JP4937353B2 - アクティブマトリクス型表示装置 - Google Patents
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Description
本発明は、アクティブマトリクス型表示装置に関し、特に、エレクトロルミネッセンス(EL:Electroluminescent)素子を使用した映像表示装置、2次元データ表示装置に関する。
図1は、有機EL(Organic Electroluminescent)素子(OEL)を用いたアクティブマトリクス型表示装置の一つの画素PLj,iの駆動回路の等価回路の一例を示している。
図1を参照すると、この等価回路は、能動素子である2つのpチャンネルTFT101,102と、キャパシタ(Cs)104とを含む。走査線Yjは選択TFT101のゲートに接続され、データ線Xiは選択TFT101のソースに接続され、一定の電源電圧Vddを供給する電源線Zは駆動TFT102のソースに接続されている。選択TFT101のドレインは駆動TFT102のゲートに接続されており、駆動TFT102のゲートとソース間にキャパシタ104が形成されている。OEL100のアノードは駆動TFT102のドレインに、そのカソードはアース電位(又は共通電位)にそれぞれ接続されている。
走査線Yjに選択パルスが印加されると、選択TFT101がオンになりソースとドレイン間が導通する。このとき、データ線Xiから、選択TFT101のソースとドレイン間を介してデータ電圧が供給され、キャパシタ104に蓄積される。このキャパシタ104に蓄積されたデータ電圧が駆動TFT102のゲートとソース間に印加されるので、駆動TFT102のゲート・ソース間電圧Vgsに応じたドレイン電流Idが流れ、OEL100に供給されることとなる。そして、OEL100は、当該ドレイン電流Idに応じた光強度で発光駆動される。
このような駆動回路は、一つの画素PLj,iに一つ設けられるのが通常であるが、輝度精度や低階調制御の向上を図ることを目的として、一画素に複数の駆動回路を設けた表示装置及び駆動方法が、例えば、特開2005-331534号公報及び特開2006−309155号公報に開示されている。
しかしながら、従来技術においては、輝度データ(アナログデータ)を駆動回路に精度良く書き込むことが重要であり、このため、スキャン期間を短くしてスキャン回数を増大させることには限界があった。また、スキャン回数を増大させると、その分発光期間に割り当てられる時間が短くなり、輝度の低下、階調制御の低下を招いていた。
さらに、近年可視光を利用した可視光通信が実用化されつつあり、可視光通信のデータ送信発光源としてディスプレイの利用が注目されている。例えば、発光ダイオード(LED)を用いた表示器による可視光通信方式等が開示されている。かかる通信装置及び方法としては、例えば、特許文献1〜3に開示されているものがある。
しかしながら、これらに開示されている装置又は方法では表示器全体で同時に1ビット(又は1ビット毎の色信号)を送信するため、高速のデータ転送は難しい。
また、ディスプレイ等による複数色を用いた通信方式が開示されている。当該文献としては、特開2006-109461号公報がある。しかし、このような方式では同時に最大3ビットの送信に留まるため、高速伝送には限界がある。
さらに、8×8のLED(発光ダイオード)アレイを用いた2次元光通信方法、液晶ディスプレイのバックライト光源であるLEDを用いた光通信方法、ディスプレイを用いた2次元光通信のためのコードパターン等が開示されている。当該文献としては、特開2006-191313号公報、特開2006-319545号公報、特開2007-13786号公報等に開示されているものがある。しかしながら、一度に送信できるデータ量が大きく、さらに表示パターン(2次元送信データ)の高速切換が可能な装置、方法は考案されていない。従って、高速伝送には限界があり、より高速伝送が可能な装置が求められている。
特開2002-202741号公報
特開2006-268689号公報
特開2006-270808号公報
本発明が解決しようとする課題には、上記の欠点が一例として挙げられる。本発明は、高輝度、高精度な階調制御が可能なアクティブマトリクス駆動方式の映像表示装置を提供することを目的とする。また、他の目的として、高速伝送が可能な2次元データ表示装置を提供することがある。
本発明による表示装置は、複数の画素の各々に表示素子が設けられたアクティブマトリクス型の表示パネルをデータ信号に基づいて駆動して表示をなす表示装置であって、複数の画素の各々に設けられ、表示パネルの走査線及びデータ線に接続されて表示素子を駆動する第1及び第2の駆動回路と、表示パネルの各走査線を順次走査する走査ドライバと、走査ドライバによる走査に応じてデータ信号をデータ線を介して第1及び第2の駆動回路の一方に供給して当該一方の駆動回路にデータ信号を書込むデータドライバと、データドライバによるデータ書込みと同時に他方の駆動回路に書込まれたデータにより表示素子を駆動して表示パネルにデータ表示をなす表示コントローラと、を有することを特徴としている。
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。尚、以下に説明する図において、実質的に同等な部分には同一の参照符を付している。
図2は本発明によるアクティブマトリクス表示パネルを用いた表示装置10の構成を模式的に示している。本実施例において、表示装置10は供給された映像信号を表示する映像表示装置として構成されている。
この表示装置10は、表示パネル11、走査ドライバ12、データドライバ13、コントローラ(表示コントローラ)15、及び発光素子駆動電源(以下、単に電源ともいう。)16を備えている。また、データドライバ13には、後述するように、各画素に設けられた複数の駆動回路の発光駆動(表示駆動)選択をなす発光選択回路(表示選択回路)13Aが設けられている。
なお、以下においては、発光素子が表示パネル11の表示素子として用いられる場合について説明するが、液晶ディスプレイなど非発光素子を駆動して表示制御をなすように構成することもできる。この場合、以下において、発光素子、発光駆動等は表示素子、表示駆動等として読み替えればよい。
