JP2006048040A - 表示装置での出力レベル制御及び／又はコントラスト制御のための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】像の画素の色成分に対応する複数の発光素子を有する表示装置での出力レベル及び／又はコントラストを制御する方法を提供する。
【解決手段】発光素子の夫々によって発生する輝度を、発光素子に供給された信号の強度に基づき、夫々の像の出力レベル及び／又はコントラストは、夫々の発光素子に供給されるべき信号の強度を調整することによって制御する。夫々の発光素子に供給されるべき信号の強度は基準信号に基づき、信号の強度の調整は、基準信号のレベルを調整することによって行う。入力像の平均出力レベルＡＰＬを計算し、コントラストが所要のコントラストと等しくなるように信号の強度に適用する調整係数を計算し、基準信号に適用する。非線形変換４４は、低い信号の基準信号の振幅を増大するために基準信号に適用され、逆変換を像の信号に適用する。
【選択図】図５

Description

本発明は、像の画素の色成分に対応する複数の発光素子を有する表示装置において、出力レベル及び／又はコントラストを制御するための方法及び装置に関する。該発行素子の夫々によって発生する輝度は、発光素子に供給された信号の強度に基づく。

更に具体的に述べると、本発明は、厳密には有機発光表示（OLED）に関する。

高いピークの白色輝度は、周囲の光の状態に関わらず、あらゆる表示技術で良好なコントラスト比を達成することを常に要求されている。アクティブ・ディスプレイのあらゆる形式に関して、白色輝度のピークが大きくなると、ディスプレイの電子回路を流れる出力も高くなる。従って、特定の管理が成されないと、所定の電子効果に対するピーク輝度の高まりは、出力消費の増大を導く。

ピーク白色輝度に関連するあらゆる種類の出力管理の概念の背景にある主な考えは、出力消費を指定値に固定するために、像の内容に従うピーク輝度の変化に基づく。この概念は図１に示されている。画像負荷が低い時、ピーク輝度は高く、画像負荷が高い時、ピーク輝度は低い。この図に表わされている概念は、所定の像に対する最大コントラストと同様に、表示パネルの出力供給の如何なる過負荷も避けることを可能にする。このような概念は、人間の視覚システムに非常にうまく適する。画像負荷が低い時、コントラスト比は高く、画像負荷が高い時、人間の目はくらみ、コントラスト比に対して敏感でなくなる。故に、完全な白色像に関して、コントラスト比はピーク白色像よりも低くなりうる。

陰極線管（CRT）の場合、出力管理は、所謂ABL関数（平均ビーム電流制限器）に基づき、アナログ手段によって実行され、像の平均輝度の関数として映像利得を減少させる。

有機発光ダイオードディスプレイ、即ちOLEDディスプレイの場合、出力消費と同様に輝度は、夫々のセルを流れる電流に直接的に結び付けられる。現在のところ、出力消費を目標値に固定する出力レベル制御手段はない。

他方では、このような表示装置において、コントラストは、映像信号で動作する映像計量器によって調整される。映像信号が8ビットで符号化され、コントラストが50%まで減らされると、映像信号は7ビットの解像度でのみ映像信号になるように設計し直される。故に、映像解像度の損失が生じる。

本発明は、複数の発光素子を有する表示装置での出力レベル及び／又はコントラストを制御する方法及び装置を提案する。該発光素子の夫々によって発生する輝度は、発光素子に供給された信号の強度に基づき、夫々の像の出力レベル及び／又はコントラストは、夫々の発光素子に供給されるべき信号の強度を調整することによって制御される。

本発明の基本的な考えは、強度が基準信号に基づく信号で表示装置の発光素子を供給し、発光素子に供給された信号の強度を調整するそれら基準信号のレベルを変更することである。

故に、本発明は、像の画素の色成分に対応する複数の発光素子を有する表示装置での出力レベル及び／又はコントラストを制御し、該発光素子に夫々によって発生する輝度は、発光素子に供給された信号の強度に基づき、夫々の像の出力レベル及び／又はコントラストは、夫々の発光素子に供給されるべき信号の強度を調整することによって制御される方法であって、
夫々の発光素子に供給されるべき信号の強度は基準信号に基づき、信号の強度の調整は基準信号のレベルを調整することによって成されることを特徴とする方法に関する。

