間の電圧を保持する。容量素子CAは、電極a1およびa2を含む。電極a2は、駆動トランジスタTDRのゲートに対して電気的に接続される。
また、画素回路Pは、スイッチング素子として機能するnチャネル型の5個のトランジスタ(QA,QB,QC,QD,QE)を含む。トランジスタQB,QDおよびQEのゲートには走査線駆動回路22から制御信号Y1[i]が供給され、トランジスタQAおよびQCのゲートには走査線駆動回路22から制御信号Y2[i]が供給される。
トランジスタQAは、駆動トランジスタTDRのドレイン(D)と電気光学素子Eの陽極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。すなわち、トランジスタQAが導通すると駆動電流IDRの経路r1が確立し、トランジスタQAが非導通状態に遷移すると駆動電流IDRが遮断される。
トランジスタQBは、容量素子CAの電極a1と電気光学素子Eの陽極との間に介在して両者の電気的な接続を制御する。トランジスタQCは、電極a1と電源線162との間に介在して両者の電気的な接続を制御する。トランジスタQDは、駆動トランジスタTDRのゲートとデータ線14との間に介在して両者の電気的な接続を制御する。
トランジスタQEは、電気光学素子Eの陽極と電源線161との間に介在して両者の電気的な接続を制御する。すなわち、トランジスタQEが導通すると、電源線161からトランジスタQEを経由して電気光学素子Eの陽極に至る経路r2が形成され、トランジスタQEが非導通状態に遷移すると経路r2が遮断される。
経路r2上(電源線161とトランジスタQEとの間)には抵抗素子Rが介在する。抵抗素子Rは、画素回路Pを構成する導電層のうち比較的に抵抗率が高い導電層の材料で形成される。より具体的には、駆動トランジスタTDRやトランジスタQA〜QEの半導体層と共通の材料(例えばポリシリコン)で抵抗素子Rを形成することが可能である。
<A−2:動作>
次に、図4および図5を参照しながら電気光学装置100の具体的な動作を説明する。以下では、第i行に属する第j列目の画素回路Pの動作を書込期間PWRTと駆動期間PDRVとに区分して説明する。なお、図4および図5においては、画素回路PのトランジスタQA〜QEが便宜的にスイッチとして図示されている。
[a]書込期間PWRT(図4)
図2に示したように、書込期間PWRTにおいて制御信号Y2[i]はローレベルに設定されるから、トランジスタQAおよびQCは非導通状態を維持する。したがって、図4に示すように、駆動電流IDRの経路r1が遮断されるとともに容量素子CAの電極a1が電源線162から電気的に絶縁される。
一方、制御信号Y1[i]は書込期間PWRTにてハイレベルに遷移する。したがって、図4に示すように、トランジスタQDが導通することで駆動トランジスタTDRのゲートがデータ線14に接続される。データ線駆動回路24は書込期間PWRTにてデータ信号X[j]を画素回路Pの階調に応じた電位VDATAに設定するから、図2に示すように駆動トランジスタTDRのゲートの電位VGは電位VDATAに設定される。電位VDATAは容量素子C0によって保持される。
また、制御信号Y1[i]がハイレベルに遷移することでトランジスタQBおよびQEが導通する。すなわち、図4に示すように、容量素子CAの電極a1と電気光学素子Eの陽極とがトランジスタQBを介して電気的に接続されるとともに、電源線161と電気光学素子Eの陽極とを結ぶ経路r2が形成される。したがって、電源線161から抵抗素子RとトランジスタQEと電気光学素子Eとを経由して電流(以下「検出用電流」という)IDTが電源線162に流れ込む。電気光学素子Eの陽極には電極a1が接続されているから、書込期間PWRTにおいては、図2に示すように、電極a1の電位VAが電気光学素子Eの電気的な特性に応じた電位(以下「検出電位」という)電位VDTに収束する。すなわち、検出電位VDTは、検出用電流IDRの供給時における電気光学素子Eの両端間の電圧に応じた電位である。
[b]駆動期間PDRV(図5)
図2に示したように、制御信号Y1[i]は駆動期間PDRVにてローレベルに遷移するから、トランジスタQB,QDおよびQEは非導通状態となる。したがって、図5に示すように、電気光学素子Eの陽極は、電源線161および電極a1から電気的に絶縁される。すなわち、検出用電流IDTの経路r2が遮断される。また、駆動トランジスタTDRのゲートのインピーダンスは充分に高いから、トランジスタQDが非導通状態に遷移すると、駆動トランジスタTDRのゲートは電気的なフローティング状態となる。
