JP2006512624A - 光ディスプレイ駆動方法 - Google Patents

Abstract

複数のピクセル、光源、および選択されたピクセルを前記光源に結合してそれによって光を放出するアドレッシング手段を有するディスプレイ装置。ここで、前記アドレッシング手段は、各ピクセルをパルス幅変調（ＰＷＭ）を用いてアドレッシングするよう構成される。さらに、前記ディスプレイは前記光源の強度を振幅変調する手段を有する。二つの変調の組み合わせによって、指数関数的に分布する放出光の強度を生成することができ、時間領域の分解能が限られていても適正な中間階調表示を可能にする。

Description

本発明は複数のピクセル、光源、および選択されたピクセルを前記光源に結合してそれによって光を放出するアドレッシング手段に関するものである。ここで、前記アドレッシング手段は、各ピクセルをパルス幅変調（ＰＷＭ）を用いてアドレッシングするよう構成される。本発明はまたそのようなディスプレイの駆動方法にも関する。

上記の型のディスプレイの原理は、各ピクセルが二つの状態（オン、オフ）をもち、オン状態の間、光源に結合されることで光を放出するというものである。そのようなディスプレイのことをここでは「光」ディスプレイと呼んでいる。その例としてはフォイルディスプレイおよびファイバーディスプレイがある。

アドレッシングは通常、まず複数のピクセル、典型的には行（ライン）を選択し（行選択）、それからこの行内のピクセルから一つを選択する（列選択）ことによって実行される。このアドレッシング方式は「行ごと」（ｌｉｎｅ−ａｔ−ａ−ｔｉｍｅ）アドレッシングと呼ばれる。そのようなディスプレイの例としては、Ｖ．Ｓｃｈｏｌｌｍａｎｎ ｅｔ ａｌ．によって記述されている行ごとアドレッシング式フォイルディスプレイがある。

別の方式では、いくつかの行が、たとえばディスプレイ全体であるとかディスプレイの一部にわたって、あるアドレッシング期間中に逐次的な仕方でアドレッシングによりオン指定がされる。そのようなアドレッシング期間ののち、表示期間の間、ディスプレイが点灯され、オンとされたピクセルが光を放出する。そのようなアドレッシングはアドレス・表示分離（ＡＤＳ：ａｄｄｒｅｓｓ ｄｉｓｐｌａｙ ｓｅｐａｒａｔｅｄ）アドレッシングとして知られている。

従来技術の光ディスプレイにおいては、典型的には、選択されたピクセルに光を供給するのに用いられるのは強度一定のランプであり、オンの時間を決めるのには列電極に対するパルス幅変調が用いられる。

等間隔な階調レベルを用いて適正な中間階調の表示を行うには、約２５６レベルが必要とされる。この数は主として低輝度の中間階調領域の要求によって決まっている。サブフィールド・アドレッシングされるディスプレイでは、２５６の中間階調レベルは重み付けされた８個の二進サブフィールドを用いて表示される。行ごとアドレッシングの場合に同等な中間階調表示を行おうとすると、典型的にはμｓオーダーのライン時間は２５６の時間枠に細分しなければならず、ｎｓのオーダーとなってしまう。そのような短いスイッチング時間は物理的に実現が難しい。

たとえばフォイルディスプレイの場合、フォイルのスイッチング時間は約２μｓである。最短パルス幅が２μｓでは中間階調の最低レベルはピークの白の１０％（あるいは５％ということはあるかもしれないが）のオーダーになってしまう。

階調の最低レベルは別としても、表示アドレッシングの反応時間（たとえばパルスの立ち上がり時間）は続く他の（低レベルの）中間階調の正確な表示にも障害となるだろう。これはテレビやデータ表示といった利用では認められない。

本発明の目的は、改良された中間階調生成を提供し、それによって非実用的なまでに短いスイッチング時間の必要性を回避することである。

この目的は導入段落で言及した種類の装置にさらに前記光源の強度を振幅変調する手段を設けたものによって実現される。

該目的はまた、導入段落で言及された種類のディスプレイを駆動する方法であって、前記アドレッシング手段のパルス幅変調および前記光源の強度の振幅変調を有する方法によっても実現される。