表示パネル11は、m×n個(m,nは2以上の整数)の画素からなるアクティブマトリクス型のものであり、各々が平行に配置された複数のデータ線X1〜Xm(Xi:i=1〜m)と、複数の走査線Y1〜Yn(Yj:j=1〜n)と、複数の画素PL1,1〜PLn,mを有している。画素PL1,1〜PLn,mは、データ線X1〜Xmと走査線Y1〜Ynとの交差部分に配置され、全て同一の構成を有する。また、画素PL1,1〜PLm,nの各々には電源線Zが接続されている。電源線Zには電源16から発光素子(表示素子)駆動電圧(Vdd)が供給される。
なお、後述するように、走査線Yjの各々は、画素PLj,iに設けられた駆動回路の構成に応じて、各々が複数の走査信号線を有する走査線として構成されている。すなわち、走査線Yjの各々は、少なくとも1の信号線Yj1,Yj2,...(j=1〜n)から構成されている。また、同様に、データ線Xiの各々は、少なくとも1のデータ信号線Xi1,Xi2,...(i=1〜m)を有するように構成されている。
図3は、表示パネル11の複数の画素のうち1の画素、すなわち、データ線Xi(i=1,2,..,m)及び走査線Yj(j=1,2,..,n)に関連する画素PLj,iについて模式的に示している。
[画素の駆動回路及びドライバ回路の構成]
画素PLj,iには、2つの駆動回路DC1,DC2(それぞれ第1、第2の駆動回路)と、有機EL(Organic Electroluminescent)素子(OEL)と、が設けられている。より具体的には、駆動回路DC1には、選択トランジスタTS1、駆動トランジスタTD1及び発光切替トランジスタTE1と、データ保持キャパシタCS1と、が備えられている。また、駆動回路DC2には、選択トランジスタTS2、駆動トランジスタTD2及び発光切替トランジスタTE2と、データ保持キャパシタCS2と、が備えられている。
画素PLj,iには、2つの駆動回路DC1,DC2(それぞれ第1、第2の駆動回路)と、有機EL(Organic Electroluminescent)素子(OEL)と、が設けられている。より具体的には、駆動回路DC1には、選択トランジスタTS1、駆動トランジスタTD1及び発光切替トランジスタTE1と、データ保持キャパシタCS1と、が備えられている。また、駆動回路DC2には、選択トランジスタTS2、駆動トランジスタTD2及び発光切替トランジスタTE2と、データ保持キャパシタCS2と、が備えられている。
なお、発光素子として有機EL素子(OEL)を用いた場合を例に示すが、これに限らない。例えば、無機EL発光ダイオードであってもよく、あるいはシリコン等の半導体をベースとする発光素子であってもよい。また、非発光素子を用いた液晶ディスプレイであっても同様に適用することができる。
また、本実施例においては、トランジスタTS1,TS2,TD1,TD2,TE1,TE2としてPチャネルTFT(薄膜トランジスタ)を用いた場合を例に説明する。なお、当該トランジスタの導電型はこれらに限定されず適宜選択することができる。また、有機トランジスタに限らずアモルファス・シリコン(α−Si)その他の半導体をベースとするトランジスタを用いることもできる。あるいは、電界効果型トランジスタ(FET)に限らずバイポーラトランジスタその他のトランジスタを用いることもできる。そして、後述する各種信号や電源電圧、例えば走査信号、データ信号及び選択・切替信号等の電圧、発光素子駆動電圧等の極性及び大きさは、用いられるトランジスタ、発光素子の材料、導電型等に応じて適宜選択すればよい。
第1の駆動回路DC1の選択トランジスタTS1のゲート電極(制御電極)は、走査線Yjの第1の走査信号線Yj1に接続されている。Pチャネルトランジスタの場合、ゲート・ソース間に閾値電圧より小さい電圧を印加するとソース・ドレイン間が導通(ターンオン)し、閾値電圧よりも大きい電圧を印加すると遮断(ターンオフ)される。
選択トランジスタTS1のドレイン(又はソース)には駆動トランジスタTD1のゲート電極(制御電極)が接続されている。選択トランジスタTS1のもう一端(ソース又はドレイン)はデータ線Xiに接続されている。また、データ保持キャパシタCS1の一端は駆動トランジスタTD1のゲートに接続され、他端は駆動トランジスタTD1のソース(及び電源線Z)に接続されている。
駆動トランジスタTD1のソースは電源線Zに接続され、電源16から電源電圧(正電圧Vdd)が供給される。駆動トランジスタTD1、発光切替トランジスタTE1及び有機EL素子(OEL)は直列に接続されている。すなわち、発光切替トランジスタTE1のゲートは表示選択回路(発光選択回路)13Aからの発光駆動選択線(以下、単に、発光選択線)に接続されている。より詳細には、発光切替トランジスタTE1のゲートは発光選択線Eiの第1の発光選択信号線Ei1に接続されている。
そして、駆動トランジスタTD1のドレインは発光切替トランジスタTE1のソースに接続され、発光切替トランジスタTE1のドレインは有機EL素子(OEL)のアノードに接続されている。EL素子(OEL)25のカソードは接地されている。従って、駆動トランジスタTD1及び発光切替トランジスタTE1がともに導通(ターンオン)した場合に、有機EL素子(OEL)が発光駆動される。
第2の駆動回路DC2についても基本的な構成は第1の駆動回路DC1と同様であるが、選択トランジスタTS2のゲート電極(制御電極)は走査線Yjの第2の走査信号線Yj2に接続され、発光切替トランジスタTE2のゲート電極は発光選択線Eiの第2の発光選択信号線Ei2に接続されている。また、駆動トランジスタTD2、発光切替トランジスタTE2及び有機EL素子(OEL)が直列に接続されている点においては、第1の駆動回路DC1の構成と同様である。さらに、第1の駆動回路DC1の駆動トランジスタTD1及び第2の駆動回路DC2の駆動トランジスタTD2のソースが互いに接続され、かつ電源線Zに接続されている。また、第1の駆動回路DC1の発光切替トランジスタTE1及び第2の駆動回路DC2の発光切替トランジスタTE2のドレインは有機EL素子(OEL)のアノードに接続されている。そして、発光選択線Eiの第1及び第2の発光選択信号線Ei1,Ei2への印加電圧に応じて、発光切替トランジスタTE1又は発光切替トランジスタTE2がターンオンされ、有機EL素子(OEL)が発光駆動される。
