JP2013057967A - 白色発光素子を備えるカラーディスプレイ - Google Patents

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Abstract

【課題】パワー効率及びコントラストが改善されたディスプレイが要求されている。
【解決手段】カラーディスプレイは、各画素が異なる色の光を放射する複数のカラー発光素子と白色光を放射する少なくとも１つの追加の発光素子とを有し、追加の発光素子のパワー効率がカラー発光素子の少なくとも１つのパワー効率より高い発光画素のアレイと、ブライトネス制御信号を生成する手段と、ブライトネス制御信号及びカラー表示信号に応答して白色発光素子を駆動する白色表示信号を生成する手段と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、カラーディスプレイに関し、特に、白色発光素子を含むカラーディスプレイに関する。
発光ディスプレイは、環境からの周囲照明が非常に低い時、非常に明るく高コントラストな画像を提供する。周囲照明が非常に高い時、例えば太陽光線下では、周囲照明がディスプレイから反射されディスプレイのコントラストを低下させるためディスプレイのコントラストは、はるかに低くなることがある。
例えば、ディスプレイをより明るくすることによって、ディスプレイ上の周囲照明にある程度対応することができる。周囲照明を感知してディスプレイをより明るくする技術は周知であり、例えば、２００１年１１月２０日発行のコック（Ｃｏｋ）他による米国特許第６，３２０，３２５号を参照されたい。しかし、特にディスプレイが明るくなるほど発光材料が急速に経時変化するＯＬＥＤディスプレイの場合、ディスプレイへのパワーを単純に増大することには問題がある。しかし、こうした設計は効率を改善するという要求に応えていない。
パワー効率とコントラストは常に望ましいが、非効率なディスプレイによって電源を再充電するまでにデバイスを使用できる時間が制限される携帯用途では特に望ましい。実際、ある種の用途では、電力消費率は視認性以外の他のあらゆる特性より重要である。
従って、改善されたパワー効率及びコントラストを有する改善されたディスプレイに対する要求が存在している。
この要求は、カラーディスプレイであって、各画素が異なる色の光を放射する複数のカラー発光素子と白色光を放射する少なくとも１つの追加の発光素子とを有し、追加の発光素子のパワー効率がカラー発光素子の少なくとも１つのパワー効率より高い発光画素のアレイと、ブライトネス制御信号を生成する手段と、ブライトネス制御信号及びカラー表示信号に応答して白色発光素子を駆動する白色表示信号を生成する手段と、を含むカラーディスプレイを提供することによって本発明により満たされる。
本発明の利点は、パワー効率及びコントラストが改善されたカラーディスプレイデバイスである。
本発明の１つの実施形態に係る概略図である。 本発明の実施形態に係るディスプレイの画素中の発光素子の配置を示す概略図である。 本発明の実施形態に係るディスプレイの画素中の発光素子の代替配置を示す概略図である。 本発明の様々な実施形態に係る周囲照明とディスプレイ出力との間の関係を示すグラフである。 本発明の様々な実施形態に係る周囲照明とディスプレイ出力との間の関係を示すグラフである。 本発明の様々な実施形態に係る周囲照明とディスプレイ出力との間の関係を示すグラフである。 本発明の実施形態に係るディスプレイの画素中の発光素子のさらに別の代替配置を示す概略図である。 本発明の実施形態に係るディスプレイの画素中の発光素子のまたさらに別の代替配置を示す概略図である。
