JP5248750B2 - 表示装置の駆動装置及び駆動方法 - Google Patents

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Description

表示素子がマトリックス状に配置された表示装置において、最大消費電力を制限する方法に関する。
従来より、表示装置として、薄型で小型、かつ低消費電力の平面表示装置として、液晶表示装置(LCD)等が知られている。近年では、各画素に発光素子(エレクトロルミネッセンス素子)を用いた表示装置の開発も進み、特に発光材料などに有機材料を用いた有機発光素子(以下OLED素子)を用いたOLED表示装置について研究開発が行われている。
このOLED素子は、素子に流れる電流に応じた輝度で発光する電流駆動型の自発光型素子である。このため、LCDのような視野角依存性が低く、また、光源を必要としないので、視認性に優れ、低消費電力の表示装置をより省スペースで実現できる等のメリットがあり期待されている。
上記OLED素子を用いた表示装置において、表示パネル全体では、表示画像の平均輝度にほぼ比例した電流が流れるので、暗い画像を表示する場合には、消費電力は非常に少ないが、明るい画像を表示するほどパネルとしての消費電力が大きくなる。全画素が最大輝度に近い輝度での発光が続くような場合には、OLEDパネルの低消費電力のメリットが薄れてしまう。
さらに、OLED素子では、現在その寿命に課題があることが知られており、この寿命及び素子の消費電力は、発光輝度と発光時間との積に依存している。そこで、素子の寿命を延ばし、かつ消費電力を低減する目的で発光輝度を制限することが、例えば特許文献1に記載されている。この特許文献1では、画素データをフレーム単位で記憶し、そのデータの平均輝度等を計算し、結果に基づいて画像フレームデータに輝度低減処理を施すことが記載されている。
また、特許文献2には、LCDやPDPなどにおける画面の黒つぶれ、白つぶれなどを抑え、コントラストを改善するために、画素データをフレーム単位で記憶して、ヒストグラムを計算し、その結果に基づいて、画素データに対するいわゆるγ補正の補正値を調整し、画素データに対する輝度調整をすることが記載されている。
特開2002−116732号 特開平7−322179号
特許文献1のような輝度低減処理により、パネルの制限電流を越えないように駆動データを作成することができ、各OLED素子に流れる電流を低減し低消費電力化を図ることができる。しかし、特許文献1の処理では、フレームメモリを設け、表示するフレームと演算に用いるフレームが同一でないと正確に制御ができない。回路規模の縮小またはコスト低減のためフレームメモリを省略することは、技術的には可能であるが、実際に省略すると、応答が1フレーム期間遅れる。つまり、急激な輝度変化には対応できず、少なくとも1フレーム程度、制限電流を越えてしまう。これでは、十分な消費電力の削減効果やOLED素子の長寿命化を達成することができない。さらに、制限電流を超えた場合、突然表示輝度が上昇して、これが1フレーム期間程度継続するので、観察者に視認され、逆に表示品質を損ねる原因にもなりかねない。
また、特許文献2に記載されたような輝度調整方法においても、フレームメモリが必要であり、このメモリがないと正確な調整ができない。仮に、フレームメモリを省略した場合を想定すると、急激に画素データの輝度レベルが上昇した場合、対応できないので消費電力の抑制効果が低くなる。その上、例えば、上昇直前まで黒レベル付近でコントラストが取れるように設定された補正値がそのまま適用されるので、白レベル側の階調が失われ、いわゆる白飛びした画像が表示されやすくなるという問題も生じ、表示品質の低下も問題となる。
本発明では、簡易な構成によって、入力される画素データのレベル(輝度レベル)が高い場合であっても、表示装置の消費電力を瞬時かつ確実に抑制する。
本発明は、マトリクス状に配置された複数の画素のそれぞれに表示素子を備える表示パネルに対し、各表示素子に供給する電力を制御することで所望イメージを表示する表示装置の駆動装置及び駆動方法であって、各画素における表示内容に応じた画素データの中、Nフレーム目のn番目の水平走査ラインに相当する画素データと、N−1フレーム目のn番目の水平走査ラインに相当する画素データとを比較演算し、前記水平走査ラインに相当する画素データは、1水平走査ライン分の画素データの加算値又は平均値であり、前記比較演算結果と、N−1フレーム目に相当する全画素データの合計値又はN−1フレーム目のn番目の水平走査ラインからNフレーム目のn−1番目の水平走査ラインに相当する全画素データの合計値と、に基づいてNフレーム目のn番目またはそれ以降の水平走査ラインに相当する画素データに対する前記輝度低減率を決定するものであり、前記表示素子は、供給された電流量に応じた輝度で発光する電流駆動型素子であり、設定された前記輝度低減率に応じた電流が各表示素子に供給されることを特徴とする。
本発明では、1水平走査ライン分に相当する画素データ(加算値又は平均値)を算出し、1フレーム前の同一ラインの画素データとの比較演算を行う。つまり、前後するフレームにおける輝度変化を、1ライン分の画素データを用いた演算から予測するので、輝度調整のためにフレームメモリを設ける必要が無く、非常に簡易な構成によってパネル電流を制限して表示装置の消費電力を低減することができる。
また、本発明では、上記比較演算結果と、さらにフレームデータ算出部でライン毎に画素データを加算して得る1フレーム分の画素データと、に基づいて輝度低減率を決定することができる。この1フレーム分の画素データは、過去の1フレーム分のデータであり、比較演算部で用いられる1水平走査ライン分に相当する画素データを蓄積し、加算することで得られる。よって、フレームメモリなどを用いることなく1フレーム分の画素データを得ることができる。