なお、上記した各トランジスタ(FET)のソース及びドレインは、互いに入れ替えて接続した構成としても良い。また、駆動回路DC1,DC2の各トランジスタをNチャネルトランジスタにより構成しても良い。
表示パネル11の走査線Yj(j=1〜n)は走査ドライバ12に接続されている。なお、上記したように走査線Yjの各々は、1対の走査信号線Yj1,Yj2から構成されている。走査信号線Yj1,Yj2は、それぞれ第1の駆動回路DC1及び第2の駆動回路DC2に関連している。また、データ線Xi(i=1〜m)はデータドライバ13に接続されている。
表示パネル11の発光選択線Ei(i=1〜m)はデータドライバ13に設けられた表示選択回路(発光選択回路)13Aに接続されている。なお、上記したように発光選択線Eiの各々は、1対の発光選択信号線Ei1,Ei2から構成されている。発光選択信号線Ei1,Ei2は、それぞれ第1の駆動回路DC1及び第2の駆動回路DC2に関連している。
[ドライバ回路及び駆動回路の動作]
走査ドライバ12は、コントローラ15から送出された走査制御信号に応じて走査パルスSPを所定の走査タイミングで走査線Y1〜Ynに供給し、線順次走査がなされる。
走査ドライバ12は、コントローラ15から送出された走査制御信号に応じて走査パルスSPを所定の走査タイミングで走査線Y1〜Ynに供給し、線順次走査がなされる。
データドライバ13は、コントローラ15から送出されたデータ制御信号に応じて走査パルスが供給される走査線上に位置する画素の各々に対する画素データ信号をデータ線X1〜Xmを介して画素(選択画素)に供給する。非発光の画素に対してはEL素子を発光させることがないレベルの画素データ信号を供給する。
コントローラ15は表示装置10A全体の制御、すなわち走査ドライバ12、データドライバ13及び表示駆動選択回路13A、発光素子駆動電源16の制御を行う。
図4は、本実施例において、サブフレーム法(又はサブフィールド法)により表示駆動をなす場合のサブフレームの1例を示している。より詳細には、当該サブフレーム法においては、映像信号の1フレームを8個のサブフレーム(SF1〜SF8)に分割して表示パネル11の表示駆動が行なわれる。すなわち、各サブフレームは発光期間により重み付けされている。具体的には、各サブフレームの重み付けは、SFn=2n-1、すなわち、SF1:SF2:SF3:SF4:SF5:SF6:SF7:SF8=1:2:4:8:16:32:64:128であるように定められている。
なお、この場合、発光期間中の発光強度は一定であり、各画素の輝度はサブフレームの組合せによって決まる発光期間の長さに比例する。すなわち、輝度データは“1”(オン)か“0”(オフ)かの2値である。また、映像信号の1フレームは、通常、1/60秒(すなわち、フレーム周波数が60Hz)が用いられるがこれに限らない。かかるサブフレームの組合せにより、8ビット、256階調の表示を実現することができる。また、本実施例においては、1画面(全走査線)の走査を行うのに要する時間(1画面走査期間)を、1フレーム期間の約1/10であるとして説明する。
しかしながら、本実施例において示す1画面走査期間、サブフレーム数や重み付け等は例示に過ぎない。所望の階調数等に応じて適宜選択、設計すればよい。
図5は、本実施例における、発光駆動フォーマットを模式的に示す図である。図の上段は第1の駆動回路(駆動回路1:DC1)の駆動フォーマットを示し、下段は第2の駆動回路(駆動回路2:DC2)の駆動フォーマットを示している。すなわち、第1及び第2の駆動回路DC1,DC2によって並行して駆動(走査、発光)がなされる。かかる駆動動作について、以下に詳細に説明する。
本実施例においては駆動回路が2つ設けられ、一方の駆動回路により発光駆動を実行しながら、同時に他方の駆動回路により走査線のスキャンが行われ、データの書き込み動作が行われる。また、サブフレーム期間の長いサブフレームを分割し、第1及び第2の駆動回路DC1,DC2におけるスキャン動作と発光動作とのタイミングを効率よく組み合わせることによって、最高輝度時における発光デューティ(1フレーム期間に対する発光期間の総和の比)を大きくでき(例えば、90%以上)、8ビット、256階調の表示を実現することができる。
すなわち、コントローラ15は、サブフレーム及び当該分割サブフレームによる全表示期間の1フレーム期間に対するデューティが最大であるようにサブフレーム及び分割サブフレームの駆動フォーマットを生成する。
より具体的には、図4に示すように、サブフレームSF7及びSF8(重み付けが、それぞれ64,128)を、例えば、それぞれ2分割、4分割し、SF7-1〜SF7-2及びSF8-1〜SF8-4の分割サブフレームを設定する。例えば、当該分割サブフレームSF7-1〜SF7-2及びSF8-1〜SF8-4の各々は重み付けが32に対応する期間を有するように等分する。
すなわち、サブフレーム期間の長いサブフレームを分割する場合、当該分割サブフレーム期間が1画面(全走査線)の走査を行うのに要する時間(1画面走査期間)以上であるようにするのが効率的である。すなわち、このように設定することで第1及び第2の駆動回路DC1,DC2におけるスキャン期間(データ書込期間)と発光期間とを並行して効率よく実行することができる。つまり、発光デューティ、すなわち、1フレーム期間長に対する各サブフレーム及び分割サブフレーム発光期間長の総和の比を大きくすることができ、高精度な多階調表示を実現することができる。
図5の駆動フォーマットを参照すると、1のフレームの開始時点から分割サブフレームSF8-1の発光駆動が第2の駆動回路DC2によって実行される。なお、サブフレームSF8のスキャン動作(データ書き込み)は当該フレームの前のフレームにおいて既に実行されている。
当該分割サブフレームSF8-1の発光駆動と同時に並行して、第1の駆動回路DC1によってサブフレームSF1のスキャン動作(データ書き込み)が行われる。そして、分割サブフレームSF8-1の発光駆動の終了後に第1の駆動回路DC1によってサブフレームSF1の発光駆動が実行される。その後、第2の駆動回路DC2による分割サブフレームSF8-2の発光駆動と、第1の駆動回路DC1によるサブフレームSF2のスキャン動作(データ書き込み)が並行して行われる。そして、分割サブフレームSF8-2の発光駆動の終了後にサブフレームSF2の発光駆動が実行される。
