JP4494298B2 - 駆動回路 - Google Patents

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Description

本発明はマトリックス状に配列された発光素子を駆動する駆動回路に関し、特に、好ましくは高階調表示を行うSED(Surface Conduction Electron Emitter Display)の駆動回路に関する。
印加される電圧に応じ輝度が変化する発光素子、例えばLED(Light Emitting Diode)、EL(ElectroLuminescence)、FED(FieldEmission Display)、SED等の駆動回路において、発光の輝度を制御する為に従来から電圧振幅変調(AM)制御やパルス幅変調(PWM)制御が用いられてきた。
AM制御は所望の表示輝度に応じて、発光素子に印加する駆動信号の電圧値を変化させて輝度を制御する方法である。またPWM制御は、一定電圧振幅を持つ駆動信号のパルス幅を表示輝度に応じて変化させて制御する方法である。この場合、発光時間の長短が人間の視覚で時間的に積分された結果、輝度の差として知覚される。
また、高階調表示によるより高い表現力を実現する方法として、AM制御とPWM制御を組み合わせた駆動方法が提案されている(特許文献1あるいは特許文献2など)。2つの制御方法を組み合わせることで、高階調化に伴い振幅分解能やパルス幅分解能がいたずらに増加するのを防ぐことができるため、より容易に高階調を実現することが可能である。
さらに特許文献2によれば、マトリックス状に配列、配線された発光素子を駆動する方法においてPWM制御とAM制御を組み合わせたパルス駆動方法を用いる場合、発光素子につながる信号線のインダクタンスによるリンギングや、抵抗成分と線間容量に起因する波形のなまりによる表示品質の劣化を防ぐため、階段状の立ち上がり形状と立下り形状を持つ駆動波形を用いる方法が開示されている。以下、この駆動方法について説明する。
特許文献2においては、4階調のAM制御と259階調のPWM制御を組み合わせて1024(10ビット)階調の表示を行う駆動波形を例にとって実施方法が示されている。図11に駆動波形の一例を示す。尚、図11には簡略のため、全ての階調に対する駆動波形は示さず、波形の特徴が把握できる程度に適宜選択した階調の駆動波形のみ示している。
AM制御は階調が低い順に、第1階調電圧振幅V1、第2階調電圧振幅V2、第3階調電圧振幅V3、第4階調電圧振幅V4の4電位に振幅制御され、PWM制御は最小パルス幅ΔTを単位に、パルス幅がΔT〜ΔT×259の値をとるように制御される。図11に示すように、駆動波形の電圧振幅が変化するポイントである波形の立ち上がりと立ち下がりの部分は、必ずAM1階調分の電位差を持つ階段状の形状となるよう波形制御されることが特徴である。なおV1〜V4の電位は、発光素子の印加電圧に対する輝度特性から、輝度ゼロに対応する基準電位V0との電位差、V1−V0、V2−V0、V3−V0、V4−V0が所望の4段階の階調に対する印加電圧となるように決められている。
ここで駆動波形の説明の便宜のため、図12に示すような階調ブロックの考え方を導入する。図12において、駆動波形の中に描かれた実線によって囲まれた、ひとつひとつの四角形が階調ブロックである。4階調のAM制御における1階調分の電位差、ΔV1=V1−V0、ΔV2=V2−V1、ΔV3=V3−V2、ΔV4=V4−V3を考える。これは、1≦k≦4なる整数を代表する記号kを用いて、第k階調電圧振幅をVkとして、電位差ΔVk=Vk−V(k−1)と表記することもできる。階調ブロックは、このような、AM制御における1階調分の電位差ΔVkと最小パルス幅ΔTを用いてΔVk×ΔTで定義されるブロックとする。
このような階調ブロックを用いれば、任意の駆動波形は、縦軸をΔV1、ΔV2、ΔV3、ΔV4で4つに区切り、横軸をΔTで259に区切って作成された4行×259列のマトリックスに、前記階調ブロックを隙間無く並べたときの外郭形状で表すことができる。階調ブロック1個は輝度1階調に相当し、輝度が1階調増加する毎にブロックを1個増やした形状が次の階調の駆動波形となる。
階段状の立ち上がり、立下り波形とすることは、最小パルス幅ΔTにおいて電圧振幅が大もしくは小に変化するとき、電圧振幅の差が必ず階調ブロックひとつ分の段差となるようにブロックを配置してゆくことに相当する。立ち上がり、立下りが必ず階段状の形状となるため、1024階調(0〜1023ブロック)を配置するためには、最低でも259列分のパルス幅が必要となる。
このような規則で形成される駆動波形は、階調ブロックの配置の仕方によって様々な駆動波形を想定可能である。さらに特許文献2には、階段状の立ち上がりと立下りの波形を持つAM制御とPWM制御を組み合わせた駆動波形の好適な例として、図13に示すような波形も示されている。この駆動波形も4階調のAM制御と259階調のPWM制御を組み合わせて1024(10ビット)階調の表示を行う駆動波形の例である。
先ず、第1階調から階調の増加とともに、階調ブロックを最小電圧振幅V1の行に配置してゆく。この行は最大259個の階調ブロックが置けるので、第259階調までは電圧振幅V1の行にのみ階調ブロックが配置された波形となる。
第260階調からは電圧振幅V2の行にも階調ブロックが配置され、AM制御が重畳された波形となる。このとき260個目のブロックは、駆動波形の立ち上がりが階段状となるように1列(=ΔT)空けて2列目に配置される。第261階調以降は電圧振幅V2の行に順に階調ブロックが並べられ、258列目、第516階調まで配置される。電圧振幅V2の行は259列目を残して階調ブロックを配置することにより、駆動波形の立下りも階段形状となる。
