JP4675162B2

JP4675162B2 - 表示装置の駆動方法、駆動回路およびそれを搭載した表示装置

Info

Publication number: JP4675162B2
Application number: JP2005160573A
Authority: JP
Inventors: 孝史上田
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2005-05-31
Filing date: 2005-05-31
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2025-05-31
Also published as: JP2006337597A

Description

本発明は、複数色の発光素子をパルス幅変調（ＰＷＭ；Pulse Width Modulation）信号によって所望の点灯色を得る表示装置の駆動方法、駆動回路およびそれを搭載した表示装置に関する。

表示装置の一種として、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）や有機ＥＬ（electro-luminescence）などの発光素子をマトリクス状に配した表示パネルが用いられている。青色ＬＥＤの実用化などにより、２５６階調や１０２４階調のフルカラードットマトクリスＬＥＤパネルも実用化されている。このような表示パネルの駆動方法の一つとして、所定の単位周期時間に対する点灯時間の比により点灯の明るさを調整するＰＷＭ制御方式がある。

ＰＷＭ制御方式に関し、特許文献１は以下の技術を開示する。パネルの１単位を構成する複数色のＬＥＤの点灯時間の和のデューティ比が最大で１００／ｎパーセント（但し、ｎは整数）以下のとき、各々のＬＥＤの点滅順序を次のようにする。ｎ単位を構成する複数色のＬＥＤの特定のＬＥＤの点灯から消灯に変化させると略同時に、次に点灯させるＬＥＤを消灯から点灯に変化させ、上記パネルのｎ単位を構成する複数色のＬＥＤを順次点灯制御する。これにより、特許文献１は電源装置のピーク電力と平均電力の差を少なくできるとしている。
特開平１１−１１９７３３号公報

しかしながら、上記パネルの１単位にて、瞬間的に点灯しているＬＥＤは一つであるから、十分な明るさを得ることが難しい。このような、利用効率の高い電源設計を優先して画質の低下を許容するという手法は、高画質が要求される分野には適用しづらいものである。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、高画質および電源の効率的設計の要請を両立させることができる表示装置の駆動方法、駆動回路およびそれを搭載した表示装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の表示装置の駆動方法は、それぞれ複数の発光素子を含む画素がマトリクス状に配された表示装置を駆動する方法であって、外部から与えられる画像データに記述された各発光素子の点灯レベルに対応したデューティ比で各発光素子に所定の電圧を印加するとき、データ書込のための単位周期時間内にて、各画素に含まれる複数の発光素子に対する各電圧印加期間の開始時期または終了時期を、その画素に流れる電流を平滑化するよう調整する。

この態様によると、各画素に含まれる複数の発光素子に対する各電圧印加期間の開始時期または終了時期を調整することにより、画像の明るさを犠牲にすることなく、電源を効率的に設計することができる。

各画素に含まれる複数の発光素子に対する各電圧印加期間の重複期間を低減するよう、各電圧印加期間の開始時期または終了時期を調整してもよい。各画素に含まれる複数の発光素子のうち、少なくとも一つの発光素子の電圧印加期間の開始時期を単位周期時間の始めに調整し、それ以外の少なくとも一つの発光素子の電圧印加期間の終了時期を単位周期時間の終わりに調整してもよい。それ以外の少なくとも一つの電圧印加期間の開始時期または終了時期を、他の複数の発光素子による各電圧印加期間の重複期間を回避するよう調整してもよい。これらの態様によると、各画素に流れる電流を可及的に平滑化することができる。

本発明の別の態様は、駆動回路である。この駆動回路は、それぞれ複数の発光素子を含む画素がマトリクス状に配された表示部を駆動する回路であって、外部から与えられる画像データに応じて、表示部のデータ線を駆動するデータ線駆動部と、外部から与えられる同期信号に応じて、表示部の走査線を駆動する走査線駆動部と、を備える。データ線駆動部は、画像データに記述された各発光素子の点灯レベルに対応したデューティ比で、各発光素子に所定の電圧を印加するデータ書込部と、データ書込のための単位周期時間内にて、各画素に含まれる複数の発光素子に対する各電圧印加期間の開始時期または終了時期を、その画素に流れる電流を平滑化するよう調整する調整部と、を有する。「データ線駆動部」および「走査線駆動部」の少なくとも一方は、画像データや同期信号などに関して、ユーザ設定が可能な構成であってもよい。このユーザにはセットメーカを含んでもよい。

