JP2007527021A - エレクトロルミネセントディスプレイの制御 - Google Patents

Abstract

マルチセグメントＥＬディスプレイ（１）と共に使用するコントローラ（２）を提供する。制御信号Ｃ１〜Ｃ５は、複数のハーフＨ−ブリッジＨ１〜Ｈ５を制御し、ハーフＨ−ブリッジはそれぞれグランド（１０）および高電圧ＤＣ電源（９）に接続されるので、各ハーフＨ−ブリッジはＡＣ電圧を提供する。このハーフＨ−ブリッジの１つがコモン出力Ｖコモンを提供し、残りのＨ−ブリッジがディスプレイの各セグメントに対して駆動電圧Ｖ１〜Ｖ４を提供する。各周期内において、コントローラ（２）は、駆動出力Ｖ１〜Ｖ４をコモン出力Ｖコモンと同相または逆相のいずれかにする。これによって、人間の眼に知覚できるよりずっと速い速度で各セグメントが選択的にオンオフされる。セグメントの輝度は、各セグメントが点灯する時間の比率を変えることにより制御される。
【選択図】図２

Description

本発明は、エレクトロルミネセント（以降ＥＬ）ディスプレイに関し、特にＥＬディスプレイの輝度の制御および輝度制御可能なＥＬディスプレイに関する。

ＥＬディスプレイは、選択的に点灯可能な情報表示領域を有する。このようなディスプレイは、競合技術に対して大型化が可能でフレキシブルであり比較的安価であるという利点を有する。

１９５０年代にはＥＬランプが知られていたが、寿命が短く、フレキシブルＥＬ素子が開発されたのは１９８０年代に入ってからであった。しかしながら、このランプは液晶ディスプレイ用バックライトとして使用されたものであり、実用的なＥＬディスプレイが入手可能となったのはごく最近のことである。

ＥＬディスプレイは、通常硫化亜鉛粉等がドープされたの蛍光体材料の層を２つの電極間に含む。少なくとも１つの電極は、通常インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等の透明材料からなり、ポリエステルまたはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）膜等の透明基板上に設けられる。ディスプレイは、スクリーン印刷等により基板上に電極層および蛍光体層を堆積することにより形成され、不透明電極は例えば銀が充填された導電性インクで形成される。ＥＬ素子の例は、ＷＯ ００／７２６３８およびＷＯ ９９／５５１２１に記載される。

上述の一般的なＥＬディスプレイは、ランプの電極間に適当な周波数の交流電圧を加えて蛍光体を励起することにより点灯する。一般に、ＥＬディスプレイで使用される蛍光体は、数百ボルトの電圧を必要とする。典型的には、このようなＥＬディスプレイの静電容量は、１００ｐＦ〜１μＦの範囲である。

小さな電流しか必要とされないので、このような比較的大きい駆動電圧は、公知の「フライバックコンバータ」等の回路によって低電圧ＤＣ電源から容易に発生させることができる。

この回路は、直列に配置されたインダクタと発振スイッチとを含む。この発振スイッチと並列に、ダイオードとコンデンサとが直列に配置される。このスイッチは、開状態と閉状態との間で変動する。閉状態において、ＤＣ電源からインダクタとスイッチとに電流が流れる。スイッチが開くと、電流路が遮断されるが、インダクタに伴う磁界によって電流は流れ続ける。したがって、インダクタによりダイオードを通って電流が流れ、コンデンサを充電する。スイッチが閉じている間、ダイオードによりコンデンサの放電が阻止される。したがって、コンデンサは、ＤＣ電源電圧より高い電圧まで充電可能であり、この電圧での電流がコンデンサから得られる。

フライバックコンバータから負荷に交流電流を供給するために、コンデンサと並列にＨ−ブリッジを設けてもよい。Ｈ−ブリッジは、一般的に２本の並列なリムを備え、各リムは、第２のスイッチと直列に接続された第１のスイッチを有する。第１および第２スイッチの間の各リム上にはノードがあり、リムのそれぞれのノード間に負荷を接続する。電流は、一方のリムの第１のスイッチともう一方のリムの第２のスイッチを介して負荷を通って一方向に流れ、残りの２つのスイッチを介して他方向に流れる。Ｈ−ブリッジのスイッチは、電流が負荷を通ってまず一方向に、次に他方向に流れるように動作する。

