JP2002215092A - 画像表示装置 - Google Patents

画像表示装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】垂直走査を多重化したデジタル駆動によるアク
ティブマトリクス表示素子の実際の構成法が求められて
いた。 【解決手段】ビットごとに、順序回路と、論理演算回路
とをもうけそれらと水平走査期間の分割制御信号との積
を順次加える垂直ドライバの構成、ビット毎にラインラ
ッチを設け、水平走査期間の分割制御信号との積を順次
加える水平ドライバの構成とした。配線密度に無理な
く、表示輝度向上,低コスト,高画質を実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アクティブマトリ
クス型の画像表示装置に係り、特にある選択期間に書き
込まれた信号電圧を該選択期間以外も保持し、その信号
電圧によって表示素子の電気光学特性を制御する画像表
示装置に関し、さらに詳しくは、上記信号電圧は2値で
あり、その信号電圧の保持期間を表示すべき映像信号の
レベルに応じて制御することにより画像の多階調表示を
行う画像表示装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、高度情報化社会の到来に伴い、パ
ーソナルコンピュータ,携帯情報端末,情報通信機器あ
るいはこれらの複合製品の需要が増大している。これら
の製品には、薄型,軽量,高速応答のディスプレイが好
適であり、自発光型の有機LED素子(OLED)などに
よる表示装置が用いられている。従来の有機LED表示
装置の画素は、図1のようなものとなる。図1(a)に
おいて、ゲート線22とデータ線21の各交点に第一の
薄膜トランジスタ(TFT)Tsw23が接続され、こ
れにデータを蓄積する容量Cs25,有機LED26に
流す電流を制御する第二の薄膜トランジスタTdr24
が接続されている。これを駆動する波形は、図1(b)に
示す通りである。データ信号Vsig27に応じた電圧
が、ゲート電圧Vgh28でオンされる第一のTFTの
トランジスタを介して第二のTFTのゲート電極に印加
される。この第二のTFTのゲートに印加された信号電
圧により第二のTFTの導電率が定まり、電流供給線に
印加される電圧Vddが、TFTと負荷素子である有機
LED素子との間で分圧されて有機LED素子に流れる
電流が定まる。ここで、Vsigがアナログ的に多値を
とる構成では、第二のTFTの特性が表示装置の表示領
域にわたって均一であることが要求される。しかし、非
単結晶シリコンで能動層が構成されるTFTの電気的特
性の不均一性により上記要求をみたすことが難しい。
【0003】これを解決するために、第二のTFTをス
イッチとして用い、有機LED素子に流す電流をオンと
オフの2値とするデジタル駆動方式が提案されている。
階調表示は、電流を流す時間を制御することにより実現
する。この点に関する記述がなされた公知例としては、
公開特許公報特開平10−214060号が知られてい
る。この技術による駆動のダイアグラムを図2に示す。
同図の縦軸は、垂直方向の走査線の位置であり、横軸
は、時間で、1フレーム分を示してある。上記公知例に
よる駆動では、1フレーム期間を4個のサブフレームに
分け、各サブフレーム内で共通の長さを有する垂直走査
期間と、長さがサブフレームにより1,2,…,24
64に重み付けされた発光期間が設けられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】さて、上記のように垂
直走査期間と発光期間を分離する方式によると、文字ど
おり垂直走査期間は発光に供することができないので1
フレームに占める発光時間が短縮されてしまう。逆に、
発光時間を確保するためには、垂直走査期間を短くせね
ばならない。しかし、ほぼ(垂直走査期間/垂直走査線
数m)の間だけTswのオン時間となるので、アクティ
ブマトリクスに固有な配線容量,抵抗などを考慮する
と、このオン時間を確保するためには十分大きな垂直走