一方、制御信号Y2[i]は駆動期間PDRVにてハイレベルを維持する。したがって、図5に示すようにトランジスタQCは導通する。トランジスタQBは非導通状態にあるから、トランジスタQCが導通して電極a1が電源線162に電気的に接続されると、電極a1の電位VAは、図2に示すように、書込期間PWRTにて設定された検出電位VDTから接地電位VCTに低下する。一方、駆動トランジスタTDRのゲート(電極a2)はフローティング状態にある。したがって、電極a1の電位VAが検出電位VDTから接地電位VCTまで変化量ΔVAだけ低下すると、電極a1とともに容量素子CAを構成する電極a2の電位VGは、図2および式(1)に示すように、書込期間PWRTにて設定された電位VDATAから変化量ΔVGだけ低下する。
VG=VDATA−ΔVG ……(1)
式(1)における電位VGの変化量ΔVGは、以下の式(2)に示すように、容量素子CA(容量値cA)と容量素子C0(容量値c0)と駆動トランジスタTDRのゲート容量(容量値cG)との容量比に応じて定まる。
ΔVG=cA/(c0+cA+cG)×ΔVA ……(2)
また、図5に示すように、駆動期間PDRVにおいてはトランジスタQAが導通することで駆動電流IDRの経路r1が形成される。したがって、式(1)の電位VGに応じた駆動電流IDRが電源線161から駆動トランジスタTDRとトランジスタQAとを経由して電気光学素子Eに供給される。駆動電流IDRの供給によって電気光学素子Eは発光する。
図6は、抵抗素子Rの電圧-電流特性FRと電気光学素子Eの電圧-電流特性FEL(FEL_1,FEL_2)とを併記した概念図である。電気光学素子Eの電気的な特性は経時的な劣化に起因して刻々と変化する。図6の特性FEL_1は電気光学素子Eの初期的な電圧-電流特性であり、特性FEL_2は劣化後の電圧-電流特性である。図6に示すように、電気光学素子Eの抵抗値は経時的に増加する。図7には、電気光学素子Eが特性FEL_1である場合の電位VAおよびVGの波形(実線)と、電気光学素子Eが特性FEL_2である場合の電位VAおよびVGの波形(破線)とが併記されている。
図4のように書込期間PWRTにて経路r2から電気光学素子Eに検出用電流IDTを供給すると、電極a1の電位VAは、図6における特性FRと特性FELとの交点に対応した検出電位VDTに設定される。すなわち、図6および図7に示すように、電極a1の電位VAは、電気光学素子Eが特性FEL_1である場合には検出電位VDT_1に設定され、電気光学素子Eが特性FEL_2である場合に検出電位VDT_1よりも高い検出電位VDT_2に設定される。
一方、駆動期間PDRVの開始時における電位VAの変化量ΔVAは、書込期間PWRTにて電極a1に設定された検出電位VDTが高いほど増加する。例えば、図6および図7に示すように、電気光学素子Eが特性FEL_2である場合の電位VAの変化量ΔVA_2は、電気光学素子Eが特性FEL_1である場合の変化量ΔVA_1と比較して大きい。すなわち、電気光学素子Eの抵抗値が高いほど(電気光学素子Eの劣化が進行するほど)、変化量ΔVAは増大する。
駆動トランジスタTDRはpチャネル型であるから、変化量ΔVGの増加によって電位VGが低下する(式(1))ほど駆動電流IDRは増加する。また、式(2)に示すように、駆動期間PDRVにおける電位VGの変化量ΔVGは変化量ΔVAに比例する。したがって、電極a1の電位VAの変化量ΔVAが大きいほど駆動電流IDRは増加する。すなわち、電気光学素子Eの抵抗値(検出用電流IDTの供給時における両端間の電圧)が高いほど駆動電流IDRは増加する。
以上のように本形態においては、電気光学素子Eの電気的な特性に応じて駆動電流IDRが補正されるから、電気光学素子Eの劣化に起因した特性の劣化が効果的に補償される。したがって、電気光学素子Eの特性に拘わらず所期の階調を忠実に表現することが可能である。
以上においては、ひとつの電気光学素子Eの電圧-電流特性が経時的に特性FEL_1から特性FEL_2に変化した場合を想定したが、画素部10を構成する各電気光学素子E間で電気的な特性が相違する場合には、図6を参照して説明したのと同様の理由によって、各電気光学素子Eの階調のバラツキ(階調ムラ)を抑制することが可能である。例えば、画素部10のひとつの電気光学素子Eの電圧-電流特性が図6の特性FEL_1であり、別の電気光学素子Eの電圧-電流特性が図6の特性FEL_2である場合には、同じ階調が指定された場合の両者の階調のバラツキが抑制ないし解消される。すなわち、本形態によれば、電気的な特性に拘わらず電気光学素子Eを忠実に所期の階調に制御することが可能である。
