JP2008242358A - アクティブマトリクス型表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】デジタル駆動型有機ELパネルの消費電力を低減する。
【解決手段】有機ELパネル7には、マトリクス状に配置された各画素が設けられている。フレームメモリ4には、画素毎のデータを1フレーム分記憶される。サブフレームタイミング生成回路2は、モード設定バスの信号によって、サブフレーム数を決定し、決定されたサブフレーム数で、フレームメモリ4からのデータの読み出しタイミングを制御する。そこで、決定されたサブフレームに応じた表示が有機ELパネル7において行われる。
【選択図】図2

Description

本発明は画素に自発光型素子を有する表示装置に関する。
本発明は、マトリクス状に配置された各画素に自発光素子および自発光素子の発光を制御する素子を有するアクティブマトリクス型表示装置に関する。
アクティブマトリクス型表示装置は、高解像度化が可能であるため、ディスプレイとして広く普及している。ここで、アクティブマトリクス型表示装置は画素一つ一つに表示状態を決定するための能動素子が必要となる。特に、有機ELディスプレイ等電流駆動型の場合には、発光素子に電流を供給し続けることが可能な駆動トランジスタが設けられている。駆動トランジスタには、アモルファスシリコンやポリシリコンなどの薄膜により形成される薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor:TFT)が用いられるが、このTFTの特性を均一化することは難しい。
TFTの特性を回路技術で補正する方法がいくつか提案されており、その1つとしてデジタル駆動があり、アクティブマトリクス型有機ELディスプレイをデジタル駆動により階調を制御する方法が知られている(特許文献1)。
特開2005−331891号公報
しかし、デジタル駆動は1フレーム期間を複数のサブフレーム期間に分割し、各サブフレーム期間に発光するか否かを制御するビットデータを書き込む。従って、1フレーム期間にサブフレームと同じ数だけ画素にビットデータを書き込む必要がある。
このように、サブフレームに分割して各ビットデータに対応したデジタルデータを1フレーム期間に何度も書き込むデジタル駆動の場合、配線の充放電回数が多くなり、消費電力が大きくなっていた。
本発明は、マトリクス状に配置された各画素に各画素の表示を制御する素子を有するアクティブマトリクス型表示装置において、画素毎のデータを1フレーム分記憶するフレームメモリと、このフレームメモリからの読み出しタイミングを制御するサブフレームタイミング生成回路と、フレームメモリから出力されたデータに応じた表示を行う表示部と、を含み、前記サブフレームタイミング生成回路は、1フレームに何回のデータ表示を行うかについてのサブフレーム数が異なる複数の読み出しタイミングのパターンを用意しており、モード設定信号に応じて決定されたサブフレーム数の読み出しタイミングで、前記フレームメモリからデータの読み出すことを特徴とする。
また、前記サブフレーム数としては、少なくとも1フレームに1サブフレームの場合と、1フレームに複数サブフレームの場合があることが好適である。
また、前記表示部の各画素には、少なくとも1ビットのスタティックメモリが設けられ、表示の変更の必要がない領域については、該当する画素のデータの書き換えを行わないことが好適である。
また、前記表示部の各画素には、有機EL素子が設けられていることが好適である。
本発明によれば、サブフレームタイミング生成回路により、フレームメモリからの読み出しをサブフレーム数に応じて変更することができる。従って、サブフレーム数が少ないときにはデータの表示部への出力回数を少なくして効率的な表示が行える。
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図7には画素23をマトリクス状に配置した表示部としての画素アレイ24と、データドライバ1と、ゲートドライバ22から構成される有機ELディスプレイの例が示されている。なお、ゲートドライバ22は画素アレイ24と同一基板上に形成されるため、ゲートドライバ22と画素アレイを総括して表示パネルと呼ぶこともある。
