JP5080213B2 - 表示パネルの駆動装置およびそれを利用したディスプレイ装置 - Google Patents

Description

本発明は、パッシブマトリクス型の表示パネルの駆動技術に関する。

有機ＥＬ（Electroluminescence）パネルは、複数のデータ線と、データ線と直交するように配置される複数の走査線と、データ線および走査線の交点にマトリクス状に配置された複数の有機ＥＬ素子を備える。

パッシブマトリクス型の有機ＥＬパネルは、それ自身に画像データを保存する構成となっていない。そこで、スキャンドライバによって走査線を１ラインずつ走査しながら、データドライバによって、各データ線に輝度に応じた駆動電流を供給して、発光させる駆動方式が採られる。その際、走査線を１ライン移動するごとに、画面全体にわたって有機ＥＬ素子ごとの容量の電荷を初期化する必要がある。

有機ＥＬ素子の容量成分の電荷を初期化するために、データドライバには、接地端子とデータ線の間に配置され、走査線の切り替わりごとにオンとなる初期化用のスイッチが設けられる。
特開平１０−３０１５３０号公報

図１は、一般的な有機ＥＬパネルおよびその駆動装置の一部を示す回路図である。データ線ＬＤには、複数の有機ＥＬ素子ＯＬＥＤが接続されている。データ線ＬＤには、駆動装置１００が接続される。駆動装置１００は、データドライバＤＤと、初期化スイッチＳＷを含む。データドライバＤＤは、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤの輝度に対応した駆動電流Ｉｄをデータ線ＬＤに供給する。このとき、データ線ＬＤには、ある電位ＶＥＬＯＮが発生する。初期化スイッチＳＷは、データドライバＤＤによるデータ線ＬＤの駆動に先立ってオン状態となり、各画素ごとの容量素子Ｃの電荷を充放電する。

図１は、２行目の走査線ＬＳ２にローレベル（０Ｖ）が印加されて選択され、その他走査線にハイレベル（Ｖｄｄ）が印加された状態を示している。パッシブマトリクス型の有機ＥＬパネルは、選択された走査線上の画素のみが発光し、その他の画素は非発光状態となる。つまり、パッシブマトリクス型の表示パネルでは、有機ＥＬ素子を発光させるために必要な有効電力に加えて、発光に寄与しない無効電力が消費される。

図１の状態では、駆動対象の走査線ＬＳ２に設けられた有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ２のキャパシタには、
Ｑ＝Ｃ×ＶＥＬＯＮ
の電荷が蓄えられる。

一方、駆動対象ではない有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ１、ＯＬＥＤ３、…にはそれぞれ、
Ｑ’＝Ｃ×（Ｖｄｄ−ＶＬＥＯＮ）
の電荷が蓄えられる。これらの駆動対象でない有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ１、ＯＬＥＤ３の放電後の電荷は、
Ｑ’’＝Ｃ×（Ｖｄｄ−０）
なので、駆動対象でない有機ＥＬ素子を介して放電される。電荷は、ｍ行ｎ列のパネルにおいては、１行あたり、
Ｑ＝（ｎ−１）×Ｃ×ＶＥＬＯＮ
が初期化スイッチＳＷを介して捨てられることになる。Ｃ＝５ｐＦ、Ｖｄｄ＝１６Ｖ、ＶＥＬＯＮ＝８Ｖ、走査線本数をｎ＝３２０、１走査線あたりの画素数をｍ＝２４０と見積もると、毎走査線の駆動ごとに無効電力Ｐｄｉｓとして、
Ｐｄｉｓ＝Ｃ×Ｖ^２／２＝２４０×（３２０−１）×５ｐＦ×（１６−８）^２／２＝１２．２μＷが消費される。したがって、ｎ＝３２０本の走査線を順に選択して１画面（フレーム）を表示するごとに、１２．２μＷ×３２０＝３．９ｍＷもの無効電力が消費されてしまう。

本発明は係る状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、消費電力を低減した表示パネルの駆動技術の低減にある。