図１を参照すると、本発明に係る放射ディスプレイデバイス１０は、色域を定義するカラー発光素子と追加の白色発光素子とから構成される画素１６のアレイ１４を有するディスプレイ１２を含む。ここに定義したように、白色光とは、カラー発光素子によって放射される光の色によって定義される色域の範囲内にある任意の色の光を意味する。ディスプレイ１２は、ディスプレイ１２に入射する周囲照明を感知するセンサ１８を含む。センサ１８は、ブライトネス制御信号２０及びカラー表示信号２６に応答して画素１６中の白色発光素子を駆動する白色表示信号２４を生成する回路２２にブライトネス制御信号２０を供給する。カラー表示信号２６は従来の方法で利用され、画素１６中のカラー発光素子を駆動する。単純化された実施形態では、ブライトネス制御信号を生成する手段（センサ１８）は、ユーザがディスプレイのブライトネスを変更するよう調整するつまみ、またはスライダといった手動制御式調整装置によって置き換えてもよい。
図２を参照すると、アレイ１４の各ピクセル１６は、色域を定義する赤色３０、緑色３２、及び青色３４の素子等の複数のカラー発光素子と、カラー発光素子より高い効率を有する追加の白色発光素子３６とを含む。
動作の際、ディスプレイデバイス１０はカラー表示信号２６に応答してカラー発光素子３０、３２、及び３４を駆動して、ディスプレイ１２上に、情報、例えば画像を表示する。センサ１８は、ディスプレイ１２上の周囲光照明を検出し、白色表示信号生成回路２２に接続するブライトネス制御信号２０を生成する。白色表示信号生成回路２２は、色域内の追加の白色発光素子３６を駆動する白色表示信号２４を生成する。すなわち、周囲照明が明るくなるに連れて、ディスプレイのブライトネスは増大しディスプレイの彩度は減少する。色域内の追加の白色放射素子３６は、カラー発光素子３０〜３４の少なくとも１つより効率が高い。すなわち、周囲照明が増大すると、追加の発光素子３６がもたらす光が増大するので、ディスプレイのブライトネスと総合的な相対効率が増大する。カラー発光体より効率の高い白色発光体は当該技術分野で周知である。
白色表示信号生成回路２２は、ブライトネス制御信号２０を、カラー表示信号と結合するのに適した形式に変換する非常に簡単な回路でもよい。例えば、ブライトネス制御信号２０は、感知されディスプレイ１２と互換性を有するデジタルまたはアナログ信号に変換された電圧または電流値でもよい。表示制御装置２８は、Ｒ、Ｇ、Ｂのカラー信号のような従来のカラー画像信号２９を受信し、ディスプレイ１２に提供されるタイミング及び制御信号を提供する。
白色表示信号Ｗは、例えば以下のようなものでもよい。
Ｗ＝（Ｒ＋Ｇ＋Ｂ）／Ｃ＊Ｆ（ａ） （１）
ここで、Ｃは経験的に決定される定数であり、Ｆ（ａ）はブライトネス制御信号の関数であって、単にブライトネス制御信号の定数倍でもよく、また以下に説明するような多様な形式を採ってもよい。こうした関数は、当該技術分野で周知のルックアップテーブルまたは演算増幅器によって実現してもよい。
この設計は実現が非常に簡単であるという利点を有する。周囲照明センサ１８はディスプレイ１２の外部にあってもよく、また画素１６と共通の基板上に一体化してもよい。また、白色表示信号生成回路２２も同じ基板上に一体化してもよい。代替的には、白色表示信号生成回路２２は、別個の回路において表示制御装置２８と一体化してもよい。画素素子、センサ、及び回路を共通の基板上に一体化することは全て、ディスプレイ産業で周知のように可能である。
フィードバック信号２０と、追加の発光素子３６を駆動する信号２４との間には多様な関係が考えられる。単純な単調関係が最も適切であるが、線形である必要はない。例えば、追加の発光素子３６を駆動する信号２４は、１５０ｃｄ／ｍ2以下の周囲条件に対応する全ての周囲フィードバック信号の場合、非常に低くてもよい。これはより暗い条件で最適なカラー彩度を提供する。周囲照明がこの点を越えて増大すると、表示のブライトネスははるかに重要な要因となり、追加の発光信号がもたらす表示への寄与がより高速なペースで増加し、より明るい表示を提供する。図４ａを参照すると、周囲照明と追加の発光素子のブライトネスとの間の線形関係が示される。図４ｂは、上記で説明した非線形関数を示す。この概念は、図４ｃに示すような多段階に拡張してもよく、そこでは追加の発光信号が追加してもたらす光は、ディスプレイに入射する周囲照明が増大する際、比較的一定に留まった後急速に増大する。
