JP3042729B2

JP3042729B2 - 交流励起エレクトロルミネセントディスプレイにおいて電力消費を低減させるための方法及び装置

Info

Publication number: JP3042729B2
Application number: JP3148451A
Authority: JP
Inventors: ホンカラヨルマ
Original assignee: プラナールインターナショナルオイ
Priority date: 1990-06-20
Filing date: 1991-06-20
Publication date: 2000-05-22
Anticipated expiration: 2015-05-22
Also published as: FI903103A; FI903103A0; DE4119806A1; US5315311A; DE4119806C2; FI87707B; JPH04233588A; FI87707C

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、交流励起薄膜エレクト
ロルミネセントディスプレイ(AC-excitedthin-film ele
ctroluminescent display) の電力消費を低減させるた
めの方法、及びかかるタイプのディスプレイの電力消費
を低減させることができる装置に関する。

【０００２】この駆動すべきディスプレイの構成は、デ
ィスプレイのキャパシタンスが一般に100 pF/mm²のオー
ダで高いことと、行(row) 及び列(column)ラインからな
るマトリクス構成を有することを特徴とする。

【０００３】

【従来の技術】図１は、代表的なエレクトロルミネセン
ト(EL)ディスプレイのブロックダイアグラムを示す。こ
の図に示すディスプレイは、ELパネル、列及び行駆動(d
rive)回路、列及び行パルス発生器、電力供給装置、デ
ータ処理及びタイミングロジック並びに必要なフィルタ
構成要素からなる。電力供給部は、低電圧入力をELディ
スプレイが必要とする中電圧出力に変換する。この電圧
は図中Vm、Vwrp及びVwrnで示す。適切な電圧レベルは、
例えばVmに対しては40乃至50 V、Vwrpに対しては170 乃
至195 V 及びVwrnに対しては-120乃至-155 Vでよい。さ
らに、その電力供給部は他の必要な電圧を与えることが
できる。

【０００４】電圧は通常、専用のパルス発生器を経由し
て行及び列ラインに印加される。しかし、特にディスプ
レイの列サイドでは、駆動電圧は駆動回路を経由して直
接印加することができる。

【０００５】かかる先行技術における欠点は、ディスプ
レイの電力消費が高いため、バッテリー給電様式で作動
するラップトップ(laptop)コンピュータのような携帯用
コンピュータの作動時間が著しく短くなってしまうこと
である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の目的
は、高電力消費に伴う上記の問題を解決し、交流励起エ
レクトロルミネセントディスプレイの電力消費を低減さ
せるための新規な方法及び装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、見掛け上のデ
ィスプレイ明度(brightness)を一定レベルに維持しなが
ら、ディスプレイのコントラスト(contrast)を低下させ
ることによってディスプレイの最大電力消費を制限する
ものである。

【０００８】更に、本発明による回路は、電力供給装置
の供給電圧Vmを発生する部分から出力される電圧を、一
般的な負荷においてのみ列電力(column power)を供給す
るのに十分な値に制限する。特別な場合、例えば列の約
半分がON状態に駆動される場合には、電力供給装置出力
の制限が働いて電圧Vmを低下させる。行駆動電圧Vwrn及
びVwrpを発生させる電力供給部分は、いかなるときにも
行駆動回路が必要とする全電力を供給できるような大き
さにされている。その上、正の行駆動電圧Vwrpは一定の
レベルに維持されているのに対し、負の行駆動電圧Vwrn
は電圧Vmからのフィードバックにより制御されるので、
条件Vwrn = -(Vwrp-Vm) が維持される。その結果、発光
が一定になる。

【０００９】図５に示す回路は、特に、電圧Vwrn及びVw
rpを発生させるのに使用される変圧器M1の巻線II及びII
I が２本巻き(bifilar windings)であって変圧器M1の巻
線IIが電圧Vmと直列に接続されるという設計に基づいて
いる。