調整部は、各画素に含まれる複数の発光素子に対する各電圧印加期間の重複期間を低減するよう、各電圧印加期間の開始時期または終了時期を調整してもよい。各画素に含まれる複数の発光素子のうち、少なくとも一つの発光素子の電圧印加期間の開始時期を単位周期時間の始めに調整し、それ以外の少なくとも一つの発光素子の電圧印加期間の終了時期を単位周期時間の終わりに調整してもよい。画素は、赤、緑および青の発光素子を含んでもよく、調整部は、緑の発光素子における電圧印加期間の終了時期を単位周期時間の終わりに調整してもよい。単位周期時間における各画素に流れる電流のピーク期間とボトム期間とが等しくなるよう、各電圧印加期間の開始時期または終了時期を調整してもよい。「ビーク期間」を可及的に短くしてもよい。これらの態様によると、各画素に流れる電流を可及的に平滑化することができる。

本発明のさらに別の態様は、表示装置である。この装置は、それぞれ発光効率の異なる複数の発光素子を含む画素がマトリクス状に配された表示部と、表示部を駆動する上述した態様の駆動回路と、を備える。

この態様によると、各画素に含まれる複数の発光素子に対する各電圧印加期間の開始時期または終了時期を調整することにより、画像の明るさを犠牲にすることなく、電源を効率的に設計することができる表示装置を実現することができる。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を装置、方法、システムおよびコンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、高画質および電源の効率的設計の要請を両立させることができる。

図１は、本発明の実施形態に係る表示装置１００の構成を示す。表示装置１００は、表示パネル１０、電源２０および駆動回路５０を備える。駆動回路５０は、データ線駆動部３０およびおよび走査線駆動部４０を備える。駆動回路５０は、同一半導体基板上に集積化されてもよい。なお、電源２０は駆動回路５０に内蔵されていてもよい。表示パネル１０は、複数の画素を備える。各画素１１０、１２０は、複数の発光素子を含む。例えば、フルカラーを表現することができるＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の三原色の発光素子１１２、１１４、１１６を含んでもよい。また、橙、白などの発光素子を追加的に用いてもよい。

各発光素子１１２、１１４、１１６は、データ線と走査線とが直交する位置またはその近傍に設置され、パッシブマトリクス型の場合、その電極の一端がデータ線と接続され、他端が走査線と接続される。発光素子の一方の電極にデータ線から電圧が印加されている状態で、走査線がグランドに接地されると、発光素子に電流が流れて発光する。

電源２０は、電池または交流電源から整流して得た直流電圧をデータ線駆動部３０に供給する。電源電圧は、所望の発光輝度、発光素子の発光効率、その素子間の発光効率比、および後述する電源電圧に対するＰＷＭ制御などを考慮して設定されてもよい。

走査線駆動部４０は、ＰＣなどの外部制御装置から入力される同期信号ｓにもとづいて、表示パネル１０に配されている走査線のうち、一番上の走査線から順にひとつを選択していく。そして、一番下の走査線まで選択すると、また一番上の走査線に戻って選択を続ける。パッシブマトリクス駆動の場合、選択された走査線がグランドに接地されることになる。したがって、選択されている走査線に対応した発光素子が発光することになる。一方、選択されていない走査線には、発光素子に電流が流れないよう逆バイアスをかけてもよい。

上記同期信号ｓの周波数は、駆動回路５０における仕様の上限と下限の範囲内にて、セットメーカなどのユーザにより自由に設定される。一般的に、周波数が高く設定されると動画像の追従性が向上し、スチールカメラで撮影した画像なども高画質に再生することができる。一方、周波数が低く設定されると、明るさを向上させることができる。