さらに、現在表示しようとしているNフレーム目のn番目の水平走査ラインについての画素データが、1フレーム前のn番目の水平走査ラインについての画素データに対して増加した場合、それ以後も同じだけデータ(輝度)値が増加すると仮定して、Nフレーム目のパネル全体の電流値を予測する。この予測値が制限値を超えると、制限値を超えないように輝度低減率を適用する。よって、画素データの示す輝度レベルに応じた電流がパネルに流れ、パネルの消費電力が決まるような例えばOLEDパネル等を駆動する場合に、非常に簡素な構成で短時間に輝度低減率を決定でき、リアルタイムでの輝度制限が可能である。
ここで、入力される画素データの輝度が急激に上昇する要因として、例えば、デジタルスチルカメラ(DSC)やデジタルビデオカメラ(DVC)等に搭載されるディスプレイにおいて、被写体に照射された照明が急に明るくなる、または駆動回路の輝度調整で急激に輝度を上昇させるなどの場合が想定される。この場合、シーン自体は変わらず全体が明るくなる。このような状況においても、本発明の駆動装置又は駆動方法によれば、迅速で確実に輝度を制限でき、かつ低消費電力を実現できる。また、急激な輝度上昇時にも階調の損失などを防止でき、常時、品質の高い表示を行うことができる。
[実施形態1]
以下、本発明の実施形態1について説明する。本実施形態1に係る駆動装置及び駆動方法は、k(行:水平走査方向)×l(列:垂直走査方向)のマトリクス状に配置された複数の画素のそれぞれに表示素子を備える表示パネルを備え、各画素での輝度を制御して所望イメージを表示する表示装置の駆動に採用される。表示パネルとしては、各画素に電流駆動型の表示素子を備えるパネル、例えば表示素子としてダイオード構造の発光素子であるOLED素子を用いたOLEDパネルが適用可能である。
上述のようにOLED素子は、供給する電流量に発光輝度がほぼ比例しており、表示画像が明るくなるほど各OLED素子に流れる電流量が多くなり、表示パネル全体としての電流量、つまりパネル消費電力が増大する。
そこで、本実施形態では、このような各画素に供給する画素データについて、n番目の水平走査ラインの画素データの総和を求め、この総和と、前フレームのn番目水平走査ラインの総和との差を求める。さらに、この差と、N−1フレーム目の全画素データと、に基づいて、Nフレーム目の全画素データの合計値を予測し、予測値が所定の制限値を超える場合、超えないようにNフレーム目のn番目またはそれ以降の水平走査ラインに相当する画素データに対する輝度低減率を設定する。
つまり、現在フレームと、1つ前のフレームのn番目の水平走査ラインの画素データの差が、次のフレームのn−1番目の水平ラインまで続くと仮定し、1フレーム期間後のパネル電流を予測する。パネル電流は、各画素に供給される画素データ(輝度レベル)に応じて決まるため、パネル電流が所定の制限電流を超えないようにするために、Nフレーム目のn番目水平走査ラインの画素データの輝度を低減する。n番目以降の画素データに対する輝度低減を行うこともできる。
この予測及び輝度低減処理を式で表すと、以下のようになる。
I(N-1,1)+(i(N,n)-i(N-1,n))x k > Ilim ・・・(1)
と判断されたとき、
C(N,n) = Ilim / (I(N-1,1)+(i(N,n)-i(N-1,n))x k)・・・(2)
とする。
ここで、上記(1)、(2)式において、
i(N,n):Nフレーム、n番目の水平走査ラインの画素データの総和
I(N−1,1):N−1フレームの画素データの総和
k:水平走査ライン数
C(N,n):Nフレーム、n番目の水平走査ラインに適用するコントラスト値(輝度低減率)
lim:制限電流に応じた輝度レベル(画素データ総和)
である。
この制限値Ilimは、表示パネルに求められる消費電力の上限に応じて決まるパネル電流に対応して設定されている。予測値が、制限値Ilimを超える場合、そのまま表示するとパネル電流の上限値を上回る可能性が高いので、その制限値を超えないようにNフレーム目のn番目の水平走査ラインに対応する画素データに対して式2を演算して最適な輝度低減率を求め、この輝度低減率をn番目の水平走査ラインの画素データに適用する。
なお、前後フレームについて、比較する画素データ(輝度データ)の単位として、以上では1水平走査ライン分として説明したが、1ライン分に限らず数ライン分の画素データの総和(後述する変形例4のように平均値でもよい)を用いることもできる。
次に、本発明の実施形態にかかる表示装置について図1を参照して説明する。表示装置は、各表示素子としてOLED(有機EL)素子3を用い、さらに画素毎にこのOLED素子3を駆動するためのスイッチ素子を備えたいわゆるアクティブマトリクス型(以下アクティブ型という)OLED表示装置である。図1は、このようなアクティブ型OLEDパネルの1画素当たりの回路構成の一例を示している。
OLED素子3は、下部電極と上部電極の間にEL層を備える。EL層は、少なくとも有機発光性化合物を含む発光層を備え、用いる有機発光性化合物の特性などに応じて単層構造や、正孔輸送層、発光層、電子輸送層などからなる3層又は4層以上の多層構造を採用可能である。下部電極と上部電極は、一方がアノード、他方がカソードとして機能し、アノードから正孔が、カソードから電子がEL層に注入される。OLED素子は、注入された正孔と電子とがEL層内で再結合し、再結合エネルギーによって励起された発光分子が基底状態に戻る際に発光することを利用する。このようなOLED素子を各画素に備えるアクティブ型OLED表示装置では、OLED素子の発光輝度を画素毎に精度良く制御することが可能であり、高精細、高品質な表示用途などに適している。アクティブ型OLED表示装置の場合、OLED素子の2つの電極の一方は、画素毎に個別形状に形成された画素電極であり、他方は、各画素共通で形成された共通電極として構成することができる。図1の例では、アノードが個別電極で、カソードは、共通電極として構成されている。