【００１０】より詳細には、本発明による方法は、請求
項１の特徴部分において特徴づけられている。

【００１１】その上、本発明による装置の特徴は、請求
項４の特徴部分において特徴づけられている。

【００１２】

【実施例】以下、添付の図面を参照しながら本発明の実
施例について詳細に説明する。まず、オン／オフ型(on/
off-type) ディスプレイのための駆動電圧の発生につい
て説明する。ディスプレイは、アドレスした行(row) に
正または負の供給電圧（それぞれVwrpまたはVwrn）から
形成された行選択パルスを印加することにより行毎に(r
ow-by-row)書き込まれる。アドレスされない行は浮動状
態(floating)のままになる。列ライン(column lines)は
発光変調電圧Vmから形成された変調電圧パルスにより駆
動され、それによって各列ラインのための変調パルスの
振幅が制御されて望ましい発光レベルが得られる。行選
択パルスが負の極性を有する場合には、画素を「ON」状
態に駆動するための列ラインは変調電圧(Vm)を受けるの
に対して、画素を「OFF」状態に駆動するための列ライン
は接地電位に接続される。正極性の行選択パルスにより
駆動される次の行に対しては、画素を「ON」状態に駆動
するための列ラインはそれに応じて接地電位に接続さ
れ、画素を「OFF」状態に駆動するための列ラインは変調
電圧(Vm)に引上げられる。

【００１３】こうして、正極性の行選択パルスに対して
は、「ON」状態画素は電圧Vwrpによって、また「OFF」状態
画素は電圧Vwrp-Vm によって駆動される。負極性の行選
択パルスに対しては、これらの駆動電圧はそれぞれVm-V
wrn 及びVwrnである。全ての行が、即ち一つのフィール
ド全体が書き込まれると、すぐに書き込み順序が第一行
から再出発する。この、後に続く新しいフィールドはそ
の前のフィールドの際に使用されたパルスに対して反対
極性のパルスにより駆動される。そのような対称的駆動
構成(symmetric drive scheme)は、フィンランド特許第
６２４４７号（以下、参考文献(1) と称する。）におい
て詳細に説明されている。

【００１４】異なった強度レベル（グレイレベル）の発
光レベルが望ましい場合、変調電圧Vmの振幅又は期間の
どちらかを変化させて、望ましいグレイレベルを得るこ
とができる。これらの方法の前者をパルス振幅変調(pul
seamplitude modulation)と呼び、後者をパルス幅変調
(pulse width modulation)と呼ぶ。

【００１５】図２は、「リニヤ及びインターフェース回
路アプリケーション(Linear andInterface Circuit App
lications) 」、1986年に発行されたテキサスインスツ
ルメント(Texas Instruments) 社の「ディスプレイ駆動
装置及びデータ送信ライン回路(Display Drivers and D
ata Trasmission Line Circuits)」の第２巻、９乃至７
５頁（以下、参考文献(2) と称する。）に記載されてい
るELディスプレイの等価電気回路である。図中、Ｎは行
(rows)の総数であり、Ｍは列(columns) の総数であり、
またｍは「ON」状態の列の数である。

【００１６】ELディスプレイの最大消費は、以下の式で
近似することができる。 Ptot = Pmod + Pwr + Plog ここで、Pmodは列の駆動電力であり、 Pwrは行の駆動電
力であり、またPlogは制御ロジックの電力消費である。

【００１７】列側の容量性負荷(capacitive load) が行
による容量性負荷よりもはるかに大きいので、電力の大
部分は変調において消費される。通常の電力消費レベル
は、例えばPlogに対して約1 W 、Pwr に対して約3 W 、
更にPmodに対して約15 Wである。

【００１８】従って、電力消費を低減させるには、変調
電力を制限する手段を見出すことが不可欠である。

【００１９】変調電力の最大値は、以下の式で近似する
ことができる。 Pmod = k x Cpanel/4 x (Vm)² x f ここで、Vmは変調電圧であり、CpanelはELパネルの総キ
ャパシタンスであり、f は線周波数であり、またk は定
数（エネルギー電力節約手段を全く講じない場合は１）
である。

【００２０】図３は、図２の等価電気回路から計算し
た、相対変調電力と「ON」状態の列との関係を示す。この
グラフは、発光エネルギーの発生に関連する電力消費
（非常に低い）も、電力供給装置の効率に関連する内部
損失も含んでいない。列の半分が「ON」状態で半分が「OF
F」状態の場合に電力消費は最大値になる。通常の表示
データに対しては、実際の電力消費ははるかに低いレベ
ル（約30〜50%)にある。