マトリクス状に配置された画素23に選択信号やデータ信号を供給するため、行方向には行毎にゲートライン12、列方向には列毎にデータライン13が配線されている。そのため、両ラインの交差部に容量成分が形成され、この容量を充放電することで適切に選択信号やデータ信号が画素23へ供給される。しかしながら、デジタル駆動では1フレーム期間を複数のサブフレームに分割して、それぞれのサブフレームに対応したデータを画素に書き込むため、配線容量を充放電する回数が本質的に多くなる傾向にある。したがって、サブフレームを多く導入すればするほど電力を消費する。
図1には、実施形態に係る3つの表示モードの例が示されている。第1の表示モードはテキストモードであり、この第1の表示モードでは、1フレーム期間(通常60Hzで約16.7ms)にサブフレームSF0のみを用いて、1ビット表示を行う。従って、このモードでは、各画素には1フレーム期間に1度だけSF0のデータが書き込まれる。この表示モードでは、書き込み回数が1フレーム期間に1度であり、明らかに消費電力を最小限に抑えられる。
モバイル端末などにたいてい導入されている電子メールアプリケーションにおいて、電子メールのコンテンツを表示する際には、しばしば白背景に黒文字が使われることが多く、一般にユーザーは最も長い時間をこのメールの閲覧や作成に費やすため、この表示モードを積極的に用いることで低消費電力化し、より長時間の動作を保証することができる。なお、必要に応じてフレーム期間を60Hz以下、例えば30Hz(33.3ms)にするとさらに消費電力を抑えることができる。
第2の表示モードは、グラフィックモードであり、この第2の表示モードではサブフレームSF0〜SF2を用いて3ビット表示を行う。このグラフィックモードでは、テキストモードと比較して、サブフレームの数が増えて消費電力が増加するが、多階調表示が可能となる。モバイル端末の待ち受け画面やデコレーションが必要な画面を表示する場合、テキストモードではやはり階調が足りないため、このグラフィックモードを用いることである程度電力を消費することを許して、より多くの階調での表示を行うことができる。
第3の表示モードはピクチャーモードであり、この第3の表示モードではサブフレームSF0〜SF5を用いて6ビット表示を行う。この第3の表示モードでは、第1、第2の表示モードに対し、最もサブフレーム数が多く、電力を消費するが、最大の階調数を生成できる。モバイルカメラなどで撮影した映像を表示する際など、より自然な映像を表示する場合には、やはり6ビット以上の階調が必要となる。その場合にはやはり消費電力より、多階調化が優先されるべきであり、ピクチャーモードで積極的に映像を多階調表示すればよい。
このように、デジタル駆動では多階調化すればするほど電力を消費するという特徴があるため、この特徴を表示内容の特徴にあわせて柔軟に使い分けることで電力消費を低減できる。
図2には、図1の表示モードの切替えを実現する回路構成が示されている。データドライバ1は、デジタル駆動のタイミングを、データバスより入力されるデータおよびタイミング信号から生成し、有機ELパネル7へ出力する。有機ELパネル7には後述する画素回路23がマトリクス状に配置された画素アレイ24とゲートドライバ22が同一基板上に形成され、データドライバ1から供給される信号でゲートドライバ22が制御され、画素23のデータの選択書き込みが適切に行われる。
データバスより入力されるドット単位のデータは、まずラインバッファ3に1ライン分蓄積される。ラインデコーダ5はラインバッファ3上のデータに対応するラインをフレームメモリ4内で選択し、ラインバッファ3上のデータがフレームメモリ4にライン単位で書き込まれる。例えば、最高6ビットのデータを取り扱うのであれば、データバスは、6本のラインからなり、データバス上のデータがラインバッファ3にパラレルで取り込まれる。フレームメモリも1画素に対応して6ビットの記憶が可能であり、ラインバッファ3からのデータがフレームメモリ4の対応ラインに記憶される。