複数のＥＬセグメントを設けてディスプレイを形成する場合には、点灯すべきセグメント間で選択的に切り替える定電圧の単一高電圧レールを備えることにより、各セグメントを制御する。これは、１つのハーフＨ−ブリッジトランジスタ構造を用いて通常前面のコモン電極を制御し、多数のハーフＨ−ブリッジを用いて複数のセグメントをそれぞれ制御することによって達成される。コモン電極は、数十Ｈｚから数キロＨｚの領域の周波数で切り替えられる。点灯する必要のないセグメントは、有効電圧とならないようにコモン電極と同じ信号で駆動する。点灯する必要のあるセグメントは、高電圧レールの２倍のピークツーピーク値を持つ交流電圧となるようにコモン電極と同じ周波数であって逆相の信号で駆動する。このように駆動信号の位相を制御することにより、どのセグメントを点灯するかについて簡単に制御可能となる。

このような駆動方法の結果、全ての点灯されたセグメントが表面上同じ輝度に見えることになることがわかるであろう。全てのセグメントの輝度は、高電圧レールの電圧を変えるおよび／または切換周波数を変えることにより制御可能である。各セグメントの輝度は、周波数が上がるにつれて増加する。
ＷＯ ００／７２６３８ ＷＯ ９９／５５１２１

しかしながら、全てのセグメントが同じ電圧及び周波数で駆動されるため、セグメント間で互いに輝度を変えることはできない。

本発明によれば、ＥＬディスプレイと共に使用するディスプレイコントローラが提供され、コントローラは、ディスプレイの点灯セグメントに印加する信号の相対的位相が変化するよう構成されており、これにより各セグメントの輝度が可変となる。

従来の装置において、点灯中の素子は全周期駆動される。一方、本発明のコントローラは、各セグメントを所望の輝度とするために、信号の位相を変えることによって、発振器の全周期の内で各セグメントを選択的にオンにしたりオフにしたりすることができる。例えば、最大輝度は、セグメントを全周期オンにすることにより得られ、例えば、最大輝度の２分の１の輝度は、その時間の半分だけセグメントをオンにすることによって得られる。これは、粉末ＥＬディスプレイからの光学的エミッションが約数十マイクロ秒という速い応答時間を有するという、殆ど認識されていない事実を利用したものである。この速さは人間の眼の応答よりはるかに速い。したがって、目に見えるフリッカを伴うことなく、制御された瞬時の間セグメントを点灯させることによって、輝度を正確に制御することが可能である。

本発明は、対応する方法にも関し、別の側面から見ると、本発明は、ディスプレイの点灯セグメントに印加する駆動およびコモン信号の相対的位相を変化させる工程を含むＥＬディスプレイの制御方法を提供し、これによって各セグメントの輝度を変えることができる。

上述のように、ＥＬディスプレイのセグメントをオンにするには、コモン電極に加える信号とは逆相の信号をそのセグメントに印加する。オフにするには、同相の信号を印加する。したがって、本発明のコントローラは、コモン電極と同相または逆相のいずれかの信号を素子に印加し、逆相の信号の比率によってセグメントの輝度が決まるように構成されることが好ましい。

一般的に、コントローラは、周期に基づいて信号の位相を制御する。例えば、最大輝度で点灯すべきセグメントへの信号は、交流駆動の全周期にわたってコモンセグメントに対して逆相とし（オン信号）、その他に関しては同相（オフ信号）とする。最大輝度の２分の１の輝度で点灯する必要があるセグメントは、周期の半分の間は逆相の信号で駆動し、もう半分の間は同相で駆動する。最大輝度の１６分の１の輝度で点灯する必要があるセグメントは、１６分の１の周期毎に逆相の信号を印加し、残りの時間は同相とする。少なくとも１６段階の輝度を提供するようこのような装置を使用することが好ましいが、目立つフリッカを生じることなく３２以上の線形ステップを有する独立輝度制御を、ディスプレイの各セグメントに関して行うことが可能である。