第517階調からは電圧振幅V3の行にも階調ブロックが配置され、このとき517個目のブロックは、駆動波形の立ち上がりが階段状となるように2列(=ΔT×2)空けて3列目に配置される。第518階調以降は電圧振幅V3の行に順に階調ブロックが並べられ、257列目、第771階調まで配置される。電圧振幅V3の行は258列目と259列目を残して階調ブロックを配置することにより、駆動波形の立下りも階段形状となる。
第772階調からは電圧振幅V4の行にも階調ブロックが配置され、このとき772個目のブロックは、駆動波形の立ち上がりが階段状となるように3列(=ΔT×3)空けて4列目に配置される。第773階調以降は電圧振幅V4の行に最大階調まで順に階調ブロックが並べられ、255列目、第1023階調まで配置される。
このように階調ブロックを配置してゆくことで、階段状の立ち上がり、立下り波形をもつ駆動波形を実現することができる。本駆動波形はパルス幅を全て使った後に電圧振幅を変化させる変調方式であり、パルス周期の期間での電圧振幅変化が小さく駆動電流を均一化できる利点がある。
特許文献2においては、このような様々な駆動波形の例が示され、また、これらの駆動波形が図12および図13に示した例のように、波形全体に亘って立ち上がりと立下り部分がそれぞれ1箇所のみであるとき、各電圧振幅の左端ブロック101と右端ブロック102の位置により簡便に規定されることを利用して、これを効率的に発生するための駆動回路の例が開示されている。
図14に、開示されている駆動回路の特徴を説明するための構成図を示す。出力制御回路801は、輝度信号から変換された変調データ802を受けてAM制御の電圧振幅毎にパルス幅信号を生成する回路であり、電圧振幅V1、V2、V3、V4毎に、それぞれの出力開始タイミング信号を生成するV1スタート回路〜V4スタート回路820と、出力終了タイミング信号を生成するV1エンド回路〜V4エンド回路830と、前記スタート回路とエンド回路からのタイミング信号を受けてパルス幅信号を生成するV1PWM回路〜V4PWM回路814が設けられている。出力回路807は、出力制御回路801で生成された各電圧振幅に対応するパルス幅信号を受けて、パルス幅信号により規定される時間、対応する電位を駆動信号808に出力するよう構成されており、発光素子を駆動する最終的な駆動波形を生成する回路である。
各スタート回路820、エンド回路830はそれぞれ、デコード回路821、カウンタ822及びこれらの出力信号が入力されるコンパレータ823から構成されており、この構成は全てのスタート回路、エンド回路とも共通である。変調データ802はそれぞれのスタート回路820、エンド回路830内のデコード回路821に入力される。各階調に対する駆動波形は1対1で決まっているので、デコード回路821は変調データ802に含まれる階調データから、表示すべき階調に対応した波形を規定するデータを出力するよう設定されている。カウンタ822はクロック信号805に同期して、カウントアップまたはカウントダウンする数値データを生成する。出力制御回路801において、電圧振幅V1〜V4に対応した動作は全て共通なので、以下、電圧振幅V1に対応した回路の動作を代表に説明する。
V1スタート回路820中のデコード回路821は階調データ802を受け、V1出力開始のタイミング、すなわち図12に示したような駆動波形において、ΔV1行に置かれる左端の階調ブロックの位置に対応したデータを出力するよう設定されている。また、V1エンド回路830中のデコード回路821は、V1出力終了のタイミング、すなわちΔV1行に置かれる右端の階調ブロックの位置に対応したデータを出力するよう設定されている。それぞれの位置データは各回路内のカウンタ822の値とコンパレータ823で比較され、値が一致したとき論理値“1”となるV1スタート信号、V1エンド信号をそれぞれ出力する。V1PWM発生回路814はRSフリップフロップで構成されており、V1スタート信号でセットされ、V1エンド信号でリセットされることで、出力開始のタイミングで論理値“1”に立ち上がり、出力終了のタイミングで論理値“0”に立ち下がる、電圧振幅V1に対応したパルス幅信号TV1を生成する。
出力回路807は、このように生成された各電圧振幅に対応したパルス幅信号TV1、TV2、TV3、TV4を受け、そのタイミングに従って出力を電位V1、V2、V3、V4を持つ各電源に切り替える機能を備えており、パルス幅信号によって規定されるパルス幅で4段階の電圧振幅を持つ駆動波形を出力することができる。
特開平11−015430号公報 特開2003−173159号公報
しかし特許文献2で提案されている回路は多彩な駆動波形に対応するため大規模な回路となってしまう。例えば、前記4階調のAM制御と259階調のPWM制御を組み合わせて1024(10ビット)階調の表示を行う回路の場合、4電位それぞれの出力振幅に対する出力開始と出力終了のタイミングからパルス幅信号を発生させるため、1出力当りデコード回路、カウンタ、コンパレータが各8個必要である。例えば線順次駆動の場合、これらが表示装置の横方向の画素数分必要となるため非常に回路規模が大きくなってしまう問題がある。特に大画面、高品質な表示装置においては画素数が多いためこの問題が顕著となる。
ここで、背景技術の説明において図13に示した駆動波形は、AM制御の各振幅の出力開始位置が振幅毎に定められて変化せず、しかも波形におけるAMの最大振幅より小さい振幅は、常にその振幅に対して定められた出力終了位置の最大値まで出力されるので、輝度階調に応じてパルス幅が変調されるのはAMの最大振幅のみであることが特徴である。
AM制御の各振幅の出力開始位置と出力終了位置の最大値は変化することはないので、このような駆動波形において各階調に応じた個別の波形を規定するためには、出力すべき駆動波形における最大振幅のパルス幅を示すデータを出力毎の変調データとして与えれば十分である。このような新たな知見に基づいて、以下の手段により回路規模の小型化を実現した。
