JP2009098471A - 表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】多階調のデータについて、効率的な表示を行う。
【解決手段】マトリクス状に配置された画素10を有する表示装置であって、各画素10は複数のサブ画素9−0〜9−2から構成される。この複数のサブ画素9−0〜9−2にの内サブ画素9−1,9−2は、デジタル駆動されるデジタル画素であり、サブ画素9−0はアナログ駆動されるアナログ画素である。このようにデジタル画素とアナログ画素の両方が含まれることによって、多階調のデータについて効率的な表示が行える。
【選択図】図1

Description

本発明は、マトリクス状に配置された画素を有する表示装置に関する。
有機ELディスプレイは自発光型であることから、コントラストが高く、応答が早いため、自然画などを表示するテレビなどの動画アプリケーションに適している。一般に、有機EL素子は、トランジスタなどの制御素子を用いて定電流で駆動される場合や、定電圧で駆動され、発光期間を変えるなどして多階調化される。
定電流で駆動する場合、トランジスタを飽和領域で用いるため、トランジスタの消費電力が高くなり、低消費電力化には適さないが、トランジスタを線形領域で用いて定電圧でデジタル駆動するとトランジスタで消費される電力を低減できる。
特開2005−331891号公報
しかし、定電圧を印加するデジタル駆動では各画素が1ビットの階調性能しか備えない。従って、多階調を実現するために、サブフレームを用いた場合には1フレーム期間に何度も同じ画素に複数回アクセスする必要があり高速動作が必要になる。特に、画素数が増え高解像度化すると、各画素にサブフレーム分のデータ書き込みが必要になり、多階調化が難しくなる。複数の発光強度の異なるサブ画素を導入してデジタル駆動した場合でも、複数のサブ画素に、対応するビットデータを高速に書き込む必要があるため、高解像度化が難しい。
さらに、いずれのデジタル駆動でも、高解像度化、多階調化に伴い、画素へのアクセス回数が増加するため、駆動回路の消費電力が増加する。特に、ディスプレイサイズが大きくなるに従い、駆動回路の消費電力もさらに大きくなり、また高解像度化による周波数の増加で低消費電力化が困難になる。
本発明は、マトリクス状に配置された画素を有する表示装置であって、各画素は複数のサブ画素から構成され、この複数のサブ画素には、デジタル駆動されるデジタル画素と、アナログ駆動されるアナログ画素の両方が含まれることを特徴とする。
また、入力データは、ハイブリッドデータドライバに入力され、このハイブリッドデータドライバは、入力データを2分割し、一方をデジタルデータとしてデジタルデータラインを介しデジタル画素に供給し、他方をアナログデータとしてアナログデータラインを介しアナログ画素に供給することが好適である。
また、前記デジタル画素は、前記デジタルデータラインから供給されるデジタルデータを記憶するスタティックメモリを内蔵することが好適である。
また、デジタル画素およびアナログ画素は、それぞれ列方向に並んで配置され、デジタル画素の列に沿って前記デジタルデータラインが配置され、アナログ画素の列に沿って前記アナログデータラインが配置されることが好適である。
また、入力データは、デジタルデータであり、前記ハイブリッドデータドライバは、入力データを記憶する出力レジスタと、この記憶部に記憶された入力データを処理するデジタル処理部およびアナログ処理部を備え、前記デジタル処理部は、前記入力データの前記一方のデータに基づいたデジタルデータを前記デジタルデータラインから供給し、前記アナログ処理部は、前記入力データの前記他方のデータに基づいたアナログデータを前記アナログデータラインに供給することが好適である。
また、前記入力データは、データレジスタを介し、前記出力レジスタにデータを供給し、前記データレジスタは、デジタル画素用の入力データと、アナログ画素用の入力データを順次前記出力レジスタに供給することが好適である。
本発明によれば、デジタル画素によりデジタル表示が行えるため、消費電力を低減することができ、またアナログ画素によりアナログ表示が行えるため、多階調の表示を効率的に行うことができる。