大抵の輝度レベルに関して、セグメントを所定の輝度レベルとするようなオンおよびオフ信号の異なるパターンが、数多く存在することがわかるであろう。例えば、５段階システム（４段階の輝度レベルに加えてオフ）において、２分の１の輝度は、オン−オフ−オン−オフまたはオン−オン−オフ−オフにより達成可能である。輝度レベルを多くすべき場合には、このようなパターンの起こり得る数が増加する。

ディスプレイを高周波で駆動し輝度レベルの数を中程度とする場合には、どのパターンを選択するかは特に重要ではないかもしれない。しかしながら、オン信号を時間内で均等に分散させるのではなく固まりとしてもよい場合には、ディスプレイのフリッカが増す傾向となることがわかっている。したがって、各輝度レベルのパターンに関して駆動信号の固まりを最小化するようにコントローラを構成するのが好ましい。オン信号間の隙間は、低周波数駆動信号成分と実質的に同等であり、したがって本装置によればディスプレイの最小駆動周波数が効果的に増加する。

オン信号間のインターバルを完全に均一にすることは不可能であることがわかるであろう。たとえば、オフに１６段階を加えたシステムの場合、最大輝度の３／１６にするには、各繰り返しパターン内でオン信号を、４単位のインターバルを２つと、５単位のインターバル１つとで分割する必要がある。したがって、この例のように、パターンを繰り返す周期の数に合った最低のレベルに固まりを減らすことが好ましい。しかしながら、多くの場合固まりの最小化の程度が低いものでも十分に有効である。

使用するパターンをリアルタイムで計算してもよいが、簡単なディスプレイ素子に対して過度の計算能力を要求することになるであろうから、与えられた各輝度レベルに関して固まりを最小化するオン駆動信号のパターンを示す参照テーブルを、コントローラがさらに備えるのが好ましい。

コントローラは、参照テーブルと接続した周期状態カウンタをさらに備えてもよく、参照テーブルはセグメントデータを含むメモリ（例、ＲＡＭ）にさらに接続される。

コントローラが電極に可変周波数の駆動信号を提供するものとみなされていることがわかるであろう。したがって、別の側面から見ると、本発明は、ＥＬディスプレイ用のコントローラであって、互いに異なる周波数で個々のディスプレイセグメントを選択的に駆動する手段を備えており、これによって各セグメントが異なる輝度レベルで点灯されるようなコントローラを提供する。このような発明は、好ましくは、第１の周波数の信号を提供する単一周波数発生器と、この第１の周波数から異なる周波数を合成してセグメントを駆動する手段とによって達成される。

コモン電極と同相または逆相のいずれかの信号を用いて本発明を上手く実施できるが、別の位相関係を用いて達成してもよい。例えば、各セグメントへの駆動信号を、コモン電極より高い周波数で制御してもよい。例えば、各セグメントをコモン電極の２倍の周波数で制御すれば、コモン電極の周期の第１四半期の間は同相であり、次の四半期は位相がずれ、次は同相、そして最終四半期は位相がずれた駆動信号により、２分の１の輝度の信号が得られる。

あるいは、コントローラによりセグメントに印加する駆動電圧信号の波形および周期をコモン電極に印加される信号と常に同じにして、ただしこれら２つの波形を可変角度分だけ相対的に位相をずらしたものとする。前に述べたように、最大輝度は、常に逆相の信号により得られるが、２分の１の輝度は、駆動電圧の位相を９０度だけシフトさせて得てもよい。これにより、駆動電圧のタイミングを変える複雑さが加わるものの、連続的に可変な輝度レベルが得られることがわかるだろう。

本発明は、単一の素子のみを有するまたは同一の輝度を有する多数の素子を備える単純なディスプレイまたはバックライトに応用可能であるが、マルチセグメントのディスプレイと使用するコントローラに適用された際に本発明の利点が最も効果的にわかるであろう。したがって、対応する複数のセグメントを制御するための複数の信号の位相を別々に制御するようコントローラを構成するのが好ましい。このように、本発明のこのような好ましい形態によれば、単一の発振器だけを用いて、複数セグメントディスプレイ内の個々のセグメントが異なる輝度を有することが可能となる。