この方法によって、発光素子に供給された映像信号の解像度は変更されない。

出力レベルの制御に関して、当該方法は以下の二つのステップを更に有する。

・該表示装置が受けた夫々の像に関して、該像を表示する該表示装置によって必要とされる出力を表わす変数を計算し、
・該像を表示する該表示装置によって必要とされる出力が目標値よりも低くなるように、夫々の発光素子に供給されるべき信号の強度を調整する。

表示装置によって表示されている像のコントラストの制御に関して、当該方法は以下のステップを更に有する。

・結果として生じるコントラストが所要のコントラストと等しくなるように、前記発光素子に供給された該像の信号の強度に適用されるべき調整係数を計算し、
・該調整係数を前記基準信号に適用する。

好ましい実施例において、非線形変換は、低い振幅の基準信号の振幅を増大させるために、前記信号の強度の調整前に基準信号に適用される。この変換を補償するために、逆変換が像の信号に適用される。

本発明はまた、像の画素の色成分に対応する複数の発光素子を有する表示装置での出力レベル及び／又はコントラストを制御し、該発光素子の夫々によって発生する輝度は、発光素子に供給された信号の強度に基づき、夫々の像の出力レベル及び／又はコントラストは、夫々の発光素子に供給されるべき信号の強度を調整することによって制御される装置であって、夫々の発光素子に供給されるべき信号の強度は基準信号に基づき、当該装置は基準信号を調整することによって信号の強度を変更する調整手段を有することを特徴とする装置に関する。

出力レベルの制御に関して、当該装置は、表示装置が受けた夫々の像に対して、該像を表示する表示装置によって必要とされる出力を表わす変数を計算する計算手段を更に有し、前記調整手段は、夫々の像を表示する表示装置によって必要とされる出力が目標値よりも低くなるように、前記基準信号のレベルを調整する。該計算手段は、例えば、表示装置が受けた夫々の像に対して、該像の平均出力レベルを計算する。

表示装置によって表示された像のコントラストの制御に関して、当該装置は、結果として生じるコントラストが所要のコントラストと等しくなるように、発光素子に供給された信号の強度に適用されるべき調整係数を計算する計算手段を更に有し、前記調整手段は、該調整係数を前記基準信号に適用する。

これら二つの用途に関して、当該装置は、表示装置に像を伝送する前に像を保存するために、フレームメモリーを有する。

好ましい実施例において、当該装置の調整手段は、低い振幅の基準信号の振幅を増大するために、非線形変換を基準信号に適用する手段を有し、当該装置は、逆変換を像の信号に適用する手段を有する。

最後に、本発明はまた、以下を有する表示装置に関する。

・複数の有機発光ダイオード。

・表示装置が受けた像の信号を処理する信号処理手段。

・該信号処理手段によって処理された信号によって、前記複数の有機発光ダイオードを駆動する駆動手段。

・基準信号を該駆動手段に出力する基準信号送信手段。

・前記信号処理手段と一体化される上述の装置。

本発明の模範的な実施例は、図及び以下の更なる詳細な記述で説明される。

本発明は、ディスプレイの夫々の発光素子が幾つかの薄膜トランジスタ（TFT）の連関により制御されるアクティブマトリクスを有するOLEDディスプレイに関して記述されている。OLED素子を制御する電子回路の一般的な構成は、図２によって示されている。それは、
アクティブマトリクス１は、夫々のOLEDに関して、発光素子のOLED物質に接続されている容量を有する幾つかの薄膜トランジスタを有し、該容量はフレームの特定の部分の間に発光素子の値を保存するメモリー成分として働き、薄膜トランジスタは発光素子、容量の保存及び発光素子の点灯の選択を可能にするスイッチとして働き、目下の構造において、容量に保存された値は発光素子によって作られる輝度を決め、
少なくとも一つの行駆動装置２は、それらの内容を新たにするためにディスプレイの発光素子をラインごとに選択し、
少なくとも一つの列駆動装置３は現在選択されているラインの夫々の発光素子で保存されるべき値又は内容を伝送し、この構成要素は夫々の発光素子に対する映像情報を受け取り、
デジタル処理及び駆動ユニット４は、所要の映像及び信号処理のステップを映像入力信号に適用し、所要の信号を行及び列駆動装置に伝送することを特徴とする。

実際には、OLED素子の駆動には二通りの方法がある。

電流で駆動される考えにおいて、デジタル処理及び駆動ユニット４によって送られたデジタル映像情報は、アクティブマトリクス１を解して発光素子に供給されている電流振幅で、列駆動装置によって変換される。

