JP2006504131A - 電荷共有を有するディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、ディスプレイ装置及びディスプレイ装置を制御する方法に関する。ロウｎ及びカラムｍに配置された複数の画素を有するディスプレイ装置は、ディスプレイ装置、特にアクティブ・マトリクス・ディスプレイにおける電荷共有によって、省エネルギを可能にするために示され、画素がコントロールライン（６）を介して活性化されることができ、ロウ電圧（Ｖ_ｒｏｗ）によって、ロウを駆動するためのロウ駆動回路（４）を備え、当該ディスプレイ装置のロウが、連続して１からｎまで選択されることができ、表示されるため選択されたラインの画素（８）の画像データに対応するカラム電圧（Ｖ_ｃｏｌ）によって、ｍカラムを駆動するためのカラム駆動回路（３）を備え、そして選択されたロウｎから他のロウｎ＋ｘへの移行のため、ロウ電圧（Ｖ_ｒｏｗ）が、中間電圧レベル（Ｖ_Ｚ）に接続され、そしてロウｎ＋１が、まず中間電圧レベル（Ｖ_Ｚ）に接続され、そして次に所要のロウ電圧（Ｖ_ｒｏｗ）まで充電される。

Description

本発明は、ディスプレイ装置及びディスプレイ装置を制御する方法に関する。

ディスプレイ技術は、情報及び通信技術においてますます重要な役割を果たす。人とデジタル世界との間のインターフェースとして、ディスプレイ装置、すなわち略してディスプレイは、最新の情報システムの受け入れのために重要な意味を有する。ディスプレイは、例えば、ノートブック、電話機、デジタルカメラ、及び携帯情報端末など、携帯用の電気製品で特に使用される。エネルギ消費は、これら携帯用の電気製品では、特に重要な基準である。なぜなら、電気製品のバッテリの稼働寿命、そして電気製品の使用期間は、それに依存するからである。

原則として、２種類のディスプレイが存在する。これらは、一方は、パッシブ・マトリクス・ディスプレイであり、そして他方は、アクティブ・マトリクス・ディスプレイである。

アクティブ・マトリクス・ディスプレイは、現在までに特に重要になった。なぜなら、例えば動画像の表示など、速い画像変化は、この技術によって実現されることができるからである。画像要素又は画素は、アクティブ・マトリクスＬＣＤ技術によって能動的に制御される。その最も高い頻度で使用されるバージョンは、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ−ＬＣＤ）で動作する。画素における画像信号は、直接各画素と一体化されているシリコン・トランジスタによって、ここに表示される。ディスプレイ又は映像スクリーンが、広い電圧範囲から対応するように異なる電圧で制御されることができることは、鮮明なグレー・レベルの表示に必要である。チャージポンプを有する駆動回路は、ディスプレイのこの制御のために使用される。集積回路、特に携帯用の装置内におけるものは、バッテリによって提供される低い電源電圧を供給されるので、ディスプレイを制御するために必要なより高い電圧は、チャージポンプによって生成されるべきである。液晶の回転は、電圧レベルに応じて変化し、その結果、より多量又は少量の光が通過される。この光は、いわゆるバックライトを発する、ディスプレイの裏側に配置された光源から、又は反射ディスプレイの場合には、反射層の表面及び反射される裏面から入射する日光から起こる。

液晶ディスプレイは、一般的に、駆動回路又は制御装置が接続される、外部に通じる接続端子を有するガラスで形成される。これらの駆動回路は、ディスプレイ上に表示されるべき画像信号又は画像データを、対応する電圧値に変換する。画像情報は、デジタル画像信号又は画像データの形式でメモリ装置に格納される。これらデジタル画像信号は、アナログ信号に変換されるべきであり、その結果、適切な光度が、アナログ電圧によってディスプレイ上に生成されることができる。この変換に必要なデジタル／アナログ変換器は、デジタル画像信号を、２０ｍＶ未満から１５Ｖを超えるまでの範囲内にある電圧に変換する。これらの高い電圧は、チャージポンプ、又は電荷を増加させるものによって、携帯用の電気製品で生成されるものであるので、得られる電圧は、できるだけ有効に利用されるべきである。

