JP2018101088A

JP2018101088A - 表示装置

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Publication number: JP2018101088A
Application number: JP2016247763A
Authority: JP
Inventors: 松本　誠; Makoto Matsumoto; 誠松本
Original assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Current assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date: 2016-12-21
Filing date: 2016-12-21
Publication date: 2018-06-28
Anticipated expiration: 2036-12-21
Also published as: EP3340218A1; US10152909B2; EP3340218B1; JP6520907B2; US20180174502A1

Abstract

【課題】発光素子の疑似点灯を低減し、表示品質が改善された表示装置を提供する。
【解決手段】複数のサブフレームは、各サブフレームに２の累乗単位で異なる階調を表現する、互いに階調の異なる複数の重み付け要素で構成され、一サブフレームの時間的に最後に位置する重み付け要素が最大階調となるように配列されており、一フレームを構成するサブフレームの数をＸ（Ｘは２以上の整数）とし、各サブフレームで表現可能な最大階調を２^Y−１（Ｙは２以上の整数）としたときに、点灯制御部５０は、一フレームで表現する階調がＸ・２^Y-1以上、Ｘ（２^Y−１）−２^Y-1以下である場合に、一フレームにおいて、一部のサブフレームに含まれる時間的に最後に位置する重み付け要素が、当該一フレーム中に含まれる少なくとも一のサブフレームでＯＦＦとなるように各サブフレームに対する階調の割り当てを制御する。
【選択図】図５

Description

本発明は、行列配置された複数の発光素子を有する表示装置に関する。

今日、発光素子として発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）を用いた表示ユニットや、これを用いた表示装置が作製されている。例えば、複数の表示ユニットを組み合わせることにより大型の表示装置とすることができる。ここでｍ行×ｎ列ドットマトリックスで構成された表示ユニットを考えると、例えば各行に位置する各ＬＥＤのアノード端子が一の共通ラインに接続され、各列に位置する各ＬＥＤ素子のカソード端子が一の駆動ラインに接続される。そして、ｍ行の共通ラインが所定の周期で順次ＯＮされ、ＯＮした共通ライン上に配置されたＬＥＤは各駆動ラインにより個別に駆動される。

このような表示装置の階調点灯制御方法には、点灯時間を１：２：４：８のように、２の累乗比に重み付けして階調を表示する方法が知られている（例えば特許文献１参照）。以下、本明細書ではこのような制御方法を「重み付け制御」と呼ぶ。

特開２００５−０１０７４１号公報

しかしながら、従来の重み付け制御では、重み付け配列によって点灯箇所が決められるため、時間的に最後に配置された重み付け要素で点灯する場合、疑似点灯が酷くなってしまうという問題があった。疑似点灯はゴースト、誤点灯、微小点灯等とも呼ばれ、典型的には配線の寄生容量等に電荷が蓄積されて生じる、本来意図しない点灯を指す。

本発明は、従来のこのような問題点に鑑みてなされたものである。本発明の一の目的は、発光素子の疑似点灯を低減し、表示品質を改善した表示装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面に係る表示装置によれば、複数の共通ラインと、複数の駆動ラインと、前記複数の共通ラインのうちの１つと前記複数の駆動ラインのうちの１つとにそれぞれが接続される複数の発光素子と、前記複数の共通ラインに時分割で電圧を印加する走査部と、前記複数の駆動ラインのうち点灯対象となる発光素子に接続された駆動ラインから所定のタイミングで電流を引き込む駆動部と、前記複数の発光素子のそれぞれの発光量を、前記発光素子の点灯時間を異ならせることで異なる階調として表現するように点灯制御を行うための点灯制御部とを備え、一フレームが分割された複数のサブフレームに、一フレームで表現すべき階調を分割して割り当てて、時分割で各サブフレームに割り当てられた階調を表示させ、一フレームを構成する複数のサブフレームの階調の総和でもって一フレームの階調を表現するよう構成された表示装置であって、前記複数のサブフレームは、各サブフレームに２の累乗単位で異なる階調を表現する、互いに階調の異なる複数の重み付け要素で構成され、一サブフレームの時間的に最後に位置する重み付け要素が最大階調となるように配列されており、一フレームを構成するサブフレームの数をＸ（Ｘは２以上の整数）とし、各サブフレームで表現可能な最大階調を２^Y−１（Ｙは２以上の整数）としたときに、前記点灯制御部は、一フレームで表現する階調がＸ・２^Y-1以上、Ｘ（２^Y−１）−２^Y-1以下である場合に、一フレームにおいて、一部のサブフレームに含まれる時間的に最後に位置する重み付け要素が、当該一フレーム中に含まれる少なくとも一のサブフレームでＯＦＦとなるように各サブフレームに対する階調の割り当てを制御することができる。

実施形態１に係る表示装置の回路図である。実施形態１に係る表示装置の表示部の一例を示す図である。図２において表示の一例を示す図である。比較例に係る階調点灯制御方法を示すタイミングチャートである。実施形態１に係る階調点灯制御方法を示すタイミングチャートである。実施形態２に係る階調点灯制御方法を示すタイミングチャートである。実施形態２に係る階調点灯制御方法で図３の表示を実現する手順を示すタイミングチャートである。点灯制御部の一例を示す機能ブロック図である。点灯制御部の他の例を示す機能ブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、本発明を以下のものに特定しない。また、本明細書においては、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部材の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。