本発明の駆動回路は、階調情報に応じて表示素子を駆動するために、複数段の電圧振幅変調と前記複数段の電圧振幅毎に設定可能なパルス幅変調と、を組み合わせた駆動波形を出力する駆動回路であって、任意の階調情報を変調した場合に、出力すべき最大の電圧振幅に対応するパルス幅を示す信号をラッチし、前記最大の電圧振幅に対してはパルス幅制御をすると共に、前記最大の電圧振幅より小さい電圧振幅に対しては自動的に最大パルス幅を出力するよう駆動波形制御する制御手段を備えることを特徴とする。
この駆動回路においては、出力すべき電圧振幅の最大値と、最大の電圧振幅の出力終了位置を含む変調データに基づいて、駆動波形を発生する。最大の電圧振幅については変調データに基づいてパルス幅制御され、最大振幅以外のパルス幅信号は最大パルス幅が自動的に出力されるように制御する。その結果、所定の階調を示す駆動波形が形成され、表示素子を駆動することができる。
あるいは、階調情報に応じて表示素子を駆動するために、複数段の電圧振幅変調と前記複数段の電圧振幅毎に設定可能なパルス幅変調と、を組み合わせた駆動波形を出力する駆動回路であって、任意の階調情報を変調した場合に、出力すべき最大の電圧振幅示すデータをラッチする電圧値データラッチ手段と、前記最大の電圧振幅に対応するパルス幅を示すデータをラッチするPWMデータラッチ手段と、最大の電圧振幅以外の電圧振幅を少なくとも含む各電圧振幅において出力可能な最大パルス幅での出力を可能とする出力可能範囲生成手段と、前記電圧値データラッチ手段によりラッチされたデータと前記PWMデータラッチ手段によってラッチされたデータとによって、前記最大の電圧振幅におけるパルス幅の出力を行うとともに、前記出力可能範囲生成手段によって、最大の電圧振幅より小さい電圧振幅に対しては出力可能な最大パルス幅での出力を行う制御手段と、を備えたことを特徴とする。
この駆動回路においては、階調情報から電圧値データラッチ手段により最大の電圧振幅をラッチし、PWMデータラッチ手段により最大の電圧振幅に応じたパルス幅をラッチする。また、出力可能範囲生成手段により、最大の電圧振幅以外の電圧振幅を少なくとも含む各電圧振幅に対しては出力可能な最大パルス幅での出力を可能とする。そして、制御手段は、最大の電圧振幅と、最大の電圧振幅に応じたパルス幅とによって、最大の電圧振幅におけるパルス幅の出力を行うとともに、最大の電圧振幅より小さい電圧振幅に対しては最大パルス幅での出力を行う。その結果、所定の階調を示す駆動波形が形成され、表示素子を駆動することができる。
これらの駆動回路によれば、最大振幅のパルス幅信号のみを変調データから生成すれば所望する駆動波形を形成することが可能となる。従って、回路規模を縮小することが可能である。
また、出力可能範囲生成手段は出力可能範囲信号を生成する。出力可能範囲信号は走査線上の複数の画素に駆動信号を生成する複数の出力制御回路に共通して与えることができるので、この回路は駆動回路内に1個または数個あればよく回路規模の縮小を実現できる。
さらに、複数段の電圧振幅各々において出力可能な最大パルス幅に対応した、出力開始位置と出力終了位置のデータを記憶した出力可能範囲データメモリを備えている。出力可能範囲生成手段は、出力可能範囲データメモリの出力開始位置データおよび出力終了位置データをカウンタの値と比較することで、出力可能範囲信号を生成することができる。出力可能な最大パルス幅に対応した、出力開始位置と出力終了位置は変化しない定数値であり、これが複数段の電圧振幅の段数分あればよいので必要なメモリ規模も小さく、前記出力可能範囲信号生成手段と同様、このメモリは駆動回路内に1個または数個有ればよい。
本発明の駆動回路によると、最大振幅以外の振幅に対しては出力可能な最大のパルス幅が自動的に出力されるので、駆動波形の制御手段は最大振幅のパルス幅のみを生成する機能を備えればよく、簡略な回路で構成することが可能となり回路規模を小さく抑えることができる。
また、1出力あたりに必要な変調データは最大振幅のパルス幅を与えるデータのみであるから、変調データのデータ量が小さく高速な通信を必要としないため、データの品質を確保することが容易である。
〔実施例1〕
図1に、本発明による駆動回路の一実施例を示す。本実施例は、マトリックス状に配列された発光素子からなる表示装置を駆動するための駆動回路であり、図13に示したような、4階調のAMと、259階調のPWMを組み合わせた駆動波形により1画素あたり1024階調の制御を行うものである。
駆動回路は、出力可能範囲データメモリ125と、出力可能範囲信号生成回路120と、カウンタ130と、走査信号により選択された行に並ぶ複数の発光素子を同時に駆動するために設けられた、複数の出力制御回路101〜10X及び出力回路111〜11Xと、出力回路111〜11XにAMの各振幅に対応した電位を供給する電源回路140とで構成されている。
カウンタ130には、クロック信号Clkと同期信号Rstが入力され、これらの信号に同期してカウントアップする数値データCxを生成する。尚、同期信号Rstは走査信号に同期した信号であって、カウンタ130の値をゼロにリセットするタイミングに使用され、クロック信号Clkはカウントアップの周期を供給する信号である。出力可能範囲データメモリ125には、AMの各振幅における、出力可能な最大パルス幅に対応した出力開始位置と出力終了位置データが格納されている。出力可能範囲信号生成回路120は、この出力可能範囲データメモリ125のデータとカウンタ130のデータCxからクロックに同期した出力可能範囲信号を生成して、各出力制御回路101〜10Xに供給する。尚、各出力制御回路101〜10X、及び各出力回路111〜11Xは全て同じ構成の回路であるので、以下図中の各構成に番号を振った出力制御回路101と出力回路111を代表として説明する。