各画素に設けられたスイッチ素子としては、薄膜トランジスタ(TFT)が採用可能である。図1に示す例では、OLED素子に接続されこの素子に電源PVddからの供給する電流量を制御する素子駆動用TFT1と、ゲートライン(水平走査ライン)に接続され、ゲートラインによって選択された際にオンし、データラインに供給されている画素データを取り込む選択用TFT2を備える。また、各画素には、選択用TFT2を介して供給される画素データを一定期間保持するための保持容量Csが設けられている。
素子駆動用のTFT1は、pチャンネルTFTであり、そのソースは、電源PVddに接続され、ドレインはOLED素子のアノードに接続されている。また、OLED素子のカソードは、負電源CVに接続されている。TFT1のゲートは、保持容量Csを介し電源PVddに接続されているとともに、TFT2を介し画素データ(輝度データ)に応じた電圧信号が供給されるデータライン(data)に接続されている。
ここで、選択用TFT2は、nチャンネルTFTによって構成され、そのゲートは、水平走査方向に伸びるゲートラインに接続されており、ソースは、垂直走査方向に延びる上記データラインに接続され、ドレインは保持容量Csの一方の電極と、素子駆動用TFT1のゲートと、に接続されている。
アクティブ型OLED表示装置では、各画素に図1のような画素回路が設けられ、表示の際には、順次、水平走査ラインに選択信号(ここではHレベルの信号)を出力し、この水平走査ラインに接続されたTFT2がオンする。この状態で、データラインには、画素データが供給され、オンしたTFT2のソースドレインを介し、保持容量Csが画素データに応じて充電され、また、この画素データに応じた電圧が素子駆動用TFT1のゲートに印加される。上記のように保持容量Csは、素子駆動用TFT1のゲート・ソース間に接続されているので、素子駆動用TFT1は、画素データに応じた電圧で動作し、その電圧に応じた電流が電源PVddからOLED素子に供給される。
OLED素子の発光量と電流はほぼ比例関係にあるが、TFT1はゲート−ソース(PVdd)間の電位差Vgsが所定のしきい値電圧Vthを超えることで流れ始める。そこで、データラインに供給する画素データには、画像の黒レベル付近でOLED素子に供給されるドレイン電流が流れ始めるように電圧(Vth)が加算されている。また、画素データの振幅は、白レベル付近で所定の輝度となるような振幅とされている。
図2は、TFT2のゲートに印加される入力電圧(Vgs)と、OLED素子の発光輝度および電流icvの関係を示している。なお、この電流icvは、カソード電流である。OLED素子は電圧Vgsが電圧Vthで発光し始め、白レベルを示す入力電圧において所定の輝度となるように設定されている。この入力電圧Vgsは、上述のようにデータラインに出力される画素データに応じているため、画素データを解析すれば、対応するOLED素子の発光輝度、そして電流量を予測できる。
なお、本実施形態にかかる駆動装置及び駆動方法は、アクティブ型OLED表示装置には限らず、画素毎のスイッチ素子がない、いわゆるパッシブマトリクス型のOLED表示装置においても、上述のようにライン毎の画素データの比較に基づいて各画素に供給する画素データの輝度低減率を制御することで、同様の効果を得ることができる。また、表示装置としてOLED表示装置には限られず、無機発光材料を用いた無機EL(LED)表示装置や、PDP等にも適用することができる。また液晶表示装置にも適用可能である。但し、OLED表示装置のように、画素に供給する電流などに応じて発光輝度が決まり、この発光輝度に応じてパネルの消費電力が決まる表示装置に適用することで、簡易構成によって、確実かつ迅速に、非常に高い消費電力低減効果を得ることができる。
次に、図3を参照して、本実施形態1に係る表示装置の駆動装置(駆動回路)300の構成を説明する。表示パネル100は、図1のような回路構成の画素が、マトリクス状に配置されたOLED表示パネルであり、本実施形態の駆動装置は、ガンマ特性をもたないリニアな特性のR,G,Bの入力映像信号から、以下に説明するような構成によりOLED表示パネル100での表示に適した画素データを作成する。
装置300に入力されるR,G,B映像信号は、ラインデータ算出部210と、後述するR,G,B毎に設けられた1H(1水平走査期間)遅延部310に供給される。ラインデータ算出部210は、水平同期信号とクロックに基づいて、順に入力されるR,G,B映像信号に各色の発光効率に応じた係数をかけて、Nフレーム目のn番目の水平走査ラインに相当する画素データの1ライン分(1水平走査期間分)の加算値(総和)を算出する。算出されたライン加算データi(N、n)は、比較演算部216に出力されると共に、フレーム遅延部212及び1Vデータ加算部214にも供給される。フレーム遅延部212は、1垂直走査(V)期間中に1回供給される垂直同期信号および1水平走査(H)期間中に1回供給される水平同期信号に基づいて、ラインデータ算出部210からのライン加算データi(N、n)を1V期間遅延し、遅延したデータを比較演算部216に出力する。
比較演算部216では、ライン加算データi(N、n)と、フレーム遅延部212から得られる前のフレーム(N−1フレーム)のn番目の水平走査ラインに相当するライン加算データi(N−1,n)との比較演算を行う。比較演算としては、本実施形態1では、その差分データ[i(N、n)−i(N−1,n)]を求める。
1Vデータ算出部214は、ラインデータ算出部210から順次供給される1H毎のライン加算データを、順次加算する加算部であり、水平同期信号及び垂直同期信号に基づいて、1V期間分(1フレーム分)、つまり、パネルの全水平走査ライン分についてのライン加算データの総和を求める。本実施形態において、1Vデータ算出部214では、処理対象の前のフレームであるN−1フレームの各ライン加算データの総和I(N−1,1)が求められる。