多様な画素配置及び形状を考慮してもよく、本発明の範囲内で考慮される。例えば、図２は、２×２または「クワッド」配置を例示する。代替的には、発光素子３０〜３６は、当該技術分野で周知であり図３に例示するように、ストライプ状に配置してもよい。図５に示すように、矩形以外の他の形状の発光素子を利用してもよい。また、図６に示すように、異なる発光素子が異なる寸法を有してもよい。様々な異なる有色発光体の効率及び経時変化特性が異なることは周知である。その結果、ディスプレイが使用される時間と共にディスプレイの効率及び色が変化することがある。異なる寸法の発光素子３０〜３６を使用することによって、こうした問題をある程度克服することができる。
また、彩度が減少する際にディスプレイの白色点が一定であることも重要である。これは、白色発光素子３６がディスプレイの白色点と同じ白色点の光を放射するようにすることによって、最も容易に達成される。
本発明によれば、追加の白色発光素子は、赤色または青色素子の何れかより大きな輝度を提供することができる。また、緑色素子も赤色または青色素子の何れかより大きな輝度を提供することは周知である。従って、画素内及びディスプレイ全体にわたって追加の素子及び緑色素子を空間的に均一に配置することによって、画像品質が向上する。
本発明は、大部分のＯＬＥＤ及び画素毎に４つのＯＬＥＤを含むバックライト型ＬＣＤデバイスの構成に利用してもよい。こうした構成は、ＯＬＥＤ毎に独立したアノード及びカソードを備える非常に簡単な構造から、画素を形成するアノード及びカソードの直交アレイを有するパッシブマトリックスディスプレイ、及び、各画素が独立して制御され、例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を備えるアクティブマトリックスディスプレイといったより複雑なデバイスまでも含む。本発明は、当該技術分野で周知の上部発光または下部発光の何れのＯＬＥＤデバイスで利用してもよい。
異なる有色発光素子は、白色発光素子のアレイと、本発明の有色発光素子を提供する該白色発光素子と重なるカラーフィルタの配列とを提供するＯＬＥＤ材料の均一な白色発光層によって提供してもよい。この実施例では、追加の素子の効率は、フィルタがないか、または追加の素子の上に広域スペクトルフィルタが提供されている場合、色域を定義する素子の効率より高い。単一のＯＬＥＤ材料を使用するが、素子の使用法が変化すると素子の経時変化が変化することがある。
代替的には、多数の色を提供するようドープしたいくつかの異なるＯＬＥＤ材料を使用して異なる有色発光素子を構成してもよい。例えば、赤色３０、緑色３２、青色３４及び白色３６のＯＬＥＤは、異なる有色ＯＬＥＤを生じるようドープした異なるＯＬＥＤ材料から構成してもよい。この代替実施例では、異なる色を生じるようドープした材料から形成したＯＬＥＤは大きく異なる発光効率を有する場合があるので、パワー効率が最も低いＯＬＥＤの色度座標の方向にバイアスをかけた色度座標を備える白色ＯＬＥＤを選択するのが望ましいことがある。このように白色ＯＬＥＤの色度座標を選択することによって、彩度が減少し白色ＯＬＥＤがもたらす光が増大する際、ディスプレイの白色点をシフトするという犠牲を払って、総合的な電力使用量を減少させることができる。