データ線駆動部３０には、上記外部制御装置から画像データｉおよび同期信号ｓが入力される。また、電源２０から表示パネル１０に印加する電圧の供給を受ける。データ線駆動部３０は、供給された画像データｉを表示パネル１０のデータ線に与える。Ｒ、Ｇ、Ｂの発光素子１１２、１１４、１１６を各画素１１０に設けている場合、Ｒ、Ｇ、Ｂの各画像データは、点灯レベルを２５６階調で表現するために８ビットのデジタルデータで記述されていてもよい。その場合、その諧調に対応した同期信号も外部から与えられてもよい。なお、外部からアナログ形式で画像データｉが入力される場合、図示しないアナログ−デジタル変換器でデジタル形式に変換してもよい。データ線駆動部３０は、これらデジタルデータをＰＷＭ制御してデータ線に与えることができる。このようなＰＷＭ制御に対応した画像データもセットメーカなどのユーザにより自由に設定されたものが入力される。

図２は、実施形態に係るデータ線駆動部３０の詳細を示す。データ線駆動部３０は、データ線に対応して、複数のデータラッチ部３１２〜３１ｎ、調整部３２２〜３２ｎおよびデータ書込部３３２〜３３ｎを備える。複数のデータラッチ部３１２〜３１ｎは、一行分の画像データｉを記憶可能なシフトレジスタで構成されてもよい。複数のデータラッチ部３１２〜３１ｎは、画像データｉが外部から供給されてくる信号線から、上記同期信号ｓにしたがい、一行分の画像データｉを取得する。各データラッチ部３１２は、担当するデータ線上の画素用の画像データを取得する。例えば、その画素用のＲ、Ｇ、Ｂの各画像データを取得する。

各データラッチ部３１２〜３１ｎは、上記画像データｉを取得した有意なタイミングの次の有意なタイミングで、ラッチしている画像データｉを各調整部３２２〜３２ｎを介して各データ書込部３３２に出力する。それと同時に、次行の画像データｉを上記信号線から取得する。

調整部３２２〜３２ｎは、対応するデータラッチ部３１２〜３１ｎにラッチされている複数色の画像データのそれぞれの書込開始タイミングまたは書込終了タイミングを調整し、対応するデータ書込部３３２にそれを設定する。調整部３２２〜３２ｎは、上記同期信号ｓの単位周期時間に、単位画素分の書込開始タイミングまたは書込終了タイミングをスケジューリングする。そのスケジューリングのため、画像データｉの諧調数に対応した同期信号を利用する。この同期信号は、上記外部制御装置から供給されてもよいし、回路内部で生成してもよい。調整部３２２〜３２ｎは、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、マイクロコンピュータ、その他のデジタル回路素子、アナログ回路素子、またはそれらの任意の組み合わせで構成される。調整部３２２〜３２ｎが上記書込開始タイミングまたは書込終了タイミングを調整するためのアルゴリズムの詳細については後述する。

データ書込部３３２〜３３ｎは、データ線に印加すべき電圧をＰＷＭ制御することにより、対応する調整部３２２〜３２ｎにより書込開始タイミングまたは書込終了タイミングが調整された複数色の画像データを、対応するデータ線に書き込む。すなわち、各色の画像データｉで指定されたデューティ比で上記電圧をＰＷＭ制御して、対応するデータ線に印加する。データ書込部３３２〜３３ｎに電源２０から供給される電圧は、印加すべき発光素子の発光効率に応じて異なるレベルに設定された電圧であってもよいし、その発光効率に応じてＰＷＭ制御された電圧であってもよい。データ書込部３３２〜３３ｎは、電源２０から供給される電圧と画像データとの論理積を演算するためのＡＮＤゲートで構成されてもよい。