このようにして、1度全画面データがフレームメモリ4内に書き込まれると、ラインデコーダ5は、例えば特許文献1に開示されているデジタル駆動の手順に対応して、フレームメモリ4から対応するラインを選択し、ラインデータを読み出す。すなわち、ラインデコーダは、タイミング信号によって、1ライン毎にインクリメントする信号を基準とし、テキストモードであれば、各ラインの読み出しタイミングでSF0用のデータをフレームメモリの該当ラインの各画素データの中から読み出す。また、ピクチャーモードであれば、同一時刻に最大3つのラインのデータを出力する必要がある。そこで、1ラインの選択時間を3分割し、分割した各時間に異なったラインのデータをフレームメモリ4の該当画素のメモリから読み出し、これを出力バッファ6を介し順次出力する。すなわち、ピクチャーモードであれば、基準となるラインのデータをデコードして、3つの分割した時間において、最大3つのラインの選択する信号が出力される。すなわち、ラインデコーダ5は、モード設定信号によりいずれかのモードを選択し、各時間において基準となる読み出しラインの信号にデコードすることにより、図1の該当モードにおいて、必要な読み出しラインのアドレスを発生する。従って、読み出されたラインデータがフレームメモリ4から読み出されて、出力バッファ6を介して有機ELパネル7に出力される。なお、2段のラッチを設け、読み出しデータを一旦ラッチしておいてから、次のタイミングで次段のラッチに転送して有機ELパネルに出力することが好適である。
ここで、フレームメモリ4は各画素に3つの表示モードのデータを別々に記憶できるようにしておき、例えば、上述の3つの表示モードのデータであれば、1画素分を1+3+6=10ビットにしておき、モード設定信号に基づいて、いずれかのデータを読み出せばよい。また、6ビットのみとしておき、モード設定信号の表示モード(ビット数)に応じてMSBから該当ビット数のデータを読み出してもよい。
従来のデジタル駆動では、表示内容の特徴にかかわらず、同一のサブフレーム構成を生成するタイミングを常に生成していたが、本発明ではサブフレームタイミング生成回路2を導入しているため、表示モードを設定することでこのタイミングが変更される。
あらかじめ用意された、例えば図1に示される3つの第1〜第3の表示モード、すなわち、テキストモード、グラフィックモード、ピクチャーモードに対応する3つの異なるサブフレームタイミングについて、モード設定バスに供給されるモード設定信号により、いずれかのモードが選択されと、サブフレームタイミング生成回路2は選択されたタイミングでラインデコーダ5を制御する。例えばテキストモードであれば、1フレームに一度のみフレームメモリ4の1ラインを選択し、対応する1ビットのデータを、出力バッファ6を介して有機ELパネル7に出力する。グラフィックモードでは、3ビット分の対応するデータを、ピクチャーモードでは全6ビット分のデータを読み出して、デジタル駆動の手順で有機ELパネル7へ出力する。
サブフレームタイミング生成回路2にあらかじめ備える表示モードとして、2ビットモードや4ビットモードなど、表示モードを細かく分類してもよい。あるいは、表示内容を分析して、自動的に表示モードを切り替える機能をさらに付加してもよい。すなわち、デジタルデータの内容をみれば、階調数を判定できるため、判定した階調数に応じて表示モードを決定すればよい。表示データと別に表示モードの信号を外部から供給してもよい。
有機ELパネル7の画素23に適用する画素としては、例えば図3から図6に示される回路が好適である。
図3には保持容量11を用いたダイナミックメモリ型の画素の例が示されている。P型の選択トランジスタ10のゲート端子はゲートライン12が接続されている。選択トランジスタのドレイン(またはソース)端子はデータライン13に接続され、選択トランジスタのソース(またはドレイン)端子はP型の駆動トランジスタ9のゲート端子に接続されるとともに、保持容量11を介し、電源電圧VDDの電源ライン14に接続されている。駆動トランジスタのソース端子は電源ライン14に接続され、ドレイン端子は、有機EL素子8のアノードに接続されている。そして、有機EL素子8のカソードは、カソード電源VSSに接続されるカソード電極15に接続されている。