上記で論じた実施形態では、追加の素子は色域素子の少なくとも１つよりはるかに効率が高いので、追加の素子を駆動するために必要な電流密度またはパワーは該少なくとも１つの色域素子の場合よりはるかに低いことに注意することが重要である。また、発光素子を形成するために使用する材料の経時的な輝度安定性は通常、高い電流密度で駆動する場合、材料の経時的な輝度安定性がはるかに劣る非常に非線形的な関数によって素子を駆動するために使用する電流密度に関連することにも留意すべきである。
様々な用途のためにディスプレイデバイスを最適化するため、異なる寸法の素子を使用してもよい。本発明者が行った研究によって、画像またはグラフィック何れかの用途では、飽和色はまれにしか見られないことが判明した。従って、色域を定義する素子の代わりに追加の素子を使用することによってディスプレイの効率を改善してもよい。その上、追加の素子の使用は通常の用途では非常に高度なので、追加の素子における電流密度を低減するため、追加の素子の寸法を増大することが有用である。現在使用されている通常のＯＬＥＤ材料は、追加の素子及び緑色の素子について比較的高い効率を有し、赤色及び青色の素子について比較的低い効率を有する。従って、本発明によって最適化されたディスプレイは比較的大きな赤色、青色、及び追加の素子と、比較的小さな緑色の素子とを有してもよい。例えば、白黒の使用が支配的な用途では、追加の白色ＯＬＥＤ素子を、色域を定義する素子の何れよりも多く使用し、寸法を増大することによって、電流密度と、ひいては追加の素子の経時変化を低減することができる。テキスト及びグラフィックベースの用途は通常この種のものである。
上記で説明した配置例を図６に示す。緑色の発光素子３２は追加の素子３６より比較的小さく、赤色及び青色の素子３０及び３４は追加の素子より比較的大きい。赤色及び青色の素子３０及び３４はそれらの比較的低い効率を補償するため最大とし、追加の素子３６は、通常の用途で非飽和色を多く使用することに対応するため緑色の素子３２より大きくする。赤色及び青色の素子に対する追加の素子の相対的寸法を、それらの相対効率及び予想使用量を補償するよう調整してもよい。
１０ ディスプレイデバイス
１２ ディスプレイ
１４ アレイ
１６ 画素
１８ センサ
２０ ブライトネス制御信号
２２ 回路
２４ 白色表示信号
２６ カラー表示信号
２８ 表示制御装置
２９ カラー画像信号
３０ 赤色発光素子
３２ 緑色発光素子
３４ 青色発光素子
３６ 白色発光素子

Claims (36)

  1. カラーディスプレイであって、
    ａ）各画素が異なる色の光を放射する複数のカラー発光素子と白色光を放射する少なくとも１つの追加の発光素子とを有し、前記追加の発光素子のパワー効率が前記カラー発光素子の少なくとも１つのパワー効率より高い発光画素のアレイと、
    ｂ）ブライトネス制御信号を生成する手段と、
    ｃ）前記ブライトネス制御信号及びカラー表示信号に応答して前記白色発光素子を駆動する白色表示信号を生成する手段と、
    を備えるカラーディスプレイ。
  2. 前記ブライトネス制御信号を生成する前記手段が、周囲照明を感知するよう配置された光センサを備える、請求項１に記載のカラーディスプレイ。
  3. 前記ブライトネス制御信号を生成する前記手段が、操作員が制御する入力デバイスを備える、請求項１に記載のカラーディスプレイ。
  4. 前記白色表示信号を生成する前記手段が、１つかそれ以上のルックアップテーブルを含む、請求項１に記載のディスプレイ。
  5. 前記カラー発光素子が、赤色、緑色、及び青色の光を生じる、請求項１に記載のディスプレイ。
  6. 前記追加の白色発光素子が前記カラー発光素子の何れよりも大きい、請求項１に記載のディスプレイ。
  7. 各画素が３つのカラー発光素子と１つの白色発光素子とを備える、請求項１に記載のディスプレイ。
  8. 前記発光素子がストライプまたは２×２マトリックスパターンを形成する、請求項７に記載のディスプレイ。