査期間が必要となる。例えば、8サブフレームの表示の
場合、1サブフレームあたり約1ms程度の垂直走査期
間が想定される。この場合は、発光に使える時間は約8
msと1フレームの半分となるのに加え、1垂直走査は
通常の約16倍速であることが要求される。
【0005】この課題を解決するには、垂直走査を多重
化し、垂直走査と発光を同時に進行させればよい。この
時の駆動ダイアグラムは、図3に示すようなものとな
る。図3は、3ビットの駆動例を示すものであり、3つ
の垂直走査と、表示が進行する状況が示されている。こ
の駆動法の基本的な概念は、テレビジョン学会画像表示
システム研究会資料11−4「AC形プラズマディスプ
レイによる中間調動画表示」(1973年3月12日)
に始まり、それをアクティブマトリクス液晶に適用した
例が特許公報第2954329号にも示唆されている。
しかしながら、後者の公知例による液晶の場合、高速応
答を要するのが実状であり、応答速度がフレーム期間よ
り遅くアナログ表示に関する技術開発が進められた結
果、この駆動法を実際に具体化する構成は明らかにされ
てこなかった。
【0006】しかるに、上述したように高速応答でデジ
タル駆動が好適なアクティブマトリクス方式の有機LE
Dディスプレイが可能になり、それとともにその駆動を
具体化する構成が求められるようになった。
【0007】本発明は、アクティブマトリクス方式の画
像表示装置で、垂直走査を多重化し表示期間と垂直走査
期間を同時に進行させてデジタル駆動表示をさせる構成
を実現するものである。
【0008】本発明の目的は、明るく高品質の画像表示
を実現する画像表示装置を提供するものである。
【0009】本発明の別の目的は、垂直ドライブ回路の
負荷を軽減することにより、低コストな画像表示装置を
提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本出願の一実施態様によ
れば、アクティブマトリクス方式の画像表示装置で、デ
ジタルデータの少なくともビット数分の順序回路に前記
複数ビットのデジタルデータを印加し、それらの出力の
論理演算を行った結果にもとづき垂直走査線一段分の電
圧状態を規定する構成としてこれらを多重化し、また、
少なくともビット数分のラインラッチに並列にデジタル
データを印加して、これらを上記多重化した垂直走査に
同期させて出力させたというものである。
【0011】また、本出願の別の実施態様によれば、基
板上に表示部及び駆動回路部を形成した画像表示装置
で、画像表示装置は、ビット数nのデジタルデータの画
像信号をビット数nにより定まる階調数で多階調表示す
るものであり、駆動回路部は、少なくともビット数n以
上の個数の順序回路と、順序回路のそれぞれの出力側に
接続された論理演算を有するというものである。
【0012】さらに、駆動回路部は、垂直ドライブ回路
を有しており、この垂直ドライブ回路が少なくともビッ
ト数n以上の個数の順序回路と、順序回路のそれぞれの
出力側に接続された論理演算を有しているというもので
ある。
【0013】本出願のさらに別の実施態様によれば、基
板上に表示部及び駆動回路部を形成した画像表示装置
で、画像表示装置は、ビット数nのデジタルデータの画
像信号をビット数nにより定まる階調数で多階調表示す
るものであり、駆動回路部は、少なくともビット数n以
上のラインデータラッチ回路を有し、ラインデータラッ
チ回路のビット毎の出力と水平走査期間を分割する制御
信号との積を有する論理信号を順次前記ラインデータラ
ッチ回路のビット毎の出力と水平走査期間を分割する制
御信号とに応じた信号を順次加えた結果に応じて前記表
示部を制御するというものである。
【0014】さらに、駆動回路部は、水平ドライブ回路
を有しており、この水平ドライブ回路が少なくともビッ
ト数n以上のラインデータラッチ回路を有し、ラインデ
ータラッチ回路のビット毎の出力と水平走査期間を分割
する制御信号との積を有する論理信号を順次ラインデー
タラッチ回路のビット毎の出力と水平走査期間を分割す
る制御信号とに応じた信号を順次加えた結果に応じて前