ゲートライン12をLowにすることで、選択トランジスタ10がオンし、データライン13に供給されているデータが保持容量11に書き込まれ、選択トランジスタ10がオフした後も、そのデータが保持される。そして、保持容量11に書き込まれたデータに応じた電流が駆動トランジスタ9を介し有機EL素子8に流れ、有機EL素子8がデータに応じて発光する。この発光は、データが次に書き込まれるまで、保持されるが、保持容量11の放電によって、データが失われるため、長期間同一のデータを維持するためには、同一データを書き込み直し、リフレッシュする必要がある。
図4にはデータ保持のため、第2有機EL素子16と第2駆動トランジスタ17を直列に接続してインバータを形成したP型トランジスタのみで形成されるスタティックメモリ型の画素の例が示されている。すなわち、図3における保持容量11は設けられず、第2駆動トランジスタのソース端子が電源ライン14に接続され、ドレイン端子が第2有機EL素子16のアノードに接続され、第2有機EL素子16のカソードがカソード電極15に接続されている。そして、第1駆動トランジスタ(駆動トランジスタ)9と第1有機EL素子(有機EL素子)8のアノードの接続点が第2駆動トランジスタ17のゲート端子に接続され、第2駆動トランジスタ17と第2有機EL素子16のアノードの接続点が第1駆動トランジスタ9のゲート端子に接続されている。
ゲートライン12をLowにすることで、選択トランジスタ10がオンし、データライン13に供給されているデータが第1駆動トランジスタ9のゲート端子に供給される。データがLowであれば、第1駆動トランジスタ9がオンして、電源電圧VDDが第1有機EL素子8に印加されて第1有機EL素子8が発光する。また、第2駆動トランジスタ17のゲート端子の電圧は、ほぼVDDとなり、第2駆動トランジスタ17はオフとなり、第2有機EL素子16のアノードの電圧はほぼVSSとなり、第1駆動トランジスタ9のオンが維持される。一方、データライン13のデータがHighであった場合には、第1駆動トランジスタ9がオフし、第2駆動トランジスタ17がオンして、その状態が記憶される。
従って、選択トランジスタ10がオフされた後も、第1駆動トランジスタ9および第2駆動トランジスタ17により形成されたスタティックメモリに書き込まれたデータ保持され、第1または第2有機EL素子8,16のいずれか一方に電流が流れる。この例では、第1有機EL素子8が比較的大面積で発光が表示に寄与するものであり、一方第2有機EL素子17が比較的小面積で遮光されたり、発光しないことによって、表示に寄与しないものであり、データライン13のデータがLowのときに画素が発光するよう制御される。
図5にはN型トランジスタ18を導入して、データ保持時の消費電力を低減したCMOSスタティックメモリ型の画素の例が示されている。すなわち、図4の例に比べ、第2有機EL素子17の代わりに、N型のトランジスタ18が設けられている。このトランジスタ18はドレイン端子が第2駆動トランジスタ17のドレイン端子に接続され、ソース端子が第2電源ライン19に接続され、ゲート端子が第2駆動トランジスタ17のゲート端子とともに、第1駆動トランジスタ9のドレインと第1有機EL素子8のアノードの接続点に接続されている。従って、第2駆動トランジスタ17がオンしたときにトランジスタ18がオフし、第2駆動トランジスタがオンするデータがスタティックメモリに書き込まれたときの電流を遮断する。
図6にはデータ保持時の消費電力を低減するためP型電流制御トランジスタ20を第2駆動トランジスタ17と電源ライン14に直列に接続した低消費電力PMOSスタティックメモリ型の画素の例が示されている。すなわち、図4の構成の第2駆動トランジスタ17のソース端子と、電源ライン14との間に、P型の電流制御トランジスタ20を挿入している。電流制御トランジスタ20はソース端子が電源ライン14に接続され、ドレイン端子が第2駆動トランジスタ17のソース端子に接続され、ゲート端子は制御ライン21に接続されている。
データライン13のデータがHighであった場合、第2駆動トランジスタ17がオンするが、このときの電流を制御ライン21の電圧に応じた電流制御トランジスタ20によって制限する。この場合、第2有機EL素子16のアノード電位があまり低くなると、第1駆動トランジスタ9のオフを維持できなくなる。そこで、第1駆動トランジスタ9のオフを維持できるように、第2有機EL素子16のアノード電圧が第1駆動トランジスタ9のしきい値電圧以上になるように電流制御トランジスタ20における電流量を決定する。
