JP5425222B2 - 表示パネルの駆動方法及び表示装置 - Google Patents
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Description
表示パネル、特にマトリックス配線を有する表示パネルの駆動方法および表示パネルを備えた表示装置に関する。
表示パネルは、マトリックス状に配列複数の表示素子の各々が、複数の行配線と複数の列配線からなるマトリックス配線に接続されたものがある。そして、このような表示パネルを用いた表示装置では、走査信号を順次、複数の行配線に入力し、それと同期して、表示する画像に応じた変調信号を複数の列配線に入力して、複数の表示素子を行毎に順次駆動することにより画像の表示を行う。従って、走査信号と変調信号によって、表示素子に印加される電圧及び/又は表示素子に流れる電流が制御される。
特許文献1には、外部からの要求等により、走査選択信号の電圧レベルを変更することで、黒レベルの輝度を落として暗所コントラストを向上させることが開示されている。
特許文献2には、照度測定部と、照度測定部の測定値から表示面での拡散反射輝度を演算する拡散反射輝度演算部と、拡散反射輝度演算部からの信号をもとに発光輝度を演算する発光輝度演算部と、発光輝度演算部の信号をもとに画面輝度を調光する調光部と、を有する表示装置が開示されている。
特許文献3には、外来光の照度に応じて、有機ELパネルにおける有機EL素子の駆動電力を制御することが開示されている。
近年、環境面や経済面の要求から、表示装置には消費電力を低減することが要求されている。一方で、使用者は良好な表示品質も求めている。従来の技術では、これらを両立することは困難であった。そこで、本発明は、使用者が感じる表示品質の低下を抑制しつつ、消費電力を低減することを目的とする。
上記課題を解決するための本発明は、複数の行配線と、前記複数の行配線と交差する複数の列配線と、前記複数の行配線及び前記複数の列配線の各々に接続された複数の表示素子と、を備える表示パネルの、前記複数の行配線の各々へ選択電位を順次付与するとともに、前記複数の行配線の各々への前記選択電位の付与に同期して前記複数の列配線へ第1電位から第2電位までの範囲の電位を付与することによって、前記選択電位が付与された前記行配線に接続された前記表示素子が、当該表示素子に接続された前記列配線へ前記第1電位が付与された場合の発光輝度以上、当該表示素子に接続された前記列配線へ前記第2電位が付与された場合の発光輝度以下の範囲の発光輝度にて、前記表示パネルの表示面に表示を行う表示パネルの駆動方法であって、前記表示面に外光が入射することにより前記表示面で生じる拡散反射輝度と、前記選択電位が付与された前記行配線及び前記第1電位が付与された前記列配線に接続された前記表示素子の発光輝度とが等しくなる第1環境と、前記拡散反射輝度が前記第1環境における前記拡散反射輝度よりも高くなる第2環境との間で、前記第2環境における前記第1電位と前記第2電位との差を、前記第1環境における前記第1電位と前記第2電位との差よりも小さくし、かつ、前記選択電位が付与された前記行配線及び前記第1電位が付与された前記列配線に接続された前記表示素子の前記第2環境における発光輝度を、前記第2環境における前記拡散反射輝度以下であって、前記選択電位が付与された前記行配線及び前記第1電位が付与された前記列配線に接続された前記表示素子の前記第1環境における前記発光輝度よりも高くする変更を行うことを特徴とする。
本発明によれば、使用者が感じる表示品質の低下を抑制しつつ、消費電力を低減することができる。
図1(a)は表示装置の構成の一例を示す模式図である。表示装置は表示パネル100と、表示パネル100を駆動するための駆動回路300とを少なくとも備えている。表示パネル100は、マトリックス配線200を備えている。マトリックス配線200は、複数の行配線201と複数の列配線202からなり、複数の行配線201と複数の列配線202は互いに交差している。交差部では、行配線201と列配線202は絶縁されている。駆動回路300は、走査回路301と変調回路302とを備えている。走査回路301は複数の行配線201と接続されており、変調回路302は複数の列配線202と接続されている。図1では、行配線201は水平方向に、列配線202は垂直方向に延在しているものとして示している。しかしながら、行配線201と列配線202は、表示パネル100の姿勢によって定義されるものではなく、走査回路301と接続されているか、変調回路302と接続されているかによって定義されるものである。
図1(b)は表示パネル100の一部を拡大した模式図である。表示パネル100はマトリックス配列された複数の表示素子101を備えており、複数の表示素子101の各々は一本の行配線201と一本の列配線202に接続されている。複数の表示素子101が、表示パネル100の表示面を構成する。図1(b)では、3本の行配線201(C1,C2,C3)と3本の列配線202(R1,R2,R3)の各々の交差部に対応して1つづつ設けられた、9個の表示素子101(D11〜D33)を示している。例えばD11は、C1とR1に接続されており、D12はC1とR2に接続されており、D21はC2とR1に接続されており、D33はC3とR3に接続されている。
表示素子101の一例としては、カソードルミネッセンス素子(以下、CL素子と記す)を用いることができる。図2(a)にCL素子の一例の断面図を示す。CL素子は、行配線201及び列配線202に接続された電子放出素子102と、電子放出素子102と真空を介して対向する表示部材104とを有する。電子放出素子102は絶縁基板110上に設けられており、表示部材104は、透明基板120上に設けられている。マトリックス配線200は絶縁基板110上に設けられている。
電子放出素子102は、カソード111(低電位電極)とゲート112(高電位電極)を備える、電界放出型の電子放出素子を用いることができる。電界放出型の電子放出素子としては、表面伝導型(SCE型)、Spindt型、CNT型、MIM型、MIS型、BSD型等が挙げられるが、特に限定されるものではない。図2(a)に示した例では、カソード111は点線で囲んで示した部分に電子放出部113を備えており、カソード111の電子放出部113とゲート112とは間隙を介して配置されている。なお、カソード111とゲート112は、それぞれ複数の部材で構成されてもよい。
表示部材104は発光体121を少なくとも備え、典型的にはメタルバックと呼ばれる金属膜122を備える。発光体121としては蛍光体を用いることができる。典型的には、発光体121が表示パネル100の表示面を構成する。金属膜122は、発光体121が発した光を使用者の側に反射する。金属膜122はアノード電極として用いることができ、数kV〜数10kVのアノード電位に規定されることにより、放出された電子に、発光体を発光させるのに十分なエネルギーを付与する。なお、金属膜122を省略して、透明導電性膜を発光体121と透明基板120との間に設けて、透明導電性膜をアノード電極として用いても良い。
図2(b)に、電子放出素子102の平面図を示す。以下、図2(b)に示すように、電子放出素子102のカソード111が行配線201、ゲート112が列配線202に接続されている場合について説明する。図2(b)において、行配線201と列配線202は、絶縁層203を間に挟んで、絶縁されている。行配線201と列配線202とに電位が付与されると、それらの電位差に応じて電子放出素子102に電圧(これを駆動電圧VDと呼ぶ)が印加される。電子放出素子102は駆動電圧VDに応じた量の電子を放出する。放出された電子は表示部材104を照射し、放出された電子の量(これを放出電流Ieと呼ぶ)に応じた発光輝度で発光体121が発光する。
図2(c)に、電界放出型の電子放出素子102の駆動電圧VD−放出電流Ie特性及び駆動電圧VD−発光輝度L特性の一例を示す。ここで示す例では、駆動電圧が9[V]以下では放出電流がほぼ0となる電子放出素子を用いている。そして、9[V]を閾値電圧Vthと定義することができるが、閾値電圧Vthの近傍であっても、放出電流は完全に0ではない。そのため、例えば、駆動電圧が8[V]の時に0.0005[cd/m2]程度、駆動電圧が9[V]の時に0.01[cd/m2]程度、駆動電圧が10[V]の時に0.1[cd/m2]程度、駆動電圧が11[V]の時に1[cd/m2]程度の発光輝度が生じてしまう。また、ここで示す電子放出素子の場合は、駆動電圧が18[V]の時に、放出電流は10[μA]であり、500[cd/m2]程度の発光輝度が得られる。電子放出素子に印加する電圧が18[V]を超えると放出電流が極端に大きくなり、電子放出素子が破壊される可能性があるため、駆動電圧VDの最大値を18[V]としている。つまり、500[cd/m2]がピーク発光輝度となる。また、ここで示す電子放出素子の例では、電子放出素子102に逆方向電圧が印加される場合には、放出電流及び発光輝度は実質的に0である。