記表示部を制御するというものである。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を説明する。図4は、本発明の実施の形態による
画像表示装置の主要部のブロック図である。同図におい
て、画像信号入力端子1,A/D変換器2,メモリ3,
垂直走査パルス発生回路4,水平走査パルス発生回路
5,垂直ドライバ6、水平ドライバ7,アクティブマト
リクス有機LEDパネル8,制御回路9からなる。ま
た、垂直ドライバ6,水平ドライバ7,アクティブマト
リクス有機LEDパネル8をまとめて表示部10と呼ぶ
ことにする。表示部10は、同一基板上によるTFT駆
動の構成としている。以下各ブロック図の動作を説明す
る。制御回路9では、入力された画像信号に同期した各
種のコントロール信号を形成し、各回路に供給する。垂
直走査パルス発生回路4では、制御回路9からのコント
ロール信号に基づき、有機LEDパネル8を垂直走査す
るためのパルスを発生し、垂直ドライバ6を介して有機
LEDパネル8を走査する。水平走査パルス発生回路5
では、制御回路9からのコントロール信号に同期してメ
モリ3の各ビット毎の画像信号を取り込み、水平方向に
並ぶ表示画素への書き込みパルスを形成する。この書き
込みパルスは、水平ドライバ7を介し垂直走査にタイミ
ングを合せて有機LEDパネル8に印加される。
【0016】表示部10においては、垂直ドライバ6で
選択された行の画素に対して、画像信号をA/D変換し
て得られたデジタルデータの各ビットに応じた所定の2
値の電圧が、水平ドライバ7から出力され、その所定の
電圧が各画素に書き込まれる。表示部10におけるアク
ティブマトリクス有機LEDパネルとしては、水平32
0画素,垂直229画素の表示領域を有する。以上の駆
動で階調を表示するには、図5に記されるような多重化
垂直走査を行えばよい。図5は、画像信号が4ビットの
デジタルデータの場合である。最下位ビット(LSB)
から最上位ビット(MSB)までをb0,b1,b2,
b3とする。このとき各ビット毎に対応させてそれぞれ
実線L0,L1,L2,L3に沿って位相をずらした形
で走査させ時分割的に走査すればよい。これによれば、
デジタルデータにしたがって各画素での有機LEDの発
光時間が制御されるので4ビットの場合は16階調の表
示が可能になる。
【0017】図6に、垂直ドライバ6の構成を示す。こ
の構成例では、ビット毎に垂直走査制御の信号を足し合
せることが特徴である。ビット数分すなわち4系統のシ
フトレジスタ11−0,11−1,11−2,11−3
が、それぞれスタートパルスG0st,G1st,G2
st,G3stによりシフト動作を開始する。これらシ
フトレジスタの出力を論理演算回路12−0,12−
1,12−2,12−3に入力し、該それぞれの論理演算
回路の出力と、階調制御信号GDE0,GDE1,GD
E2,GDE3の制御信号をそれぞれのビット毎に積和
してゆき、最終出力がハイレベルになった時に垂直走査
線G1,G2,…,G229に接続されたTFT,Ts
wがオンされる信号Vghが印加される構成となってい
る。
【0018】図7は、かかる構成の垂直ドライバに印加
する制御動作波形を示したものである。まず、図7
(a)に示すように時刻t=0にスタートパルスG0s
tが1H期間オンとなる(1Hは、水平走査期間)。こ
の後、期間15Hをおいて、スタートパルスG1stが
オンとなり、その後期間30Hをおいてスタートパルス
G2stがオンとなり、さらに60Hをおいてスタート
パルスG3stがオンとなる。これらのスタートパルス
間の期間は、それぞれ発光に用いられる。また図7
(b)に示すようにGDE0,GDE1,GDE2,G
DE3は、1H期間をこの順に等間隔に分割したパルス
列である。このようなパルス列を、図6の構成の垂直ド
ライバに印加すると、最初の垂直走査線G1には、時刻
0,時刻16H+(1/4)H,時刻46H+(2/
4)H,時刻107H+(3/4)Hのそれぞれに、期
間約H/4だけTFTがオンする電圧Vghが印加され
ることになる。1Hをビット数分割しているので、同時