なお、図6の特性FR_1は、特性FRの場合と比較して抵抗素子Rの抵抗値を低下させた場合の抵抗素子Rの電圧-電流特性である。同図に示すように、電気光学素子Eが特性FEL_1である場合と特性FEL_2である場合とにおける検出電位VDT(変化量ΔVA)の相違δは、抵抗素子Rの抵抗値が低下するほど減少する。したがって、電気光学素子Eの特性の相違を高精度に検知して駆動電流IDRの電流量に充分に反映させるためには、抵抗素子Rを電気光学素子Eと同程度の抵抗値に設定することが望ましい。
<B:第2実施形態>
図8は、本発明の第2実施形態における画素回路Pの構成を示す回路図である。同図に示すように、画素部10には給電線181と給電線182とが形成される。トランジスタQEは、電気光学素子Eの陽極と給電線181との間に介在して両者の電気的な接続を制御する。トランジスタQCは、容量素子CAの電極a1と給電線182との間に介在して両者の電気的な接続を制御する。
電圧生成回路26は、電源電位VELおよび接地電位VCTに加えて第1電位VHHと第2電位VLLとを生成する。図9に示すように、第1電位VHHは、電源電位VELよりも低く接地電位VCTよりも高い電位であり、第2電位VLLは、第1電位VHHよりも低く接地電位VCTよりも高い電位である。第1電位VHHは給電線181を介して各画素回路Pに供給され、第2電位VLLは給電線181を介して各画素回路Pに供給される。もっとも、第1電位VHHを第2電位VLLよりも低い電位としてもよい。
書込期間PWRTにてトランジスタQEが導通すると、第1電位VHHに応じた検出用電流IDTが給電線181から経路r2を経由して電気光学素子Eに供給される。第1電位VHHは電源電位VELよりも低いから、本形態において電気光学素子Eに供給される検出用電流IDTは第1実施形態と比較して小さい。
書込期間PWRTにおける検出用電流IDTの供給によって電気光学素子Eは発光する。検出用電流IDTの供給時の発光量が大きいと、例えば駆動期間PDRVにおける消灯が指示された場合(すなわち黒色を表示する場合)であっても実際の電気光学素子Eの階調は明るくなるから、画像のコントラストが低下するという問題が生じ得る。本形態においては電源電位VELとは別個の第1電位VHHが検出用電流IDTの生成に使用されるから、第1電位VHHを低電位に設定することで検出用電流IDTを適宜に減少させることが可能である。したがって、画像のコントラストを高水準に維持することが可能となる。
一方、駆動期間PDRVにてトランジスタQCが導通すると、電極a1の電位VAは、書込期間PWRTにて設定された検出電位VDTから給電線182の第2電位VLLに低下する。すなわち、電位VAの変化量ΔVAは検出電位VDTと第2電位VLLとの差分値となる。したがって、駆動トランジスタTDRのゲートの電位VGは、駆動期間PDRVにて第2電位VLLに応じた電位に設定される。以上のように接地電位VCTとは別個の第2電位VLLが電極a1に供給されるから、第2電位VLLを適宜に選定することで駆動電流IDRの電流量を調整することが可能となる。したがって、画素部10の全体にわたる階調の明暗を容易に調整できるという利点がある。
<C:第3実施形態>
<C−1:構成>
図10は、本発明の第3実施形態における画素回路Pの構成を示す回路図である。同図に示すように、本形態の画素回路Pは、図3に例示した第1実施形態の画素回路Pに容量素子CBとnチャネル型のトランジスタQFおよびQGとを追加した構成となっている。
トランジスタQFは、駆動トランジスタTDRのゲートとドレインとの間に介在して両者の電気的な接続を制御するスイッチング素子である。トランジスタQFがオン状態に変化すると駆動トランジスタTDRのゲートとドレインとが電気的に接続(ダイオード接続)される。
容量素子CBは電極b1およびb2を有する。電極b1は、駆動トランジスタTDRのゲート(容量素子CAの電極a2)に電気的に接続される。トランジスタQDは、電極b2とデータ線14との間に介在して両者の電気的な接続を制御する。トランジスタQGは、電極b2と給電線185との間に介在して両者の電気的な接続を制御する。給電線185には、電圧生成回路26から所定の電位(以下「リセット電位」という)VRSが供給される。