なお本明細書において「寄生容量」とは、主に駆動ラインにおける寄生容量を意味している。ただ、これに限らず他の要因、例えば駆動ラインに接続された電子部品の容量など、容量性の成分も含める意図で使用する。
（実施形態１）

実施形態１に係る表示装置の回路図を図１に示す。この図に示すように、表示装置１００は、複数の共通ラインＣＯＭ１〜３と、複数の駆動ラインＳＥＧ１〜３と、複数の発光素子で構成された表示部１０と、走査部２０と、駆動部３０と、点灯制御部５０とを備える。

発光素子は、複数の共通ラインと複数の駆動ラインに接続されている。ここでは発光素子に発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）を用いている。複数の発光素子を共通ラインのうちの１つと複数の駆動ラインのうち１つとにそれぞれ接続し行列状に配置することで、表示部１０を構成する。

走査部２０は、複数の共通ラインに時分割で電圧を印加する部材であり、一以上のソースドライバで構成される。また走査部２０には電源部６０が接続されて、走査部２０を構成するトランジスタ等の駆動素子に電力を供給する。図１の例では、発光素子のアノード側を電源側に接続したアノードコモン接続を採用している。

駆動部３０は、複数の駆動ラインのうち点灯対象となる発光素子に接続された駆動ラインから、所定のタイミングで電流を引き込むための部材であり、一以上のシンクドライバで構成される。

さらに点灯制御部５０は、これら走査部２０と駆動部３０の動作を制御する。点灯制御部の機能ブロック図の一例を、図８に示す。この図に示す点灯制御部５０は、入力部５１と、点灯制御データ生成部５２と、階調割当部５３と、設定記憶部５４と、出力部５５を備える。このような点灯制御部は、所定のゲートアレイ（ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ）等のハードウエアやソフトウエア、あるいはこれらの混在により実現できる。また必ずしも各構成要素が図８や図９（後述）に示した構成と同一でなくてもよく、その機能が実質的に同一であるもの、及び一つの要素が図８や図９に示す構成における複数の要素の機能を備えるものは、本発明に含まれる。

入力部５１は、たとえば外部の表示ソースから、表示すべきデータを受け取る。点灯制御データ生成部５２は、受け取った表示データに基づいて、走査部２０と駆動部３０を駆動させるための点灯制御データを生成する。階調割当部５３は、後述する通り、階調を表現するための割り当てを各サブフレームに行う。点灯制御データ生成部５２は、階調割当部５３で指示された階調を各サブフレームに割り当てるようにして点灯制御データを生成する。また設定記憶部５４は、階調割当部５３でサブフレームに割り当てる階調数などの設定データを記憶するための部材である。設定記憶部５４は、記憶媒体や不揮発性メモリ等で構成される。出力部５５は、点灯制御データ生成部５２で生成された点灯制御データに基づいて、各発光素子を点灯駆動させるように、走査部２０と駆動部３０を動作させる。表示部１０で表示される一画像は、走査部２０が共通ラインを一通り走査する一フレームを複数枚組み合わせた一サイクルでもって表示される。

また多階調を表現するため、一フレームを複数のサブフレームに分割して、分割されたサブフレームに、一フレームで表現すべき階調を分割して割り当てて、点灯駆動時には時分割で各サブフレームに割り当てられた階調を表示させる。この階調の割り当ては、階調割当部５３で行われる。このようにして、一フレームを構成するサブフレームの階調の総和でもって一フレームの階調を表現する。

ここで複数のサブフレームは、各サブフレームに２の累乗単位で異なる階調を表現する、互いに階調の異なる複数の重み付け要素で構成され、一サブフレームの時間的に最後に位置する重み付け要素が最大階調となるように配列されている。そして一フレームを構成するサブフレームの数をＸ（Ｘは２以上の整数）とし、各サブフレームで表現可能な最大階調が２^Y−１（Ｙは２以上の整数）としたとき、点灯制御部５０は、一フレームで表現する階調がＸ・２^Y-1以上、Ｘ（２^Y−１）−２^Y-1以下である場合に、一フレームにおいて、一サブフレームに含まれる時間的に最後に位置する重み付け要素が、当該一フレーム中に含まれる少なくとも一のサブフレームで発光素子の点灯がＯＦＦとなるよう、各サブフレームに対する階調の割り当てが制御される。

このような階調の範囲において階調の割り当てを制御する理由は、一フレームで表現する階調がＸ・２^Y-1よりも小さい場合、一フレームにおいて、必然的に一サブフレームの時間的に最後に位置する重み付け要素がＯＦＦとなるため、疑似点灯が低減されるからである。また、一フレームで表現する階調がＸ（２^Y−１）−２^Y-1よりも大きい場合、一フレームに含まれる複数のサブフレームにおいて、一サブフレームの時間的に最後に位置する最大階調の重み付け要素をＯＮとしなければ表現できない階調であるため、一サブフレームの時間的に最後に位置する重み付け要素をＯＦＦとすることができないからである。

実施形態１において、各サブフレームで表現可能な階調をＹビットすなわち２^Yとするとき、少なくとも一のサブフレームに２^Y-1未満の階調を割り当てる。例えば、各サブフレームで表現可能な最大階調が３２であるとき、少なくとも一のサブフレームに１６未満の階調を割り当てる。一フレームにおいて、少なくとも一のサブフレームの時間的に最後に位置する重み付け要素をＯＦＦとするように階調を割り当てるためには、すべてのサブフレームに１６以上の階調を割り当ててはいけない。一フレームの各サブフレームに、１６以上の階調が割り当てられた場合、必然的に最後の重み付け要素である１６階調がＯＮになるからである。