図2(d)は1本の行配線201と1本の列配線202とに接続された1つの表示素子101を表す等価回路を示す。この図2(d)では、符号102が図2(b)の電子放出素子102に対応する。図2(d)に示すように、表示パネル100は、表示素子101毎に容量103を持っている。この容量103は、行配線201と列配線202とが交差することにより必然的に生ずる容量を含みうる。さらに、表示素子101(CL素子の場合には典型的には電子放出素子102)に意図的に設けられた容量、及び/又は、非意図的に生ずる容量を含みうる。そして、容量103はこれらの合成容量CD[F]を有する。容量103については後で詳述する。
図3(a)に、表示パネル100に表示を行わせるために、駆動回路300が表示パネル100に出力する駆動信号の波形の一例を示す。ここでは、D11、D22,D33の3つの表示素子に印加される駆動信号の波形を示す。駆動信号は、走査回路301が出力する走査信号と、変調回路302が出力する変調信号からなる。
行配線201の各々には、走査回路301から、選択電位VSと非選択電位VNを有する走査信号が入力される。具体的には、C1には期間T1にVS、C2には期間T2にVS、C3には期間T3にVSが、それぞれ付与される。それぞれに選択電位VSが付与されている期間(T1,T2,T3)を選択期間と呼ぶ。一方、C1,C2,C3には選択期間以外の期間である非選択期間に、非選択電位VNが付与される。このようにVSとVNを時系列的に交互に付与して、全ての行配線201に選択電位VSを順次付与することにより、複数の行配線201を走査する。走査の方法は、プログレッシブ方式でもよいし、インターレース方式でもよい。複数の行配線201の全てにVSを付与する期間を走査期間と呼ぶ。プログレッシブ方式の場合は1回の垂直走査、インターレース方式の場合には2回の垂直走査により、表示面に1つの画面が形成される。1秒間あたりに画面を書き換える回数をリフレッシュレートFv[Hz]と呼ぶ。
一方、列配線202には、走査信号に同期して、変調回路302から、黒レベル電位VBから白レベル電位VWまでの範囲にある変調電位VMを有する変調信号が入力される。すなわち、変調信号の全振幅(波高)VMP−Pは|VW−VB|で表される。変調信号は、少なくともVBとVWの2値の電位レベルを有していればよい。黒レベル電位VBが本発明の第1電位、白レベル電位VWが本発明の第2電位に対応する。詳細は後述するが、本発明では、黒レベル電位VB、白レベル電位VWは変更が可能である。
変調信号の波形の一例を図3(b)〜(d)に示す。図3(b)は、VMが2値の場合であり、VBとVWを出力する時間の比(デューティ比)を制御して階調表示を行うパルス幅変調(PWM)を示している。なお、図3(a)は、パルス幅変調の例を示している。図3(c)は、VBとVWの2値に加えて、VBとVWの間の1値以上からなる3値以上の電位レベルを有する場合であり、VMを制御して階調表示を行うパルス振幅変調(PAM)を示している。また、図3(d)は、パルス幅変調とパルス振幅変調とを組み合わせて階調表示を行う例である。この例は、詳しくは、特開2003−173159号公報に記載されている。なお、パルス幅変調とパルス振幅変調とを組み合わせて階調表示を行う場合には、最低階調を表示するための電位がVBである。最低階調よりも高い階調から最高階調までの階調を表示するために用いられる電位VMのうち、最も高い電位がVWである。典型的な駆動方法では、最高階調はVWを用いて表示される。
ここでは、電子放出素子102のカソード111が行配線201、ゲート112が列配線202に接続されているので、VS,VN,VB,VWは、VS<VB<VW,VS<VNの関係を満たす。しかし、カソード111が列配線202、ゲート112が行配線201に接続されている場合には、VB<VW<VS,VN<VSの関係を満たす。なお、VS,VN,VB,VWの各電位は、基準電位である0[V]を接地電位として説明し、基準電位に対して、正電位、0[V]、負電位のいずれかの値を持つものとして説明する。
VSとVWとの電位差は閾値Vth以上であるように設定されている。VSが付与された行配線201と、VMが付与された列配線202とに接続された電子放出素子102は、VSとVMの電位差で決定されるVDに応じた量の電子を放出し、対向する表示部材104の発光体121が発光する。図1(b)、図3(a)に示した例では、選択期間T1にはC1とR1,C1とR2,C1とR3に接続された表示素子D11、D12,D13が表示を行う。選択期間T2にはC2とR1,C2とR2,C2とR3に接続された表示素子D21,D22,D23が表示を行う。選択期間T3にはC3とR1,C3とR2,C3とR3に接続された表示素子D31,D32,D33が表示を行う。
PWM、及び、PWMとPAMを組み合わせた変調では、変調信号のパルス幅、つまり、黒レベル電位VB以外の電位(VB<VM≦VW)を付与する期間は、黒レベル電位VBを付与している期間の間の期間として規定される。そのため、黒レベル電位以外の変調電位を付与する場合でも、1選択期間毎に列配線202へ黒レベル電位VBを付与する。PAMにおいては、変調信号パルス幅を、選択期間の開始と終了によって規定することもできるが、1選択期間毎に列配線202へ黒レベル電位VBを付与することが好ましい。また、PWM、PAM、PWMとPAMを組み合わせた変調の何れにおいても、1選択期間内での黒レベル電位以外の電位の付与は、選択期間以内に行われることが好ましい。図3(a)では、1選択期間毎に、少なくとも選択期間の開始と終了の時点で黒レベル電位VBを付与している形態を示している。
行配線201にVSを付与し、列配線202にVWを付与した場合の表示素子101の発光輝度を白発光輝度と呼ぶ。白発光輝度は、表示素子101のピーク発光輝度以下の発光輝度であり、VSが付与された時に、表示素子101が呈する発光輝度の最高値である。すなわち、表示素子101の発光輝度を最高とせしめる変調電位VMが白レベル電位VWである。なお、白発光輝度と言っても、表示素子の表示色或いは表示部材104の表示色が白色に限定されるものではなく、赤色、緑色、青色等であっても、便宜的に白発光輝度と呼ぶ。
また、行配線201にVSを付与し、列配線202に黒レベル電位VBを付与した時の発光輝度を黒発光輝度と呼ぶ。黒発光輝度は、0[cd/m2]以上の発光輝度であり、VSが付与された時に、表示素子101が呈する発光輝度の最低値である。すなわち、表示素子101の発光輝度を最低とせしめる変調電位VMが黒レベル電位VBである。
このように、表示パネル100は、黒レベル電位VBから白レベル電位VWまでの範囲の変調電位VMに応じて、黒発光輝度以上、白発光輝度以下の範囲の発光輝度で表示を行う。この発光輝度の範囲はVBとVWによって異なる。
本発明では、白発光輝度と黒発光輝度の比を発光コントラスト比と定義する。発光コントラスト比は、表示パネル100自体の性能に依存するコントラスト比であり、表示品質を決める重要なファクターである。一般的に、発光コントラスト比が高い程、表示品質が良好である。
例えば、VS=−8[V]VN=0[V]、VB=0[V]、VW=+10[V]とする。この場合、選択期間に、VS=−8[V]が付与された行配線201と、VB=0[V]が付与された列配線202に接続された電子放出素子102には、VD=8[V]が印加される。したがって、黒発光輝度は0.0005[cd/m2]程度である。VS=−8[V]が付与された行配線201と、VW=+10[V]が付与された列配線202に接続された電子放出素子102にはVD=18[V]が印加される。したがって、図2(d)に示したように、電子放出素子102の放出電流は10[μA]であり、白発光輝度は500[cd/m2]程度である。したがって、発光コントラスト比が100万:1であり、非常に優れた表示品質が得られる。なお、発光輝度は、行配線201が1080本の表示パネル100を、プログレッシブ方式で走査した場合の1秒間あたりの発光輝度の積分値を、暗室で測定した値である。
上記した例では、非選択期間に、VN=0[V]が付与された行配線201と、VW=+10[V]が付与された列配線202に接続された電子放出素子102にはVD=10[V]が印加される。VB=0[V]が付与されている場合には、VD=0[V]である。そのため、非選択期間の表示部材の発光輝度は、0〜0.1[cd/m2]程度となる。表示品質を向上する点で、この非選択期間の発光輝度は小さくすることが好ましい。そこで、VN=+5[V]とすれば、VW=+10[V]が付与されている場合には、VD=5[V]となり、VB=0[V]が付与されている場合には、VD=−5[V]となる。このように、非選択電位VNをVWからVBの範囲の電位とすることで、非選択期間の発光輝度を十分に小さくできる。駆動電圧VDとして逆方向電圧が印加される場合に発光輝度が実質的に0となる表示素子では、VN=VWとすることがより好ましい。駆動電圧VDとして逆方向電圧が印加される場合に、順方向電圧が印加される場合と同様の発光輝度を呈するような表示素子では、VNはVWとVBの中間値(VB+VW)/2に設定することがより好ましい。