図11は、画素回路Pの動作を説明するためのタイミングチャートである。走査線駆動回路22は、制御信号Y1[i]〜Y5[i]を生成して第i行の各画素回路Pに出力する。制御信号Y1[i]はトランジスタQDのゲートに供給され、制御信号Y2[i]はトランジスタQFおよびQGのゲートに供給され、制御信号Y3[i]はトランジスタQAおよびQCのゲートに供給される。また、制御信号Y4[i]はトランジスタQBのゲートに供給され、制御信号Y5[i]はトランジスタQEのゲートに供給される。
制御信号Y1[i]は、第1実施形態と同様に、第i行の書込期間PWRTにてハイレベルとなる。書込期間PWRTの直前には初期化期間PRSと補償期間PCPとが設定され、書込期間PWRTの直後には駆動期間PDRVが設定される。
<C−2:動作>
次に、図12から図15を参照しながら電気光学装置100の具体的な動作を説明する。以下では、第i行に属する第j列目の画素回路Pの動作を、初期化期間PRSと補償期間PCPと書込期間PWRTと駆動期間PDRVとに区分して説明する。図12から図15においては、図4や図5と同様に、画素回路PのトランジスタQA〜QGが便宜的にスイッチとして図示されている。
[a]初期化期間PRS(図12)
図11および図12に示すように、初期化期間PRSにおいては制御信号Y1[i]およびY5[i]がローレベルに設定されることでトランジスタQDおよびQEは非導通状態となる。一方、制御信号Y2[i]〜Y4[i]は初期化期間PRSにてハイレベルを維持する。制御信号Y2[i]によってトランジスタQGが導通すると、容量素子CBの電極b2の電位は給電線185のリセット電位VRSに初期化される。また、図12に示すように、トランジスタQA,QB,QCおよびQFが導通することで駆動トランジスタTDRのゲートが電源線162に接続される。したがって、ゲートの電位VGおよび電極a1の電位VAは、図11に示すように接地電位VCTに初期化される。
[b]補償期間PCP(図13)
補償期間PCPにおいては、制御信号Y3[i]がローレベルに遷移することで、図13のようにトランジスタQAおよびQCが非導通状態に変化する。駆動トランジスタTDRはトランジスタQFによってダイオード接続された状態にあるから、ゲートの電位VGは、図11に示すように、初期化の直後の電位VCTから上昇していき、電源線161の電源電位VELと駆動トランジスタTDRの閾値電圧VTHとの差分値(VG=VEL−VTH)に収束する。一方、トランジスタQGが導通状態に維持されることで電極b2に対するリセット電位VRSの供給は継続される。
また、補償期間PCPにおいては、制御信号Y5[i]がハイレベルに遷移することでトランジスタQEが導通する。したがって、図13に示すように、検出用電流IDTが電源線161から経路r2を介して電気光学素子Eに供給される。容量素子CAの電極a1はトランジスタQBを介して電気光学素子Eの陽極に接続されているから、電極a1の電位VAは、図11に示すように、検出用電流IDTの供給時における電気光学素子Eの両端間の電圧に応じた検出電位VDTに設定される。
[c]書込期間PWRT(図14)
書込期間PWRTにおいては、制御信号Y3[i]〜Y5[i]が補償期間PCPと同じレベルを維持する。したがって、図14に示すように、電気光学素子Eに対する検出用電流IDTの供給と電極a1に対する検出電位VDTの供給とが補償期間PCPから引き続き実行される。ただし、検出用電流IDTや検出電位VDTの供給は補償期間PCPおよび書込期間PWRTの何れかのみにおいて実行されてもよい。
一方、制御信号Y2[i]がローレベルに遷移することでトランジスタQGは非導通状態に変化する。したがって、電極b2に対するリセット電位VRSの供給は停止する。さらに、制御信号Y1[i]がハイレベルに遷移することでトランジスタQDが導通する。したがって、図14に示すように電極b2はデータ線14に接続される。書込期間PWRTにおいてデータ信号X[j]は画素回路Pに指定された階調に応じた電位VDATAに設定されているから、電極b2の電位は、初期化期間PRSおよび補償期間PCPにて設定されたリセット電位VRSから電位VDATAに変化する。
書込期間PWRTにおいては、ローレベルの制御信号Y2[i]によってトランジスタQFが非導通状態に変化するから、駆動トランジスタTDRのダイオード接続が解除される。これによって駆動トランジスタTDRのゲートは電気的なフローティング状態となる。駆動トランジスタTDRのゲートのインピーダンスは充分に高いから、以上の状態において電極b2がリセット電位VRSから電位VDATAまで変化量ΔV(ΔV=VRS−VDATA)だけ低下すると、電極b1の電位VGは、図11に示すように、補償期間PCPにて設定された電位(VEL−VTH)から変化量k・ΔVだけ低下する。したがって、電位VGは、書込期間PWRTの終点において以下の式(3)のレベルに設定される。なお、係数kは、容量素子C0,CAおよびCBと駆動トランジスタTDRのゲート容量との各々の容量比に応じて定まる数値である。