本発明のある態様は、パッシブマトリクス型の表示パネルの駆動装置に関する。駆動装置は、表示パネルの複数のデータ線ごとに設けられ、対応するデータ線に輝度に応じた電気信号を供給する複数のデータドライバと、複数のデータ線ごとに設けられ、一端が対応するデータ線に接続され、表示パネルの走査線を切りかえるごとにオン状態となって、対応するデータ線の電気的状態を初期化する複数の初期化スイッチと、複数の初期化スイッチを介して複数のデータ線から電力供給を受け、複数のデータドライバに電力を供給する電源回路と、を備える。

走査線のスキャンごとに、初期化スイッチがオン状態となり、画素の容量素子の電荷が初期化される。容量素子に蓄えられた電荷は、初期化スイッチを介して電源回路へと供給される。この態様によれば、画素の初期化にともない発生する容量素子の充放電電流を電源回路によって回収することができ、実質的な無効電力を低減できる。

電源回路はさらに、外部の電源から複数の初期化スイッチと相補的にオン、オフが切りかえられる外部電源スイッチを介して電力供給を受けてもよい。

本発明の別の態様もまた、表示パネルの駆動装置である。駆動装置は、複数のデータ線と、複数の走査線と、データ線と走査線の交点にマトリクス状に配置された複数の画素と、を含むパッシブマトリクス型の表示パネルを駆動する。複数の画素はそれぞれ、並列に接続されたダイオードおよび容量素子を含む時定数回路を含む。駆動装置は、表示パネルの複数のデータ線ごとに設けられ、対応するデータ線に接続されるダイオードに輝度に応じた電流を供給する複数のデータドライバと、複数のデータ線ごとに設けられ、一端が対応する前記データ線に接続され、表示パネルの走査線を切りかえるごとにオン状態となって、データ線に接続される容量素子の電荷を充放電し、対応するデータ線の電位を初期化する複数の初期化スイッチと、複数の初期化スイッチがオン状態のとき、容量素子から流れ出る電流を回収し、複数のデータドライバに電力を供給する電源回路と、を備える。

電源回路は、昇圧型のスイッチングレギュレータであってもよい。

電源回路は、昇圧型のチャージポンプ回路であってもよい。

表示パネルは、有機ＥＬ（Electroluminescence）パネルであってもよい。

本発明のさらに別の態様は、ディスプレイ装置である。この装置は、パッシブマトリクス型の表示パネルと、表示パネルを駆動する上述のいずれかの駆動装置と、を備える。

なお、以上の構成要素の任意の組合せや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、無効電力を低減できる。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

本明細書において、「部材Ａが部材Ｂに接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合や、部材Ａと部材Ｂが、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

また本明細書において、電圧信号、電流信号などの電気信号、あるいは抵抗、キャパシタなどの回路素子に付された符号は、必要に応じてそれぞれの電圧値、電流値、あるいは抵抗値、容量値を表すものとする。

図２は、実施の形態に係る駆動装置１００を備えたディスプレイ装置２００の構成を示す回路図である。

表示パネル１２０は、パッシブマトリクス型であり、たとえば有機ＥＬパネルである。ディスプレイ装置２００は、携帯電話端末やＰＤＡ（Personal Digital Assistants）、デジタルカメラなどの電池駆動型の電子機器に搭載され、あるいは商用交流電源を受けて動作するＰＣ用のモニタやテレビに搭載される。以下、ディスプレイ装置２００は電池駆動型のデバイスに搭載される場合を説明する。

ディスプレイ装置２００は、表示パネル１２０およびその駆動装置１００、電池１４０を備える。

表示パネル１２０は、ｍ（ｍは自然数）本のデータ線ＬＤと、ｎ（ｎは自然数）本の走査線ＬＳを備え、データ線ＬＤと走査線ＬＳの交点にはマトリクス状に配置された画素回路ＰＩＸが設けられる。各画素回路ＰＩＸは、発光素子である有機ＥＬ素子（以下、単に発光素子ともいう）ＯＬＥＤと、容量素子Ｃを含む。発光素子ＯＬＥＤと容量素子Ｃは並列に設けられており、発光素子ＯＬＥＤと容量素子Ｃは時定数回路を形成する。同一の列に配置される複数ｎ個の発光素子ＯＬＥＤのアノードは、その列のデータ線ＬＤに共通に接続されるまた、同一の行に配置される複数ｍ個の発光素子ＯＬＥＤのカソードは、その行の走査線ＬＳに共通に接続される。