ここで、各サブフレームにおける重み付け配列の時間的に最後に位置する重み付け要素で発光素子の点灯がＯＦＦとなるサブフレームの数が多くなるように、各サブフレームへの階調の割り当てを行うことが好ましい。たとえば、点灯制御部５０による点灯制御に際して、一フレーム中に含まれる複数のサブフレームの内で、一サブフレームにおける時間的に最後に位置する重み付け要素であって、発光素子の点灯がＯＦＦとなるサブフレームの数を、半数以上とする。これによって疑似点灯を効果的に低減できる。

また、点灯制御部５０は、一フレームにおいて、各サブフレームへの階調の最小値と最大値との差が、２以上となるように、各サブフレームに対して階調を割り当てることがより好ましい。これにより、各サブフレームへの階調の割り当てが、サブフレーム間で不均一となり、一サブフレームにおける時間的に最後に位置する重み付け要素における発光素子の点灯をＯＦＦにしやすくなる。

さらに、一フレーム中に含まれる複数のサブフレームのうち、隣接するサブフレーム間での階調の差が２^Y-1＋１となることが好ましい。これにより、点灯制御を簡略化することができる。例えば、一フレームで表現される階調の上位２ビットを監視し、その上位２ビットが１０（２進数）の場合に、１つのサブフレームに対して階調を２^Y-2加算するとともに、他の１つのサブフレームから階調を２^Y-2減算すればよい。

加えて、点灯制御部５０が複数のサブフレームを配列するにあたり、各サブフレームに含まれる重み付け要素が、時間経過に伴い大きい階調となるように配列することが好ましい。つまり各サブフレームに含まれる２の累乗の重み付け要素は、昇順で並べられている。

点灯制御部５０が複数のサブフレームを配列するにあたり、疑似点灯を低減するためには発光素子の点灯がＯＦＦとなる期間をサブフレームの時間的に最後に位置する重み付け要素に割り当てているところ、ＯＦＦ期間が短い場合は疑似点灯の低減効果を発揮し辛くなる。このため、疑似点灯低減機能を効果的に発揮するためには、一サブフレームにある程度の長さのＯＦＦ期間を含むことが必要となる。実施形態１では、一サブフレームの時間的に最後に位置する重み付け要素が最大階調となるように配列され、最大階調となる重み付け要素がＯＦＦとなるように階調を割り当てているため、疑似点灯低減機能を効果的に発揮することができる。また、１つのサブフレームにおいて重み付け要素全てにおいて発光素子を点灯させない場合、疑似点灯の低減に関しては効果的に機能するが、フリッカーが発生する懸念がある。

実施形態１に係る表示装置１００において、重み付け配列の時間的に最後で点灯する数が少なくなるように、各サブフレームに階調を割り当てられる。すなわち、一フレームにおいて、一サブフレームに含まれる時間的に最後に位置する重み付け要素が、当該一フレーム中に含まれる少なくとも一のサブフレームでＯＦＦとなるように各サブフレームに階調を割り当てる。このように、一サブフレームの時間的に最後に点灯する回数を減らすことで、駆動ラインとＧＮＤ間の寄生容量を、点灯対象であった発光素子を介して充電する時間を作ることができる。その結果、駆動ラインとＧＮＤ間の寄生容量を、点灯対象ではない発光素子を介して充電する量を減らすことができるので、疑似点灯を低減することができる。
（動作例）

以下、図１の表示装置１００の動作について説明する。図１の例では、表示装置１００は複数のＬＥＤ１〜９と、複数のＬＥＤ１〜３の一端に接続された３本の共通ラインＣＯＭ１〜３と、複数のＬＥＤ１〜９に電圧を供給する電源部６０と、複数のＬＥＤ１〜９の他端に接続された複数の駆動ラインＳＥＧ１〜３と、複数のＬＥＤ１〜９の点灯制御をする点灯制御部５０を備える。この表示装置１００は、階調点灯制御を行うにあたり、点灯対象となるＬＥＤに接続された駆動ラインから時分割に分けた配列で電流を引き込む。
（複数のＬＥＤ１〜９）

複数の発光素子としては、例えば図１に示した複数のＬＥＤ１〜９を用いることができる。
（共通ラインＣＯＭ１〜３）

共通ラインＣＯＭ１〜３は、複数のＬＥＤ１〜９の一端に接続される。複数のＬＥＤ１〜９は、図１に示すようにアノードコモンで共通ラインＣＯＭ１〜３に接続されている。共通ラインＣＯＭ１〜３には銅箔など（例えばプリント配線基板の配線の一部）を用いる。共通ラインＣＯＭ１〜３は、プリント配線基板などにおいて、線状、面状（例：四角状、円状）などの様々な形状に形成することができる。「ライン」としたのは、プリント配線基板などに形成される共通ラインＣＯＭ１〜３の実際の形状を線状に限定する趣旨ではなく、単に回路図において共通ラインＣＯＭ１〜３を模式化した場合にこれを線で表示可能であるからに過ぎない。共通ラインＣＯＭ１〜３の各々は、途中で枝分かれ（分岐）していてもよい。なお、本実施形態では共通ラインの数を３本としているが、共通ラインの数は２本以上であればよい。
（電源部６０）