したがって、別の側面から見ると、本発明は、マルチセグメントＥＬディスプレイと共に使用するコントローラを提供するものであり、このコントローラはセグメントに対する交流電圧コモン出力と複数の交流電圧駆動出力とを提供しており、このコントローラによって各周期の内で駆動出力がコモン出力と同相か逆相かのいずれかとなり各セグメントの輝度が制御可能となる。

マルチセグメントの用途によっては、比較的広い範囲を最高輝度以下で点灯する場合がある。そのような状況では、（例えば）１周期おきにより大きな負荷となるので電源への負荷がかなり不均一となる場合がある。したがって、同時に点灯すべき異なるセグメントは、互いに実質的に位相のずれた駆動信号パターンを用いて駆動することが好ましい。このようにすれば、電源のデューティサイクルがより均一となる。

様々な実施形態が可能であるが、コントローラは、複数のスイッチに対して制御信号を提供するコントロール部を備え、それぞれのスイッチが各セグメントに対する駆動信号を制御するのが好ましい。例えば、制御信号は、複数のハーフＨ−ブリッジを制御してもよく、このハーフＨ−ブリッジはグランドおよび高電圧ＤＣ電源（例、５０〜２５０Ｖ）に接続されており、これによりハーフＨ−ブリッジによってＡＣ駆動電圧が提供される（ここで言う「グランド」は、必ずしもアース電位を意味するものではなく、コモン端子、０Ｖレールなどを指す）。典型的には、前記ハーフＨ−ブリッジの１つがコモン信号を提供し、残りのＨ−ブリッジが駆動信号を提供する。

コントローラは、各セグメントが独立して可変の輝度レベルで駆動可能なようにディスプレイの各セグメントがコントローラのコモン出力および駆動出力の１つに接続されるように、ＥＬディスプレイと組み合わせるのが好ましい。

したがって、別の側面から見れば、本発明は、上述のようなコントローラと組み合わせたＥＬディスプレイを提供する。

以下図面を参照しながら、本発明の実施態様の幾つかを単に例示的にのみ示す。

図１は、４−セグメントディスプレイ１に必要な出力ドライバの組み合わせを含むコントローラを示す。制御部２は、制御信号Ｃ１〜Ｃ４およびＣコモンを伝達する導線によって５つのハーフＨ−ブリッジＨ１〜Ｈ５に接続される。各ハーフＨ−ブリッジは、ＭＯＳＦＥＴトランジスタである一対のスイッチ３ａ、３ｂとインバータ４とを備える。これらのトランジスタは、制御信号Ｃ１〜Ｃ４によって制御され、一対のスイッチのうち１つが開状態の時には他方が閉じるよう構成される。

各ハーフＨ−ブリッジＨ１〜Ｈ４の中央部は、ディスプレイ１のセグメント６の１つの駆動電極５に導線７を介して接続される。ハーフＨ−ブリッジＨ５の中央部は、コモン電極８に接続される。コモン電極は、透明導電性材料からなり、公知の方法で各セグメントと接続される。

さらに、これらのハーフＨ−ブリッジは、高電圧源９およびグランド１０に接続される。

制御信号Ｃ１〜Ｃ４およびＣコモンは、ディスプレイ駆動信号（Ｖ１〜４およびＶコモン）が低レベル制御信号である０Ｖから高レベル制御信号である高電圧（典型的には５０Ｖ〜２５０Ｖの領域）まで揺動するように、各ハーフＨブリッジＨ１〜Ｈ５の状態を制御する。

図２は、制御信号パターンの集合（Ｃ（０）〜Ｃ（３／３））を示しており、各セグメントに対して最大輝度の０、１／３、２／３および３／３の輝度レベルを生成するために印加される。各パターンがＣコモン信号の３つの周期にならった繰り返しであることに気付くであろう。各制御信号Ｃ１〜Ｃ４は、対応する所望の輝度レベルを提供するように制御部２によってこれらのパターンのうちの１つに選択的に設定される。Ｃ（０）がＣコモンと常に同相の信号を提供していることに気付くであろう。この結果、このセグメントはオフとなる。これに対して、Ｃ（３／３）は、Ｃコモンと常に逆相であり、故にこのセグメントは最大輝度で点灯される。Ｃ（１／３）は、３回の周期毎に１度Ｃコモンと逆相であり、３分の１の輝度が得られ、Ｃ（２／３）は、３回の周期毎に２度Ｃコモンと逆相であり、３分の２の輝度が得られる。