従って、本発明の目的は、エネルギ消費が電荷共有によって低減されるディスプレイ装置を提供することである。

この目的は、ロウｎ及びカラムｍに配置され、ロウの画素がコントロールラインを介して選択されることができる複数の画素と、ロウ電圧によって、ｎロウを活性化するためのロウ駆動回路と、表示されるため選択されたロウの画素の画像データに対応するカラム電圧によって、ｍカラムを制御するためのカラム駆動回路とを備えるディスプレイ装置であって、選択されたロウｎから他のロウｎ＋ｘへ移行したとき、ロウ電圧が中間電圧レベルに接続され、そしてロウｎ＋ｘが、まず上述の中間電圧レベルに接続され、そして次に所要のロウ電圧まで充電されるようになされているディスプレイ装置によって、達成される。

パッシブ・マトリクス・ディスプレイの場合には、ロウとこのロウに隣接するロウとに、その間の接続を介して加えられた電荷又は電圧を利用し、これによりこの電荷又は電圧を分割又は共有することが可能である。かかるロウの相互接続、又は電荷の共有利用は、アクティブ・マトリクス・ディスプレイの場合には、可能でない。なぜなら、一つには、そのとき両方のロウは、同時に能動的になり得るからであり、これは、これらロウの間に電圧の損失を引き起こし、その結果、ロウの間にクロストークが生じ、このロウ間のクロストークによって、ディスプレイの画質が損なわれる。そのとき、２つの隣接するロウは、同時に駆動される可能性があり、そして加えられたカラム電圧は、関連するカラムにおける両方のロウの画素をオン状態にする。カラム電圧が、グレー・レベルに基づいて、単一の画素のためにのみ供給されるので、このカラム電圧は、直ちに２つの画素に加えられ得ることとなり、その結果、画素は所望のグレー・レベルを有しないことになる。

電荷共有による節電用のパッシブ・マトリクス・ディスプレイからの方法を直接的に引き継ぐことは、可能でない。なぜなら、パッシブ・マトリクス・ディスプレイの制御における時間系列は、異なるものであり、そしてまた、ロウ及びカラム制御用の電圧は、異なるからである。上述されたように、直接的な相互接続は、ディスプレイ装置の画質の劣化を引き起こす。従って、特に、顕著な時間の遅延なしで、電荷共有を実現することが必要とされる。他方、電荷共有を実現するための回路の追加費用は、限度範囲内に保持されるべきである。

アクティブ・マトリクス・ディスプレイのロウは、所定のロウ電圧によって順次制御される。各ロウにおけるＴＦＴトランジスタのゲートは、ロウ電圧によって活性化され、これによってロウは選択される。次に、選択されたロウの画素（又は画像要素）は、加えられたカラム電圧に依存し、ディスプレイの各データラインに加えられたカラム電圧（Ｖ_Ｃｏｌ）によって、オン状態にされる。このカラム電圧は、ＴＦＴトランジスタを介して、画素内に存在する蓄積キャパシタに転送され、このキャパシタは、次のライン掃引まで、各電圧又は電荷を蓄えておく。カラム電圧は、異なる値を有し、カラム電圧のレベルは、表示されるグレー・レベルに依存する。画素における液晶は、各データラインの異なるカラム電圧のために、異なる程度に回転し、その結果、より多量又は少量の光が、回転に応じて通過することができ、これは、観察者からみて、異なるグレー値をもたらす。カラーフィルタは、色の表示のために使用される。いくつかの異なる色を有するディスプレイは、１つの画素内に組み入れられた、いくつかのＴＦＴトランジスタと、ディスプレイの正面に配置された、いくつかのカラーフィルタとを利用する。その結果、１画素のＴＦＴトランジスタは、表示される色に応じて、共に又は単独でオン状態にされる。