【００２１】図４は、本発明の実施例にかかる制御シー
ケンスa, b, c及びd を図式的に示すが、この順序は上
記のエレクトロルミネセントディスプレイの機能作動に
基づいている。図中、最上部のシーケンスａは、４つの
連続した書き込みサイクルにわたる行の行書込みパルス
を示す。このシーケンスでは、行は、正の行駆動パルス
Vwrp及び負の行駆動パルスVwrnにより交互にアドレスさ
れている。パルス振幅は直流(DC)電圧Vwrp及びVwrnによ
り決定され、本願明細書におけるこの指定も該パルスに
関連する。図中の次のシーケンスｂは、最上部のシーケ
ンスにより制御される画素に印加される列変調電圧Vmを
示す。ここで説明する画素は最初の２つのパルスに対し
て「ON」状態に設定され、最後の２つのパルスに対して「O
FF」状態に設定される。次のシーケンスｃは画素を横切
る駆動電圧を示す。変調電圧Vmの効果は、斜線部30によ
り示す。第二のパルスにおいては変調パルスが振幅の大
きさに加算的に寄与するのに対し、第三のパルスにおい
てはその効果は減算的である。次に、図の一番下のシー
ケンスｄも、変調電圧Vm' が本発明により約50% 切り詰
められた(clipped) 特殊な状態において画素を横切る駆
動電圧を示す。画素の駆動電圧に対する変調電圧Vm' の
貢献(contribution)を斜線部35で示す。最後のシーケン
スから明らかなように、本発明に係る回路配置はディス
プレイの発光を一定に維持し、負の行駆動電圧Vwrn' の
振幅が増加するときに背景の明度が増加するにつれて、
コントラストだけを低下させることができる。

【００２２】図５は、本発明に係る回路の実施例を示
す。ここで、素子PWM1、M1、S1、D1、D2、C1及びC2は行
書き込み電圧(Vwrn 及びVwrp) を発生するために使用す
るフライバック型(flyback-type)電圧変換器Ａを形成す
る。素子PWM1へのフィードバックは、本実施例では一定
レベルに維持された電圧Vwrpから印加される。しかし、
必要であれば、この電圧を異なったディスプレイ型に適
したレベルに調節することも可能である。この変換器
は、インダクタンスの断続電流で作動する従来の電圧制
御式フライバック型変換器である。素子PWM1は、スイッ
チS1を一定反復率で駆動するパルス幅変調器である。素
子M1はフライバック巻線を備えた変圧器である。図中の
点(dots)は等しい相の巻線末端である。二次側の素子D1
及びC1は、電圧Vwrnに対して濾過作用を行ない、素子D2
及びC2は電圧Vwrpの濾過作用を行なっている。素子M1の
巻線II及びIII は、巻回数が等しい２本巻きの巻線であ
る。電圧ラインVwrp及びVwrnから来る出力電流は、強度
が等しい（10乃至30 mA)。このために、巻線II及びIII
からの出力電圧は大体等しい。変換器Ａは、あらゆる時
点で行パルサーが必要とする駆動電力を供給するのに十
分な出力電力能力を備えている。

【００２３】素子PWM2、M2、S2、D3及びC3は、変調電圧
(Vm)を発生する際に使用される変換器Ｂを形成する。変
換器へのフィードバックは、変調電圧Vmから取る。この
変換器は、通常の場合には完全な変調電圧を発生するの
に十分な出力電力を供給する能力がある。