上述の実施態様は、４つのセグメントのそれぞれに対して４段階の輝度レベルを提供するだけの単純なものである。しかしながら、要望があれば、コントローラによって出力される制御信号Ｃ１〜Ｃ４の数と、Ｈ−ブリッジの数とをそれに応じて増やすことでより大きい数のセグメントを駆動可能であることがわかるであろう。輝度レベルの数は、各パターンがそれにならって繰り返すコモン電極信号Ｃコモンの周期の数を増やすことにより増やすことができる。Ｍ個の異なる輝度レベルを提供するには（「オフ」を１つのレベルとして含めて）、Ｍ−１周期のグループに対応する制御信号によって各繰り返しパターンを形成する。

図３は、Ｍ個の可変輝度レベルを考慮したコントローラについて更なる実施態様を示す。Ｍが４であるとすれば、このコントローラは図１の実施態様で使用可能である。分かり易くする為に、対応する構成要素には同様の参照符号を用いる。

この図において、スラッシュ記号「／」を付した接続部は、このような接続が複数並列に行われていることを示し、その数を記号の近くに示す。

発振器１４は、１００〜２０００Ｈｚの制御信号Ｃコモンを供給し、この信号は、マルチセグメントディスプレイ１のコモン電極８に駆動信号Ｖコモンを生成するために、ハーフＨ−ブリッジＨ５に供給される。

同じ信号が複数のＸＯＲ（排他的論理和）ゲート１６のそれぞれの一方の入力にも供給される。ＸＯＲゲート１６はそれぞれ、ディスプレイの各セグメントに対応している。各ＸＯＲゲートからの出力は、各ハーフＨ−ブリッジＨ１等に供給され（アレイ１７の一部）、対応するセグメントの駆動電極に駆動信号Ｖ１等が供給される。

ＸＯＲゲートのもう一方の入力は、セグメントデータＲＡＭ１１に接続される。このＲＡＭは、周期参照テーブル１３および周期状態カウンタ１２と共に、どの時間にセグメントを点灯すべきかを判断し、これに応じてＸＯＲゲートへの入力が設定される。制御信号Ｃ１等は、ＸＯＲゲートによってＣコモン信号により反転される。

どのセグメントを点灯すべきかの判断は次のようになされる。各セグメントに必要な輝度の２値表示がセグメントデータＲＡＭ１１に格納されている。２値周期状態カウンタ１２は、経過した表示周期の数を数えるのに使用する。このカウンタの出力は、参照テーブル１３においてアドレスとして使用される。参照テーブルの各アドレスは、セグメントデータＲＡＭのアドレスを保持している。参照テーブル内のＲＡＭアドレスは、次のように構成される。

ａ）各アドレスの発生回数は、それが示す２値ビットの値に比例する。

ｂ）各アドレスは繰り返し周期全体に分散して発生させ、不要な出力頻度を制御する。

これらの条件は、所望の輝度を生成するために正しい数の周期間セグメントがオンとなるようにする一方でオン信号の固まりを最小にすることを意図したものである。

一例として、１６段階の可変輝度レベルを有する３２セグメントディスプレイを製造するには、４×３２ビットのＲＡＭが必要である。このＲＡＭは、４つのロケーションを有し、各ロケーションが３２ビットのセグメントワードを保持する。この４つのロケーション（０、１、２および３）は、輝度（０、１、２および３）を示す４ビットに対応する。

参照テーブルの効果によって、全１５周期に対して、ロケーション０のセグメントワードが１度表示され、ロケーション１のワードが２度表示され、ロケーション２のワードが４度表示され、ロケーション３のワードが８度表示される。最大輝度に必要なセグメントは、４つのロケーションのそれぞれにおいて「１」を有する。したがって、１５周期のうちの１５において表示されるであろう。