輝度決定部220は、フレームデータ予測部222と、輝度低減率算出部224を有する。フレームデータ予測部222には、比較演算部216からの差分データ[i(N、n)−i(N−1,n)]と、上記1Vデータ加算部214からのN−1フレーム目の画素データ総和I(N−1)が供給される。フレームデータ予測部222は、差分データ[i(N、n)−i(N−1,n)]に全水平走査ライン数kを乗じて変動値(i(N、n)−i(N−1,n))×kを求め、この変動値に上記N−1フレーム目の画素データ総和I(N−1,1)を加算する。これにより、Nフレーム目における画素データ合計の予測値[I(N−1,n)+(i(N,n)−i(N−1,n))xk]が得られる。
算出された予測値は、輝度低減率算出部224に出力され、輝度低減率算出部224は、予測値が、制限電流に応じた輝度レベル(画素データ総和)Ilimを超えるかどうか判定する(式1参照)。Ilimを超える場合、上記式(2)に従って、Nフレームのn番目の水平走査ラインの画素データに対して適用する輝度低減率(コントラスト値)[C(N,n)]をR,G,B毎に求める。
求めたR,G,B毎の輝度低減率は、乗算器320に出力される。乗算器320には、1H遅延部310で1H期間分遅延された入力映像信号のNフレーム目のn番目の水平走査ラインの画素データが供給され、この画素データに対して、輝度低減率が乗算される。
ここで、1H遅延部310は、演算対象のラインと表示ラインを同じにするためのラインバッファであり、省略することも可能であるが、より精度の高い輝度低減処理及び確実な消費電力の低減などの観点から採用することが好適である。但し、省略した場合であっても、演算対象と表示対象との差が1H分だけであり、1H期間で、輝度レベルが急激に変動する可能性は低い。よって、以下に説明する従来方法でフレームメモリを省略した場合と異なり、1H遅延部310を省略することの影響は小さい。
乗算器320で、輝度低減率が乗算されたR,G,B画素データは、次にR,G,B毎のガンマ補正部330に供給される。このガンマ補正部330では、表示パネル100の各OLED素子の電流−輝度特性などに応じて入力画素データを補正し、ここではOLED素子においてどの表示階調についても最適な輝度で表示が可能なγ補正画素データが得られる。γ補正画素データは、次に、デジタルアナログ(D/A)変換部340において、表示パネル100の各画素に供給されるアナログ画素データに変換される。もちろん、入力映像信号がアナログ信号であって、途中の演算をデジタル処理しない場合には、このD/A変換部340を省略することができる。
このように輝度低減処理が施され、かつγ補正の施された画素データは、表示パネル100の対応するデータライン(図1参照)に供給され、対応するOLED素子には、この画素データに応じた電流が供給される。そして、この電流が所望レベルとなるように制限されている。ここで、本実施形態では、上述のように各OLED素子のカソードが共通電極として形成されており、各OLED素子に流れ、そして、共通カソードから流れ出る電流(CV電流)がパネル全体の電流に相当する。つまり、本実施形態では、このOLED素子の共通カソードから流れ出る電流が制限レベルを超えないように制御され、各OLED素子の発光輝度を適性に制限すると共に、パネル全体の消費電力を低減しているのである。
次に、OLEDパネルの輝度の変化とパネル電流の時間変化を簡単な表示イメージを例に説明する。図4は、表示パネルの画面上での輝度の変化の状態を示しており、図4(a)は最初全面40%輝度の表示画像であり、図4(b)は、図4(a)の状態から上半分のみ80%輝度に変化した状態、図4(c)は図4(b)の状態からさらに上半分が100%輝度下半分が60%輝度へと変化した状態を示す。
図5は、図4のような輝度変化をする場合における、画素データの輝度変化及びパネル電流値の変化を示す。なお、図5では、輝度低減処理は施していない。画面全面が最大は高輝度を100%としたときの40%輝度で発光している状態では、最大パネル電流100%に対し40%の電流がパネル電流となる。フレーム3において、図4(b)のように画面の上半分のみ80%に変化すると、パネル電流は40%から上昇し、1フレーム期間中の平均輝度に応じた60%の電流量に到達し、60%で一定となる。フレーム6において、図4(c)のように画面の上半分が100%輝度、下半分が60%輝度に変化した場合、パネル電流は60%から80%に上昇する。
図6は、本実施形態の駆動方法によって輝度低減処理を施した場合における輝度低減率、輝度低減率に応じた画素データ、そしてパネル電流の時間変化を示す。なお、図6(a)は駆動回路に入力される画素データの輝度変化を示しているが、上記図5(a)と同一である。フレーム3において、そのn番目(パネルの上半分の場合)の水平走査ラインの画素データの総和と、フレーム2の同じラインの画素データの総和の差は、輝度レベルで最大輝度の40%相当であり、この差分に応じて求められるNフレーム目の画素データの総和(輝度)は、N−1フレームの画素データの総和(輝度)の2倍(最大値の80%輝度)と予測される。輝度の制限レベルIlimを48%に設定した場合、得られた予測値は制限レベルを超えるため、輝度低減率C(N,n)は、図6(b)に示すように、オリジナル画素データに対して60%と決定される。
したがって、このような輝度低減率が適用された画素データ(輝度レベル)は、図6(c)に示すように、制限値である輝度48%を超えないように制限され、この場合のパネル電流も、図6(d)に示すように、目標とする最大値の48%以下に制御される。
フレーム3の後半(画面の下半分)において、表示イメージは40%輝度で、全フレームの画素データ合計値も輝度40%であるため、輝度低減率は100%、つまり低減処理は行われない。
次のフレーム4では、フレーム3と同一の画素データが供給され、式(2)の1Hデータの差分が0となる。また、フレーム3期間中の輝度レベルが60%平均となるため、フレーム4の前半及び後半とも、輝度低減率は、図6(b)のように80%に設定される。このため、パネル100に供給される画素データの輝度レベルは、図6(c)のように前半では64%、後半では32%に制限される。このフレーム4期間中には、図6(d)に示すように、制限電流48%を一時的に超えるが、超える程度は非常に小さくかつ期間も少なく、フレーム4の期間平均は、ほぼ制限電流48%の付近に制限されている。次のフレーム5では、フレーム4と同一の輝度低減率が設定されるが、フレーム4での輝度低減された画素データ(後半)の輝度が32%であり、図6(d)に示すようにパネル電流は1フレーム期間を通じて48%に維持されている。