【００２４】正常なレベルを超えた電力負荷を与える特
殊な状況（例えば、列のおよそ半分が「ON」状態に駆動さ
れるとき）では、変換器Ｂの電力出力能力が不十分であ
り、そのためディスプレイにより消費される変調電力が
電力制限の下における変換器Ｂの電力出力と調和する程
度にまで変調電圧を低下させる。最大負荷状況では、変
調電圧Vmはこのように、例えば50% 低下することがあ
る。変調電圧が低下し始める電力出力制限は、変調電圧
Vmを切り詰めない状態で測定して、ディスプレイの最大
合計電力レベルPtotの例えば約65乃至85% 、好ましくは
約75% であるといえる。該合計電力における実際の変調
電力Pmodの比率は、電力制限なしに、一般に約70乃至90
% のオーダである。変換器Ｂの電力出力能力は、十分な
精度を有する部品を使用して、又は調整により適切に決
定することができる。本実施例の回路では、調整手段は
スイッチS2の駆動パルス衝撃率(pulse duty ratio)を変
化させることにより調整を行なう。出力電力に対する入
力電圧の影響を無くすため、入力電圧の変化に応じてパ
ルス衝撃率も変化させなければならない（フィードフォ
ーワード配置:feed-forward configuration ）。スイッ
チ制御の電流制御様式では、S2が「OFF」状態に制御され
る電流閾(current threshold) を変えることによりこの
調整を行なう。変圧器M1の巻線IIの下端は変調電圧に接
続されている。増加する電力負荷でVmが減少するとき、
Vwrpはそれでも一定レベルに維持され、それによって巻
線II上の電圧が増加して２本巻の巻線III 上の電圧を強
制的に増加させる。従って、VwrnはVmと同様に変化す
る。この配置は、「ON」状態画素全体の一定駆動電圧を維
持し、それによって一定の明度を維持する。「OFF」状態
画素全体の駆動電圧は増加し、それによって背景の明度
が増加する。

【００２５】「ON」状態画素を横切る一定駆動電圧を維持
するには、電圧VwrnはVmの変化と同時に変化する必要が
あり、そのためにVwrnは電圧変化の時定数(time consta
nt)をより小さくする必要がある。例えば少数の連続し
た行の上の画素の半分が「ON」状態であるときにVmが負荷
変化と共に急速に変化すると、この区域における背景の
明度は、コントラスト制御の結果、ディスプレイの他の
部分よりも高いので、水平陰影効果を引き起こす。この
ため電圧Vmは十分に低い変化率で立ち上がらなければな
らない。

【００２６】図６は、図５に関する回路実施形態の詳細
な回路図である。しかし、上記の説明と異なり、この実
施形態は集積回路IC10の電流制御フィードバックを使用
している。この図の配置では、回路IC10は図５のPWM1
に、T10 はS1に、C16 はC2に、C17 はC1にそれぞれ対応
している。この回路の変圧器M10 及びM11 は図５の変圧
器M1及びM2に対応している。D10 及びD11 は図５のD2及
びD1に対応する。IC11は図５のPWM2に、T11 はS2に、D1
3 はD3に、C26 はC3にそれぞれ対応している。異なった
型のディスプレイ用に、Vwrpを適切なレベルに調整する
ためのトリマ電位差計R11 が使用されている。この調整
は、Vwrnも同時に制御する。R14 及びC13はIC10の切り
換え周波数(switching frequency) を決定する。この回
路は行駆動回路が必要とする供給電圧を発生するために
M10 を使用する。電圧Vmは、抵抗器R27 及びR28 の電圧
分割比により決定される。この回路に使用されるcompon
entvaluesに対してVmは約48 Vになる。IC11を取囲む回
路で、切り換え周波数はR29及びC21 により決定され
る。構成要素R22+R23 及びC23 はパルス衝撃比及びそれ
に対応して、トリマ電位差計R22 を使用して正確に調節
できる最大出力電力を決定する。この回路では、M11
が、エネルギー回収回路に使用できる電圧Vm/2も与え
る。

【００２７】尚、回路TDA4918Gの動作は、「エレクトロ
ニクス工業用のＩＣ(ICs forIndustrial Electronics)
、データブック1989/90 、シーメンス(Siemens) 社、2
43 乃至260 頁（以下、参考文献(3) と称する。）に記
載されている。更に、回路UC2845は、「リニア集積回路
データブック(Linear Integrated CircuitsDATABOOK)
、1987、ユニトロード(Unitrode)社、3-107 乃至3-112
頁（以下、参考文献(4) と称する。）に記載されてい
る。

【００２８】図７は、２本巻きの巻線を置き換えるため
に後調整(postregulation)が採用されている回路を示
す。ここでは、電圧Vwrnは電圧Vm及びVwrpからのフィー
ドバックにより制御される。Vwrnを別に調整すれば、電
圧Vwrpからのフィードバックは不要である。