図１は、本発明にかかるコントローラとディスプレイとの相互接続を示す概略図である。 図２は、コントローラによって生成される制御信号を示す位相図である。 図３は、本発明にかかるコントローラの概略図である。

Claims (17)

1. エレクトロルミネセントディスプレイと共に使用するディスプレイコントローラであって、
   前記コントローラは、前記ディスプレイの点灯セグメントに印加する信号の相対的位相が変化するよう構成されており、これにより前記各セグメントの輝度が可変となる、ディスプレイコントローラ。
2. 前記各セグメントに印加されるコモン信号と同相または逆相のいずれかの駆動信号を前記セグメントに対して印加するよう、前記コントローラが各周期毎に前記信号の位相を制御し、これにより前記逆相の信号の比率によって前記各セグメントの輝度が決定される、請求項１に記載のディスプレイコントローラ。
3. 前記各セグメントに印加される駆動信号が前記セグメントに印加されるコモン信号と常に同一の波形を有するが、前記駆動およびコモン信号の波形は、前記セグメントの輝度を決定するために可変角度分だけ選択的に相対的に位相がずれるようにコントローラが前記信号の位相を制御する、請求項１に記載のディスプレイコントローラ。
4. 少なくとも１６段階の輝度レベルが提供される、請求項１、２または３に記載のディスプレイコントローラ。
5. 少なくとも３２段階の輝度レベルが提供される、請求項１、２または３に記載のディスプレイコントローラ。
6. マルチセグメントディスプレイの対応する複数のセグメントを制御する複数の信号の位相を別々に制御するよう構成された、先行する請求項のいずれかに記載のディスプレイコントローラ。
7. 前記コントローラが、各輝度レベルに関して「オン」駆動信号の固まりを最小化するオンおよびオフ信号のパターンを提供する、先行する請求項のいずれかに記載のディスプレイコントローラ。
8. 各与えられた輝度レベルに関して固まりを最小化する「オン」駆動信号のパターンを提供する参照テーブルを備える、請求項７に記載のディスプレイコントローラ。
9. 前記参照テーブルに接続された周期状態カウンタをさらに備え、前記参照テーブルはセグメントデータを有するメモリにさらに接続される、請求項８に記載のディスプレイコントローラ。
10. 前記セグメントが実質上互いに位相のずれた駆動信号パターンを用いて駆動されて複数の異なるセグメントを同時に点灯させるよう前記コントローラが構成される、先行する請求項のいずれかに記載のディスプレイコントローラ。
11. マルチセグメントエレクトロルミネセントディスプレイと共に使用するコントローラであって、前記コントローラは、前記各セグメントに交流電圧コモン出力と複数の交流電圧駆動出力とを提供し、各周期内において、前記コントローラは、前記各セグメントの輝度が制御可能なように前記駆動出力を前記コモン出力と同相または逆相のいずれかにする、コントローラ。
12. 先行する請求項のいずれかに記載のコントローラであって、前記コントローラが、複数のスイッチに対して制御信号を提供する制御部を備え、前記スイッチはそれぞれ、一のセグメントに対する駆動電圧を制御する、コントローラ。
13. 前記制御信号は、複数のハーフＨ−ブリッジを制御し、前記ハーフＨ−ブリッジの端子はそれぞれ、グランドおよび高電圧ＤＣ電源に接続されており、これによって前記ハーフＨ−ブリッジがＡＣ駆動電圧を提供する、請求項１２に記載のコントローラ。
14. 前記ハーフＨ−ブリッジのうちの１つが、コモン信号を提供し、残りのＨ−ブリッジが駆動信号を提供する、請求項１３に記載のコントローラ。
15. 先行する請求項のいずれかに記載のコントローラと組み合わせたエレクトロルミネセントディスプレイ。
16. エレクトロルミネセントディスプレイの制御方法であって、前記ディスプレイの点灯セグメントに印加する駆動およびコモン信号の相対的な位相を変えて前記各セグメントの輝度を変化させる工程を備える、エレクトロルミネセントディスプレイの制御方法。
17. 請求項１〜１５のいずれかに記載のコントローラの使用を含む、請求項１６に記載のエレクトロルミネセントディスプレイの制御方法。
    
    

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