図4、図5、図6のスタティックメモリ型の画素では、一度データを書き込めば、データは保持されるため、テキストモード時に周期的にデータを書き込む必要はなくなり、さらに低消費電力化が可能である。グラフィックモード、ピクチャーモードの際にはサブフレームによる多階調化が必要になるが、一部の表示エリアのみの部分的な多階調化が可能であるため、常にリフレッシュが必要な図3のダイナミックメモリ型の画素と比較するとより低消費電力化が実現できる。
図8には、部分的な書き換えを行うために利用する、ゲートドライバ11の内部構成が示されている。図8に示されるゲートドライバ11は、クロックに同期して選択データを次のラインにシフトして順次ゲートラインを選択していく選択シフトレジスタ28と、ゲートドライバの出力をイネーブルするラインを設定するためのイネーブルシフトレジスタ29と、イネーブル回路30(NAND回路)から構成されている。
図8に示されるゲートドライバでは、まず、イネーブルシフトレジスタ29の入力ENBにイネーブルデータとクロック(図示せず)を入力し、ゲートドライバの出力をイネーブルするラインを設定する。一度全ラインを設定し終えると、イネーブルシフトレジスタ29にクロックは入力されない。この処理によって、イネーブルシフトレジスタ29のうち、“1”が設定されているラインは選択シフトレジスタ28の格納データにより選択可能となるが、“0”が設定されているラインは選択シフトレジスタ28の格納データにかかわらず、選択されない。この設定により、選択されるラインを任意に限定する(設定する)ことができる。
図9を用いて、図8のゲートドライバを用いることで、限定された領域のみピクチャーモード表示を行う駆動方法について説明する。図5には、1画素あたり7ビットのデータを格納できる、データドライバ1に内蔵されているフレームメモリ4と、1画素あたり1ビットのデータを格納可能な有機ELパネル7に格納されている映像を部分的に更新する例が示されている。
7ビットデータのうち、E0ビットはテキストモード(1ビット)表示のために用いられ、残りのD0〜D5は6ビットのピクチャーモード表示の際に用いられる。このようにフレームメモリ15には2種類のデータを同時に格納できるように構成されている。
ここで、例えば領域Aをピクチャーモード表示領域とし、領域Bをテキストモード表示領域とする表示方法を適用することを考える。この場合、随時映像を更新する必要がある領域は領域Aのみに限定することができるため、全画面を更新する場合と比較して消費電力を低減できる。
まず、先の説明のように、イネーブルシフトレジスタ29にデータをセットしてイネーブルするラインを設定する。ここでは、ラインMからラインNまでを“1”に設定し、それ以外を“0”に設定することで、選択シフトレジスタ28に格納される選択データはラインMからラインNの間にのみ適用される。つまり、全画面を更新するための選択データを選択シフトレジスタ28の入力STVに入力しても、更新されるのはラインMからラインNの間のみということになる。
領域Aは、PからQの幅であるから、この領域のみ7ビットメモリデータのうち、D0〜D5のデータが反映され、残りの領域はE0データが反映される。フレームメモリ4から読み出された7ビットデータは、E0かD0〜D5かの2種のうち、どちらのデータを出力バッファ6へ出力するのかが、データ選択信号によって決定される。すなわち、データ選択信号を、PからQの間のみLowとすることで、D0〜D5が取り出され、残りをHighとすることでE0データが取り出され、出力バッファ6へ反映される。
その結果、ラインMからNのPからQ列の領域、すなわち領域Aのみ、D0〜D5のデータを用いて複数のサブフレームによる多階調化が行われる。ラインMからN以外の領域はイネーブルシフトレジスタ29に設定された“0”データがイネーブル回路30の1入力に反映され、データライン13を充放電することなくデータを処理することにより、全く選択されずに、電力を消費することなく、以前のデータで表示が継続される。また、ラインMからNでPからQ列以外の領域は、領域Aと同様のタイミングで書き込みがなされるが、E0による同じデータが再書き込みされ、結果として更新されずに以前のデータで表示が行われる。