電源部６０は、複数のＬＥＤ１〜９に電圧を供給する。電源部６０は、共通ライン毎に時分割で印加されている（ダイナミック制御方式）。電源部６０には、例えばシリーズ方式やスイッチング方式などの直流の定電圧源を用いることができる。
（ソースドライバＳＷ１１〜１３）

走査部２０を構成する各ソースドライバＳＷ１１〜１３は、共通ラインＣＯＭ１〜３と電圧Ｖを接続するためのスイッチであり、点灯制御部５０により時分割でＯＮまたはＯＦＦされる。ソースドライバＳＷ１１〜１３としては、Ｐチャネル型電界効果トランジスタ（Field Effect Transistor：ＦＥＴ）やＰＮＰトランジスタを用いることができる。
（複数の駆動ラインＳＥＧ１〜３）

複数の駆動ラインＳＥＧ１〜３は、複数のＬＥＤ１〜９の他端に接続される。駆動ラインＳＥＧ１〜３には銅箔など（例えばプリント配線基板の配線の一部）を用いる。
（シンクドライバＳＷ２１〜２３）

駆動部を構成する各シンクドライバＳＷ２１〜２３は複数の駆動ラインＳＥＧ１〜３の各々に接続され、駆動ラインＳＥＧ１〜３とＧＮＤを接続するためのスイッチで、点灯制御部５０によりＯＮまたはＯＦＦされる。シンクドライバＳＷ２１〜２３としてはＮＰＮトランジスタやＮチャネル型ＦＥＴ（Field Effect Transistor：電界効果トランジスタ）などを用いることができる。また、図示していないが、駆動ラインに流れる電流は、抵抗や定電流源によって制御することができ、各シンクドライバＳＷ２１〜２３とＧＮＤ間、もしくは、各シンクドライバＳＷ２１〜２３と駆動ライン間に置かれる。
（点灯制御部５０）

点灯制御部５０は、ソースドライバＳＷ１１〜１３、シンクドライバＳＷ２１〜２３をＯＮまたはＯＦＦすることにより複数のＬＥＤ１〜９の点灯を制御する。例えば、ＬＥＤ５を点灯させる場合は、ＳＷ１２とＳＷ２２をＯＮすることにより、電圧Ｖ→共通ラインＣＯＭ２→ＬＥＤ５→駆動ラインＳＥＧ２→ＧＮＤの経路で電流が流れ、ＬＥＤ５が点灯する。
（フレーム）

フレームとは、一つの画像を表示装置１００の表示画面に表示する単位であって、１つ以上のサブフレームから構成される。フレームを複数のサブフレームで構成して多階調を表示する方法をサブフレーム変調という。
（サブフレーム）

サブフレームとは、共通ラインを１通り走査する単位であって、共通ライン毎に重み付け制御によって多階調を表示する。
（表示部１０）

実施形態１に係る表示装置１００の表示部１０の一例を図２に示す。この図に示すように、表示部１０は９個の区画を用いて３行×３列のマトリクス状に構成されている。複数のＬＥＤ１〜９は９個の区画の各々に割り当てられている。例えば、ＬＥＤ１の点灯期間中はＬＥＤ１が割り当てられている区画（例：１行１列に位置する区画）が点灯し、ＬＥＤ９の点灯期間中はＬＥＤ９が割り当てられている区画（例：３行３列に位置する区画）が点灯する。

表示部１０における表示の一例を図３に示す。この図に示すように、実施形態１に係る表示装置１００は、複数のＬＥＤ１〜９を点灯させたり消灯させたりすることにより、図２に示した表示部１０上に図３の表示を行う。なお図において、ＬＥＤを点灯させている部分を斜線で示す。

次に、発光素子の疑似点灯が低減できる様子を、図３、図４及び図５に基づいて説明する
（比較例）

図４は、比較例に係る階調点灯制御方法のタイミングチャートを示している。ここでは一の画面表示、すなわちフレームを４つのサブフレーム１〜４に時分割し、各サブフレームで２5＝３２階調を表現可能として、４サブフレームで３２階調×４サブフレーム＝最大１２８階調を、一フレームで表現可能としている。そして最大１２８階調を一フレームで表現可能な表示装置において、ここでは任意の一フレームにおいて８２階調を表示する例を考える。この場合、４つのサブフレームで８２階調を表現するにあたり、設計のし易さなどの観点から、各サブフレームで表現される階調ができるだけ均等になるように、いいかえると隣接するサブフレーム間で階調の差が小さくなるように割り当てられる。ここで８２階調÷４＝２０．５階調となるため、図４の例では２０階調を２つと２１階調を２つとする。ここで、階調８２（１０進数）は、２進数で１０１００１０となり、上位５ビット（１０１００）がサブフレームの階調２０（１０進数）を表し、下位２ビット（１０）が変調を行うサブフレームの数である２（１０進数）を表す。そして、２０階調と２１階調を交互にサブフレーム１〜４に割り当て、２０階調→２１階調→２０階調→２１階調となるようにする。この場合に、各サブフレームに具体的に階調を割り当てる（ここでは「重み付け配列」と呼ぶ。）ことを考える。まず、サブフレーム１と３には２０階調が割り振られる。各サブフレームは、上述の通り５ビットすなわち３２階調が表現可能であるところ、２の累乗で各要素（ここでは「重み付け要素」と呼ぶ。）を構成し、重み付け要素毎に発光素子のＯＮ又はＯＦＦを設定する。２の累乗で表現される重み付け要素は昇順に配置される。ここでは５ビットであるから、各サブフレームは２0＝１、２1＝２、２2＝４、２3＝８、２4＝１６の５つの重み付け要素で構成されることになる。ここでは重み付け要素を区別するため、２0〜２4に対応させて重み付け要素０〜４と呼ぶ。そして、各重み付け要素０〜４に対して、発光素子のＯＮ／ＯＦＦが設定される。