このように、第1及び第2の駆動回路DC1,DC2が設けられているため、一方の駆動回路により発光駆動を実行しながら、同時に他方の駆動回路により走査線のスキャンが行われ、データの書き込み動作が行われる。この点について、図面を参照して以下により詳細に説明する。
図5の駆動フォーマットにおいて、例えば、時刻T1ないしT6において、駆動回路DC1,DC2により交互に発光駆動及びデータ書込み(スキャン)が行われる。図6は、この場合における、駆動回路DC1,DC2による発光動作又はスキャン動作の状態、スキャン信号、データ信号等を表すタイミングチャートである。
時刻T1において、発光選択信号線Ei2に発光駆動を表す選択電圧が供給され、第2の駆動回路DC2の発光切替トランジスタTE2のゲート・ソース電圧が閾電圧以下とされ、トランジスタTE2はターンオンする。なお、この際、駆動回路DC2の走査信号線Yj2(j=1〜n)は非選択状態、すなわち、選択トランジスタTS2がターンオフする電圧に維持されている。これにより、分割サブフレームSF8-4の発光駆動が開始され、時刻T3まで発光が継続される。一方、時刻T1から時刻T3までの期間、第1の駆動回路DC1への発光選択信号線Ei1には非発光駆動を表す(発光を選択しない)電圧が供給され、駆動回路DC1の発光切替トランジスタTE1はターンオフ状態に維持されている。
時刻T2から時刻T3まで、分割サブフレームSF8-4の発光駆動と並行して、第1の駆動回路DC1によってサブフレームSF7についてのデータ書込み(スキャン)が行われる。より詳細には、駆動回路DC1の走査信号線Yj1(j=1〜n)に順次スキャン信号SPが印加され、線順次走査が行われる。なお、当該走査期間(時刻T2から時刻T3まで)はアドレス期間(Tadr)と称される場合がある。そして、当該線順次走査に対応して画素ごとの発光輝度を示すデータ信号DPがデータ線X1〜Xmを介して印加され、データ書込がなされる。
分割サブフレームSF8-4の発光駆動の終了後、時刻T3において、発光選択信号線Ei1に発光駆動を表す選択電圧信号が供給され、第1の駆動回路DC1の発光切替トランジスタTE1がターンオンされる。なお、この際、駆動回路DC1の走査信号線Yj1(j=1〜n)は非選択状態、すなわち、選択トランジスタTS1がターンオフする電圧に維持されている。これにより、分割サブフレームSF7-1の発光駆動が開始され、時刻T5まで発光が継続される。一方、時刻T3から時刻T5までの期間、第2の駆動回路DC2への発光選択信号線Ei2には非発光駆動を表す(発光を選択しない)電圧が供給され、駆動回路DC2の発光切替トランジスタTE2はターンオフ状態に維持されている。
時刻T4から時刻T5まで、分割サブフレームSF7-1の発光駆動と並行して、第2の駆動回路DC2によってサブフレームSF4についてのデータ書込み(スキャン)が行われる。より詳細には、駆動回路DC2の走査信号線Yj2(j=1〜n)に順次スキャン信号SPが印加され、線順次走査が行われる。そして、当該線順次走査に対応して画素ごとの発光輝度を示すデータ信号DPがデータ線X1〜Xmを介して印加され、データ書込がなされる。
時刻T5から時刻T6においては、第1の駆動回路DC1は非発光状態(発光切替トランジスタTE1がターンオフ状態)とされ、第2の駆動回路DC2は発光駆動状態(発光切替トランジスタTE2がターンオン状態)とされ、サブフレームSF4の発光駆動がなされる。
以上、詳細に説明したように、本実施例によれば、各画素に2つの駆動回路が設けられている。そして、一方の駆動回路により発光駆動を実行しながら、同時に他方の駆動回路により走査線のスキャンが行われてデータの書き込み動作が行われる。
従来技術においては、輝度データ(アナログデータ)を精度良く書き込むことが重要であり、このため、スキャン期間を短くしてスキャン回数を増大させることには限界があった。また、スキャン回数を増大させると、その分発光期間に割り当てられる時間が短くなり、輝度の低下、階調制御の低下を招いていた。
上記したように、本実施例によれば、複数の駆動回路により発光駆動及びデータ書き込みを同時並行的に行うことができるので、発光期間の長さを犠牲にすることなく、1フレーム期間中に可能なスキャン回数を増大させることが可能である。また、サブフレーム、特に、サブフレーム期間の長いサブフレームをさらに分割し、第1及び第2の駆動回路DC1,DC2におけるスキャン動作及び発光動作の期間を効率よく組み合わせることによって、発光デューティ(1フレーム期間に対する発光期間の総和の比)を大きくでき、高輝度で高精度な階調制御が可能となる。
また、本実施例においては、画素PLj,iの駆動回路DC1,DC2に用いられるトランジスタを同一極性のトランジスタ(Pチャネルトランジスタ)で構成しているので、製造工程が簡便であるという利点をも有する。
上記した実施例においては、画素PLj,iに2つの駆動回路DC1,DC2を設け、走査線Yjの各々について2つの信号線(Yj1,Yj2)、また発光選択線Eiの各々について2つの信号線(Ei1,Ei2)を設けた場合について説明したが、駆動回路の構成の工夫により走査線及び/又は発光選択信号線の数を低減することが可能である。
図7は、発光選択信号線の数を1つに低減する場合の画素PLj,iの構成を示す図である。図に示すように、PチャネルトランジスタにNチャネルトランジスタを組み合せている。具体的には、一方の駆動回路DC2の発光切替トランジスタTE2をNチャネルトランジスタに変更し、トランジスタTE2のゲート電極を1つの発光選択線Eiに接続している。つまり、発光選択線Eiへの電圧印加により、2つの駆動回路DC1,DC2の一方の発光切替トランジスタ(例えば、PチャネルトランジスタTE1)がターンオンされて発光駆動される場合には、他方の発光切替トランジスタ(NチャネルトランジスタTE2)はターンオフ状態とされる。また、この逆に、発光選択信号線Eiへの電圧印加により、発光切替トランジスタTE1がターンオフ状態となる場合には発光切替トランジスタTE2はターンオンされる。
従って、かかる構成によっても、実施例1と同様に、2つの駆動回路DC1,DC2によって発光駆動及びデータ書き込みを同時並行的に行うことができ、高輝度で高精度な階調制御が可能となる。