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
図1には、3つのサブ画素9(9−0,9−1,9−2)からなるRGBなどの色を有する単位画素10の構成が示されている。なお、単位画素10は、RGBWの4画素から構成するなど他のサブ画素構成でもよい。
サブ画素9は、有機EL素子1と直列に接続されたpチャネルの駆動トランジスタ2、pチャネルのゲートトランジスタ3、保持容量4から構成されている。駆動トランジスタ2のソース端子は電源ライン7、ドレイン端子は有機EL素子1のアノードに接続されている。有機EL素子1のカソードは、VSSを与えられた全画素共通のカソード電極8となっている。また、ゲート端子がゲートライン5、ドレイン端子がデータライン6に接続されたゲートトランジスタ3のソース端子は、一端が電源ライン7に接続された保持容量4の他端に接続されるとともに、駆動トランジスタ2のゲート端子に接続されている。
このようなサブ画素9において、ゲートライン5が選択されると(Lowにされると)、データライン6に供給された信号が保持容量4に書き込まれ、駆動トランジスタ2がオンすることで有機EL素子1に電流が流れて発光する。このとき、駆動トランジスタ2のゲート電圧とドレイン電圧の関係から、駆動トランジスタ2が飽和領域(定電流駆動)か、線形領域(定電圧駆動)かのいずれかで動作するかが決定される。飽和領域で動作する場合にはデータライン6に供給される信号によって有機EL素子1に流れる電流が変わるため、アナログ制御が可能であるし、線形領域であれば駆動トランジスタ2はオンオフ動作のみで制御されるため、サブフレームなどで多階調化する必要がある。
図1の単位画素10を構成する第1、第2サブ画素9−2、9−1は、それぞれ電源ライン7−2、7−1に接続される。これら電源ライン7−2、7−1には、第1電源電位VDD1が与えられており、定電圧のデジタル駆動で動作する(デジタルサブ画素)。ただし、第1、第2サブ画素は、発光面積が異なり、その比はサブ画素9−2:サブ画素9−1=2:1となっている。あるいは、サブ画素9−1には、オンデータを書き込み、その後1/2の期間経過後にオフデータを書き込むなどして、サブ画素9−2、9−1の発光期間を制御して、発光強度の比が2:1とされていてもよい。さらに、電源ライン7−2、7−1に異なる第1電源電位VDD1−2、VDD1−1が与えられて、発光強度の比が2:1に制御されていてもよい。いずれにしても、第1、第2サブ画素9−2、9−1の発光強度の比が2:1となっている。
第3サブ画素9−0は、電源ライン7−0に第2電源電位VDD2が与えられ、定電流駆動で動作する(アナログサブ画素)。すなわち、データライン6−0に供給されたアナログ信号が駆動トランジスタ2のゲート端子に印加され、有機EL素子1に流れる電流が制御される。
例えば、6ビットのデジタル映像データが外部より入力されると、まず上位2ビットは第1、第2サブ画素9−2、9−1にそれぞれ書き込まれる。下位4ビットのデジタルデータはアナログ信号に変換され、第3サブ画素9−0に書き込まれることで6ビット階調表示が3つのサブ画素9により実現される。
このような階調制御を実現するためには、第1、第2サブ画素の発光強度と、第3サブ画素の発光強度(最大値)の比が32:16:15であればよい。第3サブ画素の発光強度は駆動トランジスタ2が流す電流で決定されるため、図2のように動作点を設定するとよい。
図2には、3つのサブ画素を構成する有機EL素子1の電流電圧曲線(I−V)と、第3サブ画素の駆動トランジスタのI−Vが、第1電源電位(デジタル電源電位)と第2電源電位(アナログ電源電位)と共に示されている。ただし、第1、第2サブ画素の駆動トランジスタ2のI−Vは省略している。有機EL素子1のI−Vは発光面積によって異なり、第1サブ画素の有機EL素子1のI−Vは第2サブ画素の有機EL素子1のそれに対して同じデジタル電源電位に対して2倍の電流を生成できる。図2では電流密度をそれぞれのサブ画素に対して等しくするため、第3サブ画素の有機EL素子1の発光面積を第2サブ画素の有機EL素子1と同じにしているが、異なっていてもよい。