VG=VEL−VTH−k・ΔV ……(3)
[d]駆動期間PDRV(図15)
図11に示すように、駆動期間PDRVにおいては制御信号Y3[i]がハイレベルに遷移するから、図15に示すように、トランジスタQCが導通して電極a1が電源線162に接続される。したがって、図11に示すように、電極a1の電位VAは、補償期間PCPと書込期間PWRTとにおいて設定された検出電位VDTから接地電位VCTまで変化量ΔVA(ΔVA=VDT−VCT)だけ低下する。
また、駆動期間PDRVにおいて駆動トランジスタTDRのゲートはフローティング状態にあるから、図11に示すように、駆動トランジスタTDRの電位VGは、電位VAの変化量ΔVAに比例した変化量ΔVGだけ低下する。すなわち、電位VGは、駆動期間PDRVの開始の直後に式(4)のレベルに設定される。
VG=VEL−VTH−k・ΔV−ΔVG ……(4)
さらに、駆動期間PDRVにて制御信号Y3[i]がハイレベルに遷移するとトランジスタQAが導通する。すなわち、駆動電流IDRの経路r1が形成される。したがって、式(4)の電位VGに応じた駆動電流IDRが電源線161から駆動トランジスタTDRとトランジスタQAとを経由して電気光学素子Eに供給される。駆動電流IDRの供給によって電気光学素子Eは発光する。
いま、駆動トランジスタTDRが飽和領域で動作する場合を想定すると、駆動期間PDRVにおける駆動電流IDRの電流量は以下の式(5)で表現される。ただし、式(5)における「β」は駆動トランジスタTDRの利得係数であり、「VGS」は駆動トランジスタTDRのゲート−ソース間の電圧である。
IDR=(β/2)(VGS−VTH)2
=(β/2)(VEL−VG−VTH)2 ……(5)
式(4)の代入によって式(5)は以下の式(6)に変形される。
IDR=(β/2)(k・ΔV+ΔVG)2 ……(6)
すなわち、駆動電流IDRの電流量は、駆動トランジスタTDRの閾値電圧VTHに依存しない。したがって、各駆動トランジスタTDRの閾値電圧VTHの誤差(設計値からの相違や他の画素回路Pの駆動トランジスタTDRとの相違)に起因した電気光学素子Eの階調の誤差(ムラ)を抑制することができる。
また、式(6)における変化量ΔVGは、検出用電流IDRの供給時における電気光学素子Eの両端間の電圧に応じて設定されるから、駆動電流IDRは、第1実施形態と同様に、電気光学素子Eの電気的な特性に応じて調整された電流量となる。したがって、本形態においても、電気光学素子Eの特性に拘わらず所期の階調を忠実に表現することが可能である。
<D:変形例>
以上の各形態には様々な変形が加えられる。具体的な変形の態様を例示すれば以下の通りである。なお、以下の各態様を適宜に組み合わせてもよい。
(1)変形例1
画素回路Pの構成は適宜に変更される。例えば、電気光学素子Eが駆動される時間の制限が不要であれば図3のトランジスタQAは省略され得る。また、駆動トランジスタTDRのゲート容量に電位VGが保持される構成においては図3や図10の容量素子C0が省略され得る。さらに、駆動トランジスタTDRやトランジスタQA〜QGの導電型は適宜に変更される。すなわち、駆動トランジスタTDRがnチャネル型である構成やトランジスタQA〜QGがpチャネル型である構成も採用される。
また、以上の各形態においては、複数行の各々の画素回路Pに時分割でデータ信号X[j]を供給するために各画素回路PがトランジスタQDを含む構成を例示した。一方、本発明の電気光学装置100を例えば画像形成装置の露光装置(ラインヘッド)として利用する場合には複数の画素回路PがX方向(主走査方向)のみに配列されるから、各画素回路Pの選択は不要である。したがって、図3や図10のトランジスタQDは省略される。すなわち、図3の構成においては駆動トランジスタTDRのゲートにデータ線14が直接に接続され、図10の構成においては容量素子CBの電極b2にデータ線14が直接に接続される。