図8は、画素ごとの発光選択信号線の数を1つとし、さらに走査線を1つに低減する場合の画素PLj,iの構成を示す図である。
図に示すように、走査線Yjへの接続切替えトランジスタTC1,TC2がそれぞれ第1及び第2の駆動回路DC1,DC2に設けられている。より詳細には、トランジスタTC1,TC2は逆極性のトランジスタ(それぞれNチャネルトランジスタ、Pチャネルトランジスタ)であり、選択トランジスタTS1,TS2のゲートに接続されている。
第2の駆動回路DC2の接続切替えトランジスタTC2のゲートは発光切替トランジスタTE2のゲート(及び発光選択号線Ei)に接続され、発光切替トランジスタTE2(Nチャネルトランジスタ)がターンオフ状態となる場合には接続切替えトランジスタTC2(Pチャネルトランジスタ)はターンオンされる。
従って、かかる構成によっても、上記実施例と同様に、2つの駆動回路DC1,DC2によって発光駆動及びデータ書き込みを同時並行的に行うことができ、上記実施例と同様な効果を得ることができる。
図9は、実施例4による画素PLj,iの構成を模式的に示す図である。上記した実施例においては、2つの駆動回路DC1,DC2を画素PLj,i内に設けた場合を示したが、本実施例においては、更に第3の駆動回路DC3が設けられ、3系統の駆動回路から構成されている。
第3の駆動回路DC3は、駆動回路DC1,DC2と同様な構成を有している。また、第3の駆動回路DC3は駆動回路DC1,DC2と並列に接続されている。より具体的には、駆動回路DC3には、選択トランジスタTS3、駆動トランジスタTD3及び発光切替トランジスタTE3と、データ保持キャパシタCS3と、が備えられている。
また、走査線Yj(Yj1,Yj2,Yj3)、データ線Xi(Xi1,Xi2,Xi3)、及び発光選択線Ei(Ei1,Ei2,Ei3)が設けられ、それぞれ選択トランジスタTSkのゲート,選択トランジスタTSkのソース(又はドレイン),発光切替トランジスタTEkのゲートに接続されている(k=1,2,3)。そして、各駆動回路DC1,DC2,DC3は個別に独立して制御することができる。
図10は、図4と同様な図であるが、本実施例において、サブフレーム法により表示駆動をなす場合のサブフレームの1例を示している。より詳細には、映像信号の1フレームは、例えば10個のサブフレーム(SF1〜SF10)に分割して表示パネル11の表示駆動が行なわれる。
すなわち、各サブフレームは発光期間により重み付けされている。より具体的には、各サブフレームの重み付けは、SFn=2n-1、すなわち、SF1:SF2:SF3:SF4:SF5:SF6:SF7:SF8:SF9:SF10=1:2:4:8:16:32:64:128:256:512であるように定められている。かかるサブフレームの組合せにより、10ビット、1024階調の表示を実現することができる。
また、実施例1の場合と同様に、サブフレームSF9及びSF10(重み付けが、それぞれ256,512)は、それぞれ2分割、4分割され、SF9-1〜SF9-2及びSF10-1〜SF10-4の分割サブフレームが設定されている。例えば、当該分割サブフレーム期間SF9-1〜SF9-2及びSF10-1〜SF10-4の各々は重み付けが128に対応する期間を有するように等分される。
図11は、上記した3系統の駆動回路DC1,DC2,DC3を有する場合の駆動フォーマットの1例を模式的に示す図である。
図11の駆動フォーマットを参照すると、1のフレームの開始時点から分割サブフレームSF10-1の発光駆動が第2の駆動回路DC2によって実行される。なお、サブフレームSF10のスキャン動作(データ書き込み)は当該フレームの前のフレームにおいて既に実行されている。
当該分割サブフレームSF10-1の発光駆動と同時に、第1の駆動回路DC1によるサブフレームSF3のスキャン動作(データ書き込み)及び第3の駆動回路DC3によるサブフレームSF1のスキャン動作(データ書き込み)が並行して行われる。そして、分割サブフレームSF10-1の発光駆動の終了後に第1の駆動回路DC1によってサブフレームSF3の発光駆動が実行される。さらに、サブフレームSF33の発光駆動に続いてサブフレームSF1の発光駆動が実行される。
その後、第2の駆動回路DC2による分割サブフレームSF10-2の発光駆動と、第1の駆動回路DC1によるサブフレームSF4のスキャン動作及び第3の駆動回路DC3によるサブフレームSF2のスキャン動作が並行して並行して行われる。そして、分割サブフレームSF10-2の発光駆動の終了後にサブフレームSF2の発光駆動が実行され、さらに、サブフレームSF2の発光駆動に続いてサブフレームSF2の発光駆動が実行される。
このように、各画素には第1,第2,第3の駆動回路DC1,DC2,DC3が設けられているため、一方の駆動回路により発光駆動を実行しながら、同時に他の2つの駆動回路により走査線のスキャンを行い、データの書き込み動作を行うことができる。本実施例においては、さらに1フレーム当たりのスキャン回数を増やしてサブフレーム数を増加させることができるので、階調数を増大させて、さらに高精度な階調制御が可能になる。
上記実施例では有機ELディスプレイを用いた場合を例に説明したが、高速にオンオフ切換可能なディスプレイであれば良い。例えば、強誘電液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、LEDディスプレイ等にも適用可能である。
図12は、本発明の実施例5によるアクティブマトリクス表示パネルを用いた表示装置10の構成を模式的に示している。本実施例において、表示装置10は供給された映像信号を表示するとともに、供給されたデータ信号、通信モード指定信号に基づいて2次元データ送信を行う映像表示/データ送信装置として構成されている。
この表示装置10は、表示パネル11、走査ドライバ12、データドライバ13、コントローラ15、及び発光素子駆動電源16を備えている。また、データドライバ13には、後述するように、各画素に設けられた複数の駆動回路の発光駆動選択をなす表示選択回路13Aが設けられている。さらに、コントローラ15にはデータ送信モード実行時における通信制御を行う通信制御部15Aが設けられている。また、映像信号の表示動作又は2次元データ送信動作を行うことを指定する動作モード指定信号を受信する動作モード信号受信部18が設けられている。その他の構成については、上記した実施例と同様である。