次に、表示パネル100の駆動を行う際の表示装置の電力消費について説明する。上述したように、パルス幅変調を行う場合には、変調回路302によって列配線202に出力される変調信号は、選択期間毎に黒レベル電位VBから白レベル電位VWへ遷移し、白レベル電位VWから黒レベル電位VBへ遷移する。従って、図2(c)に示した容量103では、変調信号のVBからVWへの遷移の際に充電が、VWからVBへの遷移の際に放電が生じる。この充電と放電による電力である「充放電電力」が表示装置の電力消費の一因である。この充放電電力の大部分は、変調回路302と列配線202の抵抗分で消費され熱に変換されるため、表示素子101の発光には直接関係の無い無駄な電力である。
列配線202の数がX本、行配線201の数がY本である場合、1本の列配線202あたりの容量は、1本の列配線202に交差する行配線201の数に比例するので、CD×Yである。表示パネル100をリフレッシュレートFv[Hz]で駆動する場合、変調回路302から見た充放電電力PM(1秒あたりに消費される電力量)は、
PM=1/2×(CD×Y)×(VW−VB)2×(N×Y)×X×Fv 式(1)
で表される。なお、式(1)中、Nは、1選択期間中の変調信号の電位の遷移回数を表しており、N×Yは1走査期間中の変調信号の電位の遷移回数を表している。図3(a)に示すように、パスル幅変調を用いる場合には、1選択期間毎に、VBからVWへの遷移と、VWからVBへの遷移との2回の遷移が必然的に生じる。そのため、N=2である。そのため、パルス幅変調の場合には、この充放電電力は、黒発光輝度より高い発光輝度で表示を行う場合に、その輝度によらずに生じる電力である。
PM=1/2×(CD×Y)×(VW−VB)2×(N×Y)×X×Fv 式(1)
で表される。なお、式(1)中、Nは、1選択期間中の変調信号の電位の遷移回数を表しており、N×Yは1走査期間中の変調信号の電位の遷移回数を表している。図3(a)に示すように、パスル幅変調を用いる場合には、1選択期間毎に、VBからVWへの遷移と、VWからVBへの遷移との2回の遷移が必然的に生じる。そのため、N=2である。そのため、パルス幅変調の場合には、この充放電電力は、黒発光輝度より高い発光輝度で表示を行う場合に、その輝度によらずに生じる電力である。
パルス振幅変調、又は、パルス幅変調とパルス振幅変調を組み合わせた変調を行う場合には、充放電電力の最大値は、選択期間毎に全ての列配線202にVWを付与した場合を想定すれば、パルス幅変調の場合と同様に算出できる。パスル振幅変調を行う場合でも、1選択期間毎にVBを付与すると、2回の遷移が生じるため、N=2である。パスル振幅変調の場合には、1選択期間毎に2回の遷移は必須ではないが、画像を表示すれば画像に応じた回数の遷移が生じる。例えば、行配線201ごとに白発光輝度と黒発光輝度が繰り返されるストライプパターンでは、2選択期間毎にVBからVWへの遷移、VWからVBへの遷移が少なくとも1回生じるため、N=1となる。
同様に、図2(c)に示した容量103では、走査信号のVNからVSへの遷移とVSからVNへの遷移の際に充放電が生じる。走査回路301から見た1本の行配線あたりの容量は、1本の行配線201に交差する列配線202の数に比例するので、CD×Xである。表示パネル100をリフレッシュレートFv[Hz]で駆動する場合、走査回路301からみた充放電電力PS(1秒あたりに消費される電力量)は、
PS=1/2×(CD×X)×(VN−VS)2×(2×1)×Y×Fv 式(2)
で表される。なお、式(2)中、2×1は、1選択期間中の走査信号の電位の遷移回数を表している。
PS=1/2×(CD×X)×(VN−VS)2×(2×1)×Y×Fv 式(2)
で表される。なお、式(2)中、2×1は、1選択期間中の走査信号の電位の遷移回数を表している。
N=2の場合、式(1)と式(2)を比較すると、
Y>{(VN−VS)/(VW−VB)}2 式(3)
を満たすと、PM>PSとなり、変調回路302からみた充放電電力PMが、走査回路301からみた充放電電力PSを上回ることになる。また、典型的な変調回路302は、走査回路301に比べて回路構成が複雑であるため、発熱が大きい傾向にある。
Y>{(VN−VS)/(VW−VB)}2 式(3)
を満たすと、PM>PSとなり、変調回路302からみた充放電電力PMが、走査回路301からみた充放電電力PSを上回ることになる。また、典型的な変調回路302は、走査回路301に比べて回路構成が複雑であるため、発熱が大きい傾向にある。
HDTV規格の典型的な表示パネルではX=1920×3、Y=1080である。表示素子101に表面伝導型の電子放出素子を用いた場合には、例えば、CD=0.4[pF]である。VW=+9[V]、VB=0[V],VN=0[V]、VS=−9[V]、N=2、Fv=60[Hz]、とすると、変調回路302から見た充放電電力は、PM=13[W]である。一方、走査回路301から見た充放電電力は、PS=12[mW]であり、PMの1/1000程度である。また、フリッカの発生を抑えるために、リフレッシュレートをFv=120[Hz]とすると、PM、PSはそれぞれ2倍になり、PMとPSの差は増大する。
以上のような理由から、変調回路302から見た充放電電力PMを低減することが表示装置の消費電力を低減する上で効果的である。特に、式(1)から理解されるように、PMは(VW−VB)2に比例する。したがって、変調回路302の消費電力を大幅に低減するには、変調電位の黒レベル電位VBと白レベル電位VWの差|VW−VB|を小さくするように、白レベル電位VWと黒レベル電位VBの少なくとも一方を変更すればよい。CL素子ではVW>VBであるから、VBを一定にしてVWを小さくする方法、VWを一定にしてVBを大きくする方法、VBを大きくしてVWを小さくする方法がある。また、VW及びVBを小さくして、VWをVBに比べてより小さくする方法、VW及びVBを大きくして、VBをVWに比べてより大きくする方法もある。
しかしながら、VBとVWの差を小さくしただけでは、発光コントラスト比が低下するため、表示品質の低下が顕著に観察されてしまう場合がある。そこで、VBとVWの差を小さくする際に、使用者が感じる表示品質の低下を抑制することができる条件を見出した。
表示パネル100の表示面に、表示パネル100の外部から光が入射すると、表示パネル100の表示面での拡散反射により、使用者にとっては表示面が明るく見える現象がある。ここで、表示パネル100の表示面に入射する、表示パネル100の外部の光を外光と呼ぶ。外光の拡散反射によって表示面に生じる輝度を拡散反射輝度と呼ぶ。拡散反射輝度は、表示面の拡散反射率と、外光の照度とに比例する。表示面の処理により、拡散反射率が小さくなるような検討が行われているが、拡散反射率を0%にすることは不可能である。詳細には、拡散反射輝度は、表示素子101の発光輝度を0[cd/m2]にした状態で測定される表示面の輝度である。一方、これまで説明した発光輝度とは、拡散反射輝度を0[cd/m2]にした状態、つまり、外光照度を0[lx]にした状態で測定される表示素子101の輝度である。
使用者が観察する表示素子101の輝度は、発光輝度と拡散反射輝度の和によって決定され、これを表示輝度と呼ぶ。本発明では、特に黒発光輝度と拡散反射輝度の和を黒表示輝度、白発光輝度と拡散反射輝度の和を白表示輝度と呼ぶことにする。そして、白発光輝度と黒発光輝度との比である発光コントラスト比に対して、白表示輝度と黒表示輝度の比を表示コントラスト比と呼ぶ。一般的に、表示コントラスト比は、外光照度が低い場合に暗所コントラスト比、外光照度が高い場合に明所コントラスト比と呼ばれる。
白発光輝度及び黒発光輝度が一定の状態で、外光の照度が高くなると、発光コントラスト比は変化しないが、表示コントラスト比は低下する。使用者にとっては、白表示輝度の変化は小さく、黒表示輝度の変化が大きいかのように感じる。この状態を黒浮きと呼ぶ。
この黒浮きは、黒発光輝度と拡散反射輝度の比が影響している。そして、拡散反射輝度が黒発光輝度よりも低い状態では、使用者が感じる輝度は、黒発光輝度が支配的である。また、拡散反射輝度が黒発光輝度よりも高い状態では、使用者が感じる輝度は、拡散反射輝度が支配的である。支配的になるのは、使用者が感じる輝度が、黒発光輝度と拡散反射輝度の差ではなく、比が影響するためと考えられる。このように、使用者が感じる、拡散反射輝度と黒発光輝度のいずれか高い方の輝度を黒実効輝度と呼ぶ。なお、拡散反射輝度と白発光輝度についても同様に、拡散反射輝度と白発光輝度のいずれか高い方の輝度が白実効輝度であるが、通常の使用においては、白発光輝度は拡散反射輝度よりも高い。本発明では、白実効輝度と黒実効輝度の比を実効コントラスト比と呼ぶ。外光照度に応じた環境であって、拡散反射輝度が黒発光輝度よりも高くなる環境を実効的明環境と呼び、拡散反射輝度が黒発光輝度よりも低くなる環境を実効的暗環境と呼ぶ。拡散反射輝度と黒発光輝度とが等しくなる環境を基準環境と呼び、このときの拡散反射輝度を基準拡散反射輝度、外光照度を基準照度と呼ぶ。なお、黒発光輝度が0[cd/m2]である場合には、基準拡散反射輝度は0[cd/m2]、基準照度は0[lx]である。実効的暗環境における実効コントラスト比を実効暗所コントラスト比と呼び、実効的明環境における実効コントラスト比を実効明所コントラスト比と呼ぶ。