なお、以上の各形態においてトランジスタQEを導通させる時期は各行のN個の画素回路Pについて共通する。したがって、N個の画素回路PがひとつのトランジスタQEを共用する構成も採用される。すなわち、図16に示すように、各行に属するN個の画素回路Pの各々における電気光学素子Eの陽極がひとつのトランジスタQEを介して電源線161に接続される。トランジスタQEが導通すると、検出用電流IDTが電源線161からトランジスタQEを介してN個の画素回路Pの各電気光学素子Eに一斉に供給される。
(2)変形例2
以上の各形態においては抵抗素子Rが各画素回路P内に設けられた構成を例示したが、抵抗素子Rの個数や位置は適宜に変更される。例えば、図17に示すように、各列に属するM個の画素回路Pが共通の抵抗素子Rを介して電源線161に接続された構成や、図18に示すように、各行に属するN個の画素回路Pが共通の抵抗素子Rを介して電源線161に接続された構成も採用される。図19に示すように、画素部10を構成する総ての画素回路Pが共通の抵抗素子Rを介して電源線161に接続された構成としてもよい。
(3)変形例3
以上の各形態(図17から図19の各構成を含む)における抵抗素子Rに代えて(または抵抗素子Rとともに)ダイオード素子を経路r2に配置してもよい。ダイオード素子は、画素回路Pの他の要素(例えば電気光学素子Eや駆動トランジスタTDRやトランジスタQA〜QG)と共通の工程で形成される。また、トランジスタQEのソース−ドレイン間の抵抗を抵抗素子Rの代わりに利用してもよい。すなわち、他の要素から独立した抵抗素子Rは本発明において必ずしも必要ではない。
(4)変形例4
以上の各形態においては、電極a1を電源線162に接続する動作と電気光学素子Eに駆動電流IDRを供給する動作とが駆動期間PDRVの始点から並列に実行される構成を例示したが、これらの動作は別個の期間にて実行されてもよい。例えば、電極a1と電源線162との接続によって電位VGを設定する期間を書込期間PWRTと駆動期間PDRVとの間に設け、駆動期間PDRVにて駆動電流IDRの供給を開始するといった構成も採用される。
(5)変形例5
第3実施形態においても第2実施形態と同様の構成が採用される。すなわち、図20に示すように、図10の構成に代えて、第1電位VHHが供給される給電線181と電気光学素子Eの陽極との間にトランジスタQEが介在する構成や、第2電位VLLが供給される給電線182と容量素子CAの電極a1との間にトランジスタQCが介在する構成も採用される。
(6)変形例6
有機発光ダイオード素子は電気光学素子の例示に過ぎない。例えば、無機EL素子やLED(Light Emitting Diode)素子やレーザダイオード素子など様々な電気光学素子を、以上の各形態における電気光学素子Eとして採用することが可能である。すなわち、電流の供給によって階調が変化する総ての素子が本発明の電気光学素子として採用される。
<E:応用例>
次に、本発明に係る電気光学装置を利用した電子機器について説明する。図21ないし図23には、以上に説明した何れかの形態に係る電気光学装置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。
図21は、電気光学装置100を採用したモバイル型のパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。パーソナルコンピュータ2000は、各種の画像を表示する電気光学装置100と、電源スイッチ2001やキーボード2002が設置された本体部2010とを具備する。電気光学装置100は有機発光ダイオード素子を電気光学素子Eとして使用しているので、視野角が広く見易い画面を表示できる。
図22は、電気光学装置100を適用した携帯電話機の構成を示す斜視図である。携帯電話機3000は、複数の操作ボタン3001およびスクロールボタン3002と、各種の画像を表示する電気光学装置100とを備える。スクロールボタン3002を操作することによって、電気光学装置100に表示される画面がスクロールされる。
図23は、電気光学装置100を適用した携帯情報端末(PDA:Personal Digital Assistants)の構成を示す斜視図である。情報携帯端末4000は、複数の操作ボタン4001および電源スイッチ4002と、各種の画像を表示する電気光学装置100とを備える。電源スイッチ4002を操作すると、住所録やスケジュール帳といった様々な情報が電気光学装置100に表示される。