電圧で駆動される考えにおいて、デジタル処理及び駆動ユニット４によって送られたデジタル映像情報は、アクティブマトリクス１を解して発光素子に供給されている電圧振幅で、列駆動装置によって変換される。しかし、たとえそうであっても、注目すべきは、OLED素子が電流駆動であることであり、故に、夫々の電圧に基づかれる駆動ユニットは、しかるべき点灯を達成するように、電圧−電流変換器に基づく。

列駆動装置３は、デジタル処理及び駆動ユニット４で、電子回路の実際の動作部分を表わし、高水準のデジタル−アナログ変換器と見なされうる。行駆動装置２は、それはライン毎に選択をするのみであるから、極めて単純な関数を有する。それは、多かれ少なかれ一つのシフトレジスタである。

前記電子回路の機能は、以下の通りである。入力映像信号は、行選択に対するタイミング信号を、列駆動装置３に送られたデータに同期化された行駆動装置２に、内部処理の後で伝送するデジタル処理及び駆動ユニット４に送られる。使用される列駆動装置３に応じて、データは、並列な方法又は直列な方法のどちらかで送られる。更に、列駆動装置３は、基準信号を伝送する基準信号送信装置５を備える。更に正確には、この装置は、電圧駆動回路の場合には一連の基準電圧を、あるいは、電流駆動回路の場合には一連の基準電流を伝送し、最高基準は最も高いグレーレベル（白）に対して用いられ、最低基準は最も小さいグレーレベルに対して用いられる。これらの基準信号は、OLED素子に供給されるべき信号を発生する列駆動装置３によって使用される。

基準信号の一例は、電圧駆動回路に関して以下で与えられる。V₀からV₇と名付けられた八個の基準電圧が使用される。

V0＝3V
V1＝2,6V
V2＝2,2V
V3＝1,4V
V4＝0,6V
V5＝0,3V
V6＝0,16V
V7＝0V
様々なグレーレベルが、以下の表

によって与えられるように記述されうる。全体の表は、明細書の最後に添付した表によって与えられる。

当然のことながら、これらの電圧レベルは、OLED素子に供給される前に電流に変換される。これらの電圧から輝度の値を推論するには、OLED素子に印加されている3V電圧が400cd/m²に相当し、表示装置の画面によって表示されうる最大輝度を表わすことが、目下の仕様に関して仮定される。この値は、一例として与えられている。
対角6.5”（＝16.25cm）の4/3画面（サイズ＝13cm×9.75cm）及び約14Cd/AのOLED物質の効果に関して、画面表面は13×9.75＝126.75cm²であり、電流密度は40000／14000＝2.86mA/cm²である。故に、パネルによって必要とされる総電流は、126.75×2.86＝362.1mAである。

この電流値は、高過ぎると考えられうる。例えば、それは、80mAの最大電流値を求められる。

本発明によれば、表示パネルの輝度は、像を表示するのに必要な電流値が最大電流値よりも低いように、調整される。

入ってくる像の出力は最初に値を求められ、それからパネルの輝度は、パネルの電力消費を最大電流値に制限するように調整される。

本発明の方法の第一のステップは、入ってくる像の出力値の計算において、輝度が白レベルで使用されるべきであると決定することから成る、像の出力の計算は、以下の関数

によって像の平均出力レベル（APL）を計算することによって成される。

ここで、I(x,y)は像の映像レベルを像での座標x、yで表わし、Cは画面の成分列の数であり、Lは画面の成分ラインの数である。

目下の仕様において、像のAPL値は、明快で単純な理由で像での白色面の割合として表現される。

第二のステップにおいて、画面の最大輝度は、以下の表

で示されるように白色面の様々な割合に対して決められる。最大電流値が80mAの場合、上述の4/3画面に対する完全な白画像（100%白色面）の輝度は、以下の式

となる。

輝度はこの例においては400cd/m²に制限されているので、白色面の割合が22%以下である像の電力消費は、80mA以下である。最大コントラスト比は、22%白色面に対して得られ、4.5に等しい。

本発明の重要な特性によれば、画面の輝度は、基準レベルVnの値を変更することによって調整される。ここで、上述されるようにn∈［0,・・・,7］である。画面の輝度LUMは以下の式
LUM(x;y)＝44×(V(x;y))²
のように、印加電圧Vの二次関数によって近似されうる。