本発明によれば、連続的または段階的に強度を変えられる光源を用いてピクセルに光を供給する。この方法により、当該ディスプレイは中間階調を区別する全く新しい手段を与えられる。振幅変調された光源は放出に利用できる光の強度を決める。その一方、ＰＷＭアドレッシングはオンの時間を制御し、それによって選択されたピクセルの階調レベルを制御する。二つの変調の組み合わせによって、たとえば指数関数的に分布する放出光の強度を生成することができ、時間領域の分解能が限られていても適正な中間階調表示を可能にする。

すでに述べたように、２５６の等間隔の中間階調の必要性は主として最も低い明るさのレベルを適正に表示するための要求からきている。等間隔でない中間階調では、必要なレベルの数はずっと少なくなる。適正な間隔の中間階調レベルが４５もあれば、完全に満足のいく画質が得られる。

パルス幅変調を振幅変調された光源と組み合わせて用いることで、中間階調レベルが所望の通りに調整でき、その一方、時間領域での対応するきざみ幅（パルス幅）は不変のままとなる。

ピクセルが光を放出する時間周期のパルス幅変調は、ライン時間のはじめにピクセルをオンにし、ピクセルをオフにするタイミングを制御することによっても実行できるし、ライン時間の終わりにピクセルをオフにし、ピクセルをオンにするタイミングを制御することによっても実行できる。あるいはまた、ピクセルをオンにするタイミングとピクセルをオフにするタイミングの両方を制御することによって実行してもよい。この方法なら時間枠の数が同じでもより多くの中間階調レベルが利用できるようになる。

パルス幅変調という用語が上述したＡＤＳ駆動も含むことを意図していることに注意しておく。ＡＤＳの場合、パルスの長さは相続く二つのアドレッシング期間の間の期間によって決められ、光源はこの期間中のみ点灯される。特別な場合ではパルスはみな同じ長さとなるが、それでも光の強度が異なるために異なる重みが与えられる。してみれば、パルス幅変調のしていることは、選ばれた数の期間（パルス）の間だけピクセルをオンにし、各パルス幅は０か対応する表示期間全体のいずれかであるというだけのことである。

本発明に基づくディスプレイの一つの実施形態によると、単一の光案内路が光を光源からすべてのピクセルに導き、前記アドレッシング手段は第一および第二の直交する電極群を有しており、ピクセルは縦横の電極の交点によって定義される。光案内路からの光は、電極に電圧パルスを印加することによって、さらにピクセルに結合される。

つまり、アドレッシングは変調された光源とは完全に分離されており、これは好都合なこともある。

この場合、第一の（ピクセルを選択しない）電極群は一定の選択信号を受け取るように構成することができ、第二の（ピクセルを選択する）電極群はパルス幅変調された選択信号を受け取るように構成することができる。

本発明に基づくディスプレイの第二の実施形態によると、アドレッシング手段は、光源からの光をピクセルの各列（または行）にまで導く一群の光誘導路、およびピクセルの各行（または列）に電圧を印加し、それによって前記行を光案内路と結合するよう構成された一群の電極を有している。

この場合、光源は光案内路によってアドレッシングのシステム内に統合されている。

ディスプレイは光案内路をパルス幅変調する手段を有することができる。換言すれば、パルス幅変調は、振幅変調された光強度を直接対象として実行されるのであり。これによって切断された振幅曲線が得られる。

光源強度はライン周期の間に、ある最小値からある最大値まで増加させることができる。この場合、ＰＷＭアドレッシングはライン周期の最初から所定の時間だけ選択されたピクセルをアクティブにするよう構成される。

あるいはまた、光源強度は最大値から始まって最小値まで減少してもよい。その場合、ＰＷＭアドレッシングはライン周期の終わりにしかるべく移される。

光源強度の振幅曲線は直線状の傾斜には限られない。たとえば、相続く二つの中間階調レベルの比が一定であることが要求されるとしたら、光源強度は時間とともに指数関数的に変化するべきである。