図4(a)に、先に説明した発光コントラスト比が100万:1の表示パネルの黒発光輝度及び拡散反射輝度の関係を示した。横軸は表示面に入射する外光の照度[lx]、縦軸は黒発光輝度及び拡散反射輝度[cd/m2]である。図4(a)において、直線Aは表示面の拡散反射率が1%である場合の拡散反射輝度を示し、拡散反射輝度は、拡散反射率×外光照度/πとして求めた。直線Bは黒発光輝度を示す。直線B0は表示パネル自体の黒発光輝度なので外光照度に関わらず一定の0.0005[cd/m2]である。
直線Aと直線B0の交点は、拡散反射輝度が0.0005[cd/m2]であり、外光照度が0.16[lx]である。したがって、基準拡散反射輝度は0.0005[cd/m2]であり、基準照度は0.16[lx]である。図4(a)中、領域(1)は外光照度が基準照度よりも低い範囲であり、拡散反射輝度が黒発光輝度よりも低い実効的暗環境である。したがって、直線Aが直線B0の下に位置している。領域(2)は外光照度が基準照度より高い範囲であり、拡散反射輝度が黒発光輝度よりも高い実効的明環境である。したがって、直線Aが直線Bの上に位置している。外光照度が高くなると拡散反射輝度も高くなり、基準照度を境に実効的暗環境から実効的明環境に移行する。そして、使用者が感じる表示品質に影響する要因は、実効暗所コントラスト比から実効明所コントラスト比に移行する。
図4(b)に、外光照度に応じて、黒発光輝度を変更した例を示す。横軸、縦軸及び直線Aは図4(a)と同じである。直線B1〜B4は黒発光輝度を示し、外光照度が高くなると、黒発光輝度を高くしている。なお、直線B1は直線B0の一部と一致している。
図4(b)中、領域(1)は外光照度が基準照度よりも低い領域であり、拡散反射輝度が黒発光輝度よりも低い実効的暗環境である。したがって、直線Aが直線B1の下に位置している。領域(2)、(3)は外光照度が基準照度よりも高い領域であり、拡散反射輝度が黒発光輝度よりも高い実効的明環境である。したがって、直線Aが直線B1〜B4の上に位置している。
図4(b)でも、図4(a)と同様に、使用者が感じる表示品質に影響する要因は、基準照度を境に実効暗所コントラスト比から実効明所コントラスト比に移行する。そして、図4(b)では、領域(2)、(3)が実効的明環境であるため、領域(3)にて、領域(1)、(2)よりも黒発光輝度が高くなっているにも関わらず、実効コントラスト比の変化は、図4(a)と同じである。したがって、図4(a)に示すように、実効的暗環境と実効的明環境とで黒発光輝度を一定にする場合と、図4(b)に示すように、実効的明環境において実効的暗環境よりも黒発光輝度を高くする場合とで、使用者が感じる表示品質の違いは小さいことが理解される。
そのため、拡散反射輝度が基準拡散反射輝度より高い状態において、黒発光輝度が拡散反射輝度を超えなければ、実効コントラスト比の低下は可及的に抑制される。したがって、黒発光輝度が拡散反射輝度以下となるように、黒発光輝度を高くして、|VW−VB|を小さくすれば、使用者が感じる表示品質の低下を抑制しつつ、充放電電力PMの低減を行うことができる。
黒発光輝度を高くするには、黒レベル電位VBと選択電位VSの電位差|VB−VS|を大きくするように、黒レベル電位VBと選択電位VSの少なくとも一方を変更すればよい。VB>VSの場合には、VBを一定にしてVSを小さくする方法、VSを一定にしてVBを大きくする方法、VBを小さくしてVSを大きくする方法がある。また、VB及びVSを小さくしてVSをVBに比べてより小さくする方法、VB及びVSを大きくしてVBをVSに比べてより大きくする方法もある。
以上の説明から理解されるように、基準照度よりも外光照度が高い環境で、基準拡散反射輝度よりも拡散反射輝度が高い状態になると、|VW−VB|を小さくし、かつ、黒発光輝度を高くする。この時、黒発光輝度は拡散反射輝度以下とする。具体的には、上述した、|VW−VB|を小さくする方法と、|VB−VS|を大きくする方法とを、上記条件を満たすように、適宜組み合わせた方法で実施することができる。この条件を満たすことにより、使用者が感じる表示品質の低下を抑制して、実効的明環境での消費電力を低減することができる。また、外光照度が高くなるにしたがって、拡散反射輝度も高くなるため、使用者が感じる表示品質の低下の抑制が可能な黒発光輝度の上限も高くなる。そのため、外光照度が高くなるにしたがって、より多くの充放電電力PMを低減することが可能になる。
以下、実施形態の一例を説明する。
図5(a)〜(d)は、実効的暗環境及び基準環境と、実効的明環境と、での行配線C1、列配線R1に入力される変調信号及び走査信号の波形の一例を示す。なお、行配線C2、C3、列配線R2,R3についても同様であるので、説明を省略する。
図5(a)において、実効的暗環境及び基準環境では、黒レベル電位はVBD、白レベル電位はVWDであり、選択電位はVSD、非選択電位はVNDである。実効的明環境では、黒レベル電位はVBL、白レベル電位はVWLであり、選択電位はVSL、非選択電位はVNLである。ここで、VND=VNL,VSD=VSL,VWD=VWL,VBD<VBLの関係となっている。VWD=VWLかつVBD<VBLであるから、VWD−VBD<VWL−VBLが成立しており、実効的明環境での充放電電力を実効的暗環境及び基準環境での充放電電力よりも小さくすることができる。このとき、VSD=VSLかつVBD<VBLであるから、VBD−VSD<VBL−VSLが成立しており、実効的明環境での黒発光輝度は実効的暗環境及び基準環境よりも高くなっている。実効的明環境では、黒発光輝度は拡散反射輝度よりも低ため、実効コントラスト比の低下は可及的に抑制されている。また、VSD=VSLかつVWD=VWLであるから、VWD−VSD=VWL−VSLが成立しており、白発光輝度は一定である。そのため、発光コントラスト比の低下は抑制されている。
図5(b)において、VND=VNL,VSD>VSL,VWD>VWL,VBD=VBL,VWD−VSD=VWL−VSLの関係となっている。
VWD>VWLかつVBD=VBLであるから、VWD−VBD<VWL−VBLが成立しており、実効的明環境での充放電電力を実効的暗環境及び基準環境での充放電電力よりも小さくすることができる。また、VBD=VBLかつVSD>VSLであるから、VBD−VSD<VBL−VSLが成立しており、実効的明環境での黒発光輝度は実効的暗環境及び基準環境よりも高くなっている。実効的明環境では、黒発光輝度は拡散反射輝度よりも低ため、実効コントラスト比の低下は可及的に抑制されている。
ここでは、VWD−VSD=VWL−VSLの関係として、白発光輝度を一定にした。実効的明環境において、実効的暗環境よりも白発光輝度が低くなるように、VWD−VSD>VWL−VSLとすることもできるが、後述するように、VWD−VSD≦VWL−VSLとなるようにすることが好ましい。本発明によれば、使用者が感じる表示品質の低下を可及的に抑制しつつ、消費電力を低減することができる。しかし、消費電力と表示品質はトレードオフの関係にあることには変わりない。白発光輝度は、消費電力と表示品質とのバランスが好適になるように設定することができる。
例えば、図4(b)において、外光照度が0.1[lx]の場合、拡散反射輝度は、0.0003[cd/m2]程度である。そして、図5(a)、(b)において、VSD=−8[V]、VND=0[V]、VBD=0[V]、VWD=+10[V]とする。このとき黒発光輝度は0.0005[cd/m2]であり、実効的暗環境である。
一方、外光照度が100[lx]の場合、拡散反射輝度は、0.3[cd/m2]程度である。図5(a)の例では、VSL=−8[V]、VNL=0[V]、VBL=+1[V]、VWL=+10[V]とする。図4(b)の例では、VSL=−10[V]、VNL=0[V]、VBL=0[V]、VWL=+8[V]とする。このとき黒発光輝度は、図5(a)、(b)のどちらでも0.1[cd/m2]程度であるが、拡散反射輝度は、図5(a)、(b)のどちらでも0.3[cd/m2]であるから、実効的明環境である。したがって、黒発光輝度を高くしても使用者が感じる表示品質の低下は抑制される。図5(b)では、白発光輝度は、外光照度が0.1[lx]の場合と100[lx]の場合とで変わらないので、前述の説明のように、表示品質の低下は一層抑制される。
一方、容量をCD=0.4[pF]、リフレッシュレートを60[Hz]とした充放電電力は、外光照度が0.1[lx]の場合、PM=16.2[W]である。これに対して、外光照度が100[lx]の場合、PM=10.4[W]であり、充放電電力が6.8[W]低減できる。さらに、フリッカの発生を抑えるために、リフレッシュレートを120[Hz]とすると、外光照度が0.1[lx]の場合、PM=32.4[W]である。これに対して、外光照度が100[lx]の場合、PM=20.7[W]であり、充放電電力が11.7[W]低減できる。また、図5(b)の例では、VWD>VWL>0であるから、充放電電力に限らず、変調回路302の消費電力を低減することができる。なお、黒発光輝度を高くすることによって、表示素子101で消費される直流の電力、すなわち、放出電流Ieとアノード電位による直流の電力は増加する。しかしながら、黒発光輝度を高くするために増加する放出電流Ieの大きさは極めて小さく、直流の電力の増加は充放電電力に比べて十分に小さい。