以下、調整部３２２〜３２ｎにて、単位画素を構成する各発光素子への書込開始タイミングまたは書込終了タイミングを調整するためのアルゴリズムの例について説明する。基本概念として、調整部３２２〜３２ｎは、単位画素を構成する各発光素子の電圧印加期間が可及的に重ならないように最適に配分して、所定の期間内における単位画素に流れる電流を平滑化するよう動的に制御する。もちろん、各画素用の画像データｉは一般的なものであり、単位画素を構成する各発光素子に印加される電圧のデューティ比の和が、単位期間の１００％を超える画像データｉも当然含まれる。

以下、単位画素がＲ、Ｇ、Ｂの発光素子で構成され、Ｒ用の画像データのデューティ比が４０％、Ｇ用の画像データのデューティ比が７０％およびＢ用の画像データのデューティ比が５０％で与えられる例を用いて説明する。

図３は、調整部３２２〜３２ｎの第１実施例を説明するためのタイミングチャートである。第１実施例は、複数の発光素子のうち、１色またはそれ以上の発光素子に対して、単位周期時間Ｔｃのフロントエッジから電圧を印加するのではなく、そのエンドエッジに近づける、すなわち電圧印加期間の開始時期を遅らせる例である。図３では、Ｇ用の画像データの電圧印加期間の終了タイミングが単位周期時間Ｔｃのエンドエッジに合わさるよう調整される。Ｇ用の画像データの電圧印加期間の開始タイミングは、それに応じて遅延される。図３の一番下のチャートは、Ｒ、Ｇ、Ｂを含む単位画素に流れる電流Ｃの遷移を示す。なお、単位周期時間Ｔｃは単位走査期間に対応しており、単位周期時間Ｔｃの切り替わりに、所定のブランキングタイムが挿入されてもよい。

図４は、調整部３２２〜３２ｎの比較例を説明するためのタイミングチャートである。比較例は、複数の発光素子のすべてに対して、単位周期時間Ｔｃのフロントエッジから電圧を印加する例である。すなわち電圧印加期間の開始時期がすべて同じ例である。図３、図４の一番下の画素に流れる電流を比較すると、図３のほうが単位周期時間Ｔｃ内の画素に流れる電流Ｃが平滑化されていることが分かる。これらのチャートでは、説明の便宜上、Ｒ、Ｇ、Ｂの各発光素子に流れる電流を等しく描いている。実際の画素に流れる電流の遷移は、各発光素子の発光効率に応じて多少異なるが、基本的には同様の遷移となる。

ところで、自然界に存在する様々な色には緑の成分が多く、三原色でデータ化する場合も緑の成分が多くなりやすく、緑の発光素子の点灯時間が他の色より長い場合が多い。そこで、緑の発光素子の点灯開始時刻を他の色より遅らせることにより、上記画素に流れる電流の平滑化に寄与する可能性を高くすることができる。また、第１実施例は、簡素なアルゴリズムであるため、調整部３２２〜３２ｎを比較的簡素な構成で設計することができる。

図５は、調整部３２２〜３２ｎの第２実施例を説明するためのタイミングチャートである。第２実施例は、三色の発光素子のうち、一色は単位周期時間Ｔｃのフロントエッジから電圧印加期間を開始し、それ以外の一色はそのエンドエッジで消灯するような時期に電圧印加期間を開始し、残りの一色は他の二色の重複する電圧印加期間を避けるように電圧印加期間の開始タイミングを設定する。どの色の発光素子の点灯時間を単位周期時間Ｔｃのフロントエッジ側やエンドエッジ側に配置してもよい。

図５では、単位画素を構成するＲ用の画像データのデューティ比が３０％、Ｇ用の画像データのデューティ比が４０％およびＢ用の画像データのデューティ比が４０％の例で説明する。三色の画像データのうち、Ｒの発光素子における電圧印加期間の開始時刻をフロントエッジに配し、Ｇの発光素子における電圧印加時間の終了時刻をエンドエッジに配している。ＲおよびＧの発光素子における電圧印加期間の非重複期間内に、Ｂの発光素子における電圧印加期間が可及的に含まれるようその開始時刻を配している。