出力制御回路101には表示すべき階調に対応した変調データ161が入力される。変調データ161は、出力すべき駆動信号波形のAMの最大振幅値と、最大振幅の出力終了位置を示すデータである。4階調(2ビット)のAMと、259階調(9ビット)のPWMを表現するために,1画素分の変調データは11ビットのデータで構成されている。本実施例では、上位2ビットに最大振幅値データ、下位9ビットに最大振幅の出力終了位置データを割り当てた。変調データの最大振幅値データである上位2ビットは電圧値データラッチ152に格納され、出力終了位置データである下位9ビットはPWMデータラッチ151に格納される。コンパレータ153は、PWMデータラッチ151のデータと、カウンタ130のデータCxとを比較し、最大振幅の出力終了タイミング信号を出力する。PWM回路154は、出力可能範囲信号生成回路120で生成された出力可能範囲信号と、コンパレータ153の出力である最大振幅の出力終了タイミング信号と、電圧値データラッチ152のデータとから、AMの振幅毎に、出力すべきパルス幅に変調されたパルス幅信号を生成する。
出力回路111は、PWM回路154で生成されたAMの振幅毎のパルス幅信号を受けて、AM制御されかつPWM制御された駆動波形を持つ駆動信号162を出力する回路であり、電源回路140から供給されるAMの各振幅に対応した電位を、各振幅に対するパルス幅信号のタイミングに従って切り替えて出力する作用を備えている。
次に、実施例をより詳細に説明するため、図1の回路図においてブロックで示した各機能部分の回路例を示す。
図2は本発明の出力可能範囲信号生成回路120の一例を示したものである。出力可能範囲信号生成回路は、2個のコンパレータ302、303と1個のANDゲート304からなる範囲信号生成部301が4個並べられて構成されている。
V1START〜V4START、V1END〜V4ENDは、AMの各振幅(V1〜V4)における出力可能な最大パルス幅に対応した出力開始位置データと出力終了位置データを表しており、図1で説明した出力可能範囲データメモリ125から読み出されて、出力可能範囲信号EN1〜EN4を演算、生成するためのデータとなる。尚、本実施例においては、V1START〜V4START、及びV1END〜V4ENDには図5の表に示したような値がセットされる。
それぞれの範囲信号生成部301は等価であり同じ動作を行うので、V1STARTとV1ENDが入力される回路ブロックを代表として動作を説明する。コンパレータ302の一方の端子にはカウンタデータCxが入力され、もう一方の端子にはV1STARTが入力される。コンパレータ302はこれらの2つのデータを比較して、カウンタデータCxがV1STARTより大きいとき“1”を出力し、その逆のときは“0”を出力する。コンパレータ303の一方の端子にはカウンタデータCxが入力され、もう一方の端子にはV1ENDが入力される。コンパレータ303はこれらの2つのデータを比較して、カウンタデータCxがV1ENDより小さいとき“1”を出力し、その逆のときは“0”を出力する。2つのコンパレータ302、303の出力端子はANDゲート304の入力端子に接続され、この論理積が出力可能範囲信号EN1として出力される。
このような動作により、出力可能範囲信号EN1は、カウンタデータCxがV1STARTデータより大きくV1ENDデータより小さい期間“1”となり、それ以外の期間は“0”となる。V1STARTとV1ENDは、振幅V1の最大パルス幅に対応した出力開始位置データと出力終了位置データであるから、本回路ブロックは、振幅V1を出力可能である期間を出力可能範囲信号EN1の論理値“1”として出力する機能を持つ。
同様に出力可能範囲信号EN2〜EN4は、振幅V2〜V4を出力可能である期間を論理値“1”として出力する。図6に出力可能範囲信号EN1〜EN4の信号波形の例を示した。このような方法で生成された出力可能範囲信号は、図1において説明したように、同時に駆動する画素毎に設けられた各出力制御回路101〜10XのPWM回路に供給される。
図3は本発明による出力制御回路101の一例を示したものである。出力制御回路はPWMデータラッチ151と電圧値データラッチ152と、コンパレータ153と、9個の論理ゲート401〜409から構成される。
EN1〜EN4は、出力可能範囲信号生成回路で生成されたAMの各振幅に対応した出力可能範囲信号である。また、Cxはカウンタで生成された、カウントアップする数値データである。変調データは、最大振幅値データ2ビットと出力終了位置データ9ビットからなる11ビットのデータであり、同期信号Rstに同期して、最大振幅値データである上位2ビットは電圧値データラッチ152に読み込まれ、出力終了位置データである下位9ビットはPWMデータラッチ151に読み込まれる。
コンパレータ153は、PWMデータラッチ151に格納された出力終了位置データとカウンタデータCxを比較し、カウンタデータCxが出力終了位置データ以下のとき“1”を出力し、その逆のときは“0”を出力する。したがって、コンパレータ153の出力信号は、カウンタデータCxが出力終了位置データを超えるまで“1”を出力し続け、超えた時点で“0”に変化するような信号となり、最大振幅のパルス出力終了のタイミング信号となる。
電圧値データラッチ152に格納された最大振幅値データは、2ビットのデータ“00”、“01”、“10”、“11”で4段階の電圧のひとつを指定する。すなわち、出力すべき駆動信号の最大振幅がV1の場合は“00”、V2の場合は“01”、V3の場合は“10”、V4の場合は“11”と関連付けられる。電圧値データラッチ152に格納されたデータは、ANDゲート405とORゲート409で構成されたデコーダ部410でデコードされて、3つのコントロール信号CTL1〜3を出力する。