図5(c)において、実効的暗環境では、黒レベル電位はVBD、白レベル電位はVWD’であり、選択電位はVSD、非選択電位はVNDである。実効的明環境では、黒レベル電位はVBL、白レベル電位はVWL’であり、選択電位はVSL、非選択電位はVNLである。
ここで、VND=VNL,VSD>VSL,VWD’>VWL’,VBD=VBL,VWD’−VSD<VWL’−VSLの関係となっている。この例では、VWD’−VSD<VWL’−VSLであるから、実効的暗環境に比べて、実効的明環境での白発光輝度が高くなっている。これにより、実効明所コントラスト比が実効暗所コントラスト比に比べて向上している。従って、実効的明環境では外光照度が高くなると表示装置明るさも明るくできるので、使用者が感じる表示品質の低下を抑制しつつ、使用者が感じる明るさ感の不足を解消し、表示品質を向上できる。そして、実効的明環境での充放電電力が、実効的暗環境に比べて低減されているため、白発光輝度を高くしても、表示装置の消費電力の増加も抑制することができる。
図5(d)において、実効的暗環境では、黒レベル電位はVBD、白レベル電位はVWD’であり、選択電位はVSD、非選択電位はVUDである。実効的明環境では、黒レベル電位はVBL、白レベル電位はVWL’であり、選択電位はVSL、非選択電位はVUL’である。ここで、VSD,VBD,VWD,VSL,VBL,VWL’は、図5(c)と同じ関係である。そして、VBD<VUD<VBD,VBL<VUL’<VBLである。
このように、非選択電位を、黒レベル電位から白レベル電位までの範囲の電位にすることにより、非選択期間の表示素子101の発光輝度を小さくできる。ここでは、実効的暗環境と実効的明環境の両方でVBD<VUD<VBD,VBL<VUL’<VBLとしたが、実効的暗環境と実効的明環境の一方のみでもよい。一方のみとする場合には、実効的暗環境で、VBD≦VUD≦VBDとすることが好ましい。なお、図5(d)では、図5(c)に対して、非選択電位を黒レベル電位と白レベル電位との間の電位にした例を示したが、図5(a)、(b)に対しても同様に行うことができる。
ここまで、行配線201に表示素子101の低電位電極、列配線202に表示素子101の高電位電極を接続した形態において、選択電位VSを負電位、変調電位VMを正電位とした例を用いて説明したが、両方を正電位としてもよいし、両方を負電位としてもよい。しかしながら、選択電位VSを負電位、変調電位VMを正電位とした方が、走査回路301と変調回路302が取り扱う電位の絶対値を小さくすることができるため、消費電力を低減できる。また、行配線201に表示素子101の高電位電極、列配線202に表示素子101の低電位電極を接続した形態においても同様に、選択電位VSを正電位、変調電位VMを負電位とすることが好ましい。ただし、駆動回路300をIC化する場合、特に回路構成が複雑な変調回路302の構成を、可及的に簡単にするには、変調電位VMを正電位とすることが好ましい。そのため、行配線201に表示素子101の低電位電極、列配線202に表示素子101の高電位電極を接続する方がよい。
また、表示素子101として、CL素子を用いて説明してきたが、発光型表示装置であれば、CL素子に限定されることはない。表示素子101としては、CL素子のほかに、エレクトロルミネッセンス素子(EL素子)を用いることができる。EL素子は、有機EL素子や無機EL素子などの真性EL、発光ダイオードなどの注入型ELがある。EL素子は、図2(c)に示したCL素子の特性と同様に、印加する電圧が高くなるに従って発光輝度が高くなる特性を有しているので、VB<VWである。発光輝度を高くするには表示素子に印加する電圧を大きくすればよい。また、PDPのように、ガス放電素子と蛍光体を用いた表示素子や、LCDのように、バックライトと液晶素子を用いた表示素子も用いることができる。液晶素子自体は発光しないが、表示素子101は、バックライトの発光輝度と液晶セルの透過率に比例して、所望の発光輝度で表示を行うことができる。ノーマリーホワイト型の液晶素子を含む表示素子のように、表示素子が印加する電圧が高くなるに従って発光輝度が低くなる特性を有している場合には、VW<VBとなる。発光輝度を高くするには液晶素子に印加する電圧を小さくすればよい。上記した表示素子の中でも、CL素子とEL素子は、黒発光輝度を非常に小さくすることが可能なので、基準照度を低くすることができる。そのため、本発明の効果を奏する外光照度の範囲が広く、好ましい。
例えば、表示素子101として、一対の電極(陰極と陽極)と、一対の電極間に設けられた発光体としての有機発光層と、を有する有機EL素子を用いることができる。一対の電極の一方を行配線201に接続し、一対の電極の他方を列配線202に接続する。そして、行配線201に走査信号を入力し、列配線202に変調信号を入力することにより、走査信号と変調信号との電位差、或いはその電位差によって生じる電流に表示素子101を駆動する。上記したCL素子を用いた表示パネルや、EL素子を用いた表示パネルにおいて、走査信号と変調信号との差分、及び/又は、その差分によって生じる電流によって表示素子101を駆動する駆動方法はパッシブマトリックス駆動と呼ばれる。パッシブマトリックス駆動の場合には、これまで述べてきたように、行配線201と列配線202との電位差を変更することにより、発光輝度を制御することができる。
また、表示素子101として、TFTなどのスイッチング用のトランジスタを用いた構成を採用することもできる。この場合、例えば、トランジスタのゲートを行配線201に接続し、トランジスタのドレインを列配線202に接続する。このような表示素子を有する表示パネルを駆動するには、行配線201に走査信号を入力して、スイッチング用のトランジスタをON/OFFしながら、行配線201を順次走査する。そして、列配線202にVBからVWまでの範囲の変調電位を有する変調信号を入力する。このような駆動方法はアクティブマトリックス駆動と呼ばれる。表示素子101が備える容量103は、スイッチング用のトランジスタ自体の寄生容量や、スイッチング用のトランジスタのソースに接続された電位保持容量を含み得る。アクティブマトリックス駆動の場合には、表示パネル100は、行配線201と列配線202に加えて、行配線201と列配線202とは別の共通配線を有する。複数の表示素子101は、共通配線に接続される。なお、トランジスタに関して、ソースとドレインは適宜、逆にして用いてよい。
1つの形態としては、例えば、上記スイッチング用のトランジスタと、一対の電極と一対の電極間に設けられた液晶を備える液晶素子と、を用いることもできる。液晶素子の一方の電極は、スイッチング用のトランジスタのソースに接続され、他方の電極は共通電位が付与された共通配線に接続される。液晶の透過率は、変調電位と共通電位の電位差に応じて変化する。
別の形態としては、例えば、スイッチング用のトランジスタと、有機EL素子と、有機EL素子の一対の電極の一方にソースが接続された電流供給用のトランジスタとを用いることもできる。スイッチング用のトランジスタのソースは電流供給用のトランジスタのゲートに接続される。このような形態は、特開2002−237390号公報を参照することができる。一対の電極の他方は接地配線に接続され、電流制御用のトランジスタのドレインは共通電位(電源電位)が付与された共通配線に接続される。変調電位に応じて、電流制御用のトランジスタが、有機発光層に流れる電流を制御する。そのため、有機発光層の発光輝度は、変調電位と共通電位に応じて変化する。
アクティブマトリックス駆動の場合には、列配線202に付与する変調電位と、共通配線に付与する共通電位の少なくとも一方を変更することにより、発光輝度を制御することができる。なお、例えばLCDのように極性反転を行う場合、ノーマリーホワイト型の液晶素子では、選択期間毎に黒レベル電位をVBと−VBとで切り換えるので、変調信号の全振幅は|VB−(−VB)|=|2VB|である。変調回路302での充放電電力の低減を行うためには、選択期間毎に|VB−VW|と|VW−(−VB)|とをそれぞれ小さくすれば良い。これは変調信号の全振幅|2VB|を小さくすることと実質的に同じことである。アクティブマトリックス駆動の場合には、選択電位VSを変更しても発光輝度は変わらないが、図5(a)に示すように、黒レベル電位VBを変更することにより、|VW−VB|を小さくすることが可能になる。黒レベル電位VBは変更せずに白レベル電位VWを変更することもできるが、このときには共通電位も変更する。本発明では、図5(b)〜(d)の例を好適に用いることができる観点から、アクティブマトリックス駆動よりもパッシブマトリックス駆動を採用することが好ましい。