ここで、選択シフトレジスタ28に入力する選択データは全画面を更新する際のデジタル駆動のタイミングで入力すればよく、イネーブルシフトレジスタ29に“1”が設定されたラインのみが表示に反映される。その際、ラインMからN以外のラインでは、上述のように1フレーム1階のデータ出力を行う。
以上のように、ゲートドライバ22にイネーブルシフトレジスタ29を導入し、その出力をイネーブル回路30の1入力に接続してゲートドライバの出力をプログラマブルに有効化、無効化することで、グラフィックモード、ピクチャーモード表示を行う領域を限定することができる。なお、グラフィックモード表示等他のモードもフレームメモリからの読み出しビットを限定することなどで容易に対応することができる。
また、画素に1ビット以上のメモリ機能(スタティックでもダイナミックでもよい)を導入してもよい。例えば、1画素に2ビットの画素メモリを導入し、各ビットの画素メモリにそれぞれ1:2の発光強度を割り与えるとテキストモードにおける1サブフレームのスキャンで最大2ビットの表示(4階調表示)が可能となり、多階調化と低消費電力化を同時に実現できる。
表示モードとサブフレーム構成の対応図である。 本発明の有機ELディスプレイ全体構成とデータドライバ内部構成である。 ダイナミックメモリ型画素回路である。 PMOSスタティックメモリ型画素回路である。 CMOSスタティックメモリ型画素回路である。 PMOS電流制御スタティックメモリ型画素回路である。 有機ELディスプレイ全体構成である。 ゲートドライバの構成図である。 部分更新処理説明図である。
符号の説明
1 データドライバ、2 サブフレームタイミング生成回路、3 ラインバッファ、4 フレームメモリ、5 ラインデコーダ、6 出力バッファ、7 有機ELパネル、8 (第1)有機EL素子、9 第1駆動トランジスタ、10 ゲートトランジスタ、11 保持容量、12 ゲートライン、13 データライン、14 (第1)電源ライン、15 カソード電極、16 第2有機EL素子、17 第2駆動トランジスタ、18 N型トランジスタ、19 第2電源ライン、20 電流制御トランジスタ、21 電流制御ライン、22 ゲートドライバ、23 画素、24 画素アレイ、28 シフトレジスタ、29 イネーブルシフトレジスタ、30 イネーブル回路。

Claims (4)

  1. マトリクス状に配置された各画素に各画素の表示を制御する素子を有するアクティブマトリクス型表示装置において、
    画素毎のデータを1フレーム分記憶するフレームメモリと、
    このフレームメモリからの読み出しタイミングを制御するサブフレームタイミング生成回路と、
    フレームメモリから出力されたデータに応じた表示を行う表示部と、
    を含み、
    前記サブフレームタイミング生成回路は、1フレームに何回のデータ表示を行うかについてのサブフレーム数が異なる複数の読み出しタイミングのパターンを用意しており、モード設定信号に応じて決定されたサブフレーム数の読み出しタイミングで、前記フレームメモリからデータの読み出すことを特徴とするアクティブマトリクス型表示装置。
  2. 請求項1に記載のアクティブマトリクス型表示装置において、
    前記サブフレーム数としては、少なくとも1フレームに1サブフレームの場合と、1フレームに複数サブフレームの場合があることを特徴とするアクティブマトリクス型表示装置。
  3. 請求項1または2に記載のアクティブマトリクス型表示装置において、
    前記表示部の各画素には、少なくとも1ビットのスタティックメモリが設けられ、表示の変更の必要がない領域については、該当する画素のデータの書き換えを行わないことを特徴とするアクティブマトリクス型表示装置。
  4. 請求項1〜3のいずれか1つに記載のアクティブマトリクス型表示装置において、
    前記表示部の各画素には、有機EL素子が設けられていることを特徴とするアクティブマトリクス型表示装置。
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