【００２９】図８は、ガイドラインコンポーネント値(g
uideline component values)のための実施例回路を詳細
に示す。一次側の制御回路は、図６に示す部分に相当す
るので、この実施例からは省略してある。

【００３０】Vwrn及びVwrpの算術平均である電圧Vm/2を
発生させるために、R51 及びR52 により形成される抵抗
分割器が使用されている。この電圧は、T50 及びT51 に
より緩衝される。T51 のベースにおける電圧分割は、抵
抗器R56 及びR57 を使用して形成する。電圧Vwrnが低過
ぎると仮定して、T51 のベースにおける電圧が増加し始
め、それによってT51 のベース電流が減少し始め、その
ためT51 のコレクタ電流を強制的に減少させ、それによ
ってR54 上の電圧が低下し、Vwrnをより負の値に調整す
る。その結果、R57 がT51 のベース電圧を引き下げ、T5
1 を通る電流を増加させる。上記の説明から明らかなよ
うに、R56 、R57 及びT51 により形成される回路は、電
圧Vwrnを調整する役目を果たす。R56 及びR57 が等しい
場合は、Vwrnは-(Vwrp-Vm)の値に近づけられる。その結
果、Vwrn及びVwrpは、T51 のベースにおける電位からの
等しい電圧強度により相殺される。Vmがここで減少しVw
rpが一定に維持されると、R56 はT51 のベース電圧を引
上げる傾向があり、それによってT51 のコレクタ電流が
低下し、その結果、Vwrnは平衡に達するまで、より負の
値に向かって調整される。

【００３１】図９は、単一の変圧器だけを使用した実施
形態を図式的に示している。この配置では、電圧Vwrp及
びVwrnの両方が後調整を必要とする。上記の回路と同様
に、フィードバックは電圧Vmだけから取らなければなら
ないが、電圧Vwrpからの補足フィードバックにより、電
圧Vwrnの調整が必要ないという利点が得られる。この回
路の使用は、高い電圧降下、及びその結果高い電力消失
が直列調整器にかかることから、制限を受ける。

【００３２】本発明に関する回路は行制御電圧の極性反
転の可能性も提供するものである。これにより、負の極
性を有するため変調電圧も反転しなければならない。さ
もなくば、直流(DC)成分が増加する。本発明に関して使
用すべきディスプレイの必須条件は、そのディスプレイ
変調電圧が、より振幅の大きい行駆動電圧と等しい極性
を有する必要があることである。

【００３３】

【発明の効果】以上説明した本発明によって、以下の如
き優れた効果が得られる。

【００３４】第一に、ディスプレイの最大電力消費が低
下し、それによって特に駆動回路の作動温度が低下する
と共に、冷却の必要性が少なくなる。これらの事実はデ
ィスプレイの信頼性向上に寄与する。逆に、ディスプレ
イの作動温度範囲を広げることができる。構成部品原価
(component costs) も低くなる。また、構成部品充填密
度(component packing density) を高くすることができ
る。このディスプレイは、電力出力がより低い、より小
型の電力供給装置から駆動することができる。その結
果、バッテリー給電様式において作動時間が長くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施に好適なハードウェア環境のブロ
ックダイアグラムである。