図４の例では、サブフレーム１、３にはそれぞれ２０階調が設定されることから、図の左下に示すように重み付け要素２（４階調）と重み付け要素４（１６階調）のみがＯＮに設定され、残りの重み付け要素０、１、３はＯＦＦに設定される。上述の通り、ＯＮの期間は斜線で示し、ＯＦＦの期間は白地で示している。一方、サブフレーム２、４にはそれぞれ２１階調が設定されることから、図の右下に示すように重み付け要素０（１階調）、重み付け要素２（４階調）と重み付け要素４（１６階調）のみがＯＮに設定され、残りの重み付け要素１、３はＯＦＦに設定される。このような階調の割り当てでは、各サブフレームの時間的に最後に位置する重み付け要素４（１６階調）がＯＮとなっているため、疑似点灯が酷くなってしまう。本明細書において、疑似点灯が酷くなるとは、疑似点灯が多くなる、目立ちやすくなる、あるいは明るくなることを意味する。また、疑似点灯が低減するとは、少なくなる、目立ちにくくなる、あるいは暗くなることを意味する。このようなサブフレームで構成されたフレームで点灯制御した場合に疑似点灯が酷くなる理由を、図３に示す表示の一例を用いて具体的に説明する。図３の表示の一例において、１つのサブフレームでＬＥＤ１、５、９を点灯させるときに、共通ラインＣＯＭ１でＬＥＤ１を、共通ラインＣＯＭ２でＬＥＤ５を、共通ラインＣＯＭ３でＬＥＤ９を点灯させる。この場合、比較例に係る階調点灯制御方法では、共通ラインＣＯＭ１を用いてＬＥＤ１を点灯させるときに重み付け要素４（１６階調）がＯＮであるため、ＬＥＤ１を通して駆動ラインＳＥＧ１とＧＮＤ間の寄生容量が充電されない（あるいは充電期間が短い）。その結果、次の共通ラインＣＯＭ２でＬＥＤ５を点灯させるときに、点灯対象ではないＬＥＤ４を介して駆動ラインＳＥＧ１とＧＮＤ間の寄生容量が充電され、ＬＥＤ４において疑似点灯が酷くなる。また、共通ラインＣＯＭ２を用いてＬＥＤ５を点灯させるときに重み付け要素４（１６階調）がＯＮであるため、ＬＥＤ５を通して駆動ラインＳＥＧ２とＧＮＤ間の寄生容量が充電されない（あるいは充電期間が短い）。その結果、次の共通ラインＣＯＭ３でＬＥＤ９を点灯させるときに、点灯対象ではないＬＥＤ８を介して駆動ラインＳＥＧ２とＧＮＤ間の寄生容量が充電され、ＬＥＤ８において疑似点灯が酷くなる。さらに、共通ラインＣＯＭ３を用いてＬＥＤ９を点灯させるときに重み付け要素４（１６階調）がＯＮであるため、ＬＥＤ９を通して駆動ラインＳＥＧ３とＧＮＤ間の寄生容量が充電されない（あるいは充電期間が短い）。その結果、連続する他の１つのサブフレームにおいて、共通ラインＣＯＭ１でＬＥＤ１を点灯させるときに、点灯対象ではないＬＥＤ３を介して駆動ラインＳＥＧ３とＧＮＤ間の寄生容量が充電され、ＬＥＤ３において疑似点灯が酷くなる。

これに対して、実施形態１に係る表示装置１００の階調点灯制御方法では、階調をサブフレームに割り当てる際、均等になるように割り振るのでなく、重み付け配列の時間的に最後に位置する重み付け要素がＯＮとなるサブフレームの数が少なくなるように行う。すなわち各サブフレームの最後に発光素子の点灯がＯＦＦとなる区間を設けることで、この期間に駆動ラインとＧＮＤ間の寄生容量を充電させて上述した疑似点灯を低減する効果が期待できる。

各サブフレームにおける重み付け配列の時間的に最後に位置する重み付け要素で発光素子の点灯がＯＦＦとなるサブフレームの数が、一フレーム中に含まれるサブフレーム数の半数以上であることが好ましい。また、サブフレーム中で時間的に最後に発光素子がＯＦＦとなる区間が長いほど、疑似点灯を低減できる効果を発揮できるので好ましい。

さらに、上述の通り各サブフレームへの階調の割り当ては、サブフレーム間で不均一であることを許容する。隣接するサブフレーム間の階調値が不均一となることで、疑似点灯を抑制できる。例えば一フレーム中に含まれるサブフレームのうち、隣接するサブフレーム間での階調の差が、各サブフレームに割り当てられた階調の平均値に対して１０％以上とする。