図7に電圧値データラッチ152のデータとコントロール信号CTL1〜3の真理値表を示した。コントロール信号CTL1〜3は、ANDゲート402〜404とORゲート406〜408に接続され各ゲートをコントロールする。
ORゲートは、入力端子のうち1本の端子を“1”とすると、残りの端子の状態によらず出力は“1”に固定され、“0”とすると、出力は残りの端子の入力に応じた状態となることから、この1本の端子をコントロール端子と考えると、コントロール端子の入力が“1”のときOFF、“0”のときONとなるゲート回路であると考えることができる。同様にANDゲートは、入力端子のうち1本の端子を“0”とすると、残りの端子の状態によらず出力は“0”に固定され、“1”とすると、出力は残りの端子の入力に応じた状態となることから、この1本の端子をコントロール端子と考えると、コントロール端子の入力が“0”のときOFF、“1”のときONとなるゲート回路であると考えることができる。
コントロール信号CTL1はORゲート406とANDゲート402に入力されているので、コントロール信号CTL1が“0”のときORゲート406はON、ANDゲート402はOFF、“1”のときORゲート406はOFF、ANDゲート402はONとなる。コントロール信号CTL2はORゲート407とANDゲート403に入力されているので、コントロール信号CTL2が“0”のときORゲート407はON、ANDゲート403はOFF、“1”のときORゲート407はOFF、ANDゲート403はONとなる。コントロール信号CTL3はORゲート408とANDゲート404に入力されているので、コントロール信号CTL3が“0”のときORゲート408はON、ANDゲート404はOFF、“1”のときORゲート408はOFF、ANDゲート404はONとなる。
図7の真理値表からわかるように、最大振幅がV1のときコントロール信号CTL1〜3は全て0なので、ANDゲート402〜404は全てOFFとなり、ANDゲート401のみ入力信号を伝達することができる。このときORゲート406はONとなっているので、コンパレータ153の出力信号はそのままANDゲート401に伝達され、出力可能範囲信号EN1と論理積をとった結果がパルス幅信号TV1に出力される。この結果パルス幅信号TV1は、出力可能範囲信号EN1が“0”から“1”に立ち上がるタイミングで“1”となり、コンパレータ153の出力信号が“1”から“0”に変わるタイミング、すなわち変調データの出力終了位置データで決まるタイミングで“0”に立ち下がる信号を出力することとなる。その他のパルス幅信号TV2〜TV3は“0”のままである。
最大振幅がV2のときは、コントロール信号CTL1が“1”に変わる。このときORゲート406はOFFとなるため、コンパレータ153の出力信号はANDゲート401には伝達されなくなり、ANDゲート401からは出力可能範囲信号EN1がそのままパルス幅信号TV1として出力されるようになる。一方、ANDゲート402はONとなり、パルス幅信号TV2を出力できるようになる。このときコントロール信号CTL2は“0”のままであるから、ORゲート407はONしており、コンパレータ153の出力信号はそのままANDゲート402に伝達され、出力可能範囲信号EN2と論理積をとった結果がパルス幅信号TV2として出力される。したがってパルス幅信号TV2は、出力可能範囲信号EN2が“0”から“1”に立ち上がるタイミングで“1”となり、コンパレータ153の出力信号が“1”から“0”に変わるタイミング、すなわち変調データの出力終了位置データで決まるタイミングで“0”に立ち下がる信号となる。パルス幅信号TV3、TV4は“0”のままである。
最大振幅がV3のときは、最大振幅がV2の時と対比してコントロール信号CTL2が“1”に変わる。このときORゲート407はOFFとなるため、コンパレータ153の出力信号はANDゲート402には伝達されなくなり、ANDゲート402からは出力可能範囲信号EN2がそのままパルス幅信号TV2として出力されるようになる。ANDゲート403はONとなり、パルス幅信号TV3を出力できるようになる。このときコントロール信号CTL3は“0”のままであるから、ORゲート408はONしており、コンパレータ153の出力信号はそのままANDゲート403に伝達され、出力可能範囲信号EN3と論理積をとった結果がパルス幅信号TV3として出力される。したがってパルス幅信号TV3は、出力可能範囲信号EN3が“0”から“1”に立ち上がるタイミングで“1”となり、コンパレータ153の出力信号が“1”から“0”に変わるタイミング、すなわち変調データの出力終了位置データで決まるタイミングで“0”に立ち下がる信号となる。パルス幅信号TV4は“0”のままである。
最大振幅がV4のときは、最大振幅がV3の時と対比してコントロール信号CTL3が“1”に変わる。このときORゲート408はOFFとなるため、コンパレータ153の出力信号はANDゲート403には伝達されなくなり、ANDゲート403からは出力可能範囲信号EN3がそのままパルス幅信号TV3として出力されるようになる。ANDゲート404はONとなり、パルス幅信号TV4を出力できるようになる。コンパレータ153の出力信号はANDゲート404に接続されているので、出力可能範囲信号EN4と論理積をとった結果がパルス幅信号TV4として出力される。したがってパルス幅信号TV4は、出力可能範囲信号EN4が“0”から“1”に立ち上がるタイミングで“1”となり、コンパレータ153の出力信号が“1”から“0”に変わるタイミング、すなわち変調データの出力終了位置データで決まるタイミングで“0”に立ち下がる信号となる。