図2のように、アナログ電源電位VDD2を第3サブ画素9−0の駆動トランジスタ2が、第3サブ画素の有機EL素子1のI−Vに対して飽和領域で動作するように、デジタル電源電圧VDD1より高めに設定しておくことで第3サブ画素を電流駆動で多階調化することができる。
このように、発光強度が32:16:15の3つの第1〜第3サブ画素9−2,9−1,9−0から構成された単位画素10の消費電力について、図2を用いて算出すると、次のようになる。第1、第2サブ画素による消費電力は、単位画素10に必要な電流をIとすると、それぞれ(32/63)*I*VDD1、(16/63)*I*VDD1であり、その合計は(48/63)*I*VDD1である。ただし、VSS=0としている。
一方、第3サブ画素の消費電力(最大値)は(15/63)*I*VDD2であるため、ΔV=VDD2−VDD1とすると、単位画素10の消費電力Ph=I*VDD1+(15/63)*I*ΔVとなる。
仮に、すべてのサブ画素が定電流駆動で制御された場合ではその消費電力Pa=I*VDD2となり、すべてのサブ画素が定電圧駆動の場合にはその消費電力Pd=I*VDD1となる。このため、ΔV=VDD1(VDD2=2*VDD1)とすれば、Pa=2*I*VDD1、Pd=I*VDD1、Ph=(78/63)*I*VDD1=1.24*Pdとなる。これより、本実施形態のデジタルとアナログを組み合わせたハイブリッド画素による消費電力Phは、フルデジタル駆動の消費電力Pdに比べ、消費電力が24%増加する程度に留まることが理解できる。
図1のようなデジタルサブ画素とアナログサブ画素から構成されるハイブリッド画素は、一部のサブ画素をアナログ信号で多階調化するため、サブ画素を多く導入しなくとも多階調化が容易であり、また高解像度化にも有利である。画素の消費電力は、全てを定電圧で駆動する場合と比較して増加するものの、全てを定電流で駆動するよりも低減できる。特に、高解像度化、多階調化しても、サブフレーム等を用いて高周波数で動作させる必要がない。このため、駆動回路の消費電力を従来のデジタル駆動と比較して低減することができる。なお、上述のように、上位ビットに対応するサブ画素からデジタル駆動すると低消費電力化に効果があるが、上位ビットをアナログ駆動し、下位ビットをデジタル駆動してもよい。
サブ画素をより多く導入すれば多階調化が容易となるだけでなく、定電流で制御される下位ビットのアナログサブ画素の消費電力をさらに低減できるため、効果的であるが、図3のようなスタティックメモリを導入したサブ画素を用いることでも消費電力を低減できる。
図3には、第1、第2サブ画素としてスタティックメモリが導入された単位画素10の構成例が示されている。発光面積や発光強度に関する説明は図1と同じであるため省略する。この実施形態では、図1と異なり、第1、第2サブ画素には保持容量4が省略されている。その代わりに第2有機EL素子11、第2駆動トランジスタ12が導入されており、スタティック動作が可能となっている。
すなわち、VSSを与えられた全画素共通のカソード電極8にカソードが接続された第2有機EL素子11のアノードは、第2駆動トランジスタ12のドレイン端子と第1駆動トランジスタ2のゲート端子及びゲートトランジスタ3のソース端子に接続されており、第2駆動トランジスタ12のソース端子は電源ライン7に接続されている。
第1、第2サブ画素9−2、9−1は第1ゲートライン5−1で制御され、第3サブ画素9−0は第2ゲートライン5−0で制御される。
ゲートライン5−1が選択され、HighかLowのデジタルデータがデータライン6−2、6−1に供給されるとそのデータに応じてサブ画素の動作が決定される。
例えば、ゲートライン5−1にLowが供給されてゲートライン5−1が選択されると、ゲートトランジスタ3がオンする。この状態でデータライン6−2、6−1にLowデータが供給され、第2駆動トランジスタ2がオンすると、第1有機素子1に電流が流れて発光するとともに第2駆動トランジスタ12のゲート電位を第1電源電位VDD1まで上昇させ、第2駆動トランジスタ12をオフする。第1駆動トランジスタ2のゲート電位は第2有機EL素子11により、カソード電位に維持されるため、ゲートライン5−1を非選択した後も同じ状態が継続される。