フレーム6以降、表示画像は、図4(c)のように上半分が100%、下半分が60%となる。この場合、輝度減率は、60%が適用され、適用後の画素データの輝度レベルは、図6(c)ように、フレームの前半が60%、後半が36%となり、パネル電流は48%以下に制限されている。もちろん、輝度が制限された場合であっても、表示品質に重要な影響を及ぼすコントラスト比については、原画素データのコントラスト比が維持されており、輝度を低減することによる表示品質の低下が防止されている。
次に、比較例について図7を参照して説明する。比較例では、従来のようにフレーム単位で画素データを記憶し、そのデータの平均輝度を計算し、フレーム単位で画素データに所定の輝度低減処理を施すという方法を利用し、かつ、フレームメモリを省略して処理を行った。なお、比較例においても、パネル電流の制限電流は、上記実施形態1と同様48%とした。
入力画像データは、図7(a)に示すが、上記図5(a)と同じであり、図4に示すような輝度変化が生じている場合を示している。フレームメモリを省略しているので、前のフレームでの輝度平均に基づいて現フレームの輝度低減率が設定される。つまり、図7(b)に示すように、フレーム2まで全面40%の発光輝度であったイメージが、フレーム3で、上半分80%輝度、下半分40%輝度に変化しても、輝度低減率はフレーム2のまま100%が採用される。よって、パネルに供給される画素データの輝度レベルは制限されず、現データどおり前半80%、後半40%となる。したがって、パネル電流は、図7(d)に示すように、フレーム3の期間中に40%から上昇してパネル電流制限値である48%を超え、さらに60%に到達して一定となる。フレーム4になると、フレーム3の原画素データに基づいて、輝度低減率が例えば80%に設定され(図7(b)参照)、フレーム4の前半では画素データの輝度レベルが64%、後半が32%に制限される(図7(c)参照)。しかし、この場合でも、パネル電流は、直ちには48%以下とはならず、図7(d)の例では、フレーム5になって初めて制限電流48%に低下し、フレーム3,4の約2フレーム期間、パネル電流はその制限電流を大幅に上回ってしまう。
フレーム6において、表示イメージが上半分80%輝度、下半分40%輝度から、上半分100%輝度、下半分60%輝度に変化した場合にも、輝度低減処理は1フレーム分遅れる。よって、この場合も、パネル電流は、制限レベル48%を大きく上回ってしまう。図7(d)に示す例では、フレーム6,7の合計2フレーム期間、最大でパネル電流が70%近くまで上昇してしまっている。このように制限電流を大きくかつ長期間上回るのでは最大消費電力を低減することができない。さらに、例えば、フレーム4、フレーム7においては、前フレームと同一輝度のイメージを表示しなければならないが、実際には非常に大きな輝度変動が発生している。このような大きな輝度変動は、表示装置の観察者に視認される可能性が高く、著しい表示品質の低下として判断される。したがって、従来のようにフレーム単位でのデータ比較から輝度低減率を設定する場合には、輝度低減率を算出する対象となるフレームと、実際パネルに出力フレームとが一致していることが必須であり、フレームメモリを省略することは不可能であり、駆動装置のコスト低減及び省スペース化の要求を満たすことができない。
一方、本実施形態1の駆動方法を採用すれば、輝度調整のためのメモリとして、基本的に1H分のデータを保持するメモリ(ラインデータ算出部210、1H遅延部310)を設ければよい。他は、この加算データを遅延したり、累積加算すれば演算に必要なデータを得ることができる。したがって非常に簡素な構成で輝度低減処理を実現できる。また、1水平走査ライン分の画素データの前後フレームでの比較ができれば輝度低減率を決定できるので、処理が非常に迅速であり、また、ライン毎に輝度低減処理がなされるので、表示品質を損なうことなく、確実にパネルの最大消費電力を低減できる。
なお、OLEDパネルを駆動するためには、全面最大輝度の画像を表示した時に必要な電流が流せるだけの電源を必要とする。このため、通常使用状態で必要な電源容量に比べ、かなり余裕を持った電源が必要となる。また、デジタルカメラ(DSC)やビデオカメラ(DVC)用等、主に自然画を表示するための表示装置では、画素データの平均レベルは、最大発光輝度に対して通常25%程度であり、電源の最大電流を使用することは余り無い。つまり、自然画を表示するための表示装置等としてOLEDパネルを用いた場合、ほとんど使用することがないにも拘わらず最大輝度100%を達成可能な能力の高い電源を使っていることになる。
しかし、本実施形態では、十分かつ確実にパネル電流を抑制できるので、電流駆動能力が低く低消費電力の電源を利用することが可能であり、表示装置全体の消費電力の低減に大きく貢献できる。また、能力の小さい電源の方が一般的に小面積であるから、装置全体の省スペース化にも寄与できる。このため、DSC、DVC用の表示装置の駆動装置として用いて非常に高い効果を得ることができる。
また、上述のように現在のOLED素子の寿命は、高輝度発光期間が長いほど短くなる傾向を持つが、本実施形態のようにパネル電流を確実に抑制することにより素子の長寿命化を図ることができる。
[実施形態2]
上記実施形態1では、1H分の画素データの総和を求め、前フレームの対応する1ライン分の画素データとの比較演算として差を求め、この差が次のフレームの水平ラインn−1まで続くと仮定して輝度予測(電流予測)を行っている。これに対し本実施形態2では、比較演算として、画素データの差ではなく、比を算出し、1フレーム後の電流値の予測を行う。この処理を式で示すと、以下のようになる。
I(N-1,1)x i(N,n)/i(N-1,n)>Ilim ・・・(3)