図6(a)に、上記した駆動方法を実施するための、表示装置の主要部分のブロック図を示す。表示パネル100及び駆動回路300については、図1(a)と同じであるので、説明を省略するが、ここでは、駆動回路300に変調電位、選択電位、非選択電位を供給するための電源310を示している。表示装置1は、コントローラ10を備えており、コントローラ10が、駆動信号の変更を行う変更手段として機能する。コントローラ10は評価部11と、判定部12と、制御部13を備えている。評価部11は判定部12に接続されており、判定部12は制御部13に接続されており、制御部13は駆動回路300(走査回路301と変調回路302)に接続されている。また表示装置1は、変換回路303を備えており、変換回路303には輝度信号と同期信号が重畳された映像信号S1が入力される。変換回路303は、映像信号S1を発光輝度データとタイミング信号とを含む表示信号S2に変換する。具体的には、輝度信号を、変調回路302に適合したフォーマットの発光輝度データに変換し、同期信号をタイミング信号に変換する。駆動回路300は、入力された表示信号S2を、タイミング信号に同期して走査信号、変調信号に変換して、表示パネル100を駆動する。表示信号S2に含まれる発光輝度データは表示する発光輝度に応じた階調を示しており、変調回路302は予め設定された変調方法によって発光輝度データを変調信号に変換し、列配線202に出力する。駆動回路300、変換回路303の構成については、特開2000−56730号公報を参照することができる。
表示装置1は照度センサ20を備えており、照度センサ20はコントローラ10に接続されている。照度センサ20は、表示パネル100の表示面付近に設置され、表示パネル100の表示面近傍の外光の照度に応じた照度データS11を送信可能である。評価部11は、照度センサ20が送信した照度データS11を受信する。評価部11は、予め設定されている拡散反射率に対応した係数を、照度データS11に乗算することにより、拡散反射輝度データS12を算出するための拡散反射輝度演算回路を備えることができる。或いは、評価部11は、照度データS11を拡散反射輝度データS12に変換するための変換テーブルを記憶したメモリを備えることもできる。照度データS11を実質的に変換することなく、拡散反射輝度データS12であるかの様に用いることもできる。この場合には、拡散反射輝度を求めるための拡散反射輝度演算回路や変換テーブルは必須ではない。評価部11は、このようにして、得られた拡散反射輝度データS12を判定部12へ出力する。
判定部12には、拡散反射輝度データS12から制御データS13を決定して出力するための決定基準が予め設定されている。制御データS13は、選択電位VS、非選択電位VNを制御するための走査回路制御データ、黒レベル電位VB、白レベル電位VWを制御するための変調回路制御データを含むことができる。決定基準は、発光輝度を拡散反射輝度と対応づけている。決定基準は、拡散反射輝度データS12を判別して、制御データS13に変換するためのテーブルとしてメモリに記憶させることができる。或いは、決定基準は、拡散反射輝度データS12に応じて、制御データS13を算出するためのアルゴリズムとして演算回路に定義することもできる。
例えば、判定部12は、拡散反射輝度データS12が示す拡散反射輝度が、基準拡散反射輝度よりも低い状態か、基準拡散反射輝度と等しい状態か、基準拡散反射輝度よりも高い状態か、を決定基準に基づいて判別する。なお、基準拡散反射輝度と等しい状態を特定して判別する必要はなく、拡散反射輝度データS12が示す拡散反射輝度が、基準拡散反射輝度と等しい状態を含むような、一定の条件を満たす状態であるかを判別しても良い。判別の結果、検出されたそれぞれの状態に対して、決定基準に基づいて制御データS13を決定し、制御データS13を制御部13に出力する。例えば、判定部12は、拡散反射輝度データS12が示す拡散反射輝度が基準拡散反射輝度以下である状態を検出すると、所定の制御データS13を出力する。拡散反射輝度データS12が示す拡散反射輝度が基準拡散反射輝度よりも高い状態を検出すると、上記所定の制御データS13から変更された制御データS13を出力する。変更された制御データS13は、所定の制御データS13よりも、|VW−VB|を小さくするための制御データである。また、変更された制御データS13は、拡散反射輝度を超えないように黒発光輝度を高くするように設定されている。
制御部13は、制御データS13に基づいて駆動回路300の出力を制御する。具体的には、走査回路制御データに基づいて、走査回路301が出力する選択電位VS、非選択電位VNを制御し、変調回路制御データに基づいて、変調回路302が出力する黒レベル電位VB、白レベル電位VWを制御する。当然、走査回路301が出力する選択電位VS、非選択電位VN、変調回路302が出力する黒レベル電位VB、白レベル電位VWは、判断結果に従ったものである。
制御部13は、一つの例として、駆動回路300を駆動するための電源310を制御する。制御部13は、走査回路制御データに対応するように、電源310が走査回路301に出力する選択電位VS及び/又は非選択電位VNを変更する。また、制御部13は、制御データS13に含まれる変調回路制御データに対応するように、電源310が変調回路302に出力する黒レベル電位VB及び/又は白レベル電位VWを変更する。走査回路301及び変調回路302は、表示信号S2に応じて、電源310から出力された電位を用いて、所定の方法で変調し、また行配線201を走査して、表示パネル100を駆動する。なお、電源が選択電位VS、非選択電位VN、黒レベル電位VB、白レベル電位VWの全てを出力する例を説明したが、いずれかが接地電位である場合には、電源310がそれらの全てを出力する必要はない。
制御部13は、他の例として、走査回路301が行配線を走査する方法また、変調回路302が表示信号S2を変調する方法を変更する。走査回路301が行配線を走査する方法と、変調回路302が表示信号S2を変調する方法は、走査回路301と変調回路302にそれぞれ、異なる複数の変換テーブル又は異なる複数の演算回路に規定されている。制御部13は、走査回路制御データと変調回路制御データの少なくとも一方に基づいて、複数の変換テーブル又は演算回路から、表示パネル100の駆動に用いる走査方法、変調方法を選択する。
例えば、変調回路302が0〜255の256階調でパルス振幅変調を行う場合において、変調回路302が第1変換テーブルと第2変換テーブルを有する形態について説明する。第1変換テーブルには、「0」を示す輝度データが変調回路302に入力された時に、1選択期間中に0[V]の変調電位を出力しつづけるように対応付けられている。また、第1変換テーブルには、「255」を示す輝度データが変調回路302に入力された時に、1選択期間中に0[V]、+9[V]、0[V]をこの順で出力するように対応付けられている。一方、第2変換テーブルには、「0」を示す輝度データが入力された時に、1選択期間中に1[V]の変調電位を出力しつづけるように、対応付けられている。また、第2変換テーブルには、「255」を示す輝度データが変調回路302に入力された時に、1選択期間中に+1[V]、+9[V]、+1[V]をこの順で出力するように対応付けられている。判定部12が、拡散反射輝度が基準拡散反射輝度以下の環境に対応する制御データS13を出力した場合、制御部13は、変調回路302の、第1変換テーブルを選択する。判定部12が、拡散反射輝度が基準拡散反射輝度より高い環境に対応する制御データS13を出力した場合、制御部13は、変調回路302の第2変換テーブルを選択する。このような方法により、図5(a)に示した形態と同様の変更が可能となる。
また、別の例として、変調回路302が上記第1変換テーブルと第3変換テーブルを有し、走査回路301が第4変換テーブルを有する形態について説明する。第3変換テーブルには、「0」を示す輝度データが入力された時に、1選択期間中に0[V]の変調電位を出力しつづけるように、対応付けられている。また、第3の変換テーブルには、「255」を示す輝度データが変調回路302に入力された時に、1選択期間中に+0[V]、+8[V]、+0[V]をこの順で出力するように対応付けられている。第4変換テーブルは、判定部12が拡散反射輝度が基準拡散反射輝度以下の環境に対応する制御データS13を出力した場合には選択電位を−9[V]とするように対応付けられている。また、第4変換テーブルは、判定部12が拡散反射輝度が基準拡散反射輝度より高い環境に対応する制御データS13を出力した場合には選択電位を−10[V]とするように対応付けられている。判定部12が拡散反射輝度が基準拡散反射輝度以下の環境に対応する制御データS13を出力した場合、制御部13は変調回路302の第1変換テーブルを選択する。判定部12が拡散反射輝度が基準拡散反射輝度より高い環境に対応する制御データS13を出力した場合、制御部13は、変調回路302の第3変換テーブルを選択する。このような方法により、図5(b)に示した形態と同様の変更が可能となる。
判定基準の一例を図4(b)に示す。図4(b)においてB1,B2,B3,B4で示す階段状の線は、本発明の駆動電圧の切り換えによって得られる黒発光輝度を示す。直線B1で示すように、コントローラ10は、外光照度が5[lx]未満では、VSD=−8[V]、VND=0[V]、VBD=0[V]、VWD=+10[V]とする。直線B2で示すように、外光照度が5[lx]以上、50[lx]未満では、VSD=−9[V]、VND=0[V]、VBD=0[V]、VWD=+9[V]とする。直線B3で示すように、外光照度が50[lx]以上、500[lx]未満では、VSD=−10[V]、VND=0[V]、VBD=0[V]、VWD=+8[V]とする。直線B4で示すように、500[lx]以上では、VSD=−11[V]、VND=0[V]、VBD=0[V]、VWD=+7[V]とする。