駆動装置１００は、複数のデータドライバＤＤ１〜ＤＤｍ、複数のスキャンドライバＳＤ１〜ＳＤｎ、初期化スイッチＳＷ１〜ＳＷｍ、電源回路１０、コントローラ３０を備える。

複数のデータドライバＤＤ１〜ＤＤｍは、表示パネル１２０の複数のデータ線ＬＤ１〜ＬＤｍごとに設けられ、対応するデータ線に輝度に応じた電気信号を供給する。発光素子ＯＬＥＤを定電流駆動する場合、データドライバＤＤ１〜ＤＤｍは、輝度に応じた駆動電流Ｉｄを供給する電流源として構成される。

複数の初期化スイッチＳＷ１〜ＳＷｍは、複数のデータ線ＬＤ１〜ＬＤｍごとに設けられる。各初期化スイッチの一端は、対応するデータ線に接続される。初期化スイッチＳＷ１〜ＳＷｍは、表示パネル１２０の走査線ＬＳを切りかえるごとにオン状態となって、対応するデータ線ＬＤ１〜ＬＤｍの電気的状態を初期化する。具体的には、初期化スイッチＳＷがオンとなると、対応するデータ線ＬＤに接続される容量素子Ｃが充放電されて、データ線の電位が初期化される。

複数のスキャンドライバＳＤ１〜ＳＤｎは、複数の走査線ＬＳ１〜ＬＳｎごとに設けられる。スキャンドライバＳＤは、後述の電源回路１０から電源電圧Ｖｄｄを受ける。スキャンドライバＳＤは、対応する走査線ＬＳに対して、その走査線が発光対象であるときローレベル（０Ｖ）を、発光対象でないときハイレベル（Ｖｄｄ）を印加する。

電源回路１０は、複数の初期化スイッチＳＷ１〜ＳＷｍを介して、複数のデータ線ＬＤ１〜ＬＤｍから電力供給を受け、複数のデータドライバＤＤ１〜ＤＤｍおよび複数のスキャンドライバＳＤ１〜ＳＤｎに電力（電源電圧Ｖｄｄ）を供給する。つまり、電源回路１０は、表示パネル１２０内に配置される容量素子Ｃを電源として機能し、電源電圧Ｖｄｄを生成する。さらに、電源回路１０は、データ線ＬＤ１〜ＬＤｍからの電力に加えて、外部の電源である電池１４０から電力の供給を受け、電源電圧Ｖｄｄを生成する。電源回路１０は、昇圧型のスイッチングレギュレータ、チャージポンプ回路などで構成できる。

コントローラ３０は、外部から入力される水平同期信号および垂直同期信号を受け、複数のスキャンドライバＳＤ１〜ＳＤｎを順に選択していくことにより、発光させる走査線ＬＳを順に切りかえていく。選択されたスキャンドライバＳＤはハイレベル（Ｖｄｄ）を出力し、それ以外のスキャンドライバＳＤはローレベル（０Ｖ）を出力する。

また、コントローラ３０は、走査線ＬＳの切りかえごとに、所定の初期化期間の間、初期化スイッチＳＷ１〜ＳＷｍをオンする。

以上が駆動装置１００の構成である。次に駆動装置１００の動作を説明する。走査線ＬＳの切りかえごとに、初期化スイッチＳＷ１〜ＳＷｍがオンとなる。このとき、ｉ番目のデータ線ＬＤｉ上の画素回路ＰＩＸに含まれる容量素子Ｃの電荷が、データ線ＬＤｉおよび初期化スイッチＳＷｉを介して、電源回路１０に流れ込む。電源回路１０は表示パネル１２０内の容量素子Ｃからの電荷を回収し、電源電圧Ｖｄｄを生成する。初期化スイッチＳＷがオフの状態では、電源回路１０は電池１４０からの電池電圧Ｖｂａｔを利用して、電源電圧Ｖｄｄを生成する。

本実施の形態に係る駆動装置１００の効果は、図１の従来の駆動装置との比較により明らかとなる。図１の駆動装置においては、初期化スイッチがオンすると、各画素回路内の容量成分Ｃに蓄えられた電荷が、無効電力として接地に捨てられる。これに対して、図２の実施の形態に係る駆動装置１００によれば、発光に寄与しない画素回路内の容量素子Ｃに蓄えられた電荷を、電源回路１０によって回収することにより、正味の無効電力を低減することができる。