本発明に基づく構成では、所定の時点で選択されたロウに加えられたロウ電圧は、各ロウから次のもの又はいくつかの他のロウへの移行で、まず中間電圧レベルに接続され、その結果、選択されたロウの電荷は、この中間電圧レベルまで消失することができ、それは一時的にキャパシタによって蓄積される。中間電圧レベルへの接続後、残存するロウの電荷又は電圧は、参照電位への接続によって消失される。新たに選択されるべきロウは、選択されたロウが中間電圧レベルから引き離された時点の後まで、中間電圧レベルに接続されることができない。

次のロウを活性化するためのロウ電圧の充電の間に、このロウは、まず中間電圧レベルに接続され、その結果、そこでキャパシタに蓄積された電荷は、このロウに流れることができる。中間電圧レベルから、最終的に要求されるロウ電圧（Ｖ_Ｒｏｗ）になるまで、各ロウを充電することは、その後に必要なだけであり、その結果、仮に、このロウが、参照電位（Ｖ_０）から所要のロウ電圧に充電されるべきである場合よりも、より少ないエネルギが、このために使用される必要がある。

本発明の有益な実施形態では、活性化されたロウは、駆動回路に存在する中間電圧レベルに接続される。特に、最大カラム電圧Ｖ_{ｃｏｌｍａｘ}は、ここで中間電圧レベルとして使用される。中間電圧レベルが既に回路技術で実現されていることは、この実施形態で有利である。結果として、選択されたロウの電荷は、この約５Ｖの電圧レベルになるまで流れ、そして蓄積される。その後、次のロウは、まずこの中間電圧レベルＶ_{ｃｏｌｍａｘ}に再び接続され、その結果、当該ロウは、Ｖ_{ｃｏｌｍａｘ}電圧レベルになるまで充電される。その後、次のロウは、このロウを活性化するために、５Ｖから所要のロウ電圧の１５〜２０Ｖに充電される。結果として、ロウ電圧は、その全体のレベルまで、又はチャージポンプによって生成される必要はない。

本発明の有益な実施形態では、いくつかの中間電圧レベルは、電荷分割又は共有のために使用される。この場合には、選択されたロウの電荷は、まず最も高い中間電圧レベルに接続され、続いて、次に低い中間電圧レベルに接続される。選択されたロウが放電された後に、次のロウは、連続して中間電圧レベルに接続され、従ってこれらのレベルで蓄積された電荷を得る。

スイッチング・ユニットは、１つ又は複数の中間電圧レベルへの接続のために設けられ、そのユニットに、利用できるディスプレイ装置の電圧レベル（Ｖ_Ｒｏｗ、Ｖ_{ｃｏｌｍａｘ}）が供給される。現在のロウｎに加えられたロウ電圧は、例えばスイッチとしての役割を果たすトランジスタによって、このスイッチング・ユニットにおける中間電圧レベルに接続される。

しかしながら、中間電圧レベルの数が増加するので、回路の費用は、単一の中間電圧レベルのみの場合より高くなる。

現在選択されているロウを、中間電圧レベルに切り替え、そして次に、制御されるべき次のロウを、中間電圧レベルに切り替え、そして続いて所要のロウ電圧に切り替えるために必要とされる追加時間は、ミリ秒範囲にあり、そしてディスプレイ装置の画質に対して、目に見える程の影響をあまり有しない。

本発明の有益な実施形態では、電荷共有メカニズムの発明の構成は、最大の画像繰返し率の場合には、オフ状態にされる。

ディスプレイ装置は、通常、プログラム可能な画像繰返し率を有する。これは、適用に応じて選択されることができる。従って、例えば携帯電話上の静止画像や、例えばラップトップなどのコンピュータ上の動画でない表示の場合より、例えばより高い画像繰り返し率が動画像の表示のために必要とされる。従って、本発明に基づく電荷共有は、静止画像の表示のためだけに駆動され、その結果、この場合には、電荷共有のため、かなりの省エネルギが達成されることができる。時間は、電荷共有のスイッチング・オフの可能性のために、動画像の表示におけるロウ掃引で節約されることができる。従って、より高いエネルギ消費を伴う動きのための高い画像繰返し率と、低減されたエネルギ消費を伴うやや低減された画像繰返し率との間を、選択することが可能である。