刻に複数の垂直走査線に接続されたTFTがオンして信
号が混ざりあうことはない。上記の構成による垂直ドラ
イバは、シフトレジスタと論理演算回路部および積和部
を単位として追加すれば、垂直方向の配線の増大を来た
すことなく容易に表示ビット数を増やすことができると
いう特徴がある。また、一つの垂直走査線に接続された
TFTのオン時間は、最大で1Hをビット数で分割した
時間を充てることができる。上記4ビットの場合では約
4msと4倍速、8ビットでは約2msと8倍速でよく
従来公知例より2倍の裕度をもたせることができる。さ
らに発光時間の総和は、1フレーム期間をほぼ用いるこ
とができ、発光の効率を高めることができる。また、上
記構成では、アクティブマトリクスから遠くの位置に最
上位ビットのユニットを配置した。これによれば、仮に
デジタル信号の遅延が生じても発光期間が長いのでその
歪みが吸収される。
【0019】次に、図8により、水平ドライバ7につい
て説明する。水平ドライバ7の構成としては、1系統の
シフトレジスタとビット毎にラッチ回路13−0,13
−1,13−2,13−3とを設け、これらの出力とデ
ータ出力制御信号DDE0,DDE1,DDE2,DD
E3を順次積和する構成に特徴がある。基本的な駆動波
形を図9に示す。データバスDB0,DB1,DB2,
DB3には、A/D変換後の4ビット画像データが並列
に各ラッチ回路に入力される。このデータ入力は、1H
期間内にシフトレジスタ出力に同期して水平方向画素数
320回繰り返される。しかる後、データラッチ信号D
Lに基づいてラッチ回路内のラインメモリに格納され
る。次の1H期間内にDDE0,DDE1,DDE2,
DDE3が順次オンとなってゆき、最下位ビットから最
上位ビットの順に、デジタルデータに応じた高レベル電
圧Vdh,低レベル電圧Vdlがデータ線に印加され
る。このデータ線への電圧印加のタイミングは、上に述
べた垂直走査のタイミングと一致させる。これにより、
最下位ビットのデータによるVdh印加は15H保た
れ、最上位ビットによるVdh印加は120H保たれる
ように構成される。
【0020】以上により、表示部10においては、有機
LEDに流れる電流はオンオフの2値となるように制御
される。すなわち、画素におけるスイッチトランジスタ
において、ゲート信号Vghが、データ信号Vdh,V
dlと非飽和状態で動作する関係にあり、さらに、ドラ
イバトランジスタにおいて、データ信号Vdhが、有機
LEDの電流供給線への印加電圧Vddと非飽和状態で
動作する関係にある。蓄積容量Csは、スイッチトラン
ジスタがオフ状態にあるときにドライバトランジスタの
ゲート電圧変動を抑制し、有機LEDに流れる電流変化
による階調表示の変化をきたさないように設定される。
【0021】なお、本発明は、上記実施の形態に限定さ
れるものではない。画素内のTFTの数は2個に限らず
これ以上でよいことはいうまでもない。また水平ドライ
バ,垂直ドライバをTFTで構成する例を示したが、ア
クティブマトリクス部との接続部分がTFTであれば本
発明の効果は損われることがない、例えば、垂直ドライ
バのシフトレジスタ部分が外付けの集積回路で構成され
ていてもよいことはいうまでもない。
【0022】さらに、上記では、有機LEDディスプレ
イに関して記したが、その駆動回路構成が、他のアクテ
ィブマトリクス方式のディスプレイ、例えば高速スイッ
チする液晶や、電界放射素子(FED)を用いたディス
プレイにも適用できることはいうまでもない。
【0023】以上本出願によれば、デジタルデータに基
づき表示素子の2値状態を制御して表示素子を駆動する
画像表示素子において、1フレーム期間内の表示期間の
占める割合を大きくでき、また、垂直走査に割り当てら
れる時間を長くすることができるので、明るく高品質の
画像表示を実現できると同時に垂直ドライブ回路の負荷
を軽減できて低コストな画像表示装置を実現できるとい
う効果がある。
【0024】
【発明の効果】本発明によれば、明るく高品質の画像表