ＡＤＳアドレッシングの場合、振幅変調は、各表示期間の間に異なる光強度を適用することになる。ピクセルは表示期間全体にわたってオンまたはオフのどちらかにスイッチングされているので、表示期間内での強度の変調はピクセルの表示される中間階調には影響しない。こうして、表示期間にわたって強度は一定としてよい。

さらに、光源強度の振幅曲線を相続くライン周期ごとに交替させてもよい。たとえば最大値が異なる２つの振幅曲線を交互に使うといった具合である。さらなる例として、光源強度があるライン周期中は増加し、次の周期中は減少するといったことも可能である。これは強度の変化を不連続な傾斜ではなく、連続的（上がっては下がる）にできるので、光源の駆動の点から有益となりうる。

光源強度の振幅曲線はさらに異なるフレームごとに交替させることもできる。ラインごとの交替とフレームごとの交替を適切な形で組み合わせることによって、行のディザリングが実現でき、追加の中間階調レベルが生成できる。

これらのことを含む本発明のさまざまな側面は、付属の図面を参照しつつより明確に説明される好ましい実施形態から明らかとなるであろう。

図１ａは従来型の光ディスプレイの駆動を示す。光源はライン時間の間、一定の強度１を有しており、アドレッシングパルス２の長さが知覚される強度３を決める。例としてパルス２では８個の時間枠が示されており、８通りの中間階調レベルが利用できることになっている。知覚される強度は基本的には光源強度の積分であるから、グラフ３は線形に増加している。述べたように、知覚される強度３が線形だと、たとえばガンマ補正のような満足な中間階調表示を実現することは難しい。

図１ｂでは、本発明に従って光源が変調されている。ここではライン時間の間に強度１１を線形の傾斜で増大させている。図１ａと同様にアドレッシングパルス１２が加えられており、見る者によって知覚されるピクセル強度１３は今は変調時間の２乗で変化する（やはり光源強度１１の積分である）。結果として、低いほうの中間階調レベルは、強度一定の光源の場合に比べてずっと間隔が密になっている。よって、低いレベルの中間階調も比較的反応時間の効果に影響されにくくなる。

図１ｂに示したようなパルス幅変調を直線的に増加する強度と組み合わせた場合、知覚される出力レベルは重み因子１、４、９、１６、２５、３６、４９および６４で表すことができる。

図１ｂに示したようにオフにするタイミングを変えるだけでなく、オンにするタイミングも変えることも可能である（図１ｃ参照）。この方法では、光源強度の変化のため、利用可能な中間階調レベルの数が著しく増加する。

たとえば、図１ｃに示すように、３番目の時間枠の先頭でピクセルをオンにして、６番目の時間枠の先頭でオフにすることができる。上で定義した重みを使うと、結果として知覚される強度は２５−４＝２１で表される。このようにして続けていくことで、利用可能な階調レベルの表が得られる。
それを表１に示す。

この表は利用可能な中間階調レベルが時間枠の数が同じでも８から３１に増えていることを示している。

一般に、利用可能な時間枠の数がＮであるときの利用可能な中間階調レベルの総数ｍは次式で与えられると言える。

ただし、この数が重複分、すなわちオン・オフするタイミングの異なるペアを用いて得られるレベルも含んでいることに注意しておく必要がある。たとえば、Ｎ＝８とすると数１からｍ＝３６となるが、表１によるとレベルの数は３１だけである。これは５つの中間階調レベルが重複分であるためである（レベル９、１５、１６、２４、４８）。

オン・オフするタイミングを選択することの利点は中間階調レベルの数の増加であるが、これにより、選択された行内のピクセルのアドレッシングがより複雑になることは理解しておくべきである。行内の任意のピクセルを任意の時間枠においてオン・オフすることができなければならないからである。

さらに列電極上のパルスの立ち上がり時間の効果は、強度の上昇よりも早くパルスを開始することによって解消することができる。そうすれば光源がピクセルと結合されたときには、すでにパルスのピーク電圧に達していることになるのである。このことは図２に示されている。

図３は本発明の第一の実施形態を示している。この場合、ディスプレイ２１は板状の光案内路２２を有しており、これが光源２３からの光をディスプレイ中のすべてのピクセルに導くように構成されている。さらに、アドレッシングは二組の直交する電極群２４、２５によって実行される。ピクセルは縦横の電極の交点２６によって定義される。電極は列駆動手段２９および行駆動手段３０によって制御される。以下ではそのようなディスプレイとして、行ごとアドレッシング式のフォイルディスプレイを例に使う。