図６は、第２実施例の処理を説明するためのフローチャートである。まず、調整部３２２〜３２ｎは、Ｒの発光素子における電圧印加期間の開始時刻を単位周期時間Ｔｃのフロントエッジに設定し（Ｓ１０）、Ｇの発光素子における電圧印加期間の終了時刻を単位周期時間Ｔｃのエンドエッジに設定する（Ｓ１２）。

次に、Ｒの発光素子における電圧印加期間ＴｒとＧの発光素子における電圧印加期間Ｔｇを合わせた期間と、単位周期時間Ｔｃを比較する（Ｓ１４）。単位周期時間Ｔｃがその合わせた期間未満の場合（Ｓ１４のＹ）、すなわちＲの電圧印加期間ＴｒとＧの電圧印加期間Ｔｇとに非重複期間がある場合、当該重複期間の開始時刻ｔ１に、Ｂの発光素子における電圧印加時間の開始時刻を設定する（Ｓ１６）。

一方、単位周期時間Ｔｃがその合わせた期間以上の場合（Ｓ１４のＮ）、すなわちＲの電圧印加期間ＴｒとＧの電圧印加期間Ｔｇとに重複期間があるか両期間が等しい場合、単位周期時間Ｔｃのフロントエッジに、Ｂの発光素子における電圧印加時間の開始時刻を設定する（Ｓ１８）。

第２実施例は、単位周期時間Ｔｃに画素を流れる電流を第１実施例よりさらに平滑化させることができる。また、単位画素を構成する各発光素子に印加される電圧のデューティ比の和が単位期間の１００％未満の場合でも、画素に流れる電流が０から一つの発光素子に流れる電流までの間で推移することになり、比較例などより画素に流れる電流を平滑化することができる。

図７は、調整部３２２〜３２ｎの第３実施例を説明するためのタイミングチャートである。第３実施例は、単位周期時間Ｔｃ内に、画素に流れる電流が最も大きい時間と最も小さい時間とが可及的に等しくなるよう、かつそれらの時間が可及的に短くなるよう、各色の発光素子の点灯開始タイミングをスケジューリングする例である。例えば、すべての発光素子の点灯期間が重なる期間と一つも重ならない期間を可及的に等しくするようスケジューリングする。図７の一番下のチャートは、画素に流れる電流がピーク値を指す時間Ｔｐとボトム値を指す時間Ｔｂとが実質的に等しい例を示す。

調整部３２２〜３２ｎは、このような制御を行うため種々のアルゴリズムを用いて、単位周期時間Ｔｃ内で各発光素子の点灯開始タイミングをスケジューリングする。第３実施例は、仮にすべての発光素子の点灯時間が重なる期間があっても、それを可及的に短くすることにより、電源２０に負荷が強くかかっている状態や電流が流れていない状態を減少させることができる。よって、平均的に電流を流すことができ、電源電圧を安定化させることができる。

以上、本発明の実施形態を説明した。この実施形態によれば、ＰＷＭ制御を行う表示装置の駆動回路にて、各画素に流れる電流を平滑化することができ、電源にかかる負荷を平滑化することができる。よって、表示装置内部での不要な電圧降下を低減でき、色ムラや輝度ムラを抑制することができる。例えば、不要な電圧降下が発生すると、表示パネルの一端、中間、他端で明るさが違ってしまうこともある。こような事態を抑制することができる。また、各画素の急峻な電流の変化を低減でき、画素に流れる電流のピーク値とボトム値間の差も小さくできるため、データ線から発生する輻射ノイズを大幅に低減することができる。さらに、当該電流の変動範囲が小さくなったり、当該電流の変化の角度が緩やかになったりすることにより、電源の設計を簡略化することができる。このように本実施形態は、画像品質の向上と電源の効率的設計の要請を両立させることができる。もちろん、画像の明るさを通常より犠牲にすることもない。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

上記実施形態では、説明を簡略化するため、表示パネル１０をパッシプマトリクス駆動する例を説明した。この点、本発明は当然、アクティブマトリクス駆動にも適応可能である。アクティブマトリクス駆動方式は、走査電極間のクロストークも排除することができるため、さらに高画質化することができる。