図５に示す実施形態１の例では、各サブフレームへの階調の割り当てを、図４では８２階調を２０階調×２と２１階調×２としたのに対して、１５階調×２と２６階調×２としている。すなわち図４の階調の割り当てと比較してそれぞれ±５階調として、階調を不均等に割り当てている。ここでは１５階調をサブフレーム１と３に、２６階調をサブフレーム２と４に、それぞれ割り当てている。この内、２６階調のサブフレーム２と４については、図５の右下に示すように、重み付け要素１（２階調）、重み付け要素３（８階調）と重み付け要素４（１６階調）がＯＮに設定され、残りの重み付け要素０、２はＯＦＦに設定される。このようにサブフレーム２と４については、時間的に最後に位置する重み付け要素４（１６階調）がＯＮとなっているため、図４に示す比較例と同様、疑似点灯が酷くなる。その一方、１５階調のサブフレーム１と３については、図５の左下に示すように、重み付け要素０（１階調）、重み付け要素１（２階調）、重み付け要素２（４階調）と重み付け要素３（８階調）がＯＮに設定され、残りの重み付け要素４はＯＦＦに設定される。このため、サブフレーム１と３については、時間的に最後に位置する重み付け要素４（１６階調）をＯＦＦとしたことで、図４に示す比較例とは異なり、サブフレームの時間的に最後で駆動ラインとＧＮＤ間の寄生容量が充電され、その状態で次の共通ライン、もしくは次のサブフレームでの点灯制御が行われる。その結果、点灯対象ではないＬＥＤを介して駆動ラインとＧＮＤ間の寄生容量が充電されにくくなるため、図４に示す比較例と比較して疑似点灯を低減できる。

以上の例では、比較例でサブフレームに割り当てられた階調に対して、±５の階調の増減、いいかえると階調の差を１１としサブフレームに不均等に階調を割り当てた例を説明した。ただ本発明は、サブフレームに割り当てる階調の増減を５に限定するものでなく、任意の値とすることができる。
（実施形態２）

実施形態２として、比較例で各サブフレームにほぼ均等に割り当てられた階調に対して、各サブフレームで表現可能な最大階調を２Y−１とするとき、各サブフレームに対して階調を±２Ｙ-2で不均一に割り当てた例を図６に示す。ここでは、各サブフレームへの階調の割り当てを、図４では８２階調を２０階調×２と２１階調×２としたのに対して、１２階調×２と２９階調×２としている。すなわち±８階調とすることにより、図４と比較して階調の差が１７となり実施形態１よりも大きくなっている。図６では１２階調をサブフレーム１と３に、２９階調をサブフレーム２と４に、それぞれ割り当てている。この内、２９階調のサブフレーム２と４については、図６の右下に示すように、重み付け要素０（１階調）、重み付け要素２（４階調）、重み付け要素３（８階調）と重み付け要素４（１６階調）がＯＮに設定され、残りの重み付け要素１はＯＦＦに設定される。このようにサブフレーム２と４については、時間的に最後に位置する重み付け要素４（１６階調）がＯＮとなっているため、比較例や実施形態１と同様、疑似点灯が酷くなる。その一方、１２階調のサブフレーム１と３については、図６の左下に示すように、重み付け要素２（４階調）と重み付け要素３（８階調）がＯＮに設定され、残りの重み付け要素０、１、４はＯＦＦに設定される。このため、サブフレーム１と３については、時間的に最後に位置する重み付け要素４（１６階調）をＯＦＦとしたことで、実施形態１と同様、疑似点灯を低減できる。この結果、比較例と比較して疑似点灯を低減できる。
（タイミングチャート）

以下、実施形態２に係る表示装置で階調点灯制御を行う様子を、図７のタイミングチャートを用いて説明する。ここでは、一フレームを構成するサブフレームを４つ（サブフレーム１〜４）とし、一のサブフレームでは共通ライン３つ（ＣＯＭ１〜３）を走査して、一の共通ラインを走査する単位で５段階の重み付け制御を行っている。各サブフレームでは２の累乗比に重み付け（０：１：２：４：８）した５段階の重み付け制御により、一のサブフレーム当たり３２段階（２の５乗＝３２）の階調表示を行うことができる。ここでは、図３の表示を、フレーム１を構成するサブフレーム１〜４を使って、ハッチングで示した左上から右下の画素にあたるＬＥＤ１、５、９を１２階調または２９階調で点灯させ、他の画素をすべて階調０として点灯させる例を説明する。

５段階の重み付けは重み付け要素０〜４として、要素０の時間をｔ、要素１の時間を２ｔ、要素２の時間を４ｔ、要素３の時間を８ｔ、要素４の時間を１６ｔとしている。階調１２で点灯するＬＥＤは、要素２と要素３のところで点灯し、要素０と要素１と要素４のところで消灯する。階調２９で点灯するＬＥＤは、要素０と要素２と要素３と要素４のところで点灯し、要素１のところで消灯する。階調０で点灯する発光素子は、要素０〜４すべてで消灯する。

まず、フレーム１のサブフレーム１において、ＣＯＭ１の走査期間はＳＷ１１をＯＮとし、ＳＷ１２とＳＷ１３はＯＦＦとする。ＣＯＭ１の走査期間の内、ＳＷ２１は要素２と要素３のところでＯＮ、要素０と要素１と要素４のところでＯＦＦ、ＳＷ２２とＳＷ２３は要素０〜４すべてでＯＦＦさせることでＬＥＤ１が階調１２で点灯し、ＬＥＤ２とＬＥＤ３は階調０の消灯となる。