簡単のため、フォイルは接地電位（０Ｖ）にあるとする。ある行の選択は、電圧パルス２７（たとえば２０Ｖ）をその特定の行に印加することによって行われる。ピクセルのオン・オフのスイッチングは、列に適切な電圧２８（たとえばオンのとき０Ｖでオフのとき２０Ｖ）を印加することによって行われる。各ピクセルはオン状態、オフ状態のいずれかをとりうるという点が本質的である。行数が４８０でフレーム周波数が１００Ｈｚの場合、行選択時間（ライン時間またはライン周期）はおよそ２０μｓである。

本発明によれば、光源２３は、所定の曲線に従って光源強度を変調するよう適応されているランプ駆動手段２０によって制御されている。

光源２３としては、複数のＬＥＤランプを用いることができる。駆動手段２０を異なる数のＬＥＤを点灯するように適応させておけば、異なる光源強度が実現できる。ＬＥＤはこの目的のために十分速くスイッチングできるが、比較的高価である。原理的には、十分速い蛍光体を使っていることを前提として、蛍光灯でも用は足りる。

図４には本発明の第二の実施形態が示してある。ディスプレイ３１において、一群の光案内路３２がアドレッシングにおいて積極的な役割を果たす。このディスプレイはさらに、光案内路３２に直交するように配置され、行駆動手段３７によって制御される一群の電極３３を有している。ピクセル３４は光案内路３２と電極３３の交点によって定義される。それぞれの光案内路３２は、光源３５からの光をピクセルの列（または行）３４に導くよう構成されている。光案内路３２はさらに列駆動手段３８によって個別にパルス幅変調される。中間階調表示を可能にするためである。対応する電極３３上の電圧パルス３６によってある行（または列）が選択されているとき、光案内路にある光はみなこの行に結合されて放出される。

そのようなディスプレイの例が、光誘導路３２が光ファイバーでできている光ファイバーディスプレイである。

本発明によれば、各光源３５はさらにランプ駆動手段３９によって振幅変調されるよう構成されている。上述したように、これは各光源３５のために複数のＬＥＤを使うことで実現できる。

その結果が、振幅変調とＰＷＭの組み合わせによって形成された、一連の切断された光のパルス４０である。この光パルス４０はディスプレイの列に導かれ、選択された行で放出される。

上の記述では、光源強度はすべてのライン時間について同一の振幅曲線（増加する傾斜）を有するものと想定してきた。しかし、これは必要条件ではない。もし有益と思われるなら、相続くライン時間が異なる振幅曲線を有していてもよい。たとえば、信号の最大値が異なっていたり（図５ａ）、振幅曲線の傾きが一つおきに交替したり（図５ｂ）していてもよい。ライン時間中振幅が減少する場合には、パルス幅変調はピクセルをオンにするタイミングを制御するべきであり、ピクセルをオフにするのはライン時間の終わりとすることができる。

また、もし有益と思われるなら、光源強度が相続くフレームで異なっていてもよい。図５ｃに示すようにそのようなフレームごとの交替をライン時間ごとの交替と組み合わせることもできる。そのような振幅変調は行のディザリングを可能にし、結果としてさらに中間階調レベルを追加することになる。

色順次駆動の場合、各ラインは３つのセグメントに分割される。各色に一つのセグメントである。光源強度変調は図６に示したような形に行うことができる。この場合、各セグメントが同一の光源強度変調を有することは必要ではない。さらに言えば時間周期も同じである必要はない。

図７はアドレス・表示分離（ＡＤＳ）アドレッシング方式での本発明の実施例である。ここでは行数は１８としている。すべての行はアドレッシング期間４１の間に、順次一行ずつ選択し、所望のピクセルをオンにしていくことによってアドレッシングされる。このオン走査ののち、光源は表示期間４２の間アクティブにされ、アドレッシング期間の間にオンにされたすべてのピクセルが光を放出する。次いで、第三の期間４３の間、すべてのピクセルはオフにされる。図の場合だと、このオフ動作はあらゆるピクセルについて同時に行われる。本発明によれば、異なる表示期間には強度の異なる光が加えられ、それによって表示期間の重み付けを可能にしている。図に示した例では、すべての表示期間が同じ長さになっている一方、光の強度は異なる二進レベル４４の間で交替している（１、２、４、８など）。ここで、適切な表示期間の選択はパルス幅変調を表し、一方、異なる振幅は振幅変調を表している。