以上のように、出力制御回路は、変調データの最大振幅値データで指定された駆動波形の最大振幅に対しては、変調データの出力終了位置データにより規定されたパルス幅の信号を生成し、最大振幅より小さい振幅に対しては、出力可能範囲信号をそのままパルス幅信号として出力するよう動作する。
図8に出力制御回路から出力されるパルス幅信号TV1〜TV4と、これから形成された駆動信号OUTの波形例を示した。パルス幅信号TV1〜TV4の立ち上がりは、図6に示した出力可能範囲信号EN1〜EN4の立ち上がりのタイミングで決まっている。また、パルス幅信号TV1〜TV3の立下りも出力可能範囲信号EN1〜EN3の立下りのタイミングと同じである。最大振幅V4に対応するパルス幅信号TV4の立ち下がりのみ、変調データの出力終了位置データにより決まるタイミングとなっている。
パルス幅信号TV1〜TV4は出力回路に入力され、最終的に発光素子を駆動する駆動信号OUTに成形される。出力回路は、パルス幅信号のタイミングに従い、それぞれの振幅に対応した電位を出力することによって、AM制御されかつPWM制御された駆動波形を生成するよう動作する。
図4は、従来公知の出力回路の一例を示すものである。V1〜V4は外部に用意された電源回路から与えられる電位であり、駆動信号の4階調のAMの各電圧振幅に対応している。各電位V1〜V4はトランジスタもしくはペアトランジスタQ1〜Q4を介して出力端子OUTPUTにそれぞれ接続されており、接続されたトランジスタがONのとき出力端子OUTPUTに該当する電位が出力される。また出力端子OUTPUTはトランジスタQ0を介して基準電位V0にも接続されており、トランジスタQ0がONのときには、基準電位V0が出力端子OUTPUTに出力される。トランジスタQ0〜Q4は、パルス幅信号TV1〜TV4から、8個のNOTゲートと4個のNANDゲート500〜503で構成される論理回路で演算生成された、ゲート信号GV0〜GV4によりコントロールされる。
論理回路は、パルス幅信号TV1〜TV4の中で“1”である信号のうち、いちばん大きい振幅に対応するパルス幅信号を選択し、該当する出力電位につながったトランジスタのみをONとするゲート信号を生成するよう動作する。以下にこの動作を説明する。
パルス幅信号TV4はNOTゲート504に入力され、反転されてゲート信号GV4となる。ゲート信号GV3を出力するNANDゲート503には、パルス幅信号TV3が入力され、もう一方の入力端子にパルス幅信号TV4の反転信号が入力されている。制御ゲート信号GV2を出力するNANDゲート502には、パルス幅信号TV2が入力され、他の2個の入力端子にそれぞれパルス幅信号TV4の反転信号と、パルス幅信号TV3の反転信号が入力されている。ゲート信号GV1を出力するNANDゲート501には、パルス幅信号TV1が入力され、他の3個の入力端子にそれぞれパルス幅信号TV4の反転信号と、パルス幅信号TV3の反転信号と、パルス幅信号TV2の反転信号が入力されている。ゲート信号GV0を出力するNANDゲート500には、4個の入力端子にそれぞれパルス幅信号TV4〜TV1の反転信号が入力されている。
ゲート信号GV4はパルス幅信号TV4の反転信号であるから、パルス幅信号TV4が“1”のとき、この反転信号“0”がゲート信号GV4となり、トランジスタQ4がONとなる。このとき、パルス幅信号TV4の反転信号“0”が4個のNANDゲート500〜503の入力端子にも入力されているため、各NANDゲートはOFFとなりパルス幅信号TV1〜TV3によらず“1”を出力している。ゲート信号GV0〜GV3はこの反転信号であるから“0”となっており、トランジスタQ0〜Q3はOFFとなっている。このような動作により、パルス幅信号TV4が“1”のときはトランジスタQ4のみがONとなり、出力端子OUTPUTには電位V4が出力される。
パルス幅信号TV4が“0”のとき、トランジスタQ4はOFFとなる。このときパルス幅信号TV3が“1”であれば、ゲート信号GV3には“1”が出力されQ3がONとなる。一方、3個のNANDゲート500〜502の入力端子にはパルス幅信号TV3の反転信号“0”が入力されているためこれらのNANDゲートはOFFとなり、パルス幅信号TV1〜TV2によらずゲート信号GV0〜GV2はトランジスタQ0〜Q3がOFFとなる信号“0”となっている。このような動作により、パルス幅信号TV4が“0”でパルス幅信号TV3が“1”のときはトランジスタQ3のみONとなり、出力端子OUTPUTには電位V3が出力される。
同様の動作により、パルス幅信号TV4が“0”かつTV3が“0”のとき、TV2が“1”であれば、出力端子OUTPUTには電源電位V2が出力される。またパルス幅信号TV4が“0”かつTV3が“0”かつTV2が“0”のとき、TV1が“1”であれば、出力端子OUTPUTには電源電位V1が出力される。パルス幅信号TV1〜4全てが“0”のときは、ゲート信号GV0のみ“1”となり、基準電位V0が出力される。
このように、出力回路においては、入力信号である4段階の振幅に対応したパルス幅信号TV1〜TV4の中で、その時点で“1”である信号のうちいちばん大きい振幅に対応する電位が出力端子OUTPUTに出力される。この結果、図8に示したように、各振幅に対応したパルス幅信号から、4段階にAM制御されかつPWM制御された駆動波形OUTが成形されて駆動信号となる。