この式は、一例として与えられている。以下の表

は基準電圧V0に対して異なった電圧値を与える。

V1からV7の他の基準レベルは、基準レベルV0から線形な方法で調整されうる。例えば、所定の平均出力レベルAPLに対する基準レベルVnは、以下の式

として計算される。

以下の表

は、V0からV7の全ての基準レベルの電圧値を異なるAPLに対して与えている。

図３は、この表を図示し、白色面の割合5%、10%、30%、40％、50％、60％、70%、80%、90％及び100％に対する基準電圧の変化を示す曲線を示す。

問題は、最低グレーレベルに関する電圧基準が非常に低い時に現れる。これは、画像負荷が高い時の基準電圧V5及びV6に対する上の表での場合である。実際には、電圧駆動システムでは、電圧が低過ぎる場合、誤差（近隣の発光素子間の不一致から生じる）が所要の精度よりも高くなり、情報が失われる。電流駆動システムでは、問題は異なる。このようなシステムにおいて、電流が低ければ低いほど、発光素子の電気容量を取り込むのにますます長くかかる。故に、所要の電流が低過ぎる場合、発光素子の書き込み時間は映像アプリケーションに対して長くなり過ぎる。

現在の例において、0.16V（上の表中の顕著な値）以下の電圧値は精度誤差を引き起こしうる。故に、改善として、基準電圧V1からV7を基準レベルV0によって非線形な方法で変更することが提案される。基準電圧V0に対する電圧値は、他が以下の式
Vn(APL)＝f(V0(APL);Vn(0%);V0(0%))
のような非線形な数学的変換f(x,y,z)によって変更されている間、一定に保たれる。

このような変換の結果の一例が次の表

によって与えられている。

図４は、図3と比較されるように、電圧基準V0からV7のこれらの新たな変化を曲線によって表わしている。この変換の後、異なるAPL値間の基準電圧V6及びV7に関する差はほとんどない。

V1からV7の基準電圧に適用される非線形変換fは、装置の映像信号処理連鎖で逆変換f^-1によって補償されるべきである。このような変換（f及びf^-1）を用いて、低いレベルの階調（低い電圧／低い電流）で非常に多くの困難を導入せずに、最適化された出力管理を得ることが可能である。

本発明の出力レベル制御方法を用いられるべきデジタル処理及び駆動ユニット４の回路実施例が図５で与えられている。

入力像は、入力像のAPLレベルの計算を実行する出力評価ブロック４１に送られる。APL値は、出力管理ブロック４２に伝送される。この計算の結果は完全なフレームの後でのみ成されうるので、その時入力像は、一つのフレーム遅延をなくすために、フレームメモリー４３、例えばDDRAMに保存されるべきである。このメモリーはユニット４の内側又は外側にありうる。

このAPL値に基づいて、適切な一連の基準信号Refnは、例えば参照表から選ばれ、プログラミング・バスを介して基準信号送信ユニット５に送られる。有利に、非線形変換fは、これらの信号で統合される。前で示されたように、これら基準信号は、基準電圧又は基準電流でありうる。このプログラミングは、遅れた像を妨げないために、垂直方向の空白化の間に起こるべきである。

それと並行して、選択された一連の基準信号Refnで統合された変換の逆である非線形変換関数f^-1（数学的関数又は参照テーブルでありうる）は選ばれ、ブロック４４によって遅れた像に適用される。処理後の像は、標準OLED処理ブロック４５に送られ、次に、現在の像の情報を有するディスプレイを最終的に駆動する標準OLED駆動ブロック４６に送られる。

本発明の方法は、表示装置によって遅らせられた像のコントラストの制御に使用されうる。その場合、当該方法は、現在の値から所要の値までコントラストを動かすために、発光素子に供給された信号の強度に適用されるべき調整係数を計算することから成る。その時、この調整係数は、基準信号に適用される。

例えば、コントラストを50%まで低減するためには、基準信号は50％から減らされる。

表示装置での画像負荷に対する最大輝度の変化を示す。 OLEDディスプレイでの制御電子回路の構造を示す。 本発明の基本的な実施例での画像負荷による基準電圧の変化を示す。 本発明の改善された実施例での画像負荷による基準電圧の変化を示す。 本発明の方法の実施のために用いられるOLEDディスプレイでの制御電子回路の構造を示す。