なお、本発明に係る電気光学装置が適用される電子機器としては、図21から図23に例示した機器のほか、デジタルスチルカメラ、テレビ、ビデオカメラ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電子ペーパー、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、POS端末、プリンタ、スキャナ、複写機、ビデオプレーヤ、タッチパネルを備えた機器等などが挙げられる。また、本発明に係る電気光学装置の用途は画像の表示に限定されない。例えば、光書込み型のプリンタや電子複写機といった画像形成装置においては、用紙などの記録材に形成されるべき画像に応じて感光体を露光する光ヘッド(書込ヘッド)が使用されるが、この種の光ヘッドとしても本発明の電気光学装置は利用される。
本発明の第1実施形態に係る電気光学装置の構成を示すブロック図である。 画素回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。 画素回路の構成を示す回路図である。 書込期間における画素回路の様子を示す回路図である。 駆動期間における画素回路の様子を示す回路図である。 抵抗素子や電気光学素子の電圧-電流特性を示す概念図である。 電気光学素子の特性の相違を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の第2実施形態に係る画素回路の構成を示す回路図である。 各電位の高低を示す概念図である。 第3実施形態に係る画素回路の構成を示す回路図である。 画素回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。 初期化期間における画素回路の様子を示す回路図である。 補償期間における画素回路の様子を示す回路図である。 書込期間における画素回路の様子を示す回路図である。 駆動期間における画素回路の様子を示す回路図である。 変形例に係る電気光学装置の構成を示す回路図である。 変形例に係る電気光学装置の構成を示す回路図である。 変形例に係る電気光学装置の構成を示す回路図である。 変形例に係る電気光学装置の構成を示す回路図である。 第3実施形態に係る画素回路の変形例を示す回路図である。 本発明に係る電子機器の形態(パーソナルコンピュータ)を示す斜視図である。 本発明に係る電子機器の形態(携帯電話機)を示す斜視図である。 本発明に係る電子機器の形態(携帯情報端末)を示す斜視図である。 従来の画素回路の構成を示す回路図である。 駆動トランジスタや電気光学素子の電圧-電流特性を示す概念図である。
符号の説明
100……電気光学装置、10……画素部、P……画素回路、E……電気光学素子、TDR……駆動トランジスタ、QA〜QG……トランジスタ、C0,CA,CB……容量素子、R……抵抗素子、12……制御線群、14……データ線、161,162……電源線、181,182,185……給電線、22……走査線駆動回路、24……データ線駆動回路、26……電圧生成回路。

Claims (11)

  1. 第1経路に流れる第1電流に応じた階調となる電気光学素子と、
    前記第1経路上に配置されてゲートの電位に応じて前記第1電流を制御する駆動トランジスタと、
    第1電極と前記駆動トランジスタのゲートに接続された第2電極とを有する容量素子と
    を具備する画素回路を駆動する方法であって、
    前記駆動トランジスタのゲートの電位をデータ信号に応じた電位に設定する第1期間において、前記第1電極を前記電気光学素子に電気的に接続するとともに前記電気光学素子に第2電流を供給することで、前記第1電極の電位を前記電気光学素子の両端間の電圧に応じた電位に設定し、
    前記第1期間の経過後の第2期間において、前記第1電極を前記電気光学素子から電気的に絶縁した状態で前記第1電極の電位を所定の電位に変化させることで前記駆動トランジスタのゲートの電位を設定する
    ことを特徴とする画素回路の駆動方法。
  2. 前記第1経路は、第1電源電位が供給される第1電源線と前記第1電源電位よりも低い第2電源電位が供給される第2電源線との間に形成され、
    前記第1期間においては、前記第1電源電位と前記第2電源電位との間の第1電位が供給される第1給電線と前記電気光学素子とを結ぶ第2経路を介して前記電気光学素子に前記第2電流を流す
    請求項1に記載の画素回路の駆動方法。
  3. 前記第1経路は、第1電源電位が供給される第1電源線と前記第1電源電位よりも低い第2電源電位が供給される第2電源線との間に形成され、
    前記第2期間においては、前記第1電源電位と前記第2電源電位との間の第2電位が供給される第2給電線に前記第1電極を接続する
    請求項1に記載の画素回路の駆動方法。