と判断されたとき、
C(N,n)=Ilim /(I(N-1,1)x i(N,n)/i(N-1,n)) ・・・(4)
とする。
さらに、本実施形態2では、極端な動作を避けるため比i(N,n)/i(N−1,n)が設定値aを超えた時、及びi(N−1,n)が0の時は、
i(N,n)/i(N-1,n)=a ・・・(5)とする。
図8に、上記駆動方法を実行する駆動装置の概略構成例を示す。図8の駆動装置において実施形態1と相違するのは、図3の比較演算部216がラインデータの差を求めていたのに対し、図9に示す比較演算部226が、Nフレーム目のn番目の水平走査ラインの画素データの加算値i(N,n)と、1フレーム遅延部212からのN−1フレーム目のn番目の水平走査ラインの画素データの加算値i(N−1,n)との比i(N,n)/i(N−1,n)を算出することである。算出された比は、フレームデータ予測部232に供給され、フレームデータ予測部232は、1Vデータ算出部214から供給されるN−1フレーム目の画素データの総和I(N−1,1)と、この比i(N,n)/i(N−1,n)との乗算を行い、Nフレームでの画素データの総和の予測値を算出する。
輝度低減率算出部234は、予測値が、上記式(3)に従って、制限輝度レベルIlimを超えるかどうか判定する。Ilimを超える場合、上記式4に従って、Nフレームのn番目の水平走査ラインの画素データに対して適用するR,G,B毎の輝度低減率(コントラスト値)[C(N,n)]を求める。この輝度低減率は、実施形態1と同様、乗算器320において、1H期間遅延された映像信号のNフレーム目のn水平走査ラインの各R,G,Bの画素データに乗算され、表示パネル100の対応するn番目の水平走査ラインの画素では、低減された輝度で表示が行われる。
図9は、図8の駆動装置によって処理した画素データの輝度、輝度低減率、パネル電流の経時変化を示す。図9(a)は、上述の図6(a)と同一の画素データの波形であり、この画素データに対し、前後フレームでの1Hライン分の画素データの比に基づいて、図9(b)に示されるような輝度低減率が設定される。
輝度低減率は、フレーム6以外は図6(b)での設定値と一致している。フレーム6において、輝度低減率は、比を用いたことにより図6(b)と異なるが、このような輝度低減率が適用された画素データの波形は、図6(c)との比較からわかるように、元の画素データの輝度変化に近くなっている。また、パネル電流については、図6(d)と図9(d)との比較からわかるように、フレーム6とフレーム7での波形が少し異なることを除きほぼ同一であり、制限電流48%以下にほぼ収まっている。
[実施形態3]
上記実施形態1において、1Vデータ算出部214は、予測演算に用いられるフレームデータの基準値として、N−1フレーム目の全画素データの加算値を求めているが、本実施形態3では、1フレーム期間前のn番目の水平走査ラインから現在のフレームのn−1水平走査ラインまでの画素データの総和を求める。他の構成及び処理は上記実施形態1と共通する。実施形態3の場合の予測及び制限処理を式で表すと次のようになる。
I(N-1,n)+(i(N,n)−i(N-1,n))xk>Ilim ・・・(6)
と判断された時、
C(N,n)=Ilim /(I(N-1,n)+(i(N,n)・i(N-1,n))xk)・・・(7)
とする。
ここで、I(N−1,n)は、N−1フレーム目のn番目の水平走査ラインから、Nフレーム目のn−1番目の水平走査ラインまでの画素データの総和である。
図10に実施形態3の場合の画素データの輝度、輝度低減率、パネル電流変化の様子を示す。なお、図10(a)に示す入力画素データは、上述の図5(a)と同一である。このような入力画素データに対し、基準となるフレームデータとして、N−1フレームのn番目のラインからNフレームのn−1番目のラインまでの画素データを加算値を用いることで、ライン毎に基準値が調整されるので、図10(b)に示すように、輝度低減率も、ライン毎に設定される。よって、画素データは、図10(c)に示すようにライン毎に適切な輝度低減処理が施され、パネル電流が制限値である48%を超えることを確実に防止することが可能となっている(図10(d)参照)。
また、実施形態2において、上記のように、予測演算に用いられるフレームデータの基準値として、このように1フレーム期間前のn番目の水平走査ラインから現在のフレームのn−1水平走査ラインまでの画素データの総和を利用してもよい。
この場合の処理は、以下の式で示される。
I(N-1,1)xi(N,n)/i(N-1,n)>Ilim ・・・(8)
と判断されたとき、
C(N,n)=Ilim /(I(N-1,n) x i(N,n)/i(N-1,n)) ・・・(9)
とする。
このように、ラインデータの比と、現フレームの直前のn−1番目の水平走査ラインまでのフレームデータを利用して輝度低減率を決定することによっても、ライン毎に、確実に輝度低減を実行し、パネル電流を制限することができる。
[実施形態の他の変形例]
<変形例1>
変形例1では、上記実施形態1〜3で説明した輝度低減率算出部224,234の前後に、図11に示すようにローパスフィルタ240,250(LPF1,LPF2)をそれぞれ挿入し、最終的な輝度低減率を決定する。
上記実施形態1〜3では、1H毎に、1ラインデータの比較演算結果と1Vデータとを利用して輝度低減率を決定しているが、被写体のシーンが突然大きく変わった場合には、予測値は、実際とかなり食い違い、ライン毎に大きく変化する場合がありうる。しかし、変形例1のようにLPFを前後に設けることで、Nフレームのn番目のラインの画素データに対し、直前のラインの画素データと極端に異なる輝度低減処理を実行することが防止される。
輝度低減率算出部224,234の入力側のフィルタ240としては、フレームデータ予測部222、232から供給される予測値に対し、例えば数ラインから数十ラインの平均をとるフィルタを採用することができる。