符号の説明

1 アクティブマトリクス
2 行駆動装置
3 列駆動装置
4 デジタル処理及び駆動ユニット
5 基準信号送信装置
41 出力評価ブロック
42 出力管理ブロック
43 フレームメモリー
44 非線形変換ブロック
45 標準OLED処理ブロック
46 標準OLED駆動ブロック
APL 平均出力レベル
Refn 基準信号
Vn 電圧基準

Claims (14)

1. 像の画素の色成分に対応する複数の発光素子を有する表示装置での出力レベル及び／又はコントラストを制御し、
   該発光素子の夫々によって発生する輝度は、該発光素子に供給された信号の強度に基づき、夫々の像の該出力レベル及び／又はコントラストは夫々の発光素子に供給されるべき信号の強度を調整することによって制御される方法であって、
   夫々の発光素子に供給されるべき信号の強度は基準信号に基づき、該信号の強度の調整は該基準信号のレベルを調整することによって成されることを特徴とする方法。
2. 該出力レベルの制御に関して、
   該表示装置が受けた夫々の像に関して、該像を表示する該表示装置によって必要とされる出力を表わす変数を計算し、
   該像を表示する該表示装置によって必要とされる出力が目標値よりも低くなるように、夫々の発光素子に供給されるべき信号の強度を調整するステップを更に有することを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 像を表示する該表示装置によって必要とされる出力を表わす該変数は、該像の平均出力レベルであることを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 該表示装置によって表示された該像のコントラストの制御に関して、
   結果として生じるコントラストが所要のコントラストと等しくなるように、前記発光素子に供給された該像の信号の強度に適用されるべき調整係数を計算し、
   該調整係数を前記基準信号に適用するステップを更に有することを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 該信号の強度の調整の前に、非線形変換が、低い振幅の基準信号の振幅を増大するために、基準信号に適用され、
   逆変換が該像の信号に適用されることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の方法。
6. 前記発光素子は、有機発光表示ダイオードであることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか一項記載の方法。
7. 前記基準信号は、基準電圧又は基準電流であることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか一項記載の方法。
8. 像の画素の色成分に対応する複数の発光素子を有する表示装置での出力レベル及び／又はコントラストを制御し、
   該発光素子の夫々によって発生する輝度は、該発光素子に供給された信号の強度に基づき、夫々の像の該出力レベル及び／又はコントラストは、夫々の発光素子に供給されるべき信号の強度を調整することによって制御される装置であって、
   夫々の発光素子に供給されるべき信号の強度は基準信号に基づかれ、当該装置は該基準信号のレベルを調整することによって該信号の強度を変更する調整手段を有することを特徴とする装置。
9. 該出力レベルの制御に関して、該表示装置が受けた夫々の像に対して、該像を表示する該表示装置によって必要とされる出力を表わす変数を計算する計算手段を更に有し、
   該調整手段は、夫々の像を表示する該表示装置によって必要とされる出力が目標値よりも低くなるように、該基準信号のレベルを調整することを特徴とする請求項８記載の装置。
10. 該計算手段は、該表示装置が受けた夫々の像に関して、該像の平均出力レベルを計算することを特徴とする請求項９記載の装置。
11. 該表示装置によって表示された像のコントラストの制御に関して、結果として生じるコントラストが所要のコントラストと等しくなるように、前記発光素子に供給された信号の強度に適用されるべき調整係数を計算する計算手段を更に有し、
    前記調整手段は、該調整係数を前記基準信号に適用することを特徴とする請求項８記載の装置。
12. 像を該表示装置に送る前に保存するフレームメモリーを有することを特徴とする請求項８乃至１１のうちいずれか一項記載の装置。
13. 前記調整手段は、非線形変換を基準信号に適用する手段を有し、逆変換を前記像の信号に適用する手段を有することを特徴とする請求項８乃至１１のうちいずれか一項記載の装置。
14. 複数の有機発光ダイオードと、
    前記表示装置が受けた像の信号を処理する信号処理手段と、
    該信号処理手段によって処理された信号によって、該複数の有機発光ダイオードを駆動する駆動手段と、
    基準信号を該駆動手段に出力する基準信号送信手段とを有する表示装置であって、
    該信号処理手段は、請求項８乃至１３のうちいずれか一項記載の装置を有することを特徴とする表示装置。

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