Fv=120[Hz]、CD=0.4[pF]の場合、外光照度が5[lx]未満(B1)では、充放電電力は、32.4[W]である。外光照度が5[lx]以上、50[lx]未満(B2)では、充放電電力は、26.2[W]である。外光照度が50[lx]以上、500[lx]未満(B3)では、充放電電力は、20.7[W]である。外光照度が500[lx]以上(B4)では、充放電電力は、15.9[W]である。このように、領域(3)では、外光照度が高くなるほど、消費電力を低くすることができる。なお、領域(2)は、領域(1)に対して、使用者が感じる表示品質の低下は小さいが、消費電力の低減が行われていない領域である。外光照度が5[lx]未満のような暗所は、使用者はわずかな光にも敏感であり、また、例えば映画鑑賞が行われる環境でもあり、表示品質を優先して、黒発光輝度を低くしておくことも好ましい。
図4(b)には黒発光輝度をB1〜B4の4段階で変更する例を示したが、2段階であってもよく、段階的でなく連続的に変更してもよい。例えば、2段階とする例では、外光照度が20[lx]未満では、VSD=−8[V]、VND=0[V]、VBD=0[V]、VWD=+10[V]とする。外光照度が20[lx]以上では、VSD=−9.5[V]、VND=0[V]、VBD=0[V]、VWD=+8.5[V]とする。Fv=120[Hz]、CD=0.4[pF]の場合、外光照度が20[lx]未満では、充放電電力は、32.4[W]である。外光照度が20[lx]以上では、充放電電力は、23.4[W]である。したがって、9[W]の充放電電力を低減することができる。一般的な生活環境の外光照度は数10[lx]以上であり、2段階の変更であっても、十分な効果が得られる。
判定基準の別の例を図7(a)に示す。図7(a)において直線B1と直線B4は図4(b)の例と同じである。直線B5に示すように、外光照度が5[lx]以上、500[lx]未満では、黒発光輝度を0.1[cd/m2]とした。この場合、基準照度は、0.16[lx](第1基準照度)と30[lx](第2基準照度)の2点となる。外光照度が5[lx]以上、30[lx]未満である領域(4)では、黒発光輝度が拡散反射輝度を上回っており、実効的暗環境となる。そのため、領域(1)、(2)に比べ、ユーザーが感じる表示品質が大きく低下してしまう。しかし、外光照度が5[lx]以上、30[lx]未満であるような環境は、一般的な生活環境よりは暗く、例えば、映画鑑賞が行われる環境よりは明るい。このような環境には、使用者がその場にいない場合や、良好な表示品質を求めない場合がある。そのような場合には、領域(4)で示すように、拡散反射輝度を超えてでも黒発光輝度を高くして、消費電力の低減を優先することができる。
図7(b)に駆動信号を外光照度に応じて連続的に変更した場合の黒発光輝度と拡散反射輝度を示す。曲線B6は外光照度に応じて変更する黒発光輝度を表す。曲線B6のように、連続的に黒発光輝度を小さくするように、駆動信号を変更すれば、様々な外光の照度に対して、高い精度で、表示品質の低下抑制と消費電力の低減を実現することができる。このように連続的な変更は、コントローラ10が、外光照度の関数が定義された演算回路を用いて、走査信号、変調信号の電位を決定することで実現することができる。
決定基準を設定するにあたって必要な、拡散反射輝度の測定方法は、図6(b)に示す方法で行うことが良い。図6(b)において、表示装置1の表示パネル100の表示面は、15°の指向性を持つD65光源402に対向して設置する。詳細には、D65光源402は表示装置1の表示パネル100の垂直方向から30°あるいは45°傾けた光軸で設置する。輝度計401は表示装置1の表示パネル100に垂直に設置する。表示面に表示を行わない状態で、輝度計401で拡散反射輝度を測定することにより、表示パネル100の拡散反射輝度が求まる。なお、この拡散反射輝度の測定方法はISO13406−2に示されている方法である。このとき、表示パネル100の表示面付近に照度センサを配置して、外光の照度を計測することにより、外光照度と、拡散反射輝度との関係(拡散反射率)を求めることができる。
さらに拡散反射輝度を計測する方法については、実際に表示装置を使用する状態を考慮して、図6(c)に示したような構成で測定しても良い。図6(c)において、輝度計401は表示装置1の表示パネル100に垂直に設置する。拡散反射輝度は、使用者が表示装置1を見る環境にあわせ外光照度を決め、その外光下で表示パネル100の輝度を輝度計401で輝度を測定して求める。この方法は、照明装置403から表示パネル100に入射する光、照明装置403の光が床404に反射し表示装置1の表示パネルに入射する光、照明装置403の光が不図示の壁に反射し表示装置1の表示パネルに入射する光による拡散反射輝度が測定できる。この測定方法は、拡散反射の影響を実際の状況に近い条件で測定できる。
上記した形態では、評価部11に入力される照度データS11に基づいて駆動電圧を制御したが、評価部11に入力される情報は照度データS11に限定されるものではない。
たとえば、図6(a)において、表示装置1はタイマー30を備えており、タイマー30は、コントローラ10に接続されている。タイマー30は、時刻を計数し時刻データS14を評価部11に出力する。評価部11は受信した時刻データS14とあらかじめ設定されている時刻情報を比較する。評価部11は午前6時から午後6時の間(昼間)は外光照度が400[lx]であると評価する。午後6時から午前6時の間(夜間)は外光照度が100[lx]であると評価する。評価部11は、評価した外光照度に応じて、拡散反射輝度データS12を判定部12に出力する。タイマー30は時刻だけでなく、日付を計数してもよい。日付によって日の出時刻と日の入り時刻が異なるので、日時(日付と時刻)に応じて評価部11が評価する外光照度を異ならせてもよい。
図6(a)において、表示装置1は指示入力部40を備えており、指示入力部40はコントローラ10に接続されている。使用者によって指示入力部40の複数の環境明るさボタンのいずれかが選択されると、指示入力部40は、入力データとして環境明るさデータS15をコントローラ10に送信する。環境明るさデータを受信したコントローラ10は環境明るさデータS15により、以下の動作を行う。指示入力部40が送信する環境明るさデータS15が「明るい部屋」を示す場合、評価部11は外光照度を300[lx]と評価し、「暗い部屋」を示す場合、外光照度を30[lx]と評価する。なお、指示入力部40の構成は、適宜設計を行うことが出来、表示パネル100が収容される筐体に設けても良いし、筐体とは別のセットトップボックスに設けてもよいし、リモコンに設けてもよい。また、ボタンに限らず、表示パネル100にGUIを表示させて、使用者がGUIの表示を確認しながら、リモコン等で指示を行ってもよい。
タイマー30の時刻データS14と指示入力部40の環境明るさデータS15の両方により外光照度を評価してもよい。人間の感覚は、室内だけでなく、室外の明るさにも依存するので、明るい時刻と暗い時刻により、同じ「明るい部屋」を指示入力部40で選択しても外光照度の評価を変えるものである。時刻データS14が午前6時から午後6時の間(昼間)で、「明るい部屋」の環境明るさデータS15が入力された場合、評価部11は、500[lx]と評価する。時刻データS14が午後6時から午前6時の間(夜間)で、「明るい部屋」の環境明るさデータS15が入力された場合、判定部12は、200[lx]と評価する。時刻データS14が午前6時から午後6時の間(昼間)で、「暗い部屋」の環境明るさデータS15が入力された場合、評価部11は、50[lx]と評価する。時刻データS14が午後6時から午前6時の間(夜間)で、「暗い部屋」の環境明るさデータS15が入力された場合、評価部11は、20[lx]と評価する。同様に、照度センサ20の照度データS11と時刻データS14の両方により、外光照度を評価してもよい。
図6(a)に示した構成において、表示装置1は、照度センサ20、タイマー30、指示入力部40の全てを必要とはしない。照度センサ20を用いると、拡散反射輝度の評価精度が向上する。一方で、照度センサ20に入射する光と、表示パネル100の表示面に入射する外光の照度が大きく異なれば、使用者が意図しない表示が行われる可能性がある。指示入力部40を用いて、使用者の指示に基づいて駆動信号の変更を行えば、使用者が表示品質に違和感を覚えることなく、好適な表示品質を得ることができる。