輝度低減率算出部224,234の出力側に設けるフィルタ250としては、例えば、図12に示すような構成を採用することができる。このフィルタ250は、利得が1/M(Mは1より大きい任意の設定値)のアンプ252、フィルタ250の出力信号を1H期間遅延させる遅延部254、利得が(M−1)/Mに設定されたアンプ256、及び加算器258を備える。
アンプ252には、輝度減算率算出部220,230から1H期間毎に出力される輝度低減率C(N,nave)が供給され、アンプ252はこの輝度低減率を1/M倍し(減衰し)、加算器258にC(N,nave)/Mが出力される。
アンプ256には、遅延部256で遅延された1H期間前のフィルタ出力Clpf(N,nave−1)が供給され、このフィルタ出力は、アンプ256において(M−1)/M倍され、加算器258には、Clpf(N,nave−1)×(M−1)/Mが出力される。
加算器258は、C(N,nave)/MとClpf(N,n−1)×(M−1)/Mとを加算し、この加算値が、Nフレームのn番目の水平走査ラインに適用される輝度低減率Clpf(N,n)として、乗算器320に出力される。
このように、フィルタ250では、求められた最新の輝度低減率よりも、1H期間前の輝度低減率との加算割合を大きく設定することで、急激な輝度低減率の変化を防止している。
<変形例2>
実施形態1〜3では、非常に明るいシーンからやや明るいシーンに移ったときに、一時的にパネル電流が制限電流レベルを越える可能性がある。本変形例2では、パネル電流が制限レベルを超えることをより確実に防止するため、ラインデータの差(実施形態1)、ラインデータの比(実施形態2)の値を判定し、判定結果に応じて差又は比を任意の値に置換する。なお、実施形態3への適用は、上記差又は比を任意の値に置換し、かつ、フレームデータとしてN−1フレームのn番目のラインからNフレームのn−1番目のラインまでのデータを用いればよい。
具体的には、実施形態1については、比較演算部216で求めたi(N,n)−i(N−1,n)が、負の場合(輝度減少の場合)、比較演算部216は、その差を用いず、差分データとして、0[i(N,n)−i(N−1,n)=0]をフレームデータ予測部222に出力する。
実施形態2については、比較演算部226で求めたi(N,n)/i(N−1,n)が、1未満の時、比較演算部226は、その比を用いず、フレームデータ予測部228に、比データとして、1[i(N,n)/i(N−1,n)=1]を出力する。
このような処理を行うことで、非常に明るいシーンからやや明るいシーンに変化した場合に、電流値の減少を過大に見積もり、実際の電流値よりも少ない電流値を予測してしまい、十分に輝度制限を行えないということを防止することができる。特に実施形態3のようにN−1フレームのn番目のラインからNフレームのn−1番目のラインのデータを基フレームデータとして演算を行う場合、より確実にパネル電流を制限値以下にすることができる。
なお、この変形例2の処理を行うことで、明るいシーンから暗いシーンになった時のコントラストの復帰は遅くなるが、消費電力低減、OLED素子の長寿命化の観点からは目的を達成している。
<変形例3>
上述の実施形態、及び変形例では、演算対象のラインと表示ラインを同じにするために1H遅延部310を設けているが、実施形態1で説明したように、省略することもきる。1H遅延部310を省略した場合、1ライン分の応答の遅れが生じるが、パネルの総電流に対しては、全水平ライン数分の1の影響しかない。したがって、通常はこのブロックを省略しても問題ない。
なお、1H遅延部310を省略した場合、輝度低減率の算出式は次のようになる。
I(N-1,1)+(i(N,n)−i(N-1,n))x k >Ilim ・・・(10)
と判断されたとき、
C(N,n+1)=Ilim/(I(N-1,1)+(i(N,n)−i(N-1,n))x k) ・・・(11)
とする。つまり、変形例3では、NフレームとN−1フレームのn番目の水平走査ライン画素データの比較演算に基づいて、Nフレームのn番目以降(具体的にはn+1番目)の水平走査ラインにおける画素データに対して輝度低減処理が行われる。
<変形例4>
上述の各実施形態,比較例においてラインデータ算出部210によって1水平走査ライン分の画素データの総和(加算値)を求め、これを輝度低減率の設定に利用するとして説明している。しかし総和に限らず、1水平走査ライン分の画素データの平均値を求めてもよい。平均値は、ラインデータ算出部210で得た画素データの1H分の総和を1水平走査ラインの画素数(パネルの列数lに等しい)で除すことで求めることができる。この場合、1フレーム遅延部212は、1Hデータの平均値を1フレーム遅延させ、1Vデータ算出部214、224は、1フレーム相当の画素データの総和ではなく平均値を求めればよい。比較演算部216、フレームデータ予測部222、輝度低減率算出部222での演算処理は、各実施形態と同様の処理を適用できる。
以上各実施形態、比較例において輝度の制限レベル、パネル電流の制限レベルは何れも48%とした場合について説明しているが、もちろん、48%には限らず、要求される装置の消費電力、表示素子の発光特性などを考慮して、設定することができる。また、状況に応じてこの制限レベルを変更可能としても良い。
本発明の実施形態に適用可能なアクティブ型OLEDパネルの1画素当たりの回路構成を示す図である。 素子駆動用TFTのゲートに印加される入力電圧(Vgs)と、OLED素子の輝度および電流icvの関係を示す図である。 本発明の実施形態1にかかる表示装置の駆動装置の構成例を示す図である。 表示パネルの画面上での輝度の変化の状態を示している。 図4のような輝度変化をする場合において、輝度低減処理をしない場合における画素データの輝度変化及びパネル電流の経時変化を示す図である。 本発明の実施形態1の駆動方法によって輝度低減処理を実行する場合の画素データの輝度、輝度低減率及びパネル電流の時間変化を示す図である。 比較例にかかる輝度低減処理を実行する場合の画素データの輝度、輝度低減率及びパネル電流の時間変化を示す図である。 本発明の実施形態2にかかる表示装置の駆動装置の構成例を示す図である。 実施形態2の駆動方法によって輝度低減処理を実行する場合の画素データの輝度、輝度低減率及びパネル電流の経時変化を示す図である。 実施形態3の駆動方法によって輝度低減処理を実行する場合の画素データの輝度、輝度低減率、パネル電流の経時変化を示す図である。 本発明の実施形態の変形例1を説明する図である。 LPF2の構成例を示す図である。