上記第２実施例にて、Ｒの発光素子における電圧印加期間ＴｒとＧの発光素子における電圧印加期間Ｔｇを合わせた期間と、単位周期時間Ｔｃを比較した後（Ｓ１４）、単位周期時間Ｔｃがその合わせた期間未満の場合（Ｓ１４のＹ）も、その合わせた期間以上の場合（Ｓ１４のＮ）も、種々の例外処理を追加することができる。

本発明の実施形態に係る表示装置の構成を示す図である。実施形態に係るデータ線駆動部の詳細を示す図である。調整部の第１実施例を説明するためのタイミングチャートである。調整部の比較例を説明するためのタイミングチャートである。調整部の第２実施例を説明するためのタイミングチャートである。第２実施例の処理を説明するためのフローチャートである。調整部の第３実施例を説明するためのタイミングチャートである。

符号の説明

１０表示パネル、２０電源、３０データ線駆動部、４０走査線駆動部、５０駆動回路、１００表示装置、１１０画素、１１２発光素子、３１２データラッチ部、３２２調整部、３３２データ書込部。

Claims

それぞれ複数の発光素子を含む画素がマトリクス状に配された表示装置を駆動する方法であって、
外部から与えられる画像データに記述された各発光素子の点灯レベルに対応したデューティ比で各発光素子に所定の電圧を印加するとき、データ書込のための単位周期時間内にて、各画素に含まれる複数の発光素子に対する各電圧印加期間の開始時期または終了時期を、その画素に流れる電流を平滑化するよう調整し、かつ、
各画素に含まれる複数の発光素子に対する各電圧印加期間の重複期間を低減するよう、各電圧印加期間の開始時期または終了時期を調整し、かつ、
各画素に含まれる複数の発光素子のうち、少なくとも一つの発光素子の電圧印加期間の開始時期を単位周期時間の始めに調整し、それ以外の少なくとも一つの発光素子の電圧印加期間の終了時期を単位周期時間の終わりに調整し、かつ、
単位周期時間における各画素に流れる電流のピーク値とボトム値を示す時間が等しくなるよう各電圧印加期間の開始時期または終了時期を調整することを特徴とする表示装置の駆動方法。
それぞれ複数の発光素子を含む画素がマトリクス状に配された表示部を駆動する回路であって、
外部から与えられる画像データに応じて、前記表示部のデータ線を駆動するデータ線駆動部と、
外部から与えられる同期信号に応じて、前記表示部の走査線を駆動する走査線駆動部と、を備え、
前記データ線駆動部は、
前記画像データに記述された各発光素子の点灯レベルに対応したデューティ比で、各発光素子に所定の電圧を印加するデータ書込部と、
データ書込のための単位周期時間内にて、各画素に含まれる複数の発光素子に対する各電圧印加期間の開始時期または終了時期を、その画素に流れる電流を平滑化するよう調整する調整部と、を有し、
前記調整部は、各画素に含まれる複数の発光素子に対する各電圧印加期間の重複期間を低減するよう、各電圧印加期間の開始時期または終了時期を調整し、かつ、各画素に含まれる複数の発光素子のうち、少なくとも一つの発光素子の電圧印加期間の開始時期を単位周期時間の始めに調整し、それ以外の少なくとも一つの発光素子の電圧印加期間の終了時期を単位周期時間の終わりに調整し、かつ、単位周期時間における各画素に流れる電流のピーク値とボトム値を示す時間が等しくなるよう各電圧印加期間の開始時期または終了時期を調整することを特徴とする駆動回路。
前記画素は、赤、緑および青の発光素子を含み、
前記調整部は、各画素に含まれる緑の発光素子における電圧印加期間の終了時期を単位周期時間の終わりに調整することを特徴とする請求項２に記載の駆動回路。
同一半導体基板上に集積化されたことを特徴とする請求項２または３に記載の駆動回路。
それぞれ複数の発光素子を含む画素がマトリクス状に配された表示部と、
前記表示部を駆動する請求項２から４のいずれかに記載の駆動回路と、
を備えることを特徴とする表示装置。