動作モード信号受信部18は、データ送信動作を行うことを指定する送信モード指定信号を受信すると、当該送信モード指定信号をコントローラ15に送信する。コントローラ15は送信モード指定信号に応答し、通信制御部15Aとともに、受信したデータ信号に基づいて2次元データ表示・送信動作の制御を行う。また、動作モード信号受信部18が当該送信モード指定信号を受信しない場合、あるいは映像信号の表示動作を行うことを指定する映像表示モード指定信号を受信した場合には、コントローラ15は、上記した実施例において説明したごとく映像表示制御を実行する。
なお、通信制御部15Aは、所定の通信手順に応じた通信制御を行う。すなわち、当該通信手順及び受信したデータ信号に基づいて2次元データ列を構成し、所定の送信(表示)速度、フレーム周波数(後述する)等に応じた通信制御を行う。
画素PLj,iに設けられる複数の駆動回路については、上記した実施例1〜4のいずれの構成の駆動回路であってもよい。本実施例においては、例えば、実施例2の図7に示すように、2つの駆動回路DC1,DC2が設けられている場合を例に説明する。
データ送信モードにおいて、表示装置10は、表示パネル11にデータ信号をm×nビットの2次元データ列(2次元データパターン)として表示する。かかる表示データ列を受信装置(図示しない)によって2次元的に読み取ることによってデータ送信及びデータ受信を行うことができる。従って、表示装置10による当該2次元データ列の表示はデータ送信に該当し、本実施例においては、当該2次元データ列の表示をデータ送信と称する。
図13は、本実施例における駆動回路DC1,DC2による発光動作及びスキャン(データ書込)動作、スキャン信号、データ信号等を表すタイミングチャートである。なお、本実施例においても、理解の容易さのため、1つの2次元データ列(m×nビットの2次元データパターン)を表示・送信する期間を1フレームと称する。従って、1フレームごとに異なる2次元データ列が送信され、当該フレームの切換周波数をフレームレート又はフレーム周波数と称する。
図13を参照すると、第jフレームの開始時刻T0において、発光選択信号線Ei1に発光駆動を表す選択電圧が供給され、第1の駆動回路DC1の発光切替トランジスタTE1がターンオンされる。これにより、第1の駆動回路DC1に書き込まれていたデータ(1フレームデータ)が表示パネル11に表示され、受信装置(図示しない)によって2次元的に読み取られることによってデータ送信及びデータ受信が実行される。なお、第1の駆動回路DC1へのデータ書込は、当該フレーム(第jフレーム)に先行するフレームである第(j-1)フレームにおいて実行されている。
なお、図13に示すように、1フレーム期間はΔTとして規定されている。従って、2次元データ列(フレームデータ)の送信速度に対応するフレームレート又はフレーム周波数はf=1/ΔTで規定される。
一方、当該フレーム(第jフレーム)の期間、第2の駆動回路DC2への発光選択信号線Ei2には非発光駆動(非表示)を表す電圧が供給され、駆動回路DC2の発光切替トランジスタTE2はターンオフ状態に維持されている。
なお、第jフレームの期間において、第1の駆動回路DC1の走査信号線Yj1(j=1〜n)は非選択状態、すなわち、選択トランジスタTS1がターンオフ状態に維持されている。
一方、第jフレームの期間内(例えば、時刻T01から時刻T+ΔT)において、第1の駆動回路DC1による送信(表示)駆動と並行して、第2の駆動回路DC2によって次のフレームである第(j+1)フレームについてのデータ書込み(スキャン)が行われる。より詳細には、駆動回路DC2の走査信号線Yj2(j=1〜n)に順次スキャン信号SPが印加され、線順次走査が行われる。そして、当該線順次走査に対応して画素ごとの発光輝度を示すデータ信号DPがデータ線X1〜Xmを介して印加され、データ書込がなされる。
次フレーム(第(j+1)フレーム)においては、第jフレームの場合とは逆に、第jフレームにおいて第2の駆動回路DC2に書き込まれたデータ(1フレームデータ)が表示パネル11に送信(表示)される。一方、当該駆動回路DC2によるデータ送信と同時に、第1の駆動回路DC1にはその次の2次元データ列(フレームデータ)の書き込みが実行される。
このように、2つの駆動回路DC1,DC2が交互に1フレームずつデータを表示することによって1フレームデータの送信が行われる。すなわち、一方の駆動回路によってデータ送信(表示)が行われている間に、もう一方の駆動回路においてデータ書き込みが実行される。
なお、上記したように、図7に示す駆動回路構成が採用されている場合、すなわち2つの駆動回路DC1,DC2の発光切替トランジスタTE1,TE2が互いに逆極性(Nチャネル及びPチャネル)のトランジスタである場合には、1つの選択切替信号Eiによって一方をターンオン(表示・送信)とし、他方をターンオフ(データ書き込み)を交互に設定、実行することができる。
以上、詳細に説明したように、表示装置10は、ディスプレイ(映像表示)と2次元データ送信の両機能を兼ね備えている。そして、データ送信時にはディスプレイ動作時よりも高いフレーム周波数で動作するように構成することができる。上記したように、かかる動作選択は、動作モード信号受信部18及びコントローラ15により、映像表示動作又はデータ送信動作を指定する動作モード指定信号の受信に応答して行われる。
2次元データ送信では、光出力のオン/オフを担う光学素子(液晶や有機EL等)の応答速度および線順次走査によるデータ書込速度がデータ転送速度の上限を決定する。本実施例では、応答特性に優れた有機ELを用いると共に画素毎に駆動回路を2つ設けることによって、ロス時間無く常時データ書込を行なうとともに、遅滞無く表示(送信)がなされるため、高速に2次元データパターンの表示(送信)切替えを実行することができ、高速なデータ送信を実現することができる。
また、本発明による表示装置10を可視光通信のデータ送信発光源として利用することができる。なお、受信装置としてはCMOS撮像素子などの撮像素子の高速化も著しく進んでおり、表示装置10及び当該撮像素子等の受信装置を用いて高速通信を実現することができる。なお、表示装置10としては、可視光領域の発光素子を用いた場合に限らず、非可視領域で発光する発光素子を用いてもよい。例えば、赤外領域で発光する発光素子を用いることもできる。