示を実現した画像表示装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来例による有機LEDの画素および駆動を説
明するための図である。
【図2】従来例による有機LEDのデジタル駆動ダイア
グラムを説明するための図である。
【図3】垂直走査多重化の駆動ダイアグラムを説明する
ための図である。
【図4】本発明の実施の形態による画像表示装置のブロ
ック図である。
【図5】本発明の実施の形態による駆動ダイアグラムを
説明するための図である。
【図6】本発明の実施の形態による垂直ドライバ構成を
示す図である。
【図7】本発明の実施の形態による垂直ドライバの制御
波形を示す図である。
【図8】本発明の実施の形態による水平ドライバ構成を
示す図である。
【図9】本発明の実施の形態による水平ドライバの制御
波形を示す図である。
【符号の説明】
1…画像信号入力端子、2…A/D変換器、3…メモ
リ、4…垂直走査パルス発生回路、5…水平走査パルス
発生回路、6…垂直ドライバ、7…水平ドライバ、8…
アクティブマトリクス有機LEDパネル、9…制御回
路、10…表示部、11…シフトレジスタ、12…論理
演算回路、15…ラッチ回路。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G09G 3/20 641 G09G 3/20 641E 680 680G 3/22 3/22 E (72)発明者 金子 好之 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 佐藤 敏浩 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日立 製作所ディスプレイグループ内 (72)発明者 藤田 満久 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日立 製作所ディスプレイグループ内 Fターム(参考) 5C080 AA07 AA10 AA18 DD03 DD08 EE29 FF11 JJ02 JJ04 JJ05

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ビット数nのデジタルデータで表された画
    像信号を前記ビット数nにより定まる階調数で多階調表
    示する画像表示装置であって、 ある選択期間に書きこまれた信号を該選択期間以外も保
    持してその表示状態を維持する表示素子を画素としてマ
    トリクス状に配列することにより構成した表示パネル
    と、前記表示パネルを構成するマトリクス状の表示素子
    を行毎に順次選択走査する垂直ドライブ回路と、垂直ド
    ライブ回路により選択された行の表示素子に対し、表示
    すべき画像信号のデジタルデータに応じてあらかじめ割
    り当てられた2値の電圧のなかから電圧を書き込む水平
    ドライブ回路と、前記水平,垂直ドライブ回路をして、
    表示すべき前記画像信号に同期して、1フレーム期間に
    おいて少なくともn回各表示画素を選択走査せしめるこ
    とにより多階調表示する画像表示装置において、 前記垂直ドライブ回路は、少なくともビット数n以上の
    順序回路とその出力の論理演算回路とを有することを特
    徴とする画像表示装置。
  2. 【請求項2】ビット数nのデジタルデータで表された画
    像信号を前記ビット数nにより定まる階調数で多階調表
    示する画像表示装置であって、 ある選択期間に書きこまれた信号を該選択期間以外も保
    持してその表示状態を維持する表示素子を画素としてマ
    トリクス状に配列することにより構成した表示パネル
    と、前記表示パネルを構成するマトリクス状の表示素子
    を行毎に順次選択走査する垂直ドライブ回路と、垂直ド
    ライブ回路により選択された行の表示素子に対し、表示
    すべき画像信号のデジタルデータに応じてあらかじめ割
    り当てられた2値の電圧のなかから電圧を書き込む水平
    ドライブ回路と、前記水平,垂直ドライブ回路をして、