データライン6−2、6−1にHighデータが供給された場合も同様に、第1駆動トランジスタ2がオフして第1有機EL素子1がカソード電位まで低下すると、第2駆動トランジスタ12がオンして第2有機EL素子11に電流が流れる。第2有機EL素子11はメタル配線やブラックマトリクスなどで遮光されているため、電流が流れても発光が外に放出されないため、コントラストは低下しない。第2有機EL素子11により第1駆動トランジスタ2のゲート電位は第1電源電位VDD1まで上昇するためゲートライン5を非選択しても同じ状態が維持される。
このようにスタティックメモリが導入されていると、保持容量を用いてデータをある一定期間保持する図1の画素と異なり、一度書き込んだ映像データがリフレッシュされなくとも維持されるため駆動回路の消費電力を低減できる。この機能は、図4のような表示システムで実現されると都合がよい。
図4の表示システムは、RGBの単位画素10がアレイ状に配置された表示アレイ13、選択信号をゲートライン5に供給するゲートドライバ14、デジタル信号とアナログ信号をデータライン6へ供給するハイブリッドデータドライバ15、制御回路16、フレームメモリ17から構成されている。
外部からの入力データは制御回路16へ入力され、一旦フレームメモリ17に格納される。次のフレームの映像データが入力されると、制御回路16はフレームメモリ17に格納された前フレームの映像データを読出して比較し、映像に変化のあるラインのみを更新するように制御する。
例えば、図5のように斜線で示される矩形が左下から右上にフレーム間で変化したとすると、すべてのビットデータを更新する必要のある領域はラインAからBの間に限定される。ゲートドライバ14は通常上から下へ順にゲートラインを選択していくが、最上ラインからラインAまでは映像に変化がないため、制御回路16はハイブリッドデータドライバ15に上位2ビットのデータは送らず、下位4ビットデータのみを送信する。ゲートドライバ14は制御回路16により、第1、第2サブ画素の第1ゲートライン5−1は選択せず、第3サブ画素の書き込みが制御される第2ゲートライン5−0のみ選択するように制御される。その間、ハイブリッドデータドライバ15は下位4ビットのデジタルデータをDA変換してデータライン6−0へ出力するため、下位4ビットのアナログデータが第3サブ画素に書き込まれる。
ラインAからラインBの間は全てのデータを更新する必要があるため、制御回路16は上位2ビットと下位4ビットすべてのデータをハイブリッドデータドライバ15に送信し、ゲートドライバ14が第1、第2ゲートライン5−1、5−0を選択するように制御する。ゲートドライバ14は、まず第1ゲートライン5−1を選択し、その間、ハイブリッドデータドライバ15は上位2ビットのデジタルデータをデータライン6−2、6−1それぞれに出力する。
第1、第2サブ画素の書き込みが終了すると、第1ゲートライン5−1は非選択され、第2ゲートライン5−0が選択される。そのタイミングでハイブリッドデータドライバ15はDA変換された下位4ビットデータをデータライン6−0へ出力するため、第3サブ画素にアナログデータが書き込まれる。この書き込みが終わると、第2ゲートライン5−0は非選択される。ラインBから最下ラインまでは映像に変化がないため、最上ラインからラインAまでの処理と同じ手順で制御される。
このように、常にリフレッシュが必要な図1の単位画素と異なり、図3の画素はスタティックメモリが導入されているため、ゲートドライバ14がゲートライン5−1を駆動したり、ハイブリッドデータドライバ15がデータライン6−2、6−1を駆動する負担が軽減され、消費電力を低減することができる。特に、高解像度で大画面のパネルの場合で、映像に変化のない静止画を表示している際には、消費電力の大きな低減効果が期待できる。
また、下位4ビットのアナログ書き込みは、制御回路16が映像変化を検出しなければ、通常のリフレッシュレートより低く設定してもよい。通常60Hzであれば30Hzに周波数を低く設定することでさらに低消費電力化することができる。