なお、以上説明したように、表示装置10は、ディスプレイ(映像表示)と2次元データ送信の両機能を兼ね備えている。従って、大量のデータを送信する場合など、データ送信動作を継続して実行することも可能であるが、ディスプレイ(映像表示)動作中に1フレームないし数フレーム単位で当該映像表示のフレーム間にデータを挿入することも可能である。
なお、表示装置10は、ディスプレイ(映像表示)と2次元データ送信の両機能を兼ね備えているように構成する場合に限らず、2次元データ送信の機能のみを備えているように構成することもできる。この場合、動作モード信号受信部18などは設けなくても良い。
実施例5においては、2つの駆動回路DC1,DC2を画素PLj,i内に設けた場合を示したが、本発明は、画素PLj,i内に2以上の駆動回路が設けられている場合についても適用することが可能である。例えば、さらに第3の駆動回路DC3が設けられ、画素PLj,i内に3系統の駆動回路から構成されている場合についても適用することが可能である。
本実施例においては、例えば、図9に示すように、画素PLj,i内に3系統の駆動回路から構成されている場合を例に説明する。
図14は、本実施例における第1〜第3の駆動回路DC1,DC2,DC3による発光動作及びスキャン(データ書込)動作を表すタイミングチャートである。本実施例においては、第1〜第3の駆動回路DC1,DC2,DC3は完全に独立に駆動される。
図14に示すように、発光駆動する駆動回路は常に1回路で、その間他の2つの駆動回路はデータ書込動作を行なっている。例えば、第jフレームにおいて、第1の駆動回路DC1の発光選択信号線Ei1に発光駆動を表す選択電圧が供給され、第1の駆動回路DC1の発光切替トランジスタTE1がターンオンされる。これにより、第1の駆動回路DC1に書き込まれていたデータ(1フレームデータ)が表示パネル11に表示され、データ送信が実行される。なお、第1の駆動回路DC1へのデータ書込は、当該フレーム(第jフレーム)に先行するフレームにおいて既に実行されている。
一方、当該フレーム(第jフレーム)の期間、第2及び第3の駆動回路DC2,DC3への発光選択信号線Ei2,Ei3には非発光駆動(非表示)を表す電圧が供給され、駆動回路DC2,DC3の発光切替トランジスタTE2はターンオフ状態に維持されている。そして、当該フレームの期間、第2及び第3の駆動回路DC2,DC3においてはデータ書込が実行される。
上記した実施例5では、発光パターンの切換え速度(単位時間当たりのフレーム数)が線順次による発光データの設定(書込)時間で制限される。それに対して本実施例では、1フレーム当たりの走査期間が同じであっても単位時間当たりの発光フィールド数は2倍になり、データ送信速度も2倍にすることができる。
図15は、本発明のさらなる実施例である実施例7における、画素PLj,iの構成を示す図である。すなわち、画素PLj,iに2つの駆動回路DC1,DC2を設け、走査線Yj、発光選択線Ei及びデータ線Xiのそれぞれに信号線が2ライン設けられている。より具体的には、走査線Yjの各々について2つの信号線(Yj1,Yj2)が、また、発光選択線Eiの各々について2つの信号線(Ei1,Ei2)が設けられ、さらに、データ線Xiの各々について2つの信号線(Xi1,Xi2)が設けられている。
従って、各信号線によって各駆動回路DC1,DC2を個別に独立して制御することができるとともに、トランジスタを同一種類とすることが可能である。すなわち、2つの駆動回路DC1,DC2の全てのトランジスタを、例えば、Pチャネルトランジスタとする、あるいは全てのトランジスタをNチャネルトランジスタとすることが可能である。従って、駆動回路の製造工程を簡便にすることができるという利点がある。
さらに、2つの駆動回路DC1,DC2を完全に独立して制御することができるので、2回路同時にデータ書き込みを行うという動作が可能である。
上記した種々の実施例においては、画素PLj,iの各々に2つ又は3つの駆動回路DC1及びDC2,さらに駆動回路DC3を設けた場合について説明した。しかしながら、さらに、画素PLj,iの各々に少なくとも4つの駆動回路DC1,DC2,DC3,DC4,・・・を設けるように構成することも可能である。
当該少なくとも4つの駆動回路の各々の回路構成は同一であってもよく、あるいは、互いに異なっていてもよい。しかしながら、当該少なくとも4つの駆動回路のそれぞれを独立して制御可能なように駆動回路の各々が構成され、各駆動回路に走査線Yj,発光選択線Ei,データ信号線Xiが接続されていることが好ましい。
駆動回路の各々の回路構成が同一な場合として、例えば、実施例7においては2つの駆動回路DC1,DC2を設け(図15)、駆動回路DC1,DC2のそれぞれを独立して制御可能なように、各駆動回路に独立の走査信号線(Yj1,Yj2)、発光選択信号線(Ei1,Ei2)、データ信号線(Xi1,Xi2)が設けられている。
また、実施例4においては3つの駆動回路DC1,DC2,DC3を設け(図9)、駆動回路DC1,DC2,DC3のそれぞれを独立して制御可能なように、各駆動回路に独立の走査信号線(Yj1,Yj2,Yj3)、発光選択信号線(Ei1,Ei2,Ei3)、データ信号線(Xi1,Xi2,Xi3)が設けられている。
さらに、かかる構成を拡張して、画素PLj,iの各々に少なくとも4つの駆動回路DC1,DC2,DC3,DC4,・・・を設けるように構成することができる。この場合においても、駆動回路のそれぞれを独立して制御可能なように、各駆動回路に独立の走査信号線(Yj1,Yj2,Yj3,Yj4,・・・)、発光選択信号線(Ei1,Ei2,Ei3,Ei4,・・・)、データ信号線(Xi1,Xi2,Xi3,Xi4,・・・)を設けるように構成する。
かかる構成により、当該少なくとも4つの駆動回路を独立して制御して、表示パネル11の各画素PLj,iの表示駆動及びデータ信号の書き込み(データ書込)を行うことができる。
以上、種々の実施例を示して詳細に説明したように、本発明によれば、高輝度、高精度な階調制御が可能なアクティブマトリクス駆動方式の映像表示装置を提供することができる。さらに、高速伝送が可能な2次元データ表示装置を提供することができる。