また目的は、ロウｎ及びカラムｍに配置された画素を有するディスプレイ装置を制御する方法であって、ロウ電圧Ｖ１〜Ｖ４は、ロウを選択するために、コントロールラインを介してロウに供給され、そしてカラム電圧は、データラインを介してカラムｍに供給され、そしてロウは連続して選択され、そして選択されたロウｎから他のロウｎ＋１への移行の場合には、選択されたロウに加えられた電荷は、中間電圧レベルに変換され、そして他のロウｎ＋１は、まず上述の中間電圧レベルに接続され、そして次に所要の制御電圧まで充電される方法によって、達成される。

本発明は、これから、図面に示された実施形態を参照してさらに詳細に説明される。

図１は、ディスプレイ装置２の制御機器を表すブロック図である。

カラム駆動回路３及びロウ駆動回路４は、ディスプレイ装置２に接続されている。ディスプレイ装置２は、ロウｎ及びカラムｍに配置されている画素８を含む。ロウｎは、コントロールライン６を介して選択される。ロウ電圧Ｖ_１〜Ｖ_４は、これらコントロールラインを介してロウに供給される。カラム電圧Ｖ_ｃｏｌは、データライン７を介してカラムｍに供給される。ディスプレイ装置のロウｎは、原則として、連続して選択される。例えば１つの画面を横切る際に、偶数のロウのみを選択し、そして次に横切る際には、奇数のロウを制御することは、特別な制御方法で可能である。どんな順序でロウが選択及び制御されるかについては重要でないので、本発明は、あらゆる制御方法に適用できる。

ロウ電圧Ｖ_ｒｏｗは、Ｖ１＝＋１４ＶからＶ４＝−１２Ｖまでの範囲にある。カラム電圧Ｖ_ｃｏｌは、表示されるグレー・レベルに応じて、Ｖ_{ｃｏｌｍｉｎ}＝０ＶからＶ_{ｃｏｌｍａｘ}＝５Ｖまで変化する。

図２は、画素８を示す。画素８は、主に、ここにＴＦＴトランジスタによって形成されたスイッチング素子９を含む。蓄積キャパシタ１０は、次のロウの掃引まで、電荷を蓄積する。ＴＦＴトランジスタ９は、コントロールライン６及びデータライン７に接続される。ロウ電圧Ｖ_ｒｏｗは、コントロールライン６を介して供給される。ＴＦＴトランジスタ９のゲートは、このロウ電圧Ｖ_ｒｏｗによって、開放又は活性化される。ロウ電圧は、このロウに存在する全ての画素のＴＦＴトランジスタのゲートを開放する。ＴＦＴトランジスタのゲートが開放した瞬間に、カラム電圧Ｖ_ｃｏｌが、データライン７を介して供給される。当該ロウに存在する全ての画素は、データライン７を介して各カラム電圧を供給され、その結果、画素は、対応するグレー・レベルを表示する。

図３は、ロウ電圧のスイッチオン・パルスが、パッシブ・マトリクス・ディスプレイのために示される図である。選択されたロウｎのロウ電圧が、時点ｔ_３１で、次のロウｎ＋１に直接接続されることがここに示されている。ロウｎの電荷は、時点ｔ_３２までロウｎ＋１に流れる。この時点ｔ_３２で、両方のラインの両方のトランジスタは、ロウｎ＋１の図で開放状態にあり、これは、アクティブ・マトリクス・ディスプレイの場合には、画質の劣化を引き起こす可能性がある。この時点から、所要の電荷レベルＶ_ｒｏｗに到達されるまで、ラインｎ＋１はさらに充電される。