  9. 前記光センサ及び前記発光素子が共通の基板上に形成される、請求項２に記載のディスプレイ。
  10. 前記白色表示信号を生成する前記手段もやはり前記共通の基板上に形成される、請求項９に記載のディスプレイ。
  11. 前記ディスプレイが上部発光ＯＬＥＤデバイスである、請求項１に記載のディスプレイ。
  12. 前記ディスプレイが下部発光ＯＬＥＤデバイスである、請求項１に記載のディスプレイ。
  13. 前記ディスプレイがアクティブマトリックスデバイスである、請求項１に記載のディスプレイ。
  14. 前記ディスプレイがパッシブマトリックスデバイスである、請求項１に記載のディスプレイ。
  15. 前記ディスプレイがＬＣＤディスプレイデバイスである、請求項１に記載のディスプレイ。
  16. 前記発光素子が異なる寸法を有する、請求項１に記載のディスプレイ。
  17. 前記発光素子が異なる形状を有する、請求項１に記載のディスプレイ。
  18. 前記白色発光素子が、前記ディスプレイの白色点と同じ白色点を有する、請求項１に記載のディスプレイ。
  19. カラー画像を表示する方法であって、
    ａ）各画素が異なる色の光を放射する複数のカラー発光素子と白色光を放射する少なくとも１つの追加の発光素子とを有し、前記追加の発光素子のパワー効率が前記カラー発光素子の少なくとも１つのパワー効率より高い発光画素のアレイを提供するステップと、
    ｂ）ブライトネス制御信号を生成するステップと、
    ｃ）前記ブライトネス制御信号及びカラー表示信号に応答して、白色表示信号を生成するステップと、
    ｄ）前記白色表示信号によって前記白色発光素子を駆動し、前記カラー表示信号によって前記カラー発光素子を駆動するステップと、
    を含む方法。
  20. 前記ブライトネス制御信号を生成する前記ステップが、周囲照明を感知するために光センサを使用するステップを含む、請求項１９に記載の方法。
  21. 前記ブライトネス制御信号を生成する前記手段が、操作員が制御する入力デバイスを備える、請求項１９に記載の方法。
  22. 前記白色表示信号を生成する前記ステップが、１つかそれ以上のルックアップテーブルを利用するステップを含む、請求項１９に記載の方法。
  23. 前記カラー発光素子が赤色、緑色、及び青色の光を生じる、請求項１９に記載の方法。
  24. 前記追加の白色発光素子が前記カラー発光素子の何れよりも大きい、請求項１９に記載の方法。
  25. 各画素が３つのカラー発光素子と１つの白色発光素子とを備える、請求項１９に記載の方法。
  26. 前記発光素子がストライプまたは２×２マトリックスパターンを形成する、請求項２５に記載の方法。
  27. 前記光センサ及び前記発光素子が共通の基板上に形成される、請求項２０に記載の方法。
  28. 前記白色表示信号を生成する前記ステップが、やはり前記共通の基板上に形成された回路を利用する、請求項２７に記載の方法。
  29. 前記ディスプレイが上部発光ＯＬＥＤデバイスである、請求項１９に記載の方法。
  30. 前記ディスプレイが下部発光ＯＬＥＤデバイスである、請求項１９に記載の方法。
  31. 前記ディスプレイがアクティブマトリックスデバイスである、請求項１９に記載の方法。
  32. 前記ディスプレイがパッシブマトリックスデバイスである、請求項１９に記載の方法。
  33. 前記ディスプレイがＬＣＤディスプレイデバイスである、請求項１９に記載の方法。
  34. 前記発光素子が異なる寸法を有する、請求項１９に記載の方法。
  35. 前記発光素子が異なる形状を有する、請求項１９に記載の方法。
  36. 前記白色発光素子が、前記ディスプレイの白色点と同じ白色点を有する、請求項１９に記載の方法。
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