JPH07239463A - アクティブマトリクス型表示装置およびその表示方法 - Google Patents
アクティブマトリクス型表示装置およびその表示方法Info
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Abstract
消費電力を低減するための表示方法を提供する。 【構成】 画面内にフレーム間で変化の無い部分のある
画像の表示において、画素への画像の書き込みの度数を
減らすことにより、消費電力を低減する。一方、画像情
報(例えば、画素の電圧)が時間とともに劣化すること
に対しては、定期的にリフレッシュ操作をおこなう。な
お、走査に関しては、複数行おきに飛び越して走査をお
こない、また、リフレッシュ操作は、1フレームで一部
の行を対象に、数フレームかけておこない、全画面を1
フレームでリフレッシュすることによるフリッカーを防
止する。
Description
の表示装置およびその表示方法に関する。アクティブマ
トリクス型の表示装置とは、マトリクスの各交差部に画
素が配置され、全ての画素にはスイッチング用の素子が
設けられており、画像情報はスイッチング素子のオン/
オフによって制御されるものをいう。このような表示装
置の表示媒体としては液晶、プラズマ、その他、電気的
に光学特性(反射率、屈折率、透過率、発光強度等)を
変化させることが可能な物体、状態を用いる。本発明で
はスイッチング素子として、特に三端子素子、すなわ
ち、ゲート、ソース、ドレインを有する電界効果型トラ
ンジスタを用いるものに関する。
スにおける行とは、当該行に平行に配置された信号線
(ゲート線)が当該行のトランジスタのゲート電極に接
続されているものを言い、列とは、当該列に平行に配置
された信号線(ソース線)が当該列のトランジスタのソ
ース(もしくはドレイン)に接続されているものを言
う。さらに、ゲイト線を駆動する回路をゲートドライ
バ、ソース線を駆動する回路をソースドライバと称す
る。
薄型表示装置(フラット・パネル・ディスプレー、FP
D)が開発された。その代表的なものはアクティブマト
リクス型の表示装置である。これは、画面を画素に分割
し、個々の画素にスイッチング素子を設け、これによっ
て画素に保持される表示情報を制御するものである。代
表的には、TN(ツイステッド・ネマティック)液晶を
用いた薄膜トランジスタ(TFT)アクティブマトリク
ス・ディスプレーがある。
り、画像情報は画素の電圧である。すなわち、画素に保
持される電圧によって表示媒体であるTN液晶の透過率
を制御するものである。従来、このようなアクティブマ
トリクス型表示装置においては、上の行から順に下の行
に走査することによって全ての画素の表示内容を更新
し、画像を書き換えていた。この書換えの頻度は毎フレ
ームごと、すなわち、1秒間に30〜60回(30〜6
0Hz)であった。
容によっては、必ずしもこのような頻度での書換えは不
必要である。例えば、静止画であれば、画素に保持され
ている電圧が表示に耐えない程度にまで低下するまで、
書き換える必要はない。また、動画であっても、全ての
画素が絶えず異なった画像情報を表示しているわけでも
ない。書換えをおこなうにはそのために信号の出力が必
要であり、消費電力を増加せしめる要因となっていた。
これは携帯用途には大きな障害であった。本発明はこの
ような現状に鑑みてなされたものであり、書換えを必要
最小限に留めることによって消費電力の低減を目的とす
るものである。
足するために以下の過程を有することを特徴とする。ま
ず、ある行の画素に与えられるべき信号が、その直前の
フレームの信号と比較する。そして、当該行の少なくと
も1つの画素において直前のフレームと信号が異なる場
合にのみ、書換えが必要であるとの信号(リフレッシュ
パルス)を発する。そして、前記リフレッシュパルスを
用いて当該行のゲイト線にゲイトパルスを印加し、当該
行のアクティブマトリクスのトランジスタのゲイト電極
をON状態とすることによって書換えをおこなう。
レームと同じである場合にはリフレッシュパルスは原則
として発せられない。しかしながら、画像情報が全く同
じ状態が極めて長時間のフレームにわたって持続する場