符号の説明
1 素子駆動用TFT、2 選択用TFT、3 OLED素子(有機EL素子)、100 表示パネル、210 ラインデータ算出部、212 1フレーム遅延部、214 1Vデータ算出部、216,226 比較演算部、220,230 輝度決定部、222,232 フレームデータ予測部、224,234 輝度低減率算出部、300 駆動回路、310 1H遅延部、320 乗算器、330 γ補正部、340 D/A変換部。

Claims (8)

  1. マトリクス状に配置された複数の画素のそれぞれに表示素子を備える表示パネルに対し、各表示素子に供給する電力を制御することで所望イメージを表示する表示装置の駆動装置であって、
    各画素における表示内容に応じた画素データの中、Nフレーム目のn番目の水平走査ラインに相当する画素データと、N−1フレーム目のn番目の水平走査ラインに相当する画素データとの比較演算をする比較演算部と、
    輝度低減率を設定する輝度決定部と、を備え、
    前記水平走査ラインに相当する画素データは、1水平走査ライン分の画素データの加算値又は平均値であり、
    前記輝度決定部は、
    比較演算結果と、
    N−1フレーム目に相当する全画素データの合計値又はN−1フレーム目のn番目の水平走査ラインからNフレーム目のn−1番目の水平走査ラインに相当する全画素データの合計値と、
    に基づいてNフレーム目のn番目またはそれ以降の水平走査ラインに相当する画素データに対する前記輝度低減率を決定し、
    前記表示素子は、供給された電流量に応じた輝度で発光する電流駆動型素子であり、設定された前記輝度低減率に応じた電流が各表示素子に供給される
    ことを特徴とする表示装置の駆動装置。
  2. 請求項1に記載の表示装置の駆動装置において、
    前記輝度決定部は、
    前記比較演算結果と、
    前記N−1フレーム目に相当する全画素データの合計値又は前記N−1フレーム目のn番目の水平走査ラインからNフレーム目のn−1番目の水平走査ラインに相当する全画素データの合計値と、に基づいて、
    Nフレーム目の全画素データの予測値を求め、この予測値が、所定制限値を超える場合、
    該制限値を超えないように前記輝度低減率を決定することを特徴とする表示装置の駆動装置。
  3. 請求項1又は請求項2に記載の表示装置の駆動装置において、
    さらに、Nフレーム目のn番目の水平走査ラインに相当する画素データの1ライン分を算出するラインデータ算出部と、
    前記ラインデータ算出部で求めたラインデータを1フレーム期間遅延させる遅延部と、をさらに備え、
    前記比較演算部は、
    前記遅延部で遅延された1フレーム前のN−1フレーム目のn番目の水平走査ラインにかかる画素データのラインデータと、Nフレーム目のn番目の水平走査ラインにかかる画素データのラインデータとを比較演算し、前記輝度決定部に前記比較演算結果を供給することを特徴とする表示装置の駆動装置。
  4. 請求項1〜請求項のいずれか一項に記載の表示装置の駆動装置において、
    前記比較演算部は、前記比較演算結果として、Nフレーム目のn番目の水平走査ラインに相当する画素データと、N−1フレーム目のn番目の水平走査ラインに相当する画素データとの差分を求めることを特徴とする表示装置の駆動装置。
  5. 請求項1〜請求項のいずれか一項に記載の表示装置の駆動装置において、
    前記比較演算部は、前記比較演算結果として、Nフレーム目のn番目の水平走査ラインに相当する画素データと、N−1フレーム目のn番目の水平走査ラインに相当する画素データとの比を求めることを特徴とする表示装置の駆動装置。
  6. 請求項1〜請求項のいずれか一項に記載の表示装置の駆動装置において、
    前記Nフレーム目のn番目の水平走査ラインに相当する画素データと、N−1フレーム目のn番目の水平走査ラインに相当する画素データとの差が負であるか又は比が1より小さい時は、それぞれ、前記差が0である又は前記比が1であるとして、前記輝度低減率を決定することを特徴とする表示装置の駆動装置。
  7. 請求項1〜請求項のいずれか一項に記載の表示装置の駆動装置において、
    前記輝度決定部の入力側又は出力側に、ローパスフィルタを備えることを特徴とする表示装置の駆動装置。
  8. マトリクス状に配置された複数の画素のそれぞれに表示素子を備える表示パネルに対し、各表示素子に供給する電力を制御することで所望イメージを表示する表示装置の駆動方法であって、
    各画素における表示内容に応じた画素データの中、Nフレーム目のn番目の水平走査ラインに相当する画素データと、N−1フレーム目のn番目の水平走査ラインに相当する画素データとを比較演算し、
    前記水平走査ラインに相当する画素データは、1水平走査ライン分の画素データの加算値又は平均値であり、
    前記比較演算結果と、
    N−1フレーム目に相当する全画素データ又はN−1フレーム目のn番目の水平走査ラインからNフレーム目のn−1番目の水平走査ラインに相当する全画素データと、
    に基づいて、
    Nフレーム目のn番目またはそれ以降の水平走査ラインに相当する画素データに対する前記輝度低減率を決定するものであり、
    前記表示素子は、供給された電流量に応じた輝度で発光する電流駆動型素子であり、設定された前記輝度低減率に応じた電流が各表示素子に供給される
    ことを特徴とする表示装置の駆動方法。
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