同様に、ＣＯＭ２の走査期間はＳＷ１２をＯＮとし、ＳＷ１１とＳＷ１３はＯＦＦとする。ＣＯＭ２の走査期間の内、ＳＷ２２は要素２と要素３のところでＯＮ、要素０と要素１と要素４のところでＯＦＦ、ＳＷ２１とＳＷ２３は要素０〜４すべてでＯＦＦさせることでＬＥＤ５が階調１２で点灯し、ＬＥＤ４とＬＥＤ６は階調０の消灯となる。

同様に、ＣＯＭ３の走査期間はＳＷ１３をＯＮとし、ＳＷ１１とＳＷ１２はＯＦＦとする。ＣＯＭ３の走査期間の内、ＳＷ２３は要素２と要素３のところでＯＮ、要素０と要素１と要素４のところでＯＦＦ、ＳＷ２１とＳＷ２２は要素０〜４すべてでＯＦＦさせることでＬＥＤ９が階調１２で点灯し、ＬＥＤ７とＬＥＤ８は階調０の消灯となる。

次にサブフレーム２において、ＣＯＭ１の走査期間はＳＷ１１をＯＮとし、ＳＷ１２とＳＷ１３はＯＦＦとする。ＣＯＭ１の走査期間の内、ＳＷ２１は要素０と要素２と要素３と要素４のところでＯＮ、要素１のところでＯＦＦ、ＳＷ２２とＳＷ２３は要素０〜４すべてでＯＦＦさせることで、ＬＥＤ１が階調２９で点灯し、ＬＥＤ２とＬＥＤ３は階調０の消灯となる。

同様に、ＣＯＭ２の走査期間はＳＷ１２をＯＮとし、ＳＷ１１とＳＷ１３はＯＦＦとする。ＣＯＭ２の走査期間の内、ＳＷ２２は要素０と要素２と要素３と要素４のところでＯＮ、要素１のところでＯＦＦ、ＳＷ２１とＳＷ２３は要素０〜４すべてでＯＦＦさせることでＬＥＤ５が階調２９で点灯し、ＬＥＤ４とＬＥＤ６は階調０の消灯となる。

同様に、ＣＯＭ３の走査期間はＳＷ１３をＯＮとし、ＳＷ１１とＳＷ１２はＯＦＦとする。ＣＯＭ３の走査期間の内、ＳＷ２３は要素０と要素２と要素３と要素４のところでＯＮ、要素１のところでＯＦＦ、ＳＷ２１とＳＷ２２は要素０〜４すべてでＯＦＦさせることでＬＥＤ９が階調２９で点灯し、ＬＥＤ７とＬＥＤ８は階調０の消灯となる。

以降、サブフレーム３はサブフレーム１と同じ、サブフレーム４はサブフレーム２と同じ点灯制御であるため、説明を省略する。このようにして、４つのサブフレームで構成される一フレームにおいて、ＬＥＤ１、５、９の各画素において、階調８２の点灯が実現される。

以上説明したような、各サブフレームへの階調の割り当ては、サブフレーム数等に応じて、階調値毎に予め設定しておくことが好ましい。例えば、指定された階調値と、これに対応してサブフレーム１〜４にそれぞれ割り当てる階調値の対応関係を、予めルックアップテーブル等にデータ化して、図８の機能ブロック図に示す設定記憶部５４に記録しておき、これを点灯制御部５０で参照する。これによって、階調値が指定された時点で、各サブフレームへの階調の割り当ては一義的に実行され、点灯制御部５０でもって各サブフレームに割り当てられた階調による点灯制御が行われる。ただ、本発明はこの構成に限られず、例えば、指定された階調値に対して、各サブフレームに割り当てる階調値を一定とせず、可変としてもよい。例えば図９に示す変形例に係る点灯制御部５０’では、指定された階調値に対して、各サブフレームに割り当てる階調値を点灯制御部５０’が調整する。この点灯制御部５０’は、指定された階調値に対して、サブフレーム数や表示すべき階調値の値などに基づいて、各サブフレームに割り当てるべき階調を決定する。図９に示す点灯制御部５０’は、入力部５１’と、点灯制御データ生成部５２’と、階調割当部５３’と、出力部５５’を備える。これらの部材の果たす機能は、図８の各部材と基本的に同一であり、詳細説明を省略する。

以上の例では、２種類の階調をサブフレームに付与する際、奇数番目のサブフレームの階調を偶数番目の階調よりも低くした例を説明したが、本発明はこの構成限らず、奇数番目のサブフレームの階調を偶数番目の階調よりも高くしてもよいことはいうまでもない。

次に、実施例１に係る表示装置について説明する。

実施例１に係る表示装置では、１７２８個のＬＥＤ（Red：Ｒ；Green：Ｇ；Blue：Ｂからなる３種類の素子が含まれる。）を縦横４ｍｍ間隔で配置した。また、各ＬＥＤのアノードに接続された２４本の共通ラインを横方向に配置するとともに、各ＬＥＤのカソードに接続された２１６本（７２本×３色）の駆動ラインを縦方向に配置した。

電源には直流５Ｖの定電圧源、各共通ラインに時分割で電圧を印加する点灯制御部５０にはＦＰＧＡ、ソースドライバにはＰチャネル型ＦＥＴ、シンクドライバには１８ｍＡ程度に設定した定電流駆動のＮＰＮトランジスタを用いた。なおスイッチのＯＮ、ＯＦＦおよび重み付け配列順の変更などを行う点灯制御部５０としては、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）の他、マイコン、あるいはこれらを組み合わせたものを用いることができる。