以上のような構成を用いることによって、階段状の立ち上がりと立下りの波形を持つAM制御とPWM制御を組み合わせた駆動波形を効率的に生成することができる。出力可能範囲信号生成回路の信号は、同時に駆動する画素数分用意された複数の出力制御回路に共通して与えることができるので、出力可能範囲信号生成回路は駆動回路内に1個または数個あればよく、1出力あたり必要な回路は、11bitのPWMデータラッチ1個と2bitの電圧値データラッチ1個とコンパレータ1個とANDもしくはORゲート9個からなる出力制御回路と、ゲート回路とトランジスタによるシンプルな構成からなる出力回路だけである。このため回路規模を非常に小さく抑えることが可能となり、集積回路のレイアウト面積が縮小されコスト的にも有利となる。また、1出力あたりに必要なデータ量は9ビット+2ビット=11ビットで良く、高速な通信を必要としないため、容易にデータの品質を確保することができる。
なお、本実施例において、ANDゲートもしくはORゲートによって構成した回路は、NANDゲートやNORゲートを用いても同様の機能を実現できることは明らかであり、本発明は例示した回路に限定されるものではない。
また、本実施例においては、4階調のAMと、259階調のPWMを組み合わせた駆動波形により1画素あたり1024階調の制御を行う方法を実施例として示したが、本発明の効果はAMおよびPWMの階調数に限定されるものではなく、階調数に普遍的なものであることは明らかである。さらに、電圧振幅の立ち上がり、および立ち下がりにおける階段状の波形形状も以下に示す実施例に限定されるものではなく、例えば、出力可能範囲データメモリの値を変えることで、任意の形状が実施可能である。
〔実施例2〕
図9は本発明による駆動回路の第2の実施例を示す回路ブロック図である。図1に示した実施例と同じ番号を付けた構成要素の機能や構成は、実施例1と共通であることをここに記し、詳細の説明は省略する。同期信号Rstは図の簡略化のため省略し明示していないが、図1の回路と同様、必要な回路に供給されている。
駆動回路は、出力可能範囲データメモリ125と、第1の出力可能範囲信号生成回路120と、第2の出力可能範囲信号生成回路121と、カウントアップするUカウンタ130と、カウントダウンするDカウンタ131と、走査信号により選択された行に並ぶ複数の発光素子を同時に駆動するために設けられた、複数の出力制御回路101〜10X及び出力回路111〜11Xと、出力回路111〜11XにAMの各振幅に対応した電位を供給する電源回路140とで構成されている。
出力制御回路101〜10X、及び出力回路111〜11Xは図1で説明した実施例1の駆動回路と同じ構成の回路である。実施例1と異なるのは、カウントアップとカウントダウンする2つのカウンタが備えられたことと、第2の出力可能範囲信号生成回路が備えられたことである。尚、第2の出力可能範囲信号生成回路121は第1の出力可能範囲信号生成回路120と同じ構成の回路であり、ともに実施例1で説明した回路例と同じものである。また、出力可能範囲データメモリ125のデータは両出力可能範囲信号生成回路に共通のデータが供給される。
カウントアップするUカウンタ130のデータCxは、第1の出力可能範囲生成回路120と、複数の出力制御回路101〜10xのひとつおき、奇数番目の出力制御回路内のコンパレータ153に供給されている。カウントダウンするDカウンタ131のデータCyは、第2の出力可能範囲生成回路121と、複数の出力制御回路101〜10xのひとつおき、偶数番目の出力制御回路内のコンパレータ153に供給されている。第1の出力可能範囲信号生成回路120の出力信号は、複数の出力制御回路101〜10xのひとつおき、奇数番目の出力制御回路内のPWM回路154に供給されている。第2の出力可能範囲信号生成回路121の出力信号は、複数の出力制御回路101〜10xのひとつおき、偶数番目の出力制御回路内のPWM回路154に供給されている。
このような構成において、奇数番目の出力制御回路と出力回路から出力される駆動信号162は、実施例1と同じである。すなわち、図13に示した駆動波形のように、階調が大きくなるとともに、駆動波形ブロックが時間軸の小側から順に並べられて波形を形作るような駆動波形を出力する。一方、偶数番目の出力制御回路と出力回路から出力される駆動信号163は、カウントダウンするDカウンタ131のデータをもとに第2の出力可能範囲信号生成回路で生成された出力可能範囲信号と、同じくカウントダウンするDカウンタ131のデータと最大振幅の出力終了位置データをコンパレータ153で比較することによって生成される最大振幅の出力終了のタイミング信号から形成される。その結果、偶数番目の回路が出力する駆動波形は、階調が大きくなるとともに、駆動波形ブロックが時間軸の大側から順に並べられて波形を形作るような駆動波形となる。このときの駆動波形を図10に示した。
同時に駆動される発光素子の駆動信号ひとつおきに、時間軸の小側から立ち上がる駆動波形と、時間軸の大側から立ち上がる駆動波形が交互に生成されるため、全体で見た場合時間軸上での駆動電位が平均化される。このような駆動波形を用いると、駆動電流の変化も小さくなり、駆動信号の電位を供給している電源回路140に対する負荷が安定することから、より高精度な駆動波形を供給するためには好ましい。
本発明を用いることにより、上述のような好ましい駆動波形を生成する駆動回路を、僅かな付加回路によって実現することが可能となる。
本発明による駆動回路の一実施例の構成を示すブロック図である。 図1における出力可能範囲信号発生回路の一実施例を示す回路図である。 図1における出力制御回路の一実施例を示す回路図である。 図1における出力回路の具体例を示す回路図である。 図2の回路動作を説明するためのデータ値を示す表である。 図2の回路動作を説明するための出力信号波形図である。 図3の回路動作を説明するための真理値表である。 図3及び図4の回路動作を説明するための出力信号波形図である。 本発明による第2の実施例の構成を示すブロック図である。 図9の回路動作を説明するための駆動波形図である。 背景技術を説明するための駆動波形図である。 図11の波形を定義するための波形説明図である。 背景技術を説明するための第2の駆動波形図である。 背景技術による駆動回路の構成を示すブロック図である。