図４は、ロウ電圧のスイッチオン・パルスが、アクティブ・マトリクス・ディスプレイのために示される本発明の図である。時点ｔ_２で、選択されたロウｎは、中間電圧レベルＶ_{ｃｏｌｍａｘ}に接続され、そして電荷がそこに蓄積される。ロウｎは、時点ｔ_３まで、中間電圧レベルＶ_{ｃｏｌｍａｘ}に接続されたままである。次に、時点ｔ_４で、０Ｖまでさらに放電される。ロウｎ＋１は、時点ｔ_４と同一の時点ｔ_５で、中間電圧レベルに接続される。このロウｎ＋１は、時点ｔ_６まで、中間電圧レベルＶ_{ｃｏｌｍａｘ}に接続されたままである。次に、それは、チャージポンプによって、所要の電圧レベル約１５Ｖまで充電される。省エネルギは、ここで２つのステップによって行われる。まず、ロウｎの電荷は、中間電圧レベルＶ_{ｃｏｌｍａｘ}で蓄積される。中間電圧レベルＶ_{ｃｏｌｍａｘ}と必要なロウ電圧との間の電圧差を充電することは、ロウｎ＋１を充電するのに十分である。その手順は、さらなるロウにとって同一である。

ディスプレイ装置の構成を示す。 画素の回路図を示す。 パッシブ・マトリクス・ディスプレイにおける電荷共有のためのロウ電圧を示す。 アクティブ・マトリクス・ディスプレイにおける電荷共有のためのロウ電圧を示す。

符号の説明

２ ディスプレイ装置
３ カラム駆動回路
４ ロウ駆動回路
６ コントロールライン
７ データライン
８ 画素
９ スイッチング素子
１０ 蓄積キャパシタ

Claims (7)

1. ロウｎ及びカラムｍに配置され、ロウの画素がコントロールラインを介して選択されることができる複数の画素と、ロウ電圧によってｎロウを活性化するためのロウ駆動回路と、表示されるため選択されたロウの前記画素の画像データに対応するカラム電圧によって、ｍカラムを制御するためのカラム駆動回路とを備えるディスプレイ装置であって、選択されたロウｎから他のロウｎ＋ｘへ移行したとき、前記ロウ電圧が中間電圧レベルに接続され、そして前記ロウｎ＋ｘが、まず前記中間電圧レベルに接続され、そして次に所要のロウ電圧まで充電されるようになされているディスプレイ装置。
2. 複数の中間電圧レベルが電荷共有のために設けられ、そして前記選択されたロウは、段階的に、第１の中間電圧レベル、そして次に、電荷共有のために前記中間電圧レベルまで、さらなる前記中間電圧レベルに結合されることができることを特徴とする請求項１記載のディスプレイ装置。
3. 前記選択されたロウｎの電荷は、前記中間電圧レベルでキャパシタに蓄積されることができることを特徴とする請求項１記載のディスプレイ装置。
4. 最大の前記カラム電圧は、前記中間電圧レベルとして使用されることを特徴とする請求項１記載のディスプレイ装置。
5. 前記中間電圧レベルに対応する電圧は、前記ロウ電圧の約半分であることを特徴とする請求項１記載のディスプレイ装置。
6. スイッチング・ユニットは、まず前記選択されたロウｎを、そして続いて次のロウｎ＋ｘを、前記中間電圧レベルに接続するために設けられていることを特徴とする請求項１記載のディスプレイ装置。
7. ロウｎ及びカラムｍに配置された画素を有するディスプレイ装置を制御する方法であって、ロウ電圧は、前記ロウを選択するために、コントロールラインを介して前記ロウに供給され、そしてカラム電圧は、データラインを介して前記カラムｍに供給され、そして前記ロウは連続して選択され、そして選択されたロウｎから他のロウｎ＋１への移行の場合には、前記選択されたロウｎに加えられた電荷は、中間電圧レベルに変換され、そして前記他のロウｎ＋１は、まず前記中間電圧レベルに接続され、そして次に所要の制御電圧まで充電される方法。

Images