実施例１に係る表示装置を、１／２４のＤｕｔｙ比でダイナミック駆動させ、共通ラインの１つに電圧が印加されている時間を４７．９ｕｓとし、どの共通ラインにも電圧が印加されていない時間を１０ｕｓとした。このとき、サブフレーム周期は（４７．９ｕｓ＋１０ｕｓ）×２４行＝１．３９ｍｓとなる。

そのようにして、ビデオ信号で一般的な周期１６．７ｍｓ（６０Ｈｚ）で３２のサブフレームを構成した。一のサブフレームでは２の累乗比で６段階の重み付け制御を行い、ｔ＝７２９．２ｎｓで、ｔ→２ｔ→４ｔ→８ｔ→１６ｔ→３２ｔの順とした。３２のサブフレームと６段階の重み付け制御によって計２０４８階調（２の６乗×３２サブフレーム＝２０４８）を表現できる。

効果を確認しやすいように、マトリクス状に配置された２４行×７２列＝１７２８個のＬＥＤを２４行×２４列単位で左上から右下の斜め点灯とし、斜めのラインを階調１０２４の点灯とし、その他の背景は階調０の消灯とする。

これをサブフレーム変調において、サブフレーム１〜３２の内、奇数番目のサブフレームでは斜めのラインを階調４８、背景を階調０とし、偶数番目のサブフレームでは斜めのラインを階調１６、背景を階調０とした。

このような表示装置について、暗室で目視により確認したところ、後述する比較例１に比べて疑似点灯を低減できていた。したがって、実施例１に係る表示装置は、表示品質の高い表示装置であると評価することができる。

比較例１

次に、比較例１に係る表示装置について検討する。比較例１に係る表示装置は、実施例１に係る表示装置と基本的には同じ構成を有しているが、サブフレーム変調において、サブフレーム１〜３２の内、すべてのサブフレームで斜めのラインを階調３２、背景を階調０とした。

このような表示装置について、暗室で目視により確認したところ、実施例１に比べて疑似点灯が酷くなっていた。したがって、比較例１に係る表示装置は、表示品質の悪い表示装置であると評価することができる。

以上、実施形態及び実施例について説明したが、これらの説明は、一例に関するものであり、特許請求の範囲に記載した構成を何ら限定するものではない。

本発明に係る表示装置は、例えば、大型テレビ、交通情報に利用できる。

１００…表示装置
１０…表示部
２０…走査部
３０…駆動部
５０、５０’…点灯制御部
５１、５１’…入力部
５２、５２’…点灯制御データ生成部
５３、５３’…階調割当部
５４…設定記憶部
５５、５５’…出力部
６０…電源部
ＬＥＤ１〜９…発光素子
ＣＯＭ１〜３…共通ライン
ＳＥＧ１〜３…駆動ライン
ＳＷ１１〜１３…ソースドライバ
ＳＷ２１〜２３…シンクドライバ

Claims

複数の共通ラインと、
複数の駆動ラインと、
前記複数の共通ラインのうちの１つと前記複数の駆動ラインのうちの１つとにそれぞれが接続される複数の発光素子と、
前記複数の共通ラインに時分割で電圧を印加する走査部と、
前記複数の駆動ラインのうち点灯対象となる発光素子に接続された駆動ラインから所定のタイミングで電流を引き込む駆動部と、
前記複数の発光素子のそれぞれの発光量を、前記発光素子の点灯時間を異ならせることで異なる階調として表現するように点灯制御を行うための点灯制御部と
を備え、
一フレームが分割された複数のサブフレームに、一フレームで表現すべき階調を分割して割り当てて、時分割で各サブフレームに割り当てられた階調を表示させ、一フレームを構成する複数のサブフレームの階調の総和でもって一フレームの階調を表現するよう構成された表示装置であって、
前記複数のサブフレームは、各サブフレームに２の累乗単位で異なる階調を表現する、互いに階調の異なる複数の重み付け要素で構成され、一サブフレームの時間的に最後に位置する重み付け要素が最大階調となるように配列されており、
一フレームを構成するサブフレームの数をＸ（Ｘは２以上の整数）とし、各サブフレームで表現可能な最大階調を２^Y−１（Ｙは２以上の整数）としたときに、
前記点灯制御部は、一フレームで表現する階調がＸ・２^Y-1以上、Ｘ（２^Y−１）−２^Y-1以下である場合に、一フレームにおいて、一部のサブフレームに含まれる時間的に最後に位置する重み付け要素が、当該一フレーム中に含まれる少なくとも一のサブフレームでＯＦＦとなるように各サブフレームに対する階調の割り当てを制御してなる表示装置。
請求項１に記載の表示装置であって、
一フレーム中に含まれる複数のサブフレームの内、一サブフレームにおける時間的に最後に位置する前記重み付け要素で発光素子の点灯がＯＦＦとなるサブフレームの数が半数以上である表示装置。
請求項１又は２に記載の表示装置であって、
前記点灯制御部は、一フレームにおいて、各サブフレームへの階調の最小値と最大値との差が２以上となるように、各サブフレームに対して階調を割り当てる表示装置。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の表示装置であって、
一フレーム中に含まれる複数のサブフレームのうち、隣接するサブフレーム間での階調の差が２^Y-1＋１である表示装置。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の表示装置であって、
前記複数のサブフレームの配列は、各サブフレームに含まれる重み付け要素が、時間経過に伴い大きい階調となるように配列されてなる表示装置。