また、外光照度に応じた駆動信号の変更を有効にする省電力モードと無効にする高画質モードを切り換えることもできる。使用者によって、指示入力部40の省電力モードボタンと高画質モードボタンの何れが押されると、指示入力部40は、省電力モードデータと高画質モードデータのいずれかのモードデータS16を判定部12に送信する。モードデータS16を受信した判定部12が、省電力モードデータであると判断した場合、外光照度に応じた駆動信号の変更を可能にする。一方、高画質モード情報であると判断した場合、外光照度に応じた駆動信号の変更を不可能にする。
また、タイマー30が計数した時刻データS14に基づいて、省電力モードと高画質モードを切り換えてもよい。例えば、外光照度が高い昼間には、判定部12は、省電力モードと判断し、外光照度に応じた駆動信号の変更を可能にする。一方、外光照度が低い夜間には、判定部12は、高画質モードと判断し、外光照度に応じた駆動信号の変更を不可能にする。
指示入力部40により設定される省電力モードを2種類以上にし、黒発光輝度を高くする度合いを選択できるようにすると良い。消費電力の低減と表示品質の低下の抑制はトレードオフの関係であるので、使用者が選択できるようにするのは良好な方法である。
上記したコントローラ10の構成は一例であって、本発明の思想を逸脱しない範囲で変形を行うことができる。ここでは制御部13が電源310や駆動回路300を制御する形態を説明した。しかし、制御部13が変換回路303を制御することによって、駆動信号を変更する構成にしてもよい。
本発明の表示装置は、情報表示システムに好適に用いることができる。情報表示システムは表示装置1を備えており、表示装置1の表示パネル100に表示される情報としては、画像情報、文字情報の少なくともいずれかが含まれる。情報表示システムは、画像情報、文字情報の少なくとも1つを含む情報信号S3を受信する受信回路304を備える。情報信号S3は放送や通信によって、或いは不図示の記録装置や撮像装置から受信することができる。情報信号S3の一例としてはテレビジョン信号が挙げられる。受信回路304は、必要に応じてチューナーやデコーダーを備える。受信回路304が受信した情報信号S3は、情報表示システムが備える信号処理回路305によって、映像信号S1に変換される。情報表示システムを構成する場合には、制御部13が信号処理回路305を制御することによって、駆動信号を変更する構成にしてもよい。
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア(プログラム)を、通信手段又は各種記憶媒体を介して情報表示システムが備えるコンピュータ(不図示)に供給し、コンピュータ(CPUやMPU等)がプログラムを読み出して実行する処理である。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。例えば、コンピュータは、上記プログラムを読み出して実行することにより、変更手段として機能する。
100 表示パネル
101 表示素子
201 行配線
202 列配線
301 走査回路
302 変調回路
10 コントローラ
101 表示素子
201 行配線
202 列配線
301 走査回路
302 変調回路
10 コントローラ
Claims (8)
- 複数の行配線と、前記複数の行配線と交差する複数の列配線と、前記複数の行配線及び前記複数の列配線の各々に接続された複数の表示素子と、を備える表示パネルの、前記複数の行配線の各々へ選択電位を順次付与するとともに、前記複数の行配線の各々への前記選択電位の付与に同期して前記複数の列配線へ第1電位から第2電位までの範囲の電位を付与することによって、
前記選択電位が付与された前記行配線に接続された前記表示素子が、当該表示素子に接続された前記列配線へ前記第1電位が付与された場合の発光輝度以上、当該表示素子に接続された前記列配線へ前記第2電位が付与された場合の発光輝度以下の範囲の発光輝度にて、前記表示パネルの表示面に表示を行う表示パネルの駆動方法であって、
前記表示面に外光が入射することにより前記表示面で生じる拡散反射輝度と、前記選択電位が付与された前記行配線及び前記第1電位が付与された前記列配線に接続された前記表示素子の発光輝度とが等しくなる第1環境と、前記拡散反射輝度が前記第1環境における前記拡散反射輝度よりも高くなる第2環境との間で、
前記第2環境における前記第1電位と前記第2電位との差を、前記第1環境における前記第1電位と前記第2電位との差よりも小さくし、かつ、前記選択電位が付与された前記行配線及び前記第1電位が付与された前記列配線に接続された前記表示素子の前記第2環境における発光輝度を、前記第2環境における前記拡散反射輝度以下であって、前記選択電位が付与された前記行配線及び前記第1電位が付与された前記列配線に接続された前記表示素子の前記第1環境における前記発光輝度よりも高くする変更を行うことを特徴とする表示パネルの駆動方法。 - 前記変更を、前記選択電位が付与された前記行配線及び前記第2電位が付与された前記列配線に接続された前記表示素子の前記第2環境における発光輝度が、前記選択電位が付与された前記行配線及び前記第2電位が付与された前記列配線に接続された前記表示素子の前記第1環境における発光輝度以上になるように行うことを特徴とする請求項1に記載の表示パネルの駆動方法。
- 前記選択電位が付与された前記行配線に接続された前記表示素子は、前記選択電位に応じた発光輝度にて、前記表示パネルの表示面に表示を行い、前記変更を、前記第2電位と前記選択電位とを変更することにより行うことを特徴とする請求項1又は2に記載の表示パネルの駆動方法。
- 前記変更を、前記外光の照度、時刻、及び、使用者の指示の少なくともいずれかに基づいて行うことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の表示パネルの駆動方法。
- 前記複数の表示素子の各々は、カソードルミネッセンス素子又はエレクトロルミネッセンス素子を含むことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の表示パネルの駆動方法。
- 複数の行配線と、前記複数の行配線と交差する複数の列配線と、前記複数の行配線及び前記複数の列配線の各々に接続された複数の表示素子と、を備える表示パネルと、
前記複数の行配線の各々へ選択電位を順次付与する走査回路と、
前記複数の行配線の各々への前記選択電位の付与に同期して、前記複数の列配線へ第1電位から第2電位までの範囲の電位を付与する変調回路と、
前記第1電位と前記第2電位の少なくとも一方の変更を行う変更手段と、を備える表示装置であって、
前記選択電位が付与された前記行配線に接続された前記表示素子は、当該表示素子に接続された前記列配線へ前記第1電位が付与された場合の発光輝度以上、当該表示素子に接続された前記列配線へ前記第2電位が付与された場合の発光輝度以下の範囲の発光輝度を呈するものであり、
前記変更手段は、前記表示パネルの表示面に外光が入射することにより前記表示面で生じる拡散反射輝度が、前記選択電位が付与された前記行配線及び前記第1電位が付与された前記列配線に接続された前記表示素子の発光輝度と等しい第1状態と、前記第1状態よりも前記拡散反射輝度が高い第2状態との間で前記変更を行うものであり、
前記変更手段は、前記第2状態において前記変調回路が前記複数の列配線へ付与する前記第1電位と前記第2電位との差が、前記第1状態において前記変調回路が前記複数の列配線へ付与する前記第1電位と前記第2電位との差よりも小さくなるように前記変更を行い、かつ、前記選択電位が付与された前記行配線及び前記第1電位が付与された前記列配線に接続された前記表示素子の前記第2状態における発光輝度を、前記第2状態における前記拡散反射輝度以下であって、前記選択電位が付与された前記行配線及び前記第1電位が付与された前記列配線に接続された前記表示素子の前記第1状態における前記発光輝度よりも高くすることを特徴とする表示装置。 - 前記変更手段は、前記第1状態と、前記第2状態とを判別し、前記判別した結果に基づいて、前記第1状態と前記第2状態との間で前記変更を行うものであり、
前記変更手段は、前記第2状態と判別した場合における前記変調回路が前記複数の列配線へ付与する前記第1電位と前記第2電位との差を、前記第1状態と判別した場合における前記変調回路が前記複数の列配線へ付与する前記第1電位と前記第2電位との差よりも小さくするように前記変更を行い、かつ、前記第2状態と判別した場合における前記選択電位が付与された前記行配線及び前記第1電位が付与された前記列配線に接続された前記表示素子の発光輝度を、前記第2状態と判別した場合における前記拡散反射輝度以下であって、前記第1状態と判別した場合における前記選択電位が付与された前記行配線及び前記第1電位が付与された前記列配線に接続された前記表示素子の前記発光輝度よりも高くすることを特徴とする請求項6に記載の表示装置。 - 前記変更手段は、前記選択電位が付与された前記行配線及び前記第2電位が付与された前記列配線に接続された前記表示素子の前記第2状態における発光輝度を、前記選択電位が付与された前記行配線及び前記第2電位が付与された前記列配線に接続された前記表示素子の前記第1状態における発光輝度以上にすることを特徴とする請求項6又は7に記載の表示装置。
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