    表示すべき前記画像信号に同期して、1フレーム期間に
    おいて少なくともn回各表示画素を選択走査せしめるこ
    とにより多階調表示する画像表示装置において、 前記水平ドライブ回路は、少なくともビット数n以上の
    ラインデータラッチ回路を有し、該データラッチ回路の
    ビット毎の出力と水平走査期間を分割する制御信号との
    積からなる論理信号を順次加えた結果に応じて前記アク
    ティブマトリクス表示素子の駆動電圧を出力することを
    特徴とする画像表示装置。
  3. 【請求項3】請求項1又は2記載の画像表示装置であっ
    て、 前記垂直ドライブ回路は、ビット毎に順序回路とその出
    力の論理演算結果と水平走査期間を分割する制御信号と
    の積からなる論理信号を順次加えた結果に応じて、前記
    アクティブマトリクスの垂直走査線に加える電圧を規定
    することを特徴とする画像表示装置。
  4. 【請求項4】請求項1から3のいずれかに記載の画像表
    示装置であって、 前記表示素子は、アクティブマトリクスの垂直走査線に
    ゲートを、水平走査線にドレインを接続された第一の薄
    膜トランジスタと、該第一の薄膜トランジスタのソース
    には第二の薄膜トランジスタのゲートと蓄積容量の電極
    が接続され、該第二の薄膜トランジスタには有機LED
    が接続され、画像信号が前記蓄積容量に保持される期間
    は、前記有機LEDに電流が流れつづけることにより表
    示状態が保持されることを特徴とする画像表示装置。
  5. 【請求項5】請求項1から4記載のいずれかに記載の画
    像表示装置であって、前記垂直ドライブ回路および水平
    ドライブ回路はアクティブマトリクス基板上に薄膜トラ
    ンジスタにより構成されていることを特徴とする画像表
    示装置。
  6. 【請求項6】基板上に表示部及び駆動回路部を形成した
    画像表示装置であって、 該画像表示装置は、ビット数nのデジタルデータの画像
    信号をビット数nにより定まる階調数で多階調表示する
    ものであり、 前記駆動回路部は、少なくともビット数n以上の個数の
    順序回路と、該順序回路のそれぞれの出力側に接続され
    た論理演算を有する画像表示装置。
  7. 【請求項7】請求項6の画像表示装置において、 前記駆動回路部は、垂直ドライブ回路を有しており、該
    垂直ドライブ回路は、少なくともビット数n以上の個数
    の順序回路と、該順序回路のそれぞれの出力側に接続さ
    れた論理演算を有していることを特徴とする画像表示装
    置。
  8. 【請求項8】基板上に表示部及び駆動回路部を形成した
    画像表示装置であって、 該画像表示装置は、ビット数nのデジタルデータの画像
    信号をビット数nにより定まる階調数で多階調表示する
    ものであり、 前記駆動回路部は、少なくともビット数n以上のライン
    データラッチ回路を有し、該ラインデータラッチ回路の
    ビット毎の出力と水平走査期間を分割する制御信号との
    積を有する論理信号を順次前記ラインデータラッチ回路
    のビット毎の出力と水平走査期間を分割する制御信号と
    に応じた信号を順次加えた結果に応じて前記表示部を制
    御することを特徴とする画像表示装置。
  9. 【請求項9】請求項8の画像表示装置において、 前記駆動回路部は、水平ドライブ回路を有しており、該
    水平ドライブ回路は、少なくともビット数n以上のライ
    ンデータラッチ回路を有し、該ラインデータラッチ回路
    のビット毎の出力と水平走査期間を分割する制御信号と
    の積を有する論理信号を順次前記ラインデータラッチ回
    路のビット毎の出力と水平走査期間を分割する制御信号
    とに応じた信号を順次加えた結果に応じて前記表示部を
    制御することを特徴とする画像表示装置。
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