図6には、ハイブリッドデータドライバ15の1出力の構成が示されている。実際にはハイブリッドデータドライバ15には図6の回路が出力端子分備えられている。この回路において、制御回路16から送信される各画素データはデータレジスタ30に順次格納された後、一括で出力レジスタ18に格納される。1ラインのデータが出力レジスタ18に格納された後、出力レジスタ18に格納されたデジタルデータは、デジタル処理部19と、アナログ処理部20の両方に供給される。デジタル処理部19ではデコーダ22により1ビットのデータに変換されてデジタルバッファ23によりバッファされる。一方、アナログ処理部20では、DAコンバータ24により、アナログデータに変換され、アナログバッファ25によりバッファされ、それらの出力はセレクタ21によって切替えられて出力される。
上位2ビットを第1、第2サブ画素に書き込む際には、セレクタ21によりドライバ出力はデジタル処理部19へ接続され、出力レジスタ18に格納されている6ビットのうち上位2ビットのデータが順にデコーダ22を介して取り出され、デジタルバッファ23によりバッファされて出力される。第3サブ画素に下位4ビットのアナログデータを書き込む際には、セレクタ21が出力をアナログ処理部20に接続し、下位4ビットがDAコンバータ24によりDA変換され、アナログバッファ25によりバッファされて出力される。
デジタル処理部19のデコーダ22は出力レジスタ18に格納されている6ビットデータのうちいずれのビットも取り出すことができるし、あるいはレジスタ18に格納されている6ビットデータを元に、64ビットのテーブルデータの中から1つを選択して出力する64入力1出力デコーダとして利用することも可能である。
アナログ処理部20のDAコンバータ24は、出力レジスタ18に格納された6ビットデータからビットをマスクしてDA変換することもできる。例えば下位4ビットのみをDA変換する場合には、マスクデータに“001111”を設定し、出力レジスタデータとマスクデータをAND演算すると、上位2ビットをマスクでき、上位2ビットの影響を受けることなく、下位4ビットのアナログ変換が可能となる。このような構成にすると、例えばデジタルサブ画素が3つに増えても、デジタル処理部19でテーブルデータを変えたりして下位3ビットの影響を受けることなく、上位3ビットを出力するように設定し、アナログ処理部20でマスクデータを“000111”と設定することで上位3ビットのレジスタデータの影響を受けずにDA変換が可能となるため、柔軟に対応できる。
また、データ転送を上位ビットと下位ビットで別々に行ってもよい。例えば、制御回路16にラインメモリを導入し、外部から入力されるデータを1ライン分格納しておき、上位2ビットから先にハイブリッドデータドライバ15へ転送する。セレクタ21は出力をデジタル処理部19へ接続し、デコーダ22により下位4ビットは無視されて、上位2ビットのみが取り出されて出力される。次に、1ライン分の下位4ビットの転送が制御回路16からハイブリッドデータドライバ15へ行われる。その間、セレクタ21は出力をアナログ処理部20へ接続し、上位2ビットがマスクされてDA変換されたアナログデータが出力される。
このように、上位ビットと下位ビットを別々に2段階転送すれば、最大上位6ビットのデジタル出力と下位6ビットアナログ出力が可能となり、計12ビット階調表示が可能である。デジタルサブ画素が6つ、アナログサブ画素1つの計7サブ画素構成とすると、上位6ビットデータは6つのデジタルサブ画素へ書き込まれ、下位6ビットはアナログサブ画素に書き込まれるため2段階転送をフル活用できる。
図6の構成は、最大12ビット階調を生成できるにもかかわらず、アナログ処理部が6ビットと比較的小規模に構成できるため、8ビットや10ビットといった大規模なアナログ処理部を用いて多階調化するよりもICのチップ面積を削減でき、低コストである。
また、図6では、出力レジスタ18をデジタルとアナログで共有しているが、デジタル用とアナログ用のレジスタをそれぞれ個別に設けてもよい。デジタルドライバ出力も同様にデジタル出力とアナログ出力を個別に設けてもよい。
また、メニュー画面や、テキスト表示などの静止画で、さほど多ビット表示を必要としなければ、アナログ駆動のサブ画素の書き込みを省略してもよい。その場合、図7に示すように、アナログ画素である第3サブ画素についての第2電源ライン7−0と、データライン6−0を接続するプリチャージトランジスタ26をパネルの周辺に設け、このプリチャージトランジスタ26をプリチャージライン27で制御するとよい。