特許請求の範囲によって定義される発明の発想から外れることなく前記の提示された実施形態をさらに修正することも当業者には可能であろう。特に、パルス幅変調されたアドレッシングを実現するには、特定の応用に応じて、さまざまな適切な手段があろう。

本発明の原理を従来技術との比較で説明する図である。 光強度変調をＰＷＭパルスよりも遅れて開始させる様子を示す図である。 本発明の第一の実施形態に基づくディスプレイのアドレッシング方式を説明する図である。 本発明の第二の実施形態に基づくディスプレイのアドレッシング方式を説明する図である。 光源強度の振幅曲線がライン一つおきに交替する様子を示す図である。 色順次駆動の場合の光源強度の変調を示す図である。 アドレス・表示分離（ＡＤＳ）駆動の場合の本発明のさらなる実施形態を示す図である。

Claims (12)

1. 複数のピクセルと、
   光源と、
   選択されたピクセルを前記光源に結合してそれによって光を放出するアドレッシング手段とを有し、
   前記アドレッシング手段が各ピクセルをパルス幅変調（ＰＷＭ）を用いてアドレッシングするよう構成されており、
   前記光源の強度を振幅変調する手段を有することを特徴するディスプレイ装置。
2. 前記アドレッシング手段が、ライン時間の間に各ピクセルがオンにされるタイミングと各ピクセルがオフにされるタイミングの一方または両方を制御するよう適応されていることを特徴とする、請求項１記載のディスプレイ装置。
3. 光案内路が前記光源から光をすべてのピクセルに導き、前記アドレッシング手段が第一および第二の直交する電極群を有しており、前記ピクセルは前記電極の交点によって定義され、光案内路からの光は、電極に電圧パルスを印加することによって、ピクセルに結合されることを特徴とする、請求項１または２記載のディスプレイ装置。
4. 前記第一の電極群が一定の選択信号を受け取るように構成され、前記第二の電極群がパルス幅変調された選択信号を受け取るよう構成されていることを特徴とする、請求項３記載のディスプレイ装置。
5. 前記アドレッシング手段が一群の光案内路および一群の電極を有し、前記光案内路の各々が光源からの光を一つのピクセル列に導き、前記電極の各々が一つのピクセル行に電圧を印加するよう構成されており、それによって前記行を前記光案内路に結合させることを特徴とする、請求項１または２記載のディスプレイ装置。
6. さらに前記光案内路をパルス幅変調する手段を有することを特徴とする、請求項５記載のディスプレイ装置。
7. 複数のピクセルと、光源と、選択されたピクセルを前記光源に結合してそれによって光を放出するアドレッシング手段とを有するディスプレイ装置を駆動する方法であって、
   前記アドレッシング手段のパルス幅変調を有し、
   前記光源の強度を振幅変調することを特徴とする方法。
8. 前記光源強度がライン周期の間にあるしきい値からある最大値まで増大することを特徴とする、請求項７記載の方法。
9. 前記光源強度の振幅曲線が相続くライン周期ごとに交替することを特徴とする、請求項７記載の方法。
10. 前記光源強度が１ライン周期の間にあるしきい値からある最大値まで増大し、相続く次のライン周期の間は前記最大値から前記しきい値まで減少することを特徴とする、請求項９記載の方法。
11. 前記光源強度の振幅曲線が相続くフレームごとに交替することを特徴とする、請求項７ないし１０のうちいずれか一項記載の方法。
12. 前記パルス幅変調が、ライン時間の間に各ピクセルがオンにされるタイミングと各ピクセルがオフにされるタイミングの一方または両方を制御することを含むことを特徴とする、請求項７ないし１１のうちいずれか一項記載の方法。
    

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