符号の説明
101〜10X 出力制御回路
111〜11X 出力回路
120、121 出力可能範囲信号発生回路
125 出力可能範囲データメモリ
130、131 カウンタ
140 電源回路
151 PWMデータラッチ
152 電圧値データラッチ
153 コンパレータ
154 PWM回路
161 変調データ
162,163 駆動信号
301 範囲信号生成部
302、303 コンパレータ
304 ANDゲート
401〜405 ANDゲート
406〜409 ORゲート
410 デコーダ部
500〜503 NANDゲート
504 NOTゲート
801 背景技術による出力制御回路

Claims (4)

  1. 階調情報に応じて表示素子を駆動するために、複数段の電圧振幅変調と、前記複数段の電圧振幅毎に設定可能なパルス幅変調と、を組み合わせた駆動波形を出力する駆動回路であって、
    各段の前記電圧振幅が出力可能な出力可能期間に対応した出力開始位置データおよび出力終了位置データを記憶する出力可能範囲データメモリと、
    クロック信号をカウントしてカウント値を生成するカウンタと、
    前記カウント値が前記出力開始位置データより大きく前記出力終了位置データより小さい期間に“1”の論理値を持ち、前記出力可能期間に対応したパルス幅を有する出力可能範囲信号を各電圧振幅に対応して生成する出力可能範囲信号生成手段と、
    任意の階調情報変調された変調データに含まれる、出力すべき最大の電圧振幅を示す電圧振幅データをラッチする電圧値データラッチ手段、
    前記変調データに含まれる、前記最大の電圧振幅の出力終了位置を示す最大振幅出力終了位置データをラッチするPWMデータラッチ手段、
    記電圧値データラッチ手段によりラッチされた電圧振幅データをデコードしてデコード信号を生成するデコード手段、
    前記カウント値が前記PWMデータラッチ手段によってラッチされた最大振幅出力終了位置データ以下のとき“1”を出力し、その逆のとき“0”を出力するコンパレータ、および
    表示素子の走査線上の複数の画素毎に設けられ、前記デコード信号に基づいて、出力すべき各段の前記電圧振幅に対応する前記出力可能範囲信号を選択し、かつ選択された当該出力可能範囲信号のうち、任意の階調情報が変調された変調データに含まれる、出力すべき最大の電圧振幅に対する“1”である前記出力可能範囲信号を前記コンパレータの出力が“1”から“0”に変わるタイミングで“0”に変化させることにより、当該出力可能範囲信号を第1パルス幅信号として出力するとともに、選択された前記出力可能範囲信号のうち、前記最大の電圧振幅より小さい電圧振幅に対する“1”である前記出力可能範囲信号をそのまま第2パルス幅信号として出力する選択出力手段
    を有する出力制御手段と、
    入力される前記第1および第2パルス幅信号のうち、最大の電圧振幅に対応するパルス幅信号を選択し、各段の前記電圧振幅にそれぞれ対応する電位のうち、選択されたパルス幅信号に対応する電位を出力する出力手段と、
    を備えたことを特徴とする駆動回路。
  2. 前記駆動波形は階調情報の示す階調数に応じて、V1からVn(ただし、nは1以上の整数)に順次増加するn段階の電位に電圧振幅変調され、かつ前記n段階の電圧振幅毎に単位パルス幅ΔTから最大パルス幅ΔT×m(ただし、mは1以上の整数)の範囲でm段階にパルス幅変調可能な駆動波形であり、
    階調数に応じた波形を、縦方向が上に増加する電圧軸、横方向が右に増加する時間軸とした平面において、縦方向を電圧振幅の1階調単位であるΔVk=Vk−V(k−1)(ただし、kは1≦k≦nなる整数であり、V0は輝度ゼロに対応する基準電位とする)で第1行から第n行までn個の行に区切り、横方向をパルス幅の1階調単位である前記単位パルス幅ΔTで第1列から第m列までm個の列に区切って形成されたマトリックス上に、ΔVk×ΔTの大きさを持つ階調ブロックを階調数個並べたときの外郭形状で表現したとき、
    前記階調数個の階調ブロックが、前記マトリックスの最下行から順に、各行毎に決められた配置可能な範囲に列の端から隙間を空けずに並べられてゆき、下の行の配置可能な範囲がすべて満たされた後に上の行に並べられる、という規則に従い形成される駆動波形であって、
    前記電圧値データラッチ手段は、任意の階調情報に対応する駆動波形において最後に配置される階調ブロックの行を示すデータをラッチし、前記PWMデータラッチ手段は、前記最後に配置される階調ブロックの列を示すデータをラッチすることを特徴とする請求項に記載の駆動回路。
  3. 前記出力可能範囲信号生成手段は、前記出力可能範囲信号を前記出力制御手段に共通して与えていることを特徴とする請求項に記載の駆動回路。
  4. 前記カウンタは、前記クロック信号をカウントアップする第1のカウンタと前記クロック信号をカウントダウンする第2のカウンタとを含み、
    前記出力可能範囲信号生成手段は、前記出力開始位置データと、前記出力終了位置データと、前記第1のカウンタのカウント値とから、前記出力可能範囲信号として第1の出力可能範囲信号を生成し、前記出力開始位置データと、前記出力終了位置データと、前記第2のカウンタのカウント値とから、前記出力可能範囲信号として第2の出力可能範囲信号を生し、前記第1の出力可能範囲信号を奇数番目の前記出力制御手段に与え、前記第2の出力可能範囲信号を偶数番目の前記出力制御手段に与えることを特徴とする請求項に記載の駆動回路。
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