なお、上記した実施例において示した画素PLj,iの構成、画素PLj,iの各々に設けられた各駆動回路、及び各駆動回路の走査ドライバ、データドライバ及び表示選択回路等の構成は、表示装置10が映像信号を表示する映像表示装置として構成された場合、及び、表示装置10がデータ信号を2次元表示データとして送信を行うデータ送信装置として構成されている場合のいずれに対しても適用することが可能である。
また、上記実施例では応答速度が速く、高速切替えが可能な有機EL素子を用いたディスプレイパネルを用いた場合を例に説明したが、高速にオン/オフ切換え可能なディスプレイパネルであれば良い。例えば、強誘電液晶ディスプレイ、無機ELディスプレイ、LEDディスプレイ等を用いてもよい。なお、非発光素子である表示素子を駆動して表示をなすディスプレイ、例えば液晶ディスプレイ等の場合には、上記実施例における「発光駆動」を表示駆動と、「発光選択(回路)」を表示選択(回路)等と読み替えて適用すればよい。
上記した実施例は、適宜改変し、又は組合せて適用することができる。また、示した数値等は例示に過ぎない。用いられる装置、素子等に応じて適宜変更して適用することができる。
Claims (9)
- 複数の画素の各々に表示素子が設けられたアクティブマトリクス型の表示パネルをデータ信号に基づいて駆動して表示をなす表示装置であって、
前記複数の画素の各々に設けられ、前記表示パネルの走査線及びデータ線に接続されて前記表示素子を駆動する第1及び第2の駆動回路と、
前記表示パネルの各走査線を順次走査する走査ドライバと、
前記走査ドライバによる走査に応じて前記データ信号を前記データ線を介して前記第1及び第2の駆動回路の一方に供給して当該一方の駆動回路に前記データ信号を書込むデータドライバと、
前記データドライバによるデータ書込みと同時に他方の駆動回路に書込まれたデータにより前記表示素子を駆動して前記表示パネルにデータ表示をなす表示コントローラと、を有し、
前記データドライバは、前記第1及び第2の駆動回路のうち表示駆動をなす駆動回路の切替えを表す切替信号を生成する表示駆動選択回路を有し、前記第1及び第2の駆動回路の各々は、前記データ信号を保持するキャパシタと、前記表示素子を該保持されたデータ信号に基づいて駆動する駆動トランジスタと、前記切替信号に応答し、書込まれたデータにより前記表示素子を駆動する切替トランジスタと、を有し、
前記表示コントローラは、前記データ信号における映像フレームを複数のサブフレームに分割して階調表示をなすサブフレーム階調法により前記表示パネルの表示制御を実行し、かつ、前記サブフレームのうち少なくとも1をさらに複数の分割サブフレームに分割し、前記データドライバは前記分割サブフレーム及び前記サブフレームの1の表示を実行する期間に他の分割サブフレーム及びサブフレームの1に対応するデータの書込みを行うことを特徴とする表示装置。 - 複数の画素の各々に表示素子が設けられたアクティブマトリクス型の表示パネルをデータ信号に基づいて駆動して表示をなす表示装置であって、
前記複数の画素の各々に設けられ、前記表示パネルの走査線及びデータ線に接続されて前記表示素子を駆動する第1及び第2の駆動回路と、
前記表示パネルの各走査線を順次走査する走査ドライバと、
前記走査ドライバによる走査に応じて前記データ信号を前記データ線を介して前記第1及び第2の駆動回路の一方に供給して当該一方の駆動回路に前記データ信号を書込むデータドライバと、
前記データドライバによるデータ書込みと同時に他方の駆動回路に書込まれたデータにより前記表示素子を駆動して前記表示パネルにデータ表示をなす表示コントローラと、を有し、
前記データドライバは、前記第1及び第2の駆動回路のうち表示駆動をなす駆動回路の切替えを表す切替信号を生成する表示駆動選択回路を有し、前記第1及び第2の駆動回路の各々は、前記データ信号を保持するキャパシタと、前記表示素子を該保持されたデータ信号に基づいて駆動する駆動トランジスタと、前記切替信号に応答し、書込まれたデータにより前記表示素子を駆動する切替トランジスタと、を有し、
前記表示コントローラは前記データ信号における映像フレームを複数のサブフレームに分割して階調表示をなすサブフレーム階調法により前記表示パネルの表示制御を実行し、かつ、前記表示コントローラは前記サブフレームのうち少なくとも1をさらに複数の分割サブフレームに分割し、前記データ信号の1フレーム期間に対する前記分割サブフレーム及び前記サブフレームによる全表示期間のデューティ比が最大であるように前記分割サブフレーム及び前記サブフレームの駆動フォーマットを生成し、前記データドライバ及び前記走査ドライバは前記駆動フォーマットに基づいて前記データ書込み及び前記データ表示を行うことを特徴とする表示装置。 - 前記データ信号の送信動作を指定する送信モード信号受信部と、前記送信動作におけるフレームレートに基づいて前記データドライバ及び前記走査ドライバを制御する通信制御部と、を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の表示装置。
- 前記複数の画素の各々は第3の駆動回路を有し、前記表示コントローラは前記第1乃至第3の駆動回路をそれぞれ独立に制御して前記表示パネルへのデータ表示及び前記データ信号の書込みを行うことを特徴とする請求項1又は2に記載の表示装置。
- 前記表示素子は有機EL(Electroluminescent)素子であることを特徴とする請求項1又は2に記載の表示装置。
- 前記表示パネルは液晶ディスプレイであることを特徴とする請求項1又は2に記載の表示装置。
- 前記表示パネルは無機ELディスプレイであることを特徴とする請求項1又は2に記載の表示装置。
- 前記表示パネルは無機発光ダイオードディスプレイであることを特徴とする請求項1又は2に記載の表示装置。
- 前記複数の画素の各々は少なくとも4つの駆動回路を有し、前記表示コントローラは前記少なくとも4つの駆動回路をそれぞれ独立に制御して前記表示パネルへのデータ表示及び前記データ信号の書込みを行うことを特徴とする請求項1又は2に記載の表示装置。
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