図３は、図２の駆動装置１００の具体的な構成例を示す回路図である。図３の駆動装置１００ａにおいて、電源回路１０は昇圧型のスイッチングレギュレータである。

電源回路１０には、入力インダクタＬ１、出力キャパシタＣｏ１が外付けされる。スイッチングレギュレータの構成は一般的な、公知の技術を利用すればよい。入力インダクタＬ１の一端には、入力電圧Ｖｉｎが印加される。入力インダクタＬ１の他端と、接地端子間には、スイッチングトランジスタＭ１が設けられる。また、入力インダクタＬ１の他端には、整流用ダイオードＤ１のアノードが接続される。整流用ダイオードＤ１のカソードと接地端子間には、出力キャパシタＣｏ１が設けられる。電源回路１０は、出力キャパシタＣｏ１に生ずる電圧を、データドライバＤＤおよびスキャンドライバＳＤに対して電源電圧Ｖｄｄとして出力する。なお、スイッチングトランジスタＭ１はディスクリート素子を用いて外付けされてもよい。

電源回路１０は、初期化スイッチＳＷを介して表示パネル１２０からの電力を受けるとともに、外部電源スイッチＳＷａを介して外部の電池１４０から電力を受ける。コントローラ３０は、初期化スイッチＳＷ１〜ＳＷｍと外部電源スイッチＳＷａを相補的にオン、オフさせる。

電源回路１０の出力である電源電圧Ｖｄｄは、抵抗Ｒ１、Ｒ２によって分圧される。誤差増幅器１４は、基準電圧Ｖｒｅｆと分圧された帰還電圧Ｖｆｂの誤差を増幅する。パルス幅変調器１２は、誤差増幅器１４からの誤差電圧Ｖｅｒｒと、オシレータ１６からの周期電圧Ｖｏｓｃを受ける。周期電圧Ｖｏｓｃは所定の周波数を有するのこぎり波（ランプ波形）もしくは三角波である。パルス幅変調器１２は、周期電圧Ｖｏｓｃと誤差電圧Ｖｅｒｒの大小関係を比較し、周期電圧Ｖｏｓｃを誤差電圧Ｖｅｒｒでスライスする。パルス幅変調器１２は、２つの電圧の比較結果に応じたパルス信号Ｓｐｗｍにもとづいて、スイッチングトランジスタＭ１のオン、オフを切りかえる。電源回路１０によって、電源電圧Ｖｄｄが、Ｖｒｅｆ×（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２を目標値として安定化される。

図４は、図３の駆動装置１００ａの動作を示すタイムチャートである。走査線ＬＳの走査に伴って、走査時間Ｔｓごとに走査線ＬＳの電位Ｖｓの電位は、順にローレベルに設定される。各走査時間Ｔｓの先頭には、初期化期間Ｔｉが設けられる。初期化期間Ｔｉにおいて、初期化スイッチＳＷ１〜ＳＷｍはオンとなり、データ線ＬＤの電位Ｖｄは初期化される。初期化期間Ｔｉの間、外部電源スイッチＳＷａはオフに設定される。

初期化期間Ｔｉの間、初期化スイッチＳＷがオンすることにより、電源回路１０の入力インダクタＬ１には、表示パネル１２０の容量素子Ｃからの放電電流が流れる。電源回路１０はこの放電電流を利用して昇圧動作を行う。

初期化期間Ｔｉが完了すると、データドライバＤＤによってデータ線ＬＤに輝度に応じた定電流が供給される。この電流によって、発光素子ＯＬＥＤが発光するとともに、容量素子Ｃが充電され、データ線ＬＤの電位Ｖｄが上昇する。このとき、初期化スイッチＳＷはオフとなり、代わりに外部電源スイッチＳＷａがオンとなる。電源回路１０は電池１４０からの電力を利用して電源電圧Ｖｄｄを生成する。

駆動装置１００は以上の動作を繰り返して、表示パネル１２０を駆動する。図３の駆動装置１００ａによれば、昇圧型のスイッチングレギュレータを用い、入力インダクタＬ１に表示パネル１２０からの回収電流と、電池１４０からの入力電流を交互に供給することにより、無効電力を低減することができる。

上記実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

図４では電源回路１０としてスイッチングレギュレータを利用する場合を説明した。スイッチングレギュレータは、整流用ダイオードＤ１に替えて、整流用トランジスタを備えてもよい。また、パルス幅変調方式に替えて、パルス周波数変調などのその他の方式のスイッチングレギュレータを用いることもできる。

また、スイッチングレギュレータに替えて、チャージポンプ回路を用いてもよい。チャージポンプ回路は公知の技術を利用すればよい。

たとえばチャージポンプ回路は、１つの入力電圧Ｖｉｎを受け、これを所定の昇圧率で昇圧してもよい。この場合、入力電圧Ｖｉｎを、表示パネル１２０からの電力と、外部の電池１４０からの電力と切りかえればよい。
チャージポンプ回路は、複数の入力電圧を受け、これらを加算して出力してもよい。この場合、複数の入力電圧をそれぞれ、表示パネル１２０からの電力と、外部の電池１４０からの電力とで切りかえてもよい。あるいは、いずれかの入力電圧を、表示パネル１２０からの電力とし、その他の入力電圧を外部の電池１４０からの電力としてもよい。

外部から供給される電源電圧が高い場合、昇圧型のスイッチングレギュレータやチャージポンプ回路に替えて、降圧型のそれらを用いてもよい。

駆動装置１００はひとつの半導体基板上に集積化されてもよいし、個別のチップとして構成されてもよい。

以上、実施の形態にもとづき、本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎないことはいうまでもなく、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を離脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能であることはいうまでもない。

一般的な有機ＥＬパネルおよびその駆動装置の一部を示す回路図である。 実施の形態に係る駆動装置を備えたディスプレイ装置の構成を示す回路図である。 図２の駆動装置の具体的な構成例を示す回路図である。 図３の駆動装置の動作を示すタイムチャートである。

符号の説明

ＤＤ…データドライバ、ＳＤ…スキャンドライバ、ＳＷ…初期化スイッチ、１０…電源回路、３０…コントローラ、１００…駆動装置、１２０…表示パネル、１４０…電池、２００…ディスプレイ装置。

Claims (5)

1. 複数のデータ線と、複数の走査線と、前記データ線と走査線の交点にマトリクス状に配置された複数の画素と、を含むパッシブマトリクス型の表示パネルの駆動装置であって、
   前記複数の画素はそれぞれ、並列に接続されたダイオードおよび容量素子を含む時定数回路を含み、
   前記駆動装置は、
   前記表示パネルの複数のデータ線ごとに設けられ、対応する前記データ線に接続される前記ダイオードに輝度に応じた電流を供給する複数のデータドライバと、
   前記複数のデータ線ごとに設けられ、一端が対応する前記データ線に接続され、前記表示パネルの走査線を切りかえるごとにオン状態となって、前記データ線に接続される容量素子の電荷を充放電し、対応する前記データ線の電位を初期化する複数の初期化スイッチと、
   その入力端子の電圧を昇圧し、前記複数のデータドライバに電源電圧を供給する電源回路であって、前記複数の初期化スイッチがオンの期間に前記容量素子から流れ出る放電電流をその入力端子に回収可能な電源回路と、
   前記電源回路の前記入力端子と、外部電源との間に設けられ、前記複数の初期化スイッチと相補的にオン、オフが切りかえられる外部電源スイッチと、
   を備え、
   前記電源回路は、前記複数の初期化スイッチがオン期間に前記容量素子から流れ出る放電電流を利用して昇圧動作を行い、それ以外の期間は、前記外部電源からの入力電流を利用して昇圧動作を行うことを特徴とする駆動装置。
2. 前記電源回路は、昇圧型のスイッチングレギュレータであることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記電源回路は、昇圧型のチャージポンプ回路であることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
4. 前記表示パネルは、有機ＥＬ（Electroluminescence）パネルであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の駆動装置。
5. パッシブマトリクス型の表示パネルと、
   前記表示パネルを駆動する請求項１から４のいずれかに記載の駆動装置と、
   を備えることを特徴とするディスプレイ装置。

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