すなわち、アナログ画素である第3サブ画素9−0に周期的に書き込みが行われなくなるため、全てのゲートライン5−0をLow、プリチャージライン27をLowとし、各第3サブ画素のデータライン6−0の端に1つ備えられたプリチャージトランジスタ26をオンして、データライン6−0に第2電源電位VDD2をプリチャージし続け、第3サブ画素9−0の駆動トランジスタ2をオフする。なお、このプリチャージの間、ハイブリッドデータドライバ15の出力は、内蔵されるか、表示アレイ13上に備えられたスイッチ(図示せず)などでデータライン6から切り離されている。この構成により、プリチャージトランジスタ26がオンしている間は、データライン6−0をハイブリッドデータドライバ15が駆動する必要がなくなるため、アナログ処理部20の動作を停止させることができ、さらに消費電力を低減することができる。また、プリチャージライン27もハイブリッドデータドライバ15が制御すればよい。
3つのサブ画素からなる単位画素の構成例を示す図である。 サブ画素およびトランジスタのI−V特性を示す図である。 3つのサブ画素からなる単位画素の別の構成例を示す図である。 表示装置の全体構成を示す図である。 データ更新を示す図である。 ハイブリッドデータドライバの構成例を示す図である。 サブ画素の制御のための構成例を示す図である。
符号の説明
1 有機EL素子、2 駆動トランジスタ、3 ゲートトランジスタ、4 保持容量、5 ゲートライン、6 データライン、7 電源ライン、8 カソード電極、9 サブ画素、10 単位画素、11 第2有機EL素子、12 第2駆動トランジスタ、13 表示アレイ、14 ゲートドライバ、15 ハイブリッドデータドライバ、16 制御回路、17 フレームメモリ、18 出力レジスタ、19 デジタル処理部、20 アナログ処理部、21 セレクタ、22 デコーダ、23 デジタルバッファ、24 DAコンバータ、25 アナログバッファ、26 プリチャージトランジスタ、27 プリチャージライン、30 データレジスタ。

Claims (6)

  1. マトリクス状に配置された画素を有する表示装置であって、
    各画素は複数のサブ画素から構成され、
    この複数のサブ画素には、デジタル駆動されるデジタル画素と、アナログ駆動されるアナログ画素の両方が含まれる表示装置。
  2. 請求項1に記載の表示装置であって、
    入力データは、ハイブリッドデータドライバに入力され、このハイブリッドデータドライバは、入力データを2分割し、一方をデジタルデータとしてデジタルデータラインを介しデジタル画素に供給し、他方をアナログデータとしてアナログデータラインを介しアナログ画素に供給する表示装置。
  3. 請求項2に記載の表示装置であって、
    前記デジタル画素は、前記デジタルデータラインから供給されるデジタルデータを記憶するスタティックメモリを内蔵する表示装置。
  4. 請求項2に記載の表示装置であって、
    デジタル画素およびアナログ画素は、それぞれ列方向に並んで配置され、デジタル画素の列に沿って前記デジタルデータラインが配置され、アナログ画素の列に沿って前記アナログデータラインが配置される表示装置。
  5. 請求項2に記載の表示装置であって、
    入力データは、デジタルデータであり、前記ハイブリッドデータドライバは、入力データを記憶する出力レジスタと、この記憶部に記憶された入力データを処理するデジタル処理部およびアナログ処理部を備え、
    前記デジタル処理部は、前記入力データの前記一方のデータに基づいたデジタルデータを前記デジタルデータラインから供給し、
    前記アナログ処理部は、前記入力データの前記他方のデータに基づいたアナログデータを前記アナログデータラインに供給する表示装置。
  6. 請求項5に記載の表示装置であって、
    前記入力データは、データレジスタを介し、前記出力レジスタにデータを供給し、前記データレジスタは、デジタル画素用の入力データと、アナログ画素用の入力データを順次前記出力レジスタに供給する表示装置。
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