【図２】従来のエレクトロルミネセントディスプレイ用
の等価電気回路である。

【図３】ディスプレイの相対変調電力消費と「ON」状態
に励起された列との関係について、図２の等価電気回路
から計算したグラフである。

【図４】本発明の実施で使用されるパルスシーケンスを
示す図である。

【図５】本発明に関する回路を部分的に示すブロックダ
イアグラムである。

【図６】図５に示す回路の詳細図である。

【図７】本発明に関する別の回路を示す図である。

【図８】図７に示す回路の詳細図である。

【図９】本発明に関する別の回路を図式的に示す図であ
る。

【符号の説明】

Vwrn 負の行駆動電圧 Vwrp 正の行駆動電圧 Vm 変調電圧

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】行及び列のディスプレイマトリクスに基
づく交流励起薄膜エレクトロルミネセントディスプレイ
を駆動するための方法であって、ディスプレイマトリク
スの各行が、連続するパルスの強度が異なる正(Vwrp)及
び負(Vwrn)の行駆動電圧から発生されるパルスにより交
互に駆動され、ディスプレイマトリクスの各列が、行ア
ドレスシーケンスに同期した変調電圧パルスにより個別
に駆動され、前記パルスが振幅(Vm)及び強度がより大き
い行駆動パルスの極性と等しい極性を有する方法におい
て、ディスプレイの制限負荷状態において、変調電圧の
最大振幅(Vm)が低下するようになされ得ること、強度が
より小さい行駆動パルスの振幅が変調電圧(Vm)からフィ
ードバック制御されることにより、変調電圧(Vm)の振幅
における低下が行駆動電圧(Vwrn)の強度の増加により補
償され、前記増加が変調電圧(Vm)における低下と本質的
に等しいこと、及び振幅がより大きい行駆動電圧(Vwrp)
が本質的に一定に維持されることを特徴とする方法。
【請求項２】ディスプレイによる負荷がディスプレイ
により与えられる最大合計負荷の約75% の予め設定した
制限負荷に達したときに、変調電圧(Vm)が低下するよう
になされ得ることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】前記ディスプレイの制限負荷状態におい
て、変調電圧(Vm)が約50% まで低下するようになされ得
ることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】振幅の大きさがより小さい行駆動電圧が
負の行駆動電圧(Vwrn)である請求項１記載の方法であっ
て、ディスプレイの明度を一定に維持するために、負の
行駆動電圧(Vwrn)が正の行駆動電圧(Vwrp)と変調電圧(V
m)との差にほとんど等しい大きさを有するように制御さ
れることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】行及び列のディスプレイマトリクスに基
づいて交流励起薄膜エレクトロルミネセントディスプレ
イを駆動する装置であって、正(Vwrp)及び負(Vwrn)の行
駆動電圧を発生する素子(A) 、及び変調電圧を発生する
素子(B) を具備する装置において、前記変調電圧を発生
する素子(B) が、ディスプレイの制限負荷状態において
変調電圧(Vm)が低下され得るような大きさにされてお
り、そして変調電圧(Vm)における低下が振幅がより小さ
い行駆動電圧(Vwrn)の強度の増加により補償され、前記
増加が変調電圧(Vm)の振幅における前記低下と本質的に
等しくなるように、前記変調電圧(Vm)が行駆動電圧を発
生する前記素子(A) にフィードバック接続されているこ
とを特徴とする装置。
【請求項６】請求項５記載の装置であって、行駆動電
圧発生素子(A) が、スイッチ素子(S2)の支援によりフラ
イバック変圧器(M1)の一次巻線(I) を駆動することがで
きるパルス幅変調器(PWM1)、巻回数が等しい変圧器(M1)
の２本巻きの二次巻線(II, III) 、及び二次巻線(II, I
II) に接続されて行駆動供給電圧の発生と整流による平
滑化を行なう素子(C1, C2, D1, D2)を具備し、更に、変
調電圧(Vm)を発生する素子(B) が、スイッチ素子(S1)の
支援により変圧器(M2)の一次巻線(I) を駆動することが
できるパルス幅変調器(PWM2)、前記変圧器の二次巻線(I
I)、及び二次巻線(II)に接続されて変調電圧の発生と整
流による平滑化を行なう素子(D3, C3)を具備する装置に
おいて、変圧器(M2)のパルスデューティーサイクル(pul
se duty cycle)がスイッチ素子(S2)により制御され、そ
れによりディスプレイの制限負荷状態において、変調電
圧(Vm)が低下し、そして負の行駆動電圧(Vwrn)全体にわ
たってフィードバック制御を行なうため前記変圧器(M1)
の二次巻線(II)の下端が前記変圧器(M2)の二次巻線(II)
の上端で変調電圧(Vm)に接続されていることを特徴とす
る装置。
【請求項７】請求項５記載の装置において、変調電圧
(Vm)における振幅変化の時定数が、より振幅が小さい行
駆動電圧(Vwrn)における振幅変化の時定数よりも長いこ
とを特徴とする装置。