  4. 前記第1期間の開始前の補償期間において、前記駆動トランジスタのゲートの電位を当該駆動トランジスタの閾値電圧に応じた電位に設定し、
    前記補償期間と前記第1期間とにわたって、前記第1電極を前記電気光学素子に電気的に接続するとともに前記電気光学素子に第2電流を供給する
    ことを特徴とする請求項1から請求項3の何れかに記載の画素回路の駆動方法。
  5. 前記補償期間の開始前の初期化期間において、前記駆動トランジスタのゲートの電位と前記第1電極の電位とを所定の電位に初期化する
    請求項4に記載の画素回路の駆動方法。
  6. 第1電流に応じた階調となる電気光学素子と、
    ゲートの電位に応じて前記第1電流を制御する駆動トランジスタと、
    第1電極と前記駆動トランジスタのゲートに接続された第2電極とを有する容量素子と
    を具備する画素回路を駆動する方法であって、
    第1期間において、前記第2電極をデータ信号に応じた電位に設定するとともに前記第1電極を前記電気光学素子の電気的な特性に応じた電位に設定し、
    前記第1期間の経過後の第2期間において、前記第1電極の電位を変化させ、当該変化後の前記駆動トランジスタのゲートの電位に応じた前記第1電流を前記電気光学素子に供給する
    画素回路の駆動方法。
  7. 前記電気光学素子は一対の電極を有し、
    前記電気光学素子の電気的な特性に応じた電位は、前記電気光学素子と前記第1電極とを接続した状態で前記電気光学素子に第2電流を供給したときの前記一対の電極間の電圧に応じた電位である
    請求項6に記載の画素回路の駆動方法。
  8. 第1経路に流れる第1電流に応じた階調となる電気光学素子と、
    前記第1経路上に配置されてゲートの電位に応じて前記第1電流を制御する駆動トランジスタと、
    第1電極と前記駆動トランジスタのゲートに接続された第2電極とを有する容量素子と、
    前記電気光学素子に対する第2電流の供給の可否を制御する第1スイッチング素子と、
    前記第1電極と前記電気光学素子との電気的な接続を制御する第2スイッチング素子と、
    所定の電位が供給される給電線と前記第1電極との電気的な接続を制御する第3スイッチング素子と
    を具備する画素回路。
  9. 前記駆動トランジスタのゲートの電位がデータ信号に応じた電位に設定される第1期間において、前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子とが導通することで、前記第1電極の電位が、前記第2電流の供給時における前記電気光学素子の両端間の電圧に応じた電位に設定され、
    前記第1期間の経過後の第2期間において、前記第2スイッチング素子が非導通となった状態で前記第3スイッチング素子が導通することで前記駆動トランジスタのゲートの電位が設定される
    請求項8に記載の画素回路。
  10. 画素回路と駆動回路とを具備する電気光学装置であって、
    前記画素回路は、
    第1経路に流れる第1電流に応じた階調となる電気光学素子と、
    前記第1経路上に配置されてゲートの電位に応じて前記第1電流を制御する駆動トランジスタと、
    第1電極と前記駆動トランジスタのゲートに接続された第2電極とを有する容量素子と、
    前記電気光学素子に対する第2電流の供給の可否を制御する第1スイッチング素子と、
    前記第1電極と前記電気光学素子との電気的な接続を制御する第2スイッチング素子と、
    所定の電位が供給される給電線と前記第1電極との電気的な接続を制御する第3スイッチング素子と
    を含み、
    前記駆動回路は、
    前記駆動トランジスタのゲートの電位がデータ信号に応じた電位に設定される第1期間において、前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子とを導通状態に制御するとともに前記第3スイッチング素子を非導通状態に制御し、
    前記第1期間の経過後の第2期間において、前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子とを非導通状態に制御するとともに前記第3スイッチング素子を導通状態に制御する
    ことを特徴とする電気光学装置。
  11. 請求項10に記載の電気光学装置を具備する電子機器。





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