合にはその期間の間、ずっと書換えがおこなわれず、様
々な不都合が生じる。例えば、表示媒体としてTN液晶
を用いる場合であれば、長時間、同じ極性の電圧が印加
されていると、電気分解を起こして劣化するので、定期
的に極性を反転させることが必要である。また、アクテ
ィブマトリクスのスイッチング素子として単一のトラン
ジスタのみを用いる場合には、ソース/ドレイン間のリ
ーク電流等によって画素に蓄えられた画像情報(電圧
等)が変化する。
しない場合であっても、何フレームかに1度は強制的に
画素を書換えることとする。また、表示媒体として液晶
材料を用いる場合には、この強制的に画素を書き換える
過程において、液晶に印加される電圧を反転させる(交
流化)と好都合である。このように必要とされる画素、
行のみを書換え、全体と書き換える頻度を低下させるこ
とによって、消費電力を低下させることができる。さら
に、定期的な書換えにおいて、表示特性を劣化させない
ためには、以下のように書換えをおこなうと効果的であ
る。
行、...、第19行、第20行という、全部で20行
のマトリクスを考える。このマトリクスにおいては、全
く同じ画像が表示されているものとする。そして、5フ
レームに1回の割合で強制的に書換えをおこなうものと
する。最も簡単な方式は、第1フレームで全行を書換
え、第2〜第5フレームでは全く書換えをおこなわない
という方式である。しかしながら、このような方式では
第1フレームから第5フレームの間に画素の電圧が降下
する等の減少によって、明るさが変化する。そして、第
6フレームで書換えがおこなわれることによって第1フ
レームと同じ明るさが得られることとなる。
ば、書換えの間隔は150msecであり、第6フレー
ムでの書換えによる明るさの変化は肉眼で十分に観察さ
れる。すなわち、フリッカーが生じることとなる。この
問題を解決するには書換えを第1フレームのみにおこな
うのではなく、第1〜第5フレームに分散させておこな
うとよい。すなわち、1フレームにつき4行の書換えを
おこなう。例えば、第1フレームでは、第1行、第6
行、第11行、第16行のみを強制的に書換え、続く、
第2フレームでは、第2行、第7行、第12行、第17
行を、第3フレームでは、第3行、第8行、第13行、
第18行を、第4フレームでは、第4行、第9行、第1
4行、第19行を、第5フレームでは、第5行、第10
行、第15行、第20行を、書き換えるという方式であ
る。第6フレーム以降も同様に書換えおこなう。他にも
同様な振り分けが可能であろう。
N群の行に分割し、各群はm本の行からなっているもの
とすると、1フレームにおいてはN本の行を強制的に書
換え、mフレームで全ての行の書換えをおこなうという
ことである。この場合、例えば、上記の第1行は第1群
第1行、第7行は第2群第2行、第14行は第3群第4
行、第20行は第4群第5行というように名付けること
ができる。しかしながら、群、行に関してはこれ以外の
番号を付けることも可能である。
なうことによって、フリッカーを目立たなくさせること
ができる。その典型的な例としては、各群の第1行を強
制的に書き換えたフレーム(これを第1フレームと称す
る)から(k−1)番目(第kフレーム、k=1、2、
3、...、m)においては、第k行が強制的に書き換
えられる、という規則がある。上記の例もこれにあた
る。
くとも、少なくとも、m個の連続するフレームにおいて
は、任意のm本の行からなるゲイト線群において、1つ
のフレームにおいて1行づつ強制的に書き換えられ、か
つ、当該群の全ての行が書き換えられる、という規則を
満たせばよい。
る行が強制的に書き換えられたフレーム(これを第1フ
レームと称する)からm番目のフレーム(第(m+1)
フレーム)においては、再び当該行が強制的に書き換え
られるという規則を満たせばよいことが分かる。さら
に、液晶材料を表示媒体とする場合には、第(m+1)
フレームにおいて当該行中の画素に印加される電圧の極
性は第1フレームおよび第(2m+1)フレームにおい
て、同じ画素に印加される電圧の極性と逆であると都合
がよい。すなわち、このような強制的な書換えを利用し
て液晶材料に不可欠な交流化が可能だからである。
例の回路構成は図1に示すようになっている。アクティ
ブマトリクスは電界効果型トランジスタ(例えば、薄膜
トランジスタ)をスイッチング素子としたもので、N×
m行、M列の規模である。なお、行はN個の群に分けら
れ、各群にはm本のゲート線がある。第i群第j行のゲ
ート線を(i.j)と記述する。アナログの映像信号
(Video信号)はA/Dコンバータにおいてデジタ
ル信号とされ、メモリに送られる。一方、映像信号のう
ちの同期信号は同期分離回路で分離され、クロックジェ
ネレータ回路に送られる。
くはそれ以上を用意する。そして、スイッチS1によっ
て、メモリ1かメモリ2のいずれかにデータを送る。一
方、メモリに蓄積されたデータはただちに読み取られ
る。これは、スイッチS2によって、メモリ1もしくは
メモリ2から読み取られるが、S1の接続していない法
のメモリから読み取る必要がある。
書き込みと読出の操作をおこなうのは、データの順序を
変換する必要があるからである。すなわち、通常の映像
信号では、 (1.1)、(1.2)、(1.3)、(1.4)、...(1.m) (2.1)、(2.2)、(2.3)、(2.4)、...(2.m) (3.1)、(3.2)、(3.3)、(3.4)、...(3.m) (4.1)、(4.2)、(4.3)、(4.4)、...(4.m) ................... (N.1)、(N.2)、(N.3)、(N.4)、...(N.m) という順番でデータが並んでいるが、本実施例では走査
の順序を後で示すように変更して、 (1.1)、(2.1)、(3.1)、(4.1)、...(N.1) (1.2)、(2.2)、(3.2)、(4.2)、...(N.2) (1.3)、(2.3)、(3.3)、(4.3)、...(N.3) (1.4)、(2.4)、(3.4)、(4.4)、...(N.4) ................... (1.m)、(2.m)、(3.m)、(4.m)、...(N.m) という順番でおこなう必要があるためである。
はフレームメモリおよびデータ比較回路に送られる。ま
た、データはソースドライバにも送られる。ソースドラ
イバがデジタル方式(デジタル入力によってアナログ出
力が得られる)であれば、そのまま接続して構わない
が、アナログ方式であれば、ソースドライバの前段階で
D/A変換することが必要である。さて、データ比較回
路の回路の詳細を図2に示す。フレームメモリでは1フ
レーム前のデータが蓄積されている。そして、シフトレ
ジスタ1 においては当該行の現在のフレームのデータ
が、シフトレジスタ2においては当該行直前のフレーム
のデータが、それぞれラッチ回路に送られる。
i群第j行に出力されているとする。このときには、第
i群第j行の現在のデータがラッチ1に、1フレーム前
のデータがラッチ2に蓄積される。1行にはM個の画素
があり、個々の画素のデータは右側に示されたM個のE
XOR回路によって比較される。もし、現在と1フレー
ム前のデータが異なっていた場合にはEXOR回路から
次段のOR回路に出力される。すなわち、M個の画素の
データの比較において1か所でも異なったものがあった
場合にはOR回路から次のリフレッシュパルス発生回路
へ信号が送られる。第i群第j行の比較が終了したら、
次の第(i+1)群第j行の比較が開始される。このよ
うにして次々とデータが比較される。
パルス発生回路に入力され、ゲートドライバとアクティ
ブマトリクスの間に設けられたAND回路列に送られ
る。データ比較回路から出力があったということは、当
該行(例えば、第i群第j行)の情報がその直前のフレ
ームと異なっていたということであるので、当該行は書
き換える必要があるので、ゲートパルスを発生させる必
要がある。図3から明らかなように、データ比較信号が
あった場合にはOR回路によって直ちにリフレッシュパ
ルスがAND回路列に出力される。そして、そのときに
ゲートドライバから出力のある行(すなわち、第i群第
j行)のAND回路が動作して、ゲートパルスが出力さ
れる。
は、定期的に強制的に書換えをおこなうような信号をA
ND回路列に出力しなければならない。そのための回路
が図3に示される。簡単のためにN=4、m=5の20
行のマトリクスを考えてみると、そのときの図3の〜
の各点における信号およびリフレッシュパルス出力の
タイムチャートは図4のようになる。ここで、水平クロ
ックは1フレーム内に20個のパルスを有している。こ
れをN(=4)分周することによって1フレーム内に5
個のパルスまでパルス数を減らす。
FF)を動作させ、最終的にリフレッシュパルスを形成
する。このリフレッシュパルスは1フレームと同じ時間
ずつ遅れて、5フレームで一巡する。図4の第5フレー
ムと第6フレームの間ではリフレッシュパルスがつなが
っている。もし、データ比較回路からの信号がなければ
(すなわち画像情報が全く変化しなければ)、リフレッ
シュパルスとしては、図4に示されるもののみが出力さ
れる。次にゲートドライバについて説明する。先にも説
明したように本実施例では走査の順番が通常の場合と異
なっているため、ゲートドライバも独特な構成となる。
ドライバの例を図8に示す。すなわち、本実施例ではm
個のN段シフトレジスタが並列に形成されている。そし
て、各シフトレジスタのスタートパルスSP1〜SPm
は図5もしくは図6に示す回路によって合成される。
のマトリクスにおけるゲートドライバから出力されるA
ND回路列の直前のパルスのタイムチャートは図9のよ
うになる。図中の丸数字はパルスの順番で、図に示すよ
うに、第1群第1行、第2群第1行、第3群第1行、第
4群第1行、第1群第2行、第2群第2行、...とい
うようにパルスが出力される。このようにして合成され
たゲートドライバからの出力パルス(SR出力)はリフ
レッシュパルスとAND回路列によって合成される。そ
の場合のタイムチャートを図10に示す。簡単のため、
画像は静止画で、したがって、データ比較回路からの出
力はないとする。また、図10では、第1群第4行
(1.4)、第2群第2行(2.2)、第3群第5行
(3.5)、第4群第1行(4.1)のみを示すが、他
の行の同様である。各行のシフトレジスタ(SR)と
も、第1〜第5フレームにおいて、定期的にパルスを出
力している。このSR出力とリフレッシュパルスの重な
った場合のみゲートパルス出力としてマトリクスに送ら
れる。
〜第3フレームおよび第5フレームでは、SR出力時に
リフレッシュパルスは同時に出力されていない。したが
って、AND回路は作動せず、リフレッシュパルスとS
R出力が重なる第4フレームのみゲートパルス出力が得
られる。同様に、(2.2)においては第2フレーム、
(3.5)においては第5フレーム、(4.1)におい
ては第1フレームのみにゲートパルス出力が得られる。
すなわち、本実施例では第i群第j行においては第jフ
レームにおいてのみゲートパルスが出力される。なお、
データ比較回路から出力があれば、随時、リフレッシュ
パルスが出力され、当該行のゲートパルスが出力される
のは言うまでもない。
に示す。本実施例の回路構成は図10に示すようになっ
ている。アクティブマトリクスは電界効果型トランジス
タ(例えば、薄膜トランジスタ)をスイッチング素子と
したもので、N×m行、M列の規模である。なお、行は
N個の群に分けられ、各群にはm本のゲート線がある。
第i群第j行のゲート線を(i.j)と記述する。
A/Dコンバータにおいてデジタル信号に変換され、デ
ータ比較回路に送られる。一方、映像信号のうちの同期
信号は同期分離回路で分離され、クロックジェネレータ
回路に送られる。本実施例では、実施例1とは異なっ
て、走査の順番が、通常の表示方法と同じであるので、
実施例1でおこなったようなデータの順序の変更は不要
である。すなわち、本実施例では、 (1.1)、(1.2)、(1.3)、(1.4)、...(1.m) (2.1)、(2.2)、(2.3)、(2.4)、...(2.m) (3.1)、(3.2)、(3.3)、(3.4)、...(3.m) (4.1)、(4.2)、(4.3)、(4.4)、...(4.m) ................... (N.1)、(N.2)、(N.3)、(N.4)、...(N.m) という順番で走査をおこなう。
施例1で示したもの(図2)と同じであり、フレームメ
モリに蓄積された1フレーム前のデータと当該行の現在
のフレームのデータ比較される。もし、現在と1フレー
ム前のデータが異なっていた場合にはデータ比較回路か
ら次のリフレッシュパルス発生回路へ信号が送られる。
ような構成を有するリフレッシュパルス発生回路に入力
され、ゲートドライバとアクティブマトリクスの間に設
けられたAND回路列に送られる。データ比較回路から
出力があったということは、当該行(例えば、第i群第
j行)の情報がその直前のフレームと異なっていたとい
うことであるので、当該行は書き換える必要があるの
で、ゲートパルスを発生させる必要がある。図12から
明らかなように、データ比較信号があった場合にはOR
回路によって直ちにリフレッシュパルスがAND回路列
に出力される。そして、そのときにゲートドライバから
出力のある行(すなわち、第i群第j行)のAND回路
が動作して、ゲートパルスが出力される。
は、定期的に強制的に書換えをおこなうような信号をA
ND回路列に出力しなければならない。そのための回路
が図12に示される。簡単のためにN=4、m=5の2
0行のマトリクスを考えてみると、そのときの図12の
〜の各点における信号およびリフレッシュパルス出
力のタイムチャートは図13のようになる。ここで、水
平クロックは1フレーム内に20個のパルスを有してい
る。これを2m(=10)分周することによって1フレ
ーム内に2個のパルスまでパルス数を減らす。
FF)を動作させ、最終的にリフレッシュパルスを形成
する。このリフレッシュパルスは1フレームに4パルス
出力され、同一フレーム内での間隔は均等である。第1
のフレームから第2のフレームに変わる際には1パルス
の時間だけ最初のパルスが遅れる。同様に第2フレーム
から第3フレームへ、第3フレームから第4フレーム
へ、第4フレームから第5フレームへ変わる際には、そ
れぞれ1パルス分づつ最初のパルスが遅れる。
り終了し、第6フレームから新たなサイクルが始まる。
そして、図から明らかなように第5フレームから第6フ
レームにどうする際には第5フレームの最後のパルスが
第6フレームの最初のパルスと連続して出力される。こ
のようにリフレッシュパルスが合成され、AND回路列
に送られる。もし、データ比較回路からの信号がなけれ
ば(すなわち画像情報が全く変化しなければ)、リフレ
ッシュパルスとしては、図13に示されるもののみが出
力される。
ティブマトリクスのものと同じであり、すなわち、m×
N段シフトレジスタ1つである。そして、シフトレジス
タの各段の出力は、 (1.1)、(1.2)、(1.3)、(1.4)、...(1.m) (2.1)、(2.2)、(2.3)、(2.4)、...(2.m) (3.1)、(3.2)、(3.3)、(3.4)、...(3.m) (4.1)、(4.2)、(4.3)、(4.4)、...(4.m) ................... (N.1)、(N.2)、(N.3)、(N.4)、...(N.m) という順番でAND回路に出力する。
からの出力パルス(SR出力)はリフレッシュパルスと
AND回路列によって合成される。その場合のタイムチ
ャートを図14に示す。簡単のため、画像は静止画で、
したがって、データ比較回路からの出力はないとする。
また、図14では、第1群第4行(1.4)、第2群第
2行(2.2)、第3群第5行(3.5)、第4群第1
行(4.1)のみを示すが、他の行の同様である。各行
のシフトレジスタ(SR)とも、第1〜第5フレームに
おいて、定期的にパルスを出力している。このSR出力
とリフレッシュパルスの重なった場合のみゲートパルス
出力としてマトリクスに送られる。
〜第3フレームおよび第5フレームでは、SR出力時に
リフレッシュパルスは同時に出力されていない。したが
って、AND回路は作動せず、リフレッシュパルスとS
R出力が重なる第4フレームのみゲートパルス出力が得
られる。同様に、(2.2)においては第2フレーム、
(3.5)においては第5フレーム、(4.1)におい
ては第1フレーム(第6フレーム)のみにゲートパルス
出力が得られる。すなわち、本実施例では第i群第j行
においては第jフレームにおいてのみゲートパルスが出
力される。なお、データ比較回路から出力があれば、随
時、リフレッシュパルスが出力され、当該行のゲートパ
ルスが出力されるのは言うまでもない。
回路の消費電力を低減せしめることができた。さらに、
本発明においては、実施例1および実施例2に示したよ
うに強制的なリフレッシュ操作を数フレームに分散させ
ておこなうことによって、画質の劣化を抑制することが
できた。
用した様々な表示方法と組み合わせることによってより
効果的である。例えば、アクティブマトリクス回路にお
いては、個々のスイッチング素子の特性の微妙な差異に
よって、画素によって表示特性が微妙に異なる。例え
ば、スイッチング素子として薄膜トランジスタ(TF
T)を用いる場合、TFTのオフ電流の大きなものは非
選択時(ゲイトパルスのない時間)におけるリーク電流
が大きく、電荷保持能力が劣る。このようなTFTを有
する画素には予め通常よりも高い電圧をソースに印加す
る必要がある。
クスを構成するスイッチング素子の特性を考慮して、映
像信号を補正することが望まれる。その場合、実施例1
および2に示すようにA/D変換をおこなった後にこの
ような補正回路を設ければよい。このような処理をおこ
なうことによって、より鮮明で欠陥の目立たない映像を
表示することができる。すなわち、本発明ではデジタル
処理をおこなうので、他のデジタル処理を必要とする表
示方法と併用することによって、相乗効果が生じる。
表示をおこなうのではなく、特開平5−35202のよ
うに、画素にデジタル信号を印加して階調表示をおこな
う表示方法と本発明を併用することによっても、より一
層の効果をえることができる。このように本発明は産業
上有益である。
す。
イムチャートを示す。
発生回路を示す。
発生回路を示す。
チャートを示す。
を示す。
す。
示す。
す。
イムチャートを示す。
示す。
Claims (9)
- 【請求項1】 アクティブマトリクス型表示装置におい
て、映像信号を1フレーム遅延させる遅延回路、前記遅
延回路の入力信号と出力信号を比較し、その差分を検出
する検出回路とを有することを特徴としたアクティブマ
トリクス型表示装置。 - 【請求項2】 請求項1において、遅延回路は半導体メ
モリによって構成されていることを特徴としたアクティ
ブマトリクス型表示装置。 - 【請求項3】 請求項1において、アナログ映像信号を
デジタル信号に変換するA/Dコンバータを有すること
を特徴としたアクティブマトリクス型表示装置。 - 【請求項4】 請求項1において、遅延回路の前にデジ
タル化された映像信号の時名的順序を変更するメモリ回
路を有することを特徴としたアクティブマトリクス型表
示装置。 - 【請求項5】 請求項1において、前記検出回路が差分
を検出したときに表示内容を書き換えることを特徴とし
たアクティブマトリクス型表示装置。 - 【請求項6】 アクティブマトリクス型表示装置におい
て、全行をm本の行からなるN個の群に分割し、 第1フレームでは各群の第1行を、 第2フレームでは各群の第2行を、 第mフレームでは各群の第m行をそれぞれ強制的に書き
換えることを特徴とするアクティブマトリクス型表示装
置の表示方法。 - 【請求項7】 アクティブマトリクス型表示装置におい
て、全行をm本の行からなるN個の群に分割し、各群の
第1行が強制的に書き換えられたフレームを第1フレー
ムとするとき、第kフレーム(k=1、2、
3、...、m)では、各群の第k行が強制的に書き換
えられることを特徴とするアクティブマトリクス型表示
装置の表示方法。 - 【請求項8】 アクティブマトリクス型表示装置におい
て、全行をm本の行からなるN個の群に分割し、各群の
第1行が強制的に書き換えられたフレームを第1フレー
ムとするとき、第(m+1)フレームでは、各群の第1
行が強制的に書き換えられることを特徴とするアクティ
ブマトリクス型表示装置の表示方法。 - 【請求項9】 請求項8において、第(m+1)フレー
ムにおいて当該行中の任意の画素に印加される電圧の極
性は第1フレームにおいて、同じ画素に印加された電圧
の極性と逆であることを特徴とするアクティブマトリク